Uso de un medio de conversión de ozono de baja temperatura que contiene una composición de catalizador de ozono soportada por una estructura en panal en tanques de combustible de inertización,

temperatura baja significando una eficiencia de conversión de ozono superior al 95% a una temperatura inferior a 120ºC, donde dichos medios de conversión de ozono contienen un catalizador de agrietado de ozono que comprende óxido de manganeso activo, donde dicha estructura en panal comprende un conjunto de fibra para proporcionar más de 0.02 cm3/g de microporos 10 - 200 nm de diámetro, donde dicho conjunto de fibras está compuesto por paredes que tienen poros vacantes más grandes que 500 nm de diámetro y en una cantidad superior a 0.1 cm3/g

Utilización de un medio de conversión de ozono para la inertización de un depósito de combustible de aeronave.

Campo de la invención

La invención pertenece a un medio de conversión de ozono y su uso en la gestión del aire en la inertización de los depósitos de combustible. La invención también pertenece a una unidad de separación de gas que comprende unos medios de conversión de ozono y una membrana de fibras huecas adecuada para la eliminación selectiva de oxígeno de una cámara de aire de un depósito de combustible.

Antecedentes de la invención

Las aeronaves comerciales introducen aire purgado de un motor de turbina de gas a un sistema de control medioambiental (ECS), en el que el aire trata de obtener una calidad de aire en la cabina para la comodidad de la tripulación y de los pasajeros del vuelo. En esto, los transformadores de ozono se consideran necesarios para hacer desaparecer la concentración de ozono en cabina o en el vuelo del contenido relativamente alto de ozono atmosférico en la altitud de vuelo a una media ponderada de tiempo de 0.1 ppm, el límite máximo permitido por Reglamentos de la FAA.

Los transformadores de ozono convencionales trabajan típicamente a una temperatura alta para reducir las concentraciones de ozono hasta alcanzar unos niveles aceptables. La US 5,620,672 ilustra esto particularmente bien para un catalizador estratificado de ozono. Globalmente, la conversión de ozono suficiente solo se consigue a temperaturas más altas y en periodos de tiempo largos.

Por esta razón, estos transformadores de ozono catalíticos siempre están colocados cerca de las salidas de purga, utilizando la alta temperatura de aire purgado que típicamente asciende a más de 200ºC. Después de la descomposición del ozono, el aire tratado se enfriará para acondicionarlo adecuadamente para la cabina de pasajeros.

Además, la misma purga de aire de motor o aire presurizado se utiliza hoy en día en sistemas de inertización del depósito de combustible, frecuentemente mencionado como Onboard Inert Gas Generating System (OBIGGS, sistema generador de gas inerte a bordo). Estos sistemas de inertización de depósito de combustible son la respuesta a un número de accidentes que han tenido lugar recientemente a causa de algunas fuentes de ignición desconocidas en un depósito de combustible de avión, a pesar de todos los intentos precedentes para prevenir explosiones de depósito de combustible descartando posibles fuentes de ignición en los tanques de combustible. Con la tecnología de membrana de fibras huecas se ha demostrado que es posible crear una atmósfera pobre de oxígeno en la cámara de aire de un depósito de combustible, eliminando así otro factor importante en el triángulo de fuego. La US-A-2005/173017 divulga tal sistema de inertización para un avión que incluye una fuente de aire que incorpora un módulo de separación de aire. Aire purgado del motor o aire presurizado de otra fuente se suministra al módulo de separación de aire.

La mayoría de las membranas de separación de gas convencionales tienen un rendimiento óptimo a temperaturas muy inferiores a la temperatura de purga de aire, y tienen un tiempo de vida limitado debido a la intolerancia de las membranas a las altas actividades de ozono reportadas en una altitud alta. Por lo tanto, como el sistema de control ambiental, OBIGGS también exige una reducción del ozono, y aplica los mismos transformadores de ozono de alta temperatura. La US-A-2005/173017 intenta mejorar la vida y fiabilidad de los módulos de separación de aire posicionándolos después de los medios de conversión de ozono y de los pre-enfriadores o intercambiadores térmicos ya implementados en el avión para las cuestiones precedentes relacionadas con el sistema de control ambiental. Desventajosamente, en concentraciones de ozono de 0,1 ppm el tiempo de vida de un módulo de separación de aire dista mucho de las 30.000 horas medias de vuelo que pretende lograr la industria.

No obstante, el mantenimiento periódico es desventajosamente requerido para los transformadores de ozono típicos de alta temperatura hoy en día, debido a la acumulación de contaminantes, es decir lubricantes y compuestos volátiles orgánicos (VOC), de la corriente de purga de aire en las superficies del catalizador. Los filtros existentes no pueden proteger los transformadores de ozono, porque éstos no toleran la temperatura alta, y por eso se colocan debajo del intercambiador térmico, y por lo tanto debajo del convertidor de ozono también.

Además, hay una investigación actual dirigida a la reducción de la cantidad de purga de aire de motor utilizada con varios propósitos en el avión, posiblemente para lograr una conmutación por un avión más eléctrico. El sistema de control ambiental (ECS) y el OBIGGS necesitan ser alimentados por otras fuentes de aire, por ejemplo por el aire de baja temperatura del exterior del avión. Todavía serían requeridos los intercambiadores térmicos para el acondicionamiento del aire para la cabina de pasajeros y para el módulo de separación de aire, pero ahora para calentar el aire. Desventajosamente, con la tecnología de conversión de ozono de alta temperatura, tal fase de acondicionamiento previo primero requeriría un tratamiento térmico para alcanzar la alta temperatura requerida para conseguir una eficiencia satisfactoria de la descomposición del ozono, y de nuevo el consiguiente paso de enfriamiento.

La WO-A-2006/015858 divulga el pasaje del aire de proceso enfriado, preferiblemente purga de aire, sobre un módulo de separación de aire. Se reconoce en esto que el OBIGGS requiere un proceso de aire libre de ozono, para evitar que se dañe el módulo de separación de aire. En cuanto a esto, la WO-A-2006/015858 sugiere filtrar el proceso de aire del ozono bien antes o después del enfriamiento. No obstante, la publicación carece de cualquier detalle acerca de la catálisis del ozono, y menos aún enseña al experto en la materia cómo conseguir una conversión suficiente del ozono a temperaturas bajas.

En cuanto al sistema de control ambiental, la WO-A-2005/097303 al menos trata parcialmente el problema de conversión del ozono de alta temperatura, e intenta solucionarlo. Por eso, utiliza un sistema de eliminación de ozono que comprende una primera composición catalítica que contiene Ag o AgO, que trabaja con un registro de temperatura de 100 - 300ºF (38 - 149ºC), y una segunda composición catalítica basada en paladio, localizada debajo, con un registro de temperatura de trabajo de 300 - 500ºF (149 - 260ºC). Reivindica que el catalizador combinado tiene una eficacia que hace que sea posible reducir los niveles de ozono o bien en aire purgado del motor o bien en el aire derivado de un compresor de aire dedicado al ambiente 20 veces, a 0.1 ppm o menos, como requiere en la actualidad la FAA. La WO-A-2005/097303 enseña a evitar que los metales de transición tales como el Mn, base su catalizador en un soporte de un espesor de 10 -100 μm, y en una cantidad de 1000 - 5000 g/ft³ de sustrato.

Focalizando en el catalizador de ozono de baja temperatura de la WO-A-2005/097303, los inventores descubrieron que los soportes de conversión de ozono se quedan atrás en los flujos más altos. Para compensarlo, se requieren cantidades de consumición del espacio del catalizador. Ante todo, la durabilidad del catalizador de ozono también estaba limitada, como hemos demostrado en los ejemplos anexos.

Por otra parte, en un futuro próximo es muy posible que el límite superior establecido por la FAA baje, dado que los niveles de ozono de 0.1 ppm son todavía considerados perjudiciales para la salud de los seres humanos cuando nos exponemos a él durante un largo intervalo de tiempo. Es discutible si se pueden alcanzar unos niveles de ozono más bajos con la composición de catalizador de la WO-A- 2005/097303, basado en los soportes convencionales. Requeriría de nuevo grandes cantidades de catalizador para compensar.

Por lo tanto, son necesarios los transformadores de ozono de baja temperatura que se pueden aplicar como una alternativa a los transformadores de ozono existentes de alta temperatura en la industria aeronáutica, y que pueden ser protegidos de mejor manera de cualquier contaminación, y que tienen una alta eficiencia de conversión de ozono, que requiere así solo cantidades mínimas. También se necesitan medios de conversión de ozono que permitan al experto en la materia cambiar a otras fuentes de aire para el acondicionamiento de la cabina o la inertización del depósito de combustible, en particular fuentes... [Seguir leyendo]

1. Uso de un medio de conversión de ozono de baja temperatura que contiene una composición de catalizador de ozono soportada por una estructura en panal en tanques de combustible de inertización, temperatura baja significando una eficiencia de conversión de ozono superior al 95% a una temperatura inferior a 120ºC, donde dichos medios de conversión de ozono contienen un catalizador de agrietado de ozono que comprende óxido de manganeso activo, donde dicha estructura en panal comprende un conjunto de fibra para proporcionar más de 0.02 cm³/g de microporos 10 - 200 nm de diámetro, donde dicho conjunto de fibras está compuesto por paredes que tienen poros vacantes más grandes que 500 nm de diámetro y en una cantidad superior a 0.1 cm³/g.

2. Sistema generador de gas inerte a bordo (OBIGGS) para tanques de combustible de inertización, donde el aire con una temperatura debajo de 120ºC se pasa a través de unos medios de conversión de ozono conteniendo una composición de catalizador de ozono soportada por una estructura en panal, donde dichos medios de conversión de ozono contienen un catalizador de agrietado de ozono que comprende óxido de manganeso activo, donde dicha estructura en panal comprende un conjunto de fibra que proporciona más de 0.02 cm³/g de microporos 10 - 200 nm de diámetro, donde dicho conjunto de fibra está compuesto por paredes que tienen poros vacantes más grandes de 500 nm de diámetro y en una cantidad superior a 0.1 cm³/g, y donde el aire tratado de ozono se pasa a través de una membrana de fibras huecas, para eliminar al menos una parte del oxígeno presente en el aire tratado de ozono.

3. OBIGGS según la reivindicación 2, donde dichos medios de conversión de ozono son sucedidos inmediatamente por dicha membrana de fibras huecas.

4. OBIGGS según la reivindicación 2 o 3, donde dicho aire es aire de cabina.

5. Unidad de separación de gas adecuada para generar gas inerte para la inertización de un depósito de combustible de un vehículo, donde dicha unidad de separación de gas comprende unos medios de conversión de ozono que contienen una composición de catalizador de ozono en un soporte de panal, y una membrana de fibras huecas adecuada para la eliminación selectiva de oxígeno localizado debajo de dichos medios de conversión de ozono, y donde dicha unidad de separación de gas no tiene medios para el enfriamiento, donde dichos medios de conversión de ozono contienen un catalizador de agrietado de ozono que comprende óxido de manganeso activo, donde dicha estructura en panal comprende un conjunto de fibra para proporcionar más de 0.02 cm³/g de microporos 10 - 200 nm de diámetro, donde dicho conjunto de fibra está compuesto por paredes que tienen poros vacantes más grandes que 500 nm de diámetro y en una cantidad superior a 0.1 cm³/g.

6. Unidad de separación de gas según la reivindicación 5, donde dicha membrana de fibras huecas está formada por óxido poli(2,6-dimetil-p-polifenileno) con un peso molecular de 10⁵ - 10⁶, y donde el estrato superior de dicha membrana tiene un espesor inferior a 100 nm.

7. OBIGGS según cualquiera de las reivindicaciones 2 - 4, o la unidad de separación de gas según la reivindicación 4 o 5, donde dicho óxido de manganeso activo es amorfo.

8. Método para la inertización de un depósito de combustible de un vehículo, donde dicho método implica suministrar aire a una temperatura en la gama de 20 - 120ºC a través de una unidad de separación de gas según la reivindicación 5 o 6, para obtener una corriente de aire enriquecida de nitrógeno y una corriente de aire enriquecido de oxígeno, donde dicho aire enriquecido de nitrógeno está provisto al depósito de combustible.