本发明大体上涉及换能装置的燃料输送系统，具体涉及一种燃料输送系统，其包括燃料脱氧器和除氧剂单元，可除去溶解氧和提高燃料的有效冷却能力。

燃气涡轮发动机是一种通常用于飞行器和发电设备的能量转换装置。燃气涡轮发动机通常包括压缩机、燃烧室和涡轮。进入压缩机的空气受到压缩并引导到燃烧室。燃料结合高压空气进行燃烧。燃烧室产生的燃烧气体驱动涡轮。
燃料通常用作飞行器的各种系统的冷却介质。某种燃料的有效冷却能力由于形成称作“焦炭”的不溶产物而受到限制。焦炭沉积物的形成取决于燃料中因暴露于空气而形成的溶解氧量。燃料中溶解氧量的降低可以减少焦炭沉积物的比率，并提高最大许用温度。
转让给本申请人的美国专利6,315,815和6,709,492公开了利用布置在燃料系统的气体渗透膜来除去溶解氧的装置。当燃料经过渗透膜时，燃料中的氧分子扩散并穿过气体渗透膜。渗透膜两侧的局部氧压差驱使未受影响的燃料中的氧不断通过薄膜。
另一种燃料脱氧装置使用暴露于燃料流的催化材料。催化材料促进燃料的成分反应，以阻止溶解氧与燃料的其它成分结合而形成焦炭产物。催化材料在燃料输送系统中生成较难形成焦炭前体的成分。
还知道可利用除氧剂除去燃料中的溶解氧。除氧剂是可除去溶解氧的无机材料。除氧剂大部分是无毒、不燃和易于再生的惰性材料。然而，在飞行器上使用大量的对燃料进行除氧的去氧材料是不切实际的。
能够从燃料中的溶解空气除去越多，在焦炭沉积物形成之前所能达到的燃料温度越高，从而获得更大的有效冷却能力。不利的是，燃料脱氧器的尺寸随除氧需要量不成比例地增大。脱氧量从90％提高到99％要求脱氧器的尺寸几乎增大一倍。应当知道，飞行器上的空间受到限制，装置尺寸的任何增大都会影响整体结构和工作情况。
因此，要求研制出一种燃气涡轮发动机的燃料输送系统，能够除去溶解氧和提高燃料的有效冷却能力，而不需要有很大的额外空间。

本发明涉及一种换能器的燃料输送系统，包括燃料脱氧器和除氧剂单元，用来除去溶解氧以提高燃料的有效冷却能力。
本发明的燃料输送系统包括燃料脱氧器和除氧剂单元。通过燃料输送系统的燃料流经燃料脱氧装置。燃料脱氧装置从燃料中除去第一部分氧。从燃料脱氧装置排出的燃料流入除氧剂单元，并在那里将小于第一部分的第二部分氧从燃料中除去。
从除氧剂单元排出的燃料基本上不含任何溶解氧。基本上不含氧的燃料流经热交换器吸收来自另一系统的热量。将溶解氧除去提高了燃料的有效冷却能力。这样可以提高发动机温度从而提高发动机的整体效率。
与单独使用一种装置相比，除氧剂单元和燃料脱氧器的结合可以提高除去的溶解氧数量。能够通过结合去除部分溶解空气的燃料脱氧器或除氧剂单元的尺寸并不理想。而结合可提高要求的燃料脱氧作用，且不会相应增大装置的尺寸。
因此，本发明的燃料输送系统能够除去更多数量的溶解氧，从而提高燃料的有效冷却能力，且不需要很大的额外空间。
附图说明
通过下面对优选实施例的详细说明，本领域的专业人员将更清楚地了解本发明的各种特征和优点。下面简要介绍进行详细说明所用的附图：图1是根据本发明的换能装置和燃料输送系统的示意图；图2是根据本发明的燃料脱氧器的示意图；图3是根据本发明的另一种燃料脱氧器的示意图；图4是根据本发明的渗透膜的横断面视图；图5是根据本发明的另一种包括催化材料的燃料脱氧器的示意图；和图6是根据本发明的除氧剂单元的示意图。

参考图1，燃气涡轮发动机总成10包括压缩机12、燃烧室14和涡轮16。进入压缩机12的空气流18被压缩至高压并引导到燃烧室14。在燃烧室14，燃料与高压空气混合并燃烧。从发动机10排出的高温燃烧气体15驱动涡轮16。燃料通过燃料输送系统20输送到燃烧室14。虽然示出了燃气涡轮发动机10，但所属领域的技术人员应当知道其它换能装置也可从本发明的应用中得到好处。本发明的燃料输送系统20包括燃料脱氧器22和除氧剂单元24。
燃料系统20还包括热交换器26，可将来自其它系统，该系统用32示意性表示，的热量排放到燃料28中。其它的系统可以包括在发动机10中循环的冷却空气或其它流体。具体的冷却技术条件决定了热交换器26的构造。所属领域的技术人员了解了本发明应当知道如何设计热交换器26和燃料系统20以利用通过本发明提高的燃料冷却能力。
参考图2，根据本发明的燃料脱氧装置22′包括外壳40，外壳设有燃料进口46和燃料出口48。许多燃料板42层叠在外壳40内形成燃料通道44。燃料板42包括复合渗透膜73。抽真空口50与燃料板42和真空源82连通。含有溶解氧的燃料进入入口46并流经燃料通道44。燃料中的氧在真空82产生的局部氧压差的驱动下扩散穿过复合渗透膜73。从燃料流除去的氧52通过抽真空口50排出。
参考图3，根据本发明的另一种燃料脱氧装置22″包括外壳60，外壳设有燃料进口68和燃料出口70。若干个管状构件62布置在外壳60内并形成带状气体80的通道64。进入外壳60的燃料在管状构件62周围流过。每个管状构件62包括可将氧从燃料抽到通道64的复合渗透膜73。带状气体80流经通道64在渗透膜73的两侧产生局部氧压差。局部压差将氧从燃料中赶出并穿过渗透膜73。然后除去的氧从装置22″中排出。
参见图4，复合渗透膜73以横断面示出，其最好包括布置在多孔衬垫72上的渗透层74。多孔衬垫72向渗透层74提供了所需的支承结构，同时还允许氧从燃料有最大的扩散。渗透层74覆盖在多孔衬垫72上并形成机械结合。渗透层74最好是聚偏二氟乙烯(PVDF)多孔衬垫72上的0.5-20微米厚的特氟隆AF 2400涂层，多孔衬垫72的厚度为0.005英寸，具有0.25微米的孔径。可以使用其它能够提供所需要强度和孔径的不同材料、厚度和孔径的支承结构。渗透层74最好用杜邦特氟隆AF非晶态含氟聚合物制成，然而，所属领域的技术人员应当知道其它材料如Solvay Hyflon AD全氟化玻璃状聚合物以及Asahi Glass CYTOP聚全氟化丁烯乙烯醚也在本发明的范围之内。每个复合渗透膜73支承在多孔基片76上。多孔基片76与真空源82连通，以形成复合渗透膜73两侧的局部氧压差。
工作时，真空源82在渗透膜73的非燃料侧75和燃料侧77之间形成局部压差。箭头80表示的氧穿过复合渗透膜73从燃料28扩散到多孔基片76。氧80从多孔基片76排放到燃料系统外。
参考图5，图中示意性地示出了根据本发明的另一种燃料脱氧器22，其包括支承在燃料流28内支承结构86上的催化材料84。催化材料84促进燃料中难以形成焦炭产物的成分进行反应。催化材料84可以是金属如铜、镍、铬、铂、钼、铑、铱、钌、钯以及这些材料的任意组合。而且，催化材料36还可以是沸石。了解了本发明的技术人员应当知道消耗溶解氧但不会形成焦炭前体的催化剂的成分。
催化材料84最好支承在燃料脱氧器22内的蜂窝结构86。然而，催化材料也可以支承在颗粒、挤出物、整体料或其它已知的催化剂支承结构上。
虽然已经示出和介绍了燃料脱氧器22的一些实施例，但是了解了本发明的所属领域的技术人员应当认识到其它结构的燃料脱氧器也在本发明的范围之内。
燃料脱氧装置22的尺寸取决于所需的脱氧量。当要求的脱氧量提高时，燃料脱氧装置22的尺寸不成比例地增大。举例来说，脱氧量从90％提高到99％时将要求燃料脱氧装置22的尺寸增大一倍。这是因为当从燃料除氧时，氧压差按指数降低。有效氧压差的这种降低减少了燃料脱氧器22可以除去的氧量。
本发明的燃料输送系统将燃料脱氧器22和除氧剂单元24进行组合。除氧剂单元24布置在燃料流28内燃料脱氧器22的后面以除去燃料中残留的氧。
参见图6，除氧剂单元24包括外壳23，用来容纳装有吸氧材料25的单元27。已经知道吸氧材料用于除去溶液和容器中的氧。吸氧材料通过促进与氧发生反应形成惰性产物来除去氧。吸氧材料25可以是所述领域的技术人员已知的任何一种类型，比如珠粒材料形式的去氧聚合物或连接到燃料流中支承结构的盐类。了解了本发明的技术人员应当知道去氧材料要根据具体应用进行选择，而且使用任何已知的去氧材料都属于本发明的范围内。
吸氧材料通常是惰性、无毒、不燃和可再生的。其缺点是从燃料中除去足够数量的氧来防止结焦需要大量的吸氧材料。因此将除氧单元24设置在燃料脱氧装置22后面只是除去燃料中一部分氧。
除氧单元24最好包括足够数量的吸氧材料以除去燃料中所含氧的大约10％。燃料脱氧装置22设计成能除去溶解氧的大约90％。这样，所需要的吸氧材料25的数量就少到能够安装在单元27内，吸氧材料经过一段规定时间的运行之后可以进行更换。举例来说，从流量为1000加仑/小时的燃料系统中除去10％的溶解氧要求每20小时必须吸收大约425克的氧。需要有10千克的吸氧材料来除去所要求的氧量。应当知道，这只是一个示例，了解本发明的技术人员懂得如何确定具体应用所需的吸氧材料数量。
参见图1，工作时，燃料输送系统20中的燃料流经燃料脱氧装置22。燃料脱氧装置22的渗透膜73(见图4)两侧的局部氧压差从燃料28吸出第一部分氧80。从燃料脱氧装置22排出的燃料流入除氧单元24，并在那里将小于第一部分的第二部分氧从燃料28中除去。从除氧剂单元24排出的燃料接着流经热交换器26或其它热传导装置以吸收热量。将溶解氧从燃料中除去提高了燃料的有效冷却能力。这样可以提高发动机温度从而提高发动机的整体工作效率。
上述说明是示例性的，不只是材料技术要求。已经通过具体实例对本发明作了介绍，应当认识到所使用的术语是说明性的而不是限制性的。根据以上说明可以对本发明作出许多修改和变化。上面已经公开了本发明的一些优选实施例，但是所属技术领域的普通技术人员应当认识到在本发明范围之内可以进行某些修改。应当认识到在所附权利要求的范围之内，可以用与所述具体介绍不同的方式实施本发明。因此，所附权利要求确定了本发明真正的范围和内容。