BR0318149B1 - Unidade de válvula e sistema de supressão de risco - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "UNIDADE DE VÁLVULA E SISTEMA DE SUPRESSÃO DE RISCO".

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção A presente invenção refere-se a conjuntos de supressão de risco com um gás inerte utilizado para proteger áreas ou salas, tais como salas de equipamento de computador quanto a riscos, e especialmente in- cêndio. Mais particularmente, a invenção refere-se a tais sistemas, bem como a válvulas moduladoras de pressão para gás inerte que fazem parte deles, onde diversos cilindros de gás inerte de alta pressão são utilizados, com cada cilindro tendo uma unidade de válvula, operável para distribuir gás inerte em pressão relativamente baixa a uma pressão genericamente constante durante um período de tempo significativo, durante o qual o gás é distribuído, com o que, proporcionando supressão efetiva de risco, sem a necessidade de manipulação de gás de alta pressão e de equipamento de distribuição ou placas de orifício redutoras de pressão, que são típicas de sistemas precedentes de supressão de risco com gás inerte. Cada unidade de válvula inclui um conjunto de mola que desvia a unidade para uma posi- ção aberta de escoamento de gás, bem como um circuito de modulação de escoamento de gás que mantém a pressão de gás ao redor da pressão da saída desejada durante uma parte substancial do ciclo de distribuição de gás.

Descrição da Técnica Precedente Sistemas de supressão de risco têm sido empregados há muito tempo para proteger salas ou áreas que contêm equipamento ou componen- tes valiosos, tais como salas de computador. Tradicionalmente, estes siste- mas fizeram uso de um ou mais supressores com Halon. Estes supressores com Halon são ideais do ponto de vista de supressão de risco, isto é, são capazes de suprimir muito rapidamente um risco, podem ser armazenados em pressões relativamente baixas, e a quantidade de supressor requerida é relativamente pequena.

Contudo, em anos recentes, os efeitos ambientais adversos do Halon se tornaram evidentes e de preocupação considerável. Aliás, estes aspectos são tão significativos que diversas agências governamentais bani- ram qualquer outra utilização de Halon. Na Europa, por exemplo, mesmo sistemas de Halon existentes estão sendo substituídos por sistemas que utilizam outros gases inertes, tais como nitrogênio, argônio, dióxido de car- bono, e misturas deles.

Em um sistema europeu de supressão de incêndio tomado como exemplo com base na utilização de Halon como um agente supressor, um vaso com uma capacidade nominal de 1501 cheio de Halon liquefeito é clas- sificado para proteger um volume de aproximadamente 481 metros cúbicos (17.000 pés cúbicos). Toda a tubulação de um sistema de Halon não precisa ser mais do que tubo schedule 40. Onde é desejado substituir uma instala- ção de Halon por um sistema de gás inerte, ou em novas instalações com base em um gás inerte, os padrões requerem que gás inerte suficiente seja distribuído para uma área protegida predeterminada, de modo que o gás inerte ocupe aproximadamente 40% em volume da sala. Isto reduz o nível de oxigênio dentro da sala para algo da ordem de 10 a 15%, o que extingue o jogo de oxigênio. No mínimo 95% da quantidade necessária de gás inerte deve ser distribuída para a área protegida em um período de 60 segundos.

Ao mesmo tempo, gás inerte deveria preferivelmente ser escolhido de modo que as pessoas possam estar na sala depois da distribuição de gás por um período de tanto quanto 5 minutos.

Um sistema europeu de supressão de incêndio com gás inerte quando configurado para substituir o sistema de Halon precedente, ou como uma nova instalação que tem uma classificação que é equivalente ao siste- ma de proteção com Halon tomado como exemplo de 17.000 pés cúbicos referido acima, irá requerer 10 vasos de gás inerte de pressão elevada como um substitutivo para o único vaso de Halon. O requisito por um número bastante maior de vasos de armazenagem de gás inerte em um sistema de supressão de incêndio com gás inerte quando comparado com os requisitos de um vaso de armazenagem de um sistema de Halon, é porque cada vaso de gás inerte deve ser de espessura de parede significativamente maior, e portanto, como um assunto prático, deve ser significativamente menor. Por exemplo, um cilindro de gás inerte típico de 80 I terá uma espessura de pa- rede de cerca de 16 mm, ter cerca de 25 cm de diâmetro e 190 cm de com- primento. O único vaso de Halon de 1501 neste caso do exemplo, terá 40 cm de diâmetro e 100 cm de comprimento. É portanto óbvio, que com base em tantos quantos 10 vezes mais vasos de gás inerte são necessários quando comparado com um número requerido de vasos de Halon para uma instala- ção particular, que os requisitos de espaço para vasos de gás inerte são muito maiores.

Uma vez que gás inerte é armazenado como um gás ao invés de um líquido a pressões muito elevadas, por exemplo, 300 bar comparado com a pressão muito mais baixa de 25 bar em um vaso de armazenagem típico para Halon, um tubo distribuidor deve ser fornecido, o qual é conectado a todos os cilindros de gás inerte, os quais são capazes de suportar liberação simultânea do gás de alta pressão a partir dos cilindros de armazenagem para direcionar o gás para o sistema de tubulação de distribuição do sistema de supressão de incêndio. O tubo distribuidor deve ser, no mínimo tubulação schedule 160 para acomodar a pressão elevada. Uma placa de orifício de redução de pressão é fornecida na extremidade do distribuidor, a qual tam- bém deve ser capaz de suportar a pressão de gás inerte de 300 bar.

Assim, em um caso onde um sistema de Halon existente deva ser reequipado utilizando gás inerte de alta pressão, não apenas é requerido um número significativamente maior de vasos de armazenagem de agente supressor como explicado, mas, em adição, existe a necessidade por um distribuidor schedule 160 conectado a todos os cilindros de armazenagem, e em conjunto com uma placa de orifício de alta pressão para reduzir a pres- são de gás para um nível que possa ser manipulado pelo tubo existente schedule 40. O tubo schedule 160 manifestamente é necessariamente mais oneroso do que o tubo schedule 40, e haverá um requisito por aproximada- mente 0,3 m de tubo schedule 160 para cada vaso de gás inerte. De manei- ra similar, o mesmo requisito obtido em conexão com uma nova instalação.

Conseqüentemente, existe uma necessidade real e não satis- feita na técnica por sistemas de supressão de risco melhorados que possam utilizar gás inerte para a supressão não com Halon em pressão relativa- mente baixa com tubulação existente de sistema Halon (tubulação de pres- são global baixa, ou de baixo custo no caso de sistemas novos) enquanto ao mesmo tempo apresentem as características de desempenho requeridas para supressão rápida de risco.

Sumário da Invenção A presente invenção supera os problemas delineados acima e fornece um sistema de supressão de risco melhorado, capaz de suprimir de maneira efetiva riscos tais como incêndio, por meio da utilização de cilindros de gás inerte e de pressão relativamente baixa, juntamente com válvulas de descarga especialmente projetadas montadas no cilindro, capazes de distri- buir o gás para níveis de pressão genericamente constantes através de toda a maior parte do tempo de distribuição de gás. Desta maneira, pode ser feito uso de sistemas de tubulação existentes projetados para supressor Halon, ou no caso de novos sistemas de tubulação e equipamento de distribuição mais econômicos podem ser empregados.

Em sistemas de gás inerte de alta pressão precedentes que em- pregam uma placa de orifício de redução da pressão elevada, liberação de gás a partir dos cilindros de armazenagem para descarga a partir da tubula- ção de distribuição através da placa de orifício resultaram em vazões iniciais de gás muito elevadas, que diminuíram rapidamente para uma vazão de gás muito baixa. Como um acessório à velocidade de descarga inicial elevada do gás inerte para o interior da área protegida, uma descarga da sala deve ser dotada de área suficiente para acomodar o escoamento inicial de gás. No caso presente, moderação da vazão de gás de descarga permite provisão de uma área de descarga que se aproxima de uma área de escoamento 30% menor.

Falando genericamente, o sistema de supressão de risco de acordo com a invenção, para utilização na supressão de um risco, (por exemplo, tipicamente incêndio) dentro de uma sala ou similar, compreende uma pluralidade de cilindros de gás pressurizado, cada um suportando um suprimento de gás de supressão de risco com uma unidade de válvula aco- plada operacionalmente a cada um de ditos cilindros. Um conjunto de distri- buição é conectado com cada uma das unidades de válvula montadas no cilindro para distribuição de gás para a sala protegida, ou similar. Cada uma das unidades de válvula tem um corpo de válvula que apresenta uma entra- da adaptada para acoplar a uma fonte de gás pressurizado (a saber, um ci- lindro no caso do sistema de supressão global) e uma saída adaptada para acoplar a um receptor de gás restrito (o conjunto de distribuição no sistema completo); Além disto, um elemento válvula deslocável que tem nele uma passagem, é localizado entre a dita entrada e a saída do corpo de válvula e é deslocável entre uma posição fechada de bloqueio de escoamento de gás, e uma posição aberta que permite escoamento de gás a partir de dita fonte para dito receptor.

Cada uma das unidades de válvula tem uma mola acoplada ope- racionalmente ao elemento de válvula deslocável para deslocar o elemento no sentido da posição aberta da unidade de válvula. Adícionalmente, primei- ra e segunda áreas superficiais operacionais separadas fazem parte do ele- mento válvula; a primeira área é exposta ao gás pressurizado, enquanto a segunda área é exposta ao gás pressurizado através do elemento de passa- gem. Estas primeira e segunda áreas superficiais são orientadas e correlaci- onadas em relação ao corpo de válvula, para manter normalmente o ele- mento em sua posição fechada contra o deslocamento da mola. A unidade de válvula é projetada para apresentar uma câmara de modulação de gás formada entre, no mínimo, uma parte da segunda área superficial e porções adjacentes do corpo de válvula. Além disto, uma passagem de modulação de gás é formada no corpo de válvula e comunica a saída da unidade de válvula e a câmara de modulação de gás. Um atuador é acoplado operacio- nalmente à passagem de modulação de gás para normalmente bloquear comunicação entre a saída da unidade de válvula e a câmara de modulação de gás, dito atuador operável quando de sua atuação para abrir dita passa- gem, e com isto drenar gás da dita câmara de modulação através da dita passagem para reduzir a pressão de gás dentro da câmara de modulação de gás e permitir movimento do dito elemento para sua posição aberta sob a influência de pressão de gás exercida contra a primeira área superficial.

Uma restrição a escoamento de gás é localizada na passagem e é operável para limitar substancialmente a vazão de gás entre a câmara de modulação de gás e a passagem. As primeira e segunda áreas superficiais do elemento de válvula deslocável, a câmara de modulação, a passagem de escoamento de modulação de gás e a mola são correlacionadas de modo que gás a par- tir da fonte é distribuído para o receptor a uma pressão genericamente constante durante uma parte substancial do tempo que o gás escoa a partir da fonte para o receptor. Isto é conseguido por meio de escoamento recor- rente do gás para dentro e para fora da câmara de modulação através da passagem de modulação de escoamento de gás. O sistema completo de supressão de risco também inclui nor- malmente um conjunto sensor operável para sensoriar um risco dentro da sala protegida, ou similar, e em resposta a ele, atuar cada um dos atuadores de unidade de válvula. No caso de um sistema de supressão de incêndio, o sensor seria normalmente na forma de um detector de fumaça. Este podería ser acoplado eletricamente a uma válvula solenóide que controla uma fonte de gás piloto. Quando um fogo é sensoriado, a válvula solenóide é aberta, permitindo escoamento do gás piloto para as unidades de válvula para atuar estas últimas. A pressão de gás dentro dos cilindros, o qual é armazenado no- minalmente a 300 bar, é liberado através de uma respectiva válvula modula- dora a uma pressão constante de cerca de 20 até 50 bar, a uma vazão rela- tivamente constante. Não obstante esta pressão e vazão de liberação con- trolada relativamente baixas, os sistemas da invenção são capazes de for- necer gás de supressão adequado para a área protegida dentro de restri- ções de tempo estabelecidas. Isto representa uma vantagem econômica si- gnificativa.

Breve Descrição dos Desenhos Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de supressão de risco de acordo com a invenção, mostrado em uma configura- ção para proteger uma sala de computador,ou similar;

Figura 2 é uma vista isométrica fragmentada de um cilindro de gás inerte equipado com uma unidade de válvula de acordo com a invenção; A Figura 3 é uma vista superior em elevação da unidade de vál- vula preferida; A Figura 4 é uma vista lateral em elevação da unidade de vál- vula preferida; A Figura 5 é uma vista vertical em corte feita ao longo da linha 5- 5 da Figura 3, e que ilustra os detalhes de construção da unidade de válvula preferida; A Figura 6 é uma vista em corte feita ao longo da linha 6-6 da Figura 5; A Figura 7 é uma vista em corte feita ao longo da linha 7-7 da Figura 5; A Figura 8 é uma vista em corte feita ao longo da linha 8-8 da Figura 5; A Figura 9 é uma vista em seção vertical similar àquela da Figu- ra 5, porém delineando a unidade de válvula em sua posição aberta, de des- carga; A Figura 10 é uma vista em corte feita ao longo da linha 10-10 da Figura 9; A Figura 11 é uma vista em corte fragmentado de uma porção do corpo de válvula que faz parte da unidade de válvula preferida; A Figura 12 é um gráfico de pressão contra tempo, que ilustra as características da pressão declinante de uma unidade de válvula convencio- nal não modulada durante a descarga de gás inerte e de pressão muito ele- vada; A Figura 13 é um gráfico de pressão contra tempo que ilustra uma forma de onda de pressão típica obtida utilizando uma unidade de vál- vula de acordo com a invenção, durante a descarga de gás inerte e de pres- são relativamente baixa; e A Figura 14 é um fluxograma que ilustra a operação da unidade de válvula preferida.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida Voltando agora para os desenhos, um sistema de supressão de risco 20 está ilustrado de maneira esquemática na Figura 1. O sistema 20 é projetado para proteger uma sala fechada 22 que pode abrigar equipamento computador ou outros componentes valiosos. Falando genericamente, o sistema 20 inclui uma pluralidade de cilindros de gás inerte e de alta pressão 24, cada um equipado com uma unidade de válvula 26. Cada unidade de válvula 26 está conectada através de um conduto 28 a um conjunto distribui- dor 30. Como ilustrado, o conjunto 30 se estende para o interior da sala 22 e é equipado com uma pluralidade de bocais 32 para distribuição de gás inerte para o interior da sala 22 para finalidades de supressão de risco. A tubula- ção que constitui o sistema 30 pode ser tubo schedule 40 convencional, em oposição à tubulação do distribuidor schedule 160 de serviço pesado, e pla- ca de orifício de redução de pressão requeridos de sistemas precedentes desta característica. O sistema global 20 ainda inclui um detector de risco 34 que é acoplado por meio de um cabo elétrico 36 a uma válvula solenóide 38.

Esta última é conectada operacionalmente a um pequeno cilindro 40 que contêm normalmente nitrogênio pressurizado ou outro gás piloto apropriado. A saída da válvula 38 é na forma de uma linha piloto 42 que é conectada em série a cada uma das unidades de válvula 26. Como delineado na Figura 1, os diversos cilindros 24 podem estar localizados dentro de uma sala adja- cente ou área de armazenagem 44 na proximidade da sala 22. A Figura 2 ilustra um cilindro 24 que é convencionalmente um cilindro vertical metálico de parede espessa que tem um pescoço de saída 46. O gás inerte dentro do cilindro (usualmente nitrogênio, argônio, dióxido de carbono e/ou misturas deles), está a uma pressão relativamente elevada, da ordem de 150-300 bar, e preferivelmente da ordem de 300 bar. A unidade de válvula 26 é rosqueada no pescoço 46 (ver Figura 5) e inclui um corpo de válvula vertical 48 que suporta um atuador 50, manômetro 52 e conjunto dis- co de ruptura 54; adicionalmente a unidade de válvula inclui um elemento de vedação do tipo de pistão interno deslocável 56 (Figura 5). Como explicado mais completamente daqui em diante, a unidade de válvula 26 é projetada de modo que gás inerte a partir do cilindro 24 é distribuído para o conjunto distribuidor 30 a uma pressão genericamente constante, mais baixa do que a pressão dentro do cilindro associado durante uma parte substancial do tem- po que gás escoa a partir do cilindro.

Em mais detalhe, o corpo de válvula 48 é de projeto tubular e tem uma porta de entrada tubular rosqueada extemamente 58 que é acomo- dada em rosqueamento pelo pescoço 46, uma porta de descarga 60 adapta- da para acoplar a um conduto 26, uma porta de descarga 61 adjacente à porta 60, um furo vazado escalonado 62 que se comunica com as portas 58, 60 e 61 e uma câmara de mola mais superior 64. O furo 62 é configurado para apresentar (ver Figura 5) do fundo para o topo uma crista de vedação anelar 66, região ampliada radialmente 68, ombro anelar 70, zona aliviada anelar, ombro 74 e rosqueamento 76 que conduz à câmara 64. O corpo 48 também tem uma extensão 78 que apresenta um furo 80 projetado para acomodar a extremidade interna do atuador 50. Para esta finalidade, um anel 82 é fornecido dentro do furo 80, bem como conec- tores de parafuso 84 para reter nele o atuador 50. Um par de passagens 86 e 88 se comunica com o furo 80 como melhor visto na Figura 6. A passagem 86 se estende desde o furo 80 para comunicação com a porta de descarga 60 (Figura 11). O furo 88 é furo de fim de linha, porém se comunica com uma passagem 90 que se estende até a abertura rosqueada 92 que acomo- da um tampão 93. Uma válvula Shrader convencional 94 que forma uma parte do atuador global 50 é assentada dentro da passagem e está em rela- ção normal de bloqueio com a passagem 90. A válvula 94 inclui um pino atuador o mais superior 96. Uma outra passagem 95 é fornecida para se estender desde a abertura 92 até a zona aliviada 72. O corpo de válvula 48 também inclui um furo rosqueado 98 adaptado para acomodar a extremidade de conexão do medidor 52. O furo 98 abriga uma válvula Shrader 99 que está em uma condição sempre aberta quando o medidor 52 está instalado. O furo 98 também se comunica com um outro furo rosqueado 100 que acomoda o conjunto de disco de ruptura 54.

Um furo de sensor 102 é fornecido dentro do corpo 48 e se estende desde o furo 98 até a porta de entrada 58, fazendo com que pressão dentro do cilin- dro 24 se comunique com o medidor 52 e também o furo 100. O conjunto 54 compreende um elemento rosqueado em forma de T 104 com uma passagem de alívio central 105 posicionada dentro do furo 100. A extremidade interna do elemento 100 inclui disco de ruptura con- vencional em forma de domo 106 em relação normal de bloqueio com a pas- sagem de alívio 105. Será apreciado contudo, que se o cilindro 24 experi- menta uma condição de sobrepressão, tal é comunicado através do furo de sensor 102 e serve ao disco de ruptura 16; este imediatamente descarrega o cilindro através da passagem 105. O atuador 50 inclui um corpo atuador principal 108, uma tampa de atuador 110 e um pistão deslocável interno 112. O corpo 108 tem uma porção em estreitamento mais inferior 114 assentada dentro do furo 80, e uma abertura central 116 com uma região interna radialmente expandida 177. Uma passagem de descarga 118 se comunica com a abertura 116 como mostrado. A extremidade superior do corpo 108 é rosqueada interna- mente como em 120. A tampa 110 é rosqueada para o interior da extremida- de superior do corpo 108 e tem uma câmara de pistão 122, bem como uma passagem transversal 124; esta última acomoda a linha piloto 42 como visto na Figura 6. O pistão 112 é genericamente em forma de T em seção trans- versal, com uma espiga que se estende lateralmente 126 e cabeçotes de pistão externo 128. A espiga 126 carrega um anel-0 de vedação 130 e um retentor de posição 132, este último se estendendo para o interior da região 117 de modo a limitar a faixa de movimento do pistão 112. A cabeça 128 também carrega um anel-0 de vedação 134. A extremidade interna da espi- ga 126 é configurada para engatar a extremidade superior do pino de atua- ção da válvula Shrader 96 como será explicado. O elemento de vedação 56 é posicionado dentro do corpo de válvula 48 e é deslocável nele de maneira seletiva durante operação da uni- dade de válvula 26. Fazendo referência à Figura 5, o elemento de vedação 56 inclui quatro componentes primários que se estendem do fundo para o topo, a saber, um suporte de vedação de pistão 136, inserto de fundo 138, seção de corpo interno 140 e seção de corpo externo superior 142. O suporte de vedação de pistão 136 inclui uma seção inferior 144 em relação de faceamento com o furo 62, bem como uma nervura ane- lar 146. Um anel de vedação 148 é colocado entre a seção 144 e a nervura 146. Uma série de aberturas 149 são fornecidas através do suporte 136 e se unem para formar uma passagem vazada 149a. Os insertos de fundo 138 são na forma de um corpo anelar que apresenta um flange superior que se estende radialmente para fora 150, que encontra o ombro 70 do corpo de válvula 48. O inserto carrega um anel de vedação periférico 152. A seção de corpo interno 140 é acoplada em rosqueamento com a seção que se projeta verticalmente do suporte 136 e suporta uma série de anéis de vedação verti- calmente espaçados separados 152-158. Adicionalmente, a seção 140 tem um par de segmentos de flange 12 espaçados verticalmente 160,161 e uma extremidade superior dotada de um furo rosqueado internamente 162. A se- ção 140 tem uma passagem central 164 que comunica com a passagem 149a. Uma porta 166 se estende desde a passagem 164 até um ponto logo acima do segmento de flange 160 e uma outra porta superior 168 se estende desde a passagem 164 até um ponto logo ao redor do segmento de flange 161. Um parafuso sem cabeça 169 é posicionado dentro da porta 168 e ser- ve para permitir passagem lenta de gás através dela a partir da passagem 164, ao mesmo tempo que bloqueia substancialmente escoamento inverso para o interior da passagem 164. A seção exterior do corpo 142 é de construção tubular e é ros- queada para o interior do rosqueamento do corpo de válvula 76, de modo a permanecer estacionária. A seção 142 tem um furo vazado central 165 que acomoda a seção de corpo interno 140 e anéis de vedação externos 170, 172. Também será observado que a seção 142 apresenta um par de ombros 174,176 e tem uma passagem lateral 178 que se comunica com a zona ali- viada 72. O projeto complementar das seções de corpo interno e externo 140, 142 define um par de câmaras anelares que são importantes para a operação da unidade de válvula 24. Assim, uma câmara de equalização 180 é fornecida entre a face superior do segmento flange 160 e o ombro 174, e uma câmara de modulação 182 é definida entre a face superior do segmento flange 161 e o ombro 176.

Os segmentos deslocáveis do elemento de vedação 56 (isto é, suporte de vedação de pistão 136 e seção de corpo interno interconectado 140), são suportados por meio de um conjunto de mola 184 localizado den- tro da câmara de mola 164. Em particular, uma mola ondulada 186 é as- sentada dentro da câmara e tem em sua extremidade superior um disco re- tentor anelar 188, este último carregando um anel de vedação periférico 190.

Um parafuso 192 assentado na arruela 194 se estende para baixo através do disco 188 e é acomodado em rosqueamento dentro do furo 162. Será apreciado que o conjunto de mola 184 serve para forçar ou deslocar o su- porte 136 e seção 140 para cima como visto na Figura 5, isto é, no sentido da posição de válvula aberta da unidade 26.

Operação.

Será entendido que a unidade de válvula 26 está normalmente em sua posição estática de espera de válvula fechada delineada nas Figuras 5 a 8. Nesta condição, o elemento de vedação 56 está deslocado para baixo como visto na Figura 5, de modo que o anel de vedação 152 entra em en- gatamento de vedação com a crista 66. Isto é conseguido em virtude da cor- relação entre a primeira área superficial operacional S1 apresentada pelo suporte de vedação 136, a segunda área superficial de operação S2 apre- sentada pela soma da área superficial efetiva da câmara de equalização S2E (ver Figura 8, onde S2E é a porção exposta da face do flange 160) e a área superficial efetiva da câmara de modulação S2M (ver Figura 7, onde S2M é a face exposta do flange 161), e a força exercida pelo conjunto de mola 184. Isto é, na posição estática fechada da unidade de válvula 26, uma força de abertura de válvula é exercida contra o elemento de vedação 56 na forma de pressão a partir do cilindro 24 é exercida contra a área superficial de operação S1 através da porta de entrada 58 e o efeito do conjunto de mola 184. Contudo, esta força de abertura é equilibrada em seguida por uma força de fechamento de válvula exercida contra a superfície de operação S2 (a soma de S2E e S2M) em virtude de passagem de gás pressurizado atra- vés do elemento válvula por meio da passagem 149a, passagem 164 e por- tas 166,168 até as câmaras de equalização e modulação 180,182, respec- tivamente. Será entendido com relação a isto que o parafuso sem cabeça 169 dentro da porta 168 permite a passagem lenta de gás através da porta 168 ao mesmo tempo que impede de maneira substancial escoamento in- verso rápido de gás a partir da câmara de modulação 182 de volta para a passagem 164.

Na posição de válvula fechada, o atuador 50 (Figura 6) está em sua condição de espera, isto é, o pistão 112 está elevado e a válvula Shra- der 94 está em relação de bloqueio de escoamento em relação à passagem 90. A operação do sistema 22 durante uma supressão de risco será descrita agora. Nesta discussão referência será feita aos componentes es- pecíficos do sistema é também à Figura 14, que é um fluxograma da opera- ção do sistema, projetado para facilitar um entendimento da invenção.

No caso de uma condição de risco tal como um incêndio na sala 22, o sensor 34, (por exemplo, um detector de fumaça) opera (Etapa 196) e envia um sinal de abertura para a válvula solenóide 38 (Etapa 198). Gás comprimido, (usualmente nitrogênio), atravessa então a linha piloto 42 (Eta- pa 200) de modo a atuar cada uma das unidades de válvula 26 acopladas respectivamente aos cilindros correspondentes 24 (Etapa 202). Voltando para a Figura 10, quando da introdução de gás piloto através da linha 32, o pistão 112 é deslocado para baixo, de modo que sua extremidade inferior engata e desloca o pino de atuação 96 da válvula Shrader 94. Como uma conseqüência, a passagem 90 é aberta. Quando isto ocorre, gás escoa a partir da câmara de modulação 182 para o interior e através de uma passa- gem de modulação constituída de uma zona anelar aliviada 72, passagem 95, abertura 92 e passagem 90 até a porta de descarga 60 (Etapa 204).

Neste ponto, a força de abertura da válvula exercida pela pressão de gás contra a área superficial S1 e o conjunto de mola 184 é suficiente para mo- ver o elemento de vedação 56 para a posição de válvula aberta delineada nas Figuras 9 e 10. Portanto, gás a partir do cilindra 24 passa a partir da porta de entrada 58 através da porta de descarga 60, conduto 28, distribui- dor 30 e bocais 32 (Etapa 206).

Como indicado anteriormente, um problema com válvulas de descarga precedentes no contexto de sistema de supressão de risco de alta pressão é a tendência de tais válvulas apresentarem um padrão de declínio pronunciado de pressão como ilustrado na Figura 12. Este padrão caracte- rístico de declínio resulta em uma "explosão" inicial da distribuição de gás inerte devido à pressão elevada do gás (da ordem de 200 bar ou cerca de 20,7 mPa (3000 psi)) com o declínio exponencial em pressão durante o cur- so de descarga restante de gás. Embora estes sistemas precedentes sejam capazes de distribuir volumes adequados de gás inerte dentro do quadro de tempo de supressão de risco, a utilização dos cilindros de gás de alta pres- são provoca despesa considerável em termos de tubulação e equipamento relacionado de manipulação e distribuição de gás.

Este problema é superado pela presente invenção que apre- senta a forma de onda de pressão genérica da Figura 13, isto é, gás é distri- buído a uma pressão genericamente constante mais baixa do que a pressão de gás dentro do cilindro 24, porém durante um período substancial (no mí- nimo cerca de 50%, mas preferivelmente no mínimo cerca de 75%) do tem- po durante o qual o gás é descarregado pela unidade de válvula 26. Este tipo de forma de onda de pressão possibilita a liberação de gás a uma pres- são de gás inerte muito mais baixa, da ordem de cerca de 10 até cerca de 100 bar ou desde cerca de 1 até 10 mPa (150 até 1500 psi), e como uma conseqüência pode ser feito uso de equipamento de manipulação e distribui- ção de gás de baixo custo, muitas vezes com o equipamento existente em sistemas que até agora empregaram Halon como supressores. Em um sis- tema preferido, a pressão de liberação é cerca de 50 bar.

Especificamente, como o gás a partir dos cilindros 24 é inicial- mente distribuído para a porta de descarga 60, uma contrapressão é gerada dentro da unidade de válvula, o que faz com que gás a partir do cilindro viaje de volta através da passagem de modulação acima descrita, que compreen- de a passagem 90, abertura 92, passagem 95, zona de alívio 72 e para o interior da câmara de modulação 180. Isto serve para mover o elemento de vedação 56 de volta no sentido da posição fechada da unidade de válvula.

Isto, por sua vez, cria uma restrição ao escoamento de gás a partir do cilin- dro 24 que continua até a pressão dentro da porta de descarga 60 ser redu- zida. Com isto, o gás a partir da câmara de modulação 182 escoa ao longo da passagem de modulação descrita até a porta de descarga. Este padrão de escoamento para trás e para a frente de gás ao longo da passagem de modulação recorre durante a maior parte do tempo que o gás escoa a partir dos cilindros 24. O resultado é uma modulação em pressão de escoamento de gás a partir do cilindro 24, para criar a porção genericamente horizontal da forma de onda da Figura 13. No sentido do final de descarga de gás a partir do cilindro 24, a força de mola exercida a partir do conjunto 184 se tor- na maior do que a soma das forças exercidas nas câmaras de equalização e modulação, de modo que a mola se torna o único elemento operacional na unidade de válvula, e esta última permanece completamente aberta até que o gás descarregue completamente. Será entendido com relação a isto que, embora a Figura 13 delineie uma linha essencialmente reta, a condição de pressão constante com um corte rápido ao final da descarga de gás, na prá- tica a forma de onda poderia apresentar flutuações genericamente ao redor da porção de linha reta da linha reta. A operação de modulação da unidade 26 está ilustrada na Figu- ra 14 dentro da caixa de linha tracejada 208 na forma de um diagrama lógi- co. Assim, na Etapa 210 se a força do cilindro (isto é, a força exercida pelo gás do cilindro contra a área superficial S1) mais a força de mola (isto é, a força exercida pelo conjunto de mola 184) iguala a contraforça exercida con- tra a segunda área superficial S2 (a soma das áreas superficiais S2E e S2M) nas câmaras de equalização e modulação 180, 182, o sistema está equili- brado, Etapa 212. Se a força de cilindro mais a força do conjunto de mola é menor do que a contraforça (Etapa 214), o elemento de vedação é movido no sentido de sua posição de válvula fechada (Etapa 216) para restringir o escoamento de gás a partir do cilindro. Se a força do cilindro mais a força da mola é maior do que a contraforça (Etapa 218) então o elemento de vedação é movido no sentido da posição de válvula aberta (Etapa 220). Esta modula- ção continua por meio da determinação efetiva da força do cilindro, força da mola e contraforça (Etapa 222) até que, na Etapa 218 a força da mola seja maior do que a contraforça exercida através das câmaras de equalização e modulação (Etapa 224). Neste ponto, o conjunto de mola se estende com- pletamente (Etapa 226), o que genericamente corresponde à porção "joelho" direcionada para baixo da forma de onda da Figura 13. Isto completa a ope- ração do sistema Etapa 228.

Claims (10)

1. Unidade de válvula (26) caracterizada pelo fato de que com- preende: um corpo de válvula (48) que apresenta uma entrada (58) adap- tada para se acoplar a uma fonte de gás pressurizado (24) e uma saída (60) adaptada para se acoplar a um receptor de gás (30); um elemento de válvula deslocável (56) localizado dentro do corpo (48) entre a entrada (58) e a saída (60) e deslocável entre uma posi- ção fechada de bloqueio de escoamento de gás e uma posição aberta que permite escoamento de gás a partir da fonte (24) até o receptor (30); uma mola (186) acoplada operacionalmente ao elemento de vál- vula (56) e que desloca o elemento na direção de sua posição aberta; primeira e segunda superfícies operacionais (S1, S2) que for- mam uma parte do elemento (56), a primeira superfície (S1) exposta ao gás pressurizado a partir da fonte (24) e o elemento (58) sendo normalmente mantido em sua posição fechada contra o deslocamento de mola (186); a existência de uma câmara de modulação (182) formada entre pelo menos uma parte da segunda superfície operacional (S2) e porções adjacentes do corpo de válvula (48), e uma passagem (168) que comunica a fonte (24) à câmara de modulação (182); e um atuador (50) operável sob sua atuação para fazer com que o deslocamento de gás pressurizado a partir da fonte (24) entre e saia da câ- mara de modulação (182); passagem (168) que apresenta uma restrição a escoamento de gás (169) operável para limitar a vazão de gás entre a fonte (24) e a câmara de modulação (182); as primeira e segunda superfícies operacionais (S1, S2), câmara de modulação (182) e mola (186), sendo correlacionadas de modo que quando o elemento (56) é deslocado para sua posição aberta, gás a partir da fonte (24) é distribuído para o receptor (30) a uma pressão entre 1 MPa e 10 MPa (10 a 100 bar) durante uma parte substancial do tempo que o gás es- coa a partir da fonte (24) até o receptor (30) por meio de escoamento do gás para dentro e para fora da câmara de modulação (182).

2. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizada pelo fato de que inclui uma câmara de equalização de gás (180) que se comunica com a fonte de gás pressurizado (24).

3. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 2, carac- terizada pelo fato de que a câmara de equalização de gás (180) é configu- rada de modo que o gás pressurizado a partir da fonte (24) exerce uma força dentro da câmara de equalização de gás (180) que desloca o elemento de válvula (56) na direção da posição fechada.

4. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizada pelo fato de que inclui uma passagem (90) comunicando a fonte (24) e o atuador (50).

5. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizada pelo fato de que o atuador (50) compreende um pistão deslocável (112).

6. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 5, carac- terizada pelo fato de que existe uma linha de gás piloto (42) acoplada ope- racionalmente ao pistão (112) e adaptada para conexão a uma fonte de gás piloto (40), o pistão (112) sendo deslocável quando da introdução de gás piloto para o interior da linha de gás piloto (42).

7. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizada pelo fato de que inclui um manômetro (52) exposto ao gás pressu- rizado.

8. Unidade de válvula, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizada pelo fato de que inclui um conjunto de disco de ruptura (54) para descarga do gás pressurizado em resposta a uma sobrepressão dentro da fonte (24).

9. Sistema de supressão de risco para suprimir um risco dentro de uma sala, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: uma pluralidade de cilindros de gás pressurizado (24), cada um sustentando um suprimento de gás de supressão de risco; uma unidade de válvula (26), de acordo com a reivindicação 1, acoplada operacionalmente a cada um dos cilindros (24); e um conjunto de distribuição (30) conectado com cada uma das unidades de válvula (26) para distribuição de gás a partir delas para a sala.

10. Sistema de supressão de risco, de acordo com a reivindica- ção 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um conjunto de sensor (34) operável para detectar um risco dentro de uma sala e, em res- posta a ele, atuar cada um dos atuadores.