ES2274575T3 - Alojamiento para un detector de gas inflamable. - Google Patents

Abstract

Un alojamiento para un detector de gas inflamable, que comprende un cuerpo de alojamiento con una abertura, a través de la cual el interior del cuerpo de alojamiento comunica con el exterior, un elemento apagallamas permeable al gas, localizado en la abertura, estando al menos una parte del cuerpo de alojamiento que rodea la abertura, moldeada de material plástico, estando las partes del cuerpo de alojamiento que forman la abertura, moldeadas alrededor del elemento apagallamas, con el elemento apagallamas in situ, mediante lo que el elemento apagallamas se fija al cuerpo de alojamiento.

Description

Alojamiento para un detector de gas inflamable.

Esta invención se refiere un alojamiento para un detector de gas inflamable.

Cierto tipo de detector de gas inflamable utiliza un elemento de medida calentado, para oxidar cualquier gas inflamable presente. La oxidación de gases inflamables en el elemento de medida provoca un cambio en las propiedades electrónicas del sensor, que se detecta indicando la presencia de un gas inflamable. Por ejemplo, un elemento de medida con gollete catalítico, puede comprender una bobina de cable incrustada en un gollete poroso que contiene un catalizador. El gollete es calentado eléctricamente, haciendo pasar corriente a través del cable. Si el gas inflamable está presente en el gollete, se oxida de forma exotérmica en presencia del catalizador, provocando que la temperatura del gollete, y por tanto de la bobina de cable, se incrementen. El cambio en la resistencia, resultante del cambio de temperatura, es detectado, indicando la presencia de un gas inflamable. Frecuentemente se utiliza los elementos de gollete en una disposición de puente Wheatstone, con un elemento actuando como sensor, y el otro siendo de construcción similar, pero permaneciendo inerte y actuando como un control. Puede obtenerse una salida mayor, y por tanto mayor sensibilidad, utilizando múltiples golletes conectados en serie, o mediante el uso de amplificación electrónica de la señal de salida.

Aunque, para el funcionamiento del detector, el gas dentro del alojamiento del detector debe comunicar con los gases del ambiente del entorno, por razones de seguridad debe impedirse que el gas sometido a oxidación dentro del alojamiento, pueda encender cualquier gas inflamable fuera del alojamiento. Con este objeto, detectores conocidos incluyen, en la pared del alojamiento, un apagallamas en la forma de un elemento sinterizado, a través del cual el interior del alojamiento comunica con el exterior. El apagallamas debería proporcionar una pequeña resistencia a la difusión, en consistencia con sus requisitos principales de dureza, y extinción del frente de llama.

El alojamiento para el sensor debe ser ignífugo, y capaz de resistir explosión interna sin permitir que un frente de llama se propague fuera del alojamiento. Cualesquiera uniones o separaciones en el alojamiento, deben ser lo suficientemente pequeñas para atenuar el frente de llama, de forma que este sea incapaz de inflamar el gas fuera del alojamiento.

Los alojamientos conocidos están moldeados con metal. Todo los trayectos potenciales del fuego necesitan una inspección del 100% para que el alojamiento satisfaga los pertinentes estándares de seguridad. El elemento apagallamas debe, no solo estar diseñado para satisfacer los estándares de seguridad necesarios, sino que debe estar asegurado en el alojamiento, de forma que impida que se proporcione un camino de llamas en el interfaz del alojamiento/elemento apagallamas. Para fabricar una disposición satisfactoria de apagallamas, el alojamiento y el elemento sinterizado deben estar en estrecho contacto a lo largo de toda la longitud del interfaz de alojamiento/elemento sinterizado. La periferia del elemento sinterizado, y la superficie interna del alojamiento sobre la región de contacto con el elemento sinterizado, deben estar moldeadas de forma precisa. En la práctica, para satisfacer las ajustadas tolerancias requeridas para un rendimiento satisfactorio, el alojamiento de metal fundido tiene que estar maquinado con precisión.

En la fabricación de detectores conocidos de gas inflamable, el elemento sinterizado se fija al alojamiento en una operación separada. El elemento sinterizado puede encolarse al alojamiento, o bien el alojamiento puede martillarse sobre el elemento sinterizado, o bien el elemento sinterizado puede ser retenido en el alojamiento, martillando el alojamiento sobre los bordes del elemento sinterizado, siendo el elemento sinterizado subsiguientemente encolado en su posición.

El maquinado de precisión, el aseguramiento de calidad, y las operaciones de fijación, necesarios para asegurar que los alojamientos conocidos satisfacen estándares de seguridad, los hace de fabricación lenta y producción costosa.

El documento US-A-4 352 099 revela un detector de gas inflamable que tiene un elemento de medida, una cubierta fabricada de metal sinterizado que abarca el elemento de medida, y una arandela para mantener la cubierta sinterizada, en su posición.

El documento WO-A-8 404 967 revelada un sistema detector de gas, fácilmente desmontable, que tiene un alojamiento fabricado de material plástico, y un sensor de gas desmontable, que está separado de la atmósfera, siendo detectado por un filtro apagallamas, que está sujeto en su posición mediante una pieza tope del alojamiento.

Documento JP-A-58 146 845 revela un sensor de gas combustible, que está unido a un orificio de ventana, en una película de poliimida con un adhesivo, y está cubierto por una malla que previene la
explosión.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un alojamiento para un detector de gas inflamable, que comprende un cuerpo de alojamiento con una abertura, a través de la cual el interior del cuerpo de alojamiento comunica con el exterior, un elemento apagallamas permeable al gas, localizado en la abertura, estando al menos una parte del cuerpo de alojamiento que rodea la abertura, moldeada a partir de materiales plásticos, estando las partes del cuerpo de alojamiento que forman la abertura, moldeadas alrededor del elemento apagallamas, con el elemento apagallamas in situ, mediante lo que el elemento apagallamas se fija al cuerpo de alojamiento. Moldear el cuerpo de alojamiento de plástico, alrededor del elemento apagallamas, con el elemento apagallamas
in situ, elimina la operación de fijar el elemento apagallamas en el alojamiento. Moldear el material plástico directamente sobre la periferia del elemento apagallamas, elimina el trayecto de llama en el interfaz entre el elemento apagallamas y el alojamiento. Se elimina los requisitos para maquinar el alojamiento, y fijar el elemento sinterizado al alojamiento en una operación separada, reduciendo el número global de operaciones de fabricación, con el subsiguiente ahorro tanto en coste, como en tiempo de
fabricación.

Se utiliza material plástico apropiado para el cuerpo de alojamiento. Este debería exhibir una alta resistencia al impacto, rigidez mecánica, estabilidad UV, y propiedades de retardo de llamas, sobre un rango extenso de temperaturas. Plásticos adecuados pueden ser termoplásticos, por ejemplo sulfuro de polifenilo (polyphenylsulphide, PPS), tereftalato de polibutilo (polybutylterepthalate, PBT), o LCP (polímero de cristal líquido, tal como poli(benzoato-naftoato)). Alternativamente, puede utilizarse plásticos termoendurecibles como son DMC (dough-moulding compound-polyester, premezcla en pasta de poliester).

La naturaleza porosa de los elementos sinterizados permite que cualesquiera plásticos calientes que entren en contacto con el elemento sinterizado, entren por capilaridad en el elemento sinterizado, reduciendo la permeabilidad al gas del elemento sinterizado y, por lo tanto, su eficacia. Cuando se utiliza un elemento sinterizado que tiene un anillo de soporte alrededor de su periferia, el alojamiento puede diseñarse de forma que los plásticos calientes vengan en contacto solo con el anillo de soporte, y nunca en contacto directo con el elemento sinterizado poroso.

Si alojamiento ha moldearse alrededor de un elemento sinterizado que no tiene un anillo de soporte, puede reducirse la absorción por capilaridad, o eliminarse, mediante utilizar un elemento sinterizado que tenga una densidad mayor alrededor de la periferia, en la que se unirán el alojamiento y el elemento sinterizado, que en el medio. Mediante hacer más densa la periferia se reduce el tamaño del poro, y el material de plástico fundido no puede penetrar tan fácilmente en el material sinterizado, donde entra en contacto con el alojamiento.

Se describirá ahora realizaciones preferidas de la invención, con mayor detalle, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1 es una elevación lateral del alojamiento;

la figura 2 es una sección transversal del alojamiento de la figura 1, a lo largo de la línea A-A, que muestra un elemento sinterizado con un anillo de soporte;

la figura 3 es una sección expandida, de la unión de elemento sinterizado/alojamiento, de la figura
2;

la figura 4 es una sección del alojamiento de la figura 1, a lo largo de la línea A-A, que muestra un elemento sinterizado sin un anillo de soporte;

la figura 5 es una sección expandida de la unión de elemento sinterizado/alojamiento, de la figura 4; y

la figura 6 muestra un elemento sinterizado, con densidad incrementada alrededor de su periferia.

Las figuras 1 y 2 muestran un alojamiento 10 para un detector de gas inflamable. El alojamiento consiste en dos partes 11 y 12, que se enroscan entre sí para formar una cámara cerrada 13. Un elemento sinterizado poroso 14 del tipo provisto con un anillo de soporte 15, está montado en un extremo del alojamiento, y proporciona el medio mediante el cual el interior del alojamiento comunica con el exterior.

El alojamiento 10 acomoda los elementos de medida del detector de gas inflamable. Un dispositivo de retención 16 del sensor, en forma de disco circular con rebordes, con dos agujeros 17 que se extienden en la dimensión axial, localiza un elemento de medida 18 y un elemento de referencia o control 19, dentro del alojamiento. Los elementos 18 y 19 son de construcción similar. Aunque la realización mostrada en los dibujos tienen un solo elemento de medida y un solo elemento de referencia, son posibles otras realizaciones. Por ejemplo el dispositivo de retención del sensor, puede contener múltiples golletes conectados en serie, para el elemento de medida y el elemento de
referencia.

El elemento de medida 18 consiste en un cable calentador 20, conectado entre dos conductores de acometida 21 que están montados en un bloque de soporte 22. Hay formado un gollete 23 de material catalizador, alrededor del cable calentador.

El elemento de referencia es idéntico al elemento de medida, excepto por cuanto que el gollete es inerte, sea debido a que el material catalizador es emitido, o debido a que el catalizador ha sido deliberadamente empobrecido.

Los conductores de acometida de los elementos, están conectados al exterior mediante conductores (no mostrado), que pasan a través de una parte de manguito 24 de diámetro reducido, en el extremo opuesto del alojamiento, respecto del elemento sinterizado 14. El alojamiento del detector montado se rellena con un encapsulante 25, tal como una resina epoxi.

El elemento de medida y elemento de referencia, están conectados en brazos opuestos de un circuito puente Wheatstone (no mostrado). Se pasa una corriente eléctrica a través de los cables calentadores 20 de los elementos 18 y 19, y se calienta los golletes 23. En ausencia de gases inflamables, las resistencias de los dos elementos 18 y 19 son las mismas, y los brazos del puente Wheatstone se equilibran, teniendo como resultado la ausencia de caída de tensión a través de los brazos.

Si hay un gas inflamable presente en la atmósfera ambiental que rodea al alojamiento 10, parte se difundirá a través del elemento sinterizado 14 hacia los agujeros 17, en los que están localizados los elementos detector y de referencia, 18 y 19. La presencia del catalizador calentado en el gollete del elemento de medida 18, provoca que cualesquiera gases inflamables a su alrededor, se oxiden en una reacción exotérmica. Esta reacción calienta el gollete del elemento de medida 18, y provoca que la temperatura de su cable de calentamiento se incremente lo que, a su vez, provoca que se incremente la resistencia del cable. El incremento en la resistencia del elemento de medida 18, en comparación con la resistencia del elemento de referencia 19, provoca que se desequilibre el puente Wheatstone, y es detectada una caída de tensión a través del puente, que indica la presencia del gas
inflamable.

Se describirá ahora, con más detalle, la construcción del alojamiento. La primera parte 11 del alojamiento 10 está fabricada moldeando materiales plásticos alrededor del anillo de soporte 15, que soporta el elemento sinterizado 14. Una parte de un troquel, el troquel hembra, tienen un núcleo circular elevado. El elemento sinterizado es centrado sobre el núcleo circular elevado, de forma que toda la periferia del anillo de soporte 15 sobresale del núcleo elevado. El troquel macho tiene un área menor en sección transversal, se ajusta dentro del troquel hembra, y se localiza sobre, y alrededor de, el elemento sinterizado, de forma que el elemento sinterizado 14 está contenido por completo entre el troquel macho y el núcleo del troquel hembra, manteniendo el material plástico fuera de contacto con el elemento sinterizado. Se inyecta material plástico caliente en el molde de troquel, y se deja que fragüe.

El material plástico que se incorpora ahora al elemento sinterizado, se saca del molde para formar la primera parte 10 del alojamiento, como se muestra en las figuras 2 y 3. El interfaz 26 moldeado entre la primera parte de plástico 11 del alojamiento 10 y el anillo de soporte 15, evita la creación de cualquier camino de llamas entre el alojamiento y el anillo de soporte, manteniendo la vez las propiedades del elemento sinterizado, a saber su permeabilidad al gas, y su capacidad de extinguir un frente de llama. La primera parte del alojamiento fabricado de este modo, tiene un extremo formado con una abertura 27, que está cerrada mediante el elemento sinterizado 14, estando el otro extremo 29 abierto, y teniendo una rosca externa 30.

El dispositivo de retención 16 del sensor, se ajusta en el interior de la primera parte 11 del alojamiento, localizado contra la cara interior del elemento sinterizado 14, y un hombro 28 formado en el interior del alojamiento. El dispositivo de retención del sensor mantiene los elementos detector y de referencia 18 y 19, en las posiciones requeridas, en el interior del elemento sinterizado 14.

La segunda parte 12 del alojamiento 10, está también moldeada de materiales plásticos. Un extremo 31 de la parte 12, tiene una rosca interna 32 que ajusta con la rosca externa 30, en el extremo 29 de la primera parte 11, y permite que las dos partes se enrosquen entre sí para formar la cámara cerrada 13.

En otro extremo 33 de la segunda parte del alojamiento, está formada con un manguito integral 24 de diámetro reducido, para permitir la conexión eléctrica de los elementos detector y de referencia, al conjunto de circuitos eléctricos del puente Wheatstone (no mostrado). Con el dispositivo de retención 16 del detector, sujetando en su posición los elementos 18 y 19 en la primera parte del alojamiento, las dos partes 11 y 12 son enroscadas entre sí. El extremo de la cámara 13, entre el dispositivo de retención 16 y el manguito 24, se rellena después con una resina epoxi encapsulante 25, que sella el interior del alojamiento, separado respecto de los agujeros 17 que acomodan los elementos 18 y 19, respecto del entorno.

El alojamiento está moldeado de materiales plásticos, que proporcionarán un rendimiento satisfactorio a las temperaturas de funcionamiento que probablemente experimenten el detector. Termoplásticos adecuados incluyen, pero no se limitan a, sulfuro de polifenilo relleno de mineral, tereftalato de polibutilo, y polímero de cristal líquido tal como poli(benzoato-naftoato). Alternativamente, puede utilizarse plásticos termoendurecibles, tales como premezcla en pasta de poliester.

Las figuras 4 y 5 muestran una realización alternativa de la invención, en la que el elemento sinterizado no tiene anillo de soporte, y la primera parte 11' del alojamiento está moldeada directamente sobre el propio elemento sinterizado 14', de forma que el elemento sinterizado está en estrecho contacto con la primera parte del alojamiento de plástico. Para impedir que los plásticos calientes del alojamiento entren por capilaridad en el elemento sinterizado 14', durante el proceso de moldeado por inyección, el elemento sinterizado está fabricado con densidad incrementada alrededor de su periferia, lo que tiene como resultado que la parte central del elemento sinterizado permanece permeable a los gases, y las partes periféricas del elemento sinterizado son menos susceptibles a absorber los plásticos calientes.

La figura 6 muestra un elemento sinterizado 14', que ha sido fabricado para proporcionar una parte central 35 permeable al gas, y partes periféricas 36 más densas. Los elementos sinterizados de este tipo pueden fabricarse mediante una variedad de formas. Puede producirse apagallamas en forma de elementos sinterizados, por colada de metal en polvo, de un tamaño de grano conocido, en un molde que forma una mitad de un conjunto de troquel. La segunda mitad del conjunto de troquel es descendida, y se aplica presión al polvo, permitiendo que parte de las partículas liguen entre sí, en forma de galleta quebradiza conocida como sinterizado en estado verde. Este sinterizado verde es después cocido en un horno, llevándose normalmente a cabo la cocción en una muestra reducida, para asegurar que el polvo permanece en el estado metálico. En la estructura sinterizada al final, las partículas metálicas se funden entre sí, proporcionando a la estructura una resistencia mayor, mientras que proporcionan al mismo tiempo muchos caminos para que el gas pase a través del elemento sinterizado, si bien sobre una distancia mucho más larga que el grosor del elemento sinterizado. Un frente de llama presente en el interior de un alojamiento del detector, puede también comenzar a lo largo de estos trayectos. Sin embargo, la combinación de la alta conductividad térmica de las partículas de metal, y la longitud del camino a través del cual debe viajar el frente de llama para alcanzar el lateral del elemento sinterizado, en contacto con el entorno circundante, asegura que cualquier frente de llama es extinguido antes de alcanzar el entorno circundante. El elemento sinterizado presenta muy poca resistencia al paso de
gases.

Un método para producir un elemento sinterizado, con densidad de sinterizado incrementada alrededor de su periferia, es producir un elemento sinterizado normal, plano, en estado verde, que después es situado en un segundo troquel, de forma que es aplicada una presión incrementada solo en la periferia de elemento sinterizado. Por lo tanto, la periferia es comprimida suplementariamente, y las partículas de polvo se empaquetan con mayor densidad. Después, el sinterizado es cocido de la forma normal, utilizando una combinación de hornos de reducción. Mediante aplicar la suficiente presión a la periferia durante el proceso de fabricación, esta puede hacerse tan densa en el producto acabado, que la exudación sea reducida, o incluso eliminada. El elemento sinterizado resultante tiene una sección central 35 permeable al gas, y una periferia 36 más densa, que es menos susceptible a la exudación, y que puede ser incluso totalmente impermeable al gas.

En otro método, el conjunto de troquel inicial puede construirse de forma que el polvo sea vertido de forma homogénea en el molde, y la segunda mitad del conjunto del troquel tenga una parte central rebajada. Cuando se aplica presión a la segunda mitad del troquel, la periferia del sinterizado tiene aplicada una presión mayor que la parte central. Cuando se hornea como se indica arriba, el elemento sinterizado producido tiene una sección central 35 permeable al gas, y secciones periféricas 36 más densas, que son menos susceptibles a la exudación.

En un tercer método, el sinterizado puede estar fabricado de dos polvos, un polvo más grueso en el centro, y un polvo más fino hacia el borde. Se aplica presión uniforme para formar el sinterizado. Por la naturaleza del tamaño de grano menor del polvo fino, se fabricará un sinterizado más denso e impermeable, en el exterior. Mediante fabricar un elemento sinterizado con una periferia más densa, se evita la necesidad de un anillo de soporte, y puede fabricarse elementos sinterizados a un coste menor.

En realizaciones alternativas, el elemento sinterizado puede construirse situando un grosor mayor de partículas de metal en polvo, en la periferia de forma que, en el artículo acabado, el grosor del elemento es uniforme, con la periferia teniendo una mayor densidad que el centro.

Claims (13)

1. Un alojamiento para un detector de gas inflamable, que comprende un cuerpo de alojamiento con una abertura, a través de la cual el interior del cuerpo de alojamiento comunica con el exterior, un elemento apagallamas permeable al gas, localizado en la abertura, estando al menos una parte del cuerpo de alojamiento que rodea la abertura, moldeada de material plástico, estando las partes del cuerpo de alojamiento que forman la abertura, moldeadas alrededor del elemento apagallamas, con el elemento apagallamas
in situ, mediante lo que el elemento apagallamas se fija al cuerpo de alojamiento.

2. Un alojamiento para un detector de gas inflamable, acorde con la reivindicación 1, en el que el elemento apagallamas se proporciona mediante un elemento sinterizado.

3. Un alojamiento para un detector de gas inflamable, acorde con la reivindicación 2, en el que elemento apagallamas incluye un anillo de soporte, estando dispuesto el anillo de soporte alrededor del elemento sinterizado, y el material plástico del cuerpo de alojamiento estando moldeado sobre el anillo de soporte.

4. Un alojamiento para un detector de gas inflamable, acorde con la reivindicación 2, en el que la densidad del elemento sinterizado es mayor alrededor de la periferia del elemento sinterizado, que en el centro.

5. Un alojamiento para un detector de gas inflamable, acorde con la reivindicación 4, en el que el elemento sinterizado está provisto con una densidad de sinterizado incrementada alrededor de su periferia, mediante el uso de un polvo de grano fino alrededor de la periferia, y un polvo de grano más grueso en el centro.

6. Un alojamiento para un detector de gas inflamable, acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material del alojamiento es termoplástico, y es sulfuro de polifenilo, tereftalato de polibutilo o poli(benzoato-naftoato), relleno con
mineral.

7. Un alojamiento para un detector de gas inflamable acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el material plástico del alojamiento es termoendurecible, y es una premezcla en pasta de poliester.

8. Un método para moldear un alojamiento de un detector de gas inflamable, acorde con la reivindicación 1, que comprende moldear al menos una parte de un cuerpo de alojamiento, a partir de plásticos, alrededor de la periferia de un elemento apagallamas permeable al gas.

9. Un método para moldear un alojamiento para un detector de gas inflamable, acorde con la reivindicación 8, en el que el elemento apagallamas incluye un elemento sinterizado.

10. Un método acorde a la reivindicación 9, que incluye la formación del elemento sinterizado a partir de metal en polvo, siendo comprimida la periferia del elemento sinterizado, para formar un material de densidad mayor que en el centro.

11. Un método acorde con la reivindicación 10, en el que el elemento sinterizado está provisto con una densidad de sinterizado incrementada alrededor de su periferia, mediante un segundo prensado de un sinterizado en estado verde, no cocido.

12. Un método acorde con la reivindicación 10, en el que el elemento sinterizado es provisto con una densidad incrementada alrededor de su periferia, en una sola operación de moldeado, utilizando un molde escalonado o graduado.

13. Un método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el alojamiento de plástico está fabricado mediante moldear por inyección el material plástico, alrededor del elemento
apagallamas.