ES2283909T3 - Extintor hibrido. - Google Patents

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ES2283909T3
ES2283909T3 ES04018370T ES04018370T ES2283909T3 ES 2283909 T3 ES2283909 T3 ES 2283909T3 ES 04018370 T ES04018370 T ES 04018370T ES 04018370 T ES04018370 T ES 04018370T ES 2283909 T3 ES2283909 T3 ES 2283909T3
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Robert M. Mitchell
Nicholas R. Arnot
George J. Callis
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Aerojet Rocketdyne Inc
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Abstract

Extintor que comprende: una botella que presenta un interior; un agente extintor contenido en la botella cuando el extintor se encuentra en una condición de predescarga; una carga de propelente químico; y un conjunto contenedor para contener la carga de propelente químico que presenta: un primer extremo montado en una abertura en un extremo superior de la botella; un segundo extremo inmerso en el agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga; un cerramiento, que cierra el primer extremo; y un conjunto iniciador (400) montado en el interior del cerramiento para realizar la ignición del propelente y que comprende un medio de disparo que comprende: un cebador de pistón recambiable (406) con una carga de cebo; una clavija de disparo (410); un muelle (412); y un solenoide (418) que presenta: una bobina (420); y un émbolo (416), acoplado a la clavija de disparo mediante un fiador (414), desplazable mediante la aplicación de energía a la bobina, desde una primera posición por lo menos a una segunda posición de manera que dicho desplazamiento aleja la clavija de disparo del cebador hasta que el émbolo alcanza la segunda posición, tras lo cual la liberación del fiador permite que la clavija de disparo sea conducida mediante el muelle a impactar el cebador y causar la ignición de la carga de cebo que a su vez causa la ignición de la carga del propelente químico para presurizar el agente extintor y descargar el agente extintor del extintor.

Description

Extintor híbrido.
La presente invención se refiere a la supresión del fuego, y más particularmente a los extintores que pueden ser instalados en el interior de vehículos.
Hay una gran variedad de tecnologías de extinción y de construcciones de extintores. Entre éstas se incluyen los extintores accionados por propelentes y los extintores cargados con gas licuado y/o comprimido.
Las características básicas de un antiguo extintor accionado por propelente se describen en la patente US 2.530.633 (Scholz). Scholz da a conocer un extintor en el que "un medio de extinción líquido, tal como bromuro de metilo, es expelido desde su contenedor mediante un gas evolucionado a partir de la quema de" una carga pirotécnica. La carga está originalmente almacenada en un contenedor que incluye detonadores eléctricos. El contenedor de la carga está montado en un extremo superior del recipiente en el interior de la "copa del contenedor". Opuesto a la copa del contenedor, se forma una salida del recipiente mediante un racor en codo, sellado mediante un diafragma rompible. La ignición de la carga pirotécnica rompe una pared inferior del contenedor de la carga y descarga los gases de combustión al interior del recipiente. Los gases de combustión sirven "como un pistón de gas actuando sobre la superficie del líquido" rompiendo el diafragma que sellaba la salida y propulsando el líquido fuera del extintor.
La aplicación de un extintor accionado por propelente para la utilización en vehículos militares se describe en la patente US 4.319.640 (Brobeil). Brobeil da a conocer un extintor similar en muchos aspectos al de Scholz. El agente extintor ejemplar utilizado es Halon 1301. El extremo inferior del recipiente del extintor está sellado mediante un diafragma rompible. Un dispositivo generador de gas se encuentra montado sobre el cuello del recipiente. La composición generadora de gas ejemplar es 62% de ácida sódica y 38% de óxido de cobre.
La patente US 5.660.236 (Sears et al.) da a conocer la aplicación de presión desde un generador de gas sobre un pistón anular que comprime un agente extintor situado en una parte central de un contenedor cilíndrico. Este, a su vez, induce la rotura de los discos rompibles que separan el agente extintor de una parte extrema con una abertura del contenedor cilíndrico. Una parte del gas de combustión sortea el pistón y fluye directamente a la parte extrema abierta donde ayuda a la vaporización del agente extintor y conduce dicho agente extintor fuera del extintor.
La patente US 4.889.189 (Rozniecki) da a conocer un extintor que utiliza una "válvula de descarga" de tipo asiento. Una cámara de aire separa una primera cámara que contiene el agente extintor de una segunda cámara en la que se admite el gas presurizador. La cámara de aire se estira debido a la presurización de la segunda cámara para conducir el agente extintor fuera de la primera cámara. La válvula de descarga (montada centralmente en la cámara de aire) se abre una vez que la cámara de aire ha alcanzado su máximo estiramiento (habiendo reducido el espacio ocupado por la primera cámara a una pequeña fracción del volumen total del contenedor y habiendo conducido casi todo el agente extintor del contenedor). La apertura de la válvula de descarga permite que el gas propelente sea descargado desde el segundo volumen a través del primer volumen tomando con él considerablemente los restos de cualquier agente extintor.
La patente US 4.579.315 (Kowalski) da a conocer un extintor presurizado Halon 1301. La salida del extintor se encuentra normalmente cerrada por una válvula de asiento. El asiento se mantiene en su posición cerrada mediante un pestillo que se libera mediante un solenoide y de esta manera permite que la presión en el interior del cilindro conduzca el asiento a una posición abierta.
La patente US 2.557.957 (Ferguson) da a conocer un extintor para aviones con gas presurizado y accionado manualmente. El agente presurizador y el agente extintor se mantienen inicialmente en cámaras separadas. Las dos cámaras se encuentran inicialmente separadas mediante una membrana o cerramiento y un pistón deslizante. El cerramiento es roto mediante un dispositivo punzante accionado manualmente, permitiendo que el agente presurizador conduzca el pistón contra el agente extintor. El pistón tiene una válvula de asiento que se abre una vez que el pistón ha alcanzado el final de su viaje, permitiendo que el agente presurizador conduzca cualquier agente extintor restante fuera del extintor.
La patente US 3.861.474 (De Palma) da a conocer un extintor químico seco que utiliza un gas comprimido como agente presurizador. La salida está normalmente sellada mediante un acoplamiento de la cabeza de una primera válvula con un asiento. Un tubo exterior circunscribe el asiento y se extiende desde el mismo hacia abajo y al interior del cuerpo de la sustancia química seca. Concéntricamente, en el interior del tubo exterior, hay un tubo interior. El extremo inferior del tubo interior está normalmente sellado mediante una segunda cabeza de válvula. Inicialmente, el espacio de cabeza y el tubo interior se encuentran presurizados. La válvula puede ser accionada manual o automáticamente. El accionamiento automático se consigue mediante el calentamiento del gas en el interior de un fuelle. La expansión del fuelle desacopla la primera cabeza de su asiento y la segunda cabeza del extremo inferior del tubo interior. Aunque el gas en el interior del espacio de cabeza empuja hacia abajo sobre la sustancia química seca, el gas que escapa del interior del tubo interior arrastra la sustancia química seca en un flujo hacia arriba a través del espacio anular entre los tubos interior y exterior.
La patente US 4.034.813 (Le Day) da a conocer un extintor, presurizado con gas, cerrado mediante una válvula de asiento con una cabeza aguas arriba y una válvula que se extiende aguas abajo. La válvula se mantiene en una posición cerrada mediante una clavija que presenta un extremo pivotante y un extremo libre. El extremo libre de la clavija está sostenido mediante un cuerpo de cera o mediante una aleación de bajo punto de fusión. El calor de un fuego ablanda el cuerpo, permitiendo que la presión en el interior del extintor conduzca la válvula a una posición abierta.
La patente US 4.159.744 (Monte et al.) da a conocer un extintor presurizado con nitrógeno. La botella de agente extintor está sellada mediante una válvula de asiento en la que la cabeza mira hacia el cuerpo del agente extintor y el vástago está dirigido hacia el exterior. La válvula se abre en la botella y es activada mediante un detonador o mediante una carga explosiva que actúa sobre un pistón que empuja contra el vástago.
La patente DE2659113 da a conocer un extintor que comprende una botella que presenta un interior; un agente extintor contenido en la botella cuando el extintor se encuentra en una condición de predescarga; una botella de propelente que presenta una primer extremo montado en el interior de una abertura en un extremo superior de la botella y un segundo extremo inmerso en el interior del agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga; un cerramiento que cierra el primer extremo y un mecanismo de punción para romper una membrana fina permitiendo que el propelente presurizado escape.
Existe una necesidad adicional de un extintor de alto rendimiento útil en vehículos y en otros espacios cerrados.
Un extintor según la presente invención se proporciona en la reivindicación 1.
Según un aspecto, una fuente de gas presuriza el agente extintor, por lo menos cuando la botella se encuentra en una condición de descarga y el agente extintor es descargado a través de una salida cuando el extintor se encuentra en la condición de descarga. Una válvula presenta un elemento de válvula que tiene una posición cerrada que sella la salida y una posición abierta que permite la descarga del agente extintor a través de la salida. El elemento de válvula puede ser desplazado desde la posición cerrada a la posición abierta en repuesta a una presión en el interior de la botella que excede el valor de la presión límite de descarga, tras lo cual el extintor pasa a la condición de descarga y descarga el agente extintor a través de la salida.
En diversas implementaciones, el elemento de válvula puede comprender un asiento que presenta una cabeza y un vástago conectado a la cabeza. La cabeza puede presentar una superficie anterior que mira hacia el interior de la botella y una cara posterior opuesta desde la que el vástago se extiende a lo largo de un eje del asiento. La válvula puede presentar un elemento de cierre que en la condición de predescarga presenta una primera parte acoplada al asiento y una segunda parte sujetada en relación a la botella. En la condición de predescarga el elemento de cierre trasmite una fuerza al asiento que retiene el asiento en la posición cerrada y en respuesta a la presión en el interior de la botella, que excede el valor de la presión límite de descarga, el elemento de cierre se rompe, tras lo cual la presión en el interior de la botella conduce el asiento a la posición abierta y el extintor pasa a la condición de descarga. Un muelle de retorno de válvula puede desviar el asiento hacia la posición cerrada. El muelle de retorno es capaz de devolver el asiento desde la posición abierta a la posición cerrada cuando el agente extintor ha sido considerablemente descargado del extintor.
El elemento de válvula puede comprender una cabeza que presenta una cara anterior que mira hacia el interior de la botella y una cara posterior opuesta y una vara plegable entre la cabeza y un cuerpo de la válvula. En la condición de predescarga, cuando la presión en el interior de la botella es inferior a la presión de descarga, la compresión axial de la vara puede ser capaz de resistir el movimiento hacia atrás de la cabeza y puede mantener la cabeza en la posición cerrada. En respuesta a la presión en el interior de la botella, que excede el valor de la presión límite de descarga, la vara puede plegarse retorciéndose, tras lo cual la presión en el interior de la botella conduce la cabeza a la posición abierta y el extintor pasa a la condición de descarga.
La fuente de gas comprende una carga de propelente químico. La carga de propelente químico puede presentar una temperatura de combustión inferior a aproximadamente 1.500ºF (816ºC). La carga de propelente químico puede comprender productos de combustión gaseosos que consisten esencialmente de nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua y mezclas de los mismos. La carga de propelente químico puede consistir esencialmente de una mezcla de 5-aminotetrazol, nitrato de estroncio y carbonato de magnesio.
La fuente de gas puede comprender un cartucho recambiable que contiene una carga de propelente químico. Un conjunto contenedor de cartucho puede contener el cartucho y puede tener un primer extremo montado en el interior de una abertura en un extremo superior de la botella y un segundo extremo inmerso en el interior del agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga. Un cerramiento puede cerrar el primer extremo. Un detonador recambiable puede estar montado en el cerramiento. El límite de presión de descarga puede estar comprendido en el intervalo de aproximadamente 300 psi (2,1 MPa) a aproximadamente 1.500 psi (10,3 MPa). El agente extintor puede seleccionarse de entre el grupo que comprende PFC, HFC, agua y soluciones acuosas.
La botella puede extenderse a lo largo de un eje longitudinal desde una primera abertura en un primer extremo hasta una segunda abertura en un segundo extremo, opuesto al primer extremo. La botella puede comprender la combinación de una primera pieza, que se extiende longitudinalmente en el interior desde una boca en el primer extremo, y una segunda pieza, que se extiende longitudinalmente en el interior desde una boca en el segundo extremo. La boca de la segunda pieza es considerablemente idéntica a la boca de la primera pieza. Un agente extintor está contenido en la botella cuando el extintor se encuentra en una condición de predescarga. Una fuente de gas presuriza el agente extintor por lo menos cuando la botella se encuentra en una condición de descarga. El agente extintor es descargado a través de una salida cuando el extintor se encuentra en una condición de descarga.
Las piezas primera y segunda pueden ser considerablemente idénticas. Las piezas primera y segunda pueden encontrarse en una soldadura anular. La fuente de gas comprende una carga de propelente y puede ser contenida en un elemento fijo asegurado en el interior de la boca de la primera pieza. La salida puede estar formada en un conjunto de descarga contenido en el interior de la boca de la segunda pieza.
Un procedimiento para la fabricación de un extintor puede comprender las etapas siguientes: Se proporcionan las piezas primera y segunda, presentando, cada una, una característica para fijar un conjunto del generador de gas o un conjunto de la cabeza de descarga. Las piezas primera y segunda se montan para formar una botella. Las piezas primera y segunda son opcionalmente modificadas, de manera adicional. Se proporciona un conjunto de la cabeza de descarga. Se proporciona un conjunto del generador de gas. Se proporciona un agente extintor. El conjunto de la cabeza de descarga es instalado en la primera pieza de la botella montada. El conjunto del generador de gas es instalado en la segunda pieza de la botella montada. La botella montada es llenada con el agente extintor. El montaje de las piezas primera y segunda puede comprender la soldadura conjunta de las piezas primera y segunda en un plano central transversal de la botella.
La botella puede extenderse a lo largo de un eje longitudinal desde una primera abertura en un primer extremo hasta una segunda abertura en un segundo extremo, opuesto al primer extremo. La botella presenta una presión de fallo. Un agente extintor está contenido en la botella cuando el extintor se encuentra en una condición de predescarga. Una fuente de gas presuriza el agente extintor por lo menos cuando la botella se encuentra en una condición de descarga. El agente extintor es descargado a través de una salida cuando el extintor se encuentra en la condición de descarga. Un asiento presenta una cabeza y un vástago conectado a la cabeza. La cabeza presenta una cara anterior y una cara posterior opuesta desde la que el vástago se extiende a lo largo del eje del asiento. El asiento presenta una posición cerrada normalmente sellando la salida y una posición abierta que permite la descarga del agente extintor a través de la salida. La cabeza presenta una zona de rotura preferente, en respuesta a una presión interna en el extintor que excede una presión límite de seguridad, se rompe para permitir la descarga del agente extintor desde el extintor, reduciendo la presión interior y evitando que la presión interna aumente hasta un margen de seguridad de dicha presión de fallo.
La zona de rotura preferente puede ser cercana a una ranura anular en la cabeza de manera que tras dicha rotura la parte periférica anular de la cabeza se separa de una parte central de la cabeza. La cara anterior de la cabeza puede mirar hacia el interior de la botella. La fuente de gas comprende una carga de propelente químico que, tras la ignición, eleva la presión interna. Durante el funcionamiento normal, el vástago puede ser desplazado desde la posición cerrada a la posición abierta en respuesta a la presión en el interior de la botella que excede un valor de presión límite de descarga, inferior al valor de dicha presión límite de seguridad, tras lo cual el extintor pasa a la condición de descarga y descarga el agente extintor a través de la salida. La presión límite de seguridad puede estar comprendida en el intervalo de aproximadamente 1.000 psi (6,9 MPa) y aproximadamente 2.000 psi (13,8 MPa) y la presión límite de descarga puede estar comprendida en el intervalo de aproximadamente 300 psi (2,1 MPa) y aproximadamente 1.500 psi (10,3 MPa). La presión límite de seguridad puede estar comprendida en el intervalo de aproximadamente 1.000 psi (6,9 MPa) y aproximadamente 3.000 psi (20,7 MPa).
En otro aspecto, un fluido agente extintor está contenido en la botella cuando el extintor se encuentra en una condición de predescarga. El extintor presenta una orientación preferente para su utilización en un campo gravitacional. En dicha orientación preferente el agente extintor se extiende hacia arriba desde un punto inferior en el interior de la botella a un nivel de superficie a una primera altura en la condición de predescarga. El agente extintor es descargado a través de una salida del extintor cuando el extintor se encuentra en una condición de descarga. Una carga de propelente químico se combustiona para producir gases de combustión que se introducen en el agente extintor a través de una salida de gas de combustión y eleva una presión interna del extintor por encima de una presión inicial. La salida de combustión está situada por debajo de la primera altura, a una distancia suficiente para causar la mezcla de los gases de combustión y el agente extintor de manera que el agente extintor descargado desde el extintor está considerablemente mezclado con por lo menos una parte de dichos gases de combustión.
El agente extintor puede presentar una superficie a la primera altura y el interior de la botella contiene un espacio de cabeza sobre la superficie. La salida de combustión puede estar situada en una mitad inferior de una distancia vertical desde la salida del extintor hasta la primera altura. La salida de combustión puede estar situada en un tercio inferior de un volumen del agente extintor. La salida de combustión puede comprender diversas aberturas posicionadas para dirigir los gases de combustión radialmente hacia fuera. La carga de propelente químico puede presentar una temperatura de combustión inferior a aproximadamente 1.500ºF (816ºC).
En otro aspecto, un cartucho recambiable puede contener la carga de propelente químico. Un conjunto contenedor de cartucho contiene el cartucho y presenta un primer extremo montado en una abertura en un extremo superior de la botella. Un segundo extremo se encuentra inmerso en el interior del agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga. Un cerramiento cierra el primer extremo. Un detonador se encuentra montado en el cerramiento para realizar la ignición del propelente. Un asiento de liberación del generador de gas está desviado mediante un muelle hacia la primera posición en la que bloquea un camino entre el cartucho y el agente extintor. Tras la combustión del propelente el vástago cambia, bajo la presión aplicada por los gases de combustión, a una segunda posición en la que dicho camino está despejado y los gases de combustión pueden comunicarse con el agente extintor y pueden presurizarlo. El agente extintor es descargado a través de una salida en respuesta a la presurización del agente extintor. Un asiento de descarga puede cerrar la salida cuando el extintor se encuentra en su condición de predescarga.
Un procedimiento para la refabricación de un extintor descargado puede comprender las etapas siguientes: Un cartucho de propelente agotado es retirado del contenedor de cartucho montado en el interior de una botella de extintor. Una sonda es insertada en el contenedor de cartucho, causando el sellado de la sonda con una superficie selladora del contenedor de cartucho. Una cantidad de fluido de agente extintor de rellenado es suministrada a través de la sonda a un interior de la botella, la sonda es extraída del contenedor de cartucho. Un cartucho de propelente de recambio es insertado en el contenedor de cartucho.
La inserción de la sonda puede causar que una parte de la sonda desplace el asiento de liberación de un generador de gas desde una primera posición a una segunda posición. En la primera posición el asiento de liberación del generador de gas bloquea un camino entre una parte interior del contenedor de cartucho y una parte interior de la botella externa al contenedor de cartucho. En la segunda posición dicho camino se encuentra despejado y la cantidad de fluido de agente extintor de rellenado puede ser suministrada a través de dicho camino. La extracción de la sonda puede permitir que el asiento de liberación del generador de gas vuelva a la primera posición. Un cerramiento puede ser retirado del contenedor de cartucho para permitir la retirada del cartucho agotado. Un detonador agotado del cerramiento. El detonador agotado puede ser remplazado por un detonador fresco. El cerramiento puede ser remplazado con el fin de asegurar el cartucho de propelente de repuesto en el interior del contenedor de cartucho.
Un cartucho recambiable puede contener la carga de propelente químico. Un contenedor de cartucho contiene el cartucho y presenta un primer extremo montado en una abertura en un extremo superior de la botella. Un segundo extremo se encuentra inmerso en el agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga. Un cerramiento cierra el primer extremo. Un detonador está montado en el cerramiento para realizar la ignición del propelente. Un tapón de liberación del generador de gas recambiable sella un camino entre el cartucho y el agente extintor. El tapón presenta un cuerpo metálico con una abertura central y un miembro solapa metálico inicialmente asegurado al cuerpo metálico por lo menos en parte mediante una soldadura fuerte o una unión soldada que tras la combustión del propelente, la presión aplicada al elemento solapa por los gases de combustión emitidos por el propelente es capaz de romper la unión para permitir que el elemento solapa se posicione de manera que el camino se encuentra despejado y que los gases de combustión pueden comunicar con el agente extintor y pueden presurizarlo. A continuación, el agente extintor es descargado a través de la salida en respuesta a la presurización del agente extintor.
Previamente a la combustión del propelente, el miembro solapa puede presentar una primera parte que se extiende transversalmente asegurada por dicha unión al cuerpo y una segunda parte que se extiende longitudinalmente asegurada al cuerpo mediante una segunda unión. La segunda unión puede ser una soldadura fuerte, una soldadura o una unión soldada.
Un conjunto del generador de gas presenta la carga de propelente químico, y un cuerpo que presenta por lo menos una pieza. El cuerpo presenta un primer extremo montado en la abertura en un extremo superior de la botella. El segundo extremo se encuentra inmerso en el agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga. Un iniciador realiza la ignición del propelente. Un asiento de liberación del generador de gas inicialmente sella un camino entre el propelente y el agente extintor. El asiento presenta una cabeza con un superficie anterior que mira hacia el propelente y una superficie posterior y con una parte perimetral enclavada al cuerpo. Un vástago se extiende por la parte posterior desde la cabeza. Tras la combustión del propelente, la presión aplicada a la cabeza por los gases de combustión emitidos por el propelente pueden ser capaces de romper la cabeza para separar un resto del asiento de liberación del generador de gas de la parte perimetral y permitir que el resto se posicione de manera que dicho camino se encuentra despejado y que los gases de combustión pueden comunicarse con el agente extintor y presurizarlo. A continuación, el agente extintor es descargado a través de una salida en respuesta a la presurización del agente extintor. En la condición de predescarga el movimiento del asiento de descarga hacia el propelente puede ser impedido mediante la interacción de una protuberancia en un extremo distal del vástago con el cuerpo del conjunto del generador de gas cerca de una abertura por la que pasa el vástago.
Un cartucho recambiable puede contener una carga de propelente químico. Un conjunto contenedor de cartucho contiene el cartucho y presenta un primer extremo montado en una abertura en un extremo superior de la botella. Un segundo extremo se encuentra inmerso en el interior del agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga. Un cerramiento cierra el primer extremo. Un conjunto iniciador montado en el cerramiento puede realizar la ignición del propelente y presenta un cuerpo, un cebador de pistón recambiable con una carga cebo, una clavija de disparo, un muelle, y un solenoide. El solenoide presenta una bobina fija y un émbolo, acoplado a la clavija de disparo mediante un fiador, desplazable mediante la aplicación de energía a la bobina, desde una primera posición por lo menos a una segunda posición. Dicho desplazamiento aleja la clavija de disparo del primer cebador hasta que el émbolo alcanza la segunda posición, tras lo cual la liberación del fiador permite que la clavija de disparo sea conducida mediante el muelle a impactar el cebador y causar la ignición de la carga de cebo que a su vez causa la ignición de la carga de propelente químico para presurizar el agente extintor y descargar el agente extintor del extintor.
Puede haber un mecanismo para desplazar manualmente el émbolo desde una primera posición a una segunda posición sin la aplicación de una energía a una bobina para proporcionar un accionamiento manual del extintor. Puede haber un sistema de control para aplicar energía a la bobina en respuesta a: una entrada de un detector de fuego, una entrada de un interruptor accionable manualmente que proporciona el accionamiento manual del extintor.
Un conjunto iniciador puede comprender medios de disparo para: (a) disparar eléctricamente la ignición del propelente; y (b) disparar mecánicamente la ignición del propelente independientemente del disparo eléctrico.
Los medios de disparo pueden comprender un detonador para disparar eléctricamente la ignición del propelente, y un cebador de percusión para disparar mecánicamente la ignición del propelente. Los medios de disparo comprenden un cebador de pistón recambiable con una carga de cebo, una clavija de disparo, un muelle y un solenoide. El solenoide presenta una bobina fija y un émbolo, acoplado a la clavija de disparo mediante un fiador, desplazable mediante la aplicación de energía a la bobina, desde una primera posición por lo menos a una segunda posición. Dicho desplazamiento puede alejar la clavija de disparo del cebador hasta que el émbolo alcanza la segunda posición, tras lo cual la liberación del fiador permite que la clavija de disparo conducida por el muelle impacte el cebador y cause la ignición de la carga de cebo para proporcionar el disparo eléctrico. También puede haber un mecanismo para desplazar manualmente el émbolo desde la primera posición a la segunda posición sin aplicar energía a la bobina con el fin de proporcionar el disparo mecánico.
Un procedimiento para la refabricación de un extintor agotado puede comprender las etapas siguientes: Un contenedor de propelente agotado es retirado de la botella de un extintor. Se inserta un contenedor de propelente de repuesto en la botella. Una cabeza de una válvula de descarga y una vara plegada son retiradas de un conjunto de la cabeza de descarga. La cabeza de la válvula de descarga y la vara plegada son sustituidas por un cabeza de repuesto que presenta una cara anterior que mira al interior de la botella y una cara posterior opuesta; y una vara plegable de repuesto. Una cantidad de fluido de agente extintor de rellenado es suministrada a través de una válvula de llenado al interior de la botella.
La retirada de la cabeza de la válvula de descarga y de la vara plegada del conjunto de la cabeza de descarga puede implicar el desatornillar un cerramiento del extremo de la cabeza de descarga de una abertura de un cuerpo de la cabeza de descarga. El cerramiento del extremo de la cabeza de descarga puede presentar un conector que inicialmente aloja un extremo posterior de la vara plegada. La cabeza de la válvula de descarga y la vara plegada pueden ser extraídas a través de la abertura. El cerramiento del extremo de la cabeza de descarga puede ser remplazado de manera que el conector aloje un extremo posterior de la vara plegable de repuesto. El interior de la botella puede ser evacuado a través de la válvula de llenado previamente al suministro de la cantidad del fluido de agente extintor de rellenado.
Los detalles de una u más formas de realización de la invención se exponen en las figuras adjuntas y la descripción que sigue a continuación. Otras características, objetivos, y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción y las figuras, y a partir de las reivindicaciones.
La Figura 1 es una vista de un corte de sección longitudinal de un extintor según los principios de la invención.
La Figura 2 es una vista de un corte de sección longitudinal del extintor de la Figura 1 con los gases de combustión empezando a presurizar un agente extintor.
La Figura 3 es una vista de un corte de sección longitudinal del extintor de la Figura 1 en una condición de descarga en respuesta a dicha presurización.
La Figura 4 es una vista de un corte de sección longitudinal del extintor de la Figura 1 durante el rellenado.
La Figura 5 es una vista de un corte de sección longitudinal del extintor de la Figura 1 tras la rotura relacionada con la seguridad de una válvula de asiento.
La Figura 6 es una vista del segundo extintor según los principios de la invención.
La Figura 7 es una vista inferior del extintor de la Figura 6.
La Figura 8 es una vista de un corte de sección longitudinal del extintor de la Figura 6.
La Figura 9 es una vista de un corte de sección longitudinal del extintor de la Figura 6 en una condición de descarga.
La Figura 10 es una vista de un corte de sección de un tercer extintor según los principios de la invención.
La Figura 11 es una vista de un tapón de liberación de un generador de gas del extintor de la Figura 10 en una posición cerrada.
La Figura 12 es una vista del tapón de liberación del contenedor de gas de la Figura 11 en una posición abierta.
La Figura 13 es una vista parcial de un corte de sección longitudinal de un iniciador de pistón.
La Figura 14 es una vista parcial de un corte de sección longitudinal de un sistema de iniciación que utiliza un pistón y un detonador.
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Los números de referencia y las designaciones similares en las diversas figuras hacen referencia a elementos similares.
La Figura 1 muestra un extintor 20 que puede montarse, de manera ventajosa, en un espacio confinado tal como una cabina de pilotos de un avión, un compartimiento de la tripulación de un vehículo armado, un compartimiento de almacenaje de munición y similares. El extintor incluye un recipiente o botella 22 que contiene un cuerpo de fluido de agente extintor 24. Un agente extintor particularmente preferente es HFC-227ea (CF_{3}CHFCF_{3}). La botella se extiende a lo largo de un eje central longitudinal 500 desde un primer extremo 26A hasta un segundo extremo 26B. Preferentemente, la botella está orientada de manera que el eje 500 está vertical, siendo el primer extremo 26A y el segundo extremo 26B, respectivamente, el extremo superior y el extremo inferior. Preferentemente, la botella 22 está realizada en metal, tal como la serie 4.000 de aleaciones de acero (un acero que contiene molibdeno (típicamente entre el 0,12% y el 0,52% en peso) con un contenido opcional de níquel y/o cromo) y puede fabricarse mediante un procedimiento descrito más adelante. En cada extremo 26A y 26B, la botella presenta un cuello 28A y 28B respectivo con una abertura 30A y 30B que se extiende al interior de la botella 501. El cuello inferior 28B aloja un conjunto de la cabeza de descarga 32. El cuello superior 28A aloja un conjunto del generador de gas 34. En una forma de realización preferente que contiene aproximadamente cinco libras (2,27 kg) de HFC-227ea, la botella presenta un diámetro aproximado de aproximadamente entre 5 pulgadas y 6 pulgadas (entre 13 cm y 15 cm) y una longitud aproximada, extremo a extremo, de aproximadamente entre 8 pulgadas y 10 pulgadas (entre 20 cm y 33 cm), lo que da una longitud total del extintor de aproximadamente entre 11 pulgadas y 13 pulgadas (entre 28 cm y 33 cm). Estas dimensiones pueden modificarse o escalarse adecuadamente para cada aplicación particular.
El conjunto del generador de gas 34 incluye un cartucho metálico cilíndrico recambiable 36 que contiene un propelente químico 38 contenido en el interior de tubos que presentan un pequeño orificio o abertura (no mostrados), donde el resto del conjunto 34 sirve como un contenedor de cartucho. Tras la combustión, el propelente químico produce grandes cantidades de gases de combustión para presurizar el extintor. Preferentemente, los gases de combustión son no combustibles. Los propelentes ejemplares pueden consistir esencialmente de una mezcla compactada de un combustible en polvo que contiene nitrógeno, un oxidante en polvo, y preferentemente un refrigerante en polvo. El refrigerante sirve para mantener la temperatura de los gases de combustión suficientemente baja para evitar un grado de vaporización o una descomposición térmica no deseados del agente extintor y/o para mantener el agente extintor descargado desde el extintor relativamente seguro para el contacto con los ocupantes del vehículo. Un propelente particularmente preferente es fabricado por Primex Aerospace Company (PAC) de Redmond, Washington bajo el nombre comercial de FS01-40. Una cantidad preferente de dicho propelente es aproximadamente de entre 0,1 g y 0,125 g por cada gramo de HFC-227ea, o aproximadamente 0,25 g por gramo de agente extintor con base de agua. Un cartucho recambiable ejemplar que contiene el propelente FS01-40 es fabricado por PAC como PAC parte Nº 33780-302.
FS01-40 es una mezcla que consiste nominalmente de 21,9% de 5-aminotetrazola (5-ATZ), 38,1% de nitrato de estroncio y 40,0% de carbonato de magnesio, en peso. Tras la combustión, el FS01-40 genera agua, nitrógeno y gases de dióxido de carbono, así como también particulados de óxido de magnesio (MgO), óxido de estroncio (SrO), carbonato de estroncio (SrCO_{3}). El código de modelo termodinámico "PEP" (NWC-TP-6037, Rev. 1, 1991) del Centro de Guerra Naval y Aérea fue utilizado para calcular el equilibrio de las composiciones de gases de escape para el propelente FSO1-40. La salida del PEP consistía en una tabulación de todas las principales especies de gases, líquidos y/o sólidos de escape presentes en las condiciones de combustión en equilibrio de 1.000 psi (6,9 Mpa) para la presión en la cámara:
1
A estos componentes se debe añadir los componentes particulados de SrO, SrCO_{3} y MgO. Puede haber un nivel de error en los cálculos utilizados. Incluso con dicho error, se observa que los tres componentes no inflamables claves (CO_{2}, H_{2}O y N_{2}) representan más del 99% de los gases de combustión, constituyendo los gases más reactivos (CO y H_{2}) menos del 1%. De esta manera, aunque las cantidades individuales de los componentes no inflamables pueden no ser críticas por sí mismas, sin embargo, su combinación total debería ser eficaz para generar los gases de combustión, en su conjunto, no inflamables y altamente eficaces para la extinción del fuego.
El cartucho 36 se monta, de manera que se puede remplazar, en el interior de una camisa cilíndrica receptora del cartucho o contenedor de cartucho 40. El contenedor 40 es considerablemente simétrico en relación al eje longitudinal central 500. A lo largo de la mayor parte de esta longitud, el contenedor 40 presenta una parte superficial interior cilíndrica 42 para contener lateralmente el cartucho 36. En su extremo superior, el contenedor 40 presenta un reborde angular 44. Una parte roscada exteriormente 46 del contenedor se encuentra justo debajo del reborde. La parte roscada exteriormente está acoplada a una parte roscada interiormente 48A del cuello superior 28A en la abertura 30A de manera que la superficie anular inferior 50 del reborde 44 se apoya en una superficie del borde anular externa del cuerpo 52A del cuello superior 28A. Una junta tórica 54A cercana a la unión entre la superficie inferior 50 y a la parte roscada exteriormente 46 sella el contenedor 40 a la botella 22. En el extremo inferior de la parte interior del cilindro 42, una placa del extremo o membrana 56 se extiende hacia dentro a una abertura central 58 alrededor de la cual un cuello 60 se extiende desde la placa del extremo 56. Una placa divisora de 6 brazos o separador 62 se mantiene sobre la superficie superior 64 de la placa del extremo 56 y a su vez soporta la parte inferior 65B del cartucho 36. El extremo superior de la camisa/contenedor 40 está sellado por una tapa o cubierta 66 que presenta una parte roscada exteriormente 67 acoplada a una parte roscada interiormente 68 del contenedor 40 que se extiende hacia abajo desde el extremo superior del contenedor. Los materiales ejemplares para la tapa y la camisa son los aceros de la serie 4.000, tratados térmicamente y chapados (por ejemplo, con níquel) para resistencia a la corrosión. Una junta tórica 70 alojada en una ranura que mira radialmente hacia fuera en una parte inferior de la tapa 66 sella la tapa a la superficie interior del contenedor. La tapa 66 a su vez presenta una abertura central 72 que recibe un iniciador o detonador 74. Un detonador ejemplar puede fabricarse según el estándar militar de Estados Unidos 1-23659. El detonador contiene una pequeña carga explosiva (no mostrada) y derivaciones eléctricas para conectar el detonador a un circuito de control externo. Cuando se aplica un voltaje adecuado a las derivaciones, la carga explosiva es activada. La activación de la carga explosiva causa la rotura de una zona perforada del cartucho 36 permitiendo que el material ardiente de la carga explosiva entre en el cartucho y active una pequeña carga piloto (no mostrada) que a su vez activa el propelente 38 en el cartucho. Tras la combustión del propelente 38, la presión en el interior del cartucho se incrementa dramáticamente. El contenedor 40 y la tapa 66 respectivamente impiden la rotura de la pared lateral y la parte superior 65A del cartucho. Sin embargo, las partes no soportadas del fondo del cartucho 65B (situadas entre las patas de la placa divisora 62) se rompen (por ejemplo, a un presión de rotura ejemplar de aproximadamente 50 psi (0,34 Mpa)), descargando los gases del propelente hacia abajo entre las patas y en el interior de una parte cilíndrica central 73 del contenedor en el cuello 60. A continuación, los gases del propelente encuentran un asiento 90 de liberación del generador de gas que normalmente sella una boca biselada 92 cercana al extremo inferior del cuello 60. El asiento 90 presenta una cabeza biselada 94 y un vástago tubular 96 que se extiende desde la cabeza. El asiento 90 está alojado en un contenedor de asiento con forma de copa 98 que comprende la combinación, formada unitariamente, de una pared lateral considerablemente cilíndrica que se extiende verticalmente 100 y una membrana abierta centralmente 102 en el extremo inferior de la pared lateral. Los materiales ejemplares para el asiento 90 y el contenedor de asiento 98 son aceros intermedios o de bajo carbono, preferentemente chapados para la resistencia a la corrosión. Una parte superior de la pared lateral está roscada interiormente y está acoplada a una parte superficial exterior roscada exteriormente del cuello 60. El extremo inferior del vástago está acomodado en el interior de la abertura de la membrana 102. La parte periférica más externa de la cabeza 94 se encuentra en un acoplamiento deslizante con la superficie interior de la pared lateral 100 de manera que el contenedor del asiento 98 contiene el asiento 90 para un movimiento recíproco vertical entre: una posición cerrada que sella la boca 92; y una posición abierta descrita más adelante. Un muelle de tipo espiral 110 rodea el vástago 96 y es mantenido longitudinalmente bajo presión entre una superficie inferior (posterior) 111 de la cabeza y una superficie superior 112 de la membrana 102. De esta manera, el muelle 110 desvía el asiento hacia su posición cerrada.
Tras la ignición, debido a que los gases del propelente fluyen al interior del cuello 60, ejercen una presión sobre la superficie superior (frontal) 113 de la cabeza del asiento que rápidamente alcanza una presión de liberación y supera la fuerza de desvío del muelle 110 y conduce el asiento hacia abajo a una posición completamente abierta mostrada en la Figura 2 mientras que comprime el muelle 110. Se requerirá más fuerza de compresión para mantener el muelle 110 comprimido en la posición completamente abierta que cuando se abrió inicialmente. Un intervalo de la presión de liberación ejemplar es aproximadamente desde 100 psi (0,7 Mpa), presión a la que el asiento empieza a abrir, hasta aproximadamente 500 psi (3,4 Mpa), presión a la que el asiento es mantenido completamente abierto. Hay una serie de aberturas radiales o puertos de flujo 114 en la pared lateral 100 situada en la parte posterior de la cabeza de asiento 94 cuando esta última se encuentra en su posición cerrada. Cuando la cabeza del asiento se encuentra en su posición abierta, ésta ha pasado suficientemente debajo de las extremidades superiores de los puertos 114 para exponer los puertos a los gases de combustión y permitir que los gases de combustión fluyan a través de los puertos por una parte de un camino de flujo 250 al cuerpo del agente extintor. Tras la exposición del agente extintor a los gases de combustión, la presión en el interior de la botella se incrementa dramáticamente. Otros mecanismos que proporcionan una fuerza resistiva liberable (por ejemplo, un mecanismo de detención) pueden remplazar la configuración de pasador de seguridad.
En la Figura 1 y la Figura 2 las características del conjunto de la cabeza de descarga 32 se muestran en una condición de predescarga. El conjunto presenta un cuerpo 120 con un parte superior roscada exteriormente 122 acoplada a la parte roscada interiormente 48B del cuello inferior 28B. Justo debajo de la parte superior 122 y extendiéndose radialmente hacia fuera hay un reborde 124. La superficie superior 126 del reborde 124 se apoya en la superficie del borde anular 52B del cuello inferior 28B. Una junta tórica 54B alojada en el cuerpo en la unión de la parte superior 122 y el reborde 124 proporciona un sellado entre el cuerpo 120 y la botella. Una parte inferior 128 del cuerpo se extiende desde el reborde 124. Una membrana abierta centralmente 130 está situada en el extremo inferior de la parte inferior 128. Un cuello 132 se extiende desde la membrana 130. El conjunto de la cabeza de descarga funciona, inter alia, como una válvula, con el cuerpo 120 alojando un asiento 134 como el elemento de válvula. En su extremo superior, el asiento 134 presenta una cabeza con forma de disco 136 desde la que se extiende un vástago sólido 138. El extremo inferior del vástago 138 se extiende a la abertura central de la membrana 130 y el cuello 132. En su posición cerrada, el asiento 134 sella el agente extintor en el interior de la botella. El sellado se proporciona mediante una junta tórica 140 en una canal dirigido radialmente hacia fuera 141 en una superficie lateral cilíndrica 142 de la cabeza. La junta tórica sella la cabeza a una superficie interior cilíndrica 144 en el extremo superior del cuerpo 120. El asiento 134 está normalmente asegurado en su posición cerrada. Esto se consigue mediante la presencia de un pasador de seguridad 150 que se extiende a través de un orificio transversal 152 en el cuello 132 y el orificio 154 coalineado en el vástago. El pasador de seguridad 150 puede fijarse en su sitio por ejemplo mediante una fijación por presión en el interior del orificio 152. Dicha fijación por presión puede realizarse en las dos partes radialmente opuestas del orificio 152 o sólo en una de ellas. La presurización del interior del extintor causada por los gases de combustión ejerce una gran fuerza hacia abajo sobre el asiento 134 que es soportada inicialmente mediante la resistencia a la cizalladura del pasador de seguridad 150. Sin embargo, el tamaño del pasador de seguridad 150 y su resistencia a la cizalladura se seleccionan de manera que el pasador de seguridad se romperá (debido a la cizalladura) cuando la presión interior alcance una presión límite de descarga predeterminada. Una presión límite de descarga ejemplar se encuentra en el intervalo de aproximadamente 300 psi (2,1 Mpa) a aproximadamente 1.500 psi (10,3 Mpa), siendo un intervalo más preferente de 400 psi (2,8 Mpa) a 1.000 psi (6,9 Mpa) y siendo una presión limite de descarga particularmente preferente de aproximadamente 500 psi (3,4 Mpa). Los materiales ejemplares para el cuerpo 120 y el asiento 134 son aceros de medio carbono, preferentemente chapados para la resistencia a la corrosión. Preferentemente, el asiento está endurecido en la zona cercana a su extremo inferior para mejorar el acoplamiento con el pasador de seguridad. De manera alternativa, el asiento puede contener un cojinete endurecido para acoplar el pasador de seguridad.
Cuando el pasador de seguridad 150 se rompe, el asiento 134 es conducido desde su posición normalmente cerrada a una posición abierta (mostrada en la Figura 3) en la que el agente extintor puede comunicar con el interior del cuerpo 120 y fluir por una parte de un camino de flujo 522 a través de una salida del extintor que, en la forma de realización ejemplar, está provista de un conjunto boquilla 160 montado en una abertura lateral en la parte inferior 128 del cuerpo 120.
El asiento 134 puede estar provisto con características que impiden su movimiento por debajo de una posición completamente abierta de la Figura 3. Como ejemplo de dicha característica, en una posición intermedia a lo largo del vástago hay un reborde 162 proyectado radialmente hacia fuera. El reborde puede acoplarse a la membrana 130 (bien directamente o mediante una junta tórica 163 o un muelle de compresión suave 164 (Figura 1)) para impedir el movimiento del asiento 134 más allá de la posición completamente abierta. Con el asiento 134 en su posición completamente abierta, los gases de combustión pueden conducir el agente extintor fuera a través de la boquilla 165 para extinguir un fuego.
Una característica opcional es la provisión de un cuerpo suplementario 166 (Figura 1) de un agente extintor particulado, tal como bicarbonato sódico (NaHCO_{3}). El bicarbonato sódico puede ser empaquetado en el conjunto boquilla tal como se muestra o puede situarse aguas abajo del agente extintor. Cuando el cuerpo suplementario está presente, es conducido fuera del extintor mediante el flujo inicial del agente extintor y los gases de combustión.
Conforme el agente extintor y los gases de combustión son descargados, la presión en el interior del extintor empezará, eventualmente, a caer de nuevo. En un punto en el que el extintor ha descargado considerablemente toda su carga de manera que la presión interna cae a un valor muy bajo (por ejemplo, del orden de aproximadamente 10 psi (700 kPa) preferentemente aproximadamente entre 5 psi y 20 psi (entre 300 kPa y 1,4 MPa)) el muelle 164 puede devolver el asiento a su posición cerrada. La cabeza del asiento 138 y la superficie lateral 142 del cuerpo pueden estar ligeramente biseladas o sino provistas con una característica que impide el movimiento del asiento de descarga por encima de su posición cerrada. De manera similar, el muelle 110 devolverá el asiento de liberación del generador de gas a su posición cerrada. En este punto, el extintor está preparado para la refabricación.
Para refabricar el extintor, el pasador de seguridad 150 roto puede ser conducido hacia fuera o desmontado y sustituido por un pasador de seguridad nuevo. La tapa 66 puede retirarse del contenedor 40 tras lo cual el cartucho generador de gas 36 gastado puede ser retirado. El detonador 74 gastado puede desmontarse de la tapa 66 y remplazarse por un detonador nuevo. Para rellenar el extintor con agente extintor, la placa divisora 62 puede ser retirada y una sonda 170 (Figura 4) puede ser insertada a través del contenedor 40. La sonda 170 está formada como un tubo hueco que puede presentar un hombro troncónico u otra característica para el sellado con una abertura biselada 174 de la abertura 58 en la placa del extremo 56. Un extremo inferior de la sonda 176 empuja el asiento 90 a una posición abierta. Cerca de su extremo inferior, la sonda presenta los puertos 178. El extintor puede ser evacuado a través de la sonda. A continuación la sonda suministra el agente extintor a través de sus puertos 178 y los puertos de flujo 114 del extintor hasta que se ha suministrado una cantidad deseada de agente extintor. A continuación, la sonda es retirada, tras lo cual el asiento de liberación del generador de gas 90 es devuelto a su posición cerrada mediante el muelle 110. La placa divisora es remplazada y un cartucho de propelente nuevo 36 es insertado en el contenedor 40. A continuación, la tapa 66 es atornillada de nuevo en su posición y, si no está ya instalado, se instala el detonador.
Cuando se compara con los extintores accionados por propelentes que utilizan membranas rompibles para sellar una salida del extintor, la utilización de una válvula, tal como la presente válvula de asiento, presenta un número de ventajas. Una ventaja es la facilidad de refabricación de un extintor agotado. La válvula puede hacerse recolocable sin grandes niveles de desmontaje del extintor mientras que puede requerirse de un grado de desmontaje significativo para remplazar una membrana. Además, la válvula puede construirse para abrirse, de manera fiable, a una presión límite de descarga relativamente elevada. Una membrana no puede ser provista fácilmente con la misma combinación: de presión límite de descarga elevada; y comportamiento consistente. La presión límite de descarga elevada proporciona una utilización relativamente eficiente del agente extintor y el propelente. Alinea mejor, temporalmente, la descarga del agente extintor con la combustión del propelente. De esta manera, la liberación inicial del agente extintor por el extintor se liberará a una mayor presión y por lo tanto será más eficazmente dispersado en la zona objetivo. Además, la reacción de combustión procederá durante más tiempo hasta la terminación de manera que quedará menos gas de combustión después de que la cantidad final de agente extintor ha sido descargada. Comparada con una membrana metálica rompible que presenta una presión límite de descarga similar, la válvula ilustrada puede implicar una menor generación de particulados, potencialmente peligrosos y no deseados. Concretamente, una membrana metálica rompible puede producir pequeños fragmentos metálicos tras la rotura. Estos serán propulsados fuera del extintor y pueden herir a los ocupantes del vehículo.
Otra ventaja de la configuración del extintor ilustrado surge de la mezcla íntima de los gases de combustión y el agente extintor que se consigue situando la salida (los puertos de flujo 114) del generador de gas en el interior del cuerpo de agente extintor. Muchos extintores utilizan los gases de combustión, gases comprimidos, u otros medios de presurización para simplemente exprimir el agente extintor fuera del extintor. Esto puede conseguirse a menudo descargando los gases de combustión o los gases comprimidos en el espacio de cabeza 504 sobre la superficie superior 179 del cuerpo del agente extintor (Figura 1). También puede conseguirse separando los gases de combustión o los gases comprimidos del agente extintor por medio de una membrana, una cámara de aire o similar. En la forma de realización ejemplar, los puertos de flujo 114 están situados en el interior de la mitad inferior de la distancia vertical entre el fondo del cuerpo fluido en el asiento de descarga y la superficie superior del cuerpo fluido. Más particularmente, en la forma de realización, los puertos 114 están en el interior del tercio inferior de esta distancia y situados aproximadamente a un cuarto de esta distancia sobre el fondo del agente extintor. De esta manera, a diferencia de los sistemas existentes en los que los gases de combustión o los gases comprimidos primero conducen considerablemente todos los agentes extintores fuera del extintor y a continuación (si no están separados del agente extintor) ellos mismos son propulsados, la salida del extintor ejemplar es una mezcla del agente extintor con los gases de combustión. Esto proporciona una dispersión ventajosa del agente extintor y hace una utilización adicional de la capacidad de extinción de los gases de combustión, que, tal como se ha descrito anteriormente, pueden incluir vapor, dióxido de carbono y nitrógeno.
La Figura 4 muestra una característica de seguridad opcional que puede incorporarse en la válvula de asiento de descarga. Una ranura anular 180 en la cara frontal 182 de la cabeza del asiento de descarga 136 proporciona una zona de rotura periférica debilitada 184. Particularmente cuando es utilizado en aviones y vehículos militares, un extintor puede estar sujeto a daños asociados con colisiones, impactos de artillería y similares. Si dicho daño afecta al conjunto de la cabeza de descarga o si obstruye el asiento de descarga, impidiendo que el asiento pueda moverse a una posición abierta, la ignición del propelente causará rápidamente que la presión en el interior del extintor exceda la presión máxima que la botella puede resistir sin rotura. Si esta presión de fallo o presión de rotura es excedida, la botella puede explotar, dañando adicionalmente la estructura del vehículo y potencialmente hiriendo o matando a los ocupantes del vehículo. Para evitar dicho evento, la ranura 180 es dimensionada y posicionada de tal manera que la zona de rotura periférica 184 (inmediatamente posterior a la ranura en la forma de realización ilustrada) no tiene la resistencia suficiente para permanecer intacta cuando la presión en el extintor excede una presión límite de seguridad (inferior a la presión de fallo en un margen de seguridad deseado). En la forma de realización ejemplar, cuando la presión interna alcanza la presión límite de seguridad, la presión que actúa sobre una parte periférica anular 186 de la cabeza 136 exterior del cuerpo de la ranura 180 resulta suficiente para causar el cizallamiento de la parte periférica de una parte interna 188 de la cabeza 136 del interior del cuerpo de la ranura 180 y para que sea conducida hacia abajo al cuerpo de la cabeza de descarga (Figura 5). A continuación, la mezcla de agente extintor/gas de combustión es liberada para que fluya alrededor de la parte interior y para salir a través de la boquilla. De esta manera no solo se evita una explosión sino que el extintor descarga en una manera eficaz para la supresión del fuego. A modo de ejemplo, una presión de rotura ejemplar de la botella puede ser cercana a un intervalo de aproximadamente 4.000 psi (28 Mpa) a aproximadamente 6.000 psi (41 MPa). La presión límite de seguridad será preferentemente de aproximadamente 500 psi (3,4 Mpa) a aproximadamente 1.000 psi (6,9 Psa) o más, superior a la presión límite de descarga y puede ser, en líneas generales, de aproximadamente el 50% de la presión de rotura. Una presión límite de seguridad ejemplar es de aproximadamente 1.000 psi (6,9 Mpa) a aproximadamente 2.000 psi (14 Mpa) pero preferentemente es inferior a aproximadamente 3.000 psi (21 Mpa).
Otra ventaja de la configuración de la botella ejemplar está asociada con el hecho de que la botella presenta características similares en sus extremos superior e inferior. La botella puede estar inicialmente formada de piezas superior e inferior separadas. Cada una de las piezas superior e inferior pueden estar inicialmente formadas idénticamente, tal como por extrusión por impacto. Las dos piezas pueden experimentar además procesos de mecanizado idénticos, tales como la formación de roscados idénticos para recibir respectivamente el conjunto del generador de gas y el conjunto de descarga. A continuación, las dos piezas se unen en una soldadura a lo largo de plano transversal central 502 (Figura 1) para formar la botella. Mediante la formación intercambiable de las piezas superior e inferior, los costes de fabricación se reducen. Opcionalmente, este principio puede ser utilizado de otras maneras. Por ejemplo, si se proporcionan piezas de dos longitudes diferentes pero cada una con características similares para recibir el conjunto de la cabeza de descarga o el conjunto generador de gas, entonces estas dos piezas diferentes pueden ser combinadas en tres diferentes combinaciones para producir tres diferentes tamaños de extintor. Puede formarse un extintor pequeño utilizando dos de las piezas más pequeñas para las partes superior e inferior de la botella; puede fabricarse una botella de gran tamaño utilizando dos de las mayores piezas para las piezas superior e inferior de la botella; y una botella de tamaño intermedio puede ser fabricada utilizando una pieza de cada tamaño. Como una opción adicional, el tamaño de la botella puede controlarse mediante la interposición de una camisa de una longitud determinada entre las dos piezas idénticas y soldando dicha camisa a cada pieza.
Las Figuras 6 a 8 muestran un extintor alternativo 200. El extintor incluye una botella 201, boquilla 202, y un cuerpo de agente extintor 203 que pueden ser similares a los del extintor 20. Un conjunto de la cabeza de descarga 204 sirve como una válvula de salida. El conjunto de la cabeza de descarga presenta un cuerpo 206 con un extremo superior roscado exteriormente que es recibido por el cuello inferior de la botella. El cuerpo 206 presenta un puerto/canal superior 208 en su extremo superior en comunicación fluida continua con el interior de la botella. El cuerpo presenta un puerto inferior roscado interiormente coalineado 210 que recibe una tapa roscada exteriormente 212. El cuerpo 206 presenta un par de puertos transversales roscados internamente coalineados 214A y 214B que respectivamente reciben la boquilla 202 y una segunda tapa 215 que, para economizar los costes de fabricación, puede estar formado de manera idéntica a la primera tapa 212. El cuerpo y las tapas están preferentemente realizados en un acero de bajo carbono que puede estar chapado para la resistencia a la corrosión. Un elemento de válvula está provisto en una cabeza de válvula 216 normalmente soportada por una vara plegable 218. Preferentemente la cabeza está realizada en metal o en acero de bajo carbono mientras que la vara está realizada en un acero de alto carbono. La válvula presenta una cara anterior 220 que mira hacia el interior de la botella y una cara posterior opuesta 222 que mira hacia una cámara de salida 224. Una superficie lateral aproximadamente cilíndrica 226 de la cabeza 216 está situada concéntricamente en el interior de un cuello 228 del cuerpo 206 que forma una salida para el agente extintor. En la posición cerrada de la Figura 8, la cabeza 216 está sellada al cuello 228 mediante una junta tórica acomodada en un canal en la superficie lateral 226. Aguas arriba, el movimiento longitudinal de la cabeza 226 más allá de la posición cerrada es impedido mediante la cooperación de un reborde 230 aguas abajo, que se proyecta radialmente hacia fuera desde la superficie lateral 226, con un hombro aguas abajo 232 del cuello. El movimiento aguas abajo de la cabeza es impedido mediante la fuerza de compresión de la vara 218 que tiene un extremo aguas arriba acomodado en un compartimiento ciego que se extiende aguas arriba de la cara posterior 222 de la cabeza 266 y un extremo aguas abajo acomodado en un compartimiento ciego similar en la tapa 212.
El extintor 200 también incluye un conjunto del generador de gas desechable 240. El conjunto 240 incluye un cuerpo metálico con una primera pieza 242 y una segunda pieza 244. Una parte superior roscada exteriormente 246 del cuerpo/primera pieza 242 es recibida en el cuello superior de la botella. El extremo superior de la primera pieza está formado por una membrana abierta centralmente que aloja un detonador 248. El detonador puede mantenerse en posición tal como se muestra. Un cartucho de propelente o una bombona 250 contenida en un conjunto del generador de gas 240 puede ser similar al del extintor 20. La segunda pieza 244 puede ser capturada en una parte de la camisa de la primera pieza 242 y ser mantenida en posición para retener la bombona 250 en el interior del conjunto generador de gas. Una superficie anular superior de la segunda pieza contacta y soporta la superficie inferior de la bombona. Un canal longitudinal central 252 se extiende desde el extremo superior de la segunda pieza 244. Cercana al extremo superior del canal 252 la cabeza 254 de un asiento de liberación del generador de gas inicialmente sella el canal. La cabeza tiene una superficie anterior 256 que mira hacia la bombona y una superficie posterior 257 desde la que se extiende un vástago 258.
En su cara anterior 256, la cabeza incluye un reborde 260 que se proyecta radialmente hacia fuera acomodada en una parte avellanada del canal 252 y que coopera con una superficie frontal del avellanado para impedir el movimiento hacia abajo (aguas abajo) de la cabeza. El vástago 258 se extiende a través de una abertura 264 en un extremo inferior de la segunda pieza y, en su extremo inferior (distal) presenta una protuberancia 265 que coopera con el extremo inferior de la segunda pieza para impedir el movimiento hacia arriba del asiento de liberación del generador de gas. El asiento de liberación del generador de gas está realizado en metal mediante un mecanizado de roscas, formándose la protuberancia después del montaje con la segunda pieza. Una serie de puertos transversales 270 establecen comunicación entre el canal 252 y la parte del interior de la botella exterior al conjunto del generador de gas.
Durante el funcionamiento, el detonador 248 es utilizado para realizar la ignición del propelente en la bombona 250. La combustión del propelente incrementa la presión en el interior del conjunto del generador de gas ejerciendo una fuerza hacia abajo (aguas abajo) sobre la cabeza 256. Inicialmente, la cooperación del reborde 260 de la segunda pieza 244 resiste la fuerza. Cuando la presión en el interior del generador de gas alcanza una presión límite de liberación del generador de gas (por ejemplo, aproximadamente 500 psi (3,4 MPa) o, en líneas generales entre 400 psi (2,8 Mpa) y 1.000 psi (6,9 Mpa)) y la fuerza aplicada a la cabeza alcanza una fuerza límite asociada, el resto de la cabeza es cizallado del reborde y conducido hacia abajo a la posición abierta de la Figura 9. Esto abre una parte del camino 540 a través del canal 252 desde la bombona 250 y fuera del puerto 270 permitiendo que los gases de combustión comuniquen con el agente extintor 203 y lo presuricen. La presurización del agente extintor ejerce una presión y una fuerza crecientes sobre la cabeza 216. Cuando esta presión excede una presión límite de descarga, tal como la del extintor 20 de la Figura 1, se producirá un fallo de la vara 218, por ejemplo mediante un colapso o un plegado, permitiendo que la cabeza 216 sea conducida aguas abajo a una posición abierta tal como la mostrada en la Figura 9. Una serie de clavijas transversales 280 mantienen la cabeza en la cámara de salida e impiden que pase a la boquilla 202 o que bloquee el flujo hacia o desde la boquilla 202. A continuación, la mezcla de gas de combustión y agente extintor fluye a través del conjunto de la cabeza de descarga a lo largo de la parte del camino de flujo 542.
Para refabricar el extintor 200, el conjunto del generador de gas 240 es desatornillado de la botella y desechado. El conjunto de la cabeza de descarga puede desatornillarse de manera similar o puede mantenerse en su sitio. La tapa 212 es desatornillada y la vara plegada 218 y la cabeza 216 son retiradas. Aunque la cabeza 216 puede ser reutilizada, también puede ser desechada ya que puede haberse dañado durante el plegado de la vara. A continuación, el extintor preferentemente es limpiado y una cabeza de repuesto y una vara de repuesto son insertadas y la tapa 212 es atornillada de nuevo en su sitio. Un conjunto del generador de gas de repuesto 240 es atornillado en su sitio. Una válvula de llenado 282 montada en un puerto transversal roscado en el cuerpo 206 aguas arriba del cuello 228 es a continuación utilizado primero para evacuar el aire del extintor y posteriormente para rellenar el extintor con agente extintor. Una válvula de llenado ejemplar se describe en el estándar militar de Estados Unidos 28889-2. Un beneficio del conjunto del generador de gas desechable es que resulta particularmente eficaz para la utilización de un detonador relativamente barato tal como los utilizados como iniciadores en los airbag de los automóviles en vez del iniciador milspec, más caro. Ejemplos de tales iniciadores son el iniciador LCI de Quantic Industries, Inc. de San Carlos, California y productos de Special Devices, Inc. de Newhal, California. Estos dispositivos se diferencian del iniciador milspec, inter alia, en que son mucho más baratos, típicamente con cuerpos de plástico no roscados.
La Figura 10 muestra una forma de realización de un extintor 300 que incluye un conjunto del generador de gas alternativo 302. El resto de los detalles del extintor 300 pueden ser similares a los de los extintores 20 y 200 o diferentes. El conjunto 302 puede utilizar una bombona de propelente 304. Un conjunto contenedor para contener la bombona incluye un cuerpo 306 cuyo extremo superior incluye una parte roscada exteriormente 308 en el cuello superior de la botella. El extremo superior abierto del cuerpo está sellado mediante un cerramiento roscado exteriormente 310 acoplado a una parte del cuerpo roscada interiormente y que aloja un detonador 312 similar al detonador 248 del extintor 200. Una superficie inferior del cerramiento 310 acopla y retiene un extremo superior de la bombona 304 mientras que un extremo inferior de la bombona está soportado mediante un hombro anular en el cuerpo 306. Debajo del extremo inferior de la bombona, el cuerpo está sellado mediante una tapa de liberación de presión roscada exteriormente 316 acomodada en el interior de un cuello roscado interiormente 318 del cuerpo. Debajo del cuello 318 hay una serie de puertos de salida transversales 320. La tapa 316 incluye un canal longitudinal central 322 que se extiende desde su extremo superior con reborde a su extremo inferior. El extremo inferior está inicialmente sellado por una tapa 324. El material ejemplar para la tapa es una aleación de cobre-níquel, una aleación de níquel o latón. La Figura 11 muestra más detalles de la tapa ejemplar 316. La tapa 324 está formada como una solapa con una parte raíz que se extiende longitudinalmente 326 y una parte membrana que se extiende transversalmente 328. La parte raíz 326 está asegurada de manera relativamente robusta al cuerpo 330 de la tapa, por ejemplo mediante una soldadura, una soldadura fuerte o una robusta unión soldada. Un material ejemplar para el cuerpo es un acero de bajo carbono, preferentemente chapado para la resistencia a la corrosión o posiblemente con un baño de cobre para mejorar la soldabilidad. La membrana 328 está asegurada de manera relativamente frágil al cuerpo 330, por ejemplo mediante una unión de soldadura o de soldadura fuerte entre la parte inferior de la membrana y un borde 332 en el extremo inferior del cuerpo en el extremo inferior de la tapa (Figura 12). Tras la combustión del propelente, los gases de combustión en el contenedor de cartucho ejercen presión sobre la superficie aguas arriba de la membrana 328. Cuando esta presión alcanza una presión de liberación del generador de gas (por ejemplo, aproximadamente 500 psi (3,4 MPa) o, más generalmente, entre 400 psi y 1.000 psi (entre 2,8 MPa y 6,9 MPa)), la presión y la fuerza ejercidas sobre la membrana 328 es capaz de romper la relativamente frágil unión permitiendo que la solapa se deforme de su condición cerrada (Figura 11) a su condición abierta (Figura 12) mientras que la unión robusta impide que la solapa se separe. Esto abre el camino desde la bombona hasta el agente extintor permitiendo que los gases de combustión fluyan a través de los puertos de salida 320 y causen la descarga de una manera similar a la que ocurre en los extintores 20 y 200.
Para refabricar el extintor 300, la tapa/cerramiento 310 que aloja el iniciador agotado es desatornillada y desechada. La bombona de propelente agotada es retirada y también la tapa de liberación del generador de gas 316 usada (por ejemplo mediante la utilización de una llave de tubo) y ambas son desechadas. Una nueva tapa de liberación es atornillada en su sitio y una nueva bombona es insertada. Un cerramiento de repuesto que aloja un iniciador de repuesto es atornillado en su sitio. El conjunto de la cabeza de descarga puede ser abordado y el rellenado puede realizarse de una manera similar a la del extintor 200. Como con las otras formas de realización, las etapas de fabricación son ejemplares y pueden ser modificadas.
Durante el funcionamiento, los iniciadores deben estar eléctricamente acoplados a una fuente de alimentación. Preferentemente, los iniciadores están acoplados a un sistema de control que recibe la potencia desde el bus de alimentación del vehículo. El sistema de control puede estar basado en un microprocesador y puede incluir uno o más detectores de fuego (por ejemplo, detectores de infrarrojos). Tras la detección de una condición de fuego, el sistema de control dispara el iniciador y de esta manera dispara la descarga del extintor. Opcionalmente, pero de manera preferente, el sistema de control puede recibir una entrada adicional de un ocupante del vehículo, por ejemplo mediante un interruptor, para disparar el iniciador. El sistema de control puede incluir o estar asociado con una o más fuentes de alimentación auxiliares (por ejemplo, baterías de seguridad) en caso de interrupción de la alimentación del bus de alimentación del vehículo. Otra opción es proporcionar un sistema de disparo alimentado de manera independiente, en paralelo con el sistema de control. Este sistema adicional podría proporcionar un accionamiento manual en caso de un fallo de la alimentación del vehículo. Ejemplos de esto son las configuraciones de batería e interruptores, disparadores piezoeléctricos y similares.
Según la invención, los sistemas de iniciación con un sistema cebador de pistón sustituyen a los iniciadores de tipo detonador. Una construcción ejemplar de medios de disparo, un cebador de pistón se muestra en US Navy Mechanical Actuated Initiator JAU-25:A, que es utilizado para iniciar el lanzamiento en paracaídas en un avión. En dicho sistema, un mango u otro accionamiento es utilizado para retirar una barra de accionamiento accionada por muelle acoplada mediante un fiador a una clavija de disparo. La liberación del fiador permite que la clavija de disparo golpee al cebador, iniciando el tren explosivo. Dicho sistema puede ser adaptado para el accionamiento manual y automático del extintor. La Figura 13 muestra dicho iniciador 400 que se utiliza en vez de un iniciador de tipo detonador, tal como el mostrado en la Figura 1. El iniciador presenta un cuerpo 402 con un extremo aguas abajo roscado 404 para permitir que el iniciador sea atornillado, de manera que se pueda desmontar, en un contenedor de cartucho de propelente o similar. Un cebador de percusión tipo copa 406 está contenido en el interior de un elemento fijo 408 en el extremo aguas abajo del cuerpo. Una clavija de disparo 410 está desviada mediante un muelle 412 en una dirección aguas abajo (es decir, hacia el cebador). La clavija de disparo 410 está acoplada mediante un fiador 414 a una barra de accionamiento 416. Un solenoide 418 está montado en el extremo aguas arriba del cuerpo. El solenoide incluye una bobina 420 para la que una parte central de la barra 416 sirve como émbolo asociado. Un conector eléctrico 422 puede acoplar el solenoide al sistema de control y un conector mecánico 424 en la barra de accionamiento 416 puede acoplar la barra de accionamiento a un mango de empuje u otro accionamiento manual. La Figura 13 muestra una posición inicial de la barra de accionamiento y de la clavija de disparo en la que el muelle 412 está comprimido, todavía la clavija de disparo se mantiene alejada del cebador mediante la cooperación de la barra de accionamiento con un tope 426 fijado en relación al cuerpo. La barra de accionamiento puede ser retirada mediante la aplicación de energía a la bobina mediante el sistema de control o mediante el empuje manual del mango de empuje (es decir, en la dirección que se aleja longitudinalmente del cebador 406) desde la posición inicial mostrada en la Figura 13. Inicialmente, la retirada de la barra de accionamiento retira la clavija de disparo, comprimiendo adicionalmente el muelle. Eventualmente, la barra será retirada a una posición en la que el fiador 414 se libera, permitiendo que el muelle conduzca a la clavija de disparo hacia delante, independientemente de la barra de accionamiento. Sin el impedimento de la cooperación de la barra de accionamiento con el tope, la clavija de disparo procede más allá de su posición inicial hasta que impacta el cebador, causando la ignición de la carga de cebo y, por lo tanto, la carga de propelente en el extintor.
Otro sistema para proporcionar la iniciación manual y automática del extintor es mostrado, más esquemáticamente, en la Figura 14. Un conjunto 440 puede estar montado en el interior de un conjunto contenedor de cartucho o, por ejemplo, un cerramiento 442 del mismo que puede ser similar al cerramiento/tapa 66 de la Figura 1. Un bloque o cuerpo 444 presenta un extremo inferior abierto centralmente roscado en la abertura de la tapa y define un canal con forma de "y" que se extiende hacia arriba desde la abertura central. Una rama de la "y" recibe un detonador 446 mientras que la otra rama de la "y" recibe un sistema de iniciación de tipo cebador de percusión, tal como un sistema que incluye un cebador 448, una clavija de disparo 450 y un muelle 452 acoplado a un accionamiento tal como un anillo de empuje 454 mediante una unión tal como un cable de rotura o un mecanismo fiador 456. El detonador 446 (por ejemplo, similar al detonador 74) está acoplado a un sistema de control para el accionamiento automático del extintor mientras que el anillo de empuje 454 proporciona el accionamiento manual. El detonador y/o el cebador pueden ser remplazados en la refabricación del extintor si fue utilizado para iniciar la combustión del propelente.
Se han descrito una o más formas de realización de la presente invención. Sin embargo, debería entenderse que pueden realizarse diversas modificaciones sin alejarse del alcance de la invención, tal y como se reivindica. Por ejemplo, muchas de las características de las formas de realización ilustradas pueden recombinarse para producir otras formas de realización o pueden ser adaptadas para la utilización con diversas construcciones de extintor, agentes extintores, propelentes y similares existentes. De esta manera, otras formas de realización se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims (5)

1. Extintor que comprende:
\quad
una botella que presenta un interior;
\quad
un agente extintor contenido en la botella cuando el extintor se encuentra en una condición de predescarga;
\quad
una carga de propelente químico; y
\quad
un conjunto contenedor para contener la carga de propelente químico que presenta:
\quad
un primer extremo montado en una abertura en un extremo superior de la botella;
\quad
un segundo extremo inmerso en el agente extintor cuando el extintor se encuentra en la condición de predescarga;
\quad
un cerramiento, que cierra el primer extremo; y
\quad
un conjunto iniciador (400) montado en el interior del cerramiento para realizar la ignición del propelente y que comprende un medio de disparo que comprende:
\quad
un cebador de pistón recambiable (406) con una carga de cebo;
\quad
una clavija de disparo (410);
\quad
un muelle (412); y
\quad
un solenoide (418) que presenta:
\quad
una bobina (420); y
\quad
un émbolo (416), acoplado a la clavija de disparo mediante un fiador (414), desplazable mediante la aplicación de energía a la bobina, desde una primera posición por lo menos a una segunda posición de manera que dicho desplazamiento aleja la clavija de disparo del cebador hasta que el émbolo alcanza la segunda posición, tras lo cual la liberación del fiador permite que la clavija de disparo sea conducida mediante el muelle a impactar el cebador y causar la ignición de la carga de cebo que a su vez causa la ignición de la carga del propelente químico para presurizar el agente extintor y descargar el agente extintor del extintor.
2. Extintor según la reivindicación 1 que además comprende un mecanismo para desplazar manualmente el émbolo desde la primera posición a la segunda posición sin la aplicación de una energía a la bobina para proporcionar un accionamiento manual del extintor.
3. Extintor según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 que además comprende un sistema de control para aplicar energía a la bobina en respuesta a: una entrada de un detector de fuego, una entrada de un interruptor accionable manualmente que proporciona el accionamiento manual del extintor.
4. Extintor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que dichos elementos de disparo además comprenden un mecanismo para desplazar manualmente el émbolo desde la primera posición a la segunda posición sin aplicar energía a la bobina; de manera que los elementos de disparo están adaptados para: (a) disparar eléctricamente la ignición del propelente por medio del solenoide (418); y (b) disparar mecánicamente la ignición del propelente independientemente del disparo eléctrico.
5. Extintor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que la carga de propelente químico se encuentra contenida en un cartucho recambiable.
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