MX2011000121A - Sistema de deteccion y supresion de flama que utiliza un generador termoelectrico. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un aparato y métodos para proteger al equipo de procedimiento de un fuego y/o una explosión. En particular, el aparato y los métodos utilizan sensores Seebeck o generadores termoeléctricos para detectar la propagación del frente de una flama o una onda de deflagración dentro del equipo de procedimiento. Con la detección de la onda de deflagración, el controlador de sistema activa el aparato de mitigación que puede estar en la forma de un supresor químico o válvulas de aislamiento con el fin de proteger al equipo de procedimiento de daño.

Description

STEMA DE DETECCION Y SUPRESION DE FLAMA QUE UTIL GENERADOR TERMOELECTRICO Campo de la Invención La presente invención generalmente está dir e dispositivos Seebeck en sistemas de supresión evención de explosión. Genera.lmente , los disp ck se colocan dentro del equipo de procesami recipientes y tuberías de exión y se utili ar el frente de la flama de una explosión ción del frente* de la flama, el dispositivo ismo de supresión que, por ejemplo, libera un esión o cierra las válvulas para prevenir que el explosión se propaguen en ' el equipo circun rconectado .

Antecedentes de la Invención tan radiación infrarroja, son dispositivos es y económicos. Los sensores ópticos son venta roporcionan un tiempo de respuesta rápida, sin sensores también exhiben algunas desventajas n sensores ópticos pueden someterse a radiación "di sa forma no pueden utilizarse en o cerca de las ucto en donde los sensores pueden estar expues ambiental. Además, los sensores pueden "cegarse 1 generado dentro del equipo de procesamiento .

Los sensores de presión también pueden ut detectar un frente de presión generado medi sión. Sin embargo, muy similar a los sensores sensores de presión no trabajan bien en o cerc as de ducto ya que los frentes de expresión n rrollarse .

Los detectores de ionizacion, que se han u flama dentro del equipo de procedimiento. Al tor comprende dos sustratos opuestos y una dis res de patas termoeléctricas localizadas entre e un detector genera una señal eléctrica en res iferencial de temperatura ent::e los sustratos nte una onda de deflagración. El sistema ende un procesador para recibir y analiza 1 rica desde al menos un detector, y el apa ación accionado mediante el procesador en respue eléctrica desde al menos un detector.

En otra modalidad de la presente invenc rciona un método para detectar una onda de defi del equipo de procedimiento. El método dentro del equipo de procedimiento al tor que comprende dos sustratos opuestos sición de pares de pata termoeléctricas loc eléctricas localizadas entre ellos. El dete za para detectar la presencia de una gración al generar una señal eléctrica en respue encial de temperatura entre los sustratos nte la onda de deflagración. La señal se transmi d de control que comprende un procesador. El pr e la señal y acciona el aparato de mitiga esta a esto.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 ilustra un sensor Seebeck ilu puede utilizarse de conformidad con la ción; la Figura 2 es un diagrama esquemático de u termoeléctricas que ilustra el efecto Seebeck; la Figura 3 es un diagrama esquemático ma de supresión de fuego/explosión ilústrat adores termoeléctricos (TEG, por sus siglas en ndar" que puede utilizarse con la presente inven la Figura 7 es un cuadro que ilustra el t esta bajo condiciones laminares para un disposi grosor reducido" que puede utilizarse con la ción; la Figura 8 es un cuadro que comprende los spuesta para dos dispositivos TEG y un detector o convenciona1 ; la Figura 9 es un cuadro que ilustra el t esta bajo condiciones turbulentas para el dis "estándar" que puede utilizarse con la ción; la Figura 10 es un cuadro que ilustra el t esta bajo condiciones turbulentas para el dis e "grosor reducido" que puede utilizarse con la conocidos como generadores termoeléctricos res Seebeck, o enfriadores Peltier, términos zan intercambiablemente a continuación. L zados de conformidad con la presente invenci ja del efecto Seebeck que es la conver encias de temperatura directamente en electric je, la E F termoeléctrica, se crea en la pres diferencia de temperatura entre dos met onductores diferentes y puede utilizarse para c iente continua. El efecto Seebeck contrasta con e ier que produce enfriamiento si se proporciona un ergía a un dispositivo termoeléctrico.

En ciertas modalidades, los TEG comprenden ermopares de un micro tamaño (cada termopar que c ar de patas termoeléctricas individual) dispues sustratos opuestos. Un dispositivo TEG ilustr a carga.

Como se muestra en la Figura 1, el disposi mprende un par de sustratos 3 y 4 de silicio o tada entre los sustratos 3 y 4 esta una plura negativas 5 y patas positivas 6 que comprend materiales seleccionados del grupo que cons to (Bi) , Antimonio (Sb) , Telurio (Te) , y Selen iertas modalidades, las patas comprenden mater 3. Las patas están conectadas a un contacto posi contacto negativo 8, respectivamente. Los disp ilustrativos que pueden utilizarse con la ción están disponibles de Micropelt GmbH, F nia .

La densidad de los pares de patas termoel i dispositivo TEG también puede afectar la efic sitivo para uso al detectar ondas de deflagra imadamente 500 pares de patas/mm , o imadamente 50 hasta aproximadamente 400 p /mm2, o entre aproximadamente 70 hasta aproxim ares de patas/mm2.

En ciertas modalidades de la presente i TEG son dispositivos muy delgados, de micro ta sustrato que presenta un área plana de percep , el área del TEG que ocupan los pares d eléctricas) de menos de 25 mm2. En una m cular, el área plana de percepción de cada sus proximadamente 6.25 mm2. Cada sustrato también r menor que 600 mieras. En ciertas modalida r es menor que 600 mieras, o menor que 250 m que aproximadamente 200 mieras. Incluso e lidades, el grosor de sustrato está entre aproxim sta aproximadamente 600 mieras, o entre aproximad aímente exhiben tiempos de respuesta menores qu iertas modalidades, el tiempo de respuesta p que 5 ms, o incluso menor que aproximadamente so en otras modalidades, el tiempo de respues entre aproximadamente 0.01 hasta aproximadament e aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 2.5 idad particular del TEG para uso con la ción presenta un grosor de sustrato de 210 o de percepción de aproximadamente 2.2 ms . asta con muchos sensores de flujo de ncionales que exhiben tiempos de respuesta en ms o más.

La Figura 3 ilustra esquemáticamente el u r Seebeck en un sistema de supresión de fuego/e rativo. El aparato de procedimiento 10 está lo cional instalado cerca de la entrada del cond el sensor Seebeck 18 como el detector infra conectados operablemente a un controlador ión entre el sensor 18, el detector 22 y el con uede ser por cable o inalámbrica dependiend ación particular. El aparato de mitigac /explosión 26 también se localiza en el condu operablemente conectado al controlador 24. Ya to de mitigación 26 es un contenedor que re e supresor (que incluye pero no se limita a su gua, polvo y gaseosos, o híbridos de los mismos ado al conducto 14 para ser capaz de intro e supresor en el mismo. Sin embargo, se entiend to de mitigación 26 puede comprender disp nos que incluyen una válvula de aislamiento incluye, pero no se limita a válvulas de comp res Seebeck.

Durante la operación, el sensor Seebeck tor óptico 22 monitorea continuamente de forma p cto 14 para encontrar signos indicativos de un explosión inminente. El detector óptico 22 se ipalmente para detectar la presencia de, o un c ntensidad de la luz infrarroja, por ejemplo, ción particular en el conducto que puede ser in n fuego o una explosión inminente. Sin emba tor 22 no será efectivo en esta función si se c bicación cerca de la salida 20 ya que la luz arn siblemente el polvo o los desechos, que in cto 14 desde el ambiente fuera del edificio ferir con la capacidad del detector 22 para de ar la presencia de un fuego o una explo rollo. Sin embargo, el sensor Seebeck 18 sustratos de sensor con lo cual genera una cor eléctrica que se transmite al controlador 24. rica puede o no amplificarse rumbo al controlado Con la detección de una señal indicativ ncía del frente de una flama a una onda de defl o del conducto 14, el controlador 24 puede ac to de mitigación 26 con lo cual libera un sor en el conducto 14 para extinguir el fuego o explosión inminente. Como se observa anteri én puede utilizarse el equipo de aislamiento me co en lugar, o además del agente supresor del ap ación 26 con el fin de prevenir que el fue sión se propague en otro equipo de proce conectado .

Los dispositivos TEG se contrastan con. disp ermopila que se utilizan para medir el flujo d da y únicamente responderá cuando esa temperatur amente, como en el caso de un paso de explosión elimina la necesidad de electrónica que discier condiciones ambientales estables y las con ntales que cambian rápidamente.

Ya que los sensores Seebeck se co aímente de termopares conectados en serie, exh s niveles favorables de inmunidad EMI/RFI terísticos de los termopares. Además, los disp son capaces de detectar la característica ica de flama sin requerir lentes para enfoque iere ninguna corriente o voltaje de estimulació sensor genera su propia energía a partir d nible de la flama que se detecta. Como se riormente, los dispositivos TEG son partic ados para percibir explosiones o flamas en esp rciona una masa térmica de referencia para mant ratura casi constante para el TEG 2. El obtu configurado para que pueda instalarse a travé lateral del conducto 14 cuando se ins sitivo de sensor 18, el extremo 28 está exp ior del conducto 14 para que el TEG 2 esté en detectar el frente de la flama o la onda de defl s indicativa de un fuego o una explosión inmin ón del TEG que no está expuesta al interior del uede cubrirse opcionalmente con un epoxi a ctor de forma térmica y eléctricamente aisl proporciona una conexión térmica y estructural ador 30 y el TEG 2. El obturador 30 también c s 32 para facilitar el aseguramiento del obturad cto 14. También se incluye un segmento 34 c onal para que pueda utilizarse una llave ingl proporcional. Aunque, como se observa anteriorm a de señal desde el TEG es tal, que no necesaria ere la amplificación de la señal.

Ej em los En los presentes ejemplos, el desempeño os de dispositivos TEG se probó y comparó con os convencionales. Se descubrió que los disposit ieron excelentes tiempos de respuesta haciénd ados para uso en los sistemas de supre /explosión .

Se probaron dos dispositivos TEG proporcion pelt GmbH, Frieburg, Alemania. El primer dis un grosor de 520 mieras por sustrato (0.05 simas de pulgada), 0.10 cm (41 milésimas de pul ra general), designado "MPG-602 estándar", y el sitivo tuvo un grosor de 20 mieras por sustrato rosor del sustrato TEG sería un factor limitan o de respuesta del dispositivo considerando tividad térmica del material de sustrato, sil derablemente superior que la de los materiales ercepción (Bismuto, Antimonio, Telurio, y Sele nuir el grosor del sustrato de elemento, se es te el tiempo de respuesta, o el tiempo para qu e a su salida pico desde su primera desviación embargo, no está claro cuál será la magnitud de 1 tiempo de respuesta. También hay una preocup existe una reducción acompañante en la salida a al reducir el grosor de sustrato. Con el fin d S teorías, se probó tanto el TEG estándar como e r reducido simultáneamente para asegurar un lar para cada TEG.

Ambos TEG se colocaron separados por 90 gr és de un retraso de varios segundos para permiti e cualquier turbulencia residual en la duales del procedimiento de llenado) , la dió cerca de la ubicación de llenado por medi a eléctricamente generada. El calor de este en como el calor inicial generado mediante la defl tante, quemó el celofán de sello abierto, propor trayectoria de escape para gases de combusti tió que el frente de una flama viajará a la lon ubería en una forma no forzada, casi laminar, g uente de flama de luminiscencia baja con una tem lama adiabática estimada de aproximadamente 1327 Se probaron las condiciones turbulentas de , con una pequeña arandela instalada a 1.21 m arriba de la sección de prueba que contiene stión laminar. Los resultados de estas pru lizaron (a su propia máxima respectiva) y ent diaron para obtener una forma de onda de r sentativa. La forma de onda de respuesta dar, así como su velocidad de cambio acompañ ra en la Figura 6. Como se puede ver en este ar EG estándar responde inicialmente con una alta v mbio.

La curva de respuesta de la Figura 7 ada desde 5 promedios de serie de prueba dif el TEG de grosor reducido mostró una respu endente al mismo estímulo. Esta curva de r ra un aumento en la velocidad de respuesta máxim S la del TEG de grosor estándar. Llegó a un a pico aproximadamente en 3 ms, y regresó en otr iempo que le toma a cada forma de onda llegar a s friamiento evaporatorio post-conducción y/o enfr onvección forzado de la superficie del TEG tado de turbulencia generada mediante la gración.

Las formas de onda de salida de sitivos TEG entonces se comparó o con la forma lida del elemento de percepción de detector Int tor infrarrojo óptico disponible de Fike Corp én denominado como un sensor IREX o Integra) ra en la Figura 8. Existen varias diferencias d estas formas de onda, la más notable que esta precisa y el regreso al valor nulo del r reducido. Aunque la cabeza de percepción de ra "ve" el frente de flama tanto antes como de la flama está de forma real directamente al fr r, el TEG no lo hace. Únicamente responden c bilidad es una función de requerimien tamiento térmico del TEG. También se descubrió e grosor estándar respondió 8.4 ms después del rcepción de detector Integra. Se cree que es amp uible al ángulo de observación del detector Inte Deflagración Turbulenta Estas pruebas se repitieron en la configur stión turbulenta, y se obtuvieron resultados si esultados se muestran en los esquemas de las Fig orprendentemente, la forma de onda para el TEG d ído llegó a su valor de salida pico únicamen egundos, y regreso bajo cero en 2 milisegundos , también exhibe la región de enfriamiento que e de flama. Esto parece consistente con el fenó de flama y la velocidad de propagación. El r reducido también comenzó a responder aproximad eno puede explicarse mediante el gradiente tente dentro del mismo TEG. Al reducir el grosor dispositivo, y al mantener la misma difere eratura a través del dispositivo, existe una di emperatura mayor a través del plano de percep Ya que el TEG funciona al convertir la difer eratura existente a través de su plano de perce oltaje, esto explicaría el aumento en los ni l de salida. También, ya que existe menos masa calentar durante una deflagración, se espera iente térmico se desarrolle y estabilice mucho má os sustratos más delgados.

Se hace constar que con relación a esta f r método conocido por la solicitante para lle tica la citada invención, es el que resulta cia enté descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como ante ma como propiedad lo_ contenido en las si ndicaciones: 1.- Un sistema de protección contra fu sión para uso con el equipo de proced terizado porque comprende: al menos un detector para señalar la dete flama dentro del equipo de procedimiento, al tor que comprende dos sustratos opuestos sición de pares de patas termoeléctricas loc ellos, al menos un detector para generar u rica en respuesta a un diferencial de temperatu ustratos creados mediante una onda de deflagraci un procesador para recibir y analizar 1 ndicación 2, caracterizado porque al menos un una densidad de par de patas termoeléctrica 75 pares de patas/mm2. 4. - El sistema de conformidad c ndicación 1, caracterizado porque al menos un un tiempo de respuesta a la onda de deflagr de 10 ms. 5. - El sistema de conformidad c ndicación 3, caracterizado porque el tiempo de r nor que 5 ms . 6. - El sistema de conformidad c ndicación 4, caracterizado porque el tiempo de r nor que 2.5 ms . 7. - El sistema de conformidad c ndicación 1, caracterizado porque el apa ación comprende un supresor químico que se intr J 24 atos tiene un grosor menor que 500 mieras. 10. - El sistema de conformidad c ndicación 8, caracterizado porque cada uno atos tiene un grosor menor que 250 mieras. 11. - El sistema de conformidad c ndicación 1, caracterizado porque la señal r no requiere amplificación antes de recibirse ocesador . 12. - El sistema de conformidad c ndicación 11, caracterizado porque la señal r se convierte a una salida de corriente prop transmisión al procesador, la salida de c rcional que se convierte de nuevo a un voltaje s de recibirse mediante el procesador. 13. - El sistema de conformidad c ndicación 1, caracterizado porque al menos un nte la onda de deflagración. 15. - El método de conformidad con la reivin caracterizado porque al menos un detector ti dad de par de patas termoeléctricas de al menos tas/mm . 16. - El método de conformidad con la reivin aracterizado porque al menos un detector tiene u spuesta para la onda de deflagración menor que 1 17. - El método de conformidad con la reivin caracterizado porque cada uno de los sustratos r menor que 600 micas. 18. - El método de conformidad con la reivin caracterizado porque al menos un detector está o de un área del equipo de procesamiento q sto a la luz ambiental. 19. - El método de conformidad con la reivin upresor químico para suprimir un ruego o una e se introduce en el equipo de procedimiento, una aislamiento para aislar porciones del eq dimiento, o una combinación de los mismos. 22. - Un método para proteger al eq dimiento de un fuego y/o una explosión carac e comprende : colocar al menos un detector dentro del e dimiento, al menos un detector que compre ratos opuestos y una disposición de pares eléctricas localizada entre ellos; utilizar al menos un detector para dét encia de una onda de deflagración, al menos un genera una señal eléctrica en respuesta a un dif emperatura entre los sustratos creados mediante eflagración; y aracterizado porque al menos un detector tiene u spuesta a la onda de deflagración menor que 10 m 25. - El método de conformidad con la reivin caracterizado porque cada uno de los sustratos r menor que 600 mieras. 26. - El método de conformidad con la reivin caracterizado porque al menos un detector está o de un área del equipo de procesamiento sto a la luz ambiental . 27. - El método de conformidad con la reivin caracterizado porque al menos un detector está ro de un área del equipo de procesamiento cente a una abertura al ambiente fuera del equipo 28.- El método de conformidad con la reivin caracterizado porque el aparato de mitigación c supresor químico que se introduce en el eq