ES2977614T3 - Actuadores electroactivos como válvulas de puerto de muestreo para detección de contaminantes por aspiración - Google Patents

Abstract

Un sistema de detección incluye un colector central que incluye una cámara de detección, una red de tuberías que incluye al menos una tubería acoplada fluidamente al colector central, una pluralidad de entradas formadas a lo largo de una longitud de al menos una tubería y un mecanismo de aspiración operable para extraer un fluido. fluir en cada una de la pluralidad de entradas a través de la red de tuberías hasta el colector central. Una pluralidad de dispositivos de control de flujo que funcionan independientemente están asociados con la pluralidad de entradas. Al menos uno de la pluralidad de dispositivos de control de flujo incluye un polímero flexible en estado sólido deformable en respuesta a la aplicación de un voltaje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Actuadores electroactivos como válvulas de puerto de muestreo para detección de contaminantes por aspiración

Antecedentes

Las realizaciones de esta descripción se refieren generalmente a un sistema de detección de humo y/o fuego asociado con un espacio predeterminado y, más particularmente, a la localización utilizando un sistema de detección de humo y/o fuego de aspiración.

Los sistemas convencionales de detección de humo funcionan detectando la presencia de humo u otros contaminantes transportados por el aire. Tras la detección de un nivel umbral de partículas, se puede activar una alarma u otra señal, tal como una señal de notificación, y se puede iniciar el funcionamiento de un sistema de extinción de incendios. Los sistemas de detección de humo de alta sensibilidad pueden incorporar una red de tuberías que consta de una o más tuberías con orificios o entradas instaladas en posiciones donde las emisiones de humo o previas al fuego pueden ser recogidas de una región o ambiente que se está monitorizando. El aire se introduce en la red de tuberías a través de las entradas y posteriormente se dirige a una estación central para evaluación, tal como mediante un ventilador ubicado dentro de la estación central. En los sistemas de detección de redes de tuberías, debido al tamaño de la red de tuberías, el humo u otros contaminantes inicialmente entran en la red de tuberías a través de solo unas pocas entradas. Este humo se mezcla con el aire limpio proporcionado a la tubería desde el resto de las entradas. Como resultado de esta dilución, el humo detectable a partir de la mezcla de humo y aire no puede exceder el umbral necesario para indicar la existencia de un incendio y activar una alarma. Además, en los casos en los que el humo es suficiente para activar una alarma, el sistema no puede determinar la ubicación de la una o más entradas en las que está presente el humo. El documento US 2004/145484 A1 describe un sistema de detección de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Breve descripción

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema de detección que comprende un colector central que comprende una cámara de detección, una red de tuberías que comprende al menos una tubería acoplada en conexión de fluido al colector central, una pluralidad de entradas formadas sobre una longitud de la al menos una tubería y un mecanismo de aspiración operable para atraer un flujo de fluido desde cada una de la pluralidad de entradas a través de la red de tuberías al colector central. Una pluralidad de dispositivos de control de flujo operables independientemente se asocia con la pluralidad de entradas, caracterizada porque al menos uno de la pluralidad de dispositivos de control de flujo comprende: una base, un actuador conectado a la base, un elemento de sellado que se extiende desde la base y formado de un polímero flexible de estado sólido acoplado a electrodos, en donde el polímero flexible de estado sólido es deformable en respuesta a la aplicación de un voltaje a los electrodos, en donde el al menos un dispositivo de control de flujo de la pluralidad de dispositivos de control de flujo está montado con relación a una entrada de manera que, cuando el al menos un dispositivo de control de flujo de la pluralidad de dispositivos de control de flujo está en una configuración abierta, se proporciona un flujo a la red de tuberías a través de una periferia exterior el elemento de sellado y la entrada, y en donde el elemento de sellado está configurado para expandirse en respuesta a la aplicación por el actuador de un voltaje a los electrodos, de manera que la periferia exterior del elemento de sellado hace contacto directamente con la entrada para sellar la entrada. Opcionalmente, al menos una de la pluralidad de entradas se forma directamente en la al menos una tubería. Opcionalmente, al menos una de la pluralidad de entradas está desplazada de la al menos una tubería y está dispuesta en comunicación de fluido con la al menos una tubería mediante un conector.

Opcionalmente, el polímero flexible de estado sólido está configurado para transformar energía eléctrica en energía mecánica.

Opcionalmente, el polímero flexible de estado sólido comprende uno de un polímero electroactivo y un material piezoeléctrico.

De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un método para identificar una ubicación asociada con partículas detectadas de un contaminante, el método comprende: detectar partículas del contaminante utilizando un sistema de detección de acuerdo con el primer aspecto; accionar el al menos un dispositivo de control de flujo para sellar selectivamente al menos una entrada de la pluralidad de entradas; y evaluar el flujo de fluido proporcionado al sistema de tubería desde al menos una entrada abierta para determinar si las partículas del contaminante están presentes en al menos una entrada abierta.

Opcionalmente, sellar selectivamente al menos una entrada de la pluralidad de entradas comprende sellar selectivamente todas excepto una de la pluralidad de entradas.

Opcionalmente, la red de tuberías comprende una pluralidad de tuberías y sellar selectivamente al menos una entrada de la pluralidad de entradas comprende sellar selectivamente la pluralidad de entradas asociadas con todas excepto con una de la pluralidad de tuberías.

Opcionalmente, el método comprende además seleccionar uno o más parámetros asociados con el voltaje para lograr la expansión del polímero flexible de estado sólido.

Breve descripción de los dibujos

Las siguientes descripciones no deben considerarse limitativas en modo alguno Con referencia a los dibujos adjuntos, los elementos similares están enumerados de forma similar:

la FIG. 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de un sistema de detección de humo por aspiración de un edificio;

la FIG. 2 es un ejemplo de una entrada dispuesta en una ubicación desplazada de una tubería de la red de tuberías de un sistema de detección;

la FIG. 3 es un ejemplo de una entrada formada directamente en una tubería de la red de tuberías de un sistema de detección;

la FIG. 4 es un diagrama esquemático de un colector central del sistema de detección según una realización; y

la FIG. 5 es una vista en perspectiva de un dispositivo de control de flujo asociado con una entrada de una red de tuberías de un sistema de detección de acuerdo con la invención.

Descripción detallada

A modo de ejemplo y no de limitación, en la presente memoria se presenta una descripción detallada de una o más realizaciones del aparato y del método descritos, haciendo referencia a las figuras.

El término "aproximadamente" pretende incluir el grado de error asociado con la medición de la cantidad particular basado en el equipamiento disponible en el momento de presentar la solicitud.

La terminología utilizada en la presente memoria solo tiene el propósito de describir las realizaciones particulares y no pretende ser una limitación de la presente divulgación. Como se utilizan en la presente memoria, se pretende que las formas singulares "un", "uno/una", y "el/la" incluyan también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se comprenderá además que los términos "comprende" y/o "que comprende", cuando se utilizan en esta memoria, especifican la presencia de las características, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes indicados, pero no excluyen la presencia o incorporación de una o más de otras características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

Con referencia ahora a la FIG. 1, se ilustra un ejemplo de un sistema de detección 20, tal como para detectar la presencia de humo o un incendio, por ejemplo. Obsérvese que, aunque el humo se detecta típicamente mediante un sistema de detección 20 y se utiliza de manera ilustrativa para realizaciones a modo de ejemplo en el presente documento, el sistema 20 puede configurarse para detectar otros tipos de contaminantes o partículas transportados por el aire, tales como polen o productos químicos, que probablemente indiquen una condición o evento peligroso o indeseable. Como se muestra, el sistema de detección 20 incluye una red de tuberías 22 que tiene una o más tuberías de muestreo 24 conectadas a un colector común o central 26. En la realización ilustrada, no limitante, la red de tuberías 22 incluye cuatro tuberías distintas 24; sin embargo, debe entenderse que una red 22 que tiene cualquier número de tuberías 24 se considera dentro del alcance de la divulgación. Cada tubería de muestreo 24 está situada dentro de una zona o región específica de un área, edificio u otra instalación 10, que será monitorizada por el sistema de detección 20.

Además, cada tubería de muestreo 24 incluye una o más entradas o puertos de muestreo 30 dispuestos en posiciones o intervalos seleccionados sobre la longitud de la tubería 24. En algunas realizaciones, tales como cuando el sistema de detección 20 está instalado en un edificio 10 que tiene un techo inclinado, las entradas o puertos 30 están situados separados o desplazados de la tubería 24. Como se muestra mejor en la FIG. 2, la entrada o puerto 30 puede extenderse a través de una abertura 32 formada en un techo 34 del edificio 10 para acoplar en conexión de fluido la entrada 30 con una parte del edificio 10 que se va a monitorizar. Un conector 36, tal como formado por un cable flexible, un tubo capilar u otro conducto, puede comunicar el aire y las partículas recibidas en la entrada 30 a la tubería 24. En la realización ilustrada, no limitante, un primer extremo 38 del conector 26 está acoplado a una abertura (no mostrada) formada en una tubería 24 de la red de tuberías 22. Un segundo extremo opuesto 40 del conector 36 está acoplado y configurado para recibir el flujo de fluido recibido en la entrada 30. En otra realización, ilustrada en la FIG. 3, la entrada 30 está formada directamente en una tubería 24 de la red de tuberías 22 para la comunicación de aire y otras partículas al colector central 26. Debe entenderse que un sistema 20 que incluye una combinación de una o más entradas 30 formadas directamente en las tuberías 24 de la red de tuberías 22 y una o más entradas 30 desplazadas de las tuberías 24 de la red de tuberías 22 también se contempla en la presente memoria. Además, cualquier otra configuración adecuada de las entradas 30 con respecto a la red de tuberías 22 también está dentro del alcance de la divulgación.

Con referencia ahora a la FIG. 4, se ilustra un diagrama esquemático del colector central 26. Como se muestra, el colector central 26 está conectado en conexión de fluido a un ventilador u otro mecanismo de aspiración, ilustrado esquemáticamente en 42, que atrae un flujo de aire y otras partículas a través de la pluralidad de entradas 30, a través de las tuberías 24, y al interior del colector central 26. Desde el mecanismo de aspiración 42, el flujo puede descargarse directamente al ambiente, es decir, fuera del área que se está monitorizando, o a un tubo de expulsión. Dispuesta dentro del colector central 26 hay una cámara 44, dentro de la cual, antes de que se agote, se toma una muestra de todo o de una parte del flujo de aire y de otras partículas proporcionadas al colector central 26 para detectar la presencia de humo, lo que indica la aparición de un incendio. Un sistema de control, ilustrado esquemáticamente en 46, está acoplado operativamente tanto al mecanismo de aspiración 42, como a uno o más componentes dispuestos dentro de la cámara 44 que realizan la operación de detección. Debe entenderse que el sistema de detección de aspiración 20 ilustrado y descrito en el presente documento está destinado solo a ser un ejemplo.

Haciendo referencia de nuevo a las FIGS. 2 y 3, un dispositivo de control de flujo 50 está asociado con una o más de la pluralidad de entradas 30 de la red de tuberías 22. En una realización, un dispositivo de control de flujo distinto 50 está asociado con cada una de la pluralidad de entradas 30 de la red de tuberías 22 y es operable para ajustar o controlar una o más características de un flujo en la entrada 30. Los dispositivos de control de flujo 50 están situados en la entrada 30 o alternativamente, según una realización que no forma parte de la invención, dentro de la tubería 24 o del conector 36 en una posición aguas arriba de la entrada 30, pero aguas abajo de una entrada adyacente 30. Como se describe en el presente documento, un conector situado aguas arriba de la entrada 30, pero aguas abajo de una entrada adyacente, estaría situado dentro de la tubería 24 generalmente entre entradas adyacentes con relación a un flujo de fluido a través de la tubería 24. El dispositivo de control de flujo 50 incluye un polímero flexible de estado sólido capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica. El polímero flexible de estado sólido puede comprender uno de un polímero electroactivo y un material piezoeléctrico. Un polímero electroactivo típicamente incluye un polímero que actúa como un dieléctrico aislante entre electrodos y está configurado para deflectar en respuesta a la aplicación de una diferencia de voltaje entre los electrodos. Como se usa en el presente documento, el término deflexión puede referirse a cualquier desplazamiento, expansión, contracción, torsión, deformación lineal o de área, o cualquier otra deformación de una parte del material.

Con referencia ahora a la FIG. 5, se ilustra con más detalle un dispositivo de control de flujo 50 según la invención. Como se muestra, el dispositivo de control de flujo 50 incluye una base 52 y un elemento de sellado 54 que se extiende desde la base 52. El dispositivo de control de flujo 50 está montado con relación a la entrada 30, de manera que durante el funcionamiento normal, se define una holgura entre la periferia exterior del elemento de sellado 54 y la entrada 30, a través de la cual se proporciona un flujo de aire y otras partículas a la red de tuberías 22. El elemento de sellado 54 está formado a partir de un polímero flexible de estado sólido, que, por ejemplo, comprende un polímero electroactivo.

Un actuador 56 está conectado a la base 52, tal como dentro de un centro definido por el elemento de sellado 54. El actuador 56 es accionado para aplicar un voltaje a los electrodos acoplados al polímero electroactivo, haciendo de este modo que el polímero electroactivo del elemento de sellado 54 se expanda, de manera que la periferia exterior del elemento de sellado 54 haga contacto directamente con la entrada 30, sellando de este modo la entrada 30 para evitar un flujo de aire a través de la misma al interior de la red de tuberías 22.

Como se ha descrito anteriormente, el polímero electroactivo, el material piezoeléctrico, u otro polímero flexible de estado sólido adecuado requiere la aplicación de una energía eléctrica o voltaje al mismo, que es transformada en una energía mecánica. En una realización, esta energía eléctrica puede suministrarse desde una fuente de alimentación, ilustrada esquemáticamente en 60 en la FIG. 5, tal como una batería u otra fuente de alimentación reemplazable o recargable. Alternativa, o adicionalmente, el dispositivo de control de flujo 50 puede configurarse para recoger energía o recibir energía transferida inalámbricamente que puede almacenarse entonces dentro de la fuente de alimentación conectada 60. Como se muestra en la FIG. 5, la fuente de alimentación 60 está conectada de forma operativa a la unidad de control 46 del sistema de detección 20. La comunicación entre el sistema de control 46 y cada uno de la pluralidad de dispositivos de control de flujo 50, o una fuente de alimentación asociada con cada uno de la pluralidad de dispositivos de control de flujo 50, puede ser por cable o inalámbrica. Por consiguiente, la unidad de control 46 se puede comunicar con la fuente de alimentación 60 para indicar cuándo se va a suministrar energía desde la fuente de alimentación 60 al dispositivo de control de flujo 50, así como uno o más parámetros de la unidad asociados con la energía que se va a suministrar, para lograr la expansión del material polimérico electroactivo. En una realización, se proporciona energía eléctrica a uno o más dispositivos de control de flujo 50 a una frecuencia que tiene una anchura de banda entre 0,1 y 100 Hz. Sin embargo, las realizaciones en las que la energía eléctrica está fuera de este intervalo, tal como mayor de 1 KHz, por ejemplo, también están dentro del alcance de la divulgación.

Durante el funcionamiento normal del sistema de detección 20, todos o una pluralidad de dispositivos de control de flujo 50 están en una configuración abierta, de manera que se proporciona un flujo de aire y otras partículas a la red de tuberías 22 a través de la pluralidad de entradas correspondientes 30. Por consiguiente, el flujo de cada una de la pluralidad de entradas "abiertas" 30 se mezcla dentro de la red de tuberías 22 y dentro del colector 26. Esta mezcla se proporciona a la cámara de detección 44 donde se evalúa el flujo para detectar la presencia de una o más partículas específicas, tales como humo, por ejemplo. Cuando se detecta humo u otro contaminante transportado por el aire o partículas que exceden un umbral predeterminado dentro del flujo, la unidad de control 46 indica la ocurrencia de un evento. Sin embargo, la unidad de control 46 del sistema de detección 20 es incapaz de identificar la ubicación de la una o más entradas 30 donde se originó el humo debido a la mezcla que se produce dentro del sistema de tubería 22.

Para realizar una operación de localización y determinar la una o más entradas 30 a través de las cuales entra humo en la red de tuberías 22, la unidad de control 46 operará selectivamente la pluralidad de dispositivos de control de flujo 50 de una manera controlada. En una realización, la unidad de control 46 sellará todas excepto una de las entradas 30 que estaban abiertas cuando se detectó inicialmente el humo. La unidad de control 46 abrirá entonces cada una de las entradas potenciales 30 a través de las cuales puede haber entrado humo en la red de tuberías 22 individualmente, para identificar cuál de las entradas 30 es la fuente del humo. Alternativa, o adicionalmente, para reducir el tiempo y eliminar la necesidad de probar individualmente un flujo en cada una de las entradas 30 del sistema 20, la unidad de control 46 puede funcionar para sellar selectivamente los dispositivos de control de flujo 50 asociados con uno o más grupos de entradas 30, por ejemplo aislando cada tubería 24 del resto de la red 22. Los modos de funcionamiento descritos en el presente documento están destinados solo ser un ejemplo, y debe entenderse que un sistema de detección operable para sellar selectivamente uno o más puertos para determinar una ubicación asociada con la presencia de una o más partículas de humo se contempla en el presente documento.

51 bien la presente invención se ha descrito haciendo referencia a una realización o realizaciones a modo de ejemplo, los expertos en la técnica entenderán que se pueden hacer diversos cambios y que los elementos de estas se pueden sustituir por equivalentes sin apartarse del alcance de la presente invención definido por las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las realizaciones particulares descritas, sino que la invención incluirá todas las realizaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de detección (20) que comprende:

un colector central (26) que comprende una cámara de detección (44);

una red de tuberías (22) que comprende al menos una tubería (24) acoplada en conexión de fluido al colector central;

una pluralidad de entradas (30) formadas sobre una longitud de la al menos una tubería;

un mecanismo de aspiración (42) operable para desplazar un flujo de fluido en cada una de la pluralidad de entradas a través de la red de tuberías al colector central; y

una pluralidad de dispositivos de control de flujo operables independientemente (50) asociados con la pluralidad de entradas, caracterizada por que al menos uno de la pluralidad de dispositivos de control de flujo comprende:

una base (52);

un actuador (56) conectado a la base (52); y

un elemento de sellado (54) que se extiende desde la base (52) y formado a partir de un polímero flexible de estado sólido acoplado a electrodos, en donde el polímero flexible de estado sólido es deformable como respuesta a la aplicación de un voltaje a los electrodos,

en donde el al menos un dispositivo de control de flujo de la pluralidad de dispositivos de control de flujo (50) está montado con relación a una entrada (30) de manera que, cuando el al menos un dispositivo de control de flujo de la pluralidad de dispositivos de control de flujo está en una configuración abierta, se proporciona un flujo a la red de tuberías a través de una holgura entre una periferia exterior del elemento de sellado y la entrada (30), y

en donde el elemento de sellado está configurado para expandirse en respuesta a la aplicación por parte del actuador (56) de un voltaje a los electrodos, de manera que la periferia exterior del elemento de sellado hace contacto directamente con la entrada (30) para sellar la entrada (30).

2. El sistema de detección de la reivindicación 1, en donde al menos una de la pluralidad de entradas está formada directamente en la al menos una tubería.

3. El sistema de detección de la reivindicación 1, en donde al menos una de la pluralidad de entradas está desplazada de la al menos una tubería y está dispuesta en comunicación de fluido con la al menos una tubería mediante un conector.

4. El sistema de detección de la reivindicación 1, en donde el polímero flexible de estado sólido está configurado para transformar energía eléctrica en energía mecánica.

5. El sistema de detección de la reivindicación 4, en donde el polímero flexible de estado sólido comprende uno de un polímero electroactivo y un material piezoeléctrico.

6. Un método para identificar una ubicación asociada con partículas detectadas de un contaminante, comprendiendo el método:

detectar partículas del contaminante utilizando un sistema de detección como el reivindicado en la reivindicación 1;

accionar el al menos un dispositivo de control de flujo (50) para sellar selectivamente al menos una entrada de la pluralidad de entradas; y

evaluar el flujo de fluido proporcionado al sistema de tuberías desde al menos una entrada abierta para determinar si las partículas del contaminante están presentes en la al menos una entrada abierta.

7. El método de la reivindicación 6, en donde sellar selectivamente al menos una entrada de la pluralidad de entradas comprende sellar selectivamente todas excepto una de la pluralidad de entradas.

8. El método de la reivindicación 6, en donde, la red de tuberías comprende una pluralidad de tuberías y sellar selectivamente al menos una entrada de la pluralidad de entradas comprende sellar selectivamente la pluralidad de entradas asociadas con todas excepto con una de la pluralidad de tuberías.

9. El método de la reivindicación 6, que comprende además seleccionar uno o más parámetros asociados con el voltaje para lograr la expansión del polímero flexible de estado sólido.