BRPI0612661A2

BRPI0612661A2 - unidade de ventilação refrigeradora para a refrigeração de componentes eletrÈnicos

Info

Publication number: BRPI0612661A2
Application number: BRPI0612661-8A
Authority: BR
Inventors: Robert Schwarz; Christiane Rudolf; Wai Sing Poon; Jason W Muller
Original assignee: Gore W L & Ass Gmbh
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2012-10-02
Also published as: CA2614251C; ATE502514T1; DE602005026932D1; PL1750493T3; RU2378808C2; RU2008105072A; WO2007006580A1; US20090139405A1; CA2614251A1; CN101223838A; CN101223838B; EP1750493B1; EP1750493A1; KR20080033961A; ES2363229T3; KR101293101B1; JP2009501438A

Abstract

UNIDADE DE VENTILAçãO REFRIGERADODA PARA A REFRIGERAçãO DE COMPONENTES ELETRÈNICOS. A presente invenção refere-se a uma unidade de ventilação refrigeradora (10) para a refrigeração de componentes eletrónicos, tal como em uma estação central de telecomunicações ar refrigerada, compreendendo uma cobertura protetora ao menos para a abertura de entrada de ar (11) em um invólucro (8) no qual os componentes eletrónicos se alojam. A abertura protetora (1) possui uma armação (2) na qual um meio compósito de filtração (3) é montado de modo a criar um encaixe apertado contra infiltração. O meio compósito de filtração (3) compreende uma camada de filtração membranosa (20) com uma membrana polimérica porosa, por exemplo, de politetrafluoroctileno expandido (ePTFE), e ao menos uma camada de filtração de profundidade (18) diposta em um lado superior da camada de filtração membranosa (20). A camada de filtração de profundidade compreende fibras que possuem uma carga eletrostática. A membrana de ePTFE é preferivelmente feita a partir de uma mescla de um homo-polímero de ePTFE com um polímero de ePTFE modificado.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de Patente de Invenção para "UNIDADE DK VENTILAÇÃO REFRIGERADORA PARA A REFRIGERAÇÃO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS". Fundamentos

A presente invenção refere-se a uma unidade de ventilação refrigeradora para a refrigeração de componentes eletrônicos, cm particular para uso em locais expostos ao meio ambiente, tais como as estações centrais de telecomunicações ar refrigeradas. Uma unidade de ventilação refrigeradora do estado da técnica para uma estação central de telecomunicações ar refrigerada é descrita em WO 00/04980. Ela compreende um invólucro para comportar os componentes eletrônicos de telecomunicações, ao menos uma abertura de entrada de ar c ao menos uma abertura de saída de ar no invólucro, ao menos um ventilador para produzir um fluxo de ar partindo da abertura de entrada de ar através do invólucro para a abertura de saída de ar, e ao menos uma cobertura protetora para encobrir inteiramente pelo menos a abertura de entrada de ar, de modo a remover partículas provenientes da corrente de ar na entrada do invólucro. A cobertura protetora compreende um meio eompósito dc fíltração e uma armação na qual o meio eompósito de fíltração é montado de modo a criar um encaixe apertado contra infiltração entre o meio de fíltração e a armação. O meio de fíltração compreende uma camada dc fíltração membranosa que compreende uma membrana polimcrica porosa e um material de suporte sobre ambas as faces frontal e posterior da camada de fíltração membranosa, tal como um tecido não trançado ("não-tecido"), tecido trançado, tecido tricotado, malha ou uma lâmina perfurada. O material de suporte e a camada de fíltração membranosa podem ficar separadas uma sobre a outra ou podem formar uma lâmina (material laminado). A camada de fíltração membranosa pode ser feita dc um polímero sintético selecionado a partir do grupo que consiste em polictileno, polipropileno e dos fluoropolímeros, incluindo o copolímero etil tetra íluoroetileno/(perfluoroalquil)vinil (PFA), copolímero tetrafluoroetileno/hexafluoropropilcno (FEP), e politctrafluoroetíleno (PTFB) Um painel de persianas pode ser colocado do lado de fora da cobertura protetora para proteção contra vandalismos e danos mecânicos, c também para prevenir que respingos dc água atinjam diretamente o meio compósito de filtração.

A unidade de ventilação refrigeradora do estado da técnica é útil cm particular quando o invólucro com os componentes eletrônicos estiver localizado ao ar livre, com pouca ou nenhuma proteção, e exposto às condições do ambiente. O meio compósito de filtração pode receber uma grande corrente de ar, permitindo que se alcance uma diferença dc temperatura menor do que IOk pela unidade de ventilação refrigeradora mesmo cm uma alta temperatura ambiente, e também assegurando proteção contra a penetração de água e umidade de acordo com os elevados Padrões Huropeus dc Telccomunicaçõcs.

O objetivo da presente invenção é propor uma unidade dc ventilação refrigeradora com uma melhor capacidade de retenção dc água, umidade e de qualquer outro elemento que esteja contido em uma corrente de ar c que possa levar à deterioração ou destruição dos componentes eletrônicos.

Descrição Geral da Invenção

Isto é alcançado de acordo com a invenção pela unidade de ventilação refrigeradora de acordo com o estado da técnica previamente mencionado, porém com um diferente meio compósito de filtração da cobertura protetora. O meio compósito de filtração da presente invenção compreende, além de uma camada de filtração membranosa, ao menos uma camada de filtração dc profundidade disposta a jusante da camada dc filtração membranosa com relação à direção dc fluxo gasoso através do filtro.

A camada de meio de filtração de profundidade compreende prefcrivelmente fibras que possuam uma carga eletrostática, cuja carga não seja forte o suficiente para afetar os componentes eletrônicos no invólucro. Embora materiais de filtro carregados eletricamente possam ser fabricados através de uma variedade dc técnicas conhecidas, uma forma particular de se carregar o tecido fíbroso a frio é descrita cm US 5.401.446, As libras carregadas melhoram o desempenho da filtração ao atraírem as pequenas partículas às fibras e rctê-las. Descobriu-se que a queda de pressão no meio de filtração desta forma aumenta cm um ritmo menor do que o aumento sem a carga elétrica no meio de filtração de profundidade.

A remoção do pequenas partículas dentro do meio de filtração de profundidade (pré-filtro) previne o entupimento prematuro da camada de filtração membranosa devido ao acúmulo de um bolo de filtração sobre a superfície da membrana (que c um meio de filtração "de superfície" ao invés cm comparação ao meio de filtração "de profundidade"). A permeabilidade do bolo de filtração é assim mantida por um longo período de tempo. Estima-se que o filtro de acordo com a presente invenção pode ser projetado para o uso contínuo em áreas altamente poluídas pelo tempo de vida útil dos componentes eletrônicos sem a necessidade da substituição do filtro.

Uma camada de suporte diferente do meio de filtração de profundidade c prcfcrivelmente fornecida a jusante ou a montante da membrana, para prover o suporte que resista ao fluxo de ar e à queda de pressão resultante. Deve-se notar, no entanto, que a camada de suporte irá afetar substancialmente a permeabilidade total do meio de filtração. Este será o caso preferido quando a camada de suporte for laminada à membrana. Concluindo-se, a permeabilidade do filtro pode ser reduzida por um fator de 5 devido à laminação com a camada de suporte.

Enquanto a camada ou as camadas do meio de filtração de profundidade compreendem preferivelmente um tecido fibroso não trançado ("nao-tecido"), em particular um tecido fundido c soprado CmeU blowrf ), a camada de filtração membranosa é preferivelmente feita de politetrafluoroetileno poroso (ePTFE). O ePTFE é hidrofóbico c a fina estrutura microporosa resulta em uma superfície que é resistente à entrada de água e altamente eficiente na captura de pequenas partículas; conseqüentemente ela também previne de maneira eficaz a passagem de partículas de sais. Comprovou-se ser particularmente vantajoso o uso de membranas de ePTFE conforme descritas cm US 5.814.405. As membranas lá descritas possuem uma alta eficiência de filtração, fluxo de ar e resistência ao estouro. Métodos de fabricação de membranas de ePTFE apropriadas são lá inteiramente descritos c são aqui incorporados como referências. Estas membranas de ePTFE estão disponíveis através da W.L. Gore & Associates, Inc. de Newark, Delaware, EUA. Contudo, membranas dc ePTFE da mesma estrutura fabricadas por outros meios também podem ser utilizadas.

Descobriu-se que esta espécie particular de membrana dc ePTFE oferece um bom equilíbrio entre os fatores relevantes: permeabilidade ao ar, retenção de água e sais, eficiência de filtração de partículas e manuseio. Em particular, os furos que tipicamente ocorrem quando o meio dc filtração está dobrado, formando um cartucho ou filtro dc painel plissado, aparentemente não são mais um problema quando tais membranas dc cPTFE são utilizadas.

Estas propriedades vantajosas da membrana podem ser atribuídas à sua micro-estrutura. Mais especificamente, as membranas dc ePTFE descritas cm US 5.814.405 possuem uma micro-estrutura interna que consiste essencialmente cm uma série de nós interconcctados por fibrilas, sendo os nós geralmente arranjados em paralelo, altamente alongados e possuindo uma razão de aspecto (relação entre altura c largura) de 25:1 ou mais, prefcrivelmcntc de 150:1 ou mais. Isto pode ser alcançado quando as membranas de ePTFE forem Iormadas por uma mescla dc um homopolímero dc PTFli com um polímero dc PTFE modificado.

Enquanto os tamanhos médios dos poros de fluxo das membranas divulgadas em US 5.814.405 ficam na faixa dc 1,5 μm ou menos, c preferível para os propósitos da presente invenção ter um tamanho médio dos poros de fluxo maior do que 1,5 μm, em particular entre 1,5 μm e 15 μm, e em uma modalidade preferida de 3 μm. Isto pode ser facilmente alcançado expandindo-sc a membrana durante sua fabricação na direção longitudinal e/ou transversal ate que a porosidade desejada seja obtida.

É portanto possível prover uma cobertura protetora que compreenda um meio compósito de filtração com uma lâmina plissada compreendendo uma membrana dc cPTFE e uma camada dc suporte e ao menos um meio dc filtração mcll blown (fundido c soprado) cletrostaticamente carregado, tendo a lâmina uma permeabilidade ao ar dc aproximadamente 3 Frazier a aproximadamente 15 Frazier, e uma eficiência de filtração de partículas de pelo menos 90% para partículas dc 0,3 μm de tamanho a 1 cm/s, enquanto que o meio de filtração melt blown tem uma permeabilidade ao ar de aproximadamente 30 Frazier a aproximadamente 130 Frazier, e uma eficiência de filtração de partículas de 99% ou mais para partículas de 0,3 μmde tamanho. A eficiência de filtração de 99% ou mais para partículas de 0,3 μm de tamanho pode ser obtida de tal filtro compósito (H12-13), o que é altamente desejável para uma estação central de telecomunicações ar refrigerada.

Com a presente invenção, um desembaçador separado não é necessário. Além disso, o meio de filtração da presente invenção pode ser utilizado em ambientes desde -40°C até +70°C. Por fim, um filtro de sais separados não é necessário porque o meio membranoso é resistente à água (IPX5) c também oferece uma alta retenção de sais. A corrosão dos componentes eletrônicos é portanto prevenida de forma eficaz. O meio de filtração de um estágio de acordo com a invenção e leve, e tem um longo tempo estimado de duração de uso sob as condições ambientais mais severas.

Devido à estrutura de múltiplas camadas do meio compósito de filtração, apenas algumas partículas muito pequenas irão penetrar no pré-filtro do meio de filtração de profundidade e alcançarão a superfície da membrana com algum retardo. O pré-filtro fundido e soprado com uma eficiência de filtração de 90%), portanto, já consegue filtrar a maior parte das partículas. Com o passar do tempo, um bolo de filtração acumula-se sobre a lateral a montante do pré-filtro. liste bolo de filtração prove um eleito adicional de filtração, Λ eficiência de filtração do bolo de filtração acentua-se com o passar do tempo c constitui um tipo de pré-pré-filtro. Quando um filtro carregado da forma anteriormente mencionada é exposto a um clima úmido, por ex., com umidade relativa acima de 90%, o bolo de filtração oferece uma função importante para todo o meio de filtração. Mais particularmente, se o bolo de filtração tivesse se acumulado diretamente sobre a superfície do material da membrana, o inchamcnto dar partículas do bolo de filtração em climas úmidos resultaria cm um aumento da queda de pressão sobre o meio de filtração. Contudo, este aumento da queda de pressão é menor caso o bolo de filtração seja separado da superfície da membrana como o c por meio do pré-filtro.

Breve Descrição dos Desenhos A Fig. 1 c uma unidade de ventilação refrigeradora de acordo com a presente invenção,

A Fig. 2 c uma vista em perspectiva de uma cobertura protetora para ser usada em uma unidade de ventilação refrigeradora,

A Fig. 3 é uma cobertura protetora anular,

Λ Fig. 4 c uma vista em perspectiva de uma cobertura protetora semelhante à mostrada na Fig. 2, porém, com um painel de persianas a montante,

A Fig. 5 é uma seção transversal através de parte da cobertura protetora na Fig. 2,

A Fig. 6 é uma vista de seção transversal de um meio compòsito de filtração para a cobertura protetora da unidade de ventilação refrigeradora da presente invenção,

A Fig. 7 é uma vista de seção transversal de um outro meio compòsito de filtração com uma camada de suporte separada a jusante do meio de filtração,

A Fig. 8 é uma vista de seção transversal de ainda um outro meio de filtração com a camada de suporte separada centralmente disposta,

A Fig. 9 é uma vista de seção transversal de um meio de filtração adicional com uma camada estabilizadora adicional sobre o lado a jusante do meio de filtração,

A Fig. 10 ilustra, como um exemplo, uma vista de seção transversal ampliada da estrutura de uma camada de filtração membranosa preferida que forma parte do meio compòsito de filtração, e

A Fig. 11 é um gráfico que mostra o melhor desempenho do meio compòsito de filtração em comparação com outros filtros de membrana.

Descrição Detalhada com Referência aos Desenhos A Fig. 1 mostra, em diagrama, uma unidade de ventilação refrigeradora 100, na qual componentes eletrônicos estão arranjados, tais como, por ex., circuitos, amplificadorcs, semicondutores, etc., os quais são referidos como um todo por 7. Através de um ou mais ventiladores 6, dispostos sobre uma parede posterior 13 do invólucro 8, é gerado um fluxo de ar, cuja direção é indicada pelas setas. O número de ventiladores depende do tamanho do invólucro 8 e dos componentes 7 a serem refrigerados. Os ventiladores apropriados são os ventiladores axiais e os radiais, O fluxo de ar passa através de uma abertura de entrada de ar 11 para dentro do invólucro 8, e emerge do invólucro 8 no lado oposto através de uma abertura de saída de ar 12. As aberturas de entrada e de saída de ar 11, 12 são vedadas com uma cobertura protetora 1, sendo a cobertura protetora um material poroso apertado contra infiltração, de maneira que o ar puxado pelo ventilador 6 possa entrar no interior do invólucro exclusivamente através da cobertura protetora 1, e então passar por fíltração através do meio de filtração 3. A cobertura protetora 1 pode ser colocada opcionalmente dentro ou fora do invólucro 8, como mostrado no diagrama da Fig.l. Uma placa 5, na forma de um painel de persianas, é provida do lado de fora, na frente da cobertura protetora 1, para a proteção contra danos mecânicos, vandalismo e respingos de água. O ar é empurrado para dentro prefcrivclmentc por sobre toda a face frontal do invólucro 8, passando entre os componentes eletrônicos 7 e guiado por trás dos ventiladores 6 através de placas defletoras 9 para a abertura de saída de ar 12. As placas defletoras 9 auxiliam na conexão do fluxo de ar nas curvas, c na condução do ar quente até a abertura de saída de ar 12. Um tamanho típico do invólucro 8 de uma estação central ou cabine dc switch de dispositivos de telecomunicações erigidos ao ar livre é de 1.500 χ 1.000 χ 1.000 mm3 (AxLxP)., enquanto que a cobertura protetora 1 tem, por exemplo, um tamanho dc 1.000 χ 450 χ 100 mm3 (AxLxP). As dimensões dependem do tamanho do invólucro 8 e da quantidade de ar a ser transportada.

As Figs. 2 a 5 mostram arranjos particulares da cobertura protetora 1. A Fig. 5 mostra uma armação 2 que pode ser feita dc plástico ou de metal, sendo, por ra/.ões de estabilidade, preferido o alumínio. Na armação 2, o meio de fíltração 3 é arranjado dobrado em forma plissada. As dobras são arranjadas verticalmente de modo a permitir que a umidade coletada sobre a superfície frontal do meio dc fíltração flua para baixo. Como mostra a Fig. 2, a profundidade da armação 2 é selecionada de modo que as duas bordas laterais compridas do meio de fíltração dobrado 3 não se projetem para além de uma parede 2c da armação 2, de forma que uma conexão hermética possa ser criada entre o meio de fíltração 3 e a armação 2 para prevenir a passagem dc ar pelo meio dc filtração 3.

O meio dc filtração 3 é preferivelmcntc dobrado sobre si mesmo da forma plissada mostrada na Fig. 2, dc maneira a prover uma melhor integridade estrutural e aumentar significativamente a área dc superfície exposta à filtraçao. As dobras podem ter uma altura que preferivelmente não exccda 250 mm, mais preferivelmente na faixa dc aproximadamente 30 a 90 mm. Embora o meio de filtraçao 3 seja mostrado na Fig. 2 como sendo plissado para formar um painel plissado, poderia ser desejável unir as duas bordas do painel para formar um meio de filtraçao cilíndrico, como mostrado na Fig. 3. Neste caso, o meio dc liltração 3 c arranjado cm um círculo e suas bordas laterais são fechadas pelas tampas de fechamento 2a, 2b correspondentes. A construção dc tal armação de cobertura 2 c formada por duas tampas de fechamento 2a, 2b, correspondendo essencialmente a um filtro anular em forma de cartucho. Uma tampa dc fechamento 2a possui uma abertura 15 para permitir o transporte de ar na direção da seta. A tampa dc fechamento 2a com a abertura 15 é conectada ao invólucro 8.

As dobras do meio de filtraçao plissado 3 são preferivelmente estabilizadas por espaçadores no lado a montante e/ou a jusante de maneira a permitir a operação da filtração a elevadas velocidades nominais dc até 5 cm/s ou mais.

Idealmente, o meio de filtraçao 3 é montado na armação 2 utilizando-se um material de preenchimento 4 (Fig. 5), tal como poliuretanos, cpóxis, silicones, adesivos termo fundíveis, ou plastissol. Para estabelecer uma vedação apertada, o material de preenchimento 4 deve ser escolhido ou tratado para que se infiltre dentro do meio dc filtração 3 de modo a assegurar uma vedação contínua. Em um exemplo de painel, o meio de filtração 3 pode ser projetado para uma capacidade de fluxo de ar de até 1.500 m3/h, preferivelmente de aproximadamente de 200 m3/h a 500 m3/h.

A Fig. 4 mostra uma cobertura protetora 1 semelhante à da Fig. 2, porém, com o painel plissado 5 formado integralmente sobre sua lateral a montante. O painel plissado 5 pode ser posto no lugar junto com o meio dc filtração 3 por meio do material de preenchimento 4.

O meio compósito dc filtração 3 utilizado na cobertura de proteção 1 da unidade de ventilação refrigeradora 100 da presente invenção oferece ao menos duas camadas de filtração: uma camada de filtração membranosa e uma camada de filtração de profundidade. A camada de filtração membranosa compreende uma membrana polimórica porosa. Posicionada a montante da camada de filtração membranosa com relação à direção do fluxo dc ar está ao menos uma camada de filtração dc profundidade. Opcionalmente, o meio compósito de filtração pode incluir uma camada de suporte. A camada de suporte pode ser posicionada tanto a montante como a jusante da camada de filtração membranosa em relação ao lluxo de ar através do filtro. Opcionalmente, a camada dc suporte pode ser laminada à membrana.

As Figs. 6 a 8 mostram seções transversais de diversos aspectos do meio compósito de filtração 3. Uma camada dc meio de filtração de profundidade 18 é posicionada a montante de uma camada dc filtração membranosa 20, sendo a direção do fluxo indicada por uma seta (Fig. 6). Mostrada na Fig. 7 é um meio de filtração 3 compreendendo uma camada dc suporte 22 disposta no lado a jusante da camada de filtração membranosa 20. Na Fig. 3, a camada dc suporte 22 c disposta no lado a montante da camada de filtração membranosa 20 entre a camada do meio dc filtração de profundidade 18 e a camada de filtração membranosa 20. Embora a camada dc suporte 22 seja preferivelmente laminada à camada de filtração membranosa 20, a camada dc meio dc filtração de profundidade 18 pode ser solta da camada dc filtração membranosa 20 e da camada dc suporte 22, respectivamente.

Adicionalmente, como mostrado na Fig. 9, uma camada estabilizadora 23, por ex., na forma dc uma rede fibrosa pode ser arranjada como a camada superior em cima da camada de meio dc filtração dc profundidade 18 para prevenir a desarrumação das fibras na camada de meio de filtração de profundidade 18 durante a manipulação e o processamento do meio de filtração 10. A camada estabilizadora 23 é preferivelmente feita de um não-tecido que possua uma densidade superficial de massa de aproximadamente 2 até 10, preferivelmente de 3 a 5 g/m2, c pode ser acoplada à camada dc meio dc filtração de profundidade 18 termicamente, mecanicamente ou por meio de um adesivo.

A camada de meio de filtração de profundidade 18 do meio compósito de filtração 3 c prcferivclmente um não-tecido polimérico fibroso, tal como um pano fiado ou um tecido melt blown (fundido e soprado), consistindo em polipropileno ou polietileno, não tecido de poliéster, fibra de vidro, micro- libra de vidro, celulose e politetrafluoroetileno.

Os tecidos melt blown são produzidos introduzindo-se fibras trançadas derretidas com correntes convergentes de ar aquecido para a produção de filamentos extremamente finos. O processamento de melt blown forma fibras contínuas de baixo denier, com diâmetros de fibra relativamente pequenos, tipicamente menores do que 10 micrômetros.

A(s) camada(s) de teeido de libra de polímero melt blown podem ser feitas de uma variedade de materiais poliméricos, incluindo polipropileno, poliéster, poliamida, polivinilclorcto, polimetilmetacrilato, e polietileno. O polipropileno está entre os materiais poliméricos mais preferidos. Tipicamente, as fibras de polímero que formam o tecido têm um diâmetro na faixa de aproximadamente 0,5 μm a aproximadamente 10 μm. Preferivelmente, o diâmetro das fibras é de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 5 μm.

A espessura das camadas do meio de filtração de profundidade 18 não é crítica. Sc o meio de filtração de profundidade for um tecido melt blown, por exemplo, a espessura pode ser de aproximadamente 0,25 mm a aproximadamente 3 mm. Uma maior espessura resulta em uma maior capacidade de pó. Contudo, camadas de meio de filtração de profundidade excessivamente espessas podem limitar o número total de camadas que pode ser utilizado no meio compósito de filtração.

A seleção do peso base do meio de filtração de profundidade também se encontra dentro das capacidades dos versados na técnica. O peso de um tecido de fibras de polímero melt blown pode, por exemplo, estar na faixa de aproximadamente 1 g/m2 a aproximadamente 100 g/m2; preferivelmente o peso base do tecido de fibras melt blown é de aproximadamente 10 g/m3 a aproximadamente 50 g/m2.

Pelo menos uma camada do meio de filtração de profundidade é formada como um meio dc filtração elétrico compreendendo uma camada altamente eficiente que contenha uma carga elétrica. A carga elétrica é induzida aos tecidos fibrosos meU blown para melhorar seu desempenho utilizando-se uma variedade de téenicas conhecidas.

Por exemplo, um tecido apropriado é convenientemente carregado a frio ao submeter o tecido seqüencialmente a uma série de campos elétricos, de maneira que campos elétricos adjacentes tenham polaridades substancialmente opostas uns com relação aos outros, da forma ensinada na Patente US No. 5.401.446, à Tsai et al. Conforme lá descrito, um lado do tecido é inicialmente submetido a uma carga positiva enquanto que o outro lado do tecido é submetido a uma carga negativa. Bntão, o primeiro lado do tecido c submetido a uma carga negativa e o outro lado do tecido é submetido a uma carga positiva. Contudo, materiais de filtração elétricos podem ser feitos também através de uma variedade de outras técnicas conhecidas.

A camada do meio de filtração de profundidade 18 também contém aditivos para melhorar o desempenho da filtração, e podem também possuir baixos níveis de hidrocarbonetos extraíveis para um melhor desempenho. As fibras podem conter certos fluorocarbonos processados por fundição, por exemplo, oxaxolidinonas fluoroquímicas e piperaxinas e compostos de oligômeros que contenham funções orgânicas perfluoradas. O uso de tais aditivos pode ser particularmente benéfico para o desempenho de um filtro de tecido cletricamente carregado. Além disso, o pré-filtro pode ter sua superfície tratada com polímeros que contenham substâncias químicas apropriadas para prover uma certa rejeição à água.

A jusante da camada do meio de filtração de profundidade 18, é disposta uma camada de filtração de membrana polimérica microporosa 20. A membrana polimérica microporosa 20 serve à intenção de capturar partículas que passam através das camadas de filtração de profundidade. As membranas poliméricas microporosas demonstraram possuir confiabilidade c estabilidade na remoção de partículas c de organismos de correntes fluidas. As membranas são usualmente caracterizadas por suas composições poliméricas, permeabilidades ao ar, pressões dc intrusão de água c eficicncias dc filtração.

Uma variedade de membranas poliméricas microporosas pode ser utilizada como camada de filtração membranosa, dependendo dos requisitos da aplicação. A camada de filtração membranosa pode ser construída a partir dos seguintes materiais exemplificativos: copolímero de nitrocclulose, triacetil celulose, polimida, policarbonato, polietileno, polipropileno, politetrafluoretileno, polisulfona, polivinilcloreto, polivinilidcno fluoreto, acrilato.

A camada de filtração membranosa é prcferivelmcntc construída a partir de um material hidrofóbico que seja capaz de prevenir a passagem de líquidos. A camada de filtração membranosa deve ser capaz de suportar a pressão diferencial aplicada sobre o meio de filtração sem qualquer líquido líquido passando através dela. A membrana preferida possui uma pressão de intrusão de água de pelo menos 0,2 bar (20 KPa), preferivelmente de mais de 0,5 bar (50 ICPa), c uma permeabilidade ao ar média de aproximadamente 7 Frazier a aproximadamente 100 Frazier, e mais prcferivelmente uma permeabilidade ao ar média de ao menos aproximadamente 30 Frazier, mais preferivelmentc de ao menos aproximadamente 60 Frazier.

Preferivelmente, a camada dc filtração membranosa é um fluoropolímero microporoso, tal como o ePTFE, etilenopropileno íluorado (FEP), perfluoroalcoxi polímero (PFA), polipropileno (PU), polietileno (PH) ou polietileno de peso molecular ultra elevado (PEpmuc).

Mais preferivelmentc, a camada de filtração membranosa compreende o ePTFE. Membranas de ePTFE apropriadas são descritas cm US 5.814.405. As membranas lá descritas possuem boa eficiência de filtração, alto fluxo de ar c resistência ao estouro. A Fig. 5 mostra uma imagem de MEV tirada da patente norte-americana mencionada, c é introduzida nesta publicação para dar um exemplo da micro-estrutura das membranas de ePTFE aqui descritas. Como pode ser visto, a micro-estrutura da membrana consiste em uma série dc nós interconectados por fibrilas, sendo os nós geralmente arranjados em paralelo, altamente alongados c com uma razão dc aspecto (altura sobre largura) de 25:1 ou mais. Acredita-se que os longos nós da micro-estrutura auxiliam na prevenção de qualquer ruptura da membrana durante o processo de plissagem do filtro, desta forma evitando o perigo da formação de perfurações.

A camada de filtração membranosa 20 pode opcionalmente conter um material de preenchimento para melhorar certas propriedades do filtro. Os preenchimentos adequados, tais como o negro de fumo (ou negro de carbono), ou outro preenchimento condutivo, partículas catalíticas, sílica esfumaçada, sílica coloidal ou materiais adsorventes, tais como os preenchimentos ativados dc carbono ou cerâmica, tais como alumina c TiO2 ativados, e métodos de preparação de membranas recheadas úteis à presente invenção são totalmente descritos em 5.814.405.

A camada dc suporte 22 é fornecida para estabilizar a camada de filtraçao 20. O material de suporte preferido deve portanto ser rígido o suficiente para sustentar a membrana e as camadas de filtraçao de profundidade, porém maleáveis c flexíveis o suficiente para evitar danos à membrana. A camada de suporte 22 pode compreender tecidos ou não-tccidos. Outros exemplos de materiais adequados da camada dc suporte podem incluir, mas não se limitam, ao tecidos ou não-tecidos de poliéster, polipropileno, polietileno, fibra dc vidro, micro-fibra de vidro, e politetrafluoretileno. A espessura das fibras da camada de suporte 22 encontra-se preferivelmente na faixa dc 10 μηι a 30 μιτι, mais prefcrivelmcnte não menos do que 15 μιτι. Bm uma orientação plissada, o material deve prover canais de fluxo de ar nas dobras enquanto mantém as dobras separadas (isto é, prevenindo o colapso das dobras). Materiais tais como não- tecidos fiados são particularmente adequados para uso nesta aplicação.

A camada dc suporte 22 pode ser posicionada a montante ou a jusante da camada dc filtraçao membranosa 20. O material de suporte 22 pode ser laminado à camada de filtraçao membranosa para formar uma camada base. Neste aspecto, a camada base vantajosamente tanto oferece suporte à camada do meio mel! hlown dc cima quanto atua como a superfície final da filtraçao.

Métodos de Teste

Permeabilidade

A permeabilidade ao ar pode ser determinada de acordo com um método de teste do número dc fra/icr. Neste método, a permeabilidade ao ar é medida fixando-se uma amostra teste em um dispositivo fixador vedado com ílangcs, que prove uma seção circular de aproximadamente 2,75 polegadas (7,00 cm) de diâmetro e 6 polegadas quadradas (39 cm2) de área para medição do fluxo dc ar. O lado a jusante do dispositivo da amostra c conectado a um medidor de lluxo alinhado com uma fonte de ar seco comprimido. O lado a montante do dispositivo da amostra fica aberto à atmosfera. O teste é obtido aplicando-se uma pressão de ar de 0,5 polegadas (1,3 em) de água ao lado jusante da amostra e anotando-se a taxa de fluxo do ar passando através do medidor de fluxo alinhado (um rotâmetro de bola llutuadora). A amostra é acondicionada a 210C e 65% de umidade relativa por ao menos 4 horas antes do teste. Os resultados são apresentados em termos do Número de Frazier que possui unidades de medida cm pés cúbicos/minuto/pés quadrados de amostra a 0,5 polegadas (1,3 cm) de pressão de água.

Capacidade de Retenção de Pó

A capacidade de retenção de pó pode ser determinada de acordo com o seguinte método. Uma solução aquosa de 3% de cloreto de sódio_é atomizada utilizando-se um atomizador dc saída constante (TSI Modelo 3096; Shorevicw1 MN1 IiUA). As partículas sào secadas por aquecimento a 80°C e então diluídas com ar seco limpo. A distribuição de tamanho das partículas é medida por um medidor dc tamanho de partículas aerodinâmico (por ex., TSI Modelo 3320; Shorevicw, MN, EUA). O diâmetro geométrico médio das partículas e o desvio padrão são determinados.

A amostra do teste de filtração, de 44,4 mm de diâmetro, é pesada antes do teste e é colocada dentro de um prendedor de filtros. A velocidade nominal é configurada em 5,3 cm/s. A queda dc pressão através do filtro é continuamente monitorada por um transdutor de pressão (por ex., Heise Modelo PM10; Stratford, CT, EUA). O filtro é carregado com o aerossol dc cloreto de sódio até que a queda de pressão final através do filtro atinja 750 Pa. A smotra teste é pesada novamente após o teste para a determinação do carregamento de massa. A capacidade de retenção de pó c a diferença entre a massa final e a massa inicial da amostra teste.

Eficiência de Filtração

A eficiência da coleta dc partículas é medida por um teste automatizado de eficiência (por ex., Modelo 8160, disponível através da TSI, Inc., St. Paul, Minnesota, EUA). O teste é realizado nas condições dc temperatura (70°F = 21°C) e umidade relativa (40%) ambientes. Uma solução de dioctil- fíalato (DOF) é atomizada para a geração de um aerossol contendo partículas de 0,03 a 0,5 micrômetros de diâmetro. A amostra da filtração é confrontada com o aerossol na velocidade de fluxo de ar dc 5,3 cm/s. Dois contadores de partículas de núcleos dc condensação medem a concentração dc partículas a montante c a jusante da amostra teste simultaneamente. A eficiência da condição das partículas é apresentada como o percentual dc partículas a montante confrontadas coletadas pelo filtro.

Comparação de Melt Blowns Carregados e Descarregados

A diferença de eficiência entre melí bíowns carregados e descarregados é mostrada na Tabela 1 abaixo com relação aos três Exemplos A, B e C.

Tabela 1

<table>table see original document page 16</column></row><table>

O Exemplo A referc-se a uma lâmina de membrana de ePTFE compreendendo uma membrana de ePTFE com um suporte de poliéster fiado de 203 g/m3 como camada dc suporte. A membrana teve uma permeabilidade de aproximadamente 7,6 Frazicr e apresentou uma capacidade dc retenção de pó de 6,4 g/m3 sob certas condições de teste.

O Exemplo B refere-se a um meio compósito de filtração inventivo com um melt blown de polipropileno de 30 g/m3 sendo ligado por ultrassonicação à lâmina dc membrana dc ePTFE do Exemplo A. O mell blown utilizado neste exemplo está disponível através da companhia Mollingsworth & Vose, com base em East Walpole, MA, EUA, com o número de peça TR1462A.

A ligação alfassônica foi realizada por sobre toda a superfície do filtro com pequenos pontos dc soldagem dc aproximadamente 0,8 mm de tamanho, havendo aproximadamente 55.500 pontos/m3. A permeabilidade do meio compósito dc filtração foi de aproximadamente 4,9 Frazier, e o meio de filtração apresentou uma eapaeidade de retenção de pó de 9,1 g/m3 sob as mesmas condições de teste, o que representa uma melhora dc 43%.

Enquanto o meio compósito de filtração do Hxemplo B foi cletrostaticamcnte carregado de acordo com a presente invenção, o Hxemplo C refere-se ao mesmo meio compósito de filtração, porém, descarregado ao ser mergulhado em álcool isopropílico ou isopropanol para a neutralização da carga clctrostática c a secagem subseqüente. Hmbora a permeabilidade não tenha mudado muito, como poderia ser esperado, o Exemplo C apresentou uma menor capacidade de retenção de pó do que o ltxemplo B, isto é, uma capacidade de retenção de pó de 3,2 g/m3 apenas. Surpreendentemente, o meio compósito dc filtração descarregado resultou cm uma capacidade de retenção de pó que foi menor ainda do que a da lâmina de ePTFE sozinha.

Exemplo Comparativo

Uma lâmina microporosa dc membrana de ePTFE, disponível através da W.L. Gore & Associates, Inc. (Newark, DE, EUA), ilustra a capacidade de retenção do filtro de membrana. A membrana dc ePTFE possui uma permeabilidade ao ar na faixa de 18 a 29 Frazier, resistência ao estouro maior do que 0,2 bar (20 KPa), peso de aproximadamente 5 g/m2. A membrana de eP'1'FE ó ligada a um material de suporte de poliester fiado (disponível através da Toway, Japão) com um peso base de 270 g/m2, permeabilidade ao ar dentre 28 e 32 Frazier, e estouro de mullen maior do que 14 bar (1,4 MPa). A membrana é ligada ao material de suporte em uma temperatura entre 180°C e 350°C, e uma pressão entre 0,1 bar (10 KPa) c 7 bar (700 KPa). A lâmina dc cPTFH resultante possui uma permeabilidade ao ar dentre 5 e 8 Frazier. O filtro é carregado com aerossol de cloreto de sódio de acordo com o procedimento de teste descrito anteriormente, ate que a queda de pressão atinja 750 Pa. A curva do carregamento dc pó para a lâmina é mostrada na Fig. 6. A capacidade de retenção dc poeira total é dc 14 mg. Exemplo 1

Uma camada de 10 g/m2 dc meio melt-blown (DelPore 6001-30P, disponível através da Delstar, Inc.; Middlctownm, DIi, EUA) 6 colocada a montante da lâmina dc membrana de ePTFE do Exemplo Comparativo 1 para formar um meio compósito. O meio melt bíown é feito de uma camada de 10 g/m2 de polipropileno e 10 g/m2 de pano de poliéster fiado. As fibras de polipropileno possuem diâmetros de aproximadamente 1 a 5 μm. O tamanho médio dos poros c de aproximadamente 15 μm é a espessura do meio é de aproximadamente 0,2 mm. A permeabilidade ao ar da camada de filtração dc profundidade é de aproximadamente 130 Frazicr. O meio é eletricamentc carregado para aumentar a eficiência da coleta de partículas. O filtro é carregado com aerossol de cloreto de sódio dc acordo com o procedimento de teste descrito anteriormente até que a queda de pressão atinja 750 Pa. A curva dc carregamento é ilustrada na Fig. 6.

Exemplo 2

Uma camada dc filtração dc profundidade de meio mel! bíown (fundido e soprado) dc 30 g/m2 (DelPorc 6001-30P, disponível através da Delstar, Inc.; Middlctownm, DE, EUA) é posicionada na frente da lâmina microporosa de ePTFE do Exemplo Comparativo 1 para formar um meio compósito. O meio melt bíown c feito de uma camada dc fibras dc polipropileno de 30 g/m2 e 10 g/m2 pano de poliéster fiado. As fibras de polipropileno possuem diâmetros de 1 a 5 μm. O tamanho médio dos poros é de aproximadamente 15 μm e a espessura do meio é de aproximadamente 0,56 μm. A permeabilidade ao ar do melt bíown é de aproximadamente 37 Frazier. O meio é eletricamentc carregado para aumentar a eficiência da coleta de partículas. Duas camadas deste meio melt bíown são colocadas na frente da lâmina microporosa de ePTFE. O filtro é carregado com aerossol de cloreto de sódio conforme descrito previamente até que a queda dc pressão atinja 750 Pa. Os resultados são mostrados na Fig. 6.

Exemplo 3

Uma camada de filtração de profundidade dc 30 g/m2 de polipropileno melt bíown (DelPore 6001-30P, disponível através da Delstar, Inc.; Middlctownm, DE, EUA) c posicionada na frente da lâmina microporosa de ePTFE do Exemplo Comparativo para formar um meio compósilo. O meio melí blown c feito de uma camada de fibras de polipropileno de 30 g/m c 10 g/m poliéster pano fiado. O pano sustenta o meio melí blown maleável. As fibras de polipropileno possuem diâmetros de 1 a 5 μηι. O tamanho médio dos poros é de aproximadamente 15 μιτι e a espessura do meio 6 de aproximadamente 0,56 μιτι. A permeabilidade ao ar do me It blown é de aproximadamente 37 Frazicr. O meio é eletricamente carregado para aumentar a eficiência da coleta de partículas. Uma camada deste meio melí blown é colocada na licntc e conectada à lâmina microporosa de ePTFE para formar um meio compósilo de filtração em que o scrim forma o lado externo onde desemboca a corrente. O filtro c carregado com aerossol de cloreto de sódio conforme descrito previamente até que a queda de pressão atinja 760 Pa.

O meio eompósito é utilizado para formar um filtro de cartucho como mostrado na Fig. 3. O filtro de cartucho compreende o material de meio eompósito plissado, que é arranjado em um círculo, de modo que ao menos uma das bordas laterais seja vedada pelas tampas de fechamento correspondentes. O filtro de cartucho compreende uma altura de 70 cm e um diâmetro de 35 cm. O material do meio eompósito plissado de um filtro possui uma área dc filtração de .12,6 m2. A taxa de fluxo de ar de 1.000 m3/h é alcançada em uma queda de pressão de aproximadamente 180 Pa caso o filtro seja novo. O interior 15 do círculo dc material do meio tem uma grade metálica.

A eficiência da filtração do filtro c mostrada na Tabela 2 abaixo. A Tabela 2 mostra a eficiência entre uma membrana de ePTFE (como descrita no Exemplo 1), uma camada dc 30 g/m2 de material fundido e soprado {melí blown) e um eompósito dc filtração de acordo com o Exemplo 3.

Iodas as três amostras foram testadas com uma velocidade de aproximação dc 1 cm/s e dc 5,3 cm/s. O eompósito de acordo com o Exemplo 3 possui a eficiência de filtração mais elevada. Tabela 2

<table>table see original document page 20</column></row><table>

Claims

1. Unidade dc ventilação refri geradora (100) para a refrigeração de componentes eletrônicos (7), compreendendo um invólucro (8) para comportar os componentes eletrônicos (7), ao menos uma abertura de entrada de ar (11) e ao menos uma abertura de saída de ar (12) no invólucro (8), ao menos um ventilador (6) para produzir um fluxo de ar partindo da abertura dc entrada dc ar (11) através do invólucro (8) para a abertura de saída de ar (12), e ao menos uma cobertura protetora (1) para encobrir inteiramente ao menos a abertura dc entrada de ar (11) para a remoção dc partículas provenientes de uma corrente de ar que entra no invólucro (8), a referida cobertura protetora compreendendo um meio compósito de filtração (3) c uma armação (2) na qual o meio compósito de filtração é montado de maneira a criar um encaixe hermético entre o meio dc filtração (3) e a armação (2), caracterizada pelo meio de íiltração compreender: - uma camada de filtração membranosa (20) compreendendo uma membrana porosa polimérica, e ao menos uma camada de meio de filtração de profundidade (18) compreendendo fibras e disposta em um lado a jusante da camada de filtração membranosa (20) com relação à direção de um fluxo gasoso através do filtro, sendo que as fibras do meio de filtração de profundidade (18) prefcrivelmcnte possuem uma carga cletrostática.

2. Unidade dc ventilação refrigeradora dc acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela camada de filtração membranosa (20) compreender politetrafluoroetileno poroso (ePTFE).

3. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por uma camada de suporte (22) ser disposta no lado a jusante ou a montante da camada dc filtração membranosa (20) e adjacente a esta.

4. Unidade dc ventilação refrigeradora de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela camada de suporte (22) ser laminada à camada de filtração membranosa (20).

5. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelas camadas de meio de filtração de profundidade (18) compreenderem um não-tccido polimérico fíbroso.

6. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo não-tccido polimérico fíbroso ser um tecido melt blown (fundido e soprado).

7. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pela camada de filtração membranosa possuir uma permeabilidade de ao menos 7 Frazier, mais prefcrivelmente de ao menos aproximadamente 30 Frazier, c mais preferivelmcnte ainda de 60 Frazier ou mais.

8. Unidade dc ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por cada uma das camadas dc meio dc filtração de profundidade (18) possuir uma permeabilidade de ao menos aproximadamente 30 Frazier, mais prefcrivelmente de ao menos aproximadamente 100 Frazier.

9. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por compreender uma camada estabilizadora (23) adjacente c sobre o lado a jusante de ao menos uma dentre as camadas de meio filtração dc profundidade (18), para prevenir a desarrumação das fibras nas camadas dc meio de filtração de profundidade (18).

10. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo meio compósito de filtração (3) possuir uma eficiência de filtração de partículas de ao menos 90% para partículas de 0,3 mícrons de tamanho a uma velocidade nominal de 10 cm/s ou menos.

11. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pela camada de filtração membranosa (20) e ao menos uma dentre as camadas de meio de filtração de profundidade (18) serem plissados.

12. Unidade dc ventilação refrigeradora dc acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo meio dc filtração (3) ser moldado com o formato dc um painel plissado.

13. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por duas bordas do painel se unirem para formar um meio de filtração cilíndrico.

14. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pela camada de filtração membranosa (20) ser uma membrana microporosa de politetraíluoroetileno (ePTFE) que possui uma micro-cstrutura interna que consista essencialmente em uma série de nós interconectados por fibrilas, sendo os nós geralmente arranjados em paralelo, altamente alongados, e tendo uma razão de aspecto de 25:1 ou mais.

15. Unidade de ventilação refrigeradora dc acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelos nós possuírem uma razão dc aspecto de .150:1 ou mais.

16. Unidade dc ventilação refrigeradora dc acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizada pelo politetraíluoroetileno (PTFE) ser uma mescla dc homopolímero dc PTFE com um polímero de PTFE modifcado.

17. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizada pela camada de filtração membranosa possuir um tamanho médio dos poros de íluxo maior do que 1,5 μΐ"η.

18. Unidade dc ventilação refrigeradora de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo tamanho médio dos poros de fluxo ser de aproximadamente 3 μιη.

19. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizada pela cobertura protetora (1) ser montada na abertura de entrada de ar (11).

20. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo ventilador (6) ser encaixado no invólucro (B) sobre uma parede do invólucro (13) situada oposta à abertura dc entrada de ar (11).

21. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizada pelo invólucro (8) ser um invólucro para todos os ambientes para ser utilizado cm locais expostos aos efeitos de todas as condições ambientais.

22. Unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizada por um painel de persianas (5) ser encaixado do lado de fora na frente da cobertura protetora (1).

23. Uso de uma unidade de ventilação refrigeradora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizado por ser para a refrigeração de componentes eletrônicos (7).

24. Uso de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por ser para uma estação central de telecomunicações ar-refrigerada.