ES2217810T3 - Unidad de filtro ventilador de alto rendimiento de filtrado, bajo consumo de energia y bajo ruido. - Google Patents
Unidad de filtro ventilador de alto rendimiento de filtrado, bajo consumo de energia y bajo ruido.Info
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Abstract
Una unidad de filtro de ventilador de alto rendimiento, bajo consumo de energía y bajo ruido, para hacer pasar, a un recinto limpio, aire filtrado a través de un filtro de alto rendimiento para aire con partículas; estando dicha unidad de filtro de ventilador dispuesta normalmente en posición horizontal y comprendiendo una envoltura extendida longitudinal y lateralmente, que tiene una entrada de aire y una salida de aire; una unidad de filtro de alto rendimiento para aire con partículas en comunicación de paso de aire con la salida de la envoltura a través de un recinto a presión definido por la envoltura y la unidad de filtro de aire; un ventilador motorizado en comunicación de paso de aire con la entrada de la envoltura y la salida, estando soportado centralmente dicho ventilador dentro de la envoltura; comprendiendo dicha salida de la envoltura aberturas espaciadas longitudinalmente y aberturas espaciadas lateralmente, estando dispuestas dichas aberturas en un plano común de aberturas,normalmente horizontal, debajo del ventilador, y siendo colectivamente de suficiente área de sección transversal para pasar sin presión inversa sustancial el flujo de aire generado por el ventilador motorizado; estructuras deflectoras individuales que se extienden sustancialmente normales al plano común de aberturas adyacentemente antes de cada dicha abertura y entre el ventilador y la abertura, y/o verticalmente desde la parte inferior de dicha envoltura, estando dispuestas las estructuras deflectoras para bloquear el paso directo entre el ventilador motorizado y las aberturas.
Description
Unidad de filtro ventilador de alto rendimiento
de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido.
Esta invención se refiere a unidades de filtro de
ventilador útiles para limpiar recintos y aplicaciones similares.
Más particularmente, la invención se refiere a una unidad de filtro
de ventilador que consigue simultáneamente todos los principales
objetivos para dicha unidad:
- 1.
- Rendimiento de filtrado del 99,999% con partículas de 0,12 micrómetros, con
- 2.
- Flujos de aire de 27,43 m/min (90 pies/min), y
- 3.
- Consumo de energía de alrededor de 100 vatios, y
- 4.
- Menor disipación de calor para acondicionamiento de aire de carga reducida.
Típicamente, las unidades de filtro de ventilador
están suspendidas individualmente o en grupos encima de un espacio
de trabajo, cada unidad individual de filtro de ventilador combina
un ventilador motorizado, una envoltura de ventilador que soporta el
ventilador, y un medio de filtraje en una unidad de filtro aguas
abajo de la envoltura de ventilador, dispuestos todos para
introducir, por ejemplo, aire tratado por filtro HEPA (High
Efficiency Particulate Air = Filtro de Alto Rendimiento para Aire
con Partículas) o ULPA (Ultra Low Penetration Air = Filtro de Aire
de Ultra Baja Penetración) en un ambiente de espacio de trabajo. La
invención usa ventajosamente un filtro de profundidad relativamente
elevada, por ejemplo, 12,7 cm (5 pulgadas) de profundidad y mayor,
ningún separador metálico y mayor número de pliegues, por ejemplo, 2
a 3 pliegues por cm (5 a 7 pliegues por pulgada) para un máximo
rendimiento energético. Las unidades de filtro de ventilador de la
técnica anterior consumen más energía, son de menor rendimiento y
comprenden, típicamente, pliegues menos profundos, por ejemplo, de
5,08 - 10,16 cm (2 - 4 pulgadas) de profundidad.
Las unidades de filtro de ventilador conocidas se
mejoran deseablemente en lo que se refiere a rendimiento de
filtrado, funcionamiento silencioso y rendimiento energético,
incluyendo tanto la energía consumida directamente por las unidades
de filtro para mover los ventiladores, como la energía consumida
indirectamente por las unidades por disipación de calor en el
recinto de aire acondicionado. Lograr lo uno no debe impedir lograr
lo otro. Actualmente, las unidades de filtros de ventilador
populares usan deflectores transversales en forma de concavidades
para redirigir el flujo de aire desde una primera dirección,
generalmente en dirección radial hacia fuera del ventilador, hacia
una segunda dirección opuesta, generalmente hacia el ventilador, y
dentro de la altura de la envoltura de la unidad de filtro de
ventilador; véase generalmente la Patente de EE.UU. 5.470.363 para
Leader y otros. La inversión del flujo implicará usualmente un
consumo excesivo de energía e impedirá conseguir el deseado bajo
consumo de energía de alrededor de 100 vatios o
menos.
menos.
La presente invención usa un flujo lineal
unidireccional de aire a presión desde un ventilador motorizado a
través de aberturas de salida distribuidas perimétricamente. La
ocurrencia de flujos inversos y el desarrollo de presiones inversas
comunes en dispositivos de flujo inverso como el mostrado en la
Patente de EE.UU. 5.470.363, y el asociado consumo de energía
innecesariamente elevado, se evitan en la invención. El flujo lineal
unidireccional de aire a presión de la presente invención se deriva
del uso de estructuras deflectoras delante de las aberturas de
salida, no dentro de las aberturas, y del uso de estructuras
deflectoras que dirigen todo el flujo del aire linealmente a través
de las aberturas de salida de la envoltura del ventilador. El flujo
lineal de aire se obtiene extendiendo verticalmente las estructuras
deflectoras desde alrededor del 25% de la altura de la envoltura
hasta la altura total de la envoltura, es decir, desde la pared
inferior hasta la pared superior de la envoltura, dándoles una forma
de cuña que conduce a suavizar el flujo de aire, y extendiéndolas
lateralmente en por lo menos sustancialmente la anchura de las
aberturas de salida a lo largo de sus respectivas paredes laterales.
Por tanto, se evita un flujo inverso de aire dentro de la altura de
la envoltura de la unidad de filtro de ventilador y dentro de la
abertura. Extendiéndose las estructuras deflectoras por lo menos
alrededor del 25% de la altura de la envoltura limitan el flujo de
aire a flujos laterales (desde el lateral) y flujos de
"cascada" sobre la estructura deflectora de la abertura, todos
flujos lineales, mientras que deflectores de la altura total de la
envoltura limitan el flujo de aire a caminos que se extienden
lateralmente alrededor de las estructuras deflectoras. Ambos tipos
de flujo aseguran la ausencia de flujo de aire inverso dentro de la
envoltura que rodea el ventilador. Los deflectores están
convenientemente cubiertos con un material absorbente de sonido tal
como espuma y, con las paredes de la envoltura, definen un camino no
rectilíneo de flujo de aire para controlar y absorber cualquier
ruido generado dentro de la envoltura. Típica de la técnica anterior
es la unidad de filtro de ventilador mostrada en la antedicha
Patente de EE.UU. 5.470.363. Allí, la unidad de filtro de ventilador
tiene una unidad de filtro de ventilador y filtro integrados. El
aire a presión del ventilador situado centralmente es redirigido
hacia arriba desde su camino centrífugo normal por medio de un
deflector, para proporcionar un camino separado debajo del deflector
para que el aire pase al filtro. Por tanto, el camino del flujo de
aire se invierte dentro de la envoltura del ventilador y encima del
filtro, y dentro de la abertura puesto que el deflector en forma de
concavidad está dentro de la abertura de salida para el flujo de
aire del ventilador. Aunque la patente mencionada proporciona una
guía curvilínea definida por la concavidad para facilitar la
transición del flujo de una dirección a otra, la dirección del flujo
se invierte indudablemente, y esto requiere más energía que un
camino lineal o sin inversión. La industria desea menores costes de
energía, y unidades que consuman 100 vatios o menos han sido un
objetivo principal de la industria. La presente invención consigue
este objetivo mediante la creación de un camino lineal de flujo de
aire sin inversión, que hace que el aire a presión entre en las
aberturas de salida de la envoltura del ventilador sólo directamente
desde encima y/o los laterales, y otros medios que se han de
describir más adelante, mientras que mantiene un alto rendimiento de
filtrado del 99,999% con tamaños de partículas de 0,12 micrómetros,
flujos de aire de 27,43 m/min (90 pies/min) y una reducida
disipación de calor de aproximadamente sólo 50,4 kcal/h (200
BTU/hora) para reducir la carga de refrigeración en el recinto
limpio.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
es proporcionar una unidad mejorada de filtro de ventilador para
filtrar aire que entra en un recinto limpio, un quirófano u otro
ambiente controlado meticulosamente. Otro objeto es proporcionar
unidades de filtro de ventilador que tengan mayor rendimiento de
filtrado, mayor rendimiento energético para reducir los costes de
electricidad, menor demanda de capacidad de refrigeración, y menor
generación de ruido para espacios de trabajo más silenciosos y,
además, que se instalen sencillamente. Otro objeto más es
proporcionar una unidad de filtro de ventilador que use un sistema
de deflectores dispuestos para conducir flujo lineal de aire lateral
o verticalmente hasta aberturas de salida de la envoltura del
ventilador, y para bloquear flujos inversos en la envoltura o en la
abertura de salida donde el aire es devuelto en la dirección de
donde venía. Otro objeto es proporcionar una unidad de filtro de
ventilador que logre un mayor rendimiento de filtrado y mayor
rendimiento energético mediante el uso de cartuchos de medios de
filtraje sin separadores, de mayor profundidad de pliegues y mayor
densidad de pliegues. Otro objeto es proporcionar una envoltura que
se adapte a la unidad de filtro de ventilador y un bastidor que
contenga un medio de filtraje, que estén unidos encima del medio de
filtraje para definir un recinto a presión, llevando la envoltura o
bien el bastidor, distribuidores de flujo de aire opuestos a las
aberturas de salida.
Estos y otros objetos de la invención, que se
pondrán de manifiesto más adelante, están realizados en una unidad
de filtro de ventilador de mayor rendimiento de filtrado, menor
consumo de energía, menor generación de calor y menor generación de
ruido, para hacer pasar, a un recinto limpio, aire filtrado a través
de un filtro de alto rendimiento para aire con partículas; estando
dispuesta normalmente la unidad de filtro de ventilador en posición
horizontal y comprendiendo una envoltura extendida longitudinal y
lateralmente, que tiene una entrada de aire y una salida de aire;
una unidad de filtro de alto rendimiento para aire con partículas en
comunicación de paso de aire a través de un recinto a presión
definido por la entrada y la salida de la envoltura, estando
soportado centralmente el ventilador dentro de la envoltura;
comprendiendo la salida de la envoltura unas aberturas espaciadas
longitudinalmente y unas aberturas espaciadas lateralmente, estando
dispuestas las aberturas en un plano común de aberturas, normalmente
horizontal, debajo del ventilador, y siendo colectivamente de
suficiente área de sección transversal para pasar sin presión
inversa sustancial el flujo de aire generado por el ventilador
motorizado; estructuras deflectoras individuales que se extienden
sustancialmente normales al plano común de aberturas adyacentemente
antes de cada abertura y entre el ventilador y la abertura, estando
dispuestas las estructuras deflectoras para bloquear todo el flujo
de aire directo desde el ventilador motorizado hacia las aberturas,
por lo que el flujo de aire desde las aberturas es lineal y libre de
inversión en la dirección del flujo dentro de la envoltura y dentro
de las aberturas.
Típicamente, en ésta y otras realizaciones
similares, la envoltura comprende paredes laterales, una pared
superior que define la entrada y una pared inferior que define las
aberturas de salida, comprendiendo la unidad de filtro de aire un
bastidor unido a la unidad de ventilador, y un filtro, estando
separado el filtro de la pared inferior de la envoltura en relación
de definir un recinto a presión; las estructuras deflectoras se
extienden verticalmente desde la pared inferior de la envoltura
hasta una altura suficiente para efectuar el bloqueo de todo el
flujo de aire directo desde el ventilador motorizado hacia las
aberturas; las estructuras deflectoras se extienden verticalmente
desde la pared inferior de la envoltura hasta una altura de por lo
menos el 24% de la distancia entre la pared inferior y la pared
superior de la envoltura, o las estructuras deflectoras se extienden
desde la pared inferior de la envoltura hasta la pared superior de
la envoltura; las aberturas espaciadas lateralmente tienen
estructuras deflectoras individuales en forma de V en un plano
paralelo al plano de las aberturas, estando abiertas las formas en V
hacia el ventilador motorizado; las aberturas deflectoras espaciadas
longitudinalmente son de sección transversal triangular en un plano
paralelo al plano de las aberturas de salida, estando las bases de
las estructuras deflectoras inmediatamente adyacentes a sus
respectivas aberturas; las aberturas espaciadas lateralmente tienen
estructuras deflectoras individuales en forma de V en un plano
paralelo al plano de las aberturas, estando abiertas las formas en V
hacia el ventilador motorizado; y las paredes laterales de la
envoltura son sustancialmente de la misma longitud, siendo las
estructuras deflectoras espaciadas longitudinalmente de sección
transversal triangular y teniendo sus bases inmediatamente
adyacentes a sus respectivas aberturas.
En otra realización, la invención proporciona una
unidad de filtro de ventilador de alto rendimiento de filtrado, bajo
consumo de energía y bajo ruido, para hacer pasar, a un recinto
limpio, aire filtrado a través de un filtro de alto rendimiento para
aire con partículas, que comprende una envoltura que tiene paredes
laterales, una pared superior que define una entrada de aire y una
pared inferior que define una pluralidad de aberturas de salida
espaciadas lateral y longitudinalmente; estando adaptadas las
paredes laterales para fijar una unidad de filtro de aire que
incluye un filtro que ha de estar separado de la pared inferior de
la envoltura en relación de definir un recinto a presión; y una
pluralidad de distribuidores de flujo de aire soportados entre la
pared inferior de la unidad de filtro y el filtro de aire, estando
abiertos y dispuestos los distribuidores de flujo de aire para guiar
el flujo de aire desde cada abertura de salida hasta el filtro.
Típicamente, en ésta y otras realizaciones
similares, también está incluida una unidad de filtro de aire, y la
envoltura está formada separadamente de la unidad de filtro de aire,
teniendo la envoltura una continuación de las paredes laterales en
forma de faldón, más allá de la pared inferior, para abarcar el
recinto a presión; estando soportados los distribuidores de flujo de
aire por el faldón de la envoltura dentro del recinto a presión. O
los distribuidores de flujo de aire están soportados por la unidad
de filtro de aire dentro del recinto a presión. Típicamente, está
incluida una unidad de filtro de aire que comprende un bastidor de
unidad y un filtro que comprende un cartucho de medio de filtraje
contenido herméticamente dentro de dicho bastidor, no teniendo
separadores dicho cartucho de medio de filtraje, y teniendo una
profundidad de cartucho de alrededor de 12,7 cm (5 pulgadas) y una
densidad de pliegues de 2 - 3 pliegues por cm (5 - 7 pliegues por
pulgada).
La invención proporciona también una unidad de
filtro de ventilador que comprende una envoltura que tiene paredes
laterales, una pared superior que define una entrada y una pared
inferior que define una pluralidad de aberturas de salida espaciadas
lateral y longitudinalmente; estando adaptadas las paredes laterales
para fijar una unidad de filtro de aire que incluye un filtro que ha
de estar separado de dicha pared inferior de la envoltura en
relación de definir un recinto a presión; y una pluralidad de
distribuidores de flujo de aire soportados entre dicha pared
inferior de la unidad de filtro y el filtro de aire, estando
abiertos y dispuestos dichos distribuidores de flujo de aire para
guiar el flujo de aire desde cada dicha abertura de salida hasta
dicho filtro; también está incluida la unidad de filtro de aire, y
la envoltura está formada separadamente de la unidad de filtro de
aire, y la envoltura tiene una continuación de las paredes laterales
en forma de faldón, más allá de la pared inferior, para abarcar el
recinto a presión; estando soportados los distribuidores de flujo de
aire por el faldón de la envoltura dentro del recinto a presión, o
los distribuidores de flujo de aire están soportados por la unidad
de filtro de aire dentro del recinto a presión.
En otra realización, la unidad de filtro de aire
comprende un bastidor de unidad y un cartucho de medio de filtraje
contenido herméticamente dentro del bastidor, comprendiendo el
filtro un cartucho de medio de filtraje que no tiene separadores,
una profundidad de cartucho de alrededor de 12,7 cm (5 pulgadas) y
una densidad de pliegues de 2 - 3 pliegues por cm (5 - 7 pliegues
por pulgada).
En todavía otra realización, la invención
proporciona una unidad de filtro de ventilador de alto rendimiento
de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, para hacer pasar,
a un recinto limpio, aire filtrado a través de un filtro de alto
rendimiento para aire con partículas, comprendiendo la unidad de
filtro de ventilador una envoltura extendida longitudinal y
lateralmente que comprende cuatro lados, una pared superior y una
pared inferior; una entrada central de aire en la pared superior;
una serie de aberturas de salida de aire distribuidas
perimétricamente a través de la pared inferior; una continuación de
las paredes laterales de la envoltura, en forma de faldón, más allá
de la pared inferior; una unidad de filtro de alto rendimiento para
aire con partículas, que comprende un bastidor unido a la
continuación en forma de faldón de la envoltura; un filtro de alto
rendimiento para aire con partículas, montado herméticamente dentro
del bastidor y que define un recinto a presión con la pared inferior
de la envoltura; un ventilador motorizado en comunicación de paso de
aire con la entrada de la envoltura y el recinto a presión a través
de las aberturas de salida, estando soportado el ventilador
centralmente dentro de la envoltura; siendo colectivamente las
aberturas de salida de suficiente área de sección transversal para
pasar sin presión inversa sustancial el flujo de aire generado por
el ventilador motorizado; una estructura deflectora individual
adyacente a cada abertura de salida, extendiéndose verticalmente las
estructuras deflectoras hasta una altura igual a la distancia entre
la pared inferior de la envoltura y la pared superior de la
envoltura, por lo que las aberturas de salida están cerradas, por
las estructuras deflectoras adyacentes, a todas las entradas excepto
a la entrada lateral de flujo de aire desde el ventilador
motorizado, siendo lineal, por tanto, el flujo de aire desde las
aberturas y libre de inversión de dirección de flujo dentro de la
envoltura y dentro de las aberturas.
Típicamente, en ésta y otras realizaciones
similares, las paredes laterales, superior e inferior de la
envoltura, y las estructuras deflectoras, definen superficies
directrices de aire, estando cubiertas las superficies directrices
de aire con un medio absorbente de sonido; la continuación de la
envoltura en forma de faldón termina en una pestaña vuelta hacia
dentro; teniendo el bastidor de unidad de filtro un escalón que se
apoya en la pestaña, e incluyendo también un elemento de sujeción
que fija el escalón de la unidad de filtro a la pestaña de la
continuación en forma de faldón en relación de apoyo; las aberturas
de salida tienen unas dimensiones y una posición adecuadas para
dirigir aire a presión del ventilador motorizado dentro de la
envoltura de manera sustancialmente uniforme hacia el recinto a
presión; también están incluidos distribuidores de flujo de aire
dentro del recinto a presión, separados del filtro de aire y
opuestos a las aberturas de salida, comprendiendo los distribuidores
de flujo de aire una serie de placas que se extienden normales a la
continuación en forma de faldón en relación soportada en la
continuación en forma de faldón, o los distribuidores de flujo de
aire comprenden una serie de placas que se extienden normales al
bastidor del filtro de aire en relación soportada en el bastidor del
filtro de aire; las aberturas de salida incluyen un par de aberturas
de salida espaciadas lateralmente y un par de aberturas de salida
espaciadas longitudinalmente, y las estructuras deflectoras incluyen
un par de estructuras deflectoras opuestas lateralmente, que tienen
una forma de V, en un plano paralelo al plano de las aberturas de
salida, estando abierta la forma en V hacia el ventilador
motorizado; y las estructuras deflectoras incluyen un par de
estructuras deflectoras opuestas longitudinalmente, que tienen una
sección transversal triangular en un plano paralelo al plano de las
aberturas de salida, estando las bases de las estructuras
deflectoras inmediatamente adyacentes a sus respectivas
aberturas.
En otra realización en la que la unidad de filtro
de ventilador es sustancialmente equilátera, la invención
proporciona una unidad de filtro de ventilador de alto rendimiento
de filtrado, bajo consumo de energía, baja disipación de calor y
bajo ruido, en la que las paredes laterales de la envoltura son
sustancialmente de la misma longitud, teniendo las estructuras
deflectoras una sección transversal triangular y teniendo sus bases
inmediatamente adyacentes a sus respectivas aberturas.
En todavía otra realización, la invención
proporciona una unidad de filtro de ventilador, que se puede
suspender del techo, de alto rendimiento de filtrado, bajo consumo
de energía y bajo ruido, para hacer pasar, hacia un recinto, aire
filtrado a través de un filtro de alto rendimiento para aire con
partículas.
La Invención se describirá más adelante en unión
de los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es una vista en planta, desde arriba,
de la unidad de filtro de ventilador con la pared superior
parcialmente recortada para mostrar las partes subyacentes;
la Figura 2 es una vista en planta, desde abajo,
de la unidad de filtro de ventilador sin la fijación de la unidad de
filtro;
la Figura 3 es una vista en corte transversal
vertical a lo largo del eje largo de la unidad de filtro de
ventilador y la unidad de filtro fijada;
la Figura 4 es una vista tomada por la línea 4 -
4 de la Figura 3;
la Figura 5 es una vista como la Figura 3, de una
forma alternativa de la invención;
la Figura 6 es una vista tomada por la línea 6 -
6 de la Figura 5;
la Figura 7 es una vista como la Figura 5, de
otra forma alternativa de la invención;
la Figura 8 es una vista tomada por la línea 8 -
8 de la Figura 7; y
la Figura 9 es una vista en planta, desde arriba,
de otra forma alternativa de la invención, en la que se ha suprimido
la pared superior.
Ahora, con referencia particular primeramente a
las Figuras 1 - 4, la unidad de filtro 10 de ventilador, de la
invención, proporciona flujo de aire filtrado a un espacio o recinto
(no mostrado), y comprende una envoltura 12 generalmente rectangular
que tiene una pared 14, en esta realización, con partes extremas 16
relativamente más cortas, partes laterales 18 relativamente más
largas que conectan las partes extremas, y una parte intermedia 22
conectada y separada de las partes extremas y las partes laterales.
Una combinación 24 de ventilador y motor está montada en la
envoltura 12, opuesta a la parte intermedia 22 de la envoltura. Una
pared inferior 26 está fijada a la pared lateral, como también lo
está una pared superior 28 que coopera con las otras paredes para
cerrar la envoltura 12. La pared inferior 26 define la pared
superior del recinto a presión 32 (Figura 3). La pared inferior 26,
la pared superior 28 y la pared lateral 14 definen la envoltura 12
mostrada aquí como rectangular, pero que puede ser de otra forma;
véase la Figura 9. La envoltura 12 es de una altura predeterminada y
contiene generalmente la combinación 24 de ventilador y motor
montada en ella. Hay una entrada 20 en la envoltura 12, formada
centralmente de la pared superior 28, a través de la cual, el aire
es extraído hacia al ventilador motorizado 24, por ejemplo,
utilizando un ventilador de impulsión con motor de rotor externo que
tenga un consumo nominal de 1 amperio con un voltaje alterno de 110
V/60 Hz, y sobre 21,23 m^{3}/min (750 pies cúbicos por minuto) con
presión estática cero. Todas las paredes están cubiertas con
material 30 absorbente de sonido dentro de la envoltura 12. Las
esquinas 29 de la envoltura 12 están ocupadas por cuñas esquineras
31 amortiguadoras de sonido, para limitar turbulencias en el flujo
de aire y ruido.
Una pluralidad de aberturas de salida 34, 36,
distribuidas perimétricamente, están perforadas a través de la pared
inferior 26 de la envoltura desde la envoltura 12 hasta el recinto a
presión 32, para proporcionar el flujo de aire a presión desde la
combinación 24 de ventilador y motor hasta el recinto a presión.
Aberturas 34 opuestas lateralmente están dispuestas en las partes 18
de paredes laterales más largas, y aberturas 36 espaciadas
longitudinalmente están dispuestas en las partes 16 de paredes
extremas más cortas. Las aberturas 34, 36 tienen un tamaño en
profundidad (extensión de la abertura desde la parte de pared
adyacente hasta la envoltura) y una anchura (extensión de la
abertura a lo largo de la parte de pared adyacente) adecuadas para
permitir un flujo de aire sustancialmente sin obstáculos, libre de
presión inversa atribuible a la abertura de salida. Las aberturas
pueden tener cualquier configuración que permita el flujo libre de
aire. Se obtienen flujos de aire de un valor nominal de 27,43 m/min
(90 pies por minuto) con un consumo de energía de alrededor de 100
vatios, con un rendimiento de filtrado del 99,999% con partículas de
0,12 micrómetros, usando un cartucho de filtro de 12,7 cm (5
pulgadas) de profundidad, de 2 - 3 pliegues por cm (5 - 7 pliegues
por pulgada), en el que el cartucho de filtro tiene un \DeltaP de
0,69 cm (0,27 pulgadas) de indicador de nivel de agua a una
velocidad de 30,48 m/min (100 pies por minuto).
Dentro de la envoltura 12, y adyacente a las
respectivas aberturas de salida 34, 36, está dispuesta una serie de
estructuras deflectoras 48, 52. Las estructuras deflectoras 48
comprenden cuñas de sección transversal horizontal triangular, con
la base 53 de la cuña apoyándose sustancialmente en el borde más
interior 35 de la abertura de salida 36 opuesta a ella. La base 53
de la cuña de la estructura deflectora se extiende por lo menos a la
anchura de la abertura de salida 34 y preferiblemente alrededor del
5 al 20% más que la anchura, dividida uniformemente con respecto a
la abertura. Las estructuras deflectoras 48, cubiertas con otro
material 30 amortiguador de sonido tal como una espuma absorbente de
sonido, están dispuestas como se muestran, con su borde estrecho de
ataque 49 mirando hacia dentro para cortar en dos partes, izquierda
y derecha, el aire a presión movido centrífugamente desde la
combinación 24 de ventilador y motor. Las estructuras deflectoras 48
son de una altura h que se extiende en toda la distancia d entre la
pared inferior 26 y la pared superior 28 de la envoltura 12, de modo
que h = d. Por tanto, no hay espacio de flujo de aire entre las
estructuras deflectoras 48 y la pared superior 28 o la pared
inferior 26 de la envoltura. Por consiguiente, el flujo de aire pasa
solamente alrededor de las estructuras deflectoras 48, y no por
encima o por debajo de ellas. El flujo de aire, una vez partido por
el borde de ataque 49 de la cuña, es guiado lateralmente a lo largo
del camino 58 de flujo, a lo largo de las superficies 47 de cuña de
las estructuras deflectoras 48 y, por tanto, alrededor de los bordes
posteriores 50 hacia la adyacente abertura de salida 36 desde cada
lado de la estructura deflectora; otros flujos de aire están
bloqueados. Se observará que el flujo de aire es, por tanto, lineal
y libre de inversión de dirección de flujo dentro de la envoltura 12
y dentro de las aberturas de salida 34 y 36.
Las estructuras deflectoras 52 tienen una sección
transversal horizontal arqueada y están dispuestas de tal modo que
sus caras convexas 55 se apoyan en las aberturas 36 espaciadas
lateralmente, y sus caras cóncavas 57 están opuestas al ventilador
24. Las estructuras deflectoras 52 se extienden una distancia
paralelas a las paredes laterales 18, mayor que la misma extensión
de las aberturas de salida 36 adyacentes y, preferiblemente,
alrededor del 5 al 20% mayor, y están centradas sobre el centro de
la abertura de salida 36. Las estructuras deflectoras 52 tienen una
altura h igual a la distancia d entre la pared inferior 26 y la
pared superior 28 de la envoltura 12 y, por tanto, no pasa flujo de
aire por encima o por debajo de las mismas, sino solamente alrededor
de ellas y lateralmente hacia las aberturas de salida 36. Las
estructuras deflectoras 52 también están cubiertas con un material
30 amortiguador de sonido tal como una espuma absorbente de sonido.
Según están dispuestas, las estructuras deflectoras 52 guían el
flujo de aire desde el ventilador motorizado 24 a lo largo de un
camino lineal de flujo, a lo largo de la cara 59 de las estructuras
deflectoras y alrededor de las esquinas 61 de las estructuras hacia
las aberturas de salida 36.
La unidad de filtro 10 de ventilador, que se
acaba de describir, está acoplada a una unidad de filtro 60. La
unidad de filtro 60 comprende un bastidor 62 generalmente
rectangular formado de paredes 64, y un cartucho de filtro 66
compuesto de un medio de filtraje 68 fijado herméticamente a las
paredes 64 del bastidor para bloquear el paso del flujo de aire sin
filtrar a través de la unidad de filtro. La presente invención, para
un rendimiento máximo de filtrado y un óptimo consumo de energía,
utiliza un cartucho de filtro 66 compuesto preferiblemente de
pliegues de medio de filtraje de alrededor de 12,7 cm (5 pulgadas)
de profundidad, sin separadores entre los sucesivos pliegues, y una
densidad de pliegues de 2 - 3 pliegues por cm (5 - 7 pliegues por
pulgada). Se pueden usar otros tamaños, densidades, estilos y tipos
de filtros HEPA, ULPA u otros filtros de alto rendimiento, con
resultados apropiados.
La unidad de filtro 60 tiene una pestaña
perimétrica 72 (exagerada en esta vista por motivos de claridad)
vuelta hacia dentro, alrededor de la parte superior de sus paredes
64. La unidad de filtro 10 de ventilador tiene una correspondiente
pestaña 74 vuelta hacia dentro (también exagerada), en una
continuación en forma de faldón 76 de la pared 14 de la unidad de
filtro de ventilador, que se extiende más allá de la parte de pared
14 que cierra la envoltura 12. Como se muestra en la Figura 3, la
pestaña 74 de la unidad de filtro 10 de ventilador cubre la pestaña
superior 72 de la unidad de filtro 60. La unidad de filtro 12 de
ventilador y la unidad de filtro 60 se sujetan entre sí por medio de
pernos o tornillos, o por medio de una cinta que se dobla como una
cinta de cierre 78 presionada sobre la unión 82 entre las unidades y
sobre los márgenes de borde 84, 86 de la unión.
La superficie superior 88 del cartucho de filtro
66 define el recinto a presión 32 con la pared inferior 26 de la
unidad de filtro de ventilador. El flujo de aire de las aberturas de
salida 34, 36 entra en el recinto a presión 32 y, al encontrar los
menores caudales del cartucho de filtro 66, establece una presión de
aire mayor dentro del recinto a presión. Para asegurar mejor el
flujo uniforme de aire en el recinto a presión 32 hacia la
superficie superior 88 del cartucho de filtro, está dispuesta una
serie de distribuidores 92, 94 de flujo de aire. Los distribuidores
92 de flujo de aire son placas planas, típicamente de aluminio, que
están soportadas de manera voladiza o de otra manera en las
aberturas de salida 36 opuestas lateralmente en la corriente de
flujo de aire a través de las aberturas 34, en posición para desviar
un poco el aire descendente de pasar inmediatamente a la superficie
superior 88 del cartucho de filtro de una manera que desequilibraría
la presión de aire sobre esa superficie a favor de las áreas de las
superficies inmediatamente opuestas a las salidas 34, 36. Los
distribuidores 92 y 94 son de construcción, soporte y funciones
similares, pero para el flujo de aire descendente desde las
aberturas de salida 34 opuestas longitudinalmente, en el caso del
distribuidor 94. En las Figuras 3 y 4 los distribuidores 92, 94 de
flujo de aire se muestran fijados a la continuación en forma de
faldón 76 de la pared de unidad de filtro de ventilador, justamente
encima de la pestaña 74 vuelta hacia dentro, de modo que la unidad
de filtro 10 de ventilador soporta los distribuidores 92, 94 de
flujo de aire. Preferiblemente, los distribuidores 92, 94 de flujo
de aire están perforados con ranuras 93, 95 como se muestra en la
Figura 1 (vistas a través de las aberturas de salida 34, 36).
En las Figuras 5 y 6, en las que a piezas iguales
se les han dado números iguales, los distribuidores 92, 94 de flujo
de aire se muestran fijados a la unidad de filtro 60, debajo de la
unión 82 entre la unidad de filtro 10 de ventilador y la unidad de
filtro 60, de modo que la unidad de filtro soporta los
distribuidores de flujo de aire, lo cual puede ser deseable en
ciertas aplicaciones o por razones de fabricación.
En las Figuras 7 y 8, en las que a piezas iguales
se les han dado números iguales, se muestra una realización en la
que las estructuras deflectoras 148, 152 son de altura menor que la
altura total dentro de la envoltura 12, de modo que el flujo de aire
está no sólo alrededor de los bordes de los deflectores, sino
también sobre la parte superior, como una cascada, en las aberturas
de salida 34, 36. Como las realizaciones anteriores, el flujo de
aire en esta realización es sin inversión dentro de la envoltura 12
y las aberturas 34, 36. Más particularmente, dentro de la envoltura
12 y adyacente a las respectivas aberturas de salida 34, 36, está
dispuesta una serie de estructuras deflectoras 148, 152. Las
estructuras deflectoras 148 comprenden cuñas de sección transversal
horizontal triangular, con la base 153 de la cuña sustancialmente
apoyada en la abertura de salida 36 opuesta a ella. La base 153 de
la cuña de la estructura deflectora se extiende por lo menos a la
anchura de la abertura de salida 36 y, preferiblemente, alrededor
del 5 al 20% más que esa anchura, uniformemente dividida con
respecto a la abertura. Las estructuras deflectoras 148, cubiertas
con otro material 30 amortiguador de sonido, tal como una espuma
absorbente de sonido, están dispuestas como se muestra, con su borde
estrecho de ataque 149 mirando hacia el interior para cortar en dos
partes, izquierda y derecha, el aire a presión movido
centrífugamente desde la combinación 24 de ventilador y motor. Las
estructuras deflectoras 148 son de una altura ht adecuada para
extenderse alrededor de la mitad de la distancia total d entre la
pared inferior 26 y la pared superior 28 de la envoltura 12 de modo
que ht = 50% x d. La altura ht puede ser de alrededor del 25% de d
hasta el 75% o, como se muestra en realizaciones anteriores, el 100%
de d (ht = h = d). En esta realización hay más o menos espacio de
flujo de aire entre las estructuras deflectoras 148 y la pared
superior 28 de la envoltura. Por consiguiente, el flujo de aire pasa
no sólo alrededor de las estructuras deflectoras 148, sino también
sobre ellas. El flujo de aire partido por el borde de ataque 149 de
la cuña es guiado lateralmente a lo largo de las superficies de cuña
de las estructuras deflectoras 148 y, por tanto, alrededor de la
estructura hacia la abertura de salida 36 adyacente, desde cada lado
de la estructura deflectora. El flujo de aire es pasado también
sobre los bordes superiores 109 de las estructuras deflectoras 148 y
se mezcla con el flujo lateral que viene alrededor de los bordes
verticales. Se observará que el flujo de aire es, por tanto, lineal
y libre de inversión de dirección de flujo dentro de la envoltura 12
y dentro de las aberturas de salida 34 y 36.
Las estructuras deflectoras 152 son arqueadas en
sección transversal horizontal (véase el elemento 52 de la Figura 1)
y están situadas de tal manera que sus caras convexas 155 se apoyan
en las aberturas 36 espaciadas lateralmente, y sus caras cóncavas
157 están opuestas al ventilador 24. Las estructuras deflectoras 152
se extienden una distancia, paralelas a las paredes laterales 18,
mayor que la misma extensión de las aberturas de salida adyacentes
36 y, preferiblemente, alrededor del 5 al 20% mayor, y están
centradas sobre el centro de la abertura de salida 36. También las
estructuras deflectoras 152 tienen una altura ht igual a menos de la
distancia d entre la pared inferior 26 y la pared superior 28 de la
envoltura 12, yendo desde por lo menos alrededor del 25% de d hasta
el 75%, o más, hasta el 100% como en realizaciones anteriores. No es
necesario que la altura ht de las estructuras deflectoras 152 sea
igual a la altura ht de las otras estructuras deflectoras 148 dentro
de la misma envoltura 12. Como se describió para las estructuras
deflectoras 148, las estructuras 152 pasan flujo de aire sobre ellas
mismas así como lateralmente hacia las aberturas de salida 36. Las
estructuras deflectoras 152 también están cubiertas con un material
20 amortiguador de sonido, tal como una espuma absorbente de sonido.
Según están dispuestas, las estructuras deflectoras 152 guían flujos
de aire del ventilador motorizado 24 a lo largo de un camino lineal
de flujo, a lo largo de la estructura deflectora y alrededor de las
esquinas de la estructura y lateralmente hacia las aberturas de
salida 36, así como sobre los bordes superiores 111 y linealmente
hacia las aberturas 36.
En la Figura 9, en la que piezas iguales tienen
números iguales más 200, se muestra una forma cuadrada de la unidad
de filtro 210 de ventilador, de la invención. El ventilador
motorizado 224 está soportado en el centro de la envoltura 212
formada de pared superior 228, pared inferior 226 y paredes
laterales 214. Las estructuras deflectoras 248, todas triangulares
en sección transversal horizontal, se usan para dividir y guiar el
flujo de aire para que entre en las aberturas de salida 234, 236
sólo lateralmente, y para pasar el flujo de aire linealmente a lo
largo de las paredes laterales 247 de las estructuras deflectoras
sin inversión de dirección dentro de la envoltura 212 o las
aberturas de salida 234, 236. Una unidad de filtro (no mostrada),
congruente con la unidad de filtro 210 de ventilador, está fijada a
la unidad de filtro de ventilador como en realizaciones
anteriores.
Por tanto, la presente invención proporciona
unidades mejoradas de filtro de ventilador que tienen mayor
rendimiento de filtrado, mayor rendimiento energético con menores
costes de electricidad, menor generación de ruido para un entorno de
trabajo más silencioso, y que se instalan sencillamente. Las
unidades de filtro de ventilador tienen un sistema de deflectores
dispuestos para conducir flujo lineal de aire lateralmente hacia las
aberturas de salida de la envoltura del ventilador, y para bloquear
flujos inversos en la envoltura y en las aberturas. La unidad de
filtro de ventilador consigue un mayor rendimiento de filtrado
mediante el uso de cartuchos de medio de filtraje sin separadores,
de mayor profundidad y mayor densidad de pliegues, y mayor
rendimiento energético mediante el diseño de deflector mencionado,
de modo que el consumo de energía es alrededor de 100 vatios, y la
disipación de calor es baja con alrededor de 50,4 kcal/h (200
BTU/hora). Las unidades de filtro de ventilador comprenden una
correspondiente envoltura de unidad de filtro de ventilador y un
bastidor que contiene el medio de filtraje, que están unidos encima
del medio de filtraje para definir un recinto a presión, soportando
la envoltura o bien el bastidor del filtro distribuidores de flujo
de aire opuestos a las aberturas de salida. Por tanto, se logran los
anteriores objetos.
Claims (10)
1. Una unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento, bajo consumo de energía y bajo ruido, para hacer pasar,
a un recinto limpio, aire filtrado a través de un filtro de alto
rendimiento para aire con partículas; estando dicha unidad de filtro
de ventilador dispuesta normalmente en posición horizontal y
comprendiendo una envoltura extendida longitudinal y lateralmente,
que tiene una entrada de aire y una salida de aire; una unidad de
filtro de alto rendimiento para aire con partículas en comunicación
de paso de aire con la salida de la envoltura a través de un recinto
a presión definido por la envoltura y la unidad de filtro de aire;
un ventilador motorizado en comunicación de paso de aire con la
entrada de la envoltura y la salida, estando soportado centralmente
dicho ventilador dentro de la envoltura; comprendiendo dicha salida
de la envoltura aberturas espaciadas longitudinalmente y aberturas
espaciadas lateralmente, estando dispuestas dichas aberturas en un
plano común de aberturas, normalmente horizontal, debajo del
ventilador, y siendo colectivamente de suficiente área de sección
transversal para pasar sin presión inversa sustancial el flujo de
aire generado por el ventilador motorizado; estructuras deflectoras
individuales que se extienden sustancialmente normales al plano
común de aberturas adyacentemente antes de cada dicha abertura y
entre el ventilador y la abertura, y/o verticalmente desde la parte
inferior de dicha envoltura, estando dispuestas las estructuras
deflectoras para bloquear el paso directo entre el ventilador
motorizado y las aberturas.
2. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
la reivindicación 1, en la que dicha envoltura comprende paredes
laterales, una pared superior que define dicha entrada y una pared
inferior que define dichas aberturas de salida, comprendiendo dicha
unidad de filtro un bastidor unido a dicha unidad de ventilador, y
un filtro, estando separado dicho filtro de dicha pared inferior de
la envoltura en relación de definir un recinto a presión.
3. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
la reivindicación 1, en la que dichas estructuras deflectoras se
extienden verticalmente desde dicha pared inferior de la envoltura
hasta una altura de por lo menos el 25% hasta el 100% de la
distancia entre dicha pared inferior y dicha pared superior de la
envoltura.
4. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
la reivindicación 1, en la que dichas aberturas espaciadas
lateralmente tienen estructuras deflectoras individuales en forma de
V, en un plano paralelo al plano de dichas aberturas, estando
abiertas dichas formas en V hacia dicho ventilador motorizado, o
dichas aberturas deflectoras son de sección transversal triangular
en un plano paralelo al plano de dichas aberturas de salida,
teniendo las estructuras deflectoras bases inmediatamente adyacentes
a sus respectivas aberturas.
5. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
las reivindicaciones 1 ó 2, en la que las paredes laterales están
adaptadas para fijar una unidad de filtro de aire que incluye un
filtro que ha de estar separado de dicha pared inferior de la
envoltura en relación de definir un recinto a presión, y una
pluralidad de distribuidores de flujo de aire soportados entre dicha
pared inferior de la unidad de filtro y dicho filtro de aire,
estando abiertos y dispuestos dichos distribuidores de flujo de aire
para guiar el flujo de aire desde cada dicha abertura de salida
hasta dicho filtro.
6. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
la reivindicación 5, en la que dicha envoltura está formada
separadamente de dicha unidad de filtro de aire, teniendo dicha
envoltura una continuación de dichas paredes laterales en forma de
faldón, más allá de dicha pared inferior, para abarcar dicho recinto
a presión; estando soportados dichos distribuidores de flujo de aire
por dicho faldón de la envoltura dentro de dicho recinto a
presión.
7. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
las reivindicaciones 1 a 6; estando contenido el cartucho de medio
de filtraje herméticamente dentro de un bastidor, no teniendo
separadores dicho cartucho de medio de filtraje, y teniendo una
profundidad de pliegue de alrededor de 12,7 cm (5 pulgadas) y una
densidad de pliegues de 2 - 3 pliegues por cm (5 - 7 pliegues por
pulgada).
8. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
las reivindicaciones 1 a 7; comprendiendo dicha unidad de filtro de
ventilador una envoltura extendida longitudinal y lateralmente que
comprende cuatro lados, una pared superior y una pared inferior; una
entrada de aire central en dicha pared superior; una serie de
aberturas de salida de aire distribuidas perimétricamente a través
de dicha pared inferior; una continuación de dichas paredes
laterales de la envoltura, en forma de faldón, más allá de dicha
pared inferior; una unidad de filtro de alto rendimiento para aire
con partículas, que comprende un bastidor unido a dicha continuación
en forma de faldón de la envoltura; un filtro de alto rendimiento
para aire con partículas, montado herméticamente dentro de dicho
bastidor y que define un recinto a presión con dicha pared inferior
de la envoltura; un ventilador motorizado en comunicación de paso de
aire con dicha entrada de la envoltura y dicho recinto a presión a
través de dichas aberturas de salida, estando soportado dicho
ventilador centralmente dentro de dicha envoltura; siendo
colectivamente dichas aberturas de salida de suficiente área de
sección transversal para pasar sin presión inversa sustancial el
flujo de aire generado por dicho ventilador motorizado; una
estructura deflectora individual adyacente a cada dicha abertura de
salida, extendiéndose verticalmente dichas estructuras deflectoras
hasta una altura igual a la distancia entre dicha pared inferior de
la envoltura y dicha pared superior de la envoltura, por lo que
dichas aberturas de salida están cerradas por estructuras
deflectoras adyacentes a todas las entradas excepto a la entrada
lateral de flujo de aire desde dicho ventilador motorizado, siendo
lineal, por tanto, el flujo de aire de dichas aberturas y libre de
inversión de dirección de flujo dentro de dicha envoltura y dentro
de dichas aberturas.
9. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
las reivindicaciones 1 a 8, en la que dichas paredes laterales de la
envoltura son sustancialmente de la misma longitud, teniendo dichas
estructuras deflectoras una sección transversal triangular y
teniendo sus bases inmediatamente adyacentes a sus respectivas
aberturas.
10. La unidad de filtro de ventilador de alto
rendimiento de filtrado, bajo consumo de energía y bajo ruido, según
las reivindicaciones 1 a 9, en la que dichas paredes laterales,
superior e inferior de la envoltura, y dichas estructuras
deflectoras, definen superficies directrices de aire, estando
cubiertas dichas superficies directrices con un medio absorbente de
sonido.
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