ES2235444T3 - Filtro de aire electronico con lampara germicida. - Google Patents

Filtro de aire electronico con lampara germicida.

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ES2235444T3
ES2235444T3 ES99309275T ES99309275T ES2235444T3 ES 2235444 T3 ES2235444 T3 ES 2235444T3 ES 99309275 T ES99309275 T ES 99309275T ES 99309275 T ES99309275 T ES 99309275T ES 2235444 T3 ES2235444 T3 ES 2235444T3
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Sunita Satyapal
Robert J. Hall
Antonio Rinaldi
Laurence R. Boedeker
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Carrier Corp
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Abstract

Un conjunto de filtro o purificador de aire (10) para eliminar material en partículas que es arrastrado en una corriente de aire que pasa a través del mismo, que comprende: un alojamiento (20) que tiene una entrada (22) de corriente de aire, una salida (24) de corriente de aire, y que define una paso de flujo (25) que se extiende entre ellas a lo largo de un eje longitudinal; una célula de precipitación electrostática (40) para eliminar el material en partículas procedente de la corriente de aire, incluyendo dicha célula de precipitador electrostático una pluralidad de placas colectoras (42) dispuestas dentro del paso de flujo para recoger en ellas el material en partículas procedente de la corriente de aire, dichas placas colectoras (42) dispuestas sustancialmente paralelas a dicho eje longitudinal; al menos una lámpara germicida (50) dispuesta aguas abajo con relación al flujo de aire de dicha célula (40) de precipitación electrostática operativa para emitir luz ultravioleta germicida, almenos dicha lámpara germicida (50) dispuesta dentro de dicho alojamiento (20) para irradiar dichas placas colectoras (42) con luz ultravioleta germicida; al menos un elemento que refleja la luz dispuesto aguas arriba con relación al flujo de aire de dichas placas colectoras (42) para volver a dirigir la luz germicida que ha pasado a través de dicha disposición de placas colectoras (42) para irradiarla de nuevo sobre dichas placas colectoras; y un filtro (90) para eliminar compuestos orgánicos volátiles procedentes de la corriente de aire, estando dispuesto dicho filtro aguas abajo de dicha lámpara germicida (50); caracterizado porque: dicho filtro (90) comprende un filtro fotocatalítico que responde a la luz ultravioleta.

Description

Filtro de aire electrónico con lámpara germicida.
El presente invento se refiere en general a purificación de aire y, más particularmente, a filtros o purificadores de aire electrónicos para usar con sistemas de calentamiento y/o enfriamiento de aire forzado residencial y comercial ligeros.
Los filtros de aire electrónicos tradicionales comercialmente disponibles comprenden típicamente una pluralidad de alambres o hilos ionizadores, una pluralidad de placas colectoras y un circuito de potencia asociado para suministrar corriente continua de alta tensión a los alambres ionizadores y a las placas colectoras. Los alambres ionizadores son alambres de tungsteno típicamente que reciben una carga positiva desde la fuente de corriente. Las placas colectoras comprenden una serie de placas paralelas, espaciadas cargadas alternativamente en positivo y negativo por la fuente de corriente. El circuito de potencia incluye un transformador para conversión de corriente alterna de 120 voltios o 240 voltios estándar a corriente continua de alta tensión, por ejemplo aproximadamente de 6000 voltios de corriente continua a 12000 voltios de corriente continua.
En funcionamiento, partículas, que incluyen por ejemplo polvo doméstico y polvo atmosférico, pelusa, caspa de animales, partículas de comida, humo de tabaco, aerosoles, polen, esporas de plantas, y similares son ionizadas con una carga positiva cuando las partículas pasan a través del campo electrostático establecido por los alambres ionizadores. Las partículas cargadas después de ello son aspiradas y depositadas sobre las placas colectoras cargadas negativamente ya que el flujo de aire en el que las partículas son arrastradas pasa a través de la disposición de placas colectoras cargadas alternativamente, espaciadas. Típicamente, un filtro previo mecánico está dispuesto aguas arriba con respecto al flujo de aire de los alambres ionizadores para eliminar partículas mayores, por ejemplo partículas que tienen un diámetro medio mayor de 10 micras. La parte de célula electrostática del filtro de aire puede eliminar partículas tan pequeñas como 0,01 micras de diámetro medio.
Aunque tales filtros de aire de tipo precipitador electrostático tradicional son bastante efectivos para atrapar polvo y otras partículas en las placas colectoras, si las placas no son limpiadas regularmente para eliminar las partículas depositadas, pueden ser un potencial para el crecimiento microbiano en las partículas en las placas colectoras. Si el crecimiento microbiano está presente y no es eliminado a través de limpieza regular, existe la posibilidad de que bioaerosoles tales como esporas de hongos, bacterias y otros alérgenos puedan ser vueltos a arrastrar en la corriente de aire y hechos circular de nuevo al recinto ocupado.
La patente norteamericana nº 3.744.216 describe un filtro de aire para purificar el aire en habitaciones de un hogar, oficina u otro edificio. El filtro de aire descrito incluye un filtro mecánico de partículas, un filtro desodorante, lámparas germicidas y un filtro medio mejorado electrostáticamente. Las lámparas germicidas comprenden un par de lámparas ultravioletas para irradiar la corriente de aire aguas arriba del filtro medio mejorado electrostáticamente para matar bacterias, esporas de hongos, virus y similares. Las luces ultravioleta están dispuestas enfrentadas entre sí en lados opuestos del alojamiento del purificador y están provistas de pantallas o rejillas de modo que dirijan los rayos de luz ultravioleta unas hacia otras a través del trayecto del aire que fluye a través del filtro de aire de manera que irradie los microbios en suspensión en el aire. Como la eficacia de la desactivación microbiana por los rayos de luz ultravioleta depende del tiempo de residencia de los microbios en la corriente de aire que se expone a la luz ultravioleta, es deseable aumentar el tiempo en que los microbios están expuestos a la luz ultravioleta.
El documento EP-A-08523 describe un conjunto de filtro de aire que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1ª.
Es un objeto del presente invento al menos sustancialmente y de modo preferible impedir completamente el crecimiento microbiano en las placas colectoras de un filtro o purificador electrónico.
Es además un objeto del presente invento proporcionar un filtro de aire electrónico perfeccionado que tiene lámparas germicidas para irradiar las placas colectoras.
Es un objeto de un aspecto del presente invento proporcionar un filtro de aire electrónico perfeccionado que tiene medios reflectores para dirigir la luz germicida para irradiar las placas colectoras de una célula de precipitación electrostática.
Es un objeto de otro aspecto del presente invento proporcionar un purificador de aire electrónico perfeccionado que tiene un filtro para eliminar bioaerosoles procedentes del flujo de aire a través de una célula de precipitación electrostática.
De acuerdo con el invento se ha creado un filtro de aire según la reivindicación 1ª.
El filtro de aire del presente invento así incluye una célula de precipitación electrostática que tiene una pluralidad de placas colectoras para recoger en ellas el material en partículas procedente de la corriente de aire y al menos una lámpara germicida, dispuesta aguas abajo con respecto al flujo de gas de las placas colectoras, para irradiar las placas colectoras y cualquier material en partículas recogido en ellas con luz germicida. La luz procedente de la lámpara o lámparas germicidas, luz ultravioleta ventajosamente que tiene una longitud de onda del orden de 200 a 280 nanómetros (nm), y óptimamente de 245 a 265 nm, es efectiva no solamente en matar microbios arrastrados en la corriente de aire, sino también en matar el crecimiento microbiano que podría ocurrir en las placas y en el material en partículas depositado en las placas colectoras.
Al menos un elemento reflector de luz está dispuesto aguas arriba con respecto al flujo de aire de las placas colectoras para volver a dirigir la luz germicida que ha pasado a través de la disposición de placas colectoras en una dirección generalmente aguas abajo para irradiar de nuevo sobre las placas colectoras. Adicionalmente, al menos un elemento reflector de luz puede estar dispuesto aguas abajo con respecto al flujo de aire de las placas colectoras para dirigir luz germicida emitida desde la lámpara en una dirección generalmente aguas abajo para irradiar sobre dichas placas colectoras en un ángulo de incidencia. El reflector de aguas arriba puede comprender una pluralidad de tiras reflectoras de luz espaciadas lateralmente, delgadas, relativamente estrechas dispuestas en un ángulo agudo con un eje longitudinal que se extiende paralelo a las placas colectoras de modo que vuelvan a dirigir la luz germicida para irradiar sobre las placas colectoras. Al menos el reflector de aguas abajo puede comprender una placa plana o arqueada alargada dispuesta en asociación operativa con una lámpara germicida.
En una realización del presente invento, un filtro previo de partículas para atrapar partículas relativamente grandes está dispuesto axialmente aguas arriba con respecto al flujo de aire de los alambres ionizadores. Ventajosamente, el filtro previo está formado por una pluralidad de elementos de rejilla o malla reflectante de luz espaciados lateralmente dispuestos en un ángulo agudo con un eje longitudinal paralelo a las placas colectoras de modo que vuelva a dirigir la luz germicida que ha pasado a través de la disposición de placas colectoras en una dirección generalmente aguas abajo para irradiar sobre las placas colectoras. Cada elemento reflector de luz puede estar hecho de malla de aluminio pulido o abrillantado con una reflectividad relativamente elevada para luz en longitudes de onda comprendidas entre 200 y 280 nanómetros.
Un filtro fotocatalítico que responde a la luz ultravioleta para eliminar compuestos orgánicos volátiles en el flujo de aire está dispuesto aguas abajo con respecto al flujo de aire de la lámpara germicida, o bien dentro o bien fuera del alojamiento.
Breve descripción de los dibujos
Otros objetos y ventajas del presente invento serán evidentes a partir de la descripción siguiente de una realización no limitativa, ejemplar del presente invento en que se hace referencia a los dibujos adjuntos, en que:
La fig. 1 es una vista en alzado lateral, parcialmente en sección, de un filtro de aire electrónico provisto de una pluralidad de lámparas germicidas de acuerdo con una primera realización del presente invento;
La fig. 2 es una vista en planta del filtro de aire electrónico ilustrado en la fig. 1;
La fig. 3 es una vista en alzado lateral, parcialmente en sección, de un filtro de aire electrónico provisto de una sola lámpara germicida de acuerdo con una segunda realización del presente invento;
La fig. 4 es una vista en planta de un filtro de aire electrónico ilustrado en la fig. 3;
La fig. 5 es una ilustración diagramática de la reflexión de rayos de luz germicida entre las placas colectoras contiguas;
La fig. 6 es una vista en planta de una realización alternativa de la realización de múltiples lámparas del filtro de aire electrónico del presente invento de la fig. 1;
La fig. 7 es una vista en alzado lateral, parcialmente en sección, de un filtro de aire electrónico provisto de una pluralidad de lámparas germicidas de acuerdo con otra realización del presente invento;
La fig. 8 es una vista en planta del filtro de aire electrónico ilustrado en la fig. 7;
La fig. 9 es una ilustración gráfica representativa del perfil de iluminación de luz a través del borde posterior de la disposición de placas colectoras para la disposición de luz representada; y
La fig. 10 es una ilustración gráfica representativa del perfil de intensidad de luz sobre la profundidad de una placa colectora desde su borde posterior a su borde anterior para reflectividades de placas representativas de una superficie muy pulida y de una superficie oxidada.
Descripción detallada de una realización preferida
El presente invento está descrito aquí incorporado en un filtro o purificador de aire electrónico del tipo corrientemente instalado en conexión con sistemas de enfriamiento y calentamiento de aire centrales residenciales. Ha de comprenderse, sin embargo, que las realizaciones particulares descritas aquí están destinadas a ser ejemplares y que el presente invento puede ser usado en conexión con filtros de aire electrónicos para otras aplicaciones tales como, por ejemplo, filtros de aire portátiles para habitaciones, sistemas de purificación de aire para oficinas, sistemas de enfriamiento y/o calentamiento de aire centrales para edificios comerciales, hospitales, escuelas, librerías, museos y otros edificios.
Con referencia ahora a los dibujos, se ha representado en ellos un filtro de aire electrónico 10 que tiene un alojamiento 20 y una célula de precipitación electrostática 40 dispuesta en él. El alojamiento 20 tiene una entrada de corriente de aire 22, una salida de corriente de aire 24 y un paso de flujo de aire 25 que se extiende entre ellas limitado por paredes perimetrales 44. El aire procedente del recinto entra en el filtro de aire 10 a través de la entrada 22, atraviesa el paso del flujo de aire 25, y sale del filtro de aire 10 a través de la salida 24. En un sistema de calentamiento y/o enfriamiento de aire central residencial, el filtro de aire electrónico 10 puede ser instalado aguas arriba con respecto al flujo de aire del ventilador de flujo inducido (no mostrado) de tal modo que el flujo de aire es aspirado a través del filtro de aire 10 y por tanto al horno o acondicionador de aire del sistema.
La célula de precipitación electrostática 40 representada en las figs. 1-6 ejemplifica una célula de precipitación electrostática tradicional del tipo disponible comercialmente en Carrier Corporation para su uso en sistemas de calentamiento y enfriamiento de aire centrales residenciales. La célula de precipitación electrostática 40 comprende una pluralidad de placas colectoras 42 alternativamente cargadas dispuestas en relación espaciada en una disposición paralela axialmente alineada con el eje longitudinal central 27 a través del paso de flujo de aire 25. Las placas colectoras 42 son cargadas alternativamente en positivo y en negativo por una alimentación de corriente. Las placas colectoras 42 están construidas de un metal conductor, tal como aluminio o acero, y tienen una reflectividad superficial relativamente elevada. Por ejemplo, en el filtro de aire electrónico modelo 31KAX020 comercializado por Carrier Corporation para su uso en conexión con hornos de aire caliente residenciales de combustión de gas, las placas colectoras son de aproximadamente 10,2 cm por 149,4 cm de dimensión y están dispuestas en una disposición paralela a espaciamientos de 6,35 mm aproximadamente.
La célula de precipitación electrostática 40 también incluye una pluralidad de alambres ionizadores 46 dispuestos en intervalos espaciados transversalmente a la anchura del alojamiento con un alambre ionizador dispuesto entre cada par de placas colectoras contiguas 42 y posicionado axialmente aguas arriba con respecto al flujo de aire de la disposición de placas colectoras 42. Los alambres ionizadores 46 comprenden tradicionalmente alambres de tungsteno que reciben una carga positiva procedente del paquete de alimentación de corriente. Cada uno de los alambres ionizadores 46 genera una descarga de corona positiva a través de la célula de precipitación electrostática 40 aguas arriba de la disposición de placas colectoras 42 de manera que las partículas de polvo arrastradas en el flujo de aire que pasa a través del paso de flujo de aire 25 reciben una carga eléctrica positiva. Cuando estas partículas de polvo cargadas positivamente atraviesan subsiguientemente la disposición de placas colectoras 42, las partículas de polvo cargadas positivamente son dirigidas hacia las placas colectoras cargadas negativamente y recogidas en ellas. En el filtro de aire electrónico modelo 31KAX020 antes mencionado, los alambres ionizadores están dispuestos en una fila posicionada aproximadamente a 19,05 mm aguas arriba del borde anterior de la disposición de placas colectoras y están espaciadas en dicha fila a intervalos de aproximadamente 31,75 mm.
Como en las células tradicionales de precipitación electrostática, está prevista una alimentación de corriente de tipo tradicional (no mostrada) que tiene un circuito de alimentación que incluye un dispositivo para convertir corriente alterna de 120 voltios o 240 voltios estándar a corriente continua de alta tensión. La salida del paquete de alimentación de corriente puede oscilar desde 6000 voltios de corriente continua a 12000 voltios de corriente continua dependiendo de la aplicación, pero típicamente es del orden de 7000 voltios de corriente continua a 7500 voltios de corriente continua para aplicaciones residenciales.
El filtro electrónico 10 incluye al menos una lámpara germicida 50 operativa para emitir luz germicida, tal como por ejemplo luz ultravioleta que tiene una longitud de onda del orden de 200 a 280 nanómetros (nm), y opcionalmente de 245 a 265 nm. La lámparas o lámparas germicidas 50 están dispuestas dentro del alojamiento 20 de modo que irradien la superficie de las placas colectoras 42 con luz germicida. Ventajosamente, la lámpara o lámparas germicidas 50 están dispuestas aguas abajo con respecto al flujo de aire de la célula de precipitación electrostática 40. Así posicionadas, la lámpara o lámparas 50 no serán expuestas a las cargas de partículas más elevadas en el flujo de gas aguas arriba de la célula de precipitación electrostática 40 y al nublado potencial de las lámparas debido a la acumulación de partículas en ellas. Además, posicionadas aguas abajo de la célula de precipitación electrostática 40, las lámparas no interferirán ni distorsionarán la distribución del flujo de aire que entra en la célula de precipitación electrostática 40. Sin embargo, si se imponen las circunstancias, la lámpara o lámparas germicidas 50 pueden ser posicionadas aguas arriba de la célula de precipitación electrostática 40 en tanto en cuanto la luz germicida desde ellas sea dirigida de modo que irradie la superficie de las placas correctoras 42.
En una realización del filtro de aire electrónico 10 del presente invento, como se ha ilustrado en las figs. 1, 2 y 6, un par de lámparas germicidas 50 espaciadas lateralmente están dispuestas dentro del alojamiento 20 aguas abajo con respecto al flujo de aire de la célula de precipitación electrostática 40. Una de las lámparas germicidas 50 está desplazada lateralmente a un lado del eje longitudinal central 27 a través del paso de flujo de aire 25, mientras la otra de las lámparas germicidas 50 está desplazada lateralmente al otro lado del eje longitudinal central 27 a través del paso de flujo de aire 25. Con las lámparas germicidas 50 emparejadas posicionadas de esta manera, es decir posicionadas descentradas del eje longitudinal central 27 del paso de flujo de aire 25, la mayor parte de los rayos de la luz germicida procedente de las lámparas 50 incidirá primero sobre las placas colectoras 42 respectivas en una variedad de ángulos de incidencia. Como resultado, los rayos respectivos de luz germicida serán reflejados una y otra vez entre las superficies opuestas de las placas colectoras contiguas 42 cuando los rayos respectivos de luz germicida atraviesen el espacio entre un par respectivo de placas colectoras contiguas 42 como se ha mostrado en la fig. 5. Las placas colectoras hechas de aluminio tendrán típicamente una reflectividad elevada sobre el intervalo de longitudes de onda requerido. Las placas colectoras formadas a partir de metal de reflectividad inferior, por ejemplo placas colectoras de acero, pueden necesitar ser revestidas con un material reflectante para aumentar la reflectividad de las placas colectoras.
La reflexión repetida de los rayos de luz germicida entre las superficies opuestas de placas colectoras contiguas asegurará que el área completa de la superficie de cada placa colectora es bañada con luz germicida. Como se ha ilustrado en la fig. 5, el número de reflexiones generadas depende del ángulo de incidencia de la luz germicida que viene a la disposición de las placas colectoras 42 espaciadas. Midiendo el ángulo de incidencia desde la perpendicular a la placa, para ángulos pequeños de incidencia, como se ha ilustrado en el paso de flujo de aire 43, habrá un gran número de reflexiones entre las placas. Con un mayor número de reflexiones, hay mayor contacto directo de la luz germicida con la superficie de recogida de las placas cuando la luz atraviesa las placas, pero la intensidad de la luz disminuirá en una mayor magnitud cuando la luz atraviesa el paso de flujo de aire entre las placas debido al mayor número de reflexiones. Por otro lado, para grandes ángulos de incidencia, como se ha ilustrado en el paso de flujo de aire 45, habrá un menor número de reflexiones entre las placas. Con un menor número de reflexiones, hay menor contacto directo de la luz germicida con la superficie de recogida de las placas cuando la luz atraviesa las placas, pero la intensidad de la luz disminuirá en una menor magnitud cuando la luz atraviesa el paso de flujo de aire entre las placas. Con una ángulo moderado de incidencia, como se ha ilustrado en el paso de flujo de aire 47, habrá un número moderado de reflexiones y sólo una disminución moderada en la intensidad de la luz cuando atraviesa el paso de flujo de aire entre las placas.
Con referencia ahora las figs. 3 y 4, se ha representado otra realización del filtro de aire electrónico 10 del presente invento que incluye una sola lámpara germicida 50. Como se ha ilustrado, la única lámpara germicida 50 está dispuesta dentro del alojamiento 20 a lo largo del eje central 27 del paso de flujo de aire 25 en una posición espaciada aguas abajo desde la célula de precipitación electrostática 40. Para mejorar la distribución de la luz germicida emitida desde la única lámpara 50 a través de la extensión lateral de la célula de precipitación electrostática 40, al menos uno, y ventajosamente una serie de reflectores 60, pueden estar provistos en asociación operativa con la lámpara germicida 50 para reflejar aquellos rayos de luz germicida originalmente emitidos desde la lámpara germicida 50 pero inicialmente dirigidos lejos de las placas colectoras 42. Los reflectores 60 están hechos de un material reflectante, tal como aluminio o acero, o provistos de otro modo con una superficie muy reflectante, por ejemplo revestida con un material muy reflectante. Aunque la forma particular y las dimensiones de los reflectores 60 pueden variar dependiendo de la aplicación, los reflectores 60 pueden comprender típicamente placas alargadas que tienen una dimensión longitudinal que corresponde aproximadamente a la dimensión longitudinal de las placas colectoras y que están alineadas con su eje longitudinal paralelo al eje longitudinal de la disposición de placas colectoras, pero dispuestas con su eje lateral en un ángulo al eje longitudinal central 27 del paso de flujo 25, como se ha ilustrado en la fig. 4, para facilitar la reflexión de la luz germicida en las superficies de la cara de las placas colectoras 42. Los reflectores 60 pueden comprender placas planas rectangulares alargadas o pueden comprender placas arqueadas rectangulares alargadas, tal como por ejemplo placas que tienen un contorno parabólico, cilíndrico, u otro contorno curvado, con una curvatura diseñada para dirigir los rayos de luz germicida reflejados de nuevo sobre las placas colectoras de modo que produzcan una distribución deseada través del borde posterior de la disposición de placas colectoras.
Los reflectores 60, que ventajosamente están, como se ha representado, dispuestos aguas abajo con respecto al flujo de aire y espaciados lateralmente de la lámpara 50, sirven para volver a dirigir estos rayos hacia las placas colectoras 42, dispuestas aguas arriba con respecto al flujo de aire más allá de la lámpara 50, aumentando por ello el nivel total de luz germicida que irradia sobre las placas colectoras 42. Los reflectores 60 reflejan también los rayos de luz germicida para incidir contra la superficie de recogida de las placas colectoras respectivas en una variedad más amplia de ángulo de incidencia, por lo que ocurrirán reflexiones múltiples en una variedad de ángulo de incidencia entre las superficies opuestas de placas colectoras contiguas como se ha descrito e ilustrado antes en la fig. 5. Adicionalmente, las paredes perimetrales 44 que limitan el paso de flujo de aire 25 pueden estar ventajosamente formadas de, o revestidas con, un material reflectante a la luz para proporcionar una superficie reflectante de luz para mejorar adicionalmente la reflexión de los rayos de luz germicida en una variedad más amplia de ángulos incidencia.
Ha de comprenderse que los reflectores pueden también ser usados en conexión con la realización de múltiples lámparas germicidas del filtro de aire electrónico 10 del presente invento. Un par de reflectores 60 podría estar dispuesto aguas abajo con respecto al flujo de aire y en asociación operativa con cada una de las lámparas germicidas 50 de la realización de múltiples lámparas germicidas, con los reflectores orientados para reflejar rayos de luz germicida hacia las placas colectoras 42, como por ejemplo se ha representado en la fig. 6. De nuevo, el uso de reflectores 60 dará como resultado múltiples reflexiones en una variedad de ángulos de incidencia que ocurren entre las superficies opuestas de las placas colectoras contiguas como se ha descrito e ilustrado antes en la fig. 5. También para minimizar las pérdidas de la absorción en las paredes 44 que definen el paso de flujo de aire 25 a través de la célula de precipitación electrostática 40, puede aplicarse un revestimiento de alta reflectividad a cada pared, de manera que los fotones de luz UV son reflejados hacia las placas 42.
Un filtro mecánico 30 puede estar dispuesto junto a la entrada 22 aguas arriba de la célula de precipitación electrostática 40 para filtrar previamente la corriente de aire que pasa al filtro de aire 10 para eliminar las partículas grandes. La profundidad del filtro mecánico 30 en la dirección axial, es decir en la dirección del flujo de aire a lo largo del eje longitudinal central 27, así como la densidad de la media de malla, son seleccionados para proporcionar una eficiencia de recogida de partículas deseada mientras que asegura una caída de presión que está por debajo de una caída de presión de diseño máxima deseada a una capacidad de flujo de aire normal. El filtro mecánico 30 puede ser un filtro de medio, un filtro de tejido u otro tipo de filtro mecánico tradicional que es funcional para eliminar partículas relativamente grandes, tales como pelusas, polen y otras partículas que tiene un diámetro de partícula medio mayor de aproximadamente 10 micras, anterior al flujo de aire que entra en la célula de precipitación electrostática 40.
En cualquiera de las realizaciones de una sola lámpara o múltiples lámparas, hay dispuestos medios, para reflejar luz germicida, aguas arriba con respecto al flujo de gas de las placas colectoras 42 habiendo atravesado luz germicida la disposición de placas colectoras de nuevo aguas abajo para irradiar sobre la superficie de las placas colectoras y cualquier material en partículas depositado sobre ellas. En la realización representada en las figs. 1 y 2, los medios para reflejar luz germicida comprenden una superficie 70 de alta reflectividad prevista sobre la superficie 33 de aguas abajo del filtro mecánico 30 para reflejar luz germicida que ha atravesado la disposición de placas colectoras 42 de nuevo a las placas colectoras. Ventajosamente, el filtro mecánico 30 puede comprende un filtro de malla en el que la fibra de malla es aluminio, acero u otro material de alta reflectividad, por lo que el propio filtro mecánico 30 actúa como un reflector.
En otra realización del presente invento representada en las figs. 3 y 4, el filtro mecánico 30 puede comprender una pluralidad de elementos 35 de medio de filtro de malla expandido hecho de un material de alta reflectividad, ventajosamente un material que tiene una alta reflectividad sobre el intervalo de 200 a 280 nanómetros, tal como por ejemplo aluminio muy pulido o abrillantado. Los elementos 35 están dispuestos aguas arriba con respecto al flujo de aire de los alambres ionizadores y la célula de precipitación electrostática 40 en una disposición lateral a través del paso de flujo a través del alojamiento. Más ventajosamente, los elementos 35 pueden estar dispuestos para extenderse paralelos a las placas colectoras y en ángulos agudos apropiados con el eje longitudinal a través del alojamiento por lo que la luz germicida que ha atravesado la disposición de placas colectoras es reflejada desde las superficies respectivas de los elementos 35 de nuevo en una dirección aguas abajo para volver a irradiar sobre la superficie de las placas colectoras. De esta manera, la irradiación total de las superficies de las placas colectoras 42 es además optimizada y mejorada la eficiencia de esterilización del crecimiento microbiano en las superficies de las placas colectoras 42.
En los filtros de aire electrónico que tienen un filtro mecánico 30 que es un filtro de tejido o filtro de medio que está hecho de un material que tiene una pequeña o ninguna reflectividad con respecto a la luz germicida, pueden colocarse tiras reflectantes 80 adicionales aguas arriba de la célula de precipitación electrostática 40 en una posición aguas abajo del filtro mecánico 30 para volver a dirigir los rayos de luz germicida que han atravesado la disposición de las placas colectoras 42 de nuevo a las placas colectoras 42. Los reflectores 80 están hechos de un material reflectante, tal como aluminio o acero, o están provistos de lo contrario con una superficie muy reflectante, por ejemplo revestida con un material muy reflectante. Aunque la forma particular y dimensiones de los reflectores 80 pueden variar dependiendo de la aplicación, los reflectores 80 pueden comprender típicamente placas rectangulares longitudinalmente alargadas, delgadas, relativamente estrechas que tienen una dimensión longitudinal que corresponde aproximadamente a la dimensión longitudinal de las placas colectoras y que son alineadas con su eje longitudinal paralelo al eje longitudinal de la disposición de las placas colectoras, pero dispuesto con su eje lateral en un ángulo al eje central 27 del paso de flujo 25, como se ha ilustrado en la fig. 6, para facilitar la reflexión de la luz germicida que ha atravesado la disposición de las placas colectoras 42 sobre las superficies de la cara de las placas colectoras 42. Los reflectores 80 pueden comprender placas planas o pueden comprender placas arqueadas que tienen una curvatura diseñada para dirigir adicionalmente los rayos de luz germicida reflejados de nuevo sobre las placas colectoras.
En la realización del presente invento representada en las figs. 7 y 8, un filtro posterior 90 está dispuesto aguas abajo con respecto al flujo de aire a través del paso 25 de las luces ultravioletas 50, y los reflectores 60, si se han instalado, cerca de la salida 24, bien dentro o bien fuera del alojamiento 20. El filtro 90 es operativo para eliminar compuestos orgánicos volátiles (VOC) y olores en el flujo de aire. Ventajosamente, el filtro posterior 90 puede comprender un filtro de absorción tal como un filtro a base de carbono, por ejemplo un medio de filtro que contiene carbono activado. La luz ultravioleta procedente de las lámparas 50 que irradian sobre el filtro 90 desabsorberá también y descompondrá contaminantes absorbidos recogidos por el filtro 90. Adicionalmente, un fotocatalizador que responde a la luz ultravioleta es incorporado en el medio del filtro 90 para aumentar la degradación de los contaminantes recogidos. Un fotocatalizador que responde a la luz ultravioleta es particularmente ventajoso en la superficie aguas arriba el filtro. En presencia de la luz ultravioleta, el fotocatalizador mejora la limpieza del filtro 90, sobre o bien una base continua o bien pulsatoria, promoviendo la degradación de los contaminantes recogidos. En el modo de limpieza pulsatorio, el flujo de aire podría ser selectivamente desviado a un orificio de desechos para liberar los productos desabsorbidos o degradados.
En funcionamiento, cuando el suministro de energía es activado para cargar las placas colectoras 42 y los alambres ionizadores 46, las partículas arrastradas en el flujo de aire que pasa a través del filtro de aire electrónico 10 serán capturadas en las superficies de recogida de las placas colectoras 42. Cuando las partículas arrastradas en el aire son capturadas, se formarán capas de partículas en el tiempo sobre las superficies de recogida de las placas colectoras 42. En una instalación de sistema de calentamiento de aire caliente residencial tradicional, la célula de precipitación electrostática 40 no es hecha funcionar continuamente, sino que funciona solo cuando el flujo de aire es hecho pasar a su través, que es cuando el horno del sistema está realmente en funcionamiento o el ventilador del sistema está funcionando para hacer circular aire. En la puesta en práctica del presente invento, la lámpara o lámparas germicidas 50, según sea el caso, pueden ser hechas funcionar en un modo en el que la lámpara o lámparas 50 iluminan las placas colectoras 42, cuando el precipitador electrostático 40 está en funcionamiento o en un modo en que la lámpara o lámparas 50 iluminan las placas colectoras 42 solo en un momento en que el precipitador electrostático 40 no está en funcionamiento. Cuando la lámpara o lámparas 50 son hechas funcionar conjuntamente con el precipitador electrostático 40, las placas colectoras 42 son bañadas con luz germicida cuando el material en partículas se acumula en las placas colectoras 42. Al menos una parte de luz germicida procedente de la lámpara o lámparas 50 que ha atravesado la disposición de placas colectoras 42 es reflejada de nuevo por los medios reflectores de aguas arriba del presente invento para irradiar sobre las placas colectoras 42 y cualquier material en partículas recogido en ellas.
La velocidad de desinfección por UV de microbios recogidos en las placas EPS depende de la intensidad de luz UV incidente sobre las superficies de las placas. A partir de la intensidad, puede calcularse una dosificación utilizando técnicas conocidas. La desinfección está relacionada a la dosificación utilizando una constante de velocidad apropiada al tipo de microbio, usando de nuevo técnicas tradicionales. Mediante el uso de algoritmos de trazas de rayos tradicionales, se usó un modelo de ordenador para calcular la intensidad sobre las placas colectoras en términos del número, energía, y situación de las lámparas UV, y el espaciamiento, longitud, y reflectividad de la superficie de la placa para la disposición representada en la fig. 5. Basado en las potencias y situaciones de las lámparas con respecto a las placas, se predijo la intensidad de UV que llega a las aberturas de los canales de placas. Preferiblemente, como se ha representado en la fig. 9, las lámparas 50 están posicionadas para proporcionar una iluminación relativamente uniforme, representada por la curva 5, a través de las diferentes aberturas de canal entre las placas 42, y elementos reflectores, por ejemplo las placas parabólicas de aluminio muy reflectantes 60A, están posicionados aguas abajo de las lámparas para dirigir la luz UV de nuevo hacia las placas 42 para mejorar adicionalmente la uniformidad de iluminación. Para una disposición de dos lámparas en un conducto de aproximadamente 54,6 cm de anchura, la uniformidad de iluminación óptima predicha mediante tal modelado, fue proporcionada con las dos lámparas, que eran lámparas de UV disponibles comercialmente de 5,8 vatios, dispuestas en relación espaciada aproximadamente separadas en 26,7 cm y posicionadas 15,2 cm aguas abajo de la disposición de las placas.
La distribución de la intensidad de la luz UV sobre la superficie de las placas colectoras fue también modelada basada en la intensidad de luz UV predicha en la boca del canal suponiendo iluminación difusa. Dependiendo de la reflectividad de la superficie, y del ángulo en que un fotón entra al canal, un fotón puede experimentar varias reflexiones especulares cuando progresa hacia abajo en el canal. La distribución de intensidad de luz UV calculada para la disposición antes citada está representada en la fig. 10 para dos reflectividades superficiales, una primera reflectividad de 0,5, que sería representativa de una superficie oxidada o contaminada, y una segunda reflectividad de 0,95, que sería representativa de una superficie de aluminio liso. Para la mayor reflectividad, una iluminación superficial de placa relativamente más uniforme es predicha con la intensidad cayendo sobre un espacio de 12,7 cm desde aproximadamente 4300 microvatios por centímetro cuadrado en el borde posterior de la placa a aproximadamente 1500 microvatios por centímetro cuadrado en el borde anterior de la placa. Para la menor reflectancia, es predicha una iluminación de placa que se deteriora rápidamente con la intensidad cayendo sobre un espacio de 12,7 cm desde aproximadamente 4300 microvatios por centímetro cuadrado en el borde posterior de la placa (el borde que está más próximo a la fuente de luz UV) a menos de 1000 microvatios por centímetro cuadrado en el borde anterior de la placa. Basado en estas intensidades de iluminación de placa predichas, la velocidad de muerte del bioaerosol esperada debe ser extremadamente elevada en todas las posiciones de la placa. Para reflectividades relativamente bajas, la velocidad de desinfección disminuiría rápidamente desde el borde posterior de las placas más próximas a las lámparas. Sin embargo, incluso en el caso de placas de baja reflectividad, las bajas velocidades de desinfección deben aún ser suficientemente mayores que las velocidades de crecimiento de bioareosoles en las placas, asegurando así la no acumulación de bioaerosoles.
Un filtro de aire de precipitación electrostática similar a la realización representada en las figs. 1 y 2 fue construido con propósitos de prueba. El filtro de aire de prueba tenía un filtro mecánico previo tradicional, una célula de precipitación electrostática equipada con 50 placas, cada una de 35,6 cm de alto y 12,7 cm de profundidad, y un par de luces ultravioleta espaciadas lateralmente separadas aproximadamente en 31,75 cm en un paso de aire de 54,6 cm de anchura en lados opuestos del paso de aire a través de la célula de precipitación y posicionadas aproximadamente a 5,08 cm del borde posterior de las placas. Para cargar las placas colectoras, el aire que fluye al precipitador electrostático y a través de él fue inyectado con polvo contaminado con esporas de Cladosporium. Los resultados de las pruebas verificaron que la luz ultravioleta era efectiva en la desinfección del material en partículas recogido sobre las placas de la célula de precipitación electrostática.
La reducción del porcentaje puede ser incrementada por encima del 99% aumentando la intensidad de luz. El tiempo de exposición de los esporas a la célula de precipitación electrostática impacta también en la efectividad de la luz ultravioleta en la destrucción de las esporas. Cuando se configuró con las dos luces ultravioletas lateralmente espaciadas posicionadas relativamente adyacentes, en este caso aproximadamente 3,5 cm desde, el extremo de aguas abajo de la disposición de las placas colectoras, se obtuvo una reducción media del 36% en esporas viables en las placas de recogida después de 15 minutos de exposición. Después de 10 horas de funcionamiento continuo de las luces ultravioletas, se consiguió una reducción media del 93,4% en esporas viables sobre las placas de recogida. No había reducción esencialmente en la cantidad de esporas viables en las placas colectoras después de solo un minuto de exposición a la luz ultravioleta.
La proximidad de la fuente de la luz ultravioleta a las placas colectoras fue un factor también en la efectividad de los ultravioletas en la desinfección del material en partículas en las placas colectoras. Por ejemplo, cuando las luces ultravioletas fueron movidas de nuevo para estar aproximadamente a 61 cm desde el extremo de aguas abajo de la disposición de placas colectoras, en vez de estar relativamente adyacentes al extremo de aguas abajo de la disposición de placas colectoras, la reducción media en esporas viables en las placas colectoras cayó desde aproximadamente 36% a aproximadamente 11% para un periodo de exposición de 15 minutos. No hubo variación en la efectividad de la desinfección sobre la altura de las placas. En general, las partes de aguas arriba de las placas colectoras, que son las partes más allá de la fuente de luz, exhibieron niveles menores de destrucción de esporas que las partes de aguas abajo de las placas colectoras. También, en una dirección lateral, el nivel de reducción de esporas para posiciones de placas comparables disminuyó cuando aumentó la distancia de la placa desde la fuente de luz ultravioleta.

Claims (13)

1. Un conjunto de filtro o purificador de aire (10) para eliminar material en partículas que es arrastrado en una corriente de aire que pasa a través del mismo, que comprende: un alojamiento (20) que tiene una entrada (22) de corriente de aire, una salida (24) de corriente de aire, y que define una paso de flujo (25) que se extiende entre ellas a lo largo de un eje longitudinal; una célula de precipitación electrostática (40) para eliminar el material en partículas procedente de la corriente de aire, incluyendo dicha célula de precipitador electrostático una pluralidad de placas colectoras (42) dispuestas dentro del paso de flujo para recoger en ellas el material en partículas procedente de la corriente de aire, dichas placas colectoras (42) dispuestas sustancialmente paralelas a dicho eje longitudinal; al menos una lámpara germicida (50) dispuesta aguas abajo con relación al flujo de aire de dicha célula (40) de precipitación electrostática operativa para emitir luz ultravioleta germicida, al menos dicha lámpara germicida (50) dispuesta dentro de dicho alojamiento (20) para irradiar dichas placas colectoras (42) con luz ultravioleta germicida; al menos un elemento que refleja la luz dispuesto aguas arriba con relación al flujo de aire de dichas placas colectoras (42) para volver a dirigir la luz germicida que ha pasado a través de dicha disposición de placas colectoras (42) para irradiarla de nuevo sobre dichas placas colectoras; y un filtro (90) para eliminar compuestos orgánicos volátiles procedentes de la corriente de aire, estando dispuesto dicho filtro aguas abajo de dicha lámpara germicida (50); caracterizado porque: dicho filtro (90) comprende un filtro fotocatalítico que responde a la luz ultravioleta.
2. Un conjunto de filtro de aire según la reivindicación 1ª caracterizado además por al menos un elemento (60) que refleja la luz dispuesto aguas abajo con respecto al flujo de aire de al menos dicha lámpara germicida (50) para dirigir luz germicida emitida desde al menos dicha lámpara germicida (50) en una dirección generalmente aguas arriba para irradiar sobre dichas placas colectoras (42) en un ángulo de incidencia.
3. Un filtro de aire según la reivindicación 2ª caracterizado porque al menos un elemento que refleja luz aguas abajo comprende una placa de arqueada (60) de material que refleja la luz dispuesto en asociación operativa con al menos dicha lámpara germicida (50) para reflejar luz emitida desde al menos dicha lámpara germicida (50) en una dirección generalmente aguas arriba.
4. Un filtro de aire según las reivindicaciones 1ª, 2ª o 3ª caracterizado además porque al menos dicho elemento que refleja luz tiene una reflectividad relativamente elevada para luz de longitudes de onda comprendidas entre 200 y 280 nanómetros.
5. Un filtro de aire según las reivindicaciones 1ª, 2ª, 3ª o 4ª caracterizado además porque al menos dicho elemento que refleja la luz aguas arriba comprende un filtro previo de partículas de elemento de malla de aluminio (30) para atrapar partículas relativamente grandes.
6. Un filtro de aire según las reivindicaciones 1ª, 2ª, 3ª o 4ª caracterizado además porque al menos dicho elemento que refleja la luz aguas arriba comprende una pluralidad de elementos que reflejan luz espaciados lateralmente (80), cada elemento que refleja luz dispuesto en un ángulo agudo con dicho eje longitudinal.
7. Un filtro de aire según la reivindicación 6ª, caracterizado además porque cada elemento que refleja la luz aguas arriba (80) comprende una tira de malla de aluminio.
8. Un filtro según la reivindicación 8ª, caracterizado además porque cada elemento que refleja la luz (80) comprende una tira revestida con un material que refleja la luz.
9. Un filtro de aire según la reivindicación 8ª, caracterizado además porque el material que refleja la luz comprende una cinta que refleja la luz.
10. Un filtro de aire según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que dicho alojamiento (20) tiene al menos una pared perimetral (44) que tiene una superficie enfrentada al paso de flujo a su través, comprendiendo dicha superficie una superficie que refleja la luz.
11. Un filtro de aire según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho filtro para eliminar compuestos orgánicos volátiles está dispuesto dentro de dicho alojamiento.
12. Un filtro de aire según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que dicho filtro (90) para eliminar compuestos orgánicos volátiles comprende un fotocatalizador incorporado en el medio del filtro (90).
13. Un filtro de aire según la reivindicación 12ª en el que dicho fotocatalizador está incorporado en el medio del filtro (90) en la superficie de aguas arriba del mismo.
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