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