ES2244425T3 - Dispositivo depurador de aire. - Google Patents

Dispositivo depurador de aire.

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ES2244425T3
ES2244425T3 ES00919033T ES00919033T ES2244425T3 ES 2244425 T3 ES2244425 T3 ES 2244425T3 ES 00919033 T ES00919033 T ES 00919033T ES 00919033 T ES00919033 T ES 00919033T ES 2244425 T3 ES2244425 T3 ES 2244425T3
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George Griffiths
Geoffrey Norman Walter Gay
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Abstract

Dispositivo para la precipitación de partículas para eliminar partículas arrastradas en una corriente de gas, que comprende una matriz de conductos a través de los cuales puede pasar la corriente de gas de forma relativamente libre, estando rodeados los conductos por paredes de plástico (10), medios para conducir la corriente de gas a través de la matriz, teniendo las paredes de plástico zonas de material conductor (1, 2) en contacto con las mismas y situadas en el exterior de los conductos, y medios para aplicar potenciales eléctricos altos y bajos alternativamente a zonas aisladas del material conductor para proporcionar zonas cargadas en la matriz para recoger partículas de la corriente de gas.

Description

Dispositivo depurador de aire.
La invención se refiere a un dispositivo depurador de aire para reducir concentraciones de aerosol en un espacio cerrado tal como una fábrica, nave, invernadero, vestíbulo, centro comercial, o sala.
Las concentraciones altas de aerosol pueden representar un riesgo para la salud al respirar las partículas en suspensión.
En granjas, se producen situaciones con concentraciones altas de aerosol, como en naves de cría de aves, naves de cría de cerdos, etc., en las que la salud de los trabajadores y de los animales está en riesgo.
En la industria, una variedad de procesos, tales como la soldadura, pulido, fundición, y el uso de motores de combustión interna en espacios cerrados producen concentraciones de alta contaminación de aerosol.
En situaciones sociales y domésticas, la contaminación de aerosol es causada por el humo del tabaco. Los estornudos también pueden producir aerosoles de bacterias y virus. El polen, que produce alergias, también se encuentra en altas concentraciones en varias épocas del año. También se producen partículas alérgicas de ácaros cuando se hacen las camas, y se incorporan al aire como aerosol.
Los depuradores de aire convencionales eliminan partículas del aire reteniéndolas, ya sea con filtros (depuradores de aire por filtrado (FAC)) o recogiéndolas en placas (depuradores de aire por precipitación electroestática (ESPAC)). Los filtros o placas se pueden extraer, limpiar o reemplazar posteriormente.
La patente US 4234324 describe un filtro de aire electroestático que comprende electrodos planos de material conductor espaciados a poca distancia, separados por separadores ondulados en los bordes de los mismos.
La patente GB 2308320A describe un aparato para el filtrado de aire que comprende medios de descarga por efecto corona conectados a una fuente de alto voltaje para cargar eléctricamente partículas contaminantes que pasan a través del aparato, y un filtro de electretes para recoger las partículas contaminantes cargadas.
Las desventajas asociadas a los depuradores de aire FAC son:
1.
La eficacia del filtro baja a menudo de forma considerable con el tiempo.
2.
La caída de presión a través del filtro es a menudo elevada, y por lo tanto es necesario un ventilador potente.
3.
Los ventiladores potentes son normalmente ruidosos y consumen una cantidad de energía considerable.
4.
Los filtros deben reemplazarse regularmente.
Las ventajas asociadas a los depuradores de aire ESPAC son:
1.
Menores caídas de presión.
2.
Menor ruido y menor potencia.
3.
Placas colectoras lavables.
Las desventajas asociadas a los depuradores de aire ESPAC son:
1.
Protección costosa de las placas colectoras de metal de alto voltaje. El usuario debe estar protegido de una posible descarga eléctrica de la fuente de alimentación de alto voltaje (normalmente varios kilovatios). Incluso cuando la fuente de alimentación está apagada, existe riesgo de descarga de la carga acumulada en las placas. Las placas han de ser extraídas para limpiarlas, y por tanto normalmente se incorpora una conexión de seguridad para descargar las placas automáticamente antes de poder acceder a las mismas.
2.
Pérdida de eficacia y generación de ozono, provocada por un fallo eléctrico y fugas entre las placas de metal.
3.
Las placas deben estar separadas de forma relativamente amplia para reducir fallos eléctricos en el aire entre las placas. Esto reduce su eficacia.
Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo práctico para su uso en la eliminación de partículas de una corriente de aire o gas, que sustancialmente no presente las desventajas asociadas a los depuradores de aire ESPAC.
Según la invención, se proporciona un dispositivo para la precipitación de partículas para eliminar partículas arrastradas en una corriente de gas, que comprende una matriz de conductos a través de los cuales la corriente de gas puede pasar de forma relativamente libre, estando rodeados los conductos por paredes de plástico, medios para conducir la corriente de gas a través de la matriz, teniendo las paredes de plástico zonas de material conductor en contacto con los mismos y exteriores a los conductos, y medios para aplicar potenciales eléctricos altos y bajos alternativamente a zonas aisladas del material conductor para proporcionar zonas cargadas en la matriz para recoger partículas de la corriente de gas.
Los conductos están formados preferiblemente por lámina de plástico acanalada que tiene preferiblemente material conductor en las caras opuestas exteriores de la misma. Las láminas de plástico acanaladas podrán estar, por ejemplo, dispuestas la una sobre la otra, dobladas a modo de acordeón, formando una espiral, o en una matriz concéntrica.
Alternativamente, los conductos están formados por tubos de plástico dispuestos los unos al lado de los otros. Los tubos de plástico podrán ser de sección rectangular o de sección circular.
Los conductos podrán estar conformados entre paredes de lámina de plástico ondulado o entre láminas de plástico planas y material conductor ondulado.
El material plástico que se utilizará en la invención es preferiblemente de polipropileno, polietileno, o un copolímero de los mismos. También se podrá utilizar otros materiales plásticos adecuados, como PVC, PET, PTFE y policarbonato.
Las zonas de material conductor son preferiblemente de un material de elevada impedancia, pero también podrán ser de un material de baja impedancia. Las láminas de plástico alternas podrán tener respectivamente zonas de material de alta impedancia y zonas de material de baja impedancia.
El material de alta impedancia es preferiblemente un material con base de celulosa, tal como el papel. Alternativamente, el material de alta impedancia podrá incluir pintura o tinta o recubrimientos antiestáticos.
El material de baja impedancia se podrá seleccionar entre lámina de metal, película de metal, películas con base de carbono, y pinturas con base de carbono.
El material conductor está preferiblemente separado hacia el interior desde los bordes de las paredes de plástico, excepto donde se realiza la conexión a los medios para aplicar potencial.
Realizaciones preferidas de la invención también comprenden medios para cargar eléctricamente partículas en la corriente de gas antes de la matriz de conductos.
Estos medios podrán ser de descarga por efecto corona o medios de ionización radioactiva.
Realizaciones preferidas de la invención comprenden capas alternas de láminas de plástico acanaladas y de material conductor a potenciales eléctricos altos y bajos, donde el material conductor está separado hacia el interior desde los bordes de las láminas de plástico para inducir una fuga de alto voltaje, y por lo tanto una fuga de iones, para cargar las partículas que entran en el dispositivo. Las zonas de potencial eléctrico bajo tienen preferiblemente un potencial de tierra.
El material de alta impedancia utilizado en la invención tiene preferiblemente una resistividad de película delgada en el intervalo de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado.
Los dispositivos de la invención comprenden preferiblemente una fuente de alimentación de alto voltaje para alimentar las zonas de alto potencial eléctrico, y un cable de conexión entre la fuente de alimentación y las zonas hechas de material de alta impedancia aislado.
Los dispositivos de realizaciones preferidas también comprenden medios para ionizar la corriente de gas cuando sale de la matriz. Los medios para ionizar la corriente de gas cuando sale de la matriz comprenden preferiblemente un emisor de descarga por efecto corona primario y un emisor de descarga por efecto corona secundario a un potencial más bajo que el emisor primario. El emisor primario está conectado preferiblemente a un potencial negativo alto, mientras que el emisor secundario está conectado preferiblemente a tierra.
El emisor primario es preferiblemente una aguja que tiene una punta puntiaguda, y el emisor secundario es preferiblemente una aguja que tiene una punta relativamente roma.
Los dispositivos de la invención comprenden generalmente una serie de placas separadas que están de forma alterna a un potencial eléctrico alto y bajo. Las placas a alto potencial están aisladas eléctricamente de las placas a bajo potencial. Las placas a alto potencial podrán ser positivas o negativas respecto a las placas de bajo potencial eléctrico. Las placas a bajo potencial eléctrico podrán formar una matriz lineal de placas separadas, o una matriz circular o en espiral de placas separadas, u otra matriz separada de forma adecuada. Las placas a alto potencial están fabricadas a partir de un material de alta impedancia especial, y no a partir de metal (que no es un material de baja impedancia (LIM)). El material de alta impedancia (HIM) de las placas a alto potencial permite que las placas puedan alcanzar su potencial eléctrico de trabajo pleno, pero evita que puedan representar un riesgo de descarga. Cuando una persona, por ejemplo el usuario, toca las placas a alto potencial de alta impedancia (HIM) el flujo de corriente queda restringido a un valor reducido, que no provoca descargas ni riesgos para la salud. Como resultado, no es necesario seguir ocultando la serie de placas colectoras separadas en el interior del depurador de aire por motivos de protección, sino que se pueden montar exteriormente para acceder a las placas y extraerlas para su limpieza más fácilmente, si es necesario.
No es necesario que las placas a alto potencial tengan que alimentarse mediante una fuente de alimentación de alto voltaje. Según la presente invención, también se proporciona un cable especial para su conexión a las placas a alto potencial hechas de material de alta impedancia (HIM). El cable de HIM podrá estar aislado con un plástico de forma convencional, aunque si el aislante fuese dañado, el cable no representaría un peligro de descarga, debido al reducido flujo de corriente en el interior del cable.
El aire que entra en la serie de placas separadas es impulsado o conducido a través de la matriz de placas normalmente mediante el uso de un ventilador eléctrico. Mientras pasan a través de las placas, las partículas cargadas (positiva o negativamente) y cualquier partícula eléctricamente neutra quedan sujetas a un campo eléctrico intenso que las conduce y las reúne en las placas. Las placas pueden estar diseñadas para ser desechables o lavables.
En una realización preferida, tanto las placas a alto potencial como las placas a bajo potencial están hechas de HIM.
En otra realización preferida de la invención, la placa de HIM a alto potencial está recubierta con una película aislante.
En otra realización preferida de la invención, tanto las placas de HIM a alto potencial como las placas a bajo potencial están recubiertas con una película aislante.
En una realización preferida alternativa, el espacio entre las placas a alto potencial y a bajo potencial está ocupado por material de lámina acanalada de paredes gemelas de plástico aislante, a través del cual pasa el aire.
En otra realización preferida, las placas a alto potencial y a bajo potencial que encierran el material de lámina acanalada de paredes gemelas de plástico aislante, están conectadas inicialmente a la fuente de alimentación de alto voltaje, y luego se desconectan.
Esta invención se describirá a continuación más ampliamente, sólo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 muestra de forma esquemática un dispositivo de precipitación de partículas;
La figura 2 muestra de forma esquemática un segundo dispositivo de precipitación de partículas;
La figura 3 muestra de forma esquemática un tercer dispositivo de precipitación de partículas;
Las figuras 4A y B muestran de forma esquemática una primera realización de la invención;
La figura 5 muestra de forma esquemática una matriz lineal de placas separadas;
La figura 6 muestra de forma esquemática una matriz circular de placas separadas;
La figura 7 muestra de forma esquemática una matriz espiral de placas separadas;
La figura 8 muestra de forma esquemática una segunda realización de la invención;
La figura 9 muestra de forma esquemática un sistema para cargar partículas en una corriente de aire;
La figura 10 muestra de forma esquemática una tercera realización de la invención;
La figura 11 muestra de forma esquemática una cuarta realización de la invención;
La figura 12 muestra de forma esquemática un sistema para producir una fuga de iones para cargar partículas en una corriente de aire;
La figura 13 muestra de forma esquemática un sistema para reducir el riesgo de descarga electroestática de dispositivos de la invención;
Las figuras 14 y 15 muestran de forma esquemática el funcionamiento de los dispositivos para la precipitación de partículas de la invención;
La figura 16 muestra de forma esquemática un depurador de aire electroestático del estado de la técnica;
Las figuras 1 a 3, 5 a 7, 9, 12 y 13 no ilustran realizaciones de la invención reivindicada, pero se han incluido para facilitar la explicación.
En la siguiente descripción de las figuras 1 a 7 de los dibujos, las partes similares se han referenciado con los mismos números por motivos de simplicidad, y las diferencias principales entre las realizaciones se describirán detalladamente.
Haciendo referencia a la figura 1 de los dibujos que se acompañan, un dispositivo para la precipitación de partículas comprende al menos dos placas 1 y 2 (por motivos de simplicidad sólo se muestran dos placas) separadas para permitir un flujo de aire o gases 3 sustancialmente libre entre las placas.
La placa 1, que está a un potencial eléctrico alto, está hecha o recubierta de un material de alta impedancia (HIM). No es necesario que la placa sea gruesa, 1 mm o menos servirá para la mayoría de usos. Los materiales de alta impedancia adecuados pueden ser cartón, cartulina, cinta de papel adhesivo, y otros materiales. Alternativamente, la placa 1 podrá ser de un material plástico aislante recubierto con una película de HIM. Los materiales de recubrimiento incluyen ciertos plásticos, ciertas pinturas especiales, y ciertos recubrimientos antiestáticos. Un material de alta impedancia (HIM) adecuado tiene preferiblemente una resistividad de película delgada en el intervalo de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado. En comparación, los materiales de baja impedancia (LIM) normalmente tienen una resistividad de película delgada de 0.1 a 1.0 ohmios por cuadrado para metales con un grosor de aproximadamente 50 micras, y de 10 a 1000 ohmios por cuadrado para películas de pintura de carbono con un grosor de 50 micras. Las resistividades de la superficie de los aislantes y del material aislante están normalmente en el intervalo de 10^{13} a 10^{16} ohmios por
cuadrado.
Una fuente de alimentación 4 está conectada mediante un cable especial 5 a la placa a alto voltaje. El cable 5 está hecho de un núcleo conductor de HIM rodeado de una funda de material aislante. El cable de HIM 5 ha de ser suficientemente conductor para suministrar a la matriz de placas una corriente suficiente para mantener el alto potencial, pero no suficientemente conductor como para provocar una descarga al usuario si el material aislante se rompe. Se pueden utilizar varios materiales para el núcleo del cable 5, incluyendo hilo de celulosa o materiales similares como los que se utilizan en los materiales de alta impedancia de las placas.
La placa 2 es una placa a bajo voltaje, y está hecha de HIM. La placa 2 está conectada a la fuente de alimentación 4 mediante un cable de núcleo conductor de metal aislado convencional. La placa 2 está a bajo potencial o a tierra, no constituye un riesgo de descarga eléctrica, y también puede estar hecha de más materiales conductores, por ejemplo metales, láminas de metal, o plásticos recubiertos con carbono.
Como ejemplo, se fabricó una matriz de 13 placas de HIM con cartulina de celulosa de un grosor de 0.4 mm, con una distancia de separación entre las placas de 4 mm. La matriz tenía 100 mm de profundidad en términos de distancia a través de la matriz. El aire se hizo pasar a través de la matriz a 2.0 m/s. Las placas a alto potencial de HIM se cargaron a 13 kilovoltios c.c. respecto a las placas a bajo potencial. El aire que pasaba a través de la matriz contenía aproximadamente 500 microgramos por metro cúbico de partículas de sal cargadas negativamente de un diámetro medio de 0.5 micras. La eficiencia en la captura se determinó al 93%.
En el dispositivo de la figura 2 (que, por claridad, no muestra la fuente de alimentación ni la conexión) la placa de HIM a alto potencial está cubierta o recubierta con un aislante 8. Esto reduce fugas y pérdidas de potencial eléctrico en la placa si las placas a alto y a bajo potencial quedan conectadas por suciedad o cuerpos extraños.
El aislante 8 podrá ser una película o películas de pintora no conductora, una película de cinta de plástico, una película de plástico sellado por calor, u otro aislante adecuado.
La placa a bajo potencial 7 puede estar hecha de material de alta impedancia o de un material conductor metálico, de un material recubierto con pintura de carbono conductora, de plásticos conductores con carbono incorporado, o cualquier otro material similar adecuado.
En el dispositivo de la figura 3, tanto la placa a alto potencial superior 1 como la placa a bajo potencial inferior 7 están cubiertas o recubiertas con un aislante 8.
La placa a alto potencial está hecha de un material de alta impedancia recubierto con un aislante 8.
La placa a bajo potencial podrá estar hecha de cualquier material de alta o de baja impedancia adecuado, y está recubierta con un aislante 8.
Una ventaja de tener ambos conjuntos de placas aisladas es que incluso si las placas se tocan las unas con las otras, no se produce una pérdida de potencial de alto voltaje, y por lo tanto tampoco se produce una merma en el funcionamiento.
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En la realización de las figuras 4a y 4b, tanto las placas a alto voltaje como las placas a bajo voltaje están separadas por un material de lámina acanalada de paredes gemelas de plástico aislante 9. El material de la lámina 9 podrá estar hecho de polipropileno, polietileno, policarbonato, P.T.F.E., u otros materiales aislantes adecuados.
La figura 4a ilustra un flujo de aire a través de las acanaladuras. La figura 4b representa una vista en ángulo recto de la figura 4a, como si el aire fluyese hacia la página. El aire puede fluir libre a través de las acanaladuras del material de lámina de plástico 9. Las paredes acanaladas 10 son una parte integral del material de lámina 9. El material de lámina de plástico acanalada 9 es de estructura rígida y permite construir con el mismo una matriz de múltiples placas.
El material preferido para las placas de alto y bajo potencial es un material de alta impedancia (HIM), pero como el material de lámina acanalada de plástico de paredes gemelas 9 es un buen aislante, podrá utilizarse un material de baja impedancia.
En la realización de la figura 4, la precipitación de partículas se lleva a cabo mediante la aplicación de un potencial eléctrico alto y continuo entre la placa a alto potencial 1 y la placa de bajo potencial 2.
Como ejemplo, se fabricó una matriz circular con un diámetro de 410 mm y una profundidad de 100 mm, utilizando un conjunto de material de lámina acanalada de plástico de paredes gemelas aislante (IPTFSM) separado por placas a alto y bajo potencial hechas de HIM. El IPTFSM, que se fabricó con polipropileno, tiene un espacio abierto al aire de 4 mm. El grosor de la pared del IPTFSM era de 0.4 mm. El material HIM utilizado fue una cinta de celulosa adhesiva con un grosor de 0.13 mm. Las placas a alto potencial se cargaron a -10 kilovoltios c.c. respecto a las placas a bajo potencial. El aire (que contiene un aerosol cargado negativamente de aproximadamente 500 microgramos por metro cúbico de partículas de sal con un diámetro medio de 0.5 micras) se hizo pasar a través de la matriz a una velocidad media de 1.8 m/s. El caudal medio de suministro de aire (CADR) medido fue de 717 metros cúbicos por hora.
En otra realización (haciendo de nuevo referencia a la figura 4) se aplica un potencial alto inicial entre las dos placas, y a continuación se desconecta la fuente de alimentación de alto voltaje. Se esperaba que la eficiencia en la captura de partículas disminuyese, pero no se dio el caso. Parece ser que la fuerza elevada del campo eléctrico generado entre las placas provoca que el material de lámina de plástico acanalada 9 forme un material de electretes que almacena una carga inmovilizada dentro de 9. Las fuerzas del campo eléctrico generado por esta carga almacenada inmovilizada son suficientemente fuertes para precipitar las partículas en las paredes de las acanaladuras de material 9.
Otra realización implica el uso de una matriz 11 como dispositivo colector depurador de aire sin ningún tratamiento previo del material de lámina acanalada 9. Estos materiales de lámina se fabrican a menudo por extrusión de material fundido, y el material inicial tiene normalmente cierto grado de propiedades de electrete y posee propiedades de depuración sin utilizar algún tratamiento.
Las figuras 5, 6 y 7 muestran una matriz de placas separadas lineal, circular, y en espiral, respectivamente. En cada caso la placa a alto potencial se denomina 13 y la placa a bajo potencial se denomina 12. El flujo de aire iría en dirección hacia la página.
La figura 8 de los dibujos que se acompañan muestra cómo se puede fabricar un filtro de aire a partir de una lámina de plástico acanalada de paredes gemelas 10. Las caras 30a y b de la lámina están recubiertas o cubiertas por un material de electrodo conductor o altamente resistivo. El material de lámina se dobla posteriormente a modo de acordeón para formar una matriz solapada de conductos de aire. Una cara exterior 30a está diseñada como la cara a alto potencial, y la otra 30b está diseñada como la cara a bajo potencial. Las caras 30a y 30b están conectadas a fuentes de alto y bajo potencial para proporcionar el campo eléctrico necesario para inducir zonas cargadas en el interior de las acanaladuras, en las que las partículas de aerosol son atraídas desde la corriente de aire que pasa a través de las acanaladuras.
No se han mostrado un ventilador u otros medios para conducir o impulsar el aire a través de la matriz.
En las realizaciones de la invención, será deseable precargar las partículas antes de que entren en la matriz del filtro. Esto podrá conseguirse mediante dos emisores de iones 36, 38 situados en un conducto de salida del flujo de aire de plástico de un filtro de aire de la invención. Uno de los emisores 36 tiene una punta puntiaguda 36, que normalmente tiene un radio de curvatura de la punta menor de 0.1 mm, a un potencial negativo alto, y está situado a una distancia z del emisor de iones 38, que tiene una punta roma (con un radio de curvatura de la punta normalmente de 0.5 mm a 2.0 mm).
Como resultado de la fuerza elevada del campo eléctrico entre los emisores, ambos emisores pasan a emisiones por efecto corona. El emisor puntiagudo 36 emite iones negativos en cantidades más pequeñas. La corriente de iones negativos neutraliza esencialmente la corriente de iones positivos. El efecto de red de impulsar aire a través de ambos emisores provoca una nube de salida de iones negativos.
Estos iones salen de la máquina depuradora de aire y van hacia la habitación, donde las partículas se cargan por difusión. Los iones del aire producidos por los emisores de iones son impulsados hacia la habitación, donde por carga por difusión imparten una pequeña cantidad de carga eléctrica a las partículas en la habitación. Como las partículas cargadas son conducidas a la máquina depuradora de aire son capturadas por los campos electroestáticos dentro de las acanaladuras del material de lámina. Es deseable situar los emisores de iones dentro de la máquina depuradora de aire para reducir tanto los residuos depositados en un sitio como la posibilidad de descargas electroestáticas. Los emisores de iones exteriores producen la deposición de suciedad donde están situados, y pueden producir molestias electroestáticas a los usuarios del depurador de aire. Esto contrasta con la utilización de dos emisores puntiagudos. Si se utilizan dos emisores puntiagudos, los iones positivos son más abundantes. Los iones positivos en la salida de la corriente de aire neutralizarán de forma eficaz las partículas cargadas negativamente, y por lo tanto reducen la eficacia en la captura de partículas en las acanaladuras. La optimización de la ionización negativa (y por lo tanto de la carga monopolar) se consigue ajustando los potenciales de los emisores, el radio de curvatura de las puntas de los emisores, la distancia z, y la dirección y velocidad del flujo de aire.
La figura 10 muestra esquemáticamente una realización de la invención en la que el material de lámina de plástico de paredes gemelas se ha reemplazado por una matriz de tubos aislantes de plástico cuadrados 40 dispuestos entre láminas de material de electrodo 42, 44.
El aire fluye a lo largo de los tubos cuadrados 40 de la misma forma que el aire que fluye a través de las acanaladuras del material de lámina. Las acanaladuras cuadradas podrían fabricarse ventajosamente mediante un procedimiento de extrusión continua de plástico, y cortar los tubos con la longitud apropiada para adaptarlos a diferentes aplicaciones de depuración de aire. Los tubos individuales podrían alinearse tal y como se muestra con el material de electrodo 42, 44 de potencial alto y bajo encerrando los tubos cuadrados.
Alternativamente, tal y como se muestra en la figura 11 de los dibujos, se podrán utilizar tubos de plástico de sección circular 50, encerrados de nuevo entre el material de electrodo 42, 44.
En realizaciones preferidas de la invención se podrán utilizar disposiciones del material del electrodo o los electrodos que permitan la carga de partículas mediante la matriz de lámina de plástico, especialmente de plástico acanalado, por sí misma, de modo que no sea necesario cargar las partículas desde el exterior.
La figura 12 de los dibujos muestra una disposición del material de electrodo 70 respecto al material de lámina 72 (sólo se muestra una lámina en una matriz). Las distancias x, y y z son distancias con fuga en la superficie ("creepage distance" en inglés) provistas para permitir una aislamiento adecuado entre un electrodo (alto potencial) y el siguiente (bajo potencial, tanto el que está arriba como el que está abajo) en el sándwich de electrodos.
Si la distancia y se reduce, la fuga de corriente de alto voltaje se incrementa. Mediante la selección adecuada de distancias y voltajes, se puede conseguir una ionización en la cara de la matriz gracias a la fuga de iones. Si la ionización está configurada para producirse en la cara de la entrada de aire de la matriz depuradora de aire, las partículas neutras se cargan inmediatamente antes de que entren en la matriz. Esto mejora la eficacia en la captura. Si la ionización está configurada para producirse en la cara de salida de aire de la matriz depuradora de aire, estos iones se expulsan hacia la habitación, donde cargan las partículas en la habitación antes de que sean conducidas y atrapadas en la matriz depuradora de aire.
Con el objetivo de disminuir la posibilidad de descargas electroestáticas provocadas por la manipulación de la matriz depuradora de aire del dispositivo colector de partículas de la invención, en la figura 13 de los dibujos se muestra una configuración para una lámina de plástico acanalada, en la que el electrodo es de papel 80 cubierto con una tira de conexión de lámina de aluminio 82, dos capas de papel (bloque de sobretensión transitoria) 84, y una lengüeta terminal de lámina de aluminio 86. Las capas de papel son de un material de alta resistividad para limitar el flujo de corriente a unos microamperios. Otro procedimiento utiliza material de alta resistividad conectado directamente entre los electrodos a alto y a bajo voltaje. La resistividad se ajusta a un valor que no cargue de forma inadecuada la fuente de alimentación (y reduzca el voltaje), sino que descargue la matriz depuradora de aire en unos cuantos segundos cuando se corta la alimentación. De esta manera, la matriz pasa a ser segura para su manipulación rápidamente.
La figura 14 de los dibujos que se acompañan ilustra un sistema completo depurador de aire 100 típico para su utilización en una habitación, y la figura 15 ilustra el sistema depurador de aire 100 en una habitación, que muestra la carga y recogida de las partículas. El sistema 100 tiene un colector 102 con forma de matriz o lámina de plástico acanalada, y electrodos a alto y bajo potencial (como en la figura 4b) y un ventilador para conducir el aire a través de la matriz en la dirección mostrada por las flechas. La matriz y el ventilador están dispuestos entre una parrilla de entrada 106 y una parrilla de salida 108. Un emisor por efecto corona 110 en la parte posterior del ventilador ioniza el aire que sale del colector.
En un depurador de aire electroestático convencional hay un campo eléctrico esencialmente uniforme entre dos placas o electrodos conductores paralelos, 112, 114 (normalmente de metal) (figura 16).
Una partícula que pasa entre las dos placas queda sometida a una fuerza y se desplaza (por un proceso denominado electroforesis) hacia una de las placas, a la que se adhiere. Las partículas neutras que pasan entre las dos placas no quedan sometidas, o apenas lo hacen, a dicha fuerza, y normalmente pasan sin ser capturadas.
En la realización de esta invención, en la que el material de lámina acanalada de paredes gemelas de plástico aislante está dispuesto entre placas o electrodos a alto y bajo potencial (figura 4b), el campo eléctrico en el interior de las acanaladuras es esencialmente no lineal.
Aunque los potenciales eléctricos en las placas conductoras o semiconductoras son uniformes, el campo en el interior de las acanaladuras es no lineal. La no-linealidad del campo se debe probablemente al desplazamiento heterogéneo de la carga en el interior del material plástico, y al efecto de las paredes de las acanaladuras.
Una partícula cargada que pasa a través de las acanaladuras queda sometida al campo eléctrico, y se deposita mediante electroforesis. Las partículas neutras que pasan a través de las acanaladuras quedan sometidas a un campo eléctrico no lineal, y se desplazan (por un proceso denominado electroforesis) y se depositan de forma similar.
La fuerza actúa sobre las partículas neutras, tanto por la polarización de las partículas como por la no-linealidad del campo eléctrico. El resultado es el desplazamiento y la deposición de las partículas neutras.
Por lo tanto, en esta realización, tanto las partículas cargadas como las neutras se depositan. La eficacia de la deposición de partículas cargadas es mayor que la de partículas neutras. Sin embargo, la eficacia en la deposición de partículas neutras es significativa.
En otra realización, los electrodos podrán sellarse mediante un material de lámina de plástico, para evitar la entrada de agua. Esto permite que la matriz colectora compuesta pueda lavarse regularmente utilizando agua o detergente, pudiendo secarse y utilizarse de nuevo.
En la explicación, un material semiconductor es cualquier material que tenga una resistividad de película delgada del orden de alrededor de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado.
Se describirá a continuación esta invención, sólo a modo de ejemplo, para ilustrar la alta eficacia en bajas pérdidas de presión, haciendo referencia a la figura 4b de los dibujos que se acompañan.
Se seleccionó una lámina de material de lámina acanalada de paredes gemelas de plástico de 300 gramos por metro cuadrado, con un grosor de lámina de 2.1 milímetros, siendo la separación de la acanaladura de 2.7 milímetros y el grosor de la pared de 150 micras. La lámina seleccionada se cortó y se montó en una matriz depuradora de aire, utilizando electrodos de papel de 80 g.s.m.
La matriz se dimensionó para proporcionar una trayectoria para el flujo de aire de 70 mm. Se conectó a tierra un conjunto de electrodos, y el otro conjunto se mantuvo a al menos 12.000 voltios.
Se generó un aerosol de sales de 0.5 micras, de alrededor de 1 miligramo por metro cúbico en la habitación de pruebas. Se cargaron las partículas mediante carga por difusión impulsando aire hacia dos electrodos (uno a tierra y otro a 12 kv), tal y como se describe en la figura 9 de los dibujos.
Se llevó a cabo una serie de experimentos utilizando un medidor de aerosol para determinar la eficacia en la captura de partículas de sal a diferentes velocidades a través de la matriz. Los resultados fueron los siguientes:
Velocidad del Eficacia en la Caída de presión
aire (m/s) captura (%) (pascales)
0.5 99.99 3
1.0 99.97 7
2.0 99.95 14
3.0 99.23 27
En otra realización, el material de lámina acanalada de paredes gemelas de plástico simplemente se fabrica en el interior de una matriz depuradora de aire con cualquier tratamiento.

Claims (29)

1. Dispositivo para la precipitación de partículas para eliminar partículas arrastradas en una corriente de gas, que comprende una matriz de conductos a través de los cuales puede pasar la corriente de gas de forma relativamente libre, estando rodeados los conductos por paredes de plástico (10), medios para conducir la corriente de gas a través de la matriz, teniendo las paredes de plástico zonas de material conductor (1, 2) en contacto con las mismas y situadas en el exterior de los conductos, y medios para aplicar potenciales eléctricos altos y bajos alternativamente a zonas aisladas del material conductor para proporcionar zonas cargadas en la matriz para recoger partículas de la corriente de
gas.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el que los conductos están formados por láminas de plástico acanaladas (9) con un material conductor (1, 2) en las caras opuestas exteriores de la misma.
3. Dispositivo, según la reivindicación 2, en el que las láminas de plástico acanaladas (9) están dispuestas la una sobre la otra.
4. Dispositivo, según la reivindicación 2, en el que el material de las láminas de plástico acanaladas (9) está doblado a modo de acordeón.
5. Dispositivo, según la reivindicación 2, en el que el material de las láminas de plástico está dispuesto en una matriz concéntrica.
6. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el que los conductos están formados por tubos de plástico (40) dispuestos los unos al lado de los otros.
7. Dispositivo, según la reivindicación 6, en el que los tubos de plástico (40) son de sección rectangular.
8. Dispositivo, según la reivindicación 6, en el que los tubos (50) son de sección circular.
9. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las zonas de material conductor (1, 2) son de un material de elevada impedancia con una resistividad de película delgada en el intervalo de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado.
10. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las zonas de material conductor (1, 2) son de un material de baja impedancia con una resistividad de película delgada de 0.1 a 1.0 ohmios por cuadrado para metales con un grosor de aproximadamente 50 micras, y de 10 a 1000 ohmios por cuadrado para películas de pintura de carbono con un grosor de 50 micras.
11. Dispositivo, según las reivindicaciones 2 ó 3, en el que las láminas de plástico (9) alternas tienen respectivamente zonas de material de alta impedancia con una resistividad de película delgada en el intervalo de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado, y de material de baja impedancia con una resistividad de película delgada de 0.1 a 10 ohmios por cuadrado para metales con un grosor de aproximadamente 50 micras, y de 10 a 1000 ohmios por cuadrado para películas de pintura de carbono con un grosor de 50 micras.
12. Dispositivo, según las reivindicaciones 9 ó 11, en el que el material de alta impedancia es un material con base de celulosa.
13. Dispositivo, según la reivindicación 12, en el que el material con base de celulosa es papel.
14. Dispositivo, según las reivindicaciones 9 o 11, en el que el material de alta impedancia es de pintura o tinta.
15. Dispositivo, según las reivindicaciones 9 ó 11, en el que el material de alta impedancia es un recubrimiento antiestático.
16. Dispositivo, según las reivindicaciones 10 ó 11, en el que el material de baja impedancia se selecciona entre lámina de metal, película de metal, películas con base de carbono, y pinturas con base de carbono.
17. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el material conductor (1, 2) está separado hacia el interior desde los bordes de las paredes de plástico (9), excepto donde se realiza la conexión a los medios para aplicar potencial.
18. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el material plástico es de polipropileno, polietileno, o un copolímero de los mismos, cloruro de polivinilo, PET, PTFE, o policarbonato.
19. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, que también comprende medios para cargar eléctricamente partículas en la corriente de gas antes de la matriz de conductos.
20. Dispositivo, según la reivindicación 19, que comprende medios de descarga por efecto corona para cargar eléctricamente las partículas en la corriente de gas.
21. Dispositivo, según la reivindicación 19, que comprende medios de ionización radioactiva para cargar eléctricamente las partículas en la corriente de gas.
22. Dispositivo, según la reivindicación 19, que comprende capas alternas de láminas de plástico acanaladas (9) y de material conductor (1, 2), estando las capas alternas de materiales conductores a potenciales eléctricos altos y bajos, donde el material conductor está separado hacia el interior desde los bordes de las láminas de plástico para inducir una fuga de alto voltaje, y por lo tanto una fuga de iones, para cargar las partículas que entran en el dispositivo.
23. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el que las zonas de bajo potencial eléctrico tienen un potencial de tierra.
24. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 11 a 23, en el que el material de alta impedancia tiene una resistividad de película delgada en el intervalo de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado.
25. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, que también comprende una fuente de alimentación de alto voltaje para alimentar las zonas de alto potencial eléctrico, y un cable de conexión entre la fuente de alimentación y las zonas hechas de material de alta impedancia aislado con una resistividad de película delgada en el intervalo de 10^{9} a 10^{11} ohmios por cuadrado.
26. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, que también comprende medios para ionizar la corriente de gas cuando sale de la matriz.
27. Dispositivo, según la reivindicación 26, en el que los medios para ionizar la corriente de gas cuando sale de la matriz comprenden un emisor de descarga por efecto corona primario (36) y un emisor de descarga por efecto corona secundario (38) a un potencial más bajo que el emisor primario.
28. Dispositivo, según la reivindicación 27, en el que el emisor primario (36) está conectado a un potencial negativo alto, y el emisor secundario (38) está conectado a tierra.
29. Dispositivo, según las reivindicaciones 27 o 28, en el que el emisor primario (36) es una aguja que tiene una punta puntiaguda con un radio de curvatura menor de 0.1 mm, y el emisor secundario (38) es una aguja que tiene una punta relativamente roma con un radio de curvatura de 0.5 a 2.0 mm.
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