ES2315879T3 - Dispositivo y procedimiento de descontaminacion del aire. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para descontaminar el aire, comprendiendo el procedimiento los pasos de: a) dirigir una corriente de aire que se va a descontaminar a través de un filtro (22) de plasma no térmico para que se produzcan radicales libres con los que se neutralicen los contaminantes de la corriente de aire; b) descomponer el ozono de la salida de la corriente de aire del filtro de plasma no térmico para aumentar el nivel de radicales libres, estando sometida la corriente de aire a radiación ultravioleta, y expuesta a un catalizador para acelerar la descomposición del ozono; e c) introducir un hidrocarburo aromático dotado de un doble enlace de hidrocarburo en la corriente de aire para que reaccione de manera preferente con el ozono residual para que la corriente de aire llegue a ser adecuada para su exposición a los seres humanos y para que se produzca una cascada de radicales libres.

Description

Dispositivo y procedimiento de descontaminación del aire.

La presente invención versa acerca de un procedimiento de descontaminación del aire, y acerca de un dispositivo para el uso de dicho procedimiento.

La pureza del aire y la capacidad de eliminar sistemáticamente los contaminantes contenidos en el aire son sumamente importantes, especialmente en lo que se supone que son entornos estériles o higiénicos, como hospitales y cocinas. También es beneficioso disponer de aire descontaminado en consultas médicas y en entornos de trabajo, lo que dificulta la difusión de gérmenes y enfermedades.

Además de los contaminantes microbiológicos, los gases o vapores químicos pueden presentar un riesgo serio, ya sea como subproductos de procesos industriales o como atentados maliciosos obra del terrorismo o de la guerra química.

El documento WO 00/14010 describe un dispositivo de purificación del aire que comprende un generador de ozono.

La presente invención busca proporcionar una solución a estos problemas.

Conforme a un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de descontaminación del aire, comprendiendo el procedimiento los pasos de:

a)

dirigir una corriente de aire que se va a descontaminar a través de un filtro de plasma no térmico para que se produzcan radicales libres con los que se neutralicen los contaminantes de la corriente de aire;

b)

descomponer el ozono de la salida de la corriente de aire del filtro de plasma no térmico, estando sometida la corriente de aire a radiación ultravioleta, y expuesta a un catalizador para acelerar la descomposición del ozono; e

c)

introducir un hidrocarburo aromático en la corriente de aire para que reaccione de manera preferente con el ozono residual para que la corriente de aire llegue a ser adecuada para que los seres humanos sean expuestos a ella.

En las reivindicaciones 2 a 6, inclusive, se presentan características preferibles y/u opcionales del primer aspecto de la invención.

Conforme a un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de descontaminación del aire para su uso con un procedimiento conforme al primer aspecto de la invención, comprendiendo el dispositivo un filtro de plasma no térmico, un emisor de hidrocarburo y un generador de corriente de aire mediante el cual puede generarse una corriente de aire y dirigirse para que atraviese o discurra por el filtro de plasma no térmico, el dispositivo emisor de radiación UV, el dispositivo catalizador de ozono y el emisor de hidrocarburo.

En las reivindicaciones 8 a 19, inclusive, se presentan características preferibles y/u opcionales del segundo aspecto de la invención.

Ahora se describirá más en particular la presente invención, a título de ejemplo, con referencia al dibujo adjunto, que muestra una vista lateral esquemática de corte transversal de un dispositivo de descontaminación de aire conforme al segundo aspecto de la invención.

Haciendo referencia a los dibujos, se muestra un dispositivo de descontaminación del aire que comprende un habitáculo 10 dotado de un conducto 12 de flujo, una entrada 14 de aire al conducto 12 de flujo y una salida 16 de aire que sale del conducto 12, y un compartimiento 18 adyacente al conducto 12 de flujo. En el conducto 12 se ubican un generador 20 de corriente de aire, un filtro 22 de plasma no térmico, un dispositivo 24 emisor de radiación ultravioleta (UV), un dispositivo 26 catalizador de ozono y un emisor 28 de hidrocarburo.

El generador 20 de corriente de aire se provee adyacente a la entrada 14 de aire del conducto 12. En esta realización, el generador 20 de corriente de aire es un ventilador 30 eléctrico que recibe energía de la línea eléctrica o de grupos de pilas (no mostradas) provistas en el compartimiento 18 del habitáculo 10. Como medida de seguridad, se proporciona una rejilla 32 transversal en la entrada 14 de aire para impedir el acceso accidental al ventilador 30 mientras está en funcionamiento.

El filtro 22 de plasma no térmico está colocado adyacente al ventilador 30, aguas abajo de la entrada 14 de aire. El filtro 22 de plasma comprende un cátodo 34 y un ánodo 36, entre los que hay encajonado un dieléctrico 38. El cátodo 34 y el ánodo 36 reciben energía de una fuente 40 de alimentación eléctrica (PSU) albergada en el compartimiento 18 del habitáculo 10.

El cátodo 34 y el ánodo 36 comprenden elementos conductores reticulados (porosos en tres dimensiones), siendo en este caso de un compuesto de aluminio y carbono. Sin embargo, podría usarse cualquier material conductor o semiconductor reticulado rígido.

El dieléctrico 38 son gránulos de alúmina activada, nominalmente de 3 a 4 milímetros de diámetro. Sin embargo, nuevamente, el dieléctrico 38 podría ser cualquier material adecuado para adaptarse a aplicaciones variantes y a requerimientos específicos. El material dieléctrico 38 puede estar recubierto de un material catalítico.

El dispositivo 24 emisor de radiación UV incluye un tubo 42 emisor de luz ultravioleta que recibe energía eléctrica de una PSU 44 albergada en el compartimiento 18 del habitáculo 10. El tubo 42 emisor de luz UV está colocado en el conducto 12, aguas abajo del filtro 22 de plasma no térmico, y coincidente con el dispositivo 26 catalizador de ozono.

El dispositivo 26 catalizador de ozono comprende una malla 46 colocada transversalmente en el conducto 12 y rodeando el tubo 42 emisor de luz UV. La malla 46 incluye un revestimiento de material catalizador del ozono, como una mezcla de óxidos de titanio, plomo y manganeso.

El emisor 28 de hidrocarburo incluye un depósito 48 recargable de hidrocarburo ubicado en el compartimiento 18 del habitáculo 10, un evaporador 50 para evaporar el hidrocarburo líquido del depósito 48, y una bomba (no mostrada) mediante la cual se descarga el hidrocarburo gaseoso al conducto 12. El depósito 48 contiene un hidrocarburo aromático líquido, por ejemplo una olefina como un terpeno y, más específicamente, mirceno. La salida 16 del emisor 28 de hidrocarburo se sitúa en las proximidades del centro del conducto 12 del habitáculo 10, y aguas abajo del tubo 42 emisor de luz UV y de la malla 46 del dispositivo 26 catalizador de ozono. La salida 16 del emisor 28 de hidrocarburo se sitúa adyacente a la salida 16 del conducto 12 del habitáculo 10.

Puede usarse cualquier otro medio adecuado para suministrar hidrocarburo aromático volatilizado a la salida 16 del emisor 28 de hidrocarburo.

El dispositivo de descontaminación de aire puede estar alimentado únicamente mediante la línea eléctrica, estar alimentado únicamente mediante grupos de pilas, que pueden ser recargables, o puede recibir energía discrecionalmente de ambas fuentes de energía.

El dispositivo de descontaminación de aire puede producirse en forma de dispositivo transportable, y éste puede adoptar las dimensiones de un maletín, o sustancialmente las de un maletín. Alternativamente, el dispositivo de descontaminación de aire puede producirse como un dispositivo mayor concebido para permanecer en una sola ubicación una vez instalado. El último dispositivo es más adecuado (sin estar limitado a ellas) para instalaciones y locales industriales o comerciales.

Cuando está en uso, el dispositivo de descontaminación de aire se sitúa en la ubicación que deba descontaminarse. El dispositivo está concebido para descontaminar aire dentro de un edificio, un aposento, un recinto, canalizaciones, una tubería, un canal u otra zona cerrada o sustancialmente cerrada. Sin embargo, con una capacidad suficiente de insuflación de aire también puede descontaminar aire en un entorno exterior al aire libre.

Se suministra energía al dispositivo y el ventilador 30 genera una corriente de aire del entorno, que discurre por el conducto 12 del habitáculo 10. La corriente de aire pasa inicialmente por el filtro 22 de plasma no térmico. El filtro utiliza las características de un plasma no térmico para "plasmizar" las partes constituyentes del aire dentro del núcleo dieléctrico. En términos generales, los electrones del anillo exterior de la estructura atómica de los elementos que constituyen el aire (principalmente el oxígeno y el nitrógeno) son "excitados" por el intenso campo electrónico generado por el plasma no térmico, siendo típicamente de 10 Kv a 20 KHz. Los electrones excitados sueltan energía por las colisiones. Sin embargo, se emite poco calor, o ninguno, debido a la masa insustancial de los electrones y a la consiguiente falta de ionización que ocurre. La energía liberada es suficiente para generar radicales libres dentro de la corriente de aire, como O^{\bullet} y OH^{-}. Los radicales libres son oxidantes poderosos, y oxidarán los hidrocarburos, los gases orgánicos y las partículas, como bacterias, virus, esporas, levaduras, moho y olores. En general, únicamente resistirán la oxidación los elementos y compuestos más inertes.

Puesto que muchas de las resultantes de las reacciones oxidantes son transitorias y de actuación superficial, debido a que tienen una presión de vapor cero, puede abordarse la oxidación de moléculas o compuestos particulares, por ejemplo, agentes de gas nervioso, dentro del plasma no térmico proporcionando un recubrimiento catalítico molecular espeso en parte o la totalidad del material dieléctrico del plasma no térmico.

El filtro 22 de plasma no térmico produce ozono como uno de los subproductos. Éste va atrapado en la corriente de aire que deja el filtro 22 de plasma no térmico. La vida media del ozono depende de las condiciones atmosféricas y, siendo él mismo un poderoso oxidante, en condiciones normales seguirá reaccionando en el aire mucho después de que haya salido del núcleo de plasma. Esto es inaceptable para un dispositivo accionado por personas y en la proximidad general de las mismas.

Por lo tanto, la corriente de aire que abandona el filtro 22 de plasma no térmico pasa al tubo 42 emisor de luz UV y atraviesa la malla 46 circundante del dispositivo 26 catalizador de ozono. La radiación ultravioleta emitida a una longitud de onda de 253,4 nanómetros por el tubo 42 emisor de luz UV actúa para descomponer el ozono atrapado en la corriente de aire que abandona el filtro 22 de plasma. El recubrimiento de la malla 46 actúa para catalizar esta descomposición.

Esta destrucción (foto-oxidación) del ozono aumenta el nivel de radicales libres, y particularmente el nivel de radicales hidroxilo OH^{-} dentro de la corriente de aire. Estos radicales libres también oxidan enérgicamente los contaminantes que quedan dentro de la corriente de aire.

Los ensayos han demostrado que los radicales libres residentes en la corriente de aire después de la filtración por plasma aumentan significativamente la tasa de generación de radicales libres durante el proceso foto-oxidante.

Usando el dispositivo 24 emisor de radiación UV y el dispositivo 26 catalizador de ozono no es posible destruir todo el ozono atrapado en la corriente de aire tras el paso por el filtro 22 de plasma. La experimentación ha mostrado que una corriente de aire que contenga 7 partes de ozono por millón (ppm) tendrá del 10% al 12% del ozono que sobreviva al proceso. Potencialmente, esto resulta en una concentración de ozono del orden de 840 partes por billón (ppb), que es aproximadamente ocho veces mayor que los niveles recomendados para la exposición humana.

Así, la corriente de aire abandona el dispositivo 26 catalizador de ozono y pasa por el conducto 12 al emisor 28 de hidrocarburo. El emisor 28 de hidrocarburo descarga hidrocarburo aromático volatilizado en la corriente de aire para reducir el ozono residual remanente hasta niveles aceptables. Se sugiere el mirceno, puesto que se da de forma natural, no tiene toxicidad conocida, y es de uso generalizado para "extender" perfumes y fragancias.

El mirceno contiene tres dobles enlaces carbono=carbono en su estructura molecular. El ozono reacciona preferentemente con el mirceno evaporado en la corriente de aire. Cuando el mirceno reacciona con el ozono, se desencadena una cascada de radicales libres. Se producen más de treinta reacciones relacionadas entre sí, muchas de las cuales producen una serie de oxidantes de vida media breve, como los hidroperóxidos, los superóxidos, los hidro-oxi peróxidos y los hidroxiperóxidos. Cada uno de estos oxidantes se descompone, liberando aún más radicales libres, que, a su vez, promulgan la producción de estas especies oxidantes. Este proceso continúa hasta que se utiliza todo el ozono residual.

Los productos de estas reacciones preferentes tienen una presión de vapor cero y, por ende, se condensan en cualquier partícula que quede en la corriente de aire o en la superficie. En consecuencia, se produce la descontaminación de los contaminantes dentro del aire del entorno, una vez que la corriente de aire descontaminado sale por la salida 16 del habitáculo 10.

Estas reacciones de condensación iniciadas fuera del dispositivo de descontaminación pueden causar un "crecimiento" de particulado pequeño, lo que resulta, en los casos extremos, en una niebla o neblina visible. Esto es indeseable. Sin embargo, dado que el dispositivo de descontaminación de aire recircula en efecto y vuelve a descontaminar el aire dentro de un entorno, estas pequeñas partículas son eliminadas en cualquier caso dentro del filtro 22 de plasma no térmico.

Las partículas pequeñas son en realidad beneficiosas, por cuanto alimentan la producción de radicales hidroxilo dentro del filtro 22 de plasma una vez que vuelven a circular. Así, aunque el potencial de una niebla visible es indeseable, es beneficioso al aumentar la eficiencia del dispositivo de descontaminación, y, por ende, la seguridad resultante del aire del entorno.

El generador de corriente de aire puede hacerse funcionar al revés, permitiendo la descontaminación del interior del dispositivo haciendo retroceder a los radicales libres excedentes atrapados en la corriente de aire a través del dispositivo. Por ello, el dispositivo se limpia solo en buena medida.

Claims (19)

1. Un procedimiento para descontaminar el aire, comprendiendo el procedimiento los pasos de:

a)

dirigir una corriente de aire que se va a descontaminar a través de un filtro (22) de plasma no térmico para que se produzcan radicales libres con los que se neutralicen los contaminantes de la corriente de aire;

b)

descomponer el ozono de la salida de la corriente de aire del filtro de plasma no térmico para aumentar el nivel de radicales libres, estando sometida la corriente de aire a radiación ultravioleta, y expuesta a un catalizador para acelerar la descomposición del ozono; e

c)

introducir un hidrocarburo aromático dotado de un doble enlace de hidrocarburo en la corriente de aire para que reaccione de manera preferente con el ozono residual para que la corriente de aire llegue a ser adecuada para su exposición a los seres humanos y para que se produzca una cascada de radicales libres.

2. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el catalizador es una mezcla de óxidos de titanio, plomo y manganeso.

3. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el que dicho hidrocarburo es una olefina.

4. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 3, en el que la olefina es un terpeno.

5. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el terpeno es mirceno.

6. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el referido hidrocarburo se evapora en la corriente de aire.

7. Un dispositivo de descontaminación de aire para el uso con un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo el dispositivo un filtro (22) de plasma no térmico, un dispositivo (24) emisor de radiación ultravioleta, un dispositivo (26) catalizador de ozono, un emisor (28) de hidrocarburo, y un generador (20) de corriente de aire mediante el cual puede generarse una corriente de aire y dirigirse para que atraviese o discurra por el filtro (22) de plasma no térmico, el dispositivo (24) emisor de radiación UV, el dispositivo (26) catalizador de ozono y el emisor (28) de hidrocarburo.

8. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 7, en el que el filtro (22) de plasma no térmico está aguas arriba del dispositivo (24) emisor de radiación UV, y el emisor (28) de hidrocarburo está aguas abajo del dispositivo (24) emisor de radiación UV.

9. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que el filtro (22) de plasma no térmico está aguas arriba del dispositivo (26) catalizador de ozono, y el emisor (28) de hidrocarburo está aguas abajo del dispositivo (26) catalizador de ozono.

10. Un dispositivo como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el dispositivo (24) emisor de radiación UV y el dispositivo (26) catalizador de ozono son sustancialmente coincidentes entre sí.

11. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 10, en el que el dispositivo (26) catalizador de ozono rodea al dispositivo (24) emisor de radiación UV.

12. Un dispositivo como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que dicho dispositivo (24) emisor de radiación UV es un tubo (42) emisor de luz ultravioleta.

13. Un dispositivo como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que el dispositivo (26) catalizador de ozono es una malla (46) recubierta con material catalizador del ozono.

14. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 13, en el que el material catalizador del ozono es una mezcla de óxidos de titanio, plomo y manganeso.

15. Un dispositivo como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, en el que el emisor (28) de hidrocarburo incluye un depósito (48) de hidrocarburo que tiene un doble enlace carbono-carbono, y medios para suministrar el referido hidrocarburo como gas a una salida del emisor.

16. Un dispositivo como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 15, en el que el generador (20) de corriente de aire tiene la forma de un ventilador (30).

17. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 16, en el que el ventilador (30) está colocado aguas arriba del filtro (22) de plasma no térmico.

18. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 16 o la reivindicación 17, en el que el ventilador (30) es reversible para permitir la autodescontaminación del dispositivo.

19. Un dispositivo como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 18, en el que el dispositivo es transportable.