ES2988474T3

ES2988474T3 - Conjunto de electrodos para precipitador electrostático

Info

Publication number: ES2988474T3
Application number: ES21164694T
Authority: ES
Inventors: Igor Krichtafovitch
Original assignee: University of Washington Center for Commercialization
Current assignee: University of Washington Center for Commercialization
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2024-11-20
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: WO2013173528A1; AU2017201354A1; ES2875054T3; US20150323217A1; US10668483B2; AU2013262819A1; EP3878558B1; CA2873601A1; EP3878558A1; EP3878558C0; EP2849888A1; US20170021363A1; AU2017201354B2; PL3878558T3; AU2013262819B2; EP2849888B1; JP2017070949A; CN106694226A; CA2873601C; JP2015516297A

Abstract

En la presente memoria se describe un conjunto de electrodos precipitadores electrostáticos que se colocará en un filtro de aire. El conjunto comprende uno o más electrodos colectores, cada uno de los cuales comprende una parte conductora interna y una superficie exterior generalmente paralela a una dirección de flujo de aire a través del filtro de aire, en donde los electrodos colectores incluyen además una parte colectora, y en donde dicha parte colectora exhibe una estructura de celda abierta que tiene una alta resistividad eléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de electrodos para precipitador electrostático

Referencia cruzada a solicitud(es) relacionada(s)

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense pendiente N.° 61/647.045, presentada el 15 de mayo de 2012.

Campo técnico

La presente tecnología se refiere en general a la limpieza de flujos de gas mediante filtros electrostáticos y los sistemas y métodos asociados. En particular, diversas realizaciones se refieren a purificadores de aire electrónicos para el uso en sistemas de calefacción, aire acondicionado y ventilación (HVAC) que disponen de electrodos colectores revestidos con un material colector que tiene una estructura de celda abierta, aunque estas realizaciones o similares también se pueden utilizar en sistemas de purificación para otros tipos de gases, en precipitadores electrostáticos industriales, y/o en otras formas de filtración electrostática.

Antecedentes

Los tipos más comunes de filtros de aire HVAC residenciales o comerciales emplean un medio filtrante fibroso (hecho de fibras de poliéster, fibras de vidrio o microfibras, etc.) que se dispone sustancialmente perpendicular al flujo de aire a través del cual puede pasar el aire (por ej., un filtro de aire acondicionado, un filtro HEPA, etc.) de manera que las partículas se eliminan del aire mecánicamente (entrando en contacto con una o más fibras y adhiriéndose o siendo bloqueadas por las fibras); algunos de estos filtros también se cargan electrostáticamente (ya sea de forma pasiva durante el uso o activa durante la fabricación) para aumentar las posibilidades de que las partículas entren en contacto con las fibras y se queden adheridas a las mismas.

Otra forma de filtro de aire se conoce como purificador de aire electrónico (EAC). Un EAC convencional incluye uno o más electrodos de corona y una o más placas de electrodos colectores de metales lisas que están sustancialmente paralelas al flujo de aire. Los electrodos de corona producen una descarga de corona que ioniza las moléculas de aire en un flujo de aire que se recibe en el filtro. Las moléculas de aire ionizadas imparten una carga neta a las partículas cercanas (por ej., polvo, suciedad, contaminantes, etc.) en el flujo de aire. Posteriormente, las partículas cargadas son atraídas electrostáticamente hacia una de las placas de electrodos colectores y, en consecuencia, eliminadas del flujo de aire a medida que el aire pasa por las placas de electrodos colectores. Una vez que ha pasado una cantidad suficiente de aire a través del filtro, los electrodos colectores pueden acumular una capa de partículas y polvo que eventualmente necesitan ser limpiados. Los intervalos de limpieza pueden variar, por ejemplo, entre treinta minutos a varios días. Además, dado que las partículas se encuentran en una superficie exterior de los electrodos colectores, pueden volver a re-arrastrarse en el flujo de aire, ya que una fuerza del flujo de aire puede superar la fuerza eléctrica que atrae las partículas cargadas hacia los electrodos colectores, especialmente si muchas partículas se aglomeran por atracción entre ellas, reduciendo así la atracción neta a la placa colectora. Dicha aglomeración y re-arrastre puede requerir el uso de un medio colocado aguas abajo del filtro y sustancialmente perpendicular al flujo de aire, aumentando así la resistencia al flujo de aire. Otra limitación de los EAC convencionales es que los cables de corona pueden contaminarse por oxidación u otros depósitos durante el funcionamiento, lo que reduce su efectividad y obliga a limpiarlos con frecuencia. Además, la descarga de corona puede producir una cantidad significativa de contaminantes como, por ejemplo, ozono, lo que puede requerir la implementación de filtros de carbón activado colocados sustancialmente perpendiculares al flujo de aire que pueden aumentar la resistencia al flujo de aire.

Aunque los filtros de medios fibrosos no producen ozono, suelen tener que limpiarse y/o sustituirse periódicamente debido a la acumulación de partículas. Además, los filtros de medios fibrosos se colocan sustancialmente perpendiculares al flujo de aire, aumentando la resistencia del flujo de aire y provocando un diferencial de la presión estática significativo a través del filtro, lo que aumenta a medida que se acumulan o recogen más partículas en el filtro. La caída de presión en los distintos componentes de un sistema de climatización (HVAC) es una preocupación constante para los diseñadores y operadores de sistemas mecánicos de aire, ya que ralentiza el flujo de aire o aumenta la cantidad de energía necesaria para mover el aire a través del sistema. En consecuencia, existe la necesidad de un filtro de aire con capacidad de intervalos relativamente largos entre la limpieza y/o sustitución y una caída de presión relativamente baja a través del filtro después de la instalación en un sistema HVAC.

En DE2854742 se divulga un filtro electrostático que separa las partículas contaminantes de los medios cargados de polvo haciéndolas pasar entre dos placas separadoras de electrodos paralelos. En una primera fase (ionización), las partículas se cargan por ionización en sentido opuesto a la carga de los electrodos separadores. En la segunda fase (separación), los electrodos se revisten con una capa de carbón activado sobre una película aislante. Esto elimina incluso la materia odorífera del flujo de gas filtrado y retiene firmemente todas las partículas separadas. Esto ofrece una resistencia insignificante al flujo de gas.

En DE19859827 se divulga un proceso para tratar contaminantes en sistemas de electrofiltro. El proceso comprende dirigir los iones producidos por un electrodo de pulverización en la dirección de un material altamente conductor. Los contaminantes tienen iones que los recubren y forman una capa sobre los electrodos, que constan depinsy son porosos.

Breve descripción de las ilustraciones

La Figura 1A es una vista isométrica posterior de un EAC configurado de acuerdo con las realizaciones de la presente tecnología. Las Figuras 1B, 1C y 1D son una vista isométrica lateral, isométrica frontal e inferior, respectivamente, del EAC de la Figura 1A. La Figura 1E es una vista en sección transversal superior de la Figura 1A a lo largo de una línea 1E. La Figura 1F es una vista ampliada de una porción de la Figura 1E. La Figura 2A es una vista superior esquemática de un EAC configurado de acuerdo con realizaciones de la presente tecnología. Las Figuras 2B y 2C son vistas superiores esquemáticas de electrodos repelentes configurados de acuerdo con una realización de la presente tecnología. Figura 3 es una vista superior esquemática de una porción de un filtro de aire configurado de acuerdo con una realización de la presente tecnología. Las Figuras 4A y 4B son vistas laterales de una fase de ionización mostrada en una primera configuración y una segunda configuración, respectivamente, de acuerdo con una realización de la presente tecnología.

Descripción detallada

La presente tecnología hace referencia a un conjunto de electrodos para precipitador electrostático para colocar en un filtro de aire, el conjunto comprende: uno o más electrodos colectores, cada uno de los cuales comprende: una porción conductora interna y una superficie exterior generalmente paralela a una dirección de flujo de aire a través del filtro de aire, y donde los electrodos colectores incluyen además una porción colectora, y donde dicha porción colectora presenta una estructura de celdas abiertas con una resistividad eléctrica elevada superior a 102 Qm.

En la siguiente descripción y en las Figuras 1A-4B se exponen algunos detalles específicos para ofrecer una comprensión más completa de las diversas realizaciones de la tecnología. Otros detalles que describen estructuras y sistemas bien conocidos a menudo asociados con purificadores de aire electrónicos y dispositivos asociados no se han expuesto en la siguiente tecnología para evitar entorpecer innecesariamente la descripción de las diversas realizaciones de la tecnología. Por tanto, una persona con conocimientos ordinarios en la materia entenderá que la tecnología puede tener otras realizaciones con elementos adicionales, o la tecnología puede tener otras realizaciones sin varias de las características mostradas y descritas a continuación con referencia a las Figuras 1A-4B.

La Figura 1A es una vista isométrica posterior de un purificador de aire electrónico 100. Las Figuras 1B, 1C y 1D son una vista isométrica lateral, isométrica frontal e inferiores, respectivamente, del purificador de aire 100. La Figura 1E es una vista en sección transversal superior del purificador de aire 100 a lo largo de la línea 1E mostrada en la Figura 1A. La Figura 1F es una vista ampliada de una porción de la Figura 1E. Con referencia a las Figuras 1A a 1F, el purificador de aire 100 incluye un conjunto de electrodos de corona o fase de ionización 110 y un conjunto de electrodos colectores o fase colectora 120 dispuestos en una carcasa 102. La carcasa 102 incluye una entrada 103, una salida 105 y una cavidad 104 entre la entrada y la salida. La carcasa 102 incluye una primera superficie lateral 106a, una superficie superior 106b, una segunda superficie lateral 106c, una porción de superficie posterior 106d, una superficie inferior 106e y una porción de superficie frontal 106f (Figura 1C). Algunas porciones de las superficies 106a-f están ocultas para aportar una mayor claridad en las Figuras 1A a 1F. En la realización ilustrada, la carcasa 102 tiene una forma sólida generalmente rectangular. Sin embargo, en otras realizaciones, la carcasa 102 puede construirse o conformarse de cualquier otra forma adecuada (por ej., un cubo, un prisma hexagonal, un cilindro, etc.).

La fase de ionización 110 está dispuesta dentro de la carcasa 102 al menos cerca de la entrada 103 y comprende una pluralidad de electrodos de corona 112 (por ej., cables conductores de electricidad, varillas, placas, etc.). Los electrodos de corona 112 están dispuestos dentro de la fase de ionización entre un primer terminal 113 y un segundo terminal 114. Una pluralidad de aberturas o ranuras individuales 115 pueden recibir y acoplar eléctricamente los electrodos de corona individuales 112 al segundo terminal 114. Una pluralidad de electrodos excitadores 116 están dispuestos entre los electrodos de corona 112 y la entrada 103. El primer terminal 113 y el segundo terminal 114 pueden estar conectados eléctricamente a una fuente de alimentación (por ej., una fuente de alimentación eléctrica de alto voltaje) para producir un campo eléctrico presentando una diferencia de potencial eléctrico relativamente alta (por ej., 5kV, 10kV, 20kV, etc.) entre los electrodos de corona 112 y los electrodos excitadores 116. En una realización, por ejemplo, los electrodos de corona 112 pueden configurarse para operar a 5kV mientras que los electrodos excitadores 116 pueden configurarse para operar a masa. En otras realizaciones, sin embargo, tanto los electrodos de corona 112 como los electrodos excitadores 116 pueden configurarse para operar a cualquier número de potenciales eléctricos adecuados. Además, mientras que la fase de ionización 110 en la realización ilustrada incluye los electrodos de corona 112, en otras realizaciones la fase de ionización 110 puede incluir cualquier medio adecuado para ionizar moléculas (por ej., un láser, un ionizador de electropulverización, un ionizador de termopulverización, un ionizador de pulverización sónica, un ionizador químico, un ionizador cuántico, etc.). Asimismo, en la realización ilustrada de las Figuras 1A-1F, los electrodos excitadores 116 tienen un primer diámetro mayor que un segundo diámetro de los electrodos de corona 112 (por ej., aproximadamente veinte veces mayor). En otras realizaciones, sin embargo, el primer diámetro y el segundo diámetro pueden ser de cualquier tamaño adecuado.

La fase colectora 120 está dispuesta en la cavidad entre la fase de ionización 110 y la salida 105. La fase colectora 120 incluye una pluralidad de electrodos colectores 122 y una pluralidad de electrodos repelentes 128. En las realizaciones ilustradas de las Figuras 1A-1F, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 están dispuestos en filas alternas dentro de la fase colectora 120. En otros ejemplos, sin embargo, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 pueden disponerse dentro de la fase colectora 120 en cualquier disposición adecuada.

Cada uno de los electrodos colectores 122 incluye una primera porción colectora 124 que tiene una primera superficie exterior 123a opuesta a una segunda superficie exterior 123b, y una porción conductora interna 125 dispuesta entre ellas. Al menos una de la primera superficie exterior 123a y la segunda superficie exterior 123b está dispuesta para que quede generalmente paralela a un flujo de un gas (por ej., aire) que entra en la cavidad 104 a través de la entrada 103. La primera porción colectora 124 está configurada para recibir y recoger partículas (por ej., partículas que tienen una primera dimensión entre 0,1 micras y 1 mm, entre 0,3 micras y 10 micras, entre 0,3 micras y 25 micras y/o entre 100 micras y 1 mm), y comprende un material poroso de celdas abiertas como, por ejemplo, una espuma de melamina (por ej., copolímero de formaldehído-melamina-bisulfito sódico), una resina de melamina, una espuma reticulada, un material nanoporoso, un polímero termoestable, un poliuretano, un polietileno, etc. El uso de un material poroso de celdas abiertas puede dar lugar a un aumento sustancial (por ej., un aumento de diez veces, mil veces, etc.) de la superficie efectiva de los electrodos colectores 122 en comparación con, por ejemplo, un electrodo metálico liso que puede encontrarse en los purificadores de aire electrónicos convencionales. Asimismo, el material poroso de celdas abiertas puede recibir y recoger partículas (polvo, suciedad, contaminantes, etc.) dentro del material, reduciendo así la acumulación de partículas en las superficies exteriores 123a y 123b, así como limitando el tamaño máximo de los aglomerados que pueden formarse a partir de las partículas recogidas en base al tamaño de una primera dimensión de las celdas del material poroso (por ej., de 1 micra a unas 1000 micras, de unas 200 micras a unas 500 micras, de unas 140 micras a unas 180 micras, etc.) En algunas realizaciones, el material poroso de celdas abiertas puede estar hecho de un material no inflamable para reducir el riesgo de incendio debido, por ejemplo, a una chispa (por ej., una descarga de corona de uno de los electrodos de corona 112). El material poroso de celdas abiertas también está hecho de un material que tiene una alta resistividad eléctrica mayor que 102 Q-m (por ej., mayor o igual a 1 x 107 Q-m, 1 x 109 Q-m, 1 x 1011 Q-m, etc.) Con el uso de un material de alta resistividad (por ej., entre 102 y 109 Ohm-m, etc.) en la primera porción colectora 124 se puede reducir, por ejemplo, la probabilidad de que se produzca una descarga de corona entre los electrodos de corona y los electrodos colectores 122 o una chispa entre el electrodo colector 122 y el electrodo repelente 128. En algunas realizaciones, la primera porción colectora 124 también puede incluir un material desinfectante (por ej., T O 2) y/o un material (por ej., MnO2, un oxidante térmico, un oxidante catalítico, etc.) seleccionado para reducir y/o neutralizar compuestos orgánicos volátiles (por ej., ozono, formaldehído, humos de pintura, CFC, benceno, cloruro de metileno, etc.). En otras realizaciones, la primera porción colectora 124 puede incluir una o más membranas y/o materiales nanoporosos (por ej., óxido de manganeso, oro nanoporoso, plata nanoporosa, nanotubos, silicio nanoporoso, policarbonato nanoporoso, zeolitas, aerogeles de sílice, carbón activado, grafeno, etc.) con tamaños de poro que oscilan, por ejemplo, entre 0,1 nm-1000 nm. En algunas otras realizaciones, la primera porción colectora 124 (que comprende, por ej., uno o más de los materiales nanoporosos mencionados más arriba) puede estar configurada para detectar una composición de la materia particulada acumulada en el interior de los electrodos colectores 122. En estas realizaciones, se puede aplicar un voltaje a través de la primera porción colectora 124 y se pueden detectar varios tipos de partículas mediante, por ejemplo, la monitorización de los cambios en una corriente iónica que pasa a su través. Si se detecta una partícula de interés (por ej., una toxina, un patógeno dañino, etc.), se puede alertar a un operador de un sistema de control de la instalación (no mostrado) acoplado al purificador de aire 100.

En algunas realizaciones, la primera porción colectora 124 puede estar hecha de un material sustancialmente rígido. En algunas de estas realizaciones, no son necesarios elementos de montaje elásticos u otros basados en tensión para fijar la primera porción colectora 1224 dentro de la cavidad. Por ejemplo, la rigidez del material en estas realizaciones puede ser suficiente para autosostenerse sustancialmente en una dirección vertical dentro de la cavidad. En algunas de estas realizaciones, no se incluye una porción conductora interna 125 en los electrodos colectores 122, donde el propio material es suficientemente conductor para transportar la carga necesaria. En tales realizaciones, el material puede incluir uno o más de los materiales conductores o composiciones indicados anteriormente.

Con referencia a la Figura 1F, la porción conductora interna 125 puede incluir una superficie o placa conductora (por ej., una placa metálica) intercalada entre capas opuestas de la primera porción colectora 124 y adherida a la misma mediante un adhesivo (por ej., cianoacrilato, un epoxi, y/u otro agente de unión adecuado). En otras realizaciones, sin embargo, la porción conductora interna 125 puede comprender cualquier material o estructura conductora adecuada como, por ejemplo, una placa metálica, una rejilla metálica, una película conductora (por ej., una película metalizada Mylar), un epoxi conductor, tinta conductora, y/o una pluralidad de partículas conductoras (por ej., polvo de carbono, nanopartículas, etc.) distribuidas a lo largo de los electrodos colectores 122. Una estructura de acoplamiento o terminal 126 puede acoplar la porción conductora interna 125 de cada uno de los electrodos colectores 122 a una fuente de alimentación eléctrica (no mostrada). Del mismo modo, una estructura de acoplamiento o terminal 129 puede acoplar cada uno de los electrodos repelentes 128 a una fuente de alimentación eléctrica (no mostrada). Los electrodos colectores 122 pueden estar configurados para operar, por ejemplo, a un primer potencial eléctrico diferente de un segundo potencial eléctrico de los electrodos repelentes 128 cuando están conectados a la fuente de alimentación eléctrica. Además, dentro de los electrodos colectores individuales 122, la porción conductora interna 125 puede estar configurada para operar a un potencial eléctrico mayor que la primera superficie exterior 123a o la segunda superficie exterior 123b de los electrodos colectores individuales. En algunas realizaciones, por ejemplo, la porción conductora interna 125 puede estar configurada para tener una primera conductividad eléctrica mayor que una segunda conductividad eléctrica de la primera porción colectora 124. En consecuencia, la primera superficie exterior 123a y/o la segunda superficie exterior 123b pueden tener un primer potencial eléctrico menor que un segundo potencial eléctrico en la porción conductora interna 125. Una diferencia entre los potenciales eléctricos primero y segundo, por ejemplo, puede atraer partículas cargadas en la primera porción colectora 124 hacia la porción conductora interna 125. En algunas realizaciones, por ejemplo, las superficies externas 123a y 123b tienen una segunda conductividad eléctrica inferior a la primera conductividad eléctrica.

En funcionamiento, el purificador de aire 100 puede recibir energía eléctrica de una fuente de alimentación (no mostrada) acoplada a los electrodos de corona 112, los electrodos excitadores 116, los electrodos colectores 122, y los electrodos repelentes 128. Los electrodos de corona individuales 112 pueden recibir, por ejemplo, un voltaje elevado (por ej., 10kV, 20kV, etc.) y emitir iones resultando en una corriente eléctrica próxima a los electrodos de corona individuales 112 y fluyendo hacia los electrodos excitadores 116 y/o los electrodos colectores 122. Las descargas de corona pueden ionizar moléculas de gas (por ej., moléculas de aire) en el gas entrante (por ej., aire) que entra en la carcasa 102 y en la cavidad 104 a través de la entrada 103. A medida que las moléculas de gas ionizado colisionan y cargan las partículas entrantes que fluyen desde la fase de ionización 110 hacia la fase colectora 120, las partículas (por ej., polvo, cenizas, patógenos, esporas, etc.) presentes en el gas pueden ser atraídas eléctricamente hacia los electrodos colectores 122 y, por tanto, acoplarse eléctricamente. Los electrodos repelentes 128 pueden repeler o dirigir de otro modo las partículas cargadas hacia los electrodos colectores 122 adyacentes debido a una diferencia en el potencial eléctrico y/o una diferencia en la carga eléctrica entre los electrodos repelentes 128 y los electrodos colectores 122. Como se describe con más detalle más abajo con referencia a las Figuras 2B y 2C, los electrodos repelentes 128 también pueden incluir un medio para dirigir aerodinámicamente las partículas cargadas hacia los electrodos colectores 122 adyacentes.

Los electrodos de corona 112, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 se pueden configurar para operar a cualquier potencial o voltaje eléctrico adecuado entre sí. En algunas realizaciones, por ejemplo, los electrodos de corona 112, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 pueden tener todos ellos una primera carga eléctrica, pero también pueden configurarse para tener un primer, segundo, tercer y cuarto voltaje, respectivamente. Una diferencia entre el primer, segundo, tercer y cuarto voltaje puede determinar la trayectoria de una o más partículas cargadas (por ej., materia particulada cargada) a través de la fase de ionización 110. Por ejemplo, los electrodos colectores 122 y los electrodos excitadores 116 pueden estar puestos a tierra, mientras que los electrodos de corona pueden tener un potencial eléctrico entre, por ejemplo, 4kV y 10 kV y los electrodos repelentes 128 pueden tener un potencial eléctrico entre, por ejemplo, 6kV y 20 kV. Más aún, algunas porciones de los electrodos colectores 122 pueden tener diferentes potenciales eléctricos en relación con otras porciones. Por ejemplo, en uno o más electrodos colectores individuales 122, la porción conductora interna 125 puede tener un potencial eléctrico diferente (por ej., un potencial eléctrico más alto) que la correspondiente primera superficie exterior 123a o la segunda superficie exterior 123b, creando así un campo eléctrico dentro de la porción colectora 124.

Aquellos expertos en la materia apreciarán que la diferencia de potencial eléctrico entre la porción conductora interna 125 y la correspondiente primera superficie exterior 123a y/o segunda superficie exterior 123b puede estar causada por una porción de una corriente iónica que fluye desde un electrodo repelente adyacente 128. Cuando esta corriente iónica Ii fluye a través del material poroso (por ej., la porción colectora 124) que tiene una resistencia eléctrica relativamente alta Rpor (por ej., entre 20 Megaohms y 2 Gigaohms) crea cierta diferencia de potencial Vdif descrita por la ley de Ohm: Vdif = Ii x Rpor. Esta diferencia de potencial crea el campo eléctrico E en el cuerpo del material poroso. Una partícula cargada (por ej., materia particulada) en este campo eléctrico E está sujeta a la fuerza de Coulomb F del campo E descrita por: F = q * E, donde q es la carga eléctrica de la partícula.

Bajo esta fuerza F, una partícula cargada puede penetrar profundamente en el material poroso (por ej., la porción colectora 124) donde permanece. Por consiguiente, las partículas cargadas no sólo pueden ser dirigidas y/o repelidas hacia la porción conductora interna 125 de los electrodos colectores 122, sino que también pueden ser recibidas, recogidas y/o absorbidas en la primera porción colectora 124 de los electrodos colectores individuales 122. Como resultado, la materia particulada no se acumula simplemente y/o se adhiere a las superficies externas 123a y 123b, sino que es recibida y recogida en la primera porción colectora 124.

En algunas realizaciones, por ejemplo, la resistividad del material poroso tiene una resistividad específica que permite la corriente iónica fluya a la porción conductora interna 125 (es decir, debe ser ligeramente conductora de electricidad). En estas realizaciones, por ejemplo, el material poroso puede tener una resistencia del orden de Megaohms para evitar la descarga de chispas entre los electrodos colectores y los electrodos repelentes.

En otras realizaciones, la fuerza del campo eléctrico E puede ser ajustable en respuesta al tamaño relativo de las celdas en el material poroso (por ej., la porción colectora 124). Aquellos expertos en la materia apreciarán que el campo eléctrico E necesario para absorber partículas en la porción colectora 124 puede ser proporcional al tamaño de las celdas. Por ejemplo, la intensidad del campo eléctrico E puede tener un primer valor cuando las celdas de la porción colectora 124 tienen un primer tamaño (por ej., un diámetro de aproximadamente 150 micras). La intensidad del campo eléctrico E puede tener un segundo valor (por ej., un valor superior al primer valor) cuando las celdas de la porción colectora 124 tienen un segundo tamaño (por ej., un diámetro de aproximadamente 400 micras) para retener partículas de mayor tamaño acumuladas en ellas.

Como se ha comentado antes, la porción conductora interna 125 de los electrodos colectores 122 puede estar configurada para operar a un potencial eléctrico diferente de la primera superficie exterior 123a o de la segunda superficie exterior 123b de los electrodos colectores 122 individuales. Por consiguiente, las partículas cargadas no sólo pueden ser dirigidas y/o repelidas hacia la porción conductora interna 125 de los electrodos colectores 122, sino que también pueden ser recibidas, recogidas y/o absorbidas en la primera porción colectora 124 de los electrodos colectores individuales 122. Como resultado, la materia particulada no se acumula simplemente y/o se adhiere a las superficies externas 123a y 123b, sino que es recibida y recogida en la primera porción colectora 124. Como se ha explicado antes, el uso de un material poroso de celdas abiertas en la primera porción colectora 124 puede proporcionar un aumento significativo (por ej., 1000 veces superior) de la superficie colectora de los electrodos colectores individuales 122 en comparación con realizaciones sin un medio poroso de celdas abiertas (por ej., electrodos colectores con placas metálicas).

Además, como los electrodos colectores 122 están dispuestos generalmente en paralelo al flujo de gas que entra en la carcasa 102, las partículas de gas pueden eliminarse con una caída de presión mínima a través del purificador de aire 100 comparado con los filtros convencionales que tienen medios fibrosos a través de los cuales se dirige el flujo de aire (por ej., filtros HEPA).

Tras un periodo de uso del purificador de aire 100, las partículas pueden saturar la primera porción colectora 124 de los electrodos colectores individuales. En algunas realizaciones, los electrodos colectores 122 se pueden configurar para que sean extraíbles (y/o desechables) y sustituirse por electrodos colectores 122 diferentes. En otras realizaciones, los electrodos colectores 122 pueden configurarse de tal manera que la primera porción colectora 124 usada o saturada pueda retirarse de la porción conductora interna 125 y desecharse, para ser sustituida por una nueva porción colectora limpia 124, renovando así los electrodos colectores 122 para el uso continuado sin desechar la porción conductora interna 125. Una característica de la presente tecnología es que se espera que la sustitución o renovación de los electrodos colectores 122 sea más rentable que la sustitución de electrodos fabricados total o sustancialmente de metal. Asimismo, la posibilidad de sustituir y desechar los electrodos colectores 122, o la primera porción colectora 124 de los mismos, facilita la eliminación de los patógenos y contaminantes recogidos del propio sistema, y se espera que se reduzca al mínimo la necesidad de una limpieza frecuente. Además, la presente tecnología permite filtrar y/o limpiar pequeñas partículas en sistemas HVAC comerciales sin necesidad de añadir un fluido conductor a los electrodos colectores 122.

La Figura 2A es una vista superior esquemática de un purificador de aire electrónico 200. Las Figuras 2B y 2C son vistas superiores de un electrodo repelente 228 configurado de acuerdo con una o más realizaciones de la presente tecnología. Con referencia a las Figuras 2A-2C juntas, por ejemplo, el purificador de aire 200 comprende una fase colectora 220 y una pluralidad de porciones intermitentes 230. Las porciones intermitentes individuales 230 pueden disponerse a ambos lados de la fase colectora 220 para evitar que el aire y/o las partículas pasen a través de la fase colectora 220 sin fluir adyacentes a uno de los electrodos colectores 122. La fase colectora 220 incluye además una pluralidad de electrodos repelentes 228. Cada uno de los electrodos repelentes 228 tiene una porción proximal 261, una porción distal 262 y una porción intermedia 263 entre ambas. Un primer saliente 264a, dispuesto en la porción proximal 261, y un segundo saliente 264b, dispuesto en la porción distal 262, pueden configurarse, por ejemplo, para repeler eléctricamente partículas cargadas (por ej., materia particulada en un flujo de gas), hacia los electrodos colectores 122 adyacentes. Más aún, los salientes primero y segundo 264a y 264b también pueden estar configurados para guiar aerodinámicamente o dirigir de otro modo la materia particulada en el flujo de gas hacia un electrodo colector 122 adyacente.

Como se muestra en la Figura 2B, el primer saliente 264a puede tener una primera anchura Wi y el segundo saliente 264b puede tener una segunda anchura W2. En la realización ilustrada de la Figura 2B, la primera anchura Wi y la segunda anchura W2 son generalmente iguales. En otras realizaciones, sin embargo, la primera anchura Wi puede ser diferente (por ej., menor que) la segunda anchura W2. Por otra parte, en la realización ilustrada en la Figura 2B, los salientes primero y segundo 264a y 264b tienen una forma generalmente redonda. Sin embargo, como se muestra en la Figura 2C, un primer saliente 266a y un segundo saliente 266b pueden tener una forma generalmente rectangular. Asimismo, en otras realizaciones, los salientes pueden tener cualquier forma adecuada (por ej., triangular, trapezoidal, etc.).

Con referencia de nuevo a la Figura 2A, el filtro de aire 200 incluye además una fase de tierra 236 dispuesta dentro de la carcasa 102 entre la fase de ionización 110 y la entrada 103. La fase de tierra 236 puede estar configurada para operar a un potencial de tierra con respecto a la fase de ionización 110. La fase de tierra 236 también puede servir como barrera física para evitar que los objetos (por ej., la mano o los dedos de un operador) entren en el filtro de aire, evitando así lesiones y/o descargas eléctricas a los objetos introducidos. La fase de tierra 236 puede incluir, por ejemplo, una rejilla metálica, una malla, una lámina que disponga de una pluralidad de aberturas, etc. En algunas realizaciones, por ejemplo, la fase de tierra 236 puede incluir aberturas, agujeros, y/o aberturas de aproximadamente 1/2" pulgada a 1/8" pulgadas (por ej., 1/4" pulgadas) para evitar que los dedos entren en la cavidad 104. En otras realizaciones, sin embargo, la fase de tierra 236 puede incluir aberturas de cualquier tamaño adecuado.

En ciertas realizaciones, uno o más sensores de ocupación o proximidad 238 conectados a una fuente de alimentación eléctrica (no mostrada) pueden disponerse cerca de la entrada 103 como una característica de seguridad adicional. Al detectar un objeto (por ej., la mano de un operador), los sensores de proximidad 238 pueden configurarse para, por ejemplo, desconectar automáticamente la alimentación eléctrica de la fase de ionización 110 y/o de la fase colectora 120. En algunas realizaciones, el sensor de proximidad 238 también puede configurarse para emitir una alerta a un sistema de control de la instalación (no mostrado) al detectar un objeto insertado.

En ciertas realizaciones, un distribuidor de fluido, nebulizador o componente pulverizador 239 puede estar dispuesto al menos próximo a la entrada 103. El componente pulverizador 239 puede estar configurado para suministrar un aerosol o líquido 240 (por ej., agua) al flujo de gas que entra en el filtro de aire 200. El líquido 240 puede entrar en la cavidad 104 y distribuirse hacia la fase colectora 220. En la fase colectora 220, el líquido 240 puede ser absorbido por la primera porción colectora 124. Aquellos expertos en la materia podrán apreciar que el líquido 240 (por ej. agua) puede regular y modificar la primera resistividad eléctrica de la primera porción colectora 124. En algunas realizaciones, por ejemplo, un sistema de control y/o un operador (no mostrado) pueden monitorizar una corriente eléctrica entre los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 228. Si, por ej., la corriente eléctrica cae por debajo de un umbral predeterminado (por ej., 1 microamperio), el componente pulverizador 239 puede activarse manual o automáticamente para suministrar el líquido 240 hacia la fase colectora 220. En otras realizaciones, por ejemplo, el componente pulverizador 239 puede activarse para aumentar la efectividad de uno o más materiales en la primera porción colectora 124. El dióxido de titanio, por ejemplo, puede ser más efectivo para eliminar patógenos (por ej., bacterias) cuando está húmedo.

La Figura 3 es una vista superior esquemática de un filtro de aire 300 configurado de acuerdo con una realización de la presente tecnología. En la realización de la Figura 3, el filtro de aire 300 incluye una fase de ionización 310 que tiene una pluralidad de electrodos de corona 312 (por ej., análogos a los electrodos de corona 112 de la Figura 1A). El filtro de aire 300 incluye además una fase colectora que comprende los electrodos repelentes 228 (Figuras 2A-2C) y una pluralidad de electrodos colectores 322. Una porción proximal 351 de los electrodos colectores individuales 322 incluye una primera porción conductora 325 entre una primera superficie exterior 323a y una segunda superficie exterior opuesta 323b. Las superficies exteriores primera y segunda 323a y 323b pueden disponerse en la fase colectora 320 generalmente paralelas a una dirección de flujo de aire a través del filtro de aire 300. Al menos una porción de las superficies exteriores primera y segunda 323a y 323b puede incluir una primera porción colectora 324 (por ej., análoga a la primera porción colectora 124 de la Figura 1A) que comprende, por ejemplo, un primer material poroso de celdas abiertas (por ej., una espuma de melamina u otro material adecuado).

Una porción proximal 351 de los electrodos colectores individuales 322 incluye una segunda porción colectora 352 y una segunda porción conductora 354. La segunda porción colectora 352 incluye un segundo material que tiene una estructura de celdas abiertas (por ej., una espuma de melamina, etc.) y que tiene una alta resistividad, mayor que 102 Q-m (por ej., mayor que 1 x 109 Q-m) y puede evitar chispas u otra descarga de los electrodos de corona 312 durante el funcionamiento. La segunda porción conductora 354 puede atraer más partículas cargadas hacia el electrodo colector 322. La segunda porción conductora 354 (por ej., un tubo o cualquier otra forma adecuada) puede incluir un segundo material conductor (por ej., metal, polvo de carbono, y/o cualquier otro conductor adecuado) que tenga una segunda resistividad eléctrica diferente de la primera resistividad eléctrica del primer material de la primera porción colectora 324. Mientras que la primera porción colectora 324 y la segunda porción conductora 354 pueden tener diferentes resistividades eléctricas, en otras realizaciones pueden tener generalmente el mismo potencial eléctrico. En algunas realizaciones, tener materiales de diferentes resistividades eléctricas al mismo potencial eléctrico tiene por objeto reducir la formación de chispas entre los electrodos de corona 312 y los electrodos colectores 322.

Las Figuras 4A y 4B son vistas laterales de una fase de ionización 410 mostrada en una primera configuración y una segunda configuración, respectivamente, de acuerdo con una realización de la presente tecnología. Con referencia a las Figuras 4A y 4B juntas, la fase de ionización 410 incluye una pluralidad de electrodos 412 (por ej., los electrodos de corona 112 de la Figura 1A). Cada uno de los electrodos 412 incluye un dispositivo de limpieza 470 configurado para limpiar y/o eliminar la materia acumulada (por ej., subproductos de oxidación, dióxido de silicio, etc.) a lo largo de una superficie externa de los electrodos 412. En la realización ilustrada, el dispositivo de limpieza 470 incluye una pluralidad de palas de hélice 472 dispuestas circunferencialmente alrededor de una porción central 474 que tiene un orificio 476 a su través. El orificio 476 incluye una superficie interior 477 configurada para limpiar o acoplar de otro modo el electrodo 412 correspondiente.

La fase de ionización 410 puede configurarse para posicionarse en una trayectoria del flujo de aire (por ej. en la carcasa 102 del purificador de aire 100 de la Figura 1A). Cuando el aire se mueve a través de la fase de ionización 410, el flujo de aire puede impulsar las palas 472 y elevar el dispositivo de limpieza 470 hacia arriba a lo largo del electrodo 412. A medida que el dispositivo de limpieza 470 asciende de forma deslizante a lo largo del electrodo 412, la superficie interior 477 se acopla al electrodo 412, eliminando así al menos una porción de la materia acumulada. Cuando el dispositivo de limpieza 470 alcanza un tramo superior del electrodo 412, un tope móvil 480 puede acoplarse al dispositivo de limpieza 470, impidiendo así un mayor ascenso del electrodo 412 (Figura 4B). Cuando el flujo de aire se detiene sustancialmente, por ejemplo, el dispositivo de limpieza 470 puede volver a la posición mostrada en la Figura 4A, permitiendo así que el dispositivo de limpieza 470 continúe limpiando el electrodo 412.

En algunas realizaciones, por ejemplo, el tope 480 puede tener la forma de una hoja (o cualquier otra forma adecuada, como un cuadrado, rectángulo, etc.) que está inicialmente en una primera configuración (por ej., una configuración vertical como se muestra, por ejemplo, en la Figura 4A). En respuesta a la fuerza de un flujo de aire, el tope 480 puede moverse desde la primera configuración a una segunda configuración (por ej., una configuración sustancialmente horizontal como se muestra, por ejemplo, en la Figura 4B). Cuando el dispositivo de limpieza 470 alcanza el tramo superior del electrodo 412, su rotación se ve obstaculizada por el tope 480 (Figura 4B). El tope 480 puede mantenerse en la segunda configuración mientras el flujo de aire mantiene una fuerza de empuje o elevación adecuada sobre el mismo. Cuando cesa el flujo de aire, sin embargo, el tope 480 vuelve a la primera configuración liberando así el dispositivo de limpieza 470 y permitiendo que el dispositivo de limpieza 470 vuelva a la posición inicial mostrada en la Figura 4A, manteniéndose ahí hasta recibir suficiente flujo de aire para otro ciclo de limpieza.

Las descripciones detalladas anteriores de las realizaciones de la tecnología no pretenden ser exhaustivas ni limitar la tecnología a la forma precisa aquí descrita. Aunque las formas de realización específicas y los ejemplos de la tecnología descritos más arriba tienen fines ilustrativos, son posibles diversas modificaciones equivalentes dentro del alcance de la tecnología, como reconocerán los expertos en la materia. Por ejemplo, aunque los pasos se presentan en un orden determinado, en otras realizaciones alternativas se pueden ejecutar en un orden diferente. Las diversas realizaciones aquí descritas también se pueden combinar para proporcionar otras realizaciones.

Además, salvo que la palabra "o" se limite expresamente a significar un único elemento excluyente de los demás en referencia a una lista de dos o más elementos, el uso de "o" en dicha lista debe interpretarse en el sentido de que incluye (a) cualquier elemento individual de la lista, (b) todos los elementos de la lista, o (c) cualquier combinación de los elementos de la lista. Cuando el contexto lo permita, los términos singular o plural también pueden incluir el término plural o singular, respectivamente. Además, el término "que comprende" se utiliza a lo largo de la descripción para referirse a la inclusión de al menos la o las características mencionadas, sin excluir un número mayor de las mismas características y/o tipos adicionales de otras características. También se apreciará que las realizaciones específicas se han descrito aquí con fines ilustrativos, pero que pueden realizarse diversas modificaciones sin desviarse de la tecnología. Además, aunque las ventajas asociadas con determinadas realizaciones de la tecnología han sido descritas en el contexto de dichas realizaciones, otras realizaciones también pueden presentar dichas ventajas, y no todas las realizaciones tienen que presentar necesariamente dichas ventajas para considerarse dentro del alcance de la tecnología. En consecuencia, la divulgación y la tecnología asociada pueden abarcar otras realizaciones no mostradas o descritas expresamente en esta especificación. La invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de electrodos para precipitador electrostático para la colocación en un filtro de aire, el conjunto comprende: uno o más electrodos colectores (122, 322), cada uno de los cuales comprende: una porción conductora interna (125, 325) y una superficie exterior generalmente paralela a una dirección de flujo de aire a través del filtro de aire, y donde los electrodos colectores (122, 322) incluyen además una porción colectora (124, 324), y donde dicha porción colectora (124, 324) presenta una estructura de celdas abiertas, caracterizándose la estructura de celdas abiertas por tener una alta resistividad eléctrica superior a 102 Qm.

2. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 1, donde la porción conductora (125, 325) comprende una superficie o placa conductora intercalada entre capas opuestas de la porción colectora (124, 324).

3. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 2, donde las capas opuestas de la porción colectora (124, 324) son paralelas a la superficie o placa conductora.

4. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según cualquier reivindicación anterior, donde dichos electrodos colectores (122, 322) están dispuestos sustancialmente en paralelo y espaciados entre sí.

5. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 4 comprende además uno o más electrodos repelentes (128, 328) cada uno dispuesto en paralelo y alternando con dichos electrodos colectores (122, 322).

6. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según una de las reivindicaciones 1-5, donde dicha porción colectora (124, 324) comprende espuma de melamina.

7. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 5, donde dicha porción conductora (125, 325) es una película conductora.

8. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 2, o cualquier reivindicación dependiente de la misma, donde dicha porción conductora (125, 325) está adherida a las capas de la porción colectora (124, 324).

9. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 1, donde dicha porción conductora (125, 325) es una tinta conductora.

10. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según cualquier reivindicación anterior, donde dicha porción conductora (125, 325) comprende al menos una rejilla metálica, un epoxi conductor, una pluralidad de partículas conductoras distribuidas por dichos electrodos colectores (122, 322).

11. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según cualquier reivindicación anterior, donde la porción colectora (124, 324) comprende además un material desinfectante.

12. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según cualquier reivindicación precedente, donde dicha porción conductora es una primera porción conductora y donde dichos electrodos colectores (122, 322) comprenden además una segunda porción conductora (354) que tiene una resistividad eléctrica diferente de dicha primera porción conductora (325).

13. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 12, donde una resistividad eléctrica de dicha segunda porción conductora (354) es menor que una resistividad eléctrica de dicha primera porción conductora (324).

14. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según la reivindicación 5 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, donde dicha pluralidad de electrodos repelentes (128) tienen cada uno una porción proximal (261), una porción distal (262) y una porción intermedia (263) entre ellas, y un primer saliente (264a) dispuesto en la porción proximal que es más ancho que una anchura de la porción intermedia (263).

15. El conjunto de electrodos para precipitador electrostático según cualquier reivindicación precedente, donde la estructura de celda abierta tiene una alta resistividad eléctrica mayor o igual 107 Qm.