ITTO940965A1 - Filtro per aria e relativo procedimento di rigenerazione. - Google Patents

Abstract

Procedimento di rigenerazione, e relativo filtro, per un impianto di condizionamento dell'aria in cui il filtro, del tipo a carboni attivi (FCA), viene riscaldato ad una temperatura elevata, tale da produrre il desorbimento di gas indesiderati assorbiti in precedenza dai carboni attivi (FCA) e contemporaneamente viene stabilito un modesto flusso di aria per asportare ed espellere tali gas indesiderati. Il procedimento inoltre determina l'asciugamento e la sterilizzazione del filtro.(Fig. 2)

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Filtro per aria e relativo procedimento di rigenerazione"

DESCRIZIONE

La presente invenzione fa riferimento in generale ad un filtro per il condizionamento dell’aria. Più specificamente, la presente invenzione fa riferimento ad un filtro di depurazione rigenerabile per il condizionamento dell'aria ed al relativo procedimento di rigenerazione.

L’invenzione è stata sviluppata in particolare per l’applicazione a sistemi di condizionamento dì autoveicoli, essa può essere tuttavia applicata anche ad impianti di condizionamento di tipo differente quali, ad esempio, impianti di condizionamento per abitazioni.

Oggigiorno vi è sempre più la tendenza a dotare gli impianti di climatizzazione e di condizionamento installati a bordo di autoveicoli di un filtro per l'aria. Sovente, anche autoveicoli aventi un impianto di aerazione, cioè sprovvisto di un condizionatore o climatizzatore, sono dotati di tale filtro per l'aria. Lo scopo del filtro per l’aria è quello di depurare l'aria che viene immessa, o che circola, nell'abitacolo del veicolo. Lo scopo del filtro è quindi quello di depurare l'aria da sostanze indesiderate.

Tali sostanze sono essenzialmente di due tipi, e cioè polveri e gas. L’utilità di depurare l’aria da tali sostanze è evidente. Le polveri infatti, tra le quali sono classificabili anche sostanze come i pollini, possono provocare irritazioni degli occhi e delle mucose dell'apparato respiratorio, nonché allergie. Parimenti, nell’aria possono essere presenti numerosi gas, tra cui alcuni gas prodotti dai motori a combustione interna, che sono di odore sgradevole, nocivi o irritanti.

Per filtrare le polveri si impiega uno o più strati di un materiale filtrante poroso quali, ad esempio, carta, tessuto, feltro. Per filtrare i gas si impiegano invece sostanze, solitamente provviste in forma granulare, adsorbenti, cioè in grado di assorbire i gas indesiderati. Tipicamente, vengono impiegati a tale scopo i cosiddetti carboni attivi; Tipicamente, i filtri di cui sono dotati i moderni impianti di condizionamento per autoveicoli sono quindi dotati di una cartuccia, o elemento filtrante, comprendente uno strato di carbone attivo, atto a trattenere gas tossici e/o maleodoranti, ed uno strato di materiale filtrante poroso, atto a trattenere sostanze sotto forma di particelle quali polveri e/o pollini. I due strati sono tra loro adiacenti o contigui e vengono attraversati da un flusso di aria che viene successivamente immessa nell'abitacolo del veicolo.

Tali filtri, anche se efficaci in quanto in grado di eliminare sostanze dannose o irritanti per l'organismo, presentano però alcuni seri inconvenienti tecnici.

Un primo inconveniente è dovuto alla necessità di sostituire periodicamente la cartuccia, o elemento filtrante, con conseguenti costi, a volte elevati. Tale necessità è data dal fatto che le suddette sostanze adsorbenti, quali i carboni attivi, hanno una capacità di assorbimento dei gas che è limitata. A tale riguardo, i costruttori automobilistici hanno adottato sostanzialmente due differenti strategie per il dimensionamento e la realizzazione dei filtri .

Una prima strategia prevede l'impiego di filtri contenenti un'elevata quantità di carboni attivi (ad esemplo 700 g) tale da permettere sostanzialmente l'eliminazione, tramite assorbimento, del gas indesiderati .

Una seconda strategia prevede invecè l’impiego di cartucce filtranti contenenti una ridotta quantità di carboni attivi (tipicamente da 50 a 70 g). Tale strategia si basa sul fatto che la percezione ol-, fattiva degli esseri umani è molto più sensibile alle variazioni di sostanze odoranti. Ciò vuol dire in pratica che se nell’aria viene immessa una sostanza odorante, inizialmente se ne ha una percezione olfattiva molto intensa che diminuisce tuttavia gradualmente con il passare del tempo.

Sfruttando questo fenomeno, le cartucce filtranti a ridotto contenuto di carboni attivi si limitano a smorzare l’effetto di eventuali gas maleodoranti immessi nell'abitacolo, attutendo in tal modo le sensazioni sgradevoli percepite dagli occupanti. Ciò avviene in quanto un gas maleodorante che venga immesso nell'abitacolo viene inizialmente assorbito efficacemente dai carboni attivi, successivamente, a causa della saturazione della capacità assorbente dei carboni attivi, l'assorbimento diventa sempre meno efficace. A lungo andare, la cartuccia filtrante non assorbe più il gas, ma lo lascia passare (anzi, in genere, si verifica un leggero desorbimento, cioè un rilascio del gas); a questo punto, tuttavia, la percezione olfattiva degli occupanti l’abitacolo si è adattata alla presenza del gas mal-eodorante, per cui esso risulta molto meno sgradevole.

Con entrambe le strategie, dopo un certo periodo di impiego le cartucce si esauriscono, cioè perdono la loro capacità di assorbimento, cosi da non essere più in grado di espletare la funzione per cui sono state realizzate. Tipicamente, la durata media delle cartucce filtranti può essere al massimo di qualche mese. Ciò rende necessario, come già detto, la sostituzione periodica delle cartucce con conseguenti costi dovuti sia alle cartucce stesse che alla mano d’opera necessaria alla loro sostituzione.

Un secondo inconveniente di questo tipo di filtri è dato dalla possibilità di formazione di colonie di batteri all’interno dei filtri stessi. Tali filtri, infatti, tipicamente sono degli eccellenti terreni di coltura per numerose specie di batteri. Ciò è dovuto ad una serie di fattori.

In primo luògo, i filtri sono costituiti da materiale di tipo fibroso, poroso oppure granulare, avente quindi un’area superficiale molto estesa che fornisce quindi un sopporto molto esteso e favorevole per i batteri. Inoltre, tali sostanze generalmente sono più o meno igroscopiche, per cui trattengono sempre una certa quantità di umidità, il che permette -ad eventuali batteri depositatisi su di esse di prosperare. Per molte specie di batteri è inoltre favorevole anche il fatto che tali filtri siano collocati all’interno di condotti di ventilazione e quindi al buio.

Per i suddetti motivi, i filtri rappresentano un ottimo terreno di coltura per colonie batteriche. La formazione di tali colonie diventa quindi un evento estremamente probabile, in quanto i filtri, trattenendo le particelle presenti nell’aria, catturano la maggior parte dei batteri presenti nell’aria che possono quindi dare origine alle colture batteriche .

La formazione di colture batteriche nei filtri è sicuramente un inconveniente, in quanto la corrente d'aria che attraversa il filtro può asportare dei batteri, potenzialmente nocivi, che vengono in tal modo immessi nell’abitacolo del veicolo. Inoltre, tali colture batteriche sono spesso fonte di odori sgradevoli ed intensi.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un filtro rigenerabile, ed il relativo procedimento di rigenerazione, che permetta di risolvere in modo soddisfacente tutti i problemi sopra indicati.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un filtro rigenerabile , ed al relativo procedimento di rigenerazione, avente le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che seguono la presente descrizione.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente dettagliata descrizione, effettuata con l’ausilio degli annessi disegni, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

la fig.l è un diagramma illustrante il principio di funzionamento di un filtro secondo la presente invenzione, e

la flg.2 è una rappresentazione schematica, esplosa, di una forma di attuazione di un filtro secondo la presente invenzione.

Come si è detto in precedenza, tali filtri sono caratterizzati dall ’impiego di sostanze, tipicamente carboni attivi, aventi la capacità di assorbire gas indesiderati presenti nell’aria. Tale fenomeno di assorbimento di questi gas, tuttavia, come accennato in precedenza, non è un processo irreversibile. Infatti, tali gas possono essere nuovamente ceduti, o rilasciati, nell’aria da tali sostanze dopo essere stati assorbiti. Tale fenomeno di rilasciò viene indicato con il nome di desorbimento , in quanto-è il contrario del processo di assorbimento.

Il processo di desorbimento è regolato dalla pressione del gas in questione e dalla temperatura cui si trova la sostanza filtrante. Tipicamente, il desorbimento aumenta all'aumentare della temperatura cui si trova la sostanza filtrante ed al diminuire della pressione del gas in questione.

Nella fig.l è rappresentato un grafico in cui è riportato l'andamento del processo di desorbimento di un materiale filtrante a carboni attivi, denominato KURARAY FT-200, nel caso in cui il gas sia un idrocarburo e più precisamente HC. Nel grafico, in ascissa MIN è riportato il tempo in minuti, mentre in ordinata DES è riportato il desorbimento espresso in percentuale. La curva 1 fa riferimento ad un desorbimento in flusso di elio (12 mm/sec.), mentre la curva 2 fa riferimento ad un desorbimento in aria statica. Per entrambe le curve 1, 2 la temperatura del materiale filtrante è di 80°C. Come si può notare dal grafico, in tempi piuttosto ridotti (ad esemplo 15 minuti) e con un moderato flusso, si ottiene un desorbimento pressoché completo del gas dal materiale filtrante.

L’invenzione consiste quindi in un -filtro del tipo suddetto, rigenerabile mediante un procedimento che porti al desorbimento del materiale filtrante impiegato nel filtro stesso. In particolare, in una forma di attuazione al momento considerata preferenziale, tale procedimento prevede che il materiale filtrante in questione, nel caso specifico carboni attivi, venga riscaldato ad una temperatura di circa 80ec e che attraverso di esso venga fatto passare almeno un modesto flusso di aria. In questo modo si verifica una rigenerazione pressoché totale dei carboni attivi .

Il procedimento di rigenerazione consiste quindi in una fase di durata limitata, ad esemplo da 5 a 30 minuti, in cui i carboni attivi presenti nel filtro vengono portati ad una temperatura di circa 80-90*C, mentre vengono fatti attraversare da un modesto flusso di aria. E' preferibile che tale flusso di aria sia invertito rispetto alla direzione normale del flusso che si ha durante il funzionamento dell'impianto di condizionamento in cui è Installato il filtro in questione.

Durante il desorbimento, infatti, i carboni attivi rilasciano i gas nocivi, o di odore sgradevole, che hanno assorbito durante il normale funzionamento. Se il flusso di aria nel corso della fase di rigenerazione non venisse Invertito, tali gas verrebbero immessi direttamente nell’abitacolo. Invertendo il flusso, invece, in modo che esso sia diretto all'esterno dell’abitacolo, si evita questo problema e la fase di rigenerazione può essere attuata senza controindicazioni .

L’entità, o portata, di tale flusso è vantaggiosamente modesta, in quanto esso ha essenzialmente la funzione di asportare i gas rilasciati nel corso del processo di desorbimento in modo da espellerli. Un flusso di aria intenso avrebbe solamente l’effetto di produrre un maggior consumo di energia, sia per stabilire il flusso stesso, sia per la maggiore quantità di energia necessaria a mantenere i carboni attivi alla temperatura di 80’C, dato il raffreddamento prodotto dal flusso di aria. Per tale motivo, è conveniente l’impiego di un flusso d’aria con velocità lineare dell'ordine dei mm/sec..

Tale procedimento, oltre a produrre il desorbimento e quindi la rigenerazione dei carboni attivi, produce anche altri effetti vantaggiosi.

In primo luogo, il riscaldamento dei carboni attivi e l’attraversamento con un flusso di aria determinano l’asciugamento del filtro con conseguente eliminazione totale dell’umidità accumulatasi nel filtro stesso nel corso dell'uso normale. Ciò è particolarmente utile, in quanto rende molto difficoltosa la proliferazione dei batteri all’interno del filtro. Inoltre, la fase di rigenerazione, a causa dell'innalzamento periodico della temperatura del filtro a 80-90°c, costituisce di fatto un procedimento di sterilizzazione, noto con il nome di tindal lizzazione , che uccide i batteri presenti nel filtro. In tal modo, la fase di rigenerazione ha anche il vantaggioso effetto di produrre una totale eliminazione dei batteri eventualmente accumulatisi nel filtro stesso.

E’ evidente che la procedura di rigenerazione deve essere eseguita periodicamente in modo da ripristinare le capacità assorbenti dei carboni attivi e sterilizzare efficacemente il filtro. Durante la procedura di rigenerazione non è possibile il normale funzionamento dell’impianto di condizionamento; tuttavia, ciò non è un problema in quanto, come si è visto, la procedura richiede un tempo ridotto.

Nel caso dell'impianto di condizionamento di un'abitazione, ad esempio, la procedura può vantaggiosamente essere eseguita una volta al giorno, eventualmente di notte.

Nel caso dell'impianto di condizionamento dì un autoveicolo invece, la procedura può essere eseguita in modo automatico ogni volta che viene spento il motore del veicolo e questo viene chiuso e lasciato inutilizzato. In tal modo, ad esemplo al termine di ogni viaggio, avviene la rigenerazione e la sterilizzazione del filtro dell'impianto di condizionamento .

Tale procedura può quindi essere attivata in modo automatico da una centralina installata a bordo dell’autoveicolo. Poiché la procedura viene eseguita a veicolo fermo, l'energia necessaria alla sua esecuzione viene fornita dalla batteria del veicolo. Ciò non costituisce un problema, poiché, come si è visto, il consumo necessario per portare a termine la fase di rigenerazione è modesto.

Verrà ora descritto, a titolo puramente illustrativo, con riferimento alla fig.2, un elemento filtrante, o cartuccia,predisposto per l’attuazione del procedimento secondo la presente invenzione. La cartuccia, nel caso specifico, ha forma rettangolare e comprende due reti R, sopportate da un telaio T, tra le quali sono disposti alcuni strati di materiale filtrante. Tali strati di materiale filtrante comprendono un filtro particellare FP ed un filtro a carboni attivi FCA per l'assorbimento di gas.

Il filtro particellare FP è rappresentato in figura scomposto in due strati distinti, in quanto al suo interno è inserito un riscaldatore RIS. Il riscaldatore RIS si trova in pratica inserito all'interno del filtro particellare FP.I1 riscaldatore RIS tipicamente è un riscaldatore elettrico ed è costituito da filamenti resistivi inseriti tra gli strati di materiale poroso del filtro particellare FP.

Nel corso delle fase di rigenerazione viene stabilito, mediante un ventilatore facente parte dell'impianto di condizionamento (non illustrato), un flusso di aria nella direzione delle frecce grandi rappresentate in corrispondenza dei telai T. E' evidente quindi come l’attivazione del riscaldatore RIS produca un riscaldamento alla temperatura desiderata sia del filtro particellare FP, in cui è inserito il riscaldatore RIS stesso, sia del filtro a carboni attivi FCA che è adiacente al filtro particellare FP eviene attraversato dall'aria, riscaldata, che ha appena attraversato il filtro particellare FP.

In tal modo, viene vantaggiosamente eseguita la fase di rigenerazione e contemporaneamente vengono sterilizzati ed asciugati completamente sia il filtrò- particel lare FP che il filtro a carboni attivi FCA.

In alternativa, il riscaldatore RIS può essere esterno al filtro e provvisto nel condotto di ventilazione, anche se tale soluzione è energeticamente meno efficiente.

Con il filtro ed il procedimento secondo la presente invenzione è possibile dimensionare e realizzare il filtro in modo che la sua sostituzione non sia necessaria per tutta la durata dell’autoveicolo, oppure sì renda necessaria solo ad intervalli molto lunghi, pur avendo una quantità di carboni attivi molto ridotta, consentendo quindi un vantaggioso risparmio nei costi e negli spazi del filtro stesso. Ciò pur ottenendo il pressoché totale assorbimento del gas indesiderati in modo analogo ai costosi ed ingombranti filtri realizzati secondo la suddetta prima strategia.

Ε' Inoltre naturalmente possibile l’impiego di sostanze adsorbenti differenti dai carboni attivi, quali ad esempio le zeollti, in quanto il principio alla base della presente invenzione prescinde dal particolare tipo di materiale adsorbente impiegato nel filtro cosi come prescinde dalla particolare forma e/o configurazione assunta dal filtro stesso.

- Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione , i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente Invenzione .

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per rigenerare un filtro dell'aria di un impiànto di condizionamento per un ambiente, detto filtro comprendendo almeno un primo strato di materiale filtrante (FCA) in grado di assorbire gas indesiderati, caratterizzato dal fatto che comprende 1 ’operazione di riscaldare, per un intervallo di tempo limitato, detto almeno un primo strato di materiale filtrante (FCA) ad una temperatura elevata, tale da produrre un sostanziale desorbimento di detti gas indesiderati da detto materiale filtrante (FCA) .
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre l’operazione di generare un flusso di aria, di portata ridotta, attraversante detto filtro, sostanzialmente contemporaneamente a detta operazione di riscaldamento .
3. 3. Procdimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto flusso di aria è diretto verso l'esterno di detto ambiente.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che viene ripetuto periodicamente.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto intervallo di tempo ha una durata compresa tra 5 e 30 minuti.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui detto materiale filtrante è costituito da carboni attivi (FCA), caratterizzato dal fatto che detta temperatura elevata è maggiore di 50*C . : 7. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui detto materiale filtrante è costituito da zeoliti (FCA), caratterizzato dal fatto che detta temperatura elevata è compresa tra 140 “C e 200 "C. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzato dal fatto che detto flusso di aria ha una velocità lineare inferiore a 10 cm/sec.. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, in cui detto ambiente è l'abitacolo di un autoveicolo, caratterizzato dal fatto che viene eseguito quando detto autoveicolo rimane inutilizzato. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che viene eseguito, in modo automatico, al termine di un periodo di utilizzazione di detto autoveicolo, trovandosi esso fermo e privo di occupanti. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto riscaldamento, di detto materiale filtrante (FCA), avviene mediante mezzi di riscaldamento elettrici (RIS) alimentati da un accumulatore elettrico di detto autoveicolo. 12.' Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto filtro comprende inoltre almeno un secondo strato di materiale filtrante (FP) atto a trattenere particelle presenti nell’aria, caratterizzato dal fatto che detto riscaldamento interessa tutti gli strati di materiale filtrante (FCA, FP) di detto filtro in modo da produrne l'asciugamento. 13. Filtro dell’aria di un impianto di condizionamento per un ambiente, detto filtro comprendendo almeno un primo strato di materiale filtrante (FCA) in grado di assorbire gas indesiderati, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi di riscaldamento (RIS) atti a portare detto almeno un primo strato di materiale filtrante (FCA) ad una temperatura elevata, tale da provocare un sostanziale desorbimento di detti gas indesiderati da detto materiale filtrante (FCA). 14. Filtro secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto materiale filtrante è costituito 'da carboni attivi (FCA). 15. Filtro secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riscaldamento (RIS ) sono configurati in modo da portare detti carboni attivi (FCA) ad una temperatura maggiore di 50°C . 16. Filtro secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto materiale filtrante è costituito da zeoliti (FCA). 17. Filtro secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riscaldamento (RIS) sono configurati in modo da portare dette zeoliti (FCA) ad una temperatura compresa tra 140'C e 200 °C. 18. Filtro secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 a 17, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riscaldamento comprendono un riscaldatore elettrico resistivo (Ris). 19. Filtro secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 a 18, caratterizzato dal fatto che detto filtro comprende inoltre almeno un secondo strato di materiale filtrante (FP) atto a trattenere particelle presenti nell'aria. 20. Filtro secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che detto almeno un primo strato di materiale filtrante (FCA) e detto almeno un secondo strato di materiale filtrante {FP) 3ono adiacenti. 21. Filtro secondo la rivendicazione 20, caratterizzato-.dal fatto che detti mezzi di riscaldamento (RIS ) sono inseriti in detto almeno un secondo strato di materiale filtrante (FP). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.