ES2285445T3 - Conjunto de filtracion y de tratamiento de compuestos organicos, su metodo de fabricacion y aparato de acondicionamiento de aire equipado con dicho conjunto. - Google Patents

Conjunto de filtracion y de tratamiento de compuestos organicos, su metodo de fabricacion y aparato de acondicionamiento de aire equipado con dicho conjunto. Download PDF

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Abstract

Conjunto de filtración y de tratamiento de compuestos orgánicos para aparato de acondicionamiento de aire que comprende al menos un medio filtrante, en el que: - dicho medio filtrante (203, 204) comprende un agente de adsorción (232, 242) y un agente fotocatalizador (233, 243); - dicho medio filtrante está repartido en dos módulos filtrantes (201, 202) destinados a ser atravesados sucesivamente por el flujo de aire (F3) a filtrar y a tratar y - se han intercalado unos medios (206) de iluminación del agente fotocatalizador entre dichos módulos filtrantes (201, 202), caracterizado porque dichos medios de iluminación (206) están dispuestos en un módulo (205) atravesado por el flujo (F3) de aire a filtrar y que constituye, con dichos módulos filtrantes (201, 202), dicho conjunto de filtración (20).

Description

Conjunto de filtración y de tratamiento de compuestos orgánicos, su método de fabricación y aparato de acondicionamiento de aire equipado con dicho conjunto.
La invención se refiere a un conjunto de filtración de aire y de tratamiento de compuestos orgánicos, a un procedimiento de fabricación de un conjunto de este tipo y a un aparato de acondicionamiento de aire, especialmente para edificación, equipado con un conjunto de este tipo.
Es conocido equipar una máquina de acondicionamiento de aire con un filtro de carbón activo que permite absorber las moléculas orgánicas presentes en la atmósfera, especialmente durante los picos de contaminación. La adsorción con carbón activo es actualmente una de las técnicas de mejores prestaciones para tratar los vapores orgánicos presentes en los efluentes industriales gaseosos. El inconveniente de este tipo de filtro es la saturación relativamente rápida del medio filtrante correspondiente al punto de perforación del carbón.
Para mejorar el poder filtrante de ciertos medios, se ha podido contemplar, como en el documento FR-A-2 812 825 asociar en un mismo medio filtrante un agente fotocatalizador y carbón activo colocados en forma de dos capas que recubren un soporte permeable. Hasta ahora no se ha utilizado un medio filtrante de este tipo para un aparato de acondicionamiento de aire.
Por otra parte, se conoce a partir del documento EP-A-0 798 143, utilizar, en el campo de los vehículos automóviles, un filtro de fotocatálisis para atrapar, principalmente, compuestos del tipo NO_{x}, esto a fin de tratar los olores, especialmente de tabaco, que se encuentra en los vehículos. Estos filtros de fotocatálisis pueden ser asociados a filtros de adsorción distintos que contemplan retirar gases neutros que contienen compuestos aromáticos. Cuando se utiliza un filtro de fotocatálisis, no se ha previsto que este filtro contenga carbón activo. Además, el dispositivo de filtración así creado debe ser instalado pieza a pieza en un conducto de purificación de aire y no es en la práctica compatible más que con pequeños caudales de aire, tal como se puede encontrar para el tratamiento del volumen interior de un vehículo automóvil. Finalmente, se debe colocar la lámpara utilizada en un conducto en el cual se alojan los filtros, lo cual es largo y fastidioso.
Son más particularmente estos inconvenientes los que se pretende remediar con la invención, proponiendo un conjunto de filtración y de tratamiento de compuestos orgánicos para un aparato de acondicionamiento de aire que puede ser utilizado en el campo de la edificación cuya construcción sea fácil y compatible con las velocidades de circulación de aire comprendidas entre 0 y 3 metros por segundo (m/s), o incluso mayores.
En este espíritu, la invención se refiere a un conjunto de filtración y de tratamiento de compuestos orgánicos para aparato de acondicionamiento de aire que comprende al menos un medio filtrante, en el que:
-
el medio filtrante comprende un agente de adsorción y un agente fotocatalizador;
-
el medio filtrante está repartido en dos módulos filtrantes destinados a ser atravesados sucesivamente por el flujo de aire a filtrar y a tratar y
-
se han intercalado unos medios de iluminación del agente fotocatalizador entre los módulos filtrantes
caracterizado porque los medios de iluminación están dispuestos en un módulo atravesado por el flujo y que constituye, con los módulos filtrantes, el conjunto de filtración.
En el sentido de la presente invención, un aparato de acondicionamiento de aire es un aparato que comprende al menos una unidad de tratamiento del aire para hacer variar una de sus propiedades físicas. Un aparato de este tipo puede ser una central, un ventilador-convector, un climatizador, un armario de control para local informático, etc...
Gracias a la invención, la construcción del conjunto de filtración y de tratamiento en forma de tres módulos destinados a ser sucesivamente atravesados por el flujo de aire permite optimizar su fabricación adaptando sus dimensiones transversales y las propiedades de sus diferentes módulos al aparato al cual debe ser asociado, así como al tipo de aire a tratar y filtrar. Este conjunto formado por tres módulos constituye, de manera ventajosa pero no obligatoria, un dispositivo unitario que se puede fabricar y almacenar fácilmente con vistas a su integración en el aparato de acondicionamiento de aire.
Según unos aspectos ventajosos, un conjunto de filtración y de tratamiento de aire puede incorporar una o varias de las características siguientes:
- El agente de adsorción y el agente fotocatalizador están repartidos respectivamente en uno o respectivamente los dos lados de un soporte permeable. En este caso, se puede prever que el agente de adsorción esté repartido en el lado de aguas arriba del medio filtrante dispuesto en el módulo filtrante de aguas arriba y en el lado de aguas abajo del medio filtrante dispuesto en el módulo filtrante de aguas abajo, mientras que el agente fotocatalizador esté repartido en el lado de aguas abajo del medio filtrante dispuesto en el módulo filtrante de aguas arriba y en el lado de aguas arriba del medio filtrante dispuesto en el módulo filtrante de aguas abajo. Así, el agente fotocatalizador está orientado hacia las lámparas del módulo de iluminación, lo cual favorece su acción, mientras que el agente de adsorción no perturba la acción de la radiación, especialmente ultravioleta, que hace pasar ciertos electrones del agente fotocatalizador de la banda de valencia a la banda de conducción. El agente fotocatalizador puede ser TiO_{2} o cualquier otro agente adaptado, mientras que el agente de adsorción puede ser, por ejemplo, carbón activo.
- Los módulos anteriormente citados se ensamblan entre sí de manera reversible, lo cual permite separarlos para acceder al módulo de iluminación, especialmente con vistas a una operación de mantenimiento al nivel de las lámparas.
- El módulo de iluminación incorpora lámparas de ultravioletas y, eventualmente dispositivos de alimentación de estas lámparas. Toda la función de iluminación está contenida entonces en este módulo.
- El módulo de iluminación está provisto de al menos una placa que separa dos lámparas vecinas y revestida, al menos en una de sus caras, de agente fotocatalizador.
- El medio filtrante está plegado con vistas a la optimización de la superficie filtrante y de la iluminación obtenidas, en los módulos filtrantes, lo cual permite aumentar su superficie activa sin aumentar las dimensiones transversales de estos módulos.
La invención se refiere igualmente a un procedimiento de fabricación de un conjunto de filtración y de tratamiento tal como el descrito anteriormente, que comprende unas etapas que consisten en:
-
seleccionar las carcasas de los módulos en función de las dimensiones del aparato de acondicionamiento de aire a equipar;
-
seleccionar el medio filtrante en función del tipo de las partículas a tratar;
-
seleccionar el tipo, el número y la potencia de las lámparas del módulo de iluminación e
-
intercalar el módulo de iluminación entre los módulos filtrantes.
De manera ventajosa pero no obligatoria, se puede prever ensamblar los módulos en un conjunto unitario apto para ser integrado en el aparato anteriormente citado.
La invención se refiere finalmente a un aparato de acondicionamiento de aire, especialmente para edificios industriales, terciarios y/o residenciales, equipado con un conjunto de filtración de aire tal como el anteriormente descrito.
De manera ventajosa, un aparato de este tipo comprende al menos, de aguas arriba hacia aguas abajo, un prefiltro, una unidad de tratamiento y un ventilador, mientras que el conjunto de filtración de tratamiento está dispuesto aguas abajo de esta unidad y aguas arriba o aguas abajo de este ventilador. Esto permite controlar, gracias a la unidad de tratamiento, la eficacia de la fotocatálisis que es influenciada por la temperatura y la humedad del aire que se pone en contacto con el medio filtrante. Sin embargo, el conjunto de filtración puede igualmente ser instalado en otra parte de un aparato de acondicionamiento de aire que no incluya prefiltro o ventilador.
Se comprenderá mejor la invención y aparecerán más claramente otras ventajas de ésta a la luz de la descripción siguiente de un modo de realización de un aparato de acondicionamiento de aire conforme a su principio, dada únicamente a título de ejemplo y hecha en referencia a los dibujos anexos en los cuales:
- la figura 1 es un corte longitudinal de principio de un aparato de acondicionamiento de aire conforme a la invención;
- la figura 2 es una vista lateral con despiece ordenado del conjunto de filtración y de tratamiento que equipa el aparato de la figura 1;
- la figura 3 es un corte a mayor escala del detalle III de la figura 2; y
- la figura 4 es una vista en perspectiva con despiece ordenado del conjunto de la figura 2.
El aparato A representado en la figura 1 está previsto para aspirar aire a la vez en el exterior y en el interior de un edificio B. Para hacer esto, el aparato A está equipado con una caja de premezcla 10 que puede ser alimentada de aire a partir del exterior, como se representa por la flecha F_{1}, y a partir del interior del edificio B, como se representa por la flecha F_{2}.
Aguas debajo de la caja 10 está dispuesto un prefiltro 12 destinado a retener las impurezas más gruesas.
Una batería caliente 14, una batería fría 16 y un humidificador 18 han sido dispuestos sucesivamente aguas abajo del prefiltro 12 y en el trayecto de circulación del aire en el aparato A, estando representada esta circulación por la flecha F_{3}. Los elementos 14 a 18 constituyen unidades de tratamiento que permiten modificar algunas propiedades físicas del aire que atraviesa el aparato A.
Se dispone un filtro 20 que permite tratar el aire que transita por el aparato A aguas abajo del humidificador 18 y aguas arriba de un ventilador 22 cuya salida está conectada a un filtro de acabado 24 aguas abajo del cual está dispuesta una cavidad resonante 26.
La estructura del filtro 20 se destaca más particularmente en las figuras 2 a 4. Este filtro comprende dos módulos filtrantes 201 y 202 en el interior de los cuales está dispuesta una banda de medio filtrante 203, o respectivamente 204.
El medio filtrante 203 dispuesto en el módulo filtrante de aguas arriba 201 está plisado o plegado en zigzag en el interior de la carcasa 201a de este módulo y comprende un soporte permeable 231 cuyo lado de aguas arriba está revestido por una capa 232 de carbón activo y cuyo lado de aguas abajo está revestido por una capa 233 de TiO_{2}. Bien entendido, se podría utilizar otros agentes catalizadores en el marco de la presente invención, tales como, especialmente, otros óxidos metálicos, óxidos alcalinotérreos, óxidos de actínidos u óxidos de tierras raras.
Igualmente, se puede utilizar agentes de adscripción diferentes del carbón activo, tales como, especialmente, zeolitas o resinas de polímeros.
Sin que esto constituya una obligación, el medio filtrante puede ser conforme a las prescripciones técnicas del documento A-2 812 825.
El medio filtrante 204 dispuesto en la carcasa 202a del módulo de filtración de aguas abajo 202 está constituido a partir del mismo material que el medio 203, con un soporte permeable 241, una capa 242 de carbón activo y una capa 243 de TiO_{2}. La capa 242 está dispuesta en el lado de aguas abajo del soporte 241, mientras que la capa 243 está dispuesta en su lado de aguas arriba.
Entre los módulos 201 y 202 se intercala un módulo de iluminación 205 y comprende una carcasa 205a que contiene unas lámparas de ultravioletas 206 que funcionan a potencia constante a fin de optimizar la duración de la vida del sistema. Estas lámparas son alimentadas de corriente a partir de una o varias reactancias 207 dispuestas en la carcasa 205a. Están separadas la una de la otra por unas placas separadoras 208 cuyas caras superior e inferior están revestidas por unas capas 283 de TiO_{2}. Se puede emplear aquí otros agentes fotocatalizadores. En la práctica, son los mismos que los utilizados en el medio filtrante.
Se observa que las placas separadoras 208 son opcionales, siendo su función optimizar el fenómeno de fotocatálisis en fase gaseosa.
El flujo de aire atraviesa sucesivamente los módulos 201, 205 y 202 que forman conjuntamente el conducto de circulación del flujo de aire F_{3} en el conjunto 20. En particular, los módulos 201, 205 y 202 asociados, que forman la estructura del conjunto 20, no tienen que ser instalados en un conducto incómodo.
La asociación del carbón activo y del agente fotocatalizador permite obtener una depuración del flujo de aire F_{3} por adsorción física de los compuestos orgánicos al nivel del carbón activo y por fotocatálisis al nivel de las capas de TiO_{2}, descomponiéndose el proceso fotocatalítico heterogéneo aplicado en cinco fases que son la transferencia de los reactivos gaseosos hacia la superficie fotocatalítica, la adsorción de los reactivos gaseosos en esta superficie, la reacción fotoquímica entre los reactivos gaseosos adsorbidos y la mineralización de los compuestos orgánicos, la desorción de los productos gaseosos de la reducción fotocatalítica y la transferencia de los productos gaseosos fuera de la superficie fotocatalítica. La energía aportada por la radiación ultravioleta procedente de las lámparas 206 permite a un electrón de la capa de TiO_{2} pasar de la banda de valencia a la banda de conducción de este material, lo que crea un emplazamiento de oxidación (orificio h^{+}) en la banda de valencia y un emplazamiento de reducción (electrón e^{-}) en la banda de conducción. Los orificios h^{+} reaccionan con los donantes de electrones que son los productos orgánicos a adsorber en la superficie del TiO_{2}. Al mismo tiempo, los electrones e^{-} reaccionan con los aceptadores de
electrones.
Así, el electrón de la banda de conducción puede ser atrapado por el oxígeno molecular O_{2} mientras que el orificio de la banda de valencia es atrapado por los grupos hidroxilo superficiales básicos o por el agua adsorbida, lo cual permite formar radicales hidroxilo. Se obtiene así un sistema de oxidación reducción y la formación de radicales o de ión-radicales. Éstos últimos se transforman, reaccionan entre sí o atacan los compuestos orgánicos adsorbidos por el TiO_{2} que son así degradados.
Durante la fabricación del conjunto 20, los elementos 201, 202, y 205 son reunidos para constituir el conjunto 20 y permiten filtrar eficazmente una cantidad de aire que se desplaza a una velocidad frontal relativamente rápida, superior a 2 m/s, y con un caudal relativamente importante.
Se comprende que es posible premontar módulos de filtración del tipo del módulo 201 o del módulo 202 con medios filtrantes de tipos diferentes, por ejemplo según la naturaleza del carbón activo utilizado, pulverulento o fibroso, o según la geometría de los medios 203 y 204, especialmente según el tipo de plegado preferido.
Es posible igualmente premontar módulos de iluminación 205 que comprendan unos tipos de lámparas 206 preseleccionadas.
Es posible por tanto ensamblar un conjunto 20 en función de la utilización prevista para el aparato A en el cual se va a integrar o del tipo y/o de las dimensiones de este aparato. En particular, se pueden seleccionar los módulos 201 y 202, entre varios tipos de módulos, en función del tipo de partículas a tratar y/o de la relación técnico-económica que se busca.
El montaje tiene lugar aproximando los módulos 201, 202 y 205, como se representa por las flechas F_{4} y F_{5} y solidarizando a continuación estos módulos entre sí por cualquier medio apropiado, por ejemplo por tornillos.
El conjunto 20 es particularmente simple de fabricar, pero igualmente de utilizar, porque no es necesario aplicar un sistema de regulación, teniendo en cuenta la inminencia del punto de perforación, como en ciertos sistemas conocidos.
Los módulos 201, 202 y 203 son preferentemente ensamblados de manera reversible, lo que permite separarlos para acceder a las lámparas 206, especialmente durante operaciones de mantenimiento.
La estructura del conjunto 20 permite igualmente optimizar sus condiciones de funcionamiento, pudiendo estar comprendida la temperatura del aire que transita por el conjunto 20 entre 10 y 60ºC, mientras que su humedad relativa puede estar comprendida entre el 15% y el 95%.
En particular los compuestos orgánicos del flujo de aire F_{3} son adsorbidos por el carbón activo de la capa 232. Se observa una desorción permanente entre las capas 232 y 233. Los compuestos orgánicos no transformados al nivel del medio 203 y los compuestos intermedios, que resultan de una óxidorreducción parcial al nivel de este medio, son tratados a continuación al nivel del medio 204.
El conjunto 20 permite contemplar una destrucción completa de los contaminantes orgánicos de una circulación de aire por su mineralización.
La invención permite en particular el tratamiento de un flujo de aire que contiene compuestos orgánicos volátiles (COV) o semivolátiles, percloroetileno, 2-buteno, anisoles, fenoles, ozono, cloraminas, lindanos y/o mezclas de estos productos. La invención permite igualmente tratar un flujo de aire que contiene compuestos que generan olores, como los mercaptanos o el humo de cigarrillos. La invención permite, además, tratar un flujo de aire que contiene microorganismos vivos potencialmente patógenos, tales como bacterias, como Legionella Pneumophila, o estafilococos, o bien virus, como el virus del SRAS (síndrome respiratorio agudo severo).
Según una variante no representada de la invención, el aparato A puede ser diseñado de manera tal que el filtro 20 esté aguas abajo del ventilador 22.
La invención ha sido presentada con un conjunto 20 unitario. Sin embargo, es aplicable a un conjunto formado por elementos disociados.

Claims (11)

1. Conjunto de filtración y de tratamiento de compuestos orgánicos para aparato de acondicionamiento de aire que comprende al menos un medio filtrante, en el que:
-
dicho medio filtrante (203, 204) comprende un agente de adsorción (232, 242) y un agente fotocatalizador (233, 243);
-
dicho medio filtrante está repartido en dos módulos filtrantes (201, 202) destinados a ser atravesados sucesivamente por el flujo de aire (F_{3}) a filtrar y a tratar y
-
se han intercalado unos medios (206) de iluminación del agente fotocatalizador entre dichos módulos filtrantes (201, 202),
caracterizado porque dichos medios de iluminación (206) están dispuestos en un módulo (205) atravesado por el flujo (F_{3}) de aire a filtrar y que constituye, con dichos módulos filtrantes (201, 202), dicho conjunto de filtración (20).
2. Conjunto según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente de adsorción (232, 242) y el agente fotocatalizador (233, 243) están repartidos respectivamente en uno o respectivamente los dos lados de un soporte permeable (231, 241).
3. Conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de adsorción (232, 242) está repartido en el lado de aguas arriba del medio filtrante (203) dispuesto en el módulo filtrante de aguas arriba (201) y en el lado de aguas abajo del medio filtrante (204) dispuesto en el módulo filtrante de aguas abajo (202), mientras que el agente fotocatalizador (233, 243) está repartido en el lado de aguas abajo del medio filtrante (203) dispuesto en el módulo filtrante de aguas arriba (201) y en el lado de aguas arriba del medio filtrante (204) dispuesto en el módulo filtrante de aguas abajo (202).
4. Conjunto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dichos módulos (201, 202, 205) están ensamblados entre sí de manera reversible.
5. Conjunto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho módulo de iluminación (205) incorpora lámparas ultravioletas (206) y, eventualmente dispositivos (207) de alimentación de dichas lámparas.
6. Conjunto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho módulo de iluminación (205) está provisto de al menos una placa (208) que separa dos lámparas vecinas (206) y revestida, al menos en una de sus caras, de agente fotocatalizador (283).
7. Conjunto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho medio filtrante (203, 204) está plegado en dichos módulos filtrantes (201, 202).
8. Procedimiento de fabricación de un conjunto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende unas etapas que consisten en:
-
seleccionar las carcasas (201a, 202a, 205a) de dichos módulos (201, 202, 205) en función de las dimensiones del aparato de acondicionamiento de aire (A) a equipar;
-
seleccionar el medio filtrante (203, 204) en función del tipo de las partículas a tratar;
-
seleccionar el tipo, el número y la potencia de las lámparas (206) del módulo de iluminación (205) e
-
intercalar dicho módulo de iluminación (205) entre dichos módulos filtrantes (201, 202).
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además una etapa consistente en ensamblar (F_{4}, F_{5}) dichos módulos (201, 202, 205) en un conjunto unitario (20) dispuesto para ser integrado en dicho aparato (A).
10. Aparato de acondicionamiento de aire (A), especialmente para edificación, equipado con un conjunto de filtración y de tratamiento (20) según una de las reivindicaciones 1 a 7.
11. Aparato según la reivindicación 10 que comprende al menos, de aguas arriba hacia aguas abajo, un prefiltro (12), una unidad de tratamiento (14-18)y un ventilador (22), mientras que el conjunto de filtración y de tratamiento (20) está dispuesto aguas abajo de dicha unidad y aguas arriba o aguas abajo de dicho ventilador (22).
ES04718674T 2003-03-10 2004-03-09 Conjunto de filtracion y de tratamiento de compuestos organicos, su metodo de fabricacion y aparato de acondicionamiento de aire equipado con dicho conjunto. Expired - Lifetime ES2285445T3 (es)

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