ES2319478B1 - Aparato para la limpieza y la climatizacion de aire. - Google Patents
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Abstract
Aparato para la limpieza y la climatización de
aire, que comprende al menos un punto de entrada de aire (11), un
punto de salida de aire (12), un dispositivo de ionización (2) para
la ionización de las partículas contenidas en el aire entrante y al
menos un dispositivo intercambiador de calor (4) con al menos una
superficie (41) que actúa como superficie de recogida de partículas
ionizadas.
El aparato comprende un controlador (9) que
regula el funcionamiento del dispositivo intercambiador de calor
(4) de manera que en la superficie (41) de dicho dispositivo
intercambiador de calor se forma agua condensada, la cual limpia
dicha superficie del dispositivo intercambiador de calor evitando
la saturación de partículas recogidas por la superficie del
dispositivo intercambiador de calor.
Description
Aparato para la limpieza y la climatización de
aire.
La invención se refiere a un aparato para la
limpieza y la climatización de aire, que comprende al menos un
punto de entrada de aire, un punto de salida de aire, un
dispositivo de ionización con una fuente de tensión para la
ionización de las partículas contenidas en el aire entrante, un
dispositivo intercambiador de calor con al menos una superficie
cargada eléctricamente que actúa como superficie de recogida de
partículas ionizadas, y un ventilador.
En muchos casos, el aire que se encuentra en el
interior de estancias o de salas de trabajo no satisface las
exigencias de los usuarios de dichos espacios en lo referente a la
temperatura, la humedad y la pureza del aire. A menudo dicho aire
está cargado de sustancias nocivas, por ejemplo, pequeñas
partículas como polvo o humo de cigarros, así como partículas
orgánicas tales como esporas, ácaros, bacterias o compuestos
orgánicos volátiles.
Ya son conocidas diversas soluciones para llevar
a cabo la limpieza y la climatización del aire de un espacio
cerrado. En el estado de la técnica hay a disposición dispositivos
para la limpieza de aire, los cuales se basan, entre otros métodos,
en la limpieza electroestática del aire o en la limpieza del aire
mediante un filtro nanoporoso.
Un dispositivo de este tipo para la limpieza
electroestática del aire contiene electrodos para la ionización de
aire. La ionización de aire tiene como consecuencia que las
partículas de polvo que contiene el mismo son cargadas y, tras ello,
son recogidas en un dispositivo colector situado a continuación en
la dirección de la corriente de aire. El dispositivo colector se
compone en este caso de una superficie de recogida en forma de
placas metálicas a la que las partículas cargadas quedan adheridas.
Un problema que tienen este tipo de filtros son los sistemas de
limpieza de estas placas que o bien hay que desmontarlas y lavarlas
cada cierto tiempo, o complicados sistemas de lavado interno o de
golpeo para desprender el polvo acumulado. El documento DE 198 42
068, por ejemplo, describe un dispositivo de limpieza
electroestática del aire, mediante el cual el aire que ha de ser
transportado es ionizado y pasa a un electrodo de tensión positiva
y permeable a los gases.
Asimismo, es conocido el empleo de filtros
mecánicos nanoporosos. No obstante, dichos filtros tienden a
obturarse con rapidez con los componentes separados, como
consecuencia de la escasa abertura de malla que presentan. Por ello,
deben ser reemplazados o limpiados a fondo. Asimismo, se requiere un
gran empleo de energía para hacer pasar las cantidades de aire
necesarias a través del filtro. Junto con un empleo de una gran
cantidad de energía, esto conlleva sobre todo perturbaciones
sonoras.
Estos dispositivos de limpieza del aire a menudo
se instalan en aparatos de climatización de aire como aparatos de
aire acondicionado y deshumificadores. En el estado de la técnica
existen dispositivos que combinan varias de las técnicas
mencionadas en este tipo de climatizadores.
El documento US 4133652 describe un aparato de
aire acondicionado eléctrico, en el cual se combina una unidad de
limpieza de aire electroestática con un filtro mecánico. En dicha
unidad se prevé en el punto de entrada de aire para pasar a través
de un filtro mecánico y tras el se dispone la presencia de un
dispositivo de ionización del aire. El aire es circulado por medio
de una hélice que lo hace atravesar una unidad de intercambio de
calor. Este documento describe que cuando el espacio es muy
restringido, por ejemplo en automóviles, las aletas del
intercambiador de calor hacen la función de superficie de recogida
de partículas.
Todas las técnicas disponibles en el estado de
la técnica presentan la desventaja que requieren un mantenimiento
exhaustivo. Así, las superficies en las que son absorbidas
partículas ionizadas han de ser limpiadas con frecuencia, puesto que
las partículas absorbidas pueden saturarlas y actuar como aislantes
eléctricos. Los filtros mecánicos tienden a obturarse, debido a las
reducidas dimensiones de sus poros, por lo que deben ser
reemplazados o limpiados con mayor frecuencia.
El objeto de la presente invención parte de este
punto, con el fin de poner a disposición un aparato para la
limpieza y la climatización de aire con un filtro autolimpiable que
opere con un alto grado de efectividad, a la vez que sea tan
compacto y silencioso, ahorre tanta energía y requiera tan poco
mantenimiento como sea posible.
Dicha función se realiza mediante un aparato
para la limpieza y la climatización de aire combinadas a través de
las características expuestas en la reivindicación 1. Objeto de las
reivindicaciones dependientes son aquellas configuraciones de la
invención que pueden ser empleadas bien por separado, bien en
combinación entre ellas.
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Mediante un aparato para la limpieza y la
climatización de aire según la invención se consiguen resultados
que suponen mejoras notables con respecto al estado de la técnica.
La regulación mediante un controlador de la limpieza de la
superficie del dispositivo de intercambio de calor mediante el agua
condensada asegura una gran eficacia en la limpieza del aire, así
como la necesidad de un escaso mantenimiento, a la vez que los
costes son bajos y el aparato de pequeñas dimensiones. Puesto que el
dispositivo de intercambio de calor actúa a la vez como superficie
de recogida para las partículas cargadas electroestáticamente, el
dispositivo puede ser realizado de forma muy económica y en
pequeñas dimensiones. Con el controlador del dispositivo de
intercambio de calor la temperatura del dispositivo de intercambio
de calor es regulable de forma que en la superficie de dicho
dispositivo de intercambio de calor se forma agua condensada. El
agua que se ha condensado cae por la superficie del dispositivo de
intercambio de calor, arrastrando de esta forma las partículas de
polvo adheridas, lo cual presenta la ventaja que la superficie de
recogida de partículas cargadas electroestáticamente se limpia a sí
misma de manera automática, no resultando necesaria una limpieza
manual de la misma. Esto es importante, puesto que una capa de
partículas cargadas electroestáticamente formada sobre la superficie
de recogida actúa como aislante eléctrico, lo que provoca una
disminución de la eficacia de dicha superficie de recogida. Así,
una limpieza de la superficie de recogida resulta indispensable
cuando se ha adherido a la misma una capa de partículas con carga
electroestática.
En una realización del aparato, el dispositivo
intercambiador de calor actúa al menos como evaporador de un
circuito refrigerador pudiendo además funcionar como condensador si
actúa el circuito como bomba de calor.
El controlador activa el dispositivo
intercambiador de calor, cuando no está activo como evaporador,
cuando ha transcurrido un tiempo determinado de funcionamiento del
dispositivo de ionización. En el caso que el aparato esté
funcionando como limpieza de aire sin climatización o bien como
limpieza de aire con bomba de calor, el controlador activa el
dispositivo intercambiador de calor como evaporador para que se
condense agua sobre su superficie y se limpie automáticamente cada
cierto tiempo de funcionamiento del dispositivo de ionización
haciendo ciclos de limpieza. Así aumenta la eficiencia de limpieza
del aire del aparato.
Además, el aparato puede tener un sensor de
suciedad que envía una señal al controlador para activar el
dispositivo intercambiador de calor, cuando no está activo como
evaporador, cuando detecta un nivel determinado de suciedad en el
aire que entra en el aparato y/o en la superficie de la batería y/o
en el aire que ha atravesado la batería. Así, siempre que detecte
un alto grado de suciedad en el ambiente o sobre la superficie del
dispositivo intercambiador de calor o que ya no filtra correctamente
el aire que lo atraviesa, activará un ciclo de limpieza. También
podría regular el tiempo entre ciclos de limpieza integrando la
cantidad de particular eliminadas del aire basándose en la medición
del sensor.
El aparato además puede comprender un ventilador
para forzar un flujo de aire del punto de entrada al punto de
salida de aire. De esta manera, en espacios donde no se mueve el
aire puede ser forzado a pasar por el aparato. El controlador regula
el flujo de aire para asegurar que dicho aire alcanza el punto de
rocío y condensa agua sobre la superficie del dispositivo
intercambiador de calor. Así el controlador puede acelerar o
ralentizar el paso de aire por el dispositivo intercambiador de
calor. Cuanto más bajo sea el grado de humedad ambiente del aire
del lugar a climatizar, esto es, cuanto más seco sea el ambiente,
más se ralentizará el flujo de paso para condensar agua sobre la
superficie del dispositivo intercambiador de calor y realizar el
ciclo de limpieza.
Preferiblemente la distancia entre el
dispositivo de ionización y la superficie del dispositivo
intercambiador esta entre 7 y 30 mm. De este modo las partículas
ionizadas serán atraídas con más fuerza por la superficie colectora
del dispositivo de intercambio de calor.
Para garantizar la seguridad del aparato, cuando
la superficie del dispositivo intercambiador está conectada a
tierra, se asegura que la corriente que circula por el ionizador
está entre 0 y 5 mA, pudiendo este valor reducirse en caso de
requerimientos más estrictos. De este modo, y a pesar de la
reducida distancia entre superficie colectora e ionizador, se
asegura la seguridad del dispositivo aún cuando entren en
contacto.
De acuerdo con otra de las realizaciones
ventajosas, el dispositivo de ionización presenta alambres, y/o
redes y/o salientes. En dicha realización resulta especialmente
ventajosa la colocación de numerosos alambres, o la colocación de
los mismos en forma de redes. Esto asegura que, en el caso de que
un alambre se queme, no se producirá un cortocircuito.
Los alambres eléctricos y/o las redes y/o los
salientes del dispositivo de ionización están compuestos
preferiblemente de acero inoxidable y/o cobre.
Asimismo, resulta ventajoso el empleo de
alambres y/o redes y/o salientes cuyo diámetro mida entre 0'05 y
0'5 mm., preferiblemente entre 0'07 y 0'3 mm. Especialmente
ventajosas resultan las medidas entre 0'08 y 0'2 mm.,
preferiblemente 0'1 mm. A través del empleo de estos diámetros de
escasa longitud en los alambres y/o las redes y/o los salientes se
puede conseguir un mayor grado de eficiencia.
Según otra de las realizaciones preferidas, el
dispositivo de ionización y el dispositivo de intercambio de calor
están aislados o colocados separados uno del otro de tal forma, que
la resistencia eléctrica asciende a entre 5 y 50 megaohmios,
preferiblemente entre 10 y 40 megaohmios, resultando especialmente
ventajosa una resistencia de entre 15 y 30 megaohmios,
preferiblemente de 20 megaohmios.
Mediante el aparato para la limpieza y la
climatización de aire de la invención se consiguen mejoras notables
con respecto al estado de la técnica.
Otras ventajas y realizaciones de la invención
se describen a continuación, y otras pueden ser extraídas haciendo
referencia a las ilustraciones adjuntas y a través de los ejemplos
de realización.
Las ilustraciones muestran de forma
esquemática:
Fig. 1.- Muestra en representación esquemática
una realización preferente de un aparato climatizador y purificador
de aire como el de la invención.
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Fig. 2.- Presentación en perspectiva oblicua
vista desde arriba de un dispositivo de ionización frente al
dispositivo de intercambio de calor y el ventilador.
Fig. 3.- Muestra en perspectiva un dispositivo
de intercambio de calor, colocado a una distancia de un dispositivo
de ionización que está conectado a una fuente de tensión.
Fig. 4.- Muestra un dispositivo intercambiador
de calor.
La figura 1 muestra en representación
esquemática una realización preferente de un aparato climatizador y
purificador de aire como el de la invención que comprende dos
dispositivos de intercambio de calor, un primer dispositivo
intercambiador que funciona a modo evaporador 4 y un segundo
dispositivo intercambiador a modo condensador 3 conectados en serie
en un circuito de refrigeración común (no representado en las
figuras). Para el transporte de un agente refrigerante el circuito
de refrigeración presenta un compresor 5. Este circuito
refrigerador puede ser invertido y cambiar el modo de trabajo para
hacerlo como bomba de calor, esto es, el evaporador pasa a
funcionar como condensador y al revés. El aparato descrito es un
aparato portátil sin unidad exterior. Podría igualmente comprender
una unidad exterior donde estaría ubicado el segundo dispositivo
intercambiador de calor. En el caso del aparato de la figura 1,
mediante un ventilador 7 accionado por un motor 6 se conduce una
primera corriente I de aire del ambiente haciéndola pasar a través
del dispositivo de ionización 2 donde se cargan eléctricamente las
partículas de polvo contenidas en este y a través del evaporador 4,
como se representa en la dirección de las flechas. Esta primera
corriente I de aire del entorno se refrigera al atravesar el
evaporador 1 y es devuelta al espacio que se pretende
climatizar.
A través del segundo dispositivo de intercambio
de calor 3 se conduce una segunda corriente II de aire del ambiente
movida por el ventilador 8 accionado por el mismo motor 6 que
acciona el ventilador 7. Esta segunda corriente II de aire del
ambiente se calienta debido a las altas temperaturas del condensador
3 cuando está funcionando como aparato de aire acondicionado. Por
ello la segunda corriente II de aire del ambiente sirve para
reducir el calor del condensador 3 y es conducida hacia el exterior
del aparato, no hacia el espacio que se pretende climatizar, sino
que se conduce como aire de escape hacia un entorno exterior. En el
caso de querer usar el aparato como deshumidificador, los aires de
escape de ambas corrientes se conducirían al espacio a
climatizar.
La figura 1 muestra como la corriente de aire I
entra a través de un punto de entrada de aire y circula primero a
través de un dispositivo de ionización. Mediante una fuente de
tensión se aplica una tensión en el dispositivo de ionización de
entre 6.000 a 12.000 voltios, lo que provoca que las partículas que
contiene la corriente de aire se carguen eléctricamente. El
dispositivo de ionización está compuesto de alambres pero dicho
dispositivo puede también estar compuesto de redes o de salientes
(no representados en las figuras). Los alambres del dispositivo de
ionización presentan preferiblemente un grosor de 0'1 mm. Con el
fin de evitar inducciones parásitas durante la ionización, y no
únicamente por motivos de seguridad, se determina la distancia a
entre el dispositivo de intercambio de calor y el dispositivo de
ionización de unos 12 mm de forma que la resistencia eléctrica
ascienda a 20 megaohmios. Tras haber pasado a través del
dispositivo de ionización el aire llega a primer dispositivo de
intercambio de calor a modo evaporador. La superficie del evaporador
está compuesta de un material conductor de electricidad y las
partículas ionizadas que se encuentran en el aire se adhieren a su
superficie.
Para garantizar la seguridad del aparato, cuando
la superficie del dispositivo intercambiador 4 está conectada a
tierra, se asegura que la corriente que circula por el ionizador 2
está entre 0 y 5 mA, pudiendo este valor reducirse en caso de
requerimientos más estrictos. De este modo, y a pesar de la reducida
distancia entre superficie colectora e ionizador, se asegura la
seguridad del dispositivo aún cuando entren en contacto o salte un
arco eléctrico entre ellos.
Cuando el aparato de aire acondicionado está
funcionando, el evaporador 1 está a bajas temperaturas. El aire
ambiente I está cargado de humedad ambiente. Esta humedad se
condensa al atravesar el evaporador y forman gotas de agua de
condensación en la superficie del evaporador y se deslizan y gotean
en una cubeta colectora dispuesta bajo el. Estas gotas de agua
arrastran las partículas que se encuentran en la superficie del
evaporador y la limpian.
Tras haber circulado el aire a través del
evaporador, la corriente de aire continua fluyendo hacia la salida
forzada por el ventilador 7. De esta forma se asegura una corriente
de aire continua durante el funcionamiento de la invención.
Finalmente, el aire purificado regresa a la estancia a través de un
punto de salida de aire.
Para mantener limpia la superficie del
dispositivo intercambio de calor 4 es necesario que se condense
agua suficiente sobre ella y arrastre las partículas. Para asegurar
que se produce condensación el aparato de la invención comprende un
controlador 9. Este controlador regula el funcionamiento del
dispositivo intercambiador de calor 4. Lo puede hacer de muchas
maneras, por ejemplo, cuenta el tiempo de funcionamiento del
dispositivo de ionización 2 y cuando ha transcurrido un tiempo t de
funcionamiento del ionizador 2 activa el circuito de frío de modo
que el dispositivo intercambiador de calor 4 actúa como evaporador
durante un tiempo t2 de manera que se condense agua suficiente
sobre la superficie 41 del evaporador. Una vez que ha pasado el
tiempo t2, vuelve a comenzar la cuenta de tiempo para realizar otro
ciclo de limpieza.
El aparato puede comprender también un sensor de
suciedad del aire que entra en el aparato. Este sensor envía la
señal al controlador 9 y este dependiendo del grado de suciedad del
aire, realiza un ciclo de limpieza. También puede tener otro sensor
de suciedad de la superficie del evaporador. Cuando este sensor
detecta un cierto nivel de polvo sobre la superficie 41 del
evaporador, envía una señal al controlador 9 para que realice ciclo
de limpieza. Otro posible sensor puede estar situado a la salida 12
del aire que ha pasado por el evaporador 4, enviando una señal de
las partículas contenidas en el aire expulsado al controlador, que
inicia el ciclo de limpieza si es necesario.
Puede darse el caso que el grado de humedad
ambiente sea muy bajo. Para asegurar que se condensa agua en el
evaporador 4, el controlador 9 regula la velocidad del flujo de
aire I que circula a través del evaporador mediante el ventilador
7. Cuanto más lento circule el flujo de aire, más se condensará.
De este modo, se puede usar el aparato solo como
purificador de aire asegurando una autolimpieza del colector de
polvo ya que el controlador 9 se encargará de activar el circuito
de frío para hacer los ciclos de limpieza necesario. Lo mismo
sucederá cuando funciona como purificador de aire y bomba de calor
ya que si el dispositivo intercambiador de calor 4 está funcionando
como condensador acumula las partículas ionizadas en su superficie
41 pero no condensa el agua. Al pasar un tiempo t determinado sin
funcionar el dispositivo intercambiador de calor 4 como evaporador,
el controlador 9 invertirá durante un tiempo t2 el funcionamiento
del circuito de refrigeración y hará funcionar el dispositivo
intercambiador de calor como evaporador de manera que se asegure al
menos un ciclo de limpieza.
Está previsto que el agua que condensa en la
superficie del evaporador 4 sea recogida en un depósito 25 para que
el usuario la retire cuanto esté lleno. También se puede colocar un
filtro de agua para hacerla recircular sobre el segundo dispositivo
intercambiador 3 cuando está funcionando a modo de condensador para
refrigerarlo.
La figura 3 muestra en perspectiva un
dispositivo de intercambio de calor 4, colocado a una distancia de
un dispositivo de ionización 2. El dispositivo de ionización está
conectado a una fuente de tensión 3, y presenta, a modo de ejemplo,
alambres, entre los cuales circula el aire. El dispositivo de
ionización está cargado eléctricamente de manera que la unidad de
intercambio de calor atrae las partículas que son ionizadas por el
dispositivo de ionización, las cuales permanecen adheridas a dicha
unidad de intercambio de calor. Al suceder esto, la temperatura del
dispositivo de intercambio de calor está regulada de forma que se
condense agua en la superficie del dispositivo de intercambio de
calor, la cual fluye limpiando dicha superficie.
En la figura 4 se muestra un dispositivo
intercambiador de calor 4 y 3 del tipo que comprenden una
pluralidad de aletas 41 metálicas radiadoras térmicas dispuestas
paralelamente. Es especialmente ventajoso que se dispongan
totalmente verticales para que el agua condensada escurra con mayor
facilidad y se lleve todas las impurezas que haya sobre las
superficies 41. Aunque también podrían estar inclinadas de tal
manera que evitaran que se estancara agua sobre ellas.
A través del dispositivo para la limpieza y la
climatización de aire de la invención se consigue por vez primera
que el aire sea purificado de manera eficiente y económica, a la
vez que las dimensiones del dispositivo son reducidas.
Claims (12)
1. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire, que comprende al menos un punto de entrada de aire (11),
un punto de salida de aire (12), un dispositivo de ionización (2)
para la ionización de las partículas contenidas en el aire entrante
y al menos un dispositivo intercambiador de calor (4) con al menos
una superficie (41) que actúa como superficie de recogida de
partículas ionizadas caracterizado porque el aparato
comprende un controlador (9) que regula el funcionamiento del
dispositivo intercambiador de calor (4) de manera que en la
superficie (41) de dicho dispositivo intercambiador de calor se
forma agua condensada, la cual limpia dicha superficie del
dispositivo intercambiador de calor evitando la saturación de
partículas recogidas por la superficie del dispositivo
intercambiador de calor.
2. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire según reivindicación 1 caracterizado porque el
dispositivo intercambiador de calor (4) actúa al menos como
evaporador de un circuito refrigerador.
3. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire según reivindicación 2 caracterizado porque el
controlador (9) activa el dispositivo intercambiador de calor (4),
cuando no está activo como evaporador, cuando ha transcurrido un
tiempo determinado (t) de funcionamiento del dispositivo de
ionización (2).
4. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire según reivindicación 2 o 3 caracterizado porque
comprende un sensor de suciedad que envía una señal al controlador
(9) para activar el dispositivo intercambiador de calor (4), cuando
no está activo como evaporador, cuando detecta un nivel determinado
de suciedad en el aire (I) que entra en el aparato y/o en la
superficie de la batería y/o en el aire que ha atravesado el
dispositivo intercambiador de calor.
5. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire según reivindicaciones anteriores caracterizado
porque comprende un ventilador (7) para forzar un flujo de aire del
punto de entrada (11) al punto de salida (12) de aire.
6. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire según reivindicación 5 caracterizado porque el
controlador (9) regula el flujo de aire para asegurar que dicho
aire alcanza el punto de rocío y condensa agua sobre la superficie
del dispositivo intercambiador de calor (4).
7. Aparato para la limpieza y la climatización
de aire según reivindicaciones anteriores caracterizado
porque la distancia (a) entre el dispositivo de ionización (2) y la
superficie del dispositivo intercambiador de calor (4) es de entre 7
y 30 mm.
8. Aparato de limpieza de aire según
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el
dispositivo de ionización (2) presenta alambres (21), redes y/o
salientes.
9. Aparato según la reivindicación,
caracterizado porque los alambres eléctricos (21) y/o las
redes y/o los salientes del dispositivo de ionización (2) están
compuestos de acero inoxidable y/o cobre.
10. Aparato según las reivindicaciones 8 o 9,
caracterizado porque el diámetro de los alambres (21) y/o de
las redes y/o de los salientes mide entre 0'05 y 0'5 mm.,
preferiblemente entre 0'07 y 0'3 mm.; especialmente ventajosas son
las medidas entre 0'08 y 0'2 mm., en particular, 0'1 mm.
11. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el dispositivo de
ionización (2) y el dispositivo intercambiador de calor (4) están
aislados o colocados separados uno del otro de forma que la
resistencia eléctrica alcanza un valor de entre 5 y 50 megaohmios,
preferiblemente entre 10 y 40 megaohmios, resultando especialmente
ventajoso un valor de entre 15 y 30 megaohmios, en particular, 20
megaohmios.
12. Aparato de limpieza de aire según
reivindicaciones anteriores caracterizado porque la
corriente eléctrica máxima que circula entre el dispositivo de
ionización (2) y el dispositivo intercambiador de calor (4) está
limitada a
5 mA para asegurar la seguridad del dispositivo.
5 mA para asegurar la seguridad del dispositivo.
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