ES2332717T3 - Unidad de filtro de aire con varios elementos filtrantes. - Google Patents
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Abstract
Unidad de filtro (1), especialmente para la depuración de aire, con una pluralidad de elementos filtrantes adsorbentes (2, 3, 4) que contienen como material de adsorción unos respectivos medios adsorbentes a base de carbón activo, en donde la unidad de filtro (1) incluye (i) al menos un primer elemento filtrante (2) que comprende como material de adsorción carbón activo (5) de forma granular, especialmente de forma esférica, (ii) al menos un elemento filtrante adicional (4) que comprende como material de adsorción carbón activo (5) de forma granular, especialmente de forma esférica, y (iii) al menos un segundo elemento filtrante (3) que comprende como material de adsorción una combinación de carbón activo (5) de forma granular, especialmente de forma esférica, y fibras (6) de carbón activo, siendo el diámetro medio de las partículas del carbón activo (5) de forma granular al menos tres veces mayor que el diámetro medio de las fibras (6) de carbón activo y estando dispuesto el carbón activo (5) de forma granular y las fibras (6) de carbón activo en capas separadas, pero adyacentes una a otra y permanentemente unidas una con otra, en donde los elementos filtrantes (2, 3, 4) están dispuestos aguas abajo en la secuencia anteriormente especificada de uno tras otro en la unidad de filtro (1), en donde el diámetro medio de las partículas del carbón activo (5) de forma granular del primer elemento filtrante (2) es al menos 0,05 mm mayor que el diámetro medio de las partículas del carbón activo (5) de forma granular del elemento filtrante adicional (4) dispuesto entre el primer elemento filtrante (2) y el segundo elemento filtrante (3), y en donde el carbón activo (5) de forma granular del primer elemento filtrante (2) y/o del elemento filtrante adicional (4) dispuesto entre el primer elemento filtrante (2) y el segundo elemento filtrante (3) está fijado a una estructura de soporte tridimensional (9) permeable al aire.
Description
Unidad de filtro de aire con varios elementos
filtrantes.
La presente invención concierne a una unidad de
filtro, especialmente para la depuración de aire, según el
preámbulo de la reivindicación 1.
Asimismo, la presente invención concierne al uso
de esta unidad de filtro para la depuración de aire, especialmente
para la obtención de aire de alta pureza, o para la eliminación de
materias gaseosas, olorosas o tóxicas de corrientes de aire, por
ejemplo en instalaciones de aireación-renovación del
aire, sistemas de ventilación, instalaciones de climatización o
similares.
Por último, la presente invención concierne a
instalaciones o sistemas para la depuración del aire o para la
habilitación o preparación de aire, especialmente instalaciones de
aireación-renovación del aire, sistemas de
ventilación o instalaciones de climatización, con esta unidad de
filtro.
Debido a la creciente concienciación
medioambiental y a métodos de análisis altamente sensibles, la
polución del medio ambiente por materias nocivas está despertando
cada vez más interés entre el publico.
Además, la creciente industrialización ha
conducido a una extensa polución de la atmósfera. Cualquier clase
de proceso de combustión, por ejemplo en centrales eléctricas,
motores de automóviles, calefacción, etc., conduce a productos de
combustión no deseados, especialmente compuestos de carbono
oxidados, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos incompletamente
quemados y similares.
Por otro parte, existen poluciones con materias
nocivas originadas por recintos contaminados en cuya construcción
se han empleado materiales cargados de materias nocivas (por
ejemplo, materiales de construcción cargados de PCB, etc.). También
pueden liberarse materias tóxicas de elementos de mobiliario,
pinturas de paredes, pegamentos de moquetas y similares.
En los últimos tiempos, ha aumentado, además, el
riesgo de que se introduzcan deliberadamente por ataques
terroristas materias tóxicas en instalaciones de climatización de
edificios, en los sistemas de aireación de túneles de ferrocarriles
suburbanos, etc.
Por tanto, existe en conjunto una gran necesidad
de retirar del aire sustancias polucionadoras del mismo de clases
muy diferentes, especialmente materias nocivas, tóxicas u olorosas
dañinas o perturbadoras. A este fin, existen en el estado de la
técnica una serie de procedimientos para eliminar tales sustancias.
Por ejemplo, pueden citarse aquí procedimientos de filtrado
mecánico, conversión o descomposición de las sustancias
perturbadoras o dañinas y procedimientos de absorción y
adsorción.
En los procedimientos de adsorción se utilizan
unidades de filtro que actúan por vía adsortiva. El problema aquí
consiste a menudo en que las unidades de filtro conocidas por el
estado de la técnica presentan una capacidad de adsorción no
siempre suficiente que se agota con relativamente rapidez, de modo
que se tienen que cambiar los materiales filtrantes. Además, las
unidades de filtro de adsorción conocidas por el estado de la
técnica poseen una "espontaneidad" o cinética de adsorción no
siempre suficiente, de modo que se pueden producir irrupciones de
materias a través de ellas. A menudo, las unidades de filtro de
adsorción conocidas por el estado de la técnica ofrecen también
solamente una capacidad de adsorción deficiente y no son
universalmente adecuadas para la adsorción de materias nocivas o
tóxicas muy diferentes.
Por tanto, el problema de la presente invención
consiste en la habilitación de una unidad de filtro que sea
especialmente adecuada para la depuración de aire.
Otro problema de la presente invención consiste
en la habilitación de una unidad de filtro para la depuración o
preparación de aire que evite -al menos parcialmente- los problemas
anteriormente expuestos del estado de la técnica.
En particular, una unidad de filtro de esta
clase deberá presentar una capacidad de adsorción o de carga
suficiente con respecto a las materias nocivas, tóxicas y olorosas
que se deben adsorber, juntamente con un buen comportamiento
simultáneo frente a la irrupción de tales materias a través de
ella.
El problema que sirve de base a la presente
invención se resuelve por medio de una unidad de filtro según la
reivindicación 1. Otras ejecuciones ventajosas son objeto de las
reivindicaciones subordinadas.
Para una alta potencia o capacidad de adsorción,
junto con un buen comportamiento simultáneo frente a la irrupción
de materias a través de la unidad de filtro según la invención, es
necesario que el diámetro medio de las partículas del carbón activo
de forma granular del primer elemento filtrante sea mayor que el
diámetro medio de las partículas del carbón activo de forma
granular del segundo elemento filtrante, al menos en 0,05 mm,
ventajosamente al menos en 0,1 mm, preferiblemente al menos en 0,15
mm, de manera especialmente preferida al menos en 0,2 mm y de
manera muy especialmente preferida al menos en 0,25 mm.
Para incrementar aún la capacidad de adsorción
de la unidad de filtro según la invención en caso necesario puede
estar previsto según una forma de realización de la presente
invención que se disponga o coloque adicionalmente entre el primer
elemento filtrante y el segundo elemento filtrante al menos un
elemento filtrante adicional que comprenda como material de
adsorción carbón activo de forma granular, especialmente de forma
esférica. Con respecto a más detalles de esta forma de realización
especial de la presente invención, puede hacerse referencia a la
siguiente descripción de un ejemplo de realización representado en
el dibujo.
Otras ventajas, propiedades, aspectos y
características de la presente invención se desprenden de la
descripción siguiente de un ejemplo de realización preferido
representado en el dibujo. Muestran:
La figura 1, una representación esquemática de
una unidad de filtro según la invención; y
La figura 2, una representación esquemática de
una instalación de depuración de aire con una unidad de filtro
según la invención.
La figura 1 muestra una unidad de filtro 1 según
la invención con una pluralidad de elementos filtrantes adsorbentes
2, 3 y 4 que contienen unos respectivos medios adsorbentes a base de
carbón activo en calidad de material de adsorción, en donde la
unidad de filtro 1 incluye
(i) al menos un primer elemento filtrante 2 que
comprende como material de adsorción carbón activo 5 de forma
granular, especialmente de forma esférica,
(ii) al menos un elemento filtrante adicional 4
que comprende como material de adsorción carbón activo 5 de forma
granular, especialmente de forma esférica, y
(iii) al menos un segundo elemento filtrante 3
que comprende como material de adsorción una combinación de carbón
activo 5 de forma granular, especialmente de forma esférica, y
fibras 6 de carbón activo.
Los elementos filtrantes 2, 3 y 4 están
dispuestos aguas abajo en la secuencia anteriormente especificada
de uno tras otro en la unidad de filtro 1. En otras palabras, los
elementos filtrantes 2, 3 y 4 están conectados uno tras otro en la
dirección R del aire entrante o afluyente, en particular siguiéndose
directamente uno a otro, en la secuencia anteriormente citada.
Los elementos filtrantes 2, 3 y 4 pueden llevar
antepuesto un elemento filtrante de separación 10 para separar
partículas sólidas, especialmente partículas de polvo. Por tanto, el
elemento filtrante de separación 10 está dispuesto aguas arriba con
respecto a los elementos filtrantes 2, 3 y 4. El elemento filtrante
de separación 10 puede ser una estructura textil, especialmente una
tela, un género de punto, un tejido tricotado, una napa, un género
enmarañado, un velo, un fieltro u otro material compuesto textil. El
elemento filtrante de separación 10 provoca en general una
separación puramente mecánica de partículas sólidas, de modo que los
elementos filtrantes pospuestos 2, 3 y 4 no son obstruidos con
partículas sólidas. El elemento filtrante de separación 10 es en
general inerte, es decir que no posee propiedades adsortivas de
ninguna clase.
El carbón activo 5 de forma granular del primer
elemento filtrante 2 y/o del elemento filtrante adicional 4
dispuesto entre el primer elemento filtrante 2 y el segundo elemento
filtrante 3 puede presentarse, por ejemplo, en forma de un montón
suelto. El montón suelto puede mantenerse unido, por ejemplo, por
medio de equipos correspondientes (por ejemplo, listones o
bastidores).
Sin embargo, ocurre según la invención que el
carbón activo 5 de forma granular del primer elemento filtrante 2
y/o del elemento filtrante adicional 4 dispuesto entre el primer
elemento filtrante 2 y el segundo elemento filtrante 3 está fijado,
especialmente pegado, a una estructura de soporte tridimensional 9
permeable al aire. Como estructura de soporte tridimensional 9 es
adecuado, por ejemplo, un material de espuma de poros abiertos,
preferiblemente un material de espuma de poliuretano (PU) reticulado
que está cargado con carbón activo 5 de forma granular. El pegado
como tal es familiar para el experto; son adecuados para ello, por
ejemplo, materiales adhesivos (fusibles) reticulables con la
humedad y/o reticulables con el calor, especialmente reactivos,
preferiblemente a base de poliuretano, con los cuales se impregna
primero el material de espuma, a continuación se exprime el
adhesivo sobrante y luego se efectúa la carga con el carbón activo 5
de forma granular, seguido por un tratamiento con humedad y/o con
calor para reticular el adhesivo. A ser posible, la clase y la
cantidad del adhesivo deberán estar concebidas de modo que la
superficie del carbón activo 5 de forma granular sea accesible en
una gran parte después del pegado con respecto a las materias
nocivas, tóxicas y olorosas que se han de adsorber, es decir que
dicha superficie no esté cubierta con adhesivo, en concreto
especialmente hasta al menos un 40%, preferiblemente hasta al menos
un 50%, de manera especialmente preferida hasta al menos un 60% y
de manera muy especialmente hasta al menos un 70% y más. Sin
embargo, se puede emplear igualmente también un material de espuma
pegajoso por efecto del calor, de modo que en esta forma de
realización no se necesite un adhesivo adicional. Para una carga
óptima del material de espuma con carbón activo granular 5 es
ventajoso que el diámetro medio de poros del material de espuma de
poros abiertos sea en cada caso al menos dos veces mayor,
especialmente al menos dos veces y media mayor y preferiblemente al
menos tres veces mayor que el diámetro medio de las partículas del
carbón activo 5 de forma granular del primer elemento filtrante 2 y
del elemento filtrante adicional 4 dispuesto entre el primer
elemento filtrante 2 y el segundo elemento filtrante 3.
Se puede conseguir una eficiencia de adsorción
especialmente buena de la unidad de filtro según la invención
cuando el diámetro medio de las partículas del carbón activo 5 de
forma granular del primer elemento filtrante 2 es mayor, al menos
0,05 mm mayor, ventajosamente al menos 0,1 mm mayor, preferiblemente
al menos 0,15 mm mayor, de manera especialmente preferida al menos
0,2 mm mayor y de manera muy especialmente preferida al menos 0,25
mm mayor que el diámetro medio de las partículas del carbón activo 5
de forma granular del elemento filtrante adicional 4 dispuesto
entre el primer elemento filtrante 2 y el segundo elemento filtrante
3.
La ventaja, cuando se conecta el elemento
filtrante 2 con el carbón activo de grano más grueso antes que el
elemento filtrante 4 con el carbón activo de grano más fino
-considerado en la dirección del flujo del aire entrante-,
es especialmente la siguiente: El elemento filtrante 2 con el carbón activo de grano más grueso tiene una mayor capacidad de carga o adsorción y captura así ya una gran parte de las materias a adsorber (aproximadamente 90 a 95%); por el contrario, el elemento filtrante 4 con el carbón activo de grano más fino tiene ciertamente una menor capacidad de carga o adsorción, pero ofrece una mejor cinética de adsorción, de modo que puede adsorber sin más medidas las materias que eventualmente irrumpan a través del primer elemento filtrante 2. En efecto, la cantidad de materias que irrumpen es relativamente pequeña, ya que las materias a adsorber son adsorbidas en gran parte por el primer elemento filtrante 2, de modo que el elemento filtrante pospuesto 4 puede conservar durante largo tiempo su función como elemento filtrante para la adsorción de materias que irrumpan a través del primer elemento filtrante 2, puesto que su capacidad para la adsorción de las cantidades relativamente pequeñas de materias que hayan irrumpido es completamente suficiente.
es especialmente la siguiente: El elemento filtrante 2 con el carbón activo de grano más grueso tiene una mayor capacidad de carga o adsorción y captura así ya una gran parte de las materias a adsorber (aproximadamente 90 a 95%); por el contrario, el elemento filtrante 4 con el carbón activo de grano más fino tiene ciertamente una menor capacidad de carga o adsorción, pero ofrece una mejor cinética de adsorción, de modo que puede adsorber sin más medidas las materias que eventualmente irrumpan a través del primer elemento filtrante 2. En efecto, la cantidad de materias que irrumpen es relativamente pequeña, ya que las materias a adsorber son adsorbidas en gran parte por el primer elemento filtrante 2, de modo que el elemento filtrante pospuesto 4 puede conservar durante largo tiempo su función como elemento filtrante para la adsorción de materias que irrumpan a través del primer elemento filtrante 2, puesto que su capacidad para la adsorción de las cantidades relativamente pequeñas de materias que hayan irrumpido es completamente suficiente.
El diámetro medio de las partículas del carbón
activo 5 de forma granular del primer elemento filtrante 2 puede
variar dentro de amplios límites. En general, el diámetro medio de
las partículas del carbón activo 5 de forma granular del primer
elemento filtrante 2 está comprendido dentro del intervalo de 0,5 a
1 mm y asciende especialmente a al menos 0,5 mm, ventajosamente al
menos 0,6 mm y de manera especialmente preferida al menos 0,65
mm.
El diámetro medio de las partículas del carbón
activo 5 de forma granular del elemento filtrante adicional 4
dispuesto entre el primer elemento filtrante 2 y el segundo elemento
filtrante 3 puede variar igualmente dentro de amplios intervalos.
En general, el diámetro medio de las partículas del carbón activo 5
de forma granular del elemento filtrante 4 está comprendido dentro
del intervalo de 0,1 a 0,6 mm, especialmente de 0,2 a 0,6 mm y
preferiblemente de 0,3 a 0,6 mm.
El diámetro medio de las partículas del carbón
activo 5 de forma granular del segundo elemento filtrante 3 puede
variar también dentro de amplios intervalos. En general, el diámetro
medio de las partículas del carbón activo 5 de forma granular del
segundo elemento filtrante 3 está comprendido dentro del intervalo
de 0,05 a 1 mm, especialmente 0,1 a 0,8 mm y preferiblemente 0,1 a
0,6 mm.
El carbón activo 5 de forma granular utilizado
según la invención puede haberse obtenido por carbonización y
activación subsiguiente de materiales de partida orgánicos adecuados
en forma granular, preferiblemente en forma esférica. Ejemplos de
polímeros adecuados son, por ejemplo, poliestireno reticulado con
divinilbenzeno. Éste puede presentarse, por ejemplo, en forma de
intercambiadores iónicos (por ejemplo, intercambiadores catiónicos)
o en forma de etapas previas de tales intercambiadores iónicos. Los
materiales de partida pueden consistir también, por ejemplo, en
bolitas o granitos de polímero porosos, especialmente macroporosos,
o bien en forma de gel. Además, los materiales de partida puede
consistir también, por ejemplo, en bolitas o granitos de brea. La
fabricación de carbón activo en forma granular o esférica es
conocida del experto. Por ejemplo, puede remitirse al lector a los
documentos EP 0 118 618 A1 y WO 01/83368 A1, así como a H. v.
Kienle, E. Bäder, "Aktivkohle und ihre industrielle
Anwendung", Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1980, cuyo
respectivo contenido divulgativo queda incluido así aquí por
referencia.
Por lo que respecta a las fibras 6 de carbón
activo empleadas según la invención, éstas pueden haberse fabricado
por carbonizado y activación subsiguiente de fibras de partidas
orgánicas adecuadas, especialmente de fibras de celulosa, fibras a
base de derivados de celulosa, fibras de resina fenólica, fibras de
poli(alcohol vinílico), fibras de brea, fibras de resina
acrílica, fibras de poliacrilonitrilo, fibras de poliamida
aromática, fibras de resina de formaldehído, fibras de poliestireno
reticulado con divinilbenzeno, fibras de lignina, fibras de algodón
y fibras de cáñamo. Preferiblemente, se utilizan según la invención
fibras carbonizadas y activadas a base de celulosa y derivados de
celulosa. La fabricación de tales fibras de carbón activo es
conocida del experto; en este contexto, puede remitirse al lector,
por ejemplo, a los documentos DE 195 19 869 A1, GB 1 310 011, DE 33
39 756 C2, WO 01/70372 A1 y EP 0 966 558 A2 o su equivalente DE 698
09 718 T2, quedando incluido así aquí por referencia el contenido
divulgativo completo de los documentos antes citados. Se obtienen
fibras de carbón activo especialmente preferidas según la invención
con arreglo al procedimiento descrito en el documento EP 0 966 558
A2 o en el documento DE 698 09 718 T2. Según este procedimiento, una
estructura fibrosa consistente en un material precursor de carbono
a base de celulosa (por ejemplo, seda artificial, seda floret,
celulosas al solvato, algodón, fibras de tallos) es impregnada con
una composición que contiene al menos un constituyente mineral (por
ejemplo, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, etc.)
que tiene un efecto de promotor para la deshidratación de la
celulosa, y a continuación se expone la estructura fibrosa así
impregnada a un tratamiento térmico a una temperatura que sea
suficiente para provocar la transformación del precursor de
celulosa sustancialmente en carbono, realizándose el tratamiento
térmico en atmósfera inerte o parcialmente oxidante y consistiendo
éste en un aumento de temperatura con una velocidad media
comprendida entre 1 y 15ºC/min, seguido por una etapa a una
temperatura entre 350ºC y 500ºC, y esto va seguido por un paso de
retirada de fases residuales de la composición de impregnación y de
productos de degradación del material celulósico por lavado.
Las fibras 6 de carbón activo empleadas según la
invención se presentan preferiblemente como estructuras textiles de
fibras de carbón activo. Ejemplos de ello son telas, géneros de
punto, tejidos tricotados, napas, géneros enmarañados, velos,
fieltros y otros materiales compuestos textiles. Preferiblemente,
son de citar aquí los materiales no tejidos, tales como velos,
fieltros, napas (por ejemplo, napas multidireccionales), pero
también las telas. Un material no tejido preferido según la
invención está construido preferiblemente de tal manera que las
fibras de carbón activo (fibras de carbono) forman, juntamente con
fibras bicomponente termoplásticas que actúan con efecto pegajoso,
una estructura de fibras de carbón activo, no debiendo sobrepasar un
50% en peso, referido a la estructura, el contenido de fibras
bicomponente termoplásticas. Las estructuras textiles de fibras de
carbón activo que pueden emplearse según la invención tienen en
general un peso específico de 10 a 200 g/m^{2}, especialmente 10
a 150 g/m^{2}, ventajosamente 10 a 120 g/m^{2}, de manera
especialmente preferida 20 a 100 g/m^{2} y de manera muy
especialmente preferida 25 a
80 g/m^{2}.
80 g/m^{2}.
Las fibras 6 de carbón activo utilizadas según
la invención tienen especialmente unos diámetros medios de fibra en
el intervalo de 1 a 25 \mum, especialmente 2,5 a 20 \mum y
preferiblemente 5 a 15 \mum. Su masa referida a la longitud
(título) está comprendida en general dentro del intervalo de 1 a 10
dtex, especialmente 1 a 5 dtex.
Para conseguir una eficiencia de adsorción
especialmente buena es necesario que en el segundo elemento
filtrante 3 el diámetro medio de las partículas del carbón activo 5
de forma granular sea al menos tres veces, de manera especialmente
ventajosa al menos cuatro veces, de manera preferiblemente ventajosa
al menos cinco veces y especialmente de manera ventajosamente
preferida al menos seis veces mayor que el diámetro medio de las
fibras 6 de carbón acti-
vo.
vo.
El carbón activo 5 de forma granular y las
fibras 6 de carbón activo para el segundo elemento filtrante 3
están dispuestas en general en capas separadas, pero adyacentes una
a otra o unidas de manera permanente una con otra, especialmente
pegadas una a otra. De esta manera, la capa con el carbón activo 5
de forma granular y la capa con las fibras 6 de carbón activo
pueden formar una estructura compuesta.
Según una forma de realización especial de la
presente invención, el carbón activo 5 de forma granular y/o las
fibras 6 de carbón activo en el segundo elemento filtrante 3 pueden
estar fijados, especialmente pegados, a sendos soportes 7 y 8
permeables al aire, preferiblemente textiles. Un soporte textil
adecuado 7 u 8 es, por ejemplo, una estructura plana textil,
preferiblemente una tela, un género de punto, un tejido tricotado,
una napa, un género enmarañado, un velo, un fieltro u otro material
compuesto textil. El soporte textil 7 u 8 presenta en general un
peso específico de 50 a 300 g/m^{2}, especialmente 75 a 250
g/m^{2} y preferiblemente 90 a 175 g/m^{2}.
Según la invención, se emplea preferiblemente
carbón activo con una superficie específica relativamente grande.
En general, el carbón activo 5 de forma granular y las fibras 6 de
carbón activo tienen una superficie interior específica (método
BET) de al menos 800 m^{2}/g y especialmente al menos 900
m^{2}/g, estando dicha superficie comprendida preferiblemente
dentro del intervalo de 800 a 1500 m^{2}/g.
Según la aplicación, puede ser ventajoso o
necesario equipar el material de adsorción, es decir, el carbón
activo 5 de forma granular y/o las fibras 6 de carbón activo, con
una impregnación. Según la aplicación, especialmente según la clase
y la cantidad de las materias tóxicas, nocivas u olorosas a
adsorber, pueden ser adecuadas, por ejemplo, impregnaciones
diferentes. Ejemplos de impregnaciones son, por ejemplo,
impregnaciones a base de metales y/o compuestos metálicos,
preferiblemente del grupo de cobre, cadmio, plata, platino, paladio,
zinc y mercurio, así como sus compuestos, y/o impregnaciones ácidas
o básicas, especialmente a base de ácido fosfórico, carbonato
potásico, trimetanolamina,
2-amino-1,3-propanodiol,
azufre o sales de cobre. La cantidad de agente de impregnación
puede adaptarse según el caso de uso. En general, la cantidad de
agente o agentes de impregnación, referido al material impregnado
de carbón activo, es de 0,01 a 15% en peso, especialmente 0,05 a
12% en peso y preferiblemente 5 a 12% en peso. La impregnación de
carbón activo es conocida por el estado de la técnica; para más
detalles a este respecto puede hacerse referencia, por ejemplo, a la
bibliografía antes citada de H. v. Kienle, E. Bäder, "Aktivkohle
und ihre industrielle Anwendung", Ferdinand Enke Verlag,
Stuttgart 1980, así como a los documentos DE 195 19 869 A1, DE 44 32
834 A1 y DE 44 47 844 A1.
Condicionado por la aplicación, puede ser
ventajoso posponer a algunos o a todos los elementos filtrantes 2,
3 ó 4, especialmente al primer elemento filtrante 2, unos equipos de
medida (por ejemplo, sensores o sondas) que sean sensibles con
respecto a las materias a adsorber y que indiquen o puedan detectar
irrupciones de éstas. De este modo, se puede determinar entonces de
manera sencilla si se ha agotado la capacidad de uno o varios
elementos filtrantes 2, 3 ó 4 y eventualmente se tienen que cambiar
el o los elementos filtrantes correspondientes 2, 3 ó 4. Esto es
especialmente importante con respecto al primer elemento filtrante
2, puesto que precisamente este elemento filtrante recibe la mayor
parte de las materias a adsorber y, en consecuencia, en caso de que
esté agotada la capacidad de precisamente este elemento filtrante,
los elementos filtrantes pospuestos pueden ser sobrecargados o su
capacidad puede quedar agotada con demasiada rapidez.
La unidad de filtro según la invención se
caracteriza por una excelente capacidad de adsorción, especialmente
una alta capacidad de adsorción o carga con respecto a materias
nocivas, tóxicas u olorosas a adsorber, junto con un excelente
comportamiento simultáneo frente a irrupciones (ausencia de
penetración de materias nocivas, tóxicas y olorosas a
adsorber).
Debido a las propiedades de adsorción
relativamente inespecíficas de la unidad de filtro según la
invención, ésta es adecuada para la adsorción de cualquier clase de
materias nocivas, tóxicas y olorosas y, por tanto, se puede
utilizar de manera universal.
Además, la unidad de filtro según la invención
ofrece la ventaja de una buena capacidad de regeneración, por lo
que es posible, sin más medidas, un reciclado de la misma.
Otro objeto de la presente invención es el uso
de la unidad de filtro según la invención para la depuración de
aire, especialmente para la obtención de aire de alta pureza, y/o
para la eliminación de materias gaseosas, olorosas y/o tóxicas de
todo tipo contenidas en corrientes de aire. La unidad de filtro
según la invención está dispuesta en este caso de modo que sea
atravesada por el aire que se ha de depurar.
La unidad de filtro según la invención puede
utilizarse, por ejemplo, en instalaciones de
aireación-renovación del aire, sistemas de
ventilación o instalaciones de climatización, especialmente para
entornos cerrados, tales como edificios o recintos interiores de
vehículos, como vehículos de motor, vehículos ferroviarios, medios
de transporte de todo tipo y similares.
La unidad de filtro puede estar conectada
permanentemente o bien puede conectarse tan sólo en caso de
necesidad, especialmente ante la presencia o la aparición de
materias gaseosas, olorosas y/o tóxicas en las corrientes de aire
que se han de depurar, pudiendo ser conectada, por así decirlo, a la
manera de una derivación (bypass). Esta última variante tiene la
ventaja de que no se emplea así innecesariamente la capacidad de
adsorción de la unidad de filtro y se consiguen mayores tiempos de
vida útil.
Por último, otro objeto de la presente invención
son instalaciones o sistemas para la depuración de aire o para la
habilitación o preparación de aire, especialmente instalaciones de
aireación-renovación del aire, sistemas de
ventilación o instalaciones de climatización que comprendan una
unidad de filtro según la invención. Una instalación de esta clase
o un sistema 11 de esta clase se representa esquemáticamente en la
figura 2.
Otras ejecuciones, modificaciones y variaciones,
así como ventajas de la presente invención pueden ser reconocidas y
materializadas sin mayores dificultades por el experto tras la
lectura de la descripción, sin que éste se salga por ello del
ámbito de la presente invención que se define en las
reivindicaciones.
Claims (19)
1. Unidad de filtro (1), especialmente para la
depuración de aire, con una pluralidad de elementos filtrantes
adsorbentes (2, 3, 4) que contienen como material de adsorción unos
respectivos medios adsorbentes a base de carbón activo, en donde la
unidad de filtro (1) incluye
(i) al menos un primer elemento filtrante (2)
que comprende como material de adsorción carbón activo (5) de forma
granular, especialmente de forma esférica,
(ii) al menos un elemento filtrante adicional
(4) que comprende como material de adsorción carbón activo (5) de
forma granular, especialmente de forma esférica, y
(iii) al menos un segundo elemento filtrante (3)
que comprende como material de adsorción una combinación de carbón
activo (5) de forma granular, especialmente de forma esférica, y
fibras (6) de carbón activo, siendo el diámetro medio de las
partículas del carbón activo (5) de forma granular al menos tres
veces mayor que el diámetro medio de las fibras (6) de carbón
activo y estando dispuesto el carbón activo (5) de forma granular y
las fibras (6) de carbón activo en capas separadas, pero adyacentes
una a otra y permanentemente unidas una con otra,
en donde los elementos filtrantes (2, 3, 4)
están dispuestos aguas abajo en la secuencia anteriormente
especificada de uno tras otro en la unidad de filtro (1),
en donde el diámetro medio de las partículas del
carbón activo (5) de forma granular del primer elemento filtrante
(2) es al menos 0,05 mm mayor que el diámetro medio de las
partículas del carbón activo (5) de forma granular del elemento
filtrante adicional (4) dispuesto entre el primer elemento filtrante
(2) y el segundo elemento filtrante (3), y
en donde el carbón activo (5) de forma granular
del primer elemento filtrante (2) y/o del elemento filtrante
adicional (4) dispuesto entre el primer elemento filtrante (2) y el
segundo elemento filtrante (3) está fijado a una estructura de
soporte tridimensional (9) permeable al aire.
2. Unidad de filtro según la reivindicación 1,
caracterizada porque los elementos filtrantes (2, 3, 4)
llevan antepuesto un elemento filtrante de separación (10) para
separar partículas sólidas, especialmente partículas de polvo,
siendo especialmente el elemento filtrante de separación (10) una
estructural textil, especialmente una tela, un género de punto, un
tejido tricotado, una napa, un género enmarañado, un velo, un
fieltro u otro material compuesto textil, y/o provocando
especialmente el elemento filtrante de separación (10) una
separación puramente mecánica de partículas sólidas.
3. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el carbón
activo (5) de forma granular del primer elemento filtrante (2) y/o
del elemento filtrante adicional (4) dispuesto entre el primer
elemento filtrante (2) y el segundo elemento filtrante (3) está
pegado con la estructura de soporte tridimensional (9) permeable al
aire, siendo especialmente la estructura de soporte tridimensional
(9) un material de espuma de poros abiertos, preferiblemente un
material de espuma de poliuretano (PU) reticulado.
4. Unidad de filtro según la reivindicación 3,
caracterizada porque el diámetro medio de los poros del
material de espuma de poros abiertos es al menos dos veces mayor,
especialmente al menos dos veces y media mayor y preferiblemente al
menos tres veces mayor que el diámetro medio de las partículas del
carbón activo (5) de forma granular del primer elemento filtrante
(2) y/o del elemento filtrante adicional (4) dispuesto entre el
primer elemento filtrante (2) y el segundo elemento filtrante (3),
y/o porque el pegado del carbón activo (5) de forma granular con la
estructura de soporte tridimensional (9) se efectúa por medio de
pegamentos (de fusión), preferiblemente a base de poliuretano, que
se reticulan con la humedad y/o se reticulan con el calor y que son
especialmente reactivos.
5. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el diámetro
medio de las partículas del carbón activo (5) de forma granular del
primer elemento filtrante (2) es al menos 0,1 mm mayor,
preferiblemente al menos 0,15 mm mayor, de manera especialmente
preferida al menos 0,2 mm mayor y de manera muy especialmente
preferida al menos 0,25 mm mayor que el diámetro medio de las
partículas del carbón activo (5) de forma granular del elemento
filtrante adicional (4) dispuesto entre el primer elemento
filtrante (2) y el segundo elemento filtrante (3).
6. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el diámetro
medio de las partículas del carbón activo (5) de forma granular del
primer elemento filtrante (2) está comprendido dentro del intervalo
de 0,5 a 1 mm y asciende especialmente a al menos 0,5 mm,
especialmente al menos 0,6 mm y preferiblemente al menos 0,65 mm,
y/o porque el diámetro medio de las partículas del carbón activo (5)
de forma granular del elemento filtrante adicional (4) dispuesto
entre el primer elemento filtrante (2) y el segundo elemento
filtrante (3) está comprendido dentro del intervalo de 0,1 a 0,6 mm,
especialmente 0,2 a 0,6 mm y preferiblemente 0,3 a 0,6 mm.
7. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el diámetro
medio de las partículas del carbón activo (5) de forma granular del
segundo elemento filtrante (3) está comprendido dentro del
intervalo de 0,05 a 1 mm, especialmente 0,1 a 0,8 mm y
preferiblemente 0,1 a 0,6 mm.
8. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el carbón
activo (5) de forma granular se ha fabricado por carbonización y
activación subsiguiente de materiales de partida orgánicos
adecuados en forma granular, preferiblemente en forma esférica,
especialmente de polímeros adecuados, como poliestireno reticulado
con divinilbenzeno, especialmente en forma de intercambiadores
iónicos o sus etapas previas, o de breas.
9. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las fibras
(6) de carbón activo se han fabricado por carbonización y activación
subsiguiente de fibras de partida orgánicas adecuadas,
especialmente de fibras de celulosa, fibras a base de derivados de
celulosa, fibras de resina fenólica, fibras de poli(alcohol
vinílico), fibras de brea, fibras de resina acrílica, fibras de
poliacrilonitrilo, fibras de poliamida aromáticas, fibras de resina
de formaldehído, fibras de poliestireno reticulado con
divinilbenzeno, fibras de lignina, fibras de algodón y/o fibras de
cáñamo, preferiblemente fibras a base de celulosa y derivados de
celulosa.
10. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las fibras
(6) de carbón activo se presentan como una estructura textil de
fibras de carbón activo, especialmente como tela, género de punto,
tejido tricotado, napa, género enmarañado, velo, fieltro u otro
material compuesto textil, preferiblemente como un material no
tejido, presentando especialmente la estructura textil de fibras de
carbón activo un peso específico de 10 a 200 g/m^{2},
especialmente 10 a 150 g/m^{2}, preferiblemente 10 a 120
g/m^{2}, de manera especialmente preferida 20 a 100 g/m^{2} y de
manera muy especialmente preferida 25 a 80 g/m^{2}, y/o porque
las fibras (6) de carbón activo presentan diámetros medios de fibra
de 1 a 25 \mum, especialmente 2,5 a 20 \mum y preferiblemente 5
a 15 \mum, y/o porque las fibras (6) de carbón activo presentan
una masa referida a la longitud (título) de 1 a 10 dtex y
especialmente de 1 a 5 dtex.
11. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa con
el carbón activo (5) de forma granular y la capa con las fibras (6)
de carbón activo pueden formar una estructura compuesta.
12. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en el
segundo elemento filtrante (3) el carbón activo (5) de forma
granular y/o las fibras (6) de carbón activo están fijadas,
especialmente pegadas, a un soporte (7, 8) permeable al aire,
preferiblemente textil, siendo especialmente el soporte textil (7,
8) una estructura plana textil, preferiblemente una tela, un género
de punto, un tejido tricotado, una napa, un género enmarañado, un
velo, un fieltro u otro material compuesto textil, y/o presentando
especialmente el soporte textil (7, 8) un peso específico de 50 a
300 g/m^{2}, especialmente 75 a 250 g/m^{2} y preferiblemente
90 a 175 g/m^{2}.
13. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el carbón
activo (5) de forma granular y/o las fibras (6) de carbón activo
presentan una superficie específica interior (BET) de al menos 800
m^{2}/g y especialmente al menos 900 m^{2}/g, estando
comprendida preferiblemente dicha superficie dentro del intervalo
de 800 a 1500 m^{2}/g.
14. Unidad de filtro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el carbón
activo (5) de forma granular y/o las fibras (6) de carbón activo
están impregnadas, siendo especialmente la impregnación una
impregnación a base de metales y/o compuestos metálicos,
preferiblemente del grupo de cobre, cadmio, plata, platino,
paladio, zinc y mercurio, así como sus compuestos, y/o siendo
especialmente la impregnación una impregnación ácida o básica,
especialmente a base de ácido fosfórico, carbonato potásico,
trimetanolamina,
2-amino-1,3-propano-diol,
azufre o sales de cobre, y/o siendo especialmente la cantidad de
agente de impregnación, referido al material de carbón activo
impregnado, de 0,01 a 15% en peso, especialmente 0,05 a 12% en peso
y preferiblemente 5 a 12% en peso.
15. Uso de la unidad de filtro (1) según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para la depuración de
aire, especialmente para la obtención de aire de alta pureza, y/o
para la eliminación de materias gaseosas, olorosas y/o tóxicas
contenidas en corrientes de aire.
16. Uso según la reivindicación 15, en el que la
unidad de filtro (1) es atravesada por el aire que se debe
depurar.
17. Uso de la unidad de filtro (1) según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en instalaciones de
aireación-renovación del aire, sistemas de
ventilación o instalaciones de climatización, especialmente para
entornos cerrados, como edificios o espacios interiores de
vehículos, como vehículos de motor, vehículos ferroviarios, medios
de transporte de todo tipo y similares.
18. Uso según cualquiera de las reivindicaciones
15 a 17, caracterizado porque se conecta la unidad de filtro
(1) solamente en caso necesario, especialmente ante la presencia de
materias gaseosas, olorosas y/o tóxicas en las corrientes de aire
que se deben depurar.
19. Instalación (11) para la depuración de aire
y/o la habilitación o preparación de aire, especialmente
instalación de aireación-renovación del aire,
sistema de ventilación o instalación de climatización, con una
unidad de filtro (1), caracterizada porque la unidad de
filtro (1) está construida según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14.
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