ES2353610T3 - Dispositivo de tratamiento de gas por catálisis, en particular para campana de filtrado. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de tratamiento de gas por catálisis que comprende al menos un soporte catalítico (11) adaptado para ser atravesado por un flujo gaseoso y electrodos (13, 14) de generación de un plasma de descarga, caracterizado porqu e una zona de generación de plasma (12) tiene una primera serie de electrodos rectilíneos (13) y una segunda serie de electrodos rectilíneos (14) de polaridad opuesta, colocados en alternancia en dicha zona de generación de plasma (12), estando colocada dicha zona de generación de plasma (12) antes del citado soporte catalítico (11) siguiendo el sentido del flujo gaseoso (F) y adyacente al citado soporte catalítico (11).

Description

[0001] La presente invención se refiere a un dispositivo de tratamiento de gas por catálisis.

[0002] Se refiere también a una campana de filtrado de los humos de cocción.

[0003] La invención entra en general en el campo del tratamiento de los gases, en particular para su reciclaje, con campanas filtrantes de humos de cocción.

[0004] Efectivamente, al cocinar alimentos, los humos y gases de cocción contienen numerosas partículas en suspensión, grasas y/u odorantes, que es necesario poder tratar eficazmente, en particular cuando la campana de filtrado es de tipo de reciclaje y los gases y humos son expulsados al aire ambiente de la habitación después ser tratados.

[0005] En este sentido, se conocen dispositivos de tratamiento de gas por catálisis que cuentan con un soporte catalítico atravesado por el flujo gaseoso que se va a tratar. El fenómeno de catálisis se activa gracias a la generación de un plasma de descarga en el soporte catalítico. La utilización de un plasma de descarga permite en particular bajar la temperatura a la que son eficaces las reacciones catalíticas para destruir los compuestos orgánicos volátiles.

[0006] Este tipo de dispositivo de tratamiento de gas se describe en particular en el documento EP 1 086 740.

[0007] Se conocen también, por los documentos FR 2 849 395 y FR 2 812 558, dispositivos de tratamiento de gas en los que se genera un plasma en el soporte catalítico.

[0008] Sin embargo, para producir el plasma a través del soporte catalítico, los electrodos de generación del plasma deben estar colocados a ambos lados del soporte catalítico. Se impone por tanto una distancia mínima entre los electrodos de unos 90 mm, lo que requiere una tensión importante para generar el plasma de descarga en el soporte catalítico.

[0009] La presente invención tiene el objetivo de resolver los citados inconvenientes y proponer un dispositivo de tratamiento de gas por catálisis que tenga unas prestaciones técnicas mejoradas.

[0010] La presente invención está dirigida a un tratamiento de gas por catálisis que tenga al menos un soporte catalítico apto para ser atravesado por un flujo gaseoso y de generación de un plasma de descarga de los electrodos.

[0011] Según la invención, una zona de generación de plasma cuenta con una primera serie de electrodos rectilíneos y una segunda serie de electrodos rectilíneos de polaridad opuesta, colocados en alternancia en la zona de generación de plasma, estando situada la zona de generación de plasma antes del soporte catalítico siguiendo el sentido del flujo gaseoso y adyacente al soporte catalítico.

[0012] De este modo, el plasma ya no se genera directamente en el soporte catalítico. El dispositivo de tratamiento según la invención ya no tiene condicionantes de dimensiones para generar plasma vinculados con las dimensiones del soporte catalítico.

[0013] Gracias a la zona de generación de plasma situada directamente antes del soporte catalítico, una parte de las especies creadas en el plasma son arrastradas por el flujo gaseoso al soporte catalítico, permitiendo así activar la función del catalizador y oxidar las moléculas de olor (Compuestos Orgánicos Volátiles) que son absorbidas.

[0014] Gracias a estas series de electrodos colocadas en alternancia, de polaridad opuesta, se pueden poner los electrodos a poca distancia entre sí para generar eficazmente un plasma sin que se requiera una tensión de alimentación de los electrodos demasiado elevada.

[0015] Para obtener un plasma uniformemente repartido en el aire, los electrodos de cada serie estarán preferentemente equidistantes entre sí.

[0016] A título de ejemplo práctico, la distancia entre dos electrodos de polaridad opuesta está comprendida entre 3 y 5 mm, siendo preferiblemente de 4 mm.

[0017] De este modo, es posible alimentar los electrodos de generación de plasma con una tensión inferior a 20 kV. Esta tensión permite reducir los condicionantes vinculados al contorneo eléctrico y los riesgos de cortocircuito.

[0018] En la práctica, para garantizar un tratamiento eficaz de los humos, el dispositivo de tratamiento cuenta con varios soportes catalíticos colocados sucesivamente siguiendo el sentido del flujo gaseoso. Preferentemente, cuenta con varias zonas de generación de plasma colocadas respectivamente antes de varios soportes catalíticos.

[0019] Se puede además, modificando el grosor de cada soporte catalítico y el tipo de catalizador, tratar eficazmente los gases, por ejemplo de los humos de cocción, los compuestos orgánicos volátiles o los olores, a lo largo de todo su recorrido al atravesar el dispositivo de tratamiento.

[0020] La presente invención encuentra en particular una aplicación en una campana de filtrado de humos de cocción, como puede ser una campana de filtro doméstica.

[0021] En la descripción que sigue se verán otras particularidades y ventajas de la invención.

[0022] En los esquemas anexos, dados a título de ejemplos no limitativos:

-

la figura 1 es una vista en corte longitudinal de un dispositivo de tratamiento según un modo de realización de la invención; y

-

la figura 2 es una vista en sección transversal del dispositivo de tratamiento de la figura 1.

[0023] Refiriéndonos a las figuras 1 y 2, describiremos un dispositivo de tratamiento que utiliza la combinación del plasma y de la catálisis según un modo de realización de la invención.

[0024] El dispositivo de tratamiento de gas 10 presentado en la figura 1 cuenta con cuatro soportes catalíticos 11 colocados sucesivamente siguiendo el sentido de circulación de un flujo gaseoso representado con la flecha F.

[0025] Como se muestra en la figura 1, la dirección del flujo gaseoso corresponde a un eje X que puede corresponder a un eje vertical cuando el dispositivo de tratamiento está aplicado en una campana de filtrado de humos de cocción.

[0026] Por supuesto, el número de soportes catalíticos 11 colocados en el dispositivo de tratamiento no es en ningún modo limitativo y puede ser mayor o menor que 4, o incluso igual a 1.

[0027] Preferentemente, cada catalizador 11 está formado por un bloque de una sola pieza apto para ser atravesado por el flujo gaseoso F.

[0028] Este soporte catalítico monolítico 11 puede estar hecho por ejemplo de cerámica, como cordierita, y presentar una estructura alveolada de tipo de nido de abeja, disponiendo así de pasos para el flujo gaseoso. El soporte también puede estar realizado de espuma de cerámica suficientemente porosa para que pueda pasar el flujo gaseoso F. También puede tener forma de tejido, como en un material fibroso.

[0029] En este sentido, hay que señalar que los soportes catalíticos 11 utilizados en el dispositivo de tratamiento 10 pueden ser diferentes entre sí.

[0030] Por supuesto, cualquier otro material atravesado por canales u otras aberturas que permitan el paso de los gases y que sea capaz de soportar una fase activa para la catálisis puede ser apto para realizar un soporte catalítico 11.

[0031] Se depositan partículas activas de tratamiento en el soporte catalítico para formar diferentes lugares de catálisis.

[0032] Estas partículas activas de tratamiento pueden estar constituidas por metales nobles nanodispersados de tipo platino, paladio, rodio o rutenio, o estar constituidas por otros metales como el oro, la plata o el iridio unidos a uno o varios óxidos metálicos, reductibles o no, como Al2 O3, Mn O2, Fe2 O3, TiO2, ZnO, SiO2, u óxidos de tierras raras.

[0033] Por supuesto, las partículas activas pueden contener alguno de estos metales o una combinación de dos o varios de dichos metales.

[0034] Estos metales están depositados en el soporte catalítico 11 en forma de pequeñas partículas muy dispersas en la superficie del soporte.

[0035] El mismo soporte 11 podría estar realizado en una fase catalítica activa y, por ejemplo, estar realizado directamente de un óxido metálico, como por ejemplo el óxido de titanio TiO2.

[0036] La naturaleza del catalizador puede ser diferente en los distintos soportes catalíticos 11, entre la entrada y la salida del dispositivo de tratamiento 10, según el objetivo que se persiga en el tratamiento.

[0037] En particular, un soporte catalítico 11 puede ser más apto para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles que otro dedicado a la eliminación del ozono.

[0038] En particular, el último soporte catalítico 11 utilizado en el dispositivo de tratamiento 10 en el sentido de circulación del flujo gaseoso F puede estar dedicado a eliminar el ozono y garantizar la destrucción del ozono gracias a lugares de catálisis constituidos por ejemplo de óxido de manganeso MnO2.

[0039] Alternando diferentes soportes catalíticos en cuanto a grosor y fase activa catalítica en el dispositivo de tratamiento 10, éste puede tratar la totalidad de los gases de cocción que circulan por él.

[0040] El grosor del soporte catalítico en la dirección X se puede adaptar al tiempo de paso del flujo gaseoso para que la catálisis sea óptima. El grosor puede estar comprendido típicamente entre 5 y 50 mm en el caso de materiales a base de cerámica o entre 0,5 mm y algunos milímetros en el de los materiales fibrosos. El grosor puede ser por ejemplo igual a 10 mm. En la práctica, cuanto mayor sea el grosor del soporte catalítico 11, mejor será el tratamiento del ozono y la purificación del aire.

[0041] Para aumentar la eficacia del tratamiento por catálisis, se asocia al menos un soporte catalítico 11 a una zona de generación de plasma colocada directamente antes de dicho soporte catalítico 11 siguiendo el sentido del flujo gaseoso F. El soporte catalítico 11 puede estar muy cerca de los electrodos de generación de plasma o incluso en contacto con ellos.

[0042] En este ejemplo de realización, están colocadas tres zonas de generación de plasma 12 antes y de manera adyacente respectivamente a tres soportes catalíticos 11 del dispositivo de tratamiento 10.

[0043] Por supuesto, todos los soportes catalíticos 11 podrían estar precedidos directamente por una zona de generación de plasma 12 o, por el contrario, podría estar un único soporte catalítico 11 asociado a una zona de generación de plasma directamente adyacente.

[0044] En este modo de realización en el que están asociadas varias zonas de generación de plasma 12 respectivamente a varios soportes catalíticos 11 colocados sucesivamente en el dispositivo de tratamiento, al menos una zona de generación de plasma 12, y en este ejemplo de realización dos zonas de generación de plasma 12, están colocadas entre dos soportes catalíticos 11 sucesivos.

[0045] En este modo de realización con cuatro soportes catalíticos 11, es preferible que sólo los tres primeros soportes catalíticos 11 estén asociados a una zona de generación de plasma 12 directamente adyacente, estando dedicado el último soporte catalítico 11, como se ha indicado antes, a la destrucción del ozono generado por el plasma y a la eliminación de los residuos de compuestos orgánicos volátiles.

[0046] Cada zona de generación de plasma 12 colocada antes de un soporte catalítico 11 es apta para generar de manera eficaz un plasma sin estar condicionada a las dimensiones del soporte catalítico adyacente.

[0047] En general, el dispositivo de tratamiento, por su diseño modular, se adapta al tratamiento de un flujo gaseoso particular.

[0048] De este modo, el dispositivo de tratamiento puede tener un número variable de soportes catalíticos, de naturaleza y grosor también variables, y recubiertos de un depósito catalítico que también puede ser diferente entre los distintos soportes.

[0049] Además, el plasma que está antes de cada soporte catalítico puede estar presente o ausente, según los dispositivos de tratamiento y el número de módulos que combinan tratamiento catalítico y plasma puede ser variable.

[0050] En particular, se puede modificar el número de módulos plasma - soporte catalítico en función de la naturaleza de los compuestos orgánicos volátiles y de los gases que se vayan a tratar, de la eficacia del tratamiento deseado y del caudal del sistema de aspiración, correspondiente a la velocidad de paso del aire cargado de compuestos orgánicos volátiles que se vayan a tratar por el dispositivo de tratamiento.

[0051] Hay que señalar además que, para una misma eficacia de tratamiento, se pueden utilizar varios tipos de dispositivos de tratamiento.

[0052] En este caso, se puede dar prioridad a una configuración menos costosa.

[0053] Citamos a continuación dos ejemplos de configuración que permiten obtener un mismo índice de conversión de los compuestos orgánicos volátiles tratados:

Ejemplo 1

[0054] Dispositivo de tratamiento que comprende sucesivamente tres módulos plasma

- soporte catalítico, teniendo cada soporte catalítico un grosor de 6 mm y un depósito formado por Al2 O3 y Pt. Dichos tres módulos plasma - soporte catalítico están seguidos de un módulo formado únicamente por un soporte catalítico sin plasma, de un grosor de 24 mm con un depósito de Al2 O3 y MnOx.

Ejemplo 2

[0055] Dispositivo de tratamiento que comprende sucesivamente seis módulos plasma

- soporte catalítico, teniendo cada soporte catalítico un grosor de 6 mm y un depósito formado por Al2 O3 y Pt.

[0056] Estos dos ejemplos de dispositivo de tratamiento conducen a una misma eficacia de tratamiento. No obstante, se utilizará preferentemente un dispositivo de tratamiento según el ejemplo 1 ya que es menos costoso.

[0057] Describiremos ahora más en particular una estructura de electrodo que permite generar un plasma en cada zona de generación de plasma 12, refiriéndonos en particular a la figura 2.

[0058] Se puede obtener la generación de un plasma en una zona 12 colocando electrodos de polaridad opuesta frente a frente en un plano sustancialmente perpendicular a la dirección X del flujo gaseoso.

[0059] En este modo de realización, se colocan alternativamente en la zona de generación de plasma 12 una primera serie de electrodos rectilíneos 13 y una segunda serie de electrodos rectilíneos 14 de polaridad opuesta.

[0060] De este modo, los electrodos de polaridad opuesta están realizados en forma de dos peines de electrodos 13, 14 colocados frente a frente y conectados cada uno de ellos a un borne opuesto de un generador 15.

[0061] Cada peine de electrodos comprende varios dedos que constituyen electrodos rectilíneos 13, 14.

[0062] Cada dedo 13, 14 está formado por un alma monohilo relativamente rígida de material metálico conductor eléctrico de diámetro suficiente, por ejemplo de unos 0,8 mm. El alma está envuelta de un material dieléctrico de un grosor comprendido preferentemente entre 0,3 y 0,5 mm.

[0063] Este envoltorio puede ser por ejemplo de silicona, esmalte o cualquier otro material dieléctrico no poroso.

[0064] El material dieléctrico forma así una barrera dieléctrica entre cada electrodo, que permite la generación de un plasma de tipo “descarga de barrera dieléctrica".

[0065] Este tipo de plasma tiene varias ventajas, y en particular la de estar bien repartido dentro de la mezcla de gas que se va a tratar. Además, la descarga de barrera dieléctrica tolera impulsos de tensión de larga duración, sin formar un arco eléctrico, que permite utilizar un generador eléctrico 15 relativamente simplificado.

[0066] Como se muestra en la figura 2, los electrodos 13, 14 de cada peine se extienden paralelos entre sí sobre una superficie del plano que corresponde sustancialmente a la sección de paso del flujo gaseoso.

[0067] En este modo de realización, cada peine de electrodos comprende siete electrodos rectilíneos o dedos. El número de electrodos 13, 14 utilizado está relacionado con la sección de paso del flujo gaseoso y se elije para que cubra uniformemente toda la sección de paso.

[0068] Los electrodos rectilíneos 13, 14 de cada peine son equidistantes entre sí. La distancia que separa los electrodos 13, 14 debe ser idéntica con una reducida tolerancia, de unos 0,05 mm, para obtener un plasma uniformemente repartido en el aire de la zona de generación de plasma 12.

[0069] Por otro lado, la distancia que separa dos electrodos de polaridad opuesta, es decir la distancia que separa cada electrodo rectilíneo 13 de otro electrodo rectilíneo 14, está comprendida entre 3 y 5 mm, preferentemente 4 mm.

[0070] Gracias a esta reducida distancia que separa los electrodos de polaridad opuesta, la tensión aplicada puede ser baja, por ejemplo inferior a 20 kV medida cresta a cresta de una tensión sinusoidal de alimentación.

[0071] En la práctica, los electrodos 13, 14 están montados sobre un mismo soporte 16, por ejemplo de resina termoplástico o termoendurecible.

[0072] Los electrodos 13, 14 pueden estar sumergidos al nivel de sus extremos de conexión 13a, 14a al generador 15 en el soporte 16.

[0073] Para evitar cualquier riesgo de contorneo eléctrico, es importante que el extremo libre 13b, 14b de los electrodos 13, 14 esté a suficiente distancia del extremo de conexión 13a, 14a de los electrodos de polaridad opuesta. Una distancia de 10 mm puede ser suficiente.

[0074] En el modo de realización que se muestra en las figuras, los electrodos 13, 14 de cada peine están colocados en alternancia en un mismo plano, perpendicular a la dirección X del flujo gaseoso.

[0075] No obstante, para reducir las pérdidas de carga al nivel de la zona de generación de plasma 12, cada serie de electrodos 13, 14 puede estar colocada en un plano diferente, siempre perpendicular a la dirección del flujo gaseoso. Estos planos están entonces desplazados unos milímetros en el sentido del flujo gaseoso, por ejemplo 1 a 2 mm siguiendo la dirección X.

[0076] Como se muestra en la figura 1, el dispositivo de tratamiento 10 está formado por un apilamiento de soporte de electrodos 16 que constituye también medios de montaje de los soportes catalíticos 11.

[0077] A este respecto, los soportes de electrodos 16 comprenden resaltes 16a que, colocados frente a frente son aptos para alojar un soporte catalítico 11.

[0078] Por supuesto, el dispositivo de tratamiento 10 comprende también soportes simples 17 sin electrodos 13, 14, destinados únicamente al montaje de un soporte catalítico 11 formando separadores para crear un espacio entre cada soporte catalítico 11 y evitar así cualquier pérdida de carga en la circulación del flujo gaseoso.

[0079] El dispositivo de tratamiento 10 cuenta además en sus extremos con elementos de conexión 18, 19 que permiten conectar el dispositivo de tratamiento 17 a un conducto de circulación del flujo gaseoso.

[0080] El apilamiento de estos distintos soportes 16, 17, 18, 19 debe permitir la estanqueidad de ventilación del dispositivo ya que una fuga de gas de cocción provocaría la presencia de olor y/u ozono.

[0081] La estanqueidad entre estos distintos soportes 16, 17, 18, 19 puede estar realizada gracias a juntas tóricas 20, estando sostenido por ejemplo el apilado de los soportes por medio de varillas roscadas o por un sistema de enganche que utilice las características elásticas de la resina que constituye los distintos soportes 16, 17, 18,

19.

[0082] Alternativamente, se pueden utilizar hojas metálicas que mantengan comprimido el apilado con efecto resorte.

[0083] Gracias al dispositivo de tratamiento según la invención, se puede reducir el coste de la alimentación a nivel de los electrodos de generación de plasma que pueden estar colocados a poca distancia entre sí. Se aumenta así la eficacia del plasma generado en el dispositivo de tratamiento.

[0084] Para reducir el coste de la alimentación, se puede utilizar una alimentación de resonancia sinusoidal, siendo la frecuencia superior a las frecuencias audibles.

[0085] Se podrían utilizar otros tipos de alimentación, por ejemplo una alimentación por impulsos.

[0086] La generación de plasma directamente antes de los soportes catalíticos y combinada con la fase activa de dichos soportes catalíticos permite destruir eficazmente los compuestos orgánicos volátiles.

[0087] La disminución de la tensión de alimentación utilizada para alimentar los electrodos de generación de plasma permite en particular reducir el coste de la tarjeta electrónica de alimentación.

[0088] Cuando este dispositivo de tratamiento está conectado a un conducto de circulación de una campana de filtrado de los humos de cocción, permite tratar eficazmente todos los tipos de moléculas olorosas presentes en los humos de cocción antes de expulsarlas al aire ambiente.

[0089] Por supuesto, se puede aportar numerosas modificaciones a los ejemplos de realización arriba descritos sin salir del marco de la invención.

Claims (11)

1.

Dispositivo de tratamiento de gas por catálisis que comprende al menos un soporte catalítico (11) adaptado para ser atravesado por un flujo gaseoso y electrodos (13, 14) de generación de un plasma de descarga, caracterizado porqu e una zona de generación de plasma (12) tiene una primera serie de electrodos rectilíneos (13) y una segunda serie de electrodos rectilíneos (14) de polaridad opuesta, colocados en alternancia en dicha zona de generación de plasma (12), estando colocada dicha zona de generación de plasma (12) antes del citado soporte catalítico (11) siguiendo el sentido del flujo gaseoso (F) y adyacente al citado soporte catalítico (11).

2.

Dispositivo de tratamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos (13, 14) de las citadas primera y segunda series están colocados en alternancia en un mismo plano perpendicular a la dirección del flujo gaseoso (F).

3.

Dispositivo de tratamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera serie de electrodos (13) y la segunda serie de electrodos (14) están colocados respectivamente en dos planos diferentes perpendiculares a la dirección del flujo gaseoso (F) y separados por unos milímetros.

4.

Dispositivo de tratamiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los electrodos (13, 14) de cada serie son equidistantes entre sí.

5.

Dispositivo de tratamiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los electrodos (13, 14) de cada serie se extienden paralelos entre sí sobre una superficie de plano correspondiente sustancialmente a la sección de paso del flujo gaseoso (F).

6.

Dispositivo de tratamiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la distancia entre dos electrodos (13, 14) de polaridad opuesta está comprendida entre 3 y 5 mm, siendo preferentemente de 4 mm.

7.

Dispositivo de tratamiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende varios soportes catalíticos (11) colocados sucesivamente siguiendo el sentido del flujo gaseoso (F).

8.

Dispositivo de tratamiento según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende varias zonas de generación de plasma (12) colocadas respectivamente antes de varios soportes catalíticos.

5

9. Dispositivo de tratamiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos soportes catalíticos (11) son de diferentes grosores y de diferente tipo de catalizador.

10. Campana de filtrado de humos de cocción, caracterizado porque comprende un 10 dispositivo de tratamiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Sistema de climatización caracterizado p orque comprende un dispositivo de tratamiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 9.