ES2604834B1 - Dispositivo de desinfección de aire - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de desinfección de aire utilizando la tecnología de plasma frío mediante descargas a presión atmosférica utilizando el efecto corona. Los dispositivos más relevantes de la invención son los dispositivos de microdescargas superficiales a presión atmosférica, que comprenden a su vez un electrodo de excitación plano conectado a una o más fuentes de alimentación, un electrodo de masa plano y paralelo al electrodo de excitación conectado a tierra, cuya planta tiene una forma de rejilla de huecos aproximadamente hexagonales y un dieléctrico plano unido al electrodo de excitación, cuyo espesor es menor que la distancia entre el electrodo de excitación y el electrodo de masa; y un ventilador unido a la carcasa cuya aspiración coincide con la rejilla de aspiración y cuya impulsión está dirigida hacia los dispositivos de microdescarga.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de desinfeccion de aire Objeto de la invencion
Es objeto de la presente invencion un dispositivo un dispositivo autonomo capaz de desinfectar y prevenir la proliferation de bacterias y virus en el local donde se encuentre instalado, sin mas requerimientos que la energia equivalente a una bombilla de alumbrado, mediante la tecnologia de generation de plasma frio, cuya eficacia esta demostrada en la desinfeccion por numerosos estudios cientificos. Se trata de una forma economica, inocua para el ser humano y respetuosa con el medioambiente de actuar contra los microorganismos patogenos.
Antecedentes de la invencion
El termino "plasma” para un gas ionizado se utilizo por primera vez en 1927 por el premio Nobel Irving Langmuir (1881-1957), que estudio las caracteristicas de las descargas electricas. A Irving le parecio semejante la forma en la que este fluido electrificado transportaba electrones, moleculas e iones a como nuestra sangre transporta los globulos rojos y blancos.
Esta asumido que el 99% del universo es plasma, como lo es la corona solar, el viento solar, las nebulosas, la ionosfera de la tierra. Una forma visible de plasma en la tierra son las auroras boreales, causadas por la interaction del viento solar con nuestra atmosfera.
Los cientificos llaman plasma al cuarto estado de la materia, porque puede no encaja en ninguno de los otros tres. Si se aporta energia a un gas, sus moleculas pueden separarse en particulas cargadas, electrones e iones que se mueven libres formando un elemento conductor.
Los electrones acelerados por las cargas electricas sirven de base a una reaction en cadena de excitation, disociacion y reaccion al colisionar con otras particulas formando la
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composition variada del plasma: electrones, iones, moleculas cargadas electricamente, particulas neutras y luz.
Las propiedades del plasma son: temperatura que va desde la ambiental a la temperatura de la superficie solar, densidad de 106 a 1018 cm-3 temperaturas de los electrones de 1 eV a 20 keV (1 eV « 104 K).
En el plasma caliente, la temperatura del gas y la temperatura del plasma son la misma por la completa ionization del gas. Alcanza grandes temperaturas y tiene lugar en los procesos de fusion las centrales nucleares hidrogeno.
El plasma frio, es un gas parcialmente ionizado, lejos del equilibrio termodinamico. Cuando la temperatura del electron es de 1 a10 eV, no son capaces de transmitir toda la energia cinetica ganada por la aplicacion de un campo electrico externo a las parriculas de mayor tamano, originando asi esta forma de plasma donde la temperatura del gas varia entre unos 25 a 700 °C.
El plasma frio a presion atmosferica mantendra, normalmente, su temperatura por debajo de los 150°C.
Por otra parte y como es bien sabido, hay tres tipos fundamentales de descargas electricas a presion atmosferica:
• Efecto corona.
• Plasma de luz.
• Descargas de arco.
Las descargas por efecto coronan, originadas por una corriente continua o pulsante, es la forma comun de plasma frio. Se caracteriza por unos pequenos arcos luminosos en los bordes del electrodo. Sus aplicaciones son muchas, creation de ozono, desinfeccion de agua, elimination de materia organica en gases de desecho o tratamiento de superficies para adhesion.
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Las descargas luminosas se caracterizan por una luminosidad constante. Se pueden ver en las antorchas de plasma, donde los electrodos se situan en el interior de la camara y el gas noble ionizado es impulsado al exterior. Se utiliza en el tratamiento de superficies para procesos de deposition.
Las descargas de arco se consideran plasma caliente. Se caracterizan por un catodo de bajo potencial y un alto flujo de corriente. Se usan en metalurgia, para corte o soldadura, y en dispositivos de iluminacion.
La microdescarga superficial a presion atmosferica esta dentro de la generation de plasma frio. Se deriva de la tecnologia DBD, “Dielectric Barrier Discharge”, relacionada con el efecto corona. Se ha empleado historicamente para la production de ozono y se caracteriza por tener un dielectrico entre los electrodos que limita el paso de la corriente y evita la formation de arcos que ocasionan calentamiento puntual en los electrodos y ruido.
El uso de dielectrico condiciona a una excitation con corriente alterna. El campo electrico debe ser lo suficientemente alto para inducir fracturas electricas en el gas. La corriente que pueda saltar a traves del dielectrico depende de la constante de este, de su grosor (entre 0,5 y 2mm), y del tiempo que se aplique el voltaje. El dielectrico puede ser de vidrio, cristal de sflice o polimeros aislantes, como el Teflon.
El efecto del dielectrico desaparece a muy altas frecuencias, por lo que se emplean frecuencias entre 500 Hz y los 10 kHz. Se necesita un voltaje entre 3 y 20 kVp para iniciar el proceso, y cuando esto ocurre, comienza una multitud de micro descargas, ideales para un tratamiento de un flujo de aire.
Con respecto a las reacciones quimicas generadas por el plasma frio, los electrones acelerados contenidos en el plasma colisionan con otras particulas iniciando procesos de disociacion, excitacion e ionization generando particulas como O3, NOx, OH, N2+, O2*, H2O2 y luz UV, esta ultima en cantidades despreciables tanto para desinfeccion como para riesgo personal.
Mayoritariamente, la formacion de plasma con barrera dielectrica, se ha usado para la produccion de ozono a partir de aire, destinado al tratamiento de aguas contaminadas.
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El proceso basico es la excitation de O2, en dos posibles estados de energia: A3Iu+, B3Iu" , que se disociaran as!
O2 + e ^ O2 + e
O2* ^ 2 O
El O monoatomico resultante puede estar en estado de triplete O (3P) o en singlete O (1D). Por la regla de la selection de spin, solo el O (3P) puede reaccionar inmediatamente con el O2 y un tercer companero de colision que llamaremos M (puede ser O2, O3, O, o N2) para formar ozono:
O (3P) + O2 + M ^ O3* + M ^ O3 + M
El O3* es el estado excitado transitorio del ozono. Reacciones secundarias no deseadas compiten con la formation de ozono al consumir O monoatomico:
O + O + M ^ O2 + M
O + O3 + M ^ 2 O2 + M
O + O3* + M ^ 2 O2 + M
A causa del uso de aire, una gran variedad de compuestos del nitrogeno interferiran en las reacciones. Ademas del ozono, se crearan otras muchas particulas oxidantes: NOx con x = [1, 3], N2Oy con y = [1, 5]. El 50% del total de ozono producido se genera gracias a las reacciones con compuestos del nitrogeno por su action de portadores de O monoatomico.
Los NOx pueden alcanzar concentraciones a tener en cuenta en el caso de aplicar demasiada potencia. En este caso, el O monoatomico es consumido mas rapidamente por las reacciones de NOx que en las de formation de ozono.
Mientras que el NO, NO2 y N2O se acumula, el ozono desaparece catalizado por el NO y el NO2: (El NO2* es una forma excitada del NO2 y hv se refiere a una emision de fotones).
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NO + O3 ^ NO2 * + O2 NO2 * ^ NO2 + hv
2NO + 3O3 ^ N2O5 + 3O2 NO2 + O3 ^ NO3 + O2
En combination con el agua presente en el aire a causa de la humedad relativa, la complejidad de las reacciones se complica.
El agua y el oxigeno singlete O (1D) se combinan en H2O2, que tiene un gran potencial oxidante, para luego descomponerse en radicales OH:
O (1D) + H2O ^ H2O2 * 2OH
Ademas, algunos radicales OH reaccionan con los NOx resultando acidos mtricos corrosivos. Por la proportion y el tiempo de vida de los compuestos que se forman, se deduce que los elementos reactivos del oxigeno: O3, OH, O, O2 y los del nitrogeno: NO, N, N2*, N2O, seran los que posibiliten el efecto de desinfeccion aerea del dispositivo.
El ozono es un poderoso oxidante reactivo con las biomeleculas puede inactivar virus y bacterias, pero tambien es conocido por ser mutagenico y toxico para los humanos. Por ello se permite una concentration maxima de ozono de 0,1ppm en un lugar de trabajo durante 8 horas. Sera necesario el control del nivel de ozono en el entorno de operation del dispositivo, desactivandolo si se superase un nivel de seguridad establecido.
La utilization del plasma frio esta emergiendo en el campo de la medicina despertando un gran interes entre fisicos, biologos, ingenieros y medicos.
En un principio su utilization se delimito a la esterilizacion de material quirurgico en camaras de vatio y al tratamiento superficial de biomateriales.
El desarrollo de la tecnologia del plasma frio a presion atmosferica comienza a posibilitar una serie de nuevas aplicaciones:
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• Prevention y tratamiento de enfermedades como las heridas cronicas, infecciones cutaneas y en mucosas, tumores localizados, queloides, angiogenesis, hemostasia...
• Inhibition de la formation de biofilms.
• Mejora de la aceptacion de implantes.
• Intensification de la action de medicamentos topicos.
• Mejora de utensilios medicos por tratamiento superficial.
El rango de aplicaciones es tan amplio por la baja generation de calor y la versatilidad de aplicacion.
Se produce un coctel quimico variable segun los gases de alimentation, la potencia administrada y la forma de tratamiento. La mezcla de componentes reactivos actua de forma conjunta en la inactivation de microorganismos patogenos y favoreciendo la cicatrization al mismo tiempo. Ademas, los radicales libres O2-, H2O2, OH-, NO, ONOO-, pueden ser empleados por las celulas eucariotas contra las bacterias invasoras.
El Centro Europeo de Prevention y Control de Enfermedades, ECDC, afirmo que el numero de pacientes que contrajo enfermedades intra-hospitalarias alcanzo los 3,2 millones entre el ano 2011 y el 2012. En America el organismo homonimo, conto 1,7 millones de infecciones de este mismo tipo y 99.000 muertes asociadas en los Estados Unidos en 2002.
Desde un punto de vista economico, las enfermedades intra-hospitalarias, suponen un gran coste a los sistemas de salud a causa del incremento del tiempo de hospitalization, necesidad de aislamiento del paciente y el uso de medicamentos especiales para los microorganismos resistentes, llegando a los 40 billones de dolares al ano en EU.
La prevention es el metodo mas eficaz para evitar estas infecciones por patogenos que se estan volviendo resistentes como el Staphylococcus aureus, Enterococcus, Pseudomonas spp., Acinetobacter spp., Candida spp., Escherichia coli o Klebsiella spp.
Solamente el Clostridium difficile, es responsable del 48% de las infecciones gastrointestinales en los hospitales y el uso de antibioticos destruye la flora intestinal del paciente y favorece el crecimiento de la C. difficile resistente.
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Los desinfectantes basados en hipoclorito tienen un efecto limitado con las bacterias mas resistentes y su manejo es complicado. El tratamiento por plasma en camaras de vado no siempre respeta la temperatura maxima del dispositivo a desinfectar, en algunas ocasiones se alcanzan los 120°C. Otros desinfectantes qdmicos mas fuertes, como el oxido de etileno, son muy peligrosos de utilizar y desprenden olores muy desagradables.
Dentro de las tecnologias de plasma frio, el efecto corona es apropiado para la introduccion de los elementos generados por el plasma en liquidos, las antorchas de plasma se usan para el tratamiento de areas muy pequenas y el plasma con barrera dielectrica es optimo para la desinfeccion de areas amplias.
Las descargas de plasma crean particulas cargadas y campo electrico que consiguen atravesar la membrana celular de los microorganismos patogenos. Las especies reactivas del oxigeno y del nitrogeno (ROS, RNS), logran penetrar en la celula y causar dano oxidativo en su ADN y sus protemas. Ademas, se sabe que otros procesos secundarios tienen lugar contribuyendo a la accion desinfectante.
Como consecuencia del incipiente desarrollo e esta tecnologia, se han definido unos valores para la validacion de la esterilizacion por plasma referidas a la probabilidad de supervivencia del patogeno o Sterility Assurance Level (SAL):
• Nivel medico (SAL = 10"6), elementos invasivos, implantes.
• Nivel alto (10-4).
• Nivel bajo (10-3), elementos de uso topico.
Por lo expuesto en anteriormente, se ha optado en la utilizacion de la tecnologia de generacion de plasma frio mediante microdescargas superficiales.
Descripcion de la invencion
El dispositivo de desinfeccion de aire comprende:
• Una carcasa cuya seccion transversal es de forma aproximadamente rectangular, su cara frontal dispone de una primera rejilla de impulsion de aire de forma aproximadamente rectangular y su cara inferior dispone de una segunda rejilla de aspiracion de aire de forma aproximadamente rectangular;
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• Una o mas fuentes de alimentation de los dispositivos de microdescargas de alto voltaje y alta frecuencia;
• Uno o mas dispositivos de microdescargas superficiales a presion atmosferica, cada uno de los dispositivos de microdescargas comprende a su vez:
o Un electrodo de excitation plano conectado a una o mas fuentes de alimentacion,
o Un electrodo de masa plano y paralelo al electrodo de excitation conectado a tierra, cuya planta tiene una forma de rejilla de huecos aproximadamente hexagonales y cuyo contorno es aproximadamente igual al contorno del electrodo de excitation,
o Un dielectrico plano unido al electrodo de excitation, cuyo espesor es menor que la distancia entre el electrodo de excitation y el electrodo de masa y cuyo contorno tiene forma y dimensiones aproximadamente iguales a la forma y dimensiones del contorno del electrodo de excitation y del electrodo de masa;
• Uno o mas soportes de los dispositivos de microdescargas de material dielectrico, cada uno de los referidos soportes comprende una placa superior de forma aproximadamente rectangular, dispuesta horizontalmente y unida de manera amovible a la carcasa de tal manera que la cara inferior esta dispuesta aproximadamente a la misma altura que el borde superior de la rejilla de impulsion de aire, dicha placa superior dispone de uno o mas orificios pasantes, cuyos perimetros tienen forma y dimensiones aproximadamente iguales a la forma y dimensiones de la planta de los dispositivos de descarga, destinado a que en el referido orificio se introduzca uno de los dispositivos de descarga, los dispositivos de microdescargas estan unidos a las referidas placas superiores mediante unos medios de fijacion amovibles.
• Un ventilador unido a la carcasa cuya aspiration coincide con la rejilla de aspiration y cuya impulsion esta dirigida hacia los dispositivos de microdescarga.
Breve description de las figuras
Figura 1: muestra una vista en perspectiva de una explosion del dispositivo de desinfeccion de aire.
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Figura 2: muestra una vista en perspectiva de una explosion de un dispositivo de microdescargas superficiales a presion atmosferica.
Realizacion preferente
Las figuras 1 y 2 muestra una realizacion preferente del dispositivo de desinfeccion de aire, objeto de la presente invention, que comprende:
• Una carcasa (1), preferentemente de acero inoxidable AISI-3116, cuya section transversal es de forma aproximadamente rectangular, su cara frontal (2), que en esta realizacion es desmontable, dispone de una primera rejilla (3) de impulsion de aire de forma aproximadamente rectangular y su cara inferior dispone de una segunda rejilla , no mostrada, de aspiration de aire de forma aproximadamente rectangular;
• Una o mas fuentes de alimentation de los dispositivos de microdescargas (6) de alto voltaje y alta frecuencia;
• Uno o mas dispositivos de microdescargas (6) superficiales a presion atmosferica, cada uno de los dispositivos de microdescargas comprende a su vez:
o Un electrodo de excitation (9), preferentemente de acero inoxidable AISI- 3116, plano conectado a una o mas fuentes de alimentacion, o Un electrodo de masa (11), preferentemente de acero inoxidable AISI-3116, plano y paralelo al electrodo de excitacion (9) conectado a tierra, cuya planta tiene una forma de rejilla de huecos aproximadamente hexagonales y cuyo contorno es aproximadamente igual al contorno del electrodo de excitacion, o Un dielectrico (10), preferentemente de teflon®, plano unido al electrodo de excitacion, cuyo espesor es menor que la distancia entre el electrodo de excitacion y el electrodo de masa y cuyo contorno tiene forma y dimensiones aproximadamente iguales a la forma y dimensiones del contorno del electrodo de excitacion y del electrodo de masa;
• Uno o mas soportes de los dispositivos de microdescargas de material dielectrico, cada uno de los referidos soportes comprende una placa superior (4) de forma aproximadamente rectangular, dispuesta horizontalmente y unida de manera amovible a la carcasa de tal manera que la cara inferior esta dispuesta aproximadamente a la misma altura que el borde superior de la rejilla de impulsion de aire, dicha placa superior dispone de uno o mas orificios pasantes, cuyos
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perimetros tienen forma y dimensiones aproximadamente iguales a la forma y dimensiones de la planta de los dispositivos de descarga, destinado a que en el referido orificio se introduzca uno de los dispositivos de descarga, los dispositivos de microdescargas estan unidos a las referidas placas superiores mediante unos medios de fijacion amovibles.
• Un ventilador (5), preferentemente del tipo tangencial, unido a la carcasa (1) cuya aspiracion coincide con la rejilla de aspiracion y cuya impulsion esta dirigida hacia los dispositivos de microdescarga.
En esta realization, los medios de fijacion amovibles comprenden un hombro de soporte en la parte inferior del referido orificio pasante, una placa de fijacion (8) de un material dielectrico, preferentemente teflon®, unida de manera amovible a la cara superior de la placa superior del soporte y un empujador (7) de un material dielectrico y elastico, preferentemente etileno propileno dieno monomero, dispuesta entre la placa de fijacion y el dispositivo de microdescarga.

Claims (7)

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    reivindicaciones
    1. Dispositivo de desinfeccion de aire oaraoterizado porque comprende (consiste en):
    • Una carcasa cuya section transversal es de forma aproximadamente rectangular, su cara frontal dispone de una primera rejilla de impulsion de aire de forma aproximadamente rectangular y su cara inferior dispone de una segunda rejilla de aspiration de aire de forma aproximadamente rectangular;
    • Una o mas fuentes de alimentation de los dispositivos de microdescargas de alto voltaje y alta frecuencia;
    • Uno o mas dispositivos de microdescargas superficiales a presion atmosferica, cada uno de los dispositivos de microdescargas comprende a su vez:
    o Un electrodo de excitation plano conectado a una o mas fuentes de alimentacion,
    o Un electrodo de masa plano y paralelo al electrodo de excitacion conectado a tierra, cuya planta tiene una forma de rejilla de huecos aproximadamente hexagonales y cuyo contorno es aproximadamente igual al contorno del electrodo de excitacion,
    o Un dielectrico plano unido al electrodo de excitacion, cuyo espesor es menor que la distancia entre el electrodo de excitacion y el electrodo de masa y cuyo contorno tiene forma y dimensiones aproximadamente iguales a la forma y dimensiones del contorno del electrodo de excitacion y del electrodo de masa;
    • Uno o mas soportes de los dispositivos de microdescargas de material dielectrico, cada uno de los referidos soportes comprende una placa superior de forma aproximadamente rectangular, dispuesta horizontalmente y unida de manera amovible a la carcasa de tal manera que la cara inferior esta dispuesta aproximadamente a la misma altura que el borde superior de la rejilla de impulsion de aire, dicha placa superior dispone de uno o mas orificios pasantes, cuyos perimetros tienen forma y dimensiones aproximadamente iguales a la forma y dimensiones de la planta de los dispositivos de descarga, destinado a que en el referido orificio se introduzca uno de los dispositivos de descarga, los dispositivos de microdescargas estan unidos a las referidas placas superiores mediante unos medios de fijacion amovibles.
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    • Un ventilador unido a la carcasa cuya aspiration coincide con la rejilla de aspiration y cuya impulsion esta dirigida hacia los dispositivos de microdescarga.
  2. 2. Dispositivo de desinfeccion de aire, segun revindication 1, oaraoterizado porque los electrodos de excitation y los electrodos de masa son de acero inoxidable AISI-3116.
  3. 3. Dispositivo de desinfeccion de aire, segun revindication 1 o 2, oaraoterizado por que el dielectrico de los dispositivos de microdescargas es de teflon®.
  4. 4. Dispositivo de desinfeccion de aire, segun cualquiera de las reivindicaciones
    anteriores, oaraoterizado porque el ventilador es un ventilador tangencial.
  5. 5. Dispositivo de desinfeccion de aire, segun cualquiera de las reivindicaciones
    anteriores, oaraoterizado porque los medios de fijacion amovibles comprenden un hombro de soporte en la parte inferior del referido orificio pasante, una placa de fijacion de un material dielectrico unida de manera amovible a la cara superior de la placa superior del soporte y un empujador de un material dielectrico y elastico dispuesta entre la placa de fijacion y el dispositivo de microdescarga.
  6. 6. Dispositivo de desinfeccion de aire, segun revindication 5, oaraoterizado porque la placa superior es de teflon®.
  7. 7. Dispositivo de desinfeccion de aire, segun revindication 5 o 6, oaraoterizado por que el material del empujador es etileno propileno dieno monomero.
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