ES2875054T3 - Purificadores de aire electrónicos y sistemas y métodos asociados - Google Patents

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Abstract

Un filtro de aire, que comprende: una carcasa (102) que tiene una entrada (103), una salida (105) y una cavidad (104) entre ambas; y un conjunto de electrodos entre la entrada (103) y la salida (105), donde el conjunto de electrodos incluye un electrodo de efecto corona (112, 312, 412), una pluralidad de electrodos colectores (122, 322) que se alternan con una pluralidad de electrodos repelentes (128, 328); donde los electrodos colectores (122, 322) incluyen una primera porción conductora interna (125, 325) y una superficie exterior (123a, 323a) generalmente paralela a un flujo de aire a través de la cavidad (104), y donde los electrodos colectores (122, 322) incluyen además una primera porción colectora de espuma de celdas abiertas porosas (124, 324) hechas de un primer material caracterizado por tener una alta resistividad eléctrica superior a 102 Ωm.

Description

DESCRIPCIÓN
Purificadores de aire electrónicos y sistemas y métodos asociados
Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense pendiente n° 61/647.045, presentada el 15 de mayo de 2012.
Campo técnico
La presente tecnología se refiere en general a la limpieza de flujos de gas mediante filtros electrostáticos y los sistemas y métodos asociados. En particular, distintas realizaciones se refieren a purificadores de aire electrónicos para el uso en sistemas de calefacción, aire acondicionado y ventilación (HVAC) que disponen de electrodos colectores revestidos con un material colector con una estructura de celdas abiertas, aunque estas realizaciones o similares también pueden utilizarse en sistemas de purificación para otros tipos de gases, en precipitadores electrostáticos industriales, y/o en otras formas de filtración electrostática.
Antecedentes
Los tipos más comunes de filtros de aire HVAC residenciales o comerciales emplean un medio filtrante fibroso (hecho de fibras de poliéster, fibra de vidrio o microfibras, etc.) colocado sustancialmente perpendicular al flujo de aire a través del cual puede pasar el aire (por ej., un filtro de aire acondicionado, un filtro HEPA, etc.) de manera que las partículas se eliminan del aire mecánicamente (entrando en contacto con una o más fibras y adhiriéndose a ellas o siendo bloqueadas por las mismas); algunos de estos filtros también se cargan electrostáticamente (ya sea de forma pasiva durante el uso, o de forma activa durante la fabricación) para aumentar las posibilidades de que las partículas entren en contacto con las fibras y se adhieran a las mismas.
Otra forma de filtro de aire se conoce como purificador de aire electrónico (PAE). Un PAE convencional incluye uno o más electrodos de efecto corona y una o más placas metálicas lisas de electrodos colectores que discurren sustancialmente paralelas al flujo de aire. Los electrodos de efecto corona producen una descarga de efecto corona que ioniza las moléculas de aire en un flujo de aire recibido en el filtro. Las moléculas de aire ionizadas imparten una carga neta a las partículas cercanas (por ej., polvo, suciedad, contaminantes, etc.) en el flujo de aire. Posteriormente, las partículas cargadas son atraídas electrostáticamente hacia una de las placas de los electrodos colectores y, por tanto, son eliminadas del flujo de aire a medida que el aire pasa por las placas de los electrodos colectores. Una vez ha pasado una cantidad suficiente de aire a través del filtro, los electrodos colectores pueden acumular una capa de partículas y polvo y eventualmente deben ser limpiados. Los intervalos de limpieza pueden variar, por ejemplo, de treinta minutos a varios días. Además, dado que las partículas están en la superficie exterior de los electrodos colectores, pueden reintroducirse en el flujo de aire, ya que la fuerza del flujo de aire puede superar la fuerza eléctrica que atrae a las partículas cargadas hacia los electrodos colectores, especialmente si se aglomeran muchas partículas por atracción mutua, reduciendo así la atracción neta hacia la placa colectora. Dicha aglomeración y reentrada puede requerir el uso de un posfiltro colocado aguas abajo y sustancialmente perpendicular al flujo de aire, aumentando así la resistencia del flujo de aire. Otra limitación de los PAE convencionales es que los hilos de corona pueden contaminarse por oxidación u otros depósitos durante el funcionamiento, lo que reduce su efectividad y hace necesaria la limpieza frecuente. Además, la descarga de efecto corona puede producir una cantidad significativa de contaminantes como, por ejemplo, el ozono, lo que puede hacer necesaria la implementación de filtros de carbón activado colocados sustancialmente perpendiculares al flujo de aire que pueden aumentar la resistencia al flujo de aire o el carbón activado aislado de una placa de separación cargada negativamente como se muestra en el documento DE2854742 Al.
Aunque los filtros de medios fibrosos no producen ozono, suelen tener que limpiarse y/o sustituirse regularmente debido a la acumulación de partículas. Además, los filtros de medios fibrosos se colocan sustancialmente perpendiculares al flujo de aire, lo que aumenta la resistencia al flujo de aire y provoca una importante diferencia de presión estática a través del filtro, que aumenta a medida que se acumulan o recogen más partículas en el filtro. La caída de presión a través de los distintos componentes de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) es una preocupación constante para los diseñadores y operadores de sistemas de aire mecánicos, ya que ralentiza el flujo de aire o aumenta la cantidad de energía necesaria para mover el aire a través del sistema. En consecuencia, existe la necesidad de un filtro de aire capaz de ofrecer intervalos relativamente largos entre la limpieza y/o la sustitución y con caída de presión relativamente baja a través del filtro tras la instalación en un sistema HVAC.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1A es una vista isométrica posterior de un PAE configurado de acuerdo con las realizaciones de la presente tecnología. Las Figuras IB, 1C e ID son vistas isométricas laterales, isométricas frontales y laterales inferiores, respectivamente, del PAE de la Figura 1 A. La figura IE es una vista transversal superior de la Figura 1A a lo largo de una línea IE. La Figura IF es una vista ampliada de una parte de la Figura IE.
La Figura 2A es una vista superior esquemática de un PAE configurado de acuerdo con las realizaciones de la presente tecnología. Las Figuras 2B y 2C son vistas superiores esquemáticas de electrodos repelentes configurados de acuerdo con una realización de la presente tecnología.
La Figura 3 es una vista superior esquemática de una porción de un filtro de aire configurado de acuerdo con una realización de la presente tecnología.
Las Figuras 4A y 4B son vistas laterales de una fase de ionización mostrada en una primera configuración y una segunda configuración, respectivamente, de acuerdo con una realización de la presente tecnología.
Descripción detallada
La presente tecnología se refiere en general a la limpieza de flujos de gas mediante filtros electrostáticos y los sistemas y métodos asociados. En un aspecto de la presente tecnología, un purificador de aire electrónico (PAE) según la reivindicación 1 incluye una carcasa que tiene una entrada, una salida y una cavidad entre ellas. Un conjunto de electrodos colocado en el filtro de aire entre la entrada y la salida incluye una pluralidad de primeros electrodos (por ej., electrodos colectores) y una pluralidad de segundos electrodos (por ej., electrodos repelentes), ambos configurados sustancialmente paralelos al flujo de aire. Los primeros electrodos incluyen una primera porción colectora hecha de un material que presenta una alta resistividad eléctrica superior a 102 Dm y que tiene una estructura porosa de celdas abiertas. En algunas realizaciones, los primeros y segundos electrodos pueden estar dispuestos en columnas alternas dentro del conjunto de electrodos. Los primeros electrodos pueden estar configurados para operar a un primer potencial eléctrico y los segundos electrodos pueden estar configurados para operar a un segundo potencial eléctrico diferente del primer potencial eléctrico. El PAE también incluye un electrodo de efecto corona, que puede estar dispuesto en la cavidad al menos próximo a la entrada.
En otro aspecto de la presente tecnología, un método de filtrado de aire según la reivindicación 11 incluye crear un campo eléctrico utilizando un ionizador dispuesto en una trayectoria del flujo de aire, de tal manera que el ionizador quede posicionado para ionizar al menos una porción de las moléculas de aire del flujo de aire. El método también incluye la aplicación de un primer potencial eléctrico en una pluralidad de primeros electrodos separados del ionizador, y la recepción, en la primera porción colectora, de las materias particuladas acopladas eléctricamente a las moléculas de aire ionizadas. En este aspecto, cada uno de los primeros electrodos incluye una primera porción colectora correspondiente que comprende un medio poroso que es una espuma de celdas abiertas eléctricamente conductoras hechas de un material que presenta una alta resistividad eléctrica 2- p, resistividad superior a 102 Dm.
En algunas otras realizaciones, el primer material puede comprender también un material desinfectante y/o un material reductor de la contaminación.
En la siguiente descripción se exponen determinados detalles específicos y también en las Figuras 1A-4B para proporcionar una comprensión completa de las distintas realizaciones de la tecnología. Otros detalles que describen estructuras y sistemas bien conocidos, a menudo asociados con los purificadores de aire electrónicos y dispositivos asociados, no se han expuesto en la siguiente tecnología para evitar confundir innecesariamente la descripción de las diversas realizaciones de la tecnología. Por lo tanto, una persona con conocimientos ordinarios en la técnica entenderá que la tecnología puede tener otras realizaciones con elementos adicionales, o la tecnología puede tener otras realizaciones sin varias de las características mostradas y descritas a continuación con referencia a las Figuras 1A-4B. La Figura 1A es una vista isométrica posterior de un filtro de aire electrónico 100. Las Figuras IB, 1C e ID son vistas isométricas frontales, isométricas delanteras y laterales, respectivamente, del filtro de aire 100. La Figura IE es una vista transversal superior del filtro de aire 100 a lo largo de la línea IE que se muestra en la Figura 1A. La Figura IF es una vista ampliada de una parte de la Figura IE. Con referencia a las Figuras 1A a IF conjuntamente, el filtro de aire 100 incluye un conjunto de electrodos de efecto corona o fase de ionización 110 y un conjunto de electrodos colectores de fase colectora 120 dispuestos en una carcasa 102. La carcasa 102 incluye una entrada 103, una salida 105 y una cavidad 104 entre la entrada y la salida. La carcasa 102 incluye una primera superficie lateral 106a, una superficie superior 106b, una segunda superficie lateral 106c, una porción de superficie posterior 106d, una superficie inferior 106e y una porción de superficie delantera 106f (Figura 1C). Las porciones de las superficies 106a-f están ocultas para mayor claridad en las Figuras 1A a IF. En la realización ilustrada, la carcasa 102 tiene una forma sólida generalmente rectangular. En otras realizaciones, sin embargo, la carcasa 102 puede construirse o conformarse de otra manera en cualquier forma adecuada (por ej., un cubo, un prisma hexagonal, un cilindro, etc.).
La fase de ionización 110 está dispuesta dentro de la carcasa 102 al menos próxima a la entrada 103 y comprende una pluralidad de electrodos de efecto corona 112 (por ej., cables conductores de electricidad, varillas, placas, etc.). Los electrodos de efecto corona 112 están dispuestos dentro de la fase de ionización entre un primer terminal 113 y un segundo terminal 114. Una pluralidad de aberturas o ranuras individuales 115 pueden recibir y acoplar eléctricamente los electrodos de efecto corona individuales 112 al segundo terminal 114. Una pluralidad de electrodos excitadores 116 están colocados entre los electrodos de efecto corona 112 y la entrada 103. El primer terminal 113 y el segundo terminal 114 pueden conectarse eléctricamente a una fuente de energía (por ej., una fuente de energía eléctrica de alta tensión) para producir un campo eléctrico que tenga una diferencia de potencial eléctrico relativamente alta (por ej., 5kV, 10kV, 20kV, etc.) entre los electrodos de efecto corona 112 y los electrodos excitadores 116. En una realización, por ejemplo, los electrodos de efecto corona 112 pueden estar configurados para operar a 5kV mientras que los electrodos excitadores 116 pueden estar configurados para operar a tierra. En otras realizaciones, sin embargo, tanto los electrodos de efecto corona 112 como los electrodos excitadores 116 se pueden configurar para operar a cualquier número de potenciales eléctricos adecuados. Asimismo, mientras que la fase de ionización 110 en la realización ilustrada incluye los electrodos de efecto corona 112, en otras realizaciones la fase de ionización 110 puede incluir cualquier medio adecuado para ionizar moléculas (por ej., un láser, un ionizador electropulverizador, un ionizador termopulverizador, un ionizador de pulverización sónica, un ionizador químico, un ionizador cuántico, etc.). Además, en la realización ilustrada de las Figuras 1A-1F, los electrodos excitadores 116 tienen un primer diámetro mayor que (por ej., aproximadamente veinte veces mayor) un segundo diámetro de los electrodos de efecto corona 112. En otras realizaciones, sin embargo, el primer diámetro y el segundo diámetro pueden ser de cualquier tamaño adecuado.
La fase colectora 120 está dispuesta en la cavidad entre la fase ionizadora 110 y la salida 105. La fase colectora 120 incluye una pluralidad de electrodos colectores 122 y una pluralidad de electrodos repelentes 128. En las realizaciones ilustradas de las Figuras 1A-1F, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 están dispuestos en filas alternas dentro de la fase colectora 120. Pero, en otras realizaciones, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 se pueden colocar dentro de la fase colectora 120 en cualquier disposición adecuada.
Cada uno de los electrodos colectores 122 incluye una primera porción colectora 124 que tiene una primera superficie exterior 123a opuesta a una segunda superficie exterior 123b, y una porción conductora interna 125 dispuesta entre ellas. Al menos una primera superficie exterior 123a y la segunda superficie exterior 123b pueden estar dispuestas para ser generalmente paralelas a un flujo de un gas (por ej., aire) que entra en la cavidad 104 a través de la entrada 103. La primera porción colectora 124 puede estar configurada para recibir y recoger materias particuladas (por ej., partículas que tienen una primera dimensión entre 0,1 micras y 1 mm, entre 0,3 micras y 10 micras, entre 0,3 micras y 25 micras y/o entre 100 micras y 1 mm), y comprende un material o medio poroso de celdas abiertas como, por ejemplo, una espuma de melamina (por ej. copolímero de formaldehído-melamina-bisulfito de sodio), una resina de melamina, carbón activado, una espuma reticulada, un material nanoporoso, un polímero termoestable, un poliuretano, un polietileno, etc. El uso de un material poroso de celdas abiertas puede conducir a un aumento sustancial (por ej., un aumento de diez veces, un aumento de mil veces, etc.) en el área de superficie efectiva de los electrodos colectores 122 en comparación con, por ejemplo, un electrodo metálico liso que pueda haber en los purificadores de aire electrónicos convencionales. Además, el material poroso de celdas abiertas puede recibir y recoger materias particuladas (polvo, suciedad, contaminantes, etc.) dentro del material, reduciendo así la acumulación de materias particuladas en las superficies exteriores 123a y 123b, así como limitando el tamaño máximo de aglomerados que pueden formarse a partir de las partículas recogidas en función del tamaño de una primera dimensión de las celdas del material poroso (por ej. de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 1000 micras, de aproximadamente 200 micras a aproximadamente 500 micras, de aproximadamente 140 micras a aproximadamente 180 micras, etc.). En algunas realizaciones, el material poroso de celdas abiertas puede estar hecho de un material no inflamable para reducir el riesgo de incendio procedente de, por ejemplo, una chispa (como una descarga de efecto corona de uno de los electrodos de efecto corona 112). El material poroso de celdas abiertas también está hecho de un material que tiene una alta resistividad superior a 102 Óm (por ej., mayor o igual a 1 x 107 Q-m, 1 x 109 Q-m, 1 x 1011 Ó-m, etc.) El uso de un material de alta resistividad (por ej., mayor que 102 Ohm-m, por ej., entre 102 y 109 Ohm-m, etc.) en la primera porción colectora 124 puede reducir, por ejemplo, la probabilidad de una descarga de efecto corona entre los electrodos de efecto corona y los electrodos colectores 122 o una chispa entre el electrodo colector 122 y el electrodo repelente 128. En algunas realizaciones, la primera porción colectora 124 también puede incluir un material desinfectante (por ej., TO2) y/o un material (por ej., MnQ2, un oxidante térmico, un oxidante catalítico, etc.) seleccionado para reducir y/o neutralizar compuestos orgánicos volátiles (por ej., ozono, formaldehído, humos de pintura, CFC, benceno, cloruro de metileno, etc.). En otras realizaciones, la primera porción colectora 124 puede incluir una o más membranas y/o materiales nanoporosos (por ej., óxido de manganeso, oro nanoporoso, plata nanoporosa, nanotubos, silicio nanoporoso, policarbonato nanoporoso, zeolitas, aerogeles de sílice, carbón activado, grafeno, etc.) que tienen tamaños de poro que van, por ejemplo, de 0,1 nm a 1000 nm. En algunas realizaciones más, la primera porción colectora 124 (que comprende, por ej., uno o más de los materiales nanoporosos mencionados antes) puede estar configurada para detectar una composición de materias particuladas acumuladas dentro de los electrodos colectores 122. En estas realizaciones, puede aplicarse una tensión a través de la primera porción colectora 124 y pueden detectarse varios tipos de materias particuladas mediante monitorización, por ejemplo, de los cambios en una corriente iónica que pasa a su través. Si se detecta una partícula de interés (por ej., una toxina, un patógeno dañino, etc.), se puede alertar al operador de un sistema de control de la instalación (no mostrado) acoplado al purificador de aire 100.
En algunas realizaciones, la primera porción colectora 124 puede estar hecha de un material sustancialmente rígido. En algunas de estas realizaciones, los elementos de montaje elásticos o basados en tensión no son necesarios para fijar la primera porción colectora 1224 dentro de la cavidad. Por ejemplo, la rigidez del material en estas realizaciones puede ser suficiente para apoyarse sustancialmente en una dirección vertical dentro de la cavidad. En algunas de estas realizaciones, no se incluye una porción conductora interna 125 en los electrodos colectores 122, en los que el propio material es suficientemente conductor para portar la carga requerida. En tales realizaciones, el material puede incluir uno o más de los materiales o composiciones conductoras enumeradas antes.
En referencia a la Figura IF, la porción conductora interna 125 puede incluir una superficie o placa conductora (por ej., una placa metálica) intercalada entre capas opuestas de la primera porción colectora 124 y adherida a la misma con un adhesivo (por ej., cianoacrilato, un epoxi, y/u otro agente de unión adecuado). En otras realizaciones, sin embargo, la porción conductora interna 125 puede comprender cualquier material o estructura conductora adecuada como, por ejemplo, una placa metálica, una rejilla metálica, una película conductora (por ej., una película Mylar metalizada), un epoxi conductor, tinta conductora, y/o una pluralidad de partículas conductoras (por ej., un polvo de carbono, nanopartículas, etc.) distribuidas por los electrodos colectores 122. Una estructura de acoplamiento o terminal 126 puede acoplar la porción conductora interna 125 de cada uno de los electrodos colectores 122 a una fuente de energía eléctrica (no mostrada). Igualmente, una estructura de acoplamiento o terminal 129 puede acoplar cada uno de los electrodos repelentes 128 a una fuente de energía eléctrica (no mostrada). Los electrodos colectores 122 pueden estar configurados para operar, por ejemplo, a un primer potencial eléctrico diferente de un segundo potencial eléctrico de los electrodos repelentes 128 cuando se conectan a la fuente de energía eléctrica. Además, dentro de los electrodos colectores individuales 122, la porción conductora interna 125 puede estar configurada para operar a un potencial eléctrico mayor que la primera superficie exterior 123a o la segunda superficie exterior 123b de los electrodos colectores individuales. En algunas realizaciones, por ejemplo, la porción conductora interna 125 puede estar configurada para tener una primera conductividad eléctrica mayor que una segunda conductividad eléctrica de la primera porción colectora 124. En consecuencia, la primera superficie exterior 123a y/o la segunda superficie exterior 123b pueden tener un primer potencial eléctrico menor que un segundo potencial eléctrico en la porción conductora interna 125. Una diferencia entre los potenciales eléctricos primero y segundo, por ejemplo, puede atraer partículas cargadas en la primera porción colectora 124 hacia la porción conductora interna 125. En algunas realizaciones, por ejemplo, las superficies exteriores 123a y 123b tienen una segunda conductividad eléctrica inferior a la primera conductividad eléctrica.
En funcionamiento, el purificador de aire 100 puede recibir energía eléctrica de una fuente de energía (no mostrada) acoplada a los electrodos de efecto corona 112, los electrodos excitadores 116, los electrodos colectores 122, y los electrodos repelentes 128. Los electrodos de efecto corona individuales 112 pueden recibir, por ejemplo, una corriente de alta tensión (por ej., 10kV, 20kV, etc.) y emitir iones que dan lugar a una corriente eléctrica próxima a los electrodos de efecto corona individuales 112 y que fluye hacia los electrodos excitadores 116 y/o los electrodos colectores 122. Las descargas de efecto corona pueden ionizar las moléculas de gas (por ej., moléculas de aire) en el gas entrante (por ej., aire) que entra en la carcasa 102 y en la cavidad 104 a través de la entrada 103. A medida que las moléculas de gas ionizadas chocan y cargan las materias particuladas entrantes que fluyen desde la fase de ionización 110 hacia la fase colectora 120, las materias particuladas (por ej., polvo, cenizas, patógenos, esporas, etc.) en el gas pueden ser atraídas eléctricamente y, por lo tanto, acopladas eléctricamente a los electrodos colectores 122. Los electrodos repelentes 128 pueden repeler o dirigir de otro modo las materias particuladas cargadas hacia los electrodos colectores 122 adyacentes debido a la diferencia de potencial eléctrico y/o a la diferencia de carga eléctrica entre los electrodos repelentes 128 y los electrodos colectores 122. Como se describe con más detalle a continuación con referencia a las Figuras 2B y 2C, los electrodos repelentes 128 también pueden incluir un medio para dirigir aerodinámicamente las materias particuladas cargadas hacia los electrodos colectores 122 adyacentes.
Los electrodos de efecto corona 112, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 pueden configurarse para operar a cualquier potencial o tensión eléctrica adecuada entre sí. En algunas realizaciones, por ejemplo, los electrodos de efecto corona 112, los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 128 pueden tener todos una primera carga eléctrica, pero también pueden estar configurados para tener una primera, segunda, tercera y cuarta tensión, respectivamente. Una diferencia entre la primera segunda, tercera y cuarta tensión puede determinar una vía que una o más partículas cargadas (por ej., materias particuladas cargadas) a través de la fase de ionización 110. Por ejemplo, los electrodos colectores 122 y los electrodos excitadores 116 pueden estar conectados a tierra, mientras que los electrodos de efecto corona pueden tener un potencial eléctrico entre, por ejemplo, 4kV y 10 kV y los electrodos repelentes 128 pueden tener un potencial eléctrico entre, por ejemplo, 6kV y 20 kV. Además, algunas porciones de los electrodos colectores 122 pueden tener diferentes potenciales eléctricos en relación con otras porciones. Por ejemplo, en uno o más electrodos colectores individuales 122, la porción conductora interna 125 puede tener un potencial eléctrico diferente (por ej., un potencial eléctrico más alto) que la correspondiente primera superficie exterior 123a o la segunda superficie exterior 123b, creando así un campo eléctrico dentro de la porción colectora 124.
Como apreciarán aquellos expertos en la técnica, la diferencia de potencial eléctrico entre la porción conductora interna 125 y la correspondiente primera superficie exterior 123a y/o la segunda superficie exterior 123b puede ser causada por una porción de una corriente iónica que fluye desde un electrodo repelente adyacente 128. Cuando esta corriente iónica Ii fluye a través del material poroso (por ej., la porción colectora 124) que tiene una resistencia eléctrica relativamente alta Rpor (por ej., entre 20 Megaohms y 2 Gigaohms) se crea determinada diferencia de potencial Vdif descrita por la ley de Ohm: Vdif = Ii x Rpor. Esta diferencia de potencial crea el campo eléctrico E en el cuerpo del material poroso. Una partícula cargada (por ej., materias particuladas) en este campo eléctrico E está sujeta a la fuerza culombiana F del campo E descrita por:
F = q * E, donde q es la carga eléctrica de la partícula.
Bajo esta fuerza F, una partícula cargada puede penetrar profundamente en el material poroso (por ej., la porción colectora 124) donde permanece. En consecuencia, las materias particuladas cargadas no solo pueden ser dirigidas y/o repelidas hacia la porción conductora interna 125 de los electrodos colectores 122, sino que también pueden ser recibidas, recogidas y/o absorbidas en la primera porción colectora 124 de los electrodos colectores individuales 122. Como consecuencia, las materias particuladas no solo se acumulan y/o se adhieren a las superficies externas 123a y 123b, sino que son recibidas y recogidas en la primera porción colectora 124.
En algunas realizaciones, por ejemplo, la resistividad del material poroso tiene una resistividad específica que permite el flujo de corriente iónica a la porción conductora interna 125 (es decir, debe ser ligeramente conductora de electricidad). En estas realizaciones, por ejemplo, el material poroso puede tener una resistencia en el orden de Megaohms para evitar la descarga de chispas entre los electrodos colectores y los repelentes.
En otras realizaciones, la fuerza del campo eléctrico E puede ser ajustable en respuesta al tamaño relativo de las celdas en el material poroso (por ej., la porción colectora 124). Como apreciarán los expertos en la materia, el campo eléctrico E necesario para absorber las partículas en la porción de recogida 124 puede ser proporcional al tamaño de las celdas. Por ejemplo, la fuerza del campo eléctrico E puede tener un primer valor cuando las celdas de la porción colectora 124 tienen un primer tamaño (por ej., un diámetro de aproximadamente 150 micras). La fuerza del campo eléctrico E puede tener un segundo valor (por ej., un valor mayor que el primer valor) cuando las celdas de la porción colectora 124 tienen un segundo tamaño (por ej., un diámetro de aproximadamente 400 micras) para retener partículas de mayor tamaño acumuladas en ellas.
Como se ha comentado anteriormente, la porción conductora interna 125 de los electrodos colectores 122 puede estar configurada para operar a un potencial eléctrico diferente de la primera superficie exterior 123a o de la segunda superficie exterior 123b de los electrodos colectores individuales 122. En consecuencia, las materias particuladas cargadas no solo pueden ser dirigidas y/o repelidas hacia la porción conductora interna 125 de los electrodos colectores 122, sino que también pueden ser recibidas, recogidas y/o absorbidas en la primera porción colectora 124 de los electrodos colectores individuales 122. Como consecuencia, las materias particuladas no solo se acumulan y/o se adhieren a las superficies externas 123a y 123b, sino que son recibidas y recogidas en la primera porción colectora 124. Como se ha explicado antes, el uso de un material poroso de celda abierta en la primera porción colectora 124 puede proporcionar un aumento significativo (por ej., 1000 veces mayor) en un área de la superficie colectora de los electrodos colectores individuales 122 en comparación con las realizaciones sin un medio poroso de celda abierta (por ej., electrodos colectores que comprenden placas de metal). Asimismo, dado que los electrodos colectores 122 están dispuestos generalmente en paralelo al flujo de gas que entra en la carcasa 102, las materias particuladas presentes en el gas pueden eliminarse con una caída de presión mínima a través del purificador de aire 100 en comparación con los filtros convencionales que tienen medios fibrosos a través de los cuales se dirige el flujo de aire (por ej., filtros HEPA).
Tras un periodo de uso del purificador de aire 100, las materias particuladas pueden saturar la primera porción colectora 124 de los electrodos colectores individuales. En algunas realizaciones, los electrodos colectores 122 pueden estar configurados para ser extraíbles (y/o desechables) y sustituidos por electrodos colectores 122 diferentes. En otras realizaciones, los electrodos colectores 122 pueden estar configurados de manera que la primera porción colectora 124 usada o saturada pueda ser retirada de la porción conductora interna 125 y desechada, para ser sustituida por una nueva porción colectora limpia 124, renovando así los electrodos colectores 122 para el uso continuado sin desechar la porción conductora interna 125. Una característica de la presente tecnología es que se espera que la sustitución o renovación de los electrodos colectores 122 sea más rentable que la sustitución de los electrodos que son total o sustancialmente de metal. Asimismo, la posibilidad de sustituir y desechar los electrodos colectores 122, o la primera porción colectora 124 de los mismos, facilita la eliminación de los patógenos y contaminantes recogidos del propio sistema, y se espera que se reduzca así la necesidad de una limpieza frecuente. Además, la presente tecnología permite el filtrado y/o la limpieza de pequeñas partículas en los sistemas comerciales de HVAC sin necesidad de añadir un fluido conductor a los electrodos colectores 122.
La Figura 2A es una vista superior esquemática de un purificador de aire electrónico 200. Las Figuras 2B y 2C son vistas superiores de un electrodo repelente 128 configurado de acuerdo con una o más realizaciones de la presente tecnología. Con referencia a las Figuras 2A-2C juntas, por ejemplo, el purificador de aire 200 consta de una fase colectora 220 y una pluralidad de porciones intermitentes 230. Las porciones intermitentes individuales 230 pueden estar dispuestas a ambos lados de la fase colectora 220 para evitar que el aire y/o las materias particuladas pasen a través de la fase colectora 220 sin fluir junto a uno de los electrodos colectores 122. La fase colectora 220 incluye además una pluralidad de electrodos repelentes 128. Los electrodos repelentes 128 tienen cada uno una porción proximal 261, una porción distal 262 y una porción intermedia 263 entre ellas. Se puede configurar un primer saliente 264a, dispuesto en la porción proximal 261, y un segundo saliente 264b, dispuesto en la porción distal 262, por ejemplo, para repeler eléctricamente partículas cargadas (por ej., materias particuladas en un flujo de gas), hacia electrodos colectores adyacentes 122. Asimismo, los salientes primero y segundo 264a y 264b también pueden estar configurados para guiar aerodinámicamente o dirigir de otro modo las materias particuladas en el flujo de gas hacia un electrodo colector adyacente 122.
Como se muestra en la Figura 2B, el primer saliente 264a puede tener una primera anchura Wi y el segundo saliente 264b puede tener una segunda anchura W2. En la realización ilustrada de la Figura 2B, la primera anchura Wi y la segunda anchura W2 son generalmente las mismas. En otras realizaciones, sin embargo, la primera anchura Wi puede ser diferente de (por ej., menor) la segunda anchura W2. Asimismo, en la realización ilustrada en la Figura 2B, los salientes primero y segundo 264a y 264b tienen una forma generalmente redonda. Sin embargo, como se muestra en la Figura 2C, un primer saliente 266a y un segundo saliente 266b pueden tener una forma generalmente rectangular. Además, en otras realizaciones, los salientes pueden tener cualquier forma adecuada (por ej., triangular, trapezoidal, etc.).
Con referencia de nuevo a la Figura 2A, el filtro de aire 200 incluye además una fase de tierra 236 dispuesta dentro de la carcasa 102 entre la fase de ionización 110 y la entrada 103. La fase de tierra 236 puede estar configurada para operar a un potencial de tierra en relación con la fase de ionización 110. La fase de tierra 236 también puede servir como una barrera física para evitar que objetos (por ej., la mano o los dedos del operador) entren en el filtro de aire, evitando así lesiones y/o descargas eléctricas en los objetos introducidos. La fase de tierra 236 puede incluir, por ejemplo, una rejilla metálica, una malla, una lámina con una pluralidad de aberturas, etc. En algunas realizaciones, por ejemplo, la fase de tierra 236 puede incluir aberturas, agujeros, y/o aperturas de aproximadamente 1/2" pulgadas a 1/8" (por ej., 1/4" pulgadas) para evitar que los dedos entren en la cavidad 104. En otras realizaciones, sin embargo, la fase de tierra 236 puede incluir aberturas de cualquier tamaño adecuado.
En determinadas realizaciones, pueden disponerse uno o más sensores de ocupación o proximidad 238 conectados a una fuente de energía eléctrica (no mostrada) cerca de la entrada 103 como característica de seguridad adicional. Tras la detección de un objeto (por ej., la mano del operador), los sensores de proximidad 238 pueden estar configurados para, por ejemplo, desconectar automáticamente la energía eléctrica de la fase de ionización 110 y/o la fase colectora 120. En algunas realizaciones, el sensor de proximidad 238 también puede estar configurado para alertar a un sistema de control de la instalación (no mostrado) cuando detecte que se ha insertado un objeto.
En determinadas realizaciones, un distribuidor de fluido, nebulizador o componente de pulverización 239 puede estar dispuesto al menos cerca de la entrada 103. El componente de pulverización 239 puede estar configurado para suministrar un aerosol o líquido 240 (por ej., agua) en el flujo de gas que entra en el filtro de aire 200. El líquido 240 puede entrar en la cavidad 104 y ser distribuido hacia la fase colectora 220. En la fase colectora 220, el líquido 240 puede ser absorbido por la primera porción colectora 124. Como apreciarán los expertos en la materia, el líquido 240 (por ej., agua) puede regular y modificar la primera resistividad eléctrica de la primera porción colectora 124. En algunas realizaciones, por ejemplo, un sistema de control y/o un operador (no mostrado) puede monitorizar una corriente eléctrica entre los electrodos colectores 122 y los electrodos repelentes 228. Si, por ejemplo, la corriente eléctrica cae por debajo de un umbral predeterminado (por ej., 1 microamperio), el componente de pulverización 239 puede activarse manual o automáticamente para suministrar el líquido 240 hacia la fase colectora 220. En otras realizaciones, por ejemplo, el componente de pulverización 239 puede activarse para aumentar la efectividad de uno o más materiales en la primera porción colectora 124. El dióxido de titanio, por ejemplo, puede ser más efectivo para exterminar patógenos (por ej., bacterias) cuando se moja.
La Figura 3 es una vista superior esquemática de un filtro de aire 300 configurado de acuerdo con una realización de la presente tecnología. En la realización de la Figura 3, el filtro de aire 300 incluye una fase de ionización 310 que tiene una pluralidad de electrodos de efecto corona 312 (por ej., análogos a los electrodos de efecto corona 112 de la Figura 1A). El filtro de aire 300 incluye además una fase colectora que incluye los electrodos repelentes 128 (Figuras 2A-2C) y una pluralidad de electrodos colectores 322. Una porción proximal 351 de los electrodos colectores individuales 322 incluye una primera porción conductora 325 entre una primera superficie exterior 323a y una segunda superficie exterior opuesta 323b. La primera y segunda superficies exteriores 323a y 323b se pueden posicionar en la fase colectora 320 generalmente paralela a una dirección del flujo de aire a través del filtro de aire 300. Al menos una parte de las superficies exteriores primera y segunda 323a y 323b puede incluir una primera porción colectora 324 (por ej., análoga a la primera porción colectora 124 de la Figura 1A) que comprende, por ejemplo, un primer material poroso de celdas abiertas (por ej., una espuma de melamina u otro material adecuado).
Una porción proximal 351 de los electrodos colectores individuales 322 incluye una segunda porción colectora 352 y una segunda porción conductora 354. En algunas realizaciones, por ejemplo, la segunda porción colectora 352 puede incluir, por ejemplo, un segundo material (por ej., una espuma de melamina, etc.) que tiene una alta resistividad (por ej., mayor que 109 ü-m) y puede prevenir chispas u otras descargas de los electrodos de efecto corona 312 durante la operación. En otras realizaciones, sin embargo, la segunda porción colectora 352 se puede configurar como, por ejemplo, un electrodo excitador y/o un electrodo colector. La segunda porción conductora 354 puede atraer además partículas cargadas hacia el electrodo colector 322. La segunda porción conductora 354 (por ej., un tubo o cualquier otra forma adecuada) puede incluir un segundo material conductor (por ej., metal, polvo de carbono, y/o cualquier otro conductor adecuado) que tiene una segunda resistividad eléctrica diferente de una primera resistividad eléctrica del primer material de la primera porción colectora 324. Mientras que la primera porción colectora 324 y la segunda porción conductora 354 pueden tener diferentes resistividades eléctricas, en otras realizaciones pueden tener generalmente el mismo potencial eléctrico. En algunas realizaciones, se espera que tener materiales de diferentes resistividades eléctricas al mismo potencial eléctrico reduzca la posibilidad de producción de una chispa entre los electrodos de efecto corona 312 y los electrodos colectores 322.
Las Figuras 4A y 4B son vistas laterales de una fase de ionización 410 mostrada en una primera configuración y una segunda configuración, respectivamente, de acuerdo con una realización de la presente tecnología. Con respecto a las Figuras 4A y 4B conjuntamente, la fase de ionización 410 incluye una pluralidad de electrodos 412 (por ej., los electrodos de efecto corona 112 de la Figura 1A). Cada uno de los electrodos 412 incluye un dispositivo de limpieza 470 configurado para limpiar y/o eliminar la materia acumulada (por ej., subproductos de oxidación, dióxido de silicio, etc.) a lo largo de una superficie exterior de los electrodos 412. En la realización ilustrada, el dispositivo de limpieza 470 incluye una pluralidad de palas de hélice 472 dispuestas circunferencialmente alrededor de una porción central 474 que tiene un orificio 476 a su través. El orificio 476 incluye una superficie interior 477 configurada para limpiar o acoplarse de otro modo el electrodo 412 correspondiente.
La fase de ionización 410 puede ser configurada para colocarse en una trayectoria del flujo de aire (por ej., en la carcasa 102 del purificador de aire 100 de la Figura 1A). Cuando el aire se mueve a través de la fase de ionización 410, el flujo de aire puede impulsar las palas 472 y elevar el dispositivo de limpieza 470 hacia arriba a lo largo del electrodo 412. A medida que el dispositivo de limpieza 470 asciende deslizándose a lo largo del electrodo 412, la superficie interior 477 se acopla al electrodo 412, eliminando así al menos una porción de la materia acumulada. Cuando el dispositivo de limpieza 470 alcanza una extensión superior del electrodo 412, un tope móvil 480 puede acoplar el dispositivo de limpieza 470, impidiendo así un mayor ascenso del electrodo 412 (Figura 4B). Cuando el flujo de aire se detiene sustancialmente, por ejemplo, el dispositivo de limpieza 470 puede volver a la posición mostrada en la Figura 4A, permitiendo así que el dispositivo de limpieza 470 continúe limpiando el electrodo 412.
En algunas realizaciones, por ejemplo, el tope 480 puede tener forma de hoja (o cualquier otra forma adecuada, como un cuadrado, rectángulo, etc.) que está inicialmente en una primera configuración (por ej., una configuración vertical como se muestra, por ejemplo, en la Figura 4A). En respuesta a la fuerza del flujo de aire, el tope 480 puede moverse desde la primera configuración a una segunda configuración (por ej., una configuración sustancialmente horizontal como se muestra, por ejemplo, en la Figura 4B). Cuando el dispositivo de limpieza 470 alcanza la extensión superior del electrodo 412, su rotación se ve obstaculizada por el tope 480 (Figura 4B). El tope 480 puede mantenerse en la segunda configuración siempre que el flujo de aire mantenga una fuerza de empuje o elevación adecuada sobre el mismo. Sin embargo, cuando el flujo de aire cesa, el tope 480 vuelve a la primera configuración liberando así el dispositivo de limpieza 470 y permitiendo que el dispositivo de limpieza 470 vuelva a la posición inicial mostrada en la Figura 4A, manteniéndose ahí hasta recibir suficiente flujo de aire para iniciar otro ciclo de limpieza.
Las descripciones detalladas anteriores de las realizaciones de la tecnología no pretenden ser exhaustivas ni limitar la tecnología a la forma precisa divulgada más arriba. Aunque las realizaciones específicas y los ejemplos de la tecnología se describen más arriba con fines ilustrativos, son posibles distintas modificaciones equivalentes dentro del alcance de la tecnología, como reconocerán los expertos en la técnica. Por ejemplo, mientras que los pasos se presentan en un orden determinado, otras realizaciones alternativas pueden ejecutar los pasos en un orden diferente. Las diversas realizaciones descritas en el presente documento también pueden combinarse para proporcionar otras realizaciones.
Además, salvo que la palabra "o" se limite expresamente a significar solo un elemento exclusivo de otros elementos en referencia a una lista de dos o más elementos, entonces el uso de "o" en dicha lista debe interpretarse como incluyendo (a) cualquier elemento de la lista, (b) todos los elementos de la lista, o (c) cualquier combinación de los elementos de la lista. Cuando el contexto lo permita, los términos en singular o plural pueden incluir también el término en plural o singular, respectivamente. Adicionalmente, el término "que comprende" se utiliza para significar que incluye al menos la(s) característica(s) mencionada(s), de modo que no se excluye un número mayor de la misma característica y/o tipos adicionales de otras características. También se apreciará que las realizaciones específicas se han descrito en este documento con fines ilustrativos, pero pueden realizarse distintas modificaciones sin desviarse de la tecnología. Además, mientras que las ventajas asociadas con determinadas realizaciones de la tecnología se han descrito en el contexto de esas realizaciones, otras realizaciones también pueden presentar dichas ventajas, y no todas las realizaciones tienen que presentar necesariamente dichas ventajas para considerarse dentro del alcance de la tecnología. En consecuencia, la divulgación y la tecnología asociada pueden abarcar otras realizaciones no mostradas o descritas expresamente en el presente documento. La invención se define por las reivindicaciones adjuntas

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un filtro de aire, que comprende:
una carcasa (102) que tiene una entrada (103), una salida (105) y una cavidad (104) entre ambas; y
un conjunto de electrodos entre la entrada (103) y la salida (105), donde el conjunto de electrodos incluye un electrodo de efecto corona (112, 312, 412), una pluralidad de electrodos colectores (122, 322) que se alternan con una pluralidad de electrodos repelentes (128, 328);
donde los electrodos colectores (122, 322) incluyen una primera porción conductora interna (125, 325) y una superficie exterior (123a, 323a) generalmente paralela a un flujo de aire a través de la cavidad (104), y donde los electrodos colectores (122, 322) incluyen además una primera porción colectora de espuma de celdas abiertas porosas (124, 324) hechas de un primer material caracterizado por tener una alta resistividad eléctrica superior a 102 fim.
2. El filtro de aire de la reivindicación 1, donde los electrodos colectores individuales (322) incluyen una región de extremo proximal (351) al menos adyacente al electrodo de efecto corona (312), y donde al menos algunos de los electrodos colectores (322) incluyen una segunda porción conductora (354) entre la primera porción colectora (324) y una segunda porción colectora (352) dispuesta en la región del extremo proximal (351); y donde la segunda porción conductora (354) comprende un segundo material que tiene una segunda resistividad eléctrica inferior a una primera resistividad eléctrica del primer material.
3. El filtro de aire de la reivindicación 1, donde la primera porción colectora (124, 324) comprende además al menos un material desinfectante y un material reductor de la contaminación.
4. El filtro de aire de la reivindicación 1, donde los electrodos repelentes (128, 328) incluyen una primera porción de extremo (261), una segunda porción de extremo (262) y una porción intermedia (263) entre ellas, y donde al menos una de la primera porción de extremo (261) y la segunda porción de extremo (262) incluyen un saliente (264a, 264b) que tiene una primera anchura (W1, W2) mayor que una segunda anchura (W3) de la porción intermedia (263).
5. El filtro de aire de la reivindicación 1, donde los electrodos colectores (322) comprenden además una segunda porción colectora (352) hecha de un segundo material.
6. El filtro de aire de la reivindicación 5, donde la espuma de las celdas abiertas es espuma de melamina de celdas abiertas y el segundo material es de carbón activado.
7. El filtro de aire de la reivindicación 1, donde la superficie exterior de los electrodos colectores (122, 322) comprende una combinación del primer material y un material configurado para destruir compuestos orgánicos volátiles.
8. El filtro de aire de la reivindicación 1, donde la superficie exterior (323) de los electrodos colectores (322) comprende una combinación del primer material y un material desinfectante.
9. El filtro de aire de la reivindicación 1, que comprende además una fase penetrable por aire conectada a tierra eléctricamente entre la entrada (103) y el electrodo de efecto corona (112, 312, 412).
10. El filtro de aire de la reivindicación 1, que comprende además un primer sensor de proximidad (238) dispuesto entre la entrada (103) y el electrodo de efecto corona (112, 312, 412), donde el sensor de proximidad (238) está configurado para desconectar la energía eléctrica del electrodo de efecto corona (112, 312, 412) al detectar un objeto al menos próximo a la entrada (103)
11. Un método de filtrado de aire, el método comprende:
crear un campo eléctrico usando un electrodo de efecto corona (112, 312, 412) dispuesto en una trayectoria de flujo de aire, donde el electrodo de efecto corona (112, 312, 412) está posicionado para ionizar al menos una parte de las moléculas de aire del flujo de aire;
aplicar un primer potencial eléctrico a una pluralidad de electrodos colectores (122, 322) separados del electrodo de efecto corona (112,312,412);
donde los electrodos colectores individuales (122, 322) incluyen una primera porción conductora interna (125, 325) configurada para operar en el primer potencial eléctrico;
una primera porción colectora acoplada de forma extraíble a la primera porción conductora (125, 325) y que com prende un medio poroso que es una espuma de celdas abiertas hecha de un material con una alta resistividad eléctrica resistividad eléctrica superior a 102 fim; y
una primera superficie sustancialmente paralela a una dirección principal de la trayectoria del flujo de aire, donde la primera superficie tiene un potencial eléctrico diferente del primer potencial eléctrico; y
recibir, en la primera porción colectora (124, 324), materias particuladas eléctricamente acopladas a las moléculas de gas ionizadas.
12. El método de la reivindicación 11, que comprende además aplicar un segundo potencial eléctrico en una pluralidad de electrodos repelentes (128, 328) paralelos a los electrodos colectores (122, 322) y separados de ellos, donde el segundo potencial eléctrico es diferente del primer potencial eléctrico, de manera que los electrodos repelentes (128, 328) repelen las materias particuladas en los electrodos colectores adyacentes (122, 322).
13. El método de la reivindicación 11, donde el electrodo de efecto corona (112, 312, 412) comprende una pluralidad de electrodos de efecto corona (412), y donde el método comprende además limpiar automáticamente los electrodos de efecto corona (412), donde al menos uno de los electrodos de efecto corona (412) incluye un dispositivo de limpieza (470) configurado para desplazarse de forma deslizante a lo largo del electrodo de efecto corona (412) en respuesta al flujo de aire, donde el dispositivo de limpieza (470) comprende una hélice con un orificio central (476) configurado para recibir uno de los electrodos de efecto corona (412) a su través, y donde el orificio (476) incluye una superficie interior configurada para acoplar el electrodo de efecto corona (412).
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