ES2953568T3 - Procedimiento y aparato para limpiar el aire - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y un aparato para limpiar el aire exterior o interior que está contaminado por partículas sólidas. El método comprende una secuencia específica de medidas para favorecer la aglomeración y/o la coagulación de las partículas, incluida la ionización, seguida de una serie de filtraciones. La invención incluye un aparato para la aplicación del método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato para limpiar el aire

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para limpiar el aire que está contaminado con partículas sólidas. El procedimiento comprende una secuencia específica de medidas para promover la aglomeración y/o coagulación de las partículas, incluida la ionización, seguida de una filtración.

Además, la invención incluye un aparato para la aplicación del procedimiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dependiendo de las emisiones de las industrias, los gases de escape del tráfico y las regulaciones ambientales locales, la calidad del aire al aire libre varía significativamente de una ubicación geográfica a otra. En muchos lugares, la calidad del aire plantea graves riesgos para la salud de las personas que viven en esa zona.

Las advertencias de smog se han convertido en un evento casi diario en muchos lugares del mundo, particularmente en las principales ciudades y sus alrededores.

En interiores, el aire puede estar incluso más contaminado que el aire exterior. Las partículas sólidas en la contaminación del aire que son las más dañinas para los seres humanos son las llamadas nanopartículas, con un tamaño de partícula inferior a 100 nanómetros. Hasta ahora, los procedimientos y sistemas disponibles para la eliminación de partículas sólidas del aire no son capaces de eliminar nanopartículas. Además, un aparato para la eliminación de partículas del aire según la técnica anterior solo puede manejar volúmenes de aire tan pequeños (máximo del orden de 10.000 metros cúbicos por hora) que el efecto de limpieza de un aparato en el aire exterior general, por ejemplo, en una ciudad, es insignificante. Para obtener algún efecto notable, se tendría que operar simultáneamente una gran cantidad de conjuntos de dicho aparato, lo que resultaría prohibitivo desde el punto de vista de la inversión y los costos operativos.

Algunas tecnologías de la técnica anterior para la eliminación de partículas sólidas del aire tienen un éxito razonable en la eliminación de partículas con un tamaño de partícula de aproximadamente 0,3 micrómetros, es decir, 300 nanómetros o más. De esas tecnologías de la técnica anterior, la que se describe en el documento WO 2017/179984 parece ser la más versátil, aunque sigue sin ser lo suficientemente buena en términos de eliminación de las partículas más pequeñas y dañinas y en lo que se refiere a la capacidad, por unidad de tiempo, de limpiar de manera suficiente el aire exterior, a fin de tener un impacto notable en la calidad del aire exterior en, por ejemplo, una ciudad.

El procedimiento según esa tecnología de la técnica anterior para limpiar aire contaminado por partículas sólidas, comprende transportar el aire a limpiar a través de un canal de flujo de aire de un aparato, mediante una abertura de entrada del canal de flujo de aire, y descargar el aire que se transporta a través del canal de flujo de aire, mediante una abertura de descarga, y guiar el aire a limpiar a lo largo de un ionizador de CA (corriente alterna), que se posiciona en el canal de flujo de aire, para ionizar partículas presentes en el flujo de aire y para crear aglomeración de las partículas ionizadas, donde el área de flujo del aparato cerca del ionizador es menor que el área de flujo del aparato cerca del primer filtro que se posiciona aguas abajo del ionizador. El procedimiento comprende filtrar con un filtro que está ubicado en una posición entre el ionizador y la abertura de descarga, donde el filtro tiene un tamaño de poro que es mayor que el tamaño de al menos una parte de las partículas sólidas que están presentes en el aire suministrado, y eliminar las partículas aglomeradas del aire con el filtro. Como se describe en el documento WO 2017/179984, este procedimiento comprende proporcionar una ionización que tiene un bajo grado de efectividad de ionización de las partículas que están presentes en el flujo de aire ionizando solo una parte de las partículas que están presentes en el flujo de aire, en particular, menos de aproximadamente el 30% del mismo, por ejemplo, del 20% al 25% del mismo y/o ionizando partículas con polaridades mutuamente opuestas de modo que el número de partículas ionizadas de una polaridad y/o la carga total transferida a las partículas de una polaridad forma un exceso de más de aproximadamente el 20% de las partículas de la otra polaridad y/o, respectivamente, de la carga total transferida a las partículas de la otra polaridad, por ejemplo, un exceso de aproximadamente el 25% al 30% del mismo.

Al crear una o más secciones encampanadas en el canal de flujo del aparato que funcionan como un difusor, seguido de una sección convergente, que actúa como un compresor, la velocidad de las partículas en el flujo de aire se desacelera y posteriormente se acelera, por lo que las partículas más pequeñas y más grandes obtienen diferentes velocidades y chocan y se aglomeran, lo que promueve su filtración con un filtro que tiene un tamaño de poro mayor a la gran mayoría de las partículas más grandes presentes en el aire.

En una realización preferida, el procedimiento de la técnica anterior descrito en el documento WO 2017/179984 comprende el uso de un filtro de clase F9 con una malla de carbono como primer filtro aguas abajo del ionizador. Este filtro no solo filtra las partículas, sino que también elimina el NO^x y el SOx en gran medida. La siguiente etapa de filtración comprende una combinación de filtros de carbono de clase Gl, G2 y/o G3, que tienen cargas eléctricas para atraer partículas ionizadas que tienen una carga opuesta.

Desafortunadamente, el procedimiento y el aparato de la técnica anterior como se describe en el documento WO 2017/179984 no logran eliminar efectivamente las partículas con un tamaño inferior a aproximadamente 0,1 micrómetros, es decir, 100 nanómetros, que incluyen las partículas más dañinas para los seres humanos.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para la eliminación de partículas sólidas del aire, que comprende una adición novedosa y no obvia a un procedimiento según la técnica anterior que era incapaz de eliminar partículas con un tamaño inferior a 100 nanómetros. El procedimiento comprende una secuencia específica de medidas para promover la aglomeración y/o coagulación de las partículas, que incluye preferentemente la ionización de CC (corriente continua [DC en el idioma inglés]) de una parte de las partículas, seguido de la filtración del aire con las partículas ionizadas con un filtro de clase F9 o un filtro comparable a este y, posteriormente, un conjunto de filtro con carga eléctrica que comprende uno o más filtros de las clases Gl, G2 y/o G3, seguido de una etapa de filtración novedosa y no obvia que comprende el uso de un filtro de clase U15.

Además, la invención incluye un aparato para la aplicación de dicho procedimiento. Este procedimiento se puede aplicar específicamente al aire exterior contaminado, ya que se pueden tratar grandes volúmenes de aire, pero también es adecuado para el tratamiento del aire interior contaminado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los objetos y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción cuando se toma junto con los dibujos adjuntos, en los que:

- la FIG. 1 es una sección longitudinal vertical esquemática de una realización de un aparato para la aplicación del procedimiento de filtración de aire según la invención;

- la FIG. 2 es una vista lateral esquemática de otra realización de un aparato para la aplicación del procedimiento de filtración de aire según la invención;

- la FIG. 3 es un gráfico de mediciones de eficiencia fraccionaria que se realizaron en aire que se limpió mediante un aparato que usa el procedimiento según la invención.

En los dibujos, para designar partes idénticas o similares se usaron números de referencia idénticos o similares.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN

A continuación se describirá una realización de un procedimiento y un aparato para limpiar el aire con referencia a los dibujos.

El procedimiento para limpiar el aire mediante la eliminación de partículas sólidas del aire se puede describir mejor basándose en la realización de un aparato para la aplicación de dicho procedimiento como se muestra esquemáticamente en la FIG. 1.

El procedimiento según la invención comprende el uso de un aparato con una entrada de aire 1, un primer canal de aire con un área de superficie en sección transversal sustancialmente constante y un ventilador 3, posicionado dentro del primer canal de aire 2 en o inmediatamente aguas abajo de la entrada de aire 1 para soplar el aire a través del aparato. Una gran parte de los dispositivos de limpieza de aire de la técnica anterior comprende un ventilador que está ubicado en las proximidades del extremo de salida de aire del dispositivo, por lo tanto, succiona el aire a través del dispositivo, incluidos sus filtros. El hecho de que el aparato según la invención comprenda un ventilador 3 que está ubicado en el extremo de entrada de aire del aparato da como resultado el soplado del ventilador, lo que también se puede describir como el empuje⁷del aire a través del aparato, incluyendo sus filtros. Esto, en general, proporciona un mejor control del flujo de aire. En lo sucesivo, la designación "ubicado en" se interpretará de manera tal que también incluya la frase "en las inmediaciones de". La invención prevé que el aparato pueda girar a lo largo de un eje vertical a fin de permitir la alineación del aparato de manera tal que la entrada de aire 1 se pueda posicionar de manera perpendicular a la dirección del viento, utilizando así la energía eólica que ahorra algo de energía de entrada, por ejemplo, electricidad, para el funcionamiento del ventilador 3. La flecha 4 representa la dirección del flujo de aire. El procedimiento incluye además medios para ionizar una parte, por ejemplo, menos del treinta por ciento, de las partículas en el aire que pasa a través del primer canal de aire 2. Al contrario de los procedimientos de la técnica anterior, la presente invención comprende preferentemente CC (corriente continua) en lugar de ionización de CA como se describe en la técnica anterior, a fin de impedir la formación de ozono. En la realización del aparato para la aplicación del procedimiento según la invención como se muestra en la FIG. 1, los medios de ionización comprenden un ionizador 5. Al contrario de lo que puede sugerir el dibujo de la FIG. 1, el ionizador 5 no está necesariamente restringido a un conjunto posicionado de manera excéntrica dentro del primer canal de aire 2, sino que también puede comprender una pluralidad de conjuntos de ionización distribuidos de manera uniforme a lo largo de la circunferencia del canal de aire de entrada 2 con el fin de lograr una ionización uniforme de una parte del aire. En varias realizaciones del aparato, el control del ionizador 5 comprende medios de medición de densidad de partículas.

El procedimiento prevé que después de que se crea una alta velocidad inicial del aire, y por lo tanto una alta velocidad de las partículas en el aire, la velocidad del aire se reduce sustancialmente. En la realización del aparato que se muestra en la FIG. 1, esto se logra uniendo de manera fluida el extremo aguas abajo del primer canal de aire 2 a una sección encampanada 6, en lo sucesivo también denominada difusor 6. Esta ampliación del área de superficie de la sección transversal en relación con la del primer canal de flujo da como resultado una reducción sustancial de la velocidad del aire, lo que a su vez da como resultado la colisión y aglomeración de partículas con masas mutuamente diferentes.

A continuación, estas partículas aglomeradas se filtran mediante un primer filtro 8, que en una realización comprende un filtro de clase F9. Este filtro puede adaptarse, por ejemplo, en relación con la longitud del mismo para crear un flujo con una baja resistencia. En una realización ventajosa, la longitud del filtro se incrementó en un 25%. Por lo tanto, aquí también se trata del equilibrio para combatir primero la contaminación más pesada y, a continuación, nuevamente con la menor resistencia al flujo posible. Los filtros F8 y H10 relacionados parecen ser menos adecuados, pero puede haber otros filtros con un rendimiento comparable de >95% y un tamaño de partículas que se acerque al 100% de retención de partículas con > 1 μm de diámetro que sean adecuados en el aparato según la invención. La aplicación de un filtro de este tipo comparable al filtro de clase F9 también pertenece al alcance de la invención.

De manera posterior, el procedimiento según la invención prevé que las partículas que pasan a través de los poros del primer filtro, partículas que aún están ionizadas, se aceleren y se muevan hacia un segundo filtro de aire 9, tal como se muestra esquemáticamente en la realización de un aparato para la aplicación del procedimiento según la FIG. 1. El segundo filtro de aire 9 comprende una combinación de filtros de carbono de clase Gl, G2 (destinados a filtrar partículas con un tamaño de 10 micrómetros y mayores) y/o G3. Un filtro G3 está destinado, en principio, a detener partículas con un tamaño en el intervalo de 3,0 a 10,0 micrómetros. El segundo filtro de aire 9 tiene una carga eléctrica opuesta a la carga de las partículas ionizadas. Debido a esta contracarga, el segundo filtro de aire 9 tiene un alto grado de filtración de partículas y prácticamente actúa como una pared. Por lo tanto, el segundo filtro de aire también puede denominarse en lo sucesivo "pared de carbono" 9.

La FIG. 2 es una vista lateral esquemática de una realización de un aparato para la aplicación del procedimiento de filtración de aire según la invención, donde el aparato comprende tanto un difusor 6, una sección divergente, como un compresor 11, una sección convergente, que crea una reducción de la velocidad del aire, seguida de un aumento de la velocidad del aire. La invención prevé que un aparato para la aplicación del procedimiento puede comprender más de un difusor y/o más de una sección de compresor.

A pesar de la importante mejora del procedimiento de la técnica anterior para limpiar el aire reemplazando la ionización de CA por ionización de CC, la limpieza del aire después de la filtración mediante el segundo filtro 9 aún no era lo suficientemente buena. Especialmente, las partículas de menos de 100 nanómetros todavía estaban presentes en el aire. Con el fin de mejorar los resultados de limpieza, el inventor agregó un tercer filtro 10 que comprende un filtro de Clase U15, destinado a filtrar partículas con un tamaño de 300 nanómetros y más grandes. Esto creó un resultado inesperado, que es al menos muy sorprendente para los expertos en la materia. Desafía la lógica y es contraintuitivo. Se utilizaron los mismos resultados aplicando una prueba en condiciones forzadas. Los especialistas en filtración altamente cualificados de "TuV", una reconocida organización de búsqueda y certificación, que realizaron una prueba de validación a petición del inventor, también se sorprendieron por los resultados.

La FIG. 3 es un gráfico de la eficiencia fraccionaria medida en la eliminación de partículas ultrafinas, que son partículas en el intervalo de 1 a 100 nanómetros del aire usando el procedimiento según la invención. Por lo tanto, la adición de un filtro de 300 micrómetros elimina casi por completo las partículas ultrafinas del aire.

Basándose en esta eficiencia extremadamente alta en la eliminación de partículas ultrafinas y en el hecho de que un aparato para la aplicación del procedimiento según la invención es fácilmente escalable, la presente invención parece ser única al proporcionar una solución para limpiar el smog del aire exterior. Con base en cálculos, se anticipa que la construcción y operación de un aparato con una capacidad de limpieza de más de 4,5 millones de metros cúbicos de aire exterior por hora es factible a un costo razonable. La instalación de un aparato de este tipo en diferentes ubicaciones en ciudades propensas a la contaminación será capaz de proporcionar un alivio notable para sus habitantes.

No se conocen procedimientos de la técnica anterior para la eliminación eficiente de partículas ultrafinas del aire, ciertamente no a altos rendimientos de aire. Ni siquiera hay materiales de filtro comerciales con un tamaño de poro inferior a 300 nanómetros que puedan usarse en la limpieza de aire de alto volumen.

Además, incluso si dichos materiales de filtro estuvieran disponibles, es importante darse cuenta de que en los procedimientos de filtración de la técnica anterior existe una compensación entre la eliminación de partículas finas y la frecuencia de limpieza o reemplazo del filtro. Si el tamaño de poro de un elemento filtrante es muy pequeño, es decir, más pequeño que el tamaño de las partículas más pequeñas que deben eliminarse, el filtro se obstruirá rápidamente, lo que requerirá una limpieza o reemplazo frecuente del filtro. Además, el aumento de la contrapresión causado por la obstrucción del material de filtro dará como resultado un alto requerimiento de energía para mantener un flujo de aire suficiente a través del aparato de limpieza.

En el documento WO 2017/179984, página 24, líneas 23-25, se ha indicado que un filtro detrás del aparato de esa invención sería posible, pero innecesario. Esto aleja de la presente invención que la adición de un filtro de 300 μm después de dicho aparato conduciría sorprendentemente a una eliminación de partículas ultrafinas de 1 - 100 μm con una gran eficiencia.

El término "comprende" también incluye realizaciones donde el término "comprende" significa "consiste en". El término "que comprende" puede referirse en una realización a "que consiste en", pero en otra realización también puede referirse a "que contiene al menos las especies definidas y opcionalmente una o más de otras especies". El término "y/o" se refiere especialmente a uno o más de los elementos mencionados antes y después de "y/o". Por ejemplo, una frase "ítem 1 y/o ítem 2" y frases similares pueden referirse a uno o más del ítem 1 y el ítem 2.

Si bien solo se han ilustrado y descrito ciertas características de la invención en este documento, a los expertos en la materia se les ocurrirán muchas modificaciones y cambios.

Por ejemplo, cuando se menciona una clase específica de filtros, esto se interpretará de modo tal que también haga referencia a filtros no clasificados con un tamaño de poro idéntico o similar. En este contexto, la palabra "similar" permite una diferencia de ± 50 % en el tamaño de poro. Las clases de filtro G y U mencionadas se conocen según las normas europeas de normalización EN 779. Además, con partículas en el aire generalmente se han querido decir partículas sólidas.

Cabe señalar que las realizaciones mencionadas anteriormente ilustran la invención en lugar de limitarla, y que los expertos en la materia podrán diseñar muchas realizaciones alternativas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no debe interpretarse como limitante de la reivindicación. El uso del verbo "comprender" y sus conjugaciones no excluye la presencia de elementos o etapas distintos de los indicados en una reivindicación. El artículo "un" o "una" que precede a un elemento no excluyen la presencia de una pluralidad de tales elementos.

En una reivindicación de dispositivo que enumera varios medios, varios de los cuales pueden estar incorporados por un mismo elemento de hardware. El mero hecho de que ciertas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no se pueda utilizar de manera ventajosa.

Los diversos aspectos discutidos en esta solicitud se pueden combinar para proporcionar ventajas adicionales. Además, el experto en la materia entenderá que las realizaciones se pueden combinar, y que también se pueden combinar más de dos realizaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la eliminación de partículas sólidas del aire que implica las siguientes etapas:

- soplar el aire a través de un canal (1) en el que se ioniza una parte de las partículas en el aire; - ralentizar la velocidad del aire, por ejemplo, a través de un difusor (6);

- filtrar el aire con un filtro de clase F9 o un filtro comparable adecuado (8);

- soplar el aire que pasó por el filtro de clase F9 o el filtro comparable adecuado (8) a través de un conjunto de filtro con carga eléctrica (9) que comprende uno o más filtros de las clases Gl, G2 o G3, caracterizado porque el aire que filtró el conjunto de filtro con carga eléctrica (9), a continuación, es forzado a fluir hacia y a través de un filtro de clase U15 (10).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se filtró el aire exterior.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la ionización de una parte de las partículas en el aire comprende ionización de CC.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el conjunto de filtro con carga eléctrica (9) se carga con la polaridad opuesta a la de la carga de las partículas ionizadas en el aire.

5. Aparato para la aplicación del procedimiento para la eliminación de partículas sólidas del aire según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una entrada de aire (1), un primer canal de aire (2), un ventilador (3) ubicado en el extremo aguas arriba de dicho primer canal de aire, un ionizador (5), un difusor (6), un segundo canal de aire (7), un filtro de clase F9 o un filtro comparable adecuado (8), un conjunto de filtro con carga eléctrica (9) que comprende uno o más filtros de las clases Gl, G2 y/o G3, caracterizado porque el aparato comprende un filtro de clase U15 (10) aguas abajo del conjunto de filtro con carga eléctrica (9).

6. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque el aparato comprende una sección de compresión (11).