ES2966694T3 - Conjunto de filtro de alta temperatura - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de filtro de aire de alta eficiencia (100) para aplicaciones de alta temperatura que comprende: un núcleo de filtro (102) que incluye una hoja unitaria de medio filtrante permeable al aire plegada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con zig-zag. bordes en dos lados opuestos y paneles planos en los otros dos lados, y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos, un marco metálico en forma de caja (108) que encierra dicho núcleo de filtro en cuatro lados en acoplamiento hermético para definir un flujo de aire. abertura que se extiende entre los lados aguas arriba y aguas abajo de dicho conjunto, en donde los bordes en zig-zag de la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire están incrustados de manera sellada en una composición sellante inorgánica sólida (118) en el marco, y en donde la lámina unitaria de aire -los medios filtrantes permeables consisten preferentemente en medios filtrantes de fibra mineral o de vidrio sin aglutinantes. Uso del conjunto de filtro de aire de alta eficiencia en aplicaciones de alta temperatura en las que el conjunto de filtro se calienta repetida o continuamente a una temperatura en el rango de 200-500 °C. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Conjunto de filtro de alta temperatura
Campo de la invención
La presente invención se refiere a filtros de aire de alta eficacia y, más específicamente, a un conjunto de núcleo de filtro y bastidor adecuado para su uso en entornos de alta temperatura.
Antecedentes
Los filtros de aire del tipo denominado HEPA deben funcionar con una eficacia mínima del 99,95 % en la eliminación de partículas suspendidas en el aire. En una construcción popular de estos filtros, un núcleo de filtro está formado por una lámina continua de medio filtrante doblada en zigzag para formar una pluralidad de pliegues en acordeón de tamaño uniforme con láminas espaciadoras finas, corrugadas, colocadas entre las paredes opuestas de cada pliegue. El núcleo de filtro está soportado por un bastidor circundante en forma de caja con el que el medio se acopla de manera sellada en toda su periferia, incluyendo ambos extremos de pliegue y toda la longitud de ambos bordes del medio. La integridad del sello entre el núcleo de filtro y el bastidor es fundamental para evitar que el aire sin filtrar se desvíe del filtro.
En algunas aplicaciones, los filtros de aire de este tipo se instalan en lugares donde están expuestos a altas temperaturas, p. ej., del orden de 200-500 °C. Los problemas que se han encontrado con los conjuntos de filtro típicos empleados en tales condiciones incluyen la separación y consiguiente fuga de aire entre los selladores y los miembros del bastidor, el agrietamiento de los selladores y la pulverización o desmoronamiento del adhesivo. Estos problemas pueden deberse tanto a las altas temperaturas como a la mala resistencia estructural del conjunto de filtro, resultante de tasas diferentes de expansión térmica, mala adherencia y baja resistencia. Los problemas son particularmente notables en aplicaciones donde el filtro se somete a períodos prolongados de ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
Una primera estrategia al problema de proporcionar el sellado requerido entre el núcleo de filtro y el bastidor que es capaz de soportar altas temperaturas es la descrita en el documento de patente de EE. UU. n.° 2.884.091 de Baldwin. En esta construcción, se comprime una estera o manta elástica de fibras de vidrio finas entre el núcleo de filtro y un bastidor metálico circundante. Sin embargo, tras una exposición prolongada a una temperatura cercana a los 537,8 °C (1000 °F), las fibras de vidrio comienzan a recocerse, lo que hace que la estera pierda elasticidad y, finalmente, se produzcan fugas de aire entre el núcleo de filtro y el bastidor. Otra construcción de filtro destinada a aplicaciones de alta temperatura es la descrita en el documento de patente de EE. UU. n.° 4.199.387 de Hladik, la cual implica la aplicación de un adhesivo cerámico con una llana a los bordes en zigzag del medio y los miembros espaciadores interpuestos. Con este método, es difícil obtener una profundidad y uniformidad de sellado uniformes, lo que podría provocar fugas u obstrucciones indebidas del medio.
En los documentos de patente de EE. UU. n.° 3.581.479, de Goulet, y 4.227.953, de Wasielewski y Hladik, se muestran construcciones de filtro y métodos de ensamblaje que incluyen la inmersión de los bordes en zigzag del medio en un sellador líquido que posteriormente se endurece para formar un sello entre el medio y el bastidor. En el primero, se forma una ranura o canal a través de las superficies interiores de los miembros superior e inferior del bastidor para la inserción de una boquilla alargada a través de la cual se inyecta un adhesivo líquido a medida que la boquilla se retira de la ranura. El método de ensamblaje de la última patente implica llenar recipientes poco profundos con el adhesivo líquido y sumergir en los mismos los bordes en zigzag del medio plegado. Los miembros inferiores de los recipientes poco profundos se convierten en los extremos de la carcasa del filtro, y los miembros laterales se sellan adhesivamente a los pliegues del medio de extremo y se unen a los miembros de extremo de la carcasa.
Con el fin de proporcionar filtros HEPA de clases de filtro altas, tal como, p. ej., la clase HEPA H13 o superior, cuyos filtros son capaces de conservar su elevada eficacia filtrante durante un período prolongado a alta temperatura y, en particular, cuando se someten a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, unos 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C), se requieren nuevas construcciones de filtro y métodos de fabricación.
El documento USB408749 describe un filtro unitario de alta eficacia y, más particularmente, se refiere a filtros unitarios de alta eficacia del tipo plegado en donde un núcleo de filtro de material de filtro plegado, formado por una tira de material de filtro doblada sobre sí misma a intervalos espaciados longitudinalmente, está separado por miembros espaciadores corrugados que se extienden hacia los pliegues entre los flancos de los mismos desde lados opuestos del filtro.
El documento US4885015 describe un filtro de aire HEPA para entornos de alta temperatura y un método de fabricación. La unidad de filtro de aire HEPA tiene un núcleo de filtro de medio doblado en zigzag encerrado en un bastidor de cuatro lados que tiene dos carcasas laterales y dos carcasas de extremo.
El documento US2011289894 describe un elemento de filtro de microvidrio y medio de capa de soporte no tejido.
Compendio de la invención
El objeto principal de la presente invención es proporcionar una construcción de filtro de aire HEPA que conserve su rigidez estructural y eficacia de filtración cuando se expone a altas temperaturas durante períodos de tiempo relativamente largos, y particularmente cuando se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
Otro objeto es proporcionar un filtro de aire de alta eficacia que tenga recursos mejorados, eficaces tanto a temperaturas normales como altas, para mantener un medio filtrante plegado en acordeón en acoplamiento sellado alrededor de toda su periferia con un bastidor circundante.
Otro objeto es proporcionar una construcción de bastidor de filtro de aire que tenga características mejoradas que mejoren la capacidad de colocación del bastidor y de mantenerlo en acoplamiento sellado con un núcleo de filtro plegado por medio de un sellador inicialmente en forma líquida endurecible para formar un sólido impermeable al aire.
Otro objeto es proporcionar un filtro de aire de alta eficacia que no requiera rodaje o que lo requiera mínimamente tras la instalación.
Los presentes inventores han descubierto que con los tipos de conjuntos de filtro de alta temperatura de la técnica anterior ha resultado difícil lograr una alta eficacia de filtración, p. ej., la clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009, y particularmente mantener una alta eficacia de filtración durante un período prolongado de uso a temperaturas en el intervalo de 200-500 °C. El medio filtrante HEPA de fibra de vidrio estándar contiene normalmente al menos un 5-9 % en peso de un aglutinante de resina orgánica, p. ej., un aglutinante acrílico. El rodaje del medio filtrante HEPA convencional a base de fibra de vidrio que comprende aglutinante orgánico provoca la pérdida de resistencia mecánica del medio. La pérdida de material en tales filtros durante el calentamiento también puede conducir a una eficacia de filtración deteriorada o indefinida en el producto final.
En algunos filtros de alta temperatura, los extremos en zigzag del medio filtrante HEPA plegado a base de fibra de vidrio que comprende aglutinante orgánico se sellan al bastidor mediante una composición de encapsulado inorgánico/cerámico. Los presentes inventores han descubierto que, para lograr una alta eficacia de filtrado, la unión entre el medio filtrante y la composición de encapsulado inorgánico/cerámico es fundamental. El rodaje de un medio filtrante HEPA a base de fibra de vidrio que comprende aglutinante orgánico, incrustado en una composición de encapsulado inorgánico/cerámico, puede afectar negativamente a la integridad de la junta, pudiendo provocar fugas. Asimismo, en soluciones de la técnica anterior que usan cementos cerámicos, se ha descubierto que pueden desarrollarse grietas en el cemento cerámico debido al calor y la sequedad en combinación con la tensión mecánica, dando lugar a resultados insatisfactorios.
Es un objeto de la presente invención abordar al menos algunas de las deficiencias asociadas con los tipos de conjuntos de filtro de alta temperatura de la técnica anterior.
Según los aspectos ilustrados en la presente memoria, se proporciona un conjunto de filtro de aire de alta eficacia para aplicaciones de alta temperatura que comprende:
un núcleo de filtro que incluye una lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos y paneles planos en los otros dos lados, y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos,
un bastidor metálico en forma de caja que encierra dicho núcleo de filtro por cuatro lados en un acoplamiento hermético para definir una abertura de flujo de aire que se extiende entre los lados aguas arriba y aguas abajo de dicho conjunto,
en donde los bordes en zigzag de la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire están incrustados de manera sellada en una composición de sellador inorgánico sólido en el bastidor,
un material fibroso compresible resistente al calor dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor y entre los lados de panel plano y el bastidor, que proporciona una suspensión elástica de dicho núcleo de filtro y composición de sellador inorgánico sólido dentro del bastidor, y
un revestimiento flexible dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor, evitando dicho revestimiento flexible el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico y el bastidor y proporcionando un contacto elástico entre la composición de sellador inorgánico y el bastidor de modo que el bastidor de soporte pueda expandirse al calentarse sin someter la composición de sellador inorgánico a tensión mecánica.
La lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire consiste preferiblemente en un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes. El medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes se prepara preferiblemente a partir de fibras de vidrio o minerales sin adición de aglutinantes orgánicos, agentes fortificantes o aditivos comúnmente utilizados para unir las fibras del medio. Esto significa que el medio está sustancialmente libre de aglutinantes, agentes fortificantes o aditivos comúnmente utilizados para unir las fibras del medio. Por "sustancialmente libre" se entiende que el medio filtrante de fibra mineral comprende no más del 2 % en peso, preferiblemente no más del 1 % en peso, y más preferiblemente no más del 0,5 % en peso, de tales aglutinantes, agentes fortificantes o aditivos. El medio utilizado en la presente invención está hecho preferiblemente de 100 % de fibra de vidrio o mineral y libre de aglutinantes.
Las realizaciones de la invención proporcionan varias ventajas sobre las soluciones de la técnica anterior. A modo de ejemplo, el uso de un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes incrustado de manera sellada en una composición de sellador inorgánico sólido es superior al medio filtrante HEPA a base de fibra de vidrio o mineral que comprende un aglutinante orgánico, incrustado en una composición de encapsulado inorgánico/cerámico, ya que el primero no se deteriorará debido a la pérdida del material aglutinante orgánico en las juntas durante el rodaje. También proporciona un filtro que no requiere rodaje y que puede proporcionarse con una eficacia de filtración alta y bien definida, que no se deteriora significativamente durante un período prolongado de uso a alta temperatura, o cuando se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
Los filtros según la presente descripción son útiles para la protección de procesos ultralimpios que operan a altas temperaturas, por ejemplo, hornos y túneles de esterilización y despirogenación con filtros HEPA en la elaboración de productos farmacéuticos, entre otras aplicaciones.
Según algunas realizaciones, el medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes es un medio filtrante de fibra de vidrio hecho de fibra de vidrio de borosilicato libre de aglutinantes. El medio filtrante es preferiblemente un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral formado por vía húmeda.
Los miembros espaciadores pueden proporcionarse, por ejemplo, en forma de láminas u hojas finas corrugadas o plegadas. Los miembros espaciadores mantienen los pliegues separados y ayudan a distribuir el flujo de aire uniformemente sobre la superficie del medio filtrante con un bloqueo mínimo del medio filtrante. Los miembros espaciadores pueden estar hechos, por ejemplo, de acero inoxidable o aluminio. Preferiblemente, los miembros espaciadores están hechos de acero inoxidable.
La composición de sellador inorgánico puede ser preferiblemente una composición de geopolímero.
La composición de sellador inorgánico se puede proporcionar preferiblemente en estado líquido, endurecible a un estado sólido. Según algunas realizaciones, la composición de sellador inorgánico es una composición de geopolímero que se puede proporcionar en estado líquido, endurecible a un estado sólido.
El núcleo de filtro está montado dentro del bastidor de tal manera que impide positivamente el desvío o fuga de partículas alrededor del núcleo de filtro. Se apreciará que el aire que contiene material particulado, si se permite que se desvíe del núcleo de filtro, destruiría la eficacia del filtro.
El conjunto de filtro comprende un bastidor metálico en forma de caja que encierra dicho núcleo de filtro por cuatro lados en un acoplamiento hermético al aire, o al menos hermético a las partículas.
El bastidor metálico en forma de caja es preferiblemente sustancialmente hermético al aire, al menos cuando el conjunto de filtro está ensamblado. El acoplamiento sustancialmente hermético al aire, o al menos hermético a las partículas, puede lograrse mediante el uso de diversos medios de sellado, por ejemplo, la composición de sellador inorgánico y un material fibroso compresible resistente al calor, formando un sello hermético al aire, o al menos hermético a las partículas, entre el núcleo de filtro y el bastidor.
El núcleo de filtro y la composición de sellador inorgánico sólido están suspendidos elásticamente dentro del bastidor. Preferiblemente, el núcleo de filtro y la composición de sellador inorgánico sólido pueden moverse elásticamente en relación con el bastidor.
En la presente invención, el núcleo de filtro está incrustado y fijado en una composición de sellador inorgánico sólido de tal manera que el núcleo de filtro y la composición de sellador inorgánico sólido forman una unidad. Esta unidad de núcleo de filtro y composición de sellador inorgánico sólido puede suspenderse preferiblemente de una manera elástica o flexible dentro del bastidor de tal manera que la unidad de núcleo de filtro y composición de sellador inorgánico sólido pueda moverse elásticamente dentro del bastidor en un plano sustancialmente ortogonal a la dirección general del flujo de aire. La suspensión elástica reduce o elimina sustancialmente la tensión mecánica perjudicial sobre la composición de sellador inorgánico, el medio filtrante y la junta entre la composición de sellador inorgánico y el medio filtrante, debido a la expansión térmica del bastidor metálico durante las altas temperaturas.
La suspensión elástica entre dicho núcleo de filtro y la composición de sellador inorgánico sólido se proporciona mediante un material fibroso compresible resistente al calor dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor y entre los lados de panel plano del núcleo de filtro y el bastidor. El material fibroso compresible resistente al calor puede proporcionarse preferiblemente en forma de una estera compresible de material fibroso resistente al calor de tamaño adecuado.
Para formar un montaje eficaz del núcleo de filtro que selle el núcleo de filtro dentro del bastidor y evite el desvío de aire sin filtrar, y que pueda soportar gases a alta temperatura, se dispone una estera compresible de un material fibroso resistente al calor entre el núcleo de filtro y el bastidor. El material fibroso compresible resistente al calor está dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor y entre los lados de panel plano del núcleo de filtro y el bastidor.
El material fibroso compresible resistente al calor está compuesto de fibras minerales extremadamente finas y es lo suficientemente denso, también a altas temperaturas con la expansión térmica asociada del bastidor metálico, para evitar que el aire y los contaminantes particulados asociados pasen. El material fibroso compresible resistente al calor, cuando se dispone en el conjunto de filtro, se comprime en espesor hasta al menos aproximadamente la mitad de su espesor original, preferiblemente a aproximadamente un cuarto de su espesor original. Debido a que el material fibroso resistente al calor se comprime, es capaz de expandirse cuando el bastidor metálico se expande, proporcionando así un sello flexible entre el núcleo de filtro y el bastidor.
Según algunas realizaciones, el material fibroso resistente al calor consiste sustancialmente en fibras de vidrio u óxido de aluminio o una combinación de los mismas, preferiblemente el material fibroso resistente al calor consiste sustancialmente en fibras de óxido de aluminio. Se prefieren las fibras de óxido de aluminio a las fibras de vidrio en el material fibroso resistente al calor, ya que las fibras de óxido de aluminio conservan mejor su flexibilidad durante períodos prolongados de uso a altas temperaturas. Las fibras de alúmina son fibras policristalinas de alta pureza diseñadas para su uso en aplicaciones de hasta 1600 °C. Las fibras de alúmina pueden producirse con altos niveles de pureza química y bajos niveles de contenido de granalla (partículas no fibrosas). El diámetro de la fibra puede controlarse estrictamente con una mediana de aproximadamente 3 micras, con niveles muy bajos de fibra de menos de 1 micra de diámetro.
En algunas realizaciones, el material fibroso resistente al calor dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor se sella entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor, de modo que el material fibroso resistente al calor no esté directamente expuesto al lado aguas abajo del conjunto de filtro. Asimismo, en algunas realizaciones, el material fibroso resistente al calor dispuesto entre los lados de panel plano del núcleo de filtro y el bastidor está envuelto por la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire, de modo que el material fibroso resistente al calor no esté directamente expuesto al lado aguas abajo del conjunto de filtro. Esta disposición evita que cualquier residuo de partículas del material fibroso resistente al calor alcance el lado aguas abajo del conjunto de filtro.
En la presente descripción, el lado en zigzag del núcleo de filtro está incrustado en la composición de sellador inorgánico sólido. Esto se puede lograr rellenando sustancialmente un rebaje de una carcasa de extremo con una composición de sellador inorgánico en estado líquido, endurecible a un estado sólido, insertando el núcleo de filtro en el rebaje de la carcasa de extremo de tal manera que un borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en el sellador inorgánico, y permitiendo entonces que el sellador inorgánico se endurezca a un estado sólido. Este método permite utilizar un sellador inorgánico de viscosidad relativamente baja que permite el control sobre la profundidad de inmersión del borde en zigzag para proporcionar un sellado uniforme sin un bloqueo indebido del medio filtrante. Los presentes inventores han descubierto que es importante evitar el contacto directo entre el sellador inorgánico y el bastidor metálico, y proporcionar una capa intermedia elástica o flexible entre el metal y el sellador inorgánico. Los presentes inventores han descubierto que este efecto puede obtenerse mediante la provisión de una fina capa de un material o revestimiento flexible. De este modo, la composición de sellador inorgánico está separada del bastidor por un revestimiento flexible. Preferiblemente, el revestimiento flexible puede estar dispuesto en una superficie interior del bastidor, evitando dicho revestimiento flexible el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico y el bastidor y proporcionando un contacto elástico entre la composición de sellador inorgánico y el bastidor, de modo que el bastidor de soporte pueda expandirse al calentarse sin someter el sellador inorgánico a tensión mecánica. Según una realización preferida, el revestimiento flexible está comprendido por una lámina de medio filtrante HEPA.
El conjunto de filtro de aire de alta eficacia según la invención conserva su rigidez estructural y alta eficacia de filtración incluso cuando se expone a altas temperaturas durante períodos de tiempo relativamente largos, particularmente cuando se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
Según algunas realizaciones, el conjunto de filtro de aire de alta eficacia de la presente invención es de clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009. El conjunto de filtro de aire también es preferiblemente capaz de mantener una clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009 durante un período prolongado de uso a temperaturas en el intervalo de 200-500 °C.
Según algunas realizaciones, el bastidor metálico en forma de caja del conjunto de filtro de aire comprende un par de carcasas laterales rectangulares sustancialmente idénticas que tienen un rebaje configurado para recibir un lado de panel plano del núcleo de filtro y que tienen un labio de menor anchura que dichas carcasas laterales que se extiende hacia fuera desde cada extremo de las mismas, y un par de carcasas de extremo rectangulares sustancialmente idénticas que tienen una anchura igual a la anchura de dichas carcasas laterales y que tienen un rebaje configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro. El bastidor metálico en forma de caja es preferiblemente hermético, al menos cuando el conjunto de filtro está ensamblado.
Para asegurar que el núcleo de filtro y la composición de sellador inorgánico sólido puedan moverse elásticamente en relación con el bastidor, se ha descubierto que los rebajes del bastidor metálico en forma de caja deberían tener preferiblemente superficies interiores sustancialmente lisas. Según algunas realizaciones, la longitud de las puntas de las carcasas laterales corresponde sustancialmente a la profundidad de los rebajes de las carcasas de extremo. Esta configuración proporciona una superficie interior sustancialmente lisa en el punto de contacto entre las carcasas laterales del bastidor y el sellador inorgánico, lo que evita el enganche y el posible agrietamiento del sellador inorgánico debido a la expansión térmica del bastidor metálico a altas temperaturas.
El acero inoxidable es el material preferido para el bastidor, así como para los elementos espaciadores. De este modo, según algunas realizaciones, el bastidor metálico en forma de caja está formado de acero inoxidable.
Se ha descubierto que la composición de sellador inorgánico sólido puede dañarse si el bastidor se somete a deformación, p. ej., deformación torsional durante la manipulación, el transporte o el montaje. Los filtros en forma de caja se montan típicamente sujetándolos contra un bastidor de sellado de una carcasa de filtro, p. ej., usando varios tornillos o similares. Una sujeción incorrecta o desigual podría someter el bastidor del filtro a fuerzas de torsión, lo que conduce a una deformación torsional y un posible daño a la composición de sellador inorgánico sólido. Para reducir el riesgo de daño a la composición de sellador inorgánico sólido, el bastidor del conjunto de filtro de aire puede estar provisto de una estructura de refuerzo para evitar la deformación.
Según algunas realizaciones, el bastidor metálico en forma de caja comprende una estructura de refuerzo, comprendiendo dicha estructura de refuerzo una primera placa rectangular unitaria dispuesta alrededor de la periferia del lado aguas arriba del conjunto de filtro y fijada a los cuatro lados del bastidor metálico de tal manera que se evita la deformación torsional del bastidor metálico.
Según algunas realizaciones, el bastidor metálico en forma de caja comprende una estructura de refuerzo, comprendiendo dicha estructura de refuerzo una segunda placa rectangular unitaria dispuesta alrededor de la periferia del lado aguas abajo del conjunto de filtro y fijada a los cuatro lados del bastidor metálico de tal manera que se evita la deformación torsional del bastidor metálico.
Según algunas realizaciones, el bastidor metálico en forma de caja comprende una estructura de refuerzo, comprendiendo además dicha estructura de refuerzo al menos dos barras de refuerzo dispuestas en diferentes lados del bastidor metálico, extendiéndose cada barra de refuerzo entre, y estando rígidamente fijada a, las placas rectangulares primera y segunda.
Juntas, las placas rectangulares y las barras de refuerzo forman una estructura de refuerzo de tipo exoesqueleto alrededor de la periferia del bastidor en forma de caja, evitando eficazmente la deformación torsional del bastidor. Para minimizar aún más la deformación del conjunto de filtro durante la sujeción en una carcasa de filtro, las barras de refuerzo pueden disponerse ventajosamente en el área del bastidor de soporte en la que debe aplicarse la carga cuando el filtro se sujeta en una carcasa de filtro.
En algunos filtros de alta temperatura de la técnica anterior ha habido problemas causados por partículas residuales de los materiales utilizados para sellar el núcleo de filtro al bastidor. Según algunas realizaciones, los bordes interiores de la placa rectangular unitaria primera y/o segunda cubren al menos cualquier material fibroso compresible resistente al calor y composición de sellador inorgánico sólido dispuestos entre el núcleo de filtro y el bastidor.
Según algunas realizaciones, los bordes interiores de la placa rectangular unitaria primera y/o segunda están embridados hacia el lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro, respectivamente, de manera que se forma un canal continuo entre dichos bordes interiores embridados y la periferia del lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro.
El conjunto de filtro de aire de alta eficacia inventivo comprende varios componentes, tales como medio filtrante, separadores de pliegues, sellador inorgánico, material fibroso resistente al calor, revestimiento flexible y bastidor. Preferiblemente, todos los componentes del conjunto de filtro de aire de alta eficacia inventivo se seleccionan para que sean adecuados para aplicaciones de alta temperatura, en donde el conjunto de filtro se calienta repetida o continuamente a una temperatura en el intervalo de 200-500 °C, particularmente cuando el conjunto de filtro se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
Para lograr un sello eficiente entre el medio filtrante y el sellador inorgánico, los extremos en zigzag del medio filtrante se sumergen en una composición de sellador inorgánico en estado líquido y luego permiten que el sellador inorgánico se endurezca a un estado sólido. La composición de sellador inorgánico en estado líquido debe ser preferiblemente de viscosidad suficientemente baja para humedecer y formar eficazmente alrededor del extremo en zigzag sumergido del medio filtrante de modo que se forme un sello hermético al aire.
Según un ejemplo, se proporciona un método para fabricar un conjunto de filtro de aire de alta eficacia para aplicaciones de alta temperatura que comprende:
(a) proporcionar un núcleo de filtro que incluye una lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos y paneles planos en los otros dos lados, y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos;
(b) proporcionar una primera carcasa de extremo rectangular que tiene un rebaje configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro;
(c) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha primera carcasa de extremo con una composición de sellador inorgánico en estado líquido, endurecible a un estado sólido;
(d) insertar dicho núcleo de filtro en el rebaje de dicha primera carcasa de extremo de manera que un primer borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho sellador inorgánico;
en donde la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire consiste preferiblemente en un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes.
Según un ejemplo, se proporciona un método para fabricar un conjunto de filtro de aire de alta eficacia para aplicaciones de alta temperatura que comprende:
(a) proporcionar un núcleo de filtro que incluye una lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos y paneles planos en los otros dos lados, y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos;
(b) proporcionar una primera carcasa de extremo rectangular que tiene un rebaje configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro;
(c) proporcionar un revestimiento flexible en el rebaje de la primera carcasa de extremo;
(d) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en el rebaje de la primera carcasa de extremo; (e) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha primera carcasa de extremo con una composición de sellador inorgánico en estado líquido, endurecible a un estado sólido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico líquido y el bastidor;
(f) insertar dicho núcleo de filtro en el rebaje de dicha primera carcasa de extremo de manera que un primer borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho sellador inorgánico;
(g) permitir que el sellador inorgánico en dicha primera carcasa de extremo se endurezca a un estado sustancialmente sólido;
en donde la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire consiste preferiblemente en un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar un conjunto de filtro de aire de alta eficacia para aplicaciones de alta temperatura que comprende:
(a) proporcionar un núcleo de filtro que incluye una lámina unitaria de medio permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos y paneles planos en los otros dos lados, y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos; (b) formar un bastidor metálico en forma de caja que encierra dicho núcleo de filtro por cuatro lados en acoplamiento hermético para definir una abertura de flujo de aire que se extiende entre los lados aguas arriba y aguas abajo de dicho conjunto de filtro de aire de alta eficacia
i) proporcionando un par de carcasas laterales rectangulares sustancialmente idénticas que tienen un rebaje configurado para recibir un lado de panel plano del núcleo de filtro y que tienen un labio de menor anchura que dichas carcasas laterales rectangulares que se extiende hacia fuera desde cada extremo de las mismas;
ii) proporcionando un par de carcasas de extremo rectangulares sustancialmente idénticas que tienen una anchura igual a la anchura de dichas carcasas laterales y que tienen un rebaje configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro;
(c) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en los rebajes de las carcasas laterales;
(d) disponer las carcasas laterales en los lados de panel plano del núcleo de filtro de manera que se forme un acoplamiento hermético entre la carcasa lateral y el lado de panel plano del núcleo de filtro por el material fibroso compresible resistente al calor;
(e) proporcionar un revestimiento flexible en el rebaje de la primera carcasa de extremo y en un primer par de labios de las carcasas laterales;
(f) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en el rebaje de la primera carcasa de extremo;
(g) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha primera carcasa de extremo con una composición de sellador inorgánico en estado líquido, endurecible a un estado sólido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico líquido y el bastidor;
(h) insertar dicho núcleo de filtro y primer par de labios de las carcasas laterales en el rebaje de dicha primera carcasa de extremo de manera que un primer borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho sellador inorgánico;
(i) permitir que el sellador inorgánico en dicha primera carcasa de extremo se endurezca a un estado sustancialmente sólido;
(j) proporcionar un revestimiento flexible en el rebaje de la segunda carcasa de extremo y en el segundo par de labios de las carcasas laterales;
(k) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en el rebaje de la segunda carcasa de extremo;
(l) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha segunda carcasa de extremo con la composición de sellador inorgánico líquido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico líquido y el bastidor;
(m) insertar dicho núcleo de filtro y segundo par de labios de las carcasas laterales en el rebaje de dicha segunda carcasa de extremo de manera que el segundo borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho sellador inorgánico;
(n) permitir que, en dicha primera y segunda carcasa de extremo, el sellador inorgánico se endurezca a un estado sólido.
Según algunas realizaciones del método de fabricación, el medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes es un medio filtrante de fibra de vidrio hecho de fibra de vidrio de borosilicato libre de aglutinantes.
Según otros aspectos ilustrados en la presente memoria, se proporciona el uso de un conjunto de filtro de aire de alta eficacia como se describe en la presente memoria, o se fabrica de acuerdo con los métodos de fabricación descritos en la presente memoria, en una aplicación de alta temperatura, en donde el conjunto de filtro se calienta repetida o continuamente a una temperatura en el intervalo de 200-500 °C, particularmente en donde el conjunto de filtro se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
Las características descritas anteriormente y otras se ejemplifican mediante las siguientes figuras y descripción detallada.
Breve descripción de los dibujos
Haciendo referencia ahora a las figuras, que son ejemplos de realizaciones, y en donde los elementos similares se numeran de la misma manera:
la Figura 1 a es una vista en perspectiva de una realización del filtro inventivo;
la Figura 1 b es una vista en perspectiva despiezada de una realización del filtro inventivo;
la Figura 2 es una vista en sección transversal de una realización del filtro inventivo;
la Figura 3 es una vista en perspectiva de una realización de una carcasa de extremo,
la Figura 4a es una vista en perspectiva de una realización del bastidor;
la Figura 4b es una vista en perspectiva despiezada de una realización del bastidor.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Como se muestra en las Figuras 1a y 1b, el conjunto de filtro 100 de la presente invención incluye un núcleo de filtro 102 que comprende una lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos (lados de borde en zigzag 104a, 104b) y paneles planos en los otros dos lados (lados de panel plano 106a, 106b), y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos, tanto en la dirección aguas arriba como aguas abajo del flujo de aire. Los núcleos de filtro de este tipo son bien conocidos en la técnica y se explican, p. ej., en la patente de EE. UU. n.° 2.884.091 de Baldwin. En la Figura 1a, el núcleo de filtro se muestra con esteras de material fibroso compresible resistente al calor 116a, 116b dispuestas en los lados de panel plano 106a, 106b del núcleo de filtro. Las esteras 116a, 116b pueden doblarse o envolverse ventajosamente en los pliegues finales del medio filtrante permeable al aire, de modo que el material fibroso resistente al calor no esté directamente expuesto al lado aguas abajo del conjunto de filtro. Esta disposición evita que cualquier residuo de partículas del material fibroso resistente al calor alcance el lado aguas abajo del conjunto de filtro.
El núcleo de filtro está soportado y sellado a un bastidor 108 metálico en forma de caja circundante que encierra dicho núcleo de filtro 102 por cuatro lados en acoplamiento hermético para definir una abertura de flujo de aire que se extiende entre los lados aguas arriba y aguas abajo del conjunto. Como se muestra en la Figura 1b, el bastidor 108 metálico en forma de caja está formado por dos miembros de carcasa de extremo opuestos (carcasas de extremo 110a, 110b) y dos miembros de carcasa lateral opuestos (carcasas laterales 112a, 112b) mantenidas en relación ensamblada entre sí.
La lámina de medio filtrante utilizada en los filtros de la presente descripción consiste en un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes.
El medio filtrante de fibra de vidrio o mineral usado en la presente invención está libre de aglutinantes. Esto significa que el medio está sustancialmente libre de cualquier aglutinante, agente fortificante o aditivo comúnmente utilizado para unir las fibras del medio. El medio utilizado en la presente invención está hecho preferiblemente de 100 % de fibra de vidrio o mineral y libre de aglutinantes.
El medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes conserva su rigidez estructural y alta eficacia de filtración incluso cuando se expone a altas temperaturas durante períodos de tiempo relativamente largos.
Según algunas realizaciones, el conjunto de filtro de aire de alta eficacia de la presente invención es de clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009. El conjunto de filtro de aire también es preferiblemente capaz de mantener una clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009 durante un período prolongado de uso a temperaturas en el intervalo de 200-500 °C, y particularmente en donde el conjunto de filtro se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C).
En una realización preferida, el medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes es un medio filtrante de fibra de vidrio hecho de fibra de vidrio de borosilicato libre de aglutinantes.
Los miembros espaciadores están preferiblemente hechos de acero inoxidable. Los miembros espaciadores pueden proporcionarse, por ejemplo, en forma de láminas u hojas finas corrugadas o plegadas de acero inoxidable. Los miembros espaciadores mantienen los pliegues separados y ayudan a distribuir el flujo de aire uniformemente sobre la superficie del medio filtrante con un bloqueo mínimo del medio filtrante. El diseño de tales miembros espaciadores es bien conocido en la técnica.
El núcleo de filtro 102 está montado dentro del bastidor 108 de tal manera que impide positivamente el desvío o fuga de partículas, alrededor del núcleo de filtro. La disposición de sellado se ilustra en la Figura 2, en la que se muestra una sección transversal vertical del conjunto de filtro 100.
Para formar un montaje eficaz del núcleo de filtro 102 que selle el núcleo de filtro dentro del bastidor 108 y evite el desvío de aire sin filtrar, y que pueda soportar gases a alta temperatura, se dispone una estera compresible de un material fibroso resistente al calor entre el núcleo de filtro y el bastidor. El material fibroso compresible resistente al calor 114a, 114b, 116a, 116b está dispuesto entre los lados de borde en zigzag 104a, 104b del núcleo de filtro y las carcasas de extremo 110a, 110b del bastidor, y entre los lados de panel plano 106a, 106b del núcleo de filtro y las carcasas laterales 112a, 112b del bastidor (véase la Figura 2). Normalmente, la forma de la estera compresible de material fibroso resistente al calor 114a, 114b, 116a, 116b corresponderá a la forma del lado del núcleo del filtro, y el tamaño de la estera de material fibroso resistente al calor corresponderá al tamaño del lado del núcleo de filtro o lo superará en cierta medida.
El material fibroso compresible resistente al calor está compuesto de fibras minerales extremadamente finas y es lo suficientemente denso, también a altas temperaturas con la expansión térmica asociada del bastidor metálico, para evitar que el aire y los contaminantes particulados asociados pasen. El material fibroso compresible resistente al calor, cuando se dispone en el conjunto de filtro, se comprime en espesor hasta al menos aproximadamente la mitad de su espesor original, preferiblemente a aproximadamente un cuarto de su espesor original. Debido a que el material fibroso resistente al calor se comprime, es capaz de expandirse cuando el bastidor metálico se expande, proporcionando así un sello elástico flexible entre el núcleo de filtro y el bastidor. A modo de ejemplo, un material adecuado que tenga una densidad en estado no comprimido de unos 90-100 kg/m3 y un grosor de unos 10-50 mm puede comprimirse hasta al menos la mitad de su grosor original.
El material fibroso resistente al calor puede consistir sustancialmente en fibras de vidrio u óxido de aluminio o una combinación de las mismas. Preferiblemente, el material fibroso resistente al calor puede consistir sustancialmente en fibras de óxido de aluminio. Se prefieren las fibras de óxido de aluminio a las fibras de vidrio en el material fibroso resistente al calor, ya que las fibras de óxido de aluminio conservan mejor su flexibilidad durante períodos prolongados de uso a altas temperaturas. Las fibras de alúmina son fibras policristalinas de alta pureza diseñadas para su uso en aplicaciones de hasta 1600 °C. Las fibras de alúmina pueden producirse con altos niveles de pureza química y bajos niveles de contenido de granalla (partículas no fibrosas). El diámetro de la fibra puede controlarse estrictamente con una mediana de aproximadamente 3 micras, con niveles muy bajos de fibra de menos de 1 micra de diámetro.
Los lados de panel plano 106a, 106b del núcleo de filtro 102 se mantienen en una disposición sustancialmente hermética al aire con las carcasas laterales 112a, 112b del bastidor a través del material fibroso resistente al calor 116a, 116b dispuesto entre los lados de panel plano del núcleo de filtro y el bastidor. Debido a la gran superficie de los lados de panel plano en contacto con el interior de las carcasas laterales a través del material fibroso resistente al calor, generalmente no se requiere un sellado adicional en las carcasas laterales para proporcionar un sello a prueba de fugas, incluso para un filtro de muy alta eficacia. Los lados de borde en zigzag 104a, 104b del núcleo de filtro, por otro lado, proporcionan una superficie mucho más pequeña en contacto con el interior de las carcasas de extremo 110a, 110b, que requieren medidas adicionales para proporcionar un sello a prueba de fugas adecuado para un filtro de alta eficacia.
Por esta razón, los bordes en zigzag 104a, 104b del medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes están incrustados de manera sellada en unas composiciones de sellador inorgánico que comprenden una composición de geopolímero sólido 118 en las carcasas de extremo del bastidor. A su vez, la composición de geopolímero sólido se mantiene en una disposición sustancialmente hermética con las carcasas de extremo 110a, 110b del bastidor a través de la estera compresible de material fibroso resistente al calor 114a, 114b dispuesta entre el núcleo de filtro y el bastidor.
Como se emplea en esta memoria, el término geopolímero se refiere generalmente a un polímero inorgánico sintético. El geopolímero es esencialmente un compuesto químico mineral o una mezcla de compuestos que consiste en unidades repetitivas, creado a través de un proceso de geopolimerización. Las composiciones de geopolímero se pueden proporcionar en estado líquido, endurecible a un estado sólido. En el estado endurecido, el geopolímero es altamente resistente a la temperatura. Los geopolímeros comprenden una o más de las siguientes unidades repetitivas (o grupos químicos), unidas con enlaces covalentes:
-Si-O-Si-O- siloxo, poli(siloxo)
-Si-O-Ai-O-sialato, poli(sialato)
-Si-O-AI-O-Si-O-sialato-siloxo, poli(sialato-siloxo)
-Si-O-AI-O-Si-O-Si-O-sialato-disiloxo, poli(sialato-disiloxo)
-P-O-P-O- fosfato, poli(fosfato)
-P-O-Si-O-P-O- fosfo-siloxo, poli(fosfo-siloxo)
-P-O-Si-O-AI-O-P-O- fosfo-sialato, poli(fosfo-sialato)
-(R)-Si-O-Si-O-(R) organo-siloxo, poli-silicona
-Al-O-P-O- alumino-fosfo, poli(alumino-fosfo)
-Fe-O-Si-O-AI-O-Si-O-ferro-sialato, poli(ferro-sialato).
Ejemplos de geopolímeros adecuados para su uso en los filtros de la presente descripción incluyen los descritos en el documento PCT/FR2011/000185.
El lado de borde en zigzag del núcleo de filtro está incrustado en la composición de geopolímero sólido. Esto se puede lograr llenando sustancialmente un rebaje de una carcasa de extremo 110a, 110b con una composición de geopolímero en estado líquido, endurecible a un estado sólido, insertando el núcleo de filtro en el rebaje de la carcasa de extremo de tal manera que un borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en el geopolímero, y permitiendo entonces que el geopolímero se endurezca a un estado sólido. Este método permite utilizar un sellador inorgánico de viscosidad relativamente baja que permite el control sobre la profundidad de inmersión del borde en zigzag para proporcionar un sellado uniforme sin un bloqueo indebido del medio filtrante. Como se muestra en la Figura 3, para evitar el contacto directo entre el geopolímero 118a, 118b y el bastidor 108, y para proporcionar una capa intermedia elástica o flexible entre el metal y el geopolímero, una fina capa de un material o revestimiento flexible 120a, 120b, se coloca entre el geopolímero y el bastidor metálico. Por consiguiente, la composición de geopolímero está separada del bastidor por un revestimiento flexible dispuesto en una superficie interior del bastidor, evitando dicho revestimiento flexible el contacto directo entre la composición de geopolímero y el bastidor y proporcionando un contacto elástico entre la composición de geopolímero y el bastidor, de modo que el bastidor pueda expandirse al calentarse sin someter la composición de geopolímero endurecido a tensión mecánica. El revestimiento flexible 120a, 120b puede estar comprendido por una lámina de medio filtrante HEPA. A modo de ejemplo, se puede usar un medio filtrante HEPA de microfibra de borosilicato de baja resistencia que tenga un espesor de alrededor de 0,5 mm.
En el conjunto de filtro, como se describe en la presente memoria con referencia a las Figuras, los lados de borde en zigzag del núcleo de filtro 102 están incrustados y fijados en la composición de geopolímero sólido 118 de tal manera que el núcleo de filtro y la composición de geopolímero sólido forman una unidad. Esta unidad de composición de núcleo de filtro y geopolímero sólido está suspendida de una manera elástica o flexible dentro del bastidor de tal manera que la unidad de núcleo de filtro y composición de geopolímero sólido pueda moverse elásticamente dentro del bastidor en un plano sustancialmente ortogonal a la dirección general del flujo de aire. La suspensión elástica reduce o elimina sustancialmente la tensión mecánica perjudicial sobre la composición de geopolímero, el medio filtrante y la junta entre la composición de geopolímero y el medio filtrante, debido a la expansión térmica del bastidor metálico durante las altas temperaturas.
La composición de sellador inorgánico sólido cubre preferiblemente el material fibroso resistente al calor de manera que el material fibroso resistente al calor se sella entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor. Esto significa que el material fibroso resistente al calor no está directamente expuesto al lado aguas abajo del conjunto de filtro. Esta disposición evita que cualquier residuo de partículas del material fibroso resistente al calor alcance el lado aguas abajo del conjunto de filtro.
Con referencia a las Figuras 4a y 4b, el bastidor 108 del conjunto de filtro de aire 100 puede comprender un par de carcasas laterales rectangulares sustancialmente idénticas 112a, 112b que tienen un rebaje 124a, 124b configurado para recibir un lado de panel plano del núcleo de filtro y que tienen un labio 126a, 126b de menor anchura que dichas carcasas laterales que se extiende hacia fuera desde cada extremo de las mismas, y un par de carcasas de extremo rectangulares sustancialmente idénticas 110a, 110b que tienen una anchura igual a la anchura de dichas carcasas laterales y que tienen un rebaje 122a, 122b configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro. Los rebajes de las carcasas de extremo están formados en forma de una bandeja poco profunda con una profundidad típicamente en el intervalo de 2-8 cm, preferiblemente en el intervalo de 2-5 cm, de modo que el rebaje pueda acomodar completamente la estera compresible de material fibroso resistente al calor, así como la composición de geopolímero sólido y el revestimiento flexible.
Como se muestra en la Figura 4b, los labios 126a, 126b de las carcasas laterales permiten que las carcasas laterales se conecten a las carcasas de extremo. Para asegurar que el núcleo de filtro y la composición de geopolímero sólido puedan moverse elásticamente en relación con el bastidor, los rebajes del bastidor metálico en forma de caja tienen superficies interiores sustancialmente lisas. Por consiguiente, la longitud de los labios 126a, 126b de las carcasas laterales preferiblemente corresponde de manera sustancial a la profundidad de los rebajes 122a, 122b de las carcasas de extremo. Esta configuración proporciona una superficie interior sustancialmente lisa en el punto de contacto entre las carcasas laterales del bastidor y el geopolímero, lo que evita el enganche y el posible agrietamiento del geopolímero debido a la expansión térmica del bastidor metálico a altas temperaturas.
El acero inoxidable es el material preferido para el bastidor, así como para los elementos espaciadores. De este modo, según algunas realizaciones, el bastidor metálico en forma de caja está formado de acero inoxidable. Las carcasas laterales y de extremo pueden estar formadas preferiblemente por láminas de acero inoxidable dobladas y soldadas. Como se ilustra en la Figura 4b, las carcasas laterales y de extremo pueden mantenerse en relación ensamblada entre sí, p. ej., mediante tornillos o remaches.
Como se ve en las Figuras 1a, 1b, 4a y 4b, los labios pueden formarse ventajosamente como una parte integral de una carcasa lateral de lámina de acero doblando una porción de extremo de la lámina de acero hacia atrás y hacia fuera para formar el labio, así como una brida adecuada para unirse a una brida correspondiente en una carcasa de extremo, p. ej., mediante atornillado o remachado. Esto permite que las carcasas laterales y de extremo se unan entre sí mientras se mantiene una superficie interior lisa del bastidor.
Se ha descubierto que la composición de geopolímero sólido puede dañarse si el bastidor se somete a deformación, p. ej., deformación torsional durante la manipulación, el transporte o el montaje. Los filtros en forma de caja se montan típicamente sujetándolos contra un bastidor de sellado de una carcasa de filtro, p. ej., usando varios tornillos o similares. Una sujeción incorrecta o desigual podría someter el bastidor del filtro a fuerzas de torsión, lo que conduce a una deformación torsional y un posible daño a la composición de geopolímero sólido. Para reducir el riesgo de daño a la composición de geopolímero sólido, el bastidor del conjunto de filtro de aire puede estar provisto de una estructura de refuerzo para evitar la deformación.
En la realización tal como se muestra en las Figuras 4a y 4b, la estructura de refuerzo 128 comprende una primera placa rectangular unitaria 130 dispuesta alrededor de la periferia del lado aguas abajo del conjunto de filtro 100 y fijada a los cuatro lados 110a, 110b, 112a, 112b del bastidor metálico 108. La estructura de refuerzo comprende además una segunda placa rectangular unitaria 132 dispuesta alrededor de la periferia del lado aguas arriba del conjunto de filtro y fijada a los cuatro lados del bastidor metálico. Las placas rectangulares pueden estar formadas preferiblemente de acero inoxidable y normalmente tendrán un espesor en el intervalo de 1-3 mm.
Opcionalmente, la estructura de refuerzo comprende además barras de refuerzo 134 dispuestas en diferentes lados del bastidor metálico, extendiéndose cada barra de refuerzo entre, y estando rígidamente fijada, p. ej., atornillada o soldada, a las placas rectangulares primera y segunda 130, 132. Las barras de refuerzo 134 pueden proporcionarse preferiblemente en forma de tubo de perfil cuadrado o de acero inoxidable macizo. Juntas, las placas rectangulares y las barras de refuerzo forman una estructura de refuerzo de tipo exoesqueleto 128 alrededor de la periferia del bastidor 108 en forma de caja, evitando eficazmente la deformación torsional del bastidor. Para minimizar aún más la deformación del conjunto de filtro durante la sujeción en una carcasa de filtro, las barras de refuerzo pueden disponerse ventajosamente en el área del bastidor de soporte en la que debe aplicarse la carga cuando el filtro se sujeta en una carcasa de filtro.
Los bordes interiores 136, 138 de la placa rectangular unitaria primera y/o segunda 130, 132 dispuestos alrededor de la periferia del lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro 100 pueden cubrir al menos cualquier material fibroso compresible resistente al calor y composición de geopolímero sólido dispuestos entre el núcleo de filtro y el bastidor.
Los bordes interiores 136, 138 de la placa rectangular unitaria primera y/o segunda 130, 132 dispuestos alrededor de la periferia del lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro pueden estar embridados hacia el lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro respectivamente, de manera que se forma un canal continuo entre dichos bordes interiores embridados y la periferia del lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro.
Un conjunto de filtro de aire de alta eficacia como se ha descrito anteriormente con referencia a las Figuras 1 -3 puede fabricarse en las siguientes etapas principales:
(a) proporcionar un núcleo de filtro que incluye una lámina unitaria de medio permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos y paneles planos en los otros dos lados, y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos, en donde la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire consiste en un medio filtrante de fibra de vidrio o mineral libre de aglutinantes;
(b) proporcionar un par de carcasas laterales rectangulares sustancialmente idénticas que tienen un rebaje configurado para recibir un lado de panel plano del núcleo de filtro y que tienen un labio de menor anchura que dichas carcasas laterales que se extiende hacia fuera desde cada extremo de las mismas;
(c) proporcionar un par de carcasas de extremo rectangulares sustancialmente idénticas que tienen una anchura igual a la anchura de dichas carcasas laterales y que tienen un rebaje configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro;
(d) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en los rebajes de las carcasas laterales;
(e) disponer las carcasas laterales en los lados de panel plano del núcleo de filtro de manera que se forme un acoplamiento hermético entre la carcasa lateral y el lado de panel plano del núcleo de filtro por el un material fibroso compresible resistente al calor;
(f) proporcionar un revestimiento flexible en el rebaje de la primera carcasa de extremo y en un primer par de labios de las carcasas laterales;
(g) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en el rebaje de la primera carcasa de extremo;
(h) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha primera carcasa de extremo con una composición de geopolímero en estado líquido, endurecible a un estado sólido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de geopolímero líquido y el bastidor;
(i) insertar dicho núcleo de filtro y primer par de labios de las carcasas laterales en el rebaje de dicha primera carcasa de extremo de manera que un primer borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho geopolímero;
(j) permitir que el geopolímero en dicha primera carcasa de extremo se endurezca a un estado sustancialmente sólido;
(k) proporcionar un revestimiento flexible en el rebaje de la segunda carcasa de extremo y en el segundo par de labios de las carcasas laterales;
(l) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en el rebaje de la segunda carcasa de extremo;
(m) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha segunda carcasa de extremo con la composición de geopolímero líquido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de geopolímero líquido y el bastidor;
(n) insertar dicho núcleo de filtro y segundo par de labios de las carcasas laterales en el rebaje de dicha segunda carcasa de extremo de manera que el segundo borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho geopolímero;
(o) permitir que, en dicha primera y segunda carcasa de extremo, el geopolímero se endurezca a un estado sólido.
Como se describe en la presente memoria, el conjunto de filtro de aire de alta eficacia inventivo comprende varios componentes, tales como medio filtrante, separadores de pliegues, geopolímero, material fibroso resistente al calor, revestimiento flexible y bastidor. Preferiblemente, todos los componentes del conjunto de filtro de aire de alta eficacia inventivo se seleccionan para que sean adecuados para aplicaciones de alta temperatura, en donde el conjunto de filtro se calienta repetida o continuamente a una temperatura en el intervalo de 200-500 °C.
El conjunto de filtro de aire de alta eficacia conserva su rigidez estructural y alta eficacia de filtración cuando se expone a altas temperaturas durante períodos de tiempo relativamente largos, y particularmente cuando se somete a ciclos repetidos entre baja temperatura (por ejemplo, aproximadamente 25 °C) y alta temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 200-500 °C). El conjunto de filtro de aire de alta eficacia de la presente invención es preferiblemente de clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1322:2009. El conjunto de filtro de aire también es preferiblemente capaz de mantener una clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009 durante un período prolongado de uso a temperaturas en el intervalo de 200-500 °C.
Aunque la invención se ha descrito con referencia a diferentes ejemplos de realizaciones, los expertos en la técnica entenderán que se pueden realizar diversos cambios y se pueden sustituir elementos de los mismos por equivalentes, sin apartarse del alcance de la invención. De forma adicional, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las realizaciones particulares descritas en la presente memoria para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las realizaciones que están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (25)
1. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) para aplicaciones de alta temperatura que comprende:
un núcleo de filtro (102) que incluye una lámina unitaria de medio permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos (104a, 104b) y paneles planos en los otros dos lados (106a, 106b), y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos,
un bastidor (108) metálico en forma de caja que encierra dicho núcleo de filtro por cuatro lados en acoplamiento hermético para definir una abertura de flujo de aire que se extiende entre los lados aguas arriba y aguas abajo de dicho conjunto de filtro de aire de alta eficacia,
en donde los bordes en zigzag de la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire están incrustados de manera sellada en una composición de sellador inorgánico sólido (118) en el bastidor,
un material fibroso compresible resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor y entre los lados de panel plano y el bastidor, que proporciona una suspensión elástica de dicho núcleo de filtro y composición de sellador inorgánico sólido dentro del bastidor, y
un revestimiento flexible (120a, 120b) dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor, evitando dicho revestimiento flexible el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico y el bastidor y proporcionando un contacto elástico entre la composición de sellador inorgánico y el bastidor de modo que el bastidor de soporte pueda expandirse al calentarse sin someter la composición de sellador inorgánico a tensión mecánica.
2. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según la reivindicación 1, en donde la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire consiste en un medio filtrante de fibra de vidrio libre de aglutinantes o un medio filtrante de fibra mineral libre de aglutinantes.
3. Conjunto de filtro de aire (100) de alta eficacia según la reivindicación 2, en donde el medio filtrante de fibra de vidrio libre de aglutinantes o el medio filtrante de fibra mineral libre de aglutinantes es un medio filtrante de fibra de vidrio hecho de fibra de vidrio de borosilicato libre de aglutinantes.
4. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los miembros espaciadores están hechos de acero inoxidable.
5. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la composición de sellador inorgánico (118) es una composición de geopolímero que se puede proporcionar en estado líquido, endurecible a un estado sólido.
6. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el material fibroso resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) consiste en fibras de vidrio u óxido de aluminio o una combinación de las mismas, y en donde el material fibroso resistente al calor consiste en fibras de óxido de aluminio.
7. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el material fibroso resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) dispuesto entre la composición de sellador inorgánico sólido (118) y el bastidor (108) está sellado entre la composición de sellador inorgánico sólido y el bastidor, de modo que el material fibroso resistente al calor no esté directamente expuesto al lado aguas abajo del conjunto de filtro.
8. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el material fibroso resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) dispuesto entre los lados de panel plano del núcleo de filtro y el bastidor está envuelto por la lámina unitaria de medio filtrante permeable al aire, de modo que el material fibroso resistente al calor no esté directamente expuesto al lado aguas abajo del conjunto de filtro.
9. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el revestimiento flexible (120a, 120b) está comprendido por una lámina de medio filtrante HEPA.
10. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el conjunto de filtro de aire es de clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009.
11. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según la reivindicación 10, en donde el conjunto de filtro de aire es capaz de mantener una clase HEPA H13 o superior de acuerdo con la norma europea EN 1822:2009 durante un período prolongado de uso a temperaturas en el intervalo de 200-500 °C.
12. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el bastidor (108) metálico en forma de caja comprende
un par de carcasas laterales rectangulares sustancialmente idénticas (112a, 112b) que tienen un rebaje (124a, 124b) configurado para recibir un lado de panel plano (106a, 106b) del núcleo de filtro (102) y que tienen un labio (126a, 126b) de menor anchura que dichas carcasas laterales que se extiende hacia fuera desde cada extremo de las mismas, y
un par de carcasas de extremo rectangulares sustancialmente idénticas (110a, 110b) que tienen una anchura igual a la anchura de dichas carcasas laterales y que tienen un rebaje (122a, 122b) configurado para recibir un lado en zigzag (104a, 104b) del núcleo de filtro.
13. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según la reivindicación 12, en donde los rebajes del bastidor (108) metálico en forma de caja tienen superficies internas sustancialmente lisas.
14. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según la reivindicación 12 o 13, en donde la longitud de los labios de las carcasas laterales (112a, 112b) corresponde sustancialmente a la profundidad de los rebajes de las carcasas de extremo (110a, 110b).
15. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el bastidor (108) metálico en forma de caja está formado de acero inoxidable.
16. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el bastidor (108) metálico en forma de caja comprende una estructura de refuerzo (128), comprendiendo dicha estructura de refuerzo una primera placa rectangular unitaria (130) dispuesta alrededor de la periferia del lado aguas arriba del conjunto de filtro y fijada a los cuatro lados (110a, 110b, 112a, 112b) del bastidor metálico de tal manera que se evita la deformación torsional del bastidor metálico.
17. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el bastidor (108) metálico en forma de caja comprende una estructura de refuerzo (128), comprendiendo dicha estructura de refuerzo una segunda placa rectangular unitaria (132) dispuesta alrededor de la periferia del lado aguas abajo del conjunto de filtro y fijada a los cuatro lados del bastidor metálico de tal manera que se evita la deformación torsional del bastidor metálico.
18. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según las reivindicaciones 16 y 17, en donde el bastidor (108) metálico en forma de caja comprende una estructura de refuerzo (128), comprendiendo además dicha estructura de refuerzo al menos dos barras de refuerzo (134) dispuestas en diferentes lados del bastidor metálico, extendiéndose cada barra de refuerzo entre, y estando rígidamente fijada a, las placas rectangulares unitarias primera y segunda (130, 132).
19. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según la reivindicación 18, en donde las barras de refuerzo (134) están dispuestas en el área del bastidor de soporte en la que debe aplicarse la carga cuando el filtro se sujeta en una carcasa de filtro.
20. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 16-19, en donde los bordes interiores (136, 138) de la placa rectangular unitaria primera y/o segunda (130, 132) cubren al menos cualquier material fibroso compresible resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) y una composición de sellador inorgánico sólido (118) dispuestos entre el núcleo de filtro (102) y el bastidor (108).
21. Conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según la reivindicación 20, en donde los bordes interiores (136, 138) de la placa rectangular unitaria primera y/o segunda (130, 132) están embridados hacia el lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro, respectivamente, de manera que se forma un canal continuo entre dichos bordes interiores embridados y la periferia del lado aguas arriba o el lado aguas abajo del conjunto de filtro.
22. Un método para fabricar un conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) para aplicaciones de alta temperatura que comprende:
(a) proporcionar un núcleo de filtro (102) que incluye una lámina unitaria de medio permeable al aire doblada en forma de acordeón para formar una pluralidad de pliegues uno al lado del otro con bordes en zigzag en dos lados opuestos (104a, 104b) y paneles planos en los otros dos lados (106a, 106b), y un miembro espaciador entre paredes opuestas de pliegues sucesivos;
(b) formar un bastidor (108) metálico en forma de caja que encierra dicho núcleo de filtro por cuatro lados en acoplamiento hermético para definir una abertura de flujo de aire que se extiende entre los lados aguas arriba y aguas abajo de dicho conjunto de filtro de aire de alta eficacia
i) proporcionando un par de carcasas laterales rectangulares sustancialmente idénticas (112a, 112b) que tienen un rebaje (124a, 124b) configurado para recibir un lado de panel plano del núcleo de filtro y que tienen un labio (126a, 126b) de menor anchura que dichas carcasas laterales rectangulares que se extiende hacia fuera desde cada extremo de las mismas;
ii) proporcionando un par de carcasas de extremo rectangulares sustancialmente idénticas (110a, 110b) que tienen una anchura igual a la anchura de dichas carcasas laterales y que tienen un rebaje (122a, 122b) configurado para recibir un lado en zigzag del núcleo de filtro;
(c) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) en los rebajes de las carcasas laterales;
(d) disponer las carcasas laterales en los lados de panel plano del núcleo de filtro de manera que se forme un acoplamiento hermético entre la carcasa lateral y el lado de panel plano del núcleo de filtro por el material fibroso compresible resistente al calor;
(e) proporcionar un revestimiento flexible (120a, 120b) en el rebaje de la primera carcasa de extremo y en un primer par de labios de las carcasas laterales;
(f) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor en el rebaje de la primera carcasa de extremo;
(g) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha primera carcasa de extremo con una composición de sellador inorgánico (118) en estado líquido, endurecible a un estado sólido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico líquido y el bastidor;
(h) insertar dicho núcleo de filtro y primer par de labios de las carcasas laterales en el rebaje de dicha primera carcasa de extremo de manera que un primer borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho sellador inorgánico;
(i) permitir que el sellador inorgánico en dicha primera carcasa de extremo se endurezca a un estado sustancialmente sólido;
(j) proporcionar un revestimiento flexible (120a, 120b) en el rebaje de la segunda carcasa de extremo y en el segundo par de labios de las carcasas laterales;
(k) proporcionar un material fibroso compresible resistente al calor (114a, 114b, 116a, 116b) en el rebaje de la segunda carcasa de extremo;
(l) llenar sustancialmente dicho rebaje de dicha segunda carcasa de extremo con la composición de sellador inorgánico líquido, por lo que el revestimiento flexible evita el contacto directo entre la composición de sellador inorgánico líquido y el bastidor;
(m) insertar dicho núcleo de filtro y segundo par de labios de las carcasas laterales en el rebaje de dicha segunda carcasa de extremo de manera que el segundo borde en zigzag del núcleo de filtro esté completamente sumergido en dicho sellador inorgánico;
(n) permitir que, en dicha primera y segunda carcasa de extremo, el sellador inorgánico se endurezca a un estado sólido.
23. El método según la reivindicación 22, en donde la lámina unitaria de medio permeable al aire consiste en un medio filtrante de fibra de vidrio libre de aglutinantes o un medio filtrante de fibra mineral libre de aglutinantes.
24. Un método según la reivindicación 23, en donde el medio filtrante de fibra de vidrio libre de aglutinantes o el medio filtrante de fibra mineral libre de aglutinantes es un medio filtrante de fibra de vidrio hecho de fibra de vidrio de borosilicato libre de aglutinantes.
25. Uso de un conjunto de filtro de aire de alta eficacia (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -21 en una aplicación de alta temperatura, en donde el conjunto de filtro se calienta repetida o continuamente a una temperatura en el intervalo de 200-500 °C.
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