ITMI951205A1 - Filtro per odori e/o contaminanti privo di guarnizione ed intelaiatura - Google Patents

Filtro per odori e/o contaminanti privo di guarnizione ed intelaiatura Download PDF

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Bluecher Hasso Von
Ruiter Ernest De
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Abstract

La presente invenzione ha per oggetto l'impiego come filtro per odori e/o contaminanti privo di guarnizione e di supporto, ad esempio in impianti di climatizzazione, autoveicoli o mezzi di trasporto, di uno strato filtrante adsorbente autoportante, elastico e inserito mediante leggera compressione nei canali di alimentazione dell'aria, comprendente un materiale di supporto altamente permeabile all'aria con un adsorbente fissato mediante un materiale adesivo.

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
"Filtro per odori e/o contaminanti privo di guarnizione ed intelaiatura"
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto l'impiego di uno strato filtrante adsorbente come filtro per odori e/o contaminanti in canali di alimentazione dell'aria, ad esempio in impianti di climatizzazione, autoveicoli o mezzi di trasporto.
Secondo le conoscenze odierne, i filtri usuali per particelle non riescono a purificare le correnti di aria (come ad esempio in impianti di climatizzazione, alimentazione per autoveicoli e così via) poiché essi non possono trattenere componenti gassosi, in particolare sostanze odorose o contaminanti, il cui riflesso sulla salute e sul benessere è stata nel passato molto sottovalutato. Ai filtri per le particelle si è quindi collegato un filtro adsorbente. Attualmente i filtri assorbenti vengono oggi preparati a base di carbone attivo. Per impianti stazionari si possono impiegare spesso riporti sottili che sono però inadatti per gli autoveicoli. I filtri nella forma di riporti presentano però sempre un compromesso per quanto concerne la granulometria: la cinetica richiede piccole particelle adsorbenti, mentre desiderando una piccola caduta di pressione le particelle devono essere grosse. Si perviene anche facilmente ad una formazione di gas.
La manutenzione nonché lo scambio viene reso difficile e si perviene a forti imbrattature. A causa dello sviluppo del principio "expanded fixed bed", questi svantaggi sono stati per la maggior parte eliminati. Nel caso di questo principio si fissano piccole particelle adsorbenti su una struttura di supporto aperta che per lo più è nella forma di una lastra. Si evita così il compromesso per quanto concerne la granulometria; gli elementi filtranti in forma di lastra privi di polvere possono inoltre essere facilmente sostituiti, per cui la manutenzione richiede molto meno lavoro dei filtri commerciali .
Per i canali di alimentazione dell'aria nelle cabine degli autoveicoli sono inseriti o in sviluppo sia filtri in forma di lastra che filtri a pieghe. I filtri in forma di lastra possono essere ottenuti da particelle di carbone attivo incollate una all'altra o anche con il principio dell' "expanded fixed bed". Questi mezzi filtranti vengono fissati ed espansi in un'intelaiatura mediante una guarnizione, e questa intelaiatura viene inserita nel canale di alimentazione dell'aria. Uno svantaggio notevole di questi filtri è che a causa dell'intelaiatura e della guarnizione essi hanno un'elevato bisogno di spazio, la loro preparazione è laboriosa e quindi costosa, e nel caso di smaltimento nonché riciclo di questi filtri si previene a notevoli problemi, in quanto i diversi materiali collegati saldamente tra loro disturbano la separazione dei materiali.
Ε' ora scopo dell 'invenzione fornire un filtro per odori nonché contaminanti che sia privo di guarnizione ed intelaiatura.
Lo scopo viene raggiunto in accordo con la invenzione mediante l'impiego come filtro per odori e/o contaminanti privo di guarnizione e supporto di uno strato filtrante adsorbente autoportante, elastico e sistemato con leggera compressione nei canali di alimentazione dell'aria, comprendente un materiale di supporto altamente permeabile all'aria con un adsorbente fissato mediante un materiale adesivo. Nel caso di questo strato filtrante adsorbente si tratta di un mezzo filtrante in accordo con il principio "expanded fixed bed".
Gli strati filtranti adsorbenti autoportanti ed elastici sono noti. Così la domanda di brevetto DE 38.13.563 descrive un materiale filtrante che consiste di una schiuma PU reticolata che è caricata con carbone attivo.
In una particolare forma di esecuzione della invenzione, questi strati filtranti adsorbenti vengono impiegati in impianti di climatizzazione, in autoveicoli o in mezzi di trasporto.
Come materiale di supporto altamente permeabile all'aria si può impiegare qualsiasi schiuma a pori larghi, in particolare una schiuma PU reticolata. Sullo scheletro di questo materiale di supporto si può fissare l'adsorbente con l'ausilio di un materiale adesivo. Si forma in tal modo uno strato filtrante adsorbente autoportante. Per gli strati filtranti adsorbenti impiegati in accordo con la invenzione esistono già metodi per lo smaltimento nonché per il riciclo.
Lo strato filtrante adsorbente dovrebbe avere da una parte un'elasticità sufficiente per gli impieghi in accordo con l'invenzione e dall'altra una stabilità intrinseca sufficientemente elevata. Si hanno poi una sufficiente elasticità nonché una stabilità intrinseca sufficientemente elevata dello strato filtrante adsorbente, se da uno strato filtrante adsorbente che sporge 20 cm da uno spigolo di una superficie di appoggio (ad esempio lo spigolo di un tavolo), la sua estremità più esterna si abbassa 2-10 volte, in particolare 2-5 volte lo spessore dello strato filtrante adsorbente. E' quindi evidente che le lastre più spesse inflettono meno delle lastre più sottili.
Il vantaggio nell'impiego dei materiali della invenzione è riscontrabile nel fatto che questi possono essere impiegati direttamente nel canale dell'aria senza particolare guarnizione e senza intelaiatura addizionale. Ad ogni modo il canale dell'aria può presentare per un impiego facilitato sottili binari di guida.
La schiuma PU reticolata a fori aperti può avere una porosità compresa tra 8 e 30 ppi (pori per pollice). Queste schiume sono descritte ad esempio nel brevetto EP-B-340.542.
Questa schiuma PU viene fissata con un materiale adesivo e poi caricata continuamente con un adatto adsorbente avente uno spessore di 0,3 - 1 mm. Questo caricamento della superficie interna della schiuma, in particolare un caricamento completo, porta ad un'elevatissima rigidità. Il materiale si lascia tuttavia comprimere sufficientemente per poter inserire sotto tensione nel canale di alimentazione dell'aria previsto a questo scopo le lastre munite dell'adatta maggiorazione. Si è sorprendentemente trovato che mediante questo impiego dell'invenzione dello strato filtrante adsorbente si può completamente evitare una rottura nelle zone marginali (un cosiddetto "impiego marginale").
In accordo con una particolare forma di esecuzione dell'invenzione, la granulometria dello adsorbente è almeno tre volte inferiore al diametro dei pori della schiuma PU.
La comprimibilità della schiuma PU caricata dovrebbe essere pari almeno al 2% ad una pressione di 1 - 10 N/cm2.
Questo strato filtrante adsorbente può consistere anche di diversi strati filtranti adsorbenti. Lo spessore dei singoli strati filtranti adsorbenti è generalmente compreso tra 5 e 40 mm, in particolare tra 10 e 30 mm. Nel caso di diversi strati filtranti adsorbenti lo spessore di ogni singolo strato oscilla tra 5 e 30 mm.
Come adsorbenti si possono impiegare:
• carbone attivo (materiale carbonizzato e poi attivato che deriva da materiali di partenza vegetali (legno, torba, carbone fossile, e così via));
• carbone attivo in forma di palline da pece di catrame di carbone fossile o residui del petrolio aventi un diametro di 0,2 - 2 mm, preferibilmente di 0,3 - 1 mm, una superficie interna di almeno 2
900 m /g (determinata con il metodo BET) e/o una pressione di scoppio di almeno 10 N, preferibilmente di almeno 30 N impiegando una pallina con diametro di 0,5 mm (questo carbone attivo in forma di palline è descritto ad esempio nei brevetti GB-B-1 .525.420, GB-B-2.012.257, GB-B-2.025.385 oppure GB-A-2.053.176);
• carbone in forma di pietrisco o in grani avente una granulometria di 0,2 - 2 rara, preferibilmente di 0,3 - 1,0 mm, ed una superficie interna di almeno 900 m /g (questi carboni sono descritti ad esempio in H. von Kienle, E. Bader, "Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung", Ferdinand Enke Editore, Stoccarda (1980));
• polimeri porosi carbonizzati ed attivati a base di copolimeri solforati di stirene/divinilbenzene o copolimeri di stirene/acido acrilico (questi polimeri carbonizzati sono descritti ad esempio nei brevetti US-A-4 .040.990, US-A-4 .224.415 oppure US-A-4.597.897);
• scambiatori ionici carbonizzati ed attivati a base di copolimeri solfonati di stirene/divinilbenzene o copolimeri di stirene/acido acrilico (la preparazione di carbone attivo da questi scambiatori ionici è descritta ad esempio nel DD-B-063.768 o nella domanda di brevetto DE-A-43.04.026) oppure scambiatori anionici carbonizzati ed attivati a base di resine polistireniche o poliacriliche con gruppi scambiatori ionici sono descritti ad esempio nella domanda di brevetto DE-A-43.28.219 );
• polimeri porosi (non carbonizzati) a base di un copolimero di stirene e divinilbenzene reticolato attraverso punti CH2 come sono ad esempio stati messi in commercio dalla Dow Chemicals con la denominazione Sorbathene R) ;
• particelle stampate da vagli molecolari, preferibilmente vagli molecolari idrofobi con un modulo SiO /Al2 O3 > 10 (come sono stati ad esempio messi in commercio dalla Degussa AG con la denominazione DAY-Zeolith ).
L'adsorbente può essere incorporato nella schiuma PU in accordo ad esempio con la domanda di brevetto DE 38.13.563.
In una forma di esecuzione preferita della invenzione, lo strato filtrante adsorbente contiene da 50 a 400 g/1 di adsorbente, preferibilmente da 150 a 350 g/1.
La quantità del materiale adesivo impiegato nello strato filtrante adsorbente corrisponde al peso del materiale di supporto altamente permeabile all 1aria ± 50%.
Come materiale adesivo si possono impiegare polimeri organici reticolabili, come ad esempio derivati dell'acido acrilico, poliuretanici, polistirenici ,di poliisocianati , polivinilacetato , o adesivi a fusione.
Secondo una forma di esecuzione preferita dell'invenzione, come materiale adesivo si utilizza un sistema prepolimerico privo di solvente a due componenti a base di di- e/o poliisocianati mascherati che sono stati reticolati con di- e/o poliammine. Questo materiale adesivo ha una buona adesione iniziale e durante la fase di reticolazione presenta una spiccata viscosità minima che porta ad un'adesione ottimale. Mediante questa viscosità minima del materiale adesivo si diminuisce ad un minimo la superficie di contatto tra il materiale di supporto e l'adsorbente, cosicché l'elevata permeabilità all'aria del materiale di supporto resta inalterata. Nel caso di questi sistemi si tratta preferibilmente di quelli che sono stati messi in commercio dalla BAYER AG con la denominazione "prodotti reattivi PUR ad alto tenore di solidi IMPRANIL<(r)>" .
Un altro materiale adesivo preferito consiste di di- e/o poliisocianati polimerici non mascherati come sono stati messi in commercio dalla Bayer AG con la denominazione Levacasr(R) Addukt 43131 N. La reazione di reticolazione avviene a causa della umidità presente nell'adsorbente.
Lo strato filtrante impiegato in accordo con la presente può consistere di diversi strati filtranti adsorbenti sovrapposti che hanno proprietà uguali o diverse per quanto concerne spessore, adsorbente o materiale adesivo.
E' inoltre possibile formare lo strato filtrante adsorbente elastico con un arco leggermente convesso rispetto al lato di entrata. Da una parte si aumenta in tal modo la caricabilità meccanica dello strato filtrante adsorbente, mentre dall'altro lo strato filtrante adsorbente viene compresso dalla corrente d'aria sul lato interno del canale di alimentazione dell'aria (e rispettivamente sui binari di guida), la qual cosa aumenta ancora la densità.
In un'ulteriore forma di esecuzione, tra gli strati filtranti adsorbenti o sul lato di uscita del canale di alimentazione dell'aria è sistemato un addizionale elemento di irrigidimento. Questo elemento di irrigidimento è anch'esso privo di guarnizione ed intelaiatura. A tale scopo sono ad esempio indicati graticci, in particolare grat poliammidici .
Mediante l'impiego dell'invenzione dello strato filtrante adsorbente nei canali di alimentazione dell'aria per rimuovere odori o contaminanti, non si richiedono intelaiature o guarnizioni, la qual cosa da una parte fa diminuire i costi di preparazione e dall'altro comporta un notevole smaltimento non nocivo per l'ambiente esterno. Un ulteriore vantaggio è che con l'impiegodi questo strato filtrante adsorbente si possono sostituire molto facilmente i mezzi filtranti. A tale scopo è sufficiente una copertura mobile sul lato superiore o su qualche punto accessibile del canale di alimentazione, che rende possibile l'accesso al mezzo filtrante. Il mezzo inserito sotto leggera compressione nel canale dell'aria può se necessario essere poi rimosso e rinnovato. In modo simile, gli strati filtranti adsorbenti descritti possono essere inseriti nelle aperture di uscita di impianti di climatizzazione in edifici senza guarnizione marginale ed intelaiatura addizionale.
Non è invece possibile inserire nel canale dell'aria senza guarnizione elastica filtri piani autoportanti ma non elastici. Esperimenti hanno inoltre dimostrato che anche con una simile guarnizione è molto difficile fissare la lastra filtrante senza intelaiatura addizionale.
Gli esempi che seguono servono ad illustrare L 'invenzione.
ESEMPIO 1
Una schiuma PU reticolata, spessa 20 mm, con 12 ppi ed un peso per litro di 30 g viene montata con una miscela di 100 parti di Impranil HS 62 e 6,2 parti di Imprafix HSC e strizzata. L'effetto di strizzatura è del 100%. Il feltro di schiuma viene poi cosparso con carbone attivo in forma di palline a base di pece, si rimuove l'eccesso e l'adesivo viene condensato a 160°C (2 min). Il carbone in palline ha un diametro di 0,4 - 0,6 mm, la sua superficie interna è di 1100 m /g e la sua quantità di 195 g/1.
Nel punto nel quale si deve inserire il materiale filtrante nel canale dell'aria, questo presenta un coperchio svitabile. Le pareti laterali, il fondo ed il coperchio presentano a distanza di 39 mm binari di guida di circa 3 mm con un profilo a U, che possono essere fatti aderire al canale della aria con un adesivo come viene impiegato nella industria aeronautica (resina epossidica). In questi binari di guida potrebbe essere esattamente adattata una lastra di 298 x 398 x 39 mm.
Dalla schiuma caricata si tagliano poi due lastre di 306 x 408 x 20,5 mm e le si comprimono sotto leggera pressione nei binari di guida e si chiude il coperchio.
Per scopi di confronto, in un'intelaiatura di resina sintetica si espandono d'altra parte due lastre di schiuma di 290 x 390 x 20,5 mm e questa intelaiatura viene inserita nel canale dell'aria. Misurazioni di confronto con 1000 ppm di toluene in azoto a 0,5 m/s indicano che invece di quanto atteso il filtro impiegato senza guarnizione non presenta un uso percettibile dei margini, in quanto a causa dell'inserimento nel canale dell'aria di una piastra filtrante troppo grossa e quindi leggermente compressa si ottiene una perfetta guarnizione marginale. La rottura iniziale è 1 ppm. A causa della mancanza dell'usuale intelaiatura del filtro, per tutta la formazione della schiuma c'è a disposizione una superficie filtrante del circa 10%, la qual cosa si riperquote favorevolmente sullo effetto finale della capacità di filtrazione.
L'innovazione dell'elemento filtrante è molto semplice: dopo apertura del coperchio è facile da rimuovere e si può facilmente inserire una nuova lastra filtrante.
ESEMPIO 2
Si procede come nell'Esempio 1, senonchè al posto delle palline di carbone attivo si impiegano scambiatori cationici carbonizzati ed attivati (polimeri solfonati di stirene/divinilbenzene). Non si è eseguita nessuna misurazione di confronto.
ESEMPIO 3
Si procede come nell'Esempio 2, senonchè come adsorbente si impiegano polimeri porosi (Sorbathene della Dow Chemical Cy). Per litro si possono inserire solo 165 g di adsorbente e la rottura iniziale è maggiore di quella dell'Esempio 2 con circa 2 ppm.
ESEMPIO 4
I feltri filtranti vengono qui caricati con stampati di circa 1 mm da vagli molecolari idrofobi (zeolite DAY della Degussa AG). La schiuma di supporto può essere caricata con 95 g/1.
ESEMPIO 5
Per motivi di completezza, qui il carbone in palline dell'Esempio 1 è sostituito da un carbone altamente attivo in forma di pietrisco (granulometria 0,5 - 0,8 mm, superficie interna 1650 m /g). Il minore supporto 145 g/1 rispetto a 185 g/1 nel caso di carbone in palline, non è riscontrabile e secondo le attese non si accerta nessun essere in uso dei margini.
ESEMPIO 6
Si procede come nell'Esempio 5 senonchè tra le due lastre filtranti si inserisce un grosso graticcio (finestra di 40 x 40 mm) a base di una rete di acciaio di 1 mm come irrigidimento addizionale. La pratica ha dimostrato che questo non è necessario, ma potrebbe essere in particolare utile in paesi caldi. Logicamente per gli irrigidimenti addizionali si possono utilizzare anche altri materiali. L'irrigidimento può essere anche inserito esternamente al lato di uscita.

Claims (27)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impiego come filtro per odori e/o contaminanti privo di guarnizione ed intelaiatura di uno strato filtrante adsorbente autoportante, elastico ed inserito con leggera compressione nei canali di alimentazione dell'aria, comprendente un materiale di supporto altamente permeabile all'aria con un adsorbente fissato mediante un materiale adesivo.
  2. 2. Impiego secondo la rivendicazione 1 per impianti di climatizzazione.
  3. 3. Impiego secondo la rivendicazione 1 o 2 in autoveicoli o mezzi di trasporto.
  4. 4. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il materiale di supporto permeabile all'aria consiste di una schiuma PU reticolata a grossi pori.
  5. 5. Impiego secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'adsorbente è fissato sullo scheletro della schiuma PU con l'ausilio del materiale adesivo.
  6. 6. Impiego secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che la schiuma PU ha una porosità di 8 - 30 ppi.
  7. 7. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che la granulometria dell'adsorbente è inferiore almeno di tre volte al diametro dei pori della schiuma PU.
  8. 8. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzato dal fatto che la comprimibilità della schiuma PU caricata è di almeno il 2% ad una pressione di 1-10 N/cm .
  9. 9. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo strato filtrante adsorbente consiste di innumerevoli strati filtranti adsorbenti.
  10. 10. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo spessore dello strato filtrante adsorbente è compreso tra 5 e 40 mm, in particolare tra 10 e 30 mm .
  11. 11. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente è carbone attivo.
  12. 12. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di carbone attivo in palline con un diametro di 0,2-2 mm, preferibilmente di 0,3-1 mm.
  13. 13. Impiego secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che il carbone attivo in palline ha una superficie interna di almeno 900 m /g (metodo BET).
  14. 14. Impiego secondo la rivendicazione 12 o 13, caratterizzato dal fatto che il carbone attivo in palline ha una pressione di scoppio di almeno 10 N, preferibilmente di almeno 30 N, impiegando una pallina con un diametro di 0,5 mm.
  15. 15. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di carbone in forma di pietrisco o in grani con un diametro di 0,2-2 mm, preferibilmente di 0,3-1 mm e una superficie interna ≥ 900 m2/,g.
  16. 16. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di un polimero poroso carbonizzato ed attivato a base di copolimeri solfonati di stirene/divinilbenzene o copolimeri di stirene/acido acrilico.
  17. 17. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di uno scambiatore cationico carbonizzato ed attivato a base di copolimeri solfonati di stirene/divinilbenzene o copolimeri di stirene/acido acrilico.
  18. 18. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di uno scambiatore anionico carbonizzato ed attivato a base di resine polistireniche o poliacriliche con gruppi amminici terziari o quaternari.
  19. 19. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di polimeri porosi a base di un copolimero di stirene e divinilbenzene reticolato attraverso ponti CH2<
  20. 20. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente consiste di particelle stampate di vagli molecolari idrofobi.
  21. 21. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo adsorbente contenuto nello strato filtrante adsorbente è presente in una quantità di 50-400 g/1, preferibilmente di 150-350 g/1.
  22. 22. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la quantità del materiale adesivo corrisponde al peso della schiuma ± 50%.
  23. 23. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazione, caratterizzato dal fatto che il materiale adesivo contiene polimeri organici reticolabili, come ad esempio derivati dell'acido acrilico, poliuretani, polistirenic i, poliisocianato , polivinilacetato , o adesivi a fusione.
  24. 24. Impiego secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che il materiale adesivo contiene un sistema prepolimerico privo di solvente a due componenti a base di di- e/o poliisocianati mascherati che sono stati reticolati con di- e/o poliammine .
  25. 25. Impiego secondo la rivendicazione 23 o 24, caratterizzato dal fatto che il materiale adesivo contiene di- e/o poliisocianati polimerici non mascherati.
  26. 26. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo strato filtrante adsorbente è piegato in modo convesso rispetto al lato di entrata.
  27. 27. Impiego secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che tra gli strati filtranti adsorbenti o sul lato uscita del canale di alimentazione dell'aria è sistemato un elemento addizionale di irrigidimento.
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