WO2015111989A1 - Generador de ozono implementado en sistema de refrigeración mini-split - Google Patents

Generador de ozono implementado en sistema de refrigeración mini-split Download PDF

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WO2015111989A1
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ozone
cooling system
mini
air
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Inventor
José Martin VELEZ DE LA ROCHA
Hiram GUTIERREZ LIZARRAGA
Dino Alejandro Pardo Guzman
Diego Francisco ENCINAS LUNA
Original Assignee
Velez De La Rocha José Martin
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F24F8/192—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering by electrical means, e.g. by applying electrostatic fields or high voltages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/40—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by ozonisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention can be applied mainly in any industry or sector where it is convenient to generate an atmosphere free of microorganisms and preferably without odors such as the medical industry, food, household appliances.
  • Ozone (0 3 ) is one of the most powerful oxidant. As a disinfectant, it is about 3,000 times more effective than chlorine. It can eliminate any type of bacteria, viruses, fungus, yeast, or any living cell that comes into contact and will generally react with any type of organic molecule.
  • Ozone lacks a key property that makes disinfectants such as chlorine and fluorine very harmful - the ability to persist in the human body. Firstly, because it reacts spontaneously with itself and becomes common oxygen again in the air (0 2 ), ozone does not penetrate deeply into cellular tissue or persists in the lungs, blood or other places of the human body. The most significant risk could be severe lung irritation when the ozone level produced is not properly managed. Ozone is widely used to disinfect or sterilize drinking water, aquarium water, waste water, pool / spa water, deodorizing / disinfecting air or surfaces, sterilizing operating rooms, food preparation, food storage, insect and disease control in grain stores and for a large number of chemical reactions.
  • DBD Dielectric Barrier Discharge
  • concentric cylinders and parallel plates concentric cylinders and parallel plates.
  • the configuration of parallel plates is commonly used in small generators and can be cooled by air, it is for these qualities that it was chosen to implement in the present invention.
  • the device works by discharging electrons in the air (called corona discharge), which induces the oxygen molecules (0 2 ) available to gather and form ozone (0 3 ).
  • corona discharge electrons in the air
  • Two metal plates are separated from each other by glass and are given opposite alternating loads with a high voltage of around 10-20 kV.
  • the high voltage causes the electrons of the metal and the surrounding air to be released, without reaching the electrode of opposite charge due to the glass barrier, causing 0 2 molecules to separate into individual O atoms.
  • the free electrons then combine with atmospheric 0 2 to form 0 3 or each other to re-form 0 2 . To a lesser extent it also favors the formation of N 2 disposition compounds.
  • Air is blown through the reaction zone (between the plates) to remove the produced ozone and depositing new molecules of oxygen (0 2). In certain regions of the glass a lot of heat can be generated, so that said air flow is of great support for cooling.
  • the ozone produced will have a life of approximately one hour before becoming 0 2 again .
  • Figure 1 is the diagram of the main components of the ozone generator used in the present invention.
  • Figure 2 is a schematic of the operation of the ozone generator implemented in the invention.
  • Figure 3 is a schematic of the cooling system.
  • Figure 4 is a schematic of the ozone generation system implemented in the air recirculation of a mini-split refrigeration apparatus.
  • Example 1 Preferred design for the realization of the ozone generator
  • the present example describes one of the preferred embodiments for the realization of the ozone generating device, used in the invention.
  • the system includes an alternating voltage source (1) connected to a transformer (2) in such a way that it fulfills the role of intensification, increasing the voltage and decreasing the current.
  • the output of the transformer is connected to a pair of plate-shaped electrodes (3 and 5), which can be rectangular or other design, separated by a dielectric material (4), generally made of glass or other ceramic.
  • the system also has a fan (6) that circulates the air between the electrode plates and in turn fulfills the role of heat sink produced by the discharge of electrons in the middle between the electrodes (3 and 5).
  • nodes (8) and (9) of the conductor cable represent the connections to the transformer (2), connected in turn to the alternating voltage source (1).
  • the present example describes one of the preferred embodiments for the operation of the ozone generating device, used in the invention.
  • the controller (11) activates the alternating voltage source (1), so that the transformer (2) increases, by 10 to 20 times, the voltage provided and decreases the electric current in the same way.
  • the fan (6) is activated to circulate air between the electrodes (3 and 5).
  • the incoming air contains molecules of 0 2.
  • the high voltage supplied forms a strong electric field between the electrodes (3, and 4), where the dielectric (4) does not allow the arc to form. Yes, there is a discharge of electrons from the molecules of 0 2 (7) to one of the electrodes, resulting in the separation of molecules of 0 2 . Upon exiting said electric field they are rearranged to form 0 2 and 0 3 molecules.
  • the function of the fan (6) is also that of cooling at the critical heating points of both the dielectric (4) and the electrode (9) separated by air.
  • Example 3 Preferred design for the realization of the cooling system
  • the system includes a compressor (12) that compresses a refrigerant gas, commonly the R407C.
  • the compressor (12) is connected to a condenser coil (13) with heat sink (14) where the refrigerant loses heat and, when subjected to high pressure, goes into its liquid state.
  • the duct continues on its way to the room to cool where an expansion valve (15) is located. Then inside the room the liquid passes to an evaporating coil (16). There is a fan that recirculates the air (17) through said coil so that the molecules of the refrigerant give heat to the wind in the room and is expanded until it returns to its gaseous state.
  • a temperature sensor (SI) is present that sends signals to the controller to monitor the cooling level and determine the compressor's operating capacity (12).
  • the cooling system begins when the controller activates the compressor (12), it compresses the refrigerant gas to pass it through the condenser coil (13) and, aided by the heat sink (14), the gas cools until it reaches its state liquid. This liquid continues through the conduit on its way to the room to cool as it passes through the expansion valve (15). The effect achieved is to reduce the pressure of the next step where it continues through an evaporating coil (16).
  • the fan (17) circulates the air in the room through said coil (16) so that the refrigerant gains heat from the air in the room and ends up in its gaseous state.
  • the refrigerant now in a gaseous state, continues its path to be sucked back by the compressor (12) and compressed in the new cycle.
  • the controller will determine the operating power of the compressor (12) to achieve the required cooling level.
  • One or more pairs of electrodes (3 and 5) will be found separated by a dielectric (4), each connected to the transformer (1), in turn connected to the alternating voltage source (1), through the nodes (8) and (9), as explained in example 1.
  • the alternating voltage source (1) will be the same as that used by the mini-split device.
  • the number of ozone generators placed at the outlet of the cooling system will depend on the level of ozone required in the environment.
  • the sensor (S2) will monitor the ozone level in the environment and, according to the indicated levels, the controller (18) will indicate the activation or deactivation of the alternating voltage source (1) to control the operation of the ozone generating device .

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Abstract

El presente invento describe un aparato capaz de refrigerar el aire en una habitación y de eliminar volátiles indeseados cuando el usuario lo requiere, mediante aplicación de una dosis de ozono. El sistema cuenta con sensores de presencia humana que inhabilitan la aplicación de ozono y despliegan una señal audible y visible intermitente recomendando se despeje el área por un tiempo predefinido con criterios de seguridad. El invento permite mantener un cuarto libre de olores indeseados en una habitación, comedores, o sanitarios.

Description

GENERADOR DE OZONO IMPLEMENTADO EN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN MINI-SPLIT
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN.
La presente invención puede ser aplicada principalmente en cualquier industria o sector donde es conveniente generar una atmósfera libre de microorganismos y preferentemente sin olores como puede ser la industria médica, de alimentos, de aparatos electrodomésticos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. El ozono (03) es uno de los más poderosos oxidante. Como desinfectante, es cerca de 3,000 veces más efectivo que el cloro. Puede eliminar cualquier tipo de bacteria, virus, hongo, levadura, o toda célula viva que entre en contacto y generalmente va a reaccionar con cualquier tipo de molécula orgánica.
El ozono carece de una propiedad clave que hace a desinfectantes como el cloro y el flúor muy dañinos - la habilidad de persistir en el cuerpo humano. Primeramente debido a que reacciona espontáneamente con él mismo y vuelve a ser oxígeno común en el aire (02), el ozono no penetra profundamente en tejido celular o persiste en los pulmones, sangre u otro lugar del cuerpo humano. El riesgo más significativo pudiera ser la irritación severa de los pulmones cuando no se maneja adecuadamente el nivel producido de ozono. El ozono es ampliamente usado para desinfectar o esterilizar agua potable, agua de acuarios, agua desechada, agua para albercas/spa, desodorizando/desinfectando aire o superficies, esterilizando salas de operación, preparación de comida, almacenamiento de comida, control de insectos y enfermedades en almacenes de granos y para una gran cantidad de reacciones químicas.
Una de las técnicas menos costosas para generar ozono se conoce como Descarga con Barrera Dieléctrica (DBD). En los generadores comerciales de ozono son utilizadas dos configuraciones geométricas distintas para dispositivos DBD: cilindros concéntricos y placas paralelas. La configuración de placas paralelas es comúnmente utilizada en generadores pequeños y puede ser enfriada por medio de aire, es por estas cualidades que fue elegida para implementar en la presente invención. El dispositivo funciona mediante la descarga de electrones en el aire (llamada descarga de corona), que induce a las moléculas de oxígeno (02) disponibles para reunirse y conformar ozono (03). Dos placas de metal están separadas una de otra por vidrio y se les da cargas alternas opuestas con un alto voltaje de alrededor de 10-20 kV. El alto voltaje hace que los electrones del metal y del aire circundante se liberen, sin llegar al electrodo de carga opuesta debido a la barrera de vidrio, causando que se separen moléculas de 02 en átomos individuales de O. Los electrones libres se combinan entonces con 02 atmosférico para formar 03 o entre sí para volver a formar 02. En menor medida también favorece la formación de compuestos de disposición N2.
El aire es soplado a través de la zona de reacción (entre las placas) para sacar el ozono producido y depositar nuevas moléculas de oxígeno (02). En determinadas regiones del vidrio se puede generar mucho calor, por lo que dicha corriente de aire es de gran apoyo para el enfriamiento.
El ozono producido tendrá una vida de aproximadamente una hora antes de volver a convertirse en 02.
DESCRIPIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Los detalles característicos de la presente invención se muestran claramente en la siguiente descripción, figuras y ejemplos y se incluyen a manera de ilustración, por lo que no deben ser considerados como limitativos para la presente invención.
Breve descripción de las figuras
Figura 1 es el diagrama de los principales componentes del generador de ozono utilizado en la presente invención.
Figura 2 es un esquemático del funcionamiento del generador de ozono implementado en la invención.
Figura 3 es un esquemático del sistema de refrigeración.
Figura 4 es un esquemático del sistema de generación de ozono implementado en la recirculación de aire de un aparato de refrigeración mini-split.
Ejemplos
Ejemplo 1. Diseño preferente para la realización del generador de ozono
utilizado como componente de la presente invención.
En relación a las figuras anteriores, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para la realización del dispositivo generador de ozono, utilizado en la invención. El sistema incluye una fuente de voltaje alterno (1) conectado a un transformador (2) de tal manera que cumple el papel de intensificación, aumentando el voltaje y disminuyendo la corriente.
La salida del transformador está conectada a un par de electrodos en forma de placa (3 y 5), que puede ser rectangular u otro diseño, separados por un material dieléctrico (4), generalmente de vidrio u otro cerámico. El sistema cuenta también con un abanico (6) que hace circular el aire entre las placas electrodos y a su vez cumple el papel de disipador del calor producido por la descarga de electrones en el medio entre los electrodos (3 y 5).
Se indica en la figura 2 que los nodos (8) y (9) del cable conductor representan las conexiones al transformador (2), conectado a su vez a la fuente de voltaje alterno (1).
Ejemplo 2. Funcionamiento y procedimiento para lograr la generación de ozono
en el aparato incluido en la invención. En relación a las figuras anteriormente mencionadas, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para el funcionamiento del dispositivo generador de ozono, utilizado en invención.
Al inicio del proceso el controlador (11) activa la fuente de voltaje alterno (1), así el transformador (2) aumenta, alrededor de 10 a 20 veces, el voltaje proporcionado y disminuye de la misma manera la corriente eléctrica.
Se activa el abanico (6) para hacer circular aire entre los electrodos (3 y 5). El aire que entra contiene moléculas de 02. La alta tensión suministrada forma un campo eléctrico fuerte entre los electrodos (3 , y 4), donde el dieléctrico (4) no permite la formación de arco eléctrico. Sí se produce una descarga de electrones desde las moléculas de 02 (7) hacia uno de los electrodos, resultando en la separación de moléculas de 02. Al salir del dicho campo eléctrico se reacomodan para formar moléculas de 02 y 03.
La función del abanico (6) es también la de enfriamiento en los puntos críticos de calentamiento tanto del dieléctrico (4) como del electrodo (9) separado por aire.
Ejemplo 3. Diseño preferente para la realización del sistema de refrigeración
utilizado como componente de la presente invención. En relación a la figura 3, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para la realización del dispositivo de refrigeración, utilizado en la invención. El sistema incluye un compresor (12) que comprime un gas refrigerante, comúnmente el R407C.
El compresor (12) está conectado a un serpentín condensador (13) con disipador de calor (14) donde el refrigerante pierde calor y, al estar sometido a una alta presión, pasa a su estado líquido.
El conducto continúa en su trayecto hacia la habitación a enfriar donde se encuentra una válvula de expansión (15). Seguidamente dentro de la habitación el líquido pasa a un serpentín evaporador (16). Está presente un abanico que recircula el aire (17) a través de dicho serpentín para que las moléculas del refrigerante cedan calor al viento de la habitación y sea expandido hasta volver a su estado gaseoso.
Al salir el refrigerante del serpentín evaporador (16) en forma de gas vuelve al compresor (12) para dar inicio de nuevo al proceso.
Está presente un sensor de temperatura (SI) que envía señales al controlador para monitorizar el nivel de enfriamiento y determinar la capacidad de funcionamiento del compresor (12).
Ejemplo 4. Funcionamiento y procedimiento para el aparato de refrigeración
incluido en la invención.
El sistema de refrigeración comienza cuando el controlador activa el compresor (12), éste comprime el gas refrigerante para hacerlo pasar por el serpentín condensador (13) y, ayudado del disipador de calor (14), el gas se enfría hasta llegar a su estado líquido. Este líquido continúa por el conducto en su camino hacia la habitación a enfriar al pasar por la válvula de expansión (15). El efecto logrado es disminuir la presión del siguiente paso donde continúa por un serpentín evaporador (16). El abanico (17) hace circular el aire de la habitación a través de dicho serpentín (16) para que el refrigerante gane calor del aire de la habitación y termine de pasar a su estado gaseoso.
El refrigerante, ahora en estado gaseoso, continúa su trayecto para ser aspirado de nuevo por el compresor (12) y ser comprimido en el nuevo ciclo.
De acuerdo a la señal enviada por el sensor de temperatura (SI) el controlador determinará la potencia de funcionamiento del compresor (12) para lograr el nivel de enfriamiento requerido.
Ejemplo 5. Funcionamiento del acoplamiento de los sistemas de refrigeración y
generación de ozono.
En relación a las figuras incluidas en este documento, principalmente la figura 4, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para el funcionamiento de nuestra invención, consistente en la implementación de un dispositivo generador de ozono en la salida del aire frío del sistema de refrigeración mini-split.
Se encontrarán uno o más pares de electrodos (3 y 5) separados por un dieléctrico (4), conectados cada uno al transformador (1), a su vez conectado a la fuente de voltaje alterno (1), mediante los nodos (8) y (9), tal como se explica en el ejemplo 1.
Estos dispositivos se colocarán junto al serpentín evaporador (16) donde el abanico del mini-split (17) presente dentro de la habitación, fungirá el papel de circulador de 02 y enfriador, como el abanico (6) de la figura 2, de esta manera el dispositivo generador de ozono funciona de una manera más efectiva.
La fuente de voltaje alterno (1) será la misma que la utilizada por el aparato mini-split. El número de generadores de ozono colocados en la salida del sistema de refrigeración dependerá del nivel de ozono requerido en el ambiente.
El sensor (S2) monitorizará el nivel de ozono en el ambiente y, de acuerdo a los niveles indicados, el controlador (18) indicará la activación o desactivación de la fuente de voltaje alterno (1) para controlar el funcionamiento del dispositivo generador de ozono.

Claims

REIVINDICACIONES
Un dispositivo generador de ozono implementado en sistema de refrigeración mini- split, caracterizado porque comprende: a) Un sistema de generación de ozono que integra: Una fuente de voltaje alterno, un transformador dispuesto como ¡ntensificador de voltaje y reductor de corriente, un par de placas electrodos que pueden ser rectangulares o de alguna otra forma, separados por un material dieléctrico; b) Un sistema de refrigeración ambiental que integra: un compresor que inyecta aire a un conducto condensador en forma de serpentín, un abanico disipador de calor; una válvula de expansión a su vez conectada a un conducto evaporador también en forma de serpentín, un abanico recirculador del aire de la habitación; y
Un sensor de temperatura ambiental y un sensor de ozono a un controlador con memoria, capacidad de procesamiento de datos y de controlar la operación de la unidad de refrigeración y de producción de ozono para mantener la temperatura y presencia de ozono en los niveles requeridos por un usuario.
PCT/MX2014/000015 2014-01-23 2014-01-23 Generador de ozono implementado en sistema de refrigeración mini-split WO2015111989A1 (es)

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