WO2021219909A1 - Dispositivo y procedimiento de tratamiento de aire - Google Patents

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WO2021219909A1
WO2021219909A1 PCT/ES2021/070178 ES2021070178W WO2021219909A1 WO 2021219909 A1 WO2021219909 A1 WO 2021219909A1 ES 2021070178 W ES2021070178 W ES 2021070178W WO 2021219909 A1 WO2021219909 A1 WO 2021219909A1
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air
air flow
plasma
treatment
electrode
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Inventor
Eduardo TORO CASASNOVAS
Pablo FERNANDEZ SEGUNDO
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Advances & Devices Healthtech, S.L.
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    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/22—Ionisation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/18—Radiation
    • A61L9/20—Ultraviolet radiation
    • A61L9/205—Ultraviolet radiation using a photocatalyst or photosensitiser

Definitions

  • the present invention relates to an air treatment device and method. Specifically, with a device and a procedure to eliminate volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms that the air may contain in indoor spaces, such as bacteria, viruses and other pathogens, biological or chemical particles, etc.
  • VOCs volatile organic compounds
  • microorganisms that the air may contain in indoor spaces, such as bacteria, viruses and other pathogens, biological or chemical particles, etc.
  • the air can be a carrier of various pollutants harmful to health, such as microorganisms that cause diseases that spread through the air, allergens, volatile airborne compounds (VOCs), as well as biological or chemical particles, for For example, from biomedical waste handled in medical facilities, laboratories, etc.
  • pollutants harmful to health such as microorganisms that cause diseases that spread through the air, allergens, volatile airborne compounds (VOCs), as well as biological or chemical particles, for For example, from biomedical waste handled in medical facilities, laboratories, etc.
  • HEPA filters High Efficiency Particulate Air filters.
  • HEPA filters can prevent the spread of bacteria and viruses through the air, for example, in places with biomedical applications, and therefore, prevent generating infections in them.
  • Some of these units of Top rated HEPA filters have an efficiency of 99.995%, which ensures a high level of protection against airborne diseases.
  • the particles are trapped in the fibers that make up these filters.
  • the microorganisms are not eliminated. On the contrary, they accumulate and create colonies on the filter, infecting and spreading disease through the ventilation system.
  • the use of these HEPA filters in ventilation systems causes significant pressure drops in them, reducing their performance and efficiency.
  • UV light emissions for the elimination of bacteria contained in the air, exposing said air to a plurality of ultraviolet (UV) light lamps.
  • UV light lamps can be used irradiating a matrix of titanium dioxide (Ti0 2) , where the polluting particles present in the air are eliminated when passing through said irradiated matrix.
  • An object of the invention is an air treatment device, which comprises a housing that houses an air flow path between an air inlet and an air outlet, where said air flow path is extended through first means of treatment by atmospheric plasma and second means of treatment by photocatalysis, which are fluidly interconnected with each other.
  • the device further comprises an impeller means which is adapted to induce an air flow through the air flow path between the air inlet and the air outlet of the device housing.
  • the first atmospheric plasma treatment means comprise a plasma treatment chamber, which comprises inside two electrodes: a corona electrode and a base electrode, adapted to create such a potential difference between them that it reaches a dielectric breakdown of the air.
  • the dielectric breakdown of the air produces a plasma discharge that is capable of eliminating part of some volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in the air flow to be treated. For example, up to 27.5% of such volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms could be removed in the plasma treatment chamber.
  • the corona electrode is arranged upstream of the base electrode, so so that the dielectric breakdown of the air, achieved by the potential difference created between said electrodes, creates an "ionic wind" within the plasma treatment chamber, from the corona electrode towards the base electrode, that is, in the direction of the air flow path.
  • the "ionic wind” occurs because one of the electrodes ionizes air molecules such as nitrogen (N), and the other acts as a receptor for these molecules.
  • N nitrogen
  • the ions flow from the emitter electrode, that is, the corona electrode, to the collecting electrode, that is, the base electrode, inducing an air flow capable of passing through the flow path. air from the inlet to the air outlet of the device. In this way, the generated "ionic wind" is used as the driving means that induces the air flow.
  • the first atmospheric plasma treatment means are not only used to carry out a first elimination of volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in the air; Furthermore, these first treatment means are used to create and drive the flow or current of air through the air flow path between the air inlet and outlet of the device, without the need to use additional driving means, such as a fan. , to produce said flow of air to be treated.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the second photocatalysis treatment means are adapted to eliminate the rest of volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in the air flow to be treated, as well as the by-products of the plasma discharged into the chamber. treatment by plasma, ozone (0 3) and nitrogen oxide (NO), entrained by said flow of air towards the second means of treatment by photocatalysis.
  • VOCs volatile organic compounds
  • NO nitrogen oxide
  • these second photocatalytic treatment means could comprise at least one photocatalysis treatment chamber comprising a plurality of titanium dioxide (Ti0 2) mesh barriers irradiated by ultraviolet (UV) light lamps.
  • Another object of the invention is an air treatment procedure that comprises the following steps: a) inducing an air flow, b) producing a plasma discharge through a dielectric breakdown of the air achieved as a result of a potential difference created between a crown electrode and a base electrode inside a plasma treatment chamber of a first atmospheric plasma treatment means, c) treating the air flow induced in step a) with the plasma discharge produced in step b), to eliminate part of some organic compounds (COVS) and microorganisms contained in said air flow, and d) treating the air flow treated in point c) with a second photocatalytic treatment means, to eliminate the rest of volatile organic compounds (COVS) and microorganisms contained in the air flow and some by-products of the plasma discharge produced in step b) carried by said air flow.
  • step a) the air flow is induced by an "ionic wind" created by the dielectric breakdown of the air achieved as a result of the potential difference created between the electrodes of the first atmospheric plasma treatment means.
  • VOCs volatile organic compounds
  • microorganisms contained in the air such as biological and chemical particles
  • Figure 1 represents a diagram of the air treatment device.
  • Figure 2 represents a diagram of the device of Figure 1 with three photocatalysis treatment chambers.
  • Figures 3a-3g represent cross sections of possible embodiments of the base electrode of the devices of Figures 1 and 2.
  • the object of the present invention is an air treatment device, which is capable of eliminating volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms that the air of an interior space may contain, such as, bacteria, viruses and other pathogens, biological or chemical particles, etc.
  • VOCs volatile organic compounds
  • microorganisms that the air of an interior space may contain, such as, bacteria, viruses and other pathogens, biological or chemical particles, etc.
  • the air treatment device comprises a housing (1) that houses an air flow path between an air inlet (2) and an air outlet (3), where said air flow path Air is extended through first atmospheric plasma treatment means (4) and second photocatalysis treatment means (5) fluidly interconnected with each other. Additionally, the device comprises impeller means, which are adapted to induce an air flow (f) through the air flow path.
  • the first treatment means (4) by atmospheric plasma comprise a plasma treatment chamber (4.1) that comprises two electrodes (4.2, 4.3): a corona electrode (4.2) and a base electrode (4.3), where, the corona electrode (4.2) is powered by an electrical power supply (4.4), for example, with a minimum value between 500-2000 volts and a maximum value between 3000-7000 volts, so as to create a potential difference between said electrodes (4.2, 4.3) that reaches a dielectric breakdown of the air.
  • an electrical power supply 4.4
  • the first plasma treatment means (4) are used as a first air flow treatment (f), where part of some volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in the air flow are eliminated ( f) to be treated.
  • this first treatment of the air flow (f) up to 27.5% of the volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in said air flow (f) to be treated could be eliminated.
  • the corona electrode (4.2) is arranged upstream of the base electrode (4.3), so that the dielectric breakdown of the air, reached by the potential difference created between said electrodes (4.2, 4.3), creates an "ionic wind” (v) (cloud of electrons and ions) inside the plasma treatment chamber (4.1), from the corona electrode (4.2) towards the base electrode (4.3), where said "ionic wind” (v) generated are the driving means that induce the laminar air flow (f) to be treated, capable of passing through the air flow path from the air inlet (2) to the air outlet (3) of the device.
  • the laminar air flow (f) is generated by the impact of the moving ions with the neutral particles present in the air inside the chamber (4.1) of the first treatment means (4).
  • FIG 1 the operation of the driving means proposed by the present invention is illustrated, where the dashed arrows represent the "ionic wind” (v) generated by the dielectric breakdown of the air, and the solid arrows represent the laminar air flow (f) induced by said "ionic wind” (v), which is of such magnitude that it makes said inducing air flow (f) capable of traversing the air flow path from the air inlet (2) to the air outlet (3) of the device.
  • the base electrode (4.3) comprises a wall (4.31), extended longitudinally in the direction of the air flow path, so that the wall (4.31) forms a cavity (4.32) of induction of air flow (f).
  • the wall (4.31) of the base electrode (4.3) can form the cavity (4.32) with a "U" -shaped cross section, that is, with an intermediate section (4.321) curved; or, as shown in figure 3b, in the shape of a "C", that is, with a straight intermediate section (4,321); or, as shown in figures 3c to 3e, in a polygonal shape, be it square (figure 3c), rectangular (figure 3d), hexagonal (figure 3e), etc .; or, as shown in Figures 3f and 3g, in a circular or oval shape.
  • the cavity (4.32) could be shaped with a different cross section from those mentioned above, as long as the base electrode (4.3) comprises said cavity (4.32) to induce the air flow (f), and that it generates the "ion wind” (v) from the corona electrode (4.2) towards the base electrode (4.3).
  • the cross section of the cavity (4.32) has a dimension (cross section) that is at least 5 times a minimum distance (d) of separation between the corona electrode (4.2) and the base electrode (4.3 ).
  • said minimum distance (d) is such that, for a potential difference given by the corona effect, the electric field generated around the corona electrode (4.2) is sufficient to ionize the surrounding air, remaining in a corona discharge regime, and no, in the electric arc regime.
  • the "ionic wind" (v) has a single, mainly horizontal component, that is, the flow of ions is directed from the corona electrode (4.2) towards the base electrode (4.3), where, in its cavity (4.32), the air flow (f) is induced in a laminar manner in the direction of the air outlet (3).
  • the minimum distance (d) of separation between the corona electrode (4.2) and the base electrode (4.1) is between 1 mm and 5 mm.
  • the crown electrode (4.2) comprises a tip with a radius of between 5 and 100 microns.
  • the corona electrode (4.2) could have an elongated shape and be centrally extended and substantially parallel to the wall (4.31) of the base electrode (4.3).
  • the second treatment means (5) by photocatalysis, in which the rest of volatile organic compounds (VOCs ) and microorganisms contained in the air flow (f) to be treated, as well as by-products of the plasma discharged in the plasma treatment chamber (4.1), ozone (0 3) and nitrogen oxide (NO), which are also carried by the air flow (f) to be treated.
  • VOCs volatile organic compounds
  • NO nitrogen oxide
  • the second photocatalysis treatment means (5) comprise at least one photocatalysis treatment chamber (5.1), which comprises inside a plurality of irradiated titanium dioxide (Ti0 2) mesh barriers (5.11) by ultraviolet (UV) lamps (5.12).
  • the photocatalysis treatment chamber (5.1) could comprise four titanium dioxide (Ti0 2) mesh barriers (5.11) each irradiated by a pair of ultraviolet (UV) light lamps (5.12).
  • Final cleaning of the air flow (f) occurs when the rest of the volatile organic compounds (VOC) and microorganisms, as well as, the plasma by-products that accompany it, are "oxidized” by contact with hydroxyl radicals and superoxide ions formed when titanium dioxide (Ti0 2 ) absorbs the photons of ultraviolet (UV) light, until these particles and pollutants are completely reduced to carbon dioxide (C0 2 ) and water vapor; obtaining as a result a purified air suitable to be emitted to the interior space where the device is located.
  • VOC volatile organic compounds
  • UV ultraviolet
  • the second photocatalysis treatment means (5) can be designed comprising more than one photocatalysis treatment chamber (5.1) as described above.
  • the device is designed with three photocatalysis treatment chambers (5.1) fluidly interconnected with each other, which follow one another in the direction of the air flow path.
  • UV (5.12) from the second treatment means (5) by photocatalysis
  • the rest of the volatile organic compounds (VOC) and microorganisms are gradually neutralized or eliminated; and in the same way, the plasma by-products entrained by the air flow (f) towards the second are completely eliminated.
  • treatment means (5) by photocatalysis Achieving at the air outlet (3) of the device a removal rate of volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms of 99.99%, and the total elimination of plasma by-products, leaving only residues of water vapor and dioxide. carbon (C0 2) in imperceptible amounts.
  • a plasma discharge is produced by a dielectric breakdown of the air achieved as a result of a potential difference created between a corona electrode (4.2) and a base electrode (4.3) within a plasma treatment chamber (4.1) of a first treatment means (4) by atmospheric plasma, and a first air flow treatment ( f) induced with the plasma discharge produced, thus eliminating part of some volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in said air flow (f).
  • the air flow (f) is induced by an "ionic wind" (v) created by the dielectric breakdown of the air achieved as a result of the potential difference created between the electrodes (4.2, 4.3) of the first treatment means (4) by atmospheric plasma.
  • a second treatment of the air flow (f) previously treated is produced by discharge of plasma, this time, with second treatment means (5) by photocatalysis, eliminating the rest of volatile organic compounds (VOCs) and contained microorganisms in the air flow (f), as well as some by-products of the plasma discharge produced in the first treatment, which are entrained by said air flow (f).
  • VOCs volatile organic compounds
  • the air flow (f) passes through a plurality of barriers of titanium dioxide (Ti0 2) (5.11) irradiated by ultraviolet (UV) lamps (5.12) until 99 , 99% of volatile organic compounds (VOCs) and microorganisms contained in the air flow (f) and all of the plasma by-products.
  • Ti0 2 titanium dioxide
  • UV ultraviolet

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Abstract

Dispositivo de tratamiento de aire que comprende una carcasa que aloja un trayecto de flujo de aire entre una entrada y una salida de aire, el trayecto de flujo de aire está extendido a través de unos primeros medios de tratamiento por plasma y de unos segundos medios de tratamiento por fotocatálisis, donde, los primeros medios de tratamiento comprenden una cámara de tratamiento por plasma con un electrodo corona dispuesto aguas arriba de un electrodo base que crean una diferencia potencial que alcanza una ruptura dieléctrica del aire, induciendo un flujo de aire y produciendo una descarga de plasma que elimina parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire, y los segundos medios de tratamiento eliminan el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos y unos subproductos del plasma arrastrados. Es también objeto de la invención un procedimiento de tratamiento de aire.

Description

DISPOSITIVO PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE AIRE
DESCRIPCION CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con un dispositivo y un procedimiento de tratamiento de aire. Específicamente, con un dispositivo y un procedimiento para eliminar los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos que pueda contener el aire en espacios interiores, tal como, bacterias, virus y otros patógenos, partículas biológicas o químicas, etc. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como es conocido, el aire puede ser portador de diversos contaminantes dañinos para la salud, tal como, microorganismos que producen enfermedades que se propagan por medio del aire, alérgenos, compuestos aéreos volátiles (COVS), así como, partículas biológicas o químicas, por ejemplo, provenientes de desechos biomédicos manipulados en instalaciones médicas, laboratorios, etc.
El control y eliminación de estos contaminantes en el aire de interiores normalmente se lleva a cabo con el empleo de filtros en los sistemas de ventilación (calefacción y aire acondicionado). Por ejemplo, los filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA por sus siglas en inglés). Estos filtros HEPA pueden evitar la propagación de bacterias y virus a través del aire, por ejemplo, de locales con aplicaciones biomédicas, y por tanto, previenen de generar infecciones en los mismos. Algunas de estas unidades de filtro HEPA mejor valoradas tienen una eficiencia del 99,995%, lo que asegura un alto nivel de protección contra enfermedades que se transmitan por el aire. Las partículas quedan atrapadas en las fibras que conforman estos filtros. Sin embargo, los microorganismos no se llegan a eliminar. Todo lo contrario, se acumulan y crean colonias sobre el filtro, infectando y propagando enfermedades a través del sistema de ventilación. Además, el empleo de estos filtros HEPA en los sistemas de ventilación provocan caídas de presión importantes en los mismos, reduciendo su rendimiento y eficiencia.
Una solución alternativa conocida para el tratamiento del aire en interiores es la utilización emisiones de luz ultravioleta (UV) para la eliminación de bacterias contenidas en el aire, exponiendo dicho aire a una pluralidad de lámparas de luz ultravioleta (UV). Igualmente, las lámparas de luz ultravioleta (UV) pueden ser empleadas irradiando una matriz de dióxido de titanio (Ti02) , donde, se eliminan las partículas contaminantes presentes en el aire al atravesar dicha matriz irradiada.
Otra solución alternativa conocida empleada para el tratamiento de aire contaminado es la exposición de dicho aire a una descarga de plasma, sin embargo, como subproductos de dicha descarga se genera ozono (03) y óxido de nitrógeno (NO), los cuales, son sustancias químicas peligrosas perjudiciales para la salud de las personas si llegasen alcanzar el ambiente interior del local en donde se encuentra emplazado el dispositivo o aparato de tratamiento de aire.
Como muestran los documentos de patente EP 2377608, JP 2020032007 y KR 20190067633, también son conocidos dispositivos de tratamiento de aire que combinan las soluciones anteriormente descritas, es decir, primero, efectúan una primera etapa de tratamiento del flujo de aire contaminado proveniente de un local con unos medios de tratamiento por plasma atmosférico, donde, se eliminan parte de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire, y luego, se efectúa una segunda etapa de tratamiento de dicho flujo de aire en unos medios de tratamiento por fotocatálisis, donde, se eliminan el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire, asi como, los subproductos del plasma descargado en los medios de tratamiento por plasma, los cuales, son arrastrados por dicho flujo de aire.
Todas estas soluciones conocidas tienen la desventaja de que requieren potentes medios de impulsión aptos para inducir el flujo de aire a tratar a lo largo del trayecto de flujo de aire conformado en el dispositivo, el cual, atraviesa los medios de tratamiento por plasma atmosférico y los medios de tratamiento por fotocatálisis . Estos medios de impulsión mecánicos, tal como ventiladores o compresores, representan un alto consumo de energía adicional al requerido para el funcionamiento de ambos medios de tratamiento de aire empleados y, además, generan ruidos indeseables.
Por ello, se requiere diseñar, de forma sencilla y económica, una solución de tratamiento de aire que supere las desventajas anteriormente comentadas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
Es objeto de la invención un dispositivo de tratamiento de aire, el cual, comprende una carcasa que aloja un trayecto de flujo de aire entre una entrada de aire y una salida de aire, donde, dicho trayecto de flujo de aire está extendido a través de unos primeros medios de tratamiento por plasma atmosférico y de unos segundos medios de tratamiento por fotocatálisis, los cuales, están interconectados de manera fluida entre sí.
El dispositivo adicionalmente comprende unos medios impulsores, los cuales, están adaptados para inducir un flujo de aire a través del trayecto de flujo de aire entre la entrada de aire y la salida de aire de la carcasa del dispositivo.
Los primeros medios de tratamiento por plasma atmosférico comprenden una cámara de tratamiento por plasma, la cual, comprende en su interior dos electrodos: un electrodo corona y un electrodo base, adaptados para crear tal diferencia potencial entre ellos que alcance una ruptura dieléctrica del aire. La ruptura dieléctrica del aire produce una descarga de plasma que es apta para eliminar parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire a tratar. Por ejemplo, en la cámara de tratamiento por plasma podrían eliminarse hasta un 27,5% de dichos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos.
En el trayecto de flujo de aire, el electrodo corona está dispuesto aguas arriba del electrodo base, de manera que la ruptura dieléctrica del aire, alcanzada por la diferencia de potencial creada entre dichos electrodos, crea un "viento iónico" dentro de la cámara de tratamiento por plasma, desde el electrodo corona hacia el electrodo base, es decir, en la dirección del trayecto de flujo de aire. El "viento iónico" se produce debido a que uno de los electrodos ioniza las moléculas de aire como el nitrógeno (N), y el otro, actúa como receptor de dichas moléculas. Asi, cuando se aplica voltaje entre los dos electrodos, los iones fluyen desde el electrodo emisor, es decir, el electrodo corona, hasta el electrodo colector, es decir, el electrodo base, induciéndose un flujo de aire capaz de atravesar el trayecto de flujo de aire desde la entrada hasta la salida de aire del dispositivo. De esta forma, el "viento iónico" generado es empleado como los medios impulsores que inducen el flujo de aire.
Asi, en la presente invención, los primeros medios de tratamiento por plasma atmosférico no solo son empleados para llevar a cabo una primera eliminación de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el aire; además, estos primeros medios de tratamiento son empleados para crear e impulsar el flujo o corriente de aire a través del trayecto de flujo de aire entre la entrada y la salida de aire del dispositivo, sin necesidad de emplear medios impulsores adicionales, tal como un ventilador, para producir dicho flujo de aire a tratar.
Por su parte, los segundos medios de tratamiento por fotocatálisis están adaptados para eliminar el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire a tratar, asi como, los subproductos del plasma descargado en la cámara de tratamiento por plasma, ozono (03) y óxido de nitrógeno (NO), arrastrados por dicho flujo de aire hacia los segundos medios de tratamiento por fotocatálisis.
Preferentemente, estos segundos medios de tratamiento por fotocatálisis podrían comprender al menos una cámara de tratamiento por fotocatálisis que comprende en su interior una pluralidad de barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) irradiadas por unas lámparas de luz ultravioleta (UV).
Así, luego de la primera eliminación de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos del flujo de aire, efectuada en los primeros medios de tratamiento por plasma atmosférico, según dicho flujo de aire va atravesando las barreras de los segundos medios de tratamiento por fotocatálisis, el resto de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos son neutralizados o eliminados gradualmente, lográndose a la salida de aire del dispositivo una tasa de eliminación del 99,99%. De igual modo, los subproductos de plasma arrastrados por el flujo de aire hacia los segundos medios de tratamiento por fotocatálisis son eliminados en su totalidad, obteniéndose a la salida de aire del dispositivo un flujo de aire purificado con solo residuo de vapor de agua y dióxido de carbono (C02) en cantidades imperceptibles.
Es también objeto de la invención, un procedimiento de tratamiento de aire que comprende los siguientes pasos: a)inducir un flujo de aire, b)producir una descarga de plasma mediante una ruptura dieléctrica del aire alcanzada como resultado de una diferencia de potencial creada entre un electrodo corona y un electrodo base dentro de una cámara de tratamiento por plasma de unos primeros medios de tratamiento por plasma atmosférico, c)tratar el flujo de aire inducido en el paso a) con la descarga de plasma producida en el paso b), para eliminar parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en dicho flujo de aire, y d)tratar el flujo de aire tratado en el punto c) con unos segundos medios de tratamiento por fotocatálisis, para eliminar el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire y unos subproductos de la descarga de plasma producida en el paso b) arrastrados por dicho flujo de aire.
Donde, en el paso a), el flujo de aire se induce por un "viento iónico" creado por la ruptura dieléctrica del aire alcanzada como resultado de la diferencia de potencial creada entre los electrodos de los primeros medios de tratamiento por plasma atmosférico.
Asi, se consigue, en una pasada o ciclo de tratamiento, que todos los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el aire, tal como, partículas biológicas y químicas sean eliminadas, o inactivadas para el caso de las partículas químicas, prácticamente en un 100%, obteniéndose un ambiente interior libre de estas partículas, así como, de subproductos de plasma, ambos nocivos para la salud.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente y nunca limitativas de la invención.
La figura 1 representa un esquema del dispositivo de tratamiento de aire.
La figura 2 representa un esquema del dispositivo de la figura 1 con tres cámaras de tratamiento por fotocatálisis .
Las figuras 3a-3g representan secciones transversales de posibles ejemplos de realización del electrodo base de los dispositivos de las figuras 1 y 2.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención tiene como objeto un dispositivo de tratamiento de aire, el cual, es apto para eliminar los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos que pueda contener el aire de un espacio interior, tal como, bacterias, virus y otros patógenos, partículas biológicas o químicas, etc.
Como muestra la figura 1, el dispositivo de tratamiento de aire comprende una carcasa (1) que aloja un trayecto de flujo de aire entre una entrada de aire (2) y una salida de aire (3), donde, dicho trayecto de flujo de aire está extendido a través de unos primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico y de unos segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis interconectados de manera fluida entre sí. Adicionalmente, el dispositivo comprende unos medios impulsores, los cuales, están adaptados para inducir un flujo de aire (f) a través del trayecto de flujo de aire. Los primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico comprenden una cámara de tratamiento por plasma (4.1) que comprende en su interior dos electrodos (4.2, 4.3): un electrodo corona (4.2) y un electrodo base (4.3), donde, el electrodo corona (4.2) está alimentado por una fuente de alimentación eléctrica (4.4), por ejemplo, con un valor mínimo comprendido entre 500-2000 voltios y un valor máximo comprendido entre 3000-7000 voltios, de manera que permitan crear una diferencia potencial entre dichos electrodos (4.2, 4.3) que alcanza una ruptura dieléctrica del aire.
Con la ruptura dieléctrica del aire, se produce una descarga de plasma en la que se generan elementos químicos, tal como ozono (03) , óxido de nitrógeno (NO) y peróxido de hidrógeno (H202) , los cuales, son aptos para esterilizar microorganismos y neutralizar compuestos orgánicos volátiles (COVS). De esta forma, los primeros medios de tratamiento (4) por plasma son empleados como un primer tratamiento del flujo de aire (f), donde, se eliminan parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f) a tratar. Por ejemplo, en este primer tratamiento del flujo de aire (f) podrían eliminarse hasta un 27,5% de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en dicho flujo de aire (f) a tratar. Igualmente, en el trayecto de flujo de aire conformado a través del dispositivo, el electrodo corona (4.2) está dispuesto aguas arriba del electrodo base (4.3), de manera que la ruptura dieléctrica del aire, alcanzada por la diferencia potencial creada entre dichos electrodos (4.2, 4.3), crea un "viento iónico" (v) (nube de electrones e iones) dentro de la cámara de tratamiento por plasma (4.1), desde el electrodo corona (4.2) hacia el electrodo base (4.3), donde, dicho "viento iónico" (v) generado son los medios impulsores que inducen al flujo de aire (f) laminar a tratar, capaz de atravesar el trayecto de flujo de aire desde la entrada de aire (2) hasta la salida de aire (3) del dispositivo. El flujo de aire (f) laminar es generado por el impacto de los iones en movimiento con las partículas neutras presentes en el aire al interior de la cámara (4.1) de los primeros medios de tratamiento (4).
En la figura 1, se ilustra el funcionamiento de los medios impulsores propuestos por la presente invención, en donde, las flechas de trazo discontinuo representan el "viento iónico" (v) generado por la ruptura dieléctrica del aire, y las flechas de trazo continuo representan el flujo de aire (f) laminar inducido por dicho "viento iónico" (v), el cual, es de tal magnitud que hace que dicho flujo de aire (f) que induce sea capaz de atravesar el trayecto de flujo de aire desde la entrada de aire (2) hasta la salida de aire (3) del dispositivo .
Así, se logra circular el aire del espacio interior a través del trayecto de flujo de aire dentro dispositivo para su tratamiento, sin necesidad de medios de impulsión de aire adicionales, tal como un ventilador o un compresor.
Para ello, se prefiere que el electrodo base (4.3) comprenda una pared (4.31), extendida longitudinalmente en la dirección del trayecto de flujo de aire, de manera que la pared (4.31) conforme una cavidad (4.32) de inducción del flujo de aire (f). Por ejemplo, como se muestra en la figura 3a, la pared (4.31) del electrodo base (4.3) puede conformar la cavidad (4.32) con una sección transversal en forma de "U", es decir, con un tramo intermedio (4.321) curvo; o bien, como es mostrado en la figura 3b, en forma de "C", es decir, con un tramo intermedio (4.321) recto; o bien, como se muestra en las figuras de la 3c a la 3e, en forma poligonal, ya sea, cuadrada (figura 3c), rectangular (figura 3d), hexagonal (figura 3e), etc.; o bien, como se muestra en las figuras 3f y 3g, en forma circular u ovalada. Igualmente, la cavidad (4.32) podría ser conformada con una sección transversal diferente a las mencionadas anteriormente, siempre y cuando, el electrodo base (4.3) comprenda dicha cavidad (4.32) de inducción del flujo de aire (f), y que se genere el "viento iónico" (v) desde el electrodo corona (4.2) hacia el electrodo base (4.3).
En cualquier caso, se prefiere que la sección transversal de la cavidad (4.32) tenga una dimensión (sección transversal) que sea al menos 5 veces una distancia mínima (d) de separación entre el electrodo corona (4.2) y el electrodo base (4.3). Donde, dicha distancia mínima (d) es tal que, para una diferencia de potencial dada por el efecto corona, el campo eléctrico generado alrededor del electrodo corona (4.2) sea suficiente para ionizar el aire circundante, permaneciendo en régimen de descarga corona, y no, en régimen de arco eléctrico. De esta forma, se logra que el "viento iónico" (v) tenga una única componente principalmente horizontal, es decir, que el flujo de iones se dirija desde el electrodo corona (4.2) hacia el electrodo base (4.3), donde, en su cavidad (4.32), el flujo de aire (f) se induce de manera laminar en dirección a la salida de aire (3). Preferiblemente, la distancia mínima (d) de separación entre el electrodo corona (4.2) y el electrodo base (4.1) es de entre 1 mm y 5 mm.
Por su parte, se prefiere que el electrodo corona (4.2) comprenda una punta con un radio de entre 5 y 100 mieras. Además, el electrodo corona (4.2) podría tener una forma alargada y estar extendido de forma centrada y sustancialmente paralela respecto a la pared (4.31) del electrodo base (4.3).
Siguiendo el trayecto de flujo de aire, a la salida de los primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico están dispuestos los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis, en los cuales, se eliminan el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f) a tratar, así como, unos subproductos del plasma descargado en la cámara de tratamiento por plasma (4.1), ozono (03) y óxido de nitrógeno (NO), que también son arrastrados por el flujo de aire (f) a tratar.
Preferiblemente, los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis comprenden al menos una cámara de tratamiento por fotocatálisis (5.1), la cual, comprende en su interior una pluralidad de barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas por unas lámparas de luz ultravioleta (UV) (5.12). Por ejemplo, la cámara de tratamiento por fotocatálisis (5.1) podría comprender en su interior cuatro barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas cada una por un par de lámparas de luz ultravioleta (UV) (5.12).
La limpieza final del flujo de aire (f) se produce cuando el resto de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos, asi como, los subproductos de plasma que lo acompañan se "oxidan" al contactar con los radicales de hidroxilo e iones superóxidos formados cuando el dióxido de titanio (Ti02) absorbe los fotones de la luz ultravioleta (UV), hasta lograr reducir por completo estas partículas y sustancias contaminantes a dióxido de carbono (C02) y vapor de agua; obteniéndose como resultado un aire purificado apto para ser emitido al espacio interior en donde se encuentra emplazado el dispositivo.
Los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis pueden diseñarse comprendiendo más de una cámara de tratamiento por fotocatálisis (5.1) como la descrita anteriormente. Por ejemplo, en la realización mostrada en la figura 2, el dispositivo es diseñado con tres cámaras de tratamiento por fotocatálisis (5.1) interconectadas de manera fluida entre sí, las cuales, se suceden en la dirección del trayecto de flujo de aire.
En cualquier caso, se busca que, luego de la primera eliminación de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos del flujo de aire (f), efectuada en los primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico, según dicho flujo de aire (f) va atravesando las barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas por lámparas de luz ultravioleta
(UV) (5.12) de los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis, el resto de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos sean neutralizados o eliminados gradualmente; y del mismo modo, sean eliminados en su totalidad los subproductos de plasma arrastrados por el flujo de aire (f) hacia los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis. Lográndose a la salida de aire (3) del dispositivo una tasa de eliminación de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos del 99,99%, y la eliminación total de los subproductos de plasma, quedando solo residuos de vapor de agua y dióxido de carbono (C02) en cantidades imperceptibles .
De esta forma, no es necesario el empleo de filtros HEPA u otros tipos de filtros de retención o detención de partículas, ya que el dispositivo no filtra el flujo de aire (f) a tratar, sino que elimina de éste cualquier partícula que contenga, ya sea, química o biológica, según atraviesa las barreras (5.11) de los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis, hasta lograr la total purificación del aire tratado por el dispositivo .
Así mismo, en el procedimiento de tratamiento de aire, también objeto de la presente invención, se parte de inducir un flujo de aire (f), se produce una descarga de plasma mediante una ruptura dieléctrica del aire alcanzada como resultado de una diferencia de potencial creada entre un electrodo corona (4.2) y un electrodo base (4.3) dentro de una cámara de tratamiento por plasma (4.1) de unos primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico, y se realiza un primer tratamiento del flujo de aire (f) inducido con la descarga de plasma producida, eliminándose así, parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en dicho flujo de aire (f). Donde, el flujo de aire (f) se induce por un "viento iónico" (v) creado por la ruptura dieléctrica del aire alcanzada como resultado de la diferencia de potencial creada entre los electrodos (4.2, 4.3) de los primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico.
Posteriormente, se produce un segundo tratamiento del flujo de aire (f) anteriormente tratado mediante la descarga de plasma, esta vez, con unos segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis, eliminándose el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f), asi como, unos subproductos de la descarga de plasma producida en el primer tratamiento, los cuales, son arrastrados por dicho flujo de aire (f).
En este segundo tratamiento, se prefiere que el flujo de aire (f) atraviese una pluralidad de barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas por unas lámparas de luz ultravioleta (UV) (5.12) hasta eliminar el 99,99% de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f) y la totalidad de los subproductos de plasma.
Consiguiéndose aportar al ambiente interior, en una pasada o ciclo de tratamiento, un flujo de aire (f) tratado libre de partículas contaminantes, así como, de subproductos de plasma, ambos nocivos para la salud.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo de tratamiento de aire que comprende una carcasa (1) que aloja un trayecto de flujo de aire entre una entrada de aire (2) y una salida de aire (3), unos medios impulsores que están adaptados para inducir un flujo de aire (f) a través del trayecto de flujo de aire entre la entrada de aire (2) y la salida de aire (3), el trayecto de flujo de aire está extendido a través de unos primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico y de unos segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis interconectados de manera fluida entre si, donde, los primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico comprenden una cámara de tratamiento por plasma (4.1) que comprende en su interior un electrodo corona (4.2) y un electrodo base (4.3) adaptados para crear una diferencia potencial entre ellos que alcanza una ruptura dieléctrica del aire, de manera que produce una descarga de plasma apta para eliminar parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f) a tratar inducido, y los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis están adaptados para eliminar el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f) a tratar y unos subproductos del plasma descargado en la cámara de tratamiento por plasma (4.1) arrastrados por dicho flujo de aire (f), caracterizado por que, en el trayecto de flujo de aire, el electrodo corona (4.2) está dispuesto aguas arriba del electrodo base (4.3), de manera que la ruptura dieléctrica del aire alcanzada por la diferencia potencial creada entre dichos electrodos (4.2, 4.3) genera un "viento iónico" (v) desde el electrodo corona (4.2) hacia el electrodo base (4.3), donde, el "viento iónico" (v) generado son los medios impulsores que inducen el flujo de aire (f) a través del trayecto de flujo de aire.
2.- Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el electrodo corona (4.2) está separado del electrodo base (4.1) una distancia mínima (d) de entre 1 mm y 5 mm.
3.- Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el electrodo base (4.3) comprende una pared (4.31), extendida longitudinalmente en una dirección del trayecto de flujo de aire, de manera que la pared (4.31) conforma una cavidad (4.32) de inducción del flujo de aire (f).
4.- Dispositivo según la reivindicación 3, en el que la pared (4.31) del electrodo base (4.3) conforma la cavidad (4.32) con una sección transversal en forma de "U", en forma de "C", poligonal, circular u ovalada.
5.- Dispositivo según las reivindicaciones 2 y 4, en el que la sección transversal de la cavidad (4.32) tiene una dimensión que es al menos 5 veces la distancia mínima (d) de separación entre el electrodo corona (4.2) y el electrodo base (4.3).
6.- Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el electrodo corona (4.2) está alimentado eléctricamente entre un valor mínimo comprendido entre 500 - 2000 voltios y un valor máximo comprendido entre 3000 - 7000 voltios.
7.- Dispositivo según la reivindicación 6, en el que el electrodo corona (4.2) comprende una punta con un radio de entre 5 y 100 mieras.
8.- Dispositivo según las reivindicaciones 66 1, en el que el electrodo corona (4.2) tiene una forma alargada y está extendido de forma centrada y sustancialmente paralela respecto a la pared (4.31) del electrodo base (4.3).
9.- Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis comprenden al menos una cámara de tratamiento por fotocatálisis (5.1) que comprende en su interior una pluralidad de barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas por unas lámparas de luz ultravioleta (UV) (5.12).
10.- Dispositivo según la reivindicación 9, en el que la cámara de tratamiento por fotocatálisis (5.1) comprende en su interior cuatro barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas cada una por un par de lámparas de luz ultravioleta (UV) (5.12).
11.- Dispositivo según la reivindicación 9, en el que los segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis comprenden tres cámaras de tratamiento por fotocatálisis (5.1) interconectadas de manera fluida entre si, que se suceden en la dirección del trayecto de flujo de aire.
12.- Procedimiento de tratamiento de aire que comprende los siguientes pasos: e)inducir un flujo de aire (f), f)producir una descarga de plasma mediante una ruptura dieléctrica del aire alcanzada como resultado de una diferencia de potencial creada entre un electrodo corona (4.2) y un electrodo base (4.3) dentro de una cámara de tratamiento por plasma (4.1) de unos primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico, g)tratar el flujo de aire (f) inducido en el paso a) con la descarga de plasma producida en el paso b), para eliminar parte de unos compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en dicho flujo de aire (f), y h)tratar el flujo de aire (f) tratado en el punto c) con unos segundos medios de tratamiento (5) por fotocatálisis, para eliminar el resto de compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire (f) y unos subproductos de la descarga de plasma producida en el paso b) arrastrados por dicho flujo de aire (f), caracterizado por que, en el paso a), el flujo de aire (f) se induce por un "viento iónico" (v) creado por la ruptura dieléctrica del aire alcanzada como resultado de la diferencia de potencial creada entre los electrodos (4.2, 4.3) de los primeros medios de tratamiento (4) por plasma atmosférico.
13.- Procedimiento según la reivindicación 12, en el que, en el paso c), el flujo de aire atraviesa una pluralidad de barreras de mallas de dióxido de titanio (Ti02) (5.11) irradiadas por unas lámparas de luz ultravioleta (UV) (5.12) hasta eliminar el 99,99% de los compuestos orgánicos volátiles (COVS) y microorganismos contenidos en el flujo de aire y la totalidad de los subproductos de plasma.
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