BR0213332B1 - sistema e processo de limpeza de ar energizado. - Google Patents

Description

"SISTEMA E PROCESSO DE LIMPEZA DE AR ENERGIZADO"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito a um sistema aperfeiçoado delimpeza de ar atmosférico ejetivo, energizado, e a um processo de limpeza de arpara remover, de forma eficaz, detritos do ar carregado de detritos para suprir arlimpo a um dispositivo com o qual o sistema é usado. Por exemplo, a invençãoé útil em conexão com aplicações de fluxo de ar total, tais como sistemas deventilação, como um provedor de fluxo de ar fixado para trocadores de calor esistemas de aquecimento e condicionamento de ar, e com dispositivos que têmuma demanda de fluxo de ar variável, particularmente motores de combustãointerna, os quais exercem um vácuo variável sobre suas admissões de ar a seremsupridas com ar limpo.

FUNDAMENTOS E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

São conhecidas admissões de ar que separam centrifugamentepartículas mais pesadas do que o ar do ar a ser usado em motores de combustãointerna, sistemas de ventilação e outros aparelhos que aspiram ar carregado dedetritos. O uso de filtros em linha em sistema de entrega de ar para limpar o aré também ,per se, conhecido. Todavia, filtros de ar estão sujeitos a entupimentopor detritos a partir do ar que passa através do filtro, que eventualmente aumentaa restrição ao fluxo de ar através do filtro e diminui o desempenho operacionalde um dispositivo associado, tal como um motor de combustão interna controladoeletronicamente que é suprido com ar através do filtro. Freqüentes substituiçõesde filtro e intervalos mais curtos de serviço de manutenção também podem serexigidos, o que aumenta o custo de operação. Existe uma necessidade de umsistema de limpeza de ar e de um processo de limpeza de ar aperfeiçoados quecombinem separação centrífuga e filtração de ar, de uma maneira a remover,de forma eficaz, detritos do ar carregado de detritos, enquanto que reduzem ouevitam os problemas supramencionados.

Um sistema de limpeza de ar energizado, em conformidade coma invenção, compreende um caminho de fluxo estendendo-se através do sistema,a partir de uma entrada de ar até uma saída de ar limpo. Um ventilador acionadopor motor está localizado ao longo do caminho de fluxo para aspirar ar carregadode detritos particulados para a entrada e girá-lo em torno de um eixo geométrico,de maneira a formar um fluxo rotativo que estratifíca o ar carregado de detritos,com as partículas mais pesadas nas órbitas mais externas do fluxo rotativo. Umaabertura ejetora é prevista para ejetar ar carregado de detritos particulados dofluxo rotativo estratificado no sistema para o meio ambiente. Um filtro de ar estálocalizado dentro do fluxo rotativo e através do caminho de fluxo à montanteda saída de ar limpo para filtrar ar das órbitas mais internas do fluxo rotativoestratificado. Em conformidade com a modalidade do exemplo divulgado nestainvenção, o filtro é alongado na direção do eixo geométrico em torno do qualo ar carregado de detritos é girado. Uma superfície periférica externa do filtrodentro do fluxo rotativo é varrida pelas órbitas mais internas do fluxo rotativoestratificado para minimizar o acúmulo de detritos no filtro.

Um processo de limpeza de ar da invenção compreende aspiraro ar carregado de detritos particulados para o sistema de limpeza de ar, com oventilador acionado por motor localizado no sistema, formar um fluxo rotativodo ar carregado de detritos no sistema de forma a estratificar o fluxo, com aspartículas mais pesadas nas órbitas mais externas do fluxo rotativo, escoar o ara partir das órbitas mais internas do fluxo rotativo através do filtro disposto acaminho da saída do sistema, e retornar o ar carregado de detritos particuladosdo fluxo rotativo estratificado no sistema para o meio ambiente. De acordo coma modalidade do exemplo, o ar é suprido a um dispositivo com uma demandade fluxo de ar variável, que aplica um vácuo variável na saída do sistema delimpeza de ar, e o processo inclui adicionalmente operar o ventilador acionadopor motor para manter a pressão do fluxo de ar positiva no sistema, de forma aretornar o ar carregado de detritos particulados para o meio ambiente a partirdo sistema em todos os regimes de demanda de fluxo de ar pelo dispositivo. Apressão positiva do fluxo de ar, que atua sobre o filtro do sistema localizadodentro do fluxo rotativo, mantém o acúmulo de detritos no filtro num mínimo.Por conseguinte, o sistema auto-limpa seu filtro de ar.

O documento FR 2642662 revela um dispositivo e processo paraseparação de partículas sólidas presentes em um gás e equipamento contendo umdispositivo desse tipo. Não obstante, o dispositivo não é um aparelho de limpezade ar energizado, mas sim um dispositivo pressurizado no qual ar pressurizadoé forçado a partir de uma fonte externa de ar pressurizado, tal como a partir deum motor a jato. O dispositivo opera utilizando um propulsor ou uma entradade ar no lado do dispositivo para propiciar um padrão de fluxo helicoidal parao ar altamente pressurizado que entra, sendo forçado através do dispositivo. Apressão é contínua no dispositivo, de forma a forçar o ar através de um filtro atéuma saída de ar limpo do dispositivo. O filtro é um filtro metálico lavável, masnão há nenhum ensinamento ou entendimento de que qualquer auto-limpeza dofiltro possa ocorrer no dispositivo. Nenhuma auto-limpeza poderia ocorrer, umavez que a alta pressão que pressiona o filtro em todas as vezes impediria a auto-limpeza.

A presente invenção, em contrapartida, emprega um ventiladoracionado por motor, localizado dentro do sistema de limpeza de ar energizado,ao longo do caminho de fluxo para aspirar ar carregado de detritos particuladospara a entrada e girá-lo em torno de um eixo geométrico para formar um fluxorotativo que estratifica o ar carregado de detritos, com as partículas mais pesadasnas órbitas mais externas do fluxo rotativo. O sistema e o processo da invençãopodem ser usados para suprimento de ar a um dispositivo com uma demandade fluxo de ar variável, a qual aplica um vácuo variável na saída do sistema delimpeza de ar. O ventilador acionado por motor do sistema mantém a pressãopositiva do fluxo de ar, de forma a retornar ar carregado de detritos particuladospara o meio ambiente, sem restrições através de uma abertura ejetora anular nacâmara que circunda a saída, sem interromper o fluxo rotativo estratificado nacâmara. O ar sob pressão atmosférica é aspirado para dentro do aparelho com oventilador acionado por motor. O acúmulo dos detritos no filtro é mais fácil eeficazmente removido durante baixos regimes de demanda de fluxo de ar, comodiscutido aqui anteriormente, por exemplo, nenhuma pressão alta está presentepara reter os detritos no filtro, como no documento FR 2642662. O dispositivo eo processo do documento FR 2642662 são fundamentalmente diferentes daquelesistema de limpeza de ar energizado e processo de limpeza de ar da invenção, emque um ventilador acionado por motor no sistema é empregado para aspirar o arcarregado de detritos para uma entrada do sistema, e em que se permite que o ar carregado de detritos escoe de volta para o meio ambiente através da aberturaejetora no sistema sem restrições, sem interromper o fluxo rotativo estratificadono sistema. O arranjo da abertura ejetora em torno da saída na extremidade axialda câmara separadora-ejetora possibilita que esse fluxo sem restrições ocorra seminterromper o fluxo rotativo estratificado. Uma ação de auto-limpeza no filtro foi reconhecida e explorada aqui como resultado da combinação de características dainvenção. Isto não foi reconhecido nem solucionado no documento FR citado.

Essas e outras características e vantagens da presente invençãoficarão mais evidentes a partir da descrição a seguir quando tomada em conexãocom os desenhos anexos, que mostram, para fins de ilustração somente, uma modalidade preferida de acordo com a presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em perspectiva da extremidade frontalde entrada, e até um lado de um sistema/aparelho de limpeza de ar energizadode acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva da extremidade traseirade saída, e até um lado do sistema de limpeza de ar da Figura 1, ora mostrado,conectado esquematicamente a uma admissão de ar de um dispositivo com umademanda de fluxo de ar variável.

A Figura 3 é uma vista do sistema similar àquela da Figura 1,com partes do alojamento recortadas para mostrar componentes no interior doalojamento.

A Figura 4 é uma vista do sistema similar àquela da Figura 2,com partes do alojamento recortadas para mostrar componentes no interior doalojamento.

A Figura 5 é uma vista do sistema tal como o da Figura 1, excetopor uma parte do alojamento removida e pelo filtro no sistema removido paramostrar o orifício de saída de ar limpo através da extremidade traseira de saídado alojamento.

A Figura 6 é uma vista em perspectiva do sistema tal como o daFigura 1, entretanto com o alojamento do ventilador motorizado destacável e oalojamento do filtro, que forma o alojamento do sistema, sendo separados um dooutro.

A Figura 7 é uma vista detalhada de uma parte do alojamento doventilador motorizado destacável unido e do alojamento do filtro que possui umgrampo de união removível do mesmo como mostrado na Figura 5.

A Figura 8 é uma vista em perspectiva da extremidade frontalde entrada, e até um lado do alojamento do ventilador motorizado destacáveldo sistema da Figura 1.

A Figura 9 é uma vista em perspectiva da extremidade traseirade saída do alojamento do ventilador motorizado destacável daquele sistema daFigura 1.

A Figura 10 é uma vista em perspectiva de um elemento de filtrode ar primário principal utilizado no sistema da Figura 1.

A Figura 11 é uma vista em perspectiva de um elemento de filtrode ar de segurança secundário utilizado, opcionalmente, no sistema da Figura 1dentro do elemento de filtro de ar primário principal.

A Figura 12 é uma vista em perspectiva do alojamento do filtroa partir da extremidade frontal, sem nenhum filtro instalado no mesmo.A Figura 13 é uma vista em perspectiva do alojamento do filtroa partir da sua extremidade traseira de saída, sem nenhum filtro instalado.

A Figura 14 é uma vista em perspectiva do alojamento do filtrotal como o da Figura 12, mas com o filtro de segurança opcional instalado.

A Figura 15 é uma vista em perspectiva do alojamento do filtrotal como o da Figura 13, mas com o filtro principal, ora mostrado, instalado nomesmo.

MELHOR MODO PARA A REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

Com referência agora aos desenhos, um sistema ou aparelho delimpeza de ar energizado 1, Figuras 1-6, em conformidade com a modalidade doexemplo, é mostrado, conectado à admissão de ar 29 de um dispositivo 28, talcomo um motor de combustão interna ou outro dispositivo que necessita de umsuprimento de ar limpo como mostrado esquematicamente na Figura 2. O sistemacompreende um caminho de fluxo 22 que se estende através do sistema, a partirde uma entrada de ar 4 até uma saída de ar limpo 5 que supre ar limpo à admissãode ar 29 do dispositivo 28. O caminho de fluxo encontra-se localizado dentro deum alojamento 23 geralmente cilíndrico do sistema. O alojamento 23 é formadopor dois componentes destacáveis - alojamento do ventilador motorizado 2 ealojamento do filtro 3, que são conectados entre si de forma destacável em umconjunto de flange de serviço 6 por meio de grampos de união 7, vide Figura 7.Para esta finalidade, cada um dos alojamentos 2 e 3 tem um flange de união, 16e 17, respectivamente. Os alojamentos 2 e 3 são mostrados de modo destacadoum do outro na Figura 6, e mostrados separadamente nas Figuras 8 e 9, e nasFiguras 12 e 13, respectivamente.

Um ventilador acionado por motor 24, compreendendo uma pádo ventilador 10 montada no eixo de saída de um motor elétrico 13, encontra-se localizado ao longo do caminho de fluxo 22 para aspirar o ar carregado dedetritos particulados para a entrada 4 e girá-lo em torno de um eixo geométricoA-A para formar um fluxo rotativo no sistema que estratifica o ar carregado dedetritos, com as partículas mais pesadas nas órbitas mais externas do fluxorotativo. Um conjunto de compressão 11 na forma de um conjunto de montagemdefletor/motor com venezianas ou palhetas estacionárias 12 está localizado nointerior do alojamento do ventilador 2 à jusante da pá do ventilador 10. O ditoconjunto de compressão comprime o volume do fluxo rotativo do ar carregadode detritos aspirado para dentro da entrada do sistema, de forma a aumentar avelocidade do ar e a força centrífuga que atua nos artigos transportados por ar.O ventilador acionado por motor 24 é suportado em seu motor 13, no interiordo alojamento do ventilador, por meio do conjunto de montagem defletor/motor11 conforme visto nas Figuras 3, 4, 8 e 9.

Uma câmara separadora-ejetora 18 está prevista no caminho defluxo do sistema de limpeza de ar à jusante do conjunto de montagem defletor/motor, Figuras 3-6, 9 e 15. As órbitas mais externas do padrão de fluxo rotativodo ar carregado de detritos correm na parede externa 27 da câmara separadora-ejetora até atingir uma abertura ejetora anular 25 formada em torno da saída 5na extremidade de saída do alojamento radialmente para fora da saída de arlimpo. A abertura ejetora é formada por uma série de fendas de ejeção radiaiscircunferenciais 8 separadas por superfícies planas 15. A abertura ejetora ejetaar carregado de detritos particulados do fluxo rotativo estratificado no sistemapara o meio ambiente.

Um filtro de ar 9, Figuras 2-4, 6 e 15, na forma de um pacote defiltro de pelo menos um elemento de filtro de ar primário principal 20, FigurasIOe 15, e opcionalmente um elemento de filtro de ar de segurança secundário21, Figuras 11 e 14, localizado dentro do elemento de filtro 20, está localizadodentro do fluxo rotativo e através do caminho de fluxo à montante da saída parafiltrar o ar das órbitas mais internas do fluxo rotativo estratificado no sistema àmedida que o ar escoa até a saída de ar limpo 5. O filtro 9 é alongado na direçãodo eixo geométrico longitudinal central A-A e estende-se ao longo do mesmodo alojamento 23 geralmente cilíndrico na câmara separadora-ejetora a partir daextremidade de saída, onde ele é montado em um orifício de saída de ar limpo19, Figura 5. A extremidade à montante do filtro 9 é suportada por meio de umabraçadeira 14 de compressão de filtro conectada com um flange de suporte 30,Figura 9, na extremidade do motor 13.

O acúmulo dos detritos sobre a superfície externa do filtro 9 éminimizado posicionando-se o filtro dentro do fluxo rotativo do ar carregado dedetritos na câmara separadora-ejetora 18 e retornando-se ar carregado de detritosparticulados do fluxo rotativo estratificado na câmara 18 sem restrições atravésda abertura ejetora 25 na extremidade da câmara, por exemplo, sem interromper o fluxo rotativo estratificado na câmara. Notou-se também que a ação de auto-limpeza no filtro 9 é melhorada, quando do suprimento de ar à admissão de ar 29de um dispositivo 28 que tem uma demanda de fluxo de ar cíclica, tal como ummotor de combustão interna que aplica um vácuo variável na saída 5 do sistema,operando-se o ventilador acionado por motor de forma a manter a pressão do fluxo de ar positiva na superfície externa do filtro e retornar o ar carregado dedetritos para o meio ambiente a partir do sistema em todos os regimes de fluxode ar demandados pelo dispositivo. O sistema de limpeza de ar 1 é projetadopara gerar um fluxo de ar muito maior do que exige o motor ou aparelho 28 noqual ele está instalado, dessa forma proporcionando uma pressão de fluxo de ar positiva consistente ao filtro que mantém o acúmulo de detritos no filtro de arnum mínimo e proporcionando um fluxo de ar poderoso para fora da aberturaejetora 25 de 360° formada pela série de fendas de ejeção radiais 8 localizadasna extremidade da câmara separadora-ejetora.

O sistema de limpeza de ar bem como o processo de limpeza de ar da invenção torna possível a manutenção de baixa restrição do filtro de ar emtodos os intervalos de serviço de manutenção normais para motores de combustãointerna e outros aparelhos, estendendo-se significativamente a vida útil do filtrode ar em relação a intervalos de serviço de manutenção atuais. Embora o sistemae o processo de limpeza de ar tenham sido descritos, especificamente, para o usoem suprimento de ar limpo a um motor de combustão interna, a invenção nãoestá limitada a tal utilização, mas possui ampla aplicação para uma variedade dedispositivos que necessitam de um suprimento de ar limpo, incluindo sistemas deventilação, trocadores de calor, compressores de ar e sistemas de aquecimentoe condicionamento de ar.

Embora tenha sido mostrado e descrito apenas uma modalidadede acordo com a presente invenção, entende-se que a mesma não está limitada aesta, sendo suscetível de inúmeras alterações e modificações de conhecimentodos versados na técnica. Por exemplo, o sistema de limpeza de ar energizadoda invenção pode ser usado sem o filtro de ar 9 para suprir ar a um dispositivo,onde separação centrífuga de detritos do ar carregado de detritos e retirada dear das órbitas mais internas do fluxo rotativo no sistema por meio de um vácuodo dispositivo na saída do sistema proporcione uma limpeza satisfatória. A esserespeito, note-se que a pressão positiva no dispositivo mantém o fluxo atravésda abertura ejetora do sistema, enquanto que a pressão na saída de ar limpopermanece essencialmente neutra, com ou sem o filtro de ar 9. O dispositivoaspira ar limpo da saída de ar limpo de acordo com sua demanda, por exemplo,mediante tração a vácuo aplicada à saída de ar limpo do sistema. Portanto, nãose deve limitar a invenção aos detalhes mostrados e descritos aqui, mas, em vezdisso, deve-se englobar todas essas alterações e modificações da maneira comosão abordadas pelas reivindicações apensas.

Claims (17)

1. Sistema de limpeza de ar energizado (1), caracterizado pelofato de que compreende:um caminho de fluxo (22) que se estende através do sistema, apartir de uma entrada (4) até uma saída (5);um ventilador acionado por motor (24) localizado ao longo docaminho de fluxo (22) para aspirar ar carregado de detritos particulados para aentrada (4), e girá-lo em torno de um eixo geométrico (A-A)5 para formar umfluxo rotativo que estratifica o ar carregado de detritos, com as partículas maispesadas nas órbitas mais externas do fluxo rotativo;uma abertura ejetora (25) para ejeção de ar carregado de detritosparticulados do fluxo rotativo estratificado no sistema para o meio ambiente; eum filtro de ar (9) localizado dentro do fluxo rotativo e atravésdo caminho de fluxo (22) à montante da saída (5) para filtrar ar das órbitas maisinternas do fluxo rotativo estratificado.

2. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o filtro é alongado na direção do eixo geométricoem torno do qual o ar carregado de detritos é girado.

3. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que uma superfície periférica externa do filtro alongadoé cilíndrica.

4. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender adicionalmente um conjunto de compressão (11)para comprimir o volume do fluxo rotativo de ar carregado de detritos de formaa aumentar a velocidade do ar e a força centrífuga que atua sobre as partículastransportadas por ar.

5. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o conjunto de compressão proporciona suportepara o ventilador acionado por motor.

6. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o conjunto de compressão inclui uma pluralidadede palhetas estacionárias (12) no caminho de fluxo.

7. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado por compreender adicionalmente uma câmara separadora-ejetora(18) no caminho de fluxo à jusante do conjunto de compressão, as órbitas maisexternas do fluxo rotativo correndo numa parede externa da câmara separadora-ejetora até atingir a dita abertura ejetora.

8. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o dito filtro está localizado centralmente dentroda dita câmara separadora-ejetora.

9. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender adicionalmente um alojamento (23) geralmentecilíndrico, as ditas entrada e saída sendo arranjadas nas respectivas extremidadesdo mencionado alojamento e o dito caminho de fluxo estendendo-se através doalojamento.

10. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a dita abertura ejetora é arranjada na extremidadede saída do alojamento radialmente para fora da dita saída.

11. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o mencionado filtro estende-se ao longo de umeixo geométrico longitudinal central (A-A) do alojamento geralmente cilíndricoa partir da sua extremidade de saída.

12. Sistema de limpeza de ar, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado por compreender adicionalmente uma braçadeira (14) para suportardentro do alojamento uma extremidade do filtro remota da extremidade de saídado alojamento.

13. Processo de limpeza de ar que emprega o sistema conformedefinido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:aspirar ar carregado de detritos particulados para o sistema delimpeza de ar com um ventilador acionado por motor localizado no sistema;formar um fluxo rotativo do ar carregado de detritos no sistemade forma a estratificar o fluxo, com as partículas mais pesadas nas órbitas maisexternas do fluxo rotativo;escoar ar das órbitas mais internas do fluxo rotativo através deum filtro localizado dentro do fluxo rotativo, para fornecer uma ação de auto-limpeza no filtro pelo ar disposto a caminho de uma saída do sistema; eretornar ar carregado de detritos particulados do fluxo rotativo estratificado no sistema para o meio ambiente.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que o dito retorno é realizado sem interromper o fluxo rotativoestratificado no sistema.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito retorno inclui escoar o fluxo rotativo estratificado semrestrições através de uma abertura ejetora do sistema para o meio ambiente.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 13, para o uso emsuprimento de ar a um dispositivo com uma demanda de fluxo de ar variável queaplica um vácuo variável à saída do sistema de limpeza de ar, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente operar o ventilador acionado por motor paramanter a pressão do fluxo de ar positiva, de maneira a retornar o ar carregadode detritos particulados para o meio ambiente a partir do sistema em todos osregimes de demanda de fluxo de ar pelo dispositivo, de forma a permitir que oacúmulo de detritos no filtro seja removido pelo menos durante baixos regimesde demanda de fluxo de ar.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que o dispositivo é um motor de combustão interna que é supridocom ar da saída do sistema.