BRPI0617813A2 - aparelho de limpeza de ar - Google Patents

Abstract

<B>APARELHO DE LIMPEZA DE AR <D>A invenção diz respeito a um aparelho para limpeza de ar, compreendendo uma seção de filtragem de gás e uma seção de filtragem de partículas. A seção de filtragem de gás compreende uma unidade de absorção ou adsorção para capturar gases contaminantes e um gerador para gerar espécies oxidantes reativas (ROS), adequadas para oxidar tais gases contaminantes. A seção de filtragem de partículas compreende uma unidade de precipitação, arranjada para atrair partículas carregadas do ar passante, e o (ROS) gerador é arranjado para carregar tais partículas antes de suas precipitações. Portanto, o (ROS) gerador cumpre uma função dupla.

Description

APARELHO DE LIMPEZA DE AR"

A invenção diz respeito a um aparelho de limpeza de ar, maisparticularmente um aparelho de limpeza de ar para remover gases (e odoresacompanhantes) do ar no interior de ambientes.

Tais aparelhos para limpeza de ar são conhecidos. Estesaparelhos conhecidos fazem uso de um material absorvente ou adsorventecomo carbono ativo (AC), zeólito ou algum outro material poroso capaz dereter grandes quantidades de gás. O aparelho pode adicionalmente incluir umfiltro de partículas, como um filtro de papel, um filtro HEPA (de Arraste dePartícula de Alta eficiência) ou um filtro eletrostático (destacando fibrascarregadas eletrostaticamente), para remover poeira e outras partículas do ar,para prevenir estas partículas de obstruir ou de alguma forma interferir nomaterial absorvente ou adsorvente.

Um problema com estes aparelhos conhecidos é que, durante ouso, o material absorvente se torna saturado com gases retidos e, portanto,deve ser limpo ou substituído regularmente. Isto é inconveniente e consometempo. Na WO 03/093734, foi proposto uma solução para este problemaatravés do provimento de um aparelho para limpeza de ar com uma unidadeionizante ou uma unidade geradora de ozônio. Tais unidades criam umaatmosfera oxidante, a qual faz com que os gases sejam retidos nos poros domaterial absorvente a serem oxidados em moléculas de água (H2O) emoléculas de dióxido de carbono (CO2), desta forma liberando os porosmencionados.

Uma desvantagem desta solução conhecida é que a unidadepara criação da atmosfera oxidante, a qual daqui por diante será chamada deum gerador de ROS (Espécie Oxidante Reativa), adiciona-se ao custo total doaparelho.

E portanto um objeto da invenção, colocar em uso tal geradorde ROS mais efetivamente, de forma a aperfeiçoar ainda mais a performancede limpeza do aparelho de limpeza do ar e assim fazendo com que os custosextras para o gerador de ROS sejam justificáveis. Para este fim, um aparelhode acordo com a invenção é caracterizado pelos aspectos de acordo com areivindicação 1.

Num aparelho para limpeza do ar de acordo com a invenção, ogerador de ROS cumpre uma dupla tarefa. Por um lado, ele produz umaatmosfera oxidante, como na técnica anterior, a qual pode regenerar omaterial absorvente, i.e. liberar os seus poros de gases retidos. Por outro lado,ele confere uma carga eletrostática às partículas, as quais estão suspensas noar para serem limpas. Conseqüentemente, estas partículas podem serprontamente removidas do ar por meio de uma unidade de precipitação. Talunidade de precipitação pode compreender um número de elementos,carregados opostamente às partículas, os quais agem portanto como'magnetos' que atraem as partículas.

Assim, o gerador de ROS coopera com a unidade deprecipitação para formar um filtro de precipitação eletrostática (ESP). Talfiltro pode substituir os anteriormente mencionados (mecânicos) filtros departículas, oferecendo várias vantagens. Por exemplo, a pressão colocadasobre o filtro ESP é muito menor do que com filtros mecânicos, graças àestrutura relativamente aberta do filtro ESP. Conseqüentemente, menospotência será necessária para forçar o ar a passar pelo filtro ESP, o queproporciona economia de energia e pode adicionalmente permitir umaoperação mais silenciosa.

E notado que filtros ESP são conhecidos na sua concepção.Uma notória desvantagem destes filtros é que eles produzem ozônio enquantoestão carregando as partículas a serem filtradas. Ozônio pode ser uma ameaçaà saúde, razão pela qual usualmente são feitas tentativas para minimizar talprodução de ozônio. O requerente atual, no entanto, teve a inventiva visão detransformar a acima mencionada desvantagem em uma vantagem, através dacombinação do filtro ESP com a unidade absorvente de gás, a qual usa ozôniopara 'limpar' os seus poros. Assim, não há nenhuma necessidade deminimizar-se a produção de ozônio. Ao contrário.

De acordo com um aspecto da invenção, o gerador de ROSpode, por exemplo, compreender um gerador de íon, um gerador de ozônio,um gerador de radicais, em particular hidroxila (OH), ou um gerador dequalquer outro gás oxidante reativo. Tais geradores podem ser padrões, comcomponentes disponíveis comercialmente e podem, por exemplo, basearem-sena tecnologia de descarga corona. Obviamente, o gerador de ROS podeenvolver outra tecnologia, por exemplo, baseada em elementos químicos e/ouradiação, para criar uma atmosfera oxidante.

Quando o gerador de ROS baseia-se em tecnologia dedescarga corona, os dispositivos para gerar-se tal descarga coronapreferivelmente compreendem uma série de fios corona, de acordo com ascaracterísticas de acordo com a reivindicação 4. Tais fios podem gerar umadistribuição muito homogênea de ROS através da unidade de absorção de gás,o que pode contribuir para uma controlada, homogênea regeneração domaterial de absorção.

Por razões similares, o gerador de ROS é preferivelmentedisposto em oposição à unidade de absorção de gás, a alguma distância noentanto, de acordo com a característica de acordo com a reivindicação 5. Taldistância pode ajudar a expor a unidade de absorção de gás a uma atmosferaROS ainda mais homogeneamente distribuída, resultando nas vantagensmencionadas anteriormente.

Ademais, as dimensões do gerador de ROS sãopreferivelmente selecionadas para igualarem aquelas da unidade de absorçãode gás, de forma que a atmosfera ROS gerada cubra toda a unidade deabsorção de gás, de acordo com a característica de acordo com areivindicação 6. Isto irá garantir que cada porção da unidade de absorção degás possa regenerar-se satisfatoriamente.

De acordo com uma concepção vantajosa da invenção, aunidade de absorção de gás pode compreender um ou mais materiais porososque não sejam inabilitadores de não-ox, de acordo com as características deacordo com a reivindicação 7. Cada material irá se caracterizar pela particularafinidade de absorção de um gás particular ( o que pode ser demonstrado porequilíbrio isotérmico de absorção). Portanto, para cada gás a ser removido doar, o mais adequado material absorvente ou combinação de materiais pode serselecionado.

De acordo com outro aspecto vantajoso da invenção, omaterial absorvente pode ser moldado de acordo com as características deacordo com a reivindicação 8. Graças a este molde granular, a cinética doprocesso de absorção e/ou a acessibilidade do material pode ser aperfeiçoada,resultando numa performance melhorada de absorção.

Adicionais concepções vantajosas de um aparelho de limpezado ar de acordo com a invenção são estabelecidos em seqüência nasreivindicações dependentes.

Para explicar a invenção em maiores detalhes, uma concepçãoexemplar será descrita de um aparelho de limpeza do ar de acordo com ainvenção, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

Fig. 1 esquematicamente mostra um aparelho de limpeza do arde acordo com a invenção;

Fig. 2 mostra uma concepção do aparelho de limpeza do ar deacordo com a Figura 1, numa vista explodida; e

Fig. 3 mostra uma possível concepção de um gerador de ROSpara uso num aparelho de limpeza de ar de acordo com a invenção.

Nesta descrição, o termo ROS (Espécie Oxidante Reativa) éentendida que inclua, inter alia, íons carregados, feixes de íons, radicais, emparticular radicais hidroxila (radicais - OH), ozônio e qualquer outro gás(es)oxidante(s) reativo(s). ROS é usualmente gerado eletricamente, mas pode sergerado diferentemente, por exemplo, quimicamente ou através de radiação.Portanto, nesta descrição, o termo gerador de ROS é entendido como sendocada dispositivo, método e /ou componente, capaz de gerar ROS, i.e. umaatmosfera oxidante para gases. Ademais, sempre que nesta descrição o termo'absorvente' é usado, este pode ser substituído por 'adsorvente' e vice versa.

A Figura 1 mostra esquematicamente um aparelho de limpezade ar I de acordo com a invenção, compreendendo uma seção de filtragem departículas para filtrar partículas, tais quais, por exemplo, poeira do arcirculante, e uma seção de filtragem de gás II para filtrar gases (e odoresacompanhantes) do ar circulante. O aparelho 1 ainda compreende dispositivosde sucção 5, por exemplo um ventilador 5, para forçar que o ar a ser limpopasse pelas respectivas seções I, II e um gerador de ROS 8, arranjado paraproduzir ROS (Espécies Oxidantes Reativas) e para carregar partículas no ar passante. E notado que o arranjo específico conforme mostrado na Figura 1pode variar. Por exemplo, as seções I, II podem (ao menos em parte)sobreporem-se. O dispositivo de sucção 5 e /ou o gerador de ROS 8 podeestar posicionado por entre as seções I, II ou a jusante ou a montante domesmo. Alternativamente, o gerador de ROS 8 pode ser configurado paraparcialmente circundar tais seções I, II. O conjunto dos componentes 5,8 eseções I, II pode estar embutido em um invólucro 3, possuindo uma área deentrada 4 e uma área de saída 6 para possibilitar que o ar seja limpo ao entrare sair do aparelho 1.

A Figura 2 mostra uma concepção possível para o aparelho delimpeza do ar 1 de acordo com a Figura 1. As partes correspondentes foramdenotadas com os numerais de referência correspondentes.

Nesta concepção, o gerador de ROS 8 compreende umaestrutura 11 equipada com dois fios corona 12, configurados para carregar aspartículas no ar passante e para criar uma atmosfera oxidante. Paralelamente aeste gerador de ROS '8, a seção de filtragem de partículas I compreendeadicionalmente uma unidade de precipitação 10, provida com um número deelementos coletores, e.g. eletrodos e/ou placas (não visíveis na Figura 2), quesão carregados com uma carga oposta àquela que carregou as partículas.

Conseqüentemente, enquanto passando por esses elementos coletores, aspartículas serão atraídas pelos elementos coletores, portanto sendo removidasdo ar.

A seção de filtragem de partículas I pode adicionalmentecompreender um pré-filtro mecânico 7, o qual é preferivelmente dispostopróximo à área de entrada 4, ou ao menos a montante da unidade deprecipitação 10. O pré-filtro 7 é preferivelmente configurado para filtrarpartículas relativamente largas do ar. Portanto, previne-se que tais partículasrelativamente largas obstruam a unidade de precipitação 10, as quais deverãoestender-se pelo tempo de vida de tal unidade de precipitação 10,consideravelmente, ou ao menos, até o tempo anterior ao qual a unidade 10necessitará ser limpa. O pré-filtro 7 pode, por exemplo, ser um (descartável)filtro de papel, um filtro de eletreto (provido com fibras carregadaseletrostaticamente) ou qualquer outro filtro apropriado de partículas.Obviamente, em uma concepção alternativa, mais de um pré-filtro poderá serutilizado. Alternativamente, o pré-filtro 7 pode ser omitido.

A seção de filtragem de gás II compreende uma unidadeabsorvedora de gás 15, a qual na concepção ilustrada é configurada como umfiltro pregueado, preenchido com glóbulos de zeólito. Obviamente,concepções alternativas são possíveis, nas quais o filtro pode, por exemplo,ser configurado como tendo uma estrutura alveolar. Ademais, materiaisabsorventes alternativos podem ser aplicados, tais como alumina, T1O2 micro-porosos ou misturas a partir dos mesmos.

Conforme é mais bem avistado na Figura 2, na condiçãoagrupada, a unidade de absorção 15 e o gerador de ROS 8 vão estarsubstancialmente alinhados. Os seus dimensionamentos é tal que a atmosferaoxidante gerada pelo gerador de ROS cubra a totalidade da unidade deabsorção de gás 15. Pode adicionalmente ser visto que aquela unidade deabsorção de gás 15 e o gerador de ROS 8 manterão certa distância entre si.

Todas estas características ajudam a expor a unidade de absorção de gás 15 auma distribuição ROS substancialmente homogênea, a qual resulta em umaregeneração homogênea do material absorvente. O espaço entre a unidade deabsorção 15 e o gerador de ROS 8 poderá ser usada para instalar o ventilador5 e a unidade de precipitação 10, conforme ilustrado na Figura 2. O aparelho de limpeza de ar 1 ainda compreende dispositivode suprimento de voltagem 16 para suprir o gerador de ROS 8 e a unidade deprecipitação 10 com uma voltagem adequada. Ademais, controles eletrônicos18 podem ser providos para controlarem-se parâmetros específicos deoperação, tais quais, por exemplo, a velocidade do ventilador e/ou o nível da voltagem fornecida ao gerador de ROS 8 e à unidade de precipitação 10.Dispositivos também poderão ser providos para medir-se a quantidade departículas coletadas na unidade de precipitação 10. Isto pode, por exemplo,ser feito através da monitoração da capacidade do condensador dos elementoscoletores da unidade de precipitação 10. Esta capacidade mudará ao passo que mais partículas vão sendo coletadas. A informação medida pode ser utilizadapara alertar um usuário quando a unidade de precipitação necessita ser limpaou substituída. Obviamente, provisões comparáveis podem ser providas parao pré-filtro 7 e/ou para a unidade de absorção 15 (se, por exemplo, ao longodo tempo, os poros ficarem obstruídos com partículas pequenas). O acima descrito aparelho para limpeza de ar 1 opera como sesegue. Uma vez ativado, o ventilador 5 irá sugar o ar ao redor para o interiordo aparelho 1, através da área de entrada 4. O ar irá depois, sucessivamente,passar pelo pré-filtro 7, onde ele é limpo de partículas relativamente grandes,pelo gerador de ROS 8, onde as partículas restantes são carregadas, pelaunidade de precipitação 10, onde ele deixará para trás as partículas carregadasnos elementos coletores carregados com carga oposta, e finalmente pelaunidade de absorção de gás 15, onde ele será limpo de gases indesejados, osquais ficam por trás nos poros do material absorvente. Lá os gases serãooxidados em moléculas de água e moléculas de dióxido de carbono sob ainfluência do ROS produzido pelo gerador de ROS 8.

Por meio de ilustração somente, o seguinte exemplo éfornecido, a partir de um teste levado a cabo pelo requerente. Os valoresdados não deverão de forma alguma ser interpretados como limitadores doescopo de proteção. Na concepção de acordo com a Figura 2, os dois fioscorona 11 foram feitos de tungstênio, cada qual tendo um diâmetro de 0,08mm. A voltagem corona foi estabelecida em 7.9 kV. Isto resultou numaquantidade de ROS variando aproximadamente de 200 a 400 micro-gramas deozônio por hora numa velocidade do ar de 2 metros por segundo. Ademais, avoltagem na unidade de precipitação 10 foi estabelecida em 4.7 kV. Istoresultou numa eficiência inicial de captura de partículas em quase 100% parapartículas com uma dimensão de 0.3 μm. A unidade de absorção de gás 15 foiprovida com zeólito granular pregueado, arranjado em uma cama tendo umcomprimento de 400 mm, uma largura de 150 mm e uma espessura de 10 mm.Quando ar misturado com tolueno (um VOC: composto orgânico volátil) foipassado através desta unidade 15, uma eficiência de remoção de umapassagem foi observada variando entre aproximadamente 65% a 80%, o quecorresponde a uma redução total de concentração de 800 μg/m3 para 92μg/m3.

A Figura 3 mostra uma concepção alternativa de um geradorde ROS 108, adequado para aplicação num aparelho de limpeza de ar 1 deacordo com a invenção. Nesta concepção, o gerador de ROS 108 compreendeuma série de fios corona 111, estendendo-se substancialmente paralelos entresi a alguma distância de uma escumilha aterrada 120. A seta indica a direçãodo ar passante a ser limpo. Ao se variar a distância entre os fios e talescumilha e/ou a distância entre os respectivos fios, pode-se influenciar acrítica voltagem corona. Preferivelmente, uma voltagem corona alta éaplicada. Isto resulta numa alta corrente corona, o que por sua vez resulta emmais moléculas de gás sendo separadas, levando a uma atmosfera maisoxidada, o que obviamente na presente invenção é benéfico para aregeneração da unidade de absorção 15. É ainda preferível a utilização de umacorona negativa. Uma corona negativa carrega as partículas tão efetivamentequanto uma corona positiva, sendo que produz uma atmosfera mais oxidante.Também é preferível a utilização de fios corona relativamente finos,possuindo um diâmetro que o qual é preferencialmente menor que 100mícron, e os quais sejam preferencialmente feitos de tungstênio ao invés de,por exemplo, aço inoxidável. Isto também irá ajudar a produzir umaatmosfera mais oxidante. Pela mesma razão é preferível usar-se fios coronapossuindo uma superfície relativamente áspera. Finalmente, é preferívelconfigurar-se a seção corona de tal forma que o ar passando por esta seçãoseja exposto à corona durante um tempo relativamente longo. Desta forma, ocarregamento de partículas e a formação de ROS serão intensificados.

De acordo com outra concepção, o gerador de ROS podecompreender um gerador de vento de íon. O vento de íon criado por talgerador pode dirigir o ar através do aparelho de limpeza de ar, desta formaoferecendo a vantagem que o dispositivo de sucção 5 (ventilador) pode serdispensado de. Isto resulta num aparelho de limpeza de ar que pode seroperado de forma extremamente silenciosa.

Em ainda uma outra concepção, a seção de filtragem de gás e aseção de filtragem de partículas podem ser combinadas ao se cobrir as placascoletoras da unidade de precipitação 10 com uma camada de um adsorventenão oxidante, por exemplo, uma massa de zeólito.

A invenção não é limitada de forma alguma às concepçõesexemplificadas e apresentadas na descrição e desenhos. Todas ascombinações (de partes) das concepções mostradas e descritas nesta descriçãosão explicitamente entendidas que sejam incorporadas dentro desta descriçãoe são explicitamente entendidas que caem dentro do escopo da invenção.

Além do que, muitas variações são possíveis dentro do escopo da invenção,conforme esboçado pelas reivindicações anexas.

Claims (9)

1. Aparelho de limpeza de ar compreendendo uma seção defiltragem de gás e uma seção de filtragem de partículas, tal seção de filtragemde gás compreendendo uma unidade absorvente ou adsorvente de gás paracapturar gases contaminantes e um gerador para gerar espécies oxidantesreativas (ROS) que sejam adequadas para oxidar tais gases contaminantes,caracterizado pelo fato de que a seção de filtragem de partículas compreendeuma unidade de precipitação, arranjada para atrair partículas carregadas do arpassante, e o gerador de ROS é arranjado para carregar ditas partículas.

2. Aparelho de limpeza de ar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o gerador de RSO compreende pelo menos umgerador da seguinte lista de geradores: um gerador de íons, um gerador deradicais, em particular radicais hidroxila, um gerador de ozônio ou qualqueroutro gás reativo oxidante.

3. Aparelho de limpeza do ar de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizado pelo fato de que o gerador de ROS compreendedispositivos para gerar uma descarga corona.

4. Aparelho de limpeza do ar de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o dispositivo para gerar uma descarga coronacompreende uma série de fios corona.

5. Aparelho de limpeza do ar de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o gerador de ROS édisposto em posição oposta à unidade de absorção de gás, a alguma distânciada mesma.

6. Aparelho de limpeza do ar de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as dimensões dogerador de ROS são selecionadas de forma que a atmosfera ROS gerada cubrasubstancialmente toda a área de passagem de ar da unidade de absorção de gás.

7. Aparelho de limpeza de ar de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade deabsorção de gás inclui um material poroso inabilitador de não-ox tal qual, porexemplo, zeólito natural ou sintético, alumina ativa, T1O2 micro-poroso.

8. Aparelho de limpeza de ar de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o material poroso inabilitador de não-ox émoldado de forma granular e contido numa estrutura adequada, por exemplo,uma estrutura alveolar.

9. Aparelho de limpeza de ar de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreendeadicionalmente uma quantidade de material oxidante, tal qual, por exemplo,carbono ativado, disposto a jusante da corrente da unidade de absorção de gás,e arranjado para eliminar ou neutralizar ROS residual.