CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN. La presente invención puede ser aplicada principalmente en la industria médica, industria de aparatos electrodomésticos y otros sectores donde es conveniente generar una atmósfera rica en oxígeno para beneficio de las personas que en ella se encuentren.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. De acuerdo con la NASA una persona promedio necesita 0.84 kg de 0 ₂ por día (y noche), con lo que se calcula un volumen de 588 litros de consumo al día, más de medio metro cúbico, lo equivalente contenido en 2.94 m ³ de aire, pues la concentración de oxígeno 0 ₂ en la atmósfera es 21%.

Con la información anterior se estima que 4 personas presentes en una habitación de 5m x 5m x 3m sellada se terminarían el oxígeno en menos de 8 días. Sin embargo hay estándares como el de la Occupational Safety and Health Administration en EEUU que indican que una concentración menor de 19.5% significa una deficiencia de oxígeno, donde las personas disminuyen su rendimiento en tareas enérgicas y pudieran presentar síntomas como sensación de sofoco y leves mareos. Se estima entonces que transcurrido un día en la habitación sellada ya se encontraría el nivel de oxígeno a una concentración menor que la recomendada.

Existen individuos con distintos padecimientos como enfisema, sarcoidosis u obstrucción pulmonar crónica que requieren de una concentración mayor de 0 ₂ para lograr la captación correcta de este gas.

En la actualidad existen distintas soluciones ante la creciente necesidad de las personas (con o sin afecciones pulmonares), principalmente en ciudades grandes, de disponer de sesiones con oxigenoterapia como los bares de oxígeno, las cámaras hiperbáricas y concentradores de oxígeno domésticos, donde en la mayoría de los casos son expuestos a cortos periodos a una alta concentración de oxígeno (alrededor de 90%). Una solución propuesta a la problemática es la implementación de un sistema de concentración de oxígeno a un sistema de refrigeración mini-split. Con el complemento el aparato podrá lograr niveles óptimos de oxígeno de acuerdo a la necesidad de la(s) persona(s) que se encuentren en alguna habitación. Este aparato tendrá la capacidad de mantener la concentración común de oxígeno en el aire (21%) o incluso aumentarla si se tiene una prescripción médica; en caso de hacerse se deberían tomar medidas y adecuar la habitación con determinadas indicaciones contra incendios, pues los estándares manejan también que a partir de 23.5% de oxígeno ya se considera de riesgo para la aceleración de la combustión. Existen distintas técnicas para lograr la concentración de oxígeno en el aire como por criogenia, membrana y otras, pero la que más se adecúa a la necesidad de consumo doméstico y por lo tanto la que se utilizará en la invención es adsorción por cambios de presión (PSA por sus siglas en inglés).

El sistema concentrador de oxígeno aprovecha el calor liberado en el serpentín condensador del sistema de refrigeración para ayudar en la regeneración del tamiz molecular utilizado en la invención mediante un intercambiador de calor en la forma de serpentín mencionada.

DESCRIPIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Los detalles característicos de la presente invención se muestran claramente en la siguiente descripción, figuras y ejemplos y se incluyen a manera de ilustración, por lo que no deben ser considerados como limitativos para la presente invención.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1 es el diagrama de componentes y funcionamiento de un concentrador de oxígeno utilizado en la presente invención.

Figura 2 es el diagrama de los principales componentes del generador de ozono utilizado en la presente invención.

Figura 3 es un esquemático del funcionamiento del generador de ozono implementado en la invención.

Figura 4 es un esquemático del sistema de refrigeración utilizado por los aparatos mini-split convencionales. Figura 5 muestra el intercambiador de calor entre elementos del sistema de refrigeración y el de concentración de oxígeno.

Figura 6 es un esquemático del sistema de generación de ozono implementado en la recirculación de aire de un aparato de refrigeración mini-split.

Ejemplos

Ejemplo 1. Diseño preferente para la realización del concentrador de oxígeno

utilizado como componente de la presente invención.

En relación a las figuras anteriormente mencionadas, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para la realización del dispositivo concentrador de oxígeno, utilizado en la invención. El sistema incluye un compresor (1) conectado con, al menos, una columna de adsorción (4) a través de una columna de secado (2) y una electroválvula de tres vías (3). La columna de secado (2) utiliza gel de sílice para atrapar las moléculas de agua presentes en el aire inyectado por el compresor.

La electroválvula de tres vías (3) permitirá, al comienzo del proceso, el flujo de gas hacia la columna de adsorción y hacia fuera del sistema para que escape el 2 filtrado y dar cabida de comenzar de nuevo el proceso.

La columna de adsorción (4) contiene zeolita 5A en forma de pequeñas esferas con el propósito de atrapar el oxígeno del aire y permitir solamente el paso de gas con oxígeno en su mayoría. Está conectada con el tanque de almacenamiento de O2 (6) mediante una electroválvula de dos vías (5) que permite el flujo de aire sólo hacia el tanque de almacenamiento (6).

En la salida del aparato se encuentra una electroválvula de dos vías (7) que permite el flujo de salida del gas enriquecido con O2.

El controlador (8) monitorea la presión en la columna de adsorción (4) y en el tanque de almacenamiento (6) a través de los sensores de presión (SI y S2) para controlar el ciclo a través del accionamiento del compresor y electroválvulas (1, 3, 5, 7).

Se encuentra también un conducto (9) que hace contacto con al columna de adsorción (4) en forma helicoidal alrededor de dicha columna, aunque puede ser de otra forma, que transporta líquido caliente desde un serpentín intercambiador de calor (11). Este serpentín (11) absorbe el calor liberado por el sistema de refrigeración estando en contacto con el serpentín condensador (14). Esto se logra generando un flujo de líquido en sentido contrario al del gas refrigerante durante su paso por el serpentín condensador (14).

La corriente del líquido que calentará la columna de adsorción (4) a través del conducto helicoidal (9) será generada por una bomba (8) y será controlada también mediante la activación de una electroválvula (10) para asegurar el corte de flujo de líquido cuando no es necesario.

Ejemplo 2. Funcionamiento y procedimiento para lograr la concentración de

oxígeno en el aparato incluido en la invención. En relación a las figuras presentes en este documento, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para el funcionamiento del dispositivo concentrador de oxígeno, utilizado en invención. Al inicio del proceso el controlador activa el compresor (1) junto con la electroválvula (3) para comenzar a depositar aire, a través de la columna de secado (2), dentro de la columna de adsorción (4). Cuando el sensor (SI) detecta el nivel alto adecuado de presión se activa la electroválvula (5) para permitir el paso del gas enriquecido en oxígeno hacia el tanque de almacenamiento. Cuando el sensor (SI) detecta ahora el nivel bajo adecuado de presión se desactiva la electroválvula (5) y se cambia de posición la electroválvula (3) para permitir el escape del nitrógeno contenido en la columna (4).

Paralelamente a este último paso mencionado se activa la bomba (8) y la electroválvula (10) para comenzar a circular agua caliente desde el intercambiador de calor (11) hacia el conducto helicoidal (9) que hace contacto con la columna de adsorción (4), con el fin de mejorar la regeneración de la zeolita contenida dentro de dicha columna (4).

Pasado un tiempo determinado y cuando la presión dentro de la columna de adsorción (4) se iguala a la presión atmosférica se desactiva la bomba de agua caliente (8) y la electroválvula (10), además de cambiar la posición la electroválvula de tres vías (3) para que permita el flujo de nuevo sólo hacia la columna de adsorción (4) y comenzar de nuevo el proceso a través de la activación.

Como se describe, el proceso es semi continuo en el cual se va almacenando el producto enriquecido de oxígeno en el tanque de almacenamiento (6) para administrar al ambiente cuando sea necesario, a través de la activación de la electroválvula (7).

Ejemplo 3. Diseño preferente para la realización del generador de ozono

utilizado como componente de la presente invención.

En relación a las figuras anteriores, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para la realización del dispositivo generador de ozono, utilizado en la invención. El sistema incluye una fuente de voltaje alterno (31) conectado a un transformador (32) de tal manera que cumple el papel de intensificación, aumentando el voltaje y disminuyendo la corriente.

La salida del transformador está conectada a un par de electrodos en forma de placa (33 y 35), que puede ser rectangular u otro diseño, separados por un material dieléctrico (34), generalmente de vidrio u otro cerámico.

El sistema cuenta también con un abanico (36) que hace circular el aire entre las placas electrodos y a su vez cumple el papel de disipador del calor producido por la descarga de electrones en el medio entre los electrodos (33 y 35). Se indica en la figura 2 que los nodos (38) y (39) del cable conductor representan las conexiones al transformador (32), conectado a su vez a la fuente de voltaje alterno (31).

Ejemplo 4. Funcionamiento y procedimiento para lograr la generación de ozono

en el aparato incluido en la invención.

En relación a las figuras anteriormente mencionadas, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para el funcionamiento del dispositivo generador de ozono, utilizado en invención.

Al inicio del proceso el controlador (41) activa la fuente de voltaje alterno (31), así el transformador (32) aumenta, alrededor de 10 a 20 veces, el voltaje proporcionado y disminuye de la misma manera la corriente eléctrica.

Se activa el abanico (36) para hacer circular aire entre los electrodos (33 y 35). El aire que entra contiene moléculas de 0 ₂ . La alta tensión suministrada forma un campo eléctrico fuerte entre los electrodos (33 y 34), donde el dieléctrico (34) no permite la formación de arco eléctrico. Sí se produce una descarga de electrones desde las moléculas de 0 ₂ (37) hacia uno de los electrodos, resultando en la separación de moléculas de 0 ₂ . Al salir del dicho campo eléctrico se reacomodan para formar moléculas de 0 ₂ y O3.

La función del abanico (36) es también la de enfriamiento en los puntos críticos de calentamiento tanto del dieléctrico (34) como del electrodo (39) separado por aire. Ejemplo 5. Diseño preferente para la realización del sistema de refrigeración

utilizado como componente de la presente invención.

En relación a la figura 2, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para la realización del dispositivo de refrigeración, utilizado en la invención. El sistema incluye un compresor (13) que comprime un gas refrigerante, comúnmente el 407C.

El compresor (13) está conectado a un serpentín condensador (14) con disipador de calor (15) donde el refrigerante pierde calor y, al estar sometido a una alta presión, pasa a su estado líquido.

El conducto continúa en su trayecto hacia la habitación a enfriar donde se encuentra una válvula de expansión (16). Seguidamente dentro de la habitación el líquido pasa a un serpentín evaporador (17). Está presente un abanico que recircula el aire (18) a través de dicho serpentín para que las moléculas del aire de la habitación cedan calor al refrigerante y sea expandido hasta volver a su estado gaseoso.

Al salir el refrigerante del serpentín evaporador (17) en forma de gas vuelve al compresor (13) para dar inicio de nuevo al proceso.

Está presente un sensor de temperatura (S3) que envía señales al controlador para monitorizar el nivel de enfriamiento y determinar la capacidad de funcionamiento del compresor (13).

Ejemplo 6. Funcionamiento y procedimiento para el aparato de refrigeración

incluido en la invención.

El sistema de refrigeración comienza cuando el controlador activa el compresor (13), éste comprime el gas refrigerante para hacerlo pasar por el serpentín condensador (14) y, ayudado del disipador de calor (15), el gas se enfría hasta llegar a su estado líquido. Este líquido continúa por el conducto en su camino hacia la habitación a enfriar al pasar por la válvula de expansión (16). El efecto logrado es disminuir la presión del siguiente paso donde continúa por un serpentín evaporador (17).

El abanico (18) hace circular el aire de la habitación a través de dicho serpentín (17) para que el refrigerante gane calor del aire de la habitación y termine de pasar a su estado gaseoso.

El refrigerante, ahora en estado gaseoso, continúa su trayecto para ser aspirado de nuevo por el compresor (13) y ser comprimido en el nuevo ciclo.

De acuerdo a la señal enviada por el sensor de temperatura (S3) el controlador determinará la potencia de funcionamiento del compresor (13) para lograr el nivel de enfriamiento requerido.

Ejemplo 7. Funcionamiento y procedimiento para el intercambiador de calor entre el sistema de refrigeración y el sistema de concentración de oxígeno.

Respecto al intercambiador de calor mostrado en la figura 3, se muestra cómo se acoplan y hacen contacto los serpentines intercambiadores de calor (11 y 14).

La función del conducto (14) es ceder calor al agua recirculado por el conducto (11) mediante la técnica de crear flujos cruzados. Esto ayuda a que el gas refrigerante comprimido pase a su estado líquido más rápidamente.

A su vez, el agua calentada es bombeada, mediante la activación del dispositivo (8) y la electroválvula (10), hacia el conducto helicoidal (9) que hace contacto con la columna de adsorción (4). Al calentar la zeolita contenida en dicha columna (4) ayuda a lograr una regeneración completa de la zeolita durante la etapa de escape de nitrógeno.

Al terminar esta etapa se cierra la electroválvula (10) y desactiva la bomba (8) para que la columna de adsorción (4) deje de ganar calor para dar pie al nuevo ciclo de concentración de oxígeno.

En relación a las figuras incluidas en este documento, principalmente la figura 6, el presente ejemplo describe una de las modalidades preferentes para el funcionamiento de nuestra invención, consistente en la implementación de un dispositivo generador de ozono eri la salida del aire frío del sistema de refrigeración mini-split.

Se encontrarán uno o más pares de electrodos (33 y 35) separados por un dieléctrico (34), conectados cada uno al transformador (31), a su vez conectado a la fuente de voltaje alterno (31), mediante los nodos (38) y (39), tal como se explica en el ejemplo 1.

Estos dispositivos se colocarán junto ai serpentín evaporador (46) donde el abanico del mini- Split (47) presente dentro de la habitación, fungirá él papel de circulador de 0 ₂ y enfriador, como el abanico (36) de la figura 3, de esta manera el dispositivo generador de ozono funciona de una manera más efectiva. La fuente de voltaje alterno (31) será la misma que la utilizada por el aparato mini-split. El número de generadores de ozono colocados en la salida del sistema de refrigeración dependerá del nivel de ozono requerido en el ambiente.

El sensor (S12) monitorizará el nivel de ozono en el ambiente y, de acuerdo a los niveles indicados, el controlador (48) indicará la activación o desactivación de la fuente de voltaje alterno (31) para controlar el funcionamiento del dispositivo generador de ozono. Dicho generador de ozono no podrá funcionar si el abanico (46) recirculador del mini Split no esta en funcionamiento. Un sensor piro-eléctrico PIR (S13) detecta la presencia/ausencia de personas en la habitación. Un conducto de aire (20) que viene desde el exterior de la habitación se conecta al lado de baja presión de aire de recirculación de la unidad de evaporación para poder inyectar aire nuevo a la habitación. La cantidad de aire o flujo de aire inyectado a la habitación es regulado por una compuerta (21) operada por un pequeño motor (22) eléctrico controlado por el controlador (8). Cuando el sensor PIR (S13) detecta la presencia de personas manda una señal para que la compuerta (21) se abra y permita el flujo de aire nuevo a la habitación con el fin de compensar el oxigeno en el aire que se pierde con la generación de ozono y mantener niveles de oxigeno saludables en el área. Al mismo tiempo el temporizador (23) se inicia generando ciclos de encendido y apagado del generador de ozono para permitir una homogeneidad en el aire y evitar el olor típico característico emitido durante la producción. Cuando el sensor PIR (S13) no detecta personas (ausencia) la compuerta (21) se cierra dejando de introducir aire del exterior para así mejorar la eficiencia del enfriamiento del equipo de refrigeración y el generador de ozono se controla únicamente por el sensor (S12).