ES2346121B1 - DEALINIZING DEVICE FOR SELECTIVE MEMBRANES AND MAGNETIC FIELDS THAT DOES NOT USE ELECTRODES. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo desalinizador por membranas
selectivas y
campos magnéticos que no utiliza electrodos.Desalination device by selective membranes and
magnetic fields that does not use electrodes.
Dispositivo destinado a la desalinización de aguas salobres el cual realiza dicha función mediante la acción combinada de campos magnéticos generados en el interior del dispositivo y de membranas selectivas a iones, obteniendo así dos corrientes separadas de agua, una con baja concentración salina y otra de rechazo con alta concentración de sales. Se compone de un cuerpo exterior cilíndrico de hierro magnetizado (1), un cuerpo interior también cilíndrico del mismo material (2) y una cámara intermedia (3) donde se dispone una serie de membranas: selectivas a iones (6 y 7) dispuestas radialmente con respecto al eje común a todos los cuerpos, y puestas alternadamente de forma que cada membrana selectiva a los iones negativos (7) tiene a ambos lados una membrana selectiva a iones positivos (6). El campo magnético actúa sobre los iones en movimiento, generando fuerzas de Lorentz que los obliga a atravesar las membranas (6 y 7).Device intended for desalination of brackish water which performs this function through action combined of magnetic fields generated inside the device and ion selective membranes, thus obtaining two separate streams of water, one with low salt concentration and another rejection with high concentration of salts. It consists of a cylindrical outer body of magnetized iron (1), one body also cylindrical interior of the same material (2) and a chamber intermediate (3) where a series of membranes are arranged: selective to ions (6 and 7) arranged radially with respect to the common axis a all bodies, and placed alternately so that each Negative ion selective membrane (7) has on both sides a Selective positive ion membrane (6). The magnetic field acts on the moving ions, generating Lorentz forces that forces the membranes through (6 and 7).
Description
Dispositivo desalinizador por membranas selectivas y campos magnéticos que no utiliza electrodos.Membrane desalination device selective and magnetic fields that does not use electrodes.
La presente invención, como manifiesta el enunciado de esta memoria, se refiere a un dispositivo destinado a la desalinización de aguas salobres, el cual realiza dicha función mediante la acción combinada de campos magnéticos generados en el interior del dispositivo y de membranas selectivas a iones, obteniendo así un caudal de agua con baja concentración de iones salinos.The present invention, as stated by set forth herein, refers to a device intended for the desalination of brackish water, which performs this function through the combined action of magnetic fields generated in the inside the device and ion selective membranes, thus obtaining a water flow with low ion concentration saline
Este es un dispositivo que resuelve de manera satisfactoria la separación física de los iones disueltos en una disolución acuosa, de las moléculas de agua de dicha disolución. Está pensado, básicamente, para la desalinización de agua de mar.This is a device that solves so satisfactory physical separation of ions dissolved in a aqueous solution of the water molecules of said solution. It is basically designed for the desalination of water from sea.
Los antecedentes de dispositivos desalinizadores por membranas selectivas hacen referencia a máquinas o conjunto de elementos que producen la separación de los iones disueltos en una disolución acuosa, a partir de un potencial eléctrico entre dos electrodos conectados a una fuente de potencia externa, es decir, basados en la electrodiálisis. Nuestro dispositivo desalinizador no incorpora electrodos para generar dicho potencial. Por tanto no está basado en los conceptos existentes actualmente de electrodiálisis de agua salada.The background of desalination devices by selective membranes refer to machines or set of elements that produce the separation of ions dissolved in a aqueous solution, from an electrical potential between two electrodes connected to an external power source, that is, based on electrodialysis. Our desalination device does not incorporates electrodes to generate said potential. Therefore it is not based on currently existing electrodialysis concepts of saltwater.
La patente americana US2004/0262234 de un
aparato y método para la purificación de fluidos es quizá el invento
más cercano a nuestro dispositivo desalinizador por membranas
selectivas y campos magnéticos que no utiliza electrodos. Utiliza un
campo magnético rotativo y pilas de membranas selectivas a iones,
pero siguen existiendo, al menos, un canal rico en amones y otro
canal rico en cationes, que generan un potencial eléctrico. Esto no
ocurre en la patente que se
solicita.US patent US2004 / 0262234 of an apparatus and method for the purification of fluids is perhaps the closest invention to our desalination device by selective membranes and magnetic fields that does not use electrodes. It uses a rotating magnetic field and ion-selective membrane stacks, but there are still at least one channel rich in ammon and another channel rich in cations, which generate an electrical potential. This does not happen in the patent that
request.
Los titulares de la presente memoria ya
presentaron con anterioridad los modelos de utilidad con número de
publicación 1066215 (Dispositivo de desalación por campo magnético y
membranas selectivas a iones según su carga eléctrica) y 1067217
(Dispositivo de desalación por rotación de campo magnético y
membranas selectivas según su carga Eléctrica). En ambos documentos
se describen dispositivos que logran la desalación de parte de un
flujo de agua a partir de la disposición de un campo magnético,
obteniendo corrientes separadas de agua producto y de rechazo en
diferentes canales separados por membranas selectivas a iones, si
bien en ambos casos se lograba el objetivo propuesto mediante una
estructura de canales tal que existía un canal con exceso iones
positivos y otro canal con exceso de iones negativos (los canales de
los extremos) mientras los centrales permanecen neutros debido a que
se llenaban o vaciaban con el mismo número de iones positivos e
iones negativos. El canal del extremo que se llena de iones
positivos creaba un potencial positivo. El otro canal, del otro
extremo, que sólo se llena con iones negativos crea un potencial
negativo. De esta forma, la diferencia de potencial crea un campo
eléctrico perjudicial para el objetivo buscado, dado que las fuerzas
eléctricas creadas se oponen a las fuerzas del campo magnético,
inhibiendo el movimiento de los iones y dificultando por tanto su
estratificación en canales de diluido y concen-
trado.The holders of this report have previously presented the utility models with publication number 1066215 (Desalination device by magnetic field and ion selective membranes according to their electrical charge) and 1067217 (Desalination device by magnetic field rotation and selective membranes according to your electric charge). Both documents describe devices that achieve the desalination of part of a water flow from the disposition of a magnetic field, obtaining separate streams of product and rejection water in different channels separated by ion-selective membranes, although in both In these cases, the proposed objective was achieved by means of a channel structure such that there was a channel with excess positive ions and another channel with excess negative ions (the end channels) while the plants remain neutral because they were filled or emptied with it number of positive ions and negative ions. The end channel that is filled with positive ions created a positive potential. The other channel, from the other end, which is filled with only negative ions creates a negative potential. In this way, the potential difference creates an electric field that is detrimental to the desired objective, given that the electric forces created oppose the forces of the magnetic field, inhibiting the movement of ions and thus hindering their stratification in dilute channels and concen-
brought.
Por ese motivo, en los dispositivos descritos en dichos modelos de utilidad se hacía necesario el disponer de un par de electrodos que se comunican entre sí por un hilo conductor externo para conseguir que se pueda cerrar el circuito eléctrico. Al cerrarse dicho circuito, los potenciales provocan que aparezca un movimiento de electrones. Estos electrones a su vez provocan las reacciones redox en los extremos. Estas reacciones redox tienen como consecuencia que los canales de los extremos se neutralizan y desaparece (en gran medida, siempre existe un remanente que alimenta el movimiento de electrones) el potencial eléctrico en los extremos.For that reason, in the devices described in these utility models made it necessary to have a pair of electrodes that communicate with each other by a conducting wire external to ensure that the electrical circuit can be closed. To the closing said circuit, the potentials cause a electron movement These electrons in turn cause the redox reactions at the extremes. These redox reactions have as consequence that the end channels are neutralized and disappears (to a large extent, there is always a remnant that feeds the movement of electrons) the electrical potential in extremes
Mediante la especial configuración geométrica del dispositivo que se preconiza, en la que no hay canales extremos donde se generen potenciales, se consigue eliminar las fuerzas eléctricas que se contraponían a las fuerzas de Lorentz creadas sobre los iones por el campo magnético, de modo que el movimiento de iones puede seguir dándose sin necesidad de la incorporación de los electrodos y evitando ventajosamente la aparición de reacciones redox.Through the special geometric configuration of the device that is recommended, in which there are no extreme channels where potentials are generated, forces are eliminated electric that were opposed to the Lorentz forces created on the ions by the magnetic field, so that the movement of ions can continue to occur without the need to incorporate electrodes and advantageously avoiding the occurrence of reactions redox
Además, se consigue que la energía que en los dispositivos descritos en los modelos de utilidad se empleaba en la creación de un potencial eléctrico que generaba el movimiento de electrones, minimizando así el campo eléctrico, deje de ser necesaria dado que dicha energía se empleaba en la neutralización del potencial de los extremos pero no en el movimiento útil de los iones, lo que supone una importante disminución de los costes de operación del dispositivo y una considerable mejora en su rendimiento.In addition, you get that energy that in the devices described in the utility models were used in the creation of an electric potential that generated the movement of electrons, thus minimizing the electric field, stop being necessary since this energy was used in neutralization of the potential of the extremes but not in the useful movement of the ions, which represents a significant decrease in the costs of device operation and a considerable improvement in its performance.
Las membranas selectivas a iones que se emplean en la presente invención están presentes en el mercado desde hace tiempo y son de uso común en procesos de electrodiálisis, entre otros. Están formadas a partir de polímeros que contienen una determinada cantidad de iones en su interior, dependiendo su selectividad del tipo de ión contenido. Sin embargo, la especial disposición geométrica de una pluralidad de estas membranas dentro del dispositivo que se preconiza, y las ventajas derivadas de ésta disposición resultan desconocidas hasta la fecha en el estado de la técnica actual.The ion selective membranes that are used in the present invention are present in the market for time and are commonly used in electrodialysis processes, between others. They are formed from polymers that contain a certain amount of ions inside, depending on your selectivity of the type of content ion. However, the special geometric arrangement of a plurality of these membranes within of the device that is recommended, and the advantages derived from it provision are unknown to date in the state of the Current technique
Por tanto, no se conoce por parte de los titulares de la presente invención ningún dispositivo similar para la realización de labores citadas de desalinización de aguas, por lo que se hace evidente la novedad de la presente invención, que proporcionará cuantiosas ventajas a la industria relativa a desalación de aguas salobres para su aprovechamiento.Therefore, it is not known by the holders of the present invention no similar device for the performance of said water desalination works, so that the novelty of the present invention becomes evident, that will provide numerous advantages to the industry relative to desalination of brackish water for its use.
Se trata de un dispositivo que es capaz de desalinizar parte del caudal de agua salada que le entra. Por tanto el agua que entra en este dispositivo es convertido en dos efluentes diferentes. Un efluente con una concentración de sal muy pequeña y menor que en el caudal de entrada y otro con una concentración de sal mayor que el de entrada. El dispositivo se configura a partir de tres partes fundamentales, consistentes en un imán exterior, un imán interior y un cuerpo intermedio entre estos por donde se introducirá el caudal de agua a desalar y el cual se verá afectado por el campo magnético generado por sendos imanes. Estos tres elementos estarán montados de forma coaxial. De esta configuración se infiere un modo de realización óptimo a partir de cuerpos cilíndricos.It is a device that is capable of desalinate part of the salt water flow that enters it. So the water that enters this device is converted into two effluents different. An effluent with a very small salt concentration and less than in the inlet flow and another with a concentration of Salt greater than the input. The device is configured from three fundamental parts, consisting of an outer magnet, a magnet interior and an intermediate body between these where it will be introduced the water flow to be desalted and which will be affected by the field magnetic generated by two magnets. These three elements will be coaxially mounted. From this configuration a mode is inferred of optimum performance from cylindrical bodies.
Los imanes empleados para el presente dispositivo podrán ser tanto imanes permanentes como superconductores, siempre que cumplan la condición de generar un campo magnético cuyas líneas de campo, dentro del espacio entre ambos imanes, tengan sentido radial con respecto al eje del dispositivo.The magnets used for the present device may be both permanent magnets and superconductors, provided they meet the condition of generating a magnetic field whose field lines, within the space between both magnets, have radial direction with respect to the axis of the device.
El elemento intermedio dispuesto entre ambos imanes tendrá sección hueca, y en su interior se dispondrá un determinado número de membranas dispuestas asimismo en sentido radial, alternándose una membrana selectiva a iones positivos con otra a iones negativos, de forma tal que una membrana de un tipo estará siempre rodeada de dos membranas del tipo contrario. Del mismo modo, cada canal de este cuerpo intermedio dispondrá de una membrana selectiva a iones positivos a un lado, y otra selectiva a iones negativos al otro. Se logra mediante esta especial geometría el que no existan canales extremos donde se generen los potenciales eléctricos perjudiciales para el proceso.The intermediate element arranged between both magnets will have a hollow section, and inside there will be a certain number of membranes also arranged in the direction radial, alternating a selective membrane to positive ions with other to negative ions, such that a membrane of one type It will always be surrounded by two membranes of the opposite type. Of the similarly, each channel of this intermediate body will have a selective membrane to positive ions on one side, and another selective to Negative ions to the other. It is achieved through this special geometry that there are no extreme channels where potentials are generated electrical harmful to the process.
Este dispositivo se basa en las fuerzas de Lorentz generada cuando un fluido conductor atraviesa con cierta velocidad un campo magnético. Dicha fuerza produce un desplazamiento de los iones presentes en el fluido. Las membranas selectivas son las encargadas de crear canales de fluido diluido (producto) y canales de fluido concentrado (rechazo).This device is based on the forces of Lorentz generated when a conductive fluid crosses with certain Speed a magnetic field. This force produces a displacement of the ions present in the fluid. The selective membranes are those responsible for creating diluted fluid channels (product) and concentrated fluid channels (rejection).
El dispositivo desalinizador por membranas selectivas y campos magnéticos que no utiliza electrodos utiliza una geometría especial tanto en la disposición de los polos magnéticos como en la disposición de las membranas selectivas a iones según su carga de manera que se hace innecesaria la utilización de electrodos.The membrane desalination device selective and magnetic fields that does not use electrodes uses a special geometry both in the arrangement of the magnetic poles as in the arrangement of ion selective membranes according to their loading so that the use of electrodes
Debido a que las fuerzas de Lorentz actúan en una dirección en función de la carga del ión sobre el que actúan, éstos se verán obligados a pasar a través de las membranas selectivas, con el resultado de que se obtendrá alternadamente un canal de diluido en el cual los iones negativos han salido por a través de una membrana y los positivos a través de la membrana opuesta; y canales de concentrado, en el que han entrado por una membrana iones positivos y por otra iones negativos. Dado que en todos estos canales será igual el número de iones positivos y negativos que salgan o entren, éstos se mantendrán eléctricamente neutros, evitando la formación de potenciales eléctricos que perjudicarían el funcionamiento del dispositivo.Because Lorentz's forces act in an address depending on the charge of the ion on which they act, these will be forced to pass through the membranes selective, with the result that a dilute channel in which negative ions have exited by a through a membrane and the positives through the membrane opposite; and concentrate channels, in which they have entered through a membrane positive ions and other negative ions. Since in all these channels will be equal the number of positive ions and negatives that come out or enter, these will remain electrically neutral, avoiding the formation of electrical potentials that would impair the operation of the device.
El desarrollo de esta geometría y disposición modifica la electroquímica de funcionamiento de la desalinización típica por dispositivos de electrodiálisis. La nueva química de funcionamiento utiliza un consumo energético que se acerca mucho al mínimo consumo necesario desde el punto de vista termodinámico.The development of this geometry and layout modifies the electrochemical operation of desalination typical for electrodialysis devices. The new chemistry of operation uses an energy consumption that is very close to minimum consumption necessary from the thermodynamic point of view.
La geometría utilizada en este nuevo dispositivo permite que las cargas eléctricas en los canales de diluido y de concentrado siempre estén equilibradas por lo que no se crean potenciales eléctricos entre las celdas y por tanto no aparecen reacciones de reducción u oxidación ni circulación de una corriente eléctrica.The geometry used in this new device allows electrical charges in the dilution channels and of concentrated are always balanced so they are not created electrical potentials between the cells and therefore do not appear reduction or oxidation reactions or circulation of a current electric
Para complementar la descripción que se está realizando, y con objeto de facilitar una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria como parte integrante de la misma, unos dibujos realizados con carácter ilustrativo y no limitativo, que a continuación se procede a describir:To complement the description that is being performing, and in order to facilitate a better understanding of the characteristics of the invention, is attached herein as an integral part of it, some drawings made with illustrative and non-limiting nature, which follows to describe:
La figura 1 muestra la forma geométrica de los polos magnéticos así como su posición relativa dentro del dispositivo.Figure 1 shows the geometric shape of the magnetic poles as well as their relative position within the device.
La figura 2 muestra la cámara de membranas, pudiendo observarse la disposición de éstas con respecto a las paredes del tubo de modo que conforman los canales por donde discurrirá el agua a desalar y las corrientes de diluido y concentrado obtenidas. Tanto en esta figura como en las siguientes, se ha representado un número limitado de membranas con objeto de facilitar la compresión del dispositivo.Figure 2 shows the membrane chamber, being able to observe their disposition with respect to the tube walls so that they form the channels where the water to desalinate and the dilute streams will run and concentrate obtained. Both in this figure and in the following ones, a limited number of membranes has been represented in order to facilitate the compression of the device.
La figura 3 muestra en alzado frontal el dispositivo con sus componentes montados, donde se puede además observar el movimiento que realizan los iones al verse afectados por el campo magnético producido, atravesando las membranas selectivas y creando así canales de diluido y de concentrado.Figure 3 shows in front elevation the device with its components mounted, where you can also observe the movement that the ions make when they are affected by the magnetic field produced, crossing the selective membranes and thus creating dilute and concentrate channels.
La figura 4 muestra en perspectiva el dispositivo una vez montado.Figure 4 shows in perspective the device once mounted.
La figura 5 muestra en sección longitudinal el dispositivo, habiéndose representado con líneas de trazo y punto las líneas del campo magnético generado en el interior del dispositivo y con flechas la dirección del flujo de agua, efectos que combinados producen el movimiento sobre los iones representado en la figura anterior.Figure 5 shows in longitudinal section the device, having been represented with dashed and dotted lines lines of the magnetic field generated inside the device and with arrows the direction of water flow, effects that combined produce the movement on the ions represented in the figure previous.
Se describe a continuación una forma preferente de realización del dispositivo objeto de la presente memoria sin limitación en cuanto a su constitución formal ó pequeñas variantes que carezcan de importancia en cuanto a la modificación de su función principal.A preferred form is described below. of realization of the device object of the present memory without limitation as to its formal constitution or small variants unimportant in terms of modifying their principal function.
El dispositivo desalinizador por membranas selectivas y campos magnéticos que no utiliza electrodos puede ser construido siguiendo la siguiente exposición.The membrane desalination device selective and magnetic fields that does not use electrodes can be Built following the following exhibition.
Los campos magnéticos pueden ser generados por imanes permanentes o por imanes superconductores. Para esta forma constructiva se hace referencia a imanes permanentes.Magnetic fields can be generated by permanent magnets or by superconducting magnets. For this form constructive reference is made to permanent magnets.
El cilindro de mayor diámetro exterior (1) está hecho de hierro magnetizado de tal forma que en la zona del diámetro interior está el polo norte y en la zona del diámetro exterior está el polo sur. El diámetro exterior de este tubo formado por hierro magnetizado es de cien centímetros y el diámetro interior es de noventa centímetros.The cylinder with the largest outside diameter (1) is made of magnetized iron in such a way that in the area of the diameter inside is the north pole and in the area of the outside diameter is the South Pole. The outer diameter of this tube formed by iron magnetized is one hundred centimeters and the inside diameter is Ninety centimeters.
El cilindro de menor diámetro (2) exterior está hecho de hierro magnetizado de tal forma que en el diámetro interior está el polo norte y en el diámetro exterior está el polo sur. El diámetro exterior de este tubo es de cuarenta centímetros y el diámetro interior es de treinta centímetros.The cylinder of smaller diameter (2) outside is made of magnetized iron so that inside diameter is the north pole and in the outer diameter is the south pole. He outer diameter of this tube is forty centimeters and the inside diameter is thirty centimeters.
El tubo intermedio (3) tiene unas dimensiones de diámetro exterior de ochenta y cinco centímetros y un diámetro interior de cuarenta y cinco centímetros. La sección que hay entre el diámetro interior y exterior no es uniforme y maciza, sino que se descompone de la siguiente forma.The intermediate tube (3) has dimensions of outer diameter of eighty-five centimeters and a diameter interior of forty-five centimeters. The section between the inner and outer diameter is not uniform and solid, but rather decomposes as follows.
La sección es hueca, la pared en el diámetro exterior tiene un espesor de 5 milímetros al igual que la pared del diámetro interior. Ambas paredes son de polietileno de alta densidad.The section is hollow, the wall in diameter exterior has a thickness of 5 millimeters just like the wall of the inside diameter. Both walls are high polyethylene density.
La pared exterior (4) y la pared interior (5) están unidas por unas membranas dispuestas en forma radial de tal forma que cada membrana (6 y 7) va desde la pared del diámetro interior al diámetro exterior. Las membranas están dispuestas de forma que se alternan membranas selectivas a iones positivos (6) con membranas selectivas a iones negativos (7); y colocadas de forma paralela al eje del tubo por lo que los espacios que quedan entre membrana y membrana, denominados canales (8), son sectores circulares. Es por el interior de estos canales (8) por los que ha de transcurrir el agua salada. Los canales de diluido están alternados con los canales de concentrado al igual que las membranas selectivas a iones negativos (7) están alternadas con las membranas selectivas a iones positivos (6).The outer wall (4) and the inner wall (5) they are joined by radially arranged membranes of such so that each membrane (6 and 7) goes from the diameter wall inside to outside diameter. The membranes are arranged so that selective membranes alternate with positive ions (6) with negative ion selective membranes (7); and placed so parallel to the axis of the tube so the spaces that remain between membrane and membrane, called channels (8), are sectors Circular It is through the interior of these channels (8) that of salt water running out. The dilute channels are alternated with the concentrate channels just like the membranes negative ion selective (7) are alternated with the membranes positive ion selective (6).
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.Describe sufficiently the nature of the The present invention, as well as how to implement it, is it states that within its essentiality, it may be taken to the practice in other embodiments that differ in detail from the one indicated by way of example, and which will also reach the protection that is collected as long as it is not altered, changed or Modify your fundamental principle.
Claims (1)
Priority Applications (5)
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