ES2865063T3

ES2865063T3 - Dispositivo de electrodiálisis

Info

Publication number: ES2865063T3
Application number: ES19172557T
Authority: ES
Inventors: George Brik; Yousef Yousef
Original assignee: Hydro Volta
Current assignee: Hydro Volta
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2039-05-03
Also published as: EP3566764B1; EP3566764A1

Abstract

Módulo de electrodiálisis (001) que comprende: - al menos una primera cámara (110) y una segunda cámara (120), en donde cada cámara (110, 120) comprende un par de electrodos planos (211, 221, 212, 222) que comprenden un cátodo plano (211, 221) y un ánodo plano (212, 222), paralelos entre sí y separados por un paquete de membranas (310, 320), y en donde cada cámara (110, 120) tiene un plano medio paralelo a los planos de dichos electrodos planos (211, 221, 212, 222), - una entrada (401), una primera salida (501), una segunda salida (502), en donde dicha entrada está en comunicación de fluidos con cada una de dichas cámaras (110, 120), y dicha primera salida (501) y dicha segunda salida (502) están cada una en comunicación de fluidos con cada una de dichas cámaras (110, 120); y en donde dicha entrada (401) se configura para introducir líquido crudo en dichas cámaras (110, 120), dicha primera salida (501) se configura para eliminar líquido diluido de dichas cámaras (110, 120) y dicha segunda salida (502) se configura para eliminar líquido concentrado de dichas cámaras (110, 120), y - al menos tres transductores ultrasónicos planos (601, 602, 603); en donde dicho módulo de electrodiálisis (001) comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada (401) hacia la primera y segunda salidas (501, 502), un primer transductor (601), dicha primera cámara (110), un segundo transductor (602), dicha segunda cámara (120) y el tercer transductor (603); dichos transductores (601, 602, 603) y los planos medios de dichas cámaras (110, 120) se disponen paralelos entre sí.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de electrodiálisis

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo del tratamiento de líquidos, especialmente al tratamiento de líquidos acuosos. En particular, la invención se refiere a un dispositivo de electrodiálisis para su uso en la eliminación de iones de un líquido como un líquido acuoso.

Antecedentes de la invención

Los líquidos que contienen grandes cantidades de especies disueltas, como los iones salinos, son indeseables para algunas aplicaciones. Los usos industriales o domésticos del agua pueden requerir una dureza limitada o específica del agua: por ejemplo, los tubos pueden estar sucios o bloqueados por depósitos causados por un contenido excesivo de iones, y la cantidad de detergente para la ropa que se debe usar se tiene que ajustar con la dureza del agua.

La electrodiálisis es una tecnología que permite el transporte de iones de un flujo de líquido a otro bajo la influencia de una diferencia de potencial eléctrico aplicada. Por lo tanto, se puede usar para eliminar iones de un líquido crudo (por ejemplo, agua dura) con el fin de purificar este líquido (por ejemplo, reducir su dureza). Se diferencia de otras técnicas de purificación (por ejemplo, filtración por membrana o la ósmosis) en que los iones se alejan del líquido tratado en lugar de inmovilizarse en una parte específica del dispositivo de purificación (por ejemplo, una membrana de filtración). Con referencia al contenido de iones, el líquido purificado se denomina "diluido", mientras que el líquido que almacena los iones se denomina "concentrado".

Un dispositivo de electrodiálisis comprende un ánodo y un cátodo, este par de electrodos se usan para aplicar una diferencia de potencial eléctrico sobre el líquido que circula entre las membranas de intercambio iónico, de modo que los iones se mueven desde el diluido y se desplazan al concentrado como se muestra en el diagrama de la Figura 1. Los dispositivos de electrodiálisis a pequeña escala pueden comprender solo un par de membranas de intercambio aniónico y catiónico, pero los sistemas a escala industrial usan bloques de membranas (o "paquetes de membranas") que consiste de alternar membranas de intercambio aniónico y catiónico para mejorar el rendimiento del proceso de electrodiálisis. Debido a que la cantidad de iones en el líquido crudo es generalmente mucho menor que la cantidad de solvente, la electrodiálisis generalmente ofrece una mayor recuperación de la alimentación. Se usa en muchas aplicaciones, como la desalinización de agua de mar y la producción de sal, la producción de agua potable, la desmineralización y la predesmineralización, el procesamiento de alimentos, etc.

Sin embargo, la electrodiálisis adolece de limitaciones específicas, especialmente en lo que respecta a la incrustación y la transferencia lenta de iones. La incrustación puede consistir especialmente en la formación de costras (causadas por depósitos inorgánicos como las sales) y/o (bio)incrustación causada por material orgánico como grandes moléculas orgánicas u organismos vivos (por ejemplo, algas). Requiere agentes químicos para eliminar la incrustación, lo que puede disminuir la eficiencia de las membranas de intercambio iónico y aumentar su consumo de energía. La lenta transferencia de iones se debe a la insuficiente mezcla laminar dentro de los canales separadores de diluido y concentrado, causada por el limitado volumen entre las membranas. Esto se puede contrarrestar aumentando el área superficial de la membrana, pero esto también aumenta el costo de capital y, por lo tanto, el costo total del tratamiento.

Los transductores ultrasónicos se usan comúnmente como elementos de mezcla o dispositivos de agitación, porque los ultrasonidos pueden facilitar la disolución de material sólido en un líquido y/o generar un flujo interno en un líquido. El CN 102476031 describe que los ultrasonidos se podrían usar en un sistema de electrodiálisis mediante la aplicación de ultrasonidos dentro de los compartimientos de diluido y concentrado por medio de un transductor ultrasónico externo; para evitar la contaminación de las membranas de intercambio iónico. Sin embargo, los sistemas existentes como el descrito en CN 102476031 no son apropiados para uso industrial a mediana y gran escala, porque el número de membranas de intercambio iónico requeridas en dispositivos industriales aumenta el grosor del bloque de membrana y por lo tanto perturba el efecto de los ultrasonidos. La distancia entre el transductor ultrasónico externo que emite ultrasonidos y el líquido que se va a mezclar dentro de las membranas internas de intercambio iónico aumenta, y la cantidad de material que deben atravesar los ultrasonidos también aumenta, de modo que ocurre un desplazamiento de la frecuencia y/o la atenuación (disminuye la intensidad de la energía). Por tanto, la eficiencia de la mezcla y/o limpieza por ultrasonidos disminuye inversamente con el tamaño del sistema de electrodiálisis. Por lo tanto, se necesita una mayor potencia y/o una mayor frecuencia de ultrasonido para lograr el mismo resultado. Sin embargo, aumentar la potencia o usar altas frecuencias daña y/o reduce la vida útil de la membrana de electrodiálisis y el transductor ultrasónico, por lo tanto, aumentan los costos de fabricación. El uso de alta potencia también aumenta los costos de funcionamiento. Además, el usar un transductor ultrasónico como se describe en CN 102476031 da como resultado una distribución no homogénea de los ultrasonidos por todo el dispositivo de electrodiálisis, de modo que la eficiencia de la mezcla es limitada. Además, pueden ocurrir daños en el material, especialmente picaduras en el recubrimiento de los electrodos y el desgaste prematuro del bloque de la membrana.

El solicitante llevó a cabo una investigación en profundidad y concibió un novedoso módulo de electrodiálisis que supera la limitación de los dispositivos de la técnica anterior y un integrado para usar en dicho módulo de electrodiálisis.

Resumen

Esta invención se refiere a un módulo de electrodiálisis que comprende:

- al menos una primera cámara y una segunda cámara,

en donde cada cámara comprende un par de electrodos planos que comprenden un cátodo plano y un ánodo plano, paralelos entre sí y separados por un paquete de membranas, y en donde cada cámara tiene un plano medio paralelo a los planos de los electrodos planos,

- una entrada, una primera salida, una segunda salida,

en donde la entrada está en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras, y la primera salida y la segunda salida están cada una en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras; y en donde la entrada se configura para para introducir líquido crudo en las cámaras, la primera salida se configura para eliminar el líquido diluido de las cámaras y la segunda salida se configura para eliminar el líquido concentrado de las cámaras, y

- al menos tres transductores ultrasónicos planos;

en donde el módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor, la primera cámara, un segundo transductor, la segunda cámara y el tercer transductor; los transductores y los planos medios de las cámaras pueden disponerse paralelos entre sí.

De acuerdo con una modalidad, el módulo de electrodiálisis comprende una tercera cámara y un cuarto transductor ultrasónico plano; en donde el módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor, la primera cámara, un segundo transductor, la segunda cámara, un tercer transductor, la tercera cámara y el cuarto transductor; los transductores y los planos medios de las cámaras pueden disponerse paralelos entre sí.

De acuerdo con una modalidad, el módulo de electrodiálisis comprende una o más cámaras adicionales y el mismo número de transductores ultrasónicos planos adicionales; en donde el módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor antes de la primera cámara, cada una de las cámaras seguidas por uno de los transductores, el transductor se puede ubicar entre dos de las cámaras, y el último transductor después de la última cámara; los transductores y los planos medios de las cámaras pueden disponerse paralelos entre sí.

De acuerdo con una modalidad, el módulo de electrodiálisis comprende un cuarto transductor ultrasónico; caracterizado porque el módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor, la primera cámara, un segundo transductor, un tercer transductor, la segunda cámara y el cuarto transductor; los transductores y los planos medios de las cámaras pueden disponerse paralelos entre sí.

De acuerdo con una modalidad, el módulo de electrodiálisis comprende una o más cámaras adicionales y dos transductores ultrasónicos adicionales por cámara adicional; en donde el módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor antes de la primera cámara, cada una de las cámaras seguidas por dos de los transductores, los dos transductores se pueden ubicar entre dos de las cámaras, y el último transductor después de la última cámara; los transductores y los planos medios de las cámaras pueden disponerse paralelos entre sí.

De acuerdo con una modalidad, el módulo de electrodiálisis comprende, los dos transductores que se ubican entre dos de las cámaras se separan por un material aislante plano de ultrasonidos, el material y los transductores pueden disponerse paralelos entre sí; y en donde el área de las caras del material es igual o superior al área de las caras de cada uno de los dos transductores.

De acuerdo con una modalidad, cada transductor se acopla con los electrodos adyacentes por medios de acoplamiento.

De acuerdo con una modalidad, los transductores se configuran para emitir en multifrecuencia. En una modalidad, al menos dos de los transductores se configuran para emitir en diferentes programas de multifrecuencia, siendo los transductores adyacentes a diferentes cámaras.

Esta invención también se refiere a un sistema que comprende dos o más módulos de electrodiálisis de acuerdo con la invención.

Esta invención también se refiere a un ensamble plano para un módulo de electrodiálisis de acuerdo con la invención, que comprende un transductor ultrasónico plano y un par de electrodos planos configurado cada uno para cooperar con un paquete de membrana, en donde el ensamble plano comprende sucesivamente un electrodo, el transductor, y el otro electrodo; y en donde el transductor se acopla con los electrodos por medios de acoplamiento.

De acuerdo con una modalidad, los medios de acoplamiento son medios adhesivos, preferentemente pegamento como un adhesivo metálico. En una modalidad, los medios adhesivos son un adhesivo metálico.

De acuerdo con una modalidad, el área superficial de las caras del transductor es igual o superior al área superficial de las caras de los electrodos.

De acuerdo con una modalidad, cada uno de los electrodos consiste independientemente de: una base que comprende un metal seleccionado entre acero inoxidable, titanio, grafito, carbono, níquel, platino y sus combinaciones; y un recubrimiento que comprende un metal seleccionado entre platino, rutenio, óxidos metálicos mixtos, grafito, carbono y sus combinaciones.

Definiciones

En la presente invención, los siguientes términos tienen los siguientes significados:

- "Líquido acuoso" se refiere a un líquido que comprende agua molecular (H2O) en una cantidad de al menos 75 % en peso, preferentemente al menos 90 % en peso, con mayor preferencia al menos 99 % en peso, aún con mayor preferencia al menos 99,9 % en peso, aún con mayor preferencia al menos 99,99 % en peso. Un ejemplo de líquido acuoso es una solución acuosa.

- "Par de celdas" se refiere a un constituyente elemental de una pila de electrodiálisis que consiste de un conjunto de membrana(s) de intercambio aniónico, membrana(s) de intercambio catiónico y/o membrana(s) de intercambio bipolar, opcionalmente junto con separadores y/o juntas. Un par de celdas puede referirse, por ejemplo, a un parque consiste de una membrana de intercambio catiónico y una membrana de intercambio aniónico que se configuran en paralelo. El par de celdas también se refiere a las disposiciones de compartimientos múltiples de membranas de intercambio iónico, por ejemplo, las conocidas como "celdas trillizas" o "celdas cuatrillizas". Un artesano experto conoce varios tipos de pares de celdas. En los módulos industriales de electrodiálisis, en lugar de usar pares de celdas individuales, se ensambla una pluralidad de pares de celdas para formar un "bloque de membrana".

- "Líquido concentrado", "concentrado" y "salmuera" son sinónimos y se refieren a un líquido obtenido de un líquido crudo que se ha tratado por un dispositivo o por un método de acuerdo con la invención, en donde el contenido de iones es mayor que en líquido el crudo. En la invención, el líquido concentrado puede comprender agua (H2O). En modalidades preferidas de la invención, el líquido concentrado es un líquido acuoso. La abreviatura de líquido concentrado es "CL" por sus siglas en inglés.

- "Líquido diluido" o "diluido" son sinónimos y se refieren a un líquido obtenido a partir de un líquido crudo que se ha tratado por un dispositivo o por un método de acuerdo con la invención, en donde el contenido de iones es menor que en el líquido crudo. En la invención, el líquido tratado puede comprender agua (H2O). En modalidades preferidas de la invención, el líquido tratado es un líquido acuoso. La abreviatura de líquido diluido es "DL" por sus siglas en inglés.

- "Contacto físico directo" se refiere a una característica estructural de dos objetos acoplados. Los objetos en contacto físico directo están en contacto físico o separados físicamente solo por sus medios de acoplamiento. Por ejemplo, dos objetos acoplados entre sí por pegamento están en contacto físico directo, aunque se pueden separar físicamente por una capa de pegamento.

- "Electrodiálisis" se refiere a una técnica que se usa para transportar iones salinos desde un líquido a través de membranas de intercambio iónico a otro líquido bajo la influencia de una diferencia de potencial eléctrico aplicada. Un artesano experto conoce varios tipos y modalidades de técnicas de electrodiálisis.

- "Electrodo" se refiere a un conductor eléctrico usado para hacer contacto entre un circuito eléctrico y un líquido (electrolito) en una celda electroquímica, por ejemplo, un módulo de electrodiálisis. Un electrodo es un "ánodo" o un "cátodo": el ánodo es el electrodo en el que los electrones abandonan la celda y ocurre la oxidación (indicado por un símbolo más, "+"), y el cátodo es el electrodo en el que los electrones entran a la celda y ocurre la reducción (indicado por un símbolo menos,"-"). La definición de un electrodo como el ánodo o el cátodo depende de la dirección de la corriente eléctrica a través de la celda. Un artesano experto conoce varios tipos de electrodos.

- "Frecuencia" se refiere a la frecuencia de ultrasonidos emitida por uno o más transductores ultrasónicos dentro de un dispositivo de electrodiálisis, expresada en hercios (Hz) o s-1. "Alta frecuencia" significa una frecuencia que va desde 100 kHz a 2 MHz y baja frecuencia", significa una frecuencia que va desde 20 kHz a 60 kHz.

- "Dureza" se refiere a la cantidad de iones disueltos en el agua. Por lo general, se informa como una cantidad equivalente de carbonato de calcio (CaCO3), por ejemplo, en miligramos por litro (mg/L). Las sales de calcio y magnesio disueltas en el agua son las sales más frecuentes que se encuentran presentes en el agua, junto con compuestos más raros como las sales de hierro, estroncio y manganeso. El agua más abajo de 60 mg/L de carbonato de calcio, se clasifica típicamente como "blanda"; entre 61 y 120 mg/L como "moderadamente dura"; entre 121 mg/L y 180 mg/L como "dura"; y por encima de 180 mg/L como "muy dura".

- "Aislante de ultrasonidos" se refiere a una propiedad de un material que reduce la intensidad de los ultrasonidos que pasan a través del material en al menos un 50 %, preferentemente al menos un 75 %, con mayor preferencia al menos un 90 %. Preferentemente, un material aislante de ultrasonidos evita el paso de ultrasonidos a través del material, es decir, reduce los ultrasonidos a un nivel que no es detectable por métodos de medición comunes en la técnica.

- "Plano" se refiere a una propiedad de un objeto que comprende dos superficies lisas paralelas ("caras") cerradas por una superficie estrecha ("lado") en su límite físico común ("periferia"), como por ejemplo una lámina o una placa. Un objeto plano puede tener varias formas de caras, como por ejemplo caras con forma octagonal, rectangular, cuadrada o de disco. Las características físicas que se pueden asociar con un objeto plano incluyen la distancia entre sus caras ("grosor"), la longitud de su periferia ("perímetro"), la dimensión de sus caras ("área"). Un objeto plano tiene un grosor sustancialmente menor que cada una de las dimensiones de sus caras, por ejemplo, un objeto plano cuyas caras tienen formas cuadradas puede tener una longitud lateral mayor o igual a 5 veces su grosor, preferentemente 10 veces menor; y un objeto plano cuyas caras tienen forma de disco puede tener un diámetro mayor o igual a 5 veces su grosor, preferentemente 10 veces su grosor.

- "Potencia" se refiere, a menos que se indique de cualquier otra manera, a la energía eléctrica, es decir, la velocidad, por unidad de tiempo, a la que la energía eléctrica se transfiere por un circuito eléctrico, expresada en watts (W o J.s-1) que se proporciona a un dispositivo de electrodiálisis o sistema, o a una parte de dicho dispositivo o sistema.

- "Líquido crudo" se refiere a un líquido que comprende iones solubilizados y susceptible a ser tratado por un dispositivo o por un método de acuerdo con la invención. En la invención, el líquido crudo puede comprender agua (H2O). En modalidades preferidas de la invención, el líquido crudo es un líquido acuoso. La abreviatura de líquido crudo es "RL" por sus siglas en inglés.

- "Bloque de membrana" o "paquete de membrana" son sinónimos y se refieren a un bloque de membrana de electrodiálisis, es decir, la parte de una celda de electrodiálisis en donde los iones se separan por membranas de intercambio iónico bajo la influencia de la diferencia de potencial eléctrico aplicada por los electrodos. Un bloque de membrana comprende al menos un par de celdas, preferentemente al menos 5 pares de celdas, con mayor preferencia al menos 10 pares de celdas. Un bloque de membrana puede comprender típicamente de 20 a 300 pares de celdas, preferentemente de 20 a 600 pares de celdas, por ejemplo, de 50 a 600 pares de celdas. Un artesano experto conoce varios tipos de bloques de membrana.

- "Transductor" o "transductor ultrasónico" son sinónimos y se refieren a un dispositivo que convierte señales eléctricas en ultrasonidos ("transmisor"), que convierte los ultrasonidos en señales eléctricas ("receptor"), o que puede emitir y convertir señales eléctricas y ultrasonidos ("transceptor"). A menos que se indique de cualquier otra manera, en el contexto de la invención, un transductor es un transmisor o un transceptor. Las señales eléctricas son típicamente voltaje de CA. En la invención, "un transductor" o "un transductor" también se puede referir a una pluralidad de transductores individuales que tienen la misma configuración, que se asocian y funcionan juntos como un solo transductor. Por ejemplo, un transductor puede ser una placa que comprende una pluralidad de transductores individuales.

- "Tratamiento" se refiere a un proceso para aumentar o disminuir, por medio de electrodiálisis, el contenido de iones de un líquido crudo (RL) para obtener un concentrado (CL) y/o un diluido (DL).

Descripción detallada

La siguiente descripción detallada, se entenderá mejor si se lee junto con las figuras anexas. Con el propósito de ilustrar, el dispositivo se muestra en las modalidades preferidas. Sin embargo, se debe entender que la invención no se limita a las disposiciones, estructuras, características, modalidades y aspectos precisos que se muestran. Las figuras no están dibujadas a escala y no pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones a las modalidades representadas. En consecuencia, debe entenderse que cuando las características mencionadas en las reivindicaciones adjuntas van seguidas de signos de referencia, dichos signos se incluyen únicamente con el propósito de mejorar la inteligibilidad de las reivindicaciones y de ninguna manera limitan el alcance de las reivindicaciones.

Sin vincular la invención con ninguna teoría, el diagrama de la Figura 2 muestra el principio general de funcionamiento de una de las cámaras de un módulo de electrodiálisis de acuerdo con la invención, que comprende transductores ultrasónicos que emiten ultrasonidos que circulan por todo el bloque de membranas, mejorando la limpieza y/o mezcla dentro del bloque de membrana y, de esta manera, la eficiencia del proceso de electrodiálisis en el dispositivo de electrodiálisis.

Esta invención se refiere a un módulo de electrodiálisis que es un dispositivo de electrodiálisis que comprende:

- al menos una primera cámara y una segunda cámara,

- una entrada, una primera salida, una segunda salida, y

- al menos tres transductores ultrasónicos.

Cada cámara comprende un par de electrodos que comprenden un cátodo y un ánodo separados por un bloque de membrana. La entrada está en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras, y la primera salida y la segunda salida están cada una en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras.

El dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor, la primera cámara, un segundo transductor, la segunda cámara y el tercer transductor, se disponen paralelos entre sí.

Debido a esta configuración del dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención, los ultrasonidos se emiten tanto desde los extremos del módulo como desde el exterior del módulo de modo que, por ejemplo:

- se optimiza la calidad de la limpieza y/o mezcla por ultrasonidos,

- se minimiza el consumo de energía, y/o

- se evitan los daños al material o el desgaste prematuro de los componentes del módulo,

cualquiera que sea el tamaño del bloque de la membrana de intercambio iónico.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de electrodiálisis comprende una tercera cámara y un cuarto transductor ultrasónico; y el dispositivo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor, la primera cámara, un segundo transductor, la segunda cámara, un tercer transductor, la tercera cámara y el cuarto transductor se disponen paralelos entre sí. Un ejemplo de esta disposición se muestra en la Figura 9.

De acuerdo con una modalidad el dispositivo de electrodiálisis comprende una o más cámaras adicionales y el mismo número de transductores ultrasónicos adicionales; y comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor antes de la primera cámara, cada una de las cámaras seguida por uno de los transductores, el transductor se puede ubicar entre dos de las cámaras, y el último transductor después de la última cámara; se disponen paralelos entre sí. En esta modalidad, el dispositivo de electrodiálisis comprende un número de cámaras "Ni" y comprende transductores ultrasónicos Ni 1.

El dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención es ventajoso porque la presencia de los transductores ultrasónicos en el interior del módulo y su disposición paralela hace que la localización y la intensidad de los ultrasonidos se distribuyan homogéneamente por todas las cámaras y en el líquido tratado; de modo que se mejora la limpieza de los bloques de membrana y/o la mezcla del líquido en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los ultrasonidos proceden únicamente de los extremos del módulo.

El dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención también es ventajoso porque la disposición en serie de los transductores ultrasónicos en el módulo y su disposición paralela requieren menos entrada de energía para emitir la misma cantidad de ultrasonidos en las cámaras; de modo que el consumo de energía se minimiza en comparación, por ejemplo, con módulos de la técnica anterior en donde los transductores ultrasónicos no se disponen en serie o no se disponen en paralelo entre sí y/o con las cámaras.

El dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención también es ventajoso porque la disposición en serie de los transductores ultrasónicos en el módulo y su disposición paralela hace que la localización y la intensidad de los ultrasonidos se distribuya homogéneamente por todo el dispositivo de electrodiálisis, especialmente en los bloques de membrana y en los electrodos; de modo que se limitan o evitan los daños al material o el desgaste prematuro de los componentes del módulo en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior, en donde los transductores ultrasónicos no se disponen en serie o no se disponen en paralelo entre sí y/o con las cámaras.

El módulo de acuerdo con la invención también es ventajoso en lo que respecta a la estandarización de los sistemas de electrodiálisis porque permite usar la misma potencia y la misma frecuencia de ultrasonidos para una serie de módulos alineados dentro de un aparato de electrodiálisis.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de electrodiálisis comprende un cuarto transductor ultrasónico; y el dispositivo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor, la primera cámara, un segundo transductor, un tercer transductor, la segunda cámara y el cuarto transductor se dispone en paralelo entre sí. Un ejemplo de esta disposición se muestra en la Figura 10.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de electrodiálisis comprende cuatro transductores ultrasónicos, una o más cámaras adicionales y dos transductores ultrasónicos por cámara adicional; y comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor antes de la primera cámara, cada una de las cámaras seguida por dos de los transductores, los dos transductores se pueden ubicar entre dos de las cámaras, y el último transductor después de la última cámara; se dispone en paralelo entre sí. En esta modalidad, el dispositivo de electrodiálisis comprende un número "N2" de cámaras y comprende transductores ultrasónicos 2N2.

Esta modalidad es ventajosa porque se pueden enviar diferentes ultrasonidos desde el comienzo de la longitud de trayectoria y al final de la longitud de trayectoria del flujo.

En una modalidad, los dos transductores que se ubican entre dos de las cámaras están separados por un material aislante de ultrasonidos, los dos transductores y el material aislante de ultrasonidos pueden disponerse paralelos entre sí, y el área de las caras del material aislante de ultrasonidos es igual o superior al área de las caras de cada uno de los dos transductores. En una modalidad específica, el material aislante de ultrasonidos es plano. Un ejemplo de esta disposición se muestra en la Figura 11. Ejemplos no limitativos de material aislante de ultrasonidos son la lana mineral, la fibra de vidrio, los plásticos espumados, los selladores acústicos y mezclas de los mismos. En una modalidad, el material aislante de ultrasonidos es plano, por ejemplo, es una "lámina" o "placa" aislante de ultrasonidos.

Estas modalidades son ventajosas porque el material aislante de ultrasonidos evita la propagación de los ultrasonidos de una cámara a otra, de modo que es posible tener una frecuencia y/o intensidad de ultrasonidos diferente en diferentes partes del dispositivo de electrodiálisis (por ejemplo, en diferentes lados de los mismos) y/o en cada cámara individual.

En una modalidad específica, el material aislante de ultrasonidos se acopla con los dos transductores por medios adhesivos conocidos en la técnica, por ejemplo, el material aislante de ultrasonidos puede ser un adhesivo aislante (por ejemplo, espuma adhesiva aislante). Esta modalidad es ventajosa porque el acoplamiento de los transductores con el material aislante de ultrasonidos solidifica los elementos del dispositivo de electrodiálisis (es decir, no se mueven); de modo que, por ejemplo, el transporte del dispositivo de electrodiálisis es más fácil y se mejora la resistencia general del dispositivo de electrodiálisis.

De acuerdo con una modalidad, los transductores no comprenden un recubrimiento de polímero para evitar la adhesión de un transductor a otro cuando los transductores están empaquetados, como por ejemplo recubrimiento de poliamida o poliimida.

De acuerdo con una modalidad, los electrodos son de material metálico. En una modalidad, los electrodos se hacen de una base y opcionalmente un recubrimiento. En una modalidad, la base comprende o consiste en acero inoxidable, titanio, grafito, carbono, níquel, platino o similares, o sus combinaciones. En una modalidad, el recubrimiento comprende o consiste en platino, rutenio, óxidos metálicos mixtos, grafito, carbono o similares, o sus combinaciones. Un ejemplo preferido de electrodo es el titanio (Ti) recubierto por platino (Pt). De acuerdo con una modalidad, los electrodos no comprenden plata ni cobre. De acuerdo con una modalidad, cada uno de los electrodos consiste independientemente de una base que comprende un metal seleccionado entre acero inoxidable, titanio, grafito, carbono, níquel, platino y sus combinaciones; y un recubrimiento que comprende un metal seleccionado entre platino, rutenio, óxidos metálicos mixtos, grafito, carbono y sus combinaciones.

Esta modalidad es ventajosa porque el acoplamiento de electrodos y transductores solidifica elementos del dispositivo de electrodiálisis (es decir, no se mueven); de modo que, por ejemplo, el transporte del dispositivo de electrodiálisis es más fácil y se mejora la resistencia general del dispositivo de electrodiálisis, por ejemplo, a los módulos de la técnica anterior en donde los electrodos y/o transductores no están acoplados.

En una modalidad, los medios de acoplamiento son medios adhesivos. En una modalidad específica, los medios adhesivos son pegamentos como, por ejemplo, resina o epoxi. Preferentemente, el medio adhesivo es un adhesivo metálico. Ejemplos no limitativos de adhesivo metálico son resinas de poliuretano, silicona, epoxi, cianoacrilato y mezclas de los mismos.

Estas modalidades son ventajosas porque los electrodos y transductores acoplados con adhesivo mantienen la frecuencia e intensidad originales de los ultrasonidos claros y no afectados; de modo que la propagación de frecuencias específicas por todo el dispositivo de electrodiálisis se optimiza en comparación, por ejemplo, con módulos de la técnica anterior en donde los electrodos y/o transductores no están acoplados con adhesivo. Los adhesivos metálicos son especialmente ventajosos para la propagación de frecuencias específicas.

De acuerdo con una modalidad, no hay lámina de separación, especialmente ninguna lámina de separación rígida, entre el transductor y los electrodos adyacentes. En una modalidad, el transductor y los electrodos adyacentes están acoplados por medios de acoplamiento y están en contacto físico directo. Como se ha definido anteriormente, en el contexto de la invención, "contacto directo" entre dos objetos acoplados significa que los objetos están en contacto físico o separados físicamente solo por sus medios de acoplamiento. En esta modalidad, por lo tanto, no hay separación física entre el transductor y los electrodos adyacentes, excepto medios de acoplamiento opcionales, como por ejemplo pegamento.

De acuerdo con una modalidad, cada electrodo y/o cada transductor tiene forma de polígono; preferentemente en forma de tetraedro. En una modalidad, cada electrodo y/o cada transductor tiene forma de rectángulo o de diamante; preferentemente forma cuadrada.

Estas modalidades son ventajosas, por ejemplo, con respecto a la estandarización de sistemas de electrodiálisis, fabricación de los mismos, mantenimiento de los mismos y consumo de energía.

De acuerdo con una modalidad, cada electrodo y cada transductor son planos. En una modalidad, el cátodo plano y el ánodo de un par de electrodos son paralelos entre sí. En esta modalidad, cada cámara tiene un plano medio paralelo a los planos de los electrodos planos, de modo que los transductores planos y los planos medios de las cámaras se disponen paralelos entre sí.

Esta modalidad es ventajosa porque los electrodos planos y los transductores hacen que la localización y la intensidad de los ultrasonidos se distribuyan homogéneamente por todas las cámaras y en el líquido tratado; de modo que se mejora la limpieza de los bloques de membrana y/o la mezcla del líquido en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los electrodos y/o transductores no son planos.

Esta modalidad también es ventajosa porque los electrodos planos y los transductores requieren menos entrada de energía para emitir la misma cantidad de ultrasonidos en las cámaras; de modo que el consumo de energía se minimiza en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los electrodos y/o transductores no son planos.

Esta modalidad también es ventajosa porque los electrodos planos y los transductores hacen que la localización y la intensidad de los ultrasonidos se distribuyan homogéneamente por todo el dispositivo de electrodiálisis, especialmente en los bloques de membrana y en los electrodos; de modo que el daño al material (especialmente en el recubrimiento del electrodo) o el desgaste prematuro de los componentes del módulo se limita o evita en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los electrodos y/o transductores no son planos.

En una modalidad, el área de las caras (o "superficie") de cada transductor es al menos el 50 %, preferentemente al menos el 75 %, con mayor preferencia al menos el 90 %, además preferentemente al menos el 99 % del área de las caras (o "superficie") del electrodo al que está acoplado. En una modalidad específica, el área de las caras de cada transductor es igual o superior al área de las caras del electrodo al que se acopla. En los dispositivos industriales de electrodiálisis, el área de las caras de los electrodos es generalmente más o menos igual que el área de las caras de las celdas de membrana en el bloque de membrana. En otras palabras, en los dispositivos industriales de electrodiálisis, generalmente el área de las caras de los electrodos es sustancialmente igual que el área de las caras de las celdas de membrana en el bloque de membrana.

Esta modalidad es ventajosa porque el transductor que cubre toda la superficie del electrodo hace que la localización y la intensidad de los ultrasonidos se distribuyan homogéneamente en el bloque de membrana y líquido tratado; de modo que se mejora la limpieza del bloque de membrana y/o la mezcla del líquido en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los transductores son más pequeños que los electrodos.

Esta modalidad también es ventajosa porque el transductor que cubre toda la superficie del electrodo hace que la localización y la intensidad de los ultrasonidos se distribuyan homogéneamente por todo el dispositivo de electrodiálisis, especialmente en los bloques de membrana y en los electrodos; de modo que el daño al material (especialmente en el recubrimiento del electrodo) o el desgaste prematuro de los componentes del módulo se limita o evita en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los transductores son más pequeños que los electrodos.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de electrodiálisis comprende los medios de cierre de modo que cada transductor del dispositivo de electrodiálisis forma un circuito cerrado. En una modalidad, los medios de cierre comprenden placas y/o compartimientos de cierre. Esta modalidad es ventajosa porque los ultrasonidos se propagan en el circuito cerrado; de modo que no se emiten ultrasonidos fuera del dispositivo de electrodiálisis (es decir, al aire libre) y, por lo tanto, se mejora la eficiencia de la acción de los ultrasonidos en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los transductores de ultrasonidos están fuera del dispositivo de electrodiálisis.

De acuerdo con una modalidad, la entrada se configura para introducir líquido crudo en las cámaras. En una modalidad, la introducción de líquido crudo se realiza por medio de un tubo de entrada conectado a la entrada del dispositivo de electrodiálisis. El líquido se distribuye desde la entrada a través de uno o múltiples conductos provistos en o cerca de la parte inferior, centro y/o cabezas de las juntas. El líquido se introduce desde el (los) conducto (s) en las ranuras y en el volumen plano entre las membranas de intercambio iónico. Las configuraciones de flujo de múltiples pasadas pueden ser posibles con la interconexión de la salida de un bloque de membrana a la entrada de otro bloque de membrana o mediante el uso de membranas de bloqueo o separadores en un bloque de membrana.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de electrodiálisis se configura para contener únicamente fluido en circulación, es decir, el dispositivo de electrodiálisis no contiene agua estancada durante el funcionamiento normal.

De acuerdo con una modalidad, la primera salida se configura para eliminar líquido diluido de las cámaras; y la segunda salida se configura para eliminar el líquido concentrado de las cámaras. En una modalidad, la eliminación del líquido diluido y/o concentrado se hace por medio de medios de comunicación seleccionados entre tubos, ranuras, conductos y/o separadores. En una modalidad, la introducción de líquido crudo se hace por medios seleccionados entre tubos, ranuras, conductos y/o separadores; la eliminación del líquido diluido se hace por medios seleccionados entre tubos, ranuras, conductos y/o separadores y/o la eliminación del líquido concentrado se hace por medios seleccionados entre tubos, ranuras, conductos y/o separadores.

De acuerdo con una modalidad, cada par de electrodos se alimenta por un suministro de energía con una potencia que va desde de 0,1 a 500 kW, preferentemente que va desde 1 a 200 kW. De acuerdo con una modalidad, cada par de electrodos se alimenta por un suministro de energía con la misma potencia. De acuerdo con una modalidad, cada transductor se alimenta discontinuamente y/o continuamente por suministro de energía con una potencia que va desde de 0,1 a 500 kW, preferentemente que va desde 1 a 100 kW. De acuerdo con una modalidad, cada transductor se alimenta por un suministro de energía con la misma potencia. De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de electrodiálisis (es decir, todos los pares de electrodos y todos los transductores) se alimenta por un suministro de energía con una potencia que va desde 0,2 a 1000 kW por cámara en el dispositivo. En una modalidad, el dispositivo se alimenta por una alta potencia, preferentemente una potencia que va desde 2 a 300 kW por cámara en el dispositivo.

De acuerdo con una modalidad, al menos un transductor en el dispositivo de electrodiálisis emite en monofrecuencia. De acuerdo con una modalidad, al menos un transductor en el dispositivo de electrodiálisis emite en multifrecuencia. En una modalidad, el programa multifrecuencia comprende una frecuencia que va desde de 20 kHz a 1 MHz con intervalos de tiempo que van desde 1 ns a 120 s, preferentemente desde 1 s a 60 s. Un ejemplo no limitativo de programa multifrecuencia es: 50 kHz durante 25 s, 75 kHz durante 15 s, 100 kHz durante 20 s y repitiendo esta melodía desde el comienzo.

Esta modalidad es ventajosa porque la multifrecuencia hace que la frecuencia de los ultrasonidos varíe en el bloque de membrana y en el líquido tratado; de modo que se mejora la limpieza del bloque de membrana y/o la mezcla del líquido en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde solo se usa ultrasonidos de monofrecuencia.

De acuerdo con una primera modalidad, todos los transductores del dispositivo de electrodiálisis emiten a la misma frecuencia, en monofrecuencia o multifrecuencia. De acuerdo con una segunda modalidad, al menos dos transductores en el dispositivo de electrodiálisis emiten a una frecuencia diferente. En una modalidad, al menos dos transductores en el dispositivo de electrodiálisis emiten en diferentes programas multifrecuencia. De acuerdo con una tercera modalidad, todos los transductores del dispositivo de electrodiálisis emiten a una frecuencia diferente. En una modalidad, todos los transductores del dispositivo de electrodiálisis emiten a diferentes programas multifrecuencia.

Preferentemente, los transductores que emiten a una frecuencia diferente son adyacentes a diferentes cámaras. Esta modalidad es ventajosa porque la frecuencia de los ultrasonidos en el bloque de la membrana y en el líquido tratado se puede ajustar de acuerdo con las particularidades del líquido de tratamiento, como por ejemplo la concentración de iones, el contenido orgánico, etc.; de modo que se mejora la limpieza del bloque de membrana y/o la mezcla del líquido en comparación, por ejemplo, con los módulos de la técnica anterior en donde los transductores son más pequeños que los electrodos.

La invención también se refiere a un aparato de electrodiálisis que es un sistema que comprende dos o más módulos de electrodiálisis de acuerdo con la invención.

De acuerdo con una modalidad, el sistema de electrodiálisis se alimenta por un suministro de energía con potencia que va desde 0,2 a 1000 kW por cámara en los dispositivos. En una modalidad, el sistema de electrodiálisis se alimenta por una alta potencia, preferentemente una potencia que va desde 2 a 300 kW por cámara en los dispositivos.

De acuerdo con una modalidad, todos los transductores del sistema de electrodiálisis emiten a la misma frecuencia, en monofrecuencia o multifrecuencia, como se describió anteriormente.

La invención también se refiere a un integrado que es un ensamble para un módulo de electrodiálisis que comprende un transductor ultrasónico y un par de electrodos cada uno se configura para cooperar con un bloque de membrana y que comprende sucesivamente un electrodo, el transductor y el otro electrodo se disponen en paralelo entre sí; en donde el transductor se acopla con los electrodos adyacentes por medios de acoplamiento.

La estructura y el material de los electrodos pueden ser como se describió anteriormente.

De acuerdo con una modalidad, los medios de acoplamiento se seleccionan entre resina, epoxi y pegamento. En una modalidad, los medios de acoplamiento son pegamento. Preferentemente, el medio adhesivo es un adhesivo metálico. Ejemplos no limitativos de adhesivo metálico son resinas de poliuretano, silicona, epoxi, cianoacrilato y mezclas de los mismos.

De acuerdo con una modalidad, el ensamble comprende un segundo transductor ultrasónico y comprende sucesivamente un electrodo, los dos transductores y el otro electrodo se disponen paralelos entre sí; en donde los transductores se acoplan juntos por medios de acoplamiento; y en donde cada transductor se acopla con su electrodo adyacente por medios de acoplamiento. En una modalidad, los dos transductores están además separados por un material aislante de ultrasonidos, como se describió anteriormente. En una modalidad específica, los dos transductores se acoplan además con el material aislante de ultrasonidos por medios de acoplamiento adicionales, por ejemplo, el material aislante de ultrasonidos puede ser un adhesivo aislante (por ejemplo, espuma adhesiva aislante).

De acuerdo con una modalidad, no hay lámina de separación, especialmente ninguna lámina de separación rígida, entre el transductor y los electrodos adyacentes. En una modalidad, el transductor y los electrodos adyacentes están en contacto físico directo, es decir, que no hay separación física entre el transductor y los electrodos, excepto opcionalmente medios de acoplamiento, como por ejemplo pegamento o adhesivo metálico.

De acuerdo con una modalidad, los electrodos y el transductor son planos. En una modalidad, el área de las caras del transductor es al menos el 50 %, preferentemente al menos el 75 %, con mayor preferencia al menos el 90 %, además preferentemente al menos el 99 % del área de las caras de los electrodos. En una modalidad específica, el área de las caras del transductor es igual o superior al área de las caras del electrodo al que se acopla. En una modalidad, el área de las caras de los electrodos acoplados con un transductor es igual o superior al área de las caras del transductor.

De acuerdo con una modalidad, el transductor es susceptible de emitir en monofrecuencia o multifrecuencia, como se describió anteriormente. De acuerdo con una modalidad, el transductor se configura para emitir en monofrecuencia o multifrecuencia, como se describió anteriormente.

De acuerdo con una modalidad, el ensamble comprende al menos una abertura que se configura para permitir la circulación de fluido a través del ensamble. En una modalidad, los transductores y los electrodos comprenden al menos una abertura que se configura para permitir la circulación de fluido a través de ellos. En una modalidad, el ensamble comprende al menos tres aberturas que se configuran para permitir la circulación de fluido.

La invención también se refiere a un módulo de electrodiálisis que es un dispositivo de electrodiálisis que comprende un integrado de acuerdo con la invención.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 y la Figura 2 son diagramas que muestran el principio general del funcionamiento de un módulo de electrodiálisis de acuerdo con la técnica anterior (Figura 1) y de acuerdo con la invención (Figura 2).

La Figura 3 y la figura 4 son vistas despiezadas que muestran un mismo módulo de electrodiálisis de acuerdo con la invención que comprende dos cámaras (dos bloques de membrana) desde diferentes puntos de vista.

La Figura 5 es una vista compacta que muestra un módulo de electrodiálisis de acuerdo con la invención que comprende tres cámaras (tres bloques de membrana).

La Figura 6, la figura 7 y la figura 8 son respectivamente una vista compacta (figura 6), una vista despiezada (figura 7) y una vista despiezada con transparencia de elementos de compartimientos (figura 8) que muestran un mismo módulo de electrodiálisis de acuerdo con la invención que comprende cuatro cámaras (cuatro bloques de membranas).

La Figura 9 es una representación esquemática de la disposición de electrodos y transductores ultrasónicos en el módulo de electrodiálisis de la figura 5.

La Figura 10 es una representación esquemática de la disposición de electrodos y transductores ultrasónicos en el módulo de electrodiálisis de la figura 6, en donde solo se representan la primera y segunda cámaras y los transductores ultrasónicos de los mismos.

La Figura 11 es una representación esquemática de la disposición de un módulo de electrodiálisis de acuerdo con la invención en donde los electrodos planos (211, 212) y los transductores planos (601, 602) se acoplan juntos por medio de adhesivos planos (901, 902) y en donde las cámaras están aisladas por un material aislante de ultrasonido plano (1001) entre los dos transductores que se ubican entre las cámaras. Debido a la presencia del material aislante de ultrasonidos (1001), dos programas independientes multifrecuencia A y B emitidos respectivamente por el primer transductor (601) y por el último transductor (602) se pueden llevar a cabo independientemente dentro de cada cámara. Referencias

000 - Dispositivo de electrodiálisis,

100 - Cámara,

200 - Electrodos,

300 - Bloque de membrana,

400 - Entrada,

500 - Salida,

600 - Transductores ultrasónicos,

700 - Placa de cierre,

800 - Compartimientos,

900 - Medios adhesivos,

1000 - Material aislante de ultrasonidos.

EJEMPLOS

La presente invención se ilustra adicionalmente por los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1: Primer dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención

La Figura 3 y la Figura 4 muestran un dispositivo de electrodiálisis (001) que comprende una primera cámara (110) y una segunda cámara (120), en donde cada cámara comprende un par de electrodos planos que comprende un cátodo plano (211,221) y un ánodo plano (212, 222) separados por un bloque de membrana (310, 320), una entrada (401), una primera salida (501), una segunda salida (502) y tres transductores ultrasónicos planos (601, 602, 603). En este ejemplo, dos placas de cierre (701, 702) encierran el dispositivo. La entrada (401) está en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras (110, 120) y se configura para introducir líquido crudo en cada una de las cámaras, y la primera salida (501) y la segunda salida (502) están cada una en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras (110, 120). La primera salida (501) se configura para eliminar el líquido diluido de las cámaras (110, 120). La segunda salida (502) se configura para eliminar el líquido concentrado de las cámaras (110, 120). El dispositivo de electrodiálisis comprende por lo tanto sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor (601), la primera cámara (110), un segundo transductor (602), la segunda cámara (120) y el tercer transductor (603) se disponen paralelos entre sí.

Cada transductor se acopla con los electrodos adyacentes por medios de acoplamiento que, en este ejemplo, son pegamento, es decir, el primer transductor (601) se pega con el cátodo (211), el segundo transductor (602) se pega con el ánodo (212) y con el cátodo (221) y el tercer transductor (603) se pega con el ánodo (222). Los transductores y los electrodos están en contacto físico directo.

Cuando el dispositivo se usa para electrodiálisis, se suministra potencia a los electrodos y transductores y el líquido crudo (RL) se introduce por la entrada (401) en las cámaras (110, 120) donde circula desde la entrada (401) hasta la primera salida. (501) donde sale como diluido (DL). Bajo la diferencia de potencial eléctrico aplicada por los electrodos, los iones migran a través de membranas de intercambio iónico dentro del bloque de membrana (301, 302) desde RL al concentrado (CL) que sale por la segunda salida (502). Los ultrasonidos emitidos por los transductores (601,602, 603) tanto desde los extremos del dispositivo y también desde el interior del dispositivo evitan la incrustación de las membranas de intercambio iónico y promueven la transferencia de iones al mezclar el líquido dentro de las cámaras (110, 120) dentro de toda la longitud del dispositivo de electrodiálisis.

Ejemplo 2: Segundo dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención

La Figura 5 muestra un dispositivo de electrodiálisis (002) similar al del Ejemplo 1, que comprende además una tercera cámara (130) que comprende un par de electrodos planos que comprenden un cátodo plano (231) y un ánodo plano (232) y un cuarto transductor ultrasónico plano (604). El dispositivo de electrodiálisis comprende, por lo tanto, sucesivamente en paralelo un primer transductor (601), la primera cámara (110), un segundo transductor (602), la segunda cámara (120), el tercer transductor (603), la tercera cámara (130), y el cuarto transductor (604). La disposición de los electrodos (211, 212, 221, 222, 231, 232) con relación a los transductores ultrasónicos (601, 602, 603, 604) en el dispositivo de electrodiálisis se representa en la Figura 9.

Cada transductor se acopla con los electrodos adyacentes por medios de acoplamiento que, en este ejemplo, son pegamento, es decir, el primer transductor (601) se pega con el cátodo (211), el segundo transductor (602) se pega con el ánodo (212) y con el cátodo (221), el tercer transductor (603) se pega con el ánodo (222) y el cátodo (231), y el cuarto transductor (604) se pega con el ánodo (232). Los transductores y los electrodos están en contacto físico directo.

Ejemplo 3: Tercer dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención

La Figura 6, la Figura 7 y la Figura 8 muestran un dispositivo de electrodiálisis (003) que comprende cuatro cámaras (110, 120, 130, 140) en donde cada cámara comprende un par de electrodos planos que comprende un cátodo plano (211, 221,231,241) y un ánodo plano ( 212, 222, 232, 242) separados por un bloque de membrana (310, 320, 330, 340), dos entradas de líquido crudo (RL) (401, 402), una entrada de electrolito (403), una primera salida (501), una segunda salida (502) , una salida de electrolito (503) y ocho transductores ultrasónicos planos (601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608). La disposición de los electrodos (211, 212, 221, 222) con relación a los transductores ultrasónicos (601, 602, 603, 604) en la primera y segunda cámaras del dispositivo de electrodiálisis se representa en la Figura 10 (tercera y cuarta cámaras y los transductores relacionados de los mismos no están representados). En este ejemplo, cada transductor consiste de una pluralidad de cuatro discos que se configuran para formar un transductor ultrasónico plano. En este ejemplo, para cada cámara, cada electrodo y transductor ultrasónico plano asociado a los mismos están recubiertos por un compartimiento (811, 812, 821, 822, 831, 832, 841, 842). Las entradas RL (401, 402) están en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras (110-140) y se configuran para introducir líquido crudo en cada una de las cámaras, y la primera salida (501) y la segunda salida (502) están cada una en comunicación de fluidos con cada una de las cámaras (110-140). La primera salida (501) se configura para eliminar el líquido diluido (DL) de las cámaras (110-140). La segunda salida (502) se configura para eliminar el líquido concentrado (CL) de las cámaras (110-140).

En este ejemplo, hay dos transductores entre cada cámara. El dispositivo de electrodiálisis comprende por lo tanto, sucesivamente un primer transductor (601), la primera cámara (110), un segundo transductor (602), un tercer transductor (603), la segunda cámara (120), un cuarto transductor (604), un quinto transductor (605), la tercera cámara (130), un sexto transductor (606), un séptimo transductor (607), la cuarta cámara (140) y el octavo transductor (608) que se disponen paralelos entre sí.

Cada transductor se acopla con los electrodos adyacentes por medios de acoplamiento que, en este ejemplo, son pegamento, es decir, el primer transductor (601) se pega con el cátodo (211), el segundo transductor (602) se pega con el ánodo (212) y con el cátodo (221), y así sucesivamente hasta el transductor (608) que se pega con el ánodo (242). Los transductores y los electrodos están en contacto físico directo.

Cuando el dispositivo se usa para electrodiálisis, se suministra potencia a los electrodos y transductores. El electrolito se introduce por la entrada de electrolito (403) y circula a través de la corriente del electrodo hasta la salida de electrolito (503) . El líquido crudo (RL) se introduce por las entradas RL (401,402) en las cámaras (110-140) donde circula desde las entradas RL (401,402) hasta la primera salida (501) donde sale como diluido (DL). Bajo la diferencia de potencial eléctrico aplicada por los electrodos, los iones migran a través de membranas de intercambio iónico dentro del bloque de membrana (310-340) desde RL al concentrado (CL) que sale por la segunda salida (502). Los ultrasonidos emitidos por los transductores (601-608) evitan la incrustación de las membranas de intercambio iónico y promueven la transferencia de iones al mezclar el líquido dentro de las cámaras (110-140) dentro de toda la longitud del dispositivo de electrodiálisis, desde el exterior y el interior del dispositivo.

Del Ejemplo 1, el Ejemplo 2 y el Ejemplo 3 queda claro que se puede añadir cualquier número de cámaras y transductores adicionales a un dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención sin cambiar el funcionamiento del dispositivo de electrodiálisis.

También queda claro del Ejemplo 1, Ejemplo 2 y Ejemplo 3 que se pueden añadir láminas aislantes de ultrasonidos en un dispositivo de electrodiálisis de acuerdo con la invención (por ejemplo, entre transductores adyacentes en el dispositivo del Ejemplo 3) sin cambiar el funcionamiento del dispositivo de electrodiálisis.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Módulo de electrodiálisis (001) que comprende:

- al menos una primera cámara (110) y una segunda cámara (120),

en donde cada cámara (110, 120) comprende un par de electrodos planos (211, 221, 212, 222) que comprenden un cátodo plano (211, 221) y un ánodo plano (212, 222), paralelos entre sí y separados por un paquete de membranas (310, 320), y en donde cada cámara (110, 120) tiene un plano medio paralelo a los planos de dichos electrodos planos (211, 221, 212, 222),

- una entrada (401), una primera salida (501), una segunda salida (502),

en donde dicha entrada está en comunicación de fluidos con cada una de dichas cámaras (110, 120), y dicha primera salida (501) y dicha segunda salida (502) están cada una en comunicación de fluidos con cada una de dichas cámaras (110, 120); y en donde dicha entrada (401) se configura para introducir líquido crudo en dichas cámaras (110, 120), dicha primera salida (501) se configura para eliminar líquido diluido de dichas cámaras (110, 120) y dicha segunda salida (502) se configura para eliminar líquido concentrado de dichas cámaras (110, 120), y - al menos tres transductores ultrasónicos planos (601, 602, 603);

en donde dicho módulo de electrodiálisis (001) comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada (401) hacia la primera y segunda salidas (501,502), un primer transductor (601), dicha primera cámara (110), un segundo transductor (602), dicha segunda cámara (120) y el tercer transductor (603); dichos transductores (601, 602, 603) y los planos medios de dichas cámaras (110, 120) se disponen paralelos entre sí.

2. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una tercera cámara (130) y un cuarto transductor ultrasónico plano (604); en donde dicho módulo de electrodiálisis (002) comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada (401) hacia la primera y segunda salidas (501, 502), un primer transductor (601), dicha primera cámara (110), un segundo transductor (602), dicha segunda cámara (120), un tercer transductor (603), dicha tercera cámara (130) y el cuarto transductor (604); dichos transductores (601, 602, 603, 604) y los planos medios de dichas cámaras (110, 120, 130) se disponen paralelos entre sí.

3. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende una o más cámaras adicionales y el mismo número de transductores ultrasónicos planos adicionales; en donde dicho módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor antes de la primera cámara, cada una de dichas cámaras seguida por uno de dichos transductores, dicho transductor se ubica entre dos de dichas cámaras, y el último transductor después de la última cámara; dichos transductores y los planos medios de dichas cámaras se disponen paralelos entre sí.

4. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un cuarto transductor ultrasónico (604); caracterizado porque dicho módulo de electrodiálisis (003) comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada (401) hacia la primera y segunda salidas (501, 502), un primer transductor (601), dicha primera cámara (110), un segundo transductor (602), un tercer transductor (603), dicha segunda cámara (120), y el cuarto transductor (604); dichos transductores (601,602, 603, 604) y los planos medios de dichas cámaras (110, 120) se disponen paralelos entre sí.

5. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 4 que comprende una o más cámaras adicionales y dos transductores ultrasónicos adicionales por cámara adicional; en donde dicho módulo de electrodiálisis comprende sucesivamente, en una dirección desde la entrada hacia la primera y segunda salidas, un primer transductor antes de la primera cámara, cada una de dichas cámaras seguida por dos de dichos transductores, dichos dos transductores se ubican entre dos de dichas cámaras, y el último transductor después de la última cámara; dichos transductores y los planos medios de dichas cámaras se disponen paralelos entre sí.

6. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dichos dos transductores se ubican entre dos de dichas cámaras separados por un material aislante de ultrasonidos plano, dicho material y los transductores se disponen paralelos entre sí; y en donde el área de las caras de dicho material es igual o superior al área de las caras de cada uno de dichos dos transductores.

7. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde cada transductor se acopla con los electrodos adyacentes por medios de acoplamiento.

8. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde dichos transductores se configuran para emitir en multifrecuencia.

9. El módulo de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 8, en donde al menos dos de dichos transductores se configuran para emitir en diferentes programas multifrecuencia, dichos transductores son adyacentes a diferentes cámaras.

10. Sistema que comprende dos o más módulos de electrodiálisis de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

11. Ensamble plano para módulo de electrodiálisis de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende:

- un transductor ultrasónico plano (602); y

- un par de electrodos planos (212, 221), cada uno se configura para cooperar con un paquete de membranas (310, 320),

en donde dicho ensamble comprende sucesivamente un electrodo plano (212), dicho transductor (602) y el otro electrodo (221); y en donde dicho transductor (602) se acopla con dichos electrodos (212, 221) por medios de acoplamiento.

12. El ensamble plano de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dichos medios de acoplamiento son medios adhesivos, preferentemente pegamento tal como un adhesivo metálico.

13. El ensamble plano de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dichos medios adhesivos son un adhesivo metálico, preferentemente un adhesivo metálico seleccionado entre resinas de poliuretano, silicona, epoxi, cianoacrilato y mezclas de los mismos.

14. El ensamble plano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el área superficial de las caras de dicho transductor (602) es igual o superior al área superficial de las caras de dichos electrodos (212, 221).

15. El ensamble plano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde cada uno de dichos electrodos (212, 221) consiste independientemente de:

- una base que comprende un metal seleccionado entre acero inoxidable, titanio, grafito, carbono, níquel, platino y sus combinaciones; y

- un recubrimiento que comprende un metal seleccionado entre platino, rutenio, óxidos metálicos mixtos, grafito, carbono y sus combinaciones.