ES2912931T3

ES2912931T3 - Dispositivos de separación electroquímica de flujo cruzado y métodos de ensamblaje de estos

Info

Publication number: ES2912931T3
Application number: ES15773316T
Authority: ES
Inventors: Li-Shiang Liang; Keng Hoo Yeo; Hwee Teng Vivian Leow; Chin Hiang Tan; Joseph D Gifford
Original assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Current assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: SG11201606669RA; EP3126036A1; EP3126036B1; EP3126036A4; KR101765331B1; CN106536024A; WO2015153885A1; KR20160130319A; IL247827B; US9782725B2; CA2939347A1; AU2015240661A1; CA2939347C; AU2015240661B2; IL247827A0; US20160346737A1; SA516380009B1; CN106536024B

Abstract

Un aparato de separación electroquímica, que comprende: una pila (145) de celdas que comprende: una pluralidad de pares (140) de celdas alineadas, cada uno de la pluralidad de pares de celdas alineadas incluye un compartimiento (175) de concentración de iones construido y dispuesto para proporcionar un flujo (190) de fluido en una primera dirección (191) y un compartimiento (170) de dilución de iones construido y dispuesto para proporcionar flujo de fluido en una segunda dirección (192) que es diferente de la primera dirección; comprendiendo cada uno de los compartimentos (175) de concentración de iones una membrana (136) de intercambio de aniones, una membrana (137) de intercambio de cationes y un primer espaciador (106) colocado entre la membrana de intercambio de aniones y la membrana de intercambio de cationes, el primer espaciador (106 ) que tiene un primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo y un segundo conjunto encapsulado de partes (117) de extremo, el primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo que está protegido del material (161 de encapsulado); cada uno de los compartimentos (170) de dilución de iones comprende una membrana (136) de intercambio de aniones, una membrana (137) de intercambio de cationes y un segundo espaciador (107) colocado entre la membrana de intercambio de aniones y la membrana de intercambio de cationes, el segundo espaciador que tiene un primer conjunto encapsulado de partes (117) de extremo y un segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo, el segundo conjunto enmascarado de partes de extremo que está protegido del material (160) de encapsulado; el primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo del primer espaciador (106) que está alineado con el primer conjunto encapsulado de partes (117) de extremo del segundo espaciador (107), y el segundo conjunto encapsulado de partes (117) de extremo del primer espaciador (106) que está alineado con el segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo del segundo espaciador (107); cada parte (117) de extremo del primer y segundo conjunto de partes de extremo define un canal que se extiende a través de este, cada canal que está en comunicación de fluidos con aquellos espaciadores a través de cuya parte de extremo enmascarada se extiende el canal, y cada canal que está en aislamiento de fluidos de aquellos espaciadores a través de cuya parte de extremo encapsulada se extiende el canal; un marco (155, 855) que rodea la pila (145) de celdas para formar un primer módulo (150); y un alojamiento que encierra el primer módulo; caracterizado por que cada uno del primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo de cada uno de los primeros espaciadores (106) y el segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo de cada uno de los segundos espaciadores (107) comprende unas fundas (130, 230, 330) que comprende un par de películas (110, 210, 310) soldadas juntas que rodean la parte de extremo del espaciador.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivos de separación electroquímica de flujo cruzado y métodos de ensamblaje de estos

Campo de la tecnología

Uno o más aspectos se relacionan generalmente con aparatos de purificación eléctrica y métodos para ensamblar los mismos. Más particularmente, uno o más aspectos se relacionan con aparatos de purificación eléctrica de flujo cruzado y métodos para ensamblarlos.

Antecedentes

El documento WO 2009/077992 A2 divulga un aparato y un sistema para la des ionización que comprende un paquete de membranas que comprende una pluralidad de pares de celdas, en el que un par de celdas comprende: una primera membrana; una segunda membrana; un primer espaciador entre dicha primera membrana y dicha segunda membrana; un segundo espaciador adyacente a dicha segunda membrana; en donde dicha primera membrana está conectada a dicho primer espaciador a lo largo de dos bordes paralelos de dicho primer espaciador, y en donde dicha segunda membrana está conectada a dicho primer espaciador a lo largo de dichos dos bordes paralelos de dicho primer espaciador, y en donde dicho segundo espaciador está conectado a dicha segundo membrana a lo largo de dos bordes paralelos de dicho segundo espaciador, en donde dichos bordes paralelos del segundo espaciador son perpendiculares a dichos dos bordes paralelos de dicho primer espaciador.

El documento US 2012/0117789 A1 divulga un aparato de purificación eléctrico de agua que comprende una pila de celdas. La pila de celda divulgada puede comprender un primer compartimento que comprende una primera membrana de intercambio catiónico y una primera membrana de intercambio aniónico. El primer compartimento puede construirse y disponerse para proporcionar un flujo de fluido directo en una primera dirección entre la primera membrana de intercambio catiónico y la primera membrana de intercambio aniónico. La pila de celdas también puede comprender un segundo compartimento que comprende la primera membrana de intercambio de aniones y una segunda membrana de intercambio de cationes para proporcionar un flujo de fluido directo en una segunda dirección entre la primera membrana de intercambio de aniones y la segunda membrana de intercambio de cationes. Cada uno del primer compartimento y el segundo compartimento están construidos y dispuestos para proporcionar un contacto de fluidos de más del 85% del área superficial de la primera membrana de intercambio catiónico, la primera membrana de intercambio aniónico y la segunda membrana de intercambio catiónico.

Compendio

De acuerdo con la invención, se proporciona un aparato de separación electroquímica como se define en la reivindicación 1 que comprende: una pila de celdas que comprende:

una pluralidad de pares de celdas alineadas, cada uno de la pluralidad de pares de celdas alineadas incluye un compartimiento de concentración de iones construido y dispuesto para proporcionar flujo de fluido en una primera dirección y un compartimiento de dilución de iones construido y dispuesto para proporcionar flujo de fluido en una segunda dirección que es diferente desde la primera dirección;

cada uno de los compartimentos de concentración de iones comprende una membrana de intercambio de aniones, una membrana de intercambio de cationes y un primer espaciador colocado entre la membrana de intercambio de aniones y la membrana de intercambio de cationes, el primer espaciador que tiene un primer conjunto enmascarado de partes de extremo y un segundo conjunto encapsulado de partes de extremo, el primer conjunto enmascarado de partes de extremo que está protegido del material de relleno;

cada uno de los compartimentos de dilución de iones comprende una membrana de intercambio de aniones, una membrana de intercambio de cationes y un segundo espaciador colocado entre la membrana de intercambio de aniones y la membrana de intercambio de cationes, el segundo espaciador que tiene un primer conjunto de partes de extremo encapsuladas y un segundo conjunto enmascarado de partes de extremo, el segundo conjunto enmascarado de partes de extremo que está del material de relleno;

el primer conjunto enmascarado de partes de extremo del primer espaciador puede alinearse con el primer conjunto encapsulado de partes de extremo del segundo espaciador, y el segundo conjunto encapsulado de partes de extremo del primer espaciador puede alinearse con el segundo conjunto enmascarado de partes de extremo del segundo espaciador;

cada parte de extremo del primer y segundo conjuntos de partes de extremo que definen un canal que se extiende a través de este, cada canal que está en comunicación de fluidos con aquellos espaciadores a través de cuya parte de extremo enmascarada se extiende el canal, y cada canal que está en aislamiento de fluidos de aquellos espaciadores a través de cuya parte de extremo encapsulada se extiende el canal;

un marco que rodea la pila de celdas para formar un primer módulo y un alojamiento que encierra el primer módulo; caracterizado por que cada uno del primer conjunto enmascarado de partes de extremo de cada uno de los primeros espaciadores y el segundo conjunto enmascarado de partes de extremo de cada uno de los segundos espaciadores comprende una funda que comprende un par de películas soldadas entre sí que rodean la parte de extremo del espaciador.

De acuerdo con uno o más aspectos, el par de películas se suelda a cada uno de los primeros o segundos espaciadores en cada uno de los primeros o segundos conjuntos enmascarados de partes de extremo en múltiples ubicaciones interiores para formar obstrucciones al flujo de fluido y corriente.

De acuerdo con uno o más aspectos, el par de películas se sueldan directamente entre sí en cada uno de los conjuntos enmascarados de partes de extremo primera o segunda en múltiples ubicaciones interiores para formar obstrucciones al flujo de fluido y corriente.

De acuerdo con uno o más aspectos, cada una de las fundas de la primera pluralidad de fundas comprende una pluralidad de nervaduras formadas a partir de partes soldadas entre sí del par de películas de plástico.

De acuerdo con uno o más aspectos, cada uno de los primeros o segundos espaciadores en cada uno de los primeros o segundos conjuntos enmascarados de partes de extremo comprende una pluralidad de obstrucciones elevadas en un interior del primer o segundo conjunto enmascarado de partes de extremo para obstruir el fluido y flujo de corriente

De acuerdo con uno o más aspectos, cada funda comprende una película de plástico y una parte de membrana soldada al primer o segundo conjunto enmascarado de partes de extremo del primer o segundo espaciador, en una periferia de la parte de extremo, siendo la parte de membrana una parte de una de las membranas de intercambio de aniones y de intercambio de cationes.

De acuerdo con uno o más aspectos, el aparato de separación electroquímica comprende además un segundo marco que rodea una segunda pila de celdas para formar un segundo módulo dentro de la alojamiento, y una junta colocada entre el primer módulo y el segundo módulo, la junta que comprende una pluralidad de aberturas, cada abertura alineada respectivamente con un canal de la primera pila de celdas y un canal del segundo módulo para proporcionar una comunicación de fluidos entre el primer módulo y el segundo módulo.

De acuerdo con uno o más aspectos, el aparato de separación electroquímica comprende además un segundo marco que rodea una segunda pila de celdas para formar un segundo módulo dentro del alojamiento, y un espaciador de bloqueo colocado entre el primer módulo y el segundo módulo para redirigir el flujo entre el primero módulo y el segundo módulo.

De acuerdo con uno o más aspectos, el marco comprende un depósito configurado para contener material de encapsulado.

De acuerdo con uno o más aspectos, el marco comprende un canal configurado para transferir material de encapsulado desde el depósito hasta la pila de celdas.

De acuerdo con uno o más aspectos, el marco comprende un mecanismo difusor de encapsulado próximo a la pila de celdas y en comunicación de fluidos con el canal.

De acuerdo con uno o más aspectos, el mecanismo difusor de encapsulado comprende un corte en ángulo formado en el marco, el corte en ángulo configurado para distribuir el material de encapsulado uniformemente en toda la anchura de la pila de celdas.

De acuerdo con uno o más aspectos, el marco comprende un cuerpo unitario.

De acuerdo con uno o más aspectos, el aparato de separación electroquímica comprende además un primer electrodo en un primer extremo del alojamiento y un segundo electrodo en un segundo extremo del alojamiento.

De acuerdo con uno o más aspectos, el aparato de separación electroquímica comprende además una carcasa que rodea el primer electrodo, la carcasa que comprende un soporte de sellado, una tapa de sellado y una junta tórica colocada entre el soporte de sellado y la tapa de sellado.

De acuerdo con uno o más aspectos, el aparato de separación electroquímica comprende además una pluralidad de tapones expandibles que se extienden a través de la pila de celdas y están dispuestos para mantener la alineación de la pluralidad de pares de celdas alineadas.

También se divulga un método para ensamblar un aparato de separación electroquímica que puede comprender: enmascarar una primera pluralidad de espaciadores en un primer conjunto de partes de extremo; enmascarar una segunda pluralidad de espaciadores en un segundo conjunto de partes de extremo, el segundo conjunto de partes de extremo que está orientado formando un ángulo con el primer conjunto de partes de extremo; formar una pluralidad de pares de celdas colocando, para cada par de celdas, un espaciador de la primera pluralidad de espaciadores entre una primera membrana de intercambio de aniones y una membrana de intercambio de cationes para proporcionar un compartimiento de concentración de iones configurado para dirigir el flujo de fluido en una primera dirección, y colocar un espaciador de la segunda pluralidad de espaciadores entre la membrana de intercambio de cationes y una segunda membrana de intercambio de aniones para proporcionar un compartimiento de dilución de iones configurado para dirigir el flujo de fluido en una segunda dirección que es diferente de la primera dirección; formar una pila de celdas apilando sucesivamente la pluralidad formada de pares de celdas dentro de un marco; encapsular el primer conjunto de partes de extremo y el segundo conjunto de partes de extremo de manera que el material de encapsulado entre en el primer conjunto de partes de extremo de la segunda pluralidad de espaciadores mientras se enmascara para que no entre en el primer conjunto de partes de extremo de la primera pluralidad de espaciadores, y de manera que el material de encapsulado entre en el segundo conjunto de partes de extremo de la primera pluralidad de espaciadores mientras se enmascara para que no entre para que no entre en el segundo conjunto de partes de extremo de la segunda pluralidad de espaciadores; definir un canal a través de cada una de las partes encapsuladas de cada uno de los conjuntos primero y segundo de partes de extremo de manera que cada uno de los canales en el primer conjunto de partes de extremo esté en comunicación de fluidos con una pluralidad de compartimentos de concentración de iones y aislado frente a fluidos de una pluralidad de compartimentos de dilución de iones, mientras que cada uno de los canales en el segundo conjunto de partes de extremo está en comunicación de fluidos con la pluralidad de compartimentos de agotamiento de iones y aislado frente a fluidos de la pluralidad de compartimentos de concentración de iones; e insertar la pila de celdas canalizadas y el marco en un alojamiento para formar el aparato de separación electroquímica.

En el método divulgado, enmascarar una primera pluralidad de espaciadores en un primer conjunto de partes de extremo puede comprender soldar juntas un par de películas de plástico para envolver cada uno del primer conjunto de partes de extremo.

En el método divulgado, el par de películas de plástico pueden soldarse directamente entre sí.

En el método divulgado, el par de películas de plástico se pueden soldar a cada uno de los primeros o segundos espaciadores.

En el método divulgado, el encapsulado puede comprender inyectar epoxi de encapsulado en el marco que rodea la pila de celdas desde donde se absorbe en el primer conjunto de partes de extremo y el segundo conjunto de partes de extremo.

En el método divulgado, el encapsulado puede comprender hacer girar el marco alrededor de un eje central a medida que se inyecta epoxi de encapsulado en el marco.

El método divulgado puede comprender además promover la distribución uniforme del epoxi de encapsulado.

El método divulgado puede comprender además el montaje de un segundo aparato de separación electroquímica en el alojamiento.

El método divulgado puede comprender además la inserción de un espaciador de bloqueo entre el primer y el segundo aparato de separación electroquímica.

El método divulgado puede comprender además mantener la alineación de la pila de celdas con al menos un tapón expansible.

El método divulgado puede comprender además promover la eficiencia de la corriente dentro del aparato de separación electroquímica.

Todavía otros aspectos, realizaciones y ventajas de estos ejemplos de aspectos y realizaciones, se discuten en detalle a continuación. Además, debe entenderse que tanto la información anterior como la siguiente descripción detallada son meramente ejemplos ilustrativos y pretenden proporcionar una descripción general o un marco para comprender la naturaleza y el carácter de la invención reivindicada. Los dibujos adjuntos se incluyen para proporcionar una ilustración y una mayor comprensión de los diversos aspectos y realizaciones, y se incorporan y constituyen una parte de esta memoria descriptiva. Los dibujos, junto con el resto de la memoria descriptiva, sirven para explicar los principios y operaciones de los aspectos y realizaciones descritos y reivindicados.

Breve descripción de los dibujos

Diversos aspectos de múltiples realizaciones se discuten a continuación con referencia a las figuras adjuntas, que no pretenden ser dibujadas a escala. Las figuras se incluyen para proporcionar ilustración y una mayor comprensión de los diversos aspectos y realizaciones, y se incorporan y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, pero no pretenden ser una definición de los límites de la invención. Cuando las características técnicas de las figuras, la descripción detallada o cualquier reivindicación van seguidas de signos de referencia, los signos de referencia se han incluido con el único fin de aumentar la inteligibilidad de las figuras y la descripción. En las figuras, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en diversas figuras están representado por un número similar. Para mayor claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en todas las figuras. En las figuras:

Las FIGS. 1A-1B presentan ilustraciones esquemáticas de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones; La FIG. 2 es una ilustración esquemática de la sección A-A' de la FIG. 1B de acuerdo con una o más realizaciones; La FIG. 3 es una ilustración esquemática de un par de celdas de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 4 es una ilustración esquemática de una pila de celdas de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 5 es una ilustración esquemática de un módulo de tratamiento de acuerdo con una o más realizaciones; La FIG. 6A es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 6B es una ilustración esquemática de la Sección A-A' de la FIG. 6A de acuerdo con una o más realizaciones La FIG. 7 es una ilustración esquemática de una pila de celdas de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 8 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 9 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 10 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 11 es una ilustración esquemática de un módulo de tratamiento de acuerdo con una o más realizaciones; La FIG. 12A es una ilustración esquemática de la Sección A-A' de la FIG. 11 de acuerdo con una o más realizaciones; La FIG. 12B es una ilustración esquemática de la Sección B-B' de la FIG. 11 de acuerdo con una o más realizaciones; Las FIGS. 13A y 13B muestran ilustraciones esquemáticas de patrones de flujo a través de compartimentos de flujo de un aparato de separación electroquímica de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 14 es una ilustración esquemática de trayectorias de derivación de corriente potencial de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 15 es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 16 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 17 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 18 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 19 es una ilustración esquemática de un módulo de tratamiento de acuerdo con una o más realizaciones; La FIG. 20. es una ilustración esquemática y una representación matemática de la resistencia eléctrica en un módulo de tratamiento de acuerdo con una o más realizaciones de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 21 es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 22 es una ilustración esquemática de una vista a través de la Sección A-A' de la FIG. 21 de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 23 es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 24 es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 25 es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 26 es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 27A es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 27B es una ilustración esquemática de una vista a través de la Sección A-A' de la FIG. 27A de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 28A es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 28B es una ilustración esquemática de una vista a través de la Sección A-A' de la FIG. 28A de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 29A es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 29B es una ilustración esquemática de una altura de pila de celdas de acuerdo con una realización como se muestra en la FIG. 29A;

La FIG. 30A es una ilustración esquemática de un espaciador de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 30B es una ilustración esquemática de una altura de pila de celdas de acuerdo con una realización como se muestra en la FIG. 30A;

La FIG. 31A es una ilustración esquemática de un marco de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 31B es una ilustración esquemática de una vista a través de la Sección A-A' de la FIG. 31A de acuerdo con una o más realizaciones

La FIG. 32 es una ilustración esquemática de un marco unitario de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 33A es una ilustración esquemática de un marco de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 33B es una ilustración esquemática de un marco de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 34 es una ilustración esquemática de un marco de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 35 es una ilustración esquemática de una caja de conexión de energía de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 36 es una ilustración esquemática de una caja de conexión de energía de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 37 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 38 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 39 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 40 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 41 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 42 es una ilustración esquemática de una etapa en un método de ensamblaje de un dispositivo de tratamiento electroquímico de flujo cruzado de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 43 es una vista en despiece de un aparato de tratamiento electroquímico que comprende múltiples módulos de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 44 es una ilustración esquemática de un aparato de tratamiento electroquímico que comprende múltiples módulos de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 45 es una ilustración esquemática de un alojamiento de un aparato de tratamiento electroquímico de acuerdo con una o más realizaciones;

La FIG. 46 es una ilustración esquemática de un alojamiento de un aparato de tratamiento electroquímico de acuerdo con una o más realizaciones; y

La FIG. 47 es una ilustración esquemática de un alojamiento de un aparato de tratamiento electroquímico de acuerdo con una o más realizaciones.

Descripción detallada

Los dispositivos para purificar fluidos que usan campos eléctricos se usan comúnmente para tratar agua y otros líquidos que contienen especies iónicas disueltas. Dos tipos de tales dispositivos de separación electroquímica que tratan el agua de esta manera son los dispositivos de electro des ionización y electrodiálisis.

El electro des ionización (EDI) es un proceso que elimina, o al menos reduce, una o más especies ionizadas o ionizables del agua usando medios eléctricamente activos y un potencial eléctrico para influir en el transporte de iones. Los medios eléctricamente activos normalmente sirven para recoger y descargar alternativamente especies iónicas y/o ionizables y, en algunos casos, para facilitar el transporte de iones, que puede ser continuo, mediante mecanismos de sustitución iónica o electrónica. Los dispositivos EDI pueden comprender medios electroquímicamente activos de carga permanente o temporal, y pueden funcionar por lotes, de forma intermitente, continua y/o incluso en modos de polaridad inversa. Los dispositivos EDI pueden funcionar para promover una o más reacciones electroquímicas diseñadas específicamente para lograr o mejorar el rendimiento. Además, dichos dispositivos electroquímicos pueden comprender membranas eléctricamente activas, tales como membranas bipolares o de intercambio iónico semipermeables o selectivamente permeables. Los dispositivos de electro des ionización continua (CEDI) son dispositivos EDI conocidos por los expertos en la técnica que funcionan de manera que la purificación del agua puede realizarse de forma continua, mientras que el material de intercambio iónico se recarga continuamente. Las técnicas CEDI pueden incluir procesos como la des ionización continua, la electrodiálisis de celda llena o el electro diáresis. Bajo condiciones controladas de voltaje y salinidad, en los sistemas CEDI, las moléculas de agua se pueden dividir para generar iones o especies de hidrógeno o hidronio e iones o especies de hidróxido o hidroxilo que pueden regenerar medios de intercambio iónico en el dispositivo y así facilitar la liberación de las especies atrapadas en el mismo. De esta manera, una corriente de agua que se va a tratar se puede purificar continuamente sin necesidad de recargar químicamente la resina de intercambio iónico.

Los dispositivos de electrodiálisis (ED) funcionan con un principio similar al de CEDI, excepto que los dispositivos de ED generalmente no contienen medios electroactivos entre las membranas. Debido a la falta de medios electroactivos, la operación de ED puede verse obstaculizada en aguas de alimentación de baja salinidad debido a la elevada resistencia eléctrica. Además, debido a que la operación de ED en aguas de alimentación de alta salinidad puede dar como resultado un elevado consumo de corriente eléctrica, hasta ahora los aparatos de ED se han utilizado de manera más eficaz en aguas de origen de salinidad intermedia. En los sistemas basados en ED, debido a que no hay medios electroactivos, la división del agua es ineficiente y generalmente se evita operar en dicho régimen.

En los dispositivos CEDI y ED, una pluralidad de celdas o compartimentos adyacentes normalmente están separados por membranas selectivamente permeables que permiten el paso de especies cargadas positiva o negativamente, pero normalmente no de ambas. Los compartimentos de dilución o agotamiento están normalmente intercalados con compartimentos de concentración o concentración en tales dispositivos. A medida que el agua fluye a través de los compartimentos de agotamiento, las especies cargadas iónicas y de otro tipo normalmente son atraídas hacia los compartimentos de concentración bajo la influencia de un campo eléctrico, como un campo de CC. Las especies cargadas positivamente son atraídas hacia un cátodo, normalmente ubicado en un extremo de una pila de múltiples compartimentos de agotamiento y concentración, y las especies cargadas negativamente también son atraídas hacia un ánodo de dichos dispositivos, normalmente ubicado en el extremo opuesto de la pila de compartimentos. Los electrodos se alojan normalmente en compartimentos de electrolitos que normalmente están parcialmente aislados de la comunicación de fluidos con los compartimentos de agotamiento y/o concentración. Una vez en un compartimento de concentración, las especies cargadas quedan típicamente atrapadas por una barrera de membrana selectivamente permeable que define al menos parcialmente el compartimento de concentración. Por ejemplo, normalmente se evita que los aniones migren más hacia el cátodo, fuera del compartimento de concentración, mediante una membrana selectiva de cationes. Una vez capturadas en el compartimiento de concentración, las especies cargadas atrapadas pueden eliminarse en una corriente de concentrado.

En los dispositivos CEDI y ED, el campo de CC normalmente se aplica a las celdas desde una fuente de voltaje y corriente eléctrica aplicada a los electrodos (ánodo o electrodo positivo y cátodo o electrodo negativo). La fuente de voltaje y corriente (colectivamente "fuente de alimentación") puede ser alimentada por una variedad de medios, como una fuente de alimentación de CA o, por ejemplo, una fuente de alimentación derivada de la energía solar, eólica o de las olas. En las interfases electrodo/líquido, ocurren reacciones electroquímicas de media celda que inician y/o facilitan la transferencia de iones a través de las membranas y compartimentos. Las reacciones electroquímicas específicas que ocurren en los electrodos/interfaces pueden controlarse hasta cierto punto por la concentración de sales en los compartimentos especializados que alojan los conjuntos de electrodos. Por ejemplo, una alimentación a los compartimentos de electrolito del ánodo que tiene un alto contenido de cloruro de sodio tenderá a generar gas de cloro e iones de hidrógeno, mientras que dicha alimentación al compartimento de electrolito del cátodo tenderá a generar gas de hidrógeno e iones de hidróxido. En general, el ion de hidrógeno generado en el compartimiento del ánodo se asociará con un anión libre, como el ion de cloruro, para preservar la neutralidad de la carga y crear una solución de ácido clorhídrico y, de forma análoga, el ion de hidróxido generado en el compartimiento del cátodo se asociará con un catión libre, como el sodio, para preservar la neutralidad de carga y crear una solución de hidróxido de sodio. Los productos de reacción de los compartimentos de electrodos, como el gas de cloro generado y el hidróxido de sodio, se pueden utilizar en el proceso según sea necesario para fines de desinfección, limpieza de membranas y eliminación de incrustaciones, y para fines de ajuste de pH.

Se han usad diseños de bobinado en espiral y de placa y marco para diversos tipos de dispositivos de des ionización electroquímica que incluyen, entre otros, dispositivos de electrodiálisis (ED) y electro des ionización (EDI). Los dispositivos ED disponibles comercialmente suelen tener un diseño de placa y marco, mientras que los dispositivos EDI están disponibles tanto en configuraciones de placa y marco como en espiral.

La presente invención se refiere a dispositivos que pueden purificar eléctricamente fluidos dentro de un alojamiento, así como a métodos de fabricación y uso de estos. Los líquidos u otros fluidos que se van a purificar entran en el dispositivo o aparato de purificación y, bajo la influencia de un campo eléctrico, se tratan para producir un líquido sin iones. Las especies de los líquidos que entran se recogen para producir un líquido concentrado en iones. Los componentes del aparato de purificación eléctrica, que también puede denominarse sistema de separación electroquímica o dispositivo de separación electroquímica, pueden ensamblarse usando diversas técnicas para lograr un funcionamiento óptimo del aparato.

En la presente divulgación, se proporcionan métodos para ensamblar un dispositivo de separación electroquímica. Los dispositivos de separación electroquímica pueden ser dispositivos de flujo cruzado. En los dispositivos de electrodiálisis de flujo cruzado, las corrientes de dilución y concentración fluyen en direcciones que forman un ángulo (por ejemplo, perpendicular) entre sí. Las aplicaciones potenciales incluyen la desalinización de agua de mar, agua salobre y salmueras de la producción de petróleo y gas.

De acuerdo con una o más realizaciones, se puede mejorar la eficacia de los sistemas de separación electroquímica. La pérdida de corriente es una fuente potencial de ineficiencia. En algunas realizaciones, como las que implican un diseño de flujo cruzado, se puede abordar el potencial de fuga de corriente. La eficiencia de la corriente se puede definir como el porcentaje de corriente que es efectivo para mover iones fuera de la corriente diluida hacia la corriente concentrada. Pueden existir diversas fuentes de ineficiencia de corriente en un sistema de separación electroquímica o en un aparato de purificación eléctrica. Una fuente potencial de ineficiencia puede ser la corriente que eludir los pares de celdas (pares de compartimentos de concentración y dilución adyacentes) al fluir a través de los colectores de entrada y salida de diluido y concentrado. Los colectores de entrada y salida pueden estar en comunicación de fluidos directa con los compartimentos de flujo y pueden reducir la caída de presión en cada trayectoria de flujo. Parte de la corriente eléctrica de un electrodo al otro puede eludir la pila de pares de celdas al fluir a través de los colectores. La corriente de derivación reduce la eficiencia de corriente y aumenta el consumo de energía. Otra fuente potencial de ineficiencia puede involucrar iones que entran a la corriente diluida desde el concentrado debido a la permeabilidad imperfecta de las membranas de intercambio iónico. En algunas realizaciones, las técnicas asociadas con el sellado y encapsulado de membranas y pantallas dentro de un dispositivo pueden facilitar la reducción de la fuga de corriente.

En una o más realizaciones, una trayectoria de derivación en una pila puede manipularse para promover el flujo de corriente a lo largo de una trayectoria directa a través de una pila de celdas para mejorar la eficiencia de corriente. En algunas realizaciones, se puede construir y disponer un dispositivo de separación electroquímica o un aparato de purificación eléctrica de manera que el flujo de corriente se dirija a través de superficies de membrana activa en lugar de a través de trayectorias de derivación no deseadas. En algunas realizaciones, se puede lograr una eficiencia de corriente de al menos aproximadamente un 60 %. En otras realizaciones, se puede lograr una eficiencia de corriente de al menos aproximadamente el 70%. En aún otras realizaciones, se puede lograr una eficiencia de corriente de al menos aproximadamente el 80%. En al menos algunas realizaciones, se puede lograr una eficiencia de corriente de al menos aproximadamente el 85%. En al menos algunas realizaciones, se puede lograr una eficiencia de corriente de al menos aproximadamente el 90%.

Se pueden colocar espaciadores, como pantallas, dentro de los compartimentos para proporcionar estructura y definir los compartimentos y, en ciertos ejemplos, pueden ayudar a dirigir el flujo de fluido a través del compartimento. Los espaciadores pueden estar hechos de materiales poliméricos u otros materiales que permitan una estructura deseada y un flujo de fluido dentro de los compartimentos. En ciertas realizaciones, los espaciadores pueden construirse y disponerse para redirigir o redistribuir el flujo de fluido dentro de los compartimentos. En algunos ejemplos, el espaciador puede comprender un material similar a una malla o pantalla para proporcionar estructura y permitir el flujo de fluido deseado a través del compartimento.

El espaciador puede construirse y disponerse para redirigir al menos uno de flujo de fluido y corriente eléctrica para mejorar la eficiencia de la corriente. El espaciador también puede construirse y disponerse para crear múltiples etapas de flujo de fluido en un aparato de purificación eléctrica. En algunas realizaciones, la pluralidad de membranas de intercambio de iones puede alternar entre membranas de intercambio de cationes y membranas de intercambio de aniones para proporcionar una serie de compartimentos de dilución de iones y compartimentos de concentración de iones.

La geometría de las membranas puede ser de cualquier geometría adecuada de modo que las membranas puedan asegurarse dentro de una pila de celdas. En ciertas realizaciones, se puede desear un número particular de esquinas o vértices en la pila de celdas para asegurar adecuadamente la pila de celdas dentro de un marco. En ciertas realizaciones, las membranas particulares pueden tener diferentes geometrías que otras membranas en la pila de celdas.

En ciertas realizaciones de la divulgación, el flujo dentro de un compartimento puede ajustarse, redistribuirse o redirigirse para proporcionar un mayor contacto del fluido con las superficies de la membrana dentro del compartimento. El compartimento puede construirse y disponerse para redistribuir el flujo de fluido dentro del compartimento. El compartimento puede tener obstrucciones, proyecciones, protuberancias, pestañas o deflectores que pueden proporcionar una estructura para redistribuir el flujo a través del compartimento, que se discutirá más adelante. En ciertas realizaciones, las obstrucciones, proyecciones, salientes, pestañas o deflectores pueden denominarse un redistribuidor de flujo.

En determinados ejemplos, los conjuntos espaciadores, por ejemplo, una pantalla entre un par de membranas, pueden asegurarse entre sí para proporcionar un primer compartimento que tenga una trayectoria de flujo de fluido en una primera dirección y un segundo compartimento que tenga una trayectoria de flujo de fluido en una segunda dirección.

En la presente descripción, se proporcionan métodos para asegurar espaciadores y membranas de intercambio iónico para producir una pila de celdas de membrana para un aparato de purificación eléctrica. El método puede proporcionar la fijación de múltiples espaciadores, membranas de intercambio de aniones y membranas de intercambio de cationes para su uso en aparatos de purificación eléctrica tales como un dispositivo de electrodiálisis (ED) de flujo cruzado. El método puede permitir asegurar espaciadores y membranas a un marco a través de un proceso de encapsulado. El método puede eliminar la necesidad de soldar periferias tales como uno o más bordes de la(s) membrana(s).

En ejemplos, el método puede implicar el enmascaramiento de las partes finales de los espaciadores para proporcionar una parte de extremo enmascarada que permanece libre de material de encapsulado durante las etapas secuenciales de encapsulado. Por ejemplo, el método puede implicar soldar películas a partes de extremo alternas del espaciador como se describe en el presente documento antes de un proceso de encapsulado. Una vez completado el encapsulado, se pueden formar puertos en la pila de celdas, por ejemplo, taladrando a través de las partes encapsuladas los puertos estarán en comunicación de fluidos con los compartimentos cuyas partes de extremo estaban enmascaradas, y aisladas frente a fluidos en las partes de extremo que estaban encapsuladas, proporcionando compartimentos de flujo cruzado alternativos, por ejemplo, compartimentos de concentración y de agotamiento alternos.

De acuerdo con una o más realizaciones, un sistema de separación electroquímica o un aparato de purificación eléctrica puede ser modular. Cada unidad modular puede funcionar generalmente como un sub-bloque de un sistema global de separación electroquímica. Una unidad modular puede incluir cualquier número deseado de pares de celdas. En algunas realizaciones, el número de pares de celdas por unidad modular puede depender del número total de pares de celdas y pases en el dispositivo de separación. También puede depender de la cantidad de pares de celdas que se pueden asegurar en un marco con una tasa de falla aceptable cuando se prueban fugas cruzadas y otros criterios de rendimiento. El número se puede basar en el análisis estadístico del proceso de fabricación y se puede aumentar a medida que mejoran los controles del proceso. En algunas realizaciones no limitativas, para aplicaciones que requieren caudales de producto bajos, por ejemplo, una unidad modular puede incluir alrededor de 20-50 pares de celdas. En otras aplicaciones con mayor caudal de producto, una unidad modular puede incluir de 50 a 200 pares de celdas. Un aumento adicional a, digamos, 500 pares de celdas puede ser óptimo para aplicaciones con caudales muy altos, como la desalinización de agua de mar a agua potable para municipios. Las unidades modulares pueden ensamblarse individualmente y someterse a pruebas de control de calidad, como fugas, rendimiento de separación y caída de presión antes de incorporarse a un aparato o sistema. En algunas realizaciones, una pila de celdas se puede montar en un marco como una unidad modular que se puede probar de forma independiente. Una pluralidad de unidades modulares puede luego ensamblarse juntas en un alojamiento para proporcionar un número total previsto de pares de celdas en un dispositivo de separación electroquímica. En ejemplos, un método de ensamblaje puede implicar generalmente colocar una primera unidad modular en una segunda unidad modular, colocar una tercera unidad modular en la primera y segunda unidades modulares y repetir para obtener una pluralidad de unidades modulares de un número deseado. En algunas realizaciones, el conjunto o las unidades modulares individuales pueden insertarse en un recipiente a presión, o alojamiento, para su funcionamiento. Las configuraciones de flujo de paso múltiple pueden ser posibles con la colocación de membranas de bloqueo y/o espaciadores entre unidades modulares. Un enfoque modular puede mejorar la capacidad de fabricación en términos de ahorro de tiempo y costes. La modularidad también puede facilitar el mantenimiento del sistema al permitir el diagnóstico, el aislamiento, la extracción y el reemplazo de unidades modulares individuales. Las unidades modulares individuales pueden incluir sistemas de distribución de flujo y colectores para facilitar un proceso de separación electroquímica. Las unidades modulares individuales pueden estar en comunicación de fluidos entre sí, así como con el colector central y otros sistemas asociados con un proceso de separación electroquímica general.

Una pila de celdas se puede asegurar dentro de un marco, por ejemplo, a través de un procedimiento de encapsulado secuencial, para proporcionar una unidad modular. A continuación, esta unidad modular puede fijarse dentro de un alojamiento. La unidad modular puede comprender además un conjunto de soporte o soporte de esquina que puede asegurar la unidad modular al alojamiento. Puede fijarse una segunda unidad modular dentro del alojamiento. También se pueden asegurar una o más unidades modulares adicionales dentro del alojamiento. En ciertas realizaciones de la divulgación, se puede colocar un espaciador de bloqueo entre la primera unidad modular y la segunda unidad modular. Una barra de unión u otro dispositivo puede facilitar la instalación de una o más unidades modulares dentro de un alojamiento.

El aparato de purificación eléctrica también puede comprender un primer electrodo adyacente a una primera membrana de intercambio de iones en un primer extremo de la pila de celdas, y un segundo electrodo adyacente a una segunda membrana de intercambio de iones en un segundo extremo de la pila de celdas. Cada una de la primera membrana de intercambio de iones y la segunda membrana de intercambio de iones puede ser una membrana de intercambio de aniones o una membrana de intercambio de cationes. Por ejemplo, la primera membrana de intercambio de iones puede ser una membrana de intercambio de aniones y la segunda membrana de intercambio de iones puede ser una membrana de intercambio de cationes. Pueden estar presentes dos o más unidades modulares entre un único par de electrodos.

En la presente divulgación, se proporciona un método para ensamblar un dispositivo de flujo cruzado que elimina el requisito de soldar las membranas y, además, elimina los espacios entre la pila y el marco.

El método divulgado puede usar un material de encapsulado, tal como epoxi, para sellar los bordes de las membranas y pantallas para formar compartimentos de flujo y evitar fugas cruzadas entre los compartimentos de diluido y concentrado.

El método puede comprender enmascarar un primer conjunto de partes de extremo de una primera pluralidad de espaciadores para proteger esas partes de extremo de recibir epoxi de encapsulado durante una etapa de encapsulado posterior. El método puede comprender además enmascarar un segundo conjunto de partes de extremo de una segunda pluralidad de espaciadores. El enmascaramiento puede comprender la formación de una funda alrededor de la parte de extremo respectiva. Los espaciadores que comprenden partes de extremo enmascaradas se apilan en un marco con membranas de intercambio aniónico y catiónico alternas colocadas entre ellos. Durante el apilamiento, el primer conjunto de espaciadores se alterna con el segundo conjunto de espaciadores de modo que las partes de extremo enmascaradas de los espaciadores alternos se orientan formando un ángulo entre sí. Los espaciadores y membranas alternos proporcionan lo que en la forma final serán compartimientos alternos de dilución de iones y de concentración de iones del dispositivo de separación electroquímica de flujo cruzado.

En los ejemplos, el método comprende además introducir un material de encapsulado en la periferia de la pila de celdas, encapsulando así la periferia de las membranas y las partes de los extremos sin enmascarar del espaciador, produciendo partes de los extremos encapsuladas del espaciador. Sin embargo, el material de encapsulado no penetra en las partes de extremo enmascaradas de los espaciadores.

Entonces se pueden definir canales a través de las partes de extremo de los espaciadores para proporcionar pasos de flujo, pasando alternativamente a través de partes de extremo encapsuladas y partes de extremo enmascaradas. Los canales pueden proporcionar puertos de entrada y salida para una corriente diluida y una corriente concentrada procesada por el sistema de tratamiento electroquímico. Cuando el canal penetra en la parte de extremo enmascarada de un espaciador, estará en comunicación de fluidos con el compartimiento de flujo asociado con ese espaciador. Cuando el canal penetra en una parte de extremo encapsulada de un espaciador, estará aislado frente a fluidos del compartimiento de flujo asociado con ese espaciador.

La pila de celdas acanaladas y el marco pueden insertarse luego en un alojamiento para formar el aparato de separación electroquímica. De tal manera, según uno o más métodos, se puede formar un aparato de tratamiento electroquímico de flujo cruzado.

Según uno o más ejemplos, con referencia a las FIGS. 1A y 1B, el proceso de ensamblaje comienza soldando piezas troqueladas de película 110 de plástico a un espaciador (también denominado pantalla) 105 a lo largo de los bordes 120. Los bordes 120 de la pantalla 105 se pueden aplanar previamente con calor y presión. Las películas 110 unidas en un borde 125 soldado forman una funda 130 alrededor de una parte 117 de extremo del espaciador 105. Según ciertas realizaciones, los orificios 115 pueden perforarse previamente en las pantallas en ubicaciones correspondientes a los puertos de entrada y salida a los compartimentos de diluido y concentrado, añadiéndose los puertos en una etapa posterior. La FIG. 2 muestra una vista en sección a través de un espaciador 105 que muestra que las películas 110 forman un bolsillo 112 abierto con la pantalla 105 en el medio. La funda 130 puede servir como una máscara para evitar que el material de encapsulado entre en el material 105 espaciador, dentro del bolsillo 112, y por lo tanto forma una parte 117 de extremo enmascarada. Otras técnicas de enmascaramiento están dentro del alcance de la presente divulgación.

Como se muestra en la FIG. 3, una membrana (CEM) 137 de intercambio catiónico, un espaciador 107 de diluido, una membrana (AEM) 136 de intercambio aniónico y un espaciador 106 de concentrado orientado en un ángulo (por ejemplo, 90 grados) con respecto al primer espaciador 107 comprenden los componentes de un par 140 de celdas. En el ensamblaje terminado, el par 140 de celdas permite el flujo de fluido en una primera dirección 191 y el flujo de fluido en una segunda dirección 192. El espesor de cada compartimento de flujo (separación entre membranas) está determinado por el espesor de la pantalla 105 y las películas 110. El espesor puede oscilar entre 0,25 mm y 0,75 mm (0,01" - 0,03") para la pantalla y entre 0,05 mm y 0,1 mm (0,002" - 0,004") para cada película. Por lo tanto, la separación entre membranas puede oscilar entre 0,35 mm y 0,95 mm (0,014" - 0,038"). Por supuesto, son posibles espesores fuera del intervalo típico indicado anteriormente.

Se pueden compilar múltiples pares 140 de celdas para formar una pila 145 de celdas, como se muestra en la FIG. 4. Las pantallas 108 de electrodos se pueden añadir a ambos extremos de la pila 145. Si bien el número de pares de celdas mostrados está limitado en aras de la claridad, esta invención no se limita al número de pares de celdas que se pueden ensamblar. El número total de unidades modulares y pares de celdas por aparato dependerá, por ejemplo, del caudal y la eliminación iónica requerida por aparato, así como de la optimización del diseño del sistema en función del consumo de energía, el coste de capital y el coste del ciclo de vida. Para aplicaciones de agua de mar de alto flujo, por ejemplo, el número total de pares de celdas por aparato puede oscilar entre 2000 y 4000, alojados en múltiples unidades modulares y conectados fluidamente en múltiples pases s. Para aplicaciones residenciales de ablandamiento, por otro lado, solo una unidad modular con 20-50 pares de celdas fluidamente en paralelo puede ser suficiente.

Según al menos una realización, la pila 145 completa se inserta en un marco 155 y se encierra por una cubierta 156 superior y una cubierta 157 inferior, como se muestra en la FIG. 5, para formar una unidad 150 modular.

Alternativamente, se puede unir una cubierta 157 a la parte inferior del marco, y los componentes se pueden apilar uno por uno dentro del marco 155, con la cubierta 156 superior después unida. Los pasadores (no mostrados) que sobresalen hacia arriba desde la cubierta 157 inferior pueden usarse para alinear los componentes de la pila. Las cubiertas 156 y 157 pueden unirse y sellarse al marco 155 con una combinación de fijaciones mecánicas, adhesivos y/o sellos elastómeros.

El conjunto 150 modular del marco 155 y la pila 145 se pueden inclinar de modo que el eje longitudinal central sea horizontal. Se puede inyectar un adhesivo 160 de encapsulado, tal como un epoxi de dos partes, en una parte 117 de extremo, como se muestra en las FIGS. 6A y 6B, y se le da tiempo para que se endurezca hasta que ya no fluya.

A medida que se inyecta epoxi a través de la entrada 59 en una parte 117 de extremo, penetrará en las pantallas 109 que no están enmascaradas por las fundas 130. El movimiento hacia arriba del epoxi 160 se debe en parte a la absorción en las pantallas 109 porosas.

La tasa y la cantidad de inyección de epoxi junto con la tasa de absorción se observan y/o controlan para que el nivel 161 de epoxi no se eleve por encima de los bordes de las fundas 130 de enmascaramiento que evitan que el epoxi 160 se derrame en las pantallas 105 enmascaradas. El epoxi 160 seleccionado puede tener una viscosidad suficientemente baja para fluir fácilmente hacia las pantallas 109 encapsuladas alternas y cualquier espacio entre las membranas 135 y los componentes adyacentes. El tiempo de fraguado del epoxi 160 debe ser lo suficientemente largo para que todo el epoxi 160 pueda inyectarse lentamente antes de que el epoxi 160 comience a fraguar y endurecerse. El nivel final de material 161 de encapsulado puede estar a una altura suficiente para incrustar los bordes de las membranas 135 sin derramar sobre la parte superior de las fundas 130 en las pantallas 105 enmascaradas en la parte 117 de extremo.

En etapas posteriores, se encapsularán otras partes 117 de extremo, así como las esquinas 118, dejando un área 138 de membrana activa en una parte central.

La FIG. 7 es una vista en sección que muestra que la película 110 de plástico soldada a las pantallas 105 enmascaradas alternas en la parte 117 de extremo mostrada evita que el epoxi 160 penetre en los bolsillos 112 formados, mientras permite que el epoxi 160 penetre en las pantallas 105 alternas.

El conjunto 150 se hace girar progresivamente una cantidad preestablecida (por ejemplo, 90 grados a la vez) y se inyecta adhesivo hasta que todos los cuadrantes 117 de la parte de extremo estén encapsulados como se muestra en la FIG. 8.

Después se hace girar el conjunto (por ejemplo, 45 grados) y se inyecta adhesivo para encapsular la primera esquina 118, como se muestra en la FIG. 9. La FIG. 10 muestra una sección horizontal a través de una pantalla diluida; en el que el nivel 161 del adhesivo 160 es lo suficientemente alto para eludir las soldaduras 125 entre la película 110 de plástico y la pantalla 105 para que el adhesivo pueda fluir hacia la pantalla 105.

Mediante rotaciones sucesivas e inyección de adhesivo, las cuatro esquinas 118 se encapsulan. Se le puede dar más tiempo al adhesivo 160 de encapsulado para curar completamente a temperatura ambiente o se puede insertar el conjunto 150 en una cámara calentada para acelerar el curado.

Se pueden perforar o cortar una serie de orificios (por ejemplo, cuatro orificios) o aberturas a través del adhesivo de encapsulado y las películas de plástico para proporcionar puertos 165 de entrada y salida a los compartimentos de diluido y concentrado, como se muestra en la FIG. 11. Las FIGS. 12A y 12B son vistas en sección de las líneas de sección transversal A-A' y B-B' de la FIG. 11, respectivamente, en ángulos rectos que muestran cómo un conjunto de puertos 165 diametralmente opuestos se comunica con los compartimentos 170 de dilución de iones definidos por las pantallas de dilución y el otro conjunto de puertos 165 se comunica con los compartimentos 175 de concentración de iones definidos por las pantallas de concentrado. En ciertas realizaciones, los orificios 115 perforados previamente en las pantallas 105 pueden tener un diámetro mayor que el puerto 165 para evitar daños a las pantallas 105 durante la formación de los orificios.

Cada una de las FIGS. 13A y 13B es una sección horizontal a través de un compartimento 170 de dilución de iones que muestra las trayectorias 190 de flujo desde un puerto 165 al otro. Las esquinas 118 encapsuladas dan como resultado una pared lateral cónica que permite que el flujo 190 se expanda y se contraiga sin transiciones bruscas, remolinos o zonas estancadas. Los hilos en las pantallas 105, particularmente cuando están orientados en ángulo con la dirección media del flujo, pueden promover la mezcla y la dispersión del flujo. Alternativamente, se pueden añadir estructuras tales como nervaduras de guía a las pantallas para dirigir el flujo.

Dado que las membranas 135 se extienden más allá de las áreas 138 activas hacia el adhesivo 160 de encapsulado de las partes 112 de extremo, como se muestra en la FIG. 14, no hay espacios entre la pila 145 y el marco 155 a través de los cuales la corriente 195 pueda eludir la pila, a diferencia de las realizaciones alternativas, aunque permanece la posibilidad de que alguna corriente eludir la pila 145 a través de una trayectoria, como el puerto 165. En algunas realizaciones, sustancialmente no hay derivación de corriente a través de la pila.

Según una o más realizaciones alternativas, las películas de plástico se sueldan a las partes 117 de extremo de las pantallas 105 solo a lo largo de secciones 225 cortas para formar fundas 230, como se muestra en la FIG. 15. Los bordes restantes de las películas 210 de plástico no están unidos.

Los componentes del par 140 de celdas se apilan en el marco de la misma manera que en la realización descrita anteriormente mostrada en las FIGS. 1-14. Sin embargo, las esquinas 118 se encapsulan primero, como se muestra en la FIG. 16. Dado que las películas 210 de plástico no están soldadas a las pantallas 105 a lo largo de todos los bordes 120 laterales, el adhesivo penetra tanto en las pantallas 105 diluidas como concentradas. La FIG. 17 es una sección horizontal a través de una pantalla 105 de dilución que muestra que los adhesivos 160 de esquina incrustan las secciones de las películas 210 de plástico que están soldadas a la pantalla 105. Debido a que las secciones 225 soldadas en esta realización son más cortas que las de aquellas en las realizaciones descritas anteriormente, el adhesivo 160 puede fluir más libremente hacia la pantalla 105 hasta niveles 161 que no bloquean el puerto 165.

Las cuatro partes 117 de extremo se encapsulan a continuación. Posteriormente, se perforan los puertos 165. La FIG.

18 muestra una sección horizontal a través de una pantalla 105. La combinación de la esquina 117 encapsulada y las secciones 225 de borde soldadas evitan que el adhesivo 160 penetre en la pantalla 105 en las partes 117 de extremo que contienen los puertos 165 de entrada y salida.

Según una o más realizaciones alternativas, la pila de celdas en el marco se puede hacer girar alrededor del eje central y se puede inyectar adhesivo. La fuerza centrífuga provoca que el adhesivo forme un anillo 160 que incrusta la periferia de la pila. La rotación se puede detener después de que fragüe el adhesivo. Los orificios para los puertos 165 se pueden perforar después de que se haya curado el adhesivo 160, como se muestra en la FIG. 19. Este método tiene la ventaja de que el adhesivo 160 se puede aplicar todo de una vez, en lugar de en etapas secuenciales, reduciendo así el tiempo total de encapsulado.

Cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente puede utilizar soldadura térmica de películas 110 de plástico a las pantallas 105 u otras técnicas de enmascaramiento en lugar de soldadura de membranas 135 (entre sí, a pantallas o tiras de plástico). Las películas 110 de plástico pueden fundirse fácilmente y adherirse bien a los adhesivos de encapsulado. Los materiales potenciales para las películas 110 de plástico pueden incluir PVC y poliéster. El PVC transparente tiene la ventaja adicional de que es resistente a los productos químicos de limpieza que pueden usarse durante un proceso de separación, como ácidos, bases o hipoclorito.

Las pantallas 105 pueden extruirse a partir de plásticos termoplásticos como poliamida (PA o nailon), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), polietileno (PE), polipropileno (PP) y mezclas de estos. El polipropileno se usa comúnmente debido a su resistencia a una amplia gama de productos químicos, bajo coste y cumplimiento potencial de los estándares para componentes de sistemas de agua potable, como la norma NSF/ANSI 61. Las pantallas también pueden estar tejidas con materiales como poliamida, poliéster, tereftalato de polietileno, polipropileno, etileno tetrafluoroetileno (ETFE) y poliéter éter cetona (PEEK). Las pantallas extruidas y tejidas, cuando se orientan correctamente, pueden dirigir la dirección del flujo y mejorar la distribución del flujo.

El adhesivo 160 de encapsulado puede penetrar en los espacios entre las membranas 135, que están parcialmente llenas de pantallas 105 y normalmente tienen un espesor en el intervalo de 0,25 - 0,75 mm (0,010 - 0,030 pulgadas). Para poder controlar la altura del encapsulado, se debe limitar cualquier absorción ascendente del adhesivo debido a la tensión superficial.

Según una o más realizaciones, el aparato de separación electroquímica resultante del proceso descrito anteriormente puede comprender una pila de celdas, un marco que rodea la pila de celdas para formar una primera unidad modular y un alojamiento que encierra la primera unidad modular. Además, la pila de celdas puede comprender una pluralidad de pares de celdas alineadas, cada una de las cuales incluye un compartimiento de concentración de iones y un compartimiento de dilución de iones. Cada uno de los compartimentos puede incluir un espaciador colocado entre una membrana de intercambio iónico y una membrana de intercambio catiónico. El espaciador de cada compartimento puede tener un conjunto enmascarado de partes de extremo y un conjunto encapsulado de partes de extremo. La máscara puede comprender una funda que rodea la parte de extremo del espaciador para evitar que la parte de extremo quede expuesta al material de encapsulado. Los espaciadores alternos pueden orientarse de modo que las partes de extremo enmascaradas de un espaciador estén alineadas con las partes de extremo encapsuladas de un espaciador adyacente. La pila de celdas también puede incluir canales formados a través del material de encapsulado, extendiéndose cada canal a través de una parte de extremo respectiva. Cuando el canal se extienda a través de una parte de extremo enmascarada, estará en comunicación de fluidos con el espaciador y el compartimiento de flujo asociado con esa parte de extremo. Del mismo modo, cuando el canal pasa a través de una parte de extremo adyacente no enmascarada y, por lo tanto, encapsulada, el canal se aislará frente a fluidos del compartimento asociado con el espaciador. De tal manera, los canales pueden proporcionar flujo a compartimentos alternos mientras mantienen aisladas las respectivas corrientes.

El marco 155 y las cubiertas 156 y 157 pueden fabricarse con materiales con las propiedades mecánicas requeridas y la compatibilidad química con los fluidos encontrados durante la operación. En aplicaciones como la desalinización de agua de mar, los materiales plásticos se ven favorecidos por su resistencia a la corrosión y bajo coste. Los posibles plásticos incluyen cloruro de polivinilo (PVC), polietileno (PE), polipropileno (PP), poliamidas (PA o nailon), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polisulfona o mezclas de plásticos como Noryl, que es una mezcla de óxido de polifenileno (PPO) y poliestireno (PS). Se pueden añadir rellenos de refuerzo tales como fibras de vidrio para mejorar la resistencia química y las propiedades mecánicas y térmicas. En producción, el método de fabricación más probable sería el moldeo por inyección.

Según una o más realizaciones, toda la periferia de cada membrana 135 de la pila 145 está incrustada en material 160 de encapsulado. Cada pila está encapsulada y, por lo tanto, montada en un marco para formar un conjunto modular. Los sistemas pueden incluir uno o más conjuntos modulares de este tipo.

El marco 155 y las cubiertas 156 y 157 sirven para contener y formar el epoxi 160 durante las múltiples etapas de inyección y curado, de manera análoga a un molde. Según una o más realizaciones alternativas, las cubiertas 156 y 157 se retiran después de completar el encapsulado. Un revestimiento o película en el lado de cada cubierta adyacente al marco evita que el epoxi entre en contacto y se adhiera directamente a la cubierta. El revestimiento o película se puede seleccionar para una adhesión mínima al epoxi. Los puertos se pueden perforar o cortar antes o después de retirar las cubiertas. La unidad modular resultante tiene epoxi al ras con ambos extremos del marco 155. Las pantallas 108 adicionales, como se muestra en la FIG. 4, en ambos extremos de la pila están incrustados en el epoxi. La sección central de tales pantallas, correspondiente a las áreas de membrana activa, puede retirarse previamente.

Según una o más realizaciones, se proporcionan métodos y aparatos para reducir la fuga de corriente en dispositivos de flujo cruzado. La reducción de fugas de corriente se puede facilitar aumentando la resistencia eléctrica en los canales entre las áreas activas de los compartimentos de flujo y los puertos. Según ciertas realizaciones, las películas de plástico que controlan la penetración del adhesivo en la pila pueden soldarse entre sí en patrones que aumentan la tortuosidad de las trayectorias para el flujo de fluido y corriente.

La FIG. 13B es una sección horizontal de una pila de celdas que muestra el flujo de fluido a través de un espaciador. El área delimitada por líneas discontinuas es el área activa para el transporte de iones, correspondiente a la forma del ánodo y el cátodo. Las áreas inactivas (limitadas por líneas continuas) sirven como canales de entrada o salida entre las áreas activas y los puertos.

La FIG. 14 muestra que una parte de la corriente CC, que fluye hacia arriba en este ejemplo, puede en ciertas realizaciones eludir la pila al fluir lateralmente desde las áreas activas en los espaciadores inferiores a un puerto, hacia arriba a través del puerto y después hacia los lados hacia los espaciadores superiores. La corriente de derivación, también llamada corriente de fuga reduce la eficiencia de la corriente del proceso de separación y aumenta el consumo de energía por unidad de volumen de producto.

En cada espaciador, la conductividad del fluido en los puertos y los canales de entrada y salida está cerca de la conductividad promedio en la parte activa del espaciador. Por lo tanto, la fracción de corriente total que pasa por alto la pila aumenta a medida que aumenta la conductividad; por ejemplo, en la corriente de concentrado cerca del puerto de salida.

El flujo de corriente a través de un dispositivo ED se puede simular mediante un modelo de red de resistencias en paralelo y en serie. La resistencia eléctrica a través de un puerto y un canal típico se puede estimar mediante las ecuaciones de la FIG. 20. El incremento de las resistencias puede reducir la corriente de fuga. Los métodos potenciales incluyen: (1) reducir el diámetro de los puertos 165; y (2) estrechar la anchura y aumentar la longitud de los canales (o partes finales) 117 desde las áreas activas hasta los puertos. Ambos métodos tienen el efecto adverso de aumentar la resistencia al flujo y aumentar la caída de presión general.

Según una o más realizaciones, la fuga de corriente en los dispositivos de flujo cruzado sellados con adhesivo se reduce incrementando la resistencia eléctrica en los canales 117 entre las áreas 138 activas de los compartimentos de flujo y los puertos 165. La resistencia puede incrementarse incrementando la tortuosidad de trayectorias para el flujo de fluidos y corrientes.

Según una o más realizaciones de la divulgación, las películas 310 que forman fundas 330 en los extremos 117 de un espaciador 105 pueden soldarse por puntos en un interior 119 de la parte 117 de extremo para crear obstrucciones 326 al flujo de fluido y corriente, como se muestra en las FIGS. 21 y 22. La pantalla 105 está soldada entre las películas 310. Las soldaduras pueden llevarse a cabo usando elementos calentados; la costura se suelda usando bandas calentadas y el punto suelda puntas calentadas. Alternativamente, se puede usar una placa calentada con protuberancias en el patrón deseado para realizar todas las soldaduras al mismo tiempo. La soldadura ultrasónica es otra posibilidad. Las películas 310 de plástico y la pantalla 105 están intercaladas entre un "cuerno" en la parte superior y un yunque en la parte inferior. El yunque tiene protuberancias que enfocan la energía de las vibraciones ultrasónicas en las áreas de soldadura. Las soldaduras de costura y las soldaduras por puntos se pueden realizar de nuevo en una sola etapa o en múltiples etapas, dependiendo del tamaño máximo del cuerno que sea económicamente factible.

Las obstrucciones 326 obligan a la corriente 195 (y al fluido) a tomar trayectorias tortuosas (en lugar de trayectorias 196 directas hipotéticos) desde el área 138 activa hasta el puerto 165, o viceversa, como se muestra en la FIG. 23. La relación entre las longitudes medias de las trayectorias 195 tortuosas y la longitud de una trayectoria 196 directa hipotético se denomina "tortuosidad".

Según una o más realizaciones alternativas de la divulgación, las películas 410 se sueldan directamente entre sí. Las aberturas están troqueladas en la pantalla 405 alrededor de las obstrucciones 426, como se muestra en la FIG. 24. La ventaja de este método es que soldar dos películas 410, como películas de plástico, entre sí es más fácil que soldar con una pantalla 405 en el medio. La energía térmica o de vibración no tiene que transmitirse a través de tres capas de materiales.

Según una o más realizaciones alternativas de la divulgación, la pantalla 505 puede moldearse por inyección, como se muestra en la FIG. 25. Las áreas 526 elevadas se pueden moldear en la pantalla 505 para concentrar la energía en las áreas de soldadura. Alternativamente, las áreas de las obstrucciones 526 se pueden sellar mediante rebordes 527 elevados alrededor de los perímetros; esto reduce el área total de soldadura y puede dar como resultado un menor coste de capital para el soldador ultrasónico y el cuerno.

Los patrones de las obstrucciones que se muestran en las figuras anteriores son solo ilustrativos. En la práctica, los patrones deben optimizarse en función del equilibrio entre la reducción de la corriente de fuga y el incremento de la caída de presión del fluido.

La FIG. 26 muestra un ejemplo extremo de un patrón de obstrucciones 626 similar a un laberinto, que puede ser posible con una pantalla 605 moldeada.

Según una o más realizaciones, las mejoras al aparato pueden proporcionar una mayor rigidez del área circundante de la pila 145 de celdas después de ser encapsulada con epoxi 160.

Según una o más realizaciones, el espaciador puede comprender una estructura reforzada para proporcionar soporte adicional contra la compresión de la pila. La estructura reforzada se puede formar recortando partes en relieve del espaciador y soldando la película en ese espacio. Una disposición de este tipo permite que se acumule epoxi adicional en las regiones de relieve para proporcionar refuerzo. La estructura reforzada puede comprender nervaduras soldadas o nervaduras en las regiones de los bolsillos, para aumentar la rigidez. El aumento de la rigidez de estas áreas garantiza que las juntas de los sub-bloques se compriman de la manera más uniforme posible, lo que mejora el sellado entre los sub-bloques cuando se apilan en un módulo, también denominado unidad modular. También fomenta la penetración del epoxi en el espacio entre la membrana y la funda durante la etapa de encapsulado, lo que fortalece la unión entre ellos y evita las fugas cruzadas entre el compartimento diluido y el concentrado.

Según una o más realizaciones, las fundas comprenden nervaduras soldadas que forman canales para el relleno de epoxi. Estos canales, cuando se encapsulan, contribuyen a una mejor distribución del epoxi a través de toda la altura de la pila y eliminan los huecos. Como resultado, se fortalece el área alrededor de los puertos del colector, proporcionando la dureza necesaria para comprimir las juntas que se usan para sellar entre los sub-bloques. Las ventajas creadas por las nervaduras incluyen, entre otras cosas: (1) proporcionar un mejor sellado entre los sub bloques cuando se ensamblan en un módulo, reduce el consumo de energía; y (2) crear un canal de alimentación de material de encapsulado entre la funda y la membrana, para aumentar la flexibilidad de operación.

El proceso de soldadura de los espaciadores a veces puede dar como resultado en una delaminación donde se separan las partes soldadas de la funda y la pantalla. La delaminación puede permitir que el epoxi fluya hacia el compartimiento durante el encapsulado, un resultado no deseado. Según una o más realizaciones, la pantalla 705 está diseñada con relieves 707 adicionales recortados como se muestra en la FIG. 28A y 28B, reduciendo o eliminando así el problema de la delaminación. Tal diseño tiene las siguientes ventajas en comparación con un diseño que carece de los relieves recortados, como el que se muestra en las FIGS. 27A y 27B.

La soldadura en el área 707 de corte en relieve permite que la funda 710 se suelde directamente entre sí para formar una unión más fuerte, reduciendo o eliminando así la delaminación.

El diseño de nervaduras, como se muestra en las FIGS. 28A y 28B, puede contribuir además a mejorar la dureza de la pila. Según un modo de realización no nervado, como el mostrado en la FIG. 27, entre soldaduras, hay una pantalla colocada entre dos fundas para formar un bolsillo. La pantalla no es rígida, y cuando se forma la pila de celdas, la parte no soldada será blanda y puede tener problemas para sostener la junta para formar un buen sello durante el ensamblaje del módulo. Con la introducción de más nervaduras dentro de la soldadura, el epoxi 160 ahora puede llenar toda la altura de la pila cuando las nervaduras 731 están alineadas verticalmente. Esto, a su vez, formará una superficie más dura que soportará la junta usada para sellar entre los sub-bloques durante el ensamblaje del módulo.

Las nervaduras 731, como las que se muestran en la FIG. 28A y B pueden crear un canal de alimentación de material de encapsulado entre la funda 710 y la membrana mejorando la distribución uniforme y completa del material de encapsulado.

Según ciertas realizaciones, el diseño del espaciador se compone de una pantalla 105 con dos partes de extremos opuestos colocadas entre dos piezas de película 111 y 112 con bordes soldados para formar un bolsillo para evitar que el epoxi entre al área del colector durante el encapsulado, como se muestra, por ejemplo, en las FIGS. 29A y 29B. Las dos capas de película 111 y 112 se añaden al espesor total de la unidad espaciadora. Esta disposición películapantalla-película da como resultado una mayor altura de pila general para el mismo número de pares de celdas cuando se apilan muchos pares de celdas y un área de sección transversal mayor entre las membranas 135.

Según una o más realizaciones alternativas, una de las dos películas 111 o 112 se reemplaza con una lámina completa de membrana 135, como se muestra en las FIGS. 30A y 30B. Tal configuración reduce la altura total cuando se apilan muchos pares de celdas. También reduce el área de la sección transversal en un espesor de película para una mejor canalización del flujo. Como resultado, se pueden apilar más pares de celdas en la misma altura de marco y se mejora la penetración del epoxi dentro de la pila. A medida que la altura del espaciador se reduce en un espesor de película o más, la altura total se reduce en un espesor de película multiplicado por el número de pares de celdas o más. Según algunas realizaciones, el material 111 de la película puede ser el mismo material que la membrana 135 para una mejor unión.

Según ciertas realizaciones, la membrana 135 y la película 111 se sueldan entre sí para crear un sello para proteger las áreas de colector durante el encapsulado.

Las realizaciones que incluyen reemplazar una película 112 con una membrana 135 pueden proporcionar ciertos beneficios. Tales realizaciones pueden proporcionar una altura de pila más corta. Dichas realizaciones pueden proporcionar una canalización mejorada del flujo por los hilos de la pantalla al reducir el hueco entre la pantalla 105 espaciadora y la membrana 135. Tales realizaciones pueden proporcionar una mejor penetración de epoxi porque elimina la situación de tener la membrana 135 sobre los manguitos 120. Como tanto la membrana 135 como el manguito 120 son delgados con superficies lisas, es muy difícil que el epoxi penetre entre ellos. Con este nuevo diseño, todos los huecos que se supone que deben llenarse con epoxi se colocan con una pantalla, lo que ayudará a la penetración del epoxi.

Tales realizaciones pueden proporcionar un manejo más fácil durante el apilamiento porque la membrana 135 ya está unida al espaciador 105. Según ciertas realizaciones, los pares de celdas se producen según dos configuraciones: (1) pantalla, película y AEM; y (2) pantalla, película y CEM. Al soldar las membranas 135 a las pantallas 105 y las películas 110, la delgada membrana 135 se hace más fácil de manejar durante la producción de pilas. Asimismo, debido a que la membrana 135 ahora está unida a un espaciador 105, se reduce el riesgo de que dos o más láminas de membrana 135 se peguen entre sí durante el apilamiento.

Dichas realizaciones pueden proporcionar un mejor almacenamiento de los espaciadores 105. Los espaciadores 105 listos para usar se pueden almacenar de manera más efectiva en pilas en habitaciones con control de humedad porque, con cada espaciador que tiene una película 110 en un lado y una membrana 135 en el otro, el aire húmedo es capaz de viajar más eficazmente a las membranas 135 para conservarlas mejor.

Según una o más realizaciones, el marco 855 del sub-bloque se moldea en dos mitades 861 y 862 que se ensamblan juntas para formar el marco 855, como se muestra en las FIGS. 31A y 31B. Según ciertas realizaciones, los canales 856 de flujo de material de encapsulado están colocados en el núcleo del marco 855 donde las dos mitades 861 y 862 interactúan. El marco 855 también incluye difusores 859 de encapsulado y depósitos 858. En las entradas 863 de material de encapsulado se puede insertar una aguja de encapsulado para suministrar epoxi. El material fluye a través del canal 856 de encapsulado, como lo indican las flechas de flujo, y se suministra al depósito 858 de epoxi y/o al mecanismo 859 difusor de encapsulado. Las entradas 863 de los canales 856 de encapsulado pueden tener el mismo nivel o un nivel superior al del nivel de encapsulado para evitar el reflujo de epoxi cuando se retira la aguja de encapsulado.

Según una o más realizaciones alternativas, los canales 956 de flujo de material de encapsulado están ubicados en una superficie 962 externa del marco 955, como se muestra en las FIGS. 32 y 33A y 33B. La colocación de los canales 956 de flujo en la superficie 962 externa permite moldear el marco como una sola pieza 961 unitaria, lo que proporciona un diseño de herramientas de moldeo más simple y reduce el coste y el número de etapas de producción y, además, reduce el peso del marco en un 70 %. a unos 2,3 kg.

Se puede unir una película selladora adhesiva a la superficie 962 externa del marco 955 para formar un canal 956 de flujo cerrado. Los canales 956 distribuyen directamente el material de encapsulado a una ranura 959 difusora cortada. La ranura 959 difusora asegura la nivelación del epoxi, por lo tanto, ayuda a la absorción uniforme en la pila. La ranura 959 del difusor puede tener la forma que se muestra en la FIG. 34, o puede tener otra forma. Los bolsillos recortados en el lado interior del marco 955 actúan como depósitos 958 para el epoxi durante el encapsulado para minimizar la caída de nivel cuando el epoxi se absorbe en la pila. Los depósitos 958 se han diseñado para mejorar el proceso de moldeo de modo que las nervaduras 963 puedan tener el mismo espesor, evitando así la deformación. Los orificios 957 de tirante están reforzados con paredes 963 de nervaduras alrededor para reforzar los orificios 957 para resistir la fuerza de apriete.

Como se muestra en la FIG. 33B, la entrada 863 de epoxi puede colocarse en o por encima del nivel 161 final de encapsulado para evitar el reflujo de epoxi cuando se retira la aguja de encapsulado. Tal disposición entre la entrada 863 y el nivel 161 de encapsulado final puede proporcionarse a través de diversas formas de realización del marco.

Según una o más realizaciones, se proporciona un marco para mejorar la consistencia de la etapa de encapsulado del proceso de fabricación, proporcionando una distribución más uniforme del material de encapsulado a la pila de celdas.

La FIG. 34 muestra un recorte de un marco 1055 de módulo, según una o más realizaciones. El marco de la FIG. 34 muestra dos mecanismos 1059 difusores. La parte inferior de la figura muestra una sección transversal del mecanismo 1059 difusor mientras que la parte superior muestra el difusor 1059 completo en su lugar. Según ciertas realizaciones, el material de encapsulado se alimenta al difusor a través de un canal mecanizado en el marco 1055. Como el encapsulado de cada cuadrante de un sub-bloque se realiza de abajo hacia arriba, el corte en ángulo del difusor 1059 nivela el material de encapsulado contra toda la anchura de la pila antes de que toque la pila. Una configuración de este tipo fomenta el llenado y la absorción uniforme del material de encapsulado en la pila. Un relleno uniforme reducirá la posibilidad de una esquina encapsulada incorrectamente que podría provocar fugas cruzadas internas.

De acuerdo con una o más realizaciones, se proporciona un componente de sellado para reducir las fugas de agua y corriente en los electrodos del aparato de separación electroquímica.

En una configuración de módulo electroquímico, ambos extremos del módulo están intercalados con placas de extremo gruesas con electrodo incorporado para aplicar energía al módulo. El área que rodea el electrodo puede estar sujeta a fugas.

Según una o más realizaciones, se forma un sello de electrodo para eliminar las fugas. El componente de sellado sella la varilla del electrodo, evitando la fuga del agua del electrodo. Este diseño puede acomodar una ligera desalineación en términos de perpendicularidad de la varilla del electrodo a la placa del electrodo. También puede proporcionar el beneficio de una mejor tolerancia a la presión en términos de sellado de fugas.

Según una o más realizaciones, como se muestra en la FIG. 35, el componente de sellado puede comprender una tapa 1015 de sellado fabricada, un soporte 1020 de sellado, una junta tórica 1010 y una junta 1025 de goma. La junta 1025 puede colocarse entre una placa de extremo y el soporte 1020 de sellado. La junta 1025 de sellado en el base del soporte 1020 de sellado sella la fuga entre la placa final y el soporte 1020. Cada uno de los soportes 1020 de sellado y la tapa 1015 de sellado pueden tener un borde cónico, como se muestra en la FIG. 36. Se coloca una junta tórica 1010 entre el soporte 1020 de sellado y la tapa 1015 de sellado a lo largo de cada uno de los bordes 1040 y 1045 cónicos de esos componentes. En funcionamiento, a medida que se aprieta la tapa 1015, la junta tórica 1010 se compacta formando un sello entre la varilla 1030 de electrodo, el soporte 1020 de sellado y la tapa 1015, como se muestra en las FIGS. 35 y 36. Adicionalmente, una caja 1005 de conexión de energía con una abertura para pasacables 1035 y una junta cubre y sella las partes metálicas expuestas para que quede fuera del alcance para evitar la electrocución, como se muestra en la FIG. 35.

Según una o más realizaciones, se proporciona un tapón de pantalla expandible para reducir la fuga cruzada. Puede haber fugas cruzadas en un sub-bloque, debido a un encapsulado incompleto de la sub-esquina. Las varillas guía PVC se usan para alinear múltiples pantallas y membranas durante el proceso de apilamiento, así como para alinear la pila con el marco del sub-bloque. La varilla guía de PVC provoca una compresión desigual entre las capas de la membrana debido a un fenómeno de pinzamiento alrededor de la varilla guía de PVC durante el apilamiento. Según ciertas realizaciones, las varillas guía de PVC pueden reemplazarse con tapones de pantalla expandibles. Dentro de una pila, el tapón de pantalla expandible puede reducir la compresión no uniforme al tiempo que asegura la alineación de los diversos materiales. La alineación entre la pila y su marco se establece además mediante cuñas hechas de material de pantalla. Las cuñas de pantalla se pueden insertar entre la pila y el marco en ambos lados de la ubicación de cada pasador para alinear la pila en el marco.

El tapón de pantalla expandible puede expandirse con el despliegue. Con su capacidad de expandirse, el tapón mejora la absorción de los materiales de encapsulado por las múltiples capas de material mientras asegura que las capas permanezcan en su lugar. Las varillas guía suelen estar hechas de materiales sólidos, ya que sirven como soporte para los materiales.

Según una o más realizaciones, las varillas guía de PVC se emplean durante el proceso de apilamiento para la formación del túnel y después se reemplazan por el tapón de pantalla expandible antes de la etapa de encapsulado, como se muestra en las FIGS 37-42. El tapón expandible puede estar hecho, por ejemplo, de polipropileno. El polipropileno puede estar en forma de láminas enrolladas sueltas. El tapón puede estar formado por láminas delgadas, por ejemplo, de 0,38 mm de espesor, según algunas realizaciones. La FIG. 37 muestra una primera etapa, según uno o más métodos para ensamblar una pila 145 de celdas alineadas que comprende apilar membranas alternas y espaciadores en una placa 158 de encapsulado colocando los materiales de la pila de celdas a través de varillas 146 guía de PVC colocadas en las esquinas 118. La varilla 146 guía pueden extenderse hacia arriba desde la placa 158 de encapsulado. La FIG. 37 muestra una segunda etapa según un método de ensamblaje. Después de apilar el material de la pila de celdas, se coloca un marco 155 alrededor del material, y se añaden manguitos 147 planos y cuñas 148 de pantalla en las esquinas 118 para ayudar aún más en la alineación de la pila 145 de celdas. Según una o más realizaciones, después de añadir las cuñas 148, se pueden quitar los manguitos 147 planos. En una tercera etapa, mostrada en la FIG. 39, se coloca otra placa 159 encima del marco 155 y se aprieta todo el conjunto. A continuación, se voltea la placa de manera que la placa 158 de encapsulado con las varillas 146 guía se encuentra ahora en una posición superior y la placa 159 se encuentra en la parte inferior. En una cuarta etapa, mostrada en la FIG. 40, se colocan pesas o algún otro instrumento 163 en la parte superior para mantener la posición de la pila 145 de celdas y se retira la placa 158 de encapsulado con las varillas 146 guía. Como resultado, las ranuras del material celular que sujetaban las varillas guía quedan vacías.

En una quinta etapa, mostrado en la FIG. 41, se coloca un tapón 149 de pantalla expansible en cada una de las ranuras vacías. El tapón 149 de pantalla expandible puede desplegarse a través de un manguito 164 tubular hecho de láminas del PP de 0,25 mm de espesor para evitar la interrupción de las capas de material con la pila. Una vez que los tapones 149 se despliegan en cada una de las esquinas 118, una etapa final, que se muestra en la FIG. 42, incluye colocar una nueva placa 166 en el marco 155 y apretar el conjunto antes de retirar las pesas 163. En esta etapa, el conjunto está listo para encapsularse.

La inclusión del tapón 149 de pantalla expandible permite un paso suave para que el material de encapsulado penetre entre las capas de materiales, mejorando así la resistencia del sub-bloque. Dado que la sub-esquina es una de las posibles trayectorias de fuga, la distribución/penetración uniforme del material de encapsulado puede reducir la fuga, lo que da como resultado una mayor eficiencia del producto.

La FIG. 43 es un esquema que muestra un aparato 1900 de tratamiento electroquímico sin el alojamiento externo. Cada módulo o sub-bloque 1930 contiene una pila de celdas. Los módulos 1930 están separados por juntas 1920 a prueba de fugas y membranas 1925. En cada extremo hay una pantalla 1915 de electrodo, un conjunto 1910 de placa de extremo de ánodo o cátodo y una caja 1905 de conexión de alimentación. La realización que se muestra, por ejemplo, tiene dos unidades de módulos dispuestas con las corrientes diluidas y concentradas en una configuración de 2 pases. Son posibles muchas combinaciones de pares de celdas y número de módulos. Además, la configuración puede ser asimétrica con diferentes números de pares de celdas en cada módulo. Esta invención no se limita a ningún número específico de pares de celdas o número de pases.

La FIG. 44 muestra una realización de un aparato o sistema de purificación eléctrica en donde el alojamiento 2000 incluye espaciadores 2200 de bloqueo que ocasionalmente redirigen la alimentación diluida después de que la alimentación sale de ciertas unidades 2100 modulares.

La FIG. 45 muestra una realización de una unidad 1516 modular encerrada por el alojamiento 1518. Las placas 1512 de extremo se juntan con las barras 1514 de unión. Las barras 1514 de unión están aisladas de las corrientes de fluido mediante manguitos no metálicos. Se puede insertar un bloque de extremo 1520 no metálico entre la unidad 1516 modular y la placa 1512 de extremo en cada extremo si las placas 1512 de extremo son metálicas. Los bloques 1520 de extremo soportan los electrodos y aíslan las corrientes de líquido de las placas de extremo. Los extremos de los manguitos de la barra de unión están sellados contra los bloques 1520 de extremo mediante juntas tóricas. Alternativamente, la placa 1520 de extremo puede ser no metálica, y entonces puede que no sea necesario un bloque de extremo separado. Como se muestra en la FIG. 45, las placas 1520 de extremo se pueden unir mediante pernos o varillas 1522 roscadas y tuercas 1524. Como se muestra en la FIG. 46, las placas 1620 de extremo pueden unirse mediante pestañas 1649. Como se muestra en la FIG. 47, las placas 1720 de extremo se pueden unir con abrazaderas 1728, como las abrazaderas tipo Victaulic®.

En algunas realizaciones de la divulgación, las barras de unión pueden estar ubicadas fuera del alojamiento. En algunas otras realizaciones de la divulgación, las placas de extremo pueden estar aseguradas en el alojamiento mediante anillos elásticos o segmentados insertados en ranuras en los extremos del alojamiento. Las placas de extremo también se pueden unir al alojamiento mediante adhesivos.

Se puede fabricar una placa de extremo metálica, por ejemplo, mediante mecanizado o fundición. Se puede fabricar un bloque de extremo o una placa de extremo no metálicos, por ejemplo, mecanizando un bloque de plástico o mediante moldeo por inyección.

Los compartimentos de flujo de las celdas de membrana pueden tener un espesor de aproximadamente 0,33 mm a 0,46 mm y, en determinados ejemplos, el recipiente puede estar libre de vacíos de aire.

En la divulgación, se describe un método para proporcionar una fuente de agua potable. En ciertos ejemplos, se describe un método para facilitar la producción de agua potable a partir de agua de mar. El método puede comprender proporcionar un aparato de purificación eléctrica que comprenda una pila de celdas. El método puede comprender además la conexión de fluidos de una corriente de alimentación de agua de mar a una entrada del aparato de purificación eléctrico. El método puede comprender además la conexión de fluidos de una salida del aparato de purificación eléctrica a un punto de uso potable. El agua de mar o de estuario puede tener una concentración de sólidos disueltos totales en un intervalo de alrededor de 10.000 a aproximadamente de 45.000 ppm. En ciertos ejemplos, el agua de mar o de estuario puede tener una concentración de sólidos disueltos totales de aproximadamente 35.000 ppm.

En este ejemplo, la pila de celdas puede comprender compartimentos de dilución de iones y compartimentos de concentración de iones alternos. Cada uno de los compartimentos de dilución de iones puede construirse y disponerse para proporcionar un flujo de fluido en una primera dirección. Cada uno de los compartimentos de concentración de iones puede construirse y disponerse para proporcionar un flujo de fluido en una segunda dirección que es diferente de la primera dirección, como se discutió anteriormente.

La primera dirección de flujo de fluido y la segunda dirección de flujo de fluido pueden seleccionarse y proporcionarse mediante la construcción y disposición de los compartimentos. Usando la primera dirección de flujo de fluido como una dirección que discurre a lo largo de un eje de 0°, la segunda dirección de flujo de fluido puede discurrir en una dirección de cualquier ángulo superior a cero grados e inferior a 360°. En ciertas realizaciones de la divulgación, la segunda trayectoria de flujo de fluido puede discurrir en un ángulo de 90° o perpendicular a la primera trayectoria de flujo de fluido. En otras realizaciones, la segunda trayectoria de flujo de fluido puede discurrir en un ángulo de 180° con respecto a la primera trayectoria de flujo de fluido.

El método divulgado puede comprender además la redistribución del fluido dentro de al menos uno de los compartimentos de dilución de iones y compartimentos de concentración de iones alternos. Uno o más de los compartimentos pueden construirse y disponerse para redistribuir o redirigir el flujo de fluido. Esto se puede lograr mediante el uso de un espaciador o membrana particular que define el compartimiento que puede proporcionar una configuración para redistribuir el flujo de fluido, como se describe anteriormente.

El aparato de purificación eléctrica puede comprender además un marco que encierra la pila de celdas. El marco puede estar adyacente o conectado a la pila de celdas para proporcionar una unidad modular. El aparato de purificación eléctrica puede comprender además una segunda unidad modular que puede asegurarse dentro de un alojamiento. La segunda unidad modular puede fijarse dentro del alojamiento de manera que una membrana de intercambio iónico de la primera unidad modular esté adyacente a una membrana de intercambio iónico de la segunda unidad modular.

El método de proporcionar una fuente de agua potable puede comprender la redirección de al menos una de la corriente eléctrica y el flujo de fluido entre la primera unidad modular y la segunda unidad modular. Esto se puede lograr, por ejemplo, proporcionando un espaciador de bloqueo entre la primera unidad modular y la segunda unidad modular. Se puede colocar un conjunto de soporte entre el marco y el alojamiento para asegurar la unidad modular al alojamiento. Otros tipos de agua de alimentación que comprenden diferentes concentraciones de sólidos disueltos totales pueden tratarse o procesarse usando el aparato y los métodos de la presente divulgación. Por ejemplo, el agua salobre, que tiene un contenido total de sólidos disueltos en un intervalo de aproximadamente 1000 ppm a aproximadamente 10,000 ppm, puede tratarse para producir agua potable. La salmuera, que tiene un contenido total de sólidos disueltos en un intervalo de alrededor de 50.000 ppm a alrededor de 150.000 ppm, puede tratarse para producir agua potable. En algunas realizaciones, la salmuera, que tiene un contenido total de sólidos disueltos en un intervalo de aproximadamente 50000 ppm a aproximadamente 150000 ppm, se puede tratar para producir un agua que tiene un contenido total de sólidos disueltos más bajo para fines de eliminación, por ejemplo, en un cuerpo de agua., como un océano.

La función y las ventajas de estas y otras realizaciones se entenderán mejor a partir de los siguientes ejemplos. Los ejemplos pretenden ser de naturaleza ilustrativa y no deben considerarse como limitantes del alcance de las realizaciones discutidas en el presente documento.

Ejemplo 1

Se ensambló una unidad modular con 93 pares de celdas. Las pantallas de polipropileno extruido tenían un espesor de 0,38 mm (0,015") y las películas eran de PVC transparente con un espesor de 0,05 mm (0,002"). Las membranas de intercambio iónico fueron fabricadas por Evoqua Water Technologies con un espesor medio de 0,025 mm (0,001"). Cada membrana tenía un área activa cuadrada de aproximadamente 305 mm x 305 mm (12" x 12"). La pila se encapsuló en un marco de PVC mecanizado con un diámetro exterior de 498 mm (19,6") y un espesor de 92 mm (3,62").

La unidad modular se insertó entre un ánodo y un cátodo, cada uno instalado en un bloque de extremo de polipropileno mecanizado respaldado por una placa de extremo de aluminio mecanizado. Las placas de los extremos se unieron mediante 8 barras de unión para comprimir las juntas entre la unidad modular y los bloques de extremos.

El dispositivo se llenó con agua desionizada y los compartimentos de diluido se presurizaron a 4 psi (27,6 kPA, 0,276 bar) mientras que los compartimentos de concentrado estaban abiertos a la atmósfera. Un fallo en el encapsulado de epoxi daría como resultado una fuga de los compartimentos diluidos hacia el concentrado y que el agua fluya fuera de los compartimentos de concentrado. No se detectó ninguna fuga cruzada.

Se alimentó una solución de NaCl con una temperatura de 25,3 °C y una conductividad de 56 mS/cm, correspondiente a sólidos disueltos totales (TDS) de 35200 ppm, a los compartimentos de diluido y concentrado. El TDS es similar al del agua de mar típica que, sin embargo, comprendería iones distintos de Na+ y Cl-. El caudal de salida del diluido fue 9,1 litros por min (lpm), correspondiente a una velocidad de caudal media de 1,4 cm/s en cada compartimento de diluido, y el caudal de salida del concentrado fue 9,6 lpm, correspondiente a una velocidad media de 1,51 cm/s. Se aplicó una corriente continua de 8 A, lo que dio como resultado un producto a la salida del diluido con una conductividad de 52,64 mS/cm (32805 ppm) y un rechazo a la salida del concentrado con una conductividad de 59,19 mS/cm (37459 ppm). La eficiencia del proceso np, definido a continuación, se calculó en 84,3%.

^{C fuera ) z F}

TIp- (O,^{fuera ( vC dent -ro}

donde:

(q^d)^{f uera}= caudal por compartimento de diluido en la entrada

Cdentro = concentración en la entrada del diluido

Cfuera = concentración a la salida del diluido

z = valencia = 1 para NaCl

F = constante de Faraday

I = corriente

El voltaje total requerido a través del electrodo fue de 12,9 V, incluidas las caídas de voltaje en los compartimentos de los electrodos.

Por lo tanto, la unidad pudo operar de manera eficiente para eliminar las impurezas de una corriente de tratamiento con características similares a las del agua de mar típica.

Ejemplo 2

Se ensambló una unidad modular con 93 pares de celdas. Los materiales eran los mismos que en el Ejemplo 1. Sin embargo, cada membrana tenía un área activa cuadrada de aproximadamente 170 mm x 170 mm (7" x 7"), en comparación con aproximadamente 305 mm x 305 mm en el Ejemplo 1. La pila fue encapsulada en un marco de PVC mecanizado con un diámetro exterior de 280 mm (11") y un espesor de 92 mm (3,62").

Se ensambló un dispositivo de electrodiálisis con la unidad modular y se probó la fuga cruzada. No se detectó ninguna fuga cruzada.

Se alimentó una solución de NaCl con una temperatura de 28,5 °C y una conductividad de 5,9 mS/cm, correspondiente a sólidos disueltos totales (TDS) de 3117 ppm, a los compartimentos de concentrado y diluido. El TDS está en el intervalo para agua salobre típica. El caudal de salida del diluido fue 7,5 litros por minuto (1pm), correspondiente a una velocidad de flujo media de 1,7 cm/s en cada compartimento de diluido, y el caudal de salida del concentrado fue 7,2 1 pm, correspondiente a una velocidad media de 1,63 cm/s.

Se aplicó una corriente continua de 2,71 A, lo que dio como resultado un producto a la salida del diluido con una conductividad de 3,9 mS/cm (2018 ppm) y un rechazo a la salida del concentrado con una conductividad de 8,0 mS/cm (4298 ppm). La eficiencia del proceso r|p, se calculó en 90,2%.

El voltaje total requerido a través del electrodo fue 60 V, incluidas las caídas de voltaje en los compartimentos de los electrodos. El voltaje es mucho más alto que el del Ejemplo 1 porque la conductividad de la alimentación es un 90% más baja.

Por lo tanto, la unidad pudo operar de manera eficiente para eliminar las impurezas de una corriente de tratamiento con características similares a las del agua salobre típica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de separación electroquímica, que comprende:

una pila (145) de celdas que comprende:

una pluralidad de pares (140) de celdas alineadas, cada uno de la pluralidad de pares de celdas alineadas incluye un compartimiento (175) de concentración de iones construido y dispuesto para proporcionar un flujo (190) de fluido en una primera dirección (191) y un compartimiento (170) de dilución de iones construido y dispuesto para proporcionar flujo de fluido en una segunda dirección (192) que es diferente de la primera dirección;

comprendiendo cada uno de los compartimentos (175) de concentración de iones una membrana (136) de intercambio de aniones, una membrana (137) de intercambio de cationes y un primer espaciador (106) colocado entre la membrana de intercambio de aniones y la membrana de intercambio de cationes, el primer espaciador (106 ) que tiene un primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo y un segundo conjunto encapsulado de partes (117) de extremo, el primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo que está protegido del material (161 de encapsulado);

cada uno de los compartimentos (170) de dilución de iones comprende una membrana (136) de intercambio de aniones, una membrana (137) de intercambio de cationes y un segundo espaciador (107) colocado entre la membrana de intercambio de aniones y la membrana de intercambio de cationes, el segundo espaciador que tiene un primer conjunto encapsulado de partes (117) de extremo y un segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo, el segundo conjunto enmascarado de partes de extremo que está protegido del material (160) de encapsulado;

el primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo del primer espaciador (106) que está alineado con el primer conjunto encapsulado de partes (117) de extremo del segundo espaciador (107), y el segundo conjunto encapsulado de partes (117) de extremo del primer espaciador (106) que está alineado con el segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo del segundo espaciador (107);

cada parte (117) de extremo del primer y segundo conjunto de partes de extremo define un canal que se extiende a través de este, cada canal que está en comunicación de fluidos con aquellos espaciadores a través de cuya parte de extremo enmascarada se extiende el canal, y cada canal que está en aislamiento de fluidos de aquellos espaciadores a través de cuya parte de extremo encapsulada se extiende el canal;

un marco (155, 855) que rodea la pila (145) de celdas para formar un primer módulo (150); y

un alojamiento que encierra el primer módulo;

caracterizado por que cada uno del primer conjunto enmascarado de partes (117) de extremo de cada uno de los primeros espaciadores (106) y el segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo de cada uno de los segundos espaciadores (107) comprende unas fundas (130, 230, 330) que comprende un par de películas (110, 210, 310) soldadas juntas que rodean la parte de extremo del espaciador.

2. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, en donde el par de películas (110, 210, 310) se sueldan a cada uno de los espaciadores primero (106) o segundo (107) en cada uno de los conjuntos enmascarado de partes (117) de extremo primera o segunda en múltiples ubicaciones interiores para formar obstrucciones (326, 426, 526, 626) al flujo de fluido y corriente.

3. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, en donde el par de películas (110, 210, 310) se sueldan directamente entre sí en cada uno de los primeros o segundos conjuntos enmascarados de partes (117) de extremo en múltiples ubicaciones interiores para formar obstrucciones (326, 426, 526, 626) al flujo de fluido y corriente.

4. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, en donde cada una de las fundas (130, 230, 330) de la primera pluralidad de fundas comprende una pluralidad de nervaduras (731, 963) formadas por partes soldadas entre sí del par de películas de plástico.

5. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, en donde cada uno de los primeros 106 o segundos espaciadores 107 en cada uno de los primeros o segundos conjuntos enmascarados de partes 117 de extremo comprende una pluralidad de obstrucciones elevadas en un interior del primer o segundo conjunto enmascarados de partes de extremo para obstruir el flujo de fluido y corriente.

6. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, en donde cada funda (130, 230, 330) comprende una película (110, 210, 310) de plástico y una parte de membrana (135) soldada al primer o segundo conjunto enmascarado de partes (117) de extremo del primer (106) o segundo espaciador (107), en una periferia de la parte de extremo, siendo la parte de membrana una parte de una de las membranas de intercambio (136) aniónico y de intercambio (137) catiónico.

7. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, que comprende además un segundo marco (855) que rodea una segunda pila (145) de celdas para formar un segundo módulo (1930) dentro de la alojamiento, y una junta (1045) colocada entre el primer módulo (150) y el segundo módulo, la junta (1045) que comprende una pluralidad de aberturas, cada abertura alineada respectivamente con un canal de la primera pila de celdas y un canal del segundo módulo para proporcionar una comunicación de fluidos entre el primer módulo y el segundo módulo.

8. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, que comprende además un segundo marco que rodea una segunda pila (145) de celdas para formar un segundo módulo (1930) dentro del alojamiento, y un espaciador (2200) de bloqueo colocado entre el primer módulo (150) y el segundo módulo (1930) para redirigir el flujo entre el primer módulo y el segundo módulo.

9. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, en donde el marco (855, 1055) comprende un depósito (858) configurado para contener material de encapsulado.

10. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 9, en donde el marco (855) comprende un canal (856) configurado para transferir material de encapsulado desde el depósito (858) a la pila de celdas.

11. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 10, en donde el marco (855) comprende un mecanismo (859) difusor de encapsulado próximo a la pila de celdas y en comunicación de fluidos con el canal (856).

12. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 11, en donde el mecanismo (859) difusor de encapsulado comprende un corte en ángulo formado en el marco, el corte en ángulo configurado para distribuir el material de encapsulado uniformemente en toda la anchura de la pila de celdas.

13. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 12, en donde el marco (855) comprende un cuerpo unitario.

14. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, que comprende además un primer electrodo (108, 1915) en un primer extremo del alojamiento y un segundo electrodo (108, 1915) en un segundo extremo del alojamiento.

15. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 14, que comprende además una carcasa que rodea el primer electrodo (108, 1915), la carcasa comprende un soporte (120) de sellado, una tapa (1050) de sellado y una junta tórica (1010) colocada entre el soporte de sellado y la tapa de sellado.

16. El aparato de separación electroquímica de la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de tapones expandibles que se extienden a través de la pila (145) de celdas y dispuestos para mantener la alineación de la pluralidad de pares (140) de celdas alineadas.