ES2955560T3

ES2955560T3 - Conexiones eléctricas internas para celdas electroquímicas tubulares concéntricas

Info

Publication number: ES2955560T3
Application number: ES18785120T
Authority: ES
Inventors: Andrew Green; Joshua Griffis; Li-Shiang Liang; Paul Beddoes
Original assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Current assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2023-12-04
Anticipated expiration: 2038-04-13
Also published as: JP7093365B2; KR102493526B1; SG10202111432YA; US11958762B1; SG11201908912RA; CN110536869A; EA039815B1; AU2018251996A1; EP3609846A4; WO2018191669A1; US20210107812A1; EA201992042A1; CA3057852A1; JP2020516442A; EP3609846A1; CN110536869B; EP3609846C0; KR20190131132A; US11584665B2; EP3609846B1

Abstract

Se describen celdas electroquímicas autolimpiantes, sistemas que incluyen celdas electroquímicas autolimpiantes y métodos para operar celdas electroquímicas autolimpiantes. La celda electroquímica autolimpiante puede incluir una pluralidad de electrodos concéntricos dispuestos en una carcasa, un canal de fluido definido entre los electrodos concéntricos y un conector eléctrico colocado en un extremo distal de un electrodo concéntrico y conectado eléctricamente al electrodo. Los conectores eléctricos pueden configurarse para proporcionar una distribución de corriente sustancialmente uniforme al electrodo concéntrico y minimizar una zona de velocidad reducida que se produce aguas abajo del conector eléctrico. El conector eléctrico puede configurarse para provocar que la temperatura de una solución electrolítica aumente en menos de aproximadamente 0,5 °C mientras se transmite al menos 100 W de potencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Conexiones eléctricas internas para celdas electroquímicas tubulares concéntricas

Referencia cruzada a la solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica prioridad bajo 35 U.S.C. §119(e) de la solicitud provisional de EE. UU. con número de serie 62/485.542, titulada " INTERNAL ELECTRICAL CONNECTIONS FOR CONCENTRIC TUBULAR ELECTRo Ch EMICAL CELLS", presentada el 14 de abril de 2017.

Campo de la tecnología

Los aspectos y realizaciones divulgados en el presente documento se refieren generalmente a dispositivos electroquímicos, y más específicamente, a celdas y dispositivos de electrocloración, métodos de funcionamiento de los mismos y sistemas que utilizan los mismos. El documento WO2016/133985 describe una celda electroquímica que incluye un cátodo y un ánodo dispuestos en una carcasa, extendiéndose cada uno radialmente hacia fuera desde una región próxima a un eje central de la carcasa.

Compendio

La presente invención se refiere a una celda electroquímica de autolimpieza que comprende un conector eléctrico como se define en la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de la invención se definen adicionalmente en las reivindicaciones dependientes.

En algunas realizaciones, el conector eléctrico tiene una resistividad promedio de menos de aproximadamente 7,8 x 10-7 ohmios-metro. El conector eléctrico puede estar dimensionado para generar menos de aproximadamente 25 W de calor cuando transmite al menos 100 W de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos. El conector eléctrico puede estar dimensionado para generar menos de aproximadamente 25 W de calor cuando transmite al menos 1 kW de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos.

La celda electroquímica de autolimpieza puede comprender un separador dispuesto entre los electrodos adyacentes, comprendiendo el separador una característica configurada para acoplarse con el conector eléctrico. En algunas realizaciones, la característica del separador puede incluir una ranura configurada para acoplarse con un radio del conector eléctrico.

En algunas realizaciones, cada radio de la pluralidad de radios puede dimensionarse para minimizar la resistencia eléctrica a través del conector eléctrico y mantener una generación de calor del conector eléctrico inferior a aproximadamente 0,1 °C cuando se transmite al menos 100 W de potencia a al menos uno de los pluralidad de electrodos.

La pluralidad de radios puede distribuirse sustancialmente de manera uniforme en la rueda. En algunas realizaciones, los radios pueden tener una configuración acualineada en una dirección paralela al eje central de la carcasa.

De acuerdo con ciertas realizaciones, la celda electroquímica de autolimpieza puede comprender una pluralidad de canales de fluido dispuestos concéntricamente entre pares respectivos de electrodos adyacentes. El conector eléctrico comprende una pluralidad de ruedas y una pluralidad de radios que se extienden entre ruedas adyacentes de la pluralidad de ruedas. Los radios que se extienden desde ruedas adyacentes pueden estar desplazados angularmente entre sí. Los radios que se extienden desde ruedas adyacentes pueden estar desplazados entre sí de forma sustancialmente uniforme.

De acuerdo con un ejemplo, se proporciona una celda electroquímica de autolimpieza que comprende una pluralidad de electrodos, un canal de fluido y un conector eléctrico. La pluralidad de electrodos está dispuesta concéntricamente en una carcasa alrededor de un eje central de la carcasa. El canal de fluido se define entre electrodos adyacentes y se extiende sustancialmente de manera paralela al eje central. El conector eléctrico está colocado en un extremo distal de un electrodo de la pluralidad de electrodos y está conectado eléctricamente al electrodo. El conector eléctrico puede dimensionarse para permitir el flujo de fluido a través del canal y configurarse para provocar que la temperatura del electrolito que fluye a través del canal de fluido en aproximadamente 2 m/s y que tiene una temperatura de aproximadamente 20 °C aumente en menos de aproximadamente 0,5 °C, mientras transmite al menos 100 W de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos.

El conector eléctrico puede incluir una conexión eléctrica para conectarse a una fuente de energía externa. En algunas realizaciones, la resistencia eléctrica del conector eléctrico entre la conexión eléctrica y el electrodo puede ser inferior a aproximadamente 5 x 10-5 ohmios.

El conector eléctrico puede dimensionarse para proporcionar una distribución de corriente sustancialmente uniforme a la pluralidad de electrodos. El conector eléctrico está dimensionado para mantener una zona de velocidad reducida dentro del canal de fluido aguas abajo del conector eléctrico para que sea menor que una longitud predeterminada. En algunas realizaciones, una desviación de la velocidad de la solución de electrolito con respecto a la media en la longitud predeterminada puede ser inferior a ± 5 % de la velocidad de flujo promedio de la solución de electrolito a través del canal de fluido. En algunas realizaciones, la desviación de la velocidad con respecto a la media en la longitud predeterminada puede ser inferior a ± 2 % de la velocidad de flujo promedio de la solución de electrolito a través del canal de fluido.

De acuerdo con un ejemplo, se proporciona un sistema que comprende una celda electroquímica de autolimpieza que tiene una entrada y una salida en comunicación fluida con el canal de fluido y una fuente de solución de electrolito que tiene una salida que puede conectarse de manera fluida a la entrada de la celda electroquímica de autolimpieza. La fuente de la solución de electrolito puede estar configurada para proporcionar la solución de electrolito a una velocidad de flujo promedio a través del canal de fluido de 2 m/s o mayor. La celda electroquímica de autolimpieza puede configurarse para producir un compuesto de producto a partir de la solución de electrolito y para generar una solución de producto que comprende el compuesto de producto. La celda electroquímica de autolimpieza puede conectarse de manera fluida a un punto de uso a través de la salida.

La fuente de la solución de electrolito puede comprender al menos una de agua de mar, agua salobre y salmuera. El sistema puede incluir una pluralidad de celdas electroquímicas de autolimpieza dispuestas en serie.

De acuerdo con un ejemplo, se proporciona un método para hacer funcionar un sistema electroquímico. El método puede comprender proporcionar una celda electroquímica de autolimpieza, introducir una solución de electrolito en la celda electroquímica de autolimpieza a una velocidad de flujo promedio a través del canal de fluido de aproximadamente 2 m/s o mayor, aplicar una corriente a través de la pluralidad de electrodos a un voltaje suficiente para generar un compuesto de producto a partir de la solución de electrolito en la celda electroquímica de autolimpieza, y hacer funcionar continuamente el sistema electroquímico durante un período de tiempo predeterminado.

El método puede comprender hacer funcionar continuamente el sistema electroquímico durante al menos 6 meses. El método puede comprender proporcionar una pluralidad de celdas electroquímicas de autolimpieza y conectar de manera fluida la pluralidad de celdas electroquímicas de autolimpieza en serie.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos no pretenden estar dibujados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en diversas figuras está representado con un número similar. Para propósitos de claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en todos los dibujos. En los dibujos:

FIG. 1A es una vista isométrica de una realización de una celda electroquímica de tubo concéntrico;

FIG. 1B es una vista en sección transversal de la celda electroquímica de tubo concéntrico de la FIG. 1A;

FIG. 1C incluye una vista en alzado y una vista en sección transversal de la celda electroquímica de tubo concéntrico de la FIG. 1A;

FIG. 1D es una vista isométrica alternativa de la celda electroquímica de tubo concéntrico de la FIG. 1A;

FIG. 2A ilustra el flujo de corriente a través de una realización de una celda electroquímica de tubo concéntrico; FIG. 2B ilustra el flujo de corriente a través de otra realización de una celda electroquímica de tubo concéntrico; FIG. 2C ilustra el flujo de corriente a través de otra realización de una celda electroquímica de tubo concéntrico; FIG. 3A es una vista en sección transversal de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 3B es una vista en sección transversal ampliada de una parte de la celda electroquímica de la FIG. 3A;

FIG. 3C es una vista en sección transversal del ejemplo de celda electroquímica de la FIG. 3A;

FIG. 4 es un mapa de contorno del perfil de velocidad por un canal de fluido de una celda electroquímica, de acuerdo con algunas realizaciones;

FIG. 5 es un mapa de contorno del perfil de velocidad por un canal de fluido de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización alternativa;

FIG. 6A es una vista isométrica de un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 6B es una vista en alzado de una proyección sobre un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 6C es una vista en planta de una proyección sobre un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 6D es una vista isométrica de una proyección sobre un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 7A es una vista isométrica de los separadores colocados entre los tubos de electrodos, de acuerdo con una realización;

FIG. 7B es una vista en alzado de los separadores y electrodos de la FIG. 7A;

FIG. 7C es una vista isométrica de un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 7D contiene vistas en alzado del separador de la FIG. 7C;

FIG. 8A es una vista en alzado de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 8B es una vista en sección transversal de la celda electroquímica de la FIG. 8A;

FIG. 9A es una vista en planta desde la parte superior de una tapa de extremo, de acuerdo con una realización;

FIG. 9B es una vista en planta desde la parte inferior de la tapa de extremo de la FIG. 9A;

FIG. 9C es una vista en alzado de la tapa de extremo de la FIG. 9A;

FIG. 9D es una vista en sección transversal de la tapa de extremo de la FIG. 9A;

FIG. 10A es una vista en sección transversal de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización; FIG. 10B es una vista en despiece ordenado de la parte de la celda electroquímica de la FIG. 10A;

FIG. 11A es una vista en sección transversal de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización; FIG. 11B es una vista isométrica de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con otra realización;

FIG. 12 es un mapa de contorno de la caída de presión a través de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 13A es un mapa de contorno de la presión de entrada en una tapa de extremo de entrada de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 13B es un mapa de contorno alternativo de la presión de entrada en una tapa de extremo de entrada de una celda electroquímica, de acuerdo con otra realización;

FIG. 13C es un mapa de contorno alternativo de la presión de entrada en una tapa de extremo de entrada de una celda electroquímica, de acuerdo con otra realización;

FIG. 14A es una colección de mapas de contorno de la presión de entrada en una tapa de extremo de entrada de una celda electroquímica con diversas realizaciones de cono de entrada;

FIG. 14B es un gráfico de la caída de presión frente al ángulo de cono para las realizaciones del cono de entrada de la FIG. 14A;

FIG. 15A es una vista en sección transversal de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 15B es un mapa de contorno de la presión de salida en una tapa de salida de una celda electroquímica con un tronco de salida, de acuerdo con una realización;

FIG. 16 es una vista isométrica de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 17A es una vista isométrica de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 17B es una vista isométrica de otra parte de la celda electroquímica de la FIG. 17A;

FIG. 17C es una vista isométrica de otra parte de la celda electroquímica de la FIG. 17A;

FIG. 18A es una vista isométrica de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 18B es una vista en planta de la parte de la celda electroquímica de la FIG. 18A;

FIG. 19A es una vista en despiece ordenado de un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 19B es una vista en planta del separador de la FIG. 19A;

FIG. 19C es una vista en sección transversal del separador de la FIG. 19A;

FIG. 20A es una vista isométrica de una parte de un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 20B es una vista en alzado del separador de la FIG. 20A;

FIG. 20C es una vista en sección transversal del separador de la FIG. 20A;

FIG. 21A es una vista isométrica de un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 21B es una vista en alzado del separador de la FIG. 21A;

FIG. 21C es una vista en sección transversal del separador de la FIG. 21A;

FIG. 21D es una vista en despiece ordenado del separador de la FIG. 21A;

FIG. 22 es un gráfico de la desviación de la velocidad con respecto a la media aguas abajo de un separador, de acuerdo con una realización;

FIG. 23A es una vista en sección transversal de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 23B es una vista ampliada de una parte de la celda electroquímica de la FIG.23A; FIG. 23C es una vista en alzado de un conector eléctrico de una celda electroquímica,

de acuerdo con una realización;

FIG. 23D es una vista isométrica del conector eléctrico de la FIG. 23C;

FIG. 24A es una vista en alzado de un conector eléctrico, de acuerdo con una realización;

FIG. 24B es una vista ampliada de una parte del conector eléctrico de la FIG. 24A; FIG. 24C es una vista lateral de una parte del conector eléctrico de la FIG. 24A;

FIG. 25A es una vista isométrica de una parte de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 25B incluye mapas de contorno de distribución de corriente a través de la parte de la celda electroquímica de la FIG. 25A;

FIG. 25C es un mapa de contorno de temperatura alrededor de un conector eléctrico de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 25D es un mapa de contorno de la velocidad aguas abajo de un conector eléctrico de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 26A es una vista en alzado de una conexión eléctrica de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 26B es una vista en alzado de una conexión eléctrica alternativa de una celda electroquímica, de acuerdo con otra realización;

FIG. 26C es un mapa de contorno de vista superior de la distribución de corriente alrededor de las conexiones eléctricas de la FIG. 26A (izquierda) y la FIG. 26B (derecha);

FIG. 26D es un mapa de contorno de vista lateral de la distribución de corriente alrededor de las conexiones eléctricas de la FIG. 26A (izquierda) y la FIG. 26B (derecha);

FIG. 27A es una vista en alzado de una conexión eléctrica de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 27B es una vista en alzado de una conexión eléctrica alternativa de una celda electroquímica, de acuerdo con otra realización;

FIG. 27C es un mapa de contorno de vista superior de la distribución de corriente alrededor de las conexiones eléctricas de la FIG. 27A (izquierda) y la FIG. 27B (derecha);

FIG. 27D es un mapa de contorno de vista lateral de la distribución de corriente alrededor de las conexiones eléctricas de la FIG. 27A (izquierda) y la FIG. 27B (derecha);

FIG. 28A es un mapa de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica que incluye el conector eléctrico de la FIG. 26A;

FIG. 28B es un mapa de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica que incluye el conector eléctrico de la FIG. 26B;

FIG. 28C es un mapa de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica que incluye el conector eléctrico de la FIG. 27A;

FIG. 28D es un mapa de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica que incluye el conector eléctrico de la FIG. 27B;

FIG. 29A es una vista isométrica de un conjunto de conector eléctrico y separador de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 29B es una vista en planta del conjunto de conector eléctrico y separador de la FIG. 29A;

FIG. 30 incluye mapas de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización;

FIG. 31 incluye mapas de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización; y

FIG. 32 incluye mapas de contorno de la velocidad de flujo a través de una celda electroquímica, de acuerdo con una realización.

Descripción detallada

Los aspectos y realizaciones descritos en el presente documento no están limitados a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. Los aspectos y realizaciones descritos en el presente documento pueden practicarse o llevarse a cabo de diversas maneras. Esta descripción describe diversas realizaciones de celdas de electrocloración y dispositivos de electrocloración, sin embargo, esta descripción no se limita a las celdas o dispositivos de electrocloración y los aspectos y realizaciones descritos en el presente documento son aplicables a las celdas electrolíticas y electroquímicas utilizadas para uno cualquiera de múltiples propósitos.

Los dispositivos electroquímicos basados en reacciones químicas en los electrodos se utilizan ampliamente en implementaciones industriales y municipales. Ejemplos de reacciones incluyen:

Electrocloración con generación de hipoclorito de sodio a partir de cloruro de sodio y agua:

Reacción en el ánodo: 2Cl- ^ Cl2 2e-Reacción en el cátodo: 2Na+ 2 H₂O 2e-^ 2NaOH H2

En solución: Cl2 2OH-^ CIO-+ Cl-+ H₂O

Reacción general: NaCl H₂O ^NaO Cl H2

Generación de hidróxido de sodio y cloro a partir de cloruro de sodio y agua, con una membrana de intercambio catiónico que separa el ánodo y el cátodo:

Reacción en el ánodo: 2Cl-^ Cl2 2e-Reacción en el cátodo: 2 H₂O 2e-^ 2OH-+ H2

Reacción general: 2NaCl 2 H₂O -> 2NaOH Cl2 H2

Batería redox de vanadio para almacenamiento de energía, con una membrana permeable a los protones que separa los electrodos:

Durante la carga:

Reacción en el 1° electrodo: V3+ e-^ V2+

Reacción en el 2° electrodo: V4+ ^ V5+ e-Durante la descarga:

Reacción en el 1° electrodo: V2+ ^ V3+ e-Reacción en el 2° electrodo: V5+ e-^ V4+

Las celdas de electrocloración se pueden utilizar en implementaciones marinas, costa afuera, municipales, industriales y comerciales. Los parámetros de diseño de los dispositivos electroquímicos, por ejemplo, espacio entre electrodos, espesor de los electrodos y densidad del recubrimiento, áreas de electrodos, métodos de conexiones eléctricas, etc. pueden optimizarse para diferentes implementaciones.

La eliminación de gas H2 generado en los cátodos es un gran desafío en el diseño de dispositivos electroquímicos y del sistema general. El gas se debe ventilar de manera segura en ubicaciones seleccionadas en la tubería o en los tanques del producto. En algunas realizaciones, se puede introducir un oxidante para mitigar la generación de gas H2, opcionalmente generando H₂O2.

Los aspectos y realizaciones descritos en el presente documento se refieren generalmente a dispositivos electroquímicos para generar desinfectantes como el hipoclorito de sodio. Debe entenderse que los términos "dispositivo electroquímico" y "celda electroquímica" y variaciones gramaticales de los mismos abarcan "dispositivos de electrocloración" y "celdas de electrocloración" y variaciones gramaticales de los mismos.

Como se describe en el presente documento, los aspectos y las realizaciones se refieren a celdas electroquímicas tubulares concéntricas (CTE). La FIG. 1A muestra un ejemplo de celda electroquímica 100 con tubos concéntricos dispuestos dentro de una carcasa 116. La superficie interior del tubo exterior y la superficie exterior del tubo interior incluyen las áreas de electrodos activos. Como se observa en la FIG. 1B, la solución de electrolito de alimentación fluye entre los tubos concéntricos 102, 104 a través de una longitud de la celda electroquímica 100. Un canal de flujo se crea por un espacio entre tubos concéntricos, como se muestra en la FIG. 1D.

El espacio entre los electrodos en este ejemplo de realización es de aproximadamente 3,5 mm. Para ciertas aplicaciones (por ejemplo, aplicaciones marinas y costa afuera) con agua de mar como alimentación, la velocidad del líquido a través del canal de fluido puede ser superior a 2,0 m/s, por ejemplo, del orden de 2,1 m/s, hasta 3 m/s, hasta 3,5 m/s, hasta 6 m/s o hasta 10 m/s, lo que da como resultado un flujo altamente turbulento que reduce el potencial de ensuciamiento y descamación en las superficies de los electrodos.

La celda electroquímica 100 puede incluir tapas de extremo 106, 108 y una tapa central 110 como se muestra en la FIG. 1C. La celda electroquímica puede incluir conos 112, 114 como se muestra en las FIGS. 1B y 1C. Se pueden proporcionar conos 112, 114 en el electrodo interno para dirigir la solución de electrolito de alimentación hacia el espacio entre los tubos concéntricos 102, 104. Los separadores (características de alineación) se pueden colocar en una o más de las tapas de entrada, de salida y central para mantener una posición interna de los tubos concéntricos y definir el espacio. Las tapas de extremo, conos y separadores tienen un impacto sobre la velocidad de flujo y la caída de presión a través de la celda electroquímica. La disminución de la velocidad de flujo puede aumentar el potencial de ensuciamiento y descamación, dando como resultado una mayor necesidad de mantenimiento. En sistemas con múltiples celdas electroquímicas dispuestas en serie, la caída de presión en cada celda electroquímica tiene un efecto acumulativo sobre el sistema. De acuerdo con ciertas realizaciones descritas en el presente documento, se pueden diseñar una o más características para reducir el impacto sobre la velocidad de flujo y la caída de presión dentro de la celda electroquímica. Adicionalmente, se pueden diseñar una o más características para simplificar la fabricación de celdas electroquímicas y sus componentes. Como se describe en el presente documento, las características pueden diseñarse mediante una función matemática o generarse libremente. En algunas realizaciones, las características pueden generarse empíricamente o diseñarse utilizando el software de dinámica de fluidos computacional (CFD).

Los aspectos y realizaciones descritos en el presente documento incluyen uno o más electrodos. El término "electrodos de metal" o variaciones gramaticales del mismo como se emplea en la presente memoria debe entenderse que abarca electrodos formados a partir de, que comprende o consiste en uno o más metales, por ejemplo, titanio, aluminio o níquel, aunque el término "electrodo de metal" no excluye los electrodos, incluidos los que consisten en otros metales o aleaciones. En algunas realizaciones, un "electrodo de metal" puede incluir múltiples capas de diferentes metales. Los electrodos de metal utilizados en una cualquiera o más de las realizaciones descritas en el presente documento pueden incluir un núcleo de un metal de alta conductividad, por ejemplo, cobre o aluminio, recubierto con un metal u óxido de metal que tiene una alta resistencia al ataque químico mediante soluciones de electrolito, por ejemplo, una capa de titanio, platino, un óxido de metal mixto (MMO), magnetita, ferrita, espinela de cobalto, tantalio, paladio, iridio, plata, oro u otros materiales de recubrimiento.

Los "electrodos metálicos" pueden estar recubiertos con un recubrimiento resistente a la oxidación, por ejemplo, pero sin limitarse a, platino, un óxido de metal mixto (MMO), magnetita, ferrita, espinela de cobalto, tantalio, paladio, iridio, plata, oro u otros materiales de recubrimiento. Los óxidos de metales mixtos utilizados en las realizaciones descritas en el presente documento pueden incluir un óxido u óxidos de uno o más de rutenio, rodio, tantalio (opcionalmente aleado con antimonio y/o manganeso), titanio, iridio, cinc, estaño, antimonio, una aleación de titanio y níquel, una aleación de titanio y cobre, una aleación de titanio y hierro, una aleación de titanio-cobalto u otros metales o aleaciones apropiados. Los ánodos utilizados en las realizaciones descritas en el presente documento pueden recubrirse con platino y/o un óxido u óxidos de uno o más de iridio, rutenio, estaño, rodio o tantalio (opcionalmente aleado con antimonio y/o manganeso). Los cátodos utilizados en las realizaciones descritas en el presente documento pueden recubrirse con platino y/o un óxido u óxidos de uno o más de iridio, rutenio y titanio. En algunas realizaciones, tanto el ánodo como el cátodo están revestidos de manera similar para permitir la inversión periódica de polaridad de los electrodos. Los electrodos utilizados en las realizaciones descritas en el presente documento pueden incluir una base de uno o más de titanio, tantalio, circonio, niobio, tungsteno y/o silicio. Los electrodos para cualquiera de las celdas electroquímicas descritas en el presente documento se pueden formar como o a partir de placas, hojas, láminas, extrusiones y/o sinterizados.

El término "tubo" como se emplea en la presente memoria incluye conductos cilíndricos, sin embargo, no excluye los conductos que tienen otras geometrías de sección transversal, por ejemplo, conductos que tienen geometrías cuadradas, rectangulares, ovaladas, o semicilíndricas o geometrías de sección transversal en forma de cualquier polígono regular o irregular.

Los términos "tubos concéntricos" o "espirales concéntricas" como se emplean en la presente memoria incluyen tubos o espirales intercaladas que comparten un eje central sustancialmente común, pero no excluye los tubos o espirales intercaladas que rodean un eje sustancialmente común que no es necesariamente central a cada uno de los tubos concéntricos o espirales intercaladas en un conjunto de tubos concéntricos o espirales intercaladas.

De acuerdo con un aspecto, una celda electroquímica incluye electrodos de tubo concéntricos. Al menos algunos de los electrodos de tubo concéntrico pueden ser monopolares o bipolares. El electrodo del tubo interior puede ser un ánodo que tenga un recubrimiento resistente a la oxidación, por ejemplo, platino o MMO. El electrodo del tubo exterior puede no tener recubrimiento, actuando como un cátodo. Como alternativa, el electrodo del tubo interior puede actuar como cátodo y el electrodo del tubo exterior puede actuar como ánodo. En algunas realizaciones, ambos electrodos están recubiertos para permitir la inversión de polaridad.

Los electrodos en el ejemplo de realización pueden ser monopolares de manera que la corriente pase a través del electrolito una vez por electrodo. Cada uno de los electrodos puede incluir un tubo de titanio. El conector eléctrico del ánodo puede estar en comunicación eléctrica con el electrodo del tubo exterior. El conector eléctrico del cátodo puede estar en comunicación eléctrica con el electrodo del tubo interior. Si hay un electrodo del tubo central, puede estar en comunicación eléctrica con el electrodo del tubo interior, electrodo del tubo exterior, o ambos. En algunas realizaciones, el electrodo del tubo central puede ser un ánodo que tenga un recubrimiento resistente a la oxidación, por ejemplo, platino o MMO, tanto en la superficie interior como en la exterior para aprovechar al máximo la superficie. El ánodo del tubo central puede estar rodeado por dos electrodos que actúan como cátodos.

Las FIGS. 2A-2D muestran algunos posibles ejemplos de disposiciones de electrodos en una celda electroquímica CTE. La FIG. 2A ilustra un ejemplo de disposición en el que la corriente fluye en un solo paso desde el ánodo al cátodo. Ambos electrodos pueden fabricarse de titanio, con el ánodo recubierto de platino o de un óxido metálico mixto (MMO). Dichos electrodos se denominan "monopolares".

Los electrodos en el ejemplo de realización pueden ser bipolares, de manera que la corriente pase a través del electrolito más de una vez por electrodo. En un ejemplo de realización, un extremo de un electrodo de tubo bipolar (en algunas realizaciones, aproximadamente la mitad del electrodo) puede no estar recubierto para funcionar como cátodo y la otra parte de extremo (en algunas realizaciones, aproximadamente la mitad del electrodo) puede estar recubierta con un recubrimiento resistente a la oxidación, por ejemplo, platino o MMO, para funcionar como un ánodo. El electrodo de tubo bipolar puede anidarse dentro de los electrodos de tubo de ánodo y cátodo, rodeando cada electrodo de tubo una parte de extremo del electrodo bipolar. Un electrodo de tubo de ánodo y un electrodo de tubo de cátodo que tienen un diámetro común pueden desplazarse lateralmente a lo largo de la longitud de la celda electroquímica. El electrodo de tubo bipolar se puede orientar para permitir que la corriente fluya en dos pasos a través de la solución de electrolito que pasa entre el electrodo de tubo bipolar, el electrodo de tubo de ánodo y el electrodo de tubo de cátodo.

Insertando electrodos de tubo bipolar adicionales y superponiendo los respectivos electrodos de tubo de ánodo y electrodos de tubo de cátodo de tal manera que los electrodos de tubo de ánodo y cátodo se proporcionan en lados alternativos de una pluralidad de electrodos de tubo bipolar a lo largo de una dirección axial a través de la celda electroquímica, la celda se puede ensamblar para proporcionar tres o más pasos de corriente, esquemáticamente similar al electrodo de placas paralelas (PPE) de múltiples pasos.

La FIG. 2B ilustra un ejemplo de disposición en el que la corriente fluye en dos pasos a través del dispositivo con dos electrodos exteriores y un electrodo interior. Uno de los electrodos exteriores está recubierto en la superficie interior, por ejemplo, para servir como ánodo; el otro no está recubierto. Una parte de la superficie exterior del electrodo interior está recubierta, por ejemplo, para servir también como ánodo, y la parte restante no está recubierta. La corriente fluye a través del electrolito desde el electrodo exterior recubierto hasta la parte no recubierta del electrodo interior, a lo largo del electrodo interior hasta la parte recubierta, luego, finalmente, de vuelta a través del electrolito hasta el electrodo exterior no recubierto. El electrodo interior también se llama electrodo "bipolar".

La FIG. 2C ilustra una disposición en la que la corriente fluye en múltiples pasos a través del dispositivo con múltiples electrodos exteriores y un electrodo interior. Alternando partes de cátodo y ánodo y recubriendo los electrodos donde sea necesario, la corriente puede fluir de un lado a otro a través del electrolito en múltiples pasos. Por consiguiente, el número de pasos se puede escalar.

De acuerdo con un aspecto, una celda electroquímica incluye una pluralidad de electrodos de tubo concéntricos. En las realizaciones descritas en el presente documento que incluyen electrodos de tubo de ánodo o cátodo múltiple, los electrodos de tubo de ánodo múltiple pueden denominarse colectivamente el ánodo o el tubo de ánodo, y los electrodos de tubo de cátodo múltiple pueden denominarse colectivamente el cátodo o el tubo de cátodo. En realizaciones que incluyen electrodos de tubo de ánodo múltiple y/o cátodo múltiple, los electrodos de tubo de ánodo múltiple y/o los electrodos de tubo de cátodo múltiple pueden denominarse colectivamente en el presente documento como un par de ánodo-cátodo.

La celda electroquímica puede incluir, por ejemplo, tres, cuatro o cinco tubos concéntricos. En algunas realizaciones, la celda electroquímica puede incluir tres o cuatro electrodos de tubo concéntricos, con dos electrodos de tubo exteriores y uno o dos electrodos de tubo interiores. Una celda electroquímica de cuatro tubos puede funcionar de manera similar a una celda electroquímica de tres tubos, excepto que una solución de electrolito puede fluir a través de tres canales de fluido en lugar de dos. El tubo de electrodo adicional puede proporcionar una superficie de electrodo de cátodo, superficie del electrodo de ánodo y canal de fluido adicionales. De manera similar, una celda electroquímica que incluye cinco electrodos de tubo puede incluir dos tubos exteriores, tres tubos interiores y cuatro canales de fluido. El quinto tubo de electrodo puede proporcionar aún una superficie de electrodo de cátodo, superficie del electrodo de ánodo y canal de fluido adicionales. El número de tubos, el número de pases y la configuración del electrodo (monopolar o bipolar) pueden variar. El número de tubos, el número de pases y la configuración del electrodo pueden seleccionarse en función del uso deseado de la celda electroquímica.

Las disposiciones de electrodos de tubos múltiples, como se describe en el presente documento, aumentan progresivamente el área activa por unidad de volumen. Con el aumento del número de tubos múltiples utilizados en celdas y dispositivos electroquímicos o de electrocloración que incluyen electrodos de tubos concéntricos múltiples, el diámetro del tubo más interno se hará cada vez más pequeño con menos área de superficie activa por tubo. Sin embargo, el resultado general es que el electrodo de tubos múltiples tendrá una superficie significativamente más activa en comparación con otros dispositivos de electrodos CTE.

Como se utiliza el término en el presente documento, una "densidad activa" de una celda electroquímica se define como la relación del área de la sección transversal entre las superficies de electrodo activas o funcionales (superficies de los electrodos desde o hacia las cuales fluye la corriente que contribuye al tratamiento electroquímico de un fluido en la celda electroquímica) a través de las que el fluido que se somete a tratamiento en la celda electroquímica puede fluir (un "área activa" de la celda electroquímica) hasta un área de sección transversal total dentro de un carcasa de la celda electroquímica. La "densidad activa", como se define, es el área en un plano normal al eje central a través del cual el fluido puede fluir dividido por el área total de la sección transversal normal al eje central. La unidad de medición es adimensional, una fracción o un porcentaje. Los aspectos y realizaciones descritos en el presente documento incluyen celdas electroquímicas que tienen densidades activas de entre aproximadamente el 46 % y aproximadamente el 52 %, mayor que aproximadamente el 50 %, en algunas realizaciones, mayor que aproximadamente el 75 %, en algunas realizaciones, mayor que el 85 %, en algunas realizaciones, mayor que el 90 % y, en algunas realizaciones, hasta aproximadamente el 95 %.

Como se usa el término en el presente documento, una "densidad de empaquetamiento general" de una celda electroquímica se define como la longitud total de la trayectoria del electrodo funcional en un plano normal al flujo de fluido a través de una celda electroquímica con respecto a un área de sección transversal total dentro de una carcasa de la celda electroquímica. La "densidad de empaquetamiento" es el "área de superficie activa" de los electrodos en un dispositivo electroquímico dividida entre el volumen interno total del dispositivo. La unidad de medida es 1 /longitud (p. ej., m-1). Un "área de superficie activa" de un electrodo es el área de superficie del electrodo desde la cual o hacia la cual fluye la corriente que contribuye a las reacciones electroquímicas dentro de un dispositivo electroquímico. Un electrodo que tiene superficies opuestas puede tener un área de superficie activa en una sola superficie o en ambas superficies. Una "densidad de empaquetamiento anódico" es el "área de superficie activa" del (de los) ánodo(s) en un dispositivo electroquímico dividida entre el volumen interno total del dispositivo. Una "densidad de empaquetamiento catódico" es el "área de superficie activa" del (de los) cátodo(s) en un dispositivo electroquímico dividida entre el volumen interno total del dispositivo. Una "densidad global de empaquetamiento de electrodos" o "densidad total de empaquetamiento de electrodos" es la suma de la densidad de empaquetamiento anódico y la densidad de empaquetamiento catódico de un dispositivo electroquímico. Los aspectos y las realizaciones de las celdas electroquímicas descritas en el presente documento pueden tener densidades de empaquetamiento anódico, densidades de empaquetamiento catódico y/o densidades de empaquetamiento de electrodo global de 2 mm-1 o más.

De acuerdo con ciertas realizaciones, los tubos de ánodo y/o cátodo de una celda electroquímica pueden tener aberturas para permitir que el hidrógeno generado en las reacciones electroquímicas fluya a través de los electrodos más fácilmente y reducir los efectos de enmascaramiento del hidrógeno en la(s) superficie(s) del electrodo. El enmascaramiento de hidrógeno reduce el área de ánodo disponible y, en consecuencia, la producción de hipoclorito de sodio. Adicional o alternativamente, el(los) ánodo(s) y/o el(los) cátodo(s) pueden incluir un material permeable a los fluidos y/o perforado o de malla, por ejemplo, titanio perforado o una malla de titanio. La celda electroquímica puede incluir un conducto de gas para que el suministro de oxidante se combine con el hidrógeno producido por, por ejemplo, reacciones de electrocloración, en la celda y producir agua o peróxido de hidrógeno. En algunas realizaciones, se proporciona un catalizador, por ejemplo, sobre y/o en los cátodos para facilitar la reacción del oxidante y el hidrógeno en la celda.

El área superficial de los electrodos se puede aumentar mediante el uso de corrugaciones. La celda electroquímica puede incluir uno de ánodos o cátodos que estén corrugados, mientras que el otro de los ánodos o cátodos no estén corrugados. La celda electroquímica puede incluir una geometría de electrodo corrugado multicanal. En otras realizaciones, los ánodos y cátodos pueden tener diferentes formas de curvatura que las ilustradas para proporcionar un área de superficie de electrodo aumentada. Sin embargo, cabe señalar que las ondulaciones pueden aumentar la turbulencia, correspondientemente disminuyendo la velocidad de flujo promedio a través de la celda electroquímica. De este modo, las celdas de electrodos corrugados pueden requerir un aumento de la velocidad de flujo de entrada para compensar.

El área de superficie para la reducción de hidrógeno en o dentro de los cátodos se puede aumentar mediante el uso de cátodos de difusión de gas múltiples por ánodo. Los cátodos de difusión de gas múltiples pueden ser alimentados con gas (oxidante), por ejemplo, oxígeno, a través de conductos de gas axiales o paralelos.

Los aspectos y las realizaciones de celdas electroquímicas descritas en el presente documento pueden incluir ánodos y cátodos (o pares de ánodo-cátodo) que están configurados y dispuestos para dirigir sustancialmente todo o todo el fluido que pasa a través de áreas activas o espacios entre los ánodos y cátodos en una dirección sustancialmente o completamente paralela a un eje central de una carcasa. En algunas realizaciones, los huecos pueden denominarse canales de fluido. Los canales de fluido pueden tener una longitud de entre 0,5 m y 2,0 m, por ejemplo, alrededor de 1.0 m. En algunas realizaciones, los canales de fluido pueden extenderse al menos 3,0 m. La dirección sustancialmente o completamente paralela a través de las áreas activas puede ser paralela o sustancialmente paralela a los ánodos y cátodos (o pares de ánodo-cátodo). El fluido que fluye a través de las áreas activas aún se puede considerar que fluye en la dirección sustancialmente o completamente paralela a través de las áreas activas incluso si el flujo de fluido presenta turbulencias y/o vórtices durante el flujo a través de las áreas activas.

En algunos aspectos y realizaciones de celdas electroquímicas que incluyen electrodos de tubo concéntrico, por ejemplo, uno o más ánodos y/o cátodos como se describe en el presente documento, los electrodos están configurados y dispuestos para dirigir el fluido a través de uno o más espacios entre los electrodos en una dirección paralela a un eje central de la celda electroquímica (mostrado como una línea de puntos en la FIG. 3B). En algunos aspectos y realizaciones, los electrodos están configurados y dispuestos para dirigir todo el fluido introducido en la celda electroquímica a través de uno o más espacios entre los electrodos en una dirección paralela a un eje central de la celda electroquímica.

La anchura de los espacios entre los electrodos puede ser constante o variable. La anchura de los espacios entre los electrodos puede ser, por ejemplo, entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 7 mm de ancho, entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 5 mm de ancho, o entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 5 mm de ancho. En algunas realizaciones, la anchura del espacio entre los electrodos puede ser de aproximadamente 2.0 mm, aproximadamente 2,5 mm, aproximadamente 3,0 mm, aproximadamente 3,5 mm, o aproximadamente 4,0 mm. La anchura del espacio y el diseño de la celda electroquímica se pueden seleccionar en función del tipo de electrolito que se va a tratar en la celda electroquímica.

En un ejemplo de realización, una solución de electrolito de alimentación fluye a través de los dos espacios anulares (es decir, canales de fluido) formados entre los tres electrodos de tubo. Un voltaje de CC, constante o variable, o en algunas realizaciones, una corriente alterna, puede aplicarse a través de los conectores eléctricos de ánodo y cátodo. La corriente puede fluir desde las superficies interior y exterior del ánodo (electrodo de tubo central) simultáneamente a los cátodos interior y exterior (electrodo de tubo interior y electrodo de tubo exterior). La conexión eléctrica puede realizarse entre electrodos de tubo por uno o más puentes conductores, que puede estar formado del mismo material que el electrodo, por ejemplo, titanio. Pueden producirse reacciones electroquímicas y químicas en las superficies de los electrodos y en la solución en masa para generar una solución de producto. Por ejemplo, pueden producirse reacciones electroquímicas y químicas en las superficies de los electrodos y en la solución en masa para generar una solución de producto en los canales de fluido formados entre los electrodos de tubo.

Los sistemas electroquímicos generalmente pueden alimentarse con salmuera, agua salobre o agua de mar, aunque la solución de alimentación no es limitativa. Los parámetros de diseño de la celda electroquímica generalmente se pueden seleccionar en función de la composición de la solución de alimentación y/o la composición deseada de una solución de producto. El agua de mar generalmente tiene una salinidad de entre aproximadamente el 3,0 % y el 4,0 %, por ejemplo, el agua de mar puede tener una salinidad de aproximadamente el 3,5 %, 3,6 % o 3,7 %. El agua de mar comprende iones disueltos que incluyen sodio, cloruro, magnesio, sulfato y calcio. El agua de mar puede incluir además uno o más de azufre, potasio, bromuro, carbono y vanadio. El agua de mar puede tener un contenido total de sólidos disueltos (TDS) de aproximadamente 35.000 mg/l. La salmuera generalmente tiene una salinidad superior a aproximadamente el 3,5 %. Por ejemplo, la salmuera puede tener una salinidad de aproximadamente el 4,0 %, 4,5 %, 5.0 %, 7,5 %, o aproximadamente el 10 %. La salmuera puede tener un contenido de TDS superior a aproximadamente 35.000 mg/l. La salmuera saturada puede tener una salinidad de hasta aproximadamente el 25,0 %. El agua salobre generalmente tiene una salinidad inferior al 3,5 %. El agua salobre puede tener una salinidad de aproximadamente el 3.0 %, 2,5 %, 2,0 % o 1,0 %. El agua salobre puede tener un contenido de TDS inferior a aproximadamente 35.000 mg/l. Por ejemplo, el agua salobre puede tener un contenido de TDS entre aproximadamente 1.000 mg/l y aproximadamente 10.000 mg/l.

En general, la conductividad de la solución de electrolito puede estar entre aproximadamente 0 y 25 S/cm, en función de la salinidad. El agua salobre que tiene una salinidad entre aproximadamente el 0,5 % y el 2,0 % puede tener una conductividad de entre aproximadamente 0,5 S/cm y aproximadamente 4,0 S/cm, por ejemplo, aproximadamente 0,8 S/cm o aproximadamente 3,0 S/cm. El agua de mar que tiene una salinidad de aproximadamente el 3,5 % puede tener una conductividad de entre aproximadamente 4,5 S/cm y 5,5 S/cm, por ejemplo, aproximadamente 5,0 S/cm o aproximadamente 4,8 S/cm. La salmuera que tiene una salinidad entre aproximadamente el 5,0 % y el 10 % puede tener una conductividad de entre aproximadamente 7 S/cm y 13,0 S/cm, por ejemplo, aproximadamente 12,6 S/cm. La salmuera saturada que tiene una salinidad de aproximadamente el 25 % puede tener una conductividad de entre aproximadamente 20,0 S/cm y aproximadamente 23,0 S/cm, por ejemplo, aproximadamente 22,2 S/cm. La salinidad y la conductividad pueden seguir la relación lineal: y = 0,9132x 1,6332, donde y es la conductividad (S/cm) y x es el porcentaje de salinidad (% de NaCl).

La formación de incrustaciones y el ensuciamiento pueden ocurrir generalmente en regiones de baja velocidad dentro de la celda electroquímica. Tradicionalmente, puede ser necesario un lavado con ácido para eliminar las incrustaciones. El lavado con ácido requiere desconectar la celda electroquímica, limitar la producción y el uso. Como se describe en el presente documento, los componentes de la celda electroquímica pueden diseñarse para reducir las regiones de baja velocidad, reduciendo la formación de incrustaciones y el ensuciamiento. La velocidad de fluido promedio requerida para mantener las propiedades de autolimpieza puede depender de las cualidades de la solución de electrolito. Como se emplea en la presente memoria, la velocidad de fluido de autolimpieza es la velocidad de fluido en masa promedio mediante la cual se puede minimizar sustancialmente la formación de incrustaciones. La velocidad de fluido de autolimpieza se puede seleccionar para minimizar, limitar o reducir sustancialmente la formación de incrustaciones en la celda electroquímica. Mantener una velocidad de fluido de autolimpieza y/o minimizar cualquier zona de velocidad reducida puede reducir sustancialmente o eliminar la necesidad del lavado con ácido del dispositivo. De este modo, el dispositivo se puede mantener en uso continuo durante períodos de tiempo mucho más largos, generalmente hasta que un electrodo o su recubrimiento se degrade.

Habitualmente, para mantener la naturaleza de autolimpieza de las celdas electroquímicas, por ejemplo, celdas electroquímicas empleadas para tratar agua de mar, la velocidad de fluido en masa puede mantenerse por encima de una velocidad promedio de 2 m/s. Por ejemplo, el agua de mar o el agua que tiene una concentración de magnesio de aproximadamente 1000 - 1400 ppm y una concentración de calcio de aproximadamente 300 - 450 ppm a temperatura ambiente (20 - 25 °C) puede requerir una velocidad de flujo promedio de aproximadamente 2 m/s o más para mantener las propiedades de autolimpieza. El agua de mar o agua que tenga mayor dureza, por ejemplo, hasta aproximadamente 500 ppm de Ca y 1800 ppm de Mg (agua del Mar Rojo) puede requerir una mayor velocidad de flujo promedio para mantener las propiedades de autolimpieza. Tal agua de mar puede requerir una velocidad de flujo promedio de aproximadamente 2,5 m/s o 3,0 m/s para mantener las propiedades de autolimpieza. El agua de mar o agua que tenga menor dureza, por ejemplo, aproximadamente 200 ppm de Ca y aproximadamente 700 ppm de Mg (agua del Golfo Arábigo) puede mantener las propiedades de autolimpieza con una velocidad de flujo promedio más baja. Por ejemplo, dicha agua de mar puede mantener las propiedades de autolimpieza a una velocidad de flujo promedio de aproximadamente 1,5 m/s o 1,8 m/s.

El agua de mar que tiene una temperatura superior a aproximadamente 20 °C o 25 °C (por ejemplo, agua del Golfo Arábigo que puede tener una temperatura de aproximadamente 40 °C) o que tiene una temperatura inferior a aproximadamente 20 °C o 25 °C (por ejemplo, agua del Mar del Norte que puede tener una temperatura de aproximadamente 0 °C) también puede mantener propiedades de autolimpieza con una velocidad de flujo promedio menor o mayor, respectivamente. Adicionalmente, el agua salobre y la salmuera pueden mantener las propiedades de autolimpieza con velocidades de flujo promedio más bajas.

La velocidad de flujo promedio se puede mantener según se requiera para mantener las propiedades de autolimpieza de la celda electroquímica. Por ejemplo, la velocidad de flujo puede mantenerse a más de aproximadamente 1,5 m/s, entre aproximadamente 1,5 m/s y aproximadamente 2 m/s, más de aproximadamente 2 m/s, entre aproximadamente 2 m/s y aproximadamente 2,5 m/s, más de aproximadamente 2,5 m/s, entre aproximadamente 2,5 m/s y 3,0 m/s, o más de aproximadamente 3,5 m/s según se requiera para mantener las propiedades de autolimpieza con la solución de electrolito particular. Para ciertos flujos de alimentación, la velocidad de flujo puede mantenerse en o cerca de 4 m/s, 5 m/s, 6 m/s, 7 m/s, 8 m/s, 9 m/s o 10 m/s. Cualquier velocidad promedio por debajo de la velocidad de autolimpieza puede resolverse dentro de una longitud predeterminada, como se describe con más detalle a continuación.

En algunas realizaciones descritas en el presente documento, los electrodos, p. ej., un cátodo y un ánodo, pueden estar dispuesto concéntricamente en una carcasa alrededor de un eje central de la carcasa. Los electrodos pueden insertarse en una carcasa no metálica y conectarse a una fuente de alimentación de CC o CA mediante conectores a prueba de agua para que ningún componente con corriente eléctrica quede expuesto al entorno exterior. Este diseño es generalmente más seguro para los operadores y no hay riesgo de cortocircuito entre los dispositivos y un componente o líquido externo conectado a tierra.

Los electrodos pueden colocarse dentro de una carcasa no metálica, diseñarse para aislar eléctricamente los electrodos del ambiente exterior y para resistir la presión del fluido del electrolito que pasa a través de la celda electroquímica. La carcasa puede ser no conductora, químicamente no reactiva frente a las soluciones de electrolito, y puede tener suficiente fuerza para soportar las presiones del sistema, vibraciones de alta frecuencia del sistema y vibraciones ambientales de baja frecuencia (por ejemplo, a bordo de un barco). La carcasa puede tener la fuerza suficiente para soportar una presión de hasta 16 bar. La carcasa puede tener la fuerza suficiente para soportar un caudal de solución de electrolito de hasta 10 m/s. La carcasa puede comprender uno o más de poli(cloruro de vinilo) (PVC), politetrafluoroetileno (PTFE), poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polietileno de alta densidad (HDPE), polímero reforzado con fibras (FRP), u otros materiales apropiados, y en algunas realizaciones puede incluir elementos de refuerzo, por ejemplo, fibras de vidrio o carbono embebidas en una matriz polimérica. Los conectores de electrodos pueden extenderse fuera de las paredes de la carcasa en un extremo de la carcasa. En algunas realizaciones, los conectores de electrodos pueden extenderse fuera de las paredes de la carcasa en extremos opuestos de la carcasa.

Como se muestra en las FIGS. 3A-3C, la celda electroquímica 1000 puede contener uno o más separadores 1180 configurados para mantener el espacio entre los electrodos 1020 y 1040. Los separadores 1180 pueden colocarse para residir entre los electrodos 1020 y 1040 (como se muestra en la FIG. 3C), p. ej., entre un cátodo y un ánodo. Para mantener el canal de fluido (mostrado en la FIG. 3C entre los electrodos 1020 y 1040), los separadores 1180 pueden dimensionarse para tener una altura que mantenga la anchura del espacio entre los electrodos 1020 y 1040, localizar los electrodos 1020 y 1040 y mantener la concentricidad de los tubos (como se muestra en la FIG. 3B). Los separadores 1180 pueden dimensionarse para permitir el flujo de fluido a través del canal.

Las FIGS. 7A-7B muestran otra realización de los separadores 1180. Como se muestra en la FIG. 7A, cada separador 1180 puede construirse y disponerse para unirse al extremo de un tubo de electrodo 1020, 1040. Los separadores se pueden colocar dentro de los tubos de electrodo 1020, 1040 como se muestra en la FIG. 7B. El separador 1180 puede contener una o más características 1186 que se acoplan con un electrodo o conector eléctrico. Como se emplea en la presente memoria, "acoplarse" se refiere a una conexión entre dos o más elementos. La conexión puede ser mecánica y/o eléctrica. La característica de acoplamiento se puede utilizar para mantener la alineación y evitar la rotación del separador con respecto al electrodo o conector eléctrico. Las características moldeadas 1186, como se muestra en las FIGS. 7C-7D puede facilitar el montaje de la celda electroquímica al reducir la necesidad de otros elementos de fijación. En algunas realizaciones, el separador puede comprender una ranura, abrazadera o característica de fijación integral configurada para acoplarse con un tubo de electrodo y mantener la concentricidad de los tubos de electrodo concéntricos.

El separador puede construirse a partir de un material químicamente inerte, material no conductor capaz de soportar alta presión. En algunas realizaciones, el separador puede construirse para soportar una presión de hasta 16 bar, vibraciones de alta frecuencia del sistema y vibraciones ambientales de baja frecuencia (por ejemplo, a bordo de un barco). El separador puede construirse para soportar un caudal de solución de electrolito de hasta 10 m/s. El separador puede estar construido de plástico o cerámica. El separador puede comprender uno o más de PVC, PTFE, PVDF, ABS, HDPE, FRP u otros materiales apropiados. En algunas realizaciones, el separador se puede moldear por inyección para facilitar la fabricación y el montaje.

Las características de flujo, como los separadores, tienden a crear arrastre en la solución de electrolito que fluye, dando como resultado un área de velocidad reducida (también descrita en el presente documento como una "zona de velocidad reducida") aguas abajo del separador. Como se ha descrito anteriormente, una disminución en la velocidad de flujo promedio puede comprometer la naturaleza de autolimpieza de una celda electroquímica. De este modo, cualquier velocidad promedio por debajo de la velocidad de autolimpieza debe resolverse dentro de una longitud predeterminada por el canal de fluido desde el separador. Una celda electroquímica de autolimpieza sin separador puede resolver una zona de velocidad reducida, por ejemplo, dentro de los 20 mm desde la entrada de la celda electroquímica. En algunos ejemplos de realización, las propiedades de autolimpieza se cumplen cuando la zona de velocidad reducida se resuelve dentro de los 140 mm desde el separador, como se muestra en la FIG. 4. De acuerdo con algunas realizaciones, el separador puede dimensionarse para resolver la zona de velocidad reducida dentro de 20 mm (FIG. 4) o dentro de 60 mm (FIG. 5).

La zona de velocidad reducida puede estar definida por un área en la que la velocidad de flujo de la solución de electrolito es menor que la velocidad de flujo promedio de la solución a través del canal o la velocidad de autolimpieza. La zona de velocidad reducida que resulta del separador se encuentra generalmente aguas abajo del separador, pero pueden existir otras zonas de velocidad reducida dentro de la celda electroquímica. En algunas realizaciones, la zona de velocidad reducida está definida por un área en la que la velocidad de flujo de la solución de electrolito promedio es de al menos el 2 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 % o 25 % menos que la velocidad de autolimpieza o la velocidad promedio a través del canal de fluido. Para un ejemplo de celda electroquímica que tiene una velocidad de flujo promedio o de autolimpieza de al menos 2 m/s, la zona de velocidad reducida puede definirse por cualquier velocidad de flujo inferior a 2 m/s, por una velocidad de flujo al menos un 25 % inferior a 2 m/s (por ejemplo, 1,5 m/s), por una velocidad de flujo al menos un 20 % inferior a 2 m/s (por ejemplo, 1,6 m/s), por una velocidad de flujo al menos un 15 % inferior a 2 m/s (por ejemplo, 1,7 m/s), por una velocidad de flujo al menos un 10 % inferior a 2 m/s (por ejemplo, 1,8 m/s), por una velocidad de flujo al menos un 5 % inferior a 2 m/s (por ejemplo, 1,9 m/s), por una velocidad de flujo al menos un 2 % inferior a 2 m/s (por ejemplo, 1,96 m/s), o por una velocidad de flujo al menos cualquier otro porcentaje inferior a 2 m/s.

Para cualquier velocidad de flujo promedio dentro de la zona de velocidad reducida, la zona puede terminar cuando la velocidad de fluido se resuelve en una velocidad en masa promedio igual a la velocidad de fluido de autolimpieza o igual a la velocidad de fluido promedio dentro de la celda electroquímica. Por ejemplo, la zona de velocidad reducida puede tener un perfil de velocidad dado que se resuelve cuando la velocidad de fluido promedio alcanza 2 m/s (o cualquier otra velocidad de autolimpieza deseada). En algunas realizaciones, la zona de velocidad reducida termina cuando la velocidad de fluido promedio alcanza una velocidad dentro del 1 %, 2 %, 5 % o 10 % de la velocidad de autolimpieza o la velocidad promedio dentro de la celda electroquímica. De este modo, para un ejemplo de celda electroquímica que tiene una velocidad de autolimpieza de 2 m/s, la zona de velocidad reducida puede terminar cuando la velocidad de fluido promedio se resuelve en 2 m/s, 1,98 m/s (dentro del 1 %), 1,96 m/s (dentro del 2 %), 1,9 m/s (dentro del 5 %) o 1,8 m/s (dentro del 10 %). En algunas realizaciones, la zona de velocidad reducida termina cuando la velocidad de fluido promedio se resuelve en la velocidad de fluido de entrada, por ejemplo, la velocidad de fluido aguas arriba del separador. La zona de velocidad reducida puede terminar cuando la velocidad de fluido promedio se resuelve en una velocidad de fluido dentro del 1 %, 2 %, 5 % o 10 % de la velocidad de fluido de entrada.

La zona de velocidad reducida también se puede caracterizar por una desviación de la velocidad de la velocidad de flujo media de la solución de electrolito en masa a través de la celda electroquímica. La dispersión de la velocidad dentro de la zona de velocidad reducida es generalmente la mayor en el límite de la zona de velocidad reducida y el separador (es decir, inmediatamente aguas abajo del separador). La dispersión de la velocidad tiende a normalizarse aguas abajo, hasta que esté dentro de un porcentaje de la velocidad de flujo media de la celda electroquímica. En un ejemplo de realización, la dispersión de la velocidad sigue la curva del gráfico de la FIG. 22. En algunas realizaciones, la desviación de la velocidad dentro de la zona de velocidad reducida no supera el ± 20 %, por ejemplo, no supera el ± 18 %, no supera el ± 15 %, de la velocidad de flujo media. La zona de velocidad reducida puede terminar cuando la dispersión de la velocidad está dentro del ± 5 %, dentro del ± 2 %, dentro del ± 1 % de la velocidad de flujo media. Dado que la velocidad de flujo media es, por definición, una velocidad promedio, es concebible que la dispersión de la velocidad pueda permanecer dentro de un pequeño porcentaje de la velocidad de autolimpieza a lo largo de la longitud de la celda electroquímica.

El separador puede estar diseñado para minimizar la zona de velocidad reducida que se produce naturalmente en el canal de fluido aguas abajo del separador. La zona de velocidad reducida se minimiza para mantener las propiedades de autolimpieza de la celda electroquímica. El separador puede dimensionarse para mantener la zona de velocidad reducida dentro de una longitud predeterminada. En general, la longitud predeterminada de la zona de velocidad reducida se puede seleccionar para minimizar o eliminar la formación de incrustaciones en función de la velocidad de flujo promedio a través del canal de fluido y/o la composición de la solución de electrolito. La longitud predeterminada puede ser, por ejemplo, entre aproximadamente el 2 % y el 5 %, por ejemplo, menos de aproximadamente el 5 % de la longitud del canal de fluido. En algunas realizaciones, la longitud predeterminada es de aproximadamente el 5 %, 4 %, 3 %, 2 % o menos del 1 % del canal de fluido. Ciertas soluciones de electrolito pueden tolerar una longitud predeterminada mayor que otras. La composición, la dureza y la temperatura de la solución de electrolito pueden desempeñar un papel en la determinación de la tolerancia de la celda electroquímica a la formación de incrustaciones.

En algunas realizaciones, la longitud predeterminada se describe en relación con la anchura del canal de flujo. Por ejemplo, la relación entre la longitud de la zona de velocidad reducida y la anchura del canal de fluido puede ser inferior a 120 a 3,5. Esta relación corresponde a una zona de velocidad reducida que tiene una longitud inferior a 120 mm para una anchura de canal de 3,5 mm, una longitud inferior a 102,8 mm para una anchura de canal de 3,0 mm, una longitud inferior a 85,7 mm para una anchura de canal de 2,5 mm, y así sucesivamente. La relación de la longitud de la zona de velocidad reducida a la anchura del canal de fluido puede ser inferior a 100 a 3,5, 60 a 3,5 o 20 a 3,5. En algunas realizaciones, la longitud predeterminada puede estar dentro de los 140 mm, 120 mm, 100 mm, 60 mm o 20 mm para una solución de electrolito que fluye a través del canal de fluido a una velocidad de flujo promedio de entre 2,0 m/s y 2,5 m/s, por ejemplo, 2,0 m/s, 2,1 m/s, 2,2 m/s, 2,3 m/s, 2,4 m/s o 2,5 m/s.

En algunas realizaciones, el separador está diseñado para minimizar la zona de velocidad reducida al permitir solo un área de flujo predeterminada a través del canal. El separador puede estar dimensionado para tener un área de sección transversal que cubra un porcentaje predeterminado de un área de flujo del canal de fluido. Por ejemplo, el separador puede estar dimensionado para tener un área de sección transversal entre el 10 % y el 35 % del área de flujo del canal de fluido. El separador puede estar dimensionado para tener un área de sección transversal inferior a aproximadamente el 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 % o 35 % del área de flujo del canal de fluido. En general, el separador puede estar diseñado para tener un área de sección transversal lo más pequeña posible (es decir, permitiendo el mayor flujo de solución) mientras sostiene el canal de fluido. El área de la sección transversal del separador puede diseñarse para proporcionar un soporte adecuado a los tubos de electrodo para mantener la concentricidad, mientras se reduce la zona de velocidad reducida que se produce aguas abajo del separador para mantener las propiedades de autolimpieza de la celda electroquímica.

El separador puede estar diseñado para mantener una desviación de la velocidad de la solución de electrolito de la media dentro del ± 20 %, por ejemplo, ± 18 %, o ± 15 %, de una velocidad de flujo promedio de la solución de electrolito a través del canal de fluido. El separador puede dimensionarse para minimizar la desviación de la velocidad de la media aguas abajo del separador. Por ejemplo, el separador puede minimizar la desviación de la velocidad de la media inmediatamente adyacente al separador. En algunas realizaciones, el separador puede acualinearse para minimizar la desviación de la velocidad de la media. Como se emplea en la presente memoria, ''acualineado'' puede referirse a un componente que tiene una configuración aerodinámica contra un flujo de solución. Acualineado puede comprender configuraciones que forman desviaciones mínimas de la velocidad aguas abajo de la media. En algunas realizaciones, las configuraciones acualineadas no forman o sustancialmente no forman remolinos aguas abajo. Las configuraciones acualineadas no necesitan limitarse a proporcionar un flujo laminar y pueden estar rodeadas por un flujo turbulento. En algunas realizaciones, las configuraciones acualineadas no contribuyen sustancialmente a la turbulencia en el flujo de electrolito a través de la celda electroquímica.

De acuerdo con ciertas realizaciones, como se muestra en la FIG. 6A, el separador puede comprender un anillo 1182 y una pluralidad de proyecciones 1184 que se extienden desde el anillo 1182. El separador puede permitir el flujo de fluido entre las proyecciones 1182 (por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3C). La característica 1186 provista para la alineación del separador puede colocarse en el anillo 1182, por ejemplo, entre proyecciones adyacentes. Las proyecciones 1184 se pueden proporcionar para mantener el espacio entre los tubos de electrodo, mientras permite el flujo de fluido a través del canal. De este modo, las proyecciones pueden dimensionarse para tener una altura que mantenga la anchura del canal de fluido. Como se muestra en las FIGS. 6B-6D, H es la altura de la proyección esencialmente equivalente a la anchura del canal de fluido, W es la anchura de la proyección y L es la longitud de la proyección por el canal de fluido. Las proyecciones 1184 pueden unirse al anillo 1182 en un extremo y extenderse radialmente hacia afuera desde el anillo o radialmente hacia adentro desde el anillo.

En realizaciones donde las proyecciones se extienden radialmente hacia afuera y radialmente hacia adentro desde el anillo, como se muestra en la FIG. 6A, la altura puede ser esencialmente equivalente a la mitad de la anchura del canal de fluido.

Habitualmente, las proyecciones pueden tener una longitud L (definida en una dirección hacia abajo del canal de flujo), como se muestra en las FIGS. 6C y 6D, que es mayor que la anchura W. Adicionalmente, las proyecciones pueden tener una configuración aerodinámica o acualineada para reducir la resistencia al electrolito que fluye. En algunas realizaciones, las proyecciones pueden ser esféricas, cilíndricas, ovoides, en forma de lágrima, en forma de almendra, en forma de diamante (alargado o simétrico), o un triángulo redondeado. Las proyecciones pueden tener una forma de sección transversal circular, ovalada, triangular, de diamante o de lágrima.

El separador puede tener generalmente suficientes proyecciones para proporcionar soporte a los tubos de electrodo. En algunas realizaciones, el separador puede tener entre 2 y 8 proyecciones, por ejemplo, entre 3 y 6 proyecciones. Los separadores pueden tener, por ejemplo, 3, 4, 5 o 6 proyecciones. Las dimensiones del anillo y las proyecciones pueden diseñarse para reducir la zona de velocidad reducida. Por ejemplo, el número y la disposición de las proyecciones pueden seleccionarse para minimizar la zona de velocidad reducida o, de lo contrario, mantener la zona de velocidad reducida dentro de la longitud predeterminada. Por consiguiente, el separador puede tener un número y anchura de proyecciones que dan como resultado un área de sección transversal del separador entre el 10 % y el 35 % del área de flujo del canal de fluido. En algunas realizaciones, las proyecciones pueden estar espaciadas de manera sustancialmente uniforme en el anillo para proporcionar un soporte uniforme (por ejemplo, como se muestra en la FIG. 6A). De manera similar, la longitud y la anchura de las proyecciones pueden seleccionarse para minimizar la zona de velocidad reducida o, de lo contrario, mantener la zona de velocidad reducida dentro de la longitud predeterminada. Las proyecciones pueden dimensionarse para tener una anchura que proporcione suficiente soporte estructural para los electrodos (por ejemplo, basándose en el número de proyecciones) sin exceder sustancialmente una anchura que proporcionaría demasiada resistencia. Para ciertos materiales, las proyecciones pueden tener una anchura mínimo que se pueda fabricar y que también proporcione un soporte adecuado. En algunas realizaciones, las proyecciones pueden dimensionarse para tener una anchura que esté entre 0,5 y 2 veces la altura, por ejemplo, entre 0,5 y 1 vez la altura o entre 1 y 2 veces la altura.

Una celda de electrocloración típica puede tener una anchura de canal de entre 1 y 5 mm. Tal celda electroquímica puede contener un separador que tenga una anchura de anillo de entre 0,5 y 3 mm, proyecciones que tienen una altura de entre 1 y 5 mm (correspondiente a la anchura del canal), proyecciones que tienen una anchura de entre 1 y 10 mm, y proyecciones que tienen una longitud de entre 1 y 10 mm. Un ejemplo de celda electroquímica puede tener una anchura de canal de 3,0 mm a 3,5 mm. Tal celda electroquímica puede incluir un anillo que tiene una anchura de 1 mm y proyecciones que tienen una anchura de 2,5 a 7 mm y una longitud de 5 a 10 mm, donde la longitud no es más corta que la anchura. El anillo puede estar ubicado sustancialmente de manera centrada en el canal de fluido, extendiéndose las proyecciones en ambas direcciones desde el anillo. La altura de las proyecciones en este ejemplo de anillo se puede medir de extremo a extremo. En algunas realizaciones, el anillo puede colocarse contra uno de los electrodos, extendiéndose las proyecciones sustancialmente en una dirección hacia el electrodo opuesto.

Como se ha descrito anteriormente, la celda electroquímica puede incluir una pluralidad de electrodos de tubo concéntricos, por ejemplo, tres, cuatro o cinco electrodos de tubo concéntricos. Con cada electrodo de tubo concéntrico añadido, se proporcionan una superficie de electrodo de cátodo adicional, una superficie de electrodo de ánodo adicional y un canal de fluido adicional. Cada canal de fluido puede estar definido entre cada cátodo y ánodo adyacentes, y cada canal de fluido puede extenderse sustancialmente de manera paralela a los otros canales de fluido y a un eje central de la carcasa. Cada canal de fluido puede estar asociado adicionalmente con un separador que reside entre los electrodos para mantener el canal de fluido. De este modo, la celda electroquímica puede comprender una pluralidad de separadores concéntricos que residen entre electrodos concéntricos.

En algunas realizaciones, por ejemplo, tal y como se muestra en la FIG. 16, la celda electroquímica 1000 puede comprender una pluralidad de electrodos 1020, 1022 consecutivos. Los electrodos 1020, 1022 consecutivos pueden estar dispuestos a lo largo de la carcasa (no mostrado en la FIG. 16). Como se muestra en las FIGS. 17A-17C, la celda electroquímica 1000 puede incluir uno o más separadores 1200 colocados entre electrodos 1020, 1022 consecutivos. Los separadores 1200 se pueden colocar, disponer y configurar para acoplarse con los electrodos 1020, 1022 consecutivos (por ejemplo, a través de una característica como una ranura, abrazadera o conexión eléctrica), ubicando los electrodos dentro de la celda electroquímica 1000. Adicionalmente, donde están presentes electrodos concéntricos 1020, 1040 y consecutivos 1020, 1022, una pluralidad de separadores 1200 concéntricos puede colocarse entre electrodos 1020, 1022 consecutivos y configurarse para mantener la concentricidad de los electrodos consecutivos, por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 18A y 18B.

Los separadores colocados entre electrodos consecutivos pueden comprender una pluralidad de anillos 1220 contiguos. Varias realizaciones de anillos 1220 contiguos se muestran en las FIGS. 19-21. Por ejemplo, el separador puede comprender dos, tres o cuatro anillos contiguos. En algunas realizaciones, al menos uno de los anillos contiguos comprende una pluralidad de proyecciones, como se ha descrito anteriormente. Los anillos contiguos pueden configurarse para acoplarse entre sí y/o con un electrodo consecutivo adyacente. Cualquier espacio que se produzca entre los anillos contiguos puede minimizarse para reducir una zona de velocidad reducida existente aguas abajo del separador. Por ejemplo, el espacio entre anillos contiguos puede dimensionarse para mantener la zona de velocidad reducida dentro de una longitud predeterminada, como se ha descrito anteriormente. En algunas realizaciones, se pueden implementar sellos entre anillos contiguos para reducir el espacio efectivo y, por lo tanto, la zona de velocidad reducida.

El espacio entre anillos contiguos podrá ser inferior a 1,60 veces la anchura del separador, por ejemplo, de un anillo del separador. Por ejemplo, el separador puede comprender un anillo que tiene una anchura entre 1 y 3 mm. Los espacios entre anillos contiguos pueden ser inferiores a 4,80 mm, inferiores a 3,20 mm o inferiores a 1,60 mm. La anchura del hueco puede estar entre 0,5 y 4,80 mm, entre 0,5 y 3,20 mm o entre 0,5 y 1,60 mm. En un ejemplo de realización, el separador puede comprender una pluralidad de anillos contiguos que tienen una anchura de 1 mm, en donde los espacios entre cada dos de la pluralidad de anillos tienen una anchura de entre 0,5 y 1,60 mm. En general, la anchura del espacio entre anillos contiguos puede dimensionarse para que sea lo más pequeña posible físicamente. Si es posible para la fabricación, los anillos contiguos pueden no tener sustancialmente ningún espacio entre ellos.

De acuerdo con ciertas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 8A y 8B, la celda electroquímica 1000 puede incluir tapas de extremo de entrada y salida 1060 y 1080, cada una acoplada a un extremo distal de la carcasa 1160. Las tapas de extremo 1060, 1080 pueden tener una abertura 1062 ubicada sustancialmente de manera centrada (como se muestra en las FIGS. 9A y 9B, que son vistas superior e inferior de una tapa de extremo, respectivamente). Como se muestra en la vista en sección transversal de la FIG. 8B, las aberturas pueden estar en comunicación fluida con canales de fluido entre ánodos y cátodos en el interior de la celda electroquímica. Las tapas de extremo pueden incluir además conductos de fluido 1064 (como se muestra en la vista en sección transversal de la FIG. 9D) que proporcionan una comunicación fluida entre las aberturas y el canal de fluido de la celda electroquímica. El fluido, por ejemplo, la solución de electrolito, puede introducirse por lo tanto en la celda electroquímica a través de uno o más conductos de fluido de la tapa de extremo de entrada y continuar a través del espacio entre los electrodos, es decir, el canal de fluido. El fluido puede salir de la celda electroquímica a través de un conducto de fluido de la tapa de extremo de salida y salir por la abertura situada sustancialmente de manera centrada.

El conducto de fluido dentro de la tapa de extremo puede diseñarse para minimizar una caída de presión a través de la celda electroquímica. En una tubería cilíndrica, la pérdida de presión debida a efectos viscosos es proporcional a la longitud y se caracteriza por la ecuación de Darcy-Weisbach:

donde:

Ap es la pérdida de presión (Pa),

L es la longitud del conducto (m),

D es el diámetro hidráulico (m),

/ ^des el factor de fricción (determinado por el número de Reynolds, rugosidad absoluta y rugosidad relativa del material y coeficiente de fricción),

p es la densidad del fluido (kg/m3), y

(v) es la velocidad de flujo media (m/s).

De este modo, la caída de presión puede variar con la longitud, el diámetro hidráulico y el material del conducto. En algunas realizaciones, se puede dimensionar un radio y/o una longitud del conducto de fluido para minimizar la caída de presión dentro de la celda electroquímica. Adicionalmente, la densidad del fluido y la velocidad de flujo también pueden tener un efecto sobre la caída de presión.

La caída de presión puede determinarse por la diferencia entre la presión de entrada y la presión de salida a través de una celda electroquímica. En algunas realizaciones, minimizar la caída de presión incluye minimizar la presión de entrada. De este modo, en algunas realizaciones, se puede dimensionar un radio y/o una longitud del conducto de fluido de una tapa de extremo de entrada para mantener una presión de entrada deseada. La presión de entrada puede mantenerse por debajo de, por ejemplo, 125 kPa, 122 kPa, 120 kPa, 118 kPa, 117 kPa, 116 kPa o 115 kPa. Sin embargo, la presión de entrada debe mantenerse dentro de un intervalo que promueva el uso adecuado de la celda electroquímica. La presión de entrada puede mantenerse entre aproximadamente 115 kPa y 125 kPa, por ejemplo, entre aproximadamente 117 kPa y 121 kPa. La presión de salida puede mantenerse entre aproximadamente 100 kPa y 105 kPa, por ejemplo, entre aproximadamente 101 kPa y 103 kPa. Una caída de presión minimizada puede ser lo más cercano a una caída de presión sustancialmente nula que permitan las limitaciones de fabricación y materiales, por ejemplo, por debajo de 25 kPa, 24 kPa, 23 kPa, 22 kPa, 21 kPa, 20 kPa, por debajo de 19 kPa, por debajo de 18 kPa, por debajo de 17 kPa, por debajo de 16 kPa, por debajo de 15 kPa, o inferior. La caída de presión minimizada puede depender de la densidad del fluido de la solución de electrolito y la velocidad de flujo promedio (por ejemplo, velocidad de flujo de autolimpieza para tal fluido).

En algunas realizaciones, el conducto de fluido incluye una zona de un primer radio y una zona de un segundo radio mayor que el primer radio. La zona del primer radio puede ser adyacente a la abertura situada sustancialmente de manera centrada, mientras que la zona del segundo radio puede ser adyacente al canal de fluido. En un ejemplo de realización, el conducto de fluido de la tapa de extremo de entrada tiene una primera región lineal, una región radialmente creciente, y una segunda región lineal, donde la primera región lineal puede corresponder al primer radio y la segunda región lineal puede corresponder al segundo radio. La tapa de extremo puede comprender una característica para acoplarse con el extremo de la carcasa.

Las tapas de extremo pueden construirse de un material químicamente inerte, material no conductor capaz de soportar alta presión. En algunas realizaciones, las tapas de extremo pueden construirse para soportar una presión de hasta 16 bar, vibraciones de alta frecuencia del sistema y vibraciones ambientales de baja frecuencia (por ejemplo, a bordo de un barco). Las tapas de extremo pueden construirse para resistir un caudal de solución de electrolito de hasta 10 m/s. Las tapas de extremo pueden construirse de plástico o cerámica. Las tapas de extremo pueden comprender uno o más de PVC, PTFE, PVDF, ABS, HDPE, FRP u otros materiales apropiados.

Como se muestra en las FIGS. 10A y 10B, la celda electroquímica puede comprender además un cono 1120 dispuesto dentro del conducto de fluido de la tapa de extremo 1060 y configurado para definir un camino de flujo para una solución en el canal de fluido. El cono 1120 puede acoplarse a la carcasa 1160 para definir un camino de flujo hacia el canal de fluido. En algunas realizaciones, el cono puede acoplarse al electrodo 1020 (como se muestra en la FIG.

11A), conector eléctrico 1240 (como se muestra en la FIG. 11B), u otro elemento de la celda electroquímica, para definir un camino de flujo de fluido en el canal de fluido. De este modo, el cono puede tener un diámetro de base igual o sustancialmente igual a un diámetro interior del canal de fluido.

Como se ha descrito anteriormente, la caída de presión a través de una celda electroquímica puede variar con el diámetro hidráulico. El cono de entrada 1120, el cono de salida 1140, o ambos (como se muestra en la FIG. 8B) pueden diseñarse para minimizar la caída de presión a través de la celda electroquímica, por ejemplo, alterando un diámetro hidráulico del camino de flujo. La FIG. 12 es un mapa de contorno de la caída de presión a través de un ejemplo de celda electroquímica. Como se muestra en la FIG. 12, hay un diferencial de presión a través del canal de fluido. La variación de las dimensiones del canal de fluido de la tapa de extremo de entrada puede tener un efecto sobre la presión de entrada, como se muestra en las FIGS. 13A-C. Adicionalmente, la variación de las dimensiones del cono de entrada puede tener un efecto sobre la caída de presión, como se muestra en la FIG. 14A y los datos presentados en el gráfico de la FIG. 14B.

Minimizar la caída de presión puede incluir, por ejemplo, mantener un área de flujo sustancialmente constante entre el conducto de fluido y el cono. En general, el cono puede tener una base que está dimensionada para corresponder con el canal de fluido. Para un canal de fluido anular, la base puede tener un diámetro que se corresponda sustancialmente con un diámetro interior del canal de fluido anular. Además de diseñar las dimensiones del conducto de fluido para reducir la caída de presión, uno o más de altura, ángulo del vértice, ángulo de la base y la altura inclinada del cono pueden dimensionarse para minimizar la caída de presión a través de la celda electroquímica. El cono de entrada, el cono de salida, o ambos pueden tener independientemente un ángulo del vértice de entre 20° y 90°, por ejemplo entre 30° y 80° o entre 40° y 60°. El cono de entrada, el cono de salida, o ambos pueden tener independientemente un ángulo del vértice de 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90° o según sea necesario para minimizar la caída de presión a través de la celda electroquímica.

En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 15A y 15B, la celda electroquímica incluye un tronco de salida 1122 en lugar de un cono de salida. El tronco de salida 1122 puede disponerse dentro del conducto de fluido 1064 de la tapa del extremo de salida 1080 y configurarse para definir un camino de flujo para una solución fuera de la celda electroquímica. El tronco de salida 1122 puede dimensionarse para minimizar adicionalmente la caída de presión a través de la celda electroquímica, como se muestra en los mapas de contorno. Al modificar el cono de salida para producir un tronco de salida, el área de flujo total de la tapa de extremo de salida aumenta, lo que da como resultado una caída de presión aún más reducida.

El conducto de fluido de la tapa de extremo puede dimensionarse para permitir un flujo desarrollado por completo de la solución. Adicionalmente, el camino de flujo definido entre el conducto de fluido y el cono puede dimensionarse para mantener el flujo desarrollado por completo de la solución. Como se emplea en la presente memoria, el flujo desarrollado por completo se produce cuando la capa límite del flujo a través del conducto de fluido se expande para llenar todo el conducto, de modo que las características de flujo permanezcan sustancialmente iguales a lo largo de la longitud restante del conducto. La longitud de entrada es la longitud del conducto necesaria para que el flujo de fluido se desarrolle por completo. La longitud del camino de flujo puede ser mayor que la longitud de entrada de la solución particular, de manera que el flujo que viaja entre el conducto y el cono se vuelve y/o permanece completamente desarrollado.

El camino de flujo puede tener un diámetro hidráulico definido por el espacio entre el cono y el conducto de fluido. En algunas realizaciones, el camino de flujo puede tener un diámetro hidráulico que esté entre 2 y 10 veces la longitud de la región lineal mayor del conducto de fluido (es decir, la zona del segundo radio) para mantener un flujo desarrollado por completo. El camino de flujo puede tener un diámetro hidráulico que sea al menos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 veces la longitud de la zona del segundo radio, o según sea necesario para mantener el flujo desarrollado por completo de la solución de electrolito particular. En general, la longitud de la zona del segundo radio puede ser lo más grande posible, mientras se mantiene una presión de entrada y una caída de presión adecuadas a través de la celda electroquímica.

Las tapas de extremo podrían servir potencialmente para dos propósitos, ya que también podrían incorporar conectores eléctricos para la entrega de corriente a los electrodos y proporcionar un sello neumático para la celda electroquímica. Por ejemplo, las tapas de extremo cuando se sujetan a los extremos opuestos de la celda electroquímica, pueden formar cámaras selladas neumáticamente. Las tapas pueden proporcionar una configuración para el enrutamiento neumático y eléctrico de los conductos de gas.

Como se muestra en las FIGS. 23A-23D, la celda electroquímica 1000 incluye conectores eléctricos 1240 colocados en los extremos distales de los electrodos y conectados eléctricamente a los electrodos. La corriente eléctrica puede aplicarse a la celda electroquímica a través de un conector eléctrico, puede viajar internamente a través de los electrodos y fluidos de proceso y puede salir de la celda electroquímica a través de una conexión a tierra correspondiente. La corriente máxima aplicada a una celda electroquímica puede definirse por su densidad de corriente operativa, generalmente menos de aproximadamente 3000 A/m2. La densidad de corriente operativa puede variar con el recubrimiento del electrodo y el área de superficie interna del electrodo. Durante el diseño de la celda electroquímica, la resistencia puede variar con el área de superficie del conector eléctrico, la corriente aplicada, la resistividad del material de la celda y la tasa de capacidad calorífica de la celda.

Los conectores eléctricos pueden estar hechos de cualquier material conductor, resistente a la corrosión. En algunas realizaciones, los conectores eléctricos pueden estar hechos del mismo material que uno o más de los electrodos, por ejemplo, titanio. El conector eléctrico se puede fijar a los electrodos, por ejemplo, a través de una característica de acoplamiento o soldadura. El conector eléctrico puede fabricarse a partir de una hoja conductora continua o puede contener características que están soldadas o unidas entre sí de forma conductora de otro modo. Tradicionalmente, los conectores eléctricos son fáciles de fabricar pero no están diseñados para ser acualineados. De este modo, los conectores eléctricos convencionales generalmente crean una gran región de baja velocidad de flujo aguas abajo.

Se puede proporcionar un primer conector eléctrico en un primer extremo de una celda electroquímica de tubos múltiples como se describe en el presente documento para proporcionar contacto eléctrico con el (los) tubo(s) de electrodo de ánodo y se puede proporcionar un segundo conector eléctrico en un segundo extremo de una celda electroquímica de tubos múltiples como se describe en el presente documento para proporcionar contacto eléctrico con el (los) tubo(s) de electrodo de cátodo. Se pueden proporcionar aberturas en los conectores eléctricos para permitir que el fluido fluya a través de los espacios entre los tubos de electrodo concéntricos. Los radios de los conectores eléctricos pueden tener elementos de posicionamiento, por ejemplo, ranuras, pestañas, pasadores y/o protuberancias a intervalos, por ejemplo, para enganchar los tubos de electrodo y/o los espaciadores. Un borde exterior del conector eléctrico se puede conectar a una fuente de energía utilizando un solo conector o múltiples conectores.

La conexión entre un conector eléctrico y un cable eléctrico de una fuente de alimentación se puede sellar y aislar del entorno, por ejemplo con juntas, tornillos y/o pernos, para la seguridad y la prevención de la corrosión. Conectores a prueba de agua (por ejemplo, conectores IP54) pueden usarse para conectar el conector eléctrico a la fuente de alimentación. Ciertas realizaciones también pueden proporcionar una clasificación de protección de ingreso (IP) alta, que protege a los operadores del riesgo de descarga eléctrica y prescinde de la necesidad de una costosa carcasa resistente a la intemperie. En un ejemplo de realización, pueden usarse componentes de tuberías de plástico de alta densidad utilizando, por ejemplo, material de ABS, U-PVC, C-PVC y/o PVDF para sellar y aislar el conector eléctrico debido a su resistencia química, por ejemplo, a hipoclorito de sodio y una alta tasa de presión alcanzable en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 bar. Se pueden usar conectores de cable de alta clasificación IP disponibles en el mercado para transferir corriente hacia y desde los electrodos.

Los conectores eléctricos pueden diseñarse para minimizar la resistencia eléctrica y la generación de calor. En general, la resistencia eléctrica es una función de la geometría del dispositivo y la resistividad del material. La generación de calor aumenta con el aumento de la resistencia de acuerdo con la ley de Joule-Lenz, que establece que la potencia de calor generada por un conductor eléctrico es proporcional al producto de su resistencia y el cuadrado de la corriente. Cuando se opera en serie, el calor generado dentro de cada celda electroquímica es acumulativo a lo largo de la serie y debe minimizarse. Sin embargo, la corriente aplicada debe mantenerse dentro de un intervalo apropiado para generar el producto deseado. De este modo, en algunas realizaciones, los conectores eléctricos pueden dimensionarse para minimizar la resistencia (y por lo tanto, la generación de calor) para un material dado mientras se proporciona la corriente adecuada.

En un ejemplo de realización, el conector eléctrico puede estar basado en titanio. Los conectores eléctricos pueden funcionar para transmitir entre 25 W y 1,5 kW de potencia a los electrodos, por ejemplo entre 25 W y 100 W, entre 100 W y 1 kW, o entre 1 kW y 1,5 kW. Los conectores eléctricos pueden dimensionarse para generar menos de aproximadamente 100 W de calor, por ejemplo, menos de unos 75 W de calor, menos de aproximadamente 50 W de calor, o menos de aproximadamente 25 W de calor. En algunas realizaciones, los conectores eléctricos pueden estar dimensionados para generar menos de aproximadamente 25 W de calor cuando transmite al menos 100 W de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos. En una realización de este tipo, el conector eléctrico puede estar dimensionado para generar menos de 1 °C, por ejemplo, menos de aproximadamente 0,5 °C o menos de aproximadamente 0,1 °C cuando transmite al menos 100 W de potencia. La FIG. 25C es un mapa de contorno del calor generado en el conector eléctrico. Como se muestra en el ejemplo de realización de la FIG. 25C, la temperatura del fluido aumenta desde aproximadamente 20,05 °C en la entrada hasta 20,10 °C siguiendo el conector eléctrico y aproximadamente 20,07 °C en la salida de la celda electroquímica. En otras realizaciones, los conectores eléctricos pueden estar dimensionados para generar menos de aproximadamente 25 W de calor cuando transmiten al menos 1 kW de potencia, pueden estar dimensionados para generar menos de aproximadamente 100 W de calor cuando transmiten al menos 1 kW de potencia, o pueden estar dimensionados para generar menos de aproximadamente 100 W de calor cuando transmiten al menos 1,5 kW de potencia. La potencia transmitida puede depender de los requisitos operativos.

El conector eléctrico está diseñado para minimizar una zona de velocidad reducida que se produce aguas abajo del conector eléctrico. La FIG. 25D es un mapa de contorno de la velocidad aguas abajo de un ejemplo de conector eléctrico. Como se mencionó anteriormente con respecto a los separadores, la zona de velocidad reducida se minimiza para mantener las propiedades de autolimpieza de la celda electroquímica. La conexión electroquímica está dimensionada para mantener la zona de velocidad reducida dentro de la longitud predeterminada, como se ha descrito anteriormente.

Los conectores eléctricos pueden diseñarse adicionalmente para proporcionar una distribución de corriente sustancialmente uniforme alrededor de los electrodos concéntricos. La distribución de corriente alrededor de un electrodo interior 1020 y un electrodo exterior 1040 se muestra en la FIG. 25B. Los conectores eléctricos pueden tener una geometría simétrica o sustancialmente simétrica para proporcionar una distribución de corriente sustancialmente uniforme.

Como se muestra en las FIGS. 24A-24C, el conector eléctrico 1240 incluye una rueda 1242 y radios 1244. Cada rueda 1242 está configurada para proporcionar conexión eléctrica a un tubo de electrodo correspondiente. De este modo, para realizaciones con múltiples tubos de electrodo concéntricos, el conector eléctrico incluye ruedas concéntricas correspondientes. Los radios configurados para proporcionar conexión eléctrica entre ruedas concéntricas. En algunas realizaciones, los radios pueden ser rectilíneos para facilitar la fabricación y reducir la resistencia, pero pueden ser de cualquier geometría deseada. La resistencia eléctrica de un radio se puede definir mediante la siguiente ecuación:

R=pH/(W x L)

donde:

R es la resistencia,

p es la resistividad del material,

H es la altura de los radios, determinada por el espacio entre ruedas concéntricas,

W es la anchura de los radios alrededor de la circunferencia de la rueda y

L es la longitud de los radios por el canal de fluido.

El número y las dimensiones de los radios se pueden seleccionar para minimizar la resistencia, la generación de calor y la zona de velocidad reducida creada por el conector eléctrico. La resistencia de un radio individual debería dar como resultado una pérdida óhmica de menos de aproximadamente 50 W, por ejemplo, menos de aproximadamente 25 W o menos de aproximadamente 10 W. La pérdida óhmica máxima tolerada de un radio y conector eléctrico se puede seleccionar en función de la reacción electroquímica deseada junto con la tasa de capacidad calorífica de la solución de electrolito particular que fluye a través de la celda electroquímica.

La altura del radio, identificada por H en la FIG. 24B, está determinada por el espacio entre las ruedas concéntricas. De este modo, la altura puede corresponder sustancialmente a la anchura de un canal de fluido. En algunas realizaciones, donde los electrodos alternos están conectados eléctricamente, la altura puede corresponder sustancialmente a la anchura de dos o más canales de fluido concéntricos. La altura puede estar entre aproximadamente 1 y 20 mm, por ejemplo aproximadamente 20 mm, aproximadamente 16 mm, aproximadamente 14 mm, aproximadamente 10 mm, aproximadamente 8 mm, aproximadamente 7 mm, aproximadamente 6 mm, aproximadamente 5 mm, aproximadamente 3,5 mm, aproximadamente 3 mm, o sustancialmente equivalente a la anchura de uno o más canales de fluido. En realizaciones donde la rueda del conector eléctrico tiene una anchura menor que el electrodo, la altura del radio puede ser mayor que la anchura de uno o más canales de fluido, según sea necesario para proporcionar conexión entre ruedas concéntricas adyacentes o no adyacentes.

La anchura del radio, identificada por W en la FIG. 24B, está dimensionada para minimizar la longitud de la zona de velocidad reducida (como se ha descrito anteriormente con respecto al separador) mientras proporciona una conexión eléctrica adecuada entre las ruedas concéntricas. La anchura del radio es entre 0,25 y 2 veces la altura del radio. Por ejemplo, la anchura del radio puede estar entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 10 mm, entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 7 mm, entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 5 mm, entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 3 mm, entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 2 mm, o entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 1 mm. La anchura del radio puede estar entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 20 mm, entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 15 mm, entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 12 mm, o entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 10 mm. La anchura del radio puede ser tan pequeña como sea necesaria para reducir la resistencia del fluido, pero adecuada para proporcionar conexión eléctrica entre ruedas concéntricas. En algunas realizaciones, el material puede seleccionarse para proporcionar una resistencia adecuada en un volumen pequeño. Tradicionalmente, las restricciones de fabricación han restringido la selección del tamaño del conector eléctrico. Sin embargo, el titanio puede proporcionar una mayor resistividad en un volumen pequeño, reduciendo la zona de velocidad reducida. Asimismo, los radios y/o las ruedas pueden ser acualineados para reducir aún más la zona de velocidad reducida.

La longitud del radio, identificada por L en la FIG. 24C, está dimensionada para minimizar la resistencia eléctrica y la generación de calor, mientras se mantiene la disipación de potencia deseada. Para una altura dada (el espacio entre ruedas concéntricas) y anchura (la anchura seleccionada para minimizar la zona de velocidad reducida), la longitud se puede seleccionar en función de un umbral de resistencia utilizando la ecuación anterior. Asimismo, la resistencia se puede seleccionar para minimizar la generación de calor, como se ha descrito anteriormente. En algunas realizaciones, la longitud puede estar entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 15 mm, por ejemplo, entre aproximadamente 5 mm y 15 mm o entre aproximadamente 7,5 mm y 15 mm.

La resistencia, la generación de calor, la disipación de potencia y la zona de velocidad reducida del conector eléctrico también pueden depender del número de radios previstos. En algunas realizaciones, el número de radios se selecciona para minimizar la resistencia eléctrica, minimizar la generación de calor, minimizar la zona de velocidad reducida o proporcionar una disipación de potencia adecuada. Los conectores eléctricos pueden incluir entre aproximadamente 1 y 8 radios entre ruedas adyacentes, por ejemplo, entre aproximadamente 2 y 6 radios o entre aproximadamente 3 y 6 radios, o según sea necesario para cumplir con los requisitos deseados.

En general, la cantidad de corriente a través de un radio puede determinarse por la corriente aplicada, el área de superficie del electrodo tubular y el número y distribución de radios. La disposición de los radios en el conector eléctrico puede tener un efecto sobre la distribución de corriente a través de la(s) rueda(s). En algunas realizaciones, los radios pueden distribuirse sustancialmente de manera uniforme para proporcionar una distribución uniforme de la corriente. En un ejemplo de realización, la distribución de corriente mejora con un aumento del número de radios, en donde los radios están distribuidos sustancialmente de manera uniforme a lo largo de la rueda. De este modo, el número y la disposición de los radios pueden seleccionarse para proporcionar una distribución de corriente adecuada, mientras se mantiene la zona de velocidad reducida dentro de una longitud predeterminada para mantener las propiedades de autolimpieza de la celda electroquímica, como se ha descrito anteriormente.

Asimismo, la disposición de los radios en una primera rueda con respecto a los radios en una rueda concéntrica adyacente puede tener un efecto sobre la distribución de corriente. Los radios en ruedas adyacentes pueden estar dispuestos de forma colineal (es decir, alineados entre sí) o pueden estar desplazados angularmente entre sí. En algunas realizaciones, los radios proporcionados en ruedas concéntricas adyacentes pueden estar desplazados de manera sustancialmente uniforme entre sí para proporcionar una distribución de corriente uniforme. En un ejemplo de realización, la distribución de corriente mejora con un aumento del número de radios, en donde los radios proporcionados en ruedas concéntricas adyacentes están desplazados sustancialmente de manera uniforme.

Ejemplos de realización de conectores eléctricos se muestran en las FIGS. 26A, 26B, 27A y 27B. La distribución de corriente a través de los ejemplos de realización de las FIGS. 26A y 26B se muestran en las FIGS. 26C y 26D (imágenes izquierda y derecha, respectivamente). La distribución de corriente a través de los ejemplos de realización de las FIGS. 27A y 27B se muestran en las FIGS. 27C y 27D (imágenes izquierda y derecha, respectivamente). La zona de velocidad reducida producida por cada uno de los ejemplos de conectores eléctricos de las FIGS. 26A, 26B, 27A y 27B se muestran en los mapas de contorno de las FIGS. 28A-28D, donde la FIG. 28A corresponde al ejemplo de realización de la FIG. 26A, la FIG. 28B corresponde al ejemplo de realización de la FIG. 26B, la FIG. 28C corresponde al ejemplo de realización de la FIG. 27A, y la FIG. 28D corresponde al ejemplo de realización de la FIG.

27B. Cada uno de los ejemplos de mapas de contorno de las FIGS. 26 y 28 se calcularon para una solución de electrolito de muestra de agua de mar que fluye a una velocidad promedio de 2,0 m/s.

En algunas realizaciones, como se muestra en las FIGS. 29A-29B, el conector eléctrico 1240 puede contener una característica para acoplarse con el separador 1180. Las dimensiones del separador y del conector eléctrico podrán diseñarse teniendo en consideración el efecto sobre la zona de velocidad reducida que pueda crear la combinación de elementos. En algunas realizaciones, las proyecciones del separador pueden ser colineales con uno o más radios del conector eléctrico para reducir la zona de velocidad reducida. En otras realizaciones, las proyecciones del separador pueden estar desplazadas angularmente de los radios del conector eléctrico.

Adicionalmente, durante el funcionamiento de una celda electroquímica, a menudo es deseable mantener baja la temperatura de funcionamiento incluso cuando pasa un mayor flujo de corriente eléctrica a la celda electroquímica.

Las celdas electroquímicas convencionales normalmente incluyen conectores eléctricos solo de titanio soldados a una cubierta exterior de titanio. Los conectores eléctricos de titanio generalmente proporcionan un alto grado de resistencia química, pero pueden no ser óptimos para proporcionar corriente a la celda electroquímica sin generar cantidades indeseables de calor (y energía desperdiciada). Debido a la alta resistividad de los conectores de titanio, la corriente suministrada al conector de titanio tradicional puede tener que ser limitada, para que el aumento de temperatura de los conectores en el aire no suba en exceso. Sin embargo, esto limita la salida del producto producido por la celda electroquímica, ya que la generación de productos es directamente proporcional a la entrada de corriente. Debido a la generación de calor en los conectores de titanio tradicionales, los conectores no pueden encerrarse totalmente en un material eléctricamente aislante con un alto nivel de protección de ingreso de IP54 o superior. Esta disposición normalmente da como resultado el requisito de costosos recintos eléctricos que no atrapan el calor tanto como un conector eléctrico encapsulado. Para superar estos problemas, los conectores de titanio tradicionales a menudo están hechos de material de sección transversal más grande, lo que aumenta sustancialmente el costo del conector eléctrico y la celda electroquímica.

La resistividad del cobre es 1,707 x 10-8 ohm-m mientras que la resistividad del titanio es 7,837 x 10-7 ohm-m. El cobre tiene casi 46 veces menos resistividad eléctrica que el titanio. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el conector eléctrico puede estar hecho, al menos parcialmente, de cobre de baja resistividad. El cobre, sin embargo, es más susceptible a la corrosión química que el titanio y, por lo tanto, debe mantenerse fuera de contacto con el electrolito que pasa por una celda electroquímica.

En algunas realizaciones, la parte del conector eléctrico en contacto con el fluido de proceso o electrolito (por ejemplo, agua de mar que contiene trazas corrosivas de cloro equivalente), puede ser titanio. El calor generado por las corrientes eléctricas que fluyen a través de este material es eliminado de manera eficiente por el fluido del proceso que fluye. Como la velocidad de flujo de autolimpieza del fluido del proceso puede exceder los 2 m/s, el aumento de temperatura en la parte de titanio del conector eléctrico generalmente se mantiene en un valor despreciable. La parte del conector eléctrico en contacto con el aire puede ser de cobre (u otro metal o aleación que tenga menor resistividad que el titanio).

Conectores eléctricos refrigerados por aire-líquido que incluyen partes formadas de diferentes metales, por ejemplo, titanio y cobre (u otro metal o aleación que tenga una resistividad menor que el titanio) pueden superar los problemas que presentan los conectores de titanio tradicionales. Un metal de menor resistencia eléctrica (p. ej., cobre) puede formarse o incluirse en una parte del conector eléctrico expuesta al aire. Debe entenderse que el cobre es un ejemplo de un material de alta conductividad, y los conectores eléctricos descritos en el presente documento pueden sustituir el cobre por otro material o aleación de alta conductividad. De este modo, los términos "porción de cobre" y "cobre" se utilizan en el presente documento por conveniencia, pero se entiende que estos términos no limitan estos elementos a estar formados de cobre.

Debido a la baja resistencia eléctrica superior del cobre, el aumento de temperatura puede limitarse a un valor pequeño y aceptable. Este conductor exterior puede ir unido a la parte interior más resistente a productos químicos (por ejemplo, titanio) del conector que está en contacto con el líquido del proceso (por ejemplo, agua de mar). Debido al efecto de refrigeración por agua del líquido del proceso, el aumento de temperatura de la parte interior más resistente a productos químicos (por ejemplo, titanio) del conector puede limitarse efectivamente a un valor pequeño y aceptable.

El conector eléctrico de metal doble global puede ser más rentable que un conector tradicional de solo titanio para una clasificación de corriente comparable. El conductor exterior del conector eléctrico de metal doble puede presentar un aumento de temperatura bajo y puede estar encapsulado en materiales eléctricamente aislantes, eliminando así la necesidad de costosos recintos eléctricos. También, las realizaciones del conector eléctrico de metal doble refrigerado por aire-líquido pueden proporcionar el suministro de corriente mucho más alta a las celdas electroquímicas que se están desarrollando de lo que sería el caso con los conectores de celdas eléctricas tradicionales solo de titanio.

La porción de titanio y la porción de cobre pueden conectarse física y eléctricamente dentro de una brida de la celda electroquímica que proporciona un sello hermético sobre las porciones del conector y sella el interior de la celda electroquímica del entorno externo usando, por ejemplo, juntas. En algunas realizaciones, la porción de titanio puede acoplarse a la porción de cobre mediante sujetadores mecánicos, por ejemplo, pernos. Los pernos 1420 pueden estar formados del mismo material que la porción de titanio o la porción de cobre. La porción de titanio puede incluir brazos o radios que hacen contacto eléctrico con uno de los ánodos o cátodos en un dispositivo electroquímico y aberturas para permitir el paso del fluido del proceso, por ejemplo, electrolito, para fluir dentro o fuera del dispositivo electroquímico. Los brazos o radios pueden incluir una característica, por ejemplo, ranuras para facilitar el acoplamiento con los electrodos en el dispositivo electroquímico. La porción de titanio puede acoplarse adicional o alternativamente a la porción de cobre mediante un ajuste de interferencia. La porción de cobre puede extenderse desde la porción de titanio o puede rodear completamente la porción de titanio.

Adicionalmente, la porción de titanio puede incluir un borde exterior roscado que puede atornillarse en su lugar en la porción de cobre acoplando roscas complementarias en un borde interior de una abertura en la porción de cobre. La porción de cobre puede incluir una porción roscada cilíndrica inferior que se enrosca en una abertura en la porción de titanio.

En una realización adicional, la porción de cobre puede ser reemplazada por un conector eléctrico polimetálico, por ejemplo, una aleación de titanio y cobre o uno o más metales adicionales de alta conductividad. El conector eléctrico polimetálico puede tener una resistividad más baja que el titanio. El conector eléctrico polimetálico puede estar soldado o de otro modo físicamente continuo con la porción de titanio.

Se puede proporcionar un elemento de núcleo central sólido o un director de flujo de fluido para evitar que el fluido fluya por el tubo central de una celda electroquímica y se desvíe del espacio. El núcleo puede estar formado de un material no conductor, por ejemplo, cualquiera o más de PVC, PTFE, PVDF, ABS, HDPE u otros materiales apropiados. El núcleo puede estar desconectado mecánicamente del ánodo y el cátodo. En otras realizaciones, se pueden proporcionar uno o más sujetadores mecánicos para fijar el núcleo en su lugar y/o unir el núcleo a la carcasa u otro elemento de la celda electroquímica, por ejemplo, el electrodo o la tapa de extremo. En otras realizaciones, el núcleo se mantiene en su lugar dentro del electrodo más interno mediante un ajuste por fricción. El núcleo puede ponerse en contacto con solo uno de los electrodos de ánodo y cátodo en algunas realizaciones. Uno de los electrodos de ánodo y cátodo puede estar desconectado y no estar en contacto con el núcleo.

En otras realizaciones, el elemento de núcleo central puede ser un miembro conductor que está acoplado eléctricamente a uno de los electrodos de ánodo y cátodo y puede utilizarse para suministrar corriente al uno de los electrodos de ánodo y cátodo. En realizaciones adicionales, el elemento de núcleo central puede incluir barras colectoras axiales y/u otros elementos centrales conductores aislados entre sí con una primera barra colectora axial y/u otro elemento central conductor acoplado eléctricamente al ánodo y una segunda barra colectora axial y/u otro elemento central conductor aislado eléctricamente del primero y acoplado eléctricamente al cátodo.

La celda electroquímica puede incluir deflectores internos. Los deflectores se pueden utilizar para controlar o modificar la dirección de flujo y/o la mezcla del fluido que pasa a través de la celda electroquímica y pueden proporcionar una longitud de camino adicional a los canales de flujo de fluido en comparación con una celda electroquímica en ausencia de los deflectores. El flujo de fluido a través de la celda electroquímica puede ser desde las aberturas de entrada al conducto de fluido o desde el conducto de fluido a las aberturas de salida.

Las celdas electroquímicas, como se describe en el presente documento, pueden incluirse como parte de un sistema más grande. El sistema puede ser un sistema basado en el mar, por ejemplo, un barco o una plataforma petrolera, y en otras realizaciones un edificio en tierra, por ejemplo, una planta eléctrica, una instalación o sistema de extracción de petróleo u otra instalación industrial. Como alternativa, el sistema puede ser o incluir una piscina, o un sistema de tratamiento de agua potable, aguas residuales, o procesos de tratamiento de aguas industriales, que utiliza uno o más productos de dispositivos electroquímicos, por ejemplo, un desinfectante para tratar o desinfectar el agua.

El sistema puede incluir uno o más sistemas de electrocloración que pueden incluir una o más celdas o dispositivos electroquímicos o de electrocloración como se describe en el presente documento. El sistema puede incluir una fuente de una solución de electrolito conectable de forma fluida a la celda electroquímica, por ejemplo, a través de la abertura situada sustancialmente de manera centrada de la tapa de extremo de entrada. La fuente de la solución de electrolito puede configurarse para entregar la solución de electrolito a una velocidad de flujo promedio a través del canal de fluido igual o mayor que la velocidad de autolimpieza como se describe en el presente documento. En algunos ejemplos, la fuente de solución de electrolito está configurada para entregar la solución a una velocidad de flujo promedio de aproximadamente 2 m/s o mayor.

La fuente de la solución de electrolito puede incluir líquido de proceso, que puede ser agua de mar, salmuera o agua salobre de fuentes externas y/o internas al sistema. Por ejemplo, si el sistema es un sistema basado en el mar, una fuente externa puede ser el océano y una fuente interna puede ser, por ejemplo, un tanque de lastre en un barco. En un sistema terrestre, una fuente externa puede ser el océano y una fuente interna puede ser agua residual salobre de un proceso industrial realizado en el sistema.

El sistema puede configurarse para producir un compuesto de producto a partir de la solución de electrolito y generar una solución de producto que comprende el compuesto de producto. El uno o más sistemas electroquímicos pueden producir agua tratada o clorada y/o una solución que incluye, por ejemplo, hipoclorito de sodio, a partir del agua y distribuirla a un punto de uso. El sistema puede conectarse de forma fluida a un punto de uso, por ejemplo, a través de la abertura situada sustancialmente de manera centrada de la tapa de extremo de salida de la celda electroquímica. El punto de uso puede incluir un recipiente de almacenamiento o un sitio de distribución. El punto de uso puede ser una fuente de agua de refrigeración para el sistema, una fuente de agente desinfectante para un tanque de lastre de un barco, un fondo de pozo de un sistema de perforación de petróleo, o cualquier otro sistema en el que el agua tratada o clorada pueda ser útil. El punto de uso puede incluir un recipiente de concentración, por ejemplo, para la recirculación por lotes del producto. Diversas bombas pueden controlar el flujo de fluido a través del sistema. Uno o más sensores pueden monitorear uno o más parámetros del fluido que fluye a través del sistema, por ejemplo, la concentración iónica, la concentración de cloro, la temperatura, o cualquier otro parámetro de interés.

Las bombas y sensores pueden estar en comunicación con un sistema de control o controlador que se comunica con los sensores y bombas y controla el funcionamiento de las bombas y otros elementos del sistema para lograr los parámetros operativos deseados. El controlador utilizado para monitorear y controlar la operación de los diversos elementos del sistema puede incluir un sistema de control computarizado. Los dispositivos de salida también pueden comprender válvulas, bombas o interruptores que pueden utilizarse para introducir agua de producto (p. ej., agua salobre o agua de mar) desde la fuente hasta el sistema electroquímico o el punto de uso y/o para controlar la velocidad de las bombas.

Uno o más sensores también pueden proporcionar información al sistema informático. Estos sensores pueden incluir, por ejemplo, sensores que pueden ser, por ejemplo, sensores de flujo, sensores de presión, sensores de concentración química, sensores de temperatura o sensores para cualquier otro parámetro de interés para el sistema. Estos sensores pueden estar ubicados en cualquier parte del sistema donde fueran útiles, por ejemplo, aguas arriba del punto de uso y/o sistema electroquímico o en comunicación fluida con la fuente.

El sistema puede incluir una pluralidad de celdas electroquímicas dispuestas en serie. En algunos ejemplos, el sistema puede contener entre aproximadamente 2 y aproximadamente 10 celdas electroquímicas dispuestas en serie. El número de celdas electroquímicas en serie se puede seleccionar según sea necesario para producir un compuesto de producto que tenga las propiedades requeridas. Las celdas electroquímicas dispuestas en serie pueden tener componentes diseñados para minimizar la caída de presión, como se ha descrito anteriormente. Los efectos de la caída de presión sobre las celdas electroquímicas posteriores en serie son generalmente acumulativos.

De acuerdo con un ejemplo, se proporciona un método para hacer funcionar una celda electroquímica. El método se puede usar para hacer funcionar una o más celdas electroquímicas como se describe en el presente documento. El método puede incluir la introducción de la solución de electrolito en la celda electroquímica, por ejemplo, a través de la abertura situada sustancialmente de manera centrada de la tapa de extremo de entrada, a una velocidad de autolimpieza como se describe en el presente documento. El método puede incluir además la conexión fluida de una pluralidad de celdas electroquímicas y el funcionamiento de las celdas electroquímicas en serie. En algunos ejemplos, el método puede incluir la introducción de la solución de electrolito a una velocidad de flujo promedio a través del canal de fluido de aproximadamente 2 m/s o mayor.

El método puede incluir la generación de un compuesto de producto a partir de la solución de electrolito en la celda electroquímica de autolimpieza. Para generar el compuesto de producto, la celda electroquímica puede operarse aplicando un voltaje a través de los electrodos, por ejemplo, un voltaje suficiente para generar el compuesto de producto. El voltaje suficiente para generar el compuesto de producto generalmente puede depender de la composición de la solución de electrolito, la composición deseada del compuesto de producto en una solución de producto, la velocidad de flujo promedio a través de la celda electroquímica y varias celdas electroquímicas que se han hecho funcionar en serie. En un ejemplo, los electrodos pueden hacerse funcionar a una densidad de corriente constante y la velocidad de flujo promedio se puede controlar para producir la composición deseada del compuesto de producto. Por ejemplo, la celda electroquímica puede hacerse funcionar a una velocidad de flujo promedio inferior a 10 m/s, por debajo de 6 m/s, por debajo de 3,5 m/s, por debajo de 3 m/s o por debajo de 2,5 m/s según sea necesario para generar un producto de la composición deseada. En el mismo ejemplo, se pueden seleccionar varias celdas electroquímicas dispuestas en serie para generar el producto deseado, por ejemplo, menos de 10, menos de 8, menos de 6, menos de 4 o al menos 2 celdas electroquímicas pueden disponerse en serie según sea necesario.

El método puede comprender además hacer funcionar continuamente las celdas electroquímicas o el sistema electroquímico durante un período de tiempo predeterminado. Como se ha descrito anteriormente, una celda electroquímica que se hace funcionar continuamente a la velocidad de flujo de autolimpieza puede reducir la formación de incrustaciones y, por lo tanto, la necesidad de lavar con ácido la celda electroquímica. El sistema electroquímico puede hacerse funcionar de forma continua durante al menos 6 meses sin formación de incrustaciones. Tal sistema electroquímico puede hacerse funcionar continuamente durante 6, 12, 18, 24 o 36 meses sin formación de incrustaciones.

Ejemplos:

Ejemplo 1: Caída de presión a través de la celda electroquímica

El conducto de fluido y el cono de una celda electroquímica pueden diseñarse para minimizar la caída de presión a través de la celda electroquímica. En un ejemplo de realización, Se generaron datos CFD para la presión de entrada en varias dimensiones de conducto de fluido de entrada. Los datos asumen una solución de electrolito de agua de mar y una velocidad de flujo promedio de 2 m/s, pero se pueden usar otras soluciones de electrolito y sus correspondientes velocidades de flujo de autolimpieza para obtener las condiciones deseadas. Los mapas de contorno para las diversas dimensiones de conducto de fluido se muestran en las FIGS. 13A-13C. El ejemplo de realización de la FIG. 13A tiene una región lineal de 20 mm. El ejemplo de realización de la FIG. 13B tiene una región lineal de 50 mm, dando como resultado una presión de entrada promedio de 119 kPa. El ejemplo de realización de la FIG. 13C tiene una región lineal de 75 mm, dando como resultado una presión de entrada promedio de 117 kPa. Como puede mostrarse a partir de las figuras, un aumento en la región de transición lineal tiene una reducción simultánea de la caída de presión.

Adicionalmente, los datos CFD se generaron para varios ángulos de cono de entrada a una longitud lineal de conducto de fluido constante (40 mm). Los datos se presentan en el mapa de contorno de velocidad de la FIG. 14A y el gráfico de la FIG. 14B. El ángulo de revolución del cono en relación con la línea central (es decir, la mitad del ángulo del vértice) se aumentó de 10 a 45 grados y se evaluó la caída de presión. La caída de presión más baja (aproximadamente 18,8 kPa o 2,725 psi) se observó para el cono que tenía un ángulo del vértice de 50°.

Para un ejemplo de conducto de fluido que tiene una región lineal de 40 mm, un ángulo del vértice de cono de entrada de 50° minimiza la caída de presión a través de la celda electroquímica. Pueden determinarse condiciones similares para otras dimensiones de cono y/o conducto de fluido. También se pueden determinar condiciones similares para otras soluciones de electrolito y/o velocidades de flujo promedio.

Ejemplo 2: Efecto de recirculación aguas abajo del separador y/o conector eléctrico

La formación de incrustaciones puede desarrollarse cuando la velocidad de flujo promedio de la solución de electrolito está por debajo de un valor umbral. El separador puede diseñarse para minimizar las regiones de baja velocidad de flujo aguas abajo, por ejemplo, por tener una configuración acualineada. Como se muestra en los mapas de contorno de velocidad de magnitud de las FIGS. 30-31, la velocidad de flujo inmediatamente aguas abajo de un separador de borde recto se aproxima a 0 m/s, lo que aumenta la probabilidad de que se produzca la formación de incrustaciones en esta ubicación. Las flechas apuntan en la dirección del flujo y tienen una longitud que indica la magnitud de la velocidad de flujo. La FIG. 30 muestra el mapa de contorno de una vista lateral del canal de fluido, mientras que la FIG. 31 muestra el mapa de contorno de una vista superior del mismo canal de fluido.

La FIG. 32 es un mapa de contorno de velocidad de magnitud de un separador acualineado. Como se muestra en la FIG. 32, el flujo aguas abajo es más uniforme y tiene una desviación de velocidad menor de la media. La desviación de la velocidad de la media para la realización mostrada en la FIG. 32 se traza en el gráfico de la FIG. 22. Suponiendo una solución de electrolito de agua de mar y una velocidad de flujo promedio de 2 m/s, el porcentaje de dispersión de velocidad puede cruzar el ±5 % del umbral medio a una distancia de flujo de aproximadamente 100 mm (desde el separador).

De este modo, los separadores pueden diseñarse para crear un flujo aguas abajo más uniforme que tenga una desviación de velocidad menor de la media para reducir la formación de incrustaciones. Dicho diseño también puede reducir la longitud de la zona de velocidad reducida, agregando la capacidad de hacer funcionar a una velocidad de flujo promedio más baja (requiriendo menos energía) y reduciendo o eliminando la necesidad de lavado con ácido de la celda electroquímica. Se pueden determinar condiciones similares para otras soluciones de electrolito y/o velocidades de flujo promedio.

Ejemplo 3: Parámetros de flujo dentro de la celda electroquímica

Para el flujo en una tubería, el número de Reynolds generalmente se define como:

donde:

Dh es el diámetro hidráulico de la tubería,

Q es el caudal volumétrico (m3/s),

A es el área de la sección transversal de la tubería (m2),

u es la velocidad media del fluido (m/s),

j es la viscosidad dinámica del fluido (kg/(m*s),

v es la viscosidad cinemática (m2/s) y

p es la densidad del fluido (kg/m3).

Para un ejemplo de celda electroquímica que tiene una pluralidad de canales de fluido, se determinó que el número de Reynolds para el flujo de fluido a través del área de flujo entre el cono de entrada y el conducto de fluido era 57.847. La longitud aproximada de entrada a través de dicho conducto es de aproximadamente 380 mm. Para un flujo desarrollado por completo, la turbulencia tiende a ocurrir en un número de Reynolds mayor de aproximadamente 2600. De este modo, el flujo a través del conducto de fluido es muy turbulento.

Para la misma celda electroquímica, se determinó que el número de Reynolds para el flujo de fluido a través de cada uno de los canales de fluido concéntricos era 14.581. La longitud de entrada aproximada de los canales de fluido es de aproximadamente 70 mm. El flujo a través de los canales de fluido y aguas abajo de los separadores se parece al flujo laminar.

Estos valores asumen una solución de electrolito de agua de mar a 20 °C y una velocidad de flujo promedio de 2 m/s. Se pueden determinar condiciones similares para otras soluciones de electrolito y/o velocidades de flujo promedio.

La fraseología y terminología utilizadas en el presente documento son a efectos descriptivos y no deben considerarse limitativas. Como se emplea en la presente memoria, el término "pluralidad" se refiere a dos o más elementos o componentes. Las expresiones "que comprende", "que incluye", "que lleva", "que tiene", "que contiene", y "que implica", ya sea en la descripción escrita o en las reivindicaciones y similares, son términos abiertos, es decir, que significan "que incluyen pero sin limitarse a". De este modo, el uso de dichos términos pretende abarcar los elementos enumerados a continuación, y sus equivalentes, así como elementos adicionales. Solo las frases de transición "que consisten en" y "que consisten esencialmente en", son frases de transición cerradas o semicerradas, respectivamente, con respecto a las reivindicaciones. El uso de términos ordinales como "primero", "segundo", "tercero", y similares en las reivindicaciones para modificar un elemento de reivindicación no implica en sí mismo ninguna prioridad, precedencia, u orden de un elemento de reivindicación sobre otro o el orden temporal en el que se realizan los actos de un método, pero se utilizan simplemente como etiquetas para distinguir un elemento de reivindicación que tiene un nombre determinado de otro elemento que tiene el mismo nombre (pero para el uso del término ordinal) para distinguir los elementos de reivindicación.

Habiendo descrito así varios aspectos de al menos una realización, se apreciará que diversas alteraciones, modificaciones y mejoras se producirán fácilmente para los expertos en la técnica.

Por consiguiente, la descripción y los dibujos anteriores son solo a modo de ejemplo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una celda electroquímica de autolimpieza (100, 1000) que comprende:

una pluralidad de electrodos (1020, 1040) dispuestos concéntricamente en una carcasa alrededor de un eje central de la carcasa;

un canal de fluido definido entre electrodos adyacentes de la pluralidad de electrodos y que se extiende sustancialmente de manera paralela al eje central; y

un conector eléctrico (1240) colocado en un extremo distal de al menos uno de la pluralidad de electrodos y conectado eléctricamente al al menos uno de la pluralidad de electrodos,

comprendiendo el conector eléctrico ruedas concéntricas (1242) correspondientes y una pluralidad de radios (1244) que se extienden entre ruedas adyacentes para proporcionar conexión eléctrica entre cada rueda concéntrica, estando configurada además cada rueda concéntrica para proporcionar conexión eléctrica a un tubo de electrodo correspondiente, estando dimensionada la altura (H) del radio para corresponder al espacio entre ruedas concéntricas, estando dimensionada la longitud (L) del radio para minimizar la resistencia eléctrica y la generación de calor mientras se mantiene una disipación de potencia deseada, siendo la anchura (w) de los radios entre 0,25 y 2 veces la altura de los radios para permitir el flujo de fluido a través del canal de fluido y proporcionar una distribución de corriente sustancialmente uniforme al al menos uno de la pluralidad de electrodos mientras se mantiene una zona de velocidad reducida que tiene menos de una longitud predeterminada dentro del canal de fluido aguas abajo del conector eléctrico, la zona de velocidad reducida definida por una región en el canal de fluido en la que la velocidad de flujo de fluido se desvía de la velocidad de flujo de fluido media en el canal en un 20 %.

2. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 1, en donde el conector eléctrico tiene una resistividad promedio de menos de aproximadamente 7,8 x 10-7 ohmios-metro.

3. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 2, en donde el conector eléctrico está dimensionado para generar menos de aproximadamente 25 W de calor cuando transmite al menos 100 W de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos.

4. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 3, en donde el conector eléctrico está dimensionado para generar menos de aproximadamente 25 W de calor cuando transmite al menos 1 kW de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos.

5. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 1, que comprende además un separador (1180) dispuesto entre los electrodos adyacentes, comprendiendo el separador una característica (1186) configurada para acoplarse con el conector eléctrico.

6. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 5, en donde la característica del separador incluye una ranura configurada para acoplarse con un radio del conector eléctrico.

7. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 5, en donde cada radio de la pluralidad de radios está dimensionado para mantener un aumento de temperatura en el fluido que fluye a través de la celda a menos de aproximadamente 0,1 °C cuando transmite al menos 100 W de potencia al al menos uno de la pluralidad de electrodos.

8. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 5, en donde la pluralidad de radios (1244) están distribuidos sustancialmente de manera uniforme en la rueda.

9. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 5, en donde los radios (1244) tienen una configuración aerodinámica contra el flujo en una dirección paralela al eje central de la carcasa.

10. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de canales de fluido dispuestos concéntricamente entre pares respectivos de electrodos adyacentes, en donde el conector eléctrico comprende una pluralidad de ruedas y una pluralidad de radios que se extienden entre ruedas adyacentes de la pluralidad de ruedas.

11. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 10, en donde los radios que se extienden desde ruedas adyacentes están desplazados angularmente entre sí.

12. La celda electroquímica de autolimpieza de la reivindicación 11, en donde los radios que se extienden desde las ruedas adyacentes están desplazados angularmente de forma sustancialmente igual entre sí.