MX2010014390A - Celda de electrolisis tubular que comprende electrodos concéntricos y meétodo correspondiente. - Google Patents

Abstract

Se provee una celda electrolítica (10), la cual incluye una entrada (12, 63, 65), una salida (36, 63, 65) y electrodos interior y exterior cilíndricos (20, 22); una membrana cilíndrica selectiva de iones (18) está ubicada entre los electrodos interior y exterior (20, 22) y forma respectivas primera y segunda cámaras de reacción de electrolisis (14, 16) en lados opuestos de la membrana (18); las trayectorias de flujo de fluido a lo largo de la primera y la segunda cámara (14, 16) se unen entre sí como una trayectoria combinada de flujo de entrada (70) a través de la entrada (12, 63, 65) y una trayectoria combinada de flujo de salida (72) a través de la salida (36, 63, 65).

Description

CELDA DE ELECTRÓLISIS TUBULAR QUE COMPRENDE ELECTRODOS CONCÉNTRICOS Y MÉTODO CORRESPONDIENTE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las celdas de electrólisis se emplean en toda una serie de aplicaciones diferentes para cambiar una o más características de un fluido. Por ejemplo, las celdas de electrólisis se han utilizado en aplicaciones de limpieza/desinfección, industrias médicas y procesos de fabricación "de semiconductores. Las celdas de electrólisis también se han empleado en toda una serie de otras aplicaciones y han tenido diferentes configuraciones.

Para las aplicaciones de limpieza/desinfección, las celdas de electrólisis se emplean para crear líquido activado electroquímicamente (EA, por sus ^siglas en inglés) de anolito y catolito. Los líquidos EA de anolito cuentan con propiedades desinfectantes conocidas, mientras que los líquidos de EA de catolito cuentan con propiedades limpiadoras conocidas. Se describen ejemplos de sistemas limpiadores y/o desinfectantes en Field et al., Publicación de EUA No. 2007/0186368 A1 , publicada el 16 de agosto de BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un aspecto de la descripción se refiere a una celda de electrólisis, la cual incluye una entrada, una salida, y electrodos coaxiales internos y externos Una membrana iónica selectiva se localiza en una brecha entre los electrodos internos y externos y formas las primera y segunda cámaras de reacción de electrólisis respectivas en lados opuestos de la membrana. Las trayectorias del flujo de fluidos a lo largo de la primera y segunda cámaras se unen entre sí como una trayectoria de flujo de salida combinada a través de la salida.

En una modalidad particular de la descripción, las trayectorias del flujo de fluidos a lo largo de la primera y segunda cámaras también se unen entre sí como una trayectoria de flujo de entrada combinada a través de la entrada.

Otro aspecto de la descripción relates se refiere a un método para electrolizar un líquido. El método incluye hacer pasar el líquido a través de una celda de electrólisis y aplicar un voltaje de energización entre el primer y segundo electrodos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 ilustra un ejemplo de una celda de electrólisis que cuenta con una membrana iónica selectiva.

La figura 2 ilustra un ejemplo de una celda de electrólisis que cuenta con una forma tubular de conformidad con un ejemplo ilustrativo.

La figura 3A es una vista de planta superior de un ejemplo específico de la celda de electrólisis mostrada en la figura 2.

La figura 3B es una vista de planta lateral de la celda de electrólisis.

La figura 3C es una vista de extremo de la celda de electrólisis.

La figura 4A es una vista seccional de la celda tomada a lo largo de las líneas A-A de la figura 3A.

La figura 4B es una vista seccional de la celda tomada a lo largo de las líneas B-B de la figura 3C.

La figura 5A ilustra el 10 en una etapa final de ensamble.

La figura 5B ilustra la celda con un tubo de cubierta removido, exponiendo un cilindro de electrodo externo.

La figura 5C ilustra la celda con el electrodo externo y una tapa de extrema removida, exponiendo una membrana iónica selectiva.

La figura 5D ilustra la celda con la membrana iónica selectiva removida, exponiendo un cilindro de electrodo interno.

La figura 5E es una vista seccional de la celda tomada a lo largo de las líneas D-D de la figura 5D.

La figura 6A es una vista en perspectiva de un centro interno sólido de la celda.

La figura 6B es una vista de extremo del centro.

La figura 6C es una vista de planta lateral del centro.

La figura 7A es una vista de planta superior de la celda, la cual ilustra características del cilindro de electrodo interno ensamblado con una tapa de extremo y reborde.

La figura 7B es una vista de planta lateral de la celda según se muestra en la figura 7A.

La figura 7C es una vista seccional de la celda tomada a lo largo de las líneas E-E de la figura 7B.

La figura 8A es una vista de planta superior de la celda, la cual ilustra características del cilindro de electrodo externo según se ensamble con la tapa de extremo.

La figura 8B es una vista de planta lateral de la celda según se muestra en la figura 8A.

La figura 8C es una vista seccional de la celda tomada a lo largo de las líneas F-F de la figura 8B.

La figura 9A es una vista en perspectiva del tubo de cubierta 50.

La figura 9B es una vista de planta superior del tubo de cubierta.

La figura 9C es una vista de planta lateral del tubo de cubierta.

La figura 9D es una vista seccional del tubo de cubierta tomada a lo largo de las líneas G-G de la figura 9C.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES ILUSTRATIVAS Un aspecto de la presente descripción se refiere a un método y aparato para electrolizar líquidos. 1. Celdas de electrólisis Una celda de electrólisis incluye cualquier celda para el tratamiento de fluidos que se adapte para aplicar un campo eléctrico a lo largo del fluido entre por lo menos un electrodo anódico y por lo menos un electrodo catódico. Una celda de electrólisis puede contar con cualquier número adecuado de electrodos, cualquier número adecuado de cámaras para contener el fluido y cualquier número adecuado de entradas de fluido y salidas de fluido. La celda puede adaptarse para tratar cualquier fluido (como un líquido o una combinación de gas-líquido). La celda puede incluir una o más membranas iónicas selectivas entre el ánodo y el cátodo, o bien puede estar configurada sin ninguna membrana iónica selectiva.

Las celdas de electrólisis pueden usarse en toda una serie de aplicaciones diferentes y albergarse en toda una serie de diferentes tipos de aparatos, los cuales pueden ser portátiles, móviles, inmóviles, montados en la pared, autónomos, un vehículo de limpieza/desinfección motorizado o no motorizado, con ruedas, etcétera, por ejemplo. Algunos ejemplos no limitativos de diferentes aplicaciones en donde las celdas de electrólisis descritas en la presente pueden emplearse, se describen en la Publicación de Patente de EUA de Field et al. No. 2007/0186368, publicada el 16 de agosto de 2007. 2. Celdas de electrólisis con una membrana La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de una celda de electrólisis 10, que recibe liquido a ser tratado a partir de una fuente de líquido 12. La fuente de líquido 12 puede incluir un tanque u otro depósito de solución, o bien puede incluir un accesorio u otra entrada para recibir un líquido de una fuente externa.

La celda 10 tiene una o más cámaras de ánodos 14 y una o más cámaras de cátodos 16 (conocidas como cámaras de reacción), que se encuentran separadas por una membrana de intercambio iónico 18, como una membrana de intercambio de cationes o aniones. Uno o más electrodos anódicos 20 y electrodos catódicos 22 (uno de cada uno de los electrodos mostrados) se encuentran dispuestos en cada cámara de ánodos 14 y cada cámara de cátodos 16, respectivamente. Los electrodo catódicos y anódicos 20, 22 pueden estar hechos de cualquier material adecuado, como polímero conductor, titanio y/o titanio revestido con un metal precioso, como platino, o bien cualquier otro material de electrodo adecuado. Los electrodos y cámaras respectivas pueden tener cualquier forma y construcción adecuadas. Por ejemplo, los electrodos pueden ser places planas, placas coaxiales, vástagos, o bien una combinación de los mismos. Cada electrodo puede tener, por ejemplo, una construcción sólida o puede tener una o más aberturas. En un ejemplo, cada electrodo se forma como una malla. Además, múltiples celdas 10 pueden acoplarse en serie o en paralelo entre sí, por ejemplo.

Los electrodos 20, 22 se encuentran conectados eléctricamente a terminales opuestas de una alimentación de energía convencional (no mostrada). La membrana de intercambio iónico 18 se localiza entre los electrodos 20 y 22. La alimentación de energía puede proveer un voltaje de salida de corriente directa (DC, por sus siglas en inglés) constante, un voltaje de salida de DC de pulsación o modulado de otro modo y/o un voltaje de salida de corriente alterna (AC, por sus siglas en inglés) de pulsación o modulado de otro modo para los electrodos anódicos y catódicos. La alimentación de energía puede tener cualquier nivel de voltaje de salida, nivel de corriente, ciclo de trabajo o forma de onda que resulten adecuados.

Por ejemplo en una modalidad, la alimentación de energía aplica el voltaje suministrado a las placas en un estado constante relativo. La alimentación de energía incluye un convertidor de DC/DC que emplea un esquema de control de modulación de ancho de pulsación (PWM, por sus siglas en inglés) para controlar la salida de corriente y voltaje. También pueden utilizarse otros tipos de alimentaciones de energía, las cuales pueden ser de pulsación o sin pulsación y en otras escalas de energía y voltaje. Los parámetros son específicos para cada aplicación Durante la operación, el agua de alimentación (u otro líquido a ser tratado) se suministra a partir de una fuente 12 tanto a la cámara de ánodos 14 como a la cámara de cátodos 16. En el caso de una membrana de intercambio de cationes, al realizarse la aplicación de un potencial de voltaje DC a lo largo del ánodo 20 y cátodo 22, como un voltaje en una escala de alrededor de 5 Voltios (V) a alrededor de 25V, los cationes originalmente presentes en la cámara de ánodos 14 se mueven a lo largo de la membrana de intercambio iónico 18 hacia el cátodo 22, mientras que los aniones en la cámara de ánodos 14 se mueven hacia el ánodo 20. Sin embargo, los aniones que se encuentran presentes en la cámara de cátodos 16 no son capaces de atravesar la membrana de intercambio de cationes y, por lo tanto, permanecen confinados dentro de la cámara de cátodos 16.

Como resultado de ello, la celda 10 activa electroquímicamente el agua de alimentación al utilizar por lo menos parcialmente electrólisis y produce agua activada electroquímicamente (EA, por sus siglas en inglés) en forma de una composición de anolito acídico 30 y una composición catolítica básica 32.

Si se desea, el anolito y catolito pueden ser generados en diferentes proporciones entre sí a través de modificaciones a la estructura de la celda de electrólisis, por ejemplo. Por ejemplo, la celda puede configurarse para producir un mayor volumen de catolitos que de anolitos, si la función primaria del agua EA es la de limpiar. De manera alternativa, por ejemplo, la celda puede configurarse para producir un mayor volumen de anolitos que de catolitos, si la función primaria del agua EA es desinfectar. Además, las concentraciones de especies reactivas en cada uno pueden variarse.

Por ejemplo, la celda puede tener una proporción de 3:2 de placas catódicas con respecto a placas anódicas para producir un mayor volumen de catolitos que de anolitos. Cada placa catódica se separa de una placa anódica respectiva mediante una membrana de intercambio iónico respectiva. Por lo tanto, hay tres cámaras de cátodos para dos cámaras de ánodos. Esta configuración produce alrededor de 60% de catolitos y 40% de anolitos. También pueden emplearse otras proporciones.

Como se ha mencionado anteriormente, la membrana de intercambio iónico 18 puede incluir una membrana de intercambio de cationes (es decir, una membrana de intercambio de protones) o una membrana de intercambio iónico. Las membranas de intercambio de cationes adecuadas para la membrana 18, incluyen ¡onómeros parcial y totalmente fluorados, ionómeros poliaromáticos y combinaciones de los mismos. Los ejemplos de ionómeros adecuados disponibles en el mercado para la membrana 18, incluyen copolímeros de tetrafluoroetileno sulfonado disponibles bajo la marca "NAFION" de E.l. du Pont of Nemours and Company, Wilmington, Delaware; ionómeros de ácido carboxílico perfluorado disponibles bajo la marca "FLEMION" de Asahi Glass Co., Ltd., Japón; ionómeros de ácido sulfónico perfluorado disponibles bajo la marca "ACIPLEX" Aciplex de Asahi Chemical Industries Co. Ltd., Japón; y combinaciones de los mismos. Sin embargo, cualquier membrana de intercambio iónico puede ser empleada en otros ejemplos.

Las salidas de líquido EA de anolitos y catolitos, pueden acoplarse con un dispensador 34, que pueden incluir cualquier tipo de dispensador o dispensadores, como una salida, accesorio, espita, cabeza rodadora/boquilla, una cabeza o herramienta de limpieza/desinfección, etcétera. Puede haber un dispensador para cada salida 30 y 32 ó un dispensador combinado para ambas salidas.

En un ejemplo, las salidas de anolitos y catolitos se mezclan en un flujo de salida común 36, que se provee al dispensador 34. Según se describe en la Publicación de Patente de EUA de Field et al. No. 2007/0186368, se ha encontrado que los anolitos y catolitos pueden mezclarse entre sí dentro del sistema de distribución de un aparato limpiador y/o en la superficie o elemento que se limpian, al mismo tiempo que se mantienen al menos temporalmente propiedades benéficas de limpieza y/o desinfección. Aunque el anolito y el catolito se mezclan, éstos no se encuentran inicialmente en equilibrio y, por lo tanto, mantienen sus propiedades mejoradas de limpieza y/o desinfección. 3. Ejemplos de patrones de electrodos En un ejemplo, por lo menos uno de los electrodos anódicos o catódicos se forma a partir de una malla metálica, con aberturas rectangulares de tamaño regular en forma de una rejilla. En un ejemplo específico, la malla se forma de acero inoxidable T316 de 0.5842 milímetros de diámetro que cuenta con un patrón de rejilla con aberturas de rejilla de 508 x 508 por 645.16 milímetros cuadrados. Sin embargo, pueden usarse otras dimensiones, disposiciones y materiales en otros ejemplos.

Por ejemplo, como se ha mencionado anteriormente, puede formarse por lo menos uno de los electrodos anódicos o catódicos por lo menos parcialmente o totalmente a partir de un polímero conductor, como aquellos empleados para los dispositivos de disipación estática. Los ejemplos de polímeros conductores adecuados se encuentran disponibles en el mercado a partir de RTP Company de Winona, Minnesota, EUA. Por ejemplo, los electrodos pueden formarse a partir de un compuesto plástico conductor que cuenta con una resistividad de superficie de 10° a 1012 ohmios/cuadrados, como 01 a 06 ohmios/cuadrado. Sin embargo, los electrodos que cuentan con resistividades de superficie fuera de esas escalas, pueden emplearse en otros ejemplos. Una o más de los electrodos pueden conformar una malla, con aberturas rectangulares de tamaño regular en forma de una rejilla. Sin embargo, las aberturas u orificios pueden tener cualquier forma, como una forma circular, triangular, curvilínea, rectilínea, regular y/o irregular. Las aberturas curvilíneas tienen por lo menos una orilla curva. Cuando se moldean por inyección, por ejemplo, las formas y tamaños de las aberturas pueden adaptarse fácilmente a un patrón particular. Sin embargo, estos patrones pueden formarse también en electrodos metálicos en otros ejemplos de la presente descripción.

Las aberturas pueden tener un tamaño y ubicación que les permitan incrementar el área de superficie del electrodo para la electrólisis y promover de esta manera la generación de burbujas de gas en el líquido que está siendo tratado. 4. Ejemplo de electrodo tubular Los electrodos mismos pueden tener cualquier forma, como placas planas, coaxiales, vastagos cilindricos, o bien una combinación de los mismos. La figura 2 ilustra un ejemplo de celda de electrólisis 10 que cuenta con una forma tubular de conformidad con un ejemplo ilustrativo. La sección transversal radial de la celda 10 puede tener cualquier forma, como una forma circular, según se muestra en la figura 2, o bien otras formas como formas curvilíneas que cuentan con una o más orillas curvas y/o formas rectilíneas. Los ejemplos específicos incluyen óvalos, polígonos, como rectángulos, etcétera.

Se cortan porciones de celda 10 con propósitos ilustrativos. En este ejemplo, la celda 10 tiene una cubierta tubular 50, un electrodo externo tubular 20 y un electrodo interno tubular 22, que se encuentra separado del electrodo externo por una brecha adecuada, como de alrededor de 1.016 milímetros. También se emplean otros tamaños de brechas como, aunque sin limitarse a ello, brechas en la escala de 0.508 milímetros a 0.7 12 milímetros. Cualquiera de los electrodos internos o externos puede servir como el ánodo/cátodo, dependiendo de las polaridades relativas de los voltajes aplicados.

La membrana iónica selectiva 18 se localiza entre los electrodos externo e interno 20 y 22. En un ejemplo específico, la membrana iónica selectiva incluye un "NAFION" de E.l. du Pont of Nemours and Company, que se ha cortado para ser de 64.77 milímetros por 64.77 milímetros y envuelto posteriormente en torno a un electrodo interno tubular 22 y fijado en el traslape de extremo con un adhesivo de contacto como, por ejemplo, adhesivo #1357 de 3M Company. De nuevo, pueden usarse otras dimensiones y materiales en otros ejemplos.

En el ejemplo mostrado en la figura 2, por lo menos una porción del volumen de espacio dentro del interior del electrodo interno tubular 22 se encuentra bloqueada por un inserto sólido 52 para promover el flujo de líquido a lo largo y entre los electrodos 20 y 22 y la membrana iónica selectiva 8, en una dirección a lo largo del eje longitudinal de la cubierta 50. Este flujo de líquido es conductor y completa un circuito eléctrico entre los dos electrodos. La celda de electrólisis 10 puede tener cualquier dimensión adecuada. En un ejemplo, la celda 10 puede tener una longitud de alrededor de 101.6 milímetros y un diámetro externo de alrededor de 25.4 milímetros. La longitud y el diámetro pueden ser seleccionados para controlar el tiempo de tratamiento y la cantidad de burbujas, v.g., nanoburbujas y/o microburbujas, generada por volumen unitario del líquido.

La celda 10 se conecta con una fuente de líquido 12 que, en este ejemplo, incluye un tubo de entrada. La celda 10 puede incluir un accesorio adecuado en uno o ambos extremos de la celda. Puede empleares cualquier método de fijación, como a través de accesorios de plástico de conexión rápida.

En el ejemplo mostrado en la figura 2, la celda 10 produce líquido EA de anolito en la cámara de ánodos (entre uno de los electrodos 20 y 22 y la membrana iónica selectiva 18) y líquido EA de catolito en la cámara de cátodos (entre el otro de los electrodos 20 y 22 y la membrana iónica selectiva 18). Las trayectorias del flujo de líquido EA de anolito catolito se unen en la salida de la celda 10, a medida que los líquidos EA de anolito y catolito atraviesan el extremo tubular de la membrana iónica selectiva 18 y salen del extremo de la celda 10. Como resultado de ello, la celda 10 produce y suministra un líquido EA de anolito y catolito mezclados. 5. Ejemplo específico de una celda de electrólisis Las figuras 3A a 9D ilustran una celda de electrólisis de conformidad con un ejemplo específico de la presente descripción. Los mismos números de referencia se emplean en las figuras 3A a 9D para elementos ¡guales o similares. Las dimensiones mostradas en los dibujos se encuentran en pulgadas y se proveen como ejemplos no limitativos únicamente. Pueden usarse otras dimensiones distintas otros ejemplos.

La figura 3A es una vista de planta superior de la celda de electrólisis 10, la figura 3B es una vista de planta lateral de la celda de electrólisis 10 y la figura 3C es una vista de extremo de la celda de electrólisis 10. La celda de electrólisis 10 incluye un tubo de cubierta 50 y las tapas de extremo 60 y 62. Las tapas de extremo 60, 62 se sellan en los extremos del tubo de cubierta 50. Según se muestra en la figura 3C, la tapa de extremo 62 cuenta con una abertura 65 que conforma ya sea una entrada o salida de la celda. De forma similar, la tapa de extremo 60 cuenta con una abertura 63 (mostrada en las figuras 4A y 4B) que conforma ya sea una salida ,o una entrada para la celda. Cada una de las aberturas 63; 65 cuenta con una Rosca de Tubo Normal (NPT, por sus siglas en inglés) de 3.175 milímetros, por ejemplo, para unirse al accesorio de un tubo de entrada o tubo de salida.

Un primer contacto de electrodo 64 se extiende a través de la tapa de extremo 60 y un segundo contacto de electrodo 66 se extiende a través de una ranura 67 en el tubo de cubierta 50. El contacto 64 se acopla eléctricamente con el electrodo externo 20 (mostrado en las figuras 4A y 4B), mientras que el contacto 66 se acopla eléctricamente con el electrodo interno 22 (también mostrado en las figuras 5A y 5B). En un ejemplo, el tubo de cubierta 50 y las tapas de extremo 60, 62 se forman a partir de plástico ABS.

La figura 4A es una vista seccional de la celda 10 tomada a lo largo de las líneas A-A de la figura 3A, mientras que la figura 4B es una vista seccional de la celda 10 tomada a lo largo de las líneas B-B de la figura 3C. Como se ha discutido anteriormente, la celda 10 incluye una cubierta tubular 50, las tapas de extremo 60, 62, la entrada (o salida) 63, la salida (o entrada) 65, el cilindro de electrodo externo 20, el cilindro de membrana de intercambio iónico 18, el cilindro de electrodo interno 22 y el inserto de centro sólido 52. El contacto 64 se fija a la superficie de diámetro interno del electrodo interno 22, mientras que el contacto 66 se fija a la superficie de diámetro externo del electrodo externo 20. La ranura 67 en el tubo de cubierta 50 puede sellarse en torno al contacto 66 con un material epóxico, por ejemplo.

Como se describe anteriormente haciendo referencia a la figura 2, el inserto de centro sólido 52 bloquea por lo menos una porción del volumen de espacio dentro del interior del cilindro de electrodo interno 22, para promover el flujo de líquido a lo largo y entre los electrodos 20 y 22 y la membrana iónica selectiva 18, como lo muestra las líneas de flujo de entrada 70 y las líneas de flujo de salida 72 en la figura 4A. Por lo tanto, el electrodo interno 22 cuenta con una sección longitudinal central y una primera y segunda secciones longitudinales de extremo, en donde la trayectoria de flujo de entrada 70 y la trayectoria del flujo de salida 72 se acoplan en cuanto a fluidos a volumen de espacio dentro de un interior de la primera y segunda secciones longitudinales, respectivamente, del electrodo interno 22. Por lo menos una porción de un volumen de espacio dentro de un interior de la sección longitudinal central se encuentra bloqueada al flujo de fluidos a lo largo de un eje longitudinal del electrodo interno 22 por el centro interno sólido 52, de manera que la trayectoria de flujo de entrada 70 y la trayectoria de flujo de salida 72 atraviesan el electrodo interno 22 (dado que es poroso para el paso del flujo de fluido).

La membrana de intercambio iónico 18 tiene una longitud a lo largo del eje longitudinal de la celda 10 que es más corto que la distancia entre las tapas de extremo 60 y 62, para promover adicionalmente el flujo de líquido a lo largo y entre los electrodos 20 y 22 y la membrana iónica selectiva 18. Sin embargo, la membrana de intercambio iónico 18 puede tener una longitud que es igual o más larga que la distancia entre las tapas de extremo 60 y 62 en otros ejemplos. Las flechas 74 ilustran una brecha longitudinal (de aproximadamente 5.842 milímetros, por ejemplo) entre un extremo de membrana de intercambio iónico 18 y la orilla interna de la tapa de extremo 60. Las flechas 76 ilustran una brecha longitudinal (de aproximadamente 5.334 milímetros, por ejemplo) entre el otro extremo de la membrana de intercambio iónico 18 y la orilla interna de la tapa de extremo 62.

Los electrodos de malla interna y externa 20 y 22 son porosos para el flujo de líquido. El flujo de entrada 70 atraviesa el electrodo de malla interna 22, en la brecha longitudinal 74, y hacia la brecha radial entre los electrodos 20 y 22. De manera similar, el flujo de salida 72 atraviesa la brecha radial entre los electrodos 20 y 22, a través del electrodo de malla interna 22 en la brecha longitudinal 76, a la salida 65.

El líquido fluye también a lo largo de una brecha radial entre la superficie de diámetro externo del electrodo externo 20 y la superficie de diámetro interno del tubo de cubierta 50 y a lo largo de una brecha radial entre la superficie de diámetro interno del electrodo interno 22 y la superficie de diámetro externo del inserto de centro 52. Las tapas de extremo 60 y 62 (y/o los otros elementos de bloqueo) tienen retenes que conforman rebordes para establecer la separación de la brecha.

Las figuras 5A a 5E muestran las capas de la celda de electrólisis 10 en distintas etapas de ensamble. La figura 5A ilustra la celda 10 en una etapa final de ensamble. La figura 5B ilustra la celda 10 con el tubo de cubierta 50 removido, exponiendo el cilindro de electrodo externo 20. Las tapas de extremo 60 y 62 tienen retenes 80 y 82 en donde él tubo de cubierta 50 se monta (en la figura 5A) y que define la brecha radial entre el tubo de cubierta 50 y el cilindro de electrodo externo 20. La figura 5B muestra una porción del patrón de malla del electrodo 20.

La figura 5C ¡lustra la celda 10 con el electrodo externo 20 y la tapa de extremo 62 removida, exponiendo la membrana iónica selectiva 18. La tapa de extremo 60 incluye adicionalmente el retén 84 en donde el electrodo externo 20 se monta (en la figura 5B) y que define la brecha radial entre el electrodo externo 20 y la membrana iónica selectiva 18. Además, un anillo de reborde 86 se moldea o une de otro modo en el cilindro de electrodo interno 22, para proveer un elemento similar a un retén en el otro extremo de la celda 10 para montar el electrodo externo 20 (según se muestra en la figura 5B). Por ejemplo, el reborde 86 puede tener una ranura cilindrica para recibir un extremo del cilindro del electrodo interno 22.

Según se muestra en la figura 5C, la membrana de intercambio iónico 18 tiene una longitud a lo largo del eje longitudinal de la celda 10 que es más corta que la distancia entre la tapa de extremo 60 y el reborde 86, que expone las porciones de extremo del cilindro de electrodo interno 22 y promueve el flujo de líquido a lo largo y entre los electrodos 20 y 22 y la membrana iónica selectiva 18.

La figura 5D ilustra la celda 10 con la membrana iónica selectiva 18 removida, exponiendo el cilindro de electrodo interno 22.

La figura 5E es una vista seccional de la celda 10 tomada a lo largo de las líneas D-D de la figura 5D e ¡lustra el centro interno sólido 52 localizado dentro del interior de cilindro de electrodo interno 22. En un ejemplo, el cilindro de electrodo interno se ajusta dentro de una ranura cilindrica en la tapa de extremo 60 y una ranura similar en el reborde 86, que definen una pequeña brecha radial entre la superficie de diámetro interno del cilindro de electrodo interno 22 y la superficie de diámetro externo del centro interno sólido 52, para permitir el flujo de fluido a lo largo de la brecha, por ejemplo. La brecha no es visible en la figura 5E.

Las figuras 6A a 6C ilustran el centro interno sólido 52 con mayor detalle. La figura 6A es una vista en perspectiva del centro 52, la figura 6B es una vista de extremo del centro 52 y la figura 6C es una vista de planta lateral del centro 52. Cada extremo del centro 52 cuenta con un conjunto de ranuras separadas de forma circunferencial 90 y extremidades intercaladas 92. Las extremidades 92 sostienen las tapas de extremo 60, 62 y el reborde 86, mientras que las ranuras 90 promueven el flujo de fluido a través de la entrada/salida 63 y la entrada/salida 65 y hasta el interior de las brechas a lo largo y entre los electrodos 20, 22. Las ranuras también ayudan a fusionar el flujo del líquido EA de anolito producido en la cámara de anolito con el flujo del líquido de catolito producido en la cámara de catolitos al salir a través de la salida de la celda 10.

Las figuras 7A a 7C ilustran las características de cilindro del electrodo interno 22 ensamblado con la tapa de extremo 60 y el reborde 86 y muestran las dimensiones muestra de las distintas características. La figura 7A es una vista de planta superior de la celda 10, la figura 7B es una vista de planta lateral de la celda 10 y la figura 7C es una vista seccional de la celda 10 tomada a lo largo de las líneas E-E de la figura 7B.

De manera similar, las figuras 8A a 8C ¡lustran las características del cilindro de electrodo externo 20 ensamblado con la tapa de extremo 62 y muestran dimensiones muestra de las distintas características. La figura 8A es una vista de planta superior de la celda 10, la figura 8B es una vista de planta lateral de la celda 10 y la figura 8C es una vista seccional de la celda 10 tomada a lo largo de las líneas F-F de la figura 8B.

Las figuras 9A a 9D ilustran el tubo de cubierta 50 con mayor detalle. La figura 9A es una vista en perspectiva del tubo 50, la figura 9B es una vista de planta superior del tubo 50, la figura 9C es una vista de planta lateral del tubo 50 y la figura 9D es una vista seccional del tubo 50 tomada a lo largo de las líneas G-G de la figura 9C.

En el ejemplo mostrado anteriormente, el electrodo externo 20, electrodo interno 22 y membrana iónica selectiva 18 son cilindricos y básicamente coaxiales entre sí. La membrana iónica selectiva 18 divide la celda en una primera y segunda cámaras de reacción, una entre el electrodo externo 20 y la membrana iónica selectiva 18 y otra entre el electrodo interno 2 y la membrana iónica selectiva 18. Dependiendo de las polaridades relativas de los voltajes aplicados a los electrodos internos y externos, una cámara es una cámara de ánodos y la otra es una cámara de cátodos.

Las cámaras de ánodos y cátodos se acoplan en cuanto a fluidos entre sí en la entrada y salida de la celda sin válvula alguna para cambiar un flujo particular de una cámara a la otra cámara.

En este ejemplo particular, los electrodos internos y externos 20, 22 son más largos que la membrana iónica selectiva 18, con los extremos del electrodo interno y externo extendiéndose más allá de ambos extremos de la membrana iónica selectiva, según se muestra en las figuras 4A y 4B. Esto promueve los flujos en cada extremo de la cámara de ánodos y cámara de cátodos para unirse uno con otro, más allá de los bordes longitudinales de la membrana. Además, los electrodos y las tapas de extremo se disponen para permitir que los flujos unidos atraviesen la entrada de la celda hasta el electrodo interno y hacia el interior de las cámaras anódicas y catódicas, así como que atraviesen las cámaras anódicas y catódicas juntas hasta el electrodo interno de la salida de la celda.

En un ejemplo alternativo, los electrodos internos y externos y la membrana iónica selectiva tienen las mismas longitudes y los flujos a lo largo de las cámaras anódicas y catódicas se unen en los bordes longitudinales de los electrodos y la membrana. En un ejemplo adicional, la entrada y/o salida a y desde la celda no se localiza a lo largo del eje longitudinal de la celda. Por ejemplo, la entrada y/o salida pueden atravesar el tubo de cubierta 50 ó fuera del eje a través de una tapa de extremo. En un ejemplo adicional, tanto la entrada como la salida pueden localizarse en el mismo extremo de la celda. Por ejemplo, la celda puede tener múltiples electrodos coaxiales y las membranas iónicas selectivas que conforman múltiples cámaras coaxiales que se conectan en serie entre sí para crear una trayectoria de flujo serpentina. En un ejemplo adicional más, la celda puede incluir múltiples electrodos coaxiales y las membranas iónicas selectivas que conforman múltiples ánodos coaxiales y/o cámaras de cátodos que se acoplan en paralelo entre sí, con una entrada en un extremo y una salida en el otro extremo de la celda. En un ejemplo adicional, el centro sólido interno 52 se retira y el cilindro de electrodo interno 22 se forma como un vástago o cilindro sólido. En un ejemplo adicional más, las cámaras anódicas y catódicas pueden tener entradas y salidas separadas a y desde la celda. También pueden emplearse otras variaciones.

Aunque la presente descripción ha sido descrita haciendo referencia a una o más modalidades, el experto en la técnica reconocerá que pueden realizarse cambios de forma y detalle, sin desviarse del espíritu y alcance de la descripción y/o las reivindicaciones anexas.

Claims (12)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una celda de electrólisis que comprende: una entrada combinada y una salida combinada; electrodos coaxiales, internos y externos; y una membrana iónica selectiva localizada en una brecha entre los electrodos internos y externos y formando la primera y segunda cámaras de reacción de electrólisis respectivas en lados opuestos de la membrana, en donde las trayectorias del flujo de fluidos a lo largo de la primera y segunda cámaras se unen entre sí como una trayectoria de flujo de entrada combinada desde la entrada combinada y como una trayectoria de flujo de salida combinada a través de la salida sin válvula alguna.

2. - La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la trayectoria de flujo de salida combinada atraviesa el electrodo interno.

3. - La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque las trayectorias del flujo de fluidos a lo largo de la primera y segunda cámaras se unen entre sí como una trayectoria de flujo de entrada combinada a través de la entrada combinada.

4. - La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque la trayectoria de flujo de entrada combinada y la trayectoria de flujo de salida combinada atraviesan el electrodo interno.

5. - La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque: el electrodo interno es poroso al flujo de fluido; el electrodo interno comprende una sección longitudinal central y una primera y segunda secciones longitudinales de extremo; la trayectoria de flujo de entrada y la trayectoria de flujo de salida se acoplan en cuanto a fluidos a un volumen de espacio dentro de un interior de la primera y segunda secciones longitudinales, respectivamente; y por lo menos una porción de un volumen de espacio dentro de un interior de la sección longitudinal central se encuentra bloqueada al flujo de fluidos a lo largo de un eje longitudinal del electrodo interno, de manera qüe la trayectoria de flujo de entrada y la trayectoria de flujo de salida atraviesan el electrodo interno.

6.- La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicionalmente un centro interno sólido localizado dentro de un espacio de diámetro interno del electrodo interno, que bloquea el flujo de fluido a través del centro interno sólido.

7.- La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque: el centro interno sólido es cilindrico y comprende un primer y segundo extremos; por lo menos uno del primer y segundo extremos comprende una serie de ranuras separadas de forma circunferencial y extremidades intercaladas; y las trayectorias del flujo de fluidos atraviesan las series de ranuras del centro interno sólido.

8. - La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque: la membrana de intercambio iónico tiene una longitud a lo largo de un eje longitudinal de la celda, que es más corta que las longitudes de los electrodos internos y externos.

9. - La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque cada uno de los electrodos internos y externos cuenta con un primer y segundo extremos opuestos que se extienden más allá del primer y segundo extremos opuestos de la membrana iónica selectiva para formar una tercera y cuarta cámaras de electrólisis sin membrana iónica selectiva alguna entre los electrodos internos y externos, en extremos longitudinalmente opuestos de la primera y segunda cámaras de electrólisis.

10.- La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque por lo menos uno del electrodo interno, electrodo externo o membrana iónica selectiva es cilindrico.

11.- La celda de electrólisis de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicionalmente: una primera tapa de extremo en donde se forma la entrada combinada; y una segunda tapa de extremo en donde se forma la salida, en donde la primera y segunda tapas de extremo sostienen los electrodos internos y externos a una cierta distancia axial deseada entre sí.

12.- Un método que comprende: a) hacer pasar un líquido a través de una celda de electrólisis que comprende una entrada combinada, una salida combinada, electrodos coaxiales internos y externos, así como una membrana iónica selectiva localizada en una brecha entre los electrodos internos y externos, que forma la primera y segunda cámaras de reacción de electrólisis respectivas en lados opuestos de la membrana, en donde las trayectorias del flujo de fluidos a lo largo de la primera y segunda cámaras se unen entre sí como una trayectoria de flujo de entrada combinada a través de la entrada combinada y una trayectoria de flujo de salida combinada a través de la salida combinada sin válvulas; y b) aplicar un voltaje de energización entre los electrodos internos y externos.