MX2011004969A - Montaje y metodo de separacion de oxigeno. - Google Patents

Abstract

Se describe un montaje y método de separación de oxígeno impulsada eléctricamente para aplicar un potencial eléctrico en donde el montaje tiene uno o más elementos de membrana tubular. El potencial es aplicado en dos ubicaciones separadas centrales de un elemento de membrana tubular y por lo menos en las ubicaciones extremas opuestas del mismo. Por lo tanto, la corriente eléctrica fluye a través del elemento de membrana tubular se divide en dos partes que fluyen entre las dos ubicaciones separadas centrales y las ubicaciones extremas opuestas. Además, la presente invención también proporciona un sello extremo que se utilizará con respecto a los elementos de membrana tubular.

Description

MONTAJ E Y METODO DE SEPARACION DE OXIGENO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un montaje y método de separación de oxígeno impulsada eléctricamente en donde el oxígeno se separa con el uso de uno o más elementos de membrana tubular del montaje. Más particularmente la presente invención se refiere a tal montaje y método de separación de oxígeno en donde el potencial eléctrico es aplicado en los electrodos opuestos del elemento o elementos de membrana tubular en dos ubicaciones separadas centrales y en por lo menos dos ubicaciones extremas del elemento de membrana tubu lar separado exteriormente de las dos ubicaciones separadas centrales.

Antecedentes de la I nvención Los separadores de oxígeno impulsados eléctricamente se utiliza n para separar el oxígeno de la alimentación que contiene oxígeno, por ejemplo , aire. Además , tales dispositivos también se utilizan en la aplicación de purificación do nde es deseado pu rificar una alimentación que contiene oxígeno separando el oxíge no de la alimentación. Los separadores de oxígeno impulsados eléctricamente pueden utilizar los elementos de membrana tubular que tienen una estructura en capas q ue contiene u na capa de electrólito capaz de transportar los iones de oxígeno cua ndo se somete a una temperatu ra elevada , capas electrodos de cátodo y ánodo ubicadas en las superficies opuestas de la capa de electrólito y las capas recolectoras de corriente para sum inistrar una corriente eléctrica a las capas de electrodo de cátodo y ánodo.

Cuando los elementos de membrana tubular se someten a la temperatura elevada, el oxígeno contenido en una alimentación se ionizará en una superficie de la capa de electrólito, adyacente a la capa de electrodos de cátodo adquiriendo electrones de un potencial eléctrico aplicado . Bajo el impulso del potencial eléctrico aplicado , los iones de oxígeno resultantes serán transportados a través de la capa de electrólito al lado opuesto, adyacente a la capa de ánodos y recombinados en el oxígeno elemental .

Los elementos de membrana tubu lar son contenidos en un depósito calentado eléctricamente para calentar los elementos de membrana tubular a u na temperatura operacional en donde los iones de oxígeno son transportados. Además , tales elementos de membrana tubular se pueden acoplar j u ntos tal que la al imentación que contiene oxígeno se pasa al depósito calentado y el oxígeno separado se retira de los elementos de membrana tu bu lar a través de un colector. En ciertas aplicaciones de purificación , la alimentación q ue contiene oxígeno se puede pasar a través del interior de los elementos de membrana tubu lar y el oxígeno separado se puede retirar del depósito .

Los materiales comu nes q ue se utilizan para formar la capa de electrólito son itrio o circonio estabilizado con escandio y cerio saturado con gadolinio . Las capas de electrodos se pueden hacer de las mezclas del material de electrólito y un metal conductivo, una aleación de metal u óxido tal como una perovskita eléctricamente conductiva. Los colectores de corriente en la técnica se han formado de metales y aleaciones de metal cond uctivas , tal como plata así como las mezclas de tales metales y óxidos metálicos.

Para aplicar el potencial eléctrico a los elementos de membrana tu bular, los conductores se pueden u nir a las capas colectoras de corriente . Tales cond uctores se unen en ubicaciones ún icas pa ra conectar los elementos de membrana tu bular en una conexión eléctrica en serie o paralela . El problema con esto es que la corriente eléctrica está distribuida irreg u larmente a través de la longitud de cada u no de elementos de membrana tubular lo cual da por resultado puntos ca lientes q ue se desarrollan en la conexión de los conductores a los elementos de membrana tubu lar. Tales pu ntos calientes pueden cond ucir a la falla de los elementos de membrana tubu lar. Idealmente, la corriente se distribuye uniformemente a lo largo de la longitud del colector de corriente lo cual da por resultado una d istribución de temperatu ra u niforme y u n flujo de iones de oxígeno localizado a lo largo de la long itud de membrana. P uesto q ue la distribución de la corriente eléctrica es desigual , la cond ucción iónica de los iones de oxígeno a través de la capa de electrólito es también desigual en la medida en que ocurre, en gran parte, en la conexión de los conductores a las capas de recolección de corriente.

Aún otro problema es que los elementos de membrana tubular se proyectan a través de los aisladores y/o del depósito calentado que pueden también ser aislados. Así, en los extremos de proyección de los elementos de membrana tubular, se produce una temperatura de aproximadamente 500°C menor que la temperatura de los elementos de membrana tubular dentro del depósito calentado que puede ser de aproximadamente 700°C. A En estas zonas de transición de temperatura se ha encontrado que la capa de electrólito puede experimentar una reducción química en la cual el electrodo se reduce químicamente en un conductor electrónico lo cual conduce a otro punto en donde los elementos de membrana tubular fallan durante el transcurso del tiempo.

Como será discutido, la presente invención proporciona un montaje de separación de oxígeno que utiliza uno o más elementos de membrana tubular y un método relacionado en el cual, entre otras ventajas, la corriente se distribuye más uniformemente a lo largo de la longitud de los elementos de membrana tubular con respecto a la técnica anterior. Además, cada uno de los elementos tubulares se puede modificar para resistir la falla en la zona de transición de temperatura según lo discutido anteriormente. Además, los extremos de los elementos de membrana tubular se pueden sellar con un miembro de tipo tapón de una manera rentable.

Breve Descripción de la Invención La presente invención proporciona, en un aspecto, un montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente. De acuerdo con este aspecto de la presente invención , por lo menos u n elemento de membrana tubular se proporciona con una capa de ánodos, una capa de cátodo , u na capa de electrólito ubicada entre la capa de ánodos y la capa de cátodo y dos capas colectoras de corriente ubicadas adyacentes y en contacto con la capa de ánodos y la capa de cátodo y ubicada en el interior y exterior de por lo menos u n elemento de membrana tubular. Las dos capas colectoras de corriente permiten q ue una corriente eléctrica sea aplicada por u na fuente de energía a las capas de electrodos para a s u vez inducir el transporte de iones de oxígeno a través de la capa de electrólito desde la capa de cátodo a la capa de ánodo. U n conj unto de conductores está conectado con u na de las dos capas colectoras de corriente en dos ubicaciones separadas centrales de por lo menos un elemento de membrana tubu la r y con la otra de las dos capas colectoras de corriente en por lo menos las ubicaciones extremas opuestas de por lo menos u n elemento de membrana tubular, separadas exteriormente de las dos ubicaciones separadas centra les , para q ue la fuente de energ ía pueda aplicar la corriente eléctrica a través del conj unto d e conductores entre las dos u bicaciones separadas centrales y por lo menos las dos ubicaciones extremas opuestas. Por lo tanto, la corriente eléctrica que fluye a través de por lo menos un elemento de membrana tubular se divide en dos partes que fluyen entre las dos ubicaciones separadas centrales y las ubicaciones extremas opuestas.

La división de la corriente eléctrica permite que la corriente eléctrica sea distribuida más u niformemente a través del elemento de membrana tubular para evitar que se desarrollen los puntos calientes y conduzcan a la falla del elemento de membrana tubular. Además, la distribución uniforme de la corriente eléctrica permite que más del elemento de membrana tubular sea utilizado eficientemente en la separación del oxígeno .

U na de las dos capas colectoras de corriente se puede ubicar en el exterior de por lo menos un elemento de membrana tu bu lar con la capa de cátodo que está adyacente a u na de las dos capas colectoras de corriente. Las secciones extremas externas opuestas de por lo menos un elemento de membrana tu bula r se pueden conserva r dentro de los miembros de aislamiento y la capa de cátodo y u na de las dos capas colectoras de corriente se extiende parcialmente a lo largo de una dimensión de longitud de por lo menos u n elemento de membrana tubular tal q ue las secciones extremas externas opuestas de por lo menos un elemento de membran a tubula r está n desp rovistas de por lo menos la capa de cátodo y de una de las dos ca pas colectoras de corrie nte. Las secciones extremas tam bién pod rían estar desprovistas de la capa de ánodo y otra de las dos capas colectoras de corriente. Se debe observar aqu í que debido a que las secciones extremas externas opuestas están retenidas dentro de los miembros de aislamiento, hay una zona de transición de temperatu ra dentro de las secciones extremas según lo discutido anteriormente. Sin embargo, puesto que no hay una capa de cátodo y como será discutido, también posiblemente no hay una capa de ánodo, ninguna corriente eléctrica es impulsada en esta región lo cual conduce a u na reducción química del electrólito y a una posible falla del mismo . A este respecto , se debe observar q ue las "dos ubicaciones extremas opuestas" no tienen que estar ubicadas en los extremos físicos de por lo menos u n elemento de membrana tubu lar y bajo circu nstancias en las cuales no exista la capa de ánodo , tales u bicaciones se deben separar internamente desde tales extremos físicos pa ra ubicarse fuera de los miembros de aislamiento.

U n distribuidor de corriente de la config uración a largada se puede ubicar dentro de por lo menos u n elemento de membrana tu bular, q ue se extiende entre los extremos de por lo menos un elemento de membrana tubular y en contacto con el otro de los dos colectores de corriente en u na plu ralidad de puntos ubicados dentro de los elementos de membrana tubular. Los cond uctores conectados con las ubicaciones extremas opuestas de los elementos de membra na tubular están conectados con los extremos opuestos del d istribuidor de corriente. El d istribuidor de corriente puede ser de una configuración helicoidal .

Por lo menos u n elemento de membrana tubular se puede proporcionar con los sellos extremos opuestos, opuestos a los pasos de salida eléctricos sellados que penetran los sellos extremos opuestos y un tubo de salida q ue penetra uno de los sellos extremos opuestos para descargar el oxígeno. Los conductores conectados con por lo menos un elemento de membrana tubular en las dos ubicaciones extremas opuestas pasan a través de los pasos de salida eléctricos y son conectados con el distribuidor de corriente.

Por lo menos un elemento de membra na tubular puede ser u na pluralidad de elementos de membrana tubular. La pluralidad de elementos de membrana tubular se puede conectar eléctricamente en serie por el conjunto de conductores con un primer par de cond uctores conectados con las dos ubicaciones separadas centrales de u n primer elemento de los elementos de membrana tubular, u n segundo par de los conductores conectados con las u bicaciones extremas opuestas de u n segundo elemento de los elementos de membrana tubular y los pares restantes de los cond uctores que u nen los pares de elementos de membrana tubu lar restantes en las dos ubicaciones separadas centrales y por lo menos las ubicaciones extremas opuestas de las mismas para q ue los primeros pares de conductores y los seg u ndos pares de conductores pueda n ser conectados con u na fuente de corriente eléctrica.

U no de los dos colectores de corriente se puede ubicar en el exterior de cada uno de los elementos de membrana tubular adyacentes a la capa de cátodo y el otro de los dos colectores de corriente puede estar ubicado en el interior de los elementos de membrana tubular adyacentes a la capa de ánodo .

Los elementos de membrana tubular se pueden acomodar en u n conj u nto y mantenerse en una config u ración radial mediante los miem bros opuestos ubicados en las secciones extremas opuestas externas de los elementos de membrana tubular. Los elementos de membrana tubular se pueden proporcionar con los sellos extremos opuestos, alimentaciones transversales eléctricas op uestos selladas q ue penetran los sellos extremos opuestos y tu bos de salida que penetran los sellos extremos opuestos e n un extremo del conjunto pa ra descargar el oxígeno . Los conductores conectados con los elementos de membrana tubular en las dos u bicaciones extremas opuestas pasan a través de las alimentaciones transversales eléctricas y están en contacto eléctrico con el otro de los dos colectores de corriente. Un colector se conecta co n el tubo de salida y tiene u na salida com ú n para descarg ar el oxígeno que se desca rga del tubo de salida . La capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente pueden extenderse pa rcialmente a lo la rgo de una d imensión de longitud de los elementos de membrana tu bular tal q ue las secciones extremas op uestas externas de los elementos de membrana tubular estén desprovistas de por lo menos la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente. Las secciones extremas también podrían estar desprovistas de la capa de ánodo y de la otra de las dos capas colectoras de corriente. Según lo indicado anteriormente, un distribuidor de corriente se puede utilizar con los conductores conectados con las ubicaciones extremas opuestas de los elementos de membrana tubular que están conectados con los extremos opuestos del distribuidor de corriente. El distribuidor de corriente puede tener u na config u ración helicoidal .

En otro aspecto , la presente invención proporciona un método para aplicar un potencial eléctrico en u n montaje de sepa ración de oxígeno impulsada eléctricamente. De acuerdo con este aspecto de la presente invención el potencial eléctrico se aplica a por lo menos u n elemento de membrana tu bu lar que tiene una capa de ánodo, una capa de cátodo, una capa de electrólito formada de material de electrólito y u bicada entre la capa de ánodo y la capa de cátodo y dos capas colectoras de corriente ubicadas adyacentes y en contacto con la capa de ánodo y la ca pa de cátodo y ubicadas en el interior y exterior de por lo menos u n elemento de membrana tubu lar. El potencial eléctrico se aplica a u na de las dos capas colectoras de corriente en las dos ubicaciones centrales separadas de por lo menos un elemento de membrana tubu lar y a la otra de las dos capas colectoras de corrie nte en por lo menos las u bicacio nes extremas opuestas de por lo menos un elemento de membrana tubular, separadas exteriorícente de las dos ubicaciones separadas centrales , para que una corriente eléctrica que fluye a través de por lo menos un elemento de membrana tubu lar, ind ucida por el potencial eléctrico aplicado, sea dividida en dos partes que fluyen entre las dos ubicaciones separadas centrales y las ubicaciones extremas opuestas.

U na de las dos capas colectoras de corriente se ubica en el exterior del elemento de membrana tubular. El cátodo se ubica adyacente a una de las dos capas co lectoras de corriente y la al imentación que contiene oxígeno entra en contacto con el exterior del elemento de membrana tubu lar. El oxígeno se recolecta en el interior del elemento de membrana tubular y se retira del interior del elemento de membrana tubular. Seg ún lo i ndicado anteriormente , la capa de cátodo y u na de las dos capas colectoras de corriente pueden extenderse parcialmente a lo largo de una d imensión de lo ng itud del elemento de membrana tu bular ta l que las secciones extremas opuestas externas del elemento de membrana tu bu lar estén desprovistas de por lo menos la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente ubicada adyacente a por lo menos u na capa de cátodo. A este respecto, las secciones extremos , seg ú n lo ind icado anteriormente podrían estar desprovistas de la capa de ánodo y la otra de las dos ca pas colectoras de corriente también . La corriente se puede aplicar al otro de los colectores de corriente e n u na pl uralidad de pu ntos ubicados dentro del elemento de membrana tubular entre las ubicaciones extremas del mismo .

En aún otro aspecto, la presente invención proporciona un elemento de membrana tubular para la separación de oxígeno impulsada eléctricamente en donde el elemento de membrana tubular comprende u na capa de ánodo , una capa de cátodo , u na capa de electrólito ubicada entre la capa de ánodo y la capa de cátodo y dos capas colectoras de corriente ubicadas adyacentes y en contacto con la capa de ánodo y con la capa de cátodo. Las dos capas colectoras de corriente se ubican en el interior y exterior del elemento de membrana tubular para permitir que un potencial eléctrico sea aplicado por u na fuente de energ ía para i nd ucir el transporte de iones de oxígeno a través de la capa de electrólito desde la capa de cátodo a la capa de ánodo.

Los sel los extremos están u bicados en los extremos opuestos del elemento de membrana tu bu lar. Cada u no de los sellos extremos comprende un miembro de tipo tapón ubicado dentro del elemento de membrana tubular y formado por un eiastómero para producir u n sello hermético y los medios para retener el miembro de tipo tapón dentro del elemento de membrana tubular. Por lo menos u na al imentación transversal eléctrica sellada penetra por lo menos u no de los sellos extremos y u n conjunto de cond uctores eléctricos pasa a través de por lo menos u na alimentación transversal eléctrica sellada y en contacto eléctrico con u na de las d os capas colectoras de corriente ubicadas en el interior del elemento de membrana tubular y en conexión con la otra de las dos capas colectoras de corriente ubicadas en el exterior del elemento de membrana tubular. U n tubo de salida penetra uno de los sellos extremos o el otro de los sellos extremos para permitir que el oxígeno sea descargado del elemento de membrana tubu lar.

Los medios de retención pueden ser un depósito de un ad hesivo de cerámica ubicado dentro del elemento de membrana tubular adyacente al miembro de tipo tapón y colocado para prevenir el movimiento exterior del miembro de tipo tapón .

Por lo menos u na al imentación transversal eléctrica sellada puede ser dos alimentaciones transversales eléctricas selladas opuestas que penetran los sellos extremos . El tubo de salida puede penetrar u no de los sellos extremos y el conj unto de cond uctores eléctricos comprende un primer par de conductores eléctricos y un segu nd o par de cond uctores eléctricos. El primer par de cond uctores eléctricos está conectado con dos ubicaciones centrales separadas de la otra de las dos capas colectoras de corriente ubicadas en el exterior del elemento de memb rana tubu la r y el seg undo par de conductores eléctricos pasa a través de las dos alimentaciones transversales eléctricas selladas opuestas . Un distribuidor de corriente de configuración alargada ubicado dentro de cada u no de los elementos de membrana tu bu lar, se extiende entre los extremos del elemento de membrana tu bu lar, e ntra en co ntacto con u na de las dos capas colectoras de corriente ubicadas en el interior del elemento de membrana tubular y está conectado, en los extremos opuestos, con el segundo par de conductores eléctricos. El distribuidor de corriente puede tener una configuración helicoidal.

En aún otro aspecto, la presente invención proporciona un sello extremo para sellar un extremo de un elemento de membrana tubular configurado para la separación de oxígeno impulsada eléctricamente. El sello extremo comprende un miembro de tipo tapón ubicado dentro del elemento de membrana tubular y formado por un elastómero para producir un sello hermético y los medios para retener el miembro de tipo tapón dentro del elemento de membrana tubular. Los medios de retención son un depósito de un adhesivo de cerámica ubicado dentro del elemento de membrana tubular adyacente al miembro de tipo tapón y colocado para prevenir el movimiento exterior del miembro de tipo tapón. Este sello extremo se puede utilizar en cualquier modalidad de la presente invención.

Breve Descripción de los Dibujos Aunque la especificación concluye con las reivindicaciones que indican de manera distinta la materia objeto que los Solicitantes consideran como su invención, se cree que la invención será entendida cuando se toma con relación a los dibujos anexados, en donde: La figura 1 es una vista seccional esquemática de los conjuntos de elementos de membrana tubular de un montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de acuerdo con la presente invención ilustrados dentro de un depósito calentado y con las conexiones eléctricas a tales elementos no mostrados; La figura 2 es una vista en perspectiva de los elementos de membrana tubular agrupados utilizados en la figura 1; La figura 3 es una vista seccional esquemática de una membrana compuesta tubular utilizada en los elementos de membrana tubular ilustrados en las figuras 1 y 2; La figura 4 es una vista seccional fragmentaria esquemática de un montaje de separación de oxígeno utilizado en la figura 1 que ilustra la conexión eléctrica del mismo a una fuente de energía; La figura 5 es una vista esquemática seccional de la conexión eléctrica de los elementos de membrana compuestos utilizados en un montaje de separación de oxígeno mostrado en la figura 1 ; La figura 6 es una representación gráfica del perfil de temperatura a lo largo de la longitud de un elemento de membrana tubular de un montaje de separación de oxígeno de la presente invención en comparación con un elemento de membrana tubular de un montaje de separación de oxígeno de la técnica anterior; y La figura 7 es una vista seccional esquemática de una modalidad alternativa del elemento de membrana tubular utilizado en la figura 1.

Descripción Detallada de la Invención Con referencia a la figura 1, se ilustra un separador de oxígeno 1 que tiene montajes de separación de oxígeno 10 contenidos dentro de un depósito calentado 12. Cada uno de los montajes de separación de oxígeno 10 está formado por los elementos de membrana tubular 14 que son sujetados en una posición de tipo conjunto por los miembros de aislamiento extremos 16 y 18 que se fabrican de fibra de alúmina de pureza elevada. Los elementos de membrana tubular para los propósitos ejemplares pueden tener un diámetro externo de aproximadamente 6.35 mm, un espesor de pared total de aproximadamente 0.5 mm y una longitud de aproximadamente 55 cm. Los miembros de aislamiento extremos 16 y 18 son retenidos dentro de las aberturas opuestas 20, 22 y 24 y 26 definidas en las paredes extremas aisladas 28 y 30 del depósito calentado 12. El depósito calentado 12 puede tener una configuración cilindrica que tiene un flanco aislado 32 que conecta las paredes extremas 28 y 30. Una capa de aislamiento calentada 34 se coloca de manera coaxial dentro del flanco aislado 32 y contiene los elementos de calentamiento para calentar los elementos de membrana tubular 14 a una temperatura operacional en la cual el transporte de iones de oxígeno ocurre cuando un potencial eléctrico se aplica a tales elementos.

Durante la operación del separador de oxígeno 1, una corriente de alimentación que contiene oxígeno 36 se introduce en el interior del depósito calentado 12 por una entrada 37 para entrar en contacto con el exterior de los elementos de membrana tubular 14. Por medio de un potencial aplicado a los elementos de membrana tubular 14, el oxígeno se convierte a iones de oxígeno que se transportan al interior de tales elementos 14. El oxígeno separado entonces se descarga con los arreglos de colector 38 que tienen un arreglo de tipo araña de los tubos 39 conectados con un accesorio de compresión 40 que tiene orificios (no ilustrados) para recibir las corrientes de oxígeno de los tubos 39 y descargar una corriente de oxígeno 42 de los accesorios de compresión 40. Aunque no se ilustraron, los accesorios de compresión 40 se podrían conectar con la tubería de descarga común u otro colector para recolectar y descargar el oxígeno separado. El retenido reducido en oxígeno se descarga como una corriente de retenido 44 de una salida 46 del depósito calentado 12.

Con referencia adicional a la figura 2, se puede observar que cada uno de los miembros de aislamiento extremos 16 y 18 se proporciona con las ranuras 48 para sujetar los elementos de membrana tubular 14 en su lugar. En la modalidad ilustrada particular, cada uno de los conjuntos consiste de seis de tales elementos de membrana tubular 14. Cada uno de los elementos de membrana tubular 14 se proporciona con sellos extremos que son formados por casquillos extremos 50 ubicados en los extremos opuestos de los mismos. Las alimentaciones transversales eléctricas 52 y 54 penetran los caequillos extremos 50. Además, los tubos de salida 56 penetran los casquillos extremos 50 en un extremo de los elementos de membrana tubular 14.

Se entiende que la discusión del separador de oxígeno 1 es para propósitos ilustrativos solamente y no está pensada para limitar el uso de la invención o alcance de las reivindicaciones anexadas. A este respecto, la presente invención tiene aplicación a un separador de oxígeno que tiene un solo elemento de membrana tubular 14 o tal elemento de membrana tubular 14 es utilizado para propósitos distintos a la producción de oxígeno. Por ejemplo, la invención tiene aplicabilidad en un purificador que se utilice para retirar el oxígeno de una corriente de alimentación que contiene oxígeno y como tal, la corriente de alimentación se podría alimentar al interior de los elementos de membrana tubular.

Con referencia a la figura 3, cada elemento de membrana tubular 14 se proporciona con una capa de cátodo 58, una capa de ánodo 60 y una capa de electrólito 62. Dos capas colectoras de corriente 64 y 66 son ubicadas adyacentes a la capa de ánodo 58 y a la capa de cátodo 60, respectivamente, para conducir una corriente eléctrica a la capa de ánodo y a la capa de cátodo. Aunque la presente invención tiene aplicación en cualquier estructura compuesta que compone un elemento de membrana tubular 14, para propósitos ejemplares, la capa de cátodo 58 y la capa de ánodo 60 pueden ser de entre aproximadamente 1 0 y aproximadamente 50 micrones de espesor y la capa de electrólito 62 puede ser de entre aproximadamente 1 00 micrones y aproximadamente 1 mm de espesor, con un espesor preferido de aproximadamente 500 micrones. La capa de electrólito 62 es impermeable al gas y puede ser mayor de aproximadamente 95 por ciento densa y preferiblemente mayor de 99 por ciento densa. Cada capa de cátodo 58 y capa de ánodo 60 puede tener una porosidad de entre aproximadamente 30 por ciento y aproximadamente 50 por ciento y se pueden formar de (La0.8Sro.2)o.98M n03.e. La capa de electrólito 62 puede ser de 6% molar de circonio saturado con escandio. Cada una de las capas colectoras de corriente 64 y 66 pueden ser de entre aproximadamente 50 y aproximadamente 150 micrones de espesor, tienen u na porosidad de entre aproximadamente 30 por ciento y aproximadamente 50 por ciento y se pueden formar de un polvo de partículas de plata q ue tienen depósitos su perficiales de óxido de circonio. Tal polvo se puede producir por los métodos bien conocidos en la técnica , por ejemplo por recubrimiento de lavado o aleación mecánica . Para propósitos ejemplares, u n polvo de plata , desig nado como polvo FE RRO S 1 1 000-02 , se puede obtener de Ferro Corpo ration , Electronic M aterial Systems, 3900 South Clinton Aven ue, South Plainfield , New Jersey 07080 E . E. U . U . El tamaño de las partícu las conten idas en tal polvo está entre aproximadamente 3 y a proximadamente 1 0 micrones de diámetro y las partículas tienen un área superficial específica baja de aproximadamente 0.2 m2/gramo. Los depósitos superficiales de circonio se pueden formar en tal polvo tal que el circonio representa aproximadamente0.25 por ciento en peso de la partícula revestida.

D urante la operación del separador de oxígeno 1 , el oxígeno contenido en la corriente de alimentación que contiene oxígeno 36 entra en contacto con la capa colectora de corriente 64 y se impreg na a través de los poros de la misma a la capa de cátodo 58 q ue seg ú n lo i ndicado anteriormente también es porosa. El oxígeno se ioniza como resu ltado de u n potencial eléctrico aplicado a las capas de cátodo y ánodo 58 y 60 en las capas colectoras de corriente 64 y 66. Los iones de oxígeno resultantes se transportan a través de la capa de electrólito 62 bajo fuerza impu lsora del potencial apl icad o y emergen en el lado de la capa de electrólito 62 adyacente a la capa de ánod o 60 donde los electrones se adq u ieren para forma r el oxígeno elemental. El oxígeno se impregna a través de los poros de la capa de ánodo 60 y a través del colector de corriente adyacente 66 donde el oxígeno pasa al interior del elemento de membrana tubular 14.

Se debe observar, de q ue a u nq ue la capa de cátodo esté u bicada en el exterior de los elementos de membra na tu bular 14, es posible inverti r las capas a modo que la capa de ánodo esté establecida en el exterior de los elementos de membrana tubular 1 4 y la capa de cátodo esté ubicada en el i nterior. Tal modalidad sería utilizada donde el dispositivo fue utilizado como purificador. En tal caso la alimentación que contiene oxígeno fluiría en el interior de los elementos de membrana tubular 14.

Con referencia adicional a las figuras 4 y 5, el potencial eléctrico, generado por una fuente de energía 70, se puede aplicar a los elementos de membrana tubular 14 por medio de un conjunto de conductores que se forman de los alambres, preferiblemente de plata. Un primer par de conductores 72 y 74 está conectado con las dos ubicaciones separadas centrales 76 de un primer elemento de los elementos de membrana tubular 14 en la capa colectora de corriente 64 y con el poste negativo de la fuente de energía 70. Un segundo par de conductores 78 y 80 conecta la capa de ánodo 60 de un último elemento de los elementos de membrana tubular 14 con el poste positivo de la fuente de corriente eléctrica por medio de un alambre de plata 79 que une el conductor 78 y 80 y un alambre 81 que está conectado con el poste positivo de la fuente de corriente eléctrica 70. El segundo par de conductores 78 y 80 está en contacto eléctrico con la capa colectora de corriente 66 adyacente a la capa de ánodo 60, preferiblemente en varios puntos de contacto, por medio de una conexión a los extremos opuestos de un distribuidor de corriente 82, mostrado más claramente en la figura 4, que puede tener una configuración helicoidal y formarse así de una longitud de alambre de plata que es enrollado en espiral en la configuración helicoidal. Los pares restantes de conductores formados por los alambres aislados 84, 86 y 88, 90 unen los pares de los elementos de membrana tubular restantes 14 en las dos ubicaciones separadas centrales 76 y a los extremos de los distribuidores de corriente 80 utilizados dentro de tales elementos de membrana tubular 14. La conexión eléctrica resultante es una conexión eléctrica en serie. Sin embargo, una conexión eléctrica paralela es también posible. Además, seg ún lo indicado anteriormente, solamente uno de los elementos de membrana tu bu lar 14 se puede utilizar en u n d ispositivo particu lar en el cual se utiliza la presente invención y por lo tanto, tal modalidad utilizaría solamente el primer y seg undo pares de cond uctores 72, 74, 78 y 80.

Con referencia específica a la fig ura 5 , se debe obse rvar q ue con objeto de ilustración , la capa de cátodo 58 y su colector de corriente asociado 64 se muestran como u n solo elemento así como la capa de ánodo 60 y su capa colectora de corriente asociada 66. Seg ú n lo mostrado en la figura 5 , las dos ubicaciones centrales separadas 76 son formadas colocando los alambres 86 y 90, alrededor del elemento de membrana tubula r 14 y sujetando los alambres en rollados 92 en el lugar por los depósitos de goma de plata 94. Los alambres 96 y 98 entonces se pasan a través de los orificios 96 y 98 proporcionados dentro de los miembros de ais lamiento 1 6 y 1 8 , respectivamente. Aunque no estén ilustrados , los alam bres 96 y 98 se puedan envolver al rededor del exterior del elemento de membrana tubular 14 antes de pasar a través de los orificios 96 y 98 para evitar que cuelguen en otros tubos. Se debe observar que los extremos de cada u no de los elementos de membrana tubular 14 son sellados por los casq uillos extremos 50 que están manten idos en su lugar por los depósitos 1 00 y las alimentaciones transversales eléctricas 52 y 54 y las salidas 56 son todas mantenidas en el l ugar por los depósitos 1 02. Se debe observar que los casq uillos extremos 50 pueden ser formados por circonio moldeado presionado o inyectado y los depósitos 1 00 y 102 se pueden formar de un sistema de material de sellado de cristal , un sistema de boro-silicato de plomo o un sistema de alu minosilicato de bario . Se debe entender que existen otras maneras posibles de formar los sellos extremos . Por ejemplo , el material de sellado de vidrio por s í mismo o u na mezcla de tal material con u n óxido se podría colocar en los extremos de los tubos. Tal material se podría después encender y enfriar hasta solidificación. Los alambres 84 y 88 pasan a través de las alimentaciones transversales eléctricas 52 y 54 que a su vez son selladas por los depósitos 1 04 de un material para soldar, preferiblemente de 50 por ciento de composición de Ag , Cu , Zn , Sn , Ni.

Segú n lo mencionado anteriormente, las dos ubicaciones centrales separadas 76 de los elementos de membrana tubular 14 p roporcionan la co rriente eléctrica ind ucida en los elementos de membrana tubu lar 1 4 q ue son d istribu idos entre los extremos de tales elementos y las dos ubicaciones centrales separadas 76 para distribuir la corriente más uniformemente a lo largo de la longitud de los elementos de membrana tubular 14. Por lo tanto, la distribución de temperatura es más uniforme y más transporte de iones de oxígeno ocurre en cada uno de los elementos de membrana tubular 14 que la haber aplicado el potencial en solamente dos ubicaciones extremas de cada uno de los elementos de membrana tubular 14 como en la técnica anterior.

Se debe observar que una cierta ventaja, aunque una ventaja menor que cuando se utiliza el distribuidor de corriente 82, se puede obtener conectando los alambres 84 y 90 en las ubicaciones extremas de cada uno de los elementos de membrana tubular 14 que se separan exteriormente de las dos ubicaciones centrales 76. Por las razones que serán discutidas, tales ubicaciones extremas están preferiblemente dentro de los tubos en las regiones de los mismos que no son rodeadas por los aisladores extremos 16 y 18. Otro punto es que si los elementos de membrana tubular 14 fueron utilizados para las aplicaciones de purificación, las dos ubicaciones separadas se pueden colocar dentro de tales elementos. Alternativamente, en cualquier modalidad de la presente invención, las dos ubicaciones separadas se podrían colocar adyacentes a la capa de ánodo 60.

En un ejemplo de las condiciones de operación comunes a una temperatura operacional nominal de 700°C, cada uno de los elementos de membrana tubular se suministra con 1.1 voltios, DC por una fuente de alimentación ajustada a por lo menos 6.6 voltios . La corriente total resultante que fluye a través del circuito completo que incluye la corriente de iones de oxígeno a través del electrólito de los elementos de membrana tubular 14 que es de aproximadamente 22.5 amperios. Se asocia a esta corriente un flujo de oxígeno de aproximadamente 0.83 litros por tubo o casi 0.5 litros para el conjunto de seis tubos y fuera de la salida 38 del colector 40.

Aproximadamente la mitad de la corriente eléctrica, aproximadamente 1 1 .25 amperios fluye a través del circuito de serie creado entre un extremo de cada u no de los elementos de membrana tubulares 14 a u na de las dos ubicaciones separadas centrales 76 y la otra mitad fluye a través del circuito de serie cread o en la otra mitad de los elementos de membrana tubular 1 4 entre la otra de las dos u bicaciones centrales y el otro extremo opuesto de las mismas. De este modo la corriente se distrib uye relativamente de manera u niforme a través de la long itud de los elementos de membrana tubular 1 4. Esta distribución de corriente uniforme es importa nte debido a que cada uno de los elementos de membrana tubular 14 se ca lienta como resultado de la energ ía d isipada d urante la operación . Con referencia a la fig ura 6 , la temperatu ra de u n elemento de membrana tubu lar fue graficada donde el potencial eléctrico en el cátodo fue aplicado solamente en los extremos del tu bo , cerca de los casq ui llos extremos 50 (los datos son presentados en cí rcu los) y donde el potencial eléctrico en el cátodo fue aplicado en las ubicaciones centrales 76 (los datos son presentados como cuadrados). Como es evidente en la gráfica, la elevación de temperatura y por lo tanto la distribución de corriente a lo largo de la longitud del tubo es manejada mejor colocando los conductores que entran en contacto con el cátodo en el centro de jos tubos.

Como puede ser apreciado, la descripción anterior es para propósitos ejemplares solamente. Por ejemplo, cada uno de los elementos de membrana tubular podrían ser de 27.5 cm. Los elementos serían utilizados tanto como aproximadamente dos veces y el voltaje aplicado a cada elemento sería de 1.1 voltios a una corriente de 11.25 amperios. Esta corriente de operación más baja permitiría una longevidad más larga para cada uno de los elementos de membrana tubular.

Con referencia continua a la figura 5, se puede observar que las secciones extremas opuesto externas de cada uno de los elementos de membrana tubular están ubicadas dentro de los aisladores 16, 18 que a su vez están ubicados dentro de la pared de extremo aislada 28 y 30 del depósito calentado 12. Por lo tanto, esencialmente no se presenta ningún transporte de oxígeno en tales ubicaciones. Al mismo tiempo, según lo indicado anteriormente, la temperatura de cada uno de los elementos aumenta a aproximadamente 500°C. Según lo ilustrado, los extremos de cada uno de los elementos de membrana tubular 14 están desprovistos de la capa de cátodo 58 y de su colector de corriente asociado 64 para que la corriente no fluya dentro de los elementos de membrana tubular 14 en tales ubicaciones. Se ha encontrado que donde los elementos de membrana tubular se designan con un flujo de corriente eléctrica dentro de tal sección extrema aislada, la cerámica tenderá a experimentar una reacción de reducción química en tales secciones extremas con un potencial consiguiente de una falla de los elementos. Se debe observar, sin embargo, que ventajosamente, la capa de ánodo 60 y su capa colectora de corriente asociada 66 también se pueden dispersar en tales ubicaciones para no asegurar ningún flujo de corriente en los extremos aislados de los elementos de membrana tubular. Se debe observar que las modalidades de la presente invención son posibles en donde las capas de ánodo y cátodo y sus capas colectora de corriente asociadas se extienden a los extremos físicos de los elementos de membrana tubular 14 incluso cuando son cubiertas con un miembro aislador, pero por las razones discutidas anteriormente, esto no es recomendable.

Según lo indicado anteriormente, las modalidades de la presente invención son posibles sin los distribuidores de corriente 82. En tal caso, la capa de ánodo 62 y su colector de corriente asociado 66 podrían terminar en los miembros aisladores 16 y 18 y los alambres 84 y 88 serían conectados dentro de los elementos de membrana tubular 14 dentro de los extremos de los mismos y de los miembros aisladores extremos T6 y 18. Como tal, las ubicaciones extremas en las cuales el potencial sería aplicado internamente serían separadas de los extremos físicos de los elementos de membrana tubular.

Con referencia a la figura 7, se ilustra un elemento de membrana tubular 14' que constituye una modalidad alternativa del elemento de membrana tubular 14 discutido anteriormente que incorpora los sellos extremos 110 en lugar de los caequillos extremos 50 utilizados en el elemento de membrana tubular 14. Para evitar la repetición innecesaria de la explicación, los elementos mostrados en la figura 7 que se han descrito anteriormente con respecto al elemento de membrana tubular 14 tienen los mismos números de referencia. Se debe observar que en esta modalidad particular, las secciones extremas opuestas externas del elemento de membrana tubular 14' dentro de los aisladores 16 y 18 están desprovistas de las capas de cátodo y ánodo 58 y 60 en las capas colectoras de corriente 64 y 66. Según lo indicado anteriormente, es posible construir el elemento de membrana tubular 14 de modo similar o, por otra parte, construir el elemento de membrana tubular 14' de la manera ilustrada específicamente en los dibujos para el elemento de membrana tubular 14, aunque es menos preferida.

Los sellos extremos 110 y 111 son formados por los miembros de tipo tapón 112 y 114, que son fabricados de un elastómero para efectuar un sello hermético en los extremos del elemento de membrana tubular 14'. Un elastómero conveniente es un fluoroelastómero de VITON® obtenido a través de Dupont Performance Elastomers de Willmington, Delaware, Estados Unidos de Norteamérica.

Durante la operación del elemento de membrana tubular 14', el oxígeno se acumulará y tenderá a forzar a los miembros de tipo tapón 112 y 114 en una dirección exterior y desde los extremos del elemento de membrana tubular 14'. Para retener los miembros de tipo tapón 112 y 114 dentro del extremo del elemento de membrana tubular 14', los depósitos de un adhesivo de cerámica 116 y 118 se introducen en los extremos del elemento de membrana tubular 14' en una ubicación adyacente al miembro de tipo tapón 112 y al miembro de tipo tapón 114, respectivamente. Un adhesivo de cerámica conveniente puede ser un adhesivo de fijación rápida RESBOND™ 940 manufacturado por Cotronics Corporation de Brooklyn, New York, Estados Unidos de Norteamérica. Se debe observar que otros medios convenientes para retener el miembro de tipo tapón 112 y 114 se podrían utilizar, por ejemplo, las llaves mecánicas ubicadas adyacentes al miembro de tipo tapón 112 que penetran los orificios transversales opuestos definidos en los extremos del elemento de membrana tubular 14' o mangas cementadas en el lugar dentro de los extremos del elemento de membrana tubular 14'.

Según lo ilustrado, las alimentaciones transversales eléctricas 52 y 54 penetran cada uno de los depósitos 116 y 118, respectivamente y los miembros de tipo tapón 112 y 114, respectivamente. A este respecto un orificio axial 120 se define dentro del miembro de tipo tapón 112 para la penetración de la alimentación transversal eléctrica 52 y un orificio 122 se define dentro del miembro de tipo tapón 114 para la penetración de la alimentación transversal eléctrica 52. Además, la salida 56 penetra el miembro de tipo tapón 114 y un orificio 124 se proporciona para tales propósitos.

Para instalar los miembros de tipo tapón 112 y 114 dentro del extremo del elemento de membrana tubular 14', los mismos se fabrican con un diámetro externo más grande que el diámetro interno del elemento de membrana tubular 14' y después se enfrían con nitrógeno líquido. La diferencia de porcentaje en los diámetros puede ser se aproximadamente 10 por ciento. Después de los anterior, los miembros de tipo tapón 112 y 114 son instalados en los extremos del elemento de membrana tubular 14' y mientras tales miembros son calentados a temperatura ambiente, los mismos se expanden para producir un sello hermético dentro de los extremos del elemento de membrana tubular 14'. Además, cada uno de los orificios 120, 122 y 124 son más pequeños que las alimentaciones transversales eléctricas asociadas 52 y 54 y la salida 56. Después de la instalación y calentamiento de los miembros de tipo tapón 112 y 114, las alimentaciones transversales eléctricas 52 y 54 y la salida 56 son forzadas a través de los orificios más pequeños para crear los sellos herméticos. Después de lo anterior, los extremos se llenan con los depósitos de adhesivo de cerámica 116 y 118 para terminar los sellos extremos.

Como podría ser apreciado, el sello extremo de los elementos de tipo tapón 112 y 114 y un medio de retención, tal como un depósito de adhesivo de cerámica se podrían utilizar en cualquiera elemento tubular de separación de oxígeno impulsada eléctricamente. Por ejemplo, es posible fabricar tales elementos para que los mismos sean cerrados en un extremo. En tal caso, solamente una sola alimentación transversal eléctrica sellada y el conducto de salida penetrarían tal sello extremo. Además donde el elemento tubular de separación de oxígeno impulsada eléctricamente fue fabricado para estar abierto en ambos extremos, tal sello extremo se podría utilizar para sellar uno de los extremos del mismo y como tal consistiría de un elemento de tipo tapón que parecería virtualmente igual que por ejemplo, elemento de tipo tapón 112 sin el orificio 120 y sin un depósito de adhesivo de cerámica.

Aunque la presente invención se haya descrito con referencia a una modalidad preferida, como sería evidente para los expertos en la técnica, numerosos cambios, adiciones y omisiones pueden hacerse sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención según lo indicado en las reivindicaciones anexadas.

Claims (24)

REIVINDICACIONES

1. Un montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente, que comprende: por lo menos un elemento de membrana tubular que tiene una capa de ánodo, una capa de cátodo, una capa de electrólito ubicada entre la capa de ánodo y la capa de cátodo y dos capas colectoras de corriente ubicadas adyacentes y en contacto con la capa de ánodo y la capa de cátodo y ubicadas en el interior y exterior de por lo menos un elemento de membrana tubular para permitir que un potencial eléctrico sea aplicado por una fuente de energía para inducir el transporte de iones de oxígeno a través de la capa de electrólito desde la capa de cátodo a la capa de ánodo; y un conjunto de conductores conectados con una de las dos capas colectoras de corriente en dos ubicaciones separadas centrales de por lo menos un elemento de membrana tubular y con la otra de las dos capas colectoras de corriente en por lo menos las ubicaciones extremas opuestas de por lo menos un elemento de membrana tubular separado exteriormente de las dos ubicaciones separadas centrales para que la fuente de energía pueda aplicar el potencial eléctrico a través del conjunto de conductores entre las dos ubicaciones separadas centrales y por lo menos dos ubicaciones extremas opuestas y una corriente eléctrica que fluye a través de por lo menos un elemento de membrana tubular inducida por el potencial eléctrico aplicado se divide en dos partes que fluyen entre las dos u bicaciones separadas centrales y las ubicaciones extremas opuestas.

2. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 1 , en donde: las secciones extremas opuestas externas de por lo menos un elemento de membrana tubular se retienen dentro de los miembros de aislamiento; una de las dos capas colectoras de corriente se ubica fuera de por lo menos un elemento de membrana tubular; la capa de cátodo es adyacente a una de las dos capas colectoras de corriente; y la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente se expanden parcialmente a lo largo de una d imensión de long itud de por lo menos u n elemento de membrana tubular tal que las secciones extremas opuestas externas de por lo menos un elemento de membrana tubular estén desprovistas de por lo menos la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente.

3. El montaje de separación de oxígeno impu lsada eléctricamente de la reivindicación 2, en donde : u n d istribuidor de corriente de config u ración alargad a está ubicado dentro de por lo menos u n elemento de membrana tubu lar, extendido entre los extremos de por lo menos u n elemento de membrana tubu lar y está en contacto con el otro de los dos colectores de corriente en u na pluralidad de puntos ubicados dentro de los elementos de membrana tubular; y los conductores conectados con las ubicaciones extremas opuestas de los elementos de membrana tubular están conectados con los extremos opuestos del distribuidor de corriente.

4. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 3, en donde el distribuidor de corriente tiene u na configu ración helicoidal.

5. El montaje de separación de oxígeno impu lsada eléctricamente de la reivindicación 4, en donde: por lo menos u n elemento de membrana tu bular tiene sellos extremos opuestos, alimentaciones transversales eléctricas selladas opuestas q ue penetran los sellos extremos opuestos y un tu bo de salida que penetra u no de los sellos extremos opuestos para descargar el oxígeno; y los cond uctores conectados con por lo menos u n elemento de membrana tubular en las dos ubicaciones extremas opuestas pasan a través de las alimentaciones transversales eléctricas y están conectados con el distribuidor de corriente.

6. El montaje de separación de oxígeno impu lsada eléctricamente de la reivind icación 1 , en donde : por lo menos un elemento de membrana tubu lar es u na pl u ralid ad de elementos de membrana tu bu lar; y la plu ra lid ad de elementos de memb rana tu bular están conectados eléctricamente en serie por el conjunto de cond uctores con un primer par de conductores conectados con las dos u bicaciones separadas centrales de un primer elemento de los elementos de membrana tubular, u n seg undo par de los conductores conectado con las u bicaciones extremas opuestas de un seg u ndo elemento de los elementos de membrana tubular y los pares restantes de conductores unen los pares de elementos de membrana tubular restantes en las dos ubicaciones separadas centrales y en por lo menos las ubicaciones extremas opuestas para q ue el primer par de conductores y el segundo par de cond uctores se puedan conectar con u na fuente de corriente eléctrica .

7. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivind icación 6, en d onde u no de los dos colectores de corriente se u bica en el exterior de cada uno de los elementos de membrana tubular adyacentes a la capa de cátodo y el otro de los dos colectores de corriente se ubica en el interior de los elementos de membrana tu bular adyacentes a la capa de ánodo .

8. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 7, en donde: un distrib uidor de corriente de la config uración alargada está ubicado de ntro de cada uno de los elementos de membrana tu bu lar, extendido entre los extremos de los elementos de mem bra na tu bular y está en contacto con el otro de los dos colectores de corriente en u na pluralidad de puntos ubicados dentro de los elementos de membrana tubular; y los conductores conectados con las ubicaciones extremas opuestas de los elementos de membrana tubular están conectados con los extremos opuestos del distribuidor de corriente.

9. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 8, en donde el distribuidor de corriente tiene una config u ración helicoidal .

1 0. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 7, en donde: los elementos de membrana tubular se acomodan en forma d e conju nto y son mantenidos en u n arreg lo radial por los miembros de aislamiento opuestos ubicados en las secciones extremas opuestas externas de los elementos de membrana tu bular; los elementos de membrana tu bula r tienen sel los extremos opuestos, alimentaciones transversales eléctricas selladas opuestas que penetran los sellos extremos y tubos de salida o puestos q ue penetran los sellos extremos opuestos en un extremo del conju nto para descargar el oxígeno; los cond uctores conectados con los elementos de membrana tu bu la r en las dos u bicacio nes extremas op uestas pasa n a través d e las al imentaciones transversales eléctricas y están en contacto e léctrico con el otro de los dos colectores de corriente; y un colector está conectado con los elementos de membrana tubular de salida y tiene una salida común para descargar el oxígeno que se descarga del tubo de salida.

11. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 10, en donde los sellos extremos comprenden miembros de tipo tapón ubicados dentro de los elementos de membrana tubular formados por un elastómero para producir un sello hermético y los medios para retener los miembros de tipo tapón dentro de los elementos de membrana tubular.

12. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 10, en donde la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente se extienden parcialmente a lo largo de una dimensión de longitud de los elementos de membrana tubular tal que las secciones extremas opuestas externas de los elementos de membrana tubular estén desprovistas de por lo menos la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente.

13. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 11, en donde: un distribuidor de corriente de configuración alargada está ubicado dentro de cada uno de los elementos de membrana tubular, extendido entre los extremos de los elementos de membrana tubular y está en contacto con el otro de los dos colectores de corriente en una pluralidad de puntos ubicados dentro de los elementos de membrana tubular; y los conductores conectados con las ubicaciones extremas opuestas de los elementos de membrana tubular están conectados con los extremos opuestos del distribuidor de corriente.

14. El montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente de la reivindicación 13, en donde el distribuidor de corriente tiene una configuración helicoidal.

15. Un método para aplicar un potencial eléctrico en un montaje de separación de oxígeno impulsada eléctricamente que comprende: aplicar el potencial eléctrico a por lo menos un elemento de membrana tubular que tiene una capa de ánodo, una capa de cátodo, una capa de electrólito formada del material de electrólito y ubicada entre la capa de ánodo y la capa de cátodo y dos capas colectoras de corriente ubicadas adyacentes y en contacto con la capa de ánodo y la capa de cátodo y ubicadas en el interior y exterior de por lo menos un elemento de membrana tubular; y el potencial eléctrico es aplicado a una de las dos capas colectoras de corriente en dos ubicaciones separadas centrales de por lo menos un elemento de membrana tubular y a la otra de las dos capas colectoras de corriente en por lo menos las ubicaciones extremas opuestas de por lo menos un elemento de membrana tubular, separadas exteriormente de las dos ubicaciones separadas para que una corriente eléctrica que fluye a través de por lo menos un elemento de membrana tubular inducida por el potencial eléctrico aplicado se divida en dos partes que fluyen entre las dos ubicaciones separadas centrales y las ubicaciones extremas opuestas.

16. El método de la reivindicación 15, en donde: una de las dos capas colectoras de corriente está ubicada en el exterior del elemento de membrana tubular; el cátodo está ubicado adyacente a una de las dos capas colectoras de corriente; y la otra de las dos capas colectoras de corriente está ubicada en el interior del elemento de membrana tubular, adyacente a la capa de ánodo.

17. El método de la reivindicación 16, en donde: las secciones extremas opuestas externas de por lo menos un elemento de membrana tubular se retienen dentro de los miembros de aislamiento; la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente se extienden parcialmente a lo largo de una dimensión de longitud del elemento de membrana tubular tal que las secciones extremas opuestas externas del elemento de membrana tubular estén desprovistas de por lo menos la capa de cátodo y una de las dos capas colectoras de corriente.

18. El método de la reivindicación 17, en donde la corriente se aplica al otro de los colectores de corriente en una pluralidad de puntos ubicados dentro del elemento de membrana tubular entre las ubicaciones extremas del mismo.

19. Un elemento de membrana tubular para la separación de oxígeno impulsada eléctricamente, que comprende: una capa de ánodo; una capa de cátodo; una capa de electrólito ubicada entre la capa de ánodo y la capa de cátodo; dos capas colectoras de corriente ubicadas adyacentes y en contacto con la capa de ánodo y la capa de cátodo y ubicadas en el interior y exterior del elemento de membrana tubular para permitir que un potencial eléctrico sea aplicado por una fuente de energía para inducir el transporte de iones de oxígeno a través de la capa de electrólito desde la capa de cátodo a la capa de ánodo; sellos extremos ubicados en los extremos opuestos del elemento de membrana tubular, cada uno de los sellos extremos comprenden un miembro de tipo tapón ubicado dentro del elemento de membrana tubular y formado por un elastomero para producir un sello hermético y los medios para retener el miembro de tipo tapón dentro del elemento de membrana tubular; por lo menos un alimentación transversal eléctrica sellada que penetra por lo menos uno de los sellos extremos; un conjunto de conductores eléctricos que pasan a través de por lo menos una alimentación transversal eléctrica sellada y en contacto eléctrico con una de las dos capas colectoras de corriente ubicadas en el interior del elemento de membrana tubular y conectados con la otra de las dos capas colectoras de corriente ubicada en el exterior del elemento de membrana tubular; y un tubo de salida que penetra uno de los sellos extremos o el otro de los sellos extremos para permitir que el oxígeno sea descargado del elemento de membrana tubular.

20. El elemento de membrana tubular de la reivindicación 1 9 , en donde los medios de retención son u n depósito de u n ad hesivo de cerámica ubicado dentro del elemento de membrana tubular adyacente a u n miembro de tipo tapón y colocado para prevenir el movimiento exterior del miembro de tipo tapón .

21 . El elemento de membrana tubular de la reivindicación 1 9, en donde: por lo menos u na alimentación transversal eléctrica sellada es dos a l imentaciones tra nsversales eléctricas selladas opuestas que penetran los sellos extremos ; el tubo de salida penetra uno de los sellos extremos; el conj u nto de cond uctores eléctricos comprende u n primer pa r de conductores eléctricos conectados con dos ubicaciones separadas centrales de la otra de las dos capas colectoras de corriente ubicad as en el exterior del elemento de membrana tub u lar y u n segundo par de conductores eléctricos que pasa a través de las dos alimentaciones transversales eléctricas selladas op uestas ; y un distribuidor de corriente de configuración alargada que está ubicada dentro de cada uno de los elementos de membrana tubu lar, extendido entre los extremos del elemento de membrana tubu lar, entra en contacto con u na de las dos capas colectoras de corriente ubicadas en el interior del elemento de membrana tubular y está conectado , en los extremos opuestos, con los seg u ndos pares de conductores eléctricos .

22. El elemento de membrana tubular de la reivindicación 21 , en donde el distribuidor de corriente tiene una config uración helicoidal.

23. U n sello extremo para sellar un extremo de un elemento de membrana tubular config u rado para la separación de oxígeno impulsada eléctricamente, que comprende u n miembro de tipo tapón u bicado dentro del elemento de membrana tubular y formado por u n elastómero para producir u n sello hermético y los medios pa ra retener el miembro de tipo tapón dentro del elemento de membran a tubular.

24. El sello extremo de la reivindicación 20 , en donde los med ios de retención son u n depósito de un adhesivo de cerámica ubicado dentro del elemento de membrana tubular adyacente al miembro de tipo tapón y colocado para preven ir el movimiento exterior del miembro de tipo tapón .