ES1261580U - IONIC MODULE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Módulo iónicoIonic modulus
Objeto de la invenciónObject of the invention
Esta invención denominada módulo iónico es una especie de pila compuesta de un conjunto de elementos que fomentan una cinética y un proceso electroquímico para la generación eléctrica por oxidación del ánodo, no permitiendo la adherencia electrostática al cátodo de partículas metálicas (Iones), obteniendo un rendimiento estable de generación eléctrica usando agua, sales y ácidos para componer el electrolito, mediante un proceso en el que mismo electrolito es compartido por el ánodo y cátodo en el interior de la misma celda sin membranas o puentes salinos que separen dos electrolitos distintos, como por ejemplo, cualquier celda galvánica con puente salino o membrana porosa.This invention called ionic module is a kind of cell composed of a set of elements that promote kinetics and an electrochemical process for the electrical generation by oxidation of the anode, not allowing electrostatic adherence to the cathode of metallic particles (Ions), obtaining a performance stable electrical generation using water, salts and acids to compose the electrolyte, through a process in which the same electrolyte is shared by the anode and cathode inside the same cell without membranes or salt bridges that separate two different electrolytes, as per For example, any galvanic cell with a salt bridge or porous membrane.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
En generación eléctrica conocemos la energía generada por fuentes de energía primaria como son las pilas. Una pila es esencialmente una lata llena de químicos que producen electrones. Las reacciones químicas son capaces de producir electrones y este fenómeno es llamado reacción electroquímica, que acaba una vez se han agotado las reacciones químicas posibles, por lo que la vida útil del elemento acaba, siendo difícil su reciclado, con un elemento poroso que separa las zonas anódicas de las catódica, al igual que una celda galvánica.In electricity generation we know the energy generated by primary energy sources such as batteries. A battery is essentially a can filled with chemicals that produce electrons. Chemical reactions are capable of producing electrons and this phenomenon is called electrochemical reaction, which ends once the possible chemical reactions have been exhausted, so that the useful life of the element ends, its recycling being difficult, with a porous element that separates the elements. anode zones of cathodic ones, like a galvanic cell.
La pila de Volta consistía en piezas de tela empapadas en salmuera colocadas entre discos metálicos de zinc y cobre, amontonados en una pila. Esto daba lugar a una fuga de electrolitos cuando el peso de los discos forzaba la salida de electrolitos de la tela. No podía limpiarse bien, o sustituir las placas metálicas corroídas, sin eliminar antes la disolución ácida que impregnaba la pila.Volta's pile consisted of brine-soaked pieces of cloth placed between zinc and copper metal discs, stacked in a pile. This resulted in electrolyte leakage when the weight of the discs forced electrolyte out of the fabric. It could not be cleaned well, or replaced the corroded metal plates, without first removing the acidic solution that permeated the pile.
La pila de Artesa está formada por una caja de madera rectangular recubierta en su parte interna por goma-laca. Unas placas rectangulares de zinc y cobre, soldadas entre sí, estaban sujetas a las paredes aislantes de la caja y dispuestas paralelamente entre sí, dejando unos huecos entre sí. Estos huecos se rellenan con una disolución de ácido sulfúrico que actúa en sustitución de los discos de tela empapada de salmuera de las pilas de Volta.The Artesa basin is made up of a rectangular wooden box covered on the inside by shellac. Rectangular zinc and copper plates, welded together, were attached to the insulating walls of the box and arranged parallel to each other, leaving gaps between them. These gaps are filled with a sulfuric acid solution that acts as a replacement for the brine-soaked cloth discs in Volta's piles.
La pila de Bunsen o celda de Bunsen es una de celda electroquímica primaria (es decir, no recargable) de zinc-carbono compuesta por un ánodo de zinc en disolución diluida de ácido sulfúrico separado por una vasija porosa, de un cátodo de carbono en ácido nítrico o ácido crómico.The Bunsen cell or Bunsen cell is a primary electrochemical cell (that is, not rechargeable) of zinc-carbon composed of a zinc anode in dilute sulfuric acid solution separated by a porous vessel, from a carbon-in-acid cathode nitric or chromic acid.
Las pilas comunes de Cinc, también conocidas como pilas estándar de carbón. La química de cinc-carbón es utilizada en cualquier batería AA, o afín. Los electrodos son de cinc y carbón, con una unión ácida entre ellas como electrolito y membrana separadora.Common Zinc batteries, also known as standard carbon batteries. Zinc-carbon chemistry is used in any AA battery, or the like. The electrodes are made of zinc and carbon, with an acid bond between them as an electrolyte and separating membrane.
Las pilas alcalinas. Los electrodos son de cinc y óxido de manganeso con un electrolito alcalino y membrana separadora.Alkaline batteries. The electrodes are made of zinc and manganese oxide with an alkaline electrolyte and separating membrane.
Las pilas plata-cinc. Utilizada en aplicaciones aeronáuticas porque el porcentaje de su desempeño es bueno. Silver-zinc batteries. Used in aeronautical applications because the percentage of its performance is good.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
El funcionamiento del módulo iónico se basa en el uso de elementos intercalados en un circuito cerrado con un electrolito disuelto en un fluido para dotar a este de propiedades cinéticas y químicas para que se produzca electricidad durante un proceso de corrosión en el interior de una pluralidad de celdas sin membranas separadoras, produciendo corriente eléctrica estable. Para dicho fin, se usa como electrolito agua con sales. Además, esta invención elude la polarización de los electrodos, es decir, el efecto adverso que se produce siempre en las pilas que se produce de acuerdo a la descripción en la conducta de Tafel.The operation of the ionic module is based on the use of elements intercalated in a closed circuit with an electrolyte dissolved in a fluid to provide it with kinetic and chemical properties so that electricity is produced during a corrosion process inside a plurality of cells without separating membranes, producing stable electric current. For this purpose, water with salts is used as the electrolyte. Furthermore, this invention circumvents the polarization of the electrodes, that is, the adverse effect that always occurs in the batteries that occurs according to the description in Tafel's behavior.
Para que funcione este módulo iónico es necesario que se produzca una circulación del electrolito disuelto en el fluido en circuito cerrado por efecto de una bomba desde un depósito por un conducto hacia la celda donde se produce la corrosión de los ánodos para la producción eléctrica, que circula hacia el exterior e interior de la celda por un conductor, disponiendo la celda de una canalización para el retorno del electrolito al depósito, que es nuevamente bombeado hacia la celda, y pasa a través de un Venturi que aspira aire del exterior para aumentar los ppm de oxígeno atmosférico en el electrolito y del interior del circuito para fomentar la expulsión de trazas de hidrógeno por el tubo de salida de gases o venteo.For this ionic module to work, it is necessary for the electrolyte dissolved in the fluid to circulate in a closed circuit by the effect of a pump from a tank through a conduit to the cell where the corrosion of the anodes for electrical production occurs, which circulates to the outside and inside of the cell through a conductor, the cell having a channeling for the return of the electrolyte to the tank, which is pumped back into the cell, and passes through a Venturi that draws in air from the outside to increase the ppm of atmospheric oxygen in the electrolyte and inside the circuit to promote the expulsion of traces of hydrogen through the gas outlet or vent tube.
A continuación, el electrolito pasa por un filtro de partículas que retiene las partículas más grandes y a continuación por un filtro que retiene los iones metálicos. Una celda cloradora esta intercalada en el circuito cuando se desea producir ácido hipocloroso directamente partiendo del anión cloruro presente en la sal del electrolito, estando a continuación intercalado un dosificador de ácido y un calefactor de electrolito que son controlados por un sistema medidor y de control.The electrolyte then passes through a particle filter that retains the larger particles and then through a filter that retains the metal ions. A chlorination cell is intercalated in the circuit when it is desired to produce hypochlorous acid directly starting from the chloride anion present in the electrolyte salt, then an acid dispenser and an electrolyte heater are intercalated which are controlled by a measuring and control system.
Un dispositivo compuesto de una batería o condensador inyecta a las celdas pulsos eléctricos conectado en paralelo o en serie con la finalidad de separar del entorno del cátodo los precipitados (Iones) que electrostáticamente tienden a adherirse a dicha superficie catódica. Al conectar en paralelo a la celda otra fuente de energía eléctrica con un voltaje e intensidad superior mediante pulsos, la diferencia de potencial separa los iones adheridos que son arrastrados por el electrolito al filtro de partículas. El sensor mide la composición del electrolito y su temperatura. La entrada del agua para cargar el depósito se realiza por un tubo que lleva intercalado un depósito para disolver las sales y oxidantes, un pre- filtro para retener las impurezas de la sal y una boya imitadora del llenado del depósito.A device composed of a battery or capacitor injects electrical pulses into the cells connected in parallel or in series in order to separate the precipitates (Ions) that electrostatically tend to adhere to said cathode surface from the environment of the cathode. By connecting in parallel to the cell another source of electrical energy with a higher voltage and intensity through pulses, the potential difference separates the adhered ions that are carried by the electrolyte to the particle filter. The sensor measures the composition of the electrolyte and its temperature. The water inlet to load the tank is carried out through a tube that is inserted with a tank to dissolve the salts and oxidants, a pre-filter to retain the impurities in the salt and a float to imitate the filling of the tank.
Cuando se desea desactivar el módulo iónico, el electrolito de las celdas retorna las celdas se vacían al depósito principal. Cuando las celdas están interconectadas eléctricamente en serie, las canalizaciones, los tubos de entrada y salida del electrolito a las celdas debe ser mayor de dos metros.When it is desired to deactivate the ionic module, the electrolyte of the cells returns the cells are emptied to the main reservoir. When the cells are electrically interconnected in series, the conduits, the electrolyte inlet and outlet tubes to the cells must be greater than two meters.
Como ánodos en el interior de las celdas (8) se pueden utilizar una pluralidad de electrodos (4) compuestos principalmente de materiales como aluminio o zinc.A plurality of electrodes (4) composed mainly of materials such as aluminum or zinc can be used as anodes inside the cells (8).
Como cátodos en el interior de las celdas (8) se pueden utilizar una pluralidad de electrodos (4) compuestos principalmente de materiales como cobre, carbono en variedad alotrópica estructurados sus átomos en forma hexagonal grafeno, o láminas de grafeno como cátodos. As cathodes inside the cells (8), a plurality of electrodes (4) composed mainly of materials such as copper, carbon in an allotropic variety structured their atoms in hexagonal form graphene, or graphene sheets as cathodes can be used.
Además, en los cátodos se pueden utilizar unas fundas textiles protectoras para el aislamiento eléctrico entre el cátodo y ánodo situados en el interior de las celdas (8) fabricadas de poliéster o de fibras de vidrio.In addition, protective textile covers can be used on the cathodes for electrical insulation between the cathode and anode located inside the cells (8) made of polyester or glass fibers.
Como electrolito se puede utilizar una solución acuosa compuesta por una de entre las siguientes combinaciones:An aqueous solution composed of one of the following combinations can be used as the electrolyte:
- H 2 O agua y NaCI cloruro de sodio,- H 2 O water and NaCl sodium chloride,
- H 2 O agua y KCI cloruro de potasio,- H 2 O water and KCI potassium chloride,
- H 2 O agua y NH 4 CI cloruro de amonio, o- H 2 O water and NH 4 CI ammonium chloride, or
- H 2 O + NaCI + H 3 PO 4 + C O - H 2 O + NaCI + H 3 PO 4 + CO
Como oxidante se puede utilizar una solución acuosa compuesta por una de entre las siguientes combinaciones:As oxidant, an aqueous solution composed of one of the following combinations can be used:
- H 2 O agua y H 3 PO 4 ácido fosfórico,- H 2 O water and H 3 PO 4 phosphoric acid,
- H 2 O agua y H 2 SO 4 ácido sulfúrico,- H 2 O water and H 2 SO 4 sulfuric acid,
- H 2 O agua y HNO 3 ácido nítrico,- H 2 O water and HNO 3 nitric acid,
- H 2 O agua y ácido hipocloroso,- H 2 O water and hypochlorous acid,
- H 2 O agua y dicloro,- H 2 O water and dichlor,
- H 2 O agua y tricloro, o- H 2 O water and trichlor, or
- H 2 O agua y sales de cromato.- H 2 O water and chromate salts.
El problema resuelto por esta invención es la generación eléctrica estable a partir de los metales.The problem solved by this invention is stable electrical generation from metals.
Descripción de los dibujosDescription of the drawings
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of a practical embodiment thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, with an illustrative and non-limiting nature, the following has been represented:
Figura 1. Representa el alzado de un circuito cerrado donde se representa esquematizado el funcionamiento del módulo iónico.Figure 1. Represents the elevation of a closed circuit where the operation of the ionic module is schematically represented.
Figura 2. Representa una perspectiva de la parte superior de un módulo iónico con sus celdas. Figure 2. Represents a perspective of the upper part of an ionic module with its cells.
Figura 3. Representa la composición interna de una celda.Figure 3. Represents the internal composition of a cell.
Figura 4. Representa el alzado de un módulo iónico donde se representa la parte superior que ocupan las celdas y la parte inferior que ocupa el depósito del electrolitoFigure 4. Represents the elevation of an ionic module where the upper part occupied by the cells and the lower part occupied by the electrolyte reservoir is represented
Realización preferente de la invenciónPreferred embodiment of the invention
De acuerdo a la figura 1, para que funcione este módulo iónico es necesario que se produzca una circulación del electrolito agua en circuito cerrado por efecto de una bomba (9) desde un depósito (3) por un conducto (10, 30) hacia una celda(8) donde se produce la corrosión de unos ánodos para la producción eléctrica que circula hacia el exterior e interior de la celda (8) por un conducto, disponiendo la celda (8) de una canalización (7) para el retorno del electrolito al depósito (3), estando los electrolitos disueltos contenidos en un fluido que es impulsado en la canalización cerrada (7) por una bomba hidráulica (22), y que es nuevamente bombeado hacia la celda (8), y pasa a través de un Venturi (21) que aspira aire del exterior a través de un tubo exterior (19) configurado para aspirar y aumentar los ppm de oxígeno atmosférico en el electrolito y del interior del circuito para fomentar la expulsión de trazas de hidrógeno por un tubo de salida de gases (18) o venteo, así como para la recuperación del gas hidrógeno producido en las celdas (8), configurada para producir el Ion hipoclorito CIO.According to figure 1, in order for this ionic module to function, it is necessary for the water electrolyte to circulate in a closed circuit by the effect of a pump (9) from a tank (3) through a conduit (10, 30) towards a cell (8) where there is corrosion of anodes for electrical production that circulates to the outside and inside of the cell (8) through a conduit, the cell (8) having a channeling (7) for the return of the electrolyte to the tank (3), the dissolved electrolytes being contained in a fluid that is driven in the closed pipeline (7) by a hydraulic pump (22), and that is again pumped towards the cell (8), and passes through a Venturi (21) that sucks air from the outside through an outer tube (19) configured to aspirate and increase the ppm of atmospheric oxygen in the electrolyte and inside the circuit to promote the expulsion of traces of hydrogen through a gas outlet tube (18) or venting, as well as for the recovery of the hydrogen gas produced in the cells (8), configured to produce the hypochlorite ion CIO.
A continuación, el electrolito pasa por un filtro de partículas que retiene las partículas más grandes y a continuación por un filtro (23) configurado para filtrar el fluido impulsado por la bomba hidráulica (22) reteniendo los iones metálicos. Una celda cloradora (24), esta intercalada en el circuito cuando se desea producir ácido hipocloroso directamente partiendo del anión cloruro presente en la sal del electrolito, estando a continuación intercalado un dosificador de ácido (26) y un calefactor (27) de electrolito que son controlados por un sistema medidor y de control (28, 29, 32). El dosificador de ácido (26) está configurado para disminuir el factor pH del fluido y eliminar cales.Next, the electrolyte passes through a particle filter that retains the larger particles and then through a filter (23) configured to filter the fluid driven by the hydraulic pump (22) retaining the metal ions. A chlorinator cell (24) is inserted in the circuit when it is desired to produce hypochlorous acid directly starting from the chloride anion present in the electrolyte salt, then an acid dispenser (26) and an electrolyte heater (27) are inserted that they are controlled by a metering and control system (28, 29, 32). The acid dispenser (26) is configured to lower the pH factor of the fluid and eliminate limes.
Un dispositivo (31) compuesto de una batería o condensador configurado con un interruptor para inyectar a las celdas (8) pulsos eléctricos conectado en paralelo o en serie con la finalidad de separar del entorno del cátodo los precipitados (Iones) que electrostáticamente tienden a adherirse a dicha superficie catódica.A device (31) composed of a battery or capacitor configured with a switch to inject into the cells (8) electrical pulses connected in parallel or in series in order to separate precipitates (Ions) that electrostatically tend to adhere from the environment of the cathode to said cathodic surface.
Al conectar en paralelo a la celda (8) otra fuente de energía eléctrica con un voltaje e intensidad superior mediante pulsos, la diferencia de potencial separa los iones adheridos que son arrastrados por el electrolito al filtro de partículas. Un primer sensor (12) mide la composición del electrolito y un segundo sensor (13) su temperatura.By connecting in parallel to the cell (8) another source of electrical energy with a higher voltage and intensity through pulses, the potential difference separates the adhered ions that are carried by the electrolyte to the particle filter. A first sensor (12) measures the composition of the electrolyte and a second sensor (13) its temperature.
La entrada del agua para cargar el depósito se realiza por un tubo (17) que lleva intercalado un depósito para disolver las sales y oxidantes (16), un prefiltro (15) para retener las impurezas de la sal y una boya (14) limitadora del llenado del depósito (3). Cuando las celdas (8) están interconectadas eléctricamente en serie, las canalizaciones, los conductos (10, 30) de entrada y canalización (7) del electrolito a las celdas (8) deben ser mayores de dos metros.The water inlet to load the tank is carried out through a tube (17) that is interspersed with a tank to dissolve the salts and oxidants (16), a pre-filter (15) to retain the impurities in the salt and a limiting float (14) filling the tank (3). When the cells (8) are electrically interconnected in series, the conduits, the inlet conduits (10, 30) and the conduit (7) of the electrolyte to the cells (8) must be greater than two meters.
De acuerdo a la figura 2, la parte superior del módulo (1) se compone de un cuerpo exterior (2) en cuyo interior existen una pluralidad de celdas (8) que pueden estar conectadas en serie o en paralelo.According to figure 2, the upper part of the module (1) is made up of an outer body (2) inside which there are a plurality of cells (8) that can be connected in series or in parallel.
De acuerdo a la figura 3, el interior de las celdas (8) está compuesto por una pluralidad de ánodos dispuestos y conectados en paralelo por donde circula el electrolito, una pluralidad de cátodos conectados en paralelo y situados entre los ánodos, con un borne positivo (6) y un borne negativo (5).According to figure 3, the interior of the cells (8) is composed of a plurality of anodes arranged and connected in parallel through which the electrolyte circulates, a plurality of cathodes connected in parallel and located between the anodes, with a positive terminal (6) and a negative terminal (5).
De acuerdo a la figura 4, el cuerpo exterior (2) de un módulo iónico se divide en una parte superior del módulo (1) que ocupan las celdas (8) y la tapa y una parte inferior o depósito (3) inferior que ocupan los tubos de salida del electrolito de las celdas (8) y el electrolito.According to figure 4, the outer body (2) of an ionic module is divided into an upper part of the module (1) occupied by the cells (8) and the lid and a lower part or lower tank (3) that occupy the cells electrolyte outlet tubes (8) and the electrolyte.
Finalmente, para la entrada y salida del electrolito al interior de las celdas (8) el módulo puede comprender un tubo de longitud superior a dos metros. Finally, for the entry and exit of the electrolyte into the cells (8), the module can comprise a tube with a length greater than two meters.
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