ES1261580U - Modulo ionico - Google Patents
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- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
Un módulo iónico que comprende: - una pluralidad de celdas (8) con electrodos (4), donde las celdas (8) están intercaladas en una canalización (7) cerrada por donde circula un fluido, que contiene disueltos electrolitos, impulsado por una bomba hidráulica (22), que se almacena en un depósito (3) inferior; - una celda cloradora (24) situada después de la bomba hidráulica (22); - un Venturi (21)configurado para aportar al fluido el oxígeno atmosférico y la recuperación del gas hidrógeno producido en las celdas (8), configurado para producir Ion hipoclorito ClO; - un dosificador de ácido (26) integrado en la canalización (7), configurado para disminuir el factor pH del fluido y eliminar las cales, disponiendo además de un mecanismo calefactor (27) de agua intercalado, un tubo exterior (19) configurado para aspirar y aportar oxígeno atmosférico al electrolito; - un depósito para disolver sal y oxidantes (16) configurado para aumentar la concentración de electrolito situado en la entrada de fluido al depósito (3); - un filtro (23) configurado para filtrar el fluido impulsado por la bomba hidráulica (22), y un dispositivo (31) compuesto de una batería o condensador configurado con un interruptor para dar 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.
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo iónico
Objeto de la invención
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.
Antecedentes de la invención
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.
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.
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.
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.
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.
Las pilas alcalinas. Los electrodos son de cinc y óxido de manganeso con un electrolito alcalino y membrana separadora.
Las pilas plata-cinc. Utilizada en aplicaciones aeronáuticas porque el porcentaje de su desempeño es bueno.
Descripción de la invención
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Como electrolito se puede utilizar una solución acuosa compuesta por una de entre las siguientes combinaciones:
- H 2 O agua y NaCI cloruro de sodio,
- H 2 O agua y KCI cloruro de potasio,
- H 2 O agua y NH 4 CI cloruro de amonio, o
- H 2 O + NaCI + H 3 PO 4 + C O
Como oxidante se puede utilizar una solución acuosa compuesta por una de entre las siguientes combinaciones:
- H 2 O agua y H 3 PO 4 ácido fosfórico,
- H 2 O agua y H 2 SO 4 ácido sulfúrico,
- H 2 O agua y HNO 3 ácido nítrico,
- H 2 O agua y ácido hipocloroso,
- H 2 O agua y dicloro,
- H 2 O agua y tricloro, o
- H 2 O agua y sales de cromato.
El problema resuelto por esta invención es la generación eléctrica estable a partir de los metales.
Descripción de los dibujos
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:
Figura 1. Representa el alzado de un circuito cerrado donde se representa esquematizado el funcionamiento del módulo iónico.
Figura 2. Representa una perspectiva de la parte superior de un módulo iónico con sus celdas.
Figura 3. Representa la composición interna de una celda.
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 electrolito
Realización preferente de la invención
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Claims (20)
1. Un módulo iónico que comprende:
- una pluralidad de celdas (8) con electrodos (4), donde las celdas (8) están intercaladas en una canalización (7) cerrada por donde circula un fluido, que contiene disueltos electrolitos, impulsado por una bomba hidráulica (22), que se almacena en un depósito (3) inferior;
- una celda cloradora (24) situada después de la bomba hidráulica (22);
- un Venturi (21) configurado para aportar al fluido el oxígeno atmosférico y la recuperación del gas hidrógeno producido en las celdas (8), configurado para producir Ion hipoclorito CIO;
- un dosificador de ácido (26) integrado en la canalización (7), configurado para disminuir el factor pH del fluido y eliminar las cales, disponiendo además de un mecanismo calefactor (27) de agua intercalado, un tubo exterior (19) configurado para aspirar y aportar oxígeno atmosférico al electrolito;
- un depósito para disolver sal y oxidantes (16) configurado para aumentar la concentración de electrolito situado en la entrada de fluido al depósito (3);
- un filtro (23) configurado para filtrar el fluido impulsado por la bomba hidráulica (22), y un dispositivo (31) compuesto de una batería o condensador configurado con un interruptor para dar 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.
2. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como ánodos en el interior de las celdas (8) una pluralidad de electrodos (4) compuestos principalmente de Aluminio.
3. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como ánodos en el interior de las celdas (8) una pluralidad de electrodos (4) compuestos principalmente de Zinc.
4. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como cátodos en el interior de las celdas (8) una pluralidad de electrodos (4) compuestos principalmente de Cobre.
5. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como cátodos en el interior de las celdas (8) una pluralidad de electrodos (4) compuestos principalmente de carbono en variedad alotrópica estructurados sus átomos en forma hexagonal grafeno.
6. El módulo según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como cátodos en el interior de las celdas (8) una pluralidad de electrodos (4) compuestos por láminas de grafeno.
7. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar en los cátodos unas fundas textiles protectoras para el aislamiento eléctrico entre e| cátodo y ánodo situados en el interior de las celdas (8) fabricadas de poliéster.
8. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar en los cátodos unas fundas textiles protectoras para el aislamiento eléctrico entre el cátodo y ánodo situados en el interior de las celdas (8) fabricadas de fibras de vidrio.
9. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como electrolito una solución acuosa compuesta de H 2 O agua y NaCI cloruro de sodio.
10. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como electrolito una solución acuosa compuesta de H 2 O agua y KCI cloruro de potasio.
11. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como electrolito una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y NH 4 CI Cloruro de Amonio.
12. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y H 3 PO 4 ácido fosfórico.
13. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y H 2 SO 4 ácido sulfúrico.
14. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y HNO 3 ácido nítrico.
15. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y ácido hipocloroso.
16. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y dicloro.
17. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y tricloro.
18. El módulo iónico según reivindicación 1 caracterizado por utilizar como oxidante una solución acuosa compuesta de H 2 O Agua y sales de cromato.
19. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como opción una fórmula en electrolito una solución acuosa compuesta de H 2 O + NaCI + H 3 PO 4 + C^Oz.
20. El módulo iónico según reivindicación 1, caracterizado por utilizar como opción para la entrada y salida del electrolito al interior de las celdas (8) un tubo de longitud superior a dos metros.
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