ES2248989T3

ES2248989T3 - Dispositivo y metodo para polarizacion molecular en agua.

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Publication number: ES2248989T3
Application number: ES99911544T
Authority: ES
Inventors: Denis-Michel Ledoux
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: IN192722B; US6451208B1; CN1299338A; CA2324374C; BR9909415A; EP1075453A1; ATE302163T1; CA2324374A1; DE69926743D1; JP2002509803A; DE69926743T2; EP1075453B1; BR9909415B1; DK1075453T3; AU3021099A; WO1999050186A1; JP3962212B2; CN1163421C

Abstract

Dispositivo de polarización (46) para el tratamiento de fluidos en la separación de contaminantes mediante la utilización de una membrana, para inhibir la deposición de contaminantes, que comprende un conducto alargado externo (48), un conducto coaxial interno (50), una vía de paso de fluido (88) que se encuentra en el medio entre dicho conducto alargado externo (48) y dicho conducto coaxial interno (50), unos medios (76, 78, 40) para crear un campo electroestático dentro de dicha vía de paso, caracterizado por medios deflectores (82) montados en dicha vía de paso del fluido, de tal manera que el fluido introducido en un primer extremo de dicha vía de paso del fluido circule en una configuración en espiral en dicha vía de paso del fluido (88), una pluralidad de agujas de electrodo (84) en comunicación eléctrica con dicho conducto externo (48), dichas agujas de electrodo (84) que se extienden interiormente hacia dicho conducto coaxial interno (50), dicho conducto alargado externo (48) siendoconectado a una toma eléctrica de tierra y dicho conducto coaxial interno (50) que comprende un electrodo metálico (76) con un material dieléctrico, y dichos medios (40) para crear un campo electrostático dentro de dicha vía de paso (88) que comprende una fuente de energía de corriente continua de alta tensión operativamente conectada a dicho dispositivo (46).

Description

Dispositivo y método para polarización molecular en agua.

La presente invención se refiere al tratamiento de fluidos, y más específicamente, se refiere a dispositivos y métodos para el tratamiento de fluidos que contienen contaminantes y en particular, para el tratamiento del agua.

El tratamiento de un fluido, y más específicamente del agua, con un campo es conocido en la técnica. El tratamiento del agua se realiza normalmente para reducir algunos de los problemas relacionados con la incrustación y corrosión del equipo que utiliza agua. En particular, el uso de agua de temperatura elevada en calderas y similares ha provocado siempre problemas significantes y han habido muchas propuestas en la técnica para tratar el agua, incluso el uso de productos químicos, para reducir los problemas de incrustación y corrosión.

En la técnica se sabe cómo tratar el agua de caldera bien con un campo electroestático o con uno magnético y tales dispositivos están comercialmente disponibles. US-A-4443320 revela un mecanismo para tratar líquidos con un medio de inyección de carga eléctrica.

El problema de la incrustación ocurre cuando los sólidos suspendidos se enlazan y se unen en un equipo de intercambio térmico. El grado del problema dependerá del pH del agua, de las condiciones operativas del circuito, de la fuente del agua, etc.

Como ya se ha mencionado, en la técnica se ha propuesto usar campos electroestáticos de alto potencial para tratar el agua de manera que las partículas en suspensión se carguen y puedan ser atraídas/rechazadas según se desee. El mismo principio se usa en otros procesos industriales como por ejemplo la pintura a pistola y fotocopiadoras.

En la técnica se ha propuesto incluso el uso de los campos magnéticos para tratar el agua aunque tales dispositivos no han conseguido una gran aceptación en la industria. Más bien, el tratamiento del agua con productos químicos es la norma en muchas plantas industriales.

Un campo específico donde hay un problema es en la separación de los contaminantes mediante la utilización de una membrana, el principio siendo el de la ósmosis inversa. Muchos de estos sistemas son de uso comercial para purificar el agua. No obstante, un problema que se encuentra en estos sistemas es la vida relativamente corta de la membrana debido al daño de atascamiento y/o daño físico por los contaminantes.

Es un objeto de la presente invención el hecho de proporcionar un sistema de ósmosis inversa mejorada donde la vida de la membrana puede ser mejorada.

Es otro objeto de la presente invención el hecho de proporcionar un dispositivo electroestático nuevo para el tratamiento del agua.

Es también otro objeto adicional de la presente invención el hecho de proporcionar mejoras en los procesos y aparatos que emplean campos para tratar un fluido.

Estos objetos son movidos por un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1.

Se conocen varios tipos de sistemas de bucle cerrado (o parcialmente cerrado) donde la incrustación y la corrosión causan problemas. Se puede incluir un equipo de calefacción y de aire acondicionado como por ejemplo calderas de agua caliente o de vapor, torres de refrigeración de agua, bombas de calor, equipos de refrigeración, destiladores, etc. El uso de un sistema de polarización influencia los contaminantes en el interior del fluido. Con la presente invención, se pueden polarizar las moléculas contaminantes de una forma que modifica la capacidad de las mismas de influir en el sistema. En particular, estas partículas contaminantes son mantenidas en forma iónica por los motivos discutidos a continua-
ción.

El sistema de bucle cerrado puede ser uno cualquiera de los convencionales y normalmente incluye, en el caso del agua caliente o vapor, una caldera, conductos asociados para la recirculación del fluido, una bomba y otros componentes convencionales que comprenden válvulas y similares. Según la presente invención, se proporciona un sistema de polarización para inhibir la deposición de contaminantes.

En un sistema de purificación que utiliza membranas como por ejemplo en la ósmosis inversa, el fluido (de ahora en adelante llamado agua) al pasar sobre la superficie de la membrana del polímero crea una situación en la que la superficie de la membrana llega a ser cargada positivamente con transferencia de electrones al agua que allí se cargan negativamente, y un conductor. Las moléculas neutrales tales como el carbonato cálcico suelen ser desestabilizadas por la inducción de las cargas negativas y generalmente serán atraídas hacia la superficie de la membrana y/o de cualquier otra superficie cargada positivamente. En este estado, el carbonato cálcico es generalmente en forma de agujas pequeñas que pueden tener un efecto perjudicial en la superficie de la membrana. Con el paso del tiempo, la membrana se atasca y en la superficie aparece el daño.

Usando un dispositivo de polarización, el dispositivo, en una forma de realización, proporciona una carga positiva al agua. Las moléculas, por ejemplo, de carbonato cálcico que son normalmente neutrales, están organizando de nuevo sus enlaces electro-químicos. Las pequeñas agujas afiladas de carbonato cálcico suelen juntarse en pequeñas bolas porosas que llevan una carga positiva. Estas pequeñas bolas porosas, cuando alcanzan la superficie de la membrana, absorben y neutralizan los iones negativos y luego hay una repulsión iónica natural entre las bolas de piedra caliza y la superficie. Un proceso similar puede ser realizado con otros contaminantes incluyendo los bio-contaminantes.

En la forma de realización del campo electrostático, se proporciona un dispositivo, que además de crear un campo electrostático, combina el mismo con electrodos que se extienden en la vía de paso para proporcionar un contenido energético localizado.

El generador electroestático puede funcionar a entre -12 kV de corriente continua y -50 kV de corriente continua con una corriente de entre 250 mA hasta 10 mA. Es también posible utilizar un voltaje positivo si las circunstancias lo requieren.

Según la presente invención, se pueden utilizar diferentes tipos de dispositivos de polarización en distintos aparatos de tratamiento del agua tales como sistemas de ósmosis inversa y sistemas de caldera de bucle cerrado.

En esta descripción, se ha hecho referencia al agua como si fuera el fluido tratado con más frecuencia. Hay que entender que otros fluidos pueden ser tratados de la misma manera. Tales fluidos pueden incluir, por ejemplo, líquidos y vapores.

Se entenderá también que los dispositivos de polarización de la presente invención pueden ser utilizados bien individualmente o bien en combinación si se desea.

Breve descripción de los dibujos

Habiendo así descrito en general la invención, se hará referencia a los dibujos anexos que ilustran formas de realización de ésta, en los que:

Figura 1 es una vista esquemática que ilustra un sistema de caldera de bucle cerrado y un sistema de polarización asociado;

Figura 2 esquemáticamente ilustra un sistema de ósmosis inversa que incluye un dispositivo de polarización;

Figura 3 es una vista lateral desde arriba de una forma de realización de un dispositivo de polarización;

Figura 4 es una vista lateral desde arriba, parcialmente en sección, de una parte del dispositivo de polarización de la figura 3;

Figura 5 es una vista lateral desde arriba, parcialmente en sección transversal, del dispositivo de polarización de la figura 3;

Figura 5A es una vista en sección transversal de la figura 5;

Figura 6 es una vista transversal lateral de la parte del conducto interno del dispositivo de polarización de la figura 3; y

Figura 7 es una vista lateral desde arriba de una forma de realización preferida de un medio deflector que puede ser incorporado en el dispositivo de polarización de las Figuras de la 3 a la 6.

Descripción de las formas de realización preferidas

Figura 1 ilustra un sistema de caldera de bucle cerrado generalmente designado por la referencia numérica 100. El sistema de caldera de bucle cerrado 100 incluye una caldera 102 con unos conductos 104 para la circulación del agua. Una bomba de circulación 106 bombea el agua a través de los conductos 104 que están provistos de válvulas 105 según una manera convencional. El agua es bombeada a través de un conducto para su empleo final según se indica por la flecha 108 y devuelta según se indica por la flecha 110.

Un sistema de polarización iónica 112 se instala en línea e incluye un conducto de entrada 114 y un conducto de salida 116.

El sistema de polarización iónica 112, como se muestra en la Figura 1, incluye una válvula solenoide 118 de temperatura elevada montada en un conducto de entrada 114. Un circuito automático 120 es operativamente conectado a la válvula solenoide 118 de temperatura elevada y dicha válvula solenoide se cierra durante la expulsión del sistema como se discutirá con mayor detalle a continuación.

Se instala un indicador de presión 122 en el conducto antes de la entrada a un filtro 124. El filtro 124 es preferiblemente del tipo lavable y se utiliza para eliminar agregados sedimentarios. El filtro 124 preferiblemente filtra hasta una micra.

Se instala un segundo indicador de presión 126 en la salida del filtro 124. En el fondo del filtro 124, se provee una válvula de bola motorizada 128 para permitir la descarga, después del retrolavado, hasta la línea de descarga de las aguas residuales 130.

Se instala un dispositivo de polarización 132 en línea y se explicará con mayor detalle a continuación. El dispositivo de polarización 132 se conecta de forma operativa al circuito de automatización 120 y se provee de un dispositivo de indicación visual 134 que puede informar sobre cualquier cortocircuito u otro problema asociado a este.

Después del dispositivo de polarización 132, se proporciona un interruptor de presión invertido 134 para proteger a una bomba 138 montada en línea de caídas de presión imprevistas. La bomba 138 es utilizada para llevar una parte del agua del circuito de la caldera para tratar una parte de ésta. La bomba puede ser ajustada según la presión de la caldera y la restricción natural que será creada por el sistema de polarización.

Después de la bomba 138, se proporciona otra válvula solenoide 142 por la cual pasa el agua a través del conducto de salida 116.

El sistema puede incluir un conducto de agua 144 alimentado a la válvula solenoide 146 que se conecta incluso de forma operativa al circuito de automatización 120, con el objetivo de retrolavar periódicamente el filtro 124.

Volviendo a la Figura 2, se ilustra un sistema de ósmosis inversa. En este sistema, una válvula 160 se instala en una línea de entrada del agua 161. Un primer indicador de presión 162 se instala allí por el cual el agua pasará consecutivamente a través de los filtros 164 y 166.

El filtro 164 es preferiblemente del tipo formado por micro-fibras de polipropileno en una matriz. Estos filtros proporcionan propiedades de filtrado extremadamente buenas y son fabricados para tener un control muy preciso del tamaño de la partícula filtrada. El filtro 166 es preferiblemente un filtro de carbono activo que elimina un gran número de contaminantes y de ese modo protege la membrana de ósmosis inversa del contacto con algunos de estos contaminantes perjudiciales particularmente aquellos por ejemplo como la clorina.

A la salida del filtro de carbono 166, se proporciona un indicador de presión 168 que, en combinación con el indicador de presión 162, indicará cualquier caída de presión y en consecuencia cualquier posible atascamiento de los filtros 164 y 166. Una válvula de equilibrio 170 es proporcionada en la línea de salida y el agua es luego alimentada a través de un conducto 172 a un dispositivo de polarización 174. Después de pasar a través de un dispositivo de polarización 174, es entregada a un dispositivo de ósmosis
inversa 176.

El dispositivo de polarización 174, como se explica a continuación, polariza los contaminantes como por ejemplo las moléculas de piedra caliza y los detiene para que no provoquen ningún daño a la membrana creando una repulsión iónica natural de cada molécula o partícula.

El sistema de ósmosis inversa 176 preferiblemente incluye una membrana de un tipo que puede eliminar más del 96% de todos los disolventes disueltos. Es preferiblemente del tipo TFC que no es atacado por bacterias, virus y parásitos.

Después del sistema de ósmosis inversa 176, se proporciona un conducto de descarga de las aguas residuales 178 y un conducto de descarga de agua pura 180. Sobre el conducto de aguas residuales 178 hay instalado un restrictor 182 para mantener una presión osmótica adecuada en el sistema de ósmosis inversa 176.

El conducto de agua pura 180 pasa a la válvula de equilibrio 170 antes de entregar el agua a un filtro de carbono final para ablandar el agua (si fuera necesario). Posteriormente, puede proporcionarse otro filtrado a través del filtro 186. Este filtro puede utilizar una membrana hidrofílica de polietersulfona para garantizar un agua sin contaminantes biológicos como por ejemplo bacterias, moho, virus y similares.

El sistema incluye un tanque de presión 188 como es conocido en la técnica antes de conducir a un conducto de descarga 190.

Una forma de realización de un dispositivo de polarización está ilustrado en las Figuras 3 a 6 y ahora haremos referencia a éstas.

En esta forma de realización, se proporciona un suministro de energía de alta tensión 40 al igual que un suministro de energía de baja tensión 42 para proporcionar un suministro de alta tensión 40, si fuera necesario. Normalmente, el suministro de energía de alta tensión 40 puede ser capaz de suministrar una potencia de -50 KV hasta +50 KV de corriente continua. De esta manera, el suministro de energía puede ser utilizado para generar iones positivos o iones negativos según se requiera.

Los cables eléctricos 44 conectan operativamente el suministro de energía 40 a un dispositivo de polarización generalmente designado por la referencia numérica 46.

Un dispositivo de polarización 46 tiene un conducto alargado externo 48 y un conducto interno coaxial 50. Para objetivos de conexión, se proporciona un elemento de conexión movible que es generalmente designado por la referencia numérica 52 y cuyo elemento de conexión desmontable 52 permite el acceso al interior del conducto alargado externo 48 según se requiera.

El elemento desmontable externo 52 incluye una pestaña 54 para la conexión con un conducto alargado externo 48 y se proporciona un tapón terminal 56. Un conector generalmente designado por la referencia numérica 58 incluye una primera parte de rosca macho 60 y una segunda parte de rosca macho 62 en medio de la cual hay una parte de tuerca 64. Para proporcionar un sellado apropiado, se proporciona un manguito 66 sujetado en su posición por la tuerca 98 que puede ser enroscada al tornillo mediante la parte de rosca macho 60. A su vez, la parte de rosca macho 62 puede unirse con una parte de rosca en el tapón de la extremidad 56. El conducto alargado 48 es conectado a un elemento de conexión desmontable 52 mediante la pestaña 72 y el perno 74 que une las pestañas 72 y 54.

El conducto coaxial interno 50 está formado por un electrodo metálico 76 que puede comprender, por ejemplo, una barra sólida metálica de un material tal como el cobre. El electrodo circundante 76 es un revestimiento dieléctrico externo 78 que puede estar hecho de un material adecuado como PTFE. En el extremo distal del conducto interno 50, se proporciona un elemento de soporte del conducto 80.

Montados en el interior de la vía de paso 88 están los deflectores 82 que de nuevo tienen una configuración en espiral. Los deflectores 82 se utilizan para ralentizar el flujo del fluido hacia el reactor. El espacio entre el deflector y el conducto interior es preferiblemente pequeño - del orden de 40 a 80 mm y más preferiblemente, entre 50 y 70 mm.

Los soportes 86 son montados dentro del conducto externo 48 y se extienden hacia el conducto interno 50. Los soportes 86 tienen agujas de descarga de electrodos 84 instaladas en sus extremidades. Las agujas 84 son preferiblemente dispuestas para estar entre 30 y 50 mm del conducto interno 50. Las agujas 84 crean una descarga eléctrica intensa similar al conocido Efecto Corona.

La Figura 7 ilustra una forma de realización preferida de un deflector 200 que puede reemplazar los deflectores 82. En esta disposición, se proporciona una parte del soporte en espiral 202 que es conectada para extender longitudinalmente los elementos de conexión 204. Se observará que la parte en espiral 202 está configurada para tener paredes laterales 206 y 208 afiladas hacia el interior para terminar en un borde 210. El borde 210 está distanciado del revestimiento dieléctrico, como se ha mencionado previamente, por una distancia de entre 40 y 80 mm y preferiblemente, de entre 50 y 70 mm.

Como en la forma de realización previamente descrita, se proporcionan preferiblemente los soportes 86 que se extienden para formar una pared y de ese modo un pasaje lento del fluido a través de la vía de paso 88. En los soportes 86 se proporcionan las agujas de electrodo 84.

Claims

1. Dispositivo de polarización (46) para el tratamiento de fluidos en la separación de contaminantes mediante la utilización de una membrana, para inhibir la deposición de contaminantes, que comprende

un conducto alargado externo (48),

un conducto coaxial interno (50),

una vía de paso de fluido (88) que se encuentra en el medio entre dicho conducto alargado externo (48) y dicho conducto coaxial interno (50),

unos medios (76, 78, 40) para crear un campo electroestático dentro de dicha vía de paso,

caracterizado por medios deflectores (82) montados en dicha vía de paso del fluido, de tal manera que el fluido introducido en un primer extremo de dicha vía de paso del fluido circule en una configuración en espiral en dicha vía de paso del fluido (88), una pluralidad de agujas de electrodo (84) en comunicación eléctrica con dicho conducto externo (48), dichas agujas de electrodo (84) que se extienden interiormente hacia dicho conducto coaxial interno (50), dicho conducto alargado externo (48) siendo conectado a una toma eléctrica de tierra y dicho conducto coaxial interno (50) que comprende un electrodo metálico (76) con un material dieléctrico, y dichos medios (40) para crear un campo electrostático dentro de dicha vía de paso (88) que comprende una fuente de energía de corriente continua de alta tensión operativamente conectada a dicho dispositivo
(46).

2. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos medios deflectores (82) están dispuestos de manera que un fluido que pasa a través de dicha vía de paso del fluido (88) circulará a 360 grados en una distancia equivalente a 1 vez y media la longitud de los imanes.

3. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho material dieléctrico (78) es PTFE.

4. El dispositivo según la reivindicación 1 que además incluye al menos una pared anular (86) que se extiende hacia el interior de dicho conducto externo alargado hacia dicho conducto coaxial interno, dichas agujas de electrodo (84) estando instaladas en dichas paredes.

5. El dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dichos medios deflectores (82) están distanciados de dicho conducto interno por una distancia de entre 40 mm y 80 mm.

6. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos electrodos están distanciados de dicho conducto coaxial interno por una distancia de entre 30 mm y 50 mm.

7. El dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dichos medios deflectores (82) comprenden un deflector (200) que se extiende en espiral, dicho deflector con una primera (206) y una segunda (208) pared lateral afilada hacia el interior, dichas paredes laterales que se fusionan para proporcionar un borde afilado (210).

8. Un método de tratamiento de fluidos en la separación de contaminantes usando una membrana, para inhibir la deposición de contaminantes, caracterizado por las fases de suministro de un aparato según la reivindicación 1, pasando el fluido que debe ser tratado a través de un campo de una fuente de energía de corriente continua (40) de alta tensión para crear una carga positiva en cualquiera de las sustancias granulosas del fluido.