用于自清洁同心管状电化学电池的新的流动特征制造技术

公开了自清洁电化学电池、包括自清洁电化学电池的系统以及操作自清洁电化学电池的方法。自清洁电化学电池可以包括设置在外壳中的多个同心电极，例如阴极和阳极；界定在同心电极之间的流体通道；位于同心电极之间的分离器；耦接至外壳的相应端部的第一端盖和第二端盖；以及入口锥体。分离器可以被配置成定位电极，并且被设定尺寸为最小化在分离器下游出现的减速区。端盖和入口锥体可以被设定尺寸为保持完全展开的流动，并且最小化跨过电化学电池的压降。

New flow characteristics of self-cleaning concentric tubular electrochemical cells

A self-cleaning electrochemical cell, a system including a self-cleaning electrochemical cell and a method for operating the self-cleaning electrochemical cell are disclosed. The self-cleaning electrochemical cell may include a plurality of concentric electrodes, such as cathodes and anodes, arranged in a housing; a fluid channel defined between concentric electrodes; a separator located between concentric electrodes; a first end cover and a second end cover coupled to a corresponding end of the housing; and an inlet cone. The separator can be configured to position electrodes and be sized to minimize the deceleration zone that occurs downstream of the separator. The end caps and inlet cones can be sized to maintain fully expanded flow and minimize voltage drop across the electrochemical cell.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自清洁同心管状电化学电池的新的流动特征相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年4月14日提交的标题为“NOVELFLOWFEATURESFORSELF-CLEANINGCONCENTRICTUBULARELECTROCHEMICALCELLS”的美国临时申请序号62/485,539的优先权，该美国临时申请为了所有目的通过引用以其整体并入本文。
本文公开的方面和实施方案总体上涉及电化学装置，并且更具体地涉及电氯化电池(electrochlorinationcell)和电氯化装置、操作电氯化电池和电氯化装置的方法以及利用电氯化电池和电氯化装置的系统。概述根据一个方面，提供了自清洁电化学电池(self-cleaningelectrochemicalcell)。该自清洁电化学电池可以包括围绕外壳的中心轴线被同心地设置在外壳中的阴极和阳极。自清洁电化学电池可以包括界定在阴极和阳极之间并且大体上平行于中心轴线延伸的流体通道。自清洁电化学电池可以包括位于阴极和阳极之间并且被配置成保持流体通道的分离器，该分离器具有保持流体通道的宽度的高度。分离器可以被设定尺寸为将在分离器的下游的流体通道内的减速区保持为小于预定长度。分离器可以被设定尺寸为将电解质溶液的速度与平均值的偏差保持在电解质溶液通过流体通道的平均流速的±18％内。在一些实施方案中，在预定长度处速度与平均值的偏差可以小于电解质溶液的平均流速的±5％。在预定长度处速度与平均值的偏差可以小于电解质溶液的平均流速的±2％。r>对于以在2m/s和2.5m/s之间的平均流速流过流体通道的海水，预定长度可以小于约120mm。预定长度可以小于约60mm。根据某些实施方案，分离器可以包括环和从环延伸的多个突出部。突出部可以具有保持流体通道的宽度的高度。突出部的数目以及每个突出部的长度和宽度，可以被选择为将减速区保持在小于预定长度。自清洁电化学电池可以包含围绕外壳的中心轴线同心地布置的多个阴极和多个阳极。多个流体通道中的相应一个可以被界定在每个相邻的阴极和阳极之间。每个流体通道可以大体上平行于中心轴线延伸。自清洁电化学电池可以包括多个分离器。每个分离器可以被配置成保持多个流体通道中的相应一个，多个分离器可以各自包括环和从环延伸的多个突出部。在一些实施方案中，分离器可以被配置成与阴极和阳极中的至少一个配合。根据另一个方面，提供了包括自清洁电化学电池和电解质溶液源的系统。自清洁电化学电池可以具有与流体通道流体连通的入口和出口。电解质溶液源可以具有流体地可连接至自清洁电化学电池的入口的出口，并且被配置成以2m/s或更大的通过流体通道的平均流速递送电解质溶液。自清洁电化学电池可以被配置成从电解质溶液产生产物化合物，并且输出包含产物化合物的产物溶液。自清洁电化学电池可以通过出口流体地可连接至使用点。在一些实施方案中，电解质溶液源可以包括海水、微咸水和盐水中的至少一种。系统可以包括串联地布置的多个自清洁电化学电池。根据另一个方面，提供了自清洁电化学电池，该自清洁电化学电池包括围绕外壳的中心轴线同心地设置在外壳中的阴极和阳极，界定在阴极和阳极之间并且大体上平行于中心轴线延伸的流体通道，第一端盖和第二端盖以及入口锥体。第一端盖可以耦接至外壳的第一端部，并且第二端盖可以耦接至外壳的第二端部。第一端盖和第二端盖中的每个可以包括大体上位于中心的孔和与流体通道流体连通的流体导管。第一端盖的流体导管可以包括第一半径的区和大于第一半径的第二半径的区。入口锥体可以被设置在第一端盖的流体导管内，并且被配置成界定用于电解质溶液进入流体通道的流动路径。第二半径的区可以具有被选择成保持通过流动路径的完全展开的流动的长度。第二半径的区可以具有流动路径的液压直径的在1倍和10倍之间的长度。第一端盖的流体导管可以被设定尺寸为将电解质溶液的入口压力保持在低于约120kPa。入口锥体可以被设定尺寸为将自清洁电化学电池内的压降保持在0kPa和19kPa之间。入口锥体可以是具有在20°和90°之间的顶角的直圆锥。入口锥体可以是具有在40°和60°之间的顶角的直圆锥。自清洁电化学电池可以包括出口截头体，该出口截头体被设置在第二端盖的流体导管内，并且被配置成界定电解质溶液从流体通道流出自清洁电化学电池的流动路径。根据另一个方面，提供了包括自清洁电化学电池和电解质溶液源的系统。自清洁电化学电池可以具有入口和出口。电解质溶液源可以具有流体地可连接至第一端盖的大体上位于中心的孔的出口，并且被配置成以2m/s或更大的通过流体通道的平均流速递送电解质溶液。自清洁电化学电池可以被配置成从电解质溶液产生产物化合物，并且输出包含产物化合物的产物溶液。自清洁电化学电池可以通过第二端盖的大体上位于中心的孔流体地可连接至使用点。在一些实施方案中，电解质溶液源可以包括海水、微咸水和盐水中的至少一种。系统可以包括串联地布置的多个自清洁电化学电池。根据另一个方面，提供了自清洁电化学电池，该自清洁电化学电池包括围绕外壳的中心轴线同心地设置在外壳中的阴极和阳极，界定在阴极和阳极之间并且大体上平行于中心轴线延伸的流体通道，以及位于阴极和阳极之间的分离器。分离器可以被配置成允许电解质溶液通过流体通道。分离器可以被设定尺寸为保持流体通道，并且具有水线型配置。分离器可以包括环和从环延伸的多个突出部。每个突出部可以具有保持流体通道的宽度的高度和足以保持流体通道的宽度。在一些实施方案中，每个突出部可以具有高度的在0.5倍和2倍之间的宽度，以及大于宽度的长度。每个突出部可以具有水线型配置。多个突出部可以在环上大体上均匀地间隔开。在一些实施方案中，分离器可以被设定尺寸为具有在流体通道的流动面积的约10％和约35％之间的横截面积。分离器可以被配置成与阴极和阳极中的至少一个配合。根据另一个方面，提供了包括自清洁电化学电池和电解质溶液源的系统。自清洁电化学电池可以具有与流体通道流体连通的入口和出口。电解质溶液源可以具有流体地可连接至自清洁电化学电池的入口的出口，并且被配置成以2m/s或更大的通过流体通道的平均流速递送电解质溶液。自清洁电化学电池可以被配置成从电解质溶液产生产物化合物，并且输出包含产物化合物的产物溶液。自清洁电化学电池可以通过出口流体地可连接至使用点。在一些实施方案中，电解质溶液源可以包括海水、微咸水和盐水中的至少一种。系统可以包括串联地布置的多个自清洁电化学电池。在另一个方面中，提供了操作电化学系统的方法。该方法可以包括：提供自清洁电化学电池；以约2m/s或更大的通过流体通道的平均流速将电解质溶液引入到自清洁电化学电池中；以一电压跨过阳极和阴极施加电流，所述电压足以从自清洁电化学电池中的电解质溶液产生产物化合物；以及连续地操作电化学系统持续预定的时间段。该方法可以包括连续地操作所述电化学系统持续至少6个月。在一些实施方案中，该方法可以包括提供多个自清洁电化学电池，并且将多个自清洁电化学电池串联地流体连接。根据另一个方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自清洁电化学电池，包括：/n阴极和阳极，所述阴极和阳极围绕外壳的中心轴线同心地设置在所述外壳中；/n流体通道，所述流体通道界定在所述阴极和所述阳极之间并且大体上平行于所述中心轴线延伸；以及/n分离器，所述分离器位于所述阴极和所述阳极之间并且被配置成保持所述流体通道，所述分离器具有保持所述流体通道的宽度的高度，/n所述分离器被设定尺寸为将在所述分离器的下游的所述流体通道内的减速区保持为小于预定长度，并且/n所述分离器被设定尺寸为将电解质溶液的速度与平均值的偏差保持在所述电解质溶液通过所述流体通道的平均流速的±18％内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170414 US 62/485,5391.一种自清洁电化学电池，包括：
阴极和阳极，所述阴极和阳极围绕外壳的中心轴线同心地设置在所述外壳中；
流体通道，所述流体通道界定在所述阴极和所述阳极之间并且大体上平行于所述中心轴线延伸；以及
分离器，所述分离器位于所述阴极和所述阳极之间并且被配置成保持所述流体通道，所述分离器具有保持所述流体通道的宽度的高度，
所述分离器被设定尺寸为将在所述分离器的下游的所述流体通道内的减速区保持为小于预定长度，并且
所述分离器被设定尺寸为将电解质溶液的速度与平均值的偏差保持在所述电解质溶液通过所述流体通道的平均流速的±18％内。


2.如权利要求1所述的自清洁电化学电池，其中在所述预定长度处速度与平均值的偏差小于所述电解质溶液的平均流速的±5％。


3.如权利要求2所述的自清洁电化学电池，其中在所述预定长度处速度与平均值的偏差小于所述电解质溶液的平均流速的±2％。


4.如权利要求1所述的自清洁电化学电池，其中对于以在2m/s和2.5m/s之间的平均流速流过所述流体通道的海水，所述预定长度小于约120mm。


5.如权利要求4所述的自清洁电化学电池，其中所述预定长度小于约60mm。


6.如权利要求1所述的自清洁电化学电池，其中所述分离器包括环和从所述环延伸的多个突出部，每个突出部具有保持所述流体通道的宽度的高度。


7.如权利要求6所述的自清洁电化学电池，其中突出部的数目以及每个突出部的长度和宽度，被选择为将所述减速区保持在小于所述预定长度。


8.如权利要求1所述的自清洁电化学电池，包括多个阴极和多个阳极，所述多个阴极和所述多个阳极围绕所述外壳的所述中心轴线同心地布置，并且多个流体通道中的相应一个被界定在每个相邻的阴极和阳极之间，每个流体通道大体上平行于所述中心轴线延伸。


9.如权利要求8所述的自清洁电化学电池，包括多个分离器，每个分离器被配置成保持所述多个流体通道中的相应一个，所述多个分离器各自包括环和从所述环延伸的多个突出部。


10.如权利要求1所述的自清洁电化学电池，其中所述分离器被配置成与所述阴极和所述阳极中的至少一个配合。


11.一种系统，包括：
权利要求1所述的自清洁电化学电池，所述自清洁电化学电池具有与流体通道流体连通的入口和出口；以及
电解质溶液源，所述电解质溶液源具有流体地可连接至所述自清洁电化学电池的所述入口的出口，并且被配置成以2m/s或更大的通过所述流体通道的平均流速递送电解质溶液，
所述自清洁电化学电池被配置成从所述电解质溶液产生产物化合物，并且输出包含所述产物化合物的产物溶液，
所述自清洁电化学电池通过所述出口流体地可连接至使用点。


12.如权利要求11所述的系统，其中所述电解质溶液源包括海水、微咸水和盐水中的至少一种。


13.如权利要求11所述的系统，包括串联地布置的多个自清洁电化学电池。


14.一种自清洁电化学电池，包括：
阴极和阳极，所述阴极和所述阳极围绕外壳的中心轴线同心地设置在所述外壳中；
流体通道，所述流体通道界定在所述阴极和所述阳极之间并且大体上平行于所述中心轴线延伸；
第一端盖和第二端盖，所述第一端盖耦接至所述外壳的第一端部，所述第二端盖耦接至所述外壳的第二端部，所述第一端盖和所述第二端盖中的每个包括大体上位于中心的孔和与所述流体通道流体连通的流体导管，所述第一端盖的所述流体导管包括第一半径的区和大于所述第一半径的第二半径的区；以及
入口锥体，所述入口锥体被设置在所述第一端盖的所述流体导管内，并且被配置成界定用于电解质溶液进入所述流体通道的流动路径，
所述第二半径的区具有被选择成保持通过所述流动路径的完全展开的流动的长度。


15.如权利要求14所述的自清洁电化学电池，其中所述第二半径的区具有所述流动路径的液压直径的在1倍和10倍之间的长度。


16.如权利要求14所述的自清洁电化学电池，其中所述第一端盖的所述流体导管被设定尺寸为将所述电解质溶液的入口压力保持在低于约120kPa。


17.如权利要求14所述的自清洁电化学电池，其中所述入口锥体被设定尺寸为将所述自清洁电化学电池内的压降保持在0kPa和19kPa之间。


18.如权利要求17所述的自清洁电化学电池，其中所述入口锥体是具有在20°和90°之间的顶角的直圆锥。


19.如权利要求18所述的自清洁电化学电池，其中所述入口锥体是具有在40°和60°之间的顶角的直圆锥。


20.如权利要求14所述的自清洁电化学电池，还包括出口截头体，所述出口截头体被设置在所述第二端盖的所述流体导管内，并且被配置成界定用于所述电解质溶液从所述流体通道流出所述自清洁电化学电池的流动路径。


21.一种系统，包括：
权利要求14所述的自清洁电化学电池，所述自清洁电化学电池具有入口和出口；以及
电解质溶液源，所述电解质溶液源具有流体地可连接至第一端盖的大体上位于中心的孔的出口，并且被配置成以约2m/s或更大的通过流体通道的平均流速递送电解质溶液，
所述自清洁电化学电池被配置成从所述电解质溶液产生产物化合物，并且输出包含所述产物化合物的产物溶液，
所述自清洁电化学电池通过第二端盖的大体上位于中心的孔流体地可连接至使用点。


22.如权利要求21所述的系统，其中所述电解质溶液源包括海水、微咸水和盐水中的至少一种。


23.如权利要求21所述的系统，包括串联地布置的多个自清洁电化学电池。


24.一种自清洁电化学电池，包括：
阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚·格里菲斯，梁荔乡，安德鲁·格林，保罗·贝多斯，
申请(专利权)人：懿华水处理技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US