BR112017019839B1

BR112017019839B1 - Sistema de deionização capacitiva (capdi) e método para tratar um fluido

Info

Publication number: BR112017019839B1
Application number: BR112017019839-8A
Authority: BR
Inventors: Kyle Wood
Original assignee: Ecolab Usa Inc
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2022-08-02
Also published as: AU2016235905A1; US20160272516A1; CN107406282B; EP3271296A4; US11040897B2; JP2018512994A; BR112017019839A2; MX2017012233A; CA2976269A1; EP3271296A1; AU2016235905B2; WO2016153753A1; CN107406282A; JP6626115B2

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA DEIONIZAÇÃO CAPACITIVA DE UM FLUIDO. Aspectos da revelação são direcionados a sistemas e métodos para realizar deionização de um fluido. Um módulo de deioinização capacitiva (CapDI) incluindo uma entrada de fluido e uma saída de fluido pode ser colocado em um sistema de fluxo de fluido. O módulo CapDI pode incluir uma pluralidade de células CapDI dispostas em série entre si. Um circuito de polaridade MOSFET de energia pode receber energia de um regulador de comutação e fornecer energia elétrica bidirecional ao módulo CapDI para realizar processos de deionização e regeneração de módulo. Um controlador pode controlar o fornecimento de energia elétrica do regulador de comutação para o circuito de polaridade MOSFET de energia com base em um sinal recebido de um sensor de condutividade posicionado no caminho de fluxo de fluido.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica prioridade do Pedido de Patente n° de Série U.S. 62/136.209, depositado em 20 de março de 2015, cuja revelação é incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS

[002] Sistemas de deionização capacitiva (CapDI) são conhecidos na técni ca. Em geral, um fluido é passado entre duas placas ou eletrodos capacitivos manti dos a um potencial elétrico. O potencial elétrico faz com que os íons no fluido mi grem em direção ao eletrodo de carga oposta, onde eles podem ser aprisionados em um material poroso e removidos do fluido. Em alguns casos, os próprios eletrodos compreendem um material poroso e aprisionam íons que são atraídos para os mes mos. Sistemas CapDI podem incluir uma pluralidade de células CapDI (conjuntos de eletrodos e/ou camadas porosas) para formar um módulo CapDI que recebe fluido incidente e pode expelir fluido deionizado.

[003] Células exemplificativas necessitam de aproximadamente 1,5 volts e 15 A de energia elétrica aplicada através das mesmas para a funcionalidade de dei- onização capacitiva. Em muitos sistemas CapDI, um módulo CapDI inclui uma plura lidade de células CapDI eletricamente dispostas em uma configuração paralela. O fornecimento de energia elétrica para tal módulo compreende aplicar a mesma ten são através de cada célula, enquanto direciona separadamente a corrente através de cada célula. Em uma configuração paralela de seis células exemplificativas, o módulo precisaria apenas de 1,5 volts, mas até 90 A de corrente para operar. Adici onalmente, ao longo do tempo, o módulo CapDI continua a aprisionar íons do fluido fluindo através do mesmo. Assim, muitos sistemas requerem uma capacidade de expelir os íons aprisionados do módulo CapDI quando o módulo ficar saturado com íons.

[004] Os processos de alta demanda de corrente e regeneração necessários de tais sistemas requerem frequentemente grandes sistemas de controle e de fonte de alimentação, além do módulo CapDI, para operar eficazmente um sistema CapDI. Como tal, pode ser difícil e problemático incorporar um sistema CapDI em uma apli cação limitada em espaço, tal como em um equipamento independente, a fim de for necer fluido deionizado ao mesmo.

SUMÁRIO

[005] Aspectos da revelação são geralmente direcionados a sistemas e mé todos para deionização de um fluido. Sistemas exemplificativos incluem um módulo de deionização capacitiva (CapDI) posicionado em um sistema de fluxo de fluido e configurado para deionizar o fluido fluindo através do mesmo. O módulo CapDI pode incluir uma pluralidade de células CapDI dispostas em série uma com a outra. As sim, a pluralidade de células pode ser alimentada usando corrente comparativamen te baixa quando comparada com células dispostas em paralelo, como discutido aci ma.

[006] Os sistemas podem incluir um circuito de polaridade MOSFET de ener gia, tal como um circuito de ponte-H de estado sólido, configurado para fornecer energia elétrica bidirecional ao módulo CapDI. Em várias modalidades, o circuito de polaridade MOSFET de energia pode ser ajustado a fim de mudar a polaridade da energia elétrica fornecida ao módulo CapDI. Um regulador de comutação pode ser configurado para fornecer energia ao circuito de polaridade MOSFET de energia. Em alguns exemplos, um controlador é configurado para controlar o fornecimento de energia elétrica do regulador de comutação para o circuito de polaridade MOSFET de energia. O controlador pode estar em comunicação com um sensor, tal como um sensor de condutividade, e pode controlar o fornecimento de energia elétrica para o circuito de polaridade MOSFET com base na comunicação entre o controlador e o sensor.

[007] Em algumas modalidades, o controlador pode comparar uma conduti- vidade medida utilizando um sensor de condutividade com um limiar de condutivida- de. Em algumas tais modalidades, na condição em que a condutividade detectada ultrapassa o limiar, o controlador pode atuar para aumentar a energia elétrica aplica da a partir do regulador de comutação ao circuito de polaridade MOSFET de ener gia. Em ainda outros exemplos, se a condutividade detectada for mais baixa que o limiar, o controlador pode atuar para diminuir a energia elétrica aplicada ao circuito de polaridade do MOSFET de energia. Em alguns desses exemplos, o controlador atua para ajustar a energia aplicada ao circuito de polaridade MOSFET de energia ajustando um potencial elétrico aplicado ao regulador de comutação.

[008] Em alguns exemplos, os sistemas podem incluir uma primeira válvula acoplada entre o módulo CapDI e um dispositivo de uso e uma segunda válvula acoplada entre o módulo CapDI e um dreno. Em alguns desses exemplos, durante o uso, a energia elétrica pode ser aplicada ao módulo CapDI a partir do circuito de po laridade MOSFET de energia em uma primeira polaridade enquanto a primeira vál vula permite o fluxo de fluido para o dispositivo de uso. A aplicação de energia na primeira polaridade pode fazer o módulo CapDI capturar eletricamente íons do flui do, desse modo criando um fluido deionizado para fluir em direção ao dispositivo de uso. Durante um processo exemplificativo, a primeira válvula pode ser fechada para impedir fluido de fluir do módulo CapDI para o dispositivo de uso e a segunda válvu la pode ser aberta para permitir que fluido flua do módulo CapDI para o dreno. O circuito de polaridade MOSFET de energia pode ser ajustado para aplicar energia elétrica em uma segunda polaridade oposta à primeira para o módulo CapDI. Tal processo exemplificativo pode ser realizado em resposta a uma condição de regene ração detectada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema CapDI exempli- ficativo de acordo com algumas modalidades.

[010] As Figuras 2A e 2B são diagramas exemplificativos de uma configura ção de CapDI básica tal como pode ser usado em um módulo CapDI.

[011] Figura 3 é um diagrama esquemático de uma placa de controle exem- plificativa para uso com algumas modalidades da invenção.

[012] A Figura 4 é um diagrama de fluxo de processo que ilustra a operação exemplificativa de um sistema CapDI.

[013] A Figura 5 é um diagrama de fluxo de processo que ilustra a operação exemplificativa de um sistema CapDI incluindo um reservatório de fluido.

[014] A Figura 6 é um diagrama de fluxo de processo que ilustra regeneração exemplificativa de um sistema CapDI.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[015] A descrição detalhada seguinte é exemplificativa na natureza e não se destina a limitar o escopo, a aplicabilidade ou a configuração da invenção de qual quer maneira. Em vez disso, a descrição seguinte fornece algumas ilustrações práti cas para implementar várias modalidades da presente invenção. A menos que indi cado de outra maneira, ilustrações de vários aspectos da revelação não são neces sariamente desenhadas em escala. Exemplos de construções, materiais, dimensões e processos de fabricação são fornecidos para elementos selecionados e todos os outros elementos empregam aquilo que é conhecido dos versados na técnica no campo da invenção. Os versados na técnica reconhecerão que muitos dos exemplos notados têm uma variedade de alternativas adequadas.

[016] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema CapDI exempli- ficativo de acordo com algumas modalidades. A Figura 1 mostra uma representação de um sistema CapDI exemplificativo 100 incluindo módulo CapDI 102 que tem uma entrada de fluido 104 e uma saída de fluido 106. Na modalidade ilustrada, o módulo CapDI 102 recebe fluido de uma linha de água fria 108 por meio da entrada de fluido 104. Em geral, a entrada de fluido 104 pode receber fluido de qualquer fonte apro priada para o uso desejado do fluido. Nas modalidades ilustradas, o módulo CapDI 102 está incorporado em um sistema que compreende vários componentes, tal co mo um filtro 110, uma disposição paralela de limitadores de fluxo 112 e válvulas 114a, 114b localizadas em linhas paralelas 113a, 113b, respectivamente. Em alguns sistemas, uma pluralidade de linhas, tal como 113a e 113b, pode ser colocada sele tivamente em comunicação de fluido com a entrada de fluido 104 do módulo CapDI 102 para várias operações e/ou procedimentos usando o módulo 102. As válvulas 114a, 114b, tal como as válvulas solenoides, por exemplo, podem ser incorporadas uma ou mais dessas linhas a fim de acoplar seletivamente as linhas ao módulo 102 e controlar a taxa de fluxo de fluido, por exemplo. Em geral, qualquer número de vá rios componentes pode ser colocado em linha antes da entrada de fluido 104 do módulo CapDI 102 a fim de preparar o fluido para seu uso pretendido. O módulo CapDI 102 recebe e executa um processo de deionização no fluido.

[017] A saída de fluido 106 do módulo CapDI 102 é mostrada compreenden do dois orifícios de saída 116, 130. Em alguns sistemas, o fluido do módulo CapDI pode ser direcionado a um dispositivo de uso para utilizar o fluido deionizado ou pa ra um dreno. Dispositivos de uso podem incluir, por exemplo, uma máquina de lavar pratos, uma torre de resfriamento, aplicações de amolecimento de água, ou outros. Em algumas modalidades, o dispositivo de uso recebe fluido utilizado diretamente do módulo CapDI 102, enquanto em outras modalidades, o sistema CapDI 100 é confi gurado para deionizar fluido por meio do módulo CapDI 102 e direcionar o fluido dei- onizado para um reservatório de fluido 120 para uso futuro. O módulo CapDI pode compreender uma pluralidade de orifícios de saída, tal como na modalidade mostra da na Figura 1, para direcionar o fluido para um de uma pluralidade de destinos pos síveis. Em algumas dessas modalidades, o módulo CapDI 102 pode incluir um sis- tema de uma ou mais válvulas ou outros desviadores de fluido no mesmo para dire cionar o fluido como desejado. Em algumas configurações, um sistema CapDI inclui uma série de uma ou mais válvulas externas acopladas a um ou mais orifícios de saída do módulo CapDI 102 para controlar o destino de fluido proveniente dos orifí cios de saída. Estas válvulas podem incluir qualquer tipo adequado de válvula para controlar o fluxo de fluido, tal como solenoides, válvulas de 3 vias e outros dispositi vos de limitação de fluxo.

[018] Na modalidade ilustrada, o primeiro orifício de saída 116 do módulo CapDI 102 está em comunicação de fluido com uma primeira válvula solenoide 118 e um reservatório de fluido 120 para um dispositivo de uso. O reservatório de fluido 120 pode compreender um detector de nível de fluido 122, representado na modali dade ilustrada por uma boia alta 124 e uma boia baixa 126, para determinar infor mações a respeito da quantidade de fluido deionizado no reservatório de fluido 120. Qualquer detector adequado para detecção de informações sobre a quantidade de fluido no reservatório de fluido 120, ou dispositivo de uso, pode ser utilizado. Em al gumas modalidades, o reservatório de fluido 120 ou outra porção da linha de fluido direcionando o fluido para o dispositivo de uso pode incluir um sensor de condutivi- dade 128 para determinar a condutividade do fluido. O sensor de condutividade po de ser usado para fornecer informações sobre a ionização remanescente no fluido depois de passar através do módulo CapDI 102. Em várias modalidades, outros sensores apropriados podem ser utilizados, tal como um sensor óptico, um sensor de temperatura, um medidor de fluxo, sensor de pH, um sensor de sólido dissolvido total (TDS) e semelhantes. O segundo orifício de saída 130 é mostrado em comuni cação de fluido com uma segunda válvula solenoide 132 e um dreno 134.

[019] A partir de um nível de sistema, o módulo de CapDI 102 pode deionizar um fluido para uso com o dispositivo de uso. Fluido de uma fonte, tal como uma li nha de água fria 108, pode ser direcionado através de vários componentes, tal como um filtro 110 para o módulo CapDI 102, que pode atuar para deionizar o fluido inci dente. O fluido deionizado pode ser voltado em direção a um dispositivo de uso que pode incluir um reservatório de fluido 120 e um detector de nível de fluido 122. Em alternativa, o fluido do módulo CapDI 102 pode ser voltado em direção a um dreno 134. A direção do fluido do módulo CapDI 102 pode ser ditada por válvulas 118 e 132.

[020] O módulo CapDI 102 atua para deionizar um fluido por meio da remo ção elétrica de íons do mesmo. Em geral, uma carga elétrica é aplicada entre as su perfícies capacitivas entre as quais os fluxos fluem. A carga aplicada cria um campo elétrico que faz os íons migrarem em direção a uma superfície carregada ou a outro, em que eles podem ser aprisionados na superfície capacitiva ou uma superfície se parada projetada para aprisionar íons. Em algumas modalidades, a superfície sepa rada é projetada para aprisionar apenas uma polaridade de íons, embora sendo im permeável a outra.

[021] As Figuras 2A e 2B são diagramas exemplificativos de uma configura ção de CapDI básica tal como pode ser usado em um módulo CapDI. Na modalida de ilustrada, uma carga é fornecida a superfícies capacitivas opostas 140 e 144 a partir de uma fonte 152. A fonte 152 é mostrada como sendo uma fonte CC, no en tanto, em várias modalidades, disposições de fonte de alimentação mais complica das podem ser utilizadas. No exemplo ilustrado, uma primeira superfície capacitiva 140 é mantida a uma carga positiva com respeito a uma segunda superfície capaci- tiva 144. Quando a carga é aplicada através das superfícies, um íon carregado ne gativamente 150 em um fluido entre as mesmas migrará em direção à primeira su perfície capacitiva 140 (a superfície mais positiva), enquanto um íon carregado posi tivamente 148 no fluido migrará em direção à segunda superfície capacitiva 144 (a superfície mais negativa), como ilustrado pelas setas na Figura 2A.

[022] Em algumas modalidades, a primeira 140 e/ou a segunda 144 superfí- cies capacitivas compreendem um material poroso para aprisionar íons 148, 150 nas mesmas. Em modalidades alternativas, a primeira 140 e a segunda 144 superfícies capacitivas compreendem uma primeira 142 e uma segunda 146 camadas porosas, respectivamente, para íons aprisionados atraídos para as respectivas superfícies capacitivas. Em algumas modalidades, a superfície para aprisionar íons compreende uma membrana que permite seletivamente que íons com carga de uma certa polari dade passem através da mesma. Quando a carga (isto é, íons) migra através do flu ido para as respectivas superfícies capacitivas, a corrente flui através do fluido. Con-sequentemente, a corrente que flui para/através das superfícies capacitivas e do módulo CapDI 102 é indicativa do número de íons sendo removidos do fluido.

[023] Ao longo do tempo e com o uso, os componentes do módulo CapDI que aprisionam íons no mesmo (por exemplo, superfícies capacitivas porosas 140, 144 ou outras camadas porosas 142, 146) podem ficar saturados com íons. Por conseguinte, pode ser desejável ser capaz de liberar esses componentes de íons a fim de regenerar o módulo CapDI 102. Por exemplo, com referência à Figura 2B, se a polaridade da fonte de alimentação 152 fosse invertida, um íon negativo 150 apri sionado, por exemplo, na primeira camada porosa 142 será repelido para longe da primeira superfície capacitiva 140 (a superfície mais negativa) e para o fluido, en quanto um íon positivo 148 aprisionado, por exemplo, na segunda camada porosa 146 será repelido para longe da segunda superfície capacitiva 144 (a superfície mais positiva) e para o fluido. Se a primeira 142 e a segunda 146 camadas porosas com preenderem membranas seletivas, como mencionado, os íons repelidos para o fluido não podem simplesmente ser aprisionados na camada porosa oposta, mas em vez disso ficam no fluido. Assim, se o fluido for lavado através do módulo CapDI 102, íons anteriormente aprisionados serão lavados do módulo 102, criando espaço para a deionização adicional do fluido. Assim, o módulo CapDI 102 compreende pelo me nos dois modos de operação - um modo de purificação no qual íons são removidos do fluido e aprisionados em cada uma das superfícies capacitivas ou outra camada porosa, e um modo de regeneração no qual íons aprisionados são lavados do módu lo CapDI 102.

[024] Como mostrado nas Figuras 2A e 2B, o sistema CapDI exemplificativo 100 inclui uma fonte de alimentação elétrica para o módulo CapDI 102 para capturar eficazmente íons de um fluido fluindo através do mesmo. Como tal, com referência de novo à Figura 1, o sistema CapDI 100 inclui uma linha de fornecimento de ener gia 136 para fornecer energia elétrica para o módulo CapDI 102. A linha de forneci mento de energia 136 pode fornecer uma quantidade especificada de tensão e/ou corrente para o módulo CapDI 102. Em algumas modalidades, o módulo CapDI 102 opera a aproximadamente 10VCC e entre aproximadamente zero e 15 A de corrente

[025] Em algumas modalidades, o módulo CapDI 102 compreende uma plu ralidade de células CapDI, cada uma compreendendo eletrodos e possivelmente superfícies porosas, tal como mostrado nas Figuras 2A e 2B. Células CapDI podem ser arranjadas eletricamente em série ou em paralelo para formar um módulo CapDI. Em uma modalidade exemplificativa, um módulo CapDI compreende seis células CapDI, cada uma com uma tensão de operação de aproximadamente 1,5 VCC e uma corrente de operação de até 15A. Quando disposto em paralelo, o módulo CapDI como um todo pode operar em 1,5 VCC (aplicados através de cada célula CapDI em paralelo), mas pode requer até 6 x 15 = 90A para operar a plena capaci dade. No entanto, um módulo CapDI compreendendo as mesmas células dispostas em série pode operar em 6 x 1,5 = 9 VCC, mas com uma corrente de operação má xima de apenas 15A. Por conseguinte, em algumas modalidades, as células CapDI são dispostas em série para construir um módulo CapDI para reduzir a quantidade de corrente necessária para operar o sistema CapDI.

[026] Em algumas modalidades, o sistema CapDI pode incluir uma placa de controle para controlar vários aspectos do sistema CapDI e fornecer energia elétrica para o módulo CapDI. A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma placa de con trole exemplificativa para uso com algumas modalidades da invenção. Na modalida de ilustrada, a placa de controle 160 compreende conector de módulo 162 para aco plar eletricamente o módulo CapDI 102 à placa de controle 160. A placa 160 inclui ainda um regulador de comutação 164 e um circuito de polaridade MOSFET de energia 166 conectado ao conector de módulo 162. Durante a operação do sistema CapDI, o regulador de comutação 164 pode fornecer energia elétrica ao módulo CapDI 102 através do circuito de polaridade MOSFET de energia 166 e do conector de módulo 162.

[027] O regulador de comutação 164 pode atuar para regular a tensão apli cada ao módulo CapDI 102. Em algumas modalidades, uma certa tensão (por exemplo, 24 VCC) é aplicada em uma única entrada de energia 168 à placa de con trole 160. No entanto, essa tensão pode ser inapropriada para todos os usos na pla ca ou no sistema. Por exemplo, em algumas configurações, o módulo CapDI 102 está configurado para operar a 10 VCC. Em tal modalidade, o regulador de comuta ção 164 pode ser configurado para receber energia da entrada de energia única 168 e fornecer uma saída regulada de aproximadamente 10 VCC para o módulo CapDI 102 por meio do circuito de polaridade MOSFET de energia 166 e do conector de módulo 162. O regulador de comutação 164 pode adicionalmente fornecer corrente para o módulo CapDI 102 quando íons são aprisionados nas camadas porosas 142, 146 ou superfícies capacitivas 140, 144. Em algumas modalidades, o regulador de comutação 164 é ajustável, em que o regulador de comutação pode receber uma entrada correspondente a um limite de corrente de saída. Isto é, o regulador de co mutação 164 pode limitar a saída de corrente para o circuito de polaridade MOSFET de energia 166 com base em um sinal de entrada recebido. Reguladores de comu tação exemplificativos podem compreender reguladores de comutação ajustáveis de 150W.

[028] O circuito de polaridade MOSFET de energia 166 pode incluir um ou mais MOSFETS e ser configurado para receber energia elétrica do regulador de co mutação 164 e direcionar a mesma para o módulo CapDI 102 por meio do conector de módulo 162. O circuito de polaridade MOSFET de energia 166 pode ainda enviar a energia para o conector de módulo 162 em qualquer de uma primeira ou uma se gunda polaridade. Assim, o circuito de polaridade MOSFET de energia 166 é confi gurado para ativar o modo de purificação ou modo de regeneração do sistema Cap- DI 100 enquanto recebendo energia elétrica do regulador de comutação 164 em apenas uma única polaridade. Consequentemente, o regulador de comutação 164 só precisa fornecer energia elétrica em uma única direção. Em alguns exemplos, o circuito de polaridade MOSFET de energia 166 compreende uma pluralidade de dis positivos MOSFET de energia dispostos em uma configuração de ponte H para a operação bidirecional do módulo CapDI 102.

[029] A placa de controle 160 da Figura 3 inclui ainda um mecanismo de con trole de válvula 170 para controlar válvulas no sistema CapDI 100. Por exemplo, o mecanismo de controle de válvula 170 pode ser configurado para fazer interface com qualquer uma ou todas as válvulas 114a, 114b, 118 e 132 do sistema de CapDI 100 mostradas na Figura 1 para direcionar o fluido de uma maneira desejada. Em alguns exemplos, qualquer uma ou todas as válvulas 114a, 114b, 118 e 132 com preendem válvulas solenoides, ou outras válvulas atuadas eletricamente. Em tais modalidades, o mecanismo de controle de válvula 170 pode seletivamente fornecer energia elétrica para as válvulas. O mecanismo de controle de válvula 170 pode ser eletricamente acoplado à entrada de energia 168 para receber energia para direcio-nar para válvulas adequadas no sistema CapDI 100.

[030] Em algumas modalidades, os componentes da placa de controle 160 e, de modo resultante, outros componentes do sistema CapDI 100, podem ser contro lados por um controlador 172 que pode ser incluído na placa de controle 160. O con- trolador pode incluir, por exemplo, um microcontrolador ou outro dispositivo capaz de receber sinais e emitir sinais com base nos sinais recebidos. Em algumas configura ções, o controlador 172 é dimensionado de modo que o mesmo possa ser posicio nado em uma placa de controle 160. Em algumas modalidades, o controlador 172 pode estar em comunicação com vários componentes da placa de controle 160. Por exemplo, o controlador pode estar em comunicação com o mecanismo de controle de válvula 170 a fim de controlar a abertura e o fechamento de válvulas em vários momentos durante a operação do sistema CapDI 100. Em algumas configurações, o controlador pode estar em comunicação com o detector de nível de fluido 122 em um reservatório de fluido 120 em um dispositivo de uso. Por conseguinte, o contro lador 172 pode receber informações sobre o nível de fluido no reservatório de fluido 120 e as válvulas de controle para direcionar fluido através do sistema CapDI 100 para o reservatório 120, se necessário.

[031] Em alguns exemplos, o controlador 172 pode estar em comunicação com o circuito de polaridade MOSFET de energia 166 para definir a polaridade da energia aplicada ao módulo CapDI 102 a partir do regulador de comutação 164. Por exemplo, no caso de uma configuração MOSFET de energia de ponte H, o controla dor 172 pode atuar para “ligar” ou “desligar” vários MOSFETs no circuito de polari dade MOSFET de energia 166 para definir a polaridade da energia elétrica fornecida ao módulo CapDI 102. Em algumas modalidades, o controlador 172 pode emitir uma tensão a fim de afetar a transmissão de energia através dos MOSFETs no circuito de polaridade MOSFET de energia 166. O controlador 172 pode fornecer voltagens adequadas para controlar vários MOSFETs em resposta a um sinal recebido. Esse sinal pode ser iniciado, por exemplo, por um sensor, temporizador, interface de usu ário, ou qualquer outro componente adequado para fornecer um sinal para o contro lador 172.

[032] Por exemplo, em algumas configurações, o controlador 172 pode rece- ber sinais de um sensor, temporizador, controlador ou outro componente de sistema indicativo do modo desejado de operação para o módulo CapDI. Se o módulo 102 for operado em modo de purificação (para deionizar um fluido), o controlador 172 pode aplicar tensão apropriada ao circuito de polaridade MOSFET de energia 166 para direcionar energia elétrica em uma primeira polaridade do regulador de comu tação 164 para o módulo 102. Se o módulo for operado em modo de regeneração, o controlador 172 pode aplicar uma tensão apropriada ao circuito de polaridade MOSFET de energia 166 para direcionar a energia elétrica em uma segunda polari dade, oposta à primeira, do regulador de comutação 164 para o módulo CapDI 102. Em alguns exemplos, a aplicação de tensão adequada ao circuito de polaridade MOSFET de energia 166 para purificação compreende "ligar" um primeiro par de MOSFETs enquanto “desligando” um segundo par para permitir o fluxo de eletricida de em uma direção através do módulo CapDI 102. Em tais exemplos, a aplicação de tensão adequada ao circuito de polaridade MOSFET de energia 166 para regenera ção compreende “desligar” o primeiro par de MOSFETs enquanto “liga” o segundo par, permitindo que a eletricidade flua na direção oposta através do módulo 102.

[033] Em algumas modalidades, o controlador 172 pode estar em comunica ção com o sensor de condutividade 128 ou outro sensor apropriado dentro do siste ma e receber sinais indicativos do número de íons no fluido após deionização no módulo CapDI 102. Por exemplo, em alguns exemplos, a placa de controle 160 inclui uma interface de sensor de condutividade integrada 176. A interface de sensor de condutividade 176 pode estar em comunicação com o controlador 172 e pode atuar para fornecer comunicação entre o controlador 172 e o sensor de condutividade 128. O sensor de condutividade 128 pode fornecer informações para o controlador 172 a respeito da condutividade do fluido, o que pode ser indicativo do teor de íons restan te no fluido. Por conseguinte, em algumas modalidades, o sensor de condutividade, em combinação com a interface de sensor de condutividade, pode fornecer um feedback de circuito fechado para o controlador sobre a operação do módulo CapDI.

[034] Em algumas modalidades, o controlador 172 pode sinalizar o regulador de comutação 164 para ajustar o fluxo de corrente ou limite de corrente através do módulo CapDI, a fim de ajustar o número de íons sendo removidos no processo de deionização. Em alguns exemplos, o limite de corrente fornecido a partir do regula dor de comutação 164 é determinado por uma tensão de entrada para o mesmo. Assim, em alguns exemplos, o controlador 172 pode aplicar uma tensão ao regula dor de comutação 164 a fim de permitir que a corrente flua do mesmo, e pode ajus tar a tensão aplicada ao mesmo para ajustar a corrente deixada fluir do regulador de comutação 164 para o módulo CapDI 102. Em alguns exemplos, o controlador 172 ajusta a corrente deixada fluir do regulador de comutação 164 para o módulo CapDI em resposta a sinais do feedback de circuito fechado fornecido pelo sensor de con- dutividade e pela interface de sensor de condutividade integrada.

[035] Como tem sido até agora descrito, o controlador 172 pode comunicar com vários sensores e outros componentes no sistema CapDI 100 e na placa de controle 160. Em algumas modalidades, o controlador 172 é configurado para reali zar métodos em resposta a vários parâmetros detectados por sensores no sistema. Tais métodos podem ser, por exemplo, incorporados em um meio legível por compu tador não transitório no ou em comunicação com o controlador 172, que pode pro cessar e executar instruções de acordo com tais métodos.

[036] O painel de controle 160 do sistema CapDI pode ainda incluir uma in terface de comunicação 174 para comunicação com um dispositivo externo, tal como um computador ou um controlador externo. A interface de comunicação 174 pode incluir, por exemplo, uma porta de comunicação serial, uma porta de comunicação USB, um enlace de comunicação sem fios ou qualquer outro método adequado de comunicação de controle. Interface de comunicação 174 pode fornecer um enlace para um dispositivo externo para, por exemplo, iniciar a operação do sistema por meio do controlador 172 ou informações do sistema de registro. Por exemplo, em algumas configurações, o controlador 172 recebe um comando de um dispositivo externo por meio da interface de comunicação 174 para fazer o controlador 172 efe tuar uma operação e comunicar dados de volta para o dispositivo externo. O disposi tivo externo pode incluir uma interface de usuário para permitir a um usuário iniciar a operação do sistema por meio da interface de comunicação 174 e do controlador 172.

[037] A Figura 4 é um diagrama de fluxo de processo que ilustra a operação exemplificativa de um sistema CapDI. No processo da Figura 4, energia elétrica é aplicada 180 ao módulo CapDI em uma primeira polaridade. A aplicação 180 de energia elétrica pode ser feita, por exemplo, pelo controlador enviando uma tensão para o regulador de comutação para fornecer energia elétrica ao circuito de polari dade MOSFET de energia e, assim, o módulo CapDI. A tensão para o regulador de comutação do controlador pode ajustar um limite de corrente para a saída do regu lador de comutação. O controlador pode, subsequentemente, comunicar com o me canismo de controle de válvula para abrir 182 uma válvula de entrada para permitir que fluido entre no CapDI e/ou abrir 184 uma válvula de saída para direcionar fluido do módulo CapDI para um dispositivo de uso, ou de outro modo permitir que fluido flua para esse dispositivo. Em algumas modalidades, o sistema CapDI não necessita incluir uma válvula de entrada, mas, em vez disso, o módulo de CapDI pode receber fluido diretamente de uma fonte com a prevenção de fluxo para o dispositivo de uso realizada somente por uma válvula de saída. Em tais modalidades, a abertura 182 de uma válvula de entrada não é realizada. Em modalidades compreendendo uma válvula de entrada, deve ser observado que em vários métodos de operação, as etapas 182 e 184 de abrir as válvulas de entrada e de saída podem ser permutadas.

[038] O controlador pode determinar se a utilização do dispositivo de uso es tá completa 186. Em alguns exemplos, o dispositivo de uso pode sinalizar o contro- lador que o uso está completo. Em outras modalidades, o controlador pode ser aler tado de que o uso do dispositivo está completo por meio de uma interface de usuá rio. Se o uso estiver completo, o controlador pode fechar 188 a válvula de saída en tre o módulo CapDI e o dispositivo de uso, e a operação pode ser interrompida. Se o uso não estiver completo, então, o controlador pode medir ou detectar 190 a condu- tividade do fluido a partir do módulo CapDI com o sensor de condutividade e compa rar 192 a condutividade medida com um valor de limiar.

[039] Em geral, um fluido mais condutivo (isto é, uma condutividade medida mais alta) tem uma concentração mais alta de íons no fluido quando comparada com um fluido menos condutivo. Assim, quando uma condutividade medida está acima do limiar, pode ser interpretado que existe uma concentração mais alta de íons res tantes no fluido do que o desejado, e o controlador pode aumentar 194 a corrente aplicada ao módulo CapDI. Como discutido, o aumento da corrente para o módulo CapDI pode resultar na remoção de mais íons do fluido. O aumento da corrente po de incluir, por exemplo, aumentar uma tensão aplicada a partir do controlador para o regulador de comutação. Em algumas modalidades, se a condutividade medida não estiver acima do limiar, o controlador pode atuar para diminuir 196 a corrente aplica da ao módulo CapDI, reduzindo, assim, a carga elétrica no sistema.

[040] Depois de aumentar 194 ou diminuir 196 a corrente aplicada ao módulo CapDI, o controlador pode determinar se o uso do dispositivo de uso está completo 186 e a mesma análise é repetida até o uso estar completo. Assim, o controlador pode realizar um processo iterativo durante o qual a corrente para o módulo CapDI é variada em resposta à condutividade medida da amostra, em comparação com um limiar. O limiar pode ser pré-programado no controlador durante o ajuste de fábrica, ou pode ser ajustado por um usuário por meio de uma interface de usuário. Em al guns exemplos, o limiar é adaptado para um uso ou dispositivo de uso particular.

[041] Em algumas modalidades, parâmetros adicionais ou alternativos para a condutividade do fluido, tal como parâmetros detectados por quaisquer outros sen-sores incluídos, podem ser medidos e utilizados na determinação de feedback de aumentar ou diminuir a corrente para o módulo CapDI. Além disso, em algumas mo-dalidades, o ajuste da corrente para o módulo CapDI é realizado depois de uma cer ta quantidade de tempo. Por exemplo, o controlador pode coletar condutividade ou outras informações relativas ao conteúdo de íons no fluido ao longo de um período de tempo e calcular uma média do parâmetro medido antes de comparar o parâme tro com um limiar.

[042] Em alguns sistemas CapDI, fluido do módulo CapDI é direcionado para um reservatório de fluido para reter fluido para um dispositivo de uso. Como descrito anteriormente com respeito à Figura 1, um reservatório de fluido 120 pode incluir um detector de nível de fluido 122, tal como uma boia alta 124 e baixa 126. Em algumas modalidades, o sistema pode incluir um limiar de fluido superior e inferior. Por exem plo, o limiar inferior pode representar um nível de fluido tal que o dispositivo de uso possa ser usado mais uma vez antes de ser necessária a adição de fluido, enquanto o limiar de fluido superior pode representar um nível de fluido tal que o reservatório de fluido 120 esteja cheio ou quase cheio. Assim, quando o fluido é detectado como estando abaixo do limiar inferior, o sistema pode iniciar um modo de enchimento na qual fluido é adicionado ao reservatório de fluido 120 até o nível de fluido ultrapassar o limiar superior. Em algumas modalidades, o reservatório de fluido compreende um sensor de condutividade e/ou outro tipo de sensor para medir um parâmetro da amostra indicativo da concentração de íons na mesma. Essa medição pode ser utili zada para ajustar a operação do módulo CapDI durante o processo de enchimento do reservatório de fluido.

[043] A Figura 5 é um diagrama de fluxo de processo que ilustra a operação exemplificativa de um sistema CapDI incluindo um reservatório de fluido. O processo delineado na Figura 5 pode ser realizado, por exemplo, pelo controlador. Na modali- dade ilustrada, o controlador pode aplicar 200 energia elétrica em uma primeira pola ridade ao módulo CapDI. A aplicação de energia elétrica pode ser feita, por exemplo, por meio do regulador de comutação, circuito de polaridade MOSFET de energia e conector de módulo, como descrito acima. O controlador pode detectar 202 o nível de fluido no reservatório de fluido por meio, por exemplo, do detector de nível de flu ido e comparar 204 o nível detectado com o limiar inferior. Se o nível for detectado como estando abaixo do limiar mais baixo, o controlador pode iniciar 206 um modo de enchimento no qual fluido deionizado é adicionado ao reservatório de fluido. Em algumas modalidades, a iniciação 206 do modo de enchimento pode incluir, por exemplo, abrir uma válvula de entrada para permitir ao fluido entrar no módulo Cap- DI. Em outras modalidades, o controlador pode abrir 208 uma válvula de saída para direcionar fluido do módulo CapDI para o reservatório de fluido para iniciar 206 o modo de enchimento ou após iniciar 206 o modo de enchimento.

[044] Utilizando o sensor de condutividade, o controlador pode medir 210 a condutividade do fluido no reservatório de fluido e comparar 212 com uma similari dade de limiar de condutividade como descrito com respeito à Figura 4. Se a condu- tividade medida estiver acima do limiar, o controlador pode aumentar 214 a corrente aplicada ao módulo CapDI, enquanto se a condutividade medida estiver abaixo do limiar, o controlador pode diminuir 216 a corrente. Depois de ajustar a corrente, o controlador pode detectar uma vez mais 202 o nível de fluido no reservatório e com parar 204 o nível para o limiar inferior.

[045] Se o nível de fluido detectado estiver acima do limiar inferior, o contro lador pode determinar 218 se o sistema está no modo de enchimento. Se o sistema estiver no modo de enchimento, o controlador pode comparar 222 o nível de fluido como o limiar superior. Se o nível de fluido estiver abaixo do limiar superior, o pro cesso de enchimento não está completo e a sequência de feedback de condutivida- de pode ser realizada, incluindo a medição 210 da condutividade, a comparação 210 da condutividade com um limiar e o aumento 214 ou a diminuição 216 da corrente aplicada ao módulo CapDI. No entanto, se o nível de fluido medido estiver acima do limiar superior, o controlador pode fechar 224 a válvula entre o módulo CapDI e o reservatório de fluido, quando o processo de enchimento está completo.

[046] Caso seja determinado em 218 que o sistema não está no modo de enchimento, então, o modo de enchimento não foi iniciado e o nível de fluido não foi determinado estar abaixo do limiar inferior. Por conseguinte, o enchimento do reser vatório não é necessário e a determinação do nível de fluido e o processo de ajuste estão completos 220. Em tal situação, a energia elétrica pode ser removida do mó dulo CapDI. Em geral, se o nível de fluido detectado estiver entre os limiares inferio res e superiores, a válvula de saída permanece no seu estado atual. Isto é, se o sis tema estiver no modo de enchimento, a válvula entre o módulo CapDI e o reservató rio de fluido já está aberta e permanece aberta, uma vez que o nível de fluido ainda não ultrapassou o limiar superior. No entanto, se o sistema não estiver no modo de enchimento, então, não há necessidade imediata para abrir a válvula para encher o reservatório de fluido. Deve-se notar que em algumas modalidades, energia não ne cessita ser aplicada ao módulo CapDI até depois de o modo de enchimento ser ini ciado.

[047] Como discutido, ao longo do tempo, o módulo CapDI pode ficar satura do com íons e ficar menos eficaz na remoção de íons adicionais de um fluido fluindo através do mesmo. Por conseguinte, o sistema pode operar no modo de regenera ção para remover os íons aprisionados do módulo CapDI. Figura 6 é um diagrama de fluxo de processo que ilustra regeneração exemplificativa de um sistema CapDI. As etapas de processo da Figura 6 podem ser realizadas, por exemplo, pelo contro lador durante uma regeneração do sistema. Depois de realizar 230 um ou mais pro cedimentos de deionização com um módulo CapDI em uma primeira polaridade, o controlador pode determinar 232 se o módulo necessita ser regenerado. Em algu- mas modalidades, o controlador é configurado para regenerar o módulo em resposta a qualquer número de condições de regeneração detectadas, tal como: uma certa quantidade de tempo decorrido desde uma regeneração mais recente, um certo nú mero de procedimentos de deionização que foram realizados, um certo volume de fluido que foi passado através do módulo CapDI desde a regeneração mais recente, o limite de corrente aplicada aos capacitores de comutação atingiu um nível prede terminado (por exemplo, ele requer uma quantidade predeterminada suficientemente alta de corrente para efetuar a operação de deionização desejada) ou o sensor de condutividade (ou outro sensor indicativo de teor iônico do fluido) responde insufici entemente a energia elétrica aplicada e/ou elevada aplicada ao módulo CapDI. Em alguns casos, um procedimento de regeneração pode ser iniciado a qualquer mo mento por meio de uma interface de usuário.

[048] Caso seja determinado em 232 que a regeneração não é necessária, o sistema pode continuar a executar procedimentos de deionização, como de costu me. Se a regeneração for necessária, o controlador pode fechar 234 a válvula de saída entre o módulo CapDI e o dispositivo de uso, se ela estiver aberta, impedindo que os íons aprisionados sejam direcionados para o dispositivo de uso durante o processo de regeneração. A energia elétrica pode ser removida 236 do módulo CapDI e o circuito de polaridade MOSFET de energia pode ser ajustado 238. O ajus te 238 do circuito de polaridade MOSFET de energia pode incluir a aplicação de energia a diferentes MOSFETs dentro do circuito de polaridade MOSFET de ener gia, por exemplo. Em algumas modalidades, o circuito de polaridade MOSFET de energia compreende um circuito de ponte H e o ajuste 238 do circuito de polaridade MOSFET de energia compreende “desligar” previamente os MOSFETs condutores e “ligar” os MOSFETs alternativos de modo que a corrente seja deixada fluir através do circuito de polaridade MOSFET de energia ajustado e através do módulo CapDI em uma direção oposta quando comparado com o procedimento de deionização da etapa 230.

[049] Após ajustar 238 o circuito de polaridade MOSFET de energia, o con trolador pode atuar para aplicar 240 energia elétrica ao módulo CapDI em uma se gunda polaridade. A energia pode ser fornecida do regulador de comutação através do circuito de polaridade MOSFET de energia (ajustado) e módulo CapDI por meio do conector de módulo. Para regeneração, em algumas modalidades, a segunda polaridade é oposta à primeira. Quando a energia elétrica da segunda polaridade é aplicada, íons aprisionados no módulo CapDI são expelidos para o fluido no módulo. Após aplicar 240 energia elétrica ao módulo CapDI na segunda polaridade, o contro lador pode atuar para abrir 242 uma segunda válvula de saída para direcionar fluido do módulo CapDI para um dreno, de modo que os íons expelidos para o fluido sejam removidos do sistema por meio do dreno.

[050] O controlador pode determinar 244 se a regeneração está completa. A determinação da conclusão da regeneração pode ser feita de várias maneiras. Por exemplo, o controlador pode determinar que a regeneração está completa após flui do fluir através do módulo CapDI para o dreno por uma quantidade predeterminada de tempo, ou depois de um volume predeterminado de fluido ter sido direcionado para o dreno. Se o controlador determinar que a regeneração não está completa, a regeneração continua. Se a regeneração estiver completa, o controlador pode atuar para fechar 246 a segunda válvula de saída, remover 248 energia elétrica a partir do módulo CapDI e ajustar 250 o circuito de polaridade MOSFET de energia. Seme lhante à etapa 238, o ajuste do circuito de polaridade MOSFET de energia na etapa 250 pode incluir a aplicação de energia a diferentes MOSFETs dentro do circuito de polaridade MOSFET de energia, por exemplo. Depois de ajustar circuito de polarida de MOSFET de energia, o controlador pode aplicar energia elétrica 252 ao módulo CapDI na primeira polaridade, abrir 254 da válvula de saída entre o módulo CapDI e o dispositivo de uso e escoar 256 fluido através do módulo CapDI em direção ao dispositivo de uso a fim de realizar 230 o procedimento de deionização.

[051] O procedimento da Figura 6 começa com um sistema operando com um módulo CapDI que direciona fluido deionizado para um dispositivo de uso. Quando a regeneração é necessária, uma variedade de válvulas é aberta e fechada, a polaridade da energia aplicada ao módulo CapDI é invertida e o fluido de regene ração é direcionado para o dreno. Uma vez que a regeneração está completa, es sencialmente, o processo acontece no sentido inverso, em que as válvulas são fe chadas e abertas, a polaridade da energia aplicada ao módulo CapDI é invertida de novo para a primeira polaridade e o fluido é direcionado através do módulo CapDI regenerado e para o dispositivo de uso. Em algumas modalidades, o controlador po de determinar quando a regeneração é necessária e quando a regeneração está completa, bem como controlar os estados de uma variedade de válvulas e ajustar a energia aplicada ao módulo CapDI por meio do regulador de comutação. Por conse guinte, o processo da Figura 6 pode ser realizado inteiramente autonomamente sob o controle do controlador. Em alguns desses exemplos, a fonte de fluido, o sistema CapDI e o dispositivo de uso podem formar um circuito fechado, sistema automati zado no qual o sistema CapDI fornece fluido deionizado para um dispositivo de uso sob o controle do controlador, a regeneração é iniciada e controlada pelo controlador até estar completa e o uso do sistema é retomado sob o controle do controlador.

[052] Com referência à Figura 1, alguns sistemas incluem uma pluralidade de linhas de entrada (113a, 113b) acopladas ao módulo CapDI 102. Em algumas moda lidades, uma ou mais de tais linhas compreendem uma válvula (por exemplo, 114a, 114b). Durante um processo de regeneração, uma ou mais dessas válvulas podem ser abertas para, por exemplo, fornecer um maior volume de fluxo de fluido através do módulo CapDI 102 para regeneração eficaz. As válvulas 114a, 114b podem ser abertas automaticamente, por exemplo, pelo controlador 172 controlando o controle de válvula 170 durante um processo de regeneração automatizado e automatica- mente fechadas quando o processo estiver completo.

[053] As modalidades do sistema de CapDI 100 podem ser incluídas em vá rios sistemas de processamento de fluido ou máquinas independentes. Por exemplo, um sistema CapDI 100 pode ser incluído como parte de uma máquina de lavar pra tos recebendo água da entrada de água para a máquina e enchendo um reservatório 120 dentro da máquina de lavar pratos. Mais ainda, como previamente descrito, a disposição de uma pluralidade de células CapDI em série permite a operação do sistema usando correntes mais baixas, permitindo a utilização de componentes e condutores relativamente menores para manipular corrente. Além disso, o regulador de comutação 164, como aqui descrito, pode fornecer energia elétrica suficiente pa ra operação do sistema acoplada com um limite de corrente variável para ajuste de feedback como previamente descrito, embora permanecendo suficientemente com pacto para colocação em uma placa de controle. O circuito de polaridade MOSFET de energia 166, tal como um circuito de ponte H MOSFET de energia, opera com o regulador de comutação 164 para permitir a aplicação de energia bidirecional ao módulo CapDI 102, permitindo modos de operação de purificação e regeneração. De modo resultante, a placa de controle 160 proporciona controle robusto do sistema CapDI, embora permanecendo suficientemente compacto para ser colocado a bordo de um dispositivo de uso. Em algumas modalidades, a placa de controle 160 não é maior do que quatro polegadas por quatro polegadas de dimensão, e pode incluir componentes totalmente integrados para operar um sistema CapDI.

[054] Em algumas modalidades, o sistema CapDI 100 pode fazer a interface com um controlador externo por meio da comunicação 174 na placa de controle 160. O controlador externo pode atuar para operar o sistema CapDI 100 para uma opera ção dedicada particular. Por conseguinte, o controlador externo pode incluir uma memória compreendendo instruções de operação para o controlador 172 do sistema CapDI 100. Por exemplo, em algumas configurações, o controlador externo é usado em um sistema requerendo água deionizada abaixo de um limiar particular para o sistema. Assim, o controlador externo pode definir, por exemplo, um limiar de condu- tividade utilizado para ditar a operação do sistema CapDI. Em geral, o sistema ex terno pode controlar qualquer número de operações do sistema CapDI 100. Em al gumas modalidades, a combinação de um controlador externo e do controlador CapDI 172 pode combinar para fornecer operação inteiramente autônoma de um sistema CapDI 100.

[055] O sistema CapDI 100 pode ser ainda configurado para comunicar com memória externa, por exemplo, por meio da comunicação 174. A memória externa pode ser incluída, por exemplo, em um sistema externo tendo um controlador exter no. Em tais configurações, o controlador 172 pode ser configurado para ler ou gravar na memória externa. Por exemplo, o controlador 172 pode gravar dados em uma memória externa em relação a condutividade medida, energia elétrica aplicada ao módulo CapDI 102, a duração do módulo CapDI 102, a quantidade de fluido deioni- zado por módulo CapDI 102, ou qualquer outro dado de sistema que pode ser regis trado em uma memória externa.

[056] Em algumas modalidades, a memória externa recebe dados de opera ção do sistema CapDI do controlador 172 do sistema CapDI. A memória externa po de catalogar e armazenar dados do sistema CapDI para recall. Assim, um usuário pode acessar dados do sistema CapDI passados da memória externa para revisão. Em algumas modalidades, um usuário pode utilizar os dados do sistema CapDI ar mazenados para analisar a operação do sistema ao longo do tempo, ou para compa rar os dados de um sistema de utilização com uma utilização passada. Em outras operações, os dados do sistema CapDI podem ser chamados por um controlador para determinar se o sistema está operando corretamente, necessita de regenera ção ou para qualquer outra finalidade que possa ser determinada por um controla dor. Será apreciado que a funcionalidade de memória externa, como aqui descrito, pode ser incorporada na memória de bordo na placa de controle 160 do sistema CapDI 100. Tal memória integrada pode estar em comunicação com o controlador 172 e/ou um controlador externo por meio da comunicação 174.

[057] Um controlador externo pode fazer interface com memória externa ou a bordo e operar o sistema CapDI 100 em conformidade. Por exemplo, em algumas configurações, o controlador 172 registra a quantidade de deionização que foi reali zada com o módulo CapDI 102 desde a regeneração mais recente. Estes dados po dem incluir, por exemplo, uma quantidade de fluido que foi deionizada, tempo duran te o qual a deionização ocorreu ou a quantidade de energia deionização que foi apli cada. Em resposta, a regeneração do módulo CapDI pode ser iniciada uma vez que a quantidade de deionização atingiu um limiar predeterminado. A regeneração pode ser iniciada, por exemplo, por um controlador externo ou pelo controlador 172 em comunicação com a memória externa ou a bordo.

[058] Vários sistemas de deionização capacitivos exemplificativos foram des critos. Esses sistemas são exemplificativos na natureza e não limitam o escopo da invenção de nenhuma maneira. Várias combinações e modificações das modalida des exemplificativas descritas no presente documento podem ser evidentes para aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e espírito da invenção. Al guns desses exemplos e outros são abrangidos pelo escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Sistema de deionização capacitiva (CapDI), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um módulo CapDI tendo uma entrada de fluido e uma saída de fluido; um sensor de condutividade; e uma placa de controle que compreende: um controlador; uma interface de sensor de condutividade acoplada ao controlador e forne cendo comunicação entre o controlador e o sensor de condutividade; um regulador de comutação acoplado ao controlador; um circuito de polaridade MOSFET de energia acoplado ao regulador de comutação; e um conector de módulo conectável ao módulo CapDI e acoplado ao circuito de polaridade MOSFET de energia; em que o circuito de polaridade MOSFET de energia é configurado para fornecer energia elétrica bidirecional ao módulo CapDI por meio do conector de módulo; o regulador de comutação fornece energia elétrica ao circuito de polaridade MOSFET de energia; e o controlador controla o fornecimento de energia elétrica do regulador de comutação para o circuito de polaridade MOSFET de energia com base na comuni cação entre o controlador e o sensor de condutividade; em que o controlador é con figurado para: aplicar energia elétrica do circuito de polaridade MOSFET de energia ao módulo CapDI em uma primeira polaridade para operar o módulo CapDI em um mo do de purificação enquanto o fluido está fluindo através do módulo CapDI para re mover íons do fluido; receber informações de condutividade do fluido do sensor de condutividade representativo da condutividade do fluido após fluir através do módulo CapDI; e ajustar o primeiro potencial elétrico aplicado ao regulador de comutação de um primeiro potencial elétrico para um segundo potencial elétrico, diferente do pri meiro potencial elétrico, em resposta às informações de condutividade recebidas.

2. Sistema CapDI, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de polaridade MOSFET de energia compreende um circuito de ponte H de estado sólido.

3. Sistema CapDI, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a placa de controle compreende adicionalmente uma entrada de energia e em que o regulador de comutação recebe energia da en trada de energia e emite energia regulada adequada para o módulo CapDI.

4. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de polaridade MOSFET de energia recebe energia regulada do re gulador de comutação, define uma primeira polaridade e emite energia regulada da primeira polaridade para o conector de módulo.

5. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo CapDI compreende uma pluralidade de células CapDI dispostas em série.

6. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador emite um sinal de limite de cor rente para o regulador de comutação definindo um limite de corrente máximo aplica do ao módulo CapDI.

7. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o sinal de limite de corrente do controlador é com base em um sinal de condutividade recebido do sensor de condutividade.

8. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o sinal de limite de corrente do controlador au-menta em resposta ao sinal da condutividade que está acima de um limiar de condu- tividade.

9. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: uma primeira válvula acoplada entre a saída de fluido e um dispositivo de uso; e uma segunda válvula acoplada entre a saída de fluido e um dreno.

10. Sistema CapDI, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e a segunda válvulas são válvulas solenoides.

11. Método para tratar um fluido CARACTERIZADO pelo fato de que com-preende: fornecer um sistema que inclui: uma entrada de fluido; uma saída de fluido; um módulo de deionização capacitiva (CapDI); uma primeira válvula acoplada entre a saída de fluido e um dispositivo de uso; uma segunda válvula acoplada entre a saída de fluido e um dreno; um sensor de condutividade; e uma placa de controle compreendendo: um controlador em comunicação com o sensor de condutividade; um regulador de comutação acoplado ao controlador; um circuito de polaridade MOSFET de energia acoplado ao regulador de comutação; e um conector de módulo conectado ao módulo CapDI e acoplado ao circuito de polaridade MOSFET de energia; o método compreendendo abrir a primeira válvula de saída de fluido; receber o fluido fluindo através do módulo CapDI; aplicar um primeiro potencial elétrico ao regulador de comutação; fornecer energia elétrica regulada do regulador de comutação para o circuito de polaridade MOSFET de energia em resposta ao primeiro potencial elétrico apli cado; aplicar energia elétrica em uma primeira polaridade ao módulo CapDI do cir cuito de polaridade MOSFET de energia por meio do conector de módulo para ope rar o módulo CapDI em um modo de purificação; e capturar eletricamente íons do fluido no módulo CapDI, criando um fluido deionizado; direcionar o fluido deionizado para o dispositivo de uso através da primeira válvula de saída de fluido; receber informações de condutividade do fluido do sensor de condutividade representativo da condutividade do fluido deionizado direcionado ao dispositivo de uso após passar pelo módulo CapDI; ajustar o primeiro potencial elétrico aplicado ao regulador de comutação a um segundo potencial elétrico, diferente do primeiro potencial elétrico, em resposta às informações de condutividade recebidas; fechar a primeira válvula de saída de fluido; abrir a segunda válvula de saída de fluido ajustar o circuito de polaridade MOSFET de energia, desse modo aplicar energia elétrica em uma segunda polaridade ao módulo CapDI do circuito de polari dade MOSFET de energia, a segunda polaridade sendo oposta à primeira, para ope rar o módulo CapDI em um modo de regeneração; aumentar o fluxo do fluido fluindo através do módulo CapDI no modo de re- generação em comparação ao modo de purificação; e direcionar o fluido do módulo CapDI no modo de regeneração para o dreno através da saída de fluido e da segunda válvula de saída de fluido.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o fechamento da primeira válvula de saída de fluido é realizado em resposta a uma condição de regeneração detectada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de uso compreende um tanque de enchimento para receber fluido deionizado e um sensor de enchimento para detectar o nível de fluido no tanque de enchimento; e o método compreende adicionalmente: na condição em que o nível de fluido no tanque de enchimento detectado pe lo sensor de enchimento está abaixo de um limiar de enchimento inferior, atuar a primeira válvula de saída de fluido de modo que fluido deionizado flua para o tanque de enchimento por meio da saída de fluido e da primeira válvula de saída de fluido; na condição em que o nível de fluido no tanque de enchimento está acima de um limiar de enchimento superior, fechar a primeira válvula de saída de fluido; e na condição em que o nível de fluido no tanque de enchimento está entre os limiares de enchimento superiores e inferiores, manter a situação da primeira válvula de saída de fluido.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de enchimento está em comunicação com o controlador; e a primeira válvula de saída de fluido compreende um solenoide acoplado a uma fonte de alimentação em comunicação com o controlador; e que compreende adicionalmente: receber um sinal do sensor de enchimento; determinar se o nível de fluido no tanque de enchimento está acima, abaixo ou entre os limiares de enchimento superiores e inferiores; e controlar a primeira válvula de saída de fluido com base no sinal recebido.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de enchimento compreende uma pri meira boia e uma segunda boia, a segunda boia posicionada acima da primeira; e em que a posição da primeira boia define o limiar de enchimento inferior e a posição da segunda boia define o limiar de enchimento superior.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: comparar a condutividade detectada a uma condutividade limiar; e na condição em que a condutividade detectada excede a condutividade limi ar, ajustar o primeiro potencial elétrico aplicado para aumentar a energia elétrica re gulada aplicada a partir do regulador de comutação ao circuito de polaridade MOSFET.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: na condição em que a condutividade detectada é menor que a condutividade limiar, ajustar o primeiro potencial elétrico aplicado para diminuir a energia elétrica regulada aplicada a partir do regulador de comutação ao circuito de polaridade MOSFET.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a comparação do valor de condutividade detec tado compreende medir uma média da condutividade detectada ao longo do tempo e comparar a condutividade média com o valor de condutividade limiar.

19. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada de fluido compreende uma pluralidade de linhas de entrada de flui-do paralelas e o módulo CapDI está em comunicação de fluido com cada uma da pluralidade de linhas de entrada de fluido por meio de uma pluralidade correspon-dente de válvulas de entrada de fluido.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que receber o fluido fluindo através do módulo CapDI compreende abrir uma pri meira da pluralidade de válvulas de entrada de fluido para fluir o fluido de uma pri meira dentre a pluralidade de linhas de entrada de fluido através do módulo CapDI.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que aumentar o fluxo do fluido fluindo através do módulo CapDI no modo de re generação compreende abrir uma segunda da pluralidade de válvulas de entrada de fluido para fluir fluido de uma segunda da pluralidade de linhas de entrada de fluido através do módulo CapDI.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que aumentar a taxa de fluxo do fluido fluindo através do módulo CapDI no modo de regeneração compreende direcionar, ambos, o fluido da primeira da pluralidade de linhas de entrada de fluido e a segunda da pluralidade de linhas de entrada de fluido através do módulo CapDI para o dreno através da segunda válvula de saída de fluido.