CN103298978A

CN103298978A - 模块化电化学系统和方法

Info

Publication number: CN103298978A
Application number: CN2011800649543A
Authority: CN
Inventors: 梁荔乡; K.H.叶; L.J.萨尔沃
Original assignee: Siemens Pte Ltd
Current assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: CN103298749A; JP2014502211A; EP2637972A1; AU2011326390A1; TW201228945A; IL226156A0; JP5833665B2; ZA201303966B; TW201231406A; KR101952458B1; EP2638189A1; US8627560B2; US8741121B2; EP2637781A1; US20120118728A1; JP5902707B2; KR20130143082A; CN103282312A; US9187350B2; CA2817706A1

Abstract

电化学分离系统可以是模块化的并且可以至少包括第一模块化单元和第二模块化单元。每个模块化单元可包括池堆和框架。框架可包括歧管系统。框架中的流量分配系统可提高电流效率。位于模块化单元之间的间隔件也可以提高该系统的电流效率。

Description

模块化电化学系统和方法

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2010年11月12日提交的名称为“CROSS-FLOW ELECTROCHEMICAL DEIONIZATION DEVICE AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF”的美国临时专利申请序列号61/413,021以及于2011年7月21日提交的名称为“MODULAR CROSS-FLOW ELECTRODIALYSIS DEVICE AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF”的美国临时专利申请序列号61/510,157的优先权，上述各专利申请的全部公开内容以参考的方式并入本文中用于所有目的。

技术领域

各方面一般地涉及电化学分离，并且更具体地涉及模块化电化学系统和方法。

发明内容

根据一个或多个方面，一种电化学分离系统可包括：第一电极；第二电极；具有第一池堆的第一电化学分离模块化单元，该第一池堆限定被第一框架支撑的多个交替的消耗室和浓缩室，该第一电化学分离模块化单元位于第一电极和第二电极之间；以及第二电化学分离模块化单元，该第二电化学分离模块化单元与第一电化学分离模块化单元相邻并与之合作，该第二电化学分离模块具有第二池堆，第二池堆限定由第二框架支撑的多个交替的消耗室和浓缩室，该第二电化学分离模块化单元位于第一电化学分离模块化单元和第二电极之间。

根据一个或多个方面，一种组装电化学分离系统的方法可包括：将第一电化学分离模块化单元安装在容器中，位于第一电极和第二电极之间，第一电化学分离模块化单元具有被第一框架包围的第一池堆；以及将第二电化学分离模块化单元安装在该容器中，位于第一电化学分离模块化单元和第二电极之间，第二电化学分离模块化单元具有被第二框架包围的第二池堆。

根据一个或多个方面，一种电化学分离模块化单元可包括：池堆，该池堆限定多个交替的消耗室和浓缩室；以及框架，该框架包围池堆并且包括构造成促进流体流经过池堆的歧管系统。

根据一个或多个方面，一种用于电化学分离的流量分配器可包括：多个第一通道，该多个第一通道取向在第一方向上并且构造成输送进料至电化学分离装置的至少一个室；多个第二通道，该多个第二通道取向在第二方向上，该多个第二通道与多个第一通道和进口歧管流体连通，进口歧管与电化学分离装置相关联。

根据一个或多个方面，一种电化学分离系统可包括：第一电极；第二电极；第一电化学分离模块化单元，该第一电化学模块化单元包括多个交替的消耗室和浓缩室，位于第一电极和第二电极之间；包括多个交替的消耗室和浓缩室的第二电化学分离模块化单元，第二电化学分离模块化单元布置成与第一电化学分离模块化单元合作且位于第一电化学分离模块化单元和第二电极之间；以及间隔件，间隔件设置在第一和第二电化学分离模块化单元之间且与它们相邻，构造成减小系统内的电流损耗。

下面将详细描述其它方面、实施例以及这些示例性方面和实施例的优点。本文中所公开的实施例可以以与本文中所公开原理的至少一个一致的方式与其它实施例相结合，所提及的“实施例”、“一些实施例”、“替代实施例”、“各种实施例”、“一个实施例”等不必相互排斥并且意图表示所描述的具体特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施例中。本文中出现的这种术语未必都是指代相同的实施例。

附图说明

下面参照附图来描述至少一个实施例的各种方面，附图并非意图按比例绘制。本文中所包括的附图是用以提供对各种方面和实施例的说明和进一步理解，并且并入本说明书作为其一部分，但并非意图限制本发明。在附图、详细说明或任何权利要求中的技术特征的后面接着附图标记的情况下，附图标记的唯一目的是增加附图和描述的可理解性。在附图中，各种附图中所示出的各相同或几乎相同的部件用类似的数字表示。为了清楚起见，在各附图中可以不将每个部件标出。在附图中：

图1是根据一个或多个实施例的整体构造的框架内的池对的堆的示意图；

图2是根据一个或多个实施例的图1中的剖面A-A的示意图；

图3是示意图，示出根据一个或多个实施例的从缝槽到稀释流动室的进口的稀释流；

图4是根据一个或多个实施例的用胶粘剂灌封角部的方法的示意图；

图5是根据一个或多个实施例的具有竖直取向的进口和出口的框架内的堆的示意图；

图6是根据一个或多个实施例的流道的示意图；

图7是根据一个或多个实施例的经过缝槽的可能的电流旁路的示意图；

图8是根据一个或多个实施例的减少电流旁路的水平块的示意图；

图9是根据一个或多个实施例的交错的水平块的示意图；

图10是根据一个或多个实施例的具有单独制造的网格的框架的示意图；

图11是根据一个或多个实施例的具有交错块的网格的示意图；

图12是根据一个或多个实施例的由四个部分组装成的框架的示意图；

图13是根据一个或多个实施例的电化学分离系统的示意图；

图14是根据一个或多个实施例的具有插入且灌封到框架中的堆的模块化单元的示意图；

图15是根据一个或多个实施例的经过图14中的剖面A-A的示意图；

图16是根据一个或多个实施例的显示图15的细节的示意图；

图17是根据一个或多个实施例的经过图14中的剖面B-B的示意图；

图18是根据一个或多个实施例的经过模块化单元的剖面的示意图；

图19是根据一个或多个实施例的ED装置的分解示意图；

图20是根据一个或多个实施例的经过图19的模块化单元1中的剖面A-A的示意图；

图21是根据一个或多个实施例的经过图19的模块化单元2中的剖面B-B的示意图；

图22是根据一个或多个实施例的ED装置中的膜和池的布置的示意图；

图23是根据一个或多个实施例的经过组装好的ED装置的剖视图；

图24是根据一个或多个实施例的图23的详细视图；

图25是根据一个或多个实施例的具有圆柱形外部形状的框架的示意图；

图26是根据一个或多个实施例的具有模制端板的圆柱形容器中的ED装置的示意图；

图27是根据一个或多个实施例的透明丙烯酸树脂圆柱体中的原型模块化单元的示意图；

图28是根据一个或多个实施例的经过池对的堆的流动的示意图；

图29是根据一个或多个实施例的具有缝槽的框架中的池堆的示意图；

图30是根据一个或多个实施例的经过框架和池对的堆的流动的示意图；

图31是根据一个或多个实施例的在优选ED模块化单元中的传输过程的示意图；

图32是根据一个或多个实施例的具有电流低效率的ED模块化单元中的传输过程的示意图；

图33是根据一个或多个实施例的具有电流低效率和水损失的ED模块化单元中的传输过程的示意图；

图34是根据一个或多个实施例的模块化单元中的电流路径的示意图；

图35是根据一个或多个实施例的在模块化单元框架内的流动通道中的流体体积的示意图；

图36是根据一个或多个实施例的进口流动通道的示意图；

图37是根据一个或多个实施例的在堆周围的电流旁路的路径的实例的示意图；

图38是根据一个或多个实施例的交错的竖直通道的示意图；

图39是根据一个或多个实施例的插入物中的竖直缝槽和水平凹槽的示意图；

图40是根据一个或多个实施例的具有用于插入物的凹陷的框架的示意图；

图41是根据一个或多个实施例的框架的示意图，插入物将要被安装；

图42是剖视图，示出了根据一个或多个实施例的组装好的模块化单元中的流道；

图43是根据一个或多个实施例的模制框架的示意图；

图44是根据一个或多个实施例的具有圆形周边的模制框架的示意图；

图45是根据一个或多个实施例的在弯曲侧上具有水平凹槽的插入物的示意图；

图46是根据一个或多个实施例的在用于插入物的凹陷中具有水平凹槽的模制框架的示意图；

图47A-47C表示了根据一个或多个实施例的包括延伸端膜的模块化单元的示意图；

图48表示了根据一个或多个实施例的与凸缘连接的模块化单元的示意图；

图49表示了根据一个或多个实施例与插入物相关联的歧管的示意图；并且

图50表示了根据一个或多个实施例的所附实例中引用的数据。

具体实施方式

根据一个或多个实施例，模块化电化学分离系统（也可称为电纯化设备或装置）可提高各种处理过程的效率和整体灵活性。在一些实施例中，交叉流电化学分离装置（例如交叉流电渗析（ED）装置）可以被实施为传统的板和框架装置的有吸引力的替代物。在一些实施例中，可以减小交叉流电化学分离装置中的电流低效率。在至少某些实施例中，可以设法解决由于经过进口歧管和出口歧管的电流旁路所造成的电流低效率。也可以降低能耗和膜要求，这两者均会影响在各种用途中的寿命周期成本。在一些实施例中，可实现至少85%的膜利用率。膜要求的降低进而可以导致电化学分离装置的制造成本、重量和空间要求的减小。在一些具体实施例中，可显著提高交叉流ED装置的处理效率。在一些实施例中，可提高用于半咸水、海水和来自石油和天然气产品的浓盐水的脱盐的电化学分离系统的效率。在至少一些实施例中，与目前是脱盐的主导技术的RO相比，ED的成本竞争力可得以提高。

利用电场来纯化流体的装置通常用于处理含有溶解的离子核素的水和其它液体。以这种方式对水进行处理的两种类型装置是电去离子装置和电渗析装置。在这些装置内的是被离子选择膜分隔的浓缩室和稀释室。电渗析装置通常包括交替的电活性半渗透阴离子和阳离子交换膜。膜之间的空间构造成形成具有进口和出口的液体流动室。经由电极施加的施加电场导致溶解的离子被吸引到它们各自的对电极，从而移动经过阴离子和阳离子交换膜。这通常导致稀释室中的液体的离子被消耗掉，而浓缩室中的液体富含所传输的离子。

电去离子（EDI）是利用电活性介质和电势影响离子传输而从水中除去或者至少减少一种或多种电离或可电离核素的方法。电活性介质通常用来交替地收集和释放离子和/或可电离核素，并且在一些情况下利用离子或电子取代机制来促进离子传输，这可以是连续地进行。EDI装置可以包括永久或暂时带电荷的电化学活性介质，并且可以分批地、间歇地、连续地和/或甚至在反转极性模式中运行。EDI装置可以操作以促进被特别地设计用来实现或增强性能的一种或多种电化学反应。此外，这种电化学装置可包括电活性膜，例如半渗透或选择性渗透离子交换膜或双极膜。连续电去离子（CEDI）装置是本领域技术人员已知的电去离子装置，该装置以能够连续进行水纯化同时连续补充离子交换材料的方式而运行。CEDI技术可以包括诸如连续去离子、填充池电渗析或者电透析（electrodiaresis）之类的方法。在受控制的电压和盐度条件下，在CEDI系统中，可以使水分子分裂而产生氢或水合氢离子或核素以及氢氧或羟基离子或核素，其可以在装置中再生离子交换介质因而便于被捕获的核素从其中释放。这样，可以在无需化学补充离子交换树脂的情况下连续地纯化待被处理的水流。

除了电渗析（ED）装置通常在膜之间不包含电活性介质外，ED装置基于与CEDI相似的原理而工作。对于低盐度的给水，由于缺乏电活性介质因而电阻升高，因此会阻碍电渗析的操作。而且，因为对于高盐度给水的电渗析操作可以导致电流消耗升高，所以目前为止此电渗析装置已最有效地用于中等盐度的源水。在基于电渗析的系统中，因为没有电活性介质，所以水的分离是不充分的，并且通常避免在这种情况中操作。

在CEDI和ED装置中，多个相邻的池或室通常被选择性渗透膜所分隔，该选择性渗透膜允许带正电荷或负电荷的核素通过但通常不允许这两种核素同时通过。在这种装置中，稀释或消耗室通常被浓缩室所间隔。在一些实施例中，池对可以指的是一对相邻的浓缩和稀释室。当水流经过消耗室时，在电场（例如直流电场）的影响下离子和其它带电荷核素通常被吸入浓缩室。带正电荷的核素被吸向通常位于多个消耗室和浓缩室的堆的一端的阴极，并且带负电荷的核素类似地被吸向通常位于室堆的相对端的这种装置的阳极。这些电极通常被容纳在电解质室中，电解质室通常被部分地隔离而不与消耗室和/或浓缩室流体连通。一旦在浓缩室中，带电荷的核素通常被选择性渗透膜的阻挡层捕获，该选择性渗透膜至少部分地限定浓缩室。例如，阳离子选择膜通常阻止阴离子从浓缩室出来而向阴极进一步移动。一旦被捕获在浓缩室中，则可以在浓缩流中除去被捕获的带电荷核素。

在CEDI和ED装置中，通常从施加给电极（阳极或正电极、以及阴极或负电极）的电压源和电流源向池施加直流电场。该电压源和电流源（统称为“电源”）自身可以由多种途径（例如交流电源）或者由例如来源于太阳能、风能或波浪能的动力源提供动力。在电极/液体界面处发生电化学半池反应，该半池反应引发和/或促进经过膜和室的离子传输。可以利用容纳电极组件的专用室中的盐浓度而某种程度地控制发生在电极/界面处的特定电化学反应。例如，具有高氯化钠含量的输送至阳极电解质室的进料将趋向于产生氯气和氢离子，而输送至阴极电解质室的这种进料将趋向于产生氢气和氢氧离子。一般来说，阳极室处产生的氢离子将与游离的阴离子（例如氯离子）相关联，从而保持电中性且形成盐酸溶液，类似地，阴极室处产生的氢氧离子将与游离离子（例如钠）相关联，从而保持电中性且形成氢氧化钠溶液。可以在该方法中根据需要将电极室的反应产物（例如所产生的氯气和氢氧化钠）用于消毒目的，用于膜清洗和除污的目的，以及用于pH值调节目的。

板和框架以及螺旋缠绕设计已用于各种类型的电化学去离子装置，这些装置包括但不限于电渗析（ED）和电去离子（EDI）装置。市售的电渗析装置通常属于板和框架设计，而电去离子装置可以是板和框架构造以及螺旋构造二者。

一个或多个实施例涉及可以对可容纳在外壳内的流体进行电纯化的装置、以及其制造方法和使用。待被纯化的液体或其它流体进入该纯化装置，并且在电场的影响下被处理而产生离子耗尽液体。来自进入的液体的核素被收集而产生离子浓缩液体。

根据一个或多个实施例，一种电化学分离系统或电纯化装置可以是模块化的。各模块化单元通常可以起总电化学分离系统的子块的作用。模块化单元可包括任意期望数量的池对。在一些实施例中，每个模块化单元的池对的数量取决于分离装置中的池对和行程的总数。其还取决于当测试交叉泄漏和其它性能标准时具有可接受的故障率的情况下可以热粘接并灌封在框架中的池对的数量。该数量可以基于制造过程的统计分析，并且当工艺控制改善时可以增大。在一些非限制性实施例中，模块化单元可包括大约50个池对。在并入更大的系统之前，可以单独地组装模块化单元并且测试品质控制，例如针对泄漏、分离性能和压力降。在一些实施例中，可将池堆安装在框架内，作为可以独立测试的模块化单元。然后，可以将多个模块化单元组装到一起，以提供电化学分离装置中的池对的总预计数量。在一些实施例中，组装方法通常可包括：将第一模块化单元置于第二模块化单元上，将第三模块化单元置于第一和第二模块化单元上，以及重复以获得期望数量的多个模块化单元。在一些实施例中，可将组件或者单独的模块化单元插入压力容器中进行操作。通过将阻隔膜和/或间隔件置于模块化单元之间或者置于模块化单元内，可以形成多程流动构造。从时间和成本节约方面来说，模块化方法可改善可制造性。通过允许对单独模块化单元进行诊断、隔离、拆除和更换，模块化还可有助于系统维护。单独模块化单元可包括用于促进电化学分离过程的歧管和流量分配系统。单独的模块化单元可相互流体连通，并且与和总电化学分离过程相关的中心歧管和其它系统流体连通。

根据一个或多个实施例，可提高电化学分离系统的效率。电流损耗是低效率的一个可能原因。在一些实施例中（例如涉及交叉流设计的那些实施例），可解决电流泄漏的可能性。电流效率可定义为对于使离子从稀释流移动出来并进入浓缩流有效的电流的百分率。电化学分离系统或电纯化装置中可以存在各种电流低效率的原因。低效率一个可能的原因可涉及通过流经稀释和浓缩进口和出口歧管而绕过池对（相邻的浓缩室和稀释室的对）的电流。开放的进口歧管和出口歧管可与流动室直接流体连通并且可减小各流道中的压力降。从一个电极流到另一个电极的电流的一部分可通过流经开放区域而绕过池对的堆。该旁路电流降低电流效率并且增加能耗。低效率的另一个可能原因可涉及由于离子交换膜的不完美的选择透过性而造成离子从浓缩流进入稀释流。在一些实施例中，与装置内的膜和筛网的密封和灌封相关联的技术可有助于减小电流泄漏。

在一个或多个实施例中，可对经过堆的旁通路径进行操作以促进电流沿直接路径流经池堆，从而提高电流效率。在一些实施例中，电化学分离装置或电纯化装置可构造且布置成使得一个或多个旁通路径比经过池堆的直接路径更加曲折。在至少某些实施例中，电化学分离装置或电纯化装置可构造且布置成使得一个或多个旁通路径具有比经过池堆的直接路径更高的电阻。在涉及模块化系统的一些实施例中，单独的模块化单元可构造成提高电流效率。模块化单元可构造且布置成提供将会有助于提高电流效率的电流旁通路径。在非限制性实施例中，模块化单元可包括构造成提高电流效率的歧管系统和/或流量分配系统。在至少一些实施例中，包围电化学分离单元中的池堆的框架可构造和布置成提供预定的电流旁通路径。在一些实施例中，促使形成电化学分离装置内的多程流动构造可有助于减小电流泄漏。在至少一些非限制性实施例中，可将阻隔膜或间隔件插在模块化单元之间，以引导稀释和/或浓缩流进入多程流动构造从而提高电流效率。在一些实施例中，可实现至少大约60%的电流效率。在其它实施例中，可实现至少大约70%的电流效率。在其它实施例中，可实现至少大约80%的电流效率。在至少一些实施例中，可实现至少大约85%的电流效率。

在本公开的一些实施例中，一种制备电纯化装置的池堆的方法包括形成室。可以通过将离子交换膜相互固定而形成第一室，以提供具有设置在离子交换膜之间的第一间隔件的第一间隔件组件。例如，可以在第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜的周边的第一部分处将第一阳离子交换膜固定到第一阴离子交换膜，以提供具有设置在第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜之间的第一间隔件的第一间隔件组件。

可以通过将离子交换膜相互固定而形成第二室，以提供具有设置在离子交换膜之间的第二间隔件的第二间隔件组件。例如，可在第二阳离子交换膜和第二阴离子交换膜的周边的第一部分处将第二阴离子交换膜固定到第二阳离子交换膜，从而提供具有设置在第二阴离子交换膜和第二阳离子交换膜之间的第二间隔件的第二间隔件组件。

可以通过将第一间隔件组件固定到第二间隔件组件并且使间隔件位于这两个组件之间，而在第一室和第二室之间形成第三室。例如，可以在第一阳离子交换膜的周边的第二部分处以及在第二阴离子交换膜的周边的一部分处将第一间隔件组件固定到第二间隔件组件，从而提供具有设置在第一间隔件组件和第二间隔件组件之间的间隔件的堆组件。

第一室和第二室的每个室可构造且布置成提供不同于第三室内的流体流动方向的流体流动方向。例如，第三室内的流体流可在0°轴线的方向上延伸。第一室内的流体流可在30°方向上延伸，并且第二室内的流体流可在与第一室相同的角度（30°）或者另一角度（例如120°）上延伸。该方法还可包括将组装好的池堆固定在外壳内。

根据一个或多个实施例，电化学分离系统可包括交叉流设计。交叉流设计可以允许增加膜利用率、降低压力降并且减小外部泄漏。此外，交叉流设计可以减小对操作压力的限制。在至少一些实施例中，壳体和端盖的压力等级可能是对操作压力的仅有的显著限制。也可以实现制造过程的自动化。

根据一个或多个实施例，可以借助离子交换膜的周边的彼此固定的部分而选择并提供第一流体流道和第二流体流道。将第一流体流道作为沿0°轴线延伸的方向，第二流体流道可在大于0度且小于360°的任意角度的方向上延伸。在本公开的某些实施例中，第二流体流道可在90°角度的方向上或者垂直于第一流体流道延伸。在其它实施例中，第二流体流道可在与第一流体流道成180°角度的方向上延伸。如果将额外的离子交换膜固定到池堆以提供额外的室，则在这些额外的室中的流体流道可以与第一流体流道和第二流体流道相同或不同。在某些实施例中，每个室中的流体流道在第一流体流道和第二流体流道之间交替。例如，第一室内的第一流体流道可在0°的方向上延伸。第二室内的第二流体流道可在90°的方向上延伸，并且第三室内的第三流体流道可在0°的方向上延伸。在某些实例中，这可被称为交叉流电纯化。

在其它实施例中，每个室内的流体流道相继地在第一流体流道、第二流体流道和第三流体流道之间交替。例如，第一室中的第一流体流道可在0°的方向上延伸。第二室内的第二流体流道可在30°的方向上延伸，并且第三室内的第三流体流道可在90°的方向上延伸。第四室内的第四流体流道可在0°的方向上延伸。在另一个实施例中，第一室内的第一流体流道可在0°的方向上延伸。第二室内的第二流体流道可在60°的方向上延伸，并且第三室内的第三流体流道可在120°的方向上延伸。第四室内的第四流体流道可在0°的方向上延伸。在一些实施例中，一个或多个流道可以为基本非径向的。在至少一些实施例中，一个或多个流道可有助于实现系统内的大致均匀的液体流速曲线。

根据一个或多个实施例，可调整、重新分配或者重新引导室内的流量，从而提供流体与室内的膜表面的更大接触。室可构造且布置成重新分配室内的流体流。室可具有阻碍物、突出部、突起、凸缘或挡板，其可提供用以重新分配经过室的流动的结构，将在下面进一步描述。在某些实施例中，阻碍物、突出部、突起、凸缘或挡板可被称为流量再分配器。流量再分配器可存在于池堆的室的一个或多个中。

电纯化装置的池堆中的每个室可构造和布置成提供用于流体接触的表面积或膜利用率的预定百分率。已发现在电纯化装置的操作中膜利用率越大则提供更高的效率。实现更大膜利用率的优点可包括：降低能耗、减小装置的占用面积、减小经过装置的行程数、以及提高产品水的品质。在某些实施例中，可实现的膜利用率大于65%。在其它实施例中，可实现的膜利用率大于75%。在某些其它实施例中，可实现的膜利用率可以大于85%。膜利用率可至少部分地取决于用于使各膜相互固定的方法以及间隔件的设计。为了获得预定的膜利用率，可选择合适的固定技术和部件以便实现可靠且牢固的密封，该密封允许在不发生装置内泄漏的情况下实现电纯化装置的最佳运行。在一些实施例中，堆制造过程可包括热粘接技术以使膜利用率最大化，同时保持膜的大表面积可用于该过程中。

根据一个或多个实施例，提供一种包括池堆的电纯化装置。该电纯化装置可包括第一室，该第一室包括离子交换膜，并且可构造且布置成在第一方向上提供离子交换膜之间的直接流体流。该电纯化装置还可包括第二室，该第二室包括离子交换膜，并且可构造且布置成提供在第二方向上的直接流体流。第一室和第二室的每一个可构造和布置成提供用于流体接触的预定百分率的表面积或膜利用率。

电纯化装置可包括池堆。该电纯化装置可包括第一室，该第一室包括第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜，该第一室构造和布置成在第一方向上提供第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜之间的直接流体流。该装置还可包括第二室，第二室包括第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜，以在第二方向上提供第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜之间的直接流体流。第一室和第二室的每一个可构造和布置成提供预定的膜利用率，例如大于第一阳离子交换膜、第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜的表面积的85%的流体接触。第一室和第二室中的至少一个可包括间隔件，该间隔件可以是阻隔间隔件。

根据一个或多个实施例，包括池堆的该电纯化装置还可包括包封池堆的外壳，池堆的周边的至少一部分固定到外壳。框架可位于外壳和池堆之间，以提供外壳内的第一模块化单元。池堆的室的一个或多个中可存在流量再分配器。室中至少一个可构造且布置成提供室内的流向逆转。

在本公开的一些实施例中，提供一种用于电纯化装置的池堆。该池堆可提供多个交替的离子消耗室和离子浓缩室。每个离子消耗室可具有提供在第一方向上的稀释流体流的进口和出口。每个离子浓缩室可具有提供在不同于第一方向的第二方向上的浓缩流体流的进口和出口。间隔件可位于该池堆内。该间隔件可为室提供结构并且限定室，并且在某些实例中可有助于引导流体流经过所述室。间隔件可以是阻隔间隔件，其可构造且布置成重新引导流体流和电流中的至少一个经过池堆。如上所述，该阻隔间隔件可降低或防止电纯化装置中的电流低效率。

在本公开的一些实施例中，提供一种电纯化装置。该装置可包括池堆，该池堆包括交替的离子稀释室和离子浓缩室。每个离子稀释室可构造且布置成提供在第一方向上的流体流。每个离子浓缩室可构造且布置成提供在不同于第一方向的第二方向上的流体流。该电纯化装置还可包括在池堆的第一端与阴离子交换膜相邻的第一电极以及在池堆的第二端与阴极交换膜相邻的第二电极。该装置还可包括阻隔间隔件，该阻隔间隔件位于池堆中并且构造且布置成重新引导稀释流体流和浓缩流体流中的至少一个经过电纯化装置并且防止第一电极和第二电极之间的直接电流路径。如上所述，该阻隔间隔件可构造且布置成减小电纯化装置中的电流低效率。

电纯化装置的池堆可被包封在外壳内，该池堆的周边的至少一部分被固定到外壳。框架可位于外壳和池堆之间，以提供在外壳内的第一模块化单元。第二模块化单元也可固定在外壳内。阻隔间隔件也可位于第一模块化单元和第二模块化单元之间。流量再分配器可存在于池堆的室的一个或多个中。所述室中的至少一个可构造且布置成提供室内的流向逆转。支架组件可位于框架和外壳之间，以提供对模块化单元的支撑以及将模块化单元固定在外壳内。

第一方向上的流体流可以是稀释流，并且第二方向上的流体流可以是浓缩流。在某些实施例中，利用极性反转，可将第一方向上的流体流转换成浓缩流并且可将第二方向上的流体流转换成稀释流，在极性反转中，所施加的电场被反转，从而反转流的功能。可将被间隔件分隔的多个间隔件组件固定到一起，以形成池对的堆或者膜池堆。

本公开的电纯化装置还可包括包封池堆的外壳。池堆周边的至少一部分可固定到外壳。框架或支撑结构可位于外壳和池堆之间，以为池堆提供额外的支撑。该框架还可包括允许液体流进和流出池堆的进口歧管和出口歧管。框架和池堆可共同地提供电纯化装置模块化单元。该电纯化装置还可包括固定在外壳内的第二模块化单元。间隔件（例如阻隔间隔件）可位于第一模块化单元和第二模块化单元之间。第一电极可位于第一模块化单元的一端处，该端与和第二模块化单元相连通的一端相对。第二电极可位于第二模块化单元的一端处，该端与和第一模块化单元相连通的一端相对。

支架组件可位于第一模块化单元、第二模块化单元或者二者的外壳和框架之间。支架组件可为模块化单元提供支撑，并且提供与外壳的牢固附接。在本公开的一个实施例中，可以通过将膜池堆定位在外壳或容器中来组装电纯化装置。可在池堆的每端设置端板。可施加胶粘剂以便将池堆的周边的至少一部分密封到外壳的内壁。

在本公开的某些实施例中，提供一种电纯化装置，该装置减小或防止由于更大的电力消耗所导致的低效率。本公开的电纯化装置可提供用于减小或防止低电流效率的多程流动构造。该多程流动构造可通过消除或减小电纯化装置的阳极和阴极之间的直接电流路径而减小经过流动歧管的旁路电流或者电流的泄漏。在本公开的某些实施例中，可以调整、重新分配或重新引导室内的流量，以便提供流体与室内的膜表面的更大接触。室可构造且布置成在室内重新分配流体流。室可具有阻碍物、突出部、突起、凸缘或挡板，这些可提供结构以重新分配经过室的流量。阻碍物、突出部、突起、凸缘或挡板可形成为离子交换膜（间隔件）的一部分，或者可以是设置在室内的其它单独结构。在至少一个实施例中，膜或者阻隔间隔件可以基本上是不导电的从而影响该系统内的电流流动。

在本公开的一些实施例中，提供一种固定或结合离子交换膜（可选地间隔件）以制造用于电纯化装置的膜池堆的方法。该方法可提供用于电纯化装置（例如交叉流电渗析（ED）模块化单元）的多个阴离子交换膜和阳离子交换膜的固定。

在本公开的某些实施例中，提供一种制备用于电纯化装置的第一池堆方法。该方法可包括将第一离子交换膜固定到第二离子交换膜。间隔件可位于第一离子交换膜和第二离子交换膜之间，以形成间隔件组件。当用于电纯化装置时，此间隔件组件限定可允许流体流的第一室。可将多层离子交换膜彼此固定，以提供一系列室。在某些实施例中，可制造多个间隔件组件，并且可以使这些间隔件组件彼此固定。间隔件可位于每个间隔件组件之间。这样，用于电纯化装置的一系列室构造成允许在每个室内的在一个或多个方向上的流体流。

可位于这些室内的间隔件可为这些室提供结构并且限定这些室，并且在某些实例中可帮助引导流体流经过所述室。间隔件可由能够实现室内的期望结构和流体流动的聚合物材料或其它材料制成。在某些实施例中，间隔件可构造且布置成在室内重新引导或重新分配流体流。在一些实例中，间隔件可包括网状或筛网材料，其提供结构并且允许经过该室的期望的流体流。这些间隔件可构造且布置成重新引导流体流和电流中的至少一个以提高处理效率。该间隔件也可构造且布置成形成电纯化装置中的多个流体流动阶段。该间隔件可包括在特定方向上重新引导流体流的实心部。该实心部也可在特定方向上重新引导电流，并且防止电纯化装置中的阳极和阴极之间的直接路径。在一些实施例中，间隔件可促进电流经过池堆并且通常阻止相对于池堆的电流旁路。包括实心部的间隔件可称为阻隔间隔件。阻隔间隔件可位于池堆内，或者可位于第一池堆或第一模块化单元与第二池堆或第二模块化单元之间。

在一些实施例中，相互固定的多个离子交换膜可以交替地为阳离子交换膜和阴离子交换膜，以提供一系列离子稀释室和离子浓缩室。这些膜的几何结构可以是任何合适的几何结构，使得可将膜固定在池堆内。在某些实施例中，期望有池堆上的特定数量的角部或顶点，以便将池堆合适地固定在外壳内。在某些实施例中，特定的膜可具有与池堆中的其他膜不同的几何结构。可以选择膜的几何结构以帮助实现以下情况中的至少一种：使膜相互固定，将间隔件固定在池堆内，将膜固定在模块化单元内，将膜固定在支撑结构内，将一组膜（例如池堆）固定到外壳，以及将模块化单元固定到外壳中。膜、间隔件和间隔件组件可在膜、间隔件或间隔件组件的周边或边缘的一部分处被固定。周边的一部分可以是膜、间隔件或间隔件组件的连续或非连续长度。被选择用来固定膜、间隔件或间隔件组件的周边的那部分可提供界线或边界，以在预定方向上引导流体流。

根据一个或多个实施例，如本文所述的池堆可具有任意期望数量的离子交换膜、池对或者流动室。在一些实施例中，电化学分离系统可包括单个池堆。在其它实施例中（例如在模块化实施例中），电化学分离系统可包括两个或更多个池堆。在一些实施例中，每个池堆可被包括在单独的模块化单元中，如本文中所述。模块化可提供设计灵活性并且简化制造性。

根据一个或多个实施例，电化学分离系统可包括：第一电极；第二电极；第一电化学分离模块化单元，该第一电化学分离模块化单元具有限定被第一框架支撑的多个交替的消耗室和浓缩室的第一池堆，该第一电化学分离模块化单元位于第一电极和第二电极之间；以及与第一电化学分离模块化单元合作的第二电化学分离模块化单元，该第二电化学分离模块化单元具有限定被第二框架支撑的多个交替的消耗室和浓缩室第二池堆，第二电化学分离模块化单元位于第一电化学分离模块化单元和第二电极之间。第一池堆可被第一框架包围，并且第二池堆可被第二框架包围。在一些实施例中，第一和第二电化学分离模块化单元以流体并行的方式布置。第一和第二电化学分离模块化单元可以各自具有整体构造或者它们自身可由子块制成。第一和第二电化学分离模块化单元可以是可拆除的。在一些实施例中，阻隔间隔件可位于第一和第二电化学分离模块化单元之间。如下所述，每个框架可包括歧管系统和/或流量分配系统。可例如利用支架组件将第一和第二电化学分离模块化单元安装在容器内。该系统可包括两个、三个、四个或更多个模块化单元，这取决于预计的用途和各种设计要素。待被处理的水源可以流体地连接到容器进口。消耗室和浓缩室可各自具有与容器进口流体连通的进口。

在一些非限制性实施例中，消耗室和浓缩室中的至少一个包括流量再分配器。在一些实施例中，所述系统构造成使得经过消耗室的流动方向不同于经过浓缩室的方向。在至少一个实施例中，所述系统可构造成使得经过消耗室的流动方向大致垂直于经过浓缩室的方向。第一和第二电化学分离模块化单元可以构造成促进系统内的多程流动。

根据一个或多个实施例，一种组装分离系统的方法可包括将具有被第一框架包围的第一池堆的第一电化学分离模块化单元安装在容器内，位于第一电极和第二电极之间，以及将具有被第二框架包围的第二池堆的第二电化学分离模块化单元安装在所述容器内，位于第一电化学分离模块化单元和第二电极之间。该方法还可包括在第一和第二电化学分离模块化单元之间设置阻隔间隔件。可以在安装在容器中之前，测试第一和第二电化学分离模块化单元的每一个的性能。待被处理的水源可以流体地连接到容器的进口。

根据一个或多个实施例，可将一个、两个或更多个模块化单元插入第一电极和第二电极之间。在一些实施例中，两个模块化单元可在系统内大致彼此相邻。在其它实施例中，阻隔间隔件可位于两个相邻的模块化单元之间。在至少某些实施例中，分离系统中的模块化单元可以不具有专用的一组电极。相反，多个模块化单元可位于单对电极之间。

根据一个或多个实施例，一种电化学分离模块化单元可包括限定多个交替的消耗室和浓缩室的池堆、以及支撑系统。该支撑系统可构造成维持池堆的竖直对准。在一些实施例中，该支撑系统可以是框架。框架可以至少部分地包围池堆。在其它实施例中，框架可基本包围池堆。在一些实施例中，框架可包括歧管系统，歧管系统构造成便于流体流经过池堆。歧管系统可将处理液体从中心系统歧管输送至其所服务的单独的模块化单元。歧管系统可包括进口歧管和出口歧管。歧管系统可包括与各消耗室的进口和各浓缩室的进口流体连通的进口歧管。该歧管系统还可包括与各消耗室的出口和各浓缩室的出口流体连通的出口歧管。该歧管系统可构造成经由出口歧管向下游输送经处理的液体。歧管系统的至少一部分可与框架成为整体或者在与框架分开的结构中。在至少一些实施例中，歧管系统可构造且布置成防止稀释流和浓缩流在模块化单元中混合。该歧管系统可流体地隔离并且保持与堆相关联的稀释室和浓缩室的出口分开。

在一些实施例中，支撑系统（例如框架）可包括流量分配系统。该流量分配系统可以是歧管系统或分隔系统的一部分。该流量分配系统可与歧管系统流体连通并且可构造成促进均匀的对池堆的流量分配。该流量分配系统可与各消耗室的进口和各浓缩室的进口流体连通。在一些实施例中，流量分配系统的至少一部分可与框架成为整体。在其它实施例，流量分配系统的至少一部分可与框架接合。在一些实施例中，流量分配系统的至少一部分包括插入物，插入物被框架可拆除地接收。这可以用于简化流量分配系统的一个或多个特征物的可制造性。可以例如经由插入结构将歧管和/或流量分配系统的一个或多个特征物集成到框架中。在一些实施例中，流量分配系统可与池堆的各进口和出口接合。在一些实施例中，框架可包括与池堆的至少一侧相关联的插入物。在至少一些实施例中，框架可包括与池堆的每侧相关联的插入物。例如，矩形池堆可包括四个插入物。歧管系统和/或流量分配系统或者其部件可与池堆的每侧相关联。

根据一个或多个实施例，与模块化单元框架相关联的流量分配系统或插入物可构造且布置成将待被处理的液体提供至池堆的稀释和浓缩室的进口。该流量分配系统或插入物可进一步构造且布置成接收并且流体地隔离与池堆的稀释室和浓缩室相关联的出口流。该流量分配系统或插入物可保持稀释和浓缩出口流分开。根据一个或多个实施例，可以实施能够具有预计功能的流量分配系统的各种设计。基于池堆的性质，室进口和出口可位于池堆的一侧或多侧上。在一些实施例中，室进口和出口可位于池堆的所有侧上。包括歧管系统和流量分配系统的框架的设计可构造成使得其可在任何取向上接收池堆。插入物或流量分配器也可以插入框架的任一侧并且与池堆的任一侧相关联，以便获得灵活性。插入物或流量分配器可以被插入并且用于将待被处理的流体提供给堆的多个室以及流体地隔离池堆的出口流并且保持池堆的出口流分开。此外，如本文所述，插入物或者流量分配器也可构造且布置成提高整个模块化单元的电流效率。

在一个或多个实施例中，可对经过堆的旁通路径进行操作以促进电流沿直接路径流经池堆，从而提高电流效率。在一些实施例中，电化学分离装置可构造且布置成使得一个或多个旁通路径比经过池堆的直接路径更加曲折。在至少某些实施例中，电化学分离装置或电纯化装置可构造且布置成使得一个或多个旁通路径具有比经过池堆的直接路径更高的电阻。在涉及模块化系统的一些实施例中，单独的模块化单元可构造成提高电流效率。模块化单元可构造且布置成提供将会有助于提高电流效率的电流旁通路径。在非限制性实施例中，模块化单元可包括构造成提高电流效率的歧管系统和/或流量分配系统。在至少一些实施例中，包围电化学分离单元中的池堆的框架可构造和布置成提供预定的电流旁通路径。在一些实施例中，与支撑系统相关联的插入物（例如歧管或流量分配系统的部件）可构造成提高电流效率。

根据一个或多个实施例，歧管系统和流量分配系统中的至少一个可构造且布置成提高模块化单元的效率。该流量分配系统可包括构造成减小电流损耗的至少一个旁通路径。该流量分配系统可包括取向在第一方向的多个第一流体通道。该流量分配系统还可包括取向在第二方向且与多个第一流体通道流体连通的多个第二流体通道。在一些实施例中，第一方向和第二方向可以大致垂直。该流量分配系统可包括插入物，其中，框架限定凹陷，该凹陷构造成接收插入物。在至少一些实施例中，该插入物可限定构造成促进均匀的对池堆的均匀流量分配的格子结构。

在一些非限制性实施例中，插入物可具有邻近池堆的第一侧以及与第一侧相对的第二侧。插入物可包括在第一侧和第二侧中的至少一个上的多个端口。在一些实施例中，端口中的至少一些可以是缝槽或凹槽。端口可以在插入物的一侧与另一侧上可以是不同的。在一些实施例中，插入物的第一侧上的各端口可取向成大致垂直于池堆的离子交换膜，并且插入物的第二侧上的各端口可取向成大致平行于池堆的离子交换膜。在一些实施例中，第一侧上的至少一个端口与池堆的两个或更多个室流体连通。多个端口可以在该插入物的侧面上交错。端口可服务一个或多个室。在一些实施例中，池堆可构造且布置成实现相对于限定池堆的离子交换膜的表面积至少大约85%的流体接触。消耗室和浓缩室中的至少一个可包括阻隔间隔件或流量再分配器。在一些实施例中，池堆构造成使得经过消耗室的流动方向不同于经过浓缩室的方向。在至少一个实施例中，池堆构造成使得经过消耗室的方向大致垂直于经过浓缩室的方向。

根据一个或多个实施例，一种电化学分离模块化单元可包括流量分配器，流量分配器构造成促进池堆内的均匀的流量分配。流量分配器可与包围池堆的框架或歧管的结构成为整体。在其它实施例中，流量分配器的至少一部分可构造成与框架或歧管接合。流量分配器可包括插入物，该插入物能够被框架可拆除地接收。该模块化单元可以包括一个或多个流量分配器。在一些实施例中，流量分配器可与池堆的一侧或多侧相关联。在至少一些实施例中，流量分配器可与池堆的每侧相关联。池堆的每侧可具有专用的流量分配器。流量分配器可构造成被电化学分离装置可拆除地接收。在使用阻隔膜的情况下，可以获得多程流动构造。

根据一个或多个实施例，一种用于电化学分离的流量分配器可包括：多个第一通道，所述多个第一通道取向在第一方向上且构造成输送进料给电化学分离装置的至少一个室；以及取向在第二方向上的多个第二通道，所述多个第二通道与多个第一通道流体连通并且与和电化学分离装置相关联的进口歧管流体连通。在一些实施例中，第一方向是大致竖直的。在至少一个实施例中，第二方向是大致水平的。多个第一通道可以并行布置。在至少一个实施例中，多个第二通道可以并行布置。在一些实施例中，至少一个第一通道与至少一个第二通道相交。阻隔构件可位于第一通道和第二通道的相交处。多个第一通道和多个第二通道可布置成减小电化学分离装置内的电流泄漏。在一些非限制性实施例中，多个第一通道可布置成与多个第二通道限定格子结构。

根据一个或多个实施例，流量分配器可具有第一侧，第一侧构造成设置在电化学分离装置的池堆附近。分配器可包括在第一侧上的多个端口。权利要求的流量分配器可具有布置成与第一侧相对的第二侧并且可具有在第二侧上的多个端口。一些实施例中，第一侧和第二侧上的多个端口可包括缝槽或凹槽。在至少一个实施例中，第一和第二侧上的端口可以是不同的。在一些非限制性实施例中，第一侧上的每个端口的取向可以大致垂直于电化学分离装置的室。第二侧上的每个端口的取向可以大致平行于电化学分离装置的室。第二侧上的多个端口可构造成将流体流分配至第一侧上的多个端口。在一些实施例中，第一侧上的至少一个端口可与电化学分离装置的两个或多个室流体连通。在一些实施例中，第一侧或第二侧上的多个端口可以是交错的。流量分配器可构造且布置成促进电流流动到电化学分离装置的工作表面。端口可与流量分配器相关联。端口可具有相对于流量分配器的各种位置。流量分配器可包括相对于流量分配器大致居中的端口，以促进从进口歧管到电化学分离装置室的均匀流量分配。在其它实施例中，端口可相对于流量分配器而偏移。根据一个或多个实施例，池对的堆可构造成形成模块化单元或子块，用于在最终组装成电化学分离系统之前的品质控制。可利用热粘接、胶粘剂或者其它方法形成子块。在一些实施例中，可在对池对的子块进行测试后组装交叉流模块化单元。端口可嵌在外壳的壁上从而允许运行期间的多次倾倒。在交叉流模块化单元中，大数量的池对可以堆叠且封装在壳体或外壳内。可将密封件与池对相关联以限定流道。如果甚至一个密封件失效，那么可认为整个模块化单元无法工作。根据一个或多个实施例，池对的子块可以用于在将所有的池对堆叠而形成更大的模块化单元或系统之前检测有缺陷的密封。在一些实施例中，池对可被分解成堆，各堆被封装在框架内以在最终组装前确定密封完整性。在一些实施例中，封装方法可利用O型圈或密封垫将子块机械地连接到另一个子块或者电极板而没有无任何内部交叉泄漏或外部泄漏。框架设计可便于浓缩流体的多次倾倒，使得标准子块可被制造、堆积和容易地构造成在特定运行条件下每个模块化单元的任何期望数量的形成和倾倒。框架设计可促进均匀的流量分配、稀释流与浓缩流的隔离以及电流效率。

根据一个或多个实施例，框架可紧密地支撑池对的堆的侧面以维持对准。竖直缝槽可将进口歧管和出口歧管连接到流动室。这可以促进流动室的宽度上的均匀流量分配并且减小从室到歧管的电流泄漏。可利用O型圈或其它机构将堆的端部处的膜固定且密封到框架。框架可由多个部分组装而成或者可以是一体的，例如模制为一个部件。每个模块化单元可充当一个行程，阻隔膜被密封在模块化单元之间。可利用膜使紧邻端块的模块化单元与电极室分隔，并且也可例如利用O型圈或胶粘剂将该模块化单元密封。模块化单元框架或者模块化单元框架的歧管系统可通常包括一个或多个稀释端口以及一个或多个浓度端口。端口可以在框架上或者在插入物上。模块化单元框架还可包括流量分配系统，该流量分配系统可包括一个或多个插入物或流量分配器，该一个或多个插入物或流量分配器能够被框架可拆除地接收。该框架可包括尺寸和形状被设计成接收插入物的一个或多个凹陷。总体框架和模块化单元设计可构造成减小旁路电流。旁通路径可以是曲折的并且呈现高于经过堆的直接路径的电阻。在一些非限制性实施例中，电流可以通过流过缝槽的下半部、沿水平歧管流到端口歧管、沿顶部水平歧管返回并且经过缝槽的上半部返回至堆中，而仅绕过该堆。

根据一个或多个特定的非限制性实施例，池对的堆110可以在四侧上被包封在整体构造的框架120中以形成模块化单元100，如图1中所示。图2和图3给出了经过剖面A-A的视图。为了清楚起见，将流动室和膜的厚度夸大。框架部分中的一组歧管将进料经由取向垂直于膜表面的缝槽阵列供应至稀释室的进口。在稀释室的出口，产品水流过第二个缝槽阵列并且进入附图中右侧的框架部分内的第二组歧管。垂直于剖面A-A的剖面将会显示浓缩室的歧管和缝槽的相同布置。

稀释室和浓缩室的进口和出口可以通过框架和堆的角部之间的密封件彼此隔离，如图2中所示。可利用各种技术（例如胶粘剂、热粘接或者其组合）实现这些密封。图4示出了一种密封角部的方法。将堆410插入框架420并且将罐封胶粘剂分配到堆410和框架420之间的间隙中以形成模块化单元400。在胶粘剂固化后，使堆和框架旋转90°并且将下一个角部罐封，等等。此外，高温下的固化对于完全形成胶粘剂的性质可能是必要的。可替代地，可以将粘度足够低的熔化的热熔性胶粘剂分配到间隙中，直到所有的四个角部被罐封。

上述总体设计的框架可提供若干功能。它可以维持堆中的池对的对准。可以通过减小流动室和膜的厚度而减小ED装置中的能耗。当前技术水平的装置中的流动室（膜间距离）可以薄至0.38 mm（0.015"），而膜厚度可以低至30微米（0.0012"）。由这种薄的柔性部件组装成的具有1200个池对的堆具有非常小的刚度并且应当被支撑而防止侧向偏移。此问题在传统的板和框架装置中尤其突出，传统的板和框架装置要求压缩从而密封堆的部件并且依赖于侧面支撑通道和系杆以对准堆。该问题仍然存在于交叉流装置中，即使利用胶粘剂或者热粘接来密封堆部件并且将整个堆容纳在圆柱形容器中。将进口歧管和出口歧管连接到流动室的缝槽当被正确地设计时可以确保流量被均匀分配在每个稀释室的进口上。缝槽的取向垂直于流动室。无需将缝槽与单独室的进口排成一排。缝槽减小可用于从堆向进口歧管和出口歧管的电流泄漏的面积，由此减小绕过膜和槽的堆的电流的分数（fraction）。电流旁路降低电流效率（所要求的理论电流/所测量的实际电流，基于96,498库仑/当量的法拉第常数）并且增加每单位体积产品的能耗。提高电流效率的其它方法涉及对于采用阻隔膜或间隔件的多程模块化单元构造的使用。

在另一个实施例中，可以通过修改缝槽的构造而进一步减小电流泄漏，并且从而通过将块置于缝槽内而提高电流效率。图5示出了模块化单元500，该模块化单元500包括在具有竖直取向的进口和出口的框架520内的池对的堆510。图6是剖视图，示出了用于流1的流道。流体从进口端口经由并行的三个水平进口歧管接着是竖直缝槽而流入堆中的流动室。流体从堆中经过另一组竖直缝槽和三个出口歧管流动至出口。

然而，图7示出电流可能能够通过经过竖直缝槽从堆的一端流到另一端而绕过堆710。图8示出了关于模块化单元800的缝槽修改的一个非限制性实施例。可将障碍物或者阻塞物置于缝槽中，以迫使旁路电流采取更加迂回的路径，从而增加旁通路径的电阻。在一些实施例中，可将块（例如水平块）置于缝槽中。

在一些实施例中，在每个槽中，水平块不是处于相同位置；否则，可将一个或多个流动室与进口歧管或出口歧管完全隔阻开。图9示出了块930是如何交错的，从而仅仅堵塞对任何给定流动室的进口或出口的小部分。仍然可以通过膜间筛网的正确设计来实现室中的均匀的平均流速。在一些实施例中，如果将框架机械加工或模制为单件，而这限制块的数量和位置，那么交错的块可以全部与水平歧管之一排成一排。

在另一个实施例中，将框架机械加工或模制为没有缝槽。包含缝槽和水平块的网格是单独制造的，并且作为示于图10和图11的流量分配器1050被插入框架1020中。然后，在块的数量和位置方面具有更多的灵活性。块可以布置成阵列或者随机地布置。

框架可以由具有所需机械性能以及与将要通过ED而去离子的流体的化学相容性的材料而制成。例如，在诸如海水脱盐的应用中，由于塑料材料的耐腐蚀性和低成本，塑料材料是有利的。可能的塑料包括：聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA或尼龙）、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）、聚砜或者塑料的共混物（例如Noryl，其是聚苯醚（PPO）与聚苯乙烯（PS）的共混物）。可添加增强填料（例如玻璃纤维）来增强耐化学性以及机械和热性质。

在一些实施例中，可以利用例如机械加工和/或注射模制的方法来制造框架。另外，“快速成形”技术（例如立体光刻、3D打印、熔融沉积模制等）可以用于框架的制造。在另一个实施例中，框架1220由四个部分组装而成，该四个部分利用胶粘剂、热或机械方法或者其组合而连接，如图12中所示。所述部分可以利用如上所述的相同的材料和方法制造。

可以根据需要设置框架的深度，以适应堆中的池对的数量（见图2中的高度“D”），尤其是如果框架由部分组装而成的话。为了容纳1200个池对的堆，例如膜间距离为0.38毫米（0.015"）并且膜的厚度为30微米（0.0012"），框架的深度将必须是大约0.984米（38.74"）。

然而，在这种组件的制造中可能存在实际的限制。将具有大数量池对的堆插入深的框架会是困难的。最初，仅利用胶粘剂或热密封将堆中的柔性膜和筛网连接，因此堆不具有刚性。随着堆的高度增加，角部的罐封会变得更加困难。例如，罐封胶粘剂需要沿堆与框架之间的间隙的整个长度均匀地分配，如图4中所示。可以不对组装在框架中的堆中的密封件进行测试，直到角部被罐封。如果任何密封件失效，则必须拒绝整个组件，从而导致材料和劳动的完全损失。

图13是例如具有1200个池对的3程ED装置中的稀释流的示意图。存在6个模块化单元，各自具有200个池对。可替代地，可使用各自具有400个池对的3个模块化单元。池对和行程数量的许多组合是可能的。此外，该构造可以是不对称的，每个行程中的池对的数量不同。本发明并不局限于任何特定的池对数量或行程数量。

图14示出了作为另一个实施例的模块化单元1400。图15和图16分别是经过剖面A-A和B-B的视图。为了清楚，再次将流动室和膜的厚度极度夸大。将每个室用筛网填充，该筛网将相邻的膜分隔并且当流体经过该室时提高流体的混合。图15是经过图14中的剖面A-A的视图，示出了经过稀释室的流动。在堆顶部的最后一个膜（AEM）以及在底部的最后一个膜（CEM）延伸超过堆并且被O型圈密封，O型圈被夹具固定。这些膜将稀释流（进口和出口歧管，缝槽和室）与在堆的顶端和底端处的最后一个浓缩室相隔离。图16示出了稀释室的进口的近视图。图17是经过图14的剖面B-B的视图。浓缩流流动经过所有的并行的浓缩室，包括在堆的顶端和底端处的那个。

图15的框架的顶表面上的外O型圈用于将模块化单元密封抵靠相邻的平坦表面，该平坦表面可以是测试装置的顶板、上方的相邻模块化单元的框架、或端板。图18示出了例如经过模块化单元装置1800的剖视图，以测试模块化单元内的密封的完整性。将模块化单元夹在两块板之间。底板具有密封抵靠模块化单元框架的下表面的O型圈。模块化单元的顶部处的O型圈密封抵靠顶板。用塞子将稀释出口端口堵塞，并且将加压流体或气体提供至稀释进口端口。膜之间的任何结合或者任何角部密封件中的泄漏将导致向浓缩流的交叉泄漏。交叉泄漏的存在或速率可以被用作确定模块化单元品质的标准。图19示出了组装前的端板、模块化单元1900和分隔膜1970的堆。例如，可以利用定位销使部件对准。

在一些实施例中，每个模块化单元可采用相同的框架设计。单元2的框架的取向可以垂直于单元1和3的框架，如夹具的位置所示。单元1和3内的堆是相同的，但不同于单元2内的堆。图20是经过单元1的剖面A-A的视图，并且图21是经过单元2中的剖面B-B的视图。单元1的顶部和底部处的最后一个室是浓缩室，顶部处的最后一个膜是延伸的或分隔的AEM，并且底部处的最后一个膜是延伸的或分隔的CEM。在单元2中，顶部和底部处的最后一个室是稀释室，顶部处的最后一个膜是延伸的CEM，并且底部处的最后一个膜是延伸的或分隔的AEM。

如图22的示意图所示，模块化单元中的膜和池的布置连同阻隔膜允许稀释和浓缩流中的多程流动构造，并且导致浓缩室紧挨着电极室。这些浓缩室用作电极室和下一个稀释之间的缓冲池。图23是经过组装好的ED装置的视图，示出了经过稀释室的3程流动。图24是模块化单元1的稀释出口和单元2的稀释进口的详细视图，示出了在模块化单元2400之间的阻隔间隔件2470。

垂直于图23的剖面的组装好的ED模块化单元的剖视图将示出经过浓缩室的3程流动。可以利用螺杆以及端部处的螺母将图19和图23中所示的ED装置的端板拉到一起，通常称为板和框架ED装置中的系杆或系棒。端板必须向模块化单元施加足够的压缩以便密封O型圈。也可以利用其它装置向模块化单元施加压缩力。一个例子是位于模块化单元的堆的端部的加压囊。系杆可以布置在框架的外侧（外设的），或者框架的壁可以足够厚从而允许系杆位于壁内（内设的）。由于外观或安全的原因，可以将ED装置包封。例如，可以由热成形塑料板组装外壳。由于安全性和结构的原因，也可以将ED装置插入压力容器中。在一些实施例中，这些框架具有正方形的外部形状并且具有基本实心的壁。如果框架将要被注射模制，则可以挖去壁的芯部，以避免过分厚的部分。在操作期间，加压流体被泵送经过模块化单元，因此可将加强肋添加到壁上以增加刚度和强度。框架的外部形状无需是正方形。例如，图25示出了外部形状为大致为圆形并且设计成用于注射模制的框架2520。矩形、六边形和八边形等等是其它可能的形状。框架的侧面也可以在长度和数量上是不对称的。

图26示出了在两个模制端板之间的六个模块化单元2600，所有模块化单元2600容纳在圆柱形容器2680（图示为透明）中。端板上的O型圈密封抵靠端部处的圆柱体的内壁。该圆柱体可以具有多种功能，包括在组装期间模块化块的对准，在运行期间当ED装置内的流动室和歧管被加压时对圆形框架进行结构支撑，在模块化单元之间以及单元和端板之间的任何O型圈发生泄漏时防止外部泄漏，以及作为装饰盖。如果框架可以被设计和制造成具有充分的刚度和强度，那么圆柱形容器可以不是必要的。一个或多个非结构性装饰盖可以用于包封模块化单元。图27和图28各自示出了插入圆形外壳的模块化单元，没有框架。图29和图30示出了构造有框架3020的模块化单元，框架3020包含缝槽3090。

本发明并不局限于电渗析设备的使用。也可以利用交叉流构造来构造其它电化学去离子装置，例如电去离子（EDI）或者连续电去离子（CEDI），该交叉流构造具有多个行程，使用具有缝槽的模块化框架，池对插入缝槽中。

在交叉流电渗析（ED）和电去离子（EDI）装置中，稀释流和浓缩流在相互垂直的方向上流动。可能的应用包括海水、半咸水和来自石油和天然气生产的浓盐水的脱盐。

各种设计和制造方法可用于交叉流模块化单元。在一些非限制性实施例中，可将模块化单元包括在容器中。在至少一个非限制性实施例中，该容器可以大致为圆柱形。图27示出了50池对模块化单元。在此设计中，开放的进口和出口歧管与流动室直接流体连通，如图28中所示。开放的歧管减小每个流中的压力降，但是从一个电极到另一个电极的电流的一部分可以通过流经开放区而绕过池对的堆。旁路电流降低电流效率并且增加能耗。对于NaCl溶液的脱盐，可按如下方式计算电流效率，

其中：

η_i=电流效率

(q_d)_in=在进口处的每个稀释室的流速

(q_d)_out=在进口处的每个稀释室的流速

C_in=在稀释进口处的浓度

C_out=在稀释出口处的浓度

z=化合价=1，对于NaCl而言

F=法拉第常数

I=电流

对于海水的脱盐，可按如下方式计算电流效率：

其中：

C_i=单独离子的浓度

z_i=单独离子的化合价

NaCl溶液的“处理效率η_p”可定义为如下：

处理效率通常小于或等于电流效率：

其中：

Δ(q_d)=由于电渗透或渗透所造成的来自稀释室的水损失率。

在一些实施例中，系统和方法可由框架在所有侧支撑池对的堆。框架可具有竖直缝槽，该竖直缝槽将用于稀释流和浓缩流的进口和出口歧管连接到堆中的它们各自的流动室，如图29和图30中所示。这种设计的预期益处在于通过消除在通向堆的进口和出口处的开放区域而减少电流旁路，等等。可以在框架中的角部处对池对的堆进行罐封以形成模块化子块，可以检查该模块化子块的交叉泄漏、脱盐性能和压力降。可以将多个块堆叠而形成ED模块化单元。可以将阻隔膜插入块之间，以将稀释和/或浓缩流引导成多程流动构造。图31示出了理想的电化学分离系统中的输送过程。图32示出了涉及电化学分离系统内的电流低效率的输送过程，并且图33示出了涉及电化学分离系统中的电流低效率以及水损失的输送过程。

图34示出电流仍然可以通过流经框架和堆之间的且在竖直缝槽内的间隙而绕过堆从堆的一端到另一端。因此，经过缝槽的电流旁路是重要的。根据一个或多个实施例，方法可减小交叉流ED装置中的电流旁路。在一些实施例中，子块框架中的流动通道可减小绕过堆的电流的分数，由此提高电流效率。通道可将进口和出口连接到池对的堆中的流动室。图35示出了子块框架内的流动通道中的流体体积。例如，流1在进口端口处进入框架并且经过通道的格子流入堆中。为了简单起见，堆中的流体体积由透明的块表示。堆中的流动室中的实际流体体积由膜和筛网限定。流1从堆经由通道的第二格子流动到出口端口。流2的取向垂直于流1；否则流动通道的设计是相同的。

图36是用于流1的进口流动通道的详细视图。来自进口端口的流量被分配至若干并行的水平通道。每个水平通道进而将该流量的其部分经由竖直通道分配至堆中的若干流动室。在流动室的出口，通道的反转顺序（竖直通道－水平通道－出口端口）允许该流量离开子块。

图37显示旁路电流可以仅经过一系列竖直和水平通道从池堆的一端流动到另一端；水平通道仅经过端口歧管而相互流体连通。存在两组旁通路径，一组经由进口端口歧管并且另一组经由出口端口歧管。插入物3795包括进口歧管3797。

因此，经过子块的电流路径可以表示为具有三个并联电阻的电路；一个电阻是堆内的池对的电阻，另外两个电阻是旁路电流的两组路径的电阻。

通过适当地设计通道的尺寸，可以将旁路电流的卷曲路径的电阻制成显著高于经过堆的直接路径的电阻。因此，可以迫使大部分的电流流经该堆。在至少一些实施例中，至少70%的电流可流经该堆，因此可获得至少大约70%的电流效率。在至少一些实施例中，至少80%的电流可流经该堆，因此可实现至少大约80%的电流效率。在至少一些实施例中，至少90%的电流可流经该堆，因此可实现至少大约90%的电流效率。

与堆相邻的流动通道是竖直取向，从而各自与若干池对连通。它们在竖直方向上交错，如图38中所示，使得每个流动室与多个竖直通道连通。竖直和水平流动通道的尺寸和间距影响堆内的流动室中的流量分配以及两个流中的总压力降。可使用计算流体动力学（CFD）软件来优化设计。

在一些实施例中，可将如图36中所示的内部流动通道形成在一块材料中。因此，内部流动通道可与框架成为整体。在其它实施例中，可以将流动通道的至少一部分形成在分开的材料部分中然后将其插入框架。例如，插入物可包括流动通道的一部分。插入物可包括单独地制造然后安装在框架中的缝槽和/或凹槽。

图39示出了在插入物3995的一个面上的竖直缝槽以及在另一面上的水平凹槽，用以分别形成竖直和水平流动通道。可以通过机械加工或者通过模制而制造该插入物。图40示出了框架4020的设计的一个实例，其可通过机械加工而制造。该框架具有用于插入物的四个凹陷4025和四个相对宽的凹槽，以形成端口歧管。为了清楚起见，未示出用于将子块彼此密封的O型圈的特征物（例如凹槽）。图41示出了经过框架的剖视图，插入物4095即将被安装。在用胶粘剂在角部处将池堆罐封到框架之前，安装所有四个插入物，每个流两个。图42是剖视图，示出了每个水平通道如何与若干并行的竖直通道流体连通以及水平通道如何经由端口歧管彼此流体连通。为了简单起见，再次用透明的方框表示池对的堆。所示插入物在顶部和底部还具有其它缝槽，其与将流量提供至堆的顶端和底端的框架中的缝槽流体连通。图43示出了可以容纳图39中所示插入物的模制框架4310的一个实例。可以利用有限元分析（FEA）软件来优化框架设计，以最小化重量（其影响部件成本），同时满足最大内部压力下的变形和应力的机械规范。图44示出了模制框架4420的另一个实例。用于插入物的凹陷4425具有与框架的总体圆形形状相符的弯曲壁。采用此框架设计的多个子块可以堆叠起来并且插入圆柱形外壳。图45示出了对应的插入物，其在弯曲侧上具有水平凹槽。并非必须将所有流动通道置于插入物中。水平凹槽可以位于框架4620内以提供水平流动通道，而竖直缝槽可以位于插入物内，如图46中所示。用于交叉流模块化单元的最佳框架和插入物设计的选择将受到部件制造和组装的相对复杂度和成本的影响。

插入物和框架可由具有必要的机械性能以及与待被处理流体的化学相容性的材料制成。例如，在诸如海水脱盐的应用中，由于塑料材料的耐腐蚀性和低成本，塑料材料是有利的。可能的塑料包括：聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA或尼龙）、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）、聚砜或者塑料的共混物（例如Noryl，其是聚苯醚（PPO）与聚苯乙烯（PS）的共混物）。可添加增强填料（例如玻璃纤维）来增强耐化学性以及机械和热性质。

根据一个或多个实施例，一种电化学去离子装置可包括至少一个池对和框架。该至少一个池对可被容纳在框架内。在一些实施例中，该电化学去离子装置可包括电渗析装置。在其它实施例中，该电化学去离子装置可包括电去离子装置。该框架可包括一个或多个缝槽。在一些实施例中，块可以在缝槽中。在至少一个实施例中，槽可垂直于该至少一个池对。

根据一个或多个实施例，交叉流电化学分离装置可包括模块化单元。模块化单元可包括至少一个池对和框架。该至少一个池对可附接到框架。该装置可以是电渗析装置。在其它实施例中，该装置可以是电去离子装置。该框架可包括一个或多个缝槽。在一些实施例中，块可以在缝槽内。在至少一个实施例中，缝槽可垂直于至少一个池对。该装置还可包括在每个模块化单元之间的阻隔膜或间隔件。该装置可包括多个模块化单元。模块化单元可布置成允许多程流动构造。在一些实施例中，模块化单元可被容纳在圆柱形容器内。

根据一个或多个实施例，一种电化学去离子装置的组装方法可包括：将第一离子交换膜结合到第一筛网，将第二离子交换膜和第一离子交换膜粘和筛网，将第二筛网结合到第一离子交换膜、第一筛网和第二离子交换膜以形成池对，将多个池对结合到一起以形成池对的堆，将池对的堆插入框架，以及将池对的堆密封到框架以形成模块化单元。该方法还可包括将第一离子交换膜密封到模块化单元的第一侧，以及将第二离子交换膜密封到模块化单元的第二侧。在一些实施例中，该方法还可包括：将第一模块化单元置于第二模块化单元上，将另一个模块化单元置于第一和第二模块化单元上，并且重复以获得期望数量的多个模块化单元。多个模块化单元可插入圆柱形容器中。

在一些非限制性实施例中，池对的堆可开始且终止于延伸的膜。这可有助于在框架内隔离稀释、浓缩和电极流。该延伸的膜可具有与堆中的其余膜不同的形状。延伸膜可在至少一侧（例如在两侧）结合到主堆。在一些实施例中，筛网的角部可在膜角部处从堆中突出。筛网的突出的角部可然后充当加强件以在角部罐封后固定膜，或者可以在角部罐封期间产生芯吸作用将低粘度罐封材料吸入堆中。在完成四个角部的罐封后，顶膜和底膜的延伸部分可被折叠（如图47A中所示）并且被结合（如图47B中所示）而形成室。在形成了室的情况下，可检查池堆内的密封的完整性。然后可形成开口以允许在最终组装后将稀释流体转移到另一个子块中。可将浓缩流体与稀释流体和电极流体分隔。在将子块连接到另一个子块或者电极板的情况下，可使用O型圈或密封垫。在一些实施例中，单个O型圈或密封垫可用于形成连接。在子块中，四件内支撑结构可以与堆的四个角部罐封到一起从而在侧壁上形成用于进口和出口的平坦表面。在两个子组件的组装期间，端口是重要的，因为它们提供替代的流道以在子块连接处分隔浓缩流和稀释流从而确保所述流将不会混合。它们也可以在其上方和下方的膜上形成平坦且实心的表面，以促进在组装期间子块与端块之间的密封。外部支撑结构可充当加强件，以抑制模块化单元的正压力从而防止膜破裂。它也可以与内支撑结构合作以加强结合。每件外支撑结构上的突起可在组装期间提供导向以防止没有对准。端口连接器可提供子块的连接。当需要流道越过子块连接经过延伸膜时，可用塞子将其堵塞。这也可以将外和内支撑结构夹持在适当位置，从而确保在注射罐封材料以模制角部之前将延伸膜的全部四侧折叠成框架状图案。顶部和底部筛网可以与角部罐封一起被罐封，从而为延伸膜提供额外的保持强度。两个筛网可在每个连接处充当子块的延伸膜之间的间隔件。可将用于O型圈或密封垫的凹槽模制到角部罐封轮廓的两端中。在操作期间，角部罐封轮廓可以将内和外支撑结构保持在一起以承受歧管中的正压力。通过筛网的角部芯吸的罐封角部部分可用于将堆密封。它也可用作隔离块，以使稀释歧管与浓缩歧管分隔从而防止交叉泄漏。角部轮廓的端部可充当限位器，防止在所有连接处对密封施加过大的压力。图47C示出了根据这些实施例的组件。在一些实施例中，制造可涉及膜之间的第一组结合以及堆的四个角部处的第二组结合。可以例如用O型圈组装多个模块化单元，并且在制造期间可以执行子块品质控制测试。

根据一个或多个实施例，可将池堆固定在包括进口歧管和出口歧管的框架或支撑结构内，以提供模块化单元。然后可将此模块化单元固定在外壳内。该模块化单元还可包括支架组件或角部支架，支架组件或角部支架可将模块化单元固定到外壳。可将第二模块化单元固定在外壳内。一个或多个额外的模块化单元也可固定在外壳内。在本公开的某些实施例中，阻隔间隔件可位于第一模块化单元和第二模块化单元之间。在一些非限制性实施例中，可以将单程流动构造的具有稀释室和浓缩室的池对的堆在各部分密封，以形成模块化单元。所述单元可以利用之间的阻隔间隔件而连接到一起，以形成多程构造。可利用胶粘剂在角部处将堆密封到外壳部分。阻隔间隔件不必被密封到外壳的内壁，而是被夹在模块化单元之间并且被密封在端部之间。在一些非限制性实施例中，在端部具有凸缘的两个模块化单元可堆叠在一起，阻隔间隔件位于它们之间。可用螺栓将凸缘连接到一起。阻隔间隔件可与框架一起模制，并且用胶粘剂或密封垫密封在凸缘之间。可替代地，框架可由热塑性材料或者其它制造方法而模制。在一些实施例中，可以用夹具或系杆连接模块化单元。可以相应地修改阻隔间隔件的设计。图48示出了组装有凸缘的模块化单元的一个非限制性实施例。

根据一个或多个实施例，本文中所讨论的插入物可被设计成促进均匀的流量分配并且具有在经过电化学分离装置的流动中在膜上的较低压力降。甚至流量分配可有助于防止间隔件中的结垢（scaling），并且提高电流效率。可以改变进口和出口端口位置以及插入物的开口尺寸来影响流量分配。CFD软件可有助于对流量分配和压力降的评估。较低的压力降可导致较低的泵送要求。也可降低模块化单元的成本，因为可用更薄的材料制造该模块化单元。插入物可充当流量分配器并且提高电流效率。可以改变插入物上的端口或缝槽的尺寸来改变流量分配。图49示出了具有朝向中心定位的端口4997的流量分配器或插入物4995。在一些实施例中，插入物上的缝槽的尺寸在不同位置可以有变化。

从下面的实例将更全面的理解这些和其它实施例的功能和优点。这些实例在本质上意图是说明性的并且不应被认为限制本文中所讨论的实施例的范围。

实例1

利用交叉流构造来制造两个模块化单元。这两个模块化单元包含在单程中的50个池对。控制模块化单元不包括框架但是被简单地插入圆形外壳，如图27和图28中所示。第二模块化单元构造有包含缝槽的框架，如图29和图30中所示。两个模块化单元的每个膜的有效面积为0.024 m²。流道长度为17.1 cm。膜间间距为0.038 cm。两个模块化单元针对含NaCl的给水而运行。向两个模块化单元施加电势并且确定电流效率。

工作参数如下：

模块化单元	控制	框架
			进料电导率 mS/cm	56.16	55.9
产品电导率 mS/cm	55.23	54.08
			电流强度 A	2.01	3.0
产品流速 l/min	2.81	2.66
			电流效率 %	49	63.3

无框架的控制模块化单元具有49%的测得电流效率。具有框架的模块化单元具有63.3%的测得电流效率。这表示在使用具有缝槽的框架时电流效率的大约29%的提高。

实例2

组装具有3程流动构造中的145个池对的原型模块化单元。池对是在3个框架内，分别包含50个池对、50个池对和45个池对。在将56 mS/cm NaCl溶液用作进料的测试中，在2.0-4.3 cm/s范围内的流速下平均处理效率为65%。

实例3

对在支撑框架中具有插入物的模块化单元（Beta 2.5）进行操作，并且与在支撑框架中无插入物的模块化单元（Beta 2）进行比较。图4中给出了数据，说明与该插入物相关联的更高压力降。

实例4

利用计算流体动力学（CFD）软件对插入物具有中心歧管的模块化单元进行建模和模拟，与插入物具有偏移歧管的模块化单元进行比较。结果表明与中心歧管相比，偏移歧管与侧面处的更宽区域的低流速相关联。更有可能在低速区形成结垢，从而中心歧管可提供更好的流量分配。中心歧管的压力降比偏移歧管的压力降低大约14%。

应当理解的是，本文中所述方法和装置的实施例并不局限于对以下的描述或附图中的说明的部件的构造和布置的细节的用于。这些方法和装置能够实施于其它实施例并且能够以各种方式得以实施。本文中所提供的具体实施例的例子是只是为了说明的目的而并非意图是限制性的。特别是，所描述操作、元件和特征结合一个或多个实施例中的任一实施例并非意图被排除在任何其它实施例中类似的作用之外。

另外，本文中使用的用语和术语是为了描述的目的，不应被认为是限制性的。系统和方法中的实施例或元件中所提及的单数也可涵盖包括多个这些元件的实施例，并且本文中任何实施例或元件中以复数形式的表示也可涵盖包括单个元件的实施例。本文中使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变体表示包括在其后面所列出的物件及其等同物以及其他物件。所提到的“或者”可被理解成是包括性的，从而使用“或者”来描述的任何术语可以表示单个、多于一个、以及所有所述术语中的一种。所提到的任何的“前和后、左和右、顶部和底部、上和下、以及竖直和水平”意图是为了描述的方便，而并非将本发明的系统和方法或者它们的部件限制在任一位置或空间取向。

上面已描述了至少一个实施例的若干方面，应当理解的是各种变更、修改和改进对于本领域技术人员将是明显的。这种变更、修改和改进意图是本公开的一部分并且意图在本发明的范围内。因此，前面的描述和附图仅仅是举例。

Claims

1.一种电化学分离系统，包括：

第一电极；

第二电极；

第一电化学分离模块化单元，所述第一电化学分离模块化单元具有第一池堆，所述第一池堆限定由第一框架支撑的多个交替的消耗室和浓缩室，所述第一电化学分离模块化单元位于所述第一电极和所述第二电极之间；和

第二电化学分离模块化单元，所述第二电化学分离模块化单元与所述第一电化学分离模块化单元相邻并与之合作，所述第二电化学分离模块化单元具有第二池堆，所述第二池堆限定由第二框架支撑的多个交替的消耗室和浓缩室，所述第二电化学分离模块化单元位于所述第一电化学分离模块化单元和所述第二电极之间。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一池堆被所述第一框架包围，并且其中，所述第二池堆被所述第二框架包围。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电化学分离模块化单元并行地布置。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电化学分离模块化单元各自具有整体构造。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电化学分离模块化单元是可拆除的。

6.如权利要求1所述的系统，还包括阻隔间隔件，所述阻隔间隔件位于所述第一和第二电化学分离模块化单元之间。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二框架各自包括歧管系统。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述第一和第二框架各自包括流量分配系统。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电化学分离模块化单元安装在容器内。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一和第二电化学分离模块化单元被用支架组件安装在所述容器内。

11.如权利要求9所述的系统，还包括待被处理的水源，所述待被处理的水源流体地连接到所述容器的进口。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述消耗室和浓缩室各自具有与所述容器的进口流体连通的进口。

13.如权利要求1所述的系统，其中，所述消耗室和浓缩室的至少一个包括流量再分配器。

14.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统构造成使得经过所述消耗室的流动方向不同于经过所述浓缩室的流动方向。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述系统构造成使得经过所述消耗室的流动方向大致垂直于经过所述浓缩室的流动方向。

16.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电化学分离模块化单元构造成促进所述系统内的多程流动。

17.一种组装分离系统的方法，包括：

将第一电化学分离模块化单元安装在容器中，位于第一电极和第二电极之间，所述第一电化学分离模块化单元具有被第一框架包围的第一池堆；并且

将第二电化学分离模块化单元安装在所述容器中，位于所述第一电化学分离模块化单元和所述第二电极之间，所述第二电化学分离模块化单元具有被第二框架包围的第二池堆。

18.如权利要求17所述的方法，还包括将阻隔间隔件设置在所述第一和第二电化学分离模块化单元之间。

19.如权利要求17所述的方法，还包括在安装到所述容器中之前测试所述第一和第二电化学分离模块化单元的每一个的性能。

20.如权利要求17所述的方法，还包括将待被处理的水源流体地连接到所述容器的进口。