CN105209159A - 用于电化学分离的流量分配器 - Google Patents

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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。每个模块化单元可以包括电池堆和框架。所述框架可以包括歧管系统。在所述框架中的流量分配器可以提高电流效率。流量分配器可以限定用于提高的电流效率的迷宫流动路径。

Description

用于电化学分离的流量分配器
本公开的领域
一些方面一般涉及电化学分离，并且具体地涉及用于电化学分离系统的流量分配器。
发明内容
根据一个或多个方面，用于电化学分离的流量分配器可以包括被配置成将流体传送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从电化学分离装置中的至少一个隔室传送流体的多个竖直通道、与多个竖直通道流体连通且与和电化学分离装置相关联的流体歧管流体连通的多个水平通道，以及布置在多个竖直通道和多个水平通道之间的交叉点处以限定在流体歧管和电化学分离装置之间的迷宫流动路径多个挡板。
根据一个或多个方面，用于电化学分离的模块化流量分配器可以包括限定被配置成将流体传送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从电化学分离装置中的至少一个隔室传送流体的多个竖直通道的第一部件、以及限定多个水平通道并且包括多个挡板的第二部件，该第二部件被配置成与第一部件配对使得挡板与多个竖直通道和多个水平通道被布置为在电化学分离装置和流体歧管之间形成迷宫流动路径。
根据一个或多个方面，模块化电化学分离单元可以包括限定多个交替的离子耗尽隔室和离子提浓隔室的电池堆、围绕电池堆并且包括被配置成有利于流体流动通过该电池堆的歧管系统的框架，以及至少部分被定位在该框架内的流量分配器，该流量分配器限定在歧管系统和电池堆之间的迷宫流动路径，以促进均匀的流体流量分布，并且减少在电池堆内的电流损失。
另外其他的方面、实施例以及这些示例性方面和实施例的优点将在下面详细讨论。本文公开的实施例可以和其它实施例以任何符合本文公开的原理中的至少一项的方式组合在一起，并且对于“实施例”、“一些实施例”、“替代性实施例”、“多个实施例”、“一个实施例”等不必互相排斥，并且旨在指示所描述的具体特征、结构或特性可以包括在至少一个实施例中。本文出现的这些术语不必全部都指代相同的实施例。
附图的简要说明
以下参考附图讨论了至少一个实施例的多个方面，这些附图不旨在按比例绘制。该附图被包括在内，以便提供对于各种方面和实施例的阐述以及进一步的理解，并且该附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部份，但是并不旨在作为本发明的限制的定义。在附图、具体说明书或任一项权利要求中的技术特征都后跟参考标号的情况下，引入这些参考标号的唯一目的是提高附图和说明书的可理解性。在附图中，在各图中示出的每个相同的或近似相同的部件用相同的数字来表示。为了清楚起见，并非在每张附图中把每个部件都标注出来。在附图中：
图1是根据一个或多个实施例的在一体化结构的框架中的电池对的堆的示意图；
图2是根据一个或多个实施例的图1中的A-A剖面的示意图；
图3是根据一个或多个实施例的ED装置的分解图的示意图；
图4是根据一个或多个实施例的在ED装置中的电池和膜的布置的示意图；
图5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6是根据一个或多个实施例的在具有模制端板的圆柱形容器中的ED装置的示意图；
图7是根据一个或多个实施例的流动经过电池对的堆的示意图；
图8是根据一个或多个实施例的具有待安装的插入物的框架的示意图；
图9和图10呈现了根据一个或多个实施例的流动经过模块化框架歧管的示意图；
图11呈现了根据一个或多个实施例的被构造成装配到正方形模块框架的流量分配器的示意图；
图12呈现了根据一个或多个实施例的被构造成装配到具有圆形边缘的模块框架的流量分配器的示意图；
图13呈现了根据一个或多个实施例的由三部分组装的具有内部迷宫路径的流量分配器的示意图；
图13A呈现了根据一个或多个实施例的在图13中示出的流量分配器的替代性视图；
图13B呈现了根据一个或多个实施例的在图13A中示出的视图的特写示意图；
图14呈现了根据一个或多个实施例的具有内部迷宫路径的流量分配器的正面分解图；
图14A呈现了根据一个或多个实施例的在图14中示出的流量分配器的替代性视图；
图15呈现了根据一个或多个实施例的图14的部分1的后视图；
图16、图17和图17A呈现了根据一个或多个实施例的迷宫流动路径的示意图；
图18呈现了根据一个或多个实施例的具有成角狭槽的流量分配器插入物的正面分解图；
图19呈现了根据一个或多个实施例的在ED装置中的传送过程的示意图；以及
图20呈现了根据一个或多个实施例的ED装置的电路图。
具体实施方式
根据一个或多个实施例，电化学分离系统和方法可以通过用于在各种处理过程中的应用的总柔韧性和提高的效率来进行表征。电化学分离系统通常可以是如本文所述的模块化的。在一些实施例中，诸如错流电渗析(ED)装置的错流电化学分离装置可以实施作为对于传统板框式(plate-and-frame)装置的替代。在一些实施例中，在错流电化学分离装置中的电流低效率可以被降低。在至少某些实施例中，由于电流旁路通过入口和出口歧管所导致的电流低效率可以被解决。能量消耗和膜需求量也会降低，这两者都会影响在各种应用中的生命周期成本。在一些实施例中，可以实现至少85％的膜利用率。在一些具体的实施例中，错流ED装置的处理效率可以被显著提高。在一些具体的实施例中，电化学分离工艺的效率可以被改善以用于淡盐水、海水和盐水(诸如来自石油和天然气生产)的淡化。在至少一些实施例中，与作为用于淡化的主要技术的RO相比，ED的成本竞争性可以提高。
用于使用电场净化流体的装置通常用于处理含有溶解的离子物质的水和其他流体。用这种方式处理水的两种类型的装置是电去离子和电渗析装置。在这些装置内的是被离子选择膜隔开的浓缩和稀释隔室。电渗析装置通常包括交替的电活性半渗透的阴离子和阳离子交换膜。在膜之间的空间被构造成产生具有入口和出口的流体流动隔室。经由电极施加的外加电场导致溶解的离子，其被吸引到它们各自的对电极，以迁移通过阴离子和阳离子交换膜。这一般导致稀释隔室的液体离子被耗尽，以及在提浓隔室中的液体富集有转移的离子。
电去离子(EDI)是使用影响离子传输的电势和电活性介质从水中移除或至少减少一种或多种离子化或可离子化的物质的过程。电活性介质通常用来交替地收集并排放离子的和/或可离子化的物质，并且在一些情况下，用来通过离子或电子取代反应机制(substitutionmechanism)促进离子的传输，这可以是连续的。EDI装置可以包括永久或暂时电荷的电化学活性介质，并且可以分批地、间歇地、连续地，和/或甚至反极性模式来运行。EDI装置可以被操作以促进一个或多个专门设计来实现或增强性能的电化学反应。另外，此类电化学装置可以包括电活性膜，诸如半渗透的或选择渗透的离子交换膜或双极性膜。连续电去离子(CEDI)装置是本领域技术人员已知的EDI装置，其以这样的方式运行，在该方式中，水的净化可持续地进行，同时持续地补充离子交换材料。CEDI技术可以包括诸如连续去离子、填充池电渗析或电透析(electrodiaresis)等工艺。在CEDI系统中，在受控的电压和盐度的条件下，水分子可被分裂以产生氢或水合氢离子或物质以及氢氧化物或氢氧离子或物质，它们可在装置中使离子交换介质再生并由此促进从其中被俘获的物质的释放。以这种方式，可连续地净化待处理的水流，而无需离子交换树脂的化学再填充。
除了ED装置在膜间通常不包含电活性介质之外，电渗析(ED)装置以与CEDI相似的原理运行。由于没有电活性介质，ED的运行由于升高的电阻可能在低盐度的给水中受阻。而且，因为在高盐度的给水中ED的运行能够导致升高的电流消耗，所以迄今为止，ED设备在中等盐度的水源水下使用最有效。在基于ED的系统中，因为没有电活性介质，所以分解水的效率低，并且通常避免在这种方式下运行。
在CEDI和ED装置中，多个相邻的电池或隔室通常通过选择性渗透膜分隔，这些选择性渗透膜允许带正电的或者带负电的物质通过，但通常不允许两者都通过。在此类装置中，稀释隔室或耗尽隔室通常与提浓隔室或浓缩隔室相互间隔。在一些实施例中，电池对可以指一对相邻的提浓隔室和稀释隔室。当水流经耗尽隔室时，离子和其它带电物质通常在电场(诸如DC场)的影响下被吸入提浓隔室。带正电的物质被吸向阴极，阴极通常位于多个稀释隔室和浓缩隔室的一堆的一端，并且带负电的物质类似地被吸向此类装置的阳极，阳极通常位于隔室的堆的另一端。电极通常容纳在电解液隔室内，其通常部分地和与耗尽隔室和/或浓缩隔室流体连通的隔离。一旦在浓缩隔室中，带电物质通常被至少部分地限定浓缩隔室的选择性渗透膜的屏障所俘获。例如，通过阳离子选择膜，通常可防止阴离子进一步向着阴极迁移出浓缩隔室外。一旦在提浓隔室中被捕获，被俘获的带电物质能够在浓缩流中被去除。
在CEDI和ED装置中，通常从施加于电极(阳极或正极，以及阴极或负电极)的电压源和电流源给这些电池施加DC电场。电压源和电流源(统称“电源”)本身可由多种手段来供电，诸如AC电源，或例如源自太阳能、风能或波能的电源。在电极/液体界面处，发生了电化学半电池反应，其启动和/或促进了离子穿过膜和隔室的传输。在容纳电极组件的专用隔室中，通过盐的浓度可在一定程度上控制电极/界面处发生的特定电化学反应。例如，至氯化钠含量高的阳极电解液隔室的供应物将趋于产生氯气和氢离子，而至阴极电解液隔室的这种供应物将趋于产生氢气和氢氧离子。一般来讲，在阳极隔室所产生的氢离子将与诸如氯离子的自由阴离子相关联，以保持电荷中性并生成盐酸溶液，并且类似地，在阴极隔室所产生的氢氧离子将与诸如钠的自由阳离子相关联，以保持电荷中性并生成氢氧化钠溶液。电极隔室的反应产物，诸如产生的氯气和氢氧化钠，可以根据需要在工艺中进行使用，以用于消毒目的、用于膜清洗和除污的目的以及用于pH调整的目的。
板框式以及螺旋盘绕设计已经被用于各种类型的电化学去离子装置，包括但不限于电渗析(ED)装置和电去离子(EDI)装置。市售可得的ED装置通常是板框式设计，而EDI装置可用于板框式和螺旋构造二者。一个或多个实施例涉及可以电净化流体的装置。待净化的液体或其他流体进入净化装置，并且在电场的影响下被处理以产生离子耗尽的液体。来自进入液体的物质被收集以产生离子提浓的液体。
根据一个或多个实施例，电化学分离系统或装置可以是模块化的。每一个模块化单元一般可以用作总电化学分离系统的子块。模块化单元可以包括任何期望数量的电池对。在一些实施例中，每模块化单元的电池对的数量可以取决于在该分离装置中的电池对和通道的总数。它还可取决于当测试交叉泄漏和其他性能标准时，以可接受的故障率热粘合并灌封入框架内的电池对的数量。该数量可以基于制造工艺的统计分析，并且可以随工艺控制改善而增加。在一些非限制性实施例中，模块化单元可以包括约50个电池对。模块化单元可单独组装和质量控制测试，诸如泄漏、分离性能和被并入更大的系统中之前的压降。在一些实施例中，电池堆可以被安装在框架中作为可以被独立测试的模块化单元。然后多个模块化单元可以被组装在一起，以提供在电化学分离装置中的电池对的总的预期的数量。在一些实施例中，组装方法一般可以包括将第一模块化单元放置在第二模块化单元上，将第三模块化单元放置在第一和第二模块化单元上，并且重复以获得多个期望数量的模块化单元。在一些实施例中，组装或单个的模块化单元可以被插入用于操作的压力容器中。多通道流动构造可能在模块化单元之间或在模块化单元内具有阻挡膜和/或间隔物的布置。模块化方法可以在节约时间和成本方面改善可制造性。模块性还可以通过允许用于单个模块化单元的诊断、隔离、拆除和更换有利于系统维护。单个的模块化单元可以包括有利于电化学分离过程的歧管和流量分布系统。单个的模块化单元可以彼此流体连通，以及与中心歧管装置以及与总电化学分离过程相关联的其他系统流体连通。根据一个或多个实施例，一个或多个模块可以被放置在电极的单个对之间。在一些实施例中，两个或多个电化学分离装置，其每个一般可以是模块化的，并且其每个可以具有其自己的电极对，可以被串联或并联布置作为更大的电化学分离系统的部分。
根据一个或多个实施例，可以提高电化学分离系统的效率。电流损失是低效率的一个可能来源。在一些实施例中，诸如涉及错流设计的那些实施例，电流泄漏的可能性可以被解决。电流效率可以被定义为有效地将离子移动出稀释流进入浓缩流的电流的百分比。电流低效率的各种来源可以存在于电化学分离系统中。低效率的一个可能来源可以包括通过流经稀释和浓缩的入口和出口歧管绕过电池对的电流。打开的入口和出口歧管可以与流动隔室直接流体连通，并且可以降低在每个流动路径中的压降。从一个电极到另一个的电流的部分可以通过流经开口区域而绕过电池对的堆。旁路电流降低了电流效率并且增加了能量消耗。低效率的另一个可能来源可以包括由于离子交换膜的不完善的选择渗透性所导致的从浓缩流进入稀释流的离子。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以有利于电流泄漏的减少。
一个或多个实施例中，可以调控通过堆的旁路路径以促进电流沿通过电池堆的直接路径的流动，以便改善电流效率。在一些实施例中，可以构造并布置电化学分离装置，使得一个或多个旁路路径比通过电池堆的直接路径更曲折。在至少某些实施例中，可以构造并布置电化学分离装置，使得一个或多个旁路路径比通过电池堆的直接路径呈现更高的电阻。在包括模块化系统的一些实施例中，单个的模块化单元可以被构造成提升电流效率。可以构造并布置模块化单元，以提供将有助于电流效率的电流旁路路径。在非限制性实施例中，模块化单元可以包括被构造成提升电流效率的歧管系统和/或流量分布系统。在至少一些实施例中，可以构造并布置围绕在电化学分离模块化单元中的电池堆的框架以提供预定的电流旁路路径。如本文所述，与框架和歧管相关联的流量分配器还可以减少电流旁路。在一些实施例中，改进电化学分离装置内的多通道流动配置可以有利于电流泄漏的减少。在至少一些非限制性实施例中，阻挡膜或间隔物可以被插入模块化单元之间，以将稀释流和/或浓缩流引导到用于提高的电流效率的多通道流动配置。在一些实施例中，可以实现至少约60％的电流效率。在其他实施例中，可以实现至少约70％的电流效率。在另一些实施例中，可以实现至少约80％的电流效率。在至少一些实施例中，可以实现至少约85％的电流效率。根据一个或多个其他方面，可以实现至少约90％的电流效率。在其他方面，可以实现至少约95％的电流效率。一般而言，电流效率随给水电导率的减小而增加。在某些情况下，当淡盐水(即，具有约1000-10,000ppm的TDS的水)被用作给水时，执行淡化处理的系统可以表现出更高的电流效率。
根据一个或多个实施例，用于制备用于电净化设备的电池堆的方法可以包括形成隔室。第一隔室可以通过将离子交换膜彼此固定而形成，以提供具有设置在离子交换膜之间的第一间隔物的第一间隔物组件。例如，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，第一阳离子交换膜可以被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物的第一间隔物组件。
第二隔室可以通过将离子交换膜彼此固定而形成，以提供具有设置在离子交换膜之间的第二间隔物的第二间隔物组件。例如，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，第二阴离子交换膜可以被固定到第二阳离子交换膜，以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物的第二间隔物组件。
通过将第一间隔物组件固定到第二间隔物组件，并且通过在它们之间定位间隔物，第三隔室可以在第一隔室和第二隔室之间形成。例如，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，第一间隔物组件可以被固定到第二间隔物组件，以提供具有设置在第一间隔物组件和第二间隔物组件之间的间隔物的堆组件。
可以构造并布置第一隔室和第二隔室中的每个，以提供与在第三隔室中的流体流动方向不同的流体流动方向。例如，在第三隔室中的流体流可以运行在0°轴的方向上。在第一隔室中的流体流动可以在30°上运行，并且在第二隔室中的流体流动可以在与第一隔室相同的角度上(30°)运行，或在诸如120°的另一个角度上运行。该方法还可以包括将组装的电池对固定在外壳内。
根据一个或多个实施例，电化学分离系统可以包括错流设计。错流设计可以允许增加的膜利用率、较低的压降和外部泄漏的减少。另外，对于操作压力的限制可以通过错流而降低。在至少一些实施例中，壳和端盖的压力等级可以仅仅是对操作压力的基本限制。也可以实现制造工艺的自动化。
根据一个或多个实施例，第一流体流动路径和第二流体流动路径可以通过彼此固定的离子交换膜的周边的部分进行选择和提供。使用第一流体流动路径作为沿0°轴运行的方向，第二流体流动路径可以在大于零度且小于360°的任意角度的方向上运行。在本公开的某些实施例中，第二流体流动路径可以在90°的角度上运行或垂直于第一流体流动路径的运行。在其他实施例中，第二流体流动路径可以在与第一流体流动路径成180°的角度上运行。如果另外的离子交换膜被固定到电池堆以提供另外的隔室，那么在这些另外的隔室中的流体流动路径可以与第一流体流动路径和第二流体流动路径相同或不同。在某些实施例中，在隔室中的每个中的流体流动路径在第一流体流动路径和第二流体流动路径之间交替。例如，在第一隔室中的第一流体流动路径可以在0°方向上运行。在第二隔室中的第二流体流动路径可以在90°方向上运行，并且在第三隔室中的第三流体流动路径可以在0°方向上运行。在某些示例中，这可以被称为错流电净化。
在其他实施例中，在隔室中的每个中的流体流动路径在第一流体流动路径、第二流体流动路径和第三流体流动路径之间相继交替。例如，在第一隔室中的第一流体流动路径可以在0°方向上运行。在第二隔室中的第二流体流动路径可以在30°方向上运行，并且在第三隔室中的第三流体流动路径可以在90°方向上运行。在第四隔室中的第四流体流动路径可以在0°方向上运行。在另一个实施例中，在第一隔室中的第一流体流动路径可以在0°方向上运行。在第二隔室中的第二流体流动路径可以在60°方向上运行，并且在第三隔室中的第三流体流动路径可以在120°方向上运行。在第四隔室中的第四流体流动路径可以在0°方向上运行。在一些实施例中，一个或多个流动路径可以是基本上非径向的。在至少一些实施例中，一个或多个流动路径可以有利于实现系统内的基本上均匀的液体流动速度分布图。
根据一个或多个实施例，在隔室内的流动可以被调节、重新分配或重新定向，以提供流体与隔室内的膜表面的更大的接触。可以构造并布置隔室以重新分配在隔室内的流体流动。隔室可以具有阻碍物、突出物、突起、凸缘或挡板，其可以提供重新分配通过隔室的流动的结构，这将在下面进一步讨论。在某些实施例中，阻碍物、突出物、突起凸缘或挡板可以被称为流动再分配器。流动再分配器可以存在于电池堆的一个或多个隔室中。
可以构造并布置在用于电净化设备的电池堆中的隔室中的每个，以提供用于流体接触的预定百分比的表面积或膜利用率。已经发现的是，在电净化设备的操作中，较高的膜利用率提供较高的效率。实现较高的膜利用率的优点可以包括较低的能量消耗、设备的较小占地面积、通过该设备的较少的通道以及较高质量的产物水。在某些实施例中，可以实现的膜利用率大于65％。在其他实施例中，可以实现的膜利用率大于75％。在某些实施例中，可以实现的膜利用率可以大于85％。膜利用率可以至少部分地取决于用于将膜中的每个彼此固定的方法以及间隔物的设计。为了获得预定的膜利用率，可以选择适当的固定技术和部件，以便实现可靠且安全的密封，其允许电净化设备的最佳操作，而不会遇到在设备内的泄漏。在一些实施例中，堆生产工艺可以包括热粘合技术，以最大化膜利用率，同时维持可在该工艺中使用的膜的大表面积。
根据一个或多个实施例，提供了包括电池堆的电净化设备。该电净化设备可以包括第一隔室，该第一隔室包括离子交换膜，并且该电净化设备可以被构造并布置以在该离子交换膜之间提供在第一方向上的直接流体流动。该电净化设备还可以包括第二隔室，该第二隔室包括离子交换膜，并且该电净化设备可以被构造并布置以提供在第二方向上的直接流体流动。可以构造并布置第一隔室和第二隔室中的每个，以提供用于流体接触的预定百分比的表面积或膜利用率。
电净化设备可以包括电池堆。该电净化设备可以包括第一隔室，其包括第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜，该第一隔室被构造并布置以在第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜之间提供第一方向上的直接流体流动。该设备还可以包括第二隔室，其包括第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜，以在第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜之间提供第二方向上的直接流体流动。可以构造并布置第一隔室和第二隔室中的每个，以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85％的流体接触。第一隔室和第二隔室中的至少一个可以包括间隔物，其可以是阻挡间隔物。
根据一个或多个实施例，包括电池堆的电净化设备还可以包括包封电池堆的外壳，其中电池堆的周边的至少一部分固定到该外壳。框架可以被定位在外壳和电池堆之间，以提供在外壳中的第一模块化单元。流动再分配器可以存在于电池堆的一个或多个隔室中。可以构造并布置隔室中的至少一个以提供在隔室内的流向变换(flowreversal)。
在本公开的一些实施例中，提供了用于电净化设备的电池堆。该电池堆可以提供多个交替的离子耗尽隔室和离子提浓隔室。离子耗尽隔室中的每个可以具有在第一方向上提供稀释流体流动的入口和出口。离子提浓隔室中的每个可以具有在不同于第一方向的第二方向上提供提浓的流体流动的入口和出口。间隔物可以被定位在电池堆中。间隔物可以提供限定隔室的结构，并且在某些示例中，可以帮助定向流体流动通过隔室。间隔物可以是阻挡间隔物，其可以被构造并布置以重新定向流体流动和电流中的至少一种通过电池堆。如所讨论的，阻挡间隔物可以减少或防止在电净化设备中的电流低效率。
在本公开的一些实施例中，提供了电净化设备。该设备可以包括电池堆，其包括交替的离子稀释隔室和离子提浓隔室。离子稀释隔室中的每个可以被构造并布置以提供在第一方向上的流体流动。离子提浓隔室中的每个可以被构造并布置以提供在不同于第一方向的第二方向上的流体流动。电净化设备还可以包括在电池堆的第一端处与阴离子交换膜相邻的第一电极，以及在电池堆的第二端处与阳离子交换膜相邻的第二电极。该设备还可以包括阻挡间隔物，其被定位在电池堆内，且被构造并布置以重新导向稀释流体流动和浓缩流体流动中的至少一个通过电净化设备，并且以防止在第一电极和第二电极之间的直接电流路径。如上面讨论的，阻挡间隔物可以被构造并布置以减少在电净化设备中的电流低效率。
用于电净化设备的电池堆可以被包封在外壳内，其中电池组的周边的至少一部分固定到该外壳。框架可以被定位在外壳和电池堆之间，以提供在外壳中的第一模块化单元。第二模块化单元也可以被固定在外壳内。阻挡间隔物还可以被定位在第一模块化单元和第二模块化单元之间。流动再分配器可以存在于电池堆的一个或多个隔室中。可以构造并布置隔室中的至少一个以提供在隔室内的流向变换。托架组件可以被定位在框架和外壳之间，以提供对模块化单元的支撑，并且以将模块化单元固定到外壳内。
在第一方向上的流体流动可以是稀释流，并且在第二方向上的流体流动可以是提浓流。在某些实施例中，在第一方向上的流体流动可以被转变成提浓流，并且在第二方向上的流体流动可以被转变成稀释流，其中在施加的电场被反转的情况下使用极性反转从而反转流功能。由间隔物分开的多个间隔物组件可以被固定到一起，以形成电池对的堆，或膜电池堆。
本公开的电净化设备还可以包括包封电池堆的外壳。电池堆的周边的至少一部分可以固定到外壳。框架或支撑结构可以被定位在外壳和电池堆之间，以提供对电池堆的另外的支撑。该框架还可以包括允许液体流入和流出电池堆的入口歧管和出口歧管。该框架和电池堆可以共同提供电净化设备模块化单元。电净化设备还可以包括被固定在外壳内的第二模块化单元。间隔物(例如阻挡间隔物)可以被定位在第一模块化单元和第二模块化单元之间。第一电极可以被定位在第一模块化单元的端部处，其在与第二模块化单元连通的端部对面。第二电极可以被定位在第二模块化单元的端部处，其在与第一模块化单元连通的端部对面。
托架组件可以被定位在框架和第一模块化单元、第二模块化单元或两者的外壳之间。托架组件可以提供对模块化单元的支撑，并且提供用于到外壳的牢固附接。在本公开的一个实施例中，电净化设备可以通过将膜电池堆定位在外壳或容器中来组装。可以在电池堆的每一端处提供端板。粘合剂可以被用于将电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，提供了电净化设备，其降低或防止由较大电功率消耗产生的低效率。本公开的电净化设备可以提供多通道流动配置，以降低或防止电流低效率。多通道流动配置可以通过消除或减少在电净化设备的阳极和阴极之间的直接电流路径来减少通过流动歧管的电流的旁路，或电流的泄漏。在本公开的某些实施例中，在隔室内的流动可以被调节、重新分配，或重新定向，以提供流体与隔室内的膜表面的更大的接触。可以构造并布置隔室以重新分配在隔室内的流体流动。隔室可以具有阻碍物、突出物、突起、凸缘或挡板，其可以提供重新分配通过隔室的流动的结构。阻碍物、突出物、突起、凸缘或挡板可以形成为离子交换膜、间隔物的部分，或可以是在隔室内提供的另外的单独结构。在至少一个实施例中，膜或阻挡间隔物可以是基本上不导电的，以便影响在系统内电流。
可被定位在隔室内的间隔物可以提供限定隔室的结构，并且在某些示例中，可以帮助定向流体流动通过隔室。间隔物可以由聚合物材料或其他材料制成，其允许用于期望的结构和在隔室内的流动流体。在某些实施例中，可以构造并布置隔室以重新定向或重新分配在隔室内的流动流体。在一些示例中，间隔物可以包括网状或筛网材料，以提供结构并允许期望的流体流动穿过隔室。间隔物可以被构造并布置以重新定向流体流动和电流中的至少一个，以提高处理效率。间隔物还可以被构造并布置以在电净化设备内产生多个流体流动阶段。间隔物可以包括固体部分，以在特定方向上重新定向流动流体。固体部分还可以在特定方向上重新定向电流，并且防止在电净化设备中的阳极和阴极之间的直接路径。在一些实施例中，间隔物可以促进电流通过电池堆，并且通常阻止相对于电池堆的电流旁路。包括固体部分的间隔物可以被称为阻挡间隔物。阻挡间隔物可以被定位在电池堆内，或可以被定位在第一电池堆或第一模块化单元和第二电池堆或第二模块化单元之间。
在一些实施例中，彼此固定的多个离子交换膜可以在阳离子交换膜和阴离子交换膜之间交替，以提供一系列离子稀释隔室和离子提浓隔室。膜的几何形状可以是使得膜可被固定在电池堆内的任何合适的几何形状。在某些实施例中，可以期望的是在电池堆上的特定数量的拐角或顶点，以便将电池堆适当地固定在外壳内。在某些实施例中，特定的膜与在电池堆内的其他膜相比可以具有不同的几何形状。可以选择膜的几何形状以帮助以下中的至少一个：将膜彼此固定、将间隔物固定到电池堆内、将膜固定在模块化单元或模块化单元内、将膜固定在支撑结构内、将一组膜(诸如电池堆)固定到外壳以及将模块化单元或模块化单元固定到外壳中。膜、间隔物以及间隔物组件可以固定在膜、间隔物，或者间隔物组件的周边或边缘的部分处。周边的一部分可以是连续的或不连续的长度的膜、间隔物或者间隔物组件。被选择以固定膜、间隔物或者间隔物组件的周边的部分可以提供在预定的方向上定向流体流动的边界或界限。
根据一个或多个实施例，如本文所述的电池堆可具有任何期望数量的离子交换膜、电池对或流动隔室。在一些实施例中，电化学分离系统可以包括单个电池堆。在其他实施例中，诸如在模块化实施例中，电化学分离系统可以包括两个或多个电池堆。在一些实施例中，每个电池堆可以被包括在如本文所述的单独的模块化单元中。模块性可以提供设计灵活性且易于制造。
根据一个或多个实施例，电化学分离系统可以包括第一电极、第二电极、具有限定由第一框架支撑的多个交替的耗尽隔室和提浓隔室的第一电池堆的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被定位在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相配合的第二电化学分离模块化单元，其具有限定由第二框架支撑的多个交替的耗尽隔室和提浓隔室的第二电池堆，该第二电化学分离模块化单元被定位在第一电化学分离模块化单元和第二电极之间。第一电池堆可以被第一框架围绕，并且第二池堆可以被第二框架围绕。在一些实施例中，第一和第二电化学分离模块化单元流体地平行布置。第一和第二电化学分离模块化单元中的每个可以是一体化结构，或者自身可以由子块构成。第一和第二电化学分离模块化单元可以是可拆卸的。在一些实施例中，阻挡间隔物可以被定位在第一和第二电化学分离模块化单元之间。如下面所述，框架中的每个可以包括歧管系统和/或流量分布系统。第一和第二电化学分离模块化单元可以被安装在容器内，诸如具有托架组件。该系统可以包括两个、三个、四个或更多个模块化单元，这取决于预期的应用和各种设计元件。待处理的水源可以流体地连接到容器的入口。耗尽隔室和提浓隔室中的每个可以具有与容器的入口流体连通的入口。
在一些非限制性实施例中，耗尽隔室和提浓隔室中的至少一个包括流动再分配器。在一些实施例中，该系统被构造成使得流动通过耗尽隔室的方向不同于流动通过提浓隔室的方向。在至少一个实施例中，该系统被构造成使得流动通过耗尽隔室的方向基本上垂直于流动通过提浓隔室的方向。第一和第二电化学分离模块化单元可以被配置成有利于在该系统内的多通道流动。
根据一个或多个实施例，组装分离系统的方法可以包括将具有由第一框架围绕的第一电池堆的第一电化学分离模块化单元安装在第一电极和第二电极之间的容器中，并且将具有由第二框架围绕的第二电池堆的第二电化学分离模块化单元安装在第一电化学分离模块化单元和第二电极之间的容器中。该方法还可以包括将阻挡间隔物放置在第一和第二电化学分离模块化单元之间。第一和第二电化学分离模块化单元中的每个的性能可以在安装在容器中之前进行测试。待处理的水源可以流体地连接到容器的入口。
根据一个或多个实施例，一个、两个或更多个模块化单元可以被插入第一电极和第二电极之间。在一些实施例中，两个模块化单元可以在系统内基本上彼此相邻。在其他实施例中，阻挡间隔物可以被定位在两个相邻的模块化单元之间。在至少某些实施例中，在分离系统中的模块化单元可能不具有专用的一组电极。相反，多个模块化单元可以被定位在单个电极对之间。
根据一个或多个实施例，电化学分离模块化单元可以包括限定多个交替的耗尽隔室和提浓隔室的点池堆，以及支撑系统。支撑系统可以被配置成维持电池堆的竖直对准。在一些实施例中，支撑系统可以是框架。框架可以至少部分地围绕电池堆。在其他实施例中，框架可以基本上围绕电池堆。在一些实施例中，框架可以包括被配置成有利于流体流动通过电池堆的歧管系统。歧管系统可以将工艺液体从中心系统歧管递送到它服务的单独的模块化单元。歧管系统可以包括入口歧管和出口歧管。歧管系统可以包括与每个耗尽隔室的入口以及与每个提浓隔室的入口流体连通的入口歧管。歧管系统还可以包括与每个耗尽隔室的出口以及与每个提浓隔室的出口流体连通的出口歧管。歧管系统可以被配置成经由出口歧管向下游输送处理的液体。歧管系统的至少一部分可以被集成到框架，或在与框架分开的结构中。在至少一些实施例中，歧管系统可以被构造并布置成防止在模块化单元中的稀释流和浓缩流的混合。歧管系统可以流体地隔离并且保持与堆相关联的稀释隔室和浓缩隔室的出口分开。
在一些实施例中，诸如框架的支撑系统可以包括流量分布系统。流量分布系统可以包括歧管系统和分离系统的一部分。流量分布系统可以与歧管系统流体连通，并且可以被配置成促进到电池堆的均匀的流量分布。流量分布系统可以与每个耗尽隔室的入口以及与每个提浓隔室的入口流体连通。在一些实施例中，流量分布系统中的至少一部分可以集成到框架。在其他实施例中，流量分布系统中的至少一部分可以与框架接合。在一些实施例中，流量分布系统中的至少一部分包括通过框架可拆卸接收的流量分配器插入物。这可以易于制造流量分布系统的一个或多个零件。歧管和/或流量分布系统的一个或多个零件可以被集成到框架中，诸如经由插入物结构。在一些实施例中，流量分布系统可以接合电池堆的每个入口和出口。在一些实施例中，框架可以包括与电池堆中的至少一个侧面相关联的插入物。在至少一些实施例中，框架可以包括与电池堆中的每个侧面相关联的插入物。例如，矩形的电池堆可以包括四个插入物。歧管系统和/或流量分布系统或它们的部件可以与电池堆的每个侧面相联系。
根据一个或多个实施例，流量分布系统或与模块化单元框架相关联的插入物可以被构造并布置以向电池堆的稀释隔室和浓缩隔室供应待处理的液体。流量分布系统或插入物还可以被构造并布置以接收并流体地隔离与电池堆的稀释隔室和浓缩隔室相关联的出口流。流量分布系统或插入物可以保持稀释出口流和浓缩出口流分开。用于能够具有预期功能的流量分布系统的各种设计可以根据一个或多个实施例来实施。基于电池堆的性质，隔室入口和出口可以被定位在电池堆的一个或多个侧面上。在一些实施例中，隔室入口和出口可以被定位在电池堆的所有侧面上。包括歧管系统和流量分布系统的框架的设计可以被配置成使得它可以在任何方向上接收电池堆。插入物或流量分配器还可以插入到框架的任何侧面中，并且为了灵活性与电池堆的任何侧面相关联。插入物或流量分配器可以被插入且都用来提供待处理的流体到堆的多个隔室，以及流体地隔离并保持电池堆的分开的出口流。又如本文所讨论的，插入物或流量分配器还可以被构造并布置以提高总的模块化单元的电流效率。
在一个或多个实施例中，可以调控通过堆的旁路路径以促进电流沿直接路径流动通过电池堆，从而提高电流效率。在一些实施例中，可以构造并布置电化学分离装置，使得通过电池堆的一个或多个旁路路径比直接路径更曲折。在至少某些实施例中，可以构造并布置电化学分离装置，使得通过电池堆的一个或多个旁路路径比直接路径呈现更高的电阻。在包括模块化系统的一些实施例中，单个的模块化单元被配置成提升电流效率。可以构造并布置模块化单元，以提供将有助于电流效率的电流旁路路径。在非限制性实施例中，模块化单元可以包括被配置成提升电流效率的歧管系统和/或流量分布系统。在至少一些实施例中，可以构造并布置在电化学分离模块化单元中围绕电池堆的框架以提供预定的电流旁路路径。在一些实施例中，与支撑系统相关联的插入物(诸如歧管或流量分布系统的部件)可以被配置成提升电流效率。
根据一个或多个实施例，歧管系统和流量分布系统中的至少一个可以被构造并布置以改善模块化单元的效率。流量分布系统可以包括被配置成减少电流损失的至少一个旁路路径。流量分布系统可以包括在第一方向上取向的多个第一流体通道。流量分布系统还可以包括在第二方向上取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，第一和第二方向可以基本上垂直。流量分布系统可以包括流量分配器插入物，其中框架限定被配置成接收该插入物的凹口。插入物可以限定曲折流动路径，诸如迷宫流动路径，在至少一些实施例中，其被配置成促进到电池堆的均匀的流量分布。
在一些非限制性实施例中，插入物可以具有接近电池堆的第一侧面以及在第一侧面对面的第二侧面。插入物可以包括在第一侧面和第二侧面中的至少一个上的多个端口。在一些实施例中，端口中的至少一些是狭槽或凹槽。端口在插入物的一个侧面上相对于另一个侧面上可以是不同的。在一些实施例中，在插入物的第一侧面上的每个端口可以基本上垂直于电池堆的离子交换膜来取向，并且在插入物的第二侧面上的每个端口可以基本上平行于电池堆的离子交换膜来取向。在一些实施例中，在第一侧面上的至少一个端口与电池堆的两个或更多个隔室流体连通。多个端口可以在插入物的侧面交错。端口可以接收一个或多个隔室。在一些实施例中，电池堆可以被构造并布置以实现相对于限定电池堆的离子交换膜的表面的至少约85％的流体接触。耗尽隔室和提浓隔室中的至少一个可以包括阻挡间隔物或流动再分配器。在一些实施例中，电池堆被配置成使得流动通过耗尽隔室的方向不同于流动通过提浓隔室的方向。在至少一个实施例中，电池堆被配置成使得流动通过耗尽隔室的方向基本上垂直于流动通过提浓隔室的方向。
根据一个或多个实施例，电化学分离模块化单元可以包括被配置成促进在电池堆内的均匀流动分布的流量分配器。流量分配器可以被集成到围绕电池堆的框架或歧管的结构。在其他实施例中，流量分配器中的至少一部分可以被配置成与框架或歧管接合。流量分配器可以包括通过框架可拆卸地接收的插入物。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，流量分配器可以与电池堆的一个或多个侧面相关联。在至少一些实施例中，流量分配器可以与电池堆的每个侧面相关联。电池堆的每个侧面可以具有专用的流量分配器。流量分配器可以被配置成通过电化学分离装置可拆卸地接收。多通道流动配置可能使用阻挡膜。
根据本发明的一个或多个实施例，用于电化学分离的流量分配器可以包括在第一方向上取向并且被配置成将流体输送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从电化学分离装置中的至少一个隔室输送的多个第一通道，以及在第二方向上取向的多个第二通道，该多个第二通道与多个第一通道流体连通并且与相关联于电化学分离装置的入口歧管流体连通。在一些实施例中，第一方向是基本上竖直的。在至少一个实施例中，第二方向是基本上水平的。多个第一通道可以平行布置。在至少一个实施例中，多个第二通道可以平行布置。在一些实施例中，至少一个第一通道在至少一个第二通道处相交。阻挡构件可以被定位在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以被布置以减少在电化学分离装置内的电流泄漏。在一些非限制性实施例中，多个第一通道可以与多个第二通道被布置为限定迷宫结构。
根据一个或多个实施例，流量分配器可以具有被配置成接近电化学分离装置的电池堆所设置的第一侧面。分配器可以包括在第一侧面上的多个端口。流量分配器可以具有布置在第一侧面的对面的第二侧面并且可以具有在第二侧面上的多个端口。在一些实施例中，在第一侧面和第二侧面上的多个端口包括狭槽或凹槽。在至少一个实施例中，在第一侧面上和第二侧面上的端口可以不同。在一些非限制性实施例中，在第一侧面上的每个端口可以基本上垂直于电化学分离装置的隔室来取向。在第二侧面上的每个端口可以基本上平行于电化学分离装置的隔室来取向。在第二侧面上的多个端口可以被配置成分配流体流动到在第一侧面上是多个端口。在一些实施例中，在第一侧面上的至少一个端口可以与电化学分离装置的两个或更多个隔室流体连通。在一些实施例中，在第一侧面或第二侧面上的多个端口可以是交错的。流量分配器可以被构造并布置以促进电流流至电化学分离装置的操作表面。端口可以与流量分配器相关联。端口可以具有相对于流量分配器的各种位置。流量分配器可以包括相对于流量分配器基本上居中的端口，以促进从入口歧管到电化学分离装置的隔室的均匀的流量分布。在其他实施例中，端口可以相对于流量分配器偏移。
如上所述，电化学分离系统可以是基本上模块化的。在图1中示意性示出了模块。模块100可以包括框架110和电池堆120。图2呈现了示出在框架110中的歧管装置和通过电池堆120的流体流动的模块100的剖视图。多个模块可以流体地连接以提供在一对电极之间的隔室或电池对的期望的总数量。图3呈现了模块化电化学分离系统300的分解图。模块310与插入它们之间的间隔物320堆叠。多个模块310被定位在一对电极之间。图4呈现了模块化电化学分离系统400的示意图，其示出交替的提浓隔室和稀释隔室。模块框架可以具有任何几何形状。图5示出了基本上圆形的模块框架510。几何形状可以对应于被配置成容纳模块的容器的形状。图6例如示出了被配置成容纳多个模块610圆柱形容器630。
模块性可以有利于制造、安装、测试和维护。每个模块可以流体连接到入口和出口系统歧管装置。每个模块可以包括安装在框架内的电池堆。框架可以包括歧管装置以与总系统歧管装置连接。框架歧管装置可以包括流量分配器插入物。插入物可以被单独制造并由框架接收，以便为框架和模块歧管装置提供增强的设计特征，否则这将难以提供。流量分配器插入物可以限定曲折流动路径以提升电流效率。在至少一些实施例中，由流量分配器限定的曲折流动路径可以是具有多个转弯的迷宫流动路径。
根据一个或多个实施例，流量分布歧管可以减少在错流电化学分离装置中的电流旁路。在一些实施例中，注塑成型的流量分布歧管的模具和零件成本可以通过组装来自单独成型的部分的插入物而降低。单独的部分可以被做成空心以减少质量和循环时间。该部分可以被配置使得任何所得的内部空隙空间不装满死水，死水可以导致生物生长。在至少一些实施例中，提供了迷宫流动路径以减少电流旁路。
在错流ED和EDI装置中，如图7所示，在相互垂直的方向上流动的稀释流和提浓流以及流量分布歧管可以有利于这种错流模式。可能的应用包括海水、淡盐水和来自石油和天然气生产的盐水的淡化。应用到高导电性溶液(诸如海水)的淡化的ED和EDI系统具有低电流效率的潜在缺点，电流效率被定义为有效地将离子移动出稀释流进入提浓流的电流的百分比。例如，电流可以通过流经与稀释隔室和浓缩隔室直接流体连通的打开的入口和出口歧管而绕过电池对。在一些实施例中，电池对的堆可以在模块化框架中组装，该框架具有减少旁路电流的入口和出口歧管。如图8所示并且在本文讨论的流量分配器850可以被模块化框架接收，并且与歧管装置配合以减少旁路电流。一般来讲，流量分配器可以具有与堆中的电池直接连通的第一组端口以及将系统歧管装置连接到第一组端口的第二组端口。如图9所示，流体可以经由流量分配器950从中心歧管装置流动到电池堆。来自入口端口的流量可以被分配到平行布置的若干个水平通道。每个水平通道依次可以经由竖直通道将体积流量分配到在电池堆中的若干流动隔室。在流动隔室的出口处，通道的逆顺序(竖直通道→水平通道→出口端口)允许流动离开子块。流量分配器插950可以限定包括水平和竖直通道的曲折流动路径，以提高电流效率。也可以被称作插入物的这些流量分配器可以放置在框架内的凹口中。在一些非限制性实施例中，与电池堆紧密接触的流量分配器的侧面可以具有竖直端口。图10呈现了通过模块框架1010接收的流量分配器1050的示意图，其中水平流动通道通向竖直流动通道至电池堆。如图所示，流可以通过入口端口进入框架的底部。然后在流中的液体可以流经一系列的水平和竖直通道进入电池堆。剖面视图示出每个水平通道如何与若干平行的竖直通道流体连通，以及水平通道如何经由模块框架和端口歧管相互流体连通。为了简单，电池对的堆由透明的盒子表示。流量分配器1050还可以在与在框架中的狭槽流体连通的顶部和底部上具有另外的狭槽，在框架中的狭槽供给流量到堆的顶部和底部。
根据一个或多个实施例，流量分配器可以具有对应于模块框架的几何形状。图11示出了具有基本上矩形的几何形状的流量分配器1150，而图12示出了具有部分上圆形的几何形状的流量分配器1250。两个图都示出了在流量分配器的一个面上的竖直狭槽，以及在另一个面上的水平凹槽，以分别形成竖直的和水平的流动通道。
在一些实施例中，流量分配器可以通过加工固塑性材料制成，例如，或者通过快速原型方法，诸如立体平板印刷(SLA)。对于低成本的高产量制造，注塑成型是优选的方法。在一些实施例中，流量分配器设计通常可以有助于注塑成型。选择有利于制造的设计参数包括竖直流动通道相对于其宽度的长度，以及在流动通道之间的材料的厚度。根据某些实施例，狭槽可以具有在从约0.5mm至约5mm的范围内的宽度。根据至少一个实施例，狭槽可以具有在从约1mm至约3mm(0.04”至0.12”)的范围内的宽度。在一些实施例中，狭槽可以具有在从约1mm至约15mm的范围内的高度。在多个实施例中，狭槽可以具有在从约4mm至约12mm(0.16”至0.63”)的范围内的高度。根据一些实施例，狭槽可以具有从约5mm至约80mm的长度。在某些实施例中，狭槽可以具有从约15mm至约60mm(0.59”至2.4”)的长度。在多个实施例中，在狭槽之间的材料可以具有在从约1mm至约10mm的范围内的厚度。根据一些实施例，壁材料的厚度可以是从约2mm至约6mm(0.08”至0.24”)。在一些实施例中，流量分配器可以以相对低的成本制造，其具有高尺寸精度同时减少在错流装置中的电流旁路。
在至少一些实施例中，在相邻于电池对的堆的流量分配器的面(前面)上的端口供给流体到流动隔室的入口，或收集来自流动隔室的出口的流体。在错流装置中，一组歧管(包括相关的流量分配器)与稀释隔室流体连通，同时另一组与具有在垂直方向上流动的提浓隔室流体连通。在一些实施例中，端口可以是狭槽。狭槽可以竖直地或成角度地取向，使得它们与若干电池对流体连通。狭槽还可以是交错的使得没有电池对阻挡流体流动。
在至少一些实施例中，在远离电池堆的面(背面)上的水平槽将在正面上的端口连接到入口或出口歧管。每个槽可以只与水平行的狭槽流体连通。在槽之间的壁可以通过从在一个级别处的狭槽直接流至在上面或下面的另一个级别处的狭槽而防止电流绕过堆。水平狭槽在入口端口或出口端口处流体地连接。从在第一级别处的隔室至第二级别处的隔室流动的旁路电流的路径长度经由：在第一级别处的狭槽在第一级别处的水平槽入口或出口端口在第二级别处的水平槽在第二级别处的狭槽，该路径长度通常必须足够长，使得通过路径的电阻高于从第一级别到第二级别通过该堆的电阻。在图1和图2中示出的示例中，这可以通过在一些实施例中可以形成迷宫流动路径的竖直狭槽和水平槽的特定布置来实现。在一些实施例中，在流量分配器中的流动通道包括由狭槽限定并且由水平槽连接的平行通道。
在一些实施例中，限定狭槽和槽的壁的厚度尽量均匀地薄，以减少流量分配器的总质量，并且确保在熔融的塑料被注入模具型腔中之后均匀但快速的彻底冷却。在注塑成型技术中，该设计步骤被称为将零件“做成空心”，以降低材料成本和循环时间。“做成空心”步骤不必产生能够填充有滞留流体的内部空隙空间，该滞留流体可以导致生物生长。
根据一个或多个实施例，流量分配器可以由被配置成组装在一起的单独的模制零件形成。基于制造方法，内部空隙体积可能需要被密封。不在流动路径上的内部空间必须被密封，以防止流体泄漏到空间中以及滞留流体的堆积。在一些优选实施例中，通常存在通过所有空隙的流动。
结合零件的可能方法包括粘合剂粘接和超声焊接。在一些优选实施例中，零件可以被配置成配对在一起，而不需要粘接或焊接，诸如通过卡扣或紧密配合在一起。在一些实施例中，迷宫流动型态可以通过相邻零件在组装时的插入或配对形成。在每个零件中的狭槽具有足够小的长宽比，在模具中形成狭槽的必要的片状物可以是机械上足够强以抵抗在模塑过程期间的压力。
图13示出了具有内部迷宫流动路径的流量分配器。图13A和图13B示出了在图13中描绘的流量分配器的横截面。如图所示，流量分配器可以被构造成包括做成空心的腔以及对于流体和旁路电流都产生曲折流动路径的突起。流量分配器可以由多个部件组装，诸如由图13A(组装的)和图14以及图14A(分解图)示出的三个部件。如图14A所示，多个部件可以被配置成彼此配对以限定曲折的流动路径。多部分的构造可以有利于制造。多个可能几何形状在本公开的范围内。在一些非限制性实施例中，在模块的一个部分中的突起可以被配置成装配到在模块的相邻部分中的相应的做成空心的腔内。图15示出部分1的背面。在狭槽之间，如果不被做成空心，那么会有材料的厚部分。然而，一旦做成空心，腔必须被密封或结合到流动路径中。在该设计中，通过使用在部分2中的突起或挡板以产生迷宫流动路径来实现后者。在部分3中的水平狭槽将迷宫路径连接到入口端口或出口端口。
根据一个或多个实施例，用于电化学分离的流量分配器可以包括被配置成将流体传送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从其传送流体的多个竖直通道、与多个竖直通道流体连通且与相关联于电化学分离装置的流体歧管流体连通的多个水平通道，以及布置在多个竖直通道和多个水平通道之间的交叉点处以限定在流体歧管和电化学分离装置之间的迷宫流动路径的多个挡板。在一些非限制性实施例中，多个竖直通道可以平行布置，并且多个水平通道可以平行布置。流量分配器可以被配置成使得流体沿迷宫流动路径围绕挡板而行进。
根据一个或多个实施例，流量分配器可以具有被配置成接近电化学分离装置的电池堆所设置的第一侧面，其中流量分配器包括在第一侧面上的多个端口，并且还可以具有布置在第一侧面对面的第二侧面，其中流量分配器包括在第二侧面上的多个端口。在第一侧面上的端口可以经由迷宫流动路径流体连接到在第二侧面上的端口。
在第一侧面和第二侧面上的多个端口可以包括狭槽。在第一侧面上的每个端口可以基本上垂直于电化学分离装置的隔室取向，并且在第二侧面上的每个端口可以基本上平行于电化学分离装置的隔室取向。在流量分配器的第一侧面上的至少一个端口可以与电化学分离装置的两个或更多个隔室流体连通。
根据本发明的一个或多个实施例，用于电化学分离的模块化流量分配器可以包括限定多个竖直通道的第一部件以及限定多个水平通道且包括多个挡板的第二部件，该多个竖直通道被配置成将流体传送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从其传送流体，该第二部件被配置成与第一部件配对，使得挡板与多个竖直通道和多个水平通道被布置为在电化学分离装置和流体歧管之间形成迷宫流动路径。模块化流量分配器还可以包括被配置成将第二部件连接到流体歧管的第三部件。
在流量分配器的第一侧面上的多个端口可以以确定的模式来布置。在一些实施例中，在流量分配器的第一侧面上的多个端口可以相对于竖直轴成角度。
本文所公开的关于流量分配器及其模块性的实施例只用于示例的目的示出。可以提供期望的弯曲度的其他配置和几何形状旨在落入本公开的范围内。
图16示出在流量分配器中的流动路径，其将入口端口与电池堆连接。流动方向通常与用于出口歧管的相反。图17详细地示出从水平槽到狭槽的迷宫流动路径。例如，来自入口端口的流动可以首先行进通过水平槽，并且然后继续通过限定狭槽的多个开口。流动路径可以被一系列包括两个完整U型转弯的连接通路限定。例如，第一个U型转弯可以包括其中液体从水平槽进入狭槽并且继续沿预定长度的直线路径流动的流动路径。然后流体在直线路径的较短部分的开始处向左或向右做出转弯，并且然后在直线路径的较短部分的末端处向左或向右做出相同的转弯，并且然后沿直线路径继续流动。同样地，第二U型转弯可以以类似的方式执行，其中初始的直线路径由第一U型转弯的最后的直线路径限定。正如本领域中的技术人员将理解的，流量分配器的流动路径和构造不限于两个完整的U型转弯，并且可以被配置成容纳多个U型转弯。其他曲折流动路径在本公开的范围内。挡板和突起可以帮助限定曲折流体路径，因为流体可能需要绕过它们流动。另外，如图17所示，狭槽的壁可以是成角度的，以进一步引导流动的流体并限定曲折流动路径。图17A是迷宫流动路径的另一个视图，并且示出(如下面进一步讨论的那样)弯曲度与迷宫流动路径的长度和由流动路径提供的直接距离(L)之间的关系是如何相关的。
如上面讨论的，在一些实施例中，在流量分配器的面上的端口可以是有角度的，如图18所示。狭缝的开口区域，以及因此在狭槽和堆之间的流动转变处的压降可以与未成角度的型式相同。然而，角度可以被配置成使得较少的电池对与每个狭槽流体连通，并且因此从电池对到与相同的狭槽接触的另一个电池对的旁路可以被减少。
根据一个或多个实施例，竖直和水平流动通道的尺寸和间隔可以影响在堆中的流动隔室内的流量分布以及在两个流中的总压降。计算流体动力学(CFD)软件可以被用于优化设计。当迷宫流动路径是一个可能的配置时，其他实施例包括呈现出到可能的旁路电流的曲折路径的其他流动配置，使得施加的电流的大部分将流经该堆。
根据一个或多个实施例，流量分配器由具有必需的机械性质和与待通过电化学分离去离子的流体的化学相容性的材料制造。在诸如海水淡化的应用中，由于其抗腐蚀能力和低成本，塑料材料受到青睐。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(ABS)、聚砜，或诸如改性聚苯醚的塑料的共混物，这是聚苯醚(PPO)和聚苯乙烯(PS)的共混物。可以添加诸如玻璃纤维的增强填料以用于耐化学性以及机械和热性质的提高。
根据一个或多个实施例，在流量分配器中的流动通道可以被配置成允许沿该通道的电阻比通过膜和间隔物的堆的电阻高的多。这种类型的配置可以强制电流中的大多数流经该堆，而不是围绕它绕过。
填充通道的流体的电阻可以取决于流体的电导率以及通道的横截面积和长度。为了实现特定长度，如果长直线通道被最小化或消除，那么通道可以是曲折的。如本文所使用，术语“弯曲度”一般可以被定义为通道的长度除以通道起点和终点之间的直接距离。例如，在图17A中，弯曲度是大约2.7。对于弯曲度高的值随后可以增加通过通道的流体压降。在至少一个实施例中，弯曲度可以在从约2至约5的范围内。在其他实施例中，弯曲度可以在从约2.5至约3.5的范围内。
根据其他实施例，曲折的通路可以被配置成具有几乎恒定的横截面积。这种特别的特性可以提高在通路中的流体的流动速度的均匀性。在多个实施例中，在通路中的任意点的流动速度变化可以小于约+/-20％。在一些实施例中，速度变化可以小于约+/-10％。均匀的流动速度可以最小化或消除滞流区，从而提高系统的效率。
根据一个或多个实施例，框架可以牢固地支撑电池对的堆的侧面以保持对准。端口可以将入口和出口歧管连接到流动隔室。这可以促进跨越流动隔室的宽度的均匀的流量分布，并且减少从隔室至歧管的电流泄漏。在堆的末端的膜可以被固定并利用O形环、灌封或其他机构密封到框架。框架可以由多个部分组装，或可以是整体的，诸如模制为一个部分。每个模块化单元可以用作具有密封在模块化单元之间的阻挡膜的一个通道。紧挨着末端块的模块化单元可以通过膜与电极隔室分开，并且还可以诸如用O形环或粘合剂来密封。模块化单元框架，或模块化单元框架的歧管系统一般可以包括一个或多个稀释端口以及一个或多个浓缩端口。端口可以被嵌入框架中或流量分配器插入物上。模块化单元框架可以包括歧管装置和流量分布系统，其可以包括由该框架可拆卸地接收的一个或多个插入物或流量分配器。模块化单元歧管可以流体连接到更大的总系统歧管装置。该框架可以包括一个或多个凹口，其尺寸和形状被设计为至少部分地接收流量分配器插入物。总的框架和模块化单元设计可以被配置成减少旁路电流。旁路路径可以是曲折的，并且呈现比通过堆的直接路径更高的电阻。
根据一个或多个特定的非限制性实施例，电池对的堆可以封闭在一体化结构的框架中的四个侧面上以形成模块化单元。为清楚起见，流动隔室和膜的厚度被夸大。在框架中的一组歧管经由垂直于膜表面取向的狭槽的阵列供给进料到稀释隔室的入口。在稀释隔室的出口处，产物水流经狭槽的第二阵列，并进入在图的右边的框架部分中的第二组歧管。剖面垂线将包括用于浓缩隔室的相同布置的歧管和狭槽。到稀释隔室和浓缩隔室的入口和出口可以通过在框架和堆的拐角之间的密封而相互隔离。密封可以通过多种技术来实现，诸如粘合剂、热粘合或其组合。
上面描述的总设计的框架可以起到多种作用。它可以保持在堆中的电池对的对准。在ED装置中的能量消耗可以通过减少流动隔室和膜的厚度来降低。在本领域设备的当前状况中，流动隔室(膜间距离)可以薄至0.38mm(0.015”)，同时膜厚度可以低至30微米(0.0012”)。由如此薄且柔性的部件组装的1200个电池对的堆几乎没有刚性，并且应该由横向移动支撑。当设计合适时，将入口歧管和出口歧管连接到流动隔室的狭槽可以确保流动在跨越每个稀释隔室的入口均匀地分配。狭槽垂直于流动隔室取向。没有必要将具有单个隔室的狭槽排列起来。狭槽减少了可用于从堆到入口歧管和出口歧管的电流泄漏的面积，并且从而降低绕过电池和膜的堆的电流的一部分。电流旁路降低电流效率并且增加每单位体积的产品的能量消耗。提高电流效率的其他方法包括利用阻挡膜或间隔物的多通道模块化单元配置的使用。在另一个实施例中，可以修改狭槽的配置以进一步减少电流泄漏，并且因此通过狭槽内的块的放置来提高电流效率。从入口端口开始，流体可以经由跟随有竖直狭槽的平行的水平入口歧管流入在堆中的流动隔室。从该堆开始，流体通过另一组竖直狭槽和出口歧管流到出口端口。障碍物或阻碍物可以被放置在狭槽中，以强制旁路电流采用更加迂回路径，并且从而增加在旁路路径中的电阻。在一些实施例中，诸如水平块的块可以放置在狭槽中。
在一些实施例中，系统和方法可以通过框架将电池对的堆支撑在所有的侧面上。框架可以如需要的深，以适应在堆中的电池对的数量。框架可以具有将用于稀释流和浓缩流的入口歧管和出口歧管连接到在堆中的它们各自的隔室的端口。在此类设计的期望的有益效果中的是通过消除在到堆的入口和出口处的开口区域来减少电流旁路。电池对的堆可以在框架的拐角处灌封，以形成能够用于检查交叉泄漏、淡化性能和压降的模块化子块。多个块可以被堆叠，以形成模块化单元。阻挡膜可以被插入到块之间，以将稀释流和/或浓缩流定向到多通道流动配置。
框架可以具有凹口以接收用于歧管装置的插入物或端口。插入物可以在堆被灌封到框架之前安装。每个水平通道可以与多个平行的竖直通道流体连通，并且水平通道可以经由端口歧管相互流体连通。不是所有的流动通道必须被放置在插入物中。水平凹槽可以位于框架中，以提供水平流动通道，同时竖直狭槽可以位于插入物中。其他选择是可以的。用于错流模块化单元的最好的框架和插入物设计的选择将受部件制造和装配的成本和相对复杂性影响。
根据一个或多个实施例，方法可以减少在错流ED装置中的电流旁路。在一些实施例中，在子块框架中的流动通道可以减少绕过堆的电流的一部分，从而提高电流效率。通道可以将入口端口和出口端口连接到在电池对的堆中的流动隔室。
通过对通道的恰当的尺寸设定，用于旁路电流的盘绕路径的电阻可以被制成显著高于通过堆的直接路径的电阻。因此，电流的大部分可以被强制流经该堆。在至少一些实施例中，至少约70％的电流可以流经该堆，并且因此可以实现至少约70％的电流效率。在至少一些实施例中，至少约80％的电流可以流经该堆，并且因此可以实现至少约80％的电流效率。在至少一些实施例中，至少约90％的电流可以流经该堆，并且因此可以实现至少约90％的电流效率。
相邻于堆的流动通道竖直地取向，使得每个通道与若干电池对连通。它们可以以确定的模式竖直交错，使得每个流动隔室与多个竖直通道连通。竖直和水平流动通道的尺寸和间隔影响在堆中的流动隔室中的流量分布以及在两个流中的总压降。
在一些实施例中，内部流动通道可以在材料的块中形成。内部流动通道可以集成到框架。在其他实施例中，流动通道中的至少一部分可以在材料的分开部分中形成，并且然后插入框架。例如，插入物可以包括流动通道的一部分。插入物可以包括分开制造并且然后安装在框架中的狭槽和/或凹槽。
根据一个或多个实施例，如本文所述的插入物可以被设计以促进均匀的流量分布，并且在通过电化学分离装置的流动中的膜上具有较低的压降。均匀的流量分布可以帮助防止在间隔物内结垢，并且提高电流效率。入口端口和出口端口位置以及插入物的开口大小可以变化，以影响流量分布。CFD软件可以有利于流量分布和压降的估计。较低的压降可以导致较低的泵送需求。由于模块化单元可以用较薄的材料构建，因此模块化单元的成本也可以降低。插入物可以用作流量分配器，并且提高电流效率。在插入物上的端口或狭槽的大小可以变化以改变流量分布。在一些实施例中，在插入物上的狭槽的大小可以在不同的位置变化。
根据一个或多个实施例，电池堆可以被固定在包括入口歧管和出口歧管的支撑结构或框架内以提供模块化单元或模块化单元。该模块化单元然后可以被固定在外壳内。模块化单元还可以包括可以将模块化单元固定到外壳的托架组件或拐角支撑。第二模块化单元可以被固定在外壳内。一个或多个附加模块化单元也可以被固定在外壳内。在本公开的某些实施例中，阻挡间隔物可以被定位在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，具有在单通道流动配置中的稀释隔室和浓缩隔室的电池对的堆可以部分密封，以形成模块化单元。单元可以在中间用阻挡间隔物连接在一起，以形成多通道配置。堆可以在拐角处使用粘合剂被密封到外壳部分。阻挡间隔物不需要被密封到外壳的内壁，而是被夹在模块化单元之间，并且在末端之间密封。在一些非限制性实施例中，在末端具有凸缘的两个模块化大于可以在中间用阻挡间隔物来堆叠。凸缘可以是螺栓连接在一起的。阻挡间隔物可以被模制有框架，并且利用粘合剂或衬垫在凸缘之间密封。另选地，框架可以由热塑性材料或其他制造方法模制。在一些实施例中，模块化单元可以利用夹具或连接杆连接。阻挡间隔物的设计可以相应地修改。
本发明不限制电渗析设备的使用。其他电化学去离子装置(诸如电去电离或连续的电去离子)也可以使用具有使用模块化设计的多通道的错流配置进行构造。根据至少一些实施例的电化学分离系统可以用于海水、淡盐水以及来自石油和天然气生产的盐水的淡化。
从以下实例中，这些和其它实施例的功能和优点将得到更充分的理解。该实例本质上旨在是说明性的，并且并不被视为限制本文所透露的实施例的范围。
实例
具有曲折流动路径的流量分配器
图19呈现了ED装置的传送过程的流向图。在图19中，用于稀释流和提浓流的流动路径被显示为它从入口流动歧管向出口流动歧管传送。通过该装置的电流旁路的流动路径也被示出，这可以导致系统低效率。图20呈现了ED装置的电路图。该图示出了与装置的不同部件和流动路径相关联的多个电阻。
图19示出了具有两个电池对的ED设备，其示出通过膜和电流路径的离子的运动。从阳极到阴极的总电流的一部分可穿过在流量分配器和流动歧管中的通道，并且绕过膜和间隔物的堆。这部分电流不引起离子运动，并且被认为是没有用的。如图20所示，在ED设备中的电流路径可以近似为电路。在稀释隔室和提浓隔室中的电阻、阳离子膜和阴离子膜、在流量分配器中的流动通道以及流动歧管可以被模型化为电阻器。
在多个方面中，如本文所述和表征的流量分配器可以克服上面讨论的一个或多个缺点。例如，具有曲折通路并且如图16所示的流量分配器被示出，以具有如下所计算的电阻：
1.假设到稀释隔室和提浓隔室的进料都是海水，其中总溶解固体(TDS)是35000ppm、温度为25℃，并且电导率是53.1μS/cm。
2.每个曲折通道具有2.5mm(0.1”)的宽度、4mm(0.16”)的高度和53mm(2.09”)的长度。离子交换膜具有1.3ohm-cm2的电阻。每一行有13个流体平行的通道。
3.稀释隔室和提浓隔室是0.25mm(0.01”)厚。
4.每个膜是具有85％的膜利用率的305mm(12”)的正方形。
在图20中的电路图中的电阻使用简化的计算方法计算，该计算方法不考虑，例如在稀释隔室和提浓隔室中的筛网在可用的膜面积上的“屏蔽效应”。结果近似如下：
RAEM＝RCEM＝0.0016ohm
RD＝RC＝0.00066ohm
RDC＝RCC＝632ohm
结果表明，膜以及稀释隔室和提浓隔室的电阻比流量分配器内的电阻低的多。绕过稀释隔室和提浓隔室以及膜的堆的总电流的部分因此在本实例中可以忽略。
应当理解，本文讨论的设备和方法的实施例不限于应用于说明书中所阐述的或附图中所示出的部件的构造和布置的细节。这些方法和设备能够在其它实施例中实施，而且能够以各种方式实践或执行。本文提供的特定实施例的实例仅用于描述目的，且不旨在进行限制。具体地，与任何一个或更多实施例一起讨论的动作、元件和特性并不旨在排除任何其它实施例中的类似作用。
另外，本文所用措辞和术语是为了说明目的而不应视为是限制性的。对在本文以单数形式提到的系统和方法的实施例或元件或动作的任何引用也可以包含包括多个这些元件的实施例，并且本文的任何实施例或元件或动作的复数形式的任何引用也可以包含只包括单个元件的实施例。本文使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其各种变体意为包括随后列出的项目及其等价物以及其它项目。对“或”的引用可以理解为包括的，使得使用“或”描述的任何术语可以指代所描述的术语中的单个、多于一个，以及全部中的任一个。对前和后、左和右、顶部和底部、上和下以及水平和垂直的引用旨在方便描述，而不是将本发明的系统和方法或其部件限制为任意一个位置或空间取向。
在描述了至少一个实施例的若干方面之后，应当理解，本领域的技术人员将容易想到各种变化、修改和改进。此类变化、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并旨在落入本发明的范围内。因此，前述的描述和附图仅作为示例。

Claims (20)

1.一种用于电化学分离的流量分配器，包括：
多个竖直通道，所述多个竖直通道被配置成将流体传送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从电化学分离装置中的至少一个隔室传送流体；
多个水平通道，所述多个水平通道与所述多个竖直通道流体连通，并且与和所述电化学分离装置相关联的流体歧管流体连通；以及
多个挡板，所述多个挡板被布置在所述多个竖直通道和所述多个水平通道之间的交叉点处，以限定在所述流体歧管和所述电化学分离装置之间的迷宫流动路径。
2.根据权利要求1所述的流量分配器，其中，所述多个竖直通道平行布置，并且其中所述多个水平通道平行布置。
3.根据权利要求1所述的流量分配器，其中，所述流量分配器被配置成使得流体沿所述迷宫流动路径围绕所述挡板行进。
4.根据权利要求1所述的流量分配器，其中，所述迷宫流动路径由从约2至约5的弯曲度限定。
5.根据权利要求1所述的流量分配器，具有被配置成接近所述电化学分离装置的电池堆来设置的第一侧面，并且还具有布置在所述第一侧面对面的第二侧面，其中所述流量分配器包括在所述第一侧面上的多个端口，且所述流量分配器包括在所述第二侧面上的多个端口。
6.根据权利要求5所述的流量分配器，其中，在所述第一侧面上的所述端口经由所述迷宫流动路径被流体地连接到在所述第二侧面上的所述端口。
7.根据权利要求6所述的流量分配器，其中，在所述第一侧面和所述第二侧面上的所述多个端口包括狭槽。
8.根据权利要求7所述的流量分配器，其中，在所述第一侧面上的每个端口基本上垂直于所述电化学分离装置的隔室取向，并且其中在所述第二侧面上的每个端口基本上平行于所述电化学分离装置的隔室取向。
9.根据权利要求8所述的流量分配器，其中，在所述流量分配器的所述第一侧面上的至少一个端口与所述电化学分离装置的两个或更多个隔室流体连通。
10.一种用于电化学分离的模块化流量分配器，包括：
第一部件，所述第一部件限定多个竖直通道，所述多个竖直通道被配置成用于将流体传送到电化学分离装置中的至少一个隔室或从电化学分离装置中的至少一个隔室传送流体；以及
第二部件，所述第二部件限定多个水平通道并且包括多个挡板，所述第二部件被配置成与所述第一部件配对，使得所述挡板与所述多个竖直通道和所述多个水平通道被布置为在所述电化学分离装置和流体歧管之间形成迷宫流动路径。
11.根据权利要求10所述的模块化流量分配器，还包括被配置成将所述第二部件连接到所述流体歧管的第三部件。
12.根据权利要求10所述的模块化流量分配器，其中，所述迷宫流动路径由从约2至约5的弯曲度限定。
13.一种模块化电化学分离单元，包括：
电池堆，所述电池堆限定多个交替的离子耗尽隔室和离子提浓隔室；
框架，所述框架围绕所述电池堆并且包括歧管系统，所述歧管系统被配置成有利于流体流动通过所述电池堆；以及
流量分配器，所述流量分配器至少部分被定位在所述框架内，所述流量分配器限定在所述歧管系统和所述电池堆之间的迷宫流动路径，以促进均匀的流体流量分布，并且减少在所述电池堆内的电流损失。
14.根据权利要求13所述的模块化单元，其中，所述流量分配器包括在第一方向上取向的多个第一流体通道。
15.根据权利要求14所述的模块化单元，其中，所述流量分配器还包括在基本上垂直于所述第一方向的第二方向上取向且与所述多个第一流体通道流体连通的多个第二流体通道。
16.根据权利要求13所述的模块化单元，其中，所述流量分配器具有接近所述电池堆的第一侧面以及在所述第一侧面对面的第二侧面，并且其中所述流量分配器包括在所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个上的多个端口。
17.根据权利要求13所述的模块化单元，其中，在所述流量分配器的所述第一侧面上的每个端口基本上垂直于所述电池堆的离子交换膜取向，并且其中在所述流量分配器的所述第二侧面上的每个端口基本上平行于所述电池堆的离子交换膜取向，在所述第一侧面上的所述端口经由所述迷宫流动路径流体连接到在所述第二侧面上的所述端口。
18.根据权利要求14所述的模块化单元，其中，在所述第一侧面上的至少一个端口与所述电池堆的两个或更多个隔室流体连通。
19.根据权利要求14所述的模块化单元，其中，在所述流量分配器的所述第一侧面上的所述多个端口以确定的模式布置。
20.根据权利要求19所述的模块化单元，其中，在所述流量分配器的所述第一侧面上的所述多个端口相对于竖直轴成角度。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111372619A (zh) * 2017-06-21 2020-07-03 懿华水处理技术有限责任公司 电渗析设备中流体歧管的设计
CN112368064A (zh) * 2018-07-04 2021-02-12 雷德斯塔克有限公司 堆叠组件

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3083018A1 (en) * 2013-12-20 2016-10-26 General Electric Company Modular membrane stack design
SG11201707794WA (en) * 2015-04-24 2017-11-29 Evoqua Water Tech Llc Structures for normalizing multi-planar flow distribution within an electrochemical separation system
GB201520869D0 (en) 2015-11-26 2016-01-13 Fujifilm Mfg Europe Bv Membrane stack and method for making the same
WO2018004466A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Temasek Polytechnic Bipolar plate module for redox flow batteryand redox flow battery stack employing same
NL2021248B1 (en) * 2018-07-04 2020-01-15 Redstack Bv Flow distributor for a stack assembly
JP2023550226A (ja) 2020-09-08 2023-12-01 サンフラワー セラピューティクス，ピービーシー 流体輸送及び分配マニホールド
JP2023549031A (ja) * 2020-11-09 2023-11-22 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 海洋水からｃｏ２を回収するための電気透析装置および電気透析システム

Family Cites Families (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2784158A (en) 1954-05-25 1957-03-05 Rohm & Haas Multiple ion exchange membrane electrodialysis cell
GB845186A (en) 1955-11-09 1960-08-17 Permutit Co Ltd Improvements relating to electrodialysis cells and processes
GB845185A (en) 1957-11-25 1960-08-17 Permutit Co Ltd Improvements relating to electrodialytic cells
GB879181A (en) 1958-02-03 1961-10-04 Permutit Co Ltd Improvements relating to the removal of dissolved solids from liquids
NL104556C (zh) 1958-04-29
SU527197A1 (ru) 1972-01-10 1976-09-05 Электродиализатор
GB1462483A (en) 1974-01-25 1977-01-26 Asahi Glass Co Ltd Electrodialysis apparatus
CH586059A5 (zh) 1974-11-29 1977-03-31 Yeda Res & Dev
US4022692A (en) 1975-08-01 1977-05-10 Erika, Inc. Non-woven support screen for mass transfer devices
IL52757A0 (en) 1977-08-16 1977-10-31 Yeda Res & Dev Dimensionally stable ion exchange membranes for electrodialysis
DE2902247C3 (de) 1979-01-20 1981-12-24 Gkss - Forschungszentrum Geesthacht Gmbh, 2000 Hamburg Dichtungsrahmen für gestapelt angeordnete Austauschermembranen für die Elektrodialyse
DE2946284A1 (de) 1979-11-16 1981-05-21 Forschungsinstitut Berghof GmbH, 7400 Tübingen Elektrodialyse-zellpaket
FR2535214B1 (fr) 1982-10-28 1987-06-12 Hospal Ind Intercalaire pour appareil a membranes
IL68773A0 (en) 1983-05-24 1983-12-30 Yeda Res & Dev Modular electrodialysis device
US5154809A (en) 1984-07-09 1992-10-13 Millipore Corporation Process for purifying water
US4732656A (en) 1985-10-25 1988-03-22 Bios Corporation Apparatus and process for resolving sample species
US5116509A (en) 1989-09-08 1992-05-26 Millipore Corporation Electrodeionization and ultraviolet light treatment method for purifying water
US5292422A (en) 1992-09-15 1994-03-08 Ip Holding Company Modules for electrodeionization apparatus
US5364508A (en) 1992-11-12 1994-11-15 Oleh Weres Electrochemical method and device for generating hydroxyl free radicals and oxidizing chemical substances dissolved in water
US5334300A (en) 1992-12-08 1994-08-02 Osmotek, Inc. Turbulent flow electrodialysis cell
US5681438A (en) 1996-05-31 1997-10-28 Millipore Corporation Membrane module assembly
US6197174B1 (en) 1998-11-25 2001-03-06 E-Cell Corporation Method and apparatus for electrodeionization of water using mixed bed and single phase ion exchange materials in the diluting compartment
US6284124B1 (en) 1999-01-29 2001-09-04 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
AU5380600A (en) 1999-06-08 2000-12-28 E-Cell Corporation Sealing means for electrically driven water purification units and method of manufacturing thereof
US6379518B1 (en) 1999-08-11 2002-04-30 Kurita Water Industries Ltd. Electrodeionization apparatus and pure water producing apparatus
US6241867B1 (en) 1999-09-13 2001-06-05 Leon Mir Electrodeionization apparatus and packing therefor
JP3721883B2 (ja) 1999-09-22 2005-11-30 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
US6274020B1 (en) 2000-04-28 2001-08-14 Ernst Schmidt Electrodialysis membrane and gasket stack system
JP4778664B2 (ja) 2000-08-11 2011-09-21 ジーイー・アイオニクス・インコーポレイテッド 電気透析用の装置および方法
US7147785B2 (en) 2000-09-28 2006-12-12 Usfilter Corporation Electrodeionization device and methods of use
US6607647B2 (en) 2001-04-25 2003-08-19 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus with expanded conductive mesh electrode and method
EP1254972A1 (fr) 2001-05-01 2002-11-06 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Cellule electrochimique modulaire
US6649037B2 (en) 2001-05-29 2003-11-18 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
US6796436B2 (en) 2001-07-25 2004-09-28 Ionics, Incorporated Method and apparatus for preparing pure water
US20060254919A1 (en) 2001-09-14 2006-11-16 Juzer Jangbarwala Electrophoretic cross-flow filtration and electrodeionization method for treating effluent waste and apparatus for use therewith
CA2460241A1 (en) 2001-09-18 2003-03-27 Dupont Canada Inc. Modular fuel cell cartridge and stack
CN1568220B (zh) 2001-10-15 2010-06-09 美国过滤公司 流体净化设备及其制造方法和用途
US20060166053A1 (en) 2001-11-21 2006-07-27 Badding Michael E Solid oxide fuel cell assembly with replaceable stack and packet modules
US7094325B2 (en) 2002-02-02 2006-08-22 Ionics, Incorporated EDI and related stacks and method and apparatus for preparing such
US6808608B2 (en) 2002-03-13 2004-10-26 Dionex Corporation Water purifier and method
US6911277B2 (en) 2002-05-01 2005-06-28 General Motors Corporation Device and method to expand operating range of a fuel cell stack
US6984466B2 (en) 2002-06-24 2006-01-10 Delphi Technologies, Inc. Manifold sizing and configuration for a fuel cell stack
JP3794354B2 (ja) 2002-07-08 2006-07-05 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
CA2439744C (en) 2002-09-04 2009-10-13 National Research Council Of Canada A high volumetric efficiency electrochemical cell design for treatment of low concentrations of contaminants in low conductivity water
WO2004051777A2 (en) 2002-12-04 2004-06-17 Lynntech Power Systems, Ltd. Electrochemical cell plate with integral seals
JP2004243194A (ja) 2003-02-13 2004-09-02 Nomura Micro Sci Co Ltd 水処理用膜処理装置
KR101066939B1 (ko) 2003-02-14 2011-09-23 쿠리타 고교 가부시키가이샤 전기 탈이온 장치 및 그 운전 방법
US6929748B2 (en) 2003-03-28 2005-08-16 Chemitreat Pte Ltd Apparatus and method for continuous electrodeionization
US7763157B2 (en) 2003-04-11 2010-07-27 Millipore Corporation Electrodeionization device
US7943270B2 (en) 2003-06-10 2011-05-17 Celltech Power Llc Electrochemical device configurations
WO2004112943A1 (en) 2003-06-23 2004-12-29 Vattenfall Ab Boron separation and recovery
US7144735B2 (en) 2003-09-05 2006-12-05 Metara, Inc. Electrodialysis method and apparatus for trace metal analysis
WO2005028760A2 (en) 2003-09-19 2005-03-31 Usfilter Corporation Apparatus and method for connecting water treatment devices
CN1898416B (zh) 2003-10-20 2010-10-20 Ge爱奥尼克斯公司 螺旋电去离子装置及其部件
CN1871059B (zh) 2003-10-27 2011-08-10 Ge爱奥尼克斯公司 改进的电渗析系统和工艺方法
US7563351B2 (en) 2003-11-13 2009-07-21 Siemens Water Technologies Holding Corp. Water treatment system and method
US7604725B2 (en) 2003-11-13 2009-10-20 Siemens Water Technologies Holding Corp. Water treatment system and method
GB0406141D0 (en) 2004-03-18 2004-04-21 Boc Group Plc Electromembrane process and apparatus
US8758621B2 (en) 2004-03-26 2014-06-24 Evoqua Water Technologies Llc Process and apparatus for purifying impure water using microfiltration or ultrafiltration in combination with reverse osmosis
US7959780B2 (en) 2004-07-26 2011-06-14 Emporia Capital Funding Llc Textured ion exchange membranes
US7501064B2 (en) 2005-01-06 2009-03-10 Eet Integrated electro-pressure membrane deionization system
US7658828B2 (en) 2005-04-13 2010-02-09 Siemens Water Technologies Holding Corp. Regeneration of adsorption media within electrical purification apparatuses
US20060263646A1 (en) 2005-05-21 2006-11-23 Seale Joseph B Reverse electrodialysis for generation of hydrogen
US20080105551A1 (en) 2005-12-14 2008-05-08 Shengxian Wang Supercapacitor desalination devices and methods of making the same
US8066860B2 (en) 2006-09-22 2011-11-29 General Electric Company Arrangement of ion exchange material within an electrodeionization apparatus
WO2009051612A1 (en) 2007-10-18 2009-04-23 Kinetico Incorporated Electroregeneration apparatus and water treatment method
WO2008048656A2 (en) 2006-10-18 2008-04-24 Kinetico Incorporated Electroregeneration apparatus and water treatment method
JP4469415B2 (ja) 2007-03-15 2010-05-26 パナソニック株式会社 高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック
CN201037122Y (zh) 2007-05-21 2008-03-19 孟广祯 逆流式电除盐装置
SG149734A1 (en) 2007-07-31 2009-02-27 Public Utilities Board Water treatment process
AU2008302713B2 (en) 2007-09-21 2013-01-17 Evoqua Water Technologies Llc Low energy system and method of desalinating seawater
JP2009095821A (ja) 2007-09-28 2009-05-07 Asahi Kasei Chemicals Corp 塩水の処理方法
KR20100125227A (ko) 2007-12-17 2010-11-30 벤-구리온 유니버시티 오브 더 네게브 리서치 앤드 디벨럽먼트 어쏘러티 탈이온화 기기 및 시스템
WO2010040117A2 (en) 2008-10-03 2010-04-08 California Institute Of Technology Extraction of anions from solutions and mixtures using hyperbranched macromolecules
US20100163471A1 (en) 2008-12-30 2010-07-01 Irving Elyanow Water desalination plant and system for the production of pure water and salt
CN201482423U (zh) * 2009-06-22 2010-05-26 张忠德 电渗析隔板
CN101847724B (zh) * 2010-03-31 2013-01-30 清华大学 一种液流电池的双极板框和电堆
US20140000346A1 (en) 2010-06-21 2014-01-02 Eric M.V. Hoek High pressor sensors for detecting membrane fouling
SG181238A1 (en) 2010-11-12 2012-06-28 Siemens Pte Ltd Flow distributors for electrochemical separation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111372619A (zh) * 2017-06-21 2020-07-03 懿华水处理技术有限责任公司 电渗析设备中流体歧管的设计
CN112368064A (zh) * 2018-07-04 2021-02-12 雷德斯塔克有限公司 堆叠组件
CN112368064B (zh) * 2018-07-04 2023-10-31 雷德斯塔克有限公司 堆叠组件

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