CN107406279A - 具有电池组驱动再生的电吸附净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子家用电器（1000），其包括用于净化含水液体的脱钙装置（1），其中该电子家用电器（1000）包括用于连接到外部AC功率源的电子连接器（110），其中该电子连接器（110）在功能上与DC电源（100）耦合，该电子家用电器（1000）还包括其中应用和/或存储经净化含水液体的功能元件（1600）。

Description

具有电池组驱动再生的电吸附净化系统

技术领域

本发明涉及脱钙装置。本发明还涉及包括这样的脱钙装置的电子家用电器。

背景技术

流体的电化学处理在本领域中是已知的。例如，US 8,562,803描述了一种用于处理流体的流体处理装置，所述装置包括具有流体孔口以接收和释放流体的电化学电池，以及连接孔口与水分解离子交换膜的流体通路，所述水分解离子交换膜暴露于通路中的流体。第一和第二电极关于膜定位。装置还包括控制和操作电源和阀门系统的控制器。电源以足够高的电流密度向第一和第二电极供给电流以导致流体中的微生物中的减少、灭活或细菌抑制。控制器还可以操作一组电池以对流体去离子化和使电池再生。

US 6,309,532描述了一种用于电极的再生和电化学净化和电容去离子化的电学上可再生的电化学电池，所述电池包括两个端板，在电池的每一端部处有一个端板。一种再生方法应用于电池，所述方法包括减缓或停止净化循环、电学地脱附污染物和移除所脱附的污染物。电池还包括介于两个端电极之间的多个大体上相同的双侧中间电极，所述电极与彼此等距地分离。当电解质进入电池时，它流动通过由电极限定的、大体平行于电极表面的连续开放蛇形通道。通过极化电池，从电解质移除离子并且将离子保持在形成于电极的碳气凝胶表面处的电的双层中。电池被电学地再生以脱附这样的之前移除的离子。

发明内容

水垢形成，还称为钙化，是使用水（特别是硬自来水）的许多家用电器中的问题。这些家用电器的重复使用导致水垢的积聚，这可以大幅降低由电器提供的功能的效率或质量。为了避免这种降低的功能性和防止故障，需要定期的清洗来移除水垢（其还称为除垢、脱钙或脱钙作用）。未能对设备进行除垢的后果可能包括例如咖啡机中的水垢的形成，这阻塞流体流动或者隔离加热元件。在蒸汽熨斗中，结垢可能造成褐色的水飞溅到衣物上。另外，使用在基于超声换能器的空气加湿器中的硬自来水可能散布白色结垢灰尘。

已知例如借助于离子交换树脂来提供具有一次性容器的脱钙装置。离子交换树脂通过利用钠或钾离子替代钙和镁离子来对水进行脱钙。然而，树脂利用钠离子来取代水中的钙和镁离子，这使得经处理的水的钠非常丰富。富含钠的水一般不适合于制作茶、豆奶或稀释婴儿奶粉。

可替换地，电吸附可以用于处理水。正离子（例如钙（Ca²⁺））和负离子（例如，碳酸氢根（HCO₃ ^-））被由在两个电极之间施加的电势驱动的电极捕获。电吸附（还称为CDI（电容去离子化））是使用电场来可逆地捕获多孔电极（大部分为活性炭）内部的离子的已知技术。电吸附典型地作为由净化模式和再生模式组成的间歇过程来操作。在净化模式中，施加电吸附电池中的电位使得来自输入水的离子被吸附。然后将离开电池的经净化水泵送至输出分支。在再生模式中，电吸附电池通过电学短切（shortcut）或优选地以相反极性操作，使得之前捕获的离子被再次活性地脱附。然后离开电池的具有丰富的离子浓度的水被泵送至废物分支。

常规电吸附间歇过程的缺点在于，在再生模式期间，不存在向应用的（经净化的）水供给。因此例如，当嵌入在咖啡机或蒸汽熨斗中时，这意味着用户在能够继续熨烫或煮咖啡之前将不得不等待再生过程完成。

另外，除其它之外，期望提供可以无绳使用和/或特别地还可以无绳再生的（家用）电器。

因而，本发明的一方面是提供一种可替换的脱钙装置，所述装置优选地还至少部分地消除以上描述的缺陷中的一个或多个和/或提供以上指出的期望功能中的一个或多个。还有，同样是本发明的一方面的是提供一种可替换的电子（家用）电器，其包括这样的脱钙装置，所述电器优选地还至少部分地消除以上描述的缺陷中的一个或多个和/或提供以上指出的期望功能中的一个或多个。

除其它之外，本文建议在电器内部包括可再充电的电池组以允许当设备已经被用户关断时的自动再生。这允许电吸附电池的无绳再生。其还允许电池组在净化阶段期间的充电，当净化终止时，经充电的电池组可以用于再生电吸附电池。另外，有利地看起来，利用电池组，可以应用提供较低电流的DC电源，因为电池组可以配置成也在净化阶段期间提供电流的部分。例如，可能必要的是提供功率骤增。在这样的实例中，电池组可以也在净化阶段期间提供帮助。另外，这还可以允许降低对DC电源的性能规范以递送时间平均的所需电流而不是峰值电流，从而降低电器的成本、重量和体积。

因而，在第一方面中，本发明提供了一种配置成对含水液体（“液体”）进行脱钙的脱钙装置（在本文中另外也被指示为“装置”），其中该脱钙装置包括：

– DC电源，其配置成将来自外部AC功率源的AC功率转换成DC功率；

– 电池组单元，其包括可再充电的电池组（在本文中也被指示为“电池组”）；

– 电吸附电池单元，包括用于所述含水液体的处理部段，其中所述处理部段包括：（a）包括第一电吸附电极的第一电吸附电极布置，（b）包括第二电吸附电极的第二电吸附电极布置，以及（c）用于含水液体的引入的第一处理部段开口；

其中，所述脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在净化阶段中，其中特别地使用以下中的一个或多个来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的第一DC电位差：（i）DC电源以及（ii）可再充电的电池组；并且其中脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在再生阶段中，其中（a）特别地使用可再充电的电池组来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的DC电位差，其中第二DC电位差具有与第一DC电位差相反的符号，或（b）其中第一电吸附电极和第二电吸附电极被电学短路。

利用该装置，有可能（例如在家用电器中）帮助提供含水溶液（诸如硬水）的简单且高效的脱钙。因此，装置中的水垢的形成被最小化并且因此电器的性能可以增强且它的操作寿命可以增加。另外，利用该装置，相对容易地有可能当装置不用于净化时（诸如在夜晚期间）再生，电池组提供功率。另外，该再生还可以在无绳和无供电的阶段执行。另外，利用本装置，有可能在没有废水的大量形成的情况下（在再生阶段期间）净化含水液体，因为本装置在实施例中使用特别地包括插入在两个电池部分之间的离子生成元件（另见下文）的电吸附电池。“含水液体”将一般地为含水溶液，并且因而在本文中还被指示为“含水溶液”。

装置可以使用在至少两种模式或阶段中：净化阶段，其中可以从含水液体移除阳离子和/或阴离子；以及再生阶段，其中从电吸附电极释放所吸附的离子。取决于装置的配置，各阶段可以顺序地执行（特别是当存在仅一个电吸附电池时），或者各阶段可以同时执行（特别是当存在多于一个电吸附电池时）。在净化阶段中，可以从含水液体移除比如钙离子和/或碳酸氢根离子那样的离子，以提供经净化的含水液体。在再生阶段中，可以从电吸附电极释放比如钙离子和/或碳酸氢根离子那样的离子，从而造成废液。本文中的液体特别地为水，甚至更特别地为包括离子（诸如钙、钠、氯和碳酸氢根中的一种或多种）的水，诸如关于例如硬水的情况。

净化中的驱动力是电极之间的电位差。因而，为此目的，装置包括DC电源。DC电源可以特别地配置成提供选自0.5-40V的范围的电压差，诸如在1-10V的范围中，比如1-3V。电源配置成将来自外部AC功率源的AC功率转换成DC功率。

（外部）AC功率源因而特别地不被装置（或电器）所包括。然而，DC电源可以配置成与用于无绳AC供电的接收器功能连接。这样的用于无绳AC供电的接收器可以被包括在装置中，并且可以在实施例中特别地基于感应和/或电容耦合。在操作期间，接收器可以例如由外部AC源供电，并且该功率被DC电源转换成DC功率。可替换地或此外，装置还可以包括有线连接器，诸如用于AC市电插座（即：外部AC功率源）中的布置的电子插头。

另外，DC电源可以配置成提供在0.5-10A的范围中（诸如在0.5-8A（比如0.5-6A）的范围中）的电流。电流的选择尤其可以取决于电池组在净化期间的功能（参见上文，并且还参见下文）。因而，装置包括配置成将来自外部AC功率源的AC功率转换成DC功率的DC电源。

在本文中，比如“配置成提供选自0.5-40V的范围的电压差”或“配置成提供在0.5-10A的范围中的电流”那样的短语和类似短语尤其指示可以利用相关设备（诸如DC电源和可再充电电池组）生成的最大电压或电流。这样的短语不暗示40V的电压差或10A的电流（总是）被施加，而是特别地指示装置能够分别提供这样的电压差和/或电流等。

另外，装置包括包含可再充电电池组的电池组单元。原则上，这可以是任何可再充电的电池组。然而特别地，电池组可以配置成提供选自0.5-40V的范围（诸如在1-10V（诸如1-3V）的范围中）的电压差。另外，特别地，电池组可以配置成提供在0.5-10A的范围中（诸如在0.5-8A的范围中，比如在0.5-6A的范围中）的电流。如也在上文指示的，比如“配置成提供选自0.5-40V的范围的电压差”或“配置成提供在0.5-10A的范围中的电流”那样的短语和类似短语指示可以利用相关设备生成的最大电压或电流。鉴于可再充电的电池组，这特别地是指基本上完全充电时的电池组的技术特征。电池组可以例如包括流电电池，例如锂离子电池组或超级电容器。术语“可再充电电池组”还可以是指（并联布置和/或串联布置的）多个可再充电的电池组。

在实施例中，脱钙装置特别地配置成在净化阶段的至少部分期间经由DC电源对可再充电的电池组充电。可替换地或此外，脱钙装置特别地配置成在备用阶段（或可选地否则，空闲阶段）期间（经由DC电源）对可再充电的电池组充电。

因而，在净化期间，向电吸附电池单元，或者更确切地，向电吸附电极施加电压差。可再充电的电池组特别地在功能上集成在还包括电吸附电池单元和DC电源的电气电路中。例如，电池组和电吸附电池单元可以并联布置（至少在净化阶段期间），即二者经受相同的电压差。

另外，装置包括电吸附电池单元。在该单元中，在净化阶段期间，净化含水液体，但是在该单元中，还可以再生电吸附电池，从而造成废液（可以存储废液，同样参见下文）。电吸附电池单元包括用于所述含水液体的处理部段。处理部段特别地包括（a）包括第一电吸附电极的第一电吸附电极布置，（b）包括第二电吸附电极的第二电吸附电极布置，以及（c）用于含水液体的引入的第一处理部段开口。在本文中，术语“第一电极布置”、“第二电极布置”、“第一电吸附电极”和“第二电吸附电极”等可以各自独立地还是指多个第一电极布置、第二电极布置、第一电吸附电极和第二电吸附电极等。在本文中，术语“电解电池单元”是指包括第一电极布置和第二电极布置的单元。特别地，这些通过处理空间分离。

另外，在第一电极布置与第二电极布置之间，可选地可以布置离子生成元件（另外也参见下文）。离子生成元件因而可以配置成将电解电池单元（或电解电池部段）分成两个（分离的）电池。通过使用含水溶液穿过电解电池单元的流动，或通过使用隔离布置（（可选地）与离子生成元件组合）（同样参见下文），（电解电池单元的）所述两个电池部分可以大体上与彼此隔离（不过在下游，可以再次组合来自两个部分的含水液体）。要指出的是，当可以使用水解离膜时，水解离膜可以提供介于相应的两个电池部分之间的第三体积。这在下文进一步阐述。

如本文所描述的装置可以包括多个电解电池，其可以在一实施例中串联配置，在一实施例中并联配置，并且在又一另外的（混合）实施例中，它们中的一些可以串联配置并且它们中的一些可以并联配置（另外还参见下文）。

要指出的是，第一电吸附电极和第二电吸附电极可以特别地彼此并联地布置。另外，这些电极可以一般地具有类似的高度或长度。同样地，离子生成元件（另外还参见下文）可以大体上具有相同的高度或长度，从而允许第一电吸附电极、用于含水溶液的空间、离子生成元件、用于含水溶液的空间和第二电吸附电极的分层结构。

如以上所指示的，脱钙装置可以特别地配置成在其操作时间的部分期间操作在净化阶段中，其中使用以下中的一个或多个来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的第一DC电位差：（i）DC电源和（ii）可再充电的电池组。因而，在第一实施例中，电吸附电池的电极之间的电位差（在净化阶段的至少部分期间）完全由DC电源提供。在又一第二实施例中，电吸附电池的电极之间的电位差（在净化阶段的至少部分期间）完全由可再充电的电池组提供。在又一第三实施例中，电吸附电池的电极之间的电位差（在净化阶段的至少部分期间）由DC电源和可再充电的电池组提供（因而，特别地并联配置DC电源和可再充电的电池组）。一般地，可以应用第一实施例。另外，对于骤增需求，即对于例如（严苛的）净化的临时高需要，可以应用第三实施例，即可再充电的电池组（当至少部分充电时）可以帮助DC电源。因而，特别地，允许可再充电的电池组的使用以还向电吸附电池提供（另外的）电位差的装置的实施例可能是引起兴趣的。第二实施例可以一般仅被临时应用，因为可能需要净化时间的部分来为可再充电的电池组充电。

另外，如以上所指示的，脱钙装置可以特别地配置成在其操作时间的部分期间操作在再生阶段中，其中（a）使用可再充电的电池组来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的DC电位差，其中第二DC电位差具有与第一DC电位差相反的符号，或者（b）其中第一电吸附电极和第二电吸附电极被电学短路。特别地，当这些电极被短路时，不（利用DC电源和可再充电的电池组）向第一电吸附电极和第二电吸附电极施加电位电压差。

因而，在（第一）变型中，在再生阶段期间，使用可再充电的电池组来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的DC电位差，其中第二DC电位差具有与第一DC电位差相反的符号。可再充电的电池组因而在净化阶段期间被充电，并且其电位差在再生期间用于向电解电池施加，但是使得电位差因而在符号方面相对于净化阶段而反转（绝对电位差值可以在净化阶段与再生阶段之间是不同的，并且还可以取决于容量，因为在例如净化期间，净化所需要的电位差可能增加）。在实施例中，在再生阶段的初始时刻期间，符号与净化阶段的符号相同的DC电位差可以被临时地施加（其处于降低的幅度），随后是幅度方面的进一步降低，并且最终将必须发生极性的反向以用于有效的再生。

在又一可替换的（第二）变型中，在再生阶段期间，将第一电吸附电极和第二电吸附电极电学短路。该实施例在不存在阻挡离子从一个电极向另一个电极的迁移的势垒时可以特别相关。例如，当使用水解离膜时，该变型可能是不那么相关的。在该可替换的变型中，当电极包括离子选择膜时，它可能不是必要的，但是它可能是有利的。因而，当通过短切消耗（已经利用离子充电的）电解电池时，离子不沉积在相反电极上。如以上所指示的，当这些电极被短路时，不向第一和第二电吸附电极施加电压差。

如以上所指示的，在具体实施例中，脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在所述净化阶段中，其中使用DC电源来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的所述第一DC电位差。因而，电解电池的电极之上的电位差在该实施例中可以基本上排他地由DC电源提供。

在又一实施例中，脱钙装置可以特别地配置成在其操作时间的部分期间操作在所述净化阶段中，其中使用DC电源和可再充电的电池组来施加第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的所述第一DC电位差，其中DC电源特别地配置成相比于可再充电的电池组提供更低的电流。因而，电解电池的电极之间的电位差（和电流）在该实施例中可以由DC电源和可再充电的电池组（其因而可以并联配置）提供。这可以特别地引起兴趣以满足功率骤增。例如假设咖啡机，其中必须净化批量的水。该实施例的另外的优点在于，可以使用相对低电流的DC电源。净化可能是时间的问题。因而，利用DC电源，可以提供较长时间内的稳定净化，在该时间内可以填充（缓冲）储存器（同样参见下文），当突然需要“许多”经净化的水时，可再充电的电池组作为后备。

脱钙装置在第一操作条件下可以配置成在具有低电位的第一电极布置与具有高电位的第二电极布置之间施加电压，以将离子吸引到电极布置并且从含水溶液移除离子，并且在第二操作条件下可以配置成使极性反转以在第一与第二电极布置之间施加（具有反转电位的）电压，使得第一电极布置具有高电位并且第二电极布置具有低电位以再生从含水溶液移除的离子。

在又一另外的实施例中，脱钙装置还包括电流控制器，其配置成在以下中的一个或多个期间通过处理部段控制电流：（i）净化阶段，以及（ii）再生阶段。电流控制器可以用于稳定电流，特别是在净化期间。电吸附电池的“开路电池”电压随吸附容量逐渐用完而稳定增加。这暗示着，利用施加在两个电吸附电极之间的恒定电位差，所得电流将稳定地减小。反之亦然，在再生阶段期间，“开路电池”电压将随容量恢复而再次逐渐降低。这暗示着，利用反转极性下的所施加的恒定电位差，所得（绝对）电流将朝向零稳定地减小。在给定由电吸附电池处置的液体的恒定质量比率的情况下，恒定电流确保恒定的离子净化程度。

电流控制器可以配置成控制正电流和/或负电流（相反方向）。特别地，电流控制器配置成将电流最大化到高达（-）10A，诸如高达（-）8A，比如高达（-）5A。另外，术语“电流控制器”还可以是指多个（不同的）电流控制器。合适的电流控制器的示例是例如（可控）串联电阻，恒定电流二极管，在公共发射极、源极、基极、栅极或网格配置中的任一种配置下的晶体管或跨阻运算放大器。

可替换地或此外，脱钙装置还可以包括电压控制器，其配置成在以下中的一个或多个期间控制第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的电压差：（i）净化阶段，以及（ii）再生阶段。电压可以例如被最大化到（-）40V，诸如（-）10V，比如（-）3V。用于电压控制器的控制策略的示例是在第一与第二电吸附电极之间施加一电压，该电压等于恒定电压与空闲阶段中的周期性地测量的“开路电池”电压的总和（参见下文）。实现这一点的电子器件可以例如基于以加法放大器配置的运算放大器。

如以上所指示的，在操作期间，脱钙装置可以执行净化阶段或执行再生阶段（或在实施例中，当装置包括多个电吸附电池时，在重叠的时间帧中执行两个阶段）。然而，可以存在更多的阶段，比如“关断阶段”或“睡眠阶段”。另外，脱钙装置还可以包括“空闲阶段”。术语“空闲阶段”是指其中接通装置但是其中装置不处于再生阶段中也不处于净化阶段中的阶段。例如，术语“空闲阶段”可以是指睡眠阶段。在睡眠阶段期间，装置可以基本上是不活跃的，而术语“空闲阶段”在本文中还用于指示其中装置可以执行除净化和/或再生之外的其它动作的阶段。例如，空闲阶段可以用于评估一个或多个组件，诸如可再充电的电池组的状态（诸如容量）和/或电吸附电池的状态（诸如容量）。

因而，在实施例中，脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在空闲阶段中，其中第一与第二电吸附电极之间的电流被显著降低。特别地，脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在空闲阶段中，其中要么（a）在第一电吸附电极与第二电吸附电极之间施加高阻抗，特别地至少1kΩ，或者优选地1MΩ，或者物理开路，或者其中要么（b）将第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的电流控制到基本为零（例如通过施加等于“开路电池”电压的电位），并且其中脱钙装置可选地还包括电压表，其配置成在空闲阶段的至少部分期间测量“开路电池”电压，作为电吸附电池（和/或可再充电的电池组）的容量的度量。因而，在具体实施例中，脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在空闲阶段中，其中要么（a）第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的至少1kΩ的阻抗被施加，要么其中（b）电流控制器配置成最小化电流，特别地在1mA以下，其中脱钙装置还包括电压表，其配置成在空闲阶段的至少部分期间测量电吸附电池单元的容量。

当电吸附电池处于未经使用的状态中时，可能不存在电位差。然而，当利用离子对电吸附电池的电极充电时，可以测量到电位差。因而，该电位差可以是电吸附电池的（剩余）容量（在本文中还被指示为“处理部段的容量”）的度量。这样的电压表的信号可以因而用作用于（通过控制单元）确定是否应当开始再生的输入。术语“电压表”还可以是指多个电压表。

在另外的实施例中，电吸附装置还可以包括切换单元。切换单元特别地配置成在再生阶段与净化阶段以及可选地还有其它阶段之间切换。切换单元还可以配置成（由此）切换所施加的电压的符号。切换单元可以由控制单元所包括。特别地，切换单元可以由控制单元控制。

如以上已经指示的，装置还可以包括控制单元。在实施例中，控制单元可以（尤其）配置成：作为（a）电池组状态，（b）处理部段的容量，（c）表示含水液体中的离子浓度的参数，以及（d）由电吸附电池处理的液体的质量比率这四项中的一项或多项的函数来控制以下中的一个或多个：（i）第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的电位差，以及（ii）通过处理部段的电流。因而，除其它之外，根据这三个本文中所指示的特征，可以控制电吸附电池之上的电位差和/或通过电吸附电池的电流。例如，当电吸附电池被完全再生时，控制单元可以（例如通过使用切换单元）从再生切换到净化（即至少切换符号）。电池组的状态也可以是相关的，因为当可再充电的电池组被基本上放电时可能不得不终止再生。另外，当例如相对纯净的水在处理部段中可得到时，电吸附电池之上的电位差和/或通过电吸附电池的电流可以是低的，或者甚至为零，而当例如提供硬水时，电压和电流可能相对高。表示离子浓度的参数可以例如通过电导率传感器、离子选择电极或pH计中的一个或多个来评估。

在又一另外的实施例中，控制单元可以（可替换地或此外）配置成作为以下中的一个或多个的函数而将脱钙装置切换到再生阶段：（a）处理部段的容量，（b）一天中的时间，（c）周中的某日，（d）入口储水部、废物储水部和经净化水储水部中的一个或多个中的（一个或多个）液位，以及（e）在脱钙装置的操作期间搜集的关于脱钙装置的使用的控制单元的人工智能性。如以上所指示的，处理部段的容量可以是确定是否（例如通过使用切换单元）从再生阶段切换到净化阶段和反之的重要参数。如同样在上面所指示的，该容量可以例如在空闲阶段期间被测量，即例如临时不需要包括该装置的电器（另外也参见下文）的情况。另外，再生阶段可以例如在办公室中在夜晚期间（其中没有夜班工人在工作）执行，或者在一天的其它时间（其中不需要该装置用于净化）执行，以便在工作时间期间再次就绪。同样地，例如周末或银行假日可以用于（附加地）再生电吸附电池，以便在工作日期间再次就绪。

因而，控制单元可以在使用切换单元的同时执行本文所指示的控制功能。

当电极中的一个或多个还包括离子选择膜时，看起来是有利的。这可以在再生期间阻碍离子的沉积。因而，在具体实施例中，第一电吸附电极布置包括所述第一电吸附电极和第一离子选择膜，并且第二电吸附电极布置包括所述第二电吸附电极和第二离子选择膜，其中第一离子选择膜和第二离子选择膜中的一个针对一种或多种阳离子是选择性的，并且其中另一个针对一种或多种阴离子是选择性的。在净化期间，阳极可以吸引负离子；因而阳极可以包括这样的离子选择膜：其针对负离子是选择性的，特别地至少针对例如HCO₃ ^-和/或Cl^-是选择性的，并且特别地针对诸如Na⁺和/或Ca²⁺之类的阳离子不是选择性的（即没有除了阻挡功能之外的膜功能）。因而，相反的电极，阴极，可以特别地包括这样的离子选择膜：其针对正离子是选择性的，特别地至少针对例如Na⁺和/或Ca²⁺是选择性的，并且特别地针对诸如HCO₃ ^-和/或Cl^-之类的阴离子不是选择性的（即没有除了阻挡功能之外的膜功能）。特别地，相应的离子选择膜与相应的电吸附电极物理接触。

如以上所指示的，电吸附电池还可以包括离子生成元件。离子生成元件在再生阶段期间可以（当被插入时）配置成大体阻挡从相应的（面向）第一和第二电吸附电极脱附的离子之间的重组，并且可以配置成生成氢和氢氧根离子，特别地从而维持与这些脱附离子的电荷平衡。因而，术语“插入”特别地指示水解离膜（离子生成元件）配置在第一电极布置（更特别地，第一电吸附电极）与第二电极布置（更特别地，第二电吸附电极）之间。由于被插入的电极，离子从一个电极向另一个的直接（线性）迁移或许是不可能的。因而，离子生成元件可以配置成至少部分地在流体上隔离电解电池的第一电吸附电极侧处的含水液体和电解电池的第二电吸附电极侧处的含水液体。因此，离子生成元件可以特别地配置成至少部分地在流体上隔离第一电极布置与第二电极布置。

因而，在又一另外的实施例中，脱钙装置还包括包含所述第一电吸附电极布置的第一电池，以及包含所述第二电吸附电极布置的第二电池，其中第一电池和第二电池通过水解离膜或者通过电学浮置的电极（另外参见下文）分离。在本文中，电吸附电池是指包括如本文所描述的两个电极的电池。这样的电吸附电池可以因而可选地分成两个电池部分，在此被指示为第一电池和第二电池，其可以通过离子生成元件分离，所述离子生成元件诸如水解离膜或电学浮置的电极。

因而，离子生成元件可以包括水解离膜。特别地，水解离膜可以配置成被插入（在电吸附电极之间，但是不与它们中的任何一个物理和电学接触）。水解离膜通过水的自动电离来生成氢阳离子和氢氧根阴离子，并且因而该布置在第二操作条件期间防止气体的形成，例如在水的电解期间可能形成的氯气和氢气以及氧气的形成。

水解离膜可以包括阴离子交换膜和阳离子交换膜。利用该布置，在第二操作条件中，阴离子交换膜允许氢氧根离子朝向第一电极布置穿过它，并且阳离子交换膜允许氢离子朝向第二电极布置穿过它。因此，最大化电解电池部段的效率。

水解离膜可以包括介于阴离子交换膜与阳离子交换膜之间的交换膜流动空间（或间隔物）。利用该布置，流动间隔物元件提供用于包含离子的未经处理的含水溶液的交换膜之间的空间。这可以贡献于电导率，并且因此降低水解离膜之上的电压降。在这样的实例中，可以存在含水溶液的三个体积（和/或流动）。

水解离膜还可以包括介于阴离子交换膜与阳离子交换膜之间的质子传导材料。利用该布置，交换膜之间的质子传导材料可以促进氢离子在膜之间的输运，从而降低水解离膜之上的电压降。质子传导材料典型地由下述组成：多环芳香族聚合物、部分氟化的聚合物或全氟化聚合物，例如比如全氟磺酸。

可以不电气连接离子生成元件。因此，简化该装置。因而，离子生成元件可以是浮置的电极。如以上所指示的，离子生成元件可以配置成将电解电池单元划分成两个部分，其（划分）在再生期间可以特别地是有用的。由于不需要电气连接离子生成元件，因此装置的构造以及因而制造可以被大幅简化。令人意外地看来，利用这样的浮置的电极，可以执行高效的再生。在没有向离子生成元件外部地提供电流的情况下，生成离子，因为浮置的电极被配置在第一电极布置与第二电极布置（的至少部分）之间。浮置的电极可以（大体）确保创建相等量的氢阳离子和氢氧根阴离子，从而（大体）确保电解电池中的组合溶液的总体pH保持不受影响。

可选地，离子生成元件配置成相对于电极可移动（或者反之亦然），从而允许其中离子生成元件在净化阶段期间没有（完全）插入的第一配置，以及其中离子生成元件在再生阶段期间被（完全）插入电极之间的第二配置。因而，在实施例中，离子生成元件配置成在第一操作条件下从电解电池部段缺失，或者离子生成元件在第一操作条件下被插入在电解电池部段中。在具体实施例中，根据本发明的一个方面的脱钙装置的特征在于，离子生成元件仅在第二操作条件下被插入在电解电池部段（或电解电池单元）中。在又一实施例中，根据本发明的一个方面的脱钙装置的特征在于，离子生成元件总是被插入在电解电池部段（或电解电池单元）中。可替换地，离子生成元件可以在第一操作条件下被插入在电解电池部段中。因而，离子生成元件还可以是静止的经配置的主体。离子生成元件可以是插入的电极。因而，特别地，作为离子生成元件的实施例，电极可以配置成被插入（在电吸附电极之间，但是不与它们中的任何一个物理和电学接触）。插入电极可以由碳和/或钛形成。插入电极的表面积可以小于第一电极布置和第二电极布置中的每一个的表面积。该布置可以帮助确保电解反应发生在插入电极上而不在第一电极布置和第二电极布置上。离子生成元件可以配置成在第一操作条件下从电解电池部段缺失。

在另外的实施例中，处理部段包括所述第一处理部段开口和第二开口，其中处理部段配置为流通电池。因而，如本文所限定的脱钙装置可以包括电解电池单元，所述电解电池单元包括第一电极布置和第二电极布置，并且还可选地包括用于接收所述含水溶液的入口和用于释放所述含水溶液的出口，其中电解电池单元被特别地配置为流通单元。当应用分离的入口和出口时，装置可以配置成使含水溶液在第一电极布置（更特别地，第一电吸附电极）与第二电极布置（更特别地，第二电吸附电极）之间流动。特别地，电极布置可以配置成与彼此平行。再有更特别地，电吸附电极配置成与彼此平行。以此方式，含水溶液可以分别在电极布置或电吸附电极之间流动，在开口处进入电解电池单元并且在出口处离开（以离子（经净化的）耗尽或者以离子富集（再生模式））。

如以上所指示的，脱钙装置可以包括多个电吸附电池单元，例如以增加容量和/或以允许并行净化和再生。因而，在另外的实施例中，脱钙装置包括多个电吸附电池单元，其中脱钙装置配置成在脱钙装置的操作时间的至少部分期间，同时净化第一电吸附电池单元中的含水液体和再生第二电吸附电池单元，并且其中脱钙装置还配置成交替相应电吸附电池单元的净化阶段和再生阶段。脱钙装置特别地配置成在其操作时间的部分期间操作在净化阶段中，其中使用以下中的一个或多个来施加所述（多个）电吸附电池单元中的一个或多个的第一电吸附电极与第二电吸附电极之间的第一DC电位差：（i）DC电源和（ii）可再充电的电池组。

可再充电的电池组是可以充电、向负载放电和再充电许多次的电学电池组类型。可再充电的电池组可以包括下述中的一个或多个：铅酸（可再充电）电池组、镍镉（NiCd）（可再充电）电池组、镍金属氢化物（NiMH）（可再充电）电池组、锂离子（Li离子）（可再充电）电池组和锂离子聚合物（Li离子聚合物）（可再充电）电池组。

脱钙装置可以有利地应用在使用水的所有类型的电子家用电器中。电子家用电器可以特别地限定为使用在家庭中（特别地在厨房中）的电气装备件。然而，家用电器还可以使用在办公室中。一般而言，家用电器不是工业电器，而是包括相对小的单元，其包括例如便携式单元。电子家用电器的示例可以包括例如选自由下述组成的组中的一个：地板蒸汽清洗器、食物蒸箱、电热壶、咖啡机、意式浓缩咖啡机、制茶机、水碳酸化器、软水器、净水器、蒸汽熨斗（诸如系统熨斗）和空气加湿器。因而，在另外的方面中，本发明提供了一种电子家用电器，其包括如本文所限定的脱钙装置，其中电子家用电器包括用于连接到外部AC功率源的电子连接器，其中电子连接器在功能上与DC电源耦合，电子家用电器还包括与第一处理部段开口流体连通的第一电器开口（其用于将含水液体引入到电子家用电器），以及功能元件（其中应用和/或存储经净化的含水液体）。

特别地，电子家用电器还可以包括以下中的一个或多个：（i）用于储存含水液体的入口储水部，入口储水部配置成与第一电器开口和第一处理部段开口流体连通，以及（ii）用于储存在再生阶段期间产生的含水液体的废物储水部，废物储水部配置成与处理部段流体连通。这可以允许例如无绳应用，诸如系统熨斗等。可替换地或此外，电子家用电器还可以包括用于经净化的含水液体的储存器或储水部。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参照随附的示意图来描述本发明的实施例，其中对应的参考符号指示对应的部分，并且其中：

图1a示意性地示出具有脱钙装置的蒸汽系统熨斗；

图1b示意性地示出具有脱钙装置的水壶；

图2a-2b示意性地描绘了本发明的一些方面；

图3a-5b示意性地描绘了脱钙装置的一些变型；以及

图6a-6c示意性地描绘了脱钙系统的一些变型。

示意图未必是按照比例的。

具体实施方式

参照图1a，示出作为电子家用电器1000的示例的蒸汽系统熨斗910。蒸汽系统熨斗910包括底座单元911、底座单元911中的充当流体储水部的入口储水部912，以及手持熨烫单元913。入口储水部912配置成保存要馈送至底座单元911中的蒸汽发生器（未示出）的未经处理的含水溶液，诸如自来水。蒸汽发生器将所馈送的含水溶液转换成蒸汽，通过软管914将所述蒸汽馈送至熨烫单元913。可替换地，蒸汽发生器（未示出）可以在熨烫单元913中。熨烫单元913抵靠衣服的织物可定位以向衣服上发射蒸汽。因此，可以压平和用蒸汽处理衣服的织物。

蒸汽系统熨斗910包括脱钙装置1。以下将是脱钙装置1的详细描述。脱钙装置1设置在入口储水部912与蒸汽发生器之间。脱钙装置1包括与入口储水部912连通的入口、处理部段305和经处理含水溶液的部段（未示出）。处理部段305介于入口储水部912与经处理含水溶液的部段之间。可替换地，处理部段305设置在入口储水部912中、与入口储水部912相邻或者与其间隔开。处理部段305与入口储水部912中的含水溶液流体连通。在入口储水部912中接收的未经处理的含水溶液被馈送通过处理部段305，在那里未经处理的含水溶液被处理。然后将经处理的含水溶液从处理部段305馈送至经处理含水溶液的部段。在该实施例中，经处理含水溶液的部段是蒸汽发生器（未示出）或引至蒸汽发生器的流体通路。然而，在可替换的实施例中，经处理含水溶液的部段是始于处理部段305的流体出口，包括但不限于流体通路（诸如管道或者软管），或者诸如箱之类的流体容器。

尽管在图1中示出蒸汽系统熨斗910，但是脱钙装置1可以与可替换的衣服护理装置或完全其它的家用电器（诸如本文所提到的那些）一起使用。例如，脱钙装置可以与蒸汽熨斗或衣服蒸汽熨烫机一起使用。在衣服护理装置中使用脱钙装置1的优点例如在于，脱钙装置1能够充当约束蒸汽发生器中的钙化的防范手段。这允许在不需要计及随时间的钙化的情况下设计蒸汽发生器。因此，可以最小化蒸汽发生器的大小。另外，将不产生水垢并且将不朝向被处理的衣服发射水垢。

参考标记1600是指使用和/或存储经净化含水液体1601的功能元件的储存器或储水部。在此，功能元件可以特别地是蒸汽发生器。

脱钙装置1不限于与衣服护理装置一起使用。设想到，脱钙装置1可以集成到包括但不限于以下各项的家用电器中：地板蒸汽清洗器、食物蒸箱、电热壶、咖啡机、意式浓缩咖啡机、制茶器、水碳酸化器、软水器、净水器、空气加湿器等。脱钙装置1在电热壶和咖啡机中的使用可以帮助最小化维护和防止水垢最后出现到热饮中。经处理的含水溶液还可以使用在从奶粉开始的婴儿牛奶的制备中，以帮助减少对婴儿的肾脏的压力，并且通过帮助蛋白质的提取来制作大豆奶。此外，设想到，脱钙装置1可以结合厨房水槽水供给而使用，或者用于整个房屋的水脱钙应用。

脱钙装置一般用参考标记5来指示。为了清楚起见，在一些图（和权利要求）中，对该装置进行可替换地编号。

例如，参照图1b，示出水壶915，作为电子家用电器1000的示例，其包括腔体916和处理部段305。处理部段305在用于含水溶液的腔体916中。在该实施例中，腔体916充当入口储水部和经处理含水溶液部段二者。通过流体通路（未示出）将未经处理的含水溶液馈送到处理部段305中，在那里未经处理的含水溶液被部分地处理并且通过另一流体通路（未示出）排出回到腔体916中。经部分处理的含水溶液然后被馈送回到处理部段305中并且继续再循环，直到它被处理到期望的水平。参考标记922是指充当经处理含水溶液部段的腔体。该储存器可以包括由该水壶电器消耗的经净化的含水液体1601。

图2a示意性地描绘了配置成对含水液体10进行脱钙的脱钙装置1的实施例。脱钙装置1包括配置成将来自外部AC功率源的AC功率转换成DC功率的DC电源100。利用参考标记1007示意性地指示外部功率源。虚线指示可能的（包括绳线的）连接。参考标记110指示用于与外部AC功率源1007的功能连接的连接器。

另外，装置1包括包含可再充电的电池组210的电池组单元200。利用虚线，其尤其指示脱钙装置1可以配置成在净化阶段的至少部分期间经由DC电源100对可再充电的电池组210充电。

再另外地，装置1包括电吸附电池单元300，其包括用于所述含水溶液10的处理部段305。处理部段305包括第一电吸附电极布置310，其包括第一电吸附电极311。处理部段305还包括第二电吸附电极布置320，其包括第二电吸附电极321。相应的电吸附电极布置和电极特别地面向彼此，并且可以特别地配置成分别与彼此平行。另外，处理部段305包括用于含水液体10的引入的第一处理部段开口331。参考标记917示意性地指示阀门。

如以上所指示的，特别地，脱钙装置1配置成在其操作时间的部分期间操作在净化阶段中，其中使用以下中的一个或多个来施加第一电吸附电极311与第二电吸附电极321之间的第一DC电位差：（i）DC电源100和（ii）可再充电的电池组210。再进一步地，脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在再生阶段中，其中（a）使用可再充电的电池组210来施加第一电吸附电极311与第二电吸附电极321之间的DC电位差，其中第二DC电位差具有与第一DC电位差相反的符号，或者（b）其中第一电吸附电极311和第二电吸附电极321被电学短路。

在该示意性描绘的实施例中，脱钙装置1还包括控制单元500，其例如配置成，作为（a）电池组状态、（b）处理部段305的容量、（c）表示含水液体10中的离子浓度的参数、以及（d）以其处理含水液体的质量比率这四项中的一项或多项的函数来控制以下中的一个或多个：（i）第一电吸附电极311与第二电吸附电极321之间的电位差，以及（ii）通过处理部段305的电流。

另外，在该示意性描绘的实施例中，第一电吸附电极布置310包括所述第一电吸附电极311和第一离子选择膜312，并且第二电吸附电极布置320包括所述第二电吸附电极321和第二离子选择膜322。特别地，第一离子选择膜312和第二离子选择膜322中的一个针对一种或多种阳离子是选择性的，并且其中另一个针对一种或多种阴离子是选择性的。

另外，如可以看到的，在该实施例中，处理部段305包括所述第一处理部段开口331和第二开口332，其中处理部段305配置为流通电池。参考标记912指示入口储水部；参考标记1600指示存储或使用经净化的含水液体1601的功能元件的储存器（或储水部）。参考标记1700指示用于废液的储存器。另外，参考标记1013指示含水废液，即在再生阶段之后富集阳离子和阴离子的含水液体10。参考标记1331指示包括所述电吸附装置1的电器1000的电器开口。

图2b示意性地描绘了电子电器1000的实施例。电子家用电器1000包括根据前述权利要求中的任何一项的脱钙装置1，其中电子家用电器1000包括用于连接到外部AC功率源的电子连接器110，其中电子连接器110在功能上与DC电源100耦合，电子家用电器1000还包括与第一处理部段开口331流体连通的第一电器开口1331，其用于将含水液体10引入到电子家用电器1000，以及其中应用和/或存储经净化的含水液体10的功能元件1600。

在此，以示例的方式，脱钙装置1还包括多个电吸附电池单元300，其用参考标记300（1）、300（2）……来指示。在此，以示例的方式，利用电池单元300（1）、300（2）和300（3）示出串联和并联布置。在具体实施例中，脱钙装置1可以能够在脱钙装置1的操作时间的至少部分期间同时在第一电吸附电池单元300（1）中净化含水液体10和再生第二电吸附电池单元（300（3））（并且反之亦然）。脱钙装置1还可以特别地配置成交替相应的电吸附电池单元300的净化阶段和再生阶段。

图3a-3b示意性地示出净化模式（图3a）和再生模式（图3b）。应用电吸附电极311、321。在再生模式中，不施加电位差并且不使用离子生成元件。在再生模式中释放在净化模式中吸附的离子，但是钙化可能在再生期间发生在电吸附电池单元300内部。

特别地，该实施例还可以包括电极表面处的离子选择膜。因而，在变型中，第一电吸附电极布置310包括所述第一电吸附电极311和第一离子选择膜312，并且第二电吸附电极布置320包括所述第二电吸附电极321和第二离子选择膜322。因而，经由相应的离子选择膜312、322，存在基本唯一的对电极311、321的接近。在该变型中，在再生模式期间，可以使用具有与如在净化模式中使用的相反的极性的非零电位差。

图4a-4b示意性地描绘了根据本发明的实施例，其诸如类似于图3a-3b中的那些。在该示意性描绘的实施例中，以示例的方式，具有离子交换膜961、962，其分别被配置在第一电吸附电极布置310和第二电吸附电极布置320的一定距离处。在此，离子交换膜961、962被配置为离子生成元件370，因为在再生期间，离子交换膜解离水。因而，在此，使用水解离膜942（“水解离膜”或“双极膜”特别地包括两个相反的离子交换膜的组合）。该实施例的优点在于，在电池再生期间不存在钙化并且不存在气体形成。另外，废物体积可以小得多，因为在再生期间，流动可以是低的（或为零）。仅出于绘图目的，图4a中的膜间距离大于在图4b中。另外，要指出的是，当使用利用参考标记380指示的水解离膜时，水解离膜可以提供介于相应两个电池部分之间的利用参考标记1142指示的第三体积（或交换膜流动间隔物）。离子交换膜961可以是阳离子选择性的，并且离子交换膜962可以是阴离子选择性的。在净化期间中心体积可以与输出1600（或经处理的含水溶液选择）流体接触并且在再生期间可以与废物输出1700流体接触。

电吸附电极311、321和离子生成元件370的高度利用参考标记H来指示。电吸附电池单元300的示意性示出的实施例示出这些全部具有大体相同的高度。

通过在电极布置310、320之间插入离子生成元件370，事实上提供两个电池。因而，脱钙装置1还可以包括包含所述第一电吸附电极布置310的第一电池344和包含所述第二电吸附电极布置320的第二电池345，其中第一电池344和第二电池345通过水解离膜380或通过电气浮置的电极（参见下文）分离。

图5a-5b示意性地描绘了与图4a-4b中示意性描绘的基本上相同的实施例，例外在于，替代于配置在电吸附电极311、321之间的离子交换膜961、962（即离子生成元件370），现在离子生成元件370是电极（在此是浮置的电极390）。该实施例可以具有与在先实施例相同的优点，不过可能发生某种气体形成。该实施例的另外的优点在于，电解电池可以极其薄。

要指出的是，关于具有单个电解电池单元的脱钙装置1而描述和示意性地描绘根据本发明的所有实施例。然而，本发明不限于这样的实施例。相反，脱钙装置可以包括多个这样的电池，其包括管路和泵，从而允许含水溶液的连续净化，当一些电池可以净化时，同时其它的电池再生，而在稍后时刻时这可以反转，同时因而仍旧产生经净化的含水溶液。

因而，在实施例中，除其它之外，本发明提供了使用在电气驱动的两个接连阶段中或两个并行阶段中的两种类型的电极。

在实施例中，在第一阶段（在本文中还指示为“净化阶段”或“净化模式”或“填充模式”）中，在正常（填充）操作下，向第一和第二相对“电吸附”电极施加电位，以在第一电极（低电位）中存储阳离子，并且在第二电极（高电位）中存储阴离子。这可以确保将显著减少穿过两个电极的水的总离子含量，直到达到第一和第二电吸附电极的总吸附容量。在第二阶段（在本文中还指示为“再生模式”或“除垢模式”）中，为了除垢维护，在第一与第二电极之间插入第三非电吸附电极（具有典型唯一的几何表面积，没有多孔性），使得形成（实际上）两个分离的电池。反转所施加的电位（当相同的电池用作用于净化阶段时），向第一电极施加高电位，向第二电极施加低电位，并且向第三电极施加浮置电位。在那些电位的影响下，之前存储的阳离子和阴离子将被有效地释放到其相应的电池，并且各自分别通过由发生在第三非电吸附电极处的电解反应形成的OH^-和H⁺平衡。因此，具有第一电极的第一电池将变成碱性的，将所释放的钙和镁离子转换成固体氢氧化物盐。具有第二电极的第二电池将变成酸性的，将所释放的碳酸氢根离子转换成CO₂气体，并且此外，第三电极处所释放的氯离子将反应成氯气。此外，第三电极处的电解反应将形成第一电池中的氢气和第二电池中的氧气。

然而，如果再生电吸附电池不具有插入的离子生成主体，如本发明中所描述的，那么这将暗示低效的操作。为了避免再生电池内部的钙化问题，必须维持最小流速，这造成明显的废物体积。因而，离子生成主体（诸如插入电极）提供优于当前技术水平的解决方案的巨大优点，并且减少废物形成。

如以上所指示的，应用离子生成主体。该离子生成主体可以包括水解离膜，或者简单地，电极（比如Pt板）。后者在本文中还被指示为第三电极。该第三电极的优点为：

·有效脱附。由于从第一和第二电吸附电极释放的离子的主要种类被转换成其它种类，因此这些脱附的离子不阻碍其余离子的进一步释放。

·不需要与电吸附电极物理接触的电极布置中的阳离子/阴离子交换膜。这从成本的角度是有益的，而且电极寿命可以通过在随后的净化-再生循环中颠倒第一和第二电极的极性而增强。在没有第三电极的情况下，再生模式中的极性反转将导致从第一电极释放的离子立即被重新吸附在第二（相对的）电极中，并且反之亦然。因此，在没有其间的第三电极的情况下，将需要阳离子/阴离子交换膜以防止该相反的重新吸附。然而，要指出的是，本发明不排除阳离子/阴离子交换膜。

·插入电极引入表面积方面的大幅不对称，从而防止电吸附电极处的电解，甚至是在较高的电压和电流处。电吸附电极的表面积特别地大幅地大于插入电极的表面积。这允许电吸附电极的更快再生。

·电解反应创建可视的可识别的废物。显著地，碱性电池中的钙和镁离子将形成固体钙/镁氢氧化物沉淀，这将水转变成乳状流体。这可以被消费者容易地识别为废物，从而向除垢过程给出可信度。

·本发明允许在插入的离子生成主体（诸如电极）的两侧处的组合溶液体积的总体pH不变成酸性，从而避免对电器内部的储水部及进一步的下游中的金属部分的潜在损害。

（插入的）水解离膜的优点，特别是当离子交换膜与其间的空间（间隔物）一起应用时，可以在于，除了针对（插入）电极的以上优点之外，可以减少或防止气体形成。

在实施例中，电吸附电极具有存储离子的高（内部）表面积。优选地，这些电极由活性炭制成，如常规地且成本有效地应用在超级电容器或电容式去离子应用中的那样。至少500 m²/gr的表面积，诸如至少1000 m²/gr，是可行的。

在实施例中，第三插入电极具有比电吸附电极小得多的（内部）面积（诸如是电吸附电极的至多1/100那样小）。这可以确保电解反应可以仅发生在该第三电极上（而不在第一和第二电极处）。特别地，电解电极由碳制成，例如注塑成型的碳，如常规地且成本有效地应用在燃料电池中的那样，或者由玻璃碳制成，或者可替换地，由涂敷有用于延长寿命的钌或铱氧化物涂层的钛（在本领域中称为形稳型阳极DSA）制成。

我们已经令人意外地发现，第三插入电极在再生期间不需要电气连接。如果该第三电极保持未被连接、浮置，它将自动接收相对的电吸附电极之间的电位。浮置电极的优点在于，它需要更少的组件并且允许更多设计选项。浮置电极的另外的优点在于，在该电极的相对侧处创建相等量的氢阳离子和氢氧根阴离子，从而确保电解电池中的组合溶液的总体pH保持不受影响。对插入电极的可替换的实施例是插入双极膜。类似于插入电极，该双极膜可以仅在再生期间被插入（不过其它实施例也是可能的，诸如永久插入等）。同样，该插入双极膜不需要电气连接。双极膜可以由层压在一起的阳离子交换膜和阴离子膜组成。在再生期间，特别地，阳离子交换膜侧应当面向负电吸附电极并且释放H+离子。反之，阴离子交换膜侧应当面向正电吸附电极并且释放OH-离子。与金属插入电极相比的附加优点在于，双极膜通过水的自动电离而不是电解来生成H+/OH-，因此避免氢气、氧气和氯气形成。

在实施例中，第一和第二电极可以位于水的储水部的入口处，但是还在储水部内部。后者的优点在于，离子的捕获不太是时间关键的，例如在蒸汽熨斗中，填充操作预计花费20秒，而水在储水部中的驻留时间典型地为30分钟。

在布置中，第一和第二电吸附电极311、321例如由活性炭形成。然而，将理解到，可以使用其它合适的材料。活性炭电极可以具有1000 m²/g量级的表面积。

图6a非常示意性地描绘了用于使用在电子家用电器1000中的脱钙装置1的其它方面。

在此，脱钙装置1还包括（以示例的方式）电流控制器400，其配置成在以下中的一个或多个期间控制通过处理部段305的电流：（i）净化阶段，以及（ii）再生阶段。以示例的方式，描绘了两个电流控制器以控制两个方向上的电流。

另外，以示例的方式，DC电源100配置成提供例如高达5V和高达4A；同样地，可再充电的电池组可以配置成提供高达5V和高达4A。参考标记700指示切换单元，在此配置成允许再生或净化阶段（通过选择1或2）。

以示例的方式，示出液体流动，所述液体流动向处理电吸附电池单元300提供含水液体10，所述含水液体10被转换成经净化的含水溶液1601和/或废液1013。在图3a-5b中示意性地描绘可能的流动。这是示意图：当然，经净化的含水溶液1601和/或废液1013与彼此分离地流动。

图6b大体相同，但是现在包括电压表500。另外，装置1包括附加的设置或阶段，在此利用设置2来指示，其可以被指示为空闲阶段。在第一与第二电吸附电极之间基本没有电流流动，这是测量第一与第二电吸附电极之间的“开路电池”电压的适当条件，开路电池电压是电吸附电池单元300的处理部段的剩余容量的度量。基于该信息，可以做出继续目前阶段或切换到另一阶段（参见关于控制单元及其功能的其它地方）的决定。

图6c是可以同样在图6a的变型中使用的变型，但是现在在与图6b相同的配置中描绘。要指出的是，电路被改变，并且DC电源100配置成提供较低电流。在例如净化期间，以示例的方式，在切换单元处的设置1的情况下，DC电源100和可再充电的电池组210并联配置（同样参见图6a）。在该实施例中，脱钙装置1配置成在其操作时间的部分期间操作在所述净化阶段中，其中使用DC电源100和可再充电的电池组210来施加第一电吸附电极311与第二电吸附电极321之间的所述第一DC电位差，其中DC电源100配置成提供比可再充电的电池组210低的电流。

在图6d中，选择其中再生阶段可以包括短切电极（切换单元中的选项3）的实施例。这样的实施例在处理部段不包括在再生期间防止离子在相对电极处的重新吸附的元件时可以特别相关。

本文中的术语“基本”，诸如“基本由其组成”中，将被本领域技术人员理解。术语“基本”还可以包括具有“整个地”、“完全地”、“全部”等等的实施例。因此，在实施例中，形容词“基本”还可以被移除。在适用的场合，术语“基本”还可以涉及90%或更高，诸如95%或更高，尤其是99%或更高，甚至更尤其是99.5%或更高，包括100%。术语“包括”还包含术语“包括”表示“由其组成”的实施例。术语“和/或”特别涉及在“和/或”前面和后面提到的项目中的一个或多个。例如，短语“项目1和/或项目2”和相似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以指“由其组成”，但是在另一实施例中还可以指“含有至少所定义的种类并且可选地含有一个或多个其它种类”。

另外，在说明书中以及在权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分类似的元件并且未必用于描述顺序或时间次序。要理解到，如此使用的术语在适当的情境之下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以除本文描述或图示的之外的其它顺序进行操作。

本文中的设备尤其在操作期间进行描述。如对于本领域技术人员将是清楚的，本发明不限于操作的方法或者操作中的设备。

应当指出的是，以上提及的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换的实施例而不脱离随附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记不应当解释为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除除权利要求中陈述的那些之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一（a或an）”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以借助于包括若干分立元件的硬件以及借助于经适当编程的计算机而实现。在枚举若干部件的设备权利要求中，这些部件中的若干个可以通过同一个硬件项目体现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不能用于获益。

本发明还应用于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个的设备。本发明还关于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个的方法或过程。

在本专利中讨论的各种方面可以被组合以便提供附加优点。另外，特征中的一些可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (14)

1.一种配置成对含水液体（10）进行脱钙的脱钙装置（1），其中所述脱钙装置（1）包括：

– DC电源（100），其配置成将来自外部AC功率源的AC功率转换成DC功率；

– 电池组单元（200），其包括可再充电的电池组（210）；

– 电吸附电池单元（300），其包括用于所述含水液体（10）的处理部段（305），其中所述处理部段（305）包括：（a）包括第一电吸附电极（311）的第一电吸附电极布置（310）、（b）包括第二电吸附电极（321）的第二电吸附电极布置（320）、以及（c）用于所述含水液体（10）的引入的第一处理部段开口（331）；

其中所述脱钙装置（1）配置成在其操作时间的部分期间操作在净化阶段中，在所述净化阶段中，使用以下中的一个或多个来施加所述第一电吸附电极（311）与所述第二电吸附电极（321）之间的第一DC电位差：（i）所述DC电源（100），以及（ii）所述可再充电的电池组（210）；并且其中，所述脱钙装置配置成在其操作时间的部分期间操作在再生阶段中，在所述再生阶段中，（a）使用所述可再充电的电池组（210）来施加所述第一电吸附电极（311）与所述第二电吸附电极（321）之间的DC电位差，其中所述第二DC电位差具有与所述第一DC电位差相反的符号，或（b）其中所述第一电吸附电极（311）和所述第二电吸附电极（321）被电学短路。

2.根据权利要求1所述的脱钙装置（1），其中所述脱钙装置（1）配置成在其操作时间的部分期间操作在所述净化阶段中，其中使用所述DC电源（100）来施加所述第一电吸附电极（311）与所述第二电吸附电极（321）之间的所述第一DC电位差。

3.根据权利要求1所述的脱钙装置（1），其中所述脱钙装置（1）配置成在净化阶段的至少部分期间经由所述DC电源（100）为所述可再充电的电池组（210）充电，其中所述脱钙装置（1）配置成在其操作时间的部分期间操作在所述净化阶段中，在所述净化阶段中，使用所述DC电源（100）和所述可再充电的电池组（210）来施加所述第一电吸附电极（311）与所述第二电吸附电极（321）之间的所述第一DC电位差，其中所述DC电源（100）配置成比所述可再充电的电池组（210）提供更低的电流。

4.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），还包括电流控制器（400），其配置成在以下中的一个或多个期间控制通过所述处理部段（305）的电流：（i）所述净化阶段，以及（ii）所述再生阶段。

5.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），其中所述脱钙装置（1）配置成在其操作时间的部分期间操作在空闲阶段中，在所述空闲阶段中，或者（a）所述第一电吸附电极（311）与所述第二电吸附电极（321）之间的至少1kΩ的阻抗被施加，或者其中（b）电流控制器（400）配置成将电流最小化为低于1mA，其中所述脱钙装置（1）还包括电压表（500），所述电压表（500）配置成在所述空闲阶段的至少部分期间测量所述电吸附电池单元（300）的容量。

6.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），还包括控制单元（500），所述控制单元（500）配置成，作为（a）电池组状态、（b）所述处理部段（305）的容量、（c）表示所述含水液体（10）中的离子浓度的参数、以及（d）以其处理所述含水液体的质量比率这几项中的一项或多项的函数，来控制以下中的一个或多个：（i）所述第一电吸附电极（311）与所述第二电吸附电极（321）之间的电位差，以及（ii）通过所述处理部段（305）的电流。

7.根据权利要求6所述的脱钙装置（1），其中所述控制单元（500）配置成作为以下中的一个或多个的函数而将所述脱钙装置（1）切换到所述再生阶段：（a）所述处理部段（305）的容量，（b）一天中的时间，（c）一周中的日子，（d）入口储水部、废物储水部和经净化水的储水部中的一个或多个中的液位，以及（e）在所述脱钙装置（1）的操作期间搜集的所述脱钙装置（1）的使用的控制单元的人工智能性。

8.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），其中所述第一电吸附电极布置（310）包括所述第一电吸附电极（311）和第一离子选择膜（312），并且其中所述第二电吸附电极布置（320）包括所述第二电吸附电极（321）和第二离子选择膜（322），其中所述第一离子选择膜（312）和所述第二离子选择膜（322）中的一个针对一种或多种阳离子是选择性的，并且其中所述第一离子选择膜（312）和所述第二离子选择膜（322）中的另一个针对一种或多种阴离子是选择性的。

9.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），还包括包含所述第一电吸附电极布置（310）的第一电池（344），和包含所述第二电吸附电极布置（320）的第二电池（345），其中所述第一电池（344）和所述第二电池（345）通过水解离膜（380）或者通过电学浮置的电极（390）分离。

10.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），其中所述处理部段（305）包括所述第一处理部段开口（331）和第二开口（332），其中所述处理部段（305）配置为流通电池。

11.根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），包括多个电吸附电池单元（300），其中所述脱钙装置（1）配置成，在脱钙装置（1）的操作时间的至少部分期间，同时地在第一电吸附电池单元（300（1））中净化所述含水液体（10）和再生第二电吸附电池单元（300（2）），并且其中所述脱钙装置（1）还配置成交替相应的电吸附电池单元（300）的净化阶段和再生阶段。

12.一种电子家用电器（1000），包括根据前述权利要求中任何一项所述的脱钙装置（1），其中，所述电子家用电器（1000）包括用于连接到外部AC功率源的电子连接器（110），其中所述电子连接器（110）在功能上与DC电源（100）耦合，所述电子家用电器（1000）还包括：与所述第一处理部段开口（331）流体连通的第一电器开口（1331），其用于将含水液体（10）引入到所述电子家用电器（1000）；以及功能元件（1600），其中应用和/或存储经净化的含水液体（1601）。

13.根据权利要求12所述的电子家用电器（1000），其中所述电子家用电器（1000）包括选自由下述组成的组中的一种：地板蒸汽清洗器、食物蒸箱、电热壶、咖啡机、意式浓缩咖啡机、制茶机、水碳酸化器、软水器、净水器、蒸汽熨斗和空气加湿器。

14.根据前述权利要求12-13中任何一项所述的电子家用电器（1000），还包括以下中的一个或多个：（i）用于所述含水液体（10）的存储的入口储水部（12），所述入口储水部配置成与所述第一电器开口（1331）和所述第一处理部段开口（331）流体连通；以及（ii）用于在再生阶段期间产生的含水液体（10）的存储的废物储水部（13），所述废物储水部（13）配置成与所述处理部段（305）流体连通。