CN109715284A - 用于电化学水处理的配置装置 - Google Patents

Abstract

一种电化学水处理设备，包括处理室，该处理室由至少一个壁形成并且具有沿着侧面形成的大体上长达处理室的长度的开口，并且安装板应用于该开口。一组阴极和阳极安装至安装板并定位于该室的内部，这些阳极中的每个阳极具有至少一个阴极定位于相应阳极的两侧中的每一侧上。设置至少两个阳极汇流条和两个阴极汇流条，每个汇流条可连接至电源、并连接至电极的相应端部附近的相应电极。入口适配件在与处理室的入口端部相连接的第一端部处具有较小的截面面积、并且在与待处理水的水源相连接的相反的端部处具有较大的截面面积。

Description

用于电化学水处理的配置装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月2日提交的美国临时专利申请序列号62/383,092的权益，其公开内容出于所有目的而通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及水处理领域，并尤其涉及电化学水处理的配置装置。

背景技术

饮用水和废水两者都含有微生物和其他杂质。现有技术提供了各种水处理系统，用于消除饮用水的细菌和其它杂质，并将水消毒至适合人类和动物使用的水平。其他水处理系统通过将感染性成分降低至不适合人类或动物消耗、但是满足排放至各种水体中的水平来处理废水。还可以在饮用水和废水应用中应用其他水处理系统，以将污染水平降低至某些特定的政府标准。从历史上看，已经普遍存在使用氯化处理来消毒。近年来，采用紫外线辐射的系统或引入臭氧的系统也已商业化。

在本发明的申请人已经公布了电化学水处理领域的开创性发明，即美国专利号6,780,306、7,033,481、7,494,582和8,961,75，这些申请的公开内容通过引用以其整体的方式并入本文。

本发明涉及对上述设备的改进，或涉及由此引起或未解决的一些问题的解决方案。

发明内容

电化学水消毒是处理水的高效方式。该工艺不向待处理的水中添加化学化合物，而是基于各种化学物质的杀生物作用来起作用。将铂族金属或铂族金属氧化物作为活性涂层的电极通常最适合于这种处理。

本发明提供优于现有技术的若干优点。本发明提供高流体速度，用以促进自清洁并减少通常在这些设计中发现的结垢特性。提供分立的反应器组件以便于更换。经电隔离的电极组件提供优化电源使用的串联连接或并联连接。可构造的设计能够满足任何流动和用量要求。单元可以串联连接或并联连接，以满足各个安装件的需要。

本发明提供一种电化学水处理设备，该电化学水处理设备电连接至电源、并且在水到达目的地的途中连接至待处理水的水源。该设备包括处理室，该处理室由至少一个壁形成并且具有一长度，处理室具有入口端部和出口端部以及至少一个侧面，处理室具有沿着侧面形成的大体上长达处理室的长度的开口。安装板覆盖该开口，以密封该室的侧面并防止待处理的水通过该开口逸出。将多个阴极安装至该安装板并定位于该室的内部，每个阴极具有两个端部。将多个阳极安装至所述安装板并定位于所述室的内部，并且每个阳极具有两侧和两个端部，这些阳极中的每个阳极具有至少一个阴极定位于该相应的阳极的两侧中的每一侧面上。设置至少两个阳极汇流条，每个阳极汇流条可连接至电源、并在阳极的与连接有另一个阳极汇流条的位置相反的相应端部附近连接至阳极。设置至少两个阴极汇流条，每个阴极汇流条都能够连接至电源、并在阴极的与连接有另一个阴极汇流条的位置相反的相应端部附近连接至阴极。入口适配件具有第一端部和第二端部，该入口适配件用于将该处理室的入口端部连接至待处理水的水源，该入口适配件在与处理室的入口端部相连接的第一端部处具有较小的截面面积、并且在与待处理水的水源相连接的相反的端部处具有较大的截面面积。出口适配件具有第一端部和第二端部，该出口适配件用于将处理室的出口端部连接至目的地，该出口适配件在与处理室的出口端部相连接的第一端部处具有较小的截面面积、并且在与目的地相连接的第二端部处具有较大的截面面积。

在下文中，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的电化学水处理设备的等轴测视图。

图2是图1中所示的电化学水处理设备的俯视平面图。

图3是图2中所示的电化学水处理设备的沿线3-3截取的剖视图。

图4是图2中所示的电化学水处理设备的沿线4-4截取的剖视图。

图5是图1中所示的电化学水处理设备的等轴测视图，并且移除了盖以显示下面的组件。

图6是图5中所示的电化学水处理设备的等轴测视图，但移除了端部连接器且使电极安装板变透明，以使在处理室内的电极可见，从而使汇流条与电极之间的连接可见。

图7是根据本发明的电化学水处理设备的特定应用的等轴测视图。

具体实施方式

现在参考图1和图2，示出了根据本发明的一实施方式来构造的水处理设备10。如图所示，设备10包括可以在结构上相同的入口端部连接器12和出口端部连接器14。设置入口端部连接器12以将设备10连接至任何合适的待处理水的水源，并且设置出口端部连接器14用于将设备10连接至现在被处理的水的任何合适的目的地。示例包括需要对水进行处理和消毒的任何应用——从用于远洋船舶的海水引进、到工厂排水至附近水道中、到从井或用于饮用水的其他水源的简单水输送。

根据本发明，端部连接器12和端部连接器14连接至处理室16的相反的端部，每个端部连接器借助于相应的入口适配件和出口适配件18来连接。虽然端部连接器12和端部连接器14以及处理室16可以具有任何合适的形状，但在所示的实施方式中，端部连接器具有圆形截面，并且处理室具有方形截面。根据本发明，端部连接器12和端部连接器14的截面面积大于处理室16的截面面积，使得适配件18是漏斗形的。在一个示例中，端部连接器12和端部连接器14具有直径为6英寸的圆形截面，而处理室16被形成为方形管，并且具有每条边为4英寸的截面。

如图2所示，每个漏斗形适配件18具有较小的端部18a和较大的端部18b。这些术语“较大”和“较小”指的是截面面积。在处理室16的每个端部处连接每个漏斗形适配件18的较小端部18a。每个漏斗形适配件18的较大端部18b连接至端部连接器12和端部连接器14中的相应一个端部连接器。

在一些实施方式中，处理室16在三侧上由平壁形成，且在第四侧上具有开口16a，尽管处理室可以由具有开口16a的单个弯曲壁形成。在所示的实施方式中，该开口16a基本上延伸达处理室16的整个长度。形成第四壁，或者同样可以说，通过电极安装板20覆盖或封闭开口16a。重要的是，正在被处理的水不会在电极安装板20周围逸出，因此将安装板密封至开口16a以避免泄漏。如图3、图4和图5所示，将绝缘体22安装至安装板20上、安装在处理室16的外侧。多个汇流条24进而安装至绝缘体22、安装至绝缘体的与安装板20相反的那侧。如现在将要解释的，存在阳极汇流条24a和阴极汇流条24b。

在安装板20的相反侧上安装有多个电极26，该电极实质上是导电板，并且电极在组装时突出穿过开口16a，以便被定位在处理室16内部。如在图4和图6中最佳所示的，电极26可以到达处理室的整个深度，并且可以延伸成与处理室的长度一样长。一些电极26是阳极26a，并且一些电极26是阴极26b。阳极26a和阴极26b以交替方式定位，使得每个阳极26a在其两侧都设置有阴极26b，并且在大多数情况下，每个阴极26b在其两侧都设置有阳极26a。在所示的实施方式中，交替的阴极26b在数量上比交替的阳极26a多1个，因此在两侧的最外面的电极是阴极。因此，所有阳极26a的两侧都被阴极26b包围，并因此在水处理期间使用。虽然可以使用不同数量的阳极和阴极，但在所示的实施方式中，有五个阴极26b和四个阳极26a。

在所示的实施方式中，如上所述，并且如在图6中最佳所示的，汇流条24借助于连接器销25连接至阳极26a和阴极26b中的相应一者。实际上，连接器销25是双功能部件。该连接器销25提供电极26相对于安装板20的结构安装，同时提供必要的电连接。如图6中最佳所示的，阳极汇流条24a借助于阳极连接器销25a在阳极的一个端部的附近连接至阳极26a，并且阳极汇流条24a-1借助于附加的阳极连接器销25a在阳极的相反的端部的附近连接至阳极26a。至少，阳极汇流条24a和阳极汇流条24a-1彼此分隔开达阳极的大部分长度。类似地，阴极汇流条24b通过阴极连接器销25b在一个端部的附近连接至阴极26b，同时阴极汇流条24b-1也借助于附加的阴极连接器销25b在相反的端部的附近连接至阴极26b。在此再次地，至少阴极汇流条24b和阴极汇流条24b-1彼此分隔开达阴极的大部分长度。具有连接至每个阳极的多个阳极汇流条和连接至每个阴极的多个阴极汇流条的目的是双重的。一个目的是与电有关的。存在这样的应用：其中流过系统的电流量处于单个连接器销25不足以承载该电流的水平，除非销的尺寸增大。但是，将销的尺寸增加至能够承载更大电流所需的程度可能导致电极间隔大于最佳值，因为较大的板间隙会降低效率。多个连接器销25得到组装件10，其中多个较小的销可以比单个销承载更大的电流，该多个较小的销25仍然允许相对小的电极间隔。另一个目的是与结构有关的。如果每个电极26通过单个连接器销25安装至安装板20，则无论是在中间还是更靠近一端或另一端，电极都更可能弯曲或移动，从而对电极间隔产生影响。每个电极26具有两个汇流条24和两个连接器销25，这两个汇流条24和两个连接器销25通常彼此相对，并且这两个汇流条24和两个连接器销25中的每个汇流条和连接器销都分别更靠近一个端部，结果是更好的结构刚性、稳健性和稳定性，并且增加电流容量，并且因此提高处理能力。

在使用中，将电源(未示出)连接至阳极汇流条24a和阳极汇流条24a-1以及阴极汇流条24b和阴极汇流条24b-1，以便为设备10供电。在一些实施方式中，保护罩或盖28应用在汇流条24上。

端部连接器12和端部连接器14以及处理室16和漏斗形适配件18具有不同尺寸的目的是：借助于伯努利效应使移动通过处理室的流体加速，从而以更高的速度移动。也就是说，通向入口端部连接器12的容器的截面面积和背离出口端部连接器14的容器的截面面积大于处理室16的截面面积。当处理这样的天然水源如海水时，这种效果尤其有益，并且较高的流体速度减少了电极上的结垢。

在一些实施方式中，电极26、汇流条24、绝缘体22和安装板20组装成一单元，并且它们可以在处理室16中被容易地移除和更换，以便能够针对不同的处理选项或不同材料的电极而快速转换，或允许容易地移除电极以进行清洁。例如，在一些实施方式中，阳极由钛基板形成，然后涂覆或镀覆有铂或铂族催化剂、或涂覆或镀覆有MMO(混合金属氧化物)。MMO涂层中的混合物主要包括铱和钌。如本领域技术人员所知的，可以使用这两种金属的各种比例。阴极通常由没有涂层的哈氏合金形成。在功能上，水处理设备10按照与美国专利号6,780,306和7,033,481(这些专利已经在上面通过引用而并入)中所述的水的电化学处理相同的一般原理工作。

在图7中示出了本发明的模块化特性的应用的示例。虽然它们可以由任何合适的尺寸制成，但是在图7所示的示例中，每个设备10的总长度为四英尺，每个设备10具有长度为三英尺的处理室。两个设备10被串联连接，通过U形连接器30连接，以便使空间要求最小化。在该技术中，用量用以下单位来表示：电流/流速，即安倍/加仑/分钟。因此，剂量的示例可以通过图7中所示的组装件提供，该剂量为2，即2安倍/加仑/分钟(A/GPM)。通常，剂量通常在0.5-25A/GPM的范围内，并且更优选为0.5-2A/GPM的范围内。在特定应用中，两个或更多个设备10也可以并联连接。

尽管本文已经被认为是以最实用和优选的实施方式来描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于上述具体实施方式。而是，应认识到，在不脱离本发明的精神或宗旨的情况下，本发明领域的技术人员可以进行修改，并且因此，在本文中，本发明应被视为包括本发明的所附权利要求和说明的主题的所有合理的等同物。

Claims (13)

1.一种电化学水处理设备，所述电化学水处理设备电连接至电源、并且连接至待处理水的水源，之后被处理的水允许流至目的地，所述设备包括：

处理室，所述处理室由至少一个壁形成并且具有一长度，所述处理室具有入口端部和出口端部以及至少一个侧面，所述处理室具有沿着所述侧面形成的大体上长达所述处理室的长度的开口；

安装板，所述安装板覆盖所述开口，以密封所述室的所述侧面并防止待处理的水通过所述开口逸出；

多个阴极，每个阴极具有两个端部，所述阴极安装至所述安装板并定位于所述室的内部；

多个阳极，每个阳极具有两侧和两个端部，所述阳极安装至所述安装板并定位于所述室的内部，所述阳极中的每个阳极都有至少一个阴极定位于该相应阳极的两侧中的每一侧；

至少两个阳极汇流条，每个阳极汇流条都能够连接至所述电源、并在所述阳极的与连接有另一个阳极汇流条的位置相反的相应端部附近连接至所述阳极；

至少两个阴极汇流条，每个阴极汇流条都能够连接至所述电源、并在所述阴极的与连接有另一个阴极汇流条的位置相反的相应端部附近连接至所述阴极；

具有第一端部和第二端部的入口适配件，所述入口适配件用于将所述处理室的入口端部连接至所述待处理水的水源，所述入口适配件在与所述处理室的入口端部相连接的所述第一端部处具有较小的截面面积、并且在与所述待处理水的水源相连接的相反端部处具有较大的截面面积；以及

具有第一端部和第二端部的出口适配件，所述出口适配件用于将所述处理室的出口端部连接至所述目的地，所述出口适配件在与所述处理室的出口端部相连接的所述第一端部处具有较小的截面面积、并且在与所述目的地相连接的所述第二端部处具有较大的截面面积。

2.根据权利要求1所述的处理设备，其中，所述阳极中的每个阳极基本上延伸达所述处理室的长度。

3.根据权利要求1所述的处理设备，其中，所述阴极中的每个阴极基本上延伸达所述处理室的长度。

4.根据权利要求1所述的处理设备，还包括：用于将所述入口适配件连接至所述水源的入口端部连接器、和用于将所述出口适配件连接至所述目的地的出口端部连接器。

5.根据权利要求1所述的处理设备，其中，所述处理室具有与所述适配件不同的截面形状。

6.根据权利要求5所述的处理设备，其中，所述处理室具有方形截面，并且所述适配件具有圆形截面。

7.一种电化学水处理设备，所述电化学水处理设备连接至电力源，所述设备包括：

处理室，所述处理室由至少一个壁形成并且具有一长度，所述处理室具有入口端部和出口端部以及至少一个侧面，所述处理室具有沿着所述侧面形成的大体上长达所述处理室的长度的开口；

安装板，所述安装板附接至所述开口；

多个阴极，每个阴极具有两个端部，所述阴极安装至所述安装板并定位于所述室的内部，并且所述阴极能够连接至电源；

多个阳极，所述阳极安装至所述安装板并定位于所述室的内部，并且所述阳极具有两侧和两个端部，所述阳极中的每个阳极都有至少一个阴极定位于该相应阳极的两侧中的每一侧，并且所述阳极能够连接至所述电源；

具有第一端部和第二端部的入口适配件，所述入口适配件用于将所述处理室的入口端部连接至待处理水的水源，所述入口适配件在与所述处理室的入口端部相连接的所述第一端部处具有较小的截面面积、并且在与所述水源相连接的相反端部处具有较大的截面面积；以及

具有第一端部和第二端部的出口适配件，所述出口适配件用于将所述处理室的出口端部连接至目的地，所述出口适配件在与所述处理室的入口端部相连接的所述第一端部处具有较小的截面面积、并且在与所述目的地相连接的所述第二端部处具有较大的截面面积。

8.根据权利要求7所述的水处理设备，还包括：

至少两个阳极汇流条，每个阳极汇流条都能够连接至所述电源、并在所述阳极的与连接有另一个阳极汇流条的位置相反的相应端部附近连接至所述阳极；

至少两个阴极汇流条，每个阴极汇流条都能够连接至所述电源、并在所述阴极的与连接有另一个阴极汇流条的位置相反的相应端部附近连接至所述阴极。

9.根据权利要求7所述的处理设备，其中，所述阳极中的每个阳极基本上延伸达所述处理室的长度。

10.根据权利要求7所述的处理设备，其中，所述阴极中的每个阴极基本上延伸达所述处理室的长度。

11.根据权利要求7所述的处理设备，还包括：用于将所述入口适配件连接至待处理水的水源的入口端部连接器、和用于将所述出口适配件连接至所述待处理水的水源的出口端部连接器。

12.根据权利要求7所述的处理设备，其中，所述处理室具有与所述适配件不同的截面形状。

13.根据权利要求12所述的处理设备，其中，所述处理室具有方形截面，并且所述适配件具有圆形截面。