CN109789375B - 用于对液体进行电去离子化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对样本液体进行电去离子化的装置。该装置包括具有两个开口和阳极的阳极室、具有两个开口和阴极的阴极室以及设置在阳极室和阴极室之间并包括两个开口和离子交换剂的处理室。阳极室和阴极室分别通过选择性透过膜与处理室隔开，并且能量源作用连接到阳极和阴极。另外，本发明涉及一种用于对样本液体进行电去离子的方法。

Description

用于对液体进行电去离子化的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对液体进行电去离子化的装置和方法。
背景技术
电去离子是离子交换和电渗析的组合，并用于从液体，尤其是水，中去除离子和可电离物质。目的通常是产生无盐水，也称为去离子水或去矿物质(VE)水。另一个应用领域是监测例如火力发电厂等发电厂的过程水(工艺用水)回路。对过程水进行比导电率测量，以检查液体是否能从被供给海水或地表水的冷却水回路中通过裂缝渗透进入过程水回路。由于尤其氨和/或胺被添加到过程水中以防止管道的腐蚀，过程水已经固有地具有比导电率，其不会由于渗入含盐冷却水，特别是溶解于冷却水中的氯化钠(NaCl)而发生显著变化。但是，如果在阳离子交换后进行导电率测量，则对固有导电率有贡献的来自添加剂的阳离子的量减少，并且存在盐酸(HCl)而不是氯化钠(NaCl)。由于相同数量的HCl分子的比导电率显著高于相同数量的NaCl分子的比导电率，因此冷却水进入到过程水回路中可以在阳离子交换之后通过过程水的比导电率的增加来确定。例如，在EP1167954B1中描述了用于检测水中负离子以检测冷却水进入到过程水中的装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于液体的电去离子化的改进的装置和改进的方法。
该目的通过用于样本液体的电去离子化的装置解决。该装置包括：阳极室，其包括两个开口和阳极；阴极室，其包括两个开口和阴极；以及处理室，其位于阳极室和阴极室之间，包括两个开口和离子交换剂。在所述装置中，阳极室和阴极室分别通过选择性透过膜与处理室分离，并且能量源作用连接到阳极和阴极。
腔室之间有两种可选的连接可能性。一方面，处理室的一个开口，阳极室的各开口和阴极室的一个开口可以彼此连接使得处理室作用连接到阳极室，而阳极室作用连接到阴极室。另一方面，处理室的一个开口，阳极室的各开口和阴极室的一个开口可以彼此连接使得处理室作用连接到阴极室，而阴极室作用连接到阳极室。
例如，能量源是电压源，特别是直流电压源，其允许在电极(即阳极和阴极)之间简单地施加直流电压。然后将阳极连接到直流电压源的正极，而将阴极连接到负极。电极尤其可以是金属线，金属网或金属板，其也可以由拉制金属网制成。
腔室的开口可以彼此间隔开地布置，特别是开口中的一个可以布置在腔室的上三分之一中，而另一个开口布置在腔室的下三分之一中。也使可以一个开口位于腔室的上侧，另一个开口设置在腔室的下侧。
选择性透过膜是部分或半透过的物理界面，即它截留确定的物质/材料并允许其他物质/材料通过。例如，它可以是阴离子可透过的或阳离子可透过的膜。这种膜基本上是例如水、气体和电子不可透过的，但允许阴离子或阳离子通过。反离子又被阻止并且不能穿透膜。这种选择性透过膜可以由例如磺化四氟乙烯聚合物构成。合适的选择性透过膜的其他示例在专利文献US 4324606和US 4997567中描述。腔室可以是三个空间可分离的单元，例如，它们可以通过快速锁扣装置而不是通常的螺纹拉杆连接形成紧凑的单元，所述单元包括所有三个腔室。例如，这些腔室具有方体形的基础结构，其中所有腔室的两个边长(例如高度和宽度)是相同的，但深度可以变化。以后位于中央的处理室可以包括六个侧面，其中两个相对的侧面基本上各由一个选择性透过膜形成。然而，阳极室和阴极室仅具有五个基本平坦的侧面并且可以以这样的方式连接到处理室，即分别有一个选择性透过膜用作第六侧面。然而，它也可以是与部分覆盖的槽相类似的结构。在两个相对侧上，这种槽包括一侧的阳极和另一侧的阴极。通过在槽的未覆盖部分中在阳极和阴极之间装入处理室，可以同样形成包括三个腔室的装置。该装入的处理室填充有离子交换剂，并包括两个相对的分别基本上由选择性透过膜形成的侧面。选择性透过膜的面积足够大，以便在处理室的方向上将槽液密和气密地分成空间上三个独立的腔室。腔室的液压作用连接可以例如通过管路实现。处理室中的一个开口可以通过软管连接到阳极室中的一个开口。阳极室的另一个开口又通过软管连接到阴极室的一个开口。未连接到阳极室的处理室的开口可以用作样本液体的入口。阴极室的未连接到阳极室的开口可以用作样本液体的出口。
在根据本发明的装置的一个实施方案，处理室的一个开口、阳极室的各开口和阴极室的一个开口相互连接，使得所供应的样本液体在处理室中基本上在重力方向上被引导，而在阳极室和阴极室中基本上与重力方向相反地被引导，该实施方案可以与任何还将提到的实施方案组合，只要不与其相矛盾。
可以例如经由布置在处理室上侧的开口将样本液体供应到处理室，然后样本液体基本沿其长度流过处理室并且样本液体通过设置在处理室下侧的开口离开处理室，由此可以实现所述样本液体流。然后，样本液体通过管路通过阳极室下侧的开口引入，基本上沿其长度流过阳极室，至少部分地在阳极和面向阳极的选择性透过膜之间流动，并在阳极室的上侧通过设置在上侧的开口流出阳极室。借助于管路，然后通过阴极室下侧的开口将样本液体引入阴极室，基本上沿其长度流过阴极室，至少部分地在阴极和面向阴极的选择性透过膜之间流动，通过布置在阴极室上侧的开口在阴极室上侧流出。
沿长度意味着基本上从上侧到下侧，反之亦然。关于选择性透过膜，样本液体在腔室中没有横向流动，而是仅在膜的纵向上流动。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，在未被连接的处理室的开口的前面设置导电率传感器，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
安置在处理室的开口前面的导电率传感器(其未连接到阳极室的一个开口)可用于在进入处理室之前确定样本液体的导电率。例如，用于蒸汽生产的水通常是碱化的，因为水蒸汽回路内表面上的氧化铁保护层在高pH值下难以溶解，因此保持固定在适当位置。这可以保护位于其下面的金属免受热水和蒸汽的进一步侵蚀。由于参数导电率、pH和碱化剂的浓度是相关的，测量有碱化剂的超纯水的导电率允许计算超纯水与碱化剂的溶液的碱化剂浓度和pH值。用于蒸汽产生的过程水的典型导电率范围为8微西门子/厘米至45微西门子/厘米。在专利US 2611007“Temperature Compensating Conductivity Cell”中描述了用于测量液体导电率的典型传感器。现代导电率传感器的另一个例子是来自SWANAnalytical Instruments的“Swansensor UP-Con 1000”。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，在处理室和阳极室之间设置导电率传感器，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
布置在处理室和阳极室之间的导电率传感器，例如，在连接所述室的管道中，可用于确定样本液体在通过处理室之后的导电率。
由于处理室至少部分地填充有离子交换树脂，因此当通过处理室时发生离子交换，所述离子交换与溶解在样本液体中的离子的类型和量相关地影响样本液体的导电率。
由于通过选择性透过膜将离子交换剂与阳极和阴极分离，在阳极和阴极处通过电解产生的气体不能进入到处理室中并与样本液体一起输送到导电率传感器。以这种方式，可以实现无失真的导电率测量。由于导电率测量在样本液体通过电极之前进行，因此样本液体中离子的氧化或还原只能在导电率测量之后发生。
如果在处理室之前和之后确定样本液体的导电率，则这提供了扩展的分析可能性。例如，可以确定样本液体的pH值。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，在位于处理室和阳极室之间的导电率传感器的下游布置脱气单元。在脱气单元和阳极室之间还布置另一个导电率传感器。该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾
存在于样本液体中并送入处理室的气体可以气泡形式存在，即以未溶解或溶解的形式出现。气泡干扰导电率测量本身并导致不稳定的信号。溶解的气体，即离解，即至少部分地分解成带电部分/粒子(离子)，增加了样本液体的比导电率。例如，溶解在水中的二氧化碳(CO2)可以根据pH值形成碳酸根或碳酸氢根离子和质子。可以通过煮沸或其他物理方法从样本液体中排出CO2。例如，该脱气后的样本液体的导电率测量允许确定CO2含量。
如果仅一部分样本液体被引导通过脱气单元，而另一部分直接导入阳极室中，则通过脱气单元进给的样本液体可以串联或并联地回输，即两部分样本液体可以汇合，然后仅将其送入阳极室，或者可以通过单独开口将两部分平行地供给阳极室。在处理室之后的整个样品流也可以在进入阳极室的路径上首先通过导电率传感器，然后通过脱气单元，然后通过导电率传感器。也可以拒绝部分流动。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，至少一个导电率传感器包括温度传感器，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
如果将温度传感器内置到导电率传感器中，则可以确定样本液体的温度补偿的比导电率。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，该装置可以与任何已经提到的实施方案和任何仍有待命名的实施方案组合，只要与此不相矛盾，该装置包括至少一个流量传感器。该至少一个流量传感器可以例如设置在处理室的一个开口，阳极室的一个开口和/或阴极室的一个开口处。
流量传感器允许连续的流量测量，并可以进行导电率测量的验证。如果存在流量，则实际在线测量所测量的比导电率并反映当前值。
例如，典型的流量范围为每小时2升至每小时15升。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，离子交换剂是阳离子交换树脂，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
合适的强酸性凝胶状离子交换树脂是例如Rohm und Haas公司的的Amberjet-1000-H-L(reg)。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，其可以与任何已经提到的实施方案和任何仍有待命名的实施方案组合，只要与此不相矛盾，离子交换剂是颜色指示型离子交换剂，特别是颜色指示阳离子交换树脂。
例如，可以使用强酸性阳离子交换树脂，其用酸/碱颜色指示剂着色。如果树脂“耗尽”，即加载有替换酸质子(H+)的阳离子，例如碱性铵离子(NH4 +)，则pH值增加，并且阳离子交换树脂或指示剂通过可逆的颜色变化来显示这一点。当树脂再生时，原始颜色再次出现。例如，与系统典型的颜色分布的偏差可以是功能障碍的指示。
具有指示剂的合适阳离子交换树脂的示例是来自Lanxess公司的Lewatit S100G1(reg)类型。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，其可以与任何已经提到的实施方案和任何仍待命名的实施方案组合，只要与此不相矛盾，处理室至少部分透明地形成，特别是沿着处理室的开口。
如果可以看到处理室内部，则例如可以觉察到进入处理室的杂质。也可以在离子交换剂上检测氧化铁沉积物。如果颜色指示型离子交换剂位于处理室中，则可以检查其状态，并且如果需要，例如可以更换耗尽的离子交换剂，更换整个处理室或采取其他合适的措施。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，该装置可以与任何已经提到的实施方案和任何仍有待命名的实施方案组合，只要与此不相矛盾，该装置包括光学传感器。光学传感器可用于监测离子交换剂。
代替通过人眼检查，光学传感器(例如，可以执行光谱选择性反射测量)也可以以这样的方式安装，即它可以监控颜色，从而监控位于处理室中的颜色指示型离子交换剂的质量。例如，如果超过确定的临界值，连接到光学传感器的电子测量装置可以触发警报，或者电子控制装置可以中断电去离子化过程和/或样品流，因为不再能保证装置的无故障功能。还可以想到一种电子控制装置，其触发耗尽的离子交换剂的自动更换。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，该装置包括电子测量装置，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。电子测量装置检测和处理来自至少一个导电率传感器的至少一个信号，来自至少一个温度传感器的至少一个信号，来自至少一个流量传感器的至少一个信号，来自至少一个光学传感器的至少一个信号，能量源的电压和/或能量源的电流。
这种电子测量装置允许记录和/或评价装置中包含的所有传感器。这同样适用于能量源的参数电压和电流。电子测量装置可以内置到面板中，该面板允许读取测量值并且包括到外部计算机或数据载体的接口。例如，一旦导电率传感器在阳离子交换之前或之后或在脱气之后传输样本液体的临界比导电率，电子测量装置就可以触发警报。电子测量装置可以与电子控制装置耦合，电子控制装置根据通过电子测量装置提供的信号进行控制地作用于所述装置。例如，在流量的增加或输入导电率的增加时，阳极和阴极之间的电压升高，从而在阳极产生更多的质子，质子又通过选择性透过膜迁移到处理室，在那里它们确保满足对质子增加的需求，以便再生负载较重的离子交换剂。
用于电去离子的装置可以由共同的能量源供电，该能量源可以内置到电子测量装置中。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，其可以与任何已经提到的实施方案和任何仍然待命名的实施方案组合，只要与此不相矛盾，处理室的至少一个开口包括过滤器单元。
布置在处理室的开口前面的过滤器单元用作样本液体的入口，防止或减少杂质进入到处理室中。它还防止离子交换树脂在发电设备的异常工作条件期间被洗掉，例如当蒸汽发生器被上下驱动时。在没有过滤器单元的情况下，水和离子交换树脂也可能通过装置的入口开口被吸回。处理室开口前面的过滤器单元作用连接到阳极室的开口，防止离子交换剂从处理室中随样本液体冲洗掉。过滤器单元可以是例如由烧结聚乙烯制成的过滤板，特别是超高分子量烧结聚乙烯。过滤器单元的孔径可以例如在离子交换剂的最小直径的5％和50％之间，以便可靠地截留离子交换剂。
例如，典型的单分散离子交换树脂的球直径为0.65mm，分散范围为+/-0.05mm。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，该装置包括至少一个离子传导膜，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。这可以是例如另一种选择性透过膜，如果离子传导膜与将阳极室和阴极室与处理室分开的选择性透过膜相当或相同。离子传导膜可以布置在阳极和面向它的选择性透过膜之间的阳极室中，或者布置在阴极和面对它的选择性透过膜之间的阴极室中。所述离子传导膜也可以相应地分别布置在阳极室和布置在阴极室中。
这种离子传导膜保护选择性透过膜免受在电极处产生的部分地侵蚀性物质的影响，例如新生的氧气或臭氧。离子传导膜还可以保护选择性透过膜免受锋利边缘的损坏，如由扩展金属或金属屏幕制成的电极所会发生的那样。
在根据本发明的装置的一个实施方案中，装置的处理室是可互换的，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
为了在根据本发明的装置中用于样本液体的电去离子化，提供了处理室，其具有基本上方体形的基础结构。处理室包括彼此间隔开的两个开口和两个相对的侧面，它们基本上各自由选择性透过膜形成。
开口可以彼此间隔开地布置，例如，开口可以位于处理室的上部，并且开口可以位于处理室的下部。除非另外定义，腔室的上面的部分或上部以及下面的部分或下部意味着腔室的下三分之一和上三分之一。也可以将一个开口设置在处理室的上侧，还有一个开口设置在处理室的下侧。不是由选择性透过膜形成的方体基础结构的表面例如由塑料板，特别是机械强度高的塑料板形成。
在根据本发明的处理室的一个实施方案中，每个相对的侧面都包括基本上矩形的框架，其形成基础结构的一部分并且在其上粘附有选择性透过膜，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
方体基础结构可以由两个彼此平行排列的框架组成，这两个框架是水密和气密地与使平行六面体基础结构完整的四个板连接。
例如，框架和板可以由塑料制成。一个完全覆盖由框架包围的空腔的选择性透过膜以气密和水密的方式附接到所述框架，特别是通过胶合或层压。框架可以具有凹槽，例如用以容纳多余的粘合剂。凹槽可以是环绕的并且布置成使得其位于粘合点之外但仍然与选择性透过膜重叠。
在根据本发明的处理室的一个实施方案中，与一个开口相邻地设置有另一个用于填充离子交换剂的开口和/或另一个用于脱气的开口，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。特别地，所述另外的开口中的至少一个可以是水密封和气密封闭的。
一个或多个另外的开口可以位于处理室的上三分之一中，特别是位于处理室的上侧，并且可以水密和气密地(重新)闭合和/或连接。
在根据本发明的处理室的一个实施方案中，至少一个开口被过滤器单元覆盖，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。过滤器单元可以布置在开口本身中，直接布置在开口上，或者布置在至少一个支撑元件上。
用于样本液体进入的开口和用于脱气的开口可以例如由分开/单独的过滤器单元或通过共同的过滤器单元覆盖。过滤器单元可以开口本身中和贴靠在开口上，此时所述过滤单元可以位于处理室内部和外部。用于排出样本液体的位于处理室下侧的开口可以例如被过滤单元覆盖，该过滤单元位于处理室内并且具有例如基本上等于下侧面的表面。处理室也可以配备过滤器，例如圆形过滤器，其在处理室内基本上面平行于选择性透过膜地布置。
如果希望避免这种扁平过滤器单元直接贴合在处理室的下侧上，则过滤器单元可以支承在至少一个支撑元件上并间接地覆盖开口。通过过滤器单元的间接搁置/接触可防止过滤器表面的用于通流的一部分被阻塞。例如，一个或多个穿孔的支撑环，螺旋形体部或径向通道可用作支撑元件。代替由烧结聚乙烯制成的过滤板，也可以使用由聚丙烯，聚乙烯，聚酯和/或含氟聚合物制成的细眼塑料网作为过滤单元，其网眼尺寸比所用离子交换树脂的树脂球的最小直径小至少50％，特别是网眼尺寸相当于树脂球的最小直径的5％至50％。合适的含氟聚合物是例如PTFE，FEP和/或ECTFE。例如，网可以用粘附地或用夹紧元件附接。网也可以支承在上面提到的支撑元件上。
在根据本发明的处理室的一个实施方案中，基本上通过各选择性透过膜形成的侧面的外侧可以设置有可拆卸地固定的保护元件，特别是刚性板，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
为了针对运输和储存保护处理室，保护性元件、例如机械稳定的板可以可拆卸地附装到处理室的方体基础结构的侧面的外侧，该侧面基本上分别由选择性透过膜形成。可以采用胶带或安装环，用于例如附接保护元件。另外或作为替代方案，处理室也可以封装在例如由塑料制成的袋子中，以用于进行保护，袋子可选择地处于真空下。
该目的还通过用于样本液体的电去离子化的方法解决。根据本发明的方法包括：在通过两个选择性透过膜在空间上分开的阳极和阴极上施加电压；用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的由所述两个选择性透过膜限定的处理室；用所述样本液体至少部分地流过设置在所述阳极和所述选择性透过膜中的一个之间的阳极室；用所述样本液体至少部分地流过布置在所述阴极和所述选择性透过膜中的另一个之间的阴极室。
根据本发明，通过腔室的流动可以以不同的顺序进行。一方面，在用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由所述两个选择性透过膜限定的处理室之后，随后，用所述样本液体至少部分地流过设置在所述阳极和所述选择性透过膜中的一个之间的阳极室，随后，用所述样本液体至少部分地流过布置在所述阴极和所述选择性透过膜中的另一个之间的阴极室。
另一方面，在用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由所述两个选择性透过膜限定的处理室之后，随后，用所述样本液体至少部分地流过阴极室，该阴极室布置在所述阴极和所述选择性透过膜中的一个之间，随后，用所述样本液体至少部分地流过设置在所述阳极和所述选择性透过膜中的另一个之间的阳极室。
该方法基本上涉及溶解物质的两种运输机制。一方面，发生对流，即这些溶解的物质与样本液体流一起运输。另一方面，发生电迁移，即带电粒子沿电场的运动。电场由阳极和阴极之间的电压产生。对流对应于至少部分地流过各腔室。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，所述至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的处理室基本上在重力方向上发生，所述至少部分地流过阳极室逆着重力方向发生；和所述至少部分地流过阴极室逆着重力方向发生，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
如果在电极上，即在阳极室和阴极室中由于电解发生气体形成，则所得到的气体可以与样本液体流一起从腔室中排出。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，该方法还包括测量所述样本液体的比导电率，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。测量所述样本液体的比导电率发生在用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由两个选择性透过膜限定的处理室之前。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，该方法还包括测量样本液体的比导电率，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。测量样本液体的比导电率发生在用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由两个选择性透过膜限定的处理室之后，以及在用所述样本液体至少部分地流过设置在所述阳极和所述选择性透过膜中的一个之间的阳极室之前。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，该方法还包括对至少部分样本液体脱气。随后在用所述样本液体至少部分地流过设置在所述阳极和所述选择性透过膜中的一个之间的阳极室之前测量样本液体的比导电率，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，该方法还包括内置地、连续地测量所述样本液体的流量，该实施方案可以与任何已经提到的实施方案和任何还将提到的实施方案组合，只要与其不相矛盾。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明的实施方案，其中：
图1示出了根据本发明的装置的实施方案的示意图。
图2示出了根据本发明的装置的实施方案的示意图。
图3示出了根据本发明的装置的根据图2的实施方案的示意图，其具有两个导电率传感器；
图4示出了根据本发明的装置的根据图3的实施方案的示意图，其具有三个导电率传感器。
图5以透视图示出了根据本发明的处理室的实施方案的示意图。
图6以侧视图示出了根据本发明的处理室的实施方案的另一示意图。
图7以侧视图示出了根据图5的根据本发明的处理室。
图8以透视图示出了根据本发明的装置的实施方案的示意图，其具有可更换的处理室。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的用于样本液体的电去离子化的装置的实施方案的示意图。
装置1包括具有阳极13和两个开口11、12的阳极室10、具有阴极23和两个开口21、22的阴极室20以及具有两个开口31、32的处理室30。处理室30位于在阳极室10和阴极室20之间并填充有离子交换剂。这些腔室通过选择性透过膜33在空间上彼此分离。阳极13和阴极23作用连接到能量源40。能量源40提供施加在阳极和阴极之间的直流电压。处理室的一个开口31、32用于分别将样本液体供应到装置1或处理室30，而阴极室20的一个开口21、22分别用于从装置1或者是阴极室20排出样本液体。剩余的开口可用于在腔室之间形成作用连接。例如，如果开口31用于让样本液体进入，则开口32可用于通过开口11或12实现处理室30和阳极室10之间的作用连接。例如，如果所述作用连接通过开口12形成，开口11可以连接到开口21或22，以实现阳极室10和阴极室20之间的作用连接。例如，如果开口12和22彼此连接，则开口21可以用于从装置1排出样本液体。可选地，开口也可以彼此连接，使得处理室作用连接到阴极室，阴极室又作用连接到阳极室。此时，处理室31、32的开口也用于供应样本液体，而阳极室11、12的开口则用于排出样本液体。在所示的实施方案中，所有开口都位于腔室的下侧或上侧。还可以想到的是，开口布置在腔室的一个侧壁上，例如，每个腔室分别在腔室的下三分之一中设置一个开口，并且在腔室的上三分之一中设置一个开口。
图2示出了如图1中所示的根据本发明的装置，其用于解释根据本发明的方法的实施方案。为了清楚地表示，并非图1中已经通过附图标记引入的所有元件也在图2中标示，即使它们是相同的元件。这尤其适用于所示的开口11、12、21、22、31和32。
在作为示例示出的所示装置1中，借助于能量源40在阳极13和阴极23之间施加直流电压。样本液体50经由开口31被供给到处理室30并沿重力方向沿开口31和32流过至少部分地填充有阳离子交换树脂的处理室30。由于开口32和11作用连接，样本液体50在流过处理室30之后流入阳极室10，并沿着与重力相反的方向沿开口11和12流过阳极室10。随后，样本液体50经由开口21进入阴极室20，并且沿着与重力相反的方向沿着开口22和21流过阴极室20。样本液体通过开口22从阴极室20中排出。
备选地，腔室也可以在与上述相反的方向上流过，并且腔室的开口可以根据需要作用连接，只要确保样本液体首先流过处理室30，然后流过阳极室10，然后流过阴极室20。样本液体50以这样的方式流过阳极室10，使得它在阳极13和选择性透过膜33a之间流动，所述选择性透过膜33a是阳离子可透过的并面向阳极13。阴极室20类似于阳极室10地由样本液体50相对于阴极23和膜33b流过。样本液体50平行于膜33a和33b流过处理室30。样本液体至少部分地横穿阳极13和阴极23之间的电场三次。如果处理室至少部分地填充有阳离子交换树脂并且选择性透过膜是阳离子可透过膜，则可以使用所述的用于阳离子交换的方法。
在图2所示的方法中，发生下面详细描述的过程：
溶解在样本液体中的离子在处理室中发生离子交换。如果离子交换剂如本实施例中是阳离子交换树脂，则阴离子(例如Cl-)保留在样品溶液中，但阳离子(例如NH4 +，Na+)被阳离子交换树脂提供的阳离子(例如H+)替换。在阳离子交换树脂内部，阳离子(例如NH4 +，Na+)然后沿着阴极方向沿电场移动并通过阳离子可透过并面向阴极的选择性透过膜迁移到阴极室中。将经阳离子交换的样本液体从处理室转移到阳极室。在那里，通过电解样本液体中的水产生质子(H+)。然后，这些质子(H+)可以朝向阴极迁移，首先通过面向阳极的阳离子可透过的选择性透过膜，然后通过面向阴极的阳离子可透过的选择性透过膜。在途中，质子(H+)通过处理室，在处理室中所述质子供再生离子交换剂使用。如果阳离子交换树脂已再生并且处理室中的样品水中不(再)有阳离子，质子进一步迁移到阴极室中。阴离子和在阳极室中在电解过程中形成的气体(例如O2)与样本液体一起输送到阴极室中。通过水的电解在阴极室中形成氢氧根离子(OH-)和气体(例如H2)。氢氧根离子中和迁移到阴极室中的质子(H+)和/或作为平衡离子相乘迁移到阴极室中的阳离子(例如NH4 +，Na+)的相应氢氧化物(例如NH4OH，NaOH)。
图3示出根据本发明的用于样本液体的电去离子化的装置的实施方案的示意图。这里同样示出了样本液体的流动路径。
在样本液体50进入处理室30之前，它通过布置在处理室30的用于让样本液体进入的开口31前面的导电率传感器51，以测量样本液体50的比导电率。如果导电率传感器51包括温度传感器，则可以确定经温度补偿的比导电率。在处理室30和阳极室10之间设置另一个导电率传感器52。如果存在温度传感器，则该导电率传感器52也可以测量经温度补偿的比导电率而不仅仅是比导电率。
图4显示了与图3类似的、根据本发明的用于样本液体的电去离子化的装置的实施方案的示意图。
然而，所示装置1与图3所示装置的不同之处在于，它具有另一个导电率传感器53。使用该导电率传感器53的导电率测量与使用导电率传感器51和52的测量不同之处在于，可以确定“脱气”(温度补偿)比导电率。这意味着导电率传感器53之前设置脱气单元41，所述脱气单元对样本液体进行脱气。仅将部分样本液体50供给到脱气单元和导电率传感器53就完全足够的。然后，分出来的这部分可以简单地在进入阳极室10之前返回供应给剩余的样本液体或者通过单独的另外的开口在没有预先与剩余的样本液体汇合的情况下导入阳极室10中，或者可以简单地丢弃，即废弃处理。然而，也可以引导全部未分开的样品流依次通过导电率传感器51、脱气单元41和导电率传感器53，然后送入阳极室中。
图5中示意性地示出了根据本发明的处理室的实施方案，这个处理腔在用于样本液体的电去离子化的装置中使用。
该图是具有透明的前侧和上侧的处理室30的正视图。上侧包括开口31，在该示例中，开口31用于让样本液体50进入。此外，处理室30的上侧还包括用于填充离子交换剂的开口34和用于对位于处理室30中的样本液体50进行脱气的开口35。在下侧还有一个开口32。这个开关用于与阳极室10或阴极室20形成作用连接。开口32由过滤器单元36覆盖。过滤器单元36是由烧结聚乙烯制成的过滤板，其孔径仅为待填充到处理室30中的离子交换剂的粒度的5％至50％。过滤板36的面积和边长基本上等于处理室30的面积和边长。然而，过滤板36不是直接贴合在处理室的下侧上，而是支撑在支撑元件上，在该示例中支撑在中断的支撑环上。处理室的所有开口31、32、34、35设计成使得它们可以水密和气密地封闭。
图6示意性地显示根据本发明的处理室的另一个实施方案，该处理室用于样本液体的电去离子化的装置中使用。
该图是处理室30的两个彼此相对的侧面的视图。可以看到矩形框架，在每个框架上，选择性透过膜33以气密和水密的方式粘合地设置于框架上。另外，可以看到两个圆形过滤器36，它们面平行于侧面并位于所述侧面之间，它们一方面覆盖脱气开口35和用于让样本液体进入的开口31，另一方面覆盖用于让样本液体离开或用将其继续导入阳极或阴极室中的开口32。在上侧，还有用于填充离子交换剂60的开口34。在每一个过滤器36的后面，在侧面上设有用于样本液体的收集室39。样本液体的供应和排出通过相应收集室39中的短孔进行。这些孔的轴线基本上在框架内平行于选择性透过膜的表面延伸并且在框架的窄侧上离开。
图7示出了根据图5的根据本发明的处理室的实施方案的示意性侧视图。
所示处理室30的侧面包括塑料框架37，塑料框架37具有环绕的凹槽28和粘合地施加到该框架37上的选择性透过膜33。如果该膜33借助于粘合剂固定在框架37上，则多余的粘合剂可以流入凹槽38并且不会沿膜33的侧边缘涌出。所述膜33也可以通过超声波焊接固定在框架37上。
备选地，处理室30的侧面也可以由两个全等重合设置的框架37组成，在所述框架之间例如通过胶合或夹紧固定选择性透过膜33。框架37和该膜33也可以通过层压连接。
图8示意性示出根据本发明的用于样本液体的电去离子化的装置的实施方案，所述装置包括与图5中所示的处理室类似的处理室。
该装置包括阳极室10、阴极室20和配合精确地装阳极和阴极之间的空间中的可更换的处理室30，从而通过其包含选择性透过膜33的侧面将装置1的在空间上实际分成为三个腔室。
特别示出了装入处理室30的瞬间图像。直的虚线表示在正确定位后，处理室30在阳极13和阴极23之间位于何处并通过快速闭锁件固定在何处。
在该示例中，阳极室10和阴极室20通过共同的下侧连接成整体。在该下侧上例如可以设置两个平行的轨道，所述轨道可以用作处理室30的设有选择性透过膜33的侧面的引导元件。
设定为用于阳离子交换的各实施方案和示例在本发明的范围内也可以合理地改动，使得它们可以用于阴离子交换。例如，如果希望阴离子交换作为电去离子的形式，则处理室的不是用于让样本液体进入的开口连接到阴极室的一个开口，阴极室的另一个开口连接到阳极室的一个开口，而阳极室的未连接到阴极室的另一个开口又用作样本液体的出口。
例如，在处理室和阴极室之间设置导电率传感器和可选地具有布置在其前面的脱气单元的另一个导电率传感器。
此外，可以在处理室中使用阴离子交换剂代替阳离子交换剂。限定处理室的选择性透过膜对于阴离子而不是阳离子是可透过的。
本领域技术人员可以容易地认识到本发明范围内的其他合理的改动方案。

Claims (42)

1.用于为了测量样本液体的比导电率而对样本液体进行电去离子化的装置(1)，其中，比导电率的测量适用于确定冷却水进入到过程水回路，该装置包括：
阳极室(10)，其包括两个开口(11、12)和阳极(13)；
阴极室(20)，其包括两个开口(21、22)和阴极(23)；
位于所述阳极室(10)和所述阴极室(20)之间的处理室(30)，所述处理室包括两个开口(31、32)和离子交换剂，其中，所述阳极室(10)和所述阴极室(20)分别通过阴离子选择性透过膜与所述处理室(30)分离；和
作用连接到所述阳极(13)和所述阴极(23)的能量源(40)；
其中，
所述处理室(30)的一个开口、所述阴极室(20)的所述两个开口(21、22)和所述阳极室(10)的一个开口彼此连接，使得所述处理室(30)作用连接到所述阴极室(20)，所述阴极室(20)作用连接到所述阳极室(10)，其中，所述处理室(30)的所述一个开口、所述阴极室(20)的所述两个开口(21、22)和所述阳极室(10)的所述一个开口彼此连接，使得所供应的样本液体在处理室(30)中在重力方向上被引导，而在阳极室(10)和阴极室(20)中与重力方向相反地被引导。
2.用于为了测量样本液体的比导电率而对样本液体进行电去离子化的装置(1)，其中，比导电率的测量适用于确定冷却水进入到过程水回路，该装置包括：
阳极室(10)，其包括两个开口(11、12)和阳极(13)；
阴极室(20)，其包括两个开口(21、22)和阴极(23)；
位于所述阳极室(10)和所述阴极室(20)之间的处理室(30)，所述处理室包括两个开口(31、32)和离子交换剂，其中，所述阳极室(10)和所述阴极室(20)分别通过阳离子选择性透过膜与所述处理室(30)分离；和
作用连接到所述阳极(13)和所述阴极(23)的能量源(40)；
其中，
所述处理室(30)的一个开口、所述阳极室(10)的所述两个开口(11、12)和所述阴极室(20)的一个开口彼此连接，使得所述处理室(30)作用连接到所述阳极室(10)，并且所述阳极室(10)作用连接到所述阴极室(20)，其中，所述处理室(30)的所述一个开口、所述阳极室(10)的所述两个开口(11、12)和所述阴极室(20)的所述一个开口彼此连接，使得所供应的样本液体在处理室(30)中在重力方向上被引导，而在阳极室(10)和阴极室(20)中与重力方向相反地被引导。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，在所述处理室(30)的未连接的开口的前面设置导电率传感器(51)。
4.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，在所述处理室(30)和所述阳极室(10)之间布置导电率传感器(52)。
5.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，在所述处理室(30)和所述阳极室(10)之间布置导电率传感器(52)。
6.根据权利要求3所述的装置(1)，其中，在所述处理室(30)和所述阳极室(10)之间布置另一个导电率传感器(52)。
7.根据权利要求4所述的装置(1)，其中，包括设置在所述导电率传感器(52)之后的脱气单元(41)，其中，在所述脱气单元(41)之后设置有另一个导电率传感器(53)。
8.根据权利要求5所述的装置(1)，其中，包括设置在所述导电率传感器(52)之后的脱气单元(41)，其中，在所述脱气单元(41)之后设置有另一个导电率传感器(53)。
9.根据权利要求6所述的装置(1)，其中，包括设置在所述另一个导电率传感器(52)之后的脱气单元(41)，其中，在所述脱气单元(41)之后设置有又一个导电率传感器(53)。
10.根据权利要求9所述的装置(1)，其中，至少一个所述导电率传感器包括温度传感器。
11.根据权利要求1或2所述的装置(1)，包括设置在以下各项中的至少一项之前的至少一个流量传感器：
所述处理室(30)的一个开口；
所述阳极室(10)的一个开口；
所述阴极室(20)的一个开口。
12.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述离子交换剂是阴离子交换树脂。
13.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所述离子交换剂是阳离子交换树脂。
14.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中所述离子交换剂是颜色指示型离子交换剂。
15.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，所述处理室(30)构造成至少部分是透明的。
16.根据权利要求15所述的装置(1)，包括用于监测离子交换剂的光学传感器。
17.根据权利要求9所述的装置(1)，包括电子测量装置，所述电子测量装置检测和处理以下各项中的至少一项：
来自至少一个所述导电率传感器的信号；
能量源(40)的电压；
能量源(40)的电流。
18.根据权利要求10所述的装置(1)，包括电子测量装置，所述电子测量装置检测和处理以下各项中的至少一项：
来自至少一个所述温度传感器的信号；
能量源(40)的电压；
能量源(40)的电流。
19.根据权利要求11所述的装置(1)，包括电子测量装置，所述电子测量装置检测和处理以下各项中的至少一项：
来自至少一个所述流量传感器的信号；
能量源(40)的电压；
能量源(40)的电流。
20.根据权利要求16所述的装置(1)，包括电子测量装置，所述电子测量装置检测和处理以下各项中的至少一项：
至少来自所述光学传感器的信号；
能量源(40)的电压；
能量源(40)的电流。
21.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，所述处理室(30)的所述两个开口(31、32)之中的至少一个开口包括过滤单元。
22.根据权利要求1或2所述的装置(1)，包括至少一个离子传导膜，所述离子传导膜设置在以下各项中的至少一项中：
在所述阳极(13)和面向所述阳极(13)的选择性透过膜之间的阳极室(10)；
在所述阴极(23)和面向所述阴极(23)的选择性透过膜之间的阴极室(20)。
23.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，所述处理室(30)是可更换的。
24.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所供应的样本液体在重力方向上被从阴极室(20)引导到阳极室(10)。
25.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所供应的样本液体在重力方向上被从阳极室(10)引导到阴极室(20)。
26.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述离子交换剂是颜色指示阴离子交换树脂。
27.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所述离子交换剂是颜色指示阳离子交换树脂。
28.根据权利要求15所述的装置(1)，其中，所述处理室(30)构造成沿着所述处理室(30)的所述两个开口(31、32)是至少部分透明的。
29.一种可更换的处理室(30)，用于根据权利要求1或2所述的装置(1)，所述处理室具有方体形的基础结构并且包括相互间隔开的两个开口(31、32)和彼此相对的两个侧面，每个侧面由选择性透过膜形成，其中，所述彼此相对的两个侧面分别包括形成所述基础结构的一部分的矩形的框架，在所述框架上粘附有选择性透过膜，并且所述框架具有凹槽。
30.根据权利要求29所述的处理室(30)，其中，与所述两个开口(31、32)中的一个开口相邻地设置用于填充离子交换剂的另外的开口和/或用于脱气的另外的开口。
31.根据权利要求29或30所述的处理室(30)，其中，所述开口中的至少一个开口被过滤单元覆盖。
32.根据权利要求29所述的处理室(30)，其中，分别由选择性透过膜形成的侧面的外侧设置有可拆卸地固定的保护元件。
33.根据权利要求30所述的处理室(30)，其中，所述另外的开口中的至少一个另外的开口能以水密和气密的方式闭合。
34.根据权利要求32所述的处理室(30)，其中，所述保护元件是刚性板。
35.用于为了测量样本液体的比导电率而对样本液体进行电去离子化的方法，比导电率的测量适用于确定冷却水进入到过程水回路，该方法包括以下步骤：
向通过两个阳离子选择性透过膜在空间上彼此分开的阳极(13)和阴极(23)上施加电压；
用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由所述两个阳离子选择性透过膜限定的处理室(30)；接着
用所述样本液体至少部分地流过位于所述阳极(13)和一个阳离子选择性透过膜之间的阳极室(10)；接着
用所述样本液体至少部分地流过位于所述阴极(23)和另一个阳离子选择性透过膜之间的阴极室(20)，其中，
使供应的样本液体供给到所述处理室(30)并且首先至少部分地在重力方向流过所述处理室(30)，然后流入所述阳极室(10)并且逆着重力方向流过所述阳极室(10)，随后进入所述阴极室(20)并且逆着重力方向流过所述阴极室(20)。
36.用于为了测量样本液体的比导电率而对样本液体进行电去离子化的方法，比导电率的测量适用于确定冷却水进入到过程水回路，该方法包括以下步骤：
向通过两个阴离子选择性透过膜在空间上彼此分开的阳极(13)和阴极(23)上施加电压；
用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由两个阴离子选择性透过膜限定的处理室(30)；接着
用所述样本液体至少部分地流过位于所述阴极(23)和一个阴离子选择性透过膜之间的阴极室(20)；
用所述样本液体至少部分地流过位于所述阳极(13)和另一个阴离子选择性透过膜之间的阳极室(10)，其中，
使供应的样本液体供给到所述处理室(30)并且首先至少部分地在重力方向流过所述处理室(30)，然后流入所述阴极室(20)并且逆着重力方向流过所述阴极室(20)，随后进入所述阳极室(10)并且逆着重力方向流过所述阳极室(10)。
37.根据权利要求35或36所述的方法，还包括以下步骤：
在用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由两个选择性透过膜限定的处理室(30)的步骤之前，测量所述样本液体的比导电率。
38.根据权利要求35或36所述的方法，还包括以下步骤：
在用所述样本液体至少部分地流过至少部分地填充有离子交换剂的、由两个选择性透过膜限定的处理室(30)的步骤之后，测量样本液体的比导电率。
39.根据权利要求38所述的方法，还包括以下步骤：
在测量所述样本液体的比导电率的步骤之后，
对至少部分样本液体进行脱气；接着
附加地测量比导电率。
40.根据权利要求35或36所述的方法，还包括以下步骤：
内置地、连续地测量所述样本液体的流量。
41.根据权利要求35所述的方法，其中，所供应的样本液体在重力方向上从阳极室(10)流动到阴极室(20)。
42.根据权利要求36所述的方法，其中，所供应的样本液体在重力方向上从阴极室(20)流动到阳极室(10)。
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