CN110092452A - 一种膜电容电吸附装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜电容电吸附装置，包括壳体、膜组和两端封装组件，膜组和两端封装组件均置于所述壳体内。其中，两端封装组件包括进出水盖板、挡环和进出水电极板，进出水盖板均为一体式结构且均置于壳体内部，采用挡环的限位和固定，定位孔与定位柱的互相配合和彼此定位，以及在进出水盖板插接连接进出水电极板，并设置若干密封结构，在出水盖板上一体式设计有水流区域，与出水口和出水通道连通，形成出水区域，水流自出水通道经出水区域向出水口流出。本发明装置具有优异的密封性能和良好的稳定性，方便进行模块化放大，以灵活应对不同的处理量，容易加工、方便组装和拆卸，特别适合工业应用。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及膜电容电吸附进行水处理的装置。
背景技术
电容法脱盐(Capacitive Deionization，简称CDI)，也称为电吸附技术，是一种新型的脱盐水处理技术。CDI脱盐过程包括离子吸附过程和离子脱附过程。(1)离子的吸附过程：通过在两个工作电极板上施加一个稳定的直流电压，当溶液通过两个工作电极板间的流通通道时，溶液中的阴、阳离子及带电粒子在电场力的作用下就会分别向正、负极移动，并最终被吸附在电极上，被储存在电极材料的内部或者电极材料表面，形成双电层，从而实现了溶液的淡化。理论上，为了防止水解的发生，加载的电压应该小于电极表面上的水解电压(理论值1.23V)。但是由于电极内部及外电路存在的电阻会导致部分电压降，所以加载的电压值可以到达2V左右。(2)离子的脱附过程：当电极表面的吸附达到饱和以后，通过加载反向电压，电极上已经被吸附的离子由于受到反向电场力的作用，就会发生离子的脱附并随原水排出组件，从而电极得到再生。通过反复加载正、反向电压，离子就可以被不断地吸附、脱附。
相对于其他的脱盐技术来说，电容法脱盐技术具有一系列独特的优势，如电容法脱盐过程工作电压低，不会产生溶液的电解，运行成本低，因而大大降低了能耗；脱盐过程的操作简单，离子吸脱附过程容易进行，设备维护简便；通过加载反向电压或加载负载等就可以实现电极的再生，而不需要加入任何化学药品，不会对环境产生二次污染，对环境友好；产水的回收率高；电极脱附过程所释放的能量可以被回收利用等。CDI技术所具有的独特优势使其成为当前脱盐技术的研究热点。但是，在CDI过程中，当采用加载反向电压进行脱附离子时，大部分被吸附的离子(反离子)都进入溶液中，但有一部分离子(同离子)从一个电极板上脱附以后，会再次被吸附到另一个电极板上，吸附和脱附过程同时发生，这就是同离子效应。同离子效应的存在降低了脱盐效率，同时不利于CDI过程中电能的充分利用，增加了能耗。
为了解决这个问题，阴阳离子交换膜被引入到了CDI脱盐过程，也就是膜电容法脱盐(Membrane capacitive deionization，简称MCDI)，也称为膜电容电吸附。MCDI相对于CDI来说，是在正极板表面加入了阴离子交换膜，在负极板上表面加入了阳离子交换膜，阴阳离子交换膜分别对于阴阳离子具有选择透过性。MCDI与CDI的脱盐原理类似，它们的不同之处在于：当进料溶液通过MCDI组件极板间的流通通道时，溶液中的阴阳离子首先要通过阴阳离子交换膜，然后再扩散到电极的表面，随后在电场力的作用下，阴阳离子被吸附到电极上。因此，相对于CDI过程，MCDI脱盐过程具有以下几个方面的优势：离子交换膜对阴阳离子具有选择透过性，这避免了在电极表面离子吸附过程和离子脱附过程同时发生，有利于提高脱盐率，降低能耗；在电极的再生过程中，由于没有同离子的干扰，离子由电极表面扩散到主体溶液中的速度更快，电极再生程度更高，电极基本可以完全再生；阴阳离子交换膜为离子迁移提供了通道，降低了离子迁移扩散的阻力，有利于离子进行快速的吸脱附。膜电容电吸附技术作为新型除盐技术已经在苦咸水处理、海水淡化、循环水处理领域得到发展和应用。
在膜电容电吸附脱盐过程中，膜电容法脱盐组件对于电极脱盐性能的发挥起到了至关重要的作用。目前膜电容法脱盐普遍采用的是板式MCDI组件。典型的板式MCDI组件的排列顺序依次为：端板、正极极板、阴离子交换膜、隔板、阳离子交换膜、负极极板、端板，两个端板之间使用紧固螺丝进行固定。为了提高脱盐的处理深度和处理流量，一般可以采用多对组件串联或者并联，通常流体在组件内以“S”型或“Z”字型流动，由于水流通道设置窄小，“S”型或“Z”字型走水通道在相同除盐效率下处理时间较长，不利于技术产品化以及在实际项目中应用。为了改进组件内流体的流动条件，公开号为CN 108217866 A的中国发明专利申请公开了一种模块化膜电容去离子装置，采用水流中心向外辐射式流动的反应区，增加水处理量，反洗更为彻底，但是，由于其出水是从组件四周流出，为了实现吸脱附过程的稳定运行和膜电容电吸附过程的连续操作，组件应具有良好的稳定性和密封性，其对装置的密封性能要求非常高。为此，该专利申请对装置两端的封装设置了若干连接件，如其附图所示，包括：设置在壳体底端的底部压板、位于底部压板的下方的底盖；设置在壳体顶端的顶部压板、固定压板、以及顶盖。这一结构是以底盖为基础固定部，通过紧固螺栓将顶盖、固定压板、顶部压板压至电极对及电极对所在的底部，完成电极对的固定。由于上下层叠的各压板仅通过紧固螺栓压紧固定，一旦受力不均未能完全压紧或者孔位对应不精准未能完全密封，可能会出现漏水等问题，因此，这一结构对于产品加工的精密度要求非常高，考虑到长期使用中不可避免的磨损可能会带来可靠性的降低，其在实际的工业化生产或应用中存在着若干限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膜电容电吸附装置，采取了全新的封装端部设计，密封性能更好，稳定性高，组件容易加工，组装和拆卸简单，可放大、可模块化，完全符合工业化生产和应用的要求。
为实现以上目的，本发明采用以下的技术方案：
一种膜电容电吸附装置，包括：
(1)壳体；
(2)置于所述壳体内的膜组，包括：定位柱和上下依次层叠的若干组膜片，在每组所述膜片的中心均设置有进水通孔，构成进水通道；在每组所述膜片的外周缘上均设有定位通孔，构成定位通道；所述定位柱嵌入在所述定位通道；所述进水通道、定位通道、定位柱的中心轴均与所述壳体的中心轴平行；以及
(3)两端封装组件，包括：第一端封装组件和第二端封装组件；其中，
所述壳体的内径大于所述膜片的直径，在所述壳体的内侧壁与所述膜片的外周缘之间存在间隙，形成出水通道，在所述壳体的两端部的内侧壁上各自环设有第一凹槽；
所述第一端封装组件包括第一挡环、进水盖板和进水电极板；其中，所述第一挡环用于嵌合在所述壳体的第一端部的第一凹槽内，所述进水电极板的表面设有第一凸起柱，所述进水电极板的中心设置有进水中心通孔，所述进水盖板为一体式结构，所述进水盖板上开设有贯通的进水口和第一通孔，所述进水口位于所述进水盖板的中心，与所述进水中心通孔相对应，所述进水口、所述进水中心通孔与所述进水通道连通，所述第一通孔与所述第一凸起柱相对应，所述第一凸起柱插入所述第一通孔，使得所述进水电极板装设在所述进水盖板的第一端部，所述进水电极板与外部供电部件连接，所述进水盖板的第一端部上还开设有第一定位柱位孔，所述第一定位柱位孔与所述膜组中的定位柱相互配合并使得所述膜组和所述进水盖板沿周向彼此定位；所述进水盖板的第二端部与所述第一挡环装配在一起并被所述第一挡环限位和固定在所述壳体内；在所述进水盖板的周向侧壁与所述壳体的内侧壁之间设有进水密封结构，使得所述进水盖板与所述壳体沿周向完全密封；
所述第二端封装组件包括第二挡环、出水盖板和出水电极板；其中，所述第二挡环用于嵌合在所述壳体的第二端部的第一凹槽内，所述出水电极板的表面设有第二凸起柱，所述出水盖板为一体式结构，所述出水盖板沿轴向依次包括第一端部、底板、中间部、顶板和第二端部，所述出水盖板上开设有第二通孔，所述第二通孔与所述第二凸起柱相对应，所述第二凸起柱插入所述第二通孔，使得所述进水电极板装设在所述出水盖板的第一端部，所述进水电极板与外部供电部件连接，所述出水盖板的第一端部还开设有第二定位柱位孔，所述第二定位柱位孔与所述膜组中的定位柱相互配合并使得所述膜组和所述出水盖板沿周向彼此定位；所述出水盖板的第二端部与所述第二挡环装配在一起并被所述第二挡环限位和固定在所述壳体内，所述出水盖板的第二端部的中心开设有出水口，所述出水口贯通所述顶板；在所述中间部设置有若干水流挡板，每个所述水流挡板的两端分别与所述底板和顶板接触，所述水流挡板将所述底板和顶板之间的空间分割为若干个水流区域，所述水流区域与所述出水口、以及所述出水通道连通，形成出水区域；在所述出水盖板的周向侧壁与所述壳体的内侧壁之间设有出水密封结构，使得所述出水盖板与所述壳体沿周向完全密封。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，在所述进水盖板的第一端部还设置有第一电极板密封结构，用于将所述进水电极板和进水盖板密封。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述第一电极板密封结构包括在所述进水盖板的第一端部的进水电极板装配面上设置的若干环形凹槽、以及容纳在所述环形凹槽内的密封圈。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，在所述出水盖板的第一端部还设置有第二电极板密封结构，用于将所述出水电极板和出水盖板密封。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述第二电极板密封结构包括在所述出水盖板的第一端部的出水电极板装配面上设置的若干环形凹槽、以及容纳在所述环形凹槽内的密封圈。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，在所述第一挡环和所述进水盖板的第二端部上设置了若干对相互对应的第一锁定螺孔和第一锁定位孔，所述第一锁定位孔与第一锁定螺孔通过紧固螺栓锁紧，使得所述进水盖板的第二端部与所述第一挡环装配在一起。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，在所述第二挡环和所述出水盖板的第二端部上设置了若干对相互对应的第二锁定螺孔和第二锁定位孔，所述第二锁定位孔与第二锁定螺孔通过紧固螺栓锁紧，使得所述出水盖板的第二端部与所述第二挡环装配在一起。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述进水密封结构，由一对相互配合的环形凹槽和密封圈构成，所述环形凹槽设置在所述进水盖板的周向侧壁或所述壳体的内侧壁。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述出水密封结构，由一对相互配合的环形凹槽和密封圈构成，所述环形凹槽设置所述出水盖板的周向侧壁或所述壳体的内侧壁。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，在所述中间部沿径向设置所述水流挡板，所述水流挡板垂直于所述顶板和底板，所述水流挡板在径向上的一端与所述出水口的内边缘对齐，所述水流挡板在径向上的另一端与所述底板的外周缘对齐。
为了便于出水通道的水流出，并与水流区域、出水口连通，通常设置所述出水盖板中底板和出水盖板的第一端部的最大端面的直径小于或等于所述膜片的直径。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述壳体的两端部的内径大于所述壳体主体部的内径。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述壳体的两端部对称设置，即，所述壳体的两端部的结构和位置均对称。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述定位柱中，所述定位柱的端部的直径小于所述定位柱主体的直径。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述定位柱的两端部对称设置，即，所述定位柱的两端部的结构和位置均对称。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述定位柱的数量为至少2个且对称设置。相应的，所述定位通道的数量与所述定位柱的数量相适应。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述第一凸起柱为第一电极柱，所述第二凸起柱为第二电极柱。
在本发明所述的膜电容电吸附装置中，每组所述膜片由上下依次叠层设置的阳极极板层、阴离子交换膜层、隔网层、阳离子交换膜层和阴极极板层组成。在每组所述膜片的中心均设置有进水通孔，也即是在每组所述膜片的阳极极板层、阴离子交换膜层、隔网层、阳离子交换膜层和阴极极板层的中心均设置进水通孔。
在本发明的一具体实施例中，所述的膜电容电吸附装置中，所述阴阳极板层采用石墨烯改性碳材料制成的复合电极，阴阳离子交换膜层为普通异相离子膜，由阴阳离子交换树脂及粘结剂组成，例如南通市赛孚环保科技有限公司提供的离子膜，所述隔网层由聚氯乙烯组成。
本发明中，两端封装组件包括进出水盖板、挡环和进出水电极板。进出水盖板均为一体式结构且均置于壳体内部，通过将嵌合于壳体内侧壁凹槽内的挡环与进出水盖板装配在一起，对进出水盖板的一端进行限位和固定；通过在进出水盖板的另一端设置与膜组上的定位柱互相配合和彼此定位的定位孔，对进出水盖板的另一端进行限位和固定；在进出水盖板靠近膜组的一端插接连接有进出水电极板，在进出水盖板与进出水电极板的两接触面之间设置了电极板密封结构，将进出水盖板与进出水电极板密封固定；在进出水盖板的周向侧壁与壳体的内侧壁之间设有进出水密封结构，使得进出水盖板与壳体沿周向完全密封。而且，可将凸起柱设置为电极柱，进出水盖板与进出水电极板的插接连接时，也将进出水电极板上的凸起柱伸至外部与供电部件连接，可不必另外加装结构件实现电连接；此外，在出水盖板上一体式设计有水流区域，与出水口和出水通道连通，形成出水区域，水流自出水通道经出水区域向出水口流出。
相对于此，现有技术中大都采取在壳体外部的两端分别设置多个分离的进出水结构件连接，并且仅通过螺栓锁紧，完成各结构件之间以及各结构件与壳体之间的密封固定；此外，水流由出水通道向出水口流出。现有技术中，在外力、压力或水流变化下分离的结构件可能发生相对滑动、孔位对应不精确、安装拆卸困难等问题，单一的螺栓固定的方式则可能因受力不均而导致膜片未完全压紧、极板之间形成角度、容易出现漏水等问题，出水通道直接经由出水口流出，可能存在出水阻力大、出水效率低的问题。
因此，与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置中两端封装组件与膜组的连接在壳体内具有更好的稳定性，膜片与外部供电部件的电连接具有更高的可靠性，两端封装组件与膜组和壳体之间具有更加优异的密封性能，一体式结构的出水盖板上出水区域的设置，使得出水水流阻力减小，无处理死区，水处理效果和效率双重提升。本发明装置的一体式设计和限位设计，非常方便进行模块化放大，以灵活应对不同的处理量，也容易加工、方便组装和拆卸，特别适合工业应用。
附图说明
图1是本发明的膜电容电吸附装置的一具体实例的结构示意图。
图2是本发明的膜电容电吸附装置的一具体实例的的结构分解图。
图3是图2中膜组的结构示意图。
图4是图2中进水盖板的立体结构示意图。
图5是图2中进水盖板的第一端部的示意图。
图6是图2中进水盖板的第二端部的示意图。
图7是图2中出水盖板的立体结构示意图。
图8是图2中出水盖板的第一端部的示意图。
图9是图2中出水盖板的第二端部的示意图。
(符号说明)
1壳体 2膜组
301第一端封装组件 302第二端封装组件
11第一凹槽 21膜片
2201进水电极板 2202出水电极板
23定位柱 2401第一凸起柱
2402第二凸起柱 31进水盖板
32出水盖板 3301第一挡环
3302第二挡环 311进水口
312第一通孔 313第一锁定位孔
314第一定位柱位孔 315第一密封台阶环面
316第二环形凹槽 317第三环形凹槽
318第四环形凹槽 321出水口
322第二通孔 323第二锁定位孔
324第二定位柱位孔 325底板
326水流挡板 327顶板
328第二密封台阶环面 329第五环形凹槽
330第六环形凹槽
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明，以更清楚地理解本发明的技术内容。
如图1～9所示，本发明的一具体实施例中，一种膜电容电吸附装置，包括壳体1、膜组2和两端封装组件，两端封装组件包括第一端封装组件301和第二端封装组件302。膜组2和两端封装组件均置于壳体1内，第一端封装组件301和第二端封装组件302将膜组2封装于壳体1内部。
如图1所示，壳体1包括主体部和两端部，主体部和端部均为空心圆筒状，端部的内径大于主体部的内径，在壳体1的两端部(第一端部和第二端部)的内侧壁上各自环设有第一凹槽11(或者说：在壳体1的两端部的内侧壁上各设置有环形的第一凹槽11)；
如图3所示，膜组2包括定位柱23和上下依次层叠的若干组膜片21，在每组膜片21的中心均一一对应地设置有进水通孔，各组膜片21中心的进水通孔连通，构成进水通道；在每组膜片21的外周缘上均设置有四个定位通孔，每个定位通孔在各组膜片21的位置一一对应，各组膜片21的定位通孔连通，构成四个定位通道，定位通道的形状与定位柱23的形状相适应，定位柱23嵌入在定位通道，与膜组2固定在一起；进水通道、定位通道、定位柱23的中心轴均与壳体1的中心轴平行。
壳体1的内径大于膜片21的直径，在壳体1的内侧壁与膜片21的外周缘之间存在间隙，形成出水通道。
定位柱23为圆柱状，可以设置定位柱23的两端部直径变小，即，定位柱23由圆柱状定位主体部和两个圆柱状定位端部构成，定位端部的直径小于定位主体部的直径，两定位端部对称设置。
如图2所示，第一端封装组件301包括第一挡环3301、进水盖板31和进水电极板2201。
第一挡环3301用于嵌合在壳体1的第一端部的第一凹槽11内，在进水电极板2201的表面设有第一凸起柱2401(图中第一凸起柱2401为第一电极柱)，进水电极板2201的中心设置有进水中心通孔。
如图4～6所示，进水盖板31为一体式结构，进水盖板31上开设有贯通的进水口311和第一通孔312，进水口311位于进水盖板31的中心，与进水电极板2201的进水中心通孔相对应，进水口311、进水中心通孔与进水通道连通，用于将待处理的水(原水)经由进水通道引入到膜组2中进行处理；第一通孔312与第一凸起柱2401相对应。
进水电极板2201装设在进水盖板31的第一端部，第一凸起柱2401穿过第一通孔312后与外部供电部件连接。将第一凸起柱2401插入第一通孔312使得进水盖板31的第一端部与进水电极板2201连接并固定，进水盖板31的第一端部用于与进水电极板2201装配的表面称为进水盖板的第一端部的进水电极板装配面。
在进水盖板的第一端部的进水电极板装配面上还设置有第一电极板密封结构，用于将进水电极板2201和进水盖板31密封。第一电极板密封结构包括第一密封台阶环面315、第三环形凹槽317、第四环形凹槽318和密封圈，密封圈放置在第三环形凹槽317和第四环形凹槽318内。第一密封台阶环面315与进水盖板的第一端部的进水电极板装配面在同一平面上，第一密封台阶环面315的外周圆与装配好的进水电极板2201的外周圆的位置相对应，第三环形凹槽317紧邻第一密封台阶环面315的内圆周设置(即，第三环形凹槽317的外圆周即为第一密封台阶环面315的内圆周)，第四环形凹槽318设置在进水口311与第一电极孔312之间，即，第四环形凹槽318设置在位于进水盖板的第一端部的进水电极板装配面上的进水盖板31的中心与第一电极孔312所在的同心圆之间。设置在第四环形凹槽318的密封圈同时还能将进水通道和第一凸起柱2401之间密封，实现水电隔绝。
进水盖板31的第一端部上还开设有第一定位柱位孔314(第一定位柱位孔314不贯穿进水盖板31)，第一定位柱位孔314与膜组2中的定位柱23相互配合并使得膜组23和进水盖板31沿周向彼此定位。
进水盖板31的第二端部与第一挡环3301装配在一起并被第一挡环3301限位和固定在壳体1内；在进水盖板31的周向侧壁与壳体1的内侧壁之间设有进水密封结构，使得进水盖板31与壳体2沿周向完全密封。
其中，进水盖板31的第二端部与第一挡环3301的装配，可以通过在第一挡环3301和进水盖板31的第二端部上分别设置若干对相互对应的第一锁定螺孔和第一锁定位孔313(第一锁定位孔313不贯穿进水盖板31)，并将第一锁定位孔313与第一锁定螺孔通过紧固螺栓锁紧来实现。
进水密封结构，可以由设置在进水盖板31的周向侧壁和壳体1的内侧壁的一对凹槽和密封圈构成，例如，在进水盖板31的周向侧壁设置环形的第二凹槽316，在第二凹槽316内放置与其相互配合的密封圈；或者，也可在壳体1的内侧壁上设置环形的凹槽，并在凹槽内放置与其相互配合的密封圈。
如图2所示，第二端封装组件302包括第二挡环3302、出水盖板32和出水电极板2202。
第二挡环3302用于嵌合在壳体1的第二端部的第一凹槽11内，出水电极板2202的表面设有第二凸起柱2402(图中第二凸起柱2402为第二电极柱)。
如图7～9所示，出水盖板32为一体式结构，出水盖板32在轴向上(或者是沿轴向)依次包括第一端部、底板325、中间部、顶板327和第二端部，出水盖板32上开设有第二通孔322，第二通孔322与第二凸起柱2402相对应。
出水电极板2202装设在出水盖板32的第一端部，第二凸起柱2402穿过第二通孔322后与外部供电部件连接。将第二凸起柱2402插入第二通孔322使得出水盖板32的第一端部与出水电极板2202连接并固定，出水盖板32的第一端部用于与出水电极板2202装配的表面称为出水盖板的第一端部的出水电极板装配面。
在出水盖板的第一端部的出水电极板装配面上还设置有第二电极板密封结构，用于将出水电极板2202与出水盖板32密封。第二电极板密封结构包括第二密封台阶环面328、第六环形凹槽330和密封圈，密封圈放置在第六环形凹槽330内。第二密封台阶环面328与出水盖板的第一端部的出水电极板装配面在同一平面上，第二密封台阶环面328的外圆周与装配好的出水电极板2202的外圆周的位置相对应，第六环形凹槽330紧邻第二密封台阶环面328的内圆周设置(即，第六环形凹槽330的外圆周即为第二密封台阶环面328的内圆周)，
在出水盖板32的第一端部还设有第二定位柱位孔324(第二定位柱位孔324不贯穿出水盖板32)，第二定位柱位孔324与膜组2中的定位柱23相互配合并使得膜组2和出水盖板32沿周向彼此定位。
出水盖板32的第二端部与第二挡环3302装配在一起并被所第二挡环3302限位和固定在壳体1内，出水盖板32的第二端部的中心开设有出水口321，出水口321贯通顶板327(不贯通底板和出水盖板32的第一端部)，出水口321用于将处理后的水(净水)导出；在底板325与顶板327之间的中间部设置有若干水流挡板326，每个水流挡板326的两端分别与底板325和顶板327接触，水流挡板326将底板325和顶板327之间的空间分割为若干个水流区域，水流区域与出水口321、以及出水通道连通，形成出水区域；在顶板327与出水盖板32的第二挡环装配面之间(出水盖板32的第二挡环装配面是指出水盖板32与第二挡环3302装配在一起的接触面)，在出水盖板32的周向侧壁与壳体1的内侧壁之间设有出水密封结构，使得出水盖板32与壳体1沿周向完全密封。
其中，出水盖板32的第二端部与第二挡环3302的装配，可以通过在第二挡环3302和出水盖板32的第二端部上分别设置若干对相互对应的第一锁定螺孔和第一锁定位孔323(第二锁定位孔323不贯穿出水盖板32)，并将第二锁定位孔323与第一锁定螺孔通过紧固螺栓锁紧来实现。
出水密封结构，可以由设置在出水盖板32的周向侧壁和壳体1的内侧壁的一对凹槽和密封圈构成，例如，在出水盖板32的周向侧壁设置环形的第五凹槽329，在第五凹槽329内放置与其相互配合的密封圈；或者，也可在壳体1的内侧壁上设置环形的凹槽，并在凹槽内放置与其相互配合的密封圈。
上述膜电容电吸附装置中，定位柱23装配在膜组2上，膜组2置于壳体1内，将进水电极板2201的第一凸起柱2401插入进水盖板31的第一通孔312，穿过第一通孔312与电源相连接，同时还使得进水电极板2201和进水盖板31密封卡合在一起；再将装配有进水电极板2201的进水盖板31与带有定位柱23的膜组2卡合在一起，定位柱23的第一端部被容纳在第一定位柱位孔314中并与第一定位柱位孔314紧密配合，由此定位柱23的第一端部的位置被限定；再将第一挡环3301安置在壳体1的第一端的第一凹槽11内，通过螺栓将第一挡环3301与进水盖板31锁紧，从而限定了进水盖板31的位置；同样，也将出水电极板2202的第二凸起柱2402插入出水盖板32的第二通孔322，穿过第二通孔322与电源相连接，同时还使得出水电极板2202和出水盖板32密封卡合在一起；再将装配有出水电极板2202的出水盖板32与带有定位柱23的膜组2卡合在一起，定位柱23的第二端部被容纳在第二定位柱位孔324中并与第二定位柱位孔324紧密配合，由此定位柱23的第二端部的位置被限定；再将第二挡环3302安置在壳体2的第二端的第一凹槽11内，通过紧固螺栓将第二挡环3302与出水盖板32锁紧，从而限定了出水盖板32的位置，由此完成膜电容电吸附装置的封装。
由于定位柱23嵌入在膜组2中实现了与膜组2的固定连接，所以，当定位柱23因其两端部的位置分别被进出水盖板限定而被防转固定时，膜组2也被固定，膜组2与壳体1不发生相对位移，膜组2与进水盖板31、出水盖板32不发生相对位移；对于进水盖板31而言，由于进水盖板31同时被膜组2和第一挡环3301限位，所以进水盖板31也被固定，进水盖板31与膜组2不会发生相对位移，进水盖板31与壳体1也不会发生相对位移；同样，对于出水盖板32而言，由于出水盖板32同时被膜组2和第二挡环3302限位，所以出水盖板32也被固定，出水盖板32与膜组2不会发生相对位移，出水盖板32与壳体1也不会发生相对位移。同时，无论是进水盖板31与壳体1、出水盖板32与壳体1，还是进水电极板2201与进水盖板31、出水电极板2202与出水盖板32以及第一挡环3301与壳体1、第二挡环3302与壳体1，接触的地方均设置有密封圈，从而起到很好的密封作用。两端封装组件还使得膜组2内各膜片21之间相互压紧，并将膜组2封装在壳体1内部。上述膜电容电吸附装置具有优异的密封性能。
上述膜电容电吸附装置中，每组膜片21包括由上至下依次层叠的阳极极板层、阴离子交换膜层、隔网层、阳离子交换膜层和阴极极板层，膜组2中各组膜片为上下层叠结构，使各组膜片21的电极对之间形成串联，即多组电容形成串联。两端的进水电极板2201和出水电极板2202上的凸起柱(电极柱)分别穿过进水盖板31上的第一通孔312和出水盖板32上的第二通孔322与外部供电部件连接，构成上述装置的通电模式。
上述膜电容电吸附装置中，膜组2中各组膜片的中心进水通孔形成的通道称作进水通道，膜组2与壳体1之间的间隙形成出水通道，膜组2中各组膜片的阴阳极板之间的通道称作处理区域，出水盖板32中水流挡板326、底板325和顶板327形成的水流区域、与出水口321和出水通道连通形成出水口区域。原水经进水口311进水，同时在处理区域进行处理，此时经过膜电容电吸附，处理后的水经由出水通道流出，最终从出水口区域流出，构成上述装置的水流模式。
由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本领域技术人员可以理解，本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理的情况下，实施方式可作任意修改。本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。
此外，也应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
例如，关于壳体1，图1中壳体1的两端部设置了变径结构，但本领域技术人员可以理解，上述实施例中，壳体1的两端部不变径也是可行的，即，壳体1的两端部内径与其主体内径相同。壳体1为空心圆筒状。
同样，关于定位柱23，图3中定位柱23的两端部直径小于其主体的直径，但本领域技术人员可以理解，上述实施例中，定位柱23的两端部直径等于或大于其主体的直径，也都是可行的。
例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，壳体1的两端部可以对称设置，即，壳体1的两端部的结构和位置均对称。
同样，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，定位柱23的两端部也可以对称设置，即，定位柱23的两端部的结构和位置均对称。
再例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，在每组膜片21的外周缘上设置的定位通孔的数量可以是如图3所示的四个，也可以是一个或其它的数目。通常来说，设置为至少2个较佳，亦或者，设置为至少2个且对称设置会更佳。相应地，定位柱23的数量与每组膜片21的外周缘上设置的定位通孔的数量相适应，可以为一个，也可以为至少2个且对称设置，以后者效果为更佳。
同样，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，定位柱23的直径(或者定位柱23的主体部的直径)也可以设置为略大于定位通孔所形成的定位通道的直径，使得定位柱23(或定位柱23的主体部)与壳体1的内侧壁相接触。
再例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，设置壳体1的内径略大于膜片21的直径，即可在壳体1的内侧壁与膜片21的外周缘之间产生间隙，形成出水通道。
又例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，进水盖板31的第一端部设置的第一电极板密封结构，也可以采取其它的密封结构(一体化地设置在进水盖板31的第一端部上)，只要能够实现将进水电极板2201和进水盖板31密封即可。
同样，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，出水盖板32的第一端部设置的第二电极板密封结构，也可以采取其它的密封结构(一体化地设置在出水盖板32的第一端部上)，只要能够实现将出水电极板2202和出水盖板32密封即可。
再例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，第一挡环3301或第二挡环3302，可以是一体式结构，也可以是分段式结构。
又例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，进水盖板31的第二端部与第一挡环3301的装配，还可以通过其它方式来实现，比如，在第一挡环3301和进水盖板31的第二端部上分别设置互相配合的定位销和定位孔，能将进水盖板31的第二端部与第一挡环3301装配并固定即可。
同样，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，出水盖板32的第二端部与第二挡环3302的装配，还可以通过其它方式来实现，比如，在第二挡环3302和出水盖板32的第二端部上分别设置互相配合的定位销和定位孔，能将出水盖板32的第二端部与第二挡环3302装配并固定即可。
再例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，进水电极板2201与外部供电部件连接，是通过将第一凸起柱2401设置为电极柱来实现，但也可以通过与外部供电部件形成电接触的其它方式来实现；出水电极板2202与外部供电部件连接，是通过将第二凸起柱2402设置为电极柱来实现，但也可以通过与外部供电部件形成电接触的其它方式来实现。
再例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，可以将水流挡板326沿径向设置在中间部，水流挡板326与顶板327、底板325垂直，水流挡板326在径向上的一端与出水口321(或者是说出水口321贯穿顶板327所留下的孔洞)的内边缘对齐，水流挡板326在径向上的另一端与所述底板的外周缘对齐。为了便于出水通道的水流出，并与水流区域、出水口连通，通常设置出水盖板32中底板325以及出水盖板32的第一端部的最大端面的直径小于或等于膜片21的直径。
又例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，两个第一凹槽11的位置，分别与进水盖板31和出水盖板32的厚度相关，以便于利用卡设在第一凹槽11位置的挡环对进水盖板31和出水盖板32进行精准卡位。
再例如，本领域技术人员可以理解，上述实施例中，每组膜片21中，阴阳极板层采用石墨烯改性碳材料制成的复合电极，阴阳离子交换膜层为普通异相离子膜，由阴阳离子交换树脂及粘结剂组成，例如南通市赛孚环保科技有限公司提供的离子膜，所述隔网层由聚氯乙烯组成。进水电极板2201、出水电极板2202为导电金属板。
综上，本发明装置避免了现有技术中各种问题，比如：在外力、压力或水流变化下分离的结构件可能发生相对滑动、孔位对应不精确、安装拆卸困难等问题，单一的螺栓固定的方式则可能因受力不均而导致膜片未完全压紧、极板之间形成角度、容易出现漏水等问题，线相连的电连接方式可能容易发生线脱落、断裂等问题，出水通道直接经由出水口流出，可能存在出水阻力大、出水效率低的问题。与现有技术相比，本发明装置中两端封装组件与膜组的连接在壳体内具有更好的稳定性，膜片与外部供电部件的电连接具有更高的可靠性，两端封装组件与膜组和壳体之间具有更加优异的密封性能，一体式结构的出水盖板上出水区域的设置，使得出水水流阻力减小，无处理死区，水处理效果和效率双重提升。本发明装置的一体式设计和限位设计，非常方便进行模块化放大，以灵活应对不同的处理量，也容易加工、方便组装和拆卸，特别适合工业应用。
Claims (10)
1.一种膜电容电吸附装置，包括：
(1)壳体；
(2)置于所述壳体内的膜组，包括：定位柱和上下依次层叠的若干组膜片，在每组所述膜片的中心均设置有进水通孔，构成进水通道；在每组所述膜片的外周缘上均设有定位通孔，构成定位通道；所述定位柱嵌入在所述定位通道；所述进水通道、定位通道、定位柱的中心轴均与所述壳体的中心轴平行；以及
(3)两端封装组件，包括：第一端封装组件和第二端封装组件；
其特征在于，
所述壳体的内径大于所述膜片的直径，在所述壳体的内侧壁与所述膜片的外周缘之间存在间隙，形成出水通道，在所述壳体的两端部的内侧壁上各自环设有第一凹槽；
所述第一端封装组件包括第一挡环、进水盖板和进水电极板；其中，所述第一挡环用于嵌合在所述壳体的第一端部的第一凹槽内，所述进水电极板的表面设有第一凸起柱，所述进水电极板的中心设置有进水中心通孔，所述进水盖板为一体式结构，所述进水盖板上开设有贯通的进水口和第一通孔，所述进水口位于所述进水盖板的中心，与所述进水中心通孔相对应，所述进水口、所述进水中心通孔与所述进水通道连通，所述第一通孔与所述第一凸起柱相对应，所述第一凸起柱插入所述第一通孔，使得所述进水电极板装设在所述进水盖板的第一端部，所述进水电极板与外部供电部件连接，所述进水盖板的第一端部上还开设有第一定位柱位孔，所述第一定位柱位孔与所述膜组中的定位柱相互配合并使得所述膜组和所述进水盖板沿周向彼此定位；所述进水盖板的第二端部与所述第一挡环装配在一起并被所述第一挡环限位和固定在所述壳体内；在所述进水盖板的周向侧壁与所述壳体的内侧壁之间设有进水密封结构，使得所述进水盖板与所述壳体沿周向完全密封；
所述第二端封装组件包括第二挡环、出水盖板和出水电极板；其中，所述第二挡环用于嵌合在所述壳体的第二端部的第一凹槽内，所述出水电极板的表面设有第二凸起柱，所述出水盖板为一体式结构，所述出水盖板沿轴向依次包括第一端部、底板、中间部、顶板和第二端部，所述出水盖板上开设有第二通孔，所述第二通孔与所述第二凸起柱相对应，所述第二凸起柱插入所述第二通孔，使得所述进水电极板装设在所述出水盖板的第一端部，所述进水电极板与外部供电部件连接，所述出水盖板的第一端部还开设有第二定位柱位孔，所述第二定位柱位孔与所述膜组中的定位柱相互配合并使得所述膜组和所述出水盖板沿周向彼此定位；所述出水盖板的第二端部与所述第二挡环装配在一起并被所述第二挡环限位和固定在所述壳体内，所述出水盖板的第二端部的中心开设有出水口，所述出水口贯通所述顶板；在所述中间部设置有若干水流挡板，每个所述水流挡板的两端分别与所述底板和顶板接触，所述水流挡板将所述底板和顶板之间的空间分割为若干个水流区域，所述水流区域与所述出水口、以及所述出水通道连通，形成出水区域；在所述出水盖板的周向侧壁与所述壳体的内侧壁之间设有出水密封结构，使得所述出水盖板与所述壳体沿周向完全密封。
2.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，在所述进水盖板的第一端部还设置有第一电极板密封结构，用于将所述进水电极板和进水盖板密封。
3.如权利要求2所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，所述第一电极板密封结构包括在所述进水盖板的第一端部的进水电极板装配面上设置的若干环形凹槽、以及容纳在所述环形凹槽内的密封圈。
4.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，在所述出水盖板的第一端部还设置有第二电极板密封结构，用于将所述出水电极板和出水盖板密封。
5.如权利要求4所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，所述第二电极板密封结构包括在所述出水盖板的第一端部的出水电极板装配面上设置的若干环形凹槽、以及容纳在所述环形凹槽内的密封圈。
6.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，在所述第一挡环和所述进水盖板的第二端部上设置了若干对相互对应的第一锁定螺孔和第一锁定位孔，所述第一锁定位孔与第一锁定螺孔通过紧固螺栓锁紧，使得所述进水盖板的第二端部与所述第一挡环装配在一起。
7.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，在所述第二挡环和所述出水盖板的第二端部上设置了若干对相互对应的第二锁定螺孔和第二锁定位孔，所述第二锁定位孔与第二锁定螺孔通过紧固螺栓锁紧，使得所述出水盖板的第二端部与所述第二挡环装配在一起。
8.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，所述进水密封结构，由一对相互配合的环形凹槽和密封圈构成，所述环形凹槽设置在所述进水盖板的周向侧壁或所述壳体的内侧壁。
9.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，所述出水密封结构，由一对相互配合的环形凹槽和密封圈构成，所述环形凹槽设置所述出水盖板的周向侧壁或所述壳体的内侧壁。
10.如权利要求1所述的膜电容电吸附装置，其特征在于，在所述中间部沿径向设置所述水流挡板，所述水流挡板垂直于所述顶板和底板，所述水流挡板在径向上的一端与所述出水口的内边缘对齐，所述水流挡板在径向上的另一端与所述底板的外周缘对齐。
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