CN117321009A - 离子除去装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及的离子除去装置是对液体进行脱盐处理的离子除去装置，其具备：第一电极导向器，其具有液体流入的流入口、保持吸附液体中的离子的第一电极的第一电极保持部、和成为将流入口和第一电极保持部连接的流路的流入水路；和第二电极导向器，其具有液体流出的流出口、通过第一电极保持部的液体流入且保持吸附液体中的离子的第二电极的第二电极保持部、和成为将流出口和第二电极保持部连接的流路的流出水路。
Description
技术领域
该技术涉及从水等液体中除去离子性物质的离子除去装置。特别涉及实现性能提高的构成。
背景技术
电容去离子化(CDI：Capacitive Deionization Ion)技术是利用双电层电容器的原理的电气式脱盐技术。而且，利用电容去离子化技术的脱盐装置为在一对电极间配置具有绝缘性且通液性的分隔体的结构。在脱盐装置中，对一对电极施加电压、使溶入水等液体中的带有具有离子性的电荷的物质(以下简称为离子)吸附于电极、从液体中将离子除去。
其中，在脱盐装置中，存在将下述单元内置于壳体中的装置，其中，该单元构成为，将电极容纳在设置于垫圈的电极保持部、在一对垫圈间夹设有分隔体，利用基于导电性构件的一对集电极与电极的外侧连接。在装置中，在分隔体之间设置间隔物。另外，在壳体分别设置流入口和流出口。而且，按照流入口、间隔物、流出口的顺序，形成水流动的流路，将在流路中流动的水中所含的离子除去(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-086189号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1这样的装置中，在通过流路的水中，产生只通过分隔体之间的间隔物的被处理水。被处理水不与电极接触，因此没有进行离子除去处理。因此，存在着离子除去性能降低的课题。
因此，目的在于消除上述的课题，提供能够提高离子除去性能的离子除去装置。
用于解决课题的手段
本公开涉及的离子除去装置是对液体进行脱盐处理的离子除去装置，具备：第一电极导向器，其具有液体流入的流入口、保持吸附液体中的离子的第一电极的第一电极保持部、和成为将流入口和第一电极保持部连接的流路的流入水路；和第二电极导向器，其具有液体流出的流出口、通过第一电极保持部的液体流入且保持吸附液体中的离子的第二电极的第二电极保持部、和成为将流出口和第二电极保持部连接的流路的流出水路。
发明效果
根据本公开的离子除去装置，能够使流入的液体依次通过第一电极、第二电极，因此能够使液体与第一电极和第二电极接触。因此，能够防止离子除去性能的降低。
附图说明
图1为说明实施方式1涉及的离子除去装置100的构成的图。
图2为说明实施方式1涉及的第一电极导向器2的构成的图。
图3为说明实施方式1涉及的第二电极导向器4的构成的图。
图4为说明实施方式2涉及的离子除去装置200的构成的图。
具体实施方式
以下，对于实施方式涉及的离子除去装置，参照附图等进行说明。以下的附图中，标注同一附图标记的要素彼此相同或者相当，在以下记载的实施方式的全文中通用。另外，在附图中各构成构件的大小的关系有时与实际不同。而且，说明书全文中表示的构成要素的形态只不过是例示，并不限定于说明书中记载的形态。有时可不含说明书中记载的全部设备。特别是构成要素等的组合并不只限定于各实施方式中的组合，也能够将其他实施方式中记载的构成要素应用于另外的实施方式。其中，以下对于成为装置进行处理的对象的液体的“水”，无区别地表示在离子除去工序中处理前的原水、在离子除去工序中处理过的水或者离子除去后采用离子脱附工序的处理使离子浓度提高的再生时废水。
实施方式1.
图1为说明实施方式1涉及的离子除去装置100的构成的图。离子除去装置100是通过反复进行采用脱盐处理的离子除去工序和离子脱附工序这两个工序从而持续地将液体中的离子除去、得到除去离子的液体的装置。在此，以采用离子除去装置100的离子除去工序的处理为主进行说明。
如图1所示，实施方式1涉及的离子除去装置100具备：第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4、第二集电体5、第一挤压板12、第二挤压板13。就离子除去装置100而言，使离子吸附于保持在第一电极导向器2的第一电极保持部7a的第一电极71和保持在第二电极导向器4的第二电极保持部7b的第二电极72，将溶入水中的离子除去。对于第一电极71和第二电极72，将后述。
第一集电体1具备待处理的水流入的流入口6和端子15。在离子除去装置100进行的离子除去工序中，第一集电体1向在第一电极导向器2的第一电极保持部7a配置的第一电极71送电，进行电荷供给。另外，在离子除去装置100进行的离子脱附工序中，第一集电体1在从第一电极71放电时集电。第一集电体1的端子15与外部的电源(未图示)连接。作为构成第一集电体1的材料，例如，使用石墨片、柔性石墨(Grafoil)、导电性橡胶或者用这些材料夹持或被覆的金属的片和板。这样，第一集电体1用具有导电性和柔软性的材料形成。
图2为说明实施方式1涉及的第一电极导向器2的构成的图。第一电极导向器2具备：流入口6、第一电极保持部7a、流入水路8和流出防止构件11。流入口6为成为水流入的流路的开口部。第一电极保持部7a保持第一电极71。流入水路8成为将流入口6与第一电极保持部7a连接的流路。流出防止构件11防止在第一电极保持部7a配置的第一电极71的流出。流出防止构件11设置于流入水路8或流入口6。流出防止构件11为由具有绝缘性的树脂网、绝缘涂布的金属网、无纺布、滤纸等形成的构件。其中，第一电极导向器2为板状或片状的具有电绝缘性的材质。另外，第一电极导向器2可以不是一张板的构成，也可以将不同的材质的多个板组合而构成。例如，第一电极导向器2可将树脂等无压缩性的板与橡胶等有压缩性的板重叠而构成。
分隔体3防止在第一电极导向器2的第一电极保持部7a配置的第一电极71与在第二电极导向器4的第二电极保持部7b配置的第二电极72之间的短路。构成分隔体3的材料例如为滤纸、多孔性膜、无纺布、发泡剂等。这些材料是导电性材料不通过而液体透过的具有通液性和电绝缘性的材料。
图3为说明实施方式1涉及的第二电极导向器4的构成的图。第二电极导向器4具备：第二电极保持部7b、流出口9、流出水路10和流出防止构件11。第二电极保持部7b保持第二电极72。流出口9为成为除去离子的水流出的流路的开口部。流出水路10成为将流出口9和第二电极保持部7b连接的流路。流出防止构件11防止在第二电极保持部7b配置的第二电极72的流出。流出防止构件11设置于流出水路10或流出口9。流出防止构件11与流出防止构件11同样地，是用具有绝缘性的树脂网、绝缘涂布的金属网、无纺布、滤纸等形成的构件。第二电极导向器4与第一电极导向器2同样地，是板状或片状的具有电绝缘性的材质。另外，第二电极导向器4可以不是一张板的构成，也可以将不同的材质的多个板组合而构成。第二电极导向器4例如可将树脂等无压缩性的板与橡胶等具有压缩性的板重叠而构成。
第二集电体5具备处理过的水流出的流出口9和端子15。在离子除去工序中，第二集电体5向在第二电极导向器4的第二电极保持部7b配置的第二电极72送电，供给电荷。另外，在离子脱附工序中，第二集电体5在从第二电极72放电时集电。将第二集电体5的端子15与外部电源(未图示)连接。作为构成第二集电体5的材料，与第一集电体1同样地，例如使用石墨片、柔性石墨、导电性橡胶或用这些材料夹持或被覆的金属的片和板。这样，第二集电体5由具有导电性和柔软性的材料形成。
在离子除去工序中，通过从电源供给的电力，第一电极71和第二电极72接受电荷供给，吸附水中的离子。另外，在离子脱附工序中，释放吸附的离子。其中，通过电荷供给，第一电极71带电为正或负。另一方面，第二电极72以与第一电极71相反的极性带电。带电为正的极性的电极吸附阴离子。另外，带电为负的极性的离子吸附阳离子。就第一电极71和第二电极72而言，例如为了使作为电容器的容量增大，因此使用作为具有导电性、比表面积大的物质诸如活性炭、多孔碳、多孔导电珠粒、多孔金属等导电性材料。对于导电性材料的形状，有粉状、粒状、纤维状等。在导电性材料为粉粒状的情况下，导电性材料的外径为100nm～10mm。另外，在导电性材料为纤维状的情况下，导电性材料的粗细为1μm～50μm。另外，使用这些导电性材料形成的布、过滤器等有时用作第一电极71和第二电极72。
第一挤压板12具有螺纹孔14和流入口6。另外，第二挤压板13具有螺纹孔14和流出口9。就第一挤压板12和第二挤压板13的材料而言，使用金属板和树脂板等。在第一挤压板12与第二挤压板13之间，将第一挤压板12、第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4、第二集电体5层叠。而且，在第一挤压板12和第二挤压板13具有的螺纹孔14中设置螺丝(未图示)。通过在螺纹孔14中拧紧螺丝，从而将第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4和第二集电体5在第一挤压板12与第二挤压板13之间挤压。
此时，使第一挤压板12具有的流入口6、第一集电体1具有的流入口6、第一电极导向器2具有的流入口6对齐，成为连通的流入口6。另外，使第二电极导向器4具有的流出口9、第二集电体5具有的流出口9和第二挤压板13具有的流出口9对齐，成为连通的流出口9。
离子除去装置100内的水的流路由第一挤压板12、第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4、第二集电体5和第二挤压板13形成。接着，对于离子除去装置100内的水的流动进行说明。水从第一挤压板12的流入口6流入，通过第一集电体1的流入口6，到达第一电极导向器2。到达第一电极导向器2的水进而通过第一电极导向器2的流入水路8，流入第一电极保持部7a。第一电极保持部7a保持的第一电极71进行离子的除去或脱附。通过第一电极保持部7a的水通过透水性的分隔体3，流入第二电极导向器4的第二电极保持部7b。第二电极保持部7b保持的第二电极72进行离子的除去或脱附。通过第二电极保持部7b的水通过第二电极导向器4的流出水路10，到达第二电极导向器4的流出口9。到达第二电极导向器4的流出口9的水通过第二集电体5的流出口9，从第二挤压板13的流出口9流出。
如上所述，根据实施方式1的离子除去装置100，处理中涉及的水在离子除去装置100内依次通过配置在第一电极保持部7a的第一电极71、分隔体3、配置在第二电极保持部7b的第二电极72。因此，离子除去装置100能够使通过装置内的水与第一电极71和第二电极72接触。由此，离子除去装置100的离子除去性能提高。
其中，就实施方式1中的离子除去装置100而言，使用第一挤压板12和第二挤压板13挤压第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4、第二集电体5，但挤压方法并不限于此。例如，在凹型的容器内将第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4和第二集电体5层叠。然后，将凸型的盖设置于凹型的容器，用螺丝等将盖与容器紧固而挤压。另外，在形成第一集电体1、第一电极导向器2、分隔体3、第二电极导向器4、第二集电体5层叠的层叠体后，用压机将层叠体压制而挤压。可将经挤压的层叠体用胶带固定、用树脂等固着、固定于箱型容器内等。另外，可将层叠体配置在第一集电体1的外侧与第二集电体5的外侧、利用一对板或棒等维持挤压状态。
实施方式2.
图4为说明实施方式2涉及的离子除去装置200的构成的图。在图4中，关于标注与图1相同的附图标记的构件等，进行与实施方式1中说明的内容同样的动作。如图4所示，实施方式2涉及的离子除去装置200具备成为实施方式1涉及的离子除去装置100的第一电极导向器2的2个第一电极导向器2a和第一电极导向器2b。另外，离子除去装置200具备成为离子除去装置100的第二电极导向器4的2个第二电极导向器4a和第二电极导向器4b。离子除去装置200还包括第三集电体16。而且，在离子除去装置200中，以第一挤压板12、第一集电体1、第一电极导向器2a、分隔体3a、第二电极导向器4a、第三集电体16、第一电极导向器2b、分隔体3b、第二电极导向器4b、第二集电体5、第二挤压板13的顺序依次层叠。而且，层叠的构件通过用螺丝将第一挤压板12和第二挤压板13紧固，从而挤压。
实施方式2中的第一电极导向器2a和第一电极导向器2b与实施方式1的第一电极导向器2同样地，具有流入口6、第一电极保持部7a(第一电极保持部7a-a和第一电极保持部7a-b)、流入水路8、流出防止构件11。第一电极导向器2a和第一电极导向器2b还具有流出口9。其中，第一电极导向器2a为了不对离子除去装置200内的流路形成产生影响，可不设置流出口9。
实施方式2中的第二电极导向器4a和第二电极导向器4b与实施方式1的第二电极导向器4同样地，具有第二电极保持部7b(第二电极保持部7b-a和第二电极保持部7b-b)、流出口9、流出水路10、流出防止构件11。第二电极导向器4a和第二电极导向器4b还具有流入口6。其中，第二电极导向器4b为了不对离子除去装置200内的流路形成造成影响，可不设置流入口6。
第三集电体16具备流入口6、流出口9和端子15。在离子除去工序中，第三集电体16向在第二电极导向器4a的第二电极保持部7b-a配置的第二电极72和在第一电极导向器2b的第一电极保持部7a-b配置的第一电极71进行电荷供给。另外，在离子脱附工序中，第二集电体5在从第一电极71和第二电极72放电时集电。将第三集电体16的端子15与外部电源(未图示)连接。作为构成第三集电体16的材料，与第一集电体1和第二集电体5同样地，例如使用石墨片、柔性石墨、导电性橡胶或用这些材料夹持或被覆的金属的片和板。这样，第三集电体16用具有导电性和柔软性的材料形成。
在离子除去装置200中，第一集电体1的端子15、第三集电体16的端子15和第二集电体5的端子15分别与外部电源(未图示)连接。而且，在离子除去装置200的离子除去工序中，以第一集电体1的端子15与第三集电体16的端子15之间和第三集电体16的端子15与第二集电体5的端子15之间的电位差相同的方式施加电。
离子除去装置200内的流路由第一挤压板12、第一集电体1、第一电极导向器2a、分隔体3a、第二电极导向器4a、第三集电体16、第一电极导向器2b、分隔体3b、第二电极导向器4b、第二集电体5和第二挤压板13形成。而且，第一电极导向器2a、分隔体3a和第二电极导向器4a构成第一层电极单元。另外，第一电极导向器2b、分隔体3b和第二电极导向器4b构成第二层电极单元。
接着，对于离子除去装置200内的水的流动进行说明。水由第一挤压板12的流入口6流入，通过第一集电体1的流入口6后，在第一电极导向器2a中，分成在第一层电极单元侧待处理的水和在第二层电极单元侧待处理的水。
在第一层电极单元侧待处理的水通过第一电极导向器2a具有的流入水路8，流入第一电极导向器2a的第一电极保持部7a-a。第一电极保持部7a-a保持的第一电极71进行离子的除去或脱附。通过第一电极保持部7a-a的水通过分隔体3a，流入第二电极导向器4a的第二电极保持部7b-a。第二电极保持部7b-a保持的第二电极72进行离子的除去或脱附。通过第二电极保持部7b-a的水通过第二电极导向器4a的流出水路10，到达第二电极导向器4a的流出口9。到达第二电极导向器4a的流出口9的水依次通过第三集电体16的流出口9、第一电极导向器2b的流出口9、第二电极导向器4b的流出口9、第二集电体5的流出口9，从第二挤压板13的流出口9流出。
另一方面，在第二层电极单元侧待处理的水依次通过第二电极导向器4a的流入口6、第三集电体16的流入口6，到达第一电极导向器2b的流入口6。到达第一电极导向器2b的流入口6的水通过第一电极导向器2b具有的流入水路8，流入第一电极导向器2b的第一电极保持部7a-b。第一电极保持部7a-b保持的第一电极71进行离子的除去或脱附。通过第一电极保持部7a-b的水通过分隔体3b，流入第二电极导向器4b的第二电极保持部7b-b。第二电极保持部7b-b保持的第二电极72进行离子的除去或脱附。通过第二电极保持部7b-b的水通过第二电极导向器4b的流出水路10，到达第二电极导向器4b的流出口9。到达第二电极导向器4b的流出口9的水与在第一层电极单元侧处理的水合流，通过第二集电体5的流出口9，从第二挤压板13的流出口9流出。
如上所述，根据实施方式2的离子除去装置200，在装置内的第一层电极单元中，处理中涉及的水依次通过在第一电极保持部7a-a配置的第一电极71、分隔体3a、在第二电极保持部7b-a配置的第二电极72。另外，在第二层电极单元中，处理中涉及的水依次通过在第一电极保持部7a-b配置的第一电极71、分隔体3b、在第二电极保持部7b-b配置的第二电极72。因此，在实施方式2中的离子除去装置200中，能够使通过装置内的水与第一层电极单元和第二层电极单元各自具有的第一电极71和第二电极72接触。由此，离子除去装置200的离子除去性能提高。另外，在实施方式2的离子除去装置200中的第一层电极单元和第二层电极单元中，能够将相同的水质的水供给至各自的第一电极71。将相同水质的水向第一层电极单元和第二层电极单元供给，因此2个电极单元能够实现相同的处理性能。
其中，在实施方式2的离子除去装置200中，使得第一集电体1的端子15与第三集电体16的端子15之间的电位差和第三集电体16的端子15与第二集电体5的端子15之间的电位差相同。因此，第一集电体1的端子15、第三集电体16的端子15和第二集电体5的端子15分别与电源(未图示)连接。在各电极单元中使用相同的第一电极71和相同的第二电极72的情况下，第一集电体1的端子15和第二集电体5的端子15分别与电源(未图示)连接。而且，仅以第一层电极单元与第二层电极单元的合计的电位差，由电源对第一集电体1的端子15和第二集电体5的端子15施加电即可。通过该构成，能够使各电极单元涉及的水的水质相同，能够使各电极单元的电阻相同。如果将位于最外侧的集电体的端子15(在图4所示的实施方式2的离子除去装置200中，第一集电体1的端子15和第二集电体5的端子15)与电源连接来送电以进行电荷供给，则能够以各电极单元的电位变得均等的方式来分配电。这种情况下，位于最外侧的集电体以外的集电体未必具有端子15。另外，在离子除去工序中，从电源不施加电压而是可以供给电流。在供给电流的情况下，在到达一定的电压后，可进行施加恒电压的控制。
实施方式3.
就实施方式2的离子除去装置200而言，对于具有2个电极单元的情形进行了说明，但也能够构成具有3个以上的电极单元的装置。例如，在将n层的电极单元层叠的情况下，层叠为[第一集电体1]、[第一电极导向器2/分隔体3/第二电极导向器4/第三集电体16]、…、(n-1)[第一电极导向器2/分隔体3/第二电极导向器4][第二集电体5]。另外，在包括多层的第一电极导向器2和第二电极导向器4的情况下，对于与第一集电体1邻接的第一电极导向器2，可不设置流出口9。另外，对于与第二集电体5邻接的第二电极导向器4，也可不设置流入口6。
附图标记的说明
1第一集电体；2、2a、2b第一电极导向器；3、3a、3b分隔体、4、4a、4b第二电极导向器；5第二集电体；6流入口；7a、7a-a、7a-b第一电极保持部；7b、7b-a、7b-b第二电极保持部；8流入水路；9流出口；10流出水路；11流出防止构件；12第一挤压板；13第二挤压板；14螺纹孔；15端子；16第三集电体；100、200离子除去装置。
Claims (6)
1.一种离子除去装置，是对液体进行脱盐处理的离子除去装置，其具备：
第一电极导向器，其具有所述液体流入的流入口、保持吸附所述液体中的离子的第一电极的第一电极保持部、和成为将所述流入口和所述第一电极保持部连接的流路的流入水路；和
第二电极导向器，其具有所述液体流出的流出口、通过所述第一电极保持部的所述液体流入且保持吸附所述液体中的所述离子的第二电极的第二电极保持部、和成为将所述流出口和所述第二电极保持部连接的流路的流出水路。
2.根据权利要求1所述的离子除去装置，其具备：配置在所述第一电极导向器与所述第二电极导向器之间、将所述第一电极与所述第二电极分离的通液性的分隔体。
3.根据权利要求1或2所述的离子除去装置，其中，所述第一电极导向器和所述第二电极导向器的至少一者具有防止从所述第一电极保持部的所述第一电极的流出或从所述第二电极保持部的所述第二电极的流出的流出防止构件。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的离子除去装置，其中，所述第一电极和所述第二电极的至少一者为粉粒状或纤维状的导电性材料。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的离子除去装置，其具备：
第一集电体，其与所述第一电极导向器接触、向所述第一电极供给电荷；和
第二集电体，其与所述第二电极导向器接触、向所述第二电极供给电荷。
6.根据权利要求5所述的离子除去装置，其具有多个将所述第一电极导向器和所述第二电极导向器组合的层叠体，
所述第一集电体与最外侧的所述层叠体的所述第一电极导向器接触并供给所述电荷，
所述第二集电体与最外侧的所述层叠体的所述第二电极导向器接触并供给所述电荷，
所述离子除去装置具备第三集电体，其配置在邻接的所述层叠体间的所述第一电极导向器与所述第二电极导向器之间并供给所述电荷。
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