CN1652863A - 带有弹性端基封闭单元的电脱离子设备 - Google Patents

Abstract

本文涉及某种电脱离子设备及其制造方法，该设备带有端基封闭单元，其中端基封闭单元由弹性材料或外面包有弹性材料的端板构成。弹性材料可以是各种类型的热塑弹性体，例如可以是苯乙烯嵌段共聚物、共聚酯、聚氨基甲酸酯、烯烃热塑弹性体以及热塑硫化橡胶。弹性材料的肖氏A级硬度值约在40～90之间。

Description

带有弹性端基封闭单元的电脱离子设备

发明背景

本发明与电脱离子设备相关，更具体而言，本发明与带有由弹性材料制成的端基封闭单元的电脱离子设备相关。

相关技术的说明

电脱离子过程是用来对水进行净化的过程，该过程通过使用电活性介质和电势来去除液体中的可电离物质，其中的电势将影响离子的传递。电活性介质还具有收集及排出可电离物质的功能，或者通过离子或电子交换机来促进离子的连续传递。电脱离子装置可含有带有永久性或临时电荷的介质，电脱离子装备在操作中可引发电化学反应，这些电化学反应的目的是实现电脱离子装置的性能或增强其性能。这些电脱离子装置可含有电活性膜，比如含有离子交换半透膜或双极性膜。

连续电脱离子过程的主要结构参数是穿过介质的传递，而不是介质的离子化能力。典型的连续电脱离子装置包括交替存在的阳离子选择膜和阴离子选择膜。位于这些膜之间的空间形成了液体流动室，该液体流动室带有入口和出口。外部电源通过电极在膜的边缘及流动室的边缘施加一个横向的直流电场。这些电极通常由惰性材料制成的刚性端基封闭单元以及腔室和/或端板所支撑。电脱离子装置例如是4,632,745号美国专利、4,925,541号美国专利、5,211,823号美国专利、5,259,936号美国专利、5,316,637号美国专利、5,154,809号美国专利及5,240,579号美国专利所描述的装置，这些专利在此通过引证被并入本文。

发明概述

本发明与电脱离子设备相关，该电脱离子设备至少具备一个由弹性材料制成的端基封闭单元。

在另一实施方案中，电脱离子设备包括脱离子室、离子浓缩室以及端基封闭单元；其中端基封闭单元带有与电极相邻的第一表面和与端板邻近的第二表面。端基封闭单元由弹性材料制成。

图示简介

本发明的非限制性实施方案更适宜结合本文所附图示以实例的方式进行说明，其中：

图1是传统电脱离子设备的分解图。

图2是传统端基封闭单元和电极的示意图。

图3是常规电脱离子设备某一实施方案的示意剖面图，该图表明了流体及离子穿过脱离子室、离子浓缩室及电解室的流动方向。

图4是本发明中端基封闭单元某一实施方案的示意图。

图5是图4所示端基封闭单元沿线段5切开后的截面图。

图6是本发明中接头与端基封闭单元间密封部件某一实施方案的截面图。

图7是本发明中接头与端基封闭单元间密封部件另一实施方案的截面图。

图8是本发明中端基封闭单元某一实施方案的截面图，其中的端基封闭单元带有外部模制的接头。

图9是本发明中电极接头与端基封闭单元之间密封部件某一

实施方案的截面图。

图10是本发明中连杆套管与端基封闭单元之间密封部件某一实施方案的截面图。

图11是本发明中另一端基封闭单元的示意图。

图12是图4中端基封闭单元的透视图。

图13是图11中端基封闭单元的透视图。

图14是常规端板一侧的示意图。

图15是图14中端板另一侧的示意图。

图16是整体外部模制端板的截面图。

图17是部分外部模制端板的截面图。

图18是部分外部模制环形端板的截面图。

图19是图18中的环形端板位于压力容器中时的截面图。

本发明的详细说明

本发明与某种电脱离子设备相关，该电脱离子设备带有电极模块，该电极模块也被称为端基封闭单元，由弹性材料制成。正如本文所使用的，“弹性材料”被定义为在形变后能够恢复其大小和形状的材料。常规的刚性端基封闭单元通常对电极以及在正常高压下的设备中的流体流动构成支撑。端基封闭单元还应在电极与接地的端板间起到绝缘作用，并对隔离垫片和连杆套管进行密封，从而将流体室与端板隔离开，端板通常由金属制成，电脱离子设备中的工作流体由不相兼容的组分构成。弹性端基封闭单元在整个电脱离子设备中形成牢固的密封，因此不必使用像O形环及垫片这些另外的密封部件。

电脱离子设备或装置可基于诸如连续电脱离子技术、电渗透(electrodiaresis)、填料室电渗析技术、电化学离子交换技术、电容脱离子技术以及类似的技术。再者，电脱离子设备可基于各种结构形成，例如基于螺旋式结构、板框式结构、环形结构；环形结构含有盘形的电子惰性隔离片，隔离片带有中心孔和上、下表面。Rychen等人拥有的5,376,253号美国专利对螺旋式结构进行了说明；DiMascio等人拥有的5,858,191号美国专利对板框式结构进行了说明；Liang等人拥有的5,292,422号美国专利对环形结构进行了说明，这些专利的全文在此通过引证被并入本文。

现在参见图1，常规的电脱离子设备10由一级流动室12组成，该流动室的两边是电极9和电极11。与端板13相邻的是端基封闭单元17，该端基封闭单元容纳电极9和所需的歧管装置。电极隔离片18与端基封闭单元17相邻，隔离片含有筛网19，当流体流过电极隔离片18时，筛网19使液体的流动达到湍流状态。离子渗透膜20与电极隔离板18的周边形成密封连接。由柔性材料构成的隔离片22含有筛网24。这些隔离片和筛网24以及离子交换膜构成了电脱离子设备的离子浓缩室。

脱离子室包括离子渗透膜26、离子渗透膜30以及由刚性材料28构成的隔离片。离子渗透膜26和30在隔离片28相对的两个平面上与隔离片28的周边32形成密封连接。离子交换树脂球34盛放在中央的空心中，空心中还有加强肋(未画出)，离子交换树脂球34由离子渗透膜26和30所固定。在工段12中所要净化的液体至少流过一个含有隔离板22和28以及离子渗透膜26和30的单元。为了在工段12中获得合理的液体流通能力，在工段12中通常包括5～250个含有隔离板22和28以及离子渗透膜26和36的单元。由柔性材料构成的隔离板38以及筛网24和离子交换膜40构成了离子浓缩室。电极隔离板42与容纳电极11的端基封闭单元44相邻。端板50与端基封闭单元电极元件相邻，该端基封闭单元电极元件位于与电极隔离板42相邻的电极元件的对面。连杆56、58、60以及第4个连杆(未在图中绘出)贯穿整个设备10，从而将设备中的各个单元固定在其相应的位置上。

现在参见图2，该图是常规端基封闭单元44和电极11的分解图。端基封闭单元带有电解液进料入口70以及电解液废料出口72。电极11带有接头85，该接头与图2详细局部图所示的外部电接头87相接触。端基封闭单元44包括脱离子室的入口62和出口64以及离子浓缩室的入口65、66和出口63、68。

常规刚性端基封闭单元通常由固体介电材料构成，这些介电材料可以是玻璃、陶瓷、熔凝硅石或诸如聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、发泡聚丙烯、玻璃纤维增强聚丙烯\聚砜、聚苯乙烯、聚丁二烯、三聚氰胺、聚(酚醛)树脂、聚四氟乙烯或聚丙烯酸醚酮这样的刚性有机聚合物。刚性端基封闭单元通常是从较大的刚性材料板上切割下来，然后再通过机械加工制成平面制成品。刚性端基封闭单元上通常带有机械加工出来的通孔，连杆放置在这些通孔中。由于常规的端基封闭单元是刚性的，所以在每个通孔的周围通常带有密封圈，这些密封圈可以避免从脱离子室或离子浓缩室漏出的液体造成电流短路。带有螺纹的通孔通常由机械加工而成，这些通孔与入口和出口接头相连，当与相应的外来管道相连时，入口及出口接头还通常使用单独的垫片。通过机械加工还可得到另外的通孔，该通孔与电极的接头相连。

图3表明了液体及离子穿过常规电脱离子设备或模块的通道的截面示意图。电脱离子设备110至少包括一个脱离子室112和一个离子浓缩室114。脱离子室通常由阳极液室116和阴极液室118所围成。端基封闭单元(未在图3中表明)与端板相邻，端基封闭单元容纳各流体处理室中的阳极120和阴极122。这些流体处理室通常由阳离子选择膜124和阴离子选择膜126所围成，这两种膜通常与流体处理室两侧的周边形成密封连接。这些阳离子选择膜及阴离子选择膜通常是由聚烯烃构成的异质膜，这些膜通常通过热塑过程在加热和压力下被挤压成复合材板。

电活性介质通常位于离子渗透膜124和126之间的中央隔离区内。离子浓缩室通常装有阳离子交换树脂128、分层的阳离子及阴离子交换树脂(未在图中表明)或混合在一起的阴离子和阳离子交换树脂(未在图中表明)。脱离子室通常装有交替存在的阳离子交换树脂层128和阴离子交换树脂层130，或装有混合的阴离子和阳离子树脂(未在图中表明)。

所要净化的液体至少穿过电脱离子设备中的一对单元，其中电脱离子设备包括脱离子室112和离子浓缩室114。此外，电脱离子设备可含有一个或多个工段。在优选情况下，在每个工段中，阴极位于一组脱离子室和离子浓缩室的一端，而阳极位于另一端。每个阳极和阴极可由导电材料制成，并带有离子渗透膜以及端基封闭单元。每个工段的其余部分可包括一系列交替存在的脱离子室和离子浓缩室。值得注意的是，除交替存在的脱离子室和离子浓缩室这种结构外，其他类型的结构也可以考虑。举例而言，每个工段可包括一系列或一对交替存在的脱离子室和离子浓缩室，这样，两个脱离子室可相邻而置，并且围住一个离子浓缩室；或者两个或更多相邻的离子浓缩室与两个或更多的脱离子室相邻。

电脱离子装置所处理的液体通常是进料水，这些进料水要被净化或脱除可电离的物质，进料水可并行通过每一装置段的每个脱离子室，从而将离子脱除到离子浓缩室的第二种液体中去。脱离子室中流动方向可以与邻近脱离子室或离子浓缩室中的流动方向相同，也可以相反。如果电脱离了装置有许多级，则来自上一级经过脱除的液体可直接进入到邻近的上一级或下一级的脱离子室中。另外，液体可导入到含有第二级或任何以后级的对流方式脱离子室中。

在典型的操作中，所要净化的进料水通常含有已溶解的、可溶解的或可电离的阳离或阴离子组分或物质。进料水经过脱离子室112，在脱离子室中阳离子组分被吸引到阳离子交换树脂128上，阴离子组分被吸引到阴离子交换树脂130上。在优选情况下，电场是通过位于装置单元两端的电极120和122所施加的。电流方向通常与流体流动方向相垂直，这样可使溶解的阳离子组分和阴离子组分从离子交换树脂层向吸引它们的相应电极迁移。阳离子组分通常穿过阳离子选择膜124而进入到离子浓缩室114。阴离子选择膜126通常位于离子浓缩离的对面，阴离子选择膜可以防止或阻止阳离子组分的进一步迁移，从而将阳离子组分留在了离子浓缩室。

阴离子组分的传递过程与阳离子组分的传递过程相似，只是方向相反。阴离子组分通常穿过阴离子选择膜而进入到离子浓缩室，阳离子选择膜通常位于离子浓缩室的另一侧，阳离子选择膜可以防止或阻止阴离子的进一步迁移，并由此将阴离子留在了离子浓缩室中。当液体流过装置单元时，离子组分在脱离子室中被脱除，并在离子浓缩室中累积，因此产生了高纯度的产品物流和浓缩物流。

图4-6表明了本发明中端基封闭单元的某一实施方案。端基封闭单元包括第一表面142和第二表面144。当安装到电脱离子装置上时，端基封闭单元的第一表面142与垫片148和电极150相接触，端基封闭单元的第二表面144与端板146相接触，垫片148环绕在电极150的外围，从而形成流体室。端基封闭单元可由任何的弹性材料制成，这种弹性材料与电脱离子装置中的流体物体是兼容的。此外，这种弹性材料通常被制成特定的尺寸和形状，从而支撑电极以及电脱离子装置中的各种连接件。具体的弹性材料包括各种热塑弹性材料，例如包括苯乙烯共聚物、共聚酯、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、烯烃类热塑弹性体以及热塑橡皮，但弹性材料并不局限于这些物质。可用于本发明的热塑弹性体可通过商业渠道购买，这些可买到的热塑弹性体包括SOFTFLEX树脂(Network聚合物公司，Akron，俄亥俄卅)、STARFLEX^树脂(Star热塑合金橡胶公司，Glen View，伊利诺斯卅)、VERSALLOY^XL9000-树脂(Rohm Haas公司，费城，宾西法尼亚洲)、ESTANE^树脂(BFGoodrich公司，克利佛兰，俄亥俄卅)以及SANTOPRENE树脂(应用弹性体系统公司，Akron，俄亥俄卅)。在优选实施方案中，端基封闭单元是由SANTOPRENE^三元橡胶和聚丙烯的混合材料制成的。在某一实施方案中，弹性材料的肖氏A级硬度约在40～90之间，优选的硬度约在50～80之间，更理想的硬度约在60～75之间，材料的硬度由TPE-0169(ASTMD2240)测定法来测定。端基封闭单元应具有足够的硬度，从而防止模制成形的端基封闭单元在受压的情况下出现流变。如果硬度太低，则端基封闭单元易受压力的影响，如果在运输或电脱离子装置使用过程中装置的元件发生离位，则会导致密封泄漏。另一方面，如果弹性材料的硬度太高，则端基封闭单元不会被压紧，因而形成不了紧密的密封。除硬度之外，还应该认识到的是，可使用聚合树脂添加剂来使弹性材料保持所需的弹性及柔性；聚合树脂添加剂例如可是增塑剂，但添加剂并不局限于增塑剂。根据所要净化的流体，在食品或制药领域中通常希望使用美国食品及药品管理署所批准使用的端基封闭单元制造材料，在饮用水领域中使用美国国家卫生基金会所批准使用的端基封闭单元制造材料。

对于特定的电脱离子设备而言，端基封闭元件138可模制成任意的厚度、大小及形状。举例而言，端基封闭元件可以是环形的，从而与60/329,296号美国临时专利申请所描述的环形端板相匹配；该临时专利申请的标题为“电脱离子设备及其制造和使用方法”，于2001年10月15日提交，其全文在此通过引证被并入本文。端基封闭元件的厚度通常由模制过程的参数、端基封闭元件的机械性能要求以及在该厚度下该弹性材料形成密封的能力所决定。厚度可以在约0.06～2英吋之间变动。在本发明某一实施方案中，端基封闭元件的厚度小于0.75英吋。在另一实施方案中，端基封闭元件的厚度小于0.5英吋，优选的厚度小于0.25英吋，更适合的厚度约小于0.18英吋，最优选的厚度是约小于0.12英吋。

正如图4-10所示的，端基封闭元件138含有多个通道152、182、200和214，这些通道从第一表面142延伸到第二表面144。图5表明了含有多个通道152的端基封闭元件138；这些通道可使邻近的流体处理室与入口/出口接头154之间有流体流动。为了防止处理室所漏出的流体接触到电气元件，设备要求有密封的流体连接方式或密封措施。接头154可由任何刚性材料制成，该刚性材料适合于制造与电脱离子设备进口端相连的流体连接部件。举例而言，接头可以是金属材质的、塑料材质的、玻璃填充塑料的、矿物填充塑料的、泡沫塑料的、或由这些材料组合制成的。具体的聚合材料包括聚砜、聚苯醚、聚亚苯基醚、氯化聚(氯乙烯)、对聚苯硫、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚酰胺-酰亚胺、聚苯并咪唑以及这些聚合物的混合物，但具体的聚合材料并不局限于这些聚合物。一种通过商业渠道可购得的，且适合制作接头的材料是Slovay工程聚合物公司(Auburn Hills，密歇根州)生产的READEL^R-5100型聚苯基砜。接头可从金属棒材通过机械加工制造，或者通过铸造或模制而得。在某一实施方案中，制造接头154的刚性材料与被处理流体是兼容的。在优选实施方案中，接头是由玻璃填充聚丙烯模制而成的。

接头154的外观形状可根据具体应用中所需的类型而定。图6表明了接头154的某一实施方案，图6中的接头154包括第一端158、第二端160以及流孔162，流孔162从第一端158延伸到第二端160。接头154可以与带有相匹配连接端的外部管线相连。例如，接头154可含有平行的或渐缩的侧壁170。侧壁170的外表面或内表面可带有螺纹，或者可以与带有螺纹的相匹配接头对接起来。在另一实施方案中，接头154可采用法兰形式或是清洁的接头。

如图6所示，接头154还可带有法兰164，当接头安装在端板146和端基封闭元件138之间时，法兰164从第一端158向外延伸到端板146的连接法兰盘166。法兰164还可带有凸出部分168，该凸出部分围绕着接头流孔162，当接头安装到端板146和端基封闭元件138之间时，该凸出部分抵压住端基封闭元件138，从而与端基封闭元件138形成牢固的流体密封结构。另外，图7表明了接头154与端基封闭元件138之间存在的密封元件另一实施方案的截面图。如图7所示，法兰164可与凸出的周边部分172相接触，周边部分172与端基封闭元件138的通道152相邻，当安装时，凸出的周边部分172会抵压住法兰164。其他类型的流体密封结构也可以加以考虑，比如法兰164或端基封闭元件138带有凸出部分168，该凸出部分168与相应的端基封闭元件138或法兰164上的沟槽(未在图中画出)相配合。

同样，如图4所示，端基封闭元件138在其密封面外侧上带有一个或多个通道214。电脱离子装置的元件位于这些通道内，如电气接头位于这些通道内。在优选的实施方案中，由于在密封区域之外并不需要严密的流体密封，所以端基封闭元件上与一个或多个通道相邻的第一表面和第二表面可以与各自的平面相平贴。

图8是本发明中端基封闭元件某一优选实施方案的截面图，图中的端基封闭元件带有嵌套模制的接头或外部模制的接头。端基封闭元件138带有凸起的周边部分176，该凸起周边部分从第二表面144延伸出来，与通道152相邻，并与接头154的内壁180相接触。凸起的周边部分176可延伸过接头154的第二端160，凸起周边部分的外侧与接头的第二端相抵，形成凸缘178，当与外部接头对接时，凸缘178起到垫片的作用。凸缘178可以与第二端160的整个表面相接触或结合在一起，或与该表面的一部分相接触或相结合。另外，凸缘178还可包括向外延伸的第一凸出部分(未在图中表明)和/或第二凸出部分，第二凸出部分延伸到与之相配的沟槽中，该沟槽位于接头的第二端160上。端基封闭元件138的第一表面142还包括与通道152相邻的凸起部分210，当安装时，该凸起部分压住垫片146。由于凸缘178和凸起部分210是端基封闭元件138的整体组成部分，所没有必要再使用传统端基封闭单元所用的单独密封件，比如没有必要再使用垫片和/或O形环这些密封件。由于不再使用单独的密封件，所以减少了制造过程中的处理工序，从而简化了装配过程，减少了零件库存量以及与电脱离子设备制造相关的劳动成本。此外，由于整体模制的凸缘178和凸起部分210在装配过程会保证位置不发生变化，所以凸缘178和凸起部分210比单独的垫片和O形环具有更佳的密封效果。

在优选实施方案中，在端基封闭元件的制造过程中，接头154是嵌套模制的或外部模制的。在制造过程中，接头最初是单独制作的。当采用聚合物材料制作接头时，制作方法可采用注模法，当采用金属材料制作接头时，制作方法可采用机械加工法。该接头也被称为“预成型坯”，该接头在弹性材料注入到模具之前被放置到端基封闭元件的制造模具中。这样可使弹性材料在接头所要求的表面周围成形和固化，比如在接头接触流体的表面周围成形和固化。由于端基封闭单元材料覆盖了接头的内壁，所以接头可由任何结构上适合的材料制成，接头材料与电脱离子设备所处理流体是否兼容可不予考虑。在优选实施方案中，接头可由所需的结构牢固的材料制成，比如由玻璃填充的聚丙烯制成，但接头制造材料并不局限于玻璃材质填充的聚丙烯。由于采用了在接头外部进行模制的制造工艺，所以降低或消除了玻璃纤维对所处理的流体造成污染的可能性。

在外部模制过程中，可针对弹性材料与接头材料的兼容性而对弹性材料和接头制造材料进行选择。如果嵌套材料与弹性材料是兼容的。则这两种材料的界面会出现热结合或化学结合。在将嵌套元件放入端基封闭元件制造模具之前对嵌套元件进行预热可以改善嵌套元件与弹性材料之间的结合效果。在优选实施方案中，乙烯、丙烯、丁烯及聚丙烯的混合物被模制到接头的外部，从而使接头与端基封闭元件结合在一起，其中接头是由玻璃材质填充的聚丙烯材料制成的。一般认为，接头与端基封闭单元材料发生了局部的融合，这一融合现象并不与特定的理论有关。接头内壁表面上的玻璃会导致与端基封闭单元材料相结合的面积增大，这一点是有理论基础的。接头与端基封闭单元材料的结合形成了牢固的流体密封，从而避免了在与外部接头对接时接头出现滑脱。在如图8所示的另一实施方案中，接头154还包括连接片174，该连接片从法兰160延伸到第二端160。当装配时，连接片174位于端板146的相应凹槽内，当与外来管道相连时，连接片174可对接头154产生扭矩阻力，连接片174可以与预制成形的接头结为一体，但不是必须结为一体。

如果嵌入件与弹性材料不兼容，则在嵌入件在放入端基封闭元件制造模具之前应在嵌入件的表面施用粘接剂和/或底料，从而确保嵌入件与弹性材料形成可接受的结合。另外，嵌入件表面可设有连接片、沟槽或细长的豁口，从而确保嵌入件与弹性材料之间形成机械互锁。

在另一未表明的实施方案中，预制的接头可插到预制端基封闭元件的凸起周边部分上。在这一实施方案中，希望有一种结构能够在未结合在一起的接头和端基封闭元件之间形成扭矩。这种结构可以以接头凸出部分的形式出现。这一凸出部分与端基封闭元件上凸起周边部分上的凹口相对接。另外，端基封闭元件凸起周边部分上的凸出部位与接头上相应的凹口相对接。

图9是某一实施方案的截面图，该图表明了电极连接件与本发明中端基封闭元件之间的密封结构。在优选实施方案中，端基封闭元件138的第一表面142含有仿形凹槽(未表明)来容纳电极150。该仿形凹槽的轮廓与电极150的形状互补，并可容纳电极150的一部分或全部容纳电极150。如图4所示，端基封闭元件的第二表面144含有相应的仿形凸起部分216(未在图中表明)，这一凸起部分216的轮廓与第一表面上的仿形凹槽轮廓一致。在这一实施方案中，仿形凸起部分216可被容纳在端板146的相应仿形凹槽(未表明)中。

如图9所示，端基封闭元件138带有通道182，通道182从凹槽延伸穿过端基封闭元件本体而到达端基封闭元件的第二表面，通道182接纳电极接头190。端基封闭元件138带有与通道182相邻的凸起周边部分184，凸起的周边部分184还包括凸缘186，该凸缘186向内延伸至电极接头190。第一表面142还可带有与通道182相邻的内凹周边部分(未在图中表明)，这一内凹周边部分构成了端基封闭元件138与电极接头190之间的密封。除第一表面上的内凹周边部分外，第二表面可带有与通道182相邻的内凹周边部分(未在图中表明)。第一表面及第二表面上的内凹周边部分构成了与电极接头之间的密封。在优选的实施方案中，具有缩口结构208的卡圈192将凸缘186压在电极接头190上。卡圈192可通过机械方式上紧，比如通过电极接头190上的螺母194上紧。还可考虑使用其他类型的机械方式将凸缘186压在电极接头190上，例如使用夹合装置、扣件、固定环及螺纹卡箍将凸缘186压在电极接头190上。

图10是连杆220与本发明端基封闭元件之间密封结构实施方案的截面图，连杆220位于连杆套管198内。正如这一技术领域所知的，连杆被用来压住和固定电脱离子设备的各种部件。同时还希望用不导电的套管来包裹住连杆，并在套管周围形成牢固的流体密封，从而防止流体处理室所泄漏出的流体接触到某些部件，尤其是要防止漏出的流体接触到电极接头。在本发明的某一实施方案中，端基封闭元件138含有通道200，该通道200穿过端基封闭元件，从第一表面142到达第二表面144。第一表面142带有至少与一条通道200相邻的内凹周边部分210。除了第一表面带有凹陷的周边部分外，第二表面可带有至少与一条通道200相邻的内凹周边部分212。第一表面和第二表面上的内凹周边部分构成了与连杆套管198之间的密封。端基封闭元件138的第一表面142还可含有凸出的周边部分204，该凸出的周边至少与一条通道200相邻。通道200向隔离片148延伸。第一表面144还可含有凸出的周边部分206，该凸出的周边部分至少与多条通道200中的一条相邻，通道200向端板146延伸。在优选的实施方案中，端基封闭元件138含有内凹的周边部分210、212以及凸出的周边部分204、206，这些周边部分至少与多条通道中的一条相邻，并分别抵压住相邻的表面，从而形成了与连杆套管、隔离板以及端板之间的密封。连杆所具有的形状适用于所需应用场合，例如连杆可以是圆柱形或长方体形状的连杆。如图5所示，电脱离设备使用到了多个连杆。

此外，本发明中的端基封闭元件可采用图4-10所示的通道组合。举例而言，在图11所示的一个实施方案中，容纳电极(阳极)的端基封闭元件138含有通道182以及多个通道200；通道182容纳电极接头190，通道200容纳定位于连杆套管中的连杆。容纳着另一个电极(阴极)的端基封闭元件138含有通道182、多个通道200和至少两个通道152。其中通道182容纳电极接头190；通道200容纳连杆；通道152中至少一个通道作为图4所示电脱离子设备的入口，另一个作为电脱离子设备的出口。

图12是图4所示端基封闭元件的透视图，该图表明了与通道182和通道200相邻的多个凸出周边部分以及与入口/出口相邻的接头154。图13是图11所示端基封闭元件的透视图，图中表明了多个与通道182和通道200相邻的凸起周边部分。

在本发明中另一实施方案中，通过模制的方法在端板的外部浇铸上弹性材料，从而使端板与端基封闭元件结合起来。端板可以完全被弹性材料所覆盖。另外，端板也可以被部分覆盖，比如端板的一侧被弹性材料所覆盖，或者通道也被弹性材料所覆盖，从而将端板与工作流体隔离开。端板可由适当的结构材料制造，比如由金属及聚合材料制造，这些制造材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚丙烯酸醚酮、苯乙烯—丙烯精、对聚苯硫、环烯烃共聚物、聚亚胺、聚苯醚树脂其及合金；但端板制造材料并不局限于这些物质。一种适合的且可通过商业渠道可以购买到的端板制造材料是PADEL^R-5100对聚苯硫树脂(从Solvay公司购买)。其他适合作为端板制造材料且可通过商业渠道购得的材料包括NORYL^731聚苯醚树脂和NORYL^PX1404聚苯醚树脂(可从GE塑料公司购买)。这些材料可直接通过注模方式而制成端板。

另一种情况是，用来制造端板的材料可以与填充材料相结合，从而增强端板制造材料的机械性能和/或热性能，或者针对特定的用途而使端板制造材料具有所需的性能。具体的填充材料包括长束玻璃纤维、短束玻璃纤维、玻璃小球、云母、碳酸钙、碳黑以及矿物油，但填充材料并不局限于这些物质。其他适于制造端板的材料包括玻璃丝和热固树脂。举例而言，玻璃纤维材质的端板可通过手工方式制造或通过将玻璃纤维喷入到模具中而制成。热固树脂也可以与各种填充材料相复合，从而使端板针对特定的用途而具有所需的性能。

图14和图15表明的是某一实施方案中常规端板300的两侧，该端板300外侧被弹性材料所包裹。在某一实施方案中，覆盖在端板上弹性材料的厚度可在0.06～2英吋左右。端板上覆盖的弹性材料应该达到足够的厚度，这样可使弹性材料层在受到碰击时不致出现破损，例如在搬运和使用过程中不会出现破损。端板上弹性材料的厚度可根据端板的位置而不同。举例而言，与电极相接触的端板表面上的弹性材料层可以比相对的表面上的弹性材料层或位于通道上的弹性材料层厚一些。

端板300包括第一侧面316、第二侧面302、通道304、306、308以及310。第一侧面316与图15所示的电极相对；第二侧面如图14所示；通道304、306、308、310从第一侧面延伸到第二侧面。通道304可使流体在相邻的流体处理室之间以及在电脱离子设备的进/出口间流动。通道306容纳连杆，通道308容纳电极接头。通道310是各种接头延伸到流体密封区之外的通道。端板300在第二侧面302上还包括肋材构架312。

在本发明的某一实施方案中，整个端板300都被弹性材料所覆盖。端板第一侧面上的弹性材料作为端基封闭元件。在该实施方案中，弹性材料覆盖了与工作流体相接触的所有表面，比如覆盖了通道表面，弹性材料还为密封区域内其他的部件提供了密封。举例而言，接头可以与通道304的入口/出口结为一体，并被弹性材料覆盖，从而形成统一的密封效果。同样，通道306和308可带有与通道相邻的凸起周边部分，并带有与端板第一和/或第二侧面上通道相邻的凹陷周边部分。

在另一实施方案中，可选择在端板300的某些表面进行外部注模，从而形成端基封闭单元。举例而言，可选择端板的第一侧面进行外部注模，从而形成端基封闭单元，其中端基封闭单元的第二表面与端板结合在一起，如上所述，接头可以和入口/出口通道结为一体，并进行同样的注模处理。此外，如前面所述的，通道306和通道308也应进行外部注模处理。

图16表明的是全部被弹性材料450所覆盖的端板402，这是端板/端基封闭单元的组合形式400。端板402在通道404的流体入口/出口接头结构上与端板300不同。如图16所示，接头448带有与端板结为一体的法兰416，接头448带有的通道418容纳与外来管道进行连接的连接件，比如容纳螺钉、销钉或螺栓这样的连接件。弹性材料450与构成端板/端基封闭组合体400第一表面422和第二表面424的所有表面相接触。第一表面含有容纳电极(未在图中表明)的凹槽426。当进行安装时，第一表面422压在浓缩隔离板上，第一表面上与凹槽426相邻的凸出部分428在电极周围形成了牢固的流体密封结构。同样，流体入口/出口包括通道404，通道404从第一表面422延伸，穿过接头448。当安装时，与通道404相邻的第一侧面422上的凸出部分412压住浓缩隔离板，从而形成了牢固的流体密封。接头448的法兰416也完全被弹性材料所覆盖，从而形成了从第一表面422延伸出去的凸起周边部分432，该凸起部分与通道404相邻，并接触到通道404的内壁。弹性材料还接触到法兰416的项面，从而形成了凸缘420，当法兰与外部接头对接时，凸缘420起到垫片的作用。从第一表面422延伸到第二表面424的通道406可容纳电极接头，该通道包括凸起的周边部分410。凸起的周边部分410从第一表面422向外延伸，在跨越通道406后继续从第二表面424延伸，到凸缘430截止，凸缘430向内翻，并触及到电极接头(未在图中表明)。通道408从第一表面422延伸到第二表面424，该通道容纳连杆或位于套管中的连杆(未在图中表明)。第二表面含有与通道408相邻的凹陷周边部分414，当安装电脱离子设备时，这可以与连杆套管之间形成密封。如图16所示，在经过外部注模处理后，通道404、406、408都衬有弹性材450，这样就在每个通道的周围形成了牢固的流体密封。

图17表明了端板502部分被弹性材料所覆盖的另一实施方案。第一表面522由端板502的内凹表面532所容纳的弹性材料550构成。通道504从第一表面522延伸，穿过接头548，通道504将来自相邻处理室的流体输送到外来管道(未在图中表明)中。接头548上带有螺纹516，该螺纹516与外来管道上的相应螺纹相配合。与通道504相邻的凸起周边部分546从第一表面522延伸，跨过通道504。凸起周边部分546与通道504的内壁相接触，并穿越接头548，在到达接头548的终端后再向外翻，从而形成了凸缘520，当接头548与外来的管道连接时，凸缘520起到垫片的作用。第一表面522由弹性材料构成，该表面上带有凹陷部分526和凸出部分528，凹陷部分526和凸出部分528分别与端板/端基封闭单元组合单元400的凹陷部分426和凸出部分428相似，凹陷526容纳电极。同样，通道506与图16中的通道406相似。端板502的凹陷表面532含有与通道508相邻的凹陷周边部分534，凹陷周边部分534中含有弹性材料550。凹陷周边部分534中的弹性材料形成了通道508内壁的外延部分，这一外延部分在凸出部分514处结束，并向内翻至通道508。凸出部分514在连杆或连杆套管(未在图中表明)周围形成了牢固的流体密封。

在图18和图19所示的本发明另一实施方案中，环形端板602有一部分被弹性材料650所覆盖。弹性材料650接触到端基封闭单元602的一侧，从而形成了第一表面622，弹性材料650还完全触及通道604、606和608的内壁。在这一实施方案中，容纳连杆或连杆套管的通道608从第一表面622延伸到第二表面624。凸出的周边部分636延伸到通道608中，并接触到通道608的内壁。凸出的周边部分636继续延伸，在超过第二表面624后于凸缘638处终止，然后再向内翻至图9所示的连杆套管626处。端板602还包括环形表面640，该环形表面也被弹性材料所覆盖，并至少带有一个凸出部分652。当进行组装时，至少一个凸出部分652压住容器642的内壁，从而与容器形成了牢固的流体密封。

在另一实施方案中，端板和端基封闭单元可用同一种材料制成，这样就得到了一种单一的端板/端基封闭单元结构。在该实施方案中，端板/端基封闭单元组合形式或由弹性材料模铸而成，这样可使这一组合元件具有足够的结构强度以及足够的硬度，从而与电脱离子设备的其他部分形成密封。

在另一实施方案中，端板和端基封闭单元可采用注模技术制为一体，其中注模技术包括分次注模和共同注模，但注模技术并不局限于这两种技术。例如，在两次注模过程中，注模机配有两套独立的注入系统。与常规的注模工艺相同，第一种材料通过基本注模系统而注入到第一个模具空间中。然后该模具被打开，型芯和基板被送入第二级注模系统中。然后模具再次关闭，从而为第二种材料进入第二级注入系统留出空间。然后第二种材料被注入到模具中，从而形成了一个表面，该表面将第一种材料的全部或部分覆盖住。当整个部分冷却后，将其从模具中取出。在共同注模工艺过程中，两种或多种材料被顺序或同时注入到同一模具中，从而围绕核芯材料而形成一个或多个外壳材料。其他的多组分模制工艺过程也可以使用，这些工艺过程是本技术领域人员已知的。

范例

在电脱离子设备的某一实施方案中，本发明中的端基封闭单元是使用三元橡胶和聚丙烯混合而成的SANTOPRENE树脂模制而成的。在这一实施方案中，端板的整体尺寸约为12英吋宽；23英吋长；厚度约为5/32英吋。

端板的第一表面有凹陷部分来容纳电极。该凹陷部分的尺寸约为4.3英吋×14.8英吋，深度约为0.03英吋。端基封闭单元还含有容纳电极接头的通道。电极接头通道从凹陷部分延伸到端基封闭单元的第二表面上，并带有凸出的周边部分，该凸出的周边部分从第二表面延伸，并与通道相邻，凸出部分的高度约为3/16英吋。第一表面和第二表面均含有与通道相邻的凹陷周边部分。第一表面及第二表面上的凹陷部分与电极接头形成了密封结构。

此外，14个环形连杆通道位于端基封闭单元的外侧周边周围，这些通道从第一表面延伸到第二表面。每个连杆通道都带有凸出的周边部分，该凸出周边部分从第二表面延伸出来，并与每个通道相邻。凸出周边的高度约为3/16英吋，宽度约为3/16英吋。第一表面含有一个与每个连杆通道都相邻的凹陷周边。第一表面及第二表面上的凹陷周边部分分别与位于通道中的连杆套管形成了密封结构。

端基封闭单元还包括四个通道，这四个通道穿过端基封闭单元的本体，从第一表面延伸到第二表面，这四个通道形成了电脱离子设备的入口和出口。每个入口/出口通道含有通过注模工艺而结合到端基封闭单元上的接头。接头由玻璃纤维填充的聚丙烯预制而成，接头包括第一端、第二端以及形成孔道的内壁，第一端带有法兰。每个法兰都与端基封闭单元的第二表面相结合，并与相应的通道相邻，每个接头通道还包括凸出的周边部分，该凸出的周边部分延伸过接头本身，与接头的内壁相结合。每个凸出的周边部分都延伸过了接头的第二端。凸起周边部分会有一个向外延伸的凸缘，该凸缘与接头第二端的整个表面相接触，从而形成了与端基封闭单元结为一体的垫片，该凸缘与接头相结合。接头的外表面上带有螺纹线，该螺纹线与某一接头上相应的螺纹线相配。每个接头还带有一个三通，该三通从法兰延伸到接头的第二端，该三通与法兰和接头的外壁整体模制在一起，其位置在螺纹线的下方。

端基封闭单元在其周边上还带有四个通道，这四个通道通向电脱离子设备工作区域之外的区域。

使用常规的实验方法，本领域的技术人员可对本发明做进一步的修改或与修改等同的变化，所有这些修改和与修改等同的变化均被认为在本发明的原理及范围之内，本发明的原理及范围由以下的权利要求所限定。

Claims (38)

1.一种电脱离子设备，该设备至少含有一个由弹性材料制成的端基封闭单元。

2.如权利要求1中的电脱离子设备，其中弹性材料的肖氏A级硬度约在40～90之间。

3.如权利要求2中的电脱离子设备，其中弹性材料的肖氏A级硬度约在50～80之间。

4.如权利要求2中的电脱离子设备，其中弹性材料是乙烯、丙烯、丁烯三元橡胶。

5.如权利要求1中的电脱离子设备，其中至少一个端基封闭单元包括第一表面和第二表面；第一表面与电极相邻，第二表面与端板相邻。

6.如权利要求5中的电脱离子设备，其中至少一个端基封闭单元还包括多个通道。

7.如权利要求6中的电脱离子设备，其中多个通道至少包括一个入口以及至少一个出口。

8.如权利要求5中的电脱离子设备，其中多条通道中至少有一条通道含有与第一表面相邻的凹陷周边部分。

9.如权利要求5中的电脱离子设备，其中多条通道中至少有一条通道含有从第二表面延伸出来的凸起周边部分。

10.如权利要求5中的电脱离子设备，其中多条通道中至少有一条通道含有从第一表面延伸出来的凸起周边部分。

11.如权利要求7中的电脱离子设备，其中第一表面含有凹陷部分，该凹陷部分被用来容纳至少电极的一部分。

12.如权利要求7中的电脱离子设备，其中至少一个入口和至少一个出口是由从第二表面延伸出来的凸出部分形成的。

13.如权利要求12中的电脱离子设备，其中端基封闭单元还包括至少一个接头，该接头由以下一组塑料中的物质制成：玻璃材质填充的塑料、矿物填充的塑料、泡沫塑料以及这些材料的组合物料。

14.如权利要求13中的电脱离子设备，其中至少一个接头与凸出部分相结合，该凸出部分至少构成了一个入口或一个出口。

15.如权利要求14中的电脱离子设备，其中至少一个接头还包括使电脱离子设备固定在某一使用位置的部件。

16.如权利要求13中的电脱离子设备，其中的塑料是聚丙烯。

17.如权利要求5中的电脱离子设备，其中端基封闭单元第一表面和第二表面间的厚度约小于0.75英吋。

18.如权利要求17中的电脱离子设备，其中端基封闭单元第一表面和第二表面间的厚度约小于0.25英吋。

19.如权利要求18中的电脱离子设备，其中端基封闭单元第一表面和第二表面间的厚度约小于0.18英吋。

20.如权利要求19中的电脱离子设备，其中端基封闭单元第一表面和第二表面间的厚度约在0.06英吋至约0.12英吋之间。

21.一种电脱离子设备，该设备包括：

脱离子室；

离子浓缩室；

带有第一表面和第二表面的端基封闭单元，第一表面与电极相邻，第二表面与端板相邻，端基封闭单元是由弹性材料制成的。

22.如权利要求21中的电脱离子设备，其中还包括多个通道。

23.如权利要求22中的电脱离子设备，其中多个通道至少包括一个入口和至少一个出口。

24.如权利要求22中的电脱离子设备，其中还包括多个连杆，其中端基封闭单元还包括端基封闭单元与多个连杆间的紧密流体密封结构。

25.如权利要求22中的电脱离子设备，其中端基封闭单元包括端基封闭单元与电极之间的紧密流体密封结构，还包括接头与电极间的紧密流体密封结构。

26.如权利要求25中的电脱离子设备，其中端基封闭单元的第一表面包括凹陷部分，该凹陷部分用于容纳电极。

27.如权利要求25中的电脱离子设备，其中还包括至少一个接头，其中端基封闭单元包括端基封闭单元与接头之间的紧密流体密封结构。

28.如权利要求27中的电脱离子设备，其中端基封闭单元还至少含有一个接头与使用位置或流体进入点之间的紧密流体密封结构。

29.如权利要求21中的电脱离子设备，其中弹性材料的肖氏A级硬度约在40～90之间。

30.如权利要求29中的电脱离子设备，其中弹性材料的肖氏A级硬度约在50～80之间。

31.如权利要求28中的电脱离子设备，其中至少一个接头由以下一组塑料中的物质制成：玻璃材质填充的塑料、矿物填充的塑料、泡沫塑料以及这些材料的组合物料。

32.如权利要求31中的电脱离子设备，其中的塑料是聚丙烯。

33.如权利要求21中的电脱离子设备，其中端板由弹性材料制成。

34.如权利要求21中的电脱离子设备，其中端基封闭单元的第二表面与端板相结合。

35.如权利要求34中的电脱离子设备，其中端板被弹性材料所覆盖。

36.一种电脱离子设备，该设备中至少一个端板被弹性材料所包裹。

37.如权利要求36中的电脱离子设备，其中至少有一个端板部分地被弹性材料所覆盖。

38.如权利要求36中的电脱离子设备，其中至少有一个端板全部被弹性材料所覆盖。

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