CN1898416A - 螺旋电去离子装置及其部件 - Google Patents

Abstract

一种包括螺旋形池内的流径的螺旋电去离子装置，所述路径形成了延长路径的迷宫件。膜间的不可渗透的隔障防止供给物和浓缩物流产生混合。沿流径各部分或位于流径各部分之间的密封件可限定出多级段装置，对于不同级段存在独立的供给装置和/或浓缩物流，和/或引导所述供给物和浓缩物流沿优选方向流动，所述优选方向可相对于彼此成同向流、反向流或交叉流。浓缩物隔室中的条带(BB)可引导成垢物质沿不同区域中的独立路径移动以使得不会发生结垢，且可通过沿穿过不同单型树脂层的轴向方向布置所述供给物流而增强物质的分离作用，所述树脂增强了输运物质进入一个所述浓缩物区域内的作用和/或阻碍互补密封剂物质在该区域中的输运。

Description

螺旋电去离子装置及其部件

技术领域

本发明涉及用于对流体进行脱矿质处理的方法和装置且涉及过滤或处理筒或模块，所述过滤或处理筒或模块具有大体上圆柱形的外形且被构造具有多层螺旋卷绕的选择性渗透膜。本发明具体而言涉及电渗析和电去离子装置，其中所述膜具有离子选择性，且所述装置包括通过离子传导而致使物质输运穿过所述膜的电极。

背景技术

通常，电渗析(ED)和所谓电去离子(EDI)装置通过提供一种布置流道以使得待处理的供给流体流在两个相反交换类型的离子交换膜之间流动的结构而进行操作，同时沿横向于所述流的方向将电位施加在膜上以保持对供给流体进行脱矿质处理的离子电流，从而使来自供给流体的可离子化的物质在一条通道中移动、穿过膜并且进入相邻通道内，由此由供给物产生脱矿质产物流。隔板使相继膜隔开设置以限定出流体处理通道或“稀释物”流动空间。

通常被称作电去离子(EDI)装置的电渗析(ED)装置的子类装置进一步包括通常为珠粒或毡垫的离子交换材料的填充料作为流处理通道内且在某些构造中作为相邻矿物接收通道内的可渗流填充料。交换材料在处理通道或池中的存在增大了活性流体相互作用面积且增强了从供给物中捕获离子的能力，且提供了用于将捕获的离子输运至且穿过周围膜的具有良好的导电率和离子传导率的固定传递介质。该构造提供了沿相对较短的流径从流中有效地分离出多种溶解材料的强有力且有效的机制。通过水分裂连续地保持离子交换材料处于至少部分再生(活性)的状态。

多年以来，这些单元的开发者对具有多种流道几何形状和流速、限定出不同的固定或均匀渐进厚度的池的多个膜以及分布成多种局部图案(如条纹、条带、特定单型或混合床)及其它变型的多种离子交换填料的电渗析和电去离子装置的适用性和操作特征进行了探索。对于某些应用情况，已经描述了具有特定吸附、催化或其它性质的珠粒的使用以稳定操作特征或实现其它处理方面。

在这些装置中，供给流体一次或多次地流动通过“稀释物”空间或池，丢弃其离子从而变为大体上脱矿质或处理的产物流，而在相邻的“浓缩物”或“盐水”池中的独立流体接收通过离子传导作用自供给物中脱离出来并通过膜的矿物质以及可通过膜的这种非离子小分子。电渗析和电去离子单元的多种物理实施方式是已公知的。在历史上，大多数商用装置，具体而言为电去离子装置，采用基于平板“叠堆”-通过在端板之间叠置大体上长方形的膜、隔板和筛网-共同地形成多个池-形成的多池布置-的结构，所述结构具有电极和通常位于叠堆端部处的管口或歧管。历史上，相似的圆盘形池的叠堆是已公知的。除了这些“叠堆”构造之外，还描述了多种公开情况，且多个公司在商业上出售圆柱形状的电渗析或电去离子装置，所述装置具有在螺旋卷绕在管道或芯部周围的离子交换膜之间形成的池。这些装置具有位于径向内部位置和外部位置处的电极以在圆柱形装置的芯部与外壳之间施加大体上径向的电场。

电渗析(未填充)装置已在处理多种食品工业流体方面得到应用。与螺旋电渗析或电去离子单元相似的绕卷螺旋构造长期以来也用于制造与营养流体供给流或发酵产物流的一起使用的交叉流动反渗透(RO)、微过滤(MF)和其它类型的过滤/分离模块，因此螺旋结构由于其流动动力学特征、管道设备需求、处理升高压力的能力和其它所希望的性质而为该工业广泛接受。这些其它的螺旋卷绕过滤装置通常依靠升高的压力驱动过滤工艺或驱动产物通过膜，而不是依靠电位输运可离子化的组分穿过膜。这种螺旋过滤器构造通常仅允许小的偏差，且能够在不使膜破裂的情况下维持高压力。申请人相信螺旋电去离子构造可潜在地拥有所希望地允许增加产量、更长更有效的处理路径长度或其它改进的性质的耐压构造。

在所公开或商业上推广的螺旋电渗析和电去离子产品中，US2,741,591中所示的Ionics，Incorporated的早期实例描述了与内电极和外电极相关且相对于彼此的相应的稀释物流和浓缩物的多个流向。瑞士的Christ，A.G.公司新近推出了螺旋电去离子装置，所述装置的实例被示于题目为对水溶液进行连续电化学脱盐处理的设备且发明人为Rychem等的所述公司的美国专利No.5,376,253中。该专利中所示的构造是具有内电极和外电极的螺旋卷绕电去离子构造，所述构造的流体处理稀释物池密封到内电极的壁部上且通往所述内电极内(所述内电极也用作中心流管)，且所述构造的浓缩物池通往形成对电极的周围圆柱形壁部。

最初在中国开发出的另一种商用的螺旋结构电去离子单元采用填充网格的卷绕浓缩物封套且在卷绕部之间提供轴向稀释物流。该装置由Houston，Texas的Omexell，Inc.在美国出售。Omexell装置被示于发明人为Xiang Li和Gou-Lin Luo的美国专利6,190,528中。在该构造中，中心管道既是电极又是配水器，而卷绕金属条或金属丝形成外电极。围绕网格薄板的两个膜在没有任何交换珠粒填料的情况下形成封套，且封套螺旋卷绕在中心管道周围以形成装置的浓缩物流动空间。封套的相继绕匝之间的交替区域被填充以离子交换树脂珠粒从而构成稀释物通道。输入的供给流和处理的输出产物从圆柱体的一端向另一端沿轴向行进通过填充交换珠粒的空间，而浓缩物从产物供给入口(前述′528专利的图4中所示的实施例#2)或从沿一半中心电极/管道的狭槽(该专利的图1至图3所示的实施例#1)，沿螺旋状路径通过卷绕浓缩物封套并进入(或返回进入)中心电极/管道内。因此，Omexell构造使膜/隔板/膜浓缩物封套卷绕，且以树脂填充卷绕部之间的空间从而形成稀释物通路。树脂填料据称是可更换的。

一些螺旋电去离子装置可采用中心管道作为电极，所述电极兼作流体歧管。早期平板电去离子叠堆的稀释物和浓缩物流被布置在平行平面中但彼此成直角，或相对于彼此成弯曲角度，而多种现代平板矩形或长方形电去离子叠堆现在被构造以使得稀释物和浓缩物流被布置在紧密隔开的平行板片中成为共向电流或反向电流布置。螺旋电去离子装置倾向于将两条流路的主要部分布置成交叉电流，且一条流是轴向的且另一条流沿依循限定出稀释物和/或盐水池的膜封套的螺旋轮廓的球形螺旋状路径与轴线局部相交。螺旋结构允许限定出两种流体不同的相对路径长度和流速(例如，轴向路径可短于螺旋路径)，且可允许在其它方面具有超越夹持板叠堆设计的一些柔性或优点，如再填充或再磨光的简易性。

Omexell螺旋电去离子构造被宣传为易于长期使用，且′528专利中提到通过打开圆柱体端部、吹出交换珠粒并且进行再填充而每天更换稀释物池交换珠粒。该公司已经提交了大量专利申请。通过与应用于上面提到的常规矩形叠堆构造的情况进行对比，对′528专利的构造中珠粒的这种可达性加以宣传以实现促销产品的目的，在所述常规矩形叠堆构造中，交换珠粒的独立更换通常是相当麻烦的(例如，需要对叠堆进行拆解和再组装，或需要复杂的置空和填充方法)，或要不然是不可行的(由于稀释物池分别被成形为不可打开的离散的永久密封的封套池)。然而，从′528专利或商用产品描述中不完全清楚认为有必要更换珠粒的原因。可能的情况是，作为在研发早期阶段由第三方草拟的一份简要技术描述，所述专利包含错误描述。还可能的情况是，在中国依靠离子交换床进行初级水处理的一般惯例影响了发明人在′528专利中强调交换珠粒的可更换性，以使得新的电去离子技术不会被视为未证实和不同的技术，而简单地被视为包括定期更新离子交换床的受到认可且证实的处理的改进形式。然而，还可能的是，′528专利所述的装置由于局部水中存在的矿物质(如钙和硅石)以及装置内的流体流和电场本质的原因而易于结垢，且在该特定背景中树脂更换是有必要的。

四十或五十年前已经首次开发出了电去离子单元。在该发展的历史早期阶段，珠粒填料通常或多或少易于得到，且人们可不时频繁地独立更换珠粒或使珠粒再生以获得所需的处理程度。这允许处理方案部分依靠珠粒储存容量(类似于常规离子交换床的储存容量)以容纳部分的去除负荷或有效地去除某些移动性更差的离子。然而，通常情况下，现代叠堆和电去离子装置被设计以在不进行拆解或更换树脂的情况下在延长的时间(达几年的时期)内进行操作。在操作过程中，使一部分交换珠粒填料进行连续电再生，且装置在稳定状态下操作。尽管规定了某些供给水质量标准以确保长期稳定性，但是可执行不定期的总再生和/或清洗或反向循环以解决垢状积聚或性能恶化，且防止任何积垢和结垢不可逆地损害操作过程。

不用对一般性或具体构造进行进一步详述，可以说叠堆和螺旋结构的电去离子构造依靠通过交换珠粒捕获离子和将捕获的离子输运通过一个或多个珠粒链条到达或更接近交换膜，所述交换膜实际上传递离子离开供给流/稀释物路径且从所述供给流/稀释物路径中分离出离子。交换珠粒得以连续再生(例如通过由于水分离作用在高场强度的位置，如非均质珠粒/珠粒或珠粒/膜联结处，形成的水合氢离子或氢氧离子)，且通常对装置进行设置以使其在给定供给下在稳定状态操作达延长的时期。然而，速度或流分配特征以及控制所有这些效应的其它因素使得可能在使用中同时出现高浓度特定离子、极端pH或流滞等条件，且这些条件的某些组合可能引起控制问题、降低处理效率或程度，或带来引入不可逆膜损伤和/或在装置内局部发生树脂或膜结垢的风险。流池的尺寸和几何形状、交换填料剂型的本质和液压管道设备的细节对于解决这种问题可能都是重要的，且通常还需要对供给流体进行某种程度的预处理以确保不会引起长期问题的适当的初始供给物质量。广泛的工业操作经验进一步允许规定操作参数和方案以为每种装置提供不同供给从而安全地避免、解决或最小化长期性能恶化的问题。

电去离子装置构造的一个方面特别值得提及，即这些装置中采用的膜以及交换珠粒是可溶胀的，且通常在其干燥和含水形式之间产生尺寸改变。一些不均质的交换膜可溶胀百分之二十，且交换珠粒的润湿床还增加了它们的体积且如果不适当受限则可能施加高压力。这种膨胀可降低流阻抗或可影响膜或结构元件的整体性。这导致电去离子叠堆的多个制造者提出组装步骤如在组装前对膜进行长期预浸泡；使用更多刚性中间框架或隔板组件，所述组件具有多个棱部、凸部、珠粒和/或定位销以紧固、限定交换珠粒并且保持对齐和密封；通过精确测量以干燥或盐形式存在的珠粒数量而进行珠粒填充从而获得精确定量的溶胀，或填充为交换介质的预成形块体或胶体；或通过流体化且可能盐化的浆料对池进行动力填充从而确保所需的池填充。

对于螺旋构造而言，膜和珠粒介质的尺寸不稳定性以及不同半径的卷绕部引入的局部滑动，和单个膜相对较大的长度导致产生附加潜在问题，所述问题为膜间隔或支承、应力、收缩或弯曲以及开裂。多个调研人员已经提出使用固定且预成形的间隔元件如凸部、柱或肋部而不是珠粒作为独立元件或作为在膜表面上形成的特征以避免不规则间隔或不适当的机械应力且保持所需的膜与膜之间的间隔。

在该概括性描述中，可能出现多种问题或察觉到的问题或设计限制。例如，在20世纪60年代，已经显示出通过均匀尺寸的离子交换珠粒和薄填充池对电去离子操作的某些性质进行最优化；在商业领域中，一些工业提倡者长期以来主张由较低数量的交换珠粒(例如4-10个珠粒)限定出的池厚度是最优的。厚池也被提倡用于专用目的，如通过由于在极化操作下而延迟的羟基去除而导致pH向上移动从而实现的较高的硅石去除率。显然，较小的池厚引入了液压流限制，所述限制作为交换珠粒尺寸和供给流体粘性的函数产生较大变化；与水相关的理论或经验建模过程不必要应用于处理普通营养流体的系统。此外，在任何供给物的情况下，局部电流密度可在常规电去离子叠堆或装置的多池内产生变化，且受到交换珠粒分布的局部改变以及受到在流中可能发生的引流或局部改变的显著影响。这些电流改变和所得的电位可深远地改变预期操作性能。此外，在螺旋装置中，电流密度随径向位置反向增加，导致进一步控制或操作困难。此外，流体如营养流体或发酵流体公知易于产生积垢，交换珠粒表面的功能性积垢和功能性以及通过交换床的流的物理性阻塞。已经采用流体化交换床解决后面的问题，但该方法不能与电去离子装置的交换珠粒填料一起使用，这是因为其与交换珠粒与交换膜之间存在的有限空间之间产生直接接触的需求不一致。

由于这些原因，电去离子脱矿质装置的制造和操作仍相当复杂和昂贵，且每种具体构造可能具有其自身的限制或缺点。

因此需要这种装置的新构造、需要提供改进的制造成本或简易性的装置且需要提供不同或改进的操作能力的电去离子装置。

发明内容

通过用于对流体流进行脱矿质处理的设备实现根据本发明的这些和其它所希望的特征的一个或多个。所述设备包括两个传导电极和一个或多个卷绕部，每个卷绕部包括至少一对选择性渗透膜以及间隔元件，所述渗透膜通常为阳离子交换膜和阴离子交换膜。所述阳离子交换膜和阴离子交换膜平行于彼此进行布置，且所述间隔元件保持允许流体在膜间空间中流动的隔隙或间隙。根据本发明的一方面，膜和隔板的组件(在此被称作“薄片(leaf)”)或多个这种薄片被螺旋卷绕在由不导电材料形成的中心圆柱形芯部周围，同时例如通过另一块隔板在相继的薄片之间或在单个薄片的相继卷绕部之间保持空间。所述组装的装置包括交替地邻近彼此的两种类型的池或室，且通过所述间隔元件和所述其它隔板限定出所述池，所述间隔元件和所述其它隔板形成流室，即所述装置内的稀释物和浓缩物室。在优选实施例中，所述稀释物室和所述浓缩物室分别包括离子交换材料。根据所述装置的另一方面，所述隔板是可在所述装置的组装过程中受到处理、绕卷和操纵的板片。

膜间的所述间隔元件以及所述其它隔板可由惰性聚合物材料、离子交换珠粒、离子交换纤维、两个或多个这些元件的组合，或包括一个或多个这种元件作为内在部分的多孔介质(如海绵、毡垫或板片)形成。

根据本发明的另一方面，所述设备被组装在具有圆柱形形状的壳体中，且包括用作电板的两个径向隔开的金属或传导部件。至少一个这些传导部件被安放在围绕所述中心芯部的径向内部位置处且另一个所述传导部件被安放在接近周部的径向外部位置处，因此在所述内电极与所述外电极之间建立起穿过限定在绕卷薄片组件内和所述组件的所述膜/隔板卷绕部之间的螺旋状设置的流动空间的大体上径向取向的电流或离子电流。一个或优选每个所述电极可被成形为具有接收薄片端部的径向延伸开口的板片金属螺旋部，且将所述装置的活性流池放置在没有遮蔽和热点的均匀电场中。所述开口在所述池限定层的端部周围形成密封且等电位的笼部。

优选的电极被成形为卷绕在包绕超过一整绕匝的涡形体中的传导板片，所述板片具有在所述涡形体的径向内边缘和径向外边缘之间的交叠区域中限定出的轴向延伸的条状间隙或开口。所述开口允许薄片端部沿平行于所述电极表面的切向路径进入所述电极的密封凹穴内(例如在所述涡形体的内表面与外表面边缘之间)，同时可通过所述电极实现与膜间流动空间的流体连通和与流体管口或歧管的连接。进入或离开所述电极凹穴的所述薄片以正切角接近，且因此可紧密平行于所述电极表面进行缠绕，在所述电极周围提供了特别均匀的电流分布，避免了在电极上采用夹持、双重膜设置或其它不规则固定或端接结构的现有技术构造所具有的遮蔽或不均质性。所述构造还避免了引入盐水歧管短路或反向扩散，所述盐水歧管短路或反向扩散可在一定程度上困扰现有技术构造。膜还可密封或附接到所述交叠区域中的所述电极上，从而简化所述螺旋绕卷池结构的制造。

尽管在本发明的该方面中，所述电极优选由连续金属板片形成，但在其它实施例中所述电极可具有开口且可采取例如金属筛网或多个不连续但电互连的部段的形式，所述部段被布置以形成大体上等电位的表面轮廓。例如，不连续的元件可压紧或邻近彼此地进行布置以形成圆柱体(具有大体上恒定的半径)、开放涡形体(具有略增加的半径)或限定出等电位表面的完整圆周绕匝的相似形状。

在本发明的电去离子装置中，薄片(或多个薄片)进行卷绕以使得从剖视图中可以看到，沿径向方向邻近彼此交替的稀释物和浓缩物空间，且优选所述封套形成所述浓缩物通道。待处理液体的所述供给流优选在内芯与外芯之间的装置的一端处进入所述设备(例如进入所述稀释物池)，且沿平行于所述装置轴线的处理路径通过膜间的所述稀释物池，同时在上述螺旋状膜间空间内在每个膜的另一侧上限定出的相应浓缩物池中保持离子接收浓缩物流。

所述螺旋池内的流采取的流径由在成对的相邻膜之间延伸的一个或多个密封件限定出，且所述密封件可构成边缘密封件、阻挡或引流隔障或延长路径的迷宫件以引导所述流。在一个或多个膜上的其它密封件可在有效地防止所述供给流和浓缩物流例如在薄片端部处混合的位置处限定出所述螺旋部的干燥或惰性区域。

根据本发明该方面的实施例，沿流径的部分或在流径的部分之间的密封件可限定出多级段装置，可限定出不同级段的独立供给物和/或浓缩物流，可限定出所述浓缩物流体和/或稀释物流体的相对流速，和/或可操作以限定出所述处理路径的功能子区域。所述密封件还可引导所述供给流和浓缩物流沿优选方向或沿优选的相对取向流动，或可引导所述浓缩物流以保持不同类的去除物质在如此限定的所述路径的一个或多个部分中进行独立流动。基于例如该区域中的主要离子物质及其浓度、电阻、极化状态和/或pH、在该流动区域或上游流动区域中输运的离子(如成垢、一价、二价或特定离子)类型、所述稀释物流、所述浓缩物流或两种流的矿物或气体含量的考虑，在膜的相对侧上的供给流和浓缩物流的相对取向例如可在沿所述流径的不同位置处而不同。在一些实施例中，所述密封件可进行操作以形成内部分配歧管，例如引导一部分所述供给物或受到部分处理的供给物进入所述浓缩物路径内，或可操作为压力调节器以调节相对于相邻池的池中压力从而确保适当流或抵抗池壁产生箍缩。

还可通过网格隔板的定向条股或通过以定向图案安放在所述隔板上的不可渗透材料的条带在所述浓缩物侧上对流进行隔离。在本发明的该方面的一个优选实施例中，所述稀释物流沿平行于所述圆柱形卷绕部轴线的路径流动，且所述浓缩物流被引导以使得其保持在垂直于所述轴线的平面中或平行于所述平面进行流动。因此，当从所述轴向稀释物流中相继去除二价金属如钙以及随后的离子如硫酸盐或碳酸盐并使其进入所述浓缩物池内时，每种去除杂质随着朝向所述池的出口流动而保持在所述池内的条带中，且不与其它去除物质进行混合。所述隔离的流有效地防止成垢。在本发明该方面的另一个或又一个实施例中，所述稀释物池可具有条带状填料，其中沿所述供给物-产物流径的级段的条带中的树脂类型被选择以增强该级段中的物质去除(例如捕获成垢金属离子)作用或选择性地阻止物质(例如硫酸盐或碳酸盐)被捕获或产生穿膜移动直至其位于稍后位置处，在所述位置处所述物质可遇到被选择以促进捕获的树脂。这种条带状树脂填料因此增强了可存在于所述供给物中的不同的潜在成垢物质的隔离作用。

根据本发明的另一方面，所述结构使电流密度标准化以促进均匀且有效的脱矿质作用。稀释物入口和/或出口通路的分布可限定出适合于主要电流密度的径向变化的流分配。

附图说明

通过在此对构造的多个实施例和图示性细部以及一些所希望的构造变型和特征及其附图的描述，本领域的技术人员将理解本发明，其中：

图1是根据本发明的圆柱形螺旋电去离子设备的第一实施例的平面示意图，图中示出了代表性部件的一种布置；

图1A示出了用于形成图1所示的电去离子设备的池的根据本发明的一个方面的方法；

图1B是第一膜封套的平面图，图中示出了如图1示意性地示出的用于限定出电去离子装置的池的根据本发明的密封方面；

图1C是如图1A和图1B所构造的池的剖视图；

图1D示出了在图1A至图1C所示的池中有用的歧管构造；

图2A是图1所示的螺旋电去离子装置的第二膜封套和相关部件的平面图；

图2B是平行于被制造具有图2A所示的膜封套的螺旋电去离子装置的绕卷轴线截取的垂直剖视图；

图3示出了根据本发明的一个方面的内电极构造的一种典型实施例；

图4示出了根据本发明该方面的外电极构造的典型实施例；

图5、图6、图7和图7A是图1所示的螺旋电去离子装置的其它实施例的交换膜封套和相关细节的附加实施例的平面图；

图8示出了具有交叉路径偏转器以使池传导率均匀化并增强处理的稀疏双层筛网隔板构造的细节；

图9A-图9B示出了根据本发明另一方面的浓缩物隔离构造；

图10示出了用于物质隔离或避免结垢的本发明的另一方面或又一方面；和

图11A-图11B示出了根据本发明另一方面的流口构造和流量曲线图的细节。

具体实施方式

图1是根据本发明的圆柱形电去离子设备的第一实施例10的平面示意图，图中示出了部件的一般布置图。电去离子设备10包括壳体，所述壳体图示性地包括一起限定出大体上圆柱形的容器或限制流体的封闭室的底部凸缘板B、顶部凸缘板T和圆柱形本体C。膜卷15被卷绕在壳体内的中心芯部12周围，下面示出了所述膜卷的多个实例。如图所示，膜卷支承部18支承膜卷，所述膜卷支承部的结构可采取多种形式。内电极14围绕中心芯部12，且被联接至第一电流引线14a以连接至外部电源，且被联接至第二电流引线16a的外电极16大体上围绕膜卷15。膜卷在两个电极14、16之间的环形空间中卷绕成螺旋部。在下面讨论的多种限制条件内，这些电极的一个或两个可以是连续板片，可进行穿孔，可以是网格或筛网状板片，或可由相互连接的不连续导电元件形成，所述元件分别大体上延伸出围绕中心或周部的轮廓。无论是筛网状、穿孔或连续的电极都具有充分广大的传导表面以在膜卷的内部轴线(分别在外周)周围提供大体上等电位的表面。正如下面结合图2A和图2B进一步描述地，至少一个且优选两个电极优选是延伸超过一整绕匝的连续板片电极以限定出凹穴或开口从而沿切向接收膜卷的端部进入电极内的连续板片电极。

该总体几何形状设置限定在一对膜之间的流动空间大体上横向于在内电极14与外电极16之间延伸的电流路径的(径向)方向。电极开口允许膜间流动空间终止于惰性或无场区域，同时避免先前由于现有技术的夹持、阻挡或双重膜以及密封结构所导致的局部遮蔽区域和场不均匀性。电极凹穴构造还允许对稀释物室进行密封，所述密封使处理流与电极附近的过量电解质浓度隔开。不需要独立的电解质室或流。

大体上邻近内电极的中心芯部12优选是不传导结构元件如聚合物管，或如果传导未被赋能以限定出驱动场。所述芯部可被制成一定尺寸以使得内电极直接靠置在其外表面上，因此用作结构或支承构件，且其可包括适当的孔口以用作装置部分的流体入口或出口。根据本发明的一个重要方面，内电极可具有占外电极直径较大分数的直径或横截面尺寸，以使得膜卷的活性卷绕部被放置在内电极与外电极之间的相对狭窄的圆柱形环形体中，所述环形体经历相当均匀的场。该环形区域具有例如小于外电极直径的一半，优选低于约30％，且最优选低于约20％的径向范围。两个电极半径相对相似的幅度通过保持电流密度的分布相当均匀而增强电操作：接近膜卷内绕匝的电流密度保持相对受限。例如，在其它情况相同的情况下，相对电流密度随着电极的相对面积，因此随着电极的半径产生相反的变化。可设置内电极直径接近外电极直径以使得内电极面积与外电极面积之比，因此使得外电极表面与内电极表面处的名义相对电流密度可低于1∶2，低于1∶(1.5)或甚至低于约1∶(1.2)。尽管未明确示出，但多个配件、通路、管口和导管可穿过壳体和/或支承部18以引入、分配、收集或输送供给流、处理产物和浓缩物流。下面将结合具体构造讨论一些实例。

膜卷15包括一个或多个“薄片”，每个薄片绕卷或螺旋卷绕在内电极和中心芯部周围。薄片包括两个选择性离子渗透膜，且这些膜被布置以使得膜卷限定出位于电极之间的环形空间中的相邻或平行的稀释物(供给物)和浓缩物(盐水)流径组。根据本发明的一个方面的主要特征，通过具有流径的隔板构成稀释物池和盐水池，通过薄片的相邻膜表面之间的多个阻挡流或引导流的密封件限定出所述流径。在一些情况下，增强流的隔板区域也被放置以在壳体内实现所需的流向图案和幅度。可根据本发明以多种方式构造流径的几何形状和图案以便增强流处理特征，如增加离子去除、减少反向扩散、结垢或其它不需要的效应，或增强或控制其它操作特征。从下列具体实例中将理解这些特征。

图1A示意性地示出了根据本发明的一个方面的制造方法。如图所示，使用阴离子交换膜22的连续板片、盐水池隔板24、阳离子交换膜26的连续板片和稀释物池隔板28由单个连续薄片20形成如上所述的膜卷15。盐水池隔板24可包括一层或多层柔性无纺筛网网格，如10至70密耳厚的聚乙烯或具有适当厚度和筛网尺寸的其它流体相容材料，所述筛网网格在组装后在邻近其的两个膜之间提供了分布式支承，同时允许流体流动通过网格占据的层。优选构造中的隔板包括其组件中的其它元件，具体而言为被分布以构成适当的可渗透流体但传导离子或导电的膜间填料的传导和/或离子交换珠粒。隔板优选为包括一块或多块网格板片的薄板，所述板片具有由其永久或暂时稳定、散置在其间或附添或粘结到其上的离子交换珠粒。这种板片在电去离子装置的组装过程中可易于进行处理。筛网的本体，例如细丝或交叉细丝，确保最小膜间间隔，同时珠粒提供了分布式膜接触支承和导电(在浓缩物空间中)或离子捕获和离子传导率或输运活性(在稀释物空间中)的特定水平。在目前优选的实施例中，浓缩物隔池优选仅采用阳离子交换珠粒，而在稀释物隔池中，通常需要具有阳离子和阴离子交换类型的珠粒的隔板层以捕获并除去所有可离子化的物质。优选的隔板组件24包括筛网网格和离子交换珠粒或传导介质，所述筛网网格和离子交换珠粒或传导介质一起确定池厚度、流动阻抗和其它流动特征，以及传导率和总的脱矿质效力。稀释物筛网优选还提供珠粒隔离功能，允许在稀释物池填料中按照类型对珠粒进行隔离，阴离子交换珠粒和阳离子交换珠粒被保持在独立的物理位置处。

在此将简单地给出多种代表性尺寸以帮助形象化地理解本发明预想的螺旋电去离子装置在商业上有用的尺寸，然而本发明不限于这种尺寸。设备的轴向长度可具有约四分之一至约一米或更长的数量级，而装置可具有低于10厘米至约60厘米的直径。由绕卷膜和隔板限定出的螺旋流池可延伸达几米或更长，且具有给定直径的螺旋空间或卷层内的流体流径可限于轴向或螺旋方向或可依循包括改变方向或类型的多个部段的路径。通过包括一个或多个筛网和限定的交换珠粒填料的隔板材料适当限定出膜间空间。离子交换珠粒的填料优选是相对稀疏的填料，如于2003年9月12日在美国PCT受理局提出的题目为“稀疏介质电去离子设备和方法”的共同拥有的PCT国际申请PCT/US03/28815中所述。该国际申请的整体披露内容在此作为参考被引用。该专利申请简要描述了在薄的电去离子池中形成离子交换填料的方法，所述离子交换填料包括离散珠粒层或相对完整的单层、双层或多种条纹状、条带状或要不然隔离的离子交换珠粒层，所述电去离子池在提高的电效率或控制下进行操作并呈现出低且良好受控的流动阻抗特征。除交换珠粒外优选包括筛网的这些层促进了极为均匀的膜间间隔和支承，且在操作中它们获得了提高的电效率和降低的残余污染。它们还可靠地在长流径的情况下进行操作，允许在卷绕部的给定径向长度中存在更大量的平行池，且存在保持相对没有引流效应的流剖面。

因此，根据本发明的一个重要方面，螺旋电去离子装置被构造具有由一个或多个薄的可绕卷的封套组件的内部形成的池，所述组件具有网格薄板和离子交换珠粒的稀疏填料的特征。有利地，通过将珠粒永久或暂时连结或粘结到网格薄板上，可形成筛网/珠粒隔板材料的板片或连续薄板，且薄片结构，例如装有珠粒的隔板层、隔板/膜或膜/隔板/膜层或膜/隔板/膜/隔板层随后可在如图1A所示的离散或连续操作中进行绕卷。

当层或池结构采用稀疏填料时，可使用所谓的“短扩散路径”或“扁壳”树脂以帮助控制构造中树脂的电阻或使所述电阻匹配，在所述构造中两种或多种树脂被接近彼此地安放在共有电场中，或者当不同直径的树脂被安放在一起的情况下用以提高效率。这些珠粒在就地清洗过程后或在组合成盐形式后还将更快地再生，且通常预期在稀疏填充的电去离子装置中显著更有效地操作和再生，在所述装置中所述珠粒在再生或逆转后具有极其明确限定的渗出时间(bleed-downtimes)。

可采用多种方案以将离散或连续的珠粒单层附接到筛网上(例如，单个珠粒被保持在具有粗略等于珠粒直径的网格尺寸的筛网孔眼中)，或将大体上完全的珠粒单层附接到筛网的每侧上(例如通过粘结剂处理筛网且随后将离子交换珠粒叠置在筛网的每侧上以捕获和粘结珠粒)。在每种情况下，珠粒/隔板组件随后可受到自由地处理和处置，使得能够进行批量或半连续的绕卷和组装工艺从而产生完成的电去离子装置。当阳离子和阴离子交换珠粒被安放在稀释物筛网的相对侧上时，稀释物筛网应该在最终组件中进行取向以使其侧部上的阳离子交换珠粒邻近阳离子交换膜，且在其阴离子交换膜侧上具有阴离子交换珠粒。此外，当被绕卷在内电极与外电极之间时，稀释物池隔板优选进行取向以使得阳离子交换膜位于池的阴极侧上且阴离子交换膜位于池的阳极侧上。

在上述构造的薄隔板池中，可选择筛网网格和珠粒尺寸以使得筛网保持位于网格的相对侧上的珠粒层分隔开来，且使得珠粒和筛网确保适当的总膜间间隔，所述间隔可在低于约1毫米至最多几毫米的范围内进行选择。当珠粒以这种方式被附接到网格的相应侧上时，也可选择网格尺寸以使得相反类型的珠粒通过网格孔眼彼此接触，而不会迁移通过孔眼。在这些构造中，筛网在制造过程中优选涂覆有接触粘结剂从而捕获和保持相应的珠粒，但珠粒本身优选缺乏粘结剂；这确保珠粒表面保持活性，且在完成的组件中发生的珠粒与珠粒的联结优选是直接传导接触，而不存在粘结居间层或对电或离子接触产生的其它损害。正如在前述国际专利申请中所述的，这些构造确保水分裂的有用水平，但不引入无关的反向联结，所述反向联结会抛出盐或导致电无效。当在网格的相对侧上隔离开不同的交换类型时，还可沿流径设置某些单侧隔障或换向器从而通过导致稀释物流来回蜿蜒流动穿过筛网，即从池的阳离子侧向阴离子侧流动且返回阳离子侧以使得流体通过两个交换珠粒层而进一步提高效率。被申请人称作“s成层”且在下图8中示意性地示出的该构造确保处理的流体接触两种类型的交换珠粒、提供了与斑马状填料或成层填料相关联的性能优点而且还避免形成传导率不规则的局部区域并促进更均匀的电流分布，这是因为两种类型的珠粒穿过池彼此产生串联接触。因此，相同的电流可通过阴离子和阳离子交换珠粒，而无论其相对的捕获亲和力或离子输运效率以及供给流体中的主要离子含量如何。结果是，从所述流中去除阴离子和阳离子的过程因而分别以可比较的速率进行，且在所述流中不易于出现由于物质耗尽和极化作用而形成的不规则斑块(irregularpatches)。此外，“粒度”的缺乏倾向于防止出现高pH值的局部区域，所述区域要不然可能倾向于产生膜结垢。

如图1A示意性示出地，用于形成本发明的电去离子装置的薄片的工艺100包括提供阴离子交换膜的板片110、将包括装有交换珠粒的筛网或网格的一层或多层的板片115安放在板片110上或邻近所述板片的位置处，并且用阳离子交换膜的板片120覆盖筛网/珠粒板片115。两个膜可沿一条或多条边缘密封在一起，如下面进一步讨论地，从而在网格周围形成封套结构；这可以实现从而例如形成浓缩物池封套结构。封套被组装具有附加筛网层125，所述筛网层具有适当的交换珠粒，对于稀释物池隔板层而言，所述交换珠粒通常具有阴离子和阳离子交换类型，且膜和隔板随后进行绕卷以形成螺旋电去离子单元。通过图1A所示的轧辊130的布置示意性地示出这种制造工艺。在实践中，组装工艺将采用多个导引装置和制动装置以保持薄板拉伸，且特定的一些层可端接或延伸超过其它层，如下面讨论地，从而实现适当的端部几何形状且适当地放置装置的电极、隔板池或其它功能部件。多个辅助步骤或部件，如添加偏流器、隔板垫片和边缘垫圈或密封件尽管未具体示出，一些所述步骤或部件在下面进行进一步讨论，但当第一膜、隔板或其它薄板通过封套/隔板卷中的隔板和膜的组装级段时，可沿路线在适当点处实现这些步骤或部件。该基本结构与电极和芯部结构组装在一起，且被安装在圆柱形容器内以形成完整的电去离子装置。尽管有必要使容器的至少一些部分是不导电的以避免电极短路和/或潜在的电击危害，但电极本身可构成容器壁。在一个典型实施例中，电极由箔片形成，且可在一种工艺中进行组装，在所述工艺中膜/隔板组件的第一绕匝和最后的绕匝与电极卷绕在一起且与电极相符。

在整体范围内，通过使稀释物(供给物-产物)流在构成稀释物池和盐水池的螺旋绕卷隔板内行进而实施组装的电去离子装置中的流径。在稀释物池中，流优选可平行于装置的纵轴，而在浓缩物或盐水池中，流在限定出池的螺旋绕卷封套内沿一个或多个方向行进，在下面示出所述方向的实例。在至少一些池内，所述池示意性地为浓缩物池，流受到限制且由在隔板两侧上的两个膜的相对表面之间延伸的不可渗透密封件进一步确定所述流的方向。这些密封件可以下面进一步讨论的多种方式使流受到限制、偏移、定向或浓缩，且优选通过将粘性密封剂、胶带或条带的一条或多条放置在所需位置处实施所述限制、偏移、定向或浓缩过程。当膜/隔板/膜组件展开，或如果如图1A所示直接实施多个薄层的绕卷则当所述组件进行绕卷时，例如可通过施加器喷嘴施加液体剂型而形成密封件。当施加密封条带以形成稀释物池流径时，优选在绕卷工艺(图1A)过程中施加这些稀释物池流径，而可在预备直线展开操作过程中或在成卷过程中施加浓缩物池路径。

可通过不同的密封条带图案实施本发明的实施例以实现所需流的不同图案。

图1B和图1C示出了用于实现一种基本的螺旋盐水池构造的盐水池密封条带的图案。在该实施例中，沿第一密封条带116a和第二密封条带116b用适当的密封剂对隔板网格115进行浸渍，所述第一密封条带和第二密封条带沿隔板的顶部和底部(对应于沿图1所示取向的装置的上端和下端)在两个相对膜120、110之间的隔板的珠粒承载中心区域117的上面和下面进行延伸。这导致形成封套结构，其中膜/隔板/膜封套的端部(图1B中的左端和右端)通往封套内部以提供并接收浓缩物流。密封剂例如可以是施加到筛网边缘两侧上(且通过所述边缘)的适当的乙烯-醋酸乙烯共聚物(“EVA”或“PVA”)材料，所述材料要不然构成可渗流隔板。密封剂可由另一种适当材料，如粘性且优选可固化的密封剂或有粘性的双面带形成，所述材料有效地提供沿隔板组件边缘延伸达位于两个膜之间且连结到所述两个膜上的隔板厚度的不可渗透的密封件。在这些构造中，密封条带区域中的隔板优选，但不必要，没有离子交换珠粒。当隔板在卷绕过程中与膜110、120组装在一起时，隔板随后限定出具有封闭顶部和底部的盐水流池，盐水在所述盐水流池内流动，且可依循膜卷的内端与外端之间的膜卷的螺旋形卷绕空间进行延伸。有利地，当组装时将密封剂图案施加在部件上时，多个膜和隔板层可进行滑动以容纳当薄片(在薄板上具有适当拉伸力的情况下)绕卷成螺旋部时的差别移动。这种滑动导致大体上无应力且无皱折的组装工艺；密封剂可进一步产生聚合和交联以在部件(例如“在适当位置形成的”垫圈)之间形成更坚固的柔性或非柔性的不可渗透的隔障。然而，在其它实施例中，可通过将柔性的不可渗透液体的不导电条安放在膜之间，例如通过沿位于膜边缘处和筛网区域外部的条带安放垫圈而实现密封。本发明的电去离子装置还可被构造以使得通过使隔板组件本身成形以具有横跨膜间间隙的不可渗透液体的不导电橡胶或塑性固体(非网格)边缘，形成类似于通常用于大多数商用平板型电去离子叠堆的盐水池中的一件式“筛网隔板”的构造而实现密封，所述电去离子叠堆具有通过围绕其周部进行共同模制成型而形成的条状垫圈。然而，在这种情况下，边缘区域垫圈材料的模量、光洁度和尺寸公差必须被适当设置以确保隔板边缘将有效地与邻近膜的表面密封开来。在固体周部的相关膜接触表面上采用液体密封剂或垫圈粘合剂可能更明智。然而，为了易于实施，优选使用被施加穿过隔板网格的粘性密封剂，所述隔板网格可能具有附加的网格薄层以提供等于中心处网格加珠粒隔板的池厚度。在所有情况下，密封剂、粘合剂或垫圈材料优选具有选定的非浸出成分以使得其不会使溶剂或聚合物渗入流内，且具有被证实可耐受电去离子条件和可存在于工艺流中的处理或调节化合物的成分。相似地，要避免采用与填充材料(例如二氧化钛或其它无机粉末)组合的密封剂。当薄片结构或卷组件要进行润湿组装(包括以非水溶剂进行浸泡)时，密封剂或粘结剂优选与这种组件相容，且当组件在绕卷前进行密封时，密封剂至少在组装工艺过程中应该是柔性或非硬化的。还希望的是，密封剂的固化或干燥不会引入这种刚度或尺寸改变，所述刚度或尺寸改变可能会在邻近膜中引入机械应力或导致开裂。

申请人已经发现了多种可用粘结剂。这些粘结剂包括Hardman公司制造的用于润湿表面的双组分环氧密封剂；3M公司出售的单组分船用粘结密封剂；DAP双组分间苯二酚胶(resorcinal glue)；DAP液体氯丁橡胶粘合剂；H.B.Fuller公司的双组分聚氨酯密封剂；Wellbond^TM密封剂；和H.B.Fuller公司的单组分水固化聚氨酯密封剂4R-0215MF。

图1C示出了如图1所示组装在两个膜110、120之间的图1B所示的隔板115的剖视图。阳离子交换膜120位于隔板的一侧上，且阴离子交换膜110位于相对侧上，且密封件116a、116b在膜的顶部和底部边缘处形成不可渗透的隔障。当在壳体中进行绕卷时，盐水池因此构成了位于两个密封条带之间的螺旋形设置的空间。可在卷绕部的内端和外端处引入并去除流体。

图1D示出了用于施加流体或从在膜卷中形成的浓缩物池中去除流体的有用构造，根据本实施例，隔板元件115包括筛网或多层筛网以及一些交换珠粒，所述交换珠粒如上面讨论地保持导电率的所需最小水平或阈值(未具体示出)且通常保持膜110、120之间的分隔并确保抵抗膜间流动空间收缩的分布式支承。隔板的条带或区域由另一个密封件119封闭，所述条带或区域可以是条带116a、116b中的一个或可以是安放在别处如螺旋部的端部处的条带，且邻近端部的筛网部分保持没有这种珠粒的状态，因此提供了更开放的流径和降低的流动阻力。该开放或未填充隔板如果被放置在接近流入口的位置处则可有利地用作流分配区域从而将流有效地分配在隔板的宽度上且进入装有珠粒的网格的邻近区域内；另一种可选方式是，当被放置在远离入口的位置处时，所述隔板可用作流收集出口区域以有效地接收穿过装有珠粒的隔板网格的流出物并传导组合的流出物。因此相对于填充路径阻抗(在出口端处)和低阻抗出口导管而言存在低压力降(在用于进行分配的入口端处)或高压力降，所述导管用以限定池内的从供应入口向出口流动的一般流向。

独立的入口/出口导管128，如穿孔管道，可选地被安放在该区域中，以输送或收集存在于低阻抗未填充筛网中的流体，且在该情况下入口(相应的出口)管道可穿过密封件116a、116b、119中的一个密封件或其它结构从而与组装装置的容器入口或出口孔相连。这种管口可位于内部(例如，当通过来自供入物、来自稀释物中间路径或来自稀释物产物流出物的渗出物供给盐水时)，或当盐水通过外部管道系统供给或进行活性再循环或通过外部阀或调节器设置其压力或流动时，所述管口可根据需要位于外部。通常，预期在流池由开放网格限定以及存在或缺乏交换材料的相对稀疏填料的情况下，螺旋电去离子装置的薄片可被布置以通过使用适当密封件、路径长度和相互连通的路径开口而被动提供有效的稀释物和浓缩物流，而不用依靠循环泵或复杂的控流系统。

替代阳离子交换材料或除阳离子交换材料以外，浓缩物池筛网可具有增强传导率的材料如暂时或永久固定到所述筛网上或捕获在所述筛网中的传导金属、聚合物或碳珠粒以增强其结构支承和/或导电性质。如果设置入口或出口管道以施加流体或传导流体离开膜间空间，那么可通过延伸进入开放(未填充)的网格或沿密封边缘进行延伸的穿孔不锈钢管道或其它适当的导管/分配器结构形成所述入口或出口管道。

可实施构造的这些元件以实施不同的流径。图2A示出了这样一种布置，图中示出了具有形成沿底部边缘保持开放的半密封封套的密封条带1、未填充网格2和填充珠粒的网格区域3的图案的(展开)薄片40。半封套被构造以在底部处接收入口流。沿顶部边缘延伸的低阻抗未填充网格区域2促使流如图中箭头所示沿平行于装置轴线的方向大体上向上流动通过填充网格3。填充网格例如可采用具有650C阳离子交换珠粒的涂层的28密耳(0.7mm)厚的筛网以限定出具有适当的液压阻力和良好的导电性的盐水池区域3，且可在区域2中采用更厚的未填充网格(例如70密耳)以保持膜间隔同时存在促进所需流分布的降低阻力。如图2A中的箭头所示，流顺着压力降方向朝向未填充隔板区域2流动，且随后转向以沿产生分支的流出物路径行进，所述路径沿薄片的顶部进行水平延伸以将盐水流传导出两端(例如当封套被绕卷在电去离子装置中时螺旋部的内端和外端)。较短的浓缩物出口导管可被插入卷的最内绕匝和最外绕匝中的流出物区域2内以将该流连接至一个或多个容器管口。图2B示出了穿过螺旋卷绕组件的多个绕匝的垂直剖视图，图中省略了电极，以示出当在底部处对盐水池进行供给(例如如图所示通过产物水，或通过供给物或调节盐水的独立流体连接装置)时，图2A所示的薄片中存在的装置的中心处理区域中的供给物和浓缩物流径的相对方向。供给水沿装置轴线向下行进，而在膜的另一侧上存在从浓缩物入口端向上流动的轴向流，所述轴向流沿未填充网格的条带2成为更快的浓缩物出口流，所述条带限定出位于装置顶部处的大体上水平的平面中的螺旋流出物路径。通常，当以这种方式由供给物或产物流供给浓缩流时，所述浓缩物流仅需要是总流的一小部分，例如1％-10％，且可通过使用适当的网格和填料参数而使这种较少的部分自动且被动地转向进入浓缩物池内。具有一些阳离子交换珠粒的薄的浓缩物池保持或迅速获得适当的传导率，即使当通过产物水进行供给时情况也是如此，且回收率较高。如果需要设置或控制或调节转向至或进入盐水池的流量，那么可将分派或偏转器元件或一个或多个阀(如产物背压阀和/或盐水入口阀)放置在单元底部处。

浓缩物路径的这些布置存在有利的操作特征。当使用单个道次的供给进入填充池内的盐水而不是使其进行再循环时，稀释物的产物出口端可被高度极化，导致产生非常稳定的去除特征和处理扰动或启动条件以及供给物质量改变的较强能力。

另一种可选方式是，图2A所示的薄片可被安装成倒转取向，使得沿单元的底部或产物出口端设置其密封条带1。在该情况下，可以相似方式通过来自供给物的渗出物对浓缩物池进行供给，且浓缩物流和稀释物流将在其路径的初始部分沿相同(向下轴向)方向行进，且浓缩物流产生转向以在接近装置的出口端处形成更快的交叉路径。

通过采用不同的薄片密封图案实施根据本发明的其它路径几何形状，下面将结合图5至图7描述多种所述薄片密封图案。这些薄片密封图案可包括具有至少部分开口(内或外)端和至少部分开口侧以限定出沿一个或多个螺旋方向在部段中延伸的路径的薄片。密封件在设置路径长度、路径方向和如流动阻抗、压力降和稀释物/盐水压力差的特征方面提供较大的幅度。

根据本发明的另一方面，膜/隔板薄片被装配在装置中，所述装置被制造具有一个或多个电极组件，所述电极组件被实施为传导电极板片卷绕部，所述卷绕部平行于绕卷薄片且具有超过一整绕匝的电极表面以使得在电极交叠区域中形成凹穴。电极形成一个绕匝的涡形体或螺旋体，且薄片进入在电极端部与下一绕匝之间延伸的径向开口的间隙内。该构造放置薄片使其围绕电极表面的整周平展且平行地靠在电极表面上，且将封套端部或终端安放在无场区域例如电极内部或凹穴内。封套/电极几何形状导致在接近电极的位置处形成穿过稀释物池和浓缩物池的更均匀的场，且所述场没有由于现有技术的槽形开口、板片夹持结构和类似结构的布置所引起的遮蔽、不均质和屏蔽现象，在所述封套/电极几何形状中，封套保持大体上整体平行于连续圆柱形电极轮廓，而在附接区域处没有不连续绕匝或层的重叠且没有突出夹持结构。当所述封套/电极几何形状被应用于浓缩物池时，其允许浓缩物通过电极且进入无场区域内同时保持与供给产物流径大体上隔离，且因此避免了可能发生在现有技术的电去离子装置的浓缩物歧管和电解质池的附近的盐水短路或反向扩散问题，

图3是沿垂直于卷绕轴线的平面截取的内电极和螺旋卷绕薄片的剖视图，图中示出了在一种典型螺旋电去离子装置中的电极处的膜/池结构例如图1A-图1D所示的隔板/薄片结构的电极凹穴和终端。图4示出了该典型实施例的外电极结构的相应视图。每个电极优选由适当传导板片材料如不锈钢、钛或铂(例如涂铂或要不然表面镀铂)或以其它惰性或传导金属为表面的板片的板材形成。阳极优选采用非氧化材料如以铂为表面的板片。辅助结构如适当的电流引线、电连接器突片和类似结构(未示出)可被连接至电极且延伸或电连通穿过容器壳体(图1)，且膜、隔板或薄片的相应端部可通过粘合剂、通过一个或多个紧固夹、拧紧的金属条或类似结构(也未示出)被附到电极表面上。

如图3所示，根据本发明的该方面，作为典型装置中的阳极的中心电极114(对应于图1所示的电极14)包括卷绕板片，所述卷绕板片的端部区域114a、114b交叠成一定角度的扇形114c，所述扇形延伸达几厘米且薄片的密封端部在其中端接。该交叠区域形成了接收薄片端部-膜、稀释物和盐水隔板的电极凹穴，且具有单一电位，以使得在凹穴区域中没有电场。例如可通过可固化的聚氨酯对包括隔板的薄片的凹穴终端进行密封，确保稀释物和盐水流体不会泄漏出来或相互混合。单独的隔板和膜层可相继端接，或如图所示具有微小偏移从而形成渐细端插入部，而不是平头端插入部，在所述插入部处电极的外边缘与内边缘交叠。电极卷绕部因此良好地配合靠置在凹穴区域中成一定角度的表面上且受到充分支承。薄的箔片或其它金属板片可用以形成电极表面。当隔板/薄片离开凹穴时，隔板/膜卷恰平行且平展地靠置在中心电极的外表面上。

在该典型构造中，卷绕部结构包括连续重复的四层，即盐水隔板组件B、阴离子交换膜A、稀释物隔板组件D和阳离子交换膜C。在具有中心阳极的所示典型构造中，盐水隔板层B延伸达中心电极的一整周的长度，超出相邻阳离子交换膜C_x的端部。因此，当薄片被安装在凹穴中时，盐水隔板B直接置靠在阳极114的外表面上达一整绕匝，且相邻的稀释物池在面对阳极的侧部上由阴离子交换膜限制边界。因此，盐水隔板路径的第一卷绕部或端部长度的功能与常规电去离子装置的阳极电解质池相似。阳极即电极114优选具有一个或多个开口114d，通过所述开口使得盐水空间例如与图1所示的底部凸缘中的管口如盐水管口流体连通，从而允许浓缩物流体通过内电极。

盐水浓缩物隔板和阴离子交换膜被安放在邻近电极的位置处，且进行卷绕和密封使得剩余层进入区域114c处的凹穴内，其后薄片/隔板组件进行多次卷绕且随后在外电极处端接。外电板结构优选采用相似的构造作为具有凹穴的卷绕部，图4示出了所述外电极结构的一个实例。在卷绕外电极后，螺钉或其它紧固件可被安放穿过交叠电极层，或周部可进行捆扎和夹持以将单元密封在一起。因此两个电极中的一个与膜/隔板组件的第一绕匝形状相符且另一个电极依循最后一个绕匝的形状。对于外部阴极组件的情况，可通过使盐水隔板层延伸达电极一整周的长度并超出阴离子交换膜而实现端接，以使得最终的盐水隔板层直接置靠在外电极(如图所示为阴极)的内部表面上，且阳离子膜位于下一个相邻稀释物池的阴极侧上。电极的所有或一部分可由金属筛网、金属丝或传导网格而不是由传导箔片的板片制成，或可包括位于支承板片上的传导网格或金属丝，但优选采用传导箔片。此外，箔片(例如两密耳[0.05mm]箔片)可围绕外部附加地卷绕几个绕匝(当用以形成如图4示意性地示出的外电极时)以便构成组件的包含容器，或可在附接薄片前在内电极处初始地卷绕几个绕匝，以便构成中心管道，使得不必要采用壳体元件、容器的相应结构部分或支承部。在这种情况下，如图3和图4所示的一个或多个管口P可被钻穿通过电极且与适当的配件装配在一起以允许通过电极卷绕部与盐水池流体连通。

图4是被形成具有相似的卷绕板片和凹穴结构的外电极116的剖视图，所述卷绕板片和凹穴结构交叠成一定角度的扇形116c，薄片的密封端部在所述扇形中端接。典型的封套/隔板卷被构造以使得在此处盐水隔板B也位于邻近电极表面的位置处，且通过适当的管口P进行连通。当盐水隔板为图1A-图1C所示的限制在顶部和底部进行密封的两个膜之间的隔板时，则浓缩物流通过螺旋浓缩物隔板层B，且可直接通过一个或多个电极。当使用图2A所示的具有用于接收盐水入口的一个开放边缘的盐水封套时，内电极管口和外电极管口都可以是盐水出口。然而，在其它实施例中，可优选使盐水在螺旋部的一端处例如在优选为内(更小的)电极的阳极处进入，且朝向阴极行进以使得盐水流初始受到阳极电解质的酸化且更好地抵抗结垢。在另外的其它实施例中，盐水层不需要位于紧邻近电极的位置处，而是单独的电极隔板池(电解质池)可被设置在一个或两个电极处以允许在邻近一个或两个电极的位置处存在单独流体流。这允许以类似于现有技术电去离子装置构造的电解质处理的方式与本体稀释物和盐水流独立地供应、处理或调节一种或两种电解质流。

前面的实例示出了多个大体上有利的性质。本发明的螺旋电去离子单元采用相对较少数量的硬件和隔板组件，且这些硬件和隔板组件的成本较低。稀释珠粒填料的使用允许小宽度的池支承高产物流速，且卷的密封和组装工艺允许路径长度易于受到限定和最优化以容纳流或分派流，而不会导致池的阻塞或交叉污染。这还允许电去离子装置易于在干燥或非溶胀状态下进行组装，而不用对膜进行预处理。随后的转化(润湿和/或脱盐)则导致产生膨胀和增强的密封以及增强的膜-珠粒接触和高度均匀的导电率和离子传导率。具有如图2A所示的封套的构造还允许易于通过容器内部的一部分供给物或产物水对浓缩物池进行供给，所述封套仅在封套的单个顶端或底端上对盐水池进行密封。此外，使用多个密封线部段的膜间图案以形成填充珠粒的封套导致非常有效的膜使用率-达95％的膜面积活性地参与电去离子，远多于目前的平板电去离子结构-且对稀释物和盐水池中的流向提供了较大的控制。稀疏填充的网格和未填充的网格区域具有低液压阻力，所述低液压阻力可得以利用以限定出分配或收集歧管或确定大体上没有引流效应的装置内的流向和路径。

包括具有固定在筛网中/上的交换珠粒的一个或多个网格(例如聚合物筛网)层的隔板结构有效地确定出膜间距离，提供膜支承和离子捕获和输运的介质，且有效地防止树脂的迁移或损失。此外，在局部区域(例如邻近管口或流的端部处)中，筛网可被使用具有更小的网格尺寸以便还用作珠粒捕集器，或具有未填充的区域或更大的总厚度以旨在用作流分配器或流收集器。离子交换毡垫或适当的(例如聚丙烯)棉垫还可被施加在接近包含容器的边缘的位置处或所述容器的端部处以确保珠粒被保持在单元中或活性处理区域中。

易于通过将珠粒附接到具有粘结剂的筛网上形成具有交换珠粒或珠粒类型的限定图案和分布的隔板的薄构造，且可在装置的最终绕卷和组装之前如此形成专用的隔板组件。可选择筛网尺寸以使得任何条股与两个相邻膜中一个膜之间的间隙小于珠粒尺寸，防止珠粒来回移动或丛集，且因此为有效的流确保有效的交换或传导率特征。还可通过采用“起伏的”膜，即被形成具有在名义表平面上突出的凸部或其它特征的膜，实现卷中相邻膜的间隔，表面的升高部分随后接触相对的膜。在这种情况下，不一定需要筛网或网格以确定膜间间隔或交换颗粒分布，且在一些实施例中可省略筛网或网格。然而，应该注意，过去已经证实难以制造具有表面凸出部的交换膜，且申请人不认为现在商业上可得到任何起伏的交换膜。然而，另一种可选方式是使用例如非绝缘固定化合物如可溶胶将离散的离子交换珠粒附接到至少一个离子交换膜的表面上。珠粒一旦进行组装则接触相对的膜(所述膜可相似地进行制备)以确定膜间隔、池传导率和/或离子传导率。组件在组装后可进行水合并溶胀，这将胶冲出组件，进一步增强了膜-珠粒接触，且防止珠粒产生移位。在稀释物池中，通过这些方法中的任何方法安放在膜间的离子交换材料优选被放置以使得阴离子交换物质在阳极侧上接触阴离子交换膜，且阳离子交换物质在阴极侧上接触阳离子交换膜。由于交换珠粒的数量或分布保持受限，因此溶胀在装置中作为整体而言是较小且可控的且不应损害装置的结构性质或流性质。单元可“干燥”地或使用不同于正常操作过程中旨在使用的溶剂的非水溶剂进行绕卷和组装。在组装后可替换/去除溶剂，且该转化导致产生的离子交换材料和膜的膨胀将确保部件之间的良好接触。

多种典型构造中采用均质阴离子和阳离子交换膜，如Watertown，Massachusetts的Ionics，Incorporated制造的那些膜。优选采用这些膜是由于它们的强度、相对较低的溶胀和有限的穿膜水泄漏率的原因。还可使用非均质膜，但在后一种情况下，优选在进行组装之前实现至少一些程度的预溶胀或膜水合，且例如在薄片绕卷或组装过程中进行薄板拉伸的步骤由于非均质膜更低的强度、更大的溶胀和一般的松度和松弛性而可能需要更精确的控制。

如上所述，所述构造通过封套的密封条带和歧管区域的适当图案而提供在螺旋电去离子装置内限定不同流体流径的灵活方法。图5示出了用于限定螺旋电去离子流池的两膜封套的一个实施例，其中在螺旋部的中心与外部之间的圆柱形壳体的一端处供给盐水流且所述盐水流产生分支以在螺旋盐水流空间内向内和向外流动。每条支流在阻挡密封件1a的相应内/外端处转向以沿螺旋部反转其方向，且当其通过又两个偏流器1b、1c之间的中心开口时再次反向。分叉流径的远端随后通过卷的内边缘和外边缘处的开口离开，且沿循具有略大于卷绕部本身长度的长度的两条大体上螺旋的路径。

图6示出了由封套密封线1限定出的另一种路径构型。在本实施例中，盐水在右下角进入、被限制沿两条“跑道”绕匝流动从而行进达约三倍的螺旋部长度且在左上角离开。“右下”和“左上”指的是未绕卷膜中的位置，但当封套绕卷在装置中时将对应于位于相对端处的内部(中心)和外部(周部)的位置。可通过上面讨论的任何装置-例如进入池内的导管，通过边界电极或其它构造的开口而实现进入或离开。

图7示出了另一种构型，所述构型类似于图5所示构型但对于保持独立的两条盐水流支流采用独立的入口，同时布置隔障密封件1以使得两条流径具有不同长度。

密封件例如可通过平行于电极区域边缘处的卷绕轴线进行延伸-即一个电极周部自薄片端部向内存在一定距离-的密封线而进一步限定出限于电极区域的流径。图7A示出了这种实施例，图中示出了胶/密封剂条带(暗线)和通过盐水池的流径，其中右手端对应于阳极或阳极池，且左手端对应于阴极或阴极池。如图所示，盐水入口流b_i在阳极池的底部处进入且受到密封线s_a的限制从而沿阳极长度进行轴向流动并变得酸化。酸化的盐水随后在进入盐水或阴极电解质池的阴极区域之前沿相继的螺旋路径部段a、b、c转向，在所述阴极区域处密封线s_c保持流处于阴极或阴极池中。稀释物隔板仅覆盖阳极区域密封线s_a与阴极区域密封线s_c之间的区域使其远离高浓缩电解质区域(参见图3和图4)，因此限制例如反向扩散的效应。此外，初始酸化的盐水防止在盐水池中或在阴离子交换膜的盐水侧处出现过高的pH条件，所述过高的pH条件要不然可能促进或导致易于产生结垢。

除了限定出盐水池流径的密封件之外，本发明的装置可采用密封件限制或限定稀释物流径的边界，以使得螺旋卷绕装置在稀释物沿更长的路径或串联地流动通过两个或多个池的情况下有效地操作、变成两级段装置或变成对于每个级段具有不同盐水流或路径构型的两级段装置。

本发明的电去离子装置的稀释物池中可采用的构造的另一个重要方面是在稀疏填充的稀释物池内采用筛网网格，其中筛网使不同类型的交换珠粒隔离且使流偏转以确保稀释流与两种类型的珠粒之间的充分接触。图8是垂直于稀释物池的切平面且沿名义流向延伸的线截取的被本发明人称作s成层的一种构造的示意图。如图8所示，稀释物池被限定在阴离子交换膜A_x与阳离子交换膜C_x之间以使得阳离子交换材料C位于邻近膜C_x的位置处且阴离子交换材料位于邻近膜A_x的位置处。可如上所述通过不同类型的交换珠粒对涂覆粘结剂的筛网S的相对侧进行选择性涂覆以形成稀释物隔板组件从而实现这种情况。根据本发明该方面的s成层构造的进一步特征在于多个单侧阻碍物或偏流器D_c(被放置在阳离子侧上以使流朝向阴离子侧偏移)和D_a(被放置在阴离子侧上以使流朝向阳离子侧偏移)，所述单侧阻碍物或偏流器被交替安放穿过一般流向从而使流转向稀释物池的相对侧。偏流器可以是筛网本身的一部分，如穿过流向且在筛网的交替侧上突出一定量以在一侧的较大部分上阻碍流动的具有更大高度或横截面的细丝。偏转器可交替地独立形成或安放例如作为位于所示位置处的密封剂的细丝或线以使流自通道的交替半部产生偏转。还可使用超过一层筛网实现筛网或隔板构造，或可通过使用由相应离子交换材料形成的筛网或网格实现筛网或隔板构造，在所述情况下可省略交换珠粒。本发明的该方面有利地被用于具有薄池构造的平板电去离子装置中且不限于用于具有绕卷薄片或螺旋构造的电去离子装置中。

多种螺旋电去离子装置可被构造具有根据上述具体类型中一种或多种类型的膜和隔板。通过提供盐水池隔板实现根据本发明的一种特别有利的构造，所述盐水池隔板具有延伸穿过稀释物流的一般方向(所述方向可以是轴向)且操作以使接近稀释物路径前部的进入浓缩物池的物质与进一步沿稀释物路径流动的进入浓缩物池的物质隔离开来的隔离条带。图9A示出了该方面。

如图9A所示，通常被示作B的盐水隔板具有至少延伸达隔板的整体厚度以与相邻膜接触且将浓缩物流限制在对应于稀释物流径的初始或随后部段的水平方向内(如图所示)一个或多个条带BB。图中示出了三个这种条带BB，所述条带对应于图9B示意性地示出的沿稀释物路径进行脱矿质的不同特征区域。尽管在多种供给流体中某些物质是可缺乏或具有可忽略效应的，但这些区域图示性地包括稀释物路径的第一区域a，其中稀释物流中的阳离子如某些二价金属离子如钙或镁进入浓缩物池；第二区域b，其中单价离子和更大或移动性更差的更高化合价的离子如CO3、硫酸盐和类似物离开稀释物流；和设置在朝向产物出口位置的第三条带c，其中装置可以更极化的模式操作，且氢氧离子和水合氢离子大量产生并进入浓缩物池内。条带BB将浓缩物池的这些区域分成截然不同且独立的流条，以使得每种物质或物质群的流沿独立路径朝向浓缩物出口行进。通过这种方式，防止要不然可能引起结垢的多种互补组分相遇。可能相对自由地通过膜、反向扩散进入稀释物流内且重新进入浓缩物池的某些物质如中和气体CO₂可进入所有浓缩物区域a、b、c内，但在每个位置处，由于缺乏隔离在别处的组分，因此将为该组合物提供大体上不结垢的性能。

可通过多种其它可选装置实施隔离条带BB。一种方法是沿条沉积不可渗透的密封剂条带以填充盐水筛网隔板且防止流体移动穿过条带。另一种方法是采用不对称筛网作为隔板，其中网络的更大尺寸的条股连续且平行于彼此进行延伸达隔板的整体厚度，而更小尺寸的交叉条股允许流平行于大条股行进。在这种情况下，筛网间隔可相对较小，具有0.5至5厘米的网格，以使得主要的条股将沿一米长的稀释物流径形成数打或数百条隔离的浓缩物流径，而不是图9A-图9B所示的三个一般区域。为了防止结垢，重要的是条带组成充分不同以使得互补成垢物质不会在导致它们沉积的pH条件下存在。可通过数条条带BB，或通过使不对称筛网的条股沿横向于稀释物流的方向进行取向而提供的数十或数百条条带而实现该功能。

根据本发明的另一个或又一个方面，可通过将选定的交换树脂布置在沿稀释物路径的区域中以便选择性地脱除该区域中一种类型的离子或阻止互补离子进入浓缩物内，由此更清楚地分隔结垢组分或其它组分，从而增强或更精确地限定相关物质的空间隔离。图10示出了本发明的该方面，图中示意性地示出了绕卷电去离子装置(或被布置用于连续流的三个装置)的稀释物池。如图所示，对应于区域a的路径的初始区域被填充以阳离子交换树脂C从而更完全地捕获和输运成垢金属阳离子进入上部浓缩物条带内，同时更有效地将某些潜在有害的共离子或反离子区别开来。稀释物池的随后部分具有阴离子交换材料A的填料以强化去除体积较大或受阻的硫酸盐离子和其它组分的作用，而第三个区域或级段包含常规的交换材料的混合填料以进行更好的磨光处理。可采用三个独立供能的电极E1、E2、E3以更精确地调节或控制操作以对供给物中存在的材料进行具体分配。

如上所述，本发明的实施例通过例如封套端接的屏蔽电极凹穴、布置卷绕部以避免遮蔽效应并且采用相对较大的芯部以限制绕组的内池处发生的电流密度增加从而解决了现有技术构造的某些内在不均质性。根据本发明的另一个方面，螺旋部装备有提供补偿性流量曲线的端部管口结构。

图11A和图11B示出了本发明的该方面。如图所示为申请人的国际申请WO03/043721中所述的相对较大条股的网格的隔板S开设有狭槽以沿一条边缘接收多个管道或杆T，且筛网和管道被埋置在全宽度密封条带中。条带可由聚氨酯或环氧材料形成，所述材料产生固化且提供充分的柔性以允许筛网与上述交换膜和另一个隔板一起绕卷成绕卷电去离子装置。绕卷组件的端部优选随后以类似于用于形成中空纤维MF模块所采用的方式进行封装，以使得所有的膜和隔板在底部(如图所示)边缘处进行密封且浓缩物池与稀释物池较好地隔离开来。杆/管道T突出穿过封装材料。如果使用杆而不是管道，那么从组件中拉出这些杆，留下与网格S连通的贯通孔，所述贯通孔与管道相似地作为进入由隔板S限定出的池内的端部管口进行操作。如图11A进一步示出地，元件T朝向隔板S的一端逐渐隔开更大的间隔。这导致产生更大量的管口，因此在隔板的一端区域处产生增加的流，所述区域优选为绕卷组件的内部(更小直径)部分。

图11B示意性地示出了这种效应。更大数量的入口或出口孔允许在螺旋部的径向内部处存在更多的流或更大的流速，所述区域还经历更高的电流密度。在该区域中流动的流体因此具有更短的滞留时间，当流体通过外部卷绕部时，所述流体还可受到处理以达到相同的端点(例如15-16兆欧的传导率)，而不会导致过度耗损和极化操作。结果是高产量、均匀质量产物、没有极端或无效操作区域。

上述装置因此实施了电去离子装置的多种具有新颖性、创造性且有利的构造，所述构造增强了如此构造的装置的制造简易性、操作有效性和总体性能或能力。在前面对所示实施例进行的描述中，已经强调了多种新颖的元件和突出的特征，但这些元件和特征可进行改变或通过由平板且螺旋的电去离子装置的技术文献中已公知构造的整体结构和其它细节的变型对其进行补充，目前许多所述平板螺旋电去离子装置在市场上进行销售。与例如珠粒捕捉器、管口、阀和电极构造以及操作控制的方面相关的辅助细节对于本领域的技术人员是已公知的，且可与在此所述的构造的适当改型一起使用。本领域的技术人员将易于想到因此披露的本发明及其它变型和改型，且所有这些变型和改型被认为处于在此所述且由所附权利要求限定出的本发明的范围内。

Claims (21)

1、一种包括大体上呈圆柱形的壳体的电去离子装置，所述电去离子装置包括：

圆柱形内芯，

围绕所述内芯延伸的内电极，

被布置成围绕所述内电极的螺旋卷绕部的薄片，

围绕所述螺旋卷绕部延伸的外电极，

其中通过所述螺旋卷绕部内的空间且通过所述螺旋卷绕部的薄片间空间限定出活性处理池，所述空间被布置以限制穿过所述活性处理池的电流密度的增加。

2、根据权利要求1所述的电去离子装置，其中所述圆柱形芯部和内电极被布置以限定出在紧接所述内电极的位置与紧接所述外电极的位置之间产生小于两倍系数变化的电流密度。

3、根据权利要求1所述的电去离子装置，其中所述薄片的端部区域被设置与一个所述电极大体上平行，由此大体上均匀的电场在所述端部区域处被加到所述薄片上。

4、根据权利要求1所述的电去离子装置，其中所述内电极和所述外电极中的至少一个电极包括涡形体。

5、根据权利要求4所述的电去离子装置，其中所述涡形体存在电极凹穴，且所述薄片端接于所述凹穴中。

6、根据权利要求5所述的电去离子装置，其中所述薄片密封到所述电极凹穴上，且由所述薄片限定出的流池通过电极进行连通。

7、根据权利要求1所述的电去离子装置，其中所述薄片的内部形成浓缩物池。

8、根据权利要求1或7所述的电去离子装置，其中所述薄片内的一个或多个密封条带限定出浓缩物流。

9、根据权利要求8所述的电去离子装置，其中横向于要进行脱矿质处理的流体流布置所述条带，且所述条带被放置且进行取向以在独立通道中接收且保持不同的成垢组分。

10、根据权利要求8所述的电去离子装置，其中所述密封条带实现选自包括下列功能的组群中的一项或多项功能，即：

a)限定出长度比所述薄片更长的流径；

b)限定出盐水池作为与稀释物池隔离的电解质池；

c)相对于稀释物路径限定出盐水路径取向；

d)限定出盐水流以使得所述盐水被酸化以抵抗结垢；

e)限定出两级段螺旋电去离子处理装置；

f)限定出压力降以沿所需方向诱导流动；

g)限定出盐水池入口和/或出口孔位置；和

h)限定出盐水路径阻抗，所述阻抗使得能够通过来自稀释物池的供给或产物流的被动内部渗出物进行盐水供给。

11、一种包括大体上呈圆柱形壳体的电去离子装置，所述电去离子装置包括：

围绕所述内芯延伸的内电极，

被布置成围绕所述内电极的螺旋卷绕部的至少一个薄片，

围绕所述螺旋卷绕部延伸的外电极，

其中所述螺旋卷绕部内的空间和所述螺旋卷绕部的薄片间空间限定出所述装置的流池，所述内电极和所述外电极中的至少一个电极被构造以使得薄片沿大体上切向方向端接于所述电极处。

12、一种包括大体上呈圆柱形壳体的电去离子装置，所述电去离子装置包括：

围绕所述内芯延伸的内电极，

包含两个隔开的膜且被布置成围绕所述内电极的螺旋卷绕部的至少一个薄片，

围绕所述螺旋卷绕部延伸的外电极，和

被施加与所述膜接触且在所述薄片内和/或所述螺旋卷绕部的薄片间空间内形成一定图案以便限定出流动图案或流向从而对输送至所述壳体的供给物进行电去离子处理的多个密封件。

13、一种电去离子装置，所述电去离子装置包括大体上呈圆柱形的壳体且包括在其间限定出环状圆柱形空间的内电极和外电极，和膜/隔板薄片，所述膜/隔板薄片在所述环状圆柱形空间中进行绕卷以使得所述装置构成具有限定在所述膜/隔板薄片的膜之间的稀释物和浓缩物流径的电去离子装置，且所述膜/隔板薄片大体上围绕一个或多个所述电极的整周位于平行于所述一个或多个电极的位置处。

14、根据权利要求13所述的电去离子装置，其中所述外电极与所述内电极的直径具有低于2.0且优选低于1.5的比率，所述比例有效地限制所述内电极处的电流密度。

15、根据权利要求13或14所述的电去离子装置，进一步被构造以使得至少出现下列情况中的一种：

a)所述内电极是阳极；

b)所述装置被布置以使盐水流酸化；和

c)所述膜/隔板薄片限定出稀疏填充的稀释物和/或浓缩物路径。

16、一种包括大体上呈圆柱形壳体的电去离子装置，所述电去离子装置包括：

沿轴线被布置成大体上圆柱形形状的径向内电极，

被布置成围绕所述内电极的螺旋卷绕部的薄片，

围绕所述螺旋卷绕部延伸的径向外电极，

其中通过所述螺旋卷绕部内的空间且通过在所述径向内电极与所述径向外电极之间的区域中的所述螺旋卷绕部的薄片间空间限定出活性处理池，由所述电极形成的电流具有通过所述池的电流密度，所述电流密度随池的径向位置反向变化，和

用于使流作为径向位置的函数产生改变以便更有效地利用可得电流的装置。

17、根据权利要求16所述的电去离子装置，其中所述用于改变流的装置包括位于所述流径一端处且具有有效地在更少的径向位置处提供更大的流的数量或尺寸的多个流口。

18、根据权利要求16所述的电去离子装置，其中所述薄片是绕卷薄片且所述用于改变流的装置包括沿其长度渐进间隔的多个流口。

19、一种包括大体上呈圆柱形壳体的电去离子装置，且所述电去离子装置包括：

沿轴线布置成大体上圆柱形形状的径向内电极，

布置在围绕所述内电极的螺旋卷绕部中的多个隔板和选择性渗透膜，和

围绕所述螺旋卷绕部延伸的径向外电极，

稀释物池和浓缩物池由所述径向内电极与所述径向外电极之间的区域中的所述螺旋卷绕部内的空间限定出，且其中所述浓缩物池内的分隔板条带使从所述稀释物池的流体中去除的不同成垢组分分离开且引导所述组分沿不同浓缩物流径移动由此避免结垢。

20、根据权利要求19所述的电去离子装置，其中所述分隔板条带包括一个或多个元件，所述元件选自：

i)筛网或网格隔板的条股，和

ii)在膜之间延伸的密封剂条带。

21、根据权利要求19所述的电去离子装置，进一步包括所述稀释物池中的离子交换填料，所述填料被布置以选择性地增强输运所述独立组分进入所述不同浓缩物流径内的作用。

Images