CN215975101U - 一种电容去离子装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种电容去离子装置和系统，所述电容去离子装置，包括：电容器模块、供电控制模块和控制端；电容器模块包括：阳离子交换膜、阴离子交换膜、第一电极板、第二电极板和水流道板；第一电极板和第二电极板均与供电控制模块连接，供电控制模块设有四种工作状态；第一工作状态下，第一电极板和第二电极板正接；第二工作状态下，第一电极板和第二电极板反接；第三工作状态下，第一电极板和第二电极板短路；第四工作状态下，第一电极板和第二电极板断路；控制端与供电控制模块连接。本实用新型中，控制端和供电控制模块的配合，实现供电控制模块工作状态的自动切换，有利于提高工作效率，且实现了各工作状态持续时间的精确控制。

Description

一种电容去离子装置和系统

技术领域

本实用新型涉及水处理领域，尤其涉及一种电容去离子装置和系统。

背景技术

电容去离子技术是一项针对于海水淡化的新兴技术，它的优点在于节能环保，水处理速度快，耐酸碱腐蚀，可以实现电极自清洗等优点，如今已经被广大研究者关注。

电容去离子技术中，吸附状态和脱附状态的切换时机对盐水除盐效率至关重要，但是，当前业内都是由工作人员根据经验切换吸附状态和脱附状态，很难保证盐水除盐效率的稳定，且吸附状态和脱附状态的直接转换，也容易对电极造成大电流冲击伤害，影响电容去离子装置的使用寿命。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中的电容去离子装置只能人工切换吸附状态和脱附状态的缺陷，本实用新型提出了一种电容去离子装置。

本实用新型的目的之一提供了一种电容去离子装置，实现了电场状态的自动切换。

一种电容去离子装置，包括：供电控制模块、控制端以及具有第一电极板和第二电极板的电容器模块；

第一电极板和第二电极板均与供电控制模块连接，供电控制模块设有四种工作状态；第一工作状态下，第一电极板和第二电极板正接；第二工作状态下，第一电极板和第二电极板反接；第三工作状态下，第一电极板和第二电极板短路；第四工作状态下，第一电极板和第二电极板断路；

控制端与供电控制模块连接。

优选的，电容器模块包括阳离子交换膜、阴离子交换膜、第一电极板、第二电极板和水流道板；阳离子交换膜位于第一电极板和所述水流道板之间，阴离子交换膜位于第二电极板和所述水流道板之间；供电控制模块包括：电源正极接入端、电源负极接入端和继电器模块，继电器模块包括第一继电器、第二继电器和第三继电器；第一继电器包括两个引脚，第一继电器的两个引脚记作继电器模块的第一引脚和第二引脚；第二继电器包括五个引脚，第二继电器的五个引脚记作继电器模块的第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚和第七引脚；第三继电器包括四个引脚，第三继电器的四个引脚记作继电器模块的第八引脚、第九引脚、第十引脚和第十一引脚；

第一电极板分别连接继电器模块的第七引脚和第十一引脚，第二电极板分别连接继电器模块的第六引脚和第十引脚；电源正极接入端连接继电器模块的第一引脚，电源负极接入端分别连接继电器模块的第四引脚和第九引脚；继电器模块的第二引脚和第三引脚连接，第五引脚和第八引脚连接；

控制端分别连接第一继电器、第二继电器和第三继电器；

所述第一工作状态下，继电器模块的第一引脚连接第二引脚，第三引脚连接第六引脚，第四引脚连接第七引脚，第三继电器断路；所述第二工作状态下，继电器模块的第一引脚连接第二引脚，第三引脚连接第五引脚，第八引脚连接第十一引脚，第九引脚连接第十引脚；所述第三工作状态下，继电器模块的第六引脚连接第七引脚，第一继电器断路；所述第四工作状态下，第一继电器断路。

优选的，还包括控制面板，控制面板连接控制端，控制面板上设置有第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元一一对应控制第一继电器、第二继电器和第三继电器。

优选的，供电控制模块包括：电源正极接入端、电源负极接入端和第四继电器，第一电极板连接第四继电器的第二引脚，第二电极板连接第四继电器的第一引脚；电源正极接入端连接第四继电器的第三引脚，电源负极接入端连接第四继电器的第四引脚；控制端连接第四继电器；

所述第一工作状态下，第四继电器的第一引脚连接第三引脚，第二引脚连接第四引脚；所述第二工作状态下，第四继电器的第二引脚连接第三引脚，第一引脚连接第四引脚；所述第三工作状态下，第四继电器的第一引脚连接第二引脚；所述第四工作状态下，第四继电器断路。

优选的，还包括电极液存储器；第一电极板上设有第一电极液流道，第二电极板上设有第二电极液流道；电极液存储器分别连通第一电极液流道的两端以形成第一电极液循环回路，电极液存储器还分别连通第二电极液流道的两端以形成第二电极液循环回路，第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵；第一电极液流道和第二电极液流道中的电极液根据第一电极板和第二电极板的接电状态对水流道板中的水进行脱吸附。

优选的，所述第一电极液流道和第二电极液流道均为平面螺旋形流道。

优选的，水流道板两侧分别设有第一台阶槽和第二台阶槽，且第一台阶槽和第二台阶槽相连通；第一电极板和阳离子交换膜设置在第一台阶槽内，第二电极板和阴离子交换膜设置在第二台阶槽内；阳离子交换膜和阴离子交换膜之间形成水流道。

优选的，控制端设有内置电源和外部电源接口。

本实用新型的目的之二还提供了一种电容去离子系统。

一种电容去离子系统，包括所述电容去离子装置，还包括补给水存储器、电导率测试仪、PC机和用于检测第一电极板和第二电极板所形成的电气回路上电气参数的检测模块；电气参数包括电压和/或电流；补给水存储器与所述水流道板连接以形成水循环回路，且水循环回路上设有水泵；电导率测试仪设置在补给水存储器中，PC机分别连接电导率测试仪和检测模块。

一种电容去离子系统，包括上位机和所述电容去离子装置，上位机与所述控制端连接。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型中，控制端和供电控制模块的配合，通过控制端控制供电控制模块进行工作状态的切换，从而实现供电控制模块工作状态的自动切换，即实现该电容去离子装置在正接、反接、断路、短路四种状态之间的自动切换，有利于提高工作效率，且实现了各工作状态持续时间的精确控制，有利于实现对该电容去离子装置的精确测量。

(2)第一电极板和第二电极板采用流动电极，第三工作状态下，通过第一电极板和第二电极板短路，可实现第一电极板和第二电极板之间的自放电，使得双电层被破坏，浓差极化导致流动电极液中的盐离子向水中扩散，实现了电极液脱附过程，从而实现电极液的循环利用。而第四工作状态下，即第一电极板和第二电极板均不接电源的情况下，由于浓差极化，电极液会对经过水流道板的补给水中的盐离子进行物理吸附，使补给水中的盐离子迁移至电极液中，实现补给水脱盐，从而降低补给水中的盐离子浓度。

(3)本实用新型中，还包括上位机，上位机与控制端连接，以便通过上位机向控制端加载用于控制供电控制模块进行状态切换的内置程序。控制端设有内置电源和外部电源接口，以提供两种可替换的供电模式，使得该电容去离子装置的应用更加广泛。

(4)本实用新型中，通过第一继电器、第二继电器和第三继电器构成供电控制模块，可通过控制面板对控制端内的内置程序进行各阶段的时间调整。通过控制端和控制面板的结合，实现了内置程序和各阶段时间的设置的即独立又统一，方便了试验过程中，不具备编程基础的工作人员通过控制面板对所述内置程序机进行时间调整，以提高该电容去离子装置的便利性。

(5)本实用新型中，电极板上采用平面螺旋形流道，使得电极液在平面螺旋形流道中流动平稳，避免了蛇形等具有急转弯的流道内可能发生的堵塞情况，从而保证了电极液在第一电极板和第二电极板上流动的可靠性，保证流动电极的可靠性，即保证了电极液所在电场的稳定性，从而保证了对水处理腔中补给水的处理效率。

(6)通过第一台阶槽和第二台阶槽的设置，实现了水流道板对第一电极板、阳离子交换膜、第二电极板和阴离子交换膜的包边保护，提高了整个流通电容器模块的结构稳定性，有利于保证阳离子处理部和阴离子处理部的工作安全，从而保证工作状态下，电极液所处电场的稳定。

附图说明

图1为一种电容去离子装置模块连接示意图；

图2(a)为一种电容器模块的结构图；

图2(b)为图2(a)的爆炸图；

图3(a)为水处理系统中单个流通电容器模块的流通示意图；

图3(b)为第一种供电控制模块电路图；

图3(c)为第二种供电控制模块电路图；

图4(a)为本实用新型中平面螺旋形流道示意图；

图4(b)为现有技术中蛇形流道示意图；

图5(a)为实施例与对照例的盐离子浓度变化对比示意图；

图5(b)为实施例与对照例的平均除盐速率对比示意图；

图6(a)为实施例在不同电压下的盐离子浓度变化和电流变化比较示意图；

图6(b)为实施例在不同电压下的盐离子吸附性能比较示意图；

图7(a)为实施例在电极液具有不同活性炭浓度下的盐离子浓度变化和电流变化比较示意图；

图7(b)为实施例在电极液具有不同活性炭浓度下的盐离子吸附性能比较示意图；

图8为流通电容器模块长时间稳定运行测试过程中电导率和电流变化示意图；

图9为流通电容器模块吸附测试图。

J1、第一继电器；J2、第二继电器；J3、第三继电器；J4、第四继电器； VCC+、电源正极接入端；VCC-、电源负极接入端；

1、水流道板；11、进水端；12、出水端；13、第一台阶槽；14、第二台阶槽；

2、阳离子处理部；21、第一电极板；210、第一电极液流道；22、阳离子交换膜；23、第一保护板；231、第一进液端子；232、第一出液端子；24、第一密封弹性垫；25、第二密封弹性垫；

3、阴离子处理部；31、第二电极板；310、第二电极液流道；32、阴离子交换膜；33、第二保护板；331、第二进液端子；332、第二出液端子；34、第三密封弹性垫；35、第四密封弹性垫；

4、螺纹紧固件；5、电极液存储器；6、补给水存储器；

C：补给水中盐离子浓度检测值；

C₀：补给水中盐离子浓度初始值。

具体实施方式

一种电容去离子装置

参照图1，本实施方式提出的一种电容去离子装置，包括：电容器模块、供电控制模块和控制端。电容器模块包括：阳离子交换膜22、阴离子交换膜32、第一电极板21、第二电极板31和水流道板1。阳离子交换膜22位于第一电极板21和所述水流道板1之间，阴离子交换膜32位于第二电极板31和所述水流道板1之间。

第一电极板21和第二电极板31均与供电控制模块连接，供电控制模块设有四种工作状态。

第一工作状态下，第一电极板21和第二电极板31正接。此时，第一电极板21连接电源负极，第二电极板31连接电源正极，流经水流道板1的水中的阳离子透过阳离子交换膜22被第一电极板21吸附，流经水流道板1的水中的阴离子透过阴离子交换膜32被第二电极板31吸附，从而对水流道板1中的补给水实现盐离子吸附，以得到干净的淡水。

第二工作状态下，第一电极板21和第二电极板31反接。此时，第一电极板21连接电源正极，第二电极板31连接电源负极，第一电极板21吸附的阳离子被排斥并经过阳离子交换膜22进入流经水流道板1的水中，第二电极板31 吸附的阴离子被排斥并经过阴离子交换膜32进入流经水流道板1的水中，以实现第一电极板21和第二电极板31的盐离子脱附，从而实现第一电极板21和第二电极板31的循环利用。

第三工作状态下，第一电极板21和第二电极板31短路，以实现第一电极板21和第二电极板31之间的自放电。正接电吸附与反接脱附之间切换，即第一工作状态和第二工作状态之间的直接切换，会存在大冲击电流。如此，在第一工作状态和第二工作状态切换时插入第三工作状态，可通过第一电极板21和第二电极板31短路自放电避免大的冲击电流，保护仪器。

第四工作状态下，第一电极板21和第二电极板31断路，以实现对经过水流道板1的补给水中盐离子的物理吸附。

控制端与供电控制模块连接，以便通过控制端控制供电控制模块进行工作状态的切换，从而实现供电控制模块工作状态的自动切换，即实现该电容去离子装置在正接、反接、断路、短路四种状态之间的自动切换。

相对于现有的手动控制电容去离子装置正接或者反接，本实施方式中，通过第三工作状态的设置，可实现装置自放电，从而避免状态切换产生大冲击电流，保证仪器安全；通过第四工作状态实现对补给水的物理吸附，有利于精确测量正接吸附的效果。同时，通过控制端和供电控制模块的配合，实现了该电容去离子装置工作状态的自动切换，有利于提高工作效率，且实现了各工作状态持续时间的精确控制，有利于实现对该电容去离子装置的精确测量。

值得注意的是，本实施方式中，控制端可根据加载的内置程序实现对供电控制模块的状态切换控制，该手段为电气控制领域的常规技术手段，也不属于本实用新型的发明点和保护部分，在此不做赘述。具体实施时，可在内置程序中，设置该电容去离子装置的工作流程为“断路——正接——短路——反接”，即供电控制模块的状态切换过程为：第四工作状态——第一工作状态——第三工作状态——第二工作状态。

本实施方式中，所述电容去离子装置与上位机构成电容去离子系统，上位机与电容去离子装置中的控制端连接，以便通过上位机向控制端加载用于控制供电控制模块进行状态切换的内置程序。本实施方式中，控制端设有内置电源和外部电源接口，以提供两种可替换的供电模式，使得该电容去离子装置的应用更加广泛。

本实施方式中，第一电极板21上设有第一电极液流道，第二电极板31上设有第二电极液流道，第一电极液流道和第二电极液流道中的电极液根据第一电极板21和第二电极板31的接电状态对水流道板1中的水进行脱吸附。如此，第一电极板21和第二电极板31采用流动电极，第三工作状态下，通过第一电极板21和第二电极板31短路，可实现第一电极板21和第二电极板31之间的自放电，使得双电层被破坏，浓差极化导致流动电极液中的盐离子向水中扩散，实现了电极液脱附过程，从而实现电极液的循环利用。而第四工作状态下，即第一电极板21和第二电极板31均不接电源的情况下，由于浓差极化，电极液会对经过水流道板1的补给水中的盐离子进行物理吸附，使补给水中的盐离子迁移至电极液中，实现补给水脱盐，从而降低补给水中的盐离子浓度。

参照图2(a)、图2(b)，本实施方式中，还包括电极液存储器5。电极液存储器5分别连通第一电极液流道的两端以形成第一电极液循环回路，电极液存储器5还分别连通第二电极液流道的两端以形成第二电极液循环回路，第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵(附图中未给出)，以便通过电极液循环泵提供电极液流动的动力。

电容去离子系统

本实施方式提供的一种电容去离子系统，包括上述的电容去离子装置，还包括补给水存储器6、电导率测试仪、PC机(个人笔记本电脑)和用于检测第一电极板21和第二电极板31所形成的电气回路上电气参数的检测模块。电气参数包括电压和/或电流。具体实施时，检测模块可采用串联在第一电极板21 或者第二电极板31处的电流测量装置，也可采用用于测量第一电极板21和第二电极板31之间的电压的电压测量装置。具体实施时，PC机可和上位机合为一体，即由PC机向控制端下发测试程序。

电导率测试仪设置在补给水存储器6中，PC机分别连接电导率测试仪和检测模块，以便根据电导率测试仪和检测模块的测量结果对该电容去离子装置的脱吸附效果进行评估。

第一种供电控制模块

参照图3(b)，本实施方式中，供电控制模块包括：电源正极接入端VCC+、电源负极接入端VCC-和继电器模块，继电器模块包括第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3。第一继电器J1包括两个引脚，第一继电器J1的两个引脚记作继电器模块的第一引脚和第二引脚。第二继电器J2包括五个引脚，第二继电器J2的五个引脚记作继电器模块的第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚和第七引脚。第三继电器J3包括四个引脚，第三继电器J3的四个引脚记作继电器模块的第八引脚、第九引脚、第十引脚和第十一引脚。

第一电极板21分别连接继电器模块的第七引脚和第十一引脚，第二电极板 31分别连接继电器模块的第六引脚和第十引脚；电源正极接入端VCC+连接继电器模块的第一引脚，电源负极接入端VCC-分别连接继电器模块的第四引脚和第九引脚；继电器模块的第二引脚和第三引脚连接，第五引脚和第八引脚连接。

控制端分别连接第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3。

所述第一工作状态下，继电器模块的第一引脚连接第二引脚，第三引脚连接第六引脚，使得第二电极板31与电源正极接入端VCC+连接；同时，第四引脚连接第七引脚，使得第一电极板21与电源负极接入端VCC-连接，从而实现该电容去离子装置的正接，以便对经过水流道板1的补给水进行吸附处理。同时，第三继电器J3断路，以避免信号串扰。

所述第二工作状态下，继电器模块的第一引脚连接第二引脚，第三引脚连接第五引脚，第八引脚连接第十一引脚，使得第一电极板21与电源正极接入端 VCC+连接；同时，第九引脚连接第十引脚，使得第二电极板31与电源负极接入端VCC-连接，从而实现该电容去离子装置的反接，实现电极液的脱附再生利用。

所述第三工作状态下，继电器模块的第六引脚连接第七引脚，实现第一电极板21和第二电极板31的短路连接，从而实现该电容去离子装置的自放电。同时，第三工作状态下，第一继电器断路，以保证通过电源正极接入端VCC+和电源负极接入端VCC-接入的供电电源处于断开状态，从而保证电容去离子装置的短路安全。

所述第四工作状态下，第二继电器J2断路，以保证第一电极板21和第二电极板31断路，从而实现物理吸附；同时第一继电器J1断路，以保证通过电源正极接入端VCC+和电源负极接入端VCC-接入的供电电源处于断开状态，从而保证电容去离子装置的短路安全。

采用该第一种供电切换模块的电容去离子装置，还包括控制面板，控制面板连接控制端，控制面板上设置有第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元一一对应控制第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3。如此，通过第一控制单元可设置第一继电器 J1各种状态的持续时间，通过第二控制单元可设置第二继电器J2各种状态的持续时间，通过第三控制单元可设置第三继电器J3各种状态的持续时间。如此，相当于可通过控制面板对控制端内的内置程序进行各阶段的时间调整。通过控制端和控制面板的结合，实现了内置程序和各阶段时间的设置的即独立又统一，方便了试验过程中，不具备编程基础的工作人员通过控制面板对所述内置程序机进行时间调整，以提高该电容去离子装置的便利性。

第二种供电控制模块

参照图3(c)供电控制模块包括：电源正极接入端VCC+、电源负极接入端 VCC-和第四继电器J4，第一电极板21连接第四继电器J4的第二引脚，第二电极板31连接第四继电器J4的第一引脚；电源正极接入端VCC+连接第四继电器 J4的第三引脚，电源负极接入端VCC-连接第四继电器J4的第四引脚；控制端连接第四继电器J4。

所述第一工作状态下，第四继电器J4的第一引脚连接第三引脚，第二引脚连接第四引脚；所述第二工作状态下，第四继电器J4的第二引脚连接第三引脚，第一引脚连接第四引脚；所述第三工作状态下，第四继电器J4的第一引脚连接第二引脚；所述第四工作状态下，第四继电器J4断路。

本实施方式中，提供了采用一个继电器实现供电控制模块状态切换的方式，降低了成本。

另外，值得注意的是，为了方便对供电控制模块的程序控制，第一继电器 J1、第二继电器J2、第三继电器J3和第四继电器J4均采用计时继电器。

一种电容模块

参照图2(a)、图2(b)和图3，本实施方式提出的一种电容器模块，包括：水流道板1、阳离子处理部2和阴离子处理部3。阳离子处理部2包括第一电极板21和阳离子交换膜22，阴离子处理部3包括第二电极板31和阴离子交换膜32。第一电极板21和第二电极板31采用石墨板。阳离子交换膜22和阴离子交换膜32位于水流道板1的两侧，且三者相互配合形成水处理腔；水流道板 1上设置有均与水处理腔连通的进水端11和出水端12。

第一电极板21位于阳离子交换膜22背离水处理腔的一侧，第一电极板21 朝向阳离子交换膜22的一侧设有第一电极液流道，第一电极液流道所在平面平行于阳离子交换膜22，且第一电极液流道的两端分别作为第一电极板21的电极液进口和电极液出口。所述第一电极液流道和第二电极液流道均为平面螺旋形流道。

第二电极板31位于阴离子交换膜32背离水处理腔的一侧，第二电极板31 朝向阴离子交换膜32的一侧设有第二电极液流道，第二电极液流道所在平面平行于阴离子交换膜32，且第二电极液流道的两端分别作为第二电极板31的电极液进口和电极液出口。

如此，当第一电极板21连接电源负极，第二电极板31连接电源正极，则电极液在正向电场作用下对水处理腔内的补给水进行离子吸附，水处理腔内补给水中的阳离子通过阳离子交换膜22进入电极液，水处理腔内补给水中的阴离子通过阴离子交换膜32进入电极液，即，电极液对补给水中的盐离子进行吸附，对补给水实现脱盐处理，以获得干净的淡水。反之，当第一电极板21连接电源正极，第二电极板31连接电源负极，则电极液内的阳离子通过阳离子交换膜22 进入水处理腔内的补给水中，电极液内的阴离子通过阴离子交换膜32进入水处理腔内的补给水中，从而实现电极液中的离子在反向电场作用下脱附，电极液实现自清洗以再次循环利用。

本实施方式中，第一电极液流道和第二电极液流道的设置，使得电极液在电极液流道中流动平稳，避免了蛇形等具有急转弯的流道内可能发生的堵塞情况，从而保证了电极液在第一电极板21和第二电极板31上流动的可靠性，保证流动电极的可靠性，即保证了电极液所在电场的稳定性，从而保证了对水处理腔中补给水的处理效率。

图5揭示了本实施方式中具有电极液流道的电极板的电容器模块相对于对照例的盐离子吸附性能比较。对照例为在本领域普遍使用的具有蛇形流道的电极板的电容器模块。由图中可看出，采用电极液流道的电极板具有更好的脱盐性能，有更高的平均除盐速率和除盐效率。图4所示为电极板和和对照例中具有蛇形流道的电极板的对照图。

本实施方式中，第一电极板21连接有第一接线端子，第二电极板31连接有第二接线端子。以便通过第一接线端子接入供电，从而使得第一电极液流道内的电极液上电；同理，通过第二接线端子接入供电，从而使得第二电极液流道内的电极液上电。具体的，第一接线端子和第二接线端子可采用钛片。

本实施方式中，水流道板1两侧分别设有第一台阶槽13和第二台阶槽，且第一台阶槽13和第二台阶槽相连通；第一电极板21和阳离子交换膜22设置在第一台阶槽13内，第二电极板31和阴离子交换膜32设置在第二台阶槽内。如此，通过第一台阶槽13和第二台阶槽的设置，实现了水流道板1对第一电极板 21、阳离子交换膜22、第二电极板31和阴离子交换膜32的包边保护，提高了整个电容器模块的结构稳定性，有利于保证阳离子处理部2和阴离子处理部3 的工作安全，从而保证工作状态下，电极液所处电场的稳定。

本实施方式中，阳离子处理部2还包括第一保护板23，阴离子处理部3还包括第二保护板33。第一保护板23位于第一电极板21背离阳离子交换膜22的一侧，以对第一电极板21进行保护；第二保护板33位于第二电极板31背离阴离子交换膜32的一侧，以对第二电极板31进行保护。

本实施方式中，第一保护板23设置在第一台阶槽13中，第二保护板33设置在第二台阶槽中，进一步提高了第一保护板23和第二保护板33与水流道板1 相对位置的稳定，并通过第一保护板23压紧第一电极板21和阳离子交换膜22，通过第二保护板33压紧第二电极板31和阴离子交换膜32，从而进一步保证电容器模块整体的稳定和密封性。

本实施方式中，第一保护板23上设有连接第一电极板21的电极液进口的第一进液端子231和连接第一电极板21的电极液出口的第一出液端子232。第二保护板33上设有连接第二电极板31的电极液进口的第二进液端子331和连接第二电极板31的电极液出口的第二出液端子332。

如此，在电容器模块工作时，可将第一进液端子231和第一出液端子232 均与外部的电极液存储器连接，使得第一电极液流道和所述电极液存储器形成第一电极液循环回路，通过第一电极液循环回路上的电极液循环泵可实现第一电极液流道内的电极液的循环流动。同理，将第二进液端子331和第二出液端子332均与外部的电极液存储器连接，使得第二电极液流道和所述电极液存储器形成第二电极液循环回路，通过第二电极液循环回路上的电极液循环泵可实现第二电极液流道内的电极液的循环流动。

本实施方式中，第一接线端子设置在第一保护板23上，第一接线端子、第一进液端子231和第一出液端子232均位于第一保护板23背离阳离子交换膜22 的一侧，第二接线端子设置在第二保护板33上，第二接线端子、第二进液端子 331和第二出液端子332均并位于第二保护板33背离阴离子交换膜32的一侧。即，第一接线端子、第一进液端子231和第一出液端子232集中在第一保护板 23的同一侧，第二接线端子、第二进液端子331和第二出液端子332集中在第二保护板33的同一侧，提高了整个电容器模块外观结构的对称性和稳定性。

本实施方式中，第一接线端子包括穿过第一保护板23并与第一电极板21 连接的螺栓电极和设置在螺栓电极上的钛片；第二接线端子包括穿过第二保护板33并与第二电极板31连接的螺栓电极和设置在该螺栓电极上的钛片。钛片的设置，有利于提高导电率。

本实施方式中，阳离子交换膜22的两侧分别设有第一密封弹性垫24和第二密封弹性垫25。阴离子交换膜32的两侧分别设有第三密封弹性垫34和第四密封弹性垫35。第一密封弹性垫24夹持在阳离子交换膜22和第一电极板21之间，从而提高阳离子交换膜22和第一电极板21之间的密封性，防止第一电极液流道内的电极液泄漏，同时还防止了阳离子交换膜22和第一电极板21之间的硬连接损伤。同理，第三密封弹性垫34夹持在阴离子交换膜32和第二电极板31之间，从而提高阳阴离子交换膜32和第二电极板31之间的密封性，防止第二电极液流道内的电极液泄漏，同时还防止了阴离子交换膜32和第二电极板 31之间的硬连接损伤。第二密封弹性垫25夹持在阳离子交换膜22和水流道板 1之间，第四密封弹性垫35夹持在阴离子交换膜32和水流道板1之间，即避免了硬连接损伤，也实现了对水处理腔的密封。

本实施方式中，第一密封弹性垫24和第二密封弹性垫25均设有包围第一电极液流道的通孔。如此，使得流经第一电极液流道的电极液直接接触阳离子交换膜22，提高了阳离子交换膜22所在电场强度，从而提高了电极液的脱吸附效率。同理，第三密封弹性垫34和第四密封弹性垫35均设有包围第二电极液流道的通孔。

具体的，第一密封弹性垫24、第二密封弹性垫25、第三密封弹性垫34和第四密封弹性垫35可采用橡胶垫或者硅胶片。

本实施方式中，阳离子交换膜22和阴离子交换膜32平行设置，水流道板1 上用于连接第一台阶槽13和第二台阶槽的通孔，所述通孔所在区域覆盖第一电极液流道和第二电极液流道，使得水处理腔内补给水中的盐离子自由运动，提高吸附效率。

本实施方式中，还包括多个螺纹紧固件4，多个螺纹紧固件4依次穿过第一保护板23、第一电极板21、第一密封弹性垫24、阳离子交换膜22、第二密封弹性垫25、水流道板1、第三密封弹性垫34、阴离子交换膜32、第四密封弹性垫35、第二电极板31和第二保护板33。具体的，螺纹紧固件4采用螺栓，通过螺栓与螺母对第一保护板23、第一电极板21、第一密封弹性垫24、阳离子交换膜22、第二密封弹性垫25、水流道板1、第三密封弹性垫34、阴离子交换膜 32、第四密封弹性垫35、第二电极板31和第二保护板33进行紧固连接，从而保证结构的稳定性。具体的，本实施方式中，多个螺栓平均分布在包围第一电极液流道的圆周上，以实现平面方向上的紧固力周向均匀分布。

本实施方式中还提供了一种电容去离子水处理系统，包括所述的电容器模块，还包括电极液存储器5和补给水存储器6。电极液存储器5分别连通第一电极液流道的两端以形成第一电极液循环回路，电极液存储器5还分别连通第二电极液流道的两端以形成第二电极液循环回路。即，第一进液端子231、第一出液端子232、第二进液端子331和第二出液端子332均与电极液存储器5连接，电极液存储器5、第一进液端子231、第一电极液流道和第一出液端子232构成第一电极液循环回路；电极液存储器5、第二进液端子331、第二电极液流道和第二出液端子332构成第二电极液循环回路。第一电极液循环回路和第二电极液循环回路相并联。第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵(附图未给出)。具体实施时，可在第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上分别设置电极液循环泵，也可设置双流道的电极液循环泵以同时驱动第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上的电极液流动，从而实现第一电极液流道和第二电极液流道均经过电极液存储器5进行循环，从而实现流动电极。

补给水存储器6分别连接进水端11和出水端12，补给水存储器6和水处理腔形成水循环回路，且水循环回路上设有水泵(附图未给出)，以便在水泵驱动下，水循环经过水处理腔，提高吸脱附效果。

以下，结合具体的实施例，对采用电容器模块的水处理系统的性能进一步说明。

本实施例中，第一电极板21和第二电极板31的尺寸为80×80×5mm，电极液在第一电极液流道和第二电极液流道中，均从中心端流入，从顶部末端流出。电极液采用活性炭溶液。

图6揭示了实施例在不同电压下盐离子吸附性能的比较。该实施例分别在 1.2V、1.6V、2.0V、2.4V、2.8V五个电压下测试脱盐性能。从图中可以看出，随着电压的升高，其吸附性能呈现先增加后减小的趋势。当电压在2.4V和2.0V 之间时，其盐离子吸附性能最好，电流最大，电导率下降最快；平均除盐速率和电荷利用率最高。因此，该电容器模块的最佳施加电压在2.0～2.4V之间。

图7揭示了实施例在不同活性炭浓度电极液吸下盐离子吸附性能的比较。该实施例分别利用活性炭含量为5wt％、7.5wt％和10wt％的电极液进行脱盐性能测试。从图中可以看出，随着电极液中活性炭含量的增加，其脱盐性能逐渐提升，电导率下降越来越快，平均除盐速率和电荷利用效率逐渐增加。因此在测试范围内，12.5wt％的电极液脱盐性能最优。

图8揭示了单个电容器模块长时间稳定运行的测试。该项测试是将单个电容器模块在50ml 3.5g L^-1的NaCl的补给水溶液中稳定运行48小时来测试模块的稳定性。从图中可以看出，在48小时内电容器模块稳定运行，能够将水中的盐离子完全除尽，展现了优异的脱盐效率。另外，在反向施加电压后能够将电极液上的盐离子完全脱附，这证明了该系统可以将电极液的盐离子完全脱附出来，实现电极液自清洗功能，效果显著。

图9揭示了实施例在2.4V施加电压，活性炭12.5wt％电极液的最优条件下的最终脱盐性能。该实施例在3.5g L^-1的NaCl溶液中进行脱盐性能测试。在测试之前，进行了2小时的物理吸附，从图中可以看出，在充分活化电极液和物理吸附后，电极液以显著的速度对水中的盐离子进行吸附并获得了干净的淡水。其电荷利用效率保持在了58％较高水平，展现出优异的盐离子吸附性能。

比较可知，最终在2.4V施加电压下运行12.5wt％活性炭电极液时，盐离子吸附效果最好。综上可见，本发明实施例具有稳定显著的脱盐性能，并且在长时间运行条件下没有出现任何漏液串流问题。整个装置设备简单，容易操作，性能优越，工艺成本低，具有广阔的发展前景。

以上仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容去离子装置，包括具有第一电极板(21)和第二电极板(31)的电容器模块，其特征在于，还包括供电控制模块和控制端；

第一电极板(21)和第二电极板(31)均与供电控制模块连接，供电控制模块设有四种工作状态；第一工作状态下，第一电极板(21)和第二电极板(31)正接；第二工作状态下，第一电极板(21)和第二电极板(31)反接；第三工作状态下，第一电极板(21)和第二电极板(31)短路；第四工作状态下，第一电极板(21)和第二电极板(31)断路；

控制端与供电控制模块连接。

2.如权利要求1所述的电容去离子装置，其特征在于，电容器模块包括：阳离子交换膜(22)、阴离子交换膜(32)、第一电极板(21)、第二电极板(31)和水流道板(1)；阳离子交换膜(22)位于第一电极板(21)和所述水流道板(1)之间，阴离子交换膜(32)位于第二电极板(31)和所述水流道板(1)之间；供电控制模块包括：电源正极接入端(VCC+)、电源负极接入端(VCC-)和继电器模块，继电器模块包括第一继电器(J1)、第二继电器(J2)和第三继电器(J3)；第一继电器(J1)包括两个引脚，第一继电器(J1)的两个引脚记作继电器模块的第一引脚和第二引脚；第二继电器(J2)包括五个引脚，第二继电器(J2)的五个引脚记作继电器模块的第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚和第七引脚；第三继电器(J3)包括四个引脚，第三继电器(J3)的四个引脚记作继电器模块的第八引脚、第九引脚、第十引脚和第十一引脚；

第一电极板(21)分别连接继电器模块的第七引脚和第十一引脚，第二电极板(31)分别连接继电器模块的第六引脚和第十引脚；电源正极接入端(VCC+)连接继电器模块的第一引脚，电源负极接入端(VCC-)分别连接继电器模块的第四引脚和第九引脚；继电器模块的第二引脚和第三引脚连接，第五引脚和第八引脚连接；

控制端分别连接第一继电器(J1)、第二继电器(J2)和第三继电器(J3)；

所述第一工作状态下，继电器模块的第一引脚连接第二引脚，第三引脚连接第六引脚，第四引脚连接第七引脚，第三继电器(J3)断路；所述第二工作状态下，继电器模块的第一引脚连接第二引脚，第三引脚连接第五引脚，第八引脚连接第十一引脚，第九引脚连接第十引脚；所述第三工作状态下，继电器模块的第六引脚连接第七引脚，第一继电器断路；所述第四工作状态下，第一继电器(J1)断路。

3.如权利要求2所述的电容去离子装置，其特征在于，还包括控制面板，控制面板连接控制端，控制面板上设置有第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元一一对应控制第一继电器(J1)、第二继电器(J2)和第三继电器(J3)。

4.如权利要求1所述的电容去离子装置，其特征在于，供电控制模块包括：电源正极接入端(VCC+)、电源负极接入端(VCC-)和第四继电器(J4)，第一电极板(21)连接第四继电器(J4)的第二引脚，第二电极板(31)连接第四继电器(J4)的第一引脚；电源正极接入端(VCC+)连接第四继电器(J4)的第三引脚，电源负极接入端(VCC-)连接第四继电器(J4)的第四引脚；控制端连接第四继电器(J4)；

所述第一工作状态下，第四继电器(J4)的第一引脚连接第三引脚，第二引脚连接第四引脚；所述第二工作状态下，第四继电器(J4)的第二引脚连接第三引脚，第一引脚连接第四引脚；所述第三工作状态下，第四继电器(J4)的第一引脚连接第二引脚；所述第四工作状态下，第四继电器(J4)断路。

5.如权利要求1所述的电容去离子装置，其特征在于，还包括电极液存储器(5)；第一电极板(21)上设有第一电极液流道，第二电极板(31)上设有第二电极液流道；电极液存储器(5)分别连通第一电极液流道的两端以形成第一电极液循环回路，电极液存储器(5)还分别连通第二电极液流道的两端以形成第二电极液循环回路，第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵；第一电极液流道和第二电极液流道中的电极液根据第一电极板(21)和第二电极板(31)的接电状态对水流道板(1)中的水进行脱吸附。

6.如权利要求5所述的电容去离子装置，其特征在于，所述第一电极液流道和第二电极液流道均为平面螺旋形流道。

7.如权利要求5所述的电容去离子装置，其特征在于，水流道板(1)两侧分别设有第一台阶槽(13)和第二台阶槽，且第一台阶槽(13)和第二台阶槽相连通；第一电极板(21)和阳离子交换膜(22)设置在第一台阶槽(13)内，第二电极板(31)和阴离子交换膜(32)设置在第二台阶槽内；阳离子交换膜(22)和阴离子交换膜(32)之间形成水流道。

8.如权利要求1所述的电容去离子装置，其特征在于，控制端设有内置电源和外部电源接口。

9.一种电容去离子装置系统，其特征在于，包括如权利要求2或3或5或6或7所述的电容去离子装置，还包括补给水存储器(6)、电导率测试仪、PC机和用于检测第一电极板(21)和第二电极板(31)所形成的电气回路上电气参数的检测模块；电气参数包括电压和/或电流；补给水存储器(6)与所述水流道板(1)连接以形成水循环回路，且水循环回路上设有水泵；电导率测试仪设置在补给水存储器(6)中，PC机分别连接电导率测试仪和检测模块。

10.一种电容去离子装置系统，其特征在于，包括上位机和权利要求1至8任一项所述的电容去离子装置，上位机与所述控制端连接。

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