KR20200019947A - 전기투석 디바이스 내 유체 매니폴드의 설계 - Google Patents

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사이먼 폴 듀크스
리-시앙 리앙
레인 윌리엄
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Abstract

전기화학적 분리 디바이스는, 제1 전극, 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 전지 스택, 유체를 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 유입 매니폴드, 유출 매니폴드, 및 하기 유체 흐름 디렉터 및 제2 유체 흐름 디렉터 중 하나 이상을 포함한다: 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 유체를 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 유체 흐름 디렉터, 및 유출 매니폴드 내에 배치되고 그리고 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나를 통해 유출 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 구성된 표면을 가진 제2 유체 흐름 디렉터.

Description

전기투석 디바이스 내 유체 매니폴드의 설계
관련 출원
본 출원은 미국 가출원 일련번호 제62/522,732호(발명의 명칭: "DESIGN OF FLOW DIRECTING FEATURE WITHIN THE FLUIDIC MANIFOLDS OF ELECTRODIALYSIS DEVICES", 출원일: 2017년 6월 21일)에 대한 우선권을 35 U.S.C. § 119(e)하에서 주장하고, 상기 기초출원은 전문이 참고로 본 명세서에 원용된다.
개시내용의 분야
본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 일반적으로 전기화학 막 시스템 및 이를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
전기장을 사용하여 유체를 정화하기 위한 디바이스는 물 및 용해된 이온종을 포함하는 다른 액체를 처리하도록 사용될 수도 있다. 이 방식으로 물을 처리하는 디바이스의 2가지 유형은 전기탈이온 디바이스 및 전기투석 디바이스이다. 이온-선택적 막에 의해 분리된 농축 격실 및 희석 격실이 이 디바이스 내에 있다. 전기투석 디바이스는 보통 교번하는 전기활성 반투과성 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 포함한다. 막 사이의 공간은 유입부 및 유출부를 가진 액체 흐름 격실을 생성하도록 구성된다. 전극을 통해 부여된 인가된 전기장은 전극의 각각의 상대 전극에 부착된, 용해된 이온이 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 통해 이동하게 한다. 이것은 일반적으로 희석 격실의 액체가 이온이 고갈되고, 그리고 농축 격실 내 액체가 이송된 이온으로 농후되는 것을 발생시킨다.
전기투석 디바이스와 구성에서 유사한 디바이스는 역전기투석(reverse electrodialysis: RED) 디바이스로서 사용될 수 있다. 격실의 2개의 세트에는 이온-선택적 막에 의해 분리된, 상이한 이온 농도의 유체, 예를 들어, 해수 및 강물이 공급된다. 농도 및 화학 포텐셜의 차는 각각의 막에 걸쳐 전압차를 발생시키고, 이는 디바이스 내 막의 총수에 걸쳐 합산될 때 격실 및 막의 스택의 경계를 이루는 2개의 전극에서 생성된 전압 전위를 발생시킨다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리 시스템은 제1 전극, 제2 전극, 제1 프레임에 의해 지지된 복수의 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 획정하는 제1 전지 스택을 가진 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치로서, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는, 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치, 및 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치와 인접하고 그리고 이와 함께 협력하며, 제2 프레임에 의해 지지된 복수의 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 획정하는 제2 전지 스택을 가진 제2 전기화학적 분리 모듈식 장치로서, 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치와 제2 전극 사이에 배치되는, 제2 전기화학적 분리 모듈식 장치를 포함할 수도 있다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리 시스템을 조립하는 방법은 제1 프레임에 의해 둘러싸인 제1 전지 스택을 가진 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치를 제1 전극과 제2 전극 사이의 용기에 실장하는 단계, 및 제2 프레임에 의해 둘러싸인 제2 전지 스택을 가진 제2 전기화학적 분리 모듈식 장치를 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치와 제2 전극 사이의 용기에 실장하는 단계를 포함할 수도 있다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리 모듈식 장치는 복수의 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 획정하는 전지 스택, 및 전지 스택을 둘러싸고 그리고 전지 스택을 통한 유체 흐름을 용이하게 하도록 구성된 매니폴드 시스템을 포함하는 프레임을 포함할 수도 있다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리를 위한 흐름 분배기는 제1 방향으로 지향되고 그리고 공급물을 전기화학적 분리 디바이스의 적어도 하나의 격실로 전달하도록 구성된 복수의 제1 통로, 및 제2 방향으로 지향된 복수의 제2 통로로서, 복수의 제1 통로와 유체 연통하고 그리고 전기화학적 분리 디바이스와 연관된 유입 매니폴드와 유체 연통하는, 복수의 제2 통로를 포함할 수도 있다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리 시스템은 제1 전극, 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 복수의 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치, 복수의 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 제2 전기화학적 분리 모듈식 장치로서, 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치와 협력하여 배열되고 그리고 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치와 제2 전극 사이에 배치되는, 제2 전기화학적 분리 모듈식 장치, 및 시스템 내 전류 손실을 감소시키도록 구성된, 제1 전기화학적 분리 모듈식 장치와 제2 전기화학적 분리 모듈식 장치 사이에 배치되고 그리고 이들과 인접한 스페이서를 포함할 수도 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 전기 정화 디바이스 또는 장치로서 또한 지칭될 수도 있는, 모듈식 전기화학적 분리 시스템은 다양한 처리 공정의 효율 및 전체 융통성을 향상시킬 수도 있다. 일부 실시형태에서, 교차-흐름 전기화학적 분리 디바이스, 예컨대, 교차-흐름 전기투석(ED) 디바이스는 종래의 판-및-프레임 디바이스에 대한 매력적인 대안으로서 구현될 수도 있다. 교차 흐름 디바이스가 제US8627560 B2호, 제US8741121 B2호 및 제US20160346737 A1호에 설명되고 상기 기초출원의 전문이 모든 목적을 위해 참고로 본 명세서에 원용된다. 일부 실시형태에서, 교차-흐름 전기화학적 분리 디바이스의 전류 비효율이 감소될 수도 있다. 적어도 특정한 실시형태에서, 유입 매니폴드 및 유출 매니폴드를 통한 전류 우회에 기인한 전류 비효율이 처리될 수도 있다. 에너지 소비 및 막 필요조건이 또한 감소될 수도 있고, 이들 둘 다는 다양한 적용에서 수명 주기 비용에 영향을 줄 수도 있다. 일부 실시형태에서, 적어도 85%의 막 활용이 달성될 수도 있다. 막 필요조건의 감소는 결국 전기화학적 분리 디바이스에 대한 제작 비용, 중량, 및 공간 필요조건의 감소를 발생시킬 수도 있다.
일부 특정한 실시형태에서, 교차-흐름 ED 디바이스의 공정 효율이 상당히 개선될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 전기화학적 분리 시스템의 효율은 오일 및 가스 생성물로부터 염수, 해수 및 소금물의 탈염을 위해 개선될 수도 있다. 적어도 일부 실시형태에서, ED의 비용 경쟁력은 역삼투(reverse osmosis: RO)와 비교할 때 개선될 수도 있고, 이는 현재 탈염을 위한 주된 기술이다.
본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시형태는 하우징 내에 포함될 수도 있는 유체를 전기적으로 정화할 수도 있는 디바이스, 뿐만 아니라 디바이스의 제작 방법 및 디바이스의 사용 방법에 관한 것이다. 정화될 액체 또는 다른 유체가 정화 디바이스에 진입하고 그리고, 전기장의 영향하에서, 이온-고갈된 액체를 생성하도록 처리된다. 진입한 액체로부터의 종은 이온-농축된 액체를 생성하도록 수집된다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 전기화학적 분리 시스템 또는 디바이스는 모듈식일 수도 있다. 각각의 모듈식 장치는 일반적으로 전체 전기화학적 분리 시스템의 하위-블록으로서 기능할 수도 있다. 모듈식 장치는 임의의 목적하는 수의 전지 쌍을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 모듈식 장치당 전지 쌍의 수는 분리 디바이스 내 전지 쌍 및 통로의 총수에 좌우될 수도 있다. 이것은 또한 교차-누출 및 다른 성능 기준에 대해 테스트될 때 허용 가능한 고장률을 가진 프레임에서 열적으로 결합되고 그리고 플롯팅될 수도 있는 전지 쌍의 수에 좌우될 수도 있다. 수는 제작 공정의 통계학적 분석에 기초할 수 있고 그리고 공정 제어가 개선됨에 따라 증가될 수 있다. 일부 비제한적 실시형태에서, 모듈식 장치는 약 50 내지 약 100개의 전지 쌍을 포함할 수도 있다. 모듈식 장치는 더 큰 시스템에 통합되기 전에 예컨대, 누출, 분리 성능 및 압력 강하를 위해 개별적으로 조립될 수도 있고 그리고 품질 제어 테스트될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 전지 스택은 독립적으로 테스트될 수 있는 모듈식 장치로서 프레임에 실장될 수도 있다. 이어서 복수의 모듈식 장치가 함께 조립될 수 있어서 전체 의도된 수의 전지 쌍을 전기화학적 분리 디바이스에 제공한다. 일부 실시형태에서, 조립 방법은 일반적으로 제1 모듈식 장치를 제2 모듈식 장치 상에 배치하는 단계, 제3 모듈식 장치를 제1 모듈식 장치 및 제2 모듈식 장치 상에 배치하는 단계, 및 목적하는 수의 복수의 모듈식 장치를 획득하도록 반복하는 단계를 수반할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 조립체 또는 개별적인 모듈식 장치는 작동을 위해 압력 용기 내로 삽입될 수도 있다. 다-통로 흐름 구성은 모듈식 장치 사이에서 또는 모듈식 장치 내에서 막 및/또는 스페이서를 차단하는 배치에 의해 가능할 수도 있다. 모듈식 방식은 시간 및 비용 절약 면에서 제작 능력을 개선시킬 수도 있다. 모듈성은 또한 개별적인 모듈식 장치의 진단, 단절, 제거 및 교체의 허용에 의해 시스템 유지보수를 용이하게 할 수도 있다. 개별적인 모듈식 장치는 전기화학적 분리 공정을 용이하게 하도록 매니폴딩 및 흐름 분포 시스템을 포함할 수도 있다. 개별적인 모듈식 장치는 서로, 뿐만 아니라 중심 매니폴딩 및 전체 전기화학적 분리 공정과 연관된 다른 시스템과 유체 연통할 수도 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 전기화학적 분리 시스템의 효율이 개선될 수도 있다. 전류 손실은 비효율의 하나의 잠재적인 원인이다. 교차-흐름 설계를 수반하는 것과 같은, 일부 실시형태에서, 전류 누출에 대한 가능성이 처리될 수도 있다. 전류 효율은 희석 스트림으로부터 농축 스트림으로 이온을 이동시킬 때 유효한 전류의 백분율로서 규정될 수도 있다. 전류 비효율의 다양한 원인이 전기화학적 분리 시스템에 존재할 수도 있다. 비효율의 하나의 잠재적인 원인은 희석 및 농축 유입 매니폴드 및 유출 매니폴드를 통해 흐름으로써 전지 쌍을 우회하는 전류를 수반할 수도 있다. 개방형 유입 매니폴드 및 유출 매니폴드는 흐름 격실과 직접적으로 유체 연통할 수도 있고 그리고 각각의 흐름 경로 내 압력 강하를 감소시킬 수도 있다. 하나의 전극으로부터 다른 전극으로의 전류의 일부는 개방형 영역을 통해 흐름으로써 전지 쌍의 스택을 우회할 수도 있다. 우회 전류는 전류 효율을 감소시키고 그리고 에너지 소비를 증가시킨다. 비효율의 또 다른 잠재적인 원인은 이온 교환막의 불완전한 선택 투과성에 기인하여 농축 스트림으로부터 희석 스트림으로 진입하는 이온을 수반할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 디바이스 내 막 및 스크린의 밀봉 및 밀봉작업과 연관된 기법은 전류 누출의 감소를 가능하게 할 수도 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 스택을 통한 우회 경로는 전류 효율을 개선시키도록 전지 스택을 통한 직접적인 경로를 따라 전류 흐름을 촉진시키도록 조작될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 전기화학적 분리 디바이스는 하나 이상의 우회 경로가 전지 스택을 통한 직접적인 경로보다 더 복잡하도록 구성 및 배열될 수도 있다. 적어도 특정한 실시형태에서, 전기화학적 분리 디바이스는 하나 이상의 우회 경로가 전지 스택을 통한 직접적인 경로보다 더 높은 저항을 나타내도록 구성 및 배열될 수도 있다. 모듈식 시스템을 수반하는 일부 실시형태에서, 개별적인 모듈식 장치는 전류 효율을 촉진시키도록 구성될 수도 있다. 모듈식 장치는 전류 효율에 기여할 전류 우회 경로를 제공하도록 구성 및 배열될 수도 있다. 비제한적인 실시형태에서, 모듈식 장치는 전류 효율을 촉진시키도록 구성된 매니폴드 시스템 및/또는 흐름 분포 시스템을 포함할 수도 있다. 적어도 일부 실시형태에서, 전기화학적 분리 모듈식 장치 내 전지 스택을 둘러싸는 프레임은 미리 결정된 전류 우회 경로를 제공하도록 구성 및 배열될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 전기화학적 분리 디바이스 내 다-통로 구성을 촉진하는 것은 전류 누출의 감소를 가능하게 할 수도 있다. 적어도 일부 비제한적인 실시형태에서, 차단 막 또는 스페이서는 개선된 전류 효율을 위해 희석 스트림 및/또는 농축 스트림을 다수의 통로 흐름 구성 내로 지향시키도록 모듈식 장치 사이에 삽입될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 적어도 약 60%의 전류 효율이 달성될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 적어도 약 70%의 전류 효율이 달성될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 적어도 약 80%의 전류 효율이 달성될 수도 있다. 적어도 일부 실시형태에서, 적어도 약 85%의 전류 효율이 달성될 수도 있다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리 장치는 전지 스택을 포함할 수도 있다. 전지 스택은 복수의 정렬된 전지 쌍을 더 포함할 수도 있고, 복수의 정렬된 전지 쌍의 각각은 유체 흐름을 제1 방향으로 제공하도록 구성 및 배열된 이온 농축 격실 및 유체 흐름을 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 제공하도록 구성 및 배열된 이온 희석 격실을 포함한다.
하나 이상의 양상에 따르면, 전기화학적 분리 디바이스가 제공된다. 전기화학적 분리 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 전지 스택, 유체를 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 유입 매니폴드, 유출 매니폴드, 및 하기 유체 흐름 디렉터 및 제2 유체 흐름 디렉터 중 하나 이상을 포함한다: 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 유체를 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 유체 흐름 디렉터, 및 유출 매니폴드 내에 배치되고 그리고 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나를 통해 유출 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 구성된 표면을 가진 제2 유체 흐름 디렉터.
일부 실시형태에서, 공핍 격실을 통한 유체 흐름 경로는 농축 격실을 통한 유체 흐름 경로에 대해 수직이다.
일부 실시형태에서, 유체 흐름 디렉터는 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 유입 매니폴드를 통한 우회 전류를 적어도 부분적으로 차단하도록 배열된다. 유체 흐름 디렉터는 유입 매니폴드의 단면적 미만인 단면적을 가진 전지 스택의 상이한 부분 사이에 유입 매니폴드를 통한 유체 흐름 경로를 획정할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 전지 스택은 적어도 85%의 평균 전류 효율을 갖는다.
일부 실시형태에서, 전지 스택은 복수의 하위-블록을 포함하고 그리고 유체 흐름 디렉터는 유체를 복수의 하위-블록 중 상이한 각각의 하위-블록 내로 지향시키도록 배열된 복수의 램프(ramp)를 포함한다. 1㎜ 미만의 갭은 램프의 각각의 에지와 전지 스택 사이에 획정될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 유체 흐름 디렉터는 서로로부터 유체 흐름 단절된(fluidically isolated) 복수의 도관을 더 포함한다. 복수의 도관 중 각각은 복수의 램프 중 각각의 램프에서 종결될 수도 있다. 복수의 도관의 단면적의 합은 유입 매니폴드의 단면적 미만일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 유출 매니폴드 내에 배치되는 제2 유체 흐름 디렉터를 더 포함한다. 제2 유체 흐름 디렉터는 유출 매니폴드를 통한 우회 전류를 적어도 부분적으로 차단하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 전지 스택과 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 제2 공핍 격실 및 제2 농축 격실을 획정하는 제2 전지 스택, 유출 매니폴드와 정렬되고 그리고 유체를 유출 매니폴드로부터 제2 공핍 격실 또는 제2 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 제2 유입 매니폴드, 제2 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 제2 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 유체를 제2 공핍 격실 또는 제2 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 제3 유체 흐름 디렉터, 제2 유입 매니폴드로부터 제2 전지 스택의 맞은편에 배치된 제2 유출 매니폴드, 및 유입 매니폴드를 제2 유출 매니폴드로부터 유체 흐름 분리(fluidically separating)시키는 격벽을 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 전지 스택은 복수의 하위-블록을 포함하고 그리고 유체 흐름 디렉터는 복수의 하위-블록 중 각각의 하위-블록 내로의 유체의 흐름을 복수의 하위-블록 중 다른 하위-블록 내로의 유체의 흐름으로부터 단절시키도록 배열된 복수의 배플을 포함한다. 유체 흐름 디렉터는 동심원의 유체 도관을 더 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 유체 흐름 디렉터는 유입 매니폴드의 벽으로부터 전지 스택을 향하여 내향으로 연장되는 만곡된 돌출부를 포함한다. 유체 흐름 디렉터는 유입 매니폴드의 단부에서 제1 양만큼 그리고 유입 매니폴드의 길이를 따라 중간 지점에서, 제1 양보다 더 큰, 제2 양만큼 유입 매니폴드의 단면적을 감소시킬 수도 있다. 유체 흐름 디렉터는 전지 스택의 중심 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도를 감소시키도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 유출 매니폴드 내에 배치된 제2 유체 흐름 디렉터를 더 포함한다. 제2 유체 흐름 디렉터는 유출 매니폴드를 통한 흐름 경로를 따라 감소되는 단면적을 가질 수도 있다. 제2 유체 흐름 디렉터는 디바이스를 통한 유체의 압력 강하를 감소시키도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 유입 매니폴드의 단면과 상이한 단면을 가진 유체 유입부 및 유체 유입부와 유입 매니폴드 사이에 배치된 유체 어댑터를 더 포함한다. 유체 어댑터는, 도관의 폭이 제1 축에서 감소되는 내향 테이퍼를 가진 제1 부분 및 도관의 폭이 제2 축에서 증가되는 외향 테이퍼를 가진 제2 부분을 가진 도관을 포함할 수도 있되, 제1 부분과 제2 부분은 중첩되지 않는다. 도관의 제1 부분의 내향 테이퍼는 타원형 테이퍼일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 농축 격실을 통과한 농축물을 다시 농축 격실로 지향시키도록 구성된 재순환 라인을 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 유입 매니폴드는 유체의 미리 결정된 양을 전지 스택의 상이한 부분을 향하여 지향시키도록 구성된 유체 흐름 단절된 도관으로 분할된다. 유체 흐름 단절된 도관은 전지 스택의 중심 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도가 전지 스택의 상부 구역 및 하부 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도 미만이게 하도록 선택된 단면적을 가질 수도 있다. 유체 흐름 단절된 도관은 전지 스택의 상부 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도가 전지 스택의 하부 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도와 실질적으로 같게 하도록 선택된 단면적을 가질 수도 있다.
하나 이상의 양상에 따르면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 획정하는 전지 스택을 포함하는 전기화학적 분리 장치 내 전류 효율을 증가시키는 방법이 제공되고, 공핍 격실을 통한 유체 흐름 경로는 농축 격실을 통한 유체 흐름 경로에 대해 수직이다. 방법은 유체 흐름 디렉터를 장치의 유입 매니폴드 내로 삽입하는 단계를 포함하되, 유체 흐름 디렉터는 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 유체를 복수의 공핍 격실 또는 복수의 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 그리고 유입 매니폴드를 통한 우회 전류를 적어도 부분적으로 차단하도록 구성된 표면을 갖는다.
일부 실시형태에서, 방법은 유체 어댑터를 유입 매니폴드의 유입부 상에 설치함으로써 전지 스택을 통한 유체 흐름의 균일성을 증가시키는 단계를 더 포함하되, 유체 어댑터는, 도관의 폭이 제1 축에서 감소되는 내향 테이퍼를 가진 제1 부분 및 도관의 폭이 제2 축에서 증가되는 외향 테이퍼를 가진 제2 부분을 가진 도관을 포함하되, 제1 부분과 제2 부분은 중첩되지 않는다. 제1 축은 제2 축에 대해 수직일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 방법은 가늘어진 유체 흐름 디렉터를 장치의 유출 매니폴드에 설치함으로써 장치를 통한 압력 강하를 감소시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 방법은 제2 유체 흐름 디렉터를 장치의 유출 매니폴드에 설치하는 단계를 더 포함하되, 제2 유체 흐름 디렉터는 유출 매니폴드의 길이를 따라 중간 지점에서 제1 양만큼 그리고 유출 매니폴드의 단부 근방에서 제1 양 미만의 제2 양만큼 유출 매니폴드를 통한 흐름 경로를 좁히는 만곡된 표면을 갖는다.
또 다른 양상에 따르면, 전기화학 막 디바이스가 제공된다. 전기화학 막 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 전지 스택, 공핍 격실을 농축 격실로부터 분리시키는 이온-선택적 막, 유체를 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 유입 매니폴드, 유출 매니폴드, 및 하기 유체 흐름 디렉터 및 제2 유체 흐름 디렉터 중 하나 이상을 포함한다: 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 유체를 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 유체 흐름 디렉터, 및 유출 매니폴드 내에 배치되고 그리고 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나를 통해 유출 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 구성된 표면을 가진 제2 유체 흐름 디렉터.
일부 실시형태에서, 디바이스는 전기장을 사용하여 유체를 정화하기 위한 전기투석 디바이스이다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 상이한 이온 농도를 사용하여 2개 이상의 유체 스트림으로부터 전력의 생성을 위한 역전기투석 디바이스이다.
이 예시적인 양상 및 실시형태의 또 다른 양상, 실시형태, 및 이점이 아래에 상세히 논의된다. 본 명세서에 개시된 실시형태는 본 명세서에 개시된 원리 중 적어도 하나와 일치하는 임의의 방식으로 다른 실시형태와 결합될 수도 있고, 그리고 "실시형태", "일부 실시형태", "대안적인 실시형태", "다양한 실시형태", "하나의 실시형태" 등은 반드시 상호 배타적이지 않고 그리고 특정한 특징, 구조, 또는 설명된 특성이 적어도 하나의 실시형태에 포함될 수도 있다는 것을 나타내도록 의도된다. 본 명세서에서 이러한 용어의 출현은 반드시 동일한 실시형태에 대한 모든 참조가 아니다.
첨부 도면은 축척대로 도시되는 것으로 의도되지 않는다. 도면에서, 다양한 도면에 예시되는 각각의 동일하거나 또는 거의 동일한 컴포넌트는 유사한 부호로 나타난다. 명료성을 위해서, 모든 컴포넌트가 모든 도면에 표기되지 않을 수도 있다.
도 1a는 전기투석 디바이스의 하위-블록의 예를 도시하는 도면;
도 1b는 하우징으로의 삽입 전의 도 1a의 4개의 하위-블록의 스택을 도시하는 도면;
도 1c는 투명한 쉘을 가진 조립된 ED 디바이스를 도시하는 도면;
도 1d는 불투명한 쉘을 가진 조립된 ED 디바이스를 도시하는 도면;
도 1e는 4개의 하위-블록 ED 디바이스의 전산 유체 역학(computational fluid dynamic: CFD) 모델을 도시하는 도면;
도 2a는 유체가 외부 파이프를 통해 어댑터 피팅부로 ED 디바이스의 희석 격실 내로 전달되는 것을 예시하는 도면;
도 2b는 유체가 유입 매니폴드를 통해 병렬로 ED 디바이스의 모든 희석 격실 사이에 분포되는 것을 예시하는 도면;
도 2c는 ED 디바이스의 단일 통로 구성을 예시하는 도면;
도 2d는 ED 디바이스의 이중 통로 구성을 예시하는 도면;
도 3은 비효율 및 물 손실이 있는 비이상적인 ED 과정을 예시하는 도면;
도 4는 ED 디바이스의 희석 또는 농축 전지 내 전류 흐름에 대한 단순화한 모델을 예시하는 도면;
도 5는 ED 디바이스 내 전류 흐름의 시뮬레이션에 대한 전기 저항 네트워크 모델을 도시하는 도면;
도 6은 삼각형 포트를 가진 설계에 대해 우회 전류에 대한 전기 저항의 계산을 예시하는 도면;
도 7은 통로 내 전지 쌍 위치에 대한 전류 효율의 변동의 예를 예시하는 도표;
도 8은 통로 내 전지 쌍의 수의 함수로서 평균 전류 효율의 예를 예시하는 도표;
도 9은 농축물의 평균 농도/희석물의 평균 농도의 비 및 희석된 공급물 농도의 함수로서 평균 전류 효율의 예를 예시하는 도표;
도 10a는 ED 디바이스의 기본 설계의 단면을 도시하는 도면;
도 10b는 도 10a의 기본 설계의 4개의 하위-블록의 스택 내 흐름의 CFD 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 10c는 도 10a의 기본 설계의 전지 쌍을 통한 유량 대 수직 위치를 예시하는 그래프;
도 11a는 도 10a의 기본 설계의 최상부 전지 쌍 내 흐름의 CFD 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 11b는 도 10a의 기본 설계의 중심 전지 쌍 내 흐름의 CFD 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 11c는 도 10a의 기본 설계의 최하부 전지 쌍 내 흐름의 CFD 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 12a는 관형 도관의 형태인 ED 디바이스를 위한 흐름-지향 특징부를 예시하는 도면;
도 12b는 배플을 가진 동심원의 관형 도관의 형태인 ED 디바이스를 위한 흐름-지향 특징부를 예시하는 도면;
도 12c는 배플을 가진 동심원의 관형 도관의 형태인 ED 디바이스를 위한 다른 흐름-지향 특징부를 예시하는 도면;
도 12d는 배플 및 램프를 가진 평행한 도관의 형태인 ED 디바이스를 위한 흐름-지향 특징부를 예시하는 도면;
도 12e는 배플 및 램프를 가진 평행한 도관의 형태인 ED 디바이스를 위한 다른 흐름-지향 특징부를 예시하는 도면;
도 13a는 도 10a의 기본 설계의 매니폴드의 구성을 예시하는 도면;
도 13b는 전류 효율을 증가시키고 그리고 흐름 분포를 개선시키는 특징부를 포함하는 변경된 매니폴드를 예시하는 도면;
도 14는 4개의 전기적으로 절연된 하위-블록을 가진 단일 통로 ED 디바이스 내 전지 쌍 위치 대 전류 효율의 예를 예시하는 도표;
도 15a는 선형 윤곽의 배플 및 타원형의 램프에 의해 획정된 유체 도관을 포함하는 ED 디바이스를 위한 매니폴드 삽입부의 측면도, 정면도, 평면도 및 등축도;
도 15b는 도 15a의 매니폴드를 포함하는 ED 디바이스의 CFD 모델을 예시하는 도면;
도 15c는 도 10의 기본 설계의 매니폴드와 도 15a의 매니폴드 간의 비교를 예시하는 도면;
도 15d는 8개의 하위-블록을 가진 ED 디바이스에서 사용되는 도 15a의 매니폴드 삽입부에 대한 단일 피스 변경의 도면;
도 15e는 8개의 하위-블록을 가진 ED 디바이스에서 사용되는 도 15a의 매니폴드 삽입부에 대한 2-피스 변경의 도면;
도 15f는 기본 설계를 가진 8개의 하위-블록의 ED 디바이스의 매니폴드와 도 15d의 4개의 매니폴드 삽입부를 포함하는 8개의 블록의 ED 디바이스의 매니폴드 간의 비교를 예시하는 도면;
도 16a는 4㎥/hr의 유량에서 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 중심 ZY 평면을 통한, 뿐만 아니라 상단, 중앙, 및 하단 ZX 평면을 통한, 성분 Z-속도의 CFD 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 16b는 10㎥/hr의 유량에서 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 중심 ZY 평면을 통한, 뿐만 아니라 상단, 중앙, 및 하단 ZX 평면을 통한, 성분 Z-속도의 CFD 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 16c는 도 15f에 예시된 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 중심 ZY 평면을 통한 성분 Z-속도의 CFD 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 16d는 도 15f에 예시된 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 공정 효율 대 전류(유체 유량)를 예시하는 도면;
도 17a는 4㎥/hr의 유량에서 ED 디바이스의 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 상이한 높이(Y축 위치)에서 전지 쌍당 유량의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표;
도 17b는 10㎥/hr의 유량에서 ED 디바이스의 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 상이한 높이(Y축 위치)에서 전지 쌍당 유량의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표;
도 18a는 기본 ED 시스템 설계의 전지 전반에 걸친 압력 강하 분포의 열 지도(heat map);
도 18b는 최적화된 ED 시스템 설계의 전지 전반에 걸친 압력 강하 분포의 열 지도;
도 19a는 기본 설계 및 최적화된 ED 시스템 설계의 CFD 시뮬레이션에서 압력 강하에 대한 측정 위치 대 유량을 예시하는 도면;
도 19b는 기본 ED 시스템 설계의 상이한 하위-블록에 대한 압력 강하 대 유량의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표;
도 19c는 최적화된 ED 시스템 설계의 상이한 하위-블록에 대한 압력 강하 대 유량의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표;
도 19c는 기본 ED 시스템 설계 및 최적화된 ED 시스템 설계 둘 다의 EDI 디바이스의 전체 모듈에 걸친 압력 강하의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표;
도 20a는 ED 디바이스의 매니폴드의 초기 설계의 단면을 예시하는 도면;
도 20b는 ED 디바이스의 매니폴드의 대안적인 설계의 단면을 예시하는 도면;
도 20c는 ED 디바이스의 매니폴드의 대안적인 설계의 단면을 예시하는 도면;
도 20d는 ED 디바이스의 매니폴드의 대안적인 설계의 단면을 예시하는 도면;
도 21은 도 20a 내지 도 20c의 매니폴드 설계에 대한 시뮬레이션된 공정 효율을 도시하는 도면;
도 22는 ED 디바이스의 전지 스택의 상단, 중앙 및 하단에서 전지 내 도 20의 ED 디바이스의 CFD 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 23a는 2-통로 구성의 4개의 하위-블록을 가진 ED 모듈의 단면을 도시하는 도면;
도 23b는 매니폴드에 설치된 만곡된 돌출 삽입부를 가진 2-통로 구성의 4개의 하위-블록을 가진 ED 모듈의 단면을 도시하는 도면;
도 24a는 도 23a의 전체 모듈의 중심을 통한 압력 분포의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 24b는 도 23b의 전체 모듈의 중심을 통한 압력 분포의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 25는 도 23b의 전체 모듈의 중심을 통한 속도 분포의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 26은 도 23a 및 도 23b의 모듈을 통한 질량 흐름 프로파일(전지 쌍당)의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 27은 가능한 유출 매니폴드 삽입부의 수개의 예를 예시하는 도면;
도 28은 유입 매니폴드에 설치된 만곡된 돌출 삽입부 및 유출 매니폴드에 설치된 곧게 가늘어지는 삽입부를 가진 2-통로 구성의 4개의 하위-블록을 가진 ED 모듈의 제1 통로의 단면을 도시하는 도면;
도 29는 유출 매니폴드 삽입부가 있거나 없는, 도 28의 모듈을 통한 질량 흐름 프로파일(전지 쌍당)의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 30은 도 20b에 예시된 바와 같은 ED 디바이스 및 도 23b에 예시된 바와 같은 ED 디바이스에서 공정 효율 대 희석물의 평균 농도에 대한 농축물의 평균 농도의 비의 도표;
도 31a는 유출 매니폴드 삽입부가 없는 ED 디바이스의 유출 매니폴드를 통한 유체 흐름을 예시하는 도면;
도 31b는 경사진 유출 매니폴드 삽입부가 있는 ED 디바이스의 유출 매니폴드를 통한 유체 흐름을 예시하는 도면;
도 32a는 제1 실시예에서 ED 모듈에 걸친 압력 강하에 대한 경사진 형상의 유출 삽입부의 효과를 예시하는 표;
도 32b는 제2 실시예에서 ED 모듈에 걸친 압력 강하에 대한 경사진 형상의 유출 삽입부의 효과를 예시하는 표;
도 33은 유체 어댑터가 유입 매니폴드와 외부관 사이에 배치되는 ED 디바이스의 단면을 도시하는 도면;
도 34a는 ED 디바이스를 위한 비-최적화된 유체 어댑터의 기본 실시형태의 등축도;
도 34b는 도 34a의 유체 어댑터의 부분적으로 투명한 도면;
도 34c는 도 34a의 유체 어댑터의 위에서 본 도면;
도 34d는 도 34a의 유체 어댑터의 아래에서 본 도면;
도 34e는 도 34a의 유체 어댑터의 제1 축을 통한 단면을 도시하는 도면;
도 34f는 도 34a의 유체 어댑터의 제2 축을 통한 단면을 도시하는 도면;
도 35a는 ED 디바이스를 위한 개선된 유체 어댑터의 실시형태의 등축도;
도 35b는 도 35a의 유체 어댑터의 부분적으로 투명한 도면;
도 35c는 도 35a의 유체 어댑터의 제1 축을 통한 단면을 도시하는 도면;
도 35d는 도 35a의 유체 어댑터의 제2 축을 통한 단면을 도시하는 도면;
도 36a는 도 34a의 유체 어댑터를 포함하는 ED 디바이스의 유입 매니폴드를 통한 유체 흐름의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 36b는 도 35a의 유체 어댑터를 포함하는 ED 디바이스의 유입 매니폴드를 통한 유체 흐름의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면;
도 37a는 도 34a의 유체 어댑터를 포함하는 ED 디바이스 내 전지를 통한 유체의 성분 Z-속도 분포의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면; 및
도 37b는 도 35a의 유체 어댑터를 포함하는 ED 디바이스 내 전지를 통한 유체의 성분 Z-속도 분포의 시뮬레이션의 결과를 예시하는 도면.
본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 다음의 설명에 제시되거나 또는 도면에 예시되는 컴포넌트의 구성 및 배열의 상세사항으로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 다른 실시형태일 수 있고 그리고 다양한 방식으로 실행될 수 있거나 또는 수행될 수 있다.
전기탈이온(electrodeionization: EDI)은 이온 전송에 영향을 주는 전위 및 전기적으로 활성 매체를 사용하여 물로부터 하나 이상의 이온화된 종 또는 이온화 가능한 종을 제거하거나 또는 적어도 감소시키는 공정이다. 전기적으로 활성 매체는 보통 이온성 종 및/또는 이온화 가능한 종을 교대로 수집하고 그리고 배출하고 그리고, 일부 경우에, 이온 또는 전자 치환 메커니즘에 의해, 연속적일 수도 있는, 이온의 전송을 용이하게 하도록 기능한다. EDI 디바이스는 영구적인 또는 일시적인 전하의 전기화학적으로 활성 매체를 포함할 수 있고, 그리고 일괄-방식으로, 간헐적으로, 연속적으로 그리고/또는 심지어 역극성 모드로 작동될 수도 있다. EDI 디바이스는 특히 성능을 달성하거나 또는 향상시키도록 설계된 하나 이상의 전기화학 반응을 촉진하도록 작동될 수도 있다. 게다가, 이러한 전기화학 디바이스는 전기적으로 활성 막, 예컨대, 반투과성 또는 선택적으로 투과성 이온 교환 막 또는 양극성 막을 포함할 수도 있다. 연속적인 전기탈이온(continuous electrodeionization: CEDI) 디바이스는 이온 교환 물질이 연속적으로 재충전되면서, 물 정화가 연속적으로 진행될 수 있는 방식으로 작동하는, 당업자에게 알려진, EDI 디바이스이다. CEDI 기법은 연속적인 탈이온화, 충전된 전지 전기투석, 또는 전기소실(electrodiaresis)과 같은 공정을 포함할 수 있다. 제어된 전압 및 염도 조건하에서, CEDI 시스템에서, 물 분자는 디바이스에서 이온 교환 매체를 재생할 수 있고 따라서 이온 교환 매체로부터 갇힌 종의 방출을 용이하게 할 수 있는, 수소 또는 하이드로늄 이온 또는 종 및 수산화물 또는 수산기 이온 또는 종을 생성하도록 분해될 수 있다. 이 방식으로, 처리될 물줄기는 이온 교환 수지의 화학적 재충전을 필요로 하는 일없이 연속적으로 정화될 수 있다.
전기투석(ED) 디바이스는, ED 디바이스가 보통 막 사이에 전기활성 매체를 포함하지 않는 것을 제외하고, CEDI와 유사한 원리로 작동된다. 전기활성 매체의 부족에 기인하여, 낮은 염도의 공급수에서 ED의 작동은 높은 전기 저항 때문에 방해받을 수도 있다. 또한, 높은 염도의 공급수에서 ED의 작동이 높은 전류 소비를 발생시킬 수 있으므로, 지금까지 ED 장치는 중간 염도의 공급수에서 가장 효과적으로 사용되어왔다. ED 기반의 시스템에서, 전기활성 매체가 없으므로, 분해된 물은 비효율적이고 그리고 이러한 체제의 작동은 일반적으로 방지된다.
CEDI 디바이스 및 ED 디바이스에서, 복수의 인접한 전지 또는 격실은 보통 양으로 대전된 종 또는 음으로 대전된 종 중 하나의 통과를 허용하지만, 보통 둘 다의 통과를 허용하지 않는, 선택적으로 투과성 막에 의해 분리된다. 희석 격실 또는 공핍 격실은 보통 이러한 디바이스에서 농축 격실 또는 농축물 격실 사이에 공간을 차지한다. 일부 실시형태에서, 전지 쌍은 인접한 농축 격실과 희석 격실의 쌍을 지칭할 수도 있다. 물이 공핍 격실을 통해 흐를 때, 이온성 종 및 다른 대전된 종은 보통 전기장, 예컨대, DC 장의 영향하에서 농축 격실로 이동된다. 양으로 대전된 종은 보통 다수의 공핍 격실과 농축 격실의 스택의 하나의 단부에 위치되는, 음극을 향하여 이동되고, 그리고 음으로 대전된 종은 마찬가지로 보통 격실의 스택의 반대 단부에 위치되는, 이러한 디바이스의 양극을 향하여 이동된다. 전극은 보통 공핍 격실 및/또는 농축 격실과의 유체 연통으로부터 부분적으로 단절되는 전해액 격실에 보통 수용된다. 일단 농축 격실에 있다면, 대전된 종은 보통 농축 격실을 적어도 부분적으로 획정하는 선택적으로 투과성 막의 배리어에 의해 갇힌다. 예를 들어, 음이온은 보통 양이온 선택적 막에 의해, 농축 격실로부터, 음극을 향하여 더 이동하는 것에서 방지된다. 일단 농축 격실에서 캡처된다면, 갇힌 대전된 종은 농축 스트림에서 제거될 수 있다.
CEDI 디바이스 및 ED 디바이스에서, DC 장은 보통 전극(양극 또는 양의 전극, 및 음극 또는 음의 전극)에 인가된 전압 및 전류의 공급원으로부터 전지에 인가된다. 전압 및 전류 공급원(집합적으로 "전력 공급부")은 다양한 수단, 예컨대, AC 전력 공급원, 또는 예를 들어, 태양열, 풍력, 파력으로부터 파생되는 전력 공급원에 의해 스스로 전력 공급받을 수 있다. 전극/액체 계면에서, 막 및 격실을 통한 이온의 전송을 개시시키고/시키거나 용이하게 하는 전기화학적 반-전지 반응이 발생한다. 전극/계면에서 발생하는 특정한 전기화학 반응은 전극 조립체를 수용하는 전용 격실 내 염의 농도에 의해 어느 정도까지 제어될 수 있다. 예를 들어, 염화나트륨이 많은 양극 전해액 격실로의 공급물은 염소 가스 및 수소 이온을 생성하려는 경향이 있을 것이고, 반면에 음극 전해액 격실로의 공급물은 수소 가스 및 수산화물 이온을 생성하려는 경향이 있을 것이다. 일반적으로, 양극 격실에서 생성되는 수소 이온은 전하 중성을 보존하고 그리고 염산 용액을 생성하도록, 자유 음이온, 예컨대, 염화 이온과 연관될 것이고, 그리고 비슷하게, 음극 격실에서 생성되는 수산화물 이온은 전하 중성을 보존하고 그리고 수산화나트륨 용액을 생성하도록, 자유 양이온, 예컨대, 나트륨 이온과 연관될 것이다. 전극 격실의 반응 생성물, 예컨대, 생성된 염소 가스 및 수산화나트륨은 공정에서 필요에 따라 살균 목적을 위해, 막 세정 및 디폴링(defouling) 목적을 위해, 그리고 pH 조정 목적을 위해 활용될 수 있다.
판-및-프레임 및 나권형 설계는 전기투석(ED) 디바이스 및 전기탈이온(EDI) 디바이스를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 전기화학적 탈이온화 디바이스의 다양한 유형을 위해 사용되어 왔다. 상업적으로 입수 가능한 ED 디바이스는 보통 판-및-프레임 설계이지만, EDI 디바이스는 판-및-프레임 구성 및 나선형 구성 둘 다에서 입수 가능하다.
수직 방향으로 흐르는 희석 스트림 및 농축 스트림을 가진 "교차-흐름" 전기투석(ED) 디바이스는 이전의 특허에 설명되었다. 디바이스 내 전지 쌍의 스택은 하위-블록으로 불리는, 하나 이상의 모듈식 장치로부터 조립될 수 있다. 도 1a는 하위-블록의 예를 도시한다. 도 1b는 하우징으로의 삽입 전의 4개의 하위-블록의 스택을 도시한다. 용어가 본 명세서에서 사용될 때, "셀 스택"은 단일의 하위-블록 또는 다수의 하위-블록의 스택을 지칭한다. 도 1c는 투명한 쉘을 가진 조립된 ED 디바이스를 도시한다. 도 1d는 불투명한 쉘을 가진 조립된 ED 디바이스를 도시한다. 도 1e는 4개의 하위-블록의 ED 디바이스의 전산 유체 역학 모델을 도시한다.
유체는 도 2a에 예시된 바와 같이 외부 파이프를 통해 어댑터 피팅부로 ED 디바이스의 희석 격실 내로 전달될 수 있다. 이어서 유체는 도 2b에 예시된 바와 같이 유입 매니폴드를 통해 병렬로 모든 희석 격실 사이에 분포된다. 유사하게, 모든 희석 격실로부터의 생성물은 유출 매니폴드에 수집될 수 있고, 그리고 어댑터 피팅부를 통해 외부 파이프로 전달될 수 있다. 농축 격실 내외로의 흐름은 유사하게 배열될 수 있다. 이 흐름 구성은 흔히 "단일 통로"로 불린다. ED 디바이스의 단일 통로 구성은 도 2c에 예시된다.
격벽을 사용하여, 희석 격실 및 농축 격실을 통한 흐름은 나선형 방식으로 배열될 수 있다. 도 2d는 예를 들어, 희석 스트림에 대한 "2-통로"를 도시하고, 그리고 더 많은 통로는 격벽을 추가함으로써 달성될 수 있다. 디바이스 내 다수의 통로는 여전히 속도를 최적의 공정 범위 내에 유지하면서, 흐름 경로 길이, 잔류 시간, 이온 전송, 및 이온 제거를 증가시킨다.
ED 디바이스 내 전지 쌍에 대한 전류 효율은 다음과 같이 규정될 수 있다:
Figure pct00001
(1)
qdi = 유입부에서 희석 격실당 유량
qdo = 유출부에서 희석 격실당 유량
Ci = 이온(i)의 농도
ηi = 전류 효율
|zi| = 이온(I)의 원자가의 절대값(예를 들어 zi - Na+에 대해 1)
F = 패러데이 상수 = 96485 쿨롬/당량
I = 전류
아래 첨자 in = 유입부에서 아래 첨자 out = 유출부에서
이상적인 ED 디바이스에서, 모든 인가된 전류는 직렬의 각각의 전지 쌍을 통해 흐르고, 이온 교환막은 완전히 선택적이고, 희석 격실과 농축 격실 사이에 기계적 교차-누출이 없고, 그리고 외부 누출이 없다. 따라서, 방정식 1에 의해 규정된, 전류 효율은 100%이다.
실제의 ED 디바이스에서, 전류 효율은 막이 완전히 선택적이지 않으므로, 100%가 아닐 것이다. 예를 들어, 98%의 선택도를 가진 양이온 교환막은 희석 격실로부터 농축 격실로 이송되는 양이온이 운반하는 전류의 대략 98%, 그리고 다시 농축 격실로부터 희석 격실 내로 이송되는 음이온이 운반하는 전류의 2%를 발생시킬 것이다. 따라서 전류 효율은 약 2%만큼 감소될 것이다. 농축 격실로부터 희석 격실 내로의 기계적 교차-누출은 또한 희석 격실로부터의 순 이온 전송률, 따라서 전체 전류 효율을 감소시킬 것이다. 게다가, 유입 매니폴드와 유출 매니폴드를 통해 전지 쌍의 내외로 흐르는 용액이 전도성이므로, 전류의 일부가 매니폴드를 통해 흐름으로써 전지 쌍을 우회할 것이고; 이 전류는 이온 전송에 참여하지 않을 것이고, 그리고 전류 효율이 이에 따라 감소될 것이다. 도 3은 파선 타원으로 나타낸 전류 우회의 위치를 가진 비이상적인 ED 공정을 도시한다.
레지스터 네트워크 모델은 ED 디바이스 내 상이한 작동 조건하에서 전류 우회를 시뮬레이션하고 그리고 전류 효율을 추산하도록 개발되었다. 모델은 희석 또는 농축 전지 내 전류 흐름이 도 4에 도시되는 바와 같은 것으로 단순화하여 추정하고, 여기서 화살표는 전류 흐름을 나타낸다. 전지 쌍에 대한 네트워크 모델은 도 5에 도시된다. 전압 공급원(VDP)은 전지 쌍에 걸친 전압 강하에 포함되어야 하는, 막에 걸친 돈난 포텐셜(Donnan potential)을 나타낸다.
ED 디바이스의 채널 내 전기 저항은 도 6의 방정식 2를 사용하여 계산될 수도 있다. 채널의 폭이 감소되고, 매니폴드와 활성 막 영역 사이의 거리가 증가되고, 액체 전도율이 감소되고, 그리고/또는 채널 두께가 감소됨에 따라, 저항이 증가된다. 전지 쌍에 대응하는 매니폴드의 부분의 전기 저항은 또한 도 6의 방정식 3을 사용하여 계산될 수도 있다. 매니폴드의 단면적이 감소되고, 액체 전도율이 감소되고, 그리고/또는 매니폴드 부분의 두께가 증가됨에 따라, 저항이 증가된다.
채널 및/또는 매니폴드의 전기 저항이 증가됨에 따라, 각각의 전지 쌍을 우회하는 전류가 감소되고, 그리고 총 전류의 더 큰 부분이 활성 막 영역을 통해 우선적으로 흐를 것이고, 따라서 이온 전송이 효율적이게 된다.
시뮬레이션이 수행되었고 그리고 가장 높은 전류 효율이 통로 내 단일의 하위-블록의 경우임을 나타낸다. 전류 효율은 통로에서 변경되고, 그리고 전지 쌍에서 단부에서 가장 높고, 그리고 전지 쌍에서 중앙에서 가장 낮다(도 7 참조). 평균 전류 효율은 통로 내 전지 쌍의 수가 증가됨에 따라 감소된다(도 7 및 도 8 참조). 전류 효율은 인가된 전류, 희석된 유량 및 전류 유량, 희석된 유입 농도 및 농축된 유입 농도, 및 온도의 함수이다(도 8 참조). 전류 효율은 평균 희석 농도에 대한 평균 농축 농도의 비가 증가됨에 따라 선형으로 감소된다(도 9 참조). 평균 농도는 유입부농도 및 유출부 농도 각각의 수학적 평균이다.
CFD 모델은 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같은 이전에 설명된 4개의 하위-블록, 단일 통로, 교차-흐름 ED 디바이스를 위해 개발되었다. 이 모델은 차후에 기본 설계로서 지칭될 것이다.
도 10a는 기본 설계의 중심 단면을 도시한다. 계산을 단순화하기 위해서, 각각의 100개의 전지 쌍의 하위-블록은 10개의 부분으로 분할되었고; 각각의 부분은 10개의 전지 쌍을 나타낸다. 이어서 흐름 시뮬레이션은 이 기하학적 구조에서 수행되었다. 도 10b에 예시된 플롯에서 알 수 있는 바와 같이, ZY-평면에서 각각의 전지를 통한 흐름 속도의 Z-성분이 불균일하여, 도 10c에 도시되 바와 같이 전지 쌍당 유량의 변동을 발생시키고, 유량은 매니폴드로의 유체 입구의 근방의 상단 전지 쌍에서 가장 낮다.
Z-속도의 분포는 스택의 상단, 중앙 및 하단을 통한 ZX-부분 평면을 사용하여 더 특성화되었고(도 11a 내지 도 11c), 상단 부분에서 대부분의 Z-속도는 하단 부분의 Z-속도의 대략 절반이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전류 효율, 따라서 막을 통해 흐르는 전류의 비율은 전지 쌍에서 통로의 상단 단부 및 하단 단부에서 가장 높다. 더 높은 전류 밀도는 낮은 흐름 속도에 의한 구역 내 전류 제한 및 스케일링(scaling) 둘 다의 위험을 증가시킬 것이다. 게다가, 통로의 처음의 희석 전지를 통한 더 낮은 유량은 이 전지가 염 제거를 위해 가장 높은 전류 효율로 작동되는 것을 방지할 것이다. 따라서, 모든 전지 쌍이 흐름을 위해 최적화되는 것을 보장하는 것이 유리할 것이다.
이전에 논의된 바와 같이, 매니폴드를 통해 전지 쌍의 스택을 우회하는 인가된 전류의 비율은 채널 및 매니폴드 내 전기 저항을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 유입 매니폴드 및 유출 매니폴드의 단면적을 감소시킴으로써 전류 우회를 감소시키는 이전의 설계가 제안되어 왔다. 전류 효율을 개선시킬 때 효과적이지만, 이 변화는 매니폴드를 통한 그리고 ED 디바이스에 걸친 압력 강하의 증가를 발생시킨다.
도 7 및 도 8은 매니폴드의 공통 세트와 전기 통신하는 전지 쌍의 수가 증가됨에 따라 전류 효율이 감소되는 것을 나타낸다.
유체 매니폴드의 이상적인 설계에서, 유체 저항이 최소화될 것이고, 반면에 우회 전류에 대한 전기 저항은 최대화될 것이다. 이것은 유체 흐름 가능하게 병렬이지만 전지 쌍을 통해서를 제외하고 서로로부터 전기적으로 절연된 하위-블록을 작동시킴으로써 달성될 수 있다.
따라서, 기술적 과제는 개별적인 하위-블록 내 전류 우회를 감소시키고, 하위-블록 사이의 유체 매니폴드를 통해 전류 우회를 감소시키고, 통로 내 제1 전지 쌍으로의 충분한 흐름이 있다는 것을 보장하여, 통로 내 모든 전지 쌍 사이의 흐름 분포를 개선시키고, 그리고 이러한 ED 디바이스를 작동시키는데 필요한 압력을 최소화하는 것이다. 본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 이 과제에 대처할 구조 및 방법을 포함한다.
본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 전류 효율을 최대화하도록, 흐름 분포를 정규화하도록, 그리고 압력 강하를 최소화하도록, ED 디바이스의 유체 매니폴드 내에 배치될 수도 있는 흐름 지향 특징부를 포함한다.
용어가 본 명세서에서 사용될 때, 흐름 지향 특징부 또는 유체 흐름 디렉터는 도관, 채널, 램프, 파이프, 관, 배플, 날개 또는 다른 실시형태 중 어느 하나를 포함할 수도 있거나 또는 이것으로 이루어질 수도 있다. 이 특징부의 프로파일은 수학 함수일 수도 있고, 예를 들어: 일차 함수, 다항 함수, 삼각 함수, 로그 함수, 원추 곡선 함수 또는 자유롭게 생성된 함수일 수도 있다.
유체 매니폴드의 설계는 하나 이상의 하위-블록을 향하여 지향된, 하나 이상의 도관을 형성하는 위의 특징부로 이루어질 수도 있고, 그리고 각각의 도관 내 흐름은 부가적인 흐름 지향 특징부의 사용을 통해 더 세분될 수도 있다.
이 특징부의 제작은 3D-프린팅, CNC 기계가공 또는 사출 성형을 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 복수의 기법 중 임의의 기법을 통해 달성될 수도 있다.
유체 흐름 디렉터의 예는 관형 유체 도관(도 12a), 배플(1205)을 가진 동심원의 관형 유체 도관(1215)(도 12b 및 도 12c), 및 벽(1220) 및 램프(1230)를 가진 평행한 도관(1225)(도 12d 및 도 12e)을 포함할 수도 있다.
도 12a에 예시된 바와 같이, 배플(1205)의 쌍은 유체 흐름 디렉터의 길이를 따라 상이한 유체 전달 구역(1210)을 획정할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 예를 들어, 도 12b에 예시된 바와 같이, 다수의 배플(1205)은 단일의 유체 전달 구역(1210)에 포함될 수도 있다. 동심원의 관형 도관(1215)(다른 실시형태에서, 원형과 다른 단면을 가질 수도 있음)의 각각은 유체를 상이한 유체 전달 구역(1210)으로 전달할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 최하부 유체 전달 구역(1210L)은 유체 도관(1215)을 포함하지 않을 수도 있다. 각각의 유체 전달 구역(1210)은 유체를 전지 스택의 단일의 하위-모듈 또는 하위-블록(도 13a 및 도 13b에서 SB1, SB2, SB3, SB4)으로 전달할 수도 있다. 동심원의 관형 도관(1215)의 크기, 예를 들어, 직경 및 인접한 동심원의 관형 도관(1215) 사이의 공간은 미리 결정된 양의 유체를 전지 스택의 상이한 하위-블록 또는 상이한 구역으로 전달하도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 동심원의 관형 도관(1215)의 크기는 유체 흐름의 동일한 양 또는 실질적으로 동일한 양 또는 유체 흐름 속도가 전지 스택의 상이한 하위-블록 또는 상이한 구역에 제공되도록 선택된다. 다른 실시형태에서, 동심원의 관형 도관(1215)의 크기는 유체 흐름의 동일한 양 또는 실질적으로 동일한 양 또는 유체 흐름 속도가 전지 스택의 상부 구역 및 하부 구역에서 하위-세트, 예를 들어, 하위-블록 또는 구역에 제공되고 반면에, 유체 흐름의 상이한, 예를 들어, 더 적은 양 또는 유체 흐름 속도가 전지 스택 내 다른 하위-블록 또는 구역, 예를 들어, 전지 스택의 중심 구역 내 하위-블록 또는 구역에 제공되도록 선택된다.
도 12d에 예시된 바와 같이, 유체 흐름 디렉터의 실시형태는 벽(1220)에 의해 획정된 도관(1225)의 하부 단부에 위치된 램프(1230)를 포함할 수도 있다. 도관(1225)은 램프(1230)에서 종결될 수도 있다. 램프(1230)는 벽(1120)의 전지 스택면 상의 곡률의 축(도 12d)에 대해 또는 벽(1120)의 전지 스택면의 맞은편의 곡률의 축(도 12e)에 대해 전지 스택을 향하여 만곡되는 도관(1125)을 획정하는 벽(1120)의 구역으로 형성될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 도 13b에 예시된 바와 같이, 램프(1230)는 실질적으로 90°의 각에서 벽(1220)과 만나는 수평으로 배열된 판일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 예를 들어, 도 15a에 예시된 바와 같이, 벽(1220)은 벽의 길이의 전부 또는 상당한 전부를 따라 만곡됨으로써 램프(1230)를 형성할 수도 있다. 도 15a에 또한 예시된 바와 같이, 부가적인 벽(1220)은 램프(1230)에 의해 획정된 유체 전달 구역(1210)을 2개 이상의 부분으로 분할할 수도 있다.
도관(1225)의 크기, 예를 들어, 길이, 폭, 및/또는 단면적은 미리 결정된 양의 유체를 전지 스택의 상이한 하위-블록 또는 상이한 구역으로 전달하도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 도관(1225)의 크기는 유체 흐름의 동일한 양 또는 실질적으로 동일한 양 또는 유체 흐름 속도가 전지 스택의 상이한 하위-블록 또는 상이한 구역에 제공되도록 선택된다. 다른 실시형태에서, 도관(1225)의 크기는 유체 흐름의 동일한 양 또는 실질적으로 동일한 양 또는 유체 흐름 속도가 전지 스택의 상부 구역 및 하부 구역에서 하위-세트, 예를 들어, 하위-블록 또는 구역에 제공되고 반면에, 유체 흐름의 상이한, 예를 들어, 더 적은 양 또는 유체 흐름 속도가 전지 스택 내 다른 하위-블록 또는 구역, 예를 들어, 전지 스택의 중심 구역 내 하위-블록 또는 구역에 제공되도록 선택된다.
도 10a에 예시된 기본 설계에서, 유입 매니폴드는 초기 단면적(Ai) 및 스택 높이(Hi)(도 13a)를 갖는다. 도 13b에 예시된 실시형태에서, 흐름 매니폴드는 단면적(A1, A2, A3 및 A4)을 가진 4개의 도관(1125)으로 분할된다. 도관은 하위-블록(SB1, SB2, SB3, 및 SB4) 사이의 계면과 접촉할 수도 있는 램프(1230)를 형성하도록 하단에서 구부러지는 내부 배플 또는 벽(1220)에 의해 형성된다. 따라서, 각각의 도관(1125)은 단 하나의 하위-블록과 유체 흐름 가능하게 연통한다. 도 12c, 도 12d 또는 도 13b 중 어느 하나의 도관(1225) 또는 도 12a 및 도 12b에서 상이한 동심원의 관(1215) 사이에 또는 관 내에 획정된 도관은 서로 유체 흐름 단절될 수도 있다. 도 12c, 도 12d 또는 도 13b 중 어느 하나의 도관(1225)의 단면적 또는 도 12a 및 도 12b에서 상이한 동심원의 관(1215) 사이에 또는 관 내에 획정된 도관의 단면적의 합은 흐름 매니폴드의 단면적 미만일 수도 있다.
다른 실시형태에서, 유체 흐름 디렉터의 램프(1230)는 전지 스택까지 완전히 연장되지 않을 수도 있지만, 오히려 전지 스택으로부터 예를 들어, 0.5㎜ 내지 2㎜, 2㎜(약 2㎜) 미만, 1㎜(약 1㎜) 미만, 또는 0.5㎜(약 0.5㎜) 미만의 거리에서 종결될 수도 있고 그리고 램프(1230)와 전지 스택 사이에 이 치수를 가진 갭을 형성할 수도 있다. 갭은 흐름 매니폴드로부터 유체 흐름 디렉터의 삽입 또는 제거를 용이하게 할 수도 있다. 따라서, 유체 흐름 디렉터는 흐름 매니폴드의 단면적 미만인 단면적을 가진 전지 스택의 상이한 부분 사이의 흐름 매니폴드를 통한 유체 흐름 경로를 획정할 수도 있다.
이후로 "최적화된 설계"로서 공지되는, 도 13b에 예시된 구성에서, 하나의 하위-블록으로부터 매니폴드를 통해 또 다른 하위-블록으로의 전류의 흐름이 제한된다. 각각의 하위-블록 내에서, 전류는 하위-블록과 유체 연통하는 매니폴드의 부분을 통해 스택을 여전히 우회할 수 있다. 따라서, 전류 효율을 계산하기 위해서, 각각의 하위-블록은 이것이 단 하나의 하위-블록을 가진 ED 디바이스인 것처럼 모델링될 수 있다. 도 14는 4개의 하위-블록을 가진 디바이스에 대한 전류 효율 계산의 결과를 도시하고; 평균 전류 효율은 도 7의 단일의 하위-블록의 평균 전류 효율과 같다.
다양한 실시형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 ED 디바이스는 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나 내로 유체를 지향시키도록 구성된 표면을 가진 유체 흐름 디렉터, 및 유출 매니폴드 내에 배치되고 그리고 공핍 격실 또는 농축 격실 중 하나를 통해 유출 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 구성된 표면을 가진 제2 유체 흐름 디렉터 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
도 15a는 선형 윤곽의 배플 및 타원형의 램프에 의해 획정된 유체 도관으로 이루어진, 최적화된 설계의 하나의 비제한적 실시형태를 도시한다. 도 15a에 예시된 배플 및 램프를 포함하는 구조체는 기본 설계의 매니폴드 내로 제거 가능하게 삽입될 수도 있는 삽입부로서 형성될 수도 있다. 도 15b는 CFD 모델에 포함되는 바와 같은, 최적화된 설계를 도시한다. 도 15c는 기본 설계와 최적화된 설계 둘 다에 대한 ED 디바이스의 중심 단면의 비교를 예시한다. 최적화된 설계에서, 도관은 전기적으로 절연되고 그리고 유압식으로 병렬적이다.
도 15a의 최적화된 설계는 도 15b 및 도 15c에 예시된 4개의 하위-블록보다 더 많은 하위-블록을 가진 ED 모듈에서의 사용을 위해 확장될 수도 있다. 예를 들어, 8개의 하위-블록 삽입부에 대한 단일 피스 설계가 도 15d에 예시되고 그리고 8개의 하위-블록 삽입부에 대한 2-피스 설계가 도 15e에 예시된다. 도 15d 및 도 15e는 이 설계를 등축도, 평면도, 저면도, 배면도, 측면도 및 정면도로 예시한다. 8개의 하위-블록 설계에서, 작은 도관(1505)은 삽입부의 뒤의 아래쪽에, 매니폴드의 뒤에 유지되고, 흐름은 각각의 개별적인 램프(1510)에서 끊긴다. 도 15d 및 도 15e에 예시된 실시형태에서 램프는 예를 들어, 도 12d, 도 12e, 및 도 15a에 예시된 실시형태의 만곡된 램프와 대조적으로, 실질적으로 평면이다. 용어 "램프"는 본 명세서에서 사용될 때 만곡된 램프 및 평평한 램프 또는 평면 램프를 포함한다.
도 15f는 기본 설계와 최적화된 설계 둘 다에 대한 8개의 하위-블록의 ED 디바이스의 중심 단면의 비교를 예시한다.
위에서 논의된 바와 같이, 흐름 분포는 가변 작동 유량에서 시뮬레이션되었고, 이어서 CFD 소프트웨어를 사용하여 최적화되었다. 이어서 특성화가 성분 Z-속도, 평균 전지 쌍당 유량, 및 압력 강하에 대해 수행되었다.
도 16a 및 도 16b는 도 15a 내지 도 15c의 기본 설계 및 최적화된 설계에 대해, 중심 ZY 평면을 통한, 뿐만 아니라 상단, 중앙, 및 하단 ZX 평면을 통한, 성분 Z-속도를 예시하고, 각각 4㎥/hr 및 10㎥/hr의 디바이스 유량이다. 기본 설계에 대해, 모든 유량에 걸쳐, 상단, 중앙, 및 하단 ZX-평면에서의 Z-속도가 대략 2 내지 4x 배임에 따라, 중심 ZY-평면을 통한 Z-속도가 변경된다. 비교에 의해, Z-속도는 최적화된 설계에서 모든 유량에 대해, 모든 평면에 걸쳐 일정한 것으로 나타난다.
도 16c는 도 15f에 예시된 기본 설계 및 최적화된 설계에 대해 중심 ZY 평면을 통한 성분 Z-속도의 CFD 시뮬레이션을 예시한다. 최적화된 설계의 중심 ZY 평면을 통한 Z-속도는 기본 설계의 Z-속도보다 상당히 더 균일하다. 도 16d는 도 15f에 예시된 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 공정 효율 대 전류(유체 유량)를 예시한다. 최적화된 설계에 대한 공정 효율은 측정된 유체 유량의 각각에 대한 기본 설계의 공정 효율보다 약 5% 더 높다.
도 17a는 4㎥/hr의 유량에서 ED 디바이스의 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 상이한 높이(Y축 위치)에서 전지 쌍당 유량의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표이고 그리고 도 17b는 10㎥/hr의 유량에서 ED 디바이스의 기본 설계 및 최적화된 설계에 대한, 상이한 높이(Y축 위치)에서 전지 쌍당 유량의 CFD 시뮬레이션의 결과의 도표이다. 위의 내용에 보강해서, 평균 전지당 유량은 최적화된 설계에 대해 균일한 것에 더 가깝다.
도 18a 및 도 18b는 최대 압력의 백분율로서 표현된, 중심 단면에서의 압력 분포를 도시한다. 기본 설계(도 18a)에서, 하위-블록에 대한 유입 압력은 균일하지만 유출 압력은 하위-블록에 걸친 압력 강하가 상단 하위-블록으로부터 하단 하위-블록으로 증가되도록 변경된다(또한 도 19b 참조). 최적화된 설계(도 18b)에서, 하위-블록에 대한 유입 압력 및 유출 압력은 하위-블록에 걸친 압력 강하가 거의 균일하도록 변경된다(또한 도 19c 참조).
도 19a는 CFD 시뮬레이션에서 압력 측정을 위한 위치를 도시하고 그리고 개별적인 하위-블록 및 전체 디바이스에 대한 차동 압력을 규정한다. 도 19b 및 도 19c는 상이한 공급 유량에 대한 하위-블록(1 내지 4)에 걸친 압력 강하의 변동을 디스플레이한다. 압력 강하는 전지 쌍당 유량의 더 균일한 분포를 예상하는 바와 같이, 최적화된 설계에서 더 균일하다.
또 다른 양상에서, 통로 내 전지 쌍 사이의 흐름 분포를 개선시키는 특징부가 제공된다. 에보쿠아 워터 테크놀로지사(Evoqua Water Technologies)가 제작한 전류 교차-흐름 디바이스에서, 유입 매니폴드 및 유출 매니폴드는 도 4에 도시된 바와 같이, 단면이 대략 삼각형이다. 어댑터 피팅부는 파이프 내 공급 흐름을 유입 매니폴드로 전이시킨다. 이 설계는 초기 설계로서 지칭될 것이다.
도 10b 및 도 10c는 각각 100개의 전지 쌍을 가진, 4개의 하위-블록의 스택에서 흐름의 CFD 시뮬레이션으로부터의 결과를 도시한다. 흐름은 전지 사이에서 고르게 분포되지 않는다. 3개의 수평면(매니폴드의 입구에 가까운 수평면, 스택의 중앙의 수평면, 및 스택의 하단의 수평면) 내 흐름 속도 분포의 비교는 제1의 소수의 전지 쌍을 통한 흐름이 낮은 속도의 비교적 큰 구역에 의해 더 낮다는 것을 나타낸다(도 11a 내지 도 11c 참조).
앞서 도 7에 도시된 바와 같이, 전류 효율(따라서 막을 통해 흐르는 전류의 비율)은 전지 쌍에서 통로의 2개의 단부에서 가장 높다. 발생된 더 높은 전류 밀도는 낮은 흐름 속도에 의한 구역 내 전류 제한 및 스케일링의 위험을 증가시킬 것이다. 통로 내 제1의 소수의 희석 전지를 통한 더 낮은 유량은 또한 염 제거 시 더 높은 전류 효율의 최대 잠재력이 활용되지 않는 것을 의미할 것이다.
따라서, 기술적 과제는 유입 매니폴드 및 유출 매니폴드를 통한 전류 우회를 감소시키고 그리고 통로 내 전지 쌍 사이의 흐름 분포를 개선시키고 그리고 특히 제1의 소수의 전지 쌍으로의 흐름이 충분한 것을 보장하는 것이다.
전지 쌍에 대한 흐름 분포 및 전류 효율을 개선시키기 위한, ED 디바이스 내 유입 흐름 매니폴드 및 유출 흐름 매니폴드에 대한 설계가 본 명세서에 개시된다.
앞서 논의된 바와 같이, 전지 쌍의 전류 효율은 유입 채널 및 유출 채널 및 매니폴드의 전기 저항을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 매니폴드 단면적(A1) 및 활성 막 영역의 에지로부터 매니폴드의 에지까지의 거리(L1)를 가진, 도 20a에 예시된 바와 같은 초기 설계로부터 시작해서, 전류 효율을 증가시킬 수 있는 대안적인 설계가 있다. 예를 들어, 도 20b에 도시된 바와 같은, 더 작은 매니폴드는 거리(L2 > L1)에 의해 채널의 저항을 증가시킬 것이고 그리고 또한 A2 < A1에 의해 매니폴드의 저항을 증가시킬 것이다. 도 20c에 도시된 바와 같은, 더 작은 매니폴드는 A3 < A1에 의해 매니폴드의 저항을 증가시킬 것이다. 채널의 저항은 L3 = L1에 의해 변경되지 않을 것이다. "날개(wing)"를 가진 등변 사다리꼴인 단면이 도 20d에 도시된다. 도 20d의 매니폴드의 단면적은 도 20b의 매니폴드의 단면적보다 더 작지만 활성 영역으로부터 매니폴드의 평균 거리는 대략 동일하다. 도 6에서 저항에 대한 방정식은 우회 전류의 흐름 패턴이 더 복잡할 수도 있으므로, 평균 거리(L4)를 가정해도, 이 설계에 적용 가능하지 않을 수도 있다. 날개는 흐름을 활성 막 영역 내 더 낮은 속도 구역을 향하여 지행시킬 수도 있다.
도 21은 도 20a 내지 도 20c의 매니폴드 설계에 대한 시뮬레이션된 공정 효율을 도시한다. 공정 효율은 예상대로, 매니폴드 단면이 감소됨에 따라 증가되고, 그리고 동일한 더 작은 영역을 가진 2개의 설계는 유사한 효율을 갖는다. 공정 효율은 전류 효율과 관련되고 그리고 도 21의 방정식에 의해 규정된다.
도 22는 초기 설계에서 전지 쌍 간의 흐름 분포가 균일하지 않다는 것을 도시한다. 전지 스택의 상단 근방의 전지 쌍은 전지 스택 내 하부 위치에서의 전지 쌍보다 더 낮은 공급 유량을 갖는다.
초기 설계에서 상이한 전지를 통한 흐름의 균일성을 증가시키기 위한 하나의 가능한 해결책은 돌출부를 매니폴드에 통합시켜서 통로 내 전지 쌍에 대한 흐름 분포에 영향을 주는 것이다. 돌출부는 웨지, 날개, 배플, 범프 또는 이들의 조합물일 수도 있다. 돌출부가 또한 구멍 또는 슬롯을 가질 수도 있어서 흐름의 일부가 직접적으로 통과되게 하여 하류에서 와류(vortices) 또는 와상(eddies)을 감소시킨다.
기존의 설계와 2-통로 ED 디바이스의 유입 매니폴드 내 돌출부를 포함하는 설계 간의 비교가 도 23a 및 도 23b에 예시되고 돌출부(2305)를 포함하는 설계가 도 23b에 제시된다. 각각의 돌출부(2305)의 프로파일은 매니폴드의 시작부로부터 단부까지 연장되는 원호이다. 원호는 원형 또는 타원형일 수도 있거나 또는 자유롭게 생성될 수도 있다. 용어가 본 명세서에서 사용될 때, "유체 흐름 디렉터"는 실시형태, 예컨대, 돌출부(2305)를 포함한다.
CFD 분석은 2개의 유체 통로에 배열된 4개의 하위-블록을 각각 가진, 도 23a 및 도 23b에 예시된 2개의 ED 디바이스에 대해 수행되었다. 각각의 하위-블록은 100개의 전지 쌍을 포함하고 그래서 통로당 전지 쌍의 총수는 200개이다. 제1 디바이스는 도 23a에 도시된 바와 같이 매니폴드 단면을 갖고 그리고 제2 디바이스는 도 23b에 도시된 바와 같이 동일한 단면을 가진 매니폴드에 삽입된 원형 프로파일을 가진 돌출부를 갖는다.
도 24a는 기본 경우 모듈을 통한 압력 분포를 도시한다. 통로당 압력은 상단으로부터 하단으로 점진적으로 증가되고, 이는 스택을 통한 유사한 속도 프로파일과 대응할 것이다. 도 24b는 압력 장이 매니폴드에서 돌출부를 사용하여 조작될 수 있는 방법을 입증한다. 만곡된 삽입부의 이 예는 통로의 상단 및 하단에서 가장 높은 압력 그리고 통로의 중앙에서 가장 낮은 압력을 가진, 바람직한 포물선의 압력 장을 나타낸다. 이것은 도 25에 도시된 흐름 장에 대응한다. 도 26은 각각, 도 23b에 예시된 돌출부가 있거나 또는 없는 ED 디바이스 내 통로당 활성 영역에 진입하는 전지 쌍당 유량의 플롯을 도시한다. 돌출부 없이, 전지당 유량은 통로 내 제1 전지에서 가장 낮고 그리고 통로를 통해 증가된다. 돌출부가 흐름 분포를 변경시켜서 전지당 유량이 매니폴드의 양 단부에서 가장 높고, 활성 막 영역에서 전류 효율 및 전류 밀도가 가장 높을 것으로 예상된다(도 7에서 200개의 전지 쌍에 대한 곡선을 참조). 가장 높은 유량이 단부에서 전지 내 전류 제한 및 스케일링의 위험을 감소시킬 것이고 그리고 통로 내 전체 염 제거를 증가시킬 것이다.
균일한 단면적을 가진 매니폴드에 대해, 앞서 설명된 네트워크 모델은 우회 전류가 통로 내 중간에서 가장 높을 것이라고 예측했다. 단면적을 감소시키는 것은 우회 전류를 감소시킬 것이고 그리고 전류 효율을 증가시킬 것이다. 도 23b의 ED 디바이스 내 돌출부는 우회 전류를 방해하는, 매니폴드의 중간에서 가장 작은, 각각의 통로를 통해 가변되는 유입 매니폴드 단면적을 발생시킨다.
우회 전류를 더 감소시키기 위해서, 각각의 통로의 유출 매니폴드 내 부가적인 삽입부가 포함될 수도 있다. 삽입부의 형상은 목적하는 흐름 프로파일을 유지하면서 유출 매니폴드에서 대부분의 용적을 차지하도록 최적화될 수도 있다. 유입 삽입부와 유사하게, 유출 매니폴드의 중간에서 작은 단면적을 생성하는 삽입부를 ED 디바이스에 제공하는 것은 전류 우회를 크게 감소시킬 것이다. 유입 매니폴드 삽입부 또는 유출 매니폴드 삽입부의 기하학적 구조는 웨지, 날개, 배플, 범프 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 구멍 또는 슬롯이 또한 포함될 수 있어서 흐름의 일부가 직접적으로 통과되게 하여 하류에서 와류 또는 와상을 감소시키거나 또는 흐름을 분포시킨다. 다양한 가능한 매니폴드 유출 삽입부 설계가 도 27에 도시된다.
CFD 분석은 동일한 이전의 CFD 설정, 즉, 2개의 스테이지, 2개의 하위-블록/스테이지 모듈을 사용하여 임시의 유출 매니폴드 삽입부 설계에 대해 수행되었다. 도 28은 유입 매니폴드 삽입부 및 유출 매니폴드 삽입부를 가진 모듈의 제1 스테이지를 도시한다. 유입 매니폴드 삽입부(2805)는 원호의 형상이고 그리고 유출 매니폴드 삽입부(2810)는 모듈의 상단에서 가장 넓은 부분 그리고 모듈의 하단에서 가장 좁은 부분을 가진 선형 테이퍼(linear 테이퍼)를 갖는다. 용어가 본 명세서에서 사용될 때, "유체 흐름 디렉터"는 실시형태, 예컨대, 유입 매니폴드 삽입부(2805) 및 유출 매니폴드 삽입부(2810)를 포함한다. 유입 삽입부는 매니폴드를 5㎜ 채널로 감소시키는, 통로의 중앙에 정점을 가진 평탄한 연속적인 곡선이다. 유출 삽입부는 유출 매니폴드를 상단에서 4㎜ 채널로 제한하고 그리고 하단에서 넓은 개방형 채널을 제공하는 곧은 테이퍼를 갖는다. 시뮬레이션된 유량은 12gpm으로 설정된다. 질량 유량 프로파일(전지 쌍당)이 도 29에 플롯팅되고 그리고 유출 삽입부의 기하학적 구조가 평탄하고 완만하다면, 흐름 프로파일은 유출 삽입부가 제공될 때 크게 변화되지 않는 것을 나타낸다.
각각 2개의 통로, 통로당 2개의 하위-블록을 갖는, 2개의 교차-흐름 ED 디바이스에 대한 실험이 수행되었다. 제1 디바이스는 도 20b에 도시된 바와 같은 매니폴드 단면을 갖고 그리고 제2 디바이스는 동일한 단면을 가진 매니폴드 내로 삽입되는 도 23b에 예시된 바와 같은 원형 프로파일을 가진 돌출부를 갖는다.
희석 유량 및 농축 유량은, 격실 내 2.5㎝/s까지의 평균 속도에 대응하는, 40 내지 41L/min의 범위 내에 있다. 희석 격실 및 농축 격실은 NaCl 용액을 포함하는 별개의 탱크로부터 공급받는다. 초기 농도는 희석 공급 탱크에서 556 ㏖/㎥ 그리고 농축 공급 탱크에서 796 ㏖/㎥이다. 인가된 전류는 10A이다.
희석 격실로부터의 생성물은 희석 공급 탱크로 다시 재순환되고 그리고 농축 격실로부터의 폐기물은 농축 공급 탱크로 재순환된다. 실험의 지속기간 동안, 용해된 염의 농도는 희석 탱크에서 감소되고 그리고 농축 탱크에서 증가된다.
도 30은 공정 효율 대 희석물의 평균 농도에 대한 농축물의 평균 농도의 비를 도시한다. 비는 탈염이 진행됨에 따라 증가한다. 효율은 삽입부를 가진 디바이스에서 대략 10% 더 높고, 결과는 개선된 흐름 분포 및 각각의 통로의 중앙에서 매니폴드 단면적의 감소이다.
유출 삽입부가 전기화학적 분리 장치에 통합되어 흐름 분포를 개선시키는 부가적인 테스트가 수행되었다. 하위-블록에 배치된 유출 삽입부가 경사진 또는 가늘어진 표면을 가져서 삽입부 없이 90°인 모퉁이가 모퉁이의 코너에서 난류를 생성시키는 것 대신에 물 흐름을 터닝하게 안내하는 경사면으로 변환된다. 유출 삽입부가 있거나 또는 없는 유체 흐름 간의 비교가 도 31a 및 도 31b에 예시된다. ED 디바이스의 유출 매니폴드에 삽입부가 있는 물 흐름의 안내는 모듈 내 압력 강하를 감소시키는 것을 돕는 것으로 판명되었다. 그러나, 유출 삽입부는 물체를 파이프의 흐름 경로에 배치함으로써 물 파이프의 경로 내 흐름을 초킹(choking)하는 것과 유사하게, 유출 매니폴드를 통한 액체의 흐름에 대한 제한을 유발한다. 전체 결합된 효과는 압력 강하가 유출 삽입부가 없는 것과 비교할 때 실제로 약간 감소된다는 것이고, 이는 예측되지 않은 결과이다. 경사진 또는 가늘어진 유출 삽입부의 사용은 또한 공정 효율을 증가시키고 그리고 ED 장치의 에너지 소비를 감소시킨다. 이 데이터는 도 32a 및 도 32b에 도시된다.
추가의 양상은 하나의 기하학적 단면 형상을 가진 외부관으로부터 상이한 기하학적 단면 형상을 가진 ED 디바이스의 유입 매니폴드로 흐름을 전이시키기 위한 유체 어댑터를 포함한다. 유체 어댑터는 적어도 하나의 가늘어진 부분, 또는, 일부 실시형태에서, 2개의 가늘어진 부분을 포함하는 유체 통로를 포함한다. 각각의 가늘어진 부분은 흐름을 전개하기 위한 특성 길이를 갖는다. 일부 실시형태에서, 2개의 가늘어진 부분은 중첩되지 않는다.
ED 디바이스의 희석 격실 내로의 흐름은 외부 파이프를 통해 유체 어댑터로 전달될 수 있고, 그리고 이어서 도 33에 예시된 바와 같이 유입 매니폴드를 통해 병렬로 모든 희석 격실 사이에 분포될 수 있다. 유사하게, 모든 희석 격실로부터의 생성물은 유출 매니폴드에 수집될 수 있고, 그리고 유체 어댑터를 통해 외부 파이프로 전달될 수 있다. 농축 격실의 내외로의 흐름은 유사하게 배열될 수 있다.
고속의 전이, 외부관으로부터 유입 매니폴드로의 난류는, 외부관이 대체로 원형 단면을 갖지만, 유입 매니폴드가 대체로 원형, 직사각형, 삼각형 또는 일부 다른 형상인 단면을 가질 수도 있으므로, 특정한 어려움을 제기한다. 대체로 삼각형인 유입 매니폴드는 도 4, 및 도 20a 및 도 20b에 예시된다. 이와 같이, 특수 흐름 지향 특징부를 가진 유체 어댑터가 일반적으로 제공된다.
원형 단면으로부터 대체로 삼각형 단면으로의 전이를 제공하는 유체 어댑터의 하나의 실시예는 도 34a에서 등축도로, 도 34b에서 부분적으로 투명한 도면으로, 도 34c에서 위에서 본 도면으로, 그리고 도 34d에서 아래에서 본 도면으로 예시된다. 이 설계의 유입부는 원형의 단면적(도 34c)을 갖지만, 유출부는 대략 삼각형(도 34d)이다. 내부적으로, 흐름 직경은 가파른, 기울어진 테이퍼를 통해, 제1 특성 길이(도 34e, L1)에 걸쳐, 제1 축에서 감소된다(도 34e, D1-D2). 이어서, 흐름 직경은 제1 테이퍼와 중첩되는 넓은, 기울어진 테이퍼를 통해, 제2 특성 길이(도 34f, L2)에 걸쳐, 제2 축에서 확장 및 전개되도록 허용된다(도 34f, D3-D4).
본 명세서에 개시된 ED 디바이스의 실시형태에 대한 유체 어댑터의 개선된 설계는 도 35a 내지 35d에 예시된다. 이 설계의 유입부는 또한 원형의 단면적을 갖지만, 유출부는 또한 대략 삼각형이다. 이 설계에서, 흐름이 또한 제1 축에서 감소되지만(도 35c, D1-D2), 제1 특성 길이가 더 길고(도 35c, L1), 그리고 테이퍼는 도 34a 내지 도 34f에 예시된 이전의 설계에서보다 더 완만하고 그리고 타원형이다. 흐름이 다시 제2 축에서 확장 및 전개되도록 허용되고(도 35d, D3-D4), 그리고 다시, 흐름이 전개되는 제2 특성 길이가 이전의 설계에서보다 더 길다(도 35d, L2). 이 설계에서, 테이퍼는 중첩되지 않는다.
도 36a 및 도 36b는 각각, 기본 설계 및 최적화된 설계에 대해, 유입 포트에서 균일하게 시딩되는(seeded), 유입 매니폴드 내 개별적인 스트림라인의 속도의 크기의 시뮬레이션의 결과를 도시한다. 분사 효과에 기인하여, 유입 매니폴드 속도는 최적화된 설계(우측)보다 기본 설계(좌측)에서 상당히 더 높다.
도 37a 및 도 37b는 각각, 기본 설계 및 최적화된 설계를 포함하는 ED 디바이스에 대해, 중심 ZY 평면을 통한, 뿐만 아니라 상단, 중앙, 및 하단 ZX 평면을 통한 유체 흐름의 Z-속도 성분의 시뮬레이션의 결과를 디스플레이한다. Z-속도의 분포룰 비교하면, 최적화된 설계보다 기본 유체 어댑터를 포함하는 ED 디바이스의 변동이 더 크다.
본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 전기투석 장치로 제한되지 않는다. 모든 전기화학적 분리 디바이스는 개선된 흐름 분포로부터 이익을 얻을 수도 있다. 전기화학적 분리 디바이스는 전기투석, 전기투석 반전, 연속적인 탈이온화, 연속적인 전기탈이온, 전기탈이온, 전기소실, 및 용량성 탈이온화를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 개선된 흐름 분포로부터 이익을 얻을 다른 전기화학 디바이스는 흐름 배터리, 연료 전지, 전기염소화 전지 및 부식 염소 전지를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이고 그리고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "복수"는 2개 이상의 항목 또는 컴포넌트를 지칭한다. 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "지닌(carrying)", "가진(having)", "포함하는(containing)" 및 "수반하는(involving)"은 작성된 설명서 또는 청구항 등에서든지 아니든지 간에, 개방형 용어이고, 즉, "~을 포함하지만 이들로 제한되지 않음"을 의미한다. 따라서, 이러한 용어의 사용은 이후에 나열되는 항목, 및 항목의 등가물, 뿐만 아니라 부가적인 항목을 포함하는 것으로 의도된다. 오직 전이 어구 "~로 이루어진" 및 "본질적으로 ~로 이루어진"은 청구항에 대하여, 각각, 폐쇄형 전이 어구 또는 반-폐쇄형 전이 어구이다. 청구항 구성요소를 수식하도록 청구항에서 서수 용어, 예컨대, "제1", "제2", "제3" 등의 사용은, 방법의 단계가 수행되지만, 청구항 구성요소를 구별하도록 특정한 명칭을 가진 하나의 청구항 구성요소를 동일한 명칭(하지만 서수 용어를 사용함)을 가진 또 다른 구성요소로부터 구별하도록 단지 라벨로서 사용되는, 또 다른 또는 시간적 순서에 대한 하나의 청구항 구성요소의 임의의 우선권, 우선순위 또는 순서를 내포하지 않는다.

Claims (34)

  1. 전기화학적 분리 디바이스로서,
    제1 전극;
    제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 전지 스택;
    유체를 상기 공핍 격실 또는 상기 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 유입 매니폴드;
    유출 매니폴드; 및
    하기 중 하나 이상을 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스
    상기 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 상기 유입 매니폴드 내로 도입된 상기 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 상기 유체를 상기 공핍 격실 또는 상기 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 유체 흐름 디렉터, 및
    상기 유출 매니폴드 내에 배치되고 그리고 상기 공핍 격실 또는 상기 농축 격실 중 하나를 통해 상기 유출 매니폴드 내로 도입된 상기 유체의 흐름 경로를 변경하도록 구성된 표면을 가진 제2 유체 흐름 디렉터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공핍 격실을 통한 유체 흐름 경로는 상기 농축 격실을 통한 유체 흐름 경로에 대해 수직인, 전기화학적 분리 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 상기 유입 매니폴드를 통한 우회 전류를 적어도 부분적으로 차단하도록 배열되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 유입 매니폴드의 단면적 미만인 단면적을 가진 상기 전지 스택의 상이한 부분 사이에 상기 유입 매니폴드를 통한 유체 흐름 경로를 획정하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전지 스택은 적어도 85%의 평균 전류 효율을 갖는, 전기화학적 분리 디바이스.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전지 스택은 복수의 하위-블록을 포함하고 그리고 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 유체를 상기 복수의 하위-블록 중 상이한 각각의 하위-블록 내로 지향시키도록 배열된 복수의 램프(ramp)를 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 1㎜ 미만의 갭은 상기 램프의 각각의 에지와 상기 전지 스택 사이에 획정되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  8. 제6항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 서로로부터 유체 흐름 단절된(fluidically isolated) 복수의 도관을 더 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 도관 중 각각은 상기 복수의 램프 중 각각의 램프에서 종결되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 도관의 단면적의 합은 상기 유입 매니폴드의 단면적 미만인, 전기화학적 분리 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유출 매니폴드 내에 배치되는 상기 제2 유체 흐름 디렉터를 더 포함하되, 상기 제2 유체 흐름 디렉터는 상기 유출 매니폴드를 통한 상기 우회 전류를 적어도 부분적으로 차단하도록 구성되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전지 스택과 상기 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 제2 공핍 격실 및 제2 농축 격실을 획정하는 제2 전지 스택;
    상기 유출 매니폴드와 정렬되고 그리고 유체를 상기 유출 매니폴드로부터 상기 제2 공핍 격실 또는 상기 제2 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 제2 유입 매니폴드;
    상기 제2 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 상기 제2 유입 매니폴드 내로 도입된 상기 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 상기 유체를 상기 제2 공핍 격실 또는 상기 제2 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 제3 유체 흐름 디렉터;
    상기 제2 유입 매니폴드로부터 상기 제2 전지 스택의 맞은편에 배치된 제2 유출 매니폴드; 및
    상기 유입 매니폴드를 상기 제2 유출 매니폴드로부터 유체 흐름 분리(fluidically separating)시키는 격벽을 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  13. 제3항에 있어서, 상기 전지 스택은 복수의 하위-블록을 포함하고 그리고 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 복수의 하위-블록 중 각각의 하위-블록 내로의 상기 유체의 흐름을 상기 복수의 하위-블록 중 다른 하위-블록 내로의 상기 유체의 흐름으로부터 단절시키도록 배열된 복수의 배플을 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 동심원의 유체 도관을 더 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  15. 제3항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 유입 매니폴드의 벽으로부터 상기 전지 스택을 향하여 내향으로 연장되는 만곡된 돌출부를 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 유입 매니폴드의 단부에서 제1 양만큼 그리고 상기 유입 매니폴드의 길이를 따라 중간 지점에서, 상기 제1 양보다 더 큰, 제2 양만큼 상기 유입 매니폴드의 단면적을 감소시키는, 전기화학적 분리 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 전지 스택의 중심 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도를 감소시키도록 구성되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 유출 매니폴드 내에 배치된 상기 제2 유체 흐름 디렉터를 더 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 유체 흐름 디렉터는 상기 유출 매니폴드를 통한 흐름 경로를 따라 감소되는 단면적을 갖는, 전기화학적 분리 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 유체 흐름 디렉터는 상기 디바이스를 통한 유체의 압력 강하를 감소시키도록 구성되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  21. 제1항에 있어서, 상기 유입 매니폴드의 단면과 상이한 단면을 가진 유체 유입부 및 상기 유체 유입부와 상기 유입 매니폴드 사이에 배치된 유체 어댑터를 더 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 유체 어댑터는, 도관의 폭이 제1 축에서 감소되는 내향 테이퍼를 가진 제1 부분 및 상기 도관의 폭이 제2 축에서 증가되는 외향 테이퍼를 가진 제2 부분을 가진 상기 도관을 포함하되, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 중첩되지 않는, 전기화학적 분리 디바이스.
  23. 제22항에 있어서, 상기 도관의 상기 제1 부분의 상기 내향 테이퍼는 타원형 테이퍼인, 전기화학적 분리 디바이스.
  24. 제1항에 있어서, 상기 농축 격실을 통과한 농축물을 다시 상기 농축 격실로 지향시키도록 구성된 재순환 라인을 더 포함하는, 전기화학적 분리 디바이스.
  25. 제1항에 있어서, 상기 유입 매니폴드는 상기 유체의 미리 결정된 양을 상기 전지 스택의 상이한 부분을 향하여 지향시키도록 구성된 유체 흐름 단절된 도관으로 분할되는, 전기화학적 분리 디바이스.
  26. 제25항에 있어서, 상기 유체 흐름 단절된 도관은 상기 전지 스택의 중심 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도가 상기 전지 스택의 상부 구역 및 하부 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도 미만이게 하도록 선택된 단면적을 갖는, 전기화학적 분리 디바이스.
  27. 제25항에 있어서, 상기 유체 흐름 단절된 도관은 상기 전지 스택의 상부 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도가 상기 전지 스택의 하부 구역 내 격실을 통한 유체 흐름 속도와 실질적으로 같게 하도록 선택된 단면적을 갖는, 전기화학적 분리 디바이스.
  28. 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 획정하는 전지 스택을 포함하는 전기화학적 분리 장치 내 전류 효율을 증가시키는 방법으로서, 상기 공핍 격실을 통한 유체 흐름 경로는 상기 농축 격실을 통한 유체 흐름 경로에 대해 수직이고,
    유체 흐름 디렉터를 상기 장치의 유입 매니폴드 내로 삽입하는 단계를 포함하되, 상기 유체 흐름 디렉터는 상기 유입 매니폴드 내로 도입된 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 상기 유체를 복수의 공핍 격실 또는 복수의 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 그리고 상기 유입 매니폴드를 통한 우회 전류를 적어도 부분적으로 차단하도록 구성된 표면을 갖는, 전기화학적 분리 장치 내 전류 효율을 증가시키는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 유체 어댑터를 상기 유입 매니폴드의 유입부 상에 설치함으로써 상기 전지 스택을 통한 유체 흐름의 균일성을 증가시키는 단계를 더 포함하되, 상기 유체 어댑터는, 도관의 폭이 제1 축에서 감소되는 내향 테이퍼를 가진 제1 부분 및 상기 도관의 폭이 제2 축에서 증가되는 외향 테이퍼를 가진 제2 부분을 가진 상기 도관을 포함하되, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 중첩되지 않는, 전기화학적 분리 장치 내 전류 효율을 증가시키는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 가늘어진 유체 흐름 디렉터를 상기 장치의 유출 매니폴드에 설치함으로써 상기 장치를 통한 압력 강하를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 분리 장치 내 전류 효율을 증가시키는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 제2 유체 흐름 디렉터를 상기 장치의 유출 매니폴드에 설치하는 단계를 더 포함하되, 상기 제2 유체 흐름 디렉터는 상기 유출 매니폴드의 길이를 따라 중간 지점에서 제1 양만큼 그리고 상기 유출 매니폴드의 단부 근방에서 제1 양 미만의 제2 양만큼 상기 유출 매니폴드를 통한 흐름 경로를 좁히는 만곡된 표면을 갖는, 전기화학적 분리 장치 내 전류 효율을 증가시키는 방법.
  32. 전기화학 막 디바이스로서,
    제1 전극;
    제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 교번하는 공핍 격실 및 농축 격실을 포함하는 전지 스택;
    상기 공핍 격실을 상기 농축 격실로부터 분리시키는 이온-선택적 막;
    유체를 상기 공핍 격실 또는 상기 농축 격실 중 하나로 도입하도록 구성되는 유입 매니폴드;
    유출 매니폴드; 및
    하기 중 하나 이상을 포함하는, 전기화학 막 디바이스:
    상기 유입 매니폴드 내에 배치되고 그리고 상기 유입 매니폴드 내로 도입된 상기 유체의 흐름 경로를 변경하도록 그리고 상기 유체를 상기 공핍 격실 또는 상기 농축 격실 중 하나로 지향시키도록 구성된 표면을 가진 유체 흐름 디렉터, 및
    상기 유출 매니폴드 내에 배치되고 그리고 상기 공핍 격실 또는 상기 농축 격실 중 하나를 통해 상기 유출 매니폴드 내로 도입된 상기 유체의 흐름 경로를 변경하도록 구성된 표면을 가진 제2 유체 흐름 디렉터.
  33. 제32항에 있어서, 상기 디바이스는 전기장을 사용하여 유체를 정화하기 위한 전기투석 디바이스인, 전기화학 막 디바이스.
  34. 제32항에 있어서, 상기 디바이스는 상이한 이온 농도를 사용하여 2개 이상의 유체 스트림으로부터 전력의 생성을 위한 역전기투석 디바이스인, 전기화학 막 디바이스.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140009248A (ko) * 2010-11-12 2014-01-22 지멘스 피티이 엘티디 전기화학적 분리 시스템들 및 방법들에서 전류 효율성을 촉진시키기 위한 기술들
US20160009573A1 (en) * 2013-03-15 2016-01-14 Evoqua Water Technologies Llc Flow Distributors for Electrochemical Separation
KR20160130319A (ko) * 2014-04-02 2016-11-10 에보쿠아 워터 테크놀로지스 엘엘씨 직교류 전기화학 분리 디바이스 및 그의 조립 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3223606A (en) * 1959-05-22 1965-12-14 American Mach & Foundry Electrodialysis device and method of operation
US6911277B2 (en) * 2002-05-01 2005-06-28 General Motors Corporation Device and method to expand operating range of a fuel cell stack
US7820024B2 (en) 2006-06-23 2010-10-26 Siemens Water Technologies Corp. Electrically-driven separation apparatus
SG191829A1 (en) 2011-02-04 2013-08-30 Siemens Industry Inc Electrical purification apparatus and methods of manufacturing same
US9790101B2 (en) * 2014-03-13 2017-10-17 Hydronovation, Inc. Multi-port flow switching valve
US10814280B2 (en) * 2015-04-24 2020-10-27 Evoqua Water Technologies Llc Structures for normalizing multi-planar flow distribution within an electrochemical separation system
WO2019014297A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-17 Evoqua Water Technologies Llc SUB-BLOCK SEALING FOR ELECTROCHEMICAL SEPARATION DEVICES

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140009248A (ko) * 2010-11-12 2014-01-22 지멘스 피티이 엘티디 전기화학적 분리 시스템들 및 방법들에서 전류 효율성을 촉진시키기 위한 기술들
KR20140045298A (ko) * 2010-11-12 2014-04-16 지멘스 피티이 엘티디 전기 정화 장치
US20160009573A1 (en) * 2013-03-15 2016-01-14 Evoqua Water Technologies Llc Flow Distributors for Electrochemical Separation
KR20160130319A (ko) * 2014-04-02 2016-11-10 에보쿠아 워터 테크놀로지스 엘엘씨 직교류 전기화학 분리 디바이스 및 그의 조립 방법

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