TW201831227A - 對液體進行電去離子之設備及製程 - Google Patents

對液體進行電去離子之設備及製程 Download PDF

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Abstract

為對樣品液體進行電去離子，準備一種設備。設備包括一個有兩個開口及一個陽極的陽極室，一個有兩個開口及一個陰極的陰極室，以及位於陽極室及陰極室之間，有兩個開口及離子交換劑的處理室。陽極室及陰極室各經由一個選擇性滲透膜與處理室分開，電源與陽極及陰極作用連接。此外還準備提供一種對樣品液體進行電去離子的程序。

Description

對液體進行電去離子之設備及製程
本發明係關於一種液體電去離子之設備及製程
電去離子是一種離子交換及電滲析的組合，並用來從液體，尤其是水，移除離子及可離子化的物質。目的是要產生軟水，也就是為人熟知的去離子(deionisiert)或全脫鹽(vollentsalzt(VE))水。進一步的使用範圍是在監測電廠(例如熱力發電廠)的生產用水循環。為檢查從使用海水或水面水供應冷卻水循環是否會經由縫隙滲入生產用水循環中，遂進行一項規定的生產用水之導電度測量。因為生產用水其中有添加氨及/或胺，以防管線腐蝕，因此生產用水原本就已有一個比導電度，不會因含有離子的冷卻水滲入就會有重大的改變，尤其是因為冷卻水中溶解的氯化鈉(NaCl)。然而若在陽離子交換之後進行導電度測量的話，則添加物產生的陽離子會讓原有的導電度數值降低，而鹽酸(HCl)會取代氯化鈉(HCl)存在。因為測得的HCl-分子數量之比導電度明顯高於測得的NaCl-分子之比導電 度，因此在陽離子交換之後經由生產用水的比導電度升高確定冷卻水滲入生產用水循環。一種證明水中含陰離子的設備及程序可以用來證明冷卻水是否有滲入生產用水中，例如EP1167954B1中所述。
本發明的任務是，準備提供一種將液體電去離子的改良設備及改良方法。
這個問題則是經由一個將樣品液體電去離子的設備來解決。設備包括有兩個開口及一個陽極的一個陽極室，有兩個開口及一個陰極的一個陰極室，及有兩個開口及一個離子交換劑位於陽極室及陰極室之間的一個處理室。陽極室及陰極室各經由一個處理室的選擇性滲透膜分開，以及一個電源與陽極及陰極作用連接。
這產生腔室彼此連接的兩個可能性。一個是，處理室的開口，陽極室的開口及陰極室的其中一個開口可以彼此互相連接，則處理室與陽極室作用連接，而陽極室與陰極室作用連接。另一個是處理室的其中一個開口，陽極室的開口及陰極室的其中一個開口可以彼此互相連接，則處理室與陰極室作用連接，而陰極室與陽極室作用連接。
電源方面，例如電壓源，尤其是直流電壓源，簡單地將直流電壓施加在電極之間，即陽極及陰極。之後將陽極以正極和陰極以負極與直流電源連接。電極尤其指的是金屬線，也可以是(拉伸)金屬板網製成的金屬網 或金屬板。
可以一前一後地安裝腔室的開口，尤其其中一個開口可以裝在腔室的上三分之一處，而另一個開口裝在腔室的下三分之一處。也可以一個開口裝在腔室的頂面，而另一個開口則裝在腔室的底面。
至於選擇性滲透膜，是一個物理介面，該部份更確切地說應是半透性的，只擋住特定的物質/材料，讓其他的物質/材料通過。例如其可以是一種陰離子穿透或是一種陽離子穿透的薄膜。這樣一種薄膜基本上對於像水，氣體是無法穿透的，乃至於電極，然而就是適當地讓陰離子或陽離子通過。反離子則是一再被擋住及無法穿透薄膜。
這樣一種選擇性滲透膜舉例可以為一種磺酸化的四氟乙烯聚合物製成。其他適用之選擇性滲透膜的例子在專利說明書US 4324606和US 4997567中有特別說明。腔室是三個在空間上可分開的單元，例如可經由一種快速鎖緊系統取代一般的螺紋連杆連接到一個包含所有三個腔室的小型裝置。腔室舉例有一個長方形的基本結構，兩個邊長，即長度及寬度，所有的腔室都一樣，深度可以作變化。現有的處理室有六個面，其中兩個面對面的面板基本上各由一個選擇性滲透膜組成。
然而陽極室及陰極室基本上只有五個平側面，並可與處理室連接，各有一個選擇性滲透膜作為第六個側面。然而其也可以是一個像是部份被覆蓋的容器結 構。兩個面對面的側面包括一個這樣的容器，一個陽極在一側，及一個陰極在另一側。可以經由使用一個介於在容器中沒有被覆蓋之部份陽極及陰極之間的處理室，形成一個有三個腔室的設備。使用的處理室充填有離子交換劑，並有兩個面對面基本上是各由一個選擇性滲透膜形成的面板。選擇性滲透膜的面積夠大，讓容器往處理室的方向是防水且氣密地在空間上分成三個分開的腔室。舉例可以經由管線達到腔室的液壓作用連接。處理室的一個開口可以經由軟管與陽極室的一個開口連接。陽極室另一個開口再經由一條軟管與陰極室的一個開口連接。沒有與陽極室連接的處理室開口可以作為樣品液體的注入口。沒有與陽極室連接的陰極室開口可以作為樣品液體的排出口。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，處理室的開口，陽極室的開口及陰極室的開口彼此互相連接，輸送的樣品液體基本上往重力的方向流進處理室中，而基本上往反重力方向流入陽極室和陰極室中。
樣品液體可以這麼流動，處理室的樣品液體經由裝在處理室頂面上開口流入，基本上就是直直地穿流過處理室及樣品液體經由裝在處理室底面的開口排出。樣品液體之後藉由一條管線經一個陽極室頂面中的開口流入，基本上直直地穿流過，至少部份流經陽極及面向陽極的選擇性滲透膜之間，及在陽極室的頂面上經由一個裝在頂面的開口從陽極室流出。之後藉由一條管線，樣品液體 經由一個陰極室的底面中的開口流入其中，基本上是直直地流過，至少部份流過陰極及面對陰極的選擇性滲透膜之間，並在陰極室的頂面上經由裝在那裡的開口流出。
直直地基本上意謂著從頂面到底面，反之亦然。至於選擇性滲透膜，在腔室中沒有液體樣品是橫向流動的，只有縱向流動到薄膜。
在一個依據發明的設備實施例中，可以與每個已提及的實施型式及與每個還在提及的實施例結合，只要與之沒有產生矛盾的話，導電度測量計是裝在處理室沒有連接的開口之前。
一個裝在處理室沒有與陽極室開口連接之開口前的導電度測量計，可以用來確定樣品液體進入處理室前的導電度。例如一般用於製造蒸汽的水要經過鹼化，因為水-蒸汽離子表面上的氧化鐵-保護層嚴重溶解，並且就地固定不動。因此潛在的金屬要防止因熱水及蒸汽造成的進一步侵蝕。因為(侵蝕)程度與導電度，pH值，及制酸劑的濃度有關，所以測量含制酸劑的純水導電度可以算出制酸劑的濃度及純水溶液及制酸劑的pH值。
用來產生蒸汽的生產用水典型的導電度是在8 Mikrosiemens/cm至45 Mikrosiemens/cm的範圍內移動。在專利US 2611007"Temperature Compensating Conductivity Cell"中有說明用來收集液體電子導電度的典型感測器。另一個現代導電度測量計的範例是SWAN Analytical Instruments公司的,,Swansensor UP-Con 1000"。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，導電度測量計是裝在處理室及陽極室之間。
一個導電度測量計裝在處理室及陽極室之間，例如在一條管線中連接提到的腔室，在流經處理室之後用來測定樣品液體的導電度。
因為處理室至少部份充填有離子交換樹脂，所以在穿流處理室時會進行離子交換，這視樣品液體中溶解的離子型式及數量而定，影響到其導電度。
因離子交換劑經由選擇性滲透膜與陽極及陰極分開，所以陽極及陰極上電解產生的氣體不會滲入處理室中，並與樣品液體一起被輸送到導電度測量計。所以可以達到無偽造地測量導電度。因為是在樣品液體流經電極之前測量導電度，所以在導電度測量之後才會進行樣品液體中的氧化或還原。
若在處理室之前及之後確定樣品液體的導電度，則提供擴大分析的可能性。例如可以確定樣品液體的pH-值。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，除氣裝置是裝在處理室及陽極室之間的導電度測量計之後。在除氣裝置及陽極室之間還裝有另一個導電度測量計。
存在於樣品液體中及輸送到處理室的氣體可以以氣泡，未溶解或溶解的型式出現。氣泡會破壞導電度測量並造成不穩定的信號。
被解離，但至少有部份分解成荷電成份(離子)之溶解的氣體，會提高樣品液體的比導電度。例如溶於水中的二氧化碳(CO2)會視pH-值而定，形成碳離子或雙碳離子及質子。可以經由沸騰或其他物理方法從樣品液體除去CO2。在除氣之後測量樣品液體的導電度可以確定CO2-含量。
若只有一部份的樣品液體穿流經除氣裝置而另一部份直接流入陽極室中時，則可以串聯或並聯地讓串流經過除氣裝置的樣品液體回流，兩部份的樣品液體被合流，之後被導入陽極室中，或兩部份會經由分開的陽極室開口被平行輸入。合流的樣品液體也可以在處理室之後，在往陽極室的路徑上流經一個導電度測量計，之後除氣裝置及再之後另一個導電感測器。也可能棄用一部份液體。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，導電度測量計至少其中一個要具有溫度感測器。
若溫度感測器是整合安裝在導電度測量計中時，則可以確定樣品液體的溫度補償比導電度。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以 與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，設備至少要有一個流量感測器。至少一個流量感測器舉例可以裝在處理室的開口，陽極室的一個開口及/或陰極室的一個開口上。
流量感測器可以持續測量流量，及可以用來確認導電度測量。若有流量，則實際連線測量測得的比導電度，並反映目前的數值。典型的流量速率例如介於每小時2公升至15公升之間。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，離子交換劑為一種陽離子交換樹脂。
例如一種強酸凝膠狀的離子交換樹脂是Rohm und Haas公司的Amberjet-1000-H-L(reg)。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，離子交換劑是一種顏色指示的離子交換劑，尤其是一種顏色指示的陽離子交換樹脂。
舉例可以使用一種強酸陽離子交換樹脂，其有一個會變色的酸/基-顏色指示計。若樹脂被"耗用"時，以陽離子(如基本的氨基酸(NH4 +)所荷載的)與質子(H+)交換，則pH-值會升高，陽離子交換樹脂或指示計會經由一個可逆的變色作顯示。若樹脂再生，會再次顯示原來的顏 色。偏離系統典型的顏色分佈時，就是故障指示。
例如具指示計的適用陽離子交換樹脂為Lanxess公司的型號Lewatit S 100 G1(reg)。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，處理室至少有部份是透明的，尤其是沿著處理室開口的部份。
若可以看到處理室內部，則可以察覺到滲入處理室中髒污。還可以確定離子交換劑上的氧化鐵沉積。若處理室中裝有顏色指示離子交換劑時，則可以檢查其狀態並在有需要時更換使用過的離子交換劑，整個處理室，或採取其他適當的措施。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，設備有一個選用的感測器。這個選用的感測器可以用來監測離子交換劑。
取代用肉眼檢查，可以安裝一台選用可以執行光譜選擇性反射測量的感測器，其可以監測顏色及位於處理室中之顏色指示的離子交換劑質量。
若超過一個規定的臨界值時，與這個選用的感測器連接之一台測量電子裝置會發出警報，或是一台控制電子裝置會中止電子式離子程序或/及樣品液體流動，因為無法保證設備的功能正常。也可以考慮使用控制電子裝置，其會觸發自動更換使用的離子交換劑。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，設備有一個測量電子裝置。測量電子裝置收集及至少要能處理至少一個導電度測量計的信號，至少一個流量感測器的信號，至少一個選用感測器的信號，至少一個選用感測器的信號，一個電源電壓及/或一個電源電流。
一種這樣的測量電子裝置可以記錄及/或評價所有設備所具有的感測器。同樣適用電源的電壓及電流特徵參數。測量電子裝置可以在裝在一塊面板中，可以讀出測量到的數值，及還有接到外部電腦或一台資料載體的一個介面。
測量電子裝置會觸發警報，只要導電度測量計在陽離子交換或除氣之前或之後傳輸一個樣品液體臨界比導電度。測量電子裝置可以和配合控制輸送信號到設備作用的一個控制電子裝置耦合。例如可以在一個加大的流量或一個升高的入口導電度時提高陽極及陰極之間的電壓，以在陽極上產生更多質子，再穿透選擇性滲透膜移入處理室中，並確定在那裡提高對質子的需求以再生強烈負載的離子交換劑。
可以經由整合安裝在測量電子裝置中的共同電源供電給電去離子設備。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結 合，只要沒有與之產生矛盾的話，至少一個處理室開口要有一個過濾器裝置。
一個過濾器裝置裝在處理室開口之前，用來導入樣品液體，防止確切地說是減少髒污滲入處理室中。
其同樣也防止在電廠異常操作情況，還有在蒸汽發生器開機及停機時，離子交換樹脂被沖出。不用過濾器裝置，水還有離子交換樹脂會被設備的輸入口被吸回去。位於與陽極室一個開口作用連接之處理室開口前的過濾器裝置，防止離子交換劑與具樣品液體的處理室分離。過濾器裝置舉例來說為燒結聚乙烯，尤其是超高分子燒結聚乙烯製的濾板。過濾器裝置的孔寬可以為離子交換劑最小直徑的5%和50%之間，以便有效地擋住離子交換劑。
例如典型的單分散離子交換樹脂的粒子半徑為0.65mm，散射範圍為+/-0.05mm。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，設備至少有一個離子導電滲透膜。為另一種選擇性滲透膜，在離子導電滲透膜為類似或一樣的選擇性滲透膜，其將陽極室及陰極室與處理室分開時。
這可以裝在介於陽極及其面對的選擇性滲透膜之間的陽極室中，或裝在介於陰極及其面對的選擇性滲透膜之間的陰極室中。其也可以適當地將一種離子導電 滲透膜裝在陽極室和陰極室中。一種這樣的離子導電滲透膜防止選擇性滲透膜受到電極上產生，部份侵蝕的物質，如正在形成的氧氣或臭氧的侵蝕。離子導電滲透膜同樣是保護選擇性滲透膜不會受到如擴張金屬板或金屬濾網製的電極會產生的銳角損害。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，設備的處理室是可更換的。
為使用依據發明之樣品液體電去離子設備，準備提供一個處理室，其基本上是一個長方形的基本結構。處理室有兩個彼此隔開的開口及兩個面對面，基本上是各由一個選擇性滲透膜形成的面板。
開口彼此分開裝置，如一個開口可以裝在處理室上三分之一處而一個開口則裝在處理室的下三分之一處。無另外規定時，腔室的上三分之一處及下三分之一處稱為腔室的上部及下部。也可以將一個開口裝在處理室的頂面上及一個裝在底面上。長方形基本結構不是由選擇性滲透膜形成的表面舉例是由塑膠板製成，尤其是由機械固定的塑膠板製成。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，面對面的側面基本上各有一個正方形的框架，是一部份基本結構形成及在上面黏 附裝有一個選擇性滲透膜。
長方形的基本結構可以由兩個彼此平行對齊的框架組成，與四個長方形的整片的基板防水且氣密地連接。框架及板材可以為塑膠製。
尤其是使用黏著劑或層疊方式，將可以完全覆蓋住框架包住之腔室的選擇性滲透膜氣密且防水地安裝在框架上。為容納多餘的黏著劑，框架可以裝設溝槽。溝槽可以環繞四周及安裝在黏著處以外，但還是在選擇性滲透膜有層疊到的地方。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，鄰接其中一個開口，另一個開口用來填入離子交換劑及/或另一個開口用來除氣。
這些其他的開口至少其中之一須是防水且氣密地密封。
其他的開口，確切地說其他的開口(複數)可以裝在處理室的上三分之一處，尤其在處理室的頂面上，及可以防水且氣密地(再)密封及/或鎖緊。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，至少其中一個被一個過濾器裝置覆蓋住。
過濾器裝置可以安裝在開口中，直接裝在開口上，或至少裝在一個支撐元件上。
用於灌注樣品液體的開口及用來除氣的開口可以被分開的過濾器裝置或被一個共同的過濾器裝置覆蓋住。過濾器裝置可以裝在開口中，也可以裝在開口上及處理室的之內或之外。位於處理室底面中，用於排出樣品液體的一個開口可以用位於處理室之內且基本上例如面積符合底面面積的一個過濾器裝置覆蓋住。處理室也可以和位於處理室之內基本上與選擇性滲透膜平行地安裝過濾器，如圓濾器。若想要避免將這種平面過濾器裝置直接裝在置處理器的底面上時，則可以將過濾器裝置放置在至少一個支撐元件上及間接覆蓋住開口。藉由間接放置過濾器裝置，可以避免一部份的水流過濾器表面被擋住。可以用一個或多穿透的支撐墊圈，螺旋形體或放射形管線做為支撐元件。
也可以使用聚乙烯，聚酯纖維及/或一種氟聚合物製的細孔塑膠網作為過濾器裝置取代燒結聚乙烯製成的濾板，其網孔至少比使用的離子交換樹脂粒最小直徑要小50%，網孔尤其要符合樹脂粒最小直徑的5%至50%。適用的氟聚合物如PTFE，FEP及/或ECTFE。濾網可以用黏附或是用緊固元件固定住。濾網也可以放置在提到的支撐元件上。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，基本上經由選擇性滲透膜形成的側面外側要裝設可拆卸的固定保護元件，尤其是 剛性板。
為運輸及儲放時保護處理室，可以在處理室長方形基本結構基本上由選擇性滲透膜形成的側面外側可拆卸地裝上的保護元件，如像機械層板。為安裝保護元件，可以使用像膠帶或組裝鉸鏈。
作為附加或替換之用的處理室，為防止受損，可以放進一個如塑膠製的袋子中密封，或抽成真空狀態存放。
此外可以經由一種樣品液體電去離子程序解決這個問題。依據發明的程序包括將電壓施加在一個空間上是由兩個選擇性滲透膜分開的陽極及陰極上，至少部分穿流經過一個至少部份充填有離子交換劑的處理室，以兩個選擇性滲透膜為界，以樣品液體至少部份穿流位於陽極和其中一個選擇性滲透膜之間的陽極室，以樣品液體至少部份穿流經過位於陰極和另一個選擇性滲透膜之間的陰極室。
可以依據發明以不同的順序流經腔室。一為在至少部份穿透至少部份填有離子交換劑的處理室之後，以樣品液體限制穿透兩個選擇性滲透膜，接著以樣品液體至少部份穿流經過位於陽極與其中一個選擇性滲透膜之間的陽極室，再接著以樣品液體至少部份穿流經過位於陰極與其中一個選擇性滲透膜之間的陰極室。
另一方面，則是可以在至少部份流經至少部份填有離子交換劑的處理室之後，受限於兩個選擇性滲 透膜，以樣品液體至少部份流經位於陽極與其中一個選擇性滲透膜之間的陽極室，接著以樣品液體至少部份穿流經過位於陰極與其中一個選擇性滲透膜之間的陰極室，再接著以樣品液體至少部份穿流經過位於陽極與其中一個選擇性滲透膜之間的陽極室。
在這個程序，基本上會進行兩個溶解物質的傳送機制。一個是產生對流，以樣本液體流動傳送被溶解的物質，另一個是進行電遷移，負電的粒子沿著電場移動。電場是經由陽極及陰極之間的電壓產生。對流配合腔室至少部份的流動。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，至少部份填有離子交換劑的處理室基本上往重力方向進行至少部份的穿流，往反重力方向進行至少部份的陽極室穿流及往反重力方向進行至少部份的陰極室穿流。
至於電極，在陽極室及陰極室中電解產生氣體，因此可以將產生的氣體隨樣品液體流動從腔室排出去。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，程序還包括樣品液體比導電度測量。是在以樣品液體，受限於兩個選擇性滲透膜，至少部份填有離子交換劑的處理室進行至少部份穿流之 前，測量樣品液體的比導電度。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，程序還包括樣品液體的比導電度測量。
在以樣品液體，受限於兩個選擇性滲透膜，至少部份填有離子交換劑的處理室進行至少部份穿流之後，及在以樣品液體，至少部份穿流在陽極及其中一個選擇性滲透膜之間的陽極室之前，進行樣品液體特定導電性測量。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，程序還包括至少一部份樣品液體的除氣。接著附帶測量位於陽極及其中一個選擇性滲透膜之間的陽極室至少部份穿流之前，以樣品液體附帶測量樣品的比導電度。
在一個根據發明的設備實施型式中，可以與每個已提及的實施型式及每個還在提及的實施型式結合，只要沒有與之產生矛盾的話，程序還包括整合，持續測量樣品液體的流量。
以下根據附圖詳細說明前述發明的實施例。
1‧‧‧設備
10‧‧‧陽極室
11、12、31、32、34、35‧‧‧開口
13‧‧‧陽極
20‧‧‧陰極室
21、22‧‧‧開口
23‧‧‧陰極
30‧‧‧處理室
33、33a、33b‧‧‧選擇性滲透膜
36‧‧‧過濾器裝置
37‧‧‧框架
38‧‧‧溝槽
39‧‧‧收集室
40‧‧‧電源
41‧‧‧除氣裝置
50‧‧‧樣品液體
51、52、53‧‧‧導電度測量計
60‧‧‧離子交換劑
第1圖為根據發明之設備實施例的示意圖；第2圖為根據發明之設備實施例的示意圖；第3圖為根據發明，具兩個導電度測量計之設備第2圖實施例的示意圖；第4圖為根據發明，具三個導電度測量計之設備第2圖實施例的示意圖；第5圖為根據發明之處理室實施型式的透視圖；第6圖為根據發明之處理室實施型式的側面示意圖；第7圖為依第5圖，根據發明之處理室實施型式的側面圖；第8圖為具可更換處理室，根據發明之設備實施型式的透視圖；
在第1圖中說明依據發明將樣品液體電去離子設備之實施例。
設備1包含有一個陽極13及兩個開口11、12的一個陽極室，有一個陰極23及兩個開口21、22的一個陰極室，及有兩個開口31、32的一個處理室30。處理室30位於陽極室10及陰極室20，並裝填有離子交換劑。這些腔室在空間上是經由選擇性滲透膜33將彼此分開。陽極13及陰極23與電源40作用連接。電源40供應陽極及陰極之間施加的直流電壓。
處理室的開口31、32的其中一個用來將樣品液體灌進設備1當時的處理室30，反之陰極室20的開 口21、22的其中一個用來將樣品液體從設備1當時的陰極室20導出。剩下的開口可以用來作為腔室之間的作用連接。例如開口31被用來導入樣品液體時，則開口32就用來作為處理室30及陽極室10之間的作用連接，不需藉由開口11或12。若所述的作用連接例如是經由開口12進行的話，則開口11可與開口21或22連接，以達到陽極室10及陰極室20之間的作用連接。若例如開口12及22是彼此連接時，則開口21可以用來將樣品液體從設備1排出。
此外這些開口還可以彼此連接，將處理室與陰極室作用連接，及陰極室在與陽極室作用連接。同樣處理室其中一個開口31、32也用來注入樣品液體，反之陽極室的一個開口11、12則用來排放樣品液體。在說明的實施例中，所有的開口都位於腔室的底面或頂面中。也可以設想，開口裝在腔室的側壁上，例如各腔室的一個開口位於腔室下三分之一處，一個開口位於腔室上三分之一處。
在第2圖中根據發明之製程的實施例說明如第1圖中所示之根據發明的設備。不是所有已在第1圖中有用標號表示的元件在第2圖中也有標示出來，即使提到同一元件時也是。特別適用於所述之開口11、12、21、22、31及32。在舉例說明的設備1中，藉由電源40在陽極13及陰極23之間施加直流電壓。將一種樣品液體50經由開口31注入處理室30並往重力方向沿開口31及32穿流經過至少部份地充填有陽離子交換樹脂的處理室30。
因為開口32及11是作用連接的，則樣品液 體50流通，在流過處理室30之後，沿開口11及12往重力相反方向流入陽極室10。接著樣品液體50經由開口21進入陰極室20並沿開口22及21往重力相反方向流過。樣品液體經由開口22從陰極室排出。
也可以與所述之相反方向地流經腔室，也可以任意地對腔室的開口彼此互相地進行作用連接，只要是確定樣品液體先流過處理室30，再流過陽極室10及之後再流過陰極室20。樣品液體50流經陽極室10，這樣就會流經陽極13及就陽離子穿透及陽極13所使用的選擇性滲透膜33a之間。樣品液體50類似穿流經過陽極室一樣穿流經過陰極室20，穿流經過陰極23及滲透膜33b之間。
樣品液體50平行於滲透膜33a及33b地穿流經過處理室30。樣品液體橫向地至少部份穿過陽極13及陰極23之間的電場三次。若處理室至少部份充填有陽離子交換樹脂及選擇性滲透膜是為陽離子穿透薄膜時，則可以使用所述之陽離子交換程序。
以下詳述第2圖中的程序步驟：在處理室中進行溶於樣品液體中的離子之離子交換。若離子交換劑，如本例中所述，為陽離子交換樹脂，則陰離子(如Cl-)留在樣品溶液中，陽離子(如NH4 +,Na+)會被交換成藉由陽離子交換樹脂準備的陽離子(如H+)。在陽離子交換樹脂中，陽離子(如NH4 +,Na+)沿著電場往陰極方向移動，及穿過(對陽離子是為可穿透之)面向陽極的選擇性滲透膜移入陽極室。經陽離子交換的樣品液體 被從處理室輸往陰極室中。在那裡經由水的電解在樣品液體中產生質子(H+)。之後這些質子(H+)會往陰極方向移動，先經過面向陽極的選擇性陽離子穿透薄膜，然後穿過面向陰極的選擇性陽離子穿透薄膜。在其路程上質子(H+)橫越處理室及提供離子交換劑再生使用。若陽離子交換樹脂再生及處理室的樣品水中沒有陽離子時，則質子會再移入陰極室中。
陽離子及同樣在陽極室中電解時產生的氣體(如O2)都會和樣品液體送進陰極室中。在陰極室中因水電解產生氫氧離子(OH-)及氣體(如H2)。氫氧離子將移入陰極室中的質子(H+)中及/或產生反離子對移入陰極室中之陽離子(如NH4 +、Na+)適當的氫氧化物(如NH4OH,NaOH)。
第3圖中說明依據發明之樣品液體電去離子設備的實施型式。同時畫出樣品液體的流程途徑。
在樣品液體50進入處理室30之前，它會通過一個在處理室30的開口31之前，用來導入樣品液體20所安裝的導電度測量計51，以測量樣品液體50的比導電度。若導電度測量計51還包含一個溫度感測器時，則可以確定溫度補償比導電度。另一個導電度測量計52是裝在處理室30及陽極室10之間。這個導電度測量計52可以在有溫度感測器時測量有溫度補償的比導電度及非比導電度。
第4圖中說明與第3圖比較的依據發明之樣品液體電去離子設備實施型式。
然而所畫出的設備1與第3圖中所說明的設 備的差異處是這個導電度測量計53。用這個導電度測量計53進行的導電度測量與用導電度測量計51及52進行的測量不同在於，可以確定"除去氣體"(溫度補償)的比導電度。也就是說，導電度測量計53串接一個去除樣品液體氣體的除氣裝置41。完全足量地通往除氣裝置及僅有一部份的樣品液體50輸往導電度測量計53。這個被分岔出來的部份之後會很容易地將入口前剩下的樣品液體再導入陽極室10中，或是經由分開的另一個開口不用與剩下的樣品液體事先匯合即被導入陽極室中(或可以乾脆不用)直接排除掉。然而也可以將沒有分開的樣本液體流依序導引通過導電度測量計51，除氣裝置41及導電度測量計53，並且之後儲放在陽極室中。
第5圖中說明將樣品液體電去離子設備中所用之依據發明的處理室實施型式。
圖示主要是關於處理室30及透視之正面及頂面的前視圖。頂面包括在此例中用來灌注樣品液體50的開口31。處理室30的頂面還包括一個用來充填離子交換劑的開口34及一個用來去除位於處理室30之樣品液體50氣體的開口35。底面是一個開口32。這是用來與陽極室10或陰極室20產生作用連接的。開口32是被一個過濾器裝置36覆蓋住。過濾器裝置36是一個燒結聚乙烯製成的濾板，其細孔尺寸僅為處理室30要充填的離子交換劑顆粒尺寸的5%至50%。濾板36的面積及邊長基本上要符合處理室30底面的面積及邊長。然而濾板36並沒有直接置 於處理室的底面上，而是落在支撐元件上，在此例中是放在不連續的墊圈上。處理室所有開口31、32、34、35都是要不漏水且氣密式地密封。
在第6圖中說明樣品液體電去離子設備所使用依據發明之處理室的另一個實施型式。圖示係關於處理室30兩個彼此相對的側面視圖。看到的是正方形的框架，在上面氣密及不漏水地黏附裝有一個選擇性滲透膜33。再來看到兩個與側面平面平行並位於其之間的圓濾器36，一面蓋住一個除氣開口35及用來灌注樣品液體的開口31，而另一面蓋住排出樣品液體各自往陽極室及陰極室的開口32。在頂面上有一個用來充填離子交換劑60的開口34。在側面上過濾器36之後各有一個樣品液體的收集室39。都是透過當時收集室39的一個短孔進行樣品液體的導入及排出。這個孔軸的走向基本上是在框架內與選擇性滲透膜的表面平行，並突出於框架的窄面上。
在第7圖中說明第5圖依據發明之處理室實施例的側視圖。
顯示的處理室30側面包括一個有環槽28的塑膠製框架37，及一個黏附裝在這個框架37上的選擇性滲透膜33。若薄膜33藉由黏著劑之助被固定在框架37上，則多餘的黏著劑會流入溝槽38中及不會沿著薄膜33的側緣流出來。薄膜33也可以藉由超音波焊接固定在框架37上。處理室30的側面還可以由兩個全等裝置的框架37組成，有一個選擇性滲透膜33固定在其之間，例如經由黏 住或卡住。也可以經由層疊方式連接框架37及薄膜33。
在第8圖中說明依據發明將樣品液體進行電去離子之設備的實施型式，與第5圖中所示的處理室比較。
設備包含一個陽極室10，一個陰極室20及精確配合地裝在陽極及陰極之間的空間中的一個可更換處理室30，及透過其有一個選擇性滲透膜33的側面，設備1的原有空間分成三個腔室作用。
特別說明處理室20使用的快照。直虛線表示，處理室30在正確定位之後，位於陽極13及陰極23之間，並藉由快速接合固定住。陽極室10及陰極室20在此例中是在一個共同的底面上被整體連接。例如在這個底面上可以裝兩個平行軌道，可以作為裝有選擇性滲透膜33之處理室30側面的導向元件。
依使用目的，在發明的範圍中也可以這樣修改預定為陽離子交換的實施型式及範例，其可以用於陰離子交換。例如希望陰離子交換作為電去離子的型式，不是用於灌注樣品液體的開口與陰極室的開口連接，陰極室的另一個開口與陽極室的開口連接，而陽極室沒有與陰極室的開口連接的另一個開口再作為樣品液體的排出口。舉例，導電度測量計及選用之具有前面裝有除氣裝置的另一個導電度測量計是裝在處理室及陰極室之間。
此外可以在處理室中使用陰離子交換劑取代陽離子交換劑。以處理室的選擇性滲透膜為界，可用於 穿透陰離子，取代陽離子。專業人員可以很容易做到發明範圍內進一步其他合乎目的修訂。

Claims (29)

  1. 一種進行樣品液體電去離子之設備(1)，包含：-一個陽極室(10)，具兩個開口(11、12)及一個陽極(13)；-一個陰極室(20)，具兩個開口(21、22)及一個陰極(23)；-位於陽極室(10)及陰極室(20)之間的一個處理室(30)，具兩個開口(31、32)及離子交換劑，陽極室(10)及陰極室(20)是經由一個選擇性滲透膜(33)與處理室(30)隔開；以及-與陽極(13)及陰極(23)操作連接的一個電源(40)；其中-處理室(30)的一個開口(31；32)，陰極室(20)的開口(21、22)及陽極室(10)的一個開口(11；12)彼此連接，這樣處理室(30)與陰極室(20)操作連接，而陰極室(20)與陽極室(10)操作連接。
  2. 一種進行樣品液體電去離子之設備(1)，包含：-一個陽極室(10)，具兩個開口(11、12)及一個陽極(13)；-一個陰極室(20)，具兩個開口(21、22)及一個陰極(23)；-位於陽極室(10)及陰極室(20)之間的一個處理室(30)， 具兩個開口(31、32)及離子交換劑，陽極室(10)及陰極室(20)是經由一個選擇性滲透膜(33)與處理室(30)隔開；以及-與陽極(13)及陰極(23)操作連接的一個電源(40)；其中-處理室(30)的一個開口(31；32)，與陽極室(10)的開口(11；12)及陰極室(20)的一個開口(21、22)彼此連接，這樣處理室(30)與陽極室(10)操作連接，陽極室(10)及陰極室(20)與操作連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的設備(1)，處理室(30)的一個開口(31；32)，陰極室(20)的開口(21、22)及陽極室(10)的一個開口(11；12)彼此連接，這樣導入的樣品液體基本上會往重力方向流入處理室(30)，並且基本上往重力相反方向流入陽極室(10)及陰極室(20)。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的設備(1)，處理室(30)的一個開口(31；32)，陽極室(10)的開口(11、12)及一個陰極室(20)的開口(21；22)彼此連接，這樣導入的樣品液體基本上會往重力方向流入處理室(30)，並且基本上往重力相反方向流入陽極室(10)及陰極室(20)。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的設備(1)，導電度測量計(51)是安裝在處理室(30)沒有連接的開口(31；32)之前。
  6. 如申請專利範圍第2、4或5項所述的設備(1)，導電度測量計(52)是安裝在處理室(30)及陽極室(10)之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的設備(1)，包含裝在導電度測量計(52)之後的一個除氣裝置(41)，在除氣裝置(41)之後安裝另一個導電度測量計(53)。
  8. 如申請專利範圍第5至7項中任一項所述的設備(1)，至少要有一個導電度測量計(51；52；53)裝有溫度感測器。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述的設備(1)，至少要有一個安裝在以下-處理室(30)的一個開口(31；32)-陽極室(10)的一個開口(11；12)-陰極室(20)的一個開口(21；22)之前的流量感應器。
  10. 如申請專利範圍第2、4至8項中任一項所述的設備(1)，離子交換劑是一種陽離子交換樹脂。
  11. 如申請專利範圍第1至9項中任一項所述的設備(1)，離子交換劑是有顏色指示的一個離子交換劑，特別是一種感應的陽離子交換樹脂。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述的設備(1)，處理室(30)至少要有部份是透明的，尤其是沿著處理室(30)的開口(31、32)處。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的設備(1)，有一個選用之用於監測離子交換劑的感應器。
  14. 如申請專利範圍第5至13項中任一項所述的設備(1)有一個測量電子件，至少要能檢測及處理下列其中一種信 號：-至少一個導電度測量計的信號-至少一個溫度感測器的信號-至少一個流量感測器的信號-至少選用的感測器信號-電源(40)的電壓-電源(40)的電流。
  15. 如申請專利範圍第1至14項中任一項所述的設備(1)，處理室(30)的至少一個開口(31、32)有一個過濾器單元。
  16. 如申請專利範圍第1至15項中任一項所述的設備(1)，至少有一個離子導電膜，至少安裝在以下位置其中一處中：-陽極(13)及陰極(13)之間的陽極室(10)使用的選擇性滲透膜(33)-陰極(23)及陰極(23)之間的陰極室(20)使用的選擇性滲透膜(33)。
  17. 如申請專利範圍第1至16項中任一項所述的設備(1)，處理室(30)是可更換的。
  18. 如申請專利範圍第1至17項中任一項所述的設備(1)中使用的處理室(30)，有一個基本上是長方形的結構及兩個空間上是彼此分開的開口(31、32)，及兩個面對面的側面，其基本上是穿過一個選擇性滲透膜(33)形成的。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的處理室(30)，彼此面對面的面板基本上包含，一部份基本結構形成正方形的框 架，上面安裝黏附著一個選擇性滲透膜(33)。
  20. 如申請專利範圍第18或19項所述的處理室(30)，鄰接其中一個開口(31；32)，另一個開口則是安裝用於離子交換劑的注入及/或另一個開口是作為排氣之用，尤其至少還要有一個開口是不漏水及氣密地密封。
  21. 如申請專利範圍第18至20項中任一項所述的處理室(30)，至少要有一個開口被過濾器裝置蓋住。
  22. 如申請專利範圍第18至21項中任一項所述的處理室(30)，外側基本上是由一個選擇性滲透膜(33)形成的側面之外側裝有可拆卸的固定式保護元件，尤其是加裝剛性板。
  23. 一種樣品液體電去離子之製程，包括下列步驟：-施加電壓在一個空間是經過兩個選擇性滲透膜(33a、33b)分開的陽極(13)及陰極(23)；-以樣品液體至少部份穿流經過至少部份充填有離子交換劑的處理室(30)，兩個選擇性滲透膜(33a、33b)為界；接著-以樣品液體至少部份穿流經過位於陽極(13)及選擇性滲透膜(33a)之間的陽極室(10)，接著-以樣品液體至少部份穿流經過位於陰極(23)及選擇性滲透膜(33b)之間的陰極室(20)。
  24. 一種樣品液體電去離子之製程，包括下列步驟：-施加電壓在一個空間是經過兩個選擇性滲透膜(33a、 33b)分開的陽極(13)及陰極(23)；-以樣品液體至少部份穿流經過至少部份填充以離子交換劑的處理室(30)，以兩個選擇性滲透膜(33a、33b)為界；接著-以樣品液體至少部份流經位於陰極(23)及選擇性滲透膜(33b)之間的陰極室(20)，接著-以樣品液體至少部份流經位於陽極(13)及選擇性滲透膜(33a)之間的陽極室(10)。
  25. 如申請專利範圍第23或24項所述的製程，-基本上往重力方向至少部份流經部份充填有離子交換劑的處理室(30)；-與重力相反方向進行陽極室(10)的部份灌流；以及-與重力相反方向進行陰極室(20)的部份灌流
  26. 如申請專利範圍第23至25項中任一項所述的製程，包含以下步驟：-測量樣品液體比導電度在以樣品液體至少部份穿流經過至少部份填充以離子交換劑的處理室(30)，以兩個選擇性滲透膜(33a、33b)為界之步驟之前。
  27. 如申請專利範圍第23至26項中任一項所述的製程，包含以下步驟：-測量樣品液體比導電度在以樣品液體至少部份穿流經過至少部份填充以 離子交換劑的處理室(30)，以兩個選擇性滲透膜(33a、33b)為界之步驟之後。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的製程，包含下列步驟：-去除至少一部份樣品液體的氣體；以及接著-再測量比導電度在測量樣品液體比導電度步驟之後。
  29. 如申請專利範圍第23至28項中任一項所述的製程，還包括另一個步驟：-整合，持續地測量試樣液體的流量。
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