TWI509109B - 用於電化學分離的流量分配器 - Google Patents

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Description

用於電化學分離的流量分配器 [相關申請案之對照參考資料]
本申請案根據35U.S.C.§119(e)主張2010年11月12日所提出之名稱為“CROSS-FLOW ELECTROCHEMICAL DEIONIZATION DEVICE AND METHOS OF MANUFACTURING THEREOF”的美國臨時專利申請案序號第61/413,021號及2011年7月21日所提出之名稱為“MODULAR CROSS-FLOW ELECTRODIALYSIS DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF”的美國臨時專利申請案序號第61/510,157號之優先權，在此基於所有目的以提及方式併入每一美國臨時專利申請案之整個揭露。
本發明基本上是關於電化學分離，特別是有關模組化電化學系統及方法。
GB852,272揭示一種電滲析用薄膜堆疊。US2,894,894揭示一種用於執行電滲析方法的電解單元。US2,923,674揭示一種用於從液體移除溶解固體物的方法。US2,990,361揭示一種電滲析單元。US3,014,855揭示一種用於處理含溶解固體物之水以濃縮溶解固體物的方法。WO2009/077992A2揭示一種流體去離子化用的設備及系統。
根據本發明之一個或多個觀點，電化學分離系統可包括第一電極、第二電極、第一電化學分離模組組件及第一電化學分離模組組件位於第一電極及第二電極之 間、及第二電化學分離模組組件。第一電化學分離模組組件具有由第一框架所支撐之複數個交替耗乏隔室及濃縮隔間所定義之第一單元單元堆疊，第一電化學分離模組組件位於第一電極及第二電極之間；第二電化學分離模組組件相鄰並與第一電化學分離模組組件合作，第二電化學分離模組組件具有由第二框架所支撐之複數個交替耗乏隔室及濃縮隔間所定義之第二單元單元堆疊，第二電化學分離模組組件位於第一電化學分離模組組件及第二電極之間。
根據本發明之一個或多個觀點，電化學分離系統之組裝方法可包含架設第一電化學分離模組組件，其具有於第一電極及第二電極間之容器中以第一框架環繞之第一單元堆疊；架設第二電化學分離模組組件，其具有於第一電化學分離模組組件及第二電極間之容器中以第二框架環繞之第二單元堆疊。
根據本發明之一個或多個觀點，電化學分離模組組件包含定義有複數可替換的耗乏隔室及濃縮隔間之單元堆疊，及環繞單元堆疊之框架，該框架包括歧管系統建構以促使流體流經單元堆疊。
根據本發明之一個或多個觀點，用於電化學分離之流量分配器可包含沿著第一方向之複數第一通道並建構以傳輸饋料至電化學分離裝置之至少一隔間，以及沿著第二方向之複數第二通道，複數第二通道係流體連通於複數第一通道，並具有結合電化學分離裝置之一注入歧管。
根據本發明之一個或多個觀點，電化學分離系統包含第一電極、第二電極、第一電化學分離模組組件、第 二電化學分離模組組件及間隔物。第一電化學分離模組組件包含設置於第一電極與第二電極之間之可替代的複數耗乏隔室及濃縮隔間。第二電化學分離模組組件包含可替代的複數耗乏隔室及濃縮隔間，第二電化學分離模組組件配置以結合第一電化學分離模組組件且設置於第一電化學分離模組組件與第二電極之間。間隔物設置並鄰近於第一及第二電化學分離模組組件以建構成減少系統中之電流損失。
還有其他觀點、實施例、以及這些具體觀點及實施例之優點將詳細說明如後述。於此所揭露之該些實施例可藉由包含至少一所揭露原理之任何方式來結合其他實施例，且所提及“一個實施例”、“部分實施例”、“一個可替代實施例”、“多樣化實施例”或其他類似用語並不必彼此排除，而意指所述特定的特徵或結構可包含於至少一實施例中。這些用語也不必訂出線於相同實施例中。
參考隨圖，以下討論至少一個實施例之各種觀點，該等圖式並非依比例繪畫。包含該等圖式以提供諸實施例之例示及各種觀點之進一步了解，將該等圖式併入此專利說明書中且構成其一部份，但非意在作為界定本發明之限制。在參考符號遵循圖式中之技術特性、詳細說明或任一主張處，已經包含該等參考符號作為增加該等圖式及說明之理解性的唯一目的。在該等圖式中，以相同編號代表各種圖式中所例示之各相同或幾乎相同的組件。為清楚起見，在每一圖中，並非對每一組件標號。該等圖式中。
根據一個或多個實施例，一個模組化電化學分離系統，亦可被稱為電子淨化裝置或設備，可提高多樣之處理過程之效率及整體彈性。在部分實施例中，叉流電化學分離裝置，例如叉流電透析(ED)裝置，可對習知板框式裝置執行具吸引力之替換。在部分實施例中，可減少於叉流電化學分離裝置中的電流無效。在至少某些實施例中，可因應由於經由入口或出口歧管之電流旁通所致之電流無效。能量消耗及薄膜需求亦可減少，兩者均會影響在各種應用之壽命週期成本。在部分實施例中，可達到至少85%的薄膜使用。減少薄膜需求能依序降低電化學分離裝置之製造成本、重量及空間需求。在部分特別實施例中，叉流電透析裝置的處理效率可顯著地改善。在部分實施例中，可改善電化學分離裝置之效率，用於來自油或氣體產物中淡鹽水、海水及鹵水的淡化作用。在至少部分實施例中，可改善ED相較於目前用於去鹽作用之主要技術RO的價格競爭力。
利用電場淨化流體的裝置通常用於處理水及其包含解離離子形式的其他流體。以此方式處理水的兩種裝置為電去離子裝置及電透析裝置。其中這些裝置藉由離子選擇薄膜分離為濃縮及稀釋隔間。習知電透析裝置包含可替換的電活性半滲透陰陽離子交換薄膜。該些薄膜之間的空間建構成用以產生具有入口及出口的液體流動隔間。利用電極所強加之電場產生解離離子，其各別被它們的個別相反的電極所吸引而經由該些陰陽離子交換薄膜遷移。此通常導致在稀釋隔間的液體出現離子消耗， 而在濃縮隔間中的液體增加遷移離子。
電去離子(EDI)為一種使用電活性介質及電位影響離子傳輸，以從水中移除或至少減少一個或多個離子化或可離子化物種之處理。電活性介質通常適合交替地聚集與釋放離子的及/或可離子化的物種，在一些例子中，藉由離子或電子替代機械用以促使離子連續地傳輸。EDI裝置可包含具永久或暫時性電荷之電化學活性介質，且可運作於不連續的、間歇地、連續地、及/或甚至於相反極性模式中。EDI裝置可運作以促使一個或多個特別是設計以達到或增強效能之電化學反應。此外，該些電化學裝置可包含電活性薄膜，例如半滲透或選擇性滲透離子交換或雙極薄膜。連續電去離子(CEDI)裝置為該技術領域中具通常知識者所周知的EDI裝置，其操作於水淨化方面可連續地執行，同時離子交換材料係連續地再充電。CEDI技術可包含處理例如連續去離子作用、充滿單元電透析或電消失(electrodiaresis)。在控制電壓及鹽度的狀態下，於CEDI系統中，水分子可分離而產生氫或鋞離子或物種與氫氧化物或氫氧根離子或物種，於裝置中可再產生離子交換介質且促使受限制物種之釋放。以此方式，被處理之水流可連續地淨化而無需離子交換樹脂之化學再充電。
電透析(ED)裝置以類似CEDI之原理運作，除了習知於薄膜之間不包含電活性介質的ED裝置。因為電活性介質之缺乏，ED的操作會因低鹽度的進給水使電阻提高而受到妨礙。也因為在高鹽度進給水中ED的操作會 導致電流消耗提高，ED裝置在此之前使用中間鹽度的來源水最有效率。在ED基本系統中，因為沒有電活性介質，分離水是無效率的且通常避免操作於其環境中。
在CEDI及ED裝置中，複數鄰近的單元或隔間典型地藉由允許正或負帶電物種其中之一通過之可選擇性滲透薄膜分離，但典型地並非二者均可通過。在該些裝置中稀釋或耗乏隔室為典型地留有集中或濃縮隔間之空隙。在部分實施例中，一單元對可提供一對相鄰的集中及稀釋隔間。當水流經該些耗乏隔室，離子的及其他帶電物種在如DC場之電場的影響下被吸入該些集中隔間。正帶電物種會往陰極被吸附，典型地設置於多個消耗及集中隔間之一堆疊之一端，且負帶電物種同樣地會往該些裝置的陽極被吸附，典型地設置於該些隔間之堆疊之相反端。該些電極典型地置於通常部分地從以流體相流通之耗乏隔室及/或集中隔間隔離的電解質隔間內。一旦在一個集中隔間內，帶電物種典型地藉由至少部分定義為集中隔間之可選擇地滲透薄膜之障礙物而受到限制。例如陰離子典型地藉由陽離子選擇薄膜被阻止朝向陰極進一步向集中隔間之外部遷移。一旦被集中隔間捕捉，受限帶電物種會於濃縮液流中移動。
在CEDI及ED裝置中，直流電場為典型地適用於該些單元來自一電壓源且電流適用於該些電極(陽極或正電極與陰極或負電極)。電壓與電流源(合稱為”電源供應”)可藉由各種手段自身供電，例如交流電源，又或例如來自太陽能、風、或波浪發電之電壓源。於電極/液體 介面，電化學半單元反應發生及/或促使離子轉換而通過該些薄膜及隔間。於電極/液體介面發生的特定電化學反應，可藉由在置入電極組件之特定間隔中鹽分濃度被控制在部分範圍。例如，進入該些具高濃度氯化鈉之陽極電解質隔間的饋料有助於產生氯氣及氫離子，同時進入陰極電解質隔間的饋料有助於產生氫氣及氫氧離子。通常於陽極隔間產生的氫離子會結合自由陰離子，例如氯離子，以維持電中性並產生鹽酸溶液，且類似地，於陰極隔間產生的氫氧離子會結合自由陽離子，例如鈉，以維持電中性並產生氫氧化鈉溶液。該些電極隔間之反應產物，例如產生的氯氣或氫氧化鈉，可利用於過程所需之消毒、薄膜的清潔及去垢及調整PH值等用途。
板框式及螺旋環繞式設計使用於各種形式之電化學去離子化裝置，其包括但未限制於電透析(ED)及電去離子(EDI)裝置。商業上可利用的ED裝置典型為板框式設計，而EDI裝置為板框式及螺旋結構二者均可利用。
一個或多個實施例有關電性淨化流體之裝置可被控制於一殼體內，於製造方法及其使用上均相同。液體或其他流體進入淨化裝置以淨化，且在電場之影響下，經處理而產生離子消耗液體。來自該些進入溶液之物種被集中以產生離子濃縮液體。
根據一個或多個實施例，電化學分離系統或裝置可模組化。每個模組組件通常可作用為整體電化學分離系統之子區塊。模組組件可包含任意想要數量的單元對。在部分實施例中，每個模組組件的單元對之數量取決於 在分離裝置中單元對及通道之總數量。其亦取決於當用於測試交叉漏洩及其他執行標準時，能夠熱結合及灌膠於框架內具有可接受失敗率之單元對的數量。其數量可基於製造過程之統計分析並可增加以做為過程控制之改進。在部分無限制實施例中，模組組件包含大約50組單元對。模組組件可單獨地組裝及品管測試，例如漏洩、分離效能及結合較大系統前之壓力下降。在部分實施例中，一個單元堆疊可設置於框架中以做為獨立設置之模組組件。複數模單元組合在一起以提供電化學分離裝置中之整體預期單元對數量。在部分實施例中，一種組裝方法通常需要放置第一模組組件於第二模組組件之上，放置第三模組組件於第一及第二模組組件之上，並重覆已組合想要數量之複數模組組件。在部分實施例中，該組件或該些獨立模組組件可插入一個壓力容器中以供操作。多通路流動結構是可允許阻隔薄膜及/或介於模組組件間或於模組組件中的間隔物之佈置。模組方式能改善製造上於時間及費用之節省。模組化也能藉由允許該些獨立模組組件之判斷、隔離、搬移或取代以促進系統的維持。該些獨立模組組件可包含歧管及流量分配系統以促進電化學分離過程。該些獨立模組組件可彼此相流通，如同具有聯合整體電化學分離過程之中心歧管及其他系統。
根據一個或多個實施例，可改善電化學分離系統的效率。電流損失是無效率的可能來源。在部分實施例中，例如那些涉及交叉流動之設計，可處理電流漏洩的可能 性。電流效率可定義為將離子有效移出稀釋液流而移入濃縮液流之電流百分比。各種電流無效的來源可存在於電化學分離系統中。一個無效的可能來源會涉及電流藉由流經該些稀釋及濃縮注入及流出歧管繞過該些單元對。開放的注入及流出歧管可直接與該些流動隔間相流通且減少於每條流動路徑中的壓力下降。從一個電極到另一個電極的電流部分能藉由流經該些開放區域而繞過該些單元對之堆疊。繞道電流減少了電流效率並增加能量損耗。另一個無效率的可能來源涉及到由於離子交換薄膜不完整的選擇通透性而自濃縮液流進入稀釋液流的離子。在部分實施例中，技術結合薄膜及篩網於裝置中之密封及裝填可促使電流漏洩之減少。
在一個或多個實施例中，穿過堆疊之旁通路徑可運用於促進沿著穿過單元堆疊之筆直路徑之電流量以致於改善電流效率。在部分實施例中，電化學分離裝置可建構及配置有一個或多個旁通路徑，其相較於穿過單元堆疊之筆直路徑更為迂迴曲折。在涉及模組系統之部分實施例中，該些獨立模組組件可建構以促進電流效率。該些模組組件可建構及配置以提供幫助電流效率之電流繞道路徑。在無限制之實施例中，模組組件可包含建構以促進電流效率之歧管系統及/或流量分配系統。在至少部分實施例中，於電化學分離模組組件中環繞單元堆疊之框架能建構及配置以提供預先判斷的電流繞道路徑。在部分實施例中，於電化學分離裝置中建立一個多通道流動結構能促進電流漏洩之減少。在至少部分無限制實施 例中，阻隔薄膜或間隔物可插入模組組件之間以引導稀釋及/或濃縮液流進入多通道流動結構用以改善電流效率。在部分實施例中，可達到至少約60%之電流效率。在其他實施例中，可達到至少約70%之電流效率。更在其他實施例中，可達到至少約80%之電流效率。在至少部分實施例中，可達到至少約85%之電流效率。
根據一個或多個實施例，用於電淨化設備之準備單元堆疊之方法可包含成型隔間。第一隔間形成以彼此保護該些離子交換薄膜，其提供有設置於該些離子交換薄膜間的第一間隔物之第一間隔物組件。例如，第一陽離子交換薄膜可固定於第一陰離子交換薄膜於第一陽離子交換薄膜之周圍之第一位置，且第一陰離子交換薄膜提供有設置於第一陽離子交換薄膜及第一陰離子交換薄膜間的第一間隔物之第一間隔物組件。
第二隔間形成以彼此保護該些離子交換薄膜，其提供有設置於該些離子交換薄膜間的第二間隔物之第二間隔物組件。例如，第二陰離子交換薄膜可固定於第二陽離子交換薄膜於第二陽離子交換薄膜之周圍之第一位置，且第二陽離子交換薄膜提供有設置於第二陰離子交換薄膜及第二陽離子交換薄膜間的第二間隔物之第二間隔物組件。
第三隔間形成於第一隔間及第二隔間之間以固定第一間隔物組件至第二間隔物組件，且於該等之間設置一間隔物。例如，第一間隔物組件可固定於第二間隔物組件於第一陽離子交換薄膜之周圍之第二位置及第二陰離 子交換薄膜之周圍之一位置，以提供有設置於第一間隔物組件及第二間隔物組件間的間隔物之堆疊組件。
每一個第一隔間及第二隔間可建構及配置以提供流體流動方向，其不同於第三隔間中之流體流動方向。例如，於第三隔間中之流體流動可沿0°軸方向流出。於第一隔間中之流體流動以30°流出，且於第二隔間中之流體流動可與第一隔間以相同角度流出(30°)或以另一角度，例如120°。此方法更包含保護殼體中已組裝單元堆疊。
根據一個或多個實施例，電化學分離系統包含叉流設計。叉流設計考量到增加薄膜使用、較低壓力下降及額外漏洩之減少。此外，藉由叉流設計可減少操作壓力上的限制。在至少部分實施例中，外殼及端蓋之壓力比率於操作壓力上僅有基本限制。亦可達成製造過程之自動化。
根據一個或多個實施例，第一流體流動路徑及第二流體流動路徑可被選擇並提供經由彼此固定之該些離子交換薄膜的周圍之位置。使用第一流體流動路徑以沿著0°軸方向流動，第二流體流動路徑能以大於0°且小於360°的任意角度之方向流動。在揭露的某些實施例中，第二流體流動路徑能以90°或垂直第一流體流動路徑之方向流動。在其他實施例中，第二流體流動路徑能以相對於第一流體流動路徑呈180°流動。假設額外的離子交換薄膜固定於單元堆疊以提供額外隔間，在這些額外隔間中之流體流動路徑會相同於或不同於第一流體流動路 徑及第二流體流動路徑。在某些實施例中，每個隔間中的流體流動路徑使交替於第一流體流動路徑及第二流體流動路徑之間。例如，於第一隔間內之第一流體流動路徑以0°方向流動。於第二隔間內之第二流體流動路徑以90°方向流動，而於第三隔間內之第三流體流動路徑以0°方向流動。在某些例子中，其被稱為叉流電子淨化。
在其他實施例中，在該等隔間每一個中的流體流動路徑使其連續地交替於第一流體流動路徑、第二流體流動路徑及第三流體流動路徑之間。例如，於第一隔間內之第一流體流動路徑以0°方向流動。於第二隔間內之第二流體流動路徑以30°方向流動，而於第三隔間內之第三流體流動路徑以90°方向流動。於第四隔間內之第四流體流動路徑以0°方向流動。在另一實施例中，在該第一隔室中之第一流體流動路徑可以朝0°方向行進。在該第二隔室中之第二流體流動路徑可以在60°上行進，以及在該第三隔室中之第三流動體流路徑可以在120°上行進。在該第四隔室中之第四流動體流路徑可以在0°上行進。在部分實施例中，一個或多個流動路徑可為實質上非射線狀。在至少部分實施例中，一個或多個流動路徑可促使系統中達到一個實質上均勻液體流動速度圖。
根據一個或多個實施例，於隔間內之流動可被調整、再分配或改變方向以提供流體與隔間內之薄膜表面有更大的接觸。隔間可建構及配置以再分配隔間內之流體流動。隔間可具有阻礙物、突出物、凸起、凸緣或擋板等可提供再分配穿過隔間之流動的結構，其將於之後 討論。在某些實施例中，阻礙物、突出物、凸起、凸緣或擋板被稱為流量再分配器。流量再分配器可呈現於單元堆疊中之一個或多個隔間內。
於電子淨化裝置之單元堆疊中之每個隔間可建構及配置以提供用於流體接觸之預先決定的表面積或薄膜使用之百分比。較大的薄膜使用可提供電子淨化裝置在操作上較高的效率。達到較大薄膜使用的優點包含較低能量消耗、較小的設備覆蓋區、較少的穿過設備的通道以及較高品質的產物水。在某些實施例中，薄膜使用可達到大於65%。在其他實施例中，薄膜使用可達到大於75%。在某些其他實施例中，薄膜使用可達到大於85%。薄膜使用至少部分地依據該些方法用於每個薄膜彼此間固定，及間隔物之設計。為了獲得預先決定之薄膜利用，選擇適當的固定技術及要件以達到可靠且安全的密封而提供電子淨化裝置最理想的操作，不會遇到設備內之漏洩。在部分實施例中，堆疊產生過程涉及到熱結合技術以最大化薄膜使用，同時在過程中使用能保持薄膜的大表面積。
根據一個或多個實施例，提供包含單元堆疊之電子淨化設備。電子淨化設備包含第一隔間，其包含複數離子交換薄膜，且可建構及配置以提供於該些離子交換薄膜間於第一方向之引導流體流。電子淨化設備也包含第二隔間，其包含複數離子交換薄膜，且可建構及配置以提供於該些離子交換薄膜間於第二方向之引導流體流。第一隔間及第二隔間中之任一個可建構及配置以提供用 於流體接觸之預先決定的表面積或薄膜使用之百分比。
電子淨化設備包含單元堆疊。電子淨化設備包含第一隔間，其包含第一陰離子交換薄膜及第一陽離子交換薄膜，且第一隔間可建構及配置以提供於第一陰離子交換薄膜及第一陽離子交換薄膜間於第一方向之引導流體流。該設備也包含第二隔間，其包含該第一陽離子交換薄膜及第二陰離子交換薄膜以提供於第一陽離子交換薄膜及第二陰離子交換薄膜間於第二方向之引導流體流。第一隔間及第二隔間之任一個可建構及配置以提供預先決定的薄膜使用，例如第一陰離子交換薄膜、第一陽離子交換薄膜及第二陰離子交換薄膜之表面積大於85%的流體接觸。第一隔間及第二隔間之至少一者包括間隔物，其可為一阻擋間隔物。
根據一個或多個實施例，電子淨化設備包含單元堆疊，其更包含圍住單元堆疊之殼體，以單元堆疊之周圍之至少一部位固定於殼體。框架設置於殼體與單元堆疊之間以提供殼體內之第一模組組件。流體再分配器呈現於單元堆疊之一個或多個隔間中。至少一個隔間可建構及配置以提供隔間內流動逆轉。
在揭露的部分實施例中，提供用於電子淨化設備之單元堆疊。單元堆疊可提供複數可替換的離子消耗及離子濃縮隔間。每一個離子耗乏隔室具有注入口及流出口以提供第一方向之稀釋流體流。每一個離子濃縮隔間具有注入口及流出口以提供與第一方向不同的第二方向之濃縮流體流。間隔物設置於單元堆疊中。間隔物提供結 構且定義該些隔間，且在某些實施例中，可幫助引導通過隔間之流體流。間隔物可為可建構及配置以改變通過隔間之流體流及電流之至少一者的方向之阻擋間隔物。如前所述，阻擋間隔物可減少或阻止電子淨化設備中之電流無效。
在揭露的部分實施例中，提供一種電子淨化設備。該設備包含單元堆疊，其包含複數可替換的離子稀釋及離子濃縮隔間。每一個離子稀釋隔間可建構及配置以提供第一方向之流體流。每一個離子濃縮隔間可建構及配置以提供與第一方向不同的第二方向之流體流。電子淨化設備也包含於單元堆疊之第一端且鄰近陰離子交換薄膜之第一電極，以及於單元堆疊之第二端且鄰近陰極交換薄膜之第二電極。該裝置更包含設置於單元堆疊中之阻擋間隔物，且其建構及配置以改變通過電子淨化設備之稀釋流體流及濃縮流體流中之至少一者的方向，並阻止介於第一電極及第二電極間之引導電流路徑。如前所述，阻擋間隔物可建構及配置以減少電子淨化設備中之電流無效。
用於電子淨化設備之單元堆疊被殼體包圍，並以單元堆疊之周圍之至少一部位固定於殼體。框架設置於殼體與單元堆疊之間以提供殼體內之第一模組組件。第二模組組件也被固定於殼體內。阻擋間隔物設置於第一模組組件及第二模組組件之間。流體再分配器呈現於單元堆疊之一個或多個隔間中。至少一個隔間可建構及配置以提供隔間內流動反轉。托架組件設置於框架及殼體間 以提供模組組件之支撐及固定模組組件於殼體中。
於第一方向之流體流為稀釋液流，而於第二方向之流體流為濃縮液流。在某些實施例中，使用兩極轉換於第一方向之流體流可轉換為濃縮液流，而於第二方向之流體流可轉換為稀釋液流，應用電場反轉以產生反轉液流功能。由複數間隔物分離的多重間隔物組件可一併固定以形成單元對堆疊或薄膜單元堆疊。
目前揭露的電子淨化設備更包含圍住單元堆疊之殼體。單元堆疊之周圍之至少一部位固定於殼體。框架或支撐結構設置於殼體與單元堆疊之間以提供單元堆疊之額外支撐。框架也可包含注入歧管及流出歧管以容許液體流進出單元堆疊。框架及單元堆疊均提供一電子淨化設備模組組件。電子淨化設備更包含固定於殼體中之第二模組組件。間隔物，例如阻擋間隔物，設置於第一模組組件及第二模組組件之間。第一電極可設置於第一模組組件之一端，其相對於連通第二模組組件之一端。第二電極可設置於第二模組組件之一端，其相對於連通第一模組組件之一端。
托架組件設置於第一模組組件、第二模組組件或兩者之框架及殼體間。托架組件提供該些模組組件之支撐，且提供對殼體之固定附件。在揭露的一個實施例中，電子淨化設備可藉由設置薄膜單元堆疊於殼體或容器內以供組裝。端板提供於單元堆疊之每一端。黏著劑用以密封單元堆疊之周圍之至少一部位於殼體之內壁。
在揭露的某些實施例中，電子淨化設備減少或阻止 了來自較大電力消耗之無效率結果。目前揭露的電子淨化設備提供多通道流動結構以減少或阻止電流無效。多通道流動結構可減少電流通過流動歧管之繞道或電流漏洩，藉由排除或減少介於電子淨化設備之陽極與陰極間之引導電流路徑。在揭露的某些實施例中，於隔間中的流動可被調整、再分配或改變方向以提供流體與隔間內之薄膜表面有更大的接觸。隔間可建構及配置以再分配隔間內之流體流動。隔間可具有阻礙物、突出物、凸起、凸緣或擋板等可提供再分配通過隔間之流動的結構。該些阻礙物、突出物、凸起、凸緣或擋板可形成離子交換薄膜、間隔物、或位於隔間內之額外分離結構之一部分。在至少一實施例中，薄膜或阻擋間隔物為實質上無傳導性以致於影響系統內電流流動。
在目前揭露之部分實施例中，一種方法用以固定或結合離子交換薄膜，及間隔物以隨意地產生用於電子淨化設備之薄膜單元堆疊。此方法可提供固定使用於電子淨化設備，例如叉流電透析(ED)模組組件之多重陽離子交換薄膜及陰離子交換薄膜。
在揭露之某些實施例中，提供一種製備用於電子淨化設備之第一單元堆疊方法。該方法包含固定第一離子交換薄膜於第二離子交換薄膜。間隔物設置於第一離子交換薄膜及第二離子交換薄膜之間以形成間隔物組件。當使用於電子淨化設備時，該間隔物組件定義允許流體流動之第一隔間。複數離子交換薄膜彼此固定以提供一系列隔間。在某些實施例中，複數間隔物組件被構成且 該些間隔物組件彼此固定。間隔物設置於間隔物組件之每一個之間。以此方式，用於電子淨化設備之連續隔間被構造成允許流體於每個隔間中以一個或多個方向流動。
設置於該些隔間內之該些間隔物可提供結構並定義該些隔間，且在某些實施中可幫助引導流體流過隔間。該些間隔物以聚合材料或其他材料製成而考慮到於該些隔間中想要的結構及流體流動。在某些實施例中，該些間隔物可建構及配置以於該些隔間內改變方向或再分配流體流動。在部分例子中，間隔物包含網格狀或篩網材料以提供結構並考慮到想要的流體流動通過隔間。間隔物可建構及配置以改變流體流動及電流之至少一者之方向以改善過程效率。間隔物也可建構及配置以產生於電子淨化設備中之多重流體流動階層。間隔物包含一固體部分以改變流體以特定方向流動。固體部分也能改變電流以特定方向流動，且防止介於電子淨化設備中之陰極及陽極間之筆直路徑。在部分實施例中，間隔物可促使電流通過單元堆疊且通常打斷電流繞道單元堆疊。包含固體部分之間隔物可被稱為阻擋間隔物。阻擋間隔物可設置於單元堆疊內或設置於第一單元堆疊或第一模組組件以及第二單元堆疊或第二模組組件之間。
在部分實施例中，彼此固定的複數離子交換薄膜於陰離子交換薄膜及陽離子交換薄膜間交替，以提供一連串的離子稀釋隔間及離子濃縮隔間。該些薄膜的幾何可為任意合適之幾何形式，使得該些薄膜可固定於單元堆 疊內。在某些實施例中，於單元堆疊上之角落或頂點之特定數量會被要求以便適當地固定單元堆疊於殼體中。在某些實施例中，在單元堆疊中特定的薄膜具有不同於其他薄膜之幾何形式。該些薄膜之幾何形式可被選擇以輔助彼此固定該些薄膜、固定間隔物於單元堆疊內、固定薄膜於模組組件內或模組組件、固定薄膜於支撐結構內、固定一薄膜群組例如單元堆疊至殼體以及固定模組組件或模組組件到殼體之至少一者。該些薄膜、間隔物及間隔物組件可被固定於該些薄膜、間隔物及間隔物組件之部分周圍或邊緣。部分周圍可為該些薄膜、間隔物及間隔物組件之連續或不連續的長度段。被選擇以固定薄膜、間隔物及間隔物組件之部分周圍可提供邊界或邊線以引導流體以預定方向流動。
根據一個或多個實施例，如文中所述的單元堆疊可具有任意想要的數量之離子交換薄膜、單元對或流動隔間。在部分實施例中，電化學分離系統包含單一單元堆疊。在其他實施例中，例如在模組實施例中，電化學分離系統包含二個或多個單元堆疊。在部分實施例中，每個單元堆疊可被包含在如文中所述之分離模組組件中。模組化可提供設計上之彈性及製造上之容易度。
根據一個或多個實施例，電化學分離系統包含第一電極、第二電極、第一電化學分離模組組件及第二電化學分離模組組件。第一電化學分離模組組件具有定義複數耗乏隔室及濃縮隔間且以第一框架支撐之第一單元堆疊，第一電化學分離模組組件設置於第一電極與第二電 極之間。第二電化學分離模組組件配合第一電化學分離模組組件，第二電化學分離模組組件具有定義複數耗乏隔室及濃縮隔間且以第二框架支撐之第二單元堆疊，第二電化學分離模組組件設置於第一電化學分離模組組件與第二電極之間。第一單元堆疊被第一框架環繞，且第二單元堆疊被第二框架環繞。在部分實施例中，第一及第二電化學分離模組組件配置為平行流動性。第一及第二電化學分離模組組件各為單一結構或它們可建構成子區塊。第一及第二電化學分離模組組件為可移除的。在部分實施例中，阻擋間隔物可設置於第一及第二電化學分離模組組件間。如下所述，每個框架包含歧管系統及/或流體分配系統。第一及第二電化學分離模組組件可設置於容器內，例如托架組件。該系統依據預期應用及各類設計要件可包含二個、三個、四個或多個模組組件。待處理水源係流通地連接至該容器的注入口。該些耗乏隔室及濃縮隔間各具有與該容器的注入口流體連通之注入口。
在部分非限制實施例中，該些耗乏隔室及濃縮隔間之至少一者包含流體再分配器。在部分實施例中，系統係裝配使得流經該些耗乏隔室之方向不同於流經該些濃縮隔間之方向。在至少一實施例中，系統可裝配使得流經該些耗乏隔室之方向實質上垂直於流經該些濃縮隔間之方向。第一及第二電化學分離模組組件可裝配以促進系統內的多通道流。
根據一個或多個實施例，一種組裝分離系統的方法 包含架設第一電化學分離模組組件，其具有於第一電極及第二電極間之一容器中以第一框架環繞之第一單元堆疊；架設第二電化學分離模組組件，其具有於第一電化學分離模組組件及第二電極間之一容器中以第二框架環繞之第二單元堆疊。該方法更包含於第一及第二電化學分離模組組件間設置阻擋間隔物。第一及第二電化學分離模組組件的各別效能可於架設容器中之前測試。待處理水源係流通地連接至該容器的注入口。
根據一個或多個實施例，一個、二個或多個模組組件可插入於第一電極及第二電極之間。在部分實施例中，二個模組組件於系統內實質上彼此相鄰。在其他實施例中，阻擋間隔物定位於二個相鄰的模組組件間。在至少某些實施例中，在分離系統中的模組組件可不具備專用的電極組。反而，多個模組組件可定位於單對電極之間。
根據一個或多個實施例，電化學分離模組組件定義複數個交替複數耗乏隔室及濃縮隔間之單元堆疊，及支撐系統。支撐系統配置成用以保持單元堆疊之垂直校準。支撐系統在部分實施例中可為一框架。框架至少部分環繞單元堆疊。在其他實施例中，該框架可大體上環繞單元堆疊。在部分實施例中，框架包含配置以促使流體流經單元堆疊之歧管系統。歧管系統可傳輸處理液體從中心系統歧管到其服務之一個獨立模組組件。歧管系統包含注入歧管及流出歧管。歧管系統包含與各個耗乏隔室的注入口及各個濃縮隔間之注入口流體連通之注入 歧管。歧管系統更包含與各個耗乏隔室的流出口及各個濃縮隔間之流出口流體連通之流出歧管。歧管系統可建構以藉由流出歧管傳輸下游的處理液體。歧管系統之至少一部分為構成整體必須的框架或針對結構自框架分離。在至少部分實施例中，歧管系統可建構且配置以阻止於模組組件中稀釋液流及濃縮液流的混合。歧管系統可流動地隔離並保持結合堆疊之稀釋及濃縮隔間的該些流出口之分離。
在部分實施例中，如框架之支撐系統例可包含流量分配系統。流量分配系統可為歧管系統或分離系統之一部分。流量分配系統可與歧管系統流體連通且建構以促使單元堆疊之均勻流量分配。流量分配系統可與各個耗乏隔室的注入口及各個濃縮隔間之注入口流體連通。在部分實施例中，流量分配系統之至少一部分為構成整體必須的框架。在其他實施例中，流量分配系統之至少一部分係唧合於該框架。在部分實施例中，流量分配系統之至少一部分包含藉由框架可移除地接受之插入件。此使得流量分配系統的一個或多個特色的製造變得容易。歧管系統及/或流量分配系統的一個或多個特徵可例如藉由插入結構整合至框架。在部分實施例中，流量分配系統可唧合於單元堆疊之各個注入口及流出口。在部分實施例中，框架包含一插入件以結合於單元堆疊之至少一側。在至少部分實施例中，框架包含一插入件以結合於單元堆疊之每一側。例如，矩形單元堆疊可包含四個插入件。歧管系統及/或流量分配系統或其隔間可結合於 單元堆疊之每一側。
根據一個或多個實施例，結合模組組件框架之流量分配系統或插入件可建構及配置以供應待處理液體至單元堆疊之稀釋及濃縮隔間的複數注入口。流量分配系統或插入件更可建構及配置以結合單元堆疊之複數稀釋及濃縮隔間以接收及流動地離析流出液流。流量分配系統或插入件可保持稀釋及濃縮流出液流之分離。根據一個或多個實施例，針對能具有預期功能性之流量分配系統的多樣設計可被執行。基於單元堆疊之本質，隔間注入口及流出口可設置於單元堆疊之一側或多側。在部分實施例中，隔間注入口及流出口可設置於單元堆疊之所有側。框架的設計，包含歧管系統及流量分配系統，可建構以使其於任意方向接受單元堆疊。複數插入件或流量分配器也可插入框架之任一側並具靈活性以結合單元堆疊之任一側。插入件或流量分配器均可插入並適合供待處理流體至堆疊之多個隔間，同樣流動地離析並保持分離堆疊之流出液流。更如文中所述，插入件或流量分配器也可建構及配置以改善整體模組組件之效率。
在一個或多個實施例中，通過堆疊之繞道路徑可運用以促使電流沿著筆直路徑通過單元堆疊以致於改善電流效率。在部分實施例中，電化學分離裝置可建構及配置使得一個或多個繞道路徑比起通過單元堆疊之直接路徑更為迂迴曲折。在至少某些實施例中，電化學分離裝置可建構及配置使得一個或多個繞道路徑比起通過單元堆疊之直接路徑形成較高阻值。在涉及模組系統之部分 實施例中，複數獨立模組組件可建構以促進電流效率。複數模組組件可建構及配置以提供輔助電流效率之電流繞道路徑。在非限制實施例中，模組組件可包含建構以促進電流效率之歧管系統及/或流量分配系統。在至少部分實施例中，於電化學分離模組組件中圍繞單元堆疊之框架可建構及配置以提供預定電流繞道路徑。在部分實施例中，複數插入件結合支撐系統，例如歧管系統或流量分配系統之部件，可建構以促進電流效率。
根據一個或多個實施例，歧管系統及流量分配系統之至少一者可建構及配置以改善模組組件之效率。流量分配系統可包含建構以減少電流損失之至少一旁通路徑。流量分配系統可包含定向在第一方向之複數第一流體通道。流量分配系統更可包含定向在第二方向之複數第二流體通道且流體連通於複數第一流體通道。在部分實施例中，第一及第二方向係實質上垂直。流量分配系統可包含插入件，其中框架定義了建構以接收該插入件之凹部。於至少部分實施例中，插入件可定義一柵格結構建構以促使均勻流量分配至單元堆疊。
在部分非限制實施例中，插入件具有緊接單元堆疊之第一側及相對於第一側之第二側。插入件可包含位於第一側及第二側之至少一者之複數埠。在部分實施例中，至少部分埠為槽孔或溝槽。位於插入件之一側與相對之另一側之複數埠可為不同者。在部分實施例中，每個位於插入件之第一側之通道以實質上垂直電子堆疊之離子交換薄膜之方向，而每個位於插入件之第二側之通 道以實質上平行電子堆疊之離子交換薄膜之方向。在部分實施例中，位於第一側之至少一通道係流體連通於電子堆疊之二個或多個隔間。複數通道可交錯於插入件之一側。一個通道可服務一個或多個隔間。在部分實施例中，單元堆疊可建構及配置以達到定義單元堆疊對於離子交換薄膜之表面積至少約85%之流體接觸。該些耗乏隔室及濃縮隔間之至少一者可包含一阻擋間隔物或流量再分配器。在部分實施例中，單元堆疊係建構使得通過該些耗乏隔室之流動方向不同於通過該些濃縮隔間之流動方向。在至少一實施例中，單元堆疊係建構使得通過該些耗乏隔室之流動方向實質上垂直於通過該些濃縮隔間之流動方向。
根據一個或多個實施例，一個電化學分離模組組件可包含建構以促使於單元堆疊中均勻流量分配之流量分配器。流量分配器對環繞單元堆疊之框架或歧管結構是不可或缺的。在其他實施例中，流量分配器之至少一部分可建構以接合該框架或歧管。流量分配器可包含藉由框架可移除地接受之插入件。模組組件可包含一個或多個流量分配器。在部分實施例中，流量分配器可結合單元堆疊之一側或多側。在至少部分實施例中，流量分配器可結合單元堆疊之每一側。單元堆疊之每一側可具有一專用流量分配器。流量分配器可建構以藉由電化學分離裝置可移除地接受。多通道流動結構藉由阻隔薄膜之使用為可能者。
根據一個或多個實施例，用於電化學分離之流體分 配器可包含沿著第一方向之複數第一通道並建構以傳輸饋料至電化學分離裝置之至少一隔間，以及沿著第二方向之複數第二通道。複數第二通道係流體連通於複數第一通道並具有結合電化學分離裝置之一注入歧管。在部分實施例中，第一方向係實質上為垂直的。在至少一實施例中，第一方向係實質上為水平的。複數第一通道係平行配置。在至少一實施例中，複數第二通道係平行配置。在部分實施例中，至少一第一通道相交於至少一第二通道。阻擋件可設置於第一通道與第二通道之交點。複數第一通道及複數第二通道可配置以減少於電化學分離裝置中之電流漏洩。在部分非限制實施例中，複數第一通道及複數第二通道可配置以定義一柵格結構。
根據一個或多個實施例，流體分配器可具有建構以接近電化學分離裝置之單元堆疊設置之第一側。分配器於第一側可包含複數埠。所請求之流體分配器可具有配置相對於第一側之第二側且於第二側可包含複數埠。在部分實施例中，於第一側及第二側之複數埠包含槽孔或溝槽。在至少一實施例中，位於第一側與第二側之該些埠可為不同者。在部分非限制實施例中，位於第一側之每個埠係實質上垂直於電化學分離裝置之複數隔間。位於第二側之每個埠係實質上平行於電化學分離裝置之複數隔間。位於第二側之複數埠可建構以分配流體流動至位於第一側之複數埠。在部分實施例中，位於第一側之至少一埠係流體連通於電化學分離裝置之二個或多個隔間。在部分實施例中，位於第一側或第二側之複數埠可 相互交錯。流體分配器可建構及配置以促使電流至電化學分離裝置之操作表面。一個埠可結合流體分配器。該埠對於流體分配器可具有多樣化的位置。流體分配器可包含實質上位於流體分配器中央之一個埠以促使從注入歧管至電化學分離裝置之該些隔間之均勻流體分配。在其他實施例中，一個埠可形成相應於流體分配器之支管。
根據一個或多個實施例，單元對堆疊可建構以形成模組組件或子區塊以用於最終裝配至電化學分離系統內之品質管理。該些子區塊可藉由熱結合、黏合或其他方法形成。在部分實施例中，叉流模組組件可於單元對之子區塊經測試後進行組裝。複數通道可被嵌入一罩體之外壁上以容許操作期間之多重卸(multiple dumping)。於叉流模組組件中可有大數量的單元對堆疊或封裝於外殼或殼體中。複數密封可結合該些單元對以定義流動路徑。即使該些密封的其中之一失去作用，整個模組組件會被視為無法操作的。根據一個或多個實施例，複數單元對之複數子區塊習慣在堆疊所有單元對以形成一個大的模組組件或系統之前，偵測有缺陷的密封。在部分實施例中，複數單元對會分為每一個封裝於框架中的複數堆疊，以在最終組裝前判斷其密封的完整性。在部分實施例中，該封裝方法可使用O形環或襯墊以機械地將一個子區塊與另一子區塊或一電極板相連接而不會有內部交叉漏洩或額外漏洩。框架設計可幫助濃縮流體之多重傾卸(multi-dumps)，使得標準子區塊可被製造、貯存、且易於建構成於特定狀態下每個模組組件有任意想要數 量的通道及傾卸(dump)。框架設計可促使均勻流量分配、稀釋及濃縮液流的隔離及電流效率。
根據一個或多個實施例，框架能牢固地支撐複數單元對之堆疊之複數側以保持直列。複數垂直槽孔可連接注入及流出歧管至該些流動隔間。此促使穿過該些流動隔間之寬度均勻流動分配並減少從流動隔間至歧管之電流漏洩。位於堆疊之該些端部的複數薄膜可伴隨著用O形環或其他機構固定且密封框架。框架可由多個部件組裝或可為整體的，例如模製一部分。每個模組組件可作為具有密封於模組組件間之阻隔薄膜之單一通道。緊鄰於端間隔物之模組組件可藉由複數薄膜分離複數電極隔間，且也可密封，例如使用O形環或黏著劑。模組組件框架或模組組件框架之歧管系統通常可包含一個或多個稀釋埠及一個或多個濃縮埠。該些埠可位於框架或插入件上。模組組件框架也可包括流量分配系統，其包含一個或多個令框架可移除地接受之插入件或流量分配器。框架可包含一個或多個依尺寸及外形製作之凹部以接受插入件。整體框架及模組組件設計可建構以減少繞道電流。繞道路徑可為迂迴曲折的且相較於通過堆疊的直接路徑形成更高的阻抗。在部分非限制實施例中，電流僅藉由流經該些槽孔之下半部繞過堆疊，沿著該些水平歧管至埠歧管，再沿著該些頂部水平歧管及經該些槽孔之上半部回到堆疊。
根據一個或多個特定非限制實施例，複數電子對之堆疊110係於整體構造之框架120內被四側包圍以形成 模組組件100，如第1圖所示。第2圖及第3圖表示經A-A段之視圖。該些流動隔間及薄膜的厚度為了清楚起見將其誇大顯示。於框架部位的一組歧管藉由以垂直於該些薄膜表面方向之槽孔陣列，供應饋料至該些稀釋隔間之注入口。在該些稀釋隔間之流出口，產物水流經第二槽孔陣列並進入圖中右側框架部位的第二組歧管。垂直於A-A段之一部位顯示該些濃縮隔間之相同的歧管及槽孔排列。
注入口及流出口至該些稀釋隔間及濃縮隔間可藉由介於堆疊之複數角落與框架間之密封彼此分隔，如第2圖所示。該些密封可藉由各種技術來完成，例如黏合、熱結合或其組合。第4圖顯示密封該些角落的方法。堆疊410插入框架420且將罐裝黏著劑施加於堆疊410及框架420間的間隙中以形成模組組件400。在已設置黏著劑後，將堆疊及框架轉動90°且裝填下一個角落等。此外必須於高溫下硬化以完全發揮黏著劑之性質。可替代地具有夠低黏性的已熔化熱熔黏著劑可被施加於該些間隙中直到裝填所有四個角落為止。
如前所述整體設計之框架可提供數種功能。其可保持該些單元對於堆疊中之排列。於ED裝置中能量消耗可藉由減少該些流動隔間及薄膜的厚度而降低。流動隔間(膜間距離)在目前裝置之流動狀態下可為0.38mm(0.015" )，當薄膜厚度可低至30微米(0.0012" )時。具有1200個單元對的堆疊，從薄的且具有彈性的部件組裝具有非常小的剛性且可支撐側向移位。此問題在需要 壓縮以密封堆疊之該些隔間並依靠側支撐通道及繫桿排列堆疊之習知板框式裝置中特別嚴重。此問題仍存在於叉流裝置，即使該些堆疊隔間以黏著劑或熱結合之任一方式密封，且整個堆疊置放於圓柱容器內。連接該些注入及流出歧管至該些流動隔間之該些槽孔，在實際設計上，可確保流動均勻分配而通過每一個稀釋隔間的注入口。該些槽孔係垂直於該些流動隔間之方向。不需要排齊該些槽孔與該些單獨隔間之注入口。該些槽孔減少從堆疊進入該些注入及流出歧管用於電流漏洩之可利用面積，且因此部分電流繞過薄膜及單元之堆疊。電流旁通減少電流效率(理論電流需求/實際電流測量，基於96498庫倫/當量之法拉第常數)並增加產物每單位體積之能量消耗。其他改善電流效率之方法涉及運用複數阻隔薄膜或間隔物之多通道模組組件結構之使用。
在其他實施例中，該些槽孔的結構可被更改以更減少電流漏洩且隨著具有槽孔之阻隔物之布置以改善電流效率。第5圖顯示模組組件500包含於具有垂直之注入及流出埠之框架520內之複數單元對之堆疊510。第6圖顯示液流1之流體路徑之剖面圖。從注入埠，液體藉由跟隨垂直槽孔之三個平行的水平注入歧管流入於堆疊中之該些流動隔間。從堆疊，液體經過另一組垂直槽孔及三個流出歧管流至流出埠。
第7圖顯示電流能藉由流經從堆疊之一端至另一端之該些垂直槽孔可能地繞過堆疊710。第8圖顯示關於模組組件800之槽孔變型之一個非限制實施例。障礙或 阻礙物可置放於該些槽孔內以迫使該繞道電流取得一個較迂迴的路徑且因此增加該些繞道路徑之電阻值。在部分實施例中，可於該些槽孔內置放如水平擋塊的阻擋塊。
在部分實施例中，該些水平擋塊不會位在每個槽孔中的相同位置；否則一個或多個流動隔間會完全阻擋該些注入或流出歧管。第9圖顯示該些擋塊930如何交錯以使只有注入口或流出口的一小部分至任意特定的流動隔間會被阻擋。在隔間中藉由膜間間隔物(inter-membrane screen)的適當設計可達到均勻平均流動速度。在部分實施例中，該些交錯的擋塊可全部隨著該些水平歧管之其中之一對齊，假設該框架是以機器製造或模製一體成型，其限制了該些擋塊之數量及位置。
在其他實施例中，該框架是以機器製造或模製而不具該些槽孔。包含該些槽孔及水平擋塊之柵格係個別地製造並插入框架1020中以作為流量分配器1050，如第10圖及第11圖所示。在該些擋塊之數量及位置上其較具靈活度。該些擋塊能以陣列或隨機方式配置。
該框架可使用具備必要機械性質及對流體之化學相容性以藉由ED去離子之材料來製造。在應用例如海水的去鹽作用上，例如以具備抗腐蝕及低成本之塑性材料較受喜愛。可能的塑性材料包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醯胺(PA或尼龍(nylon))、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碸(polysulfone)或塑膠混合物例如Noryl，其係聚氧化二甲苯(PPO)及聚苯乙烯(PS)之混合物。增強填充料例如玻璃纖維可 增加化學抗性強度及機械與熱性質。
在部分實施例中，框架可使用機械加工或射出成型等方法製造。此外，快速成型(rapid prototyping)技術例如立體印刷術、3D列印、融熔沉積成型(fused deposition modeling)等，可用於框架之製造。在另一個實施例中，框架1220係以黏著劑、熱或機械方法或其組合結合四個部件來組裝，如第12圖所示。該些部件可使用如前所述之相同材料及方法來製造。
框架需要夠深以容納在堆疊中單元對的數量(參見第2圖中的高度”D”)，特別是假設框架是由該些部件所組成。例如對於可容納1200個單元對的堆疊來說，其具有0.38mm(0.015" )之膜間距離及30微米(0.0012" )厚之薄膜，而框架深度約為0.984m(38.74" )。
然而在製造這類組件時會有實際限制。具有大數量電子對之堆疊要插入一個深的框架是困難的。在堆疊中的該些彈性薄膜及間隔物最初僅以黏著劑或熱密封連接，因此堆疊並不具剛性。當堆疊的高度增加後，灌注該些角落變得較困難。例如灌注膠需要沿著介於堆疊及框架間之間隙的整體長度均勻分配，如第4圖所示。組裝於框架中之堆疊之密封直到該些角落被灌注後才會進行測試。如果有任何密封故障，可能必須丟棄該整個組合件，此導致材料及勞力之全部損失。
第13圖為在具有1200個單元對之3通道ED裝置中稀釋液流之示意圖。其具有6個模組組件，每個具有200個單元對。可替代地，使用3個模組組件，每個具 有400個單元對。許多單元對及通道數量之組合均為可能的。此外，在結構上可為非對稱的，於各個通道中具有不同數量單元對。本發明並不限制任何特定之單元對數量或通道數量。
第14圖顯示另一個實施例之模組組件1400。第15圖及第16圖係分別為經A-A段及B-B段之視圖。該些流動隔間及薄膜之厚度為了清楚起見再次誇大顯示。每個隔間以柵網(screen)填滿以分離相鄰的薄膜並增強流經該隔間之流體的混合。第15圖為第14圖中經A-A段之視圖，顯示流經該些稀釋隔間。在堆疊頂部之最後的薄膜(AEM)及底部之最後的薄膜(CEM)會延伸以超出堆疊，並藉由以夾子固定之O形環密封。這些薄膜從位於堆疊頂端或底端之該些最後的濃縮隔間隔離稀釋液流(注入及流出歧管、槽孔及隔間)。第16圖表示該注入口至該些稀釋隔間之近攝視圖。第17圖為第14圖中經B-B段之視圖。濃縮液流流經所有平行的濃縮隔間，包括位於堆疊頂端或底端之濃縮隔間。
位於第15圖中框架之頂部表面之外部O形環用以密封模組組件對著一鄰近平坦表面，其可為一測試裝置之頂部平板、一前述鄰近模組組件之框架或一端板。第18圖顯示例如通過模組組件裝置1800以測試於模組組件中該些密封之完整之剖視圖。模組組件被夾設於二個平板之間。底部平板具有一O形環以密封對著模組組件框架之底部表面。於模組組件之頂部之O形環密封對著頂部平板。稀釋流出埠被堵住(plugged)且施加壓力流體或 氣體於稀釋入口埠。在任何介於薄膜間或於任何角落有任何黏接之漏出將導致濃縮液流之交叉洩漏。交叉洩漏之存在及速率可用以作為判斷模組組件品質之標準。第19圖顯示在組裝前端板、模組組件1900及分離薄膜1970之堆疊。該些部件可被排成直線，例如使用定位銷。
在部分實施例中，每個模組組件可使用相同的框架設計。用於單元2之框架藉由如圖中之夾設位置垂直於單元1及3之該些框架。於單元1及3內之該些堆疊是相同的，但不同於單元2內之堆疊。第20圖為於單元1中經A-A段之視圖，且第21圖為於單元2中經B-B段之視圖。位於單元1頂部及底部之該些最後隔間為濃縮隔間，位於頂部之最後薄膜為一個延伸或分離之AEM，且位於底部之最後薄膜為一個延伸或分離之CEM。在單元2中，位於頂部及底部之該些最後隔間為稀釋隔間，位於頂部之最後薄膜為一個延伸之CEM，且位於底部之最後薄膜為一個延伸或分離之AEM。
在該些模組組件中之薄膜與單元之配置如第22圖所示，在複數阻擋薄膜以外，允許於稀釋及濃縮液流中之多通道流動結構且導致濃縮隔間緊鄰著電極隔間。這些濃縮隔間作為電極隔間及下個稀釋隔間之間的緩衝單元。第23圖為藉由已組裝之ED裝置顯示3通道流經該些稀釋隔間之視圖。第24圖為模組組件1之稀釋流出口及模組組件2之稀釋注入口之細部示意圖以說明位於模組組件2400間之阻擋間隔物2470。
藉由已組裝之ED模組組件垂直於第23圖中之部件 之剖面圖顯示3通道流經該些稀釋隔間。如第19圖及第23圖所示在ED裝置中畫在一起的該些端板係使用於端部具有螺帽之螺桿，通常在板框式ED裝置中被稱為拉桿或繫桿。該些端板必須施以充分壓縮該些模組組件以密封該些O形環。其他設備也能使用施以壓力於該些模組組件。舉例如一個設置於模組組件之堆疊之端部的加壓氣囊。該些繫桿可配置於框架外側(外置的)，或該些框架的壁夠薄以容許該些繫桿設置於框架的內壁(內置的)。ED裝置可被圍住以供裝飾或安全因素。該圍繞件例如以加熱成形之塑膠板來組裝。ED裝置也可插入壓力容器內以供安全或結構因素。在部分實施例中，該些框架為外部形狀正方形且具有本質上為固體的壁。假設該些框架為射出成型，該些壁可被挖空以避免過厚的部分。加壓流體在操作期間可經由該些模組組件被唧取，因此複數加強肋可為了剛性及強度增設於牆面上。該些框架的外部形狀不必是正方形。例如，第25圖顯示框架2520實質上外部形狀為圓形且設計使用射出成型。矩形、六邊形、八邊形為其他可能的形狀。框架的該些側邊也能是在長度及數量上不對稱的。
第26圖顯示6個模組組件2600介於二個端板間，全部放置於一個圓柱形容器2680內(所示為透明的)。該些端板上的O形環密封該圓柱於該些端部之內壁。圓柱具有多重功能，包含於組裝期間複數模件塊之排列、對環繞框架之結構支撐以作為於操作期間對位於ED裝置內部之該些流動隔間及歧管之加壓、假設位於該些模 組組件間及該些單元與端板間之任一個O形環滲漏時之外部滲漏的防止、以及作為裝飾外殼。假設框架能在設計及製造上具備足夠剛性及強度，圓柱形容器則非必要的。一個或多個非結構性的裝飾外殼可用以圍住該些模組組件。第27圖及第28圖分別表示無框架之模組組件插入圓形圍繞件。第29圖及第30圖表示建構成具有框架3020之模組組件包含槽孔3090。
本發明不限制使用於電滲析設備上。其他電化學去離子裝置如電去離子(EDI)或連續電去離子(CEDI)也能被建構為使用具有多通道之叉流結構，其使用具有複數槽孔之模組框架供插入複數單元對。
在叉流電滲析(ED)及電去離子(EDI)裝置中，該些稀釋及濃縮液流係彼此垂直之方向流動。可能的應用包含來自油或氣體生產之海水、淡鹽水及鹵水的淡化作用。
多樣化的設計及製造方法可被使用叉流模組組件。在部分非限制實施例中，複數模組組件可結合於容器內。在至少一非限制實施例中，該容器係實質上為圓柱狀。第27圖表示一50個單元對的模組組件。在此設計中，開放式注入及流出歧管係筆直地流體連通於第28圖所示之該些流動隔間。該些開放式歧管減少於每一個液流中之壓力下降，但從一個電極至另一個電極之電流之一部分會藉由流經開放區域繞過複數電子對之堆疊。該繞道電流減少電流效率且增加能量損耗。針對氯化鈉(NaCl)溶液之去鹽作用，電流效率可計算如下式：
其中：ηi 為電流效率
(qd )in =每個稀釋隔間於注入口之流動速率
(qd )out =每個稀釋隔間於注入口之流動速率
Cin =於稀釋注入口之濃度
Cout =於稀釋流出口之濃度
Z=價數=，對NaCl為1
F=法拉第常數
I=電流
針對海水之淡化作用，電流效率可計算如下式：
其中：Ci =個別離子濃度
zi =個別離子之價數
針對NaCl溶液之「製程效率ηp 」可被定義於下列式中：
製程效率通常會小於或等於電流效率：
其中：△(qd )=由於電滲或滲透作用而自稀釋隔間之水損失速率
在部分實施例中，複數系統及方法可藉由框架之所有側支撐複數單元對之堆疊。該框架具有連接複數注入及流出歧管之複數垂直槽孔用以使稀釋及濃縮液流至堆疊內之它們各自的流動隔間，如第29圖及第30圖所示。在此設計中所期待的效益為藉由於該些注入口及流出口至堆疊之開放區域之排除以減少電流繞道。複數單元對之堆疊於框架之該些角落被灌注以形成模組子區塊，其可用於檢測交叉漏洩、淡化作用效率及壓力下降。多個區塊可堆疊以形成ED模組組件。阻擋薄膜可插入該些區塊間以引導稀釋及/或濃縮液流進入多通道流動結構。第31圖表示於一個理想電化學分離系統中之傳輸過程。第32圖表示涉及於電化學分離系統中電流無效率之傳輸過程，且第33圖表示涉及於電化學分離系統中電流無效率結合水損失之傳輸過程。
第34圖表示電流仍可藉由流經位於框架及堆疊間之該些間隙而繞過堆疊，且於堆疊中該些垂直槽孔自堆 疊之一端至另一端。電流繞道經由該些槽孔因而有意義的。根據一個或多個實施例，複數方法可減少於叉流ED裝置內之電流繞道。在部分實施例中，於一子區塊框架內之流動通道會減少電流繞過堆疊之一部分且增加電流效率。該些通道可連接注入及流出埠至位於單元對之堆疊中之該些流體隔間。第35圖表示於一個子區塊框架內部之複數流動埠之流體容積。例如，流1於一個注入通道進入框架，且流經通道柵格進入堆疊。在堆疊中最簡明的流體容積係藉由一透明區塊表示。在堆疊之該些流動隔間中之實際流體容積係藉由該些薄膜及柵網(screen)所界定。流1從堆疊藉由一個第二通道柵格流至流出埠。流2垂直於流1；除此之外流動通道的設計是相同的。
第36圖為針對液流1之該些注入流動通道之細部示意圖。從注入埠之流係平行地分配至數個水平通道。每個水平通道依序分配其流動之部分藉由垂直通道至堆疊中的多個流動隔間。在該些流動隔間之流出口，通道之顛倒順序(垂直通道→水平通道→流出埠)容許該流動離開子區塊。
第37圖顯示旁通電流可自堆疊之一端流至另一端僅通過連續的垂直及水平通道；該些水平通道彼此流體連通僅通過該些埠歧管。有兩組旁通路徑，一組藉由注入埠歧管且另一組藉由流出埠歧管。插入件3795包含注入歧管3797。
經過子區塊之該些電流路徑能以具有並聯的三個電 阻器之電路表示。一個是堆疊中複數單元對之阻值，其他兩個是針對繞道電流的兩組路徑之阻抗。
藉由該些通道之適當尺寸估算，針對旁通電流之迴旋路徑之電阻將充分高於穿過堆疊之直接路徑之電阻。大多數的電流因此被驅動以流經堆疊。在至少部分實施例中，至少70%的電流會流經堆疊，因此可達到至少70%的電流效率。在至少部分實施例中，至少80%的電流會流經堆疊，因此可達到至少80%的電流效率。在至少部分實施例中，至少90%的電流會流經堆疊，因此可達到至少90%的電流效率。
垂直地定位鄰近堆疊之該些流動通道，使得每個流動通道可連通數個單元對。它們係垂直交錯的，如第38圖所示，使得每個流動隔間連通於多個垂直通道。該些垂直及水平通道之尺寸及間隔影響於堆疊中流動隔間內之流量分配及於二個液流中之整體壓力下降。計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)軟體可用於有效進行此設計。
在部分實施例中，如第36圖所示之該些內部流動通道可形成於材料區塊中。因此，該些內部流動通道可整合於框架上。在其他實施例中，至少該些流體通道之一部分會形成於材料之一分離部件中並插入框架。例如，一個插入件可包含該些流體通道之一部分。插入件可包含被分別製造且裝設於框架內之槽孔及/或溝槽。
第39圖顯示該些槽孔於插入件3995之一面且該些水平溝槽於另一面以分別地形成該些垂直及水平通道。 該插入件能以機械製造或模製製造。第40圖顯示框架4020的例子設計可順應機械製造。框架包含4個用於插入件之凹部4025及4個相對寬的溝槽以形成該埠歧管。例如用於O形環之溝槽以密封一個子區塊至另一個之特徵並未清楚顯示。第41圖顯示通過具有大致已安裝之插入件4095之框架之剖視圖。全部4個插入件，2個用於各個流，在堆疊以黏著劑灌注於框架之該些角落前已安裝。第42圖顯示各個水平通道如何流體連通於多個平行的垂直通道及該些水平通道如何藉由該埠歧管彼此流體連通之剖視圖。複數單元對之堆疊藉由簡明之傳輸盒再次表示。如所示之插入件在頂部及底部也具有複數額外槽孔流體連通於框架中的複數槽孔，以供應流動至堆疊之頂部及底部。第43圖顯示一個模製框架4310之例子，其能容置如第39圖所示之該些插入件。框架設計可使用有限元素分析(Finite Element Analysis,FEA)軟體有效執行以最小化重量，其影響部分花費，於最大內部壓力下符合撓度及應力之機械規格。第44圖顯示模製框架4420之另一個例子。用於該些插入件之該些凹部4425具有曲面壁以符合框架之整體圓形外形，其能容置如第39圖所示之該些插入件。使用於此框架設計之多個子區塊可堆疊並插入圓柱狀殼體中。第45圖顯示於曲面側具有該些水平溝槽之對應插入件。並非所有流體通道必須設置於該些插入件上。水平溝槽可設置於框架4620以提供該些水平流體通道，當該些垂直槽孔設置於該些插入件上時，如第46圖所示。對於叉流模組組件之最佳的框 架及插入件設計之選擇將受到部件製造及組裝之相對複雜度及花費所影響。
插入件及框架可使用具備必要機械性質及對處理流體之化學協調性之材料來製造。在應用例如海水的淡化作用上，例如以具備抗腐蝕及低成本之塑性材料較受喜愛。可能的塑性材料包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醯胺(PA或尼龍(nylon))、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碸(polysulfone,PP)或塑膠混合物例如變性聚氧化二甲苯(Noryl)之塑膠混合物，其係聚氧化二甲苯(PPO)及聚苯乙烯(PS)之混合物。增強填充料例如玻璃纖維可增加化學抗性強度及機械與熱性質。
根據一個或多個實施例，電化學去離子裝置可包括至少一單元對及框架。該至少一單元對可包含於框架內。在部分實施例中，電化學去離子裝置可包含一個電滲析裝置。在其他實施例中，電化學去離子裝置可包含一個電去離子裝置。框架可包含一個或多個槽孔。在部分實施例中，複數擋塊係位於該些槽孔內。在至少一實施例中，該些槽孔係垂直於至少一單元對。
根據一個或多個實施例，叉流電化學分離裝置可包含一個模組組件。模組組件包含至少一單元對及框架。該至少一單元對附屬於框架。該裝置可為一個電滲析裝置。在其他實施例中，該裝置可為一個電去離子裝置。框架可包含一個或多個槽孔。在部分實施例中，複數擋塊係位於該些槽孔內。在至少一實施例中，該些槽孔係 垂直於至少一單元對。該裝置可更包含介於每個模組組件間之一個阻擋薄膜或間隔物。該裝置可包含複數模組組件。該些模組組件可被配置以容許多通道流動結構。在部分實施例中，該些模組組件可包含於一個圓柱形容器中。
根據一個或多個實施例，一個電化學去離子裝置之組裝方法可包括結合第一離子交換薄膜至第一柵網(screen)，結合第二離子交換薄膜至第一離子交換薄膜及柵網，結合第二柵網至第一離子交換薄膜、第一柵網及第二離子交換薄膜以形成單元對，結合複數單元對以形成複數單元對之堆疊，插入複數單元對之堆疊於框架中，以及密封複數單元對之堆疊至框架以形成模組組件。該方法更涉及密封第一離子交換薄膜至模組組件之第一側以及密封第二離子交換薄膜至模組組件之第二側。在部分實施例中，該方法更包含置放第一模組組件於第二模組組件上，置放額外模組組件於第一及第二模組組件上，以及重覆以獲得想要的數量之複數模組組件。複數模組組件可插入圓柱狀容器內。
在部分非限制實施例中，複數單元對之堆疊可隨著延伸薄膜開始及結束。其可幫助分離於框架中之稀釋、濃縮及電極液流。該些延伸薄膜相較於在堆疊中該些薄膜之剩餘部分可為不同形狀。該些延伸薄膜結合主要堆疊於至少一側，例如於其兩側。在部分實施例中，間隔物之複數角落可於複數薄膜角落處伸出堆疊。間隔物之複數伸出角落隨後可作為加強件以固定該些薄膜於角落 灌注或於角落灌膠期間作為吸取件(wick)以汲取低黏度之灌膠材料於堆疊中。頂部與底部薄膜之延伸部分可如第47A圖所示被折疊，並如第47B圖所示結合以形成一個隔間於四個角落灌膠完成後。隨著該隔間形成，可檢查於堆疊中之該些密封之完整性。於最終組裝後，可能會產生一個開口以允許稀釋流體傳遞至另一個子區塊。濃縮會自稀釋及電極流體分離。O形環或墊圈可使用於子區塊以連結另一個子區塊或電極平板。在部分實施例中，可使用單一O形環或墊圈以形成連接。在子區塊中，四塊內部支撐結構可灌膠結合於堆疊之四個角落以形成在一側壁上之用於注入及流出埠之平坦表面。該些埠在兩個次組件之組裝期間是重要的，它們提供可替代的流動路徑於子區塊之連接處以分離濃縮及稀釋液流而確保該些液流不會混合。它們也在薄膜上下方形成平坦及固體之表面以易於組裝期間之子區塊與端塊間之密封。外部支撐結構可作為加強件以抑制模組組件之正向壓力，防止薄膜破裂。其亦可與內部支撐結構一併使用以強化結合。在每件外部支撐結構上之凸出部可提供組裝期間之引導以防止錯誤的結合。埠連接器可提供複數子區塊之連接。其可連接於當流動路徑需要穿過子區塊連接而經過延伸薄膜時。其亦可在適當的位置夾住外部支撐結構及內部支撐結構，以確保在注入灌膠材料以塑造該些角落前，折入延伸薄膜的四側成為一個類似框架之樣式。頂部與底部間隔物會隨著該些角落之灌膠而膠合在一起，以提供對該些延伸薄膜之額外支持強度。該二個 間隔物可作為位於該些子區塊之該些延伸薄膜間每個連接之一間隔物。用於O形環及柵格之溝槽可被模製於該些角落灌膠外表之各端。在操作期間該些角落灌膠外表可一併支持內部及外部支撐結構以抵抗於該些歧管內之正向壓力。吸取經間隔物之該些角落之該灌膠角落部分可用以密封堆疊。其亦能作為一個隔離擋塊以自該濃縮歧管分離該稀釋歧管防止交叉漏洩。該角落外表之複數端部可作為停止件阻止在所有連接處密封之過度夾緊。第47C圖表示根據這些實施例之一個組件。在部分實施例中，製造會涉及位於複數薄膜間之第一套結合及在堆疊之四個角落之第二套結合。多個模組組件可被組裝，例如使用O形環，且子區塊品管測試可實施於生產期間。
根據一個或多個實施例，單元對可固定於包含一注入歧管及一流出歧管之框架或支撐結構內，以提供一個模組組件。該模組組件可固定於殼體內。該模組組件更包含一個托架組件或角落支撐用以固定該模組組件於殼體。一個第二模組組件可固定於殼體內。一個或多個額外模組組件也可固定於殼體內。在某些揭露之實施例中，一個阻擋間隔物可設置於第一模組組件及第二模組組件之間。在部分非限制實施例中，於單一通道流動結構中之具有稀釋及濃縮隔間的複數單元對之堆疊可分段密封以形成複數模組組件。該些單元可使用複數間隔物置於其中並結合在一起，以形成多通道結構。該些堆疊可使用黏著劑於複數角落以密封於殼體部分。該些阻擋間隔物不必密封於殼體之內壁，但其夾設於複數模組組 件間且密封於兩端之間。在部分非限制實施例中，在端部具有凸緣的二個模組組件可堆疊並於其中夾設阻擋間隔物。該些凸緣可用螺栓固定在一起。該阻擋間隔物可隨著框架模製且以黏著劑或墊片密封於該些凸緣間。可替代地，框架可使用熱塑性材料模製或其他製造方法。在部分實施例中，複數模組組件能以夾鉗或繫桿連接。該阻擋間隔物之設計可據以修改。第48圖表示以凸緣組裝之複數模組組件之一個非限制實施例。
根據一個或多個實施例，如前所述之插入件可設計以於流動經電化學分離裝置中促使均勻流量分配及越過薄膜有較低的壓力下降。均勻流量分配可幫助阻止該些間隔物剝落並改善電流效率。注入及流出埠位置及一個插入件之通道尺寸可改變以影響流量分配。CFD軟體使流量分配及壓力下降之評估變容易。較低的壓力下降可導致較低的唧取需求。當模組組件以較薄的材料建構時，模組組件的花費也能減少。插入件可作為流量分配器且改善電流效率。於插入件上之埠或槽孔之尺寸可改變以變化流量分配。第49圖表示具有朝中心設置之複數埠4997之流量分配器或插入件4995。在部分實施例中，於插入件上之該些槽孔之尺寸可於不同位置上變化。
這些或其他實施例之功效及優點將較為完整地由下列範例中所瞭解。這些範例事實上用以說明但不被認為限制於前述所討論該些實施例之範圍。
範例1
使用一個交流結構而建構二個模組組件。二個模組組件在單一通道內均包含50個單元對。控制模組組件不包含框架但可簡易地插入如第27圖及第28圖所示之環狀圍繞件。第二模組組件以具有複數槽孔之框架建構成，如第29圖及第30圖所示。對於該些模組組件每個薄膜之有效面積為0.024m2 。流動路徑長為17.1cm。膜間距離為0.038cm。該些模組組件操作於包含NaCl之進給水中。係應用於該些模組組件中之電位及電流效率係被定義。
操作參數如下表所示：
無框架之控制模組組件量測到49%的電流效率。具有框架之模組組件量測到63.3%的電流效率。此表現出當使用具有複數槽孔之框架時大約29%的電流效率改 善。
範例2
組裝一個標準模組組件，其於一個3通道流體結構中具有145個單元對。該些單元對在3個框架中分別包含50個單元對、50個單元對及45個單元對。在饋料為56mS/cm的NaCl溶液之測試中，其平均處理效率為65%於流體速度2.0-4.3cm/s之範圍內。
範例3
在支撐框架中具有插入件之模組組件(Beta 2.5)被操作以比較在支撐框架中無插入件之模組組件(Beta 2)。其資料如第4圖所示，結合該插入件者有較高的壓力下降。
範例4
具有中央歧管之插入件之模組組件被模製且使用計算流體力學(CFD)軟體模擬以與具有支管歧管之插入件之模組組件相比較。結果指出支管歧管比起中央歧管在側邊結合了低速度流動之較寬範圍。依比例有可能形成低速度流動之範圍，因此中央歧管提供較佳流量分配。中央歧管也結合大約14%的壓力下降較低於支管歧管。
綜上所陳，本發明上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明之範圍。任何熟於此項技藝之人士均可在不違背本發明之技術原理及精神下，對實施例作修改與變化。本發明之權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所述。
在本說明書之敘述中所見到的語法及用語係為說明 之目的而非限制本發明。在本說明書之敘述及申請專利範圍中，任何有關單數形可包括複數形。除非文意中有其他需求，在說明書中應可理解複數形同於單數形。其中用語「包含」、「包括」、「具有」、「涉及」及其變化係表示「包括但不限於」，且其並不打算排除其他部分、附加物、部件、整體或步驟。而所提及之用語「或」則表示包含任何單一、大於一個或所有所述之元件。任何有關前與後、左與右、頂部與底部、上與下、以及垂直與水平只為了方便敘述，但並非限制本發明之各個系統、方法或其部件於任一位置或空間之定位。
100‧‧‧模組組件
110‧‧‧單元對堆
120‧‧‧框架
400‧‧‧模組組件
410‧‧‧堆疊
420‧‧‧框架
500‧‧‧模組組件
510‧‧‧堆疊
520‧‧‧框架
710‧‧‧堆疊
800‧‧‧模組組件
930‧‧‧擋塊
1020‧‧‧框架
1050‧‧‧流量分配器
1220‧‧‧框架
1400‧‧‧模組組件
1800‧‧‧模組組件裝置
1900‧‧‧模組組件
1970‧‧‧分離薄膜
2400‧‧‧模組組件
2470‧‧‧阻擋間隔物
2520‧‧‧框架
2600‧‧‧模組組件
2680‧‧‧圓柱形容器
3020‧‧‧框架
3090‧‧‧槽孔
3795‧‧‧插入件
3797‧‧‧注入歧管
3995‧‧‧注入歧管
4020‧‧‧框架
4095‧‧‧插入件
4310‧‧‧框架
4420‧‧‧框架
4425‧‧‧凹部
4620‧‧‧框架
4995‧‧‧插入件
4997‧‧‧埠
第1圖為根據一個或多個實施例於單一結構之框架中之單元對堆疊之示意圖。
第2圖為根據一個或多個實施例之沿著第1圖中A-A段之剖面示意圖。
第3圖為根據一個或多個實施例顯示稀釋流從該些槽孔至稀釋流隔間之注入口之示意圖。
第4圖為根據一個或多個實施例以黏著劑灌注角落之方法之示意圖。
第5圖為根據一個或多個實施例於具有沿垂直方向之注入及流出口之框架中之堆疊之示意圖。
第6圖為根據一個或多個實施例之流動路徑之示意圖。
第7圖為根據一個或多個實施例之電位電流繞過該些槽孔之示意圖。
第8圖為根據一個或多個實施例以水平隔塊減少電流繞道之示意圖。
第9圖為根據一個或多個實施例之交錯水平隔塊之示意圖。
第10圖為根據一個或多個實施例之具有可分離式組裝柵格之框架之示意圖。
第11圖為根據一個或多個實施例之具有交錯隔塊之柵格之示意圖。
第12圖為根據一個或多個實施例以四部份組裝之框架之示意圖。
第13圖為根據一個或多個實施例之電化學分離系統之示意圖。
第14圖為根據一個或多個實施例之具有嵌入並灌膠於框架中之堆疊之模組組件之示意圖。
第15圖為根據一個或多個實施例之沿著第14圖中A-A段之剖視圖。
第16圖為根據一個或多個實施例以顯示第15圖之細部之示意圖。
第17圖為根據一個或多個實施例之沿著第14圖中B-B段之剖視圖。
第18圖為根據一個或多個實施例之模組組件之剖面示意圖。
第19圖為根據一個或多個實施例之電透析裝置之爆炸圖。
第20圖為根據一個或多個實施例對第19圖之模組 組件1沿A-A段之剖視圖。
第21圖為根據一個或多個實施例對第19圖之模組組件2沿B-B段之剖視圖。
第22圖為根據一個或多個實施例於電透析裝置中複數薄膜及單元之配置示意圖。
第23圖為根據一個或多個實施例之已組裝電透析裝置之剖面示意圖。
第24圖為根據一個或多個實施例以顯示第23圖之細部之示意圖。
第25圖為根據一個或多個實施例具有圓柱狀外形之框架之示意圖。
第26圖為根據一個或多個實施例於具有模製端板之圓柱形容器中之電透析裝置之示意圖。
第27圖為根據一個或多個實施例於透明丙烯酸圓柱體內之標準模組組件之示意圖。
第28圖為根據一個或多個實施例流經單元對堆疊之示意圖。
第29圖為根據一個或多個實施例於具有槽孔之框架內之單元堆疊之示意圖。
第30圖為根據一個或多個實施例流經框架及單元對堆疊之示意圖。
第31圖為根據一個或多個實施例於較佳電透析模組組件內之傳輸過程之示意圖。
第32圖為根據一個或多個實施例於具有電流無效之電透析模組組件內之傳輸過程之示意圖。
第33圖為根據一個或多個實施例於具有電流無效及水損失之電透析模組組件內之傳輸過程之示意圖。
第34圖為根據一個或多個實施例於模組組件內之電流路徑之示意圖。
第35圖為根據一個或多個實施例於模組組件框架內部之流動通道中之流體容積之示意圖。
第36圖為根據一個或多個實施例之注入流動通道之示意圖。
第37圖為根據一個或多個實施例使電流繞過該堆疊之路徑範例之示意圖。
第38圖為根據一個或多個實施例之交錯垂直通道之示意圖。
第39圖為根據一個或多個實施例之垂直槽孔及水平溝槽之示意圖。
第40圖為根據一個或多個實施例之具有插入物用之凹部之框架之示意圖。
第41圖為根據一個或多個實施例之裝設插入物之框架之示意圖。
第42圖為根據一個或多個實施例顯示於已組裝之模組組件中之流動路徑之剖視圖。
第43圖為根據一個或多個實施例之模製框架之示意圖。
第44圖為根據一個或多個實施例之具有圓形外圍之模製框架之示意圖。
第45圖為根據一個或多個實施例於曲線側具有水 平溝槽之插入物之示意圖。
第46圖為根據一個或多個實施例於插入物用之凹部具有水平溝槽之模製框架之示意圖。
第47A至47C圖為根據一個或多個實施例包含延伸端薄膜之模組組件之示意圖。
第48圖為根據一個或多個實施例以凸緣連接之模組組件之示意圖。
第49圖為根據一個或多個實施例之組合插入物之歧管之示意圖。
第50圖為根據一個或多個實施例於參考相關範例中之資料。
110‧‧‧堆疊
120‧‧‧框架

Claims (20)

  1. 一種用於使用電去離子及電透析的流體電化學分離的流量分配器，該流量分配器包括：複數個第一通道，其定向於一第一方向且構造成傳遞進給料至一電化學分離裝置之至少一隔間；複數個第二通道，其定向於一第二方向，且該複數個第二通道與該複數個第一通道流體連通，並具有與該電化學分離裝置結合之一入口歧管。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其中該第一方向是實質上垂直的。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之流量分配器，其中該第二方向是實質上水平的。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其中該複數個第一通道係平行設置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之流量分配器，其中該複數個第二通道係平行設置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其中至少一個第一通道相交於至少一個第二通道。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之流量分配器，更包括一阻隔件，係位於一第一通道及一第二通道之一交叉點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其中該複數個第一通道及該複數個第二通道設成以減少該電化學分離裝置中之電流漏洩。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之流量分配器，其中該複數個第一通道配置成與該複數個第二通道界定一柵格結構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其具有構造成設置於接近該電化學分離裝置之一單元堆疊之一第一側，其中該分配器包括在該第一側上之複數個埠。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之流量分配器，其具有相對於該第一側設置之一第二側，其中該分配器包括在該第二側上之複數個埠。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之流量分配器，其中在該第一側及該第二側上之該複數個埠包括槽孔。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之流量分配器，其中於該第一側之每個埠係實質上定向成垂直於該電化學分離裝置之該等隔間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之流量分配器，其中於該第二側之每個埠係實質上定向成平行於該電化學分離裝置之該等隔間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之流量分配器，其中於該第二側之該複數個埠構造成分布流體流動至該第一側之該複數個埠。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之流量分配器，其中在該第一側上之至少一個埠係流體連通於電化學分離裝置之二個或二個以上之隔間。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其構造及配置成促使電流至該電化學分離裝置之操作表面。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，更包括實質上相對於該流量分配器居中設置之一埠以促使從該入口歧管至該電化學分離裝置之該等隔間的均勻流動分布。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其構造及配置成與該電化學分離裝置結合以流動性隔離濃縮及稀釋出口流。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之流量分配器，其構造成藉由該電化學分離裝置可移動地接收。
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