TWI621474B - 薄膜裝置 - Google Patents

Abstract

薄膜堆疊器可譬如被使用於電透析或另一電驅動薄膜分離裝置中。該堆疊器具有複數模組，每一模組含有某一數量的捆紮在一起的薄膜及間隔件。一模組可被由該堆疊器移去，譬如用於診斷或修理，較佳地係藉由在平行於該堆疊器中之薄膜或間隔件的平面之方向中將該模組滑出該堆疊器。打捆機構被敘述用於壓縮一堆疊器，但能被釋放，以允許該堆疊器被解開。較佳地係，該打捆機構係亦能夠由該堆疊器舉昇至少一上端板或電極。埠與堆疊器的零件通訊，並可被使用來施行診斷測試。較佳地係在此堆疊器具有如上述之至少二模組，且該二模組之每一者具有至少一埠。

Description

薄膜裝置 前後參照相關申請案

用於美國，此申請案主張2013年12月20日提出的美國臨時申請案第61/918,727號之利益，其係以引用的方式併入本文中。

此說明書有關薄膜堆疊器，譬如，如被使用於電透析或其他電驅動薄膜分離裝置，及有關其製造方法。

於典型板片及框架型電驅動薄膜分離裝置中，交替的離子交換薄膜及間隔件之堆疊器被建立。該等間隔件彼此電隔離該離子交換薄膜，且於它們之間提供流動通道。墊圈環繞該等流動通道被提供於該等間隔件及該等薄膜之間。於電透析(ED)堆疊器中，包括ED的變化，例如倒極電透析(EDR)及可逆電透析(RED)，該等離子交換薄膜交替在陰離子及陽離子交換薄膜之間。於其他堆疊器(多南(Donnan)透析或擴散透析)的型態中，可僅只有 陽離子交換薄膜或僅只有陰離子交換薄膜。在電去離子(EDI)或連續電透析(CEDI)堆疊器中，於一些或所有該等間隔件之流動通道中有交替的陰離子及陽離子交換薄膜及離子交換樹脂。於進一步延伸中，該ED堆疊器中之離子交換薄膜可被以產生電容去離子化堆疊器的高表面積電極替換。

美國公告第US 2010/0326833號敘述一薄膜封裝，包含複數個薄膜，其中該薄膜封裝被設計成適於促進具有製程射流之進給射流，其中該進給射流的流體動力阻抗係大體上與該製程射流之流體動力阻抗相同。

以下的導論係意欲將該讀者引導至該詳細敘述，以跟 隨及不限制或界定該等申請專利範圍。

此說明書敘述薄膜堆疊器，譬如供使用於電透析或另一電驅動薄膜分離裝置。該堆疊器具有模組化設計，其中某一數量的薄膜及間隔件(其係少於該整個堆疊器中之薄膜及間隔件的總數)被捆紮在一起，以形成次組件、另一選擇係稱為模組。該模組係可由該堆疊器之剩餘部分移去，譬如用於診斷或修理。完整的堆疊器可具有複數個模組，其每一者係可分離地移去。較佳地係，該等模組能在平行於該堆疊器中之薄膜或間隔件的平面之方向中藉由將它們滑動出該堆疊器而被移去。

此說明書亦敘述具有用於壓縮一堆疊器之可逆的打捆 機構的薄膜堆疊器。該堆疊器含有薄膜及間隔件，較佳地係如上述之呈模組的形式，使端板、電極及任何其他元件通常被組裝成一堆疊器。該打捆機構可藉由機械、氣壓式或電機構壓縮該堆疊器。該壓縮能被釋放，以允許該堆疊器被解開，譬如藉由移去一模組。較佳地係，該打捆機構係亦能夠由該堆疊器舉昇至少一上端板或電極。

此說明書亦敘述一具有與該堆疊器之零件通訊的埠之薄膜堆疊器。該等埠可被用來施行診斷測試、諸如使用染料溶液的滲漏測試或使用探測器、諸如pH值或傳導度探測器之測量。該堆疊器較佳地係如上述具有至少二模組，且該二模組的每一者具有至少一個埠。

10‧‧‧(薄膜)模組

12‧‧‧堆疊器

14‧‧‧托盤

16‧‧‧(內部、第一)框架

18‧‧‧薄膜

20‧‧‧間隔件

22‧‧‧(外部、第二)框架

24‧‧‧電極

30‧‧‧孔

32‧‧‧捆綁機構

34‧‧‧纜線

40‧‧‧孔

42‧‧‧埠

圖1顯示模組之概要等角視圖。

圖2顯示具有如圖1中之模組的堆疊器之概要等角視圖。

圖3係具有呈滑動托盤之形式的框架及模組之另一堆疊器的概要等角視圖。

圖4顯示用於一堆疊器的二電極組構之概要側視圖。

圖5顯示用於一堆疊器的三電極組構之概要側視圖。

圖6A顯示用於圖3的框架之第一選項。

圖6B係圖6A的一部份之放大圖。

圖7A顯示用於圖3的框架之第二選項。

圖7B係圖7A的一部份之放大圖。

圖8A顯示供與圖6A的框架一起使用之托盤。

圖8B係圖8A的一部份之放大圖。

圖9A顯示供與圖7A的框架一起使用之托盤。

圖9B係圖9A的一部份之放大圖。

圖10A及10B顯示用於內部框架或外殼的概念上設計。

圖11顯示供與二電極組構一起使用之捆綁機構的側視圖。

圖12顯示供與三電極組構一起使用之捆綁機構的側視圖。

圖13顯示圖3之托盤的一部份之細節。

圖1及2顯示用於薄膜模組10及堆疊器12的概念上設計。圖3顯示更詳細之範例，其中每一模組係呈相對內部、或第一框架16滑動的托盤14之形式。該堆疊器12可譬如被使用於電透析或另一電驅動薄膜分離裝置中。

該堆疊器12具有模組化設計，其中某一數量的薄膜18及間隔件20(其係少於該整個堆疊器中之薄膜及間隔件的總數量)被捆紮在一起，以形成次組件、另一選擇係稱為模組10及在圖1中概念地顯示。包括該托盤14的模組10係可由該堆疊器12之剩餘部分移去，譬如用於診斷或修理。如在圖2中所顯示，完整的堆疊器12可具有複數個模組10，其每一者係可分離地移去。較佳地係，該 等模組10能夠在平行於該堆疊器12中之薄膜18或間隔件20的平面之方向中藉由將它們滑出該堆疊器12而移去，譬如，如在圖3中所顯示。

參考圖4及5，外部、或第二框架22固持該等電極24。另一選擇係，該外部框架22可固持該等端板、或該等電極及該等端板兩者、或該等電極可為該等端板的一部份。可如所示有二或三個電極24或更多個電極。該外部框架22允許該上電極24直立地運動，同時固持想要之橫側位置。如所示，該底部電極24(或端板等)被用螺栓鎖至地面，使得當該頂部電極被升高或降低時，該堆疊器12分別被壓縮或由壓縮釋放。另一選擇係，該外部框架22可橫跨於該上及下電極24之間。

圖6A、6B、7A及7B給與用於該內部框架16的另一選擇結構之更多細節。該內部框架可藉由該外部框架22被固持在適當位置，以給與該系統更多機械式支撐及穩定性。端板可為該外部或內部框架的一部份。

圖8A、8B、9A及9B顯示托盤形成模組10。僅只一支撐結構、另一選擇係稱為模組框架14被顯示在這些圖面中。圖1之薄膜及間隔件被放置在該支撐結構上，以完成該等模組10。該等模組10較佳地係包括厚的間隔件。選擇性地，該厚的間隔件可為圖1所示之模組零組件的一部份。該等模組10裝在堆疊器之電極間隙內。

每一模組10較佳地係包括複數個、譬如彼此重疊的10或20或更多個薄膜胞對。於電透析堆疊器中之每一胞 對具有藉由間隔件所分離的陰離子交換薄膜及陽離子交換薄膜。該支撐結構14可為譬如由金屬或塑膠所製成。該胞對被載入或配置進入該支撐結構。該內部框架、另一選擇係稱為外殼支撐該等模組。如在圖10中所示，該內部框架16及模組10可經過公母凹槽組合來配合。

該等模組10的支撐結構14在適當位置中具有多種孔30，以能夠使流動經過該堆疊器12。複數個模組10組成一堆疊器12。該堆疊器12亦可具有電極及端板，如用於特別裝置或製程所需要。

圖11及12顯示用於該堆疊器的捆綁機構32。該捆綁機構控制該等電極及/或端板相對彼此之動作。這有助於插入該等模組。適當的液壓、機械式、電動或其他機構可被使用。該機構32允許用於該電極及端板組件24相對於該內部框架16及該等模組10之高度調整及安坐。中間電極被固持在適當位置中，譬如藉由附接至該外部框架的外部纜線34。如果該裝置不是行動單元，該底部端板24可被用螺栓鎖至地板。選擇性地，框架、支撐結構或模組亦可藉由液壓、機械式、電動或其他機構所控制。

電透析裝置具有模組10，選擇性地設有支撐結構或框架14、端板及電極。這些零組件被組裝，使得該等模組可被獨立地移去用於該等薄膜及/或間隔件之診斷分析。

模組10能經由譬如溝槽、滾輪、凹槽、或其他手動或自動堆疊器機構被插入堆疊器12或由該堆疊器12移 去。為拆卸堆疊器12，該等電極或端板首先係脫離或解壓縮。一或多個個別模組10可接著被移去。為組裝堆疊器12，該等模組10被放置在該內部框架的凹槽中，且接著該等端板或電極被嚙合或壓縮。

如在圖13中所示，該等模組支撐結構可具有一或多個孔40，其與診斷或取樣埠對齊，該等埠與該等模組10之電池通訊。譬如，在每一模組，適當的埠或孔可被提供，以允許收集用於模組間之資料分析或疑難解答的水樣本。在圖1中所顯示之埠42可被用來施行診斷測試、諸如使用染料溶液的滲漏測試或使用探測器、諸如pH值或傳導度探測器之測量。該堆疊器12較佳地係具有如上述的至少二模組10，且該二模組10之每一者具有至少一埠42。

為有助於避免模組10間之滲漏，該模組基座可被設計為間隔件材料，以能夠使其流動而且密封至在其上方及下方的薄膜。另一選擇係，厚的間隔件可為設有該模組支撐結構，以幫助避免模組間之滲漏。

上述裝置至少提供有用的另一選擇薄膜堆疊器。再者，一或多個實施例可具有一或多個優點。譬如，用於以堆疊器診斷問題之傳統製程涉及手動地拆卸該堆疊器與檢查該等個別薄膜。使用模組化設計，一或多個經選擇的模組可被由該堆疊器之其餘部分獨立地移去供診斷。於傳統堆疊器中，診斷個別的薄膜需要拆卸該堆疊器，直至該薄膜能被暴露。使用具有診斷埠之模組化設計提供測試該堆 疊器的經選擇模組之機會，以辨識哪一薄膜、薄膜雙或間隔件有問題。特別地是，以傳統堆疊器，在該堆疊器之底部發現及修正損壞的薄膜需要由該頂部拆卸該整個堆疊器。這導致長停工時間及該堆疊器將未被適當地重新組裝之風險。以模組化設計，損壞的模組可被以新的模組替換，而該損壞的模組被進一步檢查。這藉由模組替換減少停工時間及有利於損壞的堆疊器之現場修理，使該有缺陷的模組之修理非現場地完成。該電極或端板通常為重的，並可需要叉式起重機以舉起它們供現場修理。譬如固定該底部端板及使用千斤頂來舉起該上端板的打捆機構，允許用於該堆疊器之更快速維護及避免對於現場叉式起重機的需要。儘管其藉由譬如以纜線將該頂部端板或電極固定至框架之可移去的頂部端板及電極、及藉由千斤頂運動該頂部端板或電極，該堆疊器被製成易於拆卸。選擇性地，該模組化設計允許在任何薄膜或胞對或在電極安裝診斷工具。

本發明之態樣亦可被應用至諸如電解電池或燃料電池的電化學電池、薄膜過濾裝置或其他平坦片狀薄膜基堆疊器。

上述及該等圖式中所顯示之實施例係意指進一步能夠使本發明被界定於以下的申請專利範圍中，但其他實施例亦可在該等申請專利之範圍內被作成。

Claims (5)

1. 一種薄膜裝置，包含薄膜堆疊器，及機構，在操作上可逆地壓縮該薄膜堆疊器，該薄膜堆疊器包含：某一數量的薄膜及間隔件，被組裝在一起以形成一模組，該數量少於該薄膜堆疊器中之薄膜及間隔件的總數量，其中該模組可由該薄膜堆疊器之剩餘部分移去，其中該薄膜堆疊器包含複數模組，該複數模組的每一者可分離地移去，其中藉由在平行於該薄膜堆疊器中之薄膜或間隔件的平面之方向中將該模組滑出該薄膜堆疊器，該模組的至少一者可由該薄膜堆疊器移去，該薄膜堆疊器另包含第一框架，其中該第一框架支撐該模組，其中該模組包含與該第一框架配合的托盤，其中該托盤經由凹槽或滾輪與該第一框架配合，且其中該機構包含機械式、氣壓式或電動千斤頂式。
2. 如申請專利範圍第1項之薄膜裝置，其中該托盤包含間隔件。
3. 如申請專利範圍第1或2項之薄膜裝置，其中該機構適於舉昇該薄膜堆疊器的上電極或上端板。
4. 如申請專利範圍第3項之薄膜裝置，包含第二框 架，其中該上電極或上端板連接於該第二框架。
5. 如申請專利範圍第3項之薄膜裝置，其中該薄膜堆疊器包含一或多個埠，與一或多個該薄膜或間隔件通訊而用來執行診斷測試。