Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос :  ea201390679a*\id

больше ...
Термины запроса в документе


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Раскрыты аппарат электрической очистки и способы его изготовления. Аппарат электрической очистки может обеспечить повышение эффективности эксплуатации, например, в отношении КПД по току и полезного использования мембран.


Евразийское (2D 201390679 (13) А1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. C02F1/461 (2006.01)
2013.09.30 B01D 17/00 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки
2011.11.11
(54) АППАРАТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
(31) 61/413,021; 61/510,157
(32) 2010.11.12; 2011.07.21
(33) US
(86) PCT/US2011/060289
(87) WO 2012/065016 2012.05.18
(71) Заявитель:
СИМЕНС ПТЕ. ЛТД. (SG)
(72) Изобретатель:
Лян Ли-Шиан, Джиффорд Джозеф Д., Чан Джон К., Салво Лоуренс Дж. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
2420-195995ЕА/011
АППАРАТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
ОПИСАНИЕ
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка испрашивает приоритет согласно § 119(e)
раздела 35 Кодекса законов США предварительной заявки на патент
США № 61/413021, поданной 12 ноября 2010 г. и озаглавленной
"CROSS-FLOW ELECTROCHEMICAL DEIONIZATION DEVICE AND METHODS OF
MANUFACTURING THEREOF" ("ПЕРЕКРЕСТНОТОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ДЕИОНИЗАЦИИИ И СПОСОБЫ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ"), и предварительной заявки на патент США № 61/510157, поданной 21 июля 2011 г. и озаглавленной "MODULAR CROSS-FLOW ELECTRODIALYSIS DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF" ("МОДУЛЬНЫЕ ПЕРЕКРЕСТНОТОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ"), все раскрытие каждой из которых настоящим включено сюда по ссылке во всей полноте для всех целей.
Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится к системам и способам обработки воды (водоподготовки) и способам изготовления системы или аппарата для обработки воды. Более конкретно, это изобретение относится к системам и способам обработки воды с помощью аппарата электрической очистки и способам изготовления аппарата электрической очистки для обработки воды.
Сущность изобретения
Один или более аспектов изобретения относятся к способу приготовления первого пакета ячеек для аппарата электрической очистки. Способ может включать прикрепление первой анионообменной мембраны к первой катионообменной мембране на первом участке периферии первой анионообменной мембраны и первой катионообменной мембраны с образованием первой камеры, имеющей первый путь протекания текучей среды. Способ может также включать прикрепление второй анионообменной мембраны к первой катионообменной мембране на втором участке периферии первой катионообменной мембраны и первом участке периферии второй анионообменной мембраны с образованием второй камеры,
имеющей второй путь протекания текучей среды в направлении, отличающемся от первого пути протекания текучей среды. Каждая из первой камеры и второй камеры может быть выполнена и расположена с обеспечением контакта текучей среды с более чем 8 5% площади поверхности каждой из первой катионообменной мембраны, первой анионообменной мембраны и второй катионообменной мембраны.
Другие аспекты изобретения относятся к способу приготовления пакета ячеек для аппарата электрической очистки. Способ может включать образование первой камеры прикреплением первой катионообменной мембраны к первой анионообменной мембране на первом участке периферии первой катионообменной мембраны и первой анионообменной мембраны для обеспечения первого прокладочного узла с первой прокладкой, расположенной между первой катионообменной мембраной и первой анионообменной мембраной. Способ может также включать образование второй камеры прикреплением второй анионообменной мембраны ко второй катионообменной мембране на первом участке периферии второй катионообменной мембраны и второй анионообменной мембраны для обеспечения второго прокладочного узла со второй прокладкой, расположенной между второй анионообменной мембраной и второй катионообменной мембраной. Способ может также включать образование третьей камеры прикреплением первого прокладочного узла ко второму прокладочному узлу на втором участке периферии первой катионообменной мембраны и на участке периферии второй анионообменной мембраны для обеспечения пакетного узла с прокладкой, расположенной между первым прокладочным узлом и вторым прокладочным узлом. Каждая из первой камеры и второй камеры может быть выполнена и расположена с обеспечением направления протекания текучей среды в направлении, отличающемся от направления протекания текучей среды в третьей камере.
Еще одни аспекты изобретения могут предусматривать аппарат электрической очистки, содержащий пакет ячеек. Пакет ячеек может содержать первую камеру, содержащую первую катионообменную мембрану и первую анионообменную мембрану.
Первая камера может быть выполнена и расположена с обеспечением прямого течения текучей среды в первом направлении между первой катионообменной мембраной и первой анионообменной мембраной. Пакет ячеек также может содержать вторую камеру, содержащую первую анионообменную мембрану и вторую катионообменную мембрану, для обеспечения прямого течения текучей среды во втором направлении между первой анионообменной мембраной и второй катионообменной мембраной. Каждая из первой камеры и второй камеры выполнена и расположена с обеспечением контакта текучей среды с более чем 8 5% площади поверхности первой катионообменной мембраны, первой анионообменной мембраны и второй катионообменной мембраны.
Еще одни аспекты изобретения относятся к пакету ячеек для аппарата электрической очистки. Пакет ячеек может содержать множество чередующихся камер ионного обеднения и камер ионного концентрирования. Каждая из камер ионного обеднения может иметь впуск и выпуск, что обеспечивает течение разбавляемой текучей среды в первом направлении. Каждая из камер ионного концентрирования может иметь впуск и выпуск, что обеспечивает течение концентрированной текучей среды во втором направлении, которое отличается от первого направления. Пакет ячеек также может содержать блокирующую прокладку, расположенную в пакете ячеек. Блокирующая прокладка может быть выполнена и расположена для изменения направления по меньшей мере одного из течения разбавляемой текучей среды и течения концентрированной текучей среды через пакет ячеек.
Еще одни аспекты изобретения относятся к аппарату электрической очистки. Аппарат электрической очистки содержит пакет ячеек, содержащий чередующиеся камеры ионного разбавления и камеры ионного концентрирования. Каждая из камер ионного разбавления может быть выполнена и расположена с обеспечением течения текучей среды в первом направлении. Каждая из камер ионного концентрирования может быть выполнена и расположена с обеспечением течения текучей среды во втором направлении, которое отличается от первого направления. Аппарат электрической очистки может содержать первый электрод, смежный
с анионообменной мембраной, на первом конце пакета ячеек. Аппарат электрической очистки также может содержать второй электрод, смежный с катионообменной мембраной, на втором конце пакета ячеек. В пакете ячеек может быть размещена блокирующая прокладка, выполненная и расположенная с возможностью перенаправления по меньшей мере одного из течения разбавляемой текучей среды и течения концентрируемой текучей среды через аппарат электрической очистки и с возможностью предотвращения прямого пути тока между первым электродом и вторым электродом.
В еще одних аспектах изобретения предусмотрен способ обеспечения источника питьевой воды. Способ может включать обеспечение аппарата электрической очистки, содержащего пакет ячеек. Пакет ячеек может содержать чередующиеся камеры ионного разбавления и камеры ионного концентрирования. Каждая из камер ионного разбавления может быть выполнена и расположена с обеспечением течения текучей среды в первом направлении. Каждая из камер ионного концентрирования может быть выполнена и расположена с обеспечением течения текучей среды во втором направлении, которое отличается от первого направления. Каждая из камер ионного концентрирования и камер ионного разбавления может быть выполнена и расположена с обеспечением контакта текучей среды с более чем 8 5% площади поверхности каждой из чередующихся камер ионного разбавления и камер ионного обеднения. Способ может дополнительно включать гидравлическое соединение подаваемого потока морской воды, содержащего примерно 35000 частей на миллион (ррт) всех растворенных твердых веществ, со впуском аппарата электрической очистки. Способ может дополнительно включать гидравлическое соединение выпуска аппарата электрической очистки с пунктом использования питьевой воды.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи не обязательно вычерчены в масштабе. На чертежах каждый идентичный или почти идентичный компонент, который изображен на различных фигурах, обозначен аналогичным номером. В целях ясности, на каждом чертеже может быть обозначен не каждый компонент.
На чертежах:
ФИГ. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию части аппарата электрической очистки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 представляет собой схематическую иллюстрацию части аппарата электрической очистки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию части аппарата электрической очистки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 4 представляет собой схематическую иллюстрацию части аппарата электрической очистки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 5 представляет собой схематическую иллюстрацию вида сбоку части аппарата электродеионизации, содержащего расположенный в корпусе пакет мембранных ячеек, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. б представляет собой схематическую иллюстрацию вида сбоку части аппарата электродеионизации, содержащего расположенный в корпусе пакет мембранных ячеек, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 7 представляет собой схематическую иллюстрацию вида сбоку части аппарата электродеионизации, содержащего расположенный в корпусе пакет мембранных ячеек, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 8 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в корпусе в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 9 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в корпусе в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 10 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в корпусе в соответствии с одним или более вариантами реализации
изобретения;
корпусе в реализации
ФИГ. 11 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в соответствии с одним или более вариантами изобретения;
корпусе в реализации
ФИГ. 12 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в соответствии с одним или более вариантами изобретения;
корпусе в реализации
ФИГ. 13 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в соответствии с одним или более вариантами изобретения;
ФИГ. 14 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в корпусе в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
корпусе в реализации
ФИГ. 15 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в соответствии с одним или более вариантами изобретения;
корпусе в реализации
ФИГ. 16 представляет собой схематическую иллюстрацию способа крепления пакета мембранных ячеек в соответствии с одним или более вариантами изобретения;
ФИГ. 17 представляет собой схематическую иллюстрацию многопроходного аппарата электрической очистки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 18 представляет собой схематическую иллюстрацию блокирующей прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 19 представляет собой схематическую иллюстрацию прокладочных узлов и расположенной между ними блокирующей прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 0 представляет собой схематическую иллюстрацию части
аппарата электрической очистки, содержащего расположенный в корпусе пакет ячеек, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 21 представляет собой схематическую иллюстрацию блокирующей прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 22 представляет собой схематическую иллюстрацию части аппарата электрической очистки, содержащего расположенный в корпусе пакет ячеек, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 23А и 23В представляют собой схематические иллюстрации части аппарата электрической очистки, содержащего расположенный в корпусе пакет ячеек, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 24А и 24В представляют собой схематические иллюстрации части аппарата электрической очистки, содержащего первый модульный блок, второй модульный блок и расположенную между ними блокирующую прокладку, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 5 представляет собой схематическую иллюстрацию блокирующей прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 6 представляет собой схематическую иллюстрацию прокладочного узла в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 7 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета ячеек в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 8 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета ячеек в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 2 9 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета ячеек в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 3 0 представляет собой схематическую иллюстрацию прокладки в соответствии с одним или более вариантами
реализации изобретения;
ФИГ. 31 представляет собой схематическую иллюстрацию в разобранном виде и в разрезе пакета ячеек из прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 32 представляет собой схематическую иллюстрацию вида в сечении и подробного вида частично собранного пакета ячеек в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 33 представляет собой схематическую иллюстрацию части собранного пакета в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 34 представляет собой схематическую иллюстрацию полученной многокомпонентным литьевым формованием прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 35 представляет собой схематическую иллюстрацию вида в сечении пакета ячеек в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 3 6 представляет собой схематическую иллюстрацию вида в сечении пакета ячеек в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 37 представляет собой схематическую иллюстрацию вида сверху прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 38А и 38В представляют собой схематические иллюстрации деталей прокладки в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения; при этом ФИГ. 3 8В представляет собой сечение по ФИГ. 3 8А вдоль линии В-В;
ФИГ. 39 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 4 0 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 41 представляет собой схематическую иллюстрацию
пакета прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантам реализации изобретения;
ФИГ. 42 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения;
ФИГ. 4 3 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения; и
ФИГ. 4 4 представляет собой схематическую иллюстрацию пакета прокладок и мембран в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.
По меньшей мере на некоторых из чертежей могут быть
изображены мембраны, прокладки, пакеты ячеек и корпуса в
конкретных конфигурациях и геометриях. Однако изобретение не
ограничивается этими конкретными конфигурациями и геометриями.
Например, корпус может иметь любую пригодную геометрию, такую,
что внутри него можно закрепить один или более пакетов
мембранных ячеек или модульных блоков. Например, корпус может
быть цилиндрическим, многоугольным, квадратным или
прямоугольным. Что касается пакетов мембранных ячеек и модульных блоков, то любая их геометрия приемлема в той мере, в какой она позволяет крепить пакет ячеек или модульный блок к корпусу. Например, мембраны или прокладки могут быть прямоугольными по форме. В некоторых вариантах реализации корпус может оказаться ненужным. Геометрия мембран и прокладок может быть любой пригодной геометрией, такой, что мембраны и прокладки можно будет крепить внутри пакета ячеек. В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным конкретное количество углов или вершин на пакете ячеек. Например, для крепления пакета ячеек к корпусу могут оказаться желательными три или более углов или вершин. В некоторых вариантах реализации геометрию любого из корпуса, пакета ячеек, мембран и прокладок можно выбрать, чтобы обеспечить согласование с рабочими параметрами аппарата электрической очистки. Например, прокладки могут быть асимметричными для согласования с различиями в расходах между разбавляемым и концентрируемым
потоками.
Подробное описание
Для обработки воды и других жидкостей, содержащих растворенные ионные частицы, обычно применяются устройства для очистки текучих сред с помощью электрических полей. Двумя типами устройств, способных обрабатывать воду таким образом, являются устройства электродеионизации и электродиализа.
Электродеионизация (ЭДИ) - это процесс, который удаляет
одну или более разновидностей ионизированных или ионизируемых
частиц из воды или по меньшей мере снижает их концентрацию в
ней за счет использования электрически активной среды и
электрического потенциала с тем, чтобы повлиять на перенос
ионов. Электрически активная среда, как правило, служит для
чередующегося сбора и выпуска ионизированных и/или ионизируемых
частиц, а в некоторых случаях - для облегчения переноса ионов,
который может происходить непрерывно, посредством механизмов
ионного или электронного замещения. Устройства ЭДИ могут
содержать электрохимически активную среду постоянного или
временного заряда и могут работать в периодическом, прерывистом
и непрерывном режимах и/или даже в режиме обращения полярности.
Устройства ЭДИ можно эксплуатировать для способствования одной
или более электрохимическим реакциям, специально
предназначенным для достижения или улучшения рабочих характеристик. Помимо этого, такие электрохимические устройства могут содержать электрически активные мембраны, такие как полупроницаемые или избирательно проницаемые ионообменные или биполярные мембраны. Устройства непрерывной электродеионизации (НЭДИ) - это известные специалистам в данной области техники устройства ЭДИ, работающие таким образом, при котором очистка воды может происходить непрерывно, в то время как ионообменный материал непрерывно перезаряжается. Технологии НЭДИ могут предусматривать такие процессы, как непрерывная деионизация, электродиализ в наполненных ячейках или электродиарез. В условиях управляемых напряжения и солености молекулы воды в системах НЭДИ могут расщепляться, образуя ионы или частицы водорода или гидроксония и ионы или частицы гидроксида или
гидроксила, которые могут регенерировать ионообменную среду в устройстве и тем самым облегчать высвобождение из нее захваченных частиц. Таким образом, поток подлежащей обработке воды можно непрерывно очищать без необходимости в химической перезарядке ионообменной смолы.
Устройства электродиализа (ЭД) работают по аналогичному принципу, что и НЭДИ, за исключением того, что устройства ЭД, как правило, не содержат электроактивной среды между мембранами. Ввиду отсутствия электроактивной среды, операция ЭД может быть затруднена на подаваемых водах низкой солености из-за повышенного электрического сопротивления. Кроме того, поскольку операция ЭД на подаваемых водах высокой солености может привести к повышенному потреблению электрического тока, вследствие этого аппараты ЭД эффективнее всего применялись на заборных водах промежуточной солености. Поскольку в системах на основе ЭД отсутствует электроактивная среда, расщепление воды неэффективно, и работы в этом режиме обычно избегают.
В устройствах НЭДИ и ЭД множество соседних ячеек или камер, как правило, разделены избирательно проницаемыми мембранами, которые обеспечивают возможность прохождения либо положительно, либо отрицательно заряженных частиц, но, как правило, не обоих видов частиц. В таких устройствах камеры разбавления или обеднения, как правило, чередуются с концентрирующими камерами или камерами концентрирования. По мере того как вода протекает через камеры обеднения, ионные и другие заряженные частицы, как правило, вовлекаются в камеры концентрирования под влиянием электрического поля, такого как поле постоянного тока. Положительно заряженные частицы притягиваются к катоду, как правило находящемуся на одном конце пакета множественных камер обеднения и концентрирования, а отрицательно заряженные частицы аналогичным образом притягиваются к аноду таких устройств, как правило находящемуся на противоположном конце пакета камер. Электроды, как правило, заключены в электролитных камерах, которые обычно частично изолированы от сообщения по текучей среде с камерами обеднения и/или концентрирования. Как только они оказываются в камере
концентрирования, заряженные частицы, как правило,
захватываются барьером из избирательно проницаемой мембраны, по меньшей мере частично ограничивающим камеру концентрирования. Например, в типичном случае предотвращается миграция анионов далее к катоду, из камеры концентрирования, посредством катионоселективной мембраны. Будучи уловленными в камере концентрирования, захваченные заряженные частицы могут быть удалены в потоке концентрата.
В устройствах НЭДИ и ЭД к ячейкам, как правило, прикладывается поле постоянного тока от источника напряжения и электрического тока, подаваемых на электроды (анод или положительный электрод и катод или отрицательный электрод). Питание самого источника напряжения и тока (собирательно именуемого "источником питания") можно осуществлять с помощью множества различных средств, таких как источник питания переменного тока или, например, источник питания, получаемого от энергии солнца, ветра или волн. На границах раздела электрод/жидкость происходят электрохимические полуреакции, инициирующие и/или облегчающие перенос ионов через мембраны и камеры. Специфическими электрохимическими реакциями, которые происходят на границах раздела электрод/жидкость, можно в некоторой степени управлять концентрацией солей в специализированных камерах, где заключены узлы электродов. Например, подача в анодные электролитные камеры, предусматривающая высокую концентрацию хлорида натрия, будет склонна приводить к образованию газообразного хлора и иона водорода, а такая подача в катодную электролитную камеру будет склонна приводить к образованию газообразного водорода и гидроксид-иона. Вообще говоря, ион водорода, образующийся в анодной камере, будет ассоциироваться со свободным анионом, таким как хлорид-ион, сохраняя нейтральность заряда и создавая раствор соляной кислоты, и, аналогичным образом, гидроксид-ион, образующийся в катодной камере, будет ассоциироваться со свободным катионом, таким как натрий, сохраняя нейтральность заряда и создавая раствор гидроксида натрия. Продукты реакции электродных камер, такие как образующиеся газообразный хлор и
гидроксид натрия, можно использовать в процессе по мере необходимости в целях дезинфекции, в целях очистки и прочистки мембран от отложений, а также в целях регулирования рН.
Для различных типов устройств электрохимической деионизации, включая, но не ограничиваясь ими, устройства электродиализа (ЭД) и электродеионизации (ЭДИ), применялись пластинчато-рамная и спирально навитая конструкции. Имеющиеся в продаже устройства ЭД, как правило, имеют пластинчато-рамную конструкцию, а устройства ЭДИ выпускаются и в пластинчато-рамной, и в спиральной конфигурациях.
Данное изобретение относится к устройствам, которые могут электрически очищать текучие среды, которые могут содержаться внутри корпуса, а также к способам их изготовления и применения. Подлежащие очистке жидкости или другие текучие среды поступают в устройство или аппарат очистки и под влиянием электрического поля обрабатываются с получением обедненной ионами жидкости. Частицы из поступающих жидкостей собираются с получением ионно-концентрированной жидкости. Компоненты аппарата электрической очистки, который также можно назвать системой электрохимического разделения или устройством электрохимического разделения, могут быть собраны с использованием разных методов для достижения оптимальной работы аппарата.
В некоторых вариантах реализации данного изобретения предусмотрен способ скрепления или соединения ионообменных мембран и, необязательно, прокладок с получением пакета мембранных ячеек для аппарата электрической очистки. Способ может предусматривать скрепление многочисленных анионообменных мембран и катионообменных мембран для использования в аппарате электрической очистки, таком как перекрестноточное устройство электродиализа (ЭД).
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен способ приготовления первого пакета ячеек для аппарата электрической очистки. Способ может включать в себя прикрепление первой ионообменной мембраны ко второй ионообменной мембране. Между первой ионообменной мембраной и
второй ионообменной мембраной можно расположить прокладку с образованием прокладочного узла. При использовании в аппарате электрической очистки этот прокладочный узел ограничивает первую камеру, которая может обеспечивать протекание текучей среды. Для обеспечения последовательности камер можно прикрепить друг к другу множество ионообменных мембран. В некоторых вариантах реализации можно построить множество прокладочных узлов, и эти прокладочные узлы можно прикрепить друг к другу. Между каждым из соседних прокладочных узлов можно расположить прокладку. Таким образом создают последовательность камер для аппарата электрической очистки, обеспечивая возможность протекания текучей среды в одном или более направлениях в каждой из камер.
Прокладки (называемые также распорками или проставками), которые можно располагать внутри камер, могут придавать структуру камерам и ограничивать камеры, а в некоторых примерах могут способствовать направлению течения текучей среды через камеру. Прокладки могут быть выполнены из полимерных материалов или других материалов, которые обеспечивают желаемую структуру и возможность протекания текучей среды внутри камер. В некоторых вариантах реализации прокладки могут быть сконструированы и выполнены с возможностью переренаправления или перераспределения течения текучей среды внутри камер. В некоторых примерах прокладка может содержать сетчатый или ситовый материал для обеспечения структуры и обеспечения возможности желательного протекания текучей среды через камеру.
В соответствии с одним или более вариантами реализации можно повысить эффективность систем электрохимического разделения. Одним потенциальным источником неэффективности являются потери по току. В некоторых вариантах реализации, таких как те, где задействована перекрестноточная конструкция, речь может идти о потенциально возможной утечке тока. Кпд по току (также называемый выходом по току) можно определить как процент тока, который фактически задействован в перемещении ионов из разбавляемого потока в поток концентрата. В системе электрохимического разделения или аппарате электрической
очистки могут существовать различные источники неэффективности
использования тока. Одним потенциальным источником
неэффективности можно признать ток, который обходит пары ячеек (пары соседних камер концентрирования и разбавления) , протекая через впускные и выпускные коллекторы разбавляемого потока и концентрата. Открытые впускной и выпускной коллекторы могут находиться в непосредственном сообщении по текучей среде с проточными камерами и могут снижать перепад давления на каждом пути протекания. Часть электрического тока от одного электрода к другому может обходить пакет пар ячеек, протекая через открытые области. Такой обходной (шунтирующий) ток снижает кпд по току и увеличивает потребление энергии. Другим потенциальным источником неэффективности можно признать ионы, которые поступают в разбавляемый поток из концентрата из-за неудовлетворительной избирательной проницаемости ионообменных мембран. В некоторых вариантах реализации методы, связанные с укупориванием и заливкой мембран и сеток внутри устройства, могут способствовать снижению утечки тока.
В одном или более вариантах реализации можно
манипулировать обходным путем через пакет, способствуя
протеканию тока по прямому пути через пакет ячеек с тем, чтобы
повысить кпд по току. В некоторых вариантах реализации
устройство электрохимического разделения или аппарат
электрической очистки можно сконструировать и выполнить так,
что один или более обходных путей оказываются более
извилистыми, чем прямой путь через пакет ячеек. В по меньшей
мере некоторых вариантах реализации устройство
электрохимического разделения или аппарат электрической очистки могут быть сконструированы и выполнены так, что один или более обходных путей обладают большим сопротивлением, чем прямой путь через пакет ячеек. В некоторых вариантах реализации, где подразумевается модульная система, отдельным модульным блокам можно придать конфигурацию, способствующую кпд по току. Модульные блоки могут быть сконструированы, выполнены и расположены с возможностью обеспечения обходного пути тока, что внесет вклад в кпд по току. В неограничительных вариантах
реализации модульный блок может включать в себя систему коллекторов и/или систему распределения потоков, конфигурация которой способствует кпд по току. В по меньшей мере некоторых вариантах реализации рама, окружающая пакет ячеек в блоке электрохимического разделения, может быть сконструирована и выполнена с возможностью обеспечения заранее заданного обходного пути тока. В некоторых вариантах реализации способствование многопроходной конфигурации течения внутри устройства электрохимического разделения может способствовать снижению утечки тока. В по меньшей мере некоторых неограничительных вариантах реализации между модульными блоками могут быть вставлены блокирующие мембраны или прокладки для направления потоков разбавляемой текучей среды и/или концентрата в многопроходные конфигурации течения при повышенном кпд по току. В некоторых вариантах реализации можно достичь кпд по току по меньшей мере примерно 60%. В других вариантах реализации можно достичь кпд по току по меньшей мере примерно 7 0%. В еще одних вариантах реализации можно достичь кпд по току по меньшей мере примерно 8 0%. В по меньшей мере некоторых вариантах реализации можно достичь кпд по току по меньшей мере примерно 85%.
Прокладка может быть выполнена и расположена с возможностью перенаправления по меньшей мере одного из течения текучей среды и электрического тока для повышения кпд по току. Прокладка также может быть выполнена и расположена с возможностью создания множественных каскадов протекания текучей среды в аппарате электрической очистки. Прокладка может содержать сплошной участок для перенаправления течения текучей среды в конкретном направлении. Сплошной участок также может перенаправлять протекание электрического тока в конкретном направлении и предотвращать прямой путь между анодом и катодом в аппарате электрической очистки. Прокладка, содержащая сплошной участок, может оказаться предпочтительной в качестве блокирующей прокладки. Блокирующую прокладку можно располагать внутри пакета ячеек, или же можно располагать между первым пакетом ячеек, или первым модульным блоком, и вторым пакетом
ячеек, или вторым модульным блоком.
В некоторых вариантах реализации во множестве ионообменных мембран, прикрепленных друг к другу, возможно чередование между катионообменными мембранами и анионообменными мембранами для обеспечения последовательности камер ионного разбавления и камер ионного концентрирования.
Геометрия мембран может быть любой пригодной геометрией, такой, чтобы мембраны можно было скреплять внутри пакета ячеек. В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным такое конкретное число углов или вершин на пакете ячеек, которое обеспечит надлежащее крепление пакета ячеек внутри корпуса. В некоторых вариантах реализации конкретные мембраны могут иметь геометрии, отличающиеся от геометрий других мембран в пакете ячеек. Геометрии мембран можно выбрать так, что они будут способствовать по меньшей мере одному из крепления мембран друг к другу, крепления прокладок внутри пакета ячеек, крепления мембран внутри модульного блока, крепления мембран внутри несущей конструкции, крепления группы мембран, такой как пакет ячеек, к корпусу и закрепления модульного блока в корпус.
Мембраны, прокладки и прокладочные узлы можно крепить на участке периферии или краю мембран, прокладок или прокладочных узлов. Участок периферии может быть непрерывным или не непрерывным отрезком мембраны, прокладки или прокладочного узла. Участок периферии, который выбран для крепления мембраны, прокладки или прокладочного узла, может обеспечивать границу или рубеж для того, чтобы направить протекание текучей среды в заранее заданном направлении.
В некоторых вариантах реализации способ приготовления пакета ячеек может включать в себя прикрепление первой анионообменной мембраны к первой катионообменной мембране на первом участке периферии первой анионообменной мембраны и первой катионообменной мембраны с образованием первой камеры, имеющей первый путь протекания текучей среды. Способ может дополнительно включать в себя прикрепление второй анионообменной мембраны к первой катионообменной мембране на втором участке периферии первой катионообменной мембраны и
первом участке периферии второй анионообменной мембраны с образованием второй камеры, имеющей второй путь протекания текучей среды в направлении, отличающемся от направления первого пути протекания текучей среды.
Первый путь протекания текучей среды и второй путь протекания текучей среды можно выбрать и обеспечить посредством участков периферий ионообменных мембран, которые скреплены друг с другом. Если использовать первый путь протекания текучей среды как проходящий в направлении вдоль оси 0°, то второй путь протекания текучей среды может проходить в направлении под любым углом больше нуля градусов и меньше 3 60°. В некоторых вариантах реализации изобретения второй путь протекания текучей среды может проходить под углом 90° к первому пути протекания текучей среды, т.е. перпендикулярно ему. В других вариантах реализации второй путь протекания текучей среды может проходить под углом 18 0° к первому пути протекания текучей среды. В еще одном варианте реализации первый путь протекания текучей среды может быть проходящим в направлении 0°. Второй путь протекания текучей среды может быть проходящим под 60°, а третий путь протекания текучей среды может быть проходящим под 12 0°. Четвертый путь протекания текучей среды может быть проходящим под 0°.
Если для обеспечения дополнительных камер к пакету ячеек крепят дополнительные ионообменные мембраны, то пути протекания текучей среды в этих дополнительных камерах могут быть такими же, как первый путь протекания текучей среды и второй путь протекания текучей среды, или отличающимися от них. В некоторых вариантах реализации путь протекания текучей среды в каждой из камер чередуется между первым путем протекания текучей среды и вторым путем протекания текучей среды. Например, первый путь протекания текучей среды в первой камере может быть проходящим в направлении 0°. Второй путь протекания текучей среды во второй камере может быть проходящим в направлении 90°, а третий путь протекания текучей среды в третьей камере может быть
проходящим в направлении 0°. В некоторых примерах первый путь протекания текучей среды, проходящий в первом направлении, и второй путь протекания текучей среды, проходящий во втором направлении, могут назваться перекрестноточной электрической очисткой.
В других вариантах реализации путь протекания текучей среды в каждой из камер последовательно чередуется между первым путем протекания текучей среды, вторым путем протекания текучей среды и третьим путем протекания текучей среды. Например, первый путь протекания текучей среды в первой камере может быть проходящим в направлении 0°. Второй путь протекания текучей среды во второй камере может быть проходящим под 3 0°, а третий путь протекания текучей среды в третьей камере может быть проходящим под 90°. Четвертый путь протекания текучей среды в четвертой камере может быть проходящим под 0°. В еще одном варианте реализации первый путь протекания текучей среды в первой камере может быть проходящим в направлении 0°. Второй путь протекания текучей среды во второй камере может быть проходящим под 60°, а третий путь протекания текучей среды в третьей камере может быть проходящим под 12 0°. Четвертый путь протекания текучей среды в четвертой камере может быть проходящим под 0°.
В некоторых вариантах реализации изобретения течение внутри камеры можно регулировать, перераспределять или перенаправлять для обеспечения большего контакта текучей среды с поверхностями мембран внутри камеры. Камера может быть выполнена и расположена с возможностью перераспределения течения текучей среды внутри камеры. Камера может иметь препятствия, уступы, выступы, фланцы или перегородки, которые могут обеспечить структуру для перераспределения течения через камеру, что будет дополнительно обсуждаться ниже. В некоторых вариантах реализации препятствия, уступы, выступы, фланцы или перегородки могут именоваться перераспределителем течения.
Каждая из камер в пакете ячеек для аппарата электрической
очистки может быть сконструирована и выполнена с возможностью обеспечения заранее заданного процента площади поверхности или полезного использования мембран для контакта с текучей средой. Обнаружено, что большее полезное использование мембран обеспечивает более высокие кпд при работе аппарата электрической очистки. Преимущества достижения большего полезного использования мембран могут включать в себя меньшее потребление энергии, меньшую занимаемую аппаратом площадь, меньшее число проходов через аппарат и более высокое качество продукта - воды. В некоторых вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, превышает 65%. В других вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, превышает 75%. В некоторых других вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, может превышать 85%. Полезное использование мембран может по меньшей мере частично зависеть от способов, используемых для крепления каждой из мембран одна к другой, и от конструкции прокладки. Чтобы получить заранее заданное полезное использование мембран, можно выбрать надлежащие методы крепления и компоненты для достижения надежного и безопасного уплотнения, которое обеспечивает оптимальную работу аппарата электрической очистки, без возникновения утечки внутри аппарата, при одновременном поддержании большой площади поверхности мембраны, которой можно воспользоваться в технологическом процессе.
Уплотнение может быть осуществлено любыми подходящими средствами для гарантирования сопряжения между мембранами с тем, чтобы обеспечить желаемый путь протекания текучей среды через камеры, ограничиваемые мембранами. Например, уплотнение может быть осуществлено, например, посредством клеев, термического соединения лазерной или ультразвуковой сваркой, либо путем сопряжения или взаимоблокировки, например, с помощью охватываемых и охватывающих элементов на соседних мембранах и/или прокладках. В некоторых примерах, для того чтобы построить пакет мембранных ячеек, создают множественные прокладочные узлы и соединяют или скрепляют их друг с другом
клеями, наносимыми на участки периферии прокладочных узлов. Прокладки располагаются между каждыми из скрепленных друг с другом прокладочных узлов. В некоторых примерах прокладочные узлы можно крепить друг к другу на участке периферии каждого из прокладочных узлов для обеспечения множества камер, имеющих по меньшей мере два пути протекания текучей среды. Например, прокладочные узлы можно прикрепить друг к другу, обеспечивая первую камеру, имеющую путь протекания текучей среды в первом направлении, и вторую камеру, имеющую путь протекания текучей среды во втором направлении. Вместо клеев, для обеспечения камер можно использовать термосварные или механически взаимоблокирующиеся элементы.
В некоторых вариантах реализации изобретения способ приготовления пакета ячеек для аппарата электрической очистки включает в себя образование камер. Первую камеру можно образовать прикреплением ионообменных мембран друг к другу для обеспечения первого прокладочного узла с первой прокладкой, расположенной между ионообменными мембранами. Например, первую катионообменную мембрану можно прикрепить к первой анионообменной мембране на первом участке периферии первой катионообменной мембраны и первой анионообменной мембраны с обеспечением первого прокладочного узла с первой прокладкой, расположенной между первой катионообменной мембраной и первой анионообменной мембраной.
Вторую камеру можно образовать прикреплением ионообменных мембран друг к другу для обеспечения второго прокладочного узла со второй прокладкой, расположенной между ионообменными мембранами. Например, вторую анионообменную мембрану можно прикрепить ко второй катионообменной мембране на первом участке периферии второй катионообменной мембраны и второй анионообменной мембраны с обеспечением второго прокладочного узла со второй прокладкой, расположенной между второй анионообменной мембраной и второй катионообменной мембраной.
Третью камеру можно образовать между первой камерой и второй камерой прикреплением первого прокладочного узла ко второму прокладочному узлу и размещением прокладки между ними.
Например, первый прокладочный узел можно прикрепить ко второму прокладочному узлу на втором участке периферии первой катионообменной мембраны и на участке периферии второй анионообменной мембраны для обеспечения узла пакета с прокладкой, расположенной между первым прокладочным узлом и вторым прокладочным узлом.
Каждая из первой камеры и второй камеры может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения направления течения текучей среды, которое отличается от направления течения текучей среды в третьей камере. Например, течение текучей среды в третьей камере может быть проходящим в направлении оси 0°. Течение текучей среды в первой камере может быть проходящим под 30°, а течение текучей среды во второй камере может быть проходящим под таким же углом, как в первой камере (30°), или под другим углом, таким как 120°. В еще одном примере, путь протекания текучей среды в первой камере может быть проходящим в направлении 0°. Путь протекания текучей среды в третьей камере может быть проходящим под 60°, а путь протекания текучей среды во второй камере может быть проходящим под 12 0°. Путь протекания текучей среды в четвертой камере может быть проходящим под 0°.
Способ может дополнительно включать в себя крепление собранного пакета ячеек внутри корпуса.
В соответствии с одним или более вариантами реализации система электрохимического разделения или аппарат электрической очистки может быть модульной(ым). Каждый модульный блок может в общем функционировать как подблок всей системы электрохимического разделения. Модульный блок может включать в себя любое желаемое число пар ячеек. В некоторых вариантах реализации число пар ячеек на каждый модульный блок может зависеть от суммарного числа пар ячеек и проходов в устройстве разделения. Оно также может зависеть от числа пар ячеек, которые могут быть термически соединены или залиты в раме с приемлемой интенсивностью отказов во время тестирования на перекрестные утечки и другие критерии работоспособности. Это
число может быть основано на статистическом анализе процесса изготовления и может быть увеличено по мере улучшения средств технологического контроля. В некоторых неограничительных вариантах реализации модульный блок может включать в себя примерно 50 пар ячеек. Модульные блоки можно индивидуально собирать и тестировать на контроль качества, например, на утечку, характеристики разделения и перепад давления, перед встраиванием в более крупную систему. В некоторых вариантах реализации пакет ячеек можно устанавливать в раме как модульный блок, который можно тестировать независимо. Множество модульных блоков можно затем собирать друг с другом для обеспечения общего предписанного числа пар ячеек в устройстве электрохимического разделения. В некоторых вариантах реализации способ сборки может в целом включать в себя размещение первого модульного блока на втором модульном блоке, размещение третьего модульного блока на первом и втором модульных блоках и повторение этих этапов до получения множества модульных блоков в желаемом количестве. В некоторых вариантах реализации собранные или индивидуальные модульные блоки можно вставлять в работающий под давлением сосуд. Могут оказаться возможными многопроходные конфигурации течения с размещением блокирующих мембран и/или прокладок между модульными блоками или внутри модульных блоков. Модульный подход может улучшить технологичность с точки зрения экономии времени и затрат. Модульность также может облегчить техническое обслуживание системы за счет обеспечения возможности диагностики, изоляции, удаления и замены индивидуальных модульных блоков. Индивидуальные модульные блоки могут включать в себя системы коллекторов и распределения потоков для содействия процессу электрохимического разделения. Индивидуальные модульные блоки могут проточно (т.е. по текучей среде) сообщаться друг с другом, а также с центральной коллекторной и другими системами, связанными со всем процессом электрохимического разделения.
Пакет ячеек можно закрепить внутри рамы или несущей конструкции, содержащей впускной коллектор и выпускной коллектор, для обеспечения модульного блока. Этот модульный
блок можно затем закрепить внутри корпуса. Модульный блок может дополнительно включать в себя узел кронштейна или угловую опору, которые могут обеспечивать возможность крепления модульного блока к корпусу. Внутри корпуса может быть закреплен второй модульный блок. Кроме того, внутри корпуса также можно закреплять один или более дополнительных модульных блоков. В некоторых вариантах реализации изобретения между первым модульным блоком и вторым модульным блоком может быть расположена блокирующая прокладка.
В одной или более камерах пакета ячеек может присутствовать перераспределитель течения. При сборке пакета ячеек первый участок периферии ионообменной мембраны в пакете ячеек может быть выполнен и расположен с обеспечением взаимоблокировки с первым участком периферии соседней ионообменной мембраны. В некоторых примерах первый участок периферии первой прокладки в пакете ячеек может быть выполнен и расположен с возможностью взаимоблокировки с первым участком периферии соседней прокладки.
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен аппарат электрической очистки, содержащий пакет ячеек. Аппарат электрической очистки может содержать первую камеру, содержащую ионообменные мембраны, которая может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения прямого течения текучей среды в первом направлении между ионообменными мембранами. Аппарат электрической очистки также может содержать вторую камеру, содержащую ионообменные мембраны, которая может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения прямого течения текучей среды во втором направлении. Каждая из первой камеры и второй камеры может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения заранее заданного процента площади поверхности или полезного использования мембран для контакта с текучей средой. В некоторых вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, превышает 65%. В других вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, превышает 75%. В некоторых других вариантах реализации полезное использование
мембран, которое может быть достигнуто, может превышать 85%. Полезное использование мембран может быть по меньшей мере частично зависимым от способов, используемых для крепления каждой из мембран одна к другой, и от конструкции прокладки. Чтобы получить заранее заданное полезное использование мембран, можно выбрать надлежащие методы крепления и компоненты для достижения надежного и безопасного герметичного крепления, которое обеспечивает оптимальную работу аппарата электрической очистки, без возникновения утечки внутри аппарата, при одновременном поддержании большой площади поверхности мембраны, которой можно воспользоваться в процессе.
Например, может быть предусмотрен аппарат электрической очистки, содержащий пакет ячеек. Аппарат электрической очистки может содержать первую камеру, содержащую первую катионообменную мембрану и первую анионообменную мембрану, причем первая камера выполнена и расположена с возможностью обеспечения прямого течения текучей среды в первом направлении между первой катионообменной мембраной и первой анионообменной мембраной. Аппарат также может содержать вторую камеру, содержащую первую анионообменную мембрану и вторую катионообменную мембрану для обеспечения прямого течения текучей среды во втором направлении между первой анионообменной мембраной и второй катионообменной мембраной. Каждая из первой камеры и второй камеры может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения заранее заданного полезного использования мембран, например, контакта текучей среды с более чем 8 5% площади поверхности каждой из первой катионообменной мембраны, первой анионообменной мембраны и второй катионообменной мембраны. По меньшей мере одна из первой камеры и второй камеры может содержать прокладку, которая может быть блокирующей прокладкой.
Выбор и обеспечение непосредственного протекания текучей среды в первом направлении и втором направлении можно осуществить посредством конструкции и расположения камер. Если использовать первый путь протекания текучей среды как
направление, проходящее вдоль оси 0°, то второе направление протекания текучей среды может проходить под любым углом больше нуля градусов и меньше 3 60°. В некоторых вариантах реализации изобретения второе направление протекания текучей среды может проходить под углом 90° к первому направлению протекания текучей среды, т.е. перпендикулярно ему. В других вариантах реализации второе направление протекания текучей среды может проходить под углом 8 0° к первому направлению протекания текучей среды. Если для обеспечения дополнительных камер к пакету ячеек крепят дополнительные ионообменные мембраны, то направление протекания текучей среды в этих дополнительных камерах может быть таким же, как первое направление протекания текучей среды и второе направление протекания текучей среды, или отличающимся от них. В некоторых вариантах реализации направление протекания текучей среды в каждой из камер чередуется между первым направлением протекания текучей среды и вторым направлением протекания текучей среды. Например, первое направление протекания текучей среды в первой камере может проходить в направлении 0°. Второе направление протекания текучей среды может проходить под углом 90°, а третье направление протекания текучей среды в третьей камере может проходить в направлении под углом 0°.
Аппарат электрической очистки, содержащий пакет ячеек, может дополнительно содержать корпус, заключающий в себе пакет ячеек, при этом по меньшей мере участок периферии пакета ячеек прикреплен к корпусу. Между корпусом и пакетом ячеек можно расположить раму с обеспечением первого модульного блока в корпусе. В одной или более камерах пакета ячеек может присутствовать перераспределитель течения. По меньшей мере одна из камер может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения обращения течения внутри камеры.
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен пакет ячеек для аппарата электрической очистки. Пакет ячеек может обеспечить множество чередующихся камер ионного обеднения и ионного концентрирования. Каждая из камер ионного обеднения
может иметь впуск и выпуск, что обеспечивает протекание разбавляемой текучей среды в первом направлении. Каждая из камер ионного концентрирования может иметь впуск и выпуск, что обеспечивает протекание концентрированной текучей среды во втором направлении, которое отличается от первого направления. В пакете ячеек может быть расположена прокладка. Прокладка может обеспечить структуру и ограничение камер, а в некоторых примерах может способствовать направлению потока текучей среды через камеру. Прокладка может быть блокирующей прокладкой, которая может быть выполнена и расположена с возможностью перенаправления по меньшей мере одного из течения текучей среды и электрического тока через пакет ячеек. Как уже говорилось, блокирующая прокладка может уменьшить или предотвратить неэффективности использования электрического тока в аппарате электрической очистки.
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен аппарат электрической очистки. Аппарат может содержать пакет ячеек, содержащий чередующиеся камеры ионного разбавления и камеры ионного концентрирования. Каждая из камер ионного разбавления может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения протекания текучей среды в первом направлении. Каждая из камер ионного концентрирования может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения протекания текучей среды во втором направлении, которое отличается от первого направления. Аппарат электрической очистки также может содержать первый электрод, смежный с первой ионообменной мембраной на первом конце пакета ячеек, и второй электрод, смежный со второй ионообменной мембраной на втором конце пакета ячеек. Каждая из первой ионообменной мембраны и второй ионообменной мембраны может быть анионообменной мембраной или катионообменной мембраной. Например, первая ионообменная мембрана может быть анионообменной мембраной, а вторая ионообменная мембрана может быть катионообменной мембраной. Аппарат может дополнительно содержать размещенную в пакете ячеек блокирующую прокладку, выполненную и расположенную с возможностью перенаправления по меньшей мере одного из течения
разбавляемой текучей среды и течения концентрируемой текучей среды через аппарат электрической очистки и с возможностью предотвращения прямого пути тока между первым электродом и вторым электродом. Как говорилось выше, блокирующая прокладка может быть выполнена и расположена с возможностью сокращения неэффективностей использования электрического тока в аппарате электрической очистки.
Пакет ячеек для аппарата электрической очистки может быть заключен в корпусе, при этом по меньшей мере участок периферии пакета ячеек прикреплен к корпусу. Между корпусом и пакетов ячеек может быть расположена рама для обеспечения первого модульного блока в корпусе. Внутри корпуса также может быть закреплен второй модульный блок. Между первым модульным блоком и вторым модульным блоком также может быть расположена блокирующая прокладка. В одной или более из камер пакета ячеек может присутствовать перераспределитель течения. По меньшей мере одна из камер может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения обращения течения внутри камеры. Между рамой и корпусом может быть расположен узел кронштейна для придания опоры модульному блоку и крепления модульного блока, внутри корпуса.
В некоторых вариантах реализации изобретения участок периферии ионообменных мембран или прокладок в пакете ячеек может быть обработан или покрыт материалом с тем, чтобы обеспечить повышенное, надежное соединение с крепящим материалом, таким как клей, и компонентами пакета ячеек. На прокладках, мембранах или на тех и других можно предусмотреть уплотнительную ленту для обеспечения непрерывной поверхности, на которую может быть нанесен клей для соединения ионообменных мембран, таких как анионо- и катионообменные мембраны. Уплотнительная лента может придавать опору периферии мембраны. Уплотнительная лента может предотвратить или ослабить пропитку клеем или затекание клея, тем самым обеспечивая меньшее потребление клея для крепления прокладок и мембран друг к другу. Уплотнительные ленты также могут вносить вклад в большее полезное использование мембран на основе меньшего потребления
клея. В некоторых примерах уплотнительная лента может быть нанесена на прокладку методом инжекционного формования, формования прессованием, нанесения покрытия или аналогичным.
На ФИГ. 1 показан прокладочный узел 10, который содержит
катионообменную мембрану 100, прокладку 104 и анионообменную
мембрану 102. Прокладка 104, которая может быть сетчатой
прокладкой, может позволять наносить клей 106. Мембраны могут
быть уплотнены вдоль двух противоположных краев клеями или
методами термического соединения, например, лазерной,
вибрационной или ультразвуковой сварки. Для создания бокового
шва мембран можно использовать широкий круг клеев, включая
эпоксидные с алифатическими, циклоалифатическими и
ароматическими аминовыми отвердителями и уретаны, как будет подробнее описано ниже. Когда клей наносят на линию склеивания мембранной ячейки, может оказаться выгодным, если клей остается главным образом на заранее заданной линии склеивания. Если вязкость является слишком низкой, клей может расплываться или сходить с линии приклеивания. Если вязкость клея является слишком высокой, может казаться затрудненным намазывание клея.
Если прокладка представляет собой сетку, ее можно заключить в клей, который также соединяет две соседние мембраны.
На ФИГ. 2 показан прокладочный узел 20, содержащий катионообменную мембрану 2 00, прокладку 2 04 и анионообменную мембрану 202. Прокладка 204 разделяет катионообменную мембрану 2 00 и анионообменную мембрану 2 02, а также может ограничивать проточную камеру и улучшать смешивание и массоперенос, когда поток жидкости течет от впускной стороны 2 08 к выпускной стороне 210.
На ФИГ. 3 показан первый прокладочный узел 3 0 и второй прокладочный узел 32, разделенные прокладкой 304. Эти два узла соединены друг с другом клеями 30 6, нанесенными вдоль двух параллельных краев, которые перпендикулярны краям, уже уплотненным в упомянутых узлах. Прокладка 3 04, заключенная между двумя узлами, ограничивает проточный канал для второго потока, который по направлению перпендикулярен потокам, текущим
через упомянутые два узла, как показано стрелками.
Получаемый пакет мембранных ячеек в сжатом состоянии показан на ФИГ. 4. Как показано, первый прокладочный узел 40 и второй прокладочный узел 42 прикреплены друг к другу, а между этими двумя прокладочными узлами расположена прокладка 404. Путь протекания через каждый из прокладочных узлов 4 0 и 42 может проходить в первом направлении, а путь протекания через камеру, ограниченную между этими двумя прокладочными узлами, может проходить во втором направлении, как обозначено стрелками на ФИГ. 4.
Поток текучей среды в первом направлении может быть разбавляющимся потоком, а поток текучей среды во втором направлении может быть концентрирующимся потоком. В некоторых вариантах реализации течение текучей среды в первом направлении может быть преобразовано в концентрирующийся поток, а течение текучей среды во втором направлении может быть преобразовано в разбавляющийся поток с использованием изменения полярности на противоположную, при котором полярность прикладываемого электрического поля изменяется на противоположную, вследствие чего меняется на обратную функция потока.
Можно скреплять друг с другом множественные прокладочные узлы, разделенные прокладками, образуя пакет из пар ячеек или пакет мембранных ячеек.
Аппарат электрической очистки по данному изобретению может дополнительно содержать корпус, в котором заключен пакет ячеек. По меньшей мере участок периферии пакета ячеек может быть прикреплен к корпусу. Между корпусом и пакетов ячеек может быть расположена рама или несущая конструкция для придания дополнительной опоры пакету ячеек. Рама также может содержать впускные коллекторы и выпускные коллекторы, которые обеспечивают возможность втекания жидкости в пакет ячеек и вытекания из него. Рама и пакет ячеек вместе могут обеспечить модульный блок аппарата электрической очистки. Аппарат электрической очистки может дополнительно содержать второй модульный блок, закрепленный внутри корпуса. Между первым модульным блоком и вторым модульным блоком может быть
расположена прокладка, например, блокирующая прокладка. На конце первого модульного блока, противоположном концу, сообщающемуся со вторым модульным блоком, может быть расположен первый электрод. На конце второго модульного блока, противоположном концу, сообщающемуся с первым модульным блоком, может быть расположен второй электрод.
Между рамой и корпусом первого модульного блока, второго модульного блока или их обоих может быть расположен узел кронштейна. Узел кронштейна может придать опору модульным блокам и обеспечить надежное крепление к корпусу.
В одном варианте реализации изобретения аппарат электрической очистки можно собрать, помещая пакет мембранных ячеек в корпус или сосуд. На каждом конце пакета ячеек можно предусмотреть концевые пластины. Чтобы уплотнить по меньшей мере участок периферии пакета ячеек, на внутреннюю стенку корпуса можно нанести клей.
На ФИГ. 5 показан один вариант реализации пакета 516 ячеек, заключенного в корпусе 518. Концевые пластины 512 стянуты друг с другом стяжками 514. Стяжки 514 изолированы от потоков текучей среды неметаллическими втулками. Если концевые пластины 512 являются металлическими, между пакетом 516 ячеек и концевой пластиной 512 на каждом конце может быть вставлен неметаллический концевой брусок 52 0. Концевые бруски 52 0 поддерживают электроды и изолируют потоки жидкости от концевых пластин. Концы втулок стяжек уплотнены у концевых брусков 52 0 уплотнительными кольцами. В альтернативном варианте концевая пластина 52 0 может быть неметаллической, а отдельный концевой брусок может оказаться необязательным. Как показано на ФИГ. 5, концевые пластины 52 0 могут быть скреплены посредством болтов или резьбовых шпилек 522 и гаек 524. Как показано на ФИГ. 6, концевые пластины 62 0 могут быть скреплены посредством фланцев 64 9. Как показано на ФИГ. 7, концевые пластины 72 0 могут быть скреплены посредством зажимов 72 8, таких как зажимы типа Victaulic(r).
В некоторых вариантах реализации изобретения стяжки могут быть размещены снаружи корпуса. В некоторых других вариантах
реализации изобретения концевые пластины могут быть закреплены в корпусе посредством разрезных или пружинных стопорных колец, вставленных в канавки на концах корпуса. Концевые пластины также могут быть соединены с корпусом посредством клеев.
Металлическую концевую пластину можно изготовить, например, посредством механической обработки или литья. Неметаллические концевой брусок или концевую пластину можно изготовить, например, посредством механической обработки заготовки из пластмассы или посредством инжекционного формования.
Сразу же после установки пакета в корпусе и крепления концевых брусков и/или концевых пластин к корпусу можно нанести клей для герметичного крепления пакета к корпусу и изоляции впускных и выпускных коллекторов для двух потоков друг от друга. Корпус сначала ориентируют так, что продольная ось оказывается горизонтальной.
Как подробнее рассматривается ниже, свойства клея для
крепления мембранного пакета внутри корпуса могут отличаться от
свойств клея для крепления мембран друг к другу с образованием
пакета ячеек. Для крепления мембранного пакета в корпусе
вязкость клея должна быть низкой. Приемлемая вязкость может
быть достигнута путем добавления реактивных разбавителей в
смешанный клей. Основная функция разбавителя заключается в
снижении вязкости либо для того, чтобы упростить смешивание,
либо для того, чтобы улучшить свойства нанесения. Пониженная
вязкость может также оказаться важной при достижении
приемлемого клея потому, что он обеспечивает большее
проникновение в пористую подложку и обеспечивает смачивание
непористых поверхностей. Разбавитель может представлять собой
простой диглицидиловый эфир, простой
диглицидилфенилдиглицидиловый эфир и другие.
Проточные камеры мембранных ячеек могут иметь толщину примерно от 0,33 мм до 0,46 мм, а в некоторых примерах ограничиваемый ими объем может быть безвоздушным. Заливочный эластомер (клей), используемый для крепления пакета ячеек к корпусу, должен быть более жестким, чем боковой шов,
используемый для крепления мембран друг к другу; это может быть вызвано тем, что ограничиваемый объем должен иметь достаточную механическую прочность для того, чтобы выдерживать вес мембранного пакета. В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным, чтобы ограничиваемый объем не деформировался под давлением подаваемого потока.
Корпус сначала ориентируют так, чтобы продольная ось была горизонтальной. На ФИГ. 8 показан один способ нанесения клея 806 для крепления пакета 816 ячеек внутри корпуса 818. Корпус 818 можно повернуть таким образом, что периферия пакета 816 ячеек, в этом варианте реализации - угол 830, окажется внизу. Клей 806 низкой вязкости нагнетают в корпус 818 и дают клею расплыться на дне. Возможно наличие нагнетательных отверстий, которые совпадает с периферией пакета 816 ячеек, которые могут быть встроены в корпус 818 для облечения нагнетания клея 806 в корпус 818 с целью уплотнения углов 830 пакета 816 ячеек в местах крепления к корпусу 818. После затвердевания клея 806 корпус 818 можно поворачивать на 90° до тех пор, пока внизу не окажется следующий угол. Процесс герметичного крепления повторяют до тех пор, пока все желаемые периферии пакета 816 ячеек не будут уплотнены или скреплены. Подготовка поверхности для улучшения уплотнения периферии пакета в местах крепления к корпусу может включать в себя методы, которые могут нарушать поверхность и увеличивать площадь поверхности для улучшения клеевого соединения. Подготовка поверхности может содержать, например, химическую, механическую, электрическую или термическую подготовку поверхности, а также их сочетания. Она может включать в себя, например, химическое травление или механическое загрубление.
Для обеспечения геометрии, которая способствует креплению пакета ячеек к корпусу, корпус можно изготавливать, например, посредством экструзии. Например, в корпусе можно сделать один или более желобков, вследствие чего клей может содержаться в ограниченной области для приема периферии пакета ячеек. Как показано на ФИГ. 9, корпус 918 выполнен так, что имеет
дугообразные желобки 932, чтобы обеспечить резервуар для размещения в нем клея 90 6.
В еще одном варианте реализации изобретения предусмотрен способ нанесения клея, который включает в себя медленное вращение корпуса в одном направлении одновременно с нагнетанием управляемого количества клея в корпус. Клей непрерывно течет к самой низкой точке и образует последовательные тонкие слои, которые можно отверждать, формируя уплотнительное кольцо вокруг внутренней стенки корпуса. Толщину кольца можно увеличивать посредством дополнительного введения клея.
В еще одном варианте реализации изобретения предусмотрен способ нанесения клея, который включает в себя быстрое вращение корпуса в одном направлении с одновременным нагнетанием управляемого количества клея в корпус в одной или более точках. Клей может принудительно подаваться к внутренней стенке корпуса с помощью центробежной силы и может образовывать уплотнительное кольцо по мере его затвердевания.
На ФИГ. 10 показаны варианты реализации изобретения, которые предусматривают способ, включающий вращение корпуса 1018 в одном направлении с одновременным нагнетанием управляемого количества клея 100 6 в корпус.
В еще одном варианте реализации изобретения аппарат электрической очистки можно собирать путем уплотнения участка периферии пакета ячеек клеем с использованием технологической формы. Пакет ячеек можно вставлять в корпус, а затем сжимать концевыми пластинами на каждом конце пакета ячеек. Затем на внутреннюю стенку корпуса можно наносить клей для уплотнения периферии пакета ячеек.
Как показано на ФИГ. 11, периферия пакета ячеек, в этом примере - угол ИЗО пакета 1116 ячеек, может быть вставлен в технологическую форму 1134. В технологическую форму 1134 можно заливать клей 1106 низкой вязкости и давать ему затвердеть. Затем пакет вращают, уплотняя другие участки периферии, как показано на ФИГ. 12, при этом клей 12 0 6 показан на каждом углу 1230 пакета 1216 ячеек. В некоторых примерах технологическая форма изготавливается из материала, к которому клей прилипнуть
не может.
Как показано на ФИГ. 13, пакет 1316 ячеек всеми четырьмя углами вставляют в корпус 1318 с зазором 1338 между клеем 1306 и внутренней стенкой 1336 корпуса 1318. Зазор 1338 наполняют дополнительными клеями для уплотнения пакета 1316 ячеек в корпусе 1318 и предотвращения перекрестной утечки между проточными коллекторами.
В еще одном варианте реализации, изображенном на ФИГ. 14, в качестве технологической формы для заливки и уплотнения углов пакета 1416 ячеек используют пакет 1416 мембранных ячеек с узлом кронштейнов или угловыми опорами 144 0, которые могут быть изготовлены, например, экструзией или инжекционным формованием. Тогда угловые опоры 144 0 (и 1540) служат в качестве анкеров для крепления пакета к оболочке 1542, как показано на ФИГ. 15. Способы, которые можно использовать для крепления угловых опор к оболочке, включают в себя методы соединения пластмасс, такие как ультразвуковая сварка. В свою очередь, оболочку 1542 (и 1642) вставляют в корпус 1618, как показано на ФИГ. 16, тем самым исключая необходимость установки узла пакета в другой корпус. Для крепления модульного блока к корпусу можно также использовать узел кронштейна или угловую опору.
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен
аппарат электрической очистки, который снижает или
предотвращает неэффективности, возникающие в результате
повышенного потребления электрической энергии. Аппарат
электрической очистки по данному изобретению может обеспечить
многопроходную конфигурацию течения для снижения или
предотвращения неэффективностей использования тока.
Многопроходная конфигурация течения может уменьшить шунтирование тока через проточные коллекторы, или утечку тока, исключая или снижая прямой путь тока между анодом и катодом аппарата электрической очистки. Как показано на ФИГ. 17, предусмотрен аппарат 50 электрической очистки, содержащий катод 1744 и анод 174 6. Между катодом 1744 и анодом 17 4 6 находится множество чередующихся анионообменных мембран 174 8 и катионообменных мембран 1750 с обеспечением последовательности
чередующихся камер 17 52 ионного разбавления и камер 17 54 ионного концентрирования. Внутри одной или более камер 17 52 ионного разбавления и камер 1754 ионного концентрирования может быть расположена блокирующая прокладка 1756 для перенаправления течения текучей среды и протекания тока через аппарат 50 электрической очистки, как показано стрелками на ФИГ. 17.
На ФИГ. 18 показан пример прокладки, которую можно использовать в качестве блокирующей прокладки в аппарате электрической очистки. Прокладка может содержать сетчатый участок 1858, сплошной участок I860 и уплотнительную ленту 18 62. Уплотнительная лента 1862 может быть наклеена на соседние мембраны посредством клеев, как показано на ФИГ. 19. Уплотнительные ленты могут улучшать уплотнение между мембранами и прокладкой, обеспечивая плоскую поверхность для соединения. В некоторых примерах такая прокладка может быть изготовлена методом инжекционного формования, механической обработки, термокомпрессии или быстрого макетирования.
Сформованная прокладка может иметь достаточную толщину для того, чтобы обеспечить возможность формования сетчатого участка. Эта толщина может быть больше, чем толщина сетчатой прокладки. В результате, межмембранное расстояние для блокировочной камеры может быть больше, чем в соседних камерах, вследствие чего будет более высоким электрическое сопротивление, что может оказаться приемлемым, поскольку количество блокирующих прокладок ограничено.
Край прокладки на сплошном участке может быть прикреплен и герметизирован к внутренней стенке корпуса. Сплошной участок I8 60 прокладки может быть достаточно жестким, чтобы выдержать разность давлений на обеих сторонах. Для увеличения жесткости материала в сплошной участок могут быть внесены такие элементы, как ребра.
Как показано на ФИГ. 19, предусмотрены первый прокладочный узел 19 64 и второй прокладочный узел 1966. Между первым прокладочным узлом 19 64 и вторым прокладочным узлом 1966 расположена блокирующая прокладка 1956.
На ФИГ. 2 0 показан вариант реализации аппарата
электрической очистки по данному изобретению, содержащего трехпроходное перекрестноточное устройство электродиализа. Пакет 2016 ячеек закреплен внутри корпуса 2018. Внутри пакета 2 016 ячеек расположены блокирующие прокладки 2 05 6 для перенаправления протекания текучей среды и тока внутри устройства электродиализа, как показано стрелками на ФИГ. 20.
В еще одном варианте реализации участок периферии пакета ячеек и периферия блокирующих прокладок крепятся клеем к внутренней поверхности корпуса.
Как показано на ФИГ. 21, блокирующая прокладка 2156 снабжена круговым ободом 2168, который образует желобок для клея 2106, когда прокладка 2156 вставлена в корпус. Тогда устройство можно собирать, как показано на ФИГ. 22, вставляя множество пар 2216 ячеек и блокирующую прокладку 22 5 6 или прокладки в корпус 2218, а затем сжимая этот узел концевыми пластинами и/или концевыми брусками на обоих концах. Клей 22 0 6 можно последовательно наносить на участок периферии пакета путем заливки.
Потом корпус 2318 ориентируют, располагая его ось вертикально, как показано на ФИГ. 23А, а его обода 2368 готовы принять клей. Как показано на ФИГ. 23В, клей 2306 подают в лотки, образованные ободами 2368, на блокирующие прокладки 2356 для уплотнения прокладок с креплением их к корпусу 2318. Клей можно нагнетать по малым трубкам или катетерам, вставляемым, например, сквозь концевую пластину и/или концевой брусок.
В некоторых вариантах реализации можно использовать дополнительный компонент, такой как сальник, уплотнительная прокладка или уплотнительное кольцо, располагаемое вокруг блокирующей прокладки, чтобы способствовать удерживанию клея, используемого для крепления прокладки к корпусу. В этом варианте реализации клей сразу же после того, как он затвердел, может быть основным уплотнением. В еще одном варианте реализации упомянутый дополнительный компонент, такой как сальник, уплотнительная прокладка или уплотнительное кольцо, предназначен служить в качестве единственного уплотнения между блокирующей прокладкой и корпусом, и можно использовать только
клей 2206, находящийся на участке периферии пакета ячеек (см. ФИГ. 22) . Это может упростить узел модульных блоков за счет снижения или исключения потребности в герметичном креплении обода блокирующей прокладки к корпусу клеящим материалом.
В еще одном варианте реализации пакеты пар ячеек с камерами разбавленного потока и концентрата в однопроходных конфигурациях течения сначала уплотняют в секциях цилиндрических корпусов с образованием модульных блоков. Затем эти блоки можно соединять друг с другом с блокирующими прокладками в промежутке между ними, образуя многопроходные конфигурации. Преимущество этого подхода может заключаться в том, что пакеты можно герметично крепить к секциям корпуса с помощью клеев только на участке периферии, таком как углы. Блокирующие прокладки не надо герметично крепить к внутренней стенке корпуса; вместо этого, их располагают между модульными блоками и герметизируют между концами.
На ФИГ. 2 4А показаны, например, первый модульный блок 247 0 и второй модульный блок 2 4 72 с фланцами 2474 на концах и расположенной между ними блокирующей прокладкой 2456. На ФИГ. 2 4В первый модульный блок 247 0 и второй модульный блок 2 4 72 прикреплены друг к другу. Фланцы 2474 первого модульного блока 2470 и второго модульного блока 2472 могут быть прикреплены друг к другу. В некоторых примерах фланцы 2474 первого модульного блока 247 0 и второго модульного блока могут быть скреплены болтами.
На ФИГ. 2 5 показан еще один вариант реализации блокирующей прокладки, имеющей сетчатый участок 2558, сплошной участок 2560 и уплотнительную ленту 2562. Блокирующая прокладка может быть отформована с круглой рамкой 2 576, которую уплотняют между фланцами с помощью клеев или уплотнительных прокладок. В альтернативном варианте рамка может быть отформована из термопластичного материала, так что клеи или уплотнительные прокладки оказываются ненужными. Специалистам в данной области техники будут очевидны другие способы изготовления блокирующих прокладок.
В качестве альтернативы, модульные блоки могут быть
соединены друг с другом зажимами, стяжками или с помощью других методов скрепления. Конструкцию блокирующей прокладки можно изменять соответственно приспосабливанию к выбранному методу скрепления.
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен способ приготовления пакета ячеек. Первый прокладочный узел можно приготавливать прикреплением первой ионообменной мембраны ко второй ионообменной мембраны на первом участке периферии. На втором участке первой ионообменной мембраны и второй ионообменной мембраны периферию можно загибать для обеспечения концевых загибов. Между первой ионообменной мембраной и второй ионообменной мембраной можно предусмотреть прокладку. Второй прокладочный узел можно приготавливать аналогичным образом. Концевые загибы первого прокладочного узла можно выровнять с концевыми загибами второго прокладочного узла, так что концевые загибы второй ионообменной мембраны прикрепляются к концевым загибам ионообменной мембраны второго прокладочного узла. Концевые загибы можно затем сплющить, а между прокладочными узлами можно расположить прокладку. По мере сжатия прокладочных узлов создаются камеры для обеспечения протекания потока текучей среды между прокладочными узлами в направлении, отличающемся от протекания потока текучей среды в пределах каждого из первого прокладочного узла и второго прокладочного узла.
Как показано на ФИГ. 2 6, первый прокладочный узел можно приготавливать прикреплением первой анионообменной мембраны 2 602 к первой катионообменной мембране 2 600 на первом участке периферии. В этом примере первый участок периферии скрепляется посредством термического соединения 2 678. На втором участке первой анионообменной мембраны и первой катионообменной мембраны периферию можно загибать для обеспечения концевых загибов 2 680. Между первой анионообменной мембраной 2 602 и первой катионообменной мембраной 2 60 0 может быть предусмотрена прокладка 2604.
Второй прокладочный узел можно приготавливать аналогичным образом. Как показано на ФИГ. 27, концевые загибы 2780 первого
прокладочного узла могут быть выровнены и могут перекрываться с концевыми загибами 2784 второго прокладочного узла, так что концевые загибы первой катионообменной мембраны прикрепляются к концевым загибам анионообменной мембраны второго прокладочного узла. Перекрывающийся участок концевых загибов можно скрепить посредством термического соединения, клеев или механических методов. Как показано на ФИГ. 28, концевые загибы можно затем сплющивать, а между прокладочными узлами можно располагать прокладку 2804. По мере сжатия прокладочных узлов создаются камеры для обеспечения потока 2 98 6 текучей среды, протекающего между прокладочными узлами в направлении, отличающемся от потока 2 98 8 текучей среды, протекающего внутри каждого из первого прокладочного узла и второго прокладочного узла, как показано стрелками на ФИГ. 29.
За счет использования методов термического соединения для приготовления прокладочных узлов и получаемого в результате пакета ячеек, обеспечивается процесс, который может сделать возможным упрощение сборки и может обеспечить меньшее общее время сборки аппарата электрической очистки. Узкие термоуплотнения обеспечивают более крупные проточные каналы, которые могут привести к более высокому полезному использованию мембран, что может увеличить эффективность всего аппарата электрической очистки. В некоторых вариантах реализации, предусматривающих использование термического соединения, для упрочнения областей термического соединения и для обеспечения более стойкого уплотнения можно использовать дополнительные армирующие полоски из полимерного материала, например, полиэтилена или полипропилена. Осуществляя термическое соединение мембран перед их сплющиванием и сжатием, можно также способствовать упрощению сборки, поскольку может быть больше места для надлежащего скрепляющего оборудования и устройств, способствующих процессу скрепления. Методы термического соединения также могут предотвратить утечки в пакете мембран. Этот процесс также может способствовать уменьшению силы сжатия, воздействующей на мембранные прокладки для поддержания целостности пакета ячеек, что приводит к меньшему падению
давления на модульном блоке.
В некоторых вариантах реализации для крепления ионообменных мембран и прокладок в пакете ячеек можно использовать клеи. Клеи, которые можно использовать в приготовлении пакета ячеек, могут иметь конкретные характеристики или свойства, которые обеспечивают надлежащее уплотнение компонентов пакета ячеек и крепление пакета ячеек внутри корпуса аппарата электрической очистки. Эти свойства могут включать в себя вязкость, время загустевания, температуру отверждения и эластомерные свойства клея. Обнаружено, что за счет изменения свойств клея можно увеличить прочность соединения между мембранным пакетом и корпусом, а также уменьшить или исключать утечки внутри аппарата электрической очистки.
В некоторых случаях можно использовать эпоксидные материалы или материалы на эпоксидной основе, либо полиуретановые материалы или материалы на полиуретановой основе. Это возможно благодаря их термическим, механическим и химическим свойствам, которые могут позволить таким материалам обеспечить надлежащее плотное соединение мембран друг с другом, а пакетов ячеек - с корпусами.
Эпоксидный материал или материал на эпоксидной основе
может содержать смолу и отвердитель. Для обеспечения
надлежащего плотного соединения с мембранами или с корпусом
смола может потребовать сшивки. Этой сшивки можно добиться
посредством химического реагирования смолы с надлежащим
отвердителем. Отвердитель может быть выбран из группы,
состоящей из алифатических аминов, амидоамина,
циклоалифатического амина и ароматического амина. Отвердители могут придать клею конкретные свойства, включая, но не ограничиваясь ими, вязкость, долговечность при хранении, время отверждения, проникающую способность, смачивающую способность, механическую прочность и стойкость к химическому воздействию после отверждения.
Полиуретановые материалы или материалы на полиуретановой основе можно получить посредством реакции полиприсоединения
изоцианина с многоатомным спиртом (полиолом) в присутствии катализатора. Эта реакция может давать полимер, содержащий уретановую связь, -RNHCOOR'-.
Когда желательно, чтобы клей оказался пригодным к использованию для крепления мембран друг к другу, в некоторых вариантах реализации может оказаться желательным, чтобы клей в некоторой степени оставался на заранее заданной линии приклеивания или уплотнительной ленте. Если, например, вязкость клея оказывается слишком низкой, то клей может расплываться или сходить с линии приклеивания или уплотнительной ленты. Если вязкость клея слишком высока, может казаться затрудненным намазывание клея.
В некоторых вариантах реализации для крепления мембран друг к другу может оказаться желательным использование клея, который обладает сходным тепловым расширением, как и мембрана. Это может предотвратить или уменьшить образование трещин или морщин на поверхности раздела мембрана-клей. Чтобы определить подходящий клей для применений в аппарате электрической очистки, можно изменять концентрацию аминового отвердителя. Например, алифатический амин имеет прямую цепь углеродного скелета, которая может обеспечить высокую степень гибкости для теплового расширения. Использование отвердителя этого типа может позволить боковому шву расширяться вместе с мембраной. Отвердители на основе циклоалифатического и ароматического амина имеют в своей основной цепи ароматические кольца, которые могут обеспечить свойства жесткого эластомера.
В некоторых вариантах реализации этого изобретения клеи, которые можно использовать для крепления мембран друг к другу, могут иметь вязкость в диапазоне от примерно 1000 до примерно 4 5000 сП при температуре окружающей среды. Это может обеспечить время загустевания в диапазоне от примерно 15 минут до примерно 3 0 минут. Клей может иметь твердость по шкале D Шора в диапазоне от примерно 3 0 до примерно 7 0 при температуре окружающей среды.
Клей можно наносить любыми подходящими средствами, и при этом его можно наносить автоматически или вручную. Шов,
создаваемый клеем, может иметь ширину в диапазоне от примерно 0,2 5 дюйма до примерно 1,5 дюйма и толщину склейки в диапазоне от примерно 2 0 мил до примерно 5 0 мил. Клей можно отверждать под действием ультрафиолетового света, температуры окружающей среды, ускоренно нарастающей температуры или т.п.
Клеи, которые можно использовать для крепления пакета мембранных ячеек к корпусу, могут иметь низкую вязкость, которой можно достичь путем добавления реактивных разбавителей в смешанный клей. Добавляя разбавитель, можно получить клей меньшей вязкости и можно сделать возможным упрощенное нанесение клея. Меньшая вязкость также может обеспечить большее проникновение в пористую подложку и лучшее смачивание на непористой поверхности. В некоторых примерах разбавитель можно выбрать из группы, состоящей из простого диглицидилового эфира, простого диглицидилфенилдиглицидилового эфира и их сочетаний.
Клей, используемый для крепления пакета ячеек к корпусу, может быть более жестким, чем клей, используемый для крепления мембран друг к другу. Клей, используемый для крепления пакета ячеек к корпусу, может иметь состав, обеспечивающий достаточную механическую прочность, чтобы выдержать вес пакета мембранных ячеек, и может не деформироваться под давлением потока.
В некоторых вариантах реализации этого изобретения клей, используемый для крепления пакета ячеек к корпусу, может иметь вязкость в диапазоне от примерно 300 сП до 2000 сП при температуре окружающей среды. Время загустевания клея может находиться в диапазоне от примерно 3 0 минут до примерно 60 минут. Клей может иметь твердость по шкале D Шора в диапазоне примерно от 4 5 до 8 0 при температуре окружающей среды.
Корпус, в котором расположен и закреплен пакет мембранных ячеек для обеспечения аппарата электрохимической очистки, может быть изготовлен из любого подходящего материала, позволяющего текучей среде и току протекать внутри аппарата и сохранять текучую среду и ток внутри него. Например, корпус или кожух может быть выполнен из полисульфона, поливинилхлорида, поликарбоната или пропитанного эпоксидом стекловолокна. Материалы, используемые для корпуса, можно получать из процесса
экструзии, инжекционного формования или другого процесса, который, как правило, обеспечивает плотную структуру с в целом гладкой внутренностью. Чтобы усилить адгезионное сцепление между корпусом и пакетом мембранных ячеек, которое может оказаться недостаточным из-за сил непрерывного течения текучей среды, участок внутренней поверхности корпуса, где может быть прикреплен пакет мембранных ячеек, обрабатывают или модифицируют. Подготовка поверхности к улучшению уплотнения корпуса к периферии пакета может включать в себя методы, которые могут способствовать загрублению поверхности и увеличению площади поверхности для улучшения адгезионного сцепления. Например, подготовка поверхности может включать в себя химическую, механическую, электрическую или термическую подготовку поверхности и их сочетания. Эта подготовка может включать в себя, например, химическое травление или механическое загрубление.
В некоторых вариантах реализации в корпусе используют отверстия для нагнетания клея, способствующие доставке клея в желаемые области в корпусе для крепления пакета мембранных ячеек к корпусу. Для введения клея в корпус можно использовать одно или более отверстий для нагнетания клея. В каждой точке крепления в корпусе можно использовать более одного отверстия для клея. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены три отверстия для нагнетания клея в конкретное расположении с целью распределения клея к точке крепления надлежащим образом. Отверстия для нагнетания клея могут располагаться на прямой линии или могут быть рассредоточены в виде конкретного узора или рисунка, чтобы достичь желаемой подачи клея. В примерах, где используется клей низкой вязкости, он может проникать в каналы пакета мембранных ячеек, усиливая соединение между пакетом мембранных ячеек и корпусом. Нагнетая клей таким образом, можно контролировать количество используемого клея и выделяемого клеем экзотермического тепла.
В некоторых вариантах реализации этого изобретения мембраны можно крепить друг к другу и к прокладкам внутри пакета мембранных ячеек методами механического уплотнения.
Уплотнение может быть осуществлено путем формирования гребней или канавок на по меньшей мере одной из мембран и прокладок, используемых в аппарате электрической очистки. Гребни или канавки на первой мембране или прокладке могут сопрягаться с гребнями или канавками на второй мембране или прокладке. Гребни или канавки на первой мембране или прокладке могут взаимоблокироваться с гребнями или канавками на второй мембране или прокладке. Например, гребни или канавки на первой мембране или прокладке могут быть охватываемыми гребнями или фитингами, которые сопрягаются с гребнями или канавками на второй мембране или прокладке, которые могут быть охватывающими гребнями или фитингами. Ионообменную мембрану, такую как катионообменная мембрана или анионообменная мембрана, можно располагать и крепить между первой прокладкой и второй прокладкой. В некоторых вариантах реализации, после сборки последовательности прокладок и ионообменных мембран с образованием множества камер течения концентрата и разбавляемой текучей среды, эти камеры можно заполнять смолой, например, в виде взвеси смолы или суспензии смолы.
На ФИГ. 3 0 показан пример полученной инжекционным формованием прокладки 3004 для разбавляемого потока с канавками 3090 для сопряжения уплотнений на обеих поверхностях прокладки 3004. Один конец каждой проточной камеры 3092 заглушён, за исключением проемов 3 0 94, которые удерживают гранулы ионообменной смолы, но могут обеспечивать протекание текучей среды. Другой конец 3096 прокладки 3 0 04 может быть открыт для заполнения смолой. На этом конце могут присутствовать щели 3098 для размещения удерживающих смолу пластин. Прокладка для концентрата может быть выполнена точно так же. В некоторых примерах прокладка для концентрата может быть тоньше, чем прокладка для разбавляемого потока, потому что в некоторых вариантах реализации поток концентрата может быть ниже, чем поток через камеры разбавляемого потока.
На ФИГ. 31 показан вид в сечении через пакет прокладок 3104 и катионообменной мембраны 3100 и анионообменных мембран 3102 перед сборкой. Охватывающие элементы 3101 на первой
прокладке 3104а могут быть сопряжены с охватываемыми элементами 3103 на второй прокладке 3104b. Охватываемые элементы 3103 на второй прокладке 3104b также могут быть сопряжены с охватывающими элементами 3101 на третьей прокладке 3104с.
Чтобы усилить перенос ионов сквозь гранулы смолы и мембраны, может оказаться желательным наличие плотно упакованных гранул смолы. В частности, это может оказаться выгодным в камерах разбавляемого потока в применениях, связанных с водой сверхвысокой чистоты. Обнаружено, что существуют многочисленные возможные способы увеличения плотности упаковки. Например, можно замачивать смолы в концентрированном растворе соли, такой как хлорид натрия, а затем суспендировать в камеры. Во время работы аппарата электрической очистки смолы в камерах разбавляемого потока могут разбухать по мере деионизации разбавляемого потока. Можно также замачивать смолы в концентрированном растворе соли, такой как хлорид натрия, а затем сушить. Затем можно суспендировать смолы в потоке воздуха, а потом вдувать в камеры. Во время работы смолы могут разбухать как в камерах разбавляемого потока, так и в камерах концентрата, поскольку они подвергаются воздействию текучей среды, а смолы в камерах разбавляемого потока будут дополнительно разбухать по мере деионизации разбавляемого потока. В еще одном примере камеры концентрата можно заполнять до камер разбавляемого потока. Мембраны будут иметь возможность выпучиваться в камеры разбавляемого потока, а уже потом можно заполнять камеры разбавляемого потока. Расширение смол в камере разбавляемого потока во время работы может ограничиваться смолами, набиваемыми в камеры концентрата, тем самым увеличивая плотность упаковки.
На ФИГ. 32 показан вид в сечении части собранного пакета прокладок 3204, включая 3204а, 3204b и 3204с, и мембран, а также увеличенное изображение взаимоблокировки механических уплотнений. Как показано на увеличенном изображении, камеры 32 92 могут быть наполнены смолами сразу же после сборки пакета с желаемым числом пар ячеек. В камеры закачивают взвесь смолы в текучей среде. Смолы могут удерживаться в проемах 32 94 внизу
камер, когда через них протекает текучая среда-носитель смолы. Когда камеры полны, щелевые пластины задвигают на место, чтобы удержать смолу в камерах. Потом можно повернуть пакет на 90° и аналогичным образом заполнить смолой камеры разбавляемого потока.
На ФИГ. 33 показана часть пакета 3305 мембранных ячеек с установленными по месту удерживающими смолу пластинами 3307. Пакет 33 05 мембранных ячеек может быть закреплен в корпусе в конкретных точках вдоль периферии пакета 3305 ячеек. Например, пакет ячеек может быть закреплен в одном или более углах 3330 пакета 3305 ячеек.
В еще одном варианте реализации мембраны можно
герметизировать с прокладками посредством полученных методом
многокомпонентного формования термопластичного каучука (TPR)
уплотнений. После сборки и сжатия пакета прокладок и мембран
проточные камеры разбавляемого потока и концентрата заполняют
смолами. На ФИГ. 34 показана прокладка 34 04 для разбавляемого
потока с ободом 34 07 и полученным методом многокомпонентного
формования уплотнением 3409. Полученное методом
многокомпонентного формования уплотнение 3409 может присутствовать на обеих сторонах прокладки. Прокладка для концентрата может быть выполнена аналогичным образом. В некоторых примерах прокладка для концентрата может быть выполнена более тонкой, чем прокладка для разбавляемого потока, и может не содержать получаемых методом многокомпонентного формования уплотнений.
На ФИГ. 35 представлен вид в сечении через часть пакета прокладок и мембраны, включая прокладку 3511 для концентрата и прокладку 3513 для разбавляемого потока. Проемы 3594 удерживают смолу внутри камер 3592, а проемы или щели 3598 на противоположном конце камер 3592 обеспечивают возможность заполнения смолой. В этом конкретном варианте реализации показаны круговые обода 3507, но можно использовать обода других форм, таких как прямоугольные, квадратные или многоугольные, при условии, что получаемый пакет ячеек можно надлежащим образом прикрепить к корпусу. В некоторых вариантах
реализации обода 3507 могут исключать потребность в корпусе. Полученные методом многокомпонентного формования радиальные уплотнения 350 9 могут разделять впускные и/или выпускные коллекторы разбавляемого потока и концентрата и поэтому устранять необходимость в креплении или заливке углов. Перед добавлением смолы в пакет, этот пакет можно сжать для совместного уплотнения мембран и прокладок. Это можно осуществить, например, с помощью временных стяжек или зажимов.
На ФИГ. 3 6 представлен вид в сечении, иллюстрирующий удерживающие смолу пластины 3 607, установленные по месту после заполнения смолой камер 3615 разбавляемого потока.
В некоторых вариантах реализации герметизацию полученными методом многокомпонентного формования уплотнениями и сопряжение охватываемыми элементами и охватывающими элементами можно использовать совместно, чтобы обеспечить скрепленный пакет мембранных ячеек. Мембраны можно плотно соединять с прокладками посредством охватываемых и охватывающих элементов, а полученные методом многокомпонентного формования радиальные уплотнения и уплотнения на ободе могут обеспечить плотное соединение прокладок для разбавляемого потока с прокладками для концентрата. В этом варианте реализации может не понадобиться использование уплотнений корпуса или углов для плотного соединения пакета ячеек с корпусом.
В некоторых вариантах реализации предусматривается полученная методом инжекционного формования прокладка 37 04, которая включает в себя сетчатую область 3725, как показано на ФИГ. 37. На этой фигуре показано направление 3727 протекания текучей среды. На двух противоположных краях 3729 и 3731 предусмотрены проемы. Эти проемы могут быть образованы проволоками, которые вытягивают перед извлечением детали из литейной формы.
На ФИГ. 38А и 38В показаны подробности проемов, например, в позиции 3833, на краю 3829, как обсуждается в связи с ФИГ. 37. На ФИГ. 38А и 38В также показаны охватываемые элементы 3 8 03, которые могут взаимоблокироваться с охватывающими элементами 3801.
На ФИГ. 3 8В показана пунктирная линия разъема. Прокладку можно отформовать с одним набором нитей выше линии 3 8 35 разъема литейной формы и одним набором нитей ниже линии 3835 разъема. Нити сетчатой прокладки, как показано на ФИГ. 38В, имеют полукруглые поперечные сечения, а два набора нитей ориентированы перпендикулярно друг другу. Форму поперечного сечения, ориентацию и частоту нитей можно изменять, чтобы способствовать смешиванию текучей среды и/или уменьшать перепад давления. В прокладке можно отформовывать ребра или перегородки для образования проточных каналов и улучшения распределения потока.
В некоторых вариантах реализации охватываемые и охватывающие элементы отформованы соответственно сверху и снизу краев, которые содержат впускные и выпускные проемы 3833.
Выбор материала для прокладки может зависеть от его способности к формованию с тонкими стенками и малыми размерами, например, порядка примерно 0,060 дюйма (1,5 мм) или менее. Материал также может обладать способностью к формованию с малыми отверстиями, предпочтительно порядка 0,030 дюйма (0,75 мм) или менее. Материал может обладать подходящей упругостью для обеспечения надлежащей взаимоблокировки охватываемых и охватывающих элементов, а также может обладать химической совместимостью с подлежащей очистке текучей средой.
На ФИГ. 39 показан участок пакета прокладок и мембран. Как показано, охватываемые элементы 3 903 взаимоблокируются с охватывающими элементами 3 901. Точно так же, на ФИГ. 40, охватываемые элементы 4 0 03 взаимоблокируются с охватывающими элементами 4 001. Между прокладками закреплены катионообменные мембраны 4000 и анионообменные мембраны 4002. Прокладки для первого потока 4 037 уплотняют края мембран, предназначенных для второго потока, а прокладки для второго потока 4039 уплотняют края мембран, предназначенных для первого потока.
В некоторых вариантах реализации изобретения течение внутри камеры можно регулировать, перераспределять или перенаправлять для обеспечения большего контакта текучей среды с поверхностями мембран внутри камеры. Камера может быть
выполнена и расположена с возможностью перераспределения течения текучей среды внутри камеры. Камера может иметь препятствия, уступы, выступы, фланцы или перегородки, которые могут обеспечить структуру для перераспределения течения через камеру. Эти препятствия, уступы, выступы, фланцы или перегородки могут быть выполнены как часть ионообменных мембран, прокладки, или могут представлять собой дополнительную отдельную структуру, которая предусмотрена внутри камеры. Препятствия, уступы, выступы, фланцы или перегородки могут быть сформированы путем обеспечения продолжения из клея, которое может крепить ионообменные мембраны друг к другу. Прокладка может быть пропитана термопластичным каучуком для формирования выступов, которые могут быть связаны клеем с соседними мембранами. Термопластичный каучук можно нанести на прокладку с помощью таких процессов, как термокомпрессия или ротационная трафаретная печать. Камеры могут содержать или не содержать ионообменную смолу.
Как показано на ФИГ. 41, первая ионообменная мембрана 4151 и вторая ионообменная мембрана 4153 изображены с расположенными смежно с ними первой прокладкой 4155 и второй прокладкой 4157. Первый поток 4159 показан протекающим параллельно течению второго потока 4161 благодаря второй прокладке 4157, имеющей перегородки, которые перераспределяют течение от впуска 4163 прокладки 4157, вокруг первой перегородки 4165 и вокруг второй перегородки 4167, а затем через выпуск 4169.
Как показано на ФИГ. 42, первая ионообменная мембрана 4251 и вторая ионообменная мембрана 4 2 53 изображены с расположенными смежно с ними первой прокладкой 4255 и второй прокладкой 4257. Первый поток 4259 показан протекающим перпендикулярно течению второго потока 42 61 благодаря второй прокладке 4257, имеющей перегородки, которые перераспределяют течение от впуска 42 63 прокладки 4257, вокруг первой перегородки 42 65 и вокруг второй перегородки 42 67, а затем через выпуск 42 69.
На ФИГ. 4 3 и 4 4 показаны дополнительные варианты реализации с камерами для двух потоков, образованными с помощью полученных методом инжекционного формования прокладок. На ФИГ.
43 путь протекания для второго потока 4361 может быть прямоточным или противоточным по отношению к первому потоку 4359. На ФИГ. 44 путь протекания для второго потока 4461 может быть перпендикулярным первому потоку 4459. Выбранные сплошные участки прокладок могут быть соединены с соседними мембранами клеями. В альтернативном варианте, мембраны могут быть термически соединены с прокладками, например, посредством ультразвуковой, вибрационной или лазерной сварки. Как показано на этих фигурах, пунктирные стрелки обозначают течение во впускном и выпускном коллекторах для второго потока. Эти коллекторы являются не зависящими от впуска и выпуска в проточную камеру для второго потока. Поэтому ожидается уменьшение тока утечки между анодом и катодом через коллекторы.
В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен способ обеспечения источника питьевой воды. В некоторых вариантах реализации предусмотрен способ способствования производству питьевой воды из морской воды. Способ может включать в себя обеспечение аппарата электрической очистки, содержащего пакет ячеек. Способ может дополнительно включать в себя гидравлическое соединение подаваемого потока морской воды с впуском аппарата электрической очистки. Способ может дополнительно включать в себя гидравлическое соединение выпуска аппарата электрической очистки с пунктом использования питьевой воды. Морская вода или вода из устья реки может иметь суммарную концентрацию растворенных твердых веществ в диапазоне от примерно 10000 до примерно 4 5000 ррт. В некоторых примерах морская вода или вода из устья реки может иметь суммарную концентрацию растворенных твердых веществ примерно 350 0 0 ррт.
В этом варианте реализации пакет ячеек может содержать чередующиеся камеры ионного разбавления и камеры ионного концентрирования. Каждая из камер ионного разбавления может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения протекания текучей среды в первом направлении. Каждая из камер ионного концентрирования может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения протекания текучей среды во втором направлении, которое отличается от первого направления, как
обсуждалось выше. Кроме того, каждая из камер ионного концентрирования и камер ионного разбавления может быть выполнена и расположена с возможностью обеспечения заранее заданного процента площади поверхности или полезного использования мембран для контакта текучей среды с каждой из чередующихся камер ионного разбавления и камер ионного обеднения. Как обсуждалось выше, было обнаружено, что большее полезное использование мембран обеспечивает повышенные кпд при работе аппарата электрической очистки. В некоторых вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, превышает 65%. В других вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, превышает 7 5%. В некоторых других вариантах реализации полезное использование мембран, которое может быть достигнуто, может составлять более чем 85%.
По меньшей мере одна из камер ионного разбавления и камер ионного концентрирования может содержать прокладку. Прокладка может быть блокирующей прокладкой. Это может обеспечить прохождение притока морской воды по множественным каскадам или проходам через аппарат электрической очистки для обеспечения источника питьевой воды.
Первое направление протекания текучей среды и второе направление протекания текучей среды можно выбирать и обеспечивать посредством конструкции и расположения камер. Если использовать первое направление протекания текучей среды как направление, проходящее вдоль оси 0°, то второе направление протекания текучей среды может проходить в направлении под любым углом больше нуля градусов и меньше 360°. В некоторых вариантах реализации изобретения второй путь протекания текучей среды может проходить под углом 90° к первому пути протекания текучей среды, т.е. перпендикулярно ему. В других вариантах реализации второй путь протекания текучей среды может проходить под углом 180° к первому пути протекания текучей среды.
Способ может дополнительно включать в себя перераспределение текучей среды внутри по меньшей мере одной из чередующихся камер ионного разбавления и камер ионного
концентрирования. Одна или более камер могут быть выполнены и
расположены с возможностью перераспределения или
перенаправления течения текучей среды. Это может быть осуществлено посредством использования конкретной прокладки или мембраны, которая ограничивает камеру, что может придать конфигурацию с перераспределением течения текучей среды, как описано выше.
Аппарат электрической очистки может дополнительно содержать корпус, заключающий в себе пакет ячеек. По меньшей мере участок периферии пакета ячеек может быть прикреплен к корпусу. Аппарат электрической очистки может дополнительно содержать раму или несущую конструкцию, расположенную между корпусом и пакетом ячеек. Рама может быть смежной с или может быть соединена с пакетом ячеек для обеспечения модульного блока. Аппарат электрической очистки может дополнительно содержать второй модульный блок, который может быть прикреплен внутри корпуса. Второй модульный блок может быть прикреплен внутри корпуса так, что ионообменная мембрана первого модульного блока оказывается смежной с ионообменной мембраной второго модульного блока.
Способ обеспечения источника питьевой воды может включать в себя перенаправление по меньшей мере одного из электрического тока и течения текучей среды между первым модульным блоком и вторым модульным блоком. Это можно осуществить, например, предусматривая блокирующую прокладку между первым модульным блоком и вторым модульным блоком.
Для крепления модульного блока к корпусу, между рамой и корпусом может быть расположен узел кронштейна.
С использованием аппарата и способов по данному изобретению можно очищать или обрабатывать и подаваемую воду других типов, содержащую другие суммарные концентрации растворенных твердых веществ. Например, для получения питьевой воды можно обрабатывать солоноватую воду, имеющую суммарное содержание растворенных твердых веществ в диапазоне от примерно 1000 ррт до примерно 10000 ррт. Для получения питьевой воды можно обрабатывать рассол, имеющий суммарное содержание
растворенных твердых веществ в диапазоне от примерно 50000 ррт до примерно 150000 ррт. В некоторых вариантах реализации можно обрабатывать рассол, имеющий суммарное содержание растворенных твердых веществ в диапазоне от примерно 50000 ррт до примерно 150000 ррт, для получения воды, имеющей пониженное суммарное содержание растворенных твердых веществ, в целях сброса, например, в водоем, такой как океан.
Хотя выше были раскрыты примерные варианты реализации изобретения, в них может быть внесено много изменений, дополнений и исключений без отклонения от сути и объема изобретения и его эквивалентов, изложенных в нижеследующей формуле изобретения.
Специалисты в данной области техники легко поймут, что описанные здесь различные параметры и конфигурации являются лишь примерными и что фактические параметры и конфигурации будут зависеть от того конкретного назначения, по которому используются аппарат электрической очистки и способы согласно данному изобретению. Воспользовавшись не более чем рутинным экспериментированием, специалисты в данной области техники поймут или будут в состоянии определить многие эквиваленты описанных здесь конкретных вариантов реализации. Например, специалисты в данной области техники смогут понять, что аппарат и его компоненты в соответствии с данным изобретением могут дополнительно содержать сеть систем или быть составной частью системы очистки или обработки воды. Следовательно, должно быть понятно, что вышеизложенные варианты реализации представлены лишь в качестве примера и что в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов раскрытые аппарат и способы электрической очистки могут быть воплощены на практике не так, как конкретно описано выше. Данные аппарат и способы относятся к каждому индивидуальному признаку или способу, описанному здесь. Кроме того, любое сочетание двух или более таких признаков, аппаратов или способов, если такие признаки, аппараты или способы взаимно несовместимы, находится в рамках объема данного изобретения.
Например, корпус может иметь любую подходящую геометрию,
так что внутри него возможно крепление одного или более пакетов
мембранных ячеек или модульных блоков. Например, корпус может
быть цилиндрическим, многоугольным, квадратным или
прямоугольным. Что касается пакетов мембранных ячеек и модульных блоков, то любая подходящая геометрия приемлема при условии, что пакет ячеек или модульный блок может быть прикреплен к корпусу. Например, мембраны или прокладки могут быть прямоугольными по форме. В некоторых вариантах реализации корпус может не потребоваться. Геометрия мембран и прокладок может быть любой подходящей геометрией, такой, чтобы мембраны и прокладки можно было закрепить внутри пакета ячеек. В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным конкретное число углов или вершин на пакете ячеек. Например, для крепления пакета ячеек к корпусу может оказаться желательным наличие трех или более углов или вершин. В некоторых вариантах реализации геометрию любого из корпуса, пакета ячеек, мембран и прокладок можно выбрать так, чтобы согласовать с рабочими параметрами аппарата электрической очистки. Например, прокладки могут быть асимметричными для согласования с различиями в расходах между потоками разбавляемой текучей среды и концентрата.
Кроме того, следует понимать, что специалистам в данной области техники легко придут на ум различные изменения, модификации и усовершенствования. Такие изменения, модификации и усовершенствования следует считать частью этого изобретения, и они должны рассматриваться как находящиеся в рамках сути и объема изобретения. Например, можно модифицировать существующее оборудование так, чтобы в нем можно было использовать или внедрить один или более аспектов изобретения. Так, в некоторых случаях, аппараты и способы могут включать в себя подсоединение или конфигурирование существующего оборудования так, чтобы оно включало в себя аппарат электрической очистки. Соответственно, вышеизложенное описание и чертежи приведены лишь в качестве примера. Помимо этого, изображения на чертежах не ограничивают изобретения конкретно проиллюстрированными представлениями.
Употребляемый здесь термин "множество" относится к двум или более элементам или компонентам. Термины "содержащий",
"включающий в себя", "несущий", "имеющий", "вмещающий" и "подразумевающий", употребляемые либо в письменном описании, либо в формуле изобретения и т.п., являются открытыми терминами, т.е. имеющими смысл "включающий в себя, но не ограниченный этим". Таким образом, употребление таких терминов следует понимать как охватывающие перечисляемые после них элементы и их эквиваленты, а также дополнительные элементы. Применительно к формуле изобретения, только переходные выражения "состоящий из" и "состоящий по существу из" являются закрытыми или полузакрытыми выражениями. Употребление порядковых терминов, таких как "первый", "второй", "третий" и т.п., в формуле изобретения для изменения названия указанного в формуле элемента само по себе не означает какие-либо приоритет, предпочтение или порядок одного указанного в формуле элемента по сравнению с другим или порядок во времени, в котором проводятся действия способа, а означает лишь то, что эти термины употребляются как метки, чтобы отличить один указанный в формуле элемент, имеющий определенное название, от другого элемента, имеющего такое же название (но с употреблением порядкового термина), что позволяет различать указанные в формуле элементы.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Аппарат электрической очистки, содержащий пакет ячеек, включающий в себя:
первую камеру, содержащую первую катионообменную мембрану и первую анионообменную мембрану, причем первая камера сконструирована и выполнена с возможностью обеспечивать прямое течение текучей среды в первом направлении между первой катионообменной мембраной и первой анионообменной мембраной;
вторую камеру, содержащую первую анионообменную мембрану и вторую катионообменную мембрану, чтобы обеспечивать прямое течение текучей среды во втором направлении между первой анионообменной мембраной и второй катионообменной мембраной, причем каждая из первой камеры и второй камеры сконструирована и выполнена с возможностью обеспечивать контакт текучей среды с более чем 85% площади поверхности первой катионообменной мембраны, первой анионообменной мембраны и второй катионообменной мембраны.
2. Аппарат электрической очистки по п. 1, дополнительно содержащий корпус, заключающий в себе пакет ячеек, причем по меньшей мере часть периферии пакета ячеек прикреплена к корпусу.
3. Аппарат электрической очистки по п. 2, дополнительно содержащий раму, расположенную между корпусом и пакетом ячеек, с обеспечением первого модульного блока.
4. Аппарат электрической очистки по п. 3, дополнительно содержащий второй модульный блок, закрепленный внутри корпуса.
5. Аппарат электрической очистки по п. 4, дополнительно содержащий блокирующую прокладку, расположенную между первым модульным блоком и вторым модульным блоком.
6. Аппарат электрической очистки по п. 3, дополнительно содержащий узел кронштейна, расположенный между рамой и корпусом.
7. Аппарат электрической очистки по п. 1, при этом первое направление перпендикулярно второму направлению.
8. Аппарат электрической очистки по п. 1, дополнительно содержащий перераспределитель течения внутри по меньшей мере
2.
одной из первой камеры разбавления и второй камеры разбавления.
9. Аппарат электрической очистки по п. 1, при этом по меньшей мере одна из первой камеры и второй камеры выполнена и расположена так, чтобы обеспечивать обращение течения внутри камеры.
10. Аппарат электрической очистки по п. 1, при этом по меньшей мере одна из первой камеры и второй камеры содержит прокладку.
11. Аппарат электрической очистки по п. 10, при этом прокладка представляет собой блокирующую прокладку.
По доверенности
1/43
195995
806
ФИГ. 8
906
ФИГ. 9
ФИГ. 10
1006
ФИГ.
ФИГ. 15
ФИГ. 17
ФИГ. 18
ФИГ. 23А
2368
ФИГ. 24В
2602
2678
ФИГ. 28
/4,,; й^ЭД^^^ -/ -
-3100
ФИГ. 31
ФИГ. 37
38/43
ФИГ. 44
2/43
2/43
3/43
6/43
6/43
7/43
7/43
8/43
8/43
9/43
9/43
11/43
11/43
12/43
12/43
15/43
15/43
16/43
16/43
17/43
17/43
23/43
23/43
24/43
24/43
26/43
26/43
28/43
28/43
29/43
29/43
31/43
31/43
32/43
32/43
34/43
34/43
35/43
35/43
36/43
36/43
37/43
40/43
40/43
42/43
42/43