包括通过测量离子交换物质膨胀进行电流控制的去离子装置和方法

包括通过测量离子交换物质膨胀进行电流控制的去离子装置和方法
【专利摘要】从极性液体（F）例如水中去除离子的装置（2）包括至少一个隔室（14'），所述至少一个隔室包括用于进入的极性液体流的至少一个入口和用于流出的被去离子的液体流（D）的至少一个出口，在隔室（14'）中的一区域被可电化学再生的离子交换物质填充，液体流能够流经所述区域，所述装置（2）的特征在于，其包括检测离子交换物质的至少一个尺寸变化的一个传感器（1）。传感器可以包括光传感器或机械应力传感器。优选地，与传感器连接的仪器（100、10、11）能够分析此尺寸变化并且能够控制电流。本发明还涉及使用所述装置（2）的方法，从而根据树脂的膨胀控制施加到装置（2）的电流。
【专利说明】包括通过测量离子交换物质膨胀进行电流控制的去离子装置和方法
[0001]本申请是申请日为2011年6月29日、申请号为201110189559.X、发明名称为“包括通过测量离子交换物质膨胀进行电流控制的去离子装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及专门的电去离子(EDI)装置和方法。此装置和方法被用于从极性液体供应流生产至少部分被去离子的液体。
[0003]这里，“被去离子”是指“被去阴离子”，“被去阳离子”，或“被完全去离子”(也就是说，既被去阴离子又被去阳离子)，而不管所实现的去离子的程度。
【背景技术】
[0004]连续的或不连续的EDI在本领域中是大家熟知的方法，其使用电活性介质和电势差来驱动离子传输，从极性液体例如水中至少部分地去除已电离的和可电离的(ionizable)种类。去离子(deionization)发生在EDI的至少一个稀释液隔室中，所述至少一个稀释液隔室是电化学装置中的隔室，在这里进行净化，即去除污染物。
[0005]EDI当前涉及标准的水去离子技术。它的最初原理，即在电渗析堆的稀释液隔室中使用混合床离子交换树脂，已经被Millipore Corporation从1987开始商业化了。
[0006]通常，EDI模块包括至少一个可以用隔膜分开的电极和隔室对，稀释液隔室被充满离子交换物质。典型地，隔室中稀释液隔室和浓缩液隔室交替，并且分开这些隔室的隔膜是离子交换隔膜，通常阴离子和阳离子交换隔膜交替。根据此概念，包括电极的隔室即电极隔室可以用作稀释液或用作浓缩液隔室。
[0007]离子交换物质通常是珠子(传统的离子交换树脂)、粉末、纤维(织物或非织物纺织品)以及多孔块形式的阳离子和阴离子交换物质。它们在隔室中填充一定的体积作为床，并且允许液体流流经空隙体积(void volume)并且允许离子电流被传导通过离子交换物质。它们通常被称为“树脂”。
[0008]在现有技术中，EDI的稀释液隔室中的离子交换物质的不同排列是可能的。最初的排列是离子交换树脂的混合床。可替代排列是阳离子和阴离子交换树脂层交替分布，叫做分层床。还已知，阳离子交换树脂和阴离子交换树脂用在完全分开的稀释液隔室里，以连续的模式进行电化学的再生。在某些方案中，供应水溶液顺序地流过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂床，并且例如在电极反应中产生的H+和OH-被用于树脂的再生。
[0009]在已知的利用离子交换物质的电化学再生的EDI方法和相关装置中，液体流分别被供应入和流出每个隔室，或者通过放置在隔室外面的公共收集器被分布在模块的平行隔室之间。用作供应液的典型的液体是预处理过的水,例如反渗透的产物水(reverseosmosis permeate)。
[0010]当在电极之间施加电压时，离子电流被主要传导通过离子交换物质。从供应流中去除离子直接在离子交换物质内进行，在这里它们被用H+或OH-离子交换。在再生的过程中,产生的H+和OH-离子，例如通过电化学增强的水离解产生的，再生对应的离子交换物质同时产生浓缩液作为废物。通常需要树脂的特殊再生程度以提供离子污染物从离子交换物质中的充分去除，以及在水消电离(water deionization)的应用中用于生产高电阻率的水。如果树脂的再生度不够高，稀释液的电阻率也就是所生成的水的质量会降低。
[0011]在供应水流速和组成固定也就是所有污染物的浓度固定的情况下，离子交换物质的再生度和直流电流成正比。应指出，再生形式的树脂，也就是对于阳离子交换树脂来说是H+离子的形式以及对于阴离子交换树脂来说是OH-离子的形式，溶胀(swell)更强烈，也就是比其(最初的)盐形式体积大。
[0012]如果EDI模块的稀释液隔室被树脂完全充满，所述树脂的再生度的提高导致树脂的膨胀和隔室的壁上的机械应力。此应力导致形成隔室的元件上的压缩应变，即，它使隔膜、框架、流量分配器等变形。这可能导致内部或外部的泄露。此外，将电流保持在大大高于足以保持需要的再生度的水平会导致过度的能源消耗。
[0013]另一方面，如果床的再生度降低并且体积减小，则隔室不能被树脂床完全充满，并且可能导致空隙区域中的电阻增大，树脂床的流化以及隔膜的机械支撑减弱。所有的这些现象都是对模块性能及其寿命不利的。而且，电流强度不够高不足以使树脂充分再生和去除污染物将导致生成的水质量低下。
[0014]因此，为了 EDI模块的可持续并且可靠的操作，需要正确地调节电流以防止上面提到的缺陷。
[0015]通常，当测量供 应水的参数时，例如电导率以及用于反渗透产物水而溶解的CO2和硅的浓度，考虑固定的流速，可以计算出EDI的最佳电流。但是，供应水的特征随着时间的推移可能改变，这可能是由于上游处理的不稳定性或系统用水的质量变化所导致。而且，在装置的使用寿命期间通过EDI设备的流速可能改变。由于所有这些可能的变化，设置的电流可能偏离最优值，并且这可能引起故障。
[0016]一些现有技术的文献已经指出了 EDI装置中电流控制的重要性。不同的参数常常作为电流控制的信号被监控。
[0017]例如，专利申请US2004/060823公开了一种自动控制通过EDI单元的设置电流的方法。通过测量供应水的电导率和使用电导计的输出自动调整穿过EDI单元的电流，连续不断地监控被供应至EDI单元的水的离子负载。本方法的局限性是电导率测量只估计已电离的种类含量而没有估计可被电离的分子含量。在典型的EDI供应水的组成中，作为可被电离的分子的CO2的浓度通常可以与盐离子的浓度类似(comparable)。因此，根据本方法的电流调节是不令人满意的。
[0018]US7264737B2公开了一种包含硼含量分析仪的水处理系统。通过调节EDI单元中的电流或电压，并且将稀释液隔室中的离子交换树脂的一部分保持于充分再生的状态下，控制器响应于在所生成的水中检测到的硼浓度。但是，在线硼含量分析仪价格昂贵并且需要特别的维护，因此根据该专利它们的使用对本领域的技术人员来说不是容易的解决办法。
[0019]在US2008/0156710A1中，使用EDI装置的水生产设备包括检测装置，其在处理的不同阶段测量水温，以及控制装置，其在这些水温的基础上控制被施加到EDI装置上的电压或电流。因为温度不与污染物水平直接相关，所以使用温度作为EDI中的电流调节参数不是令人满意的。
[0020]因此，用于控制EDI设备中的电流的现有技术的方法或者不充分或者过于浪费，所以现在需要一种简单可靠的方法用于调节电流和保持EDI中的离子交换物质的足够的再生度。此外，这些现有技术的文献都没有考虑或建议用离子交换物质的膨胀作为控制电流的参数。

【发明内容】

[0021]这里公开的解决方法提供一种控制EDI装置中的电流的简单方式。这个问题的解决方法较便宜并且另外提供了最优化去离子的能量消耗(操作成本)的可能性，同时提供生成的水的所需质量并且避免了装置中的机械损坏(例如严重的隔膜变形，或内部或外部泄漏)。
[0022]据此并且具有优势地，本发明提供了以简单、有效且经济的方式解决上面讨论的一个或多个问题的装置和方法。
[0023]本发明提供了一种用于从极性液体中去除离子的装置，其中，所述装置包括电极，至少一个隔室，所述至少一个隔室包括用于进入的极性液体流的至少一个入口和用于流出的被去离子的液体流的至少一个出口，在所述隔室中的一区域被可电化学再生的离子交换物质填充，液体流能够经过所述区域，所述装置的特征在于其包括检测填充所述区域的离子交换物质的至少一个尺寸变化的至少一个传感器。
[0024]隔室通常是稀释隔室或净化隔室，因为其产生净化的和稀释的液体。这个区域是净化区或稀释液区。
[0025]根据本发明，隔室由离子交换介质和将介质包含在里面的塑料材料的框架组成。稀释液隔室是这样的隔室，根据本发明，在其中至少具有可以在里面发生去离子作用的稀释区。根据本发明，模块是隔室和电极的组件。
[0026]如果一个以上稀释液隔室被包括在装置中，那么根据本发明，优选只有一个稀释液隔室包含检测至少一个尺寸变化的传感器。其它的隔室可以包括用于缓冲填充所述隔室的一部分的离子交换物质的至少一个尺寸变化的装置。这些装置例如是与多孔的流量分配器连接的弹簧，或位于所述隔室内的挠性壁，例如所述方向变化的阻尼器。这具有优势地减少了破坏所述稀释液隔室元件，例如外壳、隔膜和流量分配器，的危险。这些缓冲装置还有利地提供了离子交换物质以合适的密度和与所述隔室元件本身良好接触的方式在所述隔室的一部分内的均匀封装。在根据本发明的装置的使用过程中，它们还有利地防止了流体沟流(flow channeling)同时提供良好的导电性。
[0027]传感器是能够检测并且优选能够检测并记录离子交换物质的至少一个尺寸变化的元件。通常传感器是仪器或仪器的一部分。所述方向变化通常发生在用装置从极性液体中去除离子的过程中离子交换物质边界的位移处。所述位移可以是线性位移。
[0028]离子交换物质的尺寸变化主要是导致机械应力的隔室里面所述材料的体积变化。此体积变化取决于物质的离子含量。以其再生形式存在的离子交换物质的体积通常比盐形式的体积大。例如，交联剂的重量占8%的一种典型阳离子交换物质的H+离子形式的体积比Na+离子形式的体积大7%。交联剂的重量占8%的一种典型阴离子交换物质的OH-离子形式的体积比Cl-离子形式的体积大20%。
[0029]当离子交换物质由刚性球状珠组成时，这些珠子相对于它们的离子形式改变它们的直径，因此导致由这些珠子形成的床的总体积的变化(三维的)。例如，如果离子交换物质的床完全充满在所有侧面被壁限制的隔室，床的总体积的增加将在隔室壁上产生机械应力。
[0030]由膨胀的树脂引起的膨胀程度和机械应力取决于离子交换物质的类型、交联度和再生度，以及取决于隔室的几何参数并且还取决于初始放置到隔室内的离子交换物质的量。其还随着温度、隔膜和框架的机械性能以及本领域内有经验的技术人员已知的其它参数而改变。
[0031]传感器的优选位置是完全处于隔室内部，在这里，预期有树脂膨胀的最强列的变化。
[0032]根据本发明，由树脂膨胀产生的机械应力通过至少一个机械应力传感器测量，例如优选安装在隔室的框架中的压阻式传感器、磁阻式传感器或磁致伸缩式传感器，并且所述机械应力被用作通过树脂膨胀控制电流，即再生度测量，的参数。机械应力传感器的信号优选被提供至控制施加在EDI装置上的电流的电子装置。具有优势地，隔室内部机械应力的测量被用于充分控制电流，所述电流将被应用于隔室以在不破坏隔室的情况下生产所需质量的水。
[0033]在变异中，传感器包括通常完全放在区域里面或者和区域接触的机械应力传感器。例如机械应力传感器被安装在隔室的框架中，例如，安装在所述框架的壁上。被所述传感器测量的应力是隔室内的水压与由溶胀的离子交换树脂物质机械地产生的额外应力的总和。
[0034]机械应力传感器还可以包括压阻式传感器、磁阻式传感器或磁致伸缩式传感器，或本领域技术人员熟道的其它类型例如线性差动变换器。机械应力传感器通常测定离子交换物质的边界位置，并且能够产生与此位置相关联的信号。从传感器出来的信号典型地用作电流控制的参数。
[0035]机械应力传感器可以与支撑构件例如弹簧和板相关联地使用，提供机械应力测量的更高精度。在优选的实施例中，离子交换物质的边界位置被通常由弹簧支撑的板固定。在另一实施例中，机械应力传感器是被离子交换物质驱动的可移动部分，例如杆，并且此可移动部分与调节电流的电位器的可移动部分机械连接。
[0036]根据本发明，传感器可以包括通常被放置在隔室外面的光传感器。
[0037]根据优选的实施方式，传感器包括光传感器，光传感器包括通常被置于区域里面或与区域接触的机械元件和检测所述机械元件的位移的光检测器，光检测器包括通常放在隔室外面的收发器，并且其中，在机械元件的周围隔室具有与机械元件相邻的至少一个透明壁(或窗户)，以使从发射器到接收器的光信号可以通过隔室。
[0038]本描述既不限制于装置的类型(模块的设计、传感器等)，如果有支撑构件也不限制于所述支撑构件(弹簧、固定装置等)，也不限制于传感器的类型。这里公开的电流控制可以应用于(具有混合床、具有分层的或分隔开的床等)不同概念的EDI装置，并且在装置(树脂珠床、离子交换块等)中使用不同的离子交换物质。从传感器到控制器以及从控制器到EDI电源的信号传输可以借助于电线，以及通过不同的无线技术完成。如果认为这样的措施对某些EDI的结构更有利，电流的调节还可以与浓缩液隔室内和/或电极隔室内的离子交换物质的膨胀有关地进行。
[0039]根据本发明，本装置可以还包括大体上不同于根据本发明的传感器的另一个传感器，其能够测量可以流通通过所述区域的液体流的液压(并且只能测量此液压)。如果根据本发明的传感器对膨胀的离子交换物质产生的机械应力和液体的液压都起反应，则极性液体液压的另外测量应该从根据本发明的传感器执行的测量中减除(deduct)。从而能够获得离子交换物质的尺寸变化的更精确的测量结果。
[0040]根据本发明的传感器通常能测量隔室里面液体的液压和离子交换物质的尺寸变化，而另一个传感器能测量隔室里面液体的液压。例如，如果另外一个传感器监控隔室的下游压力，并且如果在隔室里面的根据本发明的传感器监控应力，那么这两个传感器的测量结果可以用来计算离子交换物质导致的机械应力。在装置下游的表压接近于零(例如流至大气压力下的储槽)的情况下，被靠近隔室例如稀释液隔室的出口放置的传感器上的应力的测量值可以认为是由于此隔室中的离子交换物质的尺寸变化而导致的机械应力的测量值。同样在大范围流速中提供恒定压力的情况下，例如使用压力调节器或止回阀，通常不需要此液压的另外监控，并且通常从隔室内部的传感器的测量值中减去预定的或恒定的液压值，以推导出树脂膨胀的机械应力。
[0041]在变异中，根据本发明的装置包括被连接至传感器的仪器，并且优选地，此与传感器相连的仪器能够分析离子交换物质的尺寸变化，并且能够控制被传导通过所述隔室或通过此装置的电流。
[0042]本发明还包括从极性液体中去除离子的方法，其中所述极性液体的至少一部分作为液流流经位于隔室内的可电化学再生的离子交换物质，在隔室中施加电场以使将被去除的尚子移动。
[0043]本方法包括控制被传导通过所述隔室的电流的步骤。
[0044]本方法的特征在于它包括测量离子交换物质的至少一个尺寸变化的步骤，并且还包括考虑了此离子交换物质的尺寸变化的控制电流的步骤。
[0045]控制电流的步骤至少与隔室中的电流关联，然而它可以还控制包括隔室的装置中的电流。
[0046]在一个实施例中，将被去除的离子优选在与流经所述离子交换物质的液流相反的方向上移动。从而，用于离子去除的液体的流动可以被指向与离子交换物质内的离子移动相反的方向，也就是逆流。将通过离子交换去除的来自供应流的相应离子在离子交换物质内进一步移动并且最终在电极处被释放至浓缩液流，进入废物。
[0047]离子交换物质通常被以电化学方式连续再生。因此，来自供应流的离子可以被连续地交换，并且获得基本上没有相应的盐离子的液流。
[0048]所述物质的再生度被用作通过所述材料的体积变化控制电流的参数。
[0049]极性液体的特征可能因为上游处理的不稳定性(例如温度、氧化皮、堵塞或老化的影响)或者系统用水质量的变化(水供应商源的改变、季节变化等。)而随着时间的推移改变。同样在模块的使用寿命期间通过EDI的流速可能改变。具有优势地，本发明的方法提供了一种具有所有的这些变化条件的操作方法，具有电流的良好控制级别。
[0050]作为极性液体的典型液体是预处理过的水，例如反渗透、纳米过滤或超过滤的产物水。
[0051]用于从极性液体中去除已电离的或可电离的成分的本发明的方法和装置的原理不但可以应用于水电解质溶液而且可以用于其它的极性溶剂或水/极性溶剂混合物中的溶液。
[0052]优选地,对每一个EDI装置的设计来说,确定用于EDI装置的电流最大值的最大容许机械应力被试验地确定。如果达到了此最大值，控制器会减小被传导通过隔室的电流，以防止树脂的过度膨胀以及随后在框架上和隔膜上产生应变。这将降低可能的泄露风险和隔室的能量消耗。机械应力的下限可以被设置用于限制电流。例如，如果盐形式的树脂和再生形式的树脂的比值减小，则树脂珠收缩且传感器接收到的机械应力可以消失。在这种情况下，控制器应该增大电流强度以达到大于所设定的最小值的值。
[0053]电流变化和树脂膨胀之间的时间段应该被控制器考虑在内。系统可能用较长的时间达到稳定状态，在稳定状态下，树脂膨胀对应于新的应用电流，并且在控制电流时必须考虑这个事实。传感器、控制器和电源之间的控制(调节)算法和连通的细节在这里没有详细描述，本领域的技术人员很容易得到。
[0054]不过，这里描述了电流调节的可能的方式，但没有详述算法的细节。
[0055]EDI装置内树脂床的膨胀以某个预定的间隔测量。测量之间的时间间隔根据模块设计和尺寸以及操作条件来选择。操作可以持续几分钟到几小时。优选地，进行几次测量并且计算并考虑平均值。
[0056]被传感器记录的树脂膨胀的某一范围被定义为“最佳范围”，在此范围内，不用调节并且模块工作在恒定的 电流下。
[0057]在此最佳范围之外有两个“可接受的”膨胀范围，在这些范围内电流被调节。如果膨胀低于其最佳范围，要最大电流。电流增大的增量可以被预设或者其可以取决于膨胀的测量值与预设的相应最佳值之间的差，例如，增量被与此差值成比例地增加。电流被改变的时刻与考虑膨胀的下一次测量之间的时刻之间的时间间隔可以固定或者可以变化，例如，根据电流强度的增量。
[0058]如果膨胀在“可接受的范围”内，但高于最佳范围，以与上面描述的方式类似的方式减小电流。
[0059]超出最佳的和可接受的范围的膨胀是不合需要的。当树脂床的膨胀为无法接受得低时可能导致生成的水质量下降。当树脂床的膨胀为无法接受得高时可能导致效率低的能量消耗以及可能的泄露。如果膨胀无法接受得低，电流可以被设置到最大值，例如设置成预设值或可从电源得到最高电流，目的是便于树脂的再生并且使树脂膨胀接近最优范围。如果膨胀无法接受得高，电流可以被设置到最小值，例如设置成预设值或完全关掉电源。无法接受的范围内的膨胀应该被连续监控直到测量值移动至可接受的或最佳范围。
[0060]根据本发明，测量离子交换物质的尺寸变化的步骤借助于传感器进行。
[0061]在实施例中，传感器包括光传感器。
[0062]在独立于或不独立于前面的实施例的优选实施例中，传感器包括机械应力传感器。
[0063]本发明还公开了一种方法，另外包括测量经过离子交换物质的液流的液压的步骤。[0064]优选地，控制电流的步骤考虑了在没有液流液压影响的情况下离子交换物质的尺寸变化。
[0065]作为变异，通过对流出液流中的压力下降的水动力调整来控制液流流动。
[0066]离子交换隔膜的存在是可选的。可选地，具有被置于隔室中的可电化学再生的离子交换物质不必须意味着该物质完全充满隔室。所述物质通常充填隔室的区域，例如包括两个离子交换隔膜之间或电极与离子交换隔膜之间的区域。无论如何，离子交换物质充填此区域通常作为离子交换物质的固定床。
[0067]对应于进入和流出的液流之间的压力差的本装置的水阻力与本装置的设计紧密相关，这是本领域技术人员所熟知的。
[0068]根据本发明，如上面所描述的包含阴离子交换物质的装置可以用于有效地去除存在于供应流中的盐阴离子。它还能够去除以未离解的分子形式存在的弱离酸(weaklydissociated acid),例如碳酸(或CO2)、娃酸、硼酸等。 [0069]根据本发明，如上面所描述的被充满阳离子交换物质的装置可以用于有效地去除存在于供应流中的盐阳离子。它还能够去除以未离解的分子形式存在的碱(base)，例如NH4OH (或 NH3)、胺(amines)等。
[0070]下面描述的装置可以用于从极性液体中去除酸或碱，或者用于从酸或碱的水盐溶液生成碱或酸，用OH-或H+离子置换相应的离子。
[0071]可再生的离子交换物质通常是离子交换树脂床。更通常地，惯用的离子交换物质是树脂珠、离子交换树脂的高目数(mesh)珠、粉状树脂以及纤维的或多孔的离子交换器。它们可以被提供为床或块。
[0072]对于阳离子和阴离子的去除，也就是完全的去离子，解决办法是两个装置串联使用，一个充满阳离子交换物质并且另一个充满阴离子交换物质。在这种情况下，装置串联的优选顺序必须考虑污染的类型确定。对于天然的典型污染物或处理过的(例如通过反渗透)的自然水来说，阳离子交换物质-阴离子交换物质的顺序通常是有利的，但并不限制于此顺序。如果希望，在不超出本发明的范围的情况下，可以将两个装置集成到一个壳体内。
[0073]根据本发明的具有优势地用于完全去离子的另一种解决办法是使用其中液体流被引导成相对于离子交换物质内部离子移动的逆流的装置，其中，双极性电极或离子交换隔膜，优选双极性隔膜，被用于形成再生的H+和OH-离子。在极性液体是水溶液的情况下使用双极性隔膜是有利的，因为它只导致水电化学增强地离解成H+和OH-离子，而不像电极那样形成气体和其它的副产品。
【专利附图】

【附图说明】
[0074]在被去离子的是水溶液的情况下，通过考虑下面的详细描述结合附图，本发明的技术将被很容易地理解，其中:
[0075]图1是使用根据本发明的任何去离子装置的根据本发明的方法的示意性表述；
[0076]图2是根据本发明的去离子装置的第一实施方式的示意性表述；
[0077]图3是根据本发明的去离子装置的第二实施方式的示意性表述，此时隔室充满树脂珠；
[0078]图4是根据本发明的去离子装置的第二实施方式的示意性表述，此时隔室充满树脂珠并且机械应力被传递到框架上；
[0079]图5是根据本发明的去离子装置的第二实施方式的示意性表述，此时隔室没有完全充满树脂珠；以及
[0080]图6是根据本发明的去离子装置的第三实施方式的示意性表述。
【具体实施方式】
[0081]为了便于理解，如果可能，使用相同的附图标记表示附图共有的元件。图示不按比例并且附图中各个元件的相对尺寸是示意性描述，不按比例。
[0082]在所有的图示中，隔室由它的框架限定。
[0083]图1是根据本发明的EDI装置2的根据本发明的方法的示意性表述。
[0084]根据本发明的方法，装置2可以被用于去除阴离子或用于去除阳离子，以及用于完全去电离。
[0085]进入的极性液体流(F箭头)通过入口 4进入装置2。被去离子的液体流或稀释液(D箭头)通过出口 6从装置2流出。浓缩液流(C箭头)可以从出口 5流出。其中每一个包括一个电极的两个端板7和8限定出隔室(9、14’)的模块(7、8)，所有隔室9和14’被充满离子交换物质(图中未示出)并且被端板7和8堆置在一起。隔室14’和任何其它的隔室9一样，除了在隔室14’内放置了机械应力传感器I’之外，机械应力传感器I’优选放置在壁上并且靠近出口 6。 此机械应力传感器I’测量树脂的膨胀，并且提供信号，信号被经由仪器100传输至电子装置或控制器10，仪器100是量发射器(QT)仪器。这使得能够借助于电源11控制施加到EDI装置2的电流。电流被通过电线12和13从电源11传导到EDI装置2。
[0086]根据本发明，在一个以上的隔室中设置传感器I’是可行的。
[0087]电流强度和树脂膨胀的相互依赖关系可以表述如下:通过EDI装置2的电流增大意味着树脂再生度的提高。树脂再生度的提高意味着树脂溶胀的增强引起所述树脂更强烈的膨胀。根据本发明，控制基于对EDI装置内部的树脂床的膨胀的测量，并且作用于电流强度。
[0088]图2是根据本发明的EDI装置20的第一实施方式的示意性描述。这里只描绘了装置20的一部分。装置20包括限定隔室14的框架14和可移动的流通型电极15。隔室14是稀释液隔室，其被充满离子交换物质，在图中被显示为树脂床17。极性液体流通过入口 4进入隔室14 (F箭头)。出口 5用于冲洗电极15的液体流出(C箭头)。液体流被引导成相对于离子交换物质17内的离子电迁移的逆流(counter-current)。被整体放置在隔室20的区域Z2tl中的传感器I包括存在于可移动电极15和机械应力传感器16之间的弹簧3。机械应力传感器16被垂直地固定并且被连接至与控制器(没有显示)相连的导线26。在本图中，弹簧3推动电极15使电极15保持和离子交换物质17接触。如果隔室14内部的离子交换物质17通过溶胀而改变膨胀程度，电极15将会移动并且传递到传感器16的应力将改变。这导致对此运动进行检测并且估计树脂的再生度。弹簧3将机械应力从电极15传递至机械应力传感器16。
[0089]例如，如果树脂的体积减小，弹簧3将推动电极15向树脂17的方向运动。因此，通过弹簧3传递到传感器16的机械应力被减小。
[0090]如果接近了设置的最低机械应力，控制器可以增大电流以提高树脂17的再生度，树脂17的体积将增大。
[0091]本结构允许使用具有低交联度的离子交换物质，其通常通过溶胀表现出更强的膨胀。
[0092]图3、4和5是根据本发明的去离子装置22 (部分示出)的第二实施方式的示意性表述。
[0093]装置22包括由框架限定的隔室14’，所述隔室14’被充满离子交换物质17’作为树脂珠床。根据本发明，传感器I’被完全放置在隔室14’的区域Z中。传感器I’包括弹簧3’，作为流量分配器的多孔棒18，以及T型元件形式的机械应力传感器19。多孔棒18从隔室14’的一侧限制树脂床17’。流动液流流经在隔室14’内均匀分布的珠床17’，流经多孔棒18并且通过多孔棒18上游的出口 5’ a流出隔室14’ CF'箭头)。机械应力传感器19被固定在棒18上，在与树脂床17’相反的一侧棒18的运动被弹簧3’传递。多孔棒18可以是具有一定程度弹性的塑料材料。
[0094]在图3的情况下，电流的状态是正常的。树脂膨胀是正常的:在“最佳状态”范围内。这是稳定状态的操作，且电流是恒定的。
[0095]在图4所示的离子交换物质过度膨胀的情况下，机械应力将被传递到棒18，棒18被轻微变形并将机械应力传递到传感器19。检测变形。但是树脂膨胀仍在“可接受的范围”内，且电流被减小。如果树脂膨胀达到可接受的范围之外的值，电流会被切断。
[0096]图5是根据本发明的去离子装置的第二实施方式的另一种示意性描述。图5与图3和4的不同点是隔室14’没有被树脂珠完全充满。珠床17’a包括没有被珠完全充满的区域Z’。区域Z’可以代表被流化的珠床的上区域。这是电阻被增大了的区域。没有机械应力被传递到传感器I’并且电流需要增大。
[0097]图6是根据本发明的去离子装置27的第三实施方式的透视图的示意性描述，只有一个隔室14"被示出了。隔室14"被非常简要地表示出来以示意光传感器是如何根据本发明进行实施的。
[0098]在这种情况下，根据本发明的传感器1〃包含光传感器，光传感器包括光信号或光的发射器23 (如图6所示，在隔室14〃的前面)，接收器24 (如图6所示，在隔室14〃的后面)，以及被连接至发射器23和接收器24的分析器25。分析器25被连接至控制器(图中未示出)。弹簧3"被固定在隔室14"和可移动的板18"之间。这里，可移动的板18"被看作是传感器1'的一部分。树脂珠形式的离子交换物质17"被提供作为隔室14"中的床。珠床17"在可移动的板18"下面填充隔室，可移动的板18固定树脂床17"在隔室14〃内的位置。阴离子交换隔膜26和阳离子交换隔膜27限定隔室14"的两个侧壁，在图6中分别表述为右壁和左壁。可移动的板18〃可通过透明窗口 28检测到。透明窗口 28形成隔室14〃前壁的一部分(如图6所示)。光传感器(23、24、25)被置于隔室14〃外面。可以检测与树脂17"的体积尺寸变化相对应的板18"的位置的微小变化，使得控制电流成为可能。流动液流(F箭头)流经在隔室14〃内均匀分布的珠床17"，经过多孔棒18〃并且通过出口 5’流出隔室14〃(箭头F’)。
【权利要求】
1.一种从极性液体(F)中去除离子的方法，其中，所述极性液体(F)的至少一部分作为液流经过位于隔室(14、14’、14〃)中的可电化学再生的离子交换物质(17、17’、17〃)，在隔室中施加了电场以使将被去除的离子移动， 所述方法包括控制被传导通过所述隔室(14、14’、14〃)的电流的步骤， 所述方法的特征在于，它包括测量所述离子交换物质(17、17’、17")的至少一个尺寸变化的步骤，并且，控制电流的步骤考虑了所述离子交换物质(17、17’、17")的所述尺寸变化，其中，测量所述离子交换物质(17、17’、17")的尺寸变化的步骤借助于传感器(I ;1’ ；1")进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器(1〃)包括光传感器(23、24、25)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器包括机械应力传感器(1、1’、18")。
【文档编号】C02F1/42GK103787470SQ201410028443
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2011年6月29日 优先权日:2010年7月1日
【发明者】A·格拉博夫斯基 申请人:Emd密理博公司