离子交换树脂容器的制作方法

本实用新型涉及液体处理领域，并且特别地涉及一种离子交换(IEX)树脂容器以及一种用于处理液体的方法。

背景技术：

IEX树脂广泛地应用于液体处理，例如，用于从水中去除不希望的离子—阴离子或阳离子或者二者。IEX树脂同样在家用器具中具有应用，例如蒸汽熨斗、具有分离蒸汽生成器的熨斗、蒸汽机、具有蒸汽生成器的真空吸尘器、饮用水壶等。在这些应用中，IEX树脂用来从水中去除矿物质从而降低当水被加热到沸腾或者到蒸汽时的水垢的量。如果没有正确地处理，水垢可能导致在这些器具中的很多问题，例如低效率热传导、流动路径的堵塞、水垢颗粒的释放以及变短的产品寿命。

在特定数量的液体处理之后，IEX树脂变得饱和或者耗尽，并且需要再生或者更换。在业界的应用中，通常通过在熟练的用户的精确控制下使用例如盐、酸或者碱的化学物质进行再生。

通常，在家用器具中，IEX树脂收纳在硬的塑料卡盒中。卡盒本身然后通常被密封在铝膜袋中从而防止树脂由于阳光暴晒或者空气而发生劣化。为了更换IEX树脂，通常用户不得不丢弃耗尽的树脂、卡盒以及铝膜袋，这样就比较浪费并且不利于环保。另一方面，为了仅仅更换树脂，用户必须处理直径小到约0.3mm的松散树脂珠粒，这比较杂乱并且不方便。

在水处理的进程中，树脂经历了体积改变。虽然一些类型的IEX树脂在水处理的过程中会膨胀，一些其他的类型在使用时会缩水。常规地，对于在使用时膨胀类型IEX树脂，在硬盒的卡盒中提供自 由的体积从而容纳体积扩张。由于树脂珠粒最初是松散包装的，存在不充分的水-珠粒接触从而导致较低的处理效率。为了解决这个问题，卡盒通常制造得较大或者较长，而具有更多的填充其中的树脂。可代替地，水的流动方向限制于顶部到底部流动设计，限制了设计自由。在IEX树脂使用时缩水的情况下，树脂珠粒包装在使用时变得松散，并且由于不充分的水接触，水质量迅速恶化。为了解决这个问题，已知有添加遇水膨胀剂，遇水膨胀剂通过吸收水而体积扩张并且即使其收缩也保持树脂珠粒在包装的状况中。在两种情况下，解决方案相对来说都很昂贵。

公开于1965年4月27日的US公开号US3180825描述了一种用于工业应用中的流体处理的过滤器。该过滤器包括包含着内部柔性盒体的外部硬盒体。滤床包含在内部柔性盒体中。在柔性盒体和硬盒体之间液压或者气动地提供可变体积的腔室，因此外部压力施加在柔性盒体的外表面上从而将滤床的材料保持在紧致状态。

在家用器具中，提出用网袋来取代树脂。树脂珠粒连同网袋被插入硬塑料卡盒。为了轻易插入硬塑料卡盒，网袋典型地制造得稍小。由于网袋并没有与硬盒体全体地完全接触，水轻易地找到路径流经硬塑料卡盒并且因此树脂没有充分地利用。例如，水可能围绕着网袋迅速漏过或者短路通过。代替压迫通过树脂珠粒，水流经硬塑料卡盒壁和网袋之间的间隙。由此水并没有有效地得到处理，并且同样树脂没有得到充分利用。

在两种情况下，硬盒体带来了复杂并且耗费的系统。在本领域存在对于能够有效地利用IEX树脂并且方便地以简单的方式更换IEX树脂的解决方案的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于至少部分地克服现有技术的问题，并且提供一种改善的IEX树脂容器。

将从以下的描述而变得显而易见的本实用新型的这些以及其他 目的通过根据所附权利要求的IEX树脂容器、IEX树脂容器的使用以及用于处理液体的方法而实现。

根据本实用新型的第一方面，公开了一种离子交换树脂容器，其填充有树脂珠粒，并且包括有待处理的液体通过其流入离子交换树脂容器内的入口，以及处理后的液体通过其流出离子交换树脂容器的出口，其中所述离子交换树脂容器由柔性材料制成，尤其是柔性的片状材料，并且其中离子交换树脂容器可以在出口处的负压下塌缩，由此使得整体尺寸收缩从而顺应树脂体积，因此实现了树脂珠粒与离子交换树脂容器的紧密接触。因此，有待处理的液体被迫流经树脂珠粒。在珠粒和容器之间没有空隙让液体走捷径。因此，有待处理的液体得到有效的处理并且树脂得到有效利用。在水处理的进程中，随着水处理过程，离子交换树脂经历了体积改变，一些类型膨胀并且其他类型的收缩。由于树脂容器柔性并且能够在负压下塌缩，两种类型的离子交换树脂，即那些在使用中膨胀以及那些在使用中收缩的离子交换树脂，被轻易地容纳并且在使用期间总是保持与树脂体积相顺应，由此，有待处理的液体被迫流经树脂珠粒。这就产生了水处理中最大的效能和效率。以这种方式，可以获得一种结构简单且成本低廉的离子交换树脂容器。

在本实用新型的实施例中，可以从基本上不透光和/或气的材料中选择柔性片。这些选择的材料防止了树脂的存放寿命的缩短，而无需附加的保护性包装。这就进一步具有降低包装材料和塑料的废物丢弃的益处，因此是更为环保的。

在本实用新型的实施例中，柔性片从优选地通过加热或者摩擦焊接而可密封的材料中选择。这样，离子交换树脂容器可以以相对简单并且成本经济的工艺来制造。此外，可以轻易地实现离子交换树脂容器的气密密封。

在本实用新型的实施例中，片材料可以包括金属层。优选地，使用铝化层，这是因为其对于光、空气、二氧化碳以及水汽不可穿透。其他可代替的金属膜，例如铜膜和锌膜，同样可以使用。金属 层与塑料膜相耦合。

柔性片的实施例是金属膜和例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等聚合物薄膜的组合，从而增强机械强度。

柔性片可以从基本上不透光和/气的弹性材料中选择。

在本实用新型的实施例中，离子交换树脂容器可以具有内部划分件从而创建更长的流动路径以及更小的流动横截面积。树脂柱优选地尽可能地纤细，从而具有树脂的最佳性能。为了达到这个目的，创建一个或多个内部划分从而增加液体流动路径的长度并且降低流动横截面积。此外，这同样对于针对特定数量的树脂珠粒来选择树脂容器的高度、长度以及宽度赋予了更大的灵活性。这些内部分区可以通过密封相对的片从而形成通道来创建。

在本实用新型的实施例中，入口和/或出口处可以具有过滤器从而避免树脂珠粒通过入口和/或出口泄漏。该过滤器可以例如是网、海绵、纤维、滤纸或其他多孔材料。优选地，过滤器可以是网。网或孔的尺寸为使得树脂珠粒不能从离子交换树脂容器渗出，例如渗入进连接到泵的连接管道。

在本实用新型的实施例中，其中所述离子交换树脂容器的内部表面由添加剂层覆盖，所述添加剂包括活性炭或去味剂/添味剂。

在本实用新型的实施例中，树脂珠粒可以是用于处理水或水溶液的阳离子或阴离子交换树脂中的至少一个。本文所描述的树脂并限于混合床树脂(mixed bed resin)。树脂可以具有任何类型，只要其为可更换的并且用在液体介质中。优选地，可以沿着水路径在树脂袋内提供例如活性炭或添味剂/去味剂的添加剂。优选地，添加剂可以通过沉积工艺或者通过化学或物理或热接合而作为薄层固定到树脂袋。为了处理简易，添加剂可以在树脂袋材料是原片材料状态(在制造袋之前)时预固定到树脂袋材料。

根据本实用新型的实施例，前述的离子交换树脂容器可以用作树脂珠粒的包装。因此，就消除了通常用在本领域的硬盒体塑料卡盒。产品细节和使用指南可以印刷在树脂袋本身上。如上面所提及， 离子交换树脂容器在运输和存储过程中可以保护树脂珠粒免于暴露在阳光和空气中。这降低了包装材料和塑料的废物丢弃，并且由此更为环保。

根据本实用新型的第二方面，公开了一种用于通过使用离子交换树脂容器处理液体的方法，该离子交换树脂容器填充有树脂珠粒，并且包括有待处理的液体通过其流入离子交换树脂容器内的入口，以及处理后的液体通过其流出离子交换树脂容器的出口，其中所述离子交换树脂容器由柔性片材材料制成，其中在处理液体期间，在出口处产生负压，因此有待处理的液体流经处于这样一种状态的离子交换树脂容器，即树脂珠粒与离子交换树脂容器紧密接触。根据本实用新型的方法的实施例，有待处理的液体被迫流经树脂珠粒。对于液体来说没有空隙可以走捷径。由此，用于处理液体的方法可以有效地处理液体并且有效地利用树脂。在优选的实施例中，入口和/或出口可以具有防止树脂在存储期间的劣化的气密密封。该密封可以在使用树脂容器之前被去除或者穿孔，或者优选地，其在树脂容器被插入进器具(其具有穿孔装置，例如，尖锐突起或者刀口状结构)从而允许水流经树脂容器用于在操作期间的处理。在进一步的实施例中，密封件由树脂容器本身形成，其中入口和出口在制造期间嵌入在树脂容器内部的指定部分处。这样，可以避免分离的密封，简化了操作并且降低成本。

传统的处于松散形式的树脂珠粒可以应用到根据本实用新型实施例的离子交换树脂容器。可代替地，树脂珠粒可以由粘合剂接合为根据需要的特定形状和尺寸的块状形式。所得到的一件式树脂块被包装进树脂容器中。所得到的树脂容器具有形状和尺度稳定性的优势，其可以轻易地插入器具的接收部分从而取代耗尽的树脂袋。

在进一步的实施例中，从水溶性聚合物中选择粘合剂。一旦水开始流经树脂容器，粘合剂溶解，并且珠粒变得松散，并且树脂容器变得柔性并且柔性，从而保持了之前提到过的操作上的优势。

在本实用新型的实施例中，粘合剂可以是下述中的任何一个或 其组合：合成聚合物、天然聚合物、或改性天然聚合物。在优选的实施例中，可以使用聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、淀粉、合成淀粉、改性纤维素、或任何其他类型的多元酸、聚电解质。例如，羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、羟丙基纤维素(HPC)、或者甲基纤维素(MC)可以用作改性天然聚合物。纤维素和淀粉可以用作天然聚合物。

在本实用新型的实施例中，处于块状形式的树脂珠粒可以通过将粘合剂的水溶液和树脂珠粒相混合、将其模塑为需要的形状和尺寸并且使得水溶液和树脂珠粒的混合物干燥而制备。根据本实用新型，树脂块可以以简单的方式制备。

在本实用新型的实施例中，水溶液中粘合剂的浓度可以在0.1wt％和20wt％之间，优选地为8wt％。通过这些浓度，混合物为可流动的并且既不太稀也不太稠。进一步，有可能确保粘合聚合物的快速释放以及由此树脂珠粒的效率。

注意到的是本实用新型涉及所有记载在权利要求中的特征的可能组合。

附图说明

现在参照示出了本实用新型的实施例的附图对本实用新型的这些以及其他方面进行更为详细的描述。

图1示出了根据本实用新型的离子交换树脂容器的第一个示例。

图2a示出了根据本实用新型的离子交换树脂容器的第二个示例。

图2b-1和图2b-2示出了根据本实用新型的离子交换树脂容器的第三个示例。

图3示出了根据本实用新型的树脂块的第一个示例。

图4示出了根据本实用新型的树脂块的第二个示例。

图5示出了对本实用新型的树脂块处理后的水的导电率测量。

具体实施方式

如在附图中所描述的，出于描述性的目的，层和区域的尺寸被夸大并且由此提供用来描述本实用新型实施例的大致结构。在附图中，参考标号的最左边的数字标识了该参考标号第一次出现的图。贯穿始终，相同的参考标号指代相同的元素。

参照图1、图2a、以及图2b-1和图2b-2，其中分别描述了本实用新型离子交换树脂容器的第一示例、第二示例和第三示例。

在图1所示出的本实用新型的实施例中，可更换的离子交换树脂容器100包括入口101、出口102以及离子交换树脂珠粒103。入口101和/或出口102可以具有密封件(未示出)从而防止树脂在存储期间的劣化。优选地，连接管106被分别附接到入口101和出口102中的每一个。过滤器104可以可选地附接到连接管106中的每一个。选择过滤器104的尺寸从而使得没有树脂珠粒能够渗入到可以连接到泵(未示出)的连接管中。

在每个结合区域或结合点中必须确保气密密封。在一个实施例中，离子交换树脂容器100由柔性片材料制成。相应地，密封的区域105可以优选地通过加热、胶合、金属线钎焊或者焊接来产生。密封的区域105为离子交换树脂容器100提供了气密密封。

在使用期间，离子交换树脂容器100经由连接管106在出口102处连接到泵并且在入口101处连接到水箱。当泵开始工作，离子交换树脂容器100处于相对于环境压力而言较低的压力下。离子交换树脂容器100开始塌缩并且向其内部压缩树脂珠粒103。由此，水被迫流经树脂珠粒103。对于水而言没有空隙可以走捷径。以这种方式，水可以得到有效的处理并且树脂得到有效的利用。

离子交换树脂容器100优选地由铝膜制成。其用做两个目的。一个目的在于保持树脂珠粒103用于水处理。另一个目的在于用作运输和存储的包装。铝化膜对于阳光和空气是不可渗透的。以这种方式，离子交换树脂容器100保护树脂免于暴露在阳光和空气中，并且由此确保了树脂的存储寿命。铝化膜包括在两侧上的塑料膜层。塑料膜确保铝化膜为热可密封性的。其还强化了铝化膜从而使得其 不容易撕裂。这种柔性的材料通常使用在液体包装以及食品包装中。塑料膜可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者其他类型的材料。可代替地，可以使用弹性材料。

固体连接管106可以插入离子交换树脂容器100中并且密封在入口/出口101、102上。为了防止树脂珠粒103泄漏进水运送系统，过滤器104可以密封在连接管106的一端处。过滤器104的网眼尺寸取决于水运送系统的要求。通常地，珠粒尺寸为从0.3mm到1.2mm。网眼尺寸必须低到0.3mm。如果运送苛求更细的颗粒，可以考虑更小的网眼尺寸。网眼可以小到40μm或者甚至当使用滤纸时更小，例如20μm。网需要具有足够的强度来抵抗泵的吸力强度。

在图2a中示出了离子交换树脂容器200的第二个示例。如所描述的，添加了内部划分件207来在更好的输出水质量和更高的树脂利用能力方面优化树脂的性能。为了具有优化的树脂性能，树脂柱优选地尽可能地纤细。为此，创建内部划分件207从而增加水流动路径的长度并且降低流动横截面积。这同样针对特定数量的树脂赋予了设计自由，即，树脂块的高度、长度以及宽度的选择。

图2a中所示出的内部划分件207仅仅为示例性的。内部划分件207的数目和形状可以由本领域的技术人员进行构思。内部划分件可以例如由用于密封树脂容器所使用的相似工艺来创建。

在图2b-1和图2b-2中示出了离子交换树脂容器200’的第三个示例。如与图2a进行比较，图2b-1和图2b-2中的树脂容器200’在入口和出口上进行了修改。在这个示例中，入口和出口201’、202’被嵌入树脂容器200’内。树脂容器200’可以形成用于入口和出口201’、202’的密封件的至少一部分。如在208示出的示例，入口和出口201’、202’由树脂容器200’本身进行密封。在将树脂容器200’插入到器具上之前或者在插入期间，树脂容器200’在对应于入口和出口201’、202’的位置处被刺破，因此就有可能形成去往或者来自树脂容器200’的流体连接208’。

参照图3-图5来描述根据本实用新型的树脂块。图3示出了树 脂块310的第一个示例：(a)左侧，放置进树脂容器中之前所制造的，以及(b)右侧，水流经树脂容器之后。图4示出了树脂块410的第二个示例：(a)左侧，放置进树脂容器中之前所制造的，以及(b)右侧，水流经树脂容器之后。图5示出了对图3所示出的树脂块310处理后的水的导电率测量值。在图5中，横坐标表示以升为单位的硬水量(16.8dH German)，并且纵坐标表示以μS/cm为单位的处理后的水的导电率。

根据树脂块将要插入用于水处理的卡盒的尺度制造模具(未示出)。例如，水溶性聚合物311在恒定的搅拌下溶解在DI水中。取决于聚合物的类型、聚合物的分子重量、水溶液的粘度，浓度从0.01wt％到20wt％改变，优选地为8wt％。为了确保粘合剂(粘合聚合物)311的迅速释放以及因此树脂珠粒303的效率，分子重量和浓度优选地尽可能低，只要粘合强度足够。在搅拌下，树脂珠粒303与聚合物溶液混合。混合物不应过于稀薄，如同水。其也不应当过于稠密以至于难以流动，如同奶油。混合物应当为足以轻易倾倒进入模具的流体。当混合物被倾倒进入模具，其同样不应当具有相分离。其应当能够在略微升高的温度下，如50℃下被固化或者被燥化。对于树脂，其能够抵抗高温，干燥温度可以高于50℃。在混合物被固化之后，树脂块310从模具中被释放，如图3中的左侧所示。树脂块310被包装在树脂容器312中，优选地在真空下，从而确保树脂的存储寿命。

如图3的右侧所示，当树脂块310被插入树脂容器312并且水经由入口/出口301、302流入/流出树脂容器312时，粘合剂311和树脂珠粒303开始吸收水。珠粒开始松散并且在树脂容器312的壁和树脂块310之间的初始间隙消失。水被迫使通过树脂珠粒303的孔。测试表明处理后的水质量堪比利用常规松散的树脂珠粒进行处理的水质量。处理水的有效量同样堪比常规松散树脂珠粒的处理水的有效量。

在图4中所示出的树脂块的第二个示例中，上述提及的粘合剂 被施加在模具的内壁上。树脂珠粒403填充在模具中。树脂珠粒403在不高于50℃的温度下进行燥化达数个小时直到树脂块410能够从模具中被释放。结果是，树脂珠粒403仅在树脂块410的外表面上通过粘合剂411进行粘合。

如同图4中的右侧所示，当树脂块410被插入树脂容器412中并且水经由入口/出口401、402流入/流出树脂容器412时，粘合剂411至少部分溶解并且树脂珠粒403开始变松散。

在本实用新型中所描述的树脂并不限于混合床树脂。其可以是任何类型的树脂，只要其可以更换并且用于水介质中。树脂容器可以具有其他的添加剂，例如活性炭或添味的/去味的化学物质，用于附加的功能。这些可以作为层应用到树脂容器材料上的面对树脂的一侧上。

粘合剂可以是水溶性聚合物，例如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、淀粉、合成淀粉、改性纤维素或任何其他类型的多元酸、聚合电解质。这些聚合物可以溶解于水。树脂块被模塑为卡盒的尺度。水可以流经珠粒之间的空隙，以及在树脂珠粒内的孔。一旦与水进行了接触，聚合物开始溶解。珠粒变松散并且重新排位从而能够填充初始的树脂块和卡盒壁之间的间隙。覆盖着树脂块的外表面的粘合剂利用水流而逐步去除。

进行了测试来验证图3所示的树脂块410的有效性。15cc的混合床树脂从注射器进行模塑。具有16.8dH的德国硬度的标准硬水通过重力流经在注射器中的树脂柱。处理后的水被收集并且对于每1升进行导电率的测量，直到树脂柱颜色从最初的蓝色完全变为棕色。完全的颜色改变指示着树脂的耗尽。测试结果在图5示出。水的总有效量为4.2L。处理后的水的导电率保持为低，低于50μS/cm。这些结果可以与松散树脂珠粒的结果相当。没有观察到性能的降低，无论是水质还是水量。

本实用新型还涉及一种通过利用如所描述的离子交换树脂容器处理液体的方法。在液体的处理期间，在出口处产生负压，从而有 待处理的液体流经处于这样一种状态的离子交换树脂容器，即其中树脂珠粒与离子交换树脂容器紧密接触。

在权利要求中，任何放置在括号间的参考标号不应当被解释为限制权利要求。使用动词“包括”以及其动词变化并不排除在权利要求中所列举之外的元素或步骤的存在。在元素之前的冠词“一”或“一个”并不排除多个这种元素的存在。本实用新型可以通过包括多个分立元素的硬件来实施。在枚举了多个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干可以通过一个以及相同项目的硬件来实施。特定的措施记载在彼此不同的从属权利要求中这一单纯的事实并不指示着这些措施的合并不得用来获得优势。