离子转移至相邻浓缩隔室的速率将因此沿着流动路径是大约相同的。
[0027]板框式设计和螺旋盘绕式设计已经用于各种类型的电化学去离子装置，包括但不限于:电渗析(ED)装置和电去离子(EDI)装置。可商购的ED装置通常是板框式设计，而EDI装置在板框式构型和螺旋式构型两者中均可用。在螺旋盘绕式设计中，装置可以构造有膜和筛，所述膜和筛围绕中心的电极以螺旋形盘绕；另一电极环绕周界。稀释流和浓缩流能够以螺旋路径在径向上、向内或向外、并流或逆流地流动。可替代地，流中的一个可以是径向的，并且另一个在轴向方向上。在常用构型中，内电极是阳极，并且外电极是阴极。给水(比如海水)被引入中心并且进给到稀释隔室和浓缩隔室。两个流朝着阴极以螺旋路径向外流动。螺旋线盘的端部用灌封胶密封。在螺旋隔室的外端处收集产物和废弃物。
[0028]常规螺旋盘绕式设计可以具有超过板框式设计的某些优点。其仅有的泄漏电流是沿着螺旋路径而不是穿过膜流动并且预期为最小的电流。装置的组装具有较少步骤并且较容易自动化。板框式的部件(比如间隔件)不是必需的。螺旋盘绕式设计也具有某些缺点，包括电流密度随着距内电极的距离增加而减少，这样，离子从稀释流转移的速率随着稀释流向外螺旋而降低。为了去除应用所需要的离子量，膜面积可以通过增加螺旋的长度来增大，或者稀释速率可以被减小，从而增加滞留时间。增大膜面积和螺旋长度增加了膜的成本和压降。附加的膜面积进一步远离具有甚至更低的电流密度的内电极。此外，因为水份损失由于电渗透作用和渗透作用而存在，所以最终产物水的流速被进一步减小，使得每单位产物的能量和资本成本增大。因此，有可能在收益缩减的方案中，其中成本竞争力设计是不可能的。电池对的数目并且因而产物流速受到阳极部段之间的间隙的大小和盘绕大量薄片的困难的限制。然而，增大部段的半径增加了阳极的成本，该阳极必须由昂贵的抗氧化材料比如钛涂铂制成。为了实现需要的盐去除，阳极处的电流密度可以是不可接受的高，近似几百 amp/m2o
[0029]根据一个或多个实施方案，跑道构型可以提供与螺旋设计相关联的某些优点，同时最小化其缺点。
[0030]一个或多个实施方案涉及可以包含在壳体内的可以电净化流体的装置，及其制造和使用的方法。待净化的液体或其他流体进入净化装置，并且在电场的影响下被处理以产生离子耗尽的液体。收集来自进入液体的物质以产生离子浓缩的液体。
[0031]根据一个或多个实施方案，可以改进电化学分离系统的效率。电流损失是效率低的一个潜在根源。在一些实施方案中，可以解决潜在的电流泄漏。电流效率可以定义为使离子移动有效地离开稀释流进入浓缩流中的电流百分比。电流效率低的各种根源可能存在于电化学分离系统中。例如，在横跨流动装置中，效率低的一种潜在根源可能涉及通过流动穿过稀释流入口歧管和出口歧管以及浓缩流入口歧管和出口歧管而绕过电池对的电流。敞开的入口歧管和出口歧管可以与流隔室直接流体连通，并且可以降低每个流动路径中的压降。电流从一个电极到另一电极的部分可以通过流动穿过敞开区域而绕过电池对的堆。旁路电流降低了电流效率并且增大了能量消耗。效率低的另一潜在根源可能涉及由于离子交换膜的不完美的选择渗透性导致的从浓缩流进入稀释流的离子。在一些实施方案中，各种技术和设计可以促进电流泄漏的减少。
[0032]根据一个或多个实施方案，电化学分离装置可以包括跑道构型，以防止电流泄漏。
[0033]在一个或多个实施方案中，穿过堆的旁路路径可以被操纵以促进电流沿着穿过电池堆的直接路径流动，以便提高电流效率。在一些实施方案中，电化学分离装置可以被构造和布置，使得一个或多个旁路路径比穿过电池堆的直接路径更加曲折。在至少某些实施方案中，电化学分离装置可以被构造和布置，使得一个或多个旁路路径比穿过电池堆的直接路径呈现更高的电阻。在一些实施方案中，可以实现至少约60%的电流效率。在其他实施方案中，可以实现至少约70%的电流效率。在另外其他实施方案中，可以实现至少约80%的电流效率。在至少一些实施方案中，可以实现至少约85%的电流效率。在一些实施方案中，可以实现至少约90%的电流效率。
[0034]根据一个或多个实施方案，隔室内的流可以被调节、再分配或重新定向，以提供隔室内流体与膜表面的较大接触。隔室可以被构造和布置以再分配隔室内的流体流。隔室可以具有将在下文进一步讨论的障碍物、凸出部、突出部、凸缘、或挡板，其可以提供再分配穿过隔室的流的结构。在某些实施方案中，障碍物、凸出部、突出部、凸缘、或挡板可以被称为流再分配器。流再分配器可以存在于电池堆的隔室的一个或多个中。
[0035]用于电净化设备的电池堆中的每一个隔室可以被构造和布置，以提供用于流体接触的预定百分比的表面积或膜利用率。已经发现的是，较大的膜利用率在电净化设备的操作中提供较大的效率。实现较大膜利用率的优点可以包括较低的能量消耗、较小的设备占地面积、几乎不穿过设备以及较高质量的产物水。在某些实施方案中，可以实现的膜利用率大于65%。在其他实施方案中，可以实现的膜利用率大于75%。在某些其他实施方案中，可以实现的膜利用率可以大于85%。膜利用率可以至少部分地取决于用来使膜中的每一个彼此固定的方法和任何间隔件的设计。为了获得预定的膜利用率，可以选择适当的固定技术和部件，以便实现可靠的且牢固的密封，该密封允许电净化设备的最佳操作，而不遭遇设备内的泄漏。在一些实施方案中，堆生产工艺可以包括热结合技术以最大化膜利用率，同时维持可用于工艺中的膜的大表面积。
[0036]根据一个或多个实施方案，提供了包括电池堆的电净化设备。电净化设备可以包括包含离子交换膜的第一隔室，并且可以构造和布置为在离子交换膜之间提供第一方向上的直接流体流。电净化设备还可以包括包含离子交换膜的第二隔室，并且可以构造和布置为提供第二方向上的直接流体流。第一隔室和第二隔室中的每一个可以构造和布置为提供用于流体接触的预定百分比的表面积或膜利用率。
[0037]电净化设备可以包括电池堆。电净化设备可以包括第一隔室，所述第一隔室包括第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜，第一隔室构造和布置为在第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜之间提供第一方向上的直接流体流。设备还可以包括第二隔室，所述第二隔室包括第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜，以在第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜之间提供第二方向上的直接流体流。第一隔室和第二隔室中的每一个可以构造和布置为提供预定的膜利用率，例如，大于第一阳离子交换膜、第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜的表面积的85%的流体接触。第一隔室和第二隔室中的至少一个可以包括间隔件，其可以是阻挡间隔件(blocking spacer)。
[0038]根据一个或多个实施方案，包括电池堆的电净化设备还可以包括封闭电池堆的壳体，其中电池堆的周界的至少一部分固定至壳体。框架可以被定位在壳体和电池堆之间。流再分配器可以存在于电池堆的隔室的一个或多个中。隔室的至少一个可以构造和布置为在隔室内提供倒流。
[0039]在本公开内容的一些实施方案中，提供了用于电净化设备的电池堆。电池堆可以提供多个交替的离子耗尽隔室和离子浓缩隔室。间隔件可以定位在电池堆中。间隔件可以对隔室提供结构并且界定隔室，并且在某些实例中可以辅助引导流体流穿过隔室。间隔件可以是阻挡间隔件，其可以构造和布置为重新定向流体流和电流中的至少一个穿过电池堆。如讨论的，阻挡间隔件可以减少或防止在电净化设备中的电流效率低。
[0040]根据一个或多个实施方案，壳体可以包括电极。端板可以包括电极。电净化设备可以包括在线盘的内部处的第一电极和环绕线盘的第二电极。在一些实施方案中，第一电极可以是阳极，并且第二电极可以是阴极。在其他实施方案中，第一电极可以是阴极，并且第二电极可以是阳极。电极中的一个或两者可以如本文讨论的被分段。
[0041]在第一方向上的流体流可以是稀释流，并且在第二方向上的流体流可以是浓缩流。在某些实施方案中，借助于其中施加的电场被反转从而反转流函数的极性反转，在第一方向上的流体流可以转变成浓缩流，并且在第二方向上的流体流可以转变成稀释流。由间隔件分隔的多个间隔件组件可以被固定在一起以形成电池对的堆，或膜电池堆。
[0042]本公开内容的电净化设备还可以包括封闭电池堆的壳体。电池堆的周界的至少一部分可以固定至壳体。框架或支撑结构可以定位在壳体和电池堆之间，以对电池堆提供附加支撑。框架还可以包括入口歧管和出口歧管，所述入口歧管和出口歧管允许液体流进和流出电池堆。框架和电池堆可以共同提供电净化设备模块化单元。电净化设备还可以包括固定在壳体内的第二模块化单元。可以应用粘合剂来将电池堆的周界的至少一部分密封至壳体的内壁。
[0043]在本公开内容的某些实施方案中，隔室内的流可以被调节、再分配或重新定向，以提供隔室内流体与膜表面的较大接触。隔室可以被构造和布置为再分配隔室内的流体流。隔室可以具有障碍物、凸出部、突出部、凸缘或挡板，其可以提供再分配穿过隔室的流的结构。障碍物、凸出部、突出部、凸缘或挡板可以形成为离子交换膜的部分，间隔件，或者可以是设置在隔室内的另外的分隔结构。
[0044]本发明不限于用于电渗析设备。比如电去离子(EDI)或连续电去离子(CEDI)的其