他电化学去离子装置也可以使用跑道构型来构造。潜在应用包括对海水、淡盐水以及来自油和气生产的卤水的脱盐。
[0045]根据一个或多个实施方案，提供了电化学分离装置。在一些实施方案中，电化学分离装置可以是电渗析装置。在其他实施方案中，电化学分离装置可以是电去离子装置。根据某些实施方案，电化学分离装置可以包括电极和至少一个电池对。电池对可以包括阴离子交换膜和阳离子交换膜。在至少一些实施方案中，离子交换膜可以围绕电极盘绕以形成线盘。线盘可以具有跑道构型。在各种实施方案中，电化学分离装置还可以包括配置为环绕线盘的第二电极。电极的一个或两者可以被分段以适应线盘的跑道构型。在某些实施方案中，电化学分离装置还可以包括用于促进流体流动穿过线盘的至少一个电池对的歧管。
[0046]根据一个或多个实施方案，跑道构型可以结合板框式ED装置、横跨流动ED装置和螺旋盘绕ED装置的优点。在通过阳极部段和阴极部段的直线部分界定的膜区域中，膜是平坦的和平行的，如在板框式装置和横跨流动装置中。电流密度实质上是均匀的，并且从稀释隔室去除离子的速率不是距内电极的距离的函数。仅有的离子转移不活泼的膜区域是封装在灌封化合物中的小部分。如在横跨流动装置和螺旋装置中，预期超过85%的膜利用率。仅有的泄漏电流是沿着跑道路径流动而不是穿过膜流动的电流并且预期是最小的。装置的组装具有较少步骤并且较容易自动化。板框中的部件(比如间隔件)以及横跨流动中的模块化框架不是必需的。
[0047]根据一个或多个实施方案，具有跑道构型的装置的设计可以包括用于最佳化的许多变量，包括电池对的数目、内电极中直线部分的长度、围绕内电极的线圈的数目和流动路径的长度、在稀释隔室和浓缩隔室的入口处的流速、以及膜间间隔、以及稀释隔室和浓缩隔室中的筛的类型，这些可以是相同或不同的。跑道路径的圆形部分中的膜区域经受非均匀的电流密度(如在螺旋装置中)。在那些区域中，存在缩减与内电极具有距离的离子去除速率的挑战，并且随着线圈数目增加，可能存在成本竞争力的收益缩减。
[0048]图1是以阳极110和分段的阴极120为特征的具有跑道构型的电化学分离模块100的示意性横截面。包括阴离子交换膜和阳离子交换膜的两个电池对的堆围绕阳极110盘绕以形成线盘。阴极120被分段以形成配置为环绕线盘的两部分。给水(比如海水)被引入定位在靠近阳极110的跑道的中心附近的入口 130中。给水通过入口 130进给至模块的稀释隔室和浓缩隔室，并且然后前进以向外流动到阴极120。一旦给水已经通过稀释隔室和浓缩隔室处理，则相应的产物流和废弃物流在跑道构型的外端处被收集并且通过出口140离开模块。在一些实施方案中，模块可以被配置使得稀释流和浓缩流以实质上盘绕的流动路径从阳极彼此并流地流动到阴极。在替代方案中，模块可以被配置使得稀释流和浓缩流彼此逆流地流动。在另一实施方案中，模块可以被配置使得稀释流和浓缩流中的一个以实质上盘绕的流动路径从阳极流动到阴极，而稀释流或浓缩流中的另一个在垂直于另一流的实质上轴向的方向上流动。此特定构型在给水的传导率低的应用中可以是合适的。在另外的其他实施方案中，模块可以被配置使得稀释流和浓缩流从外部阴极向内流动到内部阳极。为了清楚起见，所有部件的厚度已经被夸大，并且每堆仅两个电池对在图中示出，其中电池对围绕阳极仅盘绕两次。实际上，电池对的数目和线圈的数目可以更多，特别是如果膜和任何筛(以下进一步讨论的)配置为薄的。
[0049]在一些非限制性实施方案中，阳极110可以通过采用平板并且然后弯曲或卷动端部来制造。在替代方案中，阳极可以通过将平板的部分焊接至半圆柱形状的部分来构造。根据一些实施方案，膜在构造上可以是均匀的并且是0.025mm厚，并且筛可以是0.25mm厚，产生具有0.55mm的厚度的电池对。这些尺寸将允许50个电池对的堆随后能够贴合到具有
13.8mm的半径的端部分中。
[0050]图2是稀释隔室和浓缩隔室的并且靠近跑道构型的中心定位的入口 230中的一个入口的放大细节图。在此特定实施方案中，阳极210可以包括直线部分，其在每一端处具有半圆形部分以界定实质上长形的S形。半圆形部分的端部还可以包括短的直线部分，所述短的直线部分可以起紧固件(比如紧固片250)的作用。在各种实施方案中，阳极可以包括定位在每一端处的紧固片，所述紧固片使一个或多个电池对固定至阳极。如图所示，两个矩形膜和筛的堆可以被插入阳极的端部分中，并且通过紧固至片250来机械地夹紧到适当的位置中。在一些实施方案中，膜和筛可以通过弯曲片250机械地夹紧到适当的位置中。膜和筛然后可以围绕阳极盘绕以形成跑道形的构型。阳极的基片可以由各种材料(比如钛)来制造，并且可以进一步涂覆在具有抗氧化材料(比如铂、氧化铱、氧化钌及其混合物)的表面上。
[0051]图3a和图3B呈现以分段的阳极310和分段的阴极320为特征的具有跑道构型的电化学分离模块300的示意图。阳极被分段以形成两个部分，并且包括阴离子交换膜和阳离子交换膜的两个电池对的堆围绕阳极310盘绕以形成线盘。以与图1类似的方式，给水被引入定位在靠近阳极310的跑道的中心附近的入口 330中，并且然后可以前进以向外流动到阴极320并且通过出口 340离开模块。如先前讨论的，模块可以被配置使得稀释流和浓缩流可以彼此并流或逆流地流动。模块还可以被配置使得稀释流和浓缩流以实质上盘绕的路径从阳极流动到阴极，或者模块可以被配置使得稀释流和浓缩流中的一个以实质上盘绕的流动路径从阳极流动到阴极，而稀释流或浓缩流中的另一个在垂直于另一个流的实质上轴向的方向上流动。在替代方案中，模块可以被配置使得稀释流和浓缩流从外部阴极向内流动到内部阳极。
[0052]图4是图3a的中心区域的放大细节图，并且示出了靠近跑道构型的中心定位的稀释隔室和浓缩隔室的入口 430。在此实施方案中，阳极被分段，其中每个部分包括直线部分和弯曲部分。当阴离子交换膜和阳离子交换膜围绕阴离子盘绕时，相应的线盘也可以具有实质上直线的部分和弯曲部分。分段的阳极可以允许模块的构造更加灵活。例如，阳极的弯曲部分的半径和线盘的弯曲部分的半径可以独立于电池对的数目，因为分段的阳极的直线部分之间的距离可以变化。如在图中所图示的，一个或多个间隔件470可以定位在分段的阳极的直线部分之间中以将阳极的两个部段推开。间隔件可以配置为保持阳极的两个部段之间的预定距离。合适类型的间隔件的一个实例可以是螺旋式机构。如先前讨论的，阳极的半圆形弯曲部分的端部还可以包括起夹紧片450作用的短的直线部分，并且在一些实施方案中，阳极还可以包括定位在每一端处以使一个或多个电池对固定至阳极的紧固件。
[0053]图5图示了已经放置在容器中的跑道形盘绕的线盘。跑道构型线盘可以以各种方式安装在容器中。根据一个或多个非限制性实施方案，一旦一个或多个电池对围绕内电极盘绕，则线盘端部中的一个或两者被密封在灌封胶580中并且被修整。灌封的线盘然后可以插入圆柱形容器590中。容器还可以包括一个或多个端块(未示出)。一个或多个出口歧管585可以包括用于产物流和废弃物流的出口。入口歧管还可以与跑道线盘流体连通。线盘和容器的内部之间的任何间隙还可以被波状外形部件(未示出)填充，使得容器590起作用以支撑线盘的外周界。容器590还可以在两端处通过端块(未示出)来覆盖，该端块可以提供入口端口和出口端口以及与电极的电连接。如果使用波浪状外形部件，则其可以由低成本且无腐蚀性材料(比如塑料)来制造，并且通过模塑或机械加工技术来成形。波状外形部件还可以起作用以支撑线盘的外周界，或实现其他功能。例如，波状外形部件中的一个或多个可以包含一个或多个歧管，用于从废弃物流或产物流收集流出物并且将其运送至相应的端口。在某些实施方案中，填充部件不是必需的。例如，灌封的线盘可以仅仅插入圆容器中，并且可以附接端块。填充材料然后可以注入线盘和容器的内表面之间的空间中。合适的填充材料的实例包括刚性或半刚性的灌封化合物和密封剂泡沫，所述刚性或半刚性的灌封化合物和密封剂泡沫可以在被注入空腔中之后膨胀且固化。容器590可以采用许多不同形状，包括矩形或跑道形。这些构型可以使多个装置能够更紧密地封装到容器中。容器可以是适合于实施为用于在本文公开的装置和系统中描述的线盘构型的壳体的任何形状。
[0054]根据一些实施方案中，由盘绕的阴离子交换膜和阳离子交换膜与阳极形成的线盘的横截面可以具有实质上直线的部分和在实质上直线的部分的第一端和第二端处的弯曲部分。在某些实施方案中，电流密度遍及线盘的实质上直线的部分可以是实质上均匀的。在各种实施方案中，实质上直线的部分的长度与每个弯曲部分的高度或半径的比率可以大于零。在至少一个实施方案中，弯曲部分的半径可以不取决于电池对的数目。例如，装置的构型可以如图3中所示。根据一些实施方案，每个弯曲部分的半径等于约一个堆的厚度。在各方面中，阴离子交换膜和阳离子交换膜沿着线盘的实质上直线的部分是平坦的且平行的。在一些实施方案中，线盘可以具有两个对称轴。在又一个实施方案中，弯曲部分可以不是实质上半圆形的，但可以是椭圆或其他弯曲形状。
[0055]图6a和图6b呈现根据一个或多个实施方案的不同的可能流模式的示意图。图6a呈现以跑道模式从内电极并流地流动到外电极的两个流。可替代地，流可以