从外电极并流地流动到内电极。流还可以逆流地流动。图6b呈现横跨流动构型，其中第一流以跑道模式从内电极并流地流到外电极。流I隔室的边缘可以被密封。流2在垂直于流I的方向上流动。与流2相关联的隔室的边缘可以是敞开的。
[0056]根据至少一个实施方案，电化学分离装置可以以至少约85%的膜利用率为特征。在一些实施方案中，膜利用率可以是至少约90%。这些值可以比使用板框式设计所达到的那些值高。此外，横跨该装置的压降还可以比横跨板框式设计的压降低。
[0057]在各种实施方案中，电化学分离装置中的一个或多个可以用于水处理系统。水处理系统还可以包括其他部件和装置，比如传感器和控制装置、另外的歧管和分配组件、存储装置以及另外的处理装置。在一些方面中，电化学分离装置中的一个或多个可以被插入现存的水处理系统中。
[0058]公开的电化学分离装置的跑道构型可以提供通过使用板框式构型、横跨流动构型和螺旋盘绕构型所经受的某些优点，并且可以提供通过使用这些其他类型所不会经受的另外的优点。例如，由阳极和阴极的实质上直线的部分界定的膜区域可以是平坦的和平行的，允许此区域中的实质上均匀的电流密度。此外，从稀释隔室去除离子的速率不是距内电极的距离的函数。这些是超过螺旋盘绕装置的独特优点，因为在此类型的构型中，电流密度可以随着与内电极的距离增加而降低。这意味着来自稀释流的离子转移速率随着稀释流向外螺旋而减小。为了实现期望水平的离子去除，内电极处的电流密度可以不可接受的高(近似几百amp/m2)。此外，膜面积可能必须通过增大螺旋的长度或通过降低穿过稀释隔室的流速而被增大。这两种方式都需要增加滞留时间，并且可以有助于横跨装置的压降的增大。此夕卜，增大膜面积和螺旋长度可能增加制造膜和操作膜两者的成本。此外，与电渗透作用和渗透作用相关联的水份损失可以有助于产物流的降低的流速。螺旋盘绕装置还可能由于以下事实而受损，电池对的数目并且由此产物离开装置的流速可能受阳极部段之间的间隙大小以及将大量的电池对围绕中心电极盘绕的困难的限制。增大螺旋盘绕装置中分段的内电极的半径可能增大电极的成本，并且该额外的成本可能是显著的。跑道构型的使用可以最小化与螺旋盘绕装置相关联的这些缺点中的一个或多个。
[0059]跑道构型的其他优点可以是，膜利用率可以超过85%，因为膜的不可以活性地用于离子转移的仅有的区域是被灌封化合物封装的小部分。还可能存在最少的泄漏电流，因为这仅发生在沿着跑道路径(而不是穿过膜)流动的电流中。装置可以需要较少的步骤来制造和组装，并且可以较容易自动化或控制。此外，可以不需要分隔部件，比如间隔件和框架。
[0060]本文描述的电化学分离装置的最佳化可以通过改变一个或多个参数来实现，所述一个或多个参数比如是电池对的数目、内电极中实质上直线的部分的长度、围绕内电极的线圈数目和流动路径的长度、在入口处的流速、膜之间的间隔以及用于稀释隔室和浓缩隔室的筛的类型。
[0061 ] 根据一个或多个实施方案，提供了水处理系统。在各种实施方案中，水处理系统可以是如以上描述和表征的电化学分离系统。水处理系统可以包括流体地连接至待处理的水源的进给入口。待处理的合适的水源的非限制性实例包括饮用水源(例如，城市用水或井水)、非饮用水源(例如淡盐水或盐水)、预处理的半纯净水及其任何组合。
[0062]根据以下实例将更加充分地理解这些实施方案和其他实施方案的功能和优点。实例旨在在本质上进行说明，而不被认为是限制本文所讨论的实施方案的范围。
[0063]预知的实例
[0064]进行案例研宄来评估用于根据一个或多个实施方案的跑道构型与常规螺旋盘绕构型相比的制造成本和能量消耗。集中于脱盐应用的案例研宄假设进给具有36，500ppm的TDS值以及期望产物具有2000ppm的TDS值。此类型的海水淡化厂对其中供应水被注入储油器中以增加油回收的海上平台操作可以是有用的。
[0065]跑道构型包括具有四个转弯的ED模块，该ED模块包括具有200mm的长度的直线部分。用于研宄的螺旋盘绕模块包括5个转弯。
[0066]研宄的结果在图7中示出。两种构型的对比包括如在I轴上指示的每单位产物流速(m3/h)的制造成本相对于如在X轴上指示的每立方米产物的能量消耗。结果证明，对于给定的能量消耗，跑道构型成本较低。横跨能量消耗值的整个范围，跑道构型始终比常规螺旋盘绕构型成本低。
[0067]应理解的是，本文讨论的方法和装置的实施方案在应用上不限于说明书中阐述的或附图中图示的部件的构造和布置的细节。方法和装置能够在其他实施方案中实施并且能够以各种方式来实践或执行。本文提供具体实施的实例仅用于说明目的并且不意图进行限制。特别地，结合任何一个或多个实施方案讨论的行为、元件和特征不意图排除任何其他实施方案中类似的作用。
[0068]而且，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被认为是限制。本文以单数提及的对系统和方法的实施方案或元件或行为的任何引用还可以包含包括多个这些元件的实施方案，并且本文对任一实施方案或元件或行为的复数引用还可以包含包括仅单个元件的实施方案。“包括(including) ”、“包括(comprising) ”、“具有(having) ”、“包含(containing) ”、“涉及(involving) ”及其变型在本文的使用意指包括其后列举的项目及其等同物以及另外的项目。对“或”的引用可以被解释为一切项目包含在内的，从而使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个和所有的描述的术语中的任一个。对前和后，左和右、顶和底、上和下以及竖直和水平的任何引用意图便于描述，而不是将本系统和方法或其部件限制于任一位置或空间方位。
[0069]上文已经描述了至少一个实施方案的几个方面，应理解的是，各种改变、修改和改进将容易被本领域技术人员想到。这类改变、修改和改进意图为本公开内容的部分，并且意图在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是举例说明。
【主权项】
1.一种电化学分离装置，包括: 第一电极； 至少一个电池对，所述至少一个电池对包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜围绕所述第一电极盘绕以形成具有跑道构型的线盘；以及 第二电极，所述第二电极环绕所述线盘。
2.如权利要求1所述的装置，所述装置被配置使得稀释流和浓缩流从所述第一电极并流地流动到所述第二电极。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述第一电极包括阳极，并且其中所述第二电极包括阴极。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述第一电极包括直线部分，所述直线部分在每一端处具有半圆形部分以界定实质上长形的S形阳极。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述第一电极还包括紧固片，所述紧固片在每一端处以固定所述至少一个电池对。
6.如权利要求3所述的装置，其中所述阳极涂覆有抗氧化材料。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一电极是分段的。
8.如权利要求7所述的装置，还包括间隔件，所述间隔件配置为保持在所述阳极的第一部段和第二部段之间的预定距离。
9.如权利要求3所述的装置，其中所述阴极是分段的。
10.如权利要求1所述的装置，还包括歧管，所述歧管用于促进流体流动穿过所述至少一个电池对。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述线盘的至少一端被粘合剂密封。
12.如权利要求1所述的装置，还包括容器，所述容器配置为容纳所述线盘。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述容器包括端块。
14.如权利要求1所述的装置，其以至少约85%的膜利用率为特征。
15.如权利要求1所述的装置，其中，所述线盘的横截面具有实质上直线的部分和弯曲部分，所述弯曲部分在所述实质上直线的部分的第一端和第二端处。
16.如权利要求15所述的装置，其中，电流密度遍及所述线盘的所述实质上直线的部分是实质上均匀的。
17.如权利要求15所述的装置，其中所述实质上直线的部分的长度与所述弯曲部分中的每一个弯曲部分的半径的比率大于零。
18.如权利要求17所述的装置，其中所述弯曲部分的半径不取决于电池对的数目。
19.如权利要求15所述的装置，其中所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜沿着所述线盘的所述实质上直线的部分是平坦且平行的。
20.如权利要求1所述的装置，其中所述线盘具有两个对称轴。
21.一种水处理系统，包括如权利要求1所述的电化学分离装置。
【专利摘要】提供了用于电化学分离的系统和方法。电化学分离装置可以包括围绕电极盘绕以形成具有跑道构型的线盘的至少一个电池对。
【IPC分类】B01J47-00
【公开号】CN104797339
【申请号】CN201380060023
【发明人】梁荔乡
【申请人】伊沃夸水处理技术有限责任公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2013年3月15日
【公告号】CA2890376A1, EP2919909A1, WO2014077887A1