一种从水中去除离子的装置和方法。所述装置具有外壳并且包括用于让水进入外壳的进水口、用于让水流出外壳的出水口、连接到用于在第一和第二电极之间产生电势差的电源的第一和第二电极以及在第一和第二电极之间并允许水流入第一和第二电极之间的间隔区。所述装置具有被构造和设置为相对于在第一和第二电极之间流动的水的第二部分，调节在第一和第二电极之间流动的水的第一部分的流速的速度调节器（64）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】技术领 域本专利技术涉及一种从水中去除离子的装置，所述具有外壳的装置包括用于让水进入外壳内部的进水口、用于让水流出外壳内部的出水口以及连接到在第一和第二电极之间提供电势差的功率控制器的第一和第二电极。
技术介绍
近年来人们越来越意识到人类活动对环境的影响及这些影响可以导致的负面后果。减少、再利用和循环利用资源的方法正在变得更加重要。特别是，净水正在变成一种稀缺商品。因此，开发了各种用于净化水源的方法和设备。一种水质净化的方法是通过电容消除离子，其使用设置有流过式电容器(FTC)的装置去除水中的离子。FTC如同电再生电池那样运行以电容消除离子。通过向电极供电，离子从电解质中去除并且保留在电极的双电层中。电极在不添加化学物质的情况下，能够被(部分的)电再生以释放先前去除的离子。去除离子的装置包括一对或多对被隔开的电极(阴极和阳极)，该装置也可以包括分隔电极并且允许水流入电极之间的间隔区。该具有外壳的装置包括让水进入外壳的进水口和让水流出外壳的出水口。在去除离子的装置的外壳中，电极层(和间隔区)通过压力堆叠为“三明治”型，通常是通过机械紧固。该装置的效率在净化过程中十分重要，因为其表示在一段时间中该装置可净化的水的量。
技术实现思路
本专利技术的目的是优化去除离子的装置的效率。根据本专利技术实施方案提供了从水中去除离子的装置，所述装置具有外壳31，其包括用于让水进入外壳31的进水口 32 ；用于让水流出外壳31的出水口 33 ;第一和第二电极21、22，其连接到用于在第一和第二电极21、22之间提供电势差的功率控制器PC ；其中该装置还包括速度调节器64，其被构造和设置为相对于在第一和第二电极之间流动的水的第二部分，调节在第一和第二电极之间流动的水的第一部分的流速。根据本专利技术的另一个实施方案，本专利技术涉及去除离子的方法，该方法包括在外壳31中设置第一和第二电极21、22 ；在第一和第二电极21、22之间提供电势差；允许水从外壳中的进水口 32流入第一和第二电极21、22之间，并且流到外壳31中的出水口 33 ;以及相对于水的第二部分调节水的第一部分的流速。附图说明本专利技术的实施方案将只通过举例方式、结合参考所附示意图的方式描述，图中相应的附图标记代表相应的部分，并且其中图I显示了用于本专利技术的电极的实施方案示意图；图2显示了用于本专利技术的电极的叠层的实施方案示意图；图3显示了用于本专利技术的去除离子的装置的实施方案示意图；图4示意地显示了在两个电极之间的离子浓度；图5a_c显示了根据本专利技术实施方案的去除离子的装置的部分横截面示意图；·图6显示了两个间隔区的横截面示意图；图7显示了用于本专利技术的去除离子的装置的配置示意图；图8a到Sc显示了根据本专利技术实施方案的去除离子的装置；以及图9a到9e显示了根据本专利技术实施方案的去除离子的装置。具体实施例方式图I显示了电极(第一或第二电极)的实施方案的横截面示意图。在这个实例中，电极11为呈矩形状的薄片，但是也可以是例如圆形、多角形或六边形的其他形状。在电极中设置有通孔12，该通孔可以为矩形也可以是其他形状，例如其可能是圆形。当电极11工作时，水可以从外边缘沿着电极向通孔流动，如在图I中由虚箭头13所示。典型地，电极11的外部尺寸大约是16x 16cm,而通孔12的尺寸大约是3x 3cm。矩形或六边形电极的优点是生产这些电极时对于材料的高效利用。而中间具有圆形孔的圆形电极的优点是对于所有流动方向在外边缘与内边缘之间的距离(即水沿着电极流动的距离)恒定。图2显示了电极的叠层。第一电极21和第二电极22分别包括在图3中由34表示的集流体和在图3中由35表示的离子储存材料。集流体连接到在两个邻近电极之间提供电势差的功率控制器PC。离子储存材料可以储存从水中去除的离子。离子储存材料可以是所谓的大于500m2/gr的高表面积材料，或优选大于1000m2/gr，或甚至更优选大于2000m2/gr。该材料在电极与水接触的两侧上都可以包含活性碳、碳气凝胶、石墨、碳纳米纤维和/或碳纳米管。图3显示了用于本专利技术的去除离子的装置的示意图。该装置具有外壳31，并且具有进水口 32和出水口 33。在去除水中离子的过程中，水将从进水口 31通过流过式电容器(FTC)流到出水口 33，该流过式电容器包括一对第一电极21和邻近的第二电极22。水流由虚线箭头表示。在两个邻近的电极之间可以设置间隔区36。间隔区36可以具有如在图I中描述的形状。间隔区的主要功能是分隔第一电极和第二电极，例如通过保持两个电极之间恒定的或固定的距离。通过由功率控制器PC在第一和第二电极之间提供电势差，例如施加正电压到相对第二电极22的第一电极(阳极)21上，第二电极为阴极，流过间隔区36的水中的阴离子被吸附到第一电极21，而阳离子被吸附到第二电极22。通过这种方法流过间隔区36的离子(阴离子和阳离子)将从水中去除。为了提高该装置去除离子的效率，电极可以设置有电荷屏障，例如离子交换膜或离子选择膜。例如，设置在阴极上的薄膜可以是可渗透阳离子的并且基本上只允许阳离子的传输而基本上屏蔽阴离子的传输，设置在阳极上的薄膜可以是可渗透阴离子的并且基本上屏蔽阳离子的传输。在阳极和阴极之间的电势差相当低，例如低于2伏特，优选低于I. 7伏特甚至更优选低于I. 4伏特。功率控制器用来控制来自电源的电压和电流变换以满足第一和第二电极所需的电压差。该装置的效率基础是离子通量，因此离子通量可以定义为从水中去除离子的数量，例如每单位时间每投影电极面积(liter/m2projectedelectrode area/min)从间隔区中到其中一个电极的水中去除离子的数量。图4显示了去除离子的装置中两个邻近的电极。虚线41表示在两个电极之间流动的水中的离子浓度。如图4中所示，靠近电极表面的离子浓度低于其在中间的离子浓度。例如，在区域42中的水中离子浓度可以低于在区域43中的离子浓度。虽然在图4中只显示出两个区域，但是应当了解离子浓度可以逐渐降低或者甚至与其中一个电极的距离为线性关系，因此可任意选择区域。在使用离子交换膜或离子选择膜的情况下，该薄膜放置在电极和间隔区之间，那么类似的情况可以发生，从而在区域42中的水中离子浓度可以低于在区域43中的离子浓度。靠近电极(或薄膜)的低离子浓度可以造成到电极的低离子通量(或通过薄膜到电极)。通过增加靠近电极(或薄膜)的离子浓度，离子通量可以增加，因此提高了去除离子的效率。靠近电极的离子浓度可以例如通过混合水、通过在垂直于电极的方向中水的移动或通过提高离子在水中的移动性而增加。根据一个实施方案，离子通量优化设备包括混合设备。混合设备可以是具有特殊结构的间隔区，其造成了水的混合并且甚至可以在水中造成湍流。间隔区可以具有盘旋或螺旋结构。螺旋间隔区可以通过使液体沿间隔区旋动而影响水流，产生的效果可以是水的更快的局部速度，或者可以使得具有更高离子浓度且远离电极(或薄膜)的水被带到更靠近电极(或薄膜)的位置，这可以增加向着电极的离子通量。与非螺旋间隔区相比，螺旋间隔区可以将离子通量提高到两倍。另外，螺旋间隔区可以在水流为平稳层流的位置增强水的混合。螺旋间隔区也可以提升流动通道中的湍流，其可以进一步改善水的混合。根据另一个实施方案，混合设备造成水中的非稳定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·R·赖因霍特，A·范德瓦尔，P·E·德卢戈莱茨基，
申请(专利权)人：沃尔泰亚公司，
类型：
国别省市：
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