电渗析设备中流体歧管的设计制造技术

本申请涉及一种电化学分离设备，包括第一电极、第二电极、包含设置在第一电极和第二电极之间的交替的耗尽隔室和浓缩隔室的电池堆、被配置为将流体引入耗尽隔室或浓缩隔室之一的入口歧管、出口歧管，以及流体导流器和第二流体导流器中的一个或更多个，流体导流器设置在入口歧管内并具有被配置为改变被引入到入口歧管中的流体的流动路径且将流体引导到耗尽隔室或浓缩隔室之一中的表面，第二流体导流器设置在出口歧管内并具有被配置为改变经由耗尽隔室或浓缩隔室之一被引入出口歧管中的流体的流动路径的表面。流体的流动路径的表面。流体的流动路径的表面。

【技术实现步骤摘要】
电渗析设备中流体歧管的设计
[0001]本申请是申请日为2018年06月20日，申请号为201880039970.9，专利技术名称为“电渗析设备中流体歧管的设计”的申请的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求于2017年6月21日提交的标题为“DESIGN OF FLOW DIRECTING FEATURES WITHIN THE FLUIDIC MANIFOLDS OF ELECTRODIALYSIS DEVICES”的序列号为62/522,732的美国临时申请的优先权，该临时申请通过引用以其整体并入本文。


[0004]本文公开的方面和实施例大体上涉及电化学膜系统及其操作方法。
[0005]背景
[0006]相关技术的讨论
[0007]使用电场净化流体的设备可用于处理水和含有溶解的离子物质的其他液体。以这种方式处理水的两种类型的设备是电去离子和电渗析设备。在这些设备内，浓缩隔室和稀释隔室由离子选择性膜隔开。电渗析设备通常包括交替的电活性半透性阴离子交换膜和阳离子交换膜。在这些膜之间的空间被配置成产生具有入口和出口的液体流动隔室。经由电极强加的外加电场导致被吸引到它们各自的反电极的溶解离子迁移通过阴离子交换膜和阳离子交换膜。这通常导致稀释隔室的液体被耗尽了离子，而浓缩隔室中的液体富含转移的离子。
[0008]在结构上类似电渗析设备的设备可以用作反向电渗析(RED)设备。两组隔室被供给由离子选择性膜隔开的不同离子浓度的流体；例如，海水和河水。浓度和化学电势的差异导致在每个膜两端的电压差，当该电压差在设备中的膜的总数上相加时，电压差导致在界定隔室和膜的堆叠的两个电极处产生电压电势。
[0009]概述
[0010]根据一个或更多个方面，电化学分离系统可以包括第一电极、第二电极、第一电化学分离模块化单元和第二电化学分离模块化单元，该第一电化学分离模块化单元具有第一电池(cell)堆，该第一电池堆限定了由第一框架支撑的多个交替的耗尽隔室和浓缩隔室，该第一电化学分离模块化单元位于第一电极和第二电极之间，该第二电化学分离模块化单元与第一电化学分离模块化单元相邻并与之协作、具有第二电池堆，该第二电池堆限定由第二框架支撑的多个交替的耗尽隔室和浓缩隔室，该第二电化学分离模块化单元位于第一电化学分离模块化单元和第二电极之间。
[0011]根据一个或更多个方面，组装电化学分离系统的方法可以包括在第一电极和第二电极之间的容器中安装具有被第一框架包围的第一电池堆的第一电化学分离模块化单元，以及在第一电化学分离模块化单元和第二电极之间的容器中安装具有被第二框架包围的第二电池堆的第二电化学分离模块化单元。
[0012]根据一个或更多个方面，电化学分离模块化单元可以包括限定多个交替的耗尽隔
室和浓缩隔室的电池堆，以及围绕电池堆并包括歧管系统的框架，该歧管系统被配置为便于流体流动通过电池堆。
[0013]根据一个或更多个方面，用于电化学分离的流量分配器可以包括多个第一管路和多个第二管路，该多个第一管路定向在第一方向上并且被配置为将进料输送到电化学分离设备的至少一个隔室，该多个第二管路定向在第二方向上，该多个第二管路与该多个第一管路且与和电化学分离设备相关联的入口歧管流体连通。
[0014]根据一个或更多个方面，电化学分离系统可以包括第一电极、第二电极、包含位于第一电极和第二电极之间的多个交替的耗尽隔室和浓缩隔室的第一电化学分离模块化单元、包含多个交替的耗尽隔室和浓缩隔室的第二电化学分离模块化单元、以及间隔件；该第二电化学分离模块化单元与该第一电化学分离模块化单元协作布置，并且位于该第一电化学分离模块化单元和第二电极之间，该间隔件设置在第一和第二电化学分离模块化单元之间并邻近该第一和第二电化学分离模块化单元，该间隔件被配置为减少系统内的电流损失。
[0015]根据一个或更多个实施例，模块化电化学分离系统(其也可以称为电净化设备或装置)可以提高各种处理过程的效率和整体灵活性。在一些实施例中，交叉流电化学分离设备(例如，交叉流电渗析(ED)设备)可以被实现为传统板框式设备的有吸引力的替代物。交叉流设备在US8627560B2、US8741121 B2和US20160346737 A1中有所描述，所有这些文件出于所有目的通过引入以其整体并入本文。在一些实施例中，可以减少交叉流电化学分离设备中的电流低效。在至少某些实施例中，可以解决由于通过入口和出口歧管的电流旁路而导致的电流低效。能耗和膜需求也可以降低，这两者都可以影响各种应用中的生命周期成本。在一些实施例中，可以实现至少85％的膜利用率。膜需求的降低又会导致对于电化学分离设备的制造成本、重量和空间需求的降低。
[0016]在一些具体实施例中，交叉流ED设备的过程效率可以显著提高。在一些实施例中，对于从石油和天然气生产中对微咸水、海水和盐水的脱盐，电化学分离系统的效率可以提高。在至少一些实施例中，与反渗透(RO)相比，ED的成本竞争力可以提高，反渗透是目前脱盐的主要技术。
[0017]本文公开的一个或更多个实施例涉及可以电净化流体的设备及其制造和使用方法，该设备可以被包含在外壳内。待净化的液体或其他流体进入净化设备，并在电场的影响下被处理以产生离子耗尽的(ion
‑
depleted)液体。来自进入的液体中的物质被收集以产生离子集中的(ion
‑
concentrated)液体。
[0018]根据一个或更多个实施例，电化学分离系统或设备可以是模块化的。每个模块化单元通常可以作为整个电化学分离系统的子块来起作用。模块化单元可以包括任何期望数量的电池对。在一些实施例中，每模块化单元的电池对的数量可以取决于分离设备中电池对和通路的总数。它还可能取决于可以被热粘合并封装在框架中且当测试交叉泄漏和其他性能标准时具有可接受故障率的电池对的数量。该数量可以基于制造过程的统计分析，并且可以随着过程控制的改进而增加。在一些非限制性实施例中，模块化单元可以包括约50至约100个电池对。模块化单元可以单独组装，并在结合到更大的系统中之前经过质量控制测试，例如泄漏、分离性能和压降。在一些实施例中，电池堆可以作为可独立测试的模块化单元安装在框架中。然后可以将多个模块化单元组装在一起，以在电化学分离设备中提供
总的预期数量的电池对。在一些实施例中，组装方法通常可以涉及将第一模块化单元放置在第二模块化单元上，将第三模块化单元放置在第一和第二模块化单元上，并且重复以获得期望数量的多个模块化单元。在一些实施例中，组件或单独的模块化单元可以插入压力容器中进行操作。在模块化单元之间或模块化单元内放置阻断膜和/或间隔件的情况下，多通路流动配置是可能的。模块化方法可以在时间和成本节约方面提高可制造性。模块性还可以通过允许诊断、隔离、移除和更换单独的模块化单元来便于系统维护。单独的模块化单元可以包括歧管装置和流量分配系统，以促进电化学分离过程。单独的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学分离设备，包括：第一电极；第二电极；电池堆，其包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的交替的耗尽隔室和浓缩隔室；入口歧管，其被配置为将流体引入所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一；出口歧管；其特征在于，所述电化学分离设备还包括：流体导流器，其可移除地设置在所述入口歧管内，并包括多个斜坡以改变被引入所述入口歧管中的流体的流动路径并将所述流体引导到所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一中，以及第二流体导流器，其可移除地设置在所述出口歧管内，并包括多个斜坡以改变经由所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一被引入所述出口歧管中的流体的流动路径；其中，所述电池堆包括多个子块，并且所述多个斜坡将流体引导到所述多个子块中不同的相应子块中；其中，所述流体导流器还包括彼此流体隔离的多个导管。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个导管中的每一个终止于所述多个斜坡中的相应一个处。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多个导管的横截面积的总和小于所述入口歧管的横截面积。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第二流体导流器被配置成至少部分地阻断通过所述出口歧管的旁路电流。5.根据权利要求4所述的设备，还包括：第二电池堆，其限定设置在所述电池堆和所述第二电极之间的交替的第二耗尽隔室和第二浓缩隔室；第二入口歧管，所述第二入口歧管与所述出口歧管对准，并且被配置为将流体从所述出口歧管引入到所述第二耗尽隔室或所述第二浓缩隔室之一；第三流体导流器，其设置在所述第二入口歧管内，所述第三流体导流器包括多个斜坡以改变被引入所述第二入口歧管中的流体的流动路径并将所述流体引导到所述第二耗尽隔室或所述第二浓缩隔室之一中；第二出口歧管，其设置在所述第二电池堆的与所述第二入口歧管相对的侧上；以及隔板，其将所述入口歧管与所述第二出口歧管流体分离。6.一种电化学分离设备，包括：第一电极；第二电极；电池堆，其包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的交替的耗尽隔室和浓缩隔室；入口歧管，其被配置为将流体引入所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一；出口歧管；
其特征在于，所述电化学分离设备还包括：流体导流器，其可移除地设置在所述入口歧管内，并包括多个斜坡以改变被引入所述入口歧管中的流体的流动路径并将所述流体引导到所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一中，以及第二流体导流器，其可移除地设置在所述出口歧管内，并包括多个斜坡以改变经由所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一被引入所述出口歧管中的流体的流动路径；其中，所述电池堆包括多个子块，并且所述流体导流器包括多个挡板，所述多个挡板被布置成将进入所述多个子块中的每个子块的流体的流动与进入所述多个子块中的其他子块的流体的流动隔离。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述流体导流器还包括同心流体导管。8.一种电化学分离设备，包括：第一电极；第二电极；电池堆，其包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的交替的耗尽隔室和浓缩隔室；入口歧管，其被配置为将流体引入所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一；出口歧管；其特征在于，所述电化学分离设备还包括：流体导流器，其可移除地设置在所述入口歧管内，并包括多个斜坡以改变被引入所述入口歧管中的流体的流动路径并将所述流体引导到所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一中，以及第二流体导流器，其可移除地设置在所述出口歧管内，并包括多个斜坡以改变经由所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一被引入所述出口歧管中的流体的流动路径；其中，所述流体导流器包括从所述入口歧管的壁朝向所述电池堆向内延伸的弯曲突出物。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述流体导流器在所述入口歧管的端部处将所述入口歧管的横截面积减小第一量，并且在沿着所述入口歧管的长度的中点处将所述入口歧管的横截面积减小比所述第一量大的第二量。10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述流体导流器被配置成降低通过所述电池堆的中心区域中的隔室的流体流速。11.一种电化学分离设备，包括：第一电极；第二电极；电池堆，其包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的交替的耗尽隔室和浓缩隔室；入口歧管，其被配置为将流体引入所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一；出口歧管；其特征在于，所述电化学分离设备还包括：流体导流器，其可移除地设置在所述入口歧管内，并包括多个斜坡以改变被引入所述
入口歧管中的流体的流动路径并将所述流体引导到所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一中，以及第二流体导流器，其可移除地设置在所述出口歧管内，并包括多个斜坡以改变经由所述耗尽隔室或所述浓缩隔室之一被引入所述出口歧管中的流体的流动路径；其中，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚，
申请(专利权)人：懿华水处理技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：