混合式电极的电容去离子装置制造方法及图纸

电容去离子装置（ＣＤＩ）是一种不需使用膜片及化学物质即可发挥净水、废水循环处理及海水淡化等功能的技术。电容去离子装置的关键组件为流通电容器（ＦＴＣ），因为流通电容器内所形成的静电场可留滞水体中的离子污染物。本发明专利技术的流通电容器是由多个单极性电极与多个双极性电极组成且在每一电极上设有多个通孔，其排列图案可使水流产生一定的流速及滞留时间，以达电极最佳使用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种可通过表面吸附离子的方式进行水处理的流通电容器(Flow Through Capacitor; FTC)的单体结构。详言之，本专利技术是 利用一种电容器架构减少水中总溶解固体量(Total Dissolved Solids; TDS)，其中该电容器架构是由多个单极性电极与多个双极性电极组成，且 通过此一架构，带电电极内所形成的静电场可在水流通过时吸附水中所含离子。
技术介绍
海水是地球上最丰沛的地表水，但由于内含极高浓度的盐份及来自陆 地或水面航行船只的多种污染物，因此亦为最难净化至饮用水标准的水 源。就商业规模而言，逆渗透法(R0)及蒸馏法(尤其是多级闪蒸法(MSF) 是两种最广为使用的海水淡化技术。逆渗透法的优点在于技术成熟、普及 性高、以及价格平价化，缺点则为水回收率偏低、对表面活性剂等等化学 物的抵抗力偏低、以及工作温度的范围偏低。至于多级闪蒸法及其它蒸馏 法的优点则为不论进给水的组成为何，其产出一定体积的洁净水及高净度 水产品所需的能源消耗量均相同。但所有热处理法均有设备成本偏高及高 耗能等等缺点，例如仅MSF循环泵本身的用电量便超过海水逆渗透法(SWRO)的整体运转耗能。然而，逆渗透法与多级闪蒸法均须以化学物进 行关键构件的再生，故均会产生二次污染；上述关键构件是指逆渗透法的 多孔膜、及多级闪蒸法的冷凝器(及锅炉)。就耗能与二次污染而言，电容去离子技术(CDI)是一种优于逆渗透 法及多级闪蒸法的去盐技术。电容去离子技术与多级闪蒸法相似之处在于不论进给水的组成为何，均可处理；意即电容去离子技术与多级闪蒸7法均不需对进给水进行繁复的前置处理；但若使用逆渗透法则有此必要， 否则逆渗透膜将因而毁坏。逆渗透法的前置处理既需使用化学物又增加耗 能，因而产生二次污染。电容去离子技术则是利用一直流低电压，从穿过 其关键构件亦即一流通电容器的水流中吸附离子。电容去离子技术吸附离 子的过程即为电容器的充电过程，其速度快且耗能极少。在生产相同体积、 相同水质的水产品时，电容去离子技术的耗能仅海水逆渗透法的三分之 一。因此，在以上三种去盐技术中，电容去离子技术的耗能最少。此外， 流通电容器模块饱和后的再生作业是一简易的电容器放电过程，其不但释 出可供直接取用的电力，亦释出处于原始状态且可供回收的宝贵离子。因 此，电容去离子技术不仅可用于生产淡水，实为一含有附加价值的水处理 技术。电容去离子技术已问世逾三十年，例如在美国专利第3， 515， 664号及 第3, 658， 674号中便已揭示此项技术。而在过去二十年中所积极推广的电 容去离子技术，是以碳气凝胶作为一板框总成单体内的离子吸附媒介，并 以此作为流通电容器的基本设计。举例而言，先前技术可见诸美国专利第 5， 192， 432号、第5, 425, 858号、第6， 096， 179号、第6， 309， 532号及第 6， 569， 298号等，都是以碳气凝胶作为一板框总成单体内的离子吸附媒介。 此外，流通电容器亦可使用其它吸附剂，例如美国专利第4，072，596号所 使用的金属氧化物触媒、美国专利第6，410, 128号所使用的石墨、及美国 专利第6，462，935号所使用的活性碳。在各种离子吸附媒介中，以活性碳 最适合流通电容器，此是因活性碳可以低成本提供较大的表面积。另外，流通电容器内的液体流路(liquid flow path)及流型(flow pattern)是另外两项决定流通电容器运转效能的重要因素，其重要性与 吸附材质不相上下。先前技术的板框单体是使用一蛇形流型，并搭配0.05 公分的电极间隙。然而其流路偏长，间隙偏小，不利于液体通过流通电容 器；且不仅在电容去离子作业的去盐阶段会产生压力降，在流通电容器重 设时亦难免发生交互污染。除上述缺点外，如美国专利第5，192,432号及 第6， 462, 935号所述，以同心巻绕法制备的蛋糕巻形流通电容器尚有水流 以均匀分布的方式流入该流通电容器圆柱形流道的问题。综言之，流速低、 电极使用效率低以及流通电容器再生作业耗时费水，均导致电容去离子技术无法成为一可行的商用水处理技术。前述的所有流通电容器均仅以单极性电极构成其单体。换言之， 一流 通电容器总成中的每一电极均连接至一直流电源，致使每一电极均仅具有 单一极性(正极或负极)，此亦将其称为单极性电极的原因。在一个流通电容器的板框结构中，此流通电容器模块是由超过ioo对正、负板电极，亦即超过100个单体串联而成。若一单体所需的工作电压为2V，则整叠单体所需的工作电压超过200V，其不但具有危险性，亦将电连接复杂化。另一方面，蛋糕巻形流通电容器不论其模块尺寸大小，由于仅由一对正、负 电极组成，故仅具有单一单体。因此，蛋糕巻形流通电容器的整体操作电压可低至2V，然其总操作电流是与有效电极面积成线性比例关系。先前技术是根据传统的电容器理论，着重缩小电极间隙，期使因而形 成的静电场强度愈大愈好，以便在单一循环中移除最多离子。然而，若欲 产生一强静电场，不仅需要狭小的电极间隙，亦需施加足够的电力。为产 生一有效且强大的静电场，本专利技术提供一种同时设有单极性电极与双极性 电极的混合组态流通电容器模块，期达到工作电压与工作电流的最佳平衡 状态。在去盐过程中，虽然是由一电源供应一恒定电压至流通电容器，但 实际的工作电流取决于进给水的组成及离子吸附的动力学。若将该电源设 定在一恒定电流值，不仅充电速率受到限制，电场强度亦将减弱。因此， 本专利技术是利用超级电容器提供不受限的电流，以强化由所施电压及流 通电容器架构所共同形成的电场。此外，本专利技术亦为流通电容器提供一独 特的流型，其可提高电容去离子技术的产出，并将电容去离子技术进一步 推向商业应用。
技术实现思路
如前所述，本专利技术的一主要目的是揭露一种流通电容器，其包含多个 堆叠电极所组成，以形成一可通过离子吸附作用制造淡水的流通电容器模块。本专利技术的再一主要目的是揭露一种流通电容器模块，其可由提供一适 当的电源，即可使流通电容器模块可在单次处理过程中去除最多离子。 本专利技术的再一主要目的是揭露一种流通电容器模块，可由每一堆叠电极上不同的穿孔位置，将流通电容器内水流的流体动力学最佳化。本专利技术还有一主要目的是在流通电容器模块内配置至少一超级电容器，以降低能源成本并缩短电容去离子作业的循环时间。基于上述的诸多目的，本专利技术提供一种流通电容器模块(FTC)，包括一电极板堆叠结构，此电极板堆叠结构是由多个第一电极板及多个第二电极板间隔穿插配置而成，其中每一第一电极板上配置有多个穿孔所形成的 一第一图案且每一第一电极板的边缘配置一 0形环，而每一第二电极板上配置有多个穿孔所形成的一第二图案且每一第二电极板的边缘配置一o形环； 一锁固装置，是配置于电极板堆叠结构的顶端及底端，用以锁固电极 板堆叠结构；其中电极板堆叠结构的一最上层电极板及一最下层电极板与 一第一极性的电极连接，且堆叠结构的一中间电极板与一第二极性的电极 连接，而第一极性及该第二极性为相反的极性。本专利技术接着提供一种水处理装置，是由一流通电容器模块与一直流电 位源所组成，此流通电容器模块的顶端与一进水装置连接而流通电容器模 块的底端则与一出水装置连接，其中流通电容器模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流通电容器模块，其特征在于，包括：　一电极板堆叠结构，该电极板堆叠结构是由多个第一电极板及多个第二电极板间隔穿插配置而成，其中每一该第一电极板上配置有多个穿孔所形成的一第一图案且每一该第一电极板的边缘配置一Ｏ形环，而每一该第二电极 板上配置有多个穿孔所形成的一第二图案且每一该第二电极板的边缘配置一Ｏ形环；及　一锁固装置，配置于该电极板堆叠结构的顶端及底端，用以锁固该电极板堆叠结构；　其中该电极板堆叠结构的一最上层电极板及一最下层电极板与一第一极性的电极连接 ，而该堆叠结构的一中间电极板与一第二极性的电极连接，而该第一极性及该第二极性为相反的极性。

【技术特征摘要】
1、一种流通电容器模块，其特征在于，包括一电极板堆叠结构，该电极板堆叠结构是由多个第一电极板及多个第二电极板间隔穿插配置而成，其中每一该第一电极板上配置有多个穿孔所形成的一第一图案且每一该第一电极板的边缘配置一O形环，而每一该第二电极板上配置有多个穿孔所形成的一第二图案且每一该第二电极板的边缘配置一O形环；及一锁固装置，配置于该电极板堆叠结构的顶端及底端，用以锁固该电极板堆叠结构；其中该电极板堆叠结构的一最上层电极板及一最下层电极板与一第一极性的电极连接，而该堆叠结构的一中间电极板与一第二极性的电极连接，而该第一极性及该第二极性为相反的极性。2、 如权利要求1所述的流通电容器模块，其特征在于，其进一步于 该电极板堆叠结构的每一该0形环的边缘再配置一间隔件。3、 如权利要求1所述的流通电容器模块，其特征在于，其中该第一图案及该第二图案相同且该第一图案及该第二图案间具有一位移。4、 如权利要求1所述的流通电容器模块，其特征在于，其中每一该电极板的材质为具有活性碳涂层的钛基板。5、 如权利要求1所述的流通电容器模块，其特征在于，其中每一该 电极板的材质为具有活性碳涂层的不锈钢板。6、 如权利要求1所述的流通电容器模块，其特征在于，其中每一该 电极板上的开口占各该单极性电极总面积的7%至15%。7、 如权利要求2所述的流通电容器模块，其特征在于，其中各该间 隔件的形式是为细网、网、筛网、筛或网状物。8、 一种水处理装置，是由一流通电容器模块与一电源供应器所组成， 该流通电容器模块的顶端与一进水装置连接而该流通电容器模块的底端 则与一出水装置连接，其中该流通电容器模块的特征在于，包括一电极板堆叠结构，该电极板堆叠结构是由多个第一电极板及多个第 二电极板间隔穿插配置而成，其中每一该第一电极板上配置有多个穿孔所 形成的一第一图案且每一该第一电极板的边缘配置一 o形环，而每一该第 二电极板上配置有多个穿孔所形成的一第二图案且每一该第二电极板的 边缘配置一0形环；及一锁固装置，配置于该电极板堆叠结构的顶端及底端，用以锁固该电 极板堆叠结构；其中该电极板堆叠结构的一最上层电极板及一最下层电极板与一第 一极性的电极连接，而该堆叠结构的一中间电极板与一第二极性的电极连 接，而该第一极性及该第二极性为相反的极性。9、 如权利要求8所述的水处理装置，其特征在于，其中该水处理装置所处理的水包括工业废水及海水。10、 一种水处理装置，是由一流通电容器模块、多个超电容装置、一 电源供应器以及一电源管理模块所组成，其中该流通电容器模块与所述超 电容装置形成并联连接，而该流通电容器模块的顶端与一进水装置连接且 该流通电容器模块的底端与一出水装置连接，以及该电源管理模块与所述 超电容装置连接用以控制至少两个超电容装置进行交替充电及放电，其中 该水处理装置的特征在于，该流通电容器模块包括一电极板堆叠结构，该电极板堆叠结构由多个第一电极板及多个第二 电极板间隔穿插配置而成，其中每一该第一电极板上配置有多个穿孔所形 成的一第一图案且每一该第一电极板的边缘配置一O形环，而每一该第二电极板上配置有多个穿孔所形成的一第二图案且每一该第二电极板的边 缘配置一0形环；及一锁固装置，配置于该电极板堆叠结构的顶端及底端，用以锁固该电 极板堆叠结构；其中该电极板堆叠结构的一最上层电极板及一最下层电极板与该直 流电位源的一电极连接，而该堆叠结构的一中间电极板则与该直流电位源 的另一电极连接。11、 如权利要求io所述的水处理装置，其特征在于，其中该水处理装置所处理的水包括工业废水及海水。12、 一种水处理装置，由多个流通电容器模块、多个超电容装置、一 电源供应器以及一电源管理模块所组成，该多个流通电容器模块是固定于 一绝缘外罩中且与该多个超电容装置形成并联连接，而该外罩的顶端与一 进水装置连接且该外罩的底端与一出水装置连接，以及该电源管理模块与 所述超电...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立人，李皞白，
申请(专利权)人：冠亚智财股份有限公司，薛立人，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]