TW201228942A - Method of providing a source of potable water - Google Patents

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201228942 六、發明說明： 本專利申請案依據35 U.S.C. §119 (e)主張2〇1〇 11月12日所提出申請之美國第61/413,〇21號臨時專 申明案「核向流動式電化學去離子化裝置及其製造 法」，以及2011年7月21日所提出申請之美國 61/510，157號臨時專利申請案「模組化又流電透析裝 及其製造方法」；此諸案件之各完整内容實際上均以全 引用之方式被併入本文中》 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於水處理系統與方法，以及製造可 水處理用系統或設備之方法。更具體而言，本發明係 關於利用電淨化設備進行水處理之系統與方法，以及 造可供水處理用電淨化設備之方法。 【先前技術】 【發明内容】 本發明之一或多個態樣係關於一種製備用於電淨 設備之第一單元堆疊的方法。本方法可包括：將一第 陰離子交換膜與一第一陽離子交換膜相緊固於此第一 離子交換膜與此第一陽離子交換膜之外圍的第一部 處，以便形成一具有第一流體流動路徑之第一隔室。 方法亦可包括：將一第二陰離子交換膜與一第一陽離 交換膜相緊固於此第一陽離子交換膜之外圍的第二部 與此第二陰離子交換臈之外圍的第_部分處，以形成 具有第二流體流動路徑之第二隔室 而此第二流體流 年 利 方 第 置 文 供 有 製 化 陰 分 本 子 分 一— 動 201228942 ，路徑在方向上不同於該第一流體流動路徑。此第一隔室 及此第二隔室中之每一者可被建構並配置以提供第一陽 離=交換膜、第一陰離子交換膜及第二陽離子交換膜中 之每一者的一大於8 5 ◦/〇表面積之流體接觸。 本發明之其他態樣係關於一種製備用於電淨化設備 之單元堆疊的方法，此方法可包括：藉由將第一陽離子 交換膜與第一陰離子交換膜相緊固於此第一陽離子交換 膜與此第一陰離子交換膜之外圍的第一部分處以提供一 具有一被配置在此第一陽離子交換膜與此第—陰離子交 換膜間之第一間隔物的第一間隔物組合而形成—第一隔 至。此方法亦可包括：藉由將第二陰離子交換膜與第二 陽離子交換膜相緊固於此第二陽離子交換膜與此第二陰 離子交換膜之外圍的第一部分處以提供一具有一被配置 在此第二陰離子交換膜與此第二陽離子交換膜間之第二 間隔物的第二間隔物組合而形成一第二隔室。本方法亦 包括：藉由將第一間隔物組合與第二間隔物組合相緊固 於此第二陽離子交換膜之外圍的第二部分及此第二陰離 子交換膜之外圍的一部分處以提供一具有一被配置在此 第—間隔物組合與此第二間隔物組合間之間隔物的堆疊 總成而形成一第三隔室。此第一隔室與此第二隔室中之 每一者可被建構並配置以提供一在一與此第三隔室中之 流體流動方向不同之方向上的直接流體流動。 本發明之另外其他態樣可提供一包括一單元堆疊之 電淨化設備。此單元堆疊可包括一第一隔室，其具有一 第一陽離子交換膜及一第一陰離子交換膜。此第一隔室 -4- 201228942 可被建構並配置以便在此第一陽離子交換膜與 離子交換膜之間提供一在一第一方向上之直 動。此單元堆疊亦包括一第二隔室，其具有一 子交換膜及一第二陽離子交換膜，以便在此第 交換膜與此第二陽離子交換膜之間提供一在一 上之直接流體流動。此第一隔室與此第二隔室 者被建構並配置成可提供第一陽離子交換膜、 子父換膜及第二陽離子交換膜中之每一者的一 表面積之流體接觸。 本發明之另外其他態樣係關於一種用於電 之單元堆疊。此單元堆疊可包括複數個交替之 隔室及離子濃縮隔室。諸離子耗用隔室中之每 有一入口及一出口，其提供一在一第一方向上 體流動。諸離子濃縮隔室中之每一者可具有一 出口，其提供一在一與第一方向不同之第二方 縮流體流動。此單元堆疊亦可包括一被安置在 疊中之封堵間隔物。此封堵間隔物可被建構並 變通過此單元堆疊之一稀釋流體流動及一濃縮 中之至少一者的方向。 本發明之另外其他態樣係關於一種電淨化 電淨化設備包括一具有交替之離子稀釋隔室及 隔室的單元堆疊。諸離子稀釋隔室中之每一者 並配置以提供一在一第一方向上之流體流動。 縮隔室中之每一者可被建構並配置以提供—在 方向不同之第二方向上的流體流動。此電淨化 此第一陰 接流體流 第一陰離 一陰離子 第二方向 中之每一 第一陰離 大於8 5 % 淨化設備 離子耗用 一者可具 之稀釋流 入口及一 向上之濃 此單元堆 配置以改 流體流動 設備。此 離子濃縮 可被建構 諸離子濃 一與第一 設備可包 201228942 括一 的陰 其鄰 一封 置成 少一 電極 原之 淨化 子濃 置以 室中 不同 子稀 離子 表面 ppm 設備 出α 出膜 受限 何能 何形 第一電極，其鄰接一位於該單元堆疊之第一端部處 離子交換膜。此電淨化設備亦可包括一第二電極， 接一位於該單元堆疊之第二端部處的陰極交換膜。 堵間隔物可被安置在此單元堆疊中，且被建構並配 可再引導一稀釋流體流動及一濃縮流體流動中之至 者通過此電淨化設備，及可避免在第一電極與第二 之間形成直接電流路徑。 在本發明之另外態樣中，其係關於—種提供飲用水 方法。本方法可包括：提供一包括一單元堆疊之電 設備。此單元堆疊可包括交替之離子稀釋隔室及離 Τ隔室。諸離子稀釋隔室中之每一者可被建構並配 提供纟帛一方向上之流體流動n子濃縮隔 之每一者可被建構並配置以提供—在一與第一方向 之第二方向Λ的流體流冑。諸離子濃㈣室及諸離 釋隔室巾之每一者可被建構並酉己置以提供諸交替之 稀釋隔室及離子濃縮隔室中之每一者的一大於㈣ 積之流體接觸。本方法可另包括：將包含大約Μ，綱 總溶解固體量之海水進給流流體地連接至此電淨化 之一入口。本方法可另包括：將此電淨化設備之一 流體地連接至一適於飲用之使用點。 至少一些圖式可能會以特定之構诰 ea 傅&與幾何形狀描繪 、間隔物、單元堆疊' 及殼體。钬 热而，本發明並不 於這些特定之構造與幾何形狀。例如 將一或多個膜單元堆疊或模組組件 為4 1十緊固於其内之幾 狀。例如，此殼體可為圓柱形、多邊形、方形、或 201228942 矩形。有關此膜單元堆 形狀均可接受，只要此 該殼體内。例如，此膜 某些實施例中，殼體可 形狀可為任何能將此膜 幾何形狀。在某些實施 數量的隅角或頂點可能 角或頂點可能是必要的 殼體上。在某些實施例 物中之任一者的幾何形 插作參數。例如，間隔 流與濃縮流之間在流率 【實施方式】 疊或模組組件，任何適當之幾何 單元堆4及模組組件可被緊固於 或間隔物在形狀上可為矩形。在 非必要的。此膜或間隔物之幾何 或間隔物緊固於一單元堆疊内之 例中，位於單元堆疊上之一特定 是必要的。例如，三個以上的隅 ，以便可將此單元堆疊緊固於該 中，殼體 '單元堆疊、膜及間隔 狀可被選擇以適應電淨化設備之 物可為不對稱，以便可適應稀釋 上之不同。 利用電場來淨化流體之裝置被普遍用以處理水及其 他包含已溶解離子物種之液體。兩種依此方式進行水處 理之裝置係電去離子及電滲析裝置。 電去離子化（EDI)係一利用電活性介質及一電位從 水中移除或至少減少一或多個已離子化或可離子化物 種’以便影響離子傳輸之程序。此電活性介質通常用以 交替地收集並釋放離子及/或可離子化物種，且在一此情 形中則藉由離子或電子取代機構來促進離子之傳輸，其 可為連續性的。EDI裝置可包括由永久或暫時電荷所構 成之電化學活性介質’且可批量地、間歇地、.連續地、 及/或甚至均勻地以逆極性之模式被操作。EDI裝置可被 操作以促進一或多個具體設計來達成或加強性能之電化 學反應。另外，此類電化學裝置可包括電活性膜，諸如 201228942 半可滲透或選擇性可滲透 離子父換或雙連續電去 離子化（CEDI)裝置係孰 ^ ·、，、I本藝之人士所熟知之EDI裝 置，且係以下列之古彳4„β & 式裇作.水淨化可連續進行，而離 子父換材料則同時被連續地i+古 ^ ^ 逆頊地再裝填。CEDI技術可包含諸 如連續去離子化、已充填雷 一 兄具電池電滲析、或電透析之程序。 在經控制之電壓及鹽性下，.八工士 S1 「卜水分子在CEDI系統中被分 裂以產生氫或水合g雜早十、& α 子或物種以及氫氧化物或氫氧離 ’物種《可在该裝置中產生離子交換介質並因此有 助於被捕捉物種從其處釋出。依此方式，一待處理之水 流可被連續地淨化而無需離子交換樹脂之化學再裝填。 電4析（ED )裝置係以一相似於cedi之原理而操 作除ED《置在諸膜間通常不含電活性介質外。由於 :有電活性介質，使得ED之操作對低鹽性之供給水可 能因增大之電阻而受阻礙。再者，由於對高鹽性供給水 操作可此導致增大之電流消耗，因此ed設備迄今 為止已被最有效地使用於中鹽度之水源上。在以ed為 基礎之系統中’因為不存在電活性介質，所以分裂水係 無效率的，且通常避免在此一機制下操作。 ^ #在CEDI及ED裝置中，複數個相鄰之電池或隔室通 常藉由選擇性可滲透膜而被分開’此選擇性可滲透膜允 許帶正或負電荷之物種通過，但通常不許兩者通過。在 此類裝置中，稀釋或耗用隔室典型地被濃縮或集中隔室 T隔開。當水流經耗用隔室時，離子及其他帶電物種通 常在電場（諸如DC場）之影響下被拖引至濃縮隔室内。 帶正電荷之物種被拖引至一陰極，該陰極通常位於一由 201228942 多個耗用及濃縮隔室所構成之堆疊的一端處；而帶負電 荷之物種類似地被拖？丨至此裝置之陽極，該陽極通常位 於該隔室堆疊之相對端處。此諸電極典型地被封圍在通 常被部分土也與諸耗用…或濃㈣tit絕流體連通之電 解質隔室中。-旦在—濃縮隔室中，帶電物種典型地被 …擇性可渗透膜所構成且至少部分地界定此濃縮隔 至之障壁所捕捉。例如，陰離子典型地藉由-陽離子選 擇性膜而被阻止自濃縮隔室離開進-步朝向陰極遷移。 -旦在此濃縮隔室中被虜獲’被捕捉之帶電物種可在一 濃縮流中被移除。 在c㈣及ED裝置中，DC場典型地從一被施加於 諸電極（陽極或正電極，及陰極或負電極）上之電壓及 :了：被施加至諸電池。此電壓及電流源（被集合地稱 為 電源供應」）本身可 身了藉由堵如AC電源或例如一產生 風力或潮沙之電力能源等的許多不同手段而 被驅動。在電極/液體介 丨面處’電化學半電池反應發生， 其啟動及/或促進離子轉移 ^ ^ . 多通過老膜及啫隔室。發生在電 極/液體介面處之特定電化 總成之特定隔室中鹽之濃：而二:藉由在封圍諸電極 T •之/晨蝻而被控制在某一程度上。例 生諸陽極電解^室之具高氣化納的供給將傾 = 與氫離：：而此一針對陰極電解質隔室之 陽離於產生U及氫氧離子。通常地，產生於 二之氫離子將與-自由陽離子(諸如氯離子) 產生在陰極隔室處之氯氧離子將與—自由陽離子（諸如 -9- 201228942 納）締合，以你为咖— 伟電何中性並產生出氫氧化納溶液。諸 電極隔室之反廄吝ih 〜產物（諸如產出之氣氣及氫氧化納）可 被用以達成消秦 母 M清潔及去垢、及PH值調整之目的 所需之程序中。 板件與框每3¾ 木及螺紅纏繞式設計已被用於多種不同形 式之電化學去離；^ 離子化裝置，其包括但不限於電滲析（ED ) 及電去離子化fpnT\ C EDI)裝置。市場上可購得之ed裝置典 型地係板件插趣_v- 永式’而EDI裝置則可取得板件與框架及 螺旋纏繞式兩種結構。 /· 一时發月係有關於可電淨化流體之裝置，其可被包含 ^二设體内；及有關於此裝置之製造以及使用方法。待 ^β之液體或其他流體進入此淨化裝置或設備内，並 a琢〜響下被處理而產生一耗竭離子之液體。許多來 二？二之液體處的物種被收集以產生-離子濃縮液 與八：壯淨化設備（亦可被稱為電化學分離系統或電化 I、置）t諸組件可利用$同之技術被組裝以達成 此设備之最佳操作。 固痞社I發明之一些實施例申’-種方法被提供用於緊 淨：：：離子交換膜及可選用之間隔物以產生-用於電 淨化权備之膜單元堆疊。此 穿、*恭、Δ * 了供緊固多個用於諸如 又流电滲析（ED )裝置之電淨化 R ^ 平化°又備滲析中之陰離子交 換膜及陽離子交換膜。 本發明之一些實施例中提一 潫仆# /甚 、種可供製備一用於電 淨化设備之第一單元堆疊。此 φ ^ ^ m 忐可包括將一第一離子 又換膜緊固至一第二離子交換臈。一 間隔物可被定位在 -10- 固。一間隔物可被定位在 式’用於電淨化設備之一 在各個隔室中可於一或多 可被定位在隔室内之 此隔室，且在一些範例中 室。此間隔物可由聚合物 且允許流體流動於此隔室 例中’此間隔物可被建構 内之流體流動。在一些範 或篩狀材料以提供結構並 室。 根據一或多個實施例 改善。電流損失係效率不 及到又流設計的一些實施 處理。電流效率可被定義 移至濃縮流内之有效電流 根源可能存在於電化學分 不佳之一個潛在根源可能 口及出口歧管旁繞過諸電 所配成之諸對）之電流。 201228942 此第-離子交換膜與此第二離子交換膜之間以形成 隔物組合。當被用於電淨化設備中時，此間隔物组 定一允許流體流動之第一隔室。複數個離子交換膜 相互緊固以提供一系列隔室。在一些實施例中，複 間隔物組合可被建構’ 1此諸間隔物組合可被相 各個間隔物組合之間。依 系列隔室可被建構以便使 個方向上流動。 間隔物可提供隔室結構並 可協助引導流體流動通過 材料或其他可提供一所要 内之材料所製成。在一些 並配置以再引導或再分配 例中’此間隔物可包括一 允許所要之流體流動通過 ’電化學分離系統之效率 佳之一個潛在根源。在諸 例中，電流漏損的可能性 為電流有效地將離子從稀 百分比。電流效率不佳之 離系統或電淨化設備中。 /步及到藉由流經稀釋及濃 ’也對(由相鄰濃縮與稀釋 開放之入口及出口歧管可 一間 合界 可被 數個 互緊 此方 流體 界定 此隔 結構 實施 隔室 網狀 該隔 可被 如涉 可被 釋流 許多 效率 縮入 隔室 與諸 201228942 流動隔室形 之壓力降。 經諸開放區 電流效率並 能涉及到由 流進入稀釋 之密封與灌 在一或 被操縱來促 動以便可改 離系統或電 通路徑比一 些實施例中 並配置成使 接路徑存在 例中，多個 诸模組組件 電流旁通路 包括被組態 分配系統。 中圍繞單元 電流旁通路 内促進多道 些非限定性. 組組件間用 成直接流體連通，並可降低在各流動路經中 從一電極到另一電極之部分電流可能藉由流 域而旁通電池對之堆疊。此旁通電流會降低 增加能源消耗。效率不佳之另一潛在根源可 於離子交換膜之不完全滲透性而導致從濃縮 流内之離子。在一些實施例中，與膜及篩網 封相關聯之技術可促進降低電流漏損。 多個實施例中，一通過一堆疊之旁通路徑可 進電流沿著一通過單元堆疊之直接路徑的流 善電流效率。在一些實施例中，一電化學分 淨化設備可被建構並配置成使得一或多個旁 通過單元堆疊之直接路徑更曲折。在至少— ，一電化學分離系統或電淨化設備可被建構 得一或多個旁通路徑比一通過單元堆疊之直 更尚之阻抗。在一些涉及到模組系統之實施 單獨之模組組件可被構成以促進電流效率。 可被建構並配置以提供一有利於電流效率之 徑。在諸非限定性實施例中，一模組組件可 以促進電流效率的一歧管系統及/或一流動 在至少一些實施例中，一在電化學分離單元 堆噓之框架可構成且配置成以提供一預定之 &在些實施例中，在一電化學分離裝置 流動結構可有助於降低電流漏損。在至少— 實施例中，封堵膜或間隔物被插置於多個模 以引導稀釋流及/或濃縮流進入多道流動結 12- 201228942 構内，以便可改善電流效率。在一些實施例中，可以達 到至少大約6 0 %之電流效率。在其他諸實施例中，可以 達到至少大約70%之電流效率。在另外其他諸實施例 中，可以達到至少大約80%之電流效率。在至少一些實 施例中，可以達到至少大約85%之電流效率。 間隔物可被建構並配置成再引導流體流動及電流中 之至少一者以便改善電流效率。此間隔物亦可被建構並 配置成可在一電淨化設備令產生多重流體流動階段。此 間隔物包括一固體部分以便可再引導流體流動在一特定 方向上。此固體部分亦可再引導電流流動在一特定方向 上，並避免在一電淨化設備中之一陽極與一陰極間的一 直接路徑。一包括一固體部分之間隔物可被稱為一阻塞 間隔物。此阻塞間隔物可被定位在一單元堆疊内，或可 被疋位在第一單元堆疊（或第一模組組件）與第二單元 堆疊（或第二模組組件）之間。 在一些實施例中，被相互緊固之複數個離子交換膜 可在多個％離子交換膜與多個陰離子交換膜間交替，以 便提供一系列之離子稀釋隔室與離子濃縮隔室。 膜之幾何形狀可為任何適當之幾何形狀，使得此膜 可被緊固於一單元堆疊内。在_些實施例中，位於此單 元堆疊上特定數量之隅角或頂點可能必要的，以便可適 當地將此單元堆疊緊固於一殼體内。在一些實施例中， 特定之膜可具有不同於此單元堆疊十之其他膜的幾何形 狀。此膜之幾何形狀可被選擇以協助將諸臈相互緊固、 將諸間隔物緊固於單元堆疊内、將諸膜緊固於一模組組 -1.3- 201228942 件内、將諸膜緊固於一支撐結 链^ ^ 早堆疊）緊固至-殼體、及將-模組組件緊固至一 殼體内。 T呆U芏 膜、間隔物及間隔物組合可 „ «Β Λ,. 被緊固在此諸膜、間隔 物及間隔物组合之外圍或邊緣的—部分處。週圍的一部 /刀可為此膜、或間隔物組合之-連續或不連續長度。被 選擇來緊固此膜、間隔物或 ：長度 八Tj加物組合之該周圍的該部 刀可如供一邊線或邊界，以便 流體流動。 更了在-預定之方向上引導 在一些貫施例中，一可供匍租Μ 一 „ ^ ^ 供1備早兀堆疊用的方法可 包括·在第一陽離子交換膜盘 ^ ^ ^ 于父換膜與此第—陰離子交換膜之外 圍的第一部分處，將第一降齙上 ^ , 肘弟^離子父換膜緊固至第一陽離 :父換膜以便形成一具有一第—流體流動路徑之第一隔 至。此方法可另包括：藉由在第—陽離子交換膜之外圍 的第二部分處與此第二陰離子交換膜之外圍的第一部分 處’將第二陰離子交換膜緊固至第—陽離子交換膜以便 形成-具有-第二流體流動路徑之第二隔室，而此第二 流體流動路徑係在一與第一流體流動路徑不同之方向 上。 ::流體流動路經及第二流體流動路徑可藉由諸被 相互緊固之離子$拖胳丄， ^ ^ ^ 、、之外圍的諸部分而被選擇並提 方向，則第二流體流動^:為一、/〇者〇。轴線所運行之 360。之角度的方向上广二於-成任何大於°。並小於 λ, _ ^ ^ . 仃。在本發明之某些實施例中， 第一训體 動路徑可以 υ角度或垂直於第一流體流動 -14- 201228942 路徑而運行。在其他諸實施 以相對於第—流體流動路 ，第二流體流動路徑可 實施例中，第-流體流動路^8G°角度而運行。在另-流體流動路徑可成60。而運=⑨〇。方向上運行。第二 可成120。而運行。一第四流：及-第三流體流動路徑 ,„ _ 體k動路徑可成0。而^彳+ 如果額外之離子交換膜被緊 運仃。 外之隔室’則在這些額外隔室Φ 卩70帛以提供額 同或不同於第一流體流動路後：：諸讓動略經可相 某些實施例中，各個隔室中第-流體流動路徑。在 ^ ^ 丨L體流動路徑於一筮 土 體抓動路徑與一第二流體流 第一流 筮一瞌—A 路僅之間交替。例如，左 L 之第-流體流動路”於。。方向 二 至中之第二流體流動路裡可於90。方向上二在 及在第二隔室中之第三流體流動路於 仃， 行》在某些實施例中，於第一方向上運行：向上運 動路徑及於第二方向上運行 流體流 為叉流電淨化。 運仃之第-流體流動路徑可被稱 在其他實施例中，在各個隔 序地於一第—流體流動路徑、一"叙路徑依 第一體流動路徑之間交替。例如 … -流體流動路徑可於〇。方向 至中之第 二流體流動路握可於3。。方向上J行在=室中之第 之第三流體流動路徑可於9〇。方向上 二搞室中 中之第四流體流動路徑可於〇、 仃 第四隔室 中，在第一隔室中之坌^ ^ ^運仃。在另一實施例 行。在第二隔室中〜了於0方向上運 之第一机體流動路徑可於60。方向上 201228942 運灯，且在第三隔室中之第三流體流動路徑可於丨2〇。方 向上運行。在第四隔室中之第四流體流動路徑可於〇。向 上運行。 、 敫i t發月之某些實施例中’一隔室内之流動可被調 正、i配或再弓丨導，以便提供流體與此隔室内之諸膜 士面較大之接觸。此隔室可被建構並配置以再分配此隔 至内之流體流動。此隔室可具有障礙物、凸出物 物、凸緣或擋板’其可提一社 丹』k供、·，°構以再分配經過此隔室 之流動，此將於下令由七-a- lu 卜文中时；《。在某些實施例中，此諸障 礙物。:凸出4勿，突出物、凸緣或擋板可被稱為一流動再 分配器。 在電淨化設備用之單元堆疊中的各個隔室可被建構 並配置以便為流體接觸提供—狀之表面積或膜利用百 分比。已發現較大之膜制將提供在電淨化設備之操作 ^較大之效率°達成較A膜制之優點在於：較低能源 消耗、較小之設備佔用空間、通過該設備之較少途徑、 及較高品質之水產I在某些實施例巾，可達到之膜利 用係大於65%。在其他實施例中，可達到之膜利用係大 於75%。在某些其他實施例中，可達到之膜利用係大於 85%。此膜利用可至少部分地取決於被用以相互緊固各 個膜之方法以及間隔物之設計。為了獲得—預定之膜利 用，可選擇適當之緊固技術及組件以達成—可靠且穩固 之密封，藉此容許電淨化設備可有最理想之操作，=不 致在此設備内發生負面的漏損，且同時可維持膜在此程 序中能被使用之大表面積。 -16- 201228942 密封可藉由任 於確保諸膜間之匹 隔室的所要流體流 達成：黏著劑、例 結合、或例如利用 性特徵並藉由匹配 為了建構一膜單元 敷在此諸間隔物組 結或緊固在一起。 個間隔物組合之間 可被相互緊固在各 供具有至少兩流體 間隔物組合可被相 一流體流動路徑之 體流動路徑之.第二 狀特徵取代黏著劑 在本發明之一 之單元堆疊的方法 由將多個離子交換 此諸離子交換膜間 形成。例如，一第 換膜被緊固在此第 犋之外圍的第一部 陽離子交換膜及 的第—間隔物組合 何適當之手段而被 配以便可提供通過 動路徑。例如，密 如藉由雷射或超音 在相鄰之膜及/或間 或聯鎖所達成者。 堆疊，多個間隔物 合之周圍的諸部分 諸間隔物被定位在 。在某些實施例中 個間隔物組合之外 流動路徑之複數個 互緊固以便提供一 第一隔室及一在第 隔室。可使用熱結 以提供此諸隔室。 些實施例中，一製 包括形成多個隔室 膜相互緊固以提供 之第一間隔物的第 一陽離子交換膜可 一陽離子交換膜及 分處以便提供一具 此第一陰離子交換 達 成 ’ 此 手 段 係 用 由 諸 膜 所 界 定 之 諸 封 可 藉 由 下 列 而 被 波 焊 接 所 達 成 之 熱 隔 物 上 之 陽 性 及 陰 在 某 些 實 施 例 中 9 組 合 被 建構 且 用 塗 處 之 黏 著 劑 而 被 黏 被 緊 固 在 —— 起 的 各 9 此 諸 間 隔 物 組 合 圍 的 一 部 分 處 以 提 隔 室 〇 例 如 此 諸 在 第 一 方 向 上 具 有 — 方 向 上 具 有 — 流 合 或 機 械 式 聯 鎖 形 備 用 於 電 淨 化 設 備 〇 — 第 一 隔 室 可 藉 具 有 一 被 配 置 在 — 間 隔 物 組 合 而 被 與 一 第 —- 陰 離 子 交 此 第 —— 陰 離 子 交 換 有 — 被 配 置 在 此 第 膜 間 之 第 — 間 隔 物 -17- 201228942 一第二隔室可藉由將多個離子交換臈才 供一具有一被配置在此諸離子交換膜間之身 第二間隔物組合而被形成。例如，一第二声 可與一第二陽離子交換膜被緊固在此第二聞 及此第二陰離子交換膜之外圍的第一部分處 具有一被配置在此第二陰離子交換膜及此第 換膜間之第二間隔物的第二間隔物組合。 一第三隔室可藉由將第一間隔物組合緊 隔物組合且藉由在其間安置一間隔物而被形 室與第二隔室之間。例如，第一間隔物組合 物組合可被緊固在第一陽離子交換膜之外圍 處及在第二陰離子交換膜之外圍的一部分處 具有被配置在此第一間隔物組合與此第二 之間的堆疊總成。 每一個第一隔室及第二隔室可被建構並 一流體流動方向，該流體流動方向不同於在 之流體流動方向。例如，第三隔室中之流體 袖線方向上運行。第一隔室中之流體流動可i 且第二隔室中之流體流動可成與第一隔室 (3〇°)或以另一角度（諸如120〇)而運行。 中’第一隔室中之流體流動路徑可於〇。方向 三隔室中之流體流動路徑可成60。運行，及 之流體流動路徑可成1 20。運行。一在一第四 體流動路徑可成0。運行。 本方法可另包括將已組裝完成之單元堆 目互緊固以提 $ —間隔物的 ί離子交換膜 『離子交換臈 .以便提供一 二陽離子交 固至第二間 成在第一隔 與第二間隔 的第二部分 以便提供一 間隔物組合 配置以提供 第三隔室中 流動可於〇 ° (30"5運行， 相同之角度 在另一範例 上運行。第 第二隔室中 隔室中之流 疊緊固在一 "18- 201228942 殼體内" 根據一或多個實施例，—電化學 設備可為模組式的。各模組組件可大 學分離系統的一子區塊。—模組組件 量之電池對。在一些實施例中，每一 數里可取決於此分離系統中之電池對 此亦可取決於當被測試交又漏損與其 可接受之失敗率下被熱結合並灌封在 的數量。此數量可基於製造程序之統 序控制之改良而被增加。在—些非限 組可包括大約5 0個電池對。諸模組組 大系統刚可先被單獨地組裝並進行諸 性能及壓力降之品質控制測試。在_ 元堆疊可被安裝在一框架中以作為_ 組組件。複數個模組組件接著可被組 一電化學分離系統中整體所需之電池 施例中，一種組裝方法可概括地包括 放置於第一模組組件上；將第三模組 第二模組組件上；及重複地獲得所要 組件。在一些實施例中，此總成或諸 被插入一壓力容器内以利操作。多途 多個閉塞膜及/或間隔物放置在諸模 組組件之内。模組化作法可在時間與 可製造性。模組性亦可藉由能診斷、 換個別之模組組件而有利於系統之 分離系統或電淨化 致當作一整體電化 可包括任何想要數 模組組件之電池對 與途徑之總數量。 他性能標準時能在 一框架中之電池對 計分析且可隨著程 定實施例中，_才莫 件在被整併入一較 如針對漏損、分離 些實施例中，一單 可被獨立測試之模 裝在一起以提供在 對數量。在一些實 :將第一模組組件 組件放置於第一及 數量之複數個模組 個別之模組組件可 徑之流動構形可將 組组件之間或諸模 成本節約方面改善 隔離、移除、及更 護。諸個別之模組 -19- 201228942 組件可包括歧管裝 分離程序。諸個別 可和中央歧管裝置 之系統形成流體連 置及流動分配系統 之模組組件可相互 及其他與整體電化 通0 以便有利於電化學 成流體連通，以及 學分離裎序相關聯 單元堆叠可被緊固在一具有—入口歧管及一出口歧 管之框架或支標結構内以提供—模組組件。此模组组件 接著可被緊固於一殼體内。此模組組件可另包括一托架 總成或隅角支撐件，其可將此模組組件緊固至該殼體了 一第二模組組件可被緊固於此殼體内。一或多個額外之 模組組件亦可被緊固於此殼體内。在本發明之某些實施 例中，一閉塞間隔物可被定位在第一模組組件與第二模 組組件之間。 、 、 一流動再分配器可存在單元堆疊之一或多個隔室 中。在組裝此單元堆疊時，此單元堆疊中之一離子交換 膜之周圍的第一部分可被建構並配置成可與一相鄰離子 交換膜之外圍的第一部分聯鎖。I某些範例巾，此單元 i中之第間隔物之周圍的第一部分可被建構並配 置成可與一相鄰間隔物之周圍的第一部分聯鎖。 在本發明之一些實施例中提供一種包括一單元堆疊 之電淨化设備。此電淨化設備可包括一第一隔室，其具 有若干離子交換膜且可被建構並配置以便在此諸離子交 換膜間提供一在第一方向上之直接流體流動。此電淨化 設備亦包括一第二隔室，其具有若干離子交換膜且可被 建構並配置以提供一在第二方向上之直接流體流動。每 一個第一隔室與此第二隔室可被建構並配置成可為了流 -20- 201228942 體接 實施 中，· 可達 決於 為了 選擇 有最 可維 電淨 陰離 以便 提供 一具 二隔 換膜 隔室 用， 及此 觸。 隔物 諸隔 第一 · 觸而提供一預定之表面積或膜利用百分比。在某些 例中’可達到之膜利用係大於65%。在其他實施例 可達到之膜利用係大於75%。在某些其他實施例中， 到之膜利用係大於85%。此膜利用可至少部分地取 被用以相互緊固各個膜之方法以及間隔物之設計。 獲得一預定之膜利用，適當之緊固技術及組件可被 以達成一可靠且穩固之密封，藉此讓電淨化設備可 理心之操作，而不致在此設備内發生漏損，且同時 持膜在此程序中能被使用之大表面積。 例如可提供一種包括一單元堆疊之電淨化設備。此 化°又備可包括一具有一第一陽離子交換膜及一第一 子父換膜之第一隔室，而此第一隔室被建構並配置 在此第一陽離子交換膜與此第一陰離子交換膜之間 —朝一第一方向之直接流體流動。本設備亦可包括 有此第一陰離子交換膜及一第二陽離子交換膜之第 室以便在此第一陰離子交換膜與此第二陽陰離子交 之間提供一朝一第二方向之直接流體流動。此第一 及此第二隔室可被建構並配置以提供一預定之膜利 例如，此第一陽離子交換膜、此第一陰離子交換膜 第二陽離子交換膜之大於85%表面積之流體接 此第隔至及此第二隔室中之至少一者可包括一間 ，其係一閉塞間隔.物。 此在第一方向及第二方向上之直接流體流動可藉由 室之構造及配置而被選擇並提供。利用流體流動之 方向作為一沿著〇。軸運行之方向，此流體流動之第 201228942 二方向可於一成任何大於〇。並小於360。之 上運行纟本發明之某些實施例中，此流體 方向可以90。角度或垂直於此流體流動第 行。在其他諸實施例中’此流體流動之第二 相對於此流體流動第一方向成80。角度而運 外之離子交換膜被緊固1單元堆疊以提供額 則在這些額外隔室中之諸流體流動方向可相 此流體流動第-方向及此流體流動第二方向 施例中’各隔室中之流體流動方向交替於流 第一方向與流體流動之一第二方向之間。例 流動之第4向可於G°方向上運行。此流體 方向可以90。角度運行，及位於第三隔室中 的第三方向可於〇。方向上運行。 此包括-單元堆疊之電淨化設備可另包 此單元堆疊之殼體，使得此單元堆疊之外圍 分被緊固於此殼體上。一框架可被定值在此 元堆疊之間以提供第一模組組件於在此殼體再分配器可存在此單元堆疊之—々夕/ ^ 或多個隔室中之至少一者可被建構並配置 直以便在此隔室逆轉。本發明之一些實施例中提供—種用於_ 之單元堆曼"匕單元堆疊可提供複數 隔室及離子濃縮隔$。諸離子乾用隔室中之有一入口及一出口，其提供—在—第—體流動。諸離子濃縮隔室中之每— 方向者可具有 角度的方向 流動之第二 一方向而運 方向可以一 行。如果額 外之隔室， 同或不同於 °在某些實 體流動之一 如 流動之第二 之流體流動 此流體 括一可封圍 的至少一部 殼體與此單 中 流動 中。諸隔室 内提供流動 電淨化設備 之離子耗用 每一者可具 上之稀釋流 -入口乃一 -22- 201228942 出口，其提供一在一與第一方向不同之第二方向上之濃 縮流體流動。一間隔物可被定位在此單元堆疊中。此間 隔物可提供隔室結構並界定此諸隔室，且在某些範例中 可協助引導流體流動通過此隔室。此間隔物可為一閉夷 間隔物’其被建構並配置成可再引導流體流動及電流中 之至少一者通過該單元堆疊。如前所討論的，此閉塞間 隔物降低或避免在電淨化設備中之電流效率不佳之情 形0 化設備。此電 及離子濃縮隔 者可被建構並 。諸離子濃縮 在一與第一方 化設備亦可包 疊之第一端部 鄰接一位於此 。此第一離子 交換膜或一陽 一陰離子交換 換膜。此設備 元堆疊中且被 一濃縮流體流 避免在第一電 °如前所討論 備中之電流效 本發明之一些實施例中提供一種電淨 淨化設備包括一具有交替之離子稀釋隔室 室的單元堆疊。諸離子稀釋隔室令之每一 配置以提供一在一第一方向上之流體流動 隔室中之每一者可被建構並配置以提供— 向不同之第一方向上的流體流動。此電淨 括：一第一電極，其鄰接一位於此單元堆 處的第一離子交換膜；及一第二電極，其 單元堆疊之第二端部處的第二離子交換膜 父換膜及此第二離子交換膜可為一陰離子 離子交換膜。例如，第一離子交換膜可為 膜，而第二離子交換膜則可為一陽離子交 可另包括一閉塞間隔物，其被定位在此單 建構並配置成可再引導一稀釋流體流動及 動中之至少一者通過此電淨化設備，及可 極與第二電極之間形成一直接電流路徑 的，此閉塞間隔物降低或避免在電淨化設 -23- 201228942 率不 得此 一框 體中 此殼 與此 堆疊 並配 定位 此模 膜或 以便 諸組 隔物 被塗 離子 帶可 使用 此密 在某 層或 佳之情形。 可 被封 圍 在 — 殼 體 中 5 使 部 分被 緊 固 於 此 殼 體 上 0 單 元堆 疊 之 間 以 便 在 此 殼 二 模紕 組 件 亦 可 被 緊 固 於 被 定位 在 此 第 — 模 組 組 件 動 再分 配 器 可 存 在 此 單 元 室 中之 至 少 -— 者 可 被 建構 動 逆轉 〇 — 托 架 組 合 可 被 提 供此 模 組 組 件 支撐 並 將 此電淨化設備之單元堆疊 單元堆疊之外圍的至少一 架可被定位在此殼體與此 提供第一模組組件。一第 體内° —閉塞間隔物亦可 第二模組組件之間。一流 之一或多個隔室中。諸隔 置以便在此隔室内提供流 在此框架與此殼體之間以 组組件緊固於此殼體内。 在本發明之某些實施例中，單元堆疊之諸離子交換 諸間隔物之外圍的一部分可以一材料被處理或塗敷 可用緊固材料（例如黏著劑）提供一與單元堆義之 件間的強化且牢固結合。一密封帶可被提供於：間 、諸膜、或兩者上以提供一連續表面，而黏著劑可 敷於其上以便接合諸離子交換膜，諸如陰離子及陽 交換膜。此密封帶亦提供對膜之外圍支撐。此密封 避免或減緩此黏著劑之黏膠濕透或吸水，藉此口、需 較少之黏著劑便可將諸間隔物及諸膜緊固:一 2二 封帶基於使用較少黏著劑亦可促成較大之膜利用。 些範例中，此密封帶可藉射出成型、壓擠模製、塗 類似者而被塗敷於間隔物上。 第1圖顯示一間隔物組合10，#包括陽離子交換膜 、間隔物m、及陰離子交換膜102。此間隔物；〇4 -24- 100 201228942 (可為蒒網狀間隔物）使黏著劑1 〇 6可被塗敷。諸膜可 藉黏著劑或熱結合技術（例如雷射、振動、或超音波溶 接）而沿著兩相對邊緣被密封。一寬廣範圍之黏著劑可 被用於膜側邊接合，此黏著劑包括具脂肪族、脂環族、 芳香胺固化劑氨基曱酸酯之環氧樹脂，此將於下文中詳 細說明。當黏著劑被塗敷至此膜電池之膠合線時，如果 此黏著劑主要保留在預定之膠合線上則將可能是有利 的。如果黏度太低，此黏著劑可能從該膠合線流出或滴 出。如果點度太高，則塗開此黏著劑可能變得困難。 如果此間隔物係一篩網，其可被封裝於黏著劑内， 而此黏著劑亦黏結該兩相鄰之膜。 第2圖顯示間隔物組合20，其包括陽離子交換膜 200、間隔物204及陰離子交換膜202。間隔物204可分 離陽離子交換膜200及陰離子交換膜202，且在液體流 從入口側208流至出口側210時可界定流動隔室並提高 混合及質量傳遞。 第3圖顯示第一間隔物組合3〇及第二間隔物組合 32，其等被間隔物304所分離。此兩總成係藉由沿著垂 直於已被密封在此諸總成内之諸邊緣的兩平行側邊塗敷 黏著劑3 0 6而被黏結在一起。被夾於此兩總成間之間隔 物304界定一第二流之流動通道，其在方向上垂直於流 經此兩總成之諸流，如箭頭所示。 第4圖顯示當被壓縮時所產生之膜單元堆疊。如圖 所示’第一間隔物組合40及第二間隔物組合42被相互 緊固’而間隔物404則被定位在此兩間隔物組合間。通 -25- 201228942 過每一個間隔物組合40及42之流動路徑可在 向上前進，而通過被界定在此兩總成間之隔室 徑則可在一第二方向上前進，如第4圖中之箭 在第一方向上之流體流動可為一稀釋流， 方向上之流體流動可為一濃縮流。在某些實施 第一方向上之流體流動可被轉變成一濃縮流， 方向上之流體流動則可被轉變成一稀釋流，此 性逆轉所致’其中外加電場被逆轉，因此也逆 功能。 被若干間隔物分隔離之多個間隔物組合可 一起以形成一堆疊電池對或一膜單元堆疊。 本發明之電淨化設備可另外包括一封圍單 殼體。此單元堆疊之外圍的至少一部分可被緊 體。一框架或支撐結構可被定位在此殼體與此 之間以提供此單元堆疊額外之支撐。此框架亦 入口歧管及多個出口歧管，其使得流體可流入 元堆疊。此框架與此單元堆疊一起可提供一電 模組組件。此電淨化設備可另包括一被封圍在 :第二模組組件。一間隔物（例如—閉塞間隔 :位在此第一模組組件與此第二模組組件之間 =被定位在此第-模組組件之端部，而此 .和弟一模組組件相連通之端部成對立。一 此第二模組組件之端部，而此端部係 杈、.且組件相連通之端部成對立。 一粍架總成可被定位在第一模組組件、 一第一方 的流動路 3胃所示。 且在第二 例中，在 而在第二 A利用極 轉了諸流 被緊固在 元堆疊之 固至此殼 單元堆疊 包括多個 及流出單 淨化設備 該殼體内 物）可被 。一第一 端部係與 二電極可 與一和第 二模組組 -26- 201228942 件2或兩者之框架與殼體之間。此托架總成可提供支撐 給諸模組組件，並提供一與該殼體之牢固附接。 〇在本發明之一實施例中，電淨化設備可藉由將一膜 單元隹且疋位在一殼體或容氣内而被組裝。若干端板可 被没置在此單元堆疊之每—端處1著劑可被塗敷以便 將此單元堆疊之外圍的至少一部分密封到該殼體之内 壁。 第5圖顯示被殼體518所封圍之單元堆疊516的實 施例。諸端板512藉若干繫桿514而被拉引在一起。諸 繫桿514藉由若干非金屬套筒而與諸流體流隔離。如果 諸端板512係金屬製，則一非金屬端塊52〇可在每一端 處被插置於單元堆疊516與端板512之間.諸端塊52〇 支撐諸電極並將諸液體流與諸端板隔離。此繫桿之諸端 部藉由Ο形環被密封抵住諸端塊520。或者，端塊520 可為非金屬製，而一分隔用端塊因此並不需要。如第5 圖所顯示，諸端塊520可藉若干螺栓或螺桿522及螺帽 524而被連接《如第6圖所顯示，諸端板62〇可藉由若 干凸緣649而被附接。如第7圖所顯示，諸端板72〇可 藉由諸如Victaulic®類型夾之夾具728。 在本發明之些貫施例中，此繫桿可被安置在殼體 之外側。在本發明之一些其他實施例中，諸端板可藉由 被插入位於殼體之諸端部處之諸溝槽内的諸分段環或扣 環而被緊固於此殼體中。此諸端板亦可藉由黏著劑而被 黏結至該殼體。 金屬端板例如可藉由機械加工或鎮造而被製成。扑 -27- 201228942 金屬端塊或端板例如可藉由機械加工一塑膠塊或藉由射 出成型而被製成。 一旦此堆疊被定位於殼體中且諸端塊/端板被緊固 至此殼體，黏著劑便可被塗敷以將此堆疊封抵住此殼體 並將用於兩流體流之入口及出口歧管相互隔離。此殼體 被定向成使其縱軸呈水平。 如下文中將進一步詳細討論的，用於將膜堆疊緊固 於殼體内之黏著性質可與用於將諸膜相互緊固以形成一 早元堆疊之黏著性質不同。為了在一殼體中緊固一膜堆 疊，黏著劑黏度必須低。可接受之黏度可藉由將反應性 稀釋劑添加至經混合之黏著劑内而被達成。稀釋劑之主 要功能在於降低黏度以便可較易於進行化合或可改良 塗敷性質。較低之黏度在決定是否為一適當之黏著劑上 可能也是重要的，因為低黏度將使此黏著劑可更大地穿 透入一多孔性基質内，且可潤濕非多孔性表面。此稀釋 劑可為一縮水乙酸（diglycidyl ether)、苯基二縮水甘油 醚（diglycidyl phenyl diglycidyl ether)、或其他之稀釋 劑。 膜電池之流動隔至可為大約0.33 mm至0.46 ππη 厚’且在某些範例中’灌封可為無氣隙的。此被用以將 單兀堆疊緊固至殼體之灌封彈性體（黏著劑）應比被用 以將諸膜相互緊固之側邊接合縫更剛硬；此可能是因為 此灌封必須具有足夠之機械強度來抵擋一膜堆疊之重 量。在某些實施例中，可期望此灌封在進給流壓力下不 會變形。 -28- 201228942 此殼體被定向成使其縱轴呈水平 。第8圖顯示一用

射口可被安置成與單元堆疊816之外圍重合，其可被整 併入殼體818内以利於將黏著劑806注入殼體818内， 藉此將單元堆疊816之諸隅角83〇密封到殼體gig。在 黏著劑806定塑後’设體818可被轉動9〇。直到下一隅 角位於底部為止。此黏著程序被重複直到單元堆疊8 i 6 之所有想要之外圍已被密封或緊固為止。可改良殼體與 堆疊外圍之密封的表面製備可包括：能分裂此表面及增 加此表面面積以提咼黏著劑黏結之技術。例如，此表面 製備可包括：化學、機械、電氣、或熱表面製備，及其 等之組合。此可包括例如化學蝕刻或機械粗化。 此殼體可藉由擠壓成型而被製成，以便提供一可協 助將單元堆疊緊固至殼體之幾何形狀。.例如，一或多個 溝槽可被形成於殼體中以便使黏著劑可被包含於一用以 收納單元堆疊之外圍的受限區域中。如第9圖所示，殼 體918被設置成具有多個具扇形邊之溝槽932，以便提 供一可供收納將被安置之黏著劑906的貯槽。 本發明之另一個實施例中提供一種塗敷黏著劑之方 法’其包括：緩慢地在一方向上轉動殼體，而同時注射 一控制量之黏著劑進入此殼體内。此黏著劑連續地流向 最低點並形成多個相繼之薄層，其可凝固成型為一圍繞 -29- 201228942 此殼體之内壁的密封環。此環之厚度可藉由另外加入黏 著劑而被增加。 本發明之另一個實施例中提供一種塗敷黏著劑之方 法，其包括：快速地在一方向上轉動殼體，而同時在一 或多點處注射一控制量之黏著劑進入此殼體内。此黏著 劑可藉由離心力而被強制抵住此殼體之内壁，並在其凝 固成型後形成一密封環。 第1 〇圖顯示本發明所揭示之一種方法的多個實施 例，其包括：在一方向上轉動一殼體丨0丨8，而同時注射 一控制量之黏著劑1 〇 0 6進入此殼體内。 在本發明之另一實施例中，電淨化設備可藉利用一 模具以黏著劑密封單元堆疊之外圍的一部分而被組裝。 此單元堆疊可被插入一殼體中，並接著在此單元堆疊之 每一端處藉端板而被壓縮。然後，可塗布黏著劑以將單 元堆疊的周圍密封到殼體之内側壁。 一單元堆疊之外圍（在此範利中係 1130)可被插入模具U34内。一 可被倒入模具1 1 34内並允許其定 如第11圖所示， 單元堆疊111 6之隅角 低黏度黏著劑1106 型。此堆疊接著被轉動以密封此外圍之其他部分，如第 圖所示其中黏著劑1 2 0 6被顯示位於單元堆疊丨2 J 6 之每-個隅角⑽處。在某些範例_，此模具係由一可 被黏著劑不致黏附之材料所製成。 上j 固尸不，具有 ”一㈣υ笟封隅角之单兀堆疊 1 3 1 6被插入殼體！ 3 ! 8内， 日 ^ 並使侍黏著劑1 3 0 6與殼體 1 3 1 8之内壁1 3 3 6之間存在間陴η 卞你间丨卓1 3 3 8。此間隙1 3 3 8被填 -30- 201228942 =:=::::1316 密封到一 圖所示之另—實施例中，具有可藉擠屢成型 ，1射核製所製成之托架總成或隅角支撐件144〇的膜 皁凡堆S 1416 <列如被用作—可灌封及密封單元堆疊 1416之諸隅角之模具。此諸隅角支樓件144〇(及且) 於是當作可將此堆疊繫接於外罩1 542上之固定件，此如 第15圖十所示。可被用以將諸隅角支撐件緊固至外罩之 方法包括如超音波熔接之塑膠連結技術。外罩【M2 (及 1642 ),被依序地插入殼體1618中，如第16圖所顯示， 因此消除了必須將該堆疊總成直接地灌封至外殼體之需 要 托架總成或隅角支撐件亦可被用以將一模組組件 緊固至一殼體。 在本發明之某些實施例中，一電淨化設備被提供以 降低或防止因較大電力消耗所導致之效率不佳情形。本 發明之此電淨化設可提供一多途徑流動結構以降低或防 止電流效率不佳情形。此多途徑流動結構可藉由消除或 降低此電淨化設備之陽極與陰極間之直接電流路徑而減 少電流經由諸流動歧管之旁繞或電流之漏損。如第1 7圖 所顯不’電淨化設備50被提供成包括陰極ι744及陽極 1746。複數個交替之陰離子交換膜ι748及陽離子交換膜 1 750位於陰極1744與陽極1 746之間以提供一系列交替 之離子稀釋隔室1752及離子濃縮隔室1754 ^閉塞間隔 物1756可被定位在一或多個離子稀釋隔室ι752及離子 濃縮隔室1 754内以便再引導流體流動及電流流動經過 201228942 電淨化設備5〇，如第17圖中之箭頭所示。 第18 ϋ顯示一在一電淨化設備中可被 ::物之間隔物。此間隔物可包括篩網部分1 858、閉塞 部分I 860、及密封帶1862。密封帶m2 勒固體 而被黏結至諸相鄰膜，如第19圖中所示：著削 藉由提供_對从 ^ 此諸密封帶可 封。在竿此；：用平坦表面而改良諸膜與間隔物間之密 在某4施例中，此間隔物可藉由射出成型 = σ工、熱壓縮、或快速原型製作而被掣成。 械 分可St?可具有足夠之厚度以便使該篩網部 閉塞隔Ϊ =度可大於一筛網間隔物之厚度。結果， 較言之雷於諸相鄰隔室中者，此導致-受：。阻’其因諸閉塞間隔物之數量被限制而係可接 此間隔物在固體部分之邊緣可被緊固且密封至一殼 =壁。此間隔物之固體部分186Q可充分地剛硬以便 " 兩側上之壓力差。諸如補強肋件之結構特徵可被 加入此固體部分以增加此材料之剛性。 么第1 9圖中顯示第一間隔物組合1 9 6 4以及第二間隔 2組合1966。閉塞間隔物1956被定位在第一間隔物組 -9 6 4及第二間隔物組合1 9 6 6之間。 —第2 〇圖中顯示一電淨化設備之實施例，其包括一個 L杈向流動電滲析裝置。單元堆疊20 1 ό被緊固於殼體 内諸閉塞間隔物2 0 5 6被定位在單元堆疊2 〇 1 6内 乂便再弓丨導此電滲析裝置内之流體及電流之流動，如第 20圖中之箭頭所示。 -32- 201228942 在另一實施例中，此單元堆疊之外圍的一部分及諸 閉塞間隔物之外圍藉黏著劑而被緊固至該殼體之内表 面。 如第21圖所示，閉塞間隔物2丨5 6上配備有圓形框 緣2 1 6 8 ’其在間隔物2 1 5 6被插入一殼體内時形成一黏 著劑用之溝槽21 06。該裝置於是如第22圖中所示地藉 由將複數個電池對2216及閉塞間隔物2256或間隔物插 入殼體2218内而被組裝’並接著以多個端板及/或端塊 在兩端處壓擠此總成。黏著劑22〇6可藉由灌封而被相繼 地塗敷至此堆疊之外圍的一部分。 设體2318接著被定向成使其軸線呈垂直，如第23A 圖所示，並具有多個預備收納黏著劑之框緣2368。如第 23B圖所示，黏著劑2306被塗敷至位於諸閉塞間隔物 2 3 5 6上之多個由諸框緣2 3 6 8所形成之溝槽以便將諸間 隔物密封到殼體23 1 8。黏著劑可經由多個例如通過端板 及/或端塊之小管子或導管而被注射。 某些實施例十可使用一額外之組件（諸如一襯墊或 〇形環），其被定位在閉塞間隔物外圍以協助包含被用以 將此間隔物緊固至該殼體上之液態黏著劑。在此實施例 。在另一 設計為該 中，此黏著劑一旦已固化便可為主要之密封體 實施例中’此諸如襯墊或0形環之額外組件被 閉塞間隔物及該&體之間的唯一密封體，且只有位於該 對池堆之外圍的一部分處之黏著劑22〇6可被使用（見第 22圖）。此可藉由減少或消除必須將用黏著材料該閉塞 間隔物之框緣密封到該殼體之需求來簡化模組組件1 -3 3- 201228942 裝。 在另一實施例中’在單通徑流動結構中且具有稀釋 及濃縮隔室之諸電池對堆疊首先被密封在圓柱形殼體之 多個區段中以形成多個模組組件。此諸單元接著可與位 於其間之中的諸閉塞間隔物連結在一起以便形成多途徑 結構。此方式之優點可為：此諸堆疊可僅在其外圍之一 部分處（諸如隅角）用黏著劑密封到該等殼體區段。諸 閉塞間隔物並非一定要被密封到此殼體之内壁；他們也 可被定位在諸模組细件之間並被密封於諸端部之間。 第24A圖顯示例如一第一模组組件247〇及一第二模 、且組件2472，其等之諸端部處具有凸緣2474且在其等 之間定位閉塞間隔物2456。在第24B圖中，第一模組組 件2470及第二模組組件2472被相互緊固。第一模組組 件2470及第二模組組件2472之凸緣2474可被緊固在一 起。在某些範例中’第一模組組件247〇及第二模組組件 2472之凸緣2474可被以螺栓鎖緊在一起。 第25圖顯示一閉塞間隔物之另一實施例，其具有篩 凋部分2558、固體部分256〇、及密封帶2562。此閉塞 間隔物可被模製成具有圓形框架2576，其藉黏著劑或襯 墊而被密封於諸凸緣之間。或者，此框架可由一熱塑性 ^料所模製形成，以致並不需要黏著劑或襯塾。其他製 造閉塞間隔物之方法對於熟習本藝之人士而言係顯 知的。 刃 〜或者，諸模組組件可藉由夹具、繫桿或其他緊固技 術而被連接在一起。閉塞間隔物之設計可因此而被修改 -34- 201228942 以順應經選定之緊固技術。 在本發明之一些實施例 疊之方法。一第一間隔物組 膜與至一第二離子交換膜相 而被製備。在第一離子交換 一部分處，此外圍可被權疊 隔物可被提供於一第一離子 之間。一第二間隔物組合可 組合之諸端部摺彎可與第二 齊排列，以便使第二離子交 至第二間隔物組合之一離子 端部摺彎可疊置，且一間隔 之間。當此諸間隔物組合被 提供一介於諸間隔物組合間 與位在第一間隔物組合及第 的流體流動流不同之方向。 中提供一種用於製備單元堆 合可藉由將一第—離子交換 緊固在外圍之—第—部分處 膜及第二離子交換膜的一第 以提供多個端部摺彎。一間 父換膜及一第二離子交換膜 被類似地製備。第一間隔物 間隔物組合之諸端部摺彎對 換膜之諸端部摺彎可被緊固 交換膜之諸端部摺彎。此諸 物可被定位在諸間隔物組合 壓縮時，多個隔室被形成以 之流體流動流，其係朝向一 二間隔物組合中之每一者内 如第26圖中所示，一第一間隔物組合可藉由將第一 陰離子交換膜2602與第一陽離子交換膜26〇〇相緊固在 外圍之第一部分處而被製備。在此範例中，此外圍之第 为藉由熱結合2678被緊固。在此第一陰離子交換膜 及此第一陽離子交換膜之第二部分處，該外圍可被摺疊 以提供多個端部摺彎2680。間隔物2604可被提供於第 一陰離子交換膜2602與第一陽離子交換膜2600之間。 一第二間隔物組合可被類似地製備。如第27圖中所 顯示’第一間隔物組合之諸端部摺彎2 7 8 0可與第二間隔 201228942 物組合之諸端部摺彎 陽雜早$ # 對齊且相疊置，以便使第一 ^ ^ ^ ^ ^ 1伯芩了破緊固至第二間隔物組合 之&離子乂換膜的諸端 丨丨^ 兩而習彎。此諸端部摺彎之重疊部 分可藉熱結合、黏著劑、七吃々 且1 '考幻或峥多機械技術而被緊固。如 第28圖中所示，此諸 考接者被疊置，且間隔物 2 8 04可被疋位於諸間隔物 ^ σ之間。當此諸間隔物組合 被塵縮時，多個隔宮姑艰士、^日 形成以棱供介於諸間隔物組合間 之體流動流2986,其係朝向一與位在第_間隔物組合 及第二間隔物組合中之每-者内的流體流動流2988不 同之方向，如第29圖中之箭頭所示。 _藉=用熱結合技術來製備間隔物組合及最終 …堆登’冑提供-可輕易，且裝且可提供電淨 之整體組合卫時較快的程序。狹窄之熱密封提供較: 流動通道，此可導致較高之膜利用， j、加整個電淨·

化設備之效率》在某些利用熱結合之實施例中，—I 材料（例如聚丙烯或聚乙烯）製之額外再強化條逊= 用以加強熱結合區域及提供—更堅固之密封: 子 疊及壓縮諸膜前先熱結合此諸膜，將也有貼 ^ 在指 裝，因為將可有更多利於結合設備與諸 易、·且 、夏的空間^为 助結核程序的進行。熱結合技術亦可防止膜堆 』Λ協 損。此程序亦可減小對諸膜間隔物之麗、、疊中之漏 β目刀以彳争組 元堆疊的整體性，而導致一在通過整個措α 、，隹持单 丨口棋組組件 的壓力降。 < 車父低 在一些實施例中，黏著劑可被用以將諸離 及諸間隔物緊固在一單元堆疊中。可子交換膜 T』用於製傷 两早元堆 -36- 201228942 著劑可具 之諸組件 電淨化設 膠化時間 之性質， 度，且可 一些情形 基材料。 導致，而 及單元堆 疊之黏 元堆疊 固在一 黏度、 黏著劑 結合強 在 聚氨醋 性質而 封，以 有若干特別之特徵或性質 有一適當之密封，並可將 備殼體内。這些性質可包 、固化溫度與彈性體性質 發現可加強介於此膜堆疊 減少或消除此電淨化設備 中可使用環氧或環氧基材 此可由於其熱性質、機械 這些性質則可提供諸膜相 疊與殼體間之適當密封。 ’其可讓此單 此單元堆叠緊 括此黏者劑之 。藉由修改此 與此殼體間之 内之漏損。 料或聚氨略或 性質、或化學 互間之適當密 "玄％氧或環氧基材料可包含一樹脂及一固化劑。 乂體適s之岔封’此樹脂可能必需是交聯 的此交聯可藉由使此樹脂與一適當之固化劑進行化學 反應而達成。此固化劑可被選擇自由下列者所構成之群 組.知肪胺、醯胺_胺、環脂族胺及芳香胺。此諸固化劑 可提仏黏著劑特別之性質，其包括並不限於：黏度、灌 封壽命、固化時間、穿透性、濕潤能力機械強度、及 固化後之抗化學性。 §亥聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯材料可藉由異花青 與存在於催化劑中之多元醇（多羥基化合物）之加成聚 合反應而被製成。此反應可提供一包含氨基曱酸酯鍵結 (R丽COOR，_)之聚合物。 在一些實施例中，當一適於將諸膜相互緊固之黏著 劑是必要之時’此黏著劑較佳地可某種程度地保留在一 預定之膠合線或密封帶上。例如，若此黏著劑之黏度太 -37- 201228942 低’則其可能從該膠合線或密封帶處流掉或滴走。若此 黏著劑之黏度太高，則此黏著劑塗敷之可能變得太困難。 在某些實施例’較佳地使用一種具有與膜類似之熱 膨脹的黏著劑，以便可將諸膜相互緊固。此可避免或減 小在膜黏著介面處之破裂或起敵。為決定一種適合電淨 化設備塗敷用之黏著劑，胺類固化劑之濃度可被改變。 例如，脂肪胺具有一平直之碳主鏈，其可提供熱膨脹— 高程度柔韌性。此類型固化劑之使用可使的側邊接合縫 與此膜一起膨脹。脂環胺及芳香胺固化劑在其主鏈中具 有芳香環，其可提供剛硬之彈性體性質。 本發明之某些實施例可使用在周圍溫度下可用以將 諸膜相互緊固且可具有一在從大約1〇〇〇至大約 cps範圍内之黏度的黏著劑。此可提供一在從大約1 5分 鐘至大約3 0分鐘範圍内之膠化時間。此黏著劑可具有二 在周圍溫度下從大約30至大約7〇範圍内之蕭氏硬度h 此黏著劑可藉由任何適當之手段而被塗敷，且盆可藉 由-自動或手動程序而被塗敷。此由黏合劑所形成：接合 縫可具有-在從大約〇‘25 in至大約15111範圍内之寬卢及 -在從大約20 mil至50 mil範圍内之厚度。此黏著劑； 由使用紫外光、周圍溫度、加速溫度、或類似者而被固化。 可被用以將-膜單元堆疊緊固至一殼體上之黏著劑可 八有-低黏度’其可藉由將反應稀釋劑添加至已混 劑中而達成。藉由添加稀释劑，能得到㈣度的黏 2 允許更容W應_著#卜此較㈣度亦可對多 2 較大之穿透性且對❹孔材料提供較佳之濕m -38- 其 殼體可 内維持 體或諸 氧浸潰 序、射 部之密 間之黏 失效）， 疊處） 之密封 面積以 括：化 此可包 中安置並緊固膜單元堆疊以便 由任何在此設備中可有流體流 此流體流動及電流的適當材料 殼體可由聚乙二醇'聚氯乙烯 玻璃纖維所構成。用於殼體之 出成型、或其他可典型地提供 集結構的程序所製成。為加強 著結合（其可能因為連續流體 此设體之内部表面的一部分（ 將被處理或修改。V改良此殼 的表面製備可包括：能中斷此 提高黏著劑黏結之技術。例如 學、機械、電1、或熱表面製 括例如化學蝕刻或機械粗化。 201228942 範例中’此稀釋劑可被選擇自由下列者所構成之 縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、或其箄 〈汗多組合 被用以將單元堆疊緊固至殼體上之點 、那者劑可比 以將諸膜相互緊固之黏著劑更剛硬。被用以將單一 緊固至殼體上之黏著劑可被配製以具有足夠之強 檔δ亥膜單元堆疊之重量且不會在流動壓力下纖/ 7 Γ雙形。 在本發明之某些實施例中，被用以將 J十几堆疊 至殼體上之黏著劑可具有一在從大約3 卜 至大約 cps範圍内之黏度。此黏著劑之膠化時間可在從大矣 分鐘至大約60分鐘範圍内。此黏著劑可I ' —在周 度下從大約45至大約80範圍内之蕭氏硬度d。 提供電 動及電 所製成 、聚碳 材料可 一具有 殼體與 流動所 可緊固 體與此 表面及 ’此表 備及其 淨化設 流並可 。例如 酸酯、 藉由擠 大致勻 膜單元 造成之 此膜單 堆疊周 增加此 面製備 等之組 組： 〇 被用 堆疊 來抵 緊固 2000 勺30 圍溫 備之 在其 ，殼 或環 製程 順内 堆疊 力而 元堆 圍間 表面 可包 合0 201228942 在某些實施例中，殼體中之諸黏著劑注入口被用以 協助將此黏著劑傳遞至殼體内之所要區域處以便將膜單 元堆疊緊固至殼體。一或多個黏著劑注入口可被用以將 此黏著劑引導至殼體處。一個以上之黏著劑注入口可被 用在此殼體中各緊固點處。在某些實施例中，三個黏著 劑注入口以一特定之排列被設置以便以一適當之方式將 黏著劑分配在至緊固點。此諸黏著劑注入口可被安置成 一直線，或可以一特定之設計或式樣被散播，以便可達 成所想要之黏著劑傳遞。在使用低黏度黏著劑之諸範例 中’此黏著劑可穿透至膜單元堆疊之諸通道内以加強此 膜單元堆疊與此殼體間之結合。藉由依此方式注入點著 劑’正被使用之黏著劑的量及由此黏著劑所產生之放熱 將可被監控。 … 在本發明之某 封技術而被相互緊 諸間隔物》此密封 諸間隔物上形成多 或間隔物上之諸脊 上之諸脊部或溝槽 溝槽可與位於第二 例如，位於第一膜 部或配件，其可匹 溝槽，其可為母脊 離子交換膜或一陰 間隔物與第二間隔 些實施例中，諸膜 固及被緊固至位於 可藉由在電淨化設 個脊部或溝槽而被 部或溝槽可匹配位 。位於第一骐或間 膜或間隔物上之諸 或間隔物上之諸脊 配位於第二膜或間 部或配件。—離子 離子交換膜）可被 物間。在某些實施 可 藉 由 許 多 機 械 密 此 膜 單 元 堆 疊 内 之 備 中 所 用 之 諸 m 及 完 成 〇 位 於 第 — 膜 於 第 二 膜 或 間 隔 物 隔 物 上 之 諸 脊 部 或 脊 部 或 溝槽 聯 鎖 0 部 或 溝槽 可 為 公 脊 隔 物 上 之 諸 脊 部 或 交 換 m ( 例 如 陽 安 置 並 緊 固 在 第 例 中 ) '—- 旦 系 列 -40- 201228942 間隔物與離子交拖胺p人y 一 換膜已被組合而形成複數個濃縮及稀釋 隔室，此諸隔室可祐谈# 至』破填充以樹脂，例如呈樹脂漿料或 脂懸浮料之型式者。 第3〇圖顯示一射出成型之稀釋間隔物3004, JL具 有多個用於匹配多個位於間隔物3〇〇4之兩表面上的密 封。除了攔住離子交換樹脂珠粒之諸開口讓外，各炉 動隔室3092之各端部被封閉，但允許流體流動。間隔物 3〇〇4之另一端部3〇96可為敞開以利樹脂填充。多個狹 槽3098可存在端部處以便容納多個樹脂攔板。—濃縮間 隔物可用相同方式被製成。在某些實施利中，此濃縮間 隔物可較薄於稀釋間隔物，因為在某些實施例中，此濃 縮流動可較低於通過諸稀釋隔室之流動。 第3 1圖顯示沿著一由多個間隔物3 1 04及陽離子六 換膜3100與陰離子交換膜31〇2所組成之堆疊在组合矿 所取之剖面圖。多個位於第一間隔物31〇牦上之陰：： 徵3101可匹配多個位於第二間隔物3104b上之陽性特徵 3103。多個位於第二間隔物3104b上之陽性特徵31〇3 匹配多個位於笛-Ba 、第二間隔物3 1 〇 4 c上之陰性特徵3 1 〇 1。 為加強離子經由樹脂珠粒及膜之傳送，較佳地具有 被緊密地擠實之樹脂珠粒。此在超純淨水設玦 釋隔室内係特別有利的。已發現的是，存在許多可= 擠實密度。例如’樹脂可被浸潰在一種濃縮鹽 冷、之（諸如氣化鈉）中並接著被呈漿狀注入諸隔室内。 在電淨化設備操作期間，位於諸稀釋隔室中之樹脂可在 β亥稀釋流被去離子時增長。此樹脂亦可被浸潰在一種濃 -4 1- 201228942 縮鹽溶液（諸如氯化鈉）中並接著被乾燥^此樹脂接著 可被懸斤一空氣流中並接著被吹進諸隔室内。在操作期 門位於稀釋隔至及濃縮隔室兩者中之樹脂可在其等被 暴露於流體時增長，且位於諸稀釋隔室中之樹脂將進一 =在該稀料被去離子化時增長m〖例巾，諸濃 細隔室可在諸稀釋隔室之前先被填充。諸膜將被允許凸 出至諸稀釋m室内，並接著此諸稀釋隔室可被填充。位 :該稀釋隔室中之樹脂在操作期間的膨脹可藉由被壓實 成濃縮體以便增加壓實密度之樹脂而被限制。 第32圖顯示一由包括3204a、3204b及3204c之諸 間隔物3204及諸膜所構成之已組合堆疊的剖面視圖以 及—顯示諸機械密封之聯鎖情形之詳細視圖。如被顯示 此詳細視圖中&，諸膜3292可被填充以樹脂，_旦此具 :所要數$之電池對的堆疊被組合之後。在流體中之樹 ^ j，被泵唧至諸隔室内。此樹脂可被攔住多個於位於 隔室之底部處的開口 3294中’當載有樹脂之流體流過 ，。當諸P高室已滿，多個具狹槽之板被滑進適當位置以 更在諸隔至中攔住樹脂。此堆疊接著可被轉動外。，且 稀釋隔室可用相同方式被填充以樹脂。 夕第33 ®顯示一膜單元堆疊33〇5之一部分，其具有 個位於適當位置上之攔板33〇7。膜單元堆疊

破緊固於一超艚內、VL牮- T ' Λ又體内，口者早凡堆疊3305之周圍的多個特 一處。例如，此單元堆疊可被緊固於單元堆疊33〇5之 —或多個隅角3330處。 在另-實施例中’諸膜可藉超模麼成型之熱塑性橡 -42- 201228942 勝（TRP )後封體而被封抵住諸間隔物。在一由間隔物 與膜所構成之堆疊被組合並壓縮後諸稀釋及濃縮隔室被 填充以樹脂。第34圖顯示具有框緣34〇7與超模壓成型 之密封體3409的稀釋間隔物34〇4。此超模壓成型之密 封體可呈現在此間隔物之兩表面上。此濃縮間隔物可被 同樣地建構。在某些實施例中，此濃縮間隔物可被建構 成較薄於該稀釋間隔物，且不可包括諸超模壓成型密封 體。 第35圖係-沿著_由多個間隔物（包括濃縮間隔物 35U及稀釋間隔物3513)與多個膜所構成之堆疊的一部 分所取之剖面圖。多個開口 3594可攔住諸隔室3592内 之樹脂，而多個位於諸隔室3592之對立端部處之開口或 狹槽3598則可用於填奋谢 .L, ^ ^ 具充樹知。在此特定之實施例中揭示 圓形之框緣，但亦可蚀田甘AU TT/ 用/、他开）狀之框緣，諸如矩形、 方形或多邊形者，只i县欲+ 00 _ ^ M ^ ^要最〜之早兀堆疊可被適當地緊固 至设體。在一些貫施例中， _ 諸祀緣3 5 0 7可消除對一殼體 的需求。諸控向之超禮厭士 — 、^成^岔封體3509可分隔胡絲雜 及濃縮入口 /出口站答„ m J刀隔開稀釋 要灰。y , 消除對隅角緊固或封罐之 " :脂加入此堆疊之前，此堆疊可被塵缩以# 將諸膜及諸間隔物封卢一 被墊縮以便 戎杏且而、士 * ( °此可藉由例如暫時性繫桿 或夹具而被達成。 土黑仵 第3 6圖係— 在樹脂填充諸稀釋 在某些實施例 之密封及由諸陽性 顯示多個位於適當位置上之樹脂攔板 隔室3615之後的剖面圖。 中，由諸超㈣成型之密封體所達成 特徵與陰性特徵所達成之匹配可被一 -43 - 201228942 起使用以提供-經緊固之膜單元堆疊 性特徵與睁性特料& > u 1 联』猎》#陽 興陰陡特徵而被封抵住諸間隔物，而諸 模壓成型密封體及位於框緣中 超 „η, 於c緣中之諸抢封體則可將諸稀釋 曰”“勿封抵住諸濃縮間隔物。在此一實施例中，可不· 要使用-殼體’或多個隅角密封體來將單元堆疊封抵: 一殼體。 Ί 在某些實施例中，一射出成型之間隔物3 7 〇 4被提佴 以併合多個筛網區域3725,如帛37圖所顯示。此圖顯 不-流體流動方向37仏多個開σ被設置在兩相對邊緣 ” 373 1中。此諸開口可由多根金屬線所構成，而 此諸金屬線在此部件從模具處被射出之前先被縮回。 第38Α及38Β圖顯示諸開口之細節部分，而此諸開 口則係位於如配合第37圖所說明之邊緣3829中的例如 3833處。第38Α及38Β圖亦顯示陽性特徵38〇3，其可 與陰性特徵3801聯鎖》 ” 第3 8Β圖顯示一點狀分模線。此間隔物可用—組位 於模具之分模線3835上方之線股以及一組位於分模線 3 8 3 5下方之線股而被模製。此篩網間隔物之諸線股如第 38Β圖所示般具有半圓形截面，且兩組線股被定向成彼 此垂直。此諸線股之截面形狀、方向及頻率可被改變以 促進流體混合及/或減小壓力降。若干肋件或緩衝件可被 模塑至間隔物内以形成多個流動通道並改善流動分佈。 在某些實施例中，若干陽及陰性特徵被分別模塑於 諸邊緣之頂部及底部，其包含入口及出口開口 3833。 間隔物材料之選定可取決於其被模塑成具有多個薄 -44- 201228942

壁及小尺+ 4 A 寸之《b力，例如在大約〇 〇6〇 in

At 等級。此材料亦可具有被模塑成具 能力：例如在大約0.030 in (0.75 mm)或 此材料亦具有—適當之彈性以便諸陽及陰 當聯鎖。 一立Z 39圖顯示一由若干間隔物及膜所 15刀如圖所示，若干陽性特徵3903及 390 1聯鎖。同樣地，在第4〇圖中若h +若=陰丨生特徵4001聯鎖。若干陽離子3 若干陰離子交換膜4〇〇2被緊固於諸間隔物 4 0 3 7之多個間隔物密封用以限定第二流之 而第二流4039之多個間隔物密封用以限 膜的邊緣。 在本發明之某些實施例中，一隔室内 整、再分配、或再引導以提供與此隔室内 較大之流體接觸。此隔室可被建構並配置 室内之流體流動。此隔室可具有若干障礙 突出物、凸緣或擋板’其可提供一可再分 之流動的結構。此諸障礙物、凸出物，突 擋板可被形成為複數個離子交換膜之一部 或可為一播5又置於此隔室内之額外分離会士 物、凸出物，突出物、凸緣或擋板可藉由 諸離子交換膜相互緊固之黏著劑所致之 成》此間隔物可被灌注以熱塑性橡膠以形 黏著劑結合至諸相鄰膜上之凸出部。此熱 (1 ·5 mm)或 有若干小孔之 更小之等級。 性特徵間之適 組成之堆疊的 若干陰性特徵 悬性特徵4003 換膜4 0 〇 〇及 f之間。第一流 诸膜的邊緣， 定第一流之諸 之流動可被調 之諸膜表面間 以再分配此隔 物、凸出物， 配通過此隔室 出物、凸緣或 分（間隔物） 構。此諸障礙 提供一由可將 廷長部而被構 成若干可被以 塑性橡膠可利 -45- 201228942 用被諸如熱壓或旋轉式篩網印刷之程序而被塗敷至該間 隔物。諸隔室可以或可以不包含離子交換樹脂。 如第41圖所示’第一離子交換膜4151及第二離子 父換膜4153被顯示具有被緊鄰其等而安置之第一間隔 物4155及第二間隔物4157。第一流4159被顯示為與第 一流4 1 6 1之流動相平行之流動，此乃因為第二間隔物 4 1 57具有若干緩衝件’其再分配來自間隔物4丨57之入 口 4163處，環繞第—緩衝件4165與第二緩衝件4丨67周 圍’並通過出口 4169的流動。 如第42圖所不，第一離子交換膜4251及第二離子 父換膜4253被顯示具有被緊鄰其等而安置之第一間隔 物=55及第二間隔物4257。第一流4259被顯示為與第 —机426 1之流動相垂直之流動，此乃因為第二間隔物 4257具有若干緩衝件，其再分配來自間隔物“π之入 口 4263處，環繞第—緩衝件4265與第二緩衝件4267周 圍’並通過出口 4269的流動。 第43及44圖顯示具有由多個射出成型間隔物所構 成之用於該兩流之諸隔室的額外實施例。在第43圖中， 第一 4361之流動路徑相對於第一流4359可為同向流 或逆向流。在第44 isi + 冲 弟4圖中，弟二流4461之流動路徑可垂 直於第一流4459。钱, 〜 两間IW物之經選定的固體部分可藉黏 者劑而被結合至諸相齙描 . _ 相鄰膜。或者，諸膜可被熱結合至諸 間隔物，諸如超音浊 f 良震動、或雷射焊接。如這些圖中 所顯示的’諸點線箭萠矣_ 町碩表不在第二流之入口及出口歧管 中的流動。這些歧昝廿丁、a， 並不視通往第二流之流動隔室的入 -46- 201228942 及出口而定。因此，沿著諸介於陽極與陰極間之歧管 之漏損電流預期可被減少。 、在本發明之-些實施例中揭示__種提供飲用水源之 方法在$些*實施例中提供一種有利於從海水生產飲用 ^之方去。此方法可包括：提供一包含一單元堆疊之電 又備此方法另包括：將一海水供給流流體地連接 至此電淨化設備之一入口。此方法可另包括：將此電淨 化設備之一出口流體地連接至一可飲用之使用點。海水 或河口水可具有一在大約100〇〇至大約45000 ppm範圍 内，總溶解固體的濃度。在某些實施例中，海水或河口 尺可具有一大約35〇〇〇 ppm之總溶解固體的濃度。 之此實施例中’單元堆疊可包括多個交替之離子稀 釋隔至及離子濃縮隔室。諸離子稀釋隔室中之每一者可 被建構並配置以提供—在—[方向上之流體流動。諸 離子濃縮隔至中之每一者被建構並配置以提供一在一與 第-方向不同之第二方向上之流體流動，此係如先前;斤 〇的。另外，此離子濃縮隔室及此離子稀釋隔室中之 ^者可破建構並配置以提供用於與諸交替之離子稀釋 隔室及離子濃縮隔室中之每-者作流體接觸之表面 膜：用的百分比。如前所討論，已發現的是較大之膜利 用提供在電淨化設備之操作上的較大效率。在某些實施 例中’可達到之膜利用大於65%。在其他實施财 達到之膜利用大於75%。在某些其他實施例中， 之膜利用可大於8 5 %。 諸離子稀釋隔室及諸離子濃縮隔室中之至少一者可 -47- 201228942 包括一間隔物。此間隔物可為一閉塞間隔物。此可 海水進給可通過多重階段或通過電淨化設備以提供 水源。 抓體流動之第一方向及流體流動之第二方向可 諸隔至之構造及配置而被選擇並提供。利用此流體 之第方向作為一沿著〇。軸線之運行方向，此流體 之第一方向可運行於一成任何大於0°並小於360。 又的方向上。在本發明之某些實施例中，第二流體 路拴可以90角度或垂直於第一流體流動路徑而運 在其他諸實施例中，第二流體流動路徑可以相對於 流體流動路徑成180。角度而運行。 本匙明可另包括：再分配位於諸交替之離子稀 :及離子濃縮隔室中之至少一者内的流體。一或多 至可被建構並配置以再分配或再引導此流體流動。 過使用一界定此隔室之特定間隔物或膜而達成， 提供一構形以便再分配此流體流動，此如前所述者 〇〇此電淨化設備另包括一可封圍單元堆疊之殼體 單元隹丘之外圍的至少—部分被緊固於此殼體上。 淨化設：可另包括一框架或支撐結構，其被定位在 體與此單7L堆疊之間。此框架可相鄰或被連接至單 疊以提供—模組組件。&電淨化設備另包括一可被 ^设體内之第二模組組件。此第二模組組件可被緊 风體内，以致使此第一模組組件之—離子交換膜可 此第二模組組件之一離子交換膜。 、 此提供飲用水源之發明可包括：再引導介於占 允許 飲用 藉由 流動 流動 之角 流動 行。 第一 釋隔 個隔 此可 其可 0 。此 此電 此殼 元堆 緊固 固在 相鄰 ,第一 -48- 201228942 模組組件與此第二模組組件間之電流及流體流動中之至 少一者。此可例如藉由在此第一模組組件與此第二模組 組件間提供一閉塞間隔物而達成。 間，以便將模 進給水可藉由 。例如，具有 内之總溶解固 具有一在大約 溶解固體含量 施例中，具有 圍内之總溶解 一較低總溶解 ，例如海洋。 ，但許多的修 本發明之精神 Ο 述之各種不同 數及組態將取 淨化設備及方 用慣常之實驗 的均等物。例 所實施之設備 之網絡，或可 可理解到上述 組組件緊固至此殼體。 包含不同總溶解固體濃度之其他類型 使用本發明之設備及方法而被處理或加工 在大約lOOOppm至大約lOOOOppm範圍 體含量之微鹹水可被處理以產出飲用水。 50〇〇〇 ppm至大約l50〇〇〇ppm範圍内之總 之函水可被處理以產出飲用水。在一也膏 一在大約50000 ppm至大約15〇〇〇〇 ppm範 固體含量之鹵水可被處理以產出一種具有 固體含量之水，以利於被棄置至大量水中 雖然本發明之示範性實施例已被揭示 改二添加及刪減可於其中被達成而不脫離 及範園’如後附中請專利範圍中所提出者 熟習本藝之人士會輕易地察覺在此所 >及組態係意謂示範性的，且真實之參 決於特定之用途’為此而使用本發明之； 法。熟習本蓺之Λ L Mi ^ 士將辨識或將可只Θ利 便能確認許多鱼Α α + /、疋利 士，4 /、在此所述之諸特定實施例 心驾本藝之人士可認 及盆語鈿此-Γ 〇 外佩本發明 為Γ 另包括-由多個系統所構成 為一水淨化或處理系統之-組件。因此， -49- 例如 5 殼 體 可 為 任 何 多 個 膜 單 元 堆 疊 或 模 組 組 可 為 圓 柱 形 多 邊 形 方 疊 或 模 組 組 件 > 任 何 適 當 單 元 堆 疊 及 模 組 組 件 可 被 或 間 隔 物 在 形 狀 上 可 為 矩 非 必 要 的 0 此 膜 或 間 隔 物 或 間 隔 物 緊 固 於 一 單 元 堆 例 中 9 位 於 單 元 堆 疊 上 之 是 必 要 的 0 例 如 J 三 或 更 將 單 元 堆 疊 緊 固 至 該 殼 體 元 堆 疊 > 及 間 隔 物 中 之 任 應 電 淨 化 設 備 之 操 作 參 數 便 可 適 應 稀 釋 流 與 濃 縮 流 另 外 可 察 覺 的 是 各 於 熟 習 本 藝 之 人 士 而 均 及 改 良 係 本發 明 之 一 部 分 之 内 〇 例 如 9 現 有 設 施 201228942 之諸實施例僅經作為範例之方式被呈％，且在後附申 專利範圍所界定之範圍及其均等範圍之内，已被揭示 電淨化设備及方法可用已被特定地說明者外之方式被 施。此諸設備及方法係有關於在此所述之各單獨特徵 方法。此外’兩或更多個特徵、設備或方法之任何組 都包含於本發明之範圍θ ’如果此諸特徵、設備或方 相互之間並不一致。 適當之幾何形狀，以便使一 件被緊固於内。例如，此殼 形、或矩形。有關此膜單元 之幾何形狀均可接受，只要 緊固於該殼體内。例如，此 形。在某些實施例中，殼體 之幾何形狀可為任何能將此 疊内之幾何形狀。在某些實 一特定數量的隅角或頂點可 多個隅角或頂點可能必要用 。在某些實施例中，殼體、 一者的幾何形狀可被選擇以 。例如，間隔物可為不對稱 之間在流率上之不同。 種不同之變更、修改及改良 可輕易思及。此諸變更、修 ，且係在本發明之精神與範 可被修改以利用併合本發明 請 之 實 或 合 法 或 體 堆 此 膜 可 膜 施 能 以 單 適 以 對 改 圍 之 -50- 每—圖式中 201228942 一或多個態樣。因此’在一些情形中，此設備與方这 能涉及連接或構形一現有設施以包括一電淨化設備。 此’以上之說明及所附圖式均只作為範例之用。除财 外’在諸圖中之描述並不會將本發明限制在此諸特哀 圖例說明。 如同在此所用的，「複數個」

件或組件。不論在書面之說明或申請專利範圍及類A 中，「包括」、「包含」、「載有」、「具有」、「含有」、及 及」等詞係屬開放式用詞’亦即其意謂「包含但不3 於」。因此，此類名詞之使用意謂涵蓋其後所列之物 及其均等物，及附加之物件。僅轉換型片語「由..戶j 成」及「實質由…所組成」分別係與申請專利範圍岑 之封閉或半封閉轉換型片語。在申請專利範圍中使月 序名词（諸如第一」、「第二」、「第三」及類似者) 修改一請求元件不單獨地意謂任何優先性、居前性、 ;求元件對另一請求元件之順序、或其中執行-方, 诸動作的短暫性㈣，而是僅被用為標記以分辨d 0確定名稱之請求元件與另一具有相同名稱之 疋順序名詞之利用）以便區分諸請求元件。 諸附圖並非依比例繪製。在此諸圖式中，各 圖例說明於各不同圖式中 - 飞〒之相同或幾近相同的元件蜗 t以-個相同之元件符號。為求清晰之故，非每 70件均被標式/· · 【圖式簡單說明】 第1圖係根據本發明之-或多個實施例所， 可 因 之 之 物 者 涉 限 -> 組 關 順 來 之 有 只 以 被 個 電 201228942 淨化設備之-部分的示意圖； 第2圖係根據本發明之一或多個實施例 淨化設備之—邙八从_立 例所λ施之電 分的不意圖； 第3圖係根據本發明一或多^ ^ ^ 淨化設備之-部分的示意圖；夕個貫施例所貫施之電 第4圖係根據本發明夕_ 淨化設備之-部分的示意圖或夕個貫施例所實施之電 第5圖係根據本發明之—夕 括被安置在殼體尹之腹罝_ —夕個實施例所實施之包 膘皁疋堆 部分的示意圖； 的電去離子化設備之一 第6圖係根據本發明之一 括被安置在殼體中之胺罝；认5多個實施例所實施之包 〜联早7L堆疊 部分的示意圖； 的電去離子化設備之一 第7圖係根據本發明之— 括被安置在殼體中之膜單元堆2多個實施例所實施之包 部分的示意圖； 4的電去離子化設備之一 第8圖係根據本發明之一 於將膜單元堆疊緊固於殼體内=多個實施例所實施之用 第9圖係根據本發明之—=法的不意圖； 於將膜單元堆疊緊固於殼體内S多個實施例所實施之用 第10圖係根據本發明之法的示意圖； 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内或多個實施例所實施之 第11圖係根據本發明方法的示意圖； 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内或多個實施例所實施之 第12圖係根據本發明之〜之方法的示意圖； 或多個實施例所實施之 201228942 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内之方法的示意圖； 第1 3圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内之方法的示意圖； 第14圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内之方法的示意圖； 第1 5圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内之方法的示意圖； 第1 6圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 用於將膜單元堆疊緊固於殼體内之方法的示意圖； 第1 7圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 多程電淨化設備的示意圖； 第1 8圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 閉塞間隔物的示意圖； 第1 9圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 多個間隔物組合及被安置於其間之閉塞間隔物的示意 圖， 第20圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 包括被安置在殼體中之單元堆疊的電淨化設備之一部分 的不意圖， 第2 1圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 閉塞間隔物的示意圖； 第22圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 包括被安置在殼體中之單元堆疊的電淨化設備之一部分 的不意圖， 第23A及23B圖係根據本發明之一或多個實施例所 -53- 201228942 實施之包括被安置在殼體中之單元堆疊的電淨化設備之 一部分的示意圖； 第24A及24B圖係根據本發明之一或多個實施例所 實施之包括第一模組組件、第二模組組件、及被安置於 其間之閉塞間隔物的電淨化設備之一部分的示意圖； 第 25圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 閉塞間隔物的示意圖； 第 26圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 間間隔物組合的示意圖； 第 27圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 單元堆疊的示意圖； 第 28圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 單元堆疊的示意圖； 第 29圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 單元堆疊的示意圖； 第30圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 閉塞間隔物的示意圖； 第 3 1圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 由多個閉塞間隔物及多個膜所構成之單元堆疊的分解示 意圖； 第32圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 已部分組裝之單元堆疊的剖面及細部示意圖； 第33圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 已組裝的堆之一部分的示意圖； 第34圖係根據本發明之一或多個實施例所實施之 -54- 10 201228942 超 模 壓 成型 之 間 隔 物 的示 意 圖； 第 35 圖 係 根 據 本發 明 之一 單 元 堆 疊的 剖 面 示 意 圖； 第 36 圖 係 根 據 本發 明 之一 單 元 堆 疊的 剖 面 示 意 圖； 第 37 圖 係 根 據 本發 明 之一 間隔物的頂視示意圖； 第38A及38B圖係根墟 — 夺據本發明之一或多個實； 貫施之間隔物的細部示音& ‘、圖’第3 8 B圖係沿第3 8 之；B-B線所取之剖面圖； 國亍化弟 第39圖係根據本發 $夕,& 月 < —或多個實施例所』 由多個間隔物及多個膜所構 再战之堆疊的示意圖； 第40圖係根據本發 赞月之一或多個實施例所. 由多個間隔物及多個膜所播士 腰所構成之堆疊的示意圖； 第41圖係根據本發明 赞月之一或多個實施例所 由多個間隔物及多個膜所雄A、 u勝所構成之堆疊的示意圖； 第42圖係根據本發明之—或多個實施例所 由多個間隔物及多個膜所構成之堆疊的示意圖； 第43圖係根據本發明夕 +々，— 赞明之一或多個實施例所 由多個間隔物及多個膜所椹士、―认息 ^ ^ 紙W攝成之堆疊的示意圖； 第44圖係根據本發明之一或多個實施例所 由多個間隔物及多個膜所構成之堆疊的示意圖。 【主要元件符號說明】 間隔物組合 陽離子交換膜 施之 施之 施之 例所 圖中 施之 施之 施之 施之 施之 及 施之 55- 100 201228942 102 陰 離 子 交 換 膜 104 間 隔 物 106 黏 著 劑 20 間 隔 物 組 合 200 陽 離 子 交 換 膜 202 陰 離 子 交 換 膜 204 間 隔 物 208 入 口 側 210 出 口 側 30 第 一 _ 間 隔 物 組 32 第 間 隔 物 組 304 間 隔 物 306 黏 著 劑 40 第 一一 間 隔 物 組 42 第 二 間 隔 物 組 404 間 隔 物 50 電 淨 化 設 備 512 端 板 514 繫 桿 516 單 元 堆 疊 518 殼 體 520 端 塊 522 螺 栓/螺桿 524 螺 帽 620 端 板 -56- 201228942 649 凸緣 720 端板 728 夾具 806 黏著劑 816 單元堆疊 818 殼體 830 隅角 906 黏著劑 918 殼體 932 溝槽 1006 黏著劑 1018 殼體 1106 黏著劑 1116 單元堆疊 1130 隅角 1134 模具 1206 黏著劑 1216 單元堆疊 1230 隅角 1306 黏著劑 13 16 單元堆疊 1318 殼體 1336 内壁 1338 間隙 1416 膜單元堆疊 201228942 1440 托架總成/隅角支撐件 1540 隅角支撐件 1542 外罩 1618 殼體 1642 外罩 1744 陰極 1746 陽極 1748 陰離子交換膜 1750 陽離子交換膜 1752 離子稀釋隔室 1754 離子濃縮隔室 1756 閉塞間隔物 1858 篩網部分 1860 固體部分 1862 密封帶 1956 閉塞間隔物 1964 第一間隔物組合 1966 第二間隔物組合 2016 單元堆疊 2018 殼體 2056 閉塞間隔物 2106 溝槽 2156 閉塞間隔物 2168 框緣 2206 黏著劑 -58- 201228942 2216 電 池 對 2218 殼 體 2256 閉 塞 間 隔 物 2306 黏 著 劑 23 18 殼 體 2356 閉 塞 間 隔 物 2368 框 緣 2456 閉 塞 間 隔 物 2470 第 一 模 組 組 件 2472 第 二 模 組 組 件 2474 凸 緣 2558 篩 網 部 分 2560 固 體 部 分 2562 密 封 帶 2576 框 架 2600 陽 離 子 交 換 膜 2602 陰 離 子 交 換 膜 2604 間 隔 物 2678 熱 結 合 2680 端 部 摺 彎 2780 端 部 摺 彎 2784 端 部 摺 彎 2804 間 隔 物 2986 流 體 流 動 流 2988 流 體 流 動 流 -59- 201228942 3004 稀 釋 間 隔 物 3092 隔 室 3094 開 口 3096 端 部 3098 狹 槽 3100 陽 離 子 交 換 膜 3101 陰 性 特 徵 3102 陰 離 子 交 換 膜 3 103 陽 性 特 徵 3104 間 隔 物 3104a 第 一 間 隔 物 3104b 第 — 間 隔 物 3104c 第 二 間 隔 物 3204 間 隔 物 3204a 間 隔 物 3204b 間 隔 物 3204c 間 隔 物 3292 膜 3294 開 σ 3305 膜 單 元 堆 疊 3307 攔 板 33 30 隅 角 3404 稀 釋 間 隔 物 3407 框 緣 3409 密 封 體 -60- 201228942 3 507 框 緣 3509 密 封 體 35 11 濃 縮 間 隔 物 3513 稀 釋 間 隔 物 3 592 隔 室 3 594 開 σ 3 598 開 〇 /狹槽 3615 稀 釋 隔 室 3704 間 隔 物 3725 篩 網 區 域 3727 流 體 流 動 方 向 3729 邊 緣 373 1 邊 緣 3 829 邊 緣 3 80 1 陰 性 特 徵 3803 陽 性 特 徵 3 833 開 口 3 835 分 模 線 390 1 陰 性 特 徵 3903 陽 性 特 徵 4000 陽 離 子 交 換 膜 4001 陰 性 特 徵 4002 陰 離 子 交 換 膜 4003 陽 性 特 徵 4037 第 一 流 -t ί 1 - 201228942 4039 第二流 415 1 第一離子交換膜 4153 第二離子交換膜 4155 第一間隔物 4157 第二間隔物 4159 第一流 4161 第二流 4163 入σ 。 4165 第一緩衝件 4167 第二緩衝件 4169 出口 425 1 第一離子交換膜 4253 第二離子交換膜 4255 第一間隔物 4257 第二間隔物 4259 第一流 4261 第二流 4263 入口 4265 第一緩衝件 4267 第二緩衝件 4269 出口 4359 第一流 4361 第二流 4459 第一流 4461 第二流 -62-

Claims (1)

1. 201228942 七、申請專利範圍： i · 一種知供飲用水源之方法，其包括： 提供一電淨化設備，其包括： 一單元隹且其包括父替之離子稀釋隔室及離子 濃縮隔=，該等離子稀釋隔室中之每一者被建構並配 置成可提供一在第一方向的流體流動，而該等離子濃 縮隔室中之每一者則被建構並配置成可提供一在一 ^ 方向不同之第一方向的流體流動，且該等離子 濃縮隔室及該等離子稀釋隔室中之每一者被建構並 配置成可提供該等交替之離子稀釋隔室及離子濃縮 隔室中之每一者的一大於85%表面積之流體接觸； 使一包含大約35,000 ppm總溶解固體量之海水 供給流與該電淨化設備之一入口成流體連接；及 將該電淨化設備之一出口流體地連接至一適於 飲用之使用點。 2. 如申請專利範圍第1項之方法’其中該電淨化設備另 包括一可封圍該單元堆疊之殼體，而該單元堆疊之外 圍的至少一部分被緊固於該殼體。 3. 如申請專利範圍第2項之方法’其中該電淨化設備另 包括一框架，其被定位在該殼體與該單元堆疊之間以 便知:供一第一模組組件。 4. 如申請專利範圍第3項之方法’其中該電淨化設備另 包括一被緊固於該殼體内的第二模組組件》 5. 如申請專利範圍第4項之方法’其另包括：再引導节 第一模組組件與該第二模組組件之間的電流及流體 -63- 201228942 流動中之至少一者。 6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該電淨化設備另 包括一閉塞間隔物，其被定位在該第一模組組件與該 第二模組組件之間。 7. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該電淨化設備另 包括一托架組合，其被定位在該框架與該殼體之間。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該流體流動之第 一方向係垂直於該第二方向。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其另包括：再分配於 該等交替之離子稀釋隔室及離子濃縮隔室中之至少 一者内的流體。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電淨化設備另 包括一在該等交替之離子稀釋隔室及離子濃縮隔室 中之至少一者内之流動再分配器。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等交替之離子 稀釋隔室及離子濃縮隔室中之至少一者被建構並配 置成可在該隔室内提供流動逆轉。 12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等交替之離子 稀釋隔室及離子濃縮隔室中之至少一者包括一間隔 物。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該間隔物係一 閉塞間隔物。 14.如申請專利範圍第1項之方法，其另包括：使該海水 進給流通過該電淨化設備中之多重階段以提供該飲 用水源。 -64-