TW201231406A - Electrochemical separation modules - Google Patents

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201231406 六、發明說明： [相關申請案之對照參考資料] 本申請案根據35U.S.C.§119(e)主張2010年11月 1 2日所申請之標題為「交叉流之電化學去離子化裝置 及其製造方法」的美國臨時專利案號61/41 3，021，及 2 0 1 1年7月2 1日所申請之標題為「模組式交叉流之 電滲析裝置及其製造方法」的美國臨時專利案號 61/510,157主張其優先權，以參考方式藉以將該等申 Φ 請案每一者的整體揭露内容併入本文供所有目的使 用。 【發明所屬之技術領域】 諸觀點大致關於電化學分離，且更尤其是關於電 化學系統及方法。 【先前技術】 【發明内容】

依據一個以上之觀點，電化學分離系統可包括： 第一電極、第二電極、第一電化學分離模組組件，該 第一電化學分離模組組件具有第一單元堆疊，係界定 複數個交替耗乏隔室及被第一框架所支撐之濃縮隔 室，該第一電化學分離模組組件係設置於該第一電極 與該第二電極之間；以及第二電化學分離模組組件， 係相鄰及與該第一電化學分離模組組件合作，該第二 電化學分離模組組件具有第二單元堆疊，係界定複數 個交替耗乏隔室及被第二框架所支撐之濃縮隔室，該第 -3- 201231406 二電化學分離模組組件係設置於該第一電化學分離 模組組件與該第二電極之間。 依據一個以上之觀點，裝配電化學分離系統之方 法可包括：裝設第一電化學分離模組組件，該第一電 化學分離模組組件具有第一單元堆疊，其係由第一框 架圍繞在第一電極與第二電極之間的容器中；以及裝設 第二電化學分離模組組件，該第二電化學分離模組組 件具有第二單元堆疊，其係由第二框架圍繞在第一電 φ 化學分離模組組件與第二電極之間的容器中。 依據一個以上之觀點，電化學分離模組組件可包 括：單元堆疊，係界定複數個交替耗乏隔室及濃縮隔室； 以及框架，係圍繞該單元堆疊且包含歧管系統，該歧管 系統構成便利經過該單元堆疊之流體流。 依據一個以上之觀點，用於電化學分離之流分佈 器可包括：方位居於第一方向之複數個第一通道且構成 傳遞給入至電化學分離裝置之至少一個隔室；以及方 φ 位居於第二方向之複數個第二通道，該複數個第二通道 與複數個第一通道及與電化學分離裝置相聯結之入口 歧管以流體相通。 依據一個以上之觀點，電化學分離系統可包括： 第一電極、第二電極、第一電化學分離模組組件，該 第一電化學分離模組組件包含設置於該第一電極與該 第二電極之間的複數個交替耗乏隔室及濃縮隔室；以及 第二電化學分離模組組件，該第二電化學分離模組組 件包含複數個交替耗乏隔室及濃縮隔室，該第二電化學

S -4- 201231406 分離模組組件係配置為與該第一電化學分離模組組 件協同且設置於該第一電化學分離模組組件與該第二 電極之間；以及間隔物，係配置於該第一與第二電化學 分離模組組件之間且與其鄰近，該等電化學分離模組 組件構成減低糸統中之電流損耗。 以下詳細討論此等例證觀點與實施例之還有其 它觀點、實施例及優勢。本文中所揭露之實施例可以 與本文中所揭露之原理中之至少一者一致的任一方 φ 式與其它實施例結合，且「實施例」、「某些實施例」、 「交替實施例」、「各種實施例」、「一個實施例」等之 論及未必相互不容且意在表示於至少一個實施例中 可包含所說明之特定特性、結構或特徵。本文中此等 名詞之出現未必皆指的是相同實施例。 參考隨圖，以下討論至少一個實施例之各種觀點， 該等圖式並非依比例繪晝。包含該等圖式以提供諸實施 例之例示及各種觀點之進一步了解，將該等圖式併入此 φ 專利說明書中且構成其一部份，但非意在作為界定本發 明之限制。在參考符號遵循圖式中之技術特性、詳細說 明或任一主張處，已經包含該等參考符號作為增加該等 圖式及說明之理解性的唯一目的。在該等圖式中，以相 同編號代表各種圖式中所例示之各相同或幾乎相同的組 件。為清楚起見，在每一圖中，並非對每一組件標號。 該等圖式中。 【實施方式】 依據一個以上之實施例，一種模組式電化學分離系 -5- 201231406 亦可稱為電淨化裝置或設備，可增強各種處理過 程之效盡R认 及疋體彈性。在某些實施例中，可將如交叉流 之毛滲析（ED)裝置的交叉流之電化學分離裝置執行 成為1專統板樞裝置之具吸引力的替代。在某些實施例 中’ I減低交叉流之電化學分離骏置的電流無效率。 至夕某些實施例中，可處理由於經過入口及出口歧管 電抓旁路所致的電流無效率。亦可減低能量消耗及薄 此而木兩者可影響各種應用之壽命週期成本。在某 =實施例中，可達成至少85%之薄膜利用率。減低薄膜 2求可依次造成減低電化學分離裝置之製造成本、重 :及空間需求。在某些特定實施例中，可顯著改善交又 流之ED裝置的製程效率。在某些實施例中，可改善電 化學分離系統之效率1於來自石油及汽油生成物之械 水、海水及齒水的淡化。纟至少某些實施例中，與現在 :於淡化之首佔技術的R〇比較’可改善ED之成本競爭

〜使用利用電場以淨化流體的裝置來處理水及包 3、，二为解之離子物種的其它液體。 種類€丨驴罟A + 1 此方式處理水的兩 裝置為電去離子化及電滲析裝 係為離子選擇H^、 在此專裝置中 置向來包含交替之带Ή㈣以㈣至電摩析裝 膜。薄膜之間Μ „ % / ，丨陰離子及陽離子交換薄 溥膜之間的間隔構成產生具有入口 隔室。經由雷九 及出口之液體流 極之分解離早、* . 5丨至其個別相反電 透過陰離子及陽離子交 致導致耗乏離子之稀釋液體隔室，H㈣移。此大 且ί辰縮隔室中之液 -6- 201231406 體富有經傳輸之離子。 電去離子化（EDI)為一種使用電活性介質及電位，自 水移除，或至少減低，一個以上之離子化或可電離之物 種以影響離子輸送的程序。電活性介質通常適合交替收 集與釋放離子的及/或可電離之物種，且在某些情況中， 藉由離子或電子置換機制可促使離子連續地輸送。ε〇ι 裝置可包括永久性或暫時性電荷之電化學活性介質，且 可以批次方式、間歇性、連續性及/或甚至以反極性模式 操作。可操作EDI裝置以促進明確設計之一種以上的電 化學反應，以達成或增強效能。而且，此等電化學裝置 可包括電活性薄膜，如半透性或選取式透性之離子交換 或雙極性薄膜的。連續電去離子化（CEDI)裝置係為彼等 精於該技術者所知曉之EDI裝置，該技術係以水淨化可 連續進行之方式操作，同時連續對離子交換材料再充 電。CEDI技術可包含如連續去離子化、充填式單元電滲 析或電參析之製程。CEDI系統中，在經控制之電壓及鹽 度條件下，可分離水分子以產生氫或銼離子或物種及氫 氧化物或氫氧根離子或在裝置中可再生離子交換介質之 物種且因此便利自此釋出受陷之物種。依此方式，可連 續淨化將要處理之水流，不需離子交換樹脂之化學再充 電。 電滲析（ED)裝置依據與CEDI類似之原理操作，除 卜的疋ED裝置在薄膜之間向來不含電活性介質。由於 人缺電活性介質，ED作業可受礙於因電阻抗升高而低鹽 度的给入水。而且，因依據高鹽度給入水的ED作業可 201231406 v致升两之電流消& ’迄今為止已依據中等鹽度之源 =最有效地使用ED設備。在u ed為基礎之系統中， 因；又有電活性介暂，將士八 丨貝將水刀離係低效率的且大致避免此 等方式的操作。 /在CEDI及EDI裝置中，複數個鄰近單元或隔室向 來1系被選取式之透性薄膜分離，該等透性薄膜允許帶正 電或負電之物種通過，但向來非兩者。稀釋或耗乏隔室 向來與此等裝置中之濃縮或密集隔室相互隔開。在某些 實鈀例中，單元對較佳為鄰近之濃縮及稀釋隔室。當水 流經耗乏隔室時，在如DC場之電場影響下，離子的及 其它帶電物種通常被拉引至濃縮隔室中。帶正電之物種 =拉引至向來被設置在多個耗乏及密集隔室之堆疊之一 端部的陰極，且帶負電之物種同樣地被拉引至向來被設 置在隔室之堆疊相對端部之此種裝置的陽極。電極向來 被收納在電解液隔室中，該電解液隔室通常與耗乏及/ 或密集隔室被部分隔離以流體相通。一旦在密集隔室 中，帶電物種向來受陷於至少部份界定密集隔室之選取 式之透性薄膜的障壁。例如，藉由陽離子選取式之薄膜， 向來防止陰離子朝陰極進一步向密集隔室的外部遷移。 一旦在濃縮隔室中被擷取，可在濃縮流中移除受限冬帶 電物種。 在CEDI及ED裳置中，向來將Dc場自被施加至電 極(陽極或正電極，及陰極或負電極)之電壓與電流源施 加至單元。電壓及電流源（全體㈣「電源供應器」）本 身藉由如ac電源，或例如，導自太陽m f Λ -8- 201231406 的各種手段供電。在電極/液體界面處，電化學 應出現為經由薄胺；反 k由溥膜及隔至啟動及/或便利離子之傳輪。 ^在收納電極組件之專門隔室中的鹽濃度，可將出現^ 知之特疋電化學反應控制至某種程度。例如， 至具南氣化鈉之陽極電解液隔室的給入將趨於產生氯氣 ，氫離：，而至陰極電解液隔室之此等給入將趨於產生 氫氣及氫氧離子。大致上，產生在陽極隔室之氫離子將 與如氯離子之自由陰離子相聯結，以保存電荷之中性並 產生鹽酸溶液，且類似地’產生在陰極隔室之氫氧離子 將與如鈉之自由氧離子相聯結’以保存電荷之中性並產 生氫氧化鈉溶液。在如為了消毒目的、薄膜潔淨與去垢 目的及pH調整目的所需之製程中，可利用電極隔室之反 應生成物，如產生的氯氣及氫氧化鈉。 各種類型之電化學去離子化裝置已使用板塊與 框架及螺旋纏繞式之設計’該電化學去離子化裝置包 含但未限於電滲析（ED)及電去離子化（EDI)裝置。商業 上可取得之ED裝置向來為板塊與框架之設計而e〇i 裝置可取得於板塊與框架及螺旋架構兩者。 一個以上之實施例係關於可電淨化流體之裝置以及 其製造與使用的方法，其中該流體係可内含在外罩中。 將淨化之液體或其它流體進入淨化裝置且在電場影響下 被處理以產生耗乏離子之液體。自進入之液體收集物種 以產生濃縮離子之液體。 依據一個以上之實施例，電化學分離系統或裝置可 為模組化。各模組組件可大致作用為整體電化學分離系

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201231406 統之子擔塊。模组組件可包含任一意想數目之單 在某些實施例中，每一模組組件之單元對的數目 於分離裝置中之單元對及通過遍數之總數目。其 於在用於交叉洩漏及其它效能準則之測試時，以 之故障率可將其熱黏合及裝填於框架中之單元 目。該數目可依據製程之統計分析且在製程控制 可增加。在某些非受限之實施例中，模組組件可 50個單元對。可個別地裝配模組組件及測試品質 如在將其併入較大系統前的茂漏、分離效能及壓 在某些實施例十，可將單元堆疊裝設在框架中成 立加以測試之模組組件。接著可將複數個模組組 在一起以提供電化學分離裝置中單元對之整體 入壓力容器中用於操作。藉以置換模組組件之 β牛中之阻擋薄膜及/或間隔物，多流道流動之 是可能的。就時間與成本節省而論，模組式方

、斗-I I ^ 。藉由允許個別模組組件的診斷、 及置換^ , 八总果組化亦可便利系統維護。個別模紐 s及W罝分配系統以便利電化學分離製 組級件可愈、 /、彼此以及與中心歧管及與整體 程相關聯一/ 之八匕系統以流體相通。 據個以上之實施例，可改善電化學分 元對。 可取決 亦取決 可接受 對的數 改善時 包含約 管制， 力降。 為可獨 件裝配 意想數 一模組 置在第 目之模 組件插 或模組 架構會 可改善 、移除 件可包 個別模 分離製 系統之 目。在某些實施例中，裝配方法可大致包含將第 組件安置在第二模組組件上、將第三模組組件安 一及第二模組組件上及反覆以得到複數個意想數 、’且組件。在某些實施例中，可將組件或個別模組 -10- c 201231406 效率。電流損耗為低效率之一潛在來源。在某些實施例 中，如彼等包含交叉流設計者，可處理電流茂漏之可能 性。可將電流效率界定為有效於自稀釋流移出離子，進 入濃縮流之電流百分比。低電流效率之各種來源可存在 於電化學分離系統中。低效率之一個潛在來源可包含藉 由流經稀釋及濃縮入口與出口歧管以繞過單元對的電 流。開啟之入口與出口歧管可與流隔室以直接流體相通 且可減低各流路徑中之壓力降。藉由流經開放區域，自 一個電極至另一電極之部分電流可繞過單元對堆疊。旁 路電流減低電流效率且增加能量消耗。低效率之另一潛 在來源可包含由於離子交換薄膜不完善之選擇透過性， 自濃縮流進入稀釋流之離子。在某些實施例中，與裝置 之薄膜及篩的欲封及裝填相關聯的技術可便利漏電之 減低。 y在一個以上之實施例中，可操縱經過堆疊之旁通路 徑，促進經過單元堆疊沿著直接路徑的電流，以便改盖 電流效率。在某些實施例中’可將電化學分離裝置建構 及配置為使得—個以上之旁路路徑比經過單元堆疊之直 ::梭更迂迴。在至少某些實施例中，可將電化學分離 =建構及配置為使得一個以上之旁通路徑比經過單元 ::之直接路徑呈現更高之阻抗。在包含模組系統之苹 二“;例中，可將個別模組組件建構成促進電流效率。 〇將模，且組件建構及酉己置成提供將造^電流效率之 旁路路徑。在非受限之實施例中，模組組件可包含： 促進電流效率之歧管系統及/或流量分配系統。在至少某 201231406 些實施例中，在電化學分離 丁力雕杈組組件中圍 框架可被建構及酉己置成提 a I堯I兀堆疊之 些實施例中，促進電化學流“路徑。在某 架構可便利漏電之減低 、中之以道流動之流 中，可在模組組件之間插入某些非受限之實施例 及/或濃縮流導引入多、，…：擋薄膜或間隔％，將稀釋 流效率。在某些C動之流架構’作為改善之電 农 — 中 可達成至少約60%之電流效 率。在其它實施例中，

^ ^ ^ J運戍至少約70%之電流效率。 還有在其它實施例中，可聿忐 ^ 』運成至少約8 0 %之電流效率。 在至：>、某些實施例中，可这忠$ ]違成至少約8 5 %之電流效率。 依據一個以上之杳尬你丨 ββ 貫施例’製備使用於電淨化設備之 早，隹且的方法可包括形成隔室。藉由彼此固定離子交 換薄膜’在離子交換绪睹夕# 咕 吳4膜之間提供配置有第一間隔物之 第一間隔物組件，可形士筮 ^ 烙成第一隔室。例如，在第一陽離 子交換薄膜及第一陰離子交換薄膜之周邊的第一部位， :將第陽離子父換薄膜固定至第一陰離子交換薄祺以 曰供在第-陽離子交換薄膜與第—陰離子交換薄膜之間 配置有第一間隔物之第一間隔物組件。 糟由彼此固定Xh. 雕子又換涛臈可形成第二隔室，以提 供在離子父換薄膜之間配晉右穿 間配置有苐二間隔物之第二間隔物 組件。例如，在第-丄 一 乐一^離子父換薄膜及第二陰離子交換 溥膜之周邊的第一卹“π μ ' °卩位’可將第二陰離子交換薄膜固定 至第二陽離子交換Μ赠，、，@ μ 咕一 、潯膜以抚供在第二陰離子交換薄膜與 第一㈤陰離子交換彳產卩可；^ 、寻膜之間配置有第二間隔物之第二間 201231406 藉由將第一間隔物組件固定至第二間隔物組件，且 藉由於其間設置間隔物’可在第一隔室與第二隔室之間 形成第三隔室。例如’在第一陽離子交換薄膜之周邊的 第二部位及第二陰離子交換薄膜之周邊的部位，可將第 一間隔物組件固定至第二間隔物組件以提供在第一間隔 物組件與第二間隔物組件之間配置有間隔物之堆疊組 件。 可將第一隔室及第二隔室之每一者建構及配置成提 ^供流體流方向異於在第三隔室中之流體流方向。例如， 第三隔室中之流體流可在〇。軸方向中運行。第一隔室中 之流體流可在30°軸方向中運行，且第二隔室中之流體 流可在與第一隔室相同之角度（3〇。）或如120。之另一角 度中運行。該方法可更包括在外罩中固定經裝配之單元 堆疊。 依據一個以上之實施例，電化學分離系統可包含交 又流設計。交又流設計可允許增加之薄膜利用率、低壓 φ力降及減低外漏。此外，藉由交叉流設計可減低對操作 壓力之極限。在至少某些實施例中，外殼與端蓋之壓力 比可為對操作壓力僅有之大致極限。亦可達成製程之自 動化。 依據個以上之貫施例，藉由彼此相互固定之離子 交換=膜之周邊部位，可選擇及提供第一流體流路徑及 第二流體流路徑。使用第一流體流路徑作為沿〇。軸運行 之方向，第二流體流路徑可以大於〇。且小於36〇。之任何 角度方向運行。在揭露之某些實施例中，第二流體流路 201231406 徑可以 90°角或垂直於第一流體流路徑來運行。在 實施例中，第二流體流路徑可以對第一流體流路 1 8 0°角來運行。若將附加之離子交換薄膜固定至單 疊以提供附加之隔室，在此等附加隔室中之流體流 可與第一流體流路徑及第二流體流路徑相同或相異 某些實施例中，在該等隔室之每一者中的流體流路 替於第一流體流路徑與第二流體流路徑之間。例如 第一隔室中之第一流體流路徑可在0°方向中運行。 Φ 二隔室中之第二流體流路徑可在90°方向中運行， 第三隔室中之第三流體流路徑可在0°方向中運行。 些實施例中，這可稱為交叉流電淨化。 在其它實施例中，在該等隔室之每一者中的流 路徑依序交替於第一流體流路徑、第二流體流路徑 三流體流路徑之間。例如，在第一隔室中之第一流 路徑可在0°方向中運行。在第二隔室中之第二流體 徑可在 30°方向中運行，且在第三隔室中之第三流 φ 路徑可在90°方向中運行。在第四隔室中之第四流 路徑可在0°方向中運行。在另一實施例中，在第一 中之第一流體流路徑可在0°方向中運行。在第二隔 之第二流體流路徑可在60°方向中運行，且在第三 中之第三流體流路徑可在1 20°方向中運行。在第四 中之第四流體流路徑可在0°方向中運行。在某些實 中，一個以上之流路徑可大致為非輻射狀。在至少 實施例中，一個以上之流路徑可便利達成系統中大 等之液體流速度圖。 其它 徑成 元堆 路徑 。在 徑交 ，在 在第 且在 在某 體流 與第 體流 流路 體流 體流 隔室 室中 隔室 隔室 施例 某些 致均 -14- 201231406 可調整、再分佈或再導引 室中之薄膜表面的更大接 分佈隔室中之流體流。隔 依據一個以上之實施例， 隔室中之流，以提供流體與隔 觸。可將隔室建構及配置成再 通過隔室之流的阻礙物、 ’以下將對其作進一步討 、凸起物、突出物、凸緣 在單元堆疊之一個以上的 室可具有可提供結構以再分佈 凸起物、突出物、凸緣或擋板 論。在某些實施例中，阻礙物 或擔板可指的是流再分佈ϋ。 隔室中可存在流再分佈器。

— D角心早70堆疊中之該等隔罜的 母-者建構及配置成提供表面區域或薄膜利用率 百分比供流體接觸。已發現在電淨化設備之操作中，命 m:率提供愈大之效率。達成較大薄膜利用率 之優勢可包含較低之能量消耗、較小之設備覆蓋區、較 少遍通過設備之次數及較高品質之生成水。在某 例中’可達成之薄膜利用率大於65%。在其它實施例中， 可達成之:專膜利用率大於75%。在某些其它實施例中， 可達成之薄膜利用率可大於85%。薄膜利用率可至 份取決於用以彼此固定薄膜之每一者的方法，及間二 之設計。為了獲得預定之薄膜利用率，可選擇適當之 定技術及組件’以便達成允許最優電淨化設傷^ 靠且牢固的封口，在設備中不受洩漏。在某些實施例中， 堆疊生產製裎可包含熱黏合技術’使薄膜利用率 大’同時維持在製程中可使用之大的薄膜之表面區域。 依據-個以上之實施例，提供包括單元堆疊之 化設備。電淨化設備可包括第一隔室，該第—隔室包： 201231406 離子交換薄膜且可被建構及配置成在離子交換薄膜之間 的第-方向中提供直接流體流，化設備亦可包括第 :隔室：該第二隔室包括離子交換薄膜且可被建構及配 置成在苐二方向中提供直接流體流。可將第一隔室及第 :隔室=每—者建構及配置成提供表面區域或薄膜利用 率之預疋百分比供流體接觸。

電淨化設備可包括單元堆疊。電淨化設備可包括第 -隔室，該第-隔室包括第一陽離子交換薄臈及第一陰 離子父換薄膜，該第一隔室係建構及配置成在第一陽離 子交換薄膜及第一陰離子交換薄膜之間的第—方向中提 供直接流體流。該設備亦可包括第二隔室，該第二隔室 包括弟-陰離子交換薄膜及第二陽離子交換薄膜，在第 -陰離子交換薄膜及第二陽離子交換薄膜之間的第二方 向中提供直接流體流。可將第一隔室及第二隔室之每一 者建構及配置成提供預定之薄膜利料，例如， 陽離子交換薄膜、第一陰離子交換薄膜及第二陽離子交 換薄膜大85%之流體接觸。第-隔室及第二隔室之至少 一者可包括間隔物，其可為阻擋間隔物。 依據一個以上之實施例 備可更包括圍住單元堆疊之 少一部份被固定於外罩。可 疊之間，在外罩中提供第一 在於單元堆疊之一個以上的 少一者建構及配置成在隔室 在揭露之某些實施例中 ’包括單元堆疊之電淨化設 外罩，該單元堆疊周邊之至 將框架設置在外罩與單元堆 模組組件。流再分佈器可存 隔室中。可將該等隔室之至 中提供流動逆轉。 ’提供使用於電淨化設備之

-16- S 201231406 單元堆疊。單元堆疊可提供複數個交替之離子耗乏隔室 及離子濃縮隔室。離子耗乏隔室之每一者可具有在第一 方向中提供稀釋流體流的入口及出口。離子濃縮隔室之 每一者可具有在異於第二方向之第二方向中提供濃縮流 體流的入口及出口。間隔物可被設置在單元堆疊中。間 隔物可對隔室提供結構且予以界定，且在某些實例中， 可協助導引"IL體流經過隔室。該間隔物可為阻擋間隔 物，可將該間隔物建構及配置成再導引經過單元堆疊之 机體及電流的至少一者。如所討論者，阻擋間隔物可 減低或防止電淨化設備中之低電流效率。 在揭露之某些實施例中提供電淨化設備。該設備可 ^括單元堆疊，该單元堆疊包括交替之離子稀釋隔室及 離子濃縮隔室。可將離子稀釋隔室之每一者建構及配置 成在第一方向中提供流體流。可將離子濃縮隔室之每一 :建構及配置成在異於第一方向之第一方向中提供流體 a 電淨化設備亦可包括鄰近位在單元堆疊之第一端部 "子父換薄臈的第一電極，及鄰近位在單元堆疊之 -端部之陰極交換薄膜的第二電極。該設備可更包 阻擋間隔物，該阻擋間隔物係設置於單元堆疊中且被 裣：及配置成再導引經過電淨化設備之稀釋流體流及濃

縮^體流的至少—去B 者且防止苐一電極與第二電極之間 的直流電路徑。如 和m 上时論者’可將阻擋間隔物建構及 -置成減低電淨化設備中之低電流效率。 可將使用於雷潘1\ y+t I ^ 電淨化5又備中之皁元堆疊圍住在外罩 中’該單元堆最用違々广 . 且周邊之至少一部份被固定於外罩。可將 201231406 框架設置在外罩與單元堆疊之間，在外罩中提供第一模 組組件。亦可將第二模組組件固定在外罩中。亦可將阻 擋間隔物設置於第一模組組件與第二模組組件之間。流 再分佈益可存在於單元堆疊之—個以上的隔室十。可將 該等隔室之至少一者建構及配置成在隔室中提供逆流。 可將托架組件設置於框架與外罩之間以提供對模組組件 的支撐且將模組組件固定在外罩中。 第一方向中之流體流可為稀釋流且第二方向中之流 ♦體流可為濃縮流。在某些實施例中，使用逆向電場，由 此逆轉流功能之逆極性，可將第—方向中之流體流轉換 成濃縮流且可將第二方向中之流體流轉換成稀釋流。可 將被間隔物分離之多個間隔物組件固定在一起，以形成 一堆單元對或薄膜單元堆疊。 本揭露之電淨化設備可更包括圍住單元堆疊之外 草。可將單元堆疊周邊之至少一部份固定於外罩。可將 框架或支撐結構设置在外罩與單元堆疊之間，對單元堆 •疊提供附加之支撐。框架亦可包括允許液體流進出單元 堆疊的入口歧管及出口歧管。框架與單元堆疊—起可提 供電淨化設備之模組組件。電淨化設備可更包括被固定 在外罩中之第二模組組件。例如，可將間隔物、阻擋間 隔物設置在第一模組組件與第二模組組件之間。可將第 一電極設置在第一模組組件之端部，該端部與和第二模 組組件相通之端部相對。可將第二電極設置在第二模組 組件之端部’該端部與和第一模組組件相通之端部相對。 可將托架組件設置於第一模組組件、第二模組組件 -1 8- 201231406 或兩者之框 件的支撐且 中，藉由將 電淨化設備 接著劑至外 份。 在揭露 耗電所致之 可提供多流 藉由消除或 路徑，多流 路，或漏電 或再導引隔 的更大接觸 體流。隔室 阻礙物、凸 #物、突出物 間隔物，或 少一個實施 便影響到系 在本揭 合離子交換 備用之薄膜 膜及陽離子 模組組件。 架與外罩之間。該托架組件 m j提供對換組組 扣供牢固附接於外罩。在揭靈 — 句硌之一個貫施例 薄膜單元堆疊設置在外罩或容器中，可裝配 。在單元堆疊之各端部可提供端板。可塗覆 罩之内部，以密封單元堆疊周邊之至少一部 之某些實施例中，提供減低或防止由於較大 低效率的電淨化設備。在揭露之電淨化設備 道流動之流架構以減低或防止低電流效率。 減低电淨化設備之陽極與陰極之間的直流電 道流動之流架構可減低經過流歧管之電流旁 。在揭露之某些實施例中，可調整、再分佈 室中之流，以提供流體與隔室中之薄膜表面 。可將隔室建構及配置成再分佈隔室中^流 可具有可^供結構以再分佈通過隔室之流的 起物、突出物、凸緣或擋板^阻礙物、凸起 、凸緣或擋板,形成部分之離子交換薄膜、 可為隔室中所提供之附加的分離結構。在至 例中’薄膜或阻擋間隔物可大致為不導電以 統中電流的流動。 露之某些實施例中，提供方法用以固定或接 薄膜及，選擇性地，間隔物以產生電淨化設 單元堆疊。該方法可提供多個陰離子交換薄 交換薄膜之固定，使用於如交叉流電滲析（Ε〇) 201231406 :揭露之某些實施例中，提供製備電淨化設備用之 第單儿堆疊的方法。該方法可包括將第-離子交換薄 膜固定至第二離子六域瞄 一 人換溥膜。可將間隔物設置在第一離 子交換薄膜與第-轴^工六# 弟一離子父換薄膜之間以形成間隔物組 件。在使用於電淨仆π 年化权備時’此間隔物組件界定可允 流體流之第一隔宮。-Γ收 、 可將複數個離子交換薄膜彼此固定 以提供一系列之隔金 。在某二貫施例中，可建構複數個 間隔物組件且可彼壯田中 一 匕口疋間隔物組件。可將間隔物設置 在間隔物組件之每—者 者之間。依此方式，建構電淨化設 備用之一糸列的隔宮 至以允許隔室之每一者中在一個以 上方向的流體流。 可被設置在隔室中^^ Μ & 至中之間隔物可對隔室提供結構且予 Μ务疋’且在某此音办.丨占 、 中，可協助導引經過隔室之；* «I* 流。間隔物可由聚人妊魁4、Α 、问至之机體 ^ # ^ ^ σ材枓或允許意想結構及隔室中之流

體流的其它材料 A + u ^ L 構及紀晉η道 實施例中’可將間隔物建 稱及配置成再導引戎五 ’J疋 .,^ a d 次再分佈隔室中之流體流。在竿此奋 例中，間隔物可包括細也上 你呆些貝 ，，同狀或篩材料以提供材料且允畔姆 過隔室之意想的流體为 了寸五允4經 引流體流及電流之至少+ 直成再導 ^ _ 王乂 一者以改善製程效率。亦可蔣„ 隔物建構及配置成在畲 兀了將間 隔物可包括實心部位 ^〆爪體机。間 實心部位亦可再導引電〜Α °再導引流體流。該 淨化設備中陽極與陰^在特定方向中流動’且防止電 中，間隔物可促進經過 早二貫施例 ,, ▲ 早兀堆疊之電流且針對單开掩方 大致阻礙電流旁路。句— 早70堆疊 ^貫心部位之間隔物可稱為阻擋

-20 S 201231406 間隔物。 第一單元 二模組组 在某 的交替於 供一系列 形狀可為 元堆疊中 φ 目之角部 中。在某 它薄膜具 協助彼此 疊中、將 固定在支 罩及將一 膜、間隔 ^ 組件周邊 隔物或間 定薄膜、 或邊界，. 依據 疊可具任 室。在某？ 疊。在如^ 統可包含Ρ 些實施例中，特定之薄膜可較單元堆疊中之其 有不同之幾何形狀。可選擇薄膜之幾何形狀二 固定薄獏之至少一者，將間隔物固定在單元堆 可將阻擋間隔物設置在單元堆疊中，或設置在 堆疊、或第〆模組組件、及第二單元堆疊或第 件之間。 些實施例中，彼此固定之複數個離子交換薄膜 陽離子交換薄膜與陰離子交換薄膜之間，以提 之離子稀釋隔室及離子濃縮隔室。薄膜之幾何 任一適當之幾何形狀，使得可將薄膜固定在單 。在某些實施例中’可意想單元堆疊上特定數 位及頂點，以便將單元堆疊適當地固定在外罩 薄膜固定在一模組組件或模組組件中、將薄膜 撐結構中、將如單元堆疊的-組薄膜固定在外 模組組件或模組組件固定在外罩中。可將薄 物及間隔物組件固定在薄、間隔物或間隔物 或邊緣之-部份。周邊之—部份可為薄膜'間 隔物組件之連續或非連續長度。被選取用以固 間隔物或間隔物組件之周邊的部位可提供邊線 以預定方向導引流體流。 —個以上之實施例，如本文中所討論之單元堆 一意想數目之離子交換薄膜、單元對或流隔 些實施例中，電化學分離系統可包含單單元堆 莫組式實施例之其它實施例中，電化學分離系 每個以上之單元堆疊。在竿 ’、 #示些實施例中，如本 -2 1 - 201231406 文中所討論者，分離模組組件中可包含各單元堆疊。模 組化可提供設計之彈性及可製造性之輕便。 依據一個以上之實施例，電化學分離系統可包含： 第一電極；第二電極；第一電化學分離模組組件，該第 一電化學分離模組組件具有界定被第一框架所支撐之複 數個交替耗乏隔室及濃縮隔室的第一單元堆疊，該第一 電化學分離模組組件係設置於第一電極與第二電極之 間；以及第二電化學分離模組組件，該第二電化學分離 φ 模組組件係與第一電化學分離模組組件協同，具有界定 被第二框架所支撐之複數個交替耗乏隔室及濃縮隔室的 第二單元堆疊，該第二電化學分離模組組件係設置於第 一電化學分離模組組件與第二電極之間。第一單元堆疊 可被第一框架圍繞，且第二單元堆疊可被第二框架圍 繞。在某些實施例中，第一及第二電化學分離模組組件 係以流體性配置為平行。第一及第二電化學分離模組組 件可各為單一結構或可本身由子擋塊構成。第一及第二 φ 電化學分離模組組件可為可拆卸式。在某些實施例中， 可將阻擋間隔物設置在第一及第二電化學分離模組組件 之間。如以下所討論者，框架之每一者可包含歧管系統 及/或流量分配系統。可將第一及第二電化學分離模組組 件裝設在如具有托架組件之容器中。取決於意想之應用 及各種設計元件，係統可包含兩個、三個、四個或更多 個模組組件。將要處理之水源可以流體性連接至容器之 入口。耗乏隔室及濃縮隔室可各具入口，與容器之入口 以流體相通。

S -22- 201231406 在某些非受限之實施例中，耗乏隔室及濃縮隔室之 至少一者包括流分佈器。在某些實施例中，將系統建構 為使得經過耗乏隔室之流的方向異於經過濃縮隔室之流 的方向。在至少一個實施例中，可將系統建構為使得經 過耗乏隔室之流的方向大致垂直於經過濃縮隔室之流的 方向。可將第一及第二電化學分離模組組件建構成便利 系統中之多流道流動。 依據一個以上之實施例，裝配分離系統之方法可包 φ 含：裝設第一電化學分離模組組件，該第一電化學分 離模組組件具有第一單元堆疊，其係由第一框架圍繞 在第一電極與第二電極之間的容器中；以及裝設第二電 化學分離模組組件，該第二電化學分離模組組件具有 第二單元堆疊，其係由第二框架圍繞在第一電化學分 離模組組件與第二電極之間的容器中。該方法可更包括 將阻擋間隔物配置在第一及第二電化學分離模組組件之 間。裝設在容器中前，可測試第一及第二電化學分離模 φ 組組件之每一者的效能。將要處理之水源可以流體性連 接至容器之入口。 依據一個以上之實施例，可將一個、兩個或更多個 模組組件插入在第一電極與第二電極之間。在某些實施 例中，系統中之兩個模組組件可大致彼此相鄰。在其它 實施例中，可將阻擋間隔物定位在兩個相鄰模組組件之 間。在至少某些實施例中，分離系統中之模組組件可不 具專用之電極組。而是，可將多個模組組件定位在單對 之電極之間。 5 -23- 201231406 依據一個以上之實施例，電彳 ^ ^ 电化學分離模組組件可包 括.早70堆疊，係界定複數個交 1V B ^ . 乂首粍乏隔室及濃縮隔室； 及支撐系統。可將支樓系統建構成維持單元堆疊之垂 直對準。在某些實施例中， 此可為框架。框架可 至少部伤圍繞單元堆疊。在其它實 _ /匕貫施例中，框架可大致 圍％早兀堆疊。在某些實施例中 ,,^ .. 朱可包含構成以促 使流體流經過單元堆疊的歧管系統。 几 歧官系統可自中心 系統歧管傳遞處理過之液體至其所 ^ T服務之個別的模組組 件。歧管系統可包含入口歧管及出 歧皆。歧管系統可 包括與各耗乏隔室之入口及與各濃縮 ’知至之入口以流體 相通的人u歧管統可更包括與各耗乏隔室之出 口及與各濃縮隔室之出口以流體相通的出口歧管。歧管

系統可構成經由出口歧管傳遞處理過 B 30之液體下游。歧管 系統之至少一部份對於框架或與框牟八 化木分離之結構係不可 或缺的。在至少某些實施例中，於權έΒ 4 镍組組件中可將歧管

系統建構及配置成防止混合稀釋及濃始、A /晨縮流。歧管系統可 流體性地隔離且保持與堆疊關連之稀經B/ 哪释及濃縮隔室的出 口之分離。 在某些實施例中，如框架之支擇 柯糸統可包含流量分 配系統。流量分配系統可為歧管系統或八 / 4分離糸統之一部 份。流量分配系統可與歧管系統以流<§* 、2 L體相通且可構成對

單元堆疊促進均一之流分佈。流量分酎έ W 配系統可與各耗乏 隔室之入口及與各濃縮隔室之入口以户 θ 机體相通。在某此 實施例中’流罝分配系統之至少一部份炎 — 1物為構成整體必須 的框架。在其它實施例中，流量分配备〇 、 糸統之至少一部份 -24- 201231406 可與框架唧合。在某些實施例中，流量分配系統 一部份包括可拆卸式地由框架收納的插件。此可 量分配系統之一個以上特性之可製造性的輕便。 插件結構，可將歧管及/或流量分配系統之一個以 結合在框架内成為一體。在某些實施例中，流量 統可與單元堆疊之各入口及出口唧合。在某些 中，框架可包含與單元堆疊之至少一個側邊相聯 件。在至少某些實施例中，框架可包含與單元堆 φ 側邊相聯結的插件。例如，矩形之單元堆疊可包 插件。歧管系統及/或流量分配系統或其組件可與 疊之各側邊相聯結。 依據一個以上之實施例，可將與模組組件框 結之流量分配系統或插件建構及配置成供應將要 液體供應至單元堆疊之稀釋及濃縮隔室的入口。 量分配系統或插件更建構及配置成收納且流體性 與單元堆疊之稀釋及濃縮隔室相聯結的出口流。 φ 配系統或插件可使稀釋及濃縮出口流保持分離。 一個以上之實施例，執行具備意想功能性之使用 分配系統的各種設計。依據單元堆疊之本質，可 入口及出口設置在單元堆疊之一個以上的側邊上 些實施例中，可將隔室入口及出口設置在單元堆 有側邊上。包含歧管系統及流量分配系統之框架 可構成使得其可以任一方位收納單元堆疊。為求 亦可將插件或流分佈器插入框架之任一側邊且與 疊之任一側邊相聯結。可將插件或流分佈器插入 之至少 用於流 如經由 上特性 分配系 實施例 結的插 疊之各 含四個 單元堆 架相聯 處理之 可將流 地隔離 流量分 可依據 於流量 將隔室 。在某 疊之所 的設計 彈性， 單元堆 且兩者 -25- 201231406 用於對堆疊之多個BS + h至^供將處理之流體’以及流體性 地隔離且使單元玱晶+ ^ ^ 宜之出口流保持分離。還有如本文所 °才响者，亦可將插件或流分佈器建構及配置成改善整體 模組組件之電流效率。 卜在一個以上之實施例中，可操縱經過堆疊之旁通路 t *促進經過單元堆疊沿著直接路徑的電流，以便改善 電文率。在某些實施例中，可將電化學分離裝置建構 及配置為使得一 >fg)a上之旁路路徑比經過單元堆疊之直 接路徑更迂迴。纟至少某些實施例中，可將電化學分離 裝置建構及配置為使得一個以上之旁通路徑比經過單元 :隹壁之直接路徑呈現更高之阻抗。在包含模組系統之某 些實施例中，可將個別模組組件建構成促進電流效率。、 可將杈組組件建構及配置成提供將造就電流效率之電流 路路仕。在非受限之實施例中，模組組件可包含構成 促進電流效率之歧管系統及/或流量分配系統。在至少某 些實施例中，在電化學分離模組組件中圍繞單元堆疊之 忙架可被建構及配置成提供預定之電流旁路路徑。在某 些實施例中’與支撐系統相聯結之插件，如歧管或流量 分配系統之組件，可構成促進電流效率。 依據一個以上之實施例’可將歧管系統及流量分配 系統之至少一者建構及配置成改善模組組件之效率。流 量分配系統可包括構成減低電流損耗之至少一個旁通路 捏。流量分配系統可包含定向於第一方向之.複數個第— 流體通道。流量分配系統可更包括定向於第二方向之複 數個第二流體通道且與複數個第一流體通道以流體相

-26- S 201231406

通。在某些實施例中，第一及第二方向可大致垂直。 量分配系統可包括插件，其令框架界定構成收納該插 之凹口。在至少某些實施例巾，插件可界定柵格結構 該柵格結構構成對單元堆疊促進均一之流分佈。 在某些非受限之實施例中，插件具緊接單元堆疊 第-侧邊及與第一側邊相對之第二側《。插件在第一 第一側邊之至少—者上可包括複數個埠。在某些實施 中，至少某些淳可為狹槽或溝槽。插件之—側邊上的 相對另-側邊的埠可不同。纟某些實施例中，插件之 -側邊上各埠之方位與單元堆疊之離子交換薄膜大致 f ’ 士插件之第二側邊上各埠之方位與單元堆疊之離 交換薄膜大致平行。在某些實施例中，第一側邊上之 少-個埠與單元堆疊之兩個以上的隔室以流體相通。 數個蜂係交錯設置在插件之側邊上。一個埠可服務 個或多個隔室。在某些實施例中，單元堆疊構成且配 成相對於界定I元堆疊之離子交換薄膜的表面區域達 至少約85%之流體接觸。耗乏隔室及濃縮隔室之至少 :可包含阻擋間隔物或流再分佈器。I某些實施例中 早凡堆疊構成使得經過耗乏隔室之流的方向異於經過 縮隔室之流的方向。在至少一個實施例中，單元堆疊 成使传經過耗乏隔室之流的方向與經過濃縮隔室之流 方向大致垂直。 匕 流 件 之 及 例 埠 第 垂 子 至 複 置 成 八依據一個以上之實施例，電化學分離模組組件可 含構成在單元堆疊中促進均一之流分佈的流分佈器。 分佈器對於框架結構或圍繞單元堆疊之歧管可是不可 濃 構 的 包 流 或

-27- S 201231406 缺的。在其它實施例中，流分佈器之 -全’ 與框架或歧管接合。流分佈器可包括。 部份可構成 收納的插件。模組組件可包含一個^ 1斥卸式地由框架 在某些實施例中，流分佈器可與單元續^之流分佈器。 侧邊相聯結。在至少某些實施例中，'*'之—個以上的 堆疊之各侧邊相聯結。單元堆疊之各 @可與單元 1貝J邊可呈直雨 ώ 分佈器。流分佈器町構成可拆卸式地出+ 寻用之抓 田電化學分籬步署 收納。使用阻擋薄膜，多流道流動之流 装罝 L永構會是可能的。 依據一個以上之實施例’用於電 哭-Γ4人 ^ 分離之流分佈 盗可包含：方位居於第一方向之複數個攻 l* /;te _ \社& ^ 々_L體通道且 構成傳遞給入至電化學分離裝置之 王少—個隔室 · 以 及方位居於第二方向之複數個第二流 嚷一 體通道，該複數個 弟一通道與複數個第一通道及與電 社+ χ 电化學分離裝置相聯 、·-口之入口歧管以流體相通。在某虺實 —汽死例中，第一方向 大致為垂直。在至少一個實施例中，楚一 乐—方向大致為水 平。複數個第一通道可配置為平行， … 仕至夕一個實施例 中，複數個第二通道可配置為平行。力 在某些實施例中， 至少一個第一通道與至少一個第二通道六 ^道父又。可將阻擋 構件設置在第一通道與第二通道之交 人又口。複數個第一 通道與複數個第二通道可配置成減低電化學分離裝置 之漏電。在某些非受限之實施例中，複數個第一通道可 配置為具有複數個第二通道以界定柵格結構。 依據一個以上之實施例，流分佈器可具有第一側 邊，該第一側邊構成被配置為緊接電化學分離裝置之單 凡堆疊。該分佈器在第一側邊上可包含複數個埠。所主

-28- S 201231406 張之流分 邊且在第 第一及第 少一個實 些非受限 分離裝置 化學分離 可構成將 實施例中 置之兩個 複數個埠 器可構成 面的電流 埠可具各 居中之埠 均一流分 移。 依據 形成模組 統前之品 方法形成 可裝配交 夺在操作 之模組組 外罩中。 或更多個隔室以流體相通。在某些實施例令 佈器可具有被配置為與第一側邊相對之第二側 二側邊上可具有複數個埠。在某些實施例；： 二側邊上之複數個埠可包括狹槽或溝槽。在至 施例中，第一及第二側邊上之埠可相異。在某 之實施例中，第一側邊上各埠之方位與電化學 之隔室大致垂直。第二側邊上各埠之方位與= 裝置之隔室大致平行。第二側邊上之複數個璋 流體流分佈至第一側邊上之複數個埠。在某些 ，第一側邊上之至少一個埠可與電化學分離裝 可交錯設置在第一側邊或第二側邊上。流分佈 且配置成促進流向電化學分離裝置之操作表 。埠可與流分佈盗相聯結。相對於流分佈器， 種位置。流分佈器可包括相對於流分佈器大致 ，促進自入口歧管至電化學分離裝置之隔室的 佈，在其它實施例中，埠可相對於流分佈器偏 —個以上之實施例，可將單元對之堆疊建構成 組件或子擋塊，用於最終裝配成電化學分離系 質管制。子擋塊可藉由熱黏合、接著劑或其它 。在某些實施例中，在測試單元對之子擋塊後 又流之模組組件。可將埠内嵌在機箱壁上以允 期間之多重傾告p (multiple dumping)。在交叉流 件中，可有大量之單元對堆疊及封裝在外殼及 封口可與單元對相聯結以界定流路徑。若即使 -29- 201231406 封口中之一者故障，則可將全部模組組件視為無法操 作依據一個以上之實施例，在堆疊所有單元對以形成 車乂大之杈組組件或系統前，可使用單元對之子擋塊以檢 ’則偵測封口。在某些實施例中，於最終裝配前，可將單 元對刀解成各封裝在框架中之堆疊以判定封口之完整 性。在某些實施例中，封裝方法可使用〇型環或墊圈， 機械式地將子擋塊連接至另一子擋塊或電極板，無任何 内部交又洩漏或外漏。框架設計可便利濃縮流體之多重 傾卸，使得對於特定條件可製造、貯存標準之子擋塊且 易於將其建構成每一模組組件之任何意想之通過及傾卸 遍數。框架設計可促進均—之流分佈、稀釋與濃縮流之 隔離以及電流效率。 ^依據一個以上之實施例，框架可緊密支撐單元對堆 疊之側邊以維持對準。垂直狹槽可將入口及出口歧管連 接至流隔室。這可在流隔室之寬度各處促進均一之流分 佈且減低自隔室漏電至歧管。可以0型環或其它機構將 堆4端部之薄膜固定至框架且加以密封。框架可裝配自 多個節段或可為整塊、如塑造成—個零件。各模組組件 I作用為通過一遍’其阻擋薄臈被密封在模組組件之間 當中。緊鄰端擋塊之模組組件可藉由薄膜與電極隔室分 離且亦可以如〇型環或接著劑加以密封。模組組件框架 或模組組件框架之歧管系統可大致包含一個以上之稀釋 淳及一個以上之濃縮埠。該^車可在框架±或插件上。 棋組組件植架亦可包含流量分配"，該流量分配系統 可包含可拆卸式地由框架收納之一個以上的插件或流分

S -30- 201231406 佈器。框架可包含大小及形狀被製成用以收納插件之一 個以上的凹口。可將整體框架及模組組件設計建構成減 低旁通電流。旁通路徑可為迂迴的且比經過堆疊之直接 路徑呈現較高之阻抗。在某些非受限之實施例中，電流 可藉由流經狹槽之下半部，沿水平歧管至埠歧管，沿頂 部之水平歧管返回且經由狹槽之上半部返回至堆疊中， 僅繞過堆疊。 如第1圖中所示，依據一個以上之特定非受限的實 鲁施例中，單元對之堆疊110可被圍住在單一結構之框架 120中的四個側邊上，以形成模組組件i 〇〇。第2及3圖 呈現透過截面A-A之視圖。為清楚起見，放大流隔室及 薄膜之厚度。框架節段中之一組歧管經由方位垂直於薄 膜表面之狹槽陣列，供應給入至稀釋隔室的入口。在稀 釋隔至的出口，生成水流經第二狹槽陣列且在圖右進入 框架即段中之第二組歧管。垂直於截面A_A之截面將表 示用於/辰縮隔室之相同配置的歧管及狹槽。 • 如第2圖中所示’藉由堆疊與框架之角部位之間的 劑後’將堆疊及框架旋轉 要完全展開接著劑之特性 硬化處理。以另替方式， =口，可將對稀釋及濃縮隔室之入口及出口彼此隔離。 藉由如接著劑、熱黏合或其組合之各種技術，可完成此 等封口第4圖表示密封角部位的一種方法。將堆疊4 i 〇 插入框架420中且將裝填接著劑分配在堆疊41〇與框架 420之間的間隙中，以开> 成模組組件4〇〇。在已設置接著 90°且裝填下一個角部位等。 可必要在南溫下作進一步的 可將夠低黏度之熱熔接著劑分

S -31 - 201231406 配在間隙中，直到裝填所有四個角部位為止。 以上所說明之整體設計的框架可用於數種功能。其 可維持堆疊中單元對之對準。藉由降低流隔室及薄膜之 厚度可減低ED裝置中之能量消耗。現代科技中之流隔 至（父互薄膜之間距）可薄如〇 38 mm(0.015’’），而薄膜厚 度可小如30微米（〇.〇〇丨2〃）。裝配自此等薄及撓性組件之 1 200個單元對之堆疊具甚少剛性且應自側向位移加以支 撐。在需要擠壓以密封堆疊之紕件且依靠側邊支持通道 ^及繫桿以對準堆疊的傳統板塊與框架裝置中，此問題尤 其嚴重。即使以接著劑或熱黏合密封堆疊組件且將全部 堆疊收納在圓筒形容器中，在交又流裝置中仍存在該^ 題。在設計得當時，將入口及出口歧管連接至流隔室之 狹槽可確保將流均一地分佈遍及各稀釋隔室之入口。狹 槽之方位與流隔室垂直。狹槽不需與個別隔室之入口對 齊。狹槽減低電流自堆疊流進入口及出口歧管的漏電可 用區域且藉以減低繞過薄膜及單元堆疊的電流部份。電 鲁流旁通減低電流效率（依據法拉第常數（Faradays C〇nStant)96,498庫倫/等效之理論上所需電流/實際測得 之電流）且增加生成物之每單位體積的㉟量消耗。改善電 流效率m方&包含利用㈣薄膜或間隔物之多流道 流動模組組件架構的使用。 在另-實施例巾，可修飾狹槽之架構以更減 且因此置換狹槽中之擋塊’改善電流效率。第5圖表示 模組組件500 ’該模組組件5〇〇包含框架52〇中之單元 對的堆疊51〇,其人卩及出口崞方位係垂直的。第6圖 -32- 201231406 為表示流1之流路徑的截面圖。流體自入口埠經由三個 平行之水平入口歧管，流入堆疊中之流隔室，該等平行 之水平入口歧管跟著垂直狹槽。自堆疊，流體經過另一 組垂直狹槽及三個出口歧管，流至出口埠。 第7圖表示，然而電流藉由自堆疊之一端流經垂哀 狹槽，流至另一端，可潛在地繞過堆疊7 10。第8圖表 示參考模組組件800之狹槽變型的一個非受限之實施

例。可將障礙物或阻礙物置放在狹槽中以迫使旁路電流 多走繞行路徑且藉以在旁路路徑中增加電阻抗。在某些 實施例中’可在狹槽中置放如水平擋塊之擋塊。 在某些實施例中’水平擋塊並非在每一狹槽中之相 同位置；否則一個以上之流隔室可能會被完全阻擋於入 口或出口歧管。第9圖表示可如何交錯設置擋塊93〇， 使得將僅會阻擋至任一特定流隔室之小部份的入口或出 藉由交互薄膜篩之適當設計，仍可達成隔室中均 σ 〇 平均之流速。在某些實施例中，若將框架以機械加工成 或塑造成侷限擋塊之數目與位置的一體成型，經交錯設 置之擋塊可全部與水平歧管之一者對齊。 在另-實施例中，將框架以機械加工成或塑造成無 狹槽。如第⑺及丨丨圖中所示之流分佈器1〇5〇,分別製 造包含狹槽及水平擋塊之栅格且將其插入框架1〇2〇 中。於是在擋塊之數目及位置上有更多的彈性。擔塊可 被：配置成陣列或隨機排列。 之 云離子化的流體 機械特性及化學相容性的材料 了水裂造。例如，

S -33- 201231406 水淡化之應用中，由於其抗蝕及低成本，故偏好塑膠材 料。潛在之塑膠包含聚氣乙烯（PVC)、聚乙烯（pE)、聚丙 烯（PP)、♦醯胺（PA或尼龍）、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯 (ABS)、聚砜或如變性聚氧化二曱笨（N〇ryl)之塑膠混合 物，其係為聚氧化二甲苯（PP0)與聚苯乙烯（ps)之混合 物。為了增強抗化學性與機械及熱特性，可添加如玻璃 纖維之強化填料。 在某些實施例中’可使用如機械加工及/或射出成型 ^之方法加以製造框架。此外，可使用如立體蝕刻術、3D 印刷、熔融擠製成型（fused dep0sitiori modeling)等之快 速成型（rapid prototyping )技術加以製造框架。在另— 實施例中，如第1 2圖中所示，自藉由接著劑、熱或機械 法、或其組合所結合之四個部件裝配框架i 220。該等部 件可使用如上述之相同材料及方法加以製造。 框架可需要夠深以容納堆疊（見第2圖中之高度「D 中之單元對的數目，尤其是若自節段裝配框架的話。例 ®如’為了容納交互薄膜之間距為〇·38 mm(0.015")且薄 膜厚度為30微米（〇.0012 〃）之12〇〇個單元對的堆疊，框 架之深度將必須約〇_984 m(38.74")。 然而，在此組件之製造上可能會有實際之限制。可 能難以將具有大量單元對之堆疊插入深框架中。堆疊中 之撓性薄膜及篩起初僅以接著劑或熱密封連接，故堆疊 不具剛性。因堆疊之高度增加，襞填角部位可變得更困 難。如第4圖中所示，例如，需沿著堆疊與框架之間之 間隙的全長均一地分配裝填接著劑。直到裝填角部位才

-34- S 201231406 測試框架中所裝配之堆疊中的封口。若任何密封故障， 可能必須廢棄全部組件，造成材料及勞力之完全損= 例如，第13圖為具有1200個單元對之3通道胃之 裝置中之稀釋流的示意圖。有各具2 〇 〇個單 τ u司"< 6個 模組組件。以另替方式，可使用各具400個單元對之3 個模組組件。單元對及通過之遍數的許多組合係可能 的。此外，該架構可不對稱的在各遍通過中具有不同數 目之單元對。此發明不限於任一特定數目之單元對^ 道數量。 一 第14圖表示如另一實施例之模組組件14〇〇。第η 及16圖係分別透過截面A_A及b_b的視圖。為清楚起 ^，再次極其放大流隔室及薄膜之厚度。各隔室被=以 篩，當流體流經隔室時，篩分離鄰近之薄膜且增強流體 之混合。第15圖為透過第14圖中截面A_A，表示流經 稀釋隔室之視圖。在堆疊頂部（AEM)之最後薄膜及在底 部（CEM)之最後薄膜係延伸超出堆疊且被〇型環密封， 被夹板固定。此等薄膜將稀釋流（入口與出口歧管、狹槽 及隔至）與在堆豐頂端及底端之最後濃縮隔室隔離。第丄6 圖呈現稀釋隔室之入口的近視圖。第17圖為透過第Μ 圖之截面B-B的視圖《濃縮流平行地流經所有濃縮隔 室，包含在堆疊頂端及底端者。 使用第1 5圖之框架之頂部表面上的外〇型環，對相 鄰之平整表面加以密封模組組件，該平整表面可為測試 裝置之頂板、一上述相鄰模組組件之框架或端板。例如， 第1 8圖表示透過模組組件裝置丨8 〇 〇以測試模組組件中 201231406 之封口完整性的截面圖。模組組 底板具〇型環，1斟p 4 f被甜夾在兩板之間。 封。在模組組件頂邱之n 一 +之底邛表面加以密 獲中 έ 1環對頂板加以密封。夷入接 車且對稀釋入口埠施加加壓二 間或在任一角部 £抓肢次虱體。溥膜之 成交又兮馮 之任何黏合的漏洞將對濃縮流造 組組件品質之：：第'又广之存在或比率作為判定模 1900 ; \ μ 、j。第19圖表示裝配前端板、模組組件 900及分離薄膜 田 牛 準組件。 、 的堆壁。例如’使用定位銷可對 在某些實施例中，各模組組件可使用相同之框架設 :」如夾板位置所例示，單元2用之框架的方位垂直： t兀1 ί 3用之框架。單元1及3内部之堆疊係相同， 但異於早疋2内部之堆疊。第20圖係單元！中透過截面 之視圖，且第21圖係單元2中透過截面B_B之視 ®在單兀1頂部及底部之最後隔室為濃縮隔室，在頂 之最後薄膜為延伸或分離之Aem且在底部之最後薄 春膜為延伸或分離之CEM。在單元2中，在頂部及底部之 最後隔室為稀釋隔室，在頂部之最後薄膜為延伸之CEM 且在底部之最後薄膜為延伸或分離之AEM。 如第22圖中所示之示意圖，與阻擋薄膜一起之模組 組件中之薄膜與單元的配置允許稀釋及濃縮流中的多流 道流動架構且造成緊鄰電極隔室之濃縮隔室。彼等濃縮 隔室使用為電極隔室與下一稀釋之缓衝單元。第23圖為 透過經裝配之ED裝置，表示經過豨釋隔室之3通道流 的視圖。第24圖為模組組件1之稀釋出口及單元2之稀 -36- 201231406 釋 的、’’田。卩圖，其例示模組組件2400之間的阻擋間隔 物 2470 。 透過垂直於第23圖中截面之經裝配之ED模組組件 的截面。圖將表示經過濃縮隔室之3通道流。使用在板塊 〃框架之ED裝置中通稱為繫棒或繫桿之端部具螺帽之 螺紋棒，可將莖1Q)gl 竹弟19圖及第23圖中所示之£1)裝置的端 引在起。知板必須對模組組件施加充分擠壓以密 士 〇 i %亦可使用其它設備，對模組組件施加擠壓力。 一個實例將是被設置在模組組件之堆疊端部的加壓氣 囊可將繫考干配置在框架外部（板外），或框架壁可夠厚 :允許將繫桿設置在壁内部(板内）。為裝飾或安全起 可將ED裝置圍住。例如，該圍體可裝配自熱成型 塑膠板。為安全及钍播曰 ^ . 及、、，口構起見，亦可將ED裝置插入壓力 卜!參在某些實施例中，框架之外形為方形且具實質 上為實心之壁。*德缶、ar_ 型之節段’若要使框架射出成 加m、占# 土 *心心。在操作期間，經由模組組件系激 形故為了勁度及強度，可對壁增添強化壁柱。 環需為方形。例如125圖表示外形大致為 二=出成型所設計之框架252。。矩形、六邊形及 亦能之形狀當中。框架側邊之長度及數目 刀可為非對稱式。 組件第二6 ^表Ϊ在兩個經塑造之端版之間的六個模組 明表_ 所有單兀白被容納在圓筒形容器2680(以透 密封：n :端版上之0型環對端部之圓筒壁的内部加以 =冋可具多重功能，包含：在裝配期間，模組檔 37 201231406 塊之對準；在操作期間，對ED裝置内部之流隔室及歧 管加壓時’對圓型框架之結構支撐；若模組組件之間及 單元與端板之間的任一 0型環洩漏時之外漏的防止；以 及作為裝飾覆蓋。若能以充分之硬度及強度設計及製造 框架’可不需圓筒型容器。可使用一個以上之非結構性 的裝飾覆盍以圍住模組組件。第2 7及2 8圖各例示被插 入不具框架之環狀圍體中的模組組件。第29及30圖例 示以含狹槽3090之框架3020所建構的模組組件。 春此發明不限用於電滲析設備。使用具有多流道流動 之交又流架構亦可建構如電去離子化（EDi)或連續電去 離子化（CEDI)之其它電化學去離子化裝置，該交叉流架 構使用具其中插入有單元對之狹槽的模組式框架。 在交又流電滲析（ED)及電去離子化（EDI)裝置中，稀 釋及濃縮流在彼此垂直之方向中流動。潛在之應用包括 來自石油及汽油生成物之海水、鹹水及齒水的淡化。 又流模組組件可使用各種設計及製造方法。在某些 φ非受限之實施例中，可將模組組件納入容器中。在至少 一個非受限之實施例中，容器可大致為圓筒形。第27圖 表示一 5 0個單元對之模組組件。在此設計中，如第2 8 圖中所示’開啟之入口及出口歧管與流隔室以直接流體 相通。開啟之歧管減低各流中之壓力降，但自一電極至 另一電極之部分電流可藉由流經開放之區域繞過單元對 之堆疊。旁路電流減低電流效率且增加能量損耗。用於 NaCl溶液之淡化，可將電流效率計算如下： μ -38- 201231406

[(Qd)in Cin-(qd)out c〇ut_ zF 其中=

Tli=電流效率

(qd)in=每一稀釋隔室在入口之流率 (qd)〇ut=每一稀釋隔室在入口之流率 Cin=在稀釋入口之濃度 Cout=在稀釋出口之濃度 z=價數=對NaCl為1 F=法拉第常數 1=電流 用於海水之淡化，可將電流效率計算如下：

K)inizcizi] F V I Jin V i Jout _ 其中： 個別離子之濃度 Zi =個別離子之價數 對於NaCl溶液，可將「製程效率ηρ」界定如下：

(qd)out (cin-c0Ut)zF s -39- 201231406 製程效率大至小於或等於電流效率： Ί · ^d)CinzF 其中= △(qd)=由於電滲透或滲透，來自稀釋隔室之水損耗率 在某些實施例中，系統及方法可藉由框架將單元對 之堆疊支撐在所有側邊上。如第29及30圖中所例示， 框架可具有垂直狹槽，該等狹槽將稀釋及濃縮流用之入 口及出口歧管連接至堆疊中之齊個別流隔室。在此等設 計之預期益處當中的是藉由消除位在對於堆疊之入口及 出口的開放區域，減低電流旁路。可在框架中之角部位 裝填單元對之堆疊，以形成用以檢核交叉洩漏、淡化效 能及壓力降之模組子擋塊。可堆疊多個擋塊以形成 模組組件。可將阻擋薄膜插在擋塊之間以導引稀釋及/或 濃縮流進入多流道流動之流架構。第3 1圖例示理想電化 學分離系統中之輸送過程。第32圖例示包含電化學分離 系統中低電流效率之輸送過程且第3 3圖例示包含電化 學为離糸統中結合低電流效率之輸送過程。 第3 4圖例示電流藉由流經框架與堆疊之間的間隙 以及在垂直狹槽中自堆叠的一端流至另一端，仍可繞過 堆疊。經過狹槽之電流旁通因此顯著。依據一個以上之 實施例，諸方法可減低交又流ED裝置中的電流旁通。 在某些實施例中’子擋塊框架中之流通道可減低繞過堆 疊之電流部份且藉以增加電流效率。該等通道可將入口

S -40- 201231406 及出口槔連接至單元對之堆疊中的流隔室。第35圖表示 子擋塊框架内部之流通道中的流體容積。例如，流丨在 入口槔進入框架且流經通道之柵格，進入堆疊中。為簡 化起見，堆疊中之流體容積以透明擋塊表示。堆疊中流 隔室中的實際流體容積係由薄膜及篩來界定。流1自堆 疊，經由通道之第二柵格流至出口埠。流2之方位與流 1垂直；除此之外，流通道之設計相同。 第36圖為用於流1之入口流通道之細部圖。將來自 ®入口埠之流平行地分佈至許多水平.通道。各水平通道經 由垂直通道，將其流部份依序分佈至堆疊中之許多流隔 室。在流隔室之出口，逆向之通道次序（垂直通道水平 通道-> 出口埠）允許流離開子區塊。 第37圖表示旁通電流可僅經由一系列之垂直與水 平通道’自堆疊之一端流至另一端；水平通道彼此僅經 由阜歧管，以流體相通。有兩組旁通路捏，一組經由入 口蜂歧管且另一組經由出口埠歧管。插件3795包含入口 鲁歧管3797。 經過子區塊之電流路徑可因此以具有三個並聯電阻 之電路表示；一個為堆疊中單元對之阻抗且另兩個為旁 通電流用之兩組路徑的阻抗。 藉由適當地決定通道的大小，旁通電流用之迂迴略 控的阻抗可明顯地高於經過堆疊之直接路徑的阻抗。因 此可迫使大半電流流經堆疊。在至少某些實施例中’至 少7〇°/。之電流可流經堆疊且因此可達成至少約70%之％ 流效率。至少80%之電流可流經堆疊且因此可達成至少 -41 - 201231406 約80%之電流效率。在至少某些實施例中，至少9〇°/0之 電流可流經堆疊且因此可達成至少約90%之電流效率。 垂直地定位鄰近堆疊之流通道，使得各與數個單元 對相通。如第3 8圖中所示’其係垂直地交錯設置，使得 每一流隔室係與多個垂直通道相通。垂直及水平流通道 之尺寸及間距影響堆疊中之流隔室中的流分佈及兩流中 之整體壓力降。可使用計算流體動力學（CFD)軟體以優化 設計。 在某些實施例中’在材料之擋塊中可形成如第36圖 中所示之内部流通道》因此，内部流通道可整合於框架。 在其它實施例中，在材料之個別部件中，可形成至少一 部份之流通道且接著將其插入框架中。例如，插入件可 包含一部份之流通道。插入件可包含被分開製造且接著 被安裝在框架中之狹槽及/或溝槽。 第39圖表示在插件399 5之一個面上之垂直狹槽及 在另一個面上之水平溝槽，以分別形成垂直及水平流通 道。藉由機械加工或藉由塑造，可製造插件。第4〇圖表 不順應藉由機械加工所製造之框架4〇2〇設計的實例。該 框架具有四個插件用之凹口 4〇25及四個相當寬之溝槽 、开/成埠歧f。為清楚起見，未表示如〇 區塊密封至另一子區塊之溝槽的特性。第4l圖表示= 即將文裝插件4095之框架的截面圖。將堆疊裝填角部位 具有接著劑之框架前，安裝所有四個插件，各流有兩個。 第42圖為一截面圖，其表示各水平通道如何與許多平行 之垂直通道以流體相通且水平通道如何經由埠歧管彼此

S -42- 201231406 以流體相通。為簡化起見’單元對之堆疊再次以透明盆 表示。如所示之插件在頂部及底部上亦具附加之狹槽， 該等狹槽與供應流至堆疊之頂部及底部端之框架中=狭 槽以流體相通。第4 3圖表示經塑造之框架4 3 1 〇的實例， 該框架能容納第3 9圖中所示之插件。使用有限元件分析 (FEA)軟體可優化框架設計’使影響零件成本之重量降至 最小’同時在最大内壓下，符合對撓度及應力的機械規 格。第44圖表示經塑造之框架4420之另一實例。插件 用之凹口 4425具有與框架之整體環狀一致的彎曲壁。可 將使用此框架設計之多個子擋塊堆疊上來且將其插入園 筒外罩中。第45圖表示在彎曲側壁上具有水平溝槽之相 對應的插件。並非必須將所有之流通道安置在插件中。 如第46圖中所例示，可將水平溝槽設置在框架462〇中 以提供水平流通道’而將垂直狹槽設置在插件中。用於 交叉流模組組件之最佳框架及插件設計的選取將受組件 製造及裝配之相對複雜性與成本的影響。 插件及框架可使用具有與將處理的流體所必需之機 械特性及化學相容性的材料來製造。例#，在如海水淡 化之應用+ ’因其抗蝕及低成纟，故偏好塑膠材料。潛 在之塑膠包含聚氣乙烯（PVC)、聚乙烯（PE)、聚丙烯 (PP)、聚醯胺（PA或尼龍）、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯 (S)忒砜或如變性聚氧化二甲苯（Noryl)之塑膠混合 物其係為聚氧化二苯（PPO)與聚苯乙烯（pS)之混合物。 :~、了 a強抗化學性與機械及熱特性，可添加如玻璃纖 之強化填料。 -43- 201231406 依據一個以上之實施例，電化學去離子化裝置可包 括至少一個單元對及框架。框架中可包含至少一個單 元對。在某些實施例中，電化學去離子化裝置可包括 電滲析裝置。在其它實施例中，電化學去離子化裝置 可包括電去離子化裝置。框架可包含一個以上之狹 槽。在某些實施例中，擋塊可位狭槽中。在至少一個實 施例中，狹槽可與至少一個單元對垂直。 依據一個以上之實施例，交叉流電化學分離裝置可 φ 包括模組組件。模組組件可包括至少一個單元對及框 架。可將至少一個單元對附接至框架。該裝置可為電 滲析裝置。在其它實施例中，該裝置可為電去離子化裝 置。框架可包含一個以上之狹槽。在某些實施例中，擋 塊可在狹槽中。在至少一個實施例中，狹槽可與至少一 個單元對垂直。該裝置在各模組組件之間可更包含阻 擋薄膜或間隔物。該裝置可包含複數個模組組件。可 將模組組件配置成允許多流道流動之流架構。在某些 φ 實施例中，模組組件可内含在圓筒容器中。 依據一個以上之實施例，電化學去離子化裝置之裝 配方法可包含將第一離子交換薄膜黏合至第一筛、將 第二離子交換薄膜黏合至第一離子交換薄膜與筛、將 第二篩黏合至第一離子交換薄膜、黏合第一篩與第二 離子交換薄膜以形成單元對、將複數個單元對黏合在 一起以形成單元對之堆疊、將單元對之堆疊插入框架 中、及將單元對之堆疊密封至框架以形成模組組件。 方法可更包含將第一離子交換薄膜密封至模組組件之 -44- 201231406 第一側 第二側 組件安 第一及 數個模 在 伸之薄 濃縮及 φ異之形 一個側 中，篩 角可於 部位裝 47A圖 第47B 室。隨 φ接著， 一子擋 在子擔 或墊圈 以形成: 四個角. 上產生· 要的，I 離濃縮， 邊’且將第二離子交換薄臌 々膜饮封至模組組件之 邊。在某些實施例中，方法·^ a 要一 万去可更包含將第一模組 吐 #附加模組組件安置在 第二模組組件上及反覆、 设以得到意想數目之複 組組件。可將該複數個模έ 供組組件插入園筒容器。 某些非党限之實施例中，簞； 干疋之堆疊可由經延 膜開始及結束。此可有助於 句助於隔離框架中之稀釋、 電極流。經延伸之薄膜可 一 j /、與堆疊中之溥膜相 狀。可將經延伸之薄膜黏合 ^ ^ 制1 口在主要堆疊的至少 邊上，如兩個側邊上。右 你系些非受限之實施例 之角部位在薄膜角部位可突出於堆疊。筛之突出 角部位裝填後’稍後作為固定薄膜之強化或在角 填期間’吸取低黏度之裝埴铋 衣具材枓至堆堃中。如第 中所示’可摺疊頂部及底部薄膜之延伸部位且如 圖中所不加以黏合，以在完成四角裝填後形成隔 著所形成之隔室，可檢核堆疊中封口之完整性。 可產生開口以允許稀釋於最終裝配後被改道至另 塊的流體。可自稀釋及電極流體分離出濃縮流。 塊被接合至另一子擋塊或電極板處可使用〇型環 。在某些實施例中，可使用單一之〇型環或墊圈 連結。在子擋塊中’四塊内支撐結構可與堆疊之 部位一起裝填，以便在用於入口及出口埠之側壁 乎整表面。在兩個子組件之裝配期間，埠可是重 因其在子擋塊之連結處提供另替之流路徑，以分 瓦稀釋流’確保流不致混合。其亦可在它上方及 -45- 201231406 下方之薄膜上產生平整與堅實表面，以 擋塊與端部擋塊之η & + ± 』裒配期間子 …… …卜支撐結構可作為強化抵 擋核組組件之正壓力 止薄膜破裂。其亦可與内支撐 ==加強點合。各塊外支撐結構上之突出 =間提：指引以防止失準。璋連接器可提供子撐塊 .〆° 而要經過經延伸之薄膜遍及子擋塊連結之流 路徑時’可將其塞入。這亦可將外及内支撐結構箝夾定 位以確保在射出裝填材料以塑造角部位前，將經延伸之 薄膜的所有四個側邊摺疊成框架狀之型態。頂部及底 部筛可與角部位一起裝填’以提供對經延伸之薄膜的附 加支承強度。兩個筛可使用為各連結處之子擋塊之經延 伸薄膜之間的間隔物。可將用於〇型環或墊圈之溝槽塑 造成經裝填角部位之外形的兩個端部。在操作期間，經 裝填角部位之外形可將内及外支撐結構支承在一起，以 抵擋歧管中之正壓力。吸透篩之角部位之經裝填的角部 位可作以密封堆疊。其亦可使用為隔離擋塊以分離稀釋 歧管與濃縮歧管，防止交又洩漏。角部位外形之端部可 作為防止過度箝夾在所有連結處之封口的阻塞器。第Ο 圖例不依據此等實施例之組件。在某些實施例中，製造 邓包含薄膜之間的第一組黏合及在堆疊四個角部位的第 二組黏合。如可以〇型環裝配多個模組組件且可在生產 期間實施子擋塊之品質管制測試。 依據一個以上之實施例，可將單元對固定在包括入 口歧管及出口歧管之框架與支撐結構中，以提供—模組 組件或模組組件。接著可將此模組組件固定在外罩中。

S -46- 201231406 模組組件可更包括將模組組件固定至外 角部位支標。可將第二模組組件固定在 们以上之模組組件固定在外罩中。在 例中’可將阻擋間隔物設置在第一模組 組件之間。在某些非受限之實施例中， 2流架構+具有稀釋及濃縮隔室之單元 節奴中，以形成模組組件。可將該等單 間隔物接合在一起以形成多流道流動之 春劑於角部位可將堆疊密封至外罩部。未 隔物密封至外罩之内壁，但反而是將其 之間以及將其密封在端部之間。在某些 中 了堆疊在端部具有凸緣之兩個模組 擋間隔物隔開。凸緣可被旋緊在一起。 撐間隔物且以接著劑或墊圈將其密封在 替方式’框架可由熱塑性材料或其它 &。在某些實施例中，模組組件可與箝 φ疋可修飾阻擋間隔物之設計。第4 g圖例 之模組組件的一個非受限之實施例。 依據一個以上之實施例，可將如本 件设計成促進均衡的流分佈且在經過電 流中’於薄膜各處具有較低之壓力降。 有助防止間隔物之比例化且改善電流效 淳位置及插件之開口大小可變化而影響 體可便利流分佈與壓力降之評估。較小 較小之系激要求。因可以較薄之材料建 罩之托架組件或 外罩中。亦可將 揭露之某些實施 組件與第二模組 可將在單遍通過 對的堆疊密封在 元與其間之阻擔 架構。使用接著 必定要將阻擋間 包失在模組組件 非受限之實施例 組件’其間以阻 可以框架塑造阻 凸緣之間。以另 製造方法加以塑 夾或桿連接。於 示以凸緣所裝配 文中所討論之插 化學分離裝置之 均衡的流分佈可 率。入口與出口 心分佈。Cfd軟 之壓力降可導致 造模組組件，故 -47- 201231406 亦可減低模組組件成本。插件可作為流分佈氣且改善電 流效率。痒或狹槽之大小可隨插件而變，以改變流分佈。 第49圖例示料4997朝中心設置之流分佈器或插件 95。在某些實施例令，在相異位置之插件 小可變化。 伏^穴 &自以下實例將可更完全了解此等及其它實施例之功 Φ fa及優點肖等實例本質上意在作例示且未被視為限制 本文中所討論之實施例的範圍。 實例1 :用父又流架構建構兩個模組組件。兩者模組組件 早遍通過中包含5G個單元對。如第27及28以所例 模組组件不含框架，但只是被插入在環狀圍體 :二…3。圖中所例示，第二模組組件係： 框架所建構。兩.者模組組件之每一薄膜的有“ 為〇24 流路徑長度為17,1 cm。薄膜間距為 cm。兩者模組組件係依包 ' ….8 之給入水來操作。册 者杈，，且組件施加電位且判定電流效率。 ’

如下 201231406 不具框架之控制模組組件之測得電流效率為49%。 具框架之控制模組組件之測得電流效率為63 3%。這表 不在使用具有狹槽之框架時之電流效率大致改善29%。 實例2 裝配在3通道流架構中具有145個單元對的原型模 組組件。單元對係在3個框架中，分別包含5〇個單元對、 個單元對及45個單元對。如給入，測試56mS/cmi

NaCl溶液，流速範圍在2 〇 _ 4 3 em/s中之平均製程效 率為6 5 %。 實例3 與支撐架中不具插件之模組組件比較（Beta2)，加以 操作支樓架中具有插件之模組組件（Beta2 5”資料呈現 在第4圖中，例示與插件相關聯之較高的壓力降。

實例4 與具有含偏移歧管之插件的模組組件比較，使用計 算流體動力學（CFD)軟體塑造及模擬具有含中心歧管之 插件的模組組件。結果表示偏移歧管與比中心歧管在侧 邊有較寬廣的低速流範圍相關聯。在低速區可更可能形 成比例化’故中心歧管提供較佳之流分佈。中心歧管亦 與比偏移歧管低約14%的壓力降相關聯。 要領會的是本文中所討論之方法與設備的實施例在 應用上不限於以下說明中所陳述或隨圖中所例示之組件 vs is -49- 201231406 的結構與配置細節。 設備，且以各種方々其它實施例中能執行該等方法及 本文中提供特定：;:以實行或實施。僅為例示起見， 任一或更多 订實例且未意在受限。尤其是，與 在排外於任何胃所討論之動作、元件及特性未意 J八匕貫施例中之類似角色。 而且，本文中所 不應被視為在設限。f用之措詞及術語係為說明起見且 之實施例或元件或動#文中以單數提到之對系統及方法 籲等元件的實施例，且1的任何參考亦可包括含複數個此 元件或動作的任何參/中以複數提到之任何實施例或 例。本文中所使用之「ΪΓ包括僅含單個元件的實施 「4人 包含」、「包括」、「具有」、「包含」、 、」及'、變異意為含括之後所列之項目及其對等項 、及附加項目。所提及之「或」可被解釋為包含， 件使用「或」所說明之任何項目可表示單個、一個以 :及所有說明項目之任一者β對前與後、左與右頂部 & ^上與下及垂直與水平的任何參考意在便於說 月並非將本系統及方法或其組件設限在任一位置或空 間方位。 以上已經說明至少一個實施例之數種觀點，要領會 的疋彼等精於該技術者將隨即想到各種變更、修飾及改 善。此等變更、修飾及改善意在為此揭露之一部分且意 在為發明之範圍内。因此，前述及圖式係僅藉由實例。 【圖式簡單說明】 第1圖係依據一個以上貫施例之單一結構框架中之 I元對之堆疊的示意例示圖；

S -50- 201231406 第2圖係依據一個以上實施例之第1圖中截面A-A 的示意例示圖； 第3圖係依據一個以上實施例，表示自稀釋流隔室 之狹槽至入口之稀釋流的示意例示圖； 第4圖係依據一個以上實施例，.以接著劑裝填框架 角部位之方法的示意例示圖； 第5圖係依據一個以上實施例之框架中的示意例示 圖，其入口及出口埠之方位為垂直；。

第6圖係依據一個以上實施例之流路徑的示意例示 圖， 第7圖係依據一個以上實施例，經過狹槽之潛在電 流旁路的示意例示圖； 第8圖係依據一個以上實施例，用以減低電流旁路 之水平擋塊的示意例示圖； 第9圖係依據一個以上實施例所交錯設置之水平擋 塊的示意例示圖； 第1 0圖係依據一個以上實施例，具有個別製造之栅 極的示意例示圖； 第11圖係依據一個以上實施例，具有經交錯設置之 擔塊之柵極的示意例示圖； 第1 2圖係依據一個以上實施例，自四個截面所裝配 之框架的示意例示圖； 第1 3圖係依據一個以上實施例之電化學分離系統 的示意例示圖； 第1 4圖係依據一個以上實施例，將堆疊插入且裝填 -5 1- 201231406 框架中之模組組件的示意例示圖； 第1 5圖係依據一個以上實施例，透過第14圖中截 面A-A的示意例示圖； 第1 6圖係依據一個以上實施例，表示第1 5圖細部 的示意例示圖； 第1 7圖係依據一個以上實施例，透過第14圖中截 面B-B的示意例示圖； 第1 8圖係依據一個以上實施例，透過模組組件截面 的示意例示圖； 第1 9圖係依據一個以上實施例之ED裝置展開圖的 示意例示圖； 第20圖係依據一個以上實施例，透過第1 9圖之模 組組件1中截面A-A的示意例示圖； 第21圖係依據一個以上實施例，透過第1 9圖之模 組組件2中截面B-B的示意例示圖； 第22圖係依據一個以上實施例之ED裝置中薄膜及 φ 單元配置的示意例示圖； 第23圖係依據一個以上實施例，透過經裝配之ED 裝置截面的示意例示圖； 第24圖係依據一個以上實施例之23圖細部的示意 例示圖； 第25圖係依據一個以上實施例，具有圓筒狀外形之 框架的不意例不圖， 第26圖係依據一個以上實施例，在具有經塑造之端 板之圓筒形容器中之ED裝置的示意例示圖； -52- 201231406 第27圖係依據一個以上實施例之清澈壓克力圓筒 中原型模組組件的示意例示圖； 第 28圖係依據一個以上實施例之經過單元對之堆 豐之流的不意例不圖， 第29圖係依據一個以上實施例，在具有狹槽之框架 中之單元堆疊的示意例示圖； 第3 0圖係依據一個以上實施例，經過框架及單元對 之堆疊之流的示意例示圖；

第3 1圖係依據一個以上實施例之較佳ED模組組件 中輸送過程的示意例示圖； 第3 2圖係依據一個以上實施例，具有低電流效率之 ED模組組件中輸送過程的示意例示圖； 第3 3圖係依據一個以上實施例，具有低電流效率及 水損耗之ED模組組件中輸送過程的示意例示圖； 第 34圖係依據一個以上實施例之模組組件中電流 路徑的示意例示圖； 第3 5圖係依據一個以上實施例，在模組組件框架内 部之流通道中流體容積的示意例示圖； 第 3 6圖係依據一個以上實施例之入口流通道的示 意例示圖； 第3 7圖係依據一個以上實施例，對於繞著堆疊之電 流旁路之路徑實例的示意例示圖； 第 3 8圖係依據一個以上實施例所交錯設置之垂直 通道的示意例示圖； 第3 9圖係依據一個以上實施例之插件中垂直狹槽 -53- 201231406 及水平溝槽的示意例示圖， 第40圖係依據一個以上實施例’具有插件用 之框架的示意例示圖； 第41圖係依據一個以上實施例，具有待安事 之框架的示意例示圖； 之

D 之插件 第42圖係依據一個以上實施例，表示在麫 袈配 姐組件中流路徑之截面的示意例示圖’ 模 第43圖係依據一個以上實施例之經塑诰 > 上 之樞架的 示意例示圖； 第44圖係依據一個以上實施例，具有環狀周邊 之經 塑造之框架的示意例示圖； 第45圖係依據一個以上實施例’在彎曲 水平溝槽之插件的示意例示圖； 第46圖係依據一個以上實施例之經塑造樞加 _ 米的示 意例示圖，該框架在插件用之凹口中具有水平溝槽. 第47A-47C圖呈現依據一個以上實施例，包人 側邊 上具有 長端部薄膜之模組組件的示意例示圖； 第4 8圖呈現依據一個以上實施例，與凸緣連接 組組件的示意例示圖； 第49圖呈現依據一個以上實施例’與拖件相 歧管的示意例示圖；以及 第5 0圖呈現依據一個以上實施例，在伴隨之银 所參考的資料； K 【主要元件符號說明】 1 模組組件 經延 之模 聯結 之 例中

-5 4- S 201231406

2 模組組件 110 堆疊 120 框架 100 模組組件 410 堆疊 420 框架 400 模組組件 500 模組組件 5 10 堆疊 520 框架 710 堆疊 800 模組組件 930 擋塊 1050 流動分佈器 1020 框架 1220 框架 1400 模組組件 1800 模組單位裝置 1900 模組組件 1970 分離膜 2400 模組組件 3 模組組件 2470 阻擋間隔物 2520 框架 2600 模組組件 i«Wv -55- 201231406

2680 圓筒形容器 3090 狹槽 3020 框架 3795 插件 3797 入口歧管 3995 插件 4020 框架 4025 凹口 4095 插件 43 10 框架 4420 框架 4425 凹口 4620 框架 4997 埠 4995 插件

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Claims (1)

1. 201231406 七、申請專利範圍： 1. 一種電化學分離模組組件，包括： 單元堆疊，係界定複數個交替之耗乏隔室及濃縮 隔室；以及 框架，係圍繞該單元堆疊且包含歧管系統，該歧 管系統構成利於流體流經該單元堆疊。 2. 如申請專利範圍第1項之模組組件，其中該框架構成 維持該單元堆疊之垂直對準。

   3. 如申請專利範圍第2項之模組組件，其中該歧管系統 包括入口歧管，該入口歧管與各耗乏隔室之入口及與 各濃縮隔室之入口以流體相通。 4. 如申請專利範圍第3項之模組組件，其中該歧管系統 更包括出口歧管，該出口歧管與各耗乏隔室之出口及 與各濃縮隔室之出口以流體相通。 5. 如申請專利範圍第3項之模組組件，其中該框架包含 流量分配系統，該流量分配系統與該歧管系統以流體 相通。 6. 如申請專利範圍第5項之模組組件，其中該流量分配 系統與各耗乏隔室之入口及與各濃縮隔室之入口以 流體相通。 7. 如申請專利範圍第5項之模組組件，其中該流分佈系 統包括至少一個構成為減低電流損耗之旁通路徑。 8. 如申請專利範圍第6項之模組組件，其中該流量分配 系統包括定向於第一方向之複數個第一流體通道。 9. 如申請專利範圍第8項之模組組件，其中該流量分配 -57- 201231406 系統更包括定向於第二太a 0 ^ ^ „ 一万向之複數個第二流體通道 且與該禝數個第一流體通 10·如申請專利範圍第9項机體相通。 二方向係大致垂直。 組組件，其中該第-及第 U·如申請專利範圍第5項 模組組件，其中該流量分配 系、，克包括插件’且宜中 之凹口。 、 μ檀架界定構成為收納該插件 12_如申岣專利範圍第u

   模組組件，其中該插件界 疋柵格結構，該柵格結構 一 再構成促進對該單元堆疊之均 一的勤分佈。 1 3 ·如申請專利範圍第} i ^ < 模組組件，其中該插件具 緊接π玄單凡堆g之第一側邊及與該第一側邊相對之 第側$且其中遠插件包括在該第—及第二側邊之 至少一者上的複數個埠。 14_如申明專利範圍第13項之模組組件，其中在該插件 第側邊上的各崞係定向大致垂直於該單元堆疊 之離子父換溥膜’且其中在該插件之第二側邊上的各 蜂係定向大致平行於與該單元堆疊之離子交換薄膜。 1 5 ·如申响專利範圍第14項之模組組件，其中該第一側 ^上之至少一個埠與該單元堆疊之兩個以上的隔室 以流體相通。 16.如申請專利範圍第14項之模組組件，其中在該第一 側邊上的該複數個埠係交錯。 1 7.如申明專利範圍第i項之模組組件其中該單元堆疊 構成且配置成相對於界定該單元堆疊之離子交換膜 S -58- 201231406 的表面區域達成至少約8 5 %之流體接觸。 1 8.如申請專利範圍第1項之模組組件，其中該耗乏隔室 及濃縮隔室之至少一者包括阻擋間隔物或流再分佈 器。 1 9.如申請專利範圍第1項之模組組件，其中該單元堆疊 構成使得流經該耗乏隔室之方向異於流經該濃縮隔 室之方向。

   20.如申請專利範圍第1項之模組組件，其中該單元堆疊 構成使得流經該耗乏隔室之方向大致垂直於流經該 濃縮隔室之方向。

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