專(zhuān)利名稱(chēng)：去除離子的裝置以及去除離子的方法
去除離子的裝置以及去除離子的方法
技術(shù)領(lǐng) 域本發(fā)明涉及一種從水中去除離子的裝置，所述具有外殼的裝置包括用于讓水進(jìn)入外殼內(nèi)部的進(jìn)水口、用于讓水流出外殼內(nèi)部的出水口以及連接到在第一和第二電極之間提供電勢(shì)差的功率控制器的第一和第二電極。
背景技術(shù)：
近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響及這些影響可以導(dǎo)致的負(fù)面后果。減少、再利用和循環(huán)利用資源的方法正在變得更加重要。特別是，凈水正在變成一種稀缺商品。因此，開(kāi)發(fā)了各種用于凈化水源的方法和設(shè)備。一種水質(zhì)凈化的方法是通過(guò)電容消除離子，其使用設(shè)置有流過(guò)式電容器(FTC)的裝置去除水中的離子。FTC如同電再生電池那樣運(yùn)行以電容消除離子。通過(guò)向電極供電，離子從電解質(zhì)中去除并且保留在電極的雙電層中。電極在不添加化學(xué)物質(zhì)的情況下，能夠被(部分的)電再生以釋放先前去除的離子。去除離子的裝置包括一對(duì)或多對(duì)被隔開(kāi)的電極(陰極和陽(yáng)極)，該裝置也可以包括分隔電極并且允許水流入電極之間的間隔區(qū)。該具有外殼的裝置包括讓水進(jìn)入外殼的進(jìn)水口和讓水流出外殼的出水口。在去除離子的裝置的外殼中，電極層(和間隔區(qū))通過(guò)壓力堆疊為“三明治”型，通常是通過(guò)機(jī)械緊固。該裝置的效率在凈化過(guò)程中十分重要，因?yàn)槠浔硎驹谝欢螘r(shí)間中該裝置可凈化的水的量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是優(yōu)化去除離子的裝置的效率。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案提供了從水中去除離子的裝置，所述裝置具有外殼31，其包括用于讓水進(jìn)入外殼31的進(jìn)水口 32 ；用于讓水流出外殼31的出水口 33 ;第一和第二電極21、22，其連接到用于在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差的功率控制器PC ；其中該裝置還包括速度調(diào)節(jié)器64，其被構(gòu)造和設(shè)置為相對(duì)于在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第二部分，調(diào)節(jié)在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第一部分的流速。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及去除離子的方法，該方法包括在外殼31中設(shè)置第一和第二電極21、22 ；在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差；允許水從外殼中的進(jìn)水口 32流入第一和第二電極21、22之間，并且流到外殼31中的出水口 33 ;以及
相對(duì)于水的第二部分調(diào)節(jié)水的第一部分的流速。


本發(fā)明的實(shí)施方案將只通過(guò)舉例方式、結(jié)合參考所附示意圖的方式描述，圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記代表相應(yīng)的部分，并且其中圖I顯示了用于本發(fā)明的電極的實(shí)施方案示意圖；圖2顯示了用于本發(fā)明的電極的疊層的實(shí)施方案示意圖；圖3顯示了用于本發(fā)明的去除離子的裝置的實(shí)施方案示意圖；圖4示意地顯示了在兩個(gè)電極之間的離子濃度；圖5a_c顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的去除離子的裝置的部分橫截面示意圖；·
圖6顯示了兩個(gè)間隔區(qū)的橫截面示意圖；圖7顯示了用于本發(fā)明的去除離子的裝置的配置示意圖；圖8a到Sc顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的去除離子的裝置；以及圖9a到9e顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的去除離子的裝置。
具體實(shí)施例方式圖I顯示了電極(第一或第二電極)的實(shí)施方案的橫截面示意圖。在這個(gè)實(shí)例中，電極11為呈矩形狀的薄片，但是也可以是例如圓形、多角形或六邊形的其他形狀。在電極中設(shè)置有通孔12，該通孔可以為矩形也可以是其他形狀，例如其可能是圓形。當(dāng)電極11工作時(shí)，水可以從外邊緣沿著電極向通孔流動(dòng)，如在圖I中由虛箭頭13所示。典型地，電極11的外部尺寸大約是16x 16cm,而通孔12的尺寸大約是3x 3cm。矩形或六邊形電極的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)這些電極時(shí)對(duì)于材料的高效利用。而中間具有圓形孔的圓形電極的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于所有流動(dòng)方向在外邊緣與內(nèi)邊緣之間的距離(即水沿著電極流動(dòng)的距離)恒定。圖2顯示了電極的疊層。第一電極21和第二電極22分別包括在圖3中由34表示的集流體和在圖3中由35表示的離子儲(chǔ)存材料。集流體連接到在兩個(gè)鄰近電極之間提供電勢(shì)差的功率控制器PC。離子儲(chǔ)存材料可以?xún)?chǔ)存從水中去除的離子。離子儲(chǔ)存材料可以是所謂的大于500m2/gr的高表面積材料，或優(yōu)選大于1000m2/gr，或甚至更優(yōu)選大于2000m2/gr。該材料在電極與水接觸的兩側(cè)上都可以包含活性碳、碳?xì)饽z、石墨、碳納米纖維和/或碳納米管。圖3顯示了用于本發(fā)明的去除離子的裝置的示意圖。該裝置具有外殼31，并且具有進(jìn)水口 32和出水口 33。在去除水中離子的過(guò)程中，水將從進(jìn)水口 31通過(guò)流過(guò)式電容器(FTC)流到出水口 33，該流過(guò)式電容器包括一對(duì)第一電極21和鄰近的第二電極22。水流由虛線(xiàn)箭頭表示。在兩個(gè)鄰近的電極之間可以設(shè)置間隔區(qū)36。間隔區(qū)36可以具有如在圖I中描述的形狀。間隔區(qū)的主要功能是分隔第一電極和第二電極，例如通過(guò)保持兩個(gè)電極之間恒定的或固定的距離。通過(guò)由功率控制器PC在第一和第二電極之間提供電勢(shì)差，例如施加正電壓到相對(duì)第二電極22的第一電極(陽(yáng)極)21上，第二電極為陰極，流過(guò)間隔區(qū)36的水中的陰離子被吸附到第一電極21，而陽(yáng)離子被吸附到第二電極22。通過(guò)這種方法流過(guò)間隔區(qū)36的離子(陰離子和陽(yáng)離子)將從水中去除。為了提高該裝置去除離子的效率，電極可以設(shè)置有電荷屏障，例如離子交換膜或離子選擇膜。例如，設(shè)置在陰極上的薄膜可以是可滲透陽(yáng)離子的并且基本上只允許陽(yáng)離子的傳輸而基本上屏蔽陰離子的傳輸，設(shè)置在陽(yáng)極上的薄膜可以是可滲透陰離子的并且基本上屏蔽陽(yáng)離子的傳輸。在陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差相當(dāng)?shù)?，例如低?伏特，優(yōu)選低于I. 7伏特甚至更優(yōu)選低于I. 4伏特。功率控制器用來(lái)控制來(lái)自電源的電壓和電流變換以滿(mǎn)足第一和第二電極所需的電壓差。該裝置的效率基礎(chǔ)是離子通量，因此離子通量可以定義為從水中去除離子的數(shù)量，例如每單位時(shí)間每投影電極面積(liter/m2projectedelectrode area/min)從間隔區(qū)中到其中一個(gè)電極的水中去除離子的數(shù)量。圖4顯示了去除離子的裝置中兩個(gè)鄰近的電極。虛線(xiàn)41表示在兩個(gè)電極之間流動(dòng)的水中的離子濃度。如圖4中所示，靠近電極表面的離子濃度低于其在中間的離子濃度。例如，在區(qū)域42中的水中離子濃度可以低于在區(qū)域43中的離子濃度。雖然在圖4中只顯示出兩個(gè)區(qū)域，但是應(yīng)當(dāng)了解離子濃度可以逐漸降低或者甚至與其中一個(gè)電極的距離為線(xiàn)性關(guān)系，因此可任意選擇區(qū)域。在使用離子交換膜或離子選擇膜的情況下，該薄膜放置在電極和間隔區(qū)之間，那么類(lèi)似的情況可以發(fā)生，從而在區(qū)域42中的水中離子濃度可以低于在區(qū)域43中的離子濃度?？拷姌O(或薄膜)的低離子濃度可以造成到電極的低離子通量(或通過(guò)薄膜到電極)。通過(guò)增加靠近電極(或薄膜)的離子濃度，離子通量可以增加，因此提高了去除離子的效率?？拷姌O的離子濃度可以例如通過(guò)混合水、通過(guò)在垂直于電極的方向中水的移動(dòng)或通過(guò)提高離子在水中的移動(dòng)性而增加。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備包括混合設(shè)備。混合設(shè)備可以是具有特殊結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)，其造成了水的混合并且甚至可以在水中造成湍流。間隔區(qū)可以具有盤(pán)旋或螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋間隔區(qū)可以通過(guò)使液體沿間隔區(qū)旋動(dòng)而影響水流，產(chǎn)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離子濃度且遠(yuǎn)離電極(或薄膜)的水被帶到更靠近電極(或薄膜)的位置，這可以增加向著電極的離子通量。與非螺旋間隔區(qū)相比，螺旋間隔區(qū)可以將離子通量提高到兩倍。另外，螺旋間隔區(qū)可以在水流為平穩(wěn)層流的位置增強(qiáng)水的混合。螺旋間隔區(qū)也可以提升流動(dòng)通道中的湍流，其可以進(jìn)一步改善水的混合。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，混合設(shè)備造成水中的非穩(wěn)定流。在非穩(wěn)定流中，流的形態(tài)(flow profile)不是恒定的,也就是說(shuō)其隨時(shí)間變化。例如流速在特定點(diǎn)可以隨時(shí)間和/或方向改變。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備也可以包括在間隔區(qū)的水中制造湍流的湍流制造器或具有泵的再循環(huán)通路，以及儲(chǔ)存設(shè)備。在儲(chǔ)存設(shè)備中，來(lái)自FTC且具有低離子濃度的水可以與在儲(chǔ)存設(shè)置中且具有高離子濃度的水進(jìn)行混合。儲(chǔ)存的水可以用于其他目的，例如游泳池或用于灌溉。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備包括間隔區(qū)，該間隔區(qū)是離子導(dǎo)電的或包含離子導(dǎo)電材料。離子導(dǎo)電間隔區(qū)可以改善向著其中一個(gè)電極的離子移動(dòng)性。離子導(dǎo)電間隔區(qū)可以包括薄膜(例如陰離子交換膜、陽(yáng)離子交換膜、鑲嵌膜(用于混合電荷)和雙極膜)或離子交換樹(shù)脂(例如陰離子交換樹(shù)脂、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和混合離子交換樹(shù)脂)。離子導(dǎo)電間隔區(qū)成為如離子的帶電物的通道并且可以提高離子向其中一個(gè)電極的移動(dòng)性。圖5a顯示了第一和第二電極的橫截面示意圖，水在兩個(gè)電極之間流動(dòng)。在圖5中示意性地顯示了如電極21和22的元件的尺寸和相互距離。通過(guò)間隔區(qū)的水流可以近似為層流，例如在沒(méi)有混合水或沒(méi)有水沿垂直于電極的方向分量流動(dòng)的情況下，水在近似恒定的層中(平行于電極)流動(dòng)。在區(qū)域61中顯示了平行于電極的層流的流速，其中直箭頭的長(zhǎng)度表示流速更長(zhǎng)的箭頭表示更高的速度。根據(jù)實(shí)施方案，離子優(yōu)化設(shè)備可以包括用于調(diào)節(jié)相對(duì)于水的第二部分而言的水的第一部分流速的速度調(diào)節(jié)器64，在工作中，也就是在從水中去除離子的過(guò)程中，所述第一部分的水中的離子濃度高于所述第二部分水中的離子濃度。在水中離子濃度相同的情況下，如果水的某一部分經(jīng)歷電勢(shì)差的時(shí)間長(zhǎng)于(也就是流速較低)水的另一部分，那么從這部分水中去除離子的數(shù)量將高于經(jīng)歷電勢(shì)差的時(shí)間較短的水的另一部分。 速度調(diào)節(jié)器64可以放置在間隔區(qū)中、沿著間隔區(qū)放置、或放置在間隔區(qū)外部或也可以被包含在間隔區(qū)中。在沒(méi)有速度調(diào)節(jié)器64時(shí)，流動(dòng)通道中的水流具有在流動(dòng)通道中間為最大流速而在電極兩個(gè)表面為零流速的類(lèi)似拋物線(xiàn)(“Poisseuille”)曲線(xiàn)(profile)的流速分布。速度調(diào)節(jié)器64被構(gòu)造成如此改變水的速度，即相對(duì)于更靠近其中一個(gè)電極(例如在區(qū)域62中)流動(dòng)的部分水，遠(yuǎn)離其中一個(gè)電極(例如在區(qū)域63中)流動(dòng)的那部分水流動(dòng)的更慢。區(qū)域65顯示了可能對(duì)水的流速產(chǎn)生的影響，其中直箭頭的長(zhǎng)度表示絕對(duì)流速更長(zhǎng)的箭頭表示更高的速度，而箭頭的方向表示流動(dòng)的方向。在圖5中顯示了一種情況，其中速度調(diào)節(jié)器64較多減小水速使得流動(dòng)通道中間的水流速度變得比更靠近電極的速度更低。然而，在另一個(gè)實(shí)施方案中，速度調(diào)節(jié)器64可以實(shí)現(xiàn)在中間流速的降低程度更小，而水流速度從中間至靠近電極的位置將逐漸減小。在另一個(gè)實(shí)施方案中，速度調(diào)節(jié)器可以使得在間隔區(qū)內(nèi)部的速度更加一致，從而流速將基本上與電極的距離無(wú)關(guān)。速度調(diào)節(jié)器64可以包括多孔材料，其中速度調(diào)節(jié)器中間的流動(dòng)阻力大于在邊緣處的流動(dòng)阻力，使得與經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器64的邊緣(例如在區(qū)域62中)的水相比，經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器64中間(例如區(qū)域63)的水速被減小。這個(gè)速度調(diào)節(jié)器的流動(dòng)阻力可以從靠近其中一個(gè)電極的邊緣位置向速度調(diào)節(jié)器的中間即間隔區(qū)的中央軸線(xiàn)連續(xù)地增加。例如，速度調(diào)節(jié)器64的多孔結(jié)構(gòu)可以在靠近電極的位置(例如區(qū)域62)從大于70%的值(優(yōu)選大于80%,并且最優(yōu)選大于90%)，向著速度調(diào)節(jié)器的中間(例如區(qū)域63)改變至小于70%的值(更優(yōu)選小于60%，并且最優(yōu)選小于50%)。多孔結(jié)構(gòu)可以空隙的量占總量的百分比來(lái)測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的去除離子的裝置中使用的速度調(diào)節(jié)器64可以包括在電極之間具有多層的間隔區(qū)，并且靠近電極的層可以具有低流動(dòng)阻力而遠(yuǎn)離電極的層具有相對(duì)更高的流動(dòng)阻力。低流動(dòng)阻力可以使得靠近電極的水速更高，而更高的流動(dòng)阻力可以使得遠(yuǎn)離電極的水速更低。在沒(méi)有速度調(diào)節(jié)器64時(shí)，因?yàn)檫@些離子將必須遷移更長(zhǎng)的距離，所以從間隔區(qū)或流動(dòng)通道中間的水中去除的離子將更少，然而離子在間隔區(qū)或流動(dòng)通道的中間的滯留時(shí)間短于在更靠近電極位置的滯留時(shí)間。由于遠(yuǎn)離電極的水比更靠近電極的水更不容易消除離子，因此遠(yuǎn)離電極的水具有更低的速度是有利的，使得水在電極之間停留更久從而導(dǎo)致電極有更多的時(shí)間來(lái)吸附離子。由于靠近電極以及離子的遷移距離更短，所以靠近電極的水可以相對(duì)快速地消除離子，因此靠近電極的水在電極之間停留的時(shí)間可以相對(duì)較短。間隔區(qū)中的層可以具有在第一方向中具有低流動(dòng)阻力而在第二方向中具有更高流動(dòng)阻力的多孔材料。這可以通過(guò)在間隔區(qū)中基本上平行于第一方向和/或垂直于第二方向的取向纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)。間隔區(qū)中靠近電極的層可以取向?yàn)榛旧系扔谒鞣较虻牡谝环较颉Ｒ虼怂梢杂龅娇拷姌O的低流動(dòng)阻力，因此水速可以相對(duì)較高。間隔區(qū)中遠(yuǎn)離電極的層取向?yàn)榛旧系扔谒鞣较虻牡诙较?，使得遠(yuǎn)離電極的水遇到較高阻力，其導(dǎo)致水速較低。具有速度調(diào)節(jié)器的間隔區(qū)的厚度可以為20-300微米，優(yōu)選40-200微米，更優(yōu)選60-150微米以及最優(yōu)選70-120微米。速度調(diào)節(jié)器的另一個(gè)實(shí)例包括封閉間隔區(qū)的材料，但是其在間隔區(qū)的縱向方向中具有一些小通道，通過(guò)這些小通道水可以從一側(cè)流到另一側(cè)。在接近邊緣的區(qū)域中的通道總橫截面可以大于速度調(diào)節(jié)器64的中間區(qū)域的通道總橫截面。圖5b為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的去除離子的裝置中使用的速度調(diào)節(jié)器64的實(shí)例。速度調(diào)節(jié)器64具有在間隔區(qū)64中構(gòu)造小通道67、68的通道壁66。通道壁66可以滲透流 過(guò)水和/或離子，但是其給水流制造了阻力。如圖所示通道壁平行于電極，但是它們也可以更隨機(jī)地取向。間隔區(qū)中間的小通道68制造了更高的流動(dòng)阻力，那么越靠近電極的小通道67越大。從而在流動(dòng)方向69上水的流速被調(diào)節(jié)使得間隔區(qū)中間的流速低于更靠近電極21,22的流速。小通道的流動(dòng)阻力可以從接近邊緣處(接近其中一個(gè)電極21、22)的較大的小通道67向中間處(也就是向間隔區(qū)中間的小通道68)連續(xù)不斷地增加。遠(yuǎn)離電極的水可以得到更低的速度使得其在電極之間停留更長(zhǎng)時(shí)間，并且電極21、22具有更多的時(shí)間來(lái)吸附離子。由于鄰近電極，靠近電極的水可以相對(duì)快速地消除離子，這些水在電極之間停留的時(shí)間相對(duì)較短。由于遠(yuǎn)離電極處的較高流動(dòng)阻力，遠(yuǎn)離電極的水也可以向著電極移動(dòng)使得離子更容易吸附到電極。圖5c顯不了垂直于流動(dòng)方向69的圖5b所不的速度調(diào)節(jié)器64的橫截面。圖5c顯示了小通道所具有的總橫截面，其在靠近流動(dòng)通道的中間68的位置減小而在更靠近電極21、22的位置67增加。速度調(diào)節(jié)器的另一個(gè)實(shí)例可以是如圖6中所示的可變換間隔區(qū)(shiftedspacer).該間隔區(qū)可以包括網(wǎng)格結(jié)構(gòu)71。該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)將影響流過(guò)間隔區(qū)的水速，也可以造成水的混合或造成水在垂直于電極方向上移動(dòng)。通過(guò)變換或旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格相對(duì)于電極的取向，可以進(jìn)一步優(yōu)化這些效果。圖6顯示了做了變換的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)72。取向的變換或旋轉(zhuǎn)可以是大約45度，即間隔區(qū)的紋理(threads)相對(duì)于其中一個(gè)電極的側(cè)面成約45度角，從圖6中可知?；蛘邠Q句話(huà)說(shuō)，間隔區(qū)的紋理平行于電極的對(duì)角線(xiàn)。注意到間隔區(qū)的尺寸與圖I中所示的電極的尺寸大概相同或略大，例如17x17cm。圖7顯示了離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方案，其包括電流測(cè)量設(shè)備A和水流控制器FC。電流測(cè)量設(shè)備A測(cè)量流到第一電極21或第二電極22的電流。離子通量是電流的函數(shù)，因此電流可以用于離子通量的測(cè)量。電流測(cè)量設(shè)備A提供電流信號(hào)給水流控制器FC，其可以根據(jù)所測(cè)量的電流來(lái)調(diào)節(jié)水流。水流控制器FC可以被設(shè)置以調(diào)節(jié)水的流速，例如通過(guò)控制信號(hào)來(lái)控制泵P。在這種方法中，離子通量可以通過(guò)水流控制器來(lái)控制。通過(guò)提高流速，到電極(或到離子交換膜或離子選擇膜)附近(如圖4中的區(qū)域42)的離子濃度增加，離子通量就可以增加。但是，在流速較高時(shí)，進(jìn)一步提高流速可能不會(huì)增加離子通量。當(dāng)每周期從水中去除離子的百分比相對(duì)較低時(shí)，可以獲得到電極(或薄膜)的最佳離子通量，該百分比例如低于80%，優(yōu)選低于60%，更優(yōu)選低于40%，或甚至更優(yōu)選低于20%。在一個(gè)周期中水在兩個(gè)FTC電極之間流過(guò)一次。
在例如流速高于I升/平方米投影電極面積/分鐘，或高于2升/平方米投影電極面積/分鐘，或甚至高于3升/平方米投影電極面積/分鐘，直到甚至高于4升/平方米投影電極面積/分鐘時(shí)，可以得到高離子通量。雖然增加流速可以使得每周期從水中去除離子的離子數(shù)量或百分比更低，但是定義為每單位時(shí)間每投影電極面積的離子通量可以增加，因?yàn)槊繂挝粫r(shí)間的周期數(shù)量也可以隨更高流速而增加。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施方案中，離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括消除離子速率測(cè)量設(shè)備以測(cè)量每周期消除離子的速率(也就是從水中去除離子的百分比)。消除離子速率測(cè)量設(shè)備可以包括兩個(gè)離子濃度測(cè)量設(shè)備，一個(gè)在水流入兩個(gè)電極之間以前測(cè)量水的離子濃度，一個(gè)在水流入兩個(gè)電極之間以后測(cè)量水的離子濃度。消除離子速率測(cè)量設(shè)備可以只包括這兩個(gè)離子濃度測(cè)量設(shè)備中的一個(gè)，以及如上所述的電流測(cè)量設(shè)備。消除離子速率測(cè)量設(shè)備可以根據(jù)離子濃度的一個(gè)測(cè)量值和流到其中一個(gè)電極的電流的測(cè)量值來(lái)計(jì)算消除離子速率。消除離子速率測(cè)量設(shè)備可以給出顯示測(cè)量或計(jì)算的消除離子速率的消除離子速率信號(hào)。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以進(jìn)一步包括水流控制器以根據(jù)消除離子速率信號(hào)來(lái)控制水流。通過(guò)這種方法，有可能(自動(dòng)地)通過(guò)調(diào)節(jié)流速以保持每周期特定的消除離子速率，例如每周期消除離子速率低于20%，從而每周期水中只有20%的離子被去除?？商娲?，也有可能增加每周期去除離子的百分比，例如從第一周期中的20%到第二周期中的40%到第三周期中的60%以及到第四周期中的80%，并且在第五周期中幾乎有效地完成去除。使用上述設(shè)備以從水中去除鹽，離子通量可以高于O. 5克鹽每平方米投影電極面積每分鐘，優(yōu)選高于I克鹽每平方米投影電極面積每分鐘，更優(yōu)選高于I. 5克鹽每平方米投影電極面積每分鐘，甚至更優(yōu)選高于2克鹽每平方米投影電極面積每分鐘。增加流速可以使得流態(tài)(flow regime)從層流改變至非穩(wěn)定流或瑞流。在層流流態(tài)中壓降顯示了與流速的線(xiàn)性關(guān)系。但是，在非穩(wěn)定流或湍流的流態(tài)中，在間隔區(qū)或流動(dòng)通道上的壓降不再與流速成線(xiàn)性，但是其隨著流動(dòng)而增加得更快。這需要更大的泵送能量。為了防止流動(dòng)從層流變?yōu)?半)湍流，應(yīng)該限制壓降，例如在0-20巴每平方米投影電極面積的范圍中，或更優(yōu)選在15-18巴每平方米投影電極面積的范圍中，并且甚至更優(yōu)地在2-10巴每平方米投影電極面積的范圍中，也可以將壓降限制為O. 1-20巴，優(yōu)選1-15巴每平方米投影電極面積。圖8a表示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子裝置的橫截面，其包括第一和第二電極21、22以及在第一和第二電極21、22之間的間隔區(qū)。該間隔區(qū)可以具有螺旋結(jié)構(gòu)81。具有螺旋結(jié)構(gòu)81的間隔區(qū)的厚度可以為20-300微米，優(yōu)選40-200微米，更優(yōu)選60-150微米以及最優(yōu)選70-120微米。螺旋結(jié)構(gòu)81可以通過(guò)使液體在方向85中沿螺旋結(jié)構(gòu)旋動(dòng)而影響主水流83，其效果可以是水更快的局部速度，或者可以使得具有更高離子濃度的遠(yuǎn)離電極(或薄膜)的水可以被帶至更靠近電極(或薄膜)的位置，這可以增加向著電極的離子通量。間隔區(qū)中的螺旋結(jié)構(gòu)與沒(méi)有螺旋結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)相比可以將離子通量提高到兩倍。另外，螺旋結(jié)構(gòu)可以對(duì)于平緩層流增強(qiáng)水的混合。螺旋結(jié)構(gòu)也可以提升流動(dòng)通道中的湍流，其可以進(jìn)一步提高水的混合。電極可以具有平展的表面，并且多個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)可以?shī)A在第一電極的平展表面和第二電極的平展表面之間。間隔區(qū)的一個(gè)功能是保持兩個(gè)電極的表面基本上恒定的例如在O. 02至O. 5mm之間的距離上。后者是重要的，因?yàn)槿绻姌O之間的距離是不規(guī)律的，那么可以影響朝向電極的離子通量，這時(shí)該電極在間隔區(qū)較厚的位置具有較低通量。螺旋結(jié)構(gòu)81沿著螺旋結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度具有7個(gè)旋動(dòng)。7個(gè)旋動(dòng)保證了水流過(guò)每個(gè)電極至少7次。具有螺旋結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)的多孔結(jié)構(gòu)可以大于50%，優(yōu)選大于60%，更優(yōu)選大于70%，并且最優(yōu)選大于90%。圖Sb表示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子裝置的橫截面，其包括第一和第二電極21、22以及在第一和第二電極21、22之間的間隔區(qū)。間隔區(qū)具有螺旋結(jié)構(gòu)81，該螺旋結(jié)構(gòu)具有較緩的旋動(dòng)(lesssteep torsion),—共只有半個(gè)旋動(dòng)。這種情況的優(yōu)點(diǎn)是其流動(dòng)阻力更低，而水仍將沿電極旋轉(zhuǎn)。在低流動(dòng)阻力和充分接觸電極之間的最佳選擇可以是旋動(dòng)的數(shù)量在O. 5和7之間，優(yōu)選在I和5之間，以及最優(yōu)選在2和4次旋動(dòng)之間。 圖Sc顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子的裝置的橫截面。圖Sc給出一個(gè)去除了其中一個(gè)電極的間隔區(qū)的俯視圖，可以看到電極22的平展表面上的多個(gè)相鄰的螺旋結(jié)構(gòu)81。螺旋結(jié)構(gòu)具有四個(gè)半旋動(dòng)并且兩個(gè)鄰近螺旋結(jié)構(gòu)81的旋動(dòng)是相反的。螺旋結(jié)構(gòu)81使得水到了圍繞水的主流動(dòng)方向83的旋動(dòng)85，由于兩個(gè)鄰近的螺旋結(jié)構(gòu)81具有相反的旋動(dòng)，因此在螺旋結(jié)構(gòu)81之間的水在垂直于主水流方向83的相同方向中移動(dòng)。這可以提高水在螺旋結(jié)構(gòu)81之間的位置89朝向電極的流動(dòng)。由于兩個(gè)鄰近的螺旋結(jié)構(gòu)的合作，所增加的流動(dòng)阻力可以相對(duì)較低。兩個(gè)鄰近的螺旋結(jié)構(gòu)81的旋動(dòng)方向也可以相同，其造成了在螺旋結(jié)構(gòu)之間的湍流并且增強(qiáng)了混合。圖8c中的螺旋結(jié)構(gòu)在其中心具有支架87，這使得水離開(kāi)螺旋結(jié)構(gòu)的中心，流向消除水中離子的電極。上述去除離子的裝置的任意實(shí)施方案可以用于從游泳池中的水、從存放槽中的水中或從植物工廠(chǎng)的水中或從地下水中去除離子。圖9a表示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子裝置的橫截面，其包括第一和第二電極21、22以及在第一和第二電極21、22之間的間隔區(qū)。間隔區(qū)可以具有如支撐91的結(jié)構(gòu)以保持電極在固定的距離上。具有支撐結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)的厚度可以為20-300微米，優(yōu)選40-200微米，更優(yōu)選60-150微米以及最優(yōu)選70-120微米。支撐結(jié)構(gòu)91可以在網(wǎng)結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)93中產(chǎn)生以形成可以形成間隔區(qū)的層。間隔區(qū)是電絕緣的，但同時(shí)其打開(kāi)足夠久讓水和離子通過(guò)。術(shù)語(yǔ)支撐被解釋為結(jié)構(gòu)元件，其將第一和第二電極保持在一定距離上。網(wǎng)93保持支撐91相對(duì)于間隔區(qū)的主方向的垂直。網(wǎng)框架使在電極21、22之間的流動(dòng)通道中間具有更高的流動(dòng)阻力，從而使得在流動(dòng)通道中的水移動(dòng)以更靠近第一或第二電極，并導(dǎo)致增加在水中消除離子。網(wǎng)框架和支撐可以使得流動(dòng)通道中的水更好的混合，以提高朝向電極的離子通量。具有支撐和網(wǎng)的間隔區(qū)的優(yōu)點(diǎn)是其創(chuàng)造了十分開(kāi)放的間隔區(qū)，特別是在具有低流動(dòng)阻力的流動(dòng)方向中，其可以使通道中的壓降更低，或者增加在流動(dòng)通道中的流動(dòng)，并且其也可以使間隔區(qū)的故障風(fēng)險(xiǎn)降低。具有支撐結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)的多孔結(jié)構(gòu)可以大于50%，優(yōu)選大于60%，更優(yōu)選大于70%,以及最優(yōu)選大于90%。電極可以具有平展的表面，并且由網(wǎng)支承多個(gè)支撐可以?shī)A在第一電極的平展表面和第二電極的平展表面之間。間隔區(qū)的其中一個(gè)功能是保持兩個(gè)電極的表面在基本上恒定或固定的距離上，例如在O. 02至O. 5mm之間。后者是重要的，因?yàn)槿绻陔姌O之間的距離是不規(guī)律的，那么可以影響朝向電極的離子通量。圖9b給出了具有去除其中一個(gè)電極的部分間隔區(qū)的俯視圖，使得可以看到被支撐在網(wǎng)93中的電極22的平展表面頂端上的多個(gè)鄰近的支撐91。網(wǎng) 93在電極的整個(gè)表面上提供支持使得其保持支撐91垂直于電極表面以及支撐相互之間的固定距離。圖9c顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子的裝置的橫截面。在這個(gè)實(shí)施方案中的支撐95可以具有球面形、橢圓形或蛋形，使得支撐結(jié)構(gòu)可以具有更厚的中間部分以此在流動(dòng)通道中間提供更高的流動(dòng)阻力，以便使得水在電極21、22之間的流動(dòng)通道的中間部分中沿電極的方向流動(dòng)。同時(shí)流動(dòng)通道中間的水相比于更靠近第一和/或第二電極流動(dòng)的水，其流速降低。支撐也可以具有中間比邊緣更厚的錐形或菱形結(jié)構(gòu)。間隔區(qū)具有網(wǎng)97以保持支撐95在其位置中。圖9c的網(wǎng)可以被構(gòu)造為與圖9b中的網(wǎng)相似。圖9d顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子的裝置的橫截面。這個(gè)實(shí)施方案與圖9c的實(shí)施方案相同，除了其不包括網(wǎng)。支撐97可以為球面形、橢圓形、錐形、菱形或球形以此為遠(yuǎn)離電極21、22的位置提供更高的流動(dòng)阻力，因此相比于間隔區(qū)的邊緣增加了水在通道中間的滯留時(shí)間。支撐97可以附到電極使得電極通過(guò)例如膠水或特定涂層保持支撐垂直于電極表面。支撐也可以通過(guò)用如3D打印機(jī)在第一電極上印刷支撐而產(chǎn)生，接著將第二電極設(shè)置在已經(jīng)被印刷的電極的上面。支撐也可以印刷在例如離子交換膜的附加層的上面，其可以作為分隔層或作為涂層或?qū)影?laminate)放置在電極的上面。圖9e顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的去除離子的裝置的橫截面。這個(gè)實(shí)施方案與圖9a和9b的實(shí)施方案相同，除了其不包括網(wǎng)。支撐99可以連接到電極使得電極保持支撐垂直于電極。支撐可以通過(guò)如用3D打印機(jī)在電極上印刷支撐而產(chǎn)生。無(wú)網(wǎng)支撐的優(yōu)點(diǎn)是創(chuàng)造了十分開(kāi)放的間隔區(qū)，其中流動(dòng)阻力被降低，而故障的風(fēng)險(xiǎn)也被降低。另外，本描述也解釋了通過(guò)提供包含如下步驟的方法如何能夠去除離子a)在外殼內(nèi)部設(shè)置第一和第二電極；b)在第一和第二電極之間提供電勢(shì)差；c)允許水從外殼中的進(jìn)水口流入第一和第二電極之間，并流到外殼中的出水口 ；以及d)優(yōu)化水到第一和第二電極其中之一的離子通量。下面描述從水中去除離子的裝置，該裝置可以具有外殼，該裝置包括用于讓水進(jìn)入外殼的入水口 ；用于讓水流出外殼的出水口 ；連接到用于在第一和第二電極之間提供電勢(shì)差的功率控制器的第一和第二電極；該裝置可以具有用于優(yōu)化流入第一和第二電極之間的水到第一和第二電極的其中之一的離子通量的離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括被構(gòu)造和設(shè)置以混合水的混合設(shè)備，或者用于在水中制造非穩(wěn)定流的非穩(wěn)定流制造器，或者用于在水中制造湍流的湍流制造器，或者在第一和第二電極之間并允許水流入第一和第二電極之間的間隔區(qū)，該間隔區(qū)可以具有用于改變水的流態(tài)的螺旋結(jié)構(gòu)?；旌显O(shè)備可以包括被構(gòu)造和設(shè)置以將在第一和第二電極之間流動(dòng)的水再循環(huán)的再循環(huán)通路，該再循環(huán)通路可以?xún)?yōu)選地包括泵和儲(chǔ)存設(shè)備。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括在第一和第二電極之間并允許水流入第一和第二電極之間的間隔區(qū)；并且該間隔區(qū)可以包括離子導(dǎo)電材料以增強(qiáng)向著第一和第二電極其中之一的離子的移動(dòng)性。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括在第一和第二電極之間并允許水流入第一和第二電極之間的間隔區(qū)，該第一和第二電極以及間隔區(qū)可以具有基本上為矩形的薄片狀，其中可以設(shè)置通孔；并且該間隔區(qū)可以包括網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的取向相對(duì)于第一和第二電極的直邊可以有至少30度的旋轉(zhuǎn)，或優(yōu)選在30-50度的范圍中，或更優(yōu)選大概45度。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括被構(gòu)造和設(shè)置以相對(duì)于水的第二部分調(diào)節(jié)水的第一部分的流速的速度調(diào)節(jié)器，其在運(yùn)行中，也就是當(dāng)從水中去除離子時(shí)，在所述第一部分中離子濃度高于在所述第二部分中的離子濃度。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括被設(shè)置和構(gòu)造以測(cè)量在第一和第二電極之間的電流并且發(fā)送表示所述電流的電流信號(hào)的電流測(cè)量設(shè)備；以及被設(shè)置和構(gòu)造以接收所述電流信號(hào)并且調(diào)節(jié)與所述電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的流速的水流控制器。離子通量?jī)?yōu)化設(shè)備可以包括被設(shè)置和構(gòu)造以測(cè)量在第一和第二電極之間的水的每周期消除離子速率并且發(fā)送表示所述消除離子速率的消除離子速率信號(hào)的消除離子速率測(cè)量設(shè)備；以及被設(shè)置和構(gòu)造以接收所述消除離子速率信號(hào)并且調(diào)節(jié)與所述消除離子速率信號(hào)相對(duì)應(yīng)的在第一和第二電極21、22之間流動(dòng)的水的速率的水流控制器FC。水流控制器可以被設(shè)置和構(gòu)造以維持消除離子速率每周期去除離子的比例低于60%，優(yōu)選低于40%或甚至更優(yōu)選低于20%。可替代地，可以增加每周·期去除離子的百分比，例如從第一周期中的20%到第二周期中的40%到第三周期中的60%以及到第四周期中的80%，并且在第五周期中幾乎有效地完成去除。水流控制器可以被設(shè)置和構(gòu)造以維持流速高于2升/平方米投影電極面積/分鐘，優(yōu)選高于3升/平方米投影電極面積/分鐘，或甚至更優(yōu)選高于4升/平方米投影電極面積/分鐘。水流控制器FC可以被構(gòu)造和設(shè)置以發(fā)送控制信號(hào)到泵P，該泵P被構(gòu)造和設(shè)置以接收所述控制信號(hào)并且抽吸在第一和第二電極21、22之間具有與所述控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)的流速的水。實(shí)施方案也可以設(shè)置在下面編號(hào)的條款中I、從水中去除離子的裝置，所述具有外殼31的裝置包括用于讓水進(jìn)入外殼31的進(jìn)水口 32 ；用于讓水流出外殼31的出水口 33 ；連接到用于在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差的功率控制器PC的第一和第二電極21、22 ；其中所述裝置包括被構(gòu)造和設(shè)置以相對(duì)于在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第二部分，調(diào)節(jié)在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第一部分的流速的速度調(diào)節(jié)器64。2、根據(jù)條款I(lǐng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64被構(gòu)造和設(shè)置以相對(duì)于水的第二部分的流速，調(diào)節(jié)水的第一部分的流速，并使之減小。3、根據(jù)條款I(lǐng)或2所述的裝置，其中水的第一部分比水的第二部分在更遠(yuǎn)離第一或第二電極的位置上流動(dòng)。4、根據(jù)條款I(lǐng)到3任一項(xiàng)所述的裝置，其中水的第一部分在速度調(diào)節(jié)器64的中間63流過(guò)。5、根據(jù)條款I(lǐng)到4任一項(xiàng)所述的裝置，其中水的第二部分在速度調(diào)節(jié)器64的邊緣62流過(guò)。6、根據(jù)條款I(lǐng)到5任一項(xiàng)所述的裝置，其中水的第二部分在更靠近速度調(diào)節(jié)器64中的其中一個(gè)電極62的位置上流動(dòng)。7、根據(jù)條款I(lǐng)到6任一項(xiàng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64包括具有流動(dòng)阻力的材料，所述速度調(diào)節(jié)器64可以被調(diào)節(jié)并以此調(diào)節(jié)水的流速。8、根據(jù)條款I(lǐng)到7任一項(xiàng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64包括多孔材料，其中速度調(diào)節(jié)器中間63的流動(dòng)阻力大于更靠近邊緣的流動(dòng)阻力，使得相比于流過(guò)速度調(diào)節(jié)器64邊緣的水，流過(guò)所述速度調(diào)節(jié)器64中間的水速被降低。9、根據(jù)條款I(lǐng)到8任一項(xiàng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64包括多孔材料，從而多孔結(jié)構(gòu)從速度調(diào)節(jié)器64的中間到電極21、22的其中之一而增大。
10、根據(jù)條款7、8或9所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64的流動(dòng)阻力從靠近其中一個(gè)電極的位置向速度調(diào)節(jié)器64的中間連續(xù)地增加。11、根據(jù)條款1-10任一項(xiàng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64沿著間隔區(qū)設(shè)置，或設(shè)置在間隔區(qū)的外部，或被包含在間隔區(qū)中。12、根據(jù)條款1-11任一項(xiàng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64包括具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相對(duì)于電極可轉(zhuǎn)換和/或可旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)流經(jīng)間隔區(qū)的水速。13、根據(jù)條款1-12任一項(xiàng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器64包括在電極之間具有多層的間隔區(qū)，并且靠近電極的層具有低流動(dòng)阻力，而遠(yuǎn)離電極的層具有相對(duì)較高的流動(dòng)阻力。14、根據(jù)條款13所述的裝置，其中具有多孔材料的層在第一方向中具有低流動(dòng)阻力，而在第二方向中具有較高的流動(dòng)阻力，從而靠近電極的層被取向?yàn)榛旧系扔谒鞣较虻牡谝环较颉?5、根據(jù)條款14所述的裝置，其中遠(yuǎn)離電極的層被取向?yàn)榛旧系扔谒鞣较虻?br> 第二方向。16、根據(jù)條款I(lǐng)所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器包括具有小通道的材料，并且在更靠近電極的區(qū)域中通道的橫截面可以大于在速度調(diào)節(jié)器64中間的通道的橫截面。17、根據(jù)條款16所述的裝置，其中速度調(diào)節(jié)器包括封閉間隔區(qū)的材料，但是該材料在間隔區(qū)的縱向方向中具有一些小通道，通過(guò)這些通道水可以從一側(cè)流到另一側(cè)，并且在接近邊緣區(qū)域中的通道的總橫截面可以大于在速度調(diào)節(jié)器64中間區(qū)域的通道的總橫截面。18、去除離子的方法，所述方法包括在外殼31中設(shè)置第一和第二電極21、22 ；在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差；允許水從外殼31中的進(jìn)水口 32流入第一和第二電極21、22之間，并且流到外殼31中的出水口 33 ;以及相對(duì)于水的第二部分調(diào)節(jié)水的第一部分的流速。19、根據(jù)條款18所述的方法，其中水的第一部分的流速慢于水的第二部分的流速，并且水的第一部分流動(dòng)在比水的第二部分更遠(yuǎn)離電極的位置。20、從水中去除離子的裝置，所述具有外殼31的裝置包括用于讓水進(jìn)入外殼31的進(jìn)水口 32 ；用于讓水流出外殼31的出水口 33 ;
連接到用于在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差的功率控制器PC的第一和第二電極21、22 ；其中所述裝置包括在第一和第二電極21、22之間并允許水在第一和第二電極21、22之間流動(dòng)的間隔區(qū)，所述間隔區(qū)包括螺旋結(jié)構(gòu)。21、根據(jù)條款20所述的裝置，其中第一和第二電極都具有基本上平展的表面，所述平展表面設(shè)置在相互基本恒定的距離上。22、根據(jù)條款21所述的裝置，其中螺旋結(jié)構(gòu)夾在第一和第二電極的平展表面之間。23、根據(jù)條款20-22任一項(xiàng)所述的裝置，其中螺旋結(jié)構(gòu)使水沿著螺旋結(jié)構(gòu)而旋動(dòng)。24、根據(jù)條款20-23任一項(xiàng)所述的裝置，其中螺旋結(jié)構(gòu)使得遠(yuǎn)離電極的水流到更 靠近電極的位置。25、根據(jù)條款20-24任一項(xiàng)所述的裝置，其中螺旋結(jié)構(gòu)在第一和第二電極之間制造了瑞流以改善水的混合。26、根據(jù)條款20-25中一項(xiàng)所述的裝置，其中間隔區(qū)包括多個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)。27、根據(jù)條款20-26任一項(xiàng)所述的裝置，其中間隔區(qū)包括多個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)并且鄰近的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向是相反的。28、根據(jù)條款20-27任一項(xiàng)所述的裝置，其中流經(jīng)間隔區(qū)的水具有基本上平行于電極的主方向，并且螺旋結(jié)構(gòu)被取向?yàn)榛旧掀叫杏谥鞣较颉?9、根據(jù)條款28所述的裝置，其中螺旋結(jié)構(gòu)使水在垂直于主方向的方向中旋轉(zhuǎn)。30、根據(jù)條款29所述的裝置，其中兩個(gè)鄰近的螺旋結(jié)構(gòu)以相反方向旋轉(zhuǎn)水流。31、根據(jù)條款29所述的裝置，其中兩個(gè)鄰近的螺旋結(jié)構(gòu)以相同方向旋轉(zhuǎn)水流。32、根據(jù)條款20-31任一項(xiàng)所述的裝置，其中螺旋結(jié)構(gòu)包括在螺旋結(jié)構(gòu)中間的支架。33、去除離子的方法，所述方法包括在外殼31中設(shè)置第一和第二電極21、22 ；在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差；允許水從外殼中的進(jìn)水口 32流入第一和第二電極21、22之間，并且流到外殼31中的出水口 33 ;以及使水沿圍繞基本上平行于電極的主軸的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)；以及提高從水到第一和第二電極21、22其中之一的離子通量。34、從水中去除離子的裝置，所述具有外殼31的裝置包括用于讓水進(jìn)去外殼31的進(jìn)水口 32 ；用于讓水流出外殼31的出水口 33 ;連接到用于在第一和第二電極21、22之間提供電勢(shì)差的功率控制器PC的第一和第二電極21、22 ；其中所述裝置包括在第一和第二電極21、22之間并允許水在第一和第二電極21、22之間流動(dòng)的間隔區(qū)，所述間隔區(qū)包括支撐結(jié)構(gòu)。35、根據(jù)條款34所述的裝置，其中第一和第二電極都具有基本上平展的表面，并且支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置在電極之間以保持電極基本相互恒定的距離。
36、根據(jù)條款35所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)夾在第一和第二電極或提供給第一或第二電極的薄膜的平展表面中。37、根據(jù)條款34-36任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)以物理或化學(xué)方式連接到電極或提供給第一或第二電極的薄膜的表面上。38、根據(jù)條款34-36任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)垂直于流動(dòng)方向放置在電極之間。39、根據(jù)條款34-38任一項(xiàng)所述的裝置，其中間隔區(qū)包括網(wǎng)框架以保持支撐結(jié)構(gòu)相互間的固定距離。40、根據(jù)條款39所述的裝置，其中網(wǎng)框架被構(gòu)造和設(shè)置以保持支撐結(jié)構(gòu)的縱軸相對(duì)于在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的流動(dòng)方向而垂直。
41、根據(jù)條款34-40任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)的中間部分連接到網(wǎng)框架。42、根據(jù)條款39-41任一項(xiàng)所述的裝置，其中網(wǎng)框架和/或支撐結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了垂直于在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的流動(dòng)方向的水的移動(dòng)。43、根據(jù)前述任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)具有較厚的中間部分以便在第一和第二電極之間的流動(dòng)通道的中間提供被增加的流動(dòng)阻力。44、根據(jù)條款34-43任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)的厚度從支撐結(jié)構(gòu)的中間向支撐結(jié)構(gòu)的邊緣減少。45、根據(jù)條款34-44任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)是球面形、橢圓形、菱形、蛋形或球形。46、根據(jù)條款39-45任一項(xiàng)所述的裝置，其中網(wǎng)框架設(shè)置在第一和第二電極之間的流動(dòng)通道中的中間。47、根據(jù)條款34-46任一項(xiàng)所述的裝置，其中支撐結(jié)構(gòu)由在第一和第二電極之間的流動(dòng)通道的全部寬度上延伸的一整片(one piece)構(gòu)成。49、制造從水中去除離子的裝置的方法，所述方法包括設(shè)置第一電極21;為第一電極設(shè)置包括支撐結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)；以及為第二電極22設(shè)置間隔區(qū)。50、根據(jù)條款49所述的方法，其中所述方法包括在為第一電極設(shè)置間隔區(qū)之前為
第一電極設(shè)置薄膜。51、根據(jù)條款49或50所述的方法，其中設(shè)置的間隔區(qū)包括連接支撐結(jié)構(gòu)到第一電極或薄膜。應(yīng)當(dāng)了解，公開(kāi)的實(shí)施方案僅僅是本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其能以各種方式實(shí)現(xiàn)。因此，在此公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)和應(yīng)用細(xì)節(jié)不能解釋為限制性的，而是僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員在任意適合的具體結(jié)構(gòu)中以各種方式使用本發(fā)明。另外，本文所使用的術(shù)語(yǔ)和詞組并非旨在限制，而是為了提供對(duì)本發(fā)明的可理解的描述。此處所使用的術(shù)語(yǔ)“一”(a)或“一”(an)被定義為一或多于一。在此所使用的“另一”被定義為至少二或更多。此處所使用的術(shù)語(yǔ)包含(including)和/或具有(having)被定義為包括(comprising)(也就是不排除其他元件或步驟)。在權(quán)利要求中的任意參考符合不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明或權(quán)利要求的范圍。記載在相互不同從屬權(quán)利要求中的特定測(cè)量值 的純粹事實(shí)并不表示這些測(cè)量值的不能進(jìn)行有利的組合使用。本發(fā)明的范圍只通過(guò)權(quán)利要求被限制。
權(quán)利要求
1.從水中去除離子的裝置，所述裝置具有外殼(31)，所述裝置包括 用于讓水進(jìn)入所述外殼(31)的進(jìn)水口( 32 ); 用于讓水流出所述外殼(31)的出水口(33)； 第一和第二電極(21、22)，其連接到用于在所述第一和所述第二電極(21、22)之間提供電勢(shì)差的功率控制器(PC); 其中所述裝置還包括速度調(diào)節(jié)器(64)，其被構(gòu)造和設(shè)置為相對(duì)于在所述第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第二部分，調(diào)節(jié)在所述第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第一部分的流速。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)被構(gòu)造和設(shè)置為相對(duì)于水的第二部分的流速，調(diào)節(jié)水的第一部分的流速，并使之減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中水的所述第一部分流動(dòng)在比水的所述第二部分更遠(yuǎn)離所述第一電極或所述第二電極的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3任一項(xiàng)所述的裝置，其中水的所述第一部分在所述速度調(diào)節(jié)器(64)的中間(63)流過(guò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4任一項(xiàng)所述的裝置，其中水的所述第二部分在所述速度調(diào)節(jié)器(64)的邊緣(62)流過(guò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)中水的所述第二部分在更靠近其中一個(gè)電極的位置(62)上流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)包括具有流動(dòng)阻力的材料，所述流動(dòng)阻力可被調(diào)節(jié)并以此調(diào)節(jié)水的流動(dòng)速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)包括多孔材料，其中在所述速度調(diào)節(jié)器的所述中間(63)的流動(dòng)阻力大于更靠近邊緣的流動(dòng)阻力，使得與流經(jīng)所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述邊緣的水相比，流經(jīng)所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述中間的水速被減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)包括多孔材料，而多孔結(jié)構(gòu)從所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述中間到其中一個(gè)所述電極(21、22)增大。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述流動(dòng)阻力從靠近其中一個(gè)電極的位置向所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述中間連續(xù)地增加。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)沿著所述間隔區(qū)設(shè)置，或設(shè)置在所述間隔區(qū)外部，或包含在所述間隔區(qū)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)包括具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的間隔區(qū)，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述電極可轉(zhuǎn)換和/或可旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)流經(jīng)所述間隔區(qū)的水的所述速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器(64)包括在所述電極之間具有多層的間隔區(qū)，靠近所述電極的所述層具有低流動(dòng)阻力，而遠(yuǎn)離所述電極的所述層具有相對(duì)較高的流動(dòng)阻力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述層具有多孔材料，所述多孔材料在第一方向上具有低流動(dòng)阻力而在第二方向上具有更高的流動(dòng)阻力，而靠近所述電極的所述層取向?yàn)榛旧系扔谒鞣较虻乃龅谝环较颉?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中遠(yuǎn)離所述電極的所述層取向?yàn)榛旧系扔谒鞣较虻乃龅诙较颉?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器包括具有小通道的材料，并且更靠近所述電極的區(qū)域中的所述通道的橫截面可以大于所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述中間的所述通道的橫截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述速度調(diào)節(jié)器包括封閉所述間隔區(qū)的材料，但是所述材料在所述間隔區(qū)的縱向方向中具有一些小通道，通過(guò)所述小通道水可以從一側(cè)流到另一側(cè)，并且靠近所述邊緣的所述區(qū)域中的所述通道的總橫截面可以大于所述速度調(diào)節(jié)器(64)的所述中間區(qū)域的所述通道的總橫截面。
18.去除離子的方法，所述方法包括 在外殼(31)中設(shè)置第一和第二電極(21、22)； 在所述第一和所述第二電極(21、22)之間提供電勢(shì)差； 允許水從所述外殼中的進(jìn)水口(32)流入所述第一和所述第二電極(21、22)之間，并流到所述外殼(31)中的出水口(33);以及， 相對(duì)于水的第二部分調(diào)節(jié)水的第一部分的流速。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中水的所述第一部分的所述流速低于水的所述第二部分的所述流速，并且水的所述第一部分流動(dòng)在比水的所述第二部分更遠(yuǎn)離所述電極的位置上。
全文摘要
一種從水中去除離子的裝置和方法。所述裝置具有外殼并且包括用于讓水進(jìn)入外殼的進(jìn)水口、用于讓水流出外殼的出水口、連接到用于在第一和第二電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差的電源的第一和第二電極以及在第一和第二電極之間并允許水流入第一和第二電極之間的間隔區(qū)。所述裝置具有被構(gòu)造和設(shè)置為相對(duì)于在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第二部分，調(diào)節(jié)在第一和第二電極之間流動(dòng)的水的第一部分的流速的速度調(diào)節(jié)器(64)。
文檔編號(hào)C02F1/469GK102906028SQ201180024162
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者H·R·賴(lài)因霍特, A·范德瓦爾, P·E·德盧戈萊茨基 申請(qǐng)人:沃爾泰亞公司