用于制備去離子水的電去離子裝置制造方法
【專利摘要】所提供的是一種用于制備去離子水的電去離子裝置，所述用于制備去離子水的電去離子裝置能夠消除或減少去離子室中電流的偏流。在所述用于制備去離子水的電去離子裝置中，至少一個去離子處理單元設置在陰極與陽極之間，所述去離子處理單元包括去離子室和與所述去離子室的兩側相鄰的一對濃縮室。在所述去離子室中，陰離子交換劑層和陽離子交換劑層以使所要處理的水通過其中的最后的離子交換劑層是陰離子交換劑層的順序層疊。雙極性膜形成在所述去離子室中的陰離子交換劑層的陰極側。所述雙極性膜的陰離子交換膜與所述陰離子交換劑層接觸。
【專利說明】用于制備去離子水的電去離子裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備去離子水的電去離子裝置，并且更具體地涉及去離子室的結構。
【背景技術】
[0002]通常，已知一種去離子水制備裝置，其使所要處理的水通過離子交換劑以進行去離子。在這種去離子水制備裝置中，當離子交換劑的離子交換基團飽和從而降低去離子性能時，離子交換基團必須通過化學品(酸或堿)再生。具體地，必須將吸附在離子交換基團上的陰離子或陽離子用得自酸或堿的H+或0H_置換。最近，為消除這種操作缺點，消除通過化學品再生的需要的用于制備去離子水的電去離子裝置已經投入了實際應用。
[0003]用于制備去離子水的電去離子裝置是將電泳與電滲析組合的裝置。一般的用于制備去離子水的電去離子裝置的基本構造如下。換言之，用于制備去離子水的電去離子裝置包括去離子室、與去離子室的兩側相鄰的一對濃縮室、設置在濃縮室中的一個的外側的陰極室，以及設置在另一個濃縮室外側的陽極室。去離子室包括彼此相反設置的陰離子交換膜和陽離子交換膜，以及填充在這些交換膜之間的離子交換劑(陰離子交換劑和/或陽離子交換劑)。在下文中，用于制備去離子水的電去離子裝置可以縮寫為"去離子水制備裝置"。
[0004]為通過使用具有上述構造的去離子水制備裝置制備去離子水，當將DC電壓施加在分別設置在陰極室和陽極室中的電極之間時，使所要處理的水通過去離子室中。在去離子室中，陰離子組分(Cl_、C032_、HC03_*Si02)由陰離子交換劑捕獲，并且陽離子組分(Na+、Ca2+或Mg2+)由陽離子交換劑捕獲。同時地，水分解反應在去離子室中的陰離子交換劑與陽離子交換劑之間的界面處發(fā)生以產生氫離子和氫氧根離子(2Η20 —Η++0Η_)。通過離子交換劑捕獲的離子組分由氫離子和氫氧根離子置換以從離子交換劑釋放。將所釋放的離子組分通過離子交換劑電泳至離子交換膜(陰離`子交換膜或陽離子交換膜)，并且在離子交換膜處進行電滲析并且之后移動至濃縮室中。移動至濃縮室中的離子組分與在濃縮室中流動的濃縮的水一起排出。
[0005]施加至去離子水制備裝置的大部分電壓用于水分解反應。因此，為實現(xiàn)具有低壓和高電流密度的操作，適宜地加速水分解反應。關于這一點，所認為的是，去離子室中的水分解反應可以通過將雙極性膜放置在去離子室中加速。
[0006]專利文獻I描述其中將雙極性膜設置在去離子室中的去離子水制備裝置的實例。如圖6中所示的，專利文獻I中描述的去離子水制備裝置包括一對濃縮室Cl和C2，以及設置在一對濃縮室Cl與C2之間的去離子室D。在圖6中，未顯示陰極室和陽極室。在去離子室D中，將單一的陰離子交換劑A和陰離子交換劑和陽離子交換劑的混合物M沿所要處理的水的通過方向層疊。換言之，所要處理的水的通過方向上游側以單一床形式填充有陰離子交換劑，而通過方向下游側以混合床形式填充有陰離子交換劑和陽離子交換劑。此外，雙極性膜BP部分地設置在去離子室D中。具體地，在填充有陰離子交換劑A的區(qū)域中，設置雙極性膜BP以使得陰離子交換膜I可以與陰離子交換劑A接觸。
[0007]如果具有極性不同的類型的離子交換劑層層疊在去離子室中，用于水分解反應所需的過電壓將從一層至另一層變化，并且從而導致電流的偏流。在下文中，可以將僅包括陽離子交換劑的離子交換劑層稱為"陽離子層"，并且可以將僅包括陰離子交換劑的離子交換劑層稱為"陰離子層"?？梢詫栯x子交換劑和陰離子交換劑的混合物的離子交換劑層稱為"混合層"。
[0008]當將陽離子層、陰離子層和混合層關于電阻彼此比較時，電阻以陽離子層、陰離子層和混合層的順序逐漸升高。換言之，陰離子層的電阻低于混合層的電阻。這意味著在圖6中所示的去離子水制備裝置中，在電阻上低于混合層的陰離子層與雙極性膜接觸。因此，電流的偏流更顯著。
[0009]因此本發(fā)明的目標是防止去離子水制備裝置中電流的偏流，并且能夠實現(xiàn)具有低壓和高電流密度的操作。
[0010]發(fā)明概述
[0011]用于制備去離子水的電去離子裝置包括至少一個去離子處理單元，所述去離子處理單元包括去離子室和一對濃縮室并且設置在陰極與陽極之間，所述一對濃縮室與所述去離子室的兩側相鄰。在所述去離子室中，陰離子交換劑層和陽離子交換劑層以使要處理的水通過其中的最后的離子交換劑層是陰離子交換劑層的順序層疊。此外，雙極性膜設置在去離子室中陰離子交換劑層的陰極側。雙極性膜的陰離子交換膜與陰離子交換劑層接觸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，可以防止去離子水制備裝置中電流的偏流，并且操作可以用低壓和高電流密度進行。
[0013] 本發(fā)明的以上和其他目標、特征和益處將在以下說明書結合附圖閱讀而變得顯然。
[0014]附圖簡述
[0015]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的去離子水制備裝置的實例的示意性構造圖。
[0016]圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的去離子水制備裝置的另一個實例的示意性構造圖。
[0017]圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的去離子水制備裝置的另外的實例的示意性構造圖。
[0018]圖4A至4C是各自顯示去離子室的修改實例的示意圖。
[0019]圖5A和5B是各自顯示比較例的示意圖。
[0020]圖6是顯示專利文獻I中描述的去離子水制備裝置的示意性框圖。
[0021]實施方案詳述
[0022](第一實施方案)
[0023]在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施方案的去離子水制備裝置的實例。圖1是顯示根據(jù)實施方案的去離子水制備裝置的示意性框圖。圖1中所示的去離子水制備裝置包括設置在包括陰極的陰極室El與包括陽極的陽極室E2之間的去離子處理單元。去離子處理單元包括去離子室D和與去離子室D的兩側相鄰的一對濃縮室Cl和C2。
[0024]相應的室通過將框架I的內側通過多個離子交換膜分隔為多個空間形成，并且彼此經由離子交換膜相鄰設置。室的排列狀態(tài)如下從陰極室El側開始。也就是，陰極室El經由第一陰離子交換膜al與濃縮室C2相鄰，并且濃縮室C2與經由第一陽離子交換膜Cl與去離子室D相鄰。去離子室D經由第二陰離子交換膜a2與濃縮室Cl相鄰，并且濃縮室Cl經由第二陽離子交換膜c2與陽極室E2相鄰。
[0025]陰極位于陰極室El中。陰極是金屬網或板，例如，不銹鋼網或板。
[0026]陽極位于陽極室E2中。陽極是金屬網或板。當所要處理的水含有Cl—時，在陽極中產生氯。因此，具有耐氯性的材料適合用于陽極。實例是金屬如鉬、鈀或銥，或由通過這些金屬覆蓋的鈦制成的材料。
[0027]將電極水提供至陰極室El和陽極室E2。電極水通過電極附近的電解生成氫離子和氫氧根離子。為抑制去離子水制備裝置中的電阻，陰極室El和陽極室E2適宜地填充有離子交換劑。因此，在該實施方案中，陰極室El以單一床形式填充有陰離子交換劑A，并且陽極室E2以單一床形式填充有陽離子交換劑K。
[0028]提供濃縮室Cl和C2用于捕獲從去離子室D排出的陰離子組分或陽離子組分和用于將組分排出系統(tǒng)。濃縮室Cl和C2各自以單一床形式填充有陰離子交換劑A以防止水垢的產生。
[0029]去離子室D以多層床形式填充有陰離子交換劑A和陽離子交換劑K。具體地，陰離子交換劑A的層(在下文中，稱為"陰離子層A")和陽離子交換劑K的層(在下文中，稱為"陽離子層K")沿所要處理的水的通過方向交替地層疊。更具體地，第一陰離子層Al設置在水通過方向的前方級，陽離子層K設置在水通過方向的中間級，并且第二陰離子層A2設置在水通過方向的后方級。換言之，流動至去離子室D中的所要處理的水按以下順序通過陰離子層Al、陽離子層K和陰離子層A2。簡言之，在去離子室D中，三個以上離子交換劑層按所要處理的水通過其中的最后的離子交換劑是陰離子交換劑的順序層疊。
[0030]此外，在去離子室D中`，設置兩個雙極性膜BP。具體地，第一雙極性膜BP1設置在陰離子層Al與第一陽離子交換膜Cl之間。第二雙極性膜BP2設置在陰離子層A2與第一陽離子交換膜Cl之間。作為通過將陰離子交換膜I和陽離子交換膜2粘貼在一起以將它們結合在一起形成的離子交換膜的雙極性膜BP具有迅速地加速陰離子交換膜I和陽離子交換膜2的結合表面上的水分解反應的特性。如圖1中所示的，設置第一雙極性膜BP1以使得陰離子交換膜I可以與第一陰離子層Al接觸。設置第二雙極性膜BP2以使得陰離子交換膜I可以與第二陰離子層A2接觸。在陽離子層K與第一陽離子交換膜Cl之間不設置雙極性膜。
[0031]在圖1中，整體地顯示框架I。然而，實際上，對于各自的室設置不同的框架，并且框架彼此連接。對框架I的材料沒有特別的限制，條件是材料是絕緣的并且能夠減少所要處理的水的泄漏。實例是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚碳酸酯或m-PPE (改性的聚苯醚)的樹脂。
[0032]接下來，將描述圖1中所示的去離子水制備裝置中的所要處理的水、處理過的水和濃縮的水的主要流動的概要。使所要處理的水通過RO(反滲透)膜以提供至去離子室D中，并且通過去離子室D。將已經通過去離子室D的所要處理的水作為處理過的水排出系統(tǒng)。將濃縮的水平行提供至濃縮室Cl和濃縮室C2，并且通過濃縮室Cl和C2以排出系統(tǒng)。
[0033]設置一些流動通道Ul和U2和LI和L2用于提供如上所述的所要處理的水、處理過的水和濃縮的水。在圖1中，在去離子水制備裝置上面所示的流動通道Ui具有連接至所要處理的水的提供口的一端，和連接至去離子室D的另一端。在去離子水制備裝置下面所示的流動通道LI具有連接至去離子室D的一端，和連接至處理過的水的排出口的另一端。在去離子水制備裝置上面所示的流動通道U2具有連接至濃縮的水提供口的一端，以及中途分支以連接至濃縮室Cl和C2的另一端。在去離子水制備裝置下面所示的流動通道L2具有連接至濃縮室Cl和C2的一端，以及中間側并入以連接至濃縮的水的排出口的另一端。雖然未顯示，用于提供電極水的流動通道和用于排出所提供的電極水的流動通道分別連接至陰極室El和陽極室E2。
[0034]接下來，將描述具有上述構造的去離子水制備裝置的操作和效果。將濃縮的水通過流動通道U2提供至濃縮室Cl和濃縮室C2，并且從流動通道L2排出。將電極水通過未顯示的流動通道提供至陰極室El和陽極室E2，并且將所提供的電極水從未顯示的流動通道排出。此外，將預定DC電壓施加在陰極與陽極之間。
[0035]在上述狀態(tài)下，將所要處理的水通過流動通道Ul提供至去離子室D。將所提供的所要處理的水中的陰離子組分(C1_、C0廣、HC03_或SiO2)和陽離子組分(Na+、Ca2+或Mg2+)在當所要處理的水通過去離子室D時的過程中捕獲。在去離子室D中捕獲的陰離子組分經由去離子室D并且經由第二陰離子交換膜a2移動至相鄰的濃縮室Cl，并且之后與通過濃縮室Cl濃縮的水一起排出系統(tǒng)。在去離子室D中捕獲的陽離子組分經由去離子室D并且經由第一陽離子交換膜Cl移動至相鄰的濃縮室C2，并且之后與通過濃縮室C2的濃縮的水一起排出系統(tǒng)。
[0036]如上所述，在去離子室D中，第一陰離子層Al、陽離子層K和第二陰離子層A2按以上順序層疊。因此，提供至去離子室D中的所要處理的水首先通過第一陰離子層Al，之后通過陽離子層K，并且最后通過第二陰離子層A2。在這種情況下，在其中所要處理的水通過每個層的過程中，將陰離子組分或陽離子組分如上所述移除。
[0037]如上所述，電流的偏流當將具有極性不同的類型的離子交換劑層層疊在去離子室D中時出現(xiàn)。還如上所述，當比較陽離子和陰離子層的電阻時，陰離子層的電阻高于陽離子層的電阻。圖1中所示的陰離子層A的電阻高于圖1中所示的陽離子層K的電阻。因此，在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，將雙極性膜BP設置在去離子室D的陰離子層A和與陰離子層A相鄰的第一陽離子交換膜Cl之間。此外，設置每個雙極性膜BP以使得陰離子交換膜I可以與陰離子層A接觸。換言之，將去離子室D中的兩個陰離子層Al和A2不連接至第一陽離子交換膜Cl但連接至雙極性膜BP1和BP2的陰離子交換膜I。因此，歸因于流動通過陰離子層Al和A2的電流的量上的增加，電流的偏流消除或減少。在陽離子層K與離子交換膜之間不設置雙極性膜。
[0038]此外，在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，所要處理的水通過第一陰離子層Al，之后通過陽離子層K，并且通過第二陰離子層A2。換言之，在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，所要處理的水交替地通過陰離子層和陽離子層。
[0039]當所要處理的水的pH低時，陰離子交換劑的陰離子組分捕獲性能高，并且當所要處理的水的PH高時陽離子交換劑的陽離子組分捕獲性能高。因此，根據(jù)其中所要處理的水按以下順序通過陰離子層Al、陽離子層K和第二陰離子層A2的實施方案的構造，陰離子組分經由通過 陰離子層Al的通道移除，并且其中pH升高的所要處理的水之后通過陽離子層K。因此，陽離子移除反應在陽離子層K中加速。此外，陽離子組分經由通過陽離子層K的通道移除，并且其中PH降低的所要處理的水之后通過陰離子層A2。因此，陰離子移除反應在陰離子層A2中加速。換言之，陰離子組分和陽離子組分兩者的移除性能提高，并且處理過的水的純度進一步提聞。
[0040]在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，雙極性膜形成在預定離子交換膜上。然而，離子交換膜的一部分可以被雙極性膜代替，并且可以通過該代替提供與上面描述的那些相似的操作效果。例如，圖1中所示的第一陽離子交換膜Cl的一部分(與陰離子層Al或A2接觸的部分)可以被雙極性膜代替。
[0041](第二實施方案)
[0042]在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施方案的去離子水制備裝置的另一個實例。除了包括陰極室與陽極室之間的多個去離子處理單元之外，根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置具有與根據(jù)第一實施方案的去離子水制備裝置類似的構造。因此，僅將描述與根據(jù)第一實施方案的去離子水制備裝置的那些不同的組件，而將省略相同的組件的描述。
[0043]圖2是顯示根據(jù)實施方案的去離子水制備裝置的示意性框圖。圖2中所示的去離子水制備裝置包括陰極室El與陽極室E2之間的兩個去離子處理單元。在兩個去離子處理單元中，相對地位于陽極側的第一去離子處理單元包括去離子室Dl和與去離子室Dl的兩側相鄰的一對濃縮室Cl和C2。另一方面，相對地位于陰極側的第二去離子處理單元包括去離子室D2和與去離子室D2的兩側相鄰的一對濃縮室C2和C3。
[0044]構成相應的去離子處理室的去離子室Dl和D2在構造上與圖1中所示的去離子室D類似。換言之，在去離子室Dl和D2的每一個中，陰離子層A和陽離子層K沿所要處理的水的通過方向交替地層疊。更具體地，第一陰離子層Al設置在水通過方向的前方級，陽離子層K設置在水通過方向的中間級，并且第二陰離子層A2設置在水通過方向的后方級。因此，在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，如在上述情況下，已經流動至去離子室Dl和D2中的所要處理的水按以下順序通過陰離子層Al、陽離子層K和陰離子層A2。
[0045]此外，在去離子室Dl和D2的每個中，設置第一雙極性膜BP1和第二雙極性膜BP2。具體地，去離子室Dl中的第一雙極性膜BP1S置在陰離子層Al與第二陽離子交換膜c2之間。第二雙極性膜BP2S置在陰離子層A2與第二陽離子交換膜c2之間。另一方面，在陽離子層K與離子交換膜之間不設置雙極性膜。
[0046]去離子室D2中的第一雙極性膜BP1S置在陰離子層Al與第一陽離子交換膜Cl之間。第二雙極性膜BP2S置在陰離子層A2與第一陽離子交換膜Cl之間。另一方面，在去離子室Dl中的陽離子層K與離子交換膜之間不設置雙極性膜。
[0047]接下來，將描述圖2中所示的去離子水制備裝置中所要處理的水、處理過的水和濃縮的水的主要流動的概要。在水通過RO(反滲透)膜之后，將所要處理的水提供至去離子室Dl和D2中，并且之后使其通過去離子室Dl和D2。將通過去離子室Dl和D2的所要處理的水作為處理過的水排出系統(tǒng)。將濃縮的水平行提供至濃縮室Cl、濃縮室C2和濃縮室C3，并且通過濃縮室Cl至C3以排出系統(tǒng)。
[0048]一些流動通道Ul和U2和LI和L2設置用于提供如上所述的所要處理的水、處理過的水和濃縮的水。在圖2中，在去離子水制備裝置上面所示的流動通道Ul具有連接至所要處理的水的提供口的一端，以及在中途側分支以連接至去離子室Dl和D2的另一端。在去離子水制備裝置下面所示的流動通道LI具有連接至去離子室Dl和D2的一端，以及在中途側并入以連接至處理過的水的排出口的另一端。去離子水制備裝置上面所示的流動通道U2具有連接至濃縮的水的提供口的一端，以及中途側分支以連接至濃縮室Cl、C2和C3的另一端。去離子水制備裝置下面所示的流動通道L2具有連接至濃縮室C1、C2和C3的一端和中途側并入以連接至濃縮的水的排出口的另一端。雖然未顯示，用于提供電極水的流動通道和用于排出所提供的電極水的流動通道分別連接至陰極室El和陽極室E2。
[0049]在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，如在上述情況下，每個去離子室中的陰離子層不與陽離子交換膜接觸，而是與雙極性膜的陰離子交換膜接觸。因此，歸因于流動通過陰離子層的電流的量上的增加，電流的偏流被消除或減少。
[0050]在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，如在上述情況下，可以將彼此分隔去離子室和濃縮室的離子交換膜的部分用雙極性膜替換。例如，可以將圖2中所示的第一陽離子交換膜Cl和第二陽離子交換膜c2的部分(與陰離子層Al和A2接觸的部分)用雙極性膜替換。
[0051](第三實施方案)
[0052]在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施方案的去離子水制備裝置的另一個實例。根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置具有與根據(jù)第二實施方案的去離子水制備裝置的基本構造相似的基本構造。根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置和根據(jù)第二實施方案的去離子水制備裝置之間的主要不同是以下兩項。一個不同是三個去離子處理單元設置在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中的陰極室和陽極室之間。另一個不同是濃縮室也充當根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中的電極室。
[0053]圖3是顯示根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置的示意性框圖。圖3中所示的去離子水制備裝置包括陰極室El與陽極室E2之間的三個去離子處理單元。在三個去離子處理單元中，位于中間的第一去離子處理單元包括去離子室D2和與去離子室D2的兩側相鄰的一對濃縮室Cl和C2。位于比第一去離子處理單元更接近陽極側之處的第二去離子處理單元包括去離子室Dl和與去離子室Dl的兩側相鄰的一對濃縮室Cl和C4。位于比第一去離子處理單元更接近陰極側之處的第三去`離子處理單元包括去離子室D3和與去離子室D3的兩側相鄰的一對濃縮室C2和C5。
[0054]濃縮室C4填充有陽離子交換劑，并且陽極板設置在濃縮室C4中。濃縮室C5填充有陰離子交換劑，并且陰極板設置在濃縮室C5中。換言之，濃縮室C4也充當陽極室，而濃縮室C5也充當陰極室。
[0055]可以設置陽極板也充當圖1中所示的濃縮室Cl中的陽極室，并且陰極板可以設置為也充當濃縮室C2中的陰極室。陽極板可以設置為也充當圖2中所示的濃縮室Cl中的陽極室，并且陰極板可以設置為也充當濃縮室C3中的陰極室。在這些情況下，也充當陽極室的濃縮室填充有陽離子交換劑。
[0056]在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，如在上述情況下，去離子室Dl、D2和D3具有與圖1中所示的去離子室D相似的構造。換言之，在去離子室Dl、D2和D3的每一個中，陰離子層A和陽離子層K沿所要處理的水的通過方向交替地層疊。更具體地，第一陰離子層Al設置在水通過方向的前方級，陽離子層K設置在水通過方向的中間級，并且第二陰離子層A2設置在水通過方向的后方級。因此，在根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中，流至去離子室Dl、D2和D3中的所要處理的水按以下順序通過陰離子層Al、陽離子層K和陰離子層A2。
[0057]此外，在去離子室Dl、D2和D3的每一個中，設置第一雙極性膜BP1和第二雙極性膜BP2。具體地，去離子室Dl中的第一雙極性膜BP1設置在陰離子層Al與第三陽離子交換膜c3之間。第二雙極性膜BP2S置在陰離子層A2與第三陽離子交換膜c3之間。在去離子室Dl中的陽離子層K與離子交換膜之間不設置雙極性膜。
[0058]去離子室D2中的第一雙極性膜BP1S置在陰離子層Al與第二陽離子交換膜c2之間。第二雙極性膜BP2S置在陰離子層A2與第二陽離子交換膜c2之間。在去離子室D2中的陽離子層K與離子交換膜之間不設置雙極性膜。
[0059]此外，去離子室D3中的第一雙極性膜BP1S置在陰離子層Al與第一陽離子交換膜Cl之間。第二雙極性膜BP2S置在陰離子層A2與第一陽離子交換膜Cl之間。在去離子室D3中的陽離子層K與離子交換膜之間不設置雙極性膜。
[0060]根據(jù)該實施方案的去離子水制備裝置中的所要處理的水、處理過的水和濃縮的水的流動以及流動通道構造與根據(jù)第二實施方案的去離子水制備裝置的那些基本上相似，并且因此將省略其描述。
[0061][第四實施方案]
[0062]描述了其中當三個以上陰離子和陽離子層層疊在去離子室中時將雙極性膜設置在陰離子層與陽離子交換 通過消除或減少去離子室中電流的偏流實現(xiàn)用低壓和高電流密度的操作。因此，當需要時可以將雙極性膜另外地設置在陽離子層與陰離子交換膜之間，并且這種形式也在本發(fā)明的范圍內。
[0063]圖4A至4C顯示圖1中所示的去離子室D的改性實例。所示的點劃線顯示所要處理的水在去離子室D中的通過方向。
[0064]在圖4A中所示的去離子室D中，陰離子層A和陽離子層K沿所要處理的水的通過方向交替地層疊。更具體地，第一陰離子層Al設置在水通過方向的前方級，陽離子層K設置在水通過方向的中間級，并且第二陰離子層A2設置在水通過方向的后方級。
[0065]三個雙極性膜BP設置在去離子室D中。第一雙極性膜BP1設置在陰離子層Al與第一陽離子交換膜Cl之間。第二雙極性膜BP2設置在陰離子層A2與第一陽離子交換膜Cl之間。第三雙極性膜BP3設置在陽離子層K與第二陰離子交換膜a2之間。
[0066]設置第一雙極性膜BP1和第二雙極性膜BP2以使得陰離子交換膜I可以與陰離子層A接觸。設置第三雙極性膜BP3以使得陽離子交換膜2可以與陽離子層K接觸。
[0067]在圖4B中所示的去離子室D中，陰離子層A和陽離子層K沿所要處理的水的通過方向交替地層疊為四層。更具體地，第一陽離子層K1、第一陰離子層Al、第二陽離子層K2和第二陰離子層A2按以上順序沿所要處理的水的通過方向設置。
[0068]在去離子室D中，設置兩個雙極性膜BP。第一雙極性膜BP1設置在陰離子層Al與第一陽離子交換膜Cl之間。第二雙極性膜BP2設置在陰離子層A2與第一陽離子交換膜Cl之間。此外，設置第一雙極性膜BP1和第二雙極性膜BP2以使得陰離子交換膜I可以與陰離子層A接觸。在陽離子層Kl和K2與第二陰離子交換膜a2之間不設置雙極性膜。
[0069]在圖4C中所示的去離子室D中，陰離子層A和陽離子層K沿所要處理的水的通過方向交替地層疊為四層。更具體地，第一陽離子層K1、第一陰離子層Al、第二陽離子層K2和第二陰離子層A2按以上順序沿所要處理的水的通過方向設置。
[0070]在去離子室D中，設置三個雙極性膜BP。第一雙極性膜BP1設置在陰離子層Al與第一陽離子交換膜Cl之間。第二雙極性膜BP2設置在陰離子層A2與第一陽離子交換膜Cl之間。第三雙極性膜BP3設置在陽離子層Kl與第二陰離子交換膜a2之間。
[0071]此外，設置第一雙極性膜BPjP第二雙極性膜BP2以使得陰離子交換膜I可以與陰離子層A接觸。設置第三雙極性膜BP3以使得陽離子交換膜2可以與陽離子層Kl接觸。在陽離子層K2與第二陰離子交換膜a2之間不設置雙極性膜。
[0072]包含根據(jù)本發(fā)明的用于制備去離子水的電去離子裝置的去離子室或濃縮室的厚度可以自由地改變。例如，在每個實施方案中，每個室通過一個框架形成。然而，室的厚度可以通過使用多個層疊框架以形成任意的室而增加。
[0073](比較試驗)
[0074]為確認本發(fā)明的效果，進行以下比較試驗。首先，作為根據(jù)本發(fā)明的去離子水制備裝置，制備兩個去離子水制備裝置。一個是圖1中所示的去離子水制備裝置，并且在下文中稱為"實施例1"。另一個是其中將圖1中所示的去離子室D用圖4B中所示的去離子室D替換的去離子水制備裝置并且在下文中稱為"實施例2"。
[0075]此外，作為比較例，制備兩個去離子水制備裝置。一個是僅在去離子室的構造上與實施例1不同的去離子水制備裝置，并且在下文中稱為"比較例I"。另一個是與實施例2僅在去離子室的構造上不同的去離子水制備裝置，并且在下文中稱為"比較例2"。
[0076]圖5A顯示根據(jù)比較例I的去離子室D的構造，并且圖5B顯示根據(jù)比較例2的去離子室D的構造。如從圖5A顯見的，實施例1與比較例I之間的不同僅是在去離子室D存在或者不存在雙極性膜。如從圖5B顯見的，實施例2與比較例2之間的不同僅是在去離子室D中存在或不存在雙極性膜。
[0077]在目前的比較試驗中，在實施例1和2與比較例I和2之間共同的規(guī)格的條件、通過水流速以及供應水如下。CER是陽離子交換劑(陽離子交換樹脂)的縮寫，并且AER是陰離子交換劑(陰離子交換樹脂)的縮寫。
[0078]-陽極室:尺寸100X 300 X 4mm 填充有CER
[0079]-陰極室:尺寸100X 300 X 4mm 填充有AER
[0080]-去離子室:尺寸100X 300 X 8mm 填充有AER / CER (層疊)
[0081]-濃縮室:尺寸100X 300 X 4mm 填充有AER
[0082]-去離子室流動速率:100L/ h ( 二次RO滲透水5 ± I μ S / cm)
[0083]-濃縮室流動速率:IOL/ h ( 二次RO滲透水5 ± I μ S / cm)
[0084]-電極室流動速率:IOL/ h ( 二次RO滲透水5 ± I μ S / cm)
[0085]-所施加的電流值:3A
[0086]在這些條件下，將實施例1和2和比較例I和2的裝置連續(xù)操作200小時，并且測量當開始操作時和開始之后200小時之后的操作電壓和處理過的水品質。表1顯示測量結
果O
[0087]如可以從表1明白的，在其中設置雙極性膜的構造中即使在200小時的操作之后，電壓增加也被限制(實施例1和2)，并且獲得高的處理過的水品質。另一方面，在其中未設置雙極性膜的構造(比較例I和2)中，電壓增加，并且處理過的水的品質低。
[0088][表1]
[0089]
【權利要求】
1.一種用于制備去離子水的電去離子裝置，所述用于制備去離子水的電去離子裝置包括: 至少一個去離子處理單元，所述去離子處理單元設置在陰極與陽極之間，所述去離子處理單元包括去離子室和一對濃縮室，所述一對濃縮室與所述去離子室的兩側相鄰，其中: 在所述去離子室中，陰離子交換劑層和陽離子交換劑層以使要處理的水所通過的最后的離子交換劑層是陰離子交換劑層的順序層疊；并且 在所述去離子室中的所述陰離子交換劑層的陰極側形成雙極性膜，并且所述雙極性膜中的陰離子交換膜與所述陰離子交換劑層接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于制備去離子水的電去離子裝置，其中 在所述去離子室中設置至少兩個以上陰離子交換劑層，并且在每個陰離子交換劑層的陰極側形成所述雙極性膜。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于制備去離子水的電去離子裝置，其中: 在所述去離子室中設置至少兩個以上陽離子交換劑層，并且在至少一個或多個陽離子交換劑層的陽極側形成另一個雙極性膜；并且 設置在所述陽離子交換劑層的陽極側的所述另一個雙極性膜的陽離子交換膜與所述陽離子交換劑層接觸。
4.根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的用于制備去離子水的電去離子裝置，其中所述雙極性膜是用于將所述去離子室和所述濃縮室彼此分隔的離子交換膜的一部分。
【文檔編號】C02F1/469GK103732544SQ201280036676
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月1日 優(yōu)先權日:2011年8月4日
【發(fā)明者】池田菜穗, 淺川友二, 佐佐木慶介, 長谷川一哉 申請人:奧加諾株式會社