電容去離子系統(tǒng)的再生的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方案提供再生流通式電容器的容量的方法。建立離開(kāi)該流通式電容器的排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值。測(cè)量進(jìn)入該流通式電容器的進(jìn)料水流中的水性質(zhì)濃度的進(jìn)料值?；谶M(jìn)料值計(jì)算將要添加到進(jìn)料水流中的水性質(zhì)濃度的量以實(shí)現(xiàn)排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值?？刂圃摿魍ㄊ诫娙萜鞯陌才鄶?shù)與穿過(guò)該流通式電容器的流速以便向進(jìn)料水流中添加離子以達(dá)到排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值。在一些實(shí)施方案中，可以設(shè)定該安培數(shù)，并控制流速以達(dá)到目標(biāo)濃度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電容去離子系統(tǒng)的再生
[0001]發(fā)明背景
[0002]本申請(qǐng)涉及用于使用電化學(xué)處理的水處理的系統(tǒng)、裝置和方法。
[0003]電容去離子可用于從水中除去帶電荷的成分如離子，在電容去離子系統(tǒng)中，水流通過(guò)一個(gè)或多個(gè)包括極化電極對(duì)的流通式電容器。為了在水通過(guò)電極之間時(shí)處理該流，在電極之間建立電壓電位。該電壓電位使得水中的成分被吸弓I到并至少暫時(shí)保持在電極之一上，而令相對(duì)凈化的水離開(kāi)該電容器。
[0004]在一段時(shí)間的處理后，電極變得將被成分飽和，以使得該電極不再能有效地從水流中除去成分。為了再生該流通式電容器的容量，可以將流通式電容器設(shè)置為排放捕獲的成分。通常，通過(guò)去除該電壓電位或通過(guò)在與處理過(guò)程中建立的電壓電位相反的方向上臨時(shí)施加電壓電位，由此從電極上釋放該成分，而進(jìn)行排放。在排放過(guò)程中，攜帶該成分的流出水通常送入廢水管道。
[0005]發(fā)明概述
[0006]本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供了具有至少一對(duì)彼此隔開(kāi)以容納水流并配置為在該電極對(duì)與水之間轉(zhuǎn)移離子的電極的流通式電容器的容量再生方法。確定離開(kāi)該流通式電容器的排放水流中水性質(zhì)濃度(water property concentrat1n)的目標(biāo)值。測(cè)量進(jìn)入該流通式電容器的進(jìn)料水流中的水性質(zhì)濃度的進(jìn)料值?；谶M(jìn)料值計(jì)算要添加到進(jìn)料水流中的水性質(zhì)濃度的量以實(shí)現(xiàn)排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值?？刂圃摿魍ㄊ诫娙萜鞯陌才鄶?shù)與穿過(guò)該流通式電容器的流速以便向進(jìn)料水流中添加離子以實(shí)現(xiàn)排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值。
[0007]本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供具有至少一對(duì)彼此隔開(kāi)以容納水流并配置為在該電極對(duì)與水之間轉(zhuǎn)移離子的電極的流通式電容器的容量再生方法。建立該流通式電容器的安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)與離開(kāi)該流通式電容器的排放水流中的水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度。測(cè)量進(jìn)入該流通式電容器的進(jìn)料水流中水性質(zhì)濃度的進(jìn)料值。基于該安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)排放水中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度所需的流速計(jì)算進(jìn)入進(jìn)料水流的離子轉(zhuǎn)移。控制穿過(guò)該流通式電容器的流速以實(shí)現(xiàn)排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度，同時(shí)保持該流通式電容器的安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供了用于實(shí)施上述方法的一者或兩者的控制器。
[0009]附圖描述
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的具有流通式電容器和液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐的電容去尚子系統(tǒng)的不意圖。
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的具有流通式電容器和常壓儲(chǔ)罐的電容去離子系統(tǒng)的不意圖。
[0012]圖3是流通式電容器的示意圖。
[0013]圖4是包含流通式電容器的容器的局部橫截面?zhèn)纫晥D，其中該容器具有配置為選擇性引導(dǎo)(route)水穿過(guò)該流通式電容器的連接于其上的閥，并且該閥實(shí)現(xiàn)由圖1和2的多個(gè)單獨(dú)的閥的一些所提供的各種功能。
[0014]圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的方法的一種形式的具有流通式電容器的電容去離子系統(tǒng)的一般操作的工藝流程圖。
[0015]圖6是描述在一個(gè)操作循環(huán)的實(shí)例過(guò)程中該流通式電容器的電流與電壓值的圖。
[0016]圖7是描述根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)方面的處理循環(huán)的工藝流程圖。
[0017]圖8是描述根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)方面的再生循環(huán)的工藝流程圖。
[0018]發(fā)明詳述
[0019]在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施方案之前，要理解的是本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于在下面的說(shuō)明書(shū)中列舉或在下面的附圖中描述的構(gòu)造細(xì)節(jié)與組件布置。本發(fā)明可以具有其它實(shí)施方案，并可以以各種方式實(shí)踐或?qū)嵤?。同樣，要理解的是本文中所用的措辭和術(shù)語(yǔ)用于描述目的而不應(yīng)視為限制。在本文中使用“包括”、“包含”或“具有”及其變體指的是涵蓋其后列舉的項(xiàng)目及其等價(jià)物以及其它項(xiàng)目。除非另行規(guī)定或限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“連接”、“支持”和“偶聯(lián)”及其變體是概括地使用的，并涵蓋直接和間接的安裝、連接、支持和偶聯(lián)。此外，“連接”和“偶聯(lián)”不限于物理或機(jī)械的連接或偶聯(lián)。
[0020]提出下列討論以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明的實(shí)施方案。對(duì)所述實(shí)施方案的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，并且本文中的通用原則可以在不離開(kāi)本發(fā)明的實(shí)施方案的情況下應(yīng)用于其它實(shí)施方案和用途。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案并非意在限于所示實(shí)施方案，而是符合與本文中公開(kāi)的原則和特征一致的最寬范圍。參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，其中，不同的圖中相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。該附圖(并非一定按比例)描述了所選的實(shí)施方案并且并非意在限制本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍。熟練的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文中提供的實(shí)施例具有許多可用的替代方案，它們落在本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍內(nèi)。
[0021]圖1和2分別描述了不具有和具有常壓儲(chǔ)罐163的電容去離子系統(tǒng)10、110。這些電容去離子系統(tǒng)10、110設(shè)計(jì)為接收進(jìn)料水并與其它任選處理方法一起利用電容去離子對(duì)該水進(jìn)行處理以便從水中除去成分。這種類(lèi)型的系統(tǒng)可用于例如處理水以改善水質(zhì)用于特定用途，或從水流中回收有價(jià)成分(例如金屬)。因此，雖然描述了用于水處理的系統(tǒng)，本文中描述的系統(tǒng)與方法可用于任何其中可以使用流通式電容器的應(yīng)用。
[0022]此外，雖然圖1和2描述了使用多個(gè)閥引導(dǎo)水穿過(guò)系統(tǒng)10、110，其它閥布置也可使用，例如如圖4中所示的連接到流通式電容器上的單一閥布置，其中單一閥實(shí)現(xiàn)圖1和2中的多個(gè)閥的功能。
[0023]現(xiàn)在回到圖1和2的說(shuō)明，在各電容去離子系統(tǒng)10、110的入口一側(cè)上，進(jìn)料水入口 12、112向流通式電容器26、126選擇性提供用于過(guò)濾和去離子的水。在顯示的實(shí)施方案中，水流從進(jìn)料水入口 12、112經(jīng)由具有依次安置于其上的鐵過(guò)濾器14、114、碳和/或沉淀物預(yù)過(guò)濾器20、120以及入口隔離閥16、116(當(dāng)開(kāi)啟時(shí))的入口管道流至流通式電容器26、126。對(duì)于圖1的電容去離子系統(tǒng)10，還存在安置在鐵過(guò)濾器14與預(yù)過(guò)濾器20之間的可用于保持系統(tǒng)10中壓力的泵17。該泵17或壓力源可以以其它布置不同地放置或連接到系統(tǒng)10，且因此，所示實(shí)施方案僅僅是系統(tǒng)10的一種可能構(gòu)造。該入口管線(xiàn)還包括安置在入口隔離閥16、116與流通式電容器26、126之間的多個(gè)指示器和傳感器，包括壓力傳感器18、118，電導(dǎo)率指示器22、122以及流量傳感器25、125。
[0024]進(jìn)料水入口 12、112與流通式電容器26、126之間的多個(gè)元件是任選的。例如，該鐵過(guò)濾器14、114和/或該預(yù)過(guò)濾器20、120可能不存在，且進(jìn)料水入口 12、112可能直接偶聯(lián)到入口隔離閥16、116上或與入口隔離閥16、116直接連通。同樣，如果需要的話(huà)，該鐵過(guò)濾器14、114和/或該預(yù)過(guò)濾器20、120可以由另一預(yù)處理方法替代或補(bǔ)充。
[0025]如參照?qǐng)D3在下文中更詳細(xì)地描述的那樣，該流通式電容器26、126能夠通過(guò)從水中除去帶電荷成分將水去離子，并能夠周期性排放收集的成分以再生該流通式電容器26、126的容量。
[0026]在流通式電容器26、126的出口一側(cè)，水流從出口管線(xiàn)52、152離開(kāi)該流通式電容器26、126并穿過(guò)多個(gè)組件以最終到達(dá)處理水出口 76、176或排水口 58、158。該處理水出口 76、176可以將處理過(guò)的水提供到例如住宅管道系統(tǒng)，而排水口 58、158適于在流通式電容器26、126的離子排放、清洗、或再生過(guò)程中處置富含雜質(zhì)或富含成分的水。在其中該系統(tǒng)用于從水流中回收成分(如金屬)的某些實(shí)施方案中，來(lái)自排水口 58、158的水不被處置而代之以收集以便進(jìn)一步加工。
[0027]在電容去離子系統(tǒng)10、110中，流通式電容器26、126的出口管線(xiàn)52、152在一個(gè)方向上分支到排水口 58、158并在另一方向上分支到處理水出口 76、176。在圖1和2中顯示的實(shí)施方案中，通過(guò)支路后的控制閥的構(gòu)造決定來(lái)自出口管線(xiàn)52、152的水的流動(dòng)路徑。在去往排水口 58、158的路徑上并在出口管線(xiàn)52、152中的支路后，存在排水口控制閥56、156，其在開(kāi)啟時(shí)令出口管線(xiàn)52、152與排水口 58、158流體連通。在由出口 52、152至處理水出口 76、176的路徑上并在支路后，存在處理水控制閥62、162，其在開(kāi)啟時(shí)允許水流向處理水出口 76、176。在圖1和2的實(shí)施方案中，將僅開(kāi)啟這兩個(gè)閥的一個(gè)，而另一個(gè)將關(guān)閉。
[0028]兩條管線(xiàn)提供使一些或所有水繞過(guò)流通式電容器26、126轉(zhuǎn)移的路徑。這些管線(xiàn)的第一根是共混管線(xiàn)88、188，其可用于將已經(jīng)穿過(guò)該流通式電容器26、126的處理水與已經(jīng)繞過(guò)該流通式電容器26、126的未處理水選擇性共混以便輸送到處理水出口 76、176。該共混管線(xiàn)88、188在流量傳感器25、125和流通式電容器26、126之前從入口管線(xiàn)的一部分上分支并與流通式電容器26、126和處理水控制閥62、162之后的處理水出口管線(xiàn)重新連接。沿著共混管線(xiàn)88、188，存在共混閥90、190，其可用于選擇允許穿過(guò)共混管線(xiàn)88、188的水的流動(dòng)。
[0029]第二繞行管線(xiàn)是手動(dòng)旁路管線(xiàn)84、184，其可用于在入口隔離閥16、116關(guān)閉時(shí)完全繞過(guò)該流通式電容器26、126和共混管線(xiàn)88、188。在圖1和2中顯示的實(shí)施方案中，該旁路管線(xiàn)84、184在碳和沉淀物預(yù)過(guò)濾器20、122之后從入口管線(xiàn)上分支并在流通式電容器26、126下游提供該水。沿著該旁路管線(xiàn)84、184可以存在手動(dòng)旁路閥86、186，當(dāng)不使用該手動(dòng)旁路管線(xiàn)84、184時(shí)該閥86、186關(guān)閉。如果要繞行或繞過(guò)系統(tǒng)10、110以便在電源故障時(shí)進(jìn)行維修或重新引導(dǎo)水，隨即關(guān)閉入口隔離閥16、116(在一些實(shí)施方案中，水出口隔離閥，如圖1中的閥74，也可以關(guān)閉)并打開(kāi)手動(dòng)旁路閥86、186以引導(dǎo)水繞過(guò)該系統(tǒng)的流通式電容器部分。
[0030]現(xiàn)在回到電容去離子系統(tǒng)10、110的出口一側(cè)的說(shuō)明，可以看出，在處理水控制閥62,162的下游，電容去離子系統(tǒng)10、110的布置不同。最值得注意的是，圖1顯示了僅具有液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72的電容去離子系統(tǒng)10，而圖2顯示了還具有常壓儲(chǔ)罐163的電容去離子系統(tǒng) 110。
[0031]首先來(lái)看圖1中缺少常壓儲(chǔ)罐的實(shí)施方案，可以存在任選的泵(未顯示)，該泵泵送已經(jīng)穿過(guò)處理水控制閥62 (意味著一部分水已經(jīng)被流通式電容器26處理過(guò))和/或穿過(guò)共混管線(xiàn)88的水。上游泵17可以提供系統(tǒng)壓力源。該水在下游經(jīng)管線(xiàn)輸送至接收并儲(chǔ)存加壓水的液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72。壓力傳感器可以連接到液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72上以監(jiān)控液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72中的空氣腔室中的空氣或水壓力。按照需要，該液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72在壓力下將水輸送至處理水出口 76。此外，壓力傳感器66和電導(dǎo)率指示器68連接到處理水控制閥62與出口隔離閥74之間的管線(xiàn)上，所述出口隔離閥74位于液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72與處理水出口 76上游。
[0032]在圖2的構(gòu)造中，該電容去離子系統(tǒng)110包括常壓儲(chǔ)罐163。穿過(guò)處理水控制閥162、共混管線(xiàn)188和/或手動(dòng)旁路管線(xiàn)184的水進(jìn)料到該常壓儲(chǔ)罐163中，在這里水可以臨時(shí)儲(chǔ)存。電導(dǎo)率指示器168可以偶聯(lián)到從處理水控制閥162和共混管線(xiàn)188進(jìn)料該常壓儲(chǔ)罐163的管線(xiàn)上。該常壓儲(chǔ)罐163可以包括一個(gè)或多個(gè)水平傳感器或開(kāi)關(guān)165、167，其確定是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在罐163中的最低水面和/或是否已經(jīng)達(dá)到在罐163中的目標(biāo)最高水面。這些水平開(kāi)關(guān)165、167也可用于確定穿過(guò)該流通式電容器的流速126是否為額定或高。常壓儲(chǔ)罐163的一個(gè)益處是該罐163可能夠儲(chǔ)存相對(duì)大體積的處理水以便可以向使用或管道系統(tǒng)的連接點(diǎn)按需供應(yīng)更大量的處理水，即使是在該系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)處理足夠量的水和/或提供特定品質(zhì)的水時(shí)。
[0033]來(lái)自?xún)?chǔ)罐163的水隨后可供應(yīng)到泵164，該泵164將水穿過(guò)單向閥向下游泵送至任選的液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐172。如果存在液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐172的話(huà)，那么壓力傳感器170可以連接到液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐172上并可以傳感該液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐172的空氣腔室中的空氣或水壓力。該壓力傳感器170可以向泵164提供信號(hào)，指示是否需要泵送更多的水以保持罐172中的壓力。在顯示的特定實(shí)施方案中，還存在位于泵164和液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐172下游但位于處理水出口176前的隔離閥174之前的任選的紫外(UV)處理系統(tǒng)175。
[0034]盡管在圖2中顯示了液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐172，可以通過(guò)替代使用例如變速泵或另一可變壓力源以保持基本恒定的壓力。
[0035]圖3示意性描述了用于水的電容去離子的流通式電容器26。該流通式電容器26可以類(lèi)似于流通式電容器126，并且圖3的描述僅意在提供對(duì)流通式電容器的布置的一般理解。穿過(guò)電容器的實(shí)際的流可以包括為簡(jiǎn)化說(shuō)明起見(jiàn)從示意圖中省略的各種密封件、接頭、傳感器等等。
[0036]該流通式電容器26包括個(gè)體流體處理室28的堆疊27，其包含在具有水入口 30和水出口 31的外殼29中。配置該流通式電容器26以使得，為了將水從流通式電容器26的水入口 30送至水出口 31，水必須穿過(guò)個(gè)體處理室28的堆疊27。在堆疊27中，水在處理過(guò)程中被去離子，或在排放或再生過(guò)程中接收成分。堆疊27中的各個(gè)室28包括一個(gè)或多個(gè)下列元件的組合:電極對(duì)32、陽(yáng)離子膜35、陰離子膜36和通常由塑料網(wǎng)制成的流動(dòng)間隔件37。雖然陽(yáng)離子和陰離子膜可用于在電極上提供改善的成分附著和儲(chǔ)存，該膜不是必需的，并且可以在沒(méi)有它們的情況下制造該室。此外，該電極可以構(gòu)造成具有兩部分電極構(gòu)造，包括碳吸附電極層和集電器。
[0037]在圖3中顯示的實(shí)施方案中，這些室元件各自具有與其它層平行安置的相對(duì)薄層形式，該薄層以第一電極/陽(yáng)離子膜/間隔件/陽(yáng)離子膜/第二電極/陰離子膜/間隔件/陽(yáng)離子膜的重復(fù)方式一個(gè)堆疊在另一個(gè)上面。在最后的陽(yáng)離子膜之后，可以存在另一第一電極并可以重復(fù)該方式。由于帶電荷成分的任何通量(flux)因第一與第二電極之間產(chǎn)生的電壓差而發(fā)生，電極層可以形成堆疊27的最底層和最頂層。
[0038]為了更好地理解下面對(duì)流通式電容器26的描述，應(yīng)理解的是，圖3是穿過(guò)流通式電容器26的一個(gè)示例性實(shí)施方案的中心所取的橫截面?zhèn)纫晥D。各個(gè)室元件通常是具有對(duì)齊以形成中心流柱38的中心開(kāi)口的薄平面層。因此，對(duì)任何給定層，在中心流柱38左側(cè)和右側(cè)上的室元件是同一層的一部分。此外，水能夠在容器或外殼29內(nèi)部與該堆疊27的室元件的外周之間流動(dòng)。這意味著在示意圖左側(cè)和右側(cè)上在外殼29與堆疊27之間的區(qū)域是彼此流體連通的。
[0039]在圖3中，箭頭通常描述穿過(guò)該流通式電容器26的向前流動(dòng)模式。盡管顯示了向前流動(dòng)方向，在一些情況或操作循環(huán)中，水可以在相反方向上運(yùn)行穿過(guò)該流通式電容器26。在一些實(shí)施方案中，為了在該流通式電容器26中實(shí)現(xiàn)所需流動(dòng)模式，存在多個(gè)水入口或結(jié)構(gòu)，其能夠有助于穿過(guò)該堆疊27中流動(dòng)間隔件37的平穩(wěn)水流動(dòng)模式或其它合意的水流動(dòng)模式。存在用于定位、電連接和/壓縮堆疊27中一些或所有室元件的另外的結(jié)構(gòu)元件。
[0040]同樣如圖3中所不,該流通式電容器26包括許多電極對(duì)32。在一個(gè)實(shí)施方案中，各電極對(duì)32包括第一電極33 (其在處理過(guò)程中充當(dāng)陰極)和第二電極34(其在處理過(guò)程中充當(dāng)陽(yáng)極)。該電極33和34可以由高表面積導(dǎo)電材料如活性炭、炭黑、碳?xì)饽z、碳納米纖維、碳納米管、石墨、石墨烯或其混合物構(gòu)造而成。在一些實(shí)施方案中，該電極33和34可以作為單獨(dú)的層放置在集電器的頂部，或者可以直接涂布到集電器上。
[0041 ] 第一電極33和第二電極34相對(duì)于彼此構(gòu)造并電連接以便在二者之間建立電壓差或電位。流通式電容器26中的第一電極33可以彼此連接，并隨后連接到電源上。類(lèi)似地，流通式電容器26中的第二電極34可以彼此連接并隨后連接到電源上。盡管在圖3的示意圖中并未顯示，該電極可以在其外邊緣處使用彼此接觸的外周片或使用其它形式的連接件彼此連接。該堆疊27將排布以使得最鄰近的電極為不同類(lèi)型(即，第一電極將安置在第二電極之間，反之亦然)。在一些實(shí)施方案中，各個(gè)電極組可以彼此交錯(cuò)排布以便彼此串聯(lián)放置多個(gè)電極對(duì)。
[0042]不考慮電極的具體電排布和連接，在操作過(guò)程中，這些第一和第二電極33與34可以彼此不同地帶電以便建立跨電極對(duì)的電壓電位。該電壓電位可用于朝向電極將帶電荷成分從水中抽取出來(lái)(例如在處理過(guò)程中)或?qū)⑹占某煞轴尫呕氐剿?例如在再生、排放或清洗過(guò)程中)。
[0043]陽(yáng)離子膜35和陰離子膜36分別相鄰于第一電極33和第二電極34安置。該陽(yáng)離子膜35和陰離子膜36充當(dāng)可以放置在電極33和34與布置在中心的流動(dòng)間隔件37之間的電荷屏障。本文中及所附權(quán)利要求書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)“電荷屏障”指的是可以保持電荷并且對(duì)離子為可透過(guò)或半透過(guò)的材料層。具有與電荷屏障中相同的電荷符號(hào)的離子不能穿過(guò)該電荷屏障到相應(yīng)的電極上。結(jié)果，存在于與電荷屏障相鄰的電極隔室中并具有與電荷屏障中的電荷相同的電荷符號(hào)的離子至少暫時(shí)地保持或截留(trapped)在電極隔室中。電荷屏障可允許提高離子去除效率并降低用于離子去除的整體能耗。
[0044]最后，該塑料網(wǎng)流動(dòng)間隔件37安置在陽(yáng)離子膜35和陰離子膜36 (以及相應(yīng)的電極對(duì)32)之間。該網(wǎng)狀間隔件37具有類(lèi)似于窗格的圖案，且還具有一些在高度尺寸(高度尺寸通常垂直于穿過(guò)該間隔件37的流動(dòng)方向)上比其它部分更高的部分，以使得當(dāng)間隔層在兩個(gè)其它層如陽(yáng)離子膜35和陰離子膜36之間略微壓縮時(shí)，水能夠或被允許跨間隔件37層并在相應(yīng)的電極對(duì)33和34之間流動(dòng)。
[0045]圖3僅僅是流通式電容器26的簡(jiǎn)化示意圖，并且并未顯示可以是該流通式電容器26的部分的所有機(jī)械組件。例如，流通式電容器有可能包括數(shù)十或成百上千個(gè)電極對(duì)以提供用于將可用量的處理水去離子的適當(dāng)表面積量。此外，雖然僅描述了單個(gè)堆疊，可以構(gòu)造室組件的多個(gè)模塊或塔盤(pán)(tray)。在一些實(shí)施方案中(如圖4中顯示的模塊)，含有多個(gè)電極對(duì)的塔盤(pán)可以在彼此上疊放，并且單獨(dú)或總體壓縮該塔盤(pán)。
[0046]此外，盡管并未顯示在圖3的示意圖中，可以壓縮該堆疊的各個(gè)層以控制室組件之間的間隔量，由此建立水可以流經(jīng)該堆疊27時(shí)穿過(guò)的橫截面面積。該壓縮可以以多種方式實(shí)施。在一種實(shí)施方案中，在流通式電容器頂部處的壓力板可以在垂直于流體流經(jīng)該堆疊27的方向的方向上壓縮該室組件。此類(lèi)壓力板能夠通過(guò)機(jī)械緊固(例如，使用可以擰緊或松開(kāi)以調(diào)節(jié)壓縮力的螺紋螺桿元件)施加可變的壓縮力。在其它實(shí)施方案中，該堆疊可以分成多個(gè)部分，如在模塊中，各部分可以單獨(dú)地壓縮。
[0047]在一般操作中，水流經(jīng)由位于外殼29底部側(cè)壁上的水入口 30進(jìn)入流通式電容器26。此時(shí)，水能夠流經(jīng)該外殼29與該堆疊27之間的一些體積。一些施加的壓力差(可能通過(guò)水連續(xù)流入至該流通式電容器26建立)將然后能夠?qū)е缕仁顾┻^(guò)該堆疊27的間隔件37并進(jìn)入中心柱38，在該位置處水向上流動(dòng)并流出水出口 31。通過(guò)在電極對(duì)32之間建立電壓差，帶電荷的成分如離子可以在流經(jīng)該間隔件37的水與陽(yáng)離子和陰離子膜35與36之間轉(zhuǎn)移。下面將更詳細(xì)地描述該室的控制與操作的具體細(xì)節(jié)。
[0048]圖4描述了電容去離子系統(tǒng)410的一部分的一個(gè)實(shí)施方案，包括位于容納流通式電容器426的容器404的頂部的閥402。在該實(shí)施方案中，該閥402在單一位置處偶聯(lián)到容器404上，使得水可以通過(guò)單獨(dú)的通道從該閥402流入該容器404和由該容器404返回到該閥402?？梢源┻^(guò)容器404建立流路，其中在該容器的相同開(kāi)口處提供入口通道和出口通道。
[0049]在圖4中，箭頭用于描述穿過(guò)系統(tǒng)410的該部分的水的向前流動(dòng)。箭頭顯示了以下流動(dòng):從閥402進(jìn)入該容器404的腔室480、在容器壁與流通式電容器426之間、穿過(guò)該流通式電容器426、沿流通式電容器426的中心柱438向上、沿壓縮該流通式電容器426的堆疊的壓縮元件484的中心柱482向上、并使該流返回至該閥402以便引導(dǎo)至處理水出口或排水口。該向前流動(dòng)僅為描述目的，并且流動(dòng)的具體方向與用于導(dǎo)引該流動(dòng)的結(jié)構(gòu)可以與所述的不同。
[0050]該閥402是實(shí)現(xiàn)多種水引導(dǎo)功能并消除對(duì)圖1和2中所示多個(gè)單獨(dú)閥的需要的控制閥組件。例如，該閥402可以具有多種狀態(tài)(posit1n)，包括以下?tīng)顟B(tài):(I)工作狀態(tài):其中將從入口管線(xiàn)至該閥的所有水引導(dǎo)到容器404中、穿過(guò)該流通式電容器426并隨后引導(dǎo)至處理水出口(如出口 76、176) ； (2)共混狀態(tài):其中將一部分從入口管線(xiàn)進(jìn)入閥402的水引導(dǎo)至容器404中并穿過(guò)該流通式電容器425，同時(shí)來(lái)自入口管線(xiàn)的水的剩余部分并未引導(dǎo)穿過(guò)該流通式電容器426而是與通過(guò)該流通式電容器426的水重新組合以共混處理和未處理的水；(3)排水狀態(tài):其中將水引導(dǎo)穿過(guò)該流通式電容器426并隨后引導(dǎo)至排水管至排水口(如排水口 58、158);以及(4)關(guān)閉狀態(tài):其中閥402的出口關(guān)閉以使得水不繼續(xù)基本上流過(guò)該閥402或該流通式電容器426。
[0051]圖1和2進(jìn)一步描述了與該流通式電容器26、126和該電容去離子系統(tǒng)10、110的許多組件電連通的處理器或控制器78、178。該控制器78、178連接到許多傳感器上，該傳感器包括壓力傳感器18、118，電導(dǎo)率指示器22、122，流量傳感器25、125，壓力傳感器66，電導(dǎo)率傳感器68、168和水平傳感器或開(kāi)關(guān)165、167。該控制器78、178還連接到多個(gè)閥上，包括排水口控制閥56、156，處理水控制閥62、162和共混閥90、190。該控制器78、178還可以連接到用于該流通式電容器26、126的電源上。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到以下事實(shí):控制器78、178可以潛在地包括一個(gè)或多個(gè)處理器、微處理器、可編程邏輯控制器、或其它合適的軟件與硬件配置。此外，在替代實(shí)施方案中，該控制器可以連接到其它系統(tǒng)元件上或不連接到一些所述系統(tǒng)元件上。此外，該控制器78、178可以提供或連接到用戶(hù)界面上以便監(jiān)控水性質(zhì)(或水性質(zhì)濃度)、監(jiān)控系統(tǒng)功能、調(diào)節(jié)用于系統(tǒng)控制的設(shè)定點(diǎn)、回顧操作歷史和提供診斷。
[0052]例如，參照?qǐng)D1，該控制器78在存在時(shí)可以控制水向該液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72的輸送。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器感知到液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72中的空氣或水的壓力在較低設(shè)定點(diǎn)以下時(shí)，該控制器78打開(kāi)該控制閥62，開(kāi)啟泵17的向前操作，并開(kāi)啟用于流通式電容器26的電源(條件是流通式電容器26不需要再生，如下文中更詳細(xì)地描述的那樣)直到液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐72中的空氣或水壓力達(dá)到壓力的較高設(shè)定點(diǎn)。如果該流通式電容器26需要再生，那么該控制器78將關(guān)閉該控制閥62，并去除和/或逆轉(zhuǎn)電源提供給流通式電容器26的電荷。當(dāng)將要將再生模式過(guò)程中去除的離子經(jīng)由排水口 58排放時(shí)，該控制器78打開(kāi)排水口控制閥56。
[0053]該控制器178還可以如圖2中所示控制水向系統(tǒng)110的常壓儲(chǔ)罐163的輸送。該控制器178可以連接到常壓儲(chǔ)罐163上的低水平傳感器165和高水平傳感器167。當(dāng)高水平傳感器167感知常壓儲(chǔ)罐163中的水位在其設(shè)定點(diǎn)以下時(shí)，該控制器178打開(kāi)控制閥162并開(kāi)啟用于流通式電容器126的電源(條件是該流通式電容器126不需要再生)直到該常壓儲(chǔ)罐163中的水位達(dá)到該水平傳感器167的上限設(shè)定點(diǎn)。如果該流通式電容器126需要再生，該控制器178可以暫時(shí)關(guān)閉控制閥162，去除和/或逆轉(zhuǎn)電源提供給流通式電容器126的電荷，并打開(kāi)控制閥156，因此在再生循環(huán)過(guò)程中除去的離子經(jīng)由排水口 158排出。如果常壓儲(chǔ)罐163中的水位落到該低水平傳感器165的下限設(shè)定點(diǎn)以下，并且流通式電容器126不能滿(mǎn)足需求，那么控制器178開(kāi)啟共混閥190直到常壓儲(chǔ)罐163中的水位達(dá)到該低水平傳感器165的上限設(shè)定點(diǎn)，對(duì)特別高的水需求暫時(shí)繞行該流通式電容器126。在這種情況下，電導(dǎo)率傳感器168可監(jiān)控進(jìn)入常壓儲(chǔ)罐的水以確保水品質(zhì)不超過(guò)不可接受的程度。
[0054]水平傳感器165、167可用于測(cè)量和調(diào)節(jié)穿過(guò)該流通式電容器26、126的水的流動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，存在可用于進(jìn)行此類(lèi)操作或測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)水平傳感器或開(kāi)關(guān)。
[0055]此外，該控制器78、178可以使用測(cè)量的品質(zhì)(例如壓力和電導(dǎo)率)和相關(guān)邏輯以進(jìn)行各種操作并提供用于例如開(kāi)啟和/關(guān)閉閥、引導(dǎo)水流完全或部分穿過(guò)系統(tǒng)的各個(gè)管線(xiàn)以及運(yùn)行或調(diào)節(jié)該流通式電容器的運(yùn)行參數(shù)的指令。
[0056]現(xiàn)在解釋該電容去離子系統(tǒng)10、110、410的一些實(shí)施方案的深層結(jié)構(gòu)，將更詳細(xì)地描述該系統(tǒng)10、110、410的一般操作和該系統(tǒng)10、110、410的各個(gè)操作循環(huán)。
[0057]一般操作
[0058]在典型操作過(guò)程中，該電容去離子系統(tǒng)10、110和流通式電容器26、126在四種主要操作模式之間循環(huán):待機(jī)模式:其中基本不由流通式電容器26、126處理水流；處理模式:其中流通式電容器26、126從穿過(guò)其的水流中除去帶電荷成分，再生模式:其中流通式電容器26、126消除或排放收集的帶電荷成分以恢復(fù)容量用于進(jìn)一步處理，和清洗模式:其中維護(hù)該流通式電容器26、126以防止結(jié)垢和長(zhǎng)期循環(huán)的其它潛在效果。該系統(tǒng)10、110可以基于多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置為在待機(jī)、處理、再生和清洗模式之間切換，所述多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)包括但不限于對(duì)水的需求(在附加的液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐或常壓儲(chǔ)罐中或在更大的管道系統(tǒng)中)、檢測(cè)的進(jìn)料水和處理水性質(zhì)(例如水壓力、水電導(dǎo)率等等)和測(cè)量的系統(tǒng)參數(shù)值(例如與該流通式電容器的運(yùn)行相關(guān)的性質(zhì))。
[0059]為了簡(jiǎn)化理解用于該應(yīng)用的系統(tǒng)操作，將最詳盡地描述這四種主要運(yùn)行模式。該系統(tǒng)不僅限于描述的操作模式，該系統(tǒng)也不一定需要包括本文中詳細(xì)描述的所有四種操作模式。該系統(tǒng)可以包括其它操作模式，例如診斷模式。同樣，該系統(tǒng)可以包括如下功能:在電源故障期間包括故障檢測(cè)和/或允許系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)的運(yùn)行可以手動(dòng)控制(例如以用戶(hù)直接指令)或自動(dòng)控制(例如根據(jù)預(yù)先制定的程序)。當(dāng)自動(dòng)控制該系統(tǒng)時(shí)，其將受控制器78,178指導(dǎo)，其能夠感知系統(tǒng)10、110中的條件并指示或控制該系統(tǒng)10、110的各組件的運(yùn)行。
[0060]將更詳細(xì)地描述該系統(tǒng)的具體運(yùn)行。應(yīng)理解的是，描述該系統(tǒng)或流通式電容器的運(yùn)行的任何語(yǔ)言，不管是否具體提及該控制器，應(yīng)解讀為有可能采用或通過(guò)該控制器進(jìn)行。例如，如果該系統(tǒng)描述為監(jiān)控電流值?？梢酝ㄟ^(guò)該控制器實(shí)現(xiàn)該監(jiān)控功能。同樣，當(dāng)該系統(tǒng)或流通式電容器操作改變時(shí)，可以由該控制器提供指令。
[0061]電流調(diào)節(jié)操作
[0062]電容去離子系統(tǒng)中的操作的基本原理在于，通過(guò)在電極之間受控和選擇性施加電壓差，帶電荷的成分可以在水與流通式電容器的電極(和/或膜)之間轉(zhuǎn)移。由于電壓差或電壓電位是離子轉(zhuǎn)移的“驅(qū)動(dòng)力”，現(xiàn)有的系統(tǒng)主要集中于控制或調(diào)節(jié)電壓差以運(yùn)行該電容去尚子系統(tǒng)。
[0063]公開(kāi)了電容去離子系統(tǒng)的控制操作的方法以及用于電容去離子系統(tǒng)的控制器。公開(kāi)的方法與控制器尤其利用了不同于常規(guī)系統(tǒng)中可以找到的運(yùn)行流通式電容器的模式。然而，常規(guī)系統(tǒng)目的在于調(diào)節(jié)跨電極建立的電壓電位，本文中描述的方法與控制器依賴(lài)于控制和監(jiān)控電流。通過(guò)在運(yùn)行時(shí)間上對(duì)電流或其它值進(jìn)行積分，電容去離子系統(tǒng)可以以使得更準(zhǔn)確地反映該電容器的實(shí)際狀態(tài)的方式運(yùn)行。
[0064]本文中描述的方法、系統(tǒng)和控制器將新的和獨(dú)特的不同方法應(yīng)用于電容去離子系統(tǒng)的操作。本發(fā)明的一些實(shí)施方案的方法、系統(tǒng)和控制器監(jiān)控并調(diào)節(jié)在該系統(tǒng)操作過(guò)程中該流通式電容器的電流，替代了在離子或帶電荷成分的轉(zhuǎn)移過(guò)程中控制和保持電極之間的特定電壓電位或差值。由于帶電荷的粒子的通量與電流和發(fā)生的處理或排放量直接相關(guān)，電流調(diào)節(jié)控制是一種可用的經(jīng)此運(yùn)行和測(cè)量電容去離子系統(tǒng)運(yùn)行的代理手段(proxy)。盡管施加電壓以便在該流通式電容器中產(chǎn)生跨電極的電位，選擇施加的電壓以便在該循環(huán)中的給定點(diǎn)處在該流通式電容器中獲得特定電流。在其中在流通式電容器中保持恒定電流的情況下，這意味著由于電極趨于飽和，電壓發(fā)生變化，且必須建立更大的電壓電位以保持恒定電流。
[0065]通過(guò)電流調(diào)節(jié)操作(與電壓調(diào)節(jié)操作相反)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于通過(guò)在單次操作周期長(zhǎng)度上對(duì)傳輸(transfer)的電流進(jìn)行積分,可以確定已經(jīng)收集在電極和/或其相應(yīng)膜上或從電極和/或其相應(yīng)膜上排放的離子或帶電荷成分的合計(jì)量。該安培-秒值或“安培總和(ampsum)”(其為在時(shí)間上積分的安培數(shù)值)可以與該流通式電容器的已知或計(jì)算的總可用容量進(jìn)行比較以確定何時(shí)流通式電容器的電極對(duì)已經(jīng)飽和(即達(dá)到它們的可用處理極限)或脫飽和(即達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處大部分或全部離子或帶電荷成分已經(jīng)排放)。
[0066]因此，電流調(diào)節(jié)操作提供了尚未實(shí)現(xiàn)的方法以控制電容去離子系統(tǒng)的操作，并提供了經(jīng)此能獲得電容去離子系統(tǒng)的優(yōu)異效率的量度。通過(guò)使用電流調(diào)節(jié)操作，該系統(tǒng)可以配置為當(dāng)發(fā)生最小的或不發(fā)生離子或帶電荷粒子轉(zhuǎn)移時(shí)不繼續(xù)施加電壓差。這例如防止了在已經(jīng)達(dá)到該流通式電容器的飽和點(diǎn)時(shí)以處理模式繼續(xù)施加電壓差。
[0067]替代直接監(jiān)控和積分電流以確定循環(huán)的持續(xù)時(shí)間和流通式電容器的容量，可以使用水性質(zhì)、值、特性或參數(shù)(或其組合)。例如，通過(guò)測(cè)量水流的電導(dǎo)率或去除的電導(dǎo)率(通過(guò)比較由該流通式電容器處理之前和之后的水)并在循環(huán)持續(xù)時(shí)間上積分該值，可以間接地測(cè)量在該流通式電容器中使用的容量的量。因此，在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方案中，“電流”測(cè)量和計(jì)算可以潛在地被其它測(cè)量的水品質(zhì)或性質(zhì)，如電導(dǎo)率或硬度替代。此類(lèi)特性、值或參數(shù)(即部分取決于水中的離子數(shù)量的水的電導(dǎo)率)與電流相關(guān)聯(lián)至如此程度，以至于它們可以充當(dāng)操作的良好代理手段。
[0068]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電流調(diào)節(jié)操作的方法500。但是要認(rèn)識(shí)至|J，可以控制另一參數(shù)，例如水性質(zhì)(例如電導(dǎo)率)，替代了測(cè)量和調(diào)節(jié)電流。根據(jù)方法500，在步驟502中確定流通式電容器的加和電流容量。該加和電流容量對(duì)應(yīng)于該系統(tǒng)的可用容量。打個(gè)比方，該加和電流容量對(duì)應(yīng)于該電極可以支持的離子或帶電荷成分的量，其方式可以確定海綿吸收水的量的方式(憑經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)計(jì)算)相同。
[0069]該加和電流容量可以例如基于電容去離子系統(tǒng)的品質(zhì)和特性(例如使用物理和化學(xué)值和/或設(shè)計(jì)參數(shù)，如模塊數(shù)量、堆疊尺寸、電極對(duì)數(shù)量、室面積和表面性質(zhì))理論計(jì)笪
ο
[0070]或者，該加和電流容量可以通過(guò)觀(guān)察或測(cè)量來(lái)確定。例如，該系統(tǒng)可以以處理模式運(yùn)行直到該流通式電容器達(dá)到飽和點(diǎn)或水達(dá)到性質(zhì)極限(這可以通過(guò)比較輸入和輸出的水的電導(dǎo)率來(lái)確定，因?yàn)殡妼?dǎo)率與水中的離子數(shù)量相關(guān))。該流通式電容器隨后設(shè)定為再生，直到從該電極/膜上驅(qū)走所有離子和帶電荷成分。在處理或再生過(guò)程中，電流可以在時(shí)間上積分直到不傳輸或幾乎不傳輸額外的電流。測(cè)量值對(duì)應(yīng)于可用的加和電流容量。
[0071]在一些實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可以使用兩種方法和/或持續(xù)周期性重新計(jì)算或重新確定該加和電流容量。例如，該系統(tǒng)初始可以使用理論值運(yùn)行，隨后開(kāi)始監(jiān)控處理或排放循環(huán)以進(jìn)一步精確化該加和電流容量值。在其它實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可以持續(xù)或周期性地監(jiān)控排放或再生循環(huán)以重新確定或修訂用于各后繼處理循環(huán)的加和電流容量。在再其它實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可以持續(xù)或周期性地監(jiān)控處理循環(huán)以重新確定或修訂該加和電流容量。該流通式電容器可以經(jīng)多個(gè)操作循環(huán)運(yùn)行，直到達(dá)到或接近平衡容量。
[0072]可以允許該系統(tǒng)和控制器在排放與處理循環(huán)之間的不平衡狀態(tài)下運(yùn)行，使得在各處理循環(huán)中儲(chǔ)存比后繼排放循環(huán)中排放的更多能量，直到足夠的容量用于實(shí)現(xiàn)最佳再生循環(huán)。隨后，該系統(tǒng)可以在將要大致相等的各循環(huán)中排放能量與儲(chǔ)存能量之間的平衡下運(yùn)行。
[0073]在電容去離子系統(tǒng)中，該加和電流容量通常為每堆疊大約1000安培.秒至2200安培.秒，各堆疊的電極對(duì)面積可以為大約5800平方厘米。但是，也可以使用具有更高或更低容量的系統(tǒng)。容易理解的是，設(shè)計(jì)參數(shù)可以影響特定系統(tǒng)的加和電流容量。
[0074]一旦按照步驟502確定加和電流容量，隨后可以按照步驟504開(kāi)始該流通式電容器的操作循環(huán)。該操作循環(huán)可以是例如處理模式、再生模式或清洗模式。
[0075]該操作循環(huán)不需要在確定該加和電流容量后立即開(kāi)始。例如，在確定該加和電流容量后，系統(tǒng)可以處于待機(jī)模式直到需要處理水。此外，該操作循環(huán)不需要完全連續(xù)。例如，可以基于對(duì)水的需要開(kāi)始處理模式，隨后臨時(shí)停止，直到需要更多水。
[0076]一旦操作循環(huán)已經(jīng)開(kāi)始，控制器按照步驟506監(jiān)控電流并隨操作循環(huán)時(shí)間對(duì)該電流進(jìn)行積分以確定監(jiān)控的電流值。在操作循環(huán)過(guò)程中，監(jiān)控的電流值按照步驟508與加和電流容量進(jìn)行比較以決定是否如下操作:(I)如果未達(dá)到終點(diǎn)條件，繼續(xù)以特定操作模式運(yùn)行，在這種情況下該系統(tǒng)按照步驟506繼續(xù)監(jiān)控電流并隨后按照步驟508再次比較加和電流容量與監(jiān)控電流值，直到已經(jīng)達(dá)到端點(diǎn)條件；或(2)如果已經(jīng)達(dá)到端點(diǎn)條件，按照步驟510結(jié)束該操作循環(huán)。導(dǎo)致該操作循環(huán)在端點(diǎn)處終止的條件在一個(gè)實(shí)施方案中可以是當(dāng)該加和電流容量等于監(jiān)控電流值時(shí)。在一些實(shí)施方案中，這可能意味著積分和計(jì)數(shù)該監(jiān)控電流值直至加和電流容量。在其它實(shí)施方案中，這可能意味著加和電流容量減去該監(jiān)控電流值直到所得值等于零。
[0077]一些離子或帶電荷成分可以在處理過(guò)程中牢固地連接到電極和/或膜上。結(jié)果，也可以存在這樣的邏輯，如果已經(jīng)基本達(dá)到端點(diǎn)，雖然尚未達(dá)到，仍允許循環(huán)終止。例如，在一段時(shí)間排放后，相對(duì)較小百分比的帶電荷粒子可能因其附著強(qiáng)度而仍未與電極和/或膜分離。系統(tǒng)和控制器可以配置為如下:如果加和電流值在例如端點(diǎn)的5%以?xún)?nèi)并基本保持在該加和電流下一段預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)間的話(huà)即可終止該循環(huán)。此類(lèi)邏輯可以防止當(dāng)轉(zhuǎn)移因流通式電容器容量變化而變得無(wú)效(或甚至不可能)時(shí)系統(tǒng)以特定操作模式變得鎖死。
[0078]在一些實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可能經(jīng)受局部處理循環(huán)，并隨后在規(guī)定的休止時(shí)間后，進(jìn)入排放循環(huán)以便僅排放收集的電荷量。在這些實(shí)施方案中，可以將放電過(guò)程中的監(jiān)控電流容量與在先處理循環(huán)中的最終監(jiān)控電流容量進(jìn)行比較。此類(lèi)操作可用于在長(zhǎng)期不使用或待機(jī)過(guò)程中將流通式電容器恢復(fù)至其全部容量。
[0079]在持續(xù)需要超過(guò)該流通式電容器的總可用容量的處理水的過(guò)程中，在處理模式和再生模式之間的切換可以基于該加和電流容量與該監(jiān)控電流值的比較。例如，當(dāng)需要水時(shí)，系統(tǒng)可以以處理模式運(yùn)行，直到監(jiān)控電流值等于加和電流容量。此時(shí)，系統(tǒng)可以確定在沒(méi)有首次排放收集的離子與成分的情況下不進(jìn)行進(jìn)一步的可用處理。因此，該系統(tǒng)可以切換至再生模式，其中離子將從流通式電容器中排放直到加和電流容量與監(jiān)控電流值的比較顯示由于已經(jīng)到達(dá)循環(huán)的端點(diǎn)(即所有離子或帶電荷粒子已經(jīng)排放)，可以停止該再生循環(huán)。
[0080]或者，可以采用固定時(shí)間再生循環(huán)，替代了在再生過(guò)程中比較加和值與容量值。當(dāng)使用固定時(shí)間時(shí)，對(duì)于排放該成分時(shí)的速率進(jìn)行某些假設(shè)，當(dāng)有效時(shí)這可以簡(jiǎn)化該再生循環(huán)。例如，如果該系統(tǒng)設(shè)定為20安培，并且再生循環(huán)運(yùn)行90秒的固定持續(xù)時(shí)間，隨后(假定成分從電極上有效地轉(zhuǎn)移到水中)可以假定重新獲得了 1800安培-秒的容量。
[0081]可以將該控制器編程，以使得在一定條件下(例如相應(yīng)于高成分含量的高測(cè)量輸入或輸出水電導(dǎo)率，并且流通式電容器具有充分但不完全的再生)可以令該系統(tǒng)返回到處理模式而沒(méi)有完全完成該排放/再生循環(huán)。再次，由于系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)控制提供了該流通式電容器的可用容量的精確量度，可以在系統(tǒng)操作中使用如此的復(fù)雜邏輯，這在此前是不可得的，或其中該可用容量充其量是一種猜測(cè)。
[0082]圖6顯示了其中電流和電壓歷經(jīng)時(shí)間或在操作循環(huán)過(guò)程中操作循環(huán)的一個(gè)實(shí)施方案。上圖610描述了歷經(jīng)時(shí)間的電流，下圖612描述了歷經(jīng)時(shí)間的電壓電位或差值。
[0083]如上圖610中所示，電流-時(shí)間線(xiàn)614描述了隨循環(huán)時(shí)間的電流測(cè)量值，其在虛線(xiàn)所示時(shí)間616處終止。電流或安培數(shù)在該循環(huán)的至少第一部分上保持恒定，直到其在第二部分處在接近循環(huán)終點(diǎn)時(shí)開(kāi)始逐漸降低。但是，在一些實(shí)施方案中，該電流可以在整個(gè)循環(huán)上保持恒定(例如在具有1800安培?秒容量的系統(tǒng)中，處理循環(huán)可以在20安培下90秒)。
[0084]電流可以保持恒定的一個(gè)原因是在該循環(huán)持續(xù)上提供離子與帶電荷粒子的相對(duì)恒定的通量。但是在一些實(shí)施方案中，可以就實(shí)際運(yùn)行條件調(diào)節(jié)電流，所述實(shí)際運(yùn)行條件例如進(jìn)料水條件(如電導(dǎo)率和流速)的變化。例如，如果流經(jīng)該流通式電容器的水的流速提高，可合意的是提高該電流以提高電極和/或膜與水之間的粒子與帶電荷粒子的通量。同樣，觀(guān)察到的水的電導(dǎo)率的顯著變化(指示不同量的離子或帶電荷成分)可以支配電流或安培數(shù)水平的提高或降低以獲得或保持處理水中的所需水性質(zhì)或水性質(zhì)濃度。還可以基于處理水性質(zhì)或水性質(zhì)濃度，如處理水電導(dǎo)率來(lái)設(shè)定或調(diào)節(jié)該電流或安培數(shù)水平。
[0085]仍參照上圖610，陰影面積618對(duì)應(yīng)于該循環(huán)的總安培?秒或安培總和(即歷經(jīng)時(shí)間的電流積分)。如上所述，在該循環(huán)的整個(gè)過(guò)程中，由循環(huán)開(kāi)始時(shí)的零時(shí)間至該循環(huán)中的當(dāng)前時(shí)間所取的積分是監(jiān)控電流值，隨后將該監(jiān)控電流值與加和電流容量比較以確定循環(huán)的終點(diǎn)或時(shí)間。線(xiàn)616是終止時(shí)間，由零時(shí)間至終止時(shí)間的安培數(shù)曲線(xiàn)下的積分(顯示為陰影面積618)同樣對(duì)應(yīng)于特定系統(tǒng)的加和電流容量。
[0086]如下圖612中所示，電壓-時(shí)間線(xiàn)620用于描述隨循環(huán)時(shí)間的電壓。如果該電流或安培數(shù)保持恒定，那么電壓必須在該循環(huán)的持續(xù)過(guò)程中提高以保持恒定的離子流通速率。這可以是，例如，由于電極和/或膜被離子或帶電荷成分飽和時(shí)所施加的電壓的有效性降低。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中的一些點(diǎn)處，有可能的是，基于該系統(tǒng)的功率限制達(dá)到最大電壓差。當(dāng)此情況發(fā)生時(shí)，電壓將達(dá)到恒定水平的峰值，離子或電荷的通量開(kāi)始降低，因?yàn)楹愣妷弘S時(shí)間進(jìn)一步推展有效性降低。
[0087]可以使用公式將該電容去離子系統(tǒng)的電容量轉(zhuǎn)化為以mEq(毫當(dāng)量)計(jì)的離子容量，反之亦然。此類(lèi)公式可用于將安培總和信息轉(zhuǎn)化為可用信息，該可用信息通過(guò)控制器傳送給最終用戶(hù)。
[0088]待機(jī)模式
[0089]當(dāng)系統(tǒng)不轉(zhuǎn)移離子時(shí)，其可置于待機(jī)模式。在待機(jī)模式中，該電容去離子系統(tǒng)10、110處于以下?tīng)顟B(tài):水既不流入也不流出該系統(tǒng)10、110(或至少不以要求處理水的顯著量流入或流出)。由于沒(méi)有水主動(dòng)流經(jīng)該流通式電容器26、126，不需要從水中抽取成分(如在處理過(guò)程中所發(fā)生的那樣)或從電容器中沖洗成分至水中(如在再生或清洗過(guò)程中所發(fā)生的那樣)。甚至在該穩(wěn)態(tài)條件下，可以跨電極對(duì)32施加一定量的電壓差，以使得成分不會(huì)遷移出陽(yáng)離子膜35和陰離子膜36并進(jìn)入保持在流通式電容器26、126中的水中。
[0090]當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，除了防止結(jié)垢外，施加的電壓電位有助于防止啟動(dòng)時(shí)的低劣水質(zhì)。這是由于離子不太可能遷移到流通式電容器中的靜置水中。在特別長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間后，系統(tǒng)可以配置為將預(yù)定體積的水送至排水口以確保送至處理出口的初始體積水不會(huì)在停滯在流通式電容器或另一部分上游管道中時(shí)變得富含雜質(zhì)或成分。
[0091]處理模式
[0092]當(dāng)需要處理水且水流經(jīng)該流通式電容器26、126時(shí)，系統(tǒng)10、110可以進(jìn)入處理模式或純化模式。在處理模式中，至少一部分水或溶液穿過(guò)該流通式電容器26、126，并在法向上施加電壓電位以使得離子和表現(xiàn)出電荷吸引力的化合物或粒子被吸引到電極對(duì)32上。這些成分被從水流中抽取出，并穿過(guò)該陽(yáng)離子膜35與陰離子膜36，并被捕集在碳電極33、34上。水流(現(xiàn)在一部分成分被除去)以可與進(jìn)入流通式電容器26、126的水相比的純凈狀態(tài)離開(kāi)該流通式電容器26、126，并可以將處理水引導(dǎo)至處理水出口 76、176。
[0093]許多變量會(huì)影響處理過(guò)程中從水中除去離子與帶電荷成分的速率和數(shù)量，包括但不限于在電極對(duì)32上建立的電壓電位(以及相關(guān)安培數(shù)，其事實(shí)上是電容器的調(diào)節(jié)部分)、水流經(jīng)該流通式電容器26、126所處的流速、穿過(guò)該流通式電容器26、126的流動(dòng)模式、入口水品質(zhì)、以及膜和/或電極被該成分飽和的程度。可以使用一個(gè)或多個(gè)閥調(diào)節(jié)該流速，可以在模塊配置和/或運(yùn)行條件所確定的最小限度和最大限度內(nèi)變化，并可以至少部分基于對(duì)處理水的需求。通過(guò)控制器78、178確定該流通式電容器的安培數(shù)。
[0094]作為一般規(guī)則，當(dāng)流速降低和/或安培數(shù)提高時(shí)，在穿過(guò)該流通式電容器的水與電極之間，每單位體積轉(zhuǎn)移更多的離子或帶電荷成分。相反，當(dāng)流速提高和/或安培數(shù)降低時(shí)，每單位體積的水將轉(zhuǎn)移更少的離子或帶電荷成分。
[0095]圖7中描述了一種處理方法700。根據(jù)方法700，可以根據(jù)步驟702首先對(duì)處理的水建立目標(biāo)水性質(zhì)(或水性質(zhì)濃度)或電導(dǎo)率、或者水性質(zhì)(或水性質(zhì)濃度)或電導(dǎo)率的固定去除百分比。隨后，根據(jù)步驟704測(cè)量水的一些性質(zhì)，如進(jìn)料水的電導(dǎo)率(盡管也可以使用其它品質(zhì))。由于該電容去離子系統(tǒng)除去了離子和帶電荷粒子以便將水純化至所需水性質(zhì)，控制器隨后能夠在步驟706中測(cè)量流通式電容器中必須從進(jìn)料水中除去的電導(dǎo)率的量以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)水性質(zhì)(即處理過(guò)的水的電導(dǎo)率)或去除百分比。基于待除去的電導(dǎo)率，該控制器可以根據(jù)步驟708控制該流通式電容器的電流或安培數(shù)，和穿過(guò)該流通式電容器的水的流速以便在處理過(guò)的水流中實(shí)現(xiàn)所需的所得性質(zhì)?？梢詼y(cè)量處理過(guò)的水的電導(dǎo)率以證實(shí)離子和帶電荷成分的有效去除。這可限制實(shí)現(xiàn)的處理水平。例如，過(guò)于純凈的水會(huì)造成住宅管道的問(wèn)題，并在室中造成過(guò)大的阻力，這會(huì)導(dǎo)致處理所需的高電壓和較低效的處理。
[0096]一旦計(jì)劃或選擇特定的水性質(zhì)或去除百分比，考慮到進(jìn)料水的性質(zhì)(例如電導(dǎo)率)，可以計(jì)算相應(yīng)于可以在處理循環(huán)中完全處理的水量的體積。此類(lèi)體積可以通過(guò)考慮加和電流或該流通式電容器的總可用容量(這代表了可以從水中接收的電荷量)和將要從水中除去的電導(dǎo)率量(這相應(yīng)于每單位體積的水為實(shí)現(xiàn)所需水性質(zhì)而要去除的離子或帶電荷成分的量)來(lái)確定。在一些裝置或進(jìn)入點(diǎn)中，可接受的是假定進(jìn)料水電導(dǎo)率將保持相對(duì)恒定，并且因此該控制器可以使用該計(jì)算體積作為確定處理循環(huán)長(zhǎng)度的基礎(chǔ)。在此類(lèi)條件下，可以根據(jù)流速調(diào)節(jié)或改變安培數(shù)以持續(xù)去除每單位體積處理水的特定電荷，以使得在已處理計(jì)算體積的水時(shí)將處理循環(huán)設(shè)定為結(jié)束。
[0097]根據(jù)該方法的一些實(shí)施方案，穿過(guò)該系統(tǒng)的流速可以通過(guò)在一些情況下隨處理水需求的改變來(lái)確定。可以通過(guò)監(jiān)控液壓氣動(dòng)水罐中的壓力和/或常壓儲(chǔ)罐中的水箱水位提供對(duì)水的需求。如果壓力或水位降低至特定閾值水平以下，通常提高對(duì)處理水的需求。有可能的是，可以觀(guān)察到作為二元條件(即需要處理更多的水或并非如此)的需求，或者可以存在各種水平的水需求，無(wú)論分步或連續(xù)，基于觀(guān)察到的壓力或水平傳感器值。例如液壓氣動(dòng)儲(chǔ)罐中壓降的程度或量可用于確定水需求的程度。此外，一個(gè)或多個(gè)流量傳感器可用于確定對(duì)水的需求。
[0098]在低需求情況下，該系統(tǒng)通常滿(mǎn)足對(duì)處理水的需求。在此類(lèi)情況下，可以指示該流通式電容器僅將水處理至目標(biāo)水性質(zhì)或去除百分比以節(jié)約能量和流通式電容器的容量，或可以指示將水處理至盡可能純凈。此外，在一些情況下，處理水可以再循環(huán)一次或多次以便從水中進(jìn)一步去除成分。
[0099]在高需求情況下，待處理的水的流速可以超過(guò)該流通式電容器將水處理至所需性質(zhì)的能力。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可以將水處理至可能的程度并允許處理水低于所需品質(zhì)或純度?？梢?xún)?yōu)選不為了滿(mǎn)足使用需求的點(diǎn)而以足夠量提供水?？梢酝ㄟ^(guò)允許系統(tǒng)在低于為提供設(shè)計(jì)去除百分比所計(jì)算的電流的處理電流或安培數(shù)下運(yùn)行來(lái)降低去除率。同樣，為了防止該流通式電容器的室超過(guò)其最大運(yùn)行電壓，可以限制進(jìn)料水電導(dǎo)率或其它測(cè)量性質(zhì)的目標(biāo)變化。該控制器可以設(shè)定為如果超過(guò)預(yù)定或計(jì)算的處理體積、超過(guò)過(guò)循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)度和/或已經(jīng)達(dá)到最大電壓時(shí)終止該處理循環(huán)。
[0100]還可以設(shè)想，改變循環(huán)中的流速可以有助于疏通或去除處理過(guò)程中的結(jié)垢和/或污垢。特別地，在使用前儲(chǔ)存水的情況下，可能有益的是在較高和較低值之間循環(huán)該流速以改變流動(dòng)模式和水施加在流通式電容器表面上的剪切力。
[0101]此外，可以使用或考慮處理循環(huán)的各個(gè)方法以調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的加和電流容量。例如，在處理循環(huán)期間，可以確定達(dá)到最大電壓的時(shí)間。歷經(jīng)多個(gè)循環(huán)該時(shí)間的降低可以指示流通式電容器中容量的損失。作為再一個(gè)實(shí)施例，在達(dá)到最大電壓前實(shí)現(xiàn)的加和電流容量的百分比可用于確定系統(tǒng)容量的損失。隨著達(dá)到最大電壓之前所用系統(tǒng)容量百分比降低，該流通式電容器的可用容量也如此?；谌我贿@些觀(guān)察到的條件，可以調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的加和電流容量和/或觸發(fā)該再生循環(huán)。
[0102]在處理模式的另一實(shí)施方案中，可以測(cè)量處理水電導(dǎo)率(相對(duì)于進(jìn)料水電導(dǎo)率)以確定是否調(diào)節(jié)該流通式電容器的安培數(shù)。假定進(jìn)料水品質(zhì)相對(duì)恒定，可以接受的是僅基于測(cè)量的處理水電導(dǎo)率或上或下調(diào)節(jié)安培數(shù)。此類(lèi)調(diào)節(jié)可適于精確調(diào)節(jié)待除去的電導(dǎo)率，即使在其中進(jìn)料水電導(dǎo)率未知的情況下。
[0103]在其它實(shí)施方案中，除了水電導(dǎo)率之外的水性質(zhì)可用作確定運(yùn)行該流通式電容器所處的安培數(shù)的基礎(chǔ)。例如，水的PH值或堿度可以用作監(jiān)控的水性質(zhì)。
[0104]此外，在處理水純度據(jù)信接近最小可接受水性質(zhì)或在目標(biāo)水性質(zhì)以下連續(xù)運(yùn)行的情況下，該系統(tǒng)可以設(shè)置為警報(bào)或存儲(chǔ)該情況作為故障條件。這可以提醒用戶(hù)系統(tǒng)中的缺陷以及需要維修系統(tǒng)或系統(tǒng)的特定尺寸不能在使用時(shí)持續(xù)滿(mǎn)足對(duì)處理水的需求。
[0105]再生模式
[0106]一旦電極在處理模式過(guò)程中變得被離子飽和，該電極33、34可以在再生循環(huán)過(guò)程中容量再生。在再生過(guò)程中，該電極對(duì)32短路或電壓電位逆轉(zhuǎn)，并且離子(和表現(xiàn)出電荷吸引力的化合物或粒子)被驅(qū)使離開(kāi)該電容器的電極33、34和/或膜35、36。該方法在流動(dòng)間隔件37中形成富含雜質(zhì)或成分的濃縮溶液，其隨后通常經(jīng)排水口 58、158從流通式電容器26、126中水力排放。攜帶排放成分的水將被導(dǎo)引至廢水輸出或排水口 58、158，直到釋放基本所有成分，或恢復(fù)目標(biāo)容量(盡管一些成分可能過(guò)于牢固地粘附到電極和/或膜上，以至于不容易脫離)。一旦該流通式電容器26、126的一些或全部容量恢復(fù)，則該流通式電容器26、126再次準(zhǔn)備好用于以處理模式去除離子或雜質(zhì)。
[0107]由該電極釋放的離子可以包括硬度離子，如鈣，和堿度離子，如碳酸根和碳酸氫根離子。如果在廢水中這些離子的濃度變得過(guò)高，這些離子可在間隔件37上沉淀并形成結(jié)垢。流通式電容器中的結(jié)垢會(huì)堵塞水流路也可能污染電極，特別是陰極。這可以不利地影響該流通式電容器的性能或甚至導(dǎo)致該流通式電容器停止工作。雖然周期性的再生和清洗有助于改善該系統(tǒng)的可用壽命，其應(yīng)當(dāng)理想地以不由形成結(jié)垢損害該系統(tǒng)的長(zhǎng)期性能的方式運(yùn)行。
[0108]在一些實(shí)施方案中，為了改善再生循環(huán)的效率，該再生模式可以用清潔的水、純化的水和/或化學(xué)品進(jìn)行以清洗該系統(tǒng)。但是，在最基礎(chǔ)的實(shí)施方案中，進(jìn)料水可以充當(dāng)用于排放尚子的運(yùn)輸劑。
[0109]在一些形式的再生的過(guò)程中，該系統(tǒng)或控制器可以將再生循環(huán)過(guò)程中的監(jiān)控電流值(即排放離子的安培總和)與在先處理循環(huán)的最終監(jiān)控電流值或該流通式電容器的加和電流容量相比以確定如上所述的再生循環(huán)的終點(diǎn)。該再生循環(huán)的監(jiān)控電流值是在時(shí)間上的電流積分，其對(duì)應(yīng)于再生循環(huán)期間從流通式電容器轉(zhuǎn)移到水流中的帶電荷成分的量。
[0110]在一些實(shí)施方案中，該再生模式可以開(kāi)始，并且在再生模式中的所有步驟可以基于時(shí)間和/或基于通過(guò)(不限于此)電導(dǎo)率、pH、0RP(氧化還原電位)、離子選擇電極或其它手段測(cè)量的水性質(zhì)方面的變化來(lái)開(kāi)始或終止。此外，進(jìn)料水硬度、pH、堿度和電導(dǎo)率的一者或多者可以測(cè)量并用作計(jì)算最大排放電導(dǎo)率的基礎(chǔ)，在所述最大排放電導(dǎo)率下結(jié)垢的可能降低。
[0111]雖然在再生循環(huán)過(guò)程中凈離子通量將由電極和/或膜進(jìn)入排放水流，該電流或安培數(shù)以及流速可以在循環(huán)長(zhǎng)度上改變。例如，再生循環(huán)可以具有其中電極短路、其中電極設(shè)定為反向極性和甚至其中電極臨時(shí)設(shè)定為正極性的狀態(tài)。此外，可以在量級(jí)(低流速和高流速)與方向(向前、反向和不流動(dòng))方面調(diào)節(jié)流速。在一些實(shí)施方案中，為了減少水的使用但保持流量(flow)，水可以至少在一定程度上在再生過(guò)程中再循環(huán)穿過(guò)該流通式電容器。
[0112]可以按照?qǐng)D8中描述的方法800控制排放水中離子或帶電荷成分的濃度以減少結(jié)垢的可能和/或提供收集的離子與帶電荷成分的時(shí)間有效排放。如處理一樣，可以控制流速和安培數(shù)以調(diào)節(jié)離子和帶電荷成分轉(zhuǎn)移到水中所處的速率和暴露于該離子通量的水的體積。
[0113]按照方法800，可以按照步驟802確定目標(biāo)水性質(zhì)(例如排放流的最大雜質(zhì)水平)或成分的添加百分比。隨即可以在其接收在流通式電容器中之前按照步驟804測(cè)量進(jìn)料水中的這種性質(zhì)(例如水的電導(dǎo)率)。按照步驟806，目標(biāo)水性質(zhì)和測(cè)量的進(jìn)料水性質(zhì)可以進(jìn)行比較以確定每單位體積進(jìn)料水可添加的性質(zhì)量(如離子形式的電導(dǎo)率)以提供具有目標(biāo)水性質(zhì)的排放流或感興趣的水性質(zhì)的添加百分比?；谠撚?jì)算值，可以按照步驟808改變穿過(guò)該流通式電容器的流速和/或該流通式電容器的安培數(shù)以在流通式電容器中由電極和/或膜向排放流中添加雜質(zhì)。
[0114]因此，在該方法的一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)控制排放安培數(shù)或安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)，測(cè)量進(jìn)料水電導(dǎo)率或其它水性質(zhì)參數(shù)，由排放安培數(shù)計(jì)算粒子轉(zhuǎn)移速率、計(jì)算控制排放水濃度所需的流速以及使用閥或其它方法控制水流以實(shí)現(xiàn)對(duì)流速、濃度和/或轉(zhuǎn)移到排放水中的雜質(zhì)的量的控制。類(lèi)似地，可以基于計(jì)算的離子轉(zhuǎn)移速率根據(jù)排放水速率和測(cè)量的進(jìn)料水電導(dǎo)率或其它水性質(zhì)參數(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)電流或電流設(shè)定點(diǎn)來(lái)改變?cè)摑舛群?或量?？梢曰谶M(jìn)料水電導(dǎo)率和離子排放速率使用公式計(jì)算再生中用于稀釋的流速。
[0115]根據(jù)再生的一種實(shí)施方案，多個(gè)流速可用于節(jié)約水同時(shí)防止水中的離子和/或成分的濃度超過(guò)過(guò)最大容許濃度。離子和成分進(jìn)入水中的通量初始可以高并隨后在再生循環(huán)長(zhǎng)度上降低。這意味著流經(jīng)該流通式電容器的水可以初始以高流速提供以接收和輸送初始的高離子通量水平。當(dāng)離子通量降低時(shí)，該流速可以降低，因?yàn)槊繂挝粫r(shí)間需輸送出該流通式電容器的離子更少。因此，在再生循環(huán)結(jié)束時(shí)，水可以比循環(huán)開(kāi)始時(shí)更長(zhǎng)時(shí)間地滯留在該流通式電容器中，且不接近排放水的最大可接受雜質(zhì)含量。
[0116]在再生模式的某些實(shí)施方案中，水的流速可以脈沖化以減少用水量或提供可變流速以抑制結(jié)垢。如上文相關(guān)于處理模式所述，切換高和低流速可用于在再生過(guò)程中疏通或去除結(jié)垢和/或防止污垢。
[0117]在再生模式的其它實(shí)施方案中，在離子和帶電荷雜質(zhì)排放過(guò)程中流動(dòng)可以暫時(shí)反轉(zhuǎn)。如果流動(dòng)反轉(zhuǎn)的話(huà)，可以在流通式電容器的上游安置排水口，以反向流動(dòng)的富含雜質(zhì)或成分的水可以在流通式電容器之前從系統(tǒng)中除去。
[0118]該控制器可以限制再生模式過(guò)程中流通式電容器操作的各個(gè)方面。例如，再生流速可以在最小限度和最大限度變化，其由模塊配置決定并由閥配置的控制。此外，再生模式可設(shè)定為基于多個(gè)因素而終止，所述因素包括過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間、過(guò)度的安培數(shù)、或監(jiān)控電流值與最終處理監(jiān)控電流值或系統(tǒng)的加和電流容量的比較。同樣，這些條件可以如上文建議的那樣用于改變?cè)摿魍ㄊ诫娙萜鞯募雍碗娏魅萘俊?br> [0119]此外，該控制器可以配置為確保流速不在最小再生流速以下，所述最小再生流速設(shè)定為確保在整個(gè)室內(nèi)的水分布。如果流速在再生過(guò)程中變得過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生高度濃縮排放水的局部區(qū)域，這可導(dǎo)致例如在流動(dòng)間隔件上的不合意結(jié)垢。
[0120]清洗模式
[0121]如上文中簡(jiǎn)要提到的，一旦附著到電極和/或膜上，一些離子可能不能容易地去除。去除這些粒子所需要的可以多于標(biāo)準(zhǔn)排放循環(huán)。盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)更高的離子負(fù)載實(shí)際上改善了轉(zhuǎn)移過(guò)程中離子轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)，但是太多牢固附著的離子對(duì)系統(tǒng)的容量可具有負(fù)面影響。
[0122]因此，該系統(tǒng)可以偶爾進(jìn)入清洗模式，其中，該系統(tǒng)經(jīng)受更為時(shí)間密集型的再生過(guò)程。這些可以包括具有更大電壓差或脈沖電壓的更長(zhǎng)再生模式、可變流速、使用清潔劑或其它工藝變化以去除難以從電極/膜上脫離的離子。
[0123]該系統(tǒng)和控制器可以設(shè)定為當(dāng)滿(mǎn)足多個(gè)條件的一個(gè)或多個(gè)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入清洗模式，所述條件包括但不限于已進(jìn)行閾值數(shù)量的循環(huán)、已經(jīng)處理閾值處理體積的水、系統(tǒng)已經(jīng)保持待機(jī)一段時(shí)間、在流通式電容器上觀(guān)察到顯著高的壓降、一天的時(shí)間或時(shí)間窗發(fā)生，以及觀(guān)察到容量的損失。
[0124]如果該系統(tǒng)不能在清洗過(guò)程中將系統(tǒng)容量恢復(fù)到特定水平，該系統(tǒng)可以設(shè)定為提供容量損失警報(bào)。此類(lèi)警報(bào)可以有助于最終用戶(hù)確定何時(shí)需要更換組件或以其它方式進(jìn)行維護(hù)。
[0125]本領(lǐng)域技術(shù)人員將要理解，雖然已經(jīng)結(jié)合特定實(shí)施方案與實(shí)施例在上文中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本發(fā)明不需要限制于此，并且大量其他實(shí)施方案、實(shí)施例、用途、由該實(shí)施方案、實(shí)施例和用途進(jìn)行的修改和偏離意在被所附權(quán)利要求涵蓋。本文中引用的各專(zhuān)利和出版物的全部公開(kāi)內(nèi)容經(jīng)此引用并入本文，如此類(lèi)專(zhuān)利或公開(kāi)各自單獨(dú)地經(jīng)此引用并入本文那樣。
[0126]在下列權(quán)利要求書(shū)中列舉了本發(fā)明的各種特征與優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.流通式電容器的容量再生方法，所述流通式電容器具有至少一對(duì)電極，所述電極彼此隔開(kāi)以容納水流并配置為在電極對(duì)與水之間轉(zhuǎn)移離子，該方法包括: 建立離開(kāi)流通式電容器的排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值； 測(cè)量進(jìn)入流通式電容器的進(jìn)料水流中水性質(zhì)濃度的進(jìn)料值； 基于進(jìn)料值計(jì)算為了達(dá)到排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值，而將要添加到進(jìn)料水流中的水性質(zhì)濃度的量；和 控制流通式電容器的安培數(shù)與穿過(guò)流通式電容器的流速以向進(jìn)料水流中添加離子以達(dá)到排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)值。
2.權(quán)利要求1的方法，其中安培數(shù)是將要添加到進(jìn)料水流中的離子的量的函數(shù)。
3.權(quán)利要求2的方法，其中離子的量與將要添加到進(jìn)料水流中的水性質(zhì)濃度的量相關(guān)。
4.權(quán)利要求2的方法，其中安培數(shù)進(jìn)一步是流速的函數(shù)。
5.權(quán)利要求1的方法，其中水性質(zhì)濃度與電導(dǎo)率相關(guān)，并且測(cè)量的進(jìn)料值是電導(dǎo)率。
6.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括基于流通式電容器的電壓極限限制在給定流速下將要添加的水性質(zhì)濃度的量。
7.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:測(cè)量離開(kāi)流通式電容器的排放水流的水性質(zhì)濃度，并且如果水性質(zhì)濃度的測(cè)量值不同于目標(biāo)值，則改變安培數(shù)和流速的至少一者的控制。
8.權(quán)利要求1的方法，其中流速在排放循環(huán)中是脈沖化的以節(jié)約水。
9.權(quán)利要求1的方法，其中與處理循環(huán)過(guò)程中的向前方向相比，在排放循環(huán)過(guò)程中穿過(guò)流通式電容器的流向反轉(zhuǎn)。
10.權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)達(dá)到流通式電容器的最大電壓時(shí)建立排放循環(huán)的終點(diǎn)。
11.權(quán)利要求1的方法，其中流速在排放循環(huán)過(guò)程的時(shí)間上改變以抑制結(jié)垢。
12.權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)以下建立排放循環(huán)的終點(diǎn):使流通式電容器在排放循環(huán)過(guò)程中的監(jiān)控電流容量與預(yù)先建立的流通式電容器加和電流容量相比。
13.權(quán)利要求12的方法，其中在達(dá)到流通式電容器的最大電壓時(shí)建立排放循環(huán)的終點(diǎn)，并將系統(tǒng)的加和電流容量調(diào)節(jié)至最大電壓下的監(jiān)控電流容量。
14.權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)在固定安培數(shù)下已經(jīng)凈化預(yù)定體積的排放水流和達(dá)到循環(huán)持續(xù)時(shí)間的至少一者時(shí)，建立排放循環(huán)的終點(diǎn)。
15.權(quán)利要求1的方法，其中流速具有最大和最小流速。
16.權(quán)利要求15的方法，其中最小流速設(shè)定為確保在整個(gè)流通式電容器中的水分布，由此抑制高度濃縮的排放水的局部區(qū)域和結(jié)垢。
17.配置為實(shí)施權(quán)利要求1的方法的控制器。
18.流通式電容器的容量再生方法，所述流通式電容器具有至少一對(duì)電極，所述電極彼此隔開(kāi)以容納水流并配置為在電極對(duì)與水之間轉(zhuǎn)移離子，該方法包括: 建立流通式電容器的安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)和離開(kāi)流通式電容器的排放水流中的水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度； 測(cè)量進(jìn)入流通式電容器的進(jìn)料水流中水性質(zhì)濃度的進(jìn)料值； 基于安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)和達(dá)到排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度的所需流速計(jì)算進(jìn)入進(jìn)料水流的離子轉(zhuǎn)移；和 控制穿過(guò)流通式電容器的流速以達(dá)到排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度，同時(shí)維持該流通式電容器的安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)。
19.權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括: 調(diào)節(jié)安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)；和 重新計(jì)算和調(diào)節(jié)流速以基于對(duì)安培數(shù)設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)達(dá)到排放水流中水性質(zhì)濃度的目標(biāo)濃度。
20.配置為實(shí)施權(quán)利要求18的方法的控制器。
【文檔編號(hào)】C02F1/42GK104321283SQ201280060771
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月27日
【發(fā)明者】D·J·埃弗貝克, R·M·塔倫, B·A·波德科爾 申請(qǐng)人:濱特爾民用水處理有限責(zé)任公司