專利名稱：錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電除鹽器組件，尤其涉及一種淡水和濃水以錯流方式設(shè)計的，無濃水循環(huán)系統(tǒng)的電除鹽組件。
背景技術(shù)：
電除鹽過程是在直流電場和電活性介質(zhì)的作用下，使液體中所含離子發(fā)生定向遷移，同時，利用陰陽離子交換膜對溶液中陰陽離子的選擇透過性，使離子從一種溶液轉(zhuǎn)移到另一種溶液，從而達到除鹽目的的膜分離過程。
典型的電除鹽裝置一般包括正負電極，位于正負電極之間的，交替布置的陰陽離子交換膜，以及由陰陽膜所分隔而成的電極室、濃水室和淡水室。要處理的水進入淡水室，在離子交換樹脂和電流的作用下，水中的帶電離子分別向陽極和陰極方向遷移，帶正電荷離子向陰極方向遷移，通過陽離子交換膜從淡水室進入到濃水室。同樣地，帶負電荷的離子向陽極方向遷移，通過陰離子交換膜從淡水室進入到濃水室。進入到濃水室的離子繼續(xù)會在原來遷移方向上移動，但由于離子交換膜的選擇性透過特性，即陽離子交換膜只容許陽離子通過，陰離子交換膜只容許陰離子通過，所以，在濃水室中的離子無法再回到淡水室中。這樣就達到了純化淡水室中水的目的。
在EDI組件中，對各種離子的脫出次序是不同的。首先是高價離子脫出，其次是低價易脫出離子被脫出，最后是弱離子化離子和氫離子和氫氧根離子。
而淡水室中的水在電流的作用下也會發(fā)生裂解反應(yīng)，特別是在離子交換樹脂和離子交換膜界面，容易發(fā)生水的裂解反應(yīng)。裂解反應(yīng)生成了氫離子和氫氧根離子，它們對離子交換樹起到再生作用。因此，EDI技術(shù)是不用酸堿而實現(xiàn)對離子交換樹脂連續(xù)再生的過程。
在現(xiàn)有電除鹽裝置中，尤其是在板框式EDI組件中，淡水室和濃水室中的水流一般是同向的或稱并流(如圖3所示)。其中圖中1是濃水室，2為淡水室，3是極水室；5是濃水進水，6為淡水進水；7是正極，8是負極；9和10分別是極水進水，11為陽離子交換膜，12是陰離子交換膜；13是濃水出水，14為淡水出水，15和16分別是極水出水。在組件淡水室填加離子交換材料如離子交換樹脂，濃水室和極水室填加離子交換材料如離子交換樹脂或惰性支撐網(wǎng)格。在這種設(shè)計中，Ca++和Mg++從淡水室經(jīng)過陽離子交換膜11遷移到濃水室1中，這個遷移是在組件的進水端發(fā)生的，當它們進入到濃水室后，在電流的作用下將繼續(xù)向陰極方向移動，與此同時它們又會隨水流向組件的出水端移動。當Ca++和Mg++到達陰離子交換膜12后，他們無法通過陰離子交換膜12回到淡水室2中，結(jié)果他們會隨濃水流出組件。
而另一方面，水裂解反應(yīng)所產(chǎn)生的部分氫離子和氫氧根離子以及弱電離離子如碳酸氫根和碳酸根離子也會透過離子交換膜進入到濃水室，在濃水室氫離子和氫氧根離子結(jié)合而生成水。但是在陽離子交換膜11濃水室側(cè)表面，由于局部氫離子濃度較高，而呈現(xiàn)出強酸性。在陰離子交換膜12濃水室側(cè)表面，由于局部氫氧根、碳酸氫根和碳酸根離子濃度較高，而呈現(xiàn)出強堿性。這個表面層厚度取決與濃水流動情況，濃水流動擾動劇烈時，表面層厚度就?。欢鴿馑鲃訑_動小時，表面層厚度就厚。
在現(xiàn)有板框式電除鹽裝置中，陰離子交換膜濃水室側(cè)靠近組件出水端的部位，被陰離子交換膜所阻擋的Ca++和Mg++離子將會和氫氧根，碳酸氫根和碳酸根等硬度離子結(jié)合，產(chǎn)生沉淀結(jié)垢。
在現(xiàn)有的卷式電除鹽裝置中，是將陰陽離子交換膜的三邊封閉形成一個膜袋形狀，在膜袋的中間設(shè)置一分隔條，使得濃水的流向呈U形，分隔條下部對應(yīng)著濃水進水，分隔條上部對應(yīng)著濃水出水。從淡水室遷移到濃水室的硬度離子先進入到濃水進水即分隔條下部，然后隨濃水流進入到濃水出水即分隔條上部；從淡水室遷移到濃水室的氫氧根，碳酸氫根和碳酸根離子，則進入到濃水出水即分隔條上部。這樣一來，在濃水出水即分隔條上部硬度離子和氫氧根，碳酸氫根和碳酸根離子等將會相遇，而沉淀形成垢。另外，在膜袋的某些部位(如拐角處)容易對濃水形成死角，此處水流速緩慢或根本不流動，因此在這些部位上更易結(jié)垢。結(jié)垢不但影響離子交換膜的正常工作，同時還會增加濃水流動阻力，降低濃水流量，流量降低后，由于水流速度下降，使的硬度離子如Ca++和Mg++等不能及時流出濃水室，也加劇了結(jié)垢，這樣一來就形成了惡性循環(huán)，影響組件的除鹽性能和使用壽命，從而影響水體的交流并造成產(chǎn)水能力降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是提供一種結(jié)構(gòu)更為合理，使得淡水室和濃水室中的水流實現(xiàn)錯流設(shè)計，從而能夠避免硬度離子和氫氧根，碳酸氫根和碳酸根離子等離子相遇，同時縮短濃水流動行程，去除了膜袋中的死角，降低了濃水室結(jié)垢的可能性的電除鹽組件；解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的淡水室和濃水室中的水流一般是同向的或稱并流，而且一般采用濃水循環(huán)，使得陰離子交換膜濃水室側(cè)靠近組件出水端的部位，極易發(fā)生結(jié)垢，影響組件的除鹽性能和使用壽命，從而造成產(chǎn)水能力降低的技術(shù)問題。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種電除鹽器組件，包括作為電極一極的中心管和與其同心外殼，外殼上設(shè)有電極的另一極，在中心管和外殼間設(shè)置有交替布置的陰陽離子交換膜，由陰陽膜所分隔而成的電極室、濃水室和淡水室，所述的陰陽離子交換膜相對的兩端封閉，且濃水的進水口與出水口分設(shè)于陰陽離子交換膜開口的兩端。濃水室無需加鹽，其內(nèi)可以填充導離子材料，也可不填充導離子材料；淡水室和濃水室中的水流設(shè)計為錯流形式，即淡水流沿組件軸向方向流動，而濃水則呈徑向螺旋式流動，而且濃水不循環(huán)，在組件出口端與極水一起直接排出，由于濃水和淡水流動方向是錯流設(shè)計，所以減小了Ca++和Mg++離子和濃水室出水段處的氫氧根，碳酸氫根和碳酸根相遇的機會，從而降低了濃水室結(jié)垢的可能性。
作為優(yōu)選，所述的陰陽離子交換膜形成兩端開口的膜袋形狀，膜袋兩端開口之間是直通的，開口方向為沿直徑方向，開口可以呈全開口或設(shè)有若干個間隔的開口。膜袋中間去除了間隔，從而避免或減緩了Ca++、Mg++等易結(jié)垢離子在陰離子交換膜濃水室側(cè)，靠近組件出水端的，呈較強堿性的部位的結(jié)垢，而且濃水走直線，縮短了濃水的流程，在組件出水口與極水一起直接排出，去除了膜袋中的死角問題，從而降低了濃水室的結(jié)垢的可能性。
作為優(yōu)選，所述的中心管為中空的一體的直通管道。中心管可以作為濃水的進水口，也可以作為濃水的出水口。
作為優(yōu)選，所述中心管上設(shè)置有若干個均勻分布的開口，開口與濃水流道單元相連。中心管上設(shè)置的開口數(shù)目和膜袋上的開口相對應(yīng)。
作為優(yōu)選，集水室設(shè)置在外殼一側(cè)，在集水室一端設(shè)置有若干均布的開口，開口與膜袋上相對應(yīng)的開口相連。集水室一端的開口與膜袋上的開口數(shù)目相同，相對位置可以是對齊的，也可以是有交錯的，這樣更利于濃水流動。集水室一側(cè)的開口也可以是濃水的進水口，也可以是出水口。
作為優(yōu)選，以中心管作為濃水進水口，以外殼上集水板附近的開口為濃水出水口。濃水可以從中心管進入，從外殼端口與極水一起流出，而原來的淡水流向不變，濃水和淡水的走向基本呈90°。
因此，本發(fā)明具有避免硬度離子和氫氧根，碳酸氫根和碳酸根離子等離子相遇，縮短濃水流程，消除了膜袋中的濃水流動死角等問題，降低結(jié)垢的可能性，同時，結(jié)構(gòu)也較為簡單，從而提高了產(chǎn)水量和離子交換性能，延長了電除鹽器的使用壽命。


附圖1是本發(fā)明的一種錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件的整體視圖。
附圖2是本發(fā)明的一種錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件的濃淡水膜袋內(nèi)走向示意圖。
附圖3是原有的卷式電除鹽器組件的濃淡水膜袋內(nèi)走向示意圖。
附圖4是本發(fā)明的一種錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件測試流程圖。
附圖4中a.電除鹽器的產(chǎn)水；b.電除鹽器的進水c.濃水排放d.極水排放具體實施事例下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
實施例1如附圖1所示，一種錯流設(shè)計的卷式電除鹽組件以中心濃水管為中心，將離子交換膜卷制成圓柱體狀，交替布置于圓柱形金屬殼體之中，整個裝置呈螺旋卷式結(jié)構(gòu)。所述的離子交換膜分為陰離子交換膜12和陽離子交換膜11，分別構(gòu)成電除鹽組件的濃水室1、淡水室2，極水室3。所述的淡水室2填充有離子交換樹脂，而濃水室1則沒有填充。中心濃水管17兼作電除鹽組件的正極7，而置于其外的金屬殼體作為負極8。二電極又分別與其相鄰近的陰陽離子交換膜構(gòu)成極水室3。
中心管17是中空的一體的直通管，將其作為濃水的進水口，將濃、淡水通道分開的陰陽離子交換膜是將沿中心管軸向方向的兩邊密封，形成一種兩端開口的膜袋形式，一端和中心管17相對，一端和集水室相對，膜袋開口的兩端間也是直通的，膜袋是相對兩端開口，以中心管17作為濃水的進口19，在外殼方向上集水板一側(cè)設(shè)置有濃水出水口20，淡水室2和濃水室1中的水流設(shè)計為錯流形式，淡水水流分別自淡水室2的進水口21流入組件，沿組件的軸向方向流動，自淡水室2的出水口22流出；而濃水水流自中心濃水管流入，分別自均勻分布于濃水管出水槽流出，呈徑向螺旋式流動，二股水流大體呈90°夾角(如附圖2所示)；而且濃水不循環(huán)，在組件出口端與極水一起直接排出。這樣的走向，避免了濃水在原有的三面封閉的膜袋中設(shè)置有分隔條，使?jié)馑呦虺蔝形(如附圖3所示)，從而使硬度離子和氫氧根，碳酸氫根和碳酸根離子等離子在濃水出水端相遇，同時形成濃水流道死角，濃水流道過長，增加濃水流動阻力的問題，降低了結(jié)垢的可能性。
將上述錯流設(shè)計的卷式電除鹽器按附圖4所示的流程進行測試，測試條件為淡水進水電導率為21.9μS/cm，淡水出口流量2.0m3/hr，濃水和極水流量為0.11m3/hr，淡水進水和濃水進水溫度分別為25.6℃和25.8℃，淡水進水pH為6.5，操作電流為6A。
測試結(jié)果為淡水產(chǎn)水電阻率為17.2MΩ.cm，組件電壓為148V，濃水出口電導率為273.5μS/cm，回收率為94.8％。
實施例2發(fā)明的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，測試組件濃水室中使用了可到離子材料作為支撐物，其它如實施例1。測試條件為淡水進水電導率為4.0μS/cm，淡水出口流量2.0m3/hr，濃水和極水流量為0.10m3/hr，淡水進水和濃水進水溫度分別為24.5℃和24.6℃，淡水進水pH為7.0，操作電流為3A。
測試結(jié)果為淡水產(chǎn)水電阻率為18.0MΩ.cm，組件電壓為33V，濃水出口電導率為82.2μS/cm，回收率為95.2％。
權(quán)利要求
1.一種錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，包括作為電極一極的中心管(17)和與其同心外殼(18)，外殼(18)上設(shè)有電極的另一極，在中心管(17)和外殼(18)間設(shè)置有交替布置的陰、陽離子交換膜，由陰、陽離子交換膜所分隔而成的極水室(3)、濃水室(1)和淡水室(2)，其特征在于所述的陰、陽離子交換膜相對的兩端封閉，且濃水的進水口與出水口分設(shè)于陰、陽離子交換膜開口的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于所述的陰陽離子交換膜形成兩端開口的膜袋形狀，膜袋兩端開口之間是直通的，開口方向為沿直徑方向，開口可以呈全開口或設(shè)有若干個間隔的開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于所述的中心管(17)為中空的一體的直通管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于所述中心管(17)上設(shè)置有若干個均勻分布的開口，開口與濃水流道單元相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于集水室設(shè)置在外殼(18)一側(cè)，在集水室一端設(shè)置有若干均布的開口，開口與膜袋上相對應(yīng)的開口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于集水室設(shè)置在外殼(18)一側(cè)，在集水室一端設(shè)置有若干均布的開口，開口與膜袋上相對應(yīng)的開口相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于以中心管作為濃水進水口(19)，以外殼上集水板附近的開口為濃水出水口(20)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的錯流設(shè)計的卷式電除鹽器組件，其特征在于以中心管作為濃水進水口(19)，以外殼上集水板附近的開口為濃水出水口(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種淡水和濃水以錯流方式設(shè)計的，無濃水循環(huán)系統(tǒng)的電除鹽組件。一種電除鹽器組件，包括作為電極一極的中心管和與其同心外殼，外殼上設(shè)有電極的另一極，在中心管和外殼間設(shè)置有交替布置的陰陽離子交換膜，由陰陽膜所分隔而成的電極室、濃水室和淡水室，所述的陰陽離子交換膜相對的兩端封閉，且濃水的進水口與出水口分設(shè)于陰陽離子交換膜開口的兩端。本發(fā)明提供一種淡水室和濃水室中的水流錯流設(shè)計，降低了濃水室結(jié)垢的可能性的電除鹽組件；解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的淡水室和濃水室中的水流一般是同向的或稱并流，極易發(fā)生結(jié)垢，影響組件的除鹽性能和使用壽命，從而造成產(chǎn)水能力降低的技術(shù)問題。
文檔編號B01D61/48GK1824610SQ20051004915
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者李光輝, 巢新民, 李輝 申請人:浙江歐美環(huán)境工程有限公司