[发明专利]电化学脱盐系统和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及脱盐技术领域，并且更具体地涉及电化学脱盐系统和控制该系统的方法。

背景技术

一个类型的电化学脱盐系统在电解质溶液中利用至少一对电极。该电化学脱盐系统包括多个连续操作循环，并且每个操作循环包括充电操作模式和放电操作模式。在电化学脱盐系统的充电操作模式中，由外部电力供应对电极对相反地充电以在电极对之间形成电场。电解质溶液中的离子由电场朝带相反电荷的电极驱动并且吸附在电极的表面上。因此，电极对形成电容器，其在充电操作模式期间存储电能。在充电操作模式期间，电解质溶液中离子的浓度随时间降低，并且因此从电化学脱盐系统退出的电解质溶液是与馈送进入电化学脱盐系统的电解质溶液相比具有减少的离子的稀释水。在放电操作模式期间，释放存储在电容器(电极)中的电能，并且离子从电极对的表面解吸而进入电解质溶液。因此，在放电操作模式期间从电化学脱盐系统退出的电解质溶液是与馈送溶液相比具有更高的离子浓度的浓缩水。这样的电化学脱盐装置也称为“超级电容器脱盐系统(SCD)”。

在放电操作模式期间使电极对放电的常规的方法包括：在电极对之间形成短路，或使电极对与公用设施(utility)连接来消耗由电极对释放的电能，或使电极对的极性反转来释放存储在电极对中的电能。在SCD系统自身中，这些常规的方法中没有一个直接使用在放电操作模式期间释放的电能。因此，具有不同于那些系统或当前可用的的系统的SCD系统并且直接使用在放电过程期间释放的电能可以是可取的。具有用于控制不同于当前可用的系统的SCD系统的操作的方法也可以是可取的。

发明内容

根据一个实施例，提供电化学系统。电化学脱盐系统包括第一和第二电化学装置以及控制器。该第一和第二电化学装置每个包括电化学脱盐模块，其包括至少一对电极以及每对电极之间的用于收容电解质溶液的隔间。该第一和第二电化学脱盐装置的每个包括多个连续操作循环。每个循环包括：充电操作模式，用于对每对电极充电并且用于使电解质溶液中的离子吸附在电极上；和放电操作模式，用于使该电极对放电并且用于使离子从电极对解吸。控制器配置成控制系统使得第一和第二电化学脱盐装置具有交错的充电和放电操作模式。第一和第二电化学脱盐装置中的一个处于放电模式并且至少一对电极释放电流，而第一和第二电化学脱盐装置中的另一个处于充电操作模式并且接收从第一和第二电化学脱盐装置中的所述一个释放的电流。

根据一个实施例，提供电化学脱盐方法。该方法包括采用充电操作模式操作第一电化学脱盐装置。该充电操作模式包括：使该第一电化学脱盐装置的至少一对电极极性相反地充电；使电解质溶液经过该第一电化学脱盐装置的每对电极之间的隔间；使电解质溶液中的离子吸附在至少一对电极上；并且使稀释溶液从该第一电化学脱盐装置退出。电化学脱盐方法包括采用放电操作模式操作该第一电化学脱盐装置，其包括：使存储在该第一电化学脱盐装置的至少一对电极中的电能释放到第二电化学脱盐装置，并且使用由该第一电化学脱盐装置的至少一对电极释放的电能对该第二电化学脱盐装置的至少一对电极充电；以及使积累在该第一电化学脱盐装置的至少一对电极上的离子解吸而进入隔间中的电解质溶液中。

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中类似的符号代表整个图中类似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的包括第一和第二电化学脱盐装置的电化学脱盐系统的示范性示意图。

图2图示对于图1的第一电化学脱盐装置在一个操作循环内的示范性充电和放电电流图。

图3图示对于图1的第一电化学脱盐装置在操作循环内的示范性充电和放电电压图。

图4图示对于图1的第二电化学脱盐装置在一个操作循环内的示范性充电和放电电流图。

图5图示对于图1的第二电化学脱盐装置在操作循环内的示范性充电和放电电压图。

图6是第一电化学脱盐装置的放电操作模式期间的方法的示范性过程图。

图7和8图示根据本发明的一个实施例的图1的第一电化学脱盐装置分别在充电操作模式和放电操作模式期间的示范性电化学脱盐单元。

图9是根据本发明的另一个实施例的电化学脱盐单元的横截面图。

图10图示根据本发明的另一个实施例的电化学脱盐系统。

具体实施方式