[发明专利]电去离子控制系统

说明书

技术领域

本公开大体上涉及通过电去离子(EDI)来对水进行净化，且更具体来说，涉及在一范围内且以水质目标输送水的改进的EDI方法和系统。

背景技术

在1980年代后期首次引入EDI系统之后，EDI快速商业化，这首先是为了在工业过程中产生高纯度水，接着是为了在工业过程(例如，尿素脱盐)中对非离子流进行去离子化，且最近是为了在实验室系统中产生高纯度水。在广泛范围的应用中迅速采用EDI工艺的原因在于，EDI是移除离子污染物以产生高纯度水的最节省成本的水净化工艺之一。

虽然不同EDI系统在1到18MΩcm的水质(WQ)范围上操作，但个别EDI系统不提供可选择的范围或目标水质，也不能够在EDI模块的使用寿命期间维持恒定WQ。相比之下，单级反渗透(RO)水净化系统无法可靠地产生具有高于1MΩ·cm的WQ的水，且WQ时常低于0.1MΩ·cm。

用于在实验室中产生高纯度水的EDI系统应该简单且便宜，同时在受终端用户最小干预或不受终端用户干预的情况下输送高纯度水。此外，这些系统大多数使用自来水作为其供水，而自来水取决于设施的位置和该年的季节而具有广泛浓度范围的各种污染物。所有这些因素导致极大范围的离子污染物存在于水净化系统中，这些离子污染物的形式有溶解盐与弱离子化物质(诸如CO₂、二氧化硅和硼)两者。因此，在实验室中将EDI工艺用于水净化系统是EDI技术的最严格的应用之一，这是因为虽然面临这些挑战，但水净化系统应作为简单的实验室用具而发挥性能。

第5,762,774号美国专利公开了基于法拉第定律来使用适当的DC电流源(可变电流电力供应器)和电流比，且基于EDI模块的离子负载而计算施加到EDI模块以实现“预先指定的等级的去离子化”的电流。所公开的电流比是最小电流或法拉第电流的1到50倍。该文献未指定水质的范围，并且没有记载如何解决延长的空闲时间之后的启动时段。类似地，第6,365,023号美国专利公开了以足够高以确保施加到模块的电流适应实验室系统中所遭遇的大的动态范围的离子负载的电流比来使用恒定电流电力供应器。所要求保护的比是法拉第电流的1到15倍。

第6,391,178号美国专利和第6,726,822号美国专利公开了将DC电力间歇性地施加到EDI模块以获得指定水质范围中的WQ。该文献公开了使用恒定电流电力供应器或恒定电压电力供应器，以通过调整电力供应器开启和关断的时间量来以一水质范围输送水。所描述的优选比例区控制方案将不会如预期般起作用，这是因为取决于电力供应器相对于维持指定水质范围内的WQ所需的电流输送多少电流，该方案将分别下冲或过冲该范围的下限和上限。因此，所公开的控制方案将导致高于或低于指定水质范围的WQ的恒定循环。此外，因为需要供应足够高的电流以适应最高的可能离子负载，所以对于大多数设施来说，在电力供应器开启时的循环的部分期间，施加远高于必要电流的电流，这会增加在EDI模块内缩放的趋势。此外，该文献也未公开用于实现恒定WQ的方法，并且没有记载关于如何解决延长的空闲时间之后的启动时段。

第6,607,668号美国专利公开利用RO预处理的基于EDI的水净化系统，该基于EDI的水净化系统还包括控制系统，该控制系统监视WQ且“计算EDI模块所需要的电压和电流且自动地调整每一个以实现最佳的出水水质”。不清楚调整“每一个”的含义，这是因为无法独立地调整电压和电流。该文献未描述控制系统计算所需要的电压和电流的方法，且也未设置水质的范围，而且没有记载关于如何解决延长的空闲时间之后的启动时段。

第4,954,926号日本专利公开了再使用冷凝水来对燃料电池中的重整器进行馈给的燃料电池系统，对冷凝水进行去离子化的EDI模块和驱动EDI模块的可变电压电源。在该文献中所公开的一个实施例中，监视去离子水的导电率且改变电源的电压以获得高于预定义的阈值的去离子水导电率。另一实施例涉及使用电流计来测量EDI模块的电流，且调整电源的电压以获得高于预先定义的阈值的电流。优选实施例使用由燃料电池自身供应的两个电压电平(12V和24V)而作为可变电压电源，从而避免需要独立电力供应器。关于设置水质的目标和/或范围或关于如何解决延长的空闲时间之后的启动时段，未有提示。