[发明专利]电去电离垫料和装置

说明书

本发明涉及电去电离装置，更具体地说，涉及用于在直流驱动力的作用下转移液体中的离子以达到液体高度去盐目的的便宜的垫料。

电去电离作用是一种已知的达到含水液体的高水平去盐目的的手段。所述过程涉及诸如离子交换树脂的离子交换材料，离子交换材料处在原始液流中或者处在负离子和正离子交换薄膜之间的垫料构成的离子耗尽室中。需要去盐的含水原始液流在耗尽室中循环。

在许多美国专利中详细地描述了电去电离过程。最近授予的比较重要的专利是：4066375；4203976；4349422；4465673；4632745；4727929；4871431；4925541；4931160；4956071；4969983；5066375；5116509；510416；5203976；5292422；5308466和5316637。这些专利中公开的用于离子耗尽室中的垫料或室(即含有离子交换材料的室)，有各种结构。

美国专利4465573描述了含有以离子交换树脂填充的狭窄的“曲折”流道的垫料。这些流道由从液流进口延伸到出口的多个平行的肋片构成。需要去离子(纯化)的水流通过这些流道。专利的垫料设计很复杂，要求仔细筛选原始液流和浓缩液流的垫料组分，并将有很高的压降。

美国专利4632745；4747929；4925541；4931160和4956071(被授予Millipore公司)描述一种垫料、装置和处理过程，其中原始液流(也称为耗尽或者离子耗尽)室的间隔构造包括原始液流的进口和出口，而分布集流管与进口和中央部分相沟通。分布集流管向中央部分送料。中央部分的厚度与垫料的厚度相同，且由沿中央部分长度方向延伸的多个肋片形成，以构成宽度为由两相邻肋片或肋片与一相邻的垫料的纵向边缘部分之间的距离的分室。在中央部分，还有从集流管延伸至分室进口的指板(finger)。离子交换材料填充此分室、原始溶液和可选地填充浓缩室。

分室相当狭窄，最好在0.5至1.5英寸之间。为确保良好的密封，离子交换膜胶合或焊在原始溶液室垫料上。此设计相当复杂且要求密封在垫料上的很大的薄膜面积。因而，此密封区无法用于离子去除。使用多个平行分室改善了垫料的刚性及离子换树脂的容量；然而，它要求很大的液体分布面积并可能会导致液体分布问题。

美国专利4066375；4203976；5130416；(被授予Ionics公司)涉及垫料设计和向组装的去电离叠层导入或去除离子交换树脂和其他粒子的电去电离装置。此设计要求有第三套相当大开放进口集流管以允许所述树脂和粒子的导入和去除，或要求其他两通道(即进口或出口)之一允许所述粒子的进入和流出。为形成原始液流和浓缩室之间良好的密封，特别是在第三进口集流管处，薄膜必需足够固定且不易于膨胀/褶皱。使用第三套端口引起另一些密封问题和提供给实际去盐操作的有用薄膜面积的减小。

虽然向组装垫料和薄膜而形成的电去电离叠层充入或去除粒子的能力很强，但如果出现薄膜污塞、泄漏或破损问题，还必须拆卸此叠层。另外，没有确保去盐室的适当封装，特别是对大型叠层和涉及多流道时。如果采用毡式或纤维式离子交换材料代替树脂粒，此设计也变得十分繁琐。

美国专利4249422(被授予IP Holding)公开了一种改善了薄膜和垫料间密封的电去电离装置。该装置采取多个碟形稀释和浓缩单元(cell)对。此装置方便了向各个单元充入离子交换树脂。虽然对较早的设计有一些改进，它还是相当复杂。

因而，存在着对改进的电去电离垫料和可以更大地利用离子交换膜且可能使用高性能，即薄形、有更大选择性、低电阻或非加强型薄膜的相关装置的需求，此薄膜也许易于膨胀/褶皱。这些薄膜在中央区被足够地支撑且对原始液流和缩浓室垫料密封。

还存在着对一种确保良好的液流和电流分布且具有对于液流的低的总压降的垫料的需求。垫料也应包含离子交换材料，而在操作延伸期没有过多的树脂粒迁移。

还存在着对构造简单，即可大尺寸构造(总面积超过1平方米)、对树脂粒或毡/布式离子交换材料均可有效利用，且在电去电离装置内易于组装/拆卸的垫料的进一步的需求。

与本发明的一个方面相符合，垫料构造便宜：(a)可在垫料内构成的离子耗尽室内保持离子交换树脂粒，(b)确保垫料室内低压降的均匀液流，(c)可避免树脂的离解和迁移及液体进口和出口被树脂粒堵塞，(d)可获得含水液体或处理液流的相当高的去盐水平。