[發明專利]超級電容器脫鹽設備

無效

• 申請號: 200680047335.2
• 申請日: 2006-12-13
• 公開（公告）號: CN101331088A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 王勝先;衛昶;曹磊;熊日華;蔡巍;杜宇
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 周少杰

技術領域

本發明一般涉及具有帶電粒種(species)的液體的超級電容器脫鹽領域，并且更具體地，涉及具有能量回收轉換器的超級電容器脫鹽設備及其制造方法。

背景技術

地球表面上少于百分之一的水適于在家庭或工業應用中直接消耗。在有限的自然飲用水源的情況下，通常稱作脫鹽的海水的去電離(de-ionization)是產生新鮮水的最經濟的方法。然而，與其他有鹽味的水相比，海水具有相對更高含量的“總溶解固體”(TDS)。如將認識到的，液體中帶電粒種的總量被表達為TDS。典型地，TDS以百萬分之(ppm)表達。在有機或無機的廢液中，除了原始存在的帶電粒種外，TDS可能由作為溶質的水解、分解、絮凝、生物或化學反應的結果而生成的粒種增加。

在廢水處理或脫鹽中，TDS的減少是主要目標之一。對于家庭和/或工業應用，期望將TDS水平降低到特定值。液體(如工業廢水或海水)的去電離可導致較低的TDS水平。去電離可通過采用如離子交換、蒸餾、反滲透(RO)、和電滲析的技術實現。

然而，在這些處理中挑選時，必須考慮到處理的成本，這也包括能耗所涉及的成本。不利地，這些處理消耗大量能量。為了使制造的水對大多數消費者可負擔，期望減少處理中涉及的總能耗，由此使得處理相對花費較小。而且，期望最大化系統對可用能量的使用。例如，在使得饋送液體在并行的導電板(plate)對之間流動的超級電容器脫鹽的情形中，該并行的導電板對維持在相反的極性以創建靜電電荷，期望最大化在水的流動期間導電板處的電荷分離，從而避免重復降低液體中的TDS水平的處理。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種超級電容器脫鹽電池。該電池包括：具有第一導電材料的第一電極，其中第一電極被配置為在電池的充電狀態吸附離子而在電池的放電狀態釋放離子，并且其中第一導電材料包括導電復合材料。而且，該電池包括具有第二導電材料的第二電極，其中第二電極被配置為在電池的充電狀態吸附離子而在電池的放電狀態釋放離子，并且其中第二導電材料包括導電復合材料。而且，該電池包括在第一和第二電極之間布置的絕緣隔離片(insulating?spacer)，其中絕緣隔離片被配置為將第一電極與第二電極電氣隔離。而且，該電池還包括耦合到第一電極的第一集電器以及耦合到第二電極的第二集電器。

根據本發明的另一方面，提供了一種被配置為在充電狀態和放電狀態之間交替的超級電容器脫鹽設備。該設備包括：超級電容器脫鹽電池，被配置為在充電狀態吸附帶電粒種而在放電狀態釋放帶電粒種。而且，能量由電池在充電狀態存儲并且由電池在放電狀態釋放。該設備還包括能量回收(recovery)轉換器，其與電池操作關聯，并且被配置為在電池的放電狀態從電池回收存儲的能量，其中轉換器被配置為傳輸至少一部分回收的能量給柵網(grid)。

根據本發明的另一方面，提供了一種被配置為去電離具有帶電粒種的液體的系統。該系統包括多個疊層(stack)，其中多個疊層的每個包括本技術的多個電池。而且，該系統包括多個轉換器，使得多個轉換器的每個耦合到各自的疊層，并且其中多個轉換器的每個被配置為在放電狀態存儲由各自的疊層釋放的至少一部分能量，并且其中多個轉換器的每個被配置為在充電狀態返回至少一部分存儲的能量到各自的疊層。

附圖說明

當參照附圖閱讀下面的詳細描述時，本發明的這些和其他特征、方面和優點將變得更好地理解，附圖中相同的符號遍及附圖表示相同的部分，附圖中：

圖1是根據本發明的某些實施例、采用具有多個去電離電池的疊層的示例性超級電容器脫鹽管的示意圖；

圖2是圖示電極、絕緣隔離片以及集電器的安排的圖1的疊層的一部分的分解透視圖；

圖3是根據本發明的某些實施例、在充電期間的示例性超級電容器脫鹽電池的透視圖；

圖4是根據本發明的某些實施例、在電池的充電和放電期間在示例性超級電容器脫鹽電池中的能量流的圖示性表示；

圖5是根據本發明的某些實施例的、圓柱形超級電容器脫鹽電池的示例性實施例的透視圖；

圖6是用于具有帶電粒種的液體的去電離的系統的圖示性表示，該系統采用多個疊層和多個能量回收轉換器；

圖7-8是用于具有帶電粒種的液體的去電離的示例性系統的框圖，該系統包括超級電容器脫鹽設備和反滲透單元的組合；

圖9是根據本發明的某些實施例的雙向半橋DC-DC轉換器的示例性拓撲圖；