一种模块化极间中央导流的多级吸附装置的制作方法

本发明涉及电吸附水处理领域，具体为一种模块化极间中央导流的多级吸附装置。

背景技术：

1、电吸附技术（electrosorption），又称电容去离子技术（cdi），是一种利用电极表面双电层吸附原理去除水中带电离子或极性分子的水处理技术。由于其具有能耗低、无二次污染以及电极可再生等优点，在苦咸水脱盐、工业废水回用以及硬水软化等领域得到了应用。传统的电吸附装置通常采用多组平行设置的板式电极构成吸附通道，原水在流经电极间隙时，水中的离子在电场作用下向电极表面迁移并被吸附。

2、然而，现有的板式电吸附装置在实际应用中仍存在若干技术瓶颈。首先，在流体动力学方面，为了保证较低的流阻，极板间距通常较小且流道平直。这种结构导致流体在极板间主要呈层流状态流动，流道中心区域流速较快且离子浓度较高，而紧贴电极表面的流体流速较慢。这种层流边界层效应限制了流道中心离子向电极表面的迁移速度，导致传质效率受限，特别是在处理大流量或高浓度进水时，中心区域的大部分水体未得到充分净化即流出流道，降低了单次通过的吸附效率。虽然现有技术中通过设置湍流网格来增加流体扰动，但这往往会大幅增加系统的水头损失，且容易造成流道堵塞。

3、其次，在结构制造与电气连接方面，为了提高单台设备的处理量，传统设计倾向于增大单块电极板的面积或增加其长度。大尺寸电极板不仅制造工艺难度大、平整度难以控制，而且在运输和组装过程中容易损坏。一旦电极板局部失效，往往需要更换整块极板，维护成本较高。此外，大尺寸极板通常采用边缘集电方式，电流从极板边缘导入，导致极板中心区域与边缘区域存在明显的电位差，造成吸附不均匀，降低了电极材料的有效利用率。同时，直接暴露在流体中的接线端子长期处于通电及浸泡状态，极易发生电化学腐蚀，影响设备的运行稳定性。

4、此外，电极表面的结垢与污染是限制电吸附装置长期稳定运行的另一主要因素。随着运行时间的累积，电极表面会沉积钙镁垢层或有机污染物，导致吸附能力下降。虽然现有的装置配备了机械刮除机构进行在线清洗，但其传动结构通常采用传统的机械动密封，驱动轴穿过壳体处容易因密封件磨损而发生液体泄漏。而且，现有的刮刷机构多为刚性连接，当遭遇电极表面较硬或较厚的垢层时，缺乏必要的缓冲避让机制，容易导致传动机构卡死，甚至刮伤昂贵的电极涂层，缩短电极的使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种模块化极间中央导流的多级吸附装置，解决了流道中心离子向电极表面的迁移速度慢，导致传质效率受限，特别是在处理大流量或高浓度进水时，中心区域的大部分水体未得到充分净化即流出流道，降低了单次通过的吸附效率的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种模块化极间中央导流的多级吸附装置，包括壳体、直流电源以及设置在所述壳体内部的电极组件，所述电极组件包括相对设置的正极模块和负极模块，所述正极模块和负极模块均由多个模块化电极单元沿纵向拼接组成多级吸附单元，所述正极模块与所述负极模块之间形成吸附腔体，所述吸附腔体中沿水流方向间隔设置有多个中央导流片，所述中央导流片位于所述模块化电极单元的横向连接处，所述壳体上还设置有进水管口和出水管口，所述吸附腔体内沿水流方向间隔设置有多个布水网，所述布水网分别设置于各级所述模块化电极单元的进水前端。

3、优选的，还包括驱动清洗机构，所述驱动清洗机构包括电机、磁力耦合器和转轴，所述电机安装于所述壳体外部的安装板上，所述电机的输出端连接所述磁力耦合器的主动端，所述磁力耦合器的从动端穿过所述壳体与位于壳体内部的所述转轴相连。

4、优选的，所述转轴的端部固定连接有转盘，所述转盘上设置有偏心轴，所述偏心轴上套设有转动架，所述转动架的两端分别连接有连接杆，所述连接杆远离所述转动架的一端连接有用于对电极表面进行清洁的板刷。

5、优选的，所述转动架内开设有滑槽，所述偏心轴外侧套设有限位块，所述限位块滑动配合于所述转动架的滑槽内，用于将所述转盘的旋转运动转化为所述连接杆的往复直线运动。

6、优选的，所述连接杆与所述板刷之间通过连杆连接，所述连杆与所述板刷之间还设置有缓冲组件，所述缓冲组件包括滑杆、限位板和复位弹簧，所述滑杆的一端与所述板刷固定，另一端穿过所述限位板并延伸至所述连杆的空腔内，所述复位弹簧套设于所述连杆空腔内且位于所述滑杆端部与所述空腔底部之间。

7、优选的，所述壳体内壁两侧沿纵向设置有多个导向杆，所述连杆的顶部滑动套设于所述导向杆上，所述板刷的刷毛面分别贴合所述正极模块和负极模块的相对内表面。

8、优选的，相邻的所述模块化电极单元之间通过纵向连接卡槽进行固定连接，所述纵向连接卡槽内部开设有贯通的电源线管路，所述正极模块的正极电源线和所述负极模块的负极电源线穿设于所述电源线管路内，所述正极模块和负极模块的各模块化电极单元在拼接处为凹陷和凸出的相对分布。

9、优选的，所述模块化电极单元之间还通过横向连接头连接，所述横向连接头处形成由于厚度差导致的错层空间，所述中央导流片呈流线型翼状结构，用于将吸附腔体中心处的流体导向两侧的电极表面。

10、优选的，所述布水网为绝缘网格结构，位于所述中央导流片下游的所述布水网用于对经过导流后的流体进行整流，使流体均匀进入下一级所述模块化电极单元。

11、优选的，每个所述模块化电极单元的背部中心均设有独立的接线点，所述正极电源线和所述负极电源线分别通过所述接线点与对应的所述模块化电极单元进行并联或串联连接。

12、本发明提供了一种模块化极间中央导流的多级吸附装置。具备以下有益效果：

13、1、本发明通过在吸附腔体内间隔设置中央导流片和布水网，优化了多级吸附过程中的流体动力学性能。位于模块横向连接处错层空间内的中央导流片，利用其流线型结构将流道中心流速较快且离子浓度较高的流体分流导向两侧，迫使流体冲刷正极模块和负极模块表面，打破了层流边界层对传质的限制，实现了吸附界面流体的强制置换；配合导流片下游的布水网对流体进行二次整流，确保了流体以均匀稳定的流速分布进入下一级吸附单元，从而显著提高了装置整体的离子去除效率和电极利用率。

14、2、本发明采用了磁力耦合传动与缓冲保护相结合的自清洁结构，提高了装置运行的密封性与可靠性。驱动清洗机构通过磁力耦合器实现了外部电机与内部转轴的非接触传动，避免了传统机械动密封结构在长期运行中易发生的液体泄漏问题，实现了电气部件与涉水部件的完全物理隔离；同时，在传动连杆与板刷之间设置的弹簧缓冲组件，能够在清洗过程中遇到顽固结垢或较大摩擦阻力时提供柔性回缩空间，防止传动机构发生刚性卡死或对电极表面造成机械损伤，延长了核心部件的使用寿命。

15、3、本发明利用模块化拼接及内置走线设计，提升了装置的结构稳定性与电气安全性。正极模块和负极模块由多个标准化单元通过纵向连接卡槽拼接而成，且在拼接端面设有方向相反的凹凸配合结构，既防止了正负极模块安装混淆，又增强了电极组件的纵向抗剪切能力；此外，纵向连接卡槽内开设的贯通电源线管路将供电线路密封于绝缘通道内，配合模块背部中心的独立密封接线结构，实现了供电网络与处理水体的物理隔离，有效避免了接线端子的电化学腐蚀和短路故障，便于设备的制造与后期维护。