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除碳器的工作原理主要基于气体分压定律和亨利定律。在水中，二氧化碳（CO2）会溶解并形成碳酸（H2CO3）。当水中的pH值降低时，碳酸会分解成二氧化碳和水。在除碳器中，水流从上而下流动，与从下而上流动的空气相遇。由于空气流会将气水界面上的二氧化碳带走，减小了二氧化碳的分压，从而促使水中游离二氧化碳析出并排出。
除碳器内部通常装有填料，如瓷环、蜂窝格纸、鲍尔环或聚丙烯多面空心球，这些填料有助于增加水流与空气的接触面积，进一步促进二氧化碳的析出和排出。
在不同的应用场景中，除碳器的作用也有所不同。例如，在离子交换除盐水处理系统中，使用除碳器可以减轻阴离子交换器的负担，延长其使用寿命，并为阴离子树脂吸附硅酸根创造有利条件。此外，除碳器还可以用于氢氧除碳机，通过电解方式提取水中的氢氧原子，形成氢氧混合气流，并输入发动机燃烧室，利用氢氧催化原理和富氧燃烧原理清除发动机积碳。
除碳器是用鼓风脱气的方式除去水质游离二氧化碳的设备，水自设备上部引入，经喷淋装置，流过填料层表面，空气自下部风口进入逆向穿过填料层。水中的游离二氧化碳迅速解析进入空气中，自顶部排出。在水处理工艺中一般设置在氢离子交换器和反渗透设备的后面，正常配制情况下，经除碳器脱气后，水中残留的二氧化碳不超过5mg/升。
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