CN103143188A

CN103143188A - 跨音速物质回收系统

Info

Publication number: CN103143188A
Application number: CN2012100057087A
Authority: CN
Inventors: 陈姿名; 蔡春进; 许荣男; 颜绍仪
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: TW201323057A; CN103143188B; TWI435755B

Abstract

本发明公开一种用以回收一废气内的物质的跨音速物质回收系统，其包括一收集管、一凝聚装置、一回收腔、一流孔板以及一冲击板材。收集管内部具有一第一压力。凝聚装置连结于收集管，用以使废气内的物质粒径增加。回收腔其内部具有一小于第一压力的第二压力。流孔板包括至少一穿孔连结于收集管与回收腔之间。冲击板材设置于回收腔内并面对流孔板。

Description

跨音速物质回收系统

技术领域

本发明涉及一种回收系统，特别是涉及一种使物质持续凝结成长，并使物质加速至跨音速以利其回收的物质回收系统。

背景技术

在半导体、光电及太阳光电制作工艺中，时常产生对环境产生污染的废弃物。举例而言，铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池在制造过程中，未沉积于基板上的贵重金属原料如铟(In)及硒(Se)为带有剧毒且高价的物质。请参见图1，图1显示传统技术中处理一废弃物1的示意方块图。铜铟镓硒太阳能电池制作工艺中通常针对废弃物1以水洗2的技术进行处理，并将废水排放入环境3当中。然而，此方式将对环境产生了污染，且造成贵重原料的浪费。

为了改善上述缺点，在另一种制作工艺中即以冷凝4的方式取代水洗2，以拦截废弃物1当中的有价物质(例如：Se)，并通过高效滤网5(HighEfficiency Particulate Air，HEPA)对废弃物1进一步进行过滤。此方法虽然可减少环境的污染，并将废弃物1中的有价物质加以回收再利用，但通过冷凝的方式而回收的有价元素的效率较低且管线须时常清理。另一方面，冷凝过程中产生的大量的纳米微粒，也会提高高效滤网5的更换频率并使得生产成本提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供用以回收一废气内的物质的跨音速物质回收系统，其利用核凝成长、热胶结、气胶热泳以及绝热膨胀原理使废气中的物质的微粒凝结成长，以提升废弃物中有价物质的回收效率，以降低生产成本并减少污染。本发明可改善冷凝方法中管路堵塞的状况，以提高制作工艺效率。

为达上述目的，本发明提供一种用以回收一废气内的物质的跨音速物质回收系统，包括一收集管、一凝聚装置、一回收腔、一流孔板以及一冲击板材。收集管内部具有一第一压力。凝聚装置连结于收集管，用以使废气内的物质粒径增加。回收腔其内部具有一小于第一压力的第二压力。流孔板包括至少一穿孔连结于收集管与回收腔之间。冲击板材设置于回收腔内并面对流孔板。

在上述实施例中，凝聚装置包括一前段温度控制装置及一扰流装置。前段温度控制装置包覆于收集管的外壁面，且扰流装置设置于收集管内部，用以使废气产生紊流以增加废气中物质的碰撞，而使物质粒径增加。

在上述实施例中，收集管包括一废气入口及一感测装置，废气自废气入口进入收集管，而感测装置则设置于收集管上，用以监测废气的压力与温度。

在上述实施例中，跨音速物质回收系统还包括一后段温度控制装置、一加热器及一容器。后段温度控制装置包覆于回收腔。加热器连结于冲击板材，用以控制冲击板材的温度。容器连结于回收腔，用以容纳回收后的物质。

在上述实施例中，回收腔包括一感测装置，感测装置则设置于回收腔上，用以监测废气的压力与温度。

在上述实施例中，冲击板材至流孔板之间的距离是可变动的，且冲击板材包括一凹槽，自冲击板材的实质中心向下延伸至冲击板材的边缘。流孔板至冲击板材的距离介于2～5.5毫米之间，且流孔板至冲击板材的距离为可调整。

在上述实施例中，跨音速物质回收系统还包括一泵及一过滤装置，泵连结于过滤装置及回收腔之后，用以抽取回收腔内的空气，以产生一小于第一压力的第二压力，其中第一压力可为一大气压力，且第一压力为第二压力的2-5倍或更大。

通过本发明的跨音速物质回收系统，一废气中的物质将于其中持续凝结成长，使得物质冲撞冲击板材时的惯性增加，以增加物质回收的效率。

附图说明

图1为传统技术处理一废弃物的示意方块图本发明的实施例的显示装置的剖面图；

图2为本发明的实施例的跨音速物质回收系统用于处理一废弃物的示意方块图；

图3为本发明的实施例的跨音速物质回收系统的剖面示意图；

图4为本发明的实施例的扰流装置的剖面图；

图5为本发明的实施例的流孔板的示意图；

图6为本发明的实施例的冲击板材的示意图；

图7为废气内的物质的粒径大小于各阶段的分布图；以及

图8为废气通过流孔板前、后的物理特性变化图。

主要元件符号说明

1～废气

2～水洗

3～环境

4～冷凝

5～高效滤网

10～跨音速物质回收系统

100～收集区

110～收集管

111～本体

111a～外壁面

113～废气入口

115～感测装置

130～凝聚装置

131～前段温度控制装置

133～扰流装置

135～流道

150～流孔板

151～穿孔

200～回收区

210～回收腔

211～感测装置

220～连结件

230～冲击板

231～冲击板材

233～基座

235～加热器

237～凹槽

240～后段温度控制装置

250～容器

251～开关

300～过滤装置

400～泵

R～孔径

L～距离

P1～第一压力

P2～第二压力

W1-W3～物质

具体实施方式

兹配合附图说明较佳实施例。

请参见图2，图2显示本发明的实施例的跨音速物质回收系统10用于处理一废弃物1的示意方块图。本发明的跨音速物质回收系统10可针对一废弃物1进行处理，减少其对环境所产生的污染，并加以回收废弃物1内的物质。在一具体实施例当中，跨音速物质回收系统10用于处理铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池硒化制作工艺中所产生的废弃物1，此类废弃物1为一废气，其中包括欲回收的有价物质(例如：硒(Se))及其他普通物质。以下说明中将以废气1取代废弃物。

请参照图3，图3显示本发明的实施例的跨音速物质回收系统10的剖面示意图。在此实施例中，跨音速物质回收系统10包括一收集区100、一回收区200、一过滤装置300及一泵400。收集区100包括一收集管110、一凝聚装置130及一流孔板150。收集管110包括一本体111、一废气入口113及一感测装置115。废气入口113连结于本体111位于收集管110前端，用以搜集来自铜铟镓硒太阳能电池硒化制作工艺所产生废气1。感测装置115用以监测通过废气1的压力与温度。收集管110内部具有一第一压力P1。在此实施例中，第一压力P1为一大气压力。

凝聚装置130包括一前段温度控制装置131及扰流装置133。前段温度控制装置131包覆于本体111的外壁面111a，用以针对本体111的管壁进行加温。扰流装置133设置于本体111内部，用以使废气1于收集管111的本体111内产生紊流以增加废气1内的物质的碰撞，而使废气1内的物质粒径增加。在一具体实施例中，如图4所示般，扰流装置133中包括多个流道135，其中流道135具有弯折。废气1进入扰流装置133后于流道135内流动。关于凝聚装置130所产生的功效将于后方说明。

相对于废气入口113的相反侧，流孔板150连结于收集管111的本体111的内壁面。如图5所示般，流孔板150包括单个或多个穿孔151，每一穿孔的排列方式不受图5的限制，每一穿孔151分别具有一孔径R。在一具体实施例中，孔径R为0.4毫米，但并不限制于此。孔径R的尺寸，端视收集区100与回收区200两者间的压力差、穿孔151的数目、废气1进入收集管110的初速或流孔板150与冲击板材231的距离L所决定，其中距离L为可调整。

请参照图3。回收区200包括一回收腔210、一连结件220、一冲击板230、一后段温度控制装置240及一容器250。回收腔210为一中空壳体，通过连结件220连结于收集管110设置流孔板150的一侧，其中连结件220可为螺牙与螺纹的结合，但并不限至于此。回收腔210上有至少一感测装置211，用以监测废气进入回收腔210时的压力与温度。冲击板230包括一冲击板材231、一基座233及一加热器235。基座233包括一可改变长度的不锈钢柱，设置于回收腔210内，用以支撑冲击板材231。冲击板材231面对流孔板150设置于回收腔210内，其中流孔板150面对冲击板材231的表面与冲击板材231之间相隔一距离L。在一具体实施例中，距离L为2～5.5毫米。值得注意的是，通过连结件220的调整或通过基座233的调整，流孔板150与板材231之间的距离L是可变动的。

冲击板材231为一平板，一凹槽237(图6)自冲击板材231的实质中心向下延伸至冲击板材231的边缘。加热器235连结于冲击板材231，用以控制冲击板材231的温度。后段温度控制装置240，包覆于回收腔210，用以维持回收腔210内的温度。容器250相对冲击板230的冲击板材231的下方连结于回收腔210，其中容器250包括一开关251设置于容器250与回收腔210之间，其作用将于后方说明。

过滤装置300设置于冲击板230面向流孔板150的相反侧，并连结于回收腔210。在一具体实施例中，过滤装置300包括一高效滤网5(HighEfficiency Particulate Air，HEPA，图2)。泵400连结于过滤装置300，用以抽取回收腔210内的气体，使回收腔210内具有一第二压力P2。其中第二压力P2小于收集管110的第一压力P1。整体观之，过滤装置300设置于回收腔210与泵400之间，但并不限至于此，也可将泵400设置于过滤装置300与回收腔210之间。

本发明的实施例的跨音速物质回收系统10的作动方式概略性的可分为二阶段。第一阶段发生于收集区100内，第二阶段发生于回收区200内。废气1进入收集区100的收集管110后，由于回收腔210的第二压力P2小于收集管110的第一压力P1，废气1自收集管110流向回收腔210。受前段温度控制装置131影响，收集管110中的废气1内的物质将以气胶态流动于其中。此时，根据热泳原理(Thermophoresis)，废气1内的物质将自收集管110的管壁向收集管110的实质中央移动，并彼此凝聚。如此一来，废气1内的物质将不致沉积于收集管110的管壁上。另一方面，当废气1内的物质流动于扰流装置133的流道135内时，因扰流的影响增加废气1内的物质彼此碰撞。于是，废气1内的物质的尺寸将沿着废气1的流动方向逐渐增大。

请同时参照图3及图7。如图7所示般，进入收集管110前废气1内的物质W1的平均粒径大小约为185纳米，经过收集管110后废气1内的物质W2的平均粒径大小约为300纳米。

接着，废气1经由流孔板150的穿孔151进入回收腔210内。由于穿孔151的孔径较收集管110的本体111的管径小，且由于第一压力P1大于第二压力P2，废气1通过流孔板150后，废气1的流速将增加至跨音速(0.8-1.2马赫数)，如图8所示。此时，以跨音速的速度进入回收腔210的废气1为一可压缩流，又受回收腔210内部环境的影响，废气1因绝热膨胀(Adiabaticexpansion)温度降低至250°K左右，如图8所示。在此状态下，废气1内的物质的粒径再次增加。当废气1冲向冲击板材231时，废气1内的物质因惯性而撞击于冲击板材231上。废气1内的物质通过重力以及冲击板材231上的凹槽237(图6)的导引而落入容器250内。另一方面，废气1通过冲击板材231后继续朝冲击板230后方流动。如图8所示般由于废气1内欲回收的物质W3已几近排除，通过过滤装置300过滤去除废气1内残余的粒状污染物后，即可，即可排入环境中，不致产生污染。

本实施例的跨音速物质回收系统10还具有以下功效：由于废气1到达冲击板230前持续的进行凝结成长，粒径及重量皆不断增加，导致废气1内的物质的惯性增加。故，当废气1内的物质撞击板材231时，更多废气1内的物质将沉积于其上，以提高有价物质回收的效率。又，通过设置于收集管110的感测装置115以及设置于回收腔210的感测装置211针对废气1的温度以及压力进行监测，一后方系统(未附图)可针对其结果加以分析，以调整流孔板150与撞击板材231之间的距离L，使有价物质回收效率最佳化。另外，当废气1内的物质冲击于冲击板材231时，由于加热器235对冲击板材231进行加热，使附着于冲击板材231上的物质处于液相状态更容易流动而落入容器250中。另一方面，当容器250装满物质时，可暂时关闭开关251，以针对容器250进行更换。

本发明的跨音速物质回收系统在收集区中利用热胶结及热泳原理使废弃物中的物质凝结成长为纳米级微粒，并利用压力差使废气以跨音速通过流孔板。接着，在回收区中利用绝热膨胀的影响，使气体降温，使物质产生核化作用进而再次成长为次微米或微米级的微粒，并利用惯性冲击作用使物质沉积在经过加热的冲击板材上，达到物质回收的目的，回收率达91％以上。经本发明的跨音速物质回收系统后的废弃物中的高价有毒物质将大幅减少。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种跨音速物质回收系统，用以回收一废气内的物质，其中该物质回收系统包括：

收集管，其内部具有第一压力；

凝聚装置，连结于该收集管，用以凝聚该废气内的物质，使其粒径增加；

回收腔，其内部具有第二压力，其中该第二压力小于该第一压力；

流孔板，包括至少一穿孔连结于该收集管与该回收腔之间；以及

冲击板材，设置于该回收腔内，并面对该流孔板。

2.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该凝聚装置包括一前段温度控制装置，其包覆于该收集管的外壁面。

3.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该凝聚装置包括一扰流装置，其设置于该收集管内部，用以产生紊流以增加废气内的物质的碰撞，而使废气内的物质粒径增加。

4.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该收集管包括废气入口及感测装置，该废气自该废气入口进入该收集管，且该感测装置设置于该收集管上，用以监测该废气的压力与温度。

5.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，还包括一后段温度控制装置，其包覆于该回收腔。

6.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该冲击板材至该流孔板之间的距离是可变动的。

7.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该冲击板材包括凹槽，其自该冲击板材的实质中心向下延伸至该冲击板材的边缘。

8.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，还包括容器，其连结于该回收腔。

9.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，还包括加热器，其连结于该冲击板材，用以控制该冲击板材的温度。

10.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该流孔板至该冲击板材的距离介于2～5.5毫米之间，其中该冲击板材至该流孔板之间的距离是可变动的。

11.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中回收腔上包含有一感测装置，其用以监测该腔体内的压力与温度。

12.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，还包括泵及过滤装置，该泵连结于过滤装置及该回收腔之间。

13.如权利要求1所述的跨音速物质回收系统，其中该第一压力为该第二压力的2-5倍或更大。

14.如权利要求12所述的跨音速物质回收系统，其中该第一压力为一大气压力。