CN111921332B - 吸附装置及吸附方法 - Google Patents
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Abstract
一种吸附装置，包含一进气单元、一排气单元及至少二吸附组件。进气单元用以提供一高于一大气压力的混合气体，排气单元用以提供一低于一大气压力的抽气环境。其中一吸附组件连接另一吸附组件，且各吸附组件连接进气单元及排气单元，并各包含压力切换单元及中空纤维吸附单元，中空纤维吸附单元包含至少一管状的中空纤维吸附材，其中，当各吸附组件于高操作压力时，对混合气体进行吸附，当于低操作压力时，各吸附组件进行脱附再生。通过各压力切换单元控制各吸附组件切换吸附或脱附再生的操作，藉此达到低耗能且连续产出产品气体的功效。
Description
技术领域
本发明是有关于一种吸附装置及吸附方法，且特别是有关于一种利用中空纤维(hollow fiber)做为吸附材料的吸附装置及吸附方法。
背景技术
在传统产业及高科技制程对于高纯度气体的品质要求极为严格，为达此高纯度气体品质要求，于工程系统中需配置许多相关过滤、洁净及纯化设备，以获得高品质洁净的高纯度气体。
然而，传统的气体纯化的处理手段，操作过程繁琐，操作成本高，能源消耗高，且操作过程中需要高压(7kg/cm2～15kg/cm2)及10％-30％的产品气体消耗。综合上述，解决高纯度气体纯化过程中所造成的气体损耗及能源转换效率，即可减少能源使用上的消耗。因此，如何降低纯化气体过程中不必要的能源损耗，遂成相关业者共同努力目标。
发明内容
本发明提供一种吸附装置及吸附方法，利用中空纤维吸附单元内的中空纤维吸附材的高质传、高吸附及高脱附回复性的特性，达成低操作压力及低耗能的功效，藉由压力变化对目标气体进行吸附与脱附，并连续产生高纯度的产品气体。
依据本发明的一实施方式提供一种吸附装置，其包含一进气单元、一排气单元及至少二吸附组件。进气单元用以提供高于一大气压力的混合气体，排气单元用以提供低于一大气压力的抽气环境。其中一吸附组件连接另一吸附组件，且各吸附组件连接进气单元及排气单元，各吸附组件包含压力切换单元及中空纤维吸附单元。压力切换单元用以控制各吸附组件的操作压力，其操作压力为高操作压力或低操作压力，其中高操作压力由进气单元提供，并令各吸附组件进行进气动作，低操作压力由排气单元提供，并令各吸附组件进行排气动作。中空纤维吸附单元连接压力切换单元，并包含至少一中空纤维吸附材，其为管状结构，且于高操作压力时，对混合气体进行吸附并产生产品气体，于低操作压力时，各中空纤维吸附材进行脱附再生。
根据前述实施方式的吸附装置，其中当混合气体通过其中一吸附组件，并于高操作压力下对混合气体进行吸附，并产生产品气体，而另一吸附组件于低操作压力下进行脱附再生，并产生已吸附气体，且已吸附气体自排气单元排出。
根据前述实施方式的吸附装置，其中当一吸附组件达一预设吸附值时，另一吸附组件的压力切换单元将另一吸附组件由低操作压力切换至高操作压力，并与其中一吸附组件皆保持于高操作压力，并于一过渡时间值后，达预设吸附值的其中一吸附组件的压力切换单元，将高操作压力切换至低操作压力。
根据前述实施方式的吸附装置，其中高操作压力可为大于1atm；低操作压力可为低于-300mmHg。
根据前述实施方式的吸附装置，可更包含一产品气出口，其连接各吸附组件，并供产品气体排出。
根据前述实施方式的吸附装置，可更包含流量控制阀，其设置于一吸附组件与另一吸附组件之间，其中，自高操作压力下的其中一吸附组件排出的产品气体，经由流量控制阀分流，产生一冲提气，并进入另一吸附组件，以进行再生冲提。
根据前述实施方式的吸附装置，可更包含加热元件，其设置于一吸附组件与另一吸附组件之间，并用以加热冲提气。
根据前述实施方式的吸附装置，可更包含多个气流逆止元件，其分别设置于其中一吸附组件与另一吸附组件之间。
根据前述实施方式的吸附装置，其中气体通过各吸附组件时，其流向可垂直或平行于各中空纤维吸附材的轴向。
根据前述实施方式的吸附装置，其中吸附装置的摆置可为水平、垂直或与一水平面间具有一角度。
根据前述实施方式的吸附装置，其中各吸附组件中，中空纤维吸附材可包含至少一孔道，且孔道的开口的直径为50um～4000um。
根据前述实施方式的吸附装置，其中各中空纤维吸附材的直径为D1，各中空纤维吸附材的孔道的开口的直径为d1，其可满足下列条件：1<D1/d1<100。
依据本发明的一实施方式提供一种吸附方法，其提供至少二吸附组件，且包含第一吸附步骤、第二吸附步骤以及脱附步骤。第一吸附步骤系将混合气体导入一吸附组件，提供吸附组件高操作压力，并产生产品气体。第二吸附步骤系当第一吸附步骤经过一预设时间值后，将混合气体导入另一吸附组件，提供另一吸附组件高操作压力时，另一吸附组件与吸附组件皆保持在高操作压力，并产生产品气体。脱附步骤系当第二吸附步骤进行一过渡时间值后，将吸附组件由高操作压力切换至低操作压力，并导入一冲提气，冲提气通过吸附组件，以令吸附组件脱附再生，并排出已吸附气体。当经过预设时间值后，将吸附组件由低操作压力切换至高操作压力，以令吸附组件对混合气体进行吸附。
根据前述实施方式的吸附方法，其中各吸附组件可包含至少一中空纤维吸附材，其呈管状结构。
根据前述实施方式的吸附方法，其中冲提气可系由产品气体经分流而产生。
本发明提供一种吸附装置，包含进气单元、排气单元以及至少二吸附组件。进气单元用以提供混合气体，各吸附组件连接进气单元及排气单元并包含第一切换单元及中空纤维吸附单元。第一切换单元用以启闭各吸附组件与进气单元及排气单元的连通。中空纤维吸附单元连接第一切换单元并包含至少一中空纤维吸附材，其为管状结构。当进气单元与各吸附组件连通时，各吸附组件对混合气体进行吸附；当排气单元与各吸附组件连通时，各吸附组件进行脱附再生。
根据前述实施方式的吸附装置，其中当进气单元与一吸附组件连通，并令混合气体经过一吸附组件，吸附组件对混合气体进行吸附，并产生产品气体。另一吸附组件与排气单元连通并进行脱附再生，以产生已吸附气体。
根据前述实施方式的吸附装置，其中当一吸附组件达一预设吸附值时，另一吸附组件的第一切换单元开启另一吸附组件与进气单元的连通，并于一过渡时间值后，吸附组件的第一切换单元关闭吸附组件与进气单元的连通，并开启吸附组件与排气单元的连通。
根据前述实施方式的吸附装置，可更包含产品气出口，其连接各吸附组件，并供产品气体排出，并包含抽气装置，抽气装置用以令混合气体通过各吸附组件，并用以抽引产品气体排出于各吸附组件。
根据前述实施方式的吸附装置，其中各吸附组件可更包含第二切换单元，其连接各中空纤维吸附单元，并用以提供各吸附组件一冲提气，以令各吸附组件进行脱附再生。
根据前述实施方式的吸附装置，其中气体通过各吸附组件时，其流向可垂直或平行于各中空纤维吸附材的轴向。
根据前述实施方式的吸附装置，其中吸附装置摆置可为水平、垂直或与一水平面间具有一角度。
根据前述实施方式的吸附装置，其中各吸附组件中，中空纤维吸附材可包含至少一孔道，且孔道的开口的直径为50um～4000um。
根据前述实施方式的吸附装置，其中各中空纤维吸附材的直径为D1，各中空纤维吸附材的孔道的开口的直径为d1，其可满足下列条件：1<D1/d1<100。
附图说明
图1绘示依照本发明一实施例的吸附装置的示意图；
图2绘示依照图1实施例的吸附装置的吸附曲线图；
图3绘示依照本发明另一实施例的吸附装置的示意图；
图4绘示依照图1实施例的第一中空纤维吸附材的气流示意图；
图5A绘示依照图1实施例的第一中空纤维吸附材的放大透视图；
图5B绘示依照图5A实施例的第一中空纤维吸附材的截面示意图；
图6A绘示依照本发明另一实施例的第一中空纤维吸附材的放大透视图；
图6B绘示依照图6A实施例的第一中空纤维吸附材的截面示意图；
图7绘示依照图1实施例的吸附装置的摆设示意图；
图8绘示依照图1实施例的吸附装置的另一摆设示意图；
图9绘示依照图1实施例的吸附装置的再一摆设示意图；
图10绘示依照本发明又一实施例的吸附方法的流程图；以及
图11绘示依照本发明再一实施例的吸附装置的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100、200、300：吸附装置 140、240、340：排气单元
110、210、310： 141、241、341：排放口
第一吸附组件 150、250、350：
111、211： 产品气出口
第一压力切换单元 351：抽气装置
311、321：第一切换单元 151：第一分歧点
112、212、312： 152：第二分歧点
第一中空纤维吸附单元 160、260：流量控制阀
113、123、313、323： 181、182：气流逆止元件
第一开口端 290：加热元件
114、124、314、324： 400：第一吸附步骤
第二开口端 500：第二吸附步骤
115、115a、215、315： 600：脱附步骤
第一中空纤维吸附材 t1：预设时间值
116、116a：孔道 t2：过渡时间值
117、117a：开口 α：角度
120、220、320： G：混合气体
第二吸附组件 P：产品气体
121、221：第二压力切换单元 A：已吸附气体
122、222、322： E：冲提气
第二中空纤维吸附单元 H：水平面
125、225、325： F1：平行方向
第二中空纤维吸附材 F2：垂直方向
316、326：第二切换单元 D1：第一中空纤维吸附材的直径
130、230、330：进气单元 d1：开口直径
T1、T2、T3、T4：时段
具体实施方式
以下将参照图式说明本发明的实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，阅读者应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示；并且重复的元件将可能使用相同的编号或类似的编号表示。
请参阅图1，图1绘示依照本发明一实施例的吸附装置100的示意图。由图1实施例可知，吸附装置100包含一进气单元130、一排气单元140、至少二吸附组件，在本实施例中，吸附装置100包含二吸附组件，其分别为第一吸附组件110及第二吸附组件120，但本发明不以此为限。进气单元130用以提供一高于一大气压力的混合气体G，排气单元140用以提供低于一大气压力的抽气环境。第一吸附组件110连接第二吸附组件120，且第一吸附组件110及第二吸附组件120皆连接进气单元130及排气单元140。
第一吸附组件110包含第一压力切换单元111及第一中空纤维吸附单元112，第二吸附组件120包含第二压力切换单元121及第二中空纤维吸附单元122。第一压力切换单元111用以控制第一吸附组件110的操作压力，第二压力切换单元121用以控制第二吸附组件120的操作压力，操作压力为一高操作压力或一低操作压力，其中，高操作压力由进气单元130提供，并令第一吸附组件110及第二吸附组件120进行进气动作；而低操作压力由排气单元140提供，并令第一吸附组件110及第二吸附组件120进行排气动作。
第一中空纤维吸附单元112及第二中空纤维吸附单元122各自连接第一压力切换单元111及第二压力切换单元121，且第一中空纤维吸附单元112包含至少一第一中空纤维吸附材115，第二中空纤维吸附单元122包含至少一第二中空纤维吸附材125，其中，第一中空纤维吸附材115及第二中空纤维吸附材125皆为管状结构，且于高操作压力时对混合气体G进行吸附，于低操作压力时，第一中空纤维吸附材115及第二中空纤维吸附材125进行脱附再生。
藉由上述配置，吸附装置100可通过切换第一压力切换单元111及第二压力切换单元121的操作压力，以令第一吸附组件110及第二吸附组件120分别且同时进行吸附或脱附再生，且不断交替循环，举例来说，当第一吸附组件110进行吸附时，第二吸附组件120可同时进行脱附再生，并可交替循环进行吸附与脱附再生。藉此，可令吸附装置100连续且不间断地产生纯化气体，且通过管状型的第一中空纤维吸附材115及第二中空纤维吸附材125的设置，可降低吸附装置100的耗能及提升吸附装置100纯化气体的产能。
在此要特别说明的是，本实施例以吸附水分子为例，但依不同的操作需求，本发明可搭配不同的中空纤维吸附材的特性，因应吸附不同的目标气体，但本发明不以此为限，并请参照图1中箭头所示的气流方向，箭头所示定义为一顺向操作，图1实施例亦可逆向操作，其逆向操作的箭头所示的气流方向则与其顺向操作的方向对称相反，下面将以顺向操作详述之。
详细而言，进气单元130可为一气体压缩机，一含水气的气体(图未绘示)经由进气单元130压缩而形成一高于一大气压力的混合气体G，混合气体G被输送至第一压力切换单元111，第一压力切换单元111控制混合气体G进入第一中空纤维吸附单元112，其中，第一压力切换单元111可为一电磁阀，但不以此为限。
混合气体G通过第一吸附组件110，以令第一吸附组件110升高至高操作压力，第一吸附组件110于高操作压力下对混合气体G进行吸附并产生产品气体P。更仔细地说，混合气体G由第一吸附组件110的第一开口端113朝第二开口端114经过第一中空纤维吸附单元112，且由管状的第一中空纤维吸附材115对混合气体G中的水分子进行吸附，并形成无水气且干燥的产品气体P，产品气体P自第二开口端114离开第一中空纤维吸附单元112。
吸附装置100可更包含一产品气出口150，其连接第一吸附组件110及第二吸附组件120，并供产品气体P直接排出，或排入储气装置(如桶槽，图未绘示)。吸附装置100可更包含一流量控制阀160，其设置于第一吸附组件110与第二吸附组件120之间，其中，自高操作压力下的第一吸附组件110排出的产品气体P，经由流量控制阀160分流，产生一冲提气E，并进入第二吸附组件120，以使第二吸附组件120进行再生冲提。更详细地说，产品气体P自第二开口端114离开第一中空纤维吸附单元112后，一部分的产品气体P自第一分歧点151分流至产品气出口150排出，另一部份的产品气体P经由流量控制阀160分流，并经过第二分歧点152进入第二吸附组件120。具体而言，流量控制阀160可控制冲提气E为产品气体P的3％～7％，藉此有效降低产品气体P的消耗。
当混合气体G通过第一吸附组件110，并在高操作压力下对混合气体G进行吸附的同时，第二吸附组件120于低操作压力下进行脱附再生，并产生一已吸附气体A，已吸附气体A自排气单元140排出。具体而言，第二中空纤维吸附单元122中的第二中空纤维吸附材125已吸附水分子，并达一预设吸附值，冲提气E经流量控制阀160，自第二中空纤维吸附单元122的第二开口端124朝第一开口端123通过，并带走第二中空纤维吸附材125中已吸附的水分子，并于低操作压力下，使第二吸附组件120进行脱附再生。值得一提的是，冲提气E由第二开口端124朝第一开口端123冲提第二中空纤维吸附单元122，其优点是冲提气E的气流流向与进行吸附时混合气体G的流向相反，藉此可避免带水气的已吸附气体A重复污染第二中空纤维吸附单元122中未吸附的区块。
另外，排气单元140可为一真空泵，但本发明并不以此为限，并施以一真空力，以提供一低于一大气压力的抽气环境。第二压力切换单元121控制排气单元140对第二中空纤维吸附单元122施以真空力，第二中空纤维吸附单元122内的已吸附气体A经过第二压力切换单元121，受排气单元140的真空力抽引，而排出至排放口141。
上述的高操作压力可为大于1atm，而低操作压力可为低于-300mmHg，但本发明不以此为限。
由上述说明可知，当第一吸附组件110于高操作压力下对混合气体G进行吸附时，第二吸附组件120于低操作压力下进行脱附再生。当第一吸附组件110进行吸附并达预设吸附值后，第二吸附组件120的第二压力切换单元121，将第二吸附组件120由低操作压力切换至高操作压力，与第一吸附组件110皆保持高操作压力，并于一过渡时间值后，第一吸附组件110的第一压力切换单元111，将高操作压力切换至低操作压力。
另外，上述的预设吸附值可依吸附装置100的操作需求调整，且预设吸附值可为一接近第一吸附组件110的吸附饱和或已达吸附饱和的值。
具体来说，当第一中空纤维吸附单元112达预设吸附值时，此时，第二中空纤维吸附单元122也完成脱附再生，第二压力切换单元121开启第二中空纤维吸附单元122与进气单元130的连通，以使混合气体G由第二中空纤维吸附单元122的第一开口端123进入，并将第二中空纤维吸附单元122的操作压力由低操作压力升高至高操作压力，混合气体G由第一开口端123朝第二开口端124通过第二中空纤维吸附单元122，以对混合气体G内的水分子进行吸附，并产生产品气体P。也就是说，此时，第一吸附组件110及第二吸附组件120皆保持在高操作压力，混合气体G同时进入第一吸附组件110及第二吸附组件120，使第一吸附组件110及第二吸附组件120同时产生产品气体P，并排至产品气出口150。
于一过渡时间值t2后，第一压力切换单元111关闭第一中空纤维吸附单元112与进气单元130的连通，停止混合气体G进入第一中空纤维吸附单元112，并开启第一中空纤维吸附单元112与排气单元140的连通，排气单元140对第一吸附组件110施以真空力，以使第一吸附组件110的操作压力由高操作压力降低至低操作压力，第一吸附组件110于低操作压力下开始进行脱附再生。特别说明的是，过渡时间值t2为一待第二吸附组件120的操作压力稳定的时间值，亦即第二吸附组件120的操作压力由低操作压力完全转换并达高操作压力，且稳定处于高操作压力时所需的时间值，且可搭配不同操作需求调整过渡时间值t2。
通过上述操作，第一吸附组件110与第二吸附组件120完成切换，改由第二吸附组件120对混合气体G进行吸附，而第一吸附组件110进行脱附再生。值得一提的是，在过渡时间值t2内，第一吸附组件110及第二吸附组件120同时保持混合气体G的进气，并共同产出产品气体P，如此可以达成连续供应产品气体P，不会因为切换过程而造成瞬间压降、断气的问题。
综上所述，第一吸附组件110与第二吸附组件120可相互切换进行吸附或脱附再生，并藉以连续循环交替，藉此可达到连续不间断的产出高纯度产品气体P的功效。
请参阅图2及下列表一，其中图2绘示依照图1实施例的吸附装置100的吸附曲线图，表一记载图1实施例中吸附装置100分别在时段T1、时段T2、时段T3及时段T4的操作压力、产品气出口150流量及冲提气E与产品气体P流量比的参数数值。具体来说，图2的吸附曲线图为图1实施例的吸附装置100在符合表一的操作条件下吸附水分子的吸附曲线图，且由图2可知，吸附装置100的操作压力为2Kg/cm2，产品气出口150流量为70LPM及冲提气E与产品气体P流量比为6.6％的操作条件下，可获得露点达-40℃的产品气体P，相较于传统的吸附装置需极高压力(7Kg/cm2～15Kg/cm2)及搭配10％～30％产品气体消耗，才能获得达到露点-40℃的产品气体，图1实施例的吸附装置100通过第一中空纤维吸附材115及第二中空纤维吸附材125的设置，在相对低的操作压力及相对低的冲提气量下，即能获得露点低的产品气体P，因此，相较于传统的吸附装置，本发明的吸附装置100更能达到低耗能的功效。
此外，吸附装置100可更包含多个气流逆止元件181、182，其分别设置于第一吸附组件110与第二吸附组件120之间。详细而言，气流逆止元件181设置于第一中空纤维吸附单元112与产品气出口150之间，气流逆止元件182设置于第二中空纤维吸附单元122与产品气出口150之间，通过气流逆止元件181、182的设置，可防止气体回流，而污染产品气体P或各吸附组件。
请参照图3，图3绘示依照本发明另一实施例的吸附装置200的示意图。吸附装置200包含一进气单元230、一排气单元240、第一吸附组件210及第二吸附组件220。在此要特别说明的是，吸附装置200的结构配置及操作方法与图1实施例的吸附装置100相同，相同的元件结构与配置请参照图1实施例的吸附装置100，在此不另赘述。吸附装置200与吸附装置100不同的是，吸附装置200可更包含一加热元件290，其设置于第一吸附组件210与第二吸附组件220之间，并用以加热冲提气E。
更仔细地说，在图3中，第一压力切换单元211控制第一吸附组件210为高操作压力，第二压力切换单元221控制第二吸附组件220为低操作压力。混合气体G经过第一吸附组件210，第一吸附组件210的第一中空纤维吸附单元212对混合气体G进行吸附，并产生产品气体P，气体P由产品气出口250排出。此外，产品气体P分流后产生冲提气E，冲提气E经流量控制阀260流向第二吸附组件220，在进入第二吸附组件220前，冲提气E流经加热元件290，加热元件290对冲提气E加热，通过提高冲提气E的温度，可令第二吸附组件220的第二中空纤维吸附单元222进行脱附再生的效果更好，使第二吸附组件220的第二中空纤维吸附单元222在一定时间内的水分子脱附量更高，而已吸附气体A经过第二压力切换单元221，受排气单元240的真空力抽引，而排出至排放口241。通过上述配置，能提高吸附装置200整体的操作效率。
请参阅图4、图5A、图5B、图6A以及图6B，图4绘示依照图1实施例的第一中空纤维吸附材115的气流示意图，图5A绘示依照图1实施例的第一中空纤维吸附材115的放大透视图，图5B绘示依照图5A实施例的第一中空纤维吸附材115的截面示意图，图6A绘示依照本发明另一实施例的第一中空纤维吸附材115a的放大透视图，图6B绘示依照图6A实施例的第一中空纤维吸附材115a的截面示意图。
值得一提的是，本发明所使用的中空纤维吸附材为一种具多孔性的管状型吸附材，其具备高质传、高吸附效率、高脱附效率及无粉化的优势，下面将详述其结构。
特别说明的是，吸附装置100中的第一中空纤维吸附材115、第二中空纤维吸附材125及吸附装置200中的第一中空纤维吸附材215、第二中空纤维吸附材225，其结构可为相同，图4及图5A实施例及图6A实施例仅以第一中空纤维吸附材115及第一中空纤维吸附材115a作为代表示意，其可相互置换或组合，本发明则不以此为限。
由图5A及图6A可知，第一中空纤维吸附材115、115a包含至少一孔道116、116a，且孔道116、116a的一开口117、117a的直径为50um～4000um，其中开口117、117a是对应孔道116、116a设置。第一中空纤维吸附材115、115a的直径为D1，孔道116、116a的开口117、117a的直径为d1，其可满足下列条件：1<D1/d1<100，也就是说，第一中空纤维吸附材115、115a与开口117、117a具有高比表面积，有助于增加吸附与脱附再生的效能。具体而言，第一中空纤维吸附材115可包含一孔道116及一开口117，如图5A及图5B所示；亦可为如图6A的第一中空纤维吸附材115a所示的包含多个孔道116a及多个对应孔道116a开设的开口117a。另外，第一中空纤维吸附材115可将操作所需的数量集结成束，置于耐压容器中，并形成第一中空纤维吸附单元112，其形式可为圆柱形、矩形等形状。
再请参阅图4，图中箭头所示为气体的流动方向，平行方向F1为平行于各中空纤维吸附材的轴向的气流方向，垂直方向F2为垂直于各中空纤维吸附材的轴向的气流方向，也就是说，气体通过各吸附组件，其流向可垂直或平行于各中空纤维吸附材的轴向，其中，气体可为混合气体G、产品气体P、已吸附气体A或冲提气E。详言之，通过中空纤维吸附材的多孔性的特性，当气体通过管状的第一中空纤维吸附材115时，气流方向可由孔道116下至上通过、上至下通过，如平行方向F1所示；或以横向气流走势，如垂直方向F2所示，利用第一中空纤维吸附材115表面的孔隙，由第一中空纤维吸附材115的内而外通过或由外而内通过，以进行吸附过滤，举例而言，当带有水分子的混合气体G由下而上沿平行方向F1经过第一中空纤维吸附材115的孔道116时，如图4所示，水分子因分子扩散及浓度差异的因素，混合气体G可沿第一中空纤维吸附材115的轴向前进时，水分子可被第一中空纤维吸附材115吸引而沿垂直方向F2吸附住，藉以将混合气体G脱去水分子，并形成产品气体P。
图7绘示依照图1实施例的吸附装置100的摆设示意图，图8绘示依照图1实施例的吸附装置100的另一摆设示意图，图9绘示依照图1实施例的吸附装置100的再一摆设示意图。由上述说明并配合图7、图8及图9可知，气体可由任意方向通过第一中空纤维吸附材115过滤吸附，且相较于传统吸附材(如沸石)为颗粒状，第一中空纤维吸附材115为固型结构，通过此特性，吸附装置100的摆置可为水平(如图8所示)、垂直(如图7所示)或与一水平面H间具有一角度α(如图9所示)，其中角度α可为任意角度；也就是说，吸附装置100的摆置可为任意角度，藉此，可克服传统吸附材仅能垂直摆置的限制，并增加吸附装置100使用上的灵活度。
请参照图10，图10绘示依照本发明又一实施例的吸附方法的流程图，吸附方法提供至少二吸附组件(图未绘示)，并包含第一吸附步骤400、第二吸附步骤500及脱附步骤600。在此要特别说明的是，吸附方法可应用于图1实施例的吸附装置100，是以，以下吸附方法的详细说明以应用于吸附装置100为例，并请配合参照图1实施例的吸附装置100的图式及标号，但本发明不以此为限。第一吸附步骤400系将混合气体G导入第一吸附组件110，提供第一吸附组件110一高操作压力，并产生产品气体P。第二吸附步骤500系当第一吸附步骤400经过一预设时间值t1后，将混合气体G导入第二吸附组件120，提供第二吸附组件120高操作压力时，第二吸附组件120与第一吸附组件110皆保持在高操作压力，并产生产品气体P。脱附步骤600系当第二吸附步骤500进行过渡时间值t2后，将进行第一吸附步骤400的第一吸附组件110由高操作压力切换至低操作压力，并导入一冲提气E，冲提气E通过第一吸附组件110，以令第一吸附组件110脱附再生，并排出已吸附气体A。当经过预设时间值t1后，将第一吸附组件110由低操作压力切换至高操作压力，以令第一吸附组件110对混合气体G进行吸附。藉由上述步骤，第一吸附组件110与第二吸附组件120可交替且循环进行第一吸附步骤400、第二吸附步骤500以及脱附步骤600。也就是说，第一吸附组件110与第二吸附组件120可交替且循环进行吸附或脱附再生，藉此连续不间断地产出产品气体P。
具体而言，当第一吸附组件110进行吸附并产出产品气体P时，第二吸附组件120同时进行脱附再生，当进行至预设时间值t1时，进行切换，并在过渡时间值t2内，第一吸附组件110与第二吸附组件120同时进行吸附，并同时产出产品气体P，过渡时间值t2后，改由第一吸附组件110进行脱附再生，第二吸附组件120进行吸附，并以上述方法交替循环操作。
此外，预设时间值t1为进行吸附的吸附组件达一预设吸附值的一时间值。过渡时间值t2为进行脱附再生的吸附组件的操作压力由低操作压力完全转换并达高操作压力的一时间值，其中，预设时间值t1及过渡时间值t2可搭配不同操作需求调整。
另外，第一吸附组件110包含至少一第一中空纤维吸附材115，第二吸附组件120包含至少一第二中空纤维吸附材125，其呈管状结构。
冲提气E可系由产品气体P分流而产生，详细地说，产品气体P由第一吸附组件110排出，经过分流形成冲提气E并进入第二吸附组件120，以进行脱附再生。且较佳地，冲提气E为产品气体P的3％～7％，但本发明不以此为限。
请参阅图11，其绘示依照本发明再一实施例的吸附装置300的示意图。吸附装置300包含进气单元330、排气单元340以及至少二吸附组件，在图11实施例中吸附装置300包含二吸附组件，其分别为第一吸附组件310及第二吸附组件320，但本发明不以此为限。进气单元330用以提供一混合气体G，第一吸附组件310及第二吸附组件320各自连接进气单元330及排气单元340，第一吸附组件310包含第一切换单元311及第一中空纤维吸附单元312，第一中空纤维吸附单元312连接第一切换单元311；第二吸附组件320包含第一切换单元321及第二中空纤维吸附单元322，第二中空纤维吸附单元322连接第一切换单元321。
第一切换单元311、321分别用以启闭第一吸附组件310及第二吸附组件320与进气单元330及排气单元340的连通，其中当进气单元330与第一吸附组件310或第二吸附组件320连通时，第一吸附组件310或第二吸附组件320对混合气体G进行吸附；当排气单元340与第一吸附组件310或第二吸附组件320连通时，第一吸附组件310或第二吸附组件320进行脱附再生。
通过上述配置，吸附装置300的第一吸附组件310及第二吸附组件320可分别且同时进行吸附或脱附再生，藉此可有助于提高吸附装置300的操作效率。
具体而言，请参照图11中箭头所示的气流方向，箭头所示定义为一顺向操作，图11实施例亦可逆向操作，其逆向操作的箭头所示的气流方向则与其顺向操作的方向对称相反，下面将以顺向操作详述之。当进气单元330令混合气体G经过第一吸附组件310，第一吸附组件310对混合气体G进行吸附，并产生产品气体P。第二吸附组件320与排气单元340连通并进行脱附再生，以产生一已吸附气体A。
吸附装置300可更包含一产品气出口350，其连接第一吸附组件310及第二吸附组件320，并供产品气体P排出，且产品气出口350可包含抽气装置351，抽气装置351用以令混合气体G通过第一吸附组件310，并用以抽引产品气体P排出第一吸附组件310。
更仔细地说，进气单元330可为一常压储存槽，当第一吸附组件310的第一切换单元311开启进气单元330与第一吸附组件310的连通时，抽气装置351对第一吸附组件310进行抽气，进气单元330中的混合气体G会受到抽气装置351的真空力的抽引，而由第一吸附组件310的第一开口端313朝第二开口端314经过第一中空纤维吸附单元312，管状的第一中空纤维吸附材315进而对混合气体G中的目标气体(图未绘示)进行吸附，并形成一产品气体P，且产品气体P从产品气出口350直接排出，或排入储气装置(如桶槽，图未绘示)。
在第一吸附组件310对混合气体G进行吸附的同时，第二吸附组件320的第一切换单元321开启第二吸附组件320与排气单元340的连通以进行脱附再生，并产生已吸附气体A，已吸附气体A自排气单元340的排放口341排出。
第二吸附组件320可包含一第二切换单元326，其连接第二中空纤维吸附单元322，并用以提供第二吸附组件320一冲提气E，以令第二吸附组件320进行脱附再生。
具体而言，第二切换单元326一端与产品气出口350连通，另一端与外界大气或一气体槽(图未绘示)连通，且气体槽内可存放一纯净气体，也就是说，第二切换单元326可依操作需求，选择以外界大气的空气或存放于气体槽内的纯净气体作为冲提气E，而在图11实施例中，以空气作为冲提气E，但本发明不以此揭示内容为限。当第二中空纤维吸附单元322中的第二中空纤维吸附材325已吸附目标气体并已达或接近吸附饱和，第二切换单元326开启与外界大气的连通，外界大气的空气作为冲提气E由上而下地从第二吸附组件320的第二开口端324朝第一开口端323经过第二中空纤维吸附单元322，并带走第二中空纤维吸附材325中已吸附的目标气体，并产生已吸附气体A。藉由冲提气E经过第二中空纤维吸附单元322使第二吸附组件320进行脱附再生，以令第二吸附组件320回复至适于进行吸附的状态。
再者，为了使冲提气E更顺利地经过第二吸附组件320，排气单元340可为一真空泵，并对第二中空纤维吸附单元322施以一真空力，藉此令冲提气E由上而下地由第二吸附组件320的第二开口端324朝第一开口端323经过第二中空纤维吸附单元322，值得一提的是，冲提气E由第二开口端324朝第一开口端323冲提第二中空纤维吸附单元322，其优点是冲提气E的气流流向与进行吸附时混合气体G的流向相反，藉此可避免已吸附气体A重复污染第二中空纤维吸附单元322未吸附的区块。
由上述说明可知，当第一吸附组件310与进气单元330连通并对混合气体G进行吸附时，第二吸附组件320与排气单元340连通并进行脱附再生。当第一吸附组件310达一预设吸附值时，第二吸附组件320的第一切换单元321开启第二吸附组件320与进气单元330的连通，并于一过渡时间值t2后，第一吸附组件310的第一切换单元311关闭第一吸附组件310与进气单元330的连通，并开启第一吸附组件310与排气单元340的连通。
更进一步地说，当第一中空纤维吸附单元312达预设吸附值时，此时，第二中空纤维吸附单元322也完成脱附再生，第二吸附组件320的第一切换单元321开启第二吸附组件320与进气单元330的连通，第二吸附组件320的第二切换单元326停止冲提气E进入第二吸附组件320，并开启与产品气出口350的连通，也就是说，此时混合气体G同时进入第一吸附组件310及第二吸附组件320，且同时产生产品气体P。于一过渡时间值t2后，第一吸附组件310的第一切换单元311关闭第一吸附组件310与进气单元330的连通，使混合气体G停止进入第一吸附组件310，且第一吸附组件310的第二切换单元316关闭第一吸附组件310与产品气出口350的连通，并开启与外界大气的连通，以令冲提气E进入第一吸附组件310，藉以使第一吸附组件310进行脱附再生。
通过上述操作，第一吸附组件310与第二吸附组件320完成切换，改由第二吸附组件320对混合气体G进行吸附，而第一吸附组件310进行脱附再生。值得一提的是，在过渡时间值t2内，第一吸附组件310及第二吸附组件320同时保持混合气体G的进气，并共同产出产品气体P，如此可以达成连续供应产品气体P，不会因为切换过程而造成瞬间压降、断气的问题。
另外，为了能更方便操作吸附装置300，第一吸附组件310的第一切换单元311及第二切换单元316，及第二吸附组件320的第一切换单元321及第二切换单元326可为一电磁阀，但本发明不以此为限。
综上所述，第一吸附组件310与第二吸附组件320可相互切换进行吸附或脱附再生，并藉以连续循环交替，以达到连续不间断的产出高纯度产品气体P的功效。此外，通过第二切换单元316、326的设置，第一吸附组件310及第二吸附组件320可选择以不同来源的气体作为冲提气E，藉此可提升吸附装置300的实用性，且有助于提高产品气体P的产能。
另外，图11实施例的吸附装置300的第一中空纤维吸附材315及第二中空纤维吸附材325，其构造可与图4、图5A、图5B、图6A以及图6B中的第一中空纤维吸附材115、115a相同，是以第一中空纤维吸附材315及第二中空纤维吸附材325的详细结构的叙述请参考前述内容，在此不另赘述。
虽然本揭示内容已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭示内容，本领域技术人员，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (19)
1.一种吸附装置，其特征在于，包含：
一进气单元，用以提供一高于一大气压力的一混合气体；
一排气单元，用以提供一低于一大气压力的抽气环境；以及
至少二吸附组件，其中一该吸附组件连接另一该吸附组件，且各该吸附组件连接该进气单元及该排气单元并包含：
一压力切换单元，用以控制各该吸附组件的一操作压力，该操作压力为一高操作压力或一低操作压力，其中该高操作压力由该进气单元提供，并令各该吸附组件进行进气动作，该低操作压力由该排气单元提供，并令各该吸附组件进行排气动作；以及
一中空纤维吸附单元，连接该压力切换单元，并包含：
至少一中空纤维吸附材，其为管状结构，且于该高操作压力时，对该混合气体进行吸附并产生一产品气体；于该低操作压力时，该中空纤维吸附材进行脱附再生，各该中空纤维吸附材包含至少一孔道，各该中空纤维吸附材的直径为D1，各该中空纤维吸附材的该孔道的一开口的直径为d1，其满足下列条件：1<D1/d1<100；
其中当一该吸附组件达一预设吸附值时，另一该吸附组件的该压力切换单元将该另一该吸附组件由该低操作压力切换至该高操作压力，并与该吸附组件皆保持于该高操作压力，并于一过渡时间值后，达该预设吸附值的该吸附组件的该压力切换单元，将该高操作压力切换至该低操作压力。
2.根据权利要求1所述的吸附装置，其中当该混合气体通过一该吸附组件，并于该高操作压力下对该混合气体进行吸附，并产生该产品气体，而另一该吸附组件于该低操作压力下进行脱附再生，并产生一已吸附气体，该已吸附气体自该排气单元排出。
3.根据权利要求1所述的吸附装置，其中该高操作压力为大于1atm，该低操作压力为低于-300mmHg。
4.根据权利要求1所述的吸附装置，更包含一产品气出口，连接各该吸附组件，并供该产品气体排出。
5.根据权利要求1所述的吸附装置，更包含一流量控制阀，设置于该吸附组件与该另一该吸附组件之间；
其中，自该高操作压力下的该吸附组件排出的该产品气体，经由该流量控制阀分流，产生一冲提气，并进入该另一该吸附组件，以进行再生冲提。
6.根据权利要求5所述的吸附装置，更包含：
一加热元件，设置于该吸附组件与该另一该吸附组件之间，并用以加热该冲提气。
7.根据权利要求1所述的吸附装置，更包含：
多个气流逆止元件，其分别设置于该吸附组件与该另一该吸附组件之间。
8.根据权利要求1所述的吸附装置，其中一气体通过各该吸附组件时，其流向垂直或平行于各该中空纤维吸附材的轴向。
9.根据权利要求8所述的吸附装置，其中该吸附装置摆置为水平、垂直或与一水平面间具有一角度。
10.根据权利要求1所述的吸附装置，其中各该吸附组件中，该中空纤维吸附材的该孔道的该开口的直径为50um～4000um。
11.一种吸附方法，其特征在于，包含：
提供至少二吸附组件，各该吸附组件包含至少一中空纤维吸附材，其呈管状结构，该至少一中空纤维吸附材包含至少一孔道，各该中空纤维吸附材的直径为D1，各该中空纤维吸附材的该孔道的一开口的直径为d1，其满足下列条件：1<D1/d1<100；
一第一吸附步骤，将一混合气体导入一该吸附组件，提供该吸附组件一高操作压力，并产生一产品气体；
一第二吸附步骤，当该第一吸附步骤经过一预设时间值后，将该混合气体导入另一该吸附组件，提供该另一该吸附组件该高操作压力时，该另一该吸附组件与该吸附组件皆保持在该高操作压力，并产生该产品气体；以及
一脱附步骤，当该第二吸附步骤进行一过渡时间值后，将该吸附组件由该高操作压力切换至一低操作压力，并导入一冲提气，该冲提气通过该吸附组件，以令该吸附组件脱附再生，并排出一已吸附气体；
当经过该预设时间值后，将该吸附组件由该低操作压力切换至该高操作压力，以令该吸附组件对该混合气体进行吸附。
12.根据权利要求11所述的吸附方法，其中该冲提气系由该产品气体经分流而产生。
13.一种吸附装置，其特征在于，包含：
一进气单元，用以提供一混合气体；
一排气单元；以及
至少二吸附组件，各该吸附组件连接该进气单元及该排气单元并包含：
一第一切换单元，用以启闭各该吸附组件与该进气单元及该排气单元的连通；以及
一中空纤维吸附单元，连接该第一切换单元，并包含：
至少一中空纤维吸附材，其为管状结构，各该中空纤维吸附材包含至少一孔道，各该中空纤维吸附材的直径为D1，各该中空纤维吸附材的该孔道的一开口的直径为d1，其满足下列条件：1<D1/d1<100；
其中，当该进气单元与各该吸附组件连通时，各该吸附组件对该混合气体进行吸附；当该排气单元与各该吸附组件连通时，各该吸附组件进行脱附再生；其中当一该吸附组件达一预设吸附值时，另一该吸附组件的该第一切换单元开启该另一该吸附组件与该进气单元的连通，并于一过渡时间值后，该吸附组件的该第一切换单元关闭该吸附组件与该进气单元的连通，并开启该吸附组件与该排气单元的连通。
14.根据权利要求13所述的吸附装置，其中当该进气单元与一该吸附组件连通，并令该混合气体经过该吸附组件，该吸附组件对该混合气体进行吸附，并产生一产品气体；
另一该吸附组件与该排气单元连通并进行脱附再生，以产生一已吸附气体。
15.根据权利要求14所述的吸附装置，更包含一产品气出口，连接各该吸附组件，并供该产品气体排出，该产品气出口包含：
一抽气装置，用以令该混合气体通过各该吸附组件，并用以抽引该产品气体排出于各该吸附组件。
16.根据权利要求13所述的吸附装置，其中各该吸附组件更包含一第二切换单元，其连接各该中空纤维吸附单元，并用以提供各该吸附组件一冲提气，以令各该吸附组件进行脱附再生。
17.根据权利要求13所述的吸附装置，其中一气体通过各该吸附组件时，其流向垂直或平行于各该中空纤维吸附材的轴向。
18.根据权利要求17所述的吸附装置，其中该吸附装置摆置为水平、垂直或与一水平面间具有一角度。
19.根据权利要求13所述的吸附装置，其中各该吸附组件中，该中空纤维吸附材的该孔道的该开口的直径为50um～4000um。
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