CN209481244U - 过滤模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种过滤模块，包括有一过滤基板，包括一进液面及一出液面；至少一多孔过滤薄膜，设于所述过滤基板上；一热交换器，设于所述进液面一侧，并与所述过滤基板连接；一溶液进口部件，与所述热交换器连接；一冷凝器，设于所述出液面一侧，并与所述过滤基板连接；一净化水出口，与所述冷凝器连接；一废液出口部件，与所述过滤基板连接；以及一抽真空器，与所述冷凝器连接。

Description

过滤模块

技术领域

本实用新型提出一种过滤模块，尤指一种透过薄膜蒸馏(MembraneDistillation,MD)法进行溶液过滤的过滤模块。

背景技术

水危机是泛指世界性的水资源相对人类需求的状况，主要的危机来源是可用水的匮乏以及水体污染，因此如何寻找可利用的水资源及解决水体污染是各国目前亟需解决的问题之一。

现有技术针对水危机的问题，目前已有针对海水淡化及过滤工业废水等方式进行。海水是地球上数量最大的资源，包括取之不尽、用之不竭的水资源，开发和利用海水淡化技术，不仅是现代海洋开发的一项重要任务，也是未来开发新水源解决全球性水资源危机的重要途径之一。

而在工业废水上，因传统或科技产业的生产过程中，水源可说是工厂营运的生命线，相对于需求水量大，废水处理后的排出水量也就相当可观，且在生产过程中，通常会排放有机溶剂，此些溶剂不管流入河川或海洋，都会因此危害人类身体健康或影响自然生态，若能以适当的方法回收部份废水，除可提供另一稳定的供水水源外，更可降低总废水排放量，将能落实水资源的有效利用。

有鉴于此，目前亟需一种能长时间不间断处理海水、工业废水及民生废水的过滤模块，以解决目前水危机，并达到水资源的有效回收与利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种透过薄膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)法进行溶液过滤的过滤模块。

基于上述目的，本实用新型提出一种过滤模块，包括有一过滤基板，包括一进液面及一出液面；至少一多孔过滤薄膜，设于所述过滤基板上；一热交换器，设于所述进液面一侧，并与所述过滤基板连接；一溶液进口部件，与所述热交换器连接；一冷凝器，设于所述出液面一侧，并与所述过滤基板连接；一净化水出口，与所述冷凝器连接；一废液出口部件，与所述过滤基板连接；以及一抽真空器，与所述冷凝器连接。

更进一步地，所述至少一多孔过滤薄膜为聚四氟乙烯材质(PTFE)的多孔过滤薄膜。

更进一步地，本实用新型的过滤模块更可包括一第一保护基板与一第二保护基板，所述第一保护基板设置于所述热交换器的外侧，所述第二保护基板设置于所述冷凝器的外侧；且所述第一保护基板、所述第二保护基板、所述热交换器、所述过滤基板以及所述冷凝器共构为一迭层结构，且所述迭层结构彼此堆栈形成一卡匣过滤模块。

海水、工业废水或民生废水等溶液可借由溶液进口部件流入本实用新型的过滤模块，并透过薄膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)的方法将所述些溶液过滤分离为浓缩废液和净化水后，再分别经由废液出口部件和净化水出口排放至外部，以达到水资源的有效回收与利用。

以上对本实用新型的简述，目的在于对本实用新型的数种面向和技术特征作一基本说明。实用新型简述并非对本实用新型的详细表述，因此其目的不在特别列举本实用新型的关键性或重要组件，也不是用来界定本实用新型的范围，仅为以简明的方式呈现本实用新型的数种概念而已。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型较佳实施例的过滤模块示意图；

图2为本实用新型另一较佳实施例的过滤模块示意图。

附图标号说明：

22、22’…过滤模块

221…过滤基板

221a…进液面

221b…出液面

222…多孔过滤薄膜

223…溶液进口部件

224…热交换器

225…废液出口部件

226…净化水液出口

227…冷凝器

228…抽真空器

229…抽真空管

231…第一保护基板

232…第二保护基板

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提出一种过滤模块，透过卡匣式的过滤模块，以薄膜蒸馏 (MembraneDistillation,MD)的方式，对海水、工业废水或民生废水等溶液进行过滤。

请参考图1所示，其为本实用新型较佳实施例的过滤模块示意图。所述过滤模块22包括一过滤基板221，包括一进液面221a及一出液面221b；至少一多孔过滤薄膜222，设于所述薄膜基板221上；一热交换器224，设于所述进液面221a一侧，并与所述过滤基板221连接；一溶液进口部件223，与所述热交换器224连接；一冷凝器227，设于所述出液面221b一侧，并与所述过滤基板221连接；一净化水出口226，与所述冷凝器227连接；一废液出口部件225，与所述过滤基板221连接；以及一抽真空器228，与所述冷凝器 227连接。

其中，所述多孔过滤薄膜222的材质可以是聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)或聚四氟乙烯(PTFE)或其组合，又以聚四氟乙烯(PTFE)为最佳。聚四氟乙烯(PTFE)材质的多孔过滤薄膜222 除了具备耐热、耐燃、耐酸碱、拨水等特性外，还能使薄膜内部的纤维产生物理架锁的结构上下左右拉住结点，使得所述聚四氟乙烯(PTFE)材质的多孔过滤薄膜222发生潜变(creep)的现象减少，若于所述聚四氟乙烯(PTFE)多孔过滤薄膜222的制造时混入活性炭或其他活性物质，更可额外达到净化水质的功用。

其中，所述聚四氟乙烯材质的多孔过滤薄膜222包括复数个气孔。所述复数个气孔的孔径介于0.01μm至10μm之间，所述复数个气孔的孔径分布率介于10％至99％之间，所述聚四氟乙烯孔过滤薄膜222的薄膜厚度介于1μm 至100μm之间，而所述所述复数个气孔的孔径、所述复数个气孔的分布率及薄膜厚度可以依据使用者所要处理的溶液(如海水、工业废水及民生废水) 质量不同而做变化，本实用新型不应以此为限。

其中，所述热交换器224、所述过滤基板221以及所述冷凝器227共构为一迭层结构，且所述迭层结构彼此间连续堆栈形成一卡匣过滤模块22。

在本较佳实施例中，过滤模块22更包括一抽真空管229设于所述抽真空器228和所述冷凝器227之间，所述抽真空管229分别与所述抽真空器228 和所述冷凝器227连接，用以集中所述抽真空器228的抽真空效果，使得所述冷凝器227侧的蒸汽压力下降。

在本较佳实施例中，过滤模块22更包括一传感器(图未示出)设置于所述过滤基板221上，用以侦测所述过滤基板221的溶液过滤效率或所述过滤基板221中多孔过滤薄膜222的阻塞程度，以便定期更换清洗所述多孔过滤薄膜222。

请同时参考图2所示，其为本实用新型另一较佳实施例的过滤模块。在本较佳实施例中，过滤模块22’更包括二保护基板，所述二保护基板(第一保护基板231及第二保护基板232)分别设置于所述热交换器224和所述冷凝器227的外侧，即第一保护基板231设于过滤模块22’中热交换器224相对于过滤基板221一侧，而第二保护基板232设于冷凝器227相对于过滤基板 221一侧，且第一保护基板231及第二保护基板232通常为耐热、耐震且耐刮的材质，借以避免内部组件(热交换器224、过滤基板221、冷凝器227)的损坏。

其中，所述第一保护基板231、所述第二保护基板232、所述热交换器224、所述过滤基板221以及所述冷凝器227共构为一迭层结构，且所述迭层结构彼此间连续堆栈(如三明治状或抽取式板状等)形成一卡匣过滤模块22’。值得注意的是，过滤模块22(22’)中所包括的任一组件皆为可拆卸的方式彼此连接，亦即当有组件故障或损坏，仅需更换破损的组件即可。举例来说，当热交换器224或冷凝器227故障，可替运作正常的热交换器224或冷凝器227，而坏损的热交换器224或冷凝器227则进行维修或报废；又，过滤基板 221的过滤效率下降，则仅需替换过滤基板221上的多孔过滤薄膜222即可继续运作。

本实用新型的过滤模块22(22’)是以薄膜蒸馏(Membrane Distillation, MD)的方法进行溶液的过滤，所述薄膜蒸馏方法的详细步骤如下：首先，将果汁、海水、工业废水、民生废水、化学浓缩液或高挥发性溶液(VOC)等待过滤的溶液透过溶液进口部件223注入热交换器224中。再者，所述等溶液经过热交换器224加热后，溶液温度上升至摄氏60～80度并产生部分水蒸汽 (含有所述等溶液及溶液的净化水蒸汽)。接续，当高温溶液经由进液面221a 接触到设于所述过滤基板221上的多孔过滤薄膜222时，由于多孔过滤薄222 膜靠近热交换器224一侧为疏水性的材质，因此所述等溶液会被多孔过滤薄膜222挡下而形成浓缩废液，并透过连接于过滤基板221上的废液出口部件 225排出所述浓缩废液至外部；同时，设置于所述过滤基板221相对于所述热交换器224一侧(即与所述冷凝器227同一侧)的抽真空器228将冷凝器227 一侧的空气抽真空，使得所述冷凝器227一侧的蒸汽压力降低，由于多孔过滤薄膜222的气孔大小大于所述等溶液分子而小于净化水蒸汽分子，借此净化水蒸汽会穿过(气体分子由高压往低压移动)多孔过滤薄膜222上的复数个气孔后经由出液面221b进入冷凝器227。最后，冷凝器227将净化水蒸汽冷凝为净化水，并透过连接于冷凝器227上的净化水出口226排出所述净化水至外部，完成海水、工业废水、民生废水等溶液的过滤。

值得注意的是，至少一多孔过滤薄膜222还可进行化学改质处理使其变成亲水性或疏水性，而多孔过滤薄膜222与溶液接触的一面为仅可以是疏水性表层。因为疏水性表层的特色在于液体无法穿透，仅有水蒸汽可以穿透，而亲水性表层则是液体与水蒸汽皆可穿透。

另外，过滤模块22(22’)中的多孔过滤薄膜222在过滤的过程中是处于负压的状态，因此在长期使用后，多孔过滤薄膜222靠近热交换器224一侧会因为溶液中固态微粒的积垢，而严重影响过滤模块22(22’)的净化水出水流量和过滤的品质。然而，习知的过滤装置通常透过药水或是人工清理的方法，需全面停止过滤装置的运作，使过滤工程停摆，影响到过滤装置的效率。

因此，本实用新型的过滤模块22(22’)可透过设于过滤基板221上的传感器(图未示)用以侦测每一个过滤模块22(22’)中多孔过滤薄膜222 受到固态微粒积垢的影响，或侦测每一个过滤模块22(22’)过滤溶液的效率，当多孔过滤薄膜222上的固态微粒积垢过多，或过滤模块22(22’)过滤溶液的效率过低时，即可发出警示提醒检修人员应尽速更换过滤模块22 (22’)或其所包括组件。其中，所述传感器为光传感器、流量传感器或超音波传感器。

光(屏蔽)传感器(photo-interrupt sensor)是进行固态微粒(particle) 于多孔过滤薄膜222上积垢厚度分布的实时监测，而固态微粒的积垢量、过滤溶液的流度及背景的光值和色度皆会影响监测的准确度，所述光传感器的侦测方法可有效监测厚度约介于10μm至1mm之间的固态微粒积垢。

超音波传感器是以超音波监测固态微粒积垢沉降于多孔过滤薄膜222表面，并利用超音波反射(ultrasonic reflection,USRF)的计算机程序预测薄膜积垢厚度。超音波传感器也可以是利用超音波光谱图像化观察多孔过滤薄膜222的表面，而超音波波形传递与其光谱图像可进一步得知薄膜222 表面固态微粒积垢的厚度。

流量传感器采用微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS) 热电偶串联，具有较佳的讯号杂音比，借此实时侦测溶液过滤形成净化水的流量，当净化水流量下降至一临界值，则告知检修人员所述过滤模块可能坏损或多孔过滤薄膜堆积过多固态微粒，以便进行维护。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种过滤模块，其特征在于，包括：

一过滤基板，包括一进液面及一出液面；

至少一多孔过滤薄膜，设于所述过滤基板上；

一热交换器，设于所述进液面一侧，并与所述过滤基板连接；

一溶液进口部件，与所述热交换器连接；

一冷凝器，设于所述出液面一侧，并与所述过滤基板连接；

一净化水出口，与所述冷凝器连接；

一废液出口部件，与所述过滤基板连接；以及

一抽真空器，与所述冷凝器连接。

2.如权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，所述至少一多孔过滤薄膜为一聚四氟乙烯过滤薄膜。

3.如权利要求2所述的过滤模块，其特征在于，所述至少一多孔过滤薄膜包括复数个气孔。

4.如权利要求3所述的过滤模块，其特征在于，所述复数个气孔的孔径介于0.01μm至10μm之间，所述复数个气孔的孔径分布率介于10％至99％之间。

5.如权利要求3所述的过滤模块，其特征在于，所述至少一多孔过滤薄膜的厚度介于1μm至100μm之间。

6.如权利要求2所述的过滤模块，其特征在于，所述抽真空器与所述冷凝器之间更设有一抽真空管。

7.如权利要求2所述的过滤模块，其特征在于，更包括一传感器，所述传感器设置于所述过滤基板。

8.如权利要求7所述的过滤模块，其特征在于，所述传感器为光传感器、流量传感器或超音波传感器。

9.如权利要求2所述的过滤模块，其特征在于，更包括一第一保护基板与一第二保护基板。

10.如权利要求9所述的过滤模块，其特征在于，所述第一保护基板设置于所述热交换器的外侧。

11.如权利要求9所述的过滤模块，其特征在于，所述第二保护基板设置于所述冷凝器的外侧。

12.如权利要求9所述的过滤模块，其特征在于，所述第一保护基板、所述第二保护基板、所述热交换器、所述过滤基板以及所述冷凝器共构为一迭层结构，且所述迭层结构彼此间连续堆栈形成一卡匣过滤模块。