TW201420170A - 防止層狀淨化床裝置中微粒與粉塵游移之方法及設備 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種可擴展介質保持環，其包含一可擴展環及一可透氣介質保持膜。本發明進一步係關於一種氣體淨化器裝置，其包含兩個或兩個以上淨化介質床及一可擴展介質保持環。該可擴展介質保持環係藉由徑向力來緊固於該裝置中，且防止淨化介質游移至相鄰床中，進而改良該淨化器裝置之效能且亦允許在任何方位上使用該裝置。

Description

防止層狀淨化床裝置中微粒與粉塵游移之方法及設備

本發明係關於一種可擴展介質保持環，其包含一可擴展環及一可透氣介質保持膜。本發明進一步係關於一種氣體淨化器裝置，其包含兩個或兩個以上淨化介質床及一可擴展介質保持環。該可擴展介質保持環係藉由徑向力來緊固於該裝置中，且防止淨化介質游移至相鄰床中，進而改良該淨化器裝置之效能且亦允許在任何方位上使用該裝置。

1979年1月23日頒與Parish等人之US 4,135,896揭露一種樣本淨化器罐或圍阻機構，其包括一溝流機構結構，該結構與該圍阻機構大體成一彎曲、直角佈置。該圍阻機構包括垂直定向之樣本吸附劑，其大體上沿該溝流機構直立向上或直立向下。此豎直方位欲經由吸附劑來消除不良之溝流效應，該效應可在未垂直佈置該圍阻機構時發生。若樣本罐之圍阻機構部分中的吸附劑沈降至一側，則可在該罐中發生不良的溝流效應，因而可形成空隙，其為氣體可在大體上不接觸吸附劑的情況下流過之通道。若圍阻機構始終垂直定向，則不可能發生不良的溝流且通過圍阻機構之所有氣體將通過圍阻機構中之吸附劑。儘管該罐包括網格機構及介於罐中吸附劑部分之間的保持環，但該吸附劑並不受該網格或環限制。並未 揭露各自移除特定污染物之淨化介質的多個獨立層。在接納環之外殼壁中製造凹槽使得成本較高且增加了製造步驟。

2011年4月5日頒與Applegarth等人之US 7,918,923揭露利用碳基材料之氣體淨化。第一、第二以及第三不同的碳基介質分別位於第一、第二以及第三區帶內，該等區帶藉由隔板實體地分開，該等隔板包括一粒子過濾器、一金屬網格或在不阻塞氣體通過該等區帶的情況下使第一、第二以及第三介質有效保持於其各別區帶內的一些其他的實體結構。並不存在關於如何將該粒子過濾器或金屬網格固持於外殼內之適當位置中來防止介質細粒及粒子自一區帶游移至另一區帶的揭露內容，亦無法瞭解甚至少量之介質自一區帶游移至另一區帶可如何影響淨化器穩定性及移除效能。

1998年6月23日頒與Leavitt等人之美國專利5,769,928揭露一種PSA氣體淨化器及淨化方法。該揭露內容包括一PSA預淨化器吸附劑床，其中下集管係由惰性陶瓷球填充，該等惰性陶瓷球起流動分佈及床層支撐之作用。一不銹鋼篩支撐該吸附劑床。該床層本身由兩層組成。較大下層為活化的氧化鋁；較小上層為NaY。上床層表面藉由第二不銹鋼篩限制，該第二不銹鋼篩藉由填充上集管之陶瓷球的額外層來固持於適當位置中。可將集管空間中之陶瓷球分級以提供改良的分佈。使用陶瓷球來固持不銹鋼篩支撐體增加了成本且增大預淨化器的大小；該篩在預淨化器之入口及出口處的位置將不防止上層之粒子或細粒游移至下層中。

仍需要開發一種淨化器，該淨化器包含多個獨立淨化介質床，各床層適用於移除一組不同的污染物，該淨化器亦包含用於防止一種 類型的淨化介質之粒子游移至另一類型的淨化介質床中之機構。淨化介質之此種游移造成淨化器效能之效率降低。

本發明之一型式為一種氣體淨化器，其在一外殼中包含至少一上游淨化介質及一下游淨化介質，該外殼具有一流體連接的流體入口及一流體出口，該上游淨化介質及下游淨化介質能夠自一氣流移除不同雜質或大量雜質。該上游淨化介質及下游淨化介質藉由一可透氣膜來分開，該可透氣膜與該下游介質層呈一密切且保持接觸之關係。該可透氣膜為一多孔介質保持膜，其藉由一可擴展環將其邊緣緊固於該外殼內，該可擴展環包含一內圓周及外圓周，且其進一步包含一鎖定機構，其用於藉由徑向力使該環擴展且保持於一過濾裝置之該外殼中。該可透氣膜與該下游介質之接觸使該下游介質固持於外殼中之適當位置中，且該接觸允許在任何方位上使用該淨化器而在使用該淨化器期間於下游介質中不發生溝流。該經緊固的可透氣膜防止該外殼中該可透氣膜之邊緣周圍的氣流，且引導氣流及氣流中之任何上游介質粒子或微粒流過該可透氣膜，使上游介質粒子及上游介質微粒保持於該可透氣膜中。在本發明之各型式中，該可透氣膜具有一孔徑，該孔徑防止淨化介質之粒子通過該可透氣膜。

在本發明之各型式中，該多孔膜具有一表面，該表面與該下游淨化介質完全接觸，且該多孔膜係固定於該淨化器外殼中以使得該多孔膜與該下游介質之接觸使該介質牢固地固持於該外殼中之適當位置中。其中該多孔膜以邊緣進行固定且在該外殼中與該下游介質牢固接觸之此特徵允許在任何方位上使用該淨化器而在使用該淨化器期間不發生穿過該下游 介質之溝流。此淨化器結構亦提供改良的氣體淨化器雜質移除能力及改良的氣體純度濃度穩定性，如與在介質層之間具有並未以其邊緣進行固定之一多孔膜的淨化器相比較。

本文所描述之該等氣體淨化器裝置適用於自流體有效移除多種雜質，且擁有優於已知淨化裝置的有助於其改良效能之新穎特徵。該等裝置包含藉由一可透氣膜來分開的多個淨化介質床，該可透氣膜將淨化介質之該等粒子保持於其各別床層中。該等淨化介質床在組成上相同，或者在組成上不同。該等淨化介質床各自獨立地包含：於高表面積支撐介質上之一金屬觸媒、乾燥劑材料、分子篩、沸石、於支撐介質上之一有機金屬試劑、吸氣劑材料或碳基介質。在本發明之一些型式中，將淨化介質之該等粒子保持於其各別床層中的該可透氣膜為金屬的、半金屬的、碳基的、陶瓷的、聚合物的或熱傳導的，且在本發明之一些型式中，該可透氣膜呈以下形式：一毛氈、一金屬絲網、燒結粒子、電吹纖維、編織膜或非編織膜。本文所描述之發明提供的是：該介質保持膜之孔徑為約0.05微米至約1.0微米。

該膜與一保持環耦接，該保持環將該膜牢固地緊固於該裝置之外殼中，從而保持該膜與該下游淨化介質密切接觸且保持接觸。該膜與該保持環之耦接迫使流入該淨化器中之任何氣體穿過該薄膜，且進一步允許在任何方位上使用該裝置。重要地，該保持環藉由徑向力來緊固於該外殼中，從而避免在外殼之內壁中加工凹槽的需要。此特徵將允許在現有的氣體淨化器裝置中使用保持環及膜。

本發明亦提供一種可擴展介質保持環，其包含一可擴展環及 一介質保持多孔膜。該可擴展環包含一內圓周及外圓周，且進一步包含一鎖定機構，該鎖定機構允許在插入一過濾裝置之該外殼中時藉由徑向力使該可擴展環擴展且得以保持。該環藉由徑向力來保持之特徵的一個優點在於：不需要額外的工具或加工來沿該外殼之內壁產生一凹槽。該可擴展介質保持環之介質保持多孔膜包含具有一孔徑之可透氣材料以防止介質之粒子通過。在該可擴展介質保持環之一些型式中，該介質保持多孔膜係附著至該可擴展環。在本發明之一些型式中，該可擴展環包含金屬(例如，不銹鋼)、塑膠或金屬合金，且具有約0.06吋至約0.12吋的厚度。在本發明之某些型式中，該可擴展環之鎖定機構為一彈簧鎖定機構。本發明描述的是：該可透氣材料為金屬的、半金屬的、碳基的、陶瓷的、聚合物的或熱傳導的，且其以下形式：一毛氈、一金屬絲網、燒結微粒、電吹纖維、編織膜或非編織膜。本文所描述之發明提供的是：該介質保持膜之孔徑為約0.05微米至約1.0微米。

雖然已展示體現本發明之觀點的若干示範性物品、組成、設備以及方法，但是當然將瞭解本發明並不受限於此等型式。熟習該項技術者可尤其根據前述教示來進行修改。例如，一個型式之構件及特徵可由另一型式之對應構件及特徵替代。此外，本發明可包括此等型式之任何組合或子組合中的各種觀點。

201‧‧‧小黑粒子

202‧‧‧下游介質

203‧‧‧外殼

204‧‧‧保持環

205‧‧‧膜

206‧‧‧下游介質

301‧‧‧上游玻璃料

302‧‧‧上游淨化介質床

303‧‧‧保持環

304‧‧‧膜

305‧‧‧下游淨化介質床

306‧‧‧下游玻璃料

307‧‧‧外殼

前述內容將自本發明之示例實施例的以下更特定描述(如在隨附圖式中所例示)顯而易見，圖中遍及不同視圖之相同元件符號代表相同部件。圖式未必按照比例，取而代之將重點放在對本發明之實施例的例 示上。

圖1展示在使用淨化裝置處理之後，氫氣中以體積十億分點計的濕氣濃度隨以小時計之時間的變化。

圖2展示具有或不具有可擴展介質保持環或扣環來固定且保持膜的氣體淨化器之一系列影像。頂部影像係來自不具有扣環的使用過的氣體淨化器，且展示帶有來自上游介質層之粒子沈積物的下游介質層。中央影像展示具有可擴展介質保持環及保持於外殼中之膜的氣體淨化器。底部影像來自裝備有可擴展環之使用過的氣體淨化器，且展示一下游介質層，其未顯示來自上游層之任何粒子沈積物。

圖3例示淨化器發明之非限制性型式，其包括：外殼，其具有氣體入口(頂部)及氣體出口(底部)；靠近入口之上游玻璃料；藉由膜與下游淨化介質分開之上游淨化介質，該膜與該下游介質之頂表面保持緊固地接觸，該下游介質在靠近外殼之出口處上覆於粒子過濾器或玻璃料。頂部介質層(細點)展示為藉由膜或分離器及環與底部介質層(粗點)分開。或者，該膜可藉由將其邊緣硬焊至外殼來緊固，因而消除環。

雖然已參考本發明之示例實施例來特定展示且描述了本發明，但是熟習此項技術者將瞭解的是：在不脫離由附加申請專利範圍涵蓋之本發明範疇的情況下，可在形式及細節上做出各種變化。

雖然描述了各種組成及方法，但是要瞭解的是：本發明並不受限於所描述之特定分子、組成、設計、方法論或協定，因為其皆可改變。亦要瞭解的是：描述中所使用之術語的目的為僅描述特定型式或各種型 式，且不意欲限制僅由附加申請專利範圍來限制之本發明的範疇。

亦必須注意的是：如本文及附加申請專利範圍所使用，除非上下文另外清晰地規定，否則單數形式「一」及「該」包括複數提及物。因而，例如，對一「介質粒子」之提及係提及一或多個介質粒子及熟習此項技術者所知的其等效物，等等。除非另外定義，否則本文所使用之所有技術及科學術語都具有與一般技藝人士通常所理解相同的含義。與本文所描述之彼等者相似或等效的方法及材料可用於實踐或測試本發明之各型式中。本文所提及之所有公告以整體引用方式納入本文。本文任何內容均不應理解為承認：本發明無權由於先前發明而先於此揭露內容。「可選的」或「視情況」意指隨後所描述之事件或情況可能發生或可能不發生，且該描述包括事件發生之情況及事件不發生之情況。本文所有數值可由術語「約」修飾，不論是否明確地指示。術語「約」通常指一般技藝人士將考慮為與列舉值等效之數字範圍(亦即，具有相同功能或結果)。在一些型式中，術語「約」係指所述值的±10%，在其他型式中，術語「約」係指所述值的±2%。雖然組成及方法係就「包含」各種組分或步驟(解釋為意指「包括但不限於」)而言來描述，但是該等組成及方法亦可「基本上由各種組分及步驟組成」或「由各種組分及步驟組成」，此術語應解釋為界定基本上閉合成員群組。

包括多個分開的材料床或多個分開的淨化介質層(各層移除一特定污染物)之淨化器的一個問題在於：可存在材料自一床層至相鄰床層中的游移。即使在使用隔板、過濾器或網篩時，其在使用期間可傾斜或在其邊緣處具有通道，該等通道允許床層或粒子自一層游移至另一層。材 料自一層游移至另一層導致淨化器效能降低，因為下游淨化器介質可變得部分地由上游淨化器介質覆蓋且因此具有較小的污染物移除能力或穩定性。

此問題可藉由使用一種淨化器來解決，該淨化器至少包括上游淨化介質及不同的下游淨化介質、可透氣膜，該可透氣膜保持介質粒子及介質細粒或粉塵且其處於上游介質與下游介質之間。該膜利用充分的力將下游介質牢固地固持或保持於淨化器外殼中之適當位置中，以防止下游介質的與淨化器外殼定向無關之溝流作用。該膜之邊緣處受均勻地緊固，以便迫使帶有上游介質粒子之任何氣體流過該膜，使此等介質粒子保持於該膜中。

本發明之各型式包括一種氣體淨化器，其具有第一上游淨化介質及至少一第二下游淨化介質，其中該第一及第二淨化介質自一氣流移除不同雜質。在本發明之其他型式中，該第一及第二淨化介質床移除雜質之粒子，其中該等粒子具有不同大小。該第一及第二淨化介質藉由多孔膜來分開，該多孔膜與下游介質層呈密切且保持接觸之關係，該多孔膜與該介質之接觸將下游介質固持於外殼中之適當位置中，且允許在水平方位、垂直方位或任何方位上使用淨化器而在使用該淨化器期間不發生穿過該下游介質之溝流。就保持淨化介質之多孔膜而言，使與下游介質接觸之膜的邊緣緊固或固定，以使得上游介質之細粒或粒子不可在膜之邊緣周圍游移至下游介質層。藉由固定膜之邊緣部分，產生對氣流之高的阻力，此係與不緊固或固定膜之邊緣時相比較而言，該高阻力引導氣流或氣流中之任何上游介質粒子流過該膜，可使介質細粒及介質粒子保持於該膜中。

在圖3中例示淨化器外殼之圖解。該淨化器包括外殼307，該外殼可裝配入口及出口。該淨化器包含靠近流體入口之上游玻璃料301、上游淨化介質床302、下游淨化介質床305以及靠近流體出口之下游玻璃料306。此外，膜304將淨化床302與淨化床305彼此分開，從而防止介質之細粒或粒子游移至相鄰床層中。膜304上覆於下游介質，且該膜之邊緣與305接觸且藉由保持環303來緊固在適當位置中，該保持環在藉由徑向力而固持於外殼307中之適當位置中。顯然，外殼307在側壁中不包括供可擴展介質保持環或扣環用以固持該膜或其他篩網之凹槽。如圖3中所示，可擴展環303為環形環，其提供抵靠外殼之徑向力且抵靠下游淨化介質將多孔膜固持在適當位置中。因為可擴展環係藉由施加抵靠外殼內壁之徑向力而固持於外殼中之適當位置中，所以此特徵提供之較大優點在於：不需要額外的昂貴工具來沿外殼內壁產生凹槽。此進一步提供之優點為：可擴展介質保持環可用於現有氣體淨化器裝置中。

該淨化器至少具有第一淨化介質及第二淨化介質，該兩種介質自一氣流移除不同污染物或達到不同程度之純度。亦可存在除該第一淨化介質或該第二淨化介質之外的額外淨化層，該等淨化層自該氣流移除不同污染物或達到不同程度之純度。淨化器介質可包括：於高表面積支撐體上之各種金屬觸媒、乾燥劑、分子篩以及沸石、於支撐體上之各種有機金屬試劑、吸氣劑材料以及碳基介質。

在本發明之各型式中，亦可稱為分離器之多孔膜係置放於一或多個淨化介質層之間。該膜為多孔的且可為金屬的、半金屬的、碳基的或陶瓷的；其亦可為熱傳導材料或聚合物材料。熱傳導薄膜可有利地改良 淨化器中之熱分佈，從而增加活化期間所脫附之污染物的量，進而延長淨化器之壽命。該薄膜可呈以下形式：毛氈、金屬絲網、燒結微粒、擠製鑄件或電吹聚合物材料。在本發明之一個型式中，多孔膜為不銹鋼氈。

該膜或分離器具有兩個大體上相對的表面及一邊緣。該膜之一面的整個表面或大體上整個表面係與一淨化介質層之頂表面接觸。該膜之外部區域藉由摩擦或接合來緊固至外殼之內側周緣。可將薄膜定位於淨化器中各介質層之間；在一些型式中，膜係定位於各介質層之間；在其他型式中，膜係定位於可發生介質游移的層之間，但可不存在於其他介質層之間。

該膜係以其邊緣來均勻地緊固，以便迫使帶有上游介質粒子之任何氣體流過該膜；在邊緣處不存在使粒子略過該膜之間隙，且任何介質粒子、細粒或粉塵藉由該膜來保持。在本發明之一些型式中，該膜經由使用可擴展介質保持環來緊固。

可擴展介質保持環意指可擴展環，其具有視需要附著至介質保持可透氣膜的鎖定機構。在本發明之一些型式中，該可擴展介質保持環包括介質保持可透氣膜，及在本發明之其他型式中，該可擴展介質保持環僅指具有鎖定機構之可擴展環。在本發明之一些型式中，該可擴展介質保持環在本文中替代地稱為扣環或保持環。

將膜以其邊緣來均勻地緊固的一方式為在上覆於下游介質之膜的頂部使用可擴展介質保持環，或者扣環或保持環。在其他型式中，可將分離器或膜熔接或硬焊至外殼內表面。或者，可將分離器或膜壓合至外殼中。較佳地，膜之邊緣係例如藉由扣環來緊固或固定，從而將膜夾在 下游介質與底部扣環表面之間。在一些實施例中，該膜藉由膜的邊緣與外殼之間的硬焊或熔接密封來緊固或固定至外殼中。

在本發明之一型式中，該膜係藉由可擴展介質保持環或扣環來緊固，該可擴展介質保持環或扣環具有內徑及外徑以及將其保持於外殼內之鎖定機構。較佳地，該鎖定機構為彈簧鎖定機構。該保持環係以鎖定機構鬆開之狀態置放於外殼中，以便可將該環定位於外殼中。當該環得以定位時，其壓靠且觸碰該膜之一表面(該膜之相反表面觸碰下游淨化器介質之頂表面)，該鎖定機構得以緊固且使保持環之外徑觸靠於殼壁內部。保持環藉由張力或徑向力來抵靠外殼內壁加以緊固。在本發明之一些型式中，保持環具有0.06吋與0.12吋之間的厚度。此厚度範圍提供具有充分強度的環，以便耐受使用淨化器及重建淨化器期間的壓力變化，且維持膜與下游介質之接觸。保持環連同該膜皆為不可壓縮的，或至少為可壓縮性極小的。此為一重要操作特徵，因為可壓縮保持環及膜將引起壓力降之不利增加。

在本發明之型式中，將用於層、較佳下游層之淨化介質向下敲緊(tamp down)、振動或以其他方式壓緊於外殼中以減少介質層中之空隙。將切割成外殼之內橫截面積大小的薄膜置放於外殼上且位於介質頂部，該大小例如為允許將該膜硬焊至外殼壁之大小、允許將該膜壓合之大小或允許該膜藉由保持環來緊固於抵靠介質的適當位置中之大小。接著，將該膜緊固於外殼內。在本發明之一些實施例中，該膜係藉由保持環來緊固於外殼內，藉由徑向力來固持於外殼中。

多孔膜具有一孔徑，該孔徑保持來自與其接觸的任何淨化介 質之粒子。所保持之粒子可為實際介質珠粒或擠出物、細粒及粉塵、或較小的粒子(微米及次微米介質粒子)。緊固於外殼中之膜並不阻礙氣流通過淨化器外殼且超出淨化器之淨化介質床層或內部過濾器。可取決於介質及其形成粉塵及其他細粒(微米大小粒子)之傾向來選擇小孔徑或大孔徑的膜。在本發明之一些型式中，膜之孔徑可為0.05微米至1微米；在本發明之其他型式中，膜之孔徑可為0.1微米。在本發明之其他型式中，膜之孔徑可小於10微米，較佳約2微米至約5微米。在本發明之一些型式中，多孔膜可為微孔膜。膜之孔徑可由氣溶膠保留試驗或使用鹽粒子及類似物之保留試驗來測定。

本發明之各型式的優點包括：不需要外殼中之凹槽，此降低成本且使得可能「縮緊」該膜以使其符合存在於外殼中之淨化介質的實際體積，從而防止介質之溝流作用且允許在垂直方位、水平方位或任何其他方位上使用淨化器。使膜之邊緣緊固防止介質游移且改良淨化器效能。意外的是：藉由固定膜之邊緣來在該膜之邊緣處大體上減少或消除氣流將會產生淨化器雜質移除及穩定性之某種改良。

儘管已相對於一或多個實行方案來展示且描述本發明，但是熟習此項技術者在閱讀且理解本說明書及附屬圖式的基礎上，將思及等效的變化及修改。本發明包括所有此等修改及變化且僅由以下申請專利範圍之範疇來限制。另外，雖然已相對於若干實行方案中之唯一一者來揭露本發明之一特定特徵或觀點，但是此特徵或觀點在可能需要時可結合其他實行方案之一或多個其他特徵或觀點，且對於任何給定或特定應用而言為有利的。此外，在將術語「包括」、「具有」、「利用」或其變體用於詳細描述 或申請專利範圍中的情況下，此類術語意欲以類似於術語「包含」之方式來納入。另外，術語「示範性」僅僅意指一實例而非最佳實例。亦要理解的是：為達簡單及易於理解之目的，本文所描述之特徵、層及/或元素係以彼此相對之特定尺寸及/或方位來說明，且實際尺寸及/或方位可大體上不同於本文所說明者。

實例

實例1. 利用及不利用保持環來淨化氫氣

先前設想的是：在多層淨化器中，存在最小的層游移且相鄰淨化介質層之微粒(微米及次微米大小的粒子，約0.03微米至10微米)、細粒以及粉塵之游移不會發生或不會負面地影響淨化器效能。

在研究期間，打開且檢查許多淨化裝置。發現若干淨化裝置在床層之間使用金屬絲網材料。並未觀察到此等裝置用於將金屬絲網材料緊固至外殼的實體機構。

執行一實驗來判定淨化介質粒子(包括微粒及毫米大小的介質粒子)游移對氣體淨化器效能之影響。

試驗氣體為流率為每分鐘5標準公升且壓力為每平方吋30磅的氫氣(工業級空氣氣體)。偵測系統為APIMS(大氣壓離子化質譜儀)。淨化器介質包括於高表面積支撐介質上之一層鎳金屬及用於相鄰層之乾燥劑介質。

在此實例中，膜為不銹鋼布/氈，其經切割以裝配於淨化器外殼之內徑內。針對試驗淨化器中之每一者，將此圓盤膜置放於外殼中第一層淨化介質之頂部。該膜具有標稱的0.1微米孔徑，就此實例中所使用之 介質而言，該孔徑防止來自相鄰床層之介質覆蓋下游層。

就一個試驗淨化器而言，將上游介質直接裝載於氈膜上-此淨化器在圖1中稱為「不利用扣環」。如圖3中所例示，使用上游玻璃料301來完成該外殼。

在另一試驗淨化器中，使用保持環來將氈膜抵靠下游介質及外殼而牢固地緊固。接著，將上游介質裝載於此總成上且如圖3所例示，使用上游玻璃料301來完成該外殼。

圖中之濕氣濃度係來自在相似試驗條件下以氫氣發起試驗(challenge)之兩個試驗淨化器；各淨化器具有相同淨化器介質層，並於淨化器介質層之間具有相同氈膜(標稱的0.1微米孔徑)。在一種情況下，該淨化器不利用保持環來將膜固持於適當位置中(圖1，頂部跡線)，而在另一情況下，該試驗淨化器使用保持環來將膜固持於適當位置中(圖1，底部跡線)。

HX淨化器評估以70K大小之Entegris淨化器主體來進行。HX淨化器為雙層充填床，其包括一層Ni/NiO擠出物及下游的第二層13X分子篩，其具有大致0.7mm珠粒大小(20 X 50目)及作為多孔膜的不銹鋼氈。圖1之頂部跡線例示：就試驗的32小時內相同淨化器介質層而言，在利用保持環來將膜之邊緣抵靠外殼及下游介質緊固的情況下，在來自淨化器之氫出口中濕氣濃度較低(0.098ppb_v/v)且具有較低標準偏差(0.015ppb_v/v)，而相比較而言，在不利用保持環的情況下，在來自淨化器之氫出口中濕氣濃度為0.315ppb_v/v且標準偏差為0.098ppb v/v。利用保持環來預防擠出物游移與氣體過濾裝置之改良的濕氣移除效能相關。

實例2. 實施保持環以防止淨化介質在層之間的游移

鎳擠出物在淨化器組裝、啟動以及使用期間之游移可導致在淨化器出口操作期間，於該出口處H₂氣體中之濕氣雜質的減損。在圖2之頂部影像中，膜過濾器係置放於不利用保持環的兩個分開介質層之間。如所示，此解決方案不足以防止Ni游移。圖2之頂部影像展示：下游介質恰好在淨化器中位於氈篩膜下方，該淨化器係於在適當位置中不利用保持環的情況下使用。存在上游介質之小黑粒子201，其在樣本之邊緣周圍清晰可見，且下游介質202具有變色外觀，其指示覆蓋下游介質的上游介質之較暗細粒。不利用保持環的情況下，膜為無效的，此係由於其在操作期間傾斜之能力。如在中央所示，將保持環204插入外殼203中膜205之頂部上。保持環之實行方案經證明可有效防止介質粒子游移，如圖2之底部影像所示，其展示：在適當位置中使用保持環之後，下游介質206恰好在淨化器中位於氈篩下方。不存在上游介質之小黑微粒或下游介質之變色。下游介質保持其白色外觀且展示：藉由將氈篩膜以其邊緣來緊固，即防止上游介質游移。

此實例展示的是：藉由將氈膜緊固於介質層之間，其中膜之整個表面與下游介質牢固接觸且膜與外殼成固定關係，如圖2中所示，緊固膜能夠顯著地或完全消除上游介質至下游介質中之游移，且如圖1中所示，淨化器能夠達到更低程度之淨化及穩定性。

儘管已參考本發明之某些型式來相當詳細地描述本發明，但其他型式亦為可能的。因此，附加申請專利範圍之精神及範疇不應受限於本說明書內所含的描述及型式。

本文所引用之所有專利、公開申請案以及參考文獻之教示皆以整體引用方式納入本文。

301‧‧‧上游玻璃料

302‧‧‧上游淨化介質床

303‧‧‧保持環

304‧‧‧膜

305‧‧‧下游淨化介質床

306‧‧‧下游玻璃料

307‧‧‧外殼

Claims (23)

1. 一種氣體淨化器，其包含：一外殼，其具有一流體入口及一流體出口，該入口及出口經由該外殼中所含有之一淨化器床來流體連接，該淨化器床包含：一第一淨化介質床；一第二淨化介質床；以及一介質保持多孔膜，其將該第一淨化介質床與該第二淨化介質床分開，其中該介質保持膜藉由一可擴展環在其邊緣處被緊固於該外殼內，該可擴展環包含一內圓周、一外圓周以及一鎖定機構，該鎖定機構用於在接合該鎖定機構時，藉由抵靠該外殼之一內壁的徑向力來擴展且保持該環。
2. 如申請專利範圍第1項之氣體淨化器，其中該介質保持多孔膜為一可透氣膜，其具有防止淨化介質之粒子通過該可透氣膜的一孔徑。
3. 如申請專利範圍第1或2項之氣體淨化器，其中該介質保持多孔膜與一第一淨化介質床密切接觸且保持接觸。
4. 如申請專利範圍第3項之氣體淨化器，其中該介質保持多孔膜係固定於該可擴展環之一表面與一下游淨化介質床之一表面之間。
5. 如申請專利範圍第1項之氣體淨化器，其中該第一淨化介質床及該第二淨化介質床在組成上相同或在組成上不同。
6. 如申請專利範圍第1或5項之氣體淨化器，其中該第一淨化介質床及該第二淨化介質床各自獨立地包含：於高表面積支撐介質上之一金屬觸媒、乾燥劑材料、分子篩、沸石、於支撐介質上之一有機金屬試劑、吸氣劑材料或碳基介質。
7. 如申請專利範圍第1或2項之氣體淨化器，其中該介質保持多孔膜包含一材料，其可為金屬的、半金屬的、碳基的、陶瓷的、聚合物的或熱傳導的。
8. 如申請專利範圍第7項之氣體淨化器，其中該介質保持多孔膜為一毛氈、一金屬絲網、燒結微粒、電吹纖維、編織膜或非編織膜。
9. 如申請專利範圍第1項之氣體淨化器，其中該鎖定機構為彈簧鎖定機構。
10. 如申請專利範圍第1項之氣體淨化器，其中該可擴展環藉由於該可擴展環之外徑與該外殼之該內壁之間的徑向力來緊固。
11. 如申請專利範圍第1或10項之氣體淨化器，其中該可擴展環包含金屬(例如，不銹鋼)、塑膠或金屬合金。
12. 如申請專利範圍第11項之氣體淨化器，其中該可擴展環具有約0.06吋至約0.12吋的一厚度。
13. 如申請專利範圍第1或2項之氣體淨化器，其中該介質保持多孔膜具有約0.05微米至約1.0微米的一孔徑。
14. 如申請專利範圍第1項之氣體淨化器，其中該氣體淨化器在使用中係垂直定向或水平定向。
15. 如申請專利範圍第1項之氣體淨化器，其進一步包含一或多個額外的淨化介質床，及視需要一或多個額外的介質保持多孔膜，其中若存在該額外的膜，則其將任何兩個淨化介質床分開。
16. 一種氣體淨化器，其在一外殼中包含一上游淨化介質及一下游淨化介質，該上游淨化介質及下游淨化介質能夠自一氣流移除不同雜質或大量 雜質；a)該上游淨化介質及下游淨化介質係藉由一多孔氈膜分開，該多孔氈膜與該下游介質層呈密切且保持接觸之關係，該多孔氈膜與該下游介質之接觸使該下游介質固持於該外殼中之適當位置中，該接觸允許在任何方位上使用該淨化器而在使用該淨化器期間於下游介質中不發生溝流，b)與該下游介質接觸的該多孔氈膜之邊緣係利用一環來抵靠該下游介質而緊固，以在該外殼中產生一固定多孔氈膜，該多孔固定氈膜引導氣流及氣流中之任何上游介質粒子或微粒流過該多孔氈膜，使上游介質粒子及上游介質微粒保持於該多孔氈膜中。
17. 一種可擴展介質保持環，其包含：一可擴展環，其包含一內圓周、一外圓周以及一鎖定機構，該鎖定機構用於在插入一過濾外殼中的介質床之間時藉由徑向力來擴展且保持該環，其中該保持特徵在接合該鎖定機構時啟動；以及一介質保持多孔膜，其包含一可透氣材料，其具有防止介質通過該可透氣材料的孔徑；其中該介質保持多孔膜視需要係附著至該可擴展環。
18. 如申請專利範圍第17項之可擴展介質保持環，其中該可擴展環包含金屬(例如，不銹鋼)、塑膠或金屬合金。
19. 如申請專利範圍第17或18項之可擴展介質保持環，其中該可擴展環具有約0.06吋至約0.12吋的一厚度。
20. 如申請專利範圍第17項之可擴展介質保持環，其中該鎖定機構為一彈簧鎖定機構。
21. 如申請專利範圍第17項之可擴展介質保持環，其中該可透氣材料為金屬的、半金屬的、碳基的、陶瓷的、聚合物的或熱傳導的。
22. 如申請專利範圍第17項之可擴展介質保持環，其中該介質保持多孔膜為一毛氈、一金屬絲網、燒結微粒、電吹纖維、編織膜或非編織膜。
23. 如申請專利範圍第17或22項之可擴展介質保持環，其中該介質保持多孔膜具有約0.05微米至約1.0微米的一孔徑。