TW202041268A - 吸附裝置及吸附方法 - Google Patents

Abstract

一種吸附裝置，包含一進氣單元、一排氣單元及至少二吸附模組。進氣單元用以提供一高於一大氣壓力之混合氣體，排氣單元用以提供一低於一大氣壓力之抽氣環境。其中一吸附模組連接另一吸附模組，且各吸附模組連接進氣單元及排氣單元，並各包含壓力切換單元及中空纖維吸附單元，中空纖維吸附單元包含至少一管狀的中空纖維吸附材，其中，當各吸附模組於高操作壓力時，對混合氣體進行吸附，當於低操作壓力時，各吸附模組進行脫附再生。透過各壓力切換單元控制各吸附模組切換吸附或脫附再生的操作，藉此達到低耗能且連續產出產品氣體的功效。

Description

吸附裝置及吸附方法

本發明是有關於一種吸附裝置及吸附方法，且特別是有關於一種利用中空纖維(hollow fiber)做為吸附材料的吸附裝置及吸附方法。

在傳統產業及高科技製程對於高純度氣體的品質要求極為嚴格，為達此高純度氣體品質要求，於工程系統中需配置許多相關過濾、潔淨及純化設備，以獲得高品質潔淨的高純度氣體。

然而，傳統的氣體純化之處理手段，操作過程繁瑣，操作成本高，能源消耗高，且操作過程中需要高壓(7kg/cm²~15kg/cm²)及10%-30%的產品氣體消耗。綜合上述，解決高純度氣體純化過程中所造成的氣體損耗及能源轉換效率，即可減少能源使用上的消耗。因此，如何降低純化氣體過程中不必要之能源損耗，遂成相關業者共同努力目標。

本發明提供一種吸附裝置及吸附方法，利用中空纖維吸附單元內的中空纖維吸附材之高質傳、高吸附及高脫附回復性之特性，達成低操作壓力及低耗能之功效，藉由壓力變化對目標氣體進行吸附與脫附，並連續產生高純度的產品氣體。

依據本發明之一態樣提供一種吸附裝置，其包含一進氣單元、一排氣單元及至少二吸附模組。進氣單元用以提供高於一大氣壓力之混合氣體，排氣單元用以提供低於一大氣壓力之抽氣環境。其中一吸附模組連接另一吸附模組，且各吸附模組連接進氣單元及排氣單元，各吸附模組包含壓力切換單元及中空纖維吸附單元。壓力切換單元用以控制各吸附模組之操作壓力，其操作壓力為高操作壓力或低操作壓力，其中高操作壓力由進氣單元提供，並令各吸附模組進行進氣動作，低操作壓力由排氣單元提供，並令各吸附模組進行排氣動作。中空纖維吸附單元連接壓力切換單元，並包含至少一中空纖維吸附材，其為管狀結構，且於高操作壓力時，對混合氣體進行吸附並產生產品氣體，於低操作壓力時，各中空纖維吸附材進行脫附再生。

根據前述態樣之吸附裝置，其中當混合氣體通過其中一吸附模組，並於高操作壓力下對混合氣體進行吸附，並產生產品氣體，而另一吸附模組於低操作壓力下進行脫附再生，並產生已吸附氣體，且已吸附氣體自排氣單元排出。

根據前述態樣之吸附裝置，其中當一吸附模組達一預設吸附值時，另一吸附模組之壓力切換單元將另一吸附模組由低操作壓力切換至高操作壓力，並與其中一吸附模組皆保持於高操作壓力，並於一過渡時間值後，達預設吸附值之其中一吸附模組之壓力切換單元，將高操作壓力切換至低操作壓力。

根據前述態樣之吸附裝置，其中高操作壓力可為大於1atm；低操作壓力可為低於-300mmHg。

根據前述態樣之吸附裝置，可更包含一產品氣出口，其連接各吸附模組，並供產品氣體排出。

根據前述態樣之吸附裝置，可更包含流量控制閥，其設置於一吸附模組與另一吸附模組之間，其中，自高操作壓力下的其中一吸附模組排出的產品氣體，經由流量控制閥分流，產生一沖提氣，並進入另一吸附模組，以進行再生沖提。

根據前述態樣之吸附裝置，可更包含加熱元件，其設置於一吸附模組與另一吸附模組之間，並用以加熱沖提氣。

根據前述態樣之吸附裝置，可更包含複數個氣流逆止元件，其分別設置於其中一吸附模組與另一吸附模組之間。

根據前述態樣之吸附裝置，其中氣體通過各吸附模組時，其流向可垂直或平行於各中空纖維吸附材之軸向。

根據前述態樣之吸附裝置，其中吸附裝置之擺置可為水平、垂直或與一水平面間具有一角度。

根據前述態樣之吸附裝置，其中各吸附模組中，中空纖維吸附材可包含至少一孔道，且孔道之開口之直徑為50um~4000um。

根據前述態樣之吸附裝置，其中各中空纖維吸附材之直徑為D1，各中空纖維吸附材之孔道之開口之直徑為d1，其可滿足下列條件：1<D1/d1<100。

依據本發明之一態樣提供一種吸附方法，其提供至少二吸附模組，且包含第一吸附步驟、第二吸附步驟以及脫附步驟。第一吸附步驟係將混合氣體導入一吸附模組，提供吸附模組高操作壓力，並產生產品氣體。第二吸附步驟係當第一吸附步驟經過一預設時間值後，將混合氣體導入另一吸附模組，提供另一吸附模組高操作壓力時，另一吸附模組與吸附模組皆保持在高操作壓力，並產生產品氣體。脫附步驟係當第二吸附步驟進行一過渡時間值後，將吸附模組由高操作壓力切換至低操作壓力，並導入一沖提氣，沖提氣通過吸附模組，以令吸附模組脫附再生，並排出已吸附氣體。當經過預設時間值後，將吸附模組由低操作壓力切換至高操作壓力，以令吸附模組對混合氣體進行吸附。

根據前述態樣之吸附方法，其中各吸附模組可包含至少一中空纖維吸附材，其呈管狀結構。

根據前述態樣之吸附方法，其中沖提氣可係由產品氣體經分流而產生。

本發明提供一種吸附裝置，包含進氣單元、排氣單元以及至少二吸附模組。進氣單元用以提供混合氣體，各吸附模組連接進氣單元及排氣單元並包含第一切換單元及中空纖維吸附單元。第一切換單元用以啟閉各吸附模組與進氣單元及排氣單元的連通。中空纖維吸附單元連接第一切換單元並包含至少一中空纖維吸附材，其為管狀結構。當進氣單元與各吸附模組連通時，各吸附模組對混合氣體進行吸附；當排氣單元與各吸附模組連通時，各吸附模組進行脫附再生。

根據前述態樣之吸附裝置，其中當進氣單元令混合氣體經過一吸附模組，吸附模組對混合氣體進行吸附，並產生產品氣體。另一吸附模組與排氣單元連通並進行脫附再生，以產生已吸附氣體。

根據前述態樣之吸附裝置，其中當一吸附模組達一預設吸附值時，另一吸附模組之第一切換單元開啟另一吸附模組與進氣單元的連通，並於一過渡時間值後，吸附模組之第一切換單元關閉吸附模組與進氣單元的連通，並開啟吸附模組與排氣單元的連通。

根據前述態樣之吸附裝置，可更包含產品氣出口，其連接各吸附模組，並供產品氣體排出，並包含抽氣裝置，抽氣裝置用以令混合氣體通過各吸附模組，並用以抽引產品氣體排出於各吸附模組。

根據前述態樣之吸附裝置，其中各吸附模組可更包含第二切換單元，其連接各中空纖維吸附單元，並用以提供各吸附模組一沖提氣，以令各吸附模組進行脫附再生。

根據前述態樣之吸附裝置，其中氣體通過各吸附模組時，其流向可垂直或平行於各中空纖維吸附材之軸向。

根據前述態樣之吸附裝置，其中吸附裝置擺置可為水平、垂直或與一水平面間具有一角度。

根據前述態樣之吸附裝置，其中各吸附模組中，中空纖維吸附材可包含至少一孔道，且孔道之開口之直徑為50um~4000um。

根據前述態樣之吸附裝置，其中各中空纖維吸附材之直徑為D1，各中空纖維吸附材之孔道之開口之直徑為d1，其可滿足下列條件：1<D1/d1<100。

100、200、300‧‧‧吸附裝置

140、240、340‧‧‧排氣單元

110、210、310‧‧‧第一吸附模組

111、211‧‧‧第一壓力切換單元

311、321‧‧‧第一切換單元

112、212、312‧‧‧第一中空纖維吸附單元

113、123、313、323‧‧‧第一開口端

114、124、314、324‧‧‧第二開口端

115、115a、215、315‧‧‧第一中空纖維吸附材

116、116a‧‧‧孔道

117、117a‧‧‧開口

120、220、320‧‧‧第二吸附模組

121、221‧‧‧第二壓力切換單 元

122、222、322‧‧‧ 第二中空纖維吸附單元

125、225、325‧‧‧第二中空纖維吸附材

316、326‧‧‧第二切換單元

130、230、330‧‧‧進氣單元

141、241、341‧‧‧排放口

150、250、350‧‧‧產品氣出口

351‧‧‧抽氣裝置

151‧‧‧第一分歧點

152‧‧‧第二分歧點

160、260‧‧‧流量控制閥

181、182‧‧‧氣流逆止元件

290‧‧‧加熱元件

400‧‧‧第一吸附步驟

500‧‧‧第二吸附步驟

600‧‧‧脫附步驟

t1‧‧‧預設時間值

t2‧‧‧過渡時間值

G‧‧‧混合氣體

P‧‧‧產品氣體

A‧‧‧已吸附氣體

E‧‧‧沖提氣

F1‧‧‧平行方向

F2‧‧‧垂直方向

D1‧‧‧第一中空纖維吸附材之直徑

d1‧‧‧開口直徑

T1、T2、T3、T4‧‧‧時段

第1圖繪示依照本發明一實施例之吸附裝置的示意圖；第2圖繪示依照第1圖實施例之吸附裝置的吸附曲線圖；第3圖繪示依照本發明另一實施例之吸附裝置的示意圖；第4圖繪示依照第1圖實施例之第一中空纖維吸附材的氣流示意圖；第5A圖繪示依照第1圖實施例之第一中空纖維吸附材的 放大透視圖；第5B圖繪示依照第5A圖實施例之第一中空纖維吸附材的截面示意圖；第6A圖繪示依照本發明另一實施例之第一中空纖維吸附材的放大透視圖；第6B圖繪示依照第6A圖實施例之第一中空纖維吸附材的截面示意圖；第7圖繪示依照第1圖實施例之吸附裝置的擺設示意圖；第8圖繪示依照第1圖實施例之吸附裝置的另一擺設示意圖；第9圖繪示依照本發明又一實施例之吸附方法的流程圖；以及第10圖繪示依照本發明再一實施例之吸附裝置的示意圖。

以下將參照圖式說明本發明之實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號或類似的編號表示。

請參閱第1圖，第1圖繪示依照本發明一實施例之吸附裝置100的示意圖。由第1圖實施例可知，吸附裝置100包含一進氣單元130、一排氣單元140、至少二吸附模組，在本實施例中，吸附裝置100包含二吸附模組，其分別為第一吸附模組110及第二吸附模組120，但本發明不以此為限。進氣單元130用以提供一高於一大氣壓力之混合氣體G，排氣單元140用以提供低於一大氣壓力之抽氣環境。第一吸附模組110連接第二吸附模組120，且第一吸附模組110及第二吸附模組120皆連接進氣單元130及排氣單元140。

第一吸附模組110包含第一壓力切換單元111及第一中空纖維吸附單元112，第二吸附模組120包含第二壓力切換單元121及第二中空纖維吸附單元122。第一壓力切換單元111用以控制第一吸附模組110之操作壓力，第二壓力切換單元121用以控制第二吸附模組120之操作壓力，操作壓力為一高操作壓力或一低操作壓力，其中，高操作壓力由進氣單元130提供，並令第一吸附模組110及第二吸附模組120進行進氣動作；而低操作壓力由排氣單元140提供，並令第一吸附模組110及第二吸附模組120進行排氣動作。

第一中空纖維吸附單元112及第二中空纖維吸附單元122各自連接第一壓力切換單元111及第二壓力切換單元121，且第一中空纖維吸附單元112包含至少一第一中空纖維吸附材115，第二中空纖維吸附單元122包含至少一 第二中空纖維吸附材125，其中，第一中空纖維吸附材115及第二中空纖維吸附材125皆為管狀結構，且於高操作壓力時對混合氣體G進行吸附，於低操作壓力時，第一中空纖維吸附材115及第二中空纖維吸附材125進行脫附再生。

藉由上述配置，吸附裝置100可藉切換第一壓力切換單元111及第二壓力切換單元121的操作壓力，以令第一吸附模組110及第二吸附模組120分別且同時進行吸附或脫附再生，且不斷交替循環，舉例來說，當第一吸附模組110進行吸附時，第二吸附模組120可同時進行脫附再生，並可交替循環進行吸附與脫附再生。藉此，可令吸附裝置100連續且不間斷地產生純化氣體，且透過管狀型的第一中空纖維吸附材115及第二中空纖維吸附材125的設置，可降低吸附裝置100的耗能及提升吸附裝置100純化氣體的產能。

在此要特別說明的是，本實施例以吸附水分子為例，但依不同的操作需求，本發明可搭配不同的中空纖維吸附材之特性，因應吸附不同的目標氣體，但本發明不以此為限，並請參照第1圖中箭頭所示之氣流方向，箭頭所示定義為一順向操作，第1圖實施例亦可逆向操作，其逆向操作之箭頭所示之氣流方向則與其順向操作之方向對稱相反，下面將以順向操作詳述之。

詳細而言，進氣單元130可為一氣體壓縮機，一含水氣之氣體(圖未繪示)經由進氣單元130壓縮而形成一高於一大氣壓力之混合氣體G，混合氣體G被輸送至第一 壓力切換單元111，第一壓力切換單元111控制混合氣體G進入第一中空纖維吸附單元112，其中，第一壓力切換單元111可為一電磁閥，但不以此為限。

混合氣體G通過第一吸附模組110，以令第一吸附模組110升高至高操作壓力，第一吸附模組110於高操作壓力下對混合氣體G進行吸附並產生產品氣體P。更仔細地說，混合氣體G由第一吸附模組110的第一開口端113朝第二開口端114經過第一中空纖維吸附單元112，且由管狀的第一中空纖維吸附材115對混合氣體G中的水分子進行吸附，並形成無水氣且乾燥的產品氣體P，產品氣體P自第二開口端114離開第一中空纖維吸附單元112。

吸附裝置100可更包含一產品氣出口150，其連接第一吸附模組110及第二吸附模組120，並供產品氣體P直接排出，或排入儲氣裝置(如桶槽，圖未繪示)。吸附裝置100可更包含一流量控制閥160，其設置於第一吸附模組110與第二吸附模組120之間，其中，自高操作壓力下的第一吸附模組110排出的產品氣體P，經由流量控制閥160分流，產生一沖提氣E，並進入第二吸附模組120，以使第二吸附模組120進行再生沖提。更詳細地說，產品氣體P自第二開口端114離開第一中空纖維吸附單元112後，一部分的產品氣體P自第一分歧點151分流至產品氣出口150排出，另一部份的產品氣體P經由流量控制閥160分流，並經過第二分歧點152進入第二吸附模組120。具體而言，流量控制 閥160可控制沖提氣E為產品氣體P的3%~7%，藉此有效降低產品氣體P的消耗。

當混合氣體G通過第一吸附模組110，並在高操作壓力下對混合氣體G進行吸附的同時，第二吸附模組120於低操作壓力下進行脫附再生，並產生一已吸附氣體A，已吸附氣體A自排氣單元140排出。具體而言，第二中空纖維吸附單元122中的第二中空纖維吸附材125已吸附水分子，並達一預設吸附值，沖提氣E經流量控制閥160，自第二中空纖維吸附單元122的第二開口端124朝第一開口端123通過，並帶走第二中空纖維吸附材125中已吸附的水分子，並於低操作壓力下，使第二吸附模組120進行脫附再生。值得一提的是，沖提氣E由第二開口端124朝第一開口端123沖提第二中空纖維吸附單元122，其優點是沖提氣E的氣流流向與進行吸附時混合氣體G的流向相反，藉此可避免帶水氣的已吸附氣體A重複汙染第二中空纖維吸附單元122中未吸附的區塊。

另外，排氣單元140可為一真空泵，但本發明並不以此為限，並施以一真空力，以提供一低於一大氣壓力的抽氣環境。第二壓力切換單元121控制排氣單元140對第二中空纖維吸附單元122施以真空力，第二中空纖維吸附單元122內的已吸附氣體A經過第二壓力切換單元121，受排氣單元140之真空力抽引，而排出至排放口141。

上述之高操作壓力可為大於1atm，而低操作壓力可為低於-300mmHg，但本發明不以此為限。

由上述說明可知，當第一吸附模組110於高操作壓力下對混合氣體G進行吸附時，第二吸附模組120於低操作壓力下進行脫附再生。當第一吸附模組110進行吸附並達預設吸附值後，第二吸附模組120之第二壓力切換單元121，將第二吸附模組120由低操作壓力切換至高操作壓力，與第一吸附模組110皆保持高操作壓力，並於一過渡時間值後，第一吸附模組110之第一壓力切換單元111，將高操作壓力切換至低操作壓力。

另外，上述之預設吸附值可依吸附裝置100的操作需求調整，且預設吸附值可為一接近第一吸附模組110之吸附飽和或已達吸附飽和的值。

具體來說，當第一中空纖維吸附單元112達預設吸附值時，此時，第二中空纖維吸附單元122也完成脫附再生，第二壓力切換單元121開啟第二中空纖維吸附單元122與進氣單元130的連通，以使混合氣體G由第二中空纖維吸附單元122的第一開口端123進入，並將第二中空纖維吸附單元122之操作壓力由低操作壓力升高至高操作壓力，混合氣體G由第一開口端123朝第二開口端124通過第二中空纖維吸附單元122，以對混合氣體G內的水分子進行吸附，並產生產品氣體P。也就是說，此時，第一吸附模組110及第二吸附模組120皆保持在高操作壓力，混合氣體G同時進入第一吸附模組110及第二吸附模組120，使第一吸附模組110及第二吸附模組120同時產生產品氣體P，並排至產品氣出口150。

於一過渡時間值t2後，第一壓力切換單元111關閉第一中空纖維吸附單元112與進氣單元130的連通，停止混合氣體G進入第一中空纖維吸附單元112，並開啟第一中空纖維吸附單元112與排氣單元140的連通，排氣單元140對第一吸附模組110施以真空力，以使第一吸附模組110之操作壓力由高操作壓力降低至低操作壓力，第一吸附模組110於低操作壓力下開始進行脫附再生。特別說明的是，過渡時間值t2為一待第二吸附模組120之操作壓力穩定的時間值，亦即第二吸附模組120之操作壓力由低操作壓力完全轉換並達高操作壓力，且穩定處於高操作壓力時所需的時間值，且可搭配不同操作需求調整過渡時間值t2。

藉上述操作，第一吸附模組110與第二吸附模組120完成切換，改由第二吸附模組120對混合氣體G進行吸附，而第一吸附模組110進行脫附再生。值得一提的是，在過渡時間值t2內，第一吸附模組110及第二吸附模組120同時保持混合氣體G的進氣，並共同產出產品氣體P，如此可以達成連續供應產品氣體P，不會因為切換過程而造成瞬間壓降、斷氣的問題。

綜上所述，第一吸附模組110與第二吸附模組120可相互切換進行吸附或脫附再生，並藉以連續循環交替，藉此可達到連續不間斷的產出高純度產品氣體P的功效。

請參閱第2圖及下列表一，其中第2圖繪示依照第1圖實施例之吸附裝置100的吸附曲線圖，表一記載第1 圖實施例中吸附裝置100分別在時段T1、時段T2、時段T3及時段T4之操作壓力、產品氣出口150流量及沖提氣E與產品氣體P流量比之參數數值。具體來說，第2圖之吸附曲線圖為第1圖實施例之吸附裝置100在符合表一之操作條件下吸附水分子的吸附曲線圖，且由第2圖可知，吸附裝置100之操作壓力為2Kg/cm²，產品氣出口150流量為70LPM及沖提氣E與產品氣體P流量比為6.6%的操作條件下，可獲得露點達-40℃的產品氣體P，相較於傳統之吸附裝置需極高壓力(7Kg/cm²~15Kg/cm²)及搭配10%~30%產品氣體消耗，才能獲得達到露點-40℃之產品氣體，第1圖實施例之吸附裝置100透過第一中空纖維吸附材115及第二中空纖維吸附材125的設置，在相對低的操作壓力及相對低的沖提氣量下，即能獲得露點低的產品氣體P，因此，相較於傳統之吸附裝置，本發明之吸附裝置100更能達到低耗能的功效。

此外，吸附裝置100可更包含複數個氣流逆止元件181、182，其分別設置於第一吸附模組110與第二吸附模組120之間。詳細而言，氣流逆止元件181設置於第一中空纖維吸附單元112與產品氣出口150之間，氣流逆止元件182設置於第二中空纖維吸附單元122與產品氣出口150之間，藉由氣流逆止元件181、182的設置，可防止氣體回流，而汙染產品氣體P或各吸附模組。

請參照第3圖，第3圖繪示依照本發明另一實施例之吸附裝置200的示意圖。吸附裝置200包含一進氣單元230、一排氣單元240、第一吸附模組210及第二吸附模組220。在此要特別說明的是，吸附裝置200之結構配置及操作方法與第1圖實施例之吸附裝置100相同，相同之元件結構與配置請參照第1圖實施例之吸附裝置100，在此不另贅述。吸附裝置200與吸附裝置100不同的是，吸附裝置200可更包含一加熱元件290，其設置於第一吸附模組210與第二吸附模組220之間，並用以加熱沖提氣E。

更仔細地說，混合氣體G經過第一吸附模組210，第一吸附模組210對混合氣體G進行吸附，並產生產品氣體P，產品氣體P分流後產生沖提氣E，沖提氣E經流量控制閥260流向第二吸附模組220，在進入第二吸附模組220前，沖提氣E流經加熱元件290，加熱元件290對沖提氣E加熱，藉由提高沖提氣E的溫度，可令第二吸附模組220進行脫附再生的效果更好，使第二吸附模組220在一定時間 內的水分子脫附量更高。藉由上述配置，能提高吸附裝置200整體的操作效率。

請參閱第4圖、第5A圖、第5B圖、第6A圖以及第6B圖，第4圖繪示依照第1圖實施例之第一中空纖維吸附材115的氣流示意圖，第5A圖繪示依照第1圖實施例之第一中空纖維吸附材115的放大透視圖，第5B圖繪示依照第5A圖實施例之第一中空纖維吸附材115的截面示意圖，第6A圖繪示依照本發明另一實施例之第一中空纖維吸附材115a的放大透視圖，第6B圖繪示依照第6A圖實施例之第一中空纖維吸附材115a的截面示意圖。

值得一提的是，本發明所使用之中空纖維吸附材為一種具多孔性的管狀型吸附材，其具備高質傳、高吸附效率、高脫附效率及無粉化的優勢，下面將詳述其結構。

特別說明的是，吸附裝置100中的第一中空纖維吸附材115、第二中空纖維吸附材125及吸附裝置200中的第一中空纖維吸附材215、第二中空纖維吸附材225，其結構可為相同，第4圖及第5A圖實施例及第6A圖實施例僅以第一中空纖維吸附材115及第一中空纖維吸附材115a作為代表示意，其可相互置換或組合，本發明則不以此為限。

由第5A圖及第6A圖可知，第一中空纖維吸附材115、115a包含至少一孔道116、116a，且孔道116、116a之一開口117、117a之直徑為50um~4000um，其中開口117、117a是對應孔道116、116a設置。第一中空纖維吸附材115、115a之直徑為D1，孔道116、116a之開口117、117a 之直徑為d1，其可滿足下列條件：1<D1/d1<100，也就是說，第一中空纖維吸附材115、115a與開口117、117a具有高比表面積，有助於增加吸附與脫附再生的效能。具體而言，第一中空纖維吸附材115可包含一孔道116及一開口117，如第5A圖及第5B圖所示；亦可為如第6A圖之第一中空纖維吸附材115a所示之包含複數個孔道116a及複數個對應孔道116a開設的開口117a。另外，第一中空纖維吸附材115可將操作所需之數量集結成束，置於耐壓容器中，並形成第一中空纖維吸附單元112，其形式可為圓柱形、矩形等形狀。

再請參閱第4圖，圖中箭頭所示為氣體之流動方向，平行方向F1為平行於各中空纖維吸附材之軸向的氣流方向，垂直方向F2為垂直於各中空纖維吸附材之軸向的氣流方向，也就是說，氣體通過各吸附模組，其流向可垂直或平行於各中空纖維吸附材之軸向，其中，氣體可為混合氣體G、產品氣體P、已吸附氣體A或沖提氣E。詳言之，透過中空纖維吸附材之多孔性的特性，當氣體通過管狀的第一中空纖維吸附材115時，氣流方向可由孔道116下至上通過、上至下通過，如平行方向F1所示；或以橫向氣流走勢，如垂直方向F2所示，利用第一中空纖維吸附材115表面之孔隙，由第一中空纖維吸附材115的內而外通過或由外而內通過，以進行吸附過濾，舉例而言，當帶有水分子的混合氣體G由下而上沿平行方向F1經過第一中空纖維吸附材115之孔道116時，如第4圖所示，水分子因分子擴散及濃度差異 之因素，混合氣體G可沿第一中空纖維吸附材115之軸向前進時，水分子可被第一中空纖維吸附材115吸引而沿垂直方向F2吸附住，藉以將混合氣體G脫去水分子，並形成產品氣體P。

第7圖繪示依照第1圖實施例之吸附裝置100的擺設示意圖，第8圖繪示依照第1圖實施例之吸附裝置100的另一擺設示意圖。由上述說明並配合第7圖及第8圖可知，氣體可由任意方向通過第一中空纖維吸附材115過濾吸附，且相較於傳統吸附材(如沸石)為顆粒狀，第一中空纖維吸附材115為固型結構，透過此特性，吸附裝置100之擺置可為水平(如第8圖所示)、垂直(如第7圖所示)或與一水平面間具有一角度，也就是說，吸附裝置100之擺置可為任意角度，藉此，可克服傳統吸附材僅能垂直擺置之限制，並增加吸附裝置100使用上的靈活度。

請參照第9圖，第9圖繪示依照本發明又一實施例之吸附方法的流程圖，吸附方法提供至少二吸附模組(圖未繪示)，並包含第一吸附步驟400、第二吸附步驟500及脫附步驟600。在此要特別說明的是，吸附方法可應用於第1圖實施例之吸附裝置100，是以，以下吸附方法之詳細說明以應用於吸附裝置100為例，並請配合參照第1圖實施例之吸附裝置100之圖式及標號，但本發明不以此為限。第一吸附步驟400係將混合氣體G導入第一吸附模組110，提供第一吸附模組110一高操作壓力，並產生產品氣體P。第二吸附步驟500係當第一吸附步驟400經過一預設時間值t1後， 將混合氣體G導入第二吸附模組120，提供第二吸附模組120高操作壓力時，第二吸附模組120與第一吸附模組110皆保持在高操作壓力，並產生產品氣體P。脫附步驟600係當第二吸附步驟500進行過渡時間值t2後，將進行第一吸附步驟400的第一吸附模組110由高操作壓力切換至低操作壓力，並導入一沖提氣E，沖提氣E通過第一吸附模組110，以令第一吸附模組110脫附再生，並排出已吸附氣體A。當經過預設時間值t1後，將第一吸附模組110由低操作壓力切換至高操作壓力，以令第一吸附模組110對混合氣體G進行吸附。藉由上述步驟，第一吸附模組110與第二吸附模組120可交替且循環進行第一吸附步驟400、第二吸附步驟500以及脫附步驟600。也就是說，第一吸附模組110與第二吸附模組120可交替且循環進行吸附或脫附再生，藉此連續不間斷地產出產品氣體P。

具體而言，當第一吸附模組110進行吸附並產出產品氣體P時，第二吸附模組120同時進行脫附再生，當進行至預設時間值t1時，進行切換，並在過渡時間值t2內，第一吸附模組110與第二吸附模組120同時進行吸附，並同時產出產品氣體P，過渡時間值t2後，改由第一吸附模組110進行脫附再生，第二吸附模組120進行吸附，並以上述方法交替循環操作。

此外，預設時間值t1為進行吸附之吸附模組達一預設吸附值的一時間值。過渡時間值t2為進行脫附再生之吸附模組之操作壓力由低操作壓力完全轉換並達高操作壓 力的一時間值，其中，預設時間值t1及過渡時間值t2可搭配不同操作需求調整。

另外，第一吸附模組110包含至少一第一中空纖維吸附材115，第二吸附模組120包含至少一第二中空纖維吸附材125，其呈管狀結構。

沖提氣E可係由產品氣體P分流而產生，詳細地說，產品氣體P由第一吸附模組110排出，經過分流形成沖提氣E並進入第二吸附模組120，以進行脫附再生。且較佳地，沖提氣E為產品氣體P的3%~7%，但本發明不以此為限。

請參閱第10圖，其繪示依照本發明再一實施例之吸附裝置300的示意圖。吸附裝置300包含進氣單元330、排氣單元340以及至少二吸附模組，在第10圖實施例中吸附裝置300包含二吸附模組，其分別為第一吸附模組310及第二吸附模組320，但本發明不以此為限。進氣單元330用以提供一混合氣體G，第一吸附模組310及第二吸附模組320各自連接進氣單元330及排氣單元340，第一吸附模組310包含第一切換單元311及第一中空纖維吸附單元312，第一中空纖維吸附單元312連接第一切換單元311；第二吸附模組320包含第一切換單元321及第二中空纖維吸附單元322，第二中空纖維吸附單元322連接第一切換單元321。

第一切換單元311、321分別用以啟閉第一吸附模組310及第二吸附模組320與進氣單元330及排氣單元340的連通，其中當進氣單元330與第一吸附模組310或第 二吸附模組320連通時，第一吸附模組310或第二吸附模組320對混合氣體G進行吸附；當排氣單元340與第一吸附模組310或第二吸附模組320連通時，第一吸附模組310或第二吸附模組320進行脫附再生。

藉由上述配置，吸附裝置300之第一吸附模組310及第二吸附模組320可分別且同時進行吸附或脫附再生，藉此可有助於提高吸附裝置300的操作效率。

具體而言，請參照第10圖中箭頭所示之氣流方向，箭頭所示定義為一順向操作，第10圖實施例亦可逆向操作，其逆向操作之箭頭所示之氣流方向則與其順向操作之方向對稱相反，下面將以順向操作詳述之。當進氣單元330令混合氣體G經過第一吸附模組310，第一吸附模組310對混合氣體G進行吸附，並產生產品氣體P。第二吸附模組320與排氣單元340連通並進行脫附再生，以產生一已吸附氣體A。

吸附裝置300可更包含一產品氣出口350，其連接第一吸附模組310及第二吸附模組320，並供產品氣體P排出，且產品氣出口350可包含抽氣裝置351，抽氣裝置351用以令混合氣體G通過第一吸附模組310，並用以抽引產品氣體P排出第一吸附模組310。

更仔細地說，進氣單元330可為一常壓儲存槽，當第一吸附模組310之第一切換單元311開啟進氣單元330與第一吸附模組310的連通時，抽氣裝置351對第一吸附模組310進行抽氣，進氣單元330中的混合氣體G會受到 抽氣裝置351之真空力的抽引，而由第一吸附模組310的第一開口端313朝第二開口端314經過第一中空纖維吸附單元312，管狀的第一中空纖維吸附材315進而對混合氣體G中的目標氣體(圖未繪示)進行吸附，並形成一產品氣體P，且產品氣體P從產品氣出口350直接排出，或排入儲氣裝置(如桶槽，圖未繪示)。

在第一吸附模組310對混合氣體G進行吸附的同時，第二吸附模組320之第一切換單元321開啟第二吸附模組320與排氣單元340的連通以進行脫附再生，並產生已吸附氣體A，已吸附氣體A自排氣單元340之排放口341排出。

第二吸附模組320可包含一第二切換單元326，其連接第二中空纖維吸附單元322，並用以提供第二吸附模組320一沖提氣E，以令第二吸附模組320進行脫附再生。

具體而言，第二切換單元326一端與產品氣出口350連通，另一端與外界大氣或一氣體槽(圖未繪示)連通，且氣體槽內可存放一純淨氣體，也就是說，第二切換單元326可依操作需求，選擇以外界大氣之空氣或存放於氣體槽內的純淨氣體作為沖提氣E，而在第10圖實施例中，以空氣作為沖提氣E，但本發明不以此揭示內容為限。當第二中空纖維吸附單元322中的第二中空纖維吸附材325已吸附目標氣體並已達或接近吸附飽和，第二切換單元326開啟與外界大氣的連通，外界大氣之空氣作為沖提氣E由上而下地從 第二吸附模組320之第二開口端324朝第一開口端323經過第二中空纖維吸附單元322，並帶走第二中空纖維吸附材325中已吸附的目標氣體，並產生已吸附氣體A。藉由沖提氣E經過第二中空纖維吸附單元322使第二吸附模組320進行脫附再生，以令第二吸附模組320回復至適於進行吸附的狀態。

再者，為了使沖提氣E更順利地經過第二吸附模組320，排氣單元340可為一真空泵，並對第二中空纖維吸附單元322施以一真空力，藉此令沖提氣E由上而下地由第二吸附模組320之第二開口端324朝第一開口端323經過第二中空纖維吸附單元322，值得一提的是，沖提氣E由第二開口端324朝第一開口端323沖提第二中空纖維吸附單元322，其優點是沖提氣E的氣流流向與進行吸附時混合氣體G的流向相反，藉此可避免已吸附氣體A重複汙染第二中空纖維吸附單元322未吸附的區塊。

由上述說明可知，當第一吸附模組310與進氣單元330連通並對混合氣體G進行吸附時，第二吸附模組320與排氣單元340連通並進行脫附再生。當第一吸附模組310達一預設吸附值時，第二吸附模組320之第一切換單元321開啟第二吸附模組320與進氣單元330的連通，並於一過渡時間值t2後，第一吸附模組310之第一切換單元311關閉第一吸附模組310與進氣單元330的連通，並開啟第一吸附模組310與排氣單元340的連通。

更進一步地說，當第一中空纖維吸附單元312達預設吸附值時，此時，第二中空纖維吸附單元322也完成脫附再生，第二吸附模組320之第一切換單元321開啟第二吸附模組320與進氣單元330的連通，第二吸附模組320之第二切換單元326停止沖提氣E進入第二吸附模組320，並開啟與產品氣出口350的連通，也就是說，此時混合氣體G同時進入第一吸附模組310及第二吸附模組320，且同時產生產品氣體P。於一過渡時間值t2後，第一吸附模組310之第一切換單元311關閉第一吸附模組310與進氣單元330的連通，使混合氣體G停止進入第一吸附模組310，且第一吸附模組310之第二切換單元316關閉第一吸附模組310與產品氣出口350的連通，並開啟與外界大氣的連通，以令沖提氣E進入第一吸附模組310，藉以使第一吸附模組310進行脫附再生。

藉上述操作，第一吸附模組310與第二吸附模組320完成切換，改由第二吸附模組320對混合氣體G進行吸附，而第一吸附模組310進行脫附再生。值得一提的是，在過渡時間值t2內，第一吸附模組310及第二吸附模組320同時保持混合氣體G的進氣，並共同產出產品氣體P，如此可以達成連續供應產品氣體P，不會因為切換過程而造成瞬間壓降、斷氣的問題。

另外，為了能更方便操作吸附裝置300，第一吸附模組310之第一切換單元311及第二切換單元316，及 第二吸附模組320之第一切換單元321及第二切換單元326可為一電磁閥，但本發明不以此為限。

綜上所述，第一吸附模組310與第二吸附模組320可相互切換進行吸附或脫附再生，並藉以連續循環交替，以達到連續不間斷的產出高純度產品氣體P的功效。此外，透過第二切換單元316、326的設置，第一吸附模組310及第二吸附模組320可選擇以不同來源之氣體作為沖提氣E，藉此可提升吸附裝置300的實用性，且有助於提高產品氣體P的產能。

另外，第10圖實施例之吸附裝置300之第一中空纖維吸附材315及第二中空纖維吸附材325，其構造可與第4圖、第5A圖、第5B圖、第6A圖以及第6B圖中的第一中空纖維吸附材115、115a相同，是以第一中空纖維吸附材315及第二中空纖維吸附材325之詳細結構的敘述請參考前述內容，在此不另贅述。

雖然本揭示內容已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭示內容的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭示內容的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧吸附裝置

110‧‧‧第一吸附模組

111‧‧‧第一壓力切換單元

112‧‧‧第一中空纖維吸附單元

113、123‧‧‧第一開口端

114、124‧‧‧第二開口端

115‧‧‧第一中空纖維吸附材

120‧‧‧第二吸附模組

121‧‧‧第二壓力切換單元

122‧‧‧第二中空纖維吸附單元

125‧‧‧第二中空纖維吸附材

130‧‧‧進氣單元

140‧‧‧排氣單元

141‧‧‧排放口

150‧‧‧產品氣出口

151‧‧‧第一分歧點

152‧‧‧第二分歧點

160‧‧‧流量控制閥

181、182‧‧‧氣流逆止元件

G‧‧‧混合氣體

P‧‧‧產品氣體

A‧‧‧已吸附氣體

E‧‧‧沖提氣

Claims (24)

1. 一種吸附裝置，其包含：一進氣單元，用以提供一高於一大氣壓力之一混合氣體；一排氣單元，用以提供一低於一大氣壓力之抽氣環境；以及至少二吸附模組，其中一該吸附模組連接另一該吸附模組，且各該吸附模組連接該進氣單元及該排氣單元並包含：一壓力切換單元，用以控制各該吸附模組之一操作壓力，該操作壓力為一高操作壓力或一低操作壓力，其中該高操作壓力由該進氣單元提供，並令各該吸附模組進行進氣動作，該低操作壓力由該排氣單元提供，並令各該吸附模組進行排氣動作；以及一中空纖維吸附單元，連接該壓力切換單元，並包含：至少一中空纖維吸附材，其為管狀結構，且於該高操作壓力時，對該混合氣體進行吸附並產生一產品氣體；於該低操作壓力時，該中空纖維吸附材進行脫附再生。
2. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，其中當該混合氣體通過一該吸附模組，並於該高操作壓力下對該混合氣體進行吸附，並產生該產品氣體，而另一該吸附模組於該低操作壓力下進行脫附再生，並產生一已吸附氣體，該已吸附氣體自該排氣單元排出。
3. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，其中當一該吸附模組達一預設吸附值時，另一該吸附模組之該壓力切換單元將該另一該吸附模組由該低操作壓力切換至該高操作壓力，並與該吸附模組皆保持於該高操作壓力，並於一過渡時間值後，達該預設吸附值之該吸附模組之該壓力切換單元，將該高操作壓力切換至該低操作壓力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，其中該高操作壓力為大於1atm，該低操作壓力為低於-300mmHg。
5. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，更包含一產品氣出口，連接各該吸附模組，並供該產品氣體排出。
6. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，更包含一流量控制閥，設置於該吸附模組與該另一該吸附模組之間；其中，自該高操作壓力下的該吸附模組排出的該產品氣體，經由該流量控制閥分流，產生一沖提氣，並進入該另一該吸附模組，以進行再生沖提。
7. 如申請專利範圍第6項所述之吸附裝置，更包含：一加熱元件，設置於該吸附模組與該另一該吸附模組之間，並用以加熱該沖提氣。
8. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，更包含：複數個氣流逆止元件，其分別設置於該吸附模組與該另一該吸附模組之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，其中一氣體通過各該吸附模組時，其流向垂直或平行於各該中空纖維吸附材之軸向。
10. 如申請專利範圍第9項所述之吸附裝置，其中該吸附裝置擺置為水平、垂直或與一水平面間具有一角度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之吸附裝置，其中各該吸附模組中，該中空纖維吸附材包含至少一孔道，且該孔道之一開口之直徑為50um~4000um。
12. 如申請專利範圍第11項所述之吸附裝置，其中各該中空纖維吸附材之直徑為D1，各該中空纖維吸附材之該孔道之該開口之直徑為d1，其滿足下列條件：1<D1/d1<100。
13. 一種吸附方法，其包含：提供至少二吸附模組；一第一吸附步驟，將一混合氣體導入一該吸附模組，提供該吸附模組一高操作壓力，並產生一產品氣體；一第二吸附步驟，當該第一吸附步驟經過一預設時間值後，將該混合氣體導入另一該吸附模組，提供該另一該吸附模組該高操作壓力時，該另一該吸附模組與該吸附模組皆保持在該高操作壓力，並產生該產品氣體；以及 一脫附步驟，當該第二吸附步驟進行一過渡時間值後，將該吸附模組由該高操作壓力切換至一低操作壓力，並導入一沖提氣，該沖提氣通過該吸附模組，以令該吸附模組脫附再生，並排出一已吸附氣體；當經過該預設時間值後，將該吸附模組由該低操作壓力切換至該高操作壓力，以令該吸附模組對該混合氣體進行吸附。
14. 如申請專利範圍第13項所述之吸附方法，其中各該吸附模組包含至少一中空纖維吸附材，其呈管狀結構。
15. 如申請專利範圍第13項所述之吸附方法，其中該沖提氣係由該產品氣體經分流而產生。
16. 一種吸附裝置，其包含：一進氣單元，用以提供一混合氣體；一排氣單元；以及至少二吸附模組，各該吸附模組連接該進氣單元及該排氣單元並包含：一第一切換單元，用以啟閉各該吸附模組與該進氣單元及該排氣單元的連通；以及 一中空纖維吸附單元，連接該第一切換單元，並包含：至少一中空纖維吸附材，其為管狀結構；其中，當該進氣單元與各該吸附模組連通時，各該吸附模組對該混合氣體進行吸附；當該排氣單元與各該吸附模組連通時，各該吸附模組進行脫附再生。
17. 如申請專利範圍第16項所述的吸附裝置，其中當該進氣單元與一該吸附模組連通，並令該混合氣體經過該吸附模組，該吸附模組對該混合氣體進行吸附，並產生一產品氣體；另一該吸附模組與該排氣單元連通並進行脫附再生，以產生一已吸附氣體。
18. 如申請專利範圍第16項所述的吸附裝置，其中當一該吸附模組達一預設吸附值時，另一該吸附模組之該第一切換單元開啟該另一該吸附模組與該進氣單元的連通，並於一過渡時間值後，該吸附模組之該第一切換單元關閉該吸附模組與該進氣單元的連通，並開啟該吸附模組與該排氣單元的連通。
19. 如申請專利範圍第17項所述的吸附裝置，更包含一產品氣出口，連接各該吸附模組，並供該產品氣體排出，該產品氣出口包含：一抽氣裝置，用以令該混合氣體通過各該吸附模組，並用以抽引該產品氣體排出於各該吸附模組。
20. 如申請專利範圍第16項所述的吸附裝置，其中各該吸附模組更包含一第二切換單元，其連接各該中空纖維吸附單元，並用以提供各該吸附模組一沖提氣，以令各該吸附模組進行脫附再生。
21. 如申請專利範圍第16項所述的吸附裝置，其中一氣體通過各該吸附模組時，其流向垂直或平行於各該中空纖維吸附材之軸向。
22. 如申請專利範圍第21項所述的吸附裝置，其中該吸附裝置擺置為水平、垂直或與一水平面間具有一角度。
23. 如申請專利範圍第16項所述的吸附裝置，其中各該吸附模組中，該中空纖維吸附材包含至少一孔道，且該孔道之一開口之直徑為50um~4000um。
24. 如申請專利範圍第23項所述的吸附裝置，其中各該中空纖維吸附材之直徑為D1，各該中空纖維吸附材之該孔道之該開口之直徑為d1，其滿足下列條件：1<D1/d1<100。

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