TWI361101B - Method and apparatus of low energy consumption for desorbtion - Google Patents

Description

1361101 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種脫附方法與裝置，尤其是指一種利 用通電的方式使材料導電而進行脫附的一種低耗能脫附方 法與裝置。 【先前技術】 常見的吸附材料有多孔性碳材、沸石、矽膠等等，.可 以吸附空氣中的有機揮發物（volati le organic compound, VOC)或水分，使用時常常是以多塔式構造或是轉輪構造來 實現連續的操作。例如某一塔進行吸附時，另一塔就進行 脫附再生，待吸附與脫附再生達到飽和時，就交換流道。 如果以轉輪式的構造，則會在轉輪的面積上區分出脫附再 生與吸附的不同區域，藉由轉輪的轉動，讓材料交替地通 過吸附與脫附再生區域，達到連續運轉的目的。

再生脫附的方法不外乎通過溫度極高的熱風，藉由熱 風加熱吸附材料與被吸附的分子，讓分子的熱運動足以破 壞吸附材料與被吸附分子間的鍵結力或吸引力，而達到脫 附的目的。此種脫附方法必須要先加熱空氣，再通過空氣 與吸附材料間的熱傳來脫附，由空氣加熱器至吸附材料之 間容易有熱損失，再加上加熱器本身的加熱效率問題，因 此脫附所需的能源損耗極大。此外在一些要求輕薄短小的 產品中，往往缺乏空間來安裝足夠面積的加熱器，因為熱 交換面積不足，因此加熱空氣時加熱器本身的表面溫度極 高，也造成額外的韓射熱損失。 1361101 例如圖一係為使用除濕轉輪的家用滴水式除濕機能源 -* 消耗分析，加熱器的表面溫度極高，因此大部分的加熱器 消耗的電能，是以輻射的方式散出。在圖一中的家用式除 濕機的耗能分析中，滴水量約為6. 6 1 iter/day (20C, # 60%RH)，加熱器耗電量約600瓦特，其中有479瓦特為輻 . 射熱，僅有121瓦特使用於加熱空氣。 習用轉輪式吸附除濕機，皆是以電熱器加熱再生側氣 流，提高再生空氣溫度，該技術的加熱脫附機制主要分為 # 兩部份：（一）氣流熱交換汽化：以加熱循環氣流產生溫度 梯度，以熱交換所產生的熱量汽化除濕體内除濕結構中的 水份。由於需以高溫空氣才能進行水汽脫附，因此需要極 高的耗能量才可達到烘乾除濕的目標。（二）輻射熱汽化： 加熱器中電熱絲通過電流後產生高溫，此一熱量以輻射熱 的形式，使除濕體内之結構中的水分子可以直接吸收輻射 熱汽化脫附。由於輻射熱量與表面溫度成四次方正比，電 熱器表面皆高於400°C以上，輻射熱量極高，因此所產生 # 的水汽脫附效應遠較前述（一）中之氣流熱交換汽化脫附更 為重要。 由上述兩項汽化機制分析，習用之加熱式再生脫附方 式，不論是加熱循環氣流造成間接汽化脫附，或是輻射熱 - 被水分子吸收的同時，文部、體 .收l因此填泰無.可避免的耗能來源。另外，韓^ 成吸濕結構體H是度心的气货，大 幅濕能力。因此加熱式再生脫附法，是造成轉輪式 除濕裝置耗能偏高，除濕效率降低的主因。 1361101 為了克服上述之問題，如圖二所示，其係為日本公 開專利特開2001-179037揭露了一種利用電漿的方式來 取代習用以加熱脫附除濕體水分之方式示意圖。在該技 術中，利用設置於除濕單元10兩側的電極11與12產生 電漿使除濕單元10所吸附之水分脫離。不過在該技術 中，電極11與12並未直接與除濕單元10接觸，係利用 尖端放電產生電漿的方式來脫附除濕單元10。

【發明内容】 本發明提供一種低耗能脫附方法，其係藉由對吸附材 料直接通電使電流通過該吸附材料，以脫附被該吸附材料 所吸附之物質，以降低脫附所需要之能源，並且可以提昇 脫附效率。

本發明提供一種低耗能脫附裝置，其係在吸附材料兩 側設置有電極’错由對該電極通電使得電流得以通過該吸 附材料，進而脫附被該吸附材料所吸附之物質。另外，更 可以於對應電極之區域設置導引氣流之通道，使得氣流得 以通過通電之吸附材料，以增加脫附之速度。 在一實施例中，本發明提供一種低耗能脫附方法，包 括有下列步驟：提供用一吸附材料；於該吸附材料之兩側 接上導電電極；以及施加電壓於該兩側之導電電極使該吸 附材料導通電流進而脫附。 在另一實施例中，本發明更提供一種低耗能脫附裝 置，包括有下列步驟：一吸附材料，其係提供吸附至少一 物質；一對電極結構，其係與該吸附材料之兩側相偶接； 6 1361101 以及一電壓源，其係與該對電極相偶接，該電壓源係提供 一電壓於該對電極結構使該吸附材料導通電流進而脫附。 在另一實施例中，本發明更提供一種低耗能脫附裝 置，包括有下列步驟：一吸附材料，其係提供吸附至少一 物質；一對電極結構，其係與該吸附材料之兩側相偶接； 一電壓源，其係與該對電極相偶接，該電壓源係提供一電 壓於該對電極結構使該吸附材料導通電流進而脫附；以及 一氣流導引通道，其係設置於該對電極結構之一側。

【實施方式】 為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有 更進一步的認知與暸解，下文特將本發明之裝置的相關細 部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可 以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下： 請參閱圖三所示，該圖係為本發明之低耗能脫附方法 實施例流程示意圖。在本實施例中，該方法包括有下列步 φ 驟，首先以步驟20提供用一吸附材料。該吸附材料係用於 吸附有機揮發物、氮氣或者是水分，但不以此為限。一般 而言，比較常見的是該吸附材料係應用於家用除濕設備， 例如：除濕輪式除濕設備，但不以此為限。至於該吸附材 料之材質，係可為多孔性材質，例如：沸石、矽膠、活性 碳、奈米碳管、金屬有機架構複合物（metal organic framework)等。此外，該吸附材料亦可為除氫金屬之非多 孔性材質。 接著進行步驟21，於該吸附材料之兩側接上導電電 1361101 •極。然後，進行步驟22，施加電壓於該兩側之導電電極使 該吸附材料上之一物質脫離該吸附材料。在本實施例中， .施加之電壓係可為交流電壓或者是直流電壓。當電流通過 吸附材料會造成溫度上升，同時影響被吸附分子與吸附材 . 料間的鍵結力，因此造成脫附效果。電流導通的機制可以 '. 是吸附材料中的離子躍遷，也可以是被吸附分子的解離所 造成的離子或質子傳導，也可以是二種作用的綜合結果。 如果吸附對象是水分子的話，也可能由於水分子對吸附材 • 料中的離子作用，增加導電度。無論如何，由於直接對材 料作用，不須先加熱空氣，因此效果直接，可減少熱損失， 降低脫附能耗。另外，在步驟22之中，更可以施加一氣流， 使該熱其流通過通電脫附的區域。藉由該熱氣流的流動， 更可以增加脫附速度，以提昇吸附材料脫附的效果。在一 實施例中，該氣流係為經過加溫的較高溫度的氣流，以增 加吸附材料脫附的效果。 請參閱圖四所示，該圖係為本發明之低耗能脫附裝置 φ 實施例示意圖。在本實施例中，該裝置3具有一吸附材料 30、一對電極結構31與32以及一電壓源33。該吸附材料 30，其係提供吸附至少一物質。該吸附材料30以及可以吸 附之物質係如前所述，在此不做贅述。該對電極結構31與 . 32，其係與該吸附材料30之兩側相偶接。該電壓源33， 其係與該對電極結構31與32相偶接，該電壓源33係提供 一電壓於該對電極結構31與32。該電壓源33係可為直流 電或者是交流電。由於電極結構31與32施加在吸附材料 30之二端，當通電之後，吸附材料30通過電流即可造成 1361101 脫附。 ·' 以除濕輪之除濕設備為例，為了讓在除濕輪旋轉時僅 ，於除濕輪之吸附材料之特定區域内產生脫附的反應，以及 讓吸附材料之其他區域維持吸附的效果，在電極上更具有 • 絕緣體來將電極分成複數個區域。每個區域之間因為有絕 , 緣體的存在之故，因此可以確保電極通電時僅有特定區域 有能導電，使得吸附材料上對應通電電極的區域可以產生 脫附效果，而其他未被通電的電極區域則可以維持吸附的 # 能力。 請參閱圖五A所示，該圖係為本發明之電極結構正視 不意圖。在本實施例中，以電極結構31為例，該電極結構 31具有一網狀金屬電極310以及一絕緣框架311。該網狀 金屬電極310之材料並無一定限制，只要是可以導電的金 屬材枓即可。在該網狀金屬電極310之外圍具有金屬框 312，一方面可以維持該網狀金屬電極310之平整，另一方 面可以做為旋轉時接觸電刷330的接觸點。而該絕緣框架 φ 311係設置於網狀金屬電極310之内部，以將該網狀金屬 電極310内被分成複數個脫附結構區域313。該絕緣框架 311除了可將該網狀金屬電極310分成複數個導電區域 外，更可以強化網狀金屬電極310之結構，並且維持網狀 金屬電極310之平整度。相鄰之脫附結構區域之間因為具 有絕緣框架311之故，因此可以相互絕緣，將來當電刷330 接觸到金屬框312時，也只有金屬框312連接到的脫附結 構區域會導電，而不會影像到相鄰的脫附結構區域。 請參閱圖五B所示，該圖係為本發明之電極結構與吸 9 1361101 附材料局部剖面示意圖。網狀金屬電極310與吸附材料3 0 ·' 之間塗上一導電層314，以降低接觸電阻，並促使電流均 勻分布。在本實施例中，該導電層314係為一銀漆或者是 其他導電性材料。請參閱圖六所示，該圖係為本發明之電 • 極結構作動不意圖。吸附材料3 0的兩側分別具有電極結構 . 31與32，當吸附材料30轉動時與電刷30接觸的金屬框 312會接觸到對應的脫附結構區域，使得脫附結構區域導 電。由於本發明之電極結構31與32具有絕緣框架311與 # 321的設計，所以當電刷330接觸到電極結構31與32的 金屬框312與322時，由於導電僅有對應到接觸位置的脫 附結構區域，因此可以確保僅有對應到脫附結構區域的吸 附材料300有電流通過而進行脫附。至於沒有對應到通電 的吸附材料30則可以繼續吸附動作，使得該吸附材料30 可以同時具有吸附與脫附的效果。請參閱圖七所示，在對 應電刷330所接觸到的脫附結構區域之兩側更可以設置一 氣流導引通道34。該氣流導引通道34可以將氣流90導入 φ 對應通電的脫附結構區域内，藉由氣流通過對應通電之脫 附結構區域之吸附材料，將被脫附的物質帶出，以增加脫 附速度。為了增加氣流帶出物質之效率’該氣流9 0可以是 經過加熱的較高溫度氣流，以輔助脫附再增加脫附速度。 .上述脫附方法可以適用於任何具有電導通能力的吸附 材料與被吸附分子組合，實施時可以是應用在固定床或塔 式脫附，也可以應用在轉輪脫附。例如應用在家用轉輪式 滴水除濕機，圖八係為以除濕機中使用的除濕輪進行測試 之結果。原除濕機脫附水量約6. 6公升/天（20°C，60%RH)， 1361101 脫附係採熱風加熱方式，所需的耗電量為_瓦特（如圖一 .所不），相當於每脫附lg水量，需要7854J的能量。而在 ，濕輪不旋轉的貫驗中’採用電極通電而非熱風脫附，耗 能僅為42GG〜470_。圖人中的縱轴是除濕輪重量的下降 f度，表示脫附的水量，橫軸則為時間。不同的曲線代表 多次的實驗’每:欠實驗㈣長心同。圖人標示的數字是 實際量測的耗電量除上脫附水量而得。由圖人可知，採用 電極通電的方可以省能45%以上（由聰j/g下降至 4200J/g)。圖人的數據雖然是在除濕輪不轉動的情形下進 =試，但是相同的原理可以利用在各種情況，包括塔式 ”轉動式的轉輪，差別僅在於電極接觸型式的改變。 惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限 即大凡依本發明中請專利範圍所做之均等 ΐ之將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發 月之精神和關’故都應視為本發明的進—步實施狀況。 综合上述’本發明提供之低糕能脫附方法與裝置，由 於具有降低能源使用以及増加脫附效果n因此已經 可以提尚該產業之競爭力以及帶動週 符合發明專利法所規定申請發明所需具叙要;故= =提發=申請，謹· #審查委員允二= 審視’亚賜准專利為禱。 1361101 【圖式簡單說明】 圖一係為使用除濕轉輪的家用滴水式除濕機能源消耗分析 示意圖。 圖二為日本公開專利特開2001-179037揭露了一種利用電 漿的方式來取代習用以加熱脫附除濕體水分之方式示意 圖。 圖三係為本發明之低耗能脫附方法實施例流程示意圖。 圖四係為本發明之低耗能脫附裝置實施例示意圖。

圖五A係為本發明之電極結構正視示意圖。 圖五B係為本發明之電極給構與吸附材料剖面示意圖。 圖六係為本發明之電極結構作動示意圖。 圖七係為本發明之電極結構連接有氣流導引通道示意圖。 圖八係為以除濕機中使用的除濕輪進行測試之結果。

【主要元件符號說明】 10-除濕單元 11_ 12電極 2- 低耗能脫附方法 20〜22-步驟 3- 脫附裝置 30、 300-吸附材料 31、 32-電極結構 310-網狀金屬電極 311、321-絕緣框架 1361101 312、322-金屬框 313 _脫附結構區域 314-導電層 33-電壓源 330-電刷 34-氣流導引通道 9 0 -氣流 #

Claims (1)

1. p’年/月y日條正替換頁 七、申請專利範圍： l —種低耗能脫附方法，包括有下列步驟： 提供用一.吸附材料； 於該吸附材料之兩側接上導電電極； 施加電壓於該兩側之導電電極使該吸附材料導通電 流進而脫附；以及 提供一氣流通過該吸附材料將脫離該吸附材料之物 質帶出該吸附材料，該吸附材料所吸附之物質係為 水。 2. 如申請專利範圍第1項所述之低耗能脫附方法，其中該 吸附材料係為用以除濕之吸附材料。 3. 如申請專利範圍第1項所述之低耗能脫附方法，其申該 氣流係為一經過加熱之氣流。 4. 如申請專利範圍第1項所述之低耗能脫附方法，其中電 壓係為一交流電壓或者是直流電壓。 5. 如申請專利範圍第1項所述之低耗能脫附方法，其中該 吸附·材料係為一多孔性材質。 6. 如申請專利範圍第1項所述之低耗能脫附方法，其中該 吸附材料係為非多孔性材質。 7. —種低耗能脫附裝置，包括： 一吸附材料’其係提供吸附至少一物質，該物質係為 水； 一對電極結構’其係與該吸附材料之兩側相偶接；以 及 电左源’其係與s亥對電極相偶接’该電壓源係提供 /〇/年/月//曰條正替換頁 一電壓於該對電極結構，使該吸附材料導通電流進 而脫附。 8. 如申請專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其中該 吸附材料係為用以除濕之吸附材料。 9. 如申請專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其係於 施加電壓之後更包括有提供一氣流通過該吸附材料將 脫離該吸附材料之物質帶出該吸附材料。 1〇.如申請專利範圍第9項所述之低耗能脫附裝置，其中 該氣流係為一經過加熱之氣流。 U，如申請專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其中 氣壓係為一父流電壓或者是直流電壓。 12. 如申請專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其中 該吸附材料係為一多孔性材質。 13. 如申請專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其中 該吸附材料係為一非多孔性材質。 14. 广申靖專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其中 每一電極結構更具有： 一網狀金屬電極；以及 複數個絕緣框架，期係設置於該網狀電極上，以將該 網狀電極分成複數個相互絕緣之電極。 15. 如申請專利_第14項所述之低耗能贿裝置，其中 忒複數個相互絕緣之電極係為脫附結構。 .^申明專利範圍第7項所述之低耗能脫附裝置，其中 每一電極結構與該吸附材料之間更具有一導電層。 .士申μ專利範ϋ第7項所述之低耗能脫附裝置，其中 1361101 年/月//a條正替換頁 該對金屬電極相互對應之位置上更具有一氣流導引通 道0 16