TWI424869B - 吸收式過濾器 - Google Patents

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Description

吸收式過濾器
本發明係有關於一種吸收式過濾器，且特別是有關於一種過濾結構，其能將過濾樣品抽取出來而不干擾過濾器的操作，亦不會破壞整個過濾器的結構。本發明尚包含一種利用該過濾器的過濾程序。
在許多工業應用以及物體或個人的安全應用上，移除空氣中不想要的微量氣體物質是相當重要的。
在無塵室製造半導體結構或醫藥物質的製程中，製程中外洩氣體的處理、氣體的供應及空氣的流通等等，即為熟知的例子。
移除氣體污染物之例子，包括移除一群有機化合物系列物質，即使該物質初時並不會和產品或是製程設備產生化學反應而引起危險。其他的例子尚包含鹼性反應有機或無機物質(如氨或胺類)，與酸性反應有機或無機物質(如氯化氫或醋酸)。
為了保護產品、製程設備和操作員免受該物質之影響，已經發展許多吸收式過濾系統和吸收式材料。上述過濾系統的主要功能在於將氣流通過該過濾系統，以移除空氣中所有不想要的雜質。其中雜質能夠以具特異性或非特異性官能基永久鍵結於該吸收式過濾材料，然而空氣中的氮氣、氧氣以及二氧化碳等惰性氣體通過該過濾器後，不會改變其性質。
德國專利號DE3813563A1揭示一高透氣性過濾器，其以一穩定的三維結構載體為主，並於其上附著一層粒徑大小為0.1－1mm的吸收性粒子。該載體結構可以由線狀、單纖維、棒狀或網狀大孔徑的PUR泡棉組成。
美國專利號A－5,616,169揭示一種氣味和污染物的過濾器，其不含任何封裝與支架，但包括一透氣載體材料。該載體材料是藉由黏著劑，將吸收式材料附著於大孔徑的網狀PU泡棉上。其中該吸收式過濾層亦可由多層吸收式過濾層組成。
可針對不同目標物質，逐步承載具特殊選擇性的吸收材料，達到吸收微量物質的效果。
由於所有吸收式材料都無法藉由一沖洗過程原處(in－situ)再生，因此其吸收量皆有限制，而且其效能會隨著時間增加而降低。材料的總吸收量是相當重要的參數，藉以評估該過濾裝置剩餘、可使用的生命週期。
伴隨而來的問題是當危害性微量氣體進出的濃度極小，標準測量系統無法直接且立即偵測到該氣體。
為改善狀況，一般必須在初始步驟累積且增加該吸收物質的濃度，才能收集足夠的量以偵測空氣的污染物和空氣品質。
在此情況下，基於製程的安全性與經濟性的考量，該過濾結構吸收的物質總量隨時間變化的關係是很重要的控制參數。
為了量測該污染物的量，一般需要將樣品從該吸收式材料中提取出來，再送到實驗室進行分析。在許多情況下，樣品的提取會造成過濾系統的破壞。
吸收式過濾器通常包含一主體與適合填充大量吸收式過濾材料的結構。在填充或壓縮後，該吸收式過濾材料會密集地填充，因而決定過濾器的形狀。
典型的吸收式過濾器包含一個2維主體結構，垂直地排列在欲清潔的空氣氣流方向上。目標物質被吸收式過濾材料吸收，並沿著氣流的方向形成所謂的承載輪廓，亦即該物質在過濾主體深度的濃度分佈。
上述評估生命週期的方法，只有測量整個主體厚度的承載輪廓，才能提供完整的資訊。因此，為了對各層進行一目標的追溯承載分析，樣品必須來自該主體各層。
對目前大部分的吸收式過濾器與吸收式材料而言，針對各層的追蹤取樣幾乎是不可能的。目前的取樣過程，通常會造成整個過濾器結構的破壞，如外殼或吸收床，或不可挽回地破壞吸收結構。
如此一來，只能藉由取樣以決定吸收式過濾器之生命週期，但是取樣後會破壞整個吸收式過濾器裝置。就目前的過濾程序而言，由於過濾器是含有獨特且高價值的高品質產品，因此取樣量必須極小，否則是不符合經濟上考量的。
本發明的目的之一就是提供一種吸收式過濾器，在預期的生命週期內，能夠不破壞整個結構的前提下而進行代表性地的取樣。
為達上述與其他目的，本發明提供如申請專利範圍第1項所述之吸收式過濾器，和如申請專利範圍第7項所述之樣品主體。尚有較佳實施例揭示於申請專利範圍之附屬項。
本發明包含一吸收式過濾結構，由多層彈性的過濾基質組合而成，其中嵌入一個或多個相同材料的樣品主體，該樣品主體是可以替換的，同時由於其材料和周圍的主體過濾材料相同，故為具代表性的樣品。
該些樣品層可以有相同或不同的厚度。
該樣品主體包含一提取輔助物，較佳為一拉出環，其能完全地穿透該樣品主體，同時將樣品主體的每一單層以其原來的排列順序層層相連接。
該樣品主體最好和過濾器主體有相同的流體阻力。
於另一較佳實施例中，該樣品主體具有比該過濾材料低20－30%的流體阻力，較佳為25%。
該樣品主體的製程，例如於製備吸收式過濾器時對過濾基質的印壓，或是拉出裝置的設計，皆不會限制該樣品主體的透氣或承載特性。該樣品主體，如同周圍過濾材料，皆參與過濾清潔過程，因此與周圍承載相同的材料。
在一個特殊或任意的時機點，將樣品主體從過濾裝置提取出來。並在殘留的穩定空間上，利用拉出裝置置換一未使用的新樣品主體。所提取的樣品材料可用於之後的檢測過程，例如可了解從嵌入的時間點起所增加的吸收物質承載量。
於一較佳實施例，例如針對偶而發生的空氣污染案例，可以只選擇在發生污染的特定日期之後，規律地監測該樣品主體，藉此延長該吸收式過濾器的生命周期，如此即可節約昂貴的資源。
於另一較佳實施例，當製程中發生非預期及完全無法偵測的氣體洩漏時，在連續使用吸收式過濾器造成突發的危險或傷害之前，藉由此一可抽取的主體材料能夠預先偵測受到高度污染的過濾器，並將其替換。
該樣品主體之較佳實施例，也是該結構的優點，在於該吸收式過濾器由多層吸收材料組成，可針對空氣中不同的雜質，選擇並填充不同的特殊基質。因此能夠監控吸收式過濾器中之每一污染物之過濾基質的生命週期，不受該材料位在多層結構的所在位置影響。
實施例一(第1圖)
在此例中，製造出一平板式的吸收式過濾器(10)，其總高為85mm，外部的尺寸大約是530×380mm。該過濾器(10)被一約1.5mm厚度的鋁箔片以U型包圍(圖中未標示)，其中夾入四層厚度20mm、使用過濾基質(12)的PU泡棉。對於熟悉此項技藝之人士，可以用其他想到的或熟知的過濾材料。利用一熟知的PU黏著技術，將球狀活性碳附著於開口式PU支撐泡棉上，其中該球狀活性碳的含量為3500g/m2 。
該樣品主體(14)包含直徑為5mm、由過濾基質製備而得的三層圓形印壓片，並藉由一尼龍材質的拉出環(16)將三層印壓片牢固地接在一起。(拉出環為了簡化只畫一次)。不需任何密封劑，即可將樣品主體(14)嵌入到過濾器主體(10)預先製備的印壓開口(18)中，並且從最先接觸到氣體的一端(箭頭20)開始，樣品主體(14)和整個過濾器主體(10)能緊密地固定住。該過濾器最後一層未以印壓過程開口，因為在此例中，最後一層被設定為不取樣的一層。
整個過濾器主體包含三個有相同特性的樣品主體(14)，其均勻地分佈於過濾區域上。
以350m3 /h的氣流量，將氣體連續通過該吸收式過濾器超過12個月。由於活性碳的特殊吸收性質，因此該過濾器能夠專一地沉降一系列有機物質。每四個月取出一個樣品主體，之後換上一未使用過的相似樣品主體。該樣品主體的分析顯示，過濾材料所吸收的有機物含量會增加，在本例中，有機化合物主要包含芳香族、乙酸酯及有機磷酸酯系列，其中有機磷酸酯為一種決定該過濾器之操作時間的關鍵化合物。由於經過十二個月後，只有在樣品主體的第三層，也就是過濾器主體的倒數第二層，才能測量到有機磷酸酯的存在，因此可以確定該過濾器之生命週期由原先估計的八個月延長到十二個月。
實施例二(第2圖)
該實施例由六層過濾器(22)主體構成，包含一種三層的氨沉降材料A，及三層的酸沉降材料B，此兩種材料皆黏著於過濾泡棉上。氨沉降材料A(24)的所在位置是氣體進入後最先接觸到的位置(箭頭28)，而酸沉降材料B(26)是位於過濾器主體中氣體擴散的位置。由於氣體被過濾的酸性和鹼性成份會有不同程度的變化，導致過濾器過濾的污染物總量不同，因此必須依據包含兩種過濾材料的測試分析結果，才能預測該過濾器之生命週期。
整個過濾器主體(22)尺寸為800×485×120mm，包含三個樣品主體(30)(第2圖只有顯示一個)，依計畫每四個月取出一樣品主體進行分析。
前兩次的分析結果顯示，氨沉降材料的吸收量依次增加，這相對於剩餘的效能表現顯得較不重要。第三次的分析顯示，硫酸根離子的酸性吸收量突然增加，可能是和未偵測出的二氧化硫或硫酸的吸收有關。藉由對過濾器的樣品分析，我們可以適時地更換過濾材，以避免存放於過濾器之下的光學儀器受到永久性的傷害。由於該樣品主體的特殊層狀結構，所以能針對該過濾器的各層結構進行研究，此為任何分析無法達到。
10．．．吸收式過濾器
12．．．過濾媒介重疊而成的單層
14．．．可移動之樣品結構
16．．．拉出環
18．．．印壓開口
20．．．氣流流動方向
22．．．吸收式過濾器
24．．．過濾媒介重疊而成的單層
26．．．過濾媒介重疊而成的單層
28．．．氣流流動方向
30．．．可移動之樣品結構
A．．．氨沉降材料
B．．．酸沉降材料
第1圖為一吸收式過濾器，用以說明各元件的位置。
第2圖為另一吸收式過濾器，用以說明本發明的應用裝置。
10．．．吸收式過濾器
12．．．過濾媒介重疊而成的單層
14．．．可移動之樣品結構
16．．．拉出環
18．．．印壓開口
20．．．氣流流動方向

Claims (16)

  1. 一種吸收式過濾器(10,22)，包括複數個由化合物材料的單層過濾媒介重疊而成(12,24,26)，以及至少一開口(18)形成於該些單層過濾媒(12,24,26)中，其特徵在於可移動的樣品結構(14,30)係設置在該開口(18)中且設計在該過濾材料之氣流流動方向(20,28)上，而該過濾材料包含相同化合物材料且在過濾器(10)的氣流流動方向上擴大到至少超過一單層的厚度，其中該樣品結構(14,30)可從該開口(18)中取出並替換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之吸收式過濾器，其中該化合物材料是一種PU泡棉。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之吸收式過濾器，其中該些單層具有相同的厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之吸收式過濾器，其中該些單層具有不同的厚度。
  5. 如前述申請專利範圍第1項所述之吸收式過濾器，其中該過濾媒介包含2-6個單層(12,24,26)。
  6. 如前述申請專利範圍第1項所述之吸收式過濾器，其中包含至少一個樣品主體(14,30)，較佳可到4個樣品主體，規則地分佈於過濾面積上。
  7. 如前述申請專利範圍第1項所述之吸收式過濾器，其中所有的單層(12)包含相同材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之吸收式過濾器，其中該些單層(12,24,26)包含2種或更多種具有不同特定沉降 特性的材料。
  9. 一種樣品主體(14,30)，用來嵌入如申請專利範圍第1項到第8項中任意一項所述之吸收式過濾器(10)中，其特徵在於該樣品主體對於流體阻力與該過濾器主體具有相同的流動特性。
  10. 一種樣品主體(14,30)，用來嵌入如申請專利範圍第1項到第8項中任意一項所述之吸收式過濾器(10)，其特徵在於流體阻力低於該過濾器主體20-30%。
  11. 一種樣品主體(14,30)，用來嵌入如申請專利範圍第9項或第10項所述之樣品主體(14,30)，其特徵在於藉由一拉出裝置(16)連接所有過濾層(12,24,26)。
  12. 如申請專利範圍第11項之樣品主體(14,30)，其中該拉出裝置(16)完全地穿透該樣品主體(10,22)，並且將該些單層(12,24,26)連接在一起。
  13. 如申請專利範圍第11項或第12項之樣品主體(14,30)，其中該拉出裝置(16)是一拉出環。
  14. 一種過濾周圍空氣中氣態物質的方法，其特徵在於使用如申請專利範圍第1項到第8項中任意一項所述之吸收式過濾器進行過濾。
  15. 如申請專利範圍第14項之過濾周圍空氣中氣態物質的方法，其中該樣品主體係於製造吸收式過濾器時製得，而該吸收式過濾器是藉由一過濾媒介的印壓過程製備而得。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項之過濾周圍空氣 中氣態物質的方法，其中該樣品主體在特定時機時被移除，之後再置換類似、未使用過的樣品主體。
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