TWI656907B - 分離流體的方法與設備及除濕機 - Google Patents

Abstract

一種分離流體的方法，包含步驟S1：使一含有至少兩種不同成份的混合流體進入一變溫工作區。步驟S2：在該變溫工作區使該混合流體自一第一溫度被加熱或冷卻至一第二溫度，以使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為一第一流體並與剩餘成分形成的一第二流體分離。步驟S3：將該第一流體經由一第一流體通道導出該變溫工作區，且將該第二流體由一第二流體通道導出該變溫工作區，其中，至少該第二流體通道的至少一部分區段相鄰該混合流體通道，以使至少該第二流體與後續通入該混合流體通道之混合流體行熱交換。

Description

分離流體的方法與設備及除濕機

本發明是有關於一種分離流體的方法與設備，特別是指一種藉由加熱或是冷卻之方式來分離流體的方法與設備及除濕機。

液、氣體溶液也稱為混合流體，例如海水、空氣等。現有的一種分離混合流體之方法是利用混合流體中各成分之蒸氣壓隨溫度變化的差異，以改變混合流體溫度之方式來分離出其中一成分。

然而，要改變大量混合流體之溫度所需耗費的能量相當可觀，如何有效地減少耗能，為此一技術領域待解決之問題。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種可減少耗能之分離流體的方法。

因此，本發明之其中另一目的，即在提供一種可減少耗能之分離流體的設備。

因此，本發明之其中又一目的，即在提供一種可減少耗能之除濕機。

於是，本發明分離流體的方法在一些實施態樣中，是包含以下步驟：使含有至少兩種不同成份且溫度為一第一溫度的一混合流體經由一混合流體通道進入一變溫工作區；在該變溫工作區使該混合流體自該第一溫度升溫或降溫至一第二溫度，以使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為一第一流體，並與剩餘成分形成的一第二流體分離；及將該第一流體經由一第一流體通道導出該變溫工作區，且將該第二流體由一第二流體通道導出該變溫工作區，其中，該第二流體通道的至少一部分區段相鄰該混合流體通道的至少一部分區段，以使該第二流體與後續通入該混合流體通道之混合流體進行熱交換。

在一些實施態樣中，該第一流體通道的至少一部份區段與該混合流體通道及該第二流體通道中至少一者的至少一部分區段相鄰，以使該第一流體可與該第二流體及後續通入之混合流體進行熱交換。

在一些實施態樣中，該混合流體利用一熱泵加熱或是冷卻，而使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為該第一流體。

於是，本發明分離流體的設備在一些實施態樣中，適用於將一含有不同成份的混合流體，利用蒸氣壓隨溫度變化的差異，分離出其中至少一成分，該分離流體的設備包含一界定出一變溫工作區的容器裝置、一連接該容器裝置的熱交換裝置，以及一用以改變該變溫工作區的變溫裝置。該熱交換裝置連接該容器裝置且包括一混合流體槽，以及一第二流體槽，該第二流體槽的至少一部分區段相鄰該混合流體槽的至少一部分區段。該變溫裝置用以改變容置於該容器裝置之變溫工作區中流體的溫度。溫度為一第一溫度的該混合流體由 該熱交換裝置的混合流體槽流入該變溫工作區並被加熱或冷卻至一第二溫度，以使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為一第一流體，並與剩餘成分形成的一第二流體分離，該第一流體自該容器裝置流出該變溫工作區，且該第二流體自該容器裝置流出該變溫工作區後流入該第二流體槽，以與後續通入該混合流體通道之混合流體進行熱交換。

在一些實施態樣中，該變溫裝置是一熱泵，該熱泵包括一用以提供熱量的加熱端，以及一用以吸收熱量的冷卻端。

在一些實施態樣中，該容器裝置包括連通該變溫工作區的一混合流體入口、一收集孔及一第二流體出口，以及一連接該混合流體入口的第一導管與一連接該第二流體出口的第二導管，該熱交換裝置還包括連通該混合流體槽的一進液口與一出液口，以及連通該第二流體槽的一第二流體入口與一第二流體排出口，該出液口連接該容器裝置的該第一導管，以使該混合流體槽連通該第一導管而共同形成一混合流體通道，且該第二流體入口連接該容器裝置的第二導管，以使該第二流體槽連通該第二導管而共同形成一第二流體通道，該第二流體槽之至少一部份區段鄰近該混合流體槽之至少一部份區段，而使該第二流體通道之至少一部分區段鄰近該混合流體通道之至少一部分區段。惟該第二流體槽及該第二流體通道，與該混合流體槽及該混合流體通道之位置亦可互換，仍具有其熱交換效果。

在一些實施態樣中，該變溫裝置是一熱泵，該熱泵包括一用以提供熱量以加熱該變溫工作區中流體的加熱端，以及一用以吸收熱量的冷卻端， 該第二流體與通入該混合流體通道之混合流體進行熱交換後流出該熱交換裝置並與該熱泵之加熱端或冷卻端進行熱交換。

在一些實施態樣中，該容器裝置還包括一連接該收集孔的收集管，且該熱交換裝置還包括一至少一部分區段穿過該混合流體槽的該部分區段的第一流體槽，以及連通該第一流體槽的一第一流體入口與一第一流體排出口，該第一流體入口連通該容器裝置的收集管，以使該第一流體槽連通該收集管而共同形成一第一流體通道，且該第一流體槽之至少一部份區段鄰近該混合流體槽的該至少一部份區段，而使該第一流體通道的至少一部分區段相鄰該混合流體通道的該至少一部分區段。

於是，本發明除濕機在一些實施態樣中，適用於藉由冷凝作用而將一濕空氣分離成一水以及一乾空氣。該除濕機包含一外殼單元、一連接該外殼單元的致冷單元、一設置在該外殼單元內的導風單元，以及一設置於該外殼單元的風扇。該外殼單元包括一界定出一容置空間的圍繞壁、一設置在該容置空間且連接該圍繞壁的間隔壁、形成於該圍繞壁且連通該容置空間的一入風口、一出風口，以及一出水口，以及至少一貫穿該間隔壁的通孔，該出水口不高於該入風口。該致冷單元連接該外殼單元且與該間隔壁相配合將該容置空間區隔成一連通該入風口、該出水口以及該至少一通孔的熱交換區，以及一連通該出風口以及該至少一通孔的乾空氣通道，該致冷單元包括一朝向該熱交換區的冷端以及一朝向該乾空氣通道的熱端。該導風單元設置於該熱交換區且具有至少一導風管，每一導風管具有一鄰近該致冷單元之冷端的入口，以及一連接 該外殼單元的間隔壁之至少一通孔的出口。該風扇連接該外殼單元且用以將該外殼單元外部之該濕空氣移入該容置空間，該濕空氣自該入風口進入該熱交換區以受該致冷單元的冷端作用而冷卻分離成該水以及該乾空氣，該水經由該出水口流出該熱交換區，該乾空氣流入該導風單元的該至少一導風管之入口，與後續通入該熱交換區之濕空氣進行熱交換後，從該至少一導風管之出口流至該乾空氣通道並受該致冷單元的熱端加熱後，被該風扇自該出風口移出該乾空氣通道。

在一些實施態樣中，該致冷單元包括一具有一冷面以及一熱面的致冷晶片、一設置在該冷面的第一鰭片，以及一設置在該熱面的第二鰭片，該致冷晶片的冷面與該第一鰭片共同形成該冷端，且該致冷晶片的熱面與該第二鰭片共同形成該熱端。

本發明至少具有以下功效：從該混合流體分離後的該第一流體及該第二流體與該後續通入的混合流體進行熱交換，以利用該第二流體與後續通入的混合流體的溫度差異，使該混合流體再被加熱或冷卻至該第二溫度所需之能量可顯著地減少。

1‧‧‧容器裝置

11‧‧‧變溫工作區

12‧‧‧混合流體入口

13‧‧‧收集孔

14‧‧‧收集管

15‧‧‧第二流體出口

16‧‧‧第一導管

17‧‧‧第二導管

2‧‧‧熱交換裝置

21‧‧‧混合流體槽

211‧‧‧進液口

212‧‧‧出液口

213‧‧‧混和流體通道

22‧‧‧第一流體槽

221‧‧‧第一流體入口

222‧‧‧第一流體排出口

223‧‧‧第一流體通道

23‧‧‧第二流體槽

231‧‧‧第二流體入口

232‧‧‧第二流體排出口

233‧‧‧第二流體通道

3‧‧‧變溫裝置

31‧‧‧加熱端

32‧‧‧冷卻端

4‧‧‧外殼單元

41‧‧‧圍繞壁

411‧‧‧容置空間

412‧‧‧熱交換區

413‧‧‧乾空氣通道

42‧‧‧間隔壁

43‧‧‧入風口

44‧‧‧出風口

45‧‧‧出水口

46‧‧‧通孔

5‧‧‧致冷單元

51‧‧‧致冷晶片

511‧‧‧冷面

512‧‧‧熱面

52‧‧‧第一鰭片

53‧‧‧第二鰭片

54‧‧‧冷端

55‧‧‧熱端

6‧‧‧導風管

61‧‧‧入口

62‧‧‧出口

7‧‧‧風扇

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明分離流體的方法之一第一實施例的一步驟流程方塊圖； 圖2是本發明分離流體的方法之該第一實施例的一示意圖；圖3是本發明分離流體的方法之一第二實施例的一示意圖；圖4是本發明除濕機之一實施例的一立體圖；及圖5是本發明除濕機之該實施例的一另一視角之立體圖。

參閱圖1、2，是本發明分離流體的方法之一實施例，包含以下步驟：

步驟S1：準備步驟。提供一分離流體的設備，並使一溫度為一第一溫度(約為室溫)之混合流體(圖2中顏色較淺之液體)進入該分離流體的設備。在本實施例中，該混合流體為淡食鹽水。

該分離流體的設備包含一界定出一供容置流體之變溫工作區11的容器裝置1、一連接該容器裝置1的熱交換裝置2，以及一用以加熱該容器裝置1之變溫工作區11中流體的變溫裝置3。該容器裝置1包括連通該變溫工作區11的一混合流體入口12、一收集孔13以及一第二流體出口15，以及一連接該混合流體入口12的第一導管16與一連接該第二流體出口15的第二導管17。該熱交換裝置2包括三種不同的流體槽，分別是一混合流體槽21、一部分區段穿過該混合流體槽21的一部分區段的第一流體槽22，以及一部分區段圍繞該混合流體槽21的該部分區段的第二流體槽23。該熱交換裝置2還包括連通該混合流體槽21的一進液口211與一出液口212、連通該第一流體槽22的一第一流體入口221 與一第一流體排出口222，以及連通該第二流體槽23的一第二流體入口231與一第二流體排出口232。該出液口212連接該容器裝置1的該第一導管16，以使該混合流體槽21連通該第一導管16，而共同形成一混合流體通道213；該第一流體入口221連通該容器裝置1的收集管14，以使該第一流體槽22連通該收集管14而共同形成一第一流體通道223；該第二流體入口231連接該容器裝置1的第二導管17，以使該第二流體槽23連通該第二導管17而共同形成一第二流體通道233。上述的配置使得該第一流體通道223的該部分區段與該第二流體通道233的該部分區段皆相鄰該混合流體通道213的該部分區段。該變溫裝置3是一熱泵且包括一用以提供熱量以加熱該變溫工作區11中流體的加熱端31，以及一用以吸收熱量的冷卻端32。該淡食鹽水是自該熱交換裝置2的進液口211通入該混合流體槽21，並且自該出液口212流出後經由該第一導管16進入該容器裝置1的變溫工作區11。

步驟S2：相變化步驟。該淡食鹽水流入該變溫工作區11後，受到該變溫裝置3的加熱端31加熱至一第二溫度(約攝氏95度)，使得該淡食鹽水中部分的水蒸發而形成一水蒸氣，並與剩餘成分形成的一濃食鹽水(圖2中顏色較深之液體)分離。此處須注意的是，圖2為一供參考的示意圖，目的僅為說明該濃食鹽水與該淡食鹽水的流向，實際上相變化是一連續的物理反應，該濃食鹽水與該淡食鹽水並非如圖中所呈現之有一明確的分界。

步驟S3：熱交換步驟。將該水蒸氣經由該熱交換裝置2的第一流體通道223導出該變溫工作區11，以及將該濃食鹽水經由該第二流體通道233導 出該變溫工作區11，並且持續通入該第一溫度下的淡食鹽水至該熱交換裝置2。此時，該水蒸氣與該濃食鹽水約為該第二溫度，該水蒸氣是經由該容器裝置1的收集孔13流入該收集管14後進入該熱交換裝置2的第一流體槽22；該濃食鹽水是經由該第二導管17進入該第二流體通槽23；而後續通入的淡食鹽水是自該進液口211通入該混合流體槽21。由於該第一流體通道223的該部分區段與該第二流體通道233的該部分區段皆相鄰該混合流體通道213的該部分區段，所以該水蒸氣與該濃食鹽水可以共同與後續通入該混合流體通道213之淡食鹽水進行熱交換。在本步驟S3中，該水蒸氣與該濃鹽水與後續通入之淡食鹽水進行熱交換，部分該水蒸氣逐漸降溫並凝結成一水。熱交換完成後該水與該濃食鹽水的溫度接近該第一溫度、後續通入之該淡食鹽水接近該第二溫度，顯著減少加熱該淡食鹽水至該第二溫度所需之能源。

需特別說明的是，本實施例之該第一流體通道223的該部分區段與該第二流體通道233的該部分區段皆相鄰該混合流體通道213的該部分區段，但是在其他實施態樣中，該第一流體通道223的全部區段與該第二流體通道233的全部區段也可以皆相鄰該混合流體通道213的全部區段，應不以本實施例所揭露的為限制。

參閱圖1、3，是本發明分離流體的方法之第二實施例，該第二實施例與該第一實施例大致相同，其差異處在於該第一實施例的第一流體，即水蒸氣，與後續通入的混合流體，即淡食鹽水，進行熱交換；而在該第二實施例中從淡食鹽水分離出的水蒸氣或水，直接自該收集孔13導出該容器裝置1的變 溫工作區11，不與後續通入的淡食鹽水進行熱交換。

綜上所述，本發明分離流體的方法，從淡食鹽水分離後的該濃食鹽水，或是該濃食鹽水與該水蒸氣兩者，會與該後續通入的淡食鹽水進行熱交換以預先加熱該後續通入的淡食鹽水，所以流入該變溫工作區後再被加熱至該第二溫度所需之能量可顯著地減少，故確實能達成本發明之目的。

參閱圖3、4，是本發明除濕機之一實施例，適用於將一第一溫度(約為室溫)之濕空氣分離成一水以及一乾空氣，該除濕機包含一界定出一容置空間411的外殼單元4、一連接該外殼單元4的致冷單元5、一設置在該容置空間411的導風單元，以及一設置於該外殼單元4的風扇7。該外殼單元4包括界定出該容置空間411的圍繞壁41、一設置在該容置空間411內且連接該圍繞壁41的間隔壁42、形成於該圍繞壁41且連通該容置空間411的一入風口43、一出風口44(見圖4)，以及出水口45，以及四個貫穿該間隔壁42的通孔46(見圖4)。該出水口45不高於該入風口43。

該致冷單元5與該間隔壁42相配合而將該容置空間411區隔成一連通該入風口43、該出水口45以及該等通孔46的熱交換區412，以及一連通該出風口44以及該等通孔46的乾空氣通道413。該致冷單元5包括具有一冷面511以及一熱面512的一致冷晶片51、一設置在該冷面511的第一鰭片52，以及一設置在該熱面512的第二鰭片53。該致冷晶片51的冷面511與該等第一鰭片52共同形成一朝向該熱交換區412的冷端54，且該致冷晶片51的熱面512與該第二鰭片53共同形成一朝向該乾空氣通道413的熱端55，以使該熱交換區412受到該致冷 單元5的冷端54冷卻且該乾空氣通道413受到該致冷單元5的熱端55加熱。

該導風單元具有四個導風管6，每一導風管6設置於該熱交換區412且具有一鄰近該致冷單元5之冷端54的入口61(見圖3)，以及一連接該外殼單元4的間隔壁42的其中之一通孔46的出口62。該風扇7設置於該外殼單元4的出風口44且用以將該外殼單元4外部之空氣移入該容置空間411。

在本實施例中，溫度為該第一溫度之該濕空氣會自該入風口43進入該熱交換區412，並且受該致冷單元5之冷端54作用而冷卻至一第二溫度(約攝氏2度)，以分離成該水以及該乾空氣。其中，該水會經由該出水口45流出該熱交換區412，而該乾空氣會自該等導風管6之入口61流入該導風管6內，此時該風扇7持續使該外殼單元4外部之濕空氣移入該容置空間411，而使該第一溫度之濕空氣持續進入該熱交換區412，先與該導風管6內之該乾空氣進行熱交換而降低溫度，再受該致冷單元5之冷端54作用而冷卻。該乾空氣與後續通入該熱交換區412之濕空氣進行熱交換後，回溫至接近該第一溫度，並且自該等導風管6之出口62流出後，通過該間隔壁42之該等通孔46流入該乾空氣通道413，最後受該致冷單元5的熱端55加熱後被該風扇7自該出風口44移出該乾空氣通道413，以使周遭環境之溼氣下降。

由於本實施例中該後續通入的濕空氣會與該等導風管6內之乾空氣進行熱交換以降低溫度，所以再被該致冷單元5冷卻至該第二溫度所需之能量可顯著地減少。

本實施例的導風單元包含四個導風管6，但不以此數量為限制， 可以是一、二、三，或是五個以上，而越多的導風管6因為管壁接觸該熱交換區412的面積增加，所以越能增進熱交換之效率。另外，該間隔壁42之通孔46的數量與形狀僅需足以連通該等導風管6。

綜上所述，本發明除濕機，從濕空氣分離後的該乾空氣會與該後續通入的濕空氣進行熱交換，以冷卻該後續通入濕空氣，所以再被該致冷單元5冷卻至該第二溫度所需之能量可以顯著地減少，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之可能實施例之一，非以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之等效實施，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (8)

1. 一種分離流體的方法，包含以下步驟：使含有至少兩種不同成份且溫度為一第一溫度的一混合流體經由一混合流體通道進入一變溫工作區；在該變溫工作區使該混合流體自該第一溫度升溫或降溫至一第二溫度，以使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為一第一流體，並與剩餘成分形成的一第二流體分離；及將該第一流體經由一第一流體通道導出該變溫工作區，且將該第二流體由一第二流體通道導出該變溫工作區，其中，該第二流體通道的至少一部分區段相鄰該混合流體通道的至少一部分區段，以使該第二流體與後續通入該混合流體通道之混合流體進行熱交換；其中，該第一流體通道的至少一部份區段與該混合流體通道的該至少一部分區段相鄰，以使該第一流體可與後續通入之混合流體進行熱交換。
2. 如請求項1所述的分離流體的方法，其中，該混合流體受一熱泵加熱或是冷卻，而使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為該第一流體。
3. 一種分離流體的設備，適用於將一含有不同成份的混合流體，利用蒸氣壓隨溫度變化的差異，分離出其中至少一成分，該分離流體的設備包含：一容器裝置，界定出一供容置流體的變溫工作區；一熱交換裝置，連接該容器裝置且包括一混合流體槽、一第二流體槽及一第一流體槽，該第二流體槽的至少一部分區段相鄰該混合流體槽的至少一部分區段，該第一流體槽之至少一部份區段鄰近 該混合流體槽的該至少一部份區段；及一變溫裝置，用以改變容置於該容器裝置之變溫工作區中流體的溫度；溫度為一第一溫度的該混合流體由該熱交換裝置的混合流體槽流入該變溫工作區並被加熱或冷卻至一第二溫度，以使該混合流體其中至少一成分發生相變化而成為一第一流體，並與剩餘成分形成的一第二流體分離，且該第二流體自該容器裝置流出該變溫工作區後流入該第二流體槽，以與後續通入該混合流體通道之混合流體進行熱交換，該第一流體經由該第一流體通道導出該變溫工作區，以使該第一流體可與後續通入之混合流體進行熱交換。
4. 如請求項3所述的分離流體的設備，其中，該變溫裝置是一熱泵，該熱泵包括一用以提供熱量的加熱端，以及一用以吸收熱量的冷卻端。
5. 如請求項3所述的分離流體的設備，其中，該容器裝置包括連通該變溫工作區的一混合流體入口、一收集孔及一第二流體出口，以及一連接該混合流體入口的第一導管與一連接該第二流體出口的第二導管，該熱交換裝置還包括連通該混合流體槽的一進液口與一出液口，以及連通該第二流體槽的一第二流體入口與一第二流體排出口，該出液口連接該容器裝置的該第一導管，以使該混合流體槽連通該第一導管而共同形成一混合流體通道，且該第二流體入口連接該容器裝置的第二導管，以使該第二流體槽連通該第二導管而共同形成一第二流體通道，該第二流體槽之至少一部份區段鄰近該混合流體槽之至少一部份區段，而使該第二流體通道之至少一部分區段鄰近該混合流體通道之至少一部分區段。
6. 如請求項5所述的分離流體的設備，其中，該容器裝置還包括一連接該收集孔的收集管，且該熱交換裝置還包括連通該第一流體槽的一第一流體入口與一第一流體排出口，該第一流體入口連通該容器裝置的收集管，以使該第一流體槽連通該收集管而共同形成該第一流體通道，而使該第一流體通道的至少一部分區段相鄰該混合流體通道的該至少一部分區段。
7. 一種除濕機，適用於藉由冷凝作用而將一濕空氣分離成一水以及一乾空氣，該除濕機包含：一外殼單元，包括一界定出一容置空間的圍繞壁、一設置在該容置空間且連接該圍繞壁的間隔壁、形成於該圍繞壁且連通該容置空間的一入風口、一出風口，以及一出水口，以及至少一貫穿該間隔壁的通孔，該出水口不高於該入風口；一致冷單元，連接該外殼單元且與該間隔壁相配合將該容置空間區隔成一連通該入風口、該出水口以及該至少一通孔的熱交換區，以及一連通該出風口以及該至少一通孔的乾空氣通道，該致冷單元包括一朝向該熱交換區的冷端以及一朝向該乾空氣通道的熱端；一導風單元，設置於該熱交換區且具有至少一導風管，每一導風管具有一鄰近該致冷單元之冷端的入口，以及一連接該外殼單元的間隔壁之至少一通孔的出口；及一風扇，連接該外殼單元且用以使該外殼單元外部之該濕空氣移入該容置空間；該濕空氣自該入風口進入該熱交換區以受該致冷單元的冷端作用而冷卻分離成該水以及該乾空氣，該水經由該出水口流出該熱交 換區，該乾空氣流入該導風單元的該至少一導風管之入口，與後續通入該熱交換區之濕空氣進行熱交換後，從該至少一導風管之出口流至該乾空氣通道並受該致冷單元的熱端加熱後，被該風扇自該出風口移出該乾空氣通道。
8. 如請求項7所述的除濕機，其中，該致冷單元包括一具有相反的一冷面以及一熱面的致冷晶片、一設置在該冷面的第一鰭片，以及一設置在該熱面的第二鰭片，該致冷晶片的冷面與該第一鰭片共同形成該冷端，且該致冷晶片的熱面與該第二鰭片共同形成該熱端。