TWI699234B - 微粒捕集裝置 - Google Patents

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Abstract

一種微粒捕集裝置，包含氣體導流單元、除霧單元及液體循環單元；氣體導流單元具有一通道，其具有相對之第一端與第二端；除霧單元設置於第二端；液體循環單元設置於氣體導流單元週邊且位於除霧單元下方，氣體導流單元與液體循環單元的銜接處具有間隙；帶有微粒的氣體由第一端流入通道再流入除霧單元，當氣體流入通道時，液體循環單元使氣體中的微粒被包含入液滴中而形成待捕集液滴，接著，待捕集液滴由除霧單元攔截後由除霧單元流出並流入液體循環單元，液體循環單元所循環的液體再由間隙被吸入通道中。

Description

微粒捕集裝置
本創作有關於一種微粒捕集裝置，尤指一種能有效捕集廢氣中之微粒之微粒捕集裝置。
對於不同製造產業而言，例如半導體及光電產業，於製造生產各種不同產品的過程中，由於會產生酸性及/或鹼性氣體，因此必須利用濕式洗滌塔處理酸性及/或鹼性氣體。
然而，傳統濕式洗滌塔除霧器對於低濃度無機廢氣及超細微粒與液滴處理效果有限，尤其直徑小於2μm的微粒與液滴的處理效果極差，且易有微粒(例如鹽類粒狀物)累積堵塞的情形，造成除霧效率不佳，且排放大量的懸浮微粒到大氣中，引發嚴重的空氣汙染問題。其中，微粒例如為溶於水之鹽類粒狀物，或為不溶於水的固體物質，或其組合。
習知除霧器的型式及其除霧效能如下表1所示：
Figure 108148409-A0305-02-0004-1
Figure 108148409-A0305-02-0005-3
表1顯示，纖維除霧器雖然能捕捉到直徑約1μm的液滴/微粒，但是纖維除霧器流速限制需低於0.5公尺/秒，因此其設備體積龐大、佔用空間甚大；至於網式除霧器及折板式除霧器雖然流速限制較不嚴苛，設備占用空間小，但是所能處理的液滴直徑非常大，無法有效捕捉直徑小於10μm的液滴/微粒。
平均而言，目前製造產業(例如半導體及光電產業)所採用的傳統濕式洗滌塔對於粒狀汙染物(直徑約2μm的液滴/微粒)的平均削減率僅約40%，且其除霧器容易有微粒(例如，鹽類粒狀物)累積堵塞的情形，造成除霧效率不佳，排放大量的懸浮微粒到大氣中，引發嚴重的空氣汙染問題。
據此，如何能有一種能有效捕集廢氣中之微粒，避免微粒累積堵塞或排放大量懸浮微粒到大氣中而引發嚴重的空氣汙染問題，而且體積小、占用空間小之『微粒捕集裝置』，是相關技術領域人士亟待解決之課題。
於一實施例中，本創作提出一種微粒捕集裝置，包含：氣體導流單元，其具有一通道，通道具有相對之一第一端與一第二端；除霧單元，設置於氣體導流單元的第二端；以及液體循環單元，設置於氣體導流單元之週邊且位於除霧單元的下方， 液體循環單元之表面設有一通孔，氣體導流單元設置於通孔的上方，氣體導流單元與液體循環單元的銜接處具有間隙；其中，帶有微粒的氣體由導流單元的第一端流入通道再流入除霧單元，當氣體流入導流單元之通道時，液體循環單元中的液體由間隙被吸入導流單元的通道中，使氣體中的微粒被包含入液體中而形成含有微粒的待捕集液滴；接著，待捕集液滴由除霧單元攔截後由除霧單元流出並流入液體循環單元，液體循環單元所收集的液體再由間隙被吸入導流單元的通道中。
100、110、100A~100H:微粒捕集裝置
10:氣體導流單元
11:通道
111:第一端
112:第二端
20、20A~20H:除霧單元
21:頂面端板
30:液體循環單元
31:通孔
40:填充物
200:洗滌塔
202:通氣孔
G0、G1:氣體
F1:第一方向
F2:第二方向
G:間隙
L:承接板
S:微粒
W:第一液滴
W’:第三液滴
W1:液體
WS:第二液滴
WS’:待捕集液滴
圖1為本創作之一實施例之前視結構示意圖。
圖2為圖1實施例捕集微粒之動作示意圖。
圖3為圖1實施例應用於洗滌塔之結構示意圖。
圖4為本創作另一實施例之結構示意圖。
圖5A~5H為本創作之不同態樣實施例之俯視結構示意圖。
請參閱圖1所示，本創作所提供之一種微粒捕集裝置100，包含氣體導流單元10、除霧單元20及液體循環單元30。在此，微粒例如可為溶於水之鹽類粒狀物、不溶於水的固體物質及其組合，及/或由液滴包含的微粒。
氣體導流單元10具有相對之一第一端111與一第二端112，於第一 端111與第二端112之間形成一通道11。第一端111相對於第二端112較鄰近液體循環單元30。通道11之形狀不限，可為規則或不規則之圓形或幾何多邊形空心柱。通道11之延伸方向平行於一第一方向F1。
除霧單元20設置於氣體導流單元10的第二端112，在一實施例中，除霧單元20僅具有一頂面端板21。除霧單元20之作用在於可將氣體中所夾帶的液體攔截下來，使液體透過重力掉落至下方的液體循環單元30。
液體循環單元30設置於氣體導流單元10之週邊且位於除霧單元20的下方。在本實施例中，液體循環單元30圍繞著氣體導流單元10而設置。於液體循環單元30之表面設有一個通孔31，氣體導流單元10設置於通孔31的上方，於氣體導流單元10的頂部設有除霧單元20。在一實施例中，液體循環單元30之表面設有多個通孔31，於每一通孔31上皆設置一氣體導流單元10及一除霧單元20。
液體循環單元30之表面的通孔31之形狀不限，可為規則或不規則圓形或幾何多邊形。通孔31的形狀與通道11之形狀可以相對應或不相對應，例如，通孔31與通道11可為相對應之矩形或圓形，或者，通孔31為圓形而通道11為矩形，反之亦然。
於氣體導流單元10與液體循環單元30的銜接處具有一間隙G，間隙G的尺寸介於3~20毫米(mm)之範圍。
在本實施例中，液體循環單元30於通道11的第一端111設有一承接板L，承接板L位於該間隙G之下方且平行於一第二方向F2突伸於通道11內一長度。第二方向F2與第一方向F1相互垂直。
請參閱圖2所示，氣體G0平行於第一方向F1由通孔31以及第一端 111進入通道11，再流入除霧單元20。一般而言，氣體G0中包括有固體的微粒S，並可另包括不含微粒的霧狀或液態的第一液滴W，或可另包括含有微粒的第二液滴WS。
在本實施例中，氣體G0由氣體導流單元10的第一端111流入通道11再流入除霧單元20；當氣體G0流入氣體導流單元10之通道11時，液體循環單元30中的液體W1由間隙被吸入通道，與氣體G0產生切削，使不含微粒的第一液滴W形成尺寸較大的第三液滴W’，以及，使含有微粒的第二液滴WS形成尺寸較大的待捕集液滴WS’，而部分的第三液滴W’進而將氣體G0中的微粒S包含入其中成為含有微粒的的待捕集液滴WS’。
在一實施例中，第一液滴W與第二液滴WS的直徑小於第三液滴W’與待捕集液滴WS’的直徑，第三液滴W’及待捕集液滴WS’是指直徑至少為2μm的液滴。
接著，待捕集液滴WS’及第三液滴W’由除霧單元20攔截後，透過重力由除霧單元20的側邊流出並掉落至下方的液體循環單元30中，經液體循環單元30收集後成為液體W1，液體W1再由間隙G被吸入通道11，產生循環。
為達成上述過程，本創作的工作原理為，氣體導流單元10之通道11內具有一壓降值，氣體G0具有一流速，藉由壓降值與流速的搭配，可使液體循環單元30內的液體W1由間隙G被吸入通道11，使第一液滴W與第二液滴WS於流入通道11時，於通道11內形成尺寸較大的第三液滴W’及待捕集液滴WS’，而且會上升至除霧單元20。
要說明的是，在圖2中，氣體G0為包括有微粒S、霧狀或液態的第 一液滴W以及含有微粒的第二液滴WS，但針對僅包含有微粒S的氣體G0，同樣適用於上述的工作原理，可藉由除霧單元20來攔截氣體G0中微粒S。
上述中的壓降值沒有一定限制，視實際狀況而定。例如，壓降值可介於80~250毫米水柱(mmH2O)之範圍，氣體G0由第一端111流入通道11之流速可介於16~28公尺/秒(m/s)之範圍。如此，可用以提供氣體G0通過時產生所需要的壓力差，並使經由間隙G被吸入通道11的液體W1不會往下掉落。
若有第三液滴W’及待捕集液滴WS’直接由除霧單元20掉落通道11中而無法流入液體循環單元30中時，可藉由承接板L收集之，再跟隨由間隙G被吸入通道11的液體W1一併進入通道11中。
請參閱圖3所示，於本實施例中，液體循環單元30設置於一洗滌塔200內，於洗滌塔200之頂部設有一通氣孔202。液體循環單元30之表面設有多個通孔31，每一通孔31的上方都設有一氣體導流單元10，每一氣體導流單元10的頂部都設有一除霧單元20。
在圖3中，氣體G0由液體循環單元30的底部通過通孔31後，進入各氣體導流單元10，而後流入除霧單元20；當氣體G0流入各氣體導流單元10之通道31時，液體循環單元30中的液體W1由間隙被吸入通道，與氣體G0產生切削，使不含微粒的第一液滴W形成尺寸較大的第三液滴W’，以及，使含有微粒的第二液滴WS形成尺寸較大的待捕集液滴WS’，而部分的第三液滴W’進而將氣體G0中的微粒S包含入其中成為含有微粒的的待捕集液滴WS’；接著，待捕集液滴WS’及第三液滴W’由除霧單元20攔截後，透過重力由除霧單元20的側邊流出並掉落至下方的液體循環單元30中，經 液體循環單元30收集後成為液體W1，液體W1再由間隙G被吸入通道11，產生循環。
要說明的是，在圖3中，氣體G0為包括有固體的微粒S、霧狀或液態的第一液滴W以及含有微粒的第二液滴WS，但針對僅包含有微粒S的氣體G0，同樣適用於上述的工作原理，可藉由各除霧單元20來攔截氣體G0中的微粒S。
請參閱圖4所示，本創作所提供之一種微粒捕集裝置110，包含氣體導流單元10、除霧單元20及液體循環單元30。
於本實施例中，除霧單元20除了具有一頂面端板21之外，更具有規則或不規則設置之填充物40。填充物40的種類、材質、形狀不限，可為摺板、不規則/具規則形狀之填充物、散堆型態之填充物等，填充物的材質例如可為塑膠、金屬或其組合。填充物40可依據要捕集的液滴尺寸大小，具有不同的結構，例如可為絲網、平板或其組合。
本實施例攔截液滴以及液滴中所含之微粒的方式與圖2所示實施例相同，故省略贅述。圖4實施例與圖2實施例中的除霧單元20雖略有差異，但是都能發揮攔截氣體G0中之微粒的效果。
請參閱圖5A~5H，其顯示本創作所提供之一種微粒捕集裝置100A~100H，包含氣體導流單元10、除霧單元20A~20H及液體循環單元30。圖5A~5H所示微粒捕集裝置100A~100H之主要差異在於除霧單元20A~20H具有不同態樣，可為各種不同尺寸之矩形、圓形、橢圓形、規則多邊形、不規則多邊形相互搭配。
經申請人實驗證明，利用本創作所提供之微粒捕集裝置採用上述 工藝參數進行廢棄微粒捕集，對於直徑小於1μm之液滴之捕集率可達90%以上。此外，由於液滴中的微粒可隨同液滴被攔截，因此可避免微粒(例如，鹽類粒狀物)累積堵塞排氣管路，並可抑制大量懸浮微粒排放到大氣中所引發的空氣汙染問題。
綜上所述，本創作所提供之一種微粒捕集裝置，利用氣體導流單元之通道中的壓降值，搭配微粒的氣體的流速，可使吸入通道內的液體與氣體劇烈切削產生出大量較大尺寸的液滴(霧滴)，將氣體中的微粒包含入其中，再由除霧單元捕集切削產生的較大尺寸液滴(霧滴)，藉此得以捕集氣體中所含的微粒。此外，本創作可藉由氣體的流速來控制切削出的較大液滴的尺寸大小、控制微粒捕集能力。
雖然本創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:微粒捕集裝置
10:氣體導流單元
11:通道
111:第一端
112:第二端
20:除霧單元
21:頂面端板
30:液體循環單元
31:通孔
F1:第一方向
F2:第二方向
G:間隙
L:承接板

Claims (16)

  1. 一種微粒捕集裝置，包含：氣體導流單元，其具有一通道，該通道具有相對之一第一端與一第二端；除霧單元，設置於該氣體導流單元的該第二端；以及液體循環單元，設置於該氣體導流單元之週邊且位於該除霧單元的下方，該液體循環單元之表面設有至少一通孔，該氣體導流單元設置於該通孔的上方，該氣體導流單元與該液體循環單元的銜接處具有間隙；其中，帶有微粒的氣體由該導流單元的該第一端流入該通道再流入該除霧單元，當該氣體流入該導流單元之該通道時，該液體循環單元中的液體由該間隙被吸入該導流單元的該通道中，使該氣體中的該微粒被包含入液體中而形成待捕集液滴；接著，待捕集液滴由除霧單元攔截後，由除霧單元流出並流入液體循環單元，該液體循環單元所收集的液體再由該間隙被吸入該導流單元的該通道中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該通孔之形狀為規則或不規則之圓形或幾何多邊形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該液體循環單元之表面設有多個通孔，每一該通孔的上方設有一該氣體導流單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之微粒捕集裝置，其中該多個通孔之形狀為規則或不規則之圓形或幾何多邊形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該間隙之尺寸介於3~20毫米(mm)之範圍。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中，該液體循環單元於該通道的該第一端設有一承接板，該承接板由該間隙之下方突伸於該通道內一長度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該氣體導流單元之該通道內具有一壓降值，該壓降值用以使該液體循環單元內的液體由該間隙被吸入該通道中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之微粒捕集裝置，其中該壓降值介於80~250毫米水柱(mmH2O)之範圍，該帶有液滴的氣體由該第一端流入該通道之流速介於16~28公尺/秒(m/s)之範圍。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該通道之形狀為規則或不規則之圓形或幾何多邊形空心柱。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該微粒為固體物質的微粒及/或液滴包含的微粒。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該待捕集液滴的直徑至少為2μm。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該氣體於流入該通道前更包括不含有該微粒之第一液滴，該第一液滴的直徑小於1μm。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之微粒捕集裝置，其中該第一液滴於進入該通道後，會被包含入由該間隙被吸入該通道中之該液體中而形成第三液滴，該第三液滴的直徑至少為2μm。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中該氣體於流入該通道前更包括第二液滴，該第二液滴包含有該微粒，該第二液滴的直徑小於1μm。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之微粒捕集裝置，其中該第二液滴於進入該通道後，會被包含入由該間隙被吸入該通道中之該液體中而形成該待捕集液滴。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之微粒捕集裝置，其中，該除霧單元具有一填充物，該填充物可為規則或不規則設置，該填充物可為規則或不規則形狀。
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