TWI747670B - 低壓蒸餾濃縮循環設備及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種低壓蒸餾濃縮循環設備及其方法，主要結構包括一加工液儲存件、一真空抽取裝置、一壓力維持裝置、一加熱元件、一冷凝器、一蒸餾水儲存件、一冷卻水儲存件、一循環泵、一逆冷卻系統、及一高壓泵。藉上述結構，利用真空抽取裝置使加工液儲存件內形成負壓空間，以利用逆冷卻系統作為加熱元件的熱源，而使加工液分離為水蒸氣及濃縮液，水蒸氣經由冷凝器變相為蒸餾水後，即符合環保局排放標準，而冷凝器中用於冷卻水蒸氣的冷卻液，則流向冷卻水儲存件，並透過循環泵輸送至逆冷卻系統，以提供冷凝器與加熱元件運作能源，至於濃縮液則可藉由壓力維持裝置將維持該負壓空間之壓力在-720mmHg至-640mmHg之間，而可利用高壓泵在真空抽取裝置運作狀態下，直接抽出該濃縮液。

Description

低壓蒸餾濃縮循環設備及其方法

本發明為提供一種低壓蒸餾濃縮循環設備及其方法，尤指一種可在免停機、免破真空的狀態下直接抽出濃縮液，而達到節省能源、縮短工時、防止濃縮液參雜鹽類隨泡泡滲出至管路、避免回堵管路的低壓蒸餾濃縮循環設備及其方法。

按，近年來，工業生產過程所造成對環境的污染與水資源的短缺，已經影響到人類的生活環境。因此，如何減少污染廢棄物與水資源循環再利用，是企業必須面對的環保議題，也是企業所肩負的社會責任。

處理工業廢水時，目前係以低壓蒸餾設備最為常見，為了讓被處理液維持在低壓狀態下，真空泵浦必須維持常態運作，但當被處理液越來越少、或需要補充時，只能選擇停止真空泵浦的運作，讓被處理液的儲存桶破真空，才能將被處理液抽出，此動作已然造成處理過程的時間損耗、及重啟設備時的能源浪費。再者，工業廢水通常內含有大量金屬鹽類，在高壓低壓的轉換下，容易產生泡泡，而鹽類會攀附著泡泡隨著循環路徑移動，將導致設備或管路發生堆積、阻塞，甚至因回堵導致設備損壞。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，本發明之創作人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可在免停機、免破真空的狀態下直接抽出濃縮液，而達到節省能源、縮短工時、防止濃縮液參雜鹽類攀附著泡泡移動、避免回堵管路的低壓蒸餾 濃縮循環設備及其方法的發明專利者。

本發明之主要目的在於：利用壓力維持裝置將加工液儲存件的負壓空間維持在-720mmHg至-640mmHg，以讓高壓泵可在真空抽取裝置運作狀態下，直接抽出濃縮液，而達到免停機、免破真空、防止鹽類滲出。

本發明之另一主要目的在於：以低壓克服真空蒸餾的缺點，配合逆冷卻系統、冷凝器及循環泵，使熱量在內部循環而充分應用於加熱元件及冷凝器，而達到節省能源、縮短工時之功效。

為達成上述目的，本發明之主要結構包括：一加工液儲存件，該加工液儲存件連結一真空抽取裝置，該加工液儲存件至真空抽取裝置之間設有一壓力維持裝置，且該壓力維持裝置具有一感測元件、一資訊連結該感測元件之控制元件、及一電性連結該控制元件之卸壓閥該加工液儲存件內具有一加熱元件，該真空抽取裝置與該加工液儲存件之間設有一冷凝器，該真空抽取裝置連結一蒸餾水儲存件，該蒸餾水儲存件外設有一連結該冷凝器之冷卻水儲存件，該冷卻水儲存件連結一循環泵，該加工液儲存件連結一高壓泵，並具有一逆冷卻系統，該逆冷卻系統包含有一連結該冷凝器之致冷部、及一連結該致冷部及該加熱元件之驅動部。

利用本發明處理濃縮液時，係利用真空抽取裝置對加工液儲存件抽氣，使加工液儲存件內形成負壓空間，並由壓力維持裝置將負壓空間之壓力維持在-720mmHg至-640mmHg，當加熱元件對負壓空間加熱時，即可在較低的溫度下使加工液分離出水蒸氣而形成濃縮液，接著水蒸氣受冷凝器作用凝結為蒸餾水，在流經真空抽取裝置後收容於蒸餾水儲存件中，而冷凝器中用於冷卻水蒸氣的冷卻液，則流向冷卻水儲存件對蒸餾水進行降溫，並透過循環泵輸送至逆冷卻系統，此時逆冷卻系統之致冷部即吸收冷卻液的熱量後，將降溫後的冷卻液還予冷凝器，而逆冷卻系統之驅動部則藉加壓動作提供發熱源給加熱元件，藉此讓熱量在內部循環而充分應用於加熱元件及冷凝器，而達到節省能源、縮短工時之功效，且藉此低壓條件，可於真空抽取裝置運作狀態下，利用高壓泵直接抽出加工液儲存件中之濃縮液，達到免停機、免破真空、防止濃縮液參雜鹽類，進而降低設備損壞風險。

藉由上述技術，可針對習用低壓蒸餾設備所存在之需要停機或破真空而導致工時拉長、成本提升，若導致泡泡產生或鹽類滲出，更會影響設備 或管路的毀損之問題點加以突破，達到上述優點之實用進步性。

1、1b、1c:加工液儲存件

11、11b:高壓泵

111:儲存桶

2、2a:真空抽取裝置

3:壓力維持裝置

31:感測元件

32:控制元件

33:卸壓閥

4:加熱元件

5:冷凝器

6、6a:蒸餾水儲存件

61:冷卻水儲存件

611a:回收通道

62:循環泵

7:逆冷卻系統

71:致冷部

72:驅動部

73:散熱器

8b、8c:備用液儲存件

81b:輸液通道

82b:輸液閥

83b:水位偵測器

84c:清洗裝置

第一圖 係為本發明較佳實施例之立體透視圖。

第二圖 係為本發明較佳實施例之步驟方塊流程圖。

第三圖 係為本發明較佳實施例之設備循環示意圖。

第四圖 係為本發明再一較佳實施例之冷卻液回收示意圖。

第五圖 係為本發明又一較佳實施例之加工液回收示意圖。

第六圖 係為本發明另一較佳實施例之洗滌液回收示意圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。

請參閱第一圖至第三圖所示，係為本發明較佳實施例之立體透視圖至設備循環示意圖，由圖中可清楚看出本發明係包括：

一加工液儲存件1，係供儲存加工液；

一真空抽取裝置2，係連結該加工液儲存件1，使該加工液儲存件1內形成負壓空間；

一壓力維持裝置3，係設於該加工液儲存件1至真空抽取裝置2之間，以維持該負壓空間之壓力在-720公釐水銀柱(mmHg)至-640公釐水銀柱(mmHg)之間，該壓力維持裝置3具有一感測元件31、一資訊連結該感測元件31之控制元件32、及一電性連結該控制元件32之卸壓閥33；

一加熱元件4，係對該負壓空間加熱，使該加工液分離出水蒸氣而形成濃縮液；

一冷凝器5，係設於該真空抽取裝置2與該加工液儲存件1之間，以將該水蒸氣凝結為蒸餾水；

一蒸餾水儲存件6，係連結該真空抽取裝置2，使該蒸餾水經該真空抽取裝置2收容於蒸餾水儲存件6；

一冷卻水儲存件61，係設於該蒸餾水儲存件6外且連結該冷凝 器5，並供儲存冷卻液以冷卻該蒸餾水；

一循環泵62，係連結該冷卻水儲存件61；

一逆冷卻系統7，係包含有一連結該冷凝器5之致冷部71、及一連結該致冷部71及該加熱元件4之驅動部72，該致冷部71係供吸收熱量而輸出冷卻液至該冷凝器5，該驅動部72則藉加壓動作提供發熱源給加熱元件4；

一高壓泵11，係連結該加工液儲存件1，並於該真空抽取裝置2運作狀態下，直接抽出該濃縮液。

而本發明之低壓蒸餾濃縮循環設備之濃縮液處理方法，主要步驟包括：

(a)儲存加工液：於一加工液儲存件1中儲存加工液；

(b)形成負壓空間：利用一真空抽取裝置2對該加工液儲存件1抽氣，使該加工液儲存件1內形成負壓空間；

(c)壓力維持：利用一壓力維持裝置3，將該負壓空間之壓力維持在-720公釐水銀柱(mmHg)至-640公釐水銀柱(mmHg)之間；

(c1)壓力感測：利用一感測元件31持續感測該負壓空間之壓力值；

(c2)卸壓閥啟閉：利用一控制元件32讀取該壓力值，並於該壓力值小於-720公釐水銀柱(mmHg)時將一卸壓閥33開啟、或於該壓力值大於-640公釐水銀柱(mmHg)時將該卸壓閥33關閉；

(d)加工液分離為水蒸氣及濃縮液：利用一加熱元件4對該負壓空間加熱，使該加工液分離出水蒸氣而形成濃縮液；

(e)水蒸氣凝結為蒸餾水：將一冷凝器5設於該真空抽取裝置2與該加工液儲存件1之間，以將該水蒸氣凝結為蒸餾水；

(f)儲存蒸餾水：該蒸餾水流經該真空抽取裝置2而收容於一蒸餾水儲存件6中；

(g)冷卻蒸餾水：利用一冷卻水儲存件61中的冷卻液冷卻該蒸餾水；

(h)冷卻液回收：利用一循環泵62將該冷卻水儲存件61中之冷卻液，輸送至一逆冷卻系統7；

(i)冷卻液降溫：該逆冷卻系統7透過一致冷部71，吸收熱量後輸出冷卻液予該冷凝器5；

(j)加壓產生發熱源：該逆冷卻系統7透過一驅動部72之加壓動作，提供發熱源給該加熱元件4；

(k)抽取濃縮液：於真空抽取裝置2運作狀態下，利用一高壓泵11直接抽出該加工液儲存件1中之濃縮液。

藉由上述之說明，已可了解本技術之結構，而依據這個結構之對應配合，更可在免停機、免破真空的狀態下直接抽出濃縮液，而達到節省能源、縮短工時、防止濃縮液參雜鹽類隨泡泡滲出至管路、避免回堵管路等優勢，而詳細之解說將於下述說明。

本實施例中，加工液儲存件1所儲存之加工液係為液態藥品、液態食品、弱酸性或弱鹼性的洗滌液、電鍍液、切削液或汙水廢水其中之一者，本實施例係以液態藥品為舉例；真空抽取裝置2為真空泵；壓力維持裝置3係利用感測元件31(壓力感測器)、卸壓閥33(電磁閥)，搭配控制元件32(韌體)控制的自動恆壓裝置；循環泵62係為水泵；逆冷卻系統7之驅動部72為壓縮機、致冷部71為蒸發器，而加熱元件4為壓縮機之散熱管；高壓泵11為非離心式之高壓泵浦。上述元件之對應型態僅為較佳實施例之舉例，凡具有相同功能之型態者，皆屬本發明之範疇，不侷限於上述舉例。

實際使用時，係利用真空抽取裝置2對加工液儲存件1抽氣，使加工液儲存件1內形成負壓空間，並由壓力維持裝置3之感測元件31持續感測該負壓空間之壓力值，以利用控制元件32讀取該壓力值，並於該壓力小於-720公釐水銀柱(mmHg)時將一卸壓閥33開啟，以藉輸入常壓氣體來提升負壓空間的壓力，或於壓力大於-640公釐水銀柱(mmHg)時將該卸壓閥33關閉，以藉真空抽取裝置2降低負壓空間的壓力，藉此將負壓空間之壓力維持在-720mmHg至-640mmHg(本實施例之最佳負壓值範圍為-700mmHg至-690mmHg)。此時因負壓空間的效果，加工液的沸點隨之降低，故當加熱元件4對負壓空間加熱時，即可在較低的溫度(如40℃~50℃)下使加工液分離出水蒸氣而形成濃縮液，接著水蒸氣因受真空抽取裝置2的抽氣效果影響流經冷凝器5，並受冷凝器5作用而凝結為蒸餾水(溫度仍為40℃~50℃)，並繼續流經真空抽取裝置2後收容於蒸餾水儲存件6中。且蒸餾水儲存件6中所儲存者，是單純由水蒸氣凝結而成的蒸餾水，故可符合環保局的排放標準，即使直接排放至河川湖泊，亦無造成汙染之虞。

另外，蒸餾水儲存件6外的冷卻水儲存件61內具有冷卻液，可對蒸餾水儲存件6內的蒸餾水進行降溫，並可由循環泵62將冷卻液輸送至逆冷卻系統7循環使用。具體而言，因熱傳導關係，冷卻液吸收了蒸餾水的熱量而升溫(例如，從10℃升溫至30℃)，此時逆冷卻系統7之致冷部71，乃利用其低壓液態冷媒吸收冷卻液的熱量後，再次將冷卻液降溫(如降回10℃)還予冷凝器5，故冷卻液係於冷凝器5、冷卻水儲存件61、循環泵62、致冷部71、冷凝器5…的路徑中不斷循環。

而冷凝器5中的低壓液態冷媒則因吸收了熱量，變相為低壓氣態冷媒，接著透過逆冷卻系統7之驅動部72，以加壓動作將低壓氣態冷媒變相為高壓液態冷媒，藉此做為發熱源提供給加熱元件4，而當高壓液態冷媒散熱後，又變相為低壓氣態冷媒經由散熱器73回流至致冷部71，如此一來，即可利用冷媒讓熱量在逆冷卻系統7內部循環而充分應用於加熱元件4及冷凝器5，而達到節省能源、縮短工時之功效。

最重要的是，加工液儲存件1在此低壓條件下，可利用高壓泵11直接抽出加工液儲存件1中之濃縮液，並輸出至儲存桶111供使用者重複利用，故可於真空抽取裝置2運作狀態下，直接抽出濃縮液，達到免停機、免破真空，避免設備不斷重複開機、停機的動作，而防止濃縮液產生泡泡、或參雜鹽類滲出，進而降低設備損壞風險。

再請同時配合參閱第四圖所示，係為本發明再一較佳實施例之冷卻液回收示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅於該蒸餾水儲存件6a與該真空抽取裝置2a間具有一回收通道611a，以將受該冷卻液降溫後之蒸餾水，傳送至該真空抽取裝置2a。本實施例中，該真空抽取裝置2a係為水封式真空泵，採用水封式活塞原理設計，其葉輪停止轉動時液面呈水平，葉輪開始轉動後，液體則被拋向外圍形成移動的液環，液環內部中空，葉輪相對於機體是偏心配置。因此，當蒸餾水冷卻後(即步驟g)，乃利用回收通道611a給予真空抽取裝置2a降溫後的蒸餾水(即步驟g1)，不但有助於加強真空抽取裝置2a的水密度，也可使其確實達到-720公釐水銀柱(mmHg)至-640公釐水銀柱(mmHg)的負壓，且冷卻後的低溫蒸餾水，可避免真空抽取裝置2a受損。

又請同時配合參閱第五圖所示，係為本發明又一較佳實施例之加 工液回收示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，但於加工液儲存件1b一側設有至少一備用液儲存件8b，該備用液儲存件8b係透過一輸液通道81b連結該加工液儲存件1b，該輸液通道81b上設有一輸液閥82b，且該加工液儲存件1b上設有一水位偵測器83b。根據加工液儲存件1b中加工液的種類選用不同，有些需要維持內部具有一定的使用量、有些需要根據剩餘濃縮液的濃度來調節使用量，故當高壓泵11b抽取濃縮液時(即步驟k)使用者可利用水位偵測器83b檢測加工液儲存件1b中的液位高度，當加工液剩餘量低於設定值時，即自動開啟輸液閥82b自動補充，將備用液儲存件8b中備用液經由輸液通道81b傳輸至加工液儲存件1b中(即步驟l)，以與剩餘的濃縮液混合形成加工液，藉此，在循環設備免停機的情況下完成補充。

另請同時配合參閱第六圖所示，係為本發明另一較佳實施例之洗滌液回收示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅將該備用液變更為洗滌液，而該備用液儲存件8c一側設有一清洗裝置84c，係於清洗動作後產生該洗滌液，本實施例中加工液係以弱酸性或弱鹼性的洗滌液、或電鍍液為舉例。當被清洗件利用高濃度的洗滌液進行除鏽後，表面仍會殘留大量的洗滌液，故繼續讓被清洗件移動至備用液儲存件8c處，並以清洗裝置84c加以清洗，此時殘留的洗滌液便會與清水一起流入備用液儲存件8c內(即步驟k1)，而在多次清洗後，洗滌液的濃度會越來越高，當其濃度接近加工液時，即可補充至加工液儲存件1c中(即步驟l)。由此可知，本發明不但可在免停機的狀態下抽出濃縮液、補充加工液，也可適用不同種類的濃縮液製作。

惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明之低壓蒸餾濃縮循環設備及其方法於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本發明，以保障創作人之辛苦創作，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，創作人定當竭力配合，實感德便。

1:加工液儲存件

11:高壓泵

111:儲存桶

2:真空抽取裝置

3:壓力維持裝置

4:加熱元件

5:冷凝器

6:蒸餾水儲存件

61:冷卻水儲存件

62:循環泵

7:逆冷卻系統

71:致冷部

72:驅動部

73:散熱器

Claims (6)

1. 一種低壓蒸餾濃縮循環設備，該循環設備主要包括：一加工液儲存件，係供儲存加工液；一真空抽取裝置，係連結該加工液儲存件，使該加工液儲存件內形成負壓空間；一壓力維持裝置，係設於該加工液儲存件至該真空抽取裝置之間，以維持該負壓空間之壓力在-720公釐水銀柱(mmHg)至-640公釐水銀柱(mmHg)之間，且該壓力維持裝置具有一感測元件、一資訊連結該感測元件之控制元件、及一電性連結該控制元件之卸壓閥；一加熱元件，係對該負壓空間加熱，使該加工液分離出水蒸氣而形成濃縮液；一冷凝器，係設於該真空抽取裝置與該加工液儲存件之間，以將該水蒸氣凝結為蒸餾水；一蒸餾水儲存件，係連結該真空抽取裝置，使該蒸餾水經該真空抽取裝置收容於該蒸餾水儲存件；一冷卻水儲存件，係設於該蒸餾水儲存件外且連結該冷凝器，並供儲存冷卻液以冷卻該蒸餾水；一回收通道，係設於該蒸餾水儲存件與該真空抽取裝置間，以將受該冷卻液降溫後之蒸餾水，傳送至該真空抽取裝置；一循環泵，係連結該冷卻水儲存件；一逆冷卻系統，係包含有一連結該冷凝器之致冷部、及一連結該致冷部及該加熱元件之驅動部，該致冷部係供吸收該冷卻液的熱量後輸出至該冷凝器，該驅動部則藉加壓動作提供發熱源給該加熱元件；及一高壓泵，係連結該加工液儲存件，並於該真空抽取裝置運作狀態下，直接抽出該濃縮液。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低壓蒸餾濃縮循環設備，其中該循環設備具有至少一備用液儲存件、一連結該加工液儲存件與該備用液儲存件之輸液通道、一設於該輸液通道上之輸液閥、及一設於該加工液儲存件上之水位偵測器，以供儲存備用液並回收至該加工液儲存件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之低壓蒸餾濃縮循環設備，其中該備用液 係為洗滌液，而該備用液儲存件一側設有一清洗裝置，係於清洗動作後產生該洗滌液。
4. 一種低壓蒸餾濃縮循環設備之濃縮液處理方法，主要步驟包括：(a)於一加工液儲存件中儲存加工液；(b)利用一真空抽取裝置對該加工液儲存件抽氣，使該加工液儲存件內形成負壓空間；(c)利用一壓力維持裝置，將該負壓空間之壓力維持在-720公釐水銀柱(mmHg)至-640公釐水銀柱(mmHg)之間；(c1)該壓力感測裝置利用一感測元件持續感測該負壓空間之壓力值；(c2)該壓力感測裝置利用一控制元件讀取該壓力值，並於該壓力值小於-720公釐水銀柱(mmHg)時將一卸壓閥開啟、或於該壓力值大於-640公釐水銀柱(mmHg)時將該卸壓閥關閉；(d)利用一加熱元件對該負壓空間加熱，使該加工液分離出水蒸氣而形成濃縮液；(e)將一冷凝器設於該真空抽取裝置與該加工液儲存件之間，以將該水蒸氣凝結為蒸餾水；(f)該蒸餾水流經該真空抽取裝置而收容於一蒸餾水儲存件中；(g)利用一冷卻水儲存件中的冷卻液冷卻該蒸餾水；(g1)透過一回收通道將受該冷卻液降溫後之蒸餾水，傳送至該真空抽取裝置；(h)利用一循環泵將該冷卻液，輸送至一逆冷卻系統；(i)該逆冷卻系統透過一致冷部，吸收該冷卻液之熱量後輸出至該冷凝器；(j)該逆冷卻系統透過一驅動部之加壓動作，提供發熱源給該加熱元件；及(k)於該真空抽取裝置運作狀態下，利用一高壓泵直接抽出該加工液儲存件中之濃縮液。
5. 如申請專利範圍第4項所述之低壓蒸餾濃縮循環設備之濃縮液處理方法，其中步驟(k)後進入步驟(l)該加工液儲存件之加工液，係源自一供儲存備用液之備用液儲存件，並以一輸液通道連通該加工液儲存件， 而透過一水位偵測器控制一輸液閥之啟閉，將該備用液輸出至該加工液儲存件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之低壓蒸餾濃縮循環設備之濃縮液處理方法，其中步驟(l)前先執行步驟(k1)利用一清洗裝置於清洗動作後產生洗滌液，並流入備用液儲存件形成備用液。

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