TWM542019U - 流體淨化裝置 - Google Patents

Description

流體淨化裝置

本創作涉及一種流體淨化裝置，尤其涉及一種在有限的空間內提高光觸媒比表面積與延長流體滯留時間的一種流體淨化裝置。

近年來，空氣污染的議題備受重視，由於其對人類和生態環境有極大的負面影響。而造成空氣汚染的物質可以是固態顆粒、液態液滴、或是氣體，有天然造成的如火山噴發的菸灰，也有藉由人類活動而產生的汚染物，如汽機車排放廢氣中的一氧化碳或硫氧化物，或工廠燃燒排放的氣體等等。

藉由人類活動產生的主要汙染物包括有：

一、硫氧化物(SOx)：通常是二氧化硫，化學公式為S02。SO2由火山和其它工業過程產生。煤和石油常常含有硫，它們在燃燒時會產SO2，SO2通常在受到NO2等的催化進一步氧化，形成H2SO4，即酸雨。

二、氫氧化物(NOx)：氮氧化物，特別是高溫燃燒所產生的二氧化氮，也可以通過閃電產生。它們會形成棕色煙霧或汚染物，籠罩城市，二氧化氮是一種化學物質，公式為NO2，為最著名的空氣汚染物， 這種棕紅色的氣體具有十分刺鼻的苦澀氣味。

三、一氧化碳(CO)：CO是一種無色、無味、無刺激的有毒氣體。是由不完全燃燒所產生的，如天然氣、煤或木頭等，汽車或機車排放的尾氣是一氧化碳的主要來源。

四、揮發性有機物：揮發性有機汚染物是常見的汚染物。它們可能是甲烷(CH4)或是非甲烷(NMVOCs)。甲烷是極其強大的溫室氣體，導致全球變暖。其它揮發性碳氫化合有機物也是重要的溫室氣體，因為它們會產生臭氧，延長大氣中甲烷的壽命，影響則依地區空氣品質的不同而不同，芳香非甲烷苯類、甲苯、二甲苯則有致癌嫌疑，長期接觸可能會導致白血病。

五、有毒金屬：如鉛和汞，特別是它們的合成物。

六、氯氟烴(CFCs)：能破壞臭氧層；產生這一氣體的物質目前已經被禁用，這些氣體可以從空調、冰箱、噴霧劑等散佈，氯氟烴進入空氣後升至平流層，在此它們與其它氣體反應，破壞臭氧層，使得有害的紫外線到達地球表面，能導致皮膚癌、眼疾甚至傷害植物。

七、自由基：一種空中微粒，與心肺疾病有關。

八、氨氣(NH3)：主要來自農業活動的過程，氨氣的化學方程式是NH3，通常是一種刺激性強的氣體，地面作物需要的相關營養成分，氨是肥料和滋養的先導，無論是直接還是間接，氨都是許多藥物的合成成分。氨雖然被大量使用，但確是有腐蝕性的，傷身的物質，在大氣中，氨氣與氫氧化物和硫發生反應，形成顆粒。

九、臭氣從垃圾、汚水和工業過程中釋放出來。

十、放射性廢料：由核爆炸、核事件、戰爭爆破和自然過程，如氡的放射性衰變產生。

以上為主要造成污染的污染物與其產生的來源。

其中，以一氧化亞氮(N2O)是大氣中含量最多的氫氧化物，也是氮氧化物中化學性質最穩定的一種，因為對人體沒有直接傷害，所以也就不像其他氮氧化物如NO或NO2，受到重視，但是其嚴重破壞臭氧層已受到證實。

2015年聯合國於巴黎舉辦氣候峰會，該次的議題是以「抑制全球暖化」進行協議，目標是逐年減少溫室氣體排放，讓地球在2100年時暖化速度減緩，全球氣溫不會上升超過1.5℃[2015聯合國氣候峰會，維基百科]；雖然各國遞交之溫室氣體減排的標準不一，但是減少溫室氣體排放是已有的共識。美國環境保護署(USEPA)明列六種氣體為減排對象，包含二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫。我國於2015年立法院第八屆第7第16次三讀通過「溫室氣體減量及管理法」，同年七月總統頒布實施，隔年環保署擬定實施細則以利後續推動，其中第十二條第三項明定「工業製程與產品使用部門溫室氣體統計及排放趨勢」；因此在半導體產業中，有相當多的製程氣體如氧化亞氮、甲烷、氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫等都會受到管制及盤點，對於業界廠務而言，無疑需要提前因應以避免遭受管制。

常見的溫室氣體對於全球暖化的影響程度亦不相同(稱為全球暖化潛勢GWP100)，C02為1，SF6為22,800，N2O為280；除此之外，N2O也是破壞大氣臭氧層的主要氣體，主要是因為N2O對真空紫外線(Vacuum UV,VUV)具有強烈的吸收能力，並分解為N2及O原子，使O原子再與臭氧O3反應生成O₂而使臭氧減少，其化學式為：N₂O+hv→N₂+O；以及另一化學式：O+O₃→2O₂。

另外，目前空汙問題相當著名的PM2.5等議題，都是目前亟欲處理的問題。

因此，目前有很多空氣清靜設備或水源淨化處理設備等，都是希望能改善前述各種污染的問題，而目前最常用的光觸媒技術在近20年內積極的開發與應用，但仍受限於光觸媒本身需要光才會有作用，尤其是紫外線光，且污染物必須接觸到光觸媒才會被氧化還原而有效果，因此，如何在有限的空間內讓光觸媒更有效的淨化污染物乃為業界亟欲改善與努力的方向所在。

為解決上述問題，本創作主要提供一種流體淨化裝置，包含一第一管狀腔體，其呈中空狀並具有一中空部，環繞中空部則係為一內環壁與一外環壁所構成之供流空間，供流空間具有一流體輸入口以及一流體輸出口，一導流結構設置於內環壁與外環壁之間，用以導引一流體自流體輸入口至流體輸出口為單一流向，其中，導流結構係由一含有泡沫狀氣孔之金屬材質所組成，且導流結構穿設有一裝著孔，用以裝設至少一紫外線燈具；複數個鍍有光觸媒之透明基材沿著導流結構充填於供流空間內。

所述之流體淨化裝置，其中，導流結構鍍有一光觸媒，其包含磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋯(ZrO2)、硫化鎘(CdS)、鉭酸鉀(KTaO3)、硒化鎘(CdSe)、鈦酸鍶(SrTiO3)、氧化鈮(Nb2O5)、氧 化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鎢(WO3)、氧化錫(SnO2)及二氧化鈦(TiO2)中任一種或一種以上之混合物。

所述之流體淨化裝置，導流結構為複數個中空圓盤狀的第一導流層與一第二導流層所組成，第一導流層係自內環壁向外環壁延伸並保留一預設間隙，第二導流層係自外環壁向內環壁延伸並保留一預設間隙，第一導流層與第二導流層為交錯方式設置。

所述之流體淨化裝置，其中，導流結構為一含有鎳、銅、及鐵的其中任一項或一項以上之合金材料所組成。

所述之流體淨化裝置，其中，內環壁及外環壁中任一項或兩者為可透光材質。

所述之流體淨化裝置，其中，透明基材係至少包含一二氧化矽之石英、一玻璃、及一聚四氟乙烯之任一種或一種以上之組合物。

所述之流體淨化裝置，其中，透明基材係選自於由一多邊形及一圓形所組成之群組中的至少一種形狀。

所述之流體淨化裝置，其中，所述之光觸媒包含磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋯(ZrO2)、硫化鎘(CdS)、鉭酸鉀(KTaO3)、硒化鎘(CdSe)、鈦酸鍶(SrTiO3)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鎢(WO3)、氧化錫(SnO2)及二氧化鈦(TiO2)中任一種或一種以上之混合物。

所述之流體淨化裝置，其中，包含一第二管狀腔體，設置於第一管狀腔體之中空部內。

所述之流體淨化裝置，其中，第二管狀腔體包含複數個可互 相組合之腔體、一前置流道入口與一前置流道出口，腔體具有互相通透之流道；前置流道出口與第一管狀腔體之流體輸入口相連通，據此，使流體自前置流道入口依序經過腔體、而自前置流道出口輸入至第一管狀腔體之流體輸入口。

所述之流體淨化裝置，其中，複數腔體內分別設置選自於一前置濾網模組、一高效空氣過濾模組、一矽藻土過濾模組、一電漿過濾模組以及一靜電集塵模組所構成群組中至少一個模組所組成。

所述之流體淨化裝置，其中，包含一發熱裝置設置於其中一腔體。

所述之任一項流體淨化裝置，其中，包含一風機，當欲淨化之流體為一氣體時，風機係用以將氣體送至流體輸入口、或送至前置流道入口。

所述之任一項流體淨化裝置，其中，包含一泵補，當欲淨化之流體為一液體時，泵補係用以將液體送至流體輸入口、或送至前置流道入口。

所述之任一項流體淨化裝置，其中流體包含一有機揮發化合物(VOCs)。

所述之任一項流體淨化裝置，其中流體包含一氮氧化物(NOx)。

1‧‧‧流體淨化裝置

10‧‧‧第一管狀腔體

710‧‧‧中空部

102‧‧‧內環壁

103‧‧‧外環壁

101‧‧‧供流空間

104‧‧‧流體輸入口

105‧‧‧流體輸出口

20‧‧‧導流結構

30‧‧‧裝著孔

60‧‧‧透明基材

201‧‧‧第一導流層

202‧‧‧第二導流層

203‧‧‧螺旋導流層

70‧‧‧第二管狀腔體

701‧‧‧腔體

702‧‧‧前置流道入口

703‧‧‧前置流道出口

110‧‧‧風機

120‧‧‧泵補

第1圖為本創作所提出之一種流體淨化裝置之側視剖面示意圖。

第2圖為本創作之流體淨化裝置裝填透明基材後的側視剖面示意圖。

第3圖為本創作之流體淨化裝置之俯視圖。

第4圖為本創作之另一實施例之螺旋導流層側視剖面示意圖。

第5圖為本創作之流體淨化裝置另一實施態樣示意圖。

第6圖為本創作之流體淨化裝置另一實施態樣示意圖。

由於本創作係揭露一種流體淨化裝置，其中，所使用之光觸媒使氣體或液體的氧化還原反應等相關基礎原理已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本創作特徵有關之示意，並未亦不需要依據實際情形完整繪製，盍先敘明。

本創作提出一種流體淨化裝置1，係用於處理一流體，在此所指的流體，是包含氣體與液體，且是包含有害物質的氣體或液體。

請參考第1圖，為此流體淨化裝置1之側視剖面示意圖，包含一第一管狀腔體10，其呈中空狀並具有一中空部710，環繞中空部710則係為一內環壁102與一外環壁103所構成之供流空間101，此供流空間101具有一流體輸入口104以及一流體輸出口105，一導流結構20設置於內環壁102與外環壁103之間，用以導引一流體自流體輸入口104至流體輸出口105為單一流向，其中，導流結構20係由一含有泡沫狀氣孔之金屬材質所組成，據此， 可以在相同大小的供流空間101之內具有更高的比表面積。

同時，選用的金屬材質可以考量製作成形的成本或便利性而選用含有一鎳、銅、或鐵的其中之一或合金之材料所組成。同時，製作成含有泡沫狀氣孔之金屬材質，稱之為泡沫金屬，其製作方法並不特別侷限，可以使用金屬沉積法、熔體發泡劑發泡法、氣體注入發泡法、浸漿海綿燒結法、纖維冶金法、鑄造法、燒結法、或者是濺射法等，且較佳的型態是其孔洞之間是相通的開孔泡沫金屬。

在本實施例中，導流結構20為複數個鍍有光觸媒之中空圓盤狀的第一導流層201與一第二導流層202所組成，第一導流層201係自內環壁102向外環壁103延伸並保留一預設間隙，而第二導流層202係自外環壁103向內環壁102延伸並保留一預設間隙，在此，第一導流層201與第二導流層202為交錯方式設置。在此，要特別說明的是，將導流結構20鍍有光觸媒，並以第一導流層201與第二導流層202的交錯設置，相較於習知的清淨機具有相同大小的供流空間101中，本創作的流體淨化裝置1之淨化效果與處理效率都較習知淨化裝置高30%以上。

請參考第2圖，導流結構20穿設有一裝著孔30，用以裝設至少一紫外線燈具50。複數個鍍有光觸媒之透明基材60沿著導流結構20充填於供流空間101內，圖式中的箭頭方向乃指流體流動的方向，在本實施例中，流體輸入口104設置於內環壁102且位於上方靠近中空部710，使欲淨化的流體自流體輸入口104進入，沿著第一導流層201往外環壁103方向流動，並從預設間隙往下流到第二導流層202，接著往內環壁102方向流，並經過預設間隙後往一層流，如此重複前述的流向直到從流體輸出口105。

在此，本創作所揭露的導流結構20中所使用的泡沫金屬態樣，其氣泡的孔隙大小與透明基材60彼此堆疊後的間隙，是可以進行調整的，於本實施例中，透明基材60係使用圓形的玻璃圓球，如果要其堆疊後的間隙大於導流結構20的氣泡孔隙，則可以選用直徑較大的圓形透明基材60，據此，可以控制流體流動的效果，例如球形結構比較大時，大部分流體會從間隙比較大的透明基材60之間的間隙流動，球形結構比較小玻璃圓球，大部分流體會從導流結構20中泡沫金屬的氣泡孔隙往下一層流動。

請參考第3圖，為本創作之流體淨化裝置之俯視圖，於第一管狀腔體10中，以一定的間距設置紫外線燈具50，最佳的距離為紫外線與光觸媒可作用的距離；當然，並不以此為限，考量透明基材60與紫外線燈具50數量的匹配，內環壁102或外環壁103為可透光材質，據此，於中空部710亦可設置紫外線燈具50，甚至是第一管狀腔體10的外圍沿著外環壁103都可以設置紫外線燈具50。

據此，透過本創作所提出的流體淨化裝置1，以複數個鍍有光觸媒之透明基材60沿著導流結構20充填於供流空間101內，藉此不僅增加比表面積，透過紫外線燈具50沿著圓形管狀腔體的排列，加上使用鍍有光觸媒之透明基材60，使光觸媒與光接觸的面積增加，提高光觸媒的有效作用達倍數以上；同時，以往遇到比較嚴重的污染源，由於阻擋了光觸媒吸收紫外線的效率，因此也造成光觸媒無法發揮效果，而本創作的所揭露的結構，即使鍍了光觸媒的表面被污染物覆蓋，也可以藉由玻璃球背面透光的機制，讓紫外線從背面照射而使光觸媒的功能被啟動，同時，藉由導流結構20的泡沫金屬設計，其又具有荷重的效果，因此，即使供流空間101填 滿了透明基材60，導流結構20也不會因此變形，因此，除了增加了在有限的供流空間101中的比表面積，也增加流體在供流空間101內的滯留時間，可以使光觸媒更完全的發揮作用，有效將流體中的污染物進行淨化。

同時，本創作中所述之導流結構20中，由於使用一含有泡沫狀氣孔之金屬材質，如前述的泡沫金屬，此乃由於金屬材質具有比較理想的硬度，且由於具有約80%的體積是空的，因此重量很輕但是又可以承受填充透明基材60的重量，在本實施例中，其泡沫氣孔的孔隙以及玻璃圓球大小視需求而設定，藉以控制流體的方向以及流量，並控制可以讓少部分的流體自泡沫金屬往下一層導流層流動。

在此，要特別說明的是，透明基材60係至少包含一二氧化矽之石英、一玻璃、或一聚四氟乙烯(鐵氟龍)之其中一種成分。而其形狀係選自於由一多邊形及一圓形所組成之群組中的至少一種形狀，據此，在固定的第一管狀腔體10之空間內，可以有效增加比表面積。

此外，所述之光觸媒包含磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋯(ZrO2)、硫化鎘(CdS)、鉭酸鉀(KTaO3)、硒化鎘(CdSe)、鈦酸鍶(SrTiO3)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鎢(WO3)、氧化錫(SnO2)或二氧化鈦(TiO2)其中至少一種。以目前的科技，係以二氧化鈦(TiO2)較為穩定，但是並不以此為限，未來可以視要處理的流體中，是液體還是氣體，其有害物質是屬於哪些類別，而挑選氧化能力較強、或還原能力較強的光觸媒，以達到最佳的淨化效果。在本創作中，欲淨化的流體中所含的成分包含一有機揮發化合物(VOCs)、或一氮氧化物(NOx)。

請參考第4圖，為本創作之另一實施例之螺旋導流層側視剖面示意圖，此實施例中，將導流結構20設計為一螺旋導流層203，且螺旋導流層203亦使用含有泡沫狀氣孔之金屬材質所組成，亦即泡沫金屬，且較佳的方式是，使用鍍有光觸媒的泡沫金屬。據此，一樣有延長欲淨化的流體在供流空間101內滯留的時間，進而達到最佳的淨化效率與效果。

請參考第5圖，為本創作之流體淨化裝置另一實施態樣示意圖，其包含一第二管狀腔體70，設置於第一管狀腔體10之中空部710內。其中，第二管狀腔體70包含複數個可互相組合之腔體701、一前置流道入口702與一前置流道出口703，複數個腔體701具有互相通透之流道；而前置流道出口703與第一管狀腔體10之流體輸入口104相連通，據此，使欲淨化的流體自前置流道入口702依序經過複數個腔體701、而自前置流道出口703輸入至第一管狀腔體10之流體輸入口104。

要特別說明的是，視欲淨化的流體特性，複數個腔體701內分別設置選自於一前置濾網模組、一高效空氣過濾模組、一矽藻土過濾模組、一電漿過濾模組以及一靜電集塵模組所構成群組中至少一個模組所組成。其中，更包含一發熱裝置(未繪)設置於複數個腔體701之其中之一，據此，可以將欲淨化的特定流體加以預熱，提高其激發態的形成，因此，發熱裝置並不特別侷限，只要有可以達到預定的溫度即可，例如，也可以利用紫外線燈具50所產生的熱能加以回收，在其中一個腔體701中，而讓經過此腔體701的流體溫度可以提高；或者，使用加熱帶的方式，圍繞於一腔體701，使此腔體701之中產生一定的溫度，而讓經過此腔體701的流體溫度可以提高。

在本實施例中，包含一風機110，當欲淨化之流體為一氣體時，風機110係用以將氣體送至第一管狀腔體10的流體輸入口104、或送至第二管狀腔體70的前置流道入口702進行處理，但並不以此為限，例如，也可以把風機110設置在流體輸出口105或前置流道出口703，利用風壓的原理，也可以達成相同的效果。

請參考第6圖，為本創作之流體淨化裝置另一實施態樣示意圖，其包含一泵補120，當欲淨化之流體為一液體時，泵補120係用以將液體送至第一管狀腔體10的流體輸入口104、或送至第二管狀腔體70的前置流道入口702，但並不以此為限，如前所述，也可以把泵補120設置在流體輸出口105或前置流道出口703，也可以達成相同的效果。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，並非用以限定本創作之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本創作所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

1‧‧‧流體淨化裝置

10‧‧‧第一管狀腔體

710‧‧‧中空部

102‧‧‧內環壁

103‧‧‧外環壁

104‧‧‧流體輸入口

105‧‧‧流體輸出口

20‧‧‧導流結構

30‧‧‧裝著孔

50‧‧‧紫外線燈具

60‧‧‧透明基材

201‧‧‧第一導流層

202‧‧‧第二導流層

Claims (16)

1. 一種流體淨化裝置，包含一第一管狀腔體，其呈中空狀並具有一中空部，環繞該中空部則係為一內環壁與一外環壁所構成之供流空間，該供流空間具有一流體輸入口以及一流體輸出口，一導流結構設置於該內環壁與該外環壁之間，用以導引一流體自該流體輸入口至該流體輸出口為單一流向，其中，該導流結構係由一含有泡沫狀氣孔之金屬材質所組成，且該導流結構穿設有一裝著孔，用以裝設至少一紫外線燈具；複數個鍍有光觸媒之透明基材沿著該導流結構充填於該供流空間內。
2. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，該導流結構鍍有一光觸媒，其包含磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋯(ZrO₂)、硫化鎘(CdS)、鉭酸鉀(KTaO₃)、硒化鎘(CdSe)、鈦酸鍶(SrTiO₃)、氧化鈮(Nb₂O₅)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、氧化鎢(WO₃)、氧化錫(SnO₂)及二氧化鈦(TiO₂)中任一種或一種以上之混合物。
3. 如請求項1所述之流體淨化裝置，該導流結構為複數個中空圓盤狀的第一導流層與一第二導流層所組成，該等第一導流層係自該內環壁向該外環壁延伸並保留一預設間隙，該等第二導流層係自該外環壁向該內環壁延伸並保留一預設間隙，該第一導流層與該第二導流層為交錯方式設置。
4. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，該導流結構為一含有鎳、銅、及鐵的其中任一項或一項以上之合金材料所組成。
5. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，該內環壁及該外環壁中任一 項或兩者為可透光材質。
6. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，該等透明基材係至少包含一二氧化矽之石英、一玻璃、及一聚四氟乙烯之任一種或一種以上之組合物。
7. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，該等透明基材係選自於由一多邊形及一圓形所組成之群組中的至少一種形狀。
8. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，所述之光觸媒包含磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋯(ZrO₂)、硫化鎘(CdS)、鉭酸鉀(KTaO₃)、硒化鎘(CdSe)、鈦酸鍶(SrTiO₃)、氧化鈮(Nb₂O₅)、氧化鋅(ZnO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、氧化鎢(WO₃)、氧化錫(SnO₂)及二氧化鈦(TiO₂)中任一種或一種以上之混合物。
9. 如請求項1所述之流體淨化裝置，其中，包含一第二管狀腔體，設置於該第一管狀腔體之該中空部內。
10. 如請求項9所述之流體淨化裝置，其中，該第二管狀腔體包含複數個可互相組合之腔體、一前置流道入口與一前置流道出口，該等腔體具有互相通透之流道；該前置流道出口與該第一管狀腔體之該流體輸入口相連通，據此，使該流體自該前置流道入口依序經過該等腔體、而自該前置流道出口輸入至該第一管狀腔體之該流體輸入口。
11. 如請求項10所述之流體淨化裝置，其中，該等腔體內分別設置選自於一前置濾網模組、一高效空氣過濾模組、一矽藻土過濾模組、一電漿過濾模組以及一靜電集塵模組所構成群組中至少一個模組所組成。
12. 如請求項10所述之流體淨化裝置，其中，包含一發熱裝置設置於該等腔體之其中之一。
13. 如請求項1或10中所述之任一項流體淨化裝置，其中，包含一風機，當欲淨化之該流體為一氣體時，該風機係用以將該氣體送至該流體輸入口、或送至該前置流道入口。
14. 如請求項1或10中所述之任一項流體淨化裝置，其中，包含一泵補，當欲淨化之該流體為一液體時，該泵補係用以將該液體送至該流體輸入口、或送至該前置流道入口。
15. 如請求項1至12中所述之任一項流體淨化裝置，其中該流體包含一有機揮發化合物(VOCs)。
16. 如請求項1至12中所述之任一項流體淨化裝置，其中該流體包含一氮氧化物(NOx)。