TWM610835U - 濾菌及滅菌裝置 - Google Patents

Abstract

本新型提供一種濾菌及滅菌裝置，其包含一吸附模組、一抽取模組以及一控制模組。吸附模組包含複數個吸附單元，各吸附單元穿設有至少一流道，流道係呈螺旋狀，且各吸附單元包含一吸附層及一傳導層。抽取模組連通流道並用以帶動一帶菌流體。控制模組電連接抽取模組及傳導層，並用以控制抽取模組對帶菌流體所施加的過濾流速，及控制傳導層之溫度。當帶菌流體進入流道時，帶菌流體中的微生物被吸附層吸附，再透過加熱或催化等手段消滅吸附材料內之病菌與微生物。藉此，可以在不產生明顯壓降及有害物質的情況下，獲得良好的過濾與滅菌效果。

Description

濾菌及滅菌裝置

本新型是有關一種過濾裝置，特別是有關一種利用吸附作用去除流體中的微生物的濾菌及滅菌裝置。

在疾病傳播的過程中，病原體會經由不同的傳播途徑尋找新宿主，而傳播途徑又可分為空氣傳播、食物傳播、接觸傳播等等。其中，空氣傳播是指病原體透過飄散於空氣中、或是透過感染者的飛沫來進行傳播，因此藉由空氣傳播的疾病，其傳播速度較快且範圍廣泛；此外，病原體也可能存在於感染者接觸過的汙水中，若上述汙水的排放過程處理不慎，極有可能汙染民生用水、飲用水甚至食物。

若要降低空氣傳播疾病的傳播能力，可以透過空氣過濾設備去除空氣中的有害病菌。習知過濾設備包含使用高效濾網（HEPA濾網）、活性碳濾網或靜電集塵等方式進行過濾。

高效濾網由無序排列的化學纖維或玻璃纖維所製成，並透過纖維的阻擋，除去空氣中大部分的微粒及病原體。然而，高效濾網的良好過濾能力來自於其緊密的纖維排列，卻也造成氣流不易通過濾網，反而需要耗費相當多的能源來確保出風量穩定。此外高效濾網的材料無法再生，必須支出較多的耗材成本進行更換維護。

活性碳濾網的活性碳材料中具有細小孔洞，因此可以將空氣中的汙染物吸附於孔洞之中，達到淨化效果。但吸附飽和後的活性碳不易再生，同樣需要支出較多的耗材成本進行更換。

靜電集塵則是對空氣施加電壓，以電離空氣中的粒子，使粒子透過靜電力的作用而被集塵板吸附。在施加電壓時，可能會進一步使空氣中的氧氣及氮氣反應形成有毒的臭氧及氮氧化物（NO _x），而對人體造成危害。

另一方面，若要去除汙水或一般用水當中的病原體，可以藉由薄膜過濾或紫外線殺菌等方法進行處理。

薄膜過濾所使用的薄膜孔徑為0.5奈米至10微米左右，當水流通過薄膜時，水中大部分的汙染物及病原體會受薄膜阻擋，進而達到淨化水質的效果。然而，因為薄膜的孔徑過小，通常需要施加極大的壓力來幫助水流通過薄膜，且薄膜易被汙染物堵塞，需要經常更換，導致耗材及能源成本居高不下。

紫外線殺菌則是對水流照射紫外線，破壞水中的病原體內的核酸，使病原體無法再繁殖。但紫外線殺菌需要較長的照射時間來確保完全殺菌，紫外線燈管也會逐步衰減，故同樣需要較高的耗材及能源成本。

有鑑於此，如何降低空氣及水等流體過濾設備的耗材及運轉能源成本，同時避免產生有害物質，遂成為相關業者努力的目標。

本新型提供一種濾菌及滅菌裝置，其包含一吸附模組、一抽取模組以及一控制模組。吸附模組包含複數個吸附單元，各吸附單元穿設有至少一流道，流道係呈螺旋狀，各吸附單元由內部往外依序包含一吸附層及一傳導層，且流道係由吸附層界定而成。抽取模組連通吸附單元的流道，抽取模組用以帶動一帶菌流體，使帶菌流體具有足夠動力通過流道。控制模組電連接抽取模組及吸附單元的傳導層，控制模組用以控制抽取模組對帶菌流體所施加的過濾流速，及控制傳導層之溫度。當帶菌流體進入流道時，帶菌流體中的一微生物被吸附單元的吸附層吸附後，使帶菌流體形成一淨化流體並離開流道。

據此，本新型的濾菌及滅菌裝置設有螺旋狀的流道及可調整溫度的傳導層，在不產生明顯壓降及有害物質的情況下，即可獲得良好的過濾能力，並利用傳導層的高溫消滅被吸附層吸附之微生物，同時達到吸附材料再生的效果，有助於降低耗材及運轉能源成本，也提高了使用時的安全性。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，各吸附單元由內部往外可以依序包含吸附層、傳導層及一絕緣層。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，傳導層之材料可以為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物、金屬基材料或可導電和/或可導熱之材料。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，吸附模組更可以包含一金屬網，使帶菌流體通過金屬網後才進入流道，控制模組電連接金屬網，以控制金屬網與吸附單元帶有相反的電性。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，吸附單元的吸附層之孔隙率可以為20%～80%。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，各吸附單元的吸附層可以具有複數個孔洞，且所述孔洞的孔徑可以為0.2 nm～300 nm。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，各吸附單元的吸附層可以具有複數個孔洞，且吸附層的比表面積可以大於1000 m ²/m ³。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，吸附單元的吸附層可以由碳族元素材料、沸石材料、無機孔洞吸附材料、金屬有機骨架材料、金屬氧化物材料或有機-無機複合材料所製成。

依據前述的濾菌及滅菌裝置，吸附單元的吸附層更可以包含金屬離子、金屬顆粒、金屬氧化物材料和/或觸媒材料。

下述將更詳細討論本新型各實施方式。然而，此實施方式可為各種新型概念的應用，可被具體實行在各種不同的特定範圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限於揭露的範圍。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示。

請參照第1圖，第1圖為本新型的一實施方式的一種濾菌及滅菌裝置100的結構示意圖。濾菌及滅菌裝置100包含一吸附模組200、一抽取模組300以及一控制模組400，抽取模組300連通吸附模組200，且控制模組400電連接吸附模組200及抽取模組300。

請一併參照第2圖，第2圖為第1圖的一吸附單元210的局部放大示意圖。吸附模組200包含複數個吸附單元210，各吸附單元210穿設有至少一流道211，且流道211係呈螺旋狀，當流體在流道211中流動時，流體中的雜質及微生物會因為流道211的形狀而產生慣性運動，並與流體產生不同的移動路徑，進而達到分離的效果，過濾細節將於後續段落中詳述，於此不再贅述。

請特別留意，本新型所指之「流體」係包含氣體（如：空氣）及液體（如：水）等物質，亦即，本新型的濾菌及滅菌裝置100可以用於處理流體，且本新型並不以流體的種類為限。

請一併參照第3A圖及第3B圖，第3A圖為本新型的另一實施方式的一吸附單元510的局部放大示意圖，第3B圖為本新型的又一實施方式的一吸附單元610的局部放大示意圖。在第2圖中，各吸附單元210僅具有一條流道211，且流道211係形成單螺旋形狀，而在第3A圖及第3B圖中，吸附單元510及吸附單元610分別具有兩條流道511及三條流道611，且兩條流道511或三條流道611分別各自交錯旋轉，形成如圖所示的麻花形結構。上述的流道數量及旋轉形態均可調整，且吸附模組中每一吸附單元的流道數量均可以不同，以獲得更佳的過濾效果，故本新型並不以流道的大小、數量及旋轉形態為限。

請再參照第1圖及第2圖，各吸附單元210由內部往外依序包含一吸附層212及一傳導層213，且流道211係由吸附層212界定而成，而吸附層212係用以吸附流體中的雜質及微生物。其中，吸附層212可以由碳族元素材料、沸石材料、無機孔洞吸附材料、金屬有機骨架材料、金屬氧化物材料或有機-無機複合材料所製成，吸附層212之孔隙率可以為20%～80%，吸附層212具有複數個孔洞，孔洞的孔徑可以為0.2 nm～300 nm，吸附層212的比表面積可以大於1000 m ²/m ³，因此，可以依據欲吸附的雜質及微生物種類，挑選吸附層212的材料並調整吸附層212的結構，以提升吸附效果。

請一併參照第4圖，第4圖為第2圖的吸附層212於區域R的局部放大示意圖。在第4圖中，吸附層212的骨架212a界定出複數個孔洞212b，且在孔洞212b中容置有活性顆粒212c，活性顆粒212c可以為金屬離子、金屬顆粒、金屬氧化物材料和/或觸媒材料，藉此在過濾過程中，吸附層212中的活性顆粒212c會與流體中的雜質及微生物作用，破壞微生物或病菌之細胞膜/壁，進而造成微生物或病菌的死亡，有助進一步去除被吸附的雜質及微生物或病菌。

請再參照第1圖及第2圖，傳導層213可以傳導電流，同時受電流作用而產生熱能，因此在通電的狀態下，傳導層213會升溫並對吸附層212加熱，以消滅吸附層212所吸附的微生物等雜質，而傳導層213之材料可以為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物、金屬基材料或可導電和/或可導熱之材料。各吸附單元210的傳導層213外更可以包含一絕緣層214，以阻絕傳導層213處的熱能及電流，避免高溫或電流影響濾菌及滅菌裝置100的其他構件。

抽取模組300係連通吸附單元210的流道211，且抽取模組300用以帶動一帶菌流體，使帶菌流體具有足夠動力通過流道211，當帶菌流體進入流道211時，帶菌流體中的一微生物會被吸附單元210的吸附層212吸附，使帶菌流體形成一淨化流體並離開流道211。

控制模組400電連接抽取模組300及吸附單元210的傳導層213。控制模組400係用以控制抽取模組300對帶菌流體所施加的過濾流速，使帶菌流體能以最適當的速度通過流道211，提升吸附層212對帶菌流體中的微生物的吸附率；控制模組400也用於控制傳導層213之溫度，以確實利用高溫消滅吸附層212所吸附的微生物，同時使吸附層212的材料再生。

除此之外，吸附模組200更可以包含一金屬網220，使帶菌流體通過金屬網220後才進入流道211，且控制模組400電連接金屬網220，以控制金屬網220與吸附單元210帶有相反的電性，藉此可以透過靜電力作用，促使帶菌流體中的微生物被吸附層212吸附，進一步提升過濾效果。

利用上述結構，濾菌及滅菌裝置100可以利用不同的模式來達到淨化帶菌流體的效果。舉例而言，濾菌及滅菌裝置100可以具有一普通吸附模式及一靜電吸附模式，在普通吸附模式時，控制模組400控制抽取模組300抽送帶菌流體，當帶菌流體通過流道211時，由於流道211呈螺旋狀，帶菌流體中的微生物會受到離心力作用，與吸附層212接近或碰撞而被吸附層212吸附，達到過濾的效果。由於濾菌及滅菌裝置100並非利用傳統孔洞篩選之濾網等結構來攔阻微生物，因此流體通過流道211時，不會產生明顯壓降，可以降低運轉所需的能源。

在靜電吸附模式時，控制模組400除了控制抽取模組300抽送帶菌流體外，更控制金屬網220與吸附單元210帶有相反的電性，當帶菌流體通過金屬網220時，當中的微生物便帶有電性，並被帶有相反電性的吸附層212所吸附，因此吸附層212吸附微生物的效果得以提升。

濾菌及滅菌裝置100還可以具有一殺菌模式，係利用控制模組400對吸附單元210的傳導層213通電，以加熱吸附單元210的吸附層212，利用高溫消滅吸附層212中的微生物，且吸附層212的材料經過高溫殺菌後能再次使用，減少耗材更換的頻率及成本。

綜上所述，本新型的濾菌及滅菌裝置設有螺旋狀的流道及可調整溫度的傳導層，在不產生明顯壓降及有害物質的情況下，即可獲得良好的過濾能力，並利用傳導層的高溫消滅被吸附層吸附之微生物，同時達到吸附材料再生的效果，有助於降低耗材及運轉能源成本，也提高了使用時的安全性。

100:濾菌及滅菌裝置 200:吸附模組 210,510,610:吸附單元 211,511,611:流道 212:吸附層 212a:骨架 212b:孔洞 212c:活性顆粒 213:傳導層 214:絕緣層 220:金屬網 300:抽取模組 400:控制模組 R:區域

第1圖為本新型的一實施方式的一種濾菌及滅菌裝置的結構示意圖； 第2圖為第1圖的一吸附單元的局部放大示意圖； 第3A圖為本新型的另一實施方式的一吸附單元的局部放大示意圖； 第3B圖為本新型的又一實施方式的一吸附單元的局部放大示意圖；以及 第4圖為第2圖的一吸附層於區域R的局部放大示意圖。

100:濾菌及滅菌裝置

200:吸附模組

210:吸附單元

220:金屬網

300:抽取模組

400:控制模組

Claims (9)

1. 一種濾菌及滅菌裝置，包含： 一吸附模組，其包含： 複數個吸附單元，各該吸附單元穿設有至少一流道，該流道係呈螺旋狀，各該吸附單元由內部往外依序包含一吸附層及一傳導層，且該流道係由該吸附層界定而成； 一抽取模組，連通該些吸附單元的該些流道，該抽取模組用以帶動一帶菌流體，使該帶菌流體具有足夠動力通過該些流道；以及 一控制模組，電連接該抽取模組及該些吸附單元的該些傳導層，該控制模組用以控制該抽取模組對該帶菌流體所施加的過濾流速，及控制該些傳導層之溫度； 其中，當該帶菌流體進入該些流道時，該帶菌流體中的一微生物被該些吸附單元的該些吸附層吸附，使該帶菌流體形成一淨化流體並離開該些流道。
2. 如請求項1所述之濾菌及滅菌裝置，其中各該吸附單元由內部往外依序包含該吸附層、該傳導層及一絕緣層。
3. 如請求項2所述之濾菌及滅菌裝置，其中該傳導層之材料為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物、金屬基材料或可導電和/或可導熱之材料。
4. 如請求項1所述之濾菌及滅菌裝置，其中該吸附模組更包含一金屬網，使該帶菌流體通過該金屬網後才進入該些流道，該控制模組電連接該金屬網，以控制該金屬網與該些吸附單元帶有相反的電性。
5. 如請求項1所述之濾菌及滅菌裝置，其中該些吸附單元的該些吸附層之孔隙率為20%～80%。
6. 如請求項1所述之濾菌及滅菌裝置，其中各該吸附單元的該吸附層具有複數個孔洞，且該些孔洞的孔徑為0.2 nm～300 nm。
7. 如請求項1所述之濾菌及滅菌裝置，其中各該吸附單元的該吸附層具有複數個孔洞，且該吸附層的比表面積大於1000 m ²/m ³。
8. 如請求項1所述之濾菌及滅菌裝置，其中該些吸附單元的該些吸附層係由碳族元素材料、沸石材料、無機孔洞吸附材料、金屬有機骨架材料、金屬氧化物材料或有機-無機複合材料所製成。
9. 如請求項8所述之濾菌及滅菌裝置，其中該些吸附單元的該些吸附層更包含金屬離子、金屬顆粒、金屬氧化物材料和/或觸媒材料。

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