凝結管及使用其的過濾模塊的製作方法
2023-09-27 08:41:20
專利名稱：凝結管及使用其的過濾模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜蒸餾用構件，特別是涉及一種應用於空氣間隙薄膜蒸餾 (air-gap membrane distillation ;AGMD)，且可提高薄膜蒸餾的通量(flux)，進而提高蒸餾速度的凝結管及使用其的過濾模塊。
背景技術：
薄膜蒸餾，是藉由一可通過蒸氣但不通過液體的多孔性薄膜將一高溫液體與一低溫液體隔開進行蒸餾過程。利用薄膜蒸餾的方法通常可分類為直接接觸薄膜蒸餾 (direct-contact membrane distillation ;DCMD)、空氣間隙薄膜蒸溜(air-gap membrane distillation ;AGMD)、空氣掃掠薄膜蒸溜(sweeping-gas membrane distillation ；SGMD) 及真空薄膜蒸餾(vacuum membrane distillation ；VMD)四種。其中空氣間隙薄膜蒸餾具有最高的熱效率，已應用於各種從水中分離非揮發性成分，例如海水淡化系統，而且也適合應用於在DCMD法無法分離的某些揮發性成分，例如從水溶液中分離出酒精。但是介於薄膜與凝結表面的空氣間隙，造成質量傳輸時的阻礙而使AGMD的滲透通量降低。國際專利 W08607585A揭露一種AGMD式蒸餾設備，指出空氣間隙的厚度必須為0. 2 1. 0mm,以提高流速及降低熱損耗。目前，關於空氣間隙薄膜蒸餾的理論及實驗的文獻，雖然有各種高滲透薄膜的製造及設計的報導，但是迄今工業上沒有實用化的空氣間隙薄膜蒸餾(AGMD)模塊或系統， 由於薄膜蒸餾為非等溫過程(isothermalprocess)，因此薄膜蒸餾的設計不僅需要提供良好的流動條件、低壓差及高堆集密度(packing density)，而且需要保證良好的熱回收功能及熱穩定性。雖然在板框式模塊(plate and frame module)中(Liu，G. L. ；Zhu, C.； Cheng,C. S. ；Leung, C. W. , Theoretical and experimental studieson air gap membrane distillation. Heat Mass Transf. 1998. 34，329)平板薄膜顯示最高的滲透通量，但是單一模塊薄膜的比表面積為最低。另一方面，雖然使用中空纖維的模塊(Cheng，L.H. ；Wu, P. -C. ；Chen, J. Numerical simulation and optimal design of AGMD—based hollow fibermodules for desalination. Ind. Eng. Chem. Res. 2009,48,4948)可具有最高的堆集密度，但因為纖維的直徑對長度的比而導致沿著纖維的壓差為最大。由此可見，上述現有的薄膜蒸餾模塊或系統在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種新型結構的凝結管及使用其的過濾模塊，以提高薄膜蒸餾模塊或系統的通量，達到實用化的需求，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極需改進的目標。
發明內容
本發明的目的在於，克服現有的薄膜蒸餾模塊或系統存在的缺陷，而提供一種新型結構的凝結管及使用其的過濾模塊，所要解決的技術問題是使其可以提高空氣間隙薄膜蒸餾的通量，非常適於實用。本發明的另一目的在於，克服現有的薄膜蒸餾模塊或系統存在的缺陷，而提供一種新型結構的凝結管，所要解決的技術問題是使其應用於空氣間隙薄膜蒸餾模塊時，除用於支持薄膜外，還可提供各種空氣間隙的厚度及數目，藉由調整這些可變結構，可提高滲透通量，從而更加適於實用。本發明的再一目的在於，克服現有的薄膜蒸餾模塊或系統存在的缺陷，而提供一種新型結構的過濾模塊，所要解決的技術問題是使其藉由結合電能、太陽能、廢物轉化能源作為提供溫度梯度的能量來源，進行薄膜蒸餾，達成各種過濾處理的效果，從而更加適於實用。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種凝結管，其是用於薄膜蒸餾的凝結用構件，該凝結管包含一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，包覆該中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；以及一凝結室 (chamber)，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體間呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間(condensation compartments)。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的凝結管，其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜。前述的凝結管，其中所述的多孔性薄膜是選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride) 0前述的凝結管，其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜及一網狀物(mesh)， 用以支持該多孔性薄膜。前述的凝結管，其中所述的多個鰭片與該多孔性薄膜接觸的面上具有多個細微構造。前述的凝結管，更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間。前述的凝結管，其中所述的中空芯體與該多個鰭片為一體成形。前述的凝結管，其中所述的中空芯體是由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。本發明的目的及解決其技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種過濾模塊，用於薄膜蒸餾，該過濾模塊包括一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，包覆該中空隔間且具有氣體滲透性但不透過液體；一外殼，具有一入口， 以便提供一流體進行過濾；一蒸發室，是由該多孔性包覆層與該外殼之間的空間所構成， 與該外殼的該入口連通，該蒸發室接收來自外部的熱源，以蒸發該流體；以及一凝結室 (condensationchamber)，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間(condensationcompartments)。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的過濾模塊，其中所述的熱源是選自下列的一者或其任意組合電阻式加熱器、紅外線加熱器、太陽能、廢棄物轉化熱能。
前述的過濾模塊，其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜。前述的過濾模塊，其中所述的多孔性薄膜是選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride) 0前述的過濾模塊，多孔性包覆層包含一多孔性薄膜及一網狀物(mesh)，設置於該多孔性薄膜上，用以支持該多孔性薄膜。前述的過濾模塊，其中所述的多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造。前述的過濾模塊，更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間。前述的過濾模塊，其中所述的中空芯體與該多個鰭片為一體成形。前述的過濾模塊，其中所述的中空芯體是由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。前述的過濾模塊，其中所述的出口是用以收集通過該多孔性包覆層的流體。前述的過濾模塊，其是應用於選自下列之一的系統中水純化系統、鹽水淡化處理系統、廢水淨化系統、血液透析的水處理系統。本發明的目的及解決其技術問題另外再採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種過濾模塊，用於薄膜蒸餾，該過濾模塊包括一外殼，具有一入口，以便提供一流體進行過濾；多個中空芯體，該中空芯體分別具有一中空隔間，該些中空隔間互相連通；多個多孔性包覆層，分別包覆該些中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；以及一蒸發室，是由該些多孔性包覆層與該外殼之間的空間所構成，與該外殼的該入口連通，該蒸發室接收來自外部的熱源，以蒸發該流體；多個凝結室，其中每一凝結室是由一中空芯體分別與一對應的多孔性包覆層之間的空間所構成，各凝結室包含一與外部連通的出口，該些出口互相連通，且各凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將各凝結室分隔成多個凝結隔間。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的過濾模塊，其中所述的熱源可為電阻式加熱器、紅外線加熱器、太陽能、廢棄物轉化熱能。前述的過濾模塊，其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜。前述的過濾模塊，其中所述的多孔性薄膜是選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride) 0前述的過濾模塊，其中各該多孔性包覆層包含一多孔性薄膜及一網狀物(mesh)， 分別設置於各該多孔性薄膜上，用以支持各該多孔性薄膜。前述的過濾模塊，其中所述的多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造(microstructures or texture)。前述的過濾模塊，更包含一冷卻媒介，流過該些中空隔間。前述的過濾模塊，其中所述的各該中空芯體與各該多個鰭片可為一體成形，而該中空芯體可由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。前述的過濾模塊，其中所述的出口是用以收集通過該多孔性包覆層的流體。前述的過濾模塊，其可應用於水純化系統、鹽水淡化處理系統、廢水淨化系統、血液透析的水處理系統等各種過濾純化處理系統。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本發明凝結管及使用其的過濾模塊至少具有下列優點及有益效果根據本發明的凝結管，可應用於空氣間隙薄膜蒸餾模塊，除用於支持薄膜外，還可提供各種空氣間隙的厚度及數目，藉由調整這些可變結構，可提高滲透通量，進而可提高空氣間隙薄膜蒸餾的通量。而使用其的過濾模塊，應用於空氣間隙薄膜蒸餾模塊，可容易地依比例放大(scale up)，達到量產的需求。此外，藉由結合電能、太陽能、廢物轉化能源作為提供溫度梯度的能量來源，進行薄膜蒸餾，達成了各種過濾處理的效果。綜上所述，本發明是有關於一種凝結管及使用其的過濾模塊。該凝結管，其是用於薄膜蒸餾的凝結用構件，該凝結管包含一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，具有氣體滲透性但不透過液體；以及一凝結室(chamber)，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間 (condensationcompartments)。本發明在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖1是顯示空氣間隙薄膜蒸餾(AGMD)的基本操作原理的示意圖。圖2是顯示根據本發明一實施例的凝結管的剖面示意圖。圖3是顯示根據本發明一實施例的過濾模塊的分解立體示意圖。圖4A是顯示圖3所示的過濾模塊的側面示意圖。圖4B是顯示圖4A所示的過濾模塊的沿A-A線的剖面示意圖。圖5是顯示根據本發明另一實施例的過濾模塊的剖面示意圖。圖6是顯示根據本發明再一實施例的過濾模塊的剖面示意圖。圖7是顯示根據本發明另一實施例的中空芯體及多個鰭片結構的剖面示意圖,圖8是顯示根據本發明一實施例的過濾模塊的透視立體示意圖。圖9是顯示圖3的過濾模塊的凝結管所含的鰭片數目與通量的柱狀圖。100，100，過濾模塊200，200，中空芯體210:中空隔間300:多孔性薄膜400 外殼410:入口500 蒸發室600 凝結室610:出口620，620，鰭片
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的凝結管及使用其的過濾模塊其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
7
本發明的一些實施例將詳細描述如下。然而，除了以下描述外，本發明還可以廣泛地在其他實施例施行，並且本發明的保護範圍並不受實施例的限定，其以權利要求的保護範圍為準。再者，為提供更清楚的描述及更容易理解本發明，圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相比已經被誇張；不相關的細節部分也未完全繪示出，以求圖式的簡潔。圖1是顯示空氣間隙薄膜蒸餾(AGMD)的基本操作原理的示意圖。如圖1所示， 蒸氣從高溫側通過疏水性薄膜及空氣間隙後，凝結於冷凝表面上。因為滲透通量是薄膜在供給側(feed side)的絕對溫度及透膜溫度差的函數，為了提高AGMD的效能以及顯著地降低系統的成本與能量消耗，AGMD的設計必須達成(1)薄空氣間隙但流暢的質量傳輸 (δ g+ δ f) ； (2)高供給流速(feed flow rate)及供給溫度(feed temperature (Th)) ； (3)低的低溫側(凝結側(Tc)) ； (4)在流動方向上溫度變動低；(Th及Γ) ； (5)有效運用太陽能； (6)容易運作及維護；以及(7)容易依比例放大。因此，根據本發明一實施例，提供一種凝結管，其是用於薄膜蒸餾的凝結用構件。 該凝結管包含一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，包覆該中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；以及一凝結室(chamber)，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體間呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間(condensationcompartments)。在一實施例中，該多孔性包覆層可包含一多孔性薄膜。其中，該多孔性薄膜可選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯(polytetraf luoroethylene)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)。此外，該多孔性包覆層可包含一多孔性薄膜及一網狀物 (mesh)，用以支持上述多孔性薄膜。在另一實施例，可藉由使上述多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造，例如多個凹槽(grooves)，以支持上述多孔性包覆層，維持該多個通道的空間。上述凝結管，可更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間，用以提供供給側與凝結側間的溫度差。上述凝結管中，該中空芯體與該多個鰭片可為一體成形。例如該中空芯體可由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。圖2是顯示根據本發明一實施例的凝結管的剖面示意圖。如圖2所示，凝結管10包含一中空芯體13、一多孔性包覆層11及一凝結室14，該中空芯體13具有一中空隔間15，凝結室14中具有多個鰭片12。 該中空芯體13與多個鰭片12可藉由機械加工一體成形所構成。該中空芯體13與多個鰭片 12的材料可為金屬、合金、塑膠或複合材料，例如銅或工程塑膠，依據應用的需求，該中空芯體13與多個鰭片12的材料必須為無毒，且在操作溫度範圍內不產生汙染物的材料。此外， 更理想的構成為使系統的供給側至凝結側沒有熱阻，亦即達到最高的供給側與凝結側間的溫度差，依據該原則，在使用不同構成材料時，藉由調整系統構成的設計，例如中空芯體13 的長度、寬度、直徑等或鰭片的厚度、寬度等，可以使系統通量最佳化。因此，圖2所示的結構示意圖僅為本發明的實施狀態之一，本發明不限於圖2所示的結構示意圖，實際的結構會隨使用的材料、系統設計、應用需求等因素而異。根據本發明另一實施例，揭露一種過濾模塊，用於薄膜蒸餾，該過濾模塊包括一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，包覆該中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；一外殼，具有一入口，以便提供一流體進行過濾；一蒸發室，是由該多孔性包覆層與該外殼之間的空間所構成，與該外殼的該入口連通，該蒸發室接收來自外部的熱源，以蒸發該流體；以及一凝結室(condensation chamber)，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體間呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間(condensation compartments)。在一實施例中，上述熱源可選自下列的一者或其任意組合電阻式加熱器、紅外線加熱器、太陽能、廢棄物轉化熱能。在一實施例中，上述多孔性包覆層可為一多孔性薄膜，該多孔性薄膜可選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、 聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)。上述過濾模塊，多孔性包覆層可包含一多孔性薄膜及一網狀物(mesh)，設置於該多孔性薄膜上，用以支持該多孔性薄膜，網狀物設置於該多孔性薄膜上的方法，例如可將網狀物與多孔性薄膜藉由熱壓層合。在另一實施例， 可藉由使上述多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造，例如多個凹槽 (grooves)，以支持上述多孔性包覆層，維持該多個通道的空間。此外，上述過濾模塊可更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間，用以提供供給側與凝結側間的溫度差。在一實施例中， 上述過濾模塊的中空芯體與多個鰭片可為一體成形，該中空芯體可由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面可為鰭片狀。上述過濾模塊中，該出口是用以收集通過該多孔性包覆層的流體。上述過濾模塊，可應用於水純化系統、鹽水淡化處理系統、廢水淨化系統、或血液透析的水處理系統等。具體地，例如圖3是顯示根據本發明一實施例的過濾模塊的分解立體示意圖，圖 4A是顯示圖3所示的過濾模塊的側面示意圖，圖4B是顯示圖4A所示的過濾模塊的沿A-A線的剖面示意圖。過濾模塊100包含一中空芯體200、一多孔性薄膜300、一外殼400、一蒸發室500、一凝結室600。一入口 410，位於外殼400上，與外界連通，以便提供一待過濾流體進行過濾程序。一出口 610，使凝結室與外部連結，通過該多孔性薄膜300且在凝結室600凝結的流體，經由該出口 610流出過濾模塊100。此外，一冷卻媒介(或冷卻水)通過該中空芯體200的中空隔間210，該中空隔間藉由其空心圓柱體結構，經由上下開口與外部連通。當然，本發明不限於上述空心圓柱體結構，在另一實施例中，該中空隔間可具有多邊形空心柱狀結構，其剖面可為其他各種形狀。該凝結室600包含沿該中空芯體間呈放射狀設置的多個鰭片620。鰭片的剖面形狀不限於圖4A-圖4B所示的形狀，可為其他各種形狀，鰭片的數目不限於圖4B所示的10片，可為4、6等任意整數，如圖5及圖6所示，圖5是顯示根據本發明另一實施例的過濾模塊的剖面示意圖，圖6是顯示根據本發明再一實施例的過濾模塊的剖面示意圖。可依據過濾模塊的設計，例如工藝條件及鰭片的形狀、大小(剖面的長寬比)等各種可變參數，進行調整，使過濾模塊的效能最佳化。參考圖3所示，過濾模塊100的中空芯體200與多個鰭片620為一體成形，例如可利用一空心銅管藉由機械加工而形成。但是，本發明不限於此，中空芯體200與多個鰭片620可分別設置。例如圖7是顯示根據本發明另一實施例的中空芯體及多個鰭片的結構的剖面示意圖。如圖7所示，中空芯體200』可藉由將一空心管沿直徑方向形成多個溝槽而構成，將具有對應該溝槽形狀的多個鰭片620』鉗入溝槽中而固定。而且，中空芯體可由多個中空管連結所構成，如此可使中空芯體的大小(或長度)任意變化，不受加工機的限制，而且可以降低成本，另一方面更可以使過濾模塊容易地依比例放大(scale up)，達到量產的需求。此外，在一實施例中，該多孔性薄膜300為聚四氟乙烯 (polytetrafluoroethylene ；PTFE)薄膜，而在另一實施例中，該多孔性薄膜300可包含一PTFE薄膜及層合於該多孔性薄膜的一網狀物(mesh)(未圖示)。根據本發明另一實施例，揭露一種過濾模塊，用於薄膜蒸餾，該過濾模塊100』是由多個上述過濾模塊100所構成，但僅具有一個外殼。圖8是顯示根據本發明一實施例的過濾模塊的透視立體示意圖，該過濾模塊包括一外殼，具有一入口，以便提供一流體進行過濾；多個中空芯體，該中空芯體分別具有一中空隔間，該些中空隔間互相連通；多個多孔性薄膜，具有氣體滲透性但不透過液體；以及一蒸發室，是由該些多孔性薄膜與該外殼之間的空間所構成，與該外殼的該入口連通，該蒸發室接收來自外部的熱源，以蒸發該流體；多個凝結室，其中每一凝結室是由一中空芯體分別與一對應的多孔性包覆層之間的空間所構成，各凝結室包含一與外部連通的出口，該些出口互相連通，且各凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將各凝結室分隔成多個凝結隔間。圖8所示的過濾模塊100』的外殼可由金屬、合金、塑膠或複合材料等材料構成，只要可以讓蒸發室接收來自外部的熱源即可。 在一實施例中，上述熱源可選自下列的一者或其任意組合電阻式加熱器、紅外線加熱器、太陽能、廢棄物轉化熱能。上述多孔性包覆層可為一多孔性薄膜，該多孔性薄膜可選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚偏二氟乙烯 (polyvinylidenefluoride)。上述過濾模塊，上述多個多孔性包覆層可包含多個多孔性薄膜及可更包含多個網狀物(mesh)，分別設置於該多個多孔性薄膜上，用以支持該多孔性薄膜。此外，上述過濾模塊可更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間，用以提供供給側與凝結側間的溫度差。在一實施例中，上述過濾模塊的中空芯體與多個鰭片可為一體成形，該中空芯體可由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面可為鰭片狀。上述過濾模塊中，該出口是用以收集通過該多孔性薄膜的流體。上述過濾模塊，可應用於水純化系統、鹽水淡化處理系統、廢水淨化系統、或血液透析的水處理系統等。圖9是顯示圖3的過濾模塊的凝結管所含的鰭片數目與通量的柱狀圖。圖9顯示了凝結管所含的鰭片數目對過濾模塊的通量的影響，圖3的過濾模塊僅包含單一凝結管，過濾模塊的通量隨凝結管的鰭片數目增加而增加，其中凝結側(Γ) = 303K，供給溫度(feed temperature (Th)) = 321。鰭片數目為10時，通量約為15kg/m2h，對照方氏 (C.Feng et al.)等人發表的AGMD的海水淡化系統(參考C. i^eng et al.，Journal of MembraneScience，311 0008) 1-6)，在溫度差60°C下最高的通量為11 12kg/m2h，另外科氏(J. Koschkowski)等人發表的基於MD的太陽能熱驅動的淡化工廠(參考J. Koschkowski et al.，Desalination 156 Q003)四5_304)，其最大輸出僅約為 1. 17kg/m2h (281/m2d) 因此，根據本發明的設計，僅利用圖3的過濾模塊即超越目前使用的系統，此外根據本發明的設計，如圖8所示，在過濾模塊中使用多個凝結管，可以容易地放大系統規模(scale up), 如圖8的系統的實測中，使用多個凝結管時通量會隨凝結管的數目倍數增加。在海水淡化系統的應用上，若將鹽度(salinity) 7800ppm的鹽水導入圖3的過濾模塊，其輸出的水的鹽度為90ppm，對照一般淡水的鹽度為180ppm。由此得知，根據本發明的過濾模塊，具有優異的去鹽(desalination)效果。綜上所述，根據本發明的凝結管，可應用於空氣間隙薄膜蒸餾模塊，除用於支持薄膜外，可提供各種空氣間隙的厚度及數目，藉由調整這些可變結構，可提高滲透通量，可提高空氣間隙薄膜蒸餾的通量。使用其的過濾模塊，應用於空氣間隙薄膜蒸餾模塊，可容易地依比例放大(scale up)，達到量產的需求。此外，藉由結合電能、太陽能、廢物轉化能源作為提供溫度梯度的能量來源，進行薄膜蒸餾，達成各種過濾處理的效果。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種凝結管，其特徵在於其是用於薄膜蒸餾的凝結用構件，該凝結管包含一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，包覆該中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；以及一凝結室，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間。
2.根據權利要求1所述的凝結管，其特徵在於其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜。
3.根據權利要求2所述的凝結管，其特徵在於其中所述的多孔性薄膜是選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯。
4.根據權利要求2所述的凝結管，其特徵在於其中所述的多孔性包覆層更包含一網狀物，用以支持該多孔性薄膜。
5.根據權利要求2所述的凝結管，其特徵在於其中所述的多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造。
6.根據權利要求1所述的凝結管，其特徵在於更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間。
7.根據權利要求1所述的凝結管，其特徵在於其中所述的中空芯體與該多個鰭片為一體成形。
8.根據權利要求7所述的凝結管，其特徵在於其中所述的中空芯體是由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。
9.一種過濾模塊，其特徵在於其用於薄膜蒸餾，該過濾模塊包括一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，包覆該中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；一外殼，具有一入口，以便提供一流體進行過濾；一蒸發室，是由該多孔性包覆層與該外殼之間的空間所構成，與該外殼的該入口連通， 該蒸發室接收來自外部的熱源，以蒸發該流體；以及一凝結室，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間。
10.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的熱源是選自下列的一者或其任意組合電阻式加熱器、紅外線加熱器、太陽能、廢棄物轉化熱能。
11.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜。
12.根據權利要求11所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多孔性薄膜是選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯。
13.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜及一網狀物，設置於該多孔性薄膜上，用以支持該多孔性薄膜。
14.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造。
15.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於更包含一冷卻媒介，流過該中空隔間。
16.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的中空芯體與該多個鰭片為一體成形。
17.根據權利要求16所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的中空芯體是由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。
18.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的出口是用以收集通過該多孔性包覆層的流體。
19.根據權利要求9所述的過濾模塊，其特徵在於其是應用於選自下列之一的系統中 水純化系統、鹽水淡化處理系統、廢水淨化系統、血液透析的水處理系統。
20.一種過濾模塊，其特徵在於其用於薄膜蒸餾，該過濾模塊包括一外殼，具有一入口，以便提供一流體進行過濾；多個中空芯體，該中空芯體分別具有一中空隔間，該些中空隔間互相連通；多個多孔性包覆層，分別包覆該些中空芯體且具有氣體滲透性但不透過液體；以及一蒸發室，是由該些多孔性包覆層與該外殼之間的空間所構成，與該外殼的該入口連通，該蒸發室接收來自外部的熱源，以蒸發該流體；多個凝結室，其中每一凝結室是由一中空芯體分別與一對應的多孔性包覆層之間的空間所構成，各凝結室包含一與外部連通的出口，該些出口互相連通，且各凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將各凝結室分隔成多個凝結隔間。
21.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的熱源是選自下列的一者或其任意組合電阻式加熱器、紅外線加熱器、太陽能、廢棄物轉化熱能。
22.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多孔性包覆層包含一多孔性薄膜。
23.根據權利要求22所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多孔性薄膜是選自下列的一者或其任意組合聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯。
24.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多個多孔性包覆層包含一多孔性薄膜及一網狀物，分別設置於該多個多孔性薄膜上，用以支持該多個多孔性薄膜。
25.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的多個鰭片與該多孔性包覆層接觸的面上具有多個細微構造。
26.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於更包含一冷卻媒介，流過該些中空隔間。
27.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其中各該中空芯體與各該多個鰭片為一體成形。
28.根據權利要求27所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的中空芯體是由至少一中空管連結而成，該中空管的剖面為鰭片狀。
29.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其中所述的出口是用以收集通過該多孔性包覆層的流體。
30.根據權利要求20所述的過濾模塊，其特徵在於其是應用於選自下列之一的系統中水純化系統、鹽水淡化處理系統、廢水淨化系統、血液透析的水處理系統。
全文摘要
本發明是有關於一種凝結管及使用其的過濾模塊。該凝結管，其是用於薄膜蒸餾的凝結用構件，該凝結管包含一中空芯體，具有一中空隔間；一多孔性包覆層，具有氣體滲透性但不透過液體；以及一凝結室(chamber)，是由該中空芯體與該多孔性包覆層之間的空間所構成，包含一與外部連通的出口，且該凝結室包含沿該中空芯體呈放射狀設置的多個鰭片，該多個鰭片將該凝結室分隔成多個凝結隔間(condensation compartments)。
文檔編號B01D61/36GK102309923SQ201010220600
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者林昱宏, 陳榮輝 申請人:私立中原大學