本发明涉及一种分离装置及方法，特别是涉及一种气体分离装置及方法。
背景技术
目前，由混合气体中纯化出特定气体多是采用触媒或吸附等方式进行。虽然能获得高纯度的气体，但是所需要的纯化设备不仅体积庞大、操作复杂，而且成本昂贵。
因此，能小规模生产的膜分离法在近年备受瞩目，如美国专利公告号us7255725所描述的一种含碳多孔无机膜(porousinorganicmembranecontainingcarbon)，及国际专利公开号wo2006017557所公开的一种具有高度选择性分离的薄膜(membranesforhighlyselectiveseparations)等，都是利用气体对薄膜结构的穿透特性以分离出特定气体。
然而，于上述的膜分离法中，制造这类薄膜的工序相当繁复，且此类薄膜若破裂或因环境而老化后，对不同气体将不具有不同的穿透特性，而无法达到分离的目的，而必须重新再进行薄膜制造及分离的工序。
技术实现要素：
本发明的其中一个目的在于提供一种能简化薄膜制造工序的气体分离装置。
本发明的气体分离装置，包含制泡单元、收集单元，及连接所述制泡单元与所述收集单元且能调整坡度的流道。
所述制泡单元用于将混合气体打入溶液中，以产生多数膜厚不大于5μm且连续相接的泡沫。所述泡沫沿所述流道向所述收集单元移动，同时利用泡沫薄膜(membrane)对不同气体有不同的穿透性，而让所述泡沫内的各组成气体得以滤出或留存。并且配合所述流道的长度与坡度，以调整所述泡沫在所述流道上移动的时间长短以及所述泡沫的膜厚，进而控制移动至所述收集单元的泡沫内的组成气体比例。
本发明的气体分离装置，所述制泡单元包括多个输气管，及承载所述溶液的制泡槽，所述输气管的开口端向下插入所述溶液并与所述溶液表面相距一个深度。
本发明的气体分离装置，所述制泡单元还包括盛装所述混合气体的气瓶，及连接于所述气瓶与所述输气管之间的气流调节阀，所述气流调节阀用于控制所述混合气体由所述气瓶输往所述输气管的流量。
本发明的气体分离装置，所述气体分离装置还包含回收单元，所述回收单元包括连接于所述制泡槽与所述收集单元之间的回流管道，及设置于所述回流管道中的水泵，所述水泵用于使所述收集单元内的溶液沿所述回流管道输往所述制泡槽。
本发明的气体分离装置，所述收集单元包括收集槽，及设置于所述收集槽内的破泡器，所述收集槽围绕形成集气空间及位于所述集气空间下方的集液空间，当所述泡沫移动至所述收集槽内并由所述破泡器击破其薄膜，使得所述泡沫内的气体散逸至所述集气空间，而薄膜恢复成液状落至所述集液空间。
本发明的气体分离装置，所述混合气体包含甲烷及二氧化碳。
此外，本发明的另一个目的在于提供一种利用上述气体分离装置，以进行气体分离的方法。
本发明的气体分离方法，包含下列步骤：
步骤a：将混合气体打入溶液中，以产生多数膜厚不大于5μm且连续相接的泡沫；及
步骤b：让所述泡沫沿流道移动。在所述过程中，泡沫薄膜对泡沫内的不同气体有不同的穿透性，以滤出或留存特定气体。
本发明的气体分离方法，还包含步骤c：当所述泡沫移动至所述流道末端后进行破碎，并收集原留存于所述泡沫内的气体。
本发明的气体分离方法，所述混合气体包含甲烷及二氧化碳，所述溶液具有界面活性剂。
本发明的气体分离方法，所述混合气体包含二氧化碳及氧气，所述溶液具有界面活性剂。
本发明的有益效果在于：利用将所述混合气体打入所述溶液中以形成膜厚极薄的所述泡沫，而利用所述泡沫薄膜能达到将所述混和气体中不同气体分离的效果，相较于现有技术，所述泡沫薄膜的制造工序较简易，且由于产出的泡沫为多个，因此其中一个泡沫或少数泡沫薄膜破裂也不影响气体分离的效率。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一张示意图，说明本发明气体分离装置的一个实施例；
图2是一张示意图，说明该实施例中的一个制泡单元；及
图3是一张流程图，说明本发明气体分离方法的一个实施例。
具体实施方式
参阅图1，本发明气体分离装置，包含一个制泡单元100、一个收集单元200、一个流道300，及一个回收单元400。
配合参阅图2，所述制泡单元100包括多个输气管110、一个承载一个溶液500的制泡槽120、一个盛装一个混合气体600的气瓶130，及一个连接于所述气瓶130与所述输气管110之间的气流调节阀140。其中，每一个输气管110的开口端111向下插入所述溶液500并与所述溶液500表面相距一个深度d，再通过操作所述气流调节阀140，以控制所述混合气体600由所述气瓶130输往所述输气管110的流量。如此，当所述深度d与所述流量达到合适值时，即可产生多数膜厚不大于5μm且连续相接的泡沫700。
进一步来看，为了强化所述泡沫700的稳定性，所述溶液500系将一个界面活性剂(surfactant)溶入水中。此外，本实施例主要是用于将甲烷及二氧化碳进行分离，所以所述混合气体600必然包含有甲烷及二氧化碳等气体，但不限于此，只要所述混合气体600所组成的气体能分别对所述泡沫薄膜有着悬殊的穿透性即可运用本发明气体分离装置进行分离作业，例如，在其他实施态样中，本发明气体分离装置也能用来将所述混和气体600中的二氧化碳及氧气分离。于本实施例中，所述溶液中界面活性剂的浓度介于0.3％至3％之间，然而，在其他实施态样中，根据不同的界面活性剂，其在溶液中的浓度也可不相同。
另外，针对所述深度d与所述流量的操作方式与所形成的泡沫700态样，能归纳如下：当所述深度d与所述流量愈大，则所述泡沫700的尺寸愈大且其膜厚愈薄；相反地，则尺寸愈小，膜厚愈厚。若将所述深度d固定，仅调整所述流量，则所述流量愈大，所述泡沫700的尺寸愈小但其膜厚愈薄。若将所述流量固定，仅调整所述深度d，则所述深度d愈大，所述泡沫700的尺寸愈大但其膜厚愈厚。
值得一提的是，所述界面活性剂在体相中的浓度有一个临界值，称为临界微胞浓度(criticalmicelleconcentration，cmc)。经由实验可知，若所述界面活性剂浓度愈低，则所述泡沫700吸附二氧化碳的量愈少，并且所述泡沫700的薄膜强度和弹性愈小，而容易破裂。另一方面，若所述界面活性剂浓度远超过所述临界值，将使得过多的界面活性剂分子扩散至所述泡沫700的表面，而导致其表面张力梯度无法形成，造成其薄膜弹性降低，也同样容易破裂。因此，在本实施例中，所述界面活性剂浓度介于0.3％至3％之间，为在所述临界值附近，且能让所述泡沫700具有良好的薄膜强度和弹性。更重要的是，所述泡沫700的制程能在室温下进行，而不需要刻意调控操作环境，并且相较于现有不同构型薄膜，如平板型、管柱型或中空纤微型等薄膜，其制造工序能谓大幅简化。
所述收集单元200包括一个收集槽210，及一个设置于所述收集槽210内的破泡器220。其中，所述收集槽210围绕形成一个集气空间211及一个位于所述集气空间211下方的集液空间212。在本实施例中，所述破泡器220的态样系采用螺旋叶片，但不限于此，也能采用网状物以压破的方式实施。通过所述破泡器220的搅拌，让所述集气空间211内的泡沫700得以破裂，而使得所述泡沫700内的气体散逸至所述集气空间211。另一方面，原先的薄膜将恢复成液状而落至所述集液空间212。
所述流道300为连接所述制泡单元100的制泡槽120与所述收集单元200的收集槽210，以供所述泡沫700由所述制泡槽120朝所述收集槽210移动。并且，使用者可以通过调整所述流道300的长度与坡度，以决定所述泡沫700在所述流道300上移动的时间长短以及所述泡沫700的膜厚。详细说明的是，所述泡沫700于所述流道300上移动时，所述泡沫700内的混合气体600中的二氧化碳会穿透所述泡沫700薄膜，而使得所述泡沫700内二氧化碳的浓度逐渐下降，而甲烷的浓度逐渐上升。其中，当所述流道300的坡度越陡，所述泡沫700由所述制泡槽120移动至所述收集槽210的速度越快，使得所述泡沫700所受到的下拉力量越大，造成其膜厚越薄。相反地，当流道300的坡度越平缓，所述泡沫700由所述制泡槽120移动至所述收集槽210的速度越慢，使得所述泡沫700所受到的下拉力量越小，造成其膜厚越厚。因此，所述泡沫700于所述流道300上移动的时间以及所述泡沫700的大小及膜厚会影响每一个泡沫700中的特定气体(也就是本实施例中的二氧化碳)最终所逸散的总量，如此，使用者能通过调整所述流道300的长度与坡度，进而控制移动至所述收集槽210的泡沫700内的各组成气体比例。其中，当所述泡沫700在所述流道300上驻留的时间愈长，表示二氧化碳穿透薄膜而散逸的时间愈长，而使得移动至所述收集槽210内的所述泡沫700内的二氧化碳浓度更低，而甲烷浓度更高，达到更好的气体分离效果。而在本实施例中，所述流道300上还设置有多个相互平行的分隔件310，使得每一个输气管110所产生的泡沫700有各自独立的流道。借此所述泡沫700会与所述分隔件310相接触，而沾黏在所述分隔件310的表面，进而减缓移动的速度。然而在其他实施态样中，所述流道300也能不设有所述分隔件310。
此外，需再说明的是，由所述制泡单元100所制出的所述泡沫700为连续相接，因此所述泡沫700在所述流道300上移动时，彼此通过所述泡沫700薄膜的表面张力而彼此牵引移动至所述收集槽210，且所述泡沫700由所述制泡槽120内浮升至所述流道300时，能于所述流道300上向上推挤而形成多个泡沫层(如图1所示，所述泡沫700堆栈成两层)。如此一来，层迭的泡沫层能同时进行气体分离，以提高整体的分离效率。另一方面，对于位于下层的泡沫700而言，上层的泡沫700不仅具有保护作用，以降低其破裂的机率，并且纵使下层泡沫700有个别破裂的情况，也能通过相邻的泡沫700的夹挤再次形成新的泡沫700，避免纯化气体的泄漏。
所述回收单元400包括一个连接于所述制泡槽120与所述收集槽210之间的回流管道410，及一个设置于所述回流管道410中的水泵420。如此，所述水泵420让所述集液空间212内的液体沿所述回流管道410输往所述制泡槽120，并混合所述溶液500，以回收再利用。
综合上述，能将其流程归纳成本发明气体分离方法，适用于前述的气体分离装置。所述方法如图3所示且包含下列步骤：
步骤s31：将一个混合气体打入一个溶液中，以产生多数膜厚不大于5μm且连续相接的泡沫。其中，于本实施例中，所述混合气体包含甲烷及二氧化碳，所述溶液具有一个浓度介于0.3％至3％之间的界面活性剂，而在其他实施态样中所述混合气体则能包含二氧化碳及氧气，且界面活性剂的浓度则能视欲分离的气体以及其自身种类而有所调整。
步骤s32：让所述泡沫沿一个流道移动。在所述过程中，泡沫薄膜对泡沫内的不同气体有不同的穿透性，以滤出或留存特定气体。
步骤s33：当所述泡沫移动至所述流道末端后进行破碎，并收集原留存于所述泡沫内的气体。
步骤s34：收集破碎后所形成的液体，并经一个回收单元回收混合所述溶液。
经由以上的说明，能将本发明的优点归纳如下：
通过所述泡沫700薄膜对不同气体有不同的穿透性，而让所述泡沫700内的各组成气体得以滤出或留存，从而纯化所述泡沫700内的气体。并且，由于所述泡沫700的制程能在室温下进行，而不需要刻意调控操作环境，同时相较于现有技术，其制造工序能谓大幅简化。此外，通过调整所述深度d与所述流量，以控制所述泡沫700的尺寸与膜厚，以及调整所述流道300的长度与坡度，来控制所述泡沫700驻留于所述流道300上的时间，以进一步提高气体纯化的效率。另外，由于产出的泡沫为多个，因此其中一个泡沫或少数泡沫薄膜破裂也不影响气体分离的效果，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，但不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。