专利名称：鳍片式凝结管及使用其的过滤模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种薄膜蒸馏用构件，特别是涉及一种鳍片式凝结管及使用其的 过滤模块。
背景技术：
薄膜蒸馏，是借由一可通过蒸气但不通过液体的多孔疏水性薄膜将一高温液体 与一低温液体隔开进行蒸馏过程。利用薄膜蒸馏的方法通常可分类为直接接触薄膜蒸馏 (direct-contact membrane distillation ；DCMD)(air-gap membrane distillation ;AGMD)、空气扫掠薄膜蒸溜(sweeping-gas membrane distillation ；SGMD) 及真空薄膜蒸馏(vacuum membrane distillation ；VMD)四种。其中空气间隙薄膜蒸馏具 有最高的热效率，已应用于各种从水中分离非挥发性成分，例如海水淡化系统，而且亦适合 应用于在DCMD法无法分离的某些挥发性成分，例如从水溶液中分离出酒精。但是介于薄 膜与凝结表面的空气间隙，造成质量传输时的阻碍而使AGMD的渗透通量降低。国际专利 W08607585A揭露一种AGMD式蒸馏设备，指出空气间隙的厚度必须为0. 2 1. 0mm,以提高 流速及降低热损耗。目前，关于空气间隙薄膜蒸馏的理论及实验的文献，虽然有各种高渗透薄膜的制 造及设计的报导，但是迄今工业上没有实用化的空气间隙薄膜蒸馏(AGMD)模块或系统， 由于薄膜蒸馏为非等温过程(isothermalprocess)，因此薄膜蒸馏的设计不仅需要提供良 好的流动条件、低压差及高堆集密度(packing density)，而且需要保证良好的热回收功 能及热稳定性。虽然在板框式模块(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)平板薄膜显示最高的渗透通量，但是单 一模块薄膜的比表面积为最低。另一方面，虽然使用中空纤维的模块(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，但因为纤维的直径对长度的比而导致沿着纤维的压差为最大。因此，如何提高薄膜蒸馏模块或系统的通量，以达到实用化的需求，是目前产业界 极欲发展的技术重点。由此可见，上述现有的空气间隙薄膜蒸馏在结构与使用上，显然仍存在有不便与 缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决空气间隙薄膜蒸馏存在的问题，相关厂商莫不费尽 心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适 切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种可 兼具体积小、成本低且使用时可具有全方位调整功能的新型结构的鳍片式凝结管及使用其 的过滤模块，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的空气间隙薄膜蒸馏存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设 计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的鳍片式凝结管及使用其的过滤模块，使其更具有实用性。经过不断的研究、 设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
发明内容鉴于上述的实用新型背景，为了符合产业上的要求，本实用新型的目的在于提供 一种鳍片式凝结管及使用其的过滤模块，可提高空气间隙薄膜蒸馏的通量。本实用新型的另一目的在于提供一种鳍片式凝结管，应用于空气间隙薄膜蒸馏模 块时，除用于支持薄膜外，可提供各种空气间隙的厚度及数目，借由调整这些可变结构，可 提高渗透通量(permeate flux)。本实用新型的再一目在于提供一种鳍片式凝结管，借由结合电能、太阳能、废物转 化能源作为提供温度梯度的能量来源，进行薄膜蒸馏，达成各种过滤处理的效果。本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实 用新型提出的一种鳍片式凝结管，其中是用于薄膜蒸馏的凝结用构件，该鳍片式凝结管是 由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构 成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中该中空主体的中空部分不与该多数通道 及多数开口连通。本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实 现。前述的鳍片式凝结管，其中更包含一包覆该中空主体与该多数鳍片的多孔性包覆 层，使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多数开口，连通外部。前述的鳍片式凝结管，其中该材料为金属、合金、塑料。前述的鳍片式凝结管，其中该多孔性包覆层为一多孔性薄膜。前述的鳍片式凝结管，其中该多孔性薄膜是选自下列之一或其任意组合聚四氟 乙烯、聚偏二氟乙烯、醋酸纤维素、聚砜。前述的鳍片式凝结管，其中该多孔性包覆层是由一多孔性薄膜以及一网状物层合 所构成。前述的鳍片式凝结管，其中该多数鳍片与该多孔性包覆层接触的面上分别具有多 数凹凸结构本实用新型的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本实用新 型提出的一种过滤模块，其包括一壳体；至少一鳍片式凝结管，设置于该壳体内，该鳍片 式凝结管是由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数鳍片在该中 空主体上构成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中各鳍片式凝结管的该中空主 体的中空部分不与该多数通道及多数开口连通，该中空主体的中空部分与外部连通；以及 至少一多孔性包覆层，各多孔性包覆层对应包覆该鳍片式凝结管的该中空主体与该多数鳍 片，使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多数开口，连通至外部。本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实 现。前述的过滤模块，其中所述的壳体被分隔为多数隔间，该些鳍片式凝结管与该些 多孔性包覆层设置于一第一隔间中，该些鳍片式凝结管的开口与一第二隔间连通，且该第二隔间具有一与外部连通的开口，该些各鳍片式凝结管的中空主体的中空部分皆与一第三 隔间连通，构成一冷却流路。前述的过滤模块，其中一冷却媒介从外部流入与流出该冷却流路。前述的过滤模块，其中该第一隔间具有一开口，一被过滤液体可从该第一隔间的 开口进入该第一隔间后由该第二隔间的开口流出。前述的过滤模块，其中该壳体是由塑料、金属、合金或复合材料所构成接收来自外 部的热源。前述的过滤模块，其中该热源是选自下列之一或其任意组合电阻式加热器、红外 线加热器、太阳能、废弃物转化热能。本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本 实用新型揭露一种鳍片式凝结管，其是用于薄膜蒸馏的凝结用构件，该鳍片式凝结管是由 一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构成 多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中该中空主体的中空部分不与该多数通道及 多数开口连通。根据本实用新型另一实施例，揭露一种过滤模块，包括一壳体；至少一鳍片式凝 结管，设置于该壳体内，该鳍片式凝结管是由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及 多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中 各鳍片式凝结管的该中空主体的中空部分不与该多数通道及多数开口连通，该中空主体的 中空部分与外部连通；以及至少一多孔性包覆层，各多孔性包覆层对应包覆该鳍片式凝结 管的该中空主体与该多数鳍片，使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多数 开口，连通至外部。本实用新型的优点和效果借由使用上述构成的鳍片式凝结管于过滤模块，进行 薄膜蒸馏工艺时，可显着地提高通量，且借由使用多数个本实用新型的鳍片式凝结管于一 过滤模块中，可容易地放大规模，提供通量倍数放大的薄膜蒸馏系统。此外，使用单一鳍片 式凝结管于过滤模块，因为构造简单，可以成为可携式装置。再者，借由利用太阳能作为热 源，无需使用电源，在偏远地区或无供电地区，应用本实用新型的过滤模块，进行原水过滤， 可提供饮用水。上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术 手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优 点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是显示本实用新型一实施例的鳍片式凝结管的立体示意图；图2是显示本实用新型一实施例的鳍片式凝结管的纵向剖面示意图；图3是显示本实用新型一实施例的鳍片式凝结管的横向剖面示意图。图4是显示本实用新型另一实施例的过滤模块的纵向剖面图；以及图5是显示本实用新型另一实施例的过滤模块的立体示意图。100:鳍片式凝结管200:中空主体210:中空部分300 鳍片[0036]400:开口500 通道具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下 结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的鳍片式凝结管及使用其的过滤模块，其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。根据本实用新型一实施例，揭露一种鳍片式凝结管，其是用于薄膜蒸馏的凝结用 构件，该鳍片式凝结管是由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数 鳍片在该中空主体上构成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中该中空主体的中 空部分与该多数通道及多数开口连通。上述鳍片式凝结管，可更包含一包覆该中空主体与该多数鳍片的多孔性包覆层， 使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多数开口，连通外部。其中，该材料可为金属、合金、塑料或复合材料，例如铜、聚乙烯、聚丙烯等。上述多孔性包覆层可为一多孔性薄膜，该多孔性薄膜可选自下列之一或其任 意组合聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚偏二 氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、醋酸纤维素(cellulose acetate)、聚砜(polysulfone)。于另一实施例中，上 述多孔性包覆层可由一多孔性薄膜以及一网状物(mesh)层合所构成，其中该网状物是用 以支持该多孔性薄膜。于另一实施例，可借由使上述多数鳍片与该多孔性包覆层接触的面 上分别具有多数细微结构(microstructures or texture)，例如多数凹槽(grooves)，以支 持上述多孔性薄膜，维持该多数通道的空间。根据本实用新型的另一实施例，揭露一种过滤模块，包括一壳体；至少一鳍片式 凝结管，设置于该壳体内，该鳍片式凝结管是由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片 及多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其 中各鳍片式凝结管的该中空主体的中空部分不与该多数通道及多数开口连通，该中空主体 的中空部分与外部连通；以及至少一多孔性包覆层，各多孔性包覆层对应包覆该鳍片式凝 结管的该中空主体与该多数鳍片，使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多 数开口，连通至外部。其中该壳体被分隔为多数隔间，该些鳍片式凝结管与该些多孔性包覆层设置于一 第一隔间中，该些鳍片式凝结管的开口与一第二隔间连通，且该第二隔间具有一与外部连 通的开口，该些各鳍片式凝结管的中空主体的中空部分皆与一第三隔间连通，构成一冷却 流路(flow path)。一冷却媒介可从外部流入与流出该冷却流路，该第一隔间可具有一开 口，一被过滤液体可从该第一隔间的开口进入该第一隔间后由该第二隔间的开口流出。该 壳体是由塑料、金属、合金或复合材料所构成，可接收来自外部的热源。该热源是选自下列 之一或其任意组合电阻式加热器、红外线加热器、太阳能、废弃物转化热能。图1显示根据本实用新型一实施例的鳍片式凝结管的透视示意图，图2显示根据 本实用新型一实施例的鳍片式凝结管的纵向剖面示意图；以及图3显示根据本实用新型一 实施例的鳍片式凝结管的横向剖面示意图。如图2所示，该鳍片式凝结管100包括中空主 体200、多数鳍片300及多数开口 400。如图3所示，该鳍片鳍片式凝结管100包含10片鳍 片300，分隔出10个通道500，由剖面图得知，该鳍片300的厚度与宽度决定该通道的空间大小，借由改变其厚度与宽度可改变过滤模块的通量。其中该中空主体200的中空部分210 可让冷却媒介流过。图4显示根据本实用新型另一实施例的过滤模块的纵向剖面图，其中该过滤模块 包含一根据本实用新型的鳍片式凝结管。再者，图5显示根据本实用新型另一实施例的过滤模块的立体示意图，其中该过 滤模块包含多数支上述鳍片式凝结管，以增加过滤模块的通量。鳍片式凝结管所含的鳍片数目对过滤模块的通量的影响，图4的过滤模块仅包含 单一鳍片式凝结管而图5的过滤模块包含多数鳍片式凝结管，过滤模块的通量随凝结管 的鳍片数目增加而增加，其中凝结侧(Tc) = 303K，供给温度(feed temperature (Th))= 323K，当鳍片数目为10时，通量约为15kg/m2h。对照C. Feng等人发表的AGMD的海水淡化系统(参考C. Feng et al.，Journal of Membrane Science，311 (2008) 1-6)，在温度差 60°C下最高的通量为 11 12kg/m2h，另外 J. Koschkowski等人发表的基于MD的太阳能热驱动的淡化工厂(参考J. Koschkowski et al. ,Desalination 156 (2003) 295-304)，其最大输出仅约为 1. 17kg/m2h (281/m2d)。因此， 根据本发明的设计，仅利用图4的过滤模块即超越目前使用的系统，此外根据本发明的设 计，如图5所示，在过滤模块中使用多数的凝结管，可以容易地放大系统规模(scale up), 如图5的系统的实测中，使用多数的凝结管时通量会随凝结管的数目倍数增加。在海水淡化系统的应用上，若将盐度(salinity) 7800ppm的盐水导入图4的过滤 模块，其输出的水的盐度为90ppm，对照一般淡水的盐度为180ppm。由此得知，根据本发明 的过滤模块，具有优异的去盐(desalination)效果。根据本实用新型的鳍片式凝结管以及过滤模块，可应用于选自下列之一系统中 水纯化系统、盐水淡化处理系统、废水净化系统、血液透析的水处理系统。综上所述，根据本实用新型的鳍片式凝结管，可应用于空气间隙薄膜蒸馏模块，除 用于支持薄膜外，可提供各种空气间隙的厚度及数目，借由调整这些可变结构，可提高渗透 通量，可提高空气间隙薄膜蒸馏的通量。使用的过滤模块，应用于空气间隙薄膜蒸馏模块， 可容易地依比例放大(scaleup)，达到量产的需求。此外，借由结合电能、太阳能、废物转化 能源作为提供温度梯度的能量来源，进行薄膜蒸馏，达成各种过滤处理的效果。再者，使用单一鳍片式凝结管于过滤模块，因为构造简单，可以成为可携式装置。 再者，借由利用太阳能作为热源，无需使用电源，在偏远地区或无供电地区，应用本实用新 型的过滤模块，进行原水过滤，可提供饮用水。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟 悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内 容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内 容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍 属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种鳍片式凝结管，其特征在于是用于薄膜蒸馏的凝结用构件，该鳍片式凝结管是 由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构 成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中该中空主体的中空部分不与该多数通道 及多数开口连通。
2.根据权利要求1所述的鳍片式凝结管，其特征在于更包含一包覆该中空主体与该多 数鳍片的多孔性包覆层，使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多数开口， 连通外部。
3.根据权利要求1所述的鳍片式凝结管，其特征在于该材料为金属、合金、塑料。
4.根据权利要求2所述的鳍片式凝结管，其特征在于该多孔性包覆层为一多孔性薄膜。
5.根据权利要求4所述的鳍片式凝结管，其特征在于该多孔性薄膜是选自下列之一或 其任意组合聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、醋酸纤维素、聚砜。
6.根据权利要求2所述的鳍片式凝结管，其特征在于该多孔性包覆层是由一多孔性薄 膜以及一网状物层合所构成。
7.根据权利要求2所述的鳍片式凝结管，其特征在于该多数鳍片与该多孔性包覆层接 触的面上分别具有多数凹凸结构。
8. —种过滤模块，其特征在于包括一壳体；至少一鳍片式凝结管，设置于该壳体内，该鳍片式凝结管是由一材料一体成形设有一 中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构成多数信道，该多数信道与 该多数开口连通，其中各鳍片式凝结管的该中空主体的中空部分不与该多数通道及多数开 口连通，该中空主体的中空部分与外部连通；以及至少一多孔性包覆层，各多孔性包覆层对应包覆该鳍片式凝结管的该中空主体与该多 数鳍片，使该多数通道只能经由该多孔性包覆层的孔隙以及该多数开口，连通至外部。
9.根据权利要求8所述的过滤模块，其特征在于该壳体被分隔为多数隔间，该些鳍片 式凝结管与该些多孔性包覆层设置于一第一隔间中，该些鳍片式凝结管的开口与一第二隔 间连通，且该第二隔间具有一与外部连通的开口，该些各鳍片式凝结管的中空主体的中空 部分皆与一第三隔间连通，构成一冷却流路。
10.根据权利要求9所述的过滤模块，其特征在于其中一冷却媒介从外部流入与流出 该冷却流路。
11.根据权利要求9所述的过滤模块，其特征在于该第一隔间具有一开口，一被过滤液 体可从该第一隔间的开口进入该第一隔间后由该第二隔间的开口流出。
12.根据权利要求8至11中任一权利要求所述的过滤模块，其特征在于该壳体是由塑 料、金属、合金或复合材料所构成接收来自外部的热源。
专利摘要本实用新型是有关于一种鳍片式凝结管，其是用于薄膜蒸馏的凝结用构件，该鳍片式凝结管是由一材料一体成形设有一中空主体、多数鳍片及多数开口，该多数鳍片在该中空主体上构成多数信道，该多数信道与该多数开口连通，其中该中空主体的中空部分与该多数通道及多数开口连通。本实用新型的目的在于提供一种鳍片式凝结管及使用其的过滤模块，可提高空气间隙薄膜蒸馏的通量。
文档编号B01D61/36GK201775976SQ201020238509
公开日2011年3月30日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者林昱宏, 陈荣辉 申请人:私立中原大学