流体净化装置的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种利用光触媒净化流体的流体净化装置，尤其涉及一种在有限的空间内提高光触媒比表面积与延长流体滞留时间的一种流体净化装置。

背景技术：

近年来，空气污染的议题备受重视，由于其对人类和生态环境有极大的负面影响。而造成空气污染的物质可以是固态颗粒、液态液滴、或是气体，有天然造成的如火山喷发的烟灰，也有藉由人类活动而产生的污染物，如汽机车排放废气中的一氧化碳或硫氧化物，或工厂燃烧排放的气体等等。

藉由人类活动产生的主要污染物包括有：

一、硫氧化物(so×)：通常是二氧化硫，化学公式为s02。so2由火山和其它工业过程产生。煤和石油常常含有硫，它们在燃烧时会产生so2，so2通常在受到no2等的催化进一步氧化，形成h2so4，即酸雨。

二、氮氧化物(no×)：氮氧化物，特别是高温燃烧所产生的二氧化氮，也可以通过闪电产生。它们会形成棕色烟雾或污染物，笼罩城市，二氧化氮是一种化学物质，公式为no2，为最著名的空气污染物，这种棕红色的气体具有十分剌鼻的苦涩气味。

三、一氧化碳(co)：co是一种无色、无味、无刺激的有毒气体。是由不完全燃烧所产生的，如天然气、煤或木头等，汽车或机车排放的尾气是一氧化碳的主要来源。

四、挥发性有机物：挥发性有机污染物是常见的污染物。它们可能是甲烷(ch4)或是非甲烷(nmvocs)。甲烷是极其强大的温室气体，导致全球变暖。其它挥发性碳氢化合有机物也是重要的温室气体，因为它们会产生臭氧，延长大气中甲烷的寿命，影响则依地区空气质量的不同而不同，芳香非甲烷苯类、甲苯、二甲苯则有致癌嫌疑，长期接触可能会导致白血病。

五、有毒金属：如铅和汞，特别是它们的合成物。

六、氯氟烃(cfcs)：能破坏臭氧层；产生这一气体的物质目前已经被禁用，这些气体可以从空调、冰箱、喷雾剂等散布，氯氟烃进入空气后升至平流层，在此它们与其它气体反应，破坏臭氧层，使得有害的紫外线到达地球表面，能导致皮肤癌、眼疾甚至伤害植物。

七、自由基：一种空中微粒，与心肺疾病有关。

八、氨气(nh3)：主要来自农业活动的过程，氨气的化学方程式是nh3，通常是一种刺激性强的气体，地面作物需要的相关营养成分，氨是肥料和滋养的先导，无论是直接还是间接，氨都是许多药物的合成成分。氨虽然被大量使用，但确是有腐蚀性的，伤身的物质，在大气中，氨气与氢氧化物和硫发生反应，形成颗粒。

九、臭气从垃圾、污水和工业过程中释放出来。

十、放射性废料：由核爆炸、核事件、战争爆破和自然过程，如氨的放射性衰变产生。

以上为主要造成污染的污染物与其产生的来源。

其中，以一氧化二氮(n2o)是大气中含量最多的氮氧化物，也是氮氧化物中化学性质最稳定的一种，因为对人体没有直接伤害，所以也就不像其他氮氧化物如no或no，受到重视，但是其严重破坏臭氧层已受到证实。

2015年联合国于巴黎举办气候峰会，所述次的议题是以「抑制全球暖化」进行协议，目标是逐年减少温室气体排放，让地球在2100年时暖化速度减缓，全球气温不会上升超过1.5℃；虽然各国递交的温室气体减排的标准不一，但是减少温室气体排放是已有的共识。美国环境保护署(usepa)明列六种气体为减排对象，包含二氧化碳、甲烷、氧化亚氨、氢氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫；此举将迫使美国联邦政府自1970年清净空气法案(cleanairact)后，再次立法规范前述温室气体排放。因此在半导体产业中，有相当多的制程气体如氧化亚氮、甲烷、氢氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫等都会受到管制及盘点，对于业界厂务而言，无疑需要提前处理以避免遭受管制。

常见的温室气体对于全球暖化的影响程度亦不相同(称为全球暖化潜势gwp100)，c02为1，sf6为22,800，n2o为280；除此之外，n2o也是破坏大气臭氧层的主要气体，主要是因为n2o对真空紫外线(vacuumuv,vuv)具有强烈的吸收能力，并分解为n2及o原子,使o原子再与臭氧o3反应，生成氧气，加快了臭氧层的分解。

另外，目前空污问题相当著名的pm2.5等议题，都是目前亟欲处理的问题。

因此，目前有很多空气清净设备或水源净化处理设备等，都是希望能改善前述各种污染的问题，而目前最常用的光触媒技术在近20年内积极的开发与应用，但仍受限于光触媒本身需要光才会有作用，尤其是紫外线光，且污染物必须接触到光触媒才会被氧化还原而有效果，因此，如何在有限的机台空间内让光触媒更有效的净化污染物乃为业界亟欲改善与努力的方向所在。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明即在提供一种流体净化装置，包含一第一管状腔体，其呈中空状并具有一中空部，环绕中空部则为一内环壁与一外环壁所构成的供流空间，供流空间具有一流体输入口以及一流体输出口，一导流结构设置于内环壁与外环壁之间，用以导引一流体自流体输入口至流体输出口为单一流向，其特征在于，导流结构由一含有泡沫状气孔的金属材质所组成，且导流结构穿设有一装着孔，用以装设至少一紫外线灯具；多个镀有光触媒的透明基材沿着导流结构填充于供流空间内。

导流结构镀有一光触媒，其包含磷化镓(gap)、砷化镓(gaas)、氧化锆(zro2)、硫化镉(cds)、钽酸钾(ktao3)、硒化镉(cdse)、钛酸锶(srtio3)、氧化铌(nb2o5)、氧化锌(zno)、氧化铁(fe2o3)、氧化钨(wo3)、氧化锡(sno2)及二氧化钛(tio2)中任一种或一种以上的混合物。

导流结构为多个中空圆盘状的第一导流层与一第二导流层所组成，第一导流层自内环壁向外环壁延伸并保留一预设间隙，第二导流层自外环壁向内环壁延伸并保留一预设间隙，第一导流层与第二导流层为交错方式设置。

导流结构为一含有镍、铜、及铁的其中任一项或一项以上的合金材料所组成。

内环壁及外环壁中任一项或两者为可透光材质。

透明基材至少包含一二氧化硅的石英、一玻璃、及一聚四氟乙烯的任一种或一种以上的组合物。

透明基材选自于由一多边形及一圆形所组成的群组中的至少一种形状。

光触媒包含磷化镓(gap)、砷化镓(gaas)、氧化锆(zro2)、硫化镉(cds)、钽酸钾(ktao3)、硒化镉(cdse)、钛酸锶(srtio3)、氧化铌(nb2o5)、氧化锌(zno)、氧化铁(fe2o3)、氧化钨(wo3)、氧化锡(sno2)及二氧化钛(tio2)中的任一种或一种以上的混合物。

流体净化装置，包含一第二管状腔体，设置于第一管状腔体的中空部内。

第二管状腔体包含多个可互相组合的腔体、一前置流道入口与一前置流道出口，等腔体具有互相通透的流道；前置流道出口与第一管状腔体的流体输入口相连通，据此，使流体自前置流道入口依序经过等腔体、而自前置流道出口输入至第一管状腔体的流体输入口。

多腔体内分别设置选自于一前置滤网模块、一高效空气过滤模块、一硅藻土过滤模块、一电浆过滤模块以及一静电集尘模块所构成群组中至少一个模块所组成。

包含一发热装置设置于其中一腔体。

所述的任一项流体净化装置，包含一风机，当欲净化的流体为一气体时，风机用以将气体送至流体输入口、或送至前置流道入口。

所述的任一项流体净化装置，包含一泵，当欲净化的流体为一液体时，泵用以将液体送至流体输入口、或送至前置流道入口。

所述的任一项流体净化装置，流体包含一有机挥发化合物(vocs)。

所述的任一项流体净化装置，流体包含一氮氧化物(nox)。

【附图说明】

图1为本发明所提出的一种流体净化装置的侧视剖面示意图。

图2为本发明的流体净化装置装填透明基材后的侧视剖面示意图。

图3为本发明的流体净化装置的俯视图。

图4为本发明的另一实施例的螺旋导流层侧视剖面示意图。

图5为本发明的流体净化装置另一实施方式示意图。

图6为本发明的流体净化装置另一实施方式示意图。

附图中的符号说明如下：

流体净化装置1

第一管状腔体10

中空部710

内环壁102

外环壁103

供流空间101

流体输入口104

流体输出口105

导流结构20

装着孔30

透明基材60

第一导流层201

第二导流层202

螺旋导流层203

第二管状腔体70

腔体701

前置流道入口702

前置流道出口703

风机110

泵120

【具体实施方式】

本发明主要披露一种流体净化装置，所使用的光触媒使气体或液体的氧化还原反应等相关基础原理已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的图式，表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，在先叙明。

本发明提出一种流体净化装置1，用于处理一流体，在此所指的流体，是包含气体与液体，且是包含有害物质的气体或液体。

请参考图1，为此流体净化装置1的侧视剖面示意图，包含一第一管状腔体10，其呈中空状并具有一中空部710，环绕中空部710则为一内环壁102与一外环壁103所构成的供流空间101，此供流空间101具有一流体输入口104以及一流体输出口105，一导流结构20设置于内环壁102与外环壁103之间，用以导引一流体自流体输入口104至流体输出口105为单一流向，导流结构20由一含有泡沫状气孔的金属材质所组成，据此，可以在相同大小的供流空间101之内具有更高的比表面积。

同时，选用的金属材质可以考虑制作成形的成本或便利性而选用含有一镍、铜、或铁的其中之一或合金的材料所组成。同时，制作成含有泡沫状气孔的金属材质，称之为泡沫金属，其制作方法并不特别局限，可以使用金属沉积法、熔体发泡剂发泡法、气体注入发泡法、浸浆海绵烧结法、纤维冶金法、铸造法、烧结法、或者是溅射法等，且较佳的形态是其孔洞之间是相通的开孔泡沫金属。

在本实施例中，导流结构20为多个镀有光触媒的中空圆盘状的第一导流层201与一第二导流层202所组成，第一导流层201自内环壁102向外环壁103延伸并保留一预设间隙，而第二导流层202自外环壁103向内环壁102延伸并保留一预设间隙，在此，第一导流层201与第二导流层202为交错方式设置。在此，要特别说明的是，将导流结构20镀有光触媒，并以第一导流层201与第二导流层202的交错设置，相较于众所周知的净化机具有相同大小的供流空间101中，本发明的流体净化装置1的净化效果与处理效率都高于30％以上。

请参考图2，导流结构20穿设有一装着孔30，用以装设至少一紫外线灯具50。多个镀有光触媒的透明基材60沿着导流结构20填充于供流空间101内，图2中的箭头方向乃指流体流动的方向，在本实施例中，流体输入口104设置于内环壁102且位于上方靠近中空部710，使欲净化的流体自流体输入口104进入，沿着第一导流层201往外环壁103方向流动，并从预设间隙往下流到第二导流层202，接着往内环壁102方向流，并经过预设间隙后往一层流，如此重复前述的流向直到从流体输出口105。

在此，本发明所揭露的导流结构20中所使用的泡沫金属，其气泡的孔隙大小与透明基材60彼此堆栈后的间隙，是可以进行调整的，于本实施例中，透明基材60使用圆形的玻璃圆球，如果要其堆栈后的间隙大于导流结构20的气泡孔隙，则可以选用直径较大的圆形透明基材60，据此，可以控制流体流动时，有筛选的效果，结构比较大的流体，会从间隙比较大的透明基材60之间的间隙流动，结构比较小或比较细致的流体，会从导流结构20中泡沫金属的气泡孔隙往下一层流动。

请参考图3，为本发明的流体净化装置的俯视图，于第一管状腔体10中，以一定的间距设置紫外线灯具50，最佳的距离为紫外线与光触媒可作用的距离；当然，并不以此为限，考虑透明基材60与紫外线灯具50数量的匹配，内环壁102或外环壁103为可透光材质，据此，于中空部710亦可设置紫外线灯具50，甚至是第一管状腔体10的外围沿着外环壁103都可以设置紫外线灯具50。

据此，透过本发明所提出的流体净化装置1，以多个镀有光触媒的透明基材60沿着导流结构20充填于供流空间101内，藉此不仅增加比表面积，透过紫外线灯具50沿着圆形管状腔体的排列，加上使用镀有光触媒的透明基材60，使光触媒与光接触的面积增加，提高光触媒的有效作用达倍数以上；同时，以往遇到比较严重的污染源，由于阻挡了光触媒吸收紫外线的效率，因此也造成光触媒无法发挥效果，而本发明的所揭露的结构，即使镀了光触媒的表面被污染物覆盖，也可以藉由背面透光的机制，让紫外线从背面照射而使光触媒的功能被启动，同时，藉由导流结构20的泡沫金属设计，其又具有承受荷重的效果，因此，即使供流空间101填满了透明基材60，导流结构20也不会因此变形，因此，除了增加了在有限的供流空间101中的比表面积，也增加流体在供流空间101内的滞留时间，可以使光触媒更完全的发挥作用，有效将流体中的污染物进行净化。

同时，本发明中所述的导流结构20中，由于使用一含有泡沫状气孔的金属材质，如前述的泡沫金属，此乃由于金属材质具有比较理想的硬度，且由于具有约80％的体积是空的，因此重量很轻但是又可以承受填充透明基材60的重量，在本实施例中，其泡沫气孔的孔隙大小视需求而设定，藉以控制流体的方向以及流量，并控制可以让少部分的流体自泡沫金属往下一层导流层流动。

在此，要特别说明的是，透明基材60至少包含一二氧化硅的石英、一玻璃、或一聚四氟乙烯(铁氟龙)的其中一种成分。而其形状选自于由一多边形及一圆形所组成的群组中的至少一种形状，据此，在固定的第一管状腔体10的空间内，可以有效增加比表面积。

此外，所述的光触媒包含磷化镓(gap)、砷化镓(gaas)、氧化锆(zro2)、硫化镉(cds)、钽酸钾(ktao3)、硒化镉(cdse)、钛酸锶(srtio3)、氧化铌(nb2o5)、氧化锌(zno)、氧化铁(fe2o3)、氧化钨(wo3)、氧化锡(sno2)或二氧化钛(tio2)其中至少一种。以目前的科技，二氧化钛(tio2)较为稳定，但是并不以此为限，未来可以视要处理的流体中，是液体还是气体，其有害物质是属于哪些类别，而挑选氧化能力较强、或还原能力较强的光触媒，以达到最佳的净化效果。在本发明中，欲净化的流体中所含的成分包含一有机挥发化合物(vocs)、或一氮氧化物(nox)。

请参考图4，为本发明的另一实施例的螺旋导流层侧视剖面示意图，此实施例中，将导流结构20设计为一螺旋导流层203，且螺旋导流层203亦使用含有泡沫状气孔的金属材质所组成，亦即泡沫金属，且较佳的方式是，使用镀有光触媒的泡沫金属。据此，一样有延长欲净化的流体在供流空间101内滞留的时间，进而达到最佳的净化效率与效果。

请参考图5，为本发明的流体净化装置另一实施方式示意图，其包含一第二管状腔体70，设置于第一管状腔体10的中空部710内。第二管状腔体70包含多个可互相组合的腔体701、一前置流道入口702与一前置流道出口703，多个腔体701具有互相通透的流道；而前置流道出口703与第一管状腔体10的流体输入口104相连通，据此，使欲净化的流体自前置流道入口702依序经过多个腔体701、而自前置流道出口703输入至第一管状腔体10的流体输入口104。

要特别说明的是，视欲净化的流体特性，多个腔体701内分别设置选自于一前置滤网模块、一高效空气过滤模块、一硅藻土过滤模块、一电浆过滤模块以及一静电集尘模块所构成群组中至少一个模块所组成。其中，更包含一发热装置(未绘)设置于多个腔体701的其中之一，据此，可以将欲净化的特定流体加以预热，提高其激发态的形成，因此，发热装置并不特别局限，只要有可以达到预定的温度即可，例如，也可以利用紫外线灯具50所产生的热能加以回收，在其中一个腔体701中，而让经过此腔体701的流体温度可以提高；或者，使用加热带的方式，围绕于一腔体701，使此腔体701之中产生一定的温度，而让经过此腔体701的流体温度可以提高。

在本实施例中，包含一风机110，当欲净化的流体为一气体时，风机110用以将气体送至第一管状腔体10的流体输入口104、或送至第二管状腔体70的前置流道入口702进行处理，但并不以此为限，例如，也可以把风机110设置在流体输出口105或前置流道出口703，利用风压的原理，也可以达成相同的效果。

请参考图6，为本发明的流体净化装置另一实施方式示意图，其包含一泵120，当欲净化的流体为一液体时，泵120用以将液体送至第一管状腔体10的流体输入口104、或送至第二管状腔体70的前置流道入口702，但并不以此为限，如前所述，也可以把泵120设置在流体输出口105或前置流道出口703，也可以达成相同的效果。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可理解及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。