[发明专利]凝结管及使用其的过滤模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜蒸馏用构件，特别是涉及一种应用于空气间隙薄膜蒸馏(air-gap membrane distillation；AGMD)，且可提高薄膜蒸馏的通量(flux)，进而提高蒸馏速度的凝结管及使用其的过滤模块。

背景技术

薄膜蒸馏，是藉由一可通过蒸气但不通过液体的多孔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)、空气间隙薄膜蒸馏(air-gap membrane distillation；AGMD)、空气扫掠薄膜蒸馏(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，而且也适合应用于在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WO8607585A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。

由此可见，上述现有的薄膜蒸馏模块或系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，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新型结构的凝结管及使用其的过滤模块，以提高薄膜蒸馏模块或系统的通量，达到实用化的需求，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。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的薄膜蒸馏模块或系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的凝结管及使用其的过滤模块，所要解决的技术问题是使其可以提高空气间隙薄膜蒸馏的通量，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，克服现有的薄膜蒸馏模块或系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的凝结管，所要解决的技术问题是使其应用于空气间隙薄膜蒸馏模块时，除用于支持薄膜外，还可提供各种空气间隙的厚度及数目，藉由调整这些可变结构，可提高渗透通量，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，克服现有的薄膜蒸馏模块或系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的过滤模块，所要解决的技术问题是使其藉由结合电能、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，从而更加适于实用。