低耗能脱附方法与装置 【技术领域】
本发明涉及一种脱附方法与装置，尤其涉及一种利用通电的方式使材料导电而进行脱附的一种低耗能脱附方法与装置。
背景技术
常见的吸附材料有多孔性碳材、沸石、硅胶等等，可以吸附空气中的有机挥发物(volatile organic compound，VOC)或水分，使用时常常是以多塔式构造或是转轮构造来实现连续的操作。例如某一塔进行吸附时，另一塔就进行脱附再生，待吸附与脱附再生达到饱和时，就交换流道。如果以转轮式的构造，则会在转轮的面积上区分出脱附再生与吸附的不同区域，通过转轮的转动，让材料交替地通过吸附与脱附再生区域，达到连续运转的目的。
再生脱附的方法不外乎通过温度极高的热风，通过热风加热吸附材料与被吸附的分子，让分子的热运动足以破坏吸附材料与被吸附分子间的键结力或吸引力，而达到脱附的目的。此种脱附方法必须要先加热空气，再通过空气与吸附材料间的热传来脱附，由空气加热器至吸附材料之间容易有热损失，再加上加热器本身的加热效率问题，因此，脱附所需的能源损耗极大。此外在一些要求轻薄短小的产品中，往往缺乏空间来安装足够面积的加热器，因为热交换面积不足，因此加热空气时加热器本身的表面温度极高，也造成额外的辐射热损失。
例如，图1为使用除湿转轮的家用滴水式除湿机能源消耗分析，加热器的表面温度极高，因此大部分的加热器消耗的电能，是以辐射的方式散出。在图一中的家用式除湿机的耗能分析中，滴水量约为6.6liter/day(20C，60％RH)，加热器耗电量约600瓦特，其中有479瓦特为辐射热，仅有121瓦特使用于加热空气。
现有技术转轮式吸附除湿机，都是以电热器加热再生侧气流，提高再生空气温度，该技术的加热脱附机制主要分为两部份：(一)气流热交换汽化：以加热循环气流产生温度梯度，以热交换所产生的热量汽化除湿体内除湿结构中的水份。由于需以高温空气才能进行水汽脱附，因此需要极高的耗能量才可达到烘干除湿的目标。(二)辐射热汽化：加热器中电热丝通过电流后产生高温，此一热量以辐射热的形式，使除湿体内的结构中的水分子可以直接吸收辐射热汽化脱附。由于辐射热量与表面温度成四次方正比，电热器表面都高于400℃以上，辐射热量极高，因此所产生的水汽脱附效应远较前述(一)中的气流热交换汽化脱附更为重要。
由上述两项汽化机制分析，现有技术的加热式再生脱附方式，不论是加热循环气流造成间接汽化脱附，或是辐射热被水分子吸收的同时，大部分辐射热量也被除湿体所吸收，因此，造成无可避免的耗能来源。另外，辐射热量所造成吸湿结构体表面温度上升，也不利于水分子的吸附，大幅降低除湿能力。因此加热式再生脱附法，是造成转轮式除湿装置耗能偏高，除湿效率降低的主因。
为了克服上述的问题，如图2所示，其为日本公开专利特开2001-179037揭露了一种利用等离子的方式来取代现有技术以加热脱附除湿体水分的方式示意图。在该技术中，利用设置于除湿单元10两侧的电极11与12产生等离子使除湿单元10所吸附的水分脱离。不过在该技术中，电极11与12并未直接与除湿单元10接触，为利用尖端放电产生等离子的方式来脱附除湿单元10。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种低耗能脱附方法，其通过对吸附材料直接通电使电流通过该吸附材料，以脱附被该吸附材料所吸附的物质，以降低脱附所需要的能源，并且可以提升脱附效率。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种低耗能脱附装置，其是在吸附材料两侧设置有电极，通过对该电极通电使得电流得以通过该吸附材料，进而脱附被该吸附材料所吸附的物质。另外，更可以于对应电极的区域设置导引气流的通道，使得气流得以通过通电的吸附材料，以增加脱附的速度。
在一实施例中，本发明提供一种低耗能脱附方法，包括有下列步骤：提供用一吸附材料；于该吸附材料的两侧接上导电电极；以及施加电压于该两侧的导电电极使该吸附材料导通电流进而脱附。
在另一实施例中，本发明更提供一种低耗能脱附装置，包括有下列步骤：一吸附材料，其提供吸附至少一物质；一对电极结构，其与该吸附材料地两侧相偶接；以及一电压源，其与该对电极相偶接，该电压源提供一电压于该对电极结构使该吸附材料导通电流进而脱附。
在另一实施例中，本发明更提供一种低耗能脱附装置，包括有下列步骤：一吸附材料，其提供吸附至少一物质；一对电极结构，其与该吸附材料的两侧相偶接；一电压源，其与该对电极相偶接，该电压源提供一电压于该对电极结构使该吸附材料导通电流进而脱附；以及一气流导引通道，其设置于该对电极结构的一侧。
综合上述，本发明提供的低耗能脱附方法与装置，由于具有降低能源使用以及增加脱附效果的优点。因此，已经可以提高该产业的竞争力以及带动周遭产业的发展。
【附图说明】
图1为现有技术使用除湿转轮的家用滴水式除湿机能源消耗分析示意图；
图2为日本公开专利特开2001-179037揭露的利用等离子的方式来取代现有技术以加热脱附除湿体水分的方式示意图；
图3为本发明的低耗能脱附方法实施例流程示意图；
图4为本发明的低耗能脱附装置实施例示意图。
图5A为本发明的电极结构正视示意图。
图5B为本发明的电极结构与吸附材料剖面示意图。
图6为本发明的电极结构动作示意图。
图7为本发明的电极结构连接有气流导引通道示意图。
图8为以除湿机中使用的除湿轮进行测试的结果。
其中，附图标记：
10-除湿单元
11-12电极
2-低耗能脱附方法
20～22-步骤
3-脱附装置
30、300-吸附材料
31、32-电极结构
310-网状金属电极
311、321-绝缘框架
312、322-金属框
313-脱附结构区域
314-导电层
33-电压源
330-电刷
34-气流导引通道
90-气流
【具体实施方式】
为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：
请参阅图3所示，该图为本发明的低耗能脱附方法实施例流程示意图。在本实施例中，该方法包括有下列步骤，首先以步骤20提供用一吸附材料。该吸附材料用于吸附有机挥发物、氮气或者是水分，但不以此为限。一般而言，比较常见的是该吸附材料应用于家用除湿设备，例如：除湿轮式除湿设备，但不以此为限。至于该吸附材料的材质，可为多孔性材质，例如：沸石、硅胶、活性碳、纳米碳管、金属有机架构复合物(metal organic framework)等。此外，该吸附材料也可为除氢金属的非多孔性材质。
接着进行步骤21，于该吸附材料的两侧接上导电电极。然后，进行步骤22，施加电压于该两侧的导电电极使该吸附材料上的一物质脱离该吸附材料。在本实施例中，施加的电压可为交流电压或者是直流电压。当电流通过吸附材料会造成温度上升，同时影响被吸附分子与吸附材料间的键结力，因此造成脱附效果。电流导通的机制可以是吸附材料中的离子跃迁，也可以是被吸附分子的解离所造成的离子或质子传导，也可以是二种作用的综合结果。如果吸附对象是水分子的话，也可能由于水分子对吸附材料中的离子作用，增加导电度。无论如何，由于直接对材料作用，不须先加热空气，因此，效果直接，可减少热损失，降低脱附能耗。另外，在步骤22之中，更可以施加一气流，使该热其流通过通电脱附的区域。通过该热气流的流动，更可以增加脱附速度，以提升吸附材料脱附的效果。在一实施例中，该气流为经过加温的较高温度的气流，以增加吸附材料脱附的效果。
请参阅图4所示，该图为本发明的低耗能脱附装置实施例示意图。在本实施例中，该装置3具有一吸附材料30、一对电极结构31与32以及一电压源33。该吸附材料30，其提供吸附至少一物质。该吸附材料30以及可以吸附的物质如前所述，在此不做赘述。该对电极结构31与32，其与该吸附材料30的两侧相偶接。该电压源33，其与该对电极结构31与32相偶接，该电压源33提供一电压于该对电极结构31与32。该电压源33可为直流电或者是交流电。由于电极结构31与32施加在吸附材料30的二端，当通电之后，吸附材料30通过电流即可造成脱附。
以除湿轮的除湿设备为例，为了让在除湿轮旋转时仅于除湿轮的吸附材料的特定区域内产生脱附的反应，以及让吸附材料的其它区域维持吸附的效果，在电极上更具有绝缘体来将电极分成多个区域。每个区域之间因为有绝缘体的存在之故，因此，可以确保电极通电时仅有特定区域有能导电，使得吸附材料上对应通电电极的区域可以产生脱附效果，而其它未被通电的电极区域则可以维持吸附的能力。
请参阅图5A所示，该图为本发明的电极结构正视示意图。在本实施例中，以电极结构31为例，该电极结构31具有一网状金属电极310以及一绝缘框架311。该网状金属电极310的材料并无一定限制，只要是可以导电的金属材料即可。在该网状金属电极310的外围具有金属框312，一方面可以维持该网状金属电极310的平整，另一方面可以作为旋转时接触电刷330的接触点。而该绝缘框架311设置于网状金属电极310的内部，以将该网状金属电极310内被分成多个脱附结构区域313。该绝缘框架311除了可将该网状金属电极310分成多个导电区域外，更可以强化网状金属电极310的结构，并且维持网状金属电极310的平整度。相邻的脱附结构区域之间因为具有绝缘框架311之故，因此可以相互绝缘，将来当电刷330接触到金属框312时，也只有金属框312连接到的脱附结构区域会导电，而不会影像到相邻的脱附结构区域。
请参阅图5B所示，该图为本发明的电极结构与吸附材料局部剖面示意图。网状金属电极310与吸附材料30之间涂上一导电层314，以降低接触电阻，并促使电流均匀分布。在本实施例中，该导电层314为一银漆或者是其它导电性材料。请参阅图6所示，该图为本发明的电极结构动作示意图。吸附材料30的两侧分别具有电极结构31与32，当吸附材料30转动时与电刷30接触的金属框312会接触到对应的脱附结构区域，使得脱附结构区域导电。由于本发明的电极结构31与32具有绝缘框架311与321的设计，所以当电刷330接触到电极结构31与32的金属框312与322时，由于导电仅有对应到接触位置的脱附结构区域，因此，可以确保仅有对应到脱附结构区域的吸附材料300有电流通过而进行脱附。至于没有对应到通电的吸附材料30则可以继续吸附动作，使得该吸附材料30可以同时具有吸附与脱附的效果。请参阅图7所示，在对应电刷330所接触到的脱附结构区域的两侧更可以设置一气流导引通道34。该气流导引通道34可以将气流90导入对应通电的脱附结构区域内，通过气流通过对应通电的脱附结构区域的吸附材料，将被脱附的物质带出，以增加脱附速度。为了增加气流带出物质的效率，该气流90可以是经过加热的较高温度气流，以辅助脱附再增加脱附速度。
上述脱附方法可以适用于任何具有电导通能力的吸附材料与被吸附分子组合，实施时可以是应用在固定床或塔式脱附，也可以应用在转轮脱附。例如应用在家用转轮式滴水除湿机，图8为以除湿机中使用的除湿轮进行测试的结果。原除湿机脱附水量约6.6公升/天(20℃，60％RH)，脱附是采用热风加热方式，所需的耗电量为600瓦特(如图1所示)，相当于每脱附1g水量，需要7854J的能量。而在除湿轮不旋转的实验中，采用电极通电而非热风脱附，耗能仅为4200～4700J/g。
图8中的纵轴是除湿轮重量的下降程度，表示脱附的水量，横轴则为时间。不同的曲线代表多次的实验，每次实验时间长短不同，其中，各条线的含义如下：
3sec Wt.D＝77mm#Vin＝200
6sec Wt.D＝77mm#Vin＝200
10sec Wt.D＝77mm#Vin＝200
15sec Wt.D＝77mm#Vin＝200。
图8标示的数字是实际量测的耗电量除上脱附水量而得。由图8可知，采用电极通电的方可以省能45％以上(由7854J/g下降至4200J/g)。图8的数据虽然是在除湿轮不转动的情形下进行测试，但是相同的原理可以利用在各种情况，包括塔式与转动式的转轮，差别仅在于电极接触型式的改变。
综合上述，本发明提供的低耗能脱附方法与装置，由于具有降低能源使用以及增加脱附效果的优点。因此，已经可以提高该产业的竞争力以及带动周遭产业的发展。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。