空气过滤系统及其化学滤网.pdf

本发明公开了一种化学滤网，其具有相对的一进气面与一排气面，且此化学滤网包括一颗粒状吸附材以及一纤维状吸附材。颗粒状吸附材邻近进气面；纤维状吸附材配置于颗粒状吸附材与排气面之间。基于上述，本发明的化学滤网具有较长的寿命以及较佳的污染物去除效率。此外，一种包括前述化学滤网的空气过滤系统亦被提出。

1.  一种化学滤网，具有相对的一进气面与一排气面，其特征在于，该化学滤网包括：
一颗粒状吸附材，邻近该进气面；以及
一纤维状吸附材，配置于该颗粒状吸附材与该排气面之间；其中
该颗粒状吸附材包括含碳基、硅基、沸石及前述之组合其中之一，且纤维状吸附材为一碳纤维或一离子交换树脂纤维。

2.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该颗粒状吸附材为一活性碳颗粒或一离子交换树脂颗粒。

3.  如权利要求2所述的化学滤网，其特征在于，该活性碳颗粒为活性碳原碳或改质碳颗粒。

4.  如权利要求2所述的化学滤网，其特征在于，该离子交换树脂颗粒为阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或螯合型离子交换树脂。

5.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该碳纤维之原料选自酚醛系、聚丙烯晴系、沥青系、嫘萦系及其组合其中之一。

6.  如权利要求5所述的化学滤网，其特征在于，该碳纤维为活性碳纤维布、活性碳不织布或活性碳纤维束。

7.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该离子交换树脂纤维为阴离子交换树脂纤维布、阳离子交换树脂纤维布及螯合型离子交换树脂纤维布。

8.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该颗粒状吸附材构成一第一部分，而该第一部分形状为V型状、打折状或蜂巢状。

9.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该纤维状吸附材构成一第二部分，而该第二部分形状为V型状、打折状或蜂巢状。

10.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该颗粒状吸附材与该纤维状吸附材的厚度比例是介于10∶1～5∶1之间。

11.  如权利要求1所述的化学滤网，其特征在于，该颗粒状吸附材与该纤维状吸附材的重量比例是介于50∶1～25∶1之间。

12.  一种空气过滤系统，其特征在于，包括：
一进气管；
一化学滤网，具有相对的一进气面与一排气面，而该进气管连接该进气面，且该化学滤网包括：
一颗粒状吸附材，邻近该进气面；
一纤维状吸附材，配置于该颗粒状吸附材与该排气面之间；
一排气管，连接该排气面；以及
一风机，连接该排气管，且该排气管是连接于该风机与该化学滤网之间；其中
该颗粒状吸附材包括含碳基、硅基、沸石及前述的组合其中之一，且纤维状吸附材为一碳纤维或一离子交换树脂纤维。

13.  如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该颗粒状吸附材为一活性碳颗粒或一离子交换树脂颗粒。

14.  如权利要求13所述的化学滤网，其特征在于，该活性碳颗粒为活性碳原碳或改质碳颗粒。

15.  如权利要求13所述的空气过滤系统，其特征在于，该离子交换树脂颗粒为阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或螯合型离子交换树脂。
16如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该碳纤维的原料选自酚醛系、聚丙烯晴系、沥青系、嫘萦系及其组合其中之一。

17.  如权利要求16所述的空气过滤系统，其特征在于，该碳纤维可为活性碳纤维布、活性碳不织布或活性碳纤维束。

18.  如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该离子交换树脂纤维为阴离子交换树脂纤维布、阳离子交换树脂纤维布及螯合型离子交换树脂纤维布。

19.  如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该颗粒状吸附材构成一第一部分，而该第一部分形状为V型状、打折状或蜂巢状。

20.  如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该纤维状吸附材构成一第二部分，而该第二部分形状为V型状、打折状或蜂巢状。

21.  如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该颗粒状吸附材与该纤维状吸附材的厚度比例是介于10∶1～5∶1之间。

22.  如权利要求12所述的空气过滤系统，其特征在于，该颗粒状吸附材与该纤维状吸附材的重量比例是介于50∶1～25∶1之间。

空气过滤系统及其化学滤网
技术领域
本发明是有关于一种空气过滤系统及其化学滤网，且特别是有关于一种具有纤维状结构与颗粒状结构的空气过滤系统及其化学滤网。
背景技术
在现今科技社会中，许多的电子产品是以半导体芯片为重要核心的装置。这些半导体芯片必须在洁净室的环境中制造，因此去除洁净室环境中的微量气态分子污染物(airborne molecular contaminant，AMC)是一件极为重要的工作。
图1为现有技术一种活性碳颗粒滤网的局部结构示意图。请参考图1，为了去除洁净室环境中的微量气态分子污染物，一般常会使用活性碳颗粒滤网100，其中活性碳颗粒滤网100中具有分布较广且深度较深的孔洞102，而孔洞102内部更具有多个微孔洞104。当微量气态分子污染物在扩散至孔洞102之微孔洞104的表面后，会经由物理性或化学性吸附而固着于表面上，藉此以去除洁净室环境中的微量气态分子污染物。然而，微量气态分子污染物，因浓度驱动力低，因此在活性碳颗粒滤网100表面需停留一段较长的时间，气态污染物才能有效扩散进入至深层之微孔洞104中，亦即活性碳颗粒滤网100的质传阻力较大。
因此，习知的活性碳颗粒滤网100吸附微量气态分子污染物的吸附速率较慢。若环境中的微量气态分子污染物浓度很低(＜100ppb)时，其去除效率显得极差。更甚者，由于活性碳颗粒结构较易脆裂，因此容易导致活性碳颗粒滤网100发尘，污染洁净室环境。
除了上述的活性碳颗粒滤网100之外，习知技术中还有另一种可用以去除微量气态分子污染物的滤网。图2为现有技术的另一种活性碳纤维滤网的局部结构示意图。请参考图2，活性碳纤维滤网200具有较多外显表面积，并且在活性碳纤维滤网200中的微孔洞202较微小(＜2nm)、分布均匀。由图2可以看出，活性碳碳纤维滤网200的微孔洞202大部份外显于活性碳纤维滤网200的表面，微量气态分子污染物停留在活性碳纤维滤网200表面一段较短的时间后，便能扩散进入至微孔洞202中，亦即活性碳纤维滤网200的质传阻力小。因此，现有的活性碳纤维滤网200吸附微量气态分子污染物的吸附速率较快许多，其吸附速率是比活性碳颗粒滤网100快上数十倍甚至百倍以上。
虽然，现有活性碳纤维滤网200的吸附速率较快许多，且去除效率较佳，但其吸附微量气态分子污染物的吸附容量较低。若环境浓度有异常或突发性高浓度污染发生时，活性碳纤维滤网200的寿命会提早失效，无法长时间维持洁净室环境中的洁净度。此外，现有活性碳纤维滤网200的价格较贵，为了要维持洁净室环境的洁净度，必须经常更换活性碳纤维滤网200，这会造成维持洁净度的费用昂贵许多。
附带一提的是，目前现有技术有将活性碳颗粒滤网100(如图1所示)制作在传统不织布上，而成为如N95的口罩。不过此处所说的传统不织布并不具有吸附微量气态分子污染物的能力，换句话说，此传统不织布仅是作为活性碳颗粒滤网100的载具，或是用于阻挡灰尘，而并不类同前述的活性碳纤维滤网200(如图2所示)。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种寿命较长以及污染物去除效率较佳的化学滤网。
此外，本发明提供一种可长时间维持洁净室的清洁度的空气过滤系统。
本发明提出一种化学滤网，具有相对之进气面与排气面。此化学滤网包括颗粒状吸附材以及纤维状吸附材，其中颗粒状吸附材邻近进气面，而纤维状吸附材配置于颗粒状吸附材与排气面之间，且颗粒状吸附材包括含碳基、硅基、沸石及前述的组合其中之一，又纤维状吸附材为碳纤维或离子交换树脂纤维。
本发明另提出一种空气过滤系统，包括进气管、前述之化学滤网、排气管以及风机。进气管是连接化学滤网的进气面，而排气管是连接化学滤网的排气面，并连接于抽风机与化学滤网之间。
在本发明之一实施例中，上述的颗粒状吸附材例如为活性碳颗粒、离子交换树脂颗粒、沸石或分子筛。活性碳颗粒可为活性碳原碳或改质碳颗粒，而离子交换树脂颗粒可为阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或螯合型离子交换树脂。
在本发明的一实施例中，上述的碳纤维可为活性碳纤维布、活性碳不织布或活性碳纤维束，且碳纤维的材质例如是选自酚醛系、聚丙烯晴系(PAN)、沥青系(pitch)、嫘萦系(rayon)及其组合其中之一，而离子交换树脂纤维可为阴离子交换树脂纤维布、阳离子交换树脂纤维布及螯合型离子交换树脂纤维布。
在本发明的一实施例中，上述的颗粒状吸附材构成第一部分，而纤维状吸附材构成第二部分，且第一部分与第二部分的形状可为V型状、打折状或蜂巢状。
在本发明的一实施例中，上述的颗粒状吸附材与纤维状吸附材的厚度比例可介于10∶1～5∶1之间，且较佳的厚度比例可为7.5∶1。此外，颗粒状吸附材与纤维状吸附材的重量比例可介于50∶1～25∶1之间，且较佳的重量比例可为35∶1。
综上所述，在本发明的化学滤网与空气过滤系统中，颗粒状吸附材具有高吸附容量的特性，纤维状吸附材具有高吸附速率与高去除效率的特性。因此，本发明的化学滤网兼具有较长的寿命以及较佳的污染物去除效率，而利用本发明的化学滤网的空气过滤系统可以长时间维持洁净室的清洁度。
为让本发明的特征和特点能更明显易懂，下文特举诸实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为现有技术一种活性碳颗粒滤网的局部结构示意图；
图2为现有技术一种活性碳纤维滤网的局部结构示意图；
图3为依据本发明一实施例的化学滤网的结构示意图；
图4为依据本发明一实施例的空气过滤系统的结构示意图；
图5绘示利用浓度约为120ppb的甲苯气体的过滤效率的实验结果；
图6绘示利用浓度约为30ppb之异丙醇气体的过滤效率的实验结果；
图7绘示本发明的化学滤网与现有化学滤网的贯穿曲线图；
图8为依据本发明另一实施例的化学滤网的立体结构示意图。
100：活性碳颗粒滤网
102：孔洞
104：微孔洞
200：活性碳纤维滤网
202：孔微洞
300、500：化学滤网
300a：进气面
300b：排气面
320、520：颗粒状吸附材
322：孔洞
324：微孔洞
340、540：纤维状吸附材
342：微孔洞
400：空气过滤系统
410：进气管
420：排气管
430：风机
具体实施方式
图3为本发明一实施例的化学滤网的结构示意图。请参考图3，本发明的化学滤网300有相对的进气面300a与一排气面300b，并包括颗粒状吸附材320以及纤维状吸附材340。颗粒状吸附材320邻近进气面300a，且纤维状吸附材340是配置于颗粒状吸附材320与排气面300b之间，其中颗粒状吸附材320包括含碳基、硅基、沸石及前述的组合其中之一，且纤维状吸附材340为碳纤维或离子交换树脂纤维。当微量气态分子污染物从进气面300a进入化学滤网300，会先经过第一道的颗粒状吸附材320吸附，而部份未被吸附的微量气态分子污染物在经过第二道的纤维状吸附材340后便会被完全吸附，藉此以达到高度洁净空气的目的。
颗粒状吸附材320中具有分布较广且较深的孔洞322，而孔洞322内部又有多个不规则的微孔洞324。微量气态分子污染物在扩散至微孔洞324的内表面后，会藉由物理性或化学性吸附而固着于表面上。亦即，颗粒状吸附材320具有高吸附容量的特性。在图示中，为求方便仅绘示孔洞322与微孔洞324，然而在实际的颗粒状吸附材可具有多个不同层级的孔洞，如大孔洞、中孔洞、小孔洞与微孔洞等等。当微量气态分子污染物填满微孔洞后，便可再藉由凡得瓦尔力(Van der Waals force)而继续填满小孔洞或是中孔洞等等，因而使得颗粒状吸附材320具有高吸附容量的特性。
纤维状吸附材340的微孔洞342大部份是外显于纤维状吸附材340表面，微量气态分子污染物停留在纤维状吸附材340表面一段较短的时间后，便能扩散进入至微孔洞342中吸附，因此纤维状吸附材340吸附微量气态分子污染物的吸附速率较快，而具有高吸附速率的特性。此外，由于纤维状的结构，纤维状吸附材340具有高去除效率的特性，亦即在低浓度的环境下，纤维状吸附材340可有效去除微量气态分子污染物达到99％以上的程度。
当洁净室环境中的污染物浓度有异常或突发性高浓度污染发生时，具有高吸附容量特性的颗粒状吸附材320可在第一道防线吸附大多数的微量气态分子污染物，进而降低污染浓度。接着，纤维状吸附材340可在第二道防线快速吸附并有效去除微量气态分子污染物。因此，相较于现有的活性碳纤维滤网200(如图2所示)寿命不佳的问题而言，本发明的化学滤网300具有高使用寿命，并可长时间维持洁净室环境中的洁净度。此外，具有高吸附速率的纤维状吸附材340能够快速的吸附微量气态分子污染物，故能使洁净室环中的突发性高污染物浓度迅速降低。简而言之，本实施例的化学滤网300兼具有较长的寿命以及较佳的污染物去除效率。
更进一步而言，由于化学滤网300的前端为颗粒状吸附材320，后端为纤维状吸附材340。若前端的颗粒状吸附材320中的颗粒结构产生脆裂的情况，后端的纤维状吸附材340仍可吸附或拦截颗粒结构脆裂后散溢出的污染物。所以可以避免现有的活性碳颗粒滤网100(如图1所示)发尘而污染洁净室环境的问题。
在本实施例中，颗粒状吸附材320例如为活性碳颗粒、离子交换树脂颗粒或其它适当的材料，不过本发明并不限定颗粒状吸附材320的种类。详细而言，活性碳颗粒可为活性碳原碳或改质碳颗粒，而离子交换树脂颗粒例如为阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或螯合型离子交换树脂。
承接上述，纤维状吸附材340为碳纤维、离子交换树脂纤维或其它适当的材料，当然，本发明亦不限定纤维状吸附材340的种类。详细而言，碳纤维可为活性碳纤维布、活性碳不织布或活性碳纤维束，且碳纤维的原料可选自酚醛系、聚丙烯晴系、沥青系、嫘萦系及其组合其中之一。此外，离子交换树脂纤维例如为阴离子交换树脂纤维布、阳离子交换树脂纤维布及螯合型离子交换树脂纤维布。
请再参考图3，在本实施例中，颗粒状吸附材320构成第一部分，纤维状吸附材340构成第二部分，其中第一部分与第二部分均为V形状，且为6个连续V形状的结构。在此结构下，颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的厚度比例是介于10∶1～5∶1之间，且颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的重量比例是介于50∶1～25∶1之间。不过这些比例会随着颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的结构形状而有所调整，且一般原则是当气流通过滤材面速度愈快或停留时间愈短时，颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的比例差异需愈大。
为去除洁净室环境中的微量气态分子污染物，本发明另提出一种空气过滤系统400，如图4所示。本发明的空气过滤系统400包括进气管410、排气管420、风机430以及前述的化学滤网300。进气管410的一端是连接至洁净室(俗称无尘室)，而另一端的进气管410连接至化学滤网300的进气面300a。同样地，排气管420的一端是连接至风机430，而另一端的排气管420连接至化学滤网300的排气面300b。
当空气从进气管410通过进气面300a而进入化学滤网300后，便会依序通过颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340，以将空气中的微量气态分子污染物吸附于化学滤网300中。接着，过滤完成的空气便会从排气面300b离开化学滤网300，再经过排气管420而至风机430中。之后。风机430可将过滤后的空气再排放至洁净室，以完成空气洁净循环的过程。
附带一提的是，本发明并不限制风机430的配置位置。举例而言，风机430亦可配置于进气管410的前端，以将未过滤的空气送入进气管410中而经化学滤网300。此外，空气过滤系统400更可于化学滤网300前端配置初级滤网(pre-filer)(如纱网)，并于化学滤网300后端配置高效率微粒空气过滤器(HighEfficiency Particulate Air，HEPA)以进一步提升空气过滤系统400的过滤效果。熟悉此项技术的人当可轻易理解，于此便不再多作说明。
【实施例一】
在本实施例中，使用8-30mesh颗粒大小的活性碳作为颗粒状吸附材320构成第一部分，使用厚度1～5mm不织布纤维状吸附材340构成第二部分，其中第一部分与第二部分皆为V形状，且为6个连续V形状的结构。在此结构下，颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的厚度比例为7.5∶1，且颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的重量比例为35∶1。经由该实施例得到图5与图6气体过滤功效的实验结果。
图5与图6为现有的化学滤网与本发明的化学滤网的过滤实验数据图，其中图5与图6中分别显示浓度120ppb的甲苯气体以及30ppb的异丙醇气体的过滤效率。具体而言，A柱状体是代表本发明的化学滤网300，而B柱状体与C柱状体是分别代表市售产品的V型状与打折状的活性碳颗粒滤网(化学滤网)(如图1所示)。
在图5与图6中，柱状体是分别表示初始去除效率。由图5可轻易看出，在浓度约为120ppb甲苯气体浓度测试下，本发明的化学滤网300初始去除效率可达99.9％以上，而相同条件下的习知的市售产品初始去除效率则约为90％左右。由图6的数据图可以看的出来，另一污染测试气体(30ppb的异丙醇)则有较大的差异性，市售滤网产品去除效率约为50～70％(B柱状体与C柱状体)，而本发明的化学滤网300仍可维持在99.9％的初始去除效率(A柱状体)。经这些实验证实，利用本发明的化学滤网300确实能够得到比现有技术更好的过滤效果。
另外，发明人还进行了另一项实验，以验证本发明的化学滤网300乃具有较高的吸附容量。实验的结果如图7以及表1所示。请参照图7与表1，其中图7与表1分别为本发明的化学滤网300与现有的化学滤网的贯穿曲线图与吸附量比较表。在图7中，A曲线表示本发明的化学滤网300的去除效率曲线，B曲线与C曲线表示习知滤网的去除效率曲线。由结果显示，在相同10ppm加速浓度测试下，当去除效率降至50％时，本发明的化学滤网300的饱和吸附容量约为市售产品的2.5倍以上。
表1

请再参考图3，尽管本实施例的颗粒状吸附材320与纤维状吸附材340的形状均为V型，但是本发明并不限定其整体外观形状。举例而言，颗粒状吸附材与纤维状吸附材的外观形状可分别为V型状、打折状、或蜂巢状或其它合适的形状，并以不同的形状相搭配。以下将再另举实施例并搭配图示说明。
图8为依据本发明另一实施例的化学滤网的立体结构示意图。请参考图8，本实施例的化学滤网500与前述的化学滤网300相似，其差别仅在于化学滤网500的颗粒状吸附材520为蜂巢状结构，而化学滤网500的纤维状吸附材540为打折状的结构。
附带一提的是，打折状与V型状的结构差异在于V型状的吸附材厚度较厚，而打折状其吸附材厚度薄，可有数十个以上的折痕。更进一步而言，在V型状结构更可于表面上再增设打折状结构，以增加整体的表面积。此外，这些结构的搭配并不限定前述的实施例，熟悉此项技术的人当可依据前述而稍加调整，但其仍属本发明的范畴内。
综上所述，本发明的化学滤网及空气过滤系统至少具有下列特点：
一、本发明的化学滤网中，颗粒状吸附材具有高吸附容量的特性，纤维状吸附材具有高吸附速率与高去除效率的特性。如此一来，化学滤网便兼具有较长的寿命以及较佳的污染物吸附效率与去除效率。
二、若前端的颗粒状吸附材中的颗粒结构产生脆裂的情况，后端的纤维状吸附材可吸附或拦截颗粒结构脆裂后散溢出的污染物。所以，可以避免发尘、污染洁净室环境的问题。
三、基于本发明的化学滤网具有上述特点，利用本发明的化学滤网的空气过滤系统可以长时间维持洁净室的清洁度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，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。