TWI511774B

TWI511774B - 除濕系統

Info

Publication number: TWI511774B
Application number: TW102115720A
Authority: TW
Inventors: Chin Chih Tai; Yun Hsin Wang; Yi Shan Lee; Tzer Shen Lin
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-12-11
Also published as: TW201424826A

Description

除濕系統

本發明是有關於一種氣體吸附系統，且特別是有關於一種除濕系統。

除濕技術一般可分為壓縮式(compression)冷凍式(refrigerati-on)、液態吸附式(liquid sorption)、固態吸附式(solid sorption)和薄膜分離式(membrane separation)等數種技術；其中以冷凍式與固態吸附式最為常見。在能源危機衝擊下，以沸石進行固態吸濕的方式因為最為節能省電而受到研究者的注目。然而，沸石吸附材料的吸附量，和氣體自其脫附所需之能源與時間一直是待突破的議題。此外，沸石造粒(pelletize)的過程中所加入之黏著劑(binder)，會大幅減少沸石的吸附能力，並降低吸附與脫附之速率。

本發明提供一種除濕系統，具有良好的除濕能力。

本發明提供一種除濕系統，包括氣體導引裝置以及中空吸附纖維模組。氣體導引裝置是用以帶動氣體；中空吸附纖維模組包括至少一中空吸附纖維，用以在氣體通過中空吸附纖維時，吸附氣體中的水分。中空吸附纖維包括具有第一端和第二端的管狀主體以及配置於管狀主體中且自第一端延伸至第二端的通道。

在本發明的一實施例中，中空吸附纖維模組包括由多個中空吸附纖維所組成的管狀中空吸附纖維管束。

在本發明的一實施例中，通道包括曲折或內螺旋通道。

在本發明的一實施例中，中空吸附纖維包括高分子材料以及吸附材料。

在本發明的一實施例中，高分子材料包括聚醚碸(polyether-sulfone，PESF)、聚苯碸(polyphenylsulfone，PPSU)或聚醯亞胺(Polyimide，PI)。

在本發明的一實施例中，吸附材料包括A型沸石、X型沸石、Y型沸石、矽膠、碳分子篩、高矽分子篩、活性碳或兩種以上前述吸附材料的組合。

在本發明的一實施例中，中空吸附纖維更包括導電材料。

在本發明的一實施例中，中空吸附纖維是至少包括第一層與第二層的兩層或多層結構。

在本發明的一實施例中，中空吸附纖維的第一層與第二層含有不同的吸附材料。

在本發明的一實施例中，中空吸附纖維的第一層包括吸附材料，第二層包括導電材料。

在本發明的一實施例中，第一層在第二層之內。

在本發明的一實施例中，第一層在第二層之外。

在本發明的一實施例中，導電材料包括活性碳、石墨、碳黑、金屬粉末、金屬氧化物或兩種以上前述導電材料的組合。

在本發明的一實施例中，導電材料具有正電阻溫度係數(positive temperature coefficient of resistance，PTC)。

在本發明的一實施例中，除濕系統更包括電源，用以使電流流過中空吸附纖維。

在本發明的一實施例中，除濕系統更包括加熱裝置，用以使吸附至中空吸附纖維的水分脫附。

在本發明的一實施例中，除濕系統更包括致冷裝置，用以使自中空吸附纖維脫附的水氣冷凝(condense)成液態水。

在本發明的一實施例中，除濕系統更包括濕度感應裝置，用以感測環境濕度。

在本發明的一實施例中，前述氣體導引裝置為第一氣體導引裝置，其用以使氣體通過所述中空吸附纖維模組。前述除濕系統更包括第一濕度感應裝置、殼體(housing)、致冷裝置、集水盒、第二濕度感應裝置以及溫度感測裝置。第一濕度感應裝置配置於第一氣體導引裝置上，用以感測經過第一氣體導引裝置的氣體的濕度。殼體具有第一開口與第二開口；中空吸附纖維配置於殼體中；第一氣體導引裝置鄰近第一開口配置，且氣體經由第一開口和第二開口進入或離開殼體。致冷裝置配置於殼體中，用以使自中空吸附纖維脫附的水氣冷凝成液態水。集水盒配置於殼體中，用以儲存液態水。第二濕度感應裝置配置於殼體中，且位於中空吸附纖維的下游處，用以感測通過或即將通過中空吸附纖維的氣體的濕度。溫度感測裝置配置於中空吸附纖維上，用以感測中空吸附纖維的溫度。

在本發明的一實施例中，除濕系統更包括第二氣體導引裝置，鄰近所述第二開口配置，用以使氣體經由第二開口進入或離開殼體。

基於上述，本發明提供一種除濕系統，包括中空吸附纖維與氣體導引裝置。中空吸附纖維為一種多孔結構。相較於習知的吸附材料，這種獨特的中空吸附纖維的吸附能力更強。如果在中空吸附纖維中添加具有PTC特性的導電材料，則中空吸附纖維還可以作為對氣體提供熱能的熱源以及過熱保護裝置。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10、20、30‧‧‧中空吸附纖維

12‧‧‧管狀主體

14‧‧‧曲折通道

12a‧‧‧第一端

12b‧‧‧第二端

22‧‧‧第一層

24‧‧‧第二層

40、204、304、404、504、604、704‧‧‧中空吸附纖維模組

50、202、208、302、402、502、602、702‧‧‧氣體導引裝置

60‧‧‧中心針頭

70‧‧‧第一噴嘴

80‧‧‧第二噴嘴

100、200、300、400、500、600、700‧‧‧除濕系統

201、601‧‧‧管材

203、205、207、305、505、605、705‧‧‧空氣

206、218、306、318、406、418、506、518、606、618、706、718‧‧‧濕度感應裝置

210、310、410、510、610‧‧‧電源

212、312、412、512、612、712‧‧‧致冷裝置

214、314、414、514、614、714‧‧‧集水盒

216、316、416、516、616‧‧‧溫度感應裝置

303、403、503、603、703‧‧‧空氣

313‧‧‧冷凝區

315‧‧‧路徑

617‧‧‧抽氣泵浦

719‧‧‧加熱裝置

圖1是本發明的中空吸附纖維的一種實施例的側視圖。

圖2是本發明的中空吸附纖維的一種實施例的剖面圖。

圖3是紡絲頭的一種實例的剖面圖。

圖4是本發明的除濕系統的一種實施例的示意圖。

圖5A至圖5F是本發明的除濕系統的數種非限制性實施例的示意圖。

圖6是水氣吸附實驗的實驗設備配置圖。

圖7是筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在常壓、氣體流量1 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線圖。

圖8是傳統顆粒狀、筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在常壓、氣體流量為5 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線圖。

圖9是筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在壓力2.5 bar、流量1 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線圖。

圖10是傳統顆粒狀、筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在壓力2.5 bar、流量5 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線圖。

圖11A是筆直通道的中空吸附纖維分別在常壓及壓力2.5 bar的條件下，以氣體流量1 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線圖。

圖11B是螺旋通道的中空吸附纖維分別在常壓及壓力2.5 bar的條件下，以氣體流量1 L/min進行之吸附實驗所得的吸附曲線圖。

在本說明書中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，即使在沒有具體揭露此範圍中的其他數值時，仍然涵蓋此範圍中的任意數值以及由此範圍中的任意數值界定出的較小範圍。例如，「1 cm至100 cm」的長度範圍，在說明書沒有特別揭露1 cm至100 cm之間的其他數值時，仍然涵蓋「2 cm至58 cm」的長度範圍。

本發明提供一種除濕系統，包括氣體導引裝置以及中空吸附纖維。氣體導引裝置可以輸送氣體；氣體導引裝置可以是風扇(例如一般常見之直流風扇、庫克里彎刀風扇或渦輪風扇，其流量可選擇範圍為2-3000 L/min，風扇電壓為5-24 V_DC )等。環境中的氣體經由氣體導引裝置的驅動，可以通過中空吸附纖維的中空部分。中空吸附纖維含有吸附材料，在氣體通過中空吸附纖維時，可以吸附氣體中的水分。

以下將列舉實施例與實驗例，具體說明中空吸附纖維的結構與製作方法。然而，本發明的中空吸附纖維不以下文所述者為限。關於本發明的中空吸附纖維的其他實施例，可以參考2008年3月14日於世界知識產權局(WIPO)提申，名稱為“REGENERABLE ADSORPTION UNIT”的PCT專利申請案(公開號WO 2008/110820 A1)、2012年12月19日於美國專利局提申，名稱為“HOLLOW FIBERS HAVING WINDING CHANNEL”的專利申請案(申請號13/719945)以及2012年12月20日於美國專利商標局(USPTO)提申，名稱為“HOLLOW FIBER ADSORBENT AIR DEHUMIDIFIER”的臨時專利申請案(申請號61/740,441)。前述三案的揭露內容以引用方式全文併入本說明書，得作為解讀與修改本說明書的依據。

圖1繪示本發明的中空吸附纖維的一種實施例的側視圖。為了清楚表示中空吸附纖維的結構，圖1進一步以虛線繪示位於中空吸附纖維內部的曲折通道。

如圖1所示，在本實施例中，中空吸附纖維10包括管狀主體12與曲折通道14。管狀主體12具有第一端12a以及第二端12b；曲折通道14配置在管狀主體12中，自第一端12a延伸至第二端12b。管狀主體12可以具有多孔結構，因此，氣體在通過曲折通道14時，可以吸附至管狀主體12。在一實施例中，曲折通道14可以是螺旋形(spiral)通道，但是本發明並不以此為限，在其他實施例中，曲折通道14也可以是鋸齒(zigzag)形或其他種類的曲線形(curved)通道。或者，中空吸附纖維也可以由管狀主體與筆直(straight)通道(未繪示)組成。如果通道呈曲線形，氣體穿過中空吸附纖維時會經過較長的路徑，吸附及分離的效果會更好。

在本實施例中，曲折通道14的直徑介於0.05 mm至9.95 mm之間，例如0.1 mm至5 mm、0.5 mm至2 mm、0.2 mm至0.6 mm、1 mm至3 mm。管狀主體12的長度可以是曲折通道14的長度的10%至90%，例如20%至60%、20%至40%、10%至80%、20%至70%。管狀主體12的壁厚度可以在0.05 mm至9.95 mm之間，例如0.5 mm至4 mm、0.5 mm至2 mm、0.1 mm至9 mm、0.2 mm至8 mm、1 mm至4 mm、1 mm至5 mm。管狀主體12的外徑可以在0.1 mm至10 mm之間，例如1 mm至5 mm、1 mm至3 mm、3 mm至8 mm、2 mm至4 mm、0.2 mm至2.5 mm、0.3 mm至6 mm、0.5 mm至3 mm。管狀主體12的有效表面孔隙率(effective surface porosity，即表面孔隙率與孔的長度的比，ε /L_p )可以在100至10000之間，例如200至8000、400至6000。管狀主體12的孔徑可以在1 nm至50 μm之間，例如0.1 μm至10 μm、1 nm至100 nm、10 nm至50 μm。管狀主體12的表面積體積比(surface-area-to-volume ratio)可以在10 m² /m³ 至20000 m² /m³ 之間，例如10 m² /m³ 至10000 m² /m³ 、200 m² /m³ 至6000 m² /m³ 、1000 m² /m³ 至4000 m² /m³ 、100 m² /m³ 至5000 m² /m³ 、250 m² /m³ 至3000 m² /m³ 、500 m² /m³ 至8000 m² /m³ 。

在本實施例中，中空吸附纖維10包括高分子材料以及吸附材料。高分子材料可以作為黏結劑，其在中空吸附纖維10中佔的比例可以在5 wt%至90 wt%之間。高分子材料的選擇至少需考量以下因素：1)中空吸附纖維10所需的機械性質(柔軟性)；2)中空吸附纖維10所需的耐熱性；以及3)高分子材料與吸附材料之間的相容性。高分子材料例如是聚碸(PSF，polysulfone)、聚醚碸(polyethersulfone，PESF)、聚苯碸(polyphenylsulfone，PPSU)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、乙酸纖維素(cellulose acetate，CA)、聚醯亞胺(polyimide，PI)或兩種以上前述化合物的混合物。

在本實施例中，吸附材料在中空吸附纖維10中佔的比例可以在80 wt%至95 wt%之間。吸附材料可以呈粉末型態，且例如是A型沸石(例如3A、4A或5A)、X型沸石(10X)、Y型沸石(13X)、矽膠(silica gel)、碳分子篩(carbon molecular sieve)、高矽分子篩(high silica molecular sieve)、活性碳(activated carbon)或兩種以上前述吸附材料的組合。

在本實施例中，中空吸附纖維10還可以含有導電材料。一般來說，使氣體自吸附材料上脫附的方法，是對吸附材料(及吸附於其上的氣體)加熱，使氣體具有更高的能量，從而得以克服吸附材料對氣體的吸引力。如果中空吸附纖維10含有導電材料，就可以藉由焦耳加熱(joule heating)的方式(亦即，使電流流過中空吸附纖維10)，對中空吸附纖維10進行加熱。藉此，可以省略額外的加熱裝置，簡化系統，降低成本。導電材料可以呈粉末型態，例如是活性碳、石墨、碳黑(carbon black)、金屬粉末、金屬氧化物(例如氧化銅或BaTiO₃ )或兩種以上前述導電材料的組合。此外，導電材料可以是具有正電阻溫度係數(positive temperature coefficient of resistance，PTC)的材料，更具體地說，導電材料的電阻可以在溫度升高到某個程度時劇烈上升，從而達到斷電保護的效果。

圖2是本發明的中空吸附纖維的一種實施例的剖面圖，圖2所繪示的剖面與中空吸附纖維的軸向垂直。在圖2中，中空吸附纖維20是包括第一層22與第二層24的雙層結構。然而，本發明並不以此為限，在其他實施例中，中空吸附纖維20可以是單層結構，也可以是超過兩層的多層結構。

如圖2所示，中空吸附纖維20包括第一層22與第二層24。在圖2中，將第一層22繪示為內層，第二層24繪示為外層；然而，以下對第一層22與第二層24的描述並不限於這種配置，也就是說，在其他雙層結構的實施例中，第一層22可以是外層，而第二層24可以是內層。

第一層22與第二層24可以含有相同或不同的材料。具體地說，第一層22與第二層24可以各自包含相同或不同的高分子材料、吸附材料或導電材料。在此，各種材料的選擇可以參考針對圖1所描述的內容。如果第一層22與第二層24含有的材料相同，則其孔隙率或孔徑必須不同，從而得以區分為兩層不同的結構。在一實施例中，第一層22與第二層24可以含有不同的吸附材料，藉此使中空吸附纖維20成為多功能的吸附纖維。例如，藉由適當的材料選擇，第一層22可以吸附水氣，而第二層24 可以吸附二氧化碳或者用來除臭。此外，兩層或兩層以上的多層結構，還具有調整中空吸附纖維的機械性質的效果。舉例來說，可以在內層配置較多的吸附材料，促進中空吸附纖維的吸附效果，同時，在外層配置較多的高分子材料，確保中空吸附纖維的機械性質。

在一實施例中，第一層22可以含有吸附材料，而不含有導電材料；第二層24含有導電材料。此時，第二層24又稱為導電中空纖維，可以用來加熱(藉由焦耳加熱)中空吸附纖維20。在這種實施方式中，第一層22與第二層24所需的耐熱性不同，因此，可以各自包含不同的高分子材料，例如第一層22可含有PESF或PPSU，而第二層24可含有PI且同時含有PESF或PPSU。在另一實施例中，第二層24除了含有導電材料以外，也可以額外含有吸附材料(其量例如10 wt%)，以增進中空吸附纖維20的吸附能力。在圖2中，導電中空纖維為在中空吸附纖維20的外層，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，導電中空纖維也可以是中空吸附纖維的內層。

接著將舉例說明中空吸附纖維的製作方法。雖然下文是以雙層纖維為例，然而，紡絲技術領域中具有通常知識者，根據以下的說明，無須過度實驗，即可以製作出前文所述的任一纖維(包括單層纖維與多層纖維)。

1.〈製備紡絲原液(spinning dope)〉

1)製備高分子溶液

選取高分子材料(例如約100 g)，置入1 L的玻璃瓶中。高分子材料可為PSF、PESF、PPSU、CA、PVDF或PI。加入N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、二甲基乙醯氨(dimethyl acetamide，DMAC)、二甲基甲醯胺(dimethyl formamide，DMF)或其他有機溶劑(例如約400 ml至500 ml)。將高分子/有機溶劑混合物置於滾筒式攪拌器(轉速例如50 rpm至100 rpm)，攪拌約24小時，直到高分子完全溶解。

2-1)製備吸附纖維的紡絲原液

將高分子/有機溶劑澄清液置於高速攪拌器(轉速例如1000 rpm至3000 rpm)，並緩慢加入重量為高分子材料的4倍至7倍(例如500 g至700 g)的粉體吸附材料(例如3A、4A、5A、13X或矽膠)，攪拌6小時至12小時。

2-2)製備導電纖維的紡絲原液

將高分子/有機溶劑澄清液置於高速攪拌器(轉速例如1000 rpm至3000 rpm)，並緩慢加入重量為高分子材料的4倍至7倍(例如500 g至700 g)的粉體導電材料(例如碳分子篩、活性碳、碳黑、石墨或金屬氧化物)，攪拌6小時至12小時。

3)將步驟2-1或2-2製得的混合物置於滾筒式攪拌器(轉速例如50 rpm至100 rpm)，脫泡(degas)24小時至48小時。

2.〈紡絲過程〉

1)提供紡絲頭(spinneret)，其具有中心針頭(tube)及環繞中心針頭的第一噴嘴(orifice)與第二噴嘴；其中，中心針頭的斜角(bevel angle)為0度至90度。圖3是紡絲頭的一種實例的剖面圖，其中，中心針頭、第一噴嘴與第二噴嘴分別以元件符號60、70與80標示。在圖3中，中心針頭60的斜角為45度，透過這種紡絲頭製作的中空纖維將會具有內螺旋通道。

2)藉由氣體施加壓力(例如是4至6 bar氮氣)，使芯液(bore fluid，例如水、丙酮或乙醇)自中心針頭流出(流速例如是4 ml/min至10 ml/min)，第一紡絲原液自第一噴嘴流出，第二紡絲原液自第二噴嘴流出。如果要製作具有筆直通道的中空纖維，則將中心針頭的斜角維持為0度；如果要製作具有內螺旋通道的中空纖維，則將中心針頭的斜角維持為大於0度，同時啟動紡絲頭上的帶動馬達(轉速例如是60 rpm至120 rpm)，使中心針頭開始自旋，以形成具有內螺旋結構的中空纖維前驅物。

3)在凝結槽(凝結液例如為水)中使中空纖維前驅物凝結，以獲得中空纖維。

4)在凝結槽中靜置中空纖維24小時至48小時，使之完全成形。

5)將中空纖維自凝結槽中取出，令其自然晾乾。

表1為樣品1與2之中空吸附纖維的配方。

表1中，樣品1是具有雙層結構的中空吸附纖維，其中內層與外層都是由吸附材料和高分子組成。樣品2同樣是具有雙層結構的中空吸附纖維，其內層是由吸附材料和高分子材料組成，外層是由導電材料和高分子材料組成，且外層的導電材料也可以具有吸附能力(例如，導電材料為活性碳)。當然，本發明並不限於表1揭露的各種材料。事實上，幾乎所有習知的粉末類吸附材料都可以藉由前述的方法製成中空吸附纖維。

圖4是本發明的除濕系統的一種實施例的示意圖。如圖4所示，完成中空吸附纖維的製作以後，取多支中空吸附纖維30，以習知的固定手段將其固定為一束，即完成中空吸附纖維模組40。在中空吸附纖維模組40的一端處設置氣體導引裝置50(例如，抽氣風扇)，即構成除濕系統100的原型。氣體通過中空吸附纖維30時，其吸附量與氣體流速有關，流速愈大，吸附量愈低；因此，調整氣體導引裝置50的氣體運輸量(例如，如果氣體導引裝置50是風扇，則調整其轉速或功率)，可以調節除濕系統的除濕力。

在一實施例中，除濕系統100的總功率約100 watts左右(含風扇功率0.48-5 watts、導電纖維或PTC加熱裝置約60 watts。如使用致冷器，其功率約30 watts。且除濕系統100運作時，加熱及致冷裝置的啟動時間只佔吸附時間之1/3~1/2，故總耗電功率遠低於100 watts。同時，除濕系統100運作時只有風扇會產生噪音，其噪音值遠小於25 dBA。反觀目前市面除濕輪機種，一般耗電在200-600 watts之間，甚至大於600 watts，主要是因為除濕輪之加熱脫附系統是連續運作，且加熱裝置功率佔總功率1/2以上，且除濕輪使用高扭力風扇(噪音值約大於39 dBA，功率即佔50-60 watts以上)，所以除濕系統100的功率遠低於目前之除濕輪系統。

本發明的除濕系統除了中空吸附纖維與氣體導引裝置之外，還可以包括其他元件。以下將參照圖式，列舉一些可能的實施方式。

圖5A至圖5F是本發明的除濕系統的數種非限制性實施例的示意圖。為了描述的簡易起見，本文將使用諸如「上」、「下」、「左」、「右」以及類似的空間相對術語，以描述圖中的一個元件相對於另一元件的關係。應理解的是，除了圖中所繪的定向之外，所述空間相對術語意欲涵蓋使用時或操作時裝置的不同定向。舉例而言，若翻轉圖中的裝置，則描述為在其他元件「下」的元件將定向於其他元件「上」。因此，例示性術語「下」可涵蓋「上」以及「下」兩種定向。裝置可按照其他方式定向，且本文使用的空間相對術語應相應地解釋。

請參照圖5A，除濕系統200包括氣體導引裝置202以及中空吸附纖維模組204。中空吸附纖維模組204置於殼體中。本發明的殼體沒有特別限制，只要能夠容納中空吸附纖維模組204和以下所述的各種附加裝置即可。在本實施例中，殼體可為管材201，而管材201可以是玻璃、塑膠或金屬等管材。圖5A至5F中，中空吸附纖維模組以簡化的方式(方塊與直線)呈現；應該理解的是，中空吸附纖維模組可以包括至少一支中空吸附纖維(例如100支)，且其整體組態可以與圖4所繪示者相似。

在本實施例中，中空吸附纖維含有導電材料，而除濕系統200還可以包括電源210，用以使電流流過中空吸附纖維。例如，可以將電源210以導線連接至中空吸附纖維模組204的兩端。通電以後，中空吸附纖維本身因電流流過而加熱，使吸附於中空吸附纖維的水氣脫附。在其他實施例中，如果中空吸附纖維不含有導電材料，也可以額外在除濕系統中設置加熱裝置，以達到使水氣脫附的目的。

在本實施例中，除濕系統200還包括濕度感應裝置(humidity sensor)206、濕度感應裝置218與致冷裝置212。濕度感應裝置206與濕度感應裝置218是用以感測環境濕度，例如，濕度感應裝置206可以感測經過氣體導引裝置202的氣體的濕度，而濕度感應裝置218可以感測管材201內部的環境濕度(其例如等於通過中空吸附纖維模組204的氣體的濕度)。致冷裝置212例如是以熱電材料製成的致冷片(cooler)，可以讓從中空吸附纖維脫附的水氣冷凝成液態水。此外，除濕系統200還可以包括控制單元(未繪示)；控制單元與除濕系統200的各個單元連接，根據環境濕度，協調氣體導引裝置202、電源210(或加熱裝置)與致冷裝置212的運作，以最佳化除濕效果。

在濕度感應裝置206偵測到室內濕度過高時，除濕系統200的除濕功能啟動。環境中的空氣203受中空吸附纖維模組204上方的氣體導引裝置202驅動，通過管材201頂部的開口，進入中空吸附纖維模組204，由中空吸附纖維吸附其水份後，藉由中空吸附纖維模組204下方的氣體導引裝置208，使乾燥的空氣205通過管材201底部的開口導入室內。

在濕度感應裝置206偵測到室內濕度降低，或濕度感應裝置218偵測到中空吸附纖維的吸附量飽和以後，電源210啟動，使電流流過中空吸附纖維(在本實施例中，中空吸附纖維含有導電材料)。電源210例如是110V的交流電壓源。水氣受熱而自中空吸附纖維脫附。水氣可以在經過致冷裝置212(例如熱交換網或致冷片)時冷凝，或者受冷空氣207的作用而冷凝。冷凝水由集水盒214收集。此外，藉由溫度感應裝置216(例如熱電偶)，可設定中空吸附纖維的最高溫度，例如是150℃，以避免系統過熱。

請參照圖5B，除濕系統300包括氣體導引裝置302、中空吸附纖維模組304、濕度感應裝置306、濕度感應裝置318、電源310、致冷裝置312、冷凝區313、集水盒314以及溫度感應裝置316。除了冷凝區313以外，其他元件可與圖5A的對應元件相同。

在濕度感應裝置306偵測到室內濕度過高時，除濕系統300的除濕功能啟動。環境中的空氣303受氣體導引裝置302驅動，由左方進入中空吸附纖維模組304。中空吸附纖維吸附空氣303中的水份後，從中空吸附纖維模組304的右方排出乾燥空氣305。

在濕度感應裝置306偵測到室內濕度降低，或濕度感應裝置318偵測到中空吸附纖維的吸附量飽和以後，電源310啟動，使電流流過中空吸附纖維。水氣受熱而自中空吸附纖維脫附。熱水氣進入冷凝區313。此時致冷裝置312啟動，使水氣冷凝，並由集水盒314收集液態水。致冷裝置312產生的廢熱可以提供給中空吸附纖維模組304，進一步促使水氣脫附。脫附過程期間，從中空吸附纖維模組304右方排出的熱氣可以經由額外設計的管道，沿著路徑315，回到冷凝區313，再對中空吸附纖維模組304進行加熱。在此期間，藉由溫度感應裝置316，可設定中空吸附纖維的最高溫度，例如是150℃，避免系統過熱。

請參照圖5C，除濕系統400包括氣體導引裝置402、中空吸附纖維模組404、濕度感應裝置406、濕度感應裝置418、電源410、致冷裝置412、集水盒414以及溫度感應裝置416。

在濕度感應裝置406偵測到室內濕度過高時，除濕系統400的除濕功能啟動。環境中的空氣403受氣體導引裝置402驅動，由右方進入中空吸附纖維模組404，由中空吸附纖維吸附其水份後，從中空吸附纖維模組404的左方排出。

在濕度感應裝置406偵測到室內濕度降低，或濕度感應裝置418偵測到中空吸附纖維的吸附量飽和以後，電源410啟動，使電流流過中空吸附纖維。水氣受熱而自中空吸附纖維脫附，在經過致冷裝置412時冷凝。冷凝水由集水盒414收集。藉由溫度感應裝置416，可以中空吸附纖維的最高溫度，例如是150℃，避免系統過熱。

請參照圖5D，除濕系統500包括氣體導引裝置502、中空吸附纖維模組504、濕度感應裝置506、濕度感應裝置518、電源510、致冷裝置512、集水盒514以及溫度感應裝置516。

在濕度感應裝置506偵測到室內濕度過高時，除濕系統500的除濕功能啟動。環境中的空氣503受氣體導引裝置502驅動，由上方進入中空吸附纖維模組504。中空吸附纖維吸附其水份後，從中空吸附纖維模組504的下方左右兩側的出口排出乾燥空氣505。

在濕度感應裝置506偵測到室內濕度降低，或濕度感應裝置518 偵測到中空吸附纖維的吸附量飽和以後，電源510啟動，使電流流過中空吸附纖維。水氣受熱而自中空吸附纖維脫附。水氣可以在經過致冷裝置512時冷凝。冷凝水由集水盒514收集。藉由溫度感應裝置516，將中空吸附纖維的最高溫度設定為150℃，避免系統過熱。

請參照圖5E，除濕系統600包括氣體導引裝置602、中空吸附纖維模組604、濕度感應裝置606、濕度感應裝置618、電源610、致冷裝置612、集水盒614、溫度感應裝置616以及抽氣泵浦617。

在濕度感應裝置606偵測到室內濕度過高時，除濕系統600的除濕功能啟動。環境中的空氣603受氣體導引裝置602驅動，從管材601底部的開口進入中空吸附纖維模組604。中空吸附纖維吸附其水份後，從管材601頂部的開口排出乾燥空氣605。

在濕度感應裝置606偵測到室內濕度降低，或濕度感應裝置618偵測到中空吸附纖維的吸附量飽和以後，電源610啟動，使電流流過中空吸附纖維。同時，啟動抽氣泵浦617並關閉氣體導引裝置602。此時，氣體沿著與除濕過程期間的運動方向相反的方向運動(由上而下)。水氣受熱而自中空吸附纖維脫附。水氣可以在經過致冷裝置612時冷凝。冷凝水由集水盒614收集。藉由溫度感應裝置616，可以設定中空吸附纖維的最高溫度，例如是150℃，避免系統過熱。

請參照圖5F，除濕系統700包括氣體導引裝置702、中空吸附纖維模組704、濕度感應裝置706、濕度感應裝置718、致冷裝置712、集水盒714以及加熱裝置719。

在濕度感應裝置706偵測到室內濕度過高時，除濕系統700的除濕功能啟動。環境中的空氣703受氣體導引裝置702驅動，由上方進入中空吸附纖維模組704，由中空吸附纖維吸附其水份後，從中空吸附纖維模組 704的下方出口排出乾燥空氣705。

在濕度感應裝置706偵測到室內濕度降低，或濕度感應裝置718偵測到中空吸附纖維的吸附量飽和以後，加熱裝置719啟動。加熱裝置719例如是可以自動控溫在200℃的PTC加熱裝置。水氣受熱而自中空吸附纖維脫附，在經過致冷裝置712時冷凝。冷凝水由集水盒714收集。

以上，根據本發明的概念而說明了多種實施例。在此，應指出，本發明並不限於前述實施例。在以上各個實施例中所述的各個構成要素，必要且適當時，可以互相組合或改變彼此之間的空間配置關係而構成新的實施方式。例如，圖5F的加熱裝置719可以和圖5A的除濕系統200結合，形成一種新的除濕系統。此結構以及其它可能的結構均落於本發明的範疇之內。

〈實驗〉

以下將以實驗例說明本發明的效果。雖然描述了以下實驗，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適當地改變所用材料、其用量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實驗對本發明作出限制性解釋。

圖6是水氣吸附實驗的實驗設備配置圖。在水氣吸附實驗中，選用氮氣(N₂ )作為攜帶水氣通過反應腔體的氣體。反應腔體內為吸附材料(習知吸附材料或中空吸附纖維模組)。利用氣體質量流量控制計(mass flow controller,MFC)將氮氣的流量分別調控為1 L/min以及5 L/min。反應壓力可以藉由反應器後端的微調閥(pressure gauge)來控制。將氮氣通入含水的氣體緩衝瓶中，使流出氣體的相對濕度為100% RH(露點20℃)。待條件穩定後，即可進行吸附實驗。通過反應器的氣體經由TEKHNE TK-100 Dewpoint Transmitter偵測分析，可即時量測露點的變化，藉此得知吸附材料的水氣吸附能力。

實驗選用的分子篩為UOP(Universal Oil Products)公司的13X商品，吸附材料的形式分別為傳統顆粒(13X-pellet)以及中空吸附纖維；中空吸附纖維又可依據其通道型態的差異，分為筆直(13X-straight)與螺旋狀(13X-spiral)。

圖7是筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在常壓、氣體流量1 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線圖。由圖7可知，內螺旋中空吸附纖維的吸附時間(adsorption time)較長，這是因為內螺旋型態的通道可以增加反應路徑，延長水氣與吸附材料的接觸時間，使得吸附材料在重量、壓力與氣體流量相同的情況之下，可以吸附更多水氣，增加除濕能力。

圖8為傳統顆粒狀、筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在常壓、氣體流量為5 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線。不論中空吸附纖維的通道為筆直或螺旋狀，其吸附效果皆優於傳統顆粒形式，這樣的結果是由於中空吸附纖維的內層為多孔性結構，而孔洞的形狀為類珊瑚(coral-like)結構或樹枝狀(dendrite)結構，由內延伸至外；當氣體通過時，此結構提供了通道，使得氣體分子快速並有效地被吸附。

圖9是筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在壓力2.5 bar、流量1 L/min進行吸附實驗所得的曲線。由圖9可以看出，內螺旋中空吸附纖維的吸附時間較長，瞬間吸附能力也優於筆直通道的中空吸附纖維。兩者的失效(breakthrough)時間相差約5小時。

圖10是傳統顆粒狀、筆直狀以及螺旋狀之中空吸附纖維在壓力2.5 bar、流量5 L/min進行吸附實驗所得的吸附曲線。可以看出，內螺旋中空吸附纖維依舊展現較佳的吸附能力，失效時間比筆直通道的中空吸附纖維高出約1小時。而13X顆粒吸附材料的吸附效果仍然不彰，露點最低值僅約-45℃，明顯高於中空吸附纖維可達到的最低露點。

圖11A與圖11B分別是筆直通道與螺旋通道的中空吸附纖維，在同樣流速(1 L/min)下，於不同的反應壓力條件(常壓、2.5 bar)的吸附結果。和常壓下的實驗結果相比，當壓力為2.5 bar時，露點溫度最低皆可達到-60℃以下，且吸附時間也拉長至將近30個小時。這顯示，隨著壓力的增加，水氣的吸附量也增加了，這是因為高壓導致氣體分子更能擴散至中空吸附纖維內部，因此，有更多的吸附位置可以被有效利用。

綜上所述，本發明提供一種除濕系統，包括中空吸附纖維與氣體導引裝置。中空吸附纖維為一種多孔結構，且包括高含量的吸附材料以及可作為黏結劑的高分子材料。相較於習知的吸附材料，這種獨特的中空吸附纖維的吸附速度更快，吸附時間更久，又具有質量輕、體積小等應用上的優勢。如果在中空吸附纖維中添加具有PTC特性的導電材料，則中空吸附纖維本身可以藉由施予電壓而作為熱源，供給氣體脫附所需的熱能，且導電材料的PTC特性將使中空吸附纖維具有斷電保護功能，確保使用時的安全性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

30‧‧‧中空吸附纖維

40‧‧‧中空吸附纖維模組

50‧‧‧氣體導引裝置

100‧‧‧除濕系統

Claims

一種除濕系統，包括：氣體導引裝置，用以帶動氣體；以及中空吸附纖維模組，包括至少一中空吸附纖維，用以在所述氣體通過所述中空吸附纖維模組的所述中空吸附纖維時，吸附所述氣體中的水份，其中所述中空吸附纖維是至少包括第一層與第二層的兩層或多層結構，該中空吸附纖維包括：管狀主體，具有第一端以及第二端；以及通道，配置於所述管狀主體中，且自所述第一端延伸至所述第二端，其中所述通道包括曲折或內螺旋通道。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，其中所述中空吸附纖維模組包括由多個中空吸附纖維所組成的管狀中空吸附纖維管束。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，其中所述中空吸附纖維包括高分子材料以及吸附材料。
如申請專利範圍第3項所述的除濕系統，其中所述高分子材料包括聚醚碸(polyethersulfone，PESF)、聚苯碸(polyphenylsulfone，PPSU)或聚醯亞胺(Polyimide，PI)。
如申請專利範圍第3項所述的除濕系統，其中所述吸附材料包括A型沸石、X型沸石、Y型沸石、矽膠、碳分子篩、高矽分子篩、活性碳或兩種以上前述吸附材料的組合。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，其中所述中空吸附纖維更包括導電材料。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，其中所述第一層與所述第二層含有不同的吸附材料。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，其中所述第一層包括吸附材料，所述第二層包括導電材料。
如申請專利範圍第8項所述的除濕系統，其中該第一層在該第二層之內。
如申請專利範圍第8項所述的除濕系統，其中該第一層在該第二層之外。
如申請專利範圍第6項所述的除濕系統，其中所述導電材料包括活性碳、石墨、碳黑、金屬粉末、金屬氧化物或兩種以上前述導電材料的組合。
如申請專利範圍第6項所述的除濕系統，其中所述導電材料具有正電阻溫度係數(positive temperature coefficient of resistance，PTC)。
如申請專利範圍第12項所述的除濕系統，更包括電源，用以使電流流過所述中空吸附纖維。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，更包括致冷裝置，用以使自所述中空吸附纖維脫附的水氣冷凝成液態水。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，更包括濕度感應裝置，用以感測環境濕度。
如申請專利範圍第1項所述的除濕系統，其中所述氣體導引裝置為第一氣體導引裝置，用以使氣體通過所述中空吸附纖維模組；所述除濕系統更包括：第一濕度感應裝置，配置於所述第一氣體導引裝置上，用以感測經過所述第一氣體導引裝置的氣體的濕度；殼體，具有第一開口與第二開口，所述中空吸附纖維模組配置於所述殼體中，所述第一氣體導引裝置鄰近所述第一開口配置，且氣體經由所述第一開口和所述第二開口進入或離開所述殼體；致冷裝置，配置於所述殼體中，用以使自所述中空吸附纖維脫附的水氣冷凝成液態水；集水盒，配置於所述殼體中，用以儲存所述液態水；第二濕度感應裝置，配置於所述殼體中，且位於所述中空吸附纖維模組的下游處，用以感測通過或即將通過所述中空吸附纖維模組的氣體的濕度；以及溫度感測裝置，配置於所述中空吸附纖維模組上，用以感測所述中空吸附纖維模組的溫度。
如申請專利範圍第16項所述的除濕系統，更包括第二氣體導引裝置，鄰近所述第二開口配置，用以使氣體經由所述第二開口進入或離開所述殼體。
如申請專利範圍第16項所述的除濕系統，更包括電源，用以使電流流過所述中空吸附纖維。
如申請專利範圍第16項所述的除濕系統，更包括加熱裝置，用以使吸附至所述中空吸附纖維的水分脫附。