本發(fā)明系關(guān)于一種過(guò)濾裝置，特別是一種利用壓電薄膜通電以過(guò)濾流體中的雜質(zhì)之壓電薄膜過(guò)濾裝置。

背景技術(shù)：

水，雖覆蓋了地球約百分之七十一的面積，其中不可以直接使用的海水占了約百分之九十七，因此，人們可以直接使用的水資源可說(shuō)是少之又少，尤其是對(duì)于許多島嶼型國(guó)家，因?yàn)榈匦侮P(guān)系不易留住可使用的水資源，作好水資源的管理、如何省水以及重復(fù)使用被視為相當(dāng)重要的課題。

在臺(tái)灣，高科技產(chǎn)業(yè)的形成與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)性，科學(xué)園區(qū)中具有數(shù)個(gè)半導(dǎo)體工廠，例如，每日每間半導(dǎo)體所需耗費(fèi)的廢水超過(guò)七百立方公尺以上，尤其是半導(dǎo)體制程中的化學(xué)機(jī)研磨(Chemical-Mechanical Polish，CMP)所使用研磨液、酸蝕刻(Etching)中清洗化學(xué)液后的混和液以及保養(yǎng)機(jī)臺(tái)所需要的高純潔凈水(DIW)等，造成工業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。

因此，有許多用于過(guò)濾工業(yè)廢水的技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)生，例如，目前許多半導(dǎo)體廠商回收CMP廢水的方式，采用混凝沉淀后，再利用超過(guò)濾(Ultra-Filtration，UF)膜來(lái)處理CMP廢水中的各種微粒，以達(dá)到次級(jí)用水的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)回收。但，因?yàn)镃MP廢水的懸浮物極為細(xì)小，在超過(guò)濾膜的過(guò)濾制程上，常因?yàn)槎氯M(jìn)行在線清洗、反洗或是需要停機(jī)以進(jìn)行更換膜管，而降低水的回收效果，進(jìn)而增加處理上的成本。

因此，本發(fā)明有鑒于上述的困擾，提出了一種壓電薄膜過(guò)濾裝置，可以有效改善以及提高廢水過(guò)濾的處理效率，并降低處理回收的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的系在提供一種壓電薄膜過(guò)濾裝置，在壓電薄膜進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，同時(shí)對(duì)壓電薄膜施予電壓，因逆壓電效應(yīng)而產(chǎn)生形變，斷開電壓時(shí)，薄膜又恢復(fù)原狀，藉此反覆的進(jìn)行以使壓電薄膜產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)壓電薄膜振動(dòng)時(shí)，壓電薄膜表面形成的濃度極化區(qū)會(huì)因?yàn)閴弘姳∧さ谋砻娲植诙仍黾?，而使流?chǎng)的條件改變，在靠近壓電薄膜表面處，產(chǎn)生一流速劇變而產(chǎn)生一剪力面，而使?jié)舛葮O化區(qū)的厚度變薄，同時(shí)由上端流速較快的地方，將原本貼附在濃度極化區(qū)的微粒帶走，而增加了壓電薄膜過(guò)濾時(shí)純凈液體的流通量。因此，當(dāng)流體流進(jìn)壓電薄膜過(guò)濾裝置時(shí)，可以透過(guò)作為超過(guò)濾膜的壓電薄膜過(guò)濾流體中的雜質(zhì)或是較大的粒子，主要將較純凈的液體過(guò)濾出去，藉由壓電薄膜的快速振動(dòng)以將壓電薄膜上過(guò)濾液體的孔洞上的雜質(zhì)或粒子掃開，以避免液體過(guò)濾的通量變小及過(guò)濾速度變慢。

本發(fā)明的另一目的系在提供一種壓電薄膜過(guò)濾裝置，當(dāng)施予電壓時(shí)，可以依照需過(guò)濾流體中粒子的電荷特性，調(diào)整壓電薄膜表面的電極，使壓電薄膜表面帶有電荷，并使壓電薄膜表面與流體中粒子之電性相同，利用庫(kù)倫力的因素將帶相同電荷的粒子推斥而遠(yuǎn)離壓電薄膜表面，形成相斥的情形，并且利用上述將原本貼附在濃度極化區(qū)的微粒帶走的同時(shí)，一并將被推斥的粒子帶走，減少因擴(kuò)散因素而流到過(guò)濾液中，以增加過(guò)濾液的濃度。因此，流體中的懸浮粒子則不易沉積在壓電薄膜的表面，以降低粒子沉積而形成堵塞的情形、提高壓電薄膜的通量、減少壓電薄膜進(jìn)行在線清洗及反洗的次數(shù)以及因通量提高而降低單位產(chǎn)水的成本。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種壓電薄膜過(guò)濾裝置，包含：一殼體；至少一壓電薄膜，該至少一壓電薄膜裝設(shè)于該殼體中，該壓電薄膜系過(guò)濾流通于該殼體中的流體；及一電源供應(yīng)器，該電源供應(yīng)器電性連接該至少一壓電薄膜的二面，該電源供應(yīng)器分別提供電壓至該至少一壓電薄膜的該二面，以使該至少一壓電薄膜產(chǎn)生形變，當(dāng)該電源供應(yīng)器停止提供該電壓時(shí)，該至少一壓電薄膜則會(huì)恢復(fù)原狀，該電源供應(yīng)器可反覆的開啟及關(guān)閉以傳輸該電壓并使該至少一壓電薄膜產(chǎn)生振動(dòng)，并使該至少一壓電薄膜與該流體中的粒子之電性相同，以排開該流體中的該粒子。

在本發(fā)明中壓電薄膜的二面都設(shè)有一導(dǎo)電體，當(dāng)壓電薄膜接收電壓時(shí)，則藉由導(dǎo)電體使壓電薄膜產(chǎn)生形變，進(jìn)而使壓電薄膜產(chǎn)生振動(dòng)。

在本發(fā)明中壓電薄膜產(chǎn)生形變的方式，往壓電薄膜的長(zhǎng)度或是寬度之方向延伸，而使壓電薄膜變??；往長(zhǎng)度或是寬度的方向收縮，而使壓電薄膜變厚；甚或是使壓電薄膜產(chǎn)生彎曲狀。且電源供應(yīng)器也可藉著改變電壓的極性，以使壓電薄膜進(jìn)行延伸或收縮。

以下藉由具體實(shí)施例配合所附的圖式詳加說(shuō)明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明之目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成之功效。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)分解示意圖。

圖2為本發(fā)明使用之壓電薄膜的側(cè)視圖。

圖3 a為本發(fā)明使用之壓電薄膜正面的示意圖。

圖3b為本發(fā)明使用之壓電薄膜反面的示意圖。

圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的立體示意圖。

圖中：

10 壓電薄膜過(guò)濾裝置

12 殼體

14 壓電薄膜

142 導(dǎo)電體

144 電源接點(diǎn)

16 電源供應(yīng)器

18 間隔元件

20 壓電薄膜過(guò)濾裝置

22 殼體

24 壓電薄膜

26 電源供應(yīng)器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明系利用聚二氟乙烯(PVDF)壓電薄膜作為過(guò)濾用的超過(guò)濾膜，并利用壓電薄膜具有逆壓電的效應(yīng)，于壓電薄膜兩面通電以造成膜的形變，進(jìn)而使其振動(dòng)增加掃流速度，且同時(shí)因?yàn)橥姰a(chǎn)生電場(chǎng)，與流體中需過(guò)濾的粒子因電性相斥以產(chǎn)生推斥的作用，并可將需過(guò)濾的粒子暫時(shí)不附著在壓電薄膜過(guò)濾液體的孔洞上，以使孔洞堵塞，較純凈的液體則會(huì)可以先行過(guò)濾，提高過(guò)濾的速度及通量。

首先，請(qǐng)先參照本發(fā)明第一圖所示，一種壓電薄膜過(guò)濾裝置10包含一殼體12，在本實(shí)施例中殼體12系為圓柱形的殼體，但本發(fā)明并不限制殼體12的形狀或樣式；殼體12中裝設(shè)有至少一壓電薄膜14，其系為PVDF壓電薄膜，本實(shí)施例系以兩片壓電薄膜14為例，壓電薄膜14系可卷曲環(huán)設(shè)在殼體12中，而兩片相鄰的壓電薄膜14之間可以再插設(shè)一間隔元件18；一電源供應(yīng)器16系電性連接兩片壓電薄膜14的二面，以分別提供電壓至兩片壓電薄膜14的二面，在本實(shí)施例中，電壓系為直流電。

承接上段，本段將更詳細(xì)說(shuō)明壓電薄膜14的結(jié)構(gòu)，并請(qǐng)同時(shí)參照本發(fā)明第二圖、第三a圖及第三b圖所示，壓電薄膜14的二面上皆更設(shè)有一導(dǎo)電體142及電源接點(diǎn)144。請(qǐng)同時(shí)再參照第一圖，壓電薄膜14的二個(gè)面上的電源接點(diǎn)144會(huì)分別電性連接電源供應(yīng)器16的正極及負(fù)極，以使壓電薄膜14接收電源供應(yīng)器16所提供之電壓。

說(shuō)明完本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后，接著詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的使用方式，請(qǐng)同時(shí)參照本發(fā)明第一圖所示。本發(fā)明的壓電薄膜過(guò)濾裝置10可以過(guò)濾流體，例如一般工業(yè)廢水中的含微粒之廢水、薄膜生物反應(yīng)器之廢水或化學(xué)機(jī)研磨(Chemical-Mechanical Polishing，CMP)廢水等，流體可以如第一圖中箭號(hào)所示的方向自殼體12中流通，當(dāng)流進(jìn)殼體12時(shí)，會(huì)再通過(guò)壓電薄膜14，此時(shí)壓電薄膜14可以過(guò)濾流體中的雜質(zhì)或懸浮粒子等，使超過(guò)壓電薄膜14中過(guò)濾孔洞大的雜質(zhì)或懸浮粒子被隔絕，而過(guò)濾出較為純凈的液體，本實(shí)施例中不限制壓電薄膜14的過(guò)濾孔洞的孔徑，可以依照使用者的需求作調(diào)整。此時(shí)，電源供應(yīng)器16提供電壓至壓電薄膜14，由于壓電薄膜14具有逆壓電的效應(yīng)，當(dāng)壓電薄膜14的表面被施加電壓時(shí)，會(huì)因?yàn)殡妶?chǎng)作用時(shí)電偶極矩被拉長(zhǎng)而產(chǎn)生變化。因此，當(dāng)壓電薄膜14被電源供應(yīng)器16施加電壓時(shí)，壓電薄膜14會(huì)因?yàn)楸砻嫔系膶?dǎo)電體142而產(chǎn)生形變，例如往壓電薄膜14的長(zhǎng)度或是寬度之方向延伸而變薄、往壓電薄膜14的長(zhǎng)度或?qū)挾戎较蚴湛s而變厚或是使壓電薄膜14產(chǎn)生彎曲狀；當(dāng)電源供應(yīng)器16停止提供電壓時(shí)，壓電薄膜14則會(huì)恢復(fù)原狀。因此，使用者可以藉由電源供應(yīng)器16以反覆的開啟及關(guān)閉以傳輸電壓，并使壓電薄膜14產(chǎn)生振動(dòng)，開關(guān)電壓的動(dòng)作越是頻繁快速，壓電薄膜14的振動(dòng)速度亦會(huì)跟著加快，且使用者可以經(jīng)由電源供應(yīng)器16改變電壓的極性以使壓電薄膜14進(jìn)行延伸或是收縮，例如，當(dāng)傳輸正電至壓電薄膜14之特定一面時(shí)會(huì)進(jìn)行延伸的形變，反覆的開關(guān)電壓會(huì)造成壓電薄膜14快速地進(jìn)行延伸及恢復(fù)原狀的振動(dòng)，此時(shí)把傳輸?shù)綁弘姳∧?4之特定一面的電壓改為負(fù)電時(shí)，則會(huì)改變壓電薄膜14形變的變化方式，而變成收縮的形變。使用者可以藉由改變電壓的供輸以及電壓的極性，來(lái)改變壓電薄膜14的振動(dòng)變化，并藉由此一振動(dòng)變化使原本平整的壓電薄膜14產(chǎn)生不平整的表面，當(dāng)流體經(jīng)過(guò)不平整的表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生湍流，以減緩壓電薄膜14表面的濃度極化之形成，壓電薄膜14表面形成的濃度極化區(qū)會(huì)因?yàn)閴弘姳∧?4表面的粗糙度增加，而使流場(chǎng)的條件改變，在靠近壓電薄膜14表面處，產(chǎn)生一流速劇變進(jìn)而產(chǎn)生一剪力面，而使?jié)舛葮O化區(qū)的厚度變薄，同時(shí)由上端流速較快的地方，將原本貼附在濃度極化區(qū)的微粒帶走，而增加了壓電薄膜14過(guò)濾時(shí)純凈液體的流通量。

除此之外，流經(jīng)殼體12中的流體會(huì)因?yàn)樗牧Ｗ佣a(chǎn)生特定的電性，例如流經(jīng)殼體12中的流體中的粒子帶有正電，而使用者則可以控制壓電薄膜14表面的電性，施以正電的電壓，以使壓電薄膜14與流體中的粒子之電性相同，以排開流體中的帶電粒子。此一作法的好處就是在過(guò)濾時(shí)與壓電薄膜14中過(guò)濾孔洞相似大小的粒子不會(huì)阻塞在壓電薄膜14的表面，而可過(guò)濾的液體則會(huì)自壓電薄膜14的表面往下沉淀并過(guò)濾出，而同極性帶電粒子被向上排開的同時(shí)，也會(huì)被振動(dòng)時(shí)的湍流帶走，本發(fā)明不會(huì)像傳統(tǒng)過(guò)濾般都累積在薄膜表面附近以造成濃度極化，更加避免像一般傳統(tǒng)的過(guò)濾方式，需過(guò)濾的流體直接向下沉淀，容易很快使用于過(guò)濾薄膜堵塞住。本發(fā)明可以增加可以過(guò)濾時(shí)的流體量及增加可過(guò)濾的時(shí)間，并且可以減少在線清洗、反洗或是需要停機(jī)以進(jìn)行更換膜管的維護(hù)成本。

接著請(qǐng)參照本發(fā)明第三a圖及第三b圖所示，以說(shuō)明壓電薄膜14系如何產(chǎn)生形變的原理。壓電薄膜14會(huì)往長(zhǎng)度或?qū)挾鹊姆较蜓由旎蚴湛s以及厚度產(chǎn)生變化，可以藉由下列的公式表示：

Δl＝ld₃₁V/t (1)

Δw＝wd₃₂V/t (2)

Δt＝td₃₃V/t (3)

上述的公式(1)系為長(zhǎng)度變化時(shí)的公式，公式(2)系為寬度變化時(shí)的公式，公式(3)系為厚度變化時(shí)的公式。其中的參數(shù)Δl代表壓電薄膜14長(zhǎng)度的變化量，參數(shù)Δw代表壓電薄膜14寬度的變化量，參數(shù)Δt代表壓電薄膜14厚度的變化，參數(shù)l代表壓電薄膜14的原始長(zhǎng)度，參數(shù)w代表壓電薄膜14的原始寬度，參數(shù)t代表壓電薄膜14的原始厚度，參數(shù)d₃₁、d₃₂、d₃₃代表壓電應(yīng)變常數(shù)，參數(shù)V代表施加于壓電薄膜14的電壓。

本發(fā)明除了可以用于圓柱形殼體的管式過(guò)濾外，除了將壓電薄膜卷曲環(huán)設(shè)在殼體之外，另外也可以應(yīng)用在平板式過(guò)濾。請(qǐng)參考本發(fā)明第四圖所示，一種壓電薄膜過(guò)濾裝置20包含一平板狀殼體22、至少一壓電薄膜24及一電源供應(yīng)器26，此實(shí)施例亦是將壓電薄膜24裝設(shè)于殼體22之中，壓電薄膜24的二面再電性連接至電源供應(yīng)器26，以接收電源供應(yīng)器26所傳輸之電壓。除結(jié)構(gòu)上的差異，此一實(shí)施例的作動(dòng)方式及原理皆與上一個(gè)實(shí)施例相同，故不再贅述。

本發(fā)明主要系在壓電薄膜過(guò)濾流體中的雜質(zhì)及懸浮粒子時(shí)，同時(shí)接收電壓以產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，造成壓電薄膜因形變而產(chǎn)生振動(dòng)，除了加速掃流速度之外，并可因?yàn)殡妷涸斐蓧弘姳∧づc流體中帶電粒子的電性相同而產(chǎn)生推斥，以避免粒子阻塞在壓電薄膜的表面上，以提高過(guò)濾時(shí)的效能以及減低清洗維護(hù)的成本，壓電薄膜除了可以裝設(shè)在殼體中，亦可設(shè)置在過(guò)濾膜塊中，同時(shí)也可以利用電壓供電，以使壓電薄膜振動(dòng)過(guò)濾。再者，本發(fā)明并不限制提供電壓的電源供應(yīng)器應(yīng)為直流電或交流電，可以依照使用者的需求作調(diào)整，可以使用直流電交錯(cuò)開關(guān)而使壓電薄膜產(chǎn)生振動(dòng)，或是提供不同頻率的交流電及改變電壓值而使壓電薄膜產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)使用在管式過(guò)濾時(shí)，較常使用超過(guò)一片以上的壓電薄膜于殼體中，可以在兩片相鄰壓電薄膜中插設(shè)一間隔元件以避免兩片相鄰的壓電薄膜上的電性相互干擾，因此當(dāng)壓電薄膜的數(shù)量系為N個(gè)時(shí)，當(dāng)N≥2則會(huì)包含N-1個(gè)間隔組件位于N個(gè)壓電薄膜中，本發(fā)明也不限制所需要安裝的壓電薄膜數(shù)量，壓電薄膜之?dāng)?shù)量可依據(jù)實(shí)際使用狀況而選擇調(diào)整。

以上所述之實(shí)施例僅系為說(shuō)明本發(fā)明之技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使熟習(xí)此項(xiàng)技藝之人士能夠了解本發(fā)明之內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以之限定本發(fā)明之專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明之專利范圍。