JP2019504271A - 建物内の換気システムとしての熱回収吸着体 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の換気システムとしての熱回収吸着体を提供する。【解決手段】本発明は、熱回収吸着体を備えた換気システム（１０）であって、その換気システム（１０）は建物内に設置され、ここで前記換気システム（１０）はさらに建物の外部からの空気流用の少なくとも１つの外側の吸入／排出用の開口部（１１）および建物の内部からの空気流用の少なくとも１つの内側の吸入／排出用の開口部（２３）、少なくとも１つの空気ファンユニット（１４）および少なくとも１つのフィルタユニット（１２、２２）を含み、ここで前記熱回収吸着体は空気流から熱を吸収し放出するための熱交換材料（１６）および空気流からの少なくとも１つの収着物を少なくとも吸着し脱着するための収着材料（１８）を包含し、ここで少なくとも１つの収着物は水蒸気であり、収着材料（１８）は、室温（２５℃＋／−１０℃）で狭い相対湿度範囲において急激に上昇するｓ‐字形水吸着等温線（３０）を示す少なくとも１つの水蒸気用吸着剤を含み、ここで水蒸気用吸着剤の主負荷量上昇は相対湿度が０．１〜０．５の範囲で生じ、飽和容量は０．２５〜１．２ｋｇ水／ｋｇ吸着剤の範囲にある。本発明はさらに、建物およびそのような建物のための空気流の熱回収、冷却／加熱および除湿／加湿を組み合わせた方法および使用に関する。

Description

本発明は、住宅用、商業用および工業用建物といった建物内空気の熱回収、加湿および／または除湿、加熱および／または冷却のための熱回収吸着体を含む建物内に設置される換気システムに関する。さらに、本発明は建物およびそのような建物のための熱回収、冷却／加熱および除湿／加湿を組み合わせた方法および使用に関する。

住宅および商業用の両者におけるエネルギー消費に向けた建物からの世界的な貢献は、先進国で２０％から４０％に達するまでに着実に増加している。建物のエネルギー消費量は推定最大５０％を削減することができた。しかし、建物の外構を気密にするため、過ごしやすい屋内気候を作り出す換気システムが提供されなくてはならない。多くの建物は外部気温以上の温度に加熱されるため、換気システムが著しい熱損失の原因になり得る。換気システムが機械的な供給および排気システムによって提供される場合、換気のエネルギー効率は、占有率、湿度および空気の質の要因に応じて、排気からの熱回収、需要により制御される（demand-controlled）換気によってさらに改善されなければならない。

建築基準は、埃、汚染物質、さらに臭気から流入外気を浄化するための空気ろ過および健康で快適な環境を維持するための湿度の制御を要求しており、そのことによって快適で健康的な屋内住環境を達成させることにますます重要度を置いている。換気は汚染物質を除去または希釈し、建物内の熱環境および湿度を制御することを意図する。換気は屋内で発生する汚染物質や湿気を除去するか、あるいはそれらの濃度を許容レベルまで希釈することを目的としている。また、吸入空気の加熱および冷却を換気と組み合わせることは容易であるが、排気から熱を回収すること、および回収された熱を用いて流入換気空気を加熱することは依然として困難である。

公知の換気システムでは、排気流は屋外に排出される前に、クロスフローまたは向流熱交換器として設計された空気から空気型の熱交換器を通じて流れる。前記熱交換器は、金属およびある種のセラミックス、例えば酸化アルミニウムおよび炭化ケイ素から構成される。そうした材料は、構造的に丈夫であるが、高価であり、水分を貯蔵および放出する能力を全くかほとんど持たず、高いメンテナンスを必要とする。さらに、換気からの迂回を最小限に抑えるために吸気口と排気口を注意深く配置する必要がある。他の公知の換気システムでは、排気と供給の空気間で熱および水分を移動させる装置が含まれ、ここで熱および／または水分は少なくとも１つの吸着構造物に吸着および脱着される。

米国特許第４９５２２８３号は、空気の換気、熱回収、除湿および冷却のための装置に関し、ここでこの装置はとりわけ快適性から快適性のため水分および／または熱伝達用途に使用され、熱および／または水分は排気と供給空気流との間を移動する。水分および／または熱は二つの空気流の間で移動するが、そのとき、第１の高温および／または湿った空気流から熱および／または水分は、第１の期間すなわち収着期間中に適切な固体材料である多孔性マトリックス中にまず吸収され、次いでマトリックスから熱および／または水分は、第２の期間すなわち脱着期間中に、比較的低温および／または乾燥した空気流の中へ放出される。さらに該出願は、２つの空気流の向流が反転型空気ファンによって達成される、無弁型周期流型の装置を提供する。

米国特許第４７０８０００Ａ号は、空調用途に使用する熱および質量の周期的向流伝達装置を記載している。このコンパクトな装置は２つの処理容器を含み、それぞれの容器には固体収着材料のコンパクトな充填床、ヒータおよび連続した固体熱交換材料を含んでおり、ここで放出された収着熱の回収および収着材料の再活性化における収着熱の使用がなされる。熱交換材料は、セラミック、石、焼成粘土砂利、小石あるいは焼成ペレットである。固体収着材料は、塩化リチウムまたは臭化リチウムといった市販で入手可能な吸着剤のいずれかであり、２つの空気流の間で感知可能な潜熱および水分を移動させる時、その有効性を高める。

Ａｒｉｓｔｏｖ，Ｙｕ．Ａ．，Ｍｅｚｅｎｔｓｅｖ，Ｉ．Ｖ．およびＭｕｋｈｉｎ，Ｖ．Ａ．２００６年、Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏｃｈ ｔｏ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｒｏｏｍｓ、ＩＩ．Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｏｆ Ｒｅａｌ Ｄｅｖｉｃｅ、Ｊ．ｏｆ Ｅｎｇ．Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ、巻７９、３号、５７７−５８４頁には、熱および水分の再生を伴う、部屋の換気システムを記載しており、ここで熱および水分の回収係数は、吸着剤および蓄熱媒体の量を選択することにより広い範囲において調節される。著者らによれば、吸着剤は追加の蓄熱媒体として作用し、吸着剤の規模は作動周期の持続時間に影響を与えることが判明した。

ＥＰ１８４０４８６Ａ１号は収着型熱交換モジュールに関するものであり、ここで有機ポリマー型の収着剤を用いて水蒸気の吸着および脱着によって湿度制御がなされ、そして吸着および脱着に起因する発熱および冷却は、水分吸着層がその上に形成された熱伝導性に優れた金属を介して利用される。水分吸着層において収着剤は必須構成要素であり、２０℃で飽和水分吸着率を示し、６５％相対湿度（ＲＨ）と９０％ＲＨはそれぞれ少なくとも２０質量％及び４０質量％であり、さらにそうした状況下における飽和水分吸着率の差は少なくとも２０％質量である。

建物内では機械式の給排気システムを備えた換気システムは、集中化または分散化することができる。分散型換気システムでは、より多くの構成要素がメンテナンスを必要とし、広く普及しており、換気は需要に応じた制御が容易である。分散型システムにおける好ましい周期動作モードは、空気吸入期間とそれに続く排出期間を含み、空気吸入期間の継続時間は排出期間の持続時間と同じである。その動作持続時間は６０〜１２０秒の間である。

集中型換気システムでは、吸入口および排出口または排気口は、建物の外構に、より容易に配置されるが、しかし配管系は非常に複雑である。一般に、換気システムによって提供される換気率は、エネルギー効率が良く、そして屋内空気の質または室内気候を低下させないように配置されるべきである。

換気システムにおける先行技術調査は、熱回収吸着体を備えた現在の換気システムが、熱の回収、湿度の調整、臭気のろ過、空気の浄化および騒音の低減を同時に行うことができないことを示している。従来技術で知られた換気システムに設けられた多数の吸着冷却／加熱モジュールがあるにもかかわらず、熱回収吸着体を備えた代替換気システムが必要とされており、そこでは熱回収に加え、少なくとも１つの収着材料を用いて水蒸気を吸着および脱着させることで除湿および加湿を行って湿度制御がなされるが、その際、吸音およびろ過の手段も提供される。

米国特許第４９５２２８３号 米国特許第４７０８０００Ａ号 ＥＰ１８４０４８６Ａ１号

Ａｒｉｓｔｏｖ，Ｙｕ．Ａ．，Ｍｅｚｅｎｔｓｅｖ，Ｉ．Ｖ．およびＭｕｋｈｉｎ，Ｖ．Ａ．２００６年、Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏｃｈ ｔｏ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｒｏｏｍｓ、ＩＩ．Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｏｆ Ｒｅａｌ Ｄｅｖｉｃｅ、Ｊ．ｏｆ Ｅｎｇ．Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ、巻７９、３号、５７７−５８４頁

従って本発明の目的は、上記欠点の少なくとも一部を防止する換気システムを提供することにある。

この目的は建物のための熱回収吸着体を備えた換気システムによって達成されるが、ここで前記換気システムは建物内に設置され、前記換気システムはさらに建物の外部からの空気流用の少なくとも１つの外側の吸入／排出用の開口部および建物の内部からの空気流用の少なくとも１つの内側の吸入／排出用の開口部、少なくとも１つの空気ファンユニットおよび少なくとも１つのフィルタユニットを含む。熱回収吸着体は空気流から熱を吸収し放出するための熱交換材料を包含する。例えば空気の吸入流と排出流との間では、暖かい排気からの熱が冷たい流入空気へと移動する。さらに、熱回収吸着体は空気流からの少なくとも１つの収着物を少なくとも吸着し脱着するための収着材料を包含し、ここで少なくとも１つの収着物は水蒸気である。前記収着材料は、室温（２５℃＋／−１０℃）で狭い相対湿度範囲において急激に上昇するｓ‐字形状水吸着等温線を示す少なくとも１つの水蒸気用の吸着剤を含み、ここで水蒸気用吸着剤の主負荷量上昇は相対湿度が０．１〜０．５の範囲で生じ、水蒸気用吸着剤の飽和容量は０．２５〜１．２ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲にある。

好ましい実施形態では、水蒸気用吸着剤は、０．１５〜０．４の相対湿度範囲において急激な上昇を示す。負荷量上昇は総負荷量の少なくとも６５％であり、好ましくは８０％〜９５％の範囲である。好ましくは、水蒸気用吸着剤の飽和容量は、０．３〜０．６ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲にある。

換気システムは、前記換気システムに空気流を、すなわち前記吸入空気流と前記排出空気流を流動させるための少なくとも１つの空気ファンユニットを含み、前記空気流から粒子状物質と種々の気体を除去するための少なくとも１つのフィルタユニットを含み、ここで換気のために供給された空気から外気の大気汚染物質や臭気が浄化される。好ましくは、少なくとも１つのエアフィルタユニットの騒音および／または屋外騒音を低減するための吸音収着剤を設けることができる。前記構成要素は、換気システムに組み合わされ、また換気システムに応じて適合されるが、それは、換気システムが集中型であるか分散型であるかに応じて適合される。

省エネルギー建物では、とりわけ最適な相対湿度レベルを維持することにより、良好な屋内空気の質を注意深く維持する必要がある。こうした最適相対湿度レベルは、一年の季節により若干異なるが、３０％〜４０％以上６０％以下に保つべきである。建物外部の空気湿度は、天候、すなわち温度、大気圧といった条件に関連する。しかし、建物内部空気の湿度は、人や動物の呼吸、植物からの蒸散、さらに洗濯物の乾燥や調理など他の水源からの蒸散といった異なる源を有している。湿度制御に関する問題を解決するための公知の方法は、良く知られそして文書化され収着の単位操作における工学的原理に基づいており、溶媒の回収、石油化学製品の分離、空気から酸素と窒素を分離、蒸気ガスから有毒ガスの除去、そして液体および気体の生成物からの水分除去といったことに関し、多くの応用場面で効果的に用いられている。

収着は吸着および吸収を包含し、発熱性の過程である。吸着とは、気体性あるいは液性の流体の原子あるいは分子が固体材料の表面に付着することと記述され、そのことはまた、吸着媒体、吸着剤、吸着体、吸収剤または収着剤とも記されている。次に、脱着は吸熱性の過程である。吸着によって空気から除去される水分の量は、吸着剤の特性、吸着時の吸着剤の温度、処理する空気の温度、圧力、湿度、そして処理する空気と吸着剤との接触時間に依存することが知られている。

本発明によれば、屋内空気の湿度または水分に影響を及ぼす収着材料は、収着剤または吸収剤とも呼ばれる水蒸気用の少なくとも一種の吸着剤を含み、ここで前記水蒸気用の少なくとも一種の吸着剤は適切な平衡収着特性を示す。本出願によって提供される境界条件に応じて、吸着−脱着は、相対湿度としても表される適切な相対圧力ｐ／ｐ_０で行われなければならない。従って本発明による水蒸気用吸着剤は、狭い相対圧力範囲と狭い相対湿度範囲のそれぞれにおいて急激な上昇を伴う良好なｓ‐字形状を示す水吸着等温線によって特徴付けられる。

室温２５℃＋／−１０℃の温度範囲での水蒸気用吸着剤の吸着等温線は、約０．１未満、好ましくは０．１５未満の相対湿度範囲において、吸着がないか低い値を示す（好ましくは０．１０ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤未満）。相対湿度が０．１〜０．５、好ましくは０．１５〜０．４の範囲において、吸着等温線の急激な上昇は水蒸気用吸着材の主負荷量上昇を示し、ここで水吸着等温線は第二段階に達し、ここでの吸着は極めて少ない。第二段階は相対湿度範囲が約＞０．５〜１．０、好ましくは＞０．４で始まり、吸着がより少ないことを示す（０．０５〜０．１５ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤）。水蒸気摂取量は飽和容量または総負荷量とも記載されるが、１００％湿度で０．２５〜１．２ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤相当量の範囲であり、好ましくは０．３〜０．６ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲、より好ましくは０．４５〜０．５５ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲である。

好ましい水蒸気用吸着剤の吸着等温線は、狭い湿度範囲で吸着の急激な上昇を伴うｓ‐字形状に相当するより高い温度を示すことが好ましい。急激な吸着の上昇は、より高い相対湿度範囲で、例えば３３３Ｋで移行し、ＭＯＦタイプの水蒸気用吸着剤は約０．３〜０．５の相対湿度範囲で急激な吸着の上昇を示してもよく、ここで飽和容量はほぼ変わらない。

さらに、換気システムにおける熱回収吸着体としての本出願に関して、妨げられない熱と物質移動は速い吸着／脱着の周期にとって極めて重要であり、水吸熱等温線と飽和容量とは別に速い周期的吸熱過程にとって動力学は重要である。周期の維持時間、すなわち空気流の方向の逆転に係る時間は動力学に依存し、さらに収着材料および熱交換材料の量、ならびに熱および水分の再生の程度に依存する。

好ましい水蒸気用吸着剤は、水といった気体からの極性のある蒸気分子を吸着するための高い選択性を示し、例えばＣＯ_２にはより弱い選択性を示す。湿った空気の水蒸気を吸着する能力は、シリカゲル、活性アルミナ、活性化ボーキサイト、モレキュラーシーブおよび金属有機骨格（ＭＯＦ）といった材料によって提供される。ＭＯＦは飽和容量の点でシリカゲルまたはゼオリスのような古典的な材料を上回ることができる。ＭＯＦは水蒸気の吸着の目的でますます研究されているが、その理由はＭＯＦのもつ高い多孔性、調整可能な疎水性、および正確な負荷段階をもたらす固有のわずかな細孔サイズのばらつきにある。ＭＯＦは、拡張された多孔性ネットワークを形成する一連の接合部（金属クラスター）およびストラット（有機リンカー）として視覚化することができる。水蒸気用の他の吸着剤とは対照的に、ＭＯＦは典型的なｓ‐字型水吸着等温線を示す。ＭＯＦは、複数の有機スペーサー分子に配位された複数の金属原子を含んで調製可能であり、ここでＭＯＦは基材の少なくとも１つの表面に結合し、またＭＯＦは空気からの水分、汚染物質および臭気の吸着および脱着に応用されるが、さらに追加的にフィルターとしても作用してもよい。特に、ＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０として市販品を入手可能な微孔質フマル酸アルミニウムＭＯＦは、独特の水収着特性を示し、安価な試薬から容易に調製することができ、十分な水安定性を有している。

金属有機骨格（ＭＯＦ）は先行技術において知られており、米国特許第５６４８５０８号に記載されている。

換気システムの熱回収吸着体の中心構成要素は収着材料である。収着材料は微粉材料、顆粒、成形体またはモノリスとして提供することができ、例えば、マトリックスまたは充填床もしくは移動床などの充填材としてケーシング中に配置することができる。好ましくはモノリスであり、モノリスが充填物またはマトリックスとして使用される場合、モノリス構造はブロック状またはシリンダー状であってもよい。成形されたそれぞれモノリス状の本体は、より便利にそして特により安全な形式で取り扱うことができるが、その理由は摩耗しにくく、機械的な安定性がより高いからである。ケーシング中の充填物またはマトリックスの長さ／高さは、空気流の流れに対する最小の圧力降下をもたらすように選択される。

収着材料は、単官能性または多官能性であり得る。収着材料は、水蒸気用吸着剤の他に、例えば吸音材料／収着剤および／または毒性成分、汚染物質といった他の成分用の収着剤などのさらなる吸着剤を含むことができる。

収着材料は、典型的には粉末として使用されないが、好ましくは成形され、またはデバイス中に加工される。好ましくは、金属−有機骨格（ＭＯＦ）は、高い透過性を有するモノリシック形態で提供され、ここでは空気流のための流路は、１〜３ｍｍ幅の直径を有し、モノリシック形態の自由横断面積を総横断面積の７０％〜９０％の範囲とする。

換気システムは、分散型ユニットとして設置されても良く、好ましくは建物の別々の部屋に設置され、または集中型ユニットとして建物内に設置され、ここで建物の内部からの空気は内側の吸気／排気の開口部へと導かれ、外側の吸気／排気の開口部が建物の外構上に配置される。換気システムにおける水蒸気用吸着剤の量は、その吸着剤が用いられる換気システムが集中型か分散型かに拠っている。約３０ｍ^２の空間を換気するために設けられた分散型換気システムでは、動作期間当たりの質量流量は最大空気量で１ｋｇであり、そこでは、夏期における流入空気の湿度を８０％〜３５％に低下させるが、これは８〜１２ｇ_水／ｍ^３を吸着しなければならないことを意味する。このデータを用いると、水蒸気用吸着剤ＭＯＦ、すなわちＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０の質量は約０．１〜０．２ｋｇと計算され、適切なケーシング中の充填剤は約５０〜１００ｍｍの範囲の高さとなる。１５室を有する建物の集中型換気システムについては、水蒸気用吸着剤ＭＯＦ、すなわちＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０の質量は約３ｋｇとなり、ケーシング中の充填剤は約３００〜７００ｍｍの範囲の高さとなる。

本発明の好ましい実施形態では、収着材料は基材上に被覆として付着させる。収着材料は、結合剤を用いてまたは用いずに被覆することができる。基材は、好ましくは、セラミック、金属、プラスチック、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエステル、金属もしくはセラミックをベースとした発泡体、プラスチック、セルロースの織繊維もしくは不織繊維またはそれらの混合物から作製される。基材は熱吸着体として機能する時、フィルム、セラミック、金属または好ましくは収着剤から作製されるモノリシック構造をとることができる。基材はモノリシック構造として提供されてもよく、または１〜３ｍｍの範囲の寸法の球状、円筒状もしくは立方体のペレットとして提供されてもよい。基材はダンパとして機能する時、プラスチック、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエステル、金属もしくはセラミック、プラスチックもしくはセルロースの織繊維不織繊維をベースとした発泡体から作製することができ、ここで前記基材はモノリシック構造、粉末または１〜３ｍｍの範囲の寸法を有する球状、円筒状もしくは立方体のペレットの充填剤として提供される。

本発明の好ましい実施形態において、収着材料は、有機金属骨格（ＭＯＦ）であり、好ましくは、フマル酸アルミニウムＭＯＦである。

熱回収吸着体を備えた換気システムにおける別の中心的な構成要素は、熱交換材料である。好ましくは、熱交換材料は、空気の流れを通し、代替え的に熱エネルギーを蓄積／吸収して放出するように適合された少なくとも１つの蓄熱体または吸熱体を含む。熱交換材料においては、熱の大部分が回収され、とりわけ換気のための外気を加熱するために使用される。熱交換材料は好ましくはセラミックまたはレンガ片、石または焼成されたクレー砂利または小石、焼成鉄ペレットまたは他の適切な高熱容量のペレット化材料、従来型セラミック、異なる形状の金属またはプラスチック梱包材、波形金属またはワイヤメッシュからなる群から選択される。熱交換材料は、モノリシック構造体または好ましくはハニカム構造体、発泡体または繊維材料といった固体として提供されてもよい。

本発明の１つの好ましい実施形態では、収着材料であるフマル酸アルミニウムＭＯＦが、熱交換材料の特性を示す基材上に被覆され、好ましくはセラミック基材上に被覆される。さらに、熱回収吸着体は、水蒸気用吸着剤およびさらなる収着剤が含浸された固体を含んでもよい。さらなる収着剤は、吸音収着剤であってもよい。従って、収着型の組み合わせた熱交換器モジュールが提供される。好ましくは、厚く、熱的に良好に結合され、かつ非常に入手し易い微孔質フマル酸アルミニウムＭＯＦによる被覆が基材上に付着されるが、その基材は例えばセラミックまたは金属の基材である。

２つの空気流の間の水分の移動をさらに向上させるため、ヒータを含めることができる。ヒータは周期的におよび／または脱着期間中に作動させることができる。ヒータは熱回収吸着体内に設けられてもよく、ここで加熱ワイヤまたは加熱グリッドが、収着材料の充填物中に組み込まれていても良く、すなわちモノリシック構造中に組み込まれる。さらに、水蒸気用吸着剤および／またはさらなる収着剤の成型体の量は、金属組織製のポーチに詰めることができ、このポーチは電気加熱することができる。少なくとも１つの空気ファンユニットで加熱された空気は吸着剤を加熱するために使用することができる。

熱回収吸着体を備えた換気システムにおいて、少なくとも１つの空気ファンユニットが、それによって代替的に建物またはその部屋の換気用空気を抜き出しそして供給するように適合される。好ましくは少なくとも１つの空気ファンユニットは可逆的な空気ファンユニットを備え、ここで可逆的電動モータによって作動するプロペラが用いられ、そして筺体に固定されてもよい。プロペラが一方向に回転するとき、プロペラは換気システムの構成要素を通じて屋外から空気を吸い込み、ここで供給空気は、フィルターおよび吸音収着／ダンパユニットを通じて押し出される。プロペラが反対方向に回転するとき、装置を通じて内部から排気を強制的に屋外へ排出する。可逆的空気ファンユニットを使用することで、コントローラは、等しい時間間隔で空気ファンの回転を反転させることができ、ここで２つの空気流の流れは、周期的であり、向流であり、釣り合ったものとなる。

換気システムは流入空気のため少なくとも１つのフィルターユニットを提供し、煙、埃および／または花粉の形態で侵入する微粒子、臭気および汚染物質から流入空気を浄化する。周囲の空気をろ過するには、表面積が大きく、ろ過寿命が長く、圧力損失が低い、目の細かいろ過フィルターを使用するべきである。典型的には建物用フィルターは汚染物質の除去のための含浸活性炭を使用する。さらに、ポリエステル、合成材料、ガラス線維または綿／セルロースもしくは金属メッシュを含むフィルター材料が知られている。

さらに換気システムは好ましくは閉鎖型小室性、または開放型気泡性のプラスチック発泡体、不織布などといった吸音性収着剤を含む。好ましい材料としては、モノリシック形態で提供される熱可塑性発泡体であり、 そこでは直径５〜１０ｍｍの範囲の小径を備えており、また全断面積の７０％〜９０％までの流路自由断面領域を有する。吸音収着材は、分散型換気システムで好ましくは５０〜１００ｍｍの範囲の厚さで、また集中型換気ユニットでは３００〜７００ｍｍの範囲の厚さで提供されても良い。さらに、少なくとも１つの空気ファンユニットの騒音が顕著であることから、空気ファンユニットは、固体から生じる音伝達を避けるために軟らかい発泡体で埋められていてもよい。

本発明のさらなる態様は、空気流の熱回収、冷却／加熱および除湿／加湿を組み合わせた建物のための換気システムを使用する方法について記述する。

本発明の別の態様は、屋内および／または屋外の空気流を換気システムに通す工程を含む、熱回収、冷却／加熱および除湿／加湿を組み合わせた方法であって、ここで空気流からの熱および水蒸気は熱回収吸着体によって制御される。

本発明のさらに別の態様は、本明細書に記載された換気システムを有する建物である。

熱回収吸着体を備えた換気システムは好ましくは建物内に設置され、熱回収吸着体は内部に近接するように設置され、ここで熱回収吸着体はほぼ室温を有する。冬季には、冷たく乾燥した外気が吸い込まれ、熱回収吸着体を通過することによって加熱され、次に水蒸気用吸着剤によって加湿され、温度および湿度の数値は部屋の空気に近い状態で部屋に入る。従って、内部に供給される流入空気は、換気された部屋の湿度を大幅に低下させることはない。

夏季には、暖かく湿った外気が熱回収吸着体を通過する時、水蒸気用吸着剤に水分を移すことによって少なくとも部分的に除湿され、放出された収着熱は加熱された除湿空気によって熱交換材料内へと移動するが、その熱交換剤はあらかじめ前脱着期間において冷却されたものであり、屋外温度よりも低い部屋の温度とほぼ同じである。暖かく湿った外気が冷却され除湿されると、放出された収着熱は一時的に熱交換材料によって吸収され、温度は低下して部屋の空気温度に近づく。脱着期間中、熱回収吸着体を通過する時の内部空気は、水蒸気用吸着材から放出された水分によって湿潤化され、熱回収吸着体の熱交換材からの移動熱によって加熱される。排気が加熱されると、水蒸気用吸着剤から水分を除去する能力が増大し、結果として水蒸気用吸着材中の水分が低下している間に、排気中の水分量は増加する。

本発明の例示的な実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。

図中：
図１は、本発明による熱回収吸着体を備えた換気システムの実施形態を示す。 図２は、本発明による熱回収吸着体を有する換気システムの別の実施形態を示す。 図３は、本発明による組み合わせた換気システムの実施形態で使用されている、好ましい水蒸気用吸着剤ＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０の２９８Ｋでの水吸着等温線を示す。

図面の記載中、図１は、工業用、商業用、住宅用の建物、一般住宅および移動住宅に使用されることを意図した、本発明の１つの好ましい実施形態における熱回収吸着体を備えた換気システム１０を示す。図１に模式的に示すように、換気システム１０は建物の外部から内部まで、以下の構成要素を含む：外側の吸入／排出の開口部１１、第１フィルタユニット１２、すなわちダストフィルタ、空気ファンユニット１４、例えば可逆的空気ファンユニット、熱交換材料１６、収着材料１８、吸音収着剤２０、第２フィルタユニット２２、および内側の吸入／排出の開口部２３である。図１では、可逆空気ファンユニットを作動させる電動モータの回転および方向を制御するためのコントローラユニットは示されていない。

可逆空気ファンユニット１４は、以下の構成要素に取り付けられた筺体と、筺体に固定された軸型プロペラおよび可逆的電動モータを含んでいる。

空気ファンのプロペラが一方向に回転すると、外部からの新鮮な空気が吸入され、第１のフィルタユニット１２を通じて流れ、次に熱交換材料１６、収着材料１８、実施形態で示された吸音収着剤２０および第２のフィルタユニット２２を流れ、そして、プロペラが逆方向に回転すると、換気システムを通って内部から排気を屋外に押し出す。可逆空気ファンユニット１４を備えたコントローラを用いて、回転の方向を等しい時間間隔で逆転させることができるので、換気システム１０を通る２つの空気流の流れは、周期的であり、向流であり、釣り合ったものとなる。

換気システム１０は、図１に示された実施形態において第１フィルタユニット１２、および第２フィルタユニット２２を含む。好ましい実施形態によれば、第１フィルタユニット１２は、流入した空気から汚染物質、埃、粒子状物質および臭気等を浄化するための通常のフィルタである。第２フィルタユニット２２は花粉を空気流から浄化するためのフィルター材料を含んでいてもよい。建物用フィルターは典型的には汚染物質、すなわち毒性化学物質を除去するための含浸活性炭を使用する。フィルターユニットにおいて、収着剤は、毒性ガス流が充填床、モノリスを通過するように構造体中に収容され、または毒性ガスが収着剤と接触して物理的吸着および／もしくは化学反応によって除去されるような容量で収容される。

図１に示す実施形態によれば、熱交換材料１６、収着材料１８および吸音収着材料２０は、適切な方法で互いに接続された別々の構成要素内に配置される。熱交換材１６は、排気の吸入開口部と、屋外の新鮮空気の開口部と、排気の排出用および新鮮空気の排気用の開口部とを有するケーシング中のマトリクスとして提供される。前記マトリックスは、固体の単一床または好ましくはモノリシック構造を含んでもよい。用途に応じて、前記マトリックスはセラミックなどの熱交換材料１６を含むことができる。

収着材料１８は、流入新鮮外気から水分を吸着するのに適した少なくとも１つの水蒸気用吸着剤を含み、ここで吸着剤の水吸着等温線３０は特徴的なｓ‐字形状を示す。収着期間中において、流入新鮮外気から水分が吸着され、そしてその水分は脱着期間中に排気中に移される。さらに、排気からの水分は水蒸気用吸着剤に吸着してもよく、流入する冷たい空気中に脱着してもよい。前記水蒸気用吸着剤は、単独でまたは吸着剤１８の他の収着剤と一緒に、異なる形態で提供することができる。収着材料１８は、緩い材料または成形体として使用することができる。好ましい金属有機骨格（ＭＯＦ）は、顆粒、成形体またはモノリスの形態で使用することができる。同様に、金属有機骨格（ＭＯＦ）は活性炭などのその他の収着剤との混合物として使用されるが、ここで成形体の混合物を使用しても良い。成形体の形状はいかなる制限も受けない。例えば、可能な形状としては、とりわけ、ペレット、丸薬、球、顆粒、およびロッド、ハニカム、グリッドまたは中空体のような押出物である。収着材料１８は、モノリスまたは基材に付着した顆粒の形態、例えば空気透過性フィルムとして提供することができる。収着材料１８は、基材または支持体上に被覆として提供されてもよい。さらに、収着材料１８は、例えば加熱ワイヤの形態のヒータを含むマトリックスとして提供されてもよい。

吸音収着剤２０は、例えばモノリシック熱可塑性発泡体の形状で、騒音吸着材料を含むことができる。

熱交換材料１６、収着材料１８および吸音吸着剤２０は構造体または固体を含むことができることから、好ましい全体的な圧力降下は１ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲でなければならない。

図２を参照すると、熱回収吸着体を備えた換気システム１０の別の実施形態が示されている。この実施形態では、組み合わせた構成要素の数は、組み合わせた構成要素２４で換気システム１０の異なる機能を組み込むことによって少なくなる。図２では、熱交換材料１６、収着材料１８および吸音収着剤２０が組み合わされている。前記組み合わせた構成要素２４は、セラミックのマトリックスとして提供され、収着材料１８、例えば錐状起用吸着剤および／または吸音収着剤２０で被覆された熱交換材料１６を含むことができる。さらに、前記組み合わせた構成要素２４はモノリスを含むことができ、ここで吸音収着剤２０によって被覆された一部分と、他の部分はＭＯＦなどの水蒸気用吸着剤、すなわちＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０、で被覆された別の部分を含むことができる。

図３を参照すると、好ましい水蒸気用吸着剤ＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０の水吸着等温線が示されている。ｘ座標２６は、同じ温度での水蒸気飽和圧力に対する水蒸気分圧の比によって定義される相対湿度を表す。ｙ座標２８は、ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤で表される水蒸気用吸着剤の過剰吸着量を表す。フマル酸アルミニウムＭＯＦをベースにした好ましい吸着剤ＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０は、２９８Ｋで記録された典型的なｓ‐字型水吸着等温線３０を示す。等温線３０は相対湿度範囲が０．１５未満において少ない吸着量、すなわち好ましくは約０．１０ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤よりも少ない吸着を示し、０．１５から０．４の相対湿度の狭い範囲において好ましい急激な上昇を示す。この相対湿度範囲における水吸収量は全負荷量の約８０％である。等温線３０は、０．４を超える相対湿度範囲において、あまり顕著でない吸着量で飽和プラトーに達し、ここで追加の水吸収量は、０．０５〜０．１５ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲である。好ましい水蒸気用吸着剤ＢＡＳＯＬＩＴＥ（登録商標）Ａ５２０の湿度１００％での総吸水量は、約０．５５ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤である。

Claims (16)

1. 熱回収吸着体を備えた換気システム（１０）であって、前記換気システム（１０）は建物内に設置され、ここで前記換気システム（１０）はさらに建物の外部からの空気流用の少なくとも１つの外側の吸入／排出用の開口部（１１）および建物の内部からの空気流用の少なくとも１つの内側の吸入／排出用の開口部（２３）、少なくとも１つの空気ファンユニット（１４）および少なくとも１つのフィルタユニット（１２、２２）を含み、ここで前記熱回収吸着体は前記空気流から熱を吸収し放出するための熱交換材料（１６）および前記空気流からの少なくとも１つの収着物を少なくとも吸着し脱着するための収着材料（１８）を包含し、ここで前記少なくとも１つの収着物は水蒸気であり、前記収着材料（１８）は、室温（２５℃＋／−１０℃）で狭い相対湿度範囲において急激に上昇するｓ‐字形水吸着等温線（３０）を示す少なくとも１つの水蒸気用吸着剤を含み、ここで前記水蒸気用吸着剤の主負荷量上昇は相対湿度が０．１〜０．５の範囲において生じ、飽和容量は０．２５〜１．２ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲にある、換気システム（１０）。
2. 前記水吸着等温線（３０）の急激な上昇が０．１５〜０．４の相対湿度範囲にある、請求項１に記載の換気システム（１０）。
3. 前記水蒸気用吸着剤の飽和容量が０．３〜０．６ｋｇ_水／ｋｇ_吸着剤の範囲にある、請求項１または２に記載の換気システム（１０）。
4. 前記負荷量上昇が総負荷量の少なくとも６５％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
5. 水蒸気用吸着剤が、シリカゲル、活性化アルミナ、活性化ボーキサイト、モレキュラーシーブおよび金属有機骨格（ＭＯＦ）からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
6. 前記収着材料（１８）が微粉末材料、顆粒、成形体またはモノリスとして提供され、マトリックスまたは充填床もしくは移動床などの充填剤として、好ましくはモノリスとしてケーシング中に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
7. 収着材料（１８）が、好ましくはセラミック、金属、プラスチック、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエステル、金属もしくはセラミックをベースとした発泡体、プラスチック、セルロースの織繊維もしくは不織繊維またはそれらの混合物から作製された基材上で被覆されて付着する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
8. 吸着材料（１８）が金属有機骨格（ＭＯＦ）、好ましくはフマル酸アルミニウムＭＯＦである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
9. 熱交換材料（１６）が、セラミックまたはレンガ片、石または焼成されたクレー砂利または小石、焼成鉄ペレットまたは他の適切な高熱容量のペレット化材料、従来型セラミック、異なる形状の金属またはプラスチック梱包材、波形金属およびワイヤメッシュからなる群から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
10. 熱交換材料（１６）が、ハニカム構造として提供される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
11. 被覆がセラミック基材上に付着させたフマル酸アルミニウムＭＯＦを含む、請求項７に記載の換気システム（１０）。
12. 収着材料（１８）が、吸音収着剤（２０）をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
13. 換気システム（１０）が分散型ユニットとして提供され、好ましくは建物の別々の部屋に設置され、または集中型ユニットとして建物内に設置され、ここで建物の内部からの空気は内側の吸気／排気の開口部（２３）へと導かれ、外側の吸気／排気の開口部（１８）が建物の外構上に配置される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の換気システム（１０）。
14. 建物の空気流の熱回収、冷却／加熱、および除湿／加湿を組み合わせた方法であって、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の換気システム（１０）を通じて屋内および／または屋外の空気流を通過させる工程を含み、前記空気流からの熱および水蒸気を前記熱回収吸着体によって制御する方法。
15. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の換気システム（１０）を有する建物。
16. 空気流の熱回収、冷却／加熱および除湿／加湿を組み合わせた、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の建物のための換気システム（１０）の使用。

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