TW201910690A - 換氣空調裝置 - Google Patents

Abstract

[課題] 本發明的課題在於提供一種不存在換氣所伴隨之能量損耗、能量效率高、節省空間且低成本的換氣空調裝置。 [解決手段] 為了解決以上課題，本案發明的特徵為，具有具備二氧化碳等污染物質的吸附或吸收功能之蜂窩式轉子，將蜂窩式轉子配置於至少具備處理區域和解吸再生區域之轉子旋轉裝置內，使處理空氣通向處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣，並且向再生解吸區域導入飽和蒸氣而解吸二氧化碳等污染物質並排出至室外。

Description

換氣空調裝置

本發明係提供一種去除二氧化碳等污染物質之換氣空調裝置，上述換氣空調裝置使用能夠吸附去除例如在室內產生之二氧化碳或揮發性有機化合物(VOC)、臭氣等污染物質或從外氣侵入之SOx、NOx、揮發性有機化合物等污染物質之轉子，去除該等污染物質，藉此能夠藉由少量的換氣來提高室內空氣的品質。

辦公大樓或商務大樓及居住空間中所使用之如圖1般的換氣空調裝置，主要以排出人的呼氣中所含之二氧化碳或從建築材料、辦公自動化(OA)設備等產生之揮發性有機化合物等污染物質為目的而使用。若在冷房暖房期間進行換氣，則冷房暖房負荷增加，因此在換氣管路中使用全熱交換器，對回氣和排氣進行熱交換而回收廢熱。

作為該種全熱交換器，主要使用有轉子型和靜止型，當排氣：外氣風量比為1:1時，轉子型全熱交換效率為70%左右，小型靜止型全熱交換效率為50%左右。亦即，即使藉由全熱交換而回收捨棄之能量，亦有30～50%的能量被浪費捨棄。又，存在需要供氣系統和排氣系統各自的大型管道，而浪費佔用大樓的高價的有價空間之缺點、或若導入外氣之場所遠，則管道配管變長、工事費亦增加、送風動力亦增加等問題，設置場所亦存在限制。

另外，最近的住宅具有各室獨立之空調設備，在每個各室設置換氣扇，經由從各換氣扇通向天花板背面之管道進行換氣。該種管道有時為長管路，在該種情況下空氣阻力大。因此，換氣所需之能量亦變大，這亦成為由換氣產生之浪費能量，從而總體上的能量效率下降。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本專利公開2005-98571號公報 [專利文獻2] 日本專利公開2007-37670號公報 [專利文獻3] 日本專利公開2003-19435號公報 [專利文獻4] 日本專利公開第2006-61758號公報 [專利文獻5] 日本專利公告平5-68290號公報 [專利文獻6] 日本專利5627870號公報 [專利文獻7] 日本專利5877922號公報

[發明所欲解決的問題]

針對上述問題，如專利文獻1所示，開發出了在室內的二氧化碳濃度成為一定以上的值時運行之換氣扇。然而，這亦依然未能充分減少換氣所伴隨之冷房暖房能量的損失。

因此，如專利文獻2所示，開發出了具有吸附或分解空氣中的有害氣體之過濾器之除臭裝置。然而，該種裝置未能去除二氧化碳，又不得不進行過濾器的更換，因此存在另外花費更換過濾器的費用之問題。

專利文獻3中揭示有如下裝置：使用負載有氧化鉀等能夠吸著/解吸二氧化碳之吸收劑之吸附轉子，從室內空氣吸著二氧化碳，在再生區域中利用暖風解吸二氧化碳並排氣至室外。

專利文獻4中揭示有如下裝置：使用轉子上負載有具有選擇性地吸著/解吸二氧化碳之官能基之離子交換樹脂或錯合物之吸著轉子，從室內空氣吸著二氧化碳，在再生區域中利用暖風解吸二氧化碳並排氣至室外。

但是，該等文獻中所揭示之二氧化碳吸著裝置在原理上全部吸附去除二氧化碳，並且還吸附去除水蒸氣。夏季期間濕度大，因此若能夠除濕則會很方便，但若在中間期間或冬季期間除濕，則室內空氣會過度乾燥，不得不加濕。因此，存在除了夏季期間以外沒有利用優點之問題。

另外，以二氧化碳吸附材料及轉子的耐熱性或節能為目的，利用能量密度低的攝氏40～80℃左右（以下，溫度全部設為“攝氏”）的低溫廢熱，因此為了達成所要求之性能，需要進行與處理空氣量相同量的再生空氣的導入和排氣，需要比較大型的轉子，存在設置空間大、成本亦高的缺點。又，存在需要再生空氣導入用和排氣用各自的大型管道，而浪費佔用大樓的高價的有價空間之缺點、或若不是外氣導入和排氣容易之場所，則管道配管變長、工事費亦增加、送風動力亦增加等問題，設置場所存在限制。

專利文獻5中揭示有在太空站等封閉空間中所使用之二氧化碳去除裝置的案例。其以批次（batch）式運行：使處理空氣流過填充有吸附材料（胺系離子交換樹脂、活性碳等）之吸附層而去除處理空氣中的二氧化碳來進行供氣；吸附了二氧化碳之吸附材料填充層中，切換閥而導入水蒸氣來解吸二氧化碳；若解吸結束，則再次切換閥而導入處理空氣來吸附二氧化碳，供給去除了二氧化碳之空氣。該方式在如太空站那樣的小空間用途中成立，但難以大型化，且初始成本、運轉成本亦高，係通常的空調用途中難以適應之裝置。

專利文獻6中，為了也能夠適應於通常的空調，使用負載有能夠吸附二氧化碳之離子交換樹脂等吸著材料的粉末之蜂窩式轉子，如圖2般，在處理空氣側將通過熱泵的蒸發器而冷卻除濕之空氣通向蜂窩式轉子而吸著去除二氧化碳等污染物質來進行供氣。另一方面，在再生區域中使通過冷凝器而升溫之空氣通過，藉此將吸附於轉子之二氧化碳等污染物質解吸並排出至外氣中。揭示有如下案件：藉由使用蜂窩式轉子能夠實現大風量處理，且也藉由組合熱泵、利用廢熱來確保節能性。

專利文獻7中揭示有設置濕度調整機構以使再生入口焓（enthapy）高於處理入口焓來提高二氧化碳的分離效率之案例。但是，專利文獻6、專利文獻7均使用利用再生效果低的低溫廢熱之空氣，因此如果要用再生風量彌補再生能量的不足，則需要與處理空氣大致相同量的再生解吸空氣，如表1般，轉子直徑大型化而難以實現裝置的小型化，因需要2台大風量送風機，送風運轉成本亦高。另外，還需要大面積的解吸再生用供氣/排氣管道，存在佔用大量大樓的有價空間之缺點。 [表1] 相對於處理流量之轉子直徑比較 （流量單位N m³ /h）

作為具有二氧化碳吸附性或吸著性之材料之沸石、活性碳、胺系化合物、胺系離子交換樹脂、碳酸鉀等碳酸鹽均具有吸濕性，又，再生解吸用空氣通常藉由加熱而相對濕度下降，因此在再生區域中，轉子的水分被解吸，在處理區域中通過空氣被除濕。若為夏季，則還存在除濕之優點，但供氣因除濕的吸附熱而升溫，因此還存在若不用設置於轉子處理出口之汽化冷卻器或後冷卻器（aftercooler）進行再冷卻，則無法向室內供氣之缺點。

又，具有如圖6般，因除濕的吸附熱所引起之升溫而二氧化碳的吸著性能受阻之傾向，且還存在在解吸再生區域中，水蒸氣的解吸熱中消耗再生能量而二氧化碳的分離性能變差的性能上的缺點。

另外，在冬季期間反而成為欲加濕之條件，該除濕功能成為缺點，又，亦沒有剩餘的廢熱，因此無法在冬季期間進行運用。亦即，存在只能在夏季期間應用之根本性的缺點。 [解決問題的技術手段]

本案發明為了解決如上的課題，具有在潮濕狀態下具備二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質的吸附或吸收功能之蜂窩式轉子，能夠去除淨化空氣中的二氧化碳或污染物質，因此能夠以最小限度的換氣量抑制能量的損失，並且確保室內空氣品質。又，以小容量的飽和蒸氣進行解吸再生，因此如表1般，能夠實現轉子及裝置的大幅小型化。 又，能夠使先前的換氣空調裝置中所需之供氣/排氣量變得非常少，因此欲提供一種能夠減少空調裝置或管道的設置空間、削減有價的管道佔用空間或可抑制設置成本、節省空間、低成本的節能之換氣空調裝置。 [發明效果]

本發明的換氣空調裝置如上述般構成，因此在室內產生之二氧化碳或臭氣或揮發性有機化合物、從外氣侵入之揮發性有機化合物、SOx、NOx等污染物質亦同時吸附（吸著）於蜂窩式轉子，在解吸區域中被飽和水蒸氣解吸而排放至外氣中。在此，若削減換氣量，則室內空氣中的氧逐漸減少，但空氣中的氧濃度為21%左右，1～2%左右的減少對人的呼吸完全沒有影響，並且藉由從門的出入或因氧的濃度差而從間隙之擴散等來供給氧，因此實質上沒有問題。相反，藉由呼吸而消耗1～2%的氧，若不去除其結果而產生之1～2%的二氧化碳，則會對人體帶來有害的影響。

二氧化碳的濃度的允許值在建築基準法中為0.1%（美國國立職業安全衛生研究所及美國產業衛生專家會議所規定之允許值為0.5%），在空氣中稍微增加，就會對人的健康帶來影響，因此在建築基準法的設計基準中，室內人員每1名需要30m³ /H的換氣。但是，近年來，外氣的二氧化碳濃度逐漸上升，以30m³ /H的換氣無法達成室內二氧化碳濃度0.1%。又，換氣的主要目的在於對從建築材料或家具、OA設備等產生之揮發性有機化合物或吸煙中所產生之污染物質進行排氣而降低濃度。因此，若以30m³ /H以下的換氣量亦能夠從室內排出二氧化碳和揮發性有機化合物等污染物質而維持在基準值以下，則在建築基準法的運用基準中沒有問題。

另外，本發明的方法及裝置使用具有二氧化碳及揮發性有機化合物等污染物質氣體的吸附/解吸作用之蜂窩式轉子，因此不像使用了過濾器之空氣淨化裝置般頻繁更換之構件，還能夠減少消耗品更換經費。

尤其近年來，PM2.5或光化學煙霧等大氣污染在城市圈相繼發生，在該種情況下進行換氣的話，會有著PM2.5或光化學煙霧進入室內的疑慮。又，沿著主幹道的話，汽車的排放氣體、或是繁忙街道上藉由烹調排氣而產生的臭氣可能會藉由換氣而進入室內。但是，依本發明的換氣裝置，由於換氣量少，因此不存在該種問題，即使有這些氣體進入，亦會被本發明的裝置進行吸附濃縮排氣。

本發明係一種換氣空調方法與裝置，該換氣空調方法與裝置的特徵為，具有在潮濕狀態下具備二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質的吸附或吸收功能之蜂窩式轉子，將前述蜂窩式轉子配置於至少具備處理區域和解吸再生區域之轉子旋轉裝置內，使處理空氣通向前述處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣，並且向再生解吸區域導入飽和蒸氣而解吸二氧化碳或污染物質並排出至室外。

吸附與吸收現象雖然不同，但為類似的現象，當存在雙方的要素時，有時使用吸著這一單詞。本發明中，使用吸著這一單詞。胺系二氧化碳吸收劑可稱為吸收，但胺系離子交換樹脂若含水，則存在以水裝滿之細孔，被認為係二氧化碳在該細孔內擴散而吸著於細孔表面的胺基上之吸附材料。又，在多孔質固體吸附材料的細孔內添加有胺液或離子液體等吸收劑之吸附材料亦包含於此，無論係哪一種，在操作原理上，本發明的要點在於，使用導入有非水溶性且在固體狀的潮濕狀態下具有吸著二氧化碳等污染物質之功能之小徑粒子之蜂窩式轉子。

若使處理空氣流過前述蜂窩式轉子的處理區域，則蜂窩去除二氧化碳等污染物質並供給淨化空氣。吸著了二氧化碳等污染物質之蜂窩式轉子藉由轉子的旋轉而移動至解吸區域，導入飽和水蒸氣而解吸二氧化碳等污染物質。從解吸區域導入到轉子蜂窩中之飽和水蒸氣係如圖8般地藉由蜂窩的加熱或二氧化碳等污染物質的解吸熱供給而冷卻並凝結，從而在蜂窩內表面上結露。藉由轉子的旋轉，蜂窩的內表面以被凝結結露水潤濕之狀態移動至處理區域，若有處理空氣通過，則藉由結露水的汽化冷卻現象而促進蜂窩的冷卻，且藉由冷卻去除二氧化碳氣體的吸著熱而發揮能夠高效地吸著二氧化碳氣體或污染物質氣體之效果。

另外，藉由以高能量密度且小容量的60～100℃的飽和水蒸氣對二氧化碳氣體或揮發性有機化合物等污染物質氣體進行濃縮解吸排氣，能夠減少解吸風量和換氣風量。例如，如圖9般，相對於將35℃、50%RH的空氣加熱至60℃之焓，60℃的飽和蒸氣具有十幾倍的焓，因此飽和蒸氣能夠以十幾分之一實現解吸再生，如表1般轉子能夠小型化，還能夠大幅削減排氣和導入外氣，供氣/排氣系統的管道亦在建築基準法的最小限度即可，在運用上，若能夠確保室內空氣品質，則換氣量被大幅減少，因此可削減送風能量。又，亦不會藉由大風量的換氣而導致冷卻加熱能量損失，節能性得到提高。即使用全熱交換器回收廢熱，亦有30～50%的能量未能回收而丟失，但在本發明的換氣裝置中，藉由對室內的二氧化碳、揮發性有機化合物等污染物質進行濃縮排氣，可期待超過全熱交換器之節能效果。

在此，飽和水蒸氣在40～100℃下基本為大氣壓。導入到解吸區域之飽和水蒸氣藉由蜂窩的加熱或二氧化碳的解吸熱供給而冷卻並凝結，從而在蜂窩表面上結露。蜂窩的表面以被結露之水潤濕之狀態藉由轉子的旋轉而移動至處理區域，藉由處理空氣的通過，在結露水的汽化冷卻現象下促進蜂窩的冷卻，且藉由去除冷卻二氧化碳氣體的吸著熱而發揮能夠高效地吸著處理空氣中的二氧化碳氣體或污染物質氣體之效果。亦即，本發明的裝置並非利用基於蒸氣之置換解吸，而利用基於飽和蒸氣之高焓。

作為固體非水溶性的胺系二氧化碳吸著材料，除了具有胺基之鹼性離子交換樹脂以外，還能夠使用具有胺基之高分子凝膠、或在細孔內添加有胺系二氧化碳吸收劑或碳酸鹽、離子液體等二氧化碳吸收劑之矽膠、活性碳、活性氧化鋁、中孔洞二氧化矽（mesoporous silica）等吸附材料。當在吸附材料的細孔內浸水而二氧化碳吸著性能受阻時，亦能夠將吸附材料的表面設為疏水性而防止向細孔內浸水，但由於係微細孔，因此能夠以微弱的疏水性達成目的。相反，在強疏水性時，凝結水避開吸著材料表面而水滴大徑化，從而汽化冷卻效果下降，因此不佳。

作為一例，若將0.1mm以下的弱鹼性離子交換樹脂的微小粒子與黏合劑混合而成之漿料塗佈於多孔質玻璃纖維片材而製成1mm以下的片材來使用，則能夠有效利用毛細管力來實現提高了吸著效果之汽化冷卻吸著蜂窩（圖13中示出片材表面照片的例子）。若在解吸區域中導入飽和蒸氣，則如圖8般，水蒸氣在蜂窩表面上凝結結露，但凝結水藉由在微小粒子塗層內複數個重疊之微小粒子間的毛細管力而被吸入，由於係蜂窩形狀，因此對通氣沒有影響，在處理空氣通過時，如圖9般從寬的蜂窩內表面向片材的內部進行二氧化碳氣體的吸著和水的蒸發冷卻，因此如專利文獻5般的在填充有1～2mm的比較大的球狀離子交換樹脂之層（板）中成為問題之缺點得以消除。

又，即使在片材的表背面上，吸著速度或吸著容量的差、或者凝結水量或汽化冷卻效果存在不均勻，由於係薄片材的蜂窩，因此藉由基於表背面上的凝結水的毛細管力或水蒸氣的擴散之物質移動或熱移動，不均勻被緩和，因此能夠提高性能。另外，藉由混合活性碳、疏水性沸石、合成吸附材料揮發性有機化合物吸附材料，還能夠同時去除揮發性有機化合物或臭氣等污染物質。

又，作為長期運用的效果，有耐久性的提高。胺系二氧化碳吸著材料或胺系離子交換樹脂，若沒有氧，則耐熱性方面可以承受至100℃，但在有氧之氣體中有即使為50～60℃亦會明顯劣化之例子。本發明的裝置中，吸著時的胺系吸著材料的溫度如圖11般被抑制為低溫，解吸時如圖10般成為40～100℃以下，但離子交換樹脂在水合狀態時穩定性增加，且被結露水覆蓋，因此可防止氧化劣化，耐久性得到提高。

本發明的換氣裝置如以上般之構成，以下對其動作進行說明。因在室內有人時之呼氣中的二氧化碳或吸煙而室內的二氧化碳濃度上升，或因冬季期間在室內使用開放型爐而產生之二氧化碳而室內的二氧化碳濃度上升，因此需要對室內空氣進行換氣。近年來，由於熱泵空調的普及或吸菸場所分離化的進行，呼氣以外的二氧化碳產生變少，但換氣的重要性未變。

在該種情況下，一邊使蜂窩式轉子1旋轉，一邊將室內空氣或外氣通向換氣空調裝置2。通過了轉子之空氣在二氧化碳等污染物質氣體被去除之後被供氣。若如圖3般使來自室內之回氣通過吸著裝置的蜂窩式轉子，則能夠減少換氣中所含之二氧化碳或污染物質濃度並向室內供氣。

同時，向解吸區域導入飽和蒸氣而將吸著之二氧化碳等污染物質解吸並排放至外氣中。如此一來，處理空氣中所含之二氧化碳或揮發性有機化合物、SOx、NOx等污染物質氣體被濃縮並排出至室外。 [實施例1]

以下，按照圖3對本發明的換氣空調裝置的實施例進行詳細說明。1係蜂窩式轉子，係將玻璃纖維等無機纖維的多孔質的片材進行波紋（corrugate）加工並製成轉子狀者，負載有添加了吸收二氧化碳之胺系二氧化碳吸收劑之活性碳的吸附材料。

轉子被容納於劃分為處理區域和解吸再生區域之密封之殼體中，轉子構成為利用齒輪電動機被旋轉驅動。

向處理區域導入處理空氣，吸著去除處理空氣中所含之二氧化碳等污染物質，並向室內供給經淨化之空氣。處理空氣可以為回氣，亦可以為外氣，根據目的亦能夠進行混合。吸著了二氧化碳或污染物質之轉子蜂窩向解吸再生區域旋轉移動，在解吸區域中導入40～100℃以下的飽和水蒸氣，對蜂窩進行加熱而將二氧化碳或污染物質解吸排氣。飽和蒸氣在蜂窩的加熱和二氧化碳等的解吸熱供給中消耗能量而在蜂窩內的表面上結露凝結。飽和蒸氣具備乾燥空氣的十幾倍～幾十倍的能量，因此飽和蒸氣的導入量相對於處理空氣為十幾分之一以下，亦能夠進行解吸再生，從而能夠實現轉子及裝置整體的緊湊化。解吸用飽和蒸氣可以從鍋爐供給，亦能夠使用內置於空調裝置之盤型加濕器或者空調用電熱式或電極式蒸氣加濕器。

在解吸區域中，二氧化碳等污染物質藉由飽和水蒸氣被加熱解吸，水蒸氣凝結結露之轉子蜂窩進行旋轉而再次向處理區域移動，但蜂窩內表面的結露水藉由處理空氣而蒸發，藉此產生汽化冷卻效果，蜂窩被迅速冷卻而開始二氧化碳或污染物質的吸著。開始吸著之後蜂窩亦處於潮濕狀態，因此二氧化碳或污染物質的吸著熱藉由汽化冷卻效果而被去除，且成為比處理空氣入口溫度低的低溫而被供氣。本發明的裝置雖然沒有如乾燥劑空調機那樣的除濕功能，但處理空氣被汽化冷卻而被供給，因此具有作為冷卻裝置發揮功能之特徵。 [實施例2]

將本發明的實施例2的流程圖示於圖4。裝置的構成與實施例1的圖3幾乎相同。就蜂窩式轉子1而言，在包含玻璃纖維等無機纖維主體的塑膠纖維之30g/m² 的多孔質紙上塗佈將粒度分佈0.02～0.1mm的胺系離子交換樹脂的微粒、平均粒徑0.03mm的活性碳微粒及耐熱耐水性的黏合劑混合而成之漿料液，將經乾燥之片材（圖13）以間距3.0mm、高度2.0mm進行波紋加工，並將其捲繞而成為轉子，從而得到包含50重量%的胺系離子交換樹脂和活性碳的微粒之體積比重150kg/m³ 的蜂窩式轉子1。

在本發明中，由於在吸著之二氧化碳的解吸中使用蒸氣，因此不需要蜂窩式轉子1的不燃化，但為了確保濕潤時的保形性和強度，將玻璃纖維等無機纖維或乙烯對苯二甲酸酯(PET)等合成纖維進行混合製造而成之紙作為支撐體為較佳，但只要係具有耐蒸氣性、保形性、強度之合成纖維的不織布等，則無需無機纖維的介入。又，作為以解吸時的水蒸氣凝結和吸著時的汽化冷卻效果為目的之吸著體，存在蜂窩特有的新的優點。例如，即使在片材的表背面上存在吸著速度或吸著量之差、或者在凝結水量或汽化冷卻效果存在不均勻，由於係由1mm以下的薄片材形成之蜂窩，因此即使存在蜂窩內之吸著材料的附著不均勻或流入空氣的溫度/濕度不均勻，由於如圖8、圖9般，基於表背面上的凝結水的毛細管力或水蒸氣的擴散之物質移動或熱移動良好，因此不均勻亦得到緩和。因此，能夠提高性能。

蜂窩式轉子1整體在換氣空調裝置內開口，在其一部分的前後設置有附密封件之漏斗，在入口漏斗上並設有從外部導入飽和蒸氣之管。向入口漏斗導入50～100℃的飽和蒸氣，向出口漏斗將吸著於蜂窩式轉子之二氧化碳或揮發性有機化合物等污染物質解吸並排放至外氣中。通過了換氣空調裝置之空氣被去除二氧化碳或污染物質並供氣至室內。 [實施例3]

就蜂窩式轉子而言，將玻璃纖維等無機纖維主體的35g/m² 的多孔質紙以間距3.0mm、高度2.0mm進行波紋加工，並將其捲繞而轉子化，從而得到包含70重量%的將具有胺基且具有二氧化碳吸著性之高分子凝膠進行浸塗乾燥而成之二氧化碳吸著凝膠之體積比重150kg/m³ 的蜂窩式轉子1。

在裝置的構成方面與實施例2大致相同，但如圖5般，蜂窩式轉子固定於具備外周密封結構之轉子吸附裝置內，使處理空氣通向前述空調裝置，並使通過了前述裝置之空氣再次返回到室內，該裝置的特徵為，在吸附裝置轉子的一部分的前後安裝具有以轉子軸為中心而連動旋轉之密封件之扇形的漏斗，從一個漏斗導入飽和蒸氣，而向另一個漏斗將被解吸之二氧化碳或污染物質排出至室外。由於轉子不旋轉，因此容易大型化，進行滑動的僅為漏斗的密封件，因此滑動阻力少，不需要耐磨耗性高的高價的密封材料，能夠削減維修成本。 [實施例4]

另外，對提高節能性且不僅在夏季期間，在冬季期間亦能夠活用之實施例進行說明。基本構成與圖3相同，但如圖7般，在飽和蒸氣導入區域出口側設置在相對於轉子旋轉方向上之下方追加了淨化區域之排氣區域扇形部。在排氣區域中，用排氣送風機將與排氣區域相反的一側的供氣區域的空氣與飽和蒸氣一同抽吸淨化並進行排氣，在冷房時和暖房時切換排氣送風機的風量。

在冷房時，增加排氣送風機的風量而使能夠充分發揮預冷效果之空氣量流動，並設定預冷空氣量以使預冷之蜂窩向處理區域移動。藉由如此設定，能夠防止轉子的積熱被帶入供氣中，在處理區域中能夠將藉由凝結水的汽化冷卻效果而冷卻之處理空氣進行供氣。藉由預冷空氣汽化冷卻之後，移動至處理區域之轉子蜂窩被冷卻，因此供氣的焓不會上升，且蜂窩處於潮濕狀態，因此不進行除濕就不會產生吸附熱，因此供氣的溫度不會上升。如圖11、圖12般，反而具有藉由汽化冷卻效果能夠進行比入口低溫的供氣之效果。例如，若處理入口空氣為25℃、50%RH，則出口空氣被汽化冷卻成接近濕球溫度18℃之溫度。另外，若對35℃、50%RH的外氣進行處理，則被汽化冷卻成接近濕球溫度26℃之溫度。如以上那樣，在本發明的裝置中，雖然不進行除濕，但該濕度區域的除濕能夠用熱泵容易地進行調整，因此沒有問題。

預冷空氣量存在最佳值，需要以單位時間內通過淨化區域之蜂窩的熱容量與由通過之空氣所產生之汽化冷卻熱量相等之方式進行設定。若過少，則蜂窩的積熱被帶入供氣中，焓上升，從而冷房效果和節能效果減小。 無汽化冷卻效果時之最佳的預冷空氣風量W能夠由式-1進行計算。 W（kg/h）=π/4×（D² -d² ）×ζ×L×N×γ_H ×C_H /C_G ……式-1 其中，D：轉子有效外徑（m），d：轉子有效內徑（m），ζ：轉子端面有效面積（對通風有效之面積）率，L：轉子寬度（m），N：轉子轉速（rph），γ_H ：蜂窩的體積比重（kg/m³ ），C_G ：氣體的比熱，C_H ：蜂窩材料的比熱。 在本發明中，增加基於凝結水之汽化冷卻效果，因此雖然根據處理空氣條件發生變化，但以上述計算風量的幾分之一的風量即可。若為蜂窩式轉子除濕機，則導入處理空氣的1/3～1/9的預冷空氣，但在本發明的裝置中，可進一步以其1/3以下的冷卻空氣來實現目的。

在冬季期間，減少排氣送風機的排氣風量，並設定為僅淨化藉由蜂窩式轉子的旋轉而被帶入處理區域之殘留於蜂窩的空隙中之二氧化碳或污染物質氣體之最小風量。藉由如此設定，一邊二氧化碳或污染物質氣體被排氣，一邊如圖12般，轉子的大部分積熱被帶入處理空氣側。因此，大部分再生能量回收利用於暖房，不會造成浪費。又，在處理區域中，若進一步繼續進行通氣，則處理空氣藉由汽化冷卻效果而被冷卻並被供氣，但處理空氣的焓不會減少，僅處於加濕狀態，因此只要進行所需量的加熱，就能夠進行供氣。亦即，具有無需進行在冬季期間需要進行之加濕之效果。因此，能夠實現冬季期間亦能夠運行之節能換氣空調裝置。

在暖房時，減少排氣送風機的風量，並使僅能夠淨化排出殘存於蜂窩空隙內之被濃縮解吸之二氧化碳等污染物質之空氣量通過。若淨化空氣量過少，則被吸著之污染物質混入供氣中，因此稍微過量為較佳，但若過多，則蜂窩的積熱被排出至外氣中，回收到供氣中之焓減少。 最佳淨化空氣量Q_GP 由式-2進行計算。 Q_GP （m³ /h）=π/4×（D² -d² ）×ζ×L×N×ψ……式-2 其中，ψ：蜂窩孔隙率。關於式-1的預冷最佳氣體量W，熱容量非常重要，因此由kg/h表示，但關於最佳淨化空氣量Q_GP ，容積非常重要，因此由m³ /h進行計算。 當D=4，d=0.6，ζ=0.8，L=0.5，N=10，ψ=0.8時，最佳淨化量成為Q_GP =39.2m³ /h。若在該條件下亦不進行淨化排氣，則成為二氧化碳或污染物質濃度高的39.2m³ /h的空氣混入供氣中之計算。

如上，在冬季期間以如下方式進行運行，亦即，使僅淨化內含於蜂窩空隙中之二氧化碳等污染物質氣體之淨化空氣量通氣，在還殘留有再生後的積熱之狀態下使蜂窩向處理區域旋轉移動。如此一來，解吸再生時的轉子的積熱被帶入供氣中並再利用於暖房，因此節能效果得到提高。在轉子冷卻之後，藉由汽化冷卻效果而供氣被加濕從而溫度下降，但沒有焓的損失，因此僅藉由稍微的加熱，就能夠進行加濕暖風的供氣。亦即，積熱量被回收而供於暖房，而且被加濕，因此非常適宜，存在在冬季期間亦運行之優點。如以上那樣，能夠實現不僅在夏季期間，在中間的間期或冬季期間亦能夠全年利用之節能換氣裝置。

本發明的換氣裝置如以上般構成，以下對其動作進行說明。因在室內有人時之呼氣中的二氧化碳或吸煙而室內的二氧化碳濃度上升，因冬季期間在室內使用開放型暖爐而產生之二氧化碳而室內的二氧化碳濃度上升，因此需要對室內空氣進行換氣。近年來，由於熱泵空調的普及或吸菸場所分離化的進行，呼氣以外的二氧化碳產生變少，但換氣的重要性未變。

在該種情況下，如圖3般，一邊使蜂窩式轉子1旋轉，一邊將室內空氣或外氣通向換氣裝置。通過了吸著轉子之空氣在二氧化碳或揮發性有機化合物等污染物質氣體被去除之後供氣至室內。若使來自室內之回氣通過換氣裝置的蜂窩式轉子，則能夠減少回氣中所含之二氧化碳或污染物質濃度並向室內供氣。

同時，向解吸區域導入飽和蒸氣而吸著之二氧化碳等汙染物質被解吸並排氣至外氣中。如此一來，處理空氣中所含之二氧化碳或揮發性有機化合物、SOx、NOx等污染物質氣體被濃縮並排出至室外。若從解吸區域導入飽和蒸氣，則水蒸氣對蜂窩進行加熱，並且供給二氧化碳或污染物質的解吸熱而凝結，在蜂窩內表面上凝結結露。蜂窩內表面的結露水在下一個處理區域中發揮正面效果。結露水的第一效果係，剛解吸之後的蜂窩在高溫下缺乏吸著能力，但藉由處理空氣，蜂窩表面的凝結水蒸發而帶走汽化潛熱，因此快速冷卻而開始吸著。

結露水的第二效果係，藉由處理空氣的二氧化碳等污染物質的吸著而產生吸著熱，在如專利文獻3、4、6般地乾燥狀態的操作中，如圖11的乾式吸附般地空氣溫度上升而吸著力下降，但在本發明中，藉由蜂窩表面的凝結水的蒸發冷卻，吸著熱轉換成潛熱而被去除，如圖11的汽化冷卻吸著般，升溫被抑制而吸著性能得到提高。亦即，當使處理空氣流過轉子而使二氧化碳吸著於蜂窩時，若藉由吸著熱而吸著材料或原料氣體的溫度上升，則如圖6般吸著量減少，但在本發明中，藉由凝結水的汽化冷卻效果而處理空氣的溫度下降，且藉由二氧化碳的吸著而產生之吸著熱亦藉由汽化冷卻而被去除，藉此蜂窩或原料氣體的溫度上升得到抑制，能夠高效地吸著二氧化碳等污染物質氣體。若導入例如35℃、50%RH的外氣，則通過空氣和蜂窩以接近此時的濕球溫度26℃之方式產生汽化冷卻效果。又，若為25℃、50%RH的回氣，則以接近濕球溫度18℃之方式產生汽化冷卻效果。

結露水的第三效果係，胺系離子交換樹脂等二氧化碳吸著材料藉由離子交換基的水合而吸濕，與乾燥狀態相比，吸濕狀態時二氧化碳吸著能力亦高，因此在該意義上亦具有提高吸著性能之效果。又，水合狀態時穩定性高，因此耐熱、耐氧化性亦得到提高。將胺系吸收劑含浸添加於活性碳等時亦具有同樣的效果，具有提高胺系吸收劑的耐久性之效果。

室內空氣中的氧被室內人員所消耗，但如上所述，氧在大氣中足有約21%，1～2%左右的消耗並不特別成為問題，但消耗氧的同時排出之1～2%的二氧化碳對人而言是致命的濃度。若藉由被濃縮解吸之二氧化碳或揮發性有機化合物等污染物質的排出而室內成為負壓，則外氣從窗戶或門作為間隙風而侵入，或者藉由濃度差所引起之擴散而供給氧。亦即，與排出至室外之污染物質排氣的量大致等量的外氣作為間隙風而被供給，其中有接近21%的氧，因此不會有氧量不足的情況。

而且，本案發明的換氣裝置的排氣中二氧化碳濃度已變高，因此若將排氣導入塑膠薄膜溫室架（vinyl house）等植物工場的培育室，則植物的生長變快，並且能夠抑制向大氣之二氧化碳的排出。

如此，與為了對室內的稍微的數ppb～數百ppm的污染物質進行排氣而向室外排出大量的空氣之情況相比，能夠削減能量的浪費。又，若設置二氧化碳感測器，以便僅在二氧化碳濃度成為既定值以上時導入飽和蒸氣來進行解吸再生運行，則能夠進一步防止能量的浪費。

如以上說明，由於利用飽和水蒸氣進行解吸再生，因此能夠以少的換氣量排出室內的二氧化碳或揮發性有機化合物等污染物質，能夠防止換氣所伴隨之能量的損失。又，即使在外氣中包含污染物質，由於換氣量少，因此可以將向室內的侵入量抑制為最小，局部換氣或從門等侵入之污染物質在通過轉子時被吸附排氣，因此沒有問題。 [產業上之可利用性]

本發明係提供一種能夠以少量的換氣對室內的二氧化碳或揮發性有機化合物等污染物質進行外氣排放之換氣裝置者，能夠提供無論是夏季期間還是冬季期間均能夠使用，能夠防止換氣所伴隨之能量損耗，節省空間的節能換氣空調裝置。

1‧‧‧蜂窩式轉子

2‧‧‧換氣空調系統

圖1係換氣空調裝置的先前例的流程圖。 圖2係換氣空調裝置的專利文獻6的先前例的流程圖。 圖3係本發明的換氣空調裝置的實施例1的流程圖。 圖4係本發明的換氣空調裝置的實施例2的流程圖。 圖5係本發明的換氣空調裝置的實施例3的流程圖。 圖6係固體胺系吸著材料的二氧化碳吸附平衡圖。 圖7係本發明的蒸氣導入漏斗和排氣漏斗的剖面圖。 圖8係顯示飽和蒸氣解吸再生時的蜂窩表面之圖。 圖9係顯示汽化冷卻吸著時的蜂窩表面之圖。 圖10係比較暖風再生和飽和蒸氣再生之濕度圖（psychrometric chart）。 圖11係比較乾式吸附和汽化冷卻吸著之濕度圖。 圖12係顯示冬季期間處理空氣的變化之濕度圖。 圖13係顯示將0.1mm以下的弱鹼性離子交換樹脂的微小粒子與黏合劑混合而成之漿料塗佈於多孔質玻璃纖維片材而製成1mm以下的片材之片材表面的顯微鏡照片之圖。

Claims (9)

1. 一種換氣空調方法與裝置，其特徵在於，具有具備二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質的吸附或吸收功能之蜂窩式轉子，將前述蜂窩式轉子配置於至少具備處理區域和再生解吸區域之轉子旋轉裝置內，使處理空氣通向前述處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣，並且向再生解吸區域導入飽和蒸氣而解吸二氧化碳或污染物質並排出至室外，在進入前述處理區域時為前述蜂窩式轉子被凝結水潤濕之狀態。
2. 一種換氣空調裝置，具有具備二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質的吸附或吸收功能之蜂窩式轉子，將前述蜂窩式轉子配置於具備外周密封結構之轉子旋轉裝置內來將處理空氣通向前述裝置而供氣去除了二氧化碳等污染物質之空氣，其特徵在於，在轉子的一部分的前後安裝具有從內周向外周呈扇形的密封件的漏斗，從一個漏斗導入飽和蒸氣，而向另一個漏斗解吸二氧化碳等污染物質並排出至室外。
3. 一種換氣空調裝置，將具備二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質的吸附或吸收功能之蜂窩式轉子固定於裝置內並進行密封，使處理空氣通向前述裝置而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣，其特徵在於，在轉子的前後安裝具有以轉子軸為中心而前後連動旋轉之密封件之扇形的漏斗，從一個漏斗導入飽和蒸氣，而向另一個漏斗解吸二氧化碳等污染物質並進行排出。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之換氣空調裝置，其中，在解吸再生區域出口側設置在相對於轉子旋轉方向上之下方追加了淨化區域之排氣區域扇形部，在排氣區域中，用排氣送風機將與排氣區域相反的一側的供氣區域的空氣與飽和蒸氣一同抽吸淨化並進行排氣。
5. 如申請專利範圍第4項所述之換氣空調方法與換氣空調裝置，其中在暖房條件的情況下，以導入與能夠淨化蜂窩空隙中所內含之氣體之相應的量的空氣量之方式進行運行，在冷房條件或外氣冷房條件的情況下，以導入剛解吸再生之後的蜂窩產生轉子的積熱量以上的汽化熱之空氣量之方式進行運行。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之換氣空調裝置，其中搭載有轉子，前述轉子負載有0.1mm以下的胺系離子交換樹脂粒子。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之換氣裝置，其中搭載有轉子，前述轉子負載有0.1mm以下的胺系離子交換樹脂粒子和活性碳粒子。
8. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之空調換氣裝置，其中搭載有蜂窩式轉子，該轉子由厚度1mm以下的具備二氧化碳吸著功能之高分子片材構成。
9. 如申請專利範圍第1、2、或3項所述之空調換氣裝置，其中，在前述空調換氣裝置中設置二氧化碳感測器，僅在二氧化碳濃度成為既定值以上時導入飽和蒸氣而進行解吸再生運行。