TW201927388A - 換氣空調裝置 - Google Patents
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Abstract
[課題] 本發明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利用餘熱的換氣空調裝置。
[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,將處理空氣通入處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣,並且導入在設置於解吸再生區域入口之熱交換器上直接噴灑水而產生之飽和蒸氣而解吸二氧化碳等污染物質並排出至室外。
[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,將處理空氣通入處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣,並且導入在設置於解吸再生區域入口之熱交換器上直接噴灑水而產生之飽和蒸氣而解吸二氧化碳等污染物質並排出至室外。
Description
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,利用低溫餘熱來去除該等污染物質,藉此能夠藉由少量的換氣來提高室內的空氣品質。
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餘熱。
作為該種全熱交換器,主要使用轉子型和靜止型,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,小型靜止型中全熱交換效率為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和導入外氣及排氣之場所若遠則管道配管變長致使工事費亦增加之缺點。因送風動力亦增加致使能量消耗增加,並且設置場所亦受限制。
另外,最近的住宅具有各室獨立之空調設備,各室皆設置換氣扇,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能量的浪費,致使總體能量效率下降。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[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2006-61758號公報
[專利文獻5] 日本專利公開平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
[專利文獻8] 日本專利申請2017-149419號
[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2006-61758號公報
[專利文獻5] 日本專利公開平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
[專利文獻8] 日本專利申請2017-149419號
[發明所欲解決之問題]
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達到一定以上的值時運行之換氣扇。然而,這亦仍舊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,該種裝置無法去除二氧化碳,又不得不進行過濾器的更換,因此存在額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出至室外。
專利文獻4中揭示有如下裝置:使用轉子上負載有選擇性地吸著/解吸二氧化碳之具有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出至室外。
但是,該等文獻中所揭示之二氧化碳吸著裝置在原理上吸附去除所有的二氧化碳,並且還吸附去除水蒸氣。夏季濕度大,因此若能夠除濕則很方便,但若在換季期或冬季除濕,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”)的低溫餘熱,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,存在設置空間大且成本還高的缺點。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和若不是容易導入外氣和排氣之場所則存在管道配管變長、工事費亦增加、送風動力亦增加等問題,設置場所亦受限制。
專利文獻5中揭示有在太空站等封閉空間所使用之二氧化碳去除裝置的例子。其以如下的批次(batch)式運行:使處理空氣流入填充有吸附材料(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。該方式在如太空站般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用之裝置。
專利文獻6中,為了亦能夠適應用通常的空調,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入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,將通過冷凝器而升溫之空氣通入再生區域中,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。揭示有如下方案:藉由使用蜂窩式轉子能夠實現大風量處理,且還組合熱泵而將廢熱亦進行利用,藉此確保節能性。
專利文獻7中揭示有設置濕度調整機構以使再生入口焓(enthalpy)高於處理入口焓來提高二氧化碳的分離效率之例子。但是,專利文獻6、專利文獻7均使用再生效果低的利用低溫廢熱之空氣,因此為了用再生風量彌補再生能量的不足而需要與處理空氣大致相同量的再生解吸空氣,如表1般,轉子直徑變大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,存在大量佔用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Nm3 /h)
[表1]
相對於處理流量之轉子直徑比較
(流量單位Nm3 /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因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,因此還存在若不使用設置於轉子處理出口之汽化冷卻器或後冷卻器(after cooler)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水蒸氣的解吸熱中消耗再生能量致使二氧化碳的分離性能變差的性能上的缺點。
另外,在冬季反而成為欲加濕之條件,但該除濕功能成為缺點。又,亦沒有多餘的廢熱,因此無法在冬季進行運用。亦即,存在只能在夏季應用之根本性的缺點。
專利文獻8中為了解決如上課題而提出有如下方法和裝置:具有具備在潮濕狀態下吸附或吸收二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質之功能之蜂窩式轉子,去除淨化空氣中的二氧化碳或污染物質,在解吸再生區域中以40~80℃左右的飽和蒸氣進行再生。
該方法中,能夠以最小限度的喚起量抑制能量的損失,並且確保室內空氣品質。又,以小容量的飽和蒸氣進行解析再生,因此如表1般,能夠實現轉子及裝置的大幅小型化。又,還進行了藉由將在剛結束再生之後的蜂窩蓄熱之所有熱量進行吹掃排氣或不進行吹掃排氣而回收至供氣側,不僅在夏季即使在冬季亦發揮節能性之研究。
但是,為了產生供給至解吸再生區域之飽和蒸氣,以往的加熱蒸氣產生方式的盤型加濕器或蒸氣式加濕器需要高昂的電能或加壓蒸氣。汽化式超音波加濕器、板(pat)式加濕器、噴霧加濕器導致氣溫下降,即使與空氣加熱器組合而反覆加濕與加熱,如圖14般亦需要過大的循環處理,利用低溫廢熱來生成如60℃般的飽和蒸氣,這不具有現實性。
[解決問題之技術手段]
[解決問題之技術手段]
本案發明為了解決如上課題,係有關一種具有具備在潮濕狀態下吸附或吸收二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質之功能之蜂窩式轉子來去除淨化空氣中的二氧化碳或污染物質之裝置的、利用100℃以下的低溫廢熱產生解吸再生用飽和蒸氣之方法及該裝置。在解吸再生入口側具備低溫廢熱的溫水線圈或熱泵的散熱線圈,在該線圈上直接噴灑或滴加水而在導熱面生成水膜,並將導熱面的水膜加熱蒸發,藉此產生飽和蒸氣。
[發明效果]
[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,藉此即使減少換氣量亦能夠維持室內空氣品質,從而能夠減少空調能量。
在解吸再生入口側具備溫水線圈或熱泵的散熱線圈,在該線圈上直接噴灑或滴加水而在導熱面生成水膜,並將導熱面的水膜加熱蒸發,藉此產生飽和蒸氣以進行解吸再生,因此能夠利用低溫廢熱的溫水或熱泵的廢熱,因此節能性進一步得到提高。
二氧化碳的濃度的容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容許值為0.5%),在空氣中稍微增加,就會對人的健康造成影響,因此在建築基準法的設計基準中,每1名室內人員需要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的換氣無法實現室內二氧化碳濃度0.1%。
又,換氣的主要目的在於對從建築材料或家具、辦公自動化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,則以建築基準法的運用基準沒有問題。
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,還能夠降低消耗品更換費用。
尤其近年來,大氣污染在各國的城市圈相繼發生,在該種情況下,擔心藉由進行換氣而PM2.5或SOx、NOx、揮發性有機化合物、光化學煙霧進入室內。又,沿著主幹道,汽車的尾氣可能會藉由換氣而進入室內,或是在繁華街道上,因烹調排氣而產生之臭氣可能會藉由換氣而進入室內。但是,若為本發明的換氣空調裝置,由於換氣量少,因此能夠以小型的高性能外氣過濾器去除上述污染物質,即使有污染物質進入,亦可用本發明的裝置進行吸附濃縮排氣。
本發明係有關一種換氣空調方法及裝置的飽和蒸氣產生方法,其特徵為,具有具備在潮濕狀態下吸附或吸著二氧化碳或揮發性有機化合物氣體等污染物質之功能之蜂窩式轉子,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,將處理空氣通入前述處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣,並且向解吸再生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,當存在這兩個要素時,有時亦使用吸著這一單詞。本發明中,使用吸著這一單詞。具有胺基之高分子凝膠或離子交換樹脂若含水,則成為存在以水填滿之細孔之凝膠,亦可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,亦有以提高交換速度為目的而加工成多孔性之樹脂。又,在多孔質固體吸附材料的細孔內浸漬有固體胺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,本發明的要點在於,在操作原理上使用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導入有小徑粒子之蜂窩式轉子。
若使處理空氣流入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再生區域,導入飽和水蒸氣而解吸二氧化碳等污染物質。飽和水蒸氣藉由如下方式產生:在設置於解吸區域入口之線圈直接噴灑或滴加水而在導熱面生成水膜,並藉由加熱而蒸發水膜。從解吸再生區域導入到蜂窩式轉子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,從而在蜂窩內表面上吸濕或結露。藉由轉子的旋轉,蜂窩的內表面以潮濕之狀態移動至處理區域,若處理空氣通過,則藉由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40~100℃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,為較佳,在運用上,只要能夠確保室內空氣品質,則能夠大幅減少換氣量,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房暖房能量損失,節能性得到提高。即使用全熱交換器回收廢熱,亦有30~50%的能量得不到回收而丟失,但在本發明的換氣空調裝置中,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。能夠利用低溫廢熱的溫水或熱泵的冷凝器的廢熱,因此節能性進一步得到提高。導入到解吸再生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,從而在蜂窩表面上吸濕或結露。蜂窩的表面以因吸濕或結露之水潮濕之狀態藉由轉子的旋轉而移動至處理區域,但藉由處理空氣的通過,因水的汽化冷卻現象而促進蜂窩的冷卻,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,關於本發明的裝置,並非是基於蒸氣之置換解吸,而是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、或在細孔內浸漬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。
作為一例,若將0.1mm以下的固體胺系二氧化碳吸著材料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,則能夠有效利用產生於微小粒子間之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,由蜂窩吸濕及水蒸氣在表面上凝結結露,但凝結水藉由在微小粒子塗層內重疊有複數個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,表面的水膜亦薄,不阻礙吸著速度。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,即使在片材的表面和背面上,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,由於係薄片材的蜂窩,因此藉由表面和背面上的凝結水的毛細管力或基於水蒸氣的擴散之物質移動或熱移動,不均勻得到緩解,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等吸附材料,還能夠同時去除揮發性有機化合物或臭氣等污染物質。
又,作為長期運用上的效果,耐久性提高。胺系二氧化碳吸著材料或胺系離子交換樹脂中有若沒有氧則耐熱性方面可以承受至100℃者\,但有在有氧之氣體中即使為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℃,但離子交換樹脂在水合狀態時穩定性增加,因此可防止氧化劣化,耐久性得到提高。又,當因隔熱損耗而在解吸再生區域的近前部中途產生冷凝時,亦能夠設置後加熱器將相對濕度控制在90~99%,總之本發明的要點在於,在再生解吸時的蜂窩內部向蜂窩導熱,藉此含有蒸氣之空氣的溫度下降且相對濕度上升,從而設為在蜂窩內部吸濕或產生結露現象之條件。
本發明的換氣空調裝置如以上般構成,以下對其動作進行說明。因室內有人而藉由呼氣中的二氧化碳或吸煙致使室內的二氧化碳濃度上升之情況、和因冬季室內使用開放型爐而產生之二氧化碳致使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和吸菸場所分離化的進行,呼氣以外的二氧化碳產生變少,但換氣依舊不容忽視。
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入換氣空調裝置2。通過了轉子之空氣中,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,向解吸再生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]
[實施例1]
以下,按照圖4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片材進行波紋(corrugate)加工並製成轉子狀者,負載有浸漬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傳動電動機被旋轉驅動。在處理區域前面設置預冷卻器熱泵的蒸發器,從而將處理空氣冷卻減濕而導入處理區域。
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。處理空氣可以是回氣,亦可以是外氣,亦能夠根據目的進行混合。吸著了二氧化碳或污染物質之蜂窩式轉子向解吸再生區域旋轉移動,在解吸區域中導入40~100℃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。
解吸用飽和蒸氣藉由如下方式生成:在解吸再生區域入口設置前述之熱泵的冷凝器線圈並直接噴灑水,並將生成於導熱面之水膜加熱蒸發。導入於蜂窩之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,從而在蜂窩內的表面吸濕或結露冷凝。飽和蒸氣具有乾燥空氣的十幾倍~數十倍的能量,因此飽和蒸氣的導入量能夠以相對於處理空氣為十幾分之一以下進行解吸再生,從而能夠實現轉子及裝置整體的緊湊化。當相對於蒸發器線圈中的吸熱量(冷卻量),冷凝器線圈中的散熱量不足時,在外部追加第2冷凝器來實現平衡。
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,水蒸氣在蜂窩吸濕及凝結結露之蜂窩式轉子進行旋轉而再次向處理區域移動,但蜂窩內的水分藉由處理空氣的通過而蒸發,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因汽化冷卻效果而被去除,且成為比處理空氣入口溫度低的溫度而被供氣。本發明的裝置雖然沒有如乾燥劑空調機般的除濕功能,但處理空氣被汽化冷卻而被供給,因此具有作為冷房裝置發揮功能之特徵。
[實施例2]
[實施例2]
另外,利用圖5對提高節能性且不僅在夏季,在冬季亦能夠應用之實施例進行說明。基本構成與圖4相同,但在解吸再生區域入口具備溫水線圈,在該溫水線圈上自上方直接滴加或噴灑水,藉此在溫水線圈導熱面生成水膜並加熱水膜,藉此蒸發水而獲得飽和蒸氣。用於產生蒸氣的水的餘量積存於下部的排水盤中,利用泵P使其進行循環是為了提高水及能量的效率之較佳方法。但是時間一久,則因供水中的溶解成分或通氣而夾帶之PM等的濃度上升,因此希望定期排水以降低循環水中的污染物質濃度。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的下游追加了吹掃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吹掃並進行排氣,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流通能夠充分發揮預冷效果之空氣量,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,能夠防止轉子的蓄熱被帶入供氣中,在處理區域中能夠將因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,移動至處理區域之蜂窩式轉子被冷卻,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,反而具有因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。如以上般,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輕鬆地進行調整,因此沒有問題。
本發明的換氣空調裝置如以上般構成,以下對其動作進行說明。因室內有人而藉由呼氣中的二氧化碳或吸煙致使室內的二氧化碳濃度上升之情況、和因冬季室內使用開放型爐而產生之二氧化碳致使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和分煙化的進行,呼氣以外的二氧化碳產生變少,但換氣依舊不容忽視。
在該種情況下,如圖4般,一邊使蜂窩式轉子1旋轉,一邊將室內空氣或外氣通入換氣空調裝置。通過了吸著轉子之空氣中,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給至室內。若使來自室內之回氣通過換氣空調裝置的蜂窩式轉子,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,導入並吸著有飽和蒸氣之二氧化碳等污染物質被解吸並排出至外氣中,該飽和蒸氣藉由在設置於解吸再生區域入口之溫水線圈上滴加水而在導熱面生成水膜,並將水膜加熱蒸發而生成。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。
若從解吸再生區域導入飽和蒸氣,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冷卻,在蜂窩內表面上吸濕及凝結結露。蜂窩內表面的水分在下一個處理區域中發揮積極的效果。吸濕水及/或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,蜂窩內的水分蒸發而帶走汽化潛熱,因此快速冷卻而開始吸著。
吸濕水及/或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,如專利文獻3、4、6般的乾燥狀態的操作中,如圖11的乾式吸附般空氣溫度上升而吸著力下降,但在本發明中,藉由蜂窩表面的水分的蒸發冷卻,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,當使處理空氣流入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,藉由水分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。
吸濕水及/或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,吸濕狀態與乾燥狀態相比,二氧化碳吸著能力亦變高,因此在該意義上亦具有提高吸著性能之效果。又,水合狀態的穩定性高,因此耐熱、耐氧化性亦得到提高。將胺系吸收劑含浸浸漬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,但如前述,氧在大氣中約有1%之多,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,本案發明的換氣空調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排出二氧化碳。
如此,與為了排出室內的僅數ppb~數百ppm的污染物質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,由於藉由利用廢熱而產生之飽和水蒸氣進行解吸再生,因此節能性提高,從而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,亦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,因此能夠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,因此不成問題。
[產業上之可利用性]
[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空調裝置,能夠提供能夠利用廢熱來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‧‧‧換氣空調裝置
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係換氣空調裝置的專利文獻8中的流程圖。
圖4係本發明的換氣空調裝置的實施例1的流程圖。
圖5係本發明的換氣空調裝置的實施例2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係專利文獻8的蒸氣導入漏斗和排氣漏斗的剖面圖。
圖8係表示飽和蒸氣解吸再生時的蜂窩表面之圖。
圖9係表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係表示冬季處理空氣的變化之濕度圖。
圖13係表示將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。
圖14係表示基於蒸發加濕與加熱的循環之飽和蒸氣生成之空氣線圖。
Claims (6)
- 一種換氣空調方法及裝置,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解吸再生區域之轉子旋轉裝置內,將處理空氣通入前述處理區域而去除二氧化碳等污染物質來進行供氣,並且導入將在設置於解吸再生區域入口之熱交換器上直接噴灑或滴加水而生成之水膜加熱蒸發而產生之飽和蒸氣,從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吸濕水及/或凝結水潤濕或潮濕之狀態。
- 如申請專利範圍第1項所述之換氣空調裝置,其中, 熱交換器為溫水線圈。
- 如申請專利範圍第1項所述之換氣空調裝置,其中, 熱交換器為直膨式熱泵的冷凝器線圈。
- 如申請專利範圍第1項所述之換氣空調裝置,其中, 熱交換器為板式顯熱交換器,在高溫側通入排氣,在低溫側噴灑或滴加水來產生飽和蒸氣。
- 如申請專利範圍第1項所述之換氣空調裝置,其中, 利用泵將在如申請專利範圍第2、3、4項所記載的前述熱交換器上滴加之水抽上來以再次向前述熱交換器直接進行噴灑或滴加,從而進行循環。
- 如申請專利範圍第1項所述之換氣空調裝置,其中, 在前述飽和蒸氣產生用熱交換器的後段利用設置於轉子的近前部之加熱器將解吸再生用飽和蒸氣進行再加熱並導入。
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