(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022189148
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】熱交換装置
(51)【国際特許分類】
F25B 17/08 20060101AFI20221215BHJP
F28D 21/00 20060101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
F25B17/08 Z
F28D21/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021097556
(22)【出願日】2021-06-10
(71)【出願人】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100114177
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 龍
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】市川 靖
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 仁
(72)【発明者】
【氏名】曽根 和樹
(72)【発明者】
【氏名】内村 允宣
(72)【発明者】
【氏名】中村 雅紀
【テーマコード（参考）】
3L093
【Ｆターム（参考）】
3L093NN03
3L093PP01
3L093RR01
(57)【要約】
【課題】小型化が可能であり、エネルギーの消費効率の向上が可能な熱交換装置を提供する。
【解決手段】弾性を有する吸発熱部は、応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有する。吸発熱部の熱を伝導する熱伝導部は収容部から延出する延出部を有する。延出部で熱交換を行う。
【選択図】図１
【解決手段】弾性を有する吸発熱部は、応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有する。吸発熱部の熱を伝導する熱伝導部は収容部から延出する延出部を有する。延出部で熱交換を行う。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
弾性を有する吸発熱部と、
前記吸発熱部と直接又は間接的に接触して、前記吸発熱部の熱を伝導する熱伝導部と、
前記吸発熱部及び前記熱伝導部を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記吸発熱部に応力を印加する動作と、前記応力を解放する動作とを行うプレス機構と、を備え、
前記吸発熱部は、
前記応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有し、
前記熱伝導部は、
前記収容部から延出する延出部を有し、前記延出部で熱交換を行う熱交換装置。
前記吸発熱部と直接又は間接的に接触して、前記吸発熱部の熱を伝導する熱伝導部と、
前記吸発熱部及び前記熱伝導部を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記吸発熱部に応力を印加する動作と、前記応力を解放する動作とを行うプレス機構と、を備え、
前記吸発熱部は、
前記応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有し、
前記熱伝導部は、
前記収容部から延出する延出部を有し、前記延出部で熱交換を行う熱交換装置。
【請求項2】
前記吸発熱材料は、前記応力を印加すると液相から気相に変化して吸熱し、前記応力を解放すると気相から液相に変化して発熱する流体冷媒である、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項3】
前記吸発熱部はナノ多孔質体をさらに有し、
前記流体冷媒は、
前記応力を印加すると前記ナノ多孔質体の細孔壁から蒸発し、前記応力を解放すると前記細孔壁に吸着する、請求項２に記載の熱交換装置。
前記流体冷媒は、
前記応力を印加すると前記ナノ多孔質体の細孔壁から蒸発し、前記応力を解放すると前記細孔壁に吸着する、請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項4】
前記吸発熱材料は固体冷媒である、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項5】
前記熱伝導部は板状であり、
前記板状の熱伝導部に前記吸発熱部が層状に形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
前記板状の熱伝導部に前記吸発熱部が層状に形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項6】
前記吸発熱部が複数の層に分けて積層されており、
前記複数の層の層間に配置された高熱伝導性箔をさらに備える、請求項５に記載の熱交換装置。
前記複数の層の層間に配置された高熱伝導性箔をさらに備える、請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項7】
前記収容部内に前記吸発熱材料が封入されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項8】
前記吸発熱部と前記熱伝導部との接触面は凹凸を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項9】
前記吸発熱部と前記熱伝導部との接触面は曲面を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項10】
前記熱伝導部は前記吸発熱部を一方向の両側から挟んでいる、請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項11】
前記一方向で隣り合う一方の前記延出部と他方の前記延出部との間には隙間が設けられている、請求項１０に記載の熱交換装置。
【請求項12】
前記隙間に配置されたスペーサをさらに備える、請求項１１に記載の熱交換装置。
【請求項13】
前記スペーサは弾性を有する、請求項１２に記載の熱交換装置。
【請求項14】
前記吸発熱部と前記熱伝導部とを含むユニットを複数有し、
前記複数のユニットが積み重ねて配置されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換装置。
前記複数のユニットが積み重ねて配置されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項15】
媒体が流れる媒体流路、をさらに備え、
前記媒体流路内に前記延出部が配置される、請求項１から１４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
前記媒体流路内に前記延出部が配置される、請求項１から１４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
吸着式ヒートポンプ（デシカント空調器）が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１０－１９７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の吸着式ヒートポンプ（デシカント空調器）では、多孔質体中の冷媒分子の移動速度が遅い。このため、冷媒分子が蒸発する（すなわち、吸熱する）際に、冷媒分子の蒸発速度が遅く、単位時間内に十分な吸熱量を得ることが難しい。冷媒分子の蒸発を促すために、多孔質体の温度を上昇させる方法が考えられるが、この方法では入熱用のヒータが必要となるため装置の大型化を招く。また、ヒータを稼働させるためのエネルギーが必要となるため、エネルギーの消費効率が低下する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、エネルギーの消費効率を向上させることが可能な熱交換装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、エネルギーの消費効率を向上させることが可能な熱交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様に係る熱交換装置において、弾性を有する吸発熱部は、応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有する。吸発熱部の熱を伝導する熱伝導部は収容部から延出する延出部を有する。延出部で熱交換を行う。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一態様によれば、小型化が可能であり、エネルギーの消費効率の向上が可能な熱交換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下において、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0009】
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
また、以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｚ軸方向は、本発明の「一方向」の一例であり、熱伝導部１２の厚さ方向である。熱伝導部１２の厚さ方向（すなわち、Ｚ軸方向）からの平面視で、Ｘ軸方向は熱伝導部１２の長手方向であり、Ｙ軸方向は熱伝導部１２の短手方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
また、以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｚ軸方向は、本発明の「一方向」の一例であり、熱伝導部１２の厚さ方向である。熱伝導部１２の厚さ方向（すなわち、Ｚ軸方向）からの平面視で、Ｘ軸方向は熱伝導部１２の長手方向であり、Ｙ軸方向は熱伝導部１２の短手方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【0010】
＜実施形態１＞
（構成例）
図１は、本発明の実施形態１に係る熱交換ユニット１００の構成例を立体的に示す模式図である。図２は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の構成例を立体的に示す模式図である。図１に示すように、熱交換ユニット１００（本発明の「熱交換装置」の一例）は、ユニット本体１（本発明の「ユニット」の一例）と、ユニット本体１を厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）の両側から挟むプレス機構３と、を備える。
（構成例）
図１は、本発明の実施形態１に係る熱交換ユニット１００の構成例を立体的に示す模式図である。図２は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の構成例を立体的に示す模式図である。図１に示すように、熱交換ユニット１００（本発明の「熱交換装置」の一例）は、ユニット本体１（本発明の「ユニット」の一例）と、ユニット本体１を厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）の両側から挟むプレス機構３と、を備える。
【0011】
図２に示すように、ユニット本体１は、弾性を有する吸発熱部１１と、吸発熱部１１と直接又は間接的に接触して吸発熱部１１の熱を伝導する熱伝導部１２と、吸発熱部１１及び熱伝導部１２を収容する収容部１３と、を有する。なお、「弾性」とは、外部から応力が印加されて収縮しても、応力が解放されることによって、可逆的に大きく変形してほぼ元の形状に回復する性質を意味する。
【0012】
吸発熱部１１は、収縮に伴って吸熱し膨張に伴って発熱する吸発熱材料、又は、収縮に伴って発熱し膨張に伴って吸熱する吸発熱材料を含む。
例えば、収縮に伴って吸熱し膨張に伴って発熱する吸発熱材料として、弾性を有するナノ多孔質体と、ナノ多孔質体の細孔壁に着脱可能に吸着する流体冷媒との組み合わせが挙げられる。
例えば、収縮に伴って吸熱し膨張に伴って発熱する吸発熱材料として、弾性を有するナノ多孔質体と、ナノ多孔質体の細孔壁に着脱可能に吸着する流体冷媒との組み合わせが挙げられる。
【0013】
「ナノ多孔質」とは、複数のナノレベルの細孔を有することを意味する。ナノレベルの細孔とは、好ましくは直径０．５～１００ｎｍであり、より好ましくは直径０．７～５０ｎｍであり、さらに好ましくは直径０．７～６ｎｍのミクロ孔またはメソ孔である。なお、ＩＵＰＡＣ（国際純正及び応用化学連合）では、直径２ｎｍ以下の細孔をミクロ孔（ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ）、直径２～５０ｎｍの細孔をメソ孔（ｍｅｓｏｐｏｒｅ）、直径５０ｎｍ以上の細孔をマクロ孔（ｍａｃｒｏｐｏｒｅ）と定義している。
【0014】
ナノ多孔質体として、グラフェンメソスポンジ（Ｇｒａｐｈｅｎｅ ＭｅｓｏＳｐｏｎｇｅ：ＧＭＳ）、又は、ゼオライトテンプレートカーボン（Ｚｅｏｒｉｔｅ Ｔｅｍｐｌａｔｅ Ｃａｒｂｏｎ：ＺＴＣ）が挙げられる。ＧＭＳ及びＺＴＣは、いずれも単層グラフェン骨格からなり、流体冷媒の脱離及び吸着に必要な多孔性及び弾性特性を有している。
【0015】
ＧＭＳは、細孔壁の大部分が単層グラフェンから構成され、約６ｎｍ程度の微小な細孔を有するスポンジ状のメソ多孔体であり、活性炭に匹敵する極めて高いＢＥＴ比表面積（約２０００ｍ２／ｇ）を有している。その一方で、活性炭やカーボンブラックとは異なり腐食の原因となるグラフェンの端部をほとんど含んでいないことから、優れた耐食性（酸化耐性）も備えている。また、柔軟かつ強靭であるというグラフェンの性質に起因して、ＧＭＳは柔軟性及び弾性に優れ、細孔の直径が約５．８ｎｍから約０．７ｎｍになるまで可逆的に弾性変形することができる。ＧＭＳの製造方法については、Ｎｉｓｈｉｈａｒａ， Ｈ． ｅｔ ａｌ．， Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｖｏｌ． ２６， ２０１６， ６４１８－６４２７．に記載されている。
【0016】
ＺＴＣは、単層のグラフェンシートにより構成される。また、均一な細孔（直径約１．２ｎｍ）が三次元的に規則配列し、相互に連結しており、極めて高いＢＥＴ比表面積と細孔容積を有する（最大でＢＥＴ比表面積が４１００ｍ２／ｇ、細孔容積が１．８ｃｃ／ｇ）ことが知られている。ＺＴＣの製造方法については、Ｎｉｓｈｉｈａｒａ， Ｈ． ｅｔ ａｌ．， Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ－Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ １５， ５３５５ （２００９）等に記載されている。
【0017】
なお、本発明において、ナノ多孔質体は、ＧＭＳ又はＺＴＣに限定されない。ナノ多孔質体は、弾性を有し、収縮して流体冷媒を脱離可能で、かつ、膨張して流体冷媒を吸着可能な材料であれば、他の材料を用いてもよい。このような例として、球状のメソ孔を有する炭素メソスポンジ（ＣＭＳ；Ｃａｒｂｏｎ ＭｅｓｏＳｐｏｎｇｅ）が挙げられる。
流体冷媒として、例えば、水又はアルコールが挙げられる。アルコールの一例として、メタノール又はエタノールが挙げられる。流体とは、液体又は気体、もしくは液体と気体とが混合したものを意味する。
流体冷媒として、例えば、水又はアルコールが挙げられる。アルコールの一例として、メタノール又はエタノールが挙げられる。流体とは、液体又は気体、もしくは液体と気体とが混合したものを意味する。
【0018】
また、収縮に伴って発熱し膨張に伴って吸熱する吸発熱材料として、固体冷媒（例えば、弾性熱量体又は圧力熱量体）が挙げられる。弾性熱量体として、Ｔｉを含む合金（一例として、ＴｉＮｉ、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒ０．９５Ｔｉ０．０５Ｏ３）が挙げられる。圧力熱量体として、水素結合を含む有機系樹脂（一例として、ネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）、ペンタエリトリトール（ＰＥ）、ペンタグリセリン（ＰＥ））が挙げられる。また、固体冷媒は上記以外の材料でもよい。例えば、弾性熱量体として、Ｇｄ５Ｓｉ２Ｇｅ２、Ｌａ（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ）１３、ＭｎＣｏＧｅＢ０．０２、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ、Ｃｕ２ＺｎＡｌ、ＦｅＲｈが挙げられる。圧力熱量体として、（ＮＨ４）ＳＯ４、ＡｇＩ、ｒｕｂｂｅｒ、ＡＭＰ、ＴＲＩＳ、ＭＮＰ、ＮＭＰが挙げられる。
【0019】
熱伝導部１２は、熱伝導性に優れた金属（例えば、銅（Ｃｕ）又はＣｕ合金）で構成された、金属板である。板状の熱伝導部１２をプレートと言い換えてもよい。熱伝導部１２は、表面１２ａと、表面１２ａの反対側に位置する裏面１２ｂとを有し、例えば表面１２ａ側に吸発熱部１１が層状に設けられている。これにより、伝熱面積が増え、外部により効果的に伝熱することができる。
【0020】
熱伝導部１２は、収容部１３に収容されて吸発熱部１１と直接又は間接的に接触する接触部１２１と、接触部１２１に接続し収容部１３から延出された延出部１２２と、を有する。延出部１２２をフィン部と言い換えてもよい。接触部１２１と延出部１２２は１枚の金属板で一体に形成されている。接触部１２１は収容部１３内に存在する吸発熱部１１と熱交換を行い、延出部１２２は収容部１３外に存在する媒体（例えば、空気）と熱交換を行う。図１では、延出部１２２によって熱交換される熱を模式的に「熱Ｑ」として示している。
収容部１３は、弾性を有し、熱伝導率が低い材料（例えば、樹脂、ゴム等）で構成されている。収容部１３内に、吸発熱部１１と、熱伝導部１２の接触部１２１とが密封した状態で収容されている。
収容部１３は、弾性を有し、熱伝導率が低い材料（例えば、樹脂、ゴム等）で構成されている。収容部１３内に、吸発熱部１１と、熱伝導部１２の接触部１２１とが密封した状態で収容されている。
【0021】
図１に示すように、プレス機構３は、第１挟持体３１と、第１挟持体３１と向かい合うように配置された第２挟持体３２と、第２挟持体３２に対して第１挟持体３１を相対的に近づけたり遠ざけたりする軸部３３と、軸部３３をその軸芯周りに回転可能に支持する支持部３４と、を有する。軸部３３は、図示しないモータの出力軸と連結して、モータの出力軸と一体に回転する。軸部３３は、回転することによって、軸方向（例えば、Ｚ軸方向）に移動可能となっている。
プレス機構３は、第１挟持体３１と第２挟持体３２との間にユニット本体１を挟み込んで固定している。プレス機構３は、ユニット本体１を固定した状態を維持しつつ、軸部３３が軸方向に移動することによって、ユニット本体１の吸発熱部に応力を加えたり、加えた応力を解放したりする。
プレス機構３は、第１挟持体３１と第２挟持体３２との間にユニット本体１を挟み込んで固定している。プレス機構３は、ユニット本体１を固定した状態を維持しつつ、軸部３３が軸方向に移動することによって、ユニット本体１の吸発熱部に応力を加えたり、加えた応力を解放したりする。
【0022】
（具体例１）
図３は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の具体例１を示す平面図である。図４は、図３に示すユニット本体１をＸ１－Ｘ´１線で切断した断面図である。図３及び図４は、吸発熱部１１が、収縮に伴って吸熱し膨張に伴って発熱する吸発熱材料を含む場合の具体例を示している。この場合の吸発熱材料は、ＧＭＳ等のナノ多孔質体１１１と、水又はアルコール等の流体冷媒との組み合わせである。
図３は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の具体例１を示す平面図である。図４は、図３に示すユニット本体１をＸ１－Ｘ´１線で切断した断面図である。図３及び図４は、吸発熱部１１が、収縮に伴って吸熱し膨張に伴って発熱する吸発熱材料を含む場合の具体例を示している。この場合の吸発熱材料は、ＧＭＳ等のナノ多孔質体１１１と、水又はアルコール等の流体冷媒との組み合わせである。
【0023】
図３及び図４に示すように、収容部１３内には、流体冷媒の蒸気（以下、冷媒蒸気）１１２を保持するためのスペースＳが設けられている。ナノ多孔質体１１１に応力を加えることによって細孔の細孔壁から脱離、気化した冷媒蒸気１１２は、このスペースＳに確保される。収容部１３は密閉されており、冷媒蒸気１１２が収容部１３の外へ漏れないようになっている。収容部１３内に冷媒蒸気１１２が封入されている。
【0024】
収容部１３内の圧力は、常温で、かつ吸熱を生じさせるための応力を加えていない状態で、冷媒蒸気１１２の飽和蒸気圧程度に設定している。ナノ多孔質体１１１には、常温で飽和蒸気圧の８５％程度の環境下で冷媒蒸気を吸着させたものを用いている。例えば、流体溶媒がメタノールの場合、収容部１３内の圧力は、常温で、かつ吸熱を生じさせるための応力を加えていない状態で、２０ｋＰａ（ａｂｓ）程度に設定している。ナノ多孔質体１１１には、常温で１７ｋＰａ（＝２０ｋＰａ×０．８５）程度の環境下でメタノール蒸気を吸着させたものが収容部１３内に配置されている。
【0025】
具体例１の動作を説明する。収容部１３を介して吸発熱部１１に応力が加えられると、吸発熱部１１を構成しているナノ多孔質体１１１の細孔は収縮し、ナノ多孔質体１１１の細孔壁に吸着していた流体冷媒は細孔壁から脱離する。細孔壁から脱離する際に流体冷媒は気化（すなわち、蒸発）して、冷媒蒸気１１２となる。流体冷媒は、収容部１３内で液相から気相へ相変化することによって吸熱し、ナノ多孔質体１１１の温度を低下させる。ナノ多孔質体１１１は熱伝導部１２と接触しているため、熱伝導部１２の温度が低下する。これにより、熱伝導部１２の延出部１２２は、収容部１３外に存在する空気等と対流又は放射により熱交換して、空気を冷やすことができる。
【0026】
また、吸発熱部１１に加えられた応力が解放されると、吸発熱部１１を構成しているナノ多孔質体１１１の細孔は収縮した状態から膨張する。収容部１３内に存在する冷媒蒸気１１２はナノ多孔質体１１１の細孔壁に吸着して液化する。冷媒蒸気１１２は、収容部１３内で気相から液相へ相変化することによって発熱し、ナノ多孔質体１１１の温度を上昇させる。ナノ多孔質体１１１は熱伝導部１２と接触しているため、熱伝導部１２の温度が上昇する。これにより、熱伝導部１２の延出部１２２は、収容部１３外に存在する空気等と対流又は放射により熱交換して、空気を温めることができる。
【0027】
（具体例２）
図５は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の具体例２を示す平面図である。図６は、図５に示すユニット本体１をＸ２－Ｘ´２線で切断した断面図である。図５及び図６は、吸発熱部１１が、収縮に伴って発熱し膨張に伴って吸熱する吸発熱材料を含む場合の具体例を示している。この場合の吸発熱材料は、弾性熱量体又は圧力熱量体等の固体冷媒１１５である。
図５は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の具体例２を示す平面図である。図６は、図５に示すユニット本体１をＸ２－Ｘ´２線で切断した断面図である。図５及び図６は、吸発熱部１１が、収縮に伴って発熱し膨張に伴って吸熱する吸発熱材料を含む場合の具体例を示している。この場合の吸発熱材料は、弾性熱量体又は圧力熱量体等の固体冷媒１１５である。
【0028】
図５及び図６に示す具体例２においても、具体例１と同様に、収容部１３は密閉されており、収容部１３内に配置された固体冷媒１１５は外部から遮断されている。これにより固体冷媒１１５はコンタミネーションの発生を防止することができ、耐久性を向上することができる。また、具体例２は、気化と液化を繰り返す流体冷媒１１２は必要ないため、具体例１と比べて、収容部１３内のスペースＳを小さくすることが可能である。これにより、収容部１３を含むユニット本体１の小型化が可能である。
【0029】
具体例２の動作を説明する。収容部１３を介して吸発熱部１１に応力が加えられると、吸発熱部１１を構成している固体冷媒１１５は収縮し、固体冷媒１１５の分子構造又は分子配列が変化する。固体冷媒１１５では、その分子構造又は分子配列の変化が相変化に相当する。固体冷媒１１５は、固体のまま相変化することによって発熱し、熱伝導部１２の温度を上昇させる。これにより、熱伝導部１２の延出部１２２は、収容部１３外に存在する空気等と対流又は放射により熱交換して、空気を温めることができる。
【0030】
また、吸発熱部１１に加えられた応力が解放されると、吸発熱部１１を構成している固体冷媒１１５は収縮した状態から膨張し、固体冷媒１１５の分子構造又は分子配列は相変化して元の形に戻る。固体冷媒は、相変化して元の形に戻ることによって吸熱し、熱伝導部１２の温度を低下させる。これにより、熱伝導部１２の延出部１２２は、収容部１３外に存在する空気等と対流又は放射により熱交換して、空気を冷やすことができる。
【0031】
（実施形態１の効果）
本発明の実施形態１に係る熱交換ユニット１００は、弾性を有する吸発熱部１１と、吸発熱部１１と直接又は間接的に接触して、吸発熱部１１の熱を伝導する熱伝導部１２と、吸発熱部１１及び熱伝導部１２を収容する収容部１３と、収容部１３に収容された吸発熱部１１に応力を印加する動作と、加えた応力を解放する動作とを行うプレス機構３と、を備える。吸発熱部１１は、応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有する。熱伝導部は、収容部から延出する延出部を有し、延出部で熱交換を行う。
本発明の実施形態１に係る熱交換ユニット１００は、弾性を有する吸発熱部１１と、吸発熱部１１と直接又は間接的に接触して、吸発熱部１１の熱を伝導する熱伝導部１２と、吸発熱部１１及び熱伝導部１２を収容する収容部１３と、収容部１３に収容された吸発熱部１１に応力を印加する動作と、加えた応力を解放する動作とを行うプレス機構３と、を備える。吸発熱部１１は、応力の印加と開放とに伴い相変化することによって吸熱又は発熱する吸発熱材料を有する。熱伝導部は、収容部から延出する延出部を有し、延出部で熱交換を行う。
【0032】
これによれば、熱交換ユニット１００は、吸発熱材料の相変化によって吸熱又は発熱する吸発熱部１１を熱源として、収容部１３外に存在する媒体（例えば、空気）と熱交換することができる。熱交換ユニット１００では、ヒータによる入熱ではなく、プレス機構３によるプレス荷重が入力エネルギーとなるため、エネルギーの消費効率（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させることができる。また、熱交換ユニット１００は、入熱用のヒータは不要であるため、小型化が可能である。
【0033】
（変形例）
図７は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の変形例を示す断面図である。図７に示すように、この変形例では、吸発熱部１１と熱伝導部１２との接触面ＳＣが凹凸及び曲面の少なくとも一方を含んでいる。接触面ＳＣが含む凹凸は、断面視で直線的な凹凸でもよいし、曲線的な凹凸でもよい。また、接触面ＳＣが含む凹凸又は曲面は、規則的な形状でもよいし、不規則的な形状でもよい。曲面は波状でもよい。凹凸及び曲面のすくなくとも一方を含む接触面ＳＣは、例えば、熱伝導部１２の接触部１２１の表面１２ａに対して、エッチング、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｙｓｔｅｍｓ）、又は切削加工による粗面化処理を施し、その後、粗面化された表面１２ａ上に吸発熱部１１の吸発熱材料（例えば、ナノ多孔質体１１１又は固体冷媒１１５）を設けることで形成することができる。
図７は、本発明の実施形態１に係るユニット本体１の変形例を示す断面図である。図７に示すように、この変形例では、吸発熱部１１と熱伝導部１２との接触面ＳＣが凹凸及び曲面の少なくとも一方を含んでいる。接触面ＳＣが含む凹凸は、断面視で直線的な凹凸でもよいし、曲線的な凹凸でもよい。また、接触面ＳＣが含む凹凸又は曲面は、規則的な形状でもよいし、不規則的な形状でもよい。曲面は波状でもよい。凹凸及び曲面のすくなくとも一方を含む接触面ＳＣは、例えば、熱伝導部１２の接触部１２１の表面１２ａに対して、エッチング、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｙｓｔｅｍｓ）、又は切削加工による粗面化処理を施し、その後、粗面化された表面１２ａ上に吸発熱部１１の吸発熱材料（例えば、ナノ多孔質体１１１又は固体冷媒１１５）を設けることで形成することができる。
【0034】
この変形例によれば、ユニット本体１は、吸発熱部１１と熱伝導部１２との接触面積を増やすことができる。これにより、ユニット本体１は、吸発熱部１１と熱伝導部１２との間の熱抵抗を減らすことができ、吸発熱部１１と熱伝導部１２との間の伝熱量を増やすことができるので、ＣＯＰをさらに向上させることが可能となる。
【0035】
＜実施形態２＞
（構成例）
図８は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの構成例１を立体的に示す模式図である。図９は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの構成例２を立体的に示す模式図である。図１０は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの構成例３を立体的に示す模式図である。ユニット本体１Ａ（本発明の「ユニット」の一例）は、熱伝導部１２を複数有する。複数の熱伝導部１２が、吸発熱部１１を厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）の両側から挟んでいる。
（構成例）
図８は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの構成例１を立体的に示す模式図である。図９は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの構成例２を立体的に示す模式図である。図１０は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの構成例３を立体的に示す模式図である。ユニット本体１Ａ（本発明の「ユニット」の一例）は、熱伝導部１２を複数有する。複数の熱伝導部１２が、吸発熱部１１を厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）の両側から挟んでいる。
【0036】
例えば、図８に示すように、２つの熱伝導部１２は、１つの吸発熱部１１をＺ軸方向の両側から挟んでいる。２つの熱伝導部１２と１つの吸発熱部１１とが１つの収容部１３内に収容されている。Ｚ軸方向で隣り合う一方の延出部１２２と他方の延出部１２２との間には、隙間Ｇが設けられている。
また、図９に示すように、２つの熱伝導部１２は、２つの吸発熱部１１をＺ軸方向の両側から挟んでいてもよい。この場合、２つの吸発熱部１１の間には、金属箔１４が設けられていてもよい。２つの熱伝導部１２と２つの吸発熱部１１とが１枚の金属箔１４とが１つの収容部１３内に収容されていてもよい。金属箔１４は、２つの吸発熱部１１間の伝熱性を高めることができる。
また、図９に示すように、２つの熱伝導部１２は、２つの吸発熱部１１をＺ軸方向の両側から挟んでいてもよい。この場合、２つの吸発熱部１１の間には、金属箔１４が設けられていてもよい。２つの熱伝導部１２と２つの吸発熱部１１とが１枚の金属箔１４とが１つの収容部１３内に収容されていてもよい。金属箔１４は、２つの吸発熱部１１間の伝熱性を高めることができる。
【0037】
また、図１０に示すように、２つの熱伝導部１２に挟まれる吸発熱部１１は複数の層に分けて積層されていてもよく、複数の層の層間に熱伝導に優れた薄膜、例えば金属箔１４（本発明の「高熱伝導性箔」の一例）が配置されていてもよい。吸発熱部１１と金属箔１４とが交互に配置された積層体１５を構成していてもよい。例えば、吸発熱部１１は、１層当たりの厚さが１００μｍのナノ多孔質体である。金属箔１４は、１層当たりの厚さが２０μｍの銅箔又はアルミニウム箔である。積層体１５の厚さは、吸発熱部１１と金属箔１４とが１層ずつ交互に積層されて、約５ｍｍとなっている。なお、高熱伝導性箔は金属箔に限定されるものでない。高熱伝導性箔は、熱伝導がよい箔状のものであれば、カーボン、エンジニアリングプラスチックシートであってもよい。
【0038】
延出部１２２間に存在する隙間Ｇの間隔Ｇｄは、熱交換フィンの間隔である。この間隔Ｇｄを、想定される熱伝達に最適な長さに設定することで、伝熱効率を高めることが可能である。図１０に示す構成例３では、ナノ多孔質体１１１と金属箔１４の積層数を調整することで、上記の間隔Ｇｄを任意の値に設定することができる。ナノ多孔質体１１１と金属箔１４の積層数を増やすことで、上記の間隔Ｇｄを大きくすることができる。ナノ多孔質体１１１を厚く形成することが難しい場合でも、積層数を増やすことで、間隔Ｇｄを容易に調整することが可能である。
【0039】
図１１は、本発明の実施形態２に係る熱交換ユニット１００Ａの構成例を立体的に示す模式図である。図１１に示すように、熱交換ユニット１００Ａ（本発明の「熱交換装置」の一例）は、Ｚ軸方向に積み重ねて配置された複数のユニット本体１Ａと、複数のユニット本体１ＡをＺ軸方向の両側から挟むプレス機構３と、を備える。
【0040】
プレス機構３は、第１挟持体３１と第２挟持体３２との間に複数のユニット本体１Ａを挟み込んで固定している。プレス機構３は、複数のユニット本体１Ａを固定した状態を維持しつつ、軸部３３が軸方向に移動することによって、複数のユニット本体１Ａの吸発熱部１１（例えば、図８から図１０を参照）に応力を加えたり、加えた応力を解放したりする。これにより、複数のユニット本体１Ａの各々において、延出部１２２と、収容部１３の外側に存在する媒体（例えば、空気）との間の熱交換を行うことができる。
なお、図１１では、３つ以上の熱伝導部１２が１つの収容部１３内に収容されて、１つのユニット本体１Ａを構成していてもよい。例えば、図１０に示す全ての熱伝導部１２が１つの収容部１３内に配置されて、１つのユニット本体１Ａを構成していてもよい。
なお、図１１では、３つ以上の熱伝導部１２が１つの収容部１３内に収容されて、１つのユニット本体１Ａを構成していてもよい。例えば、図１０に示す全ての熱伝導部１２が１つの収容部１３内に配置されて、１つのユニット本体１Ａを構成していてもよい。
【0041】
（実施形態２の効果）
本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａは、複数の熱伝導部１２を含む。ユニット本体１Ａでは、吸発熱部１１の両面が熱伝導部１２と直接又は間接的に接触する。これにより、ユニット本体１Ａは、実施形態１に係るユニット本体１と比べて、吸発熱部１１と熱伝導部１２との接触面積を増やすことができる。ユニット本体１Ａは、吸発熱部１１と熱伝導部１２との間の熱抵抗を減らすことができ、吸発熱部１１と熱伝導部１２との間の伝熱量を増やすことができるので、ＣＯＰをさらに向上させることが可能となる。
本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａは、複数の熱伝導部１２を含む。ユニット本体１Ａでは、吸発熱部１１の両面が熱伝導部１２と直接又は間接的に接触する。これにより、ユニット本体１Ａは、実施形態１に係るユニット本体１と比べて、吸発熱部１１と熱伝導部１２との接触面積を増やすことができる。ユニット本体１Ａは、吸発熱部１１と熱伝導部１２との間の熱抵抗を減らすことができ、吸発熱部１１と熱伝導部１２との間の伝熱量を増やすことができるので、ＣＯＰをさらに向上させることが可能となる。
【0042】
（変形例）
図１２は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの変形例を示す断面図である。図１２に示すように、この変形例では、Ｚ軸方向で隣り合う一方の延出部１２２と他方の延出部１２２との間の隙間Ｇに、スペーサ１６が配置されている。スペーサ１６は、例えば、弾性を有する金属製フィンで構成されている。スペーサ１６の一方の端部１６１は、一方の延出部１２２とロウ付け又は溶接等により固定されている。スペーサ１６の他方の端部１６２は、他方の延出部１２２と接触しているが、固定はされていない。スペーサ１６の端部１６２は、他方の延出部１２２の表面を滑りながら移動する（すなわち、摺動）ことが可能となっている。摺動の方向は、延出部の長手方向（例えば、Ｘ軸方向）である。
図１２は、本発明の実施形態２に係るユニット本体１Ａの変形例を示す断面図である。図１２に示すように、この変形例では、Ｚ軸方向で隣り合う一方の延出部１２２と他方の延出部１２２との間の隙間Ｇに、スペーサ１６が配置されている。スペーサ１６は、例えば、弾性を有する金属製フィンで構成されている。スペーサ１６の一方の端部１６１は、一方の延出部１２２とロウ付け又は溶接等により固定されている。スペーサ１６の他方の端部１６２は、他方の延出部１２２と接触しているが、固定はされていない。スペーサ１６の端部１６２は、他方の延出部１２２の表面を滑りながら移動する（すなわち、摺動）ことが可能となっている。摺動の方向は、延出部の長手方向（例えば、Ｘ軸方向）である。
【0043】
この変形例によれば、プレス機構３（図１１参照）によって吸発熱部１１（図８から図１０参照）に応力が加えられる際に、スペーサ１６が隙間Ｇを確保する。隙間Ｇが確保されるため、延出部１２２は伝熱性能を高く保持することができる。また、スペーサ１６の端部１６２は、上記の応力を受けて延出部１２２の表面を摺動することができるため、延出部１２２にかかる力を緩和することができ、延出部１２２に歪みが生じることを抑制することができる。また、スペーサ１６は、金属で構成されているため、その表面積の分だけ伝熱面積が増える。
なお、この変形例において、スペーサ１６は金属フィンに限定されるものではない。スペーサ１６は、樹脂で構成されていてもよいし、フィン状でなくてもよい。このような場合でも、スペーサ１６は隙間Ｇの確保に寄与する。
なお、この変形例において、スペーサ１６は金属フィンに限定されるものではない。スペーサ１６は、樹脂で構成されていてもよいし、フィン状でなくてもよい。このような場合でも、スペーサ１６は隙間Ｇの確保に寄与する。
【0044】
＜実施形態３＞
図１３は、本発明の実施形態３に係る熱交換装置２００の構成例を示す立体的に示す模式図である。図１３に示すように、熱交換装置２００は、実施形態２で説明した熱交換ユニット１００Ａ（または、実施形態１で説明した熱交換ユニット１００）と、空気が流れる空気導通路１５０（本発明の「媒体流路」の一例）と、を備える。空気導通路１５０をダクトと言い換えてもよい。空気導通路１５０内に延出部１２２が配置される。
これによれば、熱交換装置２００は、延出部１２２に空気を送ることができ、延出部１２２と空気との間の熱交換を効率的に行うことができる。熱交換装置２００は、冷風又は温風を高効率に得ることができる。
図１３は、本発明の実施形態３に係る熱交換装置２００の構成例を示す立体的に示す模式図である。図１３に示すように、熱交換装置２００は、実施形態２で説明した熱交換ユニット１００Ａ（または、実施形態１で説明した熱交換ユニット１００）と、空気が流れる空気導通路１５０（本発明の「媒体流路」の一例）と、を備える。空気導通路１５０をダクトと言い換えてもよい。空気導通路１５０内に延出部１２２が配置される。
これによれば、熱交換装置２００は、延出部１２２に空気を送ることができ、延出部１２２と空気との間の熱交換を効率的に行うことができる。熱交換装置２００は、冷風又は温風を高効率に得ることができる。
【0045】
＜適用例＞
図１に示した熱交換ユニット１００、図１１に示した熱交換ユニット１００Ａ、図１３に示す熱交換装置２００は、例えば車両等に搭載される空調装置に適用可能である。また、熱交換ユニット１００、１００Ａ、熱交換装置２００は、車両以外に搭載される空調装置に適用してもよく、空調装置以外の装置に適用してもよい。
図１に示した熱交換ユニット１００、図１１に示した熱交換ユニット１００Ａ、図１３に示す熱交換装置２００は、例えば車両等に搭載される空調装置に適用可能である。また、熱交換ユニット１００、１００Ａ、熱交換装置２００は、車両以外に搭載される空調装置に適用してもよく、空調装置以外の装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【0046】
１、１Ａ…ユニット本体、３…プレス機構、１１…吸発熱部、１２…熱伝導部、１２ａ…表面、１２ｂ…裏面、１３…収容部、１４…金属箔（高熱伝導性箔の一例）、１５…積層体、１６…スペーサ、３１…第１挟持体、３２…第２挟持体、３３…軸部、３４…支持部、１００、１００Ａ…熱交換ユニット、１１１…ナノ多孔質体、１１２…流体冷媒（冷媒蒸気）、１１５…固体冷媒、１２１…接触部、１２２…延出部、１５０…空気導通路、１６１、１６２…端部、２００…熱交換装置、Ｇ…隙間、Ｇｄ…間隔、Ｓ…スペース、ＳＣ…接触面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】