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(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】P2022189150
(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
F24F 3/14 20060101ALI20221215BHJP
F24F 3/147 20060101ALI20221215BHJP
F24F 3/00 20060101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
F25B17/08 Z
F28D21/00 B
F24F3/14
F24F3/147
F24F3/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021097558
(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】曽根 和樹
(72)【発明者】
【氏名】市川 靖
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 仁
(72)【発明者】
【氏名】内村 允宣
(72)【発明者】
【氏名】宮原 護
(72)【発明者】
【氏名】伊倉 亜美
【テーマコード（参考）】
3L053
3L093
【Ｆターム（参考）】
3L053BC01
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空調装置を提供する。
【解決手段】熱交換装置は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して媒体を吸着可能であるナノ多孔質体と、媒体を透過可能であり、ナノ多孔質体の表面に隣接する多孔質部と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】熱交換装置は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して媒体を吸着可能であるナノ多孔質体と、媒体を透過可能であり、ナノ多孔質体の表面に隣接する多孔質部と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して媒体を吸着可能であるナノ多孔質体と、
前記ナノ多孔質体に応力を印加して前記ナノ多孔質体を収縮させる動作と、印加された前記応力を解放して前記ナノ多孔質体を膨張させる動作とを行う応力付与部と、
前記媒体を透過可能であり、前記ナノ多孔質体の表面に隣接する多孔質部と、
前記ナノ多孔質体、前記多孔質部及び前記媒体を収容する収容部と、を備える熱交換装置。
前記ナノ多孔質体に応力を印加して前記ナノ多孔質体を収縮させる動作と、印加された前記応力を解放して前記ナノ多孔質体を膨張させる動作とを行う応力付与部と、
前記媒体を透過可能であり、前記ナノ多孔質体の表面に隣接する多孔質部と、
前記ナノ多孔質体、前記多孔質部及び前記媒体を収容する収容部と、を備える熱交換装置。
【請求項2】
前記ナノ多孔質体は、前記応力が印加又は解放されることによって細孔径が変化し、細孔に取り込まれる前記媒体を可逆的に気液相転移させる、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項3】
前記多孔質部は、前記応力付与部と前記ナノ多孔質体との間、前記ナノ多孔質体を挟んで前記応力付与部の反対側、及び、前記ナノ多孔質体の側面のうち、１か所以上に配置されている、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項4】
前記多孔質部は、前記ナノ多孔質体を覆っている、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項5】
前記ナノ多孔質体と直接又は間接的に接触して、前記ナノ多孔質体の熱を伝導する熱伝導部、をさらに備え、
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】
前記熱伝導部の両面に前記ナノ多孔質体が設けられている、請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項7】
前記熱伝導部は前記ナノ多孔質体を挟持している、請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項8】
前記応力付与部は前記収容部内に配置されている、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】
前記ナノ多孔質体を複数備え、
前記複数のナノ多孔質体は一方向に積層されて積層構造体を構成しており、
前記積層構造体の層間に前記多孔質部が配置されている、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
前記複数のナノ多孔質体は一方向に積層されて積層構造体を構成しており、
前記積層構造体の層間に前記多孔質部が配置されている、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項10】
前記積層構造体は平面上に並んで配置されている、請求項９に記載の熱交換装置。
【請求項11】
前記ナノ多孔質体を複数備え、
前記複数のナノ多孔質体は平面上に並んで配置されている、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
前記複数のナノ多孔質体は平面上に並んで配置されている、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項12】
前記多孔質部を複数備え、
前記ナノ多孔質と前記多孔質部は、前記平面上で交互に並んで配置されている、請求項１１に記載の熱交換装置。
前記ナノ多孔質と前記多孔質部は、前記平面上で交互に並んで配置されている、請求項１１に記載の熱交換装置。
【請求項13】
前記複数のナノ多孔質体のうち、隣り合う一方のナノ多孔質体と他方のナノ多孔質体との間に隙間が設けられている、請求項１１に記載の熱交換装置。
【請求項14】
前記ナノ多孔質体は、
第１ナノ多孔質体と、
前記第１ナノ多孔質体と向かい合う第２ナノ多孔質体と、
前記第１ナノ多孔質体と前記第２ナノ多孔質体との間に配置された熱伝導体と、を有し、
前記熱伝導体は、前記第１ナノ多孔質体及び前記第２ナノ多孔質体よりも熱伝導率が高い、請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換装置。
第１ナノ多孔質体と、
前記第１ナノ多孔質体と向かい合う第２ナノ多孔質体と、
前記第１ナノ多孔質体と前記第２ナノ多孔質体との間に配置された熱伝導体と、を有し、
前記熱伝導体は、前記第１ナノ多孔質体及び前記第２ナノ多孔質体よりも熱伝導率が高い、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】
前記熱伝導体はメッシュ状の構造を有する、請求項１４に記載の熱交換装置。
【請求項16】
前記ナノ多孔質体は、金属の粉体を含む、請求項１から１５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は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して媒体を吸着可能であるナノ多孔質体と、媒体を透過可能であり、ナノ多孔質体の表面に隣接する多孔質部と、を備える。
【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】
＜実施形態１＞
（熱交換装置）
図１は、本発明の実施形態１に係る熱交換装置１００の構成例を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る熱交換装置１００の収容部３２Ａ、３２Ｂの内部を立体的に示す図である。図１及び図２に示す熱交換装置１００は、例えば、自動車の室内（内気）を冷却するカーエアコン（冷房）に適用することができる装置である。
（熱交換装置）
図１は、本発明の実施形態１に係る熱交換装置１００の構成例を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る熱交換装置１００の収容部３２Ａ、３２Ｂの内部を立体的に示す図である。図１及び図２に示す熱交換装置１００は、例えば、自動車の室内（内気）を冷却するカーエアコン（冷房）に適用することができる装置である。
【0010】
熱交換装置１００は、ナノ多孔質体２０に応力を印加及び解放することにより、機械的に変形させて、媒体の脱離及び吸着を行う。例えば、熱交換装置１００は、媒体の脱離時に発生する蒸発潜熱から得た冷熱を利用して対象（例えば、空気）を冷却する。また、熱交換装置１００は、媒体の吸着時に発生する凝縮潜熱から得た排熱を利用して、空気を加熱することも可能である。熱交換装置１００は、冷却した空気と加熱した空気とを混合して、空気を所望の温度に調整することも可能である。なお、ナノ多孔質体２０から脱離又は吸着する媒体を、冷媒と言い換えてもよい。また、気化した媒体を、媒体蒸気、冷媒蒸気、または、ゲスト分子と言い換えてもよい。
【0011】
図１に示すように、熱交換装置１００は、第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂと、装置全体の動作を制御する制御部４０と、を備える。制御部４０は、第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂのうち一方の動作モードが脱離モードである間は他方の動作モードが吸着モードになるようにスイング運転する。これにより、脱離モードの第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂにおいて連続的に冷熱を生成することが可能となる。ここで、「脱離モード」とは、媒体をナノ多孔質体２０から脱離させる動作モードである。また、「吸着モード」とは、媒体をナノ多孔質体２０に吸着させる動作モードである。
【0012】
熱交換装置１００は、第１収容部３２Ａと第２収容部３２Ｂとの間を媒体蒸気（ゲスト分子）２７が移動可能に連通する配管５０と、配管５０の連通状態と遮断状態とを切り替えるバルブ５１と、を有する。バルブ５１を開くと配管５０は連通状態となり、バルブ５１を閉じると配管５０は遮断状態となる。
【0013】
（熱交換部）
図１に示すように、第１熱交換部３０Ａは、第１ナノ多孔質体２０Ａと、第１多孔質部２５Ａと、第１応力付与部３１Ａと、第１収容部３２Ａと、第１空気調節部３３Ａと、を有する。同様に、第２熱交換部３０Ｂは、第２ナノ多孔質体２０Ｂと、第２多孔質部２５Ｂと、第２応力付与部３１Ｂと、第２収容部３２Ｂと、空気調節部３３Ｂと、を有する。
図１に示すように、第１熱交換部３０Ａは、第１ナノ多孔質体２０Ａと、第１多孔質部２５Ａと、第１応力付与部３１Ａと、第１収容部３２Ａと、第１空気調節部３３Ａと、を有する。同様に、第２熱交換部３０Ｂは、第２ナノ多孔質体２０Ｂと、第２多孔質部２５Ｂと、第２応力付与部３１Ｂと、第２収容部３２Ｂと、空気調節部３３Ｂと、を有する。
【0014】
第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂは、同様の構成を有する。以下の説明では、第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂを総称して「熱交換部３０Ａ、３０Ｂ」と称する。同様に、第１応力付与部３１Ａ及び第２応力付与部３１Ｂを総称して「応力付与部３１Ａ、３１Ｂ」と称する。また、第１収容部３２Ａ及び第２収容部３２Ｂを総称して「収容部３２Ａ、３２Ｂ」と称する。また、第１空気調節部３３Ａ及び第２空気調節部３３Ｂを総称して「空気調節部３３Ａ、３３Ｂ」と称する。また、第１ナノ多孔質体２０Ａ及び第２ナノ多孔質体２０Ｂを総称して「ナノ多孔質体２０」と称する。第１多孔質部２５Ａ及び第２多孔質部２５Ｂを総称して「多孔質部２５」と称する。
【0015】
（ナノ多孔質体）
ナノ多孔質体２０は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能で、かつ、膨張して媒体を吸着可能なナノ多孔質の材料を含む構造体から構成される。例えば、ナノ多孔質体２０は、複数の粒子と、複数の粒子同士を結合するバインダとを含み、複数の粒子の各々がナノ多孔質である（すなわち、複数のナノレベルの細孔を有する）構造体であってもよい。図２に示すように、ナノ多孔質体２０は、応力付与部３１Ａ、３１Ｂから応力を印加されて収縮して媒体を脱離し、応力を解放すると自由膨張して媒体を吸着する。
ナノ多孔質体２０は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能で、かつ、膨張して媒体を吸着可能なナノ多孔質の材料を含む構造体から構成される。例えば、ナノ多孔質体２０は、複数の粒子と、複数の粒子同士を結合するバインダとを含み、複数の粒子の各々がナノ多孔質である（すなわち、複数のナノレベルの細孔を有する）構造体であってもよい。図２に示すように、ナノ多孔質体２０は、応力付与部３１Ａ、３１Ｂから応力を印加されて収縮して媒体を脱離し、応力を解放すると自由膨張して媒体を吸着する。
【0016】
ここで、「弾性」とは、応力付与部３１Ａ、３１Ｂによって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。ナノ多孔質体２０の弾性限度は、媒体を脱離するために必要な応力印加よりも大きくなるように設計されている。ナノ多孔質体２０の弾性限度は、熱交換装置１００の適用対象の冷却規模等に応じて適宜設計することが好ましい。
【0017】
また、「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。
【0018】
媒体は、ナノ多孔質体２０に吸着すると気体から液体へ相変化し、脱離すると液体から気体へ相変化する。ナノ多孔質体２０の細孔壁に吸着された細孔内部の液体密度の媒体は、飽和蒸気圧よりも低い圧力の蒸気と平衡状態となっている。すなわち、ナノ多孔質体２０の細孔壁に吸着された気体は、飽和蒸気圧よりも低い圧力で液体の状態となっている。
【0019】
ナノ多孔質体２０に応力が印加されると、ナノ多孔質体２０の細孔が収縮し、細孔壁に吸着していた媒体は脱離する。このとき、液体の密度で吸着された媒体は、気体としてナノ多孔質体２０の外部に放出される。熱交換装置１００は、この脱離の際の蒸発潜熱を冷熱として利用することによって、対象（例えば、空気）を冷却することができる。
【0020】
また、ナノ多孔質体２０に印加された応力が解放されると、ナノ多孔質体２０は自由膨張して細孔が元の大きさに戻り、媒体を再び吸着させる。上述したように、媒体は、ナノ多孔質体２０へ吸着される際に、気体から液体へ相変化して、凝縮潜熱を発生する。熱交換装置１００は、この吸着の際の凝縮潜熱を温熱として利用することができる。
【0021】
ナノ多孔質の材料として、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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
なお、本発明において、ナノ多孔質の材料は、ＧＭＳ又はＺＴＣに限定されない。ナノ多孔質の材料は、弾性を有し、収縮して流体媒体を脱離可能で、かつ、膨張して流体媒体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。
【0025】
（媒体）
媒体として、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。
媒体として、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。
【0026】
（応力付与部）
応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に応力を印加して収縮させる動作と、印加した応力を解放してナノ多孔質体２０を自由膨張させる。これにより、応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０の細孔径を外部からの応力で制御することができる。ナノ多孔質体２０は、応力が印加又は解放されることによって細孔径が変化し、細孔にゲスト分子２７として取り込まれる媒体を可逆的に気液相転移させる。
応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に対して接近離反する方向に往復運動してナノ多孔質体２０に応力を印加及び解放することができる限りにおいてその構成は特に限定されない。応力付与部３１Ａ、３１Ｂとしては、例えば、モーターの回転運動を利用した機械式プレス機や油圧等の流体圧を利用した液圧式プレス機などを使用することができる。
応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に応力を印加して収縮させる動作と、印加した応力を解放してナノ多孔質体２０を自由膨張させる。これにより、応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０の細孔径を外部からの応力で制御することができる。ナノ多孔質体２０は、応力が印加又は解放されることによって細孔径が変化し、細孔にゲスト分子２７として取り込まれる媒体を可逆的に気液相転移させる。
応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に対して接近離反する方向に往復運動してナノ多孔質体２０に応力を印加及び解放することができる限りにおいてその構成は特に限定されない。応力付与部３１Ａ、３１Ｂとしては、例えば、モーターの回転運動を利用した機械式プレス機や油圧等の流体圧を利用した液圧式プレス機などを使用することができる。
【0027】
（多孔質部）
多孔質部２５は、例えば、ナノ多孔質体２０を覆うように配置されている。ゲスト分子２７は、多孔質部２５を透過可能である。多孔質部２５の細孔径はナノ多孔質体２０の細孔径よりも大きく、ゲスト分子２７の出入りを阻害しないようになっている。また、多孔質部２５は、弾性を有し、かつ、ナノ多孔質体２０よりも固い。これにより、応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、多孔質部２５を介して、ナノ多孔質体２０に応力を付与することが可能である。
多孔質部２５は、ナノ多孔質体２０を覆うことによって、ナノ多孔質体２０を側面から支えることができるので、ナノ多孔質体２０の型崩れを抑制することができる。
多孔質部２５は、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル等の樹脂で構成されている。多孔質部２５は、糸状の樹脂で構成されていてもよく、糸状の樹脂が二重織、朱子織、綾織されて濾布状に構成されたものであってもよい。
多孔質部２５は、例えば、ナノ多孔質体２０を覆うように配置されている。ゲスト分子２７は、多孔質部２５を透過可能である。多孔質部２５の細孔径はナノ多孔質体２０の細孔径よりも大きく、ゲスト分子２７の出入りを阻害しないようになっている。また、多孔質部２５は、弾性を有し、かつ、ナノ多孔質体２０よりも固い。これにより、応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、多孔質部２５を介して、ナノ多孔質体２０に応力を付与することが可能である。
多孔質部２５は、ナノ多孔質体２０を覆うことによって、ナノ多孔質体２０を側面から支えることができるので、ナノ多孔質体２０の型崩れを抑制することができる。
多孔質部２５は、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル等の樹脂で構成されている。多孔質部２５は、糸状の樹脂で構成されていてもよく、糸状の樹脂が二重織、朱子織、綾織されて濾布状に構成されたものであってもよい。
【0028】
（収容部）
収容部３２Ａ、３２Ｂは、内部にナノ多孔質体２０及び多孔質部２５を収容する空間を有する容器である。収容部３２Ａ、３２Ｂの内部は、真空または真空に近い低圧に保たれている。このため、媒体は、比較的低い温度において液体から気体へ相変化することができる。
収容部３２Ａ、３２Ｂは、熱伝導性に優れた材料で構成されていることが好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等の金属で構成されていることが好ましい。これにより、熱交換装置１００は、収容部３２Ａ、３２Ｂを介して、対象（例えば、空気）と効率よく熱交換することができる。
収容部３２Ａ、３２Ｂは、内部にナノ多孔質体２０及び多孔質部２５を収容する空間を有する容器である。収容部３２Ａ、３２Ｂの内部は、真空または真空に近い低圧に保たれている。このため、媒体は、比較的低い温度において液体から気体へ相変化することができる。
収容部３２Ａ、３２Ｂは、熱伝導性に優れた材料で構成されていることが好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等の金属で構成されていることが好ましい。これにより、熱交換装置１００は、収容部３２Ａ、３２Ｂを介して、対象（例えば、空気）と効率よく熱交換することができる。
【0029】
（空気調節部）
空気調節部３３Ａ、３３Ｂは、収容部３２Ａ、３２Ｂと接する空気の流量を調節することによって、冷熱又は排熱を熱交換部３０Ａ、３０Ｂから取り出す。例えば、収容部３２Ａは、第１ナノ多孔質体２０Ａが膨張して排熱状態にある。収容部３２Ｂは、第２ナノ多孔質体２０Ｂが収縮して冷却状態にある。空気調節部３３Ａ、３３Ｂは、排熱状態にある収容部３２Ａと接する空気の室内への流量を減らすとともに、冷却状態にある収容部３２Ｂと接する空気の室内への流量を増やすことによって、室内に低温の空気を供給することができる。
空気調節部３３Ａ、３３Ｂは、収容部３２Ａ、３２Ｂと接する空気の流量を調節することによって、冷熱又は排熱を熱交換部３０Ａ、３０Ｂから取り出す。例えば、収容部３２Ａは、第１ナノ多孔質体２０Ａが膨張して排熱状態にある。収容部３２Ｂは、第２ナノ多孔質体２０Ｂが収縮して冷却状態にある。空気調節部３３Ａ、３３Ｂは、排熱状態にある収容部３２Ａと接する空気の室内への流量を減らすとともに、冷却状態にある収容部３２Ｂと接する空気の室内への流量を増やすことによって、室内に低温の空気を供給することができる。
【0030】
（制御部）
制御部４０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及び記録媒体等から構成されている。記録媒体に記録されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行する。これにより、制御部４０は、第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂのうち一方の動作モードを脱離モードとし、他方の動作モードを吸着モードとするような、スイング運転を行う。
制御部４０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及び記録媒体等から構成されている。記録媒体に記録されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行する。これにより、制御部４０は、第１熱交換部３０Ａ及び第２熱交換部３０Ｂのうち一方の動作モードを脱離モードとし、他方の動作モードを吸着モードとするような、スイング運転を行う。
【0031】
（実施形態１の効果）
以上説明したように、実施形態１に係る熱交換装置１００は、弾性を有し、収縮して媒体蒸気（ゲスト分子）２７を脱離可能であり、かつ、膨張してゲスト分子２７を吸着可能であるナノ多孔質体２０と、ナノ多孔質体２０に応力を印加してナノ多孔質体２０を収縮させる動作と、印加された応力を解放してナノ多孔質体２０を膨張させる動作とを行う応力付与部１３と、ゲスト分子２７を透過可能であり、ナノ多孔質体２０の表面に隣接する多孔質部２５と、ナノ多孔質体２０、多孔質部２５及びゲスト分子２７を収容する収容部３２と、を備える。
以上説明したように、実施形態１に係る熱交換装置１００は、弾性を有し、収縮して媒体蒸気（ゲスト分子）２７を脱離可能であり、かつ、膨張してゲスト分子２７を吸着可能であるナノ多孔質体２０と、ナノ多孔質体２０に応力を印加してナノ多孔質体２０を収縮させる動作と、印加された応力を解放してナノ多孔質体２０を膨張させる動作とを行う応力付与部１３と、ゲスト分子２７を透過可能であり、ナノ多孔質体２０の表面に隣接する多孔質部２５と、ナノ多孔質体２０、多孔質部２５及びゲスト分子２７を収容する収容部３２と、を備える。
【0032】
例えば、多孔質部２５は、応力付与部１３とナノ多孔質体２０との間、ナノ多孔質体２０を挟んで応力付与部１３の反対側、及び、ナノ多孔質体２０の側面のうち、１か所以上に配置されている。一例として、多孔質部２５は、ナノ多孔質体２０を覆っている。
【0033】
これによれば、熱交換装置１００は、ゲスト分子２７の相変化によって吸熱又は発熱するナノ多孔質体２０を熱源として、収容部３２外に存在する物質（例えば、空気）と熱交換することができる。熱交換装置１００では、ヒータによる入熱ではなく、応力付与部によるプレスが入力エネルギーとなる。このため、熱交換装置１００は、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、熱交換装置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。
【0034】
また、例えば、ナノ多孔質体２０と他の部材（例えば、応力付与部１３や、収容部３２の内壁等）との間に多孔質部２５が介在することによって、ナノ多孔質体２０の表面に通気性を確保することができ、ナノ多孔質体２０へゲスト分子２７を輸送し易くなるので、熱交換性能を高めることが可能である。
【0035】
＜実施形態２＞
上記の実施形態１では、収容部３２が熱伝導性に優れた金属等で構成されており、収容部３２自体が対象（例えば、空気）と熱交換することを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明の実施形態に係る熱交換装置は、収容部３２の内部から外部に延出された熱伝導部（延出部）を有し、延出部で空気と熱交換を行ってもよい。
図３は、本発明の実施形態２に係る熱交換装置１００Ａの構成例を示す断面図である。図３に示すように、熱交換装置１００Ａは、ナノ多孔質体２０と直接又は間接的に接触して、ナノ多孔質体２０の熱を伝導する熱伝導部２９を備える。熱伝導部２９の両面にナノ多孔質体２０が設けられている。
上記の実施形態１では、収容部３２が熱伝導性に優れた金属等で構成されており、収容部３２自体が対象（例えば、空気）と熱交換することを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明の実施形態に係る熱交換装置は、収容部３２の内部から外部に延出された熱伝導部（延出部）を有し、延出部で空気と熱交換を行ってもよい。
図３は、本発明の実施形態２に係る熱交換装置１００Ａの構成例を示す断面図である。図３に示すように、熱交換装置１００Ａは、ナノ多孔質体２０と直接又は間接的に接触して、ナノ多孔質体２０の熱を伝導する熱伝導部２９を備える。熱伝導部２９の両面にナノ多孔質体２０が設けられている。
【0036】
例えば、熱伝導部２９は、収容部３２に収容されてナノ多孔質体２０と直接又は間接的に接触する接触部２９１と、接触部２９１に接続し収容部３２から延出された延出部２９２と、を有する。延出部２９２をフィン部と言い換えてもよい。接触部２９１と延出部２９２は１枚の金属板で一体に形成されている。接触部２９１は収容部３２内に存在するナノ多孔質体２０と熱交換を行い、延出部２９２は収容部３２外に存在する対象（例えば、空気）と熱交換を行う。
【0037】
また、熱交換装置１００Ａにおいて、応力付与部３１は、第１プレス板１３１Ａと、第１プレス板１３１Ａと向かい合うように配置された第２プレス板１３１Ｂと、を有する。第１プレス板１３１Ａと、第２プレス板１３１Ｂは、収容部３２の外側に配置されている。第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂとの間に、多孔質部２５で覆われたナノ多孔質体２０が配置されている。
【0038】
第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂは、互いに近づく方向に移動することによって、ナノ多孔質体２０に応力を加える（すなわち、プレスする）。また、第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂは、互いに離れる方向に移動することによって、ナノ多孔質体２０に加えられた応力を解放する。
【0039】
実施形態２に係る熱交換装置１００Ａは、実施形態１に係る熱交換装置１００と同様に、エネルギーの消費効率（ＣＯＰ）を向上させることができ、小型化が可能である。熱伝導部２９の両面にナノ多孔質体２０が設けられており、熱伝導部２９とナノ多孔質体２０との接触面積が２倍になるため、熱交換の効率をさらに高めることができる。また、多孔質部２５は、複数のナノ多孔質体２０の表面に通気性を確保することができ、ナノ多孔質体２０へゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
【0040】
（変形例１）
図４は、本発明の実施形態２に係る熱交換装置１００Ａの変形例１を示す断面図である。図４に示すように、熱交換装置１００Ａにおいて、第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂは、収容部３２内に配置されていてもよい。これによれば、第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂは、収容部３２を挟まずにナノ多孔質体２０をプレスすることができるので、収容部３２の変形を防ぐことができる。これにより、収容部３２の耐久性の向上が可能である。また、収容部３２の耐荷重を考慮しないで済むので、収容部３２の部品コストを低減できる可能性がある。
図４は、本発明の実施形態２に係る熱交換装置１００Ａの変形例１を示す断面図である。図４に示すように、熱交換装置１００Ａにおいて、第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂは、収容部３２内に配置されていてもよい。これによれば、第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂは、収容部３２を挟まずにナノ多孔質体２０をプレスすることができるので、収容部３２の変形を防ぐことができる。これにより、収容部３２の耐久性の向上が可能である。また、収容部３２の耐荷重を考慮しないで済むので、収容部３２の部品コストを低減できる可能性がある。
【0041】
（変形例２）
図５は、本発明の実施形態２に係る熱交換装置１００Ａの変形例２を示す断面図である。図５に示すように、熱交換装置１００Ａにおいて、ナノ多孔質体は、複数のナノ多孔質体２０が一方向に積層された積層構造体２００であってもよい。一方向は、第１プレス板１３１Ａ（または、第２プレス板１３１Ｂ）と対向する方向である。積層構造体２００の層間（すなわち、隣り合う一方のナノ多孔質体２０と他方のナノ多孔質体２０との間）には、多孔質部２５が配置されていてもよい。すなわち、積層構造体２００は、ナノ多孔質体２０を通気性の高い多孔質部２５で挟んだ構造であってもよい。積層構造体２００は、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とが交互に積層された構造を有してもよい。
図５は、本発明の実施形態２に係る熱交換装置１００Ａの変形例２を示す断面図である。図５に示すように、熱交換装置１００Ａにおいて、ナノ多孔質体は、複数のナノ多孔質体２０が一方向に積層された積層構造体２００であってもよい。一方向は、第１プレス板１３１Ａ（または、第２プレス板１３１Ｂ）と対向する方向である。積層構造体２００の層間（すなわち、隣り合う一方のナノ多孔質体２０と他方のナノ多孔質体２０との間）には、多孔質部２５が配置されていてもよい。すなわち、積層構造体２００は、ナノ多孔質体２０を通気性の高い多孔質部２５で挟んだ構造であってもよい。積層構造体２００は、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とが交互に積層された構造を有してもよい。
【0042】
このような構成であれば、多孔質部２５は、ナノ多孔質体２０とゲスト分子との接触面積を増やすことができる。ナノ多孔質体２０の厚さ方向（図５では、左右方向）及び奥行方向（図５では、紙面の垂直方向）へゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
【0043】
＜実施形態３＞
図６は、本発明の実施形態３に係る熱交換装置１００Ｂの構成例を示す断面図である。図６に示すように、熱交換装置１００Ｂは、複数の熱伝導部２９を備える。複数の熱伝導部２９の各々は、収容部３２に収容されてナノ多孔質体２０と直接又は間接的に接触する接触部２９１と、接触部２９１に接続し収容部３２から延出された延出部２９２と、を有する。第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂと向かい合う方向（すなわち、プレスする方向）において、互いに隣り合う一方の熱伝導部２９の接触部２９１と他方の熱伝導部２９の接触部２９１との間に、多孔質部２５で覆われたナノ多孔質体２０が配置されている。熱伝導部２９は、ナノ多孔質体２０を挟持している。
このような構成であれば、熱交換装置１００Ｂは、ナノ多孔質体２０と熱伝導部２９の接触部２９１との接触面積と、熱伝導部２９の延出部２９２と対象（例えば、空気）との接触面積とをそれぞれ増やすことができるので、熱交換性能を高めることが可能である。
図６は、本発明の実施形態３に係る熱交換装置１００Ｂの構成例を示す断面図である。図６に示すように、熱交換装置１００Ｂは、複数の熱伝導部２９を備える。複数の熱伝導部２９の各々は、収容部３２に収容されてナノ多孔質体２０と直接又は間接的に接触する接触部２９１と、接触部２９１に接続し収容部３２から延出された延出部２９２と、を有する。第１プレス板１３１Ａと第２プレス板１３１Ｂと向かい合う方向（すなわち、プレスする方向）において、互いに隣り合う一方の熱伝導部２９の接触部２９１と他方の熱伝導部２９の接触部２９１との間に、多孔質部２５で覆われたナノ多孔質体２０が配置されている。熱伝導部２９は、ナノ多孔質体２０を挟持している。
このような構成であれば、熱交換装置１００Ｂは、ナノ多孔質体２０と熱伝導部２９の接触部２９１との接触面積と、熱伝導部２９の延出部２９２と対象（例えば、空気）との接触面積とをそれぞれ増やすことができるので、熱交換性能を高めることが可能である。
【0044】
（変形例）
実施形態２の変形例２の構成は、実施形態３に適用してもよい。図７は、本発明の実施形態３に係る熱交換装置１００Ｂの変形例を示す断面図である。図７に示すように、熱交換装置１００Ｂのナノ多孔質体は、複数のナノ多孔質体２０が一方向に積層された積層構造体２００であってもよい。また、積層構造体２００の層間に多孔質部２５が配置されていてもよい。すなわち、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とが交互に積層されて構成されていてもよい。これによれば、実施形態２の変形例２と同様に、ナノ多孔質体２０へゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
実施形態２の変形例２の構成は、実施形態３に適用してもよい。図７は、本発明の実施形態３に係る熱交換装置１００Ｂの変形例を示す断面図である。図７に示すように、熱交換装置１００Ｂのナノ多孔質体は、複数のナノ多孔質体２０が一方向に積層された積層構造体２００であってもよい。また、積層構造体２００の層間に多孔質部２５が配置されていてもよい。すなわち、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とが交互に積層されて構成されていてもよい。これによれば、実施形態２の変形例２と同様に、ナノ多孔質体２０へゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
【0045】
＜実施形態４＞
図８は、本発明の実施形態４に係る積層構造体２００Ａの構成例を立体的に示す図である。図８に示すように、積層構造体２００Ａは、上記の積層構造体２００と同様に、複数のナノ多孔質体２０が一方向に積層されるとともに、その層間に多孔質部２５が配置された構造を有する。すなわち、積層構造体２００Ａは、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とが交互に積層された構造を有する。また、積層構造体２００Ａは、積層方向に長い柱状に形成されている。図８では、積層構造体２００Ａが円柱状に形成されている場合を示しているが、積層構造体２００Ａの形状は円柱状に限定されるものではなく、多角柱状（例えば、四角柱状、六角柱状、八角柱状など）であってもよい。
図８は、本発明の実施形態４に係る積層構造体２００Ａの構成例を立体的に示す図である。図８に示すように、積層構造体２００Ａは、上記の積層構造体２００と同様に、複数のナノ多孔質体２０が一方向に積層されるとともに、その層間に多孔質部２５が配置された構造を有する。すなわち、積層構造体２００Ａは、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とが交互に積層された構造を有する。また、積層構造体２００Ａは、積層方向に長い柱状に形成されている。図８では、積層構造体２００Ａが円柱状に形成されている場合を示しているが、積層構造体２００Ａの形状は円柱状に限定されるものではなく、多角柱状（例えば、四角柱状、六角柱状、八角柱状など）であってもよい。
【0046】
図９は、本発明の実施形態４に係る積層構造体２００Ａの配置例を立体的に示す図である。図９に示すように、複数の積層構造体２００Ａは、熱伝導部２９の接触部２９１の一方の面２９ａ（本発明の「平面」の一例）上に並んで配置されている。例えば、積層構造体２００Ａは、一方の面２９ａに平行なＸ軸方向と、一方の面２９ａに平行でかつＸ軸方向と直交するＹ軸方向とにそれぞれ並んで配置されている。Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、積層構造体２００Ａは互いに接していてもよいし、離れていてもよい。
【0047】
積層構造体２００Ａの積層方向は一方の面と直交するＺ軸方向である。積層構造体２００Ａは、応力付与部１３（例えば、図５参照）によって、Ｚ軸方向から応力が印加される。このような構成であれば、実施形態２の変形例２と同様に、ナノ多孔質体２０へゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
【0048】
（変形例）
ナノ多孔質体２０は、金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕ）の粉体を含んでもよい。これによれば、熱伝導率の低いナノ多孔質体の内部の熱伝導性を高めることができる。ナノ多孔質体２０の厚さ方向及び奥行方向への熱伝導性の向上が可能である。
ナノ多孔質体２０は、金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕ）の粉体を含んでもよい。これによれば、熱伝導率の低いナノ多孔質体の内部の熱伝導性を高めることができる。ナノ多孔質体２０の厚さ方向及び奥行方向への熱伝導性の向上が可能である。
【0049】
＜実施形態５＞
図１０は、本発明の実施形態５に係るナノ多孔質体２０及び多孔質部２５の配置例を立体的に示す図である。図１０に示すように、複数のナノ多孔質体２０と複数の多孔質部２５とがそれぞれ熱伝導部２９の接触部２９１の一方の面２０ａ上に並んで配置されている。一方の面２０ａと直交する方向（例えば、Ｚ軸）からの平面視で、ナノ多孔質体２０は、格子を構成する点の位置に配置されている。また、Ｚ軸方向からの平面視で、ナノ多孔質体２０を仮想線で結んで構成される格子の内側に多孔質部２５が配置されている。
図１０は、本発明の実施形態５に係るナノ多孔質体２０及び多孔質部２５の配置例を立体的に示す図である。図１０に示すように、複数のナノ多孔質体２０と複数の多孔質部２５とがそれぞれ熱伝導部２９の接触部２９１の一方の面２０ａ上に並んで配置されている。一方の面２０ａと直交する方向（例えば、Ｚ軸）からの平面視で、ナノ多孔質体２０は、格子を構成する点の位置に配置されている。また、Ｚ軸方向からの平面視で、ナノ多孔質体２０を仮想線で結んで構成される格子の内側に多孔質部２５が配置されている。
【0050】
すなわち、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５は、一方の面２９ａ上で、一方向（例えば、Ｘ軸方向）に向けて交互に並んで配置されている。また、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５は、一方の面２９ａ上で、一方向と交差する他方向（例えば、Ｙ軸方向）に向けて交互に並んで配置されている。
【0051】
図１０では、ナノ多孔質体２０の側面と多孔質部２５の側面とが互いに接している場合を示しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、互いに離れていてもよい。また、図１０では、ナノ多孔質体２０と多孔質部２５とがそれぞれ円柱状に形成されている場合を示しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、多角柱状（例えば、四角柱状、六角柱状、八角柱状など）であってもよい。
【0052】
このような構成であれば、多孔質部２５は、複数のナノ多孔質体２０の側面に通気性を確保することができ、ナノ多孔質体２０とゲスト分子との接触面積を増やすことができる。ナノ多孔質体２０の厚さ方向及び奥行方向にゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
また、ナノ多孔質体は、応力付与部１３（例えば、図５参照）によって、Ｚ軸方向から応力が印加されるが、この応力印加の際に、多孔質部２５はナノ多孔質体２０を側面の側から支える。これにより、ナノ多孔質体の２０の位置ずれ等を防ぐ効果も期待できる。
また、ナノ多孔質体は、応力付与部１３（例えば、図５参照）によって、Ｚ軸方向から応力が印加されるが、この応力印加の際に、多孔質部２５はナノ多孔質体２０を側面の側から支える。これにより、ナノ多孔質体の２０の位置ずれ等を防ぐ効果も期待できる。
【0053】
＜実施形態６＞
図１１は、本発明の実施形態６に係るナノ多孔質体２０Ｃの構成例を立体的に示す図である。図１１に示すように、ナノ多孔質体２０Ｃは、第１ナノ多孔質体２０１と、第１ナノ多孔質体２０１と向かい合う第２ナノ多孔質体２０２と、第１ナノ多孔質体２０１と第２ナノ多孔質体２０２との間に配置された熱伝導体２０３と、を有する。第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２が、熱伝導体２０３を挟んでいる。熱伝導体２０３は、第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２よりも熱伝導率が高い。
図１１は、本発明の実施形態６に係るナノ多孔質体２０Ｃの構成例を立体的に示す図である。図１１に示すように、ナノ多孔質体２０Ｃは、第１ナノ多孔質体２０１と、第１ナノ多孔質体２０１と向かい合う第２ナノ多孔質体２０２と、第１ナノ多孔質体２０１と第２ナノ多孔質体２０２との間に配置された熱伝導体２０３と、を有する。第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２が、熱伝導体２０３を挟んでいる。熱伝導体２０３は、第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２よりも熱伝導率が高い。
【0054】
例えば、第１ナノ多孔質体２０１と、第２ナノ多孔質体２０２は、上記のナノ多孔質体２０と同様に、ＧＭＳ、ＺＴＣ又はＣＭＳ等で構成されている。熱伝導体２０３は、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等で構成されている。このような構成であれば、熱伝導体２０３を挟む第１ナノ多孔質体２０１と第２ナノ多孔質体２０２との間で、熱伝導を効率よく行うことができる。図１１に示すナノ多孔質体２０Ｃは、図９に示した積層構造体２００Ａのナノ多孔質体２０と置き換えて使用してもよい。また、図１１に示す積層構造体２００Ｂを図１０に示したナノ多孔質体２０と置き換えて使用してもよい。
【0055】
（変形例）
熱伝導体２０３は、メッシュ状の構造を有してもよい。例えば、熱伝導体２０３は、Ａｌメッシュ、又は、Ｃｕメッシュであってもよい。これによれば、ゲスト分子の通気性を増加させるとともに、熱容量を減少させることができるので、吸発熱の出力を向上させることができる。また、ナノ多孔質体２０Ｃの厚さ方向及び奥行方向にゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
熱伝導体２０３は、メッシュ状の構造を有してもよい。例えば、熱伝導体２０３は、Ａｌメッシュ、又は、Ｃｕメッシュであってもよい。これによれば、ゲスト分子の通気性を増加させるとともに、熱容量を減少させることができるので、吸発熱の出力を向上させることができる。また、ナノ多孔質体２０Ｃの厚さ方向及び奥行方向にゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
【0056】
＜実施形態７＞
図１２は、本発明の実施形態７に係るナノ多孔質体２０Ｄの形状及び配置例を立体的に示す図である。図１２に示すように、ナノ多孔質体２０Ｄは、ライン状に形成されていてもよい。ライン状に形成された複数のナノ多孔質体２０Ｄが、ナノ多孔質体２０Ｄの長手方向と交差する方向に、隙間Ｓを設けて並んで配置されている。複数のナノ多孔質体２０Ｄのうち、隣り合う一方のナノ多孔質体２０Ｄと他方のナノ多孔質体Ｄとの間に隙間Ｓが設けられている。また、図示しないが、ナノ多孔質体２０Ｃ上に多孔質部２５（例えば、図７参照）が配置されている。このような構成であれば、ナノ多孔質体２０Ｄ間の隙間Ｓと多孔質部２５とを介してナノ多孔質体２０Ｄにゲスト分子を輸送することができるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
図１２は、本発明の実施形態７に係るナノ多孔質体２０Ｄの形状及び配置例を立体的に示す図である。図１２に示すように、ナノ多孔質体２０Ｄは、ライン状に形成されていてもよい。ライン状に形成された複数のナノ多孔質体２０Ｄが、ナノ多孔質体２０Ｄの長手方向と交差する方向に、隙間Ｓを設けて並んで配置されている。複数のナノ多孔質体２０Ｄのうち、隣り合う一方のナノ多孔質体２０Ｄと他方のナノ多孔質体Ｄとの間に隙間Ｓが設けられている。また、図示しないが、ナノ多孔質体２０Ｃ上に多孔質部２５（例えば、図７参照）が配置されている。このような構成であれば、ナノ多孔質体２０Ｄ間の隙間Ｓと多孔質部２５とを介してナノ多孔質体２０Ｄにゲスト分子を輸送することができるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。
【0057】
＜実験及びその結果＞
次に、本発明者が行った実験とその結果について説明する。図１３は、本発明の実施例に係る積層構造体２００Ｂを示す断面図である。図１４は、本発明の比較例に係る積層構造体を示す断面図である。図１３に示すように、実施例に係る積層構造体２００Ｂは、熱伝導体２０３の両側に第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２が設けられ、その両側に多孔質部２５が設けられ、さらに、その両側に熱伝導部２９が設けられた構造を有する。図１４に示す比較例に係る積層構造体２００´は、熱伝導体２０３の両側に第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２が設けられ、その両側に熱伝導部２９が設けられた構造を有する。実施例に係る積層構造体２００Ｂと、比較例に係る積層構造体２００´との違いは、多孔質部２５の有無である。
次に、本発明者が行った実験とその結果について説明する。図１３は、本発明の実施例に係る積層構造体２００Ｂを示す断面図である。図１４は、本発明の比較例に係る積層構造体を示す断面図である。図１３に示すように、実施例に係る積層構造体２００Ｂは、熱伝導体２０３の両側に第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２が設けられ、その両側に多孔質部２５が設けられ、さらに、その両側に熱伝導部２９が設けられた構造を有する。図１４に示す比較例に係る積層構造体２００´は、熱伝導体２０３の両側に第１ナノ多孔質体２０１及び第２ナノ多孔質体２０２が設けられ、その両側に熱伝導部２９が設けられた構造を有する。実施例に係る積層構造体２００Ｂと、比較例に係る積層構造体２００´との違いは、多孔質部２５の有無である。
【0058】
この実験では、熱伝導体２０３として、厚さが１２μｍのＡｌ箔を用いた。第１ナノ多孔質体２０１、第２ナノ多孔質体２０２として、ナノ多孔質の材料であるＣＭＳに５ｗｔ％のＰＴＦＥを混合して作製した厚さが１６０μｍの薄膜を用いた。多孔質部２５として、細孔径がナノ多孔質体の細孔径よりも大きい多孔体を用いた。
【0059】
図１５は、実験装置３００の構成を模式的に示す図である。図１５に示すように、実験装置３００は、真空を維持できる程度に密閉可能な試料容器３０１と、メタノールを保持するメタノール容器３０２と、試料容器３０１とメタノール容器３０２とを接続する管部３０３と、管部３０３に設けられた開閉バルブ３０４と、試料容器３０１内を真空引きするポンプ３０５と、試料容器３０１内のステージ３０６上に配置されたサンプルの温度を測定する温度測定装置３０７と、を備える。ステージ３０６上に配置されるサンプルは、図１３に示した実施例に係る積層構造体２００Ｂと、図１４に示した比較例に係る積層構造体２００´である。温度測定装置３０７は、熱電対を用いた温度センサである。積層構造体２００Ｂ、２００´の各々において、熱電対の一方は第１ナノ多孔質体２０１に接続され、熱電対の他方は第２ナノ多孔質体２０２に接続される。
この実験では、積層構造体２００Ｂ、２００´に応力を印加する代わりに、試料容器内の気圧を利用して、積層構造体２００Ｂ、２００´に応力を印加した状態を疑似的に作り出した。
この実験では、積層構造体２００Ｂ、２００´に応力を印加する代わりに、試料容器内の気圧を利用して、積層構造体２００Ｂ、２００´に応力を印加した状態を疑似的に作り出した。
【0060】
具体的には、まずはじめに、ポンプ３０５を動作させて試料容器内およびメタノール容器３０２を真空状態にした。次に、ポンプ３０５を止め、開閉バルブ３０４を開いて、真空状態の試料容器３０１を真空状態のメタノール容器３０２と連通させた。真空状態の試料容器３０１とメタノール容器３０２とを連通させることで、メタノール分子（ゲスト分子）が試料容器３０１内に導入され、サンプルのＣＭＳ薄膜に吸着する。メタノール分子は吸着することにより発熱し、ＣＭＳ薄膜の温度が上昇した。このように、試料容器３０１内にメタノール分子を導入してＣＭＳ薄膜に吸着させることで、応力解放の状態を疑似的に作り出した。
【0061】
次に、開閉バルブ３０４を閉じて、試料容器３０１とメタノール容器３０２との間を遮断する。この状態で、ポンプ３０５を動作させて、試料容器３０１内を真空状態にする。これにより、サンプルのＣＭＳ薄膜に吸着していたメタノール分子が脱離する。メタノール分子は脱離することにより吸熱し、ＣＭＳ薄膜の温度が低下した。このように、試料容器３０１内を真空状態にし、メタノール分子をＣＭＳ薄膜から脱離させることで、応力印加の状態を疑似的に作り出した。
【0062】
図１６及び図１７は、発熱時（応力解放時）の温度変化の測定結果を示すグラフである。図１６の横軸はメタノール分子の吸着を開始してから経過時間（ｓ）を示し、縦軸は経過時間０（ｓ）からの温度変化ΔＴ（Ｋ）を示している。図１７の温度変化速度Ｖｔ（Ｋ／ｓ）は、メタノール分子の吸着を開始した直後の、単位時間当たりの温度変化である。図１６及び図１７において、「多孔質部あり」は実施例のデータを示し、「多孔質部なし」は比較例のデータを示している。図１６及び図１７に示すように、多孔質部がない場合（比較例）よりも、多孔質部を有する場合（実施例）の方が、発熱時の温度変化ΔＴ及び温度変化速度Ｖｔが向上していることが確認された。
【0063】
図１８及び図１９は、吸熱時（応力印加時）の温度変化の測定結果を示すグラフである。図１８の横軸はメタノール分子の脱離を開始してからの経過時間（ｓ）を示し、縦軸は経過時間０（ｓ）からの温度変化ΔＴ（Ｋ）を示している。図１９の温度変化速度Ｖｔ（Ｋ／ｓ）は、メタノール分子の脱離を開始した直後の、単位時間当たりの温度変化である。図１８及び図１９において、「多孔質部あり」は実施例のデータを示し、「多孔質部なし」は比較例のデータを示している。図１８及び図１９に示すように、多孔質部がない場合（比較例）よりも、多孔質部を有する場合（実施例）の方が、吸熱時の温度変化ΔＴ及び温度変化速度Ｖｔが向上していることが確認された。
【符号の説明】
【0064】
１３…応力付与部、２０、２０Ｃ…ナノ多孔質体、２０ａ、２９ａ…一方の面、２０Ａ…（第１）ナノ多孔質体、２０Ｂ…（第２）ナノ多孔質体、２５…多孔質部、２５Ａ…（第１）多孔質部、２５Ｂ…（第２）多孔質部、２７…媒体蒸気（ゲスト分子）、２９…熱伝導部、３０Ａ…（第１）熱交換部、３０Ｂ…（第２）熱交換部、３１…応力付与部、３１Ａ…（第１）応力付与部、３１Ｂ…（第２）応力付与部、３２…収容部、３２Ａ…（第１）収容部、３２Ｂ…（第２）収容部、３３Ａ…（第１）空気調節部、３３Ｂ…（第２）空気調節部、４０…制御部、５０…配管、５１…バルブ、１００、１００Ａ、１００Ｂ…熱交換装置、１３１Ａ…第１プレス板、１３１Ｂ…第２プレス板、２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ…積層構造体、２０１…第１ナノ多孔質体、２０２…第２ナノ多孔質体、２０３…熱伝導体、２９１…接触部、２９２…延出部、３００…実験装置、３０１…試料容器、３０２…メタノール容器、３０３…管部、３０４…開閉バルブ、３０５…ポンプ、３０６…ステージ、３０７…温度測定装置
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】