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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】P2024145611
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】熱交換器及び冷凍装置
(51)【国際特許分類】
F28F 13/18 20060101AFI20241004BHJP
F28D 7/10 20060101ALI20241004BHJP
F28D 9/00 20060101ALI20241004BHJP
F28F 1/30 20060101ALI20241004BHJP
F25B 39/00 20060101ALI20241004BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
F28F13/18 Z
F28D7/10 Z
F28D9/00
F28F1/30 A
F28F1/30 Z
F25B39/00 D
F25B1/00 396D
F25B1/00 396R
F25B1/00 396G
F25B1/00 399Y
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023058047
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504137912
【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】熊倉 英二
(72)【発明者】
【氏名】田中 政貴
(72)【発明者】
【氏名】大宮司 啓文
(72)【発明者】
【氏名】徐 偉倫
(72)【発明者】
【氏名】シャミン ジョバイル アーメド
(72)【発明者】
【氏名】木村 響
【テーマコード（参考）】
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L103AA37
3L103BB33
3L103CC01
3L103DD03
3L103DD33
3L103DD34
(57)【要約】
【課題】冷凍サイクルを流れる冷媒の圧力変化を利用して冷媒を吸着材に吸着及び脱着させる際に発生する熱を効率的に熱搬送媒体に移動させるための熱交換器を提供する。
【解決手段】第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、冷凍装置１００に用いられ、熱交換部材と、吸着材１８１と、を備える。熱交換部材は、一次冷媒が流れる第１流路１７１と、二次冷媒が流れる第２流路１７２とを有する。熱交換部材は、第１流路１７１を流れる一次冷媒と、第２流路１７２を流れる二次冷媒との間の熱交換を行う。吸着材１８１は、第１流路１７１を流れる一次冷媒の圧力の変化に応じて一次冷媒を吸着及び脱着する。吸着材１８１は、一次冷媒が接する熱交換部材の表面であって一次冷媒が接する第１表面１８２に担持される。
【選択図】図１
【解決手段】第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、冷凍装置１００に用いられ、熱交換部材と、吸着材１８１と、を備える。熱交換部材は、一次冷媒が流れる第１流路１７１と、二次冷媒が流れる第２流路１７２とを有する。熱交換部材は、第１流路１７１を流れる一次冷媒と、第２流路１７２を流れる二次冷媒との間の熱交換を行う。吸着材１８１は、第１流路１７１を流れる一次冷媒の圧力の変化に応じて一次冷媒を吸着及び脱着する。吸着材１８１は、一次冷媒が接する熱交換部材の表面であって一次冷媒が接する第１表面１８２に担持される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷凍装置に用いられる熱交換器であって、
一次冷媒が流れる第１流路（１７１）と、二次冷媒が流れる第２流路（１７２）とを有し、前記第１流路を流れる前記一次冷媒と、前記第２流路を流れる前記二次冷媒との間の熱交換を行う熱交換部材と、
前記第１流路を流れる前記一次冷媒の圧力の変化に応じて前記一次冷媒を吸着及び脱着する吸着材（１８１）と、
を備え、
前記吸着材は、前記一次冷媒が接する前記熱交換部材の表面であって前記一次冷媒が接する第１表面（１８２）に担持される、
熱交換器（１１１，１１２）。
一次冷媒が流れる第１流路（１７１）と、二次冷媒が流れる第２流路（１７２）とを有し、前記第１流路を流れる前記一次冷媒と、前記第２流路を流れる前記二次冷媒との間の熱交換を行う熱交換部材と、
前記第１流路を流れる前記一次冷媒の圧力の変化に応じて前記一次冷媒を吸着及び脱着する吸着材（１８１）と、
を備え、
前記吸着材は、前記一次冷媒が接する前記熱交換部材の表面であって前記一次冷媒が接する第１表面（１８２）に担持される、
熱交換器（１１１，１１２）。
【請求項2】
前記熱交換部材は、
間隔を空けて積み重なるように配置される複数のフィン（１６１）と、
前記複数のフィンをその厚み方向に貫通する伝熱管（１６２）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（１６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の外部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数のフィン及び前記伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
間隔を空けて積み重なるように配置される複数のフィン（１６１）と、
前記複数のフィンをその厚み方向に貫通する伝熱管（１６２）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（１６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の外部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数のフィン及び前記伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記吸着材は、前記複数のフィンの間の空間の少なくとも一部に充填されている、
請求項２に記載の熱交換器。
請求項２に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記熱交換部材は、
間隔を空けて配置される複数の伝熱管（２６２）と、
前記複数の伝熱管の間に配置され波形状を有する複数のフィン（２６１）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（２６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数のフィン及び前記複数の伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
間隔を空けて配置される複数の伝熱管（２６２）と、
前記複数の伝熱管の間に配置され波形状を有する複数のフィン（２６１）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（２６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数のフィン及び前記複数の伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記吸着材は、前記複数の伝熱管の間の空間の少なくとも一部に充填されている、
請求項４に記載の熱交換器。
請求項４に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記熱交換部材は、
複数の伝熱管（３６２）と、
前記複数の伝熱管を収容するケーシング（３６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数の伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
複数の伝熱管（３６２）と、
前記複数の伝熱管を収容するケーシング（３６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数の伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記吸着材は、前記複数の伝熱管の間の空間の少なくとも一部に充填されている、
請求項６に記載の熱交換器。
請求項６に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記熱交換部材は、
間隔を空けて積み重なるように配置される複数のフィン（１６１）と、
前記複数のフィンをその厚み方向に貫通する伝熱管（１６２）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（１６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の外部の空間であり、
前記第１表面は、前記伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
間隔を空けて積み重なるように配置される複数のフィン（１６１）と、
前記複数のフィンをその厚み方向に貫通する伝熱管（１６２）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（１６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記伝熱管の外部の空間であり、
前記第１表面は、前記伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項9】
前記熱交換部材は、
間隔を空けて配置される複数の伝熱管（２６２）と、
前記複数の伝熱管の間に配置され波形状を有する複数のフィン（２６１）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（２６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数の伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
間隔を空けて配置される複数の伝熱管（２６２）と、
前記複数の伝熱管の間に配置され波形状を有する複数のフィン（２６１）と、
前記複数のフィンを収容するケーシング（２６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数の伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項10】
前記熱交換部材は、
複数の伝熱管（３６２）と、
前記複数の伝熱管を収容するケーシング（３６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数の伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
複数の伝熱管（３６２）と、
前記複数の伝熱管を収容するケーシング（３６３）と、
を有し、
前記第１流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記ケーシングの内部、かつ、前記複数の伝熱管の外部の空間であり、
前記第１表面は、前記複数の伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項11】
前記熱交換部材は、外管（４６２）と、前記外管内に設けられる内管（４６４）とを有し、
前記第１流路は、前記内管と前記外管との間の空間であり、
前記第２流路は、前記内管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記内管の外側の表面、及び、前記外管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
前記第１流路は、前記内管と前記外管との間の空間であり、
前記第２流路は、前記内管の内部の空間であり、
前記第１表面は、前記内管の外側の表面、及び、前記外管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項12】
前記熱交換部材は、外管（４６２）と、前記外管内に設けられる内管（４６４）とを有し、
前記第１流路は、前記内管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記内管と前記外管との間の空間であり、
前記第１表面は、前記内管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
前記第１流路は、前記内管の内部の空間であり、
前記第２流路は、前記内管と前記外管との間の空間であり、
前記第１表面は、前記内管の内側の表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項13】
前記熱交換部材は、第１方向に積層して配置される複数のプレート（５６２）を有し、
前記複数のプレートは、前記第１方向において前記第１流路と前記第２流路とを交互に形成し、
前記第１表面は、前記プレートの表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
前記複数のプレートは、前記第１方向において前記第１流路と前記第２流路とを交互に形成し、
前記第１表面は、前記プレートの表面の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項14】
前記吸着材は、前記第１流路の少なくとも一部に充填されている、
請求項８から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項８から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項15】
前記吸着材は、前記第２流路を前記二次冷媒が流れる第２方向に沿って、前記熱交換が行われる時に前記吸着材から発生する熱量が多くなるように、前記第１表面に担持される、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項16】
前記吸着材は、前記第１表面に担持される前記吸着材の量が前記第２方向に沿って変化するように、前記第１表面に担持される、
請求項１５に記載の熱交換器。
請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項17】
前記吸着材は、前記第１表面に担持される前記吸着材の種類が前記第２方向に沿って変化するように、前記第１表面に担持される、
請求項１５に記載の熱交換器。
請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項18】
前記第１流路の少なくとも一部は、前記一次冷媒が流入及び流出する箇所を１つのみ有する、
請求項１から１３に記載の熱交換器。
請求項１から１３に記載の熱交換器。
【請求項19】
前記吸着材は、金属イオンと有機配位子とを含む金属有機構造体を含む、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項20】
前記一次冷媒は、二酸化炭素、アンモニア及びプロパンからなる群から選択される、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項21】
一次冷媒が流れる第１冷媒回路（１０１）と、
二次冷媒が流れる第２冷媒回路（１０２）と、
前記第１冷媒回路を流れる前記一次冷媒と、前記第２冷媒回路を流れる前記二次冷媒との間の熱交換を行う、請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器と、
を備える、
冷凍装置（１００）。
二次冷媒が流れる第２冷媒回路（１０２）と、
前記第１冷媒回路を流れる前記一次冷媒と、前記第２冷媒回路を流れる前記二次冷媒との間の熱交換を行う、請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器と、
を備える、
冷凍装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
熱交換器及び冷凍装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルと吸着式冷凍サイクルとが組み合わされて構成されるハイブリッド式冷凍システムが用いられている。特許文献１（国際公開第２００９／１４５２７８号）には、蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮機の機械的仕事量を低減するために、吸着式冷凍サイクルの一対の吸着器を交互に冷却及び加熱して冷媒の吸着及び脱着を交互に繰り返すハイブリッド式冷凍システムが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
冷凍サイクルを流れる冷媒の圧力変化を利用して冷媒を吸着材に吸着及び脱着させる際に発生する熱を効率的に熱搬送媒体に移動させるための熱交換器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第１観点の熱交換器は、冷凍装置に用いられ、熱交換部材と、吸着材と、を備える。熱交換部材は、一次冷媒が流れる第１流路と、二次冷媒が流れる第２流路とを有する。熱交換部材は、第１流路を流れる一次冷媒と、第２流路を流れる二次冷媒との間の熱交換を行う。吸着材は、第１流路を流れる一次冷媒の圧力の変化に応じて一次冷媒を吸着及び脱着する。吸着材は、一次冷媒が接する熱交換部材の表面であって一次冷媒が接する第１表面に担持される。
【0005】
第１観点の熱交換器は、一次冷媒が接する熱交換部材の表面に吸着材を担持させることで、一次冷媒の吸着及び脱着時に吸着材から発生する熱を、二次冷媒に効率的に移動させることができる。
【0006】
第２観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、複数のフィンと、伝熱管と、ケーシングと、を有する。複数のフィンは、間隔を空けて積み重なるように配置される。伝熱管は、複数のフィンをその厚み方向に貫通する。ケーシングは、複数のフィンを収容する。第１流路は、ケーシングの内部、かつ、伝熱管の外部の空間である。第２流路は、ケーシングの内部、かつ、伝熱管の内部の空間である。第１表面は、複数のフィン及び伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む。
【0007】
第３観点の熱交換器は、第２観点の熱交換器であって、吸着材は、複数のフィンの間の空間の少なくとも一部に充填されている。
【0008】
第４観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、複数の伝熱管と、複数のフィンと、ケーシングと、を有する。複数の伝熱管は、間隔を空けて配置される。複数のフィンは、複数の伝熱管の間に配置され波形状を有する。ケーシングは、複数のフィンを収容する。第１流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の外部の空間である。第２流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の内部の空間である。第１表面は、複数のフィン及び複数の伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む。
【0009】
第５観点の熱交換器は、第４観点の熱交換器であって、吸着材は、複数の伝熱管の間の空間の少なくとも一部に充填されている。
【0010】
第６観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、複数の伝熱管と、ケーシングと、を有する。ケーシングは、複数の伝熱管を収容する。第１流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の外部の空間である。第２流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の内部の空間である。第１表面は、複数の伝熱管の外側の表面の少なくとも一部を含む。
【0011】
第７観点の熱交換器は、第６観点の熱交換器であって、吸着材は、複数の伝熱管の間の空間の少なくとも一部に充填されている。
【0012】
第８観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、複数のフィンと、伝熱管と、ケーシングと、を有する。複数のフィンは、間隔を空けて積み重なるように配置される。伝熱管は、複数のフィンをその厚み方向に貫通する。ケーシングは、複数のフィンを収容する。第１流路は、ケーシングの内部、かつ、伝熱管の内部の空間である。第２流路は、ケーシングの内部、かつ、伝熱管の外部の空間である。第１表面は、伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む。
【0013】
第９観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、複数の伝熱管と、複数のフィンと、ケーシングと、を有する。複数の伝熱管は、間隔を空けて配置される。複数のフィンは、複数の伝熱管の間に配置され波形状を有する。ケーシングは、複数のフィンを収容する。第１流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の内部の空間である。第２流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の外部の空間である。第１表面は、複数の伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む。
【0014】
第１０観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、複数の伝熱管と、ケーシングと、を有する。ケーシングは、複数の伝熱管を収容する。第１流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の内部の空間である。第２流路は、ケーシングの内部、かつ、複数の伝熱管の外部の空間である。第１表面は、複数の伝熱管の内側の表面の少なくとも一部を含む。
【0015】
第１１観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、外管と、内管と、を有する。内管は、外管内に設けられる。第１流路は、内管と外管との間の空間である。第２流路は、内管の内部の空間である。第１表面は、内管の外側の表面、及び、外管の内側の表面の少なくとも一部を含む。
【0016】
第１２観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、外管と、内管と、を有する。内管は、外管内に設けられる。第１流路は、内管の内部の空間である。第２流路は、内管と外管との間の空間である。第１表面は、内管の内側の表面の少なくとも一部を含む。
【0017】
第１３観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、熱交換部材は、第１方向に積層して配置される複数のプレートを有する。複数のプレートは、第１方向において第１流路と第２流路とを交互に形成する。第１表面は、プレートの表面の少なくとも一部を含む。
【0018】
第１４観点の熱交換器は、第８乃至第１３観点のいずれか１つの熱交換器であって、吸着材は、第１流路の少なくとも一部に充填されている。
【0019】
第１５観点の熱交換器は、第１乃至第１４観点のいずれか１つの熱交換器であって、吸着材は、第２流路を二次冷媒が流れる第２方向に沿って、熱交換が行われる時に吸着材から発生する熱量が多くなるように、第１表面に担持される。
【0020】
第１５観点の熱交換器は、二次冷媒との温度差が十分に確保されるように一次冷媒の使用量・種類を設定することで、一次冷媒から二次冷媒に熱を効率的に移動させることができる。
【0021】
第１６観点の熱交換器は、第１５観点の熱交換器であって、吸着材は、第１表面に担持される吸着材の量が第２方向に沿って変化するように、第１表面に担持される。
【0022】
第１７観点の熱交換器は、第１５観点又は第１６観点の熱交換器であって、吸着材は、第１表面に担持される吸着材の種類が第２方向に沿って変化するように、第１表面に担持される。
【0023】
第１８観点の熱交換器は、第１乃至第１７観点のいずれか１つの熱交換器であって、第１流路の少なくとも一部は、一次冷媒が流入及び流出する箇所を１つのみ有する。
【0024】
第１９観点の熱交換器は、第１乃至第１８観点のいずれか１つの熱交換器であって、吸着材は、金属イオンと有機配位子とを含む金属有機構造体を含む。
【0025】
第２０観点の熱交換器は、第１乃至第１９観点のいずれか１つの熱交換器であって、一次冷媒は、二酸化炭素、アンモニア及びプロパンからなる群から選択される。
【0026】
第２１観点の冷凍装置は、一次冷媒が流れる第１冷媒回路と、二次冷媒が流れる第２冷媒回路と、第１乃至第２０観点のいずれか１つの熱交換器と、を備える。熱交換器は、第１冷媒回路を流れる一次冷媒と、第２冷媒回路を流れる二次冷媒との間の熱交換を行う。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】第１実施形態の冷凍装置１００の模式図である。
【図2】第１実施形態の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図3】第２実施形態の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図4】第３実施形態の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図5】第４実施形態の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図6】第５実施形態の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図7】変形例Ａ１の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図8】変形例Ａ２の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図9】変形例Ａ３の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【図10】変形例Ａ４の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
―第１実施形態―
（１）冷凍装置１００の全体構成
第１実施形態の冷凍装置１００は、図１に示されるように、一次冷媒が流れる第１冷媒回路１０１と、二次冷媒が流れる第２冷媒回路１０２と、第１熱交換器１１１と、第２熱交換器１１２と、を備える。図１において、第１冷媒回路１０１は、太線で描かれている。一次冷媒は、例えば、二酸化炭素、アンモニア、及び、プロパンからなる群から選択される。二次冷媒は、例えば、水、ブライン（凍結温度が０℃以下の液体）、及び、空気からなる群から選択される。第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒と、第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒と、の間の熱交換を行う。冷凍装置１００は、例えば、空気調和装置である。
（１）冷凍装置１００の全体構成
第１実施形態の冷凍装置１００は、図１に示されるように、一次冷媒が流れる第１冷媒回路１０１と、二次冷媒が流れる第２冷媒回路１０２と、第１熱交換器１１１と、第２熱交換器１１２と、を備える。図１において、第１冷媒回路１０１は、太線で描かれている。一次冷媒は、例えば、二酸化炭素、アンモニア、及び、プロパンからなる群から選択される。二次冷媒は、例えば、水、ブライン（凍結温度が０℃以下の液体）、及び、空気からなる群から選択される。第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒と、第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒と、の間の熱交換を行う。冷凍装置１００は、例えば、空気調和装置である。
【0029】
（１－１）第１冷媒回路１０１の構成
第１冷媒回路１０１は、一次冷媒が放熱（凝縮）又は吸熱（蒸発）する時に生じる潜熱の移動を利用するヒートポンプとして機能する冷凍サイクルを構成する。第１冷媒回路１０１は、圧縮機１３１と、膨張機構１３２と、第１熱交換器１１１と、第２熱交換器１１２と、切り替え部１３５と、を接続する。一次冷媒は、第１冷媒回路１０１を循環する。
第１冷媒回路１０１は、一次冷媒が放熱（凝縮）又は吸熱（蒸発）する時に生じる潜熱の移動を利用するヒートポンプとして機能する冷凍サイクルを構成する。第１冷媒回路１０１は、圧縮機１３１と、膨張機構１３２と、第１熱交換器１１１と、第２熱交換器１１２と、切り替え部１３５と、を接続する。一次冷媒は、第１冷媒回路１０１を循環する。
【0030】
圧縮機１３１は、第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒を圧縮する。圧縮機１３１は、例えば、ロータリー式の圧縮機である。
【0031】
膨張機構１３２は、第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒を減圧する。膨張機構１３２は、例えば、電子膨張弁である。膨張機構１３２は、第１熱交換器１１１と、第２熱交換器１１２と、の間に設けられる。
【0032】
切り替え部１３５は、第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒の流れ方向を切り替える。切り替え部１３５は、例えば、四方切換弁である。切り替え部１３５は、図１の実線で示される流れ方向の第１モードと、図１の破線で示される流れ方向の第２モードと、の間を切り替える。第１モードでは、圧縮機１３１の吐出側と、第１熱交換器１１１とが接続され、かつ、圧縮機１３１の吸入側と、第２熱交換器１１２とが接続される。第２モードでは、圧縮機１３１の吐出側と、第２熱交換器１１２とが接続され、かつ、圧縮機１３１の吸入側と、第１熱交換器１１１とが接続される。
【0033】
（１－２）第２冷媒回路１０２の構成
第２冷媒回路１０２は、二次冷媒を熱源として利用するためのヒートポンプとして機能する。二次冷媒は、一次冷媒と熱交換されることで得た熱又は冷熱を所定の場所まで搬送する熱搬送媒体として用いられる。第２冷媒回路１０２は、第１流体ポンプ１４１と、第３熱交換器１４２と、第１ファン１４３と、第１熱交換器１１１と、第２流体ポンプ１５１と、第４熱交換器１５２と、第２ファン１５３と、第２熱交換器１１２と、流路変更部１５６－１５９と、を接続する。
第２冷媒回路１０２は、二次冷媒を熱源として利用するためのヒートポンプとして機能する。二次冷媒は、一次冷媒と熱交換されることで得た熱又は冷熱を所定の場所まで搬送する熱搬送媒体として用いられる。第２冷媒回路１０２は、第１流体ポンプ１４１と、第３熱交換器１４２と、第１ファン１４３と、第１熱交換器１１１と、第２流体ポンプ１５１と、第４熱交換器１５２と、第２ファン１５３と、第２熱交換器１１２と、流路変更部１５６－１５９と、を接続する。
【0034】
第１流体ポンプ１４１は、二次冷媒を第３熱交換器１４２に送る。第３熱交換器１４２は、二次冷媒と空気との間の熱交換を行う。第１ファン１４３は、第３熱交換器１４２で熱交換が行われるように、第３熱交換器１４２を通過する空気の流れを生成する。
【0035】
第２流体ポンプ１５１は、二次冷媒を第４熱交換器１５２に送る。第４熱交換器１５２は、二次冷媒と空気との間の熱交換を行う。第２ファン１５３は、第４熱交換器１５２で熱交換が行われるように、第４熱交換器１５２を通過する空気の流れを生成する。
【0036】
流路変更部１５６－１５９は、第２冷媒回路１０２の接続状態を切り替えて、二次冷媒が流れる流路を変更する。流路変更部１５６－１５９は、例えば、三方切換弁である。流路変更部１５６－１５９は、図１の実線で示される接続状態の第３モードと、図１の破線で示される接続状態の第４モードと、の間を切り替える。
【0037】
第２冷媒回路１０２は、第３モード及び第４モードのそれぞれにおいて、互いに独立した２つの回路を有する。第２冷媒回路１０２の２つの回路を、第１循環回路及び第２循環回路と呼ぶ。図１では、第３モードでの二次冷媒の流れ方向が実線で示され、第４モードでの二次冷媒の流れ方向が破線で示される。二次冷媒は、第１循環回路及び第２循環回路のそれぞれを循環する。
【0038】
第３モードでは、第１循環回路は、第１流体ポンプ１４１と、第３熱交換器１４２と、流路変更部１５６と、第１熱交換器１１１と、流路変更部１５７と、を接続する。第３モードでは、第２循環回路は、第２流体ポンプ１５１と、第４熱交換器１５２と、流路変更部１５８と、第２熱交換器１１２と、流路変更部１５９と、を接続する。
【0039】
第４モードでは、第１循環回路は、第１流体ポンプ１４１と、第３熱交換器１４２と、流路変更部１５６と、第２熱交換器１１２と、流路変更部１５７と、を接続する。第４モードでは、第２循環回路は、第２流体ポンプ１５１と、第４熱交換器１５２と、流路変更部１５８と、第１熱交換器１１１と、流路変更部１５９と、を接続する。
【0040】
（１－３）第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の構成
第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、熱交換部材と、吸着材と、を備える。熱交換部材は、一次冷媒が流れる第１流路と、二次冷媒が流れる第２流路と、を有する。第１流路は、第１冷媒回路１０１の一部である。第２流路は、第２冷媒回路１０２の一部である。第１流路及び第２流路は、互いに連通していない。
第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、熱交換部材と、吸着材と、を備える。熱交換部材は、一次冷媒が流れる第１流路と、二次冷媒が流れる第２流路と、を有する。第１流路は、第１冷媒回路１０１の一部である。第２流路は、第２冷媒回路１０２の一部である。第１流路及び第２流路は、互いに連通していない。
【0041】
熱交換部材は、第１流路を流れる一次冷媒と、第２流路を流れる二次冷媒と、の間の熱交換を行う。吸着材は、第１流路に設けられる。吸着材は、第１流路を流れる一次冷媒の圧力の変化に応じて、第１流路を流れる一次冷媒を吸着及び脱着する。吸着材は、一次冷媒が接する熱交換部材の表面であって一次冷媒が接する第１表面に担持される。
【0042】
第１表面に担持される吸着材は、金属イオンと有機配位子とを含む金属有機構造体（ＭＯＦ：Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）を含む。金属有機構造体とは、金属イオンと有機配位子との反応により得られる、非常に大きな比表面積を有する多孔性材料である。金属有機構造体では、有機配位子が金属イオンと連結することにより、内部に無数の開口を有する高分子構造体が得られる。金属有機構造体は、金属イオンと有機配位子とをそれぞれ選択して組み合わせることにより、開口径及びトポロジーを調節することが可能である。そのため、金属有機構造体は、金属イオンと有機配位子との選択及び組み合わせにより、開口径を調節でき、かつ、対象物質を選択的に吸着することが可能となる。金属有機構造体は、例えば、分子及びイオンの選択的貯蔵及び分離の機能を有する多孔性材料として用いられる。
【0043】
冷凍装置１００では、金属有機構造体は、一次冷媒を吸着及び脱着するための吸着材として用いられる。金属有機構造体は、例えば、ＭＯＦ－５、ＭＯＦ－２００、ＵｉＯ－６６及びＭＩＬ－１０１である。冷凍装置１００で用いられる吸着材は、例えば、金属有機構造体の粉末である。この場合、吸着材とバインダーとを混合して成形したものを第１表面に接着することで、吸着材が第１表面に担持される。
【0044】
第１実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、クロスフィン式の熱交換器である。図２に示されるように、クロスフィン式の熱交換器の熱交換部材は、複数のフィン１６１と、伝熱管１６２と、ケーシング１６３と、を有する。伝熱管１６２は、直線状に延びる複数の直管部１６２ａと、２つの直管部１６２ａを接続する折返し部１６２ｂと、を有する。複数のフィン１６１は、その厚み方向に、伝熱管１６２の直管部１６２ａが貫通する貫通穴を有する。複数のフィン１６１は、伝熱管１６２の直管部１６２ａの周囲において、直管部１６２ａが延びる方向に沿って所定の間隔を空けて積層されるように配置される。伝熱管１６２の第１端部１６２ｃ及び第２端部１６２ｄは、第２冷媒回路１０２に接続される。ケーシング１６３は、複数のフィン１６１及び伝熱管１６２を収容する。ケーシング１６３は、第１冷媒回路１０１と接続される流入口１６３ａ及び流出口１６３ｂを有する。
【0045】
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、流入口１６３ａを通過してケーシング１６３の内部に流入し、伝熱管１６２を流れる二次冷媒と熱交換した後、流出口１６３ｂを通過してケーシング１６３から第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、第１端部１６２ｃを通過して伝熱管１６２の内部に流入し、ケーシング１６３の内部を流れる一次冷媒と熱交換した後、第２端部１６２ｄを通過して伝熱管１６２から第２冷媒回路１０２に流出する。
【0046】
第１実施形態では、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、ケーシング１６３の内部、かつ、伝熱管１６２の外部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、ケーシング１６３の内部、かつ、伝熱管１６２の内部の空間である。第１表面１８２は、複数のフィン１６１及び伝熱管１６２の外側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、複数のフィン１６１の表面、及び、伝熱管１６２の外側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0047】
また、第１流路１７１の少なくとも一部は、一次冷媒が流入及び流出する箇所を１つのみ有する。言い換えると、第１流路１７１は、一次冷媒が循環する流路を有する。
【0048】
（２）冷凍装置１００の動作
冷凍装置１００の動作について、冷凍装置１００が空気調和装置である場合について説明する。この場合、第３熱交換器１４２は、室内熱交換器であり、第４熱交換器１５２は、室外熱交換器である。
冷凍装置１００の動作について、冷凍装置１００が空気調和装置である場合について説明する。この場合、第３熱交換器１４２は、室内熱交換器であり、第４熱交換器１５２は、室外熱交換器である。
【0049】
第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２の吸着材１８１は、第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒を吸着及び脱着する。第１冷媒回路１０１の高圧域は、第１圧力の一次冷媒で満たされている。第１冷媒回路１０１の低圧域は、第２圧力の一次冷媒で満たされている。第１圧力は、第２圧力より高い。吸着材１８１は、第１冷媒回路１０１の高圧域において一次冷媒を吸着する。吸着材１８１は、第１冷媒回路１０１の低圧域において一次冷媒を脱着する。
【0050】
最初に、第１冷媒回路１０１が第１モードである場合における、吸着材１８１に吸着している一次冷媒の量である吸着量の変化について説明する。初期状態では、第１熱交換器１１１の吸着材１８１の吸着量は第１吸着量であり、第２熱交換器１１２の吸着材１８１の吸着量は第２吸着量であるとする。第２吸着量は、第１吸着量より大きい。
【0051】
第１冷媒回路１０１を流れる低圧の一次冷媒は、圧縮機１３１によって圧縮される。これにより、一次冷媒の圧力は、第２圧力から第１圧力まで増加する。圧縮機１３１で圧縮された高圧の一次冷媒は、第１熱交換器１１１の第１流路１７１に流入する。第１熱交換器１１１では、第１圧力の一次冷媒は、熱を放出しながら吸着材１８１に徐々に吸着する。その後、一次冷媒は、第１熱交換器１１１を通過して、膨張機構１３２で減圧される。これにより、一次冷媒の圧力は、第１圧力から第２圧力まで減少する。膨張機構１３２で減圧された低圧の一次冷媒は、第２熱交換器１１２の第１流路１７１に流入する。第２熱交換器１１２では、吸着材１８１に吸着されている一次冷媒は、熱を吸収しながら吸着材１８１から徐々に脱着する。この過程で、第１熱交換器１１１の吸着材１８１の吸着量は、第１吸着量から第２吸着量まで増加し、第２熱交換器１１２の吸着材１８１の吸着量は、第２吸着量から第１吸着量まで減少する。
【0052】
次に、第１冷媒回路１０１が第２モードである場合における、吸着材１８１に吸着している一次冷媒の量である吸着量の変化について説明する。初期状態では、第１熱交換器１１１の吸着材１８１の吸着量は第２吸着量であり、第２熱交換器１１２の吸着材１８１の吸着量は第１吸着量であるとする。
【0053】
第１冷媒回路１０１を流れる低圧の一次冷媒は、圧縮機１３１によって圧縮される。これにより、一次冷媒の圧力は、第２圧力から第１圧力まで増加する。圧縮機１３１で圧縮された高圧の一次冷媒は、第２熱交換器１１２の第１流路１７１に流入する。第２熱交換器１１２では、第１圧力の一次冷媒は、熱を放出しながら吸着材１８１に徐々に吸着する。その後、一次冷媒は、第２熱交換器１１２を通過して、膨張機構１３２で減圧される。これにより、一次冷媒の圧力は、第１圧力から第２圧力まで減少する。膨張機構１３２で減圧された低圧の一次冷媒は、第１熱交換器１１１の第１流路１７１に流入する。第１熱交換器１１１では、吸着材１８１に吸着されている一次冷媒は、熱を吸収しながら吸着材１８１から徐々に脱着する。この過程で、第１熱交換器１１１の吸着材１８１の吸着量は、第２吸着量から第１吸着量まで減少し、第２熱交換器１１２の吸着材１８１の吸着量は、第１吸着量から第２吸着量まで増加する。
【0054】
第１モードかつ第３モードで冷凍装置１００を動作させると、第１熱交換器１１１において、第１流路１７１を流れる一次冷媒を吸着材１８１が吸着する過程で発生する熱は、第２流路１７２を流れる二次冷媒に移動する。一方、第２熱交換器１１２において、吸着材１８１に吸着されている一次冷媒が吸着材１８１から脱着する過程で発生する冷熱は、第２流路１７２を流れる二次冷媒に移動する。従って、第１モードかつ第３モードでは、第１熱交換器１１１において、一次冷媒から、第１循環回路を流れる二次冷媒に熱が移動し、第２熱交換器１１２において、第２循環回路を流れる二次冷媒から、一次冷媒に熱が移動する。
【0055】
その後、第１熱交換器１１１の吸着材１８１の吸着量が第２吸着量に達すると、第１熱交換器１１１の吸着材１８１は一次冷媒を吸着しにくくなる。この状態になったら、冷凍装置１００を、第１モードから第２モードに切り替え、かつ、第３モードから第４モードに切り替える。
【0056】
第２モードかつ第４モードで冷凍装置１００を動作させると、第２熱交換器１１２において、第１流路１７１を流れる一次冷媒を吸着材１８１が吸着する過程で発生する熱は、第２流路１７２を流れる二次冷媒に移動する。一方、第１熱交換器１１１において、吸着材１８１に吸着されている一次冷媒が吸着材１８１から脱着する過程で発生する冷熱は、第２流路１７２を流れる二次冷媒に移動する。従って、第２モードかつ第４モードでは、第１熱交換器１１１において、第２循環回路を流れる二次冷媒から、一次冷媒に熱が移動し、第２熱交換器１１２において、一次冷媒から、第１循環回路を流れる二次冷媒に熱が移動する。
【0057】
その後、第２熱交換器１１２の吸着材１８１の吸着量が第２吸着量に達すると、第２熱交換器１１２の吸着材１８１は一次冷媒を吸着しにくくなる。この状態になったら、冷凍装置１００を、第２モードから第１モードに切り替え、かつ、第４モードから第３モードに切り替える。
【0058】
以上より、第１モードと第２モードとを交互に切り替えることで、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２のいずれか一方において一次冷媒を吸着材１８１に吸着させ続けることができる。また、第１モードと第２モードとの切り替えに合わせて第３モードと第４モードとを交互に切り替えることで、一次冷媒が吸着材１８１に吸着する時に発生する熱を、第１循環回路を流れる二次冷媒に供給し続けることができる。
【0059】
従って、冷凍装置１００は、第１循環回路に接続される第３熱交換器１４２に、一次冷媒との熱交換により加熱された二次冷媒を供給し続けることができる。第３熱交換器１４２において二次冷媒と熱交換されて加熱された空気は、第１ファン１４３によって所定の場所に送られる。
【0060】
（３）冷凍装置１００の効果
冷凍装置１００の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、第１流路１７１を流れる一次冷媒が接する表面であって、吸着材１８１が担持される第１表面１８２を有する。第１表面１８２に吸着材１８１を担持させることで、第１流路１７１を流れる一次冷媒の吸着及び脱着時に吸着材１８１から発生する熱又は冷熱を、第２流路１７２を流れる二次冷媒に効率的に移動させることができる。
冷凍装置１００の第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、第１流路１７１を流れる一次冷媒が接する表面であって、吸着材１８１が担持される第１表面１８２を有する。第１表面１８２に吸着材１８１を担持させることで、第１流路１７１を流れる一次冷媒の吸着及び脱着時に吸着材１８１から発生する熱又は冷熱を、第２流路１７２を流れる二次冷媒に効率的に移動させることができる。
【0061】
そのため、冷凍装置１００は、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換を効率化できるため、吸着材１８１を第１表面１８２に担持させない場合と比較して、冷凍能力を向上させることができる。また、冷凍装置１００は、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換の効率化により、複数のフィン１６１、伝熱管１６２及びケーシング１６３等の熱交換部材をコンパクトにすることができ、製造コストを低減することができる。
【0062】
―第２実施形態―
第２実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第２実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
第２実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第２実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
【0063】
第２実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、コルゲートフィン式の熱交換器である。図３に示されるように、コルゲートフィン式の熱交換器の熱交換部材は、複数のフィン２６１と、複数の伝熱管２６２と、ケーシング２６３と、を有する。複数の伝熱管２６２は、それぞれ互いに接触しないように所定の方向に沿って等間隔に配置されている扁平管である。複数のフィン２６１は、複数の伝熱管２６２の間に配置される。複数のフィン２６１は、複数のフィン２６１を通過する空気の流れ方向から見て、波形状に形成されている。複数のフィン２６１の長手方向は、複数の伝熱管２６２の長手方向と一致する。複数の伝熱管２６２の両端は、第１ヘッダ２６４ａ及び第２ヘッダ２６４ｂに接続される。第１ヘッダ２６４ａ及び第２ヘッダ２６４ｂは、第２冷媒回路１０２に接続される。ケーシング２６３は、複数のフィン２６１及び複数の伝熱管２６２を収容する。ケーシング２６３は、第１冷媒回路１０１と接続される流入口２６３ａ及び流出口２６３ｂを有する。
【0064】
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、流入口２６３ａを通過してケーシング２６３の内部に流入し、複数の伝熱管２６２を流れる二次冷媒と熱交換した後、流出口２６３ｂを通過してケーシング２６３から第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、第１ヘッダ２６４ａに流入した後、複数の伝熱管２６２に分流し、ケーシング２６３の内部を流れる一次冷媒と熱交換した後、第２ヘッダ２６４ｂで合流して、第２冷媒回路１０２に流出する。
【0065】
第２実施形態では、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、ケーシング２６３の内部、かつ、複数の伝熱管２６２の外部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、ケーシング２６３の内部、かつ、複数の伝熱管２６２の内部の空間である。第１表面１８２は、複数のフィン２６１及び複数の伝熱管２６２の外側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、複数のフィン２６１の表面、及び、伝熱管２６２の外側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0066】
―第３実施形態―
第３実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第３実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
第３実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第３実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
【0067】
第３実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、シェルアンドチューブ式の熱交換器である。図４に示されるように、シェルアンドチューブ式の熱交換器の熱交換部材は、複数の伝熱管３６２と、ケーシング３６３と、バッフル３６４と、を有する。複数の伝熱管３６２は、それぞれ互いに接触しないように配置されている。ケーシング３６３は、複数の伝熱管３６２の長手方向に沿って延びている筒状の部材である。ケーシング３６３は、複数の伝熱管３６２を収容する。ケーシング３６３の内部空間は、入口側空間３６３ａと、出口側空間３６３ｂと、熱交換空間３６３ｃと、に区画されている。入口側空間３６３ａは、複数の伝熱管３６２の一方の端部と連通する。出口側空間３６３ｂは、複数の伝熱管３６２の他方の端部と連通する。熱交換空間３６３ｃは、複数の伝熱管３６２の内部空間と連通しない。入口側空間３６３ａ及び出口側空間３６３ｂは、第２冷媒回路１０２に接続される。ケーシング３６３は、熱交換空間３６３ｃと第１冷媒回路１０１とを接続する流入口３６３ｄ及び流出口３６３ｅを有する。複数のバッフル３６４は、熱交換空間３６３ｃに配置される。複数のバッフル３６４は、図４に示されるように、熱交換空間３６３ｃにおいて流入口３６３ｄから流出口３６３ｅに向かって流れる流体が、蛇行状の流路を形成するような位置に配置される。
【0068】
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、流入口３６３ｄを通過して熱交換空間３６３ｃに流入し、複数の伝熱管３６２を流れる二次冷媒と熱交換した後、流出口３６３ｅを通過して熱交換空間３６３ｃから第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、入口側空間３６３ａに流入した後、複数の伝熱管３６２に分流し、熱交換空間３６３ｃを流れる一次冷媒と熱交換した後、出口側空間３６３ｂで合流して、第２冷媒回路１０２に流出する。
【0069】
第３実施形態では、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、ケーシング３６３の内部、かつ、複数の伝熱管３６２の外部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、ケーシング３６３の内部、かつ、複数の伝熱管３６２の内部の空間である。第１表面１８２は、複数の伝熱管３６２の外側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、複数の伝熱管３６２の外側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0070】
―第４実施形態―
第４実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第４実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
第４実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第４実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
【0071】
第４実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、二重管式の熱交換器である。図５に示されるように、二重管式の熱交換器の熱交換部材は、外管４６２と、外管４６２内に設けられる内管４６４と、を有する。内管４６４は、外管４６２と内管４６４との間に隙間が形成されるように配置されている。外管４６２と内管４６４との間の空間は、複数の空間に区画されてもよい。内管４６４の内部の空間は、第２冷媒回路１０２に接続される。外管４６２と内管４６４との間の空間は、第１冷媒回路１０１に接続される。
【0072】
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、外管４６２と内管４６４との間に流入し、内管４６４の内部を流れる二次冷媒と熱交換した後、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、内管４６４の内部に流入し、外管４６２と内管４６４との間を流れる一次冷媒と熱交換した後、第２冷媒回路１０２に流出する。第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２において、一次冷媒が流れる方向は、二次冷媒が流れる方向の反対であることが好ましい。
【0073】
第４実施形態では、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、外管４６２と内管４６４との間の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、内管４６４の内部の空間である。第１表面１８２は、内管４６４の外側の表面、及び、外管４６２の内側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、内管４６４の外側の表面、及び、外管４６２の内側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0074】
―第５実施形態―
第５実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第５実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
第５実施形態の冷凍装置１００の基本的な構成及び動作は、第１実施形態の冷凍装置１００と同じである。第５実施形態の冷凍装置１００と、第１実施形態の冷凍装置１００との間の主な相違点は、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２である。
【0075】
第５実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、プレート式の熱交換器である。図６に示されるように、プレート式の熱交換器の熱交換部材は、複数のプレート５６２を有する。複数のプレート５６２は、所定の第１方向に沿って積層して配置されている。複数のプレート５６２は、第１方向に沿って積層した場合に、２枚のプレート５６２の間に第１流路１７１及び第２流路１７２となる隙間が形成される形状を有する。複数のプレート５６２は、第１方向に沿って、第１流路１７１と第２流路１７２とを交互に形成する。複数のプレート５６２の主表面であって、一次冷媒及び二次冷媒が接触する面の一部は、波状に成形されてもよい。
【0076】
複数のプレート５６２は、第１方向の両端において、一対のフレーム５６４によって挟み込まれている。複数のプレート５６２は、一対のフレーム５６４と共に、ボルト等によって締結されている。一対のフレーム５６４の一方には、第１接続部５６４ａ、第２接続部５６４ｂ、第３接続部５６４ｃ、及び、第４接続部５６４ｄが設けられている。第１接続部５６４ａ及び第２接続部５６４ｂは、第１流路１７１の両端となる管であり、第１冷媒回路１０１と接続される。第３接続部５６４ｃ及び第４接続部５６４ｄは、第２流路１７２の両端となる管であり、第２冷媒回路１０２と接続される。
【0077】
複数のプレート５６２は、それぞれ、第１貫通孔５６２ａ、第２貫通孔５６２ｂ、第３貫通孔５６２ｃ及び第４貫通孔５６２ｄを有する。第１貫通孔５６２ａ、第２貫通孔５６２ｂ、第３貫通孔５６２ｃ及び第４貫通孔５６２ｄは、それぞれ、第１接続部５６４ａ、第２接続部５６４ｂ、第３接続部５６４ｃ、及び、第４接続部５６４ｄと連通する。第１貫通孔５６２ａ及び第２貫通孔５６２ｂは、第１流路１７１と連通し、第２流路１７２と連通しない。第３貫通孔５６２ｃ及び第４貫通孔５６２ｄは、第２流路１７２と連通し、第１流路１７１と連通しない。
【0078】
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、第１接続部５６４ａから第１流路１７１に流入し、第２流路１７２を流れる二次冷媒と熱交換した後、第２接続部５６４ｂから第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、第３接続部５６４ｃから第２流路１７２に流入し、第１流路１７１を流れる一次冷媒と熱交換した後、第４接続部５６４ｄから第２冷媒回路１０２に流出する。
【0079】
第５実施形態では、第１表面１８２は、複数のプレート５６２の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、第１流路１７１を構成する一対のプレート５６２の主表面であって、一次冷媒と接触する表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0080】
―変形例―
（１）変形例Ａ
第１乃至第４実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、一次冷媒が流れる第１流路１７１と、二次冷媒が流れる第２流路１７２と、を有する。しかし、以下に説明するように、第１流路１７１及び第２流路１７２の位置は、第１乃至第４実施形態と逆であってもよい。
（１）変形例Ａ
第１乃至第４実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、一次冷媒が流れる第１流路１７１と、二次冷媒が流れる第２流路１７２と、を有する。しかし、以下に説明するように、第１流路１７１及び第２流路１７２の位置は、第１乃至第４実施形態と逆であってもよい。
【0081】
（１－１）変形例Ａ１（第１実施形態の変形例）
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、第１端部１６２ｃを通過して伝熱管１６２の内部に流入し、ケーシング１６３の内部を流れる二次冷媒と熱交換した後、第２端部１６２ｄを通過して伝熱管１６２から第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、流入口１６３ａを通過してケーシング１６３の内部に流入し、伝熱管１６２を流れる一次冷媒と熱交換した後、流出口１６３ｂを通過してケーシング１６３から第２冷媒回路１０２に流出する。
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、第１端部１６２ｃを通過して伝熱管１６２の内部に流入し、ケーシング１６３の内部を流れる二次冷媒と熱交換した後、第２端部１６２ｄを通過して伝熱管１６２から第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、流入口１６３ａを通過してケーシング１６３の内部に流入し、伝熱管１６２を流れる一次冷媒と熱交換した後、流出口１６３ｂを通過してケーシング１６３から第２冷媒回路１０２に流出する。
【0082】
図７に示されるように、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、ケーシング１６３の内部、かつ、伝熱管１６２の内部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、ケーシング１６３の内部、かつ、伝熱管１６２の外部の空間である。第１表面１８２は、伝熱管１６２の内側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、伝熱管１６２の内側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0083】
（１－２）変形例Ａ２（第２実施形態の変形例）
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、第１ヘッダ２６４ａに流入した後、複数の伝熱管２６２に分流し、ケーシング２６３の内部を流れる二次冷媒と熱交換した後、第２ヘッダ２６４ｂで合流して、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、流入口２６３ａを通過してケーシング２６３の内部に流入し、複数の伝熱管２６２を流れる一次冷媒と熱交換した後、流出口２６３ｂを通過してケーシング２６３から第２冷媒回路１０２に流出する。
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、第１ヘッダ２６４ａに流入した後、複数の伝熱管２６２に分流し、ケーシング２６３の内部を流れる二次冷媒と熱交換した後、第２ヘッダ２６４ｂで合流して、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、流入口２６３ａを通過してケーシング２６３の内部に流入し、複数の伝熱管２６２を流れる一次冷媒と熱交換した後、流出口２６３ｂを通過してケーシング２６３から第２冷媒回路１０２に流出する。
【0084】
図８に示されるように、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、ケーシング２６３の内部、かつ、複数の伝熱管２６２の内部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、ケーシング２６３の内部、かつ、複数の伝熱管２６２の外部の空間である。第１表面１８２は、複数の伝熱管２６２の内側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、複数の伝熱管２６２の内側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0085】
（１－３）変形例Ａ３（第３実施形態の変形例）
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、入口側空間３６３ａに流入した後、複数の伝熱管３６２に分流し、熱交換空間３６３ｃを流れる二次冷媒と熱交換した後、出口側空間３６３ｂで合流して、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、流入口３６３ｄを通過して熱交換空間３６３ｃに流入し、複数の伝熱管３６２を流れる一次冷媒と熱交換した後、流出口３６３ｅを通過して熱交換空間３６３ｃから第２冷媒回路１０２に流出する。
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、入口側空間３６３ａに流入した後、複数の伝熱管３６２に分流し、熱交換空間３６３ｃを流れる二次冷媒と熱交換した後、出口側空間３６３ｂで合流して、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、流入口３６３ｄを通過して熱交換空間３６３ｃに流入し、複数の伝熱管３６２を流れる一次冷媒と熱交換した後、流出口３６３ｅを通過して熱交換空間３６３ｃから第２冷媒回路１０２に流出する。
【0086】
図９に示されるように、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、ケーシング３６３の内部、かつ、複数の伝熱管３６２の内部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、ケーシング３６３の内部、かつ、複数の伝熱管３６２の外部の空間である。第１表面１８２は、複数の伝熱管３６２の内側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、複数の伝熱管３６２の内側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0087】
（１－４）変形例Ａ４（第４実施形態の変形例）
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、内管４６４の内部に流入し、外管４６２と内管４６４との間を流れる二次冷媒と熱交換した後、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、外管４６２と内管４６４との間に流入し、内管４６４の内部を流れる一次冷媒と熱交換した後、第２冷媒回路１０２に流出する。第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２において、一次冷媒が流れる方向は、二次冷媒が流れる方向の反対であることが好ましい。
第１冷媒回路１０１を流れる一次冷媒は、内管４６４の内部に流入し、外管４６２と内管４６４との間を流れる二次冷媒と熱交換した後、第１冷媒回路１０１に流出する。第２冷媒回路１０２を流れる二次冷媒は、外管４６２と内管４６４との間に流入し、内管４６４の内部を流れる一次冷媒と熱交換した後、第２冷媒回路１０２に流出する。第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２において、一次冷媒が流れる方向は、二次冷媒が流れる方向の反対であることが好ましい。
【0088】
図１０に示されるように、一次冷媒が流れる第１流路１７１は、内管４６４の内部の空間である。二次冷媒が流れる第２流路１７２は、外管４６２と内管４６４との間の空間である。第１表面１８２は、内管４６４の内側の表面の少なくとも一部を含む。第１表面１８２は、例えば、内管４６４の内側の表面である。第１表面１８２は、第１流路１７１と接触する。そのため、第１流路１７１を流れる一次冷媒は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１と接触する。
【0089】
（２）変形例Ｂ
第１乃至第５実施形態及び変形例Ａ１－Ａ４では、吸着材１８１は、一次冷媒が流れる空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
第１乃至第５実施形態及び変形例Ａ１－Ａ４では、吸着材１８１は、一次冷媒が流れる空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0090】
第１実施形態では、吸着材１８１は、複数のフィン１６１の間の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。言い換えると、複数のフィン１６１において、熱交換される空気が通過する空間の少なくとも一部が、吸着材１８１で充填されていてもよい。
【0091】
第２実施形態では、吸着材１８１は、複数の伝熱管２６２の間の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。言い換えると、複数のフィン２６１において、熱交換される空気が通過する空間の少なくとも一部が、吸着材１８１で充填されていてもよい。
【0092】
第３実施形態では、吸着材１８１は、複数の伝熱管３６２の間の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0093】
第４実施形態では、吸着材１８１は、外管４６２と内管４６４との間の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0094】
第５実施形態では、吸着材１８１は、複数のプレート５６２の間の空間であって、一次冷媒が流れる空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0095】
変形例Ａ１では、吸着材１８１は、伝熱管１６２の内部の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0096】
変形例Ａ２では、吸着材１８１は、複数の伝熱管２６２の内部の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0097】
変形例Ａ３では、吸着材１８１は、複数の伝熱管３６２の内部の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0098】
変形例Ａ４では、吸着材１８１は、内管４６４の内側の空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。
【0099】
吸着材１８１として用いられる金属有機構造体は、多孔質の固体である。ガス状の一次冷媒は、吸着材１８１を容易に透過しながら、吸着材１８１に対して吸着及び脱着することができる。そのため、一次冷媒が吸着材１８１を透過する時の圧力損失は、その影響を考慮する必要がない程度に小さい。従って、本変形例では、第１表面１８２に吸着材１８１を担持させる場合と比較して吸着材１８１の使用量が多くなるため、一次冷媒の吸着時に吸着材１８１から発生する熱量を増加させることができる。その結果、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換を効率化することができる。
【0100】
（３）変形例Ｃ
吸着材１８１は、第２流路１７２を二次冷媒が流れる第２方向に沿って、熱交換が行われる時に吸着材１８１から発生する熱量が多くなるように、第１表面１８２に担持されることが好ましい。
吸着材１８１は、第２流路１７２を二次冷媒が流れる第２方向に沿って、熱交換が行われる時に吸着材１８１から発生する熱量が多くなるように、第１表面１８２に担持されることが好ましい。
【0101】
具体的には、吸着材１８１は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１の量が第２方向に沿って変化するように、第１表面１８２に担持される。例えば、第１表面１８２に担持される吸着材１８１の厚みが第２方向に沿って変化するように、第１表面１８２に担持される。また、吸着材１８１は、第１表面１８２に担持される吸着材１８１の種類が第２方向に沿って変化するように、第１表面１８２に担持される。
【0102】
吸着材１８１として用いられる金属有機構造体は、金属有機構造体を構成する金属イオンと有機配位子の種類、及び、金属有機構造体の使用量によって、一次冷媒を吸着する時の発熱量が異なる。そのため、金属有機構造体の使用量及び種類を適切に選択することで、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換を効率化することができる。
【0103】
（４）変形例Ｄ
第１実施形態において、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、伝熱管１６２の代わりに、第２実施形態の複数の伝熱管２６２、第１ヘッダ２６４ａ及び第２ヘッダ２６４ｂを有してもよい。
第１実施形態において、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、伝熱管１６２の代わりに、第２実施形態の複数の伝熱管２６２、第１ヘッダ２６４ａ及び第２ヘッダ２６４ｂを有してもよい。
【0104】
また、第１及び第２実施形態において、伝熱管１６２，２６２としてマイクロチャネル管を用いてもよい。
【0105】
（５）変形例Ｅ
第１乃至第５実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、同じタイプの熱交換部材を有する。しかし、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、互いに異なるタイプの熱交換部材を有してもよい。
第１乃至第５実施形態では、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、同じタイプの熱交換部材を有する。しかし、第１熱交換器１１１及び第２熱交換器１１２は、互いに異なるタイプの熱交換部材を有してもよい。
【0106】
（６）変形例Ｆ
冷凍装置１００で用いられる吸着材は、金属有機構造体である。しかし、吸着材として、金属有機構造体以外の材料が用いられてもよい。金属有機構造体以外の材料は、例えば、活性炭、ゼオライト系材料、シリカ系材料、及び、アルミナ系材料である。
冷凍装置１００で用いられる吸着材は、金属有機構造体である。しかし、吸着材として、金属有機構造体以外の材料が用いられてもよい。金属有機構造体以外の材料は、例えば、活性炭、ゼオライト系材料、シリカ系材料、及び、アルミナ系材料である。
【0107】
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
【符号の説明】
【0108】
１００ ：冷凍装置
１０１ ：第１冷媒回路
１０２ ：第２冷媒回路
１１１ ：第１熱交換器（熱交換器）
１１２ ：第２熱交換器（熱交換器）
１６１ ：複数のフィン
１６２ ：伝熱管
１６３ ：ケーシング
１８１ ：吸着材
１８２ ：第１表面
２６１ ：複数のフィン
２６２ ：複数の伝熱管
２６３ ：ケーシング
３６２ ：複数の伝熱管
３６３ ：ケーシング
４６２ ：外管
４６４ ：内管
５６２ ：複数のプレート
１０１ ：第１冷媒回路
１０２ ：第２冷媒回路
１１１ ：第１熱交換器（熱交換器）
１１２ ：第２熱交換器（熱交換器）
１６１ ：複数のフィン
１６２ ：伝熱管
１６３ ：ケーシング
１８１ ：吸着材
１８２ ：第１表面
２６１ ：複数のフィン
２６２ ：複数の伝熱管
２６３ ：ケーシング
３６２ ：複数の伝熱管
３６３ ：ケーシング
４６２ ：外管
４６４ ：内管
５６２ ：複数のプレート
【先行技術文献】
【特許文献】
【0109】
【特許文献1】国際公開第２００９／１４５２７８号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】