(57)【要約】【課題】作動流体を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減でき、作動流体を効率よく蒸発させることができる熱交換器を提供する。【解決手段】作動流体Ｆ１の蒸発及び凝縮を行うとともに、凝縮した作動流体Ｆ１を保持する保持構造を有する伝熱面と、保持構造に保持された作動流体Ｆ１との間で熱交換する熱交換流体が流通する流路３０と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の蒸発及び凝縮を行うとともに、凝縮した作動流体を保持する保持構造を有する伝熱面と、
前記保持構造に保持された作動流体との間で熱交換する熱交換流体が流通する流路と、
を備えた熱交換器。
【請求項２】
壁面の少なくとも一部が前記伝熱面である蒸発凝縮室を備えた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記蒸発凝縮室と、前記流路と、が交互に配置されている請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記保持構造は、毛管現象を利用して前記作動流体を保持する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記保持構造が、凹部又は複数の突起物である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記保持構造に保持される作動流体に働く毛管力が、該作動流体に働く体積力よりも大きい請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記保持構造は、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さが下記式（１）で定義される毛管長κ−１以下の凹部である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
κ−１  ＝  （σ／ρｇ）１／２  ・・・  式（１）
〔式（１）において、κ−１は、毛管長（ｍ）を表し、σは、凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、ρは、凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）を表す。〕
【請求項８】
前記作動流体が、水、アンモニア、メタノール、及びエタノールからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記作動流体が水であり、
前記熱交換流体の温度が５℃以上９０℃以下であり、
前記保持構造は、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さが２．４８×１０−３ｍ以下の凹部である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記保持構造が凹部であり、下記式（２）で表される関係を満たす請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の熱交換器。
Ｌｃ１・σｃｏｓθ１  ＞  ρａＶ１  ・・・式（２）
〔式（２）において、Ｌｃ１は、前記凹部の周長さ（ｍ）を表し、σは、凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、θ１は、凝縮した作動流体と前記凹部の壁面との接触角（°）を表し、ρは、凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ａは、凝縮した作動流体に働く加速度（ｍ／ｓ２）を表し、Ｖ１は、前記凹部に保持される作動流体の体積（ｍ３）を表す。〕
【請求項１１】
前記保持構造は、開口部の内接円又は内接楕円における比率〔長軸長さ／短軸長さ〕が１．０以上３．０以下の凹部である請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の熱交換器と、前記作動流体の吸着及び脱着を行う吸着材を含む吸着器と、を備え、前記熱交換器と前記吸着器との間で前記作動流体の授受を行う吸着式ヒートポンプ。
【請求項１３】
前記熱交換器の前記保持構造が保持できる最大量の液体の質量Ａと、前記吸着器の前記吸着材が吸着できる最大量の作動流体を凝縮させたときの質量Ｂとが、質量Ａ≧質量Ｂの関係を満たす請求項１２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び吸着式ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な吸着式ヒートポンプの一例として、熱交換流体が流通する管に液体状態の作動流体を吹きかけて蒸発させる蒸発器、及び、熱交換流体が流通する管で気体状態の作動流体を凝縮させて流下させる凝縮器を備えた吸着式冷凍機が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
また、蒸発器及び凝縮器の機能を兼ね備えた蒸発凝縮器として、一つの容器内で作動流体の蒸発及び凝縮を行う蒸発凝縮器も知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
また、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、気液分離室で気液二相流を気相と液相とに分離し、液相を上記溝付き部によって液相出口管に導くように構成された気液分離装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２８９５１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６３２６４公報
【特許文献３】特開２００６−１７０５８９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「ユニオン産業の吸着式冷凍機  吸着式冷凍機の原理」、[online]、ユニオン産業株式会社、[平成２４年１１月２２日検索]、インターネット＜URL:http://www.union-reitouki.com/chiller/principle.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、一つの容器内で作動流体の蒸発及び凝縮を行う蒸発凝縮器（熱交換器）の構成は、作動流体の凝縮時には凝縮した作動流体を重力の作用によって容器内の下部に貯留し、かつ、作動流体の蒸発時には容器の下部に貯留されている作動流体を蒸発させる構成となっている。
しかし、この構成では、作動流体が伝熱面で凝縮した後、凝縮した（即ち、液体状態の）作動流体がこの伝熱面の少なくとも一部から重力の作用によって垂れ落ちるため、作動流体を蒸発させるための有効伝熱面積が小さくなる。即ち、伝熱面のうち、作動流体を凝縮させるための熱伝達は行うが作動流体を蒸発させるための熱伝達は行わない領域が大きくなる。このため、作動流体を蒸発させる際の伝熱面積のロスが大きく、蒸発の効率が低いという問題がある。
また、上記特許文献３に記載の気液分離装置では、気液分離室の一部に溝付き部が設けられてはいるものの、かかる溝付き部は液相の流れを方向付けして排出するための手段であり、壁面に液体を保持する（留める）手段ではない。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、作動流体を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減でき、作動流体を効率よく蒸発させることができる熱交換器、及び、この熱交換器を備え熱の利用効率に優れた吸着式ヒートポンプを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
即ち、第１の発明である熱交換器は、作動流体の蒸発及び凝縮を行うとともに、凝縮した作動流体を保持する保持構造を有する伝熱面と、前記保持構造に保持された作動流体との間で熱交換する熱交換流体が流通する流路と、を備える。
【０００８】
第１の発明に係る熱交換器は、作動流体の蒸発及び凝縮を行うための伝熱面に、凝縮した作動流体を液体状態で保持する保持構造を設けたことにより、作動流体を凝縮させた際に伝熱面の少なくとも一部から体積力によって作動流体が脱離する現象が抑制されるので、作動流体を蒸発させるための有効伝熱面積を従来よりも広く確保することができる。
従って、第１の発明に係る熱交換器によれば、作動流体を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減でき、作動流体を効率よく蒸発させることができる。
【０００９】
ここで、「体積力」としては、作動流体に働く重力や作動流体に働くことがある慣性力（例えば遠心力）が挙げられる。
また、「体積力によって伝熱面の少なくとも一部から作動流体が脱離する現象」の概念には、重力によって伝熱面の少なくとも一部から作動流体が垂れ落ちる現象が含まれる。
【００１０】
また、第１の発明に係る熱交換器によれば、伝熱面に保持構造を設けたことにより、伝熱面の方向（例えば重力方向に対する方向）に依らず、即ち、熱交換器の姿勢に依らず、作動流体の蒸発及び凝縮を行うことができる。
【００１１】
第１の発明に係る熱交換器は、壁面の少なくとも一部が前記伝熱面である蒸発凝縮室を備える態様が好ましい。この態様では、有効伝熱面積を大きくできるため、作動流体の蒸発及び凝縮の効率がより向上する。
【００１２】
第１の発明に係る熱交換器が上記蒸発凝縮室を備える場合、この蒸発凝縮室と、前記流路と、が交互に配置されている態様が好ましい。この態様では、作動流体と熱交換流体との熱交換の効率がより向上するので、作動流体の蒸発及び凝縮の効率がより向上する。
【００１３】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記保持構造は、毛管現象を利用して前記作動流体を保持する態様が好ましい。この態様では、作動流体をより効果的に保持できる。
ここでいう「毛管現象」とは、液体状態の作動流体に対し伝熱面の方向への引きつける力が働く現象を指す。ここでいう「毛管現象」の原理は、一般的な毛管現象（液体中に毛管を立てたときに、毛管内の液面が毛管外の液面よりも上がる現象）の原理と同様である。
【００１４】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記保持構造が、凹部又は複数の突起物である態様が好ましい。この態様により、作動流体をより効果的に保持できる。
ここで、凹部又は複数の突起物は、液体状態の作動流体に毛管現象を生じさせる凹部又は複数（好ましくは３つ以上、より好ましくは４つ以上）の突起物であることが好ましい。この場合、凹部、又は、突起物同士の間隙が、毛管現象を生じさせる「毛管」に相当する。
上記凹部の数については、毛管現象を生じさせる観点からは特に制限はなく、単数であっても複数であってもよい。但し、より多くの量の作動流体を保持する観点からは、凹部の数は複数であることが好ましい。
【００１５】
上記凹部の開口部の形状には特に制限はなく、例えば、多角形状、円形状、楕円形状、長尺形状等が挙げられる。
上記突起物の形状には特に制限はないが、少なくとも一部が、角柱形状、円柱形状、楕円柱形状、角錐形状、円錐形状、又は楕円錐状である形状が挙げられる。
【００１６】
なお、本発明における保持構造は、上記凹部や上記複数の突起物以外にも、金属繊維構造体や多孔体など、液体を保持し得るその他の構造を採用することもできる。
【００１７】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記保持構造に保持された作動流体に働く毛管力が、該作動流体に働く体積力よりも大きいことが好ましい。これにより、体積力によって伝熱面の少なくとも一部から作動流体が脱離する現象（例えば、重力によって伝熱面の少なくとも一部から作動流体が垂れ落ちる現象）がより抑制されるので、伝熱面で作動流体をより効果的に保持できる。
ここで、体積力の具体例については前述のとおりである。
【００１８】
「前記保持構造に保持された作動流体に働く毛管力が、該作動流体に働く体積力よりも大きい」態様の具体例として、前記保持構造が凹部である場合には、下記式（２）で表される関係を満たすことが好ましい。
Ｌｃ１・σｃｏｓθ１  ＞  ρａＶ１  ・・・式（２）
〔式（２）において、Ｌｃ１は、前記凹部の周長さ（ｍ）を表し、σは、前記凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、θ１は、前記凝縮した作動流体と前記凹部の壁面との接触角（°）を表し、ρは、前記凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ａは、前記凝縮した作動流体に働く加速度（ｍ／ｓ２）を表し、Ｖ１は、前記凹部に保持される作動流体の体積（ｍ３）を表す。〕
【００１９】
上記式（２）において、左辺（Ｌｃ１・σｃｏｓθ１）は作動流体に働く毛管力を示し、右辺（ρａＶ１）は作動流体に働く体積力を示している。
σ、θ１、ρ、及びａが固定された条件下では、式（２）は、実質的にＬｃ１とＶ１との関係、ひいては凹部の周長さと凹部の深さとの関係を示している。
【００２０】
上記式（２）において、ａで表される加速度としては、重力加速度ｇ、遠心加速度が挙げられ、重力加速度ｇが好ましい。
【００２１】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記保持構造は、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さが下記式（１）で定義される毛管長κ−１以下の凹部であることが好ましい。これにより、毛管現象をより効果的に利用することができ、伝熱面で作動流体をより効果的に保持できる。
κ−１  ＝  （σ／ρｇ）１／２  ・・・  式（１）
〔式（１）において、κ−１は、毛管長（ｍ）を表し、σは、前記凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、ρは、前記凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）を表す。〕
【００２２】
ここで、開口部の内接円の短軸長さとは、内接円の直径を指す。
また、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さは、開口部が偶数角形状（例えば、矩形状又は六角形状）である場合には、開口部の対辺間距離の最小値に相当する（以下、同様である）。
また、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さは、開口部が長尺形状である場合にはこの長尺形状の幅方向長さに相当する（以下、同様である）。
また、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さは、開口部が円形状である場合にはこの円形状の直径を指し、開口部が楕円形状である場合にはこの楕円形状の短軸長さを指す（以下、同様である）。
また、重力加速度ｇは９．８（ｍ／ｓ２）とする（以下、同様である）。
【００２３】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記作動流体には特に制限はないが、例えば、水、アンモニア、メタノール、及びエタノールからなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。これらの少なくとも１種は、第１の発明に係る熱交換器を吸着器と組み合わせて吸着式ヒートポンプを構成する場合において、吸着器内の吸着材（例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等）への吸脱着特性に優れる点で好ましい。
【００２４】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記作動流体が水であり、前記熱交換流体の温度が５℃以上９０℃以下であり、前記保持構造は、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さが２．４８×１０−３ｍ以下の凹部である態様が好ましい。
この態様では、開口部の内接円又は内接楕円の短軸長さが毛管長κ−１よりも小さくなり、保持構造に保持された作動流体（水）に働く毛管力が作動流体（水）に働く重力よりも大きくなるので、毛管現象をより効果的に利用することができ、凹部（保持構造）で作動流体をより効果的に保持できる。
【００２５】
また、第１の発明に係る熱交換器において、前記保持構造は、開口部の内接円又は内接楕円における比率〔長軸長さ／短軸長さ〕が１．０以上３．０以下の凹部である態様が好ましい。
この態様では、上記比率〔長軸長さ／短軸長さ〕が３．０を超える場合と比較して、凹部の壁面（底面及び側壁面）と熱交換流体との間での熱伝達の効率が向上するので、作動流体の蒸発及び凝縮をより効率よく行うことができる。例えば、作動流体を蒸発させる際には、作動流体を取り囲む凹部の壁面（底面及び側壁面）全体を通じてこの作動流体を効率よく加熱することができるので、作動流体をより効率よく蒸発させることができる。
【００２６】
次に、第２の発明である吸着式ヒートポンプは、第１の発明に係る熱交換器と、前記作動流体の吸着及び脱着を行う吸着材を含む吸着器と、を備え、前記熱交換器と前記吸着器との間で前記作動流体の授受を行う。
【００２７】
第２の発明に係る吸着式ヒートポンプでは、作動流体を効率よく蒸発させることができる第１の発明に係る熱交換器を備えるため、熱の利用効率に優れる。
【００２８】
また、第２の発明に係る吸着式ヒートポンプにおいて、前記熱交換器の前記保持構造が保持できる最大量の液体の質量Ａと、前記吸着器の前記吸着材が吸着できる最大量の作動流体を凝縮させたときの質量を質量Ｂとが、質量Ａ≧質量Ｂの関係を満たす態様が好ましい。この態様では、吸着器における吸着材から脱着した作動流体の全て（全質量）を、熱交換器における保持構造で保持することができるので、熱交換器で作動流体を蒸発させる際の効率がより向上し、吸着式ヒートポンプにおける熱の利用効率がより向上する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、作動流体を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減でき、作動流体を効率よく蒸発させることができる熱交換器、及び、この熱交換器を備え熱の利用効率に優れた吸着式ヒートポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る熱交換器を示す概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線概略断面図である。
【図４】第１実施形態において、凝縮した作動流体が凹部に保持されている様子を示す概略断面図である。
【図５】第２実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図である。
【図６】第３実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図である。
【図７】第４実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図である。
【図８】第５実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図である。
【図９】本実施形態に係る吸着式ヒートポンプの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態に係る熱交換器及び吸着式ヒートポンプについて、図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されることはない。なお、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符合を付与し、その説明を省略する場合がある。また、図面では、同一形状の部材や空間が多数並んでいる場合には、一部の部材や空間のみに符号を付す場合がある。
【００３２】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る熱交換器１０の概略斜視図であり、図２は、この熱交換器１０を図１のＡ−Ａ線及び作動流体Ｆ１の流通方向に沿って切断したときの概略断面図であり、図３は、熱交換器１０を図１のＢ−Ｂ線及び作動流体Ｆ１の流通方向に沿って切断したときの概略断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係る熱交換器１０は、作動流体Ｆ１の蒸発及び凝縮を行う複数の蒸発凝縮室２０と、熱交換流体Ｆ２が流通する複数の流路３０と、を有する熱交換器筐体１２を備えている。ここで、蒸発凝縮室２０は、蒸発した作動流体Ｆ１（蒸気）が流通する蒸気流路としても機能する。
蒸発凝縮室２０と流路３０とは隔壁を隔てて互いに分離されており、これにより、流路３０の一端から供給され他端から排出される熱交換流体Ｆ２と、蒸発凝縮室２０内の作動流体Ｆ１と、の間で熱交換を行えるようになっている。
即ち、蒸発凝縮室２０の壁面の一部は、熱交換流体Ｆ２と作動流体Ｆ１とが熱交換するための伝熱面となっている。詳細には、本実施形態における伝熱面は、蒸発凝縮室２０内の二対の側壁面のうち、面積が広い方の一対の側壁面である。また、伝熱面には、後述する複数の凹部２４の壁面（側壁面及び底面）も含まれる。
【００３４】
この熱交換器１０では、蒸発凝縮室２０と流路３０とが交互に配置されている。これにより、熱交換流体Ｆ２と作動流体Ｆ１との熱交換を効率よく行えるようになっている。
【００３５】
また、この熱交換器１０では、蒸発凝縮室２０は、一端が扁平矩形状の開口端である四角柱状空間とされている。一方、流路３０は、両端が扁平矩形状の開口端である四角柱状空間とされている。そして熱交換器１０は、蒸発凝縮室２０の開口方向（作動流体Ｆ１の流れ方向）と流路３０の開口方向（熱交換流体Ｆ２の流れ方向）とが側面視で直交する、直交流型の熱交換器として構成されている。
直交流型の熱交換器の構成としては、例えば、特開２０１２−１７２９０２号公報や特開２０１２−１６３２６４公報に記載の熱交換型反応器の構成を参照することができる。
【００３６】
また、蒸発凝縮室及び流路の数は、図１に示す数に限定されないことはもちろんであり、蒸発凝縮室内に保持される作動流体Ｆ１の体積や、熱交換器１０に入出力される熱量等を考慮して適宜設定される。
また、図１では、蒸発凝縮室２０間に一つの流路３０が配置された構成となっているが、蒸発凝縮室２０間に二つ以上の流路３０が配置された構成であってもよい。
【００３７】
図２及び図３に示すように、蒸発凝縮室２０の壁面（伝熱面）には、開口部が矩形状である凹部２４（保持構造）が複数設けられている。詳細には、各凹部２４は、一端に矩形状の開口部を有する四角柱状空間となっている。
本実施形態では、これらの凹部２４によって、凝縮した作動流体Ｆ１（液体）が保持される。
図４は、凹部２４に凝縮した作動流体Ｆ１（液体）が保持されている様子を示す概略断面図であり、図２の一部の拡大に相当する図である。
図４に示すように、本実施形態では、蒸発凝縮室２０内で凝縮した作動流体Ｆ１は、毛管現象により、凹部２４内に液体状態で保持される。
【００３８】
また、図３に示すように、この熱交換器１０では、複数の凹部２４は、伝熱面にマトリックス状に配列されている。この配列により、伝熱面における複数の凹部２４の配列密度が高くなっており、伝熱面の単位面積当たりに保持できる液体状態の作動流体Ｆ１の量（以下、「伝熱面の単位面積当たりの液保持量」ともいう）が高くなっている。
なお、凹部２４の数は、図３に示す数に限定されないことはもちろんであり、蒸発凝縮室内に保持される作動流体Ｆ１の体積や、熱交換器１０に入出力される熱量等を考慮して適宜設定される。
【００３９】
また、熱交換器１０における作動流体Ｆ１は、熱交換器１０内で、蒸発し且つ凝縮する媒体である。作動流体Ｆ１としては、蒸発凝縮器において通常用いられる作動流体を用いることができ、例えば、水、アンモニア、炭素数１〜４のアルコール等が挙げられる。
作動流体Ｆ１は、単一物質を用いてもよいし、２種以上の混合物を用いてもよい。
このうち、熱交換器１０を吸着器と組み合わせて吸着式ヒートポンプを構成する場合、即ち、熱交換器１０を吸着式ヒートポンプ用の熱交換器（蒸発凝縮器）として用いる場合には、吸着器内の吸着材（例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等）への吸脱着特性に優れる観点から、水、アンモニア、メタノール、エタノールが好適である。
【００４０】
また、熱交換器１０における熱交換流体Ｆ２は、伝熱面を通じて作動流体Ｆ１を加熱して蒸発させ、かつ、伝熱面を通じて作動流体Ｆ１を冷却して凝縮させるための流体である。
熱交換流体Ｆ２としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱交換流体として通常用いられる流体（好ましくは液体）を用いることができる。熱交換流体Ｆ２としては、単一物質を用いてもよいし、２種以上の混合物を用いてもよい。
熱交換流体Ｆ２の温度（即ち、熱交換器１０の作動温度）には特に制限はないが、５℃以上９０℃以下が好ましく、５℃以上８０℃以下がより好ましく、５℃以上７０℃以下が更に好ましく、５℃以上５０℃以下が特に好ましい。
【００４１】
また、熱交換器１０における熱交換器筐体１２（伝熱面を含む）の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の、熱伝導性が高く、かつ、作動流体Ｆ１及び熱交換流体Ｆ２に対して耐食性を有する材質が好適である。
なお、凹部２４の壁面（側壁面及び底面）には、公知の方法により表面処理（例えば親水化処理）が施されていてもよい。
【００４２】
次に、熱交換器１０の動作（蒸発及び凝縮）について説明する。
熱交換器１０では、作動流体Ｆ１の凝縮を行う際には、流路３０に供給された熱交換流体Ｆ２の熱に基づき、伝熱面及び伝熱面の近傍に存在する気体状態の作動流体Ｆ１が冷却されて凝縮する。凝縮した作動流体Ｆ１は、凹部２４内に液体状態で保持される（図４参照）。
一方、作動流体Ｆ１の蒸発を行う際には、流路３０に供給された熱交換流体Ｆ２の熱に基づき、凹部２４内に保持されている液体状態の作動流体Ｆ１が加熱されて蒸発する。
【００４３】
熱交換器１０では、作動流体Ｆ１の蒸発及び凝縮を行うための伝熱面に、凝縮した作動流体Ｆ１を液体状態で保持する複数の凹部２４を設けたことにより、作動流体Ｆ１を凝縮させる際にはこれら複数の凹部２４で作動流体Ｆ１を保持でき、作動流体Ｆ１を蒸発させる際にはこれら複数の凹部２４によって保持されている液体状態の作動流体Ｆ１をそのまま加熱して蒸発させることができる。即ち、この熱交換器１０では、作動流体Ｆ１を蒸発させるための有効伝熱面積が、従来の蒸発凝縮器（具体的には、作動流体の凝縮後、重力の作用により、伝熱面の少なくとも一部から凝縮した作動流体が垂れ落ちる蒸発凝縮器）と比較して、広く確保される。
このため、熱交換器１０によれば、作動流体Ｆ１を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減できる（即ち、作動流体の蒸発及び凝縮を行うための有効伝熱面積を高くすることができる）。
よって、熱交換器１０によれば、作動流体Ｆ１を効率よく蒸発させることができる。
【００４４】
また、熱交換器１０によれば、伝熱面に保持構造としての凹部２４を設けたことにより、作動流体Ｆ１を凝縮させた際、伝熱面の方向（例えば重力方向に対する方向）に依らず、即ち、熱交換器の姿勢に依らず、液体状態の作動流体Ｆ１を伝熱面で保持できる。このため、熱交換器の姿勢に依らず蒸発及び凝縮を行うことができる。
熱交換器１０の姿勢の一例としては、作動流体Ｆ１の流通方向（例えば蒸発凝縮室２０外から蒸発凝縮室２０内に向かう方向）を重力方向とする例が挙げられる。
【００４５】
また、熱交換器１０では、容器内の下部に貯留された作動流体（液体）全体を加熱してその液面（重力方向についての上面）のみから作動流体の蒸気を得る構成の従来の蒸発凝縮器と比較して、複数の凹部２４に保持された作動流体を加熱して各凹部２４から作動流体の蒸気を得ることができるので、作動流体Ｆ１（液体）の加熱及び蒸発の効率に優れる。
【００４６】
また、熱交換器１０では、作動流体Ｆ１を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減できるので、伝熱面全体の面積を小さくすることができ、熱交換器を小型化することができる。このため、熱交換器の熱容量を低減させることができる。熱交換器の熱容量を低減させることにより、蒸発・凝縮の動作切り替えに伴う顕熱ロスを低減できる。
【００４７】
また、凹部２４の開口部の幅方向長さＷ（より好ましくは、幅方向長さＷ及び長手方向長さＬの両方。以下同じ。）は、下記式（１）で定義される毛管長κ−１以下であることが好ましい。これにより、凹部２４で作動流体Ｆ１をより効果的に保持できる。
なお、凹部２４の開口部の幅方向長さＷは、凹部２４の開口部の内接楕円の短軸長さに相当する。
【００４８】
κ−１  ＝  （σ／ρｇ）１／２  ・・・  式（１）
〔式（１）において、κ−１は、毛管長（ｍ）を表し、σは、凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、ρは、凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）を表す。〕
【００４９】
例えば、作動流体Ｆ１が、水、アンモニア、メタノール、又はエタノールである場合、σ、ρ及びκ−１は、それぞれ下記表１〜表４に示すとおりである。
下記表１〜表４において、「温度」は、液体状態の作動流体の温度を示している。
【００５０】
【表１】
2014185779.tif 000003
【００５１】
【表２】
2014185779.tif 000004
【００５２】
【表３】
2014185779.tif 000005
【００５３】
【表４】
2014185779.tif 000006
【００５４】
上記表１〜表４より、熱交換器１０の作動温度（即ち、熱交換流体Ｆ２の温度）が５℃以上９０℃以下（好ましくは５℃以上８０℃以下、より好ましくは５℃以上７０℃以下、特に好ましくは５℃以上５０℃以下）である場合であって、作動流体Ｆ１が水、アンモニア、メタノール、又はエタノールであるときには、凹部２４の開口部の幅方向長さＷを毛管長κ−１以下とすることが容易であることがわかる。例えば、加工性に優れた幅方向長さＷの範囲内（例えば、幅方向長さＷが０．０１×１０−３ｍ以上の範囲内）に、この幅方向長さＷを毛管長κ−１以下にできる範囲が存在することがわかる。
【００５５】
幅方向長さＷの上限値の好ましい範囲は、表１〜表４に示すように、作動流体Ｆ１の種類によって異なる。
例えば、熱交換流体Ｆ２の温度（熱交換器１０の作動温度）が５℃以上９０℃以下である場合であって、作動流体Ｆ１が水であるときは、凹部２４の開口部の幅方向長さＷは、２．４８×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上２．４８×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表１参照）。また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上８０℃以下である場合であって、第２流体Ｆ２が水であるときは、幅方向長さＷは、２．５５×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上２．５５×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表１参照）。
また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上９０℃以下である場合であって、作動流体Ｆ１がアンモニアであるときは、凹部２４の開口部の幅方向長さＷは、０．９６×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上０．９６×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表２参照）。また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上８０℃以下である場合であって、第２流体Ｆ２がアンモニアであるときは、幅方向長さＷは、１．２６×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上１．２６×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表２参照）。
また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上９０℃以下である場合であって、作動流体Ｆ１がメタノールであるときは、凹部２４の開口部の幅方向長さＷは、１．４７×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上１．４７×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表３参照）。また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上８０℃以下である場合であって、第２流体Ｆ２がメタノールであるときは、幅方向長さＷは、１．５３×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上１．５３×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表３参照）。
また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上５０℃以下である場合であって、作動流体Ｆ１がエタノールであるときは、凹部２４の開口部の幅方向長さＷは、１．４６×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上１．４６×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表４参照）。また、熱交換流体Ｆ２の温度が５℃以上８０℃以下である場合であって、第２流体Ｆ２がエタノールであるときは、幅方向長さＷは、１．５３×１０−３ｍ以下（より好ましくは０．０１×１０−３ｍ以上１．５３×１０−３ｍ以下）であることが好ましい（表４参照）。
【００５６】
また、熱交換器１０では、凹部２４に保持された作動流体Ｆ１に働く毛管力は、この作動流体Ｆ１に働く体積力よりも大きいことが好ましい。これにより、体積力によって伝熱面の少なくとも一部から作動流体Ｆ１が脱離する現象がより抑制されるので、伝熱面で作動流体Ｆ１をより効果的に保持できる。
なお、ここでいう体積力としては、重力以外にも、慣性力（例えば遠心力）等の、伝熱面の少なくとも一部から作動流体Ｆ１を脱離させる方向の力も挙げられる。
【００５７】
より具体的には、熱交換器１０では、下記式（２）で表される関係が満たされることが好ましい。
Ｌｃ１・σｃｏｓθ１  ＞  ρａＶ１  ・・・式（２）
〔式（２）において、Ｌｃ１は、前記凹部の周長さ（ｍ）を表し、σは、凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、θ１は、凝縮した作動流体と前記凹部の壁面との接触角（°）を表し、ρは、凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ａは、凝縮した作動流体に働く加速度（ｍ／ｓ２）を表し、Ｖ１は、前記凹部に保持される作動流体の体積（ｍ３）を表す。〕
【００５８】
上記式（２）において、左辺（Ｌｃ１・σｃｏｓθ１）は、凹部２４に保持された作動流体Ｆ１に働く作動流体に働く毛管力を示し、右辺（ρａＶ１）は、凹部２４に保持された作動流体Ｆ１に働く体積力を示している。
ここでいう体積力が重力である場合、ａで表される加速度は、重力加速度ｇである。
【００５９】
上記式（２）において、作動流体Ｆ１の種類が特定されれば、σ及びρが特定される。
また、作動流体Ｆ１と、凹部の側壁の材質及び凹部の側壁の表面性状と、が特定されれば、θ１が特定される。
また、熱交換器１０に慣性力が加わらない条件下では、ａは重力加速度ｇと定まる。
以上の点を考慮すると、σ、θ１、ρ、及びａが特定された条件下では、式（２）は、実質的にはＬｃ１とＶ１との関係、即ち凹部２４の周長さ（２×幅方向長さＷ＋２×長手方向長さＬ）と凹部２４の深さＤとの関係を示している。
【００６０】
この熱交換器１０では、凹部２４の開口部の形状が矩形状であるが、凹部の開口部の形状は矩形状以外の形状であってもよい。
矩形状以外の形状としては、矩形状以外の四角形状（矩形状以外の平行四辺形状、台形状など）を含む多角形状、円形状、楕円形状、長尺形状等が挙げられる。
開口部の形状としては、伝熱面に凹部を配列させる際の配列密度（即ち、伝熱面の単位面積当たりの液保持量）や加工性等の観点から、平行四辺形状（例えば図３参照）、台形状、又は六角形状（例えば図５参照）が好ましい。
【００６１】
また、凹部の開口部の内接円及び内接楕円における比率〔長軸長さ（ここでは長手方向長さＬ）／短軸長さ（ここでは幅方向長さＷ）〕は、１．０以上３．０以下であることが好ましい。これにより、作動流体Ｆ１を取り囲む凹部２４の壁面全体（底面及び４つの側壁面）を通じてこの作動流体Ｆ１を効率よく加熱し、蒸発させることができる。
【００６２】
第１実施形態に係る熱交換器１０は、上述した構成以外のその他の構成を備えていてもよい。
例えば、流路３０の両端側には、熱交換流体Ｆ２用の配管等との接続部が設けられていてもよい。また、蒸発凝縮室２０の開口部側には、他の熱交換器や作動流体Ｆ１の蒸気管等との接続部（例えば、後述の接続部１６）が設けられていてもよい。また、これらの接続部は、熱交換器筐体１２と一体となっていてもよい。
【００６３】
次に、本発明における保持構造のバリエーションの実施形態として、第２実施形態〜第５実施形態について説明する。
【００６４】
〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図であり、熱交換器１０のＢ−Ｂ線断面図（図３）に対応する図である。
図５に示すように、第２実施形態に係る熱交換器の構成は、伝熱面に設けられた凹部を、開口部が矩形状である凹部２４から、開口部が正六角形状である凹部３４に変更したこと以外は第１実施形態に係る熱交換器１０の構成と基本的に同様であり、好ましい態様や変形例も同様である。詳細には、各凹部３４は、一端に正六角形状の開口部を有する正六角柱状空間となっている。
凹部３４によっても凹部２４と同様にして作動流体Ｆ１を保持することができる。このため、第２実施形態に係る熱交換器によれば、第１実施形態に係る熱交換器１０と同様の効果が奏される。
【００６５】
特に、この第２実施形態の凹部３４は、開口部が正六角形状であるため、作動流体Ｆ１を取り囲む凹部３４の壁面全体（底面及び６つの側壁面）を通じてこの作動流体Ｆ１を効率よく加熱し、蒸発させることができる。
また、この第２実施形態では、複数の凹部３４の配列は、ハニカム状の配列となっている。これにより、第１実施形態（マトリックス状の配列）と同様に、伝熱面における複数の凹部３４の配列密度が高く、即ち、伝熱面の単位面積当たりの液保持量が高くなっている。
【００６６】
第２実施形態において、凹部３４の開口部の対辺距離Ｌｂ（即ち、凹部３４の開口部の内接円の直径）の好ましい範囲は、第１実施形態における凹部２４の開口部の幅方向長さＷの好ましい範囲と同様である。
【００６７】
〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図であり、熱交換器１０のＢ−Ｂ線断面図（図３）に対応する図である。
図６に示すように、第３実施形態に係る熱交換器の構成は、伝熱面に設けられた凹部を、開口部が矩形状である凹部２４から、開口部が長尺形状である凹部４４に変更したこと以外は第１実施形態に係る熱交換器１０の構成と基本的に同様であり、好ましい態様や変形例も同様である。
ここで、開口部が長尺形状である凹部とは、溝（groove）状の凹部を指す。
凹部４４（溝状の凹部）によっても凹部２４と同様にして作動流体Ｆ１を保持することができる。このため、第２実施形態に係る熱交換器によれば、第１実施形態に係る熱交換器１０と同様の効果が奏される。
特に、凹部４４の開口部（長尺形状）の長手方向を、重力方向に対して交差（好ましくは直交）させた場合には、伝熱面の少なくとも一部から作動流体Ｆ１が垂れ落ちる現象をより抑制できる。
【００６８】
第３実施形態において、凹部４４の開口部の幅方向長さＬｃの好ましい範囲は、第１実施形態における凹部２４の開口部の幅方向長さＷの好ましい範囲と同様である。
【００６９】
〔第４実施形態〕
図７は、第４実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図であり、熱交換器１０のＢ−Ｂ線断面図（図３）に対応する図である。
図７に示すように、第３実施形態に係る熱交換器の構成は、伝熱面に設けられた保持構造としての凹部２４が、保持構造としての複数の突起物（ピン５４）に変更したこと以外は第１実施形態に係る熱交換器１０の構成と基本的に同様であり、好ましい態様や変形例も同様である。
複数のピン５４によっても凹部２４と同様にして作動流体Ｆ１を保持することができる。このため、第４実施形態に係る熱交換器によれば、第１実施形態に係る熱交換器１０と同様の効果が奏される。第４実施形態では、液体状態の作動流体Ｆ１が、ピン５４同士の間隙に、毛管現象によって保持される。
複数のピン５４が設けられた伝熱面の構成については、公知のピンフィンの構成を適宜参照することができる。
【００７０】
第４実施形態では、毛管現象をより効果的に生じさせる観点から、ピン５４とピン５４との最近接距離が、前記式（１）で定義される毛管長κ−１以下であることが好ましい。
ピン５４とピン５４との最近接距離の好ましい範囲は、第１実施形態における凹部２４の開口部の幅方向長さＷの好ましい範囲と同様である。
また、ピン５４の材質の好ましい範囲は、第１実施形態における熱交換器筐体１２の材質の好ましい範囲と同様である。
【００７１】
また、第４実施形態において、ピン５４の形状としては、各種の柱形状（例えば、円柱形状、楕円柱形状、角柱形状等）が挙げられる。
また、ピン５４は、柱形状以外の部分を有していてもよく、例えば、頭部と柱形状の胴部とからなる釘形状等であってもよい。
また、保持構造としての突起物の形状は、柱形状以外にも、錐形状（例えば、角錐形状、円錐形状、楕円錐形状等）や、後述する第５実施形態における十字型突起物のようなその他の形状の突起物が挙げられる。
【００７２】
また、第４実施形態でも、第１実施形態と同様に、ピン５４とピン５４との間隙に保持された作動流体に働く毛管力が、この作動流体に働く体積力（例えば重力）よりも大きいことが好ましい。
この第４実施形態のように、保持構造として複数の突起物を備えた態様の熱交換器でも、毛管力と体積力との関係について、近似的に、第１実施形態で説明した式（２）を適用することができる。
より具体的には、保持構造として複数の突起物を備えた態様の熱交換器では、下記式（３）で表される関係が満たされることが好ましい。
【００７３】
Ｌｃ２・σｃｏｓθ２  ＞  ρａＶ２  ・・・式（３）
〔式（３）において、Ｌｃ２は、４つの突起物から構成される最小面積の格子（図７中の最小面積の格子５６）の周長さ（ｍ）を表し、σは、凝縮した作動流体の表面張力係数（Ｎ／ｍ）を表し、θ２は、凝縮した作動流体と突起物の表面との接触角（°）を表し、ρは、凝縮した作動流体の密度（ｋｇ／ｍ３）を表し、ａは、凝縮した作動流体に働く加速度（ｍ／ｓ２）を表し、Ｖ２は、前記最小面積の格子に保持された作動流体の体積（ｍ３）を表す。〕
【００７４】
〔第５実施形態〕
図８は、第５実施形態に係る熱交換器の断面を示す概略断面図であり、熱交換器１０のＢ−Ｂ線断面図（図３）に対応する図である。
図８に示すように、第３実施形態に係る熱交換器の構成は、伝熱面に設けられた保持構造としての凹部２４を、保持構造としての複数の十字型突起物６４に変更したこと以外は第１実施形態に係る熱交換器１０の構成と基本的に同様であり、好ましい態様や変形例も同様である。
ここで、複数の十字型突起物６４全体の形状は、第１の実施形態に係る熱交換器１０において、複数の凹部２４を確定する隔壁の一部（詳細には、凹部２４の四辺に相当する位置）に切れ込みが設けられた形状に相当する。
この第５実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が奏され、しかも、切れ込みを設けた分、熱交換器の軽量化が図られる。
【００７５】
以上、本発明の熱交換器の第１〜第５の実施形態について説明したが、本発明の熱交換器はこれらの実施形態に限定されないことはもちろんである。
例えば第１〜第５の実施形態以外にも、伝熱面に、保持構造として金属繊維構造体（ナスロン（登録商標）など）や多孔体などを貼り付けた形態も挙げられる。
【００７６】
また、第１〜第５実施形態では、壁面の少なくとも一部が上述の伝熱面である蒸発凝縮室を備えているが、本発明の熱交換器は、必ずしも蒸発凝縮室を備えている必要はない。  例えば、外壁面の少なくとも一部が上述の伝熱面であり、かつ、内部に熱交換流体が流通する流路を有する中空部材を備えた形態であってもよい。かかる中空部材の形状には特に制限はなく、例えば、板状、柱状等とすることができる。
【００７７】
また、本発明の熱交換器は、必要に応じその他の熱交換器と組み合わせ、通常の用途に用いることができる。本発明の熱交換器とその他の熱交換器とを組み合わせた好適な例として、本発明の熱交換器と、吸着器と、を組み合わせた吸着式ヒートポンプが挙げられる。
以下、吸着式ヒートポンプについて説明する。
【００７８】
〔吸着式ヒートポンプ〕
本発明の吸着式ヒートポンプは、本発明の熱交換器と、前記作動流体の吸着及び脱着を行う吸着材を含む吸着器と、を備え、前記熱交換器と前記吸着器との間で前記作動流体の授受を行うことにより作動する。
吸着器としては公知の吸着器を用いることができるが、例えば、特開２０１２−１７２９０２号公報や特開２０１２−１６３２６４公報に記載の熱交換型反応器の構成などを適宜参照することができる。
【００７９】
図９は、本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００の概略断面図である。
図９に示すように、吸着式ヒートポンプ１００は、上記第１実施形態に係る熱交換器１０、作動流体Ｆ１の吸着及び脱着を行う吸着材１２２を含む吸着器１１０、並びに、熱交換器１０と吸着器１１０とを接続する接続部１６及び接続部１１６を備えて構成されている。
【００８０】
この実施形態では、吸着器１１０も、熱交換器１０と同様の直交流型の熱交換器となっており、熱交換流体が流通する流路１３０及び吸着材１２２を含む吸着室１２０を備えている。流路１３０及び吸着室１２０は、交互に配置されている。
吸着器１１０の吸着室１２０の構成は、熱交換器１０の蒸発凝縮室２０において、伝熱面に設けられた保持構造（凹部２４）が、伝熱面に設けられた吸着材１２２に変更されたこと以外は熱交換器１０の蒸発凝縮室２０の構成と基本的に同様である。
【００８１】
吸着式ヒートポンプ１００では、熱交換器１０の蒸発凝縮室２０の開口部と、吸着器１１０の吸着室１２０の開口部と、が対向しており、かつ、熱交換器１０と吸着器１１０とが接続部１６及び１１６により接続されている。これにより、熱交換器１０の蒸発凝縮室２０と吸着器１１０の吸着室１２０とが気密状態で連通されている。かかる構成により、熱交換器１０の蒸発凝縮室２０と吸着器１１０の吸着室１２０との間で、作動流体Ｆ１を流通できるようになっている。
【００８２】
吸着材１２２の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
このうち、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲルが好ましく、活性炭、ゼオライト、シリカゲルが更に好ましく、ゼオライト、シリカゲルが特に好ましい。
作動流体Ｆ１として水を用いる場合には、吸着材としては、ゼオライト、シリカゲルが特に好ましく、ゼオライトが最も好ましい。
吸着材１２２は、吸着材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む吸着材層の形態となっていてもよい。
【００８３】
吸着器１１０の流路１３０を流通する熱交換流体は、流路１３０と吸着室を隔離する隔壁を通じ、吸着室内の吸着材との間で熱交換を行うための流体である。この熱交換流体の具体例については、前述の熱交換流体Ｆ２の具体例と同様である。
また、熱交換器１０と吸着器１１０とを接続する接続部１６及び接続部１１６としては、それぞれ、フランジ部材等の熱交換器１０と吸着器１１０とを気密状態で接続し得る部材を用いることができる。また、熱交換器１０及び接続部１６、吸着器１１０及び接続部１１６、並びに、接続部１６及び接続部１１６のうちの少なくとも一つは、一体に成形されていてもよい。
【００８４】
この吸着式ヒートポンプ１００の姿勢の一例としては、熱交換器１０を重力方向側に、吸着器１１０を重力方向とは反対側に、それぞれ配置させた姿勢が挙げられる。
しかし、熱交換器１０は保持構造としての凹部２４を備えており、姿勢に依らず、液体状態の作動流体Ｆ１を保持できるものである。
従って、この吸着式ヒートポンプ１００の姿勢は上記の一例以外にも、吸着器１１０を重力方向側に、熱交換器１０を重力方向とは反対側に、それぞれ配置させた姿勢、作動流体Ｆ１の流通方向が重力方向に対し交差（例えば直交）する姿勢等、その他の姿勢であってもよい。
【００８５】
次に、吸着式ヒートポンプ１００の動作（吸着モード及び脱着モード）の一例について説明する。
【００８６】
（脱着モード）
脱着モードでは、吸着器１１０の流路１３０に供給された熱交換流体の熱により、吸着室１２０内の吸着材１２２（例えばゼオライト）が加熱され、吸着材１２２から作動流体Ｆ１（例えば水）が脱着する。吸着材１２２から脱着された気体状態の作動流体Ｆ１は、熱交換器１０の蒸発凝縮室２０に供給され、蒸発凝縮室２０内で凝縮する。凝縮した作動流体Ｆ１は、蒸発凝縮室２０の壁面（伝熱面）に設けられた凹部に、毛管現象によって保持される。
【００８７】
（吸着モード）
吸着モードでは、蒸発凝縮室２０内の凹部に保持された液体状態の作動流体Ｆ１が、流路３０を流通する熱交換流体Ｆ２の熱によって加熱されて蒸発する。蒸発した作動流体Ｆ１は蒸発凝縮室２０から放出され、吸着器１１０の吸着室１２０に供給され、吸着室１２０内の吸着材１２２に吸着する。
【００８８】
吸着式ヒートポンプ１００では、上述の吸着モード及び脱着モードにより、熱交換器１０−吸着器１１０間で作動流体Ｆ１の授受が行われ、これにより、両者の間で熱の授受が行われる。
その他、吸着式ヒートポンプの作動原理の詳細については、例えば、「伝熱  Journal of the Heat Transfer Society of Japan Vol.45,No.192」（社団法人日本伝熱学会、２００６年７月）の第２０ページ〜第２１ページを参照することができる。
【００８９】
この実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００は、熱交換器１０を備えたことにより、吸着モード時において、蒸発凝縮室２０内で作動流体Ｆ１が効率よく蒸発するので、熱の利用効率に優れる。
【００９０】
吸着式ヒートポンプ１００は、吸着器１１０から放出される作動流体Ｆ１の全質量を、熱交換器１０に設けられた全ての凹部２４で保持できるように構成されることが好ましい。
このために、熱交換器１０に設けられた全ての凹部２４が保持できる最大量の液体の質量Ａと、吸着器１１０内の吸着材１２２が吸着できる最大量の作動流体Ｆ１を凝縮させたときの質量Ｂとが、質量Ａ≧質量Ｂの関係を満たすことが好ましい。
これにより、脱着モード時に、吸着材１２２から脱着した作動流体Ｆ１の全て（全質量）を熱交換器１０における保持構造（凹部２４）で保持できるので、吸着モード時に熱交換器１０で作動流体Ｆ１を蒸発させる際の効率が向上する（即ち、作動流体Ｆ１を蒸発させる際の顕熱ロスが低減される）。従って、熱の利用効率がより向上する。
【００９１】
（吸着式ヒートポンプ１００の具体例）
次に、本実施形態の吸着式ヒートポンプ１００の具体例（試算例）について説明する。
この具体例では、複数の凹部２４が全て同じサイズであり、かつ、複数の凹部２４が縦方向及び横方向とも同じ間隔（以下、この間隔をＷｃ（ｍ）とする）で、マトリクス状に配列されているものとする。また、凹部２４の幅方向長さをＷ（ｍ）、凹部２４の長手方向長さをＬ（ｍ）、凹部２４の深さをＤ（ｍ）とする。
この場合、凹部２４ひとつの容積はＷ×Ｌ×Ｄ（ｍ３）であり、伝熱面の単位面積当たりの容積は（Ｗ×Ｌ×Ｄ）／（（Ｗ＋Ｗｃ）×（Ｌ＋Ｗｃ））（ｍ３／ｍ２）となる。
【００９２】
次に、吸着器１１０から放出される（即ち、吸着器１１０の吸着材１２２から脱着する）最大量の作動流体Ｆ１が凝縮した時の質量をＭ（ｋｇ）とし、熱交換器１０の伝熱面の単位面積当たりの液保持量をＶ（ｍ３／ｍ２）とし、熱交換器１０の伝熱面の全面積をＳ（ｍ２）とすると、前述の質量Ａ≧質量Ｂの関係及び作動流体Ｆ１の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）より、以下の式（ａ）の関係が導かれる。
【００９３】
Ｍ（ｋｇ）  ≦  ρＶＳ（ｋｇ）  ＝  ρ（Ｗ×Ｌ×Ｄ）／（（Ｗ＋Ｗｃ）×（Ｌ＋Ｗｃ））×Ｓ（ｋｇ）    …  式（ａ）
【００９４】
また、この具体例では、作動流体Ｆ１としては水を用い、かつ、作動温度（熱交換流体Ｆ２の温度）は２６．８５℃とする。
この条件では、表１より、密度ρは９９７（ｋｇ／ｍ３）であり、表面張力係数σは７２×１０−３（Ｎ／ｍ）であり、毛管長κ−１は２．７１×１０−３（ｍ）である。
【００９５】
よって、重力より毛管力が十分大きくなるように（即ち、幅方向長さＷ及び長手方向長さＬが毛管長κ−１以下となるように）、この具体例では、Ｗ＝１．００×１０−３（ｍ）、Ｌ＝２．００×１０−３（ｍ）、Ｗｃ＝１．００×１０−３（ｍ）と設定する。
また、Ｍ＝２．００×１０−３（ｋｇ）、Ｓ＝４．００×１０−２（ｍ２）と設定すると、凹部２４の深さＤの好ましい範囲として、上記式（ａ）を変形することにより、以下の範囲が導かれる。
【００９６】
Ｄ（ｍ）  ≧  Ｍ×（（Ｗ＋Ｗｃ）×（Ｌ＋Ｗｃ））／（ρ（Ｗ×Ｌ）×Ｓ）  ＝  ２．００×１０−３×（（１．００×１０−３＋１．００×１０−３）×（２．００×１０−３＋１．００×１０−３））／（９９７×１．００×１０−３×２．００×１０−３×４．００×１０−２）  ＝  ０．１５×１０−３（ｍ）
【００９７】
以上のＤの好ましい範囲より、本具体例では、Ｄ＝０．２０×１０−３（ｍ）と設定する。
【００９８】
以上の前提条件の下、以下、ひとつの凹部２４に保持された作動流体Ｆ１（水）に働く、毛管力及び重力について計算する。
【００９９】
前述の式（２）における接触角θ１を６０°とすると、毛管力（前述の式（２）の左辺；Ｌｃ１・σｃｏｓθ１）は、以下のように計算される。
Ｌｃ１・σｃｏｓθ１  ＝  （２×Ｗ＋２×Ｌ）・σｃｏｓθ１  ＝  （２×１．００×１０−３＋２×２．００×１０−３）×７２×１０−３×ｃｏｓ６０°  ＝  ２．１６×１０−４（Ｎ）
【０１００】
一方、重力（前述の式（２）の右辺；ρａＶ１（ここではρｇＶ１））は、以下のように計算される。なお、前述のとおり、重力加速度ｇは９．８（ｍ／ｓ２）とする。
ρｇＶ１  ＝  ρｇ（Ｗ×Ｌ×Ｄ）  ＝  ９９７×９．８×（１．００×１０−３×２．００×１０−３×０．２０×１０−３）  ＝  ０．０４×１０−４（Ｎ）
【０１０１】
以上により、この具体例（試算例）では、保持構造としての凹部に保持された作動流体に働く毛管力が、この作動流体に働く重力よりも十分に大きいことがわかる。従って、凹部で作動流体（水）を効果的に保持できるので、作動流体（水）を蒸発させる際の伝熱面積のロスを低減でき、作動流体（水）を効率よく蒸発させることができる。
【０１０２】
以上の吸着式ヒートポンプ１００では、第１の実施形態に係る熱交換器１０を用いたが、この熱交換器１０を、熱交換器１０以外の本発明の熱交換器（例えば、第２〜第５の実施形態に係る熱交換器）に変更した吸着式ヒートポンプによっても、吸着式ヒートポンプ１００と同様の効果が得られることはもちろんである。
【０１０３】
また、この吸着式ヒートポンプ１００（又はその変形例）を２つ含んだ吸着式ヒートポンプシステムを構成し、一方で脱着モードを実行し他方で吸着モードを実行する過程と、一方で吸着モードを実行し他方で脱着モードを実行する過程と、を交互に繰り返すことで、２つのモードを同時に実行することも可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  熱交換器
１２  熱交換器筐体
１６、１１６  接続部
２０  蒸発凝縮室
２４、３４、４４  凹部
３０、１３０  流路
５４  ピン（突起物）
６４  十字型突起物
５６  最小面積の格子
１００  吸着式ヒートポンプ
１１０  吸着器
１２０  吸着室
Ｆ１  作動流体
Ｆ２  熱交換流体
Ｗ  幅方向長さ
Ｌ  長手方向長さ
Ｌｂ  対辺距離
Ｌｃ  幅方向長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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