(57)【要約】【課題】ヒートポンプにおいて、媒体を蒸発器に環流する駆動部品を削減して、ヒートポンプの構成を簡略化することである。【解決手段】液相の媒体３０を蒸発させる蒸発器１２と、気相の媒体３４を凝縮させる凝縮器１４と、気相の媒体３２を蒸発器１２から凝縮器１４に輸送する媒体輸送ユニット１６と、液相の媒体３６を凝縮器１４から蒸発器１２に環流する媒体流路３８とを備える熱遷移流ヒートポンプ１０であって、媒体流路３８は毛細管部材４０を備えている。【選択図】図２
2018151143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を蒸発させる蒸発器と、前記媒体を凝縮させる凝縮器と、前記媒体を前記蒸発器から前記凝縮器に輸送する媒体輸送ユニットと、前記媒体を前記凝縮器から前記蒸発器に環流する流路とを備えるヒートポンプであって、
前記流路は毛細管部材を備えることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプであって、
前記凝縮器は、前記蒸発器よりも高圧状態であり、
前記毛細管部材は、前記高圧状態を維持するように前記流路に充填されていることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載のヒートポンプであって、
前記蒸発器は、大気または室内空気、冷却が必要な装置と直接もしくは熱輸送媒体を介して間接的に熱交換する熱交換器を有し、
前記毛細管部材は、前記熱交換器と接触するように前記流路から前記熱交換器まで延出されていることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートポンプであって、
前記媒体輸送ユニットは、媒体の飽和蒸気圧における平均自由行程の１０倍以下の細孔径を有する多孔体または多孔性プレートの両端に温度差が設けられ、低温側よりも高温側を高圧にする熱遷移流ポンプを備えることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載のヒートポンプであって、
前記熱遷移流ポンプを多段接続して、前記蒸発器側の圧力と前記凝縮器側の圧力との間の圧力差を所定の圧力差とすることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートポンプであって、
前記媒体輸送ユニットは、前記蒸発器からの前記媒体を吸着し、この吸着した前記媒体を前記凝縮器側に脱離させる吸着器を備えることを特徴とするヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプに関し、特に、媒体を凝縮器から蒸発器に環流する流路を備えるヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の蒸発と凝縮を利用したヒートポンプは、気流によって蒸発器側を減圧して冷媒を強制的に蒸発させ冷熱を発生させることができ、凝縮器側を加圧して冷媒蒸気を強制的に凝縮させることにより温熱を発生させるものである。また、このヒートポンプは、様々な種類のヒートポンプがあり、例えば、代表的なヒートポンプの種類として、コンプレッサーを使用したヒートポンプ、吸着式ヒートポンプ、熱遷移流型ヒートポンプ等がある。
【０００３】
コンプレッサーを使用したヒートポンプでは、上述した気流をコンプレッサーによって発生させている。また、吸着式ヒートポンプでは、上述した気流を吸着器によって発生させている。吸着器は一対の吸着部を備えており、一方の吸着部で冷媒を吸着するとともに、他方の吸着部から冷媒を脱離する動作と、一方の吸着部から冷媒を脱離するとともに、他方の吸着部で冷媒を吸着する動作とを交互に繰り返すことによって気流を発生させている。また、熱遷移流型ヒートポンプでは、上述した気流を熱遷移流ポンプにより発生させている。熱遷移流ポンプは、周囲（内部）の気体の平均自由行程の１０倍以下の小さい孔径を有する細孔が内部に多数形成された多孔体膜の表裏に外部から温度差を与え、それにより低温側から高温側に熱遷移流（気流）を発生させている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１７６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒートポンプでは、媒体を蒸発器で蒸発し、蒸発した媒体を凝縮器で凝縮するサイクルを繰り返しており、凝縮器で凝縮した媒体を蒸発器に環流する必要がある。また、蒸発器と凝縮器とでは媒体の圧力が異なるので、ヒートポンプにおいては、媒体を蒸発器に環流する流路にバルブやポンプが設けられている。このため、バルブやポンプ等の駆動部品が必要である。
【０００６】
そこで、本発明では、ヒートポンプにおいて、媒体を蒸発器に環流する駆動部品を削減して、ヒートポンプの構成を簡略化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のヒートポンプは、媒体を蒸発させる蒸発器と、前記媒体を凝縮させる凝縮器と、前記媒体を前記蒸発器から前記凝縮器に輸送する媒体輸送ユニットと、前記媒体を前記凝縮器から前記蒸発器に環流する流路とを備えるヒートポンプであって、前記流路は毛細管部材を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記凝縮器は、前記蒸発器よりも高圧状態であり、前記毛細管部材は、前記高圧状態を維持するように前記流路に充填されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記蒸発器は、大気または室内空気、冷却が必要な装置と直接もしくは熱輸送媒体を介して間接的に熱交換する熱交換器を有し、前記毛細管部材は、前記熱交換器と接触するように前記流路から前記熱交換器まで延出されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記媒体輸送ユニットは、媒体の飽和蒸気圧における平均自由行程の１０倍以下の細孔径を有する多孔体または多孔性プレートの両端に温度差が設けられ、低温側よりも高温側を高圧にする熱遷移流ポンプを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記熱遷移流ポンプを多段接続して、前記蒸発器側の圧力と前記凝縮器側の圧力との間の圧力差を所定の圧力差とすることを特徴とする。
【００１２】
また、前記媒体輸送ユニットは、前記蒸発器からの前記媒体を吸着し、この吸着した前記媒体を前記凝縮器側に脱離させる吸着器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒートポンプにおいて、媒体を蒸発器に環流する駆動部品を削減して、ヒートポンプの構成を簡略化することができる。その結果、ヒートポンプにおいて、駆動部品のメンテナンス、使用電力、部品点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の熱遷移流ヒートポンプの構成図である。(ａ)は全体構成図であり、（ｂ）は低温熱源部の断面図であり、（ｃ）は高温熱源部の断面図である。
【図２】第１の実施形態の熱遷移流ヒートポンプの模式図である。
【図３】第１の実施形態の熱遷移流ヒートポンプにおいて、複数の媒体輸送ユニットを多段接続した構成図である。
【図４】第１の実施形態の熱遷移流ヒートポンプにおいて、媒体輸送ユニットが媒体圧力値によって（圧力差−流量）特性が異なることを示す図であり、（ａ）は媒体圧力値が低い蒸発器側の特性図であり、（ｃ）は媒体圧力値が高い凝縮器側の特性図であり、（ｂ）はその中間の媒体圧力値における特性図である。
【図５】第２の実施形態を示す蒸発器の熱交換器の拡大図である。
【図６】毛細管部材の変形例を示す分解斜視図であり、（ａ）はスリットにより毛細管を形成する場合を示し、（ｂ）は微細孔により毛細管を形成する場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
熱遷移流ヒートポンプ１０は、媒体の輸送手段として熱遷移流ポンプ７０を用いたヒートポンプである。 熱遷移流ヒートポンプ１０は、蒸発器１２と凝縮器１４と媒体輸送ユニット１６とを備えている。熱遷移流ヒートポンプ１０は、さらに低温熱源２０と高温熱源２２とを備えている。また、媒体輸送ユニット１６は、低温熱源部５０と高温熱源部６０と熱遷移流ポンプ７０とを備えている。図１（ａ）では、蒸発器１２、凝縮器１４、媒体輸送ユニット１６の断面図を示したが、媒体輸送ユニット１６の部分の尺度を他の構成要素に比較して拡大して示している。図１（ａ）に直交する３方向としてＸＹＺ方向を示す。Ｘ方向は蒸発器１２から凝縮器１４に向かう方向であり、Ｙ方向は紙面の手前側から向こう側に向かう方向であり、Ｚ方向は媒体輸送ユニット１６において媒体が流れる方向である。
【００１６】
図１（ｂ）は、低温熱源部５０を媒体輸送ユニット１６の−Ｚ側である底面側から見た図であり、（ｃ）は、高温熱源部６０を媒体輸送ユニット１６の＋Ｚ側である上面側から見た図である。図１（ｂ），（ｃ）で示すＡ−Ａ線に沿った媒体輸送ユニット１６の断面図が図１（ａ）に相当する。
【００１７】
蒸発器１２は、液相の媒体３０を底面側に貯留し、蒸発器１２の内部圧力が減圧されることで液相の媒体３０を気相の媒体３２に蒸発させる容器である。減圧は、媒体輸送ユニット１６の熱遷移流ポンプ７０の機能によって行われる。蒸発器１２の外周壁に設けられるフィン４６は、蒸発器１２と外気または室内空気との間の熱交換を行う放熱フィンである。蒸発器１２では、液相の媒体３０が蒸発して気相の媒体３２となるときの蒸発潜熱によって冷熱を発生する。発生した冷熱によって、外気または室内空気はフィン４６を介して冷やされる。このように、蒸発器１２で発生した冷熱を冷房用冷熱として利用することができる。
【００１８】
凝縮器１４は、内部圧力が加圧されることで気相の媒体３４を液相の媒体３６に凝縮させ底面に貯留する容器である。加圧は、媒体輸送ユニット１６の熱遷移流ポンプ７０の機能によって行われる。凝縮器１４の外壁側に設けられるラジエータファン４８は、凝縮器１４と外気または室内空気との間の熱交換を行う放熱ファンである。凝縮器１４では、気相の媒体３４が凝縮して液相の媒体３６となるときに蒸発器１２における蒸発潜熱と同量の凝縮熱が放出されて温熱を発生する。発生した温熱によって、外気または室内空気はラジエータファン４８を介して暖められる。このように、凝縮器１４で発生した温熱を暖房用温熱として利用することができる。
【００１９】
媒体流路３８は、凝縮器１４の底面に貯留された液相の媒体３６を、蒸発器１２の底面に還流させる流路である。媒体流路３８は毛細管部材４０を備えている。すなわち、媒体流路３８には毛細管部材４０が充填されている。毛細管部材４０について図２を参照して説明する。図２は熱遷移流ヒートポンプ１０の構成を簡略化した模式図である。
【００２０】
図２に示すように、媒体流路３８の流路内は毛細管部材４０で満たされている。つまり、媒体流路３８の流路内には隙間なく毛細管部材４０が充填されており、毛細管部材４０で満たされた状態となっている。毛細管部材４０とは、いわゆる、毛細管現象を生じる部材であり、表面張力を利用して液体を輸送する部材である。
【００２１】
本実施形態では、毛細管部材４０は、マイクロファイバーのモール糸によって形成されている。詳しくは、毛細管部材４０は、例えば、直径が８μｍ以下の極細のナイロンやポリエステル等の繊維を絡めて形成された部材であり、表面積が極めて大きい部材である。なお、表面積が大きく毛細管現象を生じる部材であれば、綿や和紙等を用いてもよい。
【００２２】
また、媒体流路３８の内部は毛細管部材４０で満たされているので、媒体流路３８は略密閉された状態となり、凝縮器１４と蒸発器１２との間に圧力差が生じていても、すなわち、凝縮器１４が高圧であり蒸発器１２が低圧である状態であっても、凝縮器１４の圧力が低下することはない。つまり、凝縮器１４の高圧状態が維持される。
【００２３】
そして、蒸発器１２の液相の媒体３０の量が減少して、毛細管部材４０の蒸発器１２側が乾燥すると、毛細管部材４０は毛細管現象によって凝縮器１４の液相の媒体３６を、蒸発器１２に移動する。その結果、液相の媒体３６は凝縮器１４から蒸発器１２に環流される。
【００２４】
媒体３０，３６としては、減圧によって気化し、加圧によって凝縮する流体を用いることができる。好ましくは、５０℃以下における飽和蒸気圧が１０１３ｈＰａ以下で、蒸発潜熱が１０ｋＪ／ｍｏｌ以上の物質であることがよい。このような媒体３０，３６として、水、メタノール、エタノールの中の１つを用いることができる。これ以外でも、例えば、ＮＨ3等を媒体３０，３６として用いてもよい。
【００２５】
図１に戻り、媒体輸送ユニット１６は、蒸発器１２と凝縮器１４との間に設けられ、蒸発器１２における減圧下の気相の媒体３２を高圧下の気相の媒体３４に変換して連続的に凝縮器１４に輸送する可動部レスの媒体輸送装置である。媒体輸送ユニット１６は、熱遷移流ポンプ７０を低温熱源部５０と高温熱源部６０で挟んだ構造を有する。
【００２６】
低温熱源部５０は、熱伝導性物質で構成される板部材５２に、低温熱源流路５４と媒体３２の熱遷移流路５６とを設けたものである。図１（ｂ）に低温熱源部５０の平面図を示す。低温熱源流路５４は、低温熱源２０から供給される低温熱源流２４を流す流路である。低温熱源流路５４は、Ｙ方向に平行な方向に設けられる。熱伝導性物質としては、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ／Ｋから１０００Ｗ／ｍ／Ｋの範囲の物質を用いることが好ましい。例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼等を用いることができる。
【００２７】
低温熱源２０は、室温程度の温度を有する冷却水である。図１（ａ）では冷却水タンクで低温熱源２０を示す。冷却水タンク等に熱交換器を設け、大気または室内空気と、冷却水との間の熱交換を行うことで、冷却水の温度をほぼ大気温度または室内空気温度と同じにできる。低温熱源流２４は、冷却水流である。これによって、低温熱源部５０は、低温熱源２０である冷却水の温度を有する熱源となる。低温熱源流２４として、冷却水流に代えて、他の低温液体流または低温気体流を用いてもよい。
【００２８】
高温熱源部６０は、熱伝導性物質で構成される板部材６２に、高温熱源流路６４と媒体３４の熱遷移流路６６とを設けたものである。図１（ｃ）に高温熱源部６０の平面図を示す。高温熱源流路６４は、高温熱源２２から供給される高温熱源流２６を流す流路である。高温熱源流路６４はＹ方向に平行な方向に設けられる。
【００２９】
高温熱源２２は、室温よりかなり高い温度を有する発熱体である。高温熱源２２としては、回転電機やエンジン等の発熱する装置等の廃熱源を用いることができる。高温熱源流２６は、この廃熱源からの熱流をそのまま用いることができる。ここでは、廃熱源の高温雰囲気の高温空気を高温ガス流として高温熱源流２６として用いる。これによって、高温熱源流２６は、廃熱源から熱回収を連続的に行う熱源流とでき、高温熱源部６０は、高温熱源２２である高温ガスの温度を有する熱源となる。高温熱源流２６として、高温ガス流に代えて、他の高温気体流または高温液体流を用いてもよい。
【００３０】
気相の媒体３２，３４の熱遷移流路５６，６６について説明する前に、熱遷移流ポンプ７０について説明する。熱遷移流ポンプ７０は、多孔体膜で構成される。多孔体膜は、細孔７２を含む細孔体膜で、複数の細孔７２を所定の多孔率で有する多孔質の膜を用いることができる。細孔７２は、気相の媒体３２，３４の飽和蒸気圧における平均自由行程の１０倍以下の孔径を有する。多孔体膜は、熱伝導率の小さい材料で構成される。熱伝導率としては、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が好ましい。多孔体膜における細孔７２の多孔率は、例えば、孔部分の体積占有率で評価出来る。多孔率の一例を挙げると、約９０％である。これ以外の多孔率であっても構わない。かかる多孔体膜としては、二酸化珪素（ＳｉＯ2）であるシリカを多孔質にしたエアロジェル（物質名）を用いることができる。細孔径が一様である多孔体プレートを用いてもよい。
【００３１】
多孔体膜は、その一方側の端面と他方側の端面に温度差があると、低温側の端面から高温側の端面に向かって、熱遷移流７４が生じる。媒体輸送ユニット１６においては、多孔体膜である熱遷移流ポンプ７０の蒸発器１２側の端面に低温熱源部５０が配置され、凝縮器１４側の端面に高温熱源部６０が配置される。低温熱源部５０の温度はほぼ大気温度または室内空気温温度であり、高温熱源部６０の温度はこれに比べかなり高温である。したがって、多孔体膜である熱遷移流ポンプ７０の蒸発器１２側が低温側の端面となり、凝縮器１４側が高温側の端面となり、多孔体膜である熱遷移流ポンプ７０の低温側端面である低温熱源部５０から高温側端部である高温熱源部６０へ向かって熱遷移流７４が生じる。これによって、低温側空間である蒸発器１２における気相の媒体３２が、熱遷移流ポンプ７０の低温熱源部５０の側より吸い込まれ、細孔７２を通って、高温熱源部６０の側に抜けて高温側空間である凝縮器１４へ流れる。したがって、低温側空間である蒸発器１２は減圧され、高温側空間である凝縮器１４は加圧される。
【００３２】
熱遷移流ポンプ７０における熱遷移流７４の発生は、熱遷移流ポンプ７０の低温熱源部５０との界面の温度と、熱遷移流ポンプ７０の高温熱源部６０との界面の温度との間の温度差に影響される。この温度差が大きいほど、熱遷移流７４の発生が増加する。そこで、低温熱源部５０は、熱遷移流ポンプ７０の蒸発器側の面に直接的に接触して配置され、高温熱源部６０は、熱遷移流ポンプ７０の凝縮器側の面に直接的に接触して配置される。直接的に接触して配置とは、密着して配置すること、熱伝導性のよい接着剤等で結合することを含む。直接的に接触して配置することで、熱遷移流ポンプ７０の蒸発器側の面を冷却し、熱遷移流ポンプ７０の凝縮器側の面を加熱することに比べ、低温熱源流２４、高温熱源流２６の熱量を効率よく熱遷移流ポンプ７０の両側の面にそれぞれ伝熱でき、熱遷移流ポンプ７０の両側の温度差を効率よく生成することができる。
【００３３】
低温熱源部５０と高温熱源部６０は、それぞれ熱伝導性物質で構成される板部材５２，６２が用いられる。板部材５２，６２としては熱伝導性の高い金属を用いることが好ましい。熱伝導性の高い金属としては、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ／Ｋから１０００Ｗ／ｍ／Ｋの範囲の金属を用いることが好ましい。例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼等を板部材５２，６２として用いることがよい。
【００３４】
熱遷移流ポンプ７０の蒸発器側の面に低温熱源部５０である金属製の板部材５２を直接的に接触させると、蒸発器１２の気相の媒体３２が金属製の板部材５２に妨げられて熱遷移流ポンプ７０の蒸発器側の面に到達しない。そこで、低温熱源部５０に気相の媒体３２の熱遷移流路５６が設けられる。熱遷移流路５６は、蒸発器１２から熱遷移流ポンプ７０に向かう流路であって、熱遷移流７４に対応する気相の媒体３２が流れる流路である。熱遷移流路５６は、冷却水が流れる低温熱源流路５４とは空間的に分離されて設けられる。図１（ｂ）の例では、低温熱源流路５４はＹ方向の流路で、熱遷移流路５６はＺ方向の流路で、互いに交差しないように配置される。これは配置の一例であって、互いに交差しない配置であれば、他の配置方法を用いてよい。
【００３５】
同様に、高温熱源部６０に熱遷移流路６６が設けられる。熱遷移流路６６は、熱遷移流ポンプ７０から凝縮器１４に向かう流路であって、熱遷移流７４に対応する気相の媒体３４が流れる流路である。熱遷移流路６６は、高温熱源流２６が流れる高温熱源流路６４とは空間的に分離されて設けられる。図１（ｃ）の例では、高温熱源流路６４はＹ方向の流路で、熱遷移流路６６はＺ方向の流路で、互いに交差しないように配置される。これは配置の一例であって、互いに交差しない配置であれば、他の配置方法を用いてよい。
【００３６】
熱遷移流ヒートポンプ１０によれば、蒸発器１２で発生した冷熱を室内冷房用の冷熱として利用し、凝縮器１４で発生した温熱を室内暖房用の温熱として利用するヒートポンプとなる。ここで、各部位における温度関係をまとめると以下の通りである。低温熱源２０の温度θ１は、高温熱源２２の温度θ３よりも低温である。蒸発器１２が発生する冷熱の温度θ０は、θ１より低温である。凝縮器１４で発生する温熱の温度θ２はθ３より低温で、θ０より高温である。一例を示すと、θ０は、室内冷房温度の１５°Ｃ前後の温度であり、θ２は、室内暖房温度の２５℃前後の温度である。θ１は、室温前後の温度で、室内が冷房を行うときは３０℃前後の温度、室内が暖房を行うときは５℃前後の温度である。θ３は、回転電機やエンジンの廃熱温度であり、約１００℃の温度である。
【００３７】
また、 図３に、蒸発器１２（２ｋＰａ）から凝縮器１４（４ｋＰａ）の間にＮ段の媒体輸送ユニット１６を配置した構成図を示す。熱遷移流ポンプ７０の（圧力差−流量）特性は、媒体圧力値によって変化する。媒体圧力値が低くなるほど、同じ圧力差でも流量が少なくなる。熱遷移流ヒートポンプ１０における媒体輸送ユニット１６は、１段で発生できる圧力差は小さい。そこで、これを多段接続することにより所定の圧力差を得ることができる。
【００３８】
図４は、媒体の圧力値が変わると熱遷移流ポンプ７０の（圧力差−流量）特性が変化することを示す図である。図４の各図の横軸は圧力差、縦軸は単位面積当たりの熱遷移流の流量を示している。
【００３９】
図４の各図は、θ３温度が２２０℃程度、θ１温度が２０℃程度の場合における特性図である。図４（ａ）は、蒸発器１２の２ｋＰａの圧力値における熱遷移流ポンプ７０の（圧力差−流量）特性を示す。図４（ｃ）は、凝縮器１４の４ｋＰａにおける熱遷移流ポンプ７０の（圧力差−流量）特性であり、図４（ｂ）はその中間の３ｋＰａにおける熱遷移流ポンプ７０の（圧力差−流量）特性である。
【００４０】
これらの図から、例えば、単位面積当たりの流量Ｑを、０．０６ｇ／ｓ／ｍ2とすると、蒸発器１２の２ｋＰａでは、約０．１ｋＰａの圧力差が生じ、凝縮器１４の４ｋＰａでは、約０．４ｋＰａの圧力差が生じる。中間の３ｋＰａでは約０．３ｋＰａの圧力差が生じる。このようなデータを逐次計算すると、蒸発器１２の圧力を２ｋＰａ、凝縮器１４の圧力を４ｋＰａとするには、媒体輸送ユニット１６をＮ＝８段の直列接続構成が必要であることが分かった。このときの計算基礎は、単位面積当たりの流量Ｑ＝０．０６ｇ／ｓ／ｍ2である。目標特性の流量１ｇ／ｓとするには、｛（１ｇ／ｓ）／（０．０６ｇ／ｓ）｝から、各段の媒体輸送ユニット１６の流路面積は約１７ｍ2が必要となる。
【００４１】
したがって、２．４ｋＷの出力を得るには、媒体輸送ユニット１６としては、｛８段×（面積１７ｍ2）×（厚さ１．２ｍｍ）｝の容積が必要である。この必要容積は、１６３×１０3ｃｍ3である。例えば、小型吸着式冷凍機において、２．４ｋＷの出力に対応する容積は、（１１３０×１０3ｃｍ3）×０．２４＝２７２×１０3ｃｍ3である。このように、上記構成の熱遷移流ヒートポンプ１０によれば、上述の小型吸着式冷凍機に比べ、容積で約６０％の小型化が可能で、さらに、バルブ等の可動部とその制御装置が不要で信頼性が向上する。なお、図４で示した圧力差−流量特性は、加熱方法や多孔体の厚さ、細孔径等の条件によって変化し、さらなる向上の余地がある。これらの特性が向上すれば、その向上に応じて、装置のさらなる小型化も可能である。
【００４２】
図４に示されるように、熱遷移流ポンプ７０の両端に発生する圧力差は、大きくても１ｋＰａ程度であるので、大気圧下で駆動する場合に比べて小さい圧力差であり、圧力差による熱遷移流ポンプ７０の破断が抑制される。また、熱遷移流ポンプ７０は、蒸発器１２と凝縮器１４の間に配置されて外界から隔離されているので、浮遊微粒子等による細孔７２の目詰まりの発生が抑制される。なお、細孔７２の径の上限は飽和蒸気圧下における平均自由行程の１０倍以下としたが、下限は、目詰まり等の制約が無ければ、工業的に製作できる範囲であればよい。
【００４３】
以上、説明したように、媒体流路３８を毛細管部材４０で満たしているので、凝縮器１４の圧力が低下することはなく、また、凝縮器１４の液相の媒体３６は、毛細管部材４０の毛細管現象によって凝縮器１４から蒸発器１２に環流される。このため、媒体流路３８を開閉するバルブや、液相の媒体３６を凝縮器１４から蒸発器１２に環流するためのポンプが必要なくなり、熱遷移流ヒートポンプ１０においてバルブやポンプ等の駆動部品を削減することができ、熱遷移流ヒートポンプ１０の構成を簡略化することができる。
【００４４】
その結果、熱遷移流ヒートポンプ１０において、駆動部品のメンテナンス、使用電力、部品点数を低減することができる。また、メンテナンスに係る作業工数を削減でき、駆動部品による振動や騒音もなくなり、熱遷移流ヒートポンプ１０を長寿命化できる。特に、熱遷移流ヒートポンプ１０では、上述のバルブやポンプ以外に電気的な駆動部品を使用していないので、これら駆動部品を削減することにより、電源を必要としない無電源ヒートポンプシステムを実現することができる。このため、電源供給やメンテナンスが困難な場所、例えば、複雑な装置内部、海底、宇宙空間等で適用することができ、熱遷移流ヒートポンプ１０の使用領域を広げることができる。
【００４５】
次に、第２の実施形態について図５を参照して説明する。図５は蒸発器１２の内部の模式図である。図５に示すように、蒸発器１２の底部には、熱交換器としてのフィン４７が配置されている。このフィン４７の上面に媒体流路３８の毛細管部材４０から延出した毛細管部材４１が載置されている。毛細管部材４１は薄い平板状とすることが好ましい。
【００４６】
このように、フィン４７の上面に毛細管部材４１を載置すること、すなわち、フィン４７と毛細管部材４１とを所定の面積で接触させることによって、フィン４７の表面に薄い液相の媒体３０の層を形成することができ、フィン４７により媒体３０を効率よく蒸発させることができる。
【００４７】
なお、毛細管部材４１をフィン４７の下面に配置してもよい。また、フィン４７を波形状ではなく平板形状としてもよい。毛細管部材４１は表面積が大きいので、周囲が乾燥すると毛細管部材４１の表面から直接液相の媒体３０が蒸発する。
【００４８】
さらに、蒸発器１２の底部に毛細管部材４１のみを配置してもよい。この場合、蒸発器１２の内部が乾燥すると、毛細管部材４１の表面に付着している媒体３０が直接蒸発する。よって、フィン４７を省くことができる。この場合もバルブやポンプ等の駆動部品を削減することができ、さらに、熱交換器としてのフィン４７も削減することができるので、熱遷移流ヒートポンプ１０の構成をさらに簡略化することができる。
【００４９】
次に、毛細管部材の変形例について図６を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、毛細管部材４２は、互いに直交する細い複数のスリット４２ａ１，４２ｂ１がそれぞれ形成された一対の金属薄板４２ａ，４２ｂを複数層に積層して形成されている。そして、この積層体となった毛細管部材４２を媒体流路３８の内部に配置して、媒体流路３８を毛細管部材４２で満たす。
【００５０】
また、図６（ｂ）に示すように、毛細管部材４３を、多数の微細孔４３ａ１が形成された金属薄板４３ａを積層して形成してもよい。この場合、各金属薄板４３ａの微細孔４３ａ１の位置を互いにずらして積層する。金属薄板４２ａ，４２ｂ，４３ａとしては、例えば、銅薄板を使用する。また、スリット４２ａ１，４２ｂ１や微細孔４３ａ１を銅薄板にエッチングによって形成する。これら毛細管部材４２，４３によっても、スリット４２ａ１，４２ｂ１や微細孔４３ａ１によって毛細管現象を生じることができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、毛細管部材を吸着式ヒートポンプに適用した構成である。吸着式ヒートポンプの内部は４つに区画されており、各区画は真空状態に維持されている。吸着式ヒートポンプの各区画は、吸着器、脱着器、蒸発器、凝縮器を構成している。吸着式ヒートポンプは、蒸発器で発生した媒体の蒸気を吸着器に取り込み、その後、吸着器を加熱することで、取り込んだ媒体を凝縮器に放出し、再び媒体の蒸気を取り込める状態にし、これを繰り返すことにより蒸発器側で冷熱を、凝縮器側で温熱を発生する。
【００５２】
凝縮器と吸着器とは、第１の実施形態と同様に媒体流路によって接続されている。この媒体流路には、第１の実施形態で用いた毛細管部材が充填されている。このため、凝縮器の媒体は、媒体流路に充填された毛細管部材の毛細管現象によって蒸発器に環流される。
【００５３】
このように、吸着式ヒートポンプにおいても、第１の実施形態と同様に、媒体流路を開閉するバルブや、媒体を凝縮器から蒸発器に環流するためのポンプが必要なくなり、吸着式ヒートポンプにおいてもバルブやポンプ等の駆動部品を削減することができ、吸着式ヒートポンプの構成を簡略化することができる。吸着式ヒートポンプは、熱遷移流ヒートポンプ１０よりも駆動部品が多く使用されており、無電源ヒートポンプシステムを実現することは困難であるが、バルブやポンプ等の駆動部品が低減されるので、振動、騒音の低減を図ることができる。また、吸着式ヒートポンプを長寿命化でき、メンテナンスに係る作業工数も低減することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  熱遷移流ヒートポンプ、１２  蒸発器、１４  凝縮器、１６  媒体輸送ユニット、２０  低温熱源、２２  高温熱源、２４  低温熱源流、２６  高温熱源流、３０，３６  液相の媒体、３２，３４  気相の媒体、３８  媒体流路、４０，４１，４２，４３  毛細管部材、４６，４７  フィン、４８  ラジエータファン、５０  低温熱源部、５２，６２  板部材、５４  低温熱源流路、５６，６６  熱遷移流路、６０  高温熱源部、６４  高温熱源流路、７０  熱遷移流ポンプ、７２  細孔、７４  熱遷移流。
【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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