(57)【要約】【課題】伝熱壁から伝達される熱によって蒸気室の側で液を効率良く蒸発させることができる蒸発器を得る。【解決手段】蒸発器１０は、熱を蒸気室１４の側に伝える隔壁１８と、隔壁１８における蒸気室１４の側の表面に積層された液保持層２０とを備えている。液保持層２０は、毛細管構造体に親水性処理が施されて成り、供給された液を拡散させつつ保持して該液の蒸発界面を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を蒸気室の側に伝える伝熱壁と、
毛細管構造体に親水性処理が施されて成り、前記伝熱壁における前記蒸気室の側の表面に積層され、供給された液を拡散させつつ保持して該液の蒸発界面を形成する液保持層と、
を備えた蒸発器。
【請求項２】
前記液保持層に対する前記蒸気室の側に、前記液保持層よりも濡れ性が低く前記液の蒸気を通過させる蒸気透過層が積層されている請求項１記載の蒸発器。
【請求項３】
前記蒸気透過層は、ガス透過性の構造体にはっ水性処理を施すか又は親水性処理を施さないことで構成されている請求項２記載の蒸発器。
【請求項４】
前記液保持層に対する液の供給部位が、互いに離間して複数設けられている請求項１〜請求項３の何れか１項記載の蒸発器。
【請求項５】
前記伝熱壁によって前記蒸気室と隔てられ、前記液保持層に保持された液と熱交換を行う熱媒が前記液保持層における液の拡散方向と同じ方向に流される熱媒流路が形成されている請求項１〜請求項４の何れか１項記載の蒸発器。
【請求項６】
前記蒸気室と、該蒸気室と前記伝熱壁によって隔てられ前記液保持層に保持された液と熱交換を行う熱媒が流れる熱媒流路とが形成された容器と、
少なくとも前記液保持層への供給液量、前記熱媒流路の出入口での前記熱媒の温度差、及び前記容器の温度変化に基づいて、前記液保持層の液保持容量に対する液の保持率が１００％を超えないように、前記液保持層への液の供給量を制御する制御装置と、
をさらに備えた請求項１〜請求項５の何れか１項記載の蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発器に関する。
【背景技術】
【０００２】
外壁を通じて吸収する熱によって、蒸発チャンバ内に貯留されている液を気液界面から蒸発させる構成が知られている（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２００６−５０８０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような界面（表面）蒸発タイプの蒸発器では、蒸発量を多くするためには蒸発界面（気液界面）を広くする必要がある。一方、蒸発界面を広くすると、伝熱壁からの熱が液相の水を介して伝達されることとなり、蒸発効率の向上の観点から改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、伝熱壁から伝達される熱によって蒸気室の側で液を効率良く蒸発させることができる蒸発器を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明に係る蒸発器は、熱を蒸気室の側に伝える伝熱壁と、毛細管構造体に親水性処理が施されて成り、前記伝熱壁における前記蒸気室の側の表面に積層され、供給された液を拡散させつつ保持して該液の蒸発界面を形成する液保持層と、を備えている。
【０００７】
請求項１記載の蒸発器では、毛細管構造体である液保持層に液が供給されると、この液は毛細管力（及び重力）によって液保持層中で伝熱壁に沿って拡散される。この液は、伝熱壁を通じて伝達される熱によって、液保持層内又は液保持層と蒸気室との境界に形成される蒸発界面において界面（表面）蒸発される。ここで、本蒸発器では、液保持層が毛細管構造体に親水性処理を施して構成されているため、薄い液保持層で伝熱壁の広い範囲に液を拡散させることができる。すなわち、本蒸発器は、蒸発効率の向上に寄与する蒸発界面の面積が広い。
【０００８】
このように、請求項１記載の蒸発器では、伝熱壁から伝達される熱によって蒸気室の側で液を効率良く蒸発させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る蒸発器は、請求項１記載の蒸発器において、前記液保持層に対する前記蒸気室の側に、前記液保持層よりも濡れ性が低く前記液の蒸気を通過させる蒸気透過層が積層されている。
【００１０】
請求項２記載の蒸発器では、上記した蒸発界面にて蒸発された蒸気が、蒸気透過層を通じて蒸気室に移動する。この蒸気透過層は、液保持層に対し濡れ性が低いので、液保持層を拡散する液が蒸発器側に移動することを制限する。すなわち、蒸気室への液の流出が抑制され、より広い蒸発界面を得ることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る蒸発器は、請求項２記載の蒸発器において、前記蒸気透過層は、ガス透過性の構造体にはっ水性処理を施すか又は親水性処理を施さないことで構成されている。
【００１２】
請求項３記載の蒸発器では、簡単な構成で蒸気透過層を得ることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明に係る蒸発器は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の蒸発器において、前記液保持層に対する液の供給部位が、互いに離間して複数設けられている。
【００１４】
請求項４記載の蒸発器では、複数の部位から液保持層に分割して液が供給されるため、液保持層の各部での保持液量のばらつきが小さく抑えられる。
【００１５】
請求項５記載の発明に係る蒸発器は、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の蒸発器において、前記伝熱壁によって前記蒸気室と隔てられ、前記熱源としての熱媒が前記液保持層における液の拡散方向と同じ方向に流される熱媒流路が形成されている。
【００１６】
請求項５記載の蒸発器では、伝熱壁を介した熱媒との熱交換によって液が蒸発する。この液の液保持層内での主たる拡散方向（マクロ的にみた拡散方向）と、熱媒の流れ方向とが同じ方向であるため、液保持量（拡散に伴う通過量）が大きい位置（液供給部の近く）で熱交換量が大きくなる。このため、液保持層の各部での保持液量のばらつきが小さく抑えられる。
【００１７】
請求項６記載の発明に係る蒸発器は、請求項１〜請求項５の何れか１項記載の蒸発器において、前記蒸気室と、該蒸気室と前記伝熱壁によって隔てられ前記熱源としての熱媒が流れる熱媒流路とが形成された容器と、少なくとも前記液保持層への供給液量、前記熱媒流路の出入口での前記熱媒の温度差、及び前記容器の温度変化に基づいて、前記液保持層の液保持容量に対する液の保持率が１００％を超えないように、前記液保持層への液の供給量を制御する制御装置と、をさらに備えている。
【００１８】
請求項６記載の蒸発器では、制御手段の制御によって、液保持層での保持液量が該液保持層の液保持容量の１００％以下に抑えられる。このため、液保持層を拡散する液が蒸気室へ流出することが抑制され、蒸発効率の向上に寄与する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明に係る蒸発器は、伝熱壁から伝達される熱によって蒸気室の側で液を効率良く蒸発させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る蒸発器を示す図であって、（Ａ）は概略全体構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は一部拡大して示す断面図である。
【図２】界面蒸発タイプの蒸発器における蒸発界面の面積と蒸発量との関係を示す線図である。
【図３】蒸発器の液保持層を構成する多孔質構造体の空隙率と複合熱伝導率、伝熱ロスとの関係を示す棒グラフである。
【図４】蒸発器の液保持層における拡散速度、拡散距離の接触角度依存性を示す線図である。
【図５】多孔質構造体への水の保持率と、水蒸気の圧力損失との関係を示す線図である。
【図６】第２の実施形態に係る蒸発器を示す図であって、（Ａ）は概略全体構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は一部拡大して示す断面図である。
【図７】蒸発器への水供給のステップ入力に対する蒸発量の応答を示す線図である。
【図８】第３の実施形態に係る蒸発器を示す図であって、（Ａ）は概略全体構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は液出口の配置及び水の拡散方向における通過量の分布を示す側面図である。
【図９】第４の実施形態に係る蒸発器の概略全体構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】（Ａ）は、第４の実施形態に係る蒸発器の熱媒流れ方向、水の拡散方向における通過量の分布、水の拡散方向各部の熱媒温度を示す模式図、（Ｂ）は、第１の実施形態に係る蒸発器の熱媒流れ方向、水の拡散方向における通過量の分布、水の拡散方向各部の熱媒温度を示す模式図である。
【図１１】第５の実施形態に係る蒸発器の概略全体構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】第５の実施形態に係る蒸発器を構成する制御装置による制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第1の実施形態に係る蒸発器１０について、図１〜図５に基づいて説明する。図１（Ａ）には、蒸発器１０の概略全体構成が模式的な断面図にて示されている。この図に示されるように、蒸発器１０は、容器１２を備えている。容器１２内には、蒸気室１４と、熱媒流路１６とが伝熱壁としての隔壁１８を介して熱交換可能に隣接して形成されている。この実施形態では、蒸気室１４の両側に熱媒流路１６が配置されている。
【００２２】
（蒸発器の概略全体構成）
蒸気室１４は、容器１２の天壁１２Ｔ、底壁１２Ｂ、周壁（蒸気室１４を構成する部分については図示省略）及び隔壁１８（後に詳述する液保持層２０）に囲まれた空間とされている。蒸気室１４は、液保持層２０中又は液保持層２０との境界面で蒸発された水蒸気の圧力を緩和する空間とされている。
【００２３】
蒸気室１４内の水蒸気は、容器１２の天壁１２Ｔに形成された蒸気出口１４Ａから、図示しない配管等を通じて外部に排出されるようになっている。なお、蒸気出口１４Ａは、例えば、吸着材を充填した吸着器や化学蓄熱材を充填した反応器に水蒸気を供給する構成であっても良い。
【００２４】
各熱媒流路１６は、容器１２の天壁１２Ｔ、底壁１２Ｂ、周壁１２Ｓ及び隔壁１８に囲まれた空間であり、液保持層２０に保持された液相の水との熱交換を行う熱交換媒体（以下、単に「熱媒」という）が流れる流路とされている。具体的には、各熱媒流路１６は、容器１２の底壁１２Ｂに形成された熱媒入口１６Ａから流入し、容器１２の天壁１２Ｔに形成された熱媒出口１６Ｂから流出するようになっている。
【００２５】
液保持層２０に保持された液相の水は、熱媒との熱交換によって得た熱（蒸発潜熱）によって蒸発される。この実施形態では、蒸発器１０は、相対的に高温の熱媒から蒸発潜熱を奪って熱媒を（介して冷却対象を）冷却する冷熱生成装置を構成している。また、本蒸発器１０では、蒸気室１４での水の蒸発を促進するべく、該蒸気室１４は、その内圧が大気圧よりも低い減圧系とされている。
【００２６】
（液保持層）
隔壁１８における蒸気室１４側には、液保持層２０が積層されている。液保持層２０は、液相の水を毛細管力にて内部で拡散（搬送）可能な毛細管構造体に、親水性処理が施されて構成されている。毛細管構造体としては、例えば、多数のフィンが形成された薄板（薄膜）材や板状（膜状）の多孔質構造体が挙げられる。この実施形態における液保持層２０は、毛細管構造体としての多孔質構造体に親水性処理が施されて構成されている。また、液保持層２０を構成する多孔質構造体は、高い熱伝導性が要求され、この実施形態では、材質として、例えば、銅(合金を含む)、アルミ（合金を含む)、ステンレス合金、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が用いられ，また厚みｔが０．５［ｍｍ］以上１．０［ｍｍ］以下程度とされている。
【００２７】
ここで、親水性処理は、例えば、平坦面に施した場合の水との接触角度が２０°以下となる処理であり、好ましくは平坦面に施した場合の水との接触角度が１５°以下とされる処理である。より好ましくは、親水性処理は、平坦面に施した場合の水との接触角度が１０°以下とされる処理である。このような液保持層２０における親水性処理としては、例えば、有機材料や無機材料を用いたスラリー処理、ゾルゲル法、コロイド溶液法、プラズマ処理等が挙げられる。
【００２８】
また、この実施形態における液保持層２０は、隔壁１８における蒸気室１４側の面のほぼ全面に亘り積層されている。この液保持層２０には、隔壁１８内に形成された液供給部２２から液相の水が供給されるようになっている。液供給部２２は、容器１２の天壁１２Ｔにおいて上方に開口する液入口２２Ａから、天壁１２Ｔ及び隔壁１８内を通じて、該隔壁１８における蒸気室１４側に開口された液出口２２Ｂに至る流路を含んで構成されている。
【００２９】
この液供給部２２（流路）には、外部配管２４を通じて液相の水が供給される構成である。そして、液供給部２２から液保持層２０に供給された液相の水は、毛細管力及び重力によって、液出口２２Ｂから液保持層２０各部に拡散（搬送）されるようになっている。液出口２２Ｂは、隔壁１８の上部に配置されており、重力が寄与する下方への拡散距離が上方への拡散距離よりも長くなる構成とされている。換言すれば、液保持層中の液相の水の拡散（流れ）方向は、主に（マクロ的に見て）鉛直方向の下向きとなる構成である。
【００３０】
このため、蒸発器１０は、熱媒流路１６中を熱媒入口１６Ａから熱媒出口１６Ｂへ向けて鉛直方向の上向きに流れる熱媒に対して、液保持層２０中の水が逆向きに流れる対向流型の熱交換器として捉えることができる。
【００３１】
また、隔壁１８を介して熱媒から蒸発潜熱が供給されると、液保持層２０に保持されている水が主に蒸気室１４との境界面近傍において蒸発されるようになっている。具体的には、液保持層２０における蒸発界面が該液保持層２０と蒸気室１４との境界面近傍になるように設定された量の水が、液供給部２２から液相の水が供給される構成とされている。
【００３２】
（第１の実施形態の作用）
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００３３】
上記構成の蒸発器１０では、液供給部２２から液保持層２０に供給された液相の水は、重力及び毛細管力によって液保持層２０中で拡散される。一方、熱媒流路１６には、熱媒が流れており、液保持層２０で拡散されつつ保持されている水は、隔壁１８を介して熱媒との熱交換を行う。
【００３４】
この熱交換によって、蒸発潜熱が付与された液保持層２０中の水は、蒸発して水蒸気となり、蒸気室１４を経由して蒸気出口１４Ａから容器１２の外に排出される。これにより、熱媒流路１６を流れる熱媒が冷却され、この冷熱が熱媒を介して冷却対象まで搬送される。
【００３５】
ここで、蒸発器１０では、多孔質構造体に親水性処理を施した液保持層２０を隔壁１８に積層しているため、熱媒流路１６を流れる熱媒の熱によって液相の水を効率的に蒸発させることができる。以下、この点について、第１比較例と比較しつつ補足する。
【００３６】
［第１比較例］
第１比較例は、液保持層２０及び液供給部２２を備えず、蒸気室１４の下部に供給、貯留された液相の水を気液界面で蒸発させるようになっており、界面（表面）蒸発タイプの蒸発器とされている（界面蒸発タイプである点は、本実施形態に係る蒸発器１０と同様である）。
【００３７】
界面蒸発タイプの蒸発器では、単位時間当たりの蒸発量は蒸発界面の面積に依存する。具体的には、図２に示すように、蒸発量に相当する冷熱出力［Ｗ］は、蒸発界面の面積［ｍ２］にほぼ比例することが解る。そして、蒸気室１４の下部に貯留した水の気液界面で水を蒸発させる第１比較例では、蒸発量を確保（増大）するべく蒸発界面の面積を増すと容器１２の容量が大きくなり、蒸発器が全体として大型化する。また、第１比較例では、隔壁１８からの熱が液相の水の内部伝熱（伝導）を経て蒸発界面に至るため、熱付与（停止）から蒸発開始（停止）の応答性が悪い。
【００３８】
［液保持層による作用効果（１）］
これに対して蒸発器１０では、蒸気室１４に面して隔壁１８に積層された液保持層２０に液相の水を拡散させて保持するため、広い蒸発界面を確保することができる。また、隔壁１８の広い面（ほぼ全面）から液相の水へ熱を付与することができる。さらに、隔壁１８からの熱付与面と蒸発面とが薄い液保持層２０を挟んで配置されるので、液相の水中の伝熱による熱伝達ロスが小さい。しかも、液相の水が液保持層２０に保持されることで、蒸気室１４への液相の水（水滴）の流出が抑制されるので、該蒸気室１４にて液相の水の温度上昇に熱媒からの熱が消費される顕熱ロスが小さい。
【００３９】
これらにより、蒸発器１０は、熱媒流路１６を流れる熱媒からの熱を有効利用して、第１比較例と比較して効率的に液相の水を蒸発させることができる。また、上記の通り熱伝達が小さいことにより、蒸発器１０は、第１比較例と比較して熱付与（停止）から蒸発開始（停止）の応答性が良好である。
【００４０】
そして、蒸発器１０では、毛細管構造体である多孔質構造体に親水性処理を施して、上記機能を果たす液保持層２０が構成されている。以下、この液保持層２０による蒸発効率（単位時間当たりの蒸発量）の向上効果について説明する。
【００４１】
［界面蒸発タイプの蒸発量］
蒸発器１０、及び、親水性処理を施さない毛細管構造体である多孔質構造体より成る液保持層を備えた第２比較例（図示省略）の単位時間当たりの蒸発量Ｑは、以下の式（１）で表される。
Ｑ  ＝  α×ΔＴ×Ａ                          （１）
ただし、αは蒸発熱伝達率、ΔＴは熱交換温度差、Ａは伝熱面積
なお、液保持層２０を有することで隔壁１８から該液保持層２０に保持された水への伝熱面積が、第１比較例における隔壁と貯留された水との接触面積となる伝熱面積よりも広い点は、上記した通りである。
【００４２】
また、液相の水（熱媒流路１６を流れる熱媒）の温度と飽和蒸気温度との温度差である熱交換温度差ΔＴは、以下の式（２）で表される。ここで、Ｔ１は熱媒流路１６を流れる熱媒の温度、Ｔ２は蒸気室１４の飽和蒸気温度である。また、ΔＴ１は多孔質構造体及び水の熱伝導による温度ロス分（以下、「伝熱ロス」という場合がある）、ΔＴ２は多孔質構造体内を通る水蒸気の圧力損失による飽和蒸気温度の上昇分（以下、「蒸気圧ロス」という場合がある）である。
ΔＴ  ＝  （Ｔ１−ΔＴ１）−（Ｔ２＋ΔＴ２）  （２）
【００４３】
蒸発器１０では、第２比較例と比較して、主に蒸発熱伝達率α、熱交換温度差ΔＴを大きくすることで、該第２比較例と比較して熱効率が向上されている。熱交換温度差ΔＴについては、伝熱ロスΔＴ１、蒸気圧ロスΔＴ２を小さくすることで、大きくされている。以下、第２比較例と比較しつつ具体的に説明する。
【００４４】
［第２比較例の課題］
上記の通り親水性処理を施さない多孔質構造体を用いて構成された液保持層を備えた第２比較例（図示省略）では、水のように表面張力の強い液を浸透させるためには細孔径を大きくする必要が生じる。
【００４５】
細孔径を大きくすると、多孔質構造体の空隙率が小さくなり、蒸発界面（多孔質構造体中での気液界面）の割合が小さくなり、また多孔質構造体の単位体積当たりの熱容量が増す。このため、空隙率が小さい場合と同等の蒸発界面の面積を確保しようとすると、多孔質構造体の体積が増し、熱容量はさらに増すこととなる。しかも、多孔質構造体の体積増加により該多孔質構造体の厚みが増すと、隔壁１８の表面から蒸発界面までの伝熱距離が増し、多孔質構造体及び該多孔質構造体にて保持された水を介した熱伝導部の熱抵抗が増すこととなる。これらにより、第２比較例では、伝熱ロスΔＴ１が大きくなる。
【００４６】
さらに、多孔質構造体の厚みが増すと、該多孔質構造体中の蒸発界面から蒸気室１４までの多孔質構造体中の蒸気流動経路が長くなり、水蒸気の圧力損失（流動抵抗）が大きくなる。水蒸気の圧力損失が大きくなると、蒸発界面における飽和蒸気圧が上昇し、飽和蒸気温度の上昇分である蒸気圧ロスΔＴ２が増すこととなる。
【００４７】
以上により、第２比較例では、式（１）において伝熱ロスΔＴ１、蒸気圧ロスΔＴ２が増すために、熱交換温度差ΔＴが小さくなり、蒸発効率が低下してしまう。
【００４８】
［液保持層による作用効果（２）］
これに対して、蒸発器１０では、多孔質構造体に親水性処理を施すことで構成された液保持層２０において、細孔径の小さい多孔質構造体への水の浸透、拡散が促進される。ここで、図４に示されるように、多孔質構造体（液保持層２０）に対する水の接触角度が小さいほど、多孔質構造体（液保持層２０）内への拡散速度が速く、拡散距離が長くなることが解る。そして、蒸発器１０では、液供給部２２による供給水量の設定によって、液保持層２０と蒸気室１４との境界面近傍に液保持層２０における蒸発界面が形成されている。
【００４９】
以上により、空隙率の小さい多孔質構造体にて液保持層２０を構成することができ、多孔質構造体の体積（厚み）を増すことに頼ることなく、広い（所要面積の）蒸発界面を確保することができる。したがって、液保持層２０を構成する多孔質構造体は、第２比較例の多孔質構造体と比較して厚みが薄い。このため、本実施形態に係る蒸発器１０では、隔壁１８の表面から蒸発界面までの伝熱距離が短く、かつ液保持層２０における蒸発界面から蒸気室１４までの蒸気流動経路が短い。
【００５０】
このように隔壁１８の表面から蒸発界面までの伝熱距離が短い（多孔質構造体の空隙率が大きい）ことで、多孔質構造体（液保持層２０）及び該多孔質構造体にて保持された水を介した熱伝導部の熱抵抗が小さく抑えられる。ところで、単に多孔質構造体の空隙率εを大きくすると、図３に示されるように、上記した熱伝導部の複合熱伝導率λが低下し、伝熱ロスΔＴ１が増すことが解る。なお、多孔質構造体の熱伝導率をλｍ、水の熱伝導率をλｗとすると、複合熱伝導率λは、
λ  ＝  （１−ε）λｍ  ＋  λｗ
となる。
【００５１】
本実施形態に係る蒸発器１０では、液保持層２０を構成する多孔質構造体を熱伝導性の高い材料にて構成すると共に、上記したように親水性処理により空隙率を高めて厚みを小さく抑えることで、伝熱ロスΔＴ１を小さく抑えている。また、蒸発器１０では、液保持層２０を構成する多孔質構造体が薄い（体積が小さい）ため、該液保持層２０の熱容量が小さく、液保持層２０による顕熱ロスが小さく抑えられる。これらにより、蒸発器１０では、空隙率の低い多孔質構造体より成る液保持層を備えた第２比較例に対して、伝熱ロスΔＴ１が小さく抑えられている。
【００５２】
また、液保持層２０における蒸発界面から蒸気室１４までの蒸気流動経路が短いことで、液保持層２０を通過する水蒸気の圧力損失が小さく抑えられる。ここで、図５は、多孔質構造体中の水の保持率（浸透率）と、水蒸気の圧力損失との関係を示している。具体的には、図１（Ｂ）に示されるように多孔質構造体（液保持層２０）の厚みをｔ、隔壁１８から蒸発界面までの高さをｈとすると、多孔質構造体への水の保持率は、ｈ／ｔとされる。例えば保持率が１の場合は、蒸発界面が多孔質構造体と蒸気室１４との境界面に一致していることとなる。この図５より、蒸発界面が多孔質構造体と蒸気室１４との境界面に近いほど、換言すれば液保持層２０中における蒸気の流動経路が短いほど、圧力損失が小さく抑えられることが解る。
【００５３】
そして、蒸発器１０では、上記した通り、液供給部２２による供給水量の設定によって、液保持層２０と蒸気室１４との境界面近傍に液保持層２０における蒸発界面が形成されている。このため、液保持層２０中での水蒸気の圧力損失が小さく抑えられ、蒸気圧ロスΔＴ２も小さく抑えられる。
【００５４】
以上説明したように、蒸発器１０では、第２比較例と比較して、式（２）における伝熱ロスΔＴ１、蒸気圧ロスΔＴ２が小さくなるため、熱交換温度差ΔＴが大きくなる。したがって、式（１）におけるΔＴが大きくなることで、蒸発器１０は、第２比較例と比較して単位時間当たりの蒸発量Ｑが増し、蒸発効率が高くなる。
【００５５】
以上説明したように、第１の実施形態に係る蒸発器１０では、隔壁１８から伝達される熱によって蒸気室１４側で水を効率良く蒸発させることができる。このため、蒸発器１０による冷熱生成効率も向上する。
【００５６】
［他の実施形態］
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、先に説明した実施形態の構成と基本的に同様の構成については、先に説明した実施形態の構成と同一の符号を付すこととし、また、その説明、図示を省略する場合がある。
【００５７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る蒸発器３０について、図６に基づいて説明する。
【００５８】
図６（Ａ）には、蒸発器３０の概略全体構成が図１（Ａ）に対応する模式的な断面図にて示されている。この図に示されるように、蒸発器３０は、液保持層２０に対する蒸気室１４側に、該液保持層２０よりも濡れ性が低く水蒸気を通過させる蒸気透過層３２が積層（形成）されている点で、蒸気透過層３２を備えない蒸発器１０とは異なる。
【００５９】
蒸気透過層３２は、蒸気圧ロスΔＴ２の増大を抑制する観点から、水蒸気の通過に伴う圧力損失が小さい構造体を有する。この実施形態における蒸気透過層３２は、例えば、ガス透過性の膜やフィルタ、メッシュ等の構造体を有する。また、蒸気透過層３２は、上記した構造体に対し親水性処理を施さないか、又は、上記した構造体に対しはっ水性処理(撥水処理）を施すことで、液保持層２０に対して水の濡れ性が低く構成されている。したがって、一例として、蒸気透過層３２は、はっ水性処理を施したメッシュ等とされる。
【００６０】
この実施形態では、蒸気透過層３２に対する水の接触確度は、例えば９０°以上とされている。なお、はっ水性処理としては、例えばフッ素樹脂等の有機材料の塗布、フッ素被膜を形成するフッ素処理が挙げられる。蒸発器３０の他の構成は、蒸発器１０の対応する構成と同様に構成されている。
【００６１】
（第２の実施形態の作用）
次に、第２の実施形態の作用における第１の実施形態の作用と異なる部分について主に説明する。
【００６２】
蒸発器３０では、液供給部２２による供給水量の設定によって、液保持層２０と蒸気室１４との境界面近傍に液保持層２０における蒸発界面が形成される。ところで、蒸発器１０においては、例えば液供給部２２による供給水量の増加、熱媒流路１６を流れる熱媒や環境温度の変化等により、供給液量が過剰になると、蒸気室１４に液相の水が噴出すことが考えられる。
【００６３】
液供給部２２による供給水量をＶｉ、液保持層２０での水の拡散量をＶｄ、液供給部２２の液出口２２Ｂ近傍での蒸発量をＶｓ、噴出し（余剰）水量をＶｅ（単位は何れも［ｋｇ／ｓ］）とすると、噴出し水量Ｖｅは以下の式（３）で表される。
Ｖｅ  ＝  Ｖｉ−（Ｖｄ＋Ｖｓ）                          （３）
【００６４】
すなわち、液出口２２Ｂにおける供給水量Ｖｉが拡散量Ｖｄと蒸発量Ｖｓとの和を上回った場合に、蒸気室１４に液相の水が噴出すこととなる。なお、液保持層２０での水の拡散量をＶｄは、液保持層２０での毛細管力と重力に依存する。このため、液出口２２Ｂからの拡散方向が主に鉛直方向下側である場合は、重力が拡散に寄与する一方、液出口２２Ｂからの拡散方向が主に鉛直方向上側である場合は、重力が拡散を阻害する（液相の水の噴出しを促進する）こととなる。
【００６５】
ここで、第２の実施形態に係る蒸発器３０は、液保持層２０よりも濡れ性の低い蒸気透過層３２が液保持層２０における蒸気室１４側に積層されている。この蒸気透過層３２は、液保持層よりも濡れ性が低いことにより、液相の水の通過を抑制し、該水の液保持層２０中での拡散（液保持層２０への浸透）の促進に寄与する。これにより、蒸発器３０では、蒸発器１０と比較して、蒸気室１４への液相の水の噴出しが抑制される。したがって、蒸発器３０では、蒸気室１４への液相の水の噴出しに起因する蒸発効率の低下が抑制される。
【００６６】
一方、蒸気透過層３２は、水蒸気の透過は許容するため、液保持層２０中の蒸発界面から蒸気室１４へ、水蒸気が供給される。また、蒸気透過層３２が膜構造であるため、水蒸気の透過に伴う圧力損失が小さく、蒸気透過層３２による式（２）のΔＰ２の上昇は無視し得る程度である。
【００６７】
また、蒸発器３０では、上記の通り蒸気透過層３２によって液出口２２Ｂ近傍での液相の水の噴出しが抑制され、液保持層２０中への水の拡散が促進される。このため、液供給部２２からの供給水量が多めの場合に、蒸発界面が液保持層２０における蒸気透過層３２との境界面に近づく。すなわち、隔壁１８から蒸発界面までの高さｈが液保持層２０の厚みｔに近づき、液保持層２０を通過する水蒸気の圧力損失が小さく抑えられ、式（２）のΔＰ２の低減、すなわち蒸発効率の向上に寄与する。
【００６８】
さらに、蒸発器３０は、蒸気透過層３２を備えない蒸発器１０において蒸気室１４への液相の水の噴出しを抑制するべく液保持層２０の厚みを増した第３比較例と比較して、蒸発効率が高く、また蒸気供給開始、停止の応答性が良好である。
【００６９】
蒸発効率については、液保持層２０の厚みを増した第３比較例は、上記した第２比較例と同様の構成であり、伝熱ロスΔＴ１、蒸気圧ロスΔＴ２の増大を招く。したがって、第３比較例と比較して液保持層２０の厚みが薄い蒸発器３０は、第３比較例と比較して蒸発効率が高い。
【００７０】
応答性については、図７を参照しつつ説明する。図７には、液供給部２２による液相の水の供給に対する蒸発量のステップ応答曲線が示されている。具体的には、図７の細い実線は、液供給部２２による水の供給量を示しており、時間ｔ０で供給開始、時間ｔ１で供給停止のステップ入力となっている。そして、図７の太い実線が蒸発器３０の蒸発量のステップ応答を示し、破線が第３比較例のステップ応答を示している。
【００７１】
図７より、水の供給開始、停止の何れもの場合も、蒸発器３０は第３比較例と比較して応答性が良好であることが解る。具体的には、水の供給開始時の第３比較例の応答時間τｃｉに対して蒸発器３０の応答時間τｉが短く、水の供給停止時の第３比較例の応答時間τｃｅに対して蒸発器３０の応答時間τｅが短い。供給開始時の応答については、液保持層２０の厚みを増した第３比較例においては、液保持層２０への液相の水の拡散（蒸発開始）に要する時間が蒸発器３０よりも長くなるためと推定される。供給停止時の応答については、液保持層２０の厚みを増した第３比較例においては、液保持層２０への液相の水の保持量が多くなり、該水の蒸発（消費）に要する時間が蒸発器３０よりも長くなるためと推定される。
【００７２】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る蒸発器４０について、図８に基づいて説明する。
【００７３】
図８（Ａ）には、蒸発器４０の概略全体構成が図６（Ａ）に対応する模式的な断面図にて示されている。この図に示されるように、蒸発器４０は、液供給部２２から液保持層２０への液相の水の供給部位が互いに離間して複数設けられている点で、蒸発器３０とは異なる。
【００７４】
具体的には、蒸発器４０では、蒸気室１４の上部だけでなく、鉛直方向の中間部にも液出口２２Ｂが配置されている。また、図８（Ｂ）に示されるように、液保持層２０（隔壁１８）の幅方向にも複数の液出口２２Ｂが配置されている。蒸発器４０の他の構成は、蒸発器３０の対応する構成と同様に構成されている。
【００７５】
（第３の実施形態の作用）
次に、第３の実施形態の作用における第２の実施形態の作用と異なる部分について主に説明する。
【００７６】
蒸発器１０においては、例えば液供給部２２による供給水量の増加、熱媒流路１６を流れる熱媒や環境温度の変化等により、供給液量が過剰になると、蒸気室１４に液相の水が噴出し得ることは、第２の実施形態の作用の説明で述べた通りである。
【００７７】
ここで、第３の実施形態に係る蒸発器４０は、液供給部２２によって液保持層２０に対して複数の液出口２２Ｂから分割して液相の水が供給される。このため、蒸発器１０と比較して、１つの液出口２２Ｂ当たりの供給水量が少なくなり、各液出口２２Ｂにおいて上記した式（３）の供給水量Ｖｉが低減される。具体的には、図８（Ｂ）に線図にて示されるように、蒸発器１０における上下方向各部の水の通過量に対して、蒸発器４０における上下方向各部の水の通過量が小さく抑えられる。これにより、蒸発器４０では、蒸発器１０と比較して、蒸気室１４への液相の水の噴出しが抑制される。したがって、蒸発器４０では、蒸気室１４への液相の水の噴出しに起因する蒸発効率の低下が抑制される。
【００７８】
［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る蒸発器５０について、図９に基づいて説明する。
【００７９】
図９には、蒸発器５０の概略全体構成が図６（Ａ）に対応する模式的な断面図にて示されている。この図に示されるように、蒸発器５０は、熱媒流路１６の熱媒入口１６Ａが容器１２の天壁１２Ｔに形成されると共に、熱媒出口１６Ｂが底壁１２Ｂに形成されている点で、蒸発器３０とは異なる。
【００８０】
この実施形態に係る蒸発器５０は、熱媒流路１６中を熱媒入口１６Ａから熱媒出口１６Ｂへ向けて鉛直方向の下向きに流れる熱媒に対して、液保持層２０中の水が同じ向きに流れる並向流型の熱交換器として捉えることができる。蒸発器５０の他の構成は、蒸発器３０の対応する構成と同様に構成されている。
【００８１】
（第４の実施形態の作用）
次に、第４の実施形態の作用における第２の実施形態の作用と異なる部分について主に説明する。
【００８２】
蒸発器１０においては、例えば液供給部２２による供給水量の増加、熱媒流路１６を流れる熱媒や環境温度の変化等により、供給液量が過剰になると、蒸気室１４に液相の水が噴出し得ることは、第２の実施形態の作用の説明で述べた通りである。
【００８３】
ところで、液保持層２０中を毛細管力、重力により拡散される液相の水は、液出口２２Ｂの近くで単位時間当たりの水の通過量が多く、液出口２２Ｂから遠ざかるほど単位時間当たりの水の通過量が減少していく（図１０（Ａ）、（Ｂ）の破線参照）。この点は、蒸発器５０においても、蒸発器１０においても同様である。
【００８４】
蒸発器１０においては、対向流型の熱交換器とされているので、図１０（Ｂ）に示されるように、液保持層２０中での拡散に伴う水の通過量が多い部分で、低温の熱媒と液相の水との熱交換が行われる。
【００８５】
これに対して第４の実施形態に係る蒸発器５０は、液保持層２０中での液相の水の拡散方向と、熱媒流路１６中の熱媒の流れ方向とが同じ方向とされている。このため、図１０（Ａ）に示されるように、液保持層２０中での拡散に伴う水の通過量が多い部分で、高温の熱媒と液相の水との熱交換が行われる。
【００８６】
このため、蒸発器５０では、蒸発器１０と比較して、上記した式（３）における液出口２２Ｂでの蒸発量Ｖｓが増大することとなり、噴出し水量Ｖｅが減じられる。これにより、蒸発器５０では、蒸発器１０と比較して、蒸気室１４への液相の水の噴出しが抑制される。したがって、蒸発器５０では、蒸気室１４への液相の水の噴出しに起因する蒸発効率の低下が抑制される。
【００８７】
［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る蒸発器６０について、図１１に基づいて説明する。
【００８８】
図１１には、蒸発器６０の概略全体構成が模式的な断面図にて示されている。この図に示されるように、蒸発器６０は、液供給部２２からの供給水量が制御装置６２にて制御される点で、蒸発器３０とは異なる。
【００８９】
蒸発器６０は、機械的な構成については蒸発器３０と同様に構成されている。なお、図１１では、図６（Ａ）で図示していないポンプ６４、熱媒循環管６６が図示されている。ポンプ６４は、外部配管２４を通じて液供給部２２に液相の水を供給する構成とされている。熱媒循環管６６は、図示しないポンプの駆動力にて熱媒を循環させ、蒸発器６０にて生成された冷熱を図示しない冷却対象（の熱交換器）に輸送する構成とされている。
【００９０】
制御装置６２は、蒸発器６０での水の蒸発に要する蒸発熱量Ｑｃ［Ｊ］、熱媒流路１６を流れる熱媒の顕熱変化量Ｑｈ［Ｊ］、及び容器１２の顕熱変化量Ｑｅ［Ｊ］に基づいて、液保持層２０での蒸発界面の位置を制御する構成とされている。この実施形態では、液保持層２０の厚みｔに対する隔壁１８から蒸発界面までの高さｈの比をｘ（以下、「保持率ｘ」という場合がある）とし、
０．８  ≦  ｘ  ≦  １．０
となるように、制御装置６２が蒸発界面の位置を制御する構成とされている。以下、具体的に説明する。なお、保持率ｘは、液保持層２０の液保持容量に対する液の保持量の比と捉えることも可能である。
【００９１】
液保持層２０（多孔質構造体）の容積をＶ［ｍ３］、液保持層２０の空隙率をε、水の蒸発潜熱をＬｃ［Ｊ／ｋｇ］、水の密度をρｃ［ｋｇ／ｍ３］、蒸発器６０の熱交換効率をηとすると、保持率ｘは、以下の式（４）で表される。
ｘ  ＝  （Ｑｃ−η・Ｑｈ−Ｑｅ）／（Ｖ・ε・Ｌｃ・ρｃ）    （４）
【００９２】
蒸発熱量Ｑｃは、液相の水の供給量である流量Ｖｆ［ｋｇ／ｓ］に基づいて求められる。この実施形態では、蒸発熱量Ｑｃは、流量Ｖｆで供給される液相の水の蒸発潜熱と、該水の顕熱変化とを加算して得る。具体的には、液供給部２２にて供給される水の温度をＴｆ［Ｋ］、容器１２の温度をＴｗ［Ｋ］、水の比熱をＣｐｆ［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］とすると、以下の数式１にて表される。
【００９３】
【数１】
2015183888.tif 000003
【００９４】
また、熱媒の顕熱変化量Ｑｈは、隔壁１８を介した熱媒と水との交換熱量であり、熱媒流路１６の出入口での熱媒の温度差に基づいて求められる。具体的には、顕熱変化量Ｑｈは、熱媒の流量をＶｈ［ｋｇ／ｓ］、熱媒の比熱をＣｐｈ［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］、熱媒流路１６の熱媒入口１６Ａ、熱媒出口１６Ｂでの熱媒温度をＴｈｉ［Ｋ］、Ｔｈｏ［Ｋ］とすると、以下の数式２にて表される。
【００９５】
【数２】
2015183888.tif 000004
さらに、容器１２の顕熱変化量Ｑｅは、容器１２の温度変化に基づいて求められる。具体的には、顕熱変化量Ｑｅは、容器１２の初期温度Ｔｗ（０）と現在温度Ｔｗ（ｔ）とに基づき求められ、容器１２の熱容量をＣｅ［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］、容器１２の質量をＭｅ［ｋｇ］とすると、以下の数式３にて表される。
【００９６】
【数３】
2015183888.tif 000005
なお、上記した数式１〜３において時間関数となっている変数については、図１１に示されるように、各センサにて検出され、制御装置６２に入力されるようになっている。具体的には、液相の水の流量Ｖｆは流量センサ６８にて検出され、該水の温度Ｔｆは温度センサ７０にて検出される構成である。また、熱媒の流量Ｖｈは流量センサ７２にて検出され、熱媒の熱媒入口１６Ａ、熱媒出口１６Ｂでの温度Ｔｈｉ、Ｔｈｏは温度センサ７４、７６にて検出される構成である。さらに、容器１２の温度Ｔｗは温度センサ７８にて検出される構成である。流量Ｖｆ、Ｖｈの検出については、流量センサ６８、７２に代えて、例えばポンプ６４、熱媒循環管６６のポンプの駆動電流等に基づいて検出する構成としても良い。
【００９７】
また、制御装置６２は、ポンプ６４に電気的に接続され、該ポンプ６４の作動、停止、及び該ポンプ６４による供給水量を制御するようになっている。この制御については、本実施形態の作用と共に説明する。この実施形態では、制御装置６２は、熱媒循環管６６に設けられた図示しないポンプの作動、停止の制御も行う構成とされている。蒸発器６０の他の構成は、蒸発器３０の対応する構成と同様に構成されている。
【００９８】
（第５の実施形態の作用）
次に、第５の実施形態の作用における第２の実施形態の作用と異なる部分について、制御装置６２の制御フローを示す図１２を参照しつつ説明する。
【００９９】
蒸発器１０においては、例えば液供給部２２による供給水量の増加、熱媒流路１６を流れる熱媒や環境温度の変化等により、供給液量が過剰になると、蒸気室１４に液相の水が噴出し得ることは、第２の実施形態の作用の説明で述べた通りである。
【０１００】
この実施形態に係る蒸発器６０は、制御装置６２による制御によって、保持率ｘすなわち液保持層２０中での蒸発界面の位置を制御することで、蒸気室１４への液相の水の噴出しを抑制している。以下、具体的に説明する。
【０１０１】
制御装置６２は、運転指令を受けると（例えば、制御装置の起動操作自体が運転指令とされる）、ステップＳ１０で、ポンプ６４及び熱媒循環管６６のポンプを作動させ（時間０）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で制御装置６２は、各流量センサ６８、７２、温度センサ７０、７４、７６、７８からの検出結果を受け取り、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４で制御装置は、メモリに記憶されているプログラムによって、数式１〜３に基づいて熱量Ｑｃ、Ｑｈ、Ｑｅを算出し、ステップＳ１６に進む。
【０１０２】
ステップＳ１６で制御装置６２は、メモリに記憶されているプログラムによって、式（４）に基づいて保持率ｘを算出し、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１６で制御装置６２は、保持率ｘが０．８未満であるか否かを判断する。肯定判断の場合はステップＳ２０に進み、否定判断の場合はステップＳ２２に進む。ステップＳ２０で制御装置６２は、ポンプ６４を制御して液供給部２２による水の供給量をΔＶｆだけ増し、ステップＳ１２に戻る。これにより、保持率ｘが０．８以上となるまで、ステップＳ１２〜Ｓ２０を繰り返し、保持率ｘが０．８以上となるとステップＳ２２に進む。
【０１０３】
ステップＳ２２で制御装置６２は、保持率ｘが１．０を超えるか否かを判断する。肯定判断の場合はステップＳ２４に進み、否定判断の場合はステップＳ２６に進む。ステップＳ２４で制御装置６２は、ポンプ６４を制御して液供給部２２による水の供給量をΔＶｆだけ減じ、ステップＳ１２に戻る。これにより、保持率ｘが１．０以下となるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１８、Ｓ２２、Ｓ２４を繰り返し、保持率ｘが１．０以下となるとステップＳ２６に進む。
【０１０４】
ステップＳ２６で制御装置は、停止指令を受けたか否かを判断する。否定判断の場合はステップＳ１２に戻り、肯定判断の場合は、ステップＳ２８でポンプ６４、熱媒循環管６６のポンプを停止してから制御（プログラム）を終了する。
【０１０５】
以上説明したように蒸発器６０では、制御装置６２による制御によって保持率ｘが０．８以上１．０以下（８０％以上１００％以下）に保たれる。これにより、例えば、要求蒸発量の変化や環境温度に変化が生じた場合でも、液保持層２０中の蒸発界面が適正範囲に保たれ、液相の水が蒸気室１４に噴出すことが抑制される。
【０１０６】
このように、蒸発器６０では、蒸発器１０と比較して、蒸気室１４への液相の水の噴出しが抑制される。したがって、蒸発器６０では、蒸気室１４への液相の水の噴出しに起因する蒸発効率の低下が抑制される。
【０１０７】
（変形例）
なお、上記した各実施形態では、蒸発器１０、３０、４０、５０、６０が吸着式ヒートポンプ等の冷熱生成装置を構成する例を示したが、本発明はこれに限定されない。蒸発器１０等は、各種用途に適用可能である。したがって例えば、水和反応によって放熱する化学蓄熱材に対し放熱時に水蒸気を供給する用途に蒸発器１０等を適用しても良く、また例えば冷凍サイクルを構成する蒸発器に蒸発器１０等を適用しても良い。
【０１０８】
さらに、本発明の蒸発器は熱媒流路１６を備えた構成に限定されることはなく、例えば伝熱壁として外壁を介して大気との熱交換を行うタイプの蒸発器に本発明を適用しても良い。また例えば、伝熱壁は熱源（熱媒、大気、ヒータ）からの熱を蒸気室側に伝達する構成には限られず、例えば、伝熱壁自体が発熱することで液保持層２０中に保持された液相の水に蒸発潜熱を付与する構成であっても良い。
【０１０９】
また、上記した各実施形態では、隔壁１８が平坦である例を示したが、本発明は容器１２の形状に依存することはなく、上記形態に限定されない。例えば、円筒状の隔壁１８を取り囲んで熱媒流路１６が形成された構成としても良い。
【０１１０】
さらに、上記した第３〜第５の実施形態では、第２の実施形態に係る蒸発器３０をベースに各実施形態の特徴を付加又は置換した例を示したが、本発明はこれに限定されない。したがって例えば、第１の実施形態に係る蒸発器１０をベースに各実施形態の特徴を付加又は置換した構成としても良い。また、３つ以上の実施形態の特徴を適宜組み合わせた構成としても良い。
【０１１１】
またさらに、上記した各実施形態では、隔壁１８を通る液供給部２２から液保持層２０に液相の水が供給される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、液保持層２０の上端から該液保持層２０に液相の水が供給される構成としても良い。
【０１１２】
また。上記した各実施形態では、蒸発される液として水を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されない。用途に応じて適切な液（被蒸発液）を採用すればよい。
【０１１３】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で各種変更して実施可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１１４】
１０      蒸発器
１２      容器
１４      蒸気室
１６      熱媒流路
１８      隔壁（伝熱壁）
２０      液保持層
２２Ｂ    液出口（液の供給部位）
３０・４０・５０・６０  蒸発器
３２      蒸気透過層
６２      制御装置
【図１】
2015183888.tif 000006
【図２】
2015183888.tif 000007
【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】
2015183888.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2015183888.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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