JP2017026162A - 吸着式冷凍装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着モードおよび脱着モードを切り替えるときに、対をなす吸着器同士が十分に熱交換を行うことのできるバッチ式の吸着式冷凍装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】バッチ式の吸着式冷凍装置１００は、隙間を設けて配列される対をなす吸着器２０ａ、２０ｂと、対をなす吸着器の両方に接するように隙間に設置され、対をなす吸着器の間の熱伝達および断熱を切り替え可能な熱スイッチ部３０と、を有する。そして、それぞれの吸着器の動作モードを切り替えるときに、熱スイッチ部を熱伝達可能な状態にし、吸着モードに切り替える側の吸着器が有する熱を、脱着モードに切り替える側の吸着器に伝達する。【選択図】図１

Description

本発明は、吸着式冷凍装置およびその制御方法に関する。

一般的な吸着式冷凍装置は、水等の熱媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発させた熱媒体を吸着可能なシリカゲル等の吸着材を備える吸着器と、吸着材を加熱して熱媒体を脱着させる加熱部と、加熱された吸着材を冷却して吸着材への熱媒体の吸着を再び促進する冷却部と、を有する。蒸発器において蒸発した熱媒体が吸着器に吸着することに伴い、蒸発器において冷熱が発生する。吸着式冷凍装置は、蒸発器において発生した冷熱を利用して冷却対象を冷却する。

吸着式冷凍装置には、単一の吸着器を備えたタイプと、下記特許文献１に示すように対をなす吸着器を備えたタイプ（バッチ式）とが存在する。単一の吸着器を備えたタイプの吸着式冷凍装置では、１つの吸着器が、吸着材に熱媒体を吸着させる吸着モードおよび吸着材に吸着した熱媒体を脱着させる脱着モードの２つの動作モードを交互に行うように運転される。このため、蒸発器において冷熱は間欠的に生成される。これに対してバッチ式の吸着式冷凍装置では、一方の吸着器の動作モードが脱着モードである間は他方の吸着器の動作モードが吸着モードになるように運転される。このため、蒸発器において冷熱が連続的に生成される。

バッチ式の吸着式冷凍装置では、それぞれの吸着器の動作モードを切り替えるとき、吸着モードが終了し、低温状態にある一方の吸着器内の吸着材を予熱し、吸着材に吸着した熱媒体を脱着可能な状態に移行させる必要がある。また同時に、脱着モードが終了して高温状態にある他方の吸着器内の吸着材を予冷し、熱媒体を再び吸着材に吸着可能な状態に移行させる必要がある。

下記特許文献１に開示されているバッチ式の吸着式冷凍装置は、吸着器の動作モードの切り替えを行うときに、放熱を必要とする吸着モードに切り替える側の吸着器と、吸熱を必要とする脱着モードに切り替える側の吸着器との間において熱交換を行う。これによって加熱部による加熱量および冷却部による冷却量を削減し、吸着式冷凍装置のＣＯＰ（成績係数：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させている。

特表２０１２−５０６８１７号公報

上記吸着式冷凍装置では、２つの吸着器は互いに離れた位置に配置され、それぞれの吸着器内には、内部の吸着材と熱交換可能な温調媒体を流すための配管が設けられている。さらに、これらの配管を繋ぐように循環配管が設けられている。そして、それぞれの吸着器の動作モードを切り替えるときに、循環配管内に温調媒体を循環させることによって吸着モードに切り替える側の吸着器の有する熱を、脱着モードに切り替える側の吸着器に伝達している。このため、温調媒体が一方の吸着器から離れた位置にある他方の吸着器に移動する間に熱損失が発生し、吸着器間の熱交換が十分に行われない虞がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、バッチ式の吸着式冷凍装置であって、吸着モードおよび脱着モードを切り替えるときに吸着器間の熱交換を十分に行うことのできる吸着式冷凍装置およびその制御方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明に係る吸着式冷凍装置は、対をなす吸着器と、熱スイッチ部と、切り替え部と、制御部と、を有する。対をなす吸着器は、熱媒体を吸着可能および吸着した前記熱媒体を脱着可能な吸着材が充填され、隙間を隔てて配置される。熱スイッチ部は、対をなす前記吸着器の両方に接するように前記隙間に配置され、対をなす前記吸着器の間の熱伝達および断熱を切り替え可能である。切り替え部は、一方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材に前記熱媒体を吸着する吸着モードの間は、他方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材から前記熱媒体を脱着する脱着モードとなるように、それぞれの前記吸着器における動作モードを前記吸着モードおよび前記脱着モードに交互に切り替え可能である。制御部は、前記熱スイッチ部、および前記切り替え部の動作を制御する。そして、前記制御部は、それぞれの前記吸着器における動作モードを切り替えるときに、前記熱スイッチ部を断熱状態から熱伝達状態に切り替え、前記吸着モードに切り替える側の前記吸着器が有する熱を、前記脱着モードに切り替える側の前記吸着器に伝達してなる。

上記目的を達成する本発明に係る吸着式冷凍装置の制御方法は、熱媒体を吸着可能および吸着した前記熱媒体を脱着可能な吸着材が充填された対をなす吸着器を有する吸着式冷凍装置の制御方法である。一方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材に前記熱媒体を吸着する吸着モードの間は、他方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材から前記熱媒体を脱着する脱着モードとなるように、それぞれの前記吸着器における動作モードを前記吸着モードおよび前記脱着モードに交互に切り替える。そして、対をなす前記吸着器の両方に接するように配置され対をなす前記吸着器の間の熱伝達および断熱を切り替え可能な熱スイッチ部を、それぞれの前記吸着器における動作モードを切り替えるときに断熱状態から熱伝達状態に切り替える。これによって、前記吸着モードに切り替える側の前記吸着器が有する熱を、前記脱着モードに切り替える側の前記吸着器に伝達する。

本発明に係る吸着式冷凍装置およびその制御方法によれば、対をなす吸着器の間の熱伝達および断熱を切り替え可能な熱スイッチ部を、対をなす吸着器の両方に接するように配置している。それぞれの吸着器における動作モードを切り替えるときには、熱スイッチ部を断熱状態から熱伝達状態に切り替える。吸着モードに切り替える側の吸着器が有する熱は、脱着モードに切り替える側の吸着器に熱スイッチ部を介して伝達され、脱着モードに切り替える側の吸着器に充填された吸着材を加熱する。対をなす吸着器の内部に配置した配管に温調媒体を循環させて熱伝達する場合に比べると、熱交換のロスが少ない。したがって、それぞれの吸着器における動作モードを切り替えるときに、対をなす吸着器は、熱交換を十分に行うことが可能となる。

実施形態に係る吸着式冷凍装置を適用した自動車の温調システムを示す概略図である。 同温調システムにおける空気調和装置の構成を示す概略図である。 同温調システムにおける吸着式冷凍装置の蒸発器および凝縮器の構成を示す概略図である。 図４（Ａ）は、吸着式冷凍装置における第１吸着器および第２吸着器を示す斜視図、図４（Ｂ）は第１吸着器および第２吸着器を示す正面図、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の４Ｃ−４Ｃ線に沿う断面図である。 図５（Ａ）は、吸着式冷凍装置における断熱状態にある熱スイッチ部を示す斜視図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。 図６（Ａ）は、熱伝達可能な状態にある熱スイッチ部を示す斜視図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。 吸着式冷凍装置の動作状況を示す概略図であり、第１吸着器の吸着材が冷却され吸着モードにある状態、第２吸着器の吸着材が加熱され脱着モードにある状態を示す。 吸着式冷凍装置の動作状況を示す概略図であり、第１吸着器の吸着材が加熱され脱着モードにある状態、第２吸着器の吸着材が冷却され吸着モードにある状態を示す。 吸着式冷凍装置の制御系を示すブロック図である。 第１吸着器および第２吸着器の熱サイクルの説明に供する図である。 各部の制御タイミングを示すタイムチャートである。 吸着式冷凍装置の制御部が実施する動作処理の前半部分を示すフローチャートである。 吸着式冷凍装置の制御部が実施する動作処理の後半部分を示すフローチャートである。 図１４（Ａ）は、変形例１に係る吸着器を示す斜視図、図１４（Ｂ）は吸着器を示す上面図である。 変形例２に係る吸着器および熱スイッチ部を示す断面図である。 変形例３に係る熱スイッチ部を示す断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本実施形態に係る温調システムを説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、実施形態に係る吸着式冷凍装置１００を適用した自動車の温調システム４００を示す概略図である。図２は、温調システム４００における空気調和装置３００の構成を示す概略図である。

本実施形態に係る自動車の温調システム４００は、自動車の車内の空気温度を調整するためのシステムである。図１を参照して概説すると、自動車の温調システム４００は、加熱源５１を備える熱源２００と、冷熱を発生する吸着式冷凍装置１００と、熱源２００から得た温熱と、吸着式冷凍装置１００から得た冷熱によって車内空気の温度調整を行う空気調和装置３００と、を有する。

熱源２００は、熱を発生するような自動車の構成部品・装置等からなる加熱源５１と、各加熱源５１を通る循環経路を形成する第１配管５２と、第１配管５２内を循環する温調媒体と、温調媒体を循環させる第１ポンプ５３と、を有する。

加熱源５１は、エンジン５１ａ、エンジンの排気５１ｂ、バッテリ５１ｃ、インバータ５１ｄおよび水冷式のブレーキ５１ｅを含む。

第１配管５２には、加熱源５１の排熱を蓄えることのできる蓄熱器５４を設けてもよい。例えば自動車の運転中は加熱源５１からの排熱の一部を蓄熱器５４において蓄える。そして、自動車を長時間停止させた後に再始動する場合、加熱源５１の昇温を待たずに、蓄熱器５４において蓄えた熱を自動車の温調システム４００に利用することも可能である。また、第１配管５２には、ラジエータ５５を通るバイパス配管５９ａが設けられている。第１配管５２を流れる温調媒体の温度が高くなりすぎた場合は、バイパス配管５９ａに設けられたバルブ５９ｂを開き、ラジエータ５５によって温調媒体を冷却する。

温調媒体は、熱伝達率が高く、熱容量の大きい液体が好ましい。例えば、水、シリコーンオイル等が使用され得る。ただし、加熱源５１と熱交換可能であればこれらに限定されず、例えば気体であってもよい。

空気調和装置３００は、図２を参照して概説すると、車内外の空気を取り込むインテークユニット３１０と、取り込んだ空気を除湿冷却するクーラユニット３２０と、除湿冷却した空気を暖めるヒータユニット３３０と、温度調整した空気を車内に吹き出す吹出口３４０と、を有する。

インテークユニット３１０は、車外空気を取り込む第１取り込み口３１１と、車内空気を取り込む第２取り込み口３１２と、取り込んだ空気をクーラユニット３２０へ送るファン３１３と、を有する。

クーラユニット３２０は、インテークユニット３１０に接続されているクーラケーシング３２１と、クーラケーシング３２１内において蛇行するように設けられた第２配管３２２と、を有する。第２配管３２２は、第３配管１３を介して吸着式冷凍装置１００の冷熱発生部分（蒸発器１０）に接続されている（図１参照）。第２配管３２２および第３配管１３内には温調媒体が流れている。吸着式冷凍装置１００の蒸発器１０において冷熱を得た温調媒体は、第２配管３２２においてインテークユニット３１０に取り込まれた空気と熱交換を行い、取り込まれた空気を冷却する。

ヒータユニット３３０は、クーラユニット３２０に対して下流側に設けられたヒータケーシング３３１と、クーラユニット３２０において除湿冷却された空気を加熱可能なヒータコア３３２と、ヒータコア３３２を通過する空気量を調整可能なミックスドア３３３と、を有する。

ヒータコア３３２は、取り込んだ空気がヒータコア３３２を通過しない迂回路３３４を有するようにヒータケーシング３３１内に取付けられている。ヒータコア３３２は、熱源２００における第１配管５２に接続されており、第１配管５２内を流れる温調媒体によってヒータコア３３２は加熱される。

ミックスドア３３３は、ヒータコア３３２の前面において回動自在に設けられる。ミックスドア３３３の開度によって、ヒータコア３３２を通過する空気量と迂回路３３４を通過する空気量との比率を調整し、取り込んだ空気の温度を調整することができる。

吹出口３４０は、ヒータユニット３３０に対して下流側に設けられ、車内へと繋がっている。クーラユニット３２０およびヒータユニット３３０によって湿度および温度が調整された空気は、吹出口３４０を通って車内に供給される。

次に、本実施形態に係る吸着式冷凍装置１００について説明する。

図３は、温調システム４００における吸着式冷凍装置１００の蒸発器１０および凝縮器６０の構成を示す概略図である。図４（Ａ）は、吸着式冷凍装置１００における第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂを示す斜視図である。図４（Ｂ）は、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂを示す正面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の４Ｃ−４Ｃ線に沿う断面図である。

図５（Ａ）は、吸着式冷凍装置１００における断熱状態にある熱スイッチ部３０を示す斜視図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。図６（Ａ）は、熱伝達可能な状態にある熱スイッチ部３０を示す斜視図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。図７は、吸着式冷凍装置１００の動作状況を示す概略図であり、第１吸着器２０ａが冷却され吸着モードにある状態、第２吸着器２０ｂが加熱され脱着モードにある状態を示す。図８は、吸着式冷凍装置１００の動作状況を示す概略図であり、第１吸着器２０ａが加熱され脱着モードにある状態、第２吸着器２０ｂが冷却され吸着モードにある状態を示す。図９は、吸着式冷凍装置１００の制御系を示すブロック図である。

吸着式冷凍装置１００は、図１を参照して概説すると、蒸発器１０と、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂと、熱スイッチ部３０と、冷却部４０と、加熱部５０（熱源２００）と、凝縮器６０と、気液分離部７０と、切り替え部８０と、制御部９０と、を有する。

蒸発器１０は、熱媒体を蒸発させる。対をなす吸着器２０ａ、２０ｂは、蒸発器１０において蒸発した熱媒体を吸着可能および吸着した熱媒体を脱着可能な吸着材２１ａ、２１ｂが充填され、隙間Ｗを隔てて配置される。熱スイッチ部３０は、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの両方に接するように隙間Ｗに配置され、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの間の熱伝達および断熱を切り替え可能である。冷却部４０は、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂ内の吸着材２１ａ、２１ｂをそれぞれ冷却可能である。加熱部５０は、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂ内の吸着材２１ａ、２１ｂをそれぞれ加熱可能である。

凝縮器６０は、それぞれの吸着器２０ａ、２０ｂの吸着材２１ａ、２１ｂが脱着した熱媒体を凝縮する。気液分離部７０は、凝縮器６０において凝縮された熱媒体を蒸発器１０に供給する。切り替え部８０は、一方の吸着器における動作モードが吸着材に熱媒体を吸着する吸着モードの間は、他方の吸着器における動作モードが吸着材から熱媒体を脱着する脱着モードとなるように、それぞれの吸着器における動作モードを吸着モードおよび脱着モードに交互に切り替え可能である。

制御部９０は、熱スイッチ部３０、冷却部４０、加熱部５０および切り替え部８０の動作を制御する。そして、制御部９０は、それぞれの吸着器２０ａ、２０ｂにおける動作モードを切り替えるときに、熱スイッチ部３０を断熱状態から熱伝達状態に切り替え、吸着モードに切り替える側の吸着器が有する熱を、脱着モードに切り替える側の吸着器に伝達する。

以下、吸着式冷凍装置１００の各部の構成について詳述する。

蒸発器１０は、図３を参照して、液体の熱媒体を収容可能なケーシング１１と、ケーシング１１内を蛇行するように設けられた第４配管１２と、蒸発させた熱媒体を排出する排出口１４と、を有する。

熱媒体は、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの吸着材２１ａ、２１ｂに物理的または化学的に吸着可能であって、蒸発器１０において気化可能な材料であればよい。一般的には、吸着材にはシリカゲル、活性炭、ゼオライト等の材料が、熱媒体には水、アンモニア等が用いられる。

蒸発器１０のケーシング１１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、熱媒体は比較的低い温度において蒸発する。ケーシング１１は、配管を介して気液分離部７０に接続されており、気液分離部７０からケーシング１１内へ液体の熱媒体が供給される。

第４配管１２は、図１、図３に示すように、空気調和装置３００のクーラユニット３２０に連通している第３配管１３に接続されている。第３配管１３および第４配管１２内には、温調媒体が流れており、第３配管１３に設けられた第２ポンプ１７から駆動力を得て循環している。第３配管１３および第４配管１２内を流れる温調媒体は、蒸発器１０の第４配管１２において熱媒体と熱交換をして熱媒体を蒸発させる。そして、冷熱を得た温調媒体は、クーラユニット３２０内において車内に送る空気と熱交換を行い、車内に送る空気を冷却する。

蒸発器１０の排出口１４は、図３に示すように、ケーシング１１の上部に設けられている。排出口１４は、第５配管１５ａを介して第１吸着器２０ａに接続され、第６配管１５ｂを介して第２吸着器２０ｂに接続されている。第５配管１５ａには、第５配管１５ａの流路を開閉可能な第１バルブ１６ａが設けられている。同様に、第６配管１５ｂには、第６配管１５ｂの流路を開閉可能な第２バルブ１６ｂが設けられている。

第１吸着器２０ａは、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、熱媒体を吸着可能および脱着可能な第１吸着材２１ａが充填された第１ケーシング２２ａと、第１ケーシング２２ａ内を蛇行するように設けられた第１温調配管２３ａと、を有する。さらに、第１吸着器２０ａは、第１ケーシング２２ａ内への熱媒体を出し入れするための第１出入り口２４ａを有する。

同様に、第２吸着器２０ｂは、熱媒体を吸着可能および脱着可能な第２吸着材２１ｂが充填された第２ケーシング２２ｂと、第２ケーシング２２ｂ内を蛇行するように設けられた第２温調配管２３ｂと、を有する。さらに、第２吸着器２０ｂは、第２ケーシング２２ｂ内への熱媒体を出し入れするための第２出入り口２４ｂを有する。

第１ケーシング２２ａおよび第２ケーシング２２ｂは、略直方体形状であって、内部に第１吸着材２１ａおよび第２吸着材２１ｂを収納可能な空間を備える。第１ケーシング２２ａと第２ケーシング２２ｂは、略平板形状の熱スイッチ部３０の厚みに相当する隙間Ｗを隔てて配置されている。

第１温調配管２３ａおよび第２温調配管２３ｂ内には、それぞれ冷却部４０によって冷却または加熱部５０によって加熱された温調媒体が流れ、第１吸着材２１ａおよび第２吸着材２１ｂを冷却または加熱する。以降、第１温調配管２３ａにおいて第１吸着材２１ａと接触している部分よりも上流側の部分を第１温調入口配管２３ａ−ｕと、下流側の部分を第１温調出口配管２３ａ−ｄと称する。同様に、以降、第２温調配管２３ｂにおいて第２吸着材２１ｂと接触している部分よりも上流側の部分を第２温調入口配管２３ｂ−ｕと、下流側の部分を第２温調出口配管２３ｂ−ｄと称する。

また、第１吸着器２０ａ内部には、第１吸着器２０ａ内部の温度を計測可能な第１温度センサ２７ａおよび第１吸着器２０ａ内部の圧力を計測可能な第１圧力センサ２８ａが設けられている。同様に、第２吸着器２０ｂ内部には、第２吸着器２０ｂ内部の温度を計測可能な第２温度センサ２７ｂおよび第２吸着器２０ｂ内部の圧力を計測可能な第２圧力センサ２８ｂが設けられている。

また、図４（Ａ）に示すように、第１温調入口配管２３ａ−ｕには、この配管を流れる温調媒体の温度を計測可能な第３温度センサ２９ａが設けられている。同様に、第２温調入口配管２３ｂ−ｕには、この配管を流れる温調媒体の温度を計測可能な第４温度センサ２９ｂが設けられている。

熱スイッチ部３０は、図４、図５（Ａ）を参照して、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの間の隙間Ｗにおいて間隙３２を形成する間隙形成部３１と、間隙３２に出し入れされる液体Ｌと、を有する。さらに熱スイッチ部３０は、間隙形成部３１の底部において液体Ｌを貯蔵可能な液溜め部３３と、液体Ｌを間隙３２に重力方向Ｇとは反対の上方に向けて注入可能および重力方向Ｇに排出可能な液体駆動部３８と、を有する。熱スイッチ部３０は、間隙３２に対する液体Ｌの出し入れを切り替えることによって熱伝達状態と断熱状態とを切り替える。また、図４（Ａ）に示すように、熱スイッチ部３０の面方向の大きさは、第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂの熱スイッチ部３０に対して向かい合う側の面の面積よりも大きい。

液体Ｌは、熱伝導率の高いほど好ましく、例えば、ガリウム、インジウム、スズの共晶合金であるガリンスタン等の液体金属などが挙げられる。ただし、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが熱交換可能であれば、材料はこれに限定されない。

間隙形成部３１は、略平板形状の第１平板３１ａおよび第２平板３１ｂの間に、逆Ｕの字型の枠部３１ｃを挟み込むことによって、第１平板３１ａおよび第２平板３１ｂの間に略平板形状の間隙３２を重力方向Ｇに沿って形成する。

第１平板３１ａおよび第２平板３１ｂは、それぞれ第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂと接触する部分であり、アルミニウム、銅等の熱伝導率の高い材料からなる。このため、間隙３２に熱伝導率の高い液体Ｌが充填された場合に、第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂは、熱伝達率の高い液体Ｌ、第１、第２平板３１ａ、３１ｂを介して熱的に繋がる。その結果、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂの熱交換を効率的に行うことができる。枠部３１ｃの厚みは、間隙３２の厚みに相当する。断熱性と熱伝達性を両立させるため、枠部３１ｃの厚みは数十μｍ程度であることが好ましい。

液溜め部３３は、図５（Ｂ）に示すように、間隙形成部３１の底部において、間隙３２に連通し、液体Ｌの貯蔵空間を形成する。

間隙形成部３１および液溜め部３３から成る空間は密閉されており、真空に保たれている。このため、液体Ｌが液溜め部３３内にとどまっている場合は、間隙３２は真空となっており、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとの間の熱交換を好適に防ぐことができる。なお、間隙形成部３１および液溜め部３３から成る空間は、例えば、空気等の断熱性に優れる不活性ガスによって充填されていてもよい。

また、間隙形成部３１において一対の吸着器２０ａ、２０ｂに対して露出する表面および液溜め部３３の表面は、発泡スチロールや発泡ポリプロピレンなどの発泡材、織布、不織布等の断熱性を備える材料（図示せず）によって覆われている。

図５（Ｂ）に示すように、液体駆動部３８は、液溜め部３３の底部に設けられ、液溜め部３３の内容積を減少させるように凸状に変形自在な押し込み部３６と、押し込み部３６が変形するための駆動力を与える電源３７と、を有する。押し込み部３６は、誘電性の高分子エラストマー材料からなる板状の弾性部材３４と、弾性部材３４を挟み込む一対の電極３５ａ、３５ｂと、によって構成される。電源３７は一対の電極３５ａ、３５ｂに接続されている。

弾性部材３４は、電圧を付加すると弾性変形可能である。高分子エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム、ポリロタキサン構造を有するエラストマー等を用いることができる。なお、本実施形態では、弾性部材３４として誘電性の高分子エラストマー材料を用いる形態を説明したが、例えば、圧電素子を用いてもよい。

一対の電極３５ａ、３５ｂは、例えば、金属電極、黒鉛粉末、シリコーンオイルとグラファイト混合物等から構成することが可能である。

熱スイッチ部３０の電源３７がＯＦＦの状態では、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、液体Ｌは液溜め部３３内に留まっている。このため、熱スイッチ部３０の間隙３２を介して配置される第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂの間は断熱された状態になる。熱スイッチ部３０の電源３７をＯＮにすると、弾性部材３４に電圧が印加されるため、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、液溜め部３３の内容積を減らすように弾性部材３４が凸状に変形し、液体Ｌが間隙３２に押し込まれる。このため、熱スイッチ部３０の間隙３２を介して配置される第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂは、熱伝達可能な状態になる。以下、熱スイッチ部３０を断熱状態にすることを「ＯＦＦにする」と、熱伝達状態にすることを「ＯＮにする」とも称する。

なお、前述したように、熱スイッチ部３０の面方向の大きさは、第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂの熱スイッチ部３０に対して向かい合う側の面の面積よりも大きい。すなわち、第１、第２平板３１ａ、３１ｂおよび枠部３１ｃが重なる間隙形成部３０のフリンジ部分は、一対の吸着器２０ａ、２０ｂから離間している。このため、熱スイッチ部３０がＯＦＦのときに、フリンジ部分を介して一方の吸着器から他方の吸着器に伝わる熱の影響を低減させることができる。

また、前述したように、間隙形成部３１において一対の吸着器２０ａ、２０ｂに対して露出している表面および液溜め部３３の表面は、断熱性を備える材料によって覆われている。このため、熱スイッチ部３０がＯＮのときに、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂから伝わる熱が、これらの表面から外部へ（大気へ）放出しないようにすることができる。

なお、本実施形態では、重力方向Ｇに沿って間隙３２に液体Ｌの出し入れをする形態を説明したが、重力を利用して液体Ｌを間隙３２から液溜め部３３に戻し得る構成であれば、この形態に限定されない。例えば、間隙３２が重力方向に対して傾斜していてもよい。

冷却部４０は、図７を参照して、第１吸着材２１ａおよび第２吸着材２１ｂを冷却可能な温調媒体（冷却媒体に相当する）と、温調媒体を冷却する放熱器４１（冷却源に相当する）と、温調媒体を循環させる第３ポンプ４５（冷却ポンプ部に相当する）と、を有する。冷却部４０は、放熱器４１、第１温調配管２３ａおよび第２温調配管２３ｂを通る循環経路を形成する第７配管４２をさらに有する。温調媒体は、第３ポンプ４５から駆動力を得て第７配管４２、第１温調配管２３ａおよび第２温調配管２３ｂ内を循環する。

放熱器４１は、車外から取り込んだ空気をファン等（図示せず）を用いて、主に放熱器４１内の第７配管４２に当て、第７配管４２内を流れる温調媒体を冷却する。ただし、放熱器４１の構成は、第７配管４２内を流れる温調媒体を冷却可能であれば上記に限定されない。例えば、ヒートシンク等を用いて放熱を行う構成にしてもよいし、ヒートシンクとファンを組み合わせる構成にしてもよい。

放熱器４１を通過後の第７配管４２は、２本の配管に分岐している。一方の配管は、第７バルブ４６ａを介して第１温調入口配管２３ａ−ｕに接続され、他方の配管は、第８バルブ４６ｂを介して第２温調入口配管２３ｂ−ｕに接続されている。

第３ポンプ４５に向かう第７配管４２には、２本の配管が合流している。一方の配管は、第９バルブ４７ａを介して第１温調出口配管２３ａ−ｄに接続され、他方の配管は、第１０バルブ４７ｂを介して第２温調出口配管２３ｂ−ｄに接続されている。

本実施形態では、熱源２００は吸着式冷凍装置１００の加熱部５０に相当する。以下、熱源２００を加熱部５０と称する。加熱部５０は、図１に示すように、第１吸着材２１ａおよび第２吸着材２１ｂを加熱可能な温調媒体（加熱媒体に相当する）と、温調媒体を加熱する加熱源５１と、温調媒体を循環させる第１ポンプ５３（加熱ポンプ部に相当する）と、を有する。加熱部５０は、加熱源５１、第１温調配管２３ａおよび第２温調配管２３ｂを通る循環経路を形成する第１配管５２をさらに有する。温調媒体は、第１ポンプ５３から駆動力を得て第１配管５２、第１温調配管２３ａおよび第２温調配管２３ｂ内を循環する。

図７は、図１の吸着式冷凍装置１００を示す点線で囲まれた部分の拡大図である。図７に示すように、第１配管５２の一部は分岐して、第１吸着器２０ａの第１温調入口配管２３ａ−ｕおよび第２吸着器２０ｂの第２温調入口配管２３ｂ−ｕに接続されている。第１配管５２と第１温調入口配管２３ａ−ｕとの間には、第３バルブ５６ａが設けられている。第１配管５２と第２温調入口配管２３ｂ−ｕとの間には、第４バルブ５６ｂが設けられている。

また、第１吸着器２０ａの第１温調出口配管２３ａ−ｄおよび第２吸着器２０ｂの第２温調出口配管２３ｂ−ｄは、それぞれ第１配管５２に接続されている。これによって、第１温調配管５２内の温調媒体の一部が、第１吸着器２０ａの第１温調配管２３ａおよび第２吸着器２０ｂの第２温調配管２３ｂを流れる。

なお、背景技術において述べたように、上記特許文献１は、対をなす吸着器間の熱交換を行うときに、加熱部および冷却部の配管を繋ぎ、配管内の温調媒体を循環させることによって、吸着器、加熱部および冷却部を熱平衡にしている。このため、加熱部の温度は降温し、冷却部の温度は昇温してしまう。また、前述の特許文献１は、対をなす吸着器の間の熱交換のために、温調媒体を循環させる必要があり、ポンプ駆動ロスが発生する。対して本実施形態では、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂ間の熱交換を行うときも、冷却部４０および加熱部５０は、それぞれ独立して第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂの冷却および加熱を行う構成である。このため、上記特許文献１と比較すると、冷却部４０および加熱部５０の温度を適性に保つことができる。さらに、本実施形態では、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの間の熱交換は、熱スイッチ部３０を介して行われるため、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの間の熱交換のために、第１ポンプ５３および第３ポンプ４５を駆動させる必要はない。このため、上記特許文献１と比較するとポンプ駆動ロスを低減できる。

凝縮器６０は、図３に示すように、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂからの熱媒体を収容可能なケーシング６１と、ケーシング６１内を蛇行するように設けられた第８配管６３と、を有する。さらに凝縮器６０は、放熱器６５と、第８配管６３に接続され、放熱器６５を通る循環経路を形成する第９配管６４と、第８配管６３および第９配管６４を流れる温調媒体と、温調媒体を循環させる第４ポンプ６９と、を有する。

ケーシング６１には、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂが脱着した熱媒体をケーシング６１内に取り込むための取り込み口６２が設けられている。取り込み口６２は、第１吸着器２０ａに連通する第１０配管６７ａおよび第２吸着器２０ｂに連通する第１１配管６７ｂに接続されている。

第１０配管６７ａには、第１０配管６７ａの流路の開閉を行う第１１バルブ６８ａが設けられており、第１１配管６７ｂには、第１１配管６７ｂの流路の開閉を行う第１２バルブ６８ｂが設けられている。

放熱器６５は、車外からの空気をファンを用いて第９配管６４に当てることによって、第９配管６４内の温調媒体を冷却する。第８配管６３および第９配管６４内を流れる温調媒体は、凝縮器６０内において気体の熱媒体と熱交換して熱媒体を凝縮させる。そして熱媒体との熱交換によって温まった温調媒体は、放熱器６５によって再び熱媒体の凝縮を行える温度に冷却される。

気液分離部７０は、凝縮器６０において凝縮された熱媒体を貯蔵するケーシング７１と、ケーシング７１の底面に設けられた排出口７２と、ケーシング７１内の熱媒体の水位を検出する水位センサ７３と、を有する。

気液分離部７０の排出口７２は、配管を介して蒸発器１０に接続されている。排出口７２と蒸発器１０とを繋ぐ配管の間には第１３バルブ７５が設けられている。

水位センサ７３は、ケーシング７１内の液体の熱媒体の水位が低くなったときに、蒸発器１０に送る熱媒体に気体の熱媒体が混入しないように、ケーシング７１の水位を監視している。水位が低くなり、蒸発器１０に送る熱媒体に気体の熱媒体が混入する懸念がある場合は、第１３バルブ７５を閉じる。

切り替え部８０は、図７に示すように、蒸発器１０と第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂとの間のバルブ（第１、第２バルブ１６ａ、１６ｂ）、凝縮器６０と第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂとの間のバルブ（第１１、第１２バルブ６８ａ、６８ｂ）を含む。切り替え部８０を構成する各部のバルブの開閉を切り替えることによって、一方の吸着器を蒸発器１０と連通させて内部の吸着材に熱媒体を吸着させる吸着モードにし、他方の吸着器を凝縮器６０と連通させて吸着材に熱媒体を脱着させる脱着モードにすることができる。

図７に示すように、第１吸着器２０ａを吸着モード、第２吸着器２０ｂを脱着モードにする場合、第１バルブ１６ａおよび第１２バルブ６８ｂは開いた状態にし、第２バルブ１６ｂおよび第１１バルブ６８ａは閉じた状態にする。これによって、蒸発器１０において蒸発した熱媒体は第１吸着器２０ａに向かい、第２吸着器２０ｂにおいて脱着した熱媒体は凝縮器６０に向かう。

このとき、冷却部４０の第７バルブ４６ａおよび第９バルブ４７ａは開いた状態にし、第８バルブ４６ｂおよび第１０バルブ４７ｂは閉じた状態にすると、第１吸着器２０ａが冷却されて第１吸着器２０ａの吸着モードが促進される。また、加熱部５０の第４バルブ５６ｂおよび第６バルブ５７ｂは開いた状態にし、第３バルブ５６ａおよび第５バルブ５７ａは閉じた状態にすると、第２吸着器２０ｂが加熱され、第２吸着器２０ｂの脱着モードが促進される。

図８に示すように、第１吸着器２０ａが脱着モード、第２吸着器２０ｂが吸着モードの場合、第１バルブ１６ａおよび第１２バルブ６８ｂは閉じた状態にし、第２バルブ１６ｂおよび第１１バルブ６８ａは開いた状態にする。これによって、蒸発器１０において蒸発した熱媒体は第２吸着器２０ｂに向かい、第１吸着器２０ａにおいて脱着した熱媒体は凝縮器６０に向かう。

このとき、冷却部４０の第８バルブ４６ｂおよび第１０バルブ４７ｂは開いた状態にし、第７バルブ４６ａおよび第９バルブ４７ａは閉じた状態にすると、第２吸着器２０ｂが冷却され、第２吸着器２０ｂの吸着モードが促進される。また、加熱部５０の第３バルブ５６ａおよび第５バルブ５７ａは開いた状態にし、第４バルブ５６ｂおよび第６バルブ５７ｂは閉じた状態にすると、第１吸着器２０ａが加熱され、第１吸着器２０ａの脱着モードが促進される。

制御部９０は、図９を参照して概説すると、ＣＰＵ９１、ＲＯＭおよびＲＡＭによって構成される記憶部９２を含む公知のマイクロコンピュータにより構成している。ＣＰＵ９１がＲＯＭに予め格納されている各種プログラムをそれぞれＲＡＭに読み出して実行することにより、後述する所定の動作制御が実施される。

制御部９０は、第１吸着器２０ａ内に設置されている第１圧力センサ２８ａおよび第１温度センサ２７ａと、第２吸着器２０ｂ内に設置されている第２圧力センサ２８ｂおよび第２温度センサ２７ｂと、に接続されている。制御部９０は、これらのセンサから受信した信号に基づいて、吸着モードおよび脱着モードの終了タイミングおよび開始タイミングを判断する。

さらに、制御部９０は、第１温調入口配管２３ａ−ｕに設置されている第３温度センサ２９ａと、第２温調入口配管２３ｂ−ｕに設置されている第４温度センサ２９ｂと、に接続されている。制御部９０は、これらのセンサから受信した信号に基づいて、冷却部４０の温調媒体および加熱部５０の温調媒体の温度を把握する。

さらに、制御部９０は、加熱部５０の温調媒体を循環させる第１ポンプ５３と、第３、第４、第５、第６バルブ５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂと、に接続されており、これらの動作を制御する。さらに制御部９０は、冷却部４０の温調媒体を循環させる第３ポンプ４５と、第７、第８、第９、第１０バルブ４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂと、に接続されており、これらの動作を制御する。

さらに、制御部９０は、切り替え部８０に接続されており、切り替え部８０が行う吸着モードおよび脱着モード切り替え動作（蒸発器１０と吸着器の間の第１、第２バルブ１６ａ、１６ｂの開閉、および凝縮器６０と吸着器の間の第１１、第１２バルブ６８ａ、６８ｂの開閉）を制御する。

さらに、制御部９０は、熱スイッチ部３０にも接続されており、熱スイッチ部３０のＯＮ（熱伝達状態）とＯＦＦ（断熱状態）の切り替えを行う。

以下、吸着式冷凍装置１００の制御方法について説明する。

図１０は、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂの熱サイクルの説明に供する図である。図１１は、各部の動作タイミングを示すタイムチャートである。図１２は、吸着式冷凍装置１００の制御部９０が実施する動作処理の前半部分を示すフローチャートである。図１３は、吸着式冷凍装置１００の制御部９０が実施する動作処理の後半部分を示すフローチャートである。

まず、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂの基本的な運転モードについて説明する。第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂは、吸着モード、予熱モード、脱着モード、予冷モードを順次繰り返して行うように構成される。

吸着モードとは、図１０を参照して、吸着器と蒸発器１０を連通し、所定の圧力Ｐ_１において吸着器内の吸着材を冷却して熱媒体を吸着材に吸着させる工程である（図中ｅ→ａ）。予熱モードとは、吸着器と蒸発器１０とを遮断した状態において、吸着器内の吸着材を加熱して所定の温度Ｔ_２および所定の圧力Ｐ_２にする工程である（図中ａ→ｂ）。脱着モードとは、吸着器と凝縮器６０を連通し、所定の圧力Ｐ_２において吸着器内の吸着材を加熱して、吸着材に吸着している熱媒体を脱着させる工程である（図中のｂ→ｄ）。予冷モードとは、吸着器と凝縮器６０を遮断し、吸着器内の吸着材を冷却して所定の温度Ｔ_３および所定の圧力Ｐ_１にする工程である（図中のｄ→ｅ）。

図１１に示すように、例えば第１吸着器２０ａが吸着モードである間は、第２吸着器２０ｂは脱着モードとなるように、すなわち第１吸着器２０ａに対して第２吸着器の動作モードが反転するように吸着式冷凍装置１００は運転される。

次に、熱スイッチ部３０のＯＮとＯＦＦの切り替えタイミング、加熱部５０の第１ポンプ５３の駆動タイミング、および冷却部４０の第３ポンプ４５の駆動タイミングについて説明する。

制御部９０は、図１１に示すように、それぞれの吸着器の吸着モードおよび脱着モードの終了時（図中ｔ_２、ｔ_５の時点）に熱スイッチ部３０をＯＮ（熱伝達状態）に切り替える。そして、対をなす第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂが温度平衡に達すると、熱スイッチ部３０をＯＮ（熱伝達状態）からＯＦＦ（断熱状態）に切り替える（図中ｔ_１、ｔ_４の時点）。また、制御部９０は、熱スイッチ部３０をＯＦＦ（断熱状態）からＯＮ（熱伝達状態）に切り替えるとき（図中ｔ_２、ｔ_５の時点）に、冷却部４０の第３ポンプ４５および加熱部５０の第１ポンプ５３を停止し、温調媒体の循環を一時停止する。そして、熱スイッチ部３０をＯＮ（熱伝達状態）からＯＦＦ（断熱状態）に切り替えるとき（図中ｔ_１、ｔ_４の時点）に、冷却部４０の第３ポンプ４５および加熱部５０の第１ポンプ５３を再駆動させ、温調媒体の循環を再開させる。

以下、図１２および図１３を参照して、１サイクル分の制御部９０の動作フローについて説明する。なお、図１２および図１３は、吸着モードにある第１吸着器２０ａおよび脱着モードにある第２吸着器２０ｂが温度平衡に達した時点（図１０中ｃ、ｆの時、図１１中ｔ_１の時）をスタート地点として、１サイクル分の動作フローを表している。具体的には、第１吸着器２０ａについては、図１０中のｆ→ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆの工程を表し、第２吸着器２０ｂについては、ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ａ→ｂ→ｃの工程を表している。

制御部９０は、図１２に示すように、冷却部４０によって第１吸着器２０ａが冷却され、加熱部５０によって第２吸着器２０ｂが加熱されるように、各部バルブの開閉状態を切り替え、第１ポンプ５３および第３ポンプ４５を駆動する（Ｓ１１）。具体的には、制御部９０は、第４、第６バルブ５６ｂ、５７ｂと、第７、第９バルブ４６ａ、４７ａと、を開く（図７参照）。これによって、第１吸着器２０ａの吸着モードが促進され、第２吸着器２０ｂの脱着モードが促進される。

次に、制御部９０は、第１温度センサ２７ａおよび第３温度センサ２９ａから、第１吸着器２０ａの温度および冷却部４０側の温調媒体の温度を取得する。また、制御部９０は、第２温度センサ２７ｂおよび第４温度センサ２９ｂから、第２吸着器２０ｂの温度および加熱部５０側の温調媒体の温度を取得する（Ｓ１２）。

次に、制御部９０は、ステップＳ１２において取得した温度データから、冷却部４０による第１吸着器２０ａの冷却および加熱部５０による第２吸着器２０ｂの加熱が終了したか否かを判断する（Ｓ１３）。具体的には、制御部９０は、第１吸着器２０ａと冷却部４０側の温調媒体との温度差が許容範囲内に収まった場合は、冷却部４０による冷却が終了したと判断する。同様に、制御部９０は、第２吸着器２０ｂと加熱部５０側の温調媒体との温度差が許容範囲内に収まった場合は、加熱部５０による加熱が終了したと判断する。

冷却部４０による第１吸着器２０ａの冷却が終了していない、および／または、加熱部５０による第２吸着器２０ｂの加熱が終了していないと判断された場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、制御部９０は再びステップＳ１２の処理を行う。なお、吸着器の温度と温調媒体の温度との差が大きい場合には、必要に応じて適宜第１ポンプ５３および第３ポンプ４５の流量を増加させることも可能である。

冷却部４０による第１吸着器２０ａの冷却が終了し、かつ、第２吸着器２０ｂの加熱部５０による加熱が終了したと判断された場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、制御部９０は第１吸着器２０ａの吸着モードおよび第２吸着器２０ｂの脱着モードを終了させる（Ｓ１４）。具体的には、制御部９０は、第１、第１２バルブ１６ａ、６８ｂを閉じる。

次に、制御部９０は、熱スイッチ部３０をＯＮに切り替え、加熱部５０の第１ポンプ５３および冷却部４０の第３ポンプ４５を停止させる（Ｓ１５）。これによって、第２吸着器２０ｂから第１吸着器２０ａに向かって熱が移動し始め、第１吸着器２０ａは予熱モードに、第２吸着器２０ｂは予冷モードに移行する。

次に、制御部９０は、第１温度センサ２７ａおよび第１圧力センサ２８ａと、第２温度センサ２７ｂおよび第２圧力センサ２８ｂとから、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂの温度および圧力データを取得する（Ｓ１６）。

次に、制御部９０は、ステップＳ１６において取得した温度および圧力データから、第１吸着器２０ａの予熱モードおよび第２吸着器２０ｂの予冷モードが終了したか否かを判断する（Ｓ１７）。具体的には、制御部９０は、第１吸着器２０ａの温度および圧力が所定の温度および圧力（図１０における温度Ｔ_２、圧力Ｐ_２）に達したことによって予熱モードが終了したと判断する。同様に制御部９０は、第２吸着器２０ｂの温度および圧力が所定の温度および圧力（図１０における温度Ｔ_３、圧力Ｐ_１）に達したことによって予冷モードが終了したと判断する。

第１吸着器２０ａの予熱モードが終了しておらず、および／または、第２吸着器２０ｂの予冷モードが終了していないと判断された場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、制御部９０は、ステップＳ１６の動作を再び行う。

第１吸着器２０ａの予熱モードが終了し、かつ、第２吸着器２０ｂの予冷モードが終了したと判断された場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、制御部９０は、第１吸着器２０ａの脱着モードおよび第２吸着器２０ｂの吸着モードを開始させる（Ｓ１８）。具体的には、制御部９０は、第２、第１１バルブ１６ｂ、６８ａを開く（図８参照）。

次に、制御部９０は、第１温度センサ２７ａおよび第２温度センサ２７ｂから、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂの温度データを取得する（Ｓ１９）。

次に、制御部９０は、ステップＳ１９から取得した温度データより、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが温度平衡に達したか否かを判断する（Ｓ２０）。具体的には制御部９０は、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとの温度差が許容範囲内に収まっていれば、実質的に温度平衡に達したと判断する。

第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが温度平衡に達していないと判断された場合（Ｓ２０：Ｎｏ）、制御部９０はステップＳ１９の動作を再び行う。

第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが温度平衡に達したと判断された場合（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、制御部９０は、熱スイッチ部３０をＯＦＦに切り替える（Ｓ２１）。

次に、図１３を参照して、制御部９０は、冷却部４０によって第２吸着器２０ｂが冷却され、加熱部５０によって第１吸着器２０ａが加熱されるように、各部バルブの開閉状態を切り替え、第１ポンプ５３および第３ポンプ４５を駆動させる（Ｓ２２）。具体的には、制御部９０は、第３、第５バルブ５６ａ、５７ａと、第８、第１０バルブ４６ｂ、４７ｂと、を開く（図８参照）。これによって、第１吸着器２０ａの脱着モードが促進され、第２吸着器２０ｂの吸着モードが促進される。

次に、制御部９０は、第１温度センサ２７ａおよび第３温度センサ２９ａから第１吸着器２０ａの温度および加熱部５０側の温調媒体の温度データを取得する。また、制御部９０は、第２温度センサ２７ｂおよび第４温度センサ２９ｂから第２吸着器２０ｂの温度および冷却部４０側の温調媒体の温度データを取得する（Ｓ２３）。

次に、制御部９０は、ステップＳ２３において取得した温度データより、加熱部５０による第１吸着器２０ａの加熱および冷却部４０による第２吸着器２０ｂの冷却が終了したか否かを判断する（Ｓ２４）。なお、判断の方法はステップＳ１３と同様であるため説明を省略する。

加熱部５０による第１吸着器２０ａの加熱が終了していない、および／または、冷却部４０による第２吸着器２０ｂの冷却が終了していないと判断された場合（Ｓ２４：Ｎｏ）、制御部９０は再びステップＳ２３の処理を行う。

加熱部５０による第１吸着器２０ａの加熱が終了し、かつ、冷却部４０による第２吸着器２０ｂの冷却が終了したと判断された場合（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、制御部９０は第１吸着器２０ａの吸着モードおよび第２吸着器２０ｂの脱着モードを終了させる（Ｓ２５）。具体的には、制御部９０は、第２、第１１バルブ１６ｂ、６８ａを閉じる。

次に、制御部９０は、熱スイッチ部３０をＯＮに切り替え、加熱部５０の第１ポンプ５３および冷却部４０の第３ポンプ４５を停止させる（Ｓ２６）。これによって、第１吸着器２０ａから第２吸着器２０ｂに向かって熱が移動し始め、第１吸着器２０ａは予冷モードに、第２吸着器２０ｂは予熱モードに移行する。

次に、制御部９０は、第１温度センサ２７ａおよび第１圧力センサ２８ａと、第２温度センサ２７ｂおよび第２圧力センサ２８ｂとから、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂの温度および圧力データを取得する（Ｓ２７）。

次に、制御部９０は、ステップＳ２７において取得した温度および圧力データから、第１吸着器２０ａの予冷モードおよび第２吸着器２０ｂの予熱モードが終了したか否かを判断する（Ｓ２８）。なお、判断方法は、ステップＳ１７と同様のため、その説明を省略する。

第１吸着器２０ａの予冷モードが終了しておらず、および／または、第２吸着器２０ｂの予熱モードが終了していないと判断された場合（Ｓ２８：Ｎｏ）、制御部９０は、ステップＳ２７の動作を再び行う。

第１吸着器２０ａの予冷モードが終了し、かつ、第２吸着器２０ｂの予熱モードが終了したと判断された場合（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、制御部９０は、第１吸着器２０ａの吸着モードおよび第２吸着器２０ｂの脱着モードを開始させる（Ｓ２９）。具体的には、制御部９０は、第１、第１２バルブ１６ａ、６８ｂを開く（図７参照）。

次に、制御部９０は、第１温度センサ２７ａおよび第２温度センサ２７ｂから、第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂの温度データを取得する（Ｓ３０）。

次に、制御部９０は、ステップＳ３０において取得した温度データより、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが温度平衡に達したか否かを判断する（Ｓ３１）。判断方法は、ステップＳ２０と同様であるため、その説明を省略する。

第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが温度平衡に達していないと判断された場合（Ｓ３１：Ｎｏ）、制御部９０はステップＳ３０の動作を再び行う。

第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂとが温度平衡に達したと判断された場合（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、制御部９０は、熱スイッチ部３０をＯＦＦに切り替える（Ｓ３２）。

以上説明した各部の動作タイミングをまとめると、図１１のようになる。制御部９０はこの一連の動作を繰り返して行うように構成される。

上述したように、本実施形態に係る吸着式冷凍装置１００およびその制御方法によれば、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの間の熱伝達および断熱を切り替え可能な熱スイッチ部３０を、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの両方に接するように配置している。それぞれの吸着器２０ａ、２０ｂにおける動作モードを切り替えるときには、熱スイッチ部３０を断熱状態から熱伝達状態に切り替える。吸着モードに切り替える側の吸着器が有する熱は、脱着モードに切り替える側の吸着器に熱スイッチ部３０を介して伝達され、脱着モードに切り替える側の吸着器に充填された吸着材を加熱する。対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの内部に配置した配管に温調媒体を循環させて熱伝達する場合に比べると、熱交換のロスが少ない。したがって、それぞれの吸着器における動作モードを切り替えるときに、エネルギー効率よく対をなす吸着器２０ａ、２０ｂ間の熱交換を行うことが可能となる。

また、上記本実施形態に係る吸着式冷凍装置１００によれば、吸着材を冷却可能な冷却部４０と、吸着材を加熱可能な加熱部５０と、をさらに有する。冷却部４０は、吸着材を冷却する温調媒体（冷却媒体）と、温調媒体を冷却する放熱器４１（冷却源）と、温調媒体を循環させる第３ポンプ４５（冷却ポンプ部）と、を有する。加熱部５０は、吸着材を加熱する温調媒体（加熱媒体）と、温調媒体を加熱する加熱源５１と、温調媒体を循環させる第１ポンプ５３（加熱ポンプ部）と、を有する。制御部９０は、熱スイッチ部３０を断熱状態から熱伝達状態に切り替えるときに、冷却部４０の第３ポンプ４５および加熱部５０の第１ポンプを一時停止する。そして、熱スイッチ部３０を熱伝達状態から断熱状態に切り替えるときに、第３ポンプ４５および第１ポンプ５３を再駆動させる。このため、加熱部５０および冷却部４０の温調媒体を循環させるポンプの駆動ロスを低減させることができる。

また、上記本実施形態に係る吸着式冷凍装置１００およびその制御方法によれば、制御部９０は、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂが温度平衡に達すると、熱スイッチ部３０を熱伝達状態から断熱状態に切り替える。このため、吸着器間が熱平衡に達するまで、吸着器間の熱交換を行わせることができる。

また、上記本実施形態に係る吸着式冷凍装置１００およびその制御方法によれば、熱スイッチ部３０の面方向の大きさは、それぞれの吸着器２０ａ、２０ｂが熱スイッチ部３０に対して向かい合う側の面の面積以上である。このため、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂは、熱スイッチ部３０に対して向かい合う側の側面全面において、熱交換を行うことが可能となる。その結果、対をなす吸着器２０ａ、２０ｂの熱交換を効率的に行うことができる。

（変形例１）
図１４（Ａ）は、変形例１に係る吸着器を示す斜視図、図１４（Ｂ）は変形例１に係る吸着器を示す上面図である。

変形例１に係る吸着式冷凍装置１００は、図１４に示すように、吸着器を４つ（第１、第２、第３、第４吸着器５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄ）有する点において上記実施形態と相違する。以下、変形例１に係る第１、第２、第３、第４吸着器５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄについて詳述する。なお、前述した実施形態と同様の構成については、同様の符号を付して説明を省略する。

第１、第２、第３、第４吸着器５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄは、円を描くように隙間Ｗを設けて配列されており、これら４つの隙間Ｗに、熱スイッチ部３０が配置されている。このように配置することによって、第１、第２、第３、第４吸着器５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄおよび４つの熱スイッチ部３０が閉ループを形成する。

第１、第２、第３、第４吸着器５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄは、吸着材が充填されたケーシング５２２と、ケーシング５２２内部の吸着材を加熱および冷却可能な温調配管５２３と、ケーシング５２２内部への熱媒体の出し入れが可能な出入り口５２４と、をそれぞれ有する。なお、実施形態では、１本の温調配管がケーシング内部を蛇行するように設けられていたのに対し、変形例１に係る温調配管５２３は２本の温調配管によって構成され、各温調配管がケーシング５２２を貫通するように設けられている。

制御部９０は、隣り合う吸着器のうち一方の吸着器が吸着モードの間は、他方の吸着器が脱着モードとなるように各部の動作を制御する。したがって、例えば、第１吸着器５２０ａおよび第３吸着器５２０ｃが吸着モードの場合は、第２吸着器５２０ｂおよび第４吸着器５２０ｄは脱着モードとなるように運転される。

上述したように、変形例１に係る吸着式冷凍装置によれば、対をなす吸着器および対をなす吸着器の間の熱スイッチ部３０を、閉ループとなるように配列している。このように配置することで、いずれの吸着器も両端部において熱交換が行うことができるため、第１、第２、第３、第４吸着器５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄを直線的に配置した場合よりも、効率的に熱交換を行うことができる。

（変形例２）
図１５は、変形例２に係る第１吸着器６２０ａおよび第２吸着器６２０ｂと、熱スイッチ部６３０と、を示す図である。

実施形態に係る第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂでは、第１吸着材２１ａと熱スイッチ部３０の間および第２吸着材２１ｂと熱スイッチ部３０の間は、それぞれ第１、２ケーシング２２ａ、２２ｂによって仕切られている。これに対して、図１５に示すように、変形例２に係る第１、第２吸着器６２０ａ、６２０ｂでは、第１吸着材２１ａと熱スイッチ部６３０との間は第１ケーシング６２２ａによって仕切られていない。また、第２吸着材２１ｂと熱スイッチ部６３０との間は第２ケーシング６２２ｂによって仕切られていない。このため、第１吸着材２１ａおよび第２吸着材２１ｂは、それぞれ熱スイッチ部３０に直接接触している。

また、実施形態に係る熱スイッチ部３０は、略平板形状であったのに対し、変形例２に係る熱スイッチ部６３０は、熱スイッチ部６３０の液体Ｌが出し入れされる方向と交差する方向の断面において、蛇行した形状を備える。

上記変形例２に係る吸着式冷凍装置１００によれば、第１吸着材２１ａおよび第２吸着材２１ｂは、それぞれ第１、第２ケーシング６２２ａ、６２２ｂを介さず、熱スイッチ部６３０と接触する。このため、より効率的に第１吸着材２１ａと第２吸着材２１ｂとの間の熱交換を行うことが可能となる。

上記変形例２に係る吸着式冷凍装置１００によれば、熱スイッチ部６３０は、蛇行した断面形状を備えるため、熱スイッチ部６３０と第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂとの接触面積が増大し、より効率的に熱交換を行うことが可能となる。

（変形例３）
図１６は、変形例３に係る熱スイッチ部７３０を示す断面図である。

変形例３に係る熱スイッチ部７３０は、実施形態に係る熱スイッチ部３０と同様に、間隙７３２への液体Ｌ２の出し入れを行うことによって熱伝達状態と断熱状態を切り替える。ただし、液体Ｌ２の出し入れは、実施形態と異なり、液体Ｌ２に対する間隙形成部７３１内面の濡れ性を変化させることによって行う。

熱スイッチ部７３０は、導電性の液体Ｌ２が出し入れされる間隙７３２を形成する間隙形成部７３１と、間隙形成部７３１の底部において液体Ｌ２を貯蔵可能な液溜め部７３３と、を有する。さらに熱スイッチ部７３０は、導電性の液体Ｌ２に対する間隙形成部７３１内面の濡れ性を変化させる液体駆動部７３８と、を有する。

液体Ｌ２は、少なくとも吸着式冷凍装置１００が使用される温度範囲において液体の導電性流体である。例えば、ガリウム、インジウム、スズの共晶合金であるガリンスタン等の液体金属などが使用され得る。その他にも周知の液体金属を用いてもよく、熱伝導率の高いものが好ましい。

間隙形成部７３１は、略平板形状の第１平板７３１ａおよび第２平板７３１ｂの間に、逆Ｕの字型の枠部７３１ｃを挟み込むことによって、第１平板７３１ａおよび第２平板７３１ｂの間に重力方向Ｇに沿って略平板形状の間隙７３２を形成する。

第１平板７３１ａおよび第２平板７３１ｂは、それぞれ第１吸着器２０ａおよび第２吸着器２０ｂと接触する部分であり、アルミニウム、銅等の熱伝導率の高い材料からなる。このため、間隙７３２に熱伝導率の高い液体Ｌ２が充填された場合に、第１、第２吸着器２０ａ、２０ｂは、熱伝達率の高い液体Ｌ２、第１、第２平板７３１ａ、７３１ｂを介して熱的に繋がる。その結果、第１吸着器２０ａと第２吸着器２０ｂの熱交換を効率的に行うことができる。枠部７３１ｃの厚みは、間隙７３２の厚みに相当する。断熱性と熱伝達性を両立させるため、枠部７３１ｃの厚みは好ましくは数十μｍ程度である。

液溜め部７３３は、間隙形成部７３１の底部において、間隙７３２に連通して間隙７３２を拡げるように液体Ｌ２の貯蔵空間を形成する。

液体駆動部７３８は、第１平板７３１ａ内面の上部に設けられた第１電極７３５ａと、液溜め部７３３内面に設けられた第２電極７３５ｂと、第１電極７３５ａおよび第２電極７３５ｂを覆って第１平板７３１ａおよび液溜め部７３３の内面を覆う誘電層７３４と、を有する。さらに、液体駆動部７３８は、第１電極７３５ａおよび第２電極７３５ｂに接続される電源７３７を有する。

電源７３７をＯＮにし、第１電極７３５ａおよび第２電極７３５ｂに電圧を印加すると、第２電極７３５ｂ側から第１電極７３５ａ側に向かって誘電層７３４の液体Ｌ２に対する濡れ性がよくなる。このため、液溜め部７３３内の液体Ｌが間隙７３２内へ移動する。電源７３７をＯＦＦにすると、重力に従って液体Ｌ２が液溜め部７３３に戻る。このように、間隙７３２内面の液体Ｌ２に対する濡れ性を変化させることによって、熱伝達状態と断熱状態を切り替える。

以上のように実施形態およびその変形例を通じて本発明に係る吸着式冷凍装置を説明したが、本発明に係る吸着式冷凍装置は説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々改変することが可能である。

例えば、上記実施形態では、吸着式冷凍装置１００を、自動車の車内空気の温度調整のために用いる構成としたが、吸着式冷凍装置１００の用途は、これに限定されず冷熱を必要とする様々な装置、機械に搭載することが可能である。

４個の吸着器および４個の熱スイッチ部３０を閉ループとなるように配列してなる吸着式冷凍装置について説明したが（図１４（Ａ）（Ｂ）を参照）、本発明はこの場合に限定されるものではない。対をなす吸着器および対をなす吸着器の間の熱スイッチ部を、閉ループとなるように配列する限りにおいて、個数は４個の場合に限られない。例えば、対をなす２個の吸着器および２つの熱スイッチ部を閉ループとなるように配列することもできる。この場合には、対をなす２個の吸着器のそれぞれを上面から見て半円弧形状に形成し、向かい合う端部同士の間に熱スイッチ部を配置する。

熱スイッチ部３０、６３０、７３０は、液体Ｌを間隙３２、７３２内へ出し入れすることによって熱伝達状態と断熱状態を切り替える構成としたが（図５、６、１５、１６参照）、本発明はこの場合に限定されるものではない。例えば、間隙に気体の出し入れを行うことによって熱伝達状態と断熱状態を切り替える構成としてもよい。

例えば、上記実施形態では、熱スイッチ部３０は、吸着器の吸着モードおよび脱着モードが終了した直後に熱伝達状態に切り替える構成としたが、本発明はこの場合に限定されるものではない。熱スイッチ部３０は、対をなす吸着器の吸着モードおよび脱着モードが終了してから対をなす吸着器の温度が等しくなるまでの間の所望のタイミングにおいて熱伝達状態に切り替えることができる。

１０ 蒸発器、
２０ａ、２０ｂ 吸着器、
３０ 熱スイッチ部、
４０ 冷却部、
４１ 放熱器（冷却源）、
４５ 第３ポンプ（冷却側ポンプ部）、
５０ 加熱部、
５１ 加熱源、
５３ 第１ポンプ（加熱側ポンプ部）、
６０ 凝縮器、
７０ 気液分離部、
８０ 切り替え部、
９０ 制御部、
１００ 吸着式冷凍装置、
２００ 熱源、
３００ 空気調和装置、
４００ 自動車の温調システム、
５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄ 吸着器、
６２０ａ、６２０ｂ 吸着器、
６３０ 熱スイッチ部、
７３０ 熱スイッチ部、
Ｗ 隙間。

Claims (8)

1. 熱媒体を吸着可能および吸着した前記熱媒体を脱着可能な吸着材が充填され、隙間を隔てて配置される対をなす吸着器と、
   対をなす前記吸着器の両方に接するように前記隙間に配置され、対をなす前記吸着器の間の熱伝達および断熱を切り替え可能な熱スイッチ部と、
   一方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材に前記熱媒体を吸着する吸着モードの間は、他方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材から前記熱媒体を脱着する脱着モードとなるように、それぞれの前記吸着器における動作モードを前記吸着モードおよび前記脱着モードに交互に切り替え可能な切り替え部と、
   前記熱スイッチ部、および前記切り替え部の動作を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   それぞれの前記吸着器における動作モードを切り替えるときに、前記熱スイッチ部を断熱状態から熱伝達状態に切り替え、前記吸着モードに切り替える側の前記吸着器が有する熱を、前記脱着モードに切り替える側の前記吸着器に伝達してなる、吸着式冷凍装置。
2. 前記吸着材を冷却可能な冷却部と、
   前記吸着材を加熱可能な加熱部と、をさらに有し、
   前記冷却部は、前記吸着材を冷却する冷却媒体と、前記冷却媒体を冷却する冷却源と、前記冷却媒体を循環させる冷却ポンプ部と、を有し、
   前記加熱部は、前記吸着材を加熱する加熱媒体と、前記加熱媒体を加熱する加熱源と、前記加熱媒体を循環させる加熱ポンプ部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記熱スイッチ部を断熱状態から熱伝達状態に切り替えるときに、前記冷却ポンプ部および前記加熱ポンプ部を一時停止し、
   前記熱スイッチ部を熱伝達状態から断熱状態に切り替えるときに、前記冷却ポンプ部および前記加熱ポンプ部を再駆動させる、請求項１に記載の吸着式冷凍装置。
3. 前記制御部は、
   対をなす前記吸着器が温度平衡に達すると、前記熱スイッチ部を熱伝達状態から断熱状態に切り替える、請求項１または２に記載の吸着式冷凍装置。
4. 前記熱スイッチ部の面方向の大きさは、それぞれの前記吸着器が前記熱スイッチ部に対して向かい合う側の面の面積以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸着式冷凍装置。
5. 対をなす前記吸着器および対をなす前記吸着器の間の前記熱スイッチ部を、閉ループとなるように配列してなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸着式冷凍装置。
6. 熱媒体を吸着可能および吸着した前記熱媒体を脱着可能な吸着材が充填された対をなす吸着器を有する吸着式冷凍装置の制御方法であって、
   一方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材に前記熱媒体を吸着する吸着モードの間は、他方の前記吸着器における動作モードが前記吸着材から前記熱媒体を脱着する脱着モードとなるように、それぞれの前記吸着器における動作モードを前記吸着モードおよび前記脱着モードに交互に切り替え、
   対をなす前記吸着器の両方に接するように配置され対をなす前記吸着器の間の熱伝達および断熱を切り替え可能な熱スイッチ部を、それぞれの前記吸着器における動作モードを切り替えるときに断熱状態から熱伝達状態に切り替え、前記吸着モードに切り替える側の前記吸着器が有する熱を、前記脱着モードに切り替える側の前記吸着器に伝達してなる、吸着式冷凍装置の制御方法。
7. 冷却源によって冷却された冷却媒体を、前記冷却源と前記吸着器との間を循環させることによって前記吸着材を冷却し、
   加熱源によって加熱された加熱媒体を、前記加熱源と前記吸着器との間を循環させることによって前記吸着材を加熱し、
   前記熱スイッチ部を断熱状態から熱伝達状態に切り替えるときに、前記冷却媒体および前記加熱媒体の循環を一時停止し、
   前記熱スイッチ部を熱伝達状態から断熱状態に切り替えるときに、前記冷却媒体および前記加熱媒体の循環を再開させる、請求項６に記載の吸着式冷凍装置の制御方法。
8. 対をなす前記吸着器が温度平衡に達すると、前記熱スイッチ部を熱伝達状態から断熱状態に切り替える、請求項６または７に記載の吸着式冷凍装置の制御方法。