JP2023175674A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化およびエネルギーの消費効率の向上が可能であり、吸発熱量および吸発熱出力が高く、媒体を繰り返し吸着および脱離させた場合であっても熱交換性能の低下が生じにくい熱交換装置を提供する。【解決手段】弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して前記媒体を吸着可能である、ナノ多孔質材料を含むナノ多孔質体と、前記ナノ多孔質体に応力を印加して前記ナノ多孔質体を収縮させる動作と、印加された前記応力を解放して前記ナノ多孔質体を膨張させる動作とを行う応力付与部と、前記ナノ多孔質体の表面に隣接して配置され、前記媒体を透過可能であり、前記ナノ多孔質材料を透過させない多孔質部と、前記ナノ多孔質体および前記多孔質部を収容する収容部と、を有する、熱交換装置である。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換装置に関する。

従来から、熱を移動させることで対象（空間や物体）の加熱や冷却を行う熱交換装置が広く用いられている。例えば、下記特許文献１には、媒体としての水を気化させる高熱源と、気化させた水分を凝縮する低熱源とを与えるヒートポンプと、水分を集めるデシカント（乾燥材）とを用いた吸着式ヒートポンプ（デシカント空調器）が開示されている。このような吸着式ヒートポンプでは、一般に、デシカントに用いる吸着材としてシリカゲル、ゼオライトなどの多孔質体が採用されている。

特開平１０－１９７０１１号公報

しかしながら、従来の吸着式ヒートポンプ（デシカント空調器）では、多孔質体中の媒体である冷媒分子の移動速度が小さい。このため、冷媒分子が蒸発する（すなわち、吸熱する）際に、冷媒分子の蒸発速度が小さく、単位時間内に十分な吸熱量を得ることが難しい。冷媒分子の蒸発を促すために、多孔質体の温度を上昇させる方法が考えられるが、この方法では入熱用のヒータが必要となるため装置の大型化を招く。また、ヒータを稼働させるためのエネルギーが必要となるため、エネルギーの消費効率が低下する。

また、特に設置スペースの限られているカーエアコンなどに適用するために、吸発熱量および吸発熱出力がより高い熱交換装置が求められている。さらに、媒体を繰り返し吸着および脱離させた場合であっても熱交換性能の低下が生じにくい熱交換装置が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型化およびエネルギーの消費効率の向上が可能であり、吸発熱量および吸発熱出力が高く、媒体を繰り返し吸着および脱離させた場合であっても熱交換性能の低下が生じにくい熱交換装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その過程で、応力を印加および解放することによって、機械的に変形して、媒体を脱離および吸着可能なナノ多孔質材料を含むナノ多孔質体を熱交換装置の吸着剤として用い、脱離または吸着により発生した潜熱を冷熱または温熱に直接的に利用した。この際、上記ナノ多孔質体を、媒体を透過させるがナノ多孔質材料の粒子を透過させない多孔質部で覆うことで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明の一形態は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して前記媒体を吸着可能である、ナノ多孔質材料を含むナノ多孔質体と、前記ナノ多孔質体に応力を印加して前記ナノ多孔質体を収縮させる動作と、印加された前記応力を解放して前記ナノ多孔質体を膨張させる動作とを行う応力付与部と、前記ナノ多孔質体の表面に隣接して配置され、前記媒体を透過可能であり、前記ナノ多孔質材料を透過させない多孔質部と、前記ナノ多孔質体および前記多孔質部を収容する収容部と、を有する、熱交換装置である。

本発明によれば、小型化およびエネルギーの消費効率の向上が可能であり、吸発熱量および吸発熱出力が高く、媒体を繰り返し吸着および脱離させた場合であっても熱交換性能の低下が生じにくい熱交換装置が得られうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換装置の構成例を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る熱交換装置の収容部の内部を立体的に示す図である。 図３Ａは、実施例および比較例で作製したナノ多孔質体を含む試料の構成を示す模式図である。 図３Ｂは、吸熱量の評価のための装置の構成を模式的に示す図である。 図４は、実施例および比較例で作製したナノ多孔質体を含む試料の吸熱時（応力印加時）の質量あたりの温度変化をプロットしたグラフである。 図５Ａは、本発明の一実施形態による熱交換装置の概略図である。 図５Ｂは、本発明の他の実施形態による熱交換装置の概略図である。 図５Ｃは、多孔質部の細孔を表すモデル図である。 図５Ｄは、本発明の他の実施形態による熱交換装置の概略図である。 図５Ｅは、本発明の一実施形態による熱交換装置における応力付与部の概略図である。 図５Ｆは、本発明の他の実施形態による熱交換装置の概略図である。 図６（ａ）は、実施例３において、ＧＭＳに吸着させたメタノールを応力印加により脱着させたときの温度変化、およびメタノールの吸脱着等温線を測定するための装置の概略図である。図６（ｂ）は、比較例３において、メタノールの吸脱着等温線を測定するための装置の概略図である。 図７は、実施例３で作製した試料について、吸着させたメタノールを応力印加により脱着させたときの温度変化を表すグラフである。 図８は、（ａ）実施例３および（ｂ）比較例３で作製した試料を用いて測定したメタノールの吸脱着等温線である。

本発明の一形態は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して前記媒体を吸着可能である、ナノ多孔質材料を含むナノ多孔質体と、前記ナノ多孔質体に応力を印加して前記ナノ多孔質体を収縮させる動作と、印加された前記応力を解放して前記ナノ多孔質体を膨張させる動作とを行う応力付与部と、前記ナノ多孔質体の表面に隣接して配置され、前記媒体を透過可能であり、前記ナノ多孔質材料を透過させない多孔質部と、前記ナノ多孔質体および前記多孔質部を収容する収容部と、を有する、熱交換装置である。

従来の吸着式ヒートポンプ（デシカント空調器）では、多孔質体中の媒体である冷媒分子の移動速度が小さい。このため、冷媒分子が蒸発する（すなわち、吸熱する）際に、冷媒分子の蒸発速度が小さく、単位時間内に十分な吸熱量を得ることが難しい。冷媒分子の蒸発を促すために、多孔質体の温度を上昇させる方法が考えられるが、この方法では入熱用のヒータが必要となるため装置の大型化を招く。また、ヒータを稼働させるためのエネルギーが必要となるため、エネルギーの消費効率が低下する。

これに対して、本発明による熱交換装置では、応力を印加および解放することによって細孔径を変化させ、ゲスト分子として取り込まれる媒体を可逆的に気液相転移させることができるナノ多孔質材料を含むナノ多孔質体を吸着剤に用いる。これにより、本発明による熱交換装置は、ゲスト分子の相変化によって吸熱または発熱するナノ多孔質体を熱源として、収容部外に存在する物質（例えば、空気）と熱交換することができる。この熱交換装置では、ヒータによる入熱ではなく、応力付与部によるプレスが入力エネルギーとなる。このため、前記熱交換装置は、エネルギーの消費効率（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させることができる。また、上記熱交換装置は、入熱用のヒータは不要であるため、小型化が可能である。

本発明の熱交換装置は、ナノ多孔質体の表面に隣接して、媒体を透過可能であり、ナノ多孔質材料を透過させない多孔質部が配置されていることを特徴とする。多孔質部を配置することにより、機械的に応力を印加した際にナノ多孔質体が型崩れを起こしたり、不純物が混入することを防ぐことができる。そのため、ナノ多孔質体に荷重を均一に印加できるため吸発熱量が向上しうる。また、ナノ多孔質体の型崩れによる吸脱着量の低下が生じにくいため、吸発熱量が維持されうる。

さらに、本発明者らは、上記多孔質部の細孔径を制御することで、ゲスト分子の吸脱着量が改善されることを見出した。多孔質部の細孔径がゲスト分子の分子径に対して小さすぎると、ゲスト分子の拡散が阻害されてゲスト分子が十分に吸脱着しない。そのため、良好な熱交換性能が得られない。一方で、多孔質部の細孔径がナノ多孔質体を構成するナノ多孔質材料の二次粒子径に対して大きすぎると、ナノ多孔質材料が多孔質部を透過して多孔質部の外に漏れ出してしまい、ゲスト分子の吸脱着量が低下してしまう。

これに対して、多孔質部の細孔径を、媒体を透過可能であり、ナノ多孔質材料を透過させないように制御することにより、ナノ多孔質材料が多孔質部の外部に漏れ出すことを抑制することができる。また、それと同時に、ゲスト分子を選択的に透過させ、ゲスト分子の拡散を妨げない構造とすることができる。このような構造とすることにより、ゲスト分子の拡散を阻害しないため吸脱着量が向上しうる。また、ナノ多孔質材料が多孔質部を透過して多孔質部の外に漏れ出すことによる吸脱着量の低下が生じにくい。その結果、吸発熱量が向上しうる。また、応力の印加および解放を繰り返しても吸発熱量の低下がより生じにくい。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、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。

＜熱交換装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換装置１００の構成例を示す断面図である。図２は、熱交換装置１００の収容部３２Ａ、３２Ｂの内部を立体的に示す図である。図１および図２に示す熱交換装置１００は、例えば、自動車の室内（内気）を冷却するカーエアコン（冷房）に適用することができる装置である。

熱交換装置１００は、ナノ多孔質体２０に応力を印加および解放することにより、ナノ多孔質体２０を機械的に変形させて、ナノ多孔質体２０からの媒体の脱離およびナノ多孔質体２０への媒体の吸着を行う。例えば、熱交換装置１００は、媒体の脱離時に発生する蒸発潜熱から得た冷熱を利用して対象（例えば、空気）を冷却する。また、熱交換装置１００は、媒体の吸着時に発生する凝縮潜熱から得た排熱を利用して、空気を加熱することも可能である。熱交換装置１００は、冷却した空気と加熱した空気とを混合して、空気を所望の温度に調整することも可能である。なお、ナノ多孔質体２０から脱離または吸着する媒体を、冷媒と言い換えてもよい。また、気化した媒体を、媒体蒸気、冷媒蒸気、または、ゲスト分子と言い換えてもよい。

図１に示すように、熱交換装置１００は、第１熱交換部３０Ａおよび第２熱交換部３０Ｂと、装置全体の動作を制御する制御部４０と、を備える。制御部４０は、第１熱交換部３０Ａおよび第２熱交換部３０Ｂのうち一方の動作モードが脱離モードである間は他方の動作モードが吸着モードになるようにスイング運転する。これにより、脱離モードの第１熱交換部３０Ａおよび第２熱交換部３０Ｂにおいて連続的に冷熱を生成することが可能となる。ここで、「脱離モード」とは、媒体をナノ多孔質体２０から脱離させる動作モードである。また、「吸着モード」とは、媒体をナノ多孔質体２０に吸着させる動作モードである。

熱交換装置１００は、第１収容部３２Ａと第２収容部３２Ｂとの間を媒体蒸気（ゲスト分子）２７が移動可能に連通する配管５０と、配管５０の連通状態と遮断状態とを切り替えるバルブ５１と、を有する。バルブ５１を開くと配管５０は連通状態となり、バルブ５１を閉じると配管５０は遮断状態となる。

（熱交換部）
図１に示すように、第１熱交換部３０Ａは、第１ナノ多孔質体２０Ａと、第１多孔質部２５Ａと、第１応力付与部３１Ａと、第１収容部３２Ａと、第１空気調節部３３Ａと、を有する。同様に、第２熱交換部３０Ｂは、第２ナノ多孔質体２０Ｂと、第２多孔質部２５Ｂと、第２応力付与部３１Ｂと、第２収容部３２Ｂと、第２空気調節部３３Ｂと、を有する。

第１熱交換部３０Ａおよび第２熱交換部３０Ｂは、同様の構成を有する。以下の説明では、第１熱交換部３０Ａおよび第２熱交換部３０Ｂを総称して「熱交換部３０Ａ、３０Ｂ」と称する。同様に、第１応力付与部３１Ａおよび第２応力付与部３１Ｂを総称して「応力付与部３１Ａ、３１Ｂ」と称する。また、第１収容部３２Ａおよび第２収容部３２Ｂを総称して「収容部３２Ａ、３２Ｂ」と称する。また、第１空気調節部３３Ａおよび第２空気調節部３３Ｂを総称して「空気調節部３３Ａ、３３Ｂ」と称する。さらに、第１ナノ多孔質体２０Ａおよび第２ナノ多孔質体２０Ｂを総称して「ナノ多孔質体２０」と称する。また、第１多孔質部２５Ａおよび第２多孔質部２５Ｂを総称して「多孔質部２５」と称する。

（ナノ多孔質体）
ナノ多孔質体２０は、弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能で、かつ、膨張して媒体を吸着可能なナノ多孔質の材料（ナノ多孔質材料）を含む構造体である。例えば、ナノ多孔質体２０は、複数の粒子と、複数の粒子同士を結合するバインダとを含み、複数の粒子の各々がナノ多孔質材料である（すなわち、複数のナノレベルの細孔を有する）構造体であってもよい。また、例えば、ナノ多孔質体２０は、バインダを含まず、ナノ多孔質材料のみから構成される構造体でありうる。図２に示すように、ナノ多孔質体２０は、応力付与部３１Ａ、３１Ｂから応力を印加されて収縮して媒体を脱離し、応力を解放すると自由膨張して媒体を吸着する。

ここで、「弾性」とは、応力付与部３１Ａ、３１Ｂによって外部から応力が印加されて収縮しても、応力が解放されることによって、可逆的に大きく変形してほぼ元の形状に回復する性質を意味する。ナノ多孔質体２０の弾性限度は、媒体を脱離するために必要な応力印加よりも大きくなるように設計されている。ナノ多孔質体２０の弾性限度は、熱交換装置１００の適用対象の冷却規模等に応じて適宜設計することが好ましい。

また、「ナノ多孔質」とは、複数のナノレベルの細孔を有することを意味する。ナノレベルの細孔とは、好ましくは直径０．５～１００ｎｍであり、より好ましくは直径０．７～５０ｎｍであり、さらに好ましくは直径０．７～６ｎｍのミクロ孔またはメソ孔である。なお、ＩＵＰＡＣ（国際純正及び応用化学連合）では、直径２ｎｍ以下の細孔をミクロ孔（ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ）、直径２～５０ｎｍの細孔をメソ孔（ｍｅｓｏｐｏｒｅ）、直径５０ｎｍ以上の細孔をマクロ孔（ｍａｃｒｏｐｏｒｅ）と定義している。

一般的に、固体表面はファンデルワールス力によるポテンシャルエネルギーが高く、媒体の分子を凝縮させる作用がある。ナノ多孔質体に吸着された媒体は、ナノレベルの小さな細孔壁に囲まれているため、固体表面のファンデルワールス力（物理吸着力）によるポテンシャルエネルギーが著しく高い。このとき、気体の媒体は、ナノ多孔質体の細孔壁に液体の密度で吸着される。すなわち、ナノ多孔質体への吸着は気体から液体への相変化と同質の現象であり、吸着熱は凝縮潜熱にほぼ等しい。

媒体は、ナノ多孔質体２０に吸着すると気体から液体へ相変化し、脱離すると液体から気体へ相変化する。ナノ多孔質体２０の細孔壁に吸着された細孔内部の液体密度の媒体は、飽和蒸気圧よりも低い圧力の蒸気と平衡状態となっている。すなわち、ナノ多孔質体２０の細孔壁に吸着された気体は、飽和蒸気圧よりも低い圧力で液体の状態となっている。

図２に示すように、ナノ多孔質材料１９および任意でバインダ（図示せず）を含むナノ多孔質体２０に応力が印加されると、ナノ多孔質体２０の細孔が収縮し、細孔壁に吸着していた媒体は脱離する。このとき、液体の密度で吸着された媒体は、気体としてナノ多孔質体２０の外部に放出される。熱交換装置１００は、この脱離の際の蒸発潜熱を冷熱として利用することによって、対象（例えば、空気）を冷却することができる。

また、ナノ多孔質体２０に印加された応力が解放されると、ナノ多孔質体２０は自由膨張して細孔が元の大きさに戻り、媒体を再び吸着させる。上述したように、媒体は、ナノ多孔質体２０へ吸着される際に、気体から液体へ相変化して、凝縮潜熱を発生する。熱交換装置１００は、この吸着の際の凝縮潜熱を温熱として利用することができる。

ナノ多孔質体を構成するナノ多孔質材料としては、弾性を有し、収縮して流体媒体を脱離可能で、かつ、膨張して流体媒体を吸着可能な材料であれば特に限定されない。

ナノ多孔質材料は、炭素を主成分とすることが好ましい。ここで、「炭素を主成分とする」とは、炭素のみからなる、実質的に炭素からなる、の双方を含む概念であり、炭素以外の元素が含まれていてもよい。「実質的に炭素からなる」とは、全体の９０質量％以上、好ましくは全体の９５質量％以上、全体の９８質量％以上、または全体の９９質量％以上（上限：１００質量％）が炭素から構成されることを意味する。

そのような材料としては、単層グラフェン骨格を含み、媒体の脱離および吸着に必要な多孔性および弾性特性を有する炭素材料が挙げられる。

具体的には、例えば、ゼオライトテンプレートカーボン（ＺＴＣ；Ｚｅｏｒｉｔｅ Ｔｅｍｐｌａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ）、グラフェンメソスポンジ（ＧＭＳ；Ｇｒａｐｈｅｎｅ ＭｅｓｏＳｐｏｎｇｅ）、炭素メソスポンジ（ＣＭＳ；Ｃａｒｂｏｎ ＭｅｓｏＳｐｏｎｇｅ）等が挙げられる。ゼオライトテンプレートカーボン（以下、「ＺＴＣ」と称する。）、グラフェンメソスポンジ（以下、「ＧＭＳ」と称する。）、および炭素メソスポンジ（以下、「ＣＭＳ」と称する）は、いずれも単層グラフェン骨格からなり、流体媒体の脱離および吸着に必要な多孔性および弾性特性を有している。

ＺＴＣは、単層のグラフェンシートにより構成される。また、均一な細孔（直径約１．２ｎｍ）が三次元的に規則配列し、相互に連結しており、極めて高いＢＥＴ比表面積と細孔容積を有する（最大でＢＥＴ比表面積が４１００ｍ^２／ｇ、細孔容積が１．８ｃｃ／ｇ）ことが知られている。ＺＴＣの製造方法については、Ｎｉｓｈｉｈａｒａ，Ｈ．ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ－Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ １５， ５３５５（２００９）等に記載されている。

ＧＭＳは、細孔壁の大部分が単層グラフェンから構成され、約６ｎｍ程度の微小な細孔を有するスポンジ状のメソ多孔体であり、活性炭に匹敵する極めて高いＢＥＴ比表面積（約２０００ｍ^２／ｇ）を有している。その一方で、活性炭やカーボンブラックとは異なり腐食の原因となるグラフェンの端部をほとんど含んでいないことから、優れた耐食性（酸化耐性）も備えている。また、柔軟かつ強靭であるというグラフェンの性質に起因して、ＧＭＳは柔軟性および弾性に優れ、細孔の直径が約５．８ｎｍから約０．７ｎｍになるまで可逆的に弾性変形することができる。ＧＭＳの製造方法については、Ｎｉｓｈｉｈａｒａ，Ｈ．ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２６，２０１６，６４１８－６４２７．に記載されている。

ＣＭＳは、上記ＧＭＳの前駆体として得ることができ、上記ＧＭＳと同様に球状のメソ孔を有する。

ナノ多孔質材料のＢＥＴ比表面積は、特に制限されないが、例えば、８００～４２００ｍ^２／ｇの範囲である。これにより、媒体の吸着量を増加させることができる。

前記ナノ多孔質材料は粉末状でありうる。前記ナノ多孔質材料の粉末の大きさは、多孔質部を透過しない大きさであれば特に限定されないが、例えば、平均二次粒子径が０．５～１０００μｍであり、好ましくは５～５００μｍであり、さらに好ましくは１０～１００μｍである。ナノ多孔質材料の平均二次粒子径の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの観察手段を用い、数～数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。また、「粒子径」とは、観察される粒子の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離を意味するものとする。

ナノ多孔質体がバインダを含む場合、バインダとしては、特に限定されないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ポリエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、エチレン－酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体、スチレン－ブタジエン－スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン－イソプレン－スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ－ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ－ＨＦＰ－ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド－ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ－ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド－ペンタフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ－ＰＦＰ－ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド－パーフルオロメチルビニルエーテル－テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ－ＰＦＭＶＥ－ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド－クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ－ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリイミド、スチレン－ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。

２種類以上のバインダを組み合わせて用いてもよい。特に、バインダとして、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを組み合わせて用いることが好ましい。この際、ＣＭＣとＳＢＲとの混合比は特に制限されないが、例えば、ＳＢＲに対するＣＭＣの質量比（ＣＭＣ／ＳＢＲ）が、固形分換算で、０．５～２であることが好ましく、１．１～１．６であることがより好ましい。

ナノ多孔質材料をバインダを用いて結合させてナノ多孔質体を構成する場合、ナノ多孔質体におけるバインダの含有量は、特に制限されないが、ナノ多孔質体の総質量に対して、固形分換算で、５～３０質量％であることが好ましい。バインダの含有量が５質量％以上であれば、ナノ多孔質体の保持力が高まるため、より耐久性の高いナノ多孔質体が得られうる。一方、バインダの含有量が３０質量％以下であれば、バインダがナノ多孔質材料内に入り込んで吸着質の吸着量が低下することを抑制することができる。さらにバインダの質量比が１５～２５質量％であると、より耐久性が向上すると共に吸着量の低下を抑制できるため好ましい。２種類以上のバインダを組み合わせて用いる場合はその合計量が上記範囲であることが好ましい。

本発明の一実施形態において、ナノ多孔質体は、バインダを含まないことが好ましい。具体的には、バインダの含有量は、ナノ多孔質体の総質量に対して、固形分換算で、例えば１質量％以下であり、好ましくは０．５質量％以下であり、最も好ましくは０質量％である。バインダを用いないことで、応力をかけたときにバインダが変形して変位を吸収することがないため、ナノ多孔質材料に荷重を均一にかけることができる。また、バインダが変形してナノ多孔質体の細孔を潰してしまうことを防止することができる。その結果、冷媒蒸気の拡散が阻害されず、脱着が促進されるため、吸熱出力および吸熱量が増加しうる。さらに、バインダを含まないことでナノ多孔質体の質量あたりの吸熱量が増加しうる。また、同様の理由で、ナノ多孔質体は、ナノ多孔質材料のみから構成されることが好ましい。具体的には、ナノ多孔質材料の含有量は、ナノ多孔質体の総質量に対して、固形分換算で、例えば９８質量％以上であり、好ましくは９９質量％以上であり、より好ましくは９９．５質量％以上であり、最も好ましくは１００質量％である。本発明の好ましい実施形態において、ナノ多孔質体は、バインダを含まず、ナノ多孔質材料のみから構成される。

（ナノ多孔質体の調製方法）
ナノ多孔質材料を作製する方法は特に制限されない。例えば、ナノ多孔質材料をバインダを用いて結合させてナノ多孔質体を作製する場合は、ナノ多孔質材料およびバインダを適当な溶媒に溶解または分散させてスラリーを作製し、これを基材に塗布して乾燥させることで、ナノ多孔質体を得ることができる。

溶媒としては特に限定されず、バインダを溶解または分散させることができるものであればよい。例えば、スチレン－ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリルなどの水に溶解／分散するバインダを用いる場合は、水（純水、超純水、蒸留水、イオン交換水、地下水、井戸水、上水（水道水）など）、水とアルコール（例えばエチルアルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコールなど）との混合溶媒などを用いることができる。有機溶媒に溶解／分散するバインダを用いる場合は、公知の有機溶媒が適宜選択されうる。

なお、スラリーを作製する際、ナノ多孔質材料、バインダ、溶媒を混合する際の順序は特に制限されない。例えば、ナノ多孔質材料およびバインダを同時に溶媒に加えて混合してもよく、順次添加して混合してもよい。２種類以上のバインダを用いる際の混合順序も特に制限されない。また、ナノ多孔質材料またはバインダの少なくとも１種を、あらかじめ溶媒に溶解または分散させてから、得られた溶液または分散液を混合してもよい。例えば、バインダとしてＣＭＣおよびＳＢＲを用いる場合、あらかじめＣＭＣの水溶液を作製し、これにナノ多孔質材料を添加して混合した後、別途調製したＳＢＲ水溶液をさらに添加して混合して、スラリーを得ることが好ましい。

基材としては特に制限されないが、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）が用いられうる。このような基材であれば、熱伝導体として作用するため熱交換を効率よく行うことができる。スラリーを基材上に塗工する方法としては、例えば、バーコート法、グラビアコート法、ダイコート法、インクジェット法、スプレーコート法、ディップコート法等の塗工方法などを適用することができる。

塗工後の乾燥時の乾燥温度も特に制限されないが、例えば、０～１００℃の範囲が好ましい。乾燥時間も特に制限されず、例えば、０．１～５時間の範囲である。乾燥後の膜厚も特に制限されないが、例えば、１０～１０００μｍであり、好ましくは１００～５００μｍである。

バインダを用いず、ナノ多孔質材料のみからナノ多孔質体を作製する場合の調製方法も特に制限されない。例えば、ナノ多孔質材料の粉末を多孔質部に封入することで、多孔質部に包装された形態のナノ多孔質体を得ることができる。

または、ナノ多孔質材料を熱処理する、好ましくはホットプレスすることによってナノ多孔質体を調製することができる。熱処理の条件は特に制限されない。例えば、減圧条件下において、１４０～１６０℃程度の温度で、２００～４００ＭＰａの圧力印加を１０分間～１時間程度施す。これにより、ナノ多孔質材料同士が強く結着し、耐久性に優れるナノ多孔質体が得られうる。加熱温度が１４０℃以上であれば高い結着性が得られ、１６０℃以下であれば試料作製時にナノ多孔質材料の劣化が生じにくい。なお、ホットプレスを行う前に、室温で加圧を行ってもよい。この際の圧力は、ホットプレスの際の加圧条件よりも低い圧力であることが好ましく、例えば、１００～３００ＭＰａである。加圧時間も特に制限されないが、例えば１０秒～１分である。このように、段階的に加熱、加圧を行うことで、より強い結合力が実現できる。同様の理由で、ホットプレスの工程を、段階的に徐々に加熱、加圧していくように、異なる加熱、加圧条件の２段階以上の工程で行ってもよい。

本形態の熱交換装置においては、バインダを用いずにナノ多孔質材料のみからナノ多孔質体を作製する場合、ナノ多孔質材料の粉末を熱処理せず、プレス処理せずに用いることが好ましい。

なお、バインダを用いず、ナノ多孔質材料のみからナノ多孔質体を作製する場合の膜厚も特に制限されないが、例えば、１０～１０００μｍであり、好ましくは１００～５００μｍである。

（多孔質部）
多孔質部２５は、媒体であるゲスト分子２７が透過しうる細孔を有し、ナノ多孔質体２０の表面に隣接して配置される。好ましくは、ナノ多孔質体２０の表面の少なくとも一部に接するように配置される。例えば、多孔質部２５は、応力付与部３１Ａ、３１Ｂとナノ多孔質体２０との間、ナノ多孔質体２０を挟んで応力付与部３１Ａ、３１Ｂの反対側、および、ナノ多孔質体２０の側面のうち、１か所以上に配置されている。好ましくは、多孔質部２５は、応力付与部３１Ａ、３１Ｂとナノ多孔質体２０との間に配置される。より好ましくは、多孔質部２５は、応力付与部３１Ａ、３１Ｂとナノ多孔質体２０との間およびナノ多孔質体２０を挟んで応力付与部３１Ａ、３１Ｂの反対側に配置される。特に好ましくは、多孔質部２５は、ナノ多孔質体２０の全体を覆うように配置されている。これにより、本発明の効果がより顕著に得られうる。

多孔質部２５の細孔径は、ゲスト分子を透過させ、かつ、ナノ多孔質体２０を構成するナノ多孔質材料を透過させない大きさであればよいが、ナノ多孔質材料の平均二次粒子径よりも小さく、ゲスト分子のサイズよりも大きいことが好ましい。

また、多孔質部２５は、弾性を有し、かつ、ナノ多孔質体２０よりも固いことが好ましい。これにより、応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、多孔質部２５を介して、ナノ多孔質体２０に応力を付与することが可能である。

多孔質部２５は、ナノ多孔質体２０の表面に隣接して配置されることによりナノ多孔質体２０を支えることができるので、ナノ多孔質体２０の型崩れを抑制することができる。これにより、応力を印加したときにナノ多孔質体２０に荷重を均一にかけることができる。そのため、ゲスト分子２７の拡散が阻害されず、脱着が促進されるため好ましい。また、ナノ多孔質体２０の変形によりナノ多孔質体２０の細孔が潰されることを回避できるため、吸熱出力および吸熱量が増加しうる。

前記多孔質部の細孔径は、下記式（１）で表される接触半径ａ（ｍｍ）に対して、２ａ（ｍｍ）以下であることが好ましい。

上記式（１）中、Ｐは、応力（Ｎ）であり、ν_１およびν_２は、それぞれナノ多孔質材料および多孔質部のポアソン比であり、Ｅ_１およびＥ_２は、それぞれナノ多孔質材料および多孔質部の縦弾性係数（ＭＰａ）であり、Ｒ_１およびＲ_２は、それぞれナノ多孔質材料および多孔質部の曲率半径（ｍｍ）である。

上記式（１）（ヘルツの公式）は、プレス荷重がナノ多孔質材料にかかったときのナノ多孔質材料の接触半径を表し、荷重に対してナノ多孔質材料がどのくらい変形するかを表す。多孔質部の細孔径が２ａ以下であれば、ナノ多孔質材料に応力をかけたときにナノ多孔質材料と多孔質部の表面の開口部以外の部分とが接触する領域が十分に大きくなる。ナノ多孔質体に応力をかけると、この接触する領域に荷重がかかるため、当該構成であるとナノ多孔質体により均一に荷重をかけることができ、冷媒蒸気の脱着がより促進されうる。そのため、冷媒蒸気の脱着量、応答性がより向上し、吸熱出力および吸熱量がより増加しうる。

また、多孔質部２５の細孔径は、ナノ多孔質材料の平均二次粒子径の６５％以下であることが好ましい。ナノ多孔質材料に荷重がかかった場合、ナノ多孔質材料が変形しうる。多孔質部の細孔径がナノ多孔質材料の平均二次粒子径の６５％以下であれば、前記細孔径はナノ多孔質材料に応力をかけたときの多孔質部との接触面の直径以下の大きさになりうる。そのため、ナノ多孔質材料と多孔質部の表面の開口部以外の部分とが接触する領域が十分に大きくなる。ナノ多孔質体に応力をかけると、この接触する領域に荷重がかかるため、当該構成であるとナノ多孔質体により均一に荷重をかけることができ、冷媒蒸気の脱着がより促進されうる。その結果、吸熱出力および吸熱量がより向上しうる。この観点から、多孔質部の細孔径は１３０μｍ以下であることが好ましい。

多孔質部の細孔径の下限値は、媒体を透過させることができるものであれば特に制限されない。多孔質部の細孔径は、媒体の気体分子の平均自由工程をλとすると、０．１λ以上であることが好ましい。例えば媒体がメタノール（分子径０．３８ｎｍ）であると、メタノール供給時の圧力（２５℃でのメタノールの飽和蒸気圧である１６９３７Ｐａ）での平均自由工程λは０．３７８μｍと算出される。媒体がエタノールであると、λは０．８１μｍと算出される。したがって、多孔質部の細孔径は、好ましくは０．０４μｍ以上であり、より好ましくは０．０５μｍ以上であり、さらに好ましくは０．０６μｍ以上である。上記範囲であると、細孔内のガス拡散がクヌーセン拡散と分子拡散の両者が寄与する領域であることから、媒体分子の吸脱着とこれに伴う気液相転移がより効果的に進行しうる。特に媒体がエタノールである場合、上記範囲であると、本発明の効果がより一層顕著に得られうる。同様に、多孔質部の細孔径が１０λ以下であると、細孔内のガス拡散がクヌーセン拡散と分子拡散の両者が寄与する領域であることから、媒体分子の吸脱着とこれに伴う気液相転移がより効果的に進行しうる。この観点から、細孔径は、例えば、８μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以下であり、さらに好ましくは３μｍ以下である。媒体がエタノールである場合、細孔径は、好ましくは３μｍ以下である。

本発明の好ましい実施形態によれば、多孔質部の細孔径は、例えば２０μｍ以下であり、例えば２０μｍ未満であり、好ましくは１５μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下であり、さらに好ましくは８μｍ以下であり、さらにより好ましくは５μｍ以下であり、さらにより好ましくは３μｍ以下であり、さらにより好ましくは１μｍ以下であり、さらにより好ましくは０．５μｍ以下であり、さらにより好ましくは０．２μｍ以下である。また、多孔質部の細孔径は、好ましくは０．０４μｍ以上であり、より好ましくは０．０５μｍ以上であり、さらに好ましくは０．０６μｍ以上である。

ここで、多孔質部の細孔径は、細孔の内接円の短軸直径をいう。多孔質部の細孔径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用いて測定することができる。多孔質部が大きさや形状の異なる細孔を有する場合は、その平均値として算出される値を採用するものとする。

一実施形態において、多孔質部２５は、特に制限されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステル等の樹脂で構成されていることが好ましい。このような樹脂であれば低温にて熱融着が可能であり、製造工程の簡易化を図ることができる。そのため、コストを削減することができ、製造工程を高効率化できる。なかでも、ポリプロピレンは融点が約１６０℃であり、熱融着に適するため、上記の効果がより顕著に得られうるため好ましい。

多孔質部は、特に制限されないが、フィルムの形状であることが好ましい。多孔質部の厚さは特に制限されないが、例えば、５～１００μｍであり、好ましくは１０～５０μｍである。多孔質部の空孔率も特に制限されないが、例えば、３０～７０％であり、好ましくは４０～６０％である。なお、多孔質部としては、市販の多孔質フィルムであって所定の細孔径を有するものを用いてもよい。

なお、多孔質部が糸状の樹脂で構成されている場合や、糸状の樹脂が二重織、朱子織、綾織されて濾布状に構成されたものである場合は、媒体のみならずナノ多孔質材料も透過させてしまうことから、本発明の効果は得られない。

本発明の他の好ましい実施形態において、多孔質部は、応力付与部とナノ多孔質体との間に存在し、印加応力以上のヤング率を有する多孔質材により構成される。これにより、多孔質部がプレス時に変形しないため、プレス荷重をナノ多孔質体の全体に均一に伝えることができる。具体的には、図５Ａ（ａ）のように、応力付与部３１により矢印の方向に応力を付与したときに、応力付与部３１に接していない領域も含めて、多孔質部２５の全体に荷重をかけることができる。そのため、本発明の効果がより顕著に得られうる。また、多孔質部の表面の一部に荷重を加えることで表面全体に均一に荷重が伝わることから、図５Ａ（ｂ）のように応力付与時に応力付与部３１と多孔質部２５とが接する面（プレス面）の面積を小さくすることができる。その結果、冷媒分子は図５Ａ（ｂ）の矢印に示すように、プレス方向に垂直な方向（Ｘ方向およびＹ方向）だけでなくプレス方向（Ｚ方向）にも拡散しうる。例えば、ナノ多孔質体２０の応力を加えない状態での厚さが１０～１０００μｍと、ＸＹ面内方向の大きさに比較して小さい場合、Ｘ方向およびＹ方向への拡散に加えてＺ方向への拡散が可能になることで吸発熱量が大幅に向上しうる。これらのことから、熱交換装置において吸発熱量がより一層向上する効果が得られうる。

ここで、多孔質材のヤング率は、印加応力よりも大きいことが好ましく、印加応力の１０倍以上であることがより好ましく、印加応力の１００倍以上であることがさらに好ましく、印加応力の１０００倍以上であることがさらにより好ましい。また、特に制限されないが、多孔質材のヤング率は印加応力の１００００倍以下であることが好ましい。

このような多孔質部を構成する多孔質材のヤング率は特に制限されないが、例えば、１０ＭＰａ以上であり、好ましくは８０ＭＰａ以上であり、より好ましくは１００ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは１ＧＰａ以上であり、さらにより好ましくは２ＧＰａ以上であり、さらにより好ましくは１０ＧＰａ以上であり、さらにより好ましくは５０ＧＰａ以上であり、さらにより好ましくは１００ＧＰａ以上である。当該多孔質材のヤング率の上限値は特に制限されないが、例えば１０００ＧＰａ以下であり、好ましくは３００ＧＰａ以下であり、より好ましくは２５０ＧＰａ以下である。なお、多孔質材のヤング率は、ＪＩＳ Ｚ ２２８０の引張試験において、使用材料と同組成の４０×５０×１ｍｍの試験片を用いて、２９８Ｋにおける測定によって算出される。

上記多孔質材の材質としては、金属を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、これらの合金などが挙げられる。また、上記多孔質材は、金属不織布、金属発泡体、金属焼結体であることが好ましい。本実施形態において、ＳＵＳ焼結体を用いることが好ましい。

なお、このような多孔質材の細孔径および空孔率の具体的な形態は上述したものと同様である。特には、材質として金属を用いた場合の多孔質部の細孔径は、１～１５μｍであることが好ましい。

本形態の熱交換装置においては、図５Ｂに示すように、多孔質部２５における応力印加方向に垂直な面２５ａの面積Ｓは、応力印加時に応力付与部３１と多孔質部２５とが接する面（プレス面）３１ａの面積Ａよりも大きいことが好ましい。これにより、冷媒蒸気のプレス方向への拡散が可能になる。したがって、冷熱出力および冷熱量が向上しうる。

ここで、多孔質部２５における応力印加方向に垂直な面２５ａの面積Ｓは、特に制限されないが、例えば、応力印加時に応力付与部３１と多孔質部２５とが接する面３１ａの面積Ａの１．１倍以上１０００倍以下である。

本形態の熱交換装置において、応力印加時に応力付与部３１と多孔質部２５とが接する面３１ａの面積（受圧面積）Ａ（ｍ^２）が、下記式（２）の関係を満たすことが好ましい：
（Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）＜Ａ （２）
式（２）中、Ｘはプレス荷重（Ｎ）であり、ｄは、多孔質材の細孔間隔（ｍ）であり、νは多孔質材のポアソン比であり、Ｅは多孔質材のヤング率（Ｐａ）であり、ｒは多孔質材の細孔径（ｍ）である。上記式（２）を満たす範囲であれば、荷重により多孔質材の細孔がつぶれないことから、冷媒蒸気のプレス方向への拡散が可能になる。したがって、冷熱出力および冷熱量がより向上しうる。

例えば、ヤング率Ｅの多孔質材の表面に垂直な方向（縦方向）から応力Ｘを面積Ａに対して荷重σとして加えたとき、多孔質部２５は、図５Ｃに示すように細孔径ｒの柱状の細孔を細孔間隔ｄで有すると仮定すると、細孔の横歪みε”および縦歪みεは、それぞれ、ε”＝Δｄ／ｄ、ε＝σ／Ｅで表される。ここでΔｄは荷重を加えたときの細孔間隔ｄの変位である。この際、（Δｄ／２）×２＜ｒであれば、細孔が完全に潰れない。すなわち、ε”＜ｒ／ｄが細孔が潰れない横歪みの範囲になる。これをポアソン比ν＝ε”／εに当てはめると、細孔が潰れない荷重σの範囲は、σ＜（Ｅ・ｒ）／（ｄ・ν）となり、σ＝（Ｘ／Ａ）から上記式（２）の関係となる。

本発明の好ましい実施形態によれば、応力付与部３１は、図５Ｄに示すように、多孔質部２５に応力を印加する第１プレス部３１１と、多孔質部２５およびナノ多孔質体２０を挟んで第１プレス部３１１と対向して配置される第２プレス部３１２と、を有し、多孔質部２５は、第１プレス部３１１とナノ多孔質体２０との間、および第２プレス部３１２とナノ多孔質体２０との間に存在し、第１プレス部３１１と多孔質部２５とが接する面（第１プレス部のプレス面）３１１ａの面積Ａ１（ｍ^２）および第２プレス部３１２と多孔質部２５とが接する面（第２プレス部のプレス面）３１２ａの面積Ａ２がそれぞれ下記式を満たす：
（Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）＜Ａ１
（Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）＜Ａ２
式中、Ｘはプレス荷重（Ｎ）であり、ｄは、多孔質材の細孔間隔（ｍ）であり、νは多孔質材のポアソン比であり、Ｅは多孔質材のヤング率（Ｐａ）であり、ｒは多孔質材の細孔径（ｍ）である。このような構成にすることで、応力を印加する面に対して上下方向に冷媒蒸気を拡散させることが可能になる。そのため、冷熱出力および冷熱量がより一層増加しうる。

ここで、第１プレス部３１１と多孔質部２５とが接する面３１１ａと、第２プレス部３１２と多孔質部２５とが接する面３１２ａは、相対するように配置されることが好ましい。この際、第１プレス部とナノ多孔質体との間に配置される多孔質部と、第２プレス部とナノ多孔質体との間に配置される多孔質部とは、それぞれ、同一の多孔質材から構成されていてもよく、異なる多孔質材から構成されていてもよい。異なる多孔質材から構成される場合、上記式中、ｄ、ν、Ｅ、ｒはそれぞれ対応する多孔質材についての値を用いる。上記Ａ１およびＡ２の算出において、Ｘの値は共通である。

本発明の好ましい実施形態において、応力付与部３１は、図５Ｅに示すように、軸部３１ｂと、多孔質部２５に接するプレス板３１ｃと、から構成され、プレス板３１ｃと多孔質部２５とが接する面の面積Ａ（ｍ^２）が上記式（２）を満たし、軸部３１ｂの応力印加方向に垂直な面の断面積が、前記面積Ａ（ｍ^２）よりも小さい。この際、軸部３１ｂは、収容部３２の外側に突き出していてもよい。このようにすることで、応力付与部３１の重量を減少させることができ、これに伴って熱容量が減少しうる。その結果、吸発熱量および吸発熱出力がより一層向上しうる。

応力付与部３１は、軸部３１ｂと、プレス板３１ｃとが一体化しているものであることが好ましい。プレス板３１ｃの形状は特に限定されない。図５Ｅでは、プレス板３１ｃが四角形の板状である場合を示しているが、これに制限されず、五角形、六角形などの多角形、円形、十字形、星形五角形、星形六角形などの星形多角形などの板状の形状でありうる。十字形、星形多角形の板状であるとより撓みにくいため好ましい。

好ましい実施形態において、プレス板３１ｃは、収容部３２の内壁３２ａと接するように構成される（図５Ｆ）。このようにすることで、プレス時の冷熱の伝達が促進される。そのため、冷熱出力および冷熱量がさらに増加しうる。プレス板３１ｃの形状や配置もプレス板の一部が収容部３２の内壁３２ａと接する形態であれば特に制限されない。

（熱伝導部）
本実施形態の熱交換装置は、ナノ多孔質体および多孔質部に加えて、任意で銅やアルミニウムなどの熱伝導体からなる熱伝導部（図示せず）を設けてもよい。熱伝導部は、例えば、ナノ多孔質体の多孔質部が配置されていない側の表面に設けられていてもよい。また、ナノ多孔質体と熱伝導体との積層体が多孔質部に包まれている形態であってもよい。熱伝導部を設けることで、ナノ多孔質体中でゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。

熱伝導部の形状も特に制限されず、銅やアルミニウムなどの金属箔であってもよく、メッシュ状であってもよい。上記金属箔の膜厚も特に制限されないが、例えば、１～１０００μｍである。

なお、複数のナノ多孔質体２０をそれぞれ多孔質部２５で包装した包装体を応力印加方向に積層することで積層構造体（図示せず）とすることができる。このようにすることで、ナノ多孔質体２０へゲスト分子を輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることが可能である。積層数としては、特に制限されないが、例えば、２～４００である。多孔質部２５を上記のような樹脂で構成し、熱融着によりナノ多孔質体２０を包含することにより、前記積層構造体を容易に作製することができる。

さらに、上記の積層構造体の配置例として、上記積層構造体の積層方向をＺ方向として、複数の上記積層構造体をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ並んで配置させて用いることもできる。Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、上記積層構造体は互いに接していてもよいし、離れていてもよい。このようにすることで、ナノ多孔質体へゲスト分子をより輸送し易くなるので、熱交換性能をさらに高めることができる。

（媒体）
媒体としては、例えば、水またはアルコールが挙げられる。アルコールの一例として、メタノールまたはエタノールが挙げられる。流体とは、液体または気体、もしくは液体と気体とが混合したものを意味する。なかでも、媒体としてメタノールを用いることが好ましい。メタノールは、炭素との相互作用が強く、吸着しやすい。また、圧縮前後での吸着量の差（脱着量）が、特に低温時に大きい。そのため、特にナノ多孔質材料に炭素材料を用いた場合に、応力印加時の脱着量が大きくなり、冷熱量がより増加しうる。

（応力付与部）
応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に応力を印加して収縮させる動作と、印加した応力を解放してナノ多孔質体２０を自由膨張させる動作とを行う。これにより、応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０の細孔径を外部からの応力で制御することができる。ナノ多孔質体２０は、応力が印加または解放されることによって細孔径が変化し、細孔にゲスト分子２７として取り込まれる媒体を可逆的に気液相転移させる。

応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に対して接近離反する方向に往復運動してナノ多孔質体２０に応力を印加および解放することができる限りにおいてその構成は特に限定されない。応力付与部３１Ａ、３１Ｂとしては、例えば、モーターの回転運動を利用した機械式プレス機や油圧等の流体圧を利用した液圧式プレス機などを使用することができる。応力付与部３１Ａ、３１Ｂは、ナノ多孔質体２０に対して、例えば、１０～２００ＭＰａ、好ましくは１０～１００ＭＰａの応力を印加しうる。

（収容部）
収容部３２Ａ、３２Ｂは、内部にナノ多孔質体２０および多孔質部２５を収容する空間を有する容器である。収容部３２Ａ、３２Ｂ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、媒体は、比較的低い温度において液体から気体へ相変化することができる。

収容部３２Ａ、３２Ｂは、熱伝導性に優れた材料で構成されていることが好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属で構成されていることが好ましい。これにより、熱交換装置１００は、収容部３２Ａ、３２Ｂを介して、対象（例えば、空気）と効率よく熱交換することができる。

（空気調節部）
空気調節部３３Ａ、３３Ｂは、収容部３２Ａ、３２Ｂと接する空気の流量を調節することによって、冷熱または排熱を熱交換部３０Ａ、３０Ｂから取り出す。例えば、収容部３２Ａは、第１ナノ多孔質体２０Ａが膨張して排熱状態にある。収容部３２Ｂは、第２ナノ多孔質体２０Ｂが収縮して冷却状態にある。空気調節部３３Ａ、３３Ｂは、排熱状態にある収容部３２Ａと接する空気の室内への流量を減らすとともに、冷却状態にある収容部３２Ｂと接する空気の室内への流量を増やすことによって、室内に低温の空気を供給することができる。

（制御部）
制御部４０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）および記録媒体等から構成されている。記録媒体に記録されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行する。これにより、制御部４０は、第１熱交換部３０Ａおよび第２熱交換部３０Ｂのうち一方の動作モードを脱離モードとし、他方の動作モードを吸着モードとするような、スイング運転を行う。

なお、以下の実施形態も本発明の範囲に含まれる：請求項２の特徴を有する請求項１に記載の熱交換装置；請求項３の特徴を有する請求項１または２に記載の熱交換装置；請求項４の特徴を有する請求項１～３のいずれかに記載の熱交換装置；請求項５の特徴を有する請求項１～４のいずれかに記載の熱交換装置；請求項６の特徴を有する請求項１～５のいずれかに記載の熱交換装置；請求項７の特徴を有する請求項１～６のいずれかに記載の熱交換装置；請求項８の特徴を有する請求項１～７のいずれかに記載の熱交換装置；請求項９の特徴を有する請求項８に記載の熱交換装置；請求項１０の特徴を有する請求項８または９に記載の熱交換装置；請求項１１の特徴を有する請求項８～１０のいずれかに記載の熱交換装置；請求項１２の特徴を有する請求項８～１１のいずれかに記載の熱交換装置；請求項１３の特徴を有する請求項８～１２のいずれかに記載の熱交換装置。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。

（ＧＭＳの調製）
ＧＭＳは、単層グラフェン骨格を有し、大きな空孔率および弾性を有する。ＧＭＳの合成法はＡｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２６，２０１６，６４１８－６４２７．を引用した。

アルミナナノ粒子（Ｓａｓｏｌ，ＳＢａ２００）を電気炉に設置し、窒素気流中１１７３Ｋまで昇温させた。１１７３Ｋに到達したら、窒素ガスを２０ｖｏｌ％メタン、８０ｖｏｌ％窒素に切り替え、２時間のＣＶＤによりアルミナナノ粒子の表面に炭素を析出させた。その後、窒素のみのフローに切り替え、室温まで冷却した。得られたカーボン被覆アルミナナノ粒子をフッ酸（４７ｗｔ％，Ｗａｋｏ ｐｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）に浸漬し、アルミナナノ粒子を取り除いた。得られたメソポーラスカーボンは、アルゴン気流中（１０Ｐａ）２０７３Ｋで焼成し、ＧＭＳを得た。

ＧＭＳは、主に単層グラフェンからなり、大きな弾性を持ち合わせている。特開２０１９－１３８６２０号公報に記載される手法に準じて、ＧＭＳは、応力印加により可逆的に形状が変形することを確認した。また、特開２０１９－１３８６２０号公報に記載される手法に準じて、ＧＭＳの応力無印加時（３０３Ｋ）と８０ＭＰａの応力印加時（２８８Ｋ、２９３Ｋ、２９８Ｋ、３０３Ｋ）におけるメタノールの脱離／吸着曲線を測定し、ＧＭＳに応力を印加／解放することによってメタノールの脱離／吸着および液体／気体の相変化が可逆的に起こることを確認した。

また、得られたＧＭＳの粉末を用いて、ＧＭＳの平均二次粒子径を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定したところ、２０μｍであった。

［実施例１］
（ナノ多孔質体の薄膜試料の調製）
はじめに、１．１質量％のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の水溶液を調製した。この水溶液に、上記のＧＭＳの粉末を添加し、乳鉢で混合してスラリーを作製した。このスラリーに、４０質量％のスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水溶液を滴下して混合し、ナノ多孔質体用スラリーを得た。次いで、上記ナノ多孔質体用スラリーをＡｌ箔（φ１６ｍｍ、厚さ２００μｍ）にバーコーターを用いて塗布し、８０℃で１時間乾燥させ、ナノ多孔質体の薄膜を得た。乾燥後の薄膜の厚さは２００μｍであり、得られたナノ多孔質体中、ＧＭＳ、ＣＭＳ、ＳＢＲの含有量は、それぞれ、３．３８ｍｇ、０．５６ｍｇ、および０．３９ｍｇであり、ＧＭＳ：ＣＭＳ：ＳＢＲ＝７８：１３：９（質量比）であった。

（積層体試料の作製）
多孔質部として、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム（細孔径０．０６４μｍ、空孔率５５％、厚さ２５μｍ、セルガード社製）を準備した。このポリプロピレンフィルムを、上記で作製したナノ多孔質体の薄膜試料の上（Ａｌ箔と反対側の表面）に配置して、Ａｌ箔／ナノ多孔質体の薄膜／ＰＰフィルムの順に積層された積層体試料を得た。

［実施例２］
多孔質部として、ポリプロピレンフィルム（細孔径０．０６４μｍ、空孔率５５％、厚さ２５μｍ、セルガード社製）を準備した。このポリプロピレンフィルムを折り曲げ、二辺をヒートシーラーで熱溶着して袋状にし、空いた一辺から上記のＧＭＳ粉末１３ｍｇを入れた。その後、空いた一辺を熱溶着し、パック（包装体試料）を作製した。

［比較例１］
上記実施例１において、ナノ多孔質体の薄膜試料に多孔質部を積層せず、そのまま試料として用いた。上記以外は実施例１と同様の手順で行った。

［比較例２］
上記実施例１において、多孔質部をポリプロピレン製の濾布（中尾フィルター工業株式会社製、細孔径２０μｍ超、厚さ３２０μｍ）に変更したことを除いては、実施例１と同様の手順で積層体試料を作製した。

［吸熱量の測定］
各実施例および比較例で得られた積層体試料、包装体試料またはナノ多孔質体の薄膜試料について吸熱量の測定を行った。なお、各実施例および比較例で作製した試料の構成を図３Ａに模式的に示す。

はじめに、各実施例および比較例で調製した積層体試料、包装体試料またはナノ多孔質体の薄膜試料をメタノールに１時間浸漬した。その後、試料表面のメタノールを除去し、図３Ｂに示す実験装置３００のステージ３０６上に、治具３０７を用いて試料２００をセットした。そして、試料２００の上部からピストン３０８を用いて図３Ａ、図３Ｂの矢印の方向に８０ＭＰａでプレスした。その際の温度変化をＩＲカメラ（図示せず）を用いて測定した。試料２００の４ｍｍ×４ｍｍ×２０ｍｍの体積中の質量を用いて、ナノ多孔質体の質量あたりの温度変化を算出した。熱容量は、上記体積中のナノ多孔質体および多孔質部、ステージ（ポリイミド成形体）の熱容量から算出した。上記温度変化と熱容量から、吸熱量を求めた。結果を図４および下記表１に示す。ここで、質量あたりの温度変化は、ナノ多孔質材料およびバインダを含むナノ多孔質体の単位質量に対する温度変化である。所定の選択性を有する多孔質部を有する実施例１、２では、多孔質部を有さない比較例１や、ナノ多孔質材料を透過させる濾布を用いた比較例２に比べて吸熱時の温度変化が大きくなっていることが確認された。また、バインダを含まない実施例２では温度変化がより大きく、吸熱量がより増加することがわかった。さらに、実施例２では、多孔質部でナノ多孔質体の全体を包含した構造をとる。これらの構成により、熱伝導性のよいＡｌ箔がない状態であっても、より高い性能が得られることがわかった。

なお、各実施例および比較例で用いた材料の熱容量は下記の通りである：
実施例１：ＧＭＳ：７．０×１０^－４Ｊ／Ｋ、バインダ：２．０×１０^－４Ｊ／Ｋ、ＰＰフィルム：４．８×１０^－７Ｊ／Ｋ、Ａｌ箔：７×１０^－４Ｊ／Ｋ、ステージ：０．４７０４Ｊ／Ｋ；
実施例２：ＧＭＳ：２．４×１０^－３Ｊ／Ｋ、ＰＰフィルム：４．８×１０^－７Ｊ／Ｋ、ステージ：０．４７０４Ｊ／Ｋ；
比較例１：ＧＭＳ：５．０×１０^－４Ｊ／Ｋ、バインダ：２．０×１０^－４Ｊ／Ｋ、Ａｌ箔：７×１０^－４Ｊ／Ｋ、ステージ：０．４７０４Ｊ／Ｋ；
比較例２：ＧＭＳ：７．０×１０^－４Ｊ／Ｋ、バインダ：２．０×１０^－４Ｊ／Ｋ、濾布：１．１×１０^－２Ｊ／Ｋ、Ａｌ箔：７×１０^－４Ｊ／Ｋ、ステージ：０．４７０４Ｊ／Ｋ。

図４は、吸熱時（応力印加時）の質量あたりの温度変化をプロットしたグラフである。図４の横軸はメタノール分子の脱離を開始してからの経過時間（ｓ）を示し、縦軸は経過時間０（ｓ）からの質量あたりの温度変化（Ｋ／ｍｇ）を示している。図４において、１５ｓ付近からプレスを開始しており、これ以降の時間で温度が低下していることがわかる。表１に示す温度変化ΔＴは、この際の最大の温度変化幅ΔＴを用いた。例えば、実施例２では、１５～２８ｓの間の最大の温度変化幅をΔＴとした。図４に示すように、所定の多孔質部を有する実施例１、２では、吸熱時の温度変化が大きく、吸熱効果が持続しうる。

なお、上述した実施例２に関して、下記式（１）を用いて、ＧＭＳ（平均二次粒子径２０μｍ）に８０ＭＰａのプレス荷重をかけたときの接触半径ａを求め、接触面の直径２ａ＝０．１３ｍｍを得た。この際、ポアソン比ν_１、ν_２は材料に固有の値であり、ナノ多孔質材料（ＧＭＳ）のポアソン比ν_１は０．２９であり、多孔質部（ポリプロピレン）のポアソン比ν_２は０．４であった。ポアソン比ν_１、ν_２は、プローブで圧縮する様子をＳＥＭで観察し、その変位から算出した。また、縦弾性係数Ｅ_１、Ｅ_２は材料に固有の値であり、ナノ多孔質材料の縦弾性係数Ｅ_１は１１００ＭＰａであり、多孔質部の縦弾性係数Ｅ_２は１３００ＭＰａであった。縦弾性係数Ｅ_１、Ｅ_２は応力－ひずみ曲線を測定し、かけた圧力に対するひずみから算出した。ナノ多孔質材料の曲率半径Ｒ_１は粒子の半径である０．０１ｍｍとし、粒子と平面とのプレスであるため、Ｒ_２＝∞とした。

実施例１、２で用いた多孔質部の細孔径０．０６４μｍは、上記２ａよりも小さい。また、ＧＭＳの平均二次粒子径の６５％に相当する１３μｍよりも小さい。したがって、荷重がかかったときであってもＧＭＳが多孔質部の細孔を透過しにくく、吸熱量が向上したものと考えられる。

［実施例３］
多孔質部として、以下のＳＵＳ焼結体を準備した：
材質：ＳＵＳ３０４
細孔径：１０μｍ
ポアソン比：０．２９
ヤング率：１９３ＧＰａ
直径：０．００６５ｍ（６．５ｍｍ）
厚さ：０．００４ｍ（４ｍｍ）。

図６（ａ）に、本実施例で作製した熱交換装置の概略を示す。蒸気通気可能な穴を一部有するＳＵＳ容器中に、上記のＳＵＳ焼結体が穴部分に接するように設置し、その上に上記で調製したＧＭＳ粉末（平均二次粒子径：２０μｍ）６５．８ｍｇを入れた。なお、ＧＭＳのヤング率は２２０ＭＰａであった。その後、上記ＧＭＳ粉末の上部にもＳＵＳ焼結体を設置し、さらにプレス機を設置して複合体とした。この複合体を観察容器中に設置し、脱気した後、メタノール蒸気を供給し、ＧＭＳ粉末にメタノールを吸着させた。その後、脱気によりＧＭＳ粉末からメタノールをＳＵＳ容器上の穴を通じて脱着させ、その際のＧＭＳ温度変化をＩＲカメラにて観測した。（脱気のみ）。

蒸気通気可能な穴を一部有するＳＵＳ容器中に上記のＳＵＳ焼結体が穴部分に接するように設置し、その上に上記で調製したＧＭＳ粉末６５．８ｍｇを入れた。その後、上記ＧＭＳ粉末の上部にもＳＵＳ焼結体を設置し、さらにプレス機を設置して複合体とした。この複合体を観察容器中に設置し、脱気した後、メタノール蒸気を供給し、ＧＭＳ粉末にメタノールを吸着させた。１００ＭＰａのプレスによりＧＭＳ粉末からメタノールをＳＵＳ容器上の穴を通じて脱着させ、その際の温度変化をＩＲカメラにて観測した（プレス＋脱気）。結果を図７に示す。

なお、上記複合体において、ＳＵＳ焼結体のプレス方向に垂直な面の面積は３３．２ｍｍ^２であり、プレス機のプレス面の面積は３３．２ｍｍ^２であった。

図７に示すように、実施例３で作製した試料では、プレス処理により脱気のみに比べて－２℃のさらなる温度変化を確認することができた。

使用した多孔質部を構成する多孔質材の物性値、プレス荷重を下記表２にまとめる。

上記表２から明らかなように、本実施例に用いた多孔質部（ＳＵＳ焼結体）は、応力付与部とナノ多孔質体（ＧＭＳ）との間に存在し、そのヤング率１９３ＧＰａは、印加応力１００ＭＰａよりも大きい。そのため、応力印加による媒体の脱着を効率的に行うことができる。

上記表２から明らかなように、本実施例においては、上記式（２）の（Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）で表される最大荷重面積が、４．９８×１０^－８ｍ^２（０．０４９８ｍｍ^２）であり、応力付与部と多孔質部とが接する面の面積Ａ（プレス機のプレス面の面積）３．３２×１０^－５ｍ^２（３３．２ｍｍ^２）よりも小さい。そのため、応力印加による媒体の脱着を効率的に行うことができる。

なお、本実施例においては、多孔質部における応力印加方向に垂直な面の面積（ＳＵＳ焼結体のプレス方向に垂直な面の面積）Ｓと、応力印加時に応力付与部と多孔質部とが接する面の面積（プレス機のプレス面の面積）Ａとが等しい。しかしながら、ＳＵＳ容器の一部に穴を有しており、下側のＳＵＳ焼結体が穴部分に接している。本実施例では脱着したメタノールがＧＭＳの下側のＳＵＳ焼結体を通して穴部分から拡散しうることから、ナノ多孔質体の下方向に媒体が拡散しているといえる。

（メタノール吸着量の測定）
０ＭＰａでのメタノール吸着量の測定
図６（ａ）に示すように、蒸気通気可能な穴を一部有するＳＵＳ容器中に、上記のＳＵＳ焼結体が穴部分に接するように設置し、その上に上記で調製したＧＭＳ粉末６５．８ｍｇを入れた。その後、上記ＧＭＳ粉末の上部にもＳＵＳ焼結体を設置し、直線導入機付きセルに入れた。この直線導入機付きセルをメタノール吸着量測定装置に接続し、一晩観察容器を脱気した後、機械的な応力を印加しない状態（０ＭＰａ）でメタノール吸着量の測定を行った。

この際、ＳＵＳ焼結体のプレス方向に垂直な面の面積は３３．２ｍｍ^２であり、プレス面の面積は３３．２ｍｍ^２であった。

１００ＭＰａでのメタノール吸着量の測定
図６（ａ）に示すように、蒸気通気可能な穴を一部有するＳＵＳ容器中に、上記のＳＵＳ焼結体が穴部分に接するように設置し、その上に上記で調製したＧＭＳ粉末６５．８ｍｇを入れた。その後、上記ＧＭＳ粉末の上部にもＳＵＳ焼結体を設置し、直線導入機付きセルに入れた。この直線導入機付きセルをメタノール吸着量測定装置に接続し、その後、直線導入機で１００ＭＰａの機械的な応力を印加した状態のまま、メタノール吸着量の測定を行った。

［比較例３］
図６（ｂ）に示すように、ＳＵＳ焼結体に代えて、直径０．００６５ｍのＳＵＳ板を用いたことを除いては実施例３と同様にしてメタノール吸着量の測定を行った。この際、ＳＵＳ板のプレス方向に垂直な面をプレス面とし、その面積は３３．２ｍｍ^２であった。図６（ｂ）に示す装置では、ＳＵＳ容器における穴はＳＵＳ板によって覆われており、ＳＵＳ容器上の穴を通じたメタノールの吸脱着は行われない。

図８（ａ）および図８（ｂ）に、実施例３および比較例３で作製した試料を用いて測定したメタノールの吸着等温線をそれぞれ示す。図８（ａ）および図８（ｂ）において、〇が脱着を表し、●が吸着を表す。図８（ａ）に示す実施例３の試料のほうが、図８（ｂ）に示す比較例３の試料よりもプレス時のメタノール吸着量が多くなっていることがわかった。実施例３では、印加応力以上のヤング率を有するＳＵＳ焼結体を用いることで、ＧＭＳの上下にＳＵＳ焼結体を配置した複合体において、ＧＭＳに上方向からプレス荷重を均一にかけることができる。また、ＧＭＳの下方向にメタノールの拡散経路を設けることができることから、メタノールの拡散が促進されうる。一方、比較例３の試料では、ＧＭＳの下方向にメタノールの拡散経路がないことから、メタノールが拡散されにくく、吸着平衡に達するのに時間がかかってしまう。そのため、吸着平衡に到達しないまま計測が進行してしまうことから吸着量が低くなっているものと考えられる。

１９ ナノ多孔質材料、
２０Ａ （第１）ナノ多孔質体、
２０Ｂ （第２）ナノ多孔質体、
２５Ａ （第１）多孔質部、
２５Ｂ （第２）多孔質部、
２５ａ 応力印加方向に垂直な面
２７ 媒体蒸気（ゲスト分子）、
３０Ａ （第１）熱交換部、
３０Ｂ （第２）熱交換部、
３１Ａ （第１）応力付与部、
３１Ｂ （第２）応力付与部、
３１ａ プレス面、
３１ｂ 軸部、
３１ｃ プレス板、
３２Ａ （第１）収容部、
３２Ｂ （第２）収容部、
３２ａ 収容部の内壁、
３３Ａ （第１）空気調節部、
３３Ｂ （第２）空気調節部、
４０ 制御部、
５０ 配管、
５１ バルブ、
１００ 熱交換装置、
２００ 試料、
３００ 吸熱量の測定装置、
３０６ ステージ、
３０７ 治具、
３０８ ピストン、
３１１ 第１プレス部、
３１１ａ 第１プレス部のプレス面、
３１２ 第２プレス部、
３１２ａ 第２プレス部のプレス面、
ｄ 細孔間隔、
ｒ 細孔径。

Claims (13)

1. 弾性を有し、収縮して媒体を脱離可能であり、かつ、膨張して前記媒体を吸着可能である、ナノ多孔質材料を含むナノ多孔質体と、
   前記ナノ多孔質体に応力を印加して前記ナノ多孔質体を収縮させる動作と、印加された前記応力を解放して前記ナノ多孔質体を膨張させる動作とを行う応力付与部と、
   前記ナノ多孔質体の表面に隣接して配置され、前記媒体を透過可能であり、前記ナノ多孔質材料を透過させない多孔質部と、
   前記ナノ多孔質体および前記多孔質部を収容する収容部と、
   を有する、熱交換装置。
2. 前記多孔質部は、前記ナノ多孔質体の全体を覆っている、請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記多孔質部の細孔径は、下記式（１）で表される接触半径ａ（ｍｍ）に対して、２ａ（ｍｍ）以下である、請求項１または２に記載の熱交換装置。
   
   上記式（１）中、Ｐは、応力（Ｎ）であり、ν_１およびν_２は、それぞれナノ多孔質材料および多孔質部のポアソン比であり、Ｅ_１およびＥ_２は、それぞれナノ多孔質材料および多孔質部の縦弾性係数（ＭＰａ）であり、Ｒ_１およびＲ_２は、それぞれナノ多孔質材料および多孔質部の曲率半径（ｍｍ）である。
4. 前記多孔質部の細孔径は、前記ナノ多孔質材料の平均二次粒子径の６５％以下である、請求項１または２に記載の熱交換装置。
5. 前記多孔質部は、ポリプロピレンから構成される、請求項１または２に記載の熱交換装置。
6. 前記ナノ多孔質体は、前記ナノ多孔質材料のみから構成される、請求項１または２に記載の熱交換装置。
7. 前記媒体は、メタノールである、請求項１または２に記載の熱交換装置。
8. 前記多孔質部は、前記応力付与部と前記ナノ多孔質体との間に存在し、印加応力以上のヤング率を有する多孔質材により構成される、請求項１に記載の熱交換装置。
9. 前記多孔質部における応力印加方向に垂直な面の面積Ｓは、応力印加時に前記応力付与部と前記多孔質部とが接する面の面積Ａよりも大きい、請求項８に記載の熱交換装置。
10. 応力印加時に前記応力付与部と前記多孔質部とが接する面の面積Ａ（ｍ^２）が、下記式（２）の関係を満たす、請求項８に記載の熱交換装置：
    （Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）＜Ａ （２）
    式（２）中、Ｘはプレス荷重（Ｎ）であり、ｄは、多孔質材の細孔間隔（ｍ）であり、νは多孔質材のポアソン比であり、Ｅは多孔質材のヤング率（Ｐａ）であり、ｒは多孔質材の細孔径（ｍ）である。
11. 前記応力付与部は、前記多孔質部に応力を印加する第１プレス部と、前記多孔質部および前記ナノ多孔質体を挟んで前記第１プレス部と対向して配置される第２プレス部と、を有し、
    前記多孔質部は、前記第１プレス部と前記ナノ多孔質体との間、および前記第２プレス部と前記ナノ多孔質体との間に存在し、
    前記第１プレス部と前記多孔質部とが接する面の面積Ａ１（ｍ^２）および前記第２プレス部と前記多孔質部とが接する面の面積Ａ２がそれぞれ下記式を満たす、請求項８に記載の熱交換装置：
    （Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）＜Ａ１
    （Ｘ・ｄ・ν）／（Ｅ・ｒ）＜Ａ２
    式中、Ｘはプレス荷重（Ｎ）であり、ｄは、多孔質材の細孔間隔（ｍ）であり、νは多孔質材のポアソン比であり、Ｅは多孔質材のヤング率（Ｐａ）であり、ｒは多孔質材の細孔径（ｍ）である。
12. 前記応力付与部は、軸部と、前記多孔質部に接するプレス板と、から構成され、
    前記プレス板と前記多孔質部とが接する面の面積Ａ（ｍ^２）が上記式（２）を満たし、
    前記軸部の応力印加方向に垂直な面の断面積が、前記面積Ａ（ｍ^２）よりも小さい、請求項１０に記載の熱交換装置。
13. 前記プレス板が前記収容部の内壁と接する、請求項１２に記載の熱交換装置。