(57)【要約】【課題】冷暖房システムの小型化に資するヒートポンプを提供する。【解決手段】（１）ペルチェ効果を奏する熱電モジュール、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器を備えたヒートポンプ。（２）放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器、及びペルチェ効果を奏する熱電変換部を備えたヒートポンプ。【選択図】図１
2020034198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電モジュール、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器を備えたヒートポンプであって、
前記熱電モジュールが、
放熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板に対向する吸熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板の間に配置された熱電変換部とを有し、
前記熱電変換部が、
放熱側絶縁性基板側に形成された第一電極、ｐ型半導体、吸熱側絶縁性基板側に形成された第二電極、及びｎ型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、
繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの放熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する、
ヒートポンプ。
【請求項２】
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器は、導電性セラミックスで形成されている請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項３】
前記吸熱側絶縁性基板及び前記放熱側絶縁性基板が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている請求項１又は２に記載のヒートポンプ。
【請求項４】
下記の（１）及び（２）の何れか又は両方の条件を満たす請求項１〜３の何れか一項に記載のヒートポンプ。
（１）熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
（２）熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
【請求項５】
下記の（３）及び（４）の何れか又は両方の条件を満たす請求項１〜３の何れか一項に記載のヒートポンプ。
（３）熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極と直接接合されている。
（４）熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極と直接接合されている。
【請求項６】
放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器、及び熱電変換部を備えたヒートポンプであって、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が絶縁性材料で形成されており、
前記熱電変換部が、前記第一柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第一電極、ｐ型半導体、前記第二柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第二電極、及びｎ型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有する、
ヒートポンプ。
【請求項７】
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている請求項６に記載のヒートポンプ。
【請求項８】
下記の（１）及び（２）の何れか又は両方の条件を満たす請求項６又は７に記載のヒートポンプ。
（１）前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
（２）前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
【請求項９】
下記の（３）及び（４）の何れか又は両方の条件を満たす請求項６又は７の何れか一項に記載のヒートポンプ。
（３）前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極と直接接合されている。
（４）前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極と直接接合されている。
【請求項１０】
第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器の一方又は両方は、セル密度が３１〜１４０セル/ｃｍ2であり、隔壁厚が０．０５〜０．２ｍｍである請求項１〜９の何れか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項１１】
熱電モジュールの繰り返し部は、絶縁性基板を介して二層以上に積層されている請求項１〜１０の何れか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のヒートポンプ；
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管；
車外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管；
を備えた車室暖房システム。
【請求項１３】
第三配管は、バッテリー及び／又はモーターからの熱によって第三配管を流れる外気を加熱するための熱交換器を通過するように構成されている請求項１２に記載の車室暖房システム。
【請求項１４】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のヒートポンプ；
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管；
車外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管；
を備えた車室冷房システム。
【請求項１５】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のヒートポンプ；
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管；
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管；
を備えた座席暖房システム。
【請求項１６】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のヒートポンプ；
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管；
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管；
を備えた座席冷房システム。
【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、とりわけ車両の暖房用又は冷房用のヒートポンプに関する。また、本発明は暖房システム及び冷房システムに関し、とりわけ車両の暖房システム及び冷房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保護の観点から、自動車からのＣＯ2排出量の低減要求が高まっている。また、都市部での環境基準達成の観点から、自動車からの窒素酸化物等のゼロエミッション化要求が高まっている。これらに対応可能な対策として、電気自動車が注目されている。しかしながら、電気自動車は従来暖房の熱源としていた内燃機関を持たないので、暖房の熱源が不足するという問題がある。
【０００３】
そこで、バッテリーの電力を有効に用いて暖房を行うために蒸気圧縮ヒートポンプが用いられてきた（特許文献１）。蒸気圧縮ヒートポンプでは、媒体を電動コンプレッサーにより圧縮し、気相−液相間の相変化での吸熱及び放熱を利用して、冷たい外気から車室内へ熱をポンピングするものであり、投入電力に対し、ポンピングできる熱量が大きいので電気エネルギーをより有効に利用できるという利点がある。
【０００４】
ペルチェ素子を利用した車両用の暖房システムも知られている。ペルチェ素子に電圧を加えることによっても、ヒートポンプ効果が得られるので、投入電力に対し、より多くの熱を取り出すことが可能である。特許文献３には、自動車運転室の暖房用に、ペルチェ型電池を利用することが開示されている。特許文献４には、ペルチェ素子と熱交換器を組み合わせた車両用空気調和装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−３０７２４号公報
【特許文献２】特表２０１５−５１９２６０号公報
【特許文献３】特開２００６−３２７５７３号公報
【特許文献４】特開２０１４−１８９１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
相変化利用ヒートポンプは熱効率が高いが、外気が極低温の時に作動が困難であること、及び車両始動時に急速に車室を温めることが困難であること、といった問題がある。このため、相変化を利用したヒートポンプを主たる暖房に使用しつつ、車両始動時の急速加熱が必要なときや外気温が非常に低い時に、ジュール熱を利用したヒーターを補助的な暖房に活用することが従来検討されてきた。
【０００７】
しかしながら、主たる暖房として相変化利用ヒートポンプを持ち、補助的な暖房としてジュール熱利用ヒーターを組み合わせた従来技術においては、相変化利用ヒートポンプのシステム体積が大きいのに加え、ジュール加熱ヒーターのシステム体積も大きいため、車内スペースを圧迫してしまう問題があった。
【０００８】
この点、ペルチェ素子はヒートポンプの一種であるが、熱電変換を利用することから外気が極低温の時にでも作動可能であり、相変化利用ヒートポンプに比べて応答速度も速いという利点が得られる。しかしながら、ペルチェ素子に電力を入力して発熱させる方法を車室空気加熱に用いる場合も、伝熱面積が不足し加熱効率が不足することや、十分に加熱しようとすると、サイズが大きくなりすぎて車内スペースを圧迫する問題があった。この問題はペルチェ素子を利用して車室空気を冷房する場合にも同様に発生する。このため、よりコンパクトな暖房及び冷房が提供されることが望ましい。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、一実施形態において、冷暖房システムの小型化に資するヒートポンプを提供することを課題とする。本発明は別の一実施形態において、そのようなヒートポンプを備えた車両用暖房システムを提供することを課題とする。本発明は更に別の一実施形態において、そのようなヒートポンプを備えた車両用冷房システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、柱状ハニカム構造部を有する熱交換器とペルチェ効果を奏する熱電変換部とを組み合わせた以下に例示される本発明を完成した。
【００１１】
［１］
熱電モジュール、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器を備えたヒートポンプであって、
前記熱電モジュールが、
放熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板に対向する吸熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板の間に配置された熱電変換部とを有し、
前記熱電変換部が、
放熱側絶縁性基板側に形成された第一電極、ｐ型半導体、吸熱側絶縁性基板側に形成された第二電極、及びｎ型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、
繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの放熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する、
ヒートポンプ。
［２］
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器は、導電性セラミックスで形成されている［１］に記載のヒートポンプ。
［３］
前記吸熱側絶縁性基板及び前記放熱側絶縁性基板が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている［１］又は［２］に記載のヒートポンプ。
［４］
下記の（１）及び（２）の何れか又は両方の条件を満たす［１］〜［３］の何れか一項に記載のヒートポンプ。
（１）熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
（２）熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
［５］
下記の（３）及び（４）の何れか又は両方の条件を満たす［１］〜［３］の何れか一項に記載のヒートポンプ。
（３）熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極と直接接合されている。
（４）熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極と直接接合されている。
［６］
放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器、及び熱電変換部を備えたヒートポンプであって、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が絶縁性材料で形成されており、
前記熱電変換部が、前記第一柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第一電極、ｐ型半導体、前記第二柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第二電極、及びｎ型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有する、
ヒートポンプ。
［７］
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている［６］に記載のヒートポンプ。
［８］
下記の（１）及び（２）の何れか又は両方の条件を満たす［６］又は［７］に記載のヒートポンプ。
（１）前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
（２）前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
［９］
下記の（３）及び（４）の何れか又は両方の条件を満たす［６］又は［７］の何れか一項に記載のヒートポンプ。
（３）前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極と直接接合されている。
（４）前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極と直接接合されている。
［１０］
第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器の一方又は両方は、セル密度が３１〜１４０セル/ｃｍ2であり、隔壁厚が０．０５〜０．２ｍｍである［１］〜［９］の何れか一項に記載のヒートポンプ。
［１１］
熱電モジュールの繰り返し部は、絶縁性基板を介して二層以上に積層されている［１］〜［１０］の何れか一項に記載のヒートポンプ。
［１２］
［１］〜［１１］の何れか一項に記載のヒートポンプ；
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管；
車外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管；
を備えた車室暖房システム。
［１３］
第三配管は、バッテリー及び／又はモーターからの熱によって第三配管を流れる外気を加熱するための熱交換器を通過するように構成されている［１２］に記載の車室暖房システム。
［１４］
［１］〜［１１］の何れか一項に記載のヒートポンプ；
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管；
車外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管；
を備えた車室冷房システム。
［１５］
［１］〜［１１］の何れか一項に記載のヒートポンプ；
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管；
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管；
を備えた座席暖房システム。
［１６］
［１］〜［１１］の何れか一項に記載のヒートポンプ；
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管；
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管；
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管；
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管；
を備えた座席冷房システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、単位体積当たりの伝熱面積を向上させた、冷暖房システムの小型化に資するヒートポンプが提供される。当該ヒートポンプは、相変化を利用したヒートポンプを主たる暖房に使用したときの補助的な暖房に使用してもよいし、当該ヒートポンプは、主たる暖房に使用することができる。また、当該ヒートポンプは、相変化を利用したヒートポンプを主たる冷房に使用したときの補助的な冷房に使用してもよいし、当該ヒートポンプは、主たる冷房に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るヒートポンプの第一実施形態についての模式的な断面構造図である。
【図２】本発明に係るヒートポンプの第二実施形態についての模式的な断面構造図である。
【図３】二層以上に積層された繰り返し部をもつ熱電変換部の模式的な構造図である。
【図４】本発明に係る車室（又は座席）暖房システムの構成例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る車室（又は座席）冷房システムの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１５】
（１．ヒートポンプの第一実施形態）
図１には、本発明に係るヒートポンプの第一実施形態についての模式的な斜視図が示されている。図１に示すヒートポンプ１００は、熱電モジュール１２０、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０を備える。
【００１６】
（１．１  熱電モジュール）
熱電モジュール１２０は、放熱側絶縁性基板１２１と、放熱側絶縁性基板１２１に対向する吸熱側絶縁性基板１２２と、放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の間に配置された熱電変換部１３０とを有する。放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２は共に平板状とすることができる。
【００１７】
放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の厚みは、熱伝導の理由により、３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることが更により好ましい。また、放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の厚みは、強度の理由により、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上であることが更により好ましい。
【００１８】
放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２が絶縁性であるのは、熱電変換部１３０が直列回路の一部を形成し、電圧を印加したときに適切なペルチェ効果を得られるようにするためである。放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２は、２０℃における体積抵抗率が、１０10Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０12Ω・ｃｍ以上であることがより好ましく、１０14Ω・ｃｍ以上であることが更により好ましく、例えば１０10〜１０16Ω・ｃｍとすることができる。本発明において、体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｃ２１４１：１９９２に準拠して測定される。
【００１９】
放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２は、熱伝導率が高いことが望ましい。放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の熱伝導率が高いことで、熱電モジュール１２０と第一柱状ハニカム熱交換器１４０の間、及び熱電モジュール１２０と第二柱状ハニカム熱交換器１６０の間の熱移動を効率的に行うことができる。具体的には、放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２は、２０℃における熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが更により好ましく、例えば１０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすることができる。本発明において、熱伝導率は、ＪＩＳ  Ｒ１６１１：２０１０に準拠して測定される。
【００２０】
車両の冷暖房として実用的な放熱性能及び吸熱性能を得るという観点から、放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２はそれぞれ、外側表面（柱状ハニカム熱交換器が設置される側の表面）及び内側表面（基板同士が対向する表面）の面積の下限が３０ｃｍ2以上であることが好ましく、５０ｃｍ2以上であることがより好ましく、１００ｃｍ2以上であることが更により好ましい。また、ヒートポンプを小型化するという観点から、放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２はそれぞれ、外側表面及び内側表面の面積の上限が１５００ｃｍ2以下であることが好ましく、１０００ｃｍ2以下であることがより好ましく、５００ｃｍ2以下であることが更により好ましい。
【００２１】
上述した体積抵抗率及び熱伝導率を満たすことのできる放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の材料としては、限定的ではないが、セラミックスが挙げられる。具体的には、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されていることが好ましく、これらの何れか一種を主成分とするセラミックスで形成されていることがより好ましい。
【００２２】
放熱側絶縁性基板１２１と第一柱状ハニカム熱交換器１４０の間の熱伝導を効率的に行うため、放熱側絶縁性基板１２１の外側表面全体が、直接又は間接的に第一柱状ハニカム熱交換器１４０の側面（外周側壁１４２の外側表面）に接合していることが好ましい。同様に、吸熱側絶縁性基板１２２と第二柱状ハニカム熱交換器１６０の間の熱伝導を効率的に行うため、吸熱側絶縁性基板１２２の外側表面全体が、直接又は間接的に第二柱状ハニカム熱交換器１６０の側面（外周側壁１６２の外側表面）に接合していることが好ましい。
【００２３】
熱電変換部１３０は、
放熱側絶縁性基板１２１側に形成された第一電極１３１、ｐ型半導体１３２、吸熱側絶縁性基板１２２側に形成された第二電極１３４、及びｎ型半導体１３３がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、
繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部１３６ａ、１３６ｂとを有する。
【００２４】
熱電変換部１３０の一対の端子部１３６ａ、１３６ｂに電圧を印加することで、繰り返し部には直流電流が流れる。すると、一端側のｎ型半導体１３３から他端側のｐ型半導体１３２（または一端側のｐ型半導体１３２から他端側のｎ型半導体１３３）に向けて電流を流した際に、ペルチェ効果により熱移動が生じ、吸熱側絶縁性基板１２２が吸熱作用を示すと共に放熱側絶縁性基板１２１が放熱作用を示す。
【００２５】
熱電変換部１３０は、一つの熱電モジュール１２０内に一つ存在してもよいし、一つの熱電モジュール１２０内に複数存在してもよい。熱電変換部１３０が一つの熱電モジュール１２０内に複数存在する場合、一つの熱電モジュール１２０内に複数対の端子部１３６ａ、１３６ｂが存在することになる。
【００２６】
熱電変換部１３０の繰り返し部における繰り返し数には特に制限はない。放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の主表面の面積等に応じて適宜設定すればよい。繰り返し部は一次元方向に延設してもよいし、二次元方向に延設してもよい。更に、繰り返し部は、絶縁性基板を介して二層以上に積層することができる。これにより、放熱側絶縁性基板１２１と吸熱側絶縁性基板１２２の間の温度差を大きくすることができる。積層数の下限は、加熱温度を高くできる加熱性能の観点から、２層以上であることが好ましく、３層以上であることがより好ましく、４層以上であることが更により好ましい。積層数の上限は、コンパクト性の観点から、７層以下であることが好ましく、６層以下であることがより好ましく、５層以下であることが更により好ましい。
【００２７】
二層以上に積層された繰り返し部をもつ熱電変換部１３０においては、各層に一対の端子部１３６ａ、１３６ｂを設けてもよいし、複数層を直列に接続して複数層に対して一対の端子部１３６ａ、１３６ｂを設けてもよいし、すべての層を直列に接続して全体で一対の端子部１３６ａ、１３６ｂを設けてもよい。図３には、二層以上に積層された繰り返し部をもつ熱電変換部１３０の模式的な構造図が示されている。
【００２８】
図３に示す熱電変換部１３０においては、繰り返し部は、絶縁性基板１５０を挟んで直列に接続された二層構造の繰り返し部を有する。上層の繰り返し部の一端には端子部１３６ａが接続されており、下層の繰り返し部の一端にも端子部１３６ｂが接続されている。また、上層の繰り返し部の他端と下層の繰り返し部の他端は電気的に直列接続されている。これにより、例えば、端子部１３６ａと端子部１３６ｂの間に図３に示すような電圧を印加すると、電流は上層の端子部１３６ａから流入し、上層の繰り返し部及び下層の繰り返し部を順に通った後に、下層の端子部１３６ｂから流出する。
【００２９】
図３に示す実施形態においては、導電性材料で形成された導電ブロック１３５が下層の繰り返し部の末端第一電極１３１と下層の末端第二電極１３４の間の隙間を埋めながら両者に電気的に接触するようにして設置されている。また、上層の繰り返し部の末端第二電極１３４は絶縁性基板１５０の側面を通って下層まで延設されており、導電ブロック１３５、下層の末端第一電極１３１及び下層の末端第二電極１３４のうち少なくとも一つと接触している。このようにして、上層の繰り返し部の他端と下層の繰り返し部の他端は直列接続されている。
【００３０】
導電ブロック１３５の材質としては、限定的ではないが、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス、ニッケル、及びニッケル合金といった金属が挙げられる。導電ブロックは電気抵抗及び熱伝導率は共に低いほうが好ましいので、例えば、電流の流れ方向に直交する電流通路断面積が、ペルチェ素子を構成するｎ型半導体及びｐ型半導体に比べて小さくなるように、導電ブロックを多孔体で構成したり、導電ブロックに対して電流の流れ方向に延びる一本又は二本以上のスリットを付与したりすることもできる。導電ブロックの２０℃における体積抵抗率は、１Ω・ｃｍ以下、好ましくは０．１Ω・ｃｍ以下、より好ましくは０．０１Ω・ｃｍ以下、例えば０．１から０．００１Ω・ｃｍとすることができる。また、導電ブロックの２０℃における熱伝導率は、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましく、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが更により好ましく、例えば５０〜５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすることができる。上記金属の細孔制御により気孔率を大きくし、電気抵抗を小さいままで、熱伝導率を小さくしたブロックを用いることができる。多孔体導電ブロックは、多層ペルチェ素子の衝撃吸収の役割も期待できる。導電ブロック１３５は第一電極及び第二電極と同一材質としてもよい。導電ブロック１３５は、熱膨張差を吸収できるよう弾性変形可能なバネ形状を有しても良い。絶縁性基板１５０の材質に関しては、放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２について述べたのと同様であるので説明を省略する。絶縁性基板１５０は放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２と同一材質としてもよい。
【００３１】
導電ブロック１３５は存在しなくてもよい。例えば、下層の繰り返し部の末端第二電極１３４及び上層の繰り返し部の末端第二電極１３４の一方を反対側の層まで延設することで直接的に接続してもよい。また、下層の繰り返し部の末端第二電極１３４及び上層の繰り返し部の末端第二電極１３４を電線を介して間接的に接続してもよい。しかしながら、導電ブロック１３５が存在するほうが熱電変換部１３０の構造強度を高めることができるという利点が得られる。
【００３２】
なお、ヒートポンプ機能を担保するため、上層と下層の間で、ｐ型半導体１３２及びｎ型半導体１３３を流れる電流の向きはそれぞれ変化しないように留意する必要がある。
【００３３】
第一電極１３１は放熱側絶縁性基板１２１の内側表面（基板同士が対向する表面）に接合することができ、第二電極１３４は吸熱側絶縁性基板１２２の内側表面（基板同士が対向する表面）に接合することができる。放熱側絶縁性基板１２１と第一電極１３１との接合、及び、吸熱側絶縁性基板１２２と第二電極１３４との接合はそれぞれ、接合材を介さない直接接合でもよいし、接合材を介した間接接合でもよい。直接接合の方法としては、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）法が挙げられる。ＤＣＢ法はセラミックスと金属（典型的には銅又は銅合金）を、共晶反応を用いて接合する方法である。間接接合の方法としては、ＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）法が挙げられる。ＡＭＢ法は、活性金属を含むロウ材を接合材として利用し、セラミックスと金属（典型的には銅又は銅合金）を接合する方法である。使用するロウ材は電極の材質によって異なる。例えば、電極の材質がアルミニウム及びアルミニウム合金の場合は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、又はＡｌ−Ｓｉ系合金に防錆効果のあるＧｅ、低融点化剤のＭｇを微量添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ系若しくはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のロウ材を用いることができる。また、電極の材質が銅及び銅合金の場合は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の活性金属に低融点合金を作るＡｇ、Ｃｕ等の金属を混合したもの、又はこれらの合金のロウ材を用いることができる。
【００３４】
従って、本発明に係るヒートポンプの一実施形態においては、下記の（１）及び（２）の何れか又は両方の条件を満たす。
（１）熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１は、前記第一電極１３１に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
（２）熱電モジュール１２０の吸熱側絶縁性基板１２２は、前記第二電極１３４に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
【００３５】
本発明に係るヒートポンプの別の一実施形態においては、下記の（３）及び（４）の何れか又は両方の条件を満たす。
（３）熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１は、前記第一電極１３１と直接接合されている。
（４）熱電モジュール１２０の吸熱側絶縁性基板１２２は、前記第二電極１３４と直接接合されている。
【００３６】
（１．２  柱状ハニカム熱交換器）
図１を参照すると、熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１の外側には第一柱状ハニカム熱交換器１４０が設置されている。また、熱電モジュール１２０の吸熱側絶縁性基板１２２の外側には第二柱状ハニカム熱交換器１６０が設置されている。
【００３７】
第一柱状ハニカム熱交換器１４０は、
熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁１４２と、
外周側壁１４２の内側に配設され、一方の底面１４７から他方の底面１４８まで流体の流路を形成する複数のセル１４４を区画形成する隔壁１４６と、
を有する。
【００３８】
第二柱状ハニカム熱交換器１６０は、
熱電モジュール１２０の吸熱側絶縁性基板１２２の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁１６２と、
外周側壁１４２の内側に配設され、一方の底面１６７から他方の底面１６８まで流体の流路を形成する複数のセル１６４を区画形成する隔壁１６６と、
を有する。
【００３９】
第一柱状ハニカム熱交換器１４０（又は第二柱状ハニカム熱交換器１６０）の外周側壁１４２（１６２）が、熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１（又は吸熱側絶縁性基板１２２）の外側に熱伝導可能な状態で配置されている具体的な態様としては、以下が例示される。
（１）第一柱状ハニカム熱交換器１４０（又は第二柱状ハニカム熱交換器１６０）の外周側壁１４２（１６２）の外側表面が、熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１（又は吸熱側絶縁性基板１２２）の外側表面と直接接触している態様。
（２）第一柱状ハニカム熱交換器１４０（又は第二柱状ハニカム熱交換器１６０）の外周側壁１４２（１６２）の外側表面が、熱電モジュール１２０の放熱側絶縁性基板１２１（又は吸熱側絶縁性基板１２２）の外側表面と接合材を介して間接接触している態様。
【００４０】
直接接触の方法としては、限定的ではないが、外周側壁と絶縁性基板の材質に応じて、焼結、拡散接合、機械的な加圧機構、溶接等の方法が挙げられる。直接接触の場合、外周側壁１４２（１６２）の外側表面と絶縁性基板１２１（１２２）の外側表面が密接していることが効率的な熱伝導を行う上で好ましい。
【００４１】
間接接触する際の接合材としては、限定的ではないが、セラミックス材料に、水等の溶媒を加えてペースト状にしたものを用いることができる。接合材は、外周側壁及び絶縁性基板と同一のセラミックスを含有してもよい。間接接触の場合、外周側壁１４２（１６２）の外側表面と接合材が密接し、そして、絶縁性基板１２１（１２２）の外側表面と接合材が密接していることが効率的な熱伝導を行う上で好ましい。
【００４２】
本実施形態において、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の電気的特性に制約はない。このため、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０は、セラミックス及び金属の何れでもよいし、他の材料で形成してもよい。金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕ及びこれらの少なくとも一種を含有する合金が挙げられる。セラミックスとしては、導電性セラミックス（一般には、２０℃における体積抵抗率が１０3Ω・ｃｍ以下、好ましくは１０2Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０Ω・ｃｍ以下、更により好ましくは１Ω・ｃｍ以下、最も好ましくは０．１Ω・ｃｍ以下）及び絶縁性セラミックス（一般には、２０℃における体積抵抗率が１０10Ω・ｃｍ以上）が挙げられる。
【００４３】
耐食性及び熱伝導率が高いという理由により、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０は、導電性セラミックスで形成されていることが好ましい。導電性セラミックスとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含有するセラミックスが好ましく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とするセラミックスがより好ましい。更に、ＳｉやＡｌを含浸させて緻密体構造にするほうが高い熱伝導率が得られることから、シリコン又はアルミニウムを含浸した炭化ケイ素（例：Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ）を主成分とすることが更により好ましい。絶縁性セラミックスとしては、限定的ではないが、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスが挙げられ、典型的にはこれらの何れか一種を主成分とするセラミックスが挙げられる。
【００４４】
第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０はそれぞれ、外周側壁１４２（１６２）の内側に配設され、一方の底面１４７（１６７）から他方の底面１４８（１６８）まで流体の流路を形成する複数のセル１４４（１６４）を区画形成する隔壁１４６（１６６）を有する。第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０がこのようなハニカム構造を有することは、単位体積当たりの伝熱面積を大きくすることが可能となり、放熱側絶縁性基板１２１から熱をセル１４４を流れる流体に伝えやすくなる（又はセル１６４を流れる流体から熱を吸熱側絶縁性基板１２２に伝えやすくなる）。このため、小型ながらも冷暖房効率の高いヒートポンプを得るのに役立つ。
【００４５】
第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０はそれぞれ、例えば、底面が多角形（四角形（長方形、正方形）、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状等の任意の形状とすることができる。組み立て易さ及び冷暖房効率の観点からは、これらの中でも底面が多角形の柱状（多角柱状）が好ましく、底面が四角形の柱状がより好ましい。
【００４６】
冷暖房効率を高めるという観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器１４０のセルの流路に直交する方向の断面において、放熱側絶縁性基板１２１の外側表面の法線方向の長さをＬ1、放熱側絶縁性基板１２１の外側表面と直接又は間接的に接触している部分の長さをＬ2とすると、Ｌ1／Ｌ2≦０．５であることが好ましく、Ｌ1／Ｌ2≦０．３であることがより好ましく、Ｌ1／Ｌ2≦０．２であることが更により好ましい。但し、第一柱状ハニカム熱交換器１４０のガス流量を確保することを考慮すると、０．０５≦Ｌ1／Ｌ2であることが好ましく、０．１≦Ｌ1／Ｌ2であることがより好ましく、０．１５≦Ｌ1／Ｌ2であることが更により好ましい。
【００４７】
同様に、冷暖房効率を高めるという観点からは、第二柱状ハニカム熱交換器１６０のセルの流路に直交する方向の断面において、吸熱側絶縁性基板１２２の外側表面の法線方向の長さをＬ3、吸熱側絶縁性基板１２２の外側表面と直接又は間接的に接触している部分の長さをＬ4とすると、Ｌ3／Ｌ4≦０．５であることが好ましく、Ｌ3／Ｌ4≦０．３であることがより好ましく、Ｌ3／Ｌ4≦０．２であることが更により好ましい。但し、第二柱状ハニカム熱交換器１６０のガス流量を確保することを考慮すると、０．０５≦Ｌ3／Ｌ4であることが好ましく、０．１≦Ｌ3／Ｌ4であることがより好ましく、０．１５≦Ｌ3／Ｌ4であることが更により好ましい。
【００４８】
冷暖房効率を高めるという観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器１４０について、放熱側絶縁性基板１２１の外側表面の法線方向の長さＬ1の上限は、５ｃｍ以下とすることが好ましく、３ｃｍ以下とすることがより好ましく、２ｃｍ以下とすることが更により好ましい。但し、第一柱状ハニカム熱交換器１４０のガス流量を確保することを考慮すると、第一柱状ハニカム熱交換器１４０について、放熱側絶縁性基板１２１の外側表面の法線方向の長さＬ1の下限は、０．５ｃｍ以上とすることが好ましく、１ｃｍ以上とすることがより好ましく、１．５ｃｍ以上とすることが更により好ましい。
【００４９】
同様に、冷暖房効率を高めるという観点からは、第二柱状ハニカム熱交換器１６０について、吸熱側絶縁性基板１２２の外側表面の法線方向の長さＬ3の上限は、５ｃｍ以下とすることが好ましく、３ｃｍ以下とすることがより好ましく、２ｃｍ以下とすることが更により好ましい。但し、第二柱状ハニカム熱交換器１６０のガス流量を確保することを考慮すると、第二柱状ハニカム熱交換器１６０について、吸熱側絶縁性基板１２２の外側表面の法線方向の長さＬ3の下限は、０．５ｃｍ以上とすることが好ましく、１ｃｍ以上とすることがより好ましく、１．５ｃｍ以上とすることが更により好ましい。
【００５０】
ガス流量を確保するという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面積の大きさの下限は、５０ｃｍ2以上とすることが好ましく、７０ｃｍ2以上とすることがより好ましく、１００ｃｍ2以上とすることが更により好ましい。ヒートポンプをコンパクトにするという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面積の大きさの上限は、３００ｃｍ2以下とすることが好ましく、２００ｃｍ2以下することがより好ましく、更には１５０ｃｍ2以下とすることが好ましい。第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面積の大きさは、例えば５０〜３００ｃｍ2とすることができる。
【００５１】
セルの流路に直交する断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形（長方形、正方形）、六角形、八角形、又はこれらの二種以上の組み合わせであることが好ましい。これらのなかでも、正方形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、柱状ハニカム熱交換器１４０、１６０にガスを流したときの圧力損失を小さくすることができる。
【００５２】
ヒートポンプをコンパクトにするという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の高さ（各セルの流路長さ）の上限は、例えば５０ｍｍ以下とすることが好ましく、４０ｍｍ以下とすることがより好ましく、３０ｍｍ以下とすることが更により好ましい。加熱性能及び強度を確保するという観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の高さ（各セルの流路長さ）の下限は５ｍｍ以上とすることが好ましく、１０ｍｍ以上とすることがより好ましく、２０ｍｍ以上とすることが更により好ましい。柱状ハニカム構造部の高さ（各セルの流路長さ）は、例えば５〜５０ｍｍとすることができる。
【００５３】
熱伝導性確保の観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０における隔壁１４６、１６６の平均厚みの下限は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．０８ｍｍ以上であることがより好ましく、０．１０ｍｍ以上であることが更により好ましい。また、圧力損失低減の観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０における隔壁１４６、１６６の平均厚みの上限は、０．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１８ｍｍ以下であることがより好ましく、０．１５ｍｍ以下であることが更により好ましい。
【００５４】
本発明において、隔壁の厚みは、セルの流路に直交する断面において、隣接するセルの重心同士を線分で結んだときに当該線分が隔壁を横切る長さを指す。隔壁の平均厚みは、すべての隔壁の厚みの平均値を指す。
【００５５】
第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０は、セル密度が３１セル／ｃｍ2以上であることが好ましく、４０セル／ｃｍ2以上であることがより好ましい。先述した隔壁の平均厚みの好適な範囲と組み合わせてセル密度を上記範囲に規制することで、熱効率に優れたヒートポンプとすることができる。通風抵抗を抑えて送風機の出力を抑制するという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０は、セル密度が１４０セル／ｃｍ2以下であることが好ましく、１００セル／ｃｍ2以下であることがより好ましい。本発明において、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０のセル密度は、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面の面積でセル数を除して得られる値である。
【００５６】
通風抵抗を抑えるという観点から、開口率（ＯＦＡ）は大きいほうが有利である。従って、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面における開口率の下限は、０．７以上であることが好ましく、０．７５以上であることがより好ましく、０．８以上であることが更により好ましい。また、熱伝導性確保という観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面における開口率の上限は０．９以下であることが好ましく、０．８８以下であることがより好ましく、０．８５以下であることが更により好ましい。
【００５７】
本発明において、第一柱状ハニカム熱交換器１４０及び第二柱状ハニカム熱交換器１６０の各底面における開口率は、セルの開口部を含む各底面の面積に対する当該底面におけるセルの開口部の面積の比率を指す。
【００５８】
（２．ヒートポンプの第二実施形態）
図２には、本発明に係るヒートポンプの第二実施形態についての模式的な斜視図が示されている。図２に示すヒートポンプ２００は、放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器２４０、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器２６０、及び熱電変換部２３０を備える。
【００５９】
（２．１  柱状ハニカム熱交換器）
第一柱状ハニカム熱交換器２４０は、外周側壁２４２と、外周側壁２４２の内側に配設され、一方の底面２４７から他方の底面２４８まで流体の流路を形成する複数のセル２４４を区画形成する隔壁２４６とを有する。また、本実施形態において、第二柱状ハニカム熱交換器２６０は、外周側壁２６２と、外周側壁２６２の内側に配設され、一方の底面２６７から他方の底面２６８まで流体の流路を形成する複数のセル２６４を区画形成する隔壁２６６とを有する。
【００６０】
第二実施形態が第一実施形態と異なる点は、第二実施形態では放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２が存在せず、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０が実質的に第一実施形態における放熱側絶縁性基板１２１及び吸熱側絶縁性基板１２２の機能を兼ね備えている点である。当該構成により部品点数を削減可能となるので、製造工程の短縮及び生産コストの低減の点で有利である。また、熱電変換部２３０とハニカム熱交換器２４０、２６０の間で直接熱の移動が行われる、絶縁性基板１２１、１２２を介する場合に比べて熱伝導の効率を高めることができる。
【００６１】
このため、第二実施形態においては、第一柱状ハニカム熱交換器２４０、及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０が絶縁性材料で形成される。これらの熱交換器を形成する絶縁性材料としては、２０℃における体積抵抗率が、１０10Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０12Ω・ｃｍ以上であることがより好ましく、１０14Ω・ｃｍ以上であることが更により好ましく、例えば１０10〜１０16Ω・ｃｍとすることができる。本発明において、体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｃ２１４１：１９９２に準拠して測定される。
【００６２】
第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０は、熱伝導率が高いことが望ましい。これらの熱交換器の熱伝導率が高いことで、熱電変換部２３０と第一柱状ハニカム熱交換器２４０の間、及び熱電変換部２３０と第二柱状ハニカム熱交換器２６０の間の熱移動を効率的に行うことが可能となる。具体的には、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０は、２０℃における熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが更により好ましく、例えば１０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすることができる。本発明において、熱伝導率は、ＪＩＳ  Ｒ１６１１：２０１０に準拠して測定される。
【００６３】
上述した体積抵抗率及び熱伝導率を満たすことのできる第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の材料としては、限定的ではないが、セラミックスが挙げられる。具体的には、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されていることが好ましい。
【００６４】
車両の冷暖房として実用的な放熱性能及び吸熱性能を得るという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の側面（外周側壁２４２、２６１の外側表面）はそれぞれ、熱電変換部２３０を設置するのに十分な面積を有していることが好ましい。具体的には、これらの熱交換器２４０、２６０は、熱電変換部２３０の電極２３１、２３４が接合される側面（外周側壁２４２、２６１の外側表面）の面積の下限が３０ｃｍ2以上であることが好ましく、５０ｃｍ2以上であることがより好ましく、１００ｃｍ2以上であることが更により好ましい。また、ヒートポンプを小型化するという観点から、これらの熱交換器２４０、２６０は、熱電変換部２３０の電極２３１、２３４が接合される側面（外周側壁２４２、２６１の外側表面）の面積の上限が１５００ｃｍ2以下であることが好ましく、１０００ｃｍ2以下であることがより好ましく、６００ｃｍ2以下であることが更により好ましい。
【００６５】
第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０はそれぞれ、外周側壁２４２（２６２）の内側に配設され、一方の底面２４７（２６７）から他方の底面２４８（２６８）まで流体の流路を形成する複数のセル２４４（２６４）を区画形成する隔壁２４６（２６６）を有する。第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０がこのようなハニカム構造を有することは、単位体積当たりの伝熱面積を大きくすることが可能となり、熱電変換部２３０から熱をセル２４４を流れる流体に伝えやすくなる、又はセル２６４を流れる流体から熱を熱電変換部２３０に伝えやすくなる。このため、小型ながらも冷暖房効率の高いヒートポンプを得るのに役立つ。
【００６６】
第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０はそれぞれ、例えば、底面が多角形（四角形（長方形、正方形）、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状（多角柱状）、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状等の任意の形状とすることができる。組み立て易さ及び冷暖房効率の観点からは、これらの中でも底面が多角形の柱状（多角柱状）が好ましく、底面が四角形の柱状がより好ましい。
【００６７】
冷暖房効率を高めるという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器２４０は、セルの流路に直交する方向の断面において、熱電変換部２３０の第一電極２３１が接合される側面の法線方向の長さをＬ1、熱電変換部２３０の第一電極２３１が接合される側面の長さをＬ2とすると、Ｌ1／Ｌ2≦０．５であることが好ましく、Ｌ1／Ｌ2≦０．３であることがより好ましく、Ｌ1／Ｌ2≦０．２であることが更により好ましい。但し、第一柱状ハニカム熱交換器２４０のガス流量を確保することを考慮すると、０．０５≦Ｌ1／Ｌ2であることが好ましく、０．１≦Ｌ1／Ｌ2であることがより好ましく、０．１５≦Ｌ1／Ｌ2であることが更により好ましい。
【００６８】
同様に、冷暖房効率を高めるという観点からは、第二柱状ハニカム熱交換器２６０は、セルの流路に直交する方向の断面において、熱電変換部２３０の第二電極２３４が接合される側面の法線方向の長さをＬ3、熱電変換部２３０の第二電極２３４が接合される側面の長さをＬ4とすると、Ｌ3／Ｌ4≦０．５であることが好ましく、Ｌ3／Ｌ4≦０．３であることがより好ましく、Ｌ3／Ｌ4≦０．２であることが更により好ましい。但し、第二柱状ハニカム熱交換器２６０のガス流量を確保することを考慮すると、０．０５≦Ｌ3／Ｌ4であることが好ましく、０．１≦Ｌ3／Ｌ4であることがより好ましく、０．１５≦Ｌ3／Ｌ4であることが更により好ましい。
【００６９】
冷暖房効率を高めるという観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器２４０について、熱電変換部２３０の電極２３１が接合される側面の法線方向の長さＬ1の上限は、５ｃｍ以下とすることが好ましく、３ｃｍ以下とすることがより好ましく、２ｃｍ以下とすることが更により好ましい。但し、第一柱状ハニカム熱交換器２４０のガス流量を確保することを考慮すると、第一柱状ハニカム熱交換器２４０について、熱電変換部２３０の電極２３１が接合される側面の法線方向の長さＬ1の下限は、０．５ｃｍ以上とすることが好ましく、１ｃｍ以上とすることがより好ましく、１．５ｃｍ以上とすることが更により好ましい。
【００７０】
同様に、冷暖房効率を高めるという観点からは、第二柱状ハニカム熱交換器２６０について、熱電変換部２３０の第二電極２３４が接合される側面の法線方向の長さＬ3の上限は、５ｃｍ以下とすることが好ましく、３ｃｍ以下とすることがより好ましく、２ｃｍ以下とすることが更により好ましい。但し、第二柱状ハニカム熱交換器２６０のガス流量を確保することを考慮すると、第二柱状ハニカム熱交換器２６０について、熱電変換部２３０の第二電極２３４が接合される側面の法線方向の長さＬ3の下限は、０．５ｃｍ以上とすることが好ましく、１ｃｍ以上とすることがより好ましく、１．５ｃｍ以上とすることが更により好ましい。
【００７１】
ガス流量を確保するという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面積の大きさの下限は、５０ｃｍ2以上とすることが好ましく、７０ｃｍ2以上とすることがより好ましく、１００ｃｍ2以上とすることが更により好ましい。ヒートポンプをコンパクトにするという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面積の大きさの上限は、３００ｃｍ2以下とすることが好ましく、２００ｃｍ2以下することがより好ましく、更には１５０ｃｍ2以下とすることが好ましい。第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面積の大きさは、例えば５０〜３００ｃｍ2とすることができる。
【００７２】
セルの流路に直交する断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形（長方形、正方形）、六角形、八角形、又はこれらの二種以上の組み合わせであることが好ましい。これらのなかでも、正方形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、柱状ハニカム熱交換器２４０、２６０にガスを流したときの圧力損失を小さくすることができる。
【００７３】
ヒートポンプをコンパクトにするという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の高さ（各セルの流路長さ）の上限は、例えば５０ｍｍ以下とすることが好ましく、４０ｍｍ以下とすることがより好ましく、３０ｍｍ以下とすることが更により好ましい。加熱性能及び強度を確保するという観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の高さ（各セルの流路長さ）の下限は５ｍｍ以上とすることが好ましく、１０ｍｍ以上とすることがより好ましく、２０ｍｍ以上とすることが更により好ましい。柱状ハニカム構造部の高さ（各セルの流路長さ）は、例えば５〜５０ｍｍとすることができる。
【００７４】
熱伝導性の観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０における隔壁２４６、２６６の平均厚みの下限は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．０８ｍｍ以上であることがより好ましく、０．１ｍｍ以上であることが更により好ましい。また、圧力損失低減の観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０における隔壁２４６、２６６の平均厚みの上限は、０．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１８ｍｍ以下であることがより好ましく、０．１５ｍｍ以下であることが更により好ましい。
【００７５】
本発明において、隔壁の厚みは、セルの流路に直交する断面において、隣接するセルの重心同士を線分で結んだときに当該線分が隔壁を横切る長さを指す。隔壁の平均厚みは、すべての隔壁の厚みの平均値を指す。
【００７６】
第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０は、セル密度が３１セル／ｃｍ2以上であることが好ましく、４０セル／ｃｍ2以上であることがより好ましい。先述した隔壁の平均厚みの好適な範囲と組み合わせてセル密度を上記範囲に規制することで、熱効率に優れたヒートポンプとすることができる。通風抵抗を抑えて送風機の出力を抑制するという観点から、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０は、セル密度が１４０セル／ｃｍ2以下であることが好ましく、１００セル／ｃｍ2以下であることがより好ましい。本発明において、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０のセル密度は、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面の面積でセル数を除して得られる値である。
【００７７】
通風抵抗を抑えるという観点から、開口率（ＯＦＡ）は大きいほうが有利である。従って、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面における開口率の下限は、０．７以上であることが好ましく、０．７５以上であることがより好ましく、０．８以上であることが更により好ましい。また、熱伝導性確保という観点からは、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面における開口率の上限は０．９以下であることが好ましく、０．８８以下であることがより好ましく、０．８５以下であることが更により好ましい。
【００７８】
本発明において、第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の各底面における開口率は、セルの開口部を含む各底面の面積に対する当該底面におけるセルの開口部の面積の比率を指す。
【００７９】
（２．２  熱電変換部）
熱電変換部２３０は、放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器２４０の外側に形成された第一電極２３１、ｐ型半導体２３２、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器２６０の外側に形成された第二電極２３４、及びｎ型半導体２３３がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部２３６ａ、２３６ｂとを有する。
【００８０】
熱電変換部２３０の一対の端子部２３６ａ、２３６ｂに電圧を印加することで、繰り返し部には直流電流が流れる。すると、一端側のｎ型半導体２３３から他端側のｐ型半導体２３２（または一端側のｐ型半導体２３２から他端側のｎ型半導体２３３）に向けて電流を流した際に、ペルチェ効果により熱移動が生じ、第一柱状ハニカム熱交換器２４０から放熱すると共に第二柱状ハニカム熱交換器２６０から吸熱する。
【００８１】
熱電変換部２３０は、一つのヒートポンプ内に一つ存在してもよいし、一つのヒートポンプ内に複数存在してもよい。熱電変換部２３０が一つのヒートポンプ内に複数存在する場合、一つのヒートポンプ内に複数対の端子部２３６ａ、２３６ｂが存在することになる。
【００８２】
熱電変換部２３０の繰り返し部における繰り返し数には特に制限はない。第一柱状ハニカム熱交換器２４０及び第二柱状ハニカム熱交換器２６０の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。繰り返し部は一次元方向に延設してもよいし、二次元方向に延設してもよい。更に、繰り返し部は、上述の第一実施形態で述べたことと同様に、絶縁性基板を介して二層以上に積層することができる。積層した場合の積層数、各層間の接続方法及び端子部の設置個所等については、第一実施形態で述べた説明と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００８３】
第一電極２３１は、第一柱状ハニカム熱交換器２４０の側面（外周側壁２４２の外側表面）であって第二柱状ハニカム熱交換器２６０に対向する側面に接合することができる。第二電極２３４は第二柱状ハニカム熱交換器２６０の側面（外周側壁２６２の外側表面）であって第一柱状ハニカム熱交換器２４０に対向する側面に接合することができる。第一柱状ハニカム熱交換器２４０と第一電極２３１との接合、及び、第二柱状ハニカム熱交換器２６０と第二電極２３４との接合はそれぞれ、接合材を介さない直接接合でもよいし、接合材を介した間接接合でもよい。直接接合の方法としては、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｐｐｅｒ  ｂｏｎｄｉｎｇ）法が挙げられる。ＤＣＢ法は、上述の第一実施形態で述べた説明と同様であるので説明を省略する。ＡＭＢ法は、上述の第一実施形態で述べた説明と同様であるので説明を省略する。
【００８４】
従って、本発明に係るヒートポンプの一実施形態においては、下記の（１）及び（２）の何れか又は両方の条件を満たす。
（１）前記第一柱状ハニカム熱交換器２４０の外周側壁２４２は、前記第一電極２３１に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
（２）前記第二柱状ハニカム熱交換器２６０の外周側壁２６２は、前記第二電極２３４に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
【００８５】
また、本発明に係るヒートポンプの別の一実施形態においては、下記の（３）及び（４）の何れか又は両方の条件を満たす。
（３）前記第一柱状ハニカム熱交換器２４０の外周側壁２４２は、前記第一電極２３１と直接接合されている。
（４）前記第二柱状ハニカム熱交換器２６０の外周側壁２６２は、前記第二電極２３４と直接接合されている。
【００８６】
（３．ヒートポンプのその他の実施形態）
上述した第一実施形態では放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板が存在していた。第二実施形態では放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板が存在せず、その代わりに、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器が実質的に放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板の機能を兼ね備えていた。ヒートポンプのその他の実施形態としては、例えば、放熱側絶縁性基板が存在する一方で、吸熱側絶縁性基板が存在せず、その代わりに、第二柱状ハニカム熱交換器２６０が実質的に吸熱側絶縁性基板の機能を兼ね備えた実施形態があり得る。また、吸熱側絶縁性基板が存在する一方で、放熱側絶縁性基板が存在せず、その代わりに、第一柱状ハニカム熱交換器が実質的に放熱側絶縁性基板の機能を兼ね備えた実施形態があり得る。
【００８７】
（４．ヒートポンプの製造方法）
次に、本発明に係るヒートポンプを製造する方法について例示的に説明する。
【００８８】
（４．１  柱状ハニカム熱交換器の製造）
まず、セラミックス原料に、分散媒及びバインダを含有する原料組成物を混ぜ合わせ、混練して坏土を調製した後、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。原料組成物中には分散剤、導電体粉末等の添加剤を必要に応じて配合することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。
【００８９】
セラミックス原料は、焼成後に残存し、セラミックスとしてハニカム構造体の骨格を構成する部分の原料である。セラミックス原料は例えば粉末の形態で提供することができる。セラミックス原料としては、例えば炭化珪素、珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア強化アルミナ等が使用可能である。導電率を制御するため、カーボンブラック及びニッケルのような導電体粉末を添加してもよい。
【００９０】
分散媒としては、水、又は水とアルコール等の有機溶媒との混合溶媒等を挙げることができるが、特に水を好適に用いることができる。
【００９１】
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダを例示することができる。特に、メチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルセルロースを併用することが好適である。また、バインダの含有量は、ハニカム成形体の強度を高めるという観点から、セラミックス原料１００質量部に対して４質量部以上であることが好ましく、５質量部以上であるのがより好ましく、６質量部以上であるのが更により好ましい。バインダの含有量は、焼成工程での異常発熱によるキレ発生を抑制する観点から、セラミックス原料１００質量部に対して９質量部以下であることが好ましく、８質量部以下であるのがより好ましく、７質量部以下であるのが更により好ましい。バインダは、１種類を単独で使用するものであっても、２種類以上を組み合わせて使用するものであってもよい。
【００９２】
分散剤には、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等の界面活性剤を用いることができる。分散剤は、１種類を単独で使用するものであっても、２種類以上を組み合わせて使用するものであってもよい。分散剤の含有量は、セラミックス原料１００質量部に対して０〜２質量部であることが好ましい。
【００９３】
次いで、得られたハニカム成形体を乾燥する。乾燥工程においては、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥方法を用いることができる。なかでも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。
【００９４】
次いで、乾燥後のハニカム成形体に対して焼成を行うことで柱状ハニカム熱交換器を製造可能である。焼成の前にバインダを除去するための脱脂工程を行うこともできる。焼成条件は、ハニカム成形体の材質によって適宜決定することができる。例えば、柱状ハニカム熱交換器の材質がＳｉ含浸ＳｉＣを主成分とする場合、ハニカム成形体を不活性ガス雰囲気中において焼成し、その後、得られた焼成体に、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中においてＳｉを含浸することにより、柱状ハニカム熱交換器を作製することができる。柱状ハニカム熱交換器の材質が窒化珪素を主成分とする場合、焼成温度を１６００〜１８００℃として窒素雰囲気中で焼成することができる。また、ハニカム成形体の材質がアルミナ又はジルコニア強化アルミナを主成分とする場合、焼成温度を１４００〜１６００℃として大気雰囲気中で焼成することができる。
【００９５】
脱脂工程を実施する際の雰囲気としては、例えば大気雰囲気、不活性雰囲気、減圧雰囲気とすることができる。これらの中でも、原料の酸化による焼結不足を防ぎ、また原料内に含まれる酸化物を還元し易い、不活性雰囲気かつ減圧雰囲気とすることが好ましい。
【００９６】
焼成炉としては、特に限定されないが、電気炉、ガス炉等を用いることができる。
【００９７】
（４．２  ヒートポンプの組み立て）
上述した第一実施形態に係るヒートポンプを製造する場合、熱電モジュールを用意する。熱電モジュールは市販のペルチェ素子を使用してもよい。熱電モジュールは例えば以下の手順で作製する。放熱側絶縁性基板の内側表面に所望の数の第一電極を所定の配列で接合し、また、吸熱側絶縁性基板の内側表面に第二電極を所定の配列で接合する。次いで、ｐ型半導体及びｎ型半導体を繰り返し第一電極及び第二電極に順にπ型に接続することで先述した繰り返し部を形成し、繰り返し部を含む直列回路の両端にそれぞれ端子部を電気的に接続することで熱電モジュールが作製可能である。用意した熱電モジュールの放熱側絶縁性基板に第一柱状ハニカム熱交換器を接合し、吸熱側絶縁性基板に第二柱状ハニカム熱交換器を接合することで、ヒートポンプが完成する。
【００９８】
上述した第二実施形態に係るヒートポンプを製造する場合、第一柱状ハニカム熱交換器の側面に所望の数の第一電極を所定の配列で接合し、また、第二柱状ハニカム熱交換器の側面に第二電極を所定の配列で接合する。次いで、ｐ型半導体及びｎ型半導体を繰り返し第一電極及び第二電極に順にπ型に接続することで先述した繰り返し部を形成し、繰り返し部を含む直列回路の両端にそれぞれ端子部を電気的に接続することで、ヒートポンプが完成する。
【００９９】
（５．暖房システム及び冷房システム）
本発明に係るヒートポンプは、車両の車室暖房用又は車室冷房用のヒートポンプとして好適に利用可能である。また、本発明に係るヒートポンプは、座席暖房用又は座席冷房用のヒートポンプとして、とりわけ車両の座席暖房用又は座席冷房用のヒートポンプとして好適に利用可能である。
【０１００】
車両には、限定的ではないが、自動車及び電車が挙げられる。自動車としては、限定的ではないが、ガソリン車、ディーゼル車、燃料電池自動車、電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車が挙げられる。本発明に係るヒートポンプは、とりわけ電気自動車及び電車のような内燃機関を持たない車両に好適に利用可能である。
【０１０１】
本発明に係るヒートポンプは、例えば、一対の電極間に電圧を印加することで作動させることができる。印加電圧としては、急速加熱又は急速冷却の観点から、２００Ｖ以上の電圧を印加することが好ましく、２５０Ｖ以上の電圧を印加することがより好ましい。
【０１０２】
ヒートポンプに電圧を印加中、第一柱状ハニカム熱交換器のセルにガスを流すことで、ガスを加熱することができる。第一柱状ハニカム熱交換器のセルに流入するガスの温度としては、例えば−６０℃〜２０℃とすることができ、典型的には−１０℃〜２０℃とすることができる。また、ヒートポンプに電圧を印加中、第二柱状ハニカム熱交換器のセルにガスを流すことで、ガスを冷却することができる。第二柱状ハニカム熱交換器のセルに流入するガスの温度としては、例えば２０℃〜６０℃とすることができ、典型的には２０℃〜４０℃とすることができる。
【０１０３】
（５．１  暖房システム）
図４には、本発明の一実施形態に係る車室（又は座席）暖房システム４００の構成が模式的に示されている。
車室（又は座席）暖房システム４００は、
本発明に係るヒートポンプ１００（２００）；
車室（又は座席）４１０内の空気を、当該ヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の一方の底面１４７（２４７）に送るための第一配管４１１；
当該ヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の他方の底面１４８（２４８）から流出する空気を、車室（又は座席）４１０内に戻すための第二配管４１２；
車（又は座席）外の空気を、当該ヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の一方の底面１６７（２６７）に送るための第三配管４１３；
当該ヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の他方の底面１６８（２６８）から流出する空気を、車（又は座席）外へ戻すための第四配管４１４；
を備える。
【０１０４】
上記実施形態において、第三配管４１３は、バッテリー及び/又はモーターからの熱によって第三配管を流れる外気を加熱するための熱交換器４１６を通過するように構成してもよい。
【０１０５】
ヒートポンプ１００（２００）の端子部１３６ａ（２３６ａ）、１３６ｂ（２３６ｂ）を、例えば、バッテリー４１８と電線４１９を経由して接続し、その途中の電源スイッチ４１７をＯＮにすることでヒートポンプ１００（２００）を作動するように構成することが可能である。
【０１０６】
ヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の上流側又は下流側には送風機４２０ａを設置することができる。高電圧の部品をできるだけ車室から離して配置して安全を確保する観点から、送風機４２０ａはヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の下流側に設置することが好ましい。また、ヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の上流側又は下流側には送風機４２０ｂを設置することができる。高電圧の部品をできるだけ車室から離して配置して安全を確保する観点から、送風機４２０ｂはヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の下流側に設置することが好ましい。
【０１０７】
送風機４２０ａを駆動すると、車室（又は座席）４１０内から空気が第一配管４１１を通ってヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）に流入する。第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）を通過する間に空気は加熱される。加熱された空気は、第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）から流出し、第二配管４１２を通って車室（又は座席）４１０内に送られる。第二配管４１２の出口は車室内でも特に暖房効果の高くなるよう乗員の足元近傍に配置しても良いし、座席内へ配管出口を配置して座席を内側から温めるようにしても良いし、ウィンドウ近傍に配置してウィンドウの曇りを抑制する効果を合わせ持たせても良い。
【０１０８】
また、送風機４２０ｂを駆動すると、車（又は座席）外から空気が第三配管４１３を通ってヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）に流入する。第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）を通過する間に空気は冷却される。冷却された空気は、第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）から流出し、第四配管４１４を通って車（又は座席）外に送られる。
【０１０９】
（５．２  冷房システム）
図５には、本発明の一実施形態に係る車室（又は座席）冷房システム５００の構成が模式的に示されている。
車室（又は座席）冷房システム５００は、
本発明に係るヒートポンプ１００（２００）；
車室（又は座席）５１０内の空気を、当該ヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の一方の底面１６７（２６７）に送るための第一配管５１１；
当該ヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の他方の底面１６８（２６８）から流出する空気を、車室（又は座席）内に戻すための第二配管５１２；
車（又は座席）外の空気を、当該ヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の一方の底面１４７（２４７）に送るための第三配管５１３；
当該ヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の他方の底面１４８（２４８）から流出する空気を、車（又は座席）外へ戻すための第四配管５１４；
を備える。
【０１１０】
ヒートポンプ１００（２００）を、例えば、バッテリー５１８と電線５１９を経由して接続し、その途中の電源スイッチ５１７をＯＮにすることでヒートポンプ１００（２００）を作動するように構成することが可能である。
【０１１１】
ヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の上流側又は下流側には送風機５２０ａを設置することができる。高電圧の部品をできるだけ車室から離して配置して安全を確保する観点から、送風機５２０ａはヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）の下流側に設置することが好ましい。また、ヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の上流側又は下流側には送風機５２０ｂを設置することができる。高電圧の部品をできるだけ車室から離して配置して安全を確保する観点から、送風機５２０ｂはヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）の下流側に設置することが好ましい。
【０１１２】
送風機５２０ａを駆動すると、車室（又は座席）５１０内から空気が第一配管５１１を通ってヒートポンプ１００（２００）の第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）に流入する。第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）を通過する間に空気は冷却される。冷却された空気は、第二柱状ハニカム熱交換器１６０（２６０）から流出し、第二配管５１２を通って車室（又は座席）内に送られる。第二配管５１２の出口は車室内でも特に冷房効果の高くなるよう乗員の上半身に向けて配置しても良いし、座席内へ配管出口を配置して座席を内側から冷やすようにしても良い。
【０１１３】
また、送風機５２０ｂを駆動すると、車（又は座席）外から空気が第三配管５１３を通ってヒートポンプ１００（２００）の第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）に流入する。第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）を通過する間に空気は加熱される。加熱された空気は、第一柱状ハニカム熱交換器１４０（２４０）から流出し、第四配管５１４を通って車（又は座席）外に送られる。
【０１１４】
本発明に係る暖房システムは蒸気圧縮ヒートポンプを主暖房手段として採用している車両の補助ヒーターとして使用することができる。また、本発明に係る冷房システムは蒸気圧縮ヒートポンプを主冷房手段として採用している車両の補助クーラーとして使用することができる。
【０１１５】
また、本発明に係るヒートポンプに流す電流の方向を切り替え可能に構成することで、一つのヒートポンプが冷房システムと暖房システムの両方の役割を果たすことも可能である。従って、本発明の一実施形態によれば、ヒートポンプを備えた冷暖房システムが提供される。本発明に係る冷暖房システムは蒸気圧縮ヒートポンプを主冷暖房手段として採用している車両の補助エアコンディショナーとして使用することができる。
【０１１６】
補助ヒーター、補助クーラー又は補助エアコンディショナー用に本発明に係るヒートポンプを使用する場合には上記のように直接車室へ送風しない場合も想定される。その場合には上記説明の“車室”を“主暖房手段の送風配管の一部”、“主冷房手段の送風配管の一部”、又は“主冷暖房手段の送風配管の一部”と置き換える形での設置がされることでも良い。また、車室からの第一配管４１１（５１１）にはさらに分岐してバルブを介して車外へ排気する経路を設けても良いが、車外への排気は、蒸気圧縮ヒートポンプを用いた主暖房手段、主冷房手段又は主冷暖房手段の方で行っても良いし、別の排気システムで連動して行っても良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１００  ヒートポンプ
１２０  熱電モジュール
１２１  放熱側絶縁性基板
１２２  吸熱側絶縁性基板
１３０  熱電変換部
１３１  第一電極
１３２  ｐ型半導体
１３３  ｎ型半導体
１３４  第二電極
１３５  導電ブロック
１３６ａ、１３６ｂ  端子部
１４０  第一柱状ハニカム熱交換器
１４２、１６２  外周側壁
１４４、１６４  セル
１４６、１６６  隔壁
１４７、１６７  一方の底面
１４８、１６８  他方の底面
１５０  絶縁性基板
１６０  第二柱状ハニカム熱交換器
２００  ヒートポンプ
２２０  熱電モジュール
２３０  熱電変換部
２３１  第一電極
２３２  ｐ型半導体
２３３  ｎ型半導体
２３４  第二電極
２３６ａ、２３６ｂ  端子部
２４０  第一柱状ハニカム熱交換器
２４２、２６２  外周側壁
２４４、２６４  セル
２４６、２６６  隔壁
２４７、２６７  一方の底面
２４８、２６８  他方の底面
２６０  第二柱状ハニカム熱交換器
４００  暖房システム
４１０  車室（又は座席）
４１１  第一配管
４１２  第二配管
４１３  第三配管
４１４  第四配管
４１６  熱交換器
４１７  電源スイッチ
４１８  バッテリー
４１９  電線
５００  冷房システム
５１０  車室（又は座席）
５１１  第一配管
５１２  第二配管
５１３  第三配管
５１４  第四配管
５１７  電源スイッチ
５１８  バッテリー
５１９  電線
【図１】
2020034198.tif 000003
【図２】
2020034198.tif 000004
【図３】
2020034198.tif 000005
【図４】
2020034198.tif 000006
【図５】
2020034198.tif 000007