(57)【要約】      （修正有）【課題】磁性流体を作動物質とする駆動装置ではあるものの、用いる磁性流体を選択することにより装置の効率を改善することについては検討されていなかった。磁性流体を用いた高い効率のヒートポンプを提供すること。【解決手段】磁性流体を用いたヒートポンプであって、前記磁性流体は両端に磁性原子が配置された直鎖分子構造である。磁性体の性質を利用して、磁場を印加する状態としない状態の２つの状態に分けることにより、熱の放出および吸収を交互に行う熱交換機能を有する効率の高いヒートポンプが実現できる。【選択図】図１
2010110191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体を用いたヒートポンプであって、
前記磁性流体は両端に磁性原子が配置された直鎖分子構造であることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
前記磁性原子は、ベンゼン環を結合した構造であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ。
【請求項３】
前記磁性流体は、磁気相転移することを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ。
【請求項４】
前記ヒートポンプは、
磁性流体が循環するパイプと、このパイプ中に互いに間隔をおいて設けられた加熱部および冷却部と、前記パイプの両側に設けられた磁場印加部と、前記パイプ中に設けられた被駆動部とを備え、
前記パイプ中の前記磁性流体の流れ方向と平行かそれに近い方向の磁界が形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプに関し、詳しくは、磁性流体を用いたヒートポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、磁性流体を用いた従来の駆動装置の一例を示す概要図である。図４において、駆動装置は、充填する作動物質としての磁性流体１と、空隙部２と、パイプ３と、被駆動部４と、磁場装置５と、冷却部６と、加熱部７とで構成されている。
【０００３】
磁場装置５は冷却部６と加熱部７との間に配置され、異なる磁極（Ｎ、Ｓ）がパイプ３と平行に配置され、パイプ３中の磁性流体１の流れ方向と平行かそれに近い方向の磁界を形成している。パイプ３内には磁性流体１が充填され、空隙部２が形成されるようにしてループが構成されている。そして、パイプ３には、このループの所要の位置で、磁性流体１を加熱および冷却のための冷却部６と加熱部７が配置されている。
【０００４】
磁性流体１は、磁場装置５の磁界方向を磁性流体１の流れ方向と同一にすることにより、図４の矢印で示したように、パイプ３中で低温側から高温側に向かって流れる。この流れによって生ずる力で被駆動部４のタービンを回転させ、運動エネルギーとして取り出している。
【０００５】
冷却部６、加熱部７および磁場装置５の位置関係は、磁界をパイプ３と平行にかけるやり方では、両磁性の中央部で最も磁界は強いので、中央部で境を接し、その上流部（図４中の左側）を冷却し、その下流部（図４の右側）を加熱するようにしている。
【０００６】
そして、この磁界に低温冷却域および高温加熱域が形成されるように冷却部６と加熱部７を配置している。
【０００７】
特許文献１は、磁性流体を作動物質とする熱機関に関するものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１２８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図４に示す従来の駆動装置は、磁性流体を作動物質とする駆動装置ではあるものの、用いる磁性流体を選択することにより装置の効率を改善することについては検討されていなかった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に着目したものであり、その目的は、高い効率が得られるヒートポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１は、
磁性流体を用いたヒートポンプであって、
前記磁性流体は両端に磁性原子が配置された直鎖分子構造であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２では、請求項１記載のヒートポンプにおいて、
前記磁性原子は、ベンゼン環を結合した構造であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３では、請求項１または２記載のヒートポンプにおいて、
前記磁性流体は、磁気相転移することを特徴とする。
【００１４】
請求項４では、請求項１から３のいずれかに記載のヒートポンプにおいて、
前記ヒートポンプは、
磁性流体が循環するパイプと、このパイプ中に互いに間隔をおいて設けられた加熱部および冷却部と、前記パイプの両側に設けられた磁場印加部と、前記パイプ中に設けられた被駆動部とを備え、
前記パイプ中の前記磁性流体の流れ方向と平行かそれに近い方向の磁界が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
これらにより、磁性流体を用いた高効率のヒートポンプを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて、本発明のヒートポンプを説明する。図１は、本発明の一実施例を示すヒートポンプの構成図である。
【００１７】
ヒートポンプは、冷媒として用いる磁性流体１が循環するパイプ３と、このパイプ３中に互いに間隔をおいて設けられた加熱部７および冷却部６と、パイプ３の両側に設けられたとえば永久磁場を印加する磁場印加部１０と、パイプ３中に設けられた被駆動部４とを備えている。パイプ３中の磁性流体１の流れ方向と平行かそれに近い方向の磁界が形成されている。
【００１８】
そして、冷却部６と加熱部７との間には、移動する磁性流体１により駆動される被駆動部４が設けられ、この被駆動部４は外部に対して駆動源または動力源となる熱駆動システムとして利用される。
【００１９】
図２（ａ），（ｂ）は本発明で用いる磁性流体１の磁気モーメント１２の説明図、図３（ａ），（ｂ）は本発明で用いる磁性流体１の具体例を示す構成図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように磁場のないところでは磁性流体１の磁気モーメント１２（あるいはスピンともいう）は不揃いになっているが、図２（ｂ）に示すように磁場が印加されると一定の方向に磁気モーメント１２が揃うことを表している。２つの状態へのそれぞれの遷移において、磁場のない状態への遷移では、図２（ａ）に示すように磁気モーメント１２の向きが揃わなくなる方向であるためエントロピーは増大し、周囲から熱を吸収することにより周囲の温度を下げる。一方、磁場のある状態への遷移では、図２（ｂ）に示すように磁気モーメント１２の方向が揃う方向への遷移であるためエントロピーは減少し、周囲へ熱を放出することにより周囲の温度を上昇させる。
【００２１】
次に、図３（ａ）は磁性流体１がたとえば磁性体原子あるいは化合物を側鎖にもち、磁性流体１の間に非磁性体原子を挟みこまない構造例であるが、図３（ｂ）は磁性流体１がたとえば磁性体原子あるいは化合物を側鎖にもち、磁性流体１の間に非磁性体原子で挟み込んだ構造例である。また、図３（ａ）、（ｂ）とも磁場のあるなしに拘らず熱振動が行われ、（ａ）は磁場がかかっていない場合であり、（ｂ）は磁場がかかっている場合である。
【００２２】
また、図３（ａ）は熱振動している分子を磁場の中に入れた場合、磁場がかかっていないため、パイプ３の両側の磁場印加部１０により磁気性のもつ磁気モーメント１２つまりスピンが磁界の向きに揃わず、熱振動は束縛されない。このように熱振動が束縛されないことにより、エントロピーが増大して内部に熱が吸収される。すなわち、束縛されないことにより強まった熱振動で熱エネルギーは吸収される。
【００２３】
一方、図３（ｂ）も図３（ａ）と同様に熱振動している分子を磁場の中に入れた場合、磁場がかかっているため、パイプ３の両側の磁場印加部１０により磁性体のもつ磁気モーメント１２、つまりスピンが磁場の方向に揃うようになり、熱振動が束縛される。熱振動が束縛されることにより、エントロピーが減少し外部へ熱が放出される。つまり、束縛されて弱まった熱振動が熱エネルギーとして外部に放出されるため、図３（ａ）よりも振幅が小さくなっている。
【００２４】
図３において、磁気モーメント１２をＭ、磁場をＨとすると、ポテンシャルエネルギーＥは、｜ΔＥ｜（｜Ｅ｜＝｜М・Ｈ｜）だけ増える。このエネルギーを効率的に熱として放出するために、パイプ３の両側に磁性材料を設けている。これにより、熱振動の磁場の有無による変化を大きくすることができる。
【００２５】
そして、本発明では、熱交換の効率を上げるために、磁性流体１を工夫し、磁性原子（粒子）を化学的に付加して磁性分子を作製する。
【００２６】
ここで、磁性分子の構造は、直鎖分子構造であってもよい。
【００２７】
また、磁性流体１は、できるだけ微細な粒子(たとえば１〜２０ｎｍ)により構成されることが望ましく、なるべく大きな熱振動を得るためには、磁性原子１１を両端に配置する直鎖分子構造の磁性原子１１が望ましい。
【００２８】
なお、磁性原子１１は、ベンゼン環などを結合した構造であってもよい。これらの構造の磁性原子１１を用いることにより、より大きな磁気モーメントが得られ、大きな熱振動を得ることができる。
【００２９】
また、磁性流体１は、たとえばマグネタイトやマンガン亜鉛フェライトなどの直径１０ｎｍ程度の強磁性微粒子、その表面を覆う界面活性剤、ベース液（水や油）で構成される磁性コロイド溶液である。磁性流体１を磁性コロイド溶液とするため、側鎖にベンゼン環を結合させ、磁性原子１１を液体中に安定に分散させるようにしている。
【００３０】
また、温度の変化に応じて、固体の磁性が常磁性から強磁性もしくは反強磁性へ、または逆に強磁性もしくは反強磁性から常磁性へと相転移する、つまり磁気相転移する磁性流体１を用いてもよい。磁場を加えると、比熱が大きく変化するような相変態する物質を利用してもよい。
【００３１】
さらに、磁場印加部１０は、複数設けてもよい。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、磁性体の性質を利用して、磁場を印加する状態としない状態の２つの状態に分けることにより、熱の放出および吸収を交互に行う熱交換機能を有する効率の高いヒートポンプが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を示すヒートポンプの構成図である。
【図２】本発明で用いる磁性流体の磁気モーメントの具体例を示す説明図である。
【図３】本発明の磁性流体の具体例を示す構成図である。
【図４】従来のヒートポンプの一例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  磁性流体
２  空隙部
３  パイプ
４  被駆動部
５  磁場装置
６  冷却部
７  加熱部
１０  磁場印加部
１１  磁性原子
１２  磁気モーメント
【図１】
2010110191.tif 000003
【図２】
2010110191.tif 000004
【図３】
2010110191.tif 000005
【図４】
2010110191.tif 000006