(57)【要約】【課題】簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置および簡素化されたヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】正の熱膨張率を有する第１部材１５０と、負の熱膨張率を有する第２部材１５２と、を有する熱流制御装置１４０，１４２，１４４である。第１部材１５０および第２部材１５２は、熱膨張率の差異に基づき、第１形態と第２形態とに切替え可能に構成されている。第１形態においては、第１部材１５０が温度上昇あるいは第２部材１５２が温度降下するに伴い、第１部材１５０と第２部材１５２とが直接的あるいは間接的に接触する接触度が維持あるいは高くなる。第２形態においては、第１部材１５０が温度降下あるいは第２部材１５２が温度上昇するに伴い、前記接触度が低下あるいは非接触となる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正の熱膨張率を有する第１部材と、
負の熱膨張率を有する第２部材と、を有し、
前記第１部材および前記第２部材は、前記熱膨張率の差異に基づき、
前記第１部材が温度上昇あるいは前記第２部材が温度降下するに伴い、前記第１部材と前記第２部材とが直接的あるいは間接的に接触する接触度が維持あるいは高くなる第１形態と、
前記第１部材が温度降下あるいは前記第２部材が温度上昇するに伴い、前記接触度が低下あるいは非接触となる第２形態と、に切替え可能に構成されていることを特徴とする熱流制御装置。
【請求項２】
前記第１部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値が、前記第２部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値よりも大きい場合、
前記第１部材および前記第２部材は、前記第２部材の温度が想定される下限使用温度において前記第１部材の伝熱面と前記第２部材と伝熱面との間の隙間がゼロとなるように、設定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱流制御装置。
【請求項３】
前記第１部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値が、前記第２部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値よりも小さく場合、
前記第１部材および前記第２部材は、前記第１部材の温度が想定される上限使用温度において前記第１部材の伝熱面と前記第２部材と伝熱面との間の隙間がゼロとなるように、設定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱流制御装置。
【請求項４】
前記第１部材の伝熱面と前記第２部材の伝熱面とは、前記第１形態において、当接している部位を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項５】
前記第１部材は、円弧形状の内壁面を有し、
前記第２部材は、前記内壁面と相対している円筒形状の外壁面を有しかつ熱媒体が流れる内管が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項６】
前記第１部材は、円筒形状の外壁面を有しかつ熱媒体が流れる内管が設けられており、
前記第２部材は、前記内壁面と相対している円弧形状の内壁面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項７】
前記第２形態において前記第１部材の伝熱面と前記第２部材の伝熱面との間に形成される空間を、少なくとも減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項８】
前記第１部材は、少なくとも一部が正の熱膨張率を有する材料を基材として形成されており、
前記材料は、１００Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導率を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項９】
前記第１部材および前記第２部材が固定される第３部材を有し、
前記第３部材は、１５×１０−６／Ｋ以下の熱膨張率を有する材料を基材として形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項１０】
前記第３部材の前記材料は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有することを特徴とする請求項９に記載の熱流制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱流制御装置を有し、
前記熱流制御装置の第１部材および第２部材は、熱流の方向に関し、上流側および下流側にそれぞれ繋がるように配置され、
前記第１部材から前記第２部材への方向にのみ熱が伝達されて、熱が汲み上げられる
ことを特徴とするヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱流制御装置およびヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプシステム等の一方向に熱を汲み上げるシステムにおいては、熱の逆流を防ぐことが必要であり、熱を一方向に流すダイオードのような機能を自立的に持たせた熱流制御装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の熱流制御装置においては、第１部材より熱膨張が大きい第２部材が冷却されて第１部材と接触する第１形態と、温度上昇されて第１部材と非接触となる第２形態とが切り替わることにより、熱を一方向に流すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９２２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、第１部材および第２部材は、その形状が制約されるため、熱流制御装置の構造が複雑化する問題を有する。例えば、第１部材は雄部を有し、第２部材は第１部材の雄部を包囲して嵌合する雄部を有することが必要であり、伝熱面積を増加させる場合、伝熱経路が長くなることにより装置が大型化しかつ熱抵抗が増大し、また、形状制約により適用部位が限定される。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置および簡素化されたヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一様相は、正の熱膨張率を有する第１部材と、負の熱膨張率を有する第２部材と、を有する熱流制御装置である。前記第１部材および前記第２部材は、前記熱膨張率の差異に基づき、第１形態と第２形態とに切替え可能に構成されている。前記第１形態においては、前記第１部材が温度上昇あるいは前記第２部材が温度降下するに伴い、前記第１部材と前記第２部材とが直接的あるいは間接的に接触する接触度が維持あるいは高くなる。前記第２形態においては、前記第１部材が温度降下あるいは前記第２部材が温度上昇するに伴い、前記接触度が低下あるいは非接触となる。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の別の様相は、前記熱流制御装置を有するヒートポンプシステムである。前記熱流制御装置の第１部材および第２部材は、熱流の方向に関し、上流側および下流側にそれぞれ繋がるように配置され、前記第１部材から前記第２部材への方向にのみ熱が伝達されて、熱が汲み上げられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一様相に係る熱流制御装置においては、例えば、第１部材および第２部材が、熱流の方向に関し上流側および下流側にそれぞれ繋がるように配置され、第１部材が温度上昇する場合（第１形態）、第１部材は、正の熱膨張率を有するため膨張し、接触度が維持あるいは高くなるため、第１部材から第２部材に向かう熱の移動は抑制されない。そして、第１部材が温度降下する場合（第１形態から切替わった第２形態）、第１部材は、正の熱膨張率を有するため収縮し、接触度が低下あるいは非接触となるため、第１部材から第２部材に向かう熱の移動は、抑制される。
【００１０】
一方、第２部材が温度降下する場合（第１形態）、第２部材は、負の熱膨張率を有するため膨張し、第１部材に対する接触度が維持あるいは高くなるため、第１部材から第２部材に向かう熱の移動は、抑制されない。そして、第２部材が温度上昇する場合（第１形態から切替わった第２形態）、第２部材は、負の熱膨張率を有するため収縮し、接触度が低下あるいは非接触となるため、第１部材から第２部材に向かう熱の移動は、抑制される。したがって、いずれの場合も、熱は、第１部材から第２部材への方向にのみ流れ、第２部材から第１部材への熱の逆流は発生しない。
【００１１】
つまり、第１部材および第２部材は、物性（熱膨張率）の差異に基づいて、熱を一方向に流すように構成されており、その形状は、制約されない。したがって、熱流制御装置は、簡易な構造を有する。つまり、簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置を提供することが可能である。
【００１２】
本発明の別の様相に係るヒートポンプシステムにおいては、簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置が適用されているため、例えば、外部からの電気的な指示によって部材間を切り離すような熱流制御が不要であり、システムを簡素化することが可能である。したがって、簡素化されたヒートポンプシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムを説明するための概略図である。
【図２】図１に示される熱流制御装置の第１形態の一例を説明するための概略図である。
【図３】図１に示される熱流制御装置の第２形態の一例を説明するための概略図である。
【図４】第１形態の別の一例を説明するための概略図である。
【図５】第２形態の別の一例を説明するための概略図である。
【図６】ヒートポンプシステムのヒートサイクルを説明するためのフローチャートである。
【図７】図６に示される磁場印加部移動ステップにおける熱移動の開始を説明するための概略図である。
【図８】磁場印加部移動ステップにおける熱移動の完了を説明するための概略図である。
【図９】図６に示される磁場印加部復帰ステップにおける熱移動の開始を説明するための概略図である。
【図１０】磁場印加部復帰ステップにおける熱移動の完了を説明するための概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムを説明するための概略図である。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステム１００は、図１に示されるように、低温側熱浴部１１０、高温側熱浴部１１５、磁気熱量効果部１２０，１２５、磁場印加部１３０，１３５、および熱流制御装置１４０，１４２，１４４を有し、一方向からの熱流のみを流すように構成される。
【００１７】
低温側熱浴部１１０は、熱が汲み上げられる低温側の熱媒体を有する熱浴を有し、熱流の方向に関し、最上流側に配置される。高温側熱浴部１１５は、汲み上げられた熱の移動先である高温側の熱媒体を有する熱浴を有し、熱流の方向に関し、最下流に配置される。
【００１８】
磁気熱量効果部１２０，１２５は、磁場の印加および除去（消磁）によって温度変化が生じる磁気熱量材料から構成される。本実施の形態において、磁気熱量効果部１２０，１２５は、正の磁気熱量材料から構成されており、磁場の印加によって温度が上昇し、磁場の除去によって温度が降下する効果を有する。正の磁気熱量材料は、磁場が除去（消磁）されると常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁場を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態とが可逆的に生じる材料である。
【００１９】
正の磁気熱量材料は、例えば、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３、Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３等の磁気熱量材料である。
【００２０】
磁場印加部１３０，１３５は、例えば、永久磁石を有しており、磁気熱量効果部１２０，１２５に近接することで磁場を印加し、離隔することで磁場の除去を実行するように構成されている。永久磁石の種類、サイズおよび形状等は特に限定されない。
【００２１】
熱流制御装置１４０、熱流制御装置１４２、および熱流制御装置１４４は、一方向からの熱流のみを流し得る（熱の逆流を防ぎ得る）熱ダイオードデバイスであり、第１部材１５０、第２部材１５２および第３部材１５４，１５６を有し、低温側熱浴部１１０と磁気熱量効果部１２０との間、磁気熱量効果部１２０と磁気熱量効果部１２５との間、および磁気熱量効果部１２５と高温側熱浴部１１５との間に、各々位置する。
【００２２】
第１部材１５０および第２部材１５２は、熱流の方向に関し、上流側および下流側にそれぞれ繋がるように配置され、後述するように、熱膨張率の差異に基づき、第１部材１５０から第２部材１５２への方向にのみ熱が伝達されるように構成される。つまり、第１部材１５０および第２部材１５２は、物性（熱膨張率）の差異に基づいて、熱を一方向に流すように構成されており、その形状は、制約されないため、熱流制御装置１４０，１４２，１４４は、簡易な構造を有することとなる。
【００２３】
第１部材１５０は、少なくとも一部が正の熱膨張率を有する材料を基材として形成される。正の熱膨張率を有する材料は、熱を効率的に伝達する観点から、１００Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導率を有することが好ましく、例えば、銅、アルミニウムである。
【００２４】
第２部材１５２は、少なくとも一部が負の熱膨張率を有する材料を基材として形成される。負の熱膨張率を有する材料は、例えば、逆ペロフスカイト構造を持つマンガン窒化物Ｍｎ３ＸＮ、タングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ２Ｏ８）、シリコン酸化物（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ｎＳｉＯ２）である。
【００２５】
第３部材１５４，１５６は、第１部材１５０および第２部材１５２が固定される支持部である。第３部材１５４，１５６は、１５×１０−６／Ｋ以下の熱膨張率を有する材料を基材として形成されることが好ましい。この場合、第３部材１５４，１５６の熱膨張に基づいて第１部材１５０および第２部材１５２の位置関係が狂ってしまうことが抑制される。
【００２６】
第３部材１５４，１５６の材料は、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料である。なお、負の熱膨張率を有する材料、例えば、上述のマンガン窒化物Ｍｎ３ＸＮの組成を調整して、熱膨張率をゼロとした材料を適用することも可能である。
【００２７】
第３部材１５４，１５６の材料は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有することが好ましい。この場合、第３部材１５４，１５６の熱伝導率が低いため、第３部材１５４，１５６を経由した予期せぬ伝熱、例えば、熱流を遮断したい方向への伝熱を抑制することが可能である。
【００２８】
以上のように、ヒートポンプシステム１００は、簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置１４０，１４２，１４４が適用されているため、例えば、外部からの電気的な指示によって部材間を切り離すような熱流制御が不要であり、システムを簡素化することが可能である。したがって、簡素化されたヒートポンプシステムを提供することができる。
【００２９】
次に、熱流制御装置１４０，１４２，１４４を詳述する。
【００３０】
図２および図３は、図１に示される熱流制御装置の第１形態および第２形態の一例を説明するための概略図、図４および図５は、第１形態および第２形態の別の一例を説明するための概略図である。
【００３１】
熱流制御装置１４０，１４２，１４４の第１部材１５０および第２部材１５２は、熱膨張率の差異に基づき、第１形態と第２形態とに切替え可能に構成され、熱流の方向に関し、上流側および下流側にそれぞれ繋がるように配置される。
【００３２】
第１形態は、第１部材１５０が温度上昇あるいは第２部材１５２が温度降下するに伴い、第１部材１５０と第２部材１５２とが直接的あるいは間接的に接触する接触度が維持あるいは高くなるモードである。第２形態は、第１部材１５０が温度降下あるいは第２部材が温度上昇するに伴い、第１部材１５０と第２部材１５２とが直接的または間接的に接触する接触度が低下あるいは非接触となるモードである。
【００３３】
例えば、第１部材１５０が温度上昇する場合（第１形態）、図２に示されるように、第１部材１５０は、正の熱膨張率を有するため膨張し、接触度が維持あるいは高くなるため、高温の第１部材１５０から第２部材１５２に向かう熱の移動は抑制されない。なお、第２部材１５２は、第１部材１５０から移動する熱によって温度上昇し、負の熱膨張率を有するため収縮する。
【００３４】
そして、熱が高温の第１部材１５０から第２部材１５２に向かって移動し、第１部材１５０が温度降下する場合（第１形態から切替わった第２形態）、図３に示されるように、第１部材１５０は、正の熱膨張率を有するため収縮し、接触度が低下あるいは非接触となるため、第１部材１５０から第２部材１５２に向かう熱の移動は、抑制される。この際、第２部材１５２は、第１部材１５０から移動する熱によって温度上昇しており、負の熱膨張率を有するため収縮している。
【００３５】
したがって、熱は、第１部材１５０から第２部材１５２への方向にのみ流れ、第２部材１５２から第１部材１５０への熱の逆流は発生しない。
【００３６】
一方、例えば、図４に示されるように、第２部材１５２が温度降下する場合（第１形態）、第２部材１５２は、負の熱膨張率を有するため膨張し、第１部材１５０に対する接触度が維持あるいは高くなるため、第１部材１５０から第２部材１５２に向かう熱の移動は、抑制されない。なお、この際、第１部材１５０は、温度上昇しており、正の熱膨張率を有するため膨張している。
【００３７】
そして、熱が第１部材１５０から第２部材１５２に向かって移動する結果、第２部材１５２が温度上昇する場合（第１形態から切替わった第２形態）、第２部材１５２は、負の熱膨張率を有するため収縮し、接触度が低下あるいは非接触となるため、第１部材１５０から第２部材１５２に向かう熱の移動は、抑制される。この際、第１部材１５０は、第２部材１５２に向かって熱が移動することによって温度降下しており、正の熱膨張率を有するため収縮している。したがって、この場合も、熱は、第１部材１５０から第２部材１５２への方向にのみ流れ、第２部材１５２から第１部材１５０への熱の逆流は発生しない。
【００３８】
なお、第１部材１５０の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値が、第２部材１５２の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値よりも大きい場合、第１部材１５０および第２部材１５２は、第２部材１５２の温度が想定される下限使用温度において、第１部材１５０の伝熱面１５１と第２部材１５２と伝熱面１５３との間の隙間がゼロとなるように、設定されることが好ましい。この場合、第１形態において、第２部材１５２の温度が想定される下限使用温度であっても、接触度が低下あるいは非接触となることを確実に避けることが可能である。
【００３９】
また、第１部材１５０の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値が、第２部材１５２の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値よりも小さい場合、第１部材１５０および第２部材１５２は、第１部材１５０の温度が想定される上限使用温度において、第１部材１５０の伝熱面１５１と第２部材１５２と伝熱面１５３との間の隙間がゼロとなるように、設定されることが好ましい。この場合、第１形態において、第１部材１５０の温度が想定される上限使用温度であっても、接触度が低下あるいは非接触となることを確実に避けることが可能である。
【００４０】
第１部材１５０の伝熱面１５１と第２部材１５２と伝熱面１５３とは、接触度の観点から、第１形態において当接している部位を有することが好ましい。当接している部位の形状は、例えば、平面あるいは曲面である。なお、符号Ｓは、第２形態において第１部材１５０の伝熱面１５１と第２部材１５２と伝熱面１５３との間に形成される空間を示している。
【００４１】
次に、ヒートポンプシステム１００のヒートサイクルを説明する。
【００４２】
図６は、ヒートポンプシステムのヒートサイクルを説明するためのフローチャート、図７および図８は、図６に示される磁場印加部移動ステップにおける熱移動の開始および完了を説明するための概略図、図９および図１０は、図６に示される磁場印加部復帰ステップにおける熱移動の開始および完了を説明するための概略図である。
【００４３】
ヒートポンプシステム１００のヒートサイクルは、磁場印加部移動ステップおよび磁場印加部復帰ステップを有する。なお、初期状態において、磁場印加部１３０は、磁気熱量効果部１２０に隣接して配置され、かつ、低温側熱浴部１１０および高温側熱浴部１１５の温度は、同一である場合を想定している。
【００４４】
磁場印加部移動ステップにおいては、図７に示されるように、磁場印加部１３０は、上流（低温側）の磁気熱量効果部１２０から離間し、下流（高温側）の磁気熱量効果部１２５に隣接するように移動する。
【００４５】
磁気熱量効果部１２０の磁気熱量材料は、磁場印加部１３０が離間することで磁場が除去（消磁）され、磁気熱量効果部１２０は、温度降下する。その結果、磁気熱量効果部１２０に隣接する熱流制御装置１４０の第２部材１５２は、温度降下する（第１形態）。これにより、熱流制御装置１４０の第２部材１５２は、負の熱膨張率を有するため膨張し、接触度が維持あるいは高くなる。この際、熱流制御装置１４０の第１部材１５０は、低温側熱浴部１１０に隣接しているため、低温側熱浴部１１０の熱は、熱流制御装置１４０の第１部材１５０および第２部材１５２を経由し、磁気熱量効果部１２０に向かって移動し、これにより、低温側熱浴部１１０の温度が降下する。
【００４６】
一方、磁気熱量効果部１２５の磁気熱量材料は、磁場印加部１３０が隣接することで磁場が印加され、磁気熱量効果部１２５は、温度上昇する。その結果、磁気熱量効果部１２５に隣接する熱流制御装置１４４の第１部材１５０は、温度上昇する（第１形態）。これにより、熱流制御装置１４４の第１部材１５０は、正の熱膨張率を有するため膨張し、接触度が維持あるいは高くなる。この際、熱流制御装置１４４の第２部材１５２は、高温側熱浴部１１５に隣接しているため、磁気熱量効果部１２５の熱は、熱流制御装置１４４の第１部材１５０および第２部材１５２を経由し、高温側熱浴部１１５に向かって移動し、これにより、高温側熱浴部１１５の温度が上昇する。
【００４７】
なお、熱流制御装置１４２の第１部材１５０は、温度降下する磁気熱量効果部１２０に隣接しているため、温度降下し、正の熱膨張率を有するため収縮し、また、熱流制御装置１４２の第２部材１５２は、温度上昇する磁気熱量効果部１２５隣接しているため、温度上昇し、負の熱膨張率を有するため収縮する。つまり、熱流制御装置１４２においては、接触度が低下あるいは非接触となるため（第２形態）、熱は、熱流制御装置１４２を経由して流れない。
【００４８】
その後、熱流制御装置１４０の第１部材１５０および第２部材１５２を経由した、低温側熱浴部１１０の熱の磁気熱量効果部１２０への移動は、低温側熱浴部１１０の温度と磁気熱量効果部１２０の温度が同一になるまで継続し、また、熱流制御装置１４４の第１部材１５０および第２部材１５２を経由した磁気熱量効果部１２５の熱の高温側熱浴部１１５への移動は、磁気熱量効果部１２５の温度と高温側熱浴部１１５の温度が同一になるまで継続する。したがって、図８に示されるように、熱移動が完了すると、低温側熱浴部１１０と磁気熱量効果部１２０とは、温度が同一となり、また、磁気熱量効果部１２５と高温側熱浴部１１５とは、温度が同一となる。
【００４９】
磁場印加部復帰ステップにおいては、図９に示されるように、磁場印加部１３０は、下流（高温側）の磁気熱量効果部１２５から離間し、上流（低温側）の磁気熱量効果部１２０に隣接するように移動（復帰）する。
【００５０】
磁気熱量効果部１２５の磁気熱量材料は、磁場印加部１３０が離間することで磁場が除去され、磁気熱量効果部１２５は、温度降下する。その結果、磁気熱量効果部１２５に隣接する熱流制御装置１４２の第２部材１５２は、温度降下する（第１形態）。これにより、熱流制御装置１４２の第２部材１５２は、負の熱膨張率を有するため膨張し、接触度が維持あるいは高くなる。一方、磁気熱量効果部１２０の磁気熱量材料は、磁場印加部１３０が隣接することで磁場が印加され、磁気熱量効果部１２０は、温度上昇する。その結果、磁気熱量効果部１２０に隣接する熱流制御装置１４２の第１部材１５０は、温度上昇する（第１形態）。これにより、熱流制御装置１４２の第１部材１５０は、正の熱膨張率を有するため膨張し、接触度が維持あるいは高くなる。
【００５１】
この際、熱流制御装置１４２の第２部材１５２は、磁気熱量効果部１２５に隣接し、また、熱流制御装置１４２の第１部材１５０は、磁気熱量効果部１２０に隣接しているため、磁気熱量効果部１２０の熱は、熱流制御装置１４２の第１部材１５０および第２部材１５２を経由し、磁気熱量効果部１２５に向かって移動する。
【００５２】
なお、熱流制御装置１４０の第２部材１５２は、温度上昇する磁気熱量効果部１２０に隣接しているため、温度上昇し、負の熱膨張率を有するため収縮し、接触度が低下あるいは非接触となるため（第２形態）、熱は、熱流制御装置１４０を経由し、低温側熱浴部１１０に流れず（逆流せず）、低温側熱浴部１１０は、温度上昇せず、温度が降下した状態に維持される。
【００５３】
また、熱流制御装置１４４の第１部材１５０は、温度降下する磁気熱量効果部１２５に隣接しているため、温度降下し、正の熱膨張率を有するため収縮し、接触度が低下あるいは非接触となる（第２形態）。そのため、高温側熱浴部１１５の熱は、熱流制御装置１４４を経由して磁気熱量効果部１２５に流れず（逆流せず）、また、高温側熱浴部１１５は、温度降下せず、温度が上昇した状態に維持される。
【００５４】
そして、熱流制御装置１４２の第１部材１５０および第２部材１５２を経由した、磁気熱量効果部１２０の熱の磁気熱量効果部１２５への移動は、磁気熱量効果部１２０の温度と磁気熱量効果部１２５の温度とが同一になるまで継続する。したがって、図１０に示されるように、熱移動が完了すると、磁気熱量効果部１２０と磁気熱量効果部１２５とは、温度が同一となる。
【００５５】
以上のように、磁場印加部移動ステップおよび磁場印加部復帰ステップからなる１サイクルが完了することによって、低温側熱浴部１１０は温度が降下した状態になり、高温側熱浴部１１５は温度が上昇した状態になる。つまり、低温側熱浴部１１０から高温側熱浴部１１５に、熱が汲み上げられたこととなる。
【００５６】
なお、磁気熱量効果部１２０，１２５の磁気熱量材料が１回の磁場印加および磁場除去（消磁）によって変化する温度は限定されるため、さらに熱を汲み上げるには、磁場印加部移動ステップに戻ってヒートサイクルを繰り返すことが必要である。また、低温側熱浴部１１０と高温側熱浴部１１５との間の温度差は、例えば、磁気熱量効果部、磁場印加部および熱流制御装置を適宜組み合わせて追加配置することによって、拡大させることが可能である。
【００５７】
次に、本発明の実施の形態に係る変形例１〜３を、順次説明する。
【００５８】
図１１は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための概略図である。
【００５９】
熱流制御装置１４０，１４２，１４６は、図１１に示されるように、第２形態において第１部材１５０の伝熱面１５１と第２部材１５２の伝熱面１５３との間に形成される空間Ｓを、少なくとも減圧する減圧装置１８０を有することが好ましい。
【００６０】
例えば、第２形態においては、第１部材１５０と第２部材１５２とが直接的または間接的に接触する接触度が低下あるいは非接触となり、形成された空間Ｓを占める空気等の気体を経由した予期せぬ熱経路の形成（熱の伝達）が生じる虞が存在する。そのため、空間Ｓを減圧して気体を除去することで、不要な熱経路の形成が抑制されるため、良好な熱遮断機能を得ることが可能である。また、減圧する部位は、第２形態において第１部材１５０の伝熱面１５１と第２部材１５２の伝熱面１５３との間に形成される空間Ｓのみに限定されず、熱経路として好ましくない周辺部材との間で形成される空間を含めることが好ましい。なお、減圧装置１８０は、真空ポンプなどの減圧手段である。
【００６１】
図１２は、本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための概略図である。
【００６２】
熱流制御装置は、上記形状の第１部材および第２部材を有する形態に特に限定されず、例えば、図１１に示される熱流制御装置１４８のように、第１部材１６０Ａ，１６０Ｂおよび第２部材１６２を有するように構成することも可能である。なお、第１部材１６０Ａ，１６０Ｂは、円弧形状の内壁面１６１を有し、第２部材１６２は、内壁面１６１と相対している円筒形状の外壁面１６３を有し、かつ熱媒体が流れる円筒形状の内壁面を有する内管１６４が設けられている。熱媒体は、例えば、水などの流体である。
【００６３】
この場合、例えば、第１部材１６０Ａ，１６０Ｂが温度上昇するに伴い、第１部材１６０Ａ，１６０Ｂの円弧形状の内壁面１６１と第２部材１６２の円筒形状の外壁面１６３との接触度が維持あるいは高くなるため（第１形態）、熱は、第１部材１６０Ａ，１６０Ｂから第２部材１６２に向かって移動し、一方、第２部材１６２が温度上昇するに伴い、第１部材１６０Ａ，１６０Ｂの円弧形状の内壁面１６１と第２部材１６２の円筒形状の外壁面１６３との接触度が低下あるいは非接触となるため（第２形態）、熱は、第２部材１６２から第１部材１６０Ａ，１６０Ｂに向かって移動しない。つまり、外側（第１部材１６０Ａ，１６０Ｂの円弧形状の内壁面１６１）から内側（第２部材１６２の円筒形状の外壁面１６３）に向かって熱が流れるが、逆方向には流れない。
【００６４】
したがって、外側（第１部材１６０Ａ，１６０Ｂの円弧形状の内壁面１６１）から内側（第２部材１６２の円筒形状の外壁面１６３）に向かって流れる熱によって、第２部材１６２の内管１６４を流れる熱媒体の温度を上昇させる（熱交換する）ことが可能である。
【００６５】
図１３は、本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための概略図である。
【００６６】
図１３に示される熱流制御装置１４９は、第１部材の形状と第２部材の形状とが逆転している点に関し、図１２に示される変形例２（熱流制御装置１４８）と概して異なっている。詳述すると、熱流制御装置１４９の第１部材１７０は、円筒形状の外壁面１７１を有し、かつ熱媒体が流れる円筒形状の内壁面を有する内管１７４が設けられており、第２部材１７２Ａ，１７２Ｂは、外壁面１７１と相対している円弧形状の内壁面を有する。
【００６７】
この場合、例えば、第１部材１７０が温度上昇するに伴い、第２部材１７２Ａ，１７２Ｂの円弧形状の内壁面１７３と第１部材１７０の円筒形状の外壁面１７１との接触度が維持あるいは高くなるため（第１形態）、熱は、第１部材１７０から第２部材１７２Ａ，１７２Ｂに向かって移動し、一方、第２部材１６２が温度上昇するに伴い、第２部材１７２Ａ，１７２Ｂの円弧形状の内壁面１７３と第１部材１７０の円筒形状の外壁面１７１との接触度が低下あるいは非接触となる。つまり、内側（第１部材１７０の円筒形状の外壁面１７１）から外側（第２部材１７２Ａ，１７２Ｂの円弧形状の内壁面１７３）に向かって熱が流れるが、逆方向には流れない。
【００６８】
したがって、内側（第１部材１７０の円筒形状の外壁面１７１）から外側（第２部材１７２Ａ，１７２Ｂの円弧形状の内壁面１７３）に向かって熱が流れることによって、第１部材１７０の内管１７４を流れる熱媒体から熱が汲み上げられるため、熱媒体の温度を降下させる（熱交換する）ことが可能である。
【００６９】
以上のように、本実施の形態に係る熱流制御装置においては、第１部材および第２部材は、物性（熱膨張率）の差異に基づいて、熱を一方向に流すように構成されており、その形状は、制約されない。したがって、熱流制御装置は、簡易な構造を有する。つまり、簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置を提供することが可能である。
【００７０】
第１部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値が、第２部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値よりも大きい場合、第２部材の温度が想定される下限使用温度において、第１部材の伝熱面と第２部材と伝熱面との間の隙間がゼロとなるように、第１部材および第２部材を設定することが好ましい。この場合、第１形態において、第２部材の温度が想定される下限使用温度であっても、接触度が低下あるいは非接触となることを確実に避けることが可能である。
【００７１】
第１部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値が、第２部材の１℃あたりの熱膨張による寸法変化の絶対値よりも小さく場合、第１部材の温度が想定される上限使用温度において、第１部材の伝熱面と第２部材と伝熱面との間の隙間がゼロとなるように、第１部材および第２部材を設定することが好ましい。この場合、第１形態において、第１部材の温度が想定される上限使用温度であっても、接触度が低下あるいは非接触となることを確実に避けることが可能である。
【００７２】
第１部材の伝熱面と第２部材の伝熱面とは、接触度の観点から、第１形態において当接している部位を有することが好ましい。
【００７３】
第１部材が円弧形状の内壁面を有し、第２部材が前記内壁面と相対している円筒形状の外壁面を有しかつ熱媒体が流れる内管が設けられている場合、外側（第１部材の円弧形状の内壁面）から内側（第２部材の円筒形状の外壁面）に向かって熱が流れるため、当該熱によって、第２部材の内管を流れる熱媒体の温度を上昇させる（熱交換する）ことが可能である。
【００７４】
第１部材が円筒形状の外壁面を有しかつ熱媒体が流れる内管が設けられており、第２部材が内壁面と相対している円弧形状の内壁面を有する場合、内側（第１部材の円筒形状の外壁面）から外側（第２部材の円弧形状の内壁面）に向かって熱が流れ、第１部材の内管を流れる熱媒体から熱が汲み上げられるため、熱媒体の温度を降下させる（熱交換する）ことが可能である。
【００７５】
第２形態において第１部材の伝熱面と第２部材の伝熱面との間に形成される空間を少なくとも減圧する減圧手段を有し、前記空間を減圧して気体を除去することが好ましい。この場合、前記空間を占める気体を経由した予期せぬ熱経路の形成（熱の伝達）が抑制されるため、良好な熱遮断機能を得ることが可能である。
【００７６】
第１部材の少なくとも一部を形成する正の熱膨張率を有する材料は、１００Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導率を有することが好ましい。この場合、熱を効率的に伝達することが可能である。
【００７７】
第１部材および第２部材が固定される第３部材は、１５×１０−６／Ｋ以下の熱膨張率を有する材料を基材として形成されていることが好ましい。この場合、第３部材の熱膨張率が小さいため、第３部材の熱膨張に基づいて第１部材および第２部材の位置関係が狂ってしまうことが抑制される。
【００７８】
第３部材の前記材料は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有することが好ましい。この場合、第３部材の熱伝導率が低いため、第３部材を経由した予期せぬ伝熱、例えば、熱流を遮断したい方向への伝熱を、抑制することが可能である。
【００７９】
また、本実施の形態に係るヒートポンプシステムは、簡易な構造を有しかつ一方向からの熱流のみを流し得る熱流制御装置が適用されているため、例えば、外部からの電気的な指示によって部材間を切り離すような熱流制御が不要であり、システムを簡素化することが可能である。したがって、簡素化されたヒートポンプシステムを提供することができる。
【００８０】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。
【００８１】
例えば、熱流制御装置は、ヒートポンプシステムに適用する形態に限定されない。
【００８２】
ヒートポンプシステムの磁気熱量効果部は、必要に応じ、負の磁気熱量材料から構成することも可能である。負の磁気熱量材料は、磁場が除去（消磁）されると反強磁性状態（隣り合う磁気スピンが互いに反対方向を向いて整列する状態）となり、磁場を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる材料であり、磁場の印加によって磁気熱量材料の温度が降下し、磁場の除去によって磁気熱量材料の温度が上昇する効果を有する。負の磁気熱量材料は、例えば、ＦｅＲｈ合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｇｅ系、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｎ系等の磁気熱量材料である。
【００８３】
磁気熱量効果部を、正の磁気熱量材料と負の磁気熱量材料とを混合して構成し、磁場を印加あるいは除去（消磁）した際に生じる温度変化量を調整することも可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００  ヒートポンプシステム、
１１０  低温側熱浴部、
１１５  高温側熱浴部、
１２０，１２５  磁気熱量効果部、
１３０，１３５  磁場印加部、
１４０，１４２，１４４，１４８，１４９  熱流制御装置、
１５０  第１部材、
１５１  伝熱面、
１５２  第２部材、
１５３  伝熱面、
１５４，１５６  第３部材、
１６０Ａ，１６０Ｂ  第１部材、
１６１  内壁面、
１６２  第２部材、
１６３  外壁面、
１６４  内管、
１７０  第１部材、
１７１  外壁面、
１７２Ａ，１７２Ｂ  第２部材、
１７３  内壁面、
１７４  内管、
１８０  減圧装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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