(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導率の切り替えによる構造変化を伴うことなく熱伝導率を好適に制御することが可能な熱伝導率可変装置及び電圧制御装置の提供。【解決手段】金属と、前記金属の仕事関数以上の電子親和力χＳ［ｅＶ］を有する半導体とを接合した熱伝導率可変素子２と、熱伝導率可変素子２に電圧を印加する電圧印加手段４と、熱伝導率可変素子２の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段５と、熱伝導率可変素子２の熱伝導率を上昇させる必要があると判定手段５が判定した場合、前記半導体の仕事関数をφＳ［ｅＶ］とし、電気素量をｅ［Ｃ］とすると、（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］以上の電圧を、電圧印加手段４により熱伝導率可変素子２に印加する電圧制御手段と、を備える熱伝導率可変装置。【選択図】図１
2016037913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属と、前記金属の仕事関数以上の電子親和力χＳ［ｅＶ］を有する半導体とを接合した熱伝導率可変素子と、
前記熱伝導率可変素子に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段と、
前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると前記判定手段が判定した場合、前記半導体の仕事関数をφＳ［ｅＶ］とし、電気素量をｅ［Ｃ］とすると
（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］
以上の電圧を、前記電圧印加手段により前記熱伝導率可変素子に印加する電圧制御手段と、
を備えることを特徴とする熱伝導率可変装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記熱伝導率可変素子と隣り合わせに配置された温度調整対象物の温度に基づき、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する請求項１に記載の熱伝導率可変装置。
【請求項３】
前記熱伝導率可変素子は、エンジンの内壁と前記エンジンの冷却水との間に設けられ、
前記判定手段は、前記エンジンの始動後、前記エンジンが暖機されたと判定した場合に、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定する請求項２に記載の熱伝導率可変装置。
【請求項４】
前記熱伝導率可変素子は、車両が搭載する電池パックに隣接して設けられ、
前記判定手段は、前記電池パックが所定温度以上になった場合に、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定する請求項２に記載の熱伝導率可変装置。
【請求項５】
前記熱伝導率可変素子は、車両の排気通路に設けられた触媒に隣接して設けられ、
前記判定手段は、前記触媒が所定温度以上になった場合に、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定する請求項２に記載の熱伝導率可変装置。
【請求項６】
金属と、前記金属の仕事関数以上の電子親和力χＳ［ｅＶ］を有する半導体とを接合した熱伝導率可変素子に電圧を印加する電圧印加手段を制御する電圧制御装置であって、
前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段と、
前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると前記判定手段が判定した場合に、前記半導体の仕事関数をφＳ［ｅＶ］とし、電子素量をｅ［Ｃ］とすると、
（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］
以上の電圧を、前記電圧印加手段により前記熱伝導率可変素子に印加する電圧制御手段と、
を有することを特徴とする電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導率の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱伝導率を変化させることが可能な材料が存在する。例えば、特許文献１には、高分子材料中に、高分子材料よりも高い熱伝導率を有し磁場や電場で分極する粒子が分散した構成を有する熱伝導率可変材料が開示されている。この熱伝導率可変材料に対し磁場や電場を印加した場合、粒子が相互に接触して熱伝導率可変材料の熱伝導率が上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３４２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の熱伝導率可変材料は、熱伝導率の切り替えにより体積変化を伴う構造変化が発生するため、繰り返し利用した場合に、粒子の分散状態を一定に保つことが困難となり、耐久性に課題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱伝導率の切り替えによる構造変化を伴うことなく熱伝導率を好適に制御することが可能な熱伝導率可変装置及び電圧制御装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、熱伝導率可変装置は、金属と、前記金属の仕事関数以上の電子親和力χＳ［ｅＶ］を有する半導体とを接合した熱伝導率可変素子と、前記熱伝導率可変素子に電圧を印加する電圧印加手段と、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段と、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると前記判定手段が判定した場合、前記半導体の仕事関数をφＳ［ｅＶ］とし、電気素量をｅ［Ｃ］とすると、（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］以上の電圧を、前記電圧印加手段により前記熱伝導率可変素子に印加する電圧制御手段と、を備える。
【０００７】
上記熱伝導率可変装置は、金属及び半導体を接合した熱伝導率可変素子と、電圧印加手段と、判定手段と、電圧制御手段と、を備える。半導体は、接合する金属の仕事関数以上の電子親和力χＳ［ｅＶ］を有する。電圧印加手段は、熱伝導率可変素子に電圧を印加する。判定手段は、熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する。電圧制御手段は、熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定手段が判定した場合、半導体の仕事関数をφＳ［ｅＶ］とし、電気素量をｅ［Ｃ］とすると、（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］以上の電圧を、電圧印加手段により熱伝導率可変素子に印加する。この態様では、熱伝導率可変装置は、熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要が生じた場合に、（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］以上の電圧を熱伝導率可変素子に加えることで、熱伝導率可変素子の電位障壁を低下させて熱伝導率を好適に上昇させることができる。また、電圧印加に起因した構造変化が生じないため、繰り返し熱伝導率を変化させることに対する耐久性が高い。
【０００８】
上記熱伝導率可変装置の一態様では、前記判定手段は、前記熱伝導率可変素子と隣り合わせに配置された温度調整対象物の温度に基づき、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する。この態様によれば、熱伝導率可変装置は、例えば、熱伝導率可変素子と隣り合わせに配置された温度調整対象物の温度が低いときには電圧を印加せずに温度調整対象物の放熱を抑制し、温度調整対象物の温度が高い場合には電圧印加により熱伝導率を上昇させて温度調整対象物の放熱を促進させることができる。
【０００９】
上記熱伝導率可変装置の他の一態様では、前記熱伝導率可変素子は、エンジンの内壁と前記エンジンの冷却水との間に設けられ、前記判定手段は、前記エンジンの始動後、前記エンジンが暖機されたと判定した場合に、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定する。この態様により、熱伝導率可変装置は、エンジンの始動時にはエンジンの内壁の放熱を抑制してエンジンの早期暖機を促進し、エンジンの暖機後にはエンジンの内壁の放熱を促進し、当該内壁を冷却水により冷却して過度の昇温を防ぐことができる。
【００１０】
上記熱伝導率可変装置の他の一態様では、前記熱伝導率可変素子は、車両が搭載する電池パックに隣接して設けられ、前記判定手段は、前記電池パックが所定温度以上になった場合に、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定する。上述の「所定温度」は、例えば電池パック内の電池の放電及び充電に適した温度であり、例えば実験等に基づき予め定められる。この態様により、熱伝導率可変装置は、電池パックの昇温が必要な時には電池パックの放熱を抑制して電池パックの昇温を促進し、電池パックの昇温完了後には電池パックを積極的に放熱させて過度な昇温を防ぐことができる。
【００１１】
上記熱伝導率可変装置の他の一態様では、前記熱伝導率可変素子は、車両の排気通路に設けられた触媒に隣接して設けられ、前記判定手段は、前記触媒が所定温度以上になった場合に、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると判定する。この態様により、熱伝導率可変装置は、車両が始動直後の触媒の暖機時には触媒の放熱を抑制して触媒の早期暖機を促進し、触媒の暖機後には触媒を積極的に放熱させて過度な昇温を防ぐことができる。
【００１２】
本発明の他の観点では、金属と、前記金属の仕事関数以上の電子親和力χＳ［ｅＶ］を有する半導体とを接合した熱伝導率可変素子に電圧を印加する電圧印加手段を制御する電圧制御装置であって、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段と、前記熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要があると前記判定手段が判定した場合に、前記半導体の仕事関数をφＳ［ｅＶ］とし、電子素量をｅ［Ｃ］とすると、（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］以上の電圧を、前記電圧印加手段により前記熱伝導率可変素子に印加する電圧制御手段と、を有する。この態様では、電圧制御装置は、熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要が生じた場合に、（φＳ−χＳ）／ｅ［Ｖ］以上の電圧を熱伝導率可変素子に加えることで、熱伝導率可変素子の電位障壁を低下させて熱伝導率を好適に上昇させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱伝導率可変装置及び電圧制御装置は、熱伝導率可変素子の熱伝導率を上昇させる必要が生じた場合に、熱伝導率可変素子の電位障壁を低下させ、熱伝導率可変素子の熱伝導率を好適に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の熱伝導率可変システムの概略図である。
【図２】熱伝導率可変素子と電圧印加部の具体的な構成例である。
【図３】（Ａ）は主な金属の仕事関数を示し、（Ｂ）は主な半導体の電子親和力を示す。
【図４】半導体層と金属層とを接合させる前後のバンド図を示す。
【図５】図４（Ｂ）の状態で必要最小電圧だけ電圧を印加した状態のバンド図を示す。
【図６】熱伝導率可変素子の比較例に係るバンド図を示す。
【図７】熱伝導率可変素子をエンジンの内壁と冷却水との間に設けた場合の電圧印加制御を示すフローチャートである。
【図８】熱伝導率可変素子を電池パックに隣接させた場合の電圧印加制御を示すフローチャートである。
【図９】実施例に係る熱伝導率可変素子の構成を示す。
【図１０】実施例における温度の測定結果を示す。
【図１１】実施例における熱伝導率の算出結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に好適な実施の形態について、詳細に説明する。
【００１６】
［熱伝導率可変システムの構成］
まず、本実施形態の熱伝導率可変システムの構成について説明する。図１は、本実施形態の熱伝導率可変システム２０の概略図である。図１に示される熱伝導率可変システム２０は、温度調整対象物１と、熱伝導率可変素子２と、温度センサ３と、電圧印加部４と、制御部５と、を備える。なお、熱伝導率可変素子２と、電圧印加部４と、制御部５とは、本発明における「熱伝導率可変装置」の一例である。
【００１７】
温度調整対象物１は、温度調整の対象となる物であって、熱伝導率可変素子２に隣接している。温度調整対象物１は、例えばエンジンの内壁、車両に搭載される電池パック、又はエンジンの排気通路に設けられる触媒等が該当する。温度調整対象物１は、後述する熱伝導率可変素子２の熱伝導率の変化に基づき、放熱性が制御される。
【００１８】
熱伝導率可変素子２は、金属と半導体とがオーミック接合された素子であり、電圧印加の有無に基づき熱伝導率が変化する。具体的には、電圧印加部４により電圧が印加された状態では、熱伝導率可変素子２は、熱伝導率が高い状態（「伝熱状態」とも呼ぶ。）となり、温度調整対象物１の熱を外部（即ち矢印Ａ１の方向）に放出する。一方、電圧印加部４による電圧印加がない状態では、熱伝導率可変素子２は、熱伝導率が低い状態（「断熱状態」とも呼ぶ。）となり、温度調整対象物１の熱を通りにくくして矢印Ａ１の方向への放熱を抑制する。
【００１９】
温度センサ３は、温度調整対象物１に設けられ、温度センサ３の温度に相当する検出信号「Ｓ３」を制御部５へ送信する。電圧印加部４は、制御部５から送信される制御信号「Ｓ４」に基づき、熱伝導率可変素子２への電圧印加の有無を切り替える。電圧印加部４は、本発明における「電圧印加手段」の一例である。
【００２０】
制御部５は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、熱伝導率可変システム２０の全体を制御する。具体的には、制御部５は、温度センサ３から送信される検出信号Ｓ３に基づき、電圧印加部４に制御信号Ｓ４を送信し、熱伝導率可変素子２の状態を伝熱状態と断熱状態との間で切り替える。制御部５は、本発明における「判定手段」、「電圧制御手段」、及び「電圧制御装置」の一例である。
【００２１】
図２は、熱伝導率可変素子２及び電圧印加部４の具体的な構成例を示す。図２の例では、熱伝導率可変素子２は、両端に配置された金属層２０Ａ、２０Ｂと、これらの金属層２０Ａ、２０Ｂの間に接合された半導体層２１と、を有する。金属層２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ半導体層２１とオーミック接合している。以後では、金属層２０Ａ、２０Ｂを特に区別しない場合、これらを「金属層２０」と表記する。
【００２２】
ここで、金属層２０を構成する金属及び半導体層２１を構成する半導体の組み合わせは、接合後の定常状態で所定値以上の電圧を印加した場合に、熱電子に対する半導体側の電位障壁が無くなるような組み合わせに決定される。具体的には、後述するように、半導体層２１を構成する半導体は、金属層２０を構成する金属の仕事関数以上の電子親和力を有する必要がある。言い換えると、金属層２０を構成する金属の仕事関数を「φＭ」（単位［ｅＶ］）、半導体層２１を構成する半導体の電子親和力を「χＳ」（単位［ｅＶ］）とすると、金属層２０を構成する金属及び半導体層２１を構成する半導体は、以下の式（１）の関係を満たす必要がある。
φＭ≦χＳ        （１）
【００２３】
上述の式（１）は、熱伝導率可変素子２への電圧印加により熱電子に対する半導体側の電位障壁が無くなる条件である。なお、半導体層２１を構成する半導体がＮ型、Ｐ型、Ｉ型のいずれの場合も式（１）は不変である。式（１）の妥当性については、［熱伝導率可変素子の動作原理］のセクションで後述する。
【００２４】
図３（Ａ）は主な金属の仕事関数を示し、図３（Ｂ）は主な半導体の電子親和力を示す。図３（Ａ）に示す金属及び図３（Ｂ）に示す半導体のうち、上述の式（１）を満たす組み合わせは、
（ｉ）金属をＭｇとし、半導体をＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＺｎＯのいずれかとする組み合わせ
（ｉｉ）金属をＩｎとし、半導体をＧａＳｂ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＺｎＯのいずれかとする組み合わせ
（ｉｉｉ）金属をＡｇ又はＡｌとし、半導体をＩｎＰ又はＺｎＯのいずれかとする組み合わせ、及び
（ｉＶ）金属をＣｕとし、半導体をＺｎＯとする組み合わせ
となる。なお、図３（Ａ）に示す金属以外の金属であっても、式（１）の関係を満たす半導体と共に用いられる場合には、当該金属を金属層２０として用いてもよい。同様に、図３（Ｂ）に示す半導体以外の半導体であっても、式（１）の関係を満たす金属と共に用いられる場合には、当該半導体を半導体層２１として用いてもよい。
【００２５】
再び図２を参照し、電圧印加部４について説明する。電圧印加部４は、金属層２０Ａの上側から所定の電圧を印加する電圧源４１と、制御信号Ｓ４に基づき電圧源４１による電圧印加の有無を切り替えるスイッチ４２とを備える。電圧源４１により熱伝導率可変素子２へ印加する電圧は、金属層２０から半導体層２１への熱電子の移動に対する障壁を低下させるのに必要な電圧（「必要最小電圧ＶｌｉｍＬ」とも呼ぶ。）以上になるように設定されている。後述するように、必要最小電圧ＶｌｉｍＬは、障壁の高さ「φＳ−χＳ」の単位を［ｅＶ］から［Ｖ］に変換した値に相当する電圧値であり、以下の式（２）により表される。
ＶｌｉｍＬ＝（φＳ−χＳ）／ｅ      （２）
ここで、「ｅ」は電気素量を示す。
【００２６】
なお、図２では、金属層２０Ａの上側が電圧源４１の正極と接続しているが、これに代えて、金属層２０Ｂの下側が電圧源４１の正極と接続してもよい。
【００２７】
［熱伝導率可変素子の動作原理］
次に、熱伝導率可変素子２の動作原理について、図４及び図５のバンド図を参照して説明する。以後では、説明の便宜上、金属層２０Ａ、２０Ｂのうち一方のみを図示して説明する。また、一例として、半導体層２１としてｎ型半導体を用いる例を説明する。
【００２８】
図４（Ａ）は半導体層２１と金属層２０とを接合させる前のバンド図を示し、図４（Ｂ）は半導体層２１と金属層２０との接合後に金属層２０を加熱したときのバンド図を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）では、価電子帯を斜線領域により示し、フェルミ準位を一点鎖線、伝導帯の下端を実線、真空準位を破線により示している。なお、「φＳ」は、半導体層２１を構成する半導体の仕事関数［ｅＶ］を示す。金属のフェルミ準位は、価電子帯の上端と一致している。
【００２９】
式（１）を満たす金属層２０及び半導体層２１を接触させた場合、金属側の電子のうち半導体のフェルミ準位以上のエネルギーを持つものが半導体側に移動し、フェルミ準位が一致するようになる。そして、接合後の平衡状態では、実線１０Ｂが示す伝導帯下端は、図４（Ｂ）に示すようにフェルミ準位よりも「φＳ−χＳ」だけ高くなり、金属から半導体へ移動する電子に対する電位障壁（破線枠９Ａ参照）の高さは、「φＳ−χＳ」となる。よって、この場合、金属の熱電子は、電位障壁を超えることができない。なお、一般的に、金属の場合、フォノン伝導よりも電子伝導の方が熱伝導性に対する寄与が大きい。従って、図４（Ｂ）の例では、金属の熱電子が電位障壁を越えられないため、金属から半導体への熱伝導性が低い状態となる。図４（Ｂ）の状態は、熱伝導率可変素子２が断熱状態の場合に相当する。
【００３０】
図５は、図４（Ｂ）の状態で式（２）の必要最小電圧ＶｌｉｍＬ以上の電圧を印加した状態のバンド図を示す。なお、図５では、破線１０Ｂは電圧印加前の伝導帯の下端を示し、実線１０Ｃは電圧印加後の伝導帯の下端を示す。また、破線２０Ｂは電圧印加前の価電子帯の上端を示し、実線２０Ｃは電圧印加後の価電子帯の上端を示す。
【００３１】
この場合、図４（Ｂ）に示す障壁の高さ「φＳ−χＳ」の単位を［ｅＶ］から［Ｖ］に変換した値に相当する電圧「（φＳ−χＳ）／ｅ」以上の電圧を印加することで、伝導帯の下端がフェルミ準位の近傍まで下がっている。その結果、金属の熱電子が半導体に移動する際の電位障壁がなくなり、金属から半導体への熱電子の移動が妨げられない。このように、図５の状態では、金属と半導体との間での熱電子の移動に対する電位障壁がなくなっている。なお、図５では半導体側に正極を接続し、金属側に負極を接続しているが、金属側に正極を接続し、半導体側に負極を接続した場合も同様に、必要最小電圧ＶｌｉｍＬ以上の電圧を印加することで電位障壁が好適に下がる。図５の状態は、熱伝導率可変素子２が伝熱状態の場合に相当する。
【００３２】
このように、本実施形態に係る熱伝導率可変素子２は、必要最小電圧ＶｌｉｍＬ以上の電圧印加により電位障壁が下がり、熱伝導率が低い断熱状態から熱伝導率が高い伝熱状態に切り替わる。また、本実施形態に係る熱伝導率可変素子２は、電圧印加に起因した構造変化が生じない。即ち、熱伝導率可変素子２は、断熱状態と伝熱状態とを繰り返し切り替えて使用することに対する耐久性に優れている。
【００３３】
一方、式（１）が成立しない場合は、「φＳ＞χＳ」は常に成立することを勘案すると、「φＭ＞φＳ＞χＳ」となる場合、又は、「φＳ＞φＭ＞χＳ」となる場合のいずれかとなる。これらの場合について、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
【００３４】
図６（Ａ）は、「φＭ＞φＳ＞χＳ」の条件を満たす金属と半導体とを接合させた場合のバンド図を示す。なお、破線１１Ｂは電圧印加前の伝導帯の下端を示し、実線１１Ｃは電圧印加時の伝導帯の下端を示す。また、破線２１Ｂは電圧印加前の価電子帯の上端を示し、実線２１Ｃは電圧印加後の価電子帯の上端を示す。
【００３５】
この場合、金属と半導体とはショットキー接合となり、電圧印加前は、金属から半導体への電子の移動及び半導体から金属への電子の移動のいずれに対しても電位障壁が存在する（破線１１Ｂ参照）。また、障壁の高さ「φＭ−φＳ」に対応する電圧「（φＭ−φＳ）／ｅ」ボルトを印加した場合、半導体から金属への電子の移動に対する障壁はなくなる。この場合であっても、金属から半導体への電子の移動に対する電位障壁の高さは「φＭ−χＳ」となり、金属から半導体への熱電子の移動が妨げられる（実線１１Ｃ参照）。
【００３６】
図６（Ｂ）は、「φＳ＞φＭ＞χＳ」の条件を満たす金属と半導体とを接合させた場合のバンド図を示す。なお、破線１２Ｂは電圧印加前の伝導帯の下端を示し、実線１２Ｃは電圧印加時の伝導帯の下端を示す。また、破線２２Ｂは電圧印加前の価電子帯の上端を示し、実線２２Ｃは電圧印加後の価電子帯の上端を示す。
【００３７】
この場合、金属と半導体とはオーミック接合となり、半導体から金属への電子の移動は制限されない。一方、金属から半導体への電子の移動は、電位障壁により妨げられる。この場合の電位障壁は、式（１）を満たす場合の電位障壁と比較して、半導体側に高さ「φＭ−χＳ」分のオフセットがある。従って、「φＳ＞φＭ＞χＳ」の条件を満たす金属及び半導体に対して適切な電圧を印加した場合であっても、上述のオフセット分の電位障壁が残り、金属から半導体への電子の移動が電位障壁により妨げられる。
【００３８】
一方、「φＳ＞χＳ≧φＭ」を満たす場合には、図６（Ｂ）に示す高さ「φＭ−χＳ」分のオフセットが存在しない。従って、「φＳ＞χＳ≧φＭ」を満たす金属と半導体とにより熱伝導率可変素子２を構成し、電圧印加することで、熱伝導性を高めることができる。ここで、「φＳ＞χＳ」は常に成立するため、式（１）の「χＳ≧φＭ」が、電圧印加により熱伝導性を高めるための条件となる。なお、熱を運ぶのは全て電子であることから、熱伝導率可変素子２を構成する金属及び半導体に関する必要十分条件は、半導体の型によらず、式（１）により規定される。
【００３９】
［電圧印加制御］
次に、電圧印加の制御の具体例について、図７及び図８を参照して説明する。
【００４０】
（１）エンジンへの適用例
図７は、温度調整対象物１をエンジンの内壁とし、熱伝導率可変素子２をエンジンの内壁と冷却水との間に設けた場合の電圧印加制御の一例を示すフローチャートである。図７では、制御部５は、エンジンの始動時には熱伝導率可変素子２を断熱状態にしてエンジンの暖機を促進し、エンジンの暖機後では熱伝導率可変素子２を伝熱状態にして冷却水によるエンジンの冷却を行う。制御部５は、図７に示すフローチャートの処理を、エンジン始動時に実行する。
【００４１】
まず、制御部５は、エンジンの内壁温度が所定温度に達したか否か判定する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部５は、エンジンの内壁付近に設けられた温度センサ３から受信する検出信号Ｓ３に基づき、エンジンの内壁温度が、エンジンが暖機したと判断される温度である所定温度に達したか否か判定する。
【００４２】
そして、制御部５は、エンジンの内壁温度が所定温度に達している場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、電圧印加部４により熱伝導率可変素子２に「（φＳ−χＳ）／ｅ」［Ｖ］だけ電圧印加し、エンジンの内壁を冷却水により冷却させる（ステップＳ１０２）。即ち、制御部５は、この場合、エンジンは既に暖機されていると判断し、熱伝導率可変素子２を伝熱状態にすることで、エンジンの内壁の熱を冷却水に効率的に伝える。これにより、制御部５は、好適にエンジンを冷却水により冷却させてエンジンを適温に保つことができる。
【００４３】
一方、制御部５は、エンジンの内壁温度が所定温度に達していない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、電圧印加部４による熱伝導率可変素子２への電圧印加を行わず、冷却水による冷却を抑制する（ステップＳ１０３）。即ち、制御部５は、この場合、エンジンを暖機させる必要があると判断し、熱伝導率可変素子２を断熱状態にすることで、エンジンの内壁から冷却水への伝熱を熱伝導率可変素子２により遮断する。
【００４４】
このように、図７に示す電圧制御によれば、制御部５は、エンジンを暖機させる必要がある場合にのみ冷却水による冷却を抑制し、エンジンを早期に暖機させることができる。
【００４５】
（２）充電池への適用例
図８は、温度調整対象物１を車両に搭載される電池パックとし、熱伝導率可変素子２を電池パックに隣接させた場合の電圧制御の一例を示すフローチャートである。制御部５は、図８に示すフローチャートの処理を、繰り返し実行する。
【００４６】
まず、制御部５は、電池パックの温度（「バッテリ温度」とも呼ぶ。）が放電及び充電に適した温度である所定温度より高いか否か判定する（ステップＳ２０１）。例えば、制御部５は、電池パックに設けられた温度センサ３から受信する検出信号Ｓ３に基づき、バッテリ温度が所定温度以下であるか否か判定する。
【００４７】
そして、制御部５は、バッテリ温度が所定温度以下の場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、電圧印加部４による熱伝導率可変素子２への電圧印加を停止し、電池パックから外部への放熱を抑制する（ステップＳ２０２）。即ち、この場合、制御部５は、熱伝導率可変素子２を断熱状態とし、電池パックの放熱を熱伝導率可変素子２により妨げる。これにより、制御部５は、電池パックを昇温させて充電池の温度を適正温度に早期に近付けることができる。
【００４８】
一方、制御部５は、バッテリ温度が所定温度より高い場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、熱伝導率可変素子２へ電圧印加し、電池パックを放熱させる（ステップＳ２０３）。即ち、制御部５は、熱伝導率可変素子２を伝熱状態とし、電池パックの熱を熱伝導率可変素子２に伝熱させて外部に放出させる。これにより、制御部５は、電池パックが過剰に昇温するのを好適に抑制することができる。
【００４９】
（３）その他の適用例
図７及び図８以外の適用例として、温度調整対象物１を排気通路に設けられた触媒とし、熱伝導率可変素子２を当該触媒に隣接して設けてもよい。この場合、制御部５は、エンジンの始動後、温度センサ３から検出した触媒の温度が所定の活性温度になるまで、熱伝導率可変素子２の電圧印加を停止する。これにより、制御部５は、熱伝導率可変素子２を断熱状態とし、触媒の放熱を妨げて触媒の暖機を促進させる。また、制御部５は、触媒の温度が活性温度に達した後は、熱伝導率可変素子２に電圧を印加させて熱伝導率可変素子２を伝熱状態とする。これにより、制御部５は、触媒の放熱を促進させて触媒の過度な昇温を抑制する。
【００５０】
このように、熱伝導率可変素子２は、暖機させる必要がある場合と放熱させる必要がある場合とが存在する種々の温度調整対象物１に隣接して設けられる。そして、制御部５は、熱伝導率可変素子２への電圧印加の有無を制御することで、熱伝導率可変素子２の熱伝導率を変化させ、温度調整対象物１の温度を好適に調整することができる。
【００５１】
［実施例］
次に、金属Ａｌと半導体ＺｎＯとを用いた熱伝導率可変素子２を対象に電圧印加を行った実施例について説明する。
【００５２】
図９は、断熱ブロック３０に隣接して設けられた本実施例に係る温度調整対象物１及び熱伝導率可変素子２の構成を示す。図９において、温度調整対象物１は、Ａｌ層３４Ａ、３４Ｂに相当し、熱伝導率可変素子２は、ＺｎＯ層３１、Ａｌ層３２Ａ、３２Ｂ、Ｃｕ層３３Ａ、３３Ｂに相当する。図９に示す熱伝導率可変素子２では、厚さ０．５ｍｍの１０ｍｍ四方のＺｎ単結晶基板であるＺｎＯ層３１の両面に、厚さ６００ｎｍのＡｌ蒸着膜であるＡｌ層３２Ａ、３２Ｂが接着され、さらに、厚さ１ｍｍのＣｕ板であるＣｕ層３３Ａ、３３Ｂが積層される。また、熱伝導率可変素子２の外側は、温度調整対象物１に相当する厚さ１０ｍｍのＡｌブロックであるＡｌ層３４Ａ、３４Ｂにより挟まれている。また、図９では、Ｃｕ層３３Ａ及びＡｌ層３４Ａとの境界３５Ａと、Ｃｕ層３３Ｂ及びＡｌ層３４Ｂとの境界３５Ｂとには、それぞれ、電圧印加のための導線及び温度計測のための熱電対が挟み込まれている。以後では、境界３５Ａで計測された温度を「Ｔ１」、境界３５Ｂで計測された温度を「Ｔ２」とする。
【００５３】
そして、本実施例では、図９に示すように、下側のＡｌ層３４Ｂから加熱し、定常状態となった後に、熱電対により境界３５Ａ、３５Ｂでの温度Ｔ１、Ｔ２を測定した。さらに、境界３５Ａに対し、式（２）に示す必要最小電圧ＶｌｉｍＬよりも大きい電圧である＋１．５［Ｖ］を印加した際の温度Ｔ１及び温度Ｔ２、及び、境界３５Ａに−１．５［Ｖ］印加した際の温度Ｔ１及び温度Ｔ２を計測した。
【００５４】
図１０は、温度Ｔ１がほぼ８０℃になる場合に計測された温度Ｔ１、Ｔ２、及び温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差（即ちＴ２−Ｔ１）を示す。なお、図１０の「上側＋１．５Ｖ印加」の項目は、境界３５Ａに＋１．５［Ｖ］だけ電圧印加した場合の各温度を示し、「上側−１．５Ｖ印加」の項目は、境界３５Ａに−１．５［Ｖ］だけ電圧印加した場合の各温度を示し、「電圧印加停止」の項目は、熱伝導率可変素子２への電圧印加を停止させた場合の各温度を示す。
【００５５】
図１０に示すように、熱伝導率可変素子２への電圧印加時の温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差は、電圧印加前及び電圧印加を停止したときの同温度差よりも小さくなっている。具体的には、電圧印加前及び電圧印加を停止したときの温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差は、いずれも５［℃］であるのに対し、境界３５Ａに１．５［Ｖ］印加した場合の温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差は、４．５［℃］となり、境界３５Ａに−１．５［Ｖ］印加した場合の温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差は、４．６［℃］となっている。このように、図９に示す熱伝導率可変素子２に対して必要最小電圧ＶｌｉｍＬ以上の電圧を印加することで、電圧印加の方向によらず、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差が小さくなり、放熱特性が高まっていることが確認された。
【００５６】
図１１は、温度Ｔ１が４０℃、６０℃、及び８０℃の各場合における電圧印加前の熱伝導率と、境界３５Ａに１．５［Ｖ］の電圧を印加した時の熱伝導率とを示した図である。なお、出願人は、図１１の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］を、以下の式（３）に基づき算出した。
ｑ＝ｋ／Ｌ（Ｔ２−Ｔ１）      （３）
【００５７】
ここで、「ｋ」は熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、「ｑ」は熱流［Ｗ／ｍ２ｓ］、「Ｌ」は境界３５Ａ、３５Ｂ間の距離［ｍ］を示す。
【００５８】
図１１に示すように、温度Ｔ１が４０℃、６０℃、及び８０℃のいずれの温度である場合にも、電圧印加時の熱伝導率が電圧印加前の熱伝導率よりも高くなることが確認された。なお、図１１には示していないが、境界３５Ａに−１．５［Ｖ］の電圧を印加した場合も、境界３５Ａに１．５［Ｖ］印加した場合の熱伝導率とほぼ同じとなり、電圧印加前の熱伝導率よりも高くなる。
【００５９】
［変形例］
次に、本発明に好適な上述の実施形態の変形例について説明する。
【００６０】
図１の構成例では、熱伝導率可変システム２０は、温度調整対象物１の温度を検出するための温度センサ３を有し、制御部５は、温度センサ３の検出信号Ｓ３に基づき電圧印加部４による電圧印加の要否を判断した。これに代えて、制御部５は、温度センサ以外の各種センサの出力に基づき温度調整対象物１の温度を推定し、当該推定した温度に基づき電圧印加部４による電圧印加の要否を判断してもよい。
【００６１】
他の例では、制御部５は、エンジン始動からの経過時間など、所定タイミングからの経過時間に基づき、電圧印加部４による電圧印加の要否を判断してもよい。この場合、温度調整対象物１が熱伝導率可変素子２の熱伝導率を切り替えるべき温度となる上述の経過時間を予め実験等により求めて制御部５が記憶しておき、制御部５は、所定タイミングからの経過時間が予め記憶した時間に達した場合に、電圧印加部４による電圧印加の有無を切り替える。
【００６２】
これらの例によっても、制御部５は、好適に電圧印加部４による電圧印加の要否を判断し、温度調整対象物１の温度調整を実行することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  …  温度調整対象物
２  …  熱伝導率可変素子
３  …  温度センサ
４  …  電圧印加部
５  …  制御部
２０  …  熱伝導率可変システム
【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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