(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな磁気回路を用いず、歪を印加、除去することによって、発熱及び吸熱する熱量材料を用いた、小型で軽量の冷暖房装置を提供する。【解決手段】歪の印加、除去によって発熱及び吸熱する熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆを複数間隔を設けて配置した熱生成ユニット１１０と、低温側熱交換部１２０と、高温側熱交換部１３０と、熱生成部材、低温側熱交換部、高温側熱交換部の間に熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇを配置した熱伝導ユニット１４０と、熱生成部材に歪を印加して熱生成部材を活性化させる歪制御部１５０と、熱スイッチを活性化させる熱スイッチ駆動部１６０と、歪制御部及び熱スイッチ駆動部の作動タイミングを制御することにより低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で熱を伝導させる駆動制御部１７０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪の印加、除去によって発熱及び吸熱する熱生成部材を複数間隔を設けて配置した熱生成ユニットと、
前記熱生成ユニットの一端に位置する熱生成部材と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部と、
前記熱生成ユニットの他端に位置する熱生成部材と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部と、
前記熱生成ユニット内で隣り合う熱生成部材同士の間、前記熱生成ユニットの一端に位置する熱生成部材と前記低温側熱交換部との間及び前記熱生成ユニットの他端に位置する熱生成部材と前記高温側熱交換部との間に熱スイッチを配置した熱伝導ユニットと、
前記熱生成部材に歪を印加して前記熱生成部材を活性化させる歪制御部と、
前記熱スイッチを活性化させる熱スイッチ駆動部と、
前記歪制御部及び前記熱スイッチ駆動部の作動タイミングを制御することにより前記低温側熱交換部と前記高温側熱交換部との間で熱を伝導させる駆動制御部と、
を有することを特徴とする冷暖房装置。
【請求項２】
前記熱生成部材は、
歪を印加、除去する歪印加部と、
前記歪印加部によって歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の冷暖房装置。
【請求項３】
前記歪印加部は、
前記熱量材料に対して、当該熱量材料の結晶格子定数が機械的に変化するように圧縮応力または引張応力を加える部位であることを特徴とする請求項２に記載の冷暖暖房装置。
【請求項４】
前記熱量材料は、
歪を印加することによって、磁気モーメントの分布が変化して磁化が変化する磁気熱量材料または双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料であることを特徴とする請求項２または３に記載の冷暖房装置。
【請求項５】
前記熱生成部材は、
前記歪印加部と前記熱量材料との間に断熱作用を持つ断熱絶縁材料を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項６】
前記熱生成部材は、
前記熱量材料内で当該熱量材料に直接接触する熱伝導部材を備えることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項７】
前記熱生成部材は、
電圧が印加される電極と、電場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料及び歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料とを積層した積層体と、を交互に積層した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の冷暖房装置。
【請求項８】
前記歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料は、
前記電場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料に追随して結晶構造が変化し、磁気モーメントの分布が変化して磁化が変化する磁気熱量材料または双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料であることを特徴とする請求項７に記載の冷暖房装置。
【請求項９】
電場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料は圧電材料であることを特徴とする請求項７または８に記載の冷暖房装置。
【請求項１０】
前記熱スイッチは、前記熱生成部材の、
前記電極が配置されていない、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料と電場が印加されると結晶構造が変化する材料とを積層した材料の対向する面に配置されることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項１１】
前記熱生成部材は、
前記熱生成部材の両端に位置する２つの電極の内の少なくとも１つの電極の外表面に断熱絶縁材料が配置されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項１２】
前記熱生成部材は、
前記熱生成部材の電極の内の少なくとも１つの電極と、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料と、の間に、断熱絶縁材料が配置されていることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項１３】
前記熱生成部材は、
歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料の前記電極に対向する外表面に熱伝導部材を配置したことを特徴とする請求項７から１２のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項１４】
前記熱生成部材は、
磁場を印加する磁石と、
磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料及び歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料とを積層した積層体と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の冷暖房装置。
【請求項１５】
前記歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料は、
前記磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料に追随して結晶構造が変化し、磁気モーメントの分布が変化して磁化が変化する磁気熱量材料または双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料であることを特徴とする請求項１４に記載の冷暖房装置。
【請求項１６】
前記磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料は、磁歪材料であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の冷暖房装置。
【請求項１７】
前記熱生成部材は、
前記歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料の前記磁石に対向する外表面に断熱絶縁材料が配置されていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項１８】
前記熱生成部材は、
歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料の前記磁石に対向する外表面に熱伝導部材を配置したことを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項１９】
請求項１４から１８のいずれか記載の熱生成部材を積層方向に複数配置したことを特徴とする冷暖房装置。
【請求項２０】
前記熱スイッチは、前記熱生成部材の、
前記磁石が配置されていない、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する材料と磁場が印加されると結晶構造が変化する材料とを積層した材料の対向する面に配置されることを特徴とする請求項１４から１９のいずれかに記載の冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房装置に係り、特に、歪みを印加することによって、発熱及び吸熱する熱量材料を用いた冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている室温域の冷凍機、たとえば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の相変化を利用している。最近では、フロンガスの排出に伴うオゾン層破壊の問題が露呈し、さらに、代替フロンガスの排出に伴う地球温暖化への影響も懸念されている。このため、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒を用いた冷凍機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。
【０００３】
このような背景から、最近になって注目されるようになった冷凍技術が磁気冷凍技術である。磁性体の中には、その磁性体に印加する磁界の大きさが変化すると、その変化に応じて自身の温度を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。この磁気熱量効果を発現する磁性体を利用して熱を輸送する冷凍技術が磁気冷凍技術である。
【０００４】
磁気冷凍技術を応用した冷凍機としては、たとえば、下記特許文献１に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して、熱を輸送する磁気冷凍機がある。
【０００５】
しかし、磁気冷凍機の場合、磁場が弱いと磁性体の十分な温度変化が得られない。磁性体を効果的に発熱・吸熱させるためには、強い磁場を形成する必要がある。このために、希少な金属を用いた非常に磁力の強い高価な磁石を用いなければならなくなる。
【０００６】
また、強い磁場を形成するためには大きな磁気回路を必要とするので、冷凍機の体積が大きくなり、また、重量も重くなる。具体的には、磁気冷凍機の磁気回路の体積と重量は磁気冷凍機全体の半分以上の体積と重量となる。
【０００７】
磁気回路を用いた冷凍機の場合、磁気回路を小型化することはできないので、冷凍機の小型化、軽量化は非常に困難である。冷凍機の小型化、軽量化に寄与する技術として、下記引用文献２に記載されているような技術がある。
【０００８】
特許文献２には、圧電材料を電極として機能する磁気熱量材料で挟み、磁気熱量材料に電圧を印加して圧電材料の結晶格子定数を変え、それに追随して磁気熱量材料の結晶格子定数を変化させ、磁気熱量材料の磁化特性を変えて磁気熱量材料を発熱・吸熱させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１４７２０９号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０００７５９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、引用文献２に記載された技術の場合、磁気熱量材料を電極としても使用するため、非導電性の磁気熱量材料を用いることができない。
【００１１】
磁気熱量材料の中には、非導電性であっても、歪を印加、除去することによって発熱及び吸熱するものが存在する。また、電場を印加、除去することによって発熱及び吸熱する電気熱量効果を発現する電気熱量材料の中にも、歪を印加、除去することによって発熱及び吸熱するものが存在する。発明者は、これらの熱量材料に歪を加えて発熱及び吸熱させれば冷暖房装置の小型化ができるのではないかと考えた。
【００１２】
本発明は、以上のような従来の問題点の解消、及び、発明者の着想に基づいて成されたものであり、大きな磁気回路を用いず、歪を印加、除去することによって、発熱及び吸熱する熱量材料を用いた、小型で軽量の冷暖房装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る冷暖房装置は、熱生成ユニット、低温側熱交換部、高温側熱交換部、熱伝導ユニット、歪制御部、熱スイッチ駆動部及び駆動制御部を有する。
【００１４】
熱生成ユニットには、歪の印加、除去によって発熱及び吸熱する熱生成部材が複数間隔を設けて配置してある。低温側熱交換部は熱生成ユニットの一端に位置する熱生成部材と間隔を設けて隣り合っている。高温側熱交換部は熱生成ユニットの他端に位置する熱生成部材と間隔を設けて隣り合っている。熱伝導ユニットには、熱生成ユニット内で隣り合う熱生成部材同士の間、熱生成ユニットの一端に位置する熱生成部材と低温側熱交換部との間及び熱生成ユニットの他端に位置する熱生成部材と高温側熱交換部との間に、熱スイッチを配置してある。歪制御部は熱生成部材に歪を印加して熱生成部材を活性化させる。熱スイッチ駆動部は熱スイッチを活性化させる。駆動制御部は電圧印加部及び熱スイッチ駆動部の作動タイミングを制御することにより低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように構成された本発明に係る冷暖房装置は、低温側熱交換部と高温側熱交換部との間に、歪の印加、除去によって発熱及び吸熱する複数の熱生成部材を有する熱生成ユニットを配置し、熱生成ユニットの熱を熱伝導ユニットによって低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で伝導させるようにしたので、小型で軽量の冷暖房装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る冷暖房装置の構成図である。
【図２】図１に示す冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図３】図１に示す冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図４】図１に示す冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図５】図１に示す冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図６】図１に示す冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図７】実施形態１に係る冷暖房装置の効果を示すグラフである。
【図８】実施形態１に係る熱生成部材の断面図である。
【図９】実施形態１に係る熱量材料に印加する応力の説明図である。
【図１０】実施形態１に係る熱量材料の発熱原理の説明図である。
【図１１】実施形態１の変形例１に係る熱生成部材の断面図である。
【図１２】実施形態１の変形例２に係る熱生成部材の断面図である。
【図１３】実施形態２に係る冷暖房装置の構成図である。
【図１４】実施形態２に係る熱生成部材の断面図である。
【図１５】実施形態２に係る熱量材料の発熱原理の説明図である。
【図１６】図１４に示す熱生成部材と熱スイッチとの接続構造を示す斜視図である。
【図１７】実施形態２の変形例１に係る熱生成部材の断面図である。
【図１８】実施形態２の変形例２に係る熱生成部材の断面図である。
【図１９】実施形態２の変形例３に係る熱生成部材の断面図である。
【図２０】実施形態３に係る冷暖房装置の構成図である。
【図２１】実施形態３に係る熱生成部材の断面図である。
【図２２】実施形態３に係る熱量材料の発熱原理の説明図である。
【図２３】実施形態３の変形例１に係る熱生成部材の断面図である。
【図２４】実施形態３の変形例２に係る熱生成部材の断面図である。
【図２５】実施形態３の変形例３に係る熱生成部材の断面図である。
【図２６】図２４に示す熱生成部材と熱スイッチとの接続構造を示す斜視図である。
【図２７】熱スイッチの形態１を説明するための説明図である。
【図２８】熱スイッチの形態２を説明するための説明図である。
【図２９】熱スイッチの形態３を説明するための説明図である。
【図３０】熱スイッチの形態４を説明するための説明図である。
【図３１】熱スイッチの形態５を説明するための説明図である。
【図３２】熱スイッチの形態６を説明するための説明図である。
【図３３】熱スイッチの形態７を説明するための説明図である。
【図３４】熱スイッチの形態８における熱スイッチの構成を説明するための熱スイッチ部分の断面図である。
【図３５】熱スイッチの形態８における熱スイッチの構成を説明するための熱スイッチ部分の平面図（図３４の矢視Ａの図）である。
【図３６】エレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。
【図３７】隙間における液体金属の移動を説明するための説明図である。
【図３８】熱スイッチの形態９における熱スイッチの構成を説明するための熱スイッチ部分の断面図である。
【図３９】熱スイッチの形態９における熱スイッチの構成を説明するための熱スイッチ部分の平面図（図３４と同様の矢視Ａの図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る冷暖房装置の実施形態を、〔実施形態１〕から〔実施形態３〕に分けて説明する。まず、図面を参照しながら実施形態１に係る冷暖房装置の構成を説明する。
【００１８】
〔実施形態１〕
（冷暖房装置の構成）
図１は、実施形態１に係る冷暖房装置の構成図である。実施形態１に係る冷暖房装置１００は、熱生成ユニット１１０、低温側熱交換部１２０、高温側熱交換部１３０、熱伝導ユニット１４０、歪制御部１５０、熱スイッチ駆動部１６０及び駆動制御部１７０を有する。
【００１９】
熱生成ユニット１１０は、間隔を設けて配置された複数の熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆを有する。熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆは、それぞれ歪を印加、除去する歪印加部１１２Ａ−１１２Ｆと、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆとから構成される。たとえば、熱生成部材１１０Ａは、熱量材料１１４Ａと、熱量材料１１４Ａの一方側に位置し熱量材料１１４Ａに歪を印加・除去する歪印加部１１２Ａと、から構成される。その他の熱生成部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆの構成も熱生成部材１１０Ａの構成と同一である。
【００２０】
実施形態１における、歪印加部１１２Ａ−１１２Ｆは、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆに対して、この熱量材料の結晶格子定数が機械的に変化するように圧縮応力または引張応力を加える部位である。
【００２１】
歪印加部１１２Ａ−１１２Ｆは、具体的には、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆに直接的に応力を加える（押したり、引いたり、曲げたり、衝撃を加えたりする）ことができる、たとえばアクチュエータ、衝撃付加機構である。
【００２２】
実施形態１では、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆとして、歪を印加すると発熱し、歪を除去すると吸熱する特性の材料を用いる。なお、これとは逆に、歪を印加すると吸熱し、歪を除去すると発熱する特性の材料を用いても良い。実施形態１では、歪を印加すると５℃温度が上昇し、歪を除去すると５℃温度が下降する特性を持っている熱量材料を用いる。
【００２３】
熱量材料としては、歪を印加、除去することによって、磁気モーメントの分布が変化して磁化が変化する磁気熱量材料、または、双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料、のいずれかを用いることができる。
【００２４】
磁気熱量材料としては、ＬａＳｒＭｎＯ３またはＬａＳｒＣｏＯ３の材料を用いることが好ましい。また、電気熱量材料としては、Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）０３（ＰＭＮ）、Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）０３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３（ＰＳＮ）、ＰｂＳｃ１/２Ｔａ１/２Ｏ３（ＰＳＴ）のいずれかの材料を用いることが好ましい。
【００２５】
低温側熱交換部１２０は、熱生成ユニット１１０の一端に位置する熱生成部材１１０Ａと間隔を設けて隣り合っている。また、高温側熱交換部１３０は、熱生成ユニット１１０の一端に位置する熱生成部材１１０Ｆと間隔を設けて隣り合っている。
【００２６】
熱伝導ユニット１４０は、熱生成ユニット１１０内で隣り合う熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆ同士の間、熱生成ユニット１１０の一端に位置する熱生成部材１１０Ａと低温側熱交換部１２０との間及び熱生成ユニット１１０の他端に位置する熱生成部材１１０Ｆと高温側熱交換部１３０との間に配置した熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇを有する。
【００２７】
熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇは、たとえば、電界、磁場を印加することで熱伝導率が大きく変化する材料やデバイス、また、電気濡れ効果で液体金属の出し入れによる熱伝導率を変化させるものなどを用いることができる。実施形態１で用いる熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇは、電圧を印加すると、熱抵抗が極端に低下して、熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆ同士の間で熱を移動させることができ、また、熱生成部材１１０Ａと低温側熱交換部１２０との間及び熱生成部材１１０Ｆと高温側熱交換部１３０との間で熱を移動させることができる。なお、本発明の冷暖房装置で用いることができる熱スイッチの具体的な構成については後述する。
【００２８】
歪制御部１５０は、熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆに歪を印加して熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆを活性化させる。具体的には、歪制御部１５０は、熱生成ユニット１１０の歪印加部１１２Ａ−１１２Ｆを選択的に作動させて熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆを歪ませる。実施形態１では、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆに歪が印加されると熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆが活性化されて発熱する。
【００２９】
熱スイッチ駆動部１６０は、熱伝導ユニット１４０の熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇに選択的に電圧を印加して熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇを活性化させる。実施形態１では、熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇが活性化されると活性化された熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇの熱抵抗が低下する。なお、磁場を印加することで熱伝導率が大きく変化する材料やデバイスを熱スイッチとして用いるときには、熱スイッチ駆動部１６０は、磁場を印加して熱スイッチを活性化させる。また、電気濡れ効果で液体金属の出し入れによる熱伝導率を変化させるタイプの熱スイッチを用いるときには、熱スイッチ駆動部１６０は、電圧を印加して熱スイッチを活性化させる。
【００３０】
駆動制御部１７０は、歪制御部１５０による各歪印加部１１２Ａ−１１２Ｆの作動タイミング及び熱スイッチ駆動部１６０による各熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇへの電圧の印加タイミングをそれぞれ制御することにより低温側熱交換部１２０と高温側熱交換部１３０との間で熱を伝導させる。
【００３１】
（冷暖房装置の動作）
図２から図６は、図１に示す冷暖房装置１００の動作説明に供する図である。まず、歪制御部１５０、熱スイッチ駆動部１６０及び駆動制御部１７０の基本的な動作を説明する。
【００３２】
歪制御部１５０は、熱量材料１１４Ａ、１１４Ｃ、１１４Ｅに歪を印加する歪印加部１１２Ａ、１１２Ｃ、１１２Ｅを同時に作動させる。このときには、歪制御部１５０は、熱量材料１１４Ｂ、１１４Ｄ、１１４Ｆに歪を印加する歪印加部１１２Ｂ、１１２Ｄ、１１２Ｆは作動させない。また、歪制御部１５０は、熱量材料１１４Ｂ、１１４Ｄ、１１４Ｆに歪を印加する歪印加部１１２Ｂ、１１２Ｄ、１１２Ｆを同時に作動させる。このときには、歪制御部１５０は、熱量材料１１４Ａ、１１４Ｃ、１１４Ｅに歪を印加する歪印加部１１２Ａ、１１２Ｃ、１１２Ｅは作動させない。つまり、歪制御部１５０は、歪印加部１１２Ａ、１１２Ｃ、１１２Ｅのグループと歪印加部１１２Ｂ、１１２Ｄ、１１２Ｆのグループの２つのグループを交互に作動させる。
【００３３】
熱スイッチ駆動部１６０は、熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇに同時に電圧を印加する。このときには、熱スイッチ駆動部１６０は、熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆには電圧を印加しない。また、熱スイッチ駆動部１６０は、熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆに同時に電圧を印加する。このときには、熱スイッチ駆動部１６０は、熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇには電圧を印加しない。つまり、熱スイッチ駆動部１６０は、熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇのグループと熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆのグループの２つのグループに交互に電圧を印加する。
【００３４】
駆動制御部１７０は、歪制御部１５０が歪印加部１１２Ａ、１１２Ｃ、１１２Ｅのグループを作動させるタイミングと、熱スイッチ駆動部１６０が熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆのグループに電圧を印加するタイミングとを同期させる。また、駆動制御部１７０は、歪制御部１５０が歪印加部１１２Ｂ、１１２Ｄ、１１２Ｆのグループを作動させるタイミングと、熱スイッチ駆動部１６０が熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇのグループに電圧を印加するタイミングとを同期させる。
【００３５】
次に、冷暖房装置１００の全体的な動作を説明する。まず、図２に示すように、初期の状態では全ての熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆ、低温側熱交換部１２０及び高温側熱交換部１３０の温度が、たとえば室温の２０℃になっている。
【００３６】
次に、図３に示すように、歪制御部１５０が歪印加部１１２Ｂ、１１２Ｄ、１１２Ｆのグループを作動（歪印加部を実線で表示）し、熱スイッチ駆動部１６０が熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇのグループに電圧を印加（熱スイッチを実線で表示）する。
【００３７】
図３の状態では、歪を印加しない熱量材料１１４Ａ、１１４Ｃ、１１４Ｅの温度が２０℃から５℃下がって１５℃に低下し、歪を印加した熱量材料１１４Ｂ、１１４Ｄ、１１４Ｆの温度が２０℃から５℃上がって２５℃に上昇する。図３の状態では、熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇが活性化されているので、熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｃ、１４０Ｅ、１４０Ｇを介して温度の高い方から温度の低い方に熱が移動する。つまり、低温熱交換部１２０から熱量材料１１４Ａに、熱量材料１１４Ｂから１１４Ｃに、熱量材料１１４Ｄから１１４Ｅに、熱量材料１１４Ｆから高温側熱交換部１３０にそれぞれ熱が移動する。
【００３８】
図３の矢印のように熱が移動すると、図４に示すように、熱生成ユニット１１０の一端に位置する熱量材料１１４Ａと低温側熱交換部１２０の温度が１８℃になり、熱生成ユニット１１０の他端に位置する熱量材料１１４Ｆと高温側熱交換部１３０の温度が２２℃になる。熱量材料１１４Ｂ−１１４Ｅの温度は熱の移動により２０℃になる。
【００３９】
次に、図５に示すように、歪制御部１５０が歪印加部１１２Ａ、１１２Ｃ、１１２Ｅのグループを作動（歪印加部を実線で表示）し、熱スイッチ駆動部１６０が熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆのグループに電圧を印加（熱スイッチを実線で表示）する。
【００４０】
図５の状態では、歪を印加しない熱量材料１１４Ｂ、１１４Ｄの温度が５℃下がって１５℃に、熱量材料１１４Ｆの温度が５℃下がって１７℃に、歪を印加した熱量材料１１４Ａの温度が５℃上がって２３℃に、１１４Ｃ、１１４Ｅの温度が５℃上がって２５℃になる。図５の状態では、熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆが活性化されているので、熱スイッチ１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆを介して温度の高い方から温度の低い方に熱が移動する。つまり、熱量材料１１４Ａから１１４Ｂに、熱量材料１１４Ｃから１１４Ｄに、熱量材料１１４Ｅから１１４Ｆにそれぞれ熱が移動する。
【００４１】
図５の矢印のように熱が移動すると、図６に示すように、熱生成ユニット１１０の熱量材料１１４Ａと１１４Ｂの温度が１９℃になり、低温側熱交換部１２０の温度が１８℃になる。また、熱生成ユニット１１０の熱量材料１１４Ｅと１１４Ｆの温度が２１℃になり、高温側熱交換部１３０の温度が２２℃になる。熱量材料１１４Ｃ、１１４Ｄの温度は２０℃になる。
【００４２】
以上のように、駆動制御部１７０が歪制御部１５０の作動タイミング及び熱スイッチ駆動部１６０の電圧の印加タイミングを一定の周期で繰り返し制御することによって、熱生成ユニット１１０により生成された熱が低温側熱交換部１２０から高温側熱交換部１３０に移動する。
【００４３】
図７は、実施形態１に係る冷暖房装置の効果を示すグラフである。図７のグラフに示すように、冷暖房装置１００が動作を開始した後の比較的初期時には、低温側熱交換部１２０と高温側熱交換部１３０との間の温度差は小さい。しかし、時間が経過するにしたがって低温側熱交換部１２０と高温側熱交換部１３０との間の温度差が次第に大きくなっていく。最終的には、長時間経過後の直線で示すように、低温側熱交換部１２０と高温側熱交換部１３０との間の温度差が最大になる。この状態で、低温側熱交換部１２０の熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部１３０の熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。
【００４４】
以上が、実施形態１に係る冷暖房装置１００の構成と動作である。実施形態１に係る熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆは、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆが生成する熱を最大限に利用するために、その構造に工夫を凝らしている。また、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆから効率的に熱が移動するように、熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆと熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇの接続構造に工夫を凝らしている。以下に、実施形態１に係る冷暖房装置１００が用いる熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆの構成について詳細に説明する。
【００４５】
（熱生成部材の構成）
次に、実施形態１に係る熱生成部材の構成を詳細に説明する。図８は、実施形態１に係る熱生成部材の断面図である。
【００４６】
実施形態１に係る熱生成部材１１０Ａは、歪の印加、除去によって発熱及び吸熱する。熱生成部材１１０Ａは、歪変化部１１２Ａが熱量材料１１４Ａの一方側に位置する構造を有する。なお、図１に示す熱生成部材１１０Ｂ−１１０Ｆの構造も熱生成部材１１０Ａの構造と同一である。
【００４７】
歪印加部１１２Ａは、熱量材料１１４Ａの結晶格子定数が変化するように、熱量材料１１４Ａに対して、直接的に、圧縮応力または引張応力という機械的な歪を与える。
【００４８】
熱量材料１１４Ａは、図９に示すように、外部から圧力（圧縮応力）や張力（引張応力）という歪を与えられると発熱及び吸熱する。熱量材料１１４Ａは、電気熱量材料または磁気熱量材料であっても良く、その他、歪を与えられると発熱及び吸熱する材料であればどのような材料を用いても良い。
【００４９】
実施形態１に係る熱量材料は、図１０に示すように、歪を印加することによって熱材料結晶構造の磁気モーメントの分布が変化する磁気熱量材料または熱材料結晶構造の双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料である。
【００５０】
図１０に示すように、熱量材料１１４Ａが磁気熱量材料の場合、歪を与える（実施形態１では、磁気熱量材料の３つの結晶軸の長さの少なくとも１つを大きくするように、歪を与える）と磁気熱量材料の結晶格子定数（３つの結晶軸の長さ）が変化し、磁気熱量材料の結晶構造の磁気モーメント分布が変化する。その結果、磁気熱量材料のキュリー点の温度が高くなる。そして、磁化が大きくなるので、磁気エントロピーが減少する。その結果、磁気熱量材料は、発熱する。逆に歪を取ると磁気熱量材料の結晶格子定数は、元に戻り、磁気熱量材料の結晶構造の磁気モーメント分布が変化する。磁気熱量材料のキュリー点の温度は、もとに戻る。磁化が減少するので、磁気エントロピーが増加する。その結果、磁気熱量材料は、吸熱する。
【００５１】
また、図１０に示すように、熱量材料１１４Ａが電気熱量材料の場合、歪を与える（実施形態１では、電気熱量材料の３つの結晶軸の長さの少なくとも１つを大きくするように、歪を与える）と電気熱量材料の結晶格子定数が変化し、電気熱量材料の結晶構造の双極子モーメント分布が変化する。その結果、電気熱量材料のキュリー点の温度が高くなる。そして、分極が大きくなるので、双極子エントロピーが減少する。その結果、電気熱量材料は、発熱する。逆に歪を取ると電気熱量材料の結晶格子定数は、元に戻り、電気熱量材料の結晶構造の双極子モーメント分布が変化する。電気熱量材料のキュリー点の温度は、もとに戻る。分極が減少するので、双極子エントロピーが増加する。その結果、電気熱量材料は、吸熱する。
【００５２】
このように、歪変化部１１２Ａが熱量材料１１４Ａの一方側に位置する構造とすることによって、熱生成部材１１０Ａの構造が単純になり、熱生成部材１１０Ａの製造がしやすくなる。
【００５３】
また、歪印加部１１２Ａは、熱量材料１１４Ａに対して直接的に機械的な歪を与えることができるので、熱生成部材１１０Ａが小型化できる。
【００５４】
さらに、熱量材料１１４Ａは、歪を印加した後のキュリー点の温度が歪を印加する前のキュリー点の温度よりも高くなる材料を用いているので、歪を印加、除去するだけで、熱量材料１１４Ａを発熱、吸熱させることができる。
【００５５】
（熱生成部材の構成の変形例１）
図１１は、実施形態１の変形例１に係る熱生成部材の断面図である。変形例１に係る熱生成部材１１０Ａは、図８に示す熱生成部材１１０Ａを断熱する機能を備える。すなわち、歪印加部１１２Ａと熱量材料１１４Ａとの間に断熱作用を持つ断熱絶縁材料１１６Ａを備える。
【００５６】
断熱絶縁材料１１６Ａは、たとえば、グラスウールで構成する。しかし、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム等の断熱性材料を使用しても良い。断熱絶縁材料１１６Ａが形成する断熱層は、１つの材料で単層構造としても良く、複数の材料を用いて複層構造としても良い。
【００５７】
歪印加部１１２Ａと熱量材料１１４Ａとの間に断熱絶縁材料１１６Ａを配置すると、熱量材料１１４Ａで生成された熱が外部に放熱されるのを防止することができ、熱生成部材１１０Ａからの熱を無駄なく利用することができる。
【００５８】
（熱生成部材の構成の変形例２）
図１２は、実施形態１の変形例２に係る熱生成部材の断面図である。変形例２に係る熱生成部材１１０Ａは、図８に示す熱生成部材１１０Ａの熱伝導性を改善する。
【００５９】
実施形態１の変形例２に係る熱生成部材１１０Ａは、熱量材料１１４Ａ内で当該熱量材料１１４Ａに直接接触する熱伝導部材１１８Ａを備える。すなわち、２つの熱量材料１１４Ａによって熱伝導部材１１８Ａを挟んでいる。
【００６０】
なお、熱伝導部材１１８Ａの材料としては、アルミニウム、銅、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いる。
【００６１】
この場合の熱伝導部材１１８Ａの厚みはできるだけ薄くすることが望ましい。熱量材料１１４Ａの体積が減少すると得られる熱量が少なくなるからである。
【００６２】
熱伝導部材１１８Ａを熱量材料１１４Ａ内に埋設させるように設けると、熱量材料１１４Ａが生成した熱を熱伝導部材１１８Ａが効率的に吸収し、速やかに取り出すことができる。したがって、熱量材料１１４Ａが生成した熱及び熱伝導部材１１８Ａが吸収した熱を外部に逃がすことなく、効率的に用いることができる。
【００６３】
以上のように、実施形態１に係る冷暖房装置１００は、熱生成部材１１０Ａ−１１０Ｆが以上のような構成を有しているので、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆが生成した熱を熱スイッチ１４０Ａ−１４０Ｇに無駄なく効率的に伝達させることができる。その結果、熱量材料１１４Ａ−１１４Ｆが生成する熱を最大限に引き出すことが可能となる。したがって、冷暖房装置の小型化及び軽量化に寄与する。
【００６４】
〔実施形態２〕
（冷暖房装置の構成）
図１３は、実施形態２に係る冷暖房装置の構成図である。実施形態２に係る冷暖房装置２００は、熱生成ユニット２１０、低温側熱交換部２２０、高温側熱交換部２３０、熱伝導ユニット２４０、歪制御部２５０、熱スイッチ駆動部２６０及び駆動制御部２７０を有する。
【００６５】
実施形態２の低温側熱交換部２２０、高温側熱交換部２３０、熱伝導ユニット２４０、熱スイッチ駆動部２６０は、実施形態１の低温側熱交換部１２０、高温側熱交換部１３０、熱伝導ユニット１４０、熱スイッチ駆動部１６０と同一である。次に、実施形態１とは異なる熱生成ユニット２１０、歪制御部２５０、駆動制御部２７０について説明する。
【００６６】
熱生成ユニット２１０は、間隔を設けて配置された複数の熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆを有する。熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆは、電圧が印加される電極２１２Ａ−２１２Ｆ、電場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料及び歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料を積層した、積層体２１４Ａ−２１４Ｆとから構成される。たとえば、熱生成部材２１０Ａは、積層体２１４Ａと、積層体２１４Ａの両側に位置し積層体２１４Ａに電圧を印加する電極２１２Ａと、から構成される。その他の熱生成部材２１０Ｂ、２１０Ｃ、２１０Ｄ、２１０Ｅ、２１０Ｆの構成も熱生成部材２１０Ａの構成と同一である。
【００６７】
電極２１２Ａ−２１２Ｆは、電圧が印加されると、積層体２１４Ａ−２１４Ｆに電場を印加する。
【００６８】
積層体２１４Ａ−２１４Ｆは、電圧を印加すると発熱し、電圧を除去すると吸熱する特性の積層体を用いる。なお、これとは逆に、電圧を印加すると吸熱し、電圧を除去すると発熱する特性の積層体を用いても良い。実施形態２では、電圧を印加すると５℃温度が上昇し、電圧を除去すると５℃温度が下降する特性を持っている積層体を用いる。
【００６９】
電場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料は圧電材料である。圧電材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスを用いる。圧電材料を用いると、電圧を印加、除去するだけで、熱量材料を発熱、吸熱させることができる。
【００７０】
歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料としては、電場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料に追随して結晶構造が変化し、磁気モーメントの分布が変化して磁化が変化する磁気熱量材料または双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料、のいずれかを用いることができる。
【００７１】
磁気熱量材料としては、ＬａＳｒＭｎＯ３またはＬａＳｒＣｏＯ３の材料を用いることが好ましい。また、電気熱量材料としては、Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）０３（ＰＭＮ）、Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）０３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３（ＰＳＮ）、ＰｂＳｃ１/２Ｔａ１/２Ｏ３（ＰＳＴ）のいずれかの材料を用いることが好ましい。
【００７２】
歪制御部２５０は、熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆの電極２１２Ａ−２１２Ｆに選択的に電圧を印加して熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆを活性化させ、活性化させた熱生成部材を発熱させる。
【００７３】
駆動制御部２７０は、歪制御部２５０による各電極２１２Ａ−２１２Ｆへの電圧の印加タイミング及び熱スイッチ駆動部２６０による各熱スイッチ２４０Ａ−２４０Ｇへの電圧の印加タイミングをそれぞれ制御することにより低温側熱交換部２２０と高温側熱交換部２３０との間で熱を伝導させる。
【００７４】
（冷暖房装置の動作）
まず、歪制御部２５０、熱スイッチ駆動部２６０及び駆動制御部２７０の基本的な動作を説明する。
【００７５】
歪制御部２５０は、積層体２１４Ａ、２１４Ｃ、２１４Ｅを発熱させるため電極２１２Ａ、２１２Ｃ、２１２Ｅに同時に電圧を印加する。このときには、歪制御部２５０は、電極２１２Ｂ、２１２Ｄ、２１２Ｆには電圧を印加しない。また、歪制御部２５０は、積層体２１４Ｂ、２１４Ｄ、２１４Ｆを発熱させるため電極２１２Ｂ、２１２Ｄ、２１２Ｆに同時に電圧を印加する。このときには、歪制御部２５０は、電極２１２Ａ、２１２Ｃ、２１２Ｅには電圧を印加しない。つまり、歪制御部２５０は、電極２１２Ａ、２１２Ｃ、２１２Ｅのグループと電極２１２Ｂ、２１２Ｄ、２１２Ｆのグループの２つのグループに交互に電圧を印加する。
【００７６】
熱スイッチ駆動部２６０は、熱スイッチ２４０Ａ、２４０Ｃ、２４０Ｅ、２４０Ｇに同時に電圧を印加する。このときには、熱スイッチ駆動部２６０は、熱スイッチ２４０Ｂ、２４０Ｄ、２４０Ｆには電圧を印加しない。また、熱スイッチ駆動部２６０は、熱スイッチ２４０Ｂ、２４０Ｄ、２４０Ｆに同時に電圧を印加する。このときには、熱スイッチ駆動部２６０は、熱スイッチ２４０Ａ、２４０Ｃ、２４０Ｅ、２４０Ｇには電圧を印加しない。つまり、熱スイッチ駆動部２６０は、熱スイッチ２４０Ａ、２４０Ｃ、２４０Ｅ、２４０Ｇのグループと熱スイッチ２４０Ｂ、２４０Ｄ、２４０Ｆのグループの２つのグループに交互に電圧を印加する。
【００７７】
駆動制御部２７０は、歪制御部２５０が電極２１２Ａ、２１２Ｃ、２１２Ｅのグループに電圧を印加するタイミングと、熱スイッチ駆動部２６０が熱スイッチ２４０Ｂ、２４０Ｄ、２４０Ｆのグループに電圧を印加するタイミングとを同期させる。また、駆動制御部２７０は、歪制御部２５０が電極２１２Ｂ、２１２Ｄ、２１２Ｆのグループに電圧を印加するタイミングと、熱スイッチ駆動部２６０が熱スイッチ２４０Ａ、２４０Ｃ、２４０Ｅ、２４０Ｇのグループに電圧を印加するタイミングとを同期させる。
【００７８】
なお、冷暖房装置２００の全体的な動作は、実施形態１の冷暖房装置１００の全体的な動作と同一であり、実施形態１の図２から図７を用いて説明した通りである。
【００７９】
以上が、実施形態２に係る冷暖房装置２００の構成と動作である。実施形態２に係る熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆは、積層体２１４Ａ−２１４Ｆが生成する熱を最大限に利用するために、実施形態１と同様に、その構造に工夫を凝らしている。また、積層体２１４Ａ−２１４Ｆから効率的に熱が移動するように、熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆと熱スイッチ２４０Ａ−２４０Ｇの接続構造に工夫を凝らしている。以下に、実施形態２に係る冷暖房装置２００が用いる熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆの構成について詳細に説明する。
【００８０】
（熱生成部材の構成）
次に、実施形態２に係る熱生成部材の構成を詳細に説明する。図１４は、実施形態２に係る熱生成部材の断面図である。
【００８１】
実施形態２に係る熱生成部材２１０Ａは、電圧が印加される電極２１２Ａと、電場が印加されると結晶構造が変化して歪む圧電材料２１３Ａ及び歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料２１５Ａを積層した積層体２１４ａ、２１４ｂと、を交互に積層した構造を有する。電極２１２Ａと積層体２１４ａ、２１４ｂを交互に積層すると、効率的に発熱できる。
【００８２】
図１４に示すように、実施形態２に係る熱生成部材２１０Ａは、電極２１２Ａ、積層体２１４ａ、電極２１２Ａ、積層体２１４ｂ、電極２１２Ａが積層されて構成される。積層体２１４ａ及び２１４ｂは、圧電材料２１３Ａ及び熱量材料２１５Ａが積層されて構成される。なお、図１３に示す熱生成部材２１０Ｂ−２１０Ｆの構造も熱生成部材２１０Ａの構造と同一である。
【００８３】
圧電材料２１３Ａは、熱量材料２１５Ａの結晶格子定数が変化するように、熱量材料２１５Ａに対して、間接的に、圧縮応力または引張応力という機械的な歪を与える。
【００８４】
熱量材料２１５Ａは、図１５に示すように、圧電材料２１３Ａから圧力（圧縮応力）や張力（引張応力）という歪を与えられると発熱及び吸熱する。熱量材料２１５Ａは、電気熱量材料または磁気熱量材料であっても良く、その他、歪を与えられると発熱及び吸熱する材料であればどのような材料を用いても良い。
【００８５】
実施形態２に係る熱量材料２１５Ａは、図１５に示すように、歪を印加することによって熱材料結晶構造の磁気モーメントの分布が変化する磁気熱量材料または熱材料結晶構造の双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料である。
【００８６】
図１５に示すように、熱量材料２１５Ａが磁気熱量材料の場合、歪を与える（実施形態２では、磁気熱量材料の３つの結晶軸の長さの少なくとも１つを大きくするように、歪を与える）と磁気熱量材料の結晶格子定数が変化し、磁気熱量材料の結晶構造の磁気モーメント分布が変化する。その結果、磁気熱量材料のキュリー点の温度が高くなる。そして、磁化が大きくなるので、磁気エントロピーが減少する。その結果、磁気熱量材料は、発熱する。逆に歪を取ると磁気熱量材料の結晶格子定数は、元に戻り、磁気熱量材料の結晶構造の磁気モーメント分布が変化する。磁気熱量材料のキュリー点の温度は、もとに戻る。磁化が減少するので、磁気エントロピーが増加する。その結果、磁気熱量材料は、吸熱する。
【００８７】
また、図１５に示すように、熱量材料２１５Ａが電気熱量材料の場合、歪を与える（実施形態２では、電気熱量材料の３つの結晶軸の長さの少なくとも１つを大きくするように、歪を与える）と電気熱量材料の結晶格子定数が変化し、電気熱量材料の結晶構造の双極子モーメント分布が変化する。その結果、電気熱量材料のキュリー点の温度が高くなる。そして、分極が大きくなるので、双極子エントロピーが減少する。その結果、電気熱量材料は、発熱する。逆に歪を取ると電気熱量材料の結晶格子定数は、元に戻り、電気熱量材料の結晶構造の双極子モーメント分布が変化する。電気熱量材料のキュリー点の温度は、もとに戻る。分極が減少するので、双極子エントロピーが増加する。その結果、電気熱量材料は、吸熱する。
【００８８】
このように、電極２１２Ａに電圧を印加して圧電材料２１３Ａを歪ませ、生じた歪によって熱量材料２１５Ａを発熱させているので、熱生成部材２１０Ａの構造が単純になる。
【００８９】
また、熱量材料２１５Ａは、歪を印加した後のキュリー点の温度が歪を印加する前のキュリー点の温度よりも高くなる材料を用いているので、電極２１２Ａに電圧を印加、除去するだけで、熱量材料２１５Ａを発熱、吸熱させることができる。
【００９０】
図１６は、図１４に示す熱生成部材と熱スイッチとの接続構造を示す斜視図である。
【００９１】
熱生成部材と熱スイッチとの接続構造を、熱生成部材２１０Ｂ、熱スイッチ２４０Ｂ、２４０Ｃを例示して説明する。
【００９２】
図１６に示す熱生成部材２１０Ｂの構成は、図１４に示す熱生成部材２１０Ａの構成と同一である。熱生成部材２１０Ｂを熱スイッチ２４０Ｂ及び２４０Ｃと接続するとき、熱生成部材２１０Ｂの電極２１２Ｂを図示のように上下方向に位置させる。熱生成部材２１０Ｂの電極２１２Ｂをこのように位置させて、熱生成部材２１０Ｂを熱スイッチ２４０Ｂ及び２４０Ｃで両側から挟み込む。つまり、熱スイッチ２４０Ｂ、２４０Ｃは、電極２１２Ｂが配置されていない、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料２１５Ｂと電場が印加されると結晶構造が変化する圧電材料２１３Ｂとを積層した材料の対向する面に配置される。
【００９３】
熱生成部材２１０Ｂと熱スイッチ２４０Ｂ及び２４０Ｃとの接続構造を上記のようにすることによって、熱量材料２１５Ｂで生成された熱が、電極２１２Ｂに邪魔されることなく熱スイッチ２４０Ｂ及び２４０Ｃに効率的に伝達される。
【００９４】
なお、熱生成部材２１０Ａと熱スイッチ２４０Ａ、２４０Ｂとの接続構造、熱生成部材２１０Ｃ−２１０Ｅと熱スイッチ２４０Ｃ−２４０Ｆとの接続構造、熱生成部材２１０Ｆと熱スイッチ２４０Ｆ、２４０Ｇとの接続構造も熱生成部材２１０Ｂと熱スイッチ２４０Ｂ及び２４０Ｃとの接続構造と同一である。
【００９５】
以上のように、熱生成部材を図１６に示すように隣り合う熱スイッチと接続することによって、熱量材料で生じた熱を効果的に伝達できる。したがって、冷暖房装置の小型化及び軽量化に寄与する。
【００９６】
（熱生成部材の構成の変形例１）
図１７は、実施形態２の変形例１に係る熱生成部材の断面図である。変形例１に係る熱生成部材２１０Ａは、図１４に示す熱生成部材２１０Ａを断熱する機能を備える。すなわち、熱生成部材２１０Ａの両端に位置する２つの電極２１２Ａの内の少なくとも１つの電極２１２Ａの外表面に断熱絶縁材料２１６Ａが配置されている。変形例１では、２つの電極２１２Ａの外表面に断熱絶縁材料２１６Ａを配置している。
【００９７】
断熱絶縁材料２１６Ａは、たとえば、グラスウールで構成する。しかし、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム等の断熱性材料を使用しても良い。断熱絶縁材料２１６Ａが形成する断熱層は、１つの材料で単層構造としても良く、複数の材料を用いて複層構造としても良い。
【００９８】
２つの電極２１２Ａの外表面に断熱絶縁材料２１６Ａを配置すると、熱量材料２１５Ａで生成された熱が電極２１２Ａから外部に放熱されるのを防止することができ、熱生成部材２１０Ａの熱を無駄なく利用することができる。
【００９９】
（熱生成部材の構成の変形例２）
図１８は、実施形態２の変形例２に係る熱生成部材の断面図である。変形例２に係る熱生成部材２１０Ａは、図１４に示す熱生成部材２１０Ａを内側で断熱する機能を備える。すなわち、熱生成部材２１０Ａの電極２１２Ａの内の少なくとも１つの電極２１２Ａと、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料２１５Ａと、の間に、断熱絶縁材料２１６Ａを配置している。変形例２では、２つの電極２１２Ａの内側に断熱絶縁材料２１６Ａを配置している。
【０１００】
断熱絶縁材料２１６Ａは、実施形態２の変形例１に係る熱生成部材２１０Ａと同一である。
【０１０１】
電極２１２Ａと熱量材料２１５Ａとの間に断熱絶縁材料２１６Ａを配置すると、熱量材料２１５Ａで生成された熱が電極２１２Ａに伝わる前に断熱でき、熱生成部材２１０Ａの熱を無駄なく利用することができる。
【０１０２】
（熱生成部材の構成の変形例３）
図１９は、実施形態２の変形例３に係る熱生成部材の断面図である。変形例３に係る熱生成部材２１０Ａは、図１４に示す熱生成部材２１０Ａの熱伝導性を改善する。
【０１０３】
実施形態２の変形例３に係る熱生成部材２１０Ａは、電極２１２Ａと、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料２１５Ａと、の間に熱伝導部材２１８Ａを配置している。
【０１０４】
なお、熱伝導部材２１８Ａの材料としては、アルミニウム、銅、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いる。
【０１０５】
この場合の熱伝導部材２１８Ａの厚みはできるだけ薄くすることが望ましい。熱量材料２１４Ａの体積が減少すると得られる熱量が少なくなるからである。
【０１０６】
熱伝導部材２１８Ａを電極２１２Ａと熱量材料２１５Ａとの間に直接接するように設けると、熱量材料２１５Ａが生成した熱を熱伝導部材２１８Ａが効率的に吸収し、吸収した熱を速やかに取り出すことができる。したがって、熱量材料２１５Ａが生成した熱及び熱伝導部材２１８Ａが吸収した熱を外部に逃がすことなく、効率的に用いることができる。熱伝導部材２１８Ａを電極２１２Ａと熱量材料２１５Ａとの間に設けるのは、下記の理由からである。すなわち、熱量材料２１５Ａと圧電材料２１３Ａを、一体に張り合わせていないと、熱量材料は、発熱、吸熱しない。そのため、熱伝導部材２１８Ａは、圧電材料２１３Ａがついていない熱量材料２１５Ａの表面の外側にある必要がある。
【０１０７】
以上のように、実施形態２に係る冷暖房装置２００は、熱生成部材２１０Ａ−２１０Ｆが以上のような構成を有しているので、電極２１２Ａに電圧を印加するだけで、熱量材料２１５Ａ−２１５Ｆが発熱する。また、生成した熱を熱スイッチ２４０Ａ−２４０Ｇに無駄なく効率的に伝達させることができる。その結果、熱量材料２１５Ａ−２１５Ｆが生成する熱を最大限に引き出すことが可能となる。したがって、冷暖房装置２００の小型化及び軽量化に寄与する。
【０１０８】
〔実施形態３〕
（冷暖房装置の構成）
図２０は、実施形態３に係る冷暖房装置の構成図である。実施形態３に係る冷暖房装置３００は、熱生成ユニット３１０、低温側熱交換部３２０、高温側熱交換部３３０、熱伝導ユニット３４０、歪制御部３５０、熱スイッチ駆動部３６０及び駆動制御部３７０を有する。
【０１０９】
実施形態２の低温側熱交換部３２０、高温側熱交換部３３０、熱伝導ユニット３４０、熱スイッチ駆動部３６０は、実施形態１の低温側熱交換部１２０、高温側熱交換部１３０、熱伝導ユニット１４０、熱スイッチ駆動部１６０と同一である。次に、実施形態１とは異なる熱生成ユニット３１０、歪制御部３５０、駆動制御部３７０について説明する。
【０１１０】
熱生成ユニット３１０は、間隔を設けて配置された複数の熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆを有する。熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆは、磁場を印加する磁石３１２Ａ−３１２Ｃ、磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料及び歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料を積層した、積層体３１４Ａ−３１４Ｆとから構成される。たとえば、熱生成部材３１０Ａは、積層体３１４Ａと、積層体３１４Ａの両側に位置し積層体３１４Ａに磁場を印加する磁石３１２Ａと、から構成される。その他の熱生成部材３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ、３１０Ｅ、３１０Ｆの構成も熱生成部材３１０Ａの構成と同一である。
【０１１１】
磁石３１２Ａ−３１２Ｃは、それぞれ隣接する熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆに交互に磁場を印加する。具体的には、磁石３１２Ａ、３１２Ｂ、３２Ｃは、まず、同期させて、積層体３１４Ａ、３１４Ｃ、３１４Ｅに磁場を印加し、次に、同期させて、積層体３１４Ｂ、３１４Ｄ、３１４Ｆに磁場を印加する。再び、積層体３１４Ａ、３１４Ｃ、３１４Ｅに磁場を印加し、さらに、積層体３１４Ｂ、３１４Ｄ、３１４Ｆに磁場を印加する。磁石３１２Ａは、積層体３１４Ａ、３１２Ｂに交互に磁場を印加し、磁石３１２Ｂは、積層体３１４Ｃ、３１２Ｄに交互に磁場を印加し、磁石３１２Ｃは、積層体３１４Ｅ、３１２Ｆに交互に磁場を印加する。
【０１１２】
積層体３１４Ａ−３１４Ｆは、磁場を印加すると発熱し、磁場を除去すると吸熱する特性の積層体を用いる。なお、これとは逆に、磁場を印加すると吸熱し、磁場を除去すると発熱する特性の積層体を用いても良い。実施形態３では、磁場を印加すると５℃温度が上昇し、磁場を除去すると５℃温度が下降する特性を持っている積層体を用いる。
【０１１３】
磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料は磁歪材料である。磁歪材料としては、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ/Ｇａｌｆｅｎｏｌ（超磁歪材料）を用いる。磁歪材料を用いると、磁場を印加、除去するだけで、熱量材料を発熱、吸熱させることができる。
【０１１４】
歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料としては、磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む材料に追随して結晶構造が変化し、磁気モーメントの分布が変化して磁化が変化する磁気熱量材料または双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料、のいずれかを用いることができる。本実施形態の場合、積層体３１４Ａ−３１４Ｆに磁場を印加するので、熱量材料として磁気熱量材料を用いると、歪による発熱及び吸熱と磁場による発熱及び吸熱との両方の熱量効果を併用できる。
【０１１５】
磁気熱量材料としては、ＬａＳｒＭｎＯ３またはＬａＳｒＣｏＯ３の材料を用いることが好ましい。また、電気熱量材料としては、Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）０３（ＰＭＮ）、Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）０３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３（ＰＳＮ）、ＰｂＳｃ１/２Ｔａ１/２Ｏ３（ＰＳＴ）のいずれかの材料を用いることが好ましい。
【０１１６】
歪制御部３５０は、熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆに磁石３１２Ａ−３１２Ｃを選択的に作用させて、熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆを活性化させ、活性化させた熱生成部材を発熱させる。磁石３１２Ａ−３１２Ｃが永久磁石又は電磁石で構成され隣り合う熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆに対して移動可能に構成されている場合には、歪制御部３５０は、磁石３１２Ａ−３１２Ｃを往復移動させる。
【０１１７】
駆動制御部３７０は、歪制御部３５０による各磁石３１２Ａ−３１２Ｃの移動タイミング及び熱スイッチ駆動部３６０による各熱スイッチ３４０Ａ−３４０Ｇへの電圧の印加タイミングをそれぞれ制御することにより低温側熱交換部３２０と高温側熱交換部３３０との間で熱を伝導させる。
【０１１８】
（冷暖房装置の動作）
まず、歪制御部３５０、熱スイッチ駆動部３６０及び駆動制御部３７０の基本的な動作を説明する。
【０１１９】
歪制御部３５０は、積層体３１４Ａ、３１４Ｃ、３１４Ｅを発熱させるため磁石３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを同時に積層体３１４Ａ、３１４Ｃ、３１４Ｅに位置させる。次に、歪制御部３５０は、積層体３１４Ｂ、３１４Ｄ、３１４Ｆを発熱させるため磁石３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを同時に移動させて積層体３１４Ｂ、３１４Ｄ、３１４Ｆに位置させる。つまり、歪制御部３５０は、磁石３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを同時に積層体３１４Ａ、３１４Ｃ、３１４Ｅに位置させる態様と、磁石３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを同時に積層体３１４Ｂ、３１４Ｄ、３１４Ｆに位置させる態様と、２つの態様を実現する。
【０１２０】
熱スイッチ駆動部３６０は、熱スイッチ３４０Ａ、３４０Ｃ、３４０Ｅ、３４０Ｇに同時に電圧を印加する。このときには、熱スイッチ駆動部３６０は、熱スイッチ３４０Ｂ、３４０Ｄ、３４０Ｆには電圧を印加しない。また、熱スイッチ駆動部３６０は、熱スイッチ３４０Ｂ、３４０Ｄ、３４０Ｆに同時に電圧を印加する。このときには、熱スイッチ駆動部３６０は、熱スイッチ３４０Ａ、３４０Ｃ、３４０Ｅ、３４０Ｇには電圧を印加しない。つまり、熱スイッチ駆動部３６０は、熱スイッチ３４０Ａ、３４０Ｃ、３４０Ｅ、３４０Ｇのグループと熱スイッチ３４０Ｂ、３４０Ｄ、３４０Ｆのグループの２つのグループに交互に電圧を印加する。
【０１２１】
駆動制御部３７０は、歪制御部３５０が磁石３１２Ａ、３１２Ｃ、３１２Ｅを同時に積層体３１４Ａ、３１４Ｃ、３１４Ｅに位置させるタイミングと、熱スイッチ駆動部３６０が熱スイッチ３４０Ｂ、３４０Ｄ、３４０Ｆのグループに電圧を印加するタイミングとを同期させる。また、駆動制御部３７０は、歪制御部３５０が磁石３１２Ａ、３１２Ｃ、３１２Ｅを同時に積層体３１４Ｂ、３１４Ｄ、３１４Ｆに位置させるタイミングと、熱スイッチ駆動部３６０が熱スイッチ３４０Ａ、３４０Ｃ、３４０Ｅ、３４０Ｇのグループに電圧を印加するタイミングとを同期させる。
【０１２２】
なお、冷暖房装置３００の全体的な動作は、実施形態１の冷暖房装置１００の全体的な動作と同一であり、実施形態１の図２から図７を用いて説明した通りである。
【０１２３】
以上が、実施形態３に係る冷暖房装置３００の構成と動作である。実施形態３に係る熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆは、積層体３１４Ａ−３１４Ｆが生成する熱を最大限に利用するために、実施形態１、２と同様に、その構造に工夫を凝らしている。また、積層体３１４Ａ−３１４Ｆから効率的に熱が移動するように、熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆと熱スイッチ３４０Ａ−３４０Ｇの接続構造に工夫を凝らしている。以下に、実施形態３に係る冷暖房装置３００が用いる熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆの構成について詳細に説明する。
【０１２４】
（熱生成部材の構成）
次に、実施形態３に係る熱生成部材の構成を詳細に説明する。図２１は、実施形態３に係る熱生成部材の断面図である。
【０１２５】
実施形態３に係る熱生成部材３１０Ａは、磁場を印加する磁石３１２Ａと、磁場が印加されると結晶構造が変化して歪む磁歪材料３１３Ａ及び歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料３１５Ａを積層した積層体３１４Ａを有する。
【０１２６】
図２１に示すように、実施形態３に係る熱生成部材３１０Ａは、積層体３１４Ａの両側から磁石３１２Ａを挟むように構成される。積層体３１４Ａは、磁歪材料３１３Ａ及び熱量材料３１５Ａが積層されて構成される。なお、図２０に示す熱生成部材３１０Ｂ−３１０Ｆの構造も熱生成部材３１０Ａの構造と同一である。
【０１２７】
磁歪材料３１３Ａは、熱量材料３１５Ａの結晶格子定数が変化するように、熱量材料３１５Ａに対して、間接的に、圧縮応力または引張応力という機械的な歪を与える。
【０１２８】
熱量材料３１５Ａは、図２２に示すように、磁歪材料３１３Ａから圧力（圧縮応力）や張力（引張応力）という歪を与えられると発熱及び吸熱する。熱量材料３１５Ａは、電気熱量材料または磁気熱量材料であっても良く、その他、歪を与えられると発熱及び吸熱する材料であればどのような材料を用いても良い。
【０１２９】
実施形態３に係る熱量材料３１５Ａは、図２２に示すように、歪を印加することによって熱材料結晶構造の磁気モーメントの分布が変化する磁気熱量材料または熱材料結晶構造の双極子モーメントの分布が変化して分極が変化する電気熱量材料である。
【０１３０】
図２２に示すように、熱量材料３１５Ａが磁気熱量材料の場合、歪を与える（実施形態３では、磁気熱量材料の３つの結晶軸の長さの少なくとも１つを大きくするように、歪を与える）と磁気熱量材料の結晶格子定数が変化し、磁気熱量材料の結晶構造の磁気モーメント分布が変化する。その結果、磁気熱量材料のキュリー点の温度が高くなる。そして、磁化が大きくなるので、磁気エントロピーが減少する。その結果、磁気熱量材料は、発熱する。逆に歪を取ると磁気熱量材料の結晶格子定数は、元に戻り、磁気熱量材料の結晶構造の磁気モーメント分布が変化する。磁気熱量材料のキュリー点の温度は、もとに戻る。磁化が減少するので、磁気エントロピーが増加する。その結果、磁気熱量材料は、吸熱する。
【０１３１】
また、図２２に示すように、熱量材料３１５Ａが電気熱量材料の場合、歪を与える（実施形態３では、電気熱量材料の３つの結晶軸の長さの少なくとも１つを大きくするように、歪を与える）と電気熱量材料の結晶格子定数が変化し、電気熱量材料の結晶構造の双極子モーメント分布が変化する。その結果、電気熱量材料のキュリー点の温度が高くなる。そして、分極が大きくなるので、双極子エントロピーが減少する。その結果、電気熱量材料は、発熱する。逆に歪を取ると電気熱量材料の結晶格子定数は、元に戻り、電気熱量材料の結晶構造の双極子モーメント分布が変化する。電気熱量材料のキュリー点の温度は、もとに戻る。分極が減少するので、双極子エントロピーが増加する。その結果、電気熱量材料は、吸熱する。
【０１３２】
このように、磁石３１２Ａが磁場を印加して磁歪材料３１３Ａを歪ませ、生じた歪によって熱量材料３１５Ａを発熱させているので、熱生成部材３１０Ａの構造が単純になる。
【０１３３】
また、熱量材料３１５Ａは、歪を印加した後のキュリー点の温度が歪を印加する前のキュリー点の温度よりも高くなる材料を用いているので、磁石３１２Ａが磁場を印加、除去するだけで、熱量材料３１５Ａを発熱、吸熱させることができる。
【０１３４】
（熱生成部材の構成の変形例１）
図２３は、実施形態３の変形例１に係る熱生成部材の断面図である。変形例１に係る熱生成部材３１０Ａは、図２１に示す熱生成部材３１０Ａを断熱する機能を備える。すなわち、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料３１５Ａの磁石３１２Ａに対向する外表面に断熱絶縁材料３１６Ａを配置している。
【０１３５】
断熱絶縁材料３１６Ａは、たとえば、グラスウールで構成する。しかし、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム等の断熱性材料を使用しても良い。断熱絶縁材料２１６Ａが形成する断熱層は、１つの材料で単層構造としても良く、複数の材料を用いて複層構造としても良い。
【０１３６】
熱量材料３１５Ａの磁石３１２Ａに対向する外表面に断熱絶縁材料３１６Ａを配置すると、熱量材料３１５Ａで生成された熱が外部に放熱されるのを防止することができ、熱生成部材３１０Ａの熱を無駄なく利用することができる。
【０１３７】
（熱生成部材の構成の変形例２）
図２４は、実施形態３の変形例２に係る熱生成部材の断面図である。変形例２に係る熱生成部材３１０Ａは、図２１に示す熱生成部材３１０Ａの熱伝導性を改善する。
【０１３８】
実施形態３の変形例２に係る熱生成部材３１０Ａは、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料３１５Ａの磁石３１２Ａに対向する外表面に熱伝導部材３１８Ａを配置している。
【０１３９】
なお、熱伝導部材３１８Ａの材料としては、アルミニウム、銅、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いる。
【０１４０】
熱量材料３１５Ａの磁石３１２Ａに対向する外表面に、熱伝導部材３１８Ａを直接接するように設けると、熱量材料３１５Ａが生成した熱を熱伝導部材３１８Ａが効率的に吸収し、吸収した熱を速やかに取り出すことができる。したがって、熱量材料３１５Ａが生成した熱及び熱伝導部材３１８Ａが吸収した熱を外部に逃がすことなく、効率的に用いることができる。熱伝導部材３１８Ａを熱量材料３１５Ａに直接接するように設けるのは、下記の理由からである。すなわち、熱量材料３１５Ａと磁歪材料３１３Ａを、一体に張り合わせていないと、熱量材料は、発熱、吸熱しない。そのため、熱伝導部材３１８Ａは、磁歪材料３１３Ａがついていない熱量材料３１５Ａの表面の外側にある必要がある。
【０１４１】
（熱生成部材の構成の変形例３）
図２５は、実施形態３の変形例３に係る熱生成部材の断面図である。変形例３に係る熱生成部材３１０Ａは、図２１に示す熱生成部材３１０Ａを積層方向に複数配置して、発熱量を増加させる。
【０１４２】
図２５に示す熱生成部材３１０Ａは、磁石３１２Ａ、熱量材料３１５Ａ及び磁歪材料３１３Ａからなる積層体３１４Ａ、磁石３１２Ａ、熱量材料３１５Ａ及び磁歪材料３１３Ａからなる積層体３１４Ａ、磁石３１２Ａが順に積層されている。
【０１４３】
熱量材料３１５Ａ及び磁歪材料３１３Ａからなる積層体３１４Ａが複数設けられていると、熱生成部材３１０Ａの発熱量を増加させることができる。
【０１４４】
図２６は、図２４に示す熱生成部材と熱スイッチとの接続構造を示す斜視図である。
【０１４５】
熱生成部材と熱スイッチとの接続構造を、熱生成部材３１０Ｂ、熱スイッチ３４０Ｂ、３４０Ｃを例示して説明する。
【０１４６】
図２６に示す熱生成部材３１０Ｂの構成は、図２４に示す熱生成部材３１０Ａの構成と同一である。熱生成部材３１０Ｂを熱スイッチ３４０Ｂ及び３４０Ｃと接続するとき、熱生成部材３１０Ｂの磁石３１２Ｂを図示のように上下方向に位置させる。熱生成部材３１０Ｂの熱伝導部材３１８Ａを磁石３１２Ｂ側に位置させて、熱生成部材３１０Ｂを熱スイッチ３４０Ｂ及び３４０Ｃで両側から挟み込む。つまり、熱スイッチ３４０Ｂ、３４０Ｃは、磁石３１２Ｂが配置されていない、熱伝導部材３１８Ｂ、歪が印加、除去されると発熱及び吸熱する熱量材料３１５Ｂ及び磁場が印加されると結晶構造が変化する磁歪材料３１３Ｂを積層した積層体の対向する面に配置される。
【０１４７】
熱生成部材３１０Ｂと熱スイッチ３４０Ｂ及び３４０Ｃとの接続構造を上記のようにすることによって、熱量材料３１５Ｂで生成された熱が、熱伝導部材３１８Ｂを介して熱スイッチ３４０Ｂ及び３４０Ｃに効率的に伝達される。
【０１４８】
なお、熱生成部材３１０Ａと熱スイッチ３４０Ａ、３４０Ｂとの接続構造、熱生成部材３１０Ｃ−３１０Ｅと熱スイッチ３４０Ｃ−３４０Ｆとの接続構造、熱生成部材３１０Ｆと熱スイッチ３４０Ｆ、３４０Ｇとの接続構造も熱生成部材３１０Ｂと熱スイッチ３４０Ｂ及び３４０Ｃとの接続構造と同一である。
【０１４９】
以上のように、熱生成部材を図２６に示すように隣り合う熱スイッチと接続することによって、熱量材料で生じた熱を効果的に伝達できる。したがって、冷暖房装置の小型化及び軽量化に寄与する。
【０１５０】
実施形態３に係る冷暖房装置３００は、熱生成部材３１０Ａ−３１０Ｆが以上のような構成を有しているので、磁石３１２Ａで磁場を印加するだけで、熱量材料３１５Ａが発熱する。また、生成した熱を熱スイッチ３４０Ａ−３４０Ｇに無駄なく効率的に伝達させることができる。その結果、熱量材料３１５Ａが生成する熱を最大限に引き出すことが可能となる。したがって、冷暖房装置３００の小型化及び軽量化に寄与する。
【０１５１】
実施形態１から３では、電圧を印加すると熱抵抗が低下するタイプの熱スイッチを例示したが、熱スイッチとしては、下記に示すような様々なタイプのものを使用することができる。
【０１５２】
図２７から図３９は、本発明に係る冷暖房装置に用いることができる様々な熱スイッチの形態を示す。熱スイッチは、たとえば、電気、磁場を印加することで熱伝導率が大きく変化する材料やデバイス、また、電気濡れ効果で液体金属の出し入れによる熱伝導率を変化させるものなどがある。
【０１５３】
＜熱スイッチの形態１＞
図２７は熱スイッチの形態１を説明するための説明図である。図２７に示す熱スイッチは、磁場を印加することで熱伝導率が大きく変化する材料を用いている。
【０１５４】
図２７に示すように、熱生成部材１１０Ａの対向する両面に熱スイッチ１４０Ａと１４０Ｂが配置されている。熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｂは、熱生成部材１１０Ａの対向する両面に接合または接着によって一体化する。熱生成部材１１０Ａの両隣には低温側熱交換部１２０と熱生成部材１１０Ｂが存在する。熱スイッチ１４０Ａは低温側熱交換部１２０と熱生成部材１１０Ａに接合または接着され、熱スイッチ１４０Ｂは熱生成部材１１０Ａと熱生成部材１１０Ｂに接合または接着される。したがって、低温側熱交換部１２０、熱スイッチ１４０Ａ、熱生成部材１１０Ａ、熱スイッチ１４０Ｂ、熱生成部材１１０Ｂは一体化する。
【０１５５】
熱スイッチ１４０Ａと１４０Ｂは、９テスラ程度の磁気が印加されると、印加される前よりも熱伝導率が大きくなる。熱伝導率の大きさの変化は、１００倍から３０００倍の範囲である。したがって、熱スイッチ１４０Ａと１４０Ｂは、磁気が印加されなければ熱伝導率は極めて小さくなり、接続されている低温側熱交換部１２０、熱生成部材１１０Ａ、熱生成部材１１０Ｂの間では熱を伝導しない。一方、熱スイッチ１４０Ａと１４０Ｂは、磁気が印加されると熱伝導率は極めて大きくなり、接続されている低温側熱交換部１２０、熱生成部材１１０Ａ、熱生成部材１１０Ｂの間で熱が伝導する。
【０１５６】
図２７に示すように、熱スイッチ１４０Ａと１４０Ｂは、磁気の印加、除去によって絶縁体、金属に相転移する転移体を含む。転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含む。したがって、転移体に磁気を印加すると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなる。また、転移体から磁気を除去すると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる。
【０１５７】
図２７の場合、熱スイッチ１４０Ａには永久磁石２による磁気が印加されていないので、熱スイッチ１４０Ａは絶縁体としての性質を持ち、伝導電子が流れ難くなって、低温側熱交換部１２０と熱生成部材１１０Ａとの間では熱が伝導しない。一方、熱スイッチ１４０Ｂには、永久磁石２によって磁気が印加されているので、熱スイッチ１４０Ｂは金属としての性質を持ち、伝導電子が流れやすくなって、熱生成部材１１０Ａと熱生成部材１１０Ｂとの間で熱が伝導する。一般的に固体の熱伝導は、フォノンおよび伝導電子が担っていることが知られている。すなわち、ここでは伝導電子の流れを磁気によって制御している。
【０１５８】
＜熱スイッチの形態２＞
図２８は熱スイッチの形態２を説明するための説明図である。
【０１５９】
熱スイッチの形態２に係る熱スイッチ１４０Ｂは、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂに取り付ける電極３１Ａ、３１Ｂと、電極３１Ａ、３１Ｂの間に取り付ける金属／絶縁相転移体３２とによって構成される。電極３１Ａの一方の面は熱生成部材１１０Ａの一方の面に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ｂの一方の面は熱生成部材１１０Ｂの一方の面に接合または接着によって取り付ける。同様に、金属／絶縁相転移体３２の両面は電極３１Ａと電極３１Ｂの他方の面に接合または接着によって取り付ける。したがって、熱生成部材１１０Ａ、熱スイッチ１４０Ｂ、熱生成部材１１０Ｂは一体化される。
【０１６０】
電極３１Ａ、３１Ｂは導電性の良好なアルミニウムや銅などの金属（金属単体または合金でも良い）を用いる。熱生成部材１１０Ａ、１１０Ｂの間では電極３１Ａと３１Ｂを介して熱が伝導するので、電極３１Ａと３１Ｂは熱伝導率のより大きい金属を用いることが好ましい。
【０１６１】
電極３１Ａ、３１Ｂを熱生成部材１１０Ａ、１１０Ｂおよび金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤は、熱伝導率の大きいものを用いる。たとえば、接着剤に金属粉を接着性が妨げられない程度に混ぜ込んだ熱伝導性を改善した接着剤を用いる。
【０１６２】
金属／絶縁相転移体３２は、電圧を印加すると絶縁体から金属に相転移し、熱伝導率が大きくなり、逆に、電圧を遮断すると金属から絶縁体に相転移し、熱伝導率が小さくなる性質を持つものである。金属と絶縁体の相互間の相転移を示す絶縁体は、無機酸化物モット絶縁体または有機モット絶縁体がある。
【０１６３】
無機酸化物モット絶縁体は少なくとも遷移金属元素を含む。モット絶縁体としては、ＬａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ４、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ（ＴＣＮＱ）が知られている。金属と絶縁体の相互間の相転移が可能なデバイスとして現在知られているものは、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子がある。熱は、熱電子および格子結晶によって移送することができる。ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴおよびＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子は、電圧を印加すると熱電子が活発に移動するようになる性質を利用する。ここでは、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子など、電圧の印加除去によって熱伝導率が大きく変化するものを用いる。
【０１６４】
図２８に示すように、電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧Ｖを印加すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に大きくなって、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂとの間で熱の移動が起こる。一方、電極３１Ａと３１Ｂとの間の直流電圧Ｖを除去すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に小さくなって、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂとの間の熱の移動が阻止される。したがって、熱スイッチ１３０は、電圧の印加、除去によって熱の移動を制御する熱スイッチとなる。
【０１６５】
＜熱スイッチの形態３＞
図２９は熱スイッチの形態３を説明するための説明図である。
【０１６６】
熱スイッチの形態３に係る熱スイッチ１４０Ｂは、熱スイッチの形態２で説明した熱スイッチ１４０Ｂ（図２０）に、さらに補助電極３３Ａ、３３Ｂを追加している。その他の構成および動作は熱スイッチの形態２と同様である。
【０１６７】
補助電極３３Ａと３３Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。補助電極３３Ａと３３Ｂは熱伝導性を考慮しなくても良い。また補助電極３３Ａと３３Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくても良い。補助電極３３Ａと３３Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。
【０１６８】
補助電極３３Ａと３３Ｂは、電極３１Ａと３１Ｂに対して、直交方向に電圧を印加する。補助電極３３Ａと３３Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が補助電極３３Ａと３３Ｂの方向に偏る。このため、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂとの間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。つまり、補助電極３３Ａと３３Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。
【０１６９】
＜熱スイッチの形態４＞
図３０は熱スイッチの形態４を説明するための説明図である。
【０１７０】
熱スイッチの形態４に係る熱スイッチ１４０Ｂは、電極３１Ａと３１Ｂを、金属／絶縁相転移体３２と熱生成部材１１０Ａ、１１０Ｂとの間には設けずに、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して直交する方向から電圧が印加できるように設ける。その他の構成および動作は熱スイッチの形態２と同様である。
【０１７１】
したがって、金属／絶縁相転移体３２は、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂに直接取り付ける。金属／絶縁相転移体３２と熱生成部材１１０Ａ、１１０Ｂとは、接合または接着剤で取り付ける。このときに用いる接着剤は、熱伝導性の大きいものを用いる。
【０１７２】
電極３１Ａと３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ａと３１Ｂは熱伝導性を考慮しなくても良い。また電極３１Ａと３１Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくても良い。電極３１Ａと３１Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。
【０１７３】
電極３１Ａと３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して、直交方向に電圧を印加する。電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が電極３１Ａと３１Ｂの方向に偏って相転移する。このため、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂとの間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。
【０１７４】
熱スイッチの形態２、３の場合には、熱電子の通過方向に電極３１Ａ、３１Ｂが存在するので、熱電子にとっては電極３１Ａ、３１Ｂが障害物となる。このため、電極３１Ａ、３１Ｂの存在は熱伝導率を小さくする方向に働く。熱スイッチの形態４の場合には、金属／絶縁相転移体３２を熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂに直接取り付けるので、電極３１Ａ、３１Ｂの存在は熱伝導率を下げる方向には働かない。したがって、本実施形態に係る熱スイッチ３０の熱伝導率は、熱スイッチの形態２、３の場合と比較して、大きくなる。
【０１７５】
＜熱スイッチの形態５＞
図３１は熱スイッチの形態５を説明するための説明図である。
【０１７６】
熱スイッチの形態５に係る熱スイッチ１４０Ｂは、金属／絶縁相転移体（３２）を熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂに直接取り付け、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂに直流電圧を印加できるようにしたものである。金属／絶縁相転移体と熱生成部材１１０Ａ、１１０Ｂとは接合または接着剤で取り付ける。接着剤は熱伝導率の大きいものを用いる。その他の構成および動作は熱スイッチの形態２と同様である。
【０１７７】
熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂを電極の代わりに用いると、構造が単純化され、また、部品点数の減少と製造工程の簡略化が図れる。また、熱スイッチの形態４の場合と同様に、熱スイッチ１４０Ａ、１４０Ｂの熱伝導率は、熱スイッチの形態２、３の場合と比較して、大きくなる。
【０１７８】
＜熱スイッチの形態６＞
図３２は熱スイッチの形態６を説明するための説明図である。
【０１７９】
熱スイッチの形態６は、熱スイッチ１４０Ｂに絶縁体３４を追加している。具体的には、図３２に示すように、熱電子の移動を妨げる絶縁体３４を電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に設けている。図３２では、図２８の構成に絶縁体３４を追加しているが、図２９〜３１の構成に対して絶縁体３４を追加しても良い。その他の構成および動作は熱スイッチの形態２と同様である。
【０１８０】
絶縁体３４は、熱電子以外の電子の移動を阻止するために設ける。電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、電極３１Ａと３１Ｂとの間に電流が流れるが、本来移動してほしい熱電子に加え、熱輸送に関与しない電子を過剰に移動させてしまう可能性がある。この熱輸送に関与しない電子の過剰の移動を防ぐために、絶縁体３４を金属／絶縁相転移体３２に取り付けることによって、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率の低下を防止できる。
【０１８１】
＜熱スイッチの形態７＞
図３３は熱スイッチの形態７を説明するための説明図である。
【０１８２】
熱スイッチの形態７は、熱スイッチの形態４に係る図３０の熱スイッチ１４０Ｂに分極体３５を追加している。具体的には、電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に熱電子の移動を促す分極体３５を配置する。分極体３５は、誘電体およびイオン性液体のうちの少なくとも１種類以上から形成する。その他の構成および動作は熱スイッチの形態４と同様である。
【０１８３】
分極体３５は、金属／絶縁相転移体３２内を移動する電子を取り出したり、金属／絶縁相転移体３２内に電子を注入したりする。このため、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布状態が変化して、熱電子が流れやすくなる。分極体３５を配置することで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。
【０１８４】
熱スイッチの形態２〜７のように、電圧の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱スイッチ１４０Ｂを用いると、隣接する磁性体との熱伝導を、電圧の印加、除去だけで断続させることができる。したがって、熱スイッチ自身を移動させて、熱交換器と磁性体の間、磁性体同士の間を挿脱させる必要がなくなるため、熱スイッチの耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。
【０１８５】
＜熱スイッチの形態８＞
図３４は熱スイッチの形態８における熱スイッチの構成を説明するための熱スイッチ部分の断面図である。図３５は熱スイッチの形態８における熱スイッチの構成を説明するための熱スイッチ部分の平面図（図３４の矢視Ａの図）である。
【０１８６】
本形態の熱スイッチは、電気濡れ（エレクトロウェッティング）効果を利用したものである。ここでは、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂとの間に設けられた熱スイッチ１４０Ｂを例に説明する。
【０１８７】
熱スイッチ１４０Ｂは、熱生成部材１１０Ａに接する第１電極構造体７１と、熱生成部材１１０Ｂに接する第２電極構造体８１と、第１電極構造体７１および第２電極構造体８１の間の隙間９０と、この隙間９０に出し入れされる液体金属９５とを有する。また、隙間９０の一端には、液体金属９５を収容する液溜まり７７を有する。なお、隙間９０において、液溜まり７７を設けた一端の反対側の端部は開放端９２となっている。
【０１８８】
第１電極構造体７１と第２電極構造体８１は、同じ構造を有していて、隙間９０を中心線とする対称構造である。第１電極構造体７１は、熱生成部材１１０Ａ側から順に、第１電極７２、誘電体７３、第２電極７４、撥液コート層７５を有する。第２電極構造体８１も同様に、熱生成部材１１０Ｂ側から順に、第１電極７２、誘電体７３、第２電極７４、および撥液コート層７５を有する。つまり、隙間９０を中心としてみれば、第１電極構造体７１も第２電極構造体８１も、隙間９０側から順に撥液コート層７５、第２電極７４、誘電体７３、第１電極７２となるように配置されている。
【０１８９】
熱生成部材全体の下部には、下部基板７６を有する。この下部基板７６内に、隙間９０に連通した液溜まり７７を有している。
【０１９０】
第２電極７４は、液溜まり７７内部にまで入っていて、液体金属９５と電気的に導通することができるようになっている。一方、第１電極７２は液溜まり７７からは絶縁されている。すなわち、第１電極７２は液体金属９５と絶縁されているのである。
【０１９１】
これにより、第１電極７２と第２電極７４は、その間にある誘電体７３を介したキャパシター構造となっていて、これがそのまま液体金属９５と第１電極７２のキャパシターとして作用することになる（詳細後述）。
【０１９２】
第１電極構造体７１と第２電極構造体８１の上部には、それぞれ第１および第２電極７２、７４から導かれた配線が形成される上部基板４０を有する。上部基板４０は、第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側とで、隙間９０の延長によって分離、絶縁され、第１電極構造体７１および第２電極構造体８１と同様に隙間９０によって対称な同じ構造である。上部基板４０は、それぞれ第１電極７２からの第１配線４１と、第２電極７４からの第２配線４２が絶縁層４３によって絶縁されている。第１および第２配線４１および４２は、この熱スイッチ１４０Ｂを制御するための制御装置（不図示）に接続されている。そして制御装置が、磁気の移動に同期して、この熱スイッチ１４０Ｂによる熱伝達状態と断熱状態を切り替えている。
【０１９３】
以下さらにこの熱スイッチ１４０Ｂ各部を詳細に説明する。
【０１９４】
第１電極７２および第２電極７４は、たとえば、銅、アルミニウムなど、導電性のものであれば、特に限定されない。第１電極７２および第２電極７４の形状はともに同じであり、隙間９０の大きさ（隙間の間隔を除く）と一致する電極板となっている。
【０１９５】
誘電体７３は、第１電極７２と第２電極７４の間にあって、たとえば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜など、誘電体７３であれば特に限定されない。誘電体７３の形状は第１電極７２および第２電極７４と同じ大きさであり、第１電極７２と第２電極７４が短絡しない形状となっている。
【０１９６】
撥液コート層７５は、液体金属９５に対して撥液性を有する。また、撥液コート層７５は、導電性であることが好ましい。このような撥液コート層７５に用いる材料とは、たとえば、導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどが好ましい。
【０１９７】
このように、撥液コート層７５が液体金属９５に対して撥液性となっていることで、電気を印加していない状態では、液体金属９５が容易に液溜まり７７内に収納されるようになる。また、導電性を有することで、第２電極７４に流した電気を液体金属９５に直接流すことができて効率がよい。また、第２電極７４に電気を流して液体金属９５を第１電極構造体７１と第２電極構造体８１の間の隙間９０に充填する際に、液溜まり７７内を空にできるので、液体金属９５使用量を少なくすることができる。
【０１９８】
なお、液溜まり７７内に常に液体金属９５の一部が残留して、第２電極７４から液体金属９５に電気を流すことができれば、撥液コート層７５は撥液性を有するだけで、導電性のないものであってもよい。また、第２電極７４の隙間９０側の表面に極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁性の撥液性部材を形成してもよい。極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であれば、これらが介在していても第２電極７４に電気を流したときにトンネル効果によって、液体金属９５に電気を流すことができる。
【０１９９】
このような部材によって構成される撥液コート層７５の形状は第２電極７４を覆う大きさである。
【０２００】
さらに、第２電極７４自体を導電性で、かつ、その表面が撥液性となる部材を用いてもよい。つまり第２電極７４自体を導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどによって形成するのである。この場合、第２電極７４の隙間側表面に、撥液コート層を設ける必要がなくなる。
【０２０１】
下部基板７６は、少なくとも第１および第２電極７２、７４との間で絶縁されているものであればよい。たとえば、全体が絶縁性を有する材料として、エポキシ基板、フェノール基板、ＡＢＳ樹脂基板などが用いられる。そして、これら基板に液溜まり７７を設ける。この場合、液体金属９５を液溜まり７７内に収納しやすいように、液溜まり内壁面を親液性にする。親液性を持たせるためには、液溜まり壁面に金属膜７９（たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜）を形成することが好ましい。
【０２０２】
また、下部基板７６としては、たとえばシリコン基板を用いることもできる。シリコン基板を用いた場合、まず液溜まり７７の形成後、液溜まり７７内部の壁面表面を含めて、すべての表面をシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などにより絶縁層（不図示）を形成する。そして、液溜まり７７内に親液性を持たせるために金属膜７９（たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜、さらにシリコン基板とした場合は導電性を付与したポリシリコンなどでもよい）を形成することが好ましい。
【０２０３】
液溜まり７７内に形成した金属膜７９は第２電極７４と導通するようにしてもよい。
【０２０４】
なお、液溜まり７７内の金属膜７９はなくてもよい。上述したとおり、液溜まり７７内の金属膜７９は、液溜まり７７内壁面を親液性にすることで液体金属９５が下がったときに、液体金属９５が液溜まり７７内に収納されやすくするためのものである。このため、液溜まり７７の大きさが十分に大きく、液溜まり７７内壁面が親液性でなくても液体金属９５の収納がスムーズにゆく場合には金属膜７９はなくてもよい。
【０２０５】
さらに、下部基板７６の液溜まり７７には、液体金属９５が漏れ出ない程度の空気穴９３が設けられている（空気穴９３の機能については後述）。
【０２０６】
上部基板４０は、第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側で同じ構成であり、第１電極７２と電気的に接続された第１配線４１と、第２電極７４と電気的に接続された第２配線４２と、これらを絶縁分離する絶縁層４３を有する。また、すでに説明したように、第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側は隙間９０によって絶縁、分離されているため、当然に上部基板４０も第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側でそれぞれ分離して同じ構成となるように設けられている。また、各第２配線４２の隙間９０に面した部分は、撥液コート層７５が形成されている。また、隙間９０部分は、上から見ると、図３５に示すように、撥液コート層７５が隙間９０を取り囲むように形成されており、隙間９０の側面部分７５ａから液体金属９５が漏れないようになっている。なお、隙間９０の側面部分７５ａには、図示しないが、撥液コート層７５の外側に、隙間の側面部分（または熱生成部材１１０Ａの側面を含めた側面全体）を覆う構造体（不図示）があってもよい。このような構造体は、たとえば樹脂やセラミックなど非磁性、非導電性の部材が好ましい。
【０２０７】
上部基板４０で配線が対向した部分（図３４中の丸で囲った部分）は、開放端９２となっていて、液体金属９５の移動によって隙間９０内の圧力が上ったり下がったりしないようになっている。このため液体金属９５は、スムーズに隙間９０内を移動できる。
【０２０８】
上部基板４０に用いられる配線４１、４２は、第１および第２電極７２および７４と同じく、銅、アルミニウムなどである。一方、絶縁層４３は、少なくとも誘電体７３よりも誘電率の低い絶縁体（絶縁材）が好ましい。
【０２０９】
配線４１、４２は、第１および第２電極７２および７４に対して電圧を印加するための配線である。このため配線が対向した部分（図３４中の丸で囲った開放端９２近傍部分）でも、第１および第２電極７２および７４と同じ電圧がかかる。そうすると、上部基板４０の絶縁層１１３として誘電率の高い材料が用いられていると、この部分でも液体金属９５と配線４２との間がキャパシター構造となってしまう。そうすると液体金属９５が上昇してきたときに、その勢いで、丸で囲んだ部分からさらに上にまで液体金属９５が来て、吐出してしまう虞がある。これを防ぐために、この配線４２同士が隙間９０を介して向き合う部分では、誘電率が低い絶縁材を用いることで、液体金属９５がこの配線４２同士が対向する部分の隙間９０に入ってくるのを防止している。
【０２１０】
具体的には、たとえば、半導体装置において使用されている、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料を使用することができる。たとえばシリコン酸化物にフッ素や炭素を添加したもの、有機ポリマーなどがある。そのほか、第１および第２電極７２、７４の間に用いた誘電体７３よりも誘電率が低い材料であればよい。これらＬｏｗ−ｋ材料であってもよい。これらのＬｏｗ−ｋ材料は、ＳｉＯ２の比誘電率４．２〜４．０に対して、比誘電率３．０以下であることが知られている。
【０２１１】
なお、絶縁体である絶縁層４３を配置する開放端９２近傍部分は、配線４２および４３が絶縁される厚みであるが、たとえば隙間上端から誘電体７３の厚み程度の厚さ分もあれば、液体金属９５が上がってきたときに上端から吐出することはない。
【０２１２】
そして、液体金属９５（導電性流体と称されることもある）は、少なくともこの冷暖房装置が使用される温度範囲において液体の金属である。たとえば、ガリウム、インジウム、スズの共晶合金であるガリンスタンを用いることができる。ガリンスタンは、常温で液体の金属であり、ガリウム、インジウム、スズの組成よって融点が異なる。たとえば、ガリウム６８．５％、インジウム２１．５％、スズ１０％のガリンスタンは、融点：−１９℃、沸点：１３００℃以上、比重：６．４４ｇ／ｃｍ３、粘度：０．００２４Ｐａ・ｓ（ａｔ２０℃）、熱伝導率：１６．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。そのほかにも、周知の様々な液体金属９５を用いてもよく、熱伝達率が高いものが好ましい。
【０２１３】
次に、このように構成された熱スイッチ１４０Ｂの作用を説明する。
【０２１４】
本形態の熱スイッチ１４０Ｂにおいては、熱スイッチ部としての機能を隙間９０と液溜まり７７の間を行き来する液体金属９５により行っている。そして、液体金属９５を隙間９０と液溜まり７７の間を行き来させるためには、エレクトロウェッティングを用いている。エレクトロウェッティングによる液体金属９５の移動自体には、公知であり、たとえば、特開２００７−１０３３６３号公報などに開示されるので、ここでは本形態の理解のために必要な原理について説明する。
【０２１５】
図３６はエレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。
【０２１６】
エレクトロウェッティングは、電極板４００上に設けられた誘電体４０１の表面に液体金属９５（ここでは液滴として示した）を乗せ、電極板４００と液体金属９５の間に電圧を印加することで、誘電体表面における液体金属９５との濡れ性を制御する技術である。
【０２１７】
電極板４００と液体金属９５との間は誘電体４０１を介してキャパシターが形成されている。図３６Ａに示すように、電極板４００と液体金属９５との間に電圧を印加すると、このキャパシターの静電エネルギーが変化（増加）して、それに相当する液体金属９５の表面エネルギーが減少し、液体金属９５の表面張力が低下する。これにより液体金属９５の表面に対する接触角度θが変化する。ここで接触角度θとは、液体金属９５が乗っている誘電体４０１の表面における液体金属表面とのなす角をいう。この接触角度θは、液体金属９５の表面張力に応じて０°〜１８０°の範囲で変化する。
【０２１８】
ここで図３６Ａに示すように（電圧印加時）、接触角度θが、０°から９０°までは、液体金属９５に対する表面の濡れ性がよい状態、すなわち親液性のある状態である。一方、図３６Ｂに示すように（電圧印加無しのとき）、接触角度θは、９０°を超えて１８０°であり、これが濡れ性の悪い状態、すなわち撥液性の状態である。このように誘電体表面に置いた液体金属９５の接触角度θを、電圧の印加によって変更できるのがエレクトロウェッティングである。
【０２１９】
図３７は隙間における液体金属の移動を説明するための説明図で、隙間における液体金属部分の拡大図である。
【０２２０】
本形態では、液体金属９５が移動する表面は、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂの間の隙間９０に対向するように設けられた撥液コート層７５である。この撥液コート層７５は、すでに説明したとおり、液体金属９５に対する撥液性を有する。このため、第１および第２電極７２、７４の間に電圧を印加しなければ、図３７Ａに示すように、液体金属９５は、撥液コート層７５の表面においてその接触角度は９０°以上となって撥液性（疎液性ともいう）となっている。
【０２２１】
このように液体の接触面（撥液コート層７５の表面）と接触角度が９０°以上となることで、図３７Ａに示したように、液体金属９５の液面は、中央部分が凸となって、液体金属９５の撥液コート層７５表面との接触部分が下がった状態になる。このため液体金属９５が撥液コート層７５表面を伝って行く力が働かなくなり、液体金属９５が毛細管現象によって上昇してしまうことはない。
【０２２２】
この状態は、熱スイッチ全体としては図３４に示した状態であり、液体金属９５は、液溜まり７７内にあって、隙間９０は空気により満たされている。したがって、この空気で満たされた隙間９０によって熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂの間は断熱状態となる。
【０２２３】
一方、熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂのそれぞれにある第１電極７２と第２電極７４の間に電圧を印加すると、第１電極７２と第２電極７４の間にある誘電体７３が分極して静電エネルギーが変化（増加）する。このとき第２電極７４と液体金属９５とは電気的導通がとられているため、結果的に、液体金属９５と第１電極７２とが誘電体７３を介してキャパシター構造となっている。この構造はエレクトロウェッティングの原理を説明した図２２の電極板４００と誘電体４０１を介した液体金属９５とによるキャパシター構造と同様の構造ということである。
【０２２４】
このため、第１電極７２と第２電極７４の間に電圧を印加したことで、液体金属９５の表面エネルギーが増加して、それに伴い撥液コート層７５（誘電膜）表面における液体金属９５の表面張力が減少し、濡れ性がよくなる。そうすると、図３７Ｂに示すように、撥液コート層７５表面に接している液体金属９５表面の接触角度θが９０°以下になる。これにより、液体金属９５自体の表面張力は失われるものの、隙間９０を登ってゆく張力が働くことになる。図３７Ｂにおけるｈがもとの液面に位置（図３７Ａ）からの上昇量である。なお、図３７においてｄは隙間の間隔である。
【０２２５】
図３８は、図３４と同じ部分の断面図であり、液体金属９５が隙間９０を上がってきた状態、すなわち熱伝達状態を示している。
【０２２６】
図示するように、液体金属９５は隙間９０の頂上である上部基板４０の位置まで到達する。上部基板４０の隙間部分ではすでに説明したように、上部基板４０の第１配線１１１と第２配線４２の間には誘電体が存在しない（または誘電率が低い）。このため、この部分での静電エネルギーはほとんど変化しないため、上昇した液体金属９５の濡れ性はよくならないので、これ以上液体金属９５が上昇することはない。
【０２２７】
そして、液体金属９５が上昇したことにより、隙間９０は液体金属９５で満たされて熱生成部材１１０Ａと１１０Ｂ間の熱の伝達が起きて熱伝達状態になる。
【０２２８】
このようにして本形態の熱スイッチ１４０Ｂでは、エレクトロウェッティングにより熱スイッチ１４０Ｂに設けた隙間９０に液体金属９５が充填された熱伝達状態と、隙間９０から液体金属９５を排除した断熱状態を、電気的に制御することができるのである。
【０２２９】
熱スイッチ１４０Ｂを構成する各部の好ましいサイズは、ガリンスタンを液体金属９５として用いた場合、隙間９０の間隔が１０μｍ〜５０μｍが好ましいものとなる。下限値を１０としたのは、この程度の隙間９０をあけることで、液体金属９５が下がって隙間９０内に空気が入ったときに十分な断熱性を有するようにするためである。一方、上限の５０μｍは、液体金属９５が上がって隙間９０を満たした場合の熱伝達性能を保つためである。
【０２３０】
なお、図３８に示したように、液体金属９５が隙間９０を上昇すると液溜まり７７内から液体金属９５が出てゆくことになる。このとき、仮に液溜まり７７が密閉状態だと、液溜まり７７内部が負圧（真空）になるため液体金属９５が液溜まり７７から隙間９０に出て行きづらくなる。そこで、本形態では、液溜まり７７の下部端に空気穴９３を設けたのである。空気穴９３の大きさは液体金属９５が漏れ出ない程度でかつ空気の流入、流出が起こる程度の大きさとする。なお、空気穴９３の位置は、液溜まり７７の下部端以外であってもよく、液体金属９５が液溜まり７７から隙間９０に出て行きやすくなるように配置されていればよい。
【０２３１】
ここで、本形態においては、隙間９０を介して対向する第１および第２電極構造体７１および８１は、それぞれ第１電極７２と第２電極７４を、誘電体７３を介して平行に設けている。このうち、エレクトロウェッティングの作用しているのは、第１電極７２、液体金属９５、およびその間の誘電体７３によって構成されるキャパシターである。このため、エレクトロウェッティングの原理としては、液体金属９５に電圧を印加することができれば、第２電極７４はなくてもよい。たとえば、下部基板を通して、液体金属と電気的に接続される電極を設けるなどである。この場合、第２電極は隙間内に存在しないので、隙間の対向する面は誘電体となり、液体金属に対して撥液性があるので、撥液コート層もなくてよい。
【０２３２】
ただし、このようにした場合（第２電極を省略した場合）、キャパシター構造としては、第１電極７２の対向電極となる液体金属９５が移動するため、電極面積が増減することになる。このため、エレクトロウェッティング作用を起こさせる誘電体での静電エネルギーも増減してしまうことになる。したがって、同じ電圧を印加していても液体金属の上昇量によってエレクトロウェッティング作用により液体金属を移動させる力が変わって、液体金属の上昇速度が変化するおそれがある。
【０２３３】
本形態では、第１電極７２と第２電極７４を、誘電体７３を介して平行に設けているので、第１電極７２と第２電極７４によるキャパシターの大きさは、液体金属９５の移動によって変化しない。したがって、同じ電圧の印加でも、液体金属の移動によって液体金属の移動速度が変化したりせず安定的に熱伝達と断熱を切り替えることができる。なお、第２電極を省略した場合でも、液体金属の移動速度が若干不安定になるおそれはあるものの、第２電極を設けた場合と同様に、熱伝達と断熱の切り替えは可能である。
【０２３４】
＜熱スイッチ部の形態９＞
図３９は熱スイッチの形態９における熱スイッチ１４０Ｂの構成を説明するための平面図であって、図３４中の矢視Ａに相当する方向から見た図である。
【０２３５】
本形態の熱スイッチ１４０Ｂもまた、電気濡れ（エレクトロウェッティング）効果を利用したものである。したがって、熱スイッチ部の形態８の変形例となる。
【０２３６】
熱スイッチ部の形態９は、熱スイッチ１４０Ｂの隙間９０に第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側のそれぞれの壁面、すなわち撥液コート層７５の表面にブレード８２を配置したものである。このブレード８２は、下部基板７６の液溜まり７７から上部基板１００方向に垂直に延びており、第１電極構造体７１側のブレード８２と第２電極構造体８１側のブレード８２は互い接触しない幅となっている。ブレード８２自体は、たとえば撥液コート層７５の材料をそのままブレード８２の構造となるように形成するとよい。そのほかの構成は、熱スイッチ部の形態８と同じである。
【０２３７】
このようにすることで、液体金属９５と第１電極構造体７１の壁面および第２電極構造体８１の壁面との接触表面積が大きくなって熱伝達効率が良くなる。また、第１電極構造体７１側のブレード８２と第２電極構造体８１側のブレード８２との間で隙間ｄＢが形成されるため、このブレード８２間の隙間ｄＢでもブレード壁面に液体金属９５の表面張力が働き、いっそう液体金属９５が上昇しやすくなる（電圧印加時）。ブレード８２間の隙間ｄＢもすでに説明したとおり、１０μｍ〜５０μｍ程度が好ましい。
【０２３８】
本実施形態で好ましく適用し得る熱スイッチ部の形態を説明したが、本発明はこれらの熱スイッチ部の形態に限定されない。
【０２３９】
以上説明してきたように、本発明によれば、低温側熱交換部と高温側熱交換部との間に、歪の印加、除去によって発熱及び吸熱する複数の熱生成部材を有する熱生成ユニットを配置し、熱生成ユニットの熱を熱伝導ユニットによって低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で伝導させるようにしたので、小型で軽量の冷暖房装置を提供できる。
【符号の説明】
【０２４０】
１００、２００、３００  冷暖房装置、
１１０、２１０、３１０  熱生成ユニット、
１１０Ａ−１１０Ｆ、２１０Ａ−２１０Ｆ、３１０Ａ−３１０Ｆ  熱生成部材、
１１２Ａ−１１２Ｆ  歪印加部、
１１４Ａ−１１４Ｆ、２１５Ａ、３１５Ａ  熱量材料、
１１６Ａ、２１６Ａ、３１６Ａ  断熱絶縁材料、
１１８Ａ、２１８Ａ、３１８Ａ  熱伝導部材、
１２０、２２０、３２０  低温側熱交換部、
１３０、２３０、３３０  高温側熱交換部、
１４０、２４０、４３０  熱伝導ユニット、
１４０Ａ−１４０Ｇ、２４０Ａ−２４０Ｇ、３４０Ａ−３４０Ｇ  熱スイッチ、
１５０、２５０、３５０  歪制御部、
１６０、２６０、３６０  熱スイッチ駆動部、
１７０、２７０、３７０  駆動制御部、
２１２Ａ−２１２Ｆ  電極、
２１４Ａ−２１４Ｆ、３１４Ａ−３１４Ｆ  積層体、
２１３Ａ  圧電材料、
３１３Ａ  磁歪材料、
３２１Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ  磁石。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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