WO2023095703A1 - 熱交換システム - Google Patents

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WO2023095703A1
WO2023095703A1 PCT/JP2022/042613 JP2022042613W WO2023095703A1 WO 2023095703 A1 WO2023095703 A1 WO 2023095703A1 JP 2022042613 W JP2022042613 W JP 2022042613W WO 2023095703 A1 WO2023095703 A1 WO 2023095703A1
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WO
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heat
heat exchange
exchange system
flow path
channel
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042613
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English (en)
French (fr)
Inventor
健太郎 椎
達也 仲村
嘉孝 中村
航太朗 大野
佑亮 小城原
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat exchange system.
  • Patent Literature 1 describes a cooling and heating module that includes a thermostrictive material and an actuator.
  • a thermostrictive material generates heat when stress is applied and absorbs heat when the stress is released.
  • the actuator applies stress to the thermostrictive material.
  • a thermostrictive material is placed in the air passageway. An upper end portion of the thermal strain member is fixed to the fixed plate, and a lower end portion of the thermal strain member is fixed to the movable plate. When the movable plate is vertically displaced by the cam, tension is applied to and released from the thermal strain member.
  • Patent Document 2 describes a heat engine using shape memory materials.
  • a U-shaped rod made of a shape memory material element straightens in a hot water bath and pushes the crankshaft, causing the tangential force component to rotate the drive ring.
  • the residual force at this time is used to bend the rod of the cold water tank into a U shape.
  • the drive ring rotates and the rod in the cold water tank moves to the hot water tank, the previously U-shaped rod straightens.
  • the rod in the hot water tank moves to the cold water tank, softens, and bends into a U shape, thereby continuously advancing the rotation of the drive ring.
  • the present disclosure provides an advantageous heat exchange system from the viewpoint of highly efficient heat exchange while using members that generate heat or absorb heat under the influence of an external field.
  • the heat exchange system in the present disclosure includes: a member that generates heat or absorbs heat when the influence of the external field increases, and reverses from the heat generation to the heat absorption or from the heat absorption to the heat generation when the influence of the external field decreases; an external field applying unit that applies the effect of the external field to the member; a first flow path formed in proximity to the member and allowing passage of a liquid that exchanges heat with the member; a second flow path that communicates with the first flow path and allows the first heat medium as the liquid to pass through when the member generates heat; a third flow path that communicates with the first flow path and allows the second heat medium as the liquid to pass through when the member absorbs heat; Switching is performed between a first state in which the first channel and the second channel communicate and a second state in which the first channel and the third channel communicate.
  • the above heat exchange system is advantageous from the viewpoint of highly efficient heat exchange while using members that generate heat or absorb heat under the influence of the external field.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a heat exchange system according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the heat exchange system of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a perspective cross-sectional view taken along plane III in FIG. 2 .
  • 4 is a perspective cross-sectional view taken along plane IV in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a heat pump system according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a heat pump system according to Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram schematically showing a heat pump system according to Embodiment 3.
  • a heat exchange technology using a member that generates heat or absorbs heat under the influence of an external field is expected to reduce the environmental load compared to conventional cooling technology that uses evaporation and condensation of refrigerant.
  • an external field means an external condition other than temperature that can affect the physical state of a member.
  • the present inventors have extensively studied a heat exchange system that is advantageous from the viewpoint of highly efficient heat exchange while using members that generate heat or absorb heat under the influence of the external field.
  • a desired heat exchange system can be realized by forming a flow path in proximity to a member that generates heat or absorbs heat under the influence of an external field and through which a liquid that exchanges heat passes.
  • the heat exchange system of the present disclosure has been devised.
  • a heat exchange system includes: a member that generates heat or absorbs heat when the influence of the external field increases, and reverses from the heat generation to the heat absorption or from the heat absorption to the heat generation when the influence of the external field decreases; an external field applying unit that applies the effect of the external field to the member; a first flow path formed in proximity to the member and allowing passage of a liquid that exchanges heat with the member; a second flow path that communicates with the first flow path and allows the first heat medium as the liquid to pass through when the member generates heat; a third flow path that communicates with the first flow path and allows the second heat medium as the liquid to pass through when the member absorbs heat; Switching is performed between a first state in which the first channel and the second channel communicate and a second state in which the first channel and the third channel communicate.
  • the member that generates heat or absorbs heat under the influence of the external field exchanges heat with the liquid passing through the first flow path, so the efficiency of heat exchange between the member and the liquid tends to be high.
  • switching is performed between the first state in which the first channel and the second channel are in communication and the second state in which the first channel and the third channel are in communication. and the absorption of heat by the member, the efficiency of heat exchange between the member and the liquid tends to be high.
  • the external field applying section may apply an external force as the external field.
  • the member may exhibit an elastocaloric effect in which an increase or decrease in the external force results in heat generation and heat absorption. According to the second aspect, the efficiency of heat exchange between the member and the liquid caused by the application of external force and the elastocaloric effect tends to be high.
  • the member in the heat exchange system according to the first aspect or the second aspect, at least part of the member may be arranged in the first flow path. According to the third aspect, the efficiency of heat exchange between the member and the liquid tends to be higher.
  • the member may extend along the longitudinal direction.
  • the first channel may be formed along the longitudinal direction. According to the fourth aspect, since the liquid passes through the first flow path along the longitudinal direction of the member, the efficiency of heat exchange between the member and the liquid tends to be higher.
  • the member may include a plurality of members.
  • the first flow path may include a plurality of the first flow paths formed proximate to each of the plurality of members. According to the fifth aspect, the amount of heat exchanged between the member and the liquid in the heat exchange system tends to increase.
  • the external field applying section may sequentially apply the influence of the external field to the plurality of members.
  • heat generation and heat absorption are sequentially performed in the plurality of members, heat exchange between the members and the liquid is likely to be continuously performed in the plurality of members.
  • the external field applying unit rotates the member and the first flow path to A rotating mechanism may be provided to cause the switching between the first state and the second state and the increase and decrease of the effect of the external field.
  • the rotation mechanism is used to switch between the first state and the second state and to increase and decrease the influence of the external field, so the configuration of the heat exchange system tends to be simple.
  • the rotating mechanism may include a central portion having a rotation axis and an outer ring portion.
  • the member and the first flow path may be arranged between the central portion and the outer ring portion in a direction perpendicular to the rotation axis.
  • the space in which the member can be arranged tends to be large, and the amount of heat exchanged between the member and the liquid in the heat exchange system tends to grow.
  • the heat exchange system according to the eighth aspect includes a first chamber formed in contact with the central portion and connected to the first flow path and the second flow path.
  • the heat exchange system may comprise a second chamber formed adjacent to said central portion and connected to said first channel and said third channel.
  • the heat exchange system may include a separator separating the first chamber and the second chamber.
  • the first chamber and the second chamber can be formed so as to be in contact with the central portion, and the configuration of the heat exchange system tends to be simple.
  • the separator prevents contact between the first heat medium and the second heat medium, which tends to increase the amount of heat exchanged between the member and the liquid in the heat exchange system.
  • the rotation axis may extend in the direction of gravity. According to the tenth aspect, regardless of the position of the first flow path, the liquid tends to stably pass through the first flow path, and the efficiency of heat exchange between the member and the liquid tends to increase.
  • the Z-axis direction indicates the direction of gravity.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a heat exchange system 1a according to Embodiment 1.
  • the heat exchange system 1 a includes a member 10 , an external field applying section 20 , a first channel 31 , a second channel 32 and a third channel 33 .
  • the member 10 is a member that generates heat or absorbs heat when the influence of the external field increases, and reverses from heat generation to heat absorption or from heat absorption to heat generation when the influence of the external field decreases.
  • the external field imparting section 20 imparts an external field effect to the member 10 .
  • the first channel 31 is formed in the vicinity of the member 10 and allows a liquid that exchanges heat with the member 10 to pass therethrough.
  • the second flow path 32 is a flow path that communicates with the first flow path 31 and allows the first heat medium as a liquid to pass therethrough when the member 10 generates heat.
  • the third flow path 33 is a flow path that communicates with the first flow path 31 and allows the second heat medium as a liquid to pass therethrough when the member 10 absorbs heat.
  • a switch is made between a first state and a second state.
  • the first state is a state in which the first channel 31 and the second channel 32 are in communication.
  • the second state is a state in which the first channel 31 and the third channel 33 are in communication.
  • the heat exchange system 1a further includes a first tank 41 and a second tank 42, for example.
  • the dashed-dotted arrow indicates the flow of the first heat medium.
  • the first heat medium After passing through the second flow path 32 , the first heat medium is guided to the first flow path 31 and heated in the first flow path 31 by heat exchange with the member 10 generating heat.
  • the first heat medium passes through the first flow path 31 and is guided to the first tank 41 and stored in the first tank 41 .
  • the first heat medium stored in the first tank 41 is supplied to the outside of the first tank 41 and radiates heat outside the first tank 41 . After that, the first heat medium is led to the second flow path 32 again.
  • the two-dot chain arrow indicates the flow of the second heat transfer medium.
  • the second heat medium After passing through the third flow path 33 , the second heat medium is guided to the first flow path 31 and cooled by heat exchange with the heat-absorbing member 10 in the first flow path 31 .
  • the second heat medium passes through the first flow path 31 and is guided to the second tank 42 and stored in the second tank 42 .
  • the second heat medium stored in the second tank 42 is supplied to the outside of the second tank 42 and absorbs heat outside the second tank 42 . After that, the second heat medium is led to the third flow path 33 again.
  • the heat exchange system 1a heat is exchanged between the member 10 that generates heat under the influence of the external field and the first heat medium that passes through the first flow path 31, and the member 10 that absorbs heat under the influence of the external field. Heat exchange is performed with the second heat medium passing through the first flow path 31 .
  • the heat exchange system 1a switches between a first state and a second state. Therefore, in both heat generation and heat absorption of the member 10, the efficiency of heat exchange between the member 10 and the first and second liquid heat mediums tends to be high.
  • the first heat medium and the second heat medium are not limited to specific fluids as long as they are liquids.
  • Each of the first heat medium and the second heat medium may be, for example, water, oil, or antifreeze.
  • the external field imparted to the member 10 by the external field imparting unit 20 is not limited to a specific type of external field.
  • the external field applying unit 20 applies an external force as an external field to the member 10, for example.
  • Member 10 exhibits, for example, an elastocaloric effect in which increasing and decreasing external forces produce heat and heat absorption. For example, the member 10 generates heat when the external force acting on the member 10 increases, and the member 10 absorbs heat when the external force acting on the member 10 decreases.
  • the external force applied by the external field applying section 20 is, for example, a tensile load.
  • the external force applied by the external field applying unit 20 may be a compressive load, a shear load, a bending load, or a torsional load.
  • the material forming the member 10 is not limited to a specific material.
  • the member 10 may include, for example, NiTi, NiTiSi, NiTiNb, NiTiCu, NiTiPd, CuZn, CuSn, CuAuZn, CuAlNi, CuZnAl, CuAlMn, CuAlBe, AgCd, AgZn, AuCd, InTl, FeNiCoTi, At least one selected from the group consisting of FePd, FePt, FeRh, NiFeGa, and NiFeGaCo is included.
  • a phase transition from the austenite phase to the martensite phase occurs when the external force acting on the member 10 increases, generating heat.
  • the external force acting on the member 10 decreases, a phase transition from the martensite phase to the austenite phase occurs, and heat absorption occurs.
  • At least part of the member 10 is arranged in the first channel 31, as shown in FIG.
  • the flow of the liquid passing through the first channel 31 contacts at least part of the member 10, so the heat exchange efficiency between the member 10 and the liquid tends to be higher.
  • the shape of the member 10 is not limited to a specific shape.
  • the member 10 extends, for example, along the longitudinal direction.
  • the shape of the member 10 may be a wire, a belt, or other shape.
  • the first flow path 31 is formed along the longitudinal direction, for example. According to such a configuration, since the liquid passes through the first flow path 31 along the longitudinal direction of the member 10, the efficiency of heat exchange between the member 10 and the liquid tends to be higher.
  • the heat exchange system 1a includes a plurality of members 10, for example.
  • the heat exchange system 1 a includes a plurality of first flow paths 31 formed in proximity to each of the plurality of members 10 . With such a configuration, the amount of heat exchanged between the member 10 and the liquid in the heat exchange system 1a tends to increase.
  • the external field imparting unit 20 sequentially imparts the influence of the external field to the plurality of members 10, for example.
  • heat generation and heat absorption are sequentially performed in the plurality of members 10, heat exchange between the members 10 and the liquid is easily performed continuously in the plurality of members 10.
  • FIG. For example, in the plurality of members 10, the effect of the external fields applied to the members 10 at different timings is maximized, and the effect of the external fields applied to the members 10 at different timings is minimized.
  • a motor is used to apply an external field, it is easy to suppress fluctuations in the driving torque of the motor.
  • the heat exchange system 1a includes a rotating mechanism 22, for example.
  • a rotating mechanism 22 rotates the member 10 and the first channel 31 to cause switching between the first and second states and increasing and decreasing the influence of the external field.
  • Such a configuration tends to simplify the configuration of the heat exchange system 1a.
  • the rotation mechanism 22 includes, for example, a central portion 22a and an outer ring portion 22b.
  • the central portion 22a has a rotation axis Ax.
  • the outer ring portion 22b is, for example, a ring-shaped member arranged apart from the central portion 22a in the direction perpendicular to the rotation axis Ax.
  • the member 10 and the first flow path 31 are arranged between the central portion 22a and the outer ring portion 22b in the direction perpendicular to the rotation axis Ax.
  • the plurality of members 10 and the plurality of first flow paths 31 are radially arranged, for example, between the central portion 22a and the outer ring portion 22b in the direction perpendicular to the rotation axis Ax.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the heat exchange system 1a.
  • FIG. 3 is a perspective cross-sectional view taken along plane III in FIG. 2 .
  • 4 is a perspective cross-sectional view taken along plane IV in FIG. 3.
  • the rotation mechanism 22 further includes, for example, a motor 22m.
  • the rotation mechanism 22 rotates itself by the operation of the motor 22m, and can rotate the member 10 and the first flow path 31.
  • the rotating mechanism 22 rotates, for example, in one direction.
  • the rotation mechanism 22 rotates clockwise when the rotation mechanism 22 is viewed along the direction of gravity.
  • the rotation speed of rotation mechanism 22 is not limited to a specific value.
  • the rotation speed of the rotation mechanism 22 is, for example, 0.5 to 2.0 revolutions per second (rps).
  • the central portion 22a includes, for example, a shaft 22s and an inner ring portion 22t.
  • the shaft 22s extends along the rotation axis Ax.
  • the shaft 22s is connected to the motor 22m.
  • the inner ring portion 22t has a cylindrical shape and is attached to the shaft 22s in a state in which the inner side surface of the inner ring portion 22t faces the side surface of the shaft 22s.
  • a pipe forming the first flow path 31 is attached to a portion of the inner ring portion 22t having an outer side surface.
  • the pipe forming the first flow path 31 is made of resin, for example.
  • the tube forming the first flow path 31 is made of resin, the thermal conductivity of the tube tends to be low, and the temperature of the liquid in the first flow path 31 can be easily maintained at a desired temperature.
  • the tube forming the first flow path 31 may be made of metal.
  • one end of the member 10 is fixed to the outer ring portion 22b, and the other end of the member 10 is fixed to the inner ring portion 22t.
  • the axis Ay of the outer ring portion 22b is separated from the rotation axis Ax by a predetermined distance in the direction perpendicular to the rotation axis Ax. Therefore, the rotation of the rotating mechanism 22 can change the distance between the outer ring portion 22b and the inner ring portion 22t.
  • a tensile load is applied to the member 10 at a rotational position where the distance between the outer ring portion 22b and the inner ring portion 22t is relatively large in the rotation of the rotating mechanism 22 .
  • the tensile load applied to the member 10 is small. With such a configuration, the tensile load applied to the member 10 is less likely to change suddenly in a short period of time, and increases continuously and decreases continuously.
  • the length of the tube forming the first flow path 31 is adjusted to, for example, the minimum value of the distance between the outer ring portion 22b and the inner ring portion 22t when the rotating mechanism 22 rotates. As a result, when the rotation mechanism 22 rotates, the pipe forming the first flow path 31 is less likely to come into contact with the outer ring portion 22b.
  • the rotation axis Ax extends, for example, in the direction of gravity. According to such a configuration, regardless of the rotational position of the first flow path 31, the relationship between the direction in which the first flow path 31 extends and the direction of gravity is less likely to change, so liquid can easily pass through the first flow path 31 in a stable manner. . Therefore, the efficiency of heat exchange between the member 10 and the liquid tends to be high.
  • the first flow path 31 extends horizontally, for example.
  • the first channel 31 may, for example, extend obliquely with respect to the horizontal plane.
  • the inlet of the first channel 31 may be formed at a position higher than the outlet of the first channel 31, or the inlet of the first channel 31 may be formed at a position lower than the outlet of the first channel 31.
  • the heat exchange system 1a includes, for example, a first chamber 36, a second chamber 37, and a separator 38.
  • the first chamber 36 is formed in contact with the central portion 22 a and is connected to the first channel 31 and the second channel 32 .
  • the second chamber 37 is formed in contact with the central portion 22a and connected to the first channel 31 and the third channel 33 .
  • the separator 38 partitions the first chamber 36 and the second chamber 37 .
  • Such a configuration tends to simplify the configuration of the heat exchange system 1a.
  • the separator 38 prevents contact between the first heat medium and the second heat medium, which tends to increase the amount of heat exchanged between the member 10 and the liquid in the heat exchange system 1a.
  • the first chamber 36 can be connected to a plurality of first flow paths 31 during rotation of the rotating mechanism 22, for example. Therefore, the first heat medium passed through the second channel 32 and led to the first chamber 36 can be supplied so as to be distributed to the plurality of first channels 31 .
  • the second chamber 37 can be connected to the plurality of first flow paths 31 during rotation of the rotating mechanism 22, for example. Therefore, the second heat medium passed through the third channel 33 and led to the second chamber 37 can be supplied so as to be distributed to the plurality of first channels 31 .
  • the inner ring portion 22t has, for example, an annular groove formed around the shaft 22s.
  • a first chamber 36 and a second chamber 37 are formed by partially blocking this annular groove with a separator 38 .
  • the material forming the separator 38 is not limited to a specific material.
  • the material forming the separator 38 is, for example, resin. In this case, the thermal conductivity of the separator 38 tends to be low, and the temperatures of the first heat medium and the second heat medium are easily maintained at desired temperatures in the first chamber 36 and the second chamber 37, respectively.
  • the separator 38 is immovably fixed during the rotation of the rotating mechanism 22 .
  • the heat exchange system 1a includes a cover 39 as shown in FIGS.
  • the cover 39 is an annular plate-like member, and covers the annular groove in the inner ring portion 22t around the shaft 22s.
  • a plurality of through-holes are formed in the cover 39, and a pipe forming the second flow path 32 or the third flow path 33 is fitted in one of these through-holes.
  • the cover 39 is fixed so as not to move when the rotating mechanism 22 rotates.
  • the heat exchange system 1a includes, for example, a stage 71, a pair of side walls 72, a pair of beams 73, and guide rollers 75.
  • the stage 71 is flat.
  • the pair of side walls 72 are plate-like members arranged parallel to each other, and are fixed to the stage 71 so as to extend vertically from both ends of the stage 71 in the longitudinal direction.
  • the first tank 41 , the second tank 42 and the rotation mechanism 22 are arranged on the stage 71 .
  • stage 71 has bearings for shaft 22s.
  • a pair of beams 73 supports the motor 22m.
  • a pair of beams 73 support guide rollers 75 .
  • the guide roller 75 is in contact with the outer ring portion 22b.
  • the guide roller 75 adjusts the position of the outer ring portion 22b so that the axis Ay of the outer ring portion 22b is separated from the rotation axis Ax by a predetermined distance in a specific direction perpendicular to the rotation axis Ax.
  • FIG. 5 schematically shows a heat pump system 5a according to the second embodiment.
  • the heat pump system 5a includes a heat exchange system 1a, a first heat exchanger 2a, a second heat exchanger 2b, a pump 3a, and a pump 3b.
  • Each of the first heat exchanger 2a and the second heat exchanger 2b is configured as, for example, a fin-tube heat exchanger.
  • the first heat medium circulates between the heat exchange system 1a and the first heat exchanger 2a by operating the pump 3a.
  • the first heat medium supplied to the heat exchange system 1a passes through the second channel 32, the first chamber 36, and the first channel 31 and is stored in the first tank 41.
  • the first heat medium is heated by the member 10 that generates heat when passing through the first flow path 31 , and the high-temperature first heat medium is stored in the first tank 41 .
  • the first heat medium stored in the first tank 41 is guided outside the heat exchange system 1a by the operation of the pump 3a and supplied to the first heat exchanger 2a.
  • the first heat medium exchanges heat with a fluid such as air, and heat is released. This lowers the temperature of the first heat transfer medium.
  • the first heat medium that has passed through the first heat exchanger 2a is supplied again to the heat exchange system 1a.
  • the pump 3b is operated to circulate the second heat medium between the heat exchange system 1a and the second heat exchanger 2b.
  • the second heat medium supplied to the heat exchange system 1 a passes through the third flow path 33 , the second chamber 37 and the first flow path 31 by the operation of the pump 3 b and is stored in the second tank 42 .
  • the second heat medium is cooled by the member 10 absorbing heat by passing through the first flow path 31 , and the low-temperature second heat medium is stored in the second tank 42 .
  • the second heat medium stored in the second tank 42 is guided outside the heat exchange system 1a by the operation of the pump 3b and supplied to the second heat exchanger 2b.
  • the second heat medium exchanges heat with a fluid such as air to absorb heat. Thereby, the temperature of the second heat medium rises.
  • the second heat medium that has passed through the second heat exchanger 2b is supplied again to the heat exchange system 1a.
  • the heat pump system 5a for example, heat can be transported from a low temperature space to a high temperature space. Therefore, the heat pump system 5a can be used for air conditioning, for example.
  • FIG. 3 (Embodiment 3) 6 and 7 schematically show a heat pump system 5b of Embodiment 3.
  • FIG. The heat pump system 5b is configured in the same manner as the heat pump system 5a, except for parts that are particularly described. Components of the heat pump system 5b that are the same as or correspond to components of the heat pump system 5a are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The description regarding the heat pump system 5a also applies to the heat pump system 5b as long as there is no technical contradiction.
  • the heat pump system 5b is configured, for example, as an air conditioning system.
  • FIG. 6 shows the heat pump system 5b in the cooling state
  • FIG. 7 shows the heat pump system 5b in the heating state.
  • the heat pump system 5b includes a heat exchange system 1a, an outdoor heat exchanger 7a, an indoor heat exchanger 7b, a pump 8a, a pump 8b, a four-way valve 9a, and a four-way valve 9b. and
  • Each of the outdoor heat exchanger 7a and the indoor heat exchanger 7b is configured as, for example, a fin-tube heat exchanger.
  • the pump 8a operates to circulate the first heat medium between the heat exchange system 1a and the outdoor heat exchanger 7a.
  • the first heat medium supplied to the heat exchange system 1a passes through the second flow path 32, the first chamber 36, and the first flow path 31 and is stored in the first tank 41.
  • the first heat medium is heated by the member 10 that generates heat when passing through the first flow path 31 , and the high-temperature first heat medium is stored in the first tank 41 .
  • the first heat medium stored in the first tank 41 is guided outside the heat exchange system 1a by the operation of the pump 8a, passes through the four-way valve 9b, and is supplied to the outdoor heat exchanger 7a.
  • the first heat medium exchanges heat with the outdoor air, and heat is released. This lowers the temperature of the first heat transfer medium.
  • the first heat medium that has passed through the outdoor heat exchanger 7a further passes through the four-way valve 9a and is supplied again to the heat exchange system 1a.
  • the operation of the pump 8b circulates the second heat medium between the heat exchange system 1a and the indoor heat exchanger 7b.
  • the second heat medium supplied to the heat exchange system 1 a passes through the third flow path 33 , the second chamber 37 and the first flow path 31 by the operation of the pump 8 b and is stored in the second tank 42 .
  • the second heat medium is cooled by the member 10 absorbing heat when passing through the first flow path 31 , and the low-temperature second heat medium is stored in the second tank 42 .
  • the second heat medium stored in the second tank 42 is guided outside the heat exchange system 1a by the operation of the pump 8b, passes through the four-way valve 9a, and is supplied to the indoor heat exchanger 7b.
  • the second heat medium exchanges heat with the indoor air. As a result, the room is cooled and the temperature of the second heat transfer medium rises.
  • the second heat medium that has passed through the indoor heat exchanger 7b further passes through the four-way valve 9b and is supplied again to the heat exchange system 1a.
  • the pump 8b is operated to circulate the first heat medium between the heat exchange system 1a and the indoor heat exchanger 7b.
  • the first heat medium supplied to the heat exchange system 1 a passes through the second channel 32 , the first chamber 36 and the first channel 31 and is stored in the first tank 41 .
  • the first heat medium is heated by the member 10 that generates heat when passing through the first flow path 31 , and the high-temperature first heat medium is stored in the first tank 41 .
  • the first heat medium stored in the first tank 41 is guided outside the heat exchange system 1a by the operation of the pump 8b, passes through the four-way valve 9a, and is supplied to the indoor heat exchanger 7b.
  • the first heat medium exchanges heat with the indoor air. Thereby, the room is heated and the temperature of the first heat medium is lowered.
  • the first heat medium that has passed through the indoor heat exchanger 7b further passes through the four-way valve 9b and is supplied again to the heat exchange system 1a.
  • the operation of the pump 8a circulates the second heat medium between the heat exchange system 1a and the outdoor heat exchanger 7a.
  • the second heat medium supplied to the heat exchange system 1a passes through the third flow path 33, the second chamber 37, and the first flow path 31 and is stored in the second tank 42.
  • the second heat medium is cooled by the member 10 absorbing heat when passing through the first flow path 31 , and the low-temperature second heat medium is stored in the second tank 42 .
  • the second heat medium stored in the second tank 42 is guided outside the heat exchange system 1a by the operation of the pump 8a, passes through the four-way valve 9b, and is supplied to the outdoor heat exchanger 7a.
  • the second heat medium exchanges heat with the outdoor air to absorb heat. Thereby, the temperature of the second heat medium rises.
  • the second heat medium that has passed through the outdoor heat exchanger 7a further passes through the four-way valve 9a and is supplied again to the heat exchange system 1a.

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Abstract

熱交換システム１ａは、部材１０と、外場付与部２０と、第一流路３１と、第二流路３２と、第三流路３３とを備える。部材１０は、外場の影響が増大したときに発熱し、かつ、外場の影響が減少したときに吸熱する部材である。外場付与部２０は、部材１０に対して外場の影響を付与する。第一流路３１は、部材１０に近接して形成され、部材１０と熱交換する液体を通過させる。第二流路３２は、部材１０が発熱するときに第一流路３１に連通する。第三流路３３は、部材１０が吸熱するときに第一流路３１に連通する。熱交換システム１ａにおいて、第一流路３１と第二流路３２とが連通している状態と、第一流路３１と第三流路３３とが連通している状態との切換えがなされる。

Description

熱交換システム
　本開示は、熱交換システムに関する。
　従来、外場の影響により発熱又は吸熱する材料を用いて熱交換を行う技術が知られている。
　例えば、特許文献１には、熱歪材料と、アクチュエータとを備えた冷却加熱モジュールが記載されている。熱歪材料は、応力の付与により発熱して応力の解除により吸熱する。アクチュエータは、熱歪材料に応力を付与する。熱歪材料は、空気通路に配置される。熱歪部材の上端部は固定板に固定され、熱歪部材の下端部は可動板に固定されている。カムによって可動板を上下に変位させると、熱歪部材に対する張力の付与と解除が行われる。
　特許文献２には、形状記憶材料を用いた熱エンジンが記載されている。この熱エンジンにおいて、形状記憶材料を用いた素子からなるＵ字状のロッドは、温水槽では真直ぐに形状が回復してクランク軸を押し、その接線力成分により駆動リングを回転させる。加えて、このときの余力で冷水槽のロッドをＵ字状に曲げる。これにより駆動リングが回転して冷水槽中のロッドが温水槽に移ると、それまでＵ字状であったロッドが真直ぐになる。同時に温水槽のロッドが冷水槽に移って軟化し、Ｕ字状に曲がることにより駆動リングの回転が連続的に進行する。
特開２０１４－１７８０９５号公報 特開平５－２１５０６３号公報
　本開示は、外場の影響により発熱又は吸熱する部材を用いつつ、高効率の熱交換の観点から有利な熱交換システムを提供する。
　本開示における熱交換システムは、
　外場の影響が増大したときに発熱又は吸熱し、かつ、前記外場の影響が減少したときに前記発熱から吸熱に又は前記吸熱から発熱に逆転する部材と、
　前記部材に対して前記外場の影響を付与する外場付与部と、
　前記部材に近接して形成され、前記部材と熱交換する液体を通過させる第一流路と、
　前記部材が発熱するときに、前記第一流路に連通し、前記液体としての第一熱媒を通過させる第二流路と、
　前記部材が吸熱するときに、前記第一流路に連通し、前記液体としての第二熱媒を通過させる第三流路と、を備え、
　前記第一流路と前記第二流路とが連通している第一状態と、前記第一流路と前記第三流路とが連通している第二状態との切換えがなされる。
　上記の熱交換システムは、外場の影響により発熱又は吸熱する部材を用いつつ、高効率の熱交換の観点から有利である。
図１は、実施の形態１の熱交換システムを模式的に示す図である。 図２は、実施の形態１の熱交換システムを示す斜視図である。 図３は、図２における平面IIIを切断面とする斜視断面図である。 図４は、図３における平面IVを切断面とする斜視断面図である。 図５は、実施の形態２のヒートポンプシステムを模式的に示す図である。 図６は、実施の形態３のヒートポンプシステムを模式的に示す図である。 図７は、実施の形態３のヒートポンプシステムを模式的に示す図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　外場の影響により発熱又は吸熱する部材を用いた熱交換技術は、冷媒の蒸発及び凝縮を利用した従来の冷却技術と比べて環境負荷を低減できることが期待される。本明細書において、外場は、部材の物理的な状態に影響を及ぼしうる温度以外の外部条件を意味する。
　特許文献１に記載の冷却加熱モジュールにおいて、熱歪材料は、冷却加熱モジュールを通過する空気と熱交換していると理解される。このような熱歪材料と空気との熱交換の効率は必ずしも高くないと考えられる。
　特許文献２に記載の技術では、駆動リングの回転速度に応じた、ロッド周囲における温水又は冷水の流速で、温水又は冷水とロッドとの間の熱交換がなされる。このため、熱交換率が高まりにくい。
　そこで、本発明者らは、外場の影響により発熱又は吸熱する部材を用いつつ、高効率の熱交換の観点から有利な熱交換システムについて鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、外場の影響により発熱又は吸熱する部材と熱交換する液体を通過させる流路をその部材に近接して形成することによって、所望の熱交換システムを実現できることを新たに見出し、本開示の熱交換システムを案出した。
（本開示にかかる一態様の概要）
　本開示の第１態様に係る熱交換システムは、
　外場の影響が増大したときに発熱又は吸熱し、かつ、前記外場の影響が減少したときに前記発熱から吸熱に又は前記吸熱から発熱に逆転する部材と、
　前記部材に対して前記外場の影響を付与する外場付与部と、
　前記部材に近接して形成され、前記部材と熱交換する液体を通過させる第一流路と、
　前記部材が発熱するときに、前記第一流路に連通し、前記液体としての第一熱媒を通過させる第二流路と、
　前記部材が吸熱するときに、前記第一流路に連通し、前記液体としての第二熱媒を通過させる第三流路と、を備え、
　前記第一流路と前記第二流路とが連通している第一状態と、前記第一流路と前記第三流路とが連通している第二状態との切換えがなされる。
　第１態様によれば、外場の影響により発熱又は吸熱する部材が第一流路を通過する液体と熱交換するので、部材と液体との間の熱交換の効率が高くなりやすい。加えて、第一流路と第二流路とが連通している第一状態と、第一流路と第三流路とが連通している第二状態との切換えがなされるので、部材の発熱及び部材の吸熱の双方において、部材と液体との間の熱交換の効率が高くなりやすい。
　本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る熱交換システムでは、前記外場付与部は、前記外場として外力を付与してもよい。加えて、前記部材は、前記外力の増大又は減少により発熱及び吸熱が生じる弾性熱量効果を示してもよい。第２態様によれば、外力の付与及び弾性熱量効果によって生じる部材と液体との間の熱交換の効率が高くなりやすい。
　本開示の第３態様において、例えば、第１態様又は第２態様に係る熱交換システムでは、前記部材の少なくとも一部は、前記第一流路に配置されていてもよい。第３態様によれば、部材と液体との間の熱交換の効率がより高くなりやすい。
　本開示の第４態様において、例えば、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様に係る熱交換システムでは、前記部材は、長手方向に沿って延びていてもよい。加えて、前記第一流路は、前記長手方向に沿って形成されていてもよい。第４態様によれば、部材の長手方向に沿って第一流路を液体が通過するので、部材と液体との間の熱交換の効率がより高くなりやすい。
　本開示の第５態様において、例えば、第１態様から第４態様のいずれか１つの態様に係る熱交換システムでは、前記部材は、複数の前記部材を含んでいてもよい。加えて、前記第一流路は、前記複数の前記部材のそれぞれに近接して形成された複数の前記第一流路を含んでいてもよい。第５態様によれば、熱交換システムにおける部材と液体との間の熱交換量が大きくなりやすい。
　本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係る熱交換システムでは、前記外場付与部は、前記複数の前記部材に対して前記外場の影響を順次付与してもよい。第６態様によれば、複数の部材の発熱及び吸熱が順次なされるので、複数の部材において、部材と液体との間の熱交換が連続的になされやすい。
　本開示の第７態様において、例えば、第１態様から第６態様のいずれか１つの態様に係る熱交換システムでは、前記外場付与部は、前記部材及び前記第一流路を回転させて、前記第一状態と前記第二状態との切換え並びに前記外場の影響の増大及び減少を生じさせる、回転機構を備えていてもよい。第７態様によれば、回転機構を用いて、第一状態と第二状態との切換え並びに外場の影響の増大及び減少が生じるので、熱交換システムの構成が簡素になりやすい。
　本開示の第８態様において、例えば、第７態様に係る熱交換システムでは、前記回転機構は、回転軸線を有する中央部と、外輪部とを備えてもよい。前記部材及び前記第一流路は、前記回転軸線に垂直な方向において、前記中央部と前記外輪部との間に配置されていてもよい。第８態様によれば、回転機構における中央部と外輪部との間に部材を配置できるので、部材を配置可能な空間が大きくなりやすく、熱交換システムにおける部材と液体との間の熱交換量が大きくなりやすい。
　本開示の第９態様において、例えば、第８態様に係る熱交換システムは、前記中央部に接して形成され、前記第一流路及び前記第二流路に接続されている、第一室を備えていてもよい。加えて、熱交換システムは、前記中央部に接して形成され、前記第一流路及び前記第三流路に接続されている、第二室を備えていてもよい。さらに、熱交換システムは、前記第一室と前記第二室とを仕切るセパレータを備えていてもよい。第９態様によれば、中央部に接するように第一室及び第二室を形成でき、熱交換システムの構成が簡素になりやすい。加えて、セパレータによって、第一熱媒と第二熱媒とが接触せず、熱交換システムにおける部材と液体との間の熱交換量が大きくなりやすい。
　本開示の第１０態様において、例えば、第８態様又は第９態様に係る熱交換システムでは、前記回転軸線は、重力方向に延びていてもよい。第１０態様によれば、第一流路の位置に関わらず、液体が第一流路を安定的に通過しやすく、部材と液体との間の熱交換の効率が高くなりやすい。
　以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。以下の実施の形態は例示に過ぎず、本開示は以下の実施の形態に限定されない。添付の図面において、Ｚ軸方向は、重力方向を示している。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１の熱交換システム１ａを模式的に示す図である。図１に示す通り、熱交換システム１ａは、部材１０と、外場付与部２０と、第一流路３１と、第二流路３２と、第三流路３３とを備えている。部材１０は、外場の影響が増大したときに発熱又は吸熱し、かつ、外場の影響が減少したときに発熱から吸熱に又は吸熱から発熱に逆転する部材である。外場付与部２０は、部材１０に対して外場の影響を付与する。第一流路３１は、部材１０に近接して形成され、部材１０と熱交換する液体を通過させる。第二流路３２は、部材１０が発熱するときに、第一流路３１に連通し、液体としての第一熱媒を通過させる流路である。第三流路３３は、部材１０が吸熱するときに、第一流路３１に連通し、液体としての第二熱媒を通過させる流路である。熱交換システム１ａにおいて、第一状態と、第二状態との切換えがなされる。第一状態は、第一流路３１と第二流路３２とが連通している状態である。第二状態は、第一流路３１と第三流路３３とが連通している状態である。
　図１に示す通り、熱交換システム１ａは、例えば、第一槽４１及び第二槽４２をさらに備えている。図１において、一点鎖線の矢印は、第一熱媒の流れを示す。第一熱媒は、第二流路３２を通過した後、第一流路３１に導かれ、第一流路３１において、発熱している部材１０との熱交換によって加熱される。次に、第一熱媒は、第一流路３１を通過して第一槽４１に導かれ、第一槽４１に貯留される。第一槽４１に貯留された第一熱媒は、第一槽４１の外部に供給され、第一槽４１の外部において放熱をなす。その後、第一熱媒は、第二流路３２に再び導かれる。
　図１において、二点鎖線の矢印は、第二熱媒の流れを示す。第二熱媒は、第三流路３３を通過した後、第一流路３１に導かれ、第一流路３１において、吸熱している部材１０との熱交換によって冷却される。次に、第二熱媒は、第一流路３１を通過して第二槽４２に導かれ、第二槽４２に貯留される。第二槽４２に貯留された第二熱媒は、第二槽４２の外部に供給され、第二槽４２の外部において吸熱をなす。その後、第二熱媒は、第三流路３３に再び導かれる。
　上記の通り、熱交換システム１ａにおいて、外場の影響により発熱する部材１０と第一流路３１を通過する第一熱媒との間の熱交換がなされ、外場の影響により吸熱する部材１０と第一流路３１を通過する第二熱媒との間の熱交換がなされる。加えて、熱交換システム１ａにおいて、第一状態と、第二状態との切換えがなされる。このため、部材１０の発熱及び部材１０の吸熱の双方において、液体である第一熱媒及び第二熱媒と部材１０との間の熱交換の効率が高くなりやすい。
　第一熱媒及び第二熱媒は、液体である限り、特定の流体に限定されない。第一熱媒及び第二熱媒のそれぞれは、例えば、水であってもよいし、油であってもよいし、不凍液であってもよい。
　外場付与部２０が部材１０に対して付与する外場は、特定種類の外場に限定されない。外場付与部２０は、例えば、部材１０に対して、外場として外力を付与する。部材１０は、例えば、外力の増大及び減少により発熱及び吸熱が生じる弾性熱量効果を示す。例えば、部材１０に作用する外力が増大したときに部材１０が発熱し、部材１０に作用する外力が減少したときに部材１０が吸熱する。
　熱交換システム１ａにおいて、外場付与部２０によって付与される外力は、例えば、引張荷重である。外場付与部２０によって付与される外力は、圧縮荷重であってもよく、せん断荷重であってもよく、曲げ荷重であってもよく、ねじり荷重であってもよい。
　部材１０が弾性熱量効果を示す場合に、部材１０をなす材料は特定の材料に限定されない。部材１０が弾性熱量効果を示す場合、部材１０は、例えば、ＮｉＴｉ、ＮｉＴｉＳｉ、ＮｉＴｉＮｂ、ＮｉＴｉＣｕ、ＮｉＴｉＰｄ、ＣｕＺｎ、ＣｕＳｎ、ＣｕＡｕＺｎ、ＣｕＡｌＮｉ、ＣｕＺｎＡｌ、ＣｕＡｌＭｎ、ＣｕＡｌＢｅ、ＡｇＣｄ、ＡｇＺｎ、ＡｕＣｄ、ＩｎＴｌ、ＦｅＮｉＣｏＴｉ、ＦｅＰｄ、ＦｅＰｔ、ＦｅＲｈ、ＮｉＦｅＧａ、及びＮｉＦｅＧａＣｏからなる群より選択される少なくとも１つを含む。例えば、部材１０がＮｉＴｉを含む場合、部材１０に作用する外力が増大したときにオーステナイト相からマルテンサイト相への相転移が生じ、発熱が生じる。一方、部材１０に作用する外力が減少したときにマルテンサイト相からオーステナイト相への相転移が生じ、吸熱が生じる。
　図１に示す通り、例えば、部材１０の少なくとも一部は、第一流路３１に配置されている。この場合、第一流路３１を通過する液体の流れが部材１０の少なくとも一部に接触するので、部材１０と液体との間の熱交換の効率がより高くなりやすい。
　部材１０の形状は、特定の形状に限定されない。部材１０は、例えば、長手方向に沿って延びている。部材１０の形状は、ワイヤであってもよく、ベルトであってもよく、他の形状であってもよい。部材１０が長手方向に沿って延びている場合、第一流路３１は、例えば、その長手方向に沿って形成されている。このような構成によれば、部材１０の長手方向に沿って第一流路３１を液体が通過するので、部材１０と液体との間の熱交換の効率がより高くなりやすい。
　図１に示す通り、熱交換システム１ａは、例えば、複数の部材１０を備えている。加えて、熱交換システム１ａは、複数の部材１０のそれぞれに近接して形成された複数の第一流路３１を備えている。このような構成によれば、熱交換システム１ａにおける部材１０と液体との間の熱交換量が大きくなりやすい。
　外場付与部２０は、例えば、複数の部材１０に対して外場の影響を順次付与する。このような構成によれば、複数の部材１０の発熱及び吸熱が順次なされるので、複数の部材１０において、部材１０と液体との間の熱交換が連続的になされやすい。例えば、複数の部材１０において、互いに異なるタイミングで部材１０に付与される外場の影響が最大になり、かつ、互いに異なるタイミングで部材１０に付与される外場の影響が最小になる。このような構成によれば、外場を付与するためにモータを使用する場合にモータの駆動トルクの変動を抑制しやすい。
　図１に示す通り、熱交換システム１ａは、例えば、回転機構２２を備えている。回転機構２２は、部材１０及び第一流路３１を回転させて、第一状態と第二状態との切換え並びに外場の影響の増大及び減少を生じさせる。このような構成によれば、熱交換システム１ａの構成が簡素になりやすい。
　回転機構２２は、例えば、中央部２２ａと、外輪部２２ｂとを備えている。中央部２２ａは、回転軸線Ａｘを有する。外輪部２２ｂは、例えば、回転軸線Ａｘに垂直な方向において中央部２２ａから離れて配置された輪状の部材である。部材１０及び第一流路３１は、回転軸線Ａｘに垂直な方向において、中央部２２ａと外輪部２２ｂとの間に配置されている。このような構成によれば、部材１０を配置可能な空間が大きくなりやすく、熱交換システム１ａにおける部材１０と液体との間の熱交換量が大きくなりやすい。
　熱交換システム１ａにおいて、複数の部材１０及び複数の第一流路３１は、例えば、回転軸線Ａｘに垂直な方向における中央部２２ａと外輪部２２ｂとの間において、放射状に配置されている。
　図２は、熱交換システム１ａを示す斜視図である。図３は、図２における平面IIIを切断面とする斜視断面図である。図４は、図３における平面IVを切断面とする斜視断面図である。図２に示す通り、回転機構２２は、例えば、モータ２２ｍをさらに備えている。回転機構２２は、モータ２２ｍの作動によって回転機構２２自体が回転し、部材１０及び第一流路３１を回転させることができる。回転機構２２は、例えば、一方向に回転する。回転機構２２は、重力方向に沿って回転機構２２を見たときに時計回りに回転する。回転機構２２の回転速度は、特定の値に限定されない。回転機構２２の回転速度は、例えば、０．５～２．０revolutions per second(rps)である。
　図３及び図４に示す通り、中央部２２ａは、例えば、シャフト２２ｓと、内輪部２２ｔとを備えている。シャフト２２ｓは、回転軸線Ａｘに沿って延びている。シャフト２２ｓは、モータ２２ｍに連結されている。内輪部２２ｔは、筒状であり、内輪部２２ｔの内側側面とシャフト２２ｓの側面とが向かい合った状態でシャフト２２ｓに取り付けられている。内輪部２２ｔの外側側面を有する部位には、第一流路３１をなす管が取り付けられている。第一流路３１をなす管は、例えば、樹脂製である。第一流路３１をなす管が樹脂であると、管の熱伝導率が低くなりやすく、第一流路３１において液体の温度が所望の温度に保たれやすい。第一流路３１をなす管は、金属製であってもよい。
　例えば、部材１０の一端は外輪部２２ｂに固定され、部材１０の他端は内輪部２２ｔに固定されている。外輪部２２ｂの軸線Ａｙは、回転軸線Ａｘに垂直な方向において回転軸線Ａｘから所定の距離だけ離れている。このため、回転機構２２の回転によって、外輪部２２ｂと、内輪部２２ｔとの間の距離が変動しうる。回転機構２２の回転において外輪部２２ｂと内輪部２２ｔとの間の距離が相対的に大きくなる回転位置では、部材１０に対して引張荷重が付与される。一方、回転機構２２の回転において外輪部２２ｂと内輪部２２ｔとの間の距離が相対的に小さくなる回転位置では、部材１０に付与される引張荷重が小さくなる。このような構成によれば、部材１０に付与される引張荷重は、短期間で急激に変化しにくく、連続的に増加し、かつ、連続的に減少する。
　第一流路３１をなす管の長さは、例えば、回転機構２２の回転における外輪部２２ｂと内輪部２２ｔとの間の距離の最小値以下に調整されている。これにより、回転機構２２の回転において、第一流路３１をなす管が外輪部２２ｂに接触しにくい。
　図１に示す通り、回転機構２２において、回転軸線Ａｘは、例えば、重力方向に延びている。このような構成よれば、第一流路３１の回転位置に関わらず、第一流路３１が延びる方向と重力方向との関係が変化しにくいので、液体が第一流路３１を安定的に通過しやすい。このため、部材１０と液体との間の熱交換の効率が高くなりやすい。
　第一流路３１は、例えば、水平に延びている。第一流路３１は、例えば、水平面に対して傾斜して延びていてもよい。この場合、第一流路３１の入口が第一流路３１の出口よりも高い位置に形成されていてもよいし、第一流路３１の入口が第一流路３１の出口よりも低い位置に形成されていてもよい。
　図１、図３、及び図４に示す通り、熱交換システム１ａは、例えば、第一室３６と、第二室３７と、セパレータ３８とを備えている。第一室３６は、中央部２２ａに接して形成され、第一流路３１及び第二流路３２に接続されている。第二室３７は、中央部２２ａに接して形成され、第一流路３１及び第三流路３３に接続されている。セパレータ３８は、第一室３６と、第二室３７とを仕切っている。このような構成によれば、熱交換システム１ａの構成が簡素になりやすい。加えて、セパレータ３８によって、第一熱媒と第二熱媒とが接触せず、熱交換システム１ａにおける部材１０と液体との間の熱交換量が大きくなりやすい。
　第一室３６は、例えば、回転機構２２の回転において、複数の第一流路３１に接続されうる。このため、第二流路３２を通過して第一室３６に導かれた第一熱媒は、複数の第一流路３１に分配されるように供給されうる。
　第二室３７は、例えば、回転機構２２の回転において、複数の第一流路３１に接続されうる。このため、第三流路３３を通過して第二室３７に導かれた第二熱媒は、複数の第一流路３１に分配されるように供給されうる。
　図３に示す通り、内輪部２２ｔは、例えば、シャフト２２ｓの周りに形成された環状の溝を有する。この環状の溝の一部がセパレータ３８によって閉塞されていることによって、第一室３６及び第二室３７が形成されている。セパレータ３８をなす材料は特定の材料に限定されない。セパレータ３８をなす材料は、例えば、樹脂である。この場合、セパレータ３８の熱伝導率が低くなりやすく、第一室３６及び第二室３７において、それぞれ、第一熱媒及び第二熱媒の温度が所望の温度に保たれやすい。セパレータ３８は、回転機構２２の回転において不動に固定されている。
　図３及び図４に示す通り、熱交換システム１ａは、カバー３９を備えている。カバー３９は、環状かつ板状の部材であり、シャフト２２ｓの周囲において内輪部２２ｔにおける環状の溝を覆っている。カバー３９には、複数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔のいずれかに第二流路３２又は第三流路３３をなす管が嵌められている。カバー３９は、回転機構２２の回転において不動に固定されている。
　図２、図３、及び図４に示す通り、熱交換システム１ａは、例えば、ステージ７１と、一対の側壁７２と、一対の梁７３と、ガイドローラ７５とを備えている。ステージ７１は、平板状である。一対の側壁７２は、互いに平行に配置された平板状の部材であり、ステージ７１の長手方向における両端から垂直に延びるようにステージ７１に固定されている。第一槽４１、第二槽４２、及び回転機構２２は、ステージ７１上に配置されている。図３及び図４に示す通り、ステージ７１は、シャフト２２ｓのための軸受を有している。一対の梁７３は、モータ２２ｍを支持している。加えて、一対の梁７３は、ガイドローラ７５を支持している。
　ガイドローラ７５は、外輪部２２ｂに接触している。これにより、ガイドローラ７５は、回転軸線Ａｘに垂直な特定方向において、外輪部２２ｂの軸線Ａｙが回転軸線Ａｘから所定の距離だけ離れているように、外輪部２２ｂの位置を調整している。
　（実施の形態２）
　例えば、熱交換システム１ａを備えたヒートポンプシステムを提供できる。図５は、実施の形態２のヒートポンプシステム５ａを模式的に示す。ヒートポンプシステム５ａは、熱交換システム１ａと、第一熱交換器２ａと、第二熱交換器２ｂと、ポンプ３ａと、ポンプ３ｂとを備えている。第一熱交換器２ａ及び第二熱交換器２ｂのそれぞれは、例えば、フィンチューブ式熱交換器として構成されている。
　ヒートポンプシステム５ａにおいて、例えば、ポンプ３ａの作動によって、熱交換システム１ａと第一熱交換器２ａとの間で第一熱媒が循環する。ポンプ３ａの作動によって、熱交換システム１ａに供給された第一熱媒は、第二流路３２、第一室３６、及び第一流路３１を通過して、第一槽４１に貯留される。第一熱媒は、第一流路３１を通過するときに発熱している部材１０によって加熱され、高温の第一熱媒が第一槽４１に貯留される。第一槽４１に貯留された第一熱媒は、ポンプ３ａの作動によって、熱交換システム１ａの外部に導かれ、第一熱交換器２ａに供給される。第一熱交換器２ａにおいて、第一熱媒は空気等の流体と熱交換し、放熱が起こる。これにより、第一熱媒の温度が低下する。第一熱交換器２ａを通過した第一熱媒は、熱交換システム１ａに再び供給される。
　ヒートポンプシステム５ａにおいて、例えば、ポンプ３ｂの作動によって、熱交換システム１ａと第二熱交換器２ｂとの間で第二熱媒が循環する。ポンプ３ｂの作動によって、熱交換システム１ａに供給された第二熱媒は、第三流路３３、第二室３７、及び第一流路３１を通過して、第二槽４２に貯留される。第二熱媒は、第一流路３１を通過することによって吸熱している部材１０によって冷却され、低温の第二熱媒が第二槽４２に貯留される。第二槽４２に貯留された第二熱媒は、ポンプ３ｂの作動によって、熱交換システム１ａの外部に導かれ、第二熱交換器２ｂに供給される。第二熱交換器２ｂにおいて、第二熱媒は空気等の流体と熱交換して、吸熱が起こる。これにより、第二熱媒の温度が上昇する。第二熱交換器２ｂを通過した第二熱媒は、熱交換システム１ａに再び供給される。
　ヒートポンプシステム５ａによれば、例えば、低温の空間から高温の空間に熱を輸送できる。このため、ヒートポンプシステム５ａは、例えば、空調に使用されうる。
　（実施の形態３）
　図６及び図７は、実施の形態３のヒートポンプシステム５ｂを模式的に示す。ヒートポンプシステム５ｂは、特に説明する部分を除き、ヒートポンプシステム５ａと同様に構成されている。ヒートポンプシステム５ａの構成要素と同一又は対応するヒートポンプシステム５ｂの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ヒートポンプシステム５ａに関する説明は技術的に矛盾しない限りヒートポンプシステム５ｂにも当てはまる。
　ヒートポンプシステム５ｂは、例えば、空調システムとして構成されている。図６は、冷房状態におけるヒートポンプシステム５ｂを示しており、図７は、暖房状態におけるヒートポンプシステム５ｂを示している。
　図６及び図７に示す通り、ヒートポンプシステム５ｂは、熱交換システム１ａと、室外熱交換器７ａと、室内熱交換器７ｂと、ポンプ８ａと、ポンプ８ｂと、四方弁９ａと、四方弁９ｂとを備えている。室外熱交換器７ａ及び室内熱交換器７ｂのそれぞれは、例えば、フィンチューブ式熱交換器として構成されている。
　図６に示す通り、冷房状態において、ポンプ８ａの作動によって、熱交換システム１ａと室外熱交換器７ａとの間で第一熱媒が循環する。ポンプ８ａの作動によって、熱交換システム１ａに供給された第一熱媒は、第二流路３２、第一室３６、及び第一流路３１を通過して、第一槽４１に貯留される。第一熱媒は、第一流路３１を通過するときに発熱している部材１０によって加熱され、高温の第一熱媒が第一槽４１に貯留される。第一槽４１に貯留された第一熱媒は、ポンプ８ａの作動によって、熱交換システム１ａの外部に導かれ、四方弁９ｂを通過して、室外熱交換器７ａに供給される。室外熱交換器７ａにおいて、第一熱媒は室外空気と熱交換し、放熱が起こる。これにより、第一熱媒の温度が低下する。室外熱交換器７ａを通過した第一熱媒は、さらに四方弁９ａを通過して、熱交換システム１ａに再び供給される。
　冷房状態において、ポンプ８ｂの作動によって、熱交換システム１ａと室内熱交換器７ｂとの間で第二熱媒が循環する。ポンプ８ｂの作動によって、熱交換システム１ａに供給された第二熱媒は、第三流路３３、第二室３７、及び第一流路３１を通過して、第二槽４２に貯留される。第二熱媒は、第一流路３１を通過するときに吸熱している部材１０によって冷却され、低温の第二熱媒が第二槽４２に貯留される。第二槽４２に貯留された第二熱媒は、ポンプ８ｂの作動によって、熱交換システム１ａの外部に導かれ、四方弁９ａを通過して、室内熱交換器７ｂに供給される。室内熱交換器７ｂにおいて、第二熱媒は室内空気と熱交換する。これにより、室内が冷房され、第二熱媒の温度が上昇する。室内熱交換器７ｂを通過した第二熱媒は、さらに四方弁９ｂを通過して、熱交換システム１ａに再び供給される。
　図７に示す通り、暖房状態において、ポンプ８ｂの作動によって、熱交換システム１ａと室内熱交換器７ｂとの間で第一熱媒が循環する。ポンプ８ｂの作動によって、熱交換システム１ａに供給された第一熱媒は、第二流路３２、第一室３６、及び第一流路３１を通過して、第一槽４１に貯留される。第一熱媒は、第一流路３１を通過するときに発熱している部材１０によって加熱され、高温の第一熱媒が第一槽４１に貯留される。第一槽４１に貯留された第一熱媒は、ポンプ８ｂの作動によって、熱交換システム１ａの外部に導かれ、四方弁９ａを通過して、室内熱交換器７ｂに供給される。室内熱交換器７ｂにおいて、第一熱媒は室内空気と熱交換する。これにより、室内が暖房され、第一熱媒の温度が低下する。室内熱交換器７ｂを通過した第一熱媒は、さらに四方弁９ｂを通過して、熱交換システム１ａに再び供給される。
　暖房状態において、ポンプ８ａの作動によって、熱交換システム１ａと室外熱交換器７ａとの間で第二熱媒が循環する。ポンプ８ａの作動によって、熱交換システム１ａに供給された第二熱媒は、第三流路３３、第二室３７、及び第一流路３１を通過して、第二槽４２に貯留される。第二熱媒は、第一流路３１を通過するときに吸熱している部材１０によって冷却され、低温の第二熱媒が第二槽４２に貯留される。第二槽４２に貯留された第二熱媒は、ポンプ８ａの作動によって、熱交換システム１ａの外部に導かれ、四方弁９ｂを通過して、室外熱交換器７ａに供給される。室外熱交換器７ａにおいて、第二熱媒は室外空気と熱交換し、吸熱が起こる。これにより、第二熱媒の温度が上昇する。室外熱交換器７ａを通過した第二熱媒は、さらに四方弁９ａを通過して、熱交換システム１ａに再び供給される。
　このように、ヒートポンプシステム５ｂによれば、室内の暖房と冷房とを切換え可能な空調を提供できる。
 

Claims (10)

  1. 　外場の影響が増大したときに発熱又は吸熱し、かつ、前記外場の影響が減少したときに前記発熱から吸熱に又は前記吸熱から発熱に逆転する部材と、
    　前記部材に対して前記外場の影響を付与する外場付与部と、
    　前記部材に近接して形成され、前記部材と熱交換する液体を通過させる第一流路と、
    　前記部材が発熱するときに、前記第一流路に連通し、前記液体としての第一熱媒を通過させる第二流路と、
    　前記部材が吸熱するときに、前記第一流路に連通し、前記液体としての第二熱媒を通過させる第三流路と、を備え、
    　前記第一流路と前記第二流路とが連通している第一状態と、前記第一流路と前記第三流路とが連通している第二状態との切換えがなされる、
    　熱交換システム。
  2. 　前記外場付与部は、前記外場として外力を付与し、
    　前記部材は、前記外力の増大又は減少により発熱及び吸熱が生じる弾性熱量効果を示す、
    　請求項１に記載の熱交換システム。
  3. 　前記部材の少なくとも一部は、前記第一流路に配置されている、請求項１に記載の熱交換システム。
  4. 　前記部材は、長手方向に沿って延びており、
    　前記第一流路は、前記長手方向に沿って形成されている、請求項１に記載の熱交換システム。
  5. 　前記部材は、複数の前記部材を含み、
    　前記第一流路は、前記複数の前記部材のそれぞれに近接して形成された複数の前記第一流路を含む、
    　請求項１に記載の熱交換システム。
  6. 　前記外場付与部は、前記複数の前記部材に対して前記外場の影響を順次付与する、請求項５に記載の熱交換システム。
  7. 　前記外場付与部は、前記部材及び前記第一流路を回転させて、前記第一状態と前記第二状態との切換え並びに前記外場の影響の増大及び減少を生じさせる、回転機構を備えた、請求項１に記載の熱交換システム。
  8. 　前記回転機構は、回転軸線を有する中央部と、外輪部とを備え、
    　前記部材及び前記第一流路は、前記回転軸線に垂直な方向において、前記中央部と前記外輪部との間に配置されている、
    　請求項７に記載の熱交換システム。
  9. 　前記中央部に接して形成され、前記第一流路及び前記第二流路に接続されている、第一室と、
    　前記中央部に接して形成され、前記第一流路及び前記第三流路に接続されている、第二室と、
    　前記第一室と前記第二室とを仕切るセパレータと、を備えた、
    　請求項８に記載の熱交換システム。
  10. 　前記回転軸線は、重力方向に延びている、請求項８に記載の熱交換システム。
     
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