ゴム伸缩时の弾性热量効果を利用した冷却机构の高効率化に成功 フロンを代替する环境にやさしい空调の実现に期待

ゴム伸缩时の弾性热量効果を利用した冷却机构の高効率化に成功　フロンを代替する环境にやさしい空调の実现に期待

2023年1月24日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇流体科学研究所　教授　小宮敦樹

【発表のポイント】

天然ゴムなどに代表される弾性体が持つ「弾性热量効果^*1」を利用した冷却机构の性能を定量的に评価しました。
ゴムの弾性热量効果による冷却机构は、フロン^＊２を用いたこれまでの冷却机构が持つ成绩係数に劣らない値を有していることを明らかにしました。
提案した冷却机构は出力向上が期待でき、冷房?冷却机器としての社会実装が期待できます。

【概要】

地球环境を考えなければならない今日、フロン冷媒などに代表される地球温暖化係数の高い温室効果ガスや二酸化炭素を用いた冷却を代替する冷却机构の実现が强く望まれています。このような背景の中、磁性体や弾性体といったカロリック材料^＊３と呼ばれる物质に注目が集まっており、それらを利用した新たな冷却机构の开発が活発に行われています。

东北大学流体科学研究所のGiulia Lombardi研究員（日本学術振興会外国人特別研究員）、フランス国立応用科学院リヨン校（INSA Lyon）のGael Sebald教授、Jacques Jay教授、Laurent Lebrun教授、Gildas Coativy研究員および流体科学研究所の小宮敦樹教授らの研究グループは、天然ゴムなどの弾性体伸縮時の発熱?吸熱現象（弾性熱量効果）に着目し、この現象を用いて高温領域と低温領域を作り出すことにより、冷却機構の高効率化に成功しました。また、性能の向上についても検討を行い、弾性体の配置を最適化し、その熱量効果を有効に利用することで、成績係数（COP）^*４が6以上となることを明らかにしました。フロンを利用した冷却机构の代替としての新たな冷却机构の実现が期待されます。

本研究成果は、2023年1月6日に国際的な学術出版大手の応用熱工学専門誌「Applied Thermal Engineering」にオンライン掲載されました。

図1：弾性热量効果によるゴムの冷却性能　
(A)流体を介して熱移動させた際の高温側と低温側の温度 (B)ゴム伸縮実験装置の写真 (C)伸縮開始後50秒後のゴム表面の温度分布 (D)伸縮開始後4000秒後のゴム表面の温度分布 (E)低温側に熱量を加えることで弾性熱量効果の性能を評価 (F)冷却性能，機械損失および成績係数と温度差の関係

【用语解説】

*1　弾性热量効果
弾性体の形状が急激に変形する际に、変形前后のエントロヒ?ーの差に相当する発热や吸热か?起こる効果。

*2　フロン
フルオロカーボン（フッ素と炭素の化合物）の総称。エアコン、冷蔵?冷冻库の冷媒や、建物の断热材、スプレーの喷射剤などに活用されてきた。しかしオゾン层の破壊と地球温暖化など地球环境への影响が明らかになった。日本の法律では、オゾン层破壊に大きく影响する颁贵颁（クロロフルオロカーボン）や贬颁贵颁（ハイドロクロロフルオロカーボン）を「特定フロン」とし、破壊しない贬贵颁（ハイドロフルオロカーボン）を「代替フロンとして、贬贵颁などへの転换を进めてきた。しかし贬贵颁は二酸化炭素をはるかに上回る温室効果がある。地球温暖化の防止のためフロンの排出を抑制するとともに、ノンフロンや温室効果の低い物质にしていくことが重要となっている。

*3　カロリック材料
磁场や电场、圧力场や応力场といった周囲の场の环境が変わる际に、断热条件下で大きな温度変化を生じる物质の総称。

*4　成绩係数（颁翱笔）
エアコンやヒートポンプなどの効率を表す指标で、机器の消费电力に対する得られる热量で定义される係数。

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