Realization of high-efficiency and environment friendly cooling device using elastocaloric effect

本研究では，弾性熱量効果を用いたエネルギーの有効利用が可能な冷却機器の実現を目指すことを目的としている．研究2年目の本年度は，弾性体と作動流体間の熱交換システム伝熱モデルを構築し，マルチチューブにおける弾性熱量効果実験をパラメトリックに行った．具体的なパラメータとしては，弾性体伸長率，弾性体の伸縮周期，応力負荷量，作動流体の流速，流体使用率，周囲温度および弾性体の並列本数である．また，並行して弾性体の耐性試験も実施した．熱交換システムの伝熱モデルに関しては，研究初年度に「弾性体」と「作動流体」を評価し，本年度は評価した内容から弾性体はラテックス（天然ゴム）の物性を用い，また作動流体は「水」を用いることとした．これは水の熱容量が他の作動流体に比して大きく，本研究で提案する熱交換系では効率的な熱の輸送が可能となるからである．これらの素材を用いて伝熱モデルを構築し，モデルによる数値シミュレーションの結果，弾性体の伸長率は4-6倍程度，伸縮周期は0.1Hz，また作動流体の使用率は100%，つまり初期の内包流体を全て用いることで最大の効率を得られることが明らかとなった．この運転条件を基に，シングルおよびマルチチューブでの性能実験を実施した．性能評価には2つの熱交換器を用い，高温側および低温側に運ばれてくる流体温度の差から効率を算出した．その結果，提案した運転条件による試験では，1.5W程度（1kgの弾性体を用いた場合は、140W/kg）の出力が期待できることが分かった．これを成績係数に置き換えると5程度となり，現行の冷凍機器とほぼ同等の性能を示すことが実験的に明らかとなった．本研究成果は国際学術雑誌Applied Thermal Engineeringに掲載され、同時に国内およびフランス国においてプレスリリースを行った．次年度以降は，更なる効率向上の運転条件を検討していく．

本研究では，弾性熱量効果を用いたエネルギーの有効利用が可能な冷却機器の実現を目指すことを目的としている．研究2年目の本年度は，弾性体と作動流体間の熱交換システム伝熱モデルを構築し，マルチチューブにおける弾性熱量効果実験をパラメトリックに行った．具体的なパラメータとしては，弾性体伸長率，弾性体の伸縮周期，応力負荷量，作動流体の流速，流体使用率，周囲温度および弾性体の並列本数である．また，並行して弾性体の耐性試験も実施した．熱交換システムの伝熱モデルに関しては，研究初年度に「弾性体」と「作動流体」を評価し，本年度は評価した内容から弾性体はラテックス（天然ゴム）の物性を用い，また作動流体は「水」を用いることとした．これは水の熱容量が他の作動流体に比して大きく，本研究で提案する熱交換系では効率的な熱の輸送が可能となるからである．これらの素材を用いて伝熱モデルを構築し，モデルによる数値シミュレーションの結果，弾性体の伸長率は4-6倍程度，伸縮周期は0.1Hz，また作動流体の使用率は100%，つまり初期の内包流体を全て用いることで最大の効率を得られることが明らかとなった．この運転条件を基に，シングルおよびマルチチューブでの性能実験を実施した．性能評価には2つの熱交換器を用い，高温側および低温側に運ばれてくる流体温度の差から効率を算出した．その結果，提案した運転条件による試験では，1.5W程度（1kgの弾性体を用いた場合は、140W/kg）の出力が期待できることが分かった．これを成績係数に置き換えると5程度となり，現行の冷凍機器とほぼ同等の性能を示すことが実験的に明らかとなった．本研究成果は国際学術雑誌Applied Thermal Engineeringに掲載され、同時に国内およびフランス国においてプレスリリースを行った．次年度以降は，更なる効率向上の運転条件を検討していく．