中部電力、永久磁石の回転で温度を下げる磁気冷凍システムを開発

　中部電力は、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)から受託している「ノンフロン型省エネ冷凍空調システム開発」の一環として、永久磁石を回転させて温度を下げる磁気冷凍システムで、従来の9倍に相当する世界最高の冷凍能力540Wを18倍の電力効率で達成した。中部電力は平成12年に磁界変化を利用した冷凍システムの開発に世界で初めて成功し、東京工業大学大学院総合理工学研究科、北海道大学大学院工学研究科、九州大学大学院理学研究院物理学部門と共同して、冷凍機の性能向上に取り組んできた。平成12年度には超電導磁石の強い磁界で摂氏20度から0度まで冷却したが、平成15年には永久磁石の弱い磁場でも磁石を回転させることによりマイナス1度まで冷却できるシステムを開発した。
　磁気冷凍は、磁性体に磁界を与えると発熱し、磁界を取り去ると温度が下がる現象を利用している。今回開発した装置では、永久磁石をV字型に配置して磁界の反発力を高め、磁界の強さを従来の1.4倍以上の1.1テスラに向上した。また、水とアルコールの冷媒を使う熱交換器の配管を太く短くして流速を従来の3倍にし、冷凍能力を高めながらポンプの動力を低減した。さらに、磁石を回転させる外筒部の鉄ヨークを輪切りにして絶縁体を挟み込む構造にして過電流による発熱を低減し、磁気抵抗力を最適化することによりモーターの動力も低減させた。
　これらの改良により、新しい磁気冷凍システムは平成15年度の冷凍能力60Wの9倍の540Wを達成し、省エネの目安となる運転成績係数を平成15年度の0.1から1.8に引き上げた。運転成績係数は、冷凍能力／消費電力の値で、値が大きいほど省エネになる。中部電力は、今回の開発で産業用冷凍庫やエアコンに活用できるレベルに達したとし、今後は早期の実用化に向けた取り組みを進める。

磁気冷凍システム構成と動作フロー

室温磁気冷凍システムの外観