研究の概要

産業・建物冷却の脱炭素化において、電力消費型の冷凍機（コンプレッサー）に代わる「固体冷却技術」は重要な研究領域である。本研究は、形状記憶合金（SMA：Shape Memory Alloy）を活用した弾熱カロリック冷却（elastocaloric cooling）システムを提案し、低品質廃熱（プロセス排熱など）を熱機械変換で固体冷却の駆動力に転換する手法を実証した。

主な発見・成果

  • 電力最小化の固体冷却：廃熱を力学的エネルギーに変換し、その力でSMAの相転移を駆動して冷却効果を得る
  • 補完的SMAペアの活用：2種類の形状記憶合金を組み合わせ、連続的な熱→機械→冷却変換を実現
  • フロン・アンモニア不使用：従来冷媒を一切使わない固体システムで、GWP（地球温暖化係数）ゼロ
  • 低品質熱源での動作：100〜150℃程度の低温廃熱で動作可能で、工場・データセンターの余剰熱を活用

実務への応用

製造業・食品工業・データセンターなど冷却電力が大きい施設のGX担当者に直接関連：

  • 冷却系統の電力削減：空調・冷蔵の電力消費（Scope 2の大きな比率を占める）を廃熱活用で代替
  • フロン系冷媒の将来規制対応：HFCsの規制強化トレンドに対して、完全固体・無冷媒システムへの移行パスとして把握
  • 工場廃熱の有価化：未利用廃熱（これまでは大気放熱）を冷却ユーティリティに変換するエネルギーカスケード設計