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ナノの孔をもつスポンジを利用した 自然冷媒で動作する高効率ヒートポンプを提案 ~ナノ空間の変形による気液相転移を利用~

研究成果のポイント

  • 柔軟に変形するナノ多孔体「ナノスポンジ」を利用することで、エネルギー効率の高い気液相転移を実現しました。
  • 気液相転移に伴い発生する潜熱を利用することで、エネルギー効率の高いヒートポンプを構築できます。
  • 従来のヒートポンプとは異なり、自然冷媒を利用してもシステムが巨大化しない利点があります。
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    概要

     東北大学の野村啓太助教、山本雅納助教、我部篤助教、西原洋知准教授、京谷隆教授、日産自動車株式会社、信州大学の田中秀樹教授、京都大学の宮原稔教授、岡山大学の仁科勇太研究教授らの研究グループは、自然冷媒を用いた新しいヒートポンプの原理を提案しました。現在のヒートポンプには代替フロンが冷媒として使用されています。代替フロンの地球温暖化係数は二酸化炭素に比べて約千倍と非常に大きく、環境に優しい自然冷媒への切り替えが急務となっています。本研究では、柔軟に変形するナノ多孔体「ナノスポンジ」に、液体状態の冷媒を含ませてから押し付けて変形させると、冷媒が蒸発して気体となって放出され、気化熱によって冷却が可能であることを見出しました。反対にナノスポンジを復元させると、気体が液体となって取り込まれ発熱します。従来とは異なり、応力による気液相転移を利用するため、冷媒には水やアルコールなどの環境に優しい物質を利用可能です。ナノスポンジは何度でも繰り返し冷媒を取り込み、放出することができる上に、ナノスポンジを押し付けるために必要な動力はそれほど大きくないため、エネルギー効率の高いヒートポンプの設計が可能となります。ヒートポンプは空調や冷蔵庫など現代社会に欠かせない機器であり、今回の発見は大きな波及効果が期待できます。
     本成果は、2019年6月17日(英国時間)にNature Communications誌にてオンライン公開されました。
    プレスリリース本文(PDF)
     
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    図:普通のスポンジとナノスポンジを変形させたときの挙動の違い

    論文情報:
    “Force-driven reversible liquid–gas phase transition mediated by elastic nanosponges”
    Keita Nomura, Hirotomo Nishihara, Masanori Yamamoto, Atsushi Gabe, Masashi Ito, Masanobu Uchimura, Yuta Nishina, Hideki Tanaka, Minoru T. Miyahara & Takashi Kyotani
    Nature Communications 10, Article number: 2559 (2019)
    DOI:10.1038/s41467-019-10511-7
     
    関連リンク:
    東北大学
    信州大学
    岡山大学

    問い合わせ先

    (研究に関すること)
    東北大学 多元物質科学研究所 
    准教授 西原 洋知(にしはら ひろとも)
    電話:022-217-5627
    E-mail:hirotomo.nishihara.b1*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

    (報道に関すること)
    東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
    電話:022-217-5198
    E-mail:press.tagen*grp.tohoku.ac.jp (*を@に置き換えてください)

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    Research Category