車両用空調向け磁気ヒートポンプシステムの開発
１．磁気ヒートポンプの特徴
磁気ヒートポンプとは、ある種の磁性体に磁場変化を与えた場合に、磁性体内部でエントロピー変化が生じる「磁気熱量効果」を利用した新しい冷凍方式です。
磁気ヒートポンプは、フロンや代替フロンガスを用いる蒸気圧縮式サイクルと比較して次のような特徴を持っています。
・オゾン層破壊や温暖化に関わる物質を用いないため、環境にやさしい。
・可燃性のイソブタンや高圧のCO2などを用いず、安全である。
・エントロピー密度が高いため、高効率化が可能であるとともに装置がコンパクトにできる。
・コンプレッサーを用いないため、振動、騒音が少ない。
２．kW級磁気ヒートポンプシステム
kW級の冷凍能力を実証するため、鉄道総研で開発した円環状ハルバッハ配列永久磁石を組み込み、磁性体としてガドリニウム合金を搭載した磁気ヒートポンプを開発しました（図1）。室温における冷凍能力試験では、当初の目標(1kW)を超える1.4kWを達成しました（図2）。
今回の成果により、磁気熱量効果を用いた磁気ヒートポンプ技術の、大型冷凍・冷房装置への適用可能性を示しました。今後は、さらに冷凍性能と効率の向上を図り、小型化・軽量化を進めることで鉄道車両空調への応用を目指します。
本研究の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の省エネルギー革新技術開発事業の委託を受けて実施しました。
