室温磁気冷凍システムにおける熱交換器の最適形状化に関する研究

摘要

冷凍空調機器のノンフロン化を実現するため，磁性材料の持つ磁気熱量効果を利用した室温磁気冷凍機の研究が行われている．先行研究より，磁気再生機（Active Magnetic Regenerator; AMR）内にキュリー温度の異なる複数の磁性材料を階層状に充填することによって，磁気冷凍機の最大温度スパンが拡大することが明らかとされている，本研究は，磁気冷凍システムを構成する要素機器のうち，冷却側の熱交換器に注目した．Fig.1のように冷却室内の空気とAMRから流出する低温の水が熱交換する熱交換器を設計し，その性能について考察する．室温磁気冷凍機を運転するとき，1Tの磁場変化でAMR内の磁性材料の断熱温度変化量は約2Kである．もし，AMRから流出した水が冷却側の熱交換器内を流れ再びAMRに入るとき，その温度がAMRを出たときより2Kより高くなりすぎると，AMR内の温度分布が定常に保てなくなる可能性がある．すなわち，AMRと熱交換器内を出入りする水の温度差が2K以下となるような熱交換器が必要となる．また，実際に磁気冷凍システムに熱交換器を用いる場合は，水を循環させるためのポンプと熱交換器に送風するためのファンと永久磁石を駆動させるためのモーターの動力を熱交換器の冷凍能力から引いて得られる正味の冷凍能力を考える必要がある．