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Making cold from natural rubber: a low-cost and environment friendly refrigeration alternative

研究課題

研究課題/領域番号 19K04230
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分19020:熱工学関連
研究機関東北大学

研究代表者

SEBALD GAEL  東北大学, 高等研究機構等, 客員教授 (10792161)

研究分担者 小宮 敦樹  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60371142)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードrefrigeration / rubber / elastomer / regenerative / solid-state cooling / natural rubber / Refrigeration
研究開始時の研究の概要

The objective is to develop a proof of concept solid-state refrigeration device using natural rubber (phase transition under stress). For the next generation of refrigeration systems, flexible and low-cost elastomer as caloric material and flow control for enhancing heat transfers are investigated.

研究成果の概要

本研究では,弾性熱量効果を用いた冷凍機構の開発に向けて天然ゴムに焦点をあて,材料としての利用の可能性についてその性能評価を行った.その結果,天然ゴムは他の弾性体物質に比して拡張および収縮度合いから大きな温度差を実現でき,かつ再利用が十分に可能であることを明らかにした.また,発熱体としての天然ゴムから作動流体への伝熱機構のモデル化,および実験の評価手法の確立も図り,天然ゴムの拡張/伸縮と流動の位相差と流量が伝熱機構に大きな影響を及ぼすことを明らかにした.天然ゴムの弾性熱量効果を用いることで,温度差を最大7℃まで上げることに成功し,2Wの冷却能力を証明した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

Current refrigeration systems uses refrigerant gases based on a tradeoff between environmental impact, toxicity, and performance. Alternatively, refrigeration using caloric materials may change this paradigm. Particularly, natural rubber is abundant, cheap, and environmentally friendly.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] INSA Lyon/CETHIL Laboratory(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] INSA Lyon/LGEF Laboratory(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Regenerative cooling using elastocaloric rubber: Analytical model and experiments2020

    • 著者名/発表者名
      Gael Sebald, Atsuki Komiya, Jacques Jay, Gildas Coativy, Laurent Lebrun
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 号: 9 ページ: 094903-094903

    • DOI

      10.1063/1.5132361

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Modelling of regenerative cooling using elastocaloric elastomers2021

    • 著者名/発表者名
      Gael Sebald
    • 学会等名
      Eurotherm Seminar #115 CALORIC HEATING AND COOLING
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Fluid Flow on Heat Transfer in Elastocaloric Cooling Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Way Sze Xuen
    • 学会等名
      32nd International Symposium on Transport Phenomena
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Elastocaloric Cooling Using Natural Rubber: Material Properties, Heat Transfer and Heat Losses Effects on Proof of Concept Performances2021

    • 著者名/発表者名
      Gael Sebald
    • 学会等名
      18th International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Elastocaloric Effect in Polymers2019

    • 著者名/発表者名
      Gael Sebald
    • 学会等名
      Sixteenth International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Main key points for developing environmental friendly solid state cooling system based on the elastocaloric effect in rubber2019

    • 著者名/発表者名
      Gael Sebald
    • 学会等名
      2020 European Materials Research Society (E-MRS) Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] REGENERATOR OF TEMPERATURE, HEAT PUMP INCLUDING SUCH A REGENERATOR AND METHOD OF IMPLEMENTING THEREOF2022

    • 発明者名
      Gael Sebald, Atsuki Komiya
    • 権利者名
      東北大学, CNRS, INSA Lyon
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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