磁気冷却技術の概要
今回は、磁石の力で冷やす冷蔵庫について紹介したいと思います。
サイエンスポットは最新の科学技術にスポットライトを当てるポッドキャストです。
ホストはサイエントークのレンです。
ということで、今週は冷蔵庫についてひたすら語るというスペシャルウィークをお届けしております。
ついに、今回は最新の技術、磁気冷却についてちょっと紹介してみたいなと思います。
こちらはリスナーさんから紹介していただいて、僕もなんとなく知ってはいたんですけど、改めてちょっとちゃんと見てみたなというトピックですね。
この冷蔵庫に関して前回と前々回ですかね。
冷蔵庫の歴史と、あとはその冷媒の変遷というものをちょっと説明してまして。
フロンみたいな、結構僕たちには無害なんですけど、地球にとっては害あるよねっていうものを結構今まで歴史上冷蔵庫に使っちゃってました。
じゃあこれからどうするのっていう段階の話をしていて、そのうちの打ち手になるかもしれないっていうのがこの磁気冷却ですね。
一応従来の冷却システムで使われているもの、ハイドロクローローカーボン、HFCという冷媒に依存したシステムですね。
これなんですけど、たった1kgのHFCの冷媒が100年間で二酸化炭素の数千倍の熱を大気中に閉じ込める可能性があるっていう、
温暖化させる指標みたいなのがあって、それがむちゃくちゃ高いのがこのHFCですよっていうのがまずあります。
あとはこの冷却っていうもの自体が世界のエネルギー使用量の結構な部分を占めているので、世界中に冷蔵庫っていっぱいありますしね。
その消費電力がものすごい炭素排出量につながってますよとか、結構環境の面から言われてるんですよね。
で、今このHFCっていうのは段階的に廃止をしていってますよっていうのが現在の世界の状況なんですけど、
じゃあこの冷媒をそもそも使わないっていうのがこれ画期的なポイントですね。
で、磁気冷却っていうのはじゃあどういうことなのかっていうことなんですけど、これで使われているのが磁気熱量効果っていうやつですね。
ちょっと単語とか一応ちゃんとした内容にしたいので、単語は難しくても紹介していきたいなと思うんですけど、
本当に簡単に言うと特定の材料が磁場をかけられると発熱して、それが取り除かれると冷えますよっていう現象。
これが磁気熱量効果っていうやつです。
これちょっと本当に想像してみてほしいんですけども、例えば冷却するためのまず材料があるとします。
これ個体で考えてもらえばいいかなと思っていて、
その中にそれは原子でできていて、その原子一つ一つが小さい磁石でできているっていうふうにまず考えてみますと。
普段はすごいもうバラバラの磁気向きを向いている材料ですと。
だから全体としてS極、N極ってピシッと決まっているものじゃなくて、
もうS極とN極がバラバラなものが一個のものにいっぱい入っていると想像してみてください。
そこに強力な磁場を与えると、これらの小さい原子みたいな磁石はもう軍隊が整列するみたいにピシッと一方向にまず向きが揃いますね。
これすごい秩序だった状態になるっていう過程。
まずこれになるっていうのでエネルギーが熱として放出されます。
だからピシッと強付けってなったら熱くなると。
この後に強付けした状態から磁場を取り除きます。
そうすると今度はこの整列してた磁石たちはだんだん元のランダムな状態に戻ろうとしていくんですよね、自然と。
そうなると熱をどんどん吸収して溜め込んでいくっていう、そういった動きが見られる。
なので周囲が冷えていくっていう、こういう効果がまず知られています。
これどうやって使うのかっていうと、すごく単純で、
環境への影響とエネルギー効率
じゃあ磁石が磁場になっているところに出し入れするサイクルをうまくやればいいよねっていうことになるんですね。
でも磁場をかけたり離したりっていう、熱くなったり冷たくなったりっていうところを水みたいな流体を循環させると、
ある部分では冷えたときにこの水の熱を吸収します。
その熱をまた別の場所で放出するっていう仕組みができるんですね。
これでサイクルができますと。
だからどんどんどんどん熱を奪っていくっていうのができるっていう感じの中ですね。
しかもこれ別に水とかでできたりするんで、熱を移動させたりするものが。
普通のこういう変な物質使わなくていいっていう。
一応この初期の材料としてガドリニウムとか合金とかいろんな金属でやられてるんですけど、
最近だと結構別に貴重じゃないようなマンガン系合金とか、
そういった合金が費用対効果高いよねっていうのがわかってきたり。
まだこれ完成完全にしてるわけではないっぽいんですけど、
この温度の効率っていうものを高める、今材料とかを結構研究してるっていう段階ですね。
しかもガスとかも使わないので、本当に個体材料ですね。
必要なものとしては。
それがすごいいいポイントで、
あとは従来のものだとガス圧縮したり膨張したりっていうものが必要だったりするんですけども、
これはおそらくいらないと。
なので冷却のためのエネルギー消費率、
だからガス圧縮膨張に伴うエネルギー損失っていうのがないので、
もっと直接的に冷やせるので、
30%くらいエネルギー消費率を削減できるんじゃないっていうことが、
一応この磁気冷却には期待されているらしいですね。
あとは冷蔵庫とかエアコンとかも、
結構空気圧縮したりとか、
冷媒をすごいガンガン回したりとかするんで、
音したりすると思います。
あと振動も結構すると思うんですけど、
この磁気冷却はものすごい静かで振動も少ないんじゃないかっていうのが特徴として言われています。
これはすごい素晴らしいですよね。
未来の展望と期待
僕がこうやって音でマイクで収録しているときも静かになってくれた方が嬉しいんで、
というかそもそも音ない方がいいと思うんで、
すごくいいなというふうに思いましたね。
しかも危ない物質の漏洩とかのリスクも全然ないということなんで、
多分今まで冷蔵庫とかそういう冷却で使われている医療の分野とか産業用のコールドチェーンとかも、
全部おそらくこのシステムができたら対応できると思いますし、
あとは産業化できるかどうかっていうところはありますよね。
実験室でのいろんな試作品でかなり冷却効率が上がってきているらしいんですけど、
そこから一気に工業的にいろんな冷蔵庫に使われるっていうのはまた、
向上的に難しいとかもあるかもしれないですし、
まだあと数年かかるとは言われています。
でも結構近い未来、時期冷却の冷蔵庫出るんじゃないかと言われてますね。
なので多分僕たちも普通に目にするようになるんじゃないかなという技術で、
しかも結構日本の研究者が頑張って開発に携わっているというところで、
これは非常に期待できるなと思っています。
前回までの話で冷媒が結構いろんな問題あるよっていうところから、
やっぱりこの磁石で解決するっていうのは非常にいいアイディアだし、
確かにそういう環境の問題の打ち手としては素晴らしいですよね。
っていうのはこれちょっと調べてて思いましたね。
こういう分野にもっと投資とか進んだらいいのになとかめっちゃ思いますけどね。
多分冷却って医療とかちらっと言いましたけど、
あと航空分野とか宇宙分野とかでもいろいろ使い道いっぱいあると思うんで、
すでに結構投資されてるかもしれないですけど、ちょっとそこら辺は調べてないですけど、
もっともっとこれ加速できたらめっちゃいいのになというふうには思いましたね。
どういうふうに思ったか是非是非また感想とかも聞かせてもらえると嬉しいなと思っております。
ちょっと今日は最新の時期冷却のお話をちらっと触れましたけども、
あと明日、あさってもちょっとまた別のタイプの冷却方法について調べてみたのがあるので、
ちょっとそれもぜひ聞いてもらいたいなと思います。
ということで今回は以上です。
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それではまた。
