概念実証：熱電冷却式の母豚用冷却マット

温暖化する世界で母豚を快適に保つ

夏がより暑くなるにつれて、妊娠中や哺乳中の母豚（母豚）は牛舎内で体温を下げるのに苦労します。母豚が過熱すると摂食量が減り、乳量が落ち、子豚の成長が遅れたり死亡したりします。既存の施設に冷水配管を導入して牛舎全体を冷却するのは費用と手間がかかり、特に古い建物では難しいことが多いです。本研究はより単純な発想を探ります：母豚が横たわることで体熱を奪う自己完結型の冷却マットで、電子機器冷却にも使われる小型の固体素子（熱電モジュール）を用いて体熱を引き出す設計です。

単純な発想：牛舎全体ではなく床を冷やす

人間と違って豚は発汗が不得手で、近代的な大型母豚は大量の熱を生みます。彼らは大部分の時間を横になって子豚に授乳するため、床が体熱を取り除く自然な場所になります。これまでの研究では水冷の金属プレートが効果を示していましたが、これらは牛舎全体に冷水を配管する必要があります。著者らは新しい配管を必要とせず既存の寝床にそのまま置ける独立型の母豚用冷却マットを製作することを目指しました。設計は、母豚が横たわる金属の踏面の下で水を循環させ、その水を放熱器とファンに取り付けたコンパクトな熱電デバイス（ペルチェ素子）で冷却する仕組みです。

新しい冷却マットの構築と試験方法

チームはまず、暖かい分娩室でゴムマットに横たわる母豚をサーモカメラで撮影し、床を最も加熱する体の部位を特定しました。腹部中部と乳房領域が最も熱いことが分かり、アルミニウム製マットはその部分を狙うサイズと位置に設計されました。テクスチャ付きの金属表面の下には複数回路で水を通すアルミ管があり、この水は寝床の側面に取り付けられたコンパクトな冷却ユニットへ流れます。ユニット内部ではペルチェ素子が水と接する冷たい金属板から熱を引き取り、フィン付きヒートシンクへ送り、ファンが温まった空気を室内に吹き出します。システムが局所的であるため、牛舎全体を冷やす必要なく母豚を直接冷却できます。

熱ストレス下の実際の牛舎での試験

研究者らは分娩室で小規模な試験を2回実施しました。各試験で冷却マットを設置した母豚1頭と、近くに置いたマットのない母豚1頭を対照として使用しました。両試験ともに、マットは暑い天候時に稼働し、気温と水流は継続的に記録されました。マットは約366～395ワットの熱を、約110ワットの電力で除去し、性能係数は一部の従来の水冷床面システムと同等かそれ以上でした。母豚の熱生産に関する典型的な仮定の下では、260キログラムの母豚が生み出す熱の大部分を除去できる可能性があります。いくつかの兆候は有望で、ある試験では冷却された母豚の体重維持が良く、子豚の離乳時の平均体重が高かったという結果が出ました。しかし各処置に母豚が1頭ずつしかいなかったため、体温、呼吸数、摂食量の差を利益の確証と解釈することはできません。

詳細を探るための制御チャンバー試験

マットの挙動を牛舎の複雑さから切り離して理解するため、チームはそれを暑く湿った夏の条件に設定した気候制御チャンバーに移動させました。生体の代わりに電気加熱パッド2枚を用いて母豚の体熱を模擬しました。2つのシナリオを実行しました：マット底面をチャンバーの空気にさらした場合と、底面を断熱した場合です。いずれの場合も冷却ユニットを稼働させると、マット表面温度と水温は急速に低下しました。底面を断熱した場合、室内へ熱が漏れにくいため、マット表面は断熱なしの約5℃に対して約12℃も低下しました。これらのチャンバー試験での総熱除去量は、人工熱源が実際の母豚より小さかったため、牛舎での値より小さくなりました。

農家と動物にとっての意味

この概念実証研究は、独立型の熱電冷却マットが母豚の体と床が接触する領域からかなりの熱を取り除けること、比較的少ない電力で動き、冷水配管を必要としないことを示しています。マットの冷却性能はより複雑な冷水プレートと同程度の範囲に入り、既存の寝床に容易にフィットします。初期の兆候は、母豚の体調維持や子豚の成長支援に寄与する可能性を示唆しますが、動物福祉に関する結果は依然として混在しており、対象頭数が少なすぎて決定的ではありません。著者らは、この技術が母豚の快適性、生産性、子豚の成績を安定的に改善できるかを確認するために、より大規模で再現性のある現地試験が必要であり、実用化のために設計をモデル化して精緻化することを結論づけています。

引用: Pan, J., Shah, S.B., Leonard, S.M. et al. Proof-of-concept thermoelectrically cooled sow-cooling mat. Sci Rep 16, 11821 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42237-0

キーワード: 母豚冷却, 熱ストレス, 熱電マット, 豚の福祉, 納屋の気候管理