安全対策を必要としない冷媒充塡量の安全係数の検討を行った．建築図面上の誤差，内装品体積による漏えい空間体積の減少，漏えい時濃度解析により求めた冷媒濃度分布に伴う濃度偏在などの影響要因を詳細に検討した．床置機以外であって圧縮機を搭載しない室内機において，分子量がR 32 以上の微燃性冷媒では本論にて検討した影響因子の範囲内において，安全係数を2 として冷媒充塡量を決めた場合でも，着火事故の原因となり得る程の有意な大きさを有する可燃域は形成されなかった．

本研究では，矩形管の水力直径が0.84 mm の水平微細流路ガラス管内を流れるR 134a の流動様相の観察を高速度カメラを用いて行った．観察はまず無振動かつ断熱条件で行い，既存研究で提案された流動様式線図の適用性を検証した結果，観察結果と良好な一致を示した．さらに観察部を一様加熱した状態で鉛直方向の振動を印加して，管内の液膜の状態が振動によって大きく変化すると考えられる，スラグ流と層状流に対し，流動様相に及ぼす振動の影響を検討した．スラグ流域では矩形管の角部から管内壁面中央部の乾き面へ，層状流域では液が流れている管底部以外の管内のほぼ全面に形成される乾き面へ，それぞれ液を供給する様子が確認できた．さらに，層状流域ではある一定の振動条件下で，流動様式が環状流に遷移する様子が観察された．このため，振動はCHF やドライアウトクオリティの向上に良い影響を与えていることがわかった．また，乾き面への液の供給現象を定量的に評価するため，振動の最大加速度を用いて整理した．

磁気ヒートポンプの冷媒となる磁気熱量効果材料には，磁気相転移時に潜熱を持たない2次相転移材料が使われてきたが，システム特性向上の観点から磁気相転移時に潜熱を持ち，大きな吸発熱が見込める1次相転移材料を利用することが期待されている．1次相転移材料は単独では動作温度範囲が狭いため，複数の材料を階層構造化することにより温度差拡大をねらう方法が検討されている．本研究では，1次相転移材料を磁気冷媒とした磁気ヒートポンプシステムの特性について，材料階層化の最適化に関し検討を行った．磁気熱量効果材料には，著者らの研究グループで新たに開発した，キュリー温度が数ケルビン刻みで制御されたマンガン系化合物を用い，それらを階層構造化した磁気再生器（Active Magnetic Regenerator; AMR）を構築した．これらのAMR特性を評価した結果，階層化の材料の数によって冷凍特性は変化し，最大温度スパンを生成するのに最適な階層数が存在することが示唆された.

本研究では潜熱蓄熱物質を内包したマイクロカプセルと水を混合させたマイクロカプセルスラリーを用いて, 強制対流と自然対流が共存する複合対流の熱伝達特性を検討した. 矩形断面流路の上面加熱条件の場合, 相変化による潜熱の影響により平均熱伝達率がやや増加した. 一方, 下面加熱条件の場合, 相変化により上流側の局所熱伝達率が増加した. また, 下面加熱条件では修正レイノルズ数の増加にかかわらず平均ヌセルト数はほぼ一定値を示し, 本実験条件での複合対流では自然対流による影響が強いことが示された. さらに, 相変化によって密度が低下したことでレイリー数が増加し, それに伴い平均ヌセルト数がやや増加しており, 相変化による潜熱の影響に比べて, マイクロカプセルスラリーの密度差により自然対流熱伝達が促進されることが明らかになった.

微細流路内の伝熱特性把握を目的として，気液二相流数値解析を行った．数値解析は主に低乾き度域での流動様式であるスラグ流を対象とし，水-空気および冷媒R32 を作動流体とした．本研究では，微細流路内の沸騰伝熱で支配的な管壁と気体プラグ間の液膜蒸発熱伝達の解析に向けて，界面捕捉法のひとつであるVOF 法を用いて気体プラグと流路壁面との間の液膜厚さを解析し，文献および実験結果と比較した．その結果，スラグ流において数値解析により求めた液膜は良好に実験結果を再現した．また，解析により求めた液膜厚さと既存の沸騰熱伝達の整理式を組み合わせることにより，複雑な相変化現象を直接解析することなく，熱伝達率を予測できる見通しを得た．

電子機器除熱用サーモサイフォンの性能向上には，面積が限られる沸騰伝熱面の高性能化が重要な設計因子である．本実験では，フィン加工，ならびにLISS 加工（レーザーによる表面性状制御）を施した銅製沸騰伝熱面を用いた場合の，R1234ze(E)を作動流体とするサーモサイフォンの除熱性能を測定し，その効果を評価した．これらの加工を施した沸騰面を用いることで，1.4 mm 角のCPU からの投入熱流束約1350 kWm^-2 まで，CPU 表面温度を80 °C 以下に抑えられることを示した．R1234ze(E)の有効キャビティ径が数m のオーダーであることから，LISS 加工面が特に核沸騰発達域で高い熱流束を達成し得るが，加熱履歴の影響が顕れることを確認した．

熱交換器の着霜対策は，冷凍空調機器の効率改善のための重要な課題となっている．本研究では，主流空気温度が-45～-5 ℃の強制対流下において，平板の冷却面に着霜を生じさせた後，空気を流しながら，融点未満の温度で霜の付着面である冷却面をステップ状に昇温させると，昇華現象を利用して冷却面近傍の霜を表面に移動させることができ，付着力の低減により霜を剥離させることが可能であることを見出した．また，空気温度と湿度，着霜時間により，霜層の剥離が起こる場合と昇華だけが起こる場合があり，その境界条件を実験により明らかにした．本現象は，冷凍庫等のエアクーラーの着霜を，効率良く除去できる新たなデフロスト方式として応用が期待できる技術である．

本研究では，コンパクト性を極めた熱交換器（'Innovative Smart Channel' Heat Exchanger (ISC_HEX) ）の流動性能と凝縮性能を調べ，その特性を明らかにするとともに，Air To Water Heat Pump (ATW)用水－冷媒用ISC_HEX を開発した．ISC_HEX の水側の圧力損失は，その出入口間の圧力損失の計測結果から推測した形状損失の占める割合が支配的であり，チャンネルの形状を工夫することにより0.65m/s の流速条件においてその出入口間の圧力損失を従来熱交換器より大幅に減少させることが十分に可能である．冷媒R 410A を使用して熱交換能力を3.5kW 一定とした実験条件において最大出湯温度75°C が得られた．このときの単位体積あたりの熱交換量はプレート式熱交換器の3.3W/cm³ に対して69.4W/cm³ に達した．熱交換能力を変化させる実験条件において最大熱交換量5.8kW を実現し, 最大出湯温度58°C が得られた．また，今回の実験でISC_HEX は5500～8500W/(m²･K)の熱通過率を実現した．

本研究では30 分岐を超える垂直ヘッダ型分配器の分配特性について，主管径と枝管径の異なる複数の流路形状にて冷媒流量と乾き度を変化させた実験により明らかにし，冷媒状態や入口径に対する分配特性を整理した．実験により特性は液冷媒が下部に偏流し上部へ不達，上部へ偏流，ほぼ均一に流動の3 つに分類できることを示した．また，分配均一化が期待される乾き度の低減は，条件によっては冷媒がヘッダ上部に到達せず，偏流を顕著にすることを確認した．新たに，ヘッダ上部への到達度を液冷媒の到達高さ比H とWallis の無次元数C との関係式を作成し，予測可能にすることで，冷媒の流量と乾き度に対応したヘッダ径を見積もることが可能になった．

本研究では，微細流路を用いたプレート熱交換器の偏流メカニズムを実験的研究から明らかにして，その対策法について提案している．まず，蒸発熱交換器内の可視化実験では，流路1 本の水力直径が 0.93 mm の並列に接続された複数本の微細流路（並列多穴微細流路）内を流れるHFE-7000 の気液二相垂直上昇流の流動様相観察を，高速度カメラを用いて行った．微細流路部は背面からヒーターを埋め込んだ銅板によって加熱して観察を行った．飽和温度は30 °C である．流動様相の変化に対する入口ヘッダー部の気液分布の影響を調査するため，質量流量がW = 0.0022 kg･s^-1 のもと，出口クオリティをx_out = 0.9 に保ち，入口クオリティをx_in = 0，0.2，0.7 に変化させて観察した．その結果，偏流は試験部入口ヘッダー部に気液分布の偏りが生じることで引き起こされることが確認された．そして，熱交換器性能を低下させると考えられる逆流も同様に観察され，この原因は気体プラグが加熱によって急拡大することで生じていることが確かめられた．これら実験から得た知見により，入口ヘッダー部を，流動様式線図を基に設計し直して，試験部入口から離れるほど流路面積が小さくなる形状にしたところ，偏流及び逆流が抑制されていることを高速度カメラによる撮影から確認した．このため，赤外線カメラを用いて熱交換器の温度計測を実施し，定量的に偏流と逆流の抑制による効果を確認した．この結果，入口ヘッダー部に気液の偏りがあると，試験部入口付近の流路の下流側ではドライアウトによる温度上昇が恒常的に生じているのに対して，試験部入口ヘッダー部を改良することで，偏流による下流側のドライアウトは抑制され，かつ温度分布が均一になっていることを確認し，偏流対策の有効性を実証した．

本研究では，水力直径0.83 mm の三角形微細流路を有する水平扁平多孔管内でのR32 の蒸発実験を行い，蒸発熱伝達および圧力損失特性を実験的に明らかにした．熱伝達率は飽和温度15 °C，質量速度50–400 kgm^-2s^-1，熱流束2.5–20 kWm^-2，クオリティ0.05–0.95 の範囲で測定し，圧力損失は飽和温度15 °C の非加熱条件下で，質量速度50–400 kgm^-2s^-1，クオリティ0.1–0.9 の範囲で測定した．熱伝達特性は高質量速度の高クオリティ域では強制対流蒸発熱伝達が支配的であり，低気相みかけ速度のスラグ流域では蒸気プラグ周りの薄液膜部での熱伝達が支配的であった．本実験においては核沸騰熱伝達の影響は小さく，低質量速度条件では熱流束の増大にともない熱伝達率は低下した．また，三角形微細流路で得られた結果と円形微細流路を有する扁平多孔管の結果とを比較し，蒸発熱伝達および圧力損失特性に及ぼす流路形状の影響について検討した．

金属系3D プリンティング（積層造形法）は，複雑な任意形状を造形できるため，高性能なヒートシンクの加工法として期待されている．本研究では，格子構造を有するヒートシンクの伝熱性能を，数値解析および実験により調べた．また，造形物の三次元形状と表面積をX 線CT により測定し，得られた形状モデルを用いて造形特有の表面の微細な凹凸を考慮した数値解析を行った．それらの結果，格子構造を有するヒートシンクは，フィン型ヒートシンクよりも有効熱伝達率が高いことがわかった．また，造形物は表面の微細な凹凸により，表面積は設計値より増加するが，伝熱性能は低下することが明らかになった．

高温熱を供給する産業用ヒートポンプの開発を目的として，臨界圧近傍を含む高圧亜臨界圧（換算圧力0.54～0.97）におけるシェブロン形プレート式熱交換器（PHE）内の冷媒HFO1234ze(E) の凝縮熱伝達に関する実験を行った．得られた熱伝達率のデータに基づいて，圧力および流量の影響を含め，PHE 内の高亜臨界圧における凝縮熱伝達の特性を明らかにした．さらに，本測定値と比較して，従来の熱伝達整理式の適用性を調べた．

R134a を冷媒としたプレートフィン熱交換器における垂直上昇沸騰熱伝達特性に及ぼす加熱媒体の流れ方向の影響を実験的に考察した． 冷媒側は単流路とし，2 つの水路によって挟まれており，温水を上向きまたは下向きに流すことで，それぞれ並流型または向流型熱交換を形成した．このプレートフィン熱交換器において，伝熱性能，冷媒側圧力損失に及ぼす冷媒流量および温水温度，流量の影響を評価した．さらに，熱流束分布を把握するために，水路外壁の温度分布をIR カメラで可視化した．その結果，熱交換温度差とそれによる熱交換量が大きい場合は，熱交換量に及ぼす温水流動方向の影響は小さいが，冷媒圧力損失は，並流型の方が大きかった．並流型の壁温分布は熱交換器左右で大きな差が見られたことから，圧力損失の増加は，冷媒流における不均質な相分布によって引き起こされたと推定された．

近年，空気調和システムの性能を向上させるために，冷媒流路に並列ミニチャンネルを用いた新型熱交換器が開発されている．しかしながら，並列流路における沸騰流の場合，各流路に流量が不均一に分配されやすく，さらに各流路で流量振動が発生することがあるため，熱伝達性能を正確に予測することが困難である．著者らは，流量が不均一になった場合や振動流の場合も含めて熱伝達性能を予測できるシミュレーションモデルの開発を行っている．本論文では，本モデルの妥当性を確認するため，2 並列ミニチャンネルにおける流量振動現象に関して，実験を行ってシミュレーションと比較した．シミュレーションは，実験によって得られた振動特性をよく再現した．更に，不均一熱負荷場における2 並列ミニチャンネル各流路の入口流量と出口クオリティをシミュレーションによって予測した．

This paper presents the numerical investigation of optimum analysis of slinky horizontal ground heat exchanger (GHE) consists of copper tube loops. The loops were placed in a horizontal plane. Copper tube of which inner diameter is 14.6 mm and outer surface is protected with a thin coating of low density polyethylene was selected as GHE material. Aiming to improve the thermal performance of slinky GHE, the uniform distribution of slinky loops were modified by a geometric sequence such that gradually decreasing the loop pitch interval from starting loop to end loop. A comprehensive experimental investigation was carried out to validate the present numerical model. The numerical simulations were carried out with the CFD ANSYS FLUENT software package. In this study, diameter of slinky loop, number of loop and trench length was fixed as 1 m, 7 and 7 m respectively. The thermal performance improvements were investigated on the basis of effect of different loop pitch arrangement of slinky GHE. The comparative temperature distribution around GHE also being discussed to illustrate the heat exchange improvement mechanisms. The operating water flow rate was 4 L/min and entering water temperature was 27 °C. The computational results indicate that the modified arrangement of slinky GHE loops is a promising for the performance improvement. Under the present operating conditions and geometric parameters considered, the modified arrangement of slinky GHE loops offers maximum 22.2% higher heat exchange compared with uniform distribution of loops of slinky GHE within 7 days of continuous operation.