Vol. 51, No. 217
2012. 10

◆特集：古くて新しいヒートパイプhttp://www.htsj.or.jp/dennetsu/dennetsu51-j.html
8

7

6

L [m]

5

4

3

2

1

0

(a) 可視化画像(b) 二値化画像

図 1 中性子ラジオグラフィによる可視化と画像処理

0

5
T [s]

10

図 2 引き伸ばし時系列変化

自励振動式ヒートパイプの可視化
Visualization of the Self-vibration Heat Pipe

自励振動式ヒートパイプは，1 本の蛇行した流路に作動流体を封入し，高温部と低温部の圧力差によって生じた自励振動によって熱を輸送することができる．その作動原理は十分に解明されておらず，内部流動観
察が熱輸送現象把握に有効であると考え中性子ラジオグラフィによる可視化実験を行った．図 1 は動作時の自励振動式ヒートパイプの可視化画像と画像処理により作動液のみとした二値化画像である．作動流体であるブタンが可視化され，作動液が隔列で存在し振動しているのが確認できた．この振動は流路全域に伝播しヒートパイプ全域で作動流体が振動しているのが観察された．さらにこの振動を把握するため，蛇行した流路を画像処理により 1 本に引き伸ばし，時系列に整列させたものが図 2 である．これにより液注が振動を繰り返し，周期的に大きな振幅をしているのが確認できた．この液注の振動が多く速い程，高い熱輸送能力が得られた．また，液注の振動を質量－ばねモデルとして計算し，振動周期を予測することが可能であることを確認している(1)．
(1) 杉本, 他 6 名，”自励振動型ヒートパイプ内の熱流動現象に関する研究（中性子ラジオグラフィによる冷媒挙動の可視化）”，日本機械学会論文集，B 編，76(766), pp.975-982, 2010.

杉本勝美*，竹中信幸（神戸大学）
Katsumi SUGIMOTO*, Nobuyuki TAKENAKA (Kobe University)

伝熱 2012 年 10 月

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

Vol.512012

No.217

October伝熱目 次〈伝熱学会特別委員会報告〉「福島第一原子力発電所災害に係る伝熱学会特別委員会」報告······ 小澤 守（関西大学） ···········

1〈特集：古くて新しいヒートパイプ〉
ヒートパイプ技術最近の進展············································勝田 正文（早稲田大学） ··········· 14
ヒートパイプの理論·····················································宮崎 芳郎（福井工業大学） ··········· 20
ヒートパイプの設計···············································望月 正孝（株式会社フジクラ） ··········· 27
ヒートパイプの製造と試験································木村 裕一（古河電気工業株式会社） ··········· 33
各種熱輸送デバイス·····················································大串 哲朗（広島国際大学） ··········· 39〈特別寄稿〉
ロハスの家とコミュニティ －21 世紀の持続可能社会形成のために－····················································································加藤 康司（日本大学） ··········· 47〈国際活動･会議報告〉
熱物質輸送国際センター（ICHMT）の 2011 年以降の活動····················································································吉田 英生（京都大学） ··········· 52〈巻頭グラビア〉
自励振動式ヒートパイプの可視化·······················杉本 勝美，竹中 信幸（神戸大学） ··········· 表紙裏〈行事カレンダー〉 ········································································································· 55〈お知らせ〉
平成 24 年度日本伝熱学会 学術賞・技術賞・奨励賞候補者推薦募集のお知らせ ······················· 57
第 50 回日本伝熱シンポジウム研究発表論文募集·································································· 58
優秀プレゼンテーション賞（第 50 回日本伝熱シンポジウム）について ··································· 60
日本伝熱学会主催 第 3 回 国際伝熱フォーラム ································································ 61
第 15 回国際伝熱会議······································································································ 62
編集出版部会からのお知らせ···························································································· 63
編集出版部会ノート········································································································ 68

Vol.51，No.217，October 2012
CONTENTS＜Report from the special committee＞
Report from the Special Committee on Fukushima Nuclear Accident
Mamoru OZAWA (Kansai University) ························································································ 1＜Special Issue＞
Recent Advance of Heat Pipe Technology
Masahumi KATSUTA(Waseda University) ··············································································· 14
Theory of Heat Pipes
Yoshiro MIYAZAKI (Fukui University of Technology) ···························································· 20
Design for Heat Pipes
Masataka MOCHIZUKI (Fujikura Ltd.) ··················································································· 27
How to Manufacture and Test the Heat Pipe
Yuichi KIMURA (Furukawa Electric Co., Ltd.) ········································································ 33
Various Heat Transport Devices
Tetsuro OGUSHI (Hiroshima International University) ···························································· 39＜Contribution＞
House and Community of LOHAS – for forming sustainable society in 21st century –Koji KATO (Nihon University) ································································································ 47＜Report on International Conference＞
International Centre for Heat and Mass Transfer (ICHMT) – Its Activities since 2011 –Hideo YOSHIDA (Kyoto University) ······················································································· 52＜Opening-page Gravure:heat-page＞
Visualization of the Self-vibration Heat Pipe
Katsumi SUGIMOTO, Nobuyuki TAKENAKA (Kobe University) ·······················

Opening Page

＜Calendar＞························································································································································ 55＜Announcements＞ ·········································································································································· 57＜Note from the Editorial Board＞ ·············································································································· 68

伝熱学会特別委員会報告「福島第一原子力発電所災害に係る伝熱学会特別委員会」報告
Report from the Special Committee on Fukushima Nuclear Accident

小澤 守（関西大学）
Mamoru OZAWA (Kansai University)e-mail: ozawa@kansai-u.ac.jp
時に科学技術一般に対する国民の信頼の低下をも招いたように思える．
今回の大震災に際して，かつての阪神淡路，能登半島，中越沖などの震災時と同じように日本学術会議や日本機械学会，日本原子力学会，土木学
会，地震工学会，日本建築学会などが調査委員会を立上げた．なお政府の設置した「東京電力福島原子力発電所における事故調査・検証委員会」や財団法人日本再建イニシアティブによる民間の事
故調査員会，東京電力自身による調査，さらには国会に設置された事故調査委員会などからはすでに調査報告書が公開されている[1 - 4]．
日本伝熱学会の会員は，同時に日本機械学会や日本原子力学会の会員であることが多い．その意味で会員個人としてはそれぞれの分野で調査検討に関与していることも考えられるが，一方で，日本伝熱学会は主として炉心の冷却技術，二相流，限界熱流束，
シビアアクシデントなどのキーワードで代表される分野において直接的な関連があり，またカバーする領域に熱エネルギーが含まれることから，今回の原発災害ならびにそれに伴う電力不足問題に関係した専門学会と位置づけられてもおかしくない．この点において，日本伝熱学会は今回の原発事故ならびにそれによる社会的な影響や今後の伝熱研究のあり方などについて広く議論をし，見解を取りまとめ，社会に公表することが必要であると考える．そこで表題に記載の「福島第一原子力発電所災害に係る伝熱学会特別委員会」を会長の諮問機関として立上げ，上記の種々の問題を検討することとした（2011.4.23 理事会承認）．
本特別委員会は岡山（2011），富山（2012）両シ
ンポジウムにおける特別セッションを企画し，その間に合計 4 回の会合を重ねた．本報告はそれらの議論を踏まえて本委員会委員長が独自に取りまとめたものである．今回のような重大な問題に学会として応分の意見表明をする必要があることに

１．はじめに我が国における原子力開発が本格的に開始したのは，原子力 3 法制定，日本原子力研究所設立の1955 年であろう．米国においては早くも 1957 年に Shippingport において商業用加圧水型原子炉（PWR）が，そして 1960 年には本格的な商業用
沸騰水型原子炉（BWR）が Dresden に建設された．
我が国では 1966 年に英国からの炭酸ガス冷却炉である東海発電所が運転運開し，本格的な軽水炉として 1970 年に敦賀 1 号（BWR）と美浜 1 号（PWR）が，1971 年に福島第一原子力発電所の 1号機が運転運開した．以来，今日まで美浜 2 号，3号，JCO，中越沖地震による柏崎原発など，事故やトラブルを経験しながらも 60 年近く原子力技術，特に安全面において経験を蓄積してきた．今日，日本伝熱学会も伝熱研究会の創立から数えて50 年が経過した．その間の伝熱研究の進展は原子
力・原子力発電技術開発に密接に関連してきたといっても過言ではない．
さて，2011 年 3 月 11 日 14 時 46 分にマグニチ
ュード 9.0 の東北地方太平洋沖地震が勃発し，それに伴うおよそ数 100 年から 1000 年に 1 度とも言われる津波によって，福島第一原発においては，
系統外部電源並びに非常用電源も損なわれ，1～3
号機では冷却喪失状態に立ち至り，燃料棒露出から炉心溶融へと時間発展し，典型的なシビアアク
シデント状態に立ち至った．これに伴う放射性物
質の放出，周囲住民の避難，電力不足など製造産
業や市民生活にいたるまで非常に大きなネガティ
ブインパクトを与える結果となった．この事態の収拾は短期的に解決できるものではなく，廃炉措
置から地域復興まで含めると 20 数年から 30 年にも及ぶ長期間にわたることが予想される．今回の事故は各種のフェイルセーフ機構やその運用などの技術的な問題だけでなく，事故時のマネジメン
トにも大きな問題があることが露呈されたが，同伝熱 2012 年 10 月

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J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告
３．伝熱研究進展の背景
原 子 力 発 電 ， 特 に 軽 水 炉 開 発 は 1957 年 のShippingport (PWR)，1960 年 Dresden (BWR)の運開が典型的に示しているように 1950 年代から始まった．世界中の原発設置は図 1 から見ても明らかなように 1970 年を境にして非常に活発に行われた．図中には原子力に係わる重大事故などもリストアップしてあり，とくに我が国では 1990 年
代以降に美浜 2 号の SG 細管破断，もんじゅナト
リウム火災，JCO 臨界事故，美浜 3 号における復水配管破断などを経験してきた．図中の◎印は我が国に設置された原発の積算基数で，軽水炉については 1995 年ころから以降はほぼ横ばい状態で，世界的な状況をおおよそ反映している．なお我が国においては BWR と PWR がほぼ 3：2 となっている．
このような 1970 年以降 40 年間の急速な原発（軽水炉）の進展は，同時に，電気事業や鉱工業，商社の事業活動にも反映され，図 2 に示すように
1970 年代からの原子力関連支出は原発設置と見事に符合している．また電気事業の支出は鉱工業分野での売上高にほぼ対応し，政府予算もこの時期大きく膨れている．原子力関係予算は 1995 年ころの建設停滞期までは順調な伸びで，原子力は 4～5 兆円産業であることがわかる．その半数を電力が，そして鉱工業，商社などが残りの半額を分

は会員諸氏も異存がないと思料するが，以下の内容が伝熱学会全体を代表するとは言い難く，また学会として本報告の内容について完全なレビューを行ったわけでもない．しかし福島第一原発事故
におけるような重大問題について，その発信元が特定のグループ・個人に限定されるとしても，学会誌という公共の場で意見表明をすることの重要性を考え，またこれによって活発な議論が展開されるきっかけとなればとの思いから，あえて本特別委員会の 1 年間の取りまとめとして本稿を執筆した次第である．
２．本委員会の課題
本特別委員会が当初設定した検討課題は以下のように集約できる．
＊原子力技術の進展とともに伝熱研究はどのように展開してきたのか．
＊伝熱という学問・技術分野における専門家集団としての役割はどのようなものか．
＊福島原発事故を受けて我が国のエネルギーについての展望
次項以降において，これら課題を受けて行った
検討結果について述べる．ただし以下の各節がこれら課題と一対一で対応しているわけではなく，本報告全体として設定した課題について議論がされていることを予めお断りしておく．

図 1 世界の原発の運開時期と容量および日本の積算原発設置基数の推移(World Nuclear Association/Nuclear Database[5]による)

伝熱 2012 年 10 月

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J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告

図2

原子力関係従事者数の推移（原子力ポケットブック[6]による）担した形となっている．
この一大産業分野の形成によって，技術者ならびに工場労働者，
事務職のポジションも 1970 年代
から 80 年代にかけて大きく増加する．
原発の新規設置が少なくなるのに伴い，事務系と工場労働者の数は 1 万人以上減少しているが，技術系は政府予算がおおよそ一定であるのに呼応するかのように 1990 年レベルが 2007 年ころまで維持され，全体で 5～6 万人の雇用を生んでいたことになる．
我が国においては原研を中心とした動力試験炉
JPDR の研究開発の一方で，コールダーホール改
良型（GCR，原電，東海発電所，1965 運開）を導入，さらには軽水炉（LWR）として Westinghouse
表1
設備概要
建設着工
運開
原子炉形式
格納容器
国産化率 %
主契約者
電気出力 MWe
熱出力 MWt
燃料集合体数燃料集合体全長 m
制御棒本数
圧力容器 内径 m
全高 m
全重量 ton
格納容器 全高 m
円筒部直径 m
球部直径 m
圧力抑制プール水量 ton

伝熱 2012 年 10 月

Electric Corporation (WH) か ら PWR, General
Electric Company (GE) から BWR を導入し，これらが 1970 年の敦賀 1 号機（BWR），美浜 1 号機
（PWR）
，そして 1971 年には福島第一原発 1 号機
（BWR）へとつながっていった．GCR も LWR もともに輸入技術であり，明治以来一貫して我が国の大型技術は輸入に頼っていることからして奇異
なことはないが，まず自主技術の育成としなかったことに問題はなかったのだろうか．つまり機器開発にともなうトラブルを克服すること，そしてその経験を蓄積することなしに，真の技術は成立しえないのであって，その初期の開発・運用におけるトラブルこそが重要である．日本における当福島第 1 発電所の概要[10]
1号機
1967
1971
BWR3
Mark I
56
GE
460
1380
400
4.35
97
4.8
20
440
32
10
18
1750

2号機
1969
1974
BWR4
Mark I
53
GE・東芝
784
2381
548
4.47
137
5.6
22
500
33
11
20
2980

-3-

3号機
1970
1976
BWR4
Mark I
91
東芝
784
2381
548
4.47
137
5.6
22
500
33
11
20
2980

4号機
1972
1978
BWR4
Mark I
91
日立
784
2381
548
4.47
137
5.6
22
500
34
11
20
2980

5号機
1971
1978
BWR4
Mark I
93
東芝
784
2381
548
4.47
137
5.6
22
500
34
11
20
2980

6号機
1973
1979
BWR5
Mark II
63
GE・東芝
1100
3293
764
4.47
185
6.4
23
750
48
10（上部）
25（底部）3200

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伝熱学会特別委員会報告

図3

原子力関連特許申請件数の推移と外国人申請割合（原子力ポケットブック[6]による）初の軽水炉は，米国で開発されたものをターン・キー契約によって輸入したものであって，運開後，応力腐食割れなど数々のトラブルを克服してきたとはいえ，開発過程での幾多の問題を自ら解決してきたわけではない[7 - 9]．
表 1 は今回事故を起こした福島第一原発の概要
である．1 号機の主契約者は GE で，まさにターン・キー契約で建設されたが，年を追うごとに，
日米企業の共同，さらには日本企業のみが単独で主契約者になっていった経緯が明確に表れている．
このような技術導入を典型的に示すものとして原子力関連特許の統計をみると，図 3 に示すように 1960 年代には我が国に登録される原子力関連

特許の 60%程度が海外発のものであり，1970 年ころでも 40%の高水準となっている．
しかし福島第一原発の例にもあるように，徐々に自主技術が進展し，申請特許件数の増大の割には，海外発の特許の割合は低下し，1980 年代には
ほぼ 10%程度にまで，つまり 90%程度は我が国技
術者によるものとなった．その代表格が沸騰水型原子炉でいえば ABWR であり，
柏崎刈羽の 6 号機，7 号機，そして浜岡 5 号機といっていいだろう．
現状では我が国に原発が導入された第 1 世代の原発が国産化率の進んだ第 2 世代，あるいは我が国で開発された第 3 世代のものと混在して運用されているのである．その意味で原発はボイラ，蒸気

図 4 二相流，伝熱関連研究論文数の推移

伝熱 2012 年 10 月

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伝熱学会特別委員会報告

図5

原発設置台数の推移と事故，シビアアクシデント研究

タービン，ディーゼルエンジンなどのように十分な世代交代を経ていないのであって，安全のための思想やそれに合致した設計思想，経験がいまだ十分ではないともいえる．
原子力開発に伴って，さまざまな研究開発が行われたのではあるが，その状況は伝熱や二相流の論文数の推移からも窺うことができる．図 4 は1880 年代から現在にいたるまでの二相流，伝熱の論文数の推移で，伝熱に関しては Trans. ASME J.
Heat Transfer，Int. J. Heat & Mass Transfer，国内を代表するものとして日本機械学会論文集 B 編，化学工学論文集および伝熱シンポジウムにおける講演件数をプロットしている．また二相流に関しては MIT の Gouse が 1966 年に取りまとめた論文数[11]（棒グラフ，1966 以降のデータは補充していない），さらには伝熱・二相流研究にとって重要と思われる成果や書籍の公表年を示している．1940
年代後半からの飛躍的な論文数の増大は，明確に原子炉開発に同調していて，原子力開発が非常に大きな牽引力であったのは間違いない．
このような原子力開発に伴う 1950～1960 年以降の論文数の急増は沸騰伝熱においても同様で[12]，機械学会や化学工学会においても同様であった．
もう一つ，原子力を取り巻く問題において考慮しておく必要があると思われるのは計算機の発達である．計算機は手回し計算機の時代（1920 年代）
からリレー式，真空管式の代表格である 1940 年ころの ENIAC，トランジスターの開発に伴う発展と進化していったが，そののちの集積回路，大規模

伝熱 2012 年 10 月

集積回路による大型化・高速化の時代（1960 年～
1990 年）を迎えて計算機がコンピュータと呼ばれるようになったのはまさしく伝熱研究，二相流研究の発展期に合致している．大型コンピュータな
らびにスパコンの発達は当然ながら大規模数値計
算コードの発展を促し，例えば原子力分野では
RELAP や TRAC などの原子炉安全性評価のための数値解析コード[8]へとつながった．これ以降，
伝熱や二相流の要素研究としては依然として実験に基づくものが中心であったが，システム全体の挙動については実機による実証よりは計算コードによる評価が通例になっていったのは原子力分野
だけではない．また多くの商用のシミュレーショ
ンソフトが開発されたのもこの時期であった．数値シミュレーションは効率的であるという反面，非定常問題に際しては実時間経過の実感を持つことがむずかしいこと，起こっている現象が初期条
件，境界条件の設定に大きく依存し，計画・設計で想定されたシナリオ以外の事象については調べることができないこと，すなわち CRT 上に描き出された事象と実現象の乖離を埋めることが困難であるという問題を有する．
Three-Mile Island 原発 2 号機（TMI-2）事故（1979年）以降，米国 Nuclear Regulatory Commission(NRC) を中心としてシビアアクシデント研究が多数行われ，その代表的な研究成果は図 5 に示すように 1980 年～1995 年の間に多く公表されている．80 年代後半より大学はおろか原研においてさえ基礎科学重視へと方向転換がなされ，ハイテク
やマイクロ・ナノ関連研究に資源と人材が投入さ-5-

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伝熱学会特別委員会報告
れ，現実プラントを対象とした，ある一面，泥臭い研究が縮小されていった[8]．実はこの泥臭い研究そのものが基盤技術であり，我々が検討するべ
きすべての問題は現実プラントに埋め込まれていることを忘れてはならない．
Ishii はシビアアクシデントに関する講演の中で，TMI-2 以前のいわゆる large-break LOCA（Loss of
Coolant Accident）には想定されるシナリオは精々数 例 で あ る の に 対 し て ， TMI-2 が 提 議 し た
small-break LOCA に端を発する事象の時間発展シ
ナリオは非常に多岐にわたり，設計基準事故で想定されるものから大きく異なったものとなること，
しかも単一の事象というより複数の事象が絡み合ったものとなることを指摘している[13]. つまり
シビアアクシデントでは，想定するシナリオに大きな制約を受ける数値シミュレーションを超えた現実に直面するのである．
参考のために，図 5 にはシビアアクシデント関連論文の推移（棒グラフ）とともに計算コード，
安全研究などの例も示している．原子力研究開発の当初から Loss of Flow Test（LOFT）計画や我が国でも Safety Assessment and Facilities Establishment（SAFE）プロジェクトが立ち上がり，1960
年代終わりから Rig of Safety Assessment（ROSA）
計画のもと大型再冠水実験などが行われ，反応度事故（NSRR）なども研究された[8, 9]．原子力の安全性評価に確率論的評価手法が導入された典型
は WASH-1400 [14]であろう．大型計算コードのな
かでも代表的な RELAP や TRAC が開発されたのは TMI-2 以前であった．TMI-2 以降，我が国でもシビアアクシデント研究が多数行われた[8, 15,
16] が，蒸気爆発を含めて要素研究が中心で，大型実験はどちらかといえば海外頼みだったように思う．このような研究が活発であったころの 1991
年に美浜 2 号機においては SG 細管破断が起こったが，幸いにも非常用炉心冷却系（ECCS）により炉心損傷にまでは発展しなかった．これによって原子炉システムには ECCS があるため，本質的に安全であるかのような思いが定着したのかもしれない．Chernobyl 事故に関しては炉型が違うといい，
また TMI-2 の炉心溶融事故から時間が経過してシビアアクシデント研究に予算がつかなくなってい
くにしたがって，我が国においては電力会社，政府ともにシビアアクシデントに対する感度が低下

伝熱 2012 年 10 月

していったのだろう．
４．福島第一発電所事故の経過
福島第一原発事故の経過の詳細は我が国政府のInternational Atomic Energy Agency（IAEA）への報
告書[17, 18]，政府事故調査・検証委員会[1]，民間
事故調査委員会[2]，東電の事故調査委員会[3]，国会事故調査委員会[4]などに詳しい．さらには原子力学会誌[19]あるいは成合の記事[7]にも詳細な説明が行われている．とくに 1 号機では直流電源喪
失により津波の来襲直後から原子炉パラメータの測定データがほとんどないこと，炉心溶融により現状では十分な事故調査結果が得られていないこともあり，いずれの説明もある程度の前提を置かざるをえないのが現状である．東京電力などでは
数値計算コードによる検討を行っていくつかの傍証データとともに事象経過を説明している．
一方，
本委員会メンバーでもある東北大学圓山重直教授
は事故直後から熱力学や伝熱工学を基礎として活発な検討を続けられ，多くの重要な問題を指摘されている[20]．原発事故の現場にあって事態の推移を詳細に把握することは困難なのは当然で，たとえ集中定数系モデルであっても，電卓レベルでおおよその傾向を大掴みするのはきわめて重要であり，その意味で事故後であっても基本的な理解をするうえで圓山の検討は非常に重要なアプロー
チであると考える．しかし本稿においてその検討結果を集約するのは量的にも困難で，会員各位には個々に圓山のホームページなどを参照してもらうとして，ここではより簡単に炉心溶融に至るまでの時間経過を中心として有冨らの検証結果[21]に基づいて説明しておこう．
東日本大震災時の福島第一原発 1 号機以下 2，3号機までは運転中であり，4 号機は圧力容器から全燃料を燃料プールに移動しての運転停止状態であった．1 号機から 4 号機までの原子炉の概略は
表 1 に示している．通常運転時には炉心圧力約7MPa，燃料下部の冷却材（水）入口温度は約 270℃の若干サブクールした状態で，炉心で加熱されるとともに沸騰状態となり，燃料出口部のクオリテ
ィは炉心平均で約 14%程度である．また BWR の特徴として再循環ポンプを停止しての自然循環運
転もできる．
さて 1 号機には非常時冷却系として非常用復水-6-

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伝熱学会特別委員会報告
器（IC），高圧注水系（HPCI），炉心スプレー系（CS）が設置されている．IC は炉心で発生した水蒸気を凝縮させ自然循環力により圧力容器（RPV）内に戻す．そのため，IC の作動は弁の開閉により制御
でき，電動ポンプを使わずに崩壊熱除去できるものである．IC で蒸発した冷却水の蒸気は大気中に放出することになるため，長時間作動させるには蒸発によって失われた冷却水を補給する必要がある．1 号機では地震直後に IC が自動起動し，地震後約 50 分間は IC の断続的作動により崩壊熱除去が行われていた．この間の崩壊熱量は
6.6×104MJ と推定され，炉心入口冷却材温度は約
270 ℃ ， 圧 力 を 7MPa と す れ ば 蒸 発 潜 熱 は 約
1506kJ/kg であるので，この間の IC による凝縮量は約 44 トンに達するが，RPV からの冷却材の流出は殆どなかった．
津波来襲(15:35)によって全ての電源が喪失し，IC を作動させる弁開閉信号用電源と動力源がな
くなったことにより弁が自動的に閉止された．ICを作動させるには直接的に弁を開く必要があった．
IC の作動がなくなると RPV の圧力が増加してRPV 内の蒸気は逃し安全弁を通じて格納容器（PCV）内の圧力抑制プールに放出され，LOCAが起きたのと同様に RPV 内の冷却材が減少し，炉心内水位が低下，そしてついには炉心が空焚き状態になってしまう．
なお IC が作動したとしても水は再循環ポンプ入口側から，すなわち RPV 内ではシュラウドの外側へ戻ることになる．そのためシ
ュラウドの外側の水位がジェットポンプ吸込口より低下すると，図 6 に示すように RPV 内での自然循環ができなくなり，炉心冷却上大きな問題となる．つまり津波被災後 IC が停止してからは，何を

図 6

原子炉圧力容器の概略と強制循環のない
場合に炉心冷却に有効な水伝熱 2012 年 10 月

-7-

差し置いても炉心に崩壊熱除去用の水を注入すべく努力する必要があった．なお津波来襲後に実際に IC を作動できたのは 18:18～18:25 の間だけであったと推定される．
1 号機の炉心入口流体の温度は約 270℃で圧力を 7MPa，炉心を含むシュラウド内の平均ボイド率を 40%，炉心が空焚きになるまでは崩壊熱は水の蒸発に使われると仮定とすれば，蒸発潜熱は約1506kJ/kg であるので，炉心が空焚きとなる時刻は
17:21，つまり津波被災後わずか 1 時間 46 分後と想定される．また水位が燃料上部から下部に達する迄の時間は約 34 分となる．
炉心空焚き後は RPV 内での新たな蒸気発生つ
まり冷却は期待できず，炉心燃料は崩壊熱により加熱され続けて燃料溶融は時間の問題であった．
1
号機で非常に早く炉心の空焚き状態に至ったのは，
原子炉スクラム後の経過時間が少なく崩壊熱レベルが高かった状況のなかで RPV 内に注水できな
くなったことによる．高温になった被覆管やチャンネルボックスの材料であるジルコニウムが高温の水蒸気と反応して大量の水素が発生した．この水素が格納容器フランジ部シール材の過温損傷など（推定）により原子炉建屋の上部に溜まり，酸素と反応し水素爆発を起こして放射性物質が環境に大量に放出されてしまった．この 1 号機の水素爆発は 3 月 12 日 15:36 頃で，この爆発により 2 号
機と 3 号機で準備していた炉心注水にも大きな障害を与えたと考えられる．
2 号機と 3 号機の構成や大きさは同一である．
両号機共に非常時の冷却系として IC ではなく，
炉心で発生した水蒸気で作動する原子炉隔離時冷却系（RCIC）と高圧注水系（HPCI）が設置されている．RCIC は地震直後の 15:02 および 15:05 にそれぞれ手動起動させ，RPV 外部から水を注入した．
2 号機では RCIC の機能が 3 月 14 日 7:30 頃迄に喪失し，HPCI は作動しなかった．3 号機では RCIC
は 3 月 12 日 11:36 まで断続的に作動し，RCIC 停
止後約 1 時間後に HPCI が自動起動し，同日 19:00
頃に機能喪失したと推定される．2 号機の炉心が空焚きになる時間は RCIC の停止時のシュラウド
内 水 位 に も よ る が ， RCIC 機 能 停 止 後 の 圧 力
5.3MPa，注水温度 60℃として計算すると，3 月 14
日 13:24～16:46 の間と推定される．3 号機では炉心の空焚き開始時間は HPCI 停止時のシュラウド

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告
内水位にもよるが，
HPCI 機能停止後の圧力 1MPa，
温度 60℃として計算すると，3 月 12 日 23:23～3
月 13 日 01:53 の間と推定される．
以上の推定結果から考えると，原子炉スクラム
直後の崩壊熱レベルが高い状態では，IC により凝縮させた水を戻すか，炉心で発生する蒸気によって駆動される RCIC や HPCI を用いて炉心に注水して安定した沸騰伝熱二相流動を用いて冷却し，崩壊熱レベルが低くなった段階で炉心が冠水状態にある間に格納容器ベントを行ない，炉心圧力を下げて低圧で炉心注水できるようにするべきであった．つまり早期の格納容器ベントによって環境へ放射性物質を放出しない状況の中で大気を崩壊
熱のヒートシンクとして利用するといった事態収束に向けた大局観が持てなかった，あるいは持っていたとしても実行できなかったところに問題がある．

図7て対応しているとしても，9 月中旬までまだまだ厳しい状況が続くと予想されている．
図 7 は東京電力の供給力とその電源構成を示したもので，3.11 の震災以前には 3 割近くを原発がカバーし，残りの大部分を火力が受け持っていた[22]．震災・津波災害を受けて原発が停止し，同時に火力も多く被災したため，全体としての供給
力は 30GW 程度まで落ち込んでいる．これが 2011年 7 月には休止火力の再開，被災火力の復旧に加えてガスタービン，ディーゼル発電機，ガスエン
ジンなどが臨時措置として非常に多数導入され，2011 年 12 月までに 1.37GW の電力を供給し，
2012
年にはさらに追加して 2.8GW 程度にも達すると５．ポスト FUKUSHIMA のエネルギー問題
福島原発事故以降，我が国の原発は定期点検とともに順次停止し，定検後も炉型の違いや新旧の別なく再稼働できず 2012 年 5 月に全原発が停止した．電力の 50％余りを原発に依存していた関西電力においては 6 月末の段階で大飯 3 号機，4 号機の再稼働が認められ，7 月上旬には 3 号機が，同下旬には 4 号機も再稼働にこぎつけた．しかし関西電
力管内の電力事情は，長期休止火力の再開も含め

図8

伝熱 2012 年 10 月

東京電力の供給力と電源構成

原発設置基数と火力発電トラブル件数の推移-8-

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告たりの発熱密度としては原発（BWR: 50MW/m3,
PWR: 100MW/m3）よりもかなり低く，原発と同程度の発電容量では 200～400kW/m3 ではあるが，温度は 2000℃近くで，水管の材料強度的にははるかに厳しい状況におかれている．また最新鋭の天然ガス焚コンバインド発電用ガスタービンでは非常に精緻な冷却技術に支えられているとはいえ，その入口温度は 1600℃にも達しているのである．
さて東電では緊急避難的な対応によって夜間の電力供給に余裕ができ，それによって揚水発電が利用できるようになっている．しかし現状をそのまま継続するとすれば，つまり老朽・休止火力の運転再開や定期点検の先のばしによって連続的に運転を続ければトラブル発生件数が増加する恐れがある．実際，J-Power の磯子火力（600MW×2）
ではベルトコンベア火災が 2011 年 11 月に発生したし，関電の堺港発電所 2 号機（定格 400MW）
では 2009 年 8 月に運開した新しいプラントであるに も か か わ らず ガ ス ター ビ ン翼の 破損 が 発生
（2011 年 8 月）したのである．
図 9 に火力発電の単機容量の推移を示す[25]．
1950 年代中盤から 1970 年代にかけて先にも述べた関連技術の進展によって，火力発電の大容量化が大きく進んだ．図 9 には 2011 年 12 月現在で東電が受発電している火力発電所の運開年と積算容量を示している[24]．福島第 1 原発事故以降 2011年 12 月現在運転中の火力発電所の運開時期をみると，最も古いものは 1955 年であり，運開以降
40 年以上経過したプラントの総発電量は 10GW
（1000 万 kW）にも達する．このように原発停止いう[23]．さらに注意すべきことは揚水発電である．これは夜間など電力供給に余裕があって初めて可能になる電力で，揚水発電のみを単独で周辺電力から切り離して運転できるわけではない．揚水発電は大型のバッテリーである事実は，一部マ
スコミや多くの一般市民には十分に理解されていないのではないだろうか．
図 8 は我が国における原発設置の累積基数の推移と我が国の電気事業法下の発電設備のトラブル
件数[24]の推移をプロットしたものである．1960
年以前のデータはここには示していないが，おそらく 1960 年ころ「水主火従」から「火主水従」への転換があったことから 1960 年以前には火力発電設備そのものの基数が少なかったために件数としては大きな値にはならなかったと推測される．
その火力発電トラブルは 1960 年以降，設置基数の増加にも関わらず顕著に減少していった．これには材料技術，計測技術，制御技術の進展などが大きく寄与したのは間違いない．その減少傾向は
1970 年ころには停滞気味で，1975 年を過ぎたころ
再び大きく減少し，1980 年には年間 40 件を下回る程度にまでに低下している．これはベースロードを担う原子力の出現によって，それまでベースロードを担っていた，従って長期にわたる連続運転が行われていた火力が，Daily Start and Stop
（DSS）運転なども含めて休止させることができるようになった，言い換えれば相対的に連続運転時間が短くなったことが大きな原因として考えられる．なお火力発電のトラブルの内容をみると，中心はボイラであり，通常運転時には単位体積当

図 9 火力発電の単機出力の変遷と東電受発電火力（2011 年 12 月現在）の積算発電容量の推移

伝熱 2012 年 10 月

-9-J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告に伴って老朽火力に大きな負担がかかっている状
況は実は原発依存のより高い関電においても同様
で，1968 年から 1973 年の間に運開した火力発電
所は 3750MW，関電にも電力を供給している JPower の火力では 500MW にも達している[26]．
このような東電や関電の現状はあくまでも短期的にアクセス可能な過渡的な対応策であって，決して最終的な解ではないことに留意する必要がある．さらに現状の過渡的対応による燃料費が顕著に増大していることも忘れてはならない．すなわ
ち 2010 年実績で発電用燃料費は 3.6 兆円程度であったのが，2011 年では 2.3 兆円の増加，2012 年では 3.1 兆円程度の増加と予測されている[22]．これは当然発電コストの増加であり，それによって燃料の市場価格の高騰とも相まって食品からあらゆる商品にいたるまでの価格に転嫁される恐れもある．
家庭部門ならびに業務部門での電力負荷は空調
負荷が約 50%で，ある程度の節電は可能であろうが，製造部門では電力負荷の 80％以上を生産設備が占めている．我が国の海外生産比率は 1985 年以降，ほぼ直線的に増加しており，2010 年現在でみると輸送機械では 40％，
製造業全体では 20％程度にまで達している．さらには電力供給ならびにその安定性の先行き不透明（電力状況の「空洞化」）
は製造部門ならびにサプライチェーン，特に我が国の世界シェアの高い素材産業や高付加価値製品の海外移転が促進される可能性もある[22]．
一方の新エネ，再生可能エネの現状はどうであろうか．現状では先の図 7 に記入できない程度の量しかない．だからと言ってこれらの発展の可能性について否定はしないが，短期的に有意なシェアを確保できるほど簡単には事態は運ばない．太陽光，太陽熱，風力，海洋などの希薄分散エネル
ギーを単純に足し合わせ，全体で 30％にも及ぶ原子力などなくてもやっていけるかのような議論が横行しているマスコミもあるが，通常火力以上に立地には制約がかかるし，小規模であっても周辺機器は必要であり，経費は莫大な規模になるだろう．例えば 60MW 程度の太陽熱発電プラントでは
1km 四方のスケールを有する集熱装置と蓄熱シス
テムを組み合わせた発電システムとなり，建設コ
ストは単位出力あたりでみて石炭火力の数倍に達し，政府によるかなりの補助金が供給されない限伝熱 2012 年 10 月

り現状では採算が取れないという．中長期にわたってこのような再生可能エネルギー利用を考える
ならば，その利用形態，用途，規模，立地，関連
して都市・ビル・家屋の構造，交通・物流にまで立ち入った検討と政府の積極的な政策・財政的関与なしには成立しえない．
中長期のエネルギー戦略を考えるとき，半ば強制的あるいは定期検査によって，我が国の全原発が停止した 2012 年 5 月時点を初期条件とし，廃炉が決まった福島第 1 発電所の 1～4 号機を除く新旧取り混ぜた約 50 基の原発，老朽・休止から最新鋭までの各種火力，自然・再生可能エネルギー，さらに資源確保の現状や国際政治情勢，そして局地的あるいはグローバルな意味での環境を境界条件
として，感情にとらわれない冷静な議論・検討がなされなければならない．
６．学会の社会的役割
産業革命期の経済発展や技術発展に支えられて
蒸 気 動 力 技 術 は 大 き く 進 展 し た ． そ の 発端はThomas Newcomen の大気圧機関（1712 年）や James
Watt の分離復水器（1769 年），回転式機関（1781年）であろう．Watt はその特許においてボイラ圧
力を大気圧程度に制限したため，特許が満了する
1800 年までボイラの高圧化はなかった．特許満了後，当然の結果としてボイラ圧力は上昇し，当時のボイラ製造技術からして必然的にボイラ破裂が続発することになる．Marten が Proceedings of theInstitution of Mechanical Engineers（IMech. E）誌上で公表した資料[27]によれば 1866 年までに 1046
件のボイラ破裂が挙げられ，さらに 1866 年からの4 年間で 570 件が記録されている．つまり 2～3 日に 1 回の破裂があったことになる．米国ではボイラ破裂事故の多発を受けて，1830 年に Franklin
Institute of Philadelphia がボイラ破裂の原因究明のための委員会を設立し，ボイラに関する実験，材料強度に関する研究，ボイラ破裂の原因として考えられる各種問題などについて研究を開始したが，容易には破裂事故は減少しなかった[28, 29]．
このような時代背景のなか，英国では IMech. E（1847 年）また米国では The American Society of
Mechanical Engineers（ASME, 1880 年）が設立されたのである．我が国では通常，英国機械学会，米国機械学会と呼ばれているが，その設立当初のメ- 10 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告
ンバー，社会的使命などを勘案すると，学会というより機械技術者協会と呼んだ方が適切であろう．
事実，IMech. E は機械製造企業などのマネージャ
ーが組織したもので，社会との関わりが必然的に組織の中に取り込まれた形となっているのである[30]．また ASME では設立に際して 2 つの基本理念が置かれた．一つは Professional としての評価・評判の確保であり，2 つ目は専門知識の印刷物を通じての公表であり，これが社会への貢献とされたのである．そして構成メンバーとしては，技術の Professional と技術経営・ビジネスマンが設定されていた[31-33]．Franklin Institute の研究成果を受
け 継 い だ ASME は 1911 年 に Boiler CodeCommittee を立ち上げ，1919 年に ASME 定置式ボ
イラ製造コード（Boiler and Pressure Vessel Code
Section I の一部に相当）を発行した．同年，National
Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors（NBBI，
全米ボイラ圧力容器検査官協会）が発足した．それ以降，ASME によるボイラ製造にかかわる標準化とコードの維持管理および NBBI による第三者検査というボイラの安全確保の体制が出来上がっていったのである．
つぎに IMech.E や ASME と対比する形で伝熱学会について述べてみよう．伝熱学会は定款に「伝熱に関する学理及び応用についての発表，知識の普及，会員相互及び国際的な交流を図ることにより，伝熱学の進歩普及を図り，もって我が国における学術の発展に寄与することを目的とする」と規定している．つまり伝熱学会は分野横断的ない
わば伝熱研究の共通のプラットフォームともいうべき存在を志向している．この点が先に例示した
IMech.E や ASME と大きく異なる点である．つまり伝熱学会は当初から工学的システムを扱う組織というよりは，分野横断的な要素技術としての伝熱を扱う組織と理解される．伝熱シンポジウムにおけるセッション名が伝統的に強制対流，自然対
流，熱伝導，放射伝熱，沸騰，凝縮，二相流などとされているのがこれを端的に表している．長島[34]は創立 50 年の特集記事において，初期段階では「実現象から理論化へ，そして学術的な体系確立」へと進展したことを述べている．理論化は数式に乗せることを可能にし，それによって相似則が確立され，定量予測が可能になることを意味している．理論化は当然ながら現象の分類，基本メ

伝熱 2012 年 10 月

- 11 -

カニズムの抽出と理想化を内包している．さらに
長島はそののちの段階として「複合現実課題から
きれいな表現可能な課題」へと対象が変化してきたことを指摘している．そのような流れの中で，伝熱学会ではシビアアクシデントなど実現象についてはほとんど議論されてこなかったのは当然といえば言い過ぎだろうか．
今回の原発事故についていえば，要素技術としては高温面の冷却，相変化などが挙げられるが，実現象においてはこれら要素的現象が炉心冷却喪
失状況の中で複雑にまたダイナミックに複合したのであって，単純に個々の要素技術やメカニズムだけで説明できるものではなかった．しかし伝熱や熱エネルギーを専門とする学会構成員としては，細部はともかく，先に記載した大局的な内容については十分説明可能であり，社会の中に学会として存立を認められている，あるいは上記の ASMEのいう「Professional としての評価・評判の確保」のためには，原発事故という「具体的な課題に専門家の意見や提案を集約し，統一的な見解を示す[34]」必要があり，公益社団法人であればなおさらこの点が重要となろう．その意味で，統一見解
ではないにしても原発事故当初からの圓山の情報発信[20]や有冨らの検討[21]は非常に貴重であるといえる．立場は異なるかも知れないが ASME による特別委員会報告[35]などは学会の社会的責任を果たすものとして参考にすべきだろう．
なお今回，福島原発事故で問題となったのは原発というシステムそのものであり，冷却不能状態
を如何にしたら抜け出せたかというマネジメントの問題でもあった．これらの問題は要素技術を単に積み上げるだけで解決するものではない．今回の事故を踏まえて伝熱学会において今後の新たな展開を図るとすれば，単に昔帰りではなく，具体的なシステムをも，なおその際には当然ながらシ
ステムの運用上の問題や安全性確保などマネジメ
ントに係るものも含まれるのではあるが，学会の場で議論する間口の広さを併せ持つことが重要ではないだろうか．我々が扱っている工学システムにはまだまだ未解決の問題，特に多数のメカニズムが複合した未解明現象が多く残されている．詳
細なメカニズムを検討しているそのそばで現実問
題を扱うことこそ，学会の場としてふさわしい．
逆にそのような共通の場を学会として提供する必J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告要があると考える．これこそが長島[34]のいうよ
うに「歴史臨場感こそが若い研究者を分野に誘い込み，研究を進展させる原動力となる」のである．
７．結びにかえて
熱エネルギーの利用には必ず伝熱現象が関係し，その意味で，エネルギー利用は伝熱学会の範疇にあり，伝熱の立場からエネルギーの有効利用や安全性に積極的に関与してきたし，今後もすべきであると思う．ただしそれら研究において分野横断
的技術・研究領域を対象として研究・開発を行うのは当然であるが，俯瞰的な視点から実際の現場で伝熱がどのような役割を果たし，どのような問題が存在するのか，またそのシステムが社会的・経済的にどのような意味を持つのかということにも留意し，社会に発信することも合わせて必要であると思う．
さて，本特別委員会は当初よりオープンフォー
ラム的な構成をとっており，委員長と幹事を決めただけで，委員を明確に特定することはしなかっ
た．したがって会合に参加され，また貴重な意見をいただいた方々には申し訳ないが，ここではお名前を挙げることを控えさせていただいている．
本報告の原稿段階で委員会に提示し，あるいはメールにてご意見をいただき，ある程度の加筆修正を行ってはいるが，委員長の独断による部分が多数残されている．事実誤認などあったとすれば，それは全て本稿を執筆した委員長の不明によるものであり，そして本特別委員会での議論が「専門学会として統一的な見解を示す」までには至らなかったのはまさしく委員長の非力のせいであると自戒しつつ，1 年以上にわたってご協力いただいた委員各位に心より感謝申し上げる次第である．
とくに成合英樹先生，長島昭先生，藤岡惠子様，
東工大プラント検討チームの各位，
圓山重直先生，丸山結様，門出政則先生には貴重なご意見や資料をいただいたことを記し，心よりの謝意を表する．

参考文献[1] 東京電力福島原子力発電所における事故調
査・検証委員会，中間報告（2011.12），最終報
告書（2012.7）．
[2] 福島原発事故独立検証委員会 調査・検証報告

伝熱 2012 年 10 月

書，日本再建イニシアティブ（2012.3）．
[3] 東京電力，福島原子力事故調査報告書，中間報告（2011.12），最終報告（2012.6）．
[4] 東京電力福島原子力発電所事故調査委員会,
最終報告 (2012.7).
[5] World Nuclear Association, WNA Reactor
Database,
http://world-nuclear.org/NuclearDatabase/.
[6] 原子力ポケットブック 1964～2011 年版，当初
は科学技術庁原子力局編，
現在は日本電気協会
新聞部編．
[7] 成合英樹，福島第一原子力発電所事故について，Radioisotopes, Vol.61, No.4 (2012), pp. 193 207.
[8] 成合英樹，原子力発電プラントと伝熱，伝熱，Vol.50, No.213 (2011), pp. 28 - 35.
[9] 成合英樹，本特別委員会宛私信，（2012.3.29）．
[10] 東京電力，福島第一原子力発電所 設備の概要,（2011）．
[11] S. W. Gouse, Jr., An Index to the Two-Phase
Gas-Liquid Flow Literature, The MIT Press,(1966).
[12] 庄司正弘，
沸騰研究の 50 年，
伝熱，Vol. 51, No.
214 (2012), pp. 21 - 29.
[13] M. Ishii, Challenges in Two-Phase Flow andReactor Safety Research after Fukushima Accident,
Japan-US Seminar on Two-Phase Flow Dynamics
2012, Tokyo, (2012).
[14] U.S. Nuclear Regulatory Commission, Reactor
Safety Study - An Assessment of Accident Risks in
U.S. Commercial Nuclear Power Plants, WASH
-1400 (NUREG 75/014), (1975)，（ラスムッセン
報告としてよく知られている）．
[15] 日本原子力学会誌，特集「軽水炉のシビアア
クシデント研究の現状」，Vo. 35, No. 9 (1993),
762 - 794.
[16] 成合英樹ほか，シビアアクシデントに関する
熱流動研究の最近の動向，日本原子力学会誌，
Vol. 39, No. 9 (1997), 739 - 752.
[17] 原子力災害対策本部，原子力安全に関する
IAEA 閣僚会議に対する日本国政府の報告書－東京電力原子力発電所の事故について－，(2011).
[18] 原子力災害対策本部，原子力安全に関する- 12 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

伝熱学会特別委員会報告
IAEA 閣僚会議に対する日本国政府の報告書－東京電力原子力発電所の事故について－（第 2 報），(2011).
[19] たとえば奈良林直，杉山憲一郎，東日本大震
災に伴う原子力発電所の事故と災害－福島第一原子力発電所の事故の要因分析と教訓，日本原子力学会誌, Vol. 53, No. 6 (2011), pp. 387 400.

[27] W. B. Marten, Records of Steam Boiler
Explosions, E. & F. Spon, London, (1872).
[28] A. M. Greene, Jr., History of the Boiler Code,ASME, (1953).
[29] 石谷清幹，工学概論（増補版），コロナ社，(1982), pp. 121 - 133.
[30] R. H. Parsons, History of the Institution of
Mechanical Engineers 1847 - 1947, IMech. E,
London, (1947).
[31] F. R. Hutton, A History of the American Societyof Mechanical Engineers from 1880 to 1915,
ASME, New York, (1915).
[32] B. Sinclair, A Centennial History of the American
Society of Mechanical Engineers 1880 - 1980,
ASME, New York, (1980).

[20] 圓山重直，伝熱学会の役割：現象の究明・検証のあり方を考える，
伝熱シンポジウム特別セッション「福島第一原発事故を受けて我が国のエネルギー問題を考える」配布資料，(2012)，
http://www.ifs.tohoku.ac.jp/maru/atom/.
[21] 有冨正憲（編著），今，原子力研究者技術者ができること，培風館，(2012).
[22] 藤岡惠子，大震災後の持続可能な電力需給にむけて，第 49 回日本伝熱シンポジウム特別セッション配布資料，(2012).
[23] 電気新聞，2011 年 12 月 7 日版
[24] 原子力安全保安院，電気保安統計（各年度）[25] 黒石卓司，小川道隆，発電用ボイラ制御の歴史 (1) 空気式からアナログ電気式の導入へ，
火力原子力発電，Vol. 63, No. 4 (2012), pp. 287 297.

[33] 廣瀬幹好，技師とマネジメント思想―アメリ
カにおけるマネジメントの思想の生成，1880
年～1920 年，文眞堂 (2005).
[34] 長島昭，学会のライフサイクルとサステイナ
ビリティ－日本伝熱学会の半世紀，伝熱, Vol.
51, No. 215 (2012), pp. 6 - 19.
[35] The ASME Presidential Task Force on Response
to Japan Nuclear Power Plant Events, Forging a
New Nuclear Safety Construct-, (2012),
http://files.asme.org/asmeorg/Publications/32419.p
df.

[26] 関西電力，各発電所の概要
http://www1.kepco.co.jp/energy/fpac/
community/plant/.

伝熱 2012 年 10 月

- 13 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

ヒートパイプ技術最近の進展
Recent Advance of Heat Pipe Technology
勝田 正文（早稲田大学）
日本ヒートパイプ協会会長
Masahumi KATSUTA(Waseda University)e-mail: katsuta@waseda.jp
１．はじめに2012 年 4 月発行の伝熱，創立 50 周年特別号[1]「学会のライフサイクルとサステナビリティ－日本伝熱学会半世紀」の中で長島先生が「若者を惹きつけたトピックス」で次のように述べておられる．“この半世紀の間には，伝熱学の分野でも，ある日突然面白い報告が登場して話題をさらう動きもあった．これは若い研究者を惹きつけるのに効果があった．1960
年代後半にヒートパイプが登場した．銅の棒よりはるかに軽い金属棒が，銅よりもはるかに多くの熱を伝えるというのである．中略 ヒートパイプの面白
い点は科学的発見でなく技術的発見であることであった．原理は古代から誰でも知っている蒸発・凝縮と毛細管現象である．このようなものが 20 世紀後半になって初めて登場することもあるのだと大いに刺激を受けた．”
実は本原稿を担当する筆者も 1970 年代前半に研究室生活に入ったばかりの駆け出しで，長島先生がおっしゃるこの現象に惹きつけられた若き研究者（？）の一人であると思われる．1970 年代から恩師でもある柴山信三教授がヒートパイプの基礎研究を始められ，いわゆる各種ウィックの伝熱，流動特性を仔細に検討されていた（この研究は後に師岡慎一
氏の博士論文「ヒートパイプの蒸発熱伝達機構および作動限界機構に関する研究」に集約されている）．
柴山は 1971 年 7 月号の日本機械学会誌[2]で“ヒートパイプ”という題名で現象に忠実でかなり踏み込んだ解説を書いており，最後のまとめには「今後もっと広く利用されてよい装置である」と記している．
日本におけるヒートパイプ研究の黎明期をここに紹介したが，現在では日本機械学会，日本伝熱シンポジウムでの複数セッションを設定，さらにはヒー
トパイプに特化した国際学会の開催など大いに発展
し，高性能伝熱素子，高性能熱輸送素子としての代伝熱 2012 年 10 月

- 14 -

名詞になるまで発展した．ここでは，特に 2000 年以降のヒートパイプ技術の進展とその応用について述べる．
２．ヒートパイプの開発から現状まで
簡単に歴史を振り返ってみる．機械学会誌の解説
で柴山は，次のように述べている．閉じた管の一端を加熱して内部の液体を蒸発させ他端で凝縮させることによって小さい温度差で管の断面積あたり多量の熱を輸送することが出来る．凝縮した液体を再び蒸発部にもどすために管の内壁に毛管作用のよく働くような組織（これを Wick という）を内張りしたようなものを用いる装置を Grover らがヒートパイ
プと名付けて 1964 年に発表[3]し，つづいて翌 1965
年に Cotter がその基礎理論発表して[4]そののち広く一般にも紹介されこの名称が一般的になった[5]．一方，ヒートパイプ協会編実用ヒートパイプ[6]では，“ヒートパイプのルーツは，アメリカオハイオ州にある G.M 社の S.Gaugler が出願した「Heat Transfer
Device」（出願 1942 年 12 月 21 日）がヒートパイ
プの文献 1 号であり[7]，当時の米国では実用化されずに埋もれてしまっている．”としている．このように．Grover は Gaugler とは全く関係なくヒートパイ
プを発明し，その実用化に成功した．また発明の名称をヒートパイプとして，広く受け入れられることとなった．Grover はニューメキシコの Los Alamos
研究所で研究グループを指導し，人工衛星用のヒー
トパイプの研究に傾注しており，その成果を基に製作された水－ステンレス鋼ヒートパイプを有する宇宙船は 1967 年に打ち上げられた．
一方，ヨーロッパでは原子力研究所を中心に高温側のヒートパイプ開発が行われた．英国の原子力研究所，イタリアの ISPRA（Joint Nuclear ResearchCenter）が中心となり，熱電子発電用であった．ドJ. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
イツ，Stuttgart の IKE やフランス，Grenoble の原子力研究所等もヒートパイプ研究に貢献しており，後の国際会議開催地や国際会議組織委員会の主要メンバーを輩出している．
以上のようにヒートパイプの初期の研究は，時代の要請に応えるものであり人工衛星への適用を中心に進められ，熱電子発電等へ波及した．ヒートパイ
プを初めて商品化したのもアメリカであるが（1966），
これを契機としてヒートパイプは世界各国で熱交換器や電子機器の冷却等，地上用各種機器の冷却に用いられるようになった．現在も放熱部材，素材の世
界規模の市場は 2011 年，3061 億円，2017 年予測では 4256 億円と言われており，ここにはヒートパイプ
以外の素材や部材も含まれるものの，市場は堅調に伸びるものと思われる（株式会社 富士経済による）．
３．この間のエポックメイキングな出来事（2000 年以降も含む）
1966 年 F.J. Stenger CPL(Capillary Pumped Loop)を提案
1969 年 V.H. Gray
Rotating Heat Pipe を提案
1975 年 ATS-F(Application Technology Satellite)
CTS(Communication Technology Satellite)
温度制御用ヒートパイプ採用と可変コンダクタンスヒートパイプの搭載
1976 年 122000 本の低温ヒートパイプをアラスカ
パイプラインシステムに設置（図 5 参照）
1984 年 T.P.Cotter Micro Heat Pipe の概念を発表[8]
1987 年 H.Akachi 自励振動型ＨＰの提案[9]1999 年 第 11 回 IHPC を東京 成蹊大学で開催（実行委員長 成蹊大学 前沢教授）
Oscillatory-Flow
Heat-Transport
Device(Forced Oscillatory Flow Type and Bubble
Driven Type) Prof. Nishio いわゆるドリームパイプと気泡駆動型の振動型のＨＰの比較 [10]2006 年 第 8 回 IHPS を熊本大学で開催（実行委員長 熊本大学 井村教授）
2011 年 A.Fagri
太陽熱集熱へのＨＰの応用を提唱[11]Mochizuki 原子力事故の分析からヒート
パイプによる自然循環冷却を提唱[12]

伝熱 2012 年 10 月

- 15 -

４．国際会議や日本ヒートパイプ協会の貢献
ヒートパイプ研究の進展及び広範な用途開発を背景として，第 1 回の国際ヒートパイプ会議（International Heat Pipe Conference）が 1973 年ドイツ（Stuttgart）で開催され，41 編の論文が受理され発表された．宇宙対象が 8 編に対して地上用の応用
例が 6 編，VCHP も 6 編あったことは注目される．
その後，IHTC は 3 年ごとに大体開催されてきている．開催年と開催地を表にまとめているので参照されたい．中でも第 5 回と第 11 回は東京で開催されている．特に第 5 回（1984）は，日本でのヒートパイ
プ生産が量産段階に入ろうとした時代で，応用分野も多岐にわたり，加えて大学や研究所の基礎研究は独創的なものが多く世界的にもトップレベルにあったことは間違いない．このような時に産学官が連携して協力し，大島耕一，本田一郎を中心として日本
ヒートパイプ協会が 1982 年 6 月に設立され[13]，大島耕一教授（東京大学）に会長をお願いした．この協会の主要メンバーを中心に第 5 回 IHPC 実行委員会が構成され，2 年後の開催に向けて活動を開始している．なお，昨年 6 月にヒートパイプ協会は 30
周年を迎えているが，本年 2012 年 7 月 7 日に開催された総会の後に 30 周年の記念懇親会を行っている．
日本伝熱学会の 50 周年に遅れること 20 年であることは，興味深い．
第 11 回（1999）は，東京の成蹊大学で前沢教授を中心に開催されたが，1984 年のマイクロヒートパイ
プ，87 年の自励振動型ヒートパイプの提案を受け，また PC の高速化による CPU 冷却側の要請も受けて，
7 件のキーノートレクチャーが行われ（マイクロ/ミニチアヒートパイプ，CPL と LHP ヒートパイプ技術，
二相サーモサイフォン，自励振動型ヒートパイプ理論，宇宙関連の CPL と LHP の問題点），この分野の将来を示唆する多くの提言がなされている．また，日本からの論文の増加と同時に韓国を筆頭に東南ア
ジアからの発表もこのころから盛況となった．
日本ヒートパイプ協会では，特に東南アジアにおけるヒートパイプ研究と開発，産業の育成を支援する目的から，世界的な組織である IHPC とは別に国際ヒートパイプシンポジウム（IHPS）を主催することを提唱し，こちらも概ね 3 年おきに第 1 回から 4
回までを日本で，その後は東南アジア各地で開催され現在にいたっている．表に示すように現在では環太平洋地域も巻き込み大きく成長している．いよい

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
よ第 11 回は，経済的にも格段の飛躍をみた中国で開催される予定である．
最近，台湾で開催された第 10 回の IHPS では，以下のような発表があった[14]．
第 10 回 IHPC実行委員長 Prof. Kang Tamkan Univ. Taiwan
全論文数 49 件
Key note lecture
5件
Mini, Micro Heat Pipe
10 件
Loop Heat Pipe
10 件
Thermosyphon
4件
Oscillating Heat Pipe
8件
High Temperature Heat Pipe
2件
Aerospace Application
2件
Environmental Protection and Energy Saving 4 件
Others
5件
残念なことではあるが，日本からの論文発表は減少傾向にあり，最盛期の 2 割程度である．やはり，世界の工場と言われヒートパイプでも技術力の上昇が著しい中国からの論文が多いのが特徴である．
表 1 IHPC 開催地
LOCATION
Stuttgart, Germany
Bologna, Italy
Palo Alto, CA, USA
London, UK
Tsukuba, Japan
Grenoble, France
Minsk, Belarus
Beijing, China
Albuquerque, NM, USA
Stuttgart, Germany
Tokyo, Japan
Moscow, Russia
Shang hai, China
Florianopolis, Brazil
Clemson, SC, USA
Lyon, France

YEAR
1973
1976
1978
1981
1984
1987
1990
1992
1995
1997
1999
2002
2004
2007
2010
2012

IHPS Location Year
1st
Tokyo
1985
2nd
Osaka
1987
3rd
Tsukuba 1988
4th
Tsukuba 1994
5th
Australia 1996
6th
Thailand 2000
7th
Korea
2003
8th Kumamoto 2006
9th
Malaysia 2008
10th
Taiwan2011

５．論文動向に見る研究開発の傾向と変遷
5.1 日本伝熱学会 日本伝熱シンポジウム
日本伝熱シンポジウムにおけるヒートパイプ講演
数を研究テーマ別に整理して図 1 に示す．伝熱シンポジウムにおけるヒートパイプの最初の講演論文は，第 10 回に初めて見られる（ヒートパイプの非定常挙動の研究 第 1 報 当時慶応大 長島教授）．講演
数は回を重ねるごとに増加傾向にあり，研究開発，
特に基礎的な現象に対して非常に活発であることがうかがえる．
累計別では，ヒートパイプの原形と言うべきウィ
ック型およびサーモサイフォンの数が減少し，LHP，マイクロ，自励振動型が増加傾向にある．最近は特に挙動メカニズムに着目した研究や，そのメカニズ
ムによる伝熱解析モデルの構築が多い．より詳細な類型による分類である図 2 からも同様な傾向が見られる．
熱サイフォンHP

ウィックHP

LHP

マイクロHP

平板HP

自励振動HP

40
35
発表回数

IHPC
1st
2nd
3rd
4th
5th
6th
7th
8th
9th
10th
11th
12th
13th
14th
15th
16th

表 2 IHPS 開催地

30
25
20
15
10
5
0

第10～19回 第20～29回 第30～39回 第40～48回

図 1 伝熱シンポジウム HP 別発表回数推移

伝熱 2012 年 10 月

- 16 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
図 4 は一般講演内容による変遷である．もともと全発表論文数が異なるので，割合で表示しているが，
LHP および自励振動型の増加，幅広い応用に裏打ちされた研究対象の多様化が最近の特徴であると判断される．
ヒートパイプの原形型に関する基礎研究も安定した割合を占めている．

40
35
30
25
20
15
10
5
0

第10～19回 第20～29回 第30～39回 第40～48回
ウィックHP
マイクロHP
自励振動HP
トップヒートHP
回転HP
VCHP
スーパーHP
蛇行細管%

熱サイフォンHP
LHP
平板HP
浸透HP
ケミカルHP
VCHP
キャピラリーポンプ
COSMOS SEMOS
並列細管熱輸送デバイス

40
35
30
25
20
15
10
5
0

IHPC(1999)
IHPS(2011)

図 2 伝熱シンポジウム HP 別発表回数推移(詳細)5.2 学会誌 伝熱計 13 編（内 伝熱シンポジウムのレビューが 3編）の解説があるが，自励振動型ドリームパイプ，
より応用に特化した（融雪，凍土利用の低温貯蔵庫）
内容である．

%

5.3 国際学会
性格が若干異なる国際会議ではあるが，手元資料が豊富にある第 11 回 IHPC（成蹊大学）と第 10 回
IHPS の講演やキーノートについて比較を試みた．
図 3 はキーノートレクチャーの内容による比較である．基礎現象や解析を重視した 1999 年から 2011
年では，応用面に重点が置かれ，震災後の原子炉事故に対する対策や（パッシブな冷却に HP を利用），
環境の側面が強調されていることが分かる．

20
15
10
5
0

IHPC(1999)
IHPS(2011)

図 3 IHPC(1999)，IHPS(2011)(Keynote Lecture 比較)

伝熱 2012 年 10 月

- 17 -

図 4 IHPC(1999) ，IHPS(2011)一般講演比較
６．特許から見る動向
日本国内の特許分析を行っている創知㈱の分析を基に述べる．分析対象は要約・請求項に「ヒートパイプ」を含む，2001 年以降に公開された国内特許である．2001 年から 2011 年 10 月末までに 3000 件を超える特許が公開されている．年次推移をみると，2008 年公開まで年間で 300 件を超える特許がコンス
タントに公開されている．その後やや減少する傾向が見られる．クラスター解析によれば，ヒートパイ
プそのものに関する特許ではウィックや冷媒，コン
テナあるいはヒートシンクといった技術が多く公開されている．一方，応用面では電力変換装置や電子機器，光源，画像形成装置あるいはエンジン等に関する特許が公開されている．主要な出願領域の推移をみると，2001 年から 2003 年公開の特許ではヒー
トシンクに関連するものが多かったが，2004 年～
2009 年の範囲では画像形成装置が，そして 2010 年
以降ではエンジン関連の応用が増加している．
日本伝熱学会の主要メンバーである大学を含む公的機関からの出願では，その数は必ずしも多くはな
く，2001 年以降で 50 件程度が公開されているに留まる．
特許から見ると，原油価格の高騰や温暖化防止
さらには原子力発電所の事故などによる，更なるエ
ネルギー効率の向上を求められる我が国においては，

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
多面的に取り組む必要がある．ヒートパイプを代表とする熱輸送技術に加えて蓄熱や断熱などエネルギ
ーマネージメント技術は今後注目されることとなろう．その中で公的研究機関をいかに活用し，技術を効果的に開発していくかが日本企業の課題となるものと考えられる（ヒートパイプとプレーヤーより）[15]．
７．あとがき特に 2000 年以降のヒートパイプ技術に注目して，技術を歴史的な観点で解説した．黎明期に若い研究者を惹き付けたヒートパイプも，奇しくも先達が指摘したように幅広い応用に裏打ちされた研究対象の多様化が最近の特徴である．一方，我が国のこの分野における競争力は，最盛時に比較してかなり衰えを見せており，代わって東南アジアの国々が力を増している．ヒートパイプ協会が総力を挙げて 1985
年に出版した「実用ヒートパイプ」の復刊を望む声
も，最近あちこちから聞こえている．近い将来，このような声にお答えする機会が持てるように協会も一丸となって努力していきたい．

[1]

[2]
[3]

[4]

[5]

参考文献
長島，学会のライフサイクルとサステナビリテ
ィー－日本伝熱学会の半世紀，伝熱，Vol.51，
No.215，(2012-4)，6-19.
柴山，ヒートパイプ，日本機械学会誌，第 74
巻，630 号，(1971-7)，65-69.
G.M. Grover, T.P. Cotter and C.A. Erikson，
Structure of Very High Thermal Conductance, J.
Appl. Phys. Vol.35, No.6, (1964-6), 1990.
T. P. Cotter, Theory of Heat Pipe, USAEC Report
LA-3278, Contact W-7405-eng-36, Los Alamos
Research Center (1965).
K.T. Feldman and G.H. Whiting, Mech. Eengng.
Vol.89, No.2 (1967-2), 30.
Rngr’s Digest, Vol.28, No.3 (1967-3), 85.

[6] 日本ヒートパイプ協会編，実用ヒートパイプ，
日刊工業新聞社，(2001-7).
[7] P.D. Dunn and D.A. Reay (伊藤訳)，ヒートパイプ，
学献社, (1978).
[8] T.P. Cotter, Principles and Prospects of Micro Heat
Pipes, Proc. 5th Heat Pipe Conference, Tsukuba
Japan, (1984), 328-335.

伝熱 2012 年 10 月

- 18 -[9] H. Akachi, F. Polasek and P. Stlc, Pulsating Heat
Pipes, Proceedings of the 5th IHPS, (1996),
208-217.
[10] S.Nishio, Oscillatory-Flow Heat-Transport Device(Forced Oscillatory Flow Type and Bubble DrivenType), Proc. 11th Heat Pipe Conference, TokyoJapan, (1999), 39-49.
[11] Fagri, Integration of Heat Pipes in Thermal Energy
Storage System for Concentrating Solar Power,
Proc. 10th IHPS, (2011), 7.
[12] M.Mochizuki 他 6 名, Nuclear Reactor Must Need
Heat Pipe for Cooling, Proc. 10th IHPS, (2011),
8-12.
[13] http://www.jahp.jp/[14] Proceedings of The 10th International Heat Pipes
Symposium,(2011).
[15] http://so-ti.com/
付録 ヒートパイプ応用例
本文に登場した多くのヒートパイプについて，特にその構造や伝熱機構について述べることなく，技術の視点，歴史的な観点を強調した．
ここに，いくつかの応用例を写真やモデル図で示すことにより，読者諸兄の参考としたい．
個別のヒートパイプ詳細解説は，それぞれの専門家にお願いしている．
・永久凍土融解防止用ヒートパイプ

図 5 永久凍土融解防止用ヒートパイプ（勝田所蔵写真）

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
・平板型ヒートパイプ

・ループヒートパイプ

図 9 平板型ヒートパイプ（フィン接続）(古河電工㈱ホームページより)

図 6 ループヒートパイプ作動原理
http://www.nedo.go.jp/content/100080342pdf

・PC 冷却用ヒートパイプ
・自励振動ヒートパイプ

図 7 自励振動ヒートパイプ作動原理
http://www.es.titech.ac.jp/nagasaki/npicture/study/OHP.html

図 10 PC 冷却用平板型ヒートパイプ（フジクラ 望月氏提供）

・パワーキッカー（インバーター等冷却用）

通常タイプ

電気絶縁体
U 字 HP 利用型
図 8 パワーキッカー(古河電工㈱ホームページより)

伝熱 2012 年 10 月

- 19 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

ヒートパイプの理論
Theory of Heat Pipes

宮崎 芳郎（福井工業大学）
Yoshiro MIYAZAKI (Fukui University of Technology)
１．はじめにヒートパイプは作動流体が高温で蒸発し, 低温で凝縮するという過程を含む熱力学サイクルを構成している. この熱力学サイクルは熱機関としての機能とともに高温部から低温部へ潜熱として熱を輸送する機能を持っている. ヒートパイプの特長である, 外部からの動力を必要としない受動的な動作と高い熱輸送性能はこの熱力学サイクルの機能からもたらされている.
ヒートパイプの熱力学サイクルは様々な種類があるが, 基本的には二つのタイプに分けられる.
一つはランキンサイクルのように蒸発や凝縮の過程が等温の静的な熱力学サイクルであり, もう一
つは自励振動によって構成される動的な熱力学サ
イクルである.
前者は毛細管力型ヒートパイプやサーモサイフ
ォン等の従来型ヒートパイプの熱力学サイクルである. すでに明快な理論の体系が構築されており,設計技術と実績に裏打ちされた製造技術が完成されている.
後者は自励振動ヒートパイプの熱力学サイクルである. 自励振動ヒートパイプは加熱部と冷却部を何回も往復する細管に内容積の半分程度の作動
流体が封入された構造をしている. 赤地により,この構造がヒートパイプの機能を持つことが発見され, ヒートレーンの名称で実用化された[1]. その後, このヒートパイプの熱力学サイクルは圧力とボイド率の相互作用による自励振動によって構成されるという物理モデルが提案された[2]. 現在,
このモデルを基に自励振動ヒートパイプの現象を理解しようという試みが進んでいる.
本稿ではヒートパイプの二種類の熱力学サイクルの概略とともに自励振動ヒートパイプに対する新しい理論の発展の様子を紹介したい.

伝熱 2012 年 10 月

２．ヒートパイプの熱力学サイクル
2.1 相変化の過程が等温の熱力学サイクル
相変化が等温で行われるヒートパイプの熱力学
サイクルの例として毛細管力型ヒートパイプの熱力学サイクルを図 1 に示す.

図1

毛細管力型ヒートパイプの熱力学サイクル

作動流体は圧縮液の状態:A で加熱部に流入し飽和蒸気:B となり加熱部を出る. 蒸気は蒸気流路を断熱的に流れ, 冷却部に入り:C 凝縮される.
凝縮液は飽和状態:D で冷却部を出て, 液路を通り,
加熱部に戻る.
このサイクルを維持するためには加熱部に飽和蒸気圧に抗して液膜を形成する必要があり, このために毛細管力が利用されている. サーモサイフ
ォンでは重力が, 回転型ヒートパイプでは遠心力
が各々毛細管力と同じ役目を果たしている.
作動流体の状態変化は温度‐エントロピ線図上の右回りのサイクルを構成しており, サイクルが囲む面積は発生する仕事の量を示している. ヒー
トパイプでは外部との仕事の出入りがないので,
熱力学サイクルが発生する仕事は作動流体がヒー
トパイプ内を循環する力学的仕事に等しい.
熱輸送量は作動流体の流量と潜熱の積で得られ- 20 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
る. 熱輸送量が増すと作動流体の流量が増え, 必
要な仕事も増える. この仕事の増加によるサイク
ルの面積の増加は蒸発と凝縮の温度差の拡大を招き, 蒸気と液の圧力差が大きくなる. この圧力差が毛細管圧力の最大値を超えると加熱面での液膜が形成できなくなる. これが毛細管力型ヒートパ
イプの作動限界となる.
このような熱力学サイクルによって得られる仕事と熱輸送のための作動流体の流れの関係がヒー
トパイプの理論の基礎をなしている.
2.2 自励振動による熱力学サイクル
自励振動ヒートパイプの動作の様子を図 2 に示す. 加熱部と冷却部を何回も往復する細管に
内容積の半分ほどの作動流体が封入されており,
管軸方向に蒸気泡と液プラグとが交互に分布している.
作動流体は自励的に発生する圧力振動により駆動され, 加熱部と冷却部を往復する. この振動流により加熱部で発生した蒸気は冷却部へ運ばれ凝
縮し, 凝縮液は加熱部へ戻る. このような作動液の相変化を伴ったサイクルにより熱は潜熱として加熱部から冷却部へ運ばれる.
自励振動は圧力とボイド率が互いに相手を変える効果を持っていることによって起こる.
圧力振動がボイド率を変えるのは圧力の振動によって起こる振動流がボイド率の変化を生むからである. すなわち, 流れは高い圧力の部分から,低い圧力の部分に向かうので圧力の高い部分のボ
イド率は大きくなり, 圧力の低い部分のボイド率は小さくなる.
一方, ボイド率が圧力を変える効果を持つのは圧力が蒸発量と凝縮量のバランスによって定まる
ことによる. すなわちボイド率の大きい部分は凝縮が支配的なので圧力は低下し, ボイド率が小さ
い部分は蒸発が支配的なので圧力は高くなる.
このような圧力とボイド率の相互作用は図 3 に示すように, 圧力‐ボイド率線図上の右回りの円として表わされる.
このサイクルは高圧での膨張と低圧での圧縮とからなり, 力学的仕事を発生している. 円の面積は得られる仕事の大きさを表わしており, 振動流の仕事となる.
これまでにこの作動原理に基づき, 圧力振動の特性と熱輸送性能との関係が検討されている. ま伝熱 2012 年 10 月

た自励振動によって形成される熱力学サイクルの効率はレイノルズ数とともに低下し, これが自励振動ヒートパイプの作動限界の原因であるという理論が提案されている.
以下の章において, このような自励振動ヒート
パイプの理論の概要を紹介する.

図2

図3

自励振動ヒートパイプの動作

自励振動ヒートパイプの熱力学サイクル

３．自励振動の機構と圧力振動の波
3.1 振動流と流路間の位相差
自励振動ヒートパイプの加熱部と冷却部を往復する一組の流路をターンという. 作動流体は各々のターンで振動しており, その位相が隣り合うターンで少しずつずれているため, ターン間を伝播する波を形成している.
振動流が形成する波の様子を図 4 に示す. 図の上部が蒸発部, 下部が冷却部であり, 各ターン内の液が黒い U 字状の液柱で示されている.
この波は流路方向に振動する縦波であり，流路方向に疎密の波，すなわちボイド率の波を生じる.

- 21 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
本章では自励振動の機構を解析することにより,
このような波の特性を検討している.

3.3 ボイド率による圧力の変化
ボイド率が圧力を変化させる効果を持つのは,ボイド率によって蒸発と凝縮の実効的な伝熱面積が変化し, 蒸発と凝縮の速度が変わるためである.
ここで蒸発速度は液で覆われた面積, 凝縮速度は蒸気で覆われた面積に各々比例するという単純化のための仮定をすると, ターン当たりの蒸発伝熱量 qe と凝縮伝熱量 qc の平衡状態からの変化は, ボ
イド率の平衡状態からの変化に次式で関係付けら
れる.
q
(5)
∆qe = − 0 ∆α
1 − α0∆q c =

q0
∆α
α0

(6)

ここで添え字 0 は平衡状態を表している.
式(5)と式(6)より, 正味の蒸発伝熱量の変化は次式となる.
q0(7)∆q = −∆αα 0 (1 − α 0 )
図4

振動流の波

この伝熱量の変化によって生じる蒸気量の変化が次式で与えられる.

3.2 圧力によるボイド率の変化
流路内では管軸方向に蒸気泡と液プラグとが交互に分布しているが, 解析モデルの簡単化のためにボイド率が連続的に変化していると考える. この仮定のもとで円管内層流の流量 m& は次式で表∂ ( ρ vα )q * ∆α
=−
∂t
rV
q0
q* =
α 0 (1 − α 0 )πd 4 ∂p(1)
128 ν ∂ x
流れによる密度 ρ の変化は質量保存則により,次式で与えられる.
m& = −

蒸気の状態は理想気体の状態式とクラペイロン－クラウジュースの式に従うとするとボイド率による圧力の変化は次式のように得られる.

∂ρd 2 ∂2 p(2)=∂t 32ν ∂x 2
通常のヒートパイプの運転状態では液の密度
ρl は蒸気の密度より非常に大きいので作動流体の密度とボイド率 α の関係は次のように近似できる.

q * RT0∂2 p∂α=−α 0V ( r − RT0 ) ∂t∂t 2

伝熱 2012 年 10 月

(11)

3.4 波の速度
自励振動の機構, すなわち, 圧力のボイド率に対する効果を示す式(4)とボイド率の圧力に対する効果を示す式(11)から, 圧力に関する波動方程式が次のように得られ, 波の速度 c は式(13)で表(3)

したがって, 圧力によるボイド率の変化は次式で表わされる.
∂αd 2 ∂2 p=−∂t
32 ρ lν ∂x 2

(9)

ここでρv, r, V は各々,蒸気の密度, 蒸発潜熱, 1
ターンの内容積である.
蒸気量の変化によって蒸気の密度が変化するとすれば次式が得られる.
∂ρ v
q * ∆α(10)=−∂trV α 0わされる.

ρ = ρl (1 − α )(8)わされる[3].

(4)

2
∂2 p
2 ∂ p
=
c
∂x 2
∂t 2

- 22 -(12)

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプc=q * RT 08πlα 0 ρ lν ( r − RT 0 )はなく, その一部が相変化を行い熱の輸送を行うと考え, その割合を η とする.
このような条件のもとで熱輸送量は次式で表さ
れる.

(13)

ここで l はターンの長さである.
図 4 の画像データから得た波の速度を理論値と比較して図 5 に示す[4].

q = η r m& / 2(14)

ここで, 圧力振動の波を正弦波で表わす.

100

p = p a sin(ω t − kx )(15)

この波の圧力勾配の平均は次式で与えられる.
2kPa
∂P
=
π
∂x m

40

W ave velocity (m/s)

Predicted

この圧力勾配を用いて, 流量を求め, 式(14)に代入すると, 圧力振動の特性と熱輸送量の関係が次のように得られる.

20

q = ηrMeasured10(16)

π d 4 nPa
64 c

(17)

4.3 熱輸送距離
振動流の流速は次式で表わされる.
u =

4

2

40

20

100

(18)

圧力振動の波が正弦波で表わされるとすると,振動流の流速も正弦波であらわされ, 圧力振動と振動流の速度の振幅に関して次の関係が得られる.

200

Heat load (W)ua =

図 5 波の速度

d2
kpa
32 ρν

(19)

また, 振動流の振幅 ya と振動流の速度の振幅の間には次の関係がある.

４．圧力振動の特性
4.1 圧力振動の特性と熱輸送現象
自励振動ヒートパイプでは圧力振動が振動流を起こし, 振動流により熱が輸送される. したがって, 熱輸送の量と距離は振動流の流量と振幅によって定まり, 振動流は圧力振動の振動数と振幅によって定まると考えられる[5].
本章ではこれらの関係を解析することにより, 自励
振動ヒートパイプで発生する圧力振動の特性を検討
している.
4.2 熱輸送量
熱が潜熱によって輸送されると考えれば, 加熱部から冷却部へ向かう蒸気の流れと冷却部から蒸発部へ向かう液の流れは熱の輸送に有効であるが,逆方向の流れは熱の輸送に貢献しない. また有効な方向の流れもすべてが熱の輸送にかかわるので

伝熱 2012 年 10 月

d 2 ∂p32 ρν ∂ x

ya =

ua
ω

(20)

式（19）と式（20）から, 振動流の振幅と圧力振動の振幅の関係が次のように得られる.

ya =d 2 pa32 ρν c(21)

自励振動ヒートパイプの正常な動作状態では振動流は加熱部の端から冷却部の端まで流れるので,ターンの長さ l と振動流の振幅には次の関係がある.

2 ya =l
2(22)

したがって, ターンの長さと圧力振動の特性の次の関係がえられる.

- 23 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプl=d 2 pa8 ρν cに熱輸送量とともに熱力学サイクルは発達し, 必
要な仕事を供給する. 熱力学サイクルの発達は蒸気と液の圧力差が大きくなることによりもたらさ
れるが, 毛細管力の最大値で限界に至る. これが毛細管力型ヒートパイプの作動限界である.
自励振動ヒートパイプの場合は熱力学サイクルの発達自体に限界があり, 作動限界に至ると考えられる[6].
本章ではその概略を述べる.
5.2 圧力とボイド率の位相差振動流が形成する波の変位を次式で表す.

(23)

4.4 圧力振動特性
圧力振動は波を形成しており, その特性は振幅,振動数と波の速度によって表される.
波の速度は 3 章で述べたように圧力振動とボイド率の相互作用によって定まることが示されている. 振幅と振動数は熱輸送現象との関係, 式(17)と式(23)から次のように得られる.

8lµ
c
d2
8q
n=
ηρ r π d 2 l
pa =

(24)
(25)

y = y0 sin(ωt − kx )(26)

この波は, 流路内を伝播する縦波であり, 流路
内に疎密の波, すなわちボイド率の波を生じる.
ボイド率は変位とは位相が π/2 異なり, 次のように表わされる.

圧力振動の振幅と振動数の理論値と実験値を比較して各々, 図 6 と図 7 に示す[5].

α = α 0 sin( ω t − kx −

π
)
2

(27)

一方, 振動流と圧力振動との関係を与える運動量保存式は, 細管内振動流に対して次のように単純化される.
1 ∂p
∂2 y
∂y
=−
− µe
2
ρ ∂x
∂t
∂t

(28)

慣性項が無視できる場合, 式(26)の振動流に対する圧力振動は次のようになりボイド率とは π/2の位相差がある.
図6

圧力振動の振幅p = p0 sin(ωt − kx)(29)

一方, 粘性項が無視できる場合の圧力振動は次のようになり, ボイド率との位相差は π である.
p = p0 sin(ωt − kx +

図7

(30)

このように, 圧力振動とボイド率振動の位相差は慣性項と粘性項の比, すなわちレイノルズ数によって π/2 から π の間で変化する.
5.3 サイクル効率と作動限界
自励振動ヒートパイプの熱力学サイクルは圧力とボイド率の振動が互いに相手の振動を励起する
ことによって構成されている. 得られる仕事, すなわちサイクルで囲まれた面積は圧力振動とボイド率振動の位相差によって変わる. 図 8 にその様子を示す.

圧力振動の振動数

５．作動限界5.1 熱力学サイクルの発達限界
毛細管力型ヒートパイプでは 2 章で述べたよう

伝熱 2012 年 10 月

π)2

- 24 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
これらの関係から最大熱輸送量 Qmax と対応する臨界レイノルズ数 Re * との関係が次のように得られる.

Qmax π
= µrL
Re *
4

(33)

ここで, 臨界レイノルズ数が一定であると仮定
すると最大熱輸送量は伝熱面長さに比例し, 管径には依存しない.
この予測を実験的に検証した結果を図 9 と図 10に示す. 実験に用いたヒートパイプは加熱部と冷却部の長さが等しく, 断熱部のない単純な形状であり, 水平状態で 3 種類の封入量に対して実験が行われている[6]．

位相差: π/2

位相差: 3π/4

800
30%
50%
70%

600

図 8

Q max (W)

位相差: π400

圧力とボイド率の位相差と熱力学サイクル
の効率

200

位相差が π/2 の場合, 相互励振の効果は有効に働いているが, 位相差が大きくなるにつれ, その効果は小さくなり, 位相差が π になると熱力学サイクルとしての機能が失われることがわかる.
位相差は, 前述したように, レイノルズ数が大きくなるとともに大きくなる. このことは熱輸送量が増加し, 作動流体の流量が増えるとともに,熱機関として得ることが出来る仕事は減少することを意味しており, 熱輸送量には限界があることを示している. これが自励振動ヒートパイプの作
動限界と考えられる.
5.4 臨界レイノルズ数
自励振動ヒートパイプの流れ方向の代表寸法として伝熱面の長さ L, 流れに直角方向の代表寸法
として管の内径 d をとり, レイノルズ数を次のように表わす.

Re =

ud 2
νL

0
0

図9

伝熱 2012 年 10 月

最大熱輸送量と伝熱面長さ

Q max (W)

600
400
200
0
0

30%
50%
70%
1

2

3

Channel diameter (mm)

図 10 最大熱輸送量と管径(31)６．おわりに
主に自励振動ヒートパイプの萌芽的な理論を紹介した. その概要は以下のとおりである.

2

πd
ρ ur
4

150

800

一方, 熱輸送量と必要な振動流の流速の関係を次式で表す.

Q =50
100
Length of heat transfer (mm)(32)

- 25 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
・圧力振動がボイド率との相互励振作用で起こる.
・圧力振動によりターン内を往復する振動流が起こる.
・振動流は波を形成し, ボイド率の波を作る.
・自励振動はレイノルズ数が大きくなると減衰す
る.
このように自励振動ヒートパイプの現象の基礎的な理解は進みつつあり, 理論の枠組みも見えつつある. しかし, この理論は現象の全体像の把握のため, 極限まで単純化したモデルを用いている.
このため, 様々な機能, 形状, 動作形態をもつ実際のヒートパイプの設計開発に, 直接, 役に立つ
段階には程遠い.
この技術の発展のためには様々な視点からの幅
広い, そして体系的な研究が望まれる.

伝熱 2012 年 10 月

参考文献
[1] Akachi, H. and Polasek, F., 5th International Heat
Pipe Symposium, (1996)[2] Miyazaki, Y. and Akachi, H., 5th International
Heat Pipe Symposium, (1996)[3] Miyazaki, Y. and Akachi, H., 3rd International
Conference On Multi-Phase Flow, (1998)[4] Miyazaki, Y., and Arikawa, M., 11th International
Heat Pipe Conference, (1999)[5] Miyazaki, Y., Ogawa, H. and Iwata, N., 40thInternational Conference on Environmental
Systems, (2010)[6] Miyazaki, Y., Kawai, H., Iwata, N. and Ogawa, H.,
16th International Heat Pipe Conference, (2012)- 26 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

ヒートパイプの設計
Design for Heat Pipes

望月 正孝（㈱フジクラ）
Masataka MOCHIZUKI (Fujikura Ltd.)e-mail: mmotizuk@fujikura.co.jp
１．はじめにヒートパイプの種類は多々あるが，ここでは，ウイック式ヒートパイプと熱サイホンを取り上げて設計方法について解説する．設計には，熱設計と材料選定，構造設計がある．図 1 に，ヒートパイプの設計手順をフローチャートにて示す．[1]動流体の蒸気圧と密接な関係にある．通常ヒート
パイプは，飽和蒸気圧力線上を温度の上下動に伴い自然に変化していくが，蒸発部と凝縮部の温度
圧力はほぼ一定である．

設計手順
検討対象

使用条件

作動流体

適
合
性

用
途
使用温度
熱輸送量
熱 抵 抗
コ ス ト

適
合
性
の
確
認

作動流体選定

YES

ウイック

容器

用
途
使用温度
機械的強度
耐食性
重量制約
コ ス ト

容器選定

使用モード
熱輸送量
伝熱抵抗
コ ス ト

NO

取付の可否

図1

YES

仕様決定

容器材質

容器との適合性

用 途

安 全 性

人畜への影響、引火、爆発などの危険性など

使用温度

蒸気圧力

圧力容器の適用は極力さける *2

熱輸送量

メリット数蒸気流速

熱流速、ドライアウト、還流液の飛散 など *3、音速限界

許容伝熱抵抗相変化熱伝達率

内部伝熱面積の増加 *3

コ ス ト

経 済 性

入手、取扱いなどの容易さ

図2

ヒートパイプの設計手順フローチャート

場合によっては二重構造の管の採用*1. あらかじめ容器材質の指定があるとき*2. 容器内容積との関連*3. ウイック構造との関連

作動流体選定のチェックリスト

ヒートパイプの容器が大径で長尺である場合，蒸気圧力が高すぎると労働安全衛生法に定める各種圧力容器に抵触する可能性があり，圧力P(kg/cm2G)×容器内容積 V(m3)の積である PV 値が法規制値以下になるように設計して，圧力容器の適用を避けるのが賢明である．PV 値が 0.04 を超えるものは第一種圧力容器となり，圧力容器の設計，検査の他安全装置の設置を義務つけられる．
このような場合，容器内容積を小さくする為，パ
イプ径を小径にして対応するのが一般的である．
不要に高い蒸気圧の作動流体を選定する事は，容器を一層頑丈にする必要を生じ経済性を損なう結果となる．あらかじめ指定された熱輸送量を満足させるためには作動流体のメリット数 (ρl σ L /ηT)をチェックする．ここで液体の密度:ρl，表面張力:σ，蒸発潜熱:L，粘度:η，使用温度:T に応じて作動流体を選ぶが，毛細管限界からくる最大熱輸送量の式に含まれるメリット数が大きくなるよう作

２．ヒートパイプの材料設計
2.1 作動流体の選定
ヒートパイプを構成する三つの要素のうち最初に選定されるものに作動流体がある．作動流体はヒートパイプの用途，使用温度，熱輸送量，許容
熱抵抗及び経済性の 5 項目を検討して選定する必要がある．図 2 に示すチェックリストのうち設計仕様で容器材質の指定のある場合，作動流体と容器材質の適合性を参考にして検討されなければならない．ヒートパイプの用途によっては，たとえば食品関係に使用される場合，作動流体は食品添
加物として認定されたもの，または食品衛生上無害と認められたもの以外は使用できないので注意を要する．同様に引火性，爆発性，公害性等の危険性のある作動流体を対象として検討する場合には，関連法規をはじめとして安全性が明確にされなければならない．ヒートパイプの使用温度は作

伝熱 2012 年 10 月

検討項目

作動流体の選定

ウイック選定

検証内容

仕 様

*1

- 27 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
動流体を選定すべきである．
(1) 表面張力が大きい(2) 密度が大である(3) 潜熱が大きい(4) 粘度が小さい
定性的には，次の理由でヒートパイプの熱輸送量が大きくなるからである．即ち表面張力が大きいと毛細管力が大きくなるので，熱輸送量が増加する．密度と潜熱が大きいと流体の単位体積当たりの熱輸送量が大きくなる．粘度が小さいと流路抵抗が小さくなり，流体の熱輸送量が大きくなる．一つの流体の作動温度範囲は，融点から臨界温度までの中でメリット数が比較的大きい範囲内に限られる．また熱分解が起きない範囲に抑える必要もある．さらに作動流体と容器やウイックとの濡れ性の良いことも考慮に入れなければならな
い．表 1 に，代表的な作動流体の融点，沸点，臨
界温度，作動温度（圧力）範囲と各種作動流体に適合したウイック容器材料を示す．作動流体の充てん量は，ウイックのあるヒートパイプでは，ウ

表 1 代表的な作動流体の融点，沸点，臨界温度，作動温度(圧力)範囲，適合材料
作動流体

融点

沸点

臨界温度℃

作動温度℃

容器

（分子式）

[℃]

[℃]

[臨界圧力 Pa]

[作動圧力 Pa]

ウイック

-272.2-268.9

SUS304L

ヘリウム
(He)
窒素
（N2）
フレオン 22（CHCIF2）
HFC-134a(CH2F－CF3)
アンモニア
(NH3)
フレオン 113(CCI2F－CCIF2)-209.9-195.8-271～-269(5.88×103～9.81×104)

銅-147.2-200～-160

SUS304(3.28×106)(5.69×104～1.67×106)

96
-160

-40.8

-80～80(4.93×106)(1.27×104～3.63×106)

101.3-101.0

-77.7

-26.0

-33.4

-25～90(4.07×106)(1.06×105～3.3×106)132.5-60～100(1.10×107)(2.65×104～6.18×106)

214
-35

47.6

HCFC-123(1,1-ジクロロ-2,2,2-ト-267.9(2.20×105)

0～100(3.41×106)(1.47×104～4.42×105)183.9-107.027.8-10～105(3.67×106)(2.08×104～0.87×106)

リフルオロエタン)
アセトン(C3H6O)
メタノール（CH4O）
水（H2O）
ダウサム A((C6H5)2+(C6H5)2O)
ナフタリン(C10H8)
セシウム
(Cs)
ナトリウム
(Na)
リチウム
(Li)
銀
(Ag)

伝熱 2012 年 10 月

-94.3

56.5

-97.8

64.5

0

100

12

257.7

80.3

218

28.5

669

97.9

883

180.6

1342

962

2212

235

0～120

(4.55×106)(8.43×103～5.79×105)

銅SUS304
アルミニウム銅SUS304
アルミニウム銅
アルミニウム
炭素鋼
SUS304
アルミニウム銅SUS304
アルミニウム
銅銅240

10～130銅(7.70×106)(7.06×103～7.75×105)

SUS304374.1

30～250(2.14×107)(4.22×103～4.02×106)

銅497

150～400(3.06×106)(4.90×103～1.07×106)475

150～400(3.98×107)(1.57×104～1.96×106)

1778

450～900チタン(1.14×107)(6.37×103～4.90×105)

Nb+1% Zr

2236

600～1200

SUS316(2.48×107)(3.24×104～9.22×105)

インコネル 600

2950

1000～1800

Nb+1% Zr

(6.67×107)(7.85×103～1.23×106)

タンタル

－

- 28 -

銅SUS304炭素鋼
Ti 99.4

1800～2300

タンタル(7.85×103～－)

タングステン

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
イックの空隙を満たす程度でよい．
また，密閉ニ相熱サイホンの場合，加熱部とその他の部分の長さが複雑に関係するが，一般的に
加熱部内容積の 20-35%が適当とされている．
ドライアウトに関連する熱流束の大きさや，作動流体還流量は，ウイック構造との兼ね合いであり，合わせて検討する必要がある．また作動流体の蒸発量と蒸気通路空間から求められる蒸気速度も重要な検討項目である．蒸気速度が大きすぎると，圧力損失に伴う温度降下や還流する作動流体の飛散を生ずるので，容器の大きさやウイック構
造との関連検討事項となる．
なお高温用ヒートパイプにおいて，作動流体にアルカリ金属を用いる場合，蒸気速度がしばしば音速限界に達する場合があり注意を要する．熱抵抗に対する作動流体の影響は，蒸発，凝縮における相変化熱伝達率の大小となって現れる．一般の作動流体の蒸発，凝縮熱伝達率の値は，1×103 ～
1×105 (W/m2･k)の範囲にあって値が大きいから，実用上のヒートパイプにおいては熱の流入，流出における熱抵抗が支配要因となる．
しかし微小な温度差で熱輸送を行う必要がある
場合には，蒸発と凝縮熱伝達率の大きい作動流体を選定しなければならない．この熱伝達率の値は伝熱面の形状で大幅に変化するから，ウイック構
造との関連検討事項となる．ヒートパイプが工業製品である以上，製造コストは大切な検討項目である．作動流体のコストは，単に材料単価だけでなく，作動流体の封入作業における取扱の難易度とそれにかかわる附帯設備まで考慮する必要があ
る．
2.2 容器の設計
ヒートパイプの容器は，真空度の維持及び使用圧力に耐える構造でなくてはならない．実用ヒー
トパイプの容器には，金属材料が用いられその材
質は銅及び銅合金が採用される．その他アルミニ
ウム，ステンレス鋼，炭素鋼等が一般的である．
併せて作動流体に適合性のある材質を選ぶ必要がある．容器材料の選定基準の一つに，ヒートパイ
プの使用温度における耐熱性と，内部蒸気圧及び
外力に耐え得る機械強度が必要である．円筒状ヒートパイプの強度計算は，アメリカにおいてはASME コードに準じているが，我が国においては
JIS B 8423（圧力容器の構造規格）による．円筒と伝熱 2012 年 10 月

端板の強度計算式は JIS を参照されたい．なお，
長期間の寿命を要求されるヒートパイプでは，高温クリープによる強度の低下，振動や摺動による披露と摩耗も考慮する必要がある．同時に容器材
料の耐候性や耐食性も重要な検討項目である．例
えば重電機関連の寿命保証要求は 20 年間，
パソコ
ンでも 10 年間であり，屋外設置の場合は耐候性の検討は避けては通れない問題である．また重質油
燃焼排ガス用熱交換器で問題となる硫酸による腐食対策としては，ステン鋼など種々の耐食材料が提案されている．人工衛星等に搭載されるヒート
パイプは，重量低減が問題である．多くの場合，アルミニウム及びアルミニウム合金が使用される理由の一つはここにある．容器材料のコスト検討
では，作動流体と同じく単に素材価格だけの比較ではなく，機械加工や溶接性も考慮されなければならない．
2.3 ウイックの設計
作動流体の還流を重力によらない場合，ウイックの選定が重要な検討項目となる．特に使用モードがトップヒートである場合には，ウイックの性能がヒートパイプの伝熱能力を左右する要因となる．毛細管力の優れているウイックは，50µm 程度の銅粒を銅管内壁に焼結したものや，銅の極細線束，金網等がある．カーボンファイバーの場合
約 1m の濡れ高さが得られる．ボトムヒートで使用される場合は，銅やアルミニウム管の内面に軸方向に溝を切った簡単な構造を採用する場合がある．表 2 に種々のウイックと作動流体との組合わせによる最大毛細管圧力差，有効平均気孔径，公称気孔径，空隙率，浸透率を示す．溝型ウイック
は流路抵抗が小さく，ウイックと容器が一体化されているので，金網などにみられる容器とウイッ
クの間の熱抵抗がなく，振動や衝撃に強く経済的に有利である．ナトリウムのような液体金属を作動流体としたヒートパイプを除いて，ウイックの毛細管限界が一般に熱輸送限界を支配する．した
がってウイックは作動流体との接触角が小さく，毛細管径の小さい，しかも浸透率の大きな材料を選ぶと熱輸送量が増大する．蒸発部の熱流束が比較的小さく沸騰が生じていない場合では，熱は容器と同様ウイックと液膜の熱伝導にて伝えられるから，ウイック材料は熱伝導率が大きく，ウイッ
クの厚さは薄い方が望ましい．しかし，ウイック- 29 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
内の液体の圧力損失はウイックの厚さに反比例することから，圧力バランスも考慮に入れて厚さを決定する必要がある．ウイックのコストは材料費そのものより，組立てまたは取り付け加工費に比重がかかる場合が多いので注意を要する[1]．

は(1)式で示される．

Rhp =

最大毛管
ウイック

作動流体

圧力差
∆Pemax [Pa]200 メッシュステ

1 (K/W)
hh Ah

有効平
均

公称気孔径

平均空隙率

浸透率

K/reff参考

気孔径dn [m][%]

K [m2][m]

文献

5.5×10-11

1.0×10-6

7)

deff [m]8.8×10-5

73.3

ベンゼン

1030

1.1×10-4

8.8×10-5

73.3

水

2480

1.1×10-4

8.8×10-5

73.3

メタノール

824

1.1×10-4

7.4×10-5

水2412

1.2×10-4

7.4×10-5

水2275

1.2×10-4

水

607

4.8×10-4

メタノール

196

4.6×10-4

ベンゼン

255

4.6×10-4

水

667

4.3×10-4

水922

4.6×10-4

メタノール

166

5.3×10

-4

ベンゼン

262

4.3×10-4

水621

4.6×10

-4

メタノール

159

5.6×10-4

ベンゼン

262

4.3×10-4

水621

4.6×10-4

水896

3.3×10-4

スクリーン
200 メッシュニッ
ケルスクリーン
銅フォーム
銅フォーム
ニッケルフォーム
ニッケルフォーム

銅フェルト
ニッケルフェルト

(2)

種々のウイック特性

1.1×10-4

ンレススクリーン
200 メッシュ黄銅

R1 =

824

メタノール

(1)

この熱抵抗が小さいほど多量の熱輸送が可能となる．ヒートパイプ内部の熱等価回路を図 3 に示す．加熱部には熱源から伝導，対流，放射のいずれかまたはこれらの組み合わせた伝熱形態により熱が入力される．
蒸発に伴う熱抵抗 R1 は(2)式で示される．

３．ヒートパイプの熱設計
3.1 ヒートパイプの熱抵抗
ヒートパイプの片端を加熱し，他端の一部を冷却した場合，ヒートパイプの各部に温度差が生じる．加熱部(蒸発部)と冷却部(凝縮部)の温度差を∆T(K)とし，熱輸送量を Q(W)とすると，熱抵抗 Rhp

表2∆T (K/W)
Q

8)
67.6

3.0×10-4~1.01×10-3

91.2

9)
2.3×10-9

9.7×10-6

7)

2.0×10-9

9.4×10-67)

2.7×10-9

1.2×10-57)

3.7×10-9

1.6×10-57)

1.2×10-9

5.4×10-6

7)

5.2×10-10

3.3×10-6

7)

94.5
2.0×10-4~1.01×10-3

94.5
94.5

4.6×10-4~1.5×10-3

94.4
96.0

2.5×10-4~6.4×10-4

96.0
96.0
89.5

2.0×10-4~8.1×10-4

89.5
89.5

3.3×10-4

89.1

-11

ニッケルフェルト

水

676

1.5×10ニッケル焼結体

水632

2.7×10-10

銅焼結体

水

7883

3.6×10-5

8.9×10-12

2.47×10-7

11)

水

15377

1.8×10

-5

-12

-8

12)

水

1735

1.6×10-4

1.1×10-5

13)

メタノール

37

銅焼結体
5 層 100 メッシュ
銅スクリーン
溝形(幅深さ各 1mm)

伝熱 2012 年 10 月

52

1.74×10

4.4×10-10
1.3×10-3- 30 -

5.6×10-510)10)
4.83×10

14)

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
蒸気空間

ウイック

容器壁

R5
R4

R6

R3

加熱部

R10

R7

R2

R8

R1

R9

冷却部

熱源

図3

吸熱源

ヒートパイプの熱抵抗回路

ここで hh は容器外表面の熱伝達率(W/m2･K)，
Ah(=πDo Le)は加熱部の表面積(m2)である．Do は蒸発部外径(m)，Le は蒸発部長さを示す．ヒートパイ
プ容器壁の半径方向熱伝導抵抗(R2，R8)は円管の熱伝導抵抗であるが，通常は非常に小さく無視し得るので省略する．R3 と R7 はウイックの半径方向
熱抵抗であるが，簡易的にそれぞれ蒸発と凝縮の熱抵抗に組み込んで求める事とする．R10 は容器の軸方向への熱伝導抵抗であるがほとんど無視し得る．R5 は蒸発部から凝縮部に移動する蒸気流の損
失抵抗であるが，通常小さな値であり無視し得る範囲である．ウイック内部から蒸発熱伝達が起こっていると考え，容器の内壁から加熱部内の蒸気温度までの温度差に対して蒸発熱伝達率を he とすると，蒸発熱抵抗(R3+R4)は(3)式で示される．

( R3 + R4 ) =

1
he Ae

(K/W)

Rhp =

1 (K/W)
hc Ac

(3)

(4)

ここで，hc は凝縮熱伝達率(W/m2･K) ，Ac=(πDc

伝熱 2012 年 10 月

11+
(he Ae ) (hc Ac )

(K/W)

(5)

一方密閉ニ相熱サイホンでは，井村らの蒸発熱伝達率実験整理式が提案されており，現実とよくマッチングする．凝縮熱伝達率は，Nusselt の膜状
凝縮熱伝達の式がよく使われる．

ここで he は蒸発熱伝達率(W/m2 K) ，Ae=(πDe Le)は蒸発部の内表面積(m2)である．De は蒸発部内径(m)，Le は蒸発部長さを示す．作動流体を含む多孔質体ウイック内部の蒸発熱伝達率については，
種々の計算式が提案されているが詳細は割愛する．
通常，作動流体に水を用いた銅-水系ヒートパイプ
では，10,000～20,000 (W/m2･K)が得られる．同様に，凝縮部の蒸気からウイックを通じて冷却部内
容器内壁までを凝縮部の熱抵抗(R6+R7)とすると，(4)式にて示される．

( R6 + R7 ) =Lc)は凝縮部の内表面積(m2)である．Dc は凝縮部内径(m)，Lc は凝縮部長さを示す．通常 Nusselt や上原等凝縮熱伝達率の計算式が用いられているが，詳細は割愛する．通常，作動流体に水を用いた銅水系ヒートパイプでは，10,000～20,000 (W/m2･K)が用いられる．
冷却部外吸熱源とヒートパイプ凝縮部間の熱抵
抗 R9 も，熱伝達率の値は異なるが，前述の高温熱源と加熱部表面の間の熱抵抗 R1 と同様の式となる．
総じてヒートパイプ内部の熱抵抗を考えると，蒸発部と凝縮部の熱抵抗が支配しており，これらの値を如何に小さくするかがヒートパイプの性能を向上せしめる．蒸発と凝縮の熱抵抗だけでヒー
トパイプの熱抵抗を示すと(5)式のようになり簡
単に熱抵抗を計算できる．[1]- 31 -

3.2 ヒートパイプの最大熱輸送量
ヒートパイプの熱抵抗がわかると設計条件における熱輸送量が求まるが，ヒートパイプの最大熱輸送量を求めて余裕があることを確認しなくてはならない．ヒートパイプの最大熱輸送量には作動条件によりいくつかの限界値がある．この限界値
はウイックの毛細管力，ウイック内の液体の流れ，コア部分の蒸気の流れ，作動流体の種類，作動流体の封入量，ヒートパイプの形状（直径と長さ），
傾き角などに依存する．ヒートパイプの熱輸送量
は次の五つの限界によって制限される．
(1) 粘性限界(2) 音速限界(3) 飛散限界(4) 毛細管圧力限界(5) 沸騰限界
各々限界値を計算する式があるが詳細は割愛す
る．一般的に，ヒートパイプの熱輸送限界は蒸発部で起こる事が多く，毛細管限界が支配する場合が大半である．
一方，密閉二相熱サイホンの最大熱輸送量は比J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
較的封入量が少ない場合は，凝縮液が蒸発しながら下降する為，次第に液膜が薄くなり蒸発部途中で消滅しドライアウトが生じる場合と，封入量は比較的多いが発生した蒸気によって多くの液体が凝縮部に吹き上げられ，蒸発部に戻ってくる量が不足するため，壁面の一部が乾き限界に達するフ
ラッディング限界がある．基本的に，加熱部長さLe， 加熱部の内径 Di，と作動流体封入量の三要素に依存する．井村，Tien-Chung などの実験整理式があり限界値が計算できる．[1]

図5

ここで，
R1:CPU～ヒートパイプまでの熱抵抗(K/W)
R2:蒸発部分の管熱伝導熱抵抗(K/W)
R3:蒸発熱抵抗(K/W)
R4:凝縮熱抵抗(K/W)
R5:凝縮部分の管熱伝導熱抵抗(K/W)
R6:フィン部の強制対流熱伝達熱抵抗(K/W)

４．ヒートパイプ冷却モジュールの設計
ここでは，最近のノートブックパソコンの CPU冷却に使われているヒートパイプ冷却モジュールの設計に関して記述する．

図4

ヒートパイプ冷却モジュールの熱抵抗等価回路

図 6 に冷却ファンの性能線図（圧力/風量）を示す．フィンの圧力損失（破線）を計算にて求め，
ファンの P-Q 曲線との交点が実風量となる風量に相当する熱抵抗が，冷却ユニットとしての冷却性能となる．

ノート PC 冷却用ヒートパイプモジュール

ノート PC の CPU 冷却用に使われている典型的なヒートパイプモジュールを，図 4 に示す．この場合，薄型にするため円筒上ヒートパイプを厚さ2mm に平つぶしされ，更に配置上 L 型に曲げられている．ヒートパイプの蒸発部は銅のブロックに半田接合され，銅ブロックは熱伝導グリースを介して CPU に接合される．ヒートパイプの他端の凝縮部には高密度のアルミフィン群がハンダ接合されている．フィンの前面には薄型の DC ブラッシュレスモータファンが取り付けられ，ファンは上部より空気を吸い込みフィン側に吐出する事で冷却する．図 5 にモジュール全体の熱抵抗等価回路
を示す．

図6

冷却ファンの性能線図（P-Q カーブ）

５．結言
ヒートパイプは，今や電子機器等の冷却部品として大量に使用されている．紙面の都合上詳細な設計計算式は割愛したが，日本ヒートパイプ協会の著書“実用ヒートパイプ”を参照されたい．ル
ープヒートパイプ，キャピラリーポンプ，振動型
ヒートパイプ，回転式ヒートパイプ等，特殊なものがあるがこれも省略をさせて頂いた．
参考文献[1] 日本ヒートパイプ教会，実用ヒートパイプ
第 2 版, 17-21, 36, 64-69, 83-86

伝熱 2012 年 10 月

- 32 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

ヒートパイプの製造と試験
How to Manufacture and Test the Heat Pipe

木村 裕一（古河電気工業株式会社）
Yuichi KIMURA (Furukawa Electric Co., Ltd.)e-mail: kimura@hira.furukawa.co.jp
１．ヒートパイプの製造方法[1-3]1.1 材料の準備
ヒートパイプは，基本的にコンテナ（容器）・ウィック・作動液（熱媒体）より構成されており，設計の段階でコンテナの形状や材質，ウィックの構造や材質，
作動液の種類が決定される．
その際，入手する材料の製造方法を考慮し，製造可能な寸法範囲内の形状にしておくことも必要である．ヒートパイプに用いられるコンテナおよびウィック
材としては，主に銅，アルミニウム，ステンレスが用いられるが，コンテナの場合その形状が管状のものであれば，押出加工や引抜加工，板状のものであればプレス加工や鍛造加工が用いられる．
また，ウィックの場合もその構造によって異なっており，グルーブ（溝）型のものではコンテナ製
造時に一体的に加工する場合が多く，ワイヤ（細線）型では線引き加工により，メッシュ（金網）型では細線の編込み加工により，焼結型ではアトマイズや電解加工により製造される．コンテナとウィック材は，基本的に同種の材料を使用するのが前提となる．作動液の場合は，種類によって全く異なった化学プロセスで製造されるため，使用環境温度に合わせて選定された媒体を購入することになる．ただし，不純物が含まれて純度が低い
場合には，別途精製等を行い，純度を最も高めておく必要がある．

ウィック

洗浄

洗浄

作動液

ウィック装着容器形成
作動液注入
ヒートパイプ化
動作確認
図1

ヒートパイプ製造工程

1.2.1 洗浄コンテナ材料製造の際には潤滑材が用いられた
り，輸送の際に飛散物やほこりなどが付着したりしているため，表面を清浄な状態にする必要があ
る．特に作動液と接する表面においては，清浄度によってヒートパイプの性能や長期信頼性（寿命）が変わってくるため，洗浄は確実にかつ完全に行なっておく必要がある．洗浄方法としては，酸洗および水洗によって完全に除去することが望まし
いが，溶剤による洗浄や還元ガスなどによる反応で除去する場合もある．付着している可能性のあるものの成分や状況によって，洗浄方法や洗浄剤の種類を変える必要がある．ウィックについても同様に，洗浄は確実にかつ完全に行なっておく必要があるが，グルーブ型のようなコンテナと一体となったものについては同時に，焼結型のような微細金属粉を用いるものは，金属粉の製造の段階
で清浄度を高めて納入してもらうことが多い．

1.2 ヒートパイプの製造工程
通常ヒートパイプ単体で使用することはないので，使用対象へ接続するためのブロックや，放熱・受熱促進のためのフィンなどが別途取り付けられることになるが，ここではヒートパイプ単体での製造工程の概要を図 1 に示す．各工程の詳細については，ヒートパイプの種類や適用対象によって異なるため，以下においてはそれぞれの代表例について紹介していく．

伝熱 2012 年 10 月

コンテナ

- 33 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
しい．径が比較的小さい場合には，図 2 の(b)や(c)の方法が用いられる．(b)はスウェージングやスピ
ニング処理と呼ばれる絞り加工により絞られ，同様に Tig 溶接やロウ付けで処理される．(c)はカシ
メ機等を用いて潰すように内面を合わせ，同様にTig 溶接やロウ付けで処理される．
ヒートパイプ加工を行うには作動液を封入する必要があるため，一方の端部は最初から完全に封止しておいても良いが，もう一方の端部は，(a)の場合は封入用の細管付きキャップを取り付けておく必要があり．(b)や(c)の場合は，片端は開放状態にしておく必要がある．また，ヒートパイプ化の際にバルブ等を使用する場合には，別途ロウ付けなどにより細管を取り付ける．
板状のものに関しては，プレスや鍛造加工で成形された 2 枚の板を貼り合わせることになるが，貼り合わせる方法としてはロウ付けや溶接，拡散接合等の方法が用いられる．接合する材料の種類や構造によって，最適な方法を選定する必要がある．板状のものについても，作動液を封入する必要があるため，封入用に未接合部分を残したり，別途細管取り付けたりしておく必要がある．
容器を形成した際には，接合部での漏れが無い
ことが前提となる．ヒートパイプが最初に利用され始めたのが NASA であったこともあり，致命的な影響を与える役割を担うものについての漏れの確認は重要であり，各種方法で確認を行っている.
詳細については 2 の試験方法にて述べる．コンピュータの CPU 冷却用などに用いられる民生用のヒートパイプの漏れ確認については，プロセス管理や後工程の検査による代替評価により省略される場合が多い．

1.2.2 ウィック装着
ウィックの形状により，その装着方法が異なってくる．グルーブ型は既に一体成形されているため装着の必要はないが，現在では他のウィックと組み合わせて使用する場合もでてきている．
ウィックの装着に際しては，管状のものであれ
ば一端を加工して封止した状態で行なう場合が多く，板状のものであれば組み立ての際に行われる．
一端加工の方法については，1.2.3 に示す．ワイヤ
型のウィックでは，複数本の線材を束ねて内部に入れ，重力で下部に配置したり，コンテナを潰すことによってコンテナ自体で押えたり，スプリング（バネ）などの別材料でコンテナ内表面に弾性力で押えたりすることにより装着される．メッシ
ュ型の場合は，上記以外にメッシュ自体の弾性力により，コンテナ内表面に装着される．
焼結型の場合は，金属粉を加圧成形したものをそのまま挿入したり，管状のものではコンテナの中心部に心金を入れその周りの空間部に金属粉を入れて，融点近くで一体焼結したりすることによって装着される．焼結の際には，内部に空間ができたり，詰め込み過ぎたりしないようにする必要があるとともに，焼結後に心金が抜き取れるようにしておく必要がある．また板形の場合は，熱源が取り付く側の板材に予め金属粉を焼結して使用する場合が多い．
1.2.3 容器形成
管状のものと板状のもので，容器の形成方法が異なる．管状のものについては，管端の処理方法
としては主に図 2 に示すものがある．

（a）
図2

（b）
管端処理方法

1.2.4 作動液注入
1.2.3 で形成された容器に作動液を注入する際，作動液の種類やコンテナの材質等によってその方法は大きく異なる．ヒートパイプの大部分は金属材で形成されているが，金属は多かれ少なかれガスを吸蔵している．コンテナの材料や吸蔵される
ガス種により，吸蔵されるガスの最大量は異なる
ため，影響の度合いによって作動液の注入際の考慮の仕方が変わってくる．
図 3 に宇宙用途用などの，厳しい条件にて製造を行なう際の注液配管図の例を示す．分岐する配(c)

ヒートパイプの径が比較的大きい場合（例えば20mm 以上），図 2 の(a)に示すようにキャップを接合することによって管端処理を行なう方法がよく用いられる．接合には Tig 溶接やロウ付けが用いられる．キャップの厚さや接合形状に関しては，
圧力容器の設計指針に基づき決定することが好ま

伝熱 2012 年 10 月

- 34 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプていたり，空気中の水分を吸湿したりするため，
モレキュラーシーブ（MS）と呼ばれる装置を用いて，水分をできるだけ除去できるようにしておく．
ヒートパイプに封入される作動液量は，内部構造や使用温度・使用方法によって最適量が異なるため，別途評価して決定しておく必要がある．
所定の液量を導入するには，マスフローコント
ローラ（MF）を用いたり，シリンジを用いたりす
る．注入の方式によって，作動液を気化させたり液化させたりする必要がある場合には，それぞれの部分で加熱や冷却を行なう．所定量の液が入ったところでコンテナ手前の 2 つのバルブを閉にし，2 つのバルブの間を外すことで，作動液の注液を終了する．続けて作動液を注入する際には，取り外した部分に別のバルブ付きコンテナを取り付け，
真空ポンプにつながる最短ライン以外のバルブを閉め，コンテナ手前の 2 つのバルブを開にして，先の脱ガス工程から限られた配管ラインの中で同様な工程で実施していく．
以上が比較的厳密に管理された状態での作動液の注入となるが，媒体の種類あるいは使われ方によっては，大気開放状態でシリンジ等を用いて注液することも行われる．

管の前後には，できるだけバルブを設けまた作動液の状態が把握できるように，圧力計や温度計を設置することが望まれる. コンテナやウィックを可能な限り清浄に維持するため，配管自体も外部の影響をできるだけ受けないようにするため，交換等が必要な箇所には必ずバルブを設け，外部からの影響が無いようにする.また，保管等をする場
合は，配管内部に空気が入らないように，不活性ガスを充填できるようにしておく．

MS
MF

CT
作動液

不活性ガス

図3

P

作動液注液配管図
1.2.5 ヒートパイプ化
1.2.4 の作動液の注入の際に，脱ガスや脱気が十分に行なわれ，純粋な作動液が適当量注入できていれば，図 4 のようにバルブにより分離されたコ
ンテナ(a)は，既にヒートパイプとなっている．ただし，バルブの状態ではリークの可能性や，使用際に邪魔になるので，完全な密封化を目的として，細管部を油圧のカシメ機などで潰し(b)，潰した箇所の端部を Tig 溶接などにより溶かし(c)，完全に密封する．

まず液を注入する前に，コンテナやウィックに吸着や吸蔵されるガスを除去する必要がある．吸着や吸蔵しているガスは，温度を高くすることに
よって放出されるため，コンテナをヒータ等で加熱しながら拡散ポンプなどの真空ポンプ（P）で除去を行なう．その際，前の加工の際に残留した作動液が，直接真空ポンプに入らないようにする
ため，コールドトラップ（CT）などの分離装置にて除去できるようにしておく．また加熱する温度は，高くし過ぎると材料の強度が低下する場合があるので，選定される材料によって処理条件を決定する必要がある．
ガスの除去を行なった後に作動液を注入することになるが，まず配管系内を真空ポンプ(P)により真空に引く．真空に引いた後は，作動液の注入ラ
イン以外のバルブを閉じる．注入する作動液は，先にも述べたように最高の純度のものを使用することが必要である．特にアルコールなどの有機系の作動液を使用する場合には，水分が既に含まれ伝熱 2012 年 10 月

(a)

(ｂ)
カシメ刃

(ｃ)

図4

- 35 -封止フロー

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
ヒートパイプ化の方法として，
主に 2 通りある．
1 つが真空脱気法，もう 1 つが沸騰法である．
真空脱気法は，図 3 の作動液注入配管図にあるように，真空ポンプを用いて強制的にコンテナ内の残留ガスを除去して密封する方法である．開放状態で作動液を注入する場合も，真空ポンプを用いることにより，強制的に残留ガスを除去することができる．ただし，作動液注入後に真空に引くと，作動液の液体や蒸気も同時に吸引されるため，液量が変化するので注意が必要である．また，真空ポンプ側のコールドトラップも，十分な能力があるものを選定しておく必要がある．
VCHP のように，不活性ガスを封入する場合には，所定量のガスを注入する必要があるため，図3 のフローで不活性ガスを計量し，最終段階でガス注入し封止を行う．
もう一つ沸騰法は，作動液を沸点まで加熱する
ことにより蒸気を発生させ，蒸気の力（流れ）で残留ガスを押し出す方法である．バルブを用いず
大気開放状態でも脱ガスができるため，細管等を取り付けなくても加工が可能である．ただし，蒸気の力のみでの脱気のため，脱気が十分に行なわれているかの条件出しが重要となる．
1.3 動作確認
動作確認の簡易的な方法として，ヒートパイプの特徴でもある等温性の評価により，行なうことができる．これは，ヒートパイプ内部の不凝縮性
ガスの脱気が，十分に行なわれているかのどうかの確認になる．
図 5 に示すように，所定温度の媒体（例えばお湯）に，ヒートパイプの一端（1/4～1/2 程度）を浸漬し，ヒートパイプの中央部と先端部の温度を測定することにより，動作判定を行なう．通常脱ガスが十分に行なわれていれば，T1 と T2 はほぼ同じ温度を示す．脱ガスが不十分だと，T1 の温度が T2 に比べ極端に低くなる．測定の温度条件
や使用媒体は，ヒートパイプの用途によって決定する．
また，媒体の温度 TL と T2 の温度差が小さいほど，ヒートパイプの熱抵抗が小さいという目安になるため，温度差が大きくなる場合には，脱ガスが全く不十分な場合や，作動液が少な過ぎる場合，内部のウィックが脱落した場合などが考えられる
ため，原因を確認する必要がある．

伝熱 2012 年 10 月

T1

TL

図5

T２

動作確認温度測定

２．ヒートパイプの試験方法[4,5]2.1 性能試験
詳細な評価内容としては，ヒートパイプの最大
熱輸送量の測定と熱輸送デバイスとしての性能である熱伝達率の測定がある．そのためには，図 6に示すような測定系にて行なう必要がある．ヒー
トパイプ表面の，加熱部・断熱部・冷却部に相当する部分に熱電対を取り付け，加熱部となる蒸発部にはニクロム線などのヒータを巻き，その外側を断熱材で覆う．冷却部となる凝縮部には，所定の冷却性能が確保できるようフィンを取り付け，
ファンにより空冷する方法か，冷却が不足する場
合にはジャケットで被い，水冷する方法を用いる場合がある．加熱部と冷却部の中間部には断熱部を設け，そこで測定する温度をヒートパイプの作動温度として近似する．測定上のポイントとしては，各部の温度の差が僅かであるため，熱電対はヒートパイプの管壁に確実に付くようにハンダなどで固定し，電圧で測定し温度換算するとよい．
また，冷却部以外からの放熱が無いよう，十分に断熱を行なうことである．
ヒートパイプ

放熱フィン

熱電対

断熱材

ヒータ

ファン

断熱部

加熱部

冷却部

図6

- 36 -

性能測定方法J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
2.2.2 信頼性試験方法
信頼性確認のために，寿命試験（ライフテスト）と言われる試験を行なう．この場合，ヒートパイ
プが使用される温度よりも作動温度を上げたり，加える熱密度を上げたりして行う，一種の加速試
験である．図 8 に信頼性試験装置の一例を示す.
ヒートパイプは垂直に立てられ，下部（加熱部）には一定の熱負荷が加えられる．また上部（冷却部）はファンで適度に冷却され，ヒートパイプの断熱部温度（作動温度）が一定の温度になるように調整される．ヒートパイプの作動温度に対し，
ヒートパイプ先端部の温度の経時変化を測定する
ことによって判断を行っていく．非凝縮性ガスが発生すれば先端部の温度は低下し，作動温度との温度差は大きくなる．一方非凝縮性ガスの発生がない場合には，10,000 時間経過後も，温度差は初期からほとんど変化はない．

測定は，所定量の入力をヒータに加え，断熱部の温度が一定になるよう風量ないしは水量を変化させて調整を行い，一定時間各部の温度が一定（定常）となった後に温度測定を行なう．その後に入力を上げ，図 7 に示すように同様な操作を，加熱部の温度が下がらなくなる，最大熱輸送量まで
行う．
入力変更

最大熱輸送量

加熱部温度

温度

断熱部温度

℃
冷却部温度

時間

図7

動作確認温度測定

2.2 信頼性試験
2.2.1 ヒートパイプの劣化
ヒートパイプは比較的単純な構造であり，外部動力を必要としない完全に外部と独立した密閉容器である．従って，密閉にする段階と密閉にした
後に，本来求めざる状態が起きた場合に信頼性がないと言うことができる．
ヒートパイプの内部は，本来作動液とその飽和蒸気のみで空間が満たされていなければならない．しかし，密閉にする際に不凝縮性ガスが混入したり，容器の気密度が完全でないためにリークしたり，あるいは内部の清浄度が不十分なために何らかの反応が起こり，不凝
縮ガスを発生させてしまう場合が劣化と考えられる．いずれの場合も，不凝縮性ガスがヒートパイ
プ劣化に影響するもので，これにより本来熱輸送すべき領域まで蒸気が移動しなくなるために，等温部分の長さが減少し，結果的に性能不足を引き起こすのである．
特に径の細いヒートパイプほど，非凝縮性ガスの発生に対して敏感である．なぜなら，ガスが発生する場合は，反応がその内表面積に比例すると考えられが，
ガス発生が温度低下に及ぼす影響は，その内容積に反比例するためである．
したがって，
内表面積が相対的に大きく，内容積が相対的に小さい，すなわち小径のヒートパイプほどガス発生の影響は大きいことになる．

冷却部

熱電対

断熱部

断熱材
伝熱セメント

加熱部

伝熱 2012 年 10 月

ﾋｰﾄﾊﾟｲﾌﾟ

ヒータ

図8

信頼性試験装置

図 9 にこの方法による，信頼性試験結果の一例
で，不凝縮性ガス（分解ガス等）の経時的な生成パターンの例を示している．寿命試験は加速を行うために，通常の使用温度よりも高温で運転を行なっているため，非凝縮性ガスの影響を見る際には，作動温度を下げることにより内部圧力を下げ，ガス検出感度を上げて測定を行なう場合もある．
不凝縮性ガスが多く存在する場合は，温度差は大きく現れる．ここで直線 A，B に関しては，封止の際の状態で決まり，経時的な変化がないものを示すもので，十分に脱気ができている場合は A，そうでない場合には B のような状態となる．また
D の場合は，時間の推移にほぼ比例するように温度差が拡大していく場合である．この場合には，コンテナ容器に微少なリーク箇所があり，内圧が- 37 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
低い場合には，空気が外部よりヒートパイプ内部に徐々に侵入していくことで劣化が進む場合が多い．また曲線 C では，ヒートパイプの試験を開始
して，初期に急激に劣化したあと徐々に変化が少なくなる場合で，このような曲線を描く場合は，
ヒートパイプ内部に初めから付着していた不凝縮性ガスが作動に伴い分離されていく場合が多い．
一方曲線 E では，最初はほとんど劣化がみられな
いものの，ある時点から急激に温度差が生じはじめるタイプで，このカーブを描く場合には,作動液とコンテナ材料との不適合や容器に付着した汚れや油分などが作動に伴い分離分解し，非凝縮性ガスが発生していることが多い．いずれにしても，温度差は初期では低い値に抑えられ，長期に渡って変化の少ないものが，長期信頼性があるということができる．

温度差

C

B

D

E
A

時間
図9

信頼性試験結果の例

2.3 気密性試験
2.2.2 で示した信頼性の評価試験を，すべてのヒートパイプに対して行うことは不可能であるため，現実的には製造工程確定後抜き取りで評価を行う．
その他のものに関しては，スクリーニングによって行っている.ヒートパイプの性能を維持するためには，ヒートパイプ容器の気密性が重要であるが，その気密性を検査する手法には，直接的な方法として気泡検出法が，一種のスクリーニング法としてボン
ビング法や作動液の種類によってはハロゲンリー
クディテクターによる方法などがある．スクリーニ
ング法とは，電子部品の選別によく使用される強制的非破壊的選別技術であり，初期故障を起こしやす
い部品や，潜在的弱点を有する部品を短時間で経済的に検出する方法のことである．
また 1.2.3 で示したように，ヒートパイプ加工の前であれば，He リークディテクターを用いての検伝熱 2012 年 10 月

- 38 -

査方法などがあり，状況に応じてこれらの検査法が単独あるいは組み合わせによって行われる．以下に各々の方法を簡単に説明する．
a．気泡検出法
リークがある場合にでてくる蒸気あるいは空気を水中や石鹸水などの泡を利用し，目視で見つける方法である．ヒートパイプとして封止する前の容器の漏れは，封止用細管から内部に空気圧を加えるとともに，容器の外表面に石鹸水などを塗り，その発泡の状態を確認することで漏れを検出できる．
b．ボンビング法
ヒートパイプ加工後の製品検査で，ヒートパイ
プを気体加圧室内に収納し，そのまま所定圧力下で所定時間放置したのちに，大気中に取り出してヒートパイプの等温性の確認を行うものである．
気密性が損なわれていれば，加圧することによって気体が強制的に内部に送り込まれ，温度差として検出することができる．
c．ハロゲンリークディテクター法
作動液が代替フロンなど，ハロゲンを含むものを検出する装置を用いて行なう方法である．ヒー
トパイプを加熱し内部の蒸気圧を大気圧以上にすることで，容器の微小な穴から漏れてくるハロゲンを検出するものである．ハロゲンリークディテ
クターは冷蔵庫やエアコンなどに対しても，広く用いられている方法である．
d．He リークディテクター法
ヒートパイプ加工前に，容器としての健全性をみる最も確実な方法がこの方法である．測定の方法は磁界偏向型の質量分析計を用い，ヘリウムのみを定量的に分析するように考えられた He リー
クディテクターを用いるものである．
参考文献[1] P.D.Dunn ， D.A.Reay ， Heat Pipes, Pergamon
Press Ltd．
，(1977) .138-172[2] 山西哲夫，清水定明，ヒートパイプとその応用，オーム社，(1980) 199-212[3] 日本ヒートパイプ協会編，実用ヒートパイプ，
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J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

各種熱輸送デバイス

Various Heat Transport Devices

大串 哲朗（広島国際大学）
Tetsuro OGUSHI (Hiroshima International University)e-mail: t-ogushi@it.hirokoku-u.ac.jp
表 1 熱輸送デバイスの種類

１．はじめにヒートパイプの研究開発者にとって，図 1 に示すようにフレキシブルな配管を用い，熱源から冷却源へその上下の位置に関係なく多量の熱を自由に伝えることができる熱輸送デバイスを実現する
ことは夢であったと思われる．このような熱輸送
はウイックの毛管圧力を利用した毛細管型ヒートパイプや重力を利用した二相密閉型熱サイホンなどの従来型ヒートパイプでは困難であった．各種
熱輸送デバイスはこのようなヒートパイプの実現を目指して発展してきたとも言える．
これまで多くの熱輸送デバイスの研究開発が行われてきたが，その代表的なものを表 1 に示す．
この中では従来型ヒートパイプを除く熱輸送デバ
イスを，作動流体を循環させるために用いる駆動力で大きく 3 種類に分類した．すなわちリザーバを用いることにより作動流体の蒸気圧を利用できるようにしたもの，沸騰気泡による気泡ポンプ作用を利用したもの，沸騰による自励振動現象を利用したものの 3 種類である．また，ヒートパイプの特殊な機能として可変コンダクタンスヒートパ
イプも取り上げた．表中のデバイス名称は引用した文献中に使用されている名称をそのまま記載した．ここではこれらの各種熱輸送デバイスの構造や特徴また動作特性について紹介する．

熱輸送デバイスの名称
Device for Passive Downward Heat
Transport
Downward Heat Transport Device，
DWHD
トップヒート型熱輸送ループ
LHP
Bubble-Actuated Circulating Heatpipe, BACH
Top-heat-mode loop
thermosyphon,TLT
自励振動ヒートパイプ
単一直管自励振動ヒートパイプ
可変コンダクタンスヒートパイプ
VCHP

Heat sink
Flexible tube
Plug

図1

フレキシブル熱輸送デバイス

伝熱 2012 年 10 月

特徴

蒸気圧

蒸気圧変動を利用

文献番号[1]

蒸気圧＋重力時間変動小[2][3]～[5]単相ループ，高沸点流体[6]

蒸気圧＋毛管力

定常熱輸送が可能[7]～[11]

気泡ポンプ作用単相ループ
トップヒート動作

自励振動現象各種

蛇行管[12][13][14][15][16]～[18]単管での熱輸送動作

[19]

温度制御

[20]～[22]２．蒸気圧利用ヒートパイプ（リザーバ型）
蒸発部から凝縮部への作動流体蒸気の流動に用いられている駆動力は，蒸発部と凝縮部間の蒸気の温度差にともなう蒸気圧差でありこれは従来型のヒートパイプでも同様である．ここではリザー
バ（文献によってはアキュムレータ，補償チャン
バーとも称されている）を有し，蒸発器から凝縮器を通りさらにリザーバまでの作動流体の駆動力に蒸気の圧力を積極的に利用しているものを蒸気
圧利用ヒートパイプとした．このヒートパイプはリザーバから蒸発器への液体の還流力によって以下のように分類できる．
2.1 蒸気圧の時間変動利用型
作動流体の循環力として作動流体の蒸気圧が利用できることが，1978 年の第 2 回ヒートパイプ国
際学会における T-SYSTEM[1]という名称のヒートパイプで初めて示された．図 2 に示すこの
T-SYSTEM では蒸発器と凝縮器間が蒸気管，液管でループ状に連結され，液管の中途に 2 個の逆止弁を出入口に持つアキュムレータが設けられている．凝縮器からの液流は蒸発器からの蒸気圧に押されてアキュムレータに流れ込みそこに溜まりこ
む．蒸発器内の液体は時間とともに消費されて蒸発量が減少し，それに伴い蒸発器の圧力も低下しHeat source

Plug

作動液体の還流力

T-SYSTEM- 39 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

Vapor pipe
Equipment

Evaporator

Condenser

System heatsink

Accumulator
Heat inHeat out

Valve A

Liquid pipe

Valve B

図 2 “T-SYSTEM“ Basic concept[1]てくる．蒸発器の圧力がアキュムレータの圧力よりも低下すると，アキュムレータと蒸発器間の蒸気圧差によりアキュムレータから蒸発器へ液が還流する．
この論文では蒸気圧の時間変動が熱輸送の循環力として利用できることが試験管規模の熱輸送実験で示されただけではなく，沸点の低い作動流体を使用することにより小さな温度変動で大きな圧力差が得られ，蒸発器が凝縮器よりも高い位置にあるトップヒートモードでの動作や長距離熱輸送が可能となり，太陽熱を利用した温水器のポンプレス化が実現できること，また逆に水のような高沸点の作動流体は圧力差にともなう温度差が大きくなるため利用に適さないことが言及されている．
この T-SYSTEM では圧力低下時のアキュムレータからの液還流がわずかでもあるとすぐに蒸発量が増え圧力が上昇するため，1 回の液還流量がわずかな量となり，熱輸送能力が小さくなるという欠点がある．
この点を改良した熱輸送デバイス[2]が 1981 年の第 3 回ヒートパイプ国際学会で発表され，図 3
SiphonBoilerに示す装置を用いた動作実証が会場で行われた．
このデバイスではリザーバからの一定量の液が蒸発器内にあるサイホンを用いた容器に溜まりこんだ後にサイホンの働きで自動的に蒸発器ヒーター部に還流するため，圧力低下時の液還流量が多くなり，大きな熱輸送量が得られる．我が国でもサ
イホンではなく“ししおどし”を用いた同様の原理の抗重力形熱輸送装置が開発され，蒸発器と凝縮器間の高低差 1.5m で 600W の熱輸送能力が実証されている[3]．しかし，これらのデバイスは本質的に蒸発器での蒸発量の減少に伴う圧力変動を利用しているため，蒸発器が時間平均的に液不足となり，蒸発部の伝熱面積の低下により熱抵抗が増大し，蒸発器と凝縮器間の熱コンダクタンスが小さくなるという欠点をもっている．
2.2 重力利用型
リザーバから蒸発器への液還流に重力を利用することにより 2.1 項で述べた蒸発器が液不足となるという欠点を解消できる．その 1 例として
Downward Heat Transport Device，DWHD を図 4 に示す[4]．この装置では 2 個のリザーバを蒸発器の上部に位置させ，リザーバの下部と蒸発器に付随したレシーバ下部を逆止弁付きの液流出管で連結し，レシーバ上部とリザーバ上部間とを電磁弁を介した均圧管で連結している．どちらか一方の電磁弁を開けるとリザーバとレシーバが連通され均圧される結果，重力の作用でリザーバ中の液体がレシーバに還流する．その間，蒸発器で発生した蒸気はレシーバから凝縮器へ流れ，放熱して凝縮した後に液体となって電磁弁が開いていない他方

Solenoid valve
Accumulator
Pressure equalizing tube

Floating non return valve

Vapor tube

Heat source Heater

Pve

Condenser

Condenser

Pressurizing
gas
Reservoir
Non return
valve

Fan

Device for passive downward heat transport[2]伝熱 2012 年 10 月

A2

s

c

Pa1

A1
c Check valve
Liquidreturn tube
Receiver
Water tank
Evaporator

Vapor flow
Liquid flow

図3

s Pa2

c

Liquid tube

Heat storagec

図4- 40 -P

HeaterTemperature measuring point
Pressure measuring point

Downward Heat Transport Device[4]J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプのリザーバに溜まりこむ．一定時間の後，電磁弁の開閉を切り替えるとリザーバが入れ替わって同様な熱輸送動作が行われる．この動作の間，蒸発器には一定量以上の作動液体が保持され，熱コンダクタンスも一定の動作となる．作動流体に R114が使用され，外気温度 18℃の時，温水温度 40℃で
1kW，80℃で 3kW の熱輸送能力が実証されている．
同様な原理でリザーバ 1 個の場合のデバイスの研究も報告されている[5]．
上記の熱輸送デバイスでは蒸発器から凝縮器までの熱輸送に蒸気流を用いているため，蒸気管の圧力損失や蒸発器と凝縮器間の液柱の重力差に打ち勝つ蒸気圧差が必要となる．そのため，水などの高沸点の作動流体はこの蒸気圧差に伴う大きな温度差を生じるため適していない．この点を改良し，水を作動流体として使用しできるようにした
ヒートパイプ[6]を図 5 に示す．このシステムでは蒸発器で発生する蒸気圧を，蒸発器からリザーバ
までの単相の液流の輸送力として利用していることが特徴である．リザーバを蒸発器の上部に設置しているため，蒸発器と凝縮器間に液柱による重力差が生じない．このデバイスにより蒸発器と凝縮器間の 3m の高低差において 1.2kW の熱輸送能力が実証されている．
これら，電磁弁の開閉によりリザーバから蒸発器へ液を還流するデバイスは，電磁弁の開閉周期が短いと開閉回数が多くなりその耐久性に問題が生じ，逆に開閉周期が長いとリザーバ容積が大きくなる欠点を持っている．
2.3 毛管力利用型(LHP)
リザーバから蒸発器への液還流力にウイックの毛管力を利用した LHP（Loop Heat Pipe）と呼ばれるヒートパイプが主に宇宙における無重力下での動作を目的として，ロシアや欧米を中心に各国で精力的に開発が進められてきた．その基本的な構成を図 6 に示す[7]．蒸発器に隣接してリザーバが設けられており（リザーバ外付型），蒸発器には気孔径が数μm の大きな毛管力を持つウイックが使

液管

リザーバ

ウィック
ベイオネット管

蒸発器

蒸発器コア

放熱

加熱

蒸気溝
凝縮器

蒸気管

図6

Loop Heat Pipe の構成[7]Container
Grooves
Reservoir

Bayonet tube
Heat input

Wick

Vapor flow
Liquid flow

Rib

図5

図7

トップヒート型熱輸送ループ[6]伝熱 2012 年 10 月

- 41 -

LiquidVapor

Cross sectional view of an evaporator in a
RELHP [8]J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
用され，凝縮器からの液管に連結したベイオネッ
ト管と呼ばれる管がリザーバから蒸発器コア中を貫通して設けられている．我が国で人工衛星の展開型ラジエータ用に開発された LHP は Reservoir
Embedded Loop Heat Pipe, RELHP と称し図 7 に示すようにリザーバがウイックコア中に内蔵された構造（リザーバ内蔵型）となっている [8]．
蒸発器のウイック外壁面側から加熱され蒸発した作動流体蒸気はウイック外壁に設けられた溝に排出されて蒸気管に流入し，凝縮器へ蒸気圧差で流れて凝縮する．凝縮器からの液体は液管を通った後，図 7 中の矢印で示すようにベイオネット管
内を通って蒸発器端部で排出された後，ベイオネ
ット管とウイック内壁面の間を通ってリザーバへ還流する．この間に液体はウイック中をウイック
内壁面から外壁面に向かって毛管現象により浸透
し，ウイック外壁面で加熱されて再び蒸発する．
このような動作で熱輸送が行われるが，従来の毛管型ヒートパイプと異なり LHP は以下の特徴を持っている．すなわちウイックが蒸発器のみに用いられているため配管がフレキシブルとなること，
ウイック外壁面で加熱されて蒸発した蒸気はウイック外壁面側に排出される Stenger [9]型蒸発器となっていること，ベイオネット管によりリザーバ
内部が凝縮器からの過冷却液体により冷却される構造となっていることなどである．
これまで述べたリザーバ利用型のヒートパイプ
では凝縮液が蒸気管の蒸気圧力に駆動されてリザーバに流れこむことから，一般に蒸気管の温度で定義されるヒートパイプの動作温度はリザーバの圧力が基準となって決定されることになる．したがって，リザーバ容器やウイックの熱伝導によりリザーバが蒸発器からの熱で加熱される場合（一般にこの熱量を蒸発器からリザーバへの熱損と称される），この熱損によりリザーバの蒸気温度が上
昇し圧力が上昇すると，ヒートパイプの動作温度が上昇することになる．同時に凝縮器ではこの熱損に等しい熱流量を持つ凝縮液体の過冷却領域が生じる．ベイオネット管内を流れるこの過冷却液でリザーバ内の蒸気が冷却され，リザーバの温度が一定に保たれることになる．
LHP の起動時においてはウイック中に液体が存在する必要があり，リザーバからウイックへの液体の輸送を確実なものとするため，外付リザー

伝熱 2012 年 10 月

- 42 -

バ型では気孔径が大きな第 2 ウイックがリザーバとウイック間に設けられている場合が多い．リザーバ内蔵型 RELHP ではリザーバをウイック内部に設けることにより起動時におけるウイック中に液体が存在することに対する信頼性が高められている．RELHP はループ長 12m で 1kW の熱輸送が地上で実証され，宇宙での 400W の動作実績が報告されている[10] [11]．
LHP は図 1 に示したような熱源から冷却源間の高低差を気にせず，フレキシブル配管で多量の熱を伝えることができる熱輸送デバイスとして最も適したものと思われ，地上用としても多くの開発が行われてきた．しかし一般にウイックなどの製造コストが高く実用が進んでいないのが現状と思われる．
３．気泡ポンプ利用ヒートパイプ
流体の循環力に気泡ポンプ作用を利用したヒートパイプも開発されている．その一つに気泡駆動型循環式ヒートパイプ（Bubble-Actuated Circulating
Heat pipe, BACH）がある．BACH は吸熱部に気泡生成部があることが特徴であり，そこから発生する蒸気泡の浮力により液体が循環し，熱輸送が行われる．図 8 に示すように，このヒートパイプを利用した防火水槽融雪システムにおいて，熱輸送特性把握やフィールド試験が行なわれ，放熱部入口水温 0℃，吸熱部入口水温 15℃で吸熱部壁温と放熱部壁温の差 8K で 500 W の熱輸送性能が得ら
れ，この性能は単管二相密閉型熱サイホン 2 本分の熱輸送量より大きな値であったことが報告されている[12]．
BACH では気泡の浮力を利用する点から，図 9

図8Outline of snow melting system around water tankfor fire prevention using a heat pipe BACH [12]J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ

図9Overall view of Top-heat BACH [13]に示すように管を一部上方に延ばすことによってトップヒートが可能となる[13]．このトップヒー
ト BACH は，吸熱部，中間放熱部，放熱部，これらを繋ぐ中間パイプ部で構成され，吸熱部壁面温度を中間放熱部壁面温度より高くすることによって，吸熱部や上昇管内で蒸気泡が発生し，気泡浮力によって液循環が誘起され，吸熱部壁面温度よりも放熱部壁面温度が低い場合に熱が下方に輸送される．作動流体に水，上昇管長さ 280mm，吸熱部-中間放熱部壁面温度差 15K において 300W の熱輸送性能が実証されている．
一方，気泡ポンプ作用を利用したヒートパイプ
として BACH よりも早い時期に図 10 に原理図を
示 す 構 造 のヒ ー ト パ イ プ （ TLT: Top-heat-mode
Loop Thermosyphon）が開発されている[14]．この構造の特徴は蒸発器の上部にある BACH でいう
中間放熱部に熱交換器が挿入され，放熱器からの液体で冷却される構造になっている．
したがって，
中間放熱部が不要な構造となっている．この TLTの原理を使用して図 11 に示す大容量のポンプレ
ス水冷システムが開発された[15]．このシステム
で は体積が従来 の ポ ン プ水 冷 シ ステ ム と 比 べ
20％小さく，
高さ 500mm 以下，
幅 1000mm 以下，
奥行き 250mm 以下の寸法で 10kW の冷却性能が実現されている．

図 10 Model of top-heat-mode loop thermosyphon[14]図 11端を加熱，もう一端を冷却すると気液の自励振動流が生じ，効果的に熱輸送が行われる装置である．
市販されている PHP の形状の 1 例を図 12 に示す．
全長 300mm，幅 50mm，厚さ 1.9mm の平板状のアルミ製で内部にブタンが封入されている．内部は
幅 1mm，
高さ 1mm の矩形状の溝が 41 本設けられ，それぞれの溝は端部で連結され 1 本の蛇行流路となっている[16]．
加熱面積が幅 50mm，長さ 100mm の場合の温度分布の例として，水平設置状態で各部温度が定常に達したときの 1 分間の温度変動の時間平均値を４．自励振動ヒートパイプ
4.1 蛇行流路型
自励振動ヒートパイプ（Pulsating Heat Pipe, PHP,
Oscillating Heat Pipe, OHP）は円管もしくは矩形断面の蛇行流路内に作動媒体を一定割合封入し，一伝熱 2012 年 10 月

ポンプレス水冷システムの概要[15]- 43 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
100000（単位mm）

300

冷却部 10050

2h e (W/m ・K)

加熱部 100

Heater location

1,2,3,4(90º)
3,4
1,2,3,4 (0º)
3,4( )Inclination angle

1000

100

1.0

蒸気相

10000

300L×50W×1.9t
Butane T v=60℃

液相

1000

10000 2q e (W/m )1.0 断面形状

図 12 自励振動ヒートパイプ構造

100000

図 14 Evaporative heat transfer coefficient for different
inclination angles and heater locations[17].

120Heat transfer rate(W)
70.6
48.9
33.1
23.5
13.0

100000300Lx50Wx1.9t
ButaneHorizontal (0º)

80h c (W/m ・K)

60

2

Temperature （℃）

10040
Evaporator

20

Adiabatic.sec.

Condenser

150

200

250

Length x

(mm)

0
0

50

100

( )Inclination
angle

10000

3,4
1,2,3,4 (0º)
3,4

1000

100

300

100

図 13 Temperature distribution of pulsating heatpipe[16]

図 15

図 13 に示す[16]．どの傾斜においても従来型ヒートパイプと同様，蒸発部，断熱部，凝縮部では,ほぼ一様な温度分布を示し，各部間に主な温度差が生じている．このことから，本ヒートパイプでは作動流体の相変化による潜熱輸送が支配的になっていると考えられる．このヒートパイプの熱伝達特性を図 14，図 15 に示す[17]．蒸発部の熱伝達率は 1000～2000W/m2K，凝縮部の熱伝達率は 500～1500W/m2K の値を示した．これらの熱伝達率の値は従来型ヒートパイプの場合とほぼ同程度の値である．
本 PHP は動作温度が 50℃では傾斜が 90°（トップヒート）でも 75W の熱輸送性能を示した
が，動作温度が 70℃以上では傾斜が 0°以下（ボトムヒート）を除くと最大熱輸送量が急激に小さくなった．また，加熱部長さが 50mm 以下と短くなるとほとんど動作しなくなる特性も示した．
従来の PHP は流路サイズが全て同一の等断面
流路によって形成されているが，溝幅の異なる流路を交互に配置する不等断面流路を用いると細い流路の方がより強く毛管効果が作用するため自励

伝熱 2012 年 10 月

300L×50W×1.9t Heater location
1,2,3,4 (90º)
Butane T v=60℃

1000
10000
2
q c (W/m )100000Condensing heat transfer coefficient fordifferent inclination angles and heater
locations[17].

振動が発生しやすくなり，少ないターン数の PHPの水平設置でも作動することが報告されている[18]．
4.2 単管型
気液相変化による自励振動系の典型として，19世紀末以来，玩具として愛用されているポンポン船を参考にして一本の直管からなる自励振動型ヒートパイプが研究されている．実験装置の構造を
図 16 に示す[19]．試験部は主に加熱部，熱輸送管

図 16 Experimental apparatus of single tube pulsatingheat pipe[19]- 44 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプ
部及び冷却部の三部分で構成される．加熱部は内径 5.6mm，外径 7.9mm，長さ 150mm，熱輸送管部
は内径 2.6mm，外径 4.9mm，長さ 250mm のそれ
ぞれ石英ガラス製円管であり，内部の蒸気泡の挙動が可視化されている．約 40 kW/(m⋅K)の実効熱伝導率で約 75W の熱を輸送することができることが報告されている．
５．可変コンダクタンスヒートパイプ
従来の可変コンダクタンスヒートパイプ（Variable Conductance Heat Pipe, VCHP）は凝縮部
端にガス溜めを設け，その中に水素，窒素，アルゴンガスなどの非凝縮性ガスを封入したものからなり，ガス溜めの圧力や温度を制御することによりヒートパイプの動作温度を制御するようにした
ヒートパイプである．蒸発器と凝縮器間の熱コンダクタンスが変化するため可変コンダクタンスヒ
ートパイプと呼ばれている[20]．ここでは従来型
ヒートパイプ以外のもので温度制御作用をもつヒートパイプの例を紹介する．
2 節で述べたリザーバ付きヒートパイプはリザーバの温度を一定に制御することにより，ヒート
パイプの動作温度を一定に保つことができる．
LHP の温度制御作用を能動的に行わせた例として，リザーバの 温 度制 御 をペ ル チ ェデ バ イ ス（Thermoelectric converters, TEC）を用いて行っている例を図 17 に示す[21]．この LHP ではリザー
バ（CC）に密着して TEC が装着され，TEC と蒸発器間がサーマルストラップにより熱的に結合され，TEC の正負を逆転することによりリザーバの加熱，冷却を行いリザーバの温度を制御している．
熱負荷を変化させたときの CC の温度を 40℃に

図 18 CC 温度履歴
（CC 制御あり・制御なし）[21]
50

80
70

50W

Heating Section
Cooling Section
Reservoier
Heat Input

30

40W

60
60W

40

20

30
Reservoir

30W
10

0

50

Heating Section

Cooling Section

20W

図 19

20
10

10W
0

Heat Input[W]Temperature [℃]

40

20

40
Time [min.]60

0Experimental results on horizontally placed
OHP with reservoir in vertical direction [22]

制御した場合と制御しない場合の CC 温度の変化を図 18 に示す．熱負荷 40W 以上では，±1℃以内の精度で温度制御が行えていることが分かる．
自励振動ヒートパイプにリザーバ（液溜め）を取り付け，リザーバの温度制御を行うことによって，OHP の動作温度を能動的に制御できている例を図 19 に示す[22]．実験装置は，OHP とリザーバから構成され OHP とリザーバ間は内径 1mm，長さ 600mm のテフロンチューブで接続され，OHP
は外径 1mm，内径 0.8mm の 1 本のステンレス管が 30 回折り曲げられた（15 ターン）後，管の両端が接続されて閉ループとなっている．熱負荷を変えても，加熱部の温度がほぼリザーバの温度付
近（40℃程度）で保たれていることが分かる．
６．あとがき従来の毛細管型ヒートパイプや二相密閉型サーモサイホンとは異なる種々の熱輸送デバイスの研究・開発例について紹介した．これまで多くの種類のヒートパイプが開発されており，ここではそ

図 17 ＣＣ加熱冷却時のエネルギーバランス [21]

伝熱 2012 年 10 月

70W

- 45 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特集：古くて新しいヒートパイプの一端を垣間見たにすぎないと思われる．しかしここで示した各種熱輸送デバイスの形態や動作特性が今後のヒートパイプ技術の発展の一助になれ
ば幸いである．

川崎春夫，矢部高宏，きく 8 号搭載展開型ラジエ ー タ の 開 発 ” プ ロ ジ ェ ク ト Ｑ ， J.HTSJ,
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日 本 機 械 学 会 論 文 集 B 編 ， 78-788 (2012)
881-893[4] 大串哲朗，村上政明，山中晤郎，蒸気圧利用
抗重力形熱輸送装置の研究，第 41 回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (2004) 323-324.
[5] 井村英明，小糸康志，一ノ宮拓哉，反重力二相熱サイホンによる熱輸送，第 40 回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (2003) 1-2.
[6] 小糸康志，池水敬勇，鳥居修一，富村寿夫，
蒸気圧を利用したトップヒート型熱輸送ルー
プの作動特性（基礎実験と理論解析），化学工
学論文集, 35-5 (2009) 495-501.
[7] 機械工学便覧 応用システム編 γ3 熱機器, 日本機械学会(2005) 105.
[8] 大串哲朗，展開型ラジエータ用リザーバ内蔵
ループ型ヒートパイプ(RELHP)の開発，日本機
械学会熱工学カンファレンス 2007 講演論文集,
A12 (2007) 15-24.
[9] Stenger, F.J., NASA TMX-1310 (1966) 1-32

[20] Chi, S.W., 著，大島耕一，松下正，村上正秀 共訳，ヒートパイプの理論と応用，ジャテック出
版 (1978) 131-167[21] 福吉芙由子，長野方星，小川博之，永井大樹，
小型ループヒートパイプのリザーバ制御による動作特性の向上，航空宇宙技術，Vol.9 (2010)49-55[10] 石川博章，野村武秀，斉藤康之，川崎春夫，
岡本篤，畠中龍太，リザーバ内蔵ループ形ヒー
トパイプの熱特性に関する研究（きく 8 号搭載
展開型ラジエータの軌道上熱輸送特性），日本
機械学会論文集Ｂ編，76-768 (2010) 1273-1280[11] 石川博章，野村武秀，大串哲朗，野田浩幸，

伝熱 2012 年 10 月

[22] 岩田直子，小川博之，宮崎芳郎，温度制御可能な自励振動ヒートパイプの実験的研究，
日本
伝熱学会論文集, 18-4 (2010) 127-132- 46 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特別寄稿

ロハスの家とコミュニティ−21 世紀の持続可能社会形成のために−House and Community of LOHAS− for forming sustainable society in 21st century −加藤 康司（日本大学）
Koji KATO (Nihon University)e-mail: koji@mech.ce.nihon-u.ac.jp
１．はじめに
産業革命以降 260 年間，資本主義のルールのもとで先進工業国の経済的発展を可能にした科学と技術は，地球の資源と汚染許容力を無限であるかのように扱ってきた．
しかしそれらは有限であり，現在の大量生産大量消費大規模長期汚染の経済と生活の在り方は
21 世紀半ばまでに不可能になる．
1750 年以降栄えた科学技術万能信仰の現在文明は明らかに終焉を目前にしており，人類は必然的に次の文明を創造すべき歴史の曲がり角に来つつある．
このような背景の中で資源輸入加工輸出立国を策として戦後の経済成長を遂げた日本は，これからの時代に必要となる新しい産業と社会を構築し，世界を先導することが期待される．
以下にこれらのことを考究し，求められる産業の一形態を試行し論じる．
２．21 世紀日本の三要諦
図 1[1，2]が示すように，鉱物とエネルギー資源の可採年数は多くの物について，これから 100 年以内である．長い物でも石炭が 100 年，アルミニ
ウムが 150 年である．これらの年数は 2009 年度のものであり，年々短くなる傾向にある．
図 2[3]が示すように，1972 年当時の資源の採堀と消費速度を前提にした地球環境の汚染と資源の枯渇による食料と工業製品の生産量の急減は，
2020～2030 年に顕著になると予測されている．現在の BRICs（ブラジル，ロシア，インド，中国）等の猛烈な資源消費は計算に含まれていない．
2011 年現在は図 2 の予測よりさらに悪い結果を覚悟しなければならない．資源輸入加工輸出立国の策はどの国にとっても根本的に不可能になる．
一方で日本の人口は図 3[4]に示すように 2004
年にピークを越え，2050 年には 9500 万人へ，2100

伝熱 2012 年 10 月

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図 1 資源可採埋蔵量の可採年数の予測（環境省の平成 23 年版 環境・循環型社会・生物多様性白書[1]及び BP Statistical Review of World
Energy June 2011[2]もとに作成）

図2

成長の限界
（Meadows らの 1972 年の予測[3]）図 3

日本の人口（国立社会保障・人口問題研究所資料[4]もとに作図）

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特別寄稿
年には 4800 万人へ減少する．その内訳は 65 歳以上の高齢者が 40％を超え 0～14 歳の子供が 10％以下である．大都市に集中し戦後の経済復興を可能にした人口パワーはもはや存在しない．子供達のために親が働いた社会から，親達のために子が働く社会へ変わることになる．
今 20 歳の若者は 30 歳から退職までの間に図 2の破局のほぼ全過程を家族とともに経験することになる．今 0 歳の子どもたちが 30 歳で家族を持つ
ときには，鉱物とエネルギーの資源の多くが枯渇
し汚染され尽くした地球環境の中で，生活の糧を入手する仕事が必要になる．
このような過程を経て人口がピーク時の 1/3 にまで減少し，エネルギーと物の消費が 1/3 ですむ
100 年後の日本は，現在の資源輸入加工輸出とはまったく異なった新しい産業と経済の構造を確立
し，資源と人口パワーに依らない幸せな社会を永く構築することが望まれる．それが世界への手本となることが期待される．
そのために今の 10 代，20 代の若者を導き励ま
すのは現在 50 代，60 代にある世の指導者たちの役割である．その際，古くなりつつあるスタイルの資本主義のもとで今日明日の成果競争をしている親たちのレースに若者を誘い込むことは厳然として避けなければならない．限界が見込まれる産業を子に押し付けるのは酷なことである．アフターケアが膨らみ負の遺産が増すとわかっている産
業を子に残すのは無責任である．若者には新しい時代に合う新しい産業を興してもらい，それに支えられた新しい社会を構築してもらわなければならない．そこに今の親の仕事の利害を入れてはな
らない．70 代，80 代にある人生の達人は身を捨てて若者の背を押すことが望まれる．

ムを体験した米国民の約 1/3 の心ある人々が大切にする生活の価値観は，2000 年時点ですでに「健康で持続可能な生活スタイル（Lifestyles Of Health
And Sustainability; LOHAS）」に移っている．P. Rayと S. Anderson が米国民の意識について 13 年間の調査結果をまとめた 2000 年の著書[5]にそのことは詳述されている．オバマ大統領の Green New
Deal はその土壌の上に建てられている．
Catch-up America の旗の下に，敗戦後の親たちが必死になって実現した飽食と大量消費に続く環境破壊とバブル崩壊を超えて，次世代の若者たち
が幸せな新しい社会を形成しようとする場合，
LOHAS の生き方が選択肢の一つになることは必然の流れであろう．その際，オバマ流の Green New
Deal の盲目的なコピーが日本で成功することは無理であろう．
過去に日本は漢字と墨・毛筆・紙を中国から輸入しながらも，ひらがな・和文・和紙を開発し，インドからの仏教をもとに，日本流の諸宗派を形成し，神道と共存させた．LOHAS の生き方のための技と思想も日本で独自の多様な発展を遂げるであろう．
そのために「再生されるべき日本の文明」は，資源の無い地震列島上に 2000 年かけて形成された「自然共生の農耕と木の文明」である．それは質実剛健ともったいないの精神により形成されたものである．
LOHAS の生き方を可能にする「技と物」及び「思想と社会」の構築が江戸時代までに形成された「日本文明の復興」であることを日本の次世代の若者たちが強く自覚し，米国が出来ない社会と国を形成するとき，日本は資本主義金融工業社会の次の社会を創成する先進国として，資源枯渇時
代の人類と地球のために歴史的役割を務めることになるであろう．それが優れた省エネ技術を有す
る日本に可能なことであり，「21 世紀の新文明」
を興すことになるであろう．
そのような革新的運動と活動は次世紀以降の歴史家により「日本から世界へ広がった第 2 のルネサンス」と語られるであろう．今の日本の若者たちの歴史的役割はそこに在る．
このような歴史的認識のもとに，資源枯渇，環境破壊，空気・水・土壌汚染の問題に対峙する産業の一つとして，「ロハスの家」を考える．

３．21 世紀の新文明：第 2 のルネサンス
現在の日本の 10～30 代の若者には夢が無いとよく言われる．飽食・大量消費・使い捨て・情報過多の中で偏差値至上主義の教育を受ければ当然の結果である．質の悪い食・物・情報があふれているとき，それらに夢を持てと期待する方が無理である．物づくり立国とは，物が無い時代に物に夢を抱く貧しい若者たちが多数いて初めて成り立
つことである．今の 60 代，70 代が経験した古い価値観である．
飽食・大量消費・使い捨てに加えてマネーゲー

伝熱 2012 年 10 月

- 48 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特別寄稿
４．ロハスの家：エネルギー自立と自然共生の家
家は専業主婦や在宅業を営む人にとっては人生のほとんどの時間を過ごす場である．子ども・若者にとっては健康と感性を育み，家族との思い出をつくる場である．100 歳が寿命となりつつある老人にとっては引退後の 30～40 年の長い期間を健康第一として過ごす安住の場である．
そのような家が LOHAS を指向する人々にとって満足できる住居であるためには，「エネルギー自立と自然共生」が必須のことと考えられる．
このような考えのもとに，エネルギー自立と自然共生の条件を満たす家を『ロハスの家』と呼び，開発の目標とする．そのような家が日本において満たすべき条件として，以下の三つを考える．

は 25 kWh の容量を持つ．エネルギーの出入りを制御するための制御パネルとコンピューターを備えている．家からの熱の出入りを最小限に保つた
めに高断熱高気密の構造とし，壁には古紙を再利用した断熱材を用いている．建材には地元産檜を用いている．このような構造と設備を有する 1 号について，その温熱特性とエネルギー収支を四季の種々の条件のもとで測定し続けている．これまでのところ，郡山市の真夏日に約 28℃の室内温度，
真冬日に約 20℃の平均室内温度を得ている．今後
は，冷暖房の効率をさらに向上させるために，エ
ネルギー採集機器と蓄エネ機器の性能向上と制御系の改良の研究を続ける．

(1) 構築面積内で得られる再生可能エネルギー
のみで酷暑極寒時の冷暖房を含めた生活に必要なエネルギーを可能とする．
(2) 構築面積内雨水を生活用水とし，使用水の浄化再使用によるキッチン・バス・トイレを可能とする．
(3) 建材をリサイクル及び再生可能材のみとす
る．
これらの条件を満たすロハスの家を実現するた
めに，機能を分けて作製した実験設備であるロハスの家 1 号，2 号，3 号及び地中熱センターについて以下に説明する．それらは日本大学工学部キャンパスに設置されており，機械工学科を中心とする全 6 学科の共同プロジェクトとして 2008 年以降研究が続けられているものである．

図4 ロハスの家 1 号 自立共生冷暖房の木の家
６．ロハスの家 2 号：自立共生健康のガラスの家
図 5 に愛称「ロハスの家 2 号」の外観を示す．
2010 年 3 月にキャンパス内の 1 号の隣に建てられており，床面積が 38 m2 である．総ガラス張りで鉄骨構造．1 階は Low E ペアガラス壁であり，2階のように見える屋上はシングルガラス壁である．
ガラスの壁は 0.9 m×2.8 m のユニットを組み込んだ構造になっており，種々の壁材のユニットと交換できる．1 階の床は蓄熱のために厚さ 200 mmのコンクリートにしてあり，中には床暖房のための配管を通してある．採熱用のカーペットが敷いてあり，蓄熱用のトロンブウォールが 1 階ガラス
壁近くに備えてある．屋上には蓄断熱のために 8 tの土を入れた緑化層があり花が植えられている．
1
階 4 面のガラス壁には計 8 個の Low E ペアガラスの窓が付けられている．屋上 4 面のガラス壁には計 8 個の窓と庇に出るための 1 個のドアが付いている．庇は夏に太陽光を遮り，冬に太陽光を通す構造になっている．屋根に降った雨水を屋上のタ

５．ロハスの家 1 号：自立共生冷暖房の木の家
図 4 に愛称「ロハスの家１号」の外観を示す．
2009 年 1 月にキャンパス内の敷地に建てられ，太陽光発電パネルが南を向いている．
床面積が 10 m2
あり，0.21 kW/枚の太陽光発電パネル 10 枚と 1.2
kW/枚の太陽熱採集パネル 2 枚が屋根に取り付けてある．直径 200 mm，長さ 4～6 m の免震鋼管杭6 本が基礎下地中に埋設してある．杭の中には採熱管が内蔵されている．240 W/台の風車 2 台が屋根に取り付けてある．これら 3 種類のエネルギー
機器から得られる電気と熱を用いて床暖房とエアコンによる冷房が行われる．仲介機器としてヒートポンプが用いられる．電気を蓄えるバッテリー

伝熱 2012 年 10 月

- 49 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特別寄稿
ンクに貯え緑化層への散水などに用いる．玄関の外ドアは人の体重で開閉する無電自動ドアである．
家全体がレールの上に乗っており 360 度の回転と東西南北方向への移動を 1 人の力で行うことができる．照明には LED を用いている．このような構造と設備を有する 2 号について，その温熱特性と快適性を四季の種々の条件のもとで測定し続けている．これまでのところ，エアコンなしで真夏日の日中に外気温より約 3℃低く，真冬日の夜に外気温より約 5℃高い室内温度を実現している．今後は高齢者や幼児の健康増進に良い採光と換気，及び快適な温熱環境を実現するために，採光と蓄熱，断熱と遮熱及び窓換気と散水のための機器を改良開発し，それらを巧みに組み合わせ制御する技術の研究を続ける．

浄化システムの開発を第 1 の目標とし，併せて太陽光と地中熱のみで快適な温熱環境を可能にする
技術及び生ゴミ利用技術の開発を目標としている．
これらロハスの家 1，2，3 号の研究成果を集約し，ロハスの家の設計基準を確立し家の要素部品を高性能化することが長期的な目標である．

図 6 ロハスの家 3 号
自立共生水自給浄化の木とガラスの家
８．地中熱センター：
浅部地中熱採集供給と温冷熱地中備蓄
地表が日中の太陽光より受けたエネルギーは熱として地下約 100 m までの地中に蓄えられ，夜は宇宙へ放出され，年間を通して一定のバランスが保たれている．そのバランスを全体として保ちつ
つ，開放されている大面積の地表から出入りする
熱を一時的に家の冷暖房と給湯に用いることは，
ロハスの家のコミュニティーが自然と共生するための再生可能エネルギー活用法として重要である．
このような位置づけのもとに，図 7 に示す地中熱

図 5 ロハスの家 2 号 自立共生健康のガラスの家
７．ロハスの家 3 号：
自立共生水自給浄化の木とガラスの家
図 6 に生活用水浄化再使用の実験棟として 2011年 11 月に完成した，愛称「ロハスの家 3 号」の外観を示す．床面積が約 70 m2 あり，建材は木とガラスを主としている．実用のキッチン，バス（洗面台・洗濯機を含む），トイレを備え，使用水の浄化と再使用のための装置及び生ゴミ処理のための
ディスポーザーが備えられている．基礎下には地中熱採集パイプが埋設されている．
約 100 m2 の屋根に受けた雨水をタンクに貯える．その水を浄化し，温水をつくり，家中に循環させる．そのためのエネルギー及び照明と換気と制御のエネルギーは屋根に設置した太陽光発電パ
ネルと太陽熱採集パネルから採集され，電力は蓄電池に蓄えられる．
信頼性が高く安価でエネルギー消費の少ない水
伝熱 2012 年 10 月

図7

- 50 -

ロハスエリアの地中熱センター

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

特別寄稿センターが 2011 年 11 月にロハスの家 1，2，3 号のエリアに建設された．採熱用の鋼管杭と採熱管及び地中熱用ヒートポンプのシステムとしての熱特性を実測中である．浅部地中熱採集供給及び
温冷熱地中備蓄のための機器の性能向上とシス
テムの設計基準の確立が目標である．

人類にとってその歴史的意味は「文明復興」であり，第 2 のルネサンスと呼ぶべきものである．
次世代を担う日本の若者達がそれを自覚し，21世紀の社会構築のために貢献度の高い仕事に挑戦することが心より望まれる．
参考文献[1] Ministry of the Environment. “Annual Report on
the Environment, the Sound Material-Cycle
Society and the Biodiversity in Japan 2011”.
Ministry of Environment Government of Japan.
(online),<http://www.env.go.jp/en/wpaper/2011/in
dex.html>, (accessed 2012-02-22).
[2] BP Statistical Review. “BP Statistical Review ofWorld Energy June 2011”. BP Global homepage.
(online),<http://www.bp.com/sectionbodycopy.do?
categoryId=7500&contentId=7068481>, (accessed
2012-02-22).
[3] Meadows, D.H., Meadows, D.L., Randers, J.,
Behrens, W.W., Limits to Growth, Universe Books,(1972).
[4] National Institute of Population and Social
Security Research “Population Projection forJapan (Projection in December 2006)”, National
Institute of Population and Social Security
Research,(online).<http://www.ipss.go.jp/syoushik
a/tohkei/suikei07/index.asp>,(accessed2012-03-05).
[5] Ray, P.H., Anderson, S.R., The Cultural Creatives,
Harmony Books, USA, (2000).

９．おわりに「健康で持続可能な社会を形成するための『エネルギー自立と自然共生の家』づくり」は船，鉄道，自動車，自動生産ライン，無人工場などに挑戦してきた地震の国・日本のエンジニアにとって，
21 世紀の魅力ある挑戦課題になると考えられる．
進化した家とそのコミュニティーが求める安全で高度な社会インフラは，港，鉄道網，高速道路の規模を越えるであろう．
「21 世紀の家とコミュニティー」は伝統技術とハイテクとアートを総合した各地域に固有で高度なシステムとなり，新たな輸出産業と観光産業を地域に育てることになると期待される．このような家とコミュニティーを産業の核とする社会の形
成に 3 世代が継続して挑戦するとき，日本は明治
維新と戦後復興に続く第 3 の奇跡として「新しい文明を有する幸福な国の形成」を今の 1/3 の人口と 1/3 以下のエネルギー消費と物の消費で達成することになるであろう．
資源枯渇と地球環境破壊及びそれをもたらした資本主義金融工業社会の限界状態の中で，このよ
うな健康で持続可能な社会の形成に挑戦すること
は，人類が持続可能で自然共生の生き方をしていた時代の文明を再生させ進化させようとすることである．

伝熱 2012 年 10 月

- 51 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

国際活動・会議報告

熱物質輸送国際センター（ICHMT）の 2011 年以降の活動
International Centre for Heat and Mass Transfer (ICHMT)-Its Activities since 2011吉田 英生（京都大学）
Hideo YOSHIDA (Kyoto University)e-mail: sakura@hideoyoshida.com
発表された論文を対象として，最優秀論文に対す
るHartnett-Irvine Awardが以下の日本の研究者グループの論文に決定しました．
“A Molecular Dynamics Study on the Effects ofNanoparticle Layers on a Liquid-Solid Interfacial

１．はじめに熱物質輸送国際センター（ICHMT）の理事を
筆者は2010年8月から拝命しておりますので，近況をご報告させていただきます．同センターにつきましては本学会誌に何度か報告記事が寄せられており[1-3]，とりわけ直近2011年1月の笠木伸
英ICHMT副会長による記事[3]は，極めて包括的に整理された内容の報告ですので，本稿ではそれ以降の進展についてのみご報告します．なお，センターのウェブページ（http://www.ichmt.org/）には1968年9月の設立時の議事録をはじめとする充実した内容が掲載されておりますので，ぜひご覧下さい．

Thermal Resistance” by Takuya Matsumoto（松本 拓 也） , Satoshi Miyanaga （ 宮 永 賢 史） andMasahiko Shibahara（芝原正彦）, The Asian
Symposium on Computational Heat Transfer andFluid Flow 2011, Kyoto, Japan.
なお，本会が11月13-15日に長崎で主催するThe
Third International Forum on Heat Transfer（IFHT2012）もセンター協賛の国際会議ですので，発表
論文は同賞選考の対象となります．

２．最近3回の理事会と吉報2件
これまで年に2回開催されてきた理事会は，
セン
ターが主催・協賛する国際集会の機会を利用してきました．2011年以降では，
・2011年7月11日，Antalya，Turkey
・2011年9月11日，Minsk，Belarus
・2012年7月14日，Bath，Englandの計3回です．今年は都合により7月4日の1回のみですが，国際伝熱会議アセンブリー（The Assemblyfor International Heat Transfer Conferences，AIHTC）
が隔年で開催されることと同期して，同日午前に
AIHTC会議，午後にICHMT理事会というダブルヘ
ッダーになりました．実はこのような会議開催の形態（両組織の理事の重複も多い）こそ，国際的な伝熱分野の問題を明示しているのですが，そのことは後まわしにして，
まず吉報2件をお知らせします．
一つ目は，センター運営･活動に多大な貢献のあった個人に対する2012年のICHMT FellowshipAwardが笠木副会長に贈られることが決定しま
した．
二つ目は，
センターが主催･協賛する国際集会で伝熱 2012 年 10 月

３．ICHMT関連国際集会
2011年には表1に示すような国内での二つの交際会議がセンターの協賛のもとに開催されました．
先にご紹介したHartnett-Irvine Awardは，後者の京都での会議で発表されたものです．このようにわが国で開催される国際会議をセンターの協賛とすることにより，会議そのものに国際伝熱コミュニ
ティのバックアップが得られますし，また逆にセンターに対してもいろんな面での貢献ができ，わが国の国際的存在感を増せる可能性があります．
今後，国際会議を企画される場合は積極的にセンターへの協賛を依頼されることをおすすめします．
わが国からの提案であれば先約の国際会議との日
程的オーバーラップがないかぎり，概ねサポートが得られると思います．
表1

ICHMTの協賛した日本での行事（2011年以降）

4th International Conference on Heat
Transfer and Fluid Flow in Microscale(HTFFM-IV)
Asian Symposium on Computational
Heat Transfer and Fluid Flow
(ASCHT-11)- 52 -

Sep.4-9
2011

福岡

Sep. 23-25
2011

京都

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

国際活動・会議報告
参考文献[1] 森康夫，国際熱･物質伝達センター（International

４．ICHMTとAIHTC
まず笠木副会長の前報告から引用させていただ
きます．

Centre for Heat and Mass Transfer）について24-95,(1985) 23.
[2] 鈴木健二郎，International Centre for Heat and Mass
Transfer（ICHMT）－その最近の活動報告と会員各位へのお願い－，伝熱，43-182 (2004) 3.
[3] 笠木伸英，熱物質輸送国際センター（ICHMT）の最近の活動と今後の課題，伝熱，50-210 (2011) 48.

「センターと国際伝熱会議アセンブリーとの関係を見直すことが，もう一つの課題です．世界の伝熱研究者コミュニティを代表する組織が独立に二つあることは，前述の背景から考えてもマイナスが大きく，第14回国際伝熱会議の折りに，今後統一に向けて対話を始めるべきであるとの認識が共有されました．現在，アドホック委員会が設置され（メンバーは，A. Bar-Cohen, J.-M. Delhaye,
K. Hanjalic, J. Padetと筆者），具体策を検討中ですので，近い将来に何か動きが出てくることが期待されます．
（中略）

3年後京都の第15回国際伝熱会議は，少なくとも熱物質輸送国際センターが主催団体として名を連ねるべきではないかと考えております．
」

上記の指摘どおり，BathでのAIHTC・ICHMTのダブルヘッダー会議では，このことが最も重要な議題でした．そして，笠木副会長がAIHTC副会長も兼務されて両者の融合に向け周到かつ粘り強い
調停努力を続けてこられたことが実を結び，両者は今後できる限りの協調関係を見いだしてゆくことが両会議で満場一致で承認されました．
京都での第15回国際伝熱会議は，すでにICHMTの協賛を初めて得ることになっております．
また，
上記会議に先立ち，ICHMTとBegell House社の間で合意に至っていたICHMT Digital Libraryに加え，
AIHTCと同社の間でも同様にIHTC Libraryとして，過去の全てのプロシーディングスを含め，今後のプロシーディングスをオンライン･アーカイブ化
することが合意され，両組織の密接な連携が現実的になっていた状況もありました．
上記会議では，AIHTCとICHMTの協力連携に関して，より具体的なスキームを検討するための特別委員会（F. Arinc, A. Bar-Cohen, G. de Vahl Davis,
K. Hanjalic, N. Kasagi, T. Simon）が設置されました．
目標としては，伝熱･熱科学の国際連合組織を両組織を核として形成し，The International Council for
Science（ICSU）のメンバーシップを獲得することです．なお，当面の組織的な融合形式としては，
AIHTCの現在の自治権を尊重しつつ，AIHTCがICHMTの傘下に入るということが提案されています．
以上，この1年半ほどのセンターの動きをご報告させていただきました．ご提言やご意見がありましたら，筆者を含め，上記センター関係者にお気軽にお伝え下さい．どうぞ，よろしくお願い申し上げます．

伝熱 2012 年 10 月

- 53 -

2012年7月4日Bathでの理事会にて左からA. van Steenhoven, P. Stephan, K. Hanjalic（副会長）, R.M. Cotta, G. de Vahl Davis（会長）

Y. Jaluria, N. Kasagi（副会長）, Y. Bayazitoglu

G.F. Hewitt, R.J. Goldstein, F. Arinc（事務局長）, T. W.
Simon
なお，写真には写っていませんが，
L. Dombrovsky（A.I. Leontiev代理）, J. Padet, H.
Yoshida, X. Zhangも出席しました．
（以上敬称略）

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

行事カレンダー

本会主催行事
開催日
2012 年
11 月

13(火)
～
15(木)

行事名

申込締切

原稿締切

問合先

掲載号

第 3 回 国際伝熱フォーラム
3rd International Forum on Heat Transfer

事前参加
申込締切
2012.8.31

2012.7.31〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町 1-1
九州工業大学大学院工学研究院機械知能工学研究系
IFHT2012 実行委員会事務局 宮崎康次
Tel/Fax:093-884-3168
E-mail:miyazaki@mech.kyutech.ac.jp

Vol.50,No.2132011.10

申込締切

原稿締切

問合先

掲載号

〒599-8531 大阪府堺市千中区学園町 1-1
大阪府立大学大学院工学研究科機械工学分野
環境工学研究室 木下進一
Tel/ Fax: 072-254-9231
E-mail: jstp2012@me.osakafu-u.ac.jp
URL: http://www.jstp2012.me.osakafu-u.ac.jp
実行委員幹事 伊藤和宏
兵庫県立大学 大学院工学研究科〒671-2280 兵庫県姫路市書写 2167
Tel: 079-266-1661(代表)Fax: 079-267-4830(代表）E-mail: kashika@eng.u-hyogo.ac.jp
実行委員幹事 木村文義
兵庫県立大学 大学院工学研究科
E-mail: vsj@eng.u-hyogo.ac.jp
社団法人 日本ガスタービン学会事務局
Tel: 03-3365-0095
Fax: 03-3365-0387
E-mail:gtsj-office@gtsj.org

本会共催，協賛，後援行事
開催日
2012 年

行事名

10 月

3(水)
～5(金)

第 33 回日本熱物性シンポジウム(開催場所：大阪市立大学杉本キャンパス)

2012.9.7

2012.8.10

10 月

4(木)
～5(金)

可視化情報全国講演会(姫路 2012)(開催場所：姫路商工会議所)

2012.6.15

2012.7.30

10 月

17(水)
第 40 回日本ガスタービン学会定期講～18(木) 演会(開催場所：釧路市観光国際交流センター)
24(水)日本地熱学会平成 24 年度学術講演会〜(開催場所：湯沢文化会館)
26(金)2012.6.18

2012.8.27

2012.7.28

2012.8.26

日本機械学会№12-45 講演会「第 15 回
スターリングサイクルシンポジウム」(開催場所：明星大学日野キャンパス)2012.6.29

2012.9.28

2012.7.13

2012.9.28

第 36 回人間— 生活環境系シンポジウ
ム(開催場所：大同大学滝春校舎 B 棟４
F)
第 50 回燃焼シンポジウム(開催場所：愛知県産業労働センター
ウインクあいち)2012.8.31

2012.10.15

2012.7.20

2012.9.14

10 月

11 月

17(土)

11 月

17(土)
熱工学コンファレンス 2012～18(日) (開催場所：熊本大学黒髪南地区)

12 月

1(土)
～2(日)

12 月

5(水)
～7(金)

12 月

17(月)
第 21 回微粒化シンポジウム～18(火) (開催場所：東京工業大学大岡山キャン
パス西 9 号館)

2012.8.31

2012.10.26

12 月

18(火)
〜
20(木)

第 26 回数値流体力学シンポジウム(開催場所：国立オリンピック記念青少年総合センター)2012.9.24

2012.10.29

伝熱 2012 年 10 月

- 55 -

日本地熱学会 行事委員 小山弘〒210-9530 神奈川県川崎市川崎区田辺新田
1-1
富士電機株式会社 火力・地熱プラント総合技
術部
Tel: 044-329-2123
E-mail: oyama-hiroshi@fujielectric.co.jp
URL: http://grsj.gr.jp
実行委員長 濱口和洋(明星大学)
幹事 齊藤剛(明星大学)
Tel: 042-591-9614 Fax: 042-591-9594
E-mail: tsaito@me.meisei-u.ac.jp
上田祐樹(農工大)
Tel/Fax: 042-388-7853
E-mail: uedayuki@cc.tuat.ac.jp
熱工学コンファレンス 2012 実行委員会事務局〒860-8555 熊本市中央区黒髪 2 丁目 39-1
熊本大学 工学部機械システム工学科内
幹事 小糸康志
Tel/Fax: 096-342-3760
E-mail: tedconf12@jsme.or.jp
人間— 生活環境系学会事務局〒813-8529 福岡市東区香住ヶ丘 1-1-1
福岡女子大国際文理学部大中研究室内
E-mail: hes.fwu@gmail.com
第 50 回燃焼シンポジウム事務局〒458-0015 愛知県名古屋市千種区不老町
名古屋大学大学院工学研究科機械理工学専攻内
Tel:052-789-2710 Fax:052-789-5123
E-mail:sympo50@combustionsociety.jp
URL: http://www. combustionsociety.jp/sympo50/
日本液体微粒化学会 事務局 (株)学術出版
印刷 事務局長 近藤 健
〒554-0022 大阪市此花区春日出中 2-14-9
Tel: 06-6466-1588 Fax: 06-6463-2522
E-mail: info@ilass-japan.gr.jp
一般社団法人 日本流体力学会〒152-0011 東京都目黒区原町 1-16-5
Tel: 03-3714-0427 Fax: 03-3714-0434
URL: http://www.nagare.or.jp

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

行事カレンダー
12 月

22(土)

2012 年度 計算力学技術者（CAE 技術者）資格認定試験(開催場所：東京工業大学大岡山キャンパス他)

伝熱 2012 年 10 月

2012.8.24- 56 -

一般社団法人 日本機械学会事業企画 G 関根
〒160-0016 東京都新宿区信濃町 35 番地
信濃町煉瓦館 5 階
Tel: 03-5360-3506 Fax: 03-5360-3509
E-mail: sekine@jsme.or.jp

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

お知らせ

平成 24 年度 日本伝熱学会 学術賞・技術賞・奨励賞候補者推薦募集のお知らせ
日本伝熱学会では本年度も各賞の表彰を実施いたします．つきましては，下記の要領に従って本年度の学術賞，技術賞，および奨励賞の候補者推薦募集を行いますので，自薦，他薦を問わず，多数ご応募下さい．
１．対象となる業績（１） 学術賞の対象は，原則として，最近 3 年間の Thermal Science and Engineering 誌に掲載された，あるいは，最近 5 回の日本伝熱シンポジウムにおいて発表し，国内外で審査のある学術論文集に掲載された伝熱に関する優秀な研究を主体的に行った研究者とその共同研究者とします．なお，受賞対象研究課題名は，必ずしも論文題目と厳密に一致する必要はありません．また，Thermal Scienceand Engineering 誌に掲載された論文は，日本伝熱シンポジウムにおける発表の有無にかかわらず，
授賞の対象となります．
（２） 技術賞の対象は，公表された優秀な伝熱技術を開発した者とします．
（３） 奨励賞の対象は，原則として，最近 3 回の日本伝熱シンポジウムのいずれかにおいて優秀な論文を発表した若手研究者（発表時に 30 歳程度以下の者）とします．
（４） 学術賞および奨励賞の対象資格は，原則として本会会員に限ります．
（５） 贈賞数は，学術賞 2 件程度，技術賞 1 件程度，奨励賞 4 件程度とします．
２．選考方法（１） 各賞の選考は，「表彰選考委員会」が「日本伝熱学会賞審査・選考方法内規」によって行います．
（２） 表彰選考委員会は，公募の他に，各賞の候補を推薦することが出来るものとします．
３．提出書類（１） 申請書・推薦書 1 通・ 申請書・推薦書の書式は，学会ホームページからダウンロードしてご使用下さい．
・ 学術賞，技術賞，奨励賞それぞれに申請書・推薦書の書式が異なりますので，ご注意ください．
（２） 論文抜刷または技術内容参考資料
6部（３） 日本伝熱シンポジウム講演論文集抜刷 6 部 （学術賞，奨励賞のみ）
４．提出期限平成 24 年 12 月 21 日（金）５．提出先および問い合わせ先：〒939-0398 富山県射水郡小杉町黒河 5180
富山県立大学工学部 機械システム工学科 石塚 勝 宛
E-mail： ishizuka@pu-toyama.ac.jp
Tel: 0766-56-7500 内線 387, Fax: 0766-56-6131

伝熱 2012 年 10 月

- 57 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

お知らせ

第 50 回日本伝熱シンポジウム研究発表論文募集
第 50 回日本伝熱シンポジウム実行委員会
委員長 円山 重直
幹事
小宮 敦樹
開催日： 平成 25 年 5 月 29 日（水）～5 月 31 日（金）会 場： ウェスティンホテル仙台 および 仙台トラストシティ (http://www.westin-sendai.com/index.html)
所在地〒980-0811 宮城県仙台市青葉区一番町 1-9-1 電話 022-722-1234（代表）アクセス JR 仙台駅西口より徒歩約 9 分
仙台空港より JR 仙台駅まで「仙台空港アクセス鉄道」で最速 17 分
講演申込締切：講演論文原稿提出締切：
事前参加申込締切：

平成 25 年 1 月 18 日（金）平成 25 年 3 月 15 日（金）平成 25 年 4 月 12 日（金）ホームページ URL：http://web.tohoku.ac.jp/nhts2013/index.html【シンポジウムの形式】· 講演発表形式としてa) 通常の一般セッション（口頭発表）b) オーガナイズドセッション（口頭発表）c) 学生および若手研究者を対象とする優秀プレゼンテーション賞セッションを実施します．
· 1 講演あたりの割当時間は，一般セッションでは 15 分（発表 10 分，個別討論 5 分）で，各セッションの最後に総合討論の時間（5 分×セッション内の講演件数）を設ける予定です．オーガナイズドセッションについては，オーガナイザーの指示に従ってください．
· 優秀プレゼンテーション賞セッションについては，本号掲載のお知らせ「優秀プレゼンテーション賞（第50 回日本伝熱シンポジウム）について」をご参照ください．
【研究発表申し込み方法】· 原則としてウェブによる申込みに限らせていただきます．本シンポジウムで準備するウェブサイトへ必要なデータを入力してください．ウェブによる申込みができない場合には，実行委員会事務局にお問い合わ
せください．
· 申込みの際に，一般セッション，オーガナイズドセッション，優秀プレゼンテーション賞セッションのいずれで発表するかを選択してください．優秀プレゼンテーション賞セッションにお申込みの場合には，本号掲載のお知らせ「優秀プレゼンテーション賞（第 50 回日本伝熱シンポジウム）について」をご参照ください．
· 発表申込み時に，論文のアブストラクト（日本語で 200～250 字）を入力してください．講演論文集の抄録として科学技術振興機構（JST）のデータベースに登録します．
· 講演発表申込みは，講演者 1 名につき 1 題目とさせていただきます．
· 講演の採否およびセッションへの振分けは，実行委員会にご一任ください．
【講演論文集】· 講演論文集として，オフセット印刷版（白黒）と電子版（CD-ROM 版）の作製を予定しています．講演論
文集（電子版）はウェブ上で公開する予定です．会員にはパスワードを配布して，電子版をウェブ上で閲覧できるようにします．なお，会員が当該講演論文をのちに原著論文として学術論文誌等に投稿されることを考慮し，本講演論文集が限られた範囲に配布されたものであることを明確にするため，パスワードは近い将来には公開しません．
· 講演論文集の印刷版と電子版を参加者に配布する予定です．なお，電子版は参加できなかった会員にも希望があれば配布しますので，シンポジウム終了後に実行委員会事務局にお申込みください．

伝熱 2012 年 10 月

- 58 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

お知らせ· 講演論文の長さは 1 題目あたり A4 サイズで 2 ページを予定しています．講演論文の作成様式は，前回と同様の 2 段組×片側 26 字×60 行とする予定です．
· 電子版には，印刷版と同じものか，または 8 ページ以内のフルペーパーを掲載することができます．電子版の様式は印刷版と同じですが，カラーの使用が可能です．ファイル容量は最大で 2MB までとし，動画は含まないものとします．
· 電子版に掲載された講演論文は，本学会の論文誌“Thermal Science and Engineering”にそのまま投稿することができます．詳細は会誌 1 月号の「お知らせ」に掲載します．ただし，掲載の可否は通常の査読プロセスを経て決まります．
· 執筆要綱は，会誌 1 月号の「お知らせ」および本シンポジウムのホームページに掲載します．
· 講演論文原稿は，講演論文を電子化するために，原則として PDF ファイルで提出していただきます．
· 原稿提出締切日までに提出されなかった講演論文は，講演論文集（印刷版・電子版）およびウェブに掲載されません．十分にご注意ください．
【講演論文の公開日】· 会員を対象に，シンポジウム開催日の 1 週間程前からウェブ上で公開します．したがって，特許に関わる
公知日はシンポジウム開催日よりも早くなりますので，ご注意ください．
【参加費等】· シンポジウム参加費
一般（事前申込：12,000 円，会場申込：14,000 円）
学生（事前申込： 5,000 円，会場申込： 6,000 円）· 講演論文集
日本伝熱学会会員：無料（電子版はウェブ上で事前に公開します．参加者には当日印刷版・電子版を配布します．参加されない会員のうち希望者には電子版を事後にお送りします．
）
非会員：8,000 円（印刷版） 会場受付にて日本伝熱学会に入会を申し込まれる場合は無料となります．
【懇親会】· 開催日：平成 25 年 5 月 30 日（木）· 会 場：ウェスティンホテル仙台· 参加費：一般（事前申込：8,000 円，会場申込：10,000 円 同伴配偶者無料）
学生（事前申込：4,000 円，会場申込：5,000 円）【交通と宿泊】· 交通と宿泊につきましては，本シンポジウムのホームページをご参照ください．
【ご注意】· 講演申込みの取消および講演論文原稿の差替えは，シンポジウムの準備と運営に支障をきたしますのでご遠慮ください．
· 論文題目と著者名が，講演申込み時と論文提出時で相違しないように特にご注意ください．
· 口頭発表用として実行委員会事務局が準備する機器は，原則としてプロジェクタのみとさせていただきます．パーソナルコンピュータは各自ご持参ください．
· 参加費，懇親会費等は参加取消しの場合でも返金いたしません．
· 本シンポジウムに関する最新情報については，随時更新するホームページでご確認ください．
· その他，ご不明な点がありましたら，実行委員会事務局まで e-mail または FAX でお問い合わせください．
【お問い合わせ先】
第 50 回日本伝熱シンポジウム実行委員会事務局
東北大学 流体科学研究所内
e-mail：nhts50@pixy.ifs.tohoku.ac.jp
FAX：022-217-5244

伝熱 2012 年 10 月

- 59 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

お知らせ

優秀プレゼンテーション賞（第 50 回日本伝熱シンポジウム）について
日本伝熱学会 学生会委員会
委員長 齊藤卓志
第 50 回日本伝熱シンポジウムでは，下記の要領で，学生および若手研究者を対象とした優秀プレゼンテーシ
ョン賞セッションを設けます．日頃の研鑽の成果を披露するチャンスとして，奮ってご応募下さい．
開催
日： 平成 25 年 5 月 29 日（水） シンポジウム第 1 日
発 表 形 式： 発表者 1 名あたり 3 分程度のショートプレゼンテーションと 60 分程度のポスタープレゼ
ンテーションを行う形式をとる予定です．詳細については，決定し次第，シンポジウムのホームページに掲載いたします．
対象： 企業・大学・研究機関等の技術者・研究者で，平成 25 年 3 月 31 日現在で 28 歳以下の者，
または，申込当日に学生である者（ただし，社会人大学院生を除く）．
応 募 資 格： 発表時（審査時）に，日本伝熱学会の会員（正員・学生員）であること，または入会申込中であること．なお，本セッションで発表する方は，応募資格を必ず満たす必要があります．また，過去に本賞を受賞された方は応募することはできません．
応 募 件 数： 指導教員または研究グループ長等あたり，1 名（1 件）とします．
応 募 方 法： 第 50 回日本伝熱シンポジウム発表申込時に，本号掲載の研究発表申込方法に従って，“優秀プレゼンテーション賞”の項目を選択し，“指導教員または研究グループ長等の氏名”
および“研究分野の分類番号”を入力してください．なお，講演論文原稿の様式について
は一般セッションと同様のものとします．
審査・選考方法： 複数名の審査員による評価に基づいて選考し，受賞者を決定します．
表彰： 受賞者はシンポジウム第 2 日の学会総会で表彰されます．

伝熱 2012 年 10 月

- 60 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

お知らせ
日本伝熱学会主催 第 3 回 国際伝熱フォーラム
International Forum on Heat Transfer (IFHT2012)2004 年に京都で第 1 回フォーラム，2008 年に東京で第 2 回のフォーラムが開催され，150 件を超える発表
で盛り上がりを見せた IFHT がいよいよ 11 月に迫ってまいりました．第 3 回目の長崎では，欧米アジア各国
から，およそ 200 件の発表が予定され，伝熱工学各分野での研究動向を把握できる良い機会と期待されています．伝熱学会創立 50 周年を記念して設立された抜山記念国際賞（第 1 回）を受賞された Peter Stephan 教授の受賞講演と授与式が 2 日目午後に予定されている他，エネルギー分野の最先端を走る 7 名の研究者によるキーノート講演も予定されています．開催前日の 11 月 12 日（月）には会場の長崎ブリックホールでレセ
プション，14 日（水）にガーデンテラス長崎に会場を移し，バンケットを開催します．週末には熊本で熱工学コンファレンスが始まりますので，九州へ足を運んでいただく良い機会となっております．多くの方々に是非フォーラムに参加いただけますよう，お願い申し上げます．
開催日時・場所

2012 年 11 月 13 日（火）～15 日（木）・長崎ブリックホール（11 月 12 日（月）レセプション・長崎ブリックホール）（11 月 14 日（水）バンケット・ガーデンテラス長崎）

参加費
当日は混雑が予想されますので，IFHT2012 サイト経由でクレジットカード払いをお願い致します（事前申込み 9 月 15 日締切）
一般：50,000 円，学生 30,000 円（申込み 9 月 16 日以降）
一般：60,000 円，学生 40,000 円
抜山賞受賞講演Peter StephanTechnische Universität Darmstadt, Germany

キーノート講演
Gang Chen
Takemi Chikahisa
Zeng-Yuan Guo
Sung Jin Kim
Kim Choon Ng
Mamoru Tanahashi
Peng Zhang

Massachusetts Institute of Technology, USA
Hokkaido University, Japan
Tsinghua University, China
Korea Advanced Institute of Science and Technology, Korea
National University of Singapore, Singapore
Tokyo Institute of Technology, Japan
Shanghai Jiao Tong University, China

ポスターセッション（7 セッション：200 件を予定：ショットガン形式の口頭発表＋ポスター）
ホームページ

http://www.ifht2012.com

問い合わせ先組織委員会委員長
高田 保之〒819-0395 福岡市西区元岡 744
九州大学 大学院工学研究院 機械工学部門
Tel: 092-802-3100, FAX: 092-802-3098 E-mail: takata@mech.kyushu-u.ac.jp
実行委員会委員長
宮崎 康次〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町 1-1
九州工業大学 大学院工学研究院 機械知能工学研究系
Tel&FAX: 093-884-3168 E-mail: miyazaki@mech.kyutech.ac.jp

伝熱 2012 年 10 月

- 61 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

お知らせ

第 15 回国際伝熱会議
The 15th International Heat Transfer Conference (IHTC-15)
2014 年 8 月 10～15 日

国立京都国際会館

http://www.ihtc-15.org/index.html
主催 日本伝熱学会，日本学術会議
共催 The Assembly for International Heat Transfer Conferences
協賛 International Centre for Heat and Mass Transfer，日本機械学会，化学工学会
趣旨
1974 年の IHTC-5（東京）以来，40 年ぶりの日本開催となる国際伝熱会議が迫ってまいりました．持続性
社会への確かな道筋を確立するために伝熱学・熱科学研究の役割がますます重要になる中で，“Heat Transfer
Olympic”のニックネームを有する最大規模の国際会議としてとして，新時代の研究活動を幅広く牽引するとともに，社会に向けて確かなメッセージを発信できる国際会議とすべく，準備が進行中です．
IHTC-15 では，個々のセッションをこれまでのポスター発表ではなく，吟味された議論を可能とする口頭発表形式とします．また，Begell House 社の協力により国際誌と同等の評価に耐えるオンライン･プラットホームが導入されますので，査読後採択された全ての発表論文は，過去のプロシーディングスと共に電子アー
カイブ化される予定です．さらに，個々の研究発表の成果だけでなく，新世紀の社会の期待に伝熱・熱科学
コミュニティがどのように応えていくべきかといった課題についても全体討議を企画します．5 日間にわたる本国際会議の全てのプログラムが国内外の多くの参加者各々にとって意義深いものとなるよう，またコミ
ュニティの社会的役割を解り易く発信できるよう鋭意検討中です．
日本伝熱学会諸賢の積極的なご参加，ご協力，ご助言をお願いいたします．
今後の予定（日程は変更の可能性があります．詳細・最新情報は上記ウエブページに掲載します．
）

各種表彰
第 2 回目となる抜山賞をはじめとして以下の国際賞の贈賞を行います．各賞への本会会員の推薦も積極的にお願いします．
・The William Begell Medal
・The Max Jakob Memorial Award
・The Luikov Medal
・The Nukiyama Memorial Award

アーカイブ化を踏まえ，厳正な 2 段審査を経て論文の採択を決定します．
・2013 年 19 月：アブストラクト提出締め切り
・2013 年 10 月：アブストラクト採否通知・2013 年 12 月：論文原稿提出締め切り
・2014 年 13 月：論文採否通知・2014 年 15 月：最終論文原稿提出締め切り

委員会
組織委員会：委員長 笠木伸英，副委員長 吉田英生・円山重直実行委員会：委員長 吉田英生，副委員長 功刀資彰，幹事 岩井裕
国際論文委員会：委員長 円山重直，副委員長 高田保之，幹事 小宮敦樹
日本地区論文委員会：委員長 高田保之，幹事 河野正道
（ご意見・ご要望は info@ihtc-15.org にお願いいたします．
）

伝熱 2012 年 10 月

- 62 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

事務局からの連絡

伝熱 2012 年 10 月

- 63 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

事務局からの連絡第 51 期入会（2012.6.15～2012.7.31） 正 3 名
資
正
正

氏 名
長尾 和也
藤原 祥雅

伝熱 2012 年 10 月

所 属（株）リコー 中央研究所
パナソニック（株）デバイス社

資正- 64 -

氏 名
伊賀 由佳

所 属
東北大学 流体科学研究所

J. HTSJ, Vol. 51, No. 217

熱流束センサーは、熱エネルギーの移動密度（W/cm2 ）に比例した直流電圧を出力します。弊社の製品は米国バージニア工科大学が開発した新しい技術をVatell社で商品化したもので、大変手軽に高速・高精度で熱流量の測定をすることができます。
特に応答速度の早いこと、センサーからの出力レベルが高いことが特徴で、熱流束
マイクロセンサー（ HFM ）では、応答速度最高６マイクロ秒を達成しています。

熱流束マイクロセンサー
特 徴

使用例

● 最高速の応答（約 6μ秒）
● 850℃まで外部冷却不要● 低雑音 / 高感度● 熱流束と温度を測定● 伝導、対流、輻射に等感度● エンジン内壁の熱伝達状態観察● ロケットエンジンのトラバース実験●タービンブレード熱風洞試験● 自動車用エアーバッグ安全性試験●ジェットエンジンバックファイヤー試験

ガードン型円形フォイルセンサー
水冷却型

センサー本体の構造は、薄膜フォイル･ディスクの中心と周囲の温度差を測定する、差動型熱電対をとなっています。フォイル･ディスクはコンスタンタンで作られており、銅製の円柱形ヒートシンクに取り付けられています。水冷式
は取付け場所の自由度が高く長時間の測定が可能です。
使用例

熱伝導
冷却型

● 焼却炉・溶鉱炉の熱量測定● 火災実験の際の輻射熱ゲージ● バーナーなど熱源の校正用基準器● 着火性・燃焼性試験（ISO5657,5658,5660）● 米国連邦航空局のファイヤー･スモークテスト

シート状熱流束センサー
センサーは銅とニッケルのサーモパイルから構成されており、測定対象物に貼付けて使います。センサーは厚さが 0 . 2 mmと薄いので、柔 軟 性に富んでおり、直径1インチの円筒形に湾曲させる事が出来ますので、パイプなどに貼り付けてお使いになるには最適です。
使用例

熱流束センサー
校 正サ ービス● 電気・電子機器内の発熱・放熱状態測定● 熱交換器の効率測定● パイプの放熱状況測定

熱流束センサーの校正作業をお引き受けいたします。校正証明書は
米国基準局NISTにトレーサブルです。校正設備の物理的な制約で、お引き受けできない場合もあります。ご相談ください。

〒106-0031 東京都港区西麻布3-24 -17 霞ビル4F
TEL: 03-5785-2424 FAX: 03-5785-2323

URL

E-mailsenstech@td6.so-net.ne.jp

編集出版部会ノート
Note from the Editorial Board
昨年 3 月 11 日に発生した東日本大震災以降，あっという間に 1 年半もの歳月が経過していることに驚きを感じつつ，私の住む福島県郡山市から約 60 km の距離にある福島第一原子力発
電所の事故後の処置が遅々として進まないことに言葉では表現できない焦燥感を感じながら，何事も無かったかのように日常生活を送っていることにまた驚きを感じています．
「驚き」と言うと，今回の特集の主役である「ヒートパイプ」との出会いは，その当時の私にとっては大きな驚きでした．今から二十数年前，新入社員教育の一環で，当時量産体制に入ったばかりのマイクロヒートパイプ工場を見学した際に，可視化窓の付いた見学者用ヒートパ
イプを手で握っただけで気泡が発生してヒートパイプが動作する様子を目にしたときの驚きは今でも鮮明に蘇ってきます．
そんなヒートパイプの大ファンである私が編集部会で特集の企画を任されたとき，いの一番に頭に浮かんだフレーズが「古くて新しいヒートパイプ」でした．幸いにも同じ企画グループの小原先生や堀部先生からも御同意が得られ，勝田先生をはじめとする日本ヒートパイプ協会
会員の先生方にご執筆の協力をいただいて，本特集が実現できたことは本当に幸運なことと感じています．
この特集が現状におけるヒートパイプを理解するためのバイブル的な存在となり，我が国におけるこの分野の競争力復活の一助となれば幸いです．
佐々木 直栄（日本大学）
Naoe SASAKI (Nihon University)e-mail: chokuei@mech.ce.nihon-u.ac.jp

副会長 石塚 勝（富山県立大学）
部会長 高松 洋（九州大学）
委 員（理 事） 小原 拓（東北大学）
田川正人（名古屋工業大学）
堀部明彦（岡山大学）
安田俊彦（日立造船）（協議員） 上野一郎（東京理科大学）
梅川尚嗣（関西大学）
奥山正明（山形大学）
佐々木直栄（日本大学）
佐藤恒之（秋田工業高専）
芝原正彦（大阪大学）
瀬名波 出（琉球大学）
野村信福（愛媛大学）
森 昌司（横浜国立大学）
TSE チーフエディター
花村克悟（東京工業大学）
編集幹事
伏信一慶（東京工業大学）
編集出版事務局：
九州大学 大学院工学研究院 機械工学部門 高松 洋
〒819-0395 福岡市西区元岡 744 番地
Tel&Fax: 092-802-3123，takamatsu@mech.kyushu-u.ac.jp

伝熱 2012 年 10 月

- 68 -J. HTSJ, Vol. 51, No. 217