Vol. 55, No. 230
2016. 1

◆特集：新しいエネルギー変換

http://www.htsj.or.jp/dennetsu/dennetsu55-j.html

左： イオン液体に有機分子を溶解させて作製した光アップコンバーターが，太陽光の赤色部分（バンドパス
フィルターにより抽出，半値幅 10 nm）を青色光に変換する様子．
右： 試料の光吸収スペクトルおよび発光スペクトル．光吸収と三重項生成を担う分子（右）および発光を担う分子（左）を図内に示した．
（特集記事「分子間エネルギー移動を用いた光子のエネルギー上方変換（村上陽一）」より）

メタマテリアルの模式図

MP による電磁場増強．
（ベクトルは電場を，コンターは磁場の大きさを示す）

左図は波長選択的熱ふく射エミッターのためのメタマテリアルである．これは右図に示すように光によって金属部に反平行電流を励起させ，誘電体層内において強い磁場の増強効果が得られる共鳴現象（マグネティ
ックポラリトン, MP）を利用している．これにより，共鳴波長等の熱ふく射物性を自由自在に制御することが可能である．
（特集記事「メタマテリアルによる自由自在な熱ふく射制御：熱と光の新たなエネルギー変換に向けて（櫻井篤）」より）

伝熱2016 年 1 月

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

Vol.55

2016

No 230January伝
目熱次〈巻頭グラビア〉················································· 村上 陽一（東京工業大学），櫻井 篤（新潟大学） ··········· 表紙裏〈追悼〉
笠木伸英先生を偲ぶ····················································································· 鈴木 雄二（東京大学）
Sanjoy BANERJEE (The City University of New York)
Michael LESCHZINER (Imperial College London) ·············

1〈特集：新しいエネルギー変換〉
特集「新しいエネルギー変換」にあたって ····························· 鈴木 雄二（東京大学） ··········· 8
フォノンエンジニアリングによる熱電材料の開発 ················· 塩見 淳一郎（東京大学） ··········· 9
メタマテリアルによる自由自在な熱ふく射制御：熱と光の新たなエネルギー変換に向けて························································································ 櫻井 篤（新潟大学） ··········· 18
温度分布制御マイクロフローリアクタによるアンモニア燃焼反応機構の検証························································································ 中村 寿（東北大学） ··········· 24
分子間エネルギー移動を用いた光子のエネルギー上方変換 ·· 村上 陽一（東京工業大学） ··········· 32
電極相界面極限利用を実現するレドックスフロー電池····································································· 津島 将司，鈴木 崇弘（大阪大学） ··········· 41〈セミナー〉
第 14 回関西伝熱セミナー「自然エネルギー・環境問題の現状と今後の可能性」·············································· 南川 久人（滋賀県立大学），野口 佳樹（龍谷大学） ··········· 51〈国際活動・会議報告〉
熱物質輸送国際センター（ICHMT）の現状と今後の課題····················································································· 吉田 英生（京都大学） ··········· 54
第 24 回 IIR 国際冷凍会議（ICR2015）報告 ··························· 渡邉 澂雄（中部電力） ··········· 59〈博物館めぐり〉
パリの工芸・技術博物館，国立土木学校，エコール・ポリテクニークを訪ねて····················································································· 吉田 英生（京都大学） ··········· 63〈行事カレンダー〉 ········································································································· 67

〈お知らせ〉
第 53 回日本伝熱シンポジウム研究発表論文募集·································································· 69
優秀プレゼンテーション賞（第 53 回日本伝熱シンポジウム）について ··································· 73
日本伝熱学会主催 第 4 回 国際伝熱フォーラム ································································ 74
事務局からの連絡・編集出版部会からのお知らせ······················································································ 75
・新入会員一覧 ··········································································································· 76〈編集出版部会ノート〉 ·································································································· 79

Vol.55，No. 230，January 2016
CONTENTS＜Opening-page Gravure:heat-page＞
Yoichi MURAKAMI (Tokyo Institute of Technology)
Atsushi SAKURAI (Niigata University) ················································

Opening Page

＜Eulogy＞
To the Memory of Professor Nobuhide KASAGI
Yuji SUZUKI (The University of Tokyo)
Sanjoy BANERJEE (The City University of New York)
Michael LESCHZINER (Imperial College London) ···················································· 1＜Special Issue: New Energy Conversion Technologies＞
Preface for the Special Issue “New Energy Conversion Technologies”
Yuji SUZUKI (The University of Tokyo) ································································ 8Development of Thermoelectric Materials by Phonon Engineering
Junichiro SHIOMI (The University of Tokyo) ··························································· 9
A Flexible Thermal Radiation Control with Metamaterial: Toward New Energy Conversion of Heat and Light
Atsushi SAKURAI (Niigata University) ······························································· 18
Validation of Ammonia Combustion Chemistry by a Micro Flow Reactor with a Controlled Temperature Profile
Hisashi NAKAMURA (Tohoku University) ··························································· 24
Energy Upconversion of Photons by Using Intermolecular Energy Transfer
Yoichi MURAKAMI (Tokyo Institute of Technology) ··············································· 32
Redox Flow Batteries with Advanced Flow Field Design and Improved Electrode Properties
Shohji TSUSHIMA (Osaka University)
Takahiro SUZUKI (Osaka University) ································································· 41＜Reports on Seminar / International Activity / International Conference＞
Report on the 14th Kansai Heat Transfer Seminar
Hisato MINAGAWA (The University of Shiga Prefecture)
Yoshiki NOGUCHI (Ryukoku University) ····························································· 51
Present Status and Future Issues about International Centre for Heat and Mass Transfer (ICHMT)
Hideo YOSHIDA (Kyoto University) ··································································· 54
Report on the 24th IIR International Congress of Refrigeration-2015
Choyu WATANABE (Chubu Electric Power Co., Inc.) ·············································· 59＜Museum Tour＞
Visits to Musée des Arts et Métiers, École Nationale des Ponts et Chaussées, and École Polytechnique in Paris
Hideo YOSHIDA (Kyoto University) ··································································· 63＜Calendar＞ ···················································································································· 67＜Announcements＞ ·········································································································· 69＜Note from the JHTSJ Editorial Board＞ ········································································· 79

追悼笠木伸英先生を偲ぶ
To the memory of Professor Nobuhide KASAGI

鈴木 雄二（東京大学）
Sanjoy BANERJEE (The City University of New York)
Michael LESCHZINER (Imperial College London)
Yuji SUZUKI (The University of Tokyo)

東京大学名誉教授，科学技術振興機構（JST）研究開発戦略センター副センター長，本学会元会長である笠木伸英先生におかれましては，2015 年 7月 29 日にご逝去されました．享年 69 歳でいらっ
しゃいました．2014 年 8 月に京都で開催された国際伝熱会議の議長を務められ，その直後から治療にあたられていましたが，その甲斐無く旅立たれてしまいました．ご葬儀は，先生のご遺志によりご家族のみでしめやかに執り行われました．8 月 2日午後に先生の携帯からお電話頂き，本当に久しぶりにお話ができると電話に出たところ，奥様から，先生がご逝去されたこと，ご葬儀を済まされたことを伝えられ，ご家族以外では最初に悲報を知ることになりました．この追悼記事を書いている今でも全く信じられない気持ちで，市ヶ谷あたりを歩いているとばったりお会いするのではないか，突然研究室に立ち寄られるのではないか，と考えてしまうぐらいです．
笠木伸英先生は，1947 年 5 月 8 日，北海道にてお生まれになりました．都立新宿高校卒業後，1966 年に東京大学理科一類に入学されました．東
大紛争の影響で 1971 年に工学部舶用機械工学科を卒業され，1976 年に平田賢先生のもとで博士課程を修了されました．学位論文のテーマは「体積力を伴う乱流境界層の輸送機構に関する研究」でいらっしゃいました．修了後，ただちに東京大学講師となられ，1977 年に同助教授，1990 年に教授になられ，2012 年に定年退職されました．
笠木伸英先生は，熱工学に関する非常に多岐に渡る分野で活躍されてこられました．熱流体分野
では，感温液晶を用いた温度場の非接触計測，壁乱流の準秩序構造とその伝熱機構に対する構造論
的モデリング，デジタル画像処理による 3 次元粒子画像流速計の開発，直接数値計算（DNS）による壁乱流の熱伝達機構の解明，壁乱流の漸近挙動を考慮した工学的乱流モデルの構築，せん断乱流の熱・物質輸送機構の解明などを精力的に取り組
まれ，極めて多くの研究成果を挙げられました．

伝熱 2016 年 1 月

また，我が国における乱流知的制御の牽引役として，壁乱流の準秩序構造に基づいた摩擦抵抗低減機構の解明，噴流のアクティブ制御，MEMS セン
サ・アクチュエータ群を用いた壁乱流のフィードバック制御システムの開発を行い，準秩序的な流れ構造を選択的に操作することにより，極めて高効率の制御が可能であることを数値計算，実験の両面から明らかにされました．2009 年には，河村洋先生，長野靖尚先生（誠に残念ながら本年 6 月にご逝去），宮内敏雄先生とともに，乱流工学の集大成として，「乱流工学ハンドブック」をまとめられています．
また，大規模集中発電を補完する小型分散発電システムの有効性をいち早く提唱され，マイクロガスタービンを中心とする分散エネルギーシステ
ムのためのエネルギー解析，固体酸化物形燃料電
池の電極反応の詳細解析などのエネルギー工学に関連する成果も多く挙げられました．
これらの研究は，いずれも国内だけでなく国際的にも高い評価を受けておられますが，先生の研究活動はそれに留まらず，ANSI/ASME の「計測の不確かさ」PTC19.1 の翻訳と不確かさ解析の普及に尽力され，また壁乱流 DNS のデ−タベ−スを構築
して HP 上で世界の研究者に公開するなど，研究コ
ミュニティ発展のための努力も惜しみなく続けてこられました．

-1-

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

追悼
これらの研究活動を通じて，雑誌論文約 180 編，
レビュー論文・解説約 160 編，国際会議論文約 300編を公表され，また，博士学生 42 名（うち外国人
8 名），修士学生約 150 名，学部生約 240 名を育てられました．
学会活動では，本学会第 50 期会長として 50 周年記念事業に尽力されたほか，日本学術会議会員（2005-2014 年），日本機械学会会長（2006 年），
日本流体力学会会長（1997 年）などを歴任されました．また，International Symposium on Turbulenceand Shear Flow Phenomena 国際会議を立ち上げたほ
か ， Int. J. Heat & Fluid Flow 誌 の 主幹 編 集者 ，Assembly of World Conferences on Experimental Heat
Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics 会長，
International Centre of Heat and Mass Transfer 副会長，
Assembly for International Heat Transfer Conferences
副会長，OECD 科学技術政策委員会日本代表委員，などを務められました．
受賞も数多く，日本機械学会論文賞（1987, 1990,
2008, 2010 年 ）， 日 本 機 械 学 会 流 体 工 学 部 門 賞（2004 年）
，熱工学部門業績賞（1993 年），国際功績賞（2008 年），米国機械学会フェロー（1994 年），
王立スウェーデン科学アカデミー会員（2003 年），
英国王立工学アカデミー国際フェロー（2007 年），
William Begell Medal（2010 年），ICHMT FellowshipAward（2012 年）， Luikov Medal（2012 年），AurelStodola Medal（2013 年），などを受賞されています．
学内にあっては，キャンパス計画室員（1995 年）
として柏新キャンパスの構想にあたられたほか，
総長補佐（1995 年），評議員（2002 年），国際化推
進プロジェクト委員長，国際化推進室長（20022007 年）などを通じて，新しい大学・工学のあり方を議論され，それに向けた改革に大きな貢献をされました．また，21COE プロジェクト「機械システム・イノベーション」拠点リーダー（20032008 年）も務められ，開かれた国際環境の中で横断融合的な研究活動を自ら生み出す仕掛けを育てると同時に，優れた博士人材の育成に取り組まれました．
笠木先生のご研究の一つの転機になったのは，
1980 年〜1981 年にかけて客員研究員として滞在されたスタンフォード大学時代だったのではないかと思います．先生は Thermosciences Divisions の R.
Moffat 教授の研究室で感温液晶の応用をはじめと伝熱 2016 年 1 月-2-する乱流熱伝達関連の研究を進められました．まだ本会が伝熱研究会だった頃の学会誌である伝熱研究 21 巻 80 号（1981 年）に，その時の状況を「スタンフォード大学滞在記」として書かれていらっしゃいます．
当時，スタンフォード大学の乱流研究は１つの黄金期であり，S. J. Kline，W. Kays，W. Reynolds，
J. Ferziger，J. Kim，P. Moin，D. Chapman をはじめとする多くの教員が精力的に研究を進めていました．先生はきっとスタンフォードの層の厚さを痛感されたのだと思います．また，それと同時に「（前略）周囲の米国人も小生が日本人だからゆっ
くり話してやろうという心使いも薄く，話せぬ者
はおいておかれるという感じで，すっかり気が滅入ってしまった次第です」と書かれていらっしゃいます．欧米人と真っ正面から英語で議論する，
端から見ていても惚れ惚れする笠木先生のお姿をご存じの方々（筆者自身も含め）には信じられな
いと思いますが，先生のご性格から察するに，帰国後，きっと血の滲むような努力をされたに違いありません．
当時スタンフォードに在籍していたスタッフのうち，John Kim（現，カリフォルニア大学ロサンゼルス校，写真），Parviz Moin（現，スタンフォード大学）とは同世代であり，その後の乱流研究でも競争相手だったので，良き友人であるとともにライバル意識を強く感じていらしたようです．
筆者が笠木先生の研究室の門をくぐったのは，
1986 年であり，平田賢先生が教授，笠木先生が助教授でいらっしゃいました．研究室全体の研究会とは別に，テーマごとに別れて笠木先生と突っ込んだ議論をするミーティングがありました．卒論
生の最初のころは，何かご説明しようとして結果

John Kim 夫妻と第 6 回日韓熱流体工学会議にて（済州島，2005 年 3 月）

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

追悼を持っていっても，実験の前提や論理の不備を指摘され，本題にたどり着く前の段階であえなく轟沈することがほとんどでした．また，実験室には敢えて足を運ばれなかったのだと思いますが，学生に実験の状況を 1 つ 1 つ聞いた上で裏紙にスラ
スラとポンチ絵や数式を書かれて，これから検討
すべき方向性を明確に示されていました．そのような議論の中で，我々学生は，論理的な考え方を学んでいったのだと思います．
当時の笠木先生の周りには，昼間は殺気を感じるほどピンと張り詰めた空気がありましたが，夜になると研究室で一緒にビールを飲んで学生の馬鹿話に付き合って頂けることもありました．また，

筆 者 と International Symposium on Engineering
Turbulence Modelling and Measurements に参加した際の旧市街にて（ドブロフニク，1990 年）

W. C. Reynolds 教授（故人，スタンフォード大学）を平田・笠木研究室の博士修了者でお迎えした夕食会．左から，黒田（現，北海道大学），稲垣（現，茨城大学），西野（現，横浜国立大学），二宮（現，宇都宮大学）の各氏，笠木先生， Reynolds 先生，筆者（湯島・天庄にて，1994 年 4 月 11 日）

伝熱 2016 年 1 月-3-

その話の中でも，研究への考え方や人生観について我々が得ることが多かったと思います．新宿高校水泳部の話や，子供の頃に禅寺に預けられた話，
スタンフォード時代の研究の話など強く印象に残っています．
筆者は修士学生時代に X 型熱膜流速計を用いた
チャネル乱流計測の研究をしていました．一回 40
時間もかかる実験のうえ，再現性が得られず，全く成果が出ませんでした．しかし，博士課程に入ってから，ようやくまともな実験データが得られるようになりました．また，先輩の学生だった黒田氏（現，北海道大学）が行ったチャネル乱流
DNS の計算結果を用いた解析により，壁乱流計測における X 型熱膜（熱線）流速計の原理的な問題が明らかになってきました．そんなある日，地下実験室で実験準備をしていると，先生から電話が掛かってきて，国際会議に出してみないか，というお話を頂きました．もちろん二つ返事で飛びつきましたが，その最初に発表した国際会議の開催
地が当時まだユーゴスラビアだったドブロフニクでした．先生は学生を海外旅行に慣れさせるため，
日本と現地の往復は一人で行動しなければならず大変でしたが，今でも良い思い出です（写真左上）．
また，当時の研究室には，優秀な先輩・後輩が沢山いて，また全員が乱流に関する研究をテーマにしていたので，様々な突っ込んだ議論ができました．笠木先生ご自身，「研究室には波があって，何度か黄金期があるものだ」と仰っていましたが，その一つの黄金期に研究室に居られたことは，筆者にとっては非常に幸運でした．乱流分野で笠木先生のお名前は海外にも広く知られていたので，当時としては海外から来訪される先生方も多く，夕食に一緒に連れて行って頂くこともたびたびありました（写真左下）．
筆者は，1994 年度に長野靖尚先生のもとで名古屋工業大学の講師を勤めた以外は，笠木先生のもとで研究を続けてきました．先生の膨大な学内外のお仕事の一部をお手伝いすることも多くありましたが，それも大学人としては良いトレーニングを受けたと感謝しております．准教授に昇任してしばらくしたら，「乱流はやるな」「分散エネルギ
ーもやるな」と言い渡され，当時は崖から突き落とされたような気持ちになったこともありましたが，振り返ってみるとそのご指導のおかげで現在

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

追悼

定年退職記念祝賀会にて奥様と（東京會舘，2012 年 3 月 16 日）の自分の研究があると痛切に感じています．
笠木先生は身内にも厳しいがそれ以上に自分自身に一番厳しい先生でした．また，男気に溢れ，
正義感が人一倍強く，常に物事のバランスを考えていらっしゃいました．「研究はしっかりした一段
一段の積み重ねでなければ駄目だ」，「目の前にいない相手と競争しろ」，「分かれ道で迷ったら，より厳しい道を選べ」，「Think，Think，Think!（考えて考えて考え抜け）」，「Engineer としての高い職業意識を持て」など，様々な研究に対する考え方や人生観をお教え頂きました．常に，大学，学会，
日本の将来について考え，心配もされていらっしゃいました．
2012 年 3 月の最終講義では，「熱流体工学から社会のための科学へ」というお話をされ，これまでの研究の総括をされるとともに，科学に対する社会の期待と，それに応えるべき研究者・技術者の使命について語られました．当日の祝賀会の準備段階で「こういう会は大学人のエゴで行うものだから，学外の人にはあまり宣伝するな」とのご指示があり，OB 会を中心に企画しましたが，それでも 160 名以上の参加者で会場は満員でした．会には，奥様とお二人のお嬢様にもおいで頂き，参加者一同，楽しいひとときを過ごさせて頂きました．
閉会の際のご挨拶では，大学とは違った立場でこれからの我が国の科学技術の推進に貢献されたいという決意を表明されていらっしゃいました．
その後，JST の CRDS 副センター長，Crest 領域
統括だけでなく，日本学術会議，文科省技術参与，OECD 科学技術政策委員，様々な国際学会・会議の組織委員など，大学時代以上に国内，海外を飛び回って忙しくされていると伺っていましたが，

伝熱 2016 年 1 月-4-

わずか 3 年半でこのような悲しいお知らせに接す
るとは誰にも想像できませんでした．まだまだ我が国のためになされたいことを沢山抱えられ，精力的に活動されていた道半ばで亡くなられたことに，先生のご無念はいかばかりだったかと存じます．また，お忙しい中もご家族を常に大事にされていたので，現役引退後の悠々自適の生活もきっと楽しみにされていたに違いなく，その意味でもご無念だったに違いありません．
研究室の OB 会を万日（まんにち）会と呼びますが，これは人生 1 万日が 27 歳 5 ヶ月となることにちなんで笠木先生が学生時代に設立されたもの
です．研究室の大先輩の勝又一郎氏によれば，1万日までが成長の世代，2 万日（55 歳）までが活動の世代，3 万日（81 歳）までが思考の世代とされ，OB 会では年齢よりも何万日世代かが重要です．
笠木先生の 3 万日をお祝いするのはまだまだ相当
先で，先生に少しお時間ができたらそれまでの研究成果も見て頂きながらゆっくりお話できる，と楽しみにしていましたが，叶わぬ夢になってしまいました．もとより，これまでのご恩をお返しできる筈もないと思っていましたが，西脇先生，平田先生，笠木先生と続いてきた熱流体研究室がどこに向かって行くかを見て頂くこともできません
でした．笠木先生の教え子の一人として恥ずかし
くないように，また，先生の高い問題意識を忘れずに，これからも精一杯努力していくしかないと思っています．
これまで本当にありがとうございました．ずっと走り続けてこられた先生ですので，どうぞ安らかにお眠り下さい．
笠木先生は，国内はもとより海外にも研究を通じた親しい友人が大勢いらっしゃり，訃報を知った多くの方々からお悔やみのメールを頂きました．
研究室に長期滞在されて交流を深められた方のう
ち，Sanjoy Banerjee 教授（1996 年に滞在，当時
University of California, Santa Barbara，現 The City
University of New York ）， Michel Leschziner 教 授（2006 年に滞在，Imperial College London）から追悼文を頂きましたので，この紙面にてご紹介させて頂きます．
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

追悼
There are many things I remember well about Nobu’s
persona. One of these was that he was meticulous andhad the kindness and foresight to deal with even the mostapparently trivial but essential details. When I firstarrived in Tokyo, not only had he arranged for where I
was to stay, but had even arranged for a personal stampin Kanji so I could access a bank account. Another time,
when my family, who had stayed on in Santa Barbara,
was visiting Tokyo we all went to his laboratory at theuniversity. The complex equipment bewildered mydaughter who was five at that time but Nobu of course
had toys for her to explain the chaotic nature of
turbulence, including a double pendulum, which
exhibited chaotic behavior! There is a picture somewherein our archives, which illustrates this occasion.

To the memory of Professor Nobuhide Kasagi
Professor Nobu Kasagi’s unexpected passing is a greatsorrow and loss to all of us who have known him. He wasa truly fine human being, as well as a great engineeringscientist, widely recognized for his many
accomplishments. For his family to whom he was very
close, we convey our deepest sympathies andcondolences.
Though I had met Nobu on many previous occasions, thefirst time I got to know him well was at the 1995
International Conference on Multiphase Flow in Kyoto.
An event of note was some rather raucous singing by the
French contingent, notably Olivier Simonin that Nobu
and I both enjoyed together. At that time Nobu, perhaps
bemused by the cacophonous vocalizations, asked if I
would be interested in spending a year in the MechanicalEngineering Department at the University of Tokyo as
the Mitsubishi (Visiting) Professor. As we shared many
common interests, such as turbulence structuresinteracting with deformable boundaries, I accepted withalacrity. So it was that I spent four months of mysabbatical from UC Santa Barbara at Tokyo in the Fall of
1996, working much harder than I had ever anticipatedunder Nobu’s benevolent but eagle eye, which of course
was a mark of the greatness of the man.

Over the years, Nobu and I kept in touch. He was seminal
in initiating the symposia on ‘Turbulence and Shear Flow
Phenomena’, which have now become a well-known
international forum for research in the area. I was the
Chair of the first symposium, which was held in Santa
Barbara, and it was due to Nobu and John Eaton’s tirelessefforts that the conference was so successful that it
kicked off an outstanding series. We continued to meet
often, either in Japan or in the US. Some years ago, I
remember coming into Tokyo with a horribly stiff backand staying at the International House in Roppongi.
Nobu and his wife, Hiroko, came to take me to dinner at
a nearby restaurant, Enoteca. Nobu was concerned about
my physical condition, but as always had a solution. “Abottle of Gevrey Chambertin (a Burgundy)’ he said, ‘will
cure it or at least kill the pain much better than amassage’, and of course it did! Nobu was always
imperturbable and knew how to deal with a problem,
often proposing an out-of-the-box solution.

The time in Tokyo hosted by Nobu was one of the mostenjoyable periods of my life. He was, as is well known,a gentleman in the best sense of the word. He was warm
but always correct, welcoming but never effusive,
solicitous of one’s needs but never overwhelming andone of the most intellectually stimulating people I haveworked with. His laboratory was an engine of unusual
productivity and distinction, which the scholars hementored nonetheless stashed with whiskey among thescientific paraphernalia- much appreciated by several of
my visiting PhD students. He kept an unrelenting
schedule himself, expecting others to work long hours
with the same selfless devotion as his. But after work hewould some times go out to sing karaoke with us and all
our cares would fall away. Needless to say Nobu had avery fine voice!

伝熱 2016 年 1 月

His kindness and warmth were remarkable, and I will
miss him greatly, as will all those who knew him. He will
be remembered with affection and respect by those who
knew him.
Sanjoy Banerjee
CUNY, Sept. 2015＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊-5-

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

追悼

A Personal Tribute to Nobuhide Kasagi
Like many in our community, who were entirely unawareof Nobu’s illness, I received the news of his untimely andtragic death with incredulity, followed by an intense
feeling of loss and sadness at a life taken all too early.
Nobu’s astonishing number of scientific, professionaland societal achievements, and their lasting impact, standproudly on their own plinth, and need not be retold andlauded in this personal tribute – save for one exception.
Meeting of the TSFP5 Organising Committee in
Munich in 2006 (right-to-left: Nobu Kasagi, John
Eaton, Michael Leschziner, Pepe Humphrey†, RainerFriedrich)

In 2006, Nobu was elected Fellow of the British Royal
Academy of Engineering – an especially rare honour
granted to foreign nationals. The one-sentence citation
required to precede the detailed case for support read as
follows:

follow the earlier, highly successful Turbulent Shear
Flows series. Among the four of us, Nobu was theprincipal driver of this initiative, displaying the singleminded determination and dedication that characterizes
everything he tackled….and the rest is history: TSFP –the latest, TSFP-9, held in Melbourne in August 2015 –has become the principal global conference reporting
research in turbulent flows. This is one of numerous
legacies he leaves behind.

Distinguished for his outstandingly innovative
research contributions to engineering science andtechnology, covering a broad range of fundamental
topics and applications; for his outstanding
leadership role in Japan's mechanical engineeringcommunity - most notably, as President Elect of
JSME and leader of Japan's premier 21st Century
Center-of-Excellence Program on Mechanical
Systems Innovation ; and his wholly exceptional
dedication to building bridges between Japan's
engineering profession and the international
community.

My closest and most rewarding interaction with Nobu
came in 2006, when I had the privilege and pleasure ofspending a 9-month sabbatical period in the legendary“Kasagi Laboratory” at Tokyo Daigaku. I shall always
remain grateful to Nobu for his decisive role in securing
the JSPS Senior Fellowship that supported my visit, andalso for being a supremely meticulous and generous host.
Attending dozens of informal seminars given by his
students, and participating in outings and social“drinking-and-eating” gatherings, with Nobu almost
invariably present and fully engaged, made it obvious tome why he was so admired and liked by his juniorcollaborators and students: it was not simply his supremecommand of the science being researched, his global
stature and prominent position in Japanese society, but
his impeccable politeness, his tendency to listen patiently
and with total attention before giving thoughtful andconstructive feedback and guidance, and the charm he

What else need one say about this supreme academic
professional who was dedicated to the promotion andexploitation of engineering science, to rearing andfostering the next generation of Japan’s scientists,
engineers and university academics, and to making
Japan’s engineering community a natural constituent in
the global science and engineering fabric?
I have been fortunate to call Nobu my collaborator and –I like to think – my friend since 1997, when we joined
forces with John Eaton, Pepe Humphrey+ and Martin
Sommerfeld to establish the Turbulence and Shear
Flow Phenomena (TSFP) series of conferences, to伝熱 2016 年 1 月-6-

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

追悼forgot her handbag in the taxi that brought them to us.
Naturally, Hiroko displayed at least a modicum ofconcern (my wife would have been in sheer,unadulterated panic). Not so Nobu: calm and composure
personified. Somehow, Nobu was confident the handbag
would be returned – and, of course, it was, entirely as
Nobu predicted.
Nobu was an intensely private individual, and he would
probably forgive me for intimating that he rarely “let hishair down”, at least in my presence. Even after several
glasses of good French or Italian wine, he tended toremain rather serious, controlled and reflective. Ourconversations rarely ventured into the realm of his
private life – although I know that he was intensely proudof his two successful daughters. Our conversations
usually revolved – or ended up revolving - around hisconcerns about Japan’s role on the world stage, about its
long-term ability to compete, as a manufacturing nation,with China, and about the impact of globalisation on theoutlook and changing lifestyle of Japan’s young
generation. His pre-occupation with these profoundnational questions, even in the most informal of social
settings, characterized a man who saw his life as a
mission to improve the lot of Japan and mankind as awhole.

Dinner at The Gore, South Kensington, London, 2012
(left-to-right: Nobu, Hiroko, Freda, Michael)
exuded, curiously contrasting a somewhat patrician
presence that comes with being a member of the national
elite. I will admit to leaving Tokyo rather humbled by hisadmirable leadership qualities.
During my time in Tokyo, and at gatherings in various
locations in Japan and abroad, I gleaned a little of Nobu’s
qualities as a private individual – generosity andgraciousness being at the top of my list. My wife, Freda,
and I had the pleasure of sharing with Nobu and his
vivacious and charming wife, Hiroko, a good number of
excellent French and Italian meals – although I shall alsocherish the many down-to-earth lunches we had in a
simple, small noodle restaurant just outside Tokyo
Daigaku.

May he rest in peace and look benignly upon ourinadequate efforts to build on his legacy.
Michael Leschziner
Imperial College London, Sept. 2015

Strong self-control was a major fix-point in Nobu’s
character. On one occasion, when Nobu and Hiroko
visited us in our Central London apartment, Hiroko

伝熱 2016 年 1 月-7-

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

特集「新しいエネルギー変換」にあたって
Preface for the Special Issue “New Energy Conversion Technologies”

鈴木 雄二（東京大学）
Yuji SUZUKI (The University of Tokyo)
e-mail: ysuzuki@mesl.t.u-tokyo.ac.jp
ネルギー源では，材料，加工技術などにコスト的な制約が少ないため，選択しうるアプローチはグ
リッド電力に比べると遙かに広い．高付加価値エ
ネルギーを出口としてスタートした幾つかの手法が，将来的には大化けしてグリッド電力にも貢献する技術として成長することを期待したい．
このような背景のもと，本特集では，エネルギ
ー分野の中でも「新しいエネルギー変換」に焦点を絞り，新進気鋭の 5 名の先生方にご寄稿を頂いた．塩見淳一郎先生（東京大学）には分子レベルからの材料設計と新しい熱電材料への展開，櫻井篤先生（新潟大学）にはメタマテリアルによる新しい熱ふく射制御，中村寿先生（東北大学）には
水素キャリアとしてのアンモニアとその燃焼機構解明，村上陽一郎先生（東京工業大学）には非コヒーレント光を短波長化する光アップコンバージ
ョン技術，津島将司先生（大阪大学）にはエネル
ギー貯蔵に有効と考えられるレドックスフロー電池内の反応輸送現象について，それぞれ判りやす
く，また極めて興味深い解説をして頂いた．
我が日本伝熱学会の強みは，今回のエネルギー関連の最先端研究に係わらず，研究の間口の広さと個々の質の高さであると考えている．本学会の特定推進研究[4]でも，エネルギーに関する新しいアプローチが様々議論されている．今回の特集が諸兄の今後の研究の参考になれば幸いである．

いうまでもなく，東日本大震災以降，エネルギ
ーは国民の最大関心事である．エネルギーを語る
とき，我々の生活への直接的な影響だけでなく，自給率 5%まで落ち込んだ我が国のエネルギーセ
キュリティ，エネルギー価格上昇による国内産業への影響などを考えなければならず，到底，科学
あるいは工学だけの議論で閉じることはできない．
平成 27 年 7 月に策定された長期エネルギー需給見通し[1]では，年 1.7%の経済成長を見込みながらも，今後の技術革新による省エネによって 2030
年度には 13%のエネルギー需要抑制，17%の電力需要抑制を見込んでいる．この時の電力割合は，再生エネルギー19～20%，原子力 17～18%としている．また，その目標に向かうため，生産（再生可能エネルギー，熱利用，二酸化炭素回収・貯留，高効率火力発電，原子力発電，コージェネレーションなど），流通（電力貯蔵，超伝導送電），水素，消費（産業・家庭・運輸部門，蓄熱・断熱技術，
エネルギーマネジメントなど）などからなるロー
ドマップ[2]も作成されている．
本学会に所属する多くの方々は，このような流れの中で，エネルギーに係わる様々な研究開発に取り組まれているものと拝察する．しかし，前述のエネルギーと経済の深い関係を考えると，エネ
ルギーの変換・貯蔵・輸送などに伴うコストは極めて重要であり，この流れに直接的に貢献できる
即効性ある選択肢はそれほど多いわけではない．
一方，エネルギーでも，「付加価値の高いエネル
ギー」という概念が存在する．大容量・低価格のグリッド電力に対して，はるかに単価が高いが，持ち運びができていつでも使える電池はその代表格である．最近では，ウエアラブルデバイスや無線センサの持続電源のために，環境の振動・熱・
電磁波などから発電する，エネルギー・ハーベス
ティング[3]も注目されているが，これも高付加価
値のエネルギー源の 1 つである．高付加価値のエ伝熱2016 年 1 月

参考文献[1] 経済産業省, エネルギー需給見通し，(2015)[2] 経済産業省, エネルギー関係技術研究開発ロードマップ, (2014).
[3] 鈴木（監修）, 環境発電ハンドブック ~電池
レスワールドによる豊かな環境低負荷型社会を目指して~, エヌ・ティ・エス, (2012).
[4] 小澤・鹿園・花村, 特定推進研究課題報告書,
伝熱, Vol.53, No.225, pp. 99-101, (2014).

-8-

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

フォノンエンジニアリングによる熱電材料の開発
Development of Thermoelectric Materials by Phonon Engineering塩見 淳一郎（東京大学）
Junichiro Shiomi (University of Tokyo)
e-mail: shiomi@photon.t.u-tokyo.ac.jp
１．熱電変換材料
熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換でき
る熱電変換は，素子だけで変換を実現する技術として期待されている．可動部を必要としないためにメンテナンスフリーであり，電力密度が高いう
えに微小化しても減らず，形状や熱源の種類を選ばないことから，実装の多様性に優れている．例
えば，Internet of Things（IoT）などでニーズの増加が見込まれるエネルギーハーベスティング電源[1]，自動車[2]や工業炉[3,4]などの排熱利用，温水
利用とあわせた太陽熱発電[5]，インフラが弱い遠隔地でのモバイル機器の充電[6]，トッピング発電[7]などのコジェネ利用など，潜在的応用は多岐に渡る．
しかし，これらの実装を進めるには，まだまだ課題が多いのが現実である．その中でも第一の課題として挙げられるのが，エネルギー変換効率の向上である（同様に重要なコストについては 7 節で述べる）．熱電変換材料の変換効率 η は一般にカルノー効率 ηc に対して以下のように表される．

  c1  ZT  1
1  ZT  TC / TH

造や材料を設計することで，熱電物性を制御する研究が発展している．その中で著者らはフォノン
輸送の理解にもとづいてナノ構造化材料を設計・開発するフォノンエンジニアリング研究を進めて
おり，本稿では，それらの概要を紹介する．
２．ナノ構造化材料の熱電性能
ZT の向上を目指した材料研究の熱電素子の歴史は古いが，1990 年頃に Dresselhaus ら[8]が量子井戸構造で量子閉じ込め効果によって熱起電力が増大することを予測したことをきっかけに，極薄膜，超格子，量子ドットなどのナノ構造の熱電性能の研究が広く行われるようになった．ナノ構造
は比界面積が大きいことから，フォノン熱伝導率を低減することにもなり，ナノ構造を用いた大幅な性能向上が多数報告されている．
ナノ構造の熱電性能の研究は 2 つに大別できる．
1 つは，量子閉じ込め効果や周期性の効果を発現するためにナノ構造を厳密に制御した研究である（エピタキシャル成長やリソグラフィー加工などを用いた研究）[9,10]．もう 1 つは実用を念頭に制御性とスケールアップ性をバランスした研究（ボールミル，焼結などを用いた研究[11, 12]）である．
前者は，量子閉じ込め効果に加えて，周期構造で生じるフォノン波[13]の干渉効果によってフォノン輸送を阻害するなどの，新しい物理現象の発現による性能向上が期待される（8 節で説明する）．
一方，後者は実用化に直結するバルク材料の性能向上に大きく貢献してきた．これらの多くは，ナノ構造界面でのフォノン散乱を利用して熱伝導率を低減することを狙ったものであり，厳密に構造を制御する必要は必ずしもない．つまり，サイズ
や方向に分布を有するナノ構造から成るバルク材
料でも良いことになり，より簡便・安価な製造方法が適用できる．以上を背景に，近年，様々な形
態のナノ構造化バルク材料の研究が盛んに行われ(1)

ここで TH，TC， T はそれぞれ材料の高温側温度，
低温側温度，平均温度である．従って，材料の変換効率は無次元性能指数 ZT によって一意に決まる．ZT は S2σT/(κe+κph)で与えられる材料固有の物性であり，S，σ，κe，κph はゼーベック係数，電気伝導率，電子熱伝導率，格子（フォノン）熱伝導率である．すなわち，変換効率の向上のためには，使用環境での温度域において S と σ が大きく，κeと κph が小さい材料が必要となる．しかし，一般に S と σ は負の相間を有することが多く，また σと κe は同じキャリアによって輸送される量である
ため正の相関を有し，一筋縄では行かない．
それに対して，近年，原理原則にもとづいて構伝熱2016 年 1 月-9-J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換ており，実験室レベルでは，例えば，鉛カルコゲ
ナイド系の材料をナノ構造化することで，ZT が 2を超えるバルク材料も出てきている[12]．

択的に阻害でき，電気伝導を然程犠牲にせずに，熱伝導率を低減できる．
以上の考え方はシンプルで良いが，実際には，フォノンの平均自由行程はフォノンの周波数，波数，偏向によって大きく異なるため，図 1(c)のよ
うに拡散フォノンと弾道フォノンが混在した「準弾道輸送」となる．従って，フォノン輸送の視点
からナノ構造内の熱輸送を考える際には，このような強いマルチスケール性を考慮する必要がある．

３．ナノ構造化材料のフォノン輸送
ここで，ナノ構造による熱伝導率の低減機構を
フォノン気体運動論の観点から説明する．図 1 はナノスケールの結晶が粒界を隔てて接合している
ナノ多結晶体を模擬している．図 1(a)のように，粒径がフォノン平均自由行程よりも十分に大きい
場合は，フォノンは界面に達する前に他のフォノンに散乱されるので（拡散フォノン輸送），粒内の熱伝導率は単結晶のそれと同じと考えることができる．一方で，図 1(b)のように，粒径がフォノン
平均自由行程よりも十分小さい場合は，フォノン
は他のフォノンには散乱されずに（弾道フォノン
輸送）界面よって散乱されるため平均自由行程は粒径で制限され，粒内の熱伝導率は単結晶のそれよりも小さくなる．
これは伝導率の（古典的）サイズ効果と呼ばれ，ボルツマン輸送でよく議論されるコンセプトである．半導体の電子の平均自由行程は一般にフォノ
ンのそれよりも小さいため，粒径を電子の平均自由行程よりも大きく保てば，フォノンの輸送を選

４．フォノンエンジニアリング
東京大学・熱エネルギー工学研究室[14]では，フォノン輸送の科学から得られた材料の設計指針をもとに材料開発を行うフォノンエンジニアリン
グを実践するべく，理論・数値解析，物性計測，構造作製の 3 つを一体としたアプローチによる研究を進めてきた．材料の熱伝導率を計算・測定し，構造との関連から得られる設計指針をもとに材料を作製する「巨視的な練成」は従来から行われているが，ここではそれに加えて，3 つのアプロー
チをフォノン輸送物性のレベルで練成する「微視的な練成」を行う点が特徴的である（図 2）．例えば，計測においては単に熱伝導率を計測するのではなく，フォノンのモードに依存した熱伝導能（熱伝導スペクトル）を計測し，理論・数値解析との微視的な整合性を確認しながら研究を進める．また，構造作製においては，界面と内部の効果を分離できるモデル試料を作製し，界面原子構造による熱伝導の制御性を明らかにしながら研究を進める．これらによって，より原理原則にもとづく形
でフォノンエンジニアリングが行えるようになっ

物性評価

構造作製

・熱伝導/電気伝導計測
・ゼーベック/変換効率計測
・サイズ・構造依存性計測
・非弾性中性子散乱・熱伝導分光・高分解電子顕微鏡
・ポンププローブ計測

巨視的・ナノ多結晶体
・ナノ構造析出
・複合材

微視的

理論・数値解析・熱伝導率/電気伝導率
・ゼーベック/変換効率
・サイズ・構造依存性

・単一ナノ材料
・２次元界面材料
・エピタキシャル構造

・DOS/群速度/緩和時間
・熱伝導スペクトル
・界面原子構造・界面透過確率・関数

図1

伝熱

図2

ナノ構造化材料のフォノン輸送

2016 年 1 月- 10 -

フォノンエンジニアリングの構図

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換てきている．次節以降では各アプローチの近年の進展を概説する．
５．フォノン輸送の理論・数値解析技術
ナノ構造材料内のマルチスケールなフォノン輸
送とそれによって決定される実効的な熱伝導率を計算するには，ある程度大規模な計算が必要となる．一方で，熱伝導率の値は性能指数に敏感に影響するため，高い計算精度が要求される．そこで我々は，第一原理計算を出発点としたマルチスケ
ール・フォノン輸送解析法を開発してきた．手法のフローチャートを図 3 に示す．まず，密度汎関
数理論を用いた第一原理計算によって原子間力定数を求める．これをもとに，純結晶系であれば非調和格子動力学法を用いて，合金系であれば分子動力学法を用いてフォノンの緩和時間を計算する．
分子動力学法は相対的にノイズが大きい反面，実空間解析法であることから非均一系を取り扱いやすい利点がある．次に，得られたフォノン輸送物
性を入力として，緩和時間近似のもとでフォノン
ボルツマン輸送方程式をモンテカルロ法によって解く．モンテカルロ法を用いることによって，実際の熱電材料に見られるような複雑な界面形状に対応することができるのと同時に，界面でのフォノンの透過・反射率を確率論的に導入することができ，ナノ構造化バルク材料の解析への発展が可能となる．なお，第一原理に立脚することで，ゼーベック係数や電伝導率もコンシステントに計算することができる点も本アプローチの利点である．
以下では各要素について説明する．
電気伝導率
ゼーベック係数第一原理計算非調和原子間力定数（ポテンシャル関数）

格子動力学法

分子動力学法非平衡グリーン関数法

結晶内のフォノン輸送特性

モンテカルロ法伝熱j,

1   u j u k   (2)2! jk ,  ijk

ここで，Ф と Ψ はそれぞれ 2 次の調和 IFC と 3 次の非調和 IFC である．この非調和 IFC の厳密な計
算は長年困難であったが，密度汎関数摂動理論（Density Functional Perturbation Theory, DFPT）などの発展により，2007 年頃からシリコンやゲルマニ
ウムなどの軽量で対称性の良い結晶に関しては正確な解析が可能となった[15]．その後，実空間原子変位法[16]や調和 IFC の差分から非調和 IFC を求める方法 [17]によって計算の効率性が増し，熱電変換材料を含めた比較的複雑な結晶構造の計算が可能となっている [18]．なお，原理的にはさらに高次の IFC まで考慮することが可能であるが，3 次または 4 次の項まで含めるのが一般的である．
計算された IFC から熱伝導率を計算する方法はいくつかあるが，単結晶の場合は一般に格子動力学法を用いて行われる．まず，調和 IFC から，ダイナミカル・マトリックスを通して，フォノンの分散関係を計算する．これをもとに，第一ブリル
アンゾーン内の任意の波数ベクトル k および分岐s におけるフォノン群速度 vks が求まる．次に，フェルミ黄金律にもとづきフォノンの生成及び消滅の確率を通じて 3-フォノン散乱過程による緩和時
間 τks を計算する．なお，フォノン・フォノン散乱
過程としては，結晶の内部熱抵抗に第一義的に寄与する 1 次の 3-フォノン散乱過程のみを取り扱えば十分であることが多い．
最後にフォノン気体のボルツマン方程式を緩和
時間近似のもとで解くことによって熱伝導率を求
める．

1
1
2
Cks v ks  ks 
 Cks v ks ks
3V ks
3V ks

(3)

ここで，C はボーズ・アインシュタイン統計に基づくフォノンモード（ks）あたりの熱容量，Λ は平
均自由行程，V は結晶の体積である．

マルチスケール・フォノン輸送解析

2016 年 1 月

Fi     
ij u j  ph 

フォノンの界面
透過確率

ナノ構造化材料の熱伝導率

図35.1 単結晶材料の計算
近年盛んに行われている摂動論にもとづく単結晶の熱伝導率の計算では，まず原子間力定数（Interatomic Force Constant, IFC）を出発点とする．
基底状態の結晶において，i 番目の原子に働く α方向の力は，IFC 及び平衡位置からの変位 u を用いて以下のように記述できる．

- 11 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

フォノン輸送に関しては，以下の緩和時間で線形化されたボルツマン輸送方程式が用いられることが多い．
f s ( , r )f ( , r )  f 0 ( , T )(4)
 vs ( )e   r f s ( , r )  st s ( , T )図4

ここで，f(ω)は分布関数，f0 はボーズ・アインシュ
タイン分布関数，e はフォノンの伝播方向の単位ベクトルである．これに 5.1 節で求めた群速度と緩和時間を入力することによって，第一原理に基づいた計算が可能となる．なお，ここでは簡単のために，波数依存性を（分散関係より）周波数依存性に置き換えて記述している．線形化を行わずに，格子動力学に従って右辺の衝突項を厳密に表して解く方法もあるが，フォノン輸送の計算の場
合は，一部の材料を除いて緩和時間近似が妥当であるとされる．この場合，フォノンはそれぞれの群速度に従って移流するとともに，ナノ結晶内部
で の フ ォ ノ ン 散 乱 に よ っ て 散 乱 確 率
P=1-exp[-Δt/τs(ω)]で散乱する．ここで Δt は時間ス
テップである．実際の計算においては，フォノンが散乱する度に，その全ての状態（周波数，偏向，群速度，方向）を局所温度に対応する平衡分布に従ってリセットする．
また，分布関数を解くのでなく，系の片面からフォノンを 1 つずつ「打ち込んで」反対の面に透過する確率（透過確率 TP）を計算することで熱伝導率を求める「レイトレーシング法」的な手法も開 発 し て い る [28] ． こ の 場 合 の 熱 伝 導 率 はLandauer の公式
 2
3
 ph   Cks vks  TP,ks   cos sin d
(5)
0
2 ks

第一原理計算から得られた累積熱伝導率以上の計算で得られる格子熱伝導率の温度依存性は実験での計測値と良く一致することが確認されている[19]．加えて，式(3)によってフォノンモ
ードごとの熱伝導能が求まることで，どのモードがどの程度熱伝導率に寄与しているか（熱伝導ス
ペクトル）を知ることができる．図 4 は熱伝導率への寄与をフォノン平均自由行程が小さいものから累積した「累積熱伝導率」である[20]．これを使ってナノ構造化した際の潜在的な熱伝導率の低減効果を概算することもできる[21]．
以上のような第一原理にもとづく単結晶の熱伝導率計算は，最近では広く行われるようになっており，それらを実装したソフトも複数公開されている[22-24]．正確な計算を行うにはある程度の知
識と経験が必要ではあるが，専門家でなくても計算が行うことができるようになっている．
5.2 ナノ構造化材料の計算
以上の単結晶の計算を，ナノ構造化材料の計算に練成する．分子動力学法によって直接的にナノ構造を計算することも原理的には可能できるが，
特に 3 次元材料（例えば粒径が数十ナノメートルの多結晶体）については，計算負荷が大き過ぎる．
そこで，我々は単結晶計算から得られたフォノン
輸送物性をもとに，フォノン気体のボルツマン輸
送方程式を解くことでナノ構造化材料の計算を行っている．ボルツマン方程式の解法はいろいろあるが，ここではその中でも図 1 のような複雑な界面形状を有する系の解析に適しているモンテカル
ロ法を用いた解法[25-27]を概説する．

伝熱2016 年 1 月

で与えられる．
フォノン・フォノン散乱（やその他の内部散乱）と界面散乱が独立な事象であると仮定すれば，計算はさらに簡便になる．まず，内部散乱を無視してレイトレーシング法を行い，得られる TP をもとに界面散乱過程に対する平均自由行程を計算する．

3 2
L TP   cos sin d(6)2 0
次に，Matthiessen 則を用いて内部散乱による平均
自由行程 Λint（=vτ）と組み合わせて，全体の平均
自由行程を求める．
 bd 

k1s  int1 ,ks  bd1 ,ks- 12 -(7)

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換t     /  max  1

1

(a)

で表すと，定数 γ によって界面熱コンダクタンスが一意に決まる（その逆も真）．つまり，界面熱コンダクタンスをパラメータとすれば，それによって一意に決まる界面透過確率を入力としてモンテ
カルロ計算を行うことで，ナノ構造化材料の熱伝導率が求まる．
このようにして計算した，シリコン（Si）ナノ多結晶体（図 5(a)）の熱伝導率の粒径および界面
熱コンダクタンスへの依存性を図 5(b)に示す．これから，平均粒径を 20 nm，界面熱コンダクタン
スを 100Wm-2K-1 にできれば，熱伝導率をアモルフ
ァス Si の値よりも小さくできることがわかる．な
お，粒径分布の標準偏差 0.35 まで広げて計算した
結果，平均粒径が同じであれば，分布の広がりは熱伝導率に殆ど影響しないことがわかっている[28]．

界面熱コンダクタンス（=1/界面熱抵抗）
熱流(b) 4030-1 -1

熱伝導率 (Wm K )20

粒径100nm
粒径 50nm

10
9
8
7
6
5
4

粒径 20nm3

アモルファスSi

2

1

10

2

10

3

-1 -2

界面熱コンダクタンス (Wm K )

図5

Si ナノ多結晶体の熱伝導率

そして，これを式(3)に代入すれば熱伝導率を計算することができる．この手法には，先のボルツマ
ン輸送方程式を解く手法と比較して計算付加を大幅に軽減できるメリットがある．
いずれの手法においても，界面に到達したフォ
ノンは界面透過確率に従って反射または透過する．
この界面透過確率は，IFC をもとに非平衡グリーン関数法[29]，格子動力学法[30]，Wave packet 法[31]，非平衡分子動力学法[32,33]などによって計算することができる．しかし，そのためには界面の原子構造を決定する必要があり，焼結などによって形成される実際の界面は多様であることを考えると，現時点では，界面透過確率はパラメータとして扱うのが妥当であると考える．ただし，界面透過確率は周波数の関数であるため，スカラー量で表す工夫が必要である．
そのために，一般的な界面透過確率の周波数依存性を踏まえて，界面透過関数をモデル式，

伝熱2016 年 1 月(8)- 13 -

６．フォノン輸送物性の計測技術
6.1 単結晶のフォノン輸送物性
以上のように，第一原理にもとづくフォノン輸
送の計算技術が発展すると同時に，実験によるフォノン輸送特性の計測技術も発展している．フォノンの分散関係は従来から非弾性中性子散乱分光[34]や非弾性 X 線散乱分光[35]を用いて計測されてきた．近年ではそれらの解像度が向上し，分散関係に加えて，スペクトルピークの線幅や形状からフォノンの寿命（または緩和時間）を見積もることができるようになってきている．例えば，結晶構造がシンプル（対称性が高い）であるにも関わらず熱伝導率が非常に低いことで知られる
PbTe の研究では，非弾性中性子散乱実験[36]と第一原理フォノン輸送計算[37]の結果を直接比較して，特定のモードの強い非調和性を明らかにすることで，熱伝導率が低くなる機構を説明している．
最近では，フェムト秒の X 線自由電子レーザーを用いた時間領域での過渡的な計測も実現されており[38]，今後の発展が楽しみである．
また，最近，特に発展しているのが，熱伝導率のサイズ効果の計測から平均自由行程を見積もる手法である．主にサーモリフレクタンス法を用いて，レーザーのスポット径を変えるなどして加熱領域をフォノンの平均自由行程より小さくするこ

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

6.2 界面原子構造と熱コンダクタンスの相関測定
前述のように，界面構造が決定すれば界面熱コンダクタンスや界面フォノン透過確率を計算することは可能であるが，実際に作製される材料の界面構造（物理的および化学的）は作製法やプロセス条件（温度，圧力，表面科学処理など）に強く依存するので，適宜，実験的な計測を交えて解析する方が良い．しかし，例えば放電プラズマ焼結によって作製された図 5 のような Si 多結晶体の界面だけを抽出して界面熱コンダクタンスを計測することは至難の業である．そこで我々は，平面 Si
層同士を焼結によって接合することで，多結晶体の Si-Si 界面を模擬したモデル界面を作製し，時間
領 域 サ ー モ リ フ レ ク タ ン ス （ Time Domain
Thermoreflectance, TDTR）法[42]によって界面熱コンダクタンスに関する知見を得る技術を開発した．
[43]
TDTR 法は試料表面に堆積した金属層をポンプレーザーで加熱し，温度に依存して変化する表面
反射率をプローブレーザーで計測することによって表面温度の応答を計測し，熱伝導方程式などの物理モデルをフィッティングすることによって，試料の熱物性を同定する手法である．ただし，TDTR 法で計測するためには，試料がいくつかの用件を満たす必要がある．まず，TDTR 法は熱浸透深さ（～数 μm）の範囲内の物性のみ測定可能であるため，図 6(a)のように表面側の Si 層は薄膜である必要がある．さらに，物理モデルとの整合性を担保するために，Si 薄膜層は膜厚や平行度，平坦度を高精度で制御する必要がある．本手法では SOI 基板と Si 基板を接合に利用することでこれらの要件を満たした．SOI 基板は，Si 薄膜/SiO2
薄膜/Si 支持基板の 3 層構造を有し，各層の平行度
および平坦度が高い．SOI 基板の Si 薄膜側と Si
基板をプラズマ焼結によって接合した後に，SOI

伝熱2016 年 1 月- 14 -(a)

放電プラズマ焼結

TDTR計測(b)
界面熱コンダクタンス (MWm-2K-1)とで，熱伝導率のサイズ効果を誘起し，図 4 の累
積熱伝導率に類似したデータを得ることができる．
熱電変換材料のような熱伝導率が小さい材料に適用するためには，加熱領域をレーザーの回折限界よりも大幅に小さくする必要があるが，試料表面にパターニングしたナノ構造に熱を吸収させることで，加熱領域を数十 nm まで低減する手法も開発されている[39-41]．

結晶方位が整合<100>/<100>

1000

界面

SiOx ( x=7 at.%)

界面

500

SiOx ( x=11 at.%)

0
600

図6

結晶方位が不整合<110>/<100>
800
1000
焼結温度 (℃)

界面
1200

Si-Si 焼結界面の界面熱コンダクタンス

基板の Si 支持基板と SiO2 薄膜を選択的エッチン
グによって除去して Si 薄膜のみ残すことで所望の構造が得られる．
この手法を用いて，焼結温度や圧力，焼結前の表面化学処理の方法，結晶方位などを変えながら試料を作製することで，実際の材料で起こりうる
様々な界面構造を作り分けることができる．図6(b)に得られた界面構造の TEM 像と計測された
界面熱コンダクタンスの関係を示す．例えば，ある程度低温で焼結すると，表面に残存した自然酸化膜が拡散して界面近傍に SiOx ナノ粒子（x は数％）として析出することで，界面熱コンダクタ
ンスを大きく低減することが見て取れる．ナノ粒子が存在しない箇所は結合が連続していることから，電気伝導は然程阻害されないことが期待できる．また，100 面と 111 面の結晶方位の違いにより，界面熱コンダクタンスが大きく低減されることもわかる．
これらの計測によって，Si-Si 界面の熱コンダク
タンスは界面構造によってオーダー（100-1000
Wm-2K-1）で制御できることがわかった．これと図 5 の解析結果を合わせて考えると，ナノ多結晶体の熱伝導率は，界面に SiOx 相を析出させて（なJ. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

(a)

SiOx相

30

2016 年 1 月- 15 -

(b)

-1

-1

This work
Ball-milling[46]
PECVD[47]
PECVD[48]

20

10

0
0

200

0.8

400 600 800 1000
温度 （℃）(c)
This work
0.6 Ball-milling[46]
PECVD[47]
PECVD[48]
0.4
0.2
0
0

図7
伝熱

10nm

Siナノ多結晶相

熱伝導率 (Wm K )７．Si ナノ構造化シリコン熱電変換材料の作製
熱電変換の社会実装が限定的である理由として，
1 節では効率を挙げたが，もう 1 つの大きな要因
として，材料とプロセシングのコストが挙げられる．熱電変換では温度勾配を確立するために，ある程度の厚みを持った材料が必要となる．その分，他の技術と比較して材料のコストの割合が大きく，テルルなどの重元素を利用している限りは，なかなか産業への展開が見えてこない．逆に言うと，コストが大幅に抑えられれば，たとえ現状の ZT=1程度の材料であっても産業への展開が見えてくる．
応用の種類にも依るが，例えばエネルギーハーベ
スティングでは，ZT=1 程度の性能があれば，セン
サーネットワーク，スマート建築，動作モニタリ
ングなどの小型通信機を駆動するのに十分な電力を供給すことが可能である．つまり，これらのマーケットの拡大に向けた鍵は性能向上よりも，同じ性能を如何にしてより安価な材料で再現するかにかかっている．そこで我々は Si を基盤材料とした熱電変換材料の開発に取り組んできた．Si を用いることで既存のシリコンテクノロジーとコンパ
ティブルになり，モジュール作製の際のプロセス
コストが軽減されるメリットもある．バルク Si
材料は，熱伝導率が高いため，一般的には良い熱電材料とは考えられていないが，熱伝導率を大幅に低減することができれば室温でも高い熱電性能を発揮し得ることが Si ナノワイヤーの実験などで示されている[44, 45]．
ここでは，SiOx 相を含む Si ナノ多結晶体を開発した研究を紹介する[46]．この研究では，プラズ
マ CVD (PECVD)法を用いて合成した平均直径 6nm のナノ粒子を放電プラズマ焼結することによってバルク材料を作製した．その際，Si ナノ粒子の酸化時間を変えることによって試料内の酸素量を制御する．その結果，図 7(a)の TEM 像のような，70%のナノ多結晶相と 30%のアモルファス SiOx 相から成る材料が得られた．アモルファス SiOx 相はナノ多結晶相に囲まれるように点在しており，焼結中に粒子表面の酸化膜が流動的に移動・凝集して形成されたと考えられる．Si ナノ多結晶相の平均粒径は，焼結によって粒成長した結果，30 nm程度であった．
得られた材料の熱伝導率はナノ構造化と SiOx
相の混入により先行研究[47-49]の半分程度まで低減された．一方，パワーファクター（S2σ）は先行研究より若干小さい程度に収まった．これによって ZT は最大で 850°C において ZT = 0.58 を示し，
これまでの PECVD を用いた先行研究[48, 49]に比
べ 25%程度向上した．また，600°C までの ZT は
ナノ構造化バルク Si 熱電材料のチャンピオンデータ[47]と同等となった．
以上によって，熱伝導率の低減により熱電性能

ZT

お，結晶方位は自然に不揃いとなる），粒径を 20
nm 程度まで低減できれば，10Wm-1K-1 を切る熱伝導率が達成できることになる．次節において，この設計指針にもとづいて Si ナノ多結晶体を作製した例を概説する．

200

400 600 800 1000
温度（℃）

Si ナノ構造化バルク材料の熱電特性
J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換が向上したが，目標の ZT=1 にはまだ及ばない．
また，実用を考えると，より低温での性能向上が望まれる．6.2 節の解析結果からは，さらに粒径を小さくし，界面構造を精密に制御することで熱伝導率をアモルファス Si の値まで低減できる可能性が示されており，これらの実現が直近の課題となっている．

フォノン粒子の拡散反射

・

波数(k)

図8

2016 年 1 月

単結晶- 16 -

࿘Ἴᩘ(ω)

࿘Ἴᩘ(ω)

バンドの折畳み

８．まとめと今度の展開
本稿では，マルチスケールにフォノン輸送を解析する技術とモデル試料を作製して界面フォノン
輸送を計測する技術を組み合わせた，「フォノンエンジニアリング」によって，熱電変換材料を開発する研究を概説した．このようなアプローチによって，熱電材料を原理原則にもとづいて設計する
ことで，経験的なアプローチでは難しいレベルでの性能向上やコストダウンを実現できればと考える．なお，ここで紹介したフォノン粒子の運動論にもとづくマルチスケール・フォノン輸送解析ツールについては，汎用性のあるソフトウェアとするべく，インターフェースを整備しているところである．
本稿ではフォノンの粒子性を利用した研究を中心に紹介したが，近年研究例が増えているフォノ
ンの波動性を利用した熱流制御に関しても研究を進めている．ここで，フォノン波の干渉による制御法のコンセプトを簡単に説明する．図 8 のような超格子構造において，界面がフォノンを鏡面反射するとき，界面の間隔とフォノンの位相の関係
によっては進行波と反射波が干渉して，波が存在できなくなる．これは波数空間で考えると，単位胞が大きくなることでブリルアンゾーンが折り畳まれ，分散関係（フォノンバンド）にギャップが生じることと同じである．なお，ギャップによって特定のフォノンが存在できなくなるだけでなく，その上下のバンドの分散が小さくなることで，フォノンの群速度が小さくなることも熱伝導率の低減に寄与する．
このコンセプトにもとづいて，ボトムアップ（エピタキシャル）構造やトップダウン（リソグラフ
ィー）構造を用いて，フォノン波の干渉によって熱伝導率を低減する実験（いわゆるフォのニック結晶）が報告されはじめており[50, 51]，自己組織化技術との融合により今後の発展が大いに期待で

伝熱フォノン波の鏡面反射

定在波

単結晶
ギャップ
波数(k)

超格子構造内のフォノン輸送

きる．ただし，フォノン波の輸送に関する理論・解析技術はまだ不十分であり，それらの充実が今後の課題である．例えば，図 8 のように界面反射を利用してフォノン波を干渉させるためには，界面の間隔がフォノンのコヒーレント長（フォノン波の位相が保たれる長さ）よりも小さい必要があるが，材料や構造に依存したフォノンのコヒーレント長に関する知見は未だに少ない．さらに，界面の原子構造がフォノンの位相に与える影響を理解することも重要である．
これらの理解が進み，それにもとづいて設計されたナノ界面構造が作製できるようになれば，フォノン輸送をより緻密に制御（例えばバンドパス制御など）することができるようになり，電子，
スピン，マグノンなどの他の準粒子との独立制御性が向上することが期待される．これは従来型の熱電変換材料はもとより，スピンゼーベック効果[52]を用いた新しい機構の熱電変換の性能向上にも繋がる．
謝辞
本稿で紹介した研究は，東京大学・熱エネルギ
ー研究室の，志賀拓麿助教，堀琢磨氏，小宅教文
氏，村上拓氏，坂田昌則氏，三浦飛鳥氏，明戸大介氏らとともに行ったものである．また，共同研
究者の Gang Chen 教授，野崎智洋教授，Keivan
Esfarjani 教授，野村政宏准教授，Chris Dames 准教授，Olivier Delaire 氏にも謝意を表す．これらの研究の多くは，戦略的創造研究推進事業（さきがけ）
および科学研究費助成事業（若手研究（Ａ））の支援を受けて行われた．
参考文献[1] http://www.micropelt.com/（マイクロペルト社
ホームページ）[2] http://energy.gov/eere/vehicles/vehicle-technologi

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
es-office-waste-heat-recovery（DOE ホームペー
ジ）[3] プレスリリース：排熱から電気をつくる「熱発 電 チ ュ ー ブ 」 の 発 電 検 証 を 開 始 (2013)，
http://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100181.h
tml.

106, 171901 (2015).
[29] N. Mingo, L. Yang, Phys. Rev. B 68, 245406(2003).

[4] 製鉄プロセスにおける排熱を利用した熱電発
電 技 術 の 研 究 開 発 ， NEDO 成 果 報 告 書 ，20140000000112 (2015).

[30] H. Zhao, J. B. Freund, J. Appl. Phys. 97, 024903(2005).
[31] P. K. Schelling, S. R. Phillpot, P. Keblinski, Appl.

[5] D. Kraemer, et. al, Nat. Mater. 10, 532 (2011).
[6] http://tes-ne.com

Phys. Lett. 80, 2484 (2002).
[32] Y. Chalopin et al., Appl. Phys. Lett. 101, 221903(2012).
[33] T. Murakami, T. Hori, T. Shiga, J. Shiomi, Appl.
Phys. Express 7, 121801 (2014).

[27] T. Hori, G. Chen, J. Shiomi, Appl. Phys. Lett. 104,021915 (2014).
[28] T. Hori, J. Shiomi, C. Dames, Appl. Phys. Lett.

[7] K. Yazawa, et. al, Energy Conv. Manag 84, 244(2014).
[8] L. D. Hicks, M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 47,
12727 (1993).
[9] R. Venkatasubramanian, E. Siivola, T. Colpitts, B.

[34] B. N. Brockhouse, A. T. Stewart, Phys. Rev. 100,
756 (1955).

O'Quinn, Nature 413, 597 (2001).
[10] H. Ohta, et. al, Nat. Mater. 6, 129 (2007).
[11] B. Poudel, et. al, Science 320 (2008).
[12] K. Biswas, et. al, Nature 489, 414 (2012).
[13] M. Luckyanova, et. al, Science 338, 936 (2012).
[14] http://phonon.t.u-tokyo.ac.jp[35] E. Burkel, J. Peisl, B. Dorner, Europhys. Lett. 3,957 (1987).
[36] O. Delaire, et. al, Nat. Mater. 10, 614 (2011).
[37] T. Shiga, T. Murakami, T. Hori, O. Delaire, J.

[15] D. A. Broido, et. al, Appl. Phys. Lett. 91, 231922(2007).

Shiomi, Appl. Phys. Exp. 7 041801 (2014).
[38] M. Trigo, et. al, Nat. Phys. 9, 790 (2013).
[39] M. E. Siemens, et. al, Nat. Mater. 9, 26 (2010).
[40] T. Oyake, M. Sakata, J. Shiomi, Appl. Phys. Lett.

[16] K. Esfarjani, H. T. Stokes, Phys. Rev. B 77,
144112 (2008); K. Esfarjani, G. Chen, H. T.

106, 073102 (2015).
[41] Y. Hu, L. Zeng, A. J. Minnich, M. S. Dresselhaus,

Stokes, Phys. Rev. B 84, 085204 (2011).
[17] Z. Tian, J. Garg, K. Esfarjani, T. Shiga, J. Shiomi,

G. Chen, Nat. Nanotech. 10, 701 (2015).
[42] D. G. Cahill, et. al, J. Appl. Phys. 93, 793 (2003).
[43] M. Sakata, et. al, Nano energy 13, 601 (2015).
[44] A. I. Boukai, Nature, 451 (2008).
[45] A. I. Hochbaum, Nature, 451 (2008).
[46] A. Miura, Z. Shu, T. Nozaki, J. Shiomi, ACS Appl.

G. Chen, Phys. Rev. B 85, 184303 (2012).
[18] J. Shiomi, K. Esfarjani, G. Chen, Phys. Rev. B 84,
104302 (2011).
[19] T. Shiga, et. al, Phys. Rev. B 85, 155203 (2012).
[20] D. Aketo, T. Shiga, J. Shiomi, Applied Physics

Mater. Interfaces 7, 13484 (2015).
[47] S. K. Bux, et. al, Adv. Funct. Mater. 19, 2445
(2009).

Letters 105, 131901 (2014).
[21] 塩見淳一郎，伝熱，50, 21 (2011).
[22] ShengBTE (http://www.shengbte.org/)[23] ALAMODE(http://alamode.readthedocs.org/en/lat
est/)[24] Phonopy (http://phonopy.sourceforge.net/)[48] G. Schierning, J. Appl. Phys. 110, 113515 (2011).
[49] T. Claudio, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 25701(2014).
[50] M. Maldovan, Nature 503, 209 (2013).
[51] J. Ravichandran, et. al, Nat. Mater. 13, 168(2014).

[25] S. Mazumdar, A. Majumdar, J. Heat Transfer 123,749 (2001).
[26] Q. Hao, G. Chen, M.-S. Jeng, J. Appl. Phys. 106,114321 (2009).

伝熱2016 年 1 月[52] K. Uchida, et. al, Nature 455, 778 (2008)- 17 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

メタマテリアルによる自由自在な熱ふく射制御：
熱と光の新たなエネルギー変換に向けて
A Flexible Thermal Radiation Control with Metamaterial:
Toward New Energy Conversion of Heat and Light
櫻井 篤（新潟大学）
Atsushi SAKURAI (Niigata University)e-mail: sakurai@eng.niigata-u.ac.jp
１．はじめにふく射（輻射）とは，車の輻（や＝スポーク）のように一点からエネルギーや光，粒子が放射される現象，あるいは放射されるものの総称である[1]．ふく射は光（電磁波）であり，特に物質の内部エネルギーにより放射される光が熱ふく射である．
さて，その熱ふく射の研究であるが，歴史は古
く今から 100 年以上前に熱ふく射エネルギーは温度の４乗に比例するという Stefan-Boltzmann の法則が発見され，その後 Max Planck が黒体放射エネ
ルギーの式を導き，それが量子力学の先駆けとなったと言われている．そのような歴史の中で，現代では熱ふく射の基礎研究は成熟したように思われた時代があったかもしれない．しかし近年，熱ふく射の研究はナノテクノロジーとの邂逅によって新たな現象が次々と発見され[2-3]，Nature やScience といった有名雑誌に登場する機会が確実に増えている．
そのブレークスルーのきっかけとなったのはLondon Imperial College の 理 論 物 理 学 者 John
Pendry によるメタマテリアルの研究であろう[4]．
メタマテリアルとは，サブ波長サイズの構造体によって光を制御し，自然界には存在しない新しい
光学特性を持つ材料のことである．ナノフォトニ
クスの分野でも，光の回折限界を遥かに凌駕する
パーフェクトレンズの研究[5]や，物質に入射する
光を自由に曲げて透明化させる技術（クローキング）[6]といったホットな話題には事欠かない．
さて，このように光を自由自在に操れるならば，
熱ふく射でさえも同じようにコントロールすることが可能である．メタマテリアルを用いることで熱ふく射を任意の波長帯で吸収・放射させることが可能となり，かつそのスペクトル幅や偏光といった物性までも自由自在に制御できることになる．
これによって熱ふく射制御の自由度が飛躍的に向伝熱2016 年 1 月- 18 -

上することになり，ふく射伝熱現象が関わる様々な分野において幅広い応用が期待できる．
本稿では，メタマテリアルを用いた熱ふく射制
御とそのエネルギー変換に関する研究を紹介する．
前半部は，ナノ構造の大面積化を目指した自己組織化ナノ粒子アレイによる波長選択的太陽光吸収
材料について紹介する．後半部では波長選択的熱
ふく射エミッターに関して，その放射のメカニズ
ムについて述べ，さらに応用例として太陽熱光起電力発電と波長制御赤外線ヒーターに関する研究を紹介する．
２．波長選択的太陽光吸収材料
近年，再生可能エネルギー社会を実現するために，太陽エネルギー利用の研究は一段と重要性が高まっている．太陽エネルギーの利用技術としては太陽光発電が一般にも普及し，各地にメガソーラーが建設されている．一方，日本ではあまり馴染みはないが，太陽光資源の豊富な南ヨーロッパ
やアメリカ西海岸などでは太陽熱発電も既に十万世帯以上の電力を賄えるほど発展している．その太陽熱利用であるが，次世代技術として後述する
太陽熱光起電力発電[7-9]が注目されている．
これらの技術において鍵となるのは太陽光を吸収して熱エネルギーに変換するための波長選択的太陽光吸収材料である．理想的な太陽光吸収材料は，
太陽エネルギー[10]のうち多くを占める可視－近赤外波長領域の光を完全に吸収する一方で，熱ふく射として周囲環境に捨てられてしまう赤外領域の光については全く放射しないといった波長選択特性が求められる（Fig. 1）．著者らは，これまでにタングステンナノ粒子と SiO2 を混合したサーメ
ット多層膜構造に着目し，広帯域ふく射吸収特性を持つ波長選択性太陽光吸収材料を特性マトリックス法による電磁波解析と遺伝アルゴリズムにより最適設計を行っている[11]．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

Fig. 1 理想的な太陽光吸収材料

Fig. 3 各構造体における吸収率の比較

Fig. 2 金属ナノ粒子アレイによる太陽光吸収材料

Fig. 4 コアシェル粒子断面での電場分布

一方，サーメット型の太陽光選択吸収材は金属ナノ粒子が誘電体中にランダムに分散しているため，光吸収メカニズムが複雑であり，そのため制御が難しいという問題があった．そこで我々は，金属ナノ粒子アレイを用いた太陽光吸収材料に着目した[12]．誘電体中に金属ナノ粒子を周期的に配列することで，より単純な系で光吸収メカニズ
ムを明らかに出来ることに加え，波長制御をより効率的に行うことが出来る．
Fig.2 に金属ナノ粒子アレイによる太陽光吸収材料の模式図を示す．まず Fig.2(a)はタングステン
ナノ粒子（直径 40nm）を周期 50nm でタングステ
ン基板上に整列させたもので，Fig.2(b)はそれを
SiO2 層（厚さ 100nm）でコーティングしたものである．実際にはナノ粒子間のギャップを制御することは非常に難しいため，コアシェル型のナノ粒子を自己組織的に配列することが有効である．Fig.
2(c)はタングステンナノ粒子を 5nm の SiO2 シェルで覆ったものであり，Fig. 2(d)はさらにそれをSiO2 層でコーティングしたものである（実際はシ
ェルと層の屈折率が同じであるのでシェルの部分は見えない）．自己組織的に配列する場合には最密充填構造を考慮する必要があるが，ここでは便宜的に単純正方構造として解析する．割愛するが両者の計算結果はほぼ同じである．三次元電磁波解析は，
FDTD 法（Finite Difference Time Domain Method）に
よ り 行 っ た ． 解 析 ソ フ ト ウ ェ ア に は Lumerical（Lumerical solutions, Inc.）を使用している．
計算結果を Fig. 3 に示す．まずタングステン基盤のみの吸収率は可視光領域で 0.5 ほどである．
これはタングステン自身のバンド間遷移による光吸収である．次にタングステンナノ粒子を配列した場合，波長 300nm 付近でほぼ吸収率 1.0 を示している（図中(a)）．これは局在プラズモン共鳴によるものと考えられる．局在プラズモン共鳴とは入射電界によって金属ナノ粒子内の自由電子が集団的に一方に偏り，電気双極子のように振る舞う
共鳴状態のことである[13]．さらに SiO2 層でコー
ティングすると光吸収のスペクトル幅が拡がっていることがわかる（図中(b)）．この理由の一つとして SiO2 薄膜による光干渉効果が挙げられる．次にコアシェル粒子アレイの場合は，タングステン伝熱2016 年 1 月- 19 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
ナノ粒子が SiO2 シェルに囲まれているため，局在
プラズモンの共鳴波長がシフトするが，この場合も吸収率 1.0 を示している（図中(c)）．この構造にSiO2 薄膜をコーティングした場合も同様に吸収ス
ペクトル幅が拡がっている（図中(d)）．吸収のピークが 301.9nm と 617.5nm にあるので，各々の波長についてコアシェル断面の電磁場分布（入射電場で正規化）を可視化してみると（Fig. 4），粒子間のギャップにおいても強い電場の増強が得られていることがわかる．これは各々の粒子による局
在プラズモン共鳴が相互作用し，ギャップ間でさらに電磁場が増強されたものだと考えられる．このように局在プラズモン共鳴を上手に利用することで可視光領域の光吸収を効率的に制御できる可能性が示唆されている．

Fig. 5 メタマテリアルの模式図

３．波長選択的熱ふく射エミッター
3.1 マグネティックポラリトン
熱ふく射は本来，物質内部における電子や原子
核のランダムな相互作用から放射されるもので，極めて広いスペクトルを持つインコヒーレントな光である．しかし，メタマテリアルによって物質内部の電子状態を人工的に制御できれば，熱ふく射を特定の波長だけで放射させることが可能となる．ここで前述したようにプラズモン共鳴という現象は，ナノ構造によって自由電子の集団的振動
をコントロールするものであるから，波長選択的
熱ふく射エミッターに応用することは理に適っている．このような研究は最近“サーモプラズモニ
クス”という新たな分野になりつつある[14]．
本稿では Fig.5 に示すような金属パターン／誘電体層／金属基盤の三層で構成されたメタマテリ
アルを紹介する．最上層の金属パターンについて
は，これまでに正方形型に限らず線状型，十字型，円盤型などといった様々な形状が提案されており，それぞれ特定の波長で光を吸収／放射させることが可能である. 物質の表面を機能化させるわけであるから，このような二次元的なメタマテリアル
は特に“メタサーフェス”と呼ばれている．
この特徴的な光吸収／放射メカニズムを説明するために，これまでにいくつかの理論が提案されているが，様々な形状に対して汎用的に適用できる理論は未だ確立されていない．我々は，この共鳴現象を説明するためにマグネティックポラリト

伝熱2016 年 1 月- 20 -

Fig. 6 MP による電磁場増強．ベクトルは電場を，
コンターは磁場の大きさを示す．

Fig. 7 LC 回路モデル
ン（MP）[15]に着目している．MP とは，Fig. 6に示すように入射光の磁界成分によって上下 2 枚の金属間において反平行電流が励起され，誘電体層内において強い磁場の増強効果が得られる共鳴現象のことである．これは研究者によって磁気モードや局在プラズモン共鳴など様々な呼び方があり現在でも統一されていないが，磁場の変動により励起された現象であることを明確にするため本稿では MP と呼ぶ．著者は，ジョージア工科大学の Zhuomin Zhang 教授と共同研究を行い，MP を上手に利用することで共鳴波長の位置やスペクト
ル幅といったふく射物性を自由に制御できることを示し，その理論予測法を導き出している[16]．
これは Fig. 6 の電磁場分布が示すように，緑のサークルで表されるようなループ電流が形成されているとみなせることから，Fig. 7 に示すように金J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

属部分をインダクタ(L)，誘電体層をキャパシタ(C)に見立て，LC 共振回路としてモデル化するものである．図中の Lm は相互インダクタンス，Lk
は電子の運動エネルギーを考慮した力学インダク
タンスであり，Cm は平行平板のキャパシタンス，
Cg は金属パターン間のギャップにおけるキャパ
シタンスである．この LC 共振回路の全インピー
ダンスは次式で表される．
Lm  Lk
2
Z tot   
 2
 Lk  Lm (1)2
1   Cg  Lm  Lk   Cm

Fig. 8 Solar-TPV のコンセプト

ここでは角周波数である． Z tot    0 となる条件で LC 回路は共振状態となるから，その周波数が熱ふく射の共鳴波長ということになる．これにより，設計者は任意の波長域で熱ふく射を吸収／放射させるために，メタマテリアルの形状や材料の最適な条件を容易に割り出すことが出来る．
3.2 Solar-TPV への応用
熱ふく射エミッターは，前述した波長選択的太陽光吸収材料と組み合わせることにより太陽熱光
起電力発電（Solar-Thermophotovoltaic（TPV））に応用することが可能である．そのコンセプト図を
Fig.8 に示す．Solar-TPV 発電システムは，太陽光吸収材料で太陽エネルギーの全てを一旦熱エネル
ギーとして変換した後，熱ふく射エミッターにより光電変換（PV）セルの高感度領域（近赤外光領域）に整合した熱ふく射を放射させるものである．
一般的な太陽光発電は，太陽エネルギーのうち可視光の一部しか利用できないため，単接合型太陽電池では変換効率は理論的にも 34%が限界である（Shockley–Queisser Limit）．一方，Solar-TPV 発電
システムは，理想的には太陽エネルギーを一切無駄にしない方法であることから，その変換効率は
ほぼカルノー効率に近い 85％の発電効率が期待出来ると予想されている[17]．さらに熱源は太陽光に限らず，発電プラントや製鉄所の廃熱などが自由に選べることや，太陽熱発電と比べるとター
ビンのような大型の回転機械も必要無く静音かつ
メンテナンスフリーであることもメリットである．
しかしながら，熱ふく射エミッターは Wien の変位則からも予想できるように，近赤外光を取り出すためには 1000K 以上の高温で動作させる必要がある．従って高温に耐えうる材料の問題や，発電システム全体の熱損失をいかに抑えるかという伝熱2016 年 1 月- 21 -

Fig. 9 熱ふく射エミッターの放射特性
伝熱学的な問題など解決すべき点は多い．これまで TPV 発電に関連する研究の多くは，理論，数値解析によるもので，実証実験の例はまだまだ少数にとどまっている．最近では MIT の研究グループ
が 3.2%の発電効率を達成して注目を浴びており[7]，今後さらに競争が激しくなると思われる．
我々のグループではメタマテリアルを用いた熱ふく射エミッターを，この Solar-TPV 発電システ
ムに応用することを検討している．前述の設計方法に従って，タングステンによるパターニングとSiO2 層を用いた熱ふく射エミッターの解析を行った結果が Fig.9 である．PV セルにはバンドギャッ
プの小さい InGaAsSb 太陽電池を想定している．
この結果は，PV セルの高感度領域である 1.5-2.0
m 付近に鋭いピークを持つ熱ふく射エミッター（表面温度は 1200K と仮定）が実現可能であることを示している．現在，このメタマテリアルを作製中であり，近い将来 TPV 発電の実証実験を行う
予定である．
3.3 波長制御赤外線ヒーターへの応用
加熱・乾燥プロセスは，幅広い産業分野において必要な生産プロセスである．その中で赤外線ヒーターは主要な役割を果たしており，特に発火性

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

Fig. 10 メタマテリアルの SEM 画像（画像提供：
北海道大学戸谷剛先生）
や爆発性を持つ溶剤の乾燥プロセスについては，
乾燥温度の低温化が急務である．溶剤は有機物であるので特定の波長の光を吸収する．そこで蒸発に有効な赤外線だけを選択的に照射できれば，極めて高効率な乾燥プロセスが可能となる．
我々の研究グループは北海道大学の戸谷剛先生，
日本ガイシ株式会社との共同研究により，特定の赤外線を放射する技術として，メタマテリアルを用いた熱ふく射エミッターに着目している．
本研究で用いる熱ふく射エミッターは，Fig.5 と同じ構造であり，金属部分には Au を，誘電体層には Al2O3 を使用している．まず LC 回路モデルと FDTD 法による設計では，トルエンの蒸発に有効な波長 6-7 m 付近の赤外線を放射させるためには，金属パターンの幅は 1.7-1.8 m になると予想した．北海道大学の実験施設において実際に作製されたものが Fig.10 である．Au はスパッタリ
ングにより成膜され，さらに Al2O3 の成膜には原子層堆積装置（ALD）が用いられている．Au パ
ターンは電子線描画装置による描画とリフトオフ
により作製されている．詳しい作製プロセスは参考文献[18]を参照されたい．
Fig. 11 に実験結果と FDTD 法による計算結果を示す．実験での放射率は，Kirchhoff の法則を適用し，積分球を持つ FT-IR によって垂直入射半球放射率が測定されており，一方 FDTD 法での放射率は垂直入射垂直放射率である．いくらかの不確定要素が含まれるものの，両者は概ね良く一致している．ｗは正方形型の金属パターンの幅であり，1.65m から 1.80m に大きくなるに従って，共鳴
波長は長波長側にシフトしていくことがわかる．
表 1 に，LC 回路モデルによる共鳴波長の理論予伝熱2016 年 1 月- 22 -

Fig. 11 放射率の(a)測定結果と(b)数値解析の比較
表1w (m)
1.65
1.70
1.75
1.80

共鳴波長の理論予測と測定結果の比較
LC (m)exp (m)
6.13
6.29
6.32
6.39
6.50
6.54
6.69
6.69

測値と実験による測定結果の比較を示しており，両者は良く一致している．LC 回路モデルによる検討でも共鳴波長の位置は金属パターンの幅に強く依存することがわかっている[15]．また，大きさの異なる金属パターンを複数配置すると，それに対応した複数の共鳴を同時に起こすことも可能
であり[19]，溶剤の種類に合わせた熱ふく射の多波長制御も可能である．
４．おわりにメタマテリアルの研究は歴史も 10 年程度と浅く，次々と新たな知見が報告され，まさに日進月歩の技術である．メタマテリアルのメタは“超越した”という意味で使われており，自然界には存在しない新材料によって光に限らない“波動”がJ. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

関わるあらゆる現象に革命を起こすかもしれない．
これまでの型にはまらない分野を超えた研究が必要となってきている．東工大の花村克悟先生が主催する「ふく射に関する勉強会」では，異分野の研究者との出会いがあり，また産業界の技術者からは思いもよらない応用方法を提案されることがある．赤外線ヒーターなどはその良い一例である．
最近では，東北大の円山重直先生と共同で局在プ
ラズモン加熱を利用したがん治療の研究も始まっており，医療分野への応用も視野に入れている．
このようにメタマテリアルを用いた新しい熱ふく
射制御が近い将来どんな形で応用されるのか，まだまだ想像もしなかったような使い道が見つかるかもしれないと期待に胸が膨らむ思いである．
謝辞
共同研究者の北海道大学戸谷剛准教授，ジョージア工科大学 Zhuomin Zhang 教授，東北大学円山重直教授，九州工業大学宮崎康次教授，日本ガイシ株式会社近藤良夫氏，京セラ株式会社秋山雅英
氏，旭化成イーマテリアルズ株式会社山木宏氏に感謝申し上げます．また日頃から学会や研究会等において，多くの先生方や技術者の皆様からご指導と励ましを頂きました．この場をお借りして御礼を申し上げます．最後に，これまでの研究成果
は当研究室の卒業生と現学生の皆さんの努力の結晶であります．本研究の一部は，科学研究費補助
金 若 手 研 究 (B)(15K17985) ， 挑 戦 的 萌 芽 研 究(26630069)の援助を受けて行われました．

A

nanophotonic

solar

thermophotovoltaic device, Nature Nanotech., 9-2,
(2014) 126.
[8] 芦田 友祐, 吉田 純, 花村 克悟，エバネッセ
ント波効果を利用した GaSb 熱光起電力発電,
日本機械学会論文集Ｂ編, 79, (2013) 229.
[9] 湯上浩雄，清水信，高温フォトニクス材料を用いた熱光起電力発電システム，応用物理学
会誌, 82, (2013) 946.
[10] http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/[11] Sakurai, A. et al. Computational design for awide-angle cermet-based solar selective absorberfor high temperature applications, J. Quant.

[13] 岡本 隆之，梶川 浩太郎, プラズモニクス－
基礎と応用，講談社 (2010).
[14] 高原淳一，熱工学とフォトニクスの出会い～
メタ表面を用いた熱輻射スペクトル制御,
JSME TED Newsletter, 74 (2014) 2.
[15] Sakurai, A. et al. Prediction of the resonancecondition of metamaterial emitters and absorbers
using LC circuit model, Proc. of the 15th IHTC
(2014) IHTC15-9012.
[16] Sakurai, A. et al. Resonant frequency andbandwidth of metamaterial emitters and absorbers
predicted by an RLC circuit model, J. Quant.
Spectrosc. Radiat. Transfer, 149, (2014) 33.
[17] Fan, S. H. PHOTOVOLTAICS An alternative

microcavities, Appl. Phys. Lett., 79-9, (2001)
1393.
[3] Greffet, J. J. et al. Coherent emission of light by'Sun' for solar cells, Nature Nanotechnology, 9-2,
(2014) 92.
[18] Totani T. Application of wavelength control
technology of radiation to drying furnace, Proc. of
the 1st PRTEC, forthcoming.
[19] Sakurai, A. et al. Effect of polarization on
dual-band infrared metamaterial emitters or
absorbers, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer,thermal sources, Nature, 416-6876, (2002) 61.
[4] Pendry, J. B. et al. Magnetism from conductors
and enhanced nonlinear phenomena, IEEE Trans.
Microw. Theory Techn., 47-11, (1999) 2075.
[5] Pendry, J. B. Negative refraction makes a perfectlens, Phys. Rev. Lett., 85-18, (2000) 3966.

2016 年 1 月

314-5801, (2006) 977.
[7] Lenert, A. et al.

Spectrosc. Radiat. Transfer, 132, (2014) 80.
[12] Sakurai, A. et al. High-temperature solar-selective
absorbers using core-shell nanoparticle arrays,
Proc. of the 1st PRTEC, forthcoming.

参考文献[1] 円山 重直，光エネルギー工学，養賢堂 (2004).
[2] Maruyama, S. et al. Thermal radiation fromtwo-dimensionallyconfined
modes
in

伝熱

[6] Schurig, D. et al. Metamaterial electromagnetic
cloak at microwave frequencies, Science,

158-, (2015) 111.

- 23 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

温度分布制御マイクロフローリアクタによるアンモニア燃焼反応機構の検証
Validation of Ammonia Combustion Chemistry by a Micro Flow Reactor with a Controlled Temperature Profile

中村 寿（東北大学 流体科学研究所；JST さきがけ）
Hisashi NAKAMURA (Institute of Fluid Science, Tohoku University; JST PRESTO)
e-mail: nakamura@edyn.ifs.tohoku.ac.jp
１．はじめに世界の一次エネルギー供給の約 80%は化石燃料に依存しており[1]，化石燃料の消費量と二酸化炭素の排出量の削減を進めるうえで，燃焼過程を含むエネルギー変換機器（ここでは燃焼機器と呼称する）の高効率化を進めることは極めて重要である．短～中期的には既存の化石燃料を使用しつつ，再生可能エネルギー由来の炭化水素燃料の使用比率を高めながら，燃焼機器のさらなる高効率化と燃料組成変化に対する適合性向上を進めることが，大きな方針の一つとなろう．二酸化炭素の排出量を一段と削減する観点からは，再生可能エネルギ
ー由来かつ水素のように炭素原子を含まない燃料の割合を増やしていくことも重要である．また，水素は燃料電池にとっても有用な燃料であるため，エネルギー利用のベストミックスを考えるうえでも重要である．
再生可能エネルギーによる大規模な燃料生成を実現するためには，その生成過程を飛躍的に改善する必要があり，そのための研究開発の必要性は論を待たない．一方で，我が国の国土が狭いことと，再生可能エネルギーの単位面積あたりのエネ
ルギー密度が低いことを考慮すれば，海外の再生可能エネルギーを利用して燃料を製造・貯蔵し，我が国に輸送・貯蔵したうえで利用することも考える必要がある．このとき，密度が低く，沸点が低い水素は，圧縮や冷却に要するエネルギーが膨大となり，これらも再生可能エネルギーで賄うことは現実的でない．そこで，水素を輸送・貯蔵しやすい別の物質（水素キャリア）に変換して固定し，利用地で水素を取り出す方法が考えられている．水素キャリアとしては，水素吸蔵合金[2]，錯体系水素化物[3]，有機ハイドライド[4]，炭化水素[5,6]など，様々な物質が考えられている．
本報では水素キャリアとしてアンモニアを取り上げ，その燃焼利用に着目する．まず，アンモニ伝熱2016 年 1 月- 24 -

ア燃焼の背景を述べ，基礎研究分野における課題を議論する．続いて，筆者が参画している科学技術振興機構の「再生可能エネルギーからのエネル
ギーキャリアの製造とその利用のための革新的基盤技術の創出」領域・さきがけにおいて使用している独自の試験装置「温度分布制御マイクロフロ
ーリアクタ」（マイクロリアクタ）の概要を述べ，これを使用したアンモニア燃焼研究の最近の状況を紹介する．
２．アンモニア燃焼
アンモニアは他の水素キャリアと比べて単位体
積・質量あたりのエネルギー密度が高い，水素含
有密度が高い，という特徴がある[7,8]．アンモニ
アから水素を取り出して燃焼機器や燃料電池で利用した場合，主要生成物は水と窒素であり，これらは大気環境を循環してアンモニア生成地に戻る
ため，他の水素キャリアのように水素を取り出した後に使用済の水素キャリアを水素生成地に輸送しなおす必要がない．この特徴はアンモニアを直接燃焼利用する場合も同じである．直接燃焼利用
時にはアンモニアから水素を取り出す過程におけるエネルギーやリソースに関するコストが不要となり，一般に燃焼機器が有する良好な負荷変動特性や始動特性の活用が期待できる．
アンモニアの燃焼利用自体は古くから実績がある．大戦中のベルギーでは燃料不足を補うために，
アンモニアを使用したバスが運用された[9]．冷戦期に開発され，現在も有人航空機の最高速度記録
7,274 km/h（マッハ 6.72）を保持する X-15 はアン
モニアを燃料とするロケット XLR99 をエンジンとして用いた[10]．体積あたりの発熱量が大きい
ため燃料タンクが小型化できる，気化熱が大きい
ため再生冷却の冷却剤として能力が高い，というアンモニアの燃料としての特徴を最大限有効活用
している．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
混合気のそれは約 6 cm/s であり，アンモニア火炎は極めて遅い伝播特性を有する．アンモニア/空気
予混合気の着火遅れ時間は炭化水素/空気予混合
気のそれと比較可能なほどデータがなく，アンモニアの非常に低い反応性のため，メタンや水素との混焼条件におけるデータか，アンモニア/純酸素/アルゴン予混合気の高温条件（1500 K 以上）におけるデータに限られている．しかしながら，反応
系に炭素原子が介在することで NOx 反応経路[35]や着火温度[36]が大きく変化することが指摘されており，また，ガスタービン燃焼器内の火炎を模擬した実験では，火炎基部における中低温域の着火特性の重要性が指摘されている[37]．こうした背景から，混焼条件でないアンモニア/空気予混合
気の中低温域における着火特性は，アンモニア燃焼反応機構を検証するうえで必要不可欠である．
しかしながら，着火遅れ時間計測に使用される衝撃波管や急速圧縮試験機では，着火に至るまでの
温度・圧力を長時間既定することが原理的に難しい．したがって，アンモニアのように反応性の低い燃料では，着火遅れ時間に代わる別の指標で着火特性を評価する必要がある．これを実現する新手法として，温度分布制御マイクロフローリアク
タ（マイクロリアクタ）[38]を提案する．

しかしながら，現在に至るまで大多数の燃焼機
器は炭化水素を燃料として用いており，脱硝設備にアンモニアを利用することは広く行われている
ものの，燃料としてアンモニアが燃焼機器に広く利用されているとは言えない．炭化水素を燃料とする燃焼機器は，膨大な基礎・応用研究を通して，長い年月をかけて少しずつ熱効率を向上させてきた．その過程において，燃料の燃焼特性を詳細に把握し，これを再現する精緻な燃焼反応機構を構築することで，燃焼基礎研究は重要な一翼を担ってきた．したがって，将来のアンモニアを燃料とする「高効率」な燃焼機器の開発のために，アンモニアの燃焼特性を詳細に把握し，これを正しく再現できる燃焼反応機構を構築することは重要である．
ここで燃焼反応機構とは，燃焼過程の各素反応を修正アレニウス式でモデル化し，反応速度定数を求めるためのアレニウスパラメータと関連する
化学種の熱物性・輸送係数を算出するためのパラメータで構成されるデータ群である．構築された燃焼反応機構は層流燃焼速度（伝播特性）や着火
遅れ時間（着火特性）といった基礎燃焼特性と比較検証され，必要に応じてより精緻な理論計算や計測で得られた反応速度定数に更新される．このプロセスを膨大な基礎研究成果に基づいて長年実施した結果，いくつかの基本的な炭化水素燃料については，近年の燃焼反応機構は非常に幅広い条件で信頼できるものになりつつある．
前述の通り，アンモニアは現在でも脱硝設備に広く用いられており，アンモニアによる NOx 還元
反応については多くの研究がなされている[11–14]．また，炭化水素燃料（特に石炭）中に含まれる微量窒素化合物としてアンモニアは代表成分であり，燃焼過程における fuel NOx の生成源として，
アンモニアからの NOx 生成反応についても多くの研究がなされている[15–18]．NOx 反応系はアンモニア酸化反応のサブ反応経路であるため，アンモニア燃焼反応機構の構築[19–22]においても重要視されている．構築された燃焼反応機構は，層流燃焼速度[23–28]や着火遅れ時間[29–34]の計測
結果を用いて比較検証されている．
多くの炭化水素燃料で常温・大気圧における量論混合比の燃料/空気予混合気の層流燃焼速度は約 40 cm/s であるのに対して，アンモニア/空気予

伝熱2016 年 1 月

３．温度分布制御マイクロフローリアクタ
図 1 に温度分布制御マイクロフローリアクタの概略図を示す．消炎直径（多くの炭化水素燃料で約 2.5 mm 程度）以下の内径の石英管をリアクタとして用いる．この石英管を外部熱源で加熱することで，図 1 に示すような温度分布を管内壁に形成する．外部熱源として，管内の火炎の視認性をよくするために，水素/空気予混合平面火炎バーナを用いることが多い．管内壁の壁面温度分布はリ
アクタ出口側から挿入した熱電対で計測する．マイクロリアクタ内に低温側から試験対象予混合気を流入させると，管壁との熱伝達により所与の壁
面温度分布に従って予混合気の温度が上昇し，ある位置で火炎が形成される．
数値計算は一次元予混合断熱火炎計算コード
PREMIX をベースに，気相エネルギー方程式に壁面との熱伝達項を追加した計算コードを用いる．
∑- 25 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
∑

0

(1)

左辺最終項が追加した壁面との熱伝達項である．
ここで， ，Cp， ，T，はそれぞれ予混合気の質量流速，定圧比熱，熱伝導率，温度，密度である．Yk，Vk，Cpk， ，hk，Wk はそれぞれ化学種 kの質量分率，拡散速度，定圧比熱，生成速度，エンタルピ，分子量である．Nu，K，A，D，x はそ
れぞれヌセルト数，化学種の総数，流路断面積，
管内径，座標軸である．Tw は壁面温度であり，計測した管内壁温度分布を用いる．
図 2 に量論混合比のメタン/空気予混合気を用いた場合の火炎位置（火炎位置の壁面温度）と予
混合気の平均流入流速（U0）との関係を示す．流入流速に応じて三種類の火炎動態が観察される．
高流速域においては，
normal flame が観察される．
流入した予混合気は下流側の高温域で着火し，上流側に向かって伝播する．その後，予熱された予混合気の燃焼速度と局所の流速がつりあう位置で火炎は定在する．流入流速の低下につれて火炎位
置は上流の低温側に移動し，ある流入流速以下では低温壁への火炎からの熱損失が過大となり，火炎は消炎する．すると，流入予混合気は再び下流の高温側で着火，火炎が上流の低温側に向かって
伝播，消炎，の一連の現象を準定常的に繰り返す．

この着火と消炎を繰り返す非定常火炎を FREI
（Flames with Repetitive Extinction and Ignition）と呼んでいる．さらに流入流速を低下させると，非常に微弱な安定火炎が形成される（weak flame）．
これらの火炎動態は理論解析と数値計算でも確認されている．このとき FREI が観察される領域は点線で示される不安定解として得られる．理論
解析の結果から，図 2 の normal flame 位置（安定解），FREI 領域での不安定解，weak flame 位置（安定解）で構成される S 型の解は Fendell 曲線に相当する[39]．すなわち，normal flame 位置はデフラ
グレーションブランチ，FREI の着火位置と weakflame 位置は着火ブランチに相当する．Weak flameは非常に遅い伝播速度を示す定在火炎でありながら，着火現象を代表する定常解でもあるという，特異な位置づけにある．Weak flame の極低流速条
件では燃料の投入熱量が小さいため（1 W 以下），
反応帯であっても気相温度と壁面温度にほとんど差がなく，熱暴走を経て着火に至る直前の状態を定在化している．
ガソリン PRF（Primary Reference Fuel）の一つであり，その反応過程が詳細に調べられている
n-heptane を用いて，weak flame と着火の関係をより詳細に調べた[40]．図 3 に n-heptane を燃料に用

Fig.3 Image of weak flames for a stoichiometricn-heptane/air mixture (P = 1 atm; D = 2 mm; U0 = 3cm/s) [40].

Heat release rate (W/cm3)

25

1300

20

Heat release rate

1200

Wall temperature

1100
1000

15

900
800

10

700

Temperature (K)Fig.1 Schematic of a micro flow reactor with acontrolled temperature profile.

600

5

500
400

0
3.5

4

4.5

5

5.5

6

x (cm)

Fig.4 Computed heat release rate profile of weakflames for a stoichiometric n-heptane/air mixture (P= 1 atm; D = 2 mm; U0 = 3 cm/s) [40].

Fig.2 Schematic of flame responses for a
stoichiometric methane/air mixture in the micro flow
reactor.

伝熱2016 年 1 月- 26 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
いた場合の weak flame 画像を示す．また，同一実
験条件の数値計算から得られた熱発生速度分布を
図 4 に示す．実験・数値計算のいずれも，三段の酸化反応帯が観察された．ガス分析と数値計算による火炎構造の詳細な解析から，一段目は低温酸化反応，二段目は低温酸化反応で生成された
CH2O や H2O2 が消費される部分酸化反応，三段目
は CO が CO2 に酸化される完全酸化反応であることが分かった．n-Heptane は低温酸化反応と高温酸化反応からなる二段着火を示すことが知られているが，本リアクタでは高温酸化反応をさらに二つ（二段目と三段目）に分離観察できることが分かった．すなわち，非定常現象である着火過程を，
weak flame により温度域別に定常分離観察できる．
通常は 1 mm 以下の薄い火炎帯で起こる反応過程を引き延ばして温度域ごとに分離観察していることから，本手法を「火炎クロマトグラフィー」とも呼んでいる．
この多段酸化反応の応答に着目することで，燃料種や圧力等の各種パラメータが着火特性に及ぼす影響を計測できる．図 5 にオクタン価依存性を調べた結果を示す[41]．オクタン価の上昇（燃料の反応性の低下）につれて，点線で示される低温
酸化反応が弱くなり，三段目の主反応帯の位置がより高温側に移動している（より高温に至らなければ反応が開始しない）．本手法による着火特性計
測は，ガソリン PRF の圧力依存性[41]，ディーゼ
ル PRF のセタン価依存性[42]，天然ガス成分の組
成依存性[43]，トルエン添加効果[44]等，さまざまなパラメータに対する着火特性計測に応用可能であることが示されている．
通常の着火では急峻な熱発生により温度が急激に上昇するため，温度条件を規定して着火過程を詳細に調べることは非常に難しい．一方，マイク

Fig.6 Weak flame images and their luminosity
profiles (stoichiometric ethanol/air mixture; D = 1
mm, U0 = 2 cm/s) [45].

Fig.5 Responses of stoichiometric gasoline PRFs on
weak flames (P = 1 atm; D = 2 mm; U0 = 2 cm/s) [41].

伝熱2016 年 1 月

ロリアクタの weak flame では，反応帯であっても発熱に伴う気相と固相の温度変化を無視でき，実験と数値計算の直接比較により規定された温度分
布場において着火過程を詳細に調べることができる．すなわち， の算出に使用する燃焼反応機構を検証することができる．
この点について確認するために，エタノール/
空気予混合気を対象に，weak flame の圧力依存性について燃焼反応機構間の違いを調べた[45]．図 6に量論混合比のエタノール/空気予混合気を用いた場合の weak flame の圧力依存性（輝度分布と火炎画像）を示す．エタノールは低温酸化反応を示さないため，前述の n-heptane の二段目と三段目に相当する二つの反応帯が観察された．ここで，低温側を青炎，高温側を熱炎と呼ぶ．図 5 より，圧力上昇に伴い青炎は強くなり低温側に移動し，熱炎は 1 から 2 atm でいったん強くなった後，2 から
5 atm にかけて弱くなっている．
ここで，二つの燃焼反応機構を用いて熱発生速
度分布の圧力依存性を計算し，実験と比較する．
燃焼反応機構には，Marinov によって開発された燃焼反応機構[46]と，Saxena & Williams によって開発された燃焼反応機構[47]を用いた．図 7 に- 27 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
Marinov の燃焼反応機構を用いた熱発生速度分布の圧力依存性を示す．実験と同様に，二つの反応
帯が得られている．圧力上昇に伴い，青炎は強くなり低温側に移動しているが，熱炎は強くなっている．熱炎の圧力依存性は実験と計算で定性的に異なる傾向が得られた．すなわち，Marinov の燃焼反応機構は圧力上昇に伴う青炎の強化・熱炎の弱 化 を 過 小 評 価 し て い る ． 図 8 に Saxena &Williams の燃焼反応機構を用いた熱発生速度分布の圧力依存性を示す．実験と同様に二つの反応帯が得られている．圧力上昇に伴い，青炎は強くなり低温側に移動し，熱炎は弱くなっている．定性的傾向は実験と同じである．しかし，実験では青炎の発光強度が 3 atm で熱炎と同程度，5 atm で熱炎の 1.5 倍程度であることを考慮すると，数値計
算では青炎の熱発生速度が 2 atm で熱炎と同程度，
5 atm では熱炎の 9 倍程度であり，Saxena &Williams の反応機構は圧力上昇に伴う青炎の強化・熱炎の弱化を過大評価している．
二つの燃焼反応機構で全く異なる weak flame の
圧力依存性が得られたが，一般的な評価対象である燃焼速度や着火遅れ時間の圧力依存性はどうであろうか？図 9 に質量燃焼速度と着火遅れ時間の
圧力依存性の計算結果を示す．二つの燃焼反応機
構は定量的にほぼ同じ質量燃焼速度と着火遅れ時
間の圧力依存性を示している．このことから，
weak flame を利用した燃焼反応機構の検証を行う
ことで，従来手法だけでは検証しきれない部分を補完することができると考えられる．

Fig.7 Heat release rate profiles computed with
Marinov’s chemical kinetics [46] (stoichiometricethanol/air mixture; D = 1 mm, U0 = 2 cm/s) [45].

Fig.8 Heat release rate profiles computed with
Saxena&Williams’s
chemicalkinetics[47](stoichiometric ethanol/air mixture; D = 1 mm, U0 =2 cm/s) [45].

４．温度分布制御マイクロフローリアクタによるアンモニア燃焼反応機構の検証
マイクロリアクタは予混合気を予熱し，かつ滞在時間が長い場であるため，反応性の低いアンモ
ニアでも適用できる可能性が高い．また，前章で述べたマイクロリアクタの特徴から，得られる試験結果は中低温域の着火特性と強い関係があり，既存の試験では全くデータのない領域を補完することが期待される．さらに，これまで化学発光撮
影で得られた輝度分布と数値計算で得られた熱発生速度分布を比較し，燃焼反応機構の検証を実施してきたが，新たに化学種の濃度分布を取得し，これを数値計算結果と比較することでより詳細な
燃焼反応機構の検証を実施し，より精緻な新しい

Fig.9 Pressure dependence of ignition delay time fora stoichiometric ethanol/air mixture in adiabatic,
constant pressure condition (initial temperature: 1000K) and mass burning rate for adiabatic,
stoichiometric ethanol/air laminar flame (inlet
temperature: 300 K) [45]伝熱2016 年 1 月- 28 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

アンモニア燃焼反応機構の構築が期待できる．
図 10 にマイクロリアクタで撮影された量論混
合比のアンモニア/空気火炎の画像を示す．比較のために，量論混合比のメタン/空気火炎の画像も下側に示す．メタンと同様に，高流速域におけるnormal flame（図 10a），中間流速域における FREI
（図 10b），低流速域における weak flame（図 10c）が観察された．反応性の低いアンモニアでも，マイクロリアクタで試験可能であることが確認された．化学発光はアンモニア火炎特有の赤色光であり，normal flame と weak flame の火炎帯はメタンと比べて数倍厚い．
アンモニア weak flame を対象に化学種分布計測を行い，これを数値計算結果と比較検証することを試みた．図 11 に実験装置の概略図を示す．内径2 mm，外径 4 mm のリアクタ石英管に，ノズル形状の石英管を融着し，流路途中で極微量のオンラ
インガスサンプリングを行い，質量分析計で分析した．ノズルプローブの外形は 1.6 mm，ノズル先端の内径は 0.1 mm である．ノズルプローブの出口と質量分析計の間を溶融石英のキャピラリーで接続し，キャピラリーの内径と長さを適切に調整することで，マイクロリアクタ内の流れ場を乱すことなく，極微量のオンラインサンプリング（流量約 0.2 cc/min）を実現した．外部熱源として使用する水素バーナの位置を変えることで，相対的にサンプリング位置の温度を変化させた．図 12 に計測結果の一例を示す．1270 K 付近で，アンモニアと酸素のモル分率が急速に減少し，水蒸気のモル分率が急上昇している．N2O のモル分率も 1270 K
付近で急上昇しているが，1280 K で最大値をとり，その後減少しており，N2O は中間化学種としてのふるまいを示している．NO のモル分率は緩やか

2016 年 1 月

Fig. 11 Schematic of experimental setup for species
measurement.

Fig. 12 Measured structure of ammonia/air weakflames.

Fig. 13 Computed structure of ammonia/air weakflames using a mechanism developed by Tian etal.[19]Fig.10 Ammonia/air and methane/air flames in the
micro flow reactor.

伝熱に上昇し，N2O のモル分率が減少している位置から急上昇を示している．このように，アンモニア
weak flame の火炎構造を実験的に調べることに成功した．
図 13 に Tian らが開発した燃焼反応機構[19]を用- 29 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

いて得られた数値計算結果を示す．実験では，最高温度 1300 K になる直前でアンモニアと酸素がほぼ完全に消費されているのに対して，数値計算
結果は大きく異なり，酸化反応が完結していない．
このような傾向は，既存のアンモニア燃焼反応機
構すべて[19–22]で観察され，共通してアンモニア/空気予混合気の着火特性を過小評価していると考えられる．今後は計測精度の向上を図りつつ実験データを増やして検証を進め，着火特性を過小評価している反応経路を特定・修正し，新たなア
ンモニア燃焼反応機構の構築を目指す所存である．
5. おわりに
水素キャリアとしてアンモニアを取り上げ，その燃焼利用を進めるうえで，基礎燃焼研究における課題を議論した．特に，アンモニア/空気予混合
気の中低温域における着火特性データが不足しており，これを取得するために，独自の温度分布制
御マイクロフローリアクタを導入した．さらに，
同リアクタの概要を説明し，これを用いたごく最
近のアンモニア燃焼研究成果を紹介した．マイク
ロリアクタがアンモニア燃焼反応機構を検証する
うえで有効であることを確認し，既存の燃焼反応機構が共通してアンモニア/空気予混合気の着火特性を過小評価していることを見出した．さらに研究を進め，産業界に利用してもらえる新たなアンモニア燃焼反応機構の構築を目指す所存である．

Combust. Sci. 24 (1998) 385–408.
[12] Miller, J.A., Branch, M.C., Kee, R.J., Combust.
Flame 43 (1981) 81–98.
[13] Skreiberg, Ø., Kilpinen, P., Glarborg, P., Combust.
Flame 136 (2004) 501–518.
[14] Koebel, M., Elsener, M., Kleemann, M. Catal.
Today 59 (2000) 335–345.
[15] Fenimore, C.P., Combust. Flame 19 (1972) 289–
296.
[16] Mendiara, T., Glarborg, P. Combust. Flame 156(2009) 1937–1949.
[17] Naruse, I., Yamamoto, Y., Itoh, Y., Ohtake, K.,
Symp. (Int.) Combust. 26 (1996) 3213–3221.
[18] Watanabe, H., Marumo, T., Okazaki, K., Energy
Fuels 26 (2012) 938–951.
[19] Tian, Z., Li, Y., Zhang, L., Glarborg, P., Qi, F.,
Combust. Flame 156 (2009) 1413–1426.
[20] Miller, J.A., Bowman, C.T., Prog. Energy
Combust. Sci. 15 (1989) 287–338.
[21] Lindstedt, R.P., Lockwood, F.C., Selim M.A.,
Combust. Sci. Technol. 99 (1994) 253–276.
[22] Hewson, J.C., Bolling M., Symp. (Int.) Combust.

Kudo, T., Kobayashi, H., Fuel 159 (2015) 98–106.
[24] Ichikawa, A., Hayakawa, A., Kitagawa, Y.,
Somarathne, K.D.K.A., Kudo, T., Kobayashi, H.,

Int. J. Hydro. Energy 32 (2007) 1121–1140.
[3] Orimo, S.-I., Nakamori, Y., Eliseo, J.R., Züttel, A.,

Int. J. Hydro. Energy 40 (2015) 9570–9578.
[25] Pfahl, U.J., Ross, M.C., Shepherd, J.E.,
Pasamehmetoglu, K.O., Unal, C., Combust.

Jensen, C.M., Chem. Rev. 107 (2007) 4111–4132.
[4] Okada, Y., Sasaki, E., Watanabe, E., Hyodo, S.,
Nishijima, H., Int. J. Hydro. Energy 31 (2006)
1348–1356.
[5] Semelsberger, T.A., Borup, R.L., Greene, H.L., J.

Flame 123 (2000) 140–158.
[26] Lee, J.H., Kim, J.H., Park, J.H., Kwon, O.C., nt. J.
Hydro. Energy 35 (2010) 1054–1064.
[27] Zakaznov, F.Z., Kursheva, L.A., Felina, Z.I.,

Power Sources 156 (2006) 497-511.
[6] Brown, L.F., Int. J. Hydro. Energy 26 (2001) 381–
397.

Combust. Explos. Shock Waves 14 (1978) 710–
713.
[28] Takizawa, K., Takahashi, A., Tokuhashi, K.,[7] Avery, W.H., Int. J. Hydro. Energy 13 (1988)
761–773.

2016 年 1 月

90 (2009) 729–737.
[9] Krock, E., J. Inst. Petrol. 31 (1945) 213–223.
[10] Wiswell, R., “X-15 propulsion system” 33rd Joint
Propulsion Conference and Exhibit, AIAA (1997).
[11] Smoot, L.D., Hill, S.C., Xu, H., Prog. Energy

26 (1996) 2171–2179.
[23] Hayakawa, A., Goto T., Mimoto R., Arakawa, Y.,

参考文献[1] Key World Energy Statistics 2014, International
Energy Agency (2014).
[2] Sakintuna, B., Lamari-Darkrim, F., Hirscher, M.,

伝熱[8] Zamfirescu, C., Dincer, I., Fuel Process. Technol.

Kondo, S., Sekiya, A., J. Hazard. Mater. 155- 30 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換(2008) 144–152.

33 (2011) 3259–3266.
[41] Hori, M., Yamamoto, A., Nakamura, H., Tezuka,[29] Mathieu, O., Petersen, E.L. Combust. Flame 162(2015) 554–570.
[30] Takeyama, T., Miyama, H., Symp. (Int.) Combust.

T., Hasegawa, S., Maruta, Combust. Flame 159(2012) 959–967.
[42] Suzuki, S., Hori, M., Nakamura, H., Tezuka, T.,
Hasegawa, S., Maruta, K., Proc. Combust. Inst.

11 (1967) 845–852.
[31] Miyama, H., Endoh, R., J. Chem. Phys. 46 (1967)
2011–2012.

34 (2013) 3411–3417.
[43]Kamada, T., Nakamura, H., Tezuka, T., Hasegawa,[32] Bull, D.C., Combust. Flame 12 (1968) 603–610.
[33] Drummond, L.J., Combust. Sci. Technol. 5 (1972)
175–182.
[34] Fujii, N., Miyama, H., Koshii, M., Asaba, T.,

S., Maruta, K., Combust. Flame 161 (2014) 37–
48.
[44]Hori, M., Nakamura, H., Tezuka, T., Hasegawa, S.,

Symp. (Int.) Combust. 18 (1981) 873–883.
[35] Miller, J.A., Walch, S.P., Int. J. Chem. Kinet. 29(1997) 253–259.
[36] Vandebroek, L., Verplaetsen, F., Berghmans, J.,
Van Den Aarssen, A., Winter, H., Vliegen, G.,

Maruta, K., Proc. Combust. Inst. 34 (2013) 3419–
3426.
[45] Nakamura, H., Yamamoto, A., Hori, M., Tezuka,T., Hasegawa, S., Maruta, K., Proc. Combust. Inst.
34 (2013) 3435–3443.
[46] Marinov, N.M., Int. J. Chem. Kinet. 31 (1999)
183–220.
[47] Saxena, P., Williams, F.A., Proc. Combust. Inst.

Van‘t Oost, E., J. Hazard. Mater. 93 (2002) 123–
136.
[37] Won, S.H., Windom, B., Jiang, B., Ju, Y.,
Combust. Flame 161 (2014) 475–483.
[38] 中村寿, 手塚卓也, 長谷川進, 丸田薫, マイク
ロ燃焼の新応用：燃料の着火特性計測と燃焼
化学反応の研究ツール, 日本燃焼学会誌
55-173 (2013) 264–271.
[39] Minaev, S., Maruta, K., Fursenko, R., Combust.

31 (2007) 1149–1156.
謝辞
本研究の一部は科学技術振興機構「再生可能エ
ネルギーからのエネルギーキャリアの製造とその利用のための革新的基盤技術の創出」領域（さきがけ）の支援により行われた．

Theory Model. 11 (2007) 187–203.
[40]Yamamoto, A., Oshibe, H., Nakamura, H., Tezuka,T., Hasegawa, S., Maruta, K., Proc. Combust. Inst.

伝熱2016 年 1 月- 31 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

分子間エネルギー移動を用いた光子のエネルギー上方変換
Energy Upconversion of Photons by Using Intermolecular Energy Transfer

村上 陽一（東京工業大学）
Yoichi MURAKAMI (Tokyo Institute of Technology)
e-mail: murakami.y.af@m.titech.ac.jp
光に関する基本技術である UC には多彩な応用が考えられるが，主な応用として，太陽光エネル
ギー変換系の効率向上がある．太陽電池・水分解
光触媒・光合成材料などの，物質の電子励起状態を用いる変換系では，系に固有な閾値波長g が存在しており，g より長波長のスペクトル部分は未利用で，エネルギー損失となっている（図 1a）．
すなわち各系には半導体のバンドギャップなどの

１．はじめに光は粒子としての性質をもち，光子からなる．
一個の光子がもつエネルギーEph は，光の波長の単位を nm として次式で与えられる．

E ph 

1.986  10 -16

J

1.196  10 5kJ/mol(1)

光子のエネルギー下方変換は従来行われており，蛍光灯においては Eph の高い紫外光子を一旦蛍光
灯内の蛍光体に吸収させ，そのエネルギーの一部を熱として散逸させた後，Eph が低下した可視光子を放出している．Eph の低下が比較的容易なのは，材料内で電子系の非熱的なエネルギーが格子系に散逸されることにより，状態が熱的な平衡状態に近づこうとする点を利用できるためである．
一方，Eph の上方変換（upconversion, UC）には
特別な工夫を要し，従来は次の場合を除き殆ど行
われてこなかった．それらは，(i) 非線形光学結晶を用いた二倍波発生と，(ii) 希土類イオンをドープした材料による UC である．(i)では光のコヒー
レンスと直線偏光が達成できるレーザーの共振器
内や極短パルス入射時に限られ，(ii)でも入射光にはコヒーレンスが要されるためレーザー光源を必要とする[1]ものであった．すなわち，従来の UC
はいずれもレーザー光源に限られたものであった．
（詳細は文献[2,3]に記載．
）
一方，UC が太陽光・ランプ光・LED 光などの
非コヒーレントな光源に適用でき，かつ低強度の光に適用可能となれば，人類の光利用の自由度が増大することになる．非コヒーレント光に適用可能な現状唯一の方法として，2005 年頃から有機分
子の三重項-三重項消滅（TTA）を利用する方法（以下，TTA-UC）が研究され始め[4,5]，近年研究が活発に行われている[6-8]．本稿は，TTA-UC の意義
および原理の解説と，筆者らの研究から得られた成果と知見の概説を行うものである．

伝熱2016 年 1 月

図 1 (a) 波長に関する閾値g と UC の模式的表現．
(b) エネルギーに関する閾値 Eg と UC の模式的表現．
(c) アップコンバーターの実装形態に関する模式図．

- 32 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

閾値エネルギーEg が存在し，それより低エネルギ
ーの光子は利用されておらず，光エネルギー変換
効率を制限する根本要因となっている．TTA-UC
はこのような根本的制限を回避できる技術であり，未利用な光スペクトル部分（未利用な光子群）を二次エネルギー生成に利用可能な光に変換する技術である（図 1a, 1b）．
図 1c に，光アップコンバーターが太陽電池等のデバイスに実装される際に想定される形態の模式図を示す．この図では上から太陽光が入射し，まずg より短波長の光がデバイスに吸収される．gより長波長の光はデバイスを透過し，背面に設置された光アップコンバーターに到達する．透過光
はそこでより短波長の光に変換され，背面のミラーにより反射され，デバイスへと再入射し，二次エネルギー生成に寄与を行う．このように，実装
時に，物質を劣化させる働きの強い紫外光のような短波長光が光アップコンバーターに到達しない

図 2 (a) 作製したプロトタイプ・アップコンバー
ターが赤色の入射太陽光を青色の発光に変換する
様子．(b) 開発した光アップコンバーターの典型的な光吸収スペクトル（右軸）と発光スペクトル（左軸）．この発光スペクトルは 633 nm のレーザー光
入射により得られた．グラフ上部余白に，用いた増感分子（右）と発光分子（左）の構造を示す．

伝熱2016 年 1 月

ことは，応用に際する利点である．
図 2a に，筆者らが作製したプロトタイプ・アッ
プコンバーター[9,10]を示す．この写真ではバンド
パスフィルタ（中心波長 625 nm，半値幅 10 nm）
を用いて赤色の太陽光を取り出し，それをルーペにより集光し，明確に視認される青色発光を得ている．本プロトタイプはガラス板を積層溶着した容器内に，後述する独自に開発した液体試料を封入し，その背面にアルミ蒸着により反射層を形成したもので，図 1c の形態を想定したものである．

2.1

２．スピン状態と状態間遷移
スピンとその多重度

電子はスピン角運動量 1/2（単位 ħ，以下同様）をもつ．そのベクトル（スピンベクトル）の向きは磁場下で二通りに量子化され，矢印を用いて
および（それぞれスピン関数およびに対応）と表される．図 3 は磁場 Hz を z 軸と平行とした
ときのおよびスピンの模式図を示す．図中の円錐は歳差運動するスピンベクトルの先端の軌跡を示す．なお，先端の軌跡上の位置は不確定性原理
から決定できない．分子内電子では分子内磁場がHz を与える．スピンベクトルに許される向きの数
をスピン多重度（Spin multiplicity; M）といい，図3 の孤立電子では M = 2 である．
以下，二電子が近接して相関が存在する場合を考える．このとき二電子は交換相互作用により結合し，互いの歳差の位相が揃い，一つのスピンベ
クトルのように振る舞う．図 4a に示すように，相関の仕方には二通りが可能で，スピンとスピンとが互いにベクトルを打ち消し合う一重項状態（記号 S，スピン角運動量 0，M = 1）と，打ち消し合わない三重項状態（記号 T，スピン角運動量
1，M = 3）とがある．図 4a のように，三重項状態
ではスピンベクトルは Hz に対して三通りの向き

図3- 33 -

磁場中における孤立電子のスピン状態．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

図 4 分子内で相関する二電子の状態を表す模式図．(a) 一重項状態および三重項状態，(b) 各状態に対応する電子軌道におけるスピン配置，(b) 各状態にある分子のもつ自由エネルギーの相対的関係．
をとる．Hz のもとでこれらの間のエネルギー縮退は解けているが，通常その分裂幅は熱エネルギー（kBT）より十分小さい．

られるために，クーロン反発エネルギーが低下す
ることに起因する．S1 と T1 とのエネルギー差ESTは電子交換エネルギーJ とEST = 2J の関係がある[11]．このことから，相関する二電子の軌道の重なりが大きくなるほど，すなわち同系統の分子であれば分子サイズが小さいほど，EST は増大する．
分子では一般に次の関係が成り立つ[11]．

2.2 自由エネルギー
パウリの排他原理から，一つの軌道にはとのスピンをもつ最大二個の電子まで収容される．図4b に，横線で電子軌道を表し，縦方向に軌道のエ
ネルギーをとった分子内軌道の模式図を示す．基底状態（記号 S0）では最高被占軌道（HOMO）に
との電子が入り，一重項状態となっている．それらのうち一方が一つ上の軌道（S0 における最低空軌道, LUMO）に移った電子励起状態では，HOMO に残った電子と LUMO に入った電子との相関が一重項の状態（記号 S1）と，三重項の状態（記号 T1）とがある．TTA-UC に用いられるのは，
これらの S0, S1, T1 の状態である．
続いて，これらの状態にある分子の自由エネル
ギーについて説明する．分子間エネルギー移動の可能性を決めるのはエンタルピーではなく，エントロピー変化も考慮されたギブスの自由エネルギーである．図 4c に，分子のエネルギーダイアグラ
ムを示す．通常，T1 の自由エネルギー（ET1）はS1 のそれ（ES1）より低い．これは分子に関するフントの規則（Hund’s rule）による．物理的には，
同種スピンの二電子は分子内で空間的近接が禁ぜ伝熱2016 年 1 月

E T1  ES0  ES1  E T1  EST

(2)

2.3 状態遷移
スピン軌道相互作用が非常に強い場合を除き，一般に電子系とスピン系との結合は弱いため，光学遷移においては一度に電子とスピン両方の状態を変えることはできない．すなわち，光子の吸収・放出では，通常，一重項状態間または三重項状態間の遷移のみが許容され，項間の光学遷移（T n  1
 S n  0）はスピン禁制となる．
光学遷移のレートはフェルミ黄金則により表現される．ある波長について，観測される初期状態
i から終状態 f への遷移レート kobs [s-1]は，P を遷移に関わる摂動の演算子，を電子波動関数，を振動波動関数として次式により表される．

k obs   i P  f2

i  f2(3)

右辺の第一要素は遷移双極子モーメント，第二要- 34 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
素は Franck-Condon 因子を表す．後者は光学遷移においてだけでなく，後述のエネルギー移動過程においても関連し，TTA-UC に用いる分子を選択する際にも考慮されるべき因子である．

3.2 TTA-UC の原理
図 6 に，TTA-UC を定性的に描写したエネルギ
ーダイアグラムを示す．この図は， Eph = h1 の入射光子が増感分子により吸収された結果，発光分
子から Eph = h2 (> h1)の光子が放出される過程を示している．図 6 では，2.3 節で禁制とした T1  S0の光学遷移が描かれているが，これは後述の
PdPh4TBP における重原子効果に起因して禁制が少し破れ，レートの低い光子の放出（りん光，phosphorescence）を伴う遷移が存在することを表すものである．本図の順に沿い，以下 3.2.1～3.2.5に各過程の内容を述べる．
3.2.1 光吸収
光子（h1）が増感分子に吸収されると，許容なS0S1 遷 移 に よ り ， 増 感 分 子 は S1 と な る ．
PdPh4TBP では図 2b に示したように波長 600  650
nm の範囲に光吸収があり，これはポルフィリン類の Q 帯による吸収である．ポルフィリン類が増感分子として適するのは，これより短波長側に光透過の窓があり，上方変換された短波長光が増感
分子に再吸収されることが殆ど起きないためである．なお，図 2b で 470 nm 付近から急に立ち上がる光吸収は，主に perylene によるものである．
3.2.2 項間交差（ISC）
S1 となった増感分子では，図 4b のように，二つの軌道にスピンが反平行（）に入る．PdPh4TBP
における強いスピン軌道相互作用（spin-orbit
coupling; SOC）による磁気的擾乱により，いずれかのスピンが反転すると，状態は直ちによりエネ
ルギーの低い T1 に変化する．これを項間交差（intersystem crossing; ISC）とよび，そのレート kISC[s-1]は，PSO を SOC に関わる摂動の演算子，i: S1
状態，f: T1 状態として

３．方法と原理
3.1 エネルギーキャリア分子と媒体
TTA-UC は，光吸収および三重項状態の生成を行う「増感分子（sensitizer）」と，TTA および発光を行う「発光分子（emitter）」とを媒体中に共存させて行われる．後者に半導体ポリマーを使用した研究例[12]もあるが，本稿は両者に分子を用いる
場合を扱う．筆者らはこれまで，増感分子にパラジウム錯体ポルフィリンの一種である PdPh4TBP
を，発光分子に perylene を用いており，本稿に示す結果はいずれもこれらを使用したものである．
図 5 にこれらの分子構造とエネルギー図を示す．
分子の T1 状態が励起エネルギーのキャリアとなりうるのは，一般に三重項寿命T は長く（s～ms オーダー），媒体中を拡散し，他の分子と衝突・会合し，分子間エネルギー移動を行うまでの時間，励起状態を保持できるためである．
（PdPh4TBP ではT  260 s [13]，perylene ではT  4 ms [14]．）
従来，TTA-UC 研究の多くでは有機溶媒が分子の熱運動（拡散）の媒体に用いられてきたが，高い揮発性と可燃性，蒸気の有害性などが応用に向けた障害であった．この問題に対して，筆者らはイオン液体（イオンのみからなる常温溶融塩，事
実上不揮発かつ不燃）を用いることを着想，これを世界に先駆けて達成し[15,16]，従来の問題を解決した（図 2）．続いて筆者らは，イオン液体を媒体とした試料における様々なキネティクスを解明している[13,14,17]．

k ISC 2016 年 1 月

E if22(4)と表される．SOC は重原子効果等により生じる．
増感分子に PdPh4TBP を用いるのは，Pd 原子による本効果を利用するためである．式(4)は，ESTが小さいほど kISC が増大することを示す．これは，物理的には，J（= EST/2）が小さいほどスピン反転に要される磁気的エネルギーが少ないことに対応する．式(4)は，増感分子にEST が小さい分子を選択することに，(i) ISC に伴う自由エネルギーの

図 5 PdPh4TBP（左）と perylene（右）の分子構
造，および，両分子の各状態の自由エネルギー．
エネルギーの値は文献または実験による概測値．

伝熱

 i PSO  f- 35 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

図 6 TTA-UC の過程を表す定性的なエネルギーダイアグラム．実線矢印は radiative transition，破線矢印はnon-radiative transition を表す．
損失を抑えること，および，(ii) kISC を高めること
により三重項生成量子効率を向上させること，の二重の意義があることを示している．
3.2.3 三重項エネルギー移動（TET）
T1 となった増感分子は，その寿命の間，励起状態を保つ（PdPh4TBP ではT  260 s）．この間に拡散を行い，試料中の S0 の発光分子に衝突すると，
図 7a に示すエネルギー移動機構（Dexter 機構）により，エネルギーが発光分子へと移動する（triplet
energy transfer, TET）．この機構では，両分子間で
図 7a に示される電子スピン交換が行われ（前後でスピン角運動量は保存），増感分子の励起エネルギ
ーが発光分子へと移動する．
ここでの衝突とは，両分子の電子雲が重なり始
める Van der Waals 半径程度への近接を意味する．
電子雲の重なりは距離に対して指数関数で低下するため，Dexter 機構によるエネルギー移動は 1  2
nm 程度以下の短距離でのみ発現する[11]．このため，分子には媒体中での熱運動が要される．
3.2.4 三重項－三重項消滅（TTA）
励起エネルギーを受け取った発光分子には，そのエネルギーをなるべく長時間保持する性質が求められる．本研究では，この要求を満たす分子として前述の perylene（T  4 ms）を用いている．
二つの T1 発光分子が，熱運動を経て互いに衝突
すると，ある確率で，図 7b に示される電子スピン交換を伴う分子間エネルギー移動，すなわち TTAが生じる．TTA の結果，一方の発光分子が S0 に，
他方が S1 となる．図 4c に示したように，ES1 > ET1
であることから，TTA はいわば二分子のもつ励起エネルギーの合算である．このような「合算」が熱力学第二法則に反しないのは，ここでのエネル伝熱2016 年 1 月- 36 -

ギーが熱浴と非平衡な励起状態のエネルギーであり，エクセルギー率 1 のものに対する変換であるためである．熱力学的には，これは電気エネルギーにおける変圧にあたる変換と考えることができる．なお，TTA が熱力学第一法則を満たすのは，
分子では一般に式(2)が成り立つことによる．
一方，TTA の逆過程も熱力学的に可能だが（そしてそれは今の場合望ましくないが），それはキネティクスにより抑制される．TTA がその逆反応と平衡しないのは，その後段に発光という高速な不可逆過程が控えているためである．
3.2.5 発光S1 の発光分子は，S1  S0 遷移が光学許容である
ことにより，短時間（通常 10 ns 以下）で S0 に遷移する．そのエネルギーは，発光分子の蛍光量子効率にしたがって光子（h2）として放出され，光子エネルギーの上方変換が完結する．

図 7 (a) 三重項エネルギー移動（TET）および(b) 三重項三重項消滅（TTA）においてなされる分子間での電子交換過程の模式図．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

以上のように，TTA-UC とは，TET，TTA，およびそれらに要される分子の熱運動と衝突を利用し，入射光より短波長シフトした遅延蛍光を発生する光子エネルギーの変換過程である．
４．得られた結果と知見
4.1 三重項エネルギー移動量子効率の決定
本節と次節 4.2 では，前節 3.2 で示した TTA-UCの過程のうち，特に 3.2.3（TET）と 3.2.4（TTA）
に関して筆者らにより得られた結果と知見を概説する．
上述のように，TET は分子間衝突を要する短距
離エネルギー移動過程である．これが拡散律速過程であるためか，これまでの他の TTA-UC 研究では，衝突時の TET 量子効率（TET）を 1 と前提して議論が行われてきている．すなわち，「ぶつかりさえすれば T1 エネルギーは必ず相手に移動する」「寿命内にぶつかれないことがTET の唯一の制限要因である」という前提である．しかし，この前提が正しい保証は存在しない．むしろ，これは問題の単純化のために置かれた暫定的・便宜的な仮定と捉えられるべきである．
TET は分子間の「エネルギーのバトンリレー」
であるが，このバトンを相手に渡す際，ある確率でバトンを落とす，すなわち励起エネルギーが熱として散逸される可能性を考慮する必要がある．
筆者らは，TET のキネティクスを詳しく研究し，この点を明らかにした[13]．実験としては，試料にナノ秒レーザーパルスと白色 LED から特定波長を抽出した連続光とを直交して入射し，パルス光により作られた T1 増感分子から S0 発光分子にエネルギーが移動してゆく様子を時間分解計測した．連続光は，増感分子（PdPh4TBP）と発光分子（perylene）の三重項間光吸収（T1  Tn; n  2）の過渡変化を観測する目的に用いた．この実験結果と，別途行った実験から決定した連続光波長における三重項間の光吸収係数とを用い，TET の値を決定した[13]．図 8 に五種類のイオン液体で作製した試料を測定して得られた結果を示す．TET はイオン液体の種類や励起パルスのエネルギーによらず約 0.75 であった．これから，従来無検証で用いられてきた「衝突すればTET =1」という前提が必ずしも正しくないことが明らかになった．
本結果は，TET を行う分子の設計・選定におい伝熱2016 年 1 月

図 8 実験から決定した PdPh4TBP から perylene
への三重項エネルギー移動量子効率．五種類のイオン液体で作製された試料に対し，励起パルスエ
ネルギーを変化させて計測した．
ては，TET を 1 に近づける検討努力が必要である
ことを意味している．Dexter 機構は古くから知られる分子間エネルギー移動機構だが，その効率に関する根本メカニズムは未解明と思われる．この点の根本理解には，衝突時の分子の相対的配向やFranck-Condon 因子への考察が必要であろう．
4.2 UC 効率の粘度依存性の発見と解釈
筆者が TTA-UC の媒体にイオン液体を用い始めた当初[15]，TTA-UC 効率（UC）がイオン液体の種類に依存することが見出された．UC 向上の指針を見出すため，イオン液体の違いの影響を見出すための実験を行ったが，当時は購入したイオン
液体に対し真空加熱による除湿のみ行い，未精製で使用していたため，残留不純物のイオン液体ごとの違いにより，傾向がよく見い出されなかった．
最近，筆者らはイオン液体の精製法を開発した．
これによりイオン液体を精製して試料作製に用い，イオン液体の種類がUC に及ぼす原因を研究した．
その結果，UC を決める最大の要因が，イオン液体の粘度にあることを発見した[14]．
図 9a に，複数のイオン液体を用いて作製した試料から測定された UC 発光強度の相対値（IUC,rel）を，イオン液体の粘度に対してプロットした結果を示す．これらの試料では励起波長（633 nm）における吸光度を一致させているため，本図の縦軸はUC に比例する．この図は，粘度とUC との間に明確な正の相関が存在することを示している．

- 37 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

この結果に関するアーティファクトの可能性の否定は，筆者らの論文[14]において示されている．
この知見は，分子のダイナミクスがUC を決める要因であることを示唆している．図 8 の結果よりTET にイオン液体種類への依存性はないため，
次の推論が導かれる：UC の支配要因は TTA 過程中にある．かつ，そのキネティクスは，粘度の影響を受ける分子ダイナミクスの影響を受けている．
溶媒中で T1 分子が拡散して出会うと，図 9b に示す溶媒ケージ（solvent cage）中で遭遇会合体（encounter complex）を形成する．溶媒ケージ内にいる間，両分子は，次の kinetic step に進むまで
近接距離で衝突を繰り返す．通常，会合体形成以降の時間スケールは，分子拡散に要した時間より十分短く，一連の過程は拡散律速である．
この遭遇会合体（[T1 T1]）において，スピン角
運動量 1 をもつ両 T1 分子間には交換相互作用が生じる．したがって，ここでは４個の電子が相関する．この点を要約したのが図 10a である．すなわ
ち，遭遇複合体の取りうる全スピン角運動量は 2,
1, 0 のいずれかで，それらの多重度 M は 5, 3, 1 となる．以降，これらの会合体を M[T1 T1]と書く．
溶媒ケージ内でどの多重度を生成するかの分岐確率はスピン統計に従い，理想的には多重度を重みとした比，すなわち 5[T1 T1]が 5/9，3[T1 T1]が3/9，1[T1 T1]が 1/9 となると考えられている．
ところが，最も確率の高い 5[T1 T1]は，通常，エネルギー的に先に進むことは不可能なため，図10b に示すように再び解離するしかない．これはじゃんけんの「あいこ」にあたる．3[T1 T1]は，その先のエネルギー条件を満たすなら，T1 と S0の生成に進み，結果的に T1 励起エネルギーを一つ失う．しかし，perylene はこの条件を満たしていないと考えられ，このレートは低いと考えられる．
1/9 の確率で生成する 1[T1 T1]は，式(2)からエネ
ルギー条件を満たしており，これらの分岐の中では最速で進み，直ちに S1 と S0 の生成に帰結し，上方変換された光子を生成する．
筆者らは図 9a の結果に対し，次の二点のメカニ
ズムを提案している[14]．一点目は，溶媒粘度が高いほど溶質の分子回転速度が低下するという
Stokes-Einstein-Debye 関係式から導かれる点に基づく．T1 分子は磁気双極子をもち，分子回転が十分遅いときは，両 T1 分子間に磁気双極子-双極子

伝熱2016 年 1 月- 38 -

相互作用が働く．この相互作用は分子回転が高速になると消失する（詳細は文献[14]）．つまり，低粘度なイオン液体中ではこの相互作用は消失し，通常想定される図 10b のキネティクスになっていると考えられる．一方，高粘度なイオン液体中では分子回転が抑制され，磁気双極子-双極子相互作用が発現する．これは磁気的作用力を生じ，前述の ISC の場合と同様，異なるスピン多重度間の ISCを発生させると考えられる．すなわち，「高粘度 
磁気的擾乱が作用  スピン多重度間での ISC レート（kISC）が増大」という論理から，キネティク
スが図 10c へと変化し，1[T1 T1]への帰着割合が増大，その結果UC が上昇したと考えられる．
二点目は，溶媒粘度が高いほど溶媒ケージ寿命（ケージの堅さ）が増すので，会合体の解離レート（kdiff）が低下し，会合した T1 分子間の相互作
用時間が増大するはず，という一般論に基づく．
溶媒ケージ内における相互作用時間の増大は

図 9 (a) UC 発光強度（●の試料の値に規格化）のイオン液体粘度への依存性．試料作製に用いた
イオン液体一覧を余白に示す．重複したイオン液体があるが，それらは異なるメーカーから入手したイオン液体の比較目的の使用．(b) 溶媒ケージに囲まれた遭遇会合体[T1 T1]の模式図．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

図 10 (a) T1 分子の遭遇会合体において可能なスピン多重度と，その形成の統計的比率．(b) 異なる多重度間で項間交差がない場合のキネティクス．(b) 項間交差がある場合のキネティクス．kdiff: 会合体の形成レート，
k-diff: 会合体の解離レート．添え字は ISC: Intersystem Crossing, TD: Triplet Decay, SG: Singlet Generation．
kISC/kdiff 比を増大させ，その結果図 10c のキネテ
ィクスの割合を相対的に上昇させると考えられる．
以上二点の仮説は図 9a の結果を説明し，エンジ
ニアリングとしてはUC の支配要因を見出し，その向上指針を得たことは有意義である．しかし，高粘度の追求はいずれその副作用，すなわち分子
拡散性の低下という悪影響を生じるため，この指針によるUC の向上には限界が存在すると考えられる．図 9a で最高の IUC,rel を示した[N8881][NTf2]を用いて作製した試料は，UC  1516%であった．
しかし，[N8881][NTf2]は，市販の（試料を作製可能
な）疎水性イオン液体中では粘度が最高の部類で，これ以上高粘度な疎水性イオン液体は入手できていない．この向上指針を適用しうるイオン液体の粘度上限を，今後明らかにする必要がある．
５．まとめ
本稿では，光子のエネルギーを上方変換する，
いわば光子エンジニアリングの基本技術について解説した．これは太陽光などの非コヒーレント光に適用可能な現状唯一の方法である．本技術分野は発展期にあり，近年研究が活発になりつつある．
しかし，本技術の応用実現にはまだ多くの技術的課題が存在し，その解決には有機化学合成による分子創出のみならず，流体中における輸送現象，

伝熱2016 年 1 月

溶質分子ダイナミクス，状態変化のキネティクス
を含む多様な学理に基づく取り組みが必要となっている．そのような中，本研究は，分子スケールの熱流体工学の視点から，本技術に関する課題解
決とメカニズム解明に取り組むものとなっている．
参考文献[1] Auzel, F., Upconversion and Anti-Stokes
Processes with f and d Ions in Solids, Chem. Rev.,
104 (2004) 139.（この p. 140 右段に記載．）[2] 村上，太陽光エネルギーの変換効率向上を実現する光アップコンバーター, ケミカルエン
ジニヤリング, 57 (2012) 1.
[3] 村上，光エネルギー変換効率の向上に資する
光アップコンバージョン技術，『光』の制御技術とその応用事例集（技術情報協会），第 6 章
第 8 節, (2014).
[4] Islangulov, R. R. et al., Low Power Upconversion
Using MLCT Sensitizers, Chem. Commun.,(2005) 3776.
[5] Baluschev, S. et al., Up-Conversion Fluorescence:
Noncoherent Excitation by Sunlight, Phys. Rev.
Lett., 97 (2006) 143903.
[6] Singh-Rachford, T. N. and Castellano, F. N.,
Photon Upconversion Based on Sensitized- 39 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
Triplet−Triplet Annihilation, Coord. Chem. Rev.,[13] Murakami, Y. et al., Kinetics of Photon
Upconversion in Ionic Liquids: Energy Transfer
between Sensitizer and Emitter Molecules, J. Phys.

254 (2010) 2560.
[7] Schulze, T. F. and Schmidt, T. W., Photochemical
Upconversion: Present Status and Prospects for its
Application to Solar Energy Conversion, Energy

Chem. B., 117 (2013) 2487.
[14] Murakami, Y. et al., Ionic Liquid Dependence of
Triplet-Sensitized Photon Upconversion, J. Phys.

Environ. Sci., 8 (2015) 103.
[8] Zhou, J. et al., Upconversion Luminescent
Materials: Advances and Applications, Chem.

Chem. B, 118 (2014) 14442.
[15] Murakami,
Y.,
Photochemical
PhotonUpconverters with Ionic Liquids, Chem. Phys.

Rev., 115 (2015) 395.
[9] NE レポート ― 赤い光を青い光に高い効率で変換，ありふれた有機材料で実現，日経エレクトロニクス，8 月 20 日号 (2012) 14.
[10] http://youtu.be/TrvGDZWaS-Y[11] Turro, N. J., Ramamurthy, V., and Scaiano, J. C.,
Principles
of
Molecular
Photochemistry,
University Science Books, (2009).
[12] Keivanidis, P. E. et al., Up-Conversion
Photoluminescence in Polyfluorene Doped withLett., 516 (2011) 56.
[16] 村上，太陽光高効率利用に向けた相安定な光アップコンバーターの開発, Thermal Sci. Eng.,
20 (2012) 15.
[17] Murakami, Y. et al., Kinetics of Photon
Upconversion in Ionic Liquids: Time-Resolved
Analysis of Delayed Fluorescence, J. Phys. Chem.
B, 117 (2013) 5180.

Metal(II)–Octaethyl Porphyrins, Adv. Mater., 15(2003) 2095.

伝熱2016 年 1 月- 40 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

電極相界面極限利用を実現するレドックスフロー電池
Redox Flow Batteries with Advanced Flow Field Design and Improved Electrode Properties

津島 将司（大阪大学，JST さきがけ），鈴木 崇弘（大阪大学）
Shohji TSUSHIMA (Osaka University, JST PRESTO), Takahiro SUZUKI (Osaka University)e-mail: tsushima@mech.eng.osaka-u.ac.jp
容量は外部に貯蔵する電解液の容量により決まる．
一方で，電池出力は電解液を供給する電池本体内部の電極面積により決まる．これより，電池容量と電池出力を個別に設計でき，大型から小型まで幅広いニーズに対応することが可能となる[1]．
加えて，ナトリウム硫黄（NaS）電池のように電池を高温に保つ必要がなく常温で作動することができる．さらに，充放電管理についても簡便である．すなわち，各セルには電池外部に設置された同一の電解液貯留タンクから同じ充電状態の電解液を供給するため，単セルを積層してスタックを構成した場合でも，各セルの充電状態は均等に保たれる．リチウムイオン二次電池において各セルの過充電を防止するためにセル毎に充電状態を正確にモニタリングし，かつ，運転制御する必要があることとは対照的である．さらに，電解液中に溶解した活物質イオンの価数変化により充放電を行うことから，活物質の回収・リサイクルも容易である．
これらの優れた特徴を有するものの数年前までは，民間企業，公的研究所，大学を問わず，国内外の限られたグループのみにより研究開発が進められてきたにすぎない．その理由として，従来のレドックスフロー電池は，エネルギー密度と出力
密度がリチウムイオン二次電池などに比較して低く，携帯端末用や車載用の電源としての競争力に劣っていた，ということが挙げられる．
しかしながら，近年，太陽光や風力などの再生可能エネルギーの導入促進が進められたことで，電力系統の安定化のための大規模電力貯蔵という用途が電池デバイスのニーズとして加わり，その結果，リチウムイオン二次電池に加えて，レドッ
クスフロー電池やナトリウム硫黄電池などの大規模電力貯蔵に適した二次電池システムへの期待が高まっている．
我が国では「再生可能エネルギーの固定価格買１．はじめに
近年，燃料電池や二次電池などの電気化学エネ
ルギー変換デバイスへの期待が高まっている．その背景には高い（と期待される）エネルギー変換
効率や（従来まではあまり必要とされなかった）
時間応答性に優れたエネルギー貯蔵技術への社会的ニーズの高まりにある．
本稿で取り上げる，レドックスフロー電池（Redox Flow Battery, RFB）は，このような期待のもとに，この数年で著しい進展がみられており，さらに，多様な形式のレドックスフロー電池が提案されるなど，特に国外において活発な研究開発が展開されている．
後述するように，レドックスフロー電池においては，マイクロスケールの細孔を有する多孔質電極内での反応と輸送の制御が重要となる．活物質を含んだ電解液を外部から電池本体に供給する構造であることから，従来のリチウムイオン二次電池などとは異なり，熱流体工学に立脚した電池設計が一層に求められる電気化学エネルギー変換デバイスといえる．
ここでは，レドックスフロー電池（Redox Flow
Battery, RFB）を取り巻く最近の状況について概観した後に，筆者らが進めている“電極相界面極限利用を実現するレドックスフロー電池”の実現に向けた取り組みについて紹介する．その上で，新たな電気化学反応系や固液二相系レドックスフロー電池などの最新の国内外の研究開発状況とともに将来についての展望を示す．
２．レドックスフロー電池
レドックスフロー電池は電解液中のイオンを活物質とし，外部から電解液を電極に供給すること
で充放電を行う二次電池である．この点で，固体である金属や酸化物などを活物質とする通常の二次電池とは異なる特徴を有する．すなわち，電池

伝熱2016 年 1 月- 41 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

取制度」により，太陽光，風力，水力，バイオマ
ス，地熱により発電した電力を電力会社が一定価格で買い取ることを国が約束しており，2012 年 7
月 1 日の同制度のスタート以降，特に太陽光発電の設備導入量が著しく増加している．しかしながら，太陽光や風力などは天候に左右されるため，これらの電源を接続する電力系統に対して不安定化をもたらす，という負の側面を持っている．実際にいくつかの電力会社については，再生可能エ
ネルギー発電設備の系統への接続申し込みについて，回答を留保する事態にもなった[2]．再生可能エネルギーの導入は今後も促進されることから[3]，電力系統への接続拡大のために，調整電源や地域間連携線の一層の活用という運用面に加えて，蓄電池の増強などの設備面からの方策の必要性が指摘されている．
米国においては，カリフォルニア州が 2020 年までに再生可能エネルギーによる電力供給を全体の1/3 にまで引き上げる，という目標を掲げている[4]．
同州では 2010 年に電力網への電力貯蔵システム設置を推進する州法 AB2514 を成立し，2013 年には カリフォルニア州公益事業委員会（CPUC）が同州の 3 大ユーティリティ企業（PG&E 社，SCE
社，SDG&E 社）に対し 1,325MW の電力貯蔵設備の導入を 2024 年までに段階的に義務化するなど，先進的な取り組みを進めている．このような社会的状況を受けて大規模蓄電技術が脚光を浴びることとなり，近年の研究開発動向と相まってレドッ
クスフロー電池への期待と注目が集まっている．
レドックスフロー電池の開発の歴史については，重松の解説[1]に詳しく述べられており，原理的な提案は 1974 年の米国 NASA によるものとされている．この時，活物質としては鉄－クロム（Fe/Cr）系が用いられた．1985 年頃にはオーストラリア
New South Wales 大のグループが，正極，負極ともにバナジウム（V） イオンを用いる全バナジウ
ム型レドックスフロー電池（All-Vanadium Redox
Flow Battery）を提案した[5-8]．バナジウム系は鉄－クロム系に比べて起電力が高い．また，両極に同じバナジウムイオンを用いることで正極と負極のイオンが電解質膜を介して混合しても，鉄－ク
ロム系のように電池容量の低下が生じないなどの利点を有する．この他にも活物質には様々な組み合わせがあり，実証実験が行われるとともに，導伝熱2016 年 1 月- 42 -

入実績もある．最近では，住友電工がスマートグ
リッド実証システムとして，バナジウム系レドッ
クスフロー電池（容量 1MW × 5 時間）を用いた実証実験を行っている[9]．さらに「大型蓄電シ
ステム緊急実証事業」の一環として，北海道南早来変電所に 6 万 kWh（容量 15MW × 4 時間）の
大型蓄電システムを設置し，2016 年からの稼働が予定されている．
これまでの着実な研究開発が大規模実証実験につながっている一方で，今後，蓄電システムとして普及拡大するためには，低コスト化が必須であり，導入コストベースで揚水発電と同水準である
2.3 万円/kWh を達成する必要があると指摘されている[10]．そのための技術的課題として，エネルギ
ー変換効率を一層に高めること，言い換えれば，電池内部抵抗を一層に低減し高性能化すること，が挙げられる．これにより，蓄電池本体サイズのコンパクト化が可能となり，コスト削減につながる．
図 1 は活物質としてバナジウムを用いたレドッ
クスフロー電池の模式図である．陽イオン交換膜の両側に多孔質電極を配置した構造となっており，
多孔質電極に外部タンクから活物質を含んだ電解液を供給し充放電を行う．バナジウム系レドック
スフロー電池の電気化学反応式を以下に示す．
＜正極＞
Ch arg e VO   2H   e  (1)VO 2  H 2 O 
2Disch arg e＜負極＞
Ch arg e V 2
V 3  e  



(2)

Disch arg e

充電過程では，正極と負極にそれぞれ 4 価（VO2+），3 価（V3+）のバナジウム溶液を送液し，正極から負極へ電子移動が生じる．結果，正極及び負極の溶液はそれぞれ 5 価（VO2+）と 2 価（V2+）
へと変化する．逆に，放電過程では負極から正極へと電子が移動し，負極溶液は 3 価に，正極溶液
は 4 価に変化する．さらに，充放電に伴って水素イオン（H+）が電解質膜を介して両極間を移動する．これらの電極反応は正極，負極の多孔質炭素
電極表面上で進行する．そのため，電極表面の反応活性と多孔質電極内部への電解液の供給が重要となり，電極材料の開拓と流路構造の設計が技術的課題となる．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

㈇ᴟ

ṇᴟ
ᨺ㟁

V2䠇

V3䠇 䠇 e䠉඘㟁VO2䠇 䠇 2H䠇䠇e䠉ᨺ㟁඘㟁ElectrodeVO2䠇 䠇 H2O

Membrane
඘㟁

V3+
V2+

H+

ᨺ㟁

図1

VO2+
VO2+

バナジウムレドックスフロー電池

３．電極相界面極限利用に向けた取り組み
我々のグループでは，熱流体工学の視点から，レドックスフロー電池の高性能化のための研究開発を進めている．特に，多孔質炭素電極と電解液の相界面を電気化学反応場として極限まで利用し，電池の内部抵抗（過電圧）を低減するための取り組みを進めている．そのためには，電極材料に加えて電解液供給の流路構造も重要であり，電極材
料から流路構造に至るスケールでの実験と解析を行っている．主にバナジウム系を扱っているが，得られる知見は反応系に限定されるものではなく，様々な反応系のレドックスフロー電池に適用可能なものである．
従来，多孔質電極には図 2(a)で示すような数 mmの厚さを有する多孔質炭素材料が用いられてきた．
しかしながら，電池性能の向上という観点からは

電極厚さは薄いほうがイオン輸送抵抗および電子輸送抵抗の低減につながる．あわせて，電極内に十分な量の活物質イオンを輸送することが重要であり，電解液供給のための流路構造の設計が電池性能を左右する．
流路構造については，従来は図 2(a)に示すように電極両端から電解液を供給するフロースルー構造が採用されてきた．しかしながら，前述のように多孔質電極をより薄くすることを考えた場合には，この流路構造は圧力損失の著しい増大を招く
ため現実的ではない．薄型電極の利点を生かしな
がら低圧力損失を実現するための流路構造が必要となる．そこで，図 2(b)のような電極面に蛇行流路を配置する方法，さらには，図 2(c)のようにより積極的に電極内に活物質を供給する櫛歯構造などが考えられる．我々のグループでは，櫛歯構造
流路と薄型電極の採用を提案している．
図 3 は我々のグループで設計・製作したレドッ
クスフロー電池の単セル構造である．単セルはエンドプレート，炭素集電体，ガスケット，多孔質
炭素電極，陽イオン交換膜から構成されている．
電極面積は約 3cm2 である．陽イオン交換膜にはNafion®を使用している．電解液流路構造として櫛歯構造と蛇行流路の比較が可能である[11]．
図 4 に櫛歯流路と蛇行流路のそれぞれについて
放電時の電流電圧特性を比較した結果を示す．ここでは，厚さが約 400m（圧縮前）の多孔質炭素電極（SGL 10AA）を用いた．これより，櫛歯流路において，特に高電流密度域で優れた放電特性(a) 従来型（フロースルー＋厚型電極） (b) 蛇行流路＋薄型電極(c) 櫛歯流路＋薄型電極
図 2 レドックスフロー電池の流路構造と電解液流動

伝熱2016 年 1 月- 43 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
を示すことがわかる[11]．このことは，蛇行流路では活物質輸送が濃度拡散によっているため高電流密度域において電極内での活物質輸送が十分ではなく，その一方で，櫛歯流路では流入部と流出部
が多孔質電極によって接続されているため，多孔質電極に対して濃度拡散ではなく移流による活物
質輸送となり，電極内部への十分な活物質の供給が実現できていることを示している．

かにしている[11,12]．その要因としては，熱処理による炭素表面触媒活性の向上および多孔質電極内部に存在するバインダー樹脂の消失による反応表
面積の増大などが挙げられる．

Cell voltage [ V]

1.6
1.4

熱処理

1.2

未処理

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0

200

400

600

800 1000 1200

Current density [mA/cm2]

図６

電極熱処理が電池性能に及ぼす影響
0.005
0.004

未処理

0.003

Cell voltage [V]

図3

1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

櫛歯流路

0.001
0.000
-0.002
-0.5

図7

図4

流路構造とフロー電池の放電特性
熱処理

多孔質炭素電極の熱処理前後の SEM 像実験で用いた薄型多孔質炭素電極は図 5 のような直径 10m 程度の炭素ファイバーから構成されており，図 6 に示すように熱処理を施すことにより電池性能が大幅に向上することも実験的に明ら2016 年 1 月

0.5
1.5
Voltage [V vs Ag/AgCl]

電極材料のサイクリックボルタモグラム

図 7 は炭素電極材料に熱処理を施した場合と未処理の場合のサイクリックボルタモグラムである．
測定は 2.0M 硫酸水溶液中で VOSO4 濃度を 0.5M，掃引速度は 0.05 V/s として行った．酸化還元ピー
ク電位の差は，未処理電極においては 0.99 V であるのに対して熱処理電極においては 0.77 V である．
すなわち，熱処理電極表面において反応活性が増大していることを示している．さらに，炭素電極
表面構造の違いを検討するために，X 線光電子分
光分析（XPS）を行った．図 8 は C 1s と O 1s のそ
れぞれのピークについてナロースキャン測定を行ったものである．C 1s ピークについては熱処理の有無で有意な差が認められないが，O 1s ピークについては C=O 成分の顕著な増大が認められる．別途行った電極表面の元素分析結果から，熱処理により酸素元素割合が増大することが確認された．
これらの知見は炭素電極表面の酸素含有官能基が100 200 300 400 500 600 700 800
Current density [mA/cm2]

未処理

伝熱

熱処理

0.002

-0.001

蛇行流路

0

図5

Current [A]実験で用いたレドックスフロー電池の構造- 44 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
反応活性サイトになるとの報告 [13] と合致するも
のである．
C 1s

7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0

O 1s
550

Intensity (cps)Intensity (cps)(a)未処理行ったものである．空隙率が 80%の条件において，流動がより均一化している様子が見て取れる．流動の均一化は実効的な反応表面積の増大につながる．反応表面積の増大は炭素電極表面における局
所電流密度の減少をもたらすことから過電圧低減につながるだけでなく，電極表面における活物質
濃度低下を抑制する効果がある．
より基礎的な検討を行うために，実験で用いているものと同等の直径 10m の炭素ファイバーについて反応流動解析を行い，放電特性を示したものが図 10 である[14]．単一または複数の炭素ファ
イバーを電解液流れ方向（図中の下方から上方）に配置した場合の負極側炭素ファイバー周りの活物質濃度分布についてもあわせて示している．
負極として複数（ここでは 2 本）のファイバーを用いることですべての電流密度領域でセル電圧が向上し，限界電流密度も大きく改善されることがわかる．炭素ファイバー間隔をファイバー直径の 1.5 倍と 5 倍に設定して解析を行ったところ，
ファイバー間隔が近づくとファイバー後流において活物質濃度が減少するため，複数のファイバーによりもたらされる電極表面積の増大効果は限定的となることがわかる．

500
450

O-C

-OO=C
or/and
C-O-C

400
350

290
285
280
Binding Energy (eV)538 536 534 532 530 528
Binding Energy (eV)

7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0

500

Intensity (cps)Intensity (cps)(b)熱処理290
285
280
Binding Energy (eV)

図8

450
400
350
300
538 536 534 532 530 528
Binding Energy (eV)

多孔質炭素電極の X 線光電子分光測定結果

電極構造

空隙率 60%Cell voltage [V]

空隙率 80%流れ場

空隙率 80%

図9

空隙率 60%多孔質電極内流動解析結果

2016 年 1 月

Double10R 5D[m/s]
3RDouble1.5D
0.01
Single0

10 20 30 40 50
Current density [mA/cm2]

60

V2+
mol/L
2.0

0

図 10 炭素ファイバー電極の放電特性曲線と電極周囲の活物質濃度分布

多孔質炭素電極の反応面積と活物質輸送についても熱処理の効果が考えられる．一つ目は，バインダー樹脂に一部被覆されていた炭素電極面が露出し，これにより実効的な電極表面積が増大することである．電気化学測定により，熱処理前後で多孔質炭素電極の電気二重層容量が増加することを確認している．加えて，バインダー樹脂の消失
は多孔質電極内流動を均一化する効果が考えられる．図 9 は空隙率が 80%と 60%の多孔質電極を 3次元構築した上で電極内流動について数値解析を

伝熱

1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

以上のことから，レドックスフロー電池においては，電解液の不均一流動などに起因する有効反応面積の減少に加えて，炭素ファイバー電極周囲の濃度境界層の形成が電池性能の低下をもたらすことが明らかになった．次節では，これらの影響を考慮した多孔質電極モデルを導入し，レドック
スフロー電池における過電圧要因の解析を行う．

- 45 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

４．レドックスフロー電池の反応輸送・性能解析
レドックスフロー電池には多くのパラメータが介在し，さらなる性能向上のためには，多孔質電極構造や活物質流動などの様々な因子が及ぼす影響について系統的に理解し，材料要素からシステム設計へとつなげる取り組みが重要である．数値解析技術はこのような観点から非常に有用である．
すわなち，信頼性のある解析モデルを構築することにより，電池内部の反応輸送現象の基礎的解明に加えて，各パラメータが及ぼす影響を定量的かつ網羅的に比較検討することが可能となる．
前節で示したように，レドックスフロー電池電極内の反応流動解析においては，炭素ファイバー
電極周りの濃度境界層形成と電解液の不均一流動などに起因する有効反応面積減少の影響を考慮した多孔質電極モデルの導入が必要であり，解析モ
デルの構築を行った[15]．

の二次元流動場を得た．このとき，境界条件として図中1 に入り口側流路圧力 pin，2 に出口側流
路圧力 pout を与えた．

  ( u )  0

u

kp



(1)

p

(2)

多孔質電極内のイオン種 i の輸送は Nernst-Planck
式にもとづく式(3)から計算した．

   Di ci  zi u mob ,i Fci l   u  ci  Ri

(3)

多孔質電極内における電気化学反応は，電極表面でのバナジウムイオン濃度変化を考慮した次のButler-Volmer 式を適用した[16,17,18]．

<正極>

  C S 2  (1 ) F /( RT )i pos  Ai0, pos   VO e pos pos  C 2   VO  C S    F /( RT ) ,  VO2 e pos posC  
 VO2 1 pos

i0, pos  Fk pos (CVO 2 )(3)



(CVO  ) pos
2＜負極＞

  C S 2  (1 ) F /( RT )ineg  Ai0, neg   V e neg neg  C 2  V 
図 11

 CVS 3   neg F neg /( RT ) ,e C 3  V 

解析対象モデル

図 11 に解析で対象とした櫛歯構造フロー電池

1 negi0, neg  Fkneg (CV 2 )の 2 次元断面の模式図を示す．電解質膜と多孔質(4)



(CV 3 ) neg

電極から構成され，正極側と負極側の流路はそれぞれに集電体を挟んで隣り合っている．解析は図

ここで CSi は炭素電極表面における化学種 i の濃度を表している．これらの値の算出については，電極表面に輸送される活物質流束 Ni を考慮して，正極については式(5)と式(6)を用いて求めた．負極についても同様に扱った．この際，電極表面での物
質伝達係数 km については式(7)から算出した．

中の太枠の領域，すなわち，負極，電解質膜，正極について行った．電解液は硫酸水溶液，活物質
は電解液中のバナジウムイオンとし，化学種として，H2O, H+, HSO4-, SO42-, H2SO4, V2+, V3+, VO2+,
VO2+, を考慮した．電解液の流動については，連続の式(1)と Darcy の式(2)を適用し，多孔質電極内

伝熱2016 年 1 月- 46 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

S
NVO 2  km1 CVO 2  CVO
2
1 pos k pos (CVO 2 )度境界層の形成を考慮しない場合，放電特性は電解液供給流量に依存性しない．その一方で，電極表面での物質輸送抵抗を考慮すると実験結果を再現することがわかる．すなわち，レドックスフロ
ー電池においては，通常の二次電池系と異なり電極内に活物質を含んだ電解液を供給するため，流動反応ともなう濃度境界層の形成をモデル化して解析を行う必要があることがわかる．



(CVO  ) pos
2 C (1 pos ) F pos /( RT )e   C 2   VO 
S
VO 2

(5)

1.6

S

 CVO
 
2   pos F pos /( RT ) 


e
.

C  
VO
2 



2

2

1 pos k pos (CVO 2 )Cell voltage[V]

NVO   km1 CVO   C

S
VO2



1.2
1
0.8
0.6



(CVO  ) pos

0.42  C S    F /( RT )
   VO2 e pos pos
 C    VO2 

52
mL/min5.2ml/min
3.0ml/min
30
mL/min1.5ml/min
15
mL/min

1.4

0.2

(6)

0

00

0.2
200

0.4
400

S

 CVO
2   (1e pos ) F pos /( RT )  C 2  VO 
(a)1.6

 Sc0.31  km d / D(7)

Cell voltage [V]0.72電極の実効反応面積 A については，電解液の不均一流動などに起因する有効反応面積の減少を考慮した．図 9 で示したように有効反応面積は電極圧縮の影響を受けることから，電極の圧縮前後の空隙率0 との比の関数として，ファイバー直径 d，空隙率の多孔質電極の理論幾何表面積 Ae を用いて次式から算出した[18]．

 A    0 

1.0
1000 1.2
1200

実験結果

1.2
1.0
0.8

With
mass transfer
resistance

0.6

Without
mass transfer
resistance

0.4
0.2
0.0
0

0.2

0.4
0.6
0.8
Current density [A/cm2]

1

1.2

0.75

Ae

(b) 解析結果
図 12 電解液供給流量によるレドックスフロー
電池の放電特性の変化(8)解析では，電気的中性の条件ならびに電解液中の電位分布についても考慮し，解析には有限要素法を用いて，すべて式を連成させて行い，輸送係数などの各パラメータについては文献値[16,17,18]を参照した．
図 12(a)に電解液供給流量によるレドックスフロー電池の放電特性の実験結果を示す．供給流量の減少にともない，低電流密度域においても過電圧の増大が確認される．図 12(b)は同一条件における解析結果である．炭素ファイバー電極周囲の濃

伝熱

0.8
800

5.2ml/min conv.
Withmodel
massmodeltransfer
3.0ml/min conv.
resistance
1.5ml/min conv.
model
Without
5.2ml/min new
model
mass
transfer
3.0ml/min newmodelresistance
1.5ml/min new model

1.4

Sh  0.24 ReL

0.6
600

Current density [A/cm2]

2016 年 1 月

構築した解析モデルからレドックスフロー電池の過電圧要因について各部材に関連して分離したものを図 13 に示す．実験で用いたセルについては，
正極，負極，電解質膜，集電体などに起因する過電圧が同等程度であることでわかる．反応過電圧
が全体の過電圧に占める割合は低く，バナジウム系レドックスフロー電池では，十分な触媒活性と表面積を有する電極であれば反応過電圧を抑制で- 47 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換

きることがわかる．
一方で，イオン輸送と電子輸送に起因したオーム抵抗が大きい．本解析では，電解質膜厚を 50m
としており，その分，電解質膜による過電圧が顕在化している．このことから，電解質膜の薄膜化が電池性能の向上に有効な手段であることがわかるが，膜を介したバナジウムイオンのクロスオー
バーは薄膜化するほど増大するため電流効率の低下を招くこととなる．今後は，レドックスフロー
電池向けに高分子構造を設計し，薄膜化と活物質
イオンの低透過性を実現する電解質膜の開発が期待される．電子輸送抵抗についても，さらなる向上の余地がある．バナジウム系レドックスフロー
電池では強酸電解水溶液を用いるため，金属材料の使用は制限され，多孔質電極と集電体は炭素材料である．導電率は十分に高いとはいえない．導電率の改善には電極材料の炭化条件の見直しなどが考えられるが，電極材料の場合には触媒活性も求められるため，双方を考慮した検討が必要である．

近の状況と我々のグループの取り組みを紹介した．
レドックスフロー電池では，通常の二次電池系とは異なり，多孔質電極内に電解液を移流させることでより高性能化が実現できる．そのため，セルに用いられる流路構造と多孔質電極は，反応に伴うエネルギー損失の抑制が求められるだけでなく，流動抵抗の低減も求められる．実際のシステムにおいては，入り口から出口にわたり電解液中の活物質イオンの濃度分布も形成され，複雑な反応流動場となる．電極内反応分布についても，いまだ十分な知見は得られていない．以上のような観点からも，熱流体工学が重要な役割を担う電気化学
エネルギー変換デバイスであるといえる．
材料開発についてもさらなる進展が期待できる．
本稿で示したように，電極反応面積の増大は過電圧低減に効果的であると考えられる．我々のグループでは，電極反応表面積を飛躍的に増大させるための検討も開始している．
最後に，ここ数年のレドックスフロー電池の進展と将来展望について記したい．レドックスフロ
ー電池は長く研究開発が進められてきたが，旧来のフロースルー構造と厚型多孔質電極であった．
これらは筆者の視点では第 1 世代と呼ぶべきものであり，近年の大規模電力貯蔵システムとしての期待の高まりから，現在でも多くの実証事業で採用されている．しかしながら，社会実装につなげるためには低コスト化の実現が不可欠であり，近年，固体高分子形燃料電池の要素技術を適用することで大幅なセル性能の向上が報告されてきている．本稿で示した「櫛歯構造流路」と「薄型多孔質電極」の組み合わせも同様に位置づけられ，第2 世代と呼べるものと考えている．
筆者自身がさらに重要と考えるのは，その次の第 3 世代ともいえるフロー電池を先導する研究を展開することである．ここで第 3 世代と称するのは，新たなレドックス反応系も含めてフロー電池に最適化されたセル構造と新規材料を見出し，採用したシステムである．
新たなレドックス反応系としては，水素－臭素(H2/Br2) [19]系，チタン－マンガン(Ti/Mn)系[20]，さらには非金属の有機系活物質[21,22]が提案されるなど，世界中で活発な研究開発が進められている．
加えて，電解液中に固相活物質を混入して，固

1.6
導電
反応
導電
反応

Cell voltage [V]

1.4
1.2
1.0

負極
正極

電解質膜

0.8

集電体

0.6

界面輸送

0.4
0.2
0.0
0

0.2

0.4
0.6
0.8
1
Current density [A/cm2]1.2

図 13 解析モデルにもとづくレドックスフロー
電池の過電圧要因の分離
電極相界面の輸送抵抗に起因した過電圧が低電流密度域から顕在化していることは，通常の二次電池とは異なり，レドックスフロー電池において特徴的であるといえる．電極表面における活物質
濃度の低下が要因であることから，電極表面積の増大と電極内流動の均一化により，さらなる低減が可能であると考えられる．
４．まとめ
本稿では，レドックスフロー電池について，最伝熱2016 年 1 月- 48 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
Redox Battery, J. Power Sources, 16 (1985) ,85.
[7] RychikM.
andSkyllas-Kazacos,
M.,
Characteristics of a New All-Vanadium Redox

液混濁液を供給するタイプのレドックスフロー電池の提案もなされている[23,24]．固相活物質はエ
ネルギー密度が高く，非水溶性の有機電解液との組み合わせによりセル電圧を高くすることが可能となるため，新たな可能性を開くものとして期待される．
いずれの形式においても，レドックスフロー電
池の社会実装と大量普及へ向けては，電池内の反応輸送現象の基礎的理解とその制御が重要な課題であり，我々のような熱流体工学，特に伝熱工学を基盤とする研究者や技術者には大きな期待と責任が寄せられていると信じて，筆者らは研究を進めている．

Flow Battery, J. Power Sources, 22 (1998), 59.
[8] Skyllas-Kazacos, M. et al., All-Vanadium Redox
Battery, JP2, 724, 817 (1997).
[9] 中幡英章ら, スマートグリッド実証システムの開発, SEI テクニカルレビュー 182, (2013),
4.
[10] 経済産業省, 蓄電池戦略, (2012).
[11] Tsushima, S. et al., Efficient Utilization of theElectrodes in a Redox Flow Battery by Modifying
Flow Field and Electrode Morphology, Proc. 15th
Int. Heat Trans. Conf., (2014), IHTC15-9326.
[12] Tsushima, S. et al., Cell Performance
Improvement By Surface Modification of Porous
Carbon Electrodes in Vanadium Redox Flow
Battery, 226th meeting Electrochem. Soc., (2014),
abs.605.
[13] Maruyama,
J.
et
al.,
Mechanismof
Dioxovanadium Ion Reduction on OxygenEnriched Carbon Surface, J. Electrochem. Soc.,
160-8, (2013), A1293.

謝辞
本稿で紹介した研究の一部は，筆者が東京工業大学在籍時に行われたものであり，関係各位に深く感謝いたします．X 線光電子分光分析（XPS）
は，大阪大学 科学機器リノベーション・工作支援センターの支援のもとに実施した．関係各位に謝意を表します．
本研究を進めるにあたり，JST さきがけ「エネルギー高効率利用と相界面」領域の支援をいただ
きました．関係各位に感謝いたします．とくに，
故笠木伸英先生におかれましては，同領域の研究統括として，研究開始当初より貴重なご助言と励ましをいただきました．心より感謝を申し上げ，
謹んでご冥福をお祈りいたします．

[14] 津島将司，レドックスフロー電池におけるファイバー電極周りの反応流動シミュレーショ
ン，熱工学コンファレンス 2014 講演論文集，(2014), H121.
[15] Tsushima, S. and Suzuki, T., Modeling and
Simulation of an Interdigitated Vanadium Redox
Flow Battery with Interfacial Mass Transfer
Resistance, Proc. of the First Pacific Rim ThermalEng. Conf., (2016). (to be presented)[16] Shah, A. A. et al., A Dynamic Performance Modelfor Redox-flow Batteries Involving Soluble

参考文献[1] 重松敏夫, 電力貯蔵用レドックスフロー電池,
SEI テクニカルレビュー, 179 (2011), 7.
[2] 資源エネルギー庁, 再生可能エネルギーの状況について, (2014).
[3] 経 済 産 業 省 , 長 期 エ ネ ル ギ ー 需 給 見 通 し ,(2015).
[4] California
PublicUtilities
Commission,
Renewables Portfolio Standard 2nd Quarterly
Report, (2014).
[5] Sun, B. and Skyllas-Kazacos, M., A Study of the
V(II)/V(III) Redox Couple for Redox Cell

Species, Electrochim, Acta, 53-27, (2008), 8087.
[17] Knehr, K. W. et al., A Transient Vanadium Flow
Battery Model Incorporating Vanadium Crossoverand Water Transport through the Membrane, J.
Electrochem. Soc., 159-9, (2012), A1446.
[18] D. You et al., A simple model for the vanadium

Application, J. Power Sources, 15 (1985), 179.
[6] Sun, B. et al., Investigation of the V(V)/V(IV)
System for Use in the Positive Half-Cell of a伝熱2016 年 1 月

redox battery, Electrochimica Acta, 54, (2009)6827.
[19] Lin G. et al., Advanced Hydrogen-Bromine Flow

- 49 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

特集：新しいエネルギー変換
Batteries with Improved Efficiency, Durability
and Cost, J. Electrochem. Soc., 163-1, (2016),
A5049.
[20] Dong, Y. R. et al., A Novel Titanium/Manganese
Redox Flow Battery, 228th meeting Electrochem.
Soc., (2015), abs.120.
[21] Huskinson
B.
et
al.,
A
Metal-Free
Organic-Inorganic Aqueous Flow Battery, Nature,[22] Chen, Q. et al., A Quinone-Bromide Flow Battery
with 1W/cm2 Power Density, J. Electrochem. Soc.,
163-1, (2016), A5010.
[23] Duduta, M. et al.,2016 年 1 月

Lithium

Rechargeable Flow Battery, Adv. Energy Mater., 1,(2011), 511.
[24] Petek, T. J. et al., Characterizing Slurry Electrodes
Using Electrochemical Impedance Spectroscopy, J.

505 (2014), 195.

伝熱Semi-Solid

Electrochem. Soc., 163-1, (2016), A5001.

- 50 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

セミナー

第 14 回関西伝熱セミナー「自然エネルギー・環境問題の現状と今後の可能性」
Report on the 14th Kansai Heat Transfer Seminar

南川 久人（滋賀県立大学），野口 佳樹（龍谷大学）
Hisato MINAGAWA (The University of Shiga Prefecture) and Yoshiki NOGUCHI (Ryukoku University)e-mail: minagawa@mech.usp.ac.jp, y-noguch@rins.ryukoku.ac.jp
日本伝熱学会関西支部では，1989 年以来途切れることなく，2 年に 1 度宿泊付の「関西伝熱セミナー」を開催してまいりました．2015 年は第 14回目となり，最澄によって開かれたと伝えられ，
約 1200 年の歴史を持つ由緒ある温泉である滋賀県大津市のおごと温泉・びわこグランドホテルを会場として「自然エネルギー・環境問題の現状と今後の可能性」について考えるセミナーを開催いたしました．会場からは正面に琵琶湖が望める素晴らしい環境でした．講師にはそれぞれの分野での深い造詣を持たれた自然エネルギーや環境問題，
最新の伝熱技術に関するエキスパートの方々9 名（うち，国立研究機関 1 名，大学 5 名，企業 2 名）に来ていただき，話題提供していただきました．

当セミナーのフライヤー伝熱2016 年 1 月- 51 -

セミナーは 2015 年 8 月 28 日（金）の 13 時に開会し，初日に 5 件の講演と質疑応答がなされました．その前半 3 件は地球規模の環境・自然エネル
ギーが取り上げられました．まず立命館大学・琵琶湖Σ研究センターの熊谷道夫氏より，「地衡流渦の制御とそのエネルギーの利用」と題した講演が行われました．圧力とコリオリ力がバランスして生じる渦流を地衡流渦と，琵琶湖の渦流を環流と呼び，そのエネルギーが地球温暖化の進行に伴って増加していることが報告され，海洋や湖沼に形成される地衡流渦を制御して，そのエネルギーを利活用したり，水中環境の調整や大気中に発生する低気圧の軽減に貢献したりする取り組みの一端が紹介されました．
2 件目は国立研究開発法人海洋研究開発機構地球情報基盤センターの大西領氏からの「先端的気象シミュレーションによる乱流熱輸送現象の解明」と題した講演で，計算機性能の向上に伴って，気象シミュレーションの高解像度化や適用範囲の拡大が続いていることや，大西氏のグループで開発が進められている MSSG (Multi-Scale Simulator
for the Geoenvironment)と呼ばれる先端的な気象シ
ミュレーションモデルの概要の紹介と，MSSG を用いた乱流熱輸送過程に関する研究の紹介が行われました．
続いて，明星大学の熊谷一郎氏に「マントル内部の不均質性が生み出す多様なプルームの姿」と題した講演をいただきました．地球の進化において，マントル内部の熱物質輸送を担うプルームの果たす役割は大きいそうで，近年，地震学的な観測などから，マントル内部は熱的・組成的に不均質であり，多様なプルーム像が見えつつあるようで，講演では現在のマントル像や既存モデルでは説明し難い「謎」について説明され，地球内部のダイナミックな現象について流体力学的な視点か
ら議論されました．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

セミナーの後も一室をさらなる懇親会に使用して，伝熱・環境・エネルギーの話，それ以外の楽しい会話が，夜遅くまで続きました．

懇親会の様子初日の講演会のスナップ（講演者は熊谷一郎氏）
初日の後半 2 件は，最新の伝熱技術に関するもので，自動車の熱交換器と熱音響技術が取り上げられました．まず株式会社デンソー・熱交換器開発部の佐藤英明氏より「自動車用の最新熱交換器の紹介」と題した講演があり，EV／HV 化，過給
D／S 化などパワートレーンの多様化に対応する，
パワトレ系冷却およびエアコンに用いる新型の熱交換器について紹介していただきました．
初日の最後は滋賀県立大学の坂本眞一氏による「熱音響技術の可能性と課題について」と題した講演でした．熱音響技術は環境問題などの解決に寄与できるとして，ここ数年注目をされており，
この技術の基礎となる熱音響現象について説明されました．その後に，これまでの坂本氏の取り組
みや，今後の課題について詳細な説明がなされました．
初日の講演はこれで終了となりましたが，それぞれの講演で活発な質疑討論が行われ，最後は 30
分近く後ろにプログラムがずれ込むほどでした．
講演終了後，大多数の参加者が宿泊されましたので，ゆったりと温泉ならびに食事・懇親会を楽しんでいただけました．参加者の方から，なかなか豪華な食事・懇親会であると言っていただきました．写真撮影の後，お開きとなりましたが，そ伝熱2016 年 1 月

集合写真

懇親会（二次会）の様子
さて，2 日目の 8 月 29 日（土）は，9 時ちょうどより講演が始まりましたが，参加者諸氏は少し眠そうにも見えましたが，多数ご参集いただきました．
2 日目は水素エネルギー，家庭用給湯器，太陽
熱発電と関西のエネルギー事情といったテーマで講演いただきました．
まず，九州大学の高田保之氏によって「水素インフラ普及への課題と熱物性測定」と題した講演- 52 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

セミナー

電・ヒートアイランド対策」で，東日本大震災を契機としてわが国のエネルギー事情が一変したことや，電力を中心に，関西地域のエネルギー利用の現状，電力需給が逼迫する夏季における節電とヒートアイランド対策についての技術メニュー，
それらを横断的に評価する手法を紹介していただ
きました．2 日目も活発な質疑応答がなされましたが，帰りの交通の関係から予定の正午をあまり過ぎることもできず，心ならずも途中で議論を打ち切らせていただいたりもしました．最後には，
日本伝熱学会関西支部長の中部主敬先生（京都大学）より締めの言葉をいただきました．

が行われ，水素インフラに係る技術的な課題と九州大学水素材料先端科学研究センターで行われている高圧水素物性測定研究の一端を紹介していただきました．日本の水素ステーションは海外に比べて非常に高価で，規制も厳しいことから，その普及は思うように進んでいないという問題点や今後の展望もお話しいただきました．
次いで，株式会社ノーリツ・研究開発本部の濱田哲郎氏より，「家庭用給湯器の環境対応技術」と題して講演いただきました．給湯器各商品の現状を整理するとともに，キーデバイスである”熱交換器”の技術についてユーモアを交えて紹介していただきました．
さらに，新潟大学の松原幸治氏には「集光型太陽熱発電の現状とソーラーレシーバの研究開発」と題し，欧州や米国で実用化されている集光型太陽熱発電（CSP, Concentrated Solar Power）が写真を交えて紹介され，最新のプラントでは集光した
太陽光の集熱と蓄熱により 24 時間発電が可能であることや，太陽熱発電プラントの現状と，高温型の太陽集熱器（ソーラーレシーバ）の研究開発の動向について解説がなされました．

参加者につきましては，講師 9 名を含めて 63
名となりました．一般参加者は主に関西の方々ですが，遠く九州，四国からも参加いただきました．
最後になってしまいましたが，大変ご多忙中にもかかわらず，ご講演をお引き受けいただいた講師の方々，ご参加の皆様には厚く御礼を申し上げたいと思います．さらに，以下に名簿を示します
関西伝熱セミナー実行委員の諸氏には企画から会場選定，講師との交渉，広報など，さまざまにお世話になり，大変ありがたく思っております．特に会場との交渉，懇親会，会計をご担当いただい
た塩見先生とフライヤー，HP を始め広報にご貢献をいただいた巽先生にはここに記して謝意を述べさせていただきます．
関西伝熱セミナー実行委員
実行委員長：南川 久人（滋賀県立大学）
幹事：野口 佳樹（龍谷大学）
委員：塩見 洋一（龍谷大学），浅野 等（神戸大学），
後藤田 浩（東京理科大学），巽 和也（京都大学），
岩井 裕（京都大学），北川 石英（京都工芸繊維大学），栗本 遼（滋賀県立大学）

2 日目の講演会のスナップ（講演者は松原幸治氏）
本セミナー最後の講演は，大阪市立大学の西村伸也氏による「関西のエネルギー事情と夏季の節

伝熱2016 年 1 月- 53 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

熱物質輸送国際センター（ICHMT）の現状と今後の課題
Present Status and Future Issues
about International Centre for Heat and Mass Transfer (ICHMT)
吉田 英生（京都大学）
Hideo Yoshida (Kyoto University)e-mail: sakura@hideoyoshida.com
１．はじめに
国際伝熱会議（IHTC）は大規模ながら4年に一度の開催であるのに対し，熱物質輸送国際センター（ICHMT，http://www.ichmt.org/）が主催あるいは共催する会議は中小規模ながら頻度が高いこともあり，伝熱に関する国際的な動きに強い影響を与えているのは国際伝熱会議アセンブリー（AIHTC）よりもICHMTである，ともいえます．ICHMTについては本誌に何度か報告記事が寄せられている [1-5] ものの，最近の実態は本会会員の皆様にあまり馴染みがないと思われますので，その概要を説明するとともに，問題点をお伝えしたいと思います．
２．組織構成と選挙プロセス
現在ICHTMには31ヵ国（Australia，Austria，Belarus，Belgium，Brazil，Canada，China，Egypt，France，Germany，Hungary，India，Israel，Italy，Japan，Mexico，Morocco，New Zealand，Poland，Portugal，Romania，
Russia，Serbia，South Korea，Sweden，Switzerland，Thailand，The Netherlands，Turkey，UK，USA）から
42のMember Institutions（以下MI，日本からはHTSJ，
JSME，SCEJの三つ）が加盟しています．StatutesやBy-lawsに記されているようにICHTMの運営組織は
The General Assembly（GA）（4年に一度IHTC中に開催，MIごとに1名の投票権）
The Scientific Council（SC）（任期は，以前は4年でしたが最近2年に変更になりました．総勢200名以上で，日本からは2015年当初14名でしたが現在12名です：石塚勝，宇高義郎，岡崎健，川口靖夫，高田保之，高橋厚史，塚田隆夫，牧野俊郎，円山重直，宮内敏雄，望月貞成，吉田英生）
The Executive Committee（EC）（任期4年で3期まで，15名．図1に2014年8月の写真）で構成されます．IHTC開催翌年の1月に任期開始で，今期の会長・副会長・事務局長・理事は表1のとおりです．笠木伸英氏は2007年から理事を3期連続，2011

伝熱 2016 年 1 月- 54 -

表1

理事会メンバー（2015年1月～2018年12月）

President
Kemal（Kemo）Hanjalic
Vice Presidents（2名）
Nobuhide Kasagi
Jacques Padet
Terrence W. Simon

Japan（～2015年7月）
France（2015年10月～）
USA

Secretary General
Faruk Arinç

TurkeyBosnia Herzegovina

Executive Committee Members（15名）
Cristina H. Amon
CanadaYildiz Bayazitoglu
USA（Vice Chair）
Pedro Jorge Martins Coelho Portugal
Renato M. Cotta
BrazilPeter J. Heggs
UK
Yogesh Jaluria
Sadik Kakaç
Alexander I. Leontiev
Denis Lemonnier
Leonid Dombrovsky
Peter Stephan
Paolo Di MarcoJohn Thome
Hideo Yoshida
Xing Zhang

USA（Chair）
TurkeyRussiaFranceRussiaGermany
Italy
Switzerland
Japan
China

Financial Auditors
Renato M. Cotta
Jean-Francois SacaduraPeter Stephan

BrazilFranceGermany

Past Presidents
Michel Combarnous
Maurizio Cumo
Richard J. Goldstein
Geoff F. Hewitt
Graham de Vahl Davis

FranceItaly
USA
UK
Australia

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

図1 理事とオブザーバー（2014年8月10日）
後列： Jaluria, Bar-Cohen, Zhang, Shafeyeva, Thome,
Marco, Orlande, Coelho, van Steenhoven, Stephan
前 列 ： Arinç, de Vahl Davis, Bayazitoglu, Goldstein,
Padet, Simon（笠木・吉田はIHTC-15対応のため不在）
年から副会長としても2期連続でご在任中でしたが，昨夏のご逝去で，わが国のみならず世界の熱科学工学界が大きな損失を受けたことは残念な限りです．
GA，SC，EC間の選挙の関係は図2に整理したように複雑で，とりわけ新会長・新副会長の候補者指名

図2

伝熱 2016 年 1 月に，現会長のみならず元会長にも権限が付与されているため，組織が更新しにくい問題があります．理事会の構成メンバーがもともと比較的年長者が多い上に，年長者の出席率の方が高いために，実際の議論の場がますます高齢化していることも否定できない現実です．
筆者は2011年からECとして2期目です．笠木氏のご逝去もあり次期（2019～2022年）に向けてぜひともわが国から次世代のECが選出されるように準備する必要があります．そこで，ECの選挙権を有するSCの皆様，さらにはそのSCの候補リストを準備す
る（実にあいまいなシステムですが，以下の下線部のように国力相応？の人数を推薦すれば，そのまま受け入れられる）伝熱学会理事会を中心とする皆様への注意喚起をさせていただきたいと思います．
ここで，ICHMTの規約を読まれる方はほとんどな
いと思いますので，この機会に，少し長くなります
が該当部を引用します．

ICHMTのGA，SC，ECの選挙プロセス（笠木・吉田：2014年4月作成）- 55 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

まずSCです：Statutes Article 14
14.1. Members of the Scientific Council are elected by theGeneral Assembly from nominations by the Executive
Committee, Scientific Council or the Institutional
members for a period of two years and may be re-elected;
By-laws Article 3 (revised)
Members of the Scientific Council are elected by theGeneral Assembly, for a period of two years, on the basisof nominations received from the Scientific Council, theExecutive Committee or any Institutional Member.
Call for nominations must be issued at least fourmonths before the first Executive Committee meeting ofa calendar year, or the last Executive Committee meeting
prior to the meeting of the General Assembly. The
Executive Committee shall prepare the list of thenominees for the mail ballot from the nominations
received.
The list of nominees for the ballot should ensure thatcountries active in the field are appropriately represented.
Scientific Council members may be reappointed.
Recipients of Honors and Awards of the Centre are exofficio members of the Scientific Council, subject to theiracceptance.
Members of the Assembly for the International Heat
Transfer Conferences are ex-officio members of the
Scientific Council, subject to their acceptance.
次にECです：Statutes Article 15
15.1. The Executive Committee is the body whichorganizes and carries out the activities of the Centre.
Members of the Executive Committee are elected by the
Scientific Council by a simple majority of those voting ina mail ballot conducted by the President of the ScientificCouncil. Nominations for membership on the Executive
Committee may be made by any member of the ScientificCouncil or any Institutional Member. Executive
Committee members serve a term of four years and may
be re-elected twice;
By-laws Article 7 (revised)
Members of the Executive Committee (EC) are electedby, and from, the Scientific Council in a mail or email
ballot conducted by the President of the General
Assembly. Nominations from members of the ScientificCommittee will be submitted to a Nominating Committee
comprised of the President, all Past Presidents (subject totheir agreement to serve) and those outgoing Executive
Committee members who are not eligible for re-election.
Based on these nominations, the Nominating Committee
will prepare the final list of candidates for the election,
taking into account the number of nominations, research

伝熱 2016 年 1 月- 56 -

activity, ICHMT participation of each nominee, andgeographical, gender, and employment diversity.
The Secretary General will contact all candidates toconfirm their willingness to serve and attend EC meetings.
At least 19 names will be on the ballot from which 15 will
be elected by receiving the most votes. In case of a tie, thewinner will be determined by chance through drawing lot
or similar procedures.
３．ICHMTとAIHTC
前報[5]で以下の報告をさせていただきました．
上記会議（2012年7月にBathで開催されたAIHTC・ICHMTのダブルヘッダー会議）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．

しかし，残念ながら，その後の検討は委員会内に温度差があり進みませんでした．そこで，2014年4月26日にMarseilleで開催されたICHMT理事会では，笠木氏と吉田とで図3に示す資料を準備して問題提起しました．結果を先に申しますと，本提案は理事会メンバーの賛同を得るには至りませんでしたが，今から思い返せば笠木氏のご遺志の重要な柱の一つとして，本会の皆様にもお知らせしたいと思います．
図3（スライド：1～11）
熱科学工学国際ユニオン（IUTSE）に向けて

1. ICHMT・AIHTC 両理事会への提案書表紙です．当時，笠木氏は ICHMT と AIHTC の副会長を兼任しておられました．

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

2. Ref.1：The International Council for Science（ICSU，国際科学会議）の下に多数の科学ユニオンメンバーが存在します．
（JSC の http://www.scj.go.jp/ja/int/icsu/
から http://www.scj.go.jp/ja/int/icsu/icsu.pdf に概要．）

5. 以下が提案の主部です．ICHMT と AIHTC を比較してみました．最大の違いは，ICHMT の活動は定常的ですが，AIHTC の活動は 4 年に一度です（開催中
間年にアセンブリー会議は開催されます）．

3. Ref.2 ： The International Union of Theoretical andApplied Mechanics（IUTAM）は，ICSU の科学ユニオンメンバーの一つです．

6. ICHMT 理事会メンバーと AIHTC 理事会メンバー
は結構重複しています．AIHTC は加盟各国（18 ヵ国）から二人ずつの Delegate が出ていて，さらに正・副・元会長や事務局長等で 40 名を超えます．

4. Ref.3：ICHMT は，IUTAM の加盟メンバーの一つです．ICSU から見ると孫メンバーになります．

7. IUTAM と同格の ICSU 科学ユニオンメンバーになる道を，短期あるいは長期で考えてみました．

伝熱 2016 年 1 月- 57 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

8. ICHMT 組織構成の図示化です．事務局はトルコにあり，定常的に事業収入があります．

9. AIHTC 組織構成の図示化です．事務局は Secretary
個人で，予算もありません（Begell House 社の IHTC
Digital Library から若干の入金可能性はあります）．
各 IHTC は各開催母体内の予算で運営されます．

11. 次回のIHTC-16をめどに最終的な形を考えてみました．

４．今後に向けて以上述べましたように，伝熱および熱科学に関して，私たち日本が積極的に発言・行動していかないと現状はなかなか変わらないと思います．このために，その中心となる日本伝熱学会が一丸となった国際展開が必須であります．このことを最重要課題の一つとして常に意識して行動していく必要があります．会員諸賢のご協力をお願いする次第です．
なお，6月にポーランドのクラコウで開催されるEurotherm2016（http://www.eurotherm2016.agh.edu.pl/）
で，IUTSE（あるいはWUTSE：冒頭の語がInternational
でなくWorld）に向けた議論を進められないかと
AIHTC前会長のBar-Cohen氏らと現在検討中であることを付記します．
参考文献[1] 平田賢，国際伝熱センターについて，伝熱研究，
10-36（1971）1.
[2] 森康夫，国際熱･物質伝達センター（International
Centre for Heat and Mass Transfer）について，2495,（1985）23.
[3] 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.
[4] 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.
[5] 吉田英生，熱物質輸送国際センター（ICHMT）の 2011 年以降の活動，伝熱，51-217（2012）52.

10. 両者が統一体になるための遷移過程を考えてみました．

伝熱 2016 年 1 月- 58 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

第 24 回 IIR 国際冷凍会議（ICR2015）報告
Report on the 24th IIR International Congress of Refrigeration-2015

渡邉 澂雄（中部電力）
Choyu WATANABE (Chubu Electric Power Co., Inc.)e-mail: Watanabe.Chouyuu@chuden.co.jp
１．はじめに国 際 冷 凍 学 会 （ IIR; International Institute ofRefrigeration）は，「国際冷凍協会をパリに創設することを目的とする国際條約」によって 1920 年に設立された組織であり， IIR の母体となった IAR
は 1908 年に設立された．日本は，この国際条約を 1920 年に調印，1924 年に批准して，IIR に加入した．さらに，日本は，1954 年に大幅改定した「国際冷凍協会に関する国際協定」という新条約に，1955 年に調印をした．現在の加盟国数は 58である．
国際冷凍会議（ICR; International Congresses ofRefrigeration）は，IIR にとって，4 年に一度行われる最大の行事であり，IIR の総会を行うと共に，全ての冷凍分野における関係者がこの会議に集い，最新の技術や学術，さらには地球環境政策に関する情報を交換する．ICR は，1908 年に第１回がパリで開催され，1951 年第 8 回のロンドン開催からは 4 年に一度となった．日本では 1940 年に開催することが決まっていたが，戦争で流れた経緯がある．ICR2015 は，ICR の 100 年以上の歴史の中で，今回初めて，日本の横浜で開催されたものであり，日本の冷凍空調技術者・研究者の 90 年に亘る宿願が結実したといっても過言ではない．
ICR2015 を IIR とともに共催した日本冷凍空調
学会は，定款の事業に IIR への連絡を掲げ，IIR の日本窓口として活動している．なお，IIR の国家会員としての機関は，公益社団法人としての日本
冷凍空調学会の監督官庁でもある内閣府である．
当日本伝熱学会は，ICR2015 協賛の 12 学会の一つであった．なお，ICR2015 の後援は農林水産省を含む 13 機関であった．
スポンサーは，プラチナが 20 機関，ゴールドが12 機関，シルバーが 18 機関であり，この他に，
法人 1 機関と個人 15 名のご寄付を頂き，ICR2015の財政を力強く支えていただいた．

伝熱 2016 年 1 月- 59 -

２．会議の概要
ICR2015 の概要を以下に示す．
 開催期日：2015 年 8 月 16 日（日）～8 月 22 日（土）（7 日間）
 開催場所：横浜市 パシフィコ横浜
写真 1 に 8 月 18 日（火）に行われた開会式の模様を示す．中央が林文子横浜市長，向かって右側
中央から，和泉洋人内閣総理大臣補佐官，佐藤正
水産庁加工流通課長，向かって左側中央から，
Hendrik Van Der Ree 前 IIR 総会議長，小山繁日本
冷凍空調学会会長（九大教授）である．
写真 2 に参加登録の受付会場（2 階）を示し，写真 3 にフロアマップを示す．開会式とプレナリー
講演は 1 階で行い，その他は 3 階と 4 階を使用し
た．

写真 1

写真 2

ICR2015 開会式

参加登録の受付会場

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告

写真 3 フロアマップ
・参加者数とその内訳
ICR2015 における参加者総数は 1,185 人で，登録者は 1,121 人，同伴者が 64 人であった．参加者数の上位 10 か国は，日本（439 人），中国（193人），ドイツ（60 人），フランス（59 人），米国（56人），韓国（44 人），台湾（38 人），英国（28 人），
スペイン（20 人），スウェーデン（19 人）であった．
 招待講演
開会式の前日（8 月 17 日（月））に，渡部康一
慶應義塾大学名誉教授をはじめとする長老格の日本人講師によって，8 件のテクニカルサマリー
講演が行われた．開会式に引き続き，1 件のプレナリー講演が行われ，さらにその後のテクニカ
ルセッションにおいて，13 件のキーノート講演が行われた．招待講演と講演者の一覧を表 1 に示す．
 講演論文数とその内訳
表 2 に講演論文の分野と分野別の件数を示す．
IIR には，A1（極低温物理・工学）から E2（ヒートポンプ・エネルギー回収）までの 10 の委員会があり，ICR のテクニカルセッションも，基本的には，この 10 分野で並行して行われる．ICR2015
では，協賛学会の空気調和・衛生工学会の協力を得て，S（持続可能かつ高性能ビルディング）分野を設定することができた．
ICR2015 における講演論文総数は 643 であり，
分野別では，B1（熱力学と輸送過程），B2（冷凍設備），E2（ヒートポンプ，エネルギー回収），E1（空気調和）が上位であった．
講演論文数の上位 10 か国は，中国（145 件），
日本（122 件），米国（40 件），フランス（38 件），
ドイツ（26 件），英国（24 件），台湾（23 件），ス
ペイン（21 件），イタリア（20 件）韓国（19 件），

伝熱 2016 年 1 月であった．
 ワークショップ
ワークショップのテーマと講演数を表 3 に示す．
ワークショップは 14 テーマからなり，講演総数は83 であった．
表 1 招待講演と講演者
Plenary
Ken Koyama (Institute of Energy
LectureEconomics, Japan)
Technical Kouichi Watanabe (Keio University,
Summary Japan)
Lectures
Hiroshi Honda (Kyushu University,
Japan)
Kenji Tojo (Tojo R&D Design Office,Japan)
Mitsuhiro Udagawa (Kogakuin
University, Japan)
Sajio Sumida (Dr. Sajio Sumisda Clinic,
Japan)
Yasuyuki Sagara (The University ofTokyo)

KeynoteLectures- 60 -

Shinsuke Kato (The University ofTokyo)
Yoichi Ikeya (Sumitomo Heavy
Industries, Ltd., Japan)
Motohiko Nishimura (Kawasaki
Heavy Industries, Ltd., Japan)
Mark O. Mclinden (NIST, USA)
Young Tae Kang (Korea University,
South Korea)
Jacques Gilpart (IIR President of Section
C, France)
Kuniaki Kawamura (Mayekawa Mfg.
Co., Ltd., Japan)
Gerald Cavalier (Cemafroid, France)
Pega Hrnjak (University of Illinois(ACRC) and CTS, USA)
Cien-Yuh Yang (National Central
University, Taiwan)
Per Lundqvist (KTH, Sweden)
Yi Jiang (Tsinghua University, China)
Shin-ichi Tanabe (Waseda University,
Japan)
Hsien-Te Lin (National Cheng-Kung
University, Taiwan)

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告
表2

A1
A2
B1
B2
C1
C2
D1
D2
E1
E2
S

ICR2015 の分野と講演論文数
TopicsOral Poster Total
Cryophysics,
14
923
Cryoengineering
Liquefaction &91
10Separation of Gases
Thermodynamics & 149
23
172
Transfer Processes
Refrigerating
135
8
143
Equipment
Cryobiology,
5
6
11
Cryomedicine
Food Science &23
10
33
Engineering
Refrigerated
22830
Storage
Refrigerated
15
3
18
Transport
Air Conditioning
51
18
69
Heat Pumps,
73
22
95
Energy Recovery
Sustainable and27
1239High Performance
Buildings
Total
523
120
643

表3

WS1
WS2
WS3
WS4
WS5
WS6

WS7

WS8
WS9
WS10
WS11
WS12
WS13
WS14

伝熱 2016 年 1 月- 61 -

ワークショップのテーマと講演数

Progress of Sorption Systems in
Japan
Heating and Power From Low
Temperature Heat
Heat Pump Systems R&D by
NEDO
Low GWP Refrigerants: Joint
International Research
Opportunities
IEA HPP Annex 41 – Cold
Climate Heat Pumps
Evaluating Low-GWP
Refrigerants for Air-Conditioning
Industry in High Ambient
Temperature Countries
Current Global Status ofTransition to Lower GWP
Alternatives by Laws andRegulations
Database and Simulation Tools
for Refrigeration on Cold Chain:
Frisbee Database and Tools
Risk Assessment of Mildly
Flammable Refrigerants
Sustainable Innovation in
Refrigeration Air Conditioningand Heat
IIR Working Party on Life Cycle
Climate Performance Evaluation
ELICiT EU Project
Magnetic Refrigeration forCommercial Refrigerated
Appliances
Magnetic Refrigeration: Materials& Systems For
Commercialization
Total

8
6
5
8
12
4

2

6
9
8
3
5
4
3
83

J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

国際活動・会議報告
 文化行事
開会式の前日 8 月 17 日（月）に，横浜市民フォーラム「冷凍食品はここまで美味しくなる！」が開催され，80 人の参加を得て，翌日に NHK の番
組「あさイチ」で放映された．さらに，8 月 19 日
（水）および 20 日（木）に開催したティーセレモ
ニーには，約 200 人の参加者があり，日本文化を多くの外国人に紹介できた．
開会式の前日 8 月 17 日（月）に歓迎レセプションを開催し，8 月 20 日（木）に学生および若手研
究者のレセプションを開催し，8 月 21 日（金）には特別晩餐会を開催した．写真 4 に特別晩餐会における鏡割りの様子を示す．10 人着席できる円卓を 90 も設置した全景は壮観だった．

写真 4

TV-I
TV-II
TV-III
TV-IV
TV-V
TV-VI

表 4 テクニカルツアーの一覧
MINATOMIRAI 21 District Heating andCooling System
Tokyo Sky Tree District Heating andCooling System
Home Appliance Recycling Factory
HYPER CYCLE SYSTEMSCORPORATION Head Factory
Refrigeration and Heating System
Building Facility Tokyo Denki University
Tokyo Senju Campus
KIRIN Beer Yokohama Work (Kirin
Brewery Co., Ltd. - Yokohama Brewery)
Nichirei Foods the No.2 Funabashi Plant

３．おわりにプラハで開催された前回の ICR2011 において，日本は次回開催地としてチェコから IIR の旗を渡された．東日本大震災の直後であったが，香川登組織委員会議長・実行委員長（防衛大教授）は，
ICR2015 では復興した日本の姿を見せると力強く宣言された．
それから，4 年を経て，日本は ICR2015
を盛会裏に開催することができた．
次回の ICR2019 は，カナダのモントリオールで開催される．写真 6 は，ICR2015 閉会式で，Didier
Coulomb IIR 事務局長が ICR2019 の紹介を行っている場面である．
なお，小職は，ICR2015 実行委員会で財務・募金担当を勤め，組織委員会では 4 人の副議長のうちの一人に過ぎない．ICR2015 全体の報告を小職が行うことは僭越と思われるが，ご容赦願いたい．

特別晩餐会における鏡割り 展示
展示は IIR と日本冷凍空調学会を含む 27 団体が行った．写真 5 に IIR の展示ブースを示す．

写真 5 IIR の展示ブース
 テクニカルツアー
6 箇所で開催されたテクニカルツアーの一覧
を表 3 に示す．参加者総数は 79 人であった．

写真 6

次回 ICR2019 の紹介

参考文献[1] 関田真澄，IIR の運営について，公益社団法人日本冷凍空調学会ホームページ，
http://jsrae.or.jp/info/IIR%20unei.pdf, 2008.
[2] ICR2015 ホームページ，http://www.icr2015.org/

伝熱 2016 年 1 月- 62 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

博物館めぐり

パリの工芸・技術博物館，国立土木学校，エコール・ポリテクニークを訪ねて
Visits to Musée des Arts et Métiers, École Nationale des Ponts et Chaussées, and École Polytechnique in Paris

吉田 英生（京都大学）
Hideo YOSHIDA (Kyoto University)e-mail: sakura@hideoyoshida.com
１．はじめに
山本義隆の「熱学思想の史的展開」[1]に引用されている Merz の A history of European thought in
the nineteenth century [2]の言葉は印象深い：“the whole of Europe was illuminated by the lightof science which emanated from Paris during thefirst third of this century.”
確かに19世紀初頭は，イギリスやドイツもさることながらフランスの科学が隆盛を極めていた．数学・物理・化学・工学などの分野で思いつくフランスの巨人の名前は枚挙に暇がない．そこで，これらの巨人との出会いを求めて，筆者がヨーロッパでのフライト乗り継ぎ時間等を有効利用してパリに立ち寄った記録から，表面的ではあるが写真を中心に紹介させていただきたいと思う．以下，・2008年8月 / 2015年9月：Musée des Arts et Métiers（工芸・技術博物館），
・2012年9月：École Nationale des Ponts et Chaussées（国立土木学校），・2010年5月 / 2011年9月：École Polytechnique（エコール・ポリテクニーク）
であるため若干古い情報も混在しているが，大きな変化はないと思うのでお許しいただきたい．

図1

図2
２．Musée des Arts et Métiers
3区（付図1参照）の地下鉄 Arts et Métiers 駅の出口からすぐのところに，Prieuré Saint-Martin-desChamps（サン=マルタン=デ=シャン小修道院）を利用した工芸・技術博物館がある（図1）．同館には日本語のパンフレットも用意されていて「1794年，“新しい便利な発明品の保管所”としてグレゴワール神父によって創立されました．」とある．
2000年に改築された同館には文字通り各時代を代表する発明品や模型など3000点以上が展示されている．とりわけ印象深いものを年代順に紹介すると，Antoine- Laurent de Lavoisier（1743–1794）の実伝熱2016 年 1 月

Musée des Arts et Métiers

Lavoisier (1743–1794) の実験室

図3

Cugnot の砲車 (1770)

験室（図2），三輪で蒸気ながら世界最初の自動車- 63 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

博物館めぐり
３．École Nationale des Ponts et Chaussées
フランス特有の高度な専門職養成機関である
Grandes Écoles（グランゼコール）の中で一番早く，1747年に Louis XV により設立されたのが，École
Nationale des Ponts et Chaussées（ENPC）である．
パリ中心部から鉄道 RER A4で東に18km ほど，Noisy-Champs 駅（付図2）で下車，南東に数百メートルほどのところに，その270年近い歴史とは対照的なモダンなビルがある（図7）．
ここを目指したのは他でもない Claude LouisMarie Henri Navier（1785–1836）に会いにいくためだ．Navier–Stokes 方程式で有名な Navier は当時の最先端の橋梁技術者であった [3]．同校の図書館
で Navier の像などがないかとたずねたら，専門の方を電話で呼び出していただけた．ほどなくして現れた美人が図書館アーカイブ部門長の Anne
Lacourt さんだった．そして地下倉庫に案内され，多数の巨人の像とめぐり会った（図8）．

といわれる Joseph Cugnot の砲車（1770）（図3），
Jean-Joseph Étienne Lenoir の2ストローク内燃機関（1861）（図4），Clément Agnès Ader の Avion III（1897）（図5）などが挙げられる．さらにスーパ
ー コ ン ピ ュ ー タ ー の 父 Seymour Roger Cray
（1925–1996）の Cray-2（1985）（図6）もあり，
冷媒 Fluorinert で満たした容器にジャボ漬けするという冷却法は革新的だった．

図4

Lenoir の2ストローク内燃機関（1861）

図5

École Nationale des Ponts et Chaussées

図8

地下倉庫に保管された巨人たちの像

Ader の Avion III（1897）

図6

伝熱

図7

2016 年 1 月

Cray-2（1985）- 64 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

博物館めぐり

これらの多数の像からも十分実感できたことだ
が，Joseph Louis Gay-Lussac（1778–1850），Augustin
Jean Fresnel（1788–1827），Augustin Louis Cauchy（1789–1857），Gaspard-Gustave Coriolis（1792–1843），
Antoine Henri Becquerel（1852–1908）などは同校の卒業生あるいは関係者である．なお，Anne さんからは，帰国後に図9と図10の写真を送っていただいた．1845年から2008まで，地下鉄 Saint Germain desPrés駅（6区）の北西（7区 rue des Saint-Pères）にあった旧館とその内部に展示された Navier 像である．

ENPC 旧館（1845–2008）（courtesy of ENPC）

図9

図10

ENPC 旧館内 Navier 像（courtesy of ENPC）

図12

図13

伝熱

４．École Polytechnique
1794年に Gaspard Monge（1746–1818）と Lazare
Nicolas Marguerite Carnot（1753–1823）（図11：次ページ）によって創立された École Polytechnique
は ENPC と並ぶ名門である．Lazare Carnot は，数学者としての業績に加え，フランス革命戦争時の軍人・政治家としても活躍した．Lazare Carnot の子孫たちも熱力学第2法則の Sadi Carnot（後出）をはじめとして，20世紀初頭まで諸分野で活躍した．
同校にはパリ中心部から鉄道 RER B4で南南西に16km ほどの Massy Palaiseau 駅（付図2）で下車，南東側に出て図12に示す路線図のバスでアクセスできる．巨大で高天井のメインホール（図13）には，巨人たちの多くの像が壁に沿って並んでいる．
同校の卒業生・関係者としては以下の名前が筆者には馴染み深い．Pierre-Simon de Laplace（1749–
1827, École Militaire 陸軍士官学校出身，図14）を筆頭に，Jean Baptiste Joseph Fourier（1768–1830,
École Normale Supérieure 高等師範学校出身，図15），
André-Marie Ampère（1775–1836），Joseph Louis
Gay-Lussac（既出），Siméon Denis Poisson（1781–
1840），Claude Louis Marie Henri Navier（既出），Augustin Jean Fresnel（既出），Augustin Louis Cauchy（既出），Nicolas Léonard Sadi Carnot（1796–1832），Benoît Paul Émile Clapeyron（1799–1864），Antoine
Henri Becquerel（既出），Jules Henri Poincaré（1854–1912），Benoît B. Mandelbrot（1924–2010）など．
中でも伝熱屋にとって最も身近な存在である
Joseph Fourier は，知事としての政治的な業績もあり[4]，Lazare Carnot 同様に当時の巨人の多面性には驚嘆する．なお，同校の旧館はパリ市内の地下
鉄 Cardinal Lemoine 駅（5区）近くの rue des Écoleにある（図16）．

Massy Palaiseau 駅からのバスの路線図

École Polytechnique のメインホール

2016 年 1 月- 65 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

博物館めぐり

図11

Lazare Carnot
図16

図 14

École Polytechnique 旧館

参考文献[1] 山本義隆，熱学思想の史的展開2，ちくま学芸
文庫 (2009) 167.
[2] Merz, J. T., A history of European thought in thenineteenth century (1907).

Pierre-Simon Laplace

http://archive.org/details/cu31924014597771

図15Joseph Fourier[3] http://www.ams.org/notices/200301/fea-friedlander.pdf.
[4] Ro, S., Joseph Fourier: The Man and His Achievements, 伝熱, 44-189 (2005) 19.
付図 1

パリ市内の区 (http://www.rueabeille.com/arrondissement/arrondissement.htm)

付図2 パリ近郊のRER路線図（http://parisbytrain.com/wp-content/uploads/2008/05/rer.pdf）（追記：本稿を10月に執筆後，11月13日夜同時テロが発生し多数の犠牲者が出たことは誠に遺憾である．
）

伝熱2016 年 1 月- 66 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

行事カレンダー

本会主催行事開催日
2016 年
5月
24(火)
～
26(木)

11 月

2(水)
～
4(金)

行事名

申込締切

原稿締切

問合先

第 53 回日本伝熱シンポジウム（開催場所：グランキューブ大阪（大阪府立国際会議場））

2016.1.15

2016.3.11

The Fourth International Forum on Heat
Transfer (IFHT2016)（開催場所：Sendai International Center）

2016.4.29

2016.7.29

実行委員会委員長 吉田篤正
大阪府立大学 大学院工学研究科 機械工学
分野内Email: symp2016@htsj-conf.org
Fax: 072-254-9231
Organizing Committee Chair Taku Ohara
URL:http://ifht2016.org/index.html

申込締切

原稿締切

本会共催，協賛，後援行事
開催日
2015 年
11 月

1（日）
～
4（水）

11 月

11(水)

11 月

12( 木 )
～
13(金）

11 月

13(金)

11 月

15(日)
～
20(金)

11 月

16(月)
～
18(水)

11 月

18(水)

11 月

19(木)
～
20(金)

11 月

20(金)
～
21(土)

11 月

26(木)
～
27(金)
29
（日）
～
12 月
2（水）
30(月)
～
12 月
4 (金)

11 月

11 月

行事名

The 10th International Symposium on
Advance Science and Technology inExperimental
Mechanics](10thISEM'15-MATSUE)（開催場所：Kunibiki Messe(島根県））
第 20 回可視化フロンティア「PIV 講習
会 2015(大阪)」（開催場所：新大阪丸ビル新館）
日本機械学会関西支部 第 340 回講習会
新エネルギーシステムのフロンティア
技術を学ぶ（開催場所：大阪科学技術センター8階中ホール）
日本表面科学会関東支部 第 2 回関東支部セミナー
ナノ表面界面を介したエネルギー・物
質輸送の計測とシミュレーション研究の最前線（開催場所：東京理科大学森戸記念館）
International Gas Turbine Congress 2015
Tokyo (IGTC2015 Tokyo)
2015 年国際ガスタービン会議東京大会（開催場所：虎ノ門ヒルズ）
第 53 回燃焼シンポジウム（開催場所：つくば国際会議場）

日本機械学会関西支部 ステップアッ
プ・セミナー2015 オープン・イノベ
ーションが切り拓く新たな事業創造（開催場所：大阪科学技術センター8階中ホール）
第 49 回化学工学の進歩講習会「環境エネルギー 最新技術の基礎と応用」（開催場所：名城大学名駅サテライト
キャンパス）
第 39 回人間－生活環境系シンポジウ
ム（開催場所：産業技術総合研究所・臨海副都心センター別館）
第 5 回潜熱工学シンポジウム（開催場所：金沢大学サテライト・プ
ラザ）
World Engineering Conference andCongress 2015 (WECC 2015)
第 5 回世界工学会議（開催場所：京都国際会館）
The 12th International Conference onPower Engineering 2015 (ICOPE2015)
第 12 回動力エネルギー国際会議（開催場所：パシフィコ横浜）

伝熱 2016 年 1 月

問合先

掲載号

掲載号

日本実験力学会事務局 小林
Tel: 025-368-9310 Fax: 025-368-9309
E-mail: office-jsem@clg.niigata-u.ac.jp
2015.10.19

実行委員長 細川茂雄（神戸大学）
E-mail: hosokawa@mech.kobe-u.ac.jp

2015.11.6

日本機械学会関西支部事務局
Tel: 06-6443-2073 Fax: 06-6443-6049
E-mail: info@kansai.jsme.or.jp

日本表面科学会関東支部・幹事 山本貴博（東京理科大学工学部）
E-mail: takahiro@rs.tus.ac.jp

公益社団法人日本ガスタービン学会事務局
Tel: 03-3365-0095
E-mail: igtc2015@gtsj.org

2015.7.10

2015.9.4

2015.11.11

第 53 回燃焼シンポジウム事務局 西岡研究室
内（筑波大学）
Tel: 029-853-5121 Fax: 029-853-5207
E-mail: sympo53@combustionsociety.jp
URL: http://www/combustionsociety.jp/sympo53/
日本機械学会関西支部事務局
Tel: 06-6443-2073 Fax: 06-6443-6049
E-mail: info@kansai.jsme.or.jp

化学工学会東海支部
Tel: 052-231-3070 Fax: 052-204-1469

2015.8.21

2015.9.29

大会長 都築和代（産業技術総合研究所）
Tel: 029-861-6619
Email: t-info-ml@aist.go.jp

2015.9.18

2015.10.12

金沢大学理工研究域機械工学系 寺岡喜和
Tel: 076-234-4750
E-mail: Latent_heat@ml.kanazawa-u.ac.jp

2015.3.10

2015.6.1

WECC2015 運営事務局(株式会社コングレ内)
Tel: 03-5216-5303
E-mail: wecc2015-reg@congre.co.jp

2014.11.30

2015.3.31

ICOPE-15 実行委員会委員長 刑部真弘（東京海洋大学）
E-mail: icope15@jsme.or.jp- 67 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

行事カレンダー
12 月

5(土)

12 月

15(火)
～
17(木)

12 月

16(水)

12 月

17(木)
～
18(金)
27(金)
～
29(日）

12 月

No.15-47 第 18 回スターリングサイ
クルシンポジウム（開催場所：東京農工大学小金井キャ
ンパス BASE 本館）
第 29 回数値流体力学シンポジウム（開催場所：九州大学筑紫キャンパス）2015.7.3

2015.10.23

実行委員長 上田祐樹（東京農工大学）
Tel: 042-388-7853 Fax: 042-388-7853
E-mail: uedayuki@cc.tuat.ac.jp

2015.9.25

2015.10.23

第 21 回可視化フロンティア「PSP/TSP
講習会 2015～蛍光燐光による定量可視化」（開催場所：LMJ 東京研究センター）
第 24 回微粒化シンポジウム（開催場所：神戸大学深江キャンパス
総合学術交流棟）
ISETS'15 エコトピア科学に関する国
際シンポジウム 2015
（開催場所：名古屋大学）

2015.12.1

CFD29 実行委員会事務局（九州大学応用力学研究所新エネルギー力学部門内）
Tel: 092-583-7776 Fax: 092-583-7779
E-mail: tananori@riam.kyushu-u.ac.jp
産業技術総合研究所 染矢聡
E-mail: s.someya@aist.go.jp

2015.8.31

2015.10.23

日本液体微粒化学会事務局
Tel: 06-6466-1588 Fax: 06-6463-2522
E-mail: info@ilass-japan.gr.jp

2015.6.30

2015.8.15

ISETS'15 シンポジウム事務局
Tel: 052-581-3241 Fax: 052-581-5585
E-mail: isets15@intergroup.co.jp

2016 年
1月

8月

10 月

11 月

21(木)
～
22(金）
7(日)
～
10(水）
29(土)
～
11 月
2（水）
1(火)
～
4(金)

第 44 回ガスタービンセミナー（開催場所：帝京大学板橋キャンパス）第 20 回 国 際 乾 燥 シ ン ポ ジ ウ ム（IDS2016)（開催場所：岐阜市長良川国際会議場）
The 5th International Conference on
Human-Environment System(ICHES2016
Nagoya)（開催場所：名古屋大学）

公益社団法人 日本ガスタービン学会
E-mail: gtsj-office@gtsj.org
2015.11.30

実行委員長 板谷義紀
Tel: 058-293-2532
E-mail: yitaya@gifu-u.ac.jp
ICHES2016 Nagoya 事務局
E-mail:iches2016office@davinci.nuac.nagoya-u.ac.jp

The 11th International Symposium on
Advance Science and Technology
inExperimental
Mechanics(11th
ISEM'16-Ho Chi Minh, Vietnam)（開催場所：Saigon Vissai Hotel）

伝熱 2016 年 1 月

2016.3.10

日本実験力学会事務局 小林
Tel: 025-368-9310 Fax: 025-368-9309
E-mail: office-jsem@clg.niigata-u.ac.jp- 68 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

お知らせ

第 53 回日本伝熱シンポジウム研究発表論文募集
第 53 回日本伝熱シンポジウム実行委員会
委員長 吉田篤正
幹事 木下進一
開催日： 平成 28 年 5 月 24 日（火）～5 月 26 日（木）会 場： グランキューブ大阪（大阪府立国際会議場，http://www.gco.co.jp）
所在地〒530-0005 大阪市北区中之島 5 丁目 3 番 51 号 電話 06-4803-5555
アクセス 京阪電鉄中之島線・中之島（大阪国際会議場）駅すぐ
JR 大阪環状線・福島駅より徒歩約 15 分，JR 東西線・新福島駅より徒歩約 10 分
阪神電鉄本線・福島駅より徒歩 15 分
大阪市中央公会堂（http://osaka-chuokokaido.jp）（重要文化財）
所在地〒530-0005 大阪市北区中之島 1 丁目 1 番 27 号 電話 06-6208-2002
アクセス 地下鉄御堂筋線／京阪電鉄・淀屋橋駅より徒歩約 5 分
京阪電鉄中之島線・なにわ橋駅より徒歩約 1 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：
ホームページ URL：

平成 28 年 1 月 15 日（金）平成 28 年 3 月 11 日（金）平成 28 年 4 月 8 日（金）http://htsj-conf.org/symp2016/【シンポジウムの形式】
 講演発表形式としてa) 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 53 回日本伝熱シンポジウム）について」をご参照ください．
【参加費等】
 シンポジウム参加費
会員一般
事前申込：12,000 円，会場申込：15,000 円
非会員一般
事前申込：15,000 円，会場申込：18,000 円
会員学生
事前申込： 5,000 円，会場申込： 7,000 円
非会員学生
事前申込： 7,000 円，会場申込： 8,000 円※特別賛助会員は 1 口につき 3 名，賛助会員は 1 口につき 1 名，参加費が無料になります．
 講演論文集 CD-ROM
日本伝熱学会会員：無料（講演論文はウェブ上で事前に公開します．参加者には当日，講演論文集
CD-ROM を配布します．参加されない会員のうち希望者には講演論文集 CD-ROM を事後にお送りします．
）
非会員：9,600 円（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 28 年 5 月 25 日（水）
 会 場：大阪市中央公会堂
 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

伝熱2016 年 1 月- 69 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

お知らせ
講演申込方法，講演論文集，執筆要綱【研究発表申込方法】
 原則としてウェブによる申込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から必要なデータを入力してください．ウェブによる申込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セッション（第 53 回日本伝熱シンポジウム）について」をご参照ください．
 発表申込時に，論文要旨（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り分けは，実行委員会にご一任ください．
【講演論文集 CD-ROM】

講演論文集として電子版（CD-ROM 版）のみを発行し，印刷版は発行しません．
講演論文はウェブ上で一定期間公開します．今回から講演論文のページ数が４～６ページに，本文の作成様式が１段組に変更されています．
 講演論文集 CD-ROM を参加者に当日配布します．なお，講演論文集 CD-ROM 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日本伝熱学会事務局にお申込みください．
 講演論文の長さは 1 題目当たり A4 サイズで 4～6 ページです．講演論文の作成様式は，1 段組み×50
字×46 行です．カラーの使用が可能で，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．
 講演論文原稿は，PDF ファイルで本シンポジウムのホームページから提出してください．
 講演論文締切日までに提出されなかった講演論文は，講演論文集 CD-ROM およびウェブに掲載されません．十分にご注意ください．
【執筆要綱】
講演論文原稿の書き方
 講演論文は以下に従って作成してください．また，書式の詳細ならびにテンプレート用の電子ファイ
ルは，シンポジウムのホームページをご参照ください．
表題部分の書式： 原稿は，以下の四角囲い部に示すように，和文表題，和文副題，英文表題，英文副題，
和文著者名（会員資格，著者名，所属の略記），英文著者名，英文所属機関・所在地，英文アブストラクト，
英文キーワードの順に，幅 150mm に収まるようにレイアウトしてください．連名者がある場合には，講演者の前に＊印をつけ，英文の所属機関・所在地についても上付き数字で区別してください．
論文表題および著者名は，講演申込時のデータと同じものを同じ順序で書いてください．講演申込時のデータと異なる場合には，目次や索引に反映されないことがあります．
本文の書式： 本文は表題部分に続けて，10 ポイント明朝体の 1 段組み（1 行 50 字程度）
，1 ページ当たり
46 行を目安として作成してください．
図表： 図表中の記号およびキャプションは英語で書いてください．カラー表示が可能です．
参考文献： 参考文献は本文中の引用箇所の右肩に小括弧をつけた番号(1)で表し，本文の末尾に次のようにまとめて列記してください．
(番号) 著者名，雑誌略称，巻-号(発行年)，先頭ページ番号．
例：(1) 伝熱・他 2 名，機論(B), 12-345(2006), 1234.
PDF ファイルへの変換： PDF ファイル作成のためのファイル変換時には，「フォントの埋め込みを行う」よ
う設定してください．提出前に必ず，変換後の PDF 原稿を印刷して確認してください．

伝熱2016 年 1 月- 70 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

お知らせ

150mm

第53回日本伝熱シンポジウム原稿の書き方（和文表題：Gothic 14pt）
MS-Wordの場合（和文副題：Gothic 12pt）
Guide for the manuscripts (英文表題：Times New Roman 12pt)
The case of MS-Word (英文副題：Times New Roman 12pt)(1行あける)伝正 ＊伝熱 太郎（伝熱大）（会員資格 著者名[講演者には＊印]（所属略称）：明朝体 12pt）(1行あける)
Taro DENNETSU (英文著者名：Times New Roman 10pt)
Dept. of Mech. Eng., Dennetsu Univ., 1-1, Nakaku, Sakai, 599-8531(1行あける)（文頭に半角スペース5つを挿入する）English abstract ...... （英文アブストラクト：Times New
Roman 10pt, 100語程度）(1行あける)
Key Words: Heat Transfer （英文キーワード：Times New Roman 10pt, 3～5個程度）(1行あける)1. 大見出し
1.1 中見出し 講演論文原稿は電子版原稿（CD-ROM）のみです．講演論文の長さは１題目あたりA4サイズで原則4～6ページです．原稿の作成には，本ファイルをテンプレートとしてお使い下さい．
講演論文の作成様式は，1段組×50字×46行とし，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，アニメーションは含まないものとします．

冒頭部分（表題部分および本文書き出し部分）の書式【講演論文の公開日】
 講演論文は会員を対象にパスワードを配布し，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．従って，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．
 会員が当該講演論文を後日原著論文として学術論文誌等に投稿される場合に配慮し，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べく，シンポジウム終了後，一定期間を経て講演
論文の公開を終了します．
【参加費等の支払い方法】
 シンポジウムのホームページから事前参加登録を行った後に，本紙に挟み込まれた「払込取扱票」を用い，以下の記入例を参考にしてお支払いください．
 参加費等の払込をもって「事前申込完了」とします．ホームページからの登録だけでは「完了」ではありません．払込が平成 28 年 4 月 8 日より後となった場合は会場当日申込扱いとし，会場受付にて差額をお支払いいただきます．
 銀行より振込まれる場合は，下記のゆうちょ銀行口座にお振込みください．その際，必ず 1 件ずつとし，氏名の前に参加登録 ID 番号を付けてください．
店名（店番）：四〇八（ヨンゼロハチ）店（４０８）
預金種目：普通
口座番号：４８１８９８９
口座名称（漢字）：第５３回日本伝熱シンポジウム実行委員会
口座名称（カナ）：ダイゴジュウサンカイニホンデンネツシンポジウムジッコウイインカイ【ご注意】 講演申込の取消および講演論文原稿の差し替えは，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の場合でも返金いたしません．

伝熱2016 年 1 月- 71 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

お知らせ

ー 記入例 ー
登録IDは参加申込時に発行される「4桁の数字（予定）」です．

お支払いいただく項目を〇で囲んでください．

14020 4 8189891

払込手数料はご負担ください

3 4 0 0 014020 48189891

金額

第53回日本伝熱シンポ
ジウム実行委員会

第53回日本伝熱シンポジウム実行委員会
1.
2.
3.

参加登録ID

参加者氏名

内容（該当に○）

2015
2138
2457

伝熱 太郎
難波 花子
大坂 大介

シンポ・懇親会

事前払込締切 4月8日（金）シンポ・懇親会
シンポ・懇親会
合計金額

20,0009,000
5,000
34,000円
円
円
円

123 4567
大阪市○○区○○1-2-3
伝熱大学 工学部 伝熱学科
伝熱「通信欄」の合計金額をこちらにご記入ください

3 4 0 0 0
伝熱 太郎
(伝熱大学）

太郎
012

345

6789

代表者のお名前をご記入ください．
1枚の用紙で複数の参加者の登録が可能です．
本登録の代表者の方のご所属の連絡先・お名前・
電話番号を「ご依頼人」の欄にご記入ください．

 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，ご不明の点がありましたら，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 53 回日本伝熱シンポジウム実行委員会事務局
大阪府立大学 大学院工学研究科 機械工学分野内Email: symp2016@htsj-conf.org
FAX: 072-254-9231

伝熱2016 年 1 月- 72 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

お知らせ

優秀プレゼンテーション賞（第 53 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 桃木 悟
第 53 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 28 年 5 月 24 日（火） シンポジウム第 1 日
発 表 形 式： 発表者 1 名あたり，発表内容をまとめた 1 枚のアピールスライド提出とポスタープレゼン
テーションを行う形式をとる予定です．今回より口頭による 3 分間のショートプレゼンテーションは行わない予定です．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 28 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 53 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，“指導者氏名”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2016 年 1 月- 73 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

お知らせ

日本伝熱学会主催 第 4 回 国際伝熱フォーラム
International Forum on Heat Transfer (IFHT2016)
趣旨
日本伝熱学会は，世界最大かつ最もアクティブな伝熱の研究者・技術者集団として，世界中の研究者が集い，新しい伝熱研究のトレンドを生み出す国際伝熱フォーラムを開催します．2004 年に京都でフォーラムがスタートし，2008 年には東京，前回，2012 年には長崎で第 3 回のフォーラムが開催され，毎回 150 件を超える発表で盛り上がりを見せています．第 4 回は，2016 年に仙台でフォーラムを開催します．伝熱分野の最先端を走る研究者によるキーノート講演も企画しています．一般セッションでは伝熱の広い分野から発表を募集します．多くの方々のご発表及びご参加をお願い致します．

開催日時

2016 年 11 月 2 日（水）〜 4 日（金）会

仙台国際センター〒980-0856 仙台市青葉区青葉山無番地（http://www.aobayama.jp/）

場

キーノート講演
Yoshinori Itaya
Arun Majumdar
Young-Hoon SongW. Q. Tao
Shohji Tsushima
Evelyn N. Wang

Gifu University, Japan
Stanford University, USA
Korea Institute of Machinery & Materials, Korea
Xian Jiao Tong University, China
Osaka University, Japan
MIT, USA

フォーラム構成・ キーノート講演
・ ポスターセッション（150 件を予定：ショットガン形式の口頭発表＋ポスター）
・ The Nukiyama Memorial Award 受賞者による記念講演
スケジュール2016 年 4 月 29 日
5 月 31 日
7 月 29 日
8 月 25 日
9 月 15 日
9 月 30 日
Web ページ
問い合わせ先Short abstract（発表申し込み）提出締切
発表申し込みの受理通知
Full manuscript（Copyright は著者が保持）提出締切（A4，2〜6 ページ）
Full manuscript 受理通知
Final manuscript 提出締切
事前参加申込締切

最新情報は，http://ifht2016.org でご確認ください．
組織委員会委員長
小原 拓〒980-8577 仙台市青葉区片平 2-1-1
東北大学 流体科学研究所
Tel&FAX: 022-217-5277 E-mail: ifht2016@microheat.ifs.tohoku.ac.jp
実行委員会委員長
麓 耕二〒036-8561 弘前市文京町 3
弘前大学 大学院理工学研究科 知能機械工学専攻
Tel&FAX: 0172-39-3676 E-mail: kfumoto@hirosaki-u.ac.jp

伝熱2016 年 1 月- 74 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

事務局からの連絡

編集出版部会からのお知らせ

一各種行事・広告などの掲載についてー
インターネットの普及により情報発信・交換能力の比類ない進展がもたらされました．一方，ハードコピーとしての学会誌には，アーカイブ的な価値のある内容を手にとって熟読できる点や，一連のページを眺めて全貌が容易に理解できる点など，いくら電子媒体が発達してもかなわない長所があるのではないかと思います．ただし，学会誌の印刷・発送には多額の経費も伴いますので，当部会ではこのほど，密度のより高い誌面，すなわちハードコピーとしてぜひとも残すべき内容を厳選し，イン
ターネット（HP：ホームページ，ML：メーリングリスト）で扱う情報との棲み分けをした編集方針を検討いたしました．
この結果，これまで会告ページで取り扱ってきた各種行事・広告などの掲載につき，以下のような方針で対応させていただきたく，ご理解とご協力をお願いする次第です．
対 象

対 応

具体的な手続き（電子メールでの連絡を前提としています）

本会（支部）主 無条件で詳細を，会誌と HP
催による行事に掲載，ML でも配信

申 込 者 は ，記 事 を 総 務担 当 副 会 長補 佐 協 議 員（ ML 担当），広報委員会委員長（HP 担当）あるいは編集出版部
会長（会誌担当）へ送信してください．

条件付き掲載会誌：1 件当たり 4 分の l ページ程度で掲載（無料）
HP：行事カレンダーに掲載
してリンク形成（無料）ML：条件付き配信（無料）申込者は，まず内容を説明する資料を総務担当副会長補佐
協議員に送信してください．審議の結果，掲載可となった
場合には総務担当副会長補佐協議員より申込者にその旨通知しますので，申込者は記事を編集出版部会長（会誌担当）と広報委員会委員長（HP 担当）に送信してください．

会誌：掲載せず
HP：条件付き掲載 （無料）
ML：条件付き配信（無料）申込者は，公募内容を説明する資料を総務担当副会長補佐
協議員に送信してください．審議の結果，掲載可となった
場合には総務担当副会長補佐協議員より申込者にその旨通知しますので，申込者は記事を広報委員会委員長（HP 担当）に送信してください．

関係学会や本会
会員が関係する組織による国内
外の会議・シンポジウム・セミナー
大学や公的研究機関の人事公募（伝熱に関係のある分野に限
る）

一般広告
求人広告

申込者は，編集出版部会長（会誌担当）または広報委員会
委員長（HP バナー広告担当）に広告内容を送信してくだ
さい．掲載可となった場合には編集出版部会長または広報
会誌：条件付き掲載（有料）委員会委員長より申込者にその旨通知しますので，申込者
HP：条件付き掲載
は原稿を編集出版部会長または広報委員会委員長に送信し（バナー広告のみ，有料）てください．掲載料支払い手続きについては事務局からご連絡いたします．バナー広告の取り扱いについては
http://www.htsj.or.jp/banner.pdf をご参照下さい．

【連絡先】
・総務部会長：小野直樹（芝浦工業大学）：naokiono@sic.shibaura-it.ac.jp
・編集出版部会長：廣田真史（三重大学）：hirota@mach.mie-u.ac.jp
・広報委員会委員長：田口良広（慶應義塾大学）：tag@sd.keio.ac.jp
・総務担当副会長補佐協議員：笹部 崇（東京工業大学）：sasabe.t.ab@m.titech.ac.jp
・事務局：大澤毅士・村松佳子：office@htsj.or.jp【注意】・原稿は Word ファイルまたは Text ファイルでお願いします．
・HP はメンテナンスの都合上，掲載は申込月の翌月，また削除も希望掲載期限の翌月程度の時間遅れがあることをご了承願います．
・ML では，原則としてテキスト文の送信となります．pdf 等の添付ファイルで送信を希望される場合 はご相談ください．
伝熱2016 年 1 月- 75 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

事務局からの連絡
54 期入会（2015.9.16～2015.11.11）正 3 名
資
正
正

氏 名
篠原 竜太郎
山田 格

所 属
スズキ株式会社
名古屋工業大学 大学院 工学研究科

資
正

氏 名
佐々木 斉人所 属
株式会社日阪製作所

正誤表「伝熱」2015 年 10 月号（Vol. 54, No. 229），追悼（p. 1，左コラム，下から 8，9 行目）（誤）「1984 年の・・・，1987 年に」→（正）：「1981 年の・・・，1984 年に」伝熱 2016 年 1 月- 76 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230

編集出版部会ノート
Note from the JHTSJ Editorial Board
本学会元会長の長野靖尚先生ご逝去の悲しみが癒えないうちに，笠木伸英先生の追悼文を本号に掲載することになるとは，未だに信じられない思いがします．両先生のご冥福を心からお祈り申し上げます．
今月号の特集は，鈴木雄二教授の企画による「新しいエネルギー変換」です．序文にもあります
ように，東日本大震災以降，エネルギーの安全保障は国民の最大関心事の一つであり，本学会に所属する多くの方もエネルギーに係わる様々な研究開発に取り組まれているものと思います．本号の編集中にも，川内原発2号機の再稼働の一方で「もんじゅ」に対する原子力規制委員会の勧告など，
今後の日本のエネルギー供給に大きな影響を及ぼしそうなニュースが頻繁に飛び込んで参りました．そのような中，10月号では低品位の排熱を有効に利用する手法として，化学反応や物質移動を伴う熱利用機器に関する特集を組みました．本号においては，「高付加価値のエネルギー」を創り出す最先端の手法，原理について，ミクロな視点から5名の先生方にそれぞれ判りやすく，また極めて興味深い解説をして頂きました．
また，これらの特集記事に加えて，隔年で開催される関西伝熱セミナーおよび初の日本開催となった国際冷凍会議の報告，熱物質輸送国際センターの現状と課題に関する報告，恒例となりつつなる「博物館めぐり」など，こちらもそれぞれ大変興味深い記事をご寄稿頂きました．最後に，お忙しいところ本号に快くご寄稿いただきました著者の皆様にこの場を借りて厚くお礼申し上げます．

廣田 真史（三重大学）
Hirota, Masafumi (Mie University)

副会長

功刀 資彰（編集出版担当，京都大学）

部会長

廣田 真史（三重大学）

委員
（理事）

桑原 不二朗（静岡大学），野村 信福（愛媛大学），山田 雅彦（北海道大学）（協議員） 須賀 一彦（大阪府立大学），鈴木 雄二（東京大学），多田 幸生（金沢大学），
土屋 敏章（富士電機（株）），中村 元（防衛大学校），中山 浩（中部電力（株）），
西村 顕（三重大学），服部 博文（名古屋工業大学）
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）

編集出版部会 連絡先：

〒514-8507 三重県津市栗真町屋町 1577
三重大学大学院工学研究科機械工学専攻
廣田 真史
Phone & Fax: 059-231-9385 / E-mail: hirota@mach.mie-u.ac.jp

伝熱2016 年 1 月- 79 -J. HTSJ, Vol. 55, No. 230