Vol. 39

2000

No. 154January

伝

熱

目

次

〈支部活動報告〉
関西発信の最近の話題････････････････････････････････････中部主敬 （京都大学工学研究科）･････････ 1
高温ガスタービンにおける伝熱技術の進歩･･････････････････････武石賢一郎 （三菱重工業㈱）･････････ 2300kW 級セラミックガスタービン CGT302 の研究開発･･･････････････････巽哲男（川崎重工業㈱）････････13
SPring-8概要とビームラインの熱関連問題･････････････････････････････････････望月哲朗・大石真也（(財)高輝度光科学研究センター）････････ 23〈追悼〉
坪内為雄先生の逝去を悼みて･････････････････････････････････相原利雄（東北大学名誉教授）････････ 33
坪内為雄先生を思い浮かべて･････････････････････････････････増田英俊（東北大学名誉教授）････････ 35
坪内先生の思い出（第２回国際伝熱会議）････････････････････････････宇佐見久雄（名誉会員）････････ 37〈連載〉
インタビュー「Joint Research グループリーダーに聞く」連載開始にあたって･････････････････････････････････････････････････川口靖夫（工業技術院、機械技術研究所）････････39
１．神戸大学応用化学科，薄井洋基教授･････････････････････････聞き手：川口靖夫（機技研）････････ 40
２．岡山大学大学院自然科学研究科，稲葉英男教授･･･････････････聞き手：川口靖夫（機技研）････････ 43〈第 36 回日本伝熱シンポジウム〉『伝熱シンポジウム「気になる研究」沸騰関連』についてのコメント･･･････永井二郎（福井大学）････････46〈ワンポイント伝熱〉
多孔質体内熱流動において誤解を招くドグマ････････････････････････････中山顕（静岡大学）････････47〈セミナー報告〉
キッズエネルギーシンポジウム ９９顛末記「エネルギーって何だろう」･･･････････････････････････････････････････････････････････････小澤守（関西大学工学部）････････49〈行事カレンダー〉･････････････････････････････････････････････････････････････････････ 53

〈お知らせ〉
第 37 回日本伝熱シンポジウム
第 37 回日本伝熱シンポジウムのご案内･････････････････････････････････････････････････････54
提出書類及びお願いなど･･････････････････････････････････････････････････････････････････55
関西支部主催見学ツアーのお知らせ････････････････････････････････････････････････････････55
第３７回日本伝熱シンポジウム宿泊･交通のご案内･･････････････････････････････････････････ 56
第３７回日本伝熱シンポジウム宿泊・航空券申込書･･････････････････････････････････････････ 58
伝熱シンポジウム講演論文の書き方････････････････････････････････････････････････････････ 59
JICST データベース用講演論文集抄録提出のお願い ･･････････････････････････････････････････60
第３７回日本伝熱シンポジウム会場・ホテル案内図･･････････････････････････････････････････ 61
日本伝熱学会研究会「マイクロマシンと熱流体」第 3 回会合のお知らせ･･････････････････････････････ 62
シンポジウム CO 排出削減のための技術革新･････････････････････････････････････････････････････ 632
同志社大学工学部機械系学科教員公募････････････････････････････････････････････････････････････64「伝熱」会告の書き方･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････65
事務局からの連絡 ･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 66
日本伝熱学会、入会申込み、変更届用紙 ････････････････････････････････････････････････････････ 67
日本伝熱学会、賛助会員入会申込み、変更届用紙 ･････････････････････････････････････････････････ 68
インターネット情報サービス● http://htsj.mes.titech.ac.jp/htsj.html
最新の会告・行事の予定等を提供● htsj‑info@mes.titech.ac.jp
最新の情報を電子メールで受け取りたい方のための電子メールアドレスの登録受付● htsj@mes.titech.ac.jp
事務局への連絡の電子メールによる受付

Journal of The Heat Transfer Society of Japan
Vol.39, No.154 January, 2000

CONTENTS<Reports on the Branch Activities>
Recent Topics Dispatched from Kansai-Branch
Kazuyoshi NAKABE (Kyoto University)･･････････････････････････････････････････････････ 1
Progress of Heat Transfer in High Temperature Gas Turbines
Ken ichiro TAKEISHI (Mitsubishi Heavy Industries Ltd.) ･････････････････････････････････････ 2
R & D of 300kW class Ceramic Gas turbine CGT302
Tetsuo TATSUMI (Kawasaki Heavy Industries Ltd.)･････････････････････････････････････････13
Overview of the SPring-8 and thermal problems of the beamline
Tetsuro MOTIDUKI, Masaya OISHI (Japan Synchrotron Radiation Research Institute)･･････････････23<Memorial Tribute>
A tribute to the memory of the late Professor Tameo Tsubouchi
Toshio AIHARA (Professor Emeritus of Tohoku University)･･･････････････････････････････････33
In Memory of Professor Tameo Tsubouchi
Hidetoshi MASUDA (Professor Emeritus of Tohoku University)･･･････････････････････････････ 35
Memories of Prof. TSUBOUCHI at the 1961-62 International Heat Transfer Conference, Boulder, Colorado
Hisao USAMI (Honorary member)･･･････････････････････････････････････････････････････37<New Serial: Joint Research>Preface to “Interviewing a group leader of joint research”
Yasuo KAWAGUCHI (Mechanical Engineering Laboratory, AIST MITI)･････････････････････････39
Interviewing a group leader of joint research, 1. Prof. Hiromoto USUI of Kobe University
Interviewer: Yasuo KAWAGUCHI (MEL)･････････････････････････････････････････････････40
Interviewing a group leader of joint research, 2. Prof. Hideo INABA of Okayama University
Interviewer: Yasuo KAWAGUCHI (MEL)･･････････････････････････････････････････････････
43<The 36th National Heat Transfer Symposium of Japan>
Comments on “Stimulating Studies in 36th National Heat Transfer Symposium, Boiling”
Niroh NAGAI (Fukui University)････････････････････････････････････････････････････････46< One Point of Heat Transfer>
Misleading Dogmas Associated with Heat and Fluid Flow in Porous Media
Akira NAKAYAMA (Shizuoka University)････････････････････････････････････････････････ 47

<Reports on the Seminar>
Energy Symposium for Kids ‘99 -What is “Energy” ?Mamoru OZAWA (Kansai University)････････････････････････････････････････････････････49<Calendar>･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････・53<Announcements> ････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 54

支 部 活 動 報 告

支部活動報告関西発信の最近の話題
Recent Topics Dispatched from Kansai-Branch

中部主敬（京都大学工学研究科）
Kazuyoshi NAKABE (Kyoto University)
2000年代開幕の年，明けましておめでとうございん）エンジンメーカ，セラミックメーカの開発へのます．21 世紀への助走となる今年の初頭として，次努力，それを支えたニューサンシャイン計画推進本世代を担う熱エネルギー変換機関の一つと考えられ部，NEDO 燃料貯蔵技術開発室などの力のすべてがるガスタービン機関にスポットを当てることにしま

結集したことによるが，その中でも，各関連メーカ

した．1824年，Nicolas Leonard Sadi Carnotが論文「火の敬服すべき執念とも言うべき努力とともに，(1) セの動力およびこの動力を発生させるに適した機関に

ラミック部品の成形技術の向上，(2) セラミック部品

ついての考察」において示したカルノーサイクルのをガスタービン部品として使いこなす技術の向上に

熱効率の制限を免れないものの，熱機関は1900年代あった」と述べておられます．さらなる小型化に関に急激な進展を遂げました．その中でも航空機用，する研究の一つとして，大型ガスタービンをベース

大型産業用，非常発電用と幅広い分野で利用されてロード用に特化させ，分散型エネルギー機器としているガスタービンは，低公害化，高効率化，燃料多超小型ガスタービン＋燃料電池のハイブリッドシス様化に対応できる熱機関として注目されています．

テムを充てる「戦略型」基礎研究も鈴木健二郎先生

そこで，まず産業用大型ガスタービンについて，と（京都大学）を中心に始っています．

くにそのタービン動静翼の冷却技術を中心に，開発

後半部では昨年９月初めに開催された，関西伝熱

当初の状況から実用化技術の進展，さらには最新研セミナー ‘99「21 世紀へ挑戦する伝熱技術」におけ

究開発の状況に至るまでを，武石賢一郎氏（三菱重る話題提供の一つ，大型放射光施設SPring−8の熱関工業（株））に分かり易く解説していただきました．

連問題を望月哲朗氏・大石真也氏（（財）高輝度光科

一方，小型ガスタービンはこれまでガスエンジン，学研究センター）に纏めていただきました．

ディーゼルエンジンに比して低熱効率であるがため，地球に「優しい」エネルギー技術という方針の下，

非常用発電機駆動等に限定使用されてきましたが，各方面で省エネルギー化・高効率化推進に努力が傾

昨年，ニューサンシャイン計画（当初はムーンライ

注されていますが，ユーザーが熱エネルギー，電気ト計画）のプロジェクトの一環として300kW級ガス

エネルギーを利用する際にはモラルに類する概念

タービンが開発目標値を上回る 42.1%（322kW）の（インターネット利用時のネチケットをまねてエネ

画期的な熱効率を達成し，このクラスでもガスター

ケット？）も今後必要になってくるかもしれません．

ビンが広く利用される可能性を開きました．この研広辞苑で「優しい」を引くと，動詞「痩す」の形容

究開発に直接携わってこられた巽哲男氏（川崎重工

詞形，「身も瘠せるように感じる」が原義とあり，周業（株））にプロジェクトの詳細，とくにセラミック

囲や相手に気をつかって控え目である，
つつましい，

部材を用いた，無冷却燃焼器，タービン翼，コイル

情け深い，と続いています．この意味からも真に「優状・波板状バネ等の要素技術や，開発途上で遭遇さしい」という日本語を実行することは決して「易しれた問題点とその解決策などをご披露願いました．

い」ことではないでしょう．しかし，環境に気を使

開発目標達成のキーポイントについては，プロジェ

う時には自分自身が多少痩せることを厭わないとい

クト発足以前から最終年度までの13年間，国立研究う考え方は，「地球再生計画」に向けて，21 世紀の機関としての立場からずっと関わってこられた筒井キーになるのではないでしょうか？

康賢氏（工業技術院機械技術研究所）が，
「（もちろ

-1-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告

支部活動報告高温ガスタービンにおける伝熱技術の進歩
Progress of Heat Transfer in High Temperature Gas Turbines

武石 賢一郎（三菱重工業㈱）Ken ichiro TAKEISHI(Mitsubishi Heavy Industries Ltd.)
１．まえがきタービン入口温度2000R（838℃）のJunkers Jumo 004

世界的な地球環境問題を解決する有力な方法の一

ジェットエンジンがそれで低合金耐熱鋼製のタービつとして，また省エネルギー問題の観点からも大型

ン翼に図１に示す冷却構造を採用していた[3]．またのコンバインドプラントが現在脚光を浴びている．

ドイツでは水冷却のタービン翼の研究も活発に実施

このコンバインドプラントはLNG焚大型ガスタービ

され，Schmidt 教授は図２に示す水冷却タービン翼

ンと蒸気タービンとを組合せた構成から成り立ってを用いたタービン入口温度 2700Ｒ（1227℃）のター

いて，従来の火力発電プラントよりも20％程度高い

ビンの運転に成功している[3]．しかし本格的な空気

熱効率が達成されている．コンバインドサイクルの冷却方式のタービン翼が航空用エンジンで実用化さ更なる効率向上を目指してトッピングサイクルに用れるのは 1960 年代に入ってからである．

いられるガスタービンは，一層の高性能化が要求さ1960年以降空冷タービン技術の進歩とともに，航れている．ガスタービンのサイクル効率を改善する

空用ガスタービンのタービン入口温度は飛躍的に上方法の中では，タービン入口温度（Tit）を上昇させ昇した．航空用ガスタービンのタービン入口温度のる方法が最も有効な方法である[1]．このためにガス上昇傾向と，産業用ガスタービンのそれを合せて図タービンメーカ各社では高温ガスタービンの開発が積極的に行われている．現在，最新の産業用ガス
タービンの Tit は 1500℃に達している．この高温ガ
スタービンを用いたコンバインドサイクルの総合熱効率は，低位発熱量基準(LHV)で58％以上を達成している [2]．
高温ガスタービンにおいては，高温ガスに接する
高温の部材，中でもタービン第１段静動翼の信頼性確保が重要な問題である．この問題は冷却技術，耐熱材料技術，コーティング技術，加工技術等の進歩によって解決されて来ているがとりわけ冷却技術の進歩に負う所が大きい．本解説においては，この分

図１

Jumo 004 のタービン動静翼野に関係の薄い方にも全容がわかるように高温ガスタービンを紹介する中で，特にタービン翼の冷却技術を中心に伝熱技術の進歩と今後の発展を展望する．
２．ガスタービンの高温化とタービン翼冷却構造の変遷
歴史を振り返ってみると，タービン翼の冷却技術は1935年ドイツで初めて行なわれた空気冷却翼（空冷翼）と水冷却翼の研究まで遡ることが出来る．

伝熱2000 年 1 月

図２ 水冷却タービン動翼-2-

支 部 活 動 報 告３に示す [4]．図３より明らかなごとく産業用ガス

メタル温度レベル，耐酸化限界よりタービン翼のメ

タービンのタービン入口温度は約25℃／年の割合でタル温度は約 900℃に保つ必要がある．よってター上昇している．このタービン入口温度の上昇を支え

ビン入口温度の上昇に伴って冷却空気量は増加するる技術として，材料の進歩による寄与が約10℃／年傾向にあるが，冷却空気量の増加はガスタービンのであるのに対して，冷却技術の進歩によるものは約

熱効率の低下をまねくこととなる．タービン入口温15℃／年であり，冷却技術の進歩に負う所が大であ度の上昇とタービン翼の冷却に必要な冷却空気量のる．図３中の最新の産業用ガスタービンである

関係および冷却空気量の増加によって低下するコン

M501G 形のタービン入口温度は 1500℃に達していバインドサイクル効率の関係を図５に示す[6]．図５

る．M501G 形ガスタービンの断面図を図４に示す[5]．
現在のタービン翼に用いられる超耐熱合金の許容

図５ タービン入口温度と必要冷却空気量およびコ
ンバインドサイクル効率の関係
図３ 産業用ガスタービンの高温化の推移

図４

M501G ガスタービン断面図-3-Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告より，タービン入口温度の上昇による熱効率の改善

構造の変遷を示す[7]．高温化に対処してより高性能

は，冷却空気量の増加により相殺されることがわか

な冷却方式が採用されてきた状況が理解いただけよる．よってガスタービンの高温化による性能改善をう．また図７，図８に，最新の 1500℃級 M501G 形確保するためには，タービン入口温度の上昇に伴っガスタービンの第１段静動翼の冷却構造を示す[8]．

てタービン翼の冷却にはより高性能な冷却方式を採M501G形ガスタービンの第１段静翼では，翼外面の用する必要が生じる．

静圧分布に応じてフィルム冷却空気量を精度良く制

図６に産業用ガスタービンの M501/M701 シリー

御できるように３個のインサートが採用されており，

ズに採用している第１段静翼及び第１段動翼の冷却

さらにフィルム冷却には，シェイプトフィルム冷却孔が用いられている．また第１段動翼では，翼内面の伝熱を促進する斜目タービュレンスプロモータを冷却流路に取り付けたサーペンタイン流路と，シェイプトフィルム冷却が採用されている．
３．伝熱技術の役割
最新のガスタービンに採用されている第１段静翼，第１段動翼ともに，熱応力を低減するために図７，図８に構造例を示したごとく，薄肉構造を採用している．第 1 段静翼の翼面の冷却構造を簡単化して図９に示す [9]．
図９において，実際のタービン翼では，翼壁のメ
タル温度は分布するが一定であると仮定すると，翼壁を通過する熱エネルギーの収支より次式が成立す

図６ 産業用ガスタービン動静翼冷却構造の変遷

る．

q = α g (Taw − Tw1 ) == α c (Tw 2 − Tc )ここでl(Tw1 − Tw 2 )λ･･･････････････････････(1)Taw = Tg − η f (Tg − Tc )"：翼壁厚さ，Taw：断熱壁温度，Tc：冷却空気温度，Tg：主流ガス温度，Tw1，Tw2：ガス側および冷却側メタル温度，α c：冷却側熱伝達率，α g：ガス側熱伝達率，λ：翼の熱伝導率，η f：フィルム冷却効率

図７ Ｇシリーズガスタービン１段静翼冷却構造

q = K ( Taw − Tc ) ･･･････････････････････(2)
1 1 l
1
= + +
ここで
K α λ αc

図９ モデル化した静翼の冷却構造

図８ Ｇシリーズガスタービン１段動翼冷却構造

伝熱2000 年 1 月-4-

支 部 活 動 報 告式 (2)，式 (1) よりタービン壁の温度 Tw1 が求まる．

面の熱伝達率においては以上に述べた主流が定常のタービン翼の冷却設計では Tw1 をタービン翼の材料

流れによって生じる定常熱伝達に加えて，図11に示

許容の温度に抑え，かつ△ T = Tw1 - Tw2 を小さくしすごとく非定常流の影響を受ける [17]．ガスタービて熱応力を低減する必要がある．この冷却設計がうンの高温化に伴って翼面熱伝達率をより精度良く推まくいかない場合，冷却不足で焼損を生じたりする定する必要が生じているために，非定常流の翼面熱こととなる．一方過冷却では性能を低下させる原因伝達に関する研究が盛んに実施されている[18–20なとなる．煎じ詰めれば翼外面の熱伝達率α g，フィル

ど ]．

ム冷却空気温度Taw（または主流ガス温度Tg）を如何

以上は二次元の翼断面における熱伝達の問題であに精度良く予測出来るか，またフィルム冷却効率η

るが，現実のタービンの流れは図12にその流れの概f，冷却側の熱伝達率α c 等を如何に高い効率を達成

念を示す [21] 非常に複雑な３次元の流れである．

するかが伝熱技術に要求されている課題と考えてよ

タービン静翼では端壁面と端壁面近傍の翼面の伝熱い．

は図12に示される複雑な渦の影響を受ける．高温化

3.1 翼外面熱伝達率とともに端壁面の冷却の重要性が増し多くの実験的，解析的研究がなされている．文献 [22] 参照．

平均径断面におけるタービン翼外面の熱伝達率の分布の例を，図 10 に示す [10]．翼外面の熱伝達率のタービン動翼においては，翼先端面の熱伝達率が分布は主流と翼形状に依存した複雑な分布を示す．
翼前縁のよどみ点の熱伝達率は主流乱れの影響を強く受ける．Kestin 等は，流れに直交して置かれた円柱まわりの淀み点の熱伝達率として Schmidt の実験
式[11]式(3)を，主流乱れτ∞の関数で補正する式(4)を与えている[12]．図10に示す翼外面の熱伝達率分
布への影響因子としては表面曲率，主流加速率，主流乱れ，流入角，非定常流，表面粗さ等があり，個々の因子についての非常に多数の実験的研究がなされてきた [13–15 など ]．また，最近では解析的研究が増加している [16 など ]．

R| F θ I U|
Nu = 114. S1 − G J V Re Pr|T H 90K |W
3

0.5

D

D

0. 4

図 11

･････････(3)

非定常流の影響

NuD ' = C ⋅ NuD

F τ Re I − 3.99F τ Re I (4)C = 0.945 + 3.48G
H 100 JK GH 100 JK
2∞∞

タービン第１段動翼および第２段静翼以降の翼外

図 10

図 12

翼まわりの熱伝達率分布の例-5-端壁面上の流れの概念図

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告重要となるが，この部分の熱伝達は動翼の回転と翼たってその効果が得られる形状・配置が求められての腹側と背側の圧力差によって生じる主流ガスの来たが，従来は実験的に現象の把握と最適化がなさ

リークと端壁流れの影響し合った複雑な流れに依存れてきた．図13に示すごとく，フィルム冷却の性能している [23]．

に影響するパラメータはフィルム冷却孔の幾何学的

3.2 フィルム冷却技術

形状，フィルム空気の物性，吹き出し量，翼面上の図７，図８に示したごとく，最新のガスタービン

位置，主流の状態等々と非常に多くあるため，翼面に用いられるタービン動静翼には，冷却空気を翼面にフィルム冷却を適用する場合実に多くのパラメーにあけられた穴から吹き出し，この吹き出した空気

タとして考慮する必要がある．これらのフィルム冷が高温ガスと翼壁の間に冷却膜を形成し遮熱する冷却に関する一連の研究については文献 [24, 25] にま

却方式，いわゆるフィルム冷却が採用されている．

とめられている．最近ではフィルム冷却効率の向上

フィルム冷却はその目的から考えて冷却空気と主流を目指した多くの研究が報告されている．古くはを出来るだけ混合させず，翼面上の長い距離にわ

Goldstein 等 [26] が提案したアイデアであるが，最近のフィルム冷却孔の加工技術の進歩に伴って航空用，産業用のタービンに採用されている．Takeishi等[27]は，図13に示すフィルム冷却孔の形状を用いること
によってフィルム冷却効率を約２倍に出来ることを明らかにした．図14に従来の円孔列から吹き出した
場合と，図 13 に示すシェイプトフィルム冷却孔のフィルムジェットの空間分布を示す．図14より円孔からの吹き出しの場合，フィルムジェットは主流に

図13 従来のフィルム冷却孔とシェイプトフィルム
孔の形状比較

貫通し，主流がフィルム空気と壁の間に流入しフィ
ルム冷却効率を下げているのに対して，シェイプト
フィルム孔の場合フィルム冷却空気が壁に密着し，かつ横方向に広がり，高いフィルム冷却効率を達成
していることがわかる．同様の実験的研究でフィル
ム冷却の高性能化を目指した研究が多数報告されている [28–30 など ]．最近では，フィルム冷却効率の向上に数値解析が適用される例が増加して来ている[31, 32 など ]｡実機のタービン翼にフィルム冷却を適用する場
合，タービン翼面上の流れ場の影響を考慮する必要がある．特にガスタービンの高温化に伴って端壁面にもフィルム冷却を採用する必要が生じている．しかし，端壁面の流れは図12に示すごとく非常に複雑

図14 フィルム冷却孔下流のフィルムジェットの空
図 15 端壁面上のフィルム冷却効率分布

間温度分布

伝熱

2000 年 1 月-6-支 部 活 動 報 告であり，端壁面の翼前縁付近でフィルム冷却を行っ

等[36]は，図17に示す単純形状を基にした伝熱実験ても，翼腹側から背側に向かう二次流れと通過渦のを実施し，よどみ点の熱伝達率，０〜 90°間の平均影響で翼背側に吹き寄せられることが図15より明か

熱伝達率におよぼす形状パラメータの効果を明らかである [21]．翼面と端壁面の熱伝達率とフィルム冷にした．

却については文献 [33] にまとめられている．

また，Kercher等 [37]は，タービン翼の背腹部に用さらに，タービン動翼面上のフィルム冷却には，いられている多孔のノズルからの衝突噴流による各動翼の回転効果と，静翼のウェークの影響を受ける．

列の熱伝達率特性を図18に示す形状を基とした平均

Dring 等 [24] は，大型の低速回転タービンを用いて，熱伝達率が測定できる伝熱模型により調べた．特にタービン動翼面上のフィルム冷却効率を測定した．

上流側の冷却空気が下流側の衝突噴流に横風としてその計測例を図 16 に示す．また Takeishi 等 [35] は，作用し，衝突面における熱伝達率を低下させる効果

実機と相似な条件で運転された空気タービン試験でを明らかにした．これら内面冷却の熱伝達率評価式

フィルム冷却効率を炭酸ガスをトレーサとした熱物については，文献 [38] にまとまっているので参照さ

質伝達アナロジーを用いて測定した．
これらの結果，れたい．
タービン動翼にインピンジメント冷却を用いる場
合，インサートの振動の問題があるために用いられる例は少なかったが，最近では，精密鋳造でノズルと翼を一体で製作する方法で翼前縁を衝突噴流で内面から冷却するタービン動翼が使用されている．回転している場での前縁を衝突噴流で冷却する場合の伝熱特性が調べられている [39]．これらの実験結果によれば，衝突噴流のよどみ点熱伝達率は回転の効果によって 20 〜 25％低下するという事実が明らかになっている．
図９にタービン静翼の壁面構造を模式的に描いているが，最近では内部のインサートと外面の壁を一体で精密鋳造で製作する方法が開発されていて，

図16 低速回転タービン試験におけるタービン動翼
面上のフィルム冷却効率分布
翼の背側は，
平板のフィルム冷却に近い値であるが，腹側は静止翼列のフィルム冷却効率よりも減衰が激しいことが明らかになった．
3.3 インピンジメント冷却
図 17

インピンジメント冷却は，冷却空気をノズルから前縁の衝突噴流冷却の模式図

噴流で吹き出して，冷却面に空気を衝突させること
によって冷却する手法である．衝突噴流のよどみ点
熱伝達率が非常に高いことを利用して，図７に示した静翼の背腹部の内面の冷却に用いられるとともに，
翼前縁の内面冷却にも用いられている．
翼前縁を内面から冷却する場合，凹面の衝突噴流による熱伝達率特性を調べる必要があるが，Chupp

図 18 平板面の衝突噴流冷却の模式図-7-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告
タービン翼は CASTCOOL の名称で呼ばれている

伝熱量を増す目的ではなくて，リブ上面ではく離し[40]．このような一体型の精密鋳造法で製作されるた流れが，再付着する部分で非常に熱伝達率が高く

衝突噴流とフィルム冷却孔の組み合わさった詳細ななることを利用しているので，リブを持つ構造は伝熱特性が実験的に調べられている[41]．図19に示

タービュレンスプロモータ（又はタービュレータ）した精密鋳造製の冷却特性が，インピンジメント冷と呼ばれている．タービュレンスプロモータの伝熱却孔の配置を模擬した伝熱模型を用いて調べられて促進のメカニズムから90°リブでは再付着が関与すいる．詳細な衝突面における熱伝達率の分布を図20ることから，高さｅ，ピッチＰのパラメータが影響に示す．局所のメタル温度推定あるいは，メタル温することが予想される．P/e=10付近で熱伝達率が最大になることが実験的に明らかになっている．さらに熱伝達率を増加させる方法として，図21中に示した傾斜リブあるいはＶ型リブが有効である．これらは，主流全体に旋回流を与えたり，強い剪断流を発生させて，伝熱促進をはかるものである．
図22にKawaike等[42]によって実験的に調べられた種々形状のタービュレンスプロモータ付き流路の伝熱特性を示す．一般的に滑らかな管に比べて熱伝達率は，90°リブ付き管で約２倍に増加し，傾斜リ
ブ付き管は 90°リブ付き管よりもさらに 20 〜 30％増加する．Ｖ型スタッガードリブは傾斜リブ付き管よりさらに高い熱伝達率を得ることが出来るが圧力

図 19

損失係数もほぼ熱伝達率の増加割合の二乗に比例し精密鋳造製の冷却構造

図 20 衝突面における詳細な局所熱伝達率分布度の均一化に必要な一つの伝熱研究の動向と考えられる．
3.4 タービュレンスプロモータによる冷却
図８に最新の産業用 M501G 型ガスタービンの第１段動翼の冷却構造を示した．翼の内面の通路には
精密鋳造技術で製作された小さなリブが取り付けられていて，内面からの冷却を強化している．このリブの伝熱的な役割を模式的に図 21 に示す．図 21 に示すごとく高さｅのリブはピッチＰで規則的に並べ
図 21

られている．高さｅは，有効伝熱面積を増加させて伝熱

2000 年 1 月-8-

タービュレンスプロモータ

支 部 活 動 報 告て増加する．圧力損失の増加を押さえて熱伝達率のが盛んに行われている [44]．実機のタービン翼では高いタービュレンスプロモータの開発が重要である

図24に示すごとく，リブ付き面と回転軸とがかならが，タービュレンスプロモータの伝熱メカニズムにずしも平行でない場合がある．Parsons等は，図24に踏み込んだ研究が必要である．その一例として，ス
リット付き傾斜リブの可視化実験から推定した流れの構造模式図を図 23 に示す [43]．図 23 に示すようにスリット付き傾斜リブでは，リブのエッジより発生した縦渦が伝熱促進に寄与していると考えられている．
今までに述べたタービュレンスプロモータの伝熱特性は静止系での話しである．実機のタービン動翼は回転しているために，流体には遠心力，コリオリス力が作用し，これによって生じる二次流れが生じるため，この流れがタービュレンスプロモータ付き
流路の熱伝達特性に影響を与える．近年，実機条件のリブ付きサーペインタイン流路の伝熱特性の研究
図 24 タービン動翼の回転により生じる二次流れの状況

図22 種々のタービュレンスプロモータ付き流路の伝熱特性

図 25 リブ付き流路の伝熱特性（対滑らかな発達した管のヌセルト数比）リブ角度 60°（上）とリ
ブ角度 90°（下）の場合

図23 スリット付き傾斜リブの壁近傍の流れの構造
模式図

-9-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告

示したリブ付きサーペンタイン流路の伝熱特性に着ント冷却を用いることが出来ず，また動翼では充分目し，実験的研究を実施し，図25に示す結果を得てな半径方向の流路面積が確保出来ない部分であるたいる[45]．ローティション数Ｒ０の増加に伴って，熱めにピンフィンが採用されている．タービンの後縁伝達率への二次流れの効果が顕著に表れている．まに採用する低アスペクト比のピンフィンでは，流路た，回転軸との角度βの効果もリブの傾斜角によっにピンフィンを用いることによって，かえって伝熱て異なることがわかる．

面積が減少することがあるが，ピンフィン前面の高3.5 ピンフィンによる冷却

いよどみ点熱伝達率を利用出来る，あるいは円柱の

図７，図８に示すごとく，タービン翼の後縁には後縁から生じる渦が次列のピンフィン回りの伝熱促

ピンフィン冷却が採用されている．タービン静翼で進を行なうなどの効果によって高い熱伝達率を達成

は，後縁部分にはインサートを用いたインピンジメ

することが出来る．
一般に千鳥配列は正方配列に比べて熱伝達率が高い．千鳥配列におけるピンフィン流路の流れを可視化した写真を図 26 に示す [46]．図 26 より千鳥配列
において，ピン後流によって生じた乱れがピンの回りに一様に分布していることから千鳥配置が高い熱伝達率を達成していることがわかる．
ピンフィンの伝熱特性を調べた多くの実験的研究があるが，Armstrong等[47]は，過去の多くの実験結果をまとめ，熱伝達率，圧力損失の評価式を整理している．局所（列数ごと）熱伝達率に関してMetzger
等の実験結果を図 27 に示す [48]．図 27 に示すごと
く，第１，２列のピンフィン列に関しては，乱流強度が低いために平均値よりも低い熱伝達率を示している．
ピンフィン冷却の伝熱特性の向上に関しては，
傾斜ピン，楕円等の非円柱ピンフィンなどが研究されている．Metzger 等 [49] は，ピンフィンの高さの15％のリブを，両側の壁面に付けることによって熱伝達率を35％増加させる結果を得ている．ピンフィ

図 26

ンとリブを組み合せ伝熱を促進して熱伝達特性をさピンフィンの流れの可視化

らに向上させる工夫がなされている．
４．新しい冷却技術
コンバインドプラントの特徴を生かした冷却方式
として，排ガスボイラで生成した蒸気を用いてター
ビン翼，燃焼器壁等を冷却する方法が次世代の産業用ガスタービンとして脚光を浴びている [50]．このような蒸気冷却タービン翼としては圧力損失の少な
い，熱応力を低減した冷却構造を開発する必要があ
る [51]．さらに，冷媒として冷却能力に秀れた水を用いた水冷却翼の研究も1700℃級のガスタービンを目指して再び研究される情勢にあるが，水冷却ター
ビン翼は，1970年代石炭ガス化ガスタービンのプロ
ジェクトとしてデポジットの付着しない，かつ熱応
図 27
伝熱力に耐えるタービン翼を目指して進められたが，静ピンフィンの列ごとの伝熱特性

2000 年 1 月-10-支 部 活 動 報 告

翼では，翼材に採用した銅合金材の内部流路のエ

吉川等はミスト冷却をタービン翼冷却に用いる基礎

ロージョン問題から，一方動翼では振動問題で実用研究を行っている．以上に述べた圧縮空気以外の冷化しなかった経緯がある．水冷却ガスタービンの技媒を用いた冷却手法，あるいはヒートパイプ利用等

術動向については，文献 [52] にまとめられている．

は新しい概念であるが，タービン翼等の冷却すべき

最近タービン動翼内で蒸発させて冷却する新しい部材の伝熱技術はもちろんのこと，冷却システムとコンセプトが Kerrebrock 等 [53] によって提案されてして最適化をはかっていく必要がある．

いる．その冷却システムの概念を図28に示す．これ

一方タービン翼の加工法の進歩により精密鋳造では一種のヒートパイプである．Yoshida等[54]はヒー製作されるよりも複雑な流路を形成できる方法が開トパイプを高圧タービンのタービン翼の冷却に用いて，バイパスファンの空気でヒートパイプの蒸気を凝縮させる図 29 のシステムを提案している．また，

図 30

積層壁冷却構造

発されている．
そのひとつに前述したCASTCOOLがある．積層状に拡散接合された図 30 に示す構造でタービン翼あるいは燃焼器の壁を冷却するものである [55]．我が国においても吉田等の積層タービン翼の先駆的研究がある [56]．マイクロチャンネルの伝
熱研究の成果がこの分野でも必要になる時代がくると予想される．

図28 蒸発冷却でタービン翼を冷却するシステムの概念

５．あとがき
産業用および航空用ガスタービンのタービン翼に採用されているタービン翼の冷却技術を中心に，開発当初の研究から現在実用化されている技術，さらに最新の研究開発状況を紹介した．現在までの，ガスタービンの高温化への冷却技術の寄与は，非常に大きいものであった．今後は，本解説のインピンジ
メント冷却のところで紹介したように，ガスタービ
ンの高性能化のために，より詳細な熱伝達率の把握とマイクロ伝熱を含む局所の熱伝達率の把握と制御に向かうであろう．
これらを達成する手法としては，
従来からの実験的手法に加えて，伝熱流動の数値解
析的手法の役割が増加すると考えられる．本解説がこれからガスタービンに関連した伝熱の問題を研究しようとする方々にとって少しでも役に立てば著者

図29 高圧タービン翼をヒートパイプで冷却する概念図の望外の幸せである．

-11-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

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伝熱2000 年 1 月-12-

支 部 活 動 報 告

支部活動報告300kW 級セラミックガスタービン CGT302 の開発研究
R&D of 300 kW class Ceramic Gas Turbine CGT302

巽 哲男（川崎重工業㈱）Tetsuo Tatsumi (Kawasaki Heavy Industries Ltd.)

1. 概要
現在，我々人類が日常活動を営んでいくためには相当量のエネルギー消費が必要で，中でも内燃機関用に消費されるエネルギーは，輸送機器用，機械駆
動用，発電用などその利用範囲が広範にわたるため，環境への影響が大きい．ガスタービンは，航空機用
ジェットエンジンや発電用，機械駆動用等に広く用いられている内燃機関である．その一角を占める産
業用小型ガスタービンは，小型軽量，低公害，低振動，低騒音等，優れた特性を持っているが，現在のところその用途は非常用発電機駆動等の限定された分野に限られている．その主な理由は，ガスタービ
ンの熱効率が，特に小型機において低いためである．
本技術開発は低公害原動機として優れた特性を持つガスタービンに対し，中小型エンジンの高効率化，低公害化および燃料多様化を促進することを目的に，ムーンライト計画（現ニューサンシャイン計画）の一環として昭和６３年度から開始された．この研究開発の中で，川崎重工業（株）は京セラ（株），
住友精密工業（株）と共に 300kW 級「コージェネ
レーション用再生式２軸セラミックガスタービン」（略称，ＣＧＴ３０２）の研究開発を担当した．
本プロジェクトの開発目標は非常に高く，解決すべき種々の問題に遭遇したが一歩ずつ乗り越えて，最終年度に当たる平成１０年度末に 42.1% の熱効率や極めて良好な NOx 排出特性等，画期的な成果をあげ，当初の目標を達成することが出来た．同時に，セラミック部材の信頼性・実用性検証のため
1,200℃での長時間運転も実施した．
本稿では，ＣＧＴ３０２の開発についてガスター
ビンエンジンを主体に紹介する．
2. なぜセラミックスを使うのか？
内燃機関は一般にそのサイクル最高温度を高くするほど高い熱効率が得られるが，特にガスタービン
においては主に耐熱材料の進歩や冷却技術の改良によって高いタービン入口温度を実現することで熱効率の向上が図られてきた．
航空機用および事業用大型ガスタービンにおいては､タービン翼に洗練された冷却構造を採用することで翼の温度を下げ，耐熱材料の本来の使用限界温度を超える高いタービン入口温度を実現し，熱効率の向上が図られている．一方，小型ガスタービンではその寸法の小ささ故に，冷却翼の製作が困難なた
め，その熱効率は比較的低いレベルに留まっている．
また，タービン翼をはじめとする高温部品の冷却用空気はタービン入口温度上昇に寄与する一方で損失の要因ともなり，さらには燃焼用空気が減少して排気ガス中の NOx 増大につながるため，その使用割合には限界がある．
セラミックガスタービンは､耐熱性に優れたセラ
ミックスを高温部材に適用することで高いタービン
入口温度を無冷却で実現し､さらに冷却空気に起因する損失をも低減して､小型ガスタービンの熱効率を画期的に改善しようとするものである．
3. 研究開発目標
開発目標を表 1に示す．目標とする熱効率 42%
は，ガスエンジンあるいはディーゼルエンジンのそれにも匹敵する非常に意欲的な値である．
表 1 開発目標
熱効率
タービン入口温度
出力
排気ガス特性開発目標
42 %1350 ℃
300 kW 級
法令基準値以下

4. 研究開発体制
研究開発体制を図 1に示す．川崎重工業，京セラ，
住友精密工業は，それぞれガスタービンの設計・試
作・運転，耐熱セラミック部材，熱交換器を担当し
た．

-13-

Jour. HTSJ, Vol39, No.154

支 部 活 動 報 告

ＮＥＤＯ

工業技術

名工研

コージェネレーション用再生式１軸ＣＧＴ

京セラ

コージェネレーション用再生式２軸ＣＧＴ

川崎重工

可搬式発電用再生式２軸ＣＧＴ

住友精密

が圧縮機駆動タービンと分離された２軸フリーター
ビン式を採用している．２軸フリータービン式ガスタービンは，１軸式ガスタービンに比べて部分負荷状態における熱効率の低下が少ない特長を有している．
熱効率に影響する因子としては，TIT の他にも圧縮機やタービンなどの各要素効率，
サイクル圧力比，
再生熱交換器の温度効率等がある．設計の第一段階として，目標の熱効率を達成するために必要なこれ
らの因子の組合せを注意深く検討した．検討結果の一例を図 2に示す．

支援研究

機技研
セラミック部材信頼性確証試験

航技研

セラミック部材接合技術の試験 ・評価方法
社会適合性研究

図 1 研究開発体制
5. 研究開発スケジュール
研究開発スケジュールを表 2に示す．
表 2 ＣＧＴ開発スケジュール
S63

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

Ⅰ 耐熱ｾﾗﾐｯｸ部材の研究開発

耐熱セラミック部材および部品化技術の研究

Ⅱ 要素技術の研究開発

要素技術の研究および要素機器の試作研究

中

中

間

間

評

評

価

価

H9

H10

Ⅲ設計試作運転研究

1.基本設計2.第1次設計試作運転研究

3.第2次設計試作運転研究

基本設計

基本型GT(900℃)

基本型CGT(1200℃)（中間評価）
4.第3次設計試作運転研究

パイロットCGT(1350℃)

開発は，以下に示す段階を踏んで進められた．
• 基本設計：（Ceramic GT ）
• 第１次試作：基本型ＧＴ（900 ℃ 金属 GT ）（基本設計のセラミック部品を金属部品に置き換え）•

第２次試作：基本型ＣＧＴ （1200 ℃ CGT ）（高温金属部品をセラミックに置き換え．当時部品化が可能であった材料を使用）•

第３次試作：パイロットＣＧＴ（1350 ℃ CGT ）（高性能セラミック材料の適用）

これら各段階のエンジンの基本設計は同一で，目標最高温度に応じて高温部に使用する材料が異なるのみであり，基本型ＧＴと基本型ＣＧＴはパイロッ
トＣＧＴの部分負荷運転状態に相当する．なお，使用したセラミック材料はいずれも窒化ケイ素 Si3 N 4である．
6. ガスタービンサイクル諸元の検討
ガスタービンは一般にタービン入口温度(TIT)が高いほど熱効率が高くなるが，単にタービン入口温度を高くするのみでは排気として放出されるエネル
ギーも増加し，期待されたほどの効果は得られない．
この対策として圧力比の増大や排気の再生等が考えられるが，本機では小型ガスタービン用に適した再生サイクルを採用した．また，本機は出力タービン

伝熱 2000年1月

-14-

図 2

サイクル諸元の検討例

TIT と熱交換器温度効率の組合せによって，熱効率を最高にする最適圧力比が変わることが判る．一方，金属製熱交換器を使用する場合は，その入口ガス温度に制約があるが，これは主に TIT と圧力比の組合せで決まる．また，TIT は使用するセラミック
材料の耐熱性や高温強度を考慮して決める必要がある．これらの検討の結果，TIT を 1350 ℃，圧力比を8，熱交換器温度効率を 82% に決定した．圧力比が従来の自動車用ＣＧＴ等に採用されて来たものよりも高いため，排気ガス温度が低くなり金属製熱交換支 部 活 動 報 告

本機では，燃焼器をはじめとするすべての高温部材
をセラミック化している．セラミック適用部品を図4に示す．

器を用いることができた．
各要素毎に設定した目標効率は，圧縮機，ガスジェネレータタービン，パワータービンに対し，それぞれ 82% ，84% ，88% である．
7. 候補セラミック材料とその特徴
窒化ケイ素に代表されるセラミックスの基本的な特性と，ガスタービンへの適用に当って設計上留意すべき事項をまとめると表 3 のようになる．これらの特徴を勘案して，最適な設計仕様を定めることが必要となる．
表 3セラミックスの基本的特性と設計上の留意事項
基本的特性

長

･高温での強度劣化が少ない ･高温部品に適する･耐酸化性に優れる
・冷却の必要が無い･高温での比強度が大きい

所

設計上の留意事項･耐摩耗性に優れる･膨張係数が小さい･高速回転体に適する･高温高速ガス中の部品(ﾉｽﾞﾙﾌﾞﾚｰﾄﾞ等)に適する･隙間の変化が少ないのでﾀｰﾋﾞﾝ等のﾁｯﾌﾟｸﾘｱﾗﾝｽを狭くする事が出来る｡･応力集中や衝撃荷重を避ける設計が必要･強度のばらつきが大きい･設計基準が定めにくい･高強度材は開発途上であり ･設計､加工､検査に特別な配設計ﾃﾞｰﾀが少ない
慮が必要
･もろい

短

図 3

CGT302の構造

所 ･金属との熱膨張率の差が大 ･接合､締結､組立に特別な工
きい上に変形能が小さい

夫が必要

8. 基本設計方針
ＣＧＴ３０２の設計に当たっては，「セラミックス適用開発課題を最小限にして，セラミックスを上
手く使いこなすことに傾注する」ことを基本方針とし，これに沿って，以下の選択を行った．
• ガスタービンの基本構造に実績のある形式を採用する．
• 熱交換器には，自動車用等で採用されて来たセラミック製回転蓄熱式ではなく，金属製プレート
フィン型を採用する．
• ガスタービンをモジュール構造とし，改良のため頻繁な分解組立が予想される運転試験の能率確
保を図る．

図 4

9. ＣＧＴ３０２の構造
ＣＧＴ３０２は，単段遠心式圧縮機，単筒型燃焼器，単段軸流式ガスジェネレータおよびパワータービン，
金属製プレートフィン型熱交換器等で構成される．
構造を図 3に示す．

-15-

セラミック適用部品

10. 設計上の特徴
ＣＧＴ３０２の設計上の主な特徴は以下の通りである．
• 実績のある基本構造と先進的なセラミックス利用技術の採用• ブレードとディスクが一体型の（ＢＬＩＳＫ）
タービンの採用• 金属製熱交換器• 断熱三重構造

Jour. HTSJ, Vol39, No.154

支 部 活 動 報 告11. 先進的セラミックス利用技術
窒化ケイ素に代表されるセラミック材料は，金属に比較して非常に脆いこと，熱膨張係数が典型的な耐熱合金の 1/4 程度と非常に小さいこと等の特徴を持っている．これらの特徴を勘案して，以下に示す
セラミックスに適した利用技術を開発した．
• 複合締結部材（モノリシックセラミックスと繊維強化セラミックスの複合構造部材）• 相互独立支持構造• 弾性支持構造①複合締結部材
タービンノズルは，ノズルベーンとシュラウド内
筒および外筒からなる大型複雑形状部品である．この部品は高温部品の中でも最も高い温度にさらされ，また温度不均一による熱応力も高くなることが予想される．このため，従来からセグメント形式（単翼を配列組立する方式）が採用されて来た．この方法は，製造が容易になる長所がある反面，取り付け部分の応力集中や翼間のガス漏れ等を生じるおそれがある．これらの問題点の解決策として複合締結部材を開発した．このコンセプトを図 5に示す．

図 6 複合締結部材の例（ガスジェネレータタービンノズル）②相互独立支持構造および弾性支持構造
金属製部品とセラミック部品の熱膨張差や，金属製外殻構造物の非対称変形などに起因するセラミッ
ク部品の支持機能喪失あるいは干渉による過大荷重等を避けるため，相互独立支持構造および弾性支持構造を採用した．従来のＣＧＴでは，セラミック部
品を順次積み上げて行く組立方法が取られたが，この方法では前述した過大荷重が生じる可能性が高い．
このため，セラミック部品を互いに独立して保持
しかつ部品間に適切な隙間を確保して，部品相互間に発生しがちな干渉による過大荷重を回避する相互独立支持構造を採用した．これによって，セラミッ
ク部品は支持構造が非対称な変形をしても互いに干渉することなく自由に変位することが出来る．

図 5 複合締結部材のコンセプト
製造工程は以下の通りである．
(1) セグメントにセラミックファイバーを巻き付ける

伝熱 2000年1月(2) 繊維間に有機ポリマーを含浸させる(3) 有機ポリマーを炭化ケイ素に転化する(4) 上記(2)−(3)の工程を繰返しマトリックスの緻密度を上げる(5) 外表面に炭化ケイ素のＣＶＤ膜を作り，ほつれ止めとする．
かくして，ガス通路を耐熱・耐摩耗性に優れたモ
ノリシックセラミックスで形成し，外周を靭性に富んだ繊維強化セラミックスで束ねた複合締結部材が構成される．
この技術を適用する事によって，セグメント間の漏れが無く，またタービンチップクリアランスを最小にするに十分なセンタリング精度を有する，一体構造のガスジェネレータおよびパワータービンノズ
ルを製作することが出来た．適用例としてガスジェ
ネレータタービンノズルを図 6 に示す．

-16-

支 部 活 動 報 告8に示す．このＰＴロータの外径は 192mm
最大級の寸法である．

一方，セラミック部品間に設けた隙間はガスまたは空気の漏れを防ぐためにシールする必要があり，部位に応じてコイル形式あるいは波板形式のセラミック製バネを用いてシールする構造とした．これらの形式のセラミックバネは，セラミック部品を弾性的に保持し，金属部品との熱膨張差による保持力喪失を回避する目的にも使われている．図 7にこの構造を示す．

図 7 相互独立・弾性支持構造③ＢＬＩＳＫタービンホイール
セラミックスをタービンロータに適用するに際して，ディスクとブレードを一体で成形するＢＬＩＳ
Ｋ型と，ブレードのみセラミックスとしディスクは金属とした植込み型が考えられる．これらにはそれぞれ得失があり，条件に応じて最適な方式を選ぶ必要がある．
ＢＬＩＳＫ型は製造技術上大型化が困難であるが，耐熱性，耐酸化性，コスト等で優れているため，比較的小径のガスジェネレータタービン（ＧＧＴ）に採用した．一方，パワータービン（ＰＴ）は寸法が大きく，開発当初はＢＬＩＳＫ型での製造の目処が立っていなかった．このため植込み型で設計したが，プロジェクト終盤になってこのサイズのものも製作が可能になってきたため，一体型への変更を行った．
試作したＧＧＴロータおよびＰＴロータの外観を図

-17-

で，世界

図 8 ＧＧＴロータ，ＰＴロータの外観
タービンチップクリアランスはタービン効率に大きく影響し，小さいほど高い効率が得られる．またこの影響はタービンが小型になるほど大きくなる．
ブリスク型はセラミックスの熱膨張係数が小さく，運転温度の変動に伴う部品の寸法変化が小さいので，
植え込み型あるいは従来の金属製タービンよりもチップクリアランスを小さくすることができ，更に翼間の漏れも防げる事とも相まってタービン効率向上に寄与している．
⑤タービンスクロール
タービンスクロールは本ガスタービンの中で最も大きいセラミック部品であり，焼成時の変形等部品製造上の問題と同時に，タービンノズルと同様に温度分布の不均一による熱応力や取付による外部荷重を考慮した設計とする事が必要である．

図 9タービンスクロール

Jour. HTSJ, Vol39, No.154

支 部 活 動 報 告定した．
一方，伝熱式は寸法上の制約から回転蓄熱式に比べて温度効率を高く取れないため，同じタービン入口温度条件では最高熱効率を得られる圧力比が高くなる．このため，排気ガス温度が従来のセラミック
ガスタービンよりも低くなり，金属材料の使用が可能となった．
金属製プレートフィン型熱交換器の採用はＣＧＴ
３０２の安定運転に大きく寄与した．
⑧断熱三重構造
断熱三重構造の模式図を図 11 に示す．内側のガス通路から外側に向かって，作動流体の温度が順次下がっていくようにして，大気への放熱損失を低減している．

本部品は３つの子部品で構成され，全体がセラミック製コイルスプリングで弾性支持されている．この様子を図 9に示す．
⑥燃焼器
燃焼器は比較的単純な形状の部品であるが，燃焼火炎に直にさらされるため非常に大きな温度勾配が付く可能性がある．また，単筒型燃焼器を採用した
ことにより必然的にケーシングが非対称構造となる
ため，非対称変形や熱膨張差を回避する工夫が必要となる．このため，燃焼器本体はセラミック製単筒一体型とし，セラミック製スプリングで弾性支持する構造を採用した．燃焼器の構造を図 10 に示す．
セラミック製燃焼器ライナーは，壁面冷却を必要としないため所定の平均タービン入口温度を得るに必要な燃焼器内最高温度が低くなり，予混合希薄燃
焼方式の採用と相まって，優れた低 NOx 特性が期待できる．

15℃（ 大気）300℃（圧縮空気）
720℃（排熱回収空気）可変機構用バルブ

1350℃（TIT）
セラミックばねスクロール
ハウジング内筒
ハウジング外筒

図 11 断熱三重構造
12. 第１次設計試作運転研究（基本型ＧＴ，900 ℃）
基本設計を基に，セラミック部材を金属製に置き換えて基本型ＧＴを設計・試作した．1990 年にモータリング試験，着火試験等基本的な試験から開始して，基本型ＣＧＴのテストベッドとして必要な基本的機能・性能を発揮できるよう必要な改良を行った．

セラミックライナ

図 10燃焼器の構造⑦熱交換器
本機では，高い TIT を有効に利用して最大の熱効率を得るため，再生熱交換器を採用している．
熱交換器の選定に当たっては検討すべき２つの重要な因子がある．一つはその形式であり，今ひと
つはその材料である．形式としては，回転蓄熱式と伝熱式が，また使用材料としては，セラミックスと耐熱合金が考えられる．これらの選定によってガスタービンの性能，信頼性，大きさ等が大きく影響を受けるため，基本設計仕様と照らし合わせて最適な組合わせを注意深く選ぶ必要がある．
本機は用途がコージェネレーション用であり，その大きさや重量にあまり制約がないことから，回転蓄熱式に想定される漏れ（キャリーオーバー）や高温摺動シール等の問題の少ない伝熱式を採用した．
また，セラミック材料を伝熱式熱交換器に適用するには，製造技術，熱応力回避技術，シール技術等克服すべき課題が多いため，材料として耐熱合金を選

伝熱 2000年1月

CGT302 Performance Progress
45

Target (Pilot CGT)

40

Thermal Efficiency(%)

35

#4‑39
#4‑37

30

25

Target (Metal GT)#4‑27 #4‑31

Target (Basic CGT)

Basic CGT #3‑22

E/G(#4‑39)
20

E/G(#4‑37)

Metal GT #2‑3

E/G(#4‑31)

15

E/G(#4‑27)
10

E/G(#3‑22)

Metal GT #1‑2

E/G(#2‑3)

5

E/G(#1‑2)
0
650

750

850

950

1050

1150

1250

1350

Turbine Inlet Temp.(℃)

図 12 基本型ＧＴ，基本型ＣＧＴ
パイロットＣＧＴの性能計測結果の代表例

-18-

1450

支 部 活 動 報 告

この結果，運転開始当初の性能は TIT =913 ℃，
17.3% ，42kW であったが，圧縮機の改良，タービ
ンとのマッチング改善，断熱の強化などにより，部分負荷の不利な条件ではあるが TIT=899 ℃，23% ，59kW を記録し，当初の計画値を達成した．性能改良の状況を後の試験結果と合わせて図 12 （Metal
GT として表示）に示す．この試験を通じて，基本設計の妥当性とＣＧＴの性能ポテンシャルの高さが確認できた．
13. 第 ２ 次 設 計 試 作 運 転 研 究 （ 基 本 型 Ｃ Ｇ Ｔ ，
1,200℃）
1991 年には，基本型ＧＴの金属製高温部品を順次セラミックに置き換え，複合締結体，弾性支持，
相互独立支持などの開発成果を適用した 1200 ℃級
基本型ＣＧＴの設計を行った．使用したセラミック
材料は SN252 である．セラミック部品を実機に組み込む前に，回転体はホットスピンテストで，静止
部品は 1200 ℃〜150 ℃間の繰り返し熱衝撃試験を
100 サイクル実施し，その材料としての信頼性と支持構造の妥当性を確認した．熱衝撃試験の際の温度記録の一例を図 13 に示す．

164kW を達成し，中間目標の 30% ，140kW をクリヤした．

: Ceramics

Step 4

Step 3

Step 5

図 14 セラミック部品組込ステップ
この熱効率は従来型ガスタービンでは 100MW級に匹敵するものである．なお，この時点ではパワータービンは全金属製一体型（ＢＬＩＳＫ）ロータを使用した．
表 4①

図 13 熱衝撃試験の温度記録
1992 年より基本型ＣＧＴの運転試験を精力的に繰り返した．試験手順としては，基本型ＧＴをベースに，段階的に金属部品をセラミックに置き換えていく方法をとった．図 14 にそのステップを示す．
1993 年から 1994 年にかけての一連の運転試験の過程で，様々な問題に遭遇した．これらはほとん
どがセラミック部品以外の問題であったが，試験進行の障害になった．これらの問題とその解決策を表4に示す．逐次これらの対策を行った結果，1995 年に基本型ＣＧＴの定格条件である 1200 ℃での 40 時
間の運転と，TIT=1190 ℃で 33% の熱効率，出力Step 2

Step 1

問題点
潤滑油の漏れ経験した問題点と解決策
原因・シール空気のバランス不良・バランス不良②

起動途中の過大振動③

セラミックタービンの金属
軸からの抜け出し

・接合部温度上昇④

軸受の焼き付き⑤

補機歯車の損傷
FOD （ Forign
ObjectDamage ：異物
衝突による翼の損傷）による
タービンブレードの欠けな
ど・運転中の温度上昇により軸受隙間過小と
なる
強度不足

⑥

-19-

・異物の存在（完全な清掃困難）
・セラミックスの低靭性，強度不足

解決策
シール方法の変更
タービンロータ軸の剛性向上およびバラ
ンス修正要領の変更
冷却強化と接合部形状変更（２段接合の採用および焼きばめとろう付け接合の併用）
実機運転による最適
隙間探索

歯車材質および表面
処理の変更
タービン周速を下げる

Jour. HTSJ, Vol39, No.154

支 部 活 動 報 告パイロットＣＧＴの運転試験は，基本型ＣＧＴで実績のある１２００℃から，まず５０℃だけ運転温度を上げ，安定した運転が行えることを確認した後に性能を計測し，さらに５０℃温度を上げていく方法をとった．この手順を繰り返しながら最終目標の1350 ℃における性能試験を目指したが，各段階で，ガスジェネレータタービンの金属軸との接合部の温度上昇（タービンが軸から抜ける）および運転中の軸受隙間の変化（焼き付き，スキッディング損傷等）に悩まされた．これらの問題は，接合部冷却や軸受隙間を，実機試験で試行錯により最適化することで解決した．この他にも，タービンロータの内在欠陥によるバースト損傷なども経験したが，その都度試
行錯誤を繰り返して対策し，1350 ℃で 30 時間の運
転時間を達成した．
一方，上述のように所定温度での安定運転確認を優先的検証課題としつつも，並行して性能更新のための改良も行った．基本型ＣＧＴの運転試験の結果，圧縮機作動点が効率の低い領域（チョーク側）にあり，本来の効率を発揮できていない（マッチング不良）という問題が明らかになった．このため，圧縮機の作動点に影響するタービンノズルの開口面積を調査したところ，設計値よりも大きく，またそのばらつきも大きいことが判った．この対策として，ノズルの加工精度を向上すると同時に開口面積を正確に計測し，圧縮機の流量を既存のノズルに合わせて最適化することで性能向上を図った．この結果，熱効率は 1292 ℃において 38.6% ，出力は 254kW（#4 ‑27)に達した．

1994 年から 1995 年にかけて，上述した基本型Ｃ
ＧＴまでの研究開発成果に対して中間評価を受け，次ステップであるパイロットＣＧＴの開発へ進むことが決定された．
14. 第３次設計試作運転研究（パイロットＣＧＴ，
1,350℃）
幸いにも基本型ＣＧＴがほぼ計画通りに機能したため，ほとんど基本構造を変えることなくパイロ
ットＣＧＴへと移行することが出来た．基本型ＣＧＴとの差異は，パワータービンを金属製ディスクとセラミックブレードのハイブリッド構造および全金属製ＢＬＩＳＫ型からセラミック一体型ＢＬＩＳＫ構造に変更した事とタービンの周速を下げた事を除いては，使用したセラミック材料の違いのみと言っても良い．
セラミック材料は基本型ＣＧＴ用の SN252 から
SN281 （ガスジェネレータタービン用）および
SN282 （その他のすべての部品）に変更した．
パイロットＣＧＴへの進行に当たって，それまでの試験で経験した FOD （Forign Object Damage ：異物衝突による翼の損傷）への対策として，タービ
ンの周速を下げることとした．その理由は，基本型
ＣＧＴの運転経験から，タービンの周速が 500m/secを超える辺りから FOD の発生頻度が増える傾向がある事が判ったためである．このため，当初の定格
周速 570m/sec から，20 時間の運転実績のあった
480m/sec にまでタービンの周速を下げることとし，
ガスジェネレータの定格回転数を当初計画の76,000rpm から 64,000rpm に変更した．これに合わせて圧縮機の設計変更を行った．同時に，パワー
タ ー ビ ン の 定 格 回 転 数 も 57,000rpm か ら
47,800rpm に変更した．図 15 に FOD の一例を示す．

CGT302 Performance Progress
44

Target (Pilot CGT)

Thermal Efficiency(%)

42

40

38

E/G(#4‑39)36

E/G(#4‑37)
34

#4‑39
E/G(#4‑31)

32

#4‑37
30
1050

#4‑27

#4‑31

1150

E/G(#4‑27)

1250

1350

1450

Turbine Inlet Temp.(℃)

図 16 パイロットＣＧＴの性能改良の例
この性能から 1350 ℃の性能を予測すると，40%を越える効率が期待できたが，圧縮機のサージング等の問題でなかなか効率を更新する事ができなかっ図 15 FOD により先端が欠損した
ガスジェネレータタービン翼

伝熱 2000年1月-20-

支 部 活 動 報 告た．開口面積の異なるノズルを数種類準備して定格点でのマッチングの最適化を図り，さらに伝熱面積を増やした熱交換器，チップクリアランスを最小にするためのアブレイダブルパワータービンシュラウ
ド，翼厚さを薄くしたパワータービンロータなどを組み込んだ最終の試験において，目標の熱効率 42% ，
出 力 300kW を 上 回 る 42.1％ ， 322kW を 修 正
TIT=1396 ℃にて達成した．パイロットＣＧＴの性
能計測データの代表例を図 16 に示す．また，現在までの性能更新の経過を図 17 に示す．
45

40.9% 1400℃,311kW
39.7%
1359℃,277kW
38.6%
1292℃,254kW
37.0%
1282℃,240kW

Achieved ηth (%)

40
35

33.1%

30

29.2%
26.3%

25
23.0%

1189℃,164kW

NOx [16% O2] (ppm)

Target

40
20
0
1100
1150
1200
1250
1300
Turbine Inlet Temperature (deg-C)

1350

1252℃,164kW

CGT302 累積運転時間

Pilot CGT
Basic CGT
MGT

20 17.3%350
300

累積運転時間 (Hr)

913℃,42kW

15'' 96 ' 97 '98 99'
91' 92 ' 93 94
95Year

図 17 性能更新の経過
CGT302 が達成した熱効率を既存の従来型ガスタ
ービンと比較して図 18 に示す．出力が 100 から
1000 倍の最大級のガスタービンにも匹敵する熱効率が達成されていることが判る．

250
200
150
100
50
0
93/11/29 94/9/8 95/3/13 95/9/12 96/8/26 97/4/28 97/12/17 98/7/1 99/2/3
運転日（運転回数）
99/3/15〜999℃〜1099℃ 〜1149℃ 〜1199℃〜1249℃〜1299℃ 〜1349℃ 1350℃〜

CGT 達成効率

図 20

40
CGT 目標効率
熱効率(%)

Main Fuel Ratio : 100%
Prim. Fuel Ratio : 0%60

1014℃,107kW

899℃,59kW

50

80

CGT302 Pre-mix Lean Burn Test

図 19 パイロットＣＧＴの実機 NOx 排出特性
基本型ＣＧＴ，パイロットＣＧＴの，性能試験における累積運転時間を図 20 に示す．

42.1%, 1396℃, 322kW

Target (42%)

100

基本型ＣＧＴ，パイロットＣＧＴの累積運転時間（性能試験）

30

15. パイロットＣＧＴによる 1200 ℃耐久性・信頼性
試験①目的
上述のように，本開発の当初の目標であるセラミックスによる小型ガスタービンの熱効率改善の可能性が実証できた．しかしこの開発で採用したセラミ
ック材料は最も新しい材料であり，その特性，特にガスタービンの雰囲気中での長時間信頼性の検証は充分でない．このため，テストピースによる長時間
クリープ試験等のデータ蓄積が行われているが，その試験雰囲気を実際のガスタービンの使用条件に正確に会わせることは困難である．
また，現在の 1350 ℃級パイロットＣＧＴ用セラミ
ック材料は，実用化時点の要求寿命や信頼性を考慮すると実用タービン入口温度として 1200 ℃級が想
定される．

20
ガスタービン性能出典：
Gas Turbine World
1998‑99 Handbook
Electric Power
Simple cycle
軸端効率に補正（Eff(Gen)=0.98）

10

0
10

100

1000

10000

1000001000000

出力(kW)

図 18 既存ガスタービンとGT302 の熱効率比較
また，排気ガス特性についてもパイロットＣＧＴを用いて実機試験を行い，1350 ℃にて目標の 70ppm（O2=16% ）以下を十分に満足する 31.7ppm の成果を得た．この値は要素試験で得られた 9ppm よりも高い結果となったが，原因は実機の燃焼器流入部の流れが要素試験機に比べて不均一であるためと思われ，これを改善することでさらなる低減が可能と予想される．実機試験結果を図 19 に示す．

-21-

Jour. HTSJ, Vol39, No.154

支 部 活 動 報 告

本試験は，上記の実状に鑑み，実用化時のタービ
ン入口温度として妥当と考えられる 1200 ℃で 1000
時間程度の長時間運転を行い，ガスタービン実機中
でセラミックコンポーネントが安定して機能しうることを実証して，セラミックガスタービンの実用化を促進することを目的とした．
②試験概要
本試験は以下のスケジュールで実施した．
平成 ９年度：試験装置の設計・製作，試験
平成１０年度：運転試験
試験はタービン入口温度 1200 ℃における定常連
続運転を基本とし，ウイークリースタートストップ（ＷＳＳ，約 110 時間連続運転の繰返し）とした．
ただし試験開始当初は，機能確認のためまずデイリ
ースタートストップ（ＤＳＳ，約 10 時間連続運転の繰返し）で運転し，安定性を確認した上でＷＳＳに移行する方法をとった．
運転試験においては，燃焼器出口に設置した白金製熱電対によってタービン入り口温度を実測し，これを 1200 ℃に保つようにした．
試験装置は，エンジン周辺機器類の基本的構成は性能試験用運転装置と同一であるが，屋外設置のためパッケージ型とした．隣接する工場建屋の中に操作卓を設け，運転・監視操作を行う構造である．試験装置の外観，運転中のガスタービンおよび操作卓を図 21 に示す．

図 21

長時間運転試験装置③運転実績
１２００℃での運転実績は以下の通りである．
１回目：５９２時間，GGTロータの損傷によりほぼ全損
２回目：５１９時間，同上，ただし燃焼器サポート
リングは継続使用

伝熱 2000年1月-22-

３回目：７８２時間，同上，ただし燃焼器と同サポートリングは継続使用
４回目：２１８時間，燃焼器は１０００時間，
予定時間到達のため試験終了
その他：
７時間，調整・点検運転等
・１２００℃での累積運転時間２１１７時間５７分
・総累計運転時間２１４６時間１０分
・同一組立エンジンでの最長は７８２時間
・セラミックの同一部品最長運転時間は燃焼器の１０００時間，・熱交換器は全試験期間同一品で２１１８時間
第１回から第３回目はガスジェネレータタービ
ンの損傷により同一組立部品で目標の 1000 時間に到達出来なかったが，これが解決されれば他の部品は問題なく運転できるものと考えられる．
ガスジェネレータタービンの損傷原因として以下の項目が可能性として推定されるが，この内のいずれであるかは特定出来ていない．
① タービンブレードの，起動／停止途中あるいは定常運転中の共振② ＦＯＤ（異物衝突）③ セラミック材料自体の強度低下
16. おわりに本研究の開発目標は非常に高いものであったが，幸いにして研究期間内ぎりぎりに目標を達成することが出来た．委託元の新エネルギー・産業技術総合開発機構をはじめ，工業技術院，国立研究所，各大学の関係各位の 11 年間にわたるご指導，ご協力に厚く御礼申し上げます．また，今回の成果はセラミック部材，熱交換器，ガスタービンシステムそれぞれの開発がうまくかみ合って得られたものであり，セラミック部材と熱交換器に対する当方の設計要求に応え，あえて未踏の領域に踏み込んで開発・改良を進めて来られた，京セラおよび住友精密工業の皆様に厚く御礼申し上げます．

支 部 活 動 報 告

支部活動報告SPring-8 概要とビームラインの熱関連問題
Overview of the SPring-8 and thermal problems of the beamline

望月哲朗・大石真也（(財)高輝度光科学研究センター）
Tetsuro MOTIDUKI, Masaya OISHI (Japan Synchrotron Radiation Research Institute)
2. 放射光とは [1, 3]

1. はじめに [1, 2]
放射光は，物質の分析，反応，解析などのための放射光とは，ほぼ光速で直進する電子が，その進行方向を磁石などによって変えられた際に発生する
電磁波のことを示す．放射光は赤外線からＸ線まで

画期的な手段として，
材料科学･地球科学･生命科学･医療等の幅広い分野の研究への活用が期待されている．
大型放射光施設SPring-8（Super Photon ring-8 GeV）
は世界最高性能の放射光を発生することができる大の広い波長領域の電磁波を含んでおり，従来の光源に比べ極めて明るく，また，細く絞られ，拡がりにくい（指向性のよい）性質を持っている．

型の基礎研究施設であり，日本国内はもとより世界中の研究者にも広く開かれた共同利用施設として科学技術庁が企画し，日本原子力研究所と理化学研究所が共同で建設し，財団法人高輝度光科学研究センター（Japan Synchrotron Radiation Research Institute,JASRI）が運営を行っている第３世代高輝度Ｘ線光源である．1991 年から建設を始め，1997 年 3 月に運転に成功，同年10月から供用が開始されている．図
1 に SPring-8 施設配置を示す．
大型放射光施設 SPring-8 は放射光を発生させる加速器と放射光を実験ステーションに導くビームラインより構成される．本稿では，放射光，利用研究，加速器の概要と，ビームラインの熱関連問題について述べる．

電子の進行方向を変えるために用いる磁石のタイプとしては，電子をリング状の加速器に閉じこめる
ために必要な偏向電磁石と，特定の形に組み合わせた磁石（ウィグラー，アンジュレータの2 種があり，これらは電子の進路に挿入して用いられるため， 挿入光源とも呼ばれる）があり，それぞれ特徴ある放射光が得られる．図4に放射光の波長と輝度を示す．
偏向電磁石：赤外線からＸ線までの連続した波長の光（白色光）が得られる．
（図 2）
ウィグラー：電子を大きく複数回蛇行させることにより，より明るく波長の短い白色光が得られる．

図 2. 偏向電磁石より発生する放射光概念 [1]アンジュレータ：電子を周期的に小さく蛇行させ，蛇行の都度発生する放射光を干渉させることにより，極めて明るい特定の波長の光が得られる．
（図 3）
放射光を発生させるためには，電子ビームを発生させ光速近くまで加速するための加速器（入射系加速器）と，その電子ビームを円形の軌道に留めておくための加速器（蓄積リング）が必要である．大型図 1.SPring-8 施設配置 [1]-23-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告
3. 利用研究 [1, 3–5]
SPring-8 の放射光を利用した研究は大きく①物質

放射光施設とは，電子ビームのエネルギーがおよそ60億電子ボルト（6GeV）以上の加速器を有する施設を指す．

科学，②地球科学，③医学，生命科学に区別される．
物質科学では蛍光Ｘ線分光や光電子分光，Ｘ線回折，弾性・非弾性散乱，ＸＡＦＳ，Ｘ線ＣＶＤ等を用いて構造解析，化学反応，物理変化過程の研究，新物質・新材料の創製などの研究が行われている．
地球科学分野では，高温高圧下でのＸ線回折実験
により，高圧地球科学の研究，超臨界流体の構造研究などが行われている．
医学，生命科学分野では，Ｘ線回折，小角散乱実

図 3. アンジュレータより発生する放射光概念 [1]験等により，蛋白質結晶構造解析や核酸集合体等の生体超分子の構造解析を行っており，また，今後，基第 3 世代と呼ばれる放射光施設は，専用の加速器にアンジュレータ主体の挿入光源を多数設置できる

礎医学研究として血管造影，ＣＴ，イメージングの研究が行われる予定である．図 5 に放射光利用の概念を示す．

ように設計された施設のことで，大型のものは世界に ESRF，APS，SPring-8 の 3 つがある．
ESRF：European Synchrotron Radiation Facility
APS：Advanced Photon Source（USA）

図 5. 放射光利用概念図 [1]4. 加速器概要 [6, 7]
大型放射光施設 SPring-8 の加速器は電子銃で発生させた電子を 1GeV まで加速する線形加速器，電子を 1GeV から 8GeV まで加速するシンクロトロン，
8GeV の電子を蓄積し放射光を供給する蓄積リングから構成される．本章では主に蓄積リングについて説明をする．
（図 6 参照）
4.1. 線形加速器
線形加速器は引き出し電圧180kVの電子銃で電子を発生させ，定在波型加速管のバンチャーで高周波加速位相に捕獲し，進行波型加速管で2856MHzの高周波の波に乗せ 1GeV のエネルギーまで加速する．

図 4.SPring-8 の放射光の波長と輝度 [1]伝熱2000 年 1 月-24-

支 部 活 動 報 告
加速管の途中にe-/e+変換ターゲットがあり陽電子の発生・加速も可能であるが，現在は使われていない．

ある．電子ビーム蓄積エネルギーは8GeV，最大電流100mA である．

全長140mの直線型加速器である．図7に線形加速器の写真を示す．
図手前より奥に向かって電子は進む．
図中央のパイプが加速管である．

(1)電磁石
1 セルあたり電磁石は，電子を曲げ円形軌道を作る偏向電磁石（図 8 参照）2 台，電子を収束・発散させる四極電磁石 10 台，色収差（収束・発散力の運動
量依存性）の補正を行う六極電磁石 7 台，軌道の補
正を行う補正電磁石からなる．偏向電磁石でローレ
ンツ力により電子の軌道を曲げるとき放射光が発生する．

図 6. 加速器構成概念図 [1]図 8. 偏向電磁石と真空チェンバー(2)高周波加速空胴 [10]電子は偏向電磁石，挿入光源を通過する際に放射光を発生しエネルギーを失う．このエネルギー補給を高周波加速空胴に高周波を投入することにより行っている．図 9 に高周波加速空胴を示す．無酸素
銅製の空胴が 8 連で 1 ユニット，蓄積リング全体に4 ユニット配置されている．508.58MHz の高周波を1ユニットに対し1台または2台のクライストロン（1台あたりの最大出力約 1.2MW）で供給している．

図 7. 線形加速器

4.2. シンクロトロン
シンクロトロンは線形加速器で加速された電子ま
たは陽電子を 8GeV まで加速し，蓄積リングに送り込む．繰り返し1Hzで線形加速器からの入射，加速，蓄積リングへの出射を行う．基本的な構成は後述の蓄積リングと類似である．
4.3. 蓄積リング
蓄積リングは電子軌道を決める電磁石，電子にエネルギーを補給する高周波加速空胴，電子を空気の

図 9. 高周波加速空洞(3)モニター系

散乱から保護する真空チェンバーおよび真空に排気する真空排気系，
電子ビームを診断するモニター系，
放射光発生用の挿入光源からなる．蓄積リングはモニターとしては，電子ビーム位置を計測するボタン電極型のビーム位置モニター，蓄積電流値を計測する電流モニター，電子ビームのベータトロン振Chasman-Green と呼ばれる電磁石配列構造をもつ単位セル（図 13 参照）48 個で構成され，周長 1436m で動数（チューン）と呼ばれる量を測定をするチュー-25-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告ンモニター，入射部でのビーム位置とプロファイルを観測するスクリーンモニター等がある．
(4)挿入光源 [16]挿入光源は主としてアンジュレータが設置されている．SPring-8 標準型真空封止Ｘ線アンジュレータ（図 10 参照）は NdFe系永久磁石を周期長 32mmで長さ 1.5m のユニットに組み，ユニット 3 台を合わせて合計4.5mの磁石列として真空チェンバー内に収納し図 11. 直線部真空チェンバー押出断面

蓄積リングの真空チェンバーはリング全周のうちている．磁石間のギャップは8mmから50mm可変であり，最大磁場はギャップ 10mm で約 0.78T である．
電子ビーム100mA時，アンジュレータから放射され約95％が真空性能の良いアルミニウム合金（A6063T5）製である．断面を図 11 に示す．
放射光が照射され温度上昇が著しく熱応力の大きるパワーは約11kW，パワー密度は470kW/mrad2 に達な部位には熱疲労強度の高い，銅にアルミナを含有した GlidCop AL-15 を用いた．
超高真空の排気にはスパッタイオンポンプ（SIP）

する．

と NEG（非蒸発型ゲッター）を用いている．NEG は70％Zr-24.6％V-5.4％Fe の合金（SAES Getters 製
St707）で H2 や CO などを吸着する溜め込み型ゲッ
ターポンプである．
（図 12 参照）

図 10.SPring-8 標準型真空封止Ｘ線アンジュレータ(5)真空 [7–9]加速器は電子の大気による散乱を防ぐために真空チェンバーの中に電子を通す．現在，真空チェン
バーの内部は電子ビームが無い状態で 10-9Pa 台，電子ビーム蓄積中でも10-7Pa台の圧力の超高真空に保図 12. 分布型 NEG ポンプを挿入

たれている．

図 13. 標準的セルの構成（挿入光源から挿入光源が１セルで，約 30m である．
)

伝熱2000 年 1 月-26-

支 部 活 動 報 告

5. ビームラインと熱関連問題(1)基幹チャンネルの構成

放射光施設に於ける熱関連問題の一つは冷却であSPring-8 の標準型アンジュレータ挿入光源ビーム

り，放射光を利用するための機器が放射光を受けてラインの基幹チャンネルは，図14の構成となってい発熱するが，この熱負荷から機器を保護するためにる[11]．放射光による熱負荷が問題となる機器には，冷却が必要となる．もう一つは温度制御であり，指上流から，前置マスク，固定マスク，アブソーバ，前向性の高いビームを取り扱うことから，温度変動に

置スリット，グラファイトフィルタ，XYスリットとよる機器の支持台の伸縮を抑えるため，あるいは，ベリリウム窓である．マスクは下流への放射光の広精密な実験を行う上で試料温度を一定に保つためにがりを制限し，放射光分布のすその部分を遮断する必要である．ここでは，主に冷却の問題について述と共に，万一放射光の光軸が変化した場合にも，下べる．

流側の配管或いは冷却していない機器への，放射光

放射光の光源としては，偏向電磁石と挿入光源がの入射を防いでいる．アブソーバはタングステン合あり，挿入光源からの放射光は，偏向電磁石からの金のビームシャッターと連動して，輸送チャンネル

24放射に対して10 〜10 輝度が高い．挿入光源からので作業する利用者を，放射光による被爆から守るも放射パワーは，偏向電磁石の 100 倍ほど大きく，パのであり，ビームシャッターが熱により破損する事

ワー密度では 1000 倍も大きい．SPring-8 は強力な放を防いでいる．この様に，アブソーバは放射光から射光を発生するように建設された大型放射光施設での放射パワーを受けることになり，熱負荷条件の最あり，光源の半数を占める挿入光源からの放射光は，も厳しい機器である[12]．XYスリットの開口は可変強力で指向性が高い．標準型とされている真空封止であり，放射光を1mm角程度に絞り込み，輸送チャ型アンジュレータ挿入光源からは，全放射パワーとンネルに余分な放射光を入れないようにする [13]．

して 12kW，パワー密度としては 500kW/mrad もの

前置スリットは放射光の周辺部分を遮り，XY ス

強力な光が放射され，光源から20mの距離で1250W/

リットへの放射光による熱負荷を，軽減する目的で

mm ，40mでも約300W/mm ものパワー密度になる．

設置される [14]．ベリリウム窓は３Å以下波長の放この様に強力な放射光を，利用者が安全で効率的に射光は通過させるが，機械的に基幹チャンネルと輸利用するために設けられた設備を，放射光ビームラ

送チャンネルの真空を分けている．ベリリウム窓でインと称している．

真空を分けることにより，実験の必要に応じ輸送

2

2

2

SPring-8 では，その機能からビームラインを２つチャンネルの真空を破ることが可能となる．グラに分けて区別している．蓄積リングの超高真空と直ファイトフィルターはベリリウム窓の前方に置いて結して，蓄積リングを収納する遮蔽壁内部に設置さ放射光の長波長成分を吸収する事で，ベリリウム窓

れるのが基幹チャンネル，遮蔽壁外側でベリリウムの放射光による発熱を軽減させる．

窓により超高真空と切り離されて，実験ホール内に(2)放射光による発熱設置されるのが輸送チャンネルである．基幹チャン

光源からの放射パワーとパワー密度は，蓄積リン

ネルには放射光パワーを直接受けても，構造的に破グの運転エネルギー，蓄積電流と光源である偏向電

損しないことが必要とされる機器が列び，輸送チャ

磁石或いは挿入光源のパラメータにより変わり，こンネルに設置される機器は，熱負荷量は数百W以下れを計算するプログラムが開発されている[15, 16]．

と相対的には小さいが，放射光を反射，集光或いは放射光が物質に照射された場合の発熱は，表面だけ分光するなどの機能を持つ，光学機器が列んでいる．

ではなく物質中に進入して熱に変わる．ベリリウム

従って，それぞれの熱に対する対策は異なってくる

或いはグラファイトのように，原子番号の小さく密が，ここでは，主として SPring-8 における基幹チャ

度の小さな物質ほど，放射光は内部まで進入する．

ンネルの熱負荷機器としてアブソーバの冷却と，輸銅，鉛，タングステンなどは，ほぼ入射面近傍で吸送チャンネルにおける分光結晶の冷却について述べ

収されて熱に変わる．シリコンなどはこの中間にある．

る．図 15 は放射光による物質内での発熱を，OEHL

5.1. 基幹チャンネル

コード [17] により計算した結果である．

-27-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告それなりの熱設計が必要となった．フォトンファクトリーの BL16 に設置されたマルチポールウイグ
ラーは放射パワーで 8.4kW，ピークパワー密度では5.4kW/mrad2 であった[18, 19]．さらに，フォトンファ
クトリーの AR の ビームライン NE3 用に，真空封止型のアンジュレータ挿入光源が開発 [20] されたが，そのピークパワー密度は27kW/mrad2であり，本格的な熱負荷対策が必要であった．
これと前後してSPring-8，APS及びESRFと大型放射光施設が計画され，建設が開始された．その放射パワーは数kW〜数十kW，ピークパワー密度は数百kW/mrad2 以上と想定され，熱解析を採り入れて開発が始められた [21–27]．SPring-8 は，これらの大型放図 14. 標準型真空封止アンジュレータ用基幹チャンネル機器の配置 (BL35XU) [11]

射光施設の中でも最も大型で，熱負荷も厳しいことから，計画当初から熱対策についての検討が進められていた[28, 29]．これらの検討では，機器の材料物

10000
光源：SPring‑8 標準型アンジュレータ
電子エネルギー：8GeV
蓄積電流：100mA
放射パワー：10.8kW

Cu
8000

性と機器表面での熱負荷及び冷却流路での熱伝達をパラメータとして，有限要素法を用いた温度分布と熱応力のシミュレーション計算，冷却流路の熱伝達促進についての試験と検討が行われた．以下に，現在SPring-8の挿入光源ビームラインで採用されている，アブソーバを例に採り設計の方針と今後の問題について触れる．
(4)アブソーバ
標準型アンジュレータビームライン用のアブソー
バを図 17 に示す [12]．アブソーバは光源から約22mの距離にあり，光源から放射される 12kW のパワーを吸収する．光軸に直交する面に於ける放射光は，パワー密度がピーク値の 1/2 となる広がりを，光の大きさと仮定すれば，幅5.7mm，高さ1.8mmであり，最大熱流束は約1000W/mm2 となる．この光に対して放射光の吸収パワー(W)

Si
6000

4000

C
Be

2000

0
0

2

4

6

8

10

厚さ(mm)

図 15. 物質内での放射光の吸収

107
SP-8_30m

2
Peak power density (w/mrad
)

106

SP-8
MR_Short

APS
SP-8

105

ESRF

APS

AR_NE3

AR_NE3

104

PF_BL16

PF_BL2
SP-8

103

PF_BL13
PF_BL28

AR

2

PF

10

Undulator (w)Bending & Wiggler (W/mrad)
Multi-pole Wiggler (W)PF_VW(3)基幹チャンネル機器の冷却受光面を 0.84°に傾斜させて受ける方法で，最大熱流束を 15W/mm2 にまで下げている．この様にすると，放射光の受光面上の幅は67倍に増加して380mmとなる．これに放射光分布の広がりの裾と，光軸の移動及び設置した場合の誤差を考慮すると，約２倍

図16に各放射光施設の光源からの，全放射パワーとピークパワー密度を示した．放射光利用が開始されてからしばらくは，光源は偏向電磁石であり，熱の受光面長さが必要となる．これを真空中に入れて冷却水を供給し，上下に駆動することはかなり大がかりで，製作も難しくなる．

負荷といってもそれほど大きなものではなく，純銅のブロックに冷却水の銅配管をロウ付けした，マスク，アブソーバ或いはXYスリットが使われていた．

そこで，この受光面を中央で折り返した V 字型として長さを短くし，さらに受光面の下部に開口を設
けて，真空チャンバーとアブソーバを一体化したア

その後，挿入光源が開発された事により放射パワーが大きくなり，特にパワー密度は100倍以上となり，ブソーバを製作した．放射光ビームのON-Offは，アブソーバ全体を上下に駆動して行う．

101
101

102

103

104

105

Total power (W or W/mrad)

図 16. 放射光光源の全放射パワーとピークパワー密度

伝熱2000 年 1 月-28-

支 部 活 動 報 告は，通常のビームラインよりも長いことから，マスクを４つに分けて，それぞれが分担して熱負荷を受けることで，一台あたりの熱負荷を軽減させる方式
を採ることにしている．最終段のマスク出口寸法は1.5mm 角である．この下流に設置されるアブソーバ
での熱負荷は，全熱負荷量としては 3kW 以下となり，光源までの距離が41mと離れているため熱流束も1100W/mm2 で標準型のアブソーバが使用できる．
XY スリットも標準型が使用出来る．
図 17. ワイヤメッシュ流路アブソーバ

この様に長い基幹チャンネルを持ち，マスクを４段とする事が出来るビームラインは特殊であり，通常の基幹チャンネルはこれより短いため，４段マス

このようにすることで，全長が 650mm で外寸が幅70mm，高さ 75mm とコンパクトなものとなっている．有限要素法による温度分布の計算結果では，最高温度が 150℃程度で，この時の冷却水路の熱伝達率は 0.02W/mm 2 ℃，冷却水温度は 40℃，材料はク方式の適用は難しい．そこで，この様な大出力の挿入光源を設置する基幹チャンネルには，異なった対策を採ることが必要となる．現在検討している対策としては，複合材の使用がある．複合材としては，
基幹チャンネルの前置スリットに用いられている，
受光部をベリリウム材として，冷却流路を設けた銅ブロックと接合したものである．ベリリウムを受光部とすることで，放射光による発熱はベリリウム材
での内部発熱となり，局所的な最高温度を低下させることが出来る．実用化での問題は，ベリリウムのヤング率が大きいことによる，銅ブロックとの接合部に発生する熱応力が，大きくなることと，接合方法と接合部の強度が明確になっていない事がある．
また，高温となる部分が広くなることから，真空に対するガス脱離の影響についての検討も必要になる．

GlidCop (AL15LOX) である．すべての放射パワーが受光面表面で，熱に変わるとした条件で計算した．
最高温度はそれほど高温では無いが，熱応力を計算するとミーゼスの相当応力で約 200MPa となる．圧
縮応力ではあるが応力が大きいので，純銅と比較して熱伝導率が殆ど変わらずに，強度の大きな
GlidCop を使用している．冷却水路は APS で開発した，ワイヤメッシュを水路内にロウ付けしたものであり 30)，冷却面温度は最高でも 100℃以下と沸騰の起こらない条件になっている．このワイヤメッシュ
水路は熱伝達率は大きいが，圧力損失が大きくなる

5.2. 輸送チャンネル
輸送チャンネルにおいて特徴的な，冷却を必要とする機器は，
ミラーと分光結晶及び回折格子である．

ことと，加工が難しいという問題があった．そこでワイヤメッシュを入れないで熱伝達率を大きくする
ために，流速を大きくした直管流路を採用したアブソーバも，製作し設置している 12)．現在では，長い水路の加工が容易で，流速をそれほど大きくしなく分光結晶はほぼ 4keV(3 Å ) 以上のエネルギーの，光を分光するために使われ，Si結晶が最も普通に使われている．目的によっては Ge, ダイアモンド，InSb，

とも熱伝達率を大きくできる，ワイヤコイルを流路内に挿入した冷却流路を採用している 31)．
1999 年の春から蓄積リングは蓄積電流を 100mA

YB66 等の結晶やパイロティックグラファイトも用に上げて運転をしているが，アブソーバは順調に作動している．
(5)今後の課題

SiC の表面に溝を付けたものである．ミラーは放射いられる．回折格子はより小さいエネルギー（波長の長い）の光を分光する場合に用いられ，クオーツ，
光の角度を変えたり集光する場合に用いられ，クオーツ，SiCの表面にAu，Pt等をコーティングする．

2000年夏に設置される長尺アンジュレータの仕様
では，放射パワーが 33kW，ピークパワー密度では1900kW/mrad2 となっている．この基幹チャンネル

分光結晶は SPring-8 の挿入光源ビームラインの輸
送チャンネルの最上流に置かれ，熱負荷が最も厳し
く，基幹チャンネルの XY スリットで整形され，ベ-29-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

支 部 活 動 報 告
表 -1. 分光器結晶の冷却方法

リリウム窓を通過した放射光ビームを直接受ける．
この分光結晶の熱負荷による変形は，分光したＸ線

改善 方法
冷却方法の
改善

の性状を直接左右するため，光学的性能が劣化しないように，冷却する事が要求される．SPring-8 などの大型放射光施設の計画が始まると共に，様々な検熱伝達の促進

手段

実施例

効果

熱伝達率

液体Ga
衝突噴流

熱伝達面温度差
の低減

拡大伝熱面

平板フィン
樹枝状フィン
海綿状表面

突起付き伝熱面

討・研究・開発が集中的して行われてきている．ここでは，分光結晶の冷却について述べる．
(1)分光結晶の熱対策

熱伝達率の大き材質
な結晶
低温に於ける

ピンポスト
ダイアモンド 結晶内温度差
液体窒素冷却Siの低減

熱伝導率向上薄い結晶

結晶の熱対策としては，冷却方法の改善，熱負荷の低減，更には変形の補正等の方法が検討され研究・開発が行われている．結晶が熱変形を受けてそ

熱負荷のフィルタの使用低減

冷却流路を結晶 結晶内温度差
面直下に設けるの低減
ハイパス

グラファイト結晶内及び、

フィルタ
ロウパス

アブソーバ
前置ミラー

熱伝達面温度差の低減

フィルタ
表面熱負荷密度 結晶面を格子面の低減に対して傾けるの分光特性が劣化する機構としては，図18に示すように結晶全体の曲がり(bending)と，放射光の照射部の部分的な膨らみ(bump)及び，結晶格子面間隔の広

全熱負量
の低減
放射光の吸収量

非対称結晶
傾斜結晶

放射光の分布の ＸＹスリット
裾を遮る
薄い結晶

シリコン薄膜の低減がりがあると言われている[32]．これらの変形は，ともに結晶内部の熱膨張の不均一により生ずるもので，結晶内の温度が不均一であることによる．この結晶
格子面の変形を，有限要素法による熱変形計算により求め，この格子変形を基に，回折されるＸ線への影響を計算するシミュレーションが行われているが，基本的には熱変形を低減する冷却法を，開発することが必要である．

放射光の吸収係 ダイアモンド
数の小さな材質 ベリリウム
熱変形の低減

低線膨張係数の 線膨張係数の小 ダイアモンド 温度分布による
材質
変形の補正

さな状態を利用 液体窒素冷却Si 熱変形の低減
する
機械曲げ
ニュウマチック 熱変形した結晶
アクチエータ
ピエゾ素子
結晶反射面への 結晶上面の気体による加圧

表面の矯正

圧力室

に対して１°程度にまで小さくしている．このようにして表面での熱流束を下げている．この組み合わせにより結晶内部の温度分布を小さくして，熱変形を抑えるようにしている．
この冷却方法の問題点は，結晶反射面のすぐ裏側まで加工することである．微少な歪みがあっても分光性能に影響するために，加工時の歪みが残る事は極力避けなければならない．
この加工方法については，現在も開発が続けられている．また，表面熱流束が３〜 4W/mm2 以上では熱変形による分光特性の劣化が顕著となる．
液体窒素冷却のSi結晶の例を図20に示す．窒素冷

図 18. 結晶の変形

これまでにも様々な冷却方法が提案され，試験されている．これを整理したものを表 -1 に示す．

却が利用される理由は，図21に示すように，液体窒

大きく分けて，冷却方法の改善と，熱負荷の低減，熱変形の低減に分けることが出来るが，様々な工夫

素温度付近におけるSi結晶の，熱物性が優れている
ことによる．液体窒素温度では，熱伝導率は常温より一桁良くなり，しかも線膨張係数は数分の１にながなされている．この中で，SPring-8 の挿入光源で採用している冷却方法は，ピンポスト付きの伝熱面を持つ水冷Si結晶と，
液体窒素冷却のSi結晶である．

る．従って，常温の場合と比較して同じ熱負荷であれば，熱変形を数十分の１まで小さく出来ることになる．

図19 にピンポスト結晶を示す[33]．ピンポストを設けることで，計算上は冷却面で 0.1W/mm2℃の熱伝達率が得られる．また，結晶での回折は結晶格子面に対して起こるので，結晶表面を格子面に対して斜図20はSPring-8のBL47XUで使用されているものであり，反射面が 50mm 角で厚さが 35mm のブロックで，なるべく結晶の加工量を減らし，反射面に影響する加工は避けている．冷却は銅ブロックをインジウムシートを介して，左右から挟み込み，銅ブめに加工することで，放射光の入射角度を結晶表面

伝熱2000 年 1 月-30-

支 部 活 動 報 告

ロックに流路を設けて液体窒素を流す，間接冷却方式である．液体窒素冷却方式の問題点は，液体窒素

104

8 10-6

Thermal conductivity, λ (W/m/K)

Diamond: λることは困難である．
沸騰により流体振動が発生し，それにより結晶が振動すると，分光性能が悪化してしまう．BL47XUの間接冷却では，熱負荷量で200W，
表面熱負荷密度で40W/mm2程度までは性能の劣化も

103

6 10-6
Silicon: λ100

4 10-6
Silicon: β

10.0

2 10-6

1.00

Diamond: β0Thermal linear expansion, β (1/K)の取り扱いに注意が必要であることと，循環装置が大がかりになり高価な点である．また，液体窒素冷
却では限界熱流束が小さくなり，沸騰の発生を避け

2なく使用できているが，400W で，90W/mm になると冷却流路での沸騰も激しくなることもあり，かな

0.100
0.00

100

200

300

400

-2 10-6

Temperature (K)り分光性能が悪化している．今後は，沸騰を出来るだけ避けるために，結晶と銅ブロックを大きくして，冷却流路表面での熱流束を小さくしたものを製作し

図 21. 高純度シリコン及びダイアモンドの熱伝導率と線膨張係数試験すると共に，銅ブロックと結晶との接触熱抵抗を無くすことの出来る，直接冷却結晶についても試験する予定である．
6. まとめSPring-8 の概要と SPring-8 ビームラインに於ける熱問題と題して，現状を簡単に纏めてみました．
放射光利用者の，もっと強い光がほしいという要
望に応えて，続々と強力な光源が実用化されてきています．この強力な光を十分に利用するためには，
伝熱工学に追うところが多いが，それだけで対処出来るものではありません．関連分野の助けを借りて初めて対処出来るものと思います．
問題点の説明が十分では無かったかもしれません
が，何らかの参考になり，更には放射光の熱問題に興味を持って頂ければ幸いです．
前半の概要は著者らは SPring-8 の今までの成果を

図 19. 直接水冷却ピンポスト結晶 [33]

纏めたにすぎず，ここに関係諸氏に感謝します．
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図 20. 液体窒素間接冷却シリコン結晶-31-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

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伝熱2000 年 1 月-32-

坪内為雄先生の逝去を悼みて

追悼

坪内為雄先生の逝去を悼みてA tribute to the memory of the late Professor Tameo Tsubouchi

相原 利雄（東北大学名誉教授）
Toshio AIHARA (Professor Emeritus of Tohoku University)
線，微粒子，円柱およびフィン付き管などの伝熱特東北大学名誉教授 坪内為雄先生は，激動の明治・大正・昭和・平成の四代を生き抜かれ，1999 年 12 月

性を明らかにされました．

4 日未明，心不全のため仙台の御自宅において 93 歳

それらのうち，極細線および微粒子の自然対流による熱伝達の研究は特に著名であり，昭和34年度日で召天されました．
先生は 1906 年（明治 39 年），霊峰富士の雪解けが本機械学会賞を受賞されました．更に，物体形状に湧水となって街中を流れる静岡県三島市でお生れによらぬ統一的な代表長さを定義し，自然・強制共存なりました．そして旧制第一高等学校を経て，1932

対流の熱伝達率について，各種流体に適用可能な広年（昭和 7 年）東北帝国大学工学部機械工学科を卒

範な統一的実験式を導出された事は，よく知られて業され，同大学助手として工学部に勤務，1936 年同

います．1976年３月５日，先生の満70歳の古稀を記

助教授，1945年同教授に昇任され，1946年から定年念して発刊された「坪内為雄名誉教授の学術上の業

退官の1969年まで高速力学研究所（現在の流体科学績［東北大学高速力学研究所報告，42 巻，380 号，研究所）において機関器具研究部門を担当され，37(1978)，村井

年の長きにわたり東北大学に在職されました．

生の研究業績の大半が集録されています．

等，相原利雄，増田英俊］には，先この間，同大学工学部教授，同大学院工学研究科

これら学術研究と教育上の功績に対し，1976年に指導教官も併任され，学術の研究と教育に多大の功は勲二等瑞宝章が授与され，1971年には日本機械学

績を上げられ，幾多の人材を世に送り出されました．

会の名誉員に推挙されました．一方，坪内先生は教更に1965年よりご退官までの４カ年にわたり，高速

壇の外にあっても，スポーツ，フォークダンス等の力学研究所長を併任され，同時に同大学評議員とし普及発展に多大の寄与を果たされ，体育功労者として，研究所ならびに東北大学の運営に行政手腕を発ても文部大臣，並びに宮城県よりそれぞれ表彰を受揮され，多大の貢献を果たされました．

けておられます．

1969年，東北大学を定年ご退官と同時に名誉教授

私が坪内為雄先生に初めてお目にかかったのは，の称号を授与され，続いて東北学院大学教授として1962年に東京で開催された日本機械学会の秋期講演

13年の長きにわたり，教育と私学の振興発展に貢献大会であります．この時，先生は私の論文講演の指されました．

名討論を御担当下さり，それが御縁で，後年，先生

この間，先生は第 8 期日本伝熱学会の会長（1969

が所長をしておられた東北大学高速力学研究所の助教授に採用して頂きました．

年），並びに第47期日本機械学会の副会長（1969年），

当時，先生は多数のご要職の合間を縫って，同理事，評議員，東北支部長等の要職を歴任され，我Gröber, Erk, Grigull の名著 Wärmeübertragung を加藤が国の学術向上に尽力されました．
坪内先生の学術研究上の業績は，伝熱工学，内燃清雄先生と邦訳し，「熱伝達の基礎」として朝倉書店

機関学，弾性学等の広範多岐にわたり，第二次大戦

より出版されました．1966 年，私が東北大学に赴任

中はガスタービンやジェットエンジンの理論的研究

して２ヵ月後，仙台で初めて日本伝熱シンポジウムを行い，当時未開発であったジェットエンジンの実が開催されました．これが，日本伝熱研究会および用化に貢献されました．特に伝熱工学の分野におい

日本伝熱学会の歴史を通じて，全講演発表を一室にては，本邦における伝熱研究の先駆者として，極細会して行った最後のシンポジウムになりましたが，-33-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

追悼夕刻，特に近しい方々と坪内家の「偲ぶ会」にお先生は準備委員長として手腕を発揮され，成功に導招き頂き，その席上，先生を最後まで自宅看護されかれました．

たヘルパーさんと看護婦さんの話を伺い，更に感動

更に，定年退官まで数年を遺す慌ただしい中で，泉を深めました．

亮太郎，一色尚次，宇佐見久雄，故大谷茂盛，故守

坪内先生が先に触れた御苦労を乗り越え，学者と正の諸先生，および私による共著書「熱交換器」をして卓越した業績を上げる事ができたのは，常に笑

朝倉書店より編纂出版され（1968 年），好評を拍しみを絶やさぬ，優しく聡明な奥様のお蔭だと，私はました．

かたく信じています．既に御高齢で，脚も耳もご不岡田克人，金丸清，坪内為雄，西山賢次，峯私が先生の膝下で研究教育に励んだのは真に短い

自由な奥様が献身的に先生を看護される姿が，看護期間でしたが，先生は多忙な時間を割いて，親しく婦さんやヘルパーさんの心を打った事は申す迄もあ

実験手法，執筆・編集や学会運営のコツを教えて下りません．しかし真に慈愛に満ちた看護と奉仕の気

さり，書物からは得られぬ貴重なものを学ぶ事が出持を彼女達から引き出したのは，ほかならぬ坪内先来ました．明治生まれの先生は，非常に誇り高い反生御自身なのだと，彼女達は頬を濡らしながら語っ

面，周りの者の面倒もよく見られました．退官されていました．

る際は，坪内研究室の助手や技官，学生について，将先生は病に倒れられてから亡くなられる迄，実に来身が立つ様に各々の転出先を世話され，また秘書

7 年もの間，床に臥したまま栄養の摂取も排泄も管の仲人もされました．

を通して行い，意志の伝達もままならぬ状態であっまた先生は折にふれ，青年時代からの苦労話や研たと伺いました．このような長く苦痛に満ちた状態究所長としての苦衷を洩らして下さいました．先生にあっても，先生はそれを神の求められた事としては，旧制第一高等学校在学中の 1923 年（大正 12 年）

そのまま受け入れ，苦しみを外に洩らされなかったに東京の日本メソジスト牛込教会で洗礼を受けられ，そうです．看護婦さんやヘルパーさんの言葉を借り以後，亡くなられる迄の77 年間の長きにわたり，敬れば，そのお姿は「人はこうして天に召されるのだ」

虔なクリスチャンであられました．一見厳めしい風と教えられて居る様で，彼女達は深く感動し，心の貌にも拘わらず，温厚な気性であられたのは，深い底から看護と奉仕をしたいと言う気持になったそう

信仰によるものと思われます．

です．

しかし葬儀の折，先生が生前，賛美歌 267 番を愛この話を伺い，人は死に臨んで真の姿を見せ，師唱された事を伺い，またその歌詞「・・・・あくま

は最後まで教えを垂れて下さったと，深い感動に浸

世にみちて よし脅すとも，神のまことこそ わがりました．先生のご逝去は，私どもにとって大きなうちにあれ．陰府の長よ

せまりくる

悲しみでありますが，御自宅で最後まで優しい奥様

汝がうえにあり・・・・」をの看護を受けられ，93歳の天寿を全うされた事を伺知り，先生の受けられた御苦労が並々ならぬものでい，長年の病苦に堪えられた先生の不屈の精神と信あった事を悟り，胸が痛くなりました．私自身，今仰，幸せな晩年に，深い敬意と安堵を覚えておりま

日まで幾多の苦難に遭遇しましたが，何とか乗り越す．

とも，主のさばきはほえ猛りて翻って，いまや国立大学改革の嵐の中，高邁な識えてこれたのは「最後は真理が勝つ」と言う坪内先見と明敏な判断力，優れた指導力を備えられた坪内生の教えがあったからだと感謝しています．
告別式は，12 月 7 日に日本キリスト教団仙台五橋

為雄先生を失った事は，
真に痛惜の極みであります．

教会で，多くの会葬者に見守られつつしめやかに執しかし，後に続く方々は，先生の教訓を生かし，必り行われました．司式の小林嘉成牧師は，式辞の途ずや改革の実を挙げられる事と信じます．また坪内

中，熱いものが込み上げ，しばしば声を詰らせてお先生の門下生も，それぞれ社会にあって重要な役割られました．流れる様に進む葬儀を見なれて来た私を果し，先生の教えを実践して居ります．
坪内為雄先生，どうぞ，安らかに瞑目なさって下には初めての経験です．この時，先生の信仰がいかさい．

に深く，永いものであったか伺い知りました．

伝熱2000 年 1 月-34-

坪内為雄先生を思い浮かべて

追悼

坪内為雄先生を思い浮かべてIn Memory of Professor Tameo Tsubouchi

増田 英俊（東北大学名誉教授）
Hidetoshi MASUDA (Professor Emeritus of Tohoku University)
坪内為雄先生が平成 11 年 12 月 4 日，93 才の天寿て実例を示されたような，独創性に満ちあふれた論を全うされ永い眠りに就かれた．7 年もの長い間病文であった．上記の 2 論文のうち，前者（佐藤千之床に伏されていたので常に案じてはいたのだったが．

助茨城大学名誉教授と永倉喜一郎岩手大学名誉教授

坪内先生が昭和44年に東北大学を定年で退官されとの共著）は発表の翌年昭和 35 年 4 月に第 2 回日本るまでの 9 年半，私が師事していたときのことを振機械学会賞に輝いた論文である．以後，この 2 論文

り返って，ここに先生のお人柄を思い浮かべてみたを珠玉の名品と仰ぎ，論文を作るとき，書くときのい．

手本とした．

私がある事情があって東北大学高速力学研究所

先生は研究室ではわりに口数の少ないお方であっ（現流体科学研究所）に入所し，坪内先生の下で働くた．テーマをポツンとおっしゃられることが多く，ことになったのは，いまから約 40 年前の昭和 34 年

それをどう料理するか，どこから手を付けていった

10月のことであった．それまで私は世界一周航路にらよいのかなどは一切指示されないことが多かった．

就いていた大型商船のエンジニアをしていた．エン

坪内先生に仕えて初めて研究といえる仕事に携わっ

ジンの出力がどうの，また熱効率とか性能がどうのたが，研究のやり方について，論文や本を渡されるということに終始してきた．ところが研究所に入っことはままあったが，言葉で教えてもらうことは極て状況が一変した．境界層とかヌセルト数，プラン

めてまれであった．したがって，初めのうちはなぜ

トル数といったキーワードがポンポンと頭に飛び込だろうと疑問に思うことが多かった．しかしそのう

んできた．坪内先生が勉強しなさいと最初に持ってち， 研究とは自分で考えて切り開いていくもの とこられた論文が「極細線および微粒子からの自然対

暗に教えて下さっていることがよく分かるように

流による熱伝達」と「微粒子の強制対流による熱伝

なった．

達」
（いずれも日本機械学会論文集に掲載されて間も坪内先生は私が申すまでもなく，本学会の前身でない論文），その他2，3編であったと覚えている．すある日本伝熱研究会の設立のために中心となって活ぐには内容が理解できなかったけれども，読むほど動されたメンバーのお一人であった．しかし，さかになんてすばらしい論文なんだろうと驚嘆せざるをのぼって若かりし頃の先生に目を向けてみると，すえなかった．微粒子試片の実物を見れば錠剤のじんでに昭和の初期に伝熱研究の日本におけるパイオニ

たんに似た形，いやもっと小さな粒（サーミスタ半アの役を果たしておられたお方であった．先に述べ導体）状のものであり，それを使っての近似球もした細線と微粒子の熱伝達の研究の先をもう少しやっくは近似回転楕円体からの対流熱伝達の研究である．

てごらんと言われたので，関連文献を探していくう

サーミスタの通電加熱だからヒータ内蔵は不必要でちに，間もなくたどり着いたのが先生の白金細線をあり，またそれ自体が高感度抵抗温度計を兼ねてい使用した自由対流と強制対流による熱伝達の2論文

ること，近似球としてのサーミスタ微粒子だから一であった．いずれもある別な目的で取り組まれた研般の粒を代表していると言えること等々，試片だけ究ではあるが，それぞれを昭和10年の日本機械学会

取り上げてもアイディアの良さに感嘆させられた．

誌と昭和15年の応用物理に発表されていた．先生のしかし，それはほんの序の口，論文とはこういうふ

大学（東北帝国大学）のご卒業が昭和 7 年であるか

うに切り込んで，このようにまとめ上げるものとしら，いかに若い頃から当時とすれば特殊といえる伝-35-

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追悼

熱研究に関心を持たれていたかが伺えよう．その当台の地に来られるとすぐ当教会を訪れ，幹事を引き時の伝熱という専門分野の研究者は日本では数える

受けるが間もなく代表者となって牧師を補佐し教会

ほどしかいなかったのではと想像されるので．さらのために献身的に尽くされた，奥様とは教会で知りにまた，高性能の電子計測機器の出回り始めた昭和

合われ結ばれた，とのことである．このことから先30年代に，改めて同じ種類のデータを取り直してみ

生のお人柄の一端が伺えた．
先生はわれわれが研究結果をまとめて報告にいって，ほとんど変わりのない精度の良さに舌を巻かざても，それで良いとか未だ足りないとかはほとんど

るをえなかった．
昭和 41 年 5 月，第 3 回日本伝熱シンポジウムが坪言われなかった．結果はどうだったかと聞かれるこ内先生を準備委員長として仙台で開催された．発表とも余りなかった．ただ，われわれの言うことをよ

論文 52 編，1 室 3 日間というスケジュールで，それく聞いて下さった．研究していることについて，言こそ熱のこもった真剣な討論が繰り広げられた．先

葉には出されなくともよく見守っていて下さった．

生は当時は高速力学研究所長の身で多忙な毎日を送一言で言うと優しい寛容なお方であった．研究室はられていた．にもかかわらず会の準備と運営のため

少人数で定年退官されるときでも 5，6 人だったが，全力を尽くされ，終了時には多くの参加者達から絶いつでも，誰に対しても優しく言葉を返してくれた

賛ともいえる好評を博した．このときほど，先生のので先生を慕う気持ちは皆同じだったと思う．退官

伝熱 にかけるひたむきな情熱をひしひしと感じた

されてから脳動脈硬化で病床に就かれるまで，相原

ことはなかった．その後もたゆまず日本伝熱研究会

利雄教授（当時）とよくお宅を訪ねた．そのとき，いの発展に尽くされ，昭和 44 年度第8期の会長に就任

つも「心配なことがあったらなんでも話していきな

された．なお，先生は昭和 40 年 4 月に上記のようにさい」と優しくおっしゃられたのが，いまでも頭か研究所長になられたが，以後ご退官まで，こんな面ら離れない．また奥様と一緒におられるその時は常もお持ちだったのかと思われるような八面六臂のごに幸福そうだった．
当時のことを思い出そうとすると余りにも多くの活躍をなされた．
先生の告別式は 12月 7日，仙台駅から徒歩で10分ことが頭をよぎって止まるところを知らない．上述

ほどの位置にある仙台五橋教会（メソジスト教会）

はその一片に過ぎない．書き尽くせぬ慈愛にあふれでおごそかに行われた．会葬には礼拝堂の外のロたお方だった．晩年に奥様とご家族の手厚い看護をビーさえいっぱいになるほど大勢の人々が来られ先受けられて，いま先生は天国で微笑んでおられるか

生に別れを告げた．式辞を述べられた牧師さんのおも知れない．奥様をはじめご遺族の方々に幸あれと話しが特に印象に残った．お話しによると，先生は心からお祈りする．

旧制一高時代にすでに受洗された，昭和 3 年の春仙伝熱2000 年 1 月-36-

坪内先生の思い出

追悼

坪内先生の思い出（第２回国際伝 熱会議）
坪内先生の思い出（(Memories of Prof. TSUBOUCHI at the 1961-62 International
Heat Transfer Conference, Boulder, Colorado)

宇佐見 久雄（名誉会員）
Hisao USAMI (Honorary member)
昨年 12 月 4 日，大学卒業後の昭和 26 年から 29 年

報告されている．

までの3年間東北大学高速力学研究所で助手として会議の進行は，関連のある論文を集めて一人のリご指導を頂いた坪内為雄先生が93歳の天寿を全うさポーターが纏めて報告する形式で，翌年にはロンド

れご逝去になった．先生には助手としてご指導頂いンで引き続き討論会（Discussions）が行われ，内容ただけではなく私ども夫婦の仲人でもあり残念でな

は，「Proceedings of the 1961-62 International Heat Trans-

らない．葬儀の行われた仙台市の五橋教会は，先生

fer Conference」及び「Discussions International Devel-の教会でもあり46年前に坪内先生のお世話で私ども

opment in Heat Transfer」として ASME から発行されの結婚式を行った思い出の教会でもある．

ている．

私は先生に 3 年間御指導を頂いた後，敗戦後禁止

坪内先生の論文は，私の後に助手を勤められ茨城されていた航空の仕事が再開出来るということで宇大学に移られた佐藤千之助さんとの共著で，サーミ

都宮の富士重工航空機工場へ入社した．幸い，日本

スターを用いて実験的に求めた自然及び強制対流共で最初のジェット機である T–1 の設計に携わり，し存場での微粒子の熱伝達「Heat Transfer of Particles in

かもこれも日本で最初の空調及び与圧システムの設

the domain where Natural and Forced Convection co-exist」

計を担当し，この仕事の熱計算にご指導頂いた熱伝であった．リポーターの発表は大学の大講堂で行わ達の実験と経験を十分に活用する事が出来た．初飛れた．

行も無事に終わり1段落した昭和36年（1961年）に，会議の合間にはパーティーや有名な観光地のエス

先生のご指導を得てその後の空調関係の開発の検討

テス・パークへのバス旅行などもあり，会議に参加をするという理由でコロラド大学で開かれた国際伝

したアメリカ人達が，夜遅くまでパーティーで話し

熱会議に参加する事に会社の許可が得られ，図々し込んでいても次の日に学内のキャフェテリアでの朝

くも通訳を兼ねてお供をさせて頂くことになった．

食に元気に出て来るエネルギーには感心したものでこの会議に出発したのは 8 月 25 日で，伝熱会議終ある．

了後アメリカ各地の大学，企業を訪れ，合間に観光

この間に東大へ交換教授で来ておられたミネソタもして帰国したのは坪内先生が 10 月 3 日，私は 1 日

大学（University of Minnesota）のハートネット教授

遅れて 10 月 4 日という約 40 日間のアメリカ旅行で（J. P. Hartnett），伝熱会議の事務局を担当されていた
I.I.T.（Illinois Institute of Technology）のケジオス教授あった．
デンバーには 8 月 27 日の日曜日に到着し，ロッ（E. P. Kezios），それに今でも時々日本においでにな

キー山麓のボールダー市（Boulder）にあるコロラド

るペンシルバニア（Carl V. S. Patterson Professor

大学の寮に入った．会議は 8 月 28 日から 9 月 1 日迄Emeritus）大学名誉教授で当時ミシガン大学（Theで，日本からの参加者は，西脇仁一，橘藤雄，坪内University of Michigan）のチャーチル教授（S. W.

為雄，水科篤郎，森康夫の諸先生という歴代の伝熱

Churchill）及びコンパクト熱交換器で有名なスタン研究会の会長を勤められた方々で，その他ミネソタフォード大学（Stanford University）のロンドン教授

大学？で研究をされていた北大の石黒亮二先生がご（A. L. London）を会議終了後訪問し研究室をご案内

夫妻でおいでになり，東芝の福井資夫さん，運研？

して頂いた．

におられた三輪さん等で私などは一番若輩であった．

40年前のボールダーは静かなこじんまりとした大この会議については，森先生が翌年の機械学会誌に

学町で，町の片隅に蒸気機関車のある小さな公園が-37-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

追悼あり，どこを歩いてもゴミを捨てるのが恥ずかしい

アメリカでの最初の都市はサン・フランシスコでくらい清潔な町であった．会議の合間に我々日本人あったが，今と違ってノン・ストップで直行は出来グループで町を散歩したり，食事をしたりアメリカ

ず，ホノルルで給油が必要であった．更に満席の時の田舎町を楽しむ事が出来た．考えてみれば1961年

は，ホノルルの前にウェーク島でもう一度給油が必はアイゼンハウアー政権の最後の年で，次のケネ

要で，私共の日航の DC–8 ジエット旅客機もウェー

ディー大統領になる直前で，ベトナム戦争前の古きク島に着陸して給油を受けた．全く僅かな米軍施設

良きアメリカの最後の時代であったのかもしれない．

以外何も無い島で戦争中に沈没した日本の輸送船のとにかく何処へ行っても町は綺麗で，車をロックし残骸が島の周りに見えていた．ホノルルで通関のないで駐車しておいても心配のない時代であった．

チェックを受け一応私の英語が通じたので一安心で大学の訪問で記憶に残っているのは，シカゴであった．

I.I.T. のケジオス教授のご自宅に招待して頂いた時

8 月 25 日午前 9 時の離陸であったが，ホノルル経に，坪内先生が教授の小さなお坊ちゃんをお膝に抱由でも同じ25日の早朝にサン・フランシスコに到着

かれて喜んでおられた事である．またミネソタ大学

した．仙台で東北学院の先生をしていたジム・メル

ではハートネット教授の案内で珍しい食事をしよう

カートさんがカルフォルニア大学のバークレーのと言う事でピザを初めて食べたことも印象的であっキャンパスに住んでいたのでキャンパスの中を案内た．

してもらった．仙台で結婚した奥様が「ここ（キャ昭和 36 年と言うと戦後 16 年は経っていたがまだンパスの中）は戸締りをしなくても安全でよいとこ

海外へ出かけるというのは特別扱いで，1ドルは360

ろです．」とおっしゃっていたが，僅か 10 年と経た

円，国際線もプロペラ機からジェットに代わって間ないうちにベトナム反戦の騒ぎで同じキャンパスがも無い頃で，アメリカの国内線はまだ殆どがプロペ

荒れ果ててしまったとは当時は想像も出来なかった

ラ機であった．渡航費用も極力切り詰める必要があことである．

り，先生のご推薦で仙台の YMCA の会員となって，

先生は熱心なクリスチャンで会議の前後に先生のミネアポリスでは YMCAに 2 泊したり，伝熱会議のお知り合いのデンバーにおられた牧師さんに空港か

間は大学の寮に入り，デトロイトではミシガン大学

らコロラド大学までの移動を始め，近郊のご案内ま

訪問の間，私の友人宅にホーム・ステーをしたり，ボで頂き大変お世話になったことが記憶に残っている．

ストンとニューヨークでは先生のお知り合いの方のまた先生はご趣味も豊富で，
特にテニスを楽しまれ，

ご紹介で出来るだけ安いホテルを選び費用の節約に

毎日のように研究室からテニスコートへお出かけに努力したりしたものである．もっともこの為になっていたお姿が今でも目に浮かぶのである．アメニューヨークではデトロイトのキャブレター工場を

リカでは教会関係の他に先生のテニス仲間に大変お日帰りで訪問してホテルへ帰ってみたら泥棒に入ら世話になった．ニューヨークでは東北大の金属材料

れて荷物が全部こじ開けられていたというような珍研究所においでになった女性にホテルの世話から市

しい経験までしてしまった．被害は先生のトランジ

内の案内までして頂き，ボストンのM.I.T.では,当時

スター・ラジオを盗まれただけで済んだがこれは最金属材料研究所の助教授で，後に豊田中央研究所の大のショックであった．

所長になられた先生のテニス仲間の小松さんに，
M.I.T.の原子炉やその他の研究室を案内して頂いた．

仙台では昭和30年頃までは，アメリカの進駐軍も多くいたし，東北学院，宮城学院のようなミッショ
ン・スクールもあったので，アメリカへ行く事はそ

研究室では日常ご指導を頂いてはいたが，私にれ程違和感を感じていない状態であったが，先生もとっては４０日近くご一緒にすごすことが出来たの

私も海外旅行は初めてで，羽田では皆様のお見送りは今から考えると大変幸せな時であった．お役にを受けた．その中には当時機械学会の「熱及び熱力

立ったかどうかは今はもう伺うすべも無くなってし学部門委員会」の委員長をしておられた甲藤先生がまったが，先生のその後の海外の学会への御出張のおられたのが写真に写っている．

準備になったのではないかと思っている．

伝熱2000 年 1 月-38-インタビュー：グループリーダーに聞く

ジョイント・リサーチ
インタビュー「Joint Research グループリーダーに聞く」
インタビュー「連載開始にあたってPreface to “Interviewing a group leader of joint research”

川口靖夫（工業技術院、機械技術研究所）
Yasuo KAWAGUCHI (Mechanical Engineering Laboratory, AIST MITI)
１．はじめに省エネルギーや新規産業創設といった，社会への貢献度の高い研究開発が求められる昨今，大学・企にしました．どのリーダーも快くインタビューに応じてくださり，それぞれ個性のある，幅広いお話を伺うことができました．

業という組織の枠を越えた共同研究への期待が高
まっています．理工系大学ではこれまで蓄積した基礎研究の展開先を求め，同時に研究に要する費用を２．NEDO 提案公募事業について
この事業は将来の産業技術シーズの創造を目的として，大学，国立研究所，企業等が連携して行う独創的な研究開発テーマを広く公募することにより，新規産業の創出，経済フロンティアの拡大，エネル
ギーの安定供給の確保等を促進することを 狙いとした制度です．主に，産業科学技術， エネルギー・環
境技術，中小企業創造基盤技術の 3 分野を対象にしています．応募の要件，開発費と期間，テーマ選定
方式，研究成果等はホームページ h t t p : / /www.nedo.go.jpまたは新規産業創造型提案公募室 035952-0071 へ．
11 年度の実績では，11 年 2 月 1 日に公募開始，3 月
8日締め切り，「産業科学技術分野」と「エネルギー・
環境技術分野」の 2 分野に 249 件と 131 件の提案が寄せられ，それぞれ 18 件，20 件が採択されました．
「エネルギー・環境技術分野」の採択プロジェクト

外部に仰ごうとする動きがあります．これは社会と対話し，成果が社会に活かされることを指向する工学の自然な姿ということができるでしょう．
企業では秘密を要する基幹部分以外の研究開発を
アウトソーシングすることによって，研究開発の効率化を進めようとする流れがあります．一方長引く不況下で，先端技術をコアとしたベンチャー的企業の出現が望まれていますが，革新的な発想は異文化を背景としたメンバーの真剣な討論や共同作業に
よって生まれるものではないでしょうか．
これまでにも大学・企業にこうした動機があり，一定の成果は挙がっていましたが，最近共同研究をサポートする予算制度が整備され，大学，企業，国との新しい連携が急速に進もうとしています．
伝熱学会会員の研究はエネルギー問題や新規産業創出に貢献する熱プロセスに深く関係しており，先20件のうち，研究代表者所属機関は大学13件，国立研 1 件，企業 6 件となっており，また連携する共同企業体としては企業 20 社を含め 36 機関が参加してに述べた流れに率先して共同研究にとりくんでいらっしゃる方があります．一方ではアイディアをまとめ，これから共同研究を計画される会員の方もあいて，幅広い協力関係が形作られていることを伺わせます．

るものと思います．そこで，「Joint Researchグループ
リーダーに聞く」と題したこの連載では，共同研究されたご経験のあるグループの代表者に，研究の概要，提案のこつ，新たな連携に伴うメリット等をいかにお考えになるか，といったお話をしていただきます．
通産省では新エネルギー・産業技術総合開発機構（以下NEDOと略）提案公募事業が平成7年度から開始され，別表のように 500 件近くの研究テーマが採

年度

採択数

7 年度

216 件

８年度

69 件

９年度

45 件

１０年度

129 件

１１年度

38 件

提案公募型研究採択実績

択されています．この連載では最初にこの制度をとりあげ，毎号 2 名程度のリーダーにお会いすること-39-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

インタビュー：グループリーダーに聞く

ジョイント・リサーチ
Joint Research グループリーダーに聞く
１．
神戸大学応用化学科、
薄井洋基教授１．神戸大学応用化学科、
神戸大学応用化学科、薄井洋基教授
Interviewing a group leader of joint research,
1. Prof. Hiromoto USUI of Kobe University
聞き手：川口靖夫（機技研）Interviewer: Yasuo KAWAGUCHI (MEL)
研究課題：界面活性剤による抵抗低減技術を利用―それがよく引用される Mizushina and Usui, Physics

した地域冷暖房システムの最適設計
制度：NEDO 新規産業創造型提案公募事業，エネ
ルギー・環境技術分野

of Fluids 20-10 (1976) S100-108 の論文になったわけ
ですね．その後の展開は．
80年代に米国のベンチャー企業がアラスカの原油パ

期間：Ｈ１０年〜１１年度
共同相手先：大阪ガス（株），（株）大林組，ライオン（株）

イプラインにポリマーを添加して，出荷量増強に成功したことが伝えられました．様々な応用が検討され，界面活性剤の利用にも研究者の関心が向くよう―まず，ご研究の概要について伺います．
水溶性ポリマーを水に少量添加すると，高いレイノ
ルズ数まで流れを層流的な状態に保つことができ，
トムズ効果として知られています．ポリマーは耐久性の点で問題があるので，最近15年ほどは界面活性剤を使った研究が主流になっています．私たちは図１のように棒状ミセルを含む陽イオン性界面活性剤
を地域冷暖房の循環水に添加し，管内で乱流抑制現象を起こさせてポンプ動力を削減し，省エネルギーを行うという応用をめざしています．図２は管内流れの流量と圧力との関係を示したもので，通常の水なら乱流になってしまう範囲で大きな抵抗低減効果が得られます．今回のジョイント研究はNEDOのサ
ポートを受け，こうしたケースでの化学物質から配になりました．地域暖房への応用を目指したドイツ政府のプロジェクトが始まったのもこの頃のことです．地域暖房用界面活性剤はダウ・ケミカルやヘキストによって製品化されました．84 年にはドイツ，
Essen での IUTAM シンポジウム，89 年にはスイス，
Davosで国際抵抗低減シンポジウムが開かれました．
私の研究室でも基礎研究を続けていましたので（文献[1]から[3]），こうした動きについていくことができました．
―さてジョイント研究のコツについて伺います．会社へのアプローチはどのように．
この件の発端は，並行して進めていた石炭スラリー
用添加剤の開発について，日本触媒，ライオン，花王といった各社の研究者と面識を持ったことから始
まります．学会発表をしたあとで会社の研究者が質管網までを含む設計最適化を目標に，３社との共同で進めているものです．

問に来ることがありますね．向こうには抱えている問題があるはずなので，私は相手からもそれを教えてもらうことにしています．そうしていると徐々に―この研究の発端はどういうものだったでしょうか．
約４半世紀前，私が京大化学工学科，水科先生のもとで博士論文に取り組んでいたころに遡ります．当仲良くなり，協力関係ができてきます．

時粘弾性液体の中ではホットフィルムの出力がおか

勢が鍵になるわけですね．今回のジョイント研究のしくなることが知られていて，非ニュートン流体の流れでの特殊現象を調べていたのですが，そうこう

分担とそれぞれの目標は．ライオンは最適な分子，
大阪ガスは熱供給システム全体の設計，大林組はこするうち管内の抵抗低減メカニズムと熱移動現象に関心が移ってきました．博士課程の途中でテーマをの液体に使う熱交換器を担当し，それぞれ [4] から[6]のような成果を得ました．最後の発表は円管内面

変えるのは大変だったのですが，当時珍しかったＬ
ＤＶを自作したり，光学窓を工夫して実験し，渦拡
散係数に対するモデルを提案することができました．

に粗さをつけて，界面活性剤水溶液の伝熱促進を試みたものです．

伝熱2000 年 1 月―なるほど，協力して問題解決にあたろうという姿-40-ジ ョ イ ン ト ・ リ サ ー チRod-like micelles
Addition of surfactant↓
Formation of rod-likeAir conditioning room
micelles↓Control of turbulence
under SIS condition↓
Reduction of pumping
power, and design ofenergy saving air
conditioning systems
Pump

Fun coil unit

Heat pump
図１ 研究の概念図−先ほどのお話では，界面活性剤は製品化までされているそうですね．これを越えるものを無数の候補から探すにはどういう方法でやるのでしょう．
確かに，あまりにも範囲を広げすぎると結論がまと
まらないことになります．そこで今回は４級アンモニウム塩の系統に限定し，この中では何が良いかと30ヶ所程度のビルに使用されています．これらは小規模なものですが，私の方ではスケールアップ法についても検討していましたので，地域暖房の設計にも対応できる自信はありました．大阪では万博を契機に建設された地域暖房システムが千里ニュータウンで稼働しています．これが日本初のシステムですいう答えを２年弱という短い期間で出そうとしています．この物質ではエソカードＯ−１２というもの
が良いことが前からわかっており，清水建設でも使が老朽化しており，建て替えの時期にきています．
今回開発した技術が新システムに採用されると嬉しいですね．

い初めていますが，伝熱性能も考慮するとまた違った結果がでてきそうです．私の研究室では別途アミン系の界面活性剤も検討していて，環境性の点から―NEDO，大学，企業と異なる組織のジョイントとなりましたが，困ったことなどは．

はこちらも有望と思います．
―この技術が応用されるときの姿は．

格別ありませんでした．大学に対しては受託研究という形になるので予算の使い勝手が悪いわけでもありません．報告書や会計監査資料のまとめも慣れた

実はすでに応用は始まっています．私が山口大学に居た時期に，先行してビルの程度の大きさでは実証をしていました．その成果から現地でベンチャー企ことですから．企業も経験のあるところは困らなかったようですが，研究期間を私の方で短く設定したために，備品の扱いでとまどったところもあるよ

業が起こり，抵抗低減用界面活性剤はすでに国内

うです．

-41-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

ジ ョ イ ン ト ・ リ サ ー チ

Pressure drop
ΔP

Turbulent flow dataof Newtonian fluids

Surfactant dragReduction data

Laminar flow

Flow rate ； Q
図２ 圧力損失と流量の関係―ニュートン流体と抵抗低減をともなう界面活性剤溶液との比較―大学当局のサポートやプロジェクト評価はどうなっているでしょうか．
大学側ではプロジェクトを立て，ジョイント研究に対応することになりますが，神戸大学はプロジェク
ト研究支援に積極的です．その一例はオープンラボの仕組みにも見られます．新築の建物を使い始める
場合，重点的なプロジェクトを持っているチームが優先権を持ちます．また種々の要因でスペースを再調整する場合にも，やはりプロジェクトのあるなし
が考慮されます．一方では大学独自でプロジェクトを評価する仕組みもあり，５年毎の見直しで打ち切

力代が削減できるかを計算していきました．現在国
内で 150ヶ所の地域冷暖房システムが稼働していますが，省エネ効果は全体でどれだけかについて詳し
い数字をつみかさねて相手を説得する努力をしました．

りが決まることもあり得ます．
―最後にひとつ伺います．NEDO へ研究提案し，競[1] Usui, H. and Miura, K., Proc. PPS Int. Conf. on
Rheology and Polymer Processing, Seoul, (1990)
76.

争を勝ち抜いてこれが採択されたわけですが，成功の秘訣は．
ひとつには，これまでの積み上げがあり，目立つ国[2] 薄井洋基ら , 化学工学論文集 , 21 (1995) 248[3] Usui, H., Itoh, T. and Saeki, T., Rheol. Acta, 37(1998) 122.

際会議には発表をしていたことがあります．一歩でもいいから他のグループの先をいっている必要があります．次に研究の効果を具体的に示すことが大事[4] Yamauchi M., et al., Proc. 1999 AIChE Annual
Meeting, Paper No.128-d (1999).
[5] Onojima, H., et al., Proc. 1999 AIChE Annualです．私たちも，地球環境に及ぼす影響を説明する必要がありました．そこで界面活性剤を添加してどれだけポンプ動力が削減できるか，実際どれだけ電Meeting, Paper No.127-u (1999).
[6] Kishimoto, A., et al., Proc. 1999 AIChE Annual
Meeting, Paper No.127-m (1999).

伝熱2000 年 1 月―大変参考になるお話をありがとうございました．
（99 年 10 月 4 日）

参考文献

-42-

インタビュー：グループリーダーに聞く

ジョイント・リサーチ
Joint Research グループリーダーに聞く
２．
岡山大学大学院自然科学研究科，
稲葉英男教授２．岡山大学大学院自然科学研究科，
岡山大学大学院自然科学研究科，稲葉英男教授
Interviewing a group leader of joint research,
2. Prof. Hideo INABA of Okayama University
聞き手：川口靖夫（機技研）Interviewer: Yasuo KAWAGUCHI (MEL)

研究課題：脱フロンに向けての次世代環境調和型
有機繊維系吸着剤の開発に関する研究
制度：NEDO 提案公募型・重点分野研究開発，新材料技術分野期間：Ｈ７年〜９年度
共同相手先：日本エクスラン工業（株）―有機繊維系吸着剤とは何でしょう．その特徴は．
アクリル繊維の一部を図１のように改質し，水蒸気
吸着サイト（―COONa）をつけたものです（図２）．
紙おむつの中身は，軽くて大量の水を吸い取ります
が，そのさらに発展した物質を想像して下さい．従来シリカゲルやゼオライトといった無機系の材料が

図２ 有機繊維系吸着剤の外観

吸着剤として使われていました．新しい材料はこれ
ら無機系材料より水蒸気をよく吸着し，しかも低温での性能が良く，耐久性や加工性にも優れています．

夏の閉めきった部屋はむっとしますね．体感温度を下げたいのですが，
人は温度が低いばかりではなく，湿度が低くても涼しく感じるものです．今までクーラーと言えばフロンを使った圧縮式のものを思い浮
かべていましたが，温度レベルの低い低品位の熱を―何に使えるのですか．
水蒸気を吸う材料なので，部屋の調湿，デシカント
クーリング，また吸着に伴う吸熱・発熱を利用して利用し，空調にマッチした冷熱を発生させる機器はエネルギーの有効利用や脱フロン化の観点から魅力的です．

吸着式冷凍機などに使えます．家庭空調排熱を利用した高温冷房用減湿器，家庭や自動車の排熱を利用するデシカントクーリング，コジェネ排熱利用吸着式冷凍機，化学プロセスの減湿，腐食防止用減湿器―マーケットはありそうですか．
米国エネルギー省では，2010年までに全米の空調需といった様々な製品に活かされると夢を描いています．

要の35％をデシカントクーリングで賄おうという目
標があります．日本での現在の普及は０なので，今後急速な伸びが期待できます．その背景となるのは低質エネルギーの利用を進めることによる省エネル
ギー，脱フロン，自然冷媒利用による環境問題対応
といった大きな流れです．低質のエネルギーを利用して空調を行うといった技術は，日本が率先して開発すべきで，私が通産省の「エコエネルギー都市」プ
ロジェクトなどに期待しているのもそうした理由で
図１ 有機繊維系吸着剤の化学構造

す．
-43-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

ジ ョ イ ン ト ・ リ サ ー チ―この共同研究を始めて，気づいたことは？
大学がシーズ，企業がマーケット情報などニーズを持っていて，これらを融合するといったスタイルの共同研究がよくあります．このケースではそれが逆で，企業が「紙おむつ」の材料開発で培った優れた技術を持っていて，材料を試作しており，その使い方を模索していました．私の方で熱システムへの応用を考え，共同研究につなげていきました．企業から学んだことは，材料メーカーの開発手法やその展開法ですね．企業の開発スピードの速いことは驚き
で，結果の見極め方も参考になりました．大学へのメリットは，企業人との交流が学生の教育に役だったこと．企業の持っている設備が使えたこともメ
リットでした．
図３ 吸着等温線―共同研究のやり方について，今後の課題は．
この制度ではやや研究期間が短いと感じました．研究の途上で新たな発見があり，力点の置き方が変わってくることはよくあることですが，今回の制度
ではそれがある程度許容されたようで，その点には満足しています．企業との共同開発にまつわる一般的な問題ですが，アイディアを出した人の権利をいかに守るか，つまり特許の帰属は重要なポイントです．大学では今まできちんとした特許政策がありませんでしたが，研究室と企業との間に立って特許管理をする組織が必要であると痛感しており，大学でも討議を進めているところです．

―ありがとうございます．この研究のブレークス
ルーはどんなところにありましたか．
まず材料開発が挙げられます．繊維に着ける吸着サ
イトとなる物質の特定，架橋点の設定が鍵でしたが，材料の完成度はかなり高いものになりました．図３は吸着等温線を示したもので，低温でもシリカゲル
より優れた特性をもつことがわかります．さらに熱交換方式などシステム化技術があります．研究期間中に一応の完成を見ましたが [1],[2]，さらに吸着剤を粉末化し，流動層で伝熱を行わせる形式の機器を現在開発中です．

―先生はかなり応用に重きをおいた研究をなさって―「共同研究の提案のこつ」を伺いたいのですが．
基礎となるアイディアには新たな発想が含まれていいます．これからの大学の使命はどうなっていくでしょう．
技術が社会に役立つことは重要です．しかしあまりて，産業界も興味を示す内容であることが重要です．
「従来の技術の改良」ではダメ，基礎的現象の解明や新材料の開発，新たな利用システムの構築につながに即物的なものばかりに傾くのも良くないと思います．
「10 年後，20 年後になるかもしれないが，最終的には役に立つ」位のところが適当でしょうか．一

る良いアイディアである必要があります．また共同研究をする意義を考えると，企業単独では実行しづ
らく，適切な分担ができる研究内容であれば説明し方で学術論文には「わからないものが，これでわかるようになった」という発見が重要で，それをする人もいなくてはなりません．純粋に学問を目指す先やすくなります．
提案書をまとめる段階では，
材料そのものの新しさ，
従来にない利用システムが構築できることをアピー

生をも擁していることが大学の強みであると思います．国立大学の独立法人化が取りざたされています
が，応用・基礎どちらの方針をとるにせよ，特徴あルしました．また専門家の評価に耐えるには，材料の基礎データの測定法，性能の算出法，利用システ
ムに新たな提案があることに力点をおいて説明しまる研究をやっている大学が生き残る時代になるで
しょう．

した．

伝熱

2000 年 1 月-44-ジ ョ イ ン ト ・ リ サ ー チ―省エネルギー技術はともすると成熟と見なされがちですが．

ないので，広く見渡す必要があります．企業の人とコンタクトして話をするのは重要です．大学では現「エネルギー関係で良い開発課題がない」という発言は良く聞くことで，関係者には閉塞感が強いように

象解明に重きを置きがちですが，企業の場合，技術開発の結果は商品として世の中に出ていかなければならないので，また違った視点から問題を見ること見受けられます．例えば家庭用クーラーはエネル
ギーを大量に消費していますが，従来の製品はすでに価格競争の段階に入っていて，そのままの形式でができます．私の場合は，詰めた討論をしたあと，頭の「たが」がはずれた状態で雑談をしているときに，良い解決法が浮かんでくることがあります．

は大きな性能向上を期待できません．ニクロム線式の電気炊飯器が，電磁誘導によるＩＨ式に変わりましたが，そうした根本的な変化がエネルギー機器に―重要なヒントを，ありがとうございました．
（99 年 12 月 17 日）も出てこないものでしょうか．考えればいくらでも良いアイディアは出てくる，と私は思います．
―良いアイディアを得るためにどのようなことを心
がけていらっしゃいますか．
まず「何をやるべきか」，「ではどういう方法をとっ

参考文献[1] 稲葉英男ら , 機論 , B 編 65-639 (1999) 3777.
[2] INABA, H., Thermal Science and Engineering
6-1(1998) 11.

たら良いのか」という問題意識を持ち続けるべきです．あまり狭いところに入ってあがいていても仕方-45-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

第 36 回日本伝熱シンポジウム「気になる研究」へのコメント

伝熱シンポ『伝熱シンポジウム 「気になる研究」沸騰関連』についてのコメント
Comments on“Stimulating Studies in 36 National Heat Transfer Symposium, Boiling”th

永井 二郎（福井大学）
Niroh NAGAI (Fukui University)
１．はじめに本誌編集部会委員のある先生から，「標記の内容で執筆しませんか？」と依頼を受けまして，このよ
うに記事を書くことになりました．本誌が，インターネット上のチャットのように，より気軽により活発に伝熱界の意見交流の場となることも期待して，以下に思いつくままコメントを述べます．

しら不安や怪しさを感じています．例えば，接触角と MHF 点温度との間にきれいな相関関係があったとしても，どのような現象が MHF 点で起きていて，
接触角はどのような現象とからんでいるのでしょうか？ 既存核の活性化（沸騰核生成）や CHF と接触
角との関係についても，具体的にどのような現象がからんでいるのでしょうか？ 接触角という指標は，
何かその場しのぎのような気がしてなりません．
では，他に何かすばらしい指標があるのかと聞かれると答えに詰まるのですが，例えば，東大の庄司先生は， 機論 ,58-550(1992), pp.1853-1859. に熱力
学的意味のはっきりした２つのパラメータを提案されています．ご参照下さい．

２．
「気になる研究」の内容「伝熱」1999 年 7 月号 P.19 に，九州大学の吉田先生が，伝熱シンポの沸騰関連で 気になった 研究
発表についてコメントされています．その中で，工学院大学の大竹先生の「膜沸騰蒸気膜崩壊条件」に関する研究発表について重点的に意見を述べられています．詳細は，このコメントと大竹先生の講演論
文を参照して頂くとして，その吉田先生のコメントの要旨を私なりにまとめると，(1) この研究で測定されている 接触角 は，厳密に言えば，固気液の表面エネルギー等から定まる接触角とは違うかもしれないが，(2)何らかの物理量で蒸気膜崩壊条件を整理され得るのならば，実用的に（工学的に）大変有用な成果であり，また，そのような研究スタンスは工学者として重要ではないか．
ということになりました．そこで，上記 (1)，(2) の２点に対して，私の考えを述べたいと思います．

４．工学者としての研究スタンス
ある何らかの工学上の問題，例えば「蒸気膜崩壊
条件を知りたい」ときに，物理的な意味がはっきりしているパラメータのみを用い，緻密なモデルが構築されれば，それは文句の付け所が無いように思われます．しかし，それがもし非常に難解なものであったり，他の人が応用しようとしてもどうしてよいのか分からないものであると，実際には役に立たないことになります．それで良いのか？ という話についてですが，私は，緻密な研究の方向と，（曖昧さは多少あっても）すぐに使えそうな形で成果を示す研究と，両方のアプローチが大切だと考えます．
この２つのアプローチは，ある場合は一致するでしょうし，ある場合は（致し方なく）別々の研究となると感じます．
こんなことは，私のような若造が言っても重みがありませんが，ある企業の方から「機械学会論文集の論文は，ほとんど役に立たない．だから読まない．」と言われて少なからずショックを受けて以来，研究に対するスタンスについて少しずつ考えてきた
結果の意見です．ご批判・ご叱責は，本誌「伝熱」へ投稿されるか，直接下記のアドレスへお願い致します．
(nagai@mech.fukui-u.ac.jp)

３．沸騰における濡れ性評価
伝熱シンポでは，大竹先生の 接触角 について，測定の精度や手法に対する疑問と， 接触角 という名称に対する疑問が出されていたと記憶しています．
膜沸騰蒸気膜の上方から衝突噴流を流したときの固気液界面先端と過熱面のなす角度を測定されている訳ですので，この 接触角 は前進接触角と呼んで問題無いと思います．
ただ私は，（全く説得力が無いのですが）沸騰面の濡れ性評価指標として接触角を用いることに，何か伝熱2000 年 1 月-46-

伝 熱 の 常 識 と 非 常 識

ワンポイント伝熱−伝熱の常識と非常識−

多孔質体内熱流動において誤解を招くドグマ
Misleading Dogmas Associated with Heat and Fluid Flow in Porous Media中山 顕 （静岡大学）
Akira NAKAYAMA (Shizuoka University)
１ はじめに私が未熟なために勝手に常識（あるいは非常識）

３ Forchheimer 項は Forchheimer の提案か？
レイノルズ数がある程度高くなると多孔質構造体と思い込んでいることが多々あるであろうから , このシリーズ「伝熱の常識と非常識」の執筆は極めて難しい. そこで, 私が多孔質体内の熱流動を勉学するの形状抵抗が効いてくるため , 粘性の効果のみを考慮するDarcy則からずれてくる. この効果を速度の二乗項（すなわちForchheimer項）で表現する修正Darcy

中で , 諸先輩から教えられたり , 文献（Lage(1998),
Kaviany(1995)）から学んだりして気づくに至った ,浅学ゆえに誤って理解していたドグマ の幾つかに則が広く用いられている .

−ついて述べることで , 執筆に代えたい .

dp µ= u + bρu 2
dx K

ここで u は体積流量を多孔質充填流路の断面で除し

実はこの修正則は F o r c h h e i m e r ではなく ,Dupuit(1863)により提案されたものである. この修正則のよりどころとして , 頻繁に引用される論文がある . この論文中で , Forchheimer (1901) は修正則が彼自身のオリジナルとは言っていない. 彼の関心は,以前自分が公表した実測データの正当性にあったわけ
で, Darcy則よりも上記の修正則に従うことを論文では強調している . なぜか , この修正則が Dupuit によるものであることが論文中で記されなかった . よくある（しかしあってはならない）引用の不徹底であるが , このことが , 二乗項が ,（Dupuit 項あるいは
Dupuit-Forchheimer項とではなく）Forchheimer項と呼ばれるに至ったゆえんのようである .

た見かけの速度 , いわゆるダルシー速度である .
種々 , 圧力勾配（鉛直流路の長さ）を変え , ダル

平均が実質平均と気孔率 ε の積で与えられる関係）

２ Darcy 則は Darcy の提案か？
パリで教育を受けた Darcy は故郷の Dijon に帰って町の水供給ラインに関する研究（1856）をまとめ公表した . 650 ページに及ぶ膨大な報告書の内容は ,水の浄化法や水の管理法から政治的・法的観点からの市への提言までに及ぶ. 注目するDarcy則の起源は, 本文ではなく, 報告書の付録に発見できる（ただし, 現在知られている形とは別の形で）.

−

dp 1
= u
dx k

Dupuitの名はDupuit-Forchheimerの関係（ダルシーシー速度（流量）を測った結果, コンダクタンス k がとして歴史に残ってはいるが , 彼の最大の業績が修
正則の二乗項に在ることを知る人は少ない .

一定となることを見いだしている. ただし, 流体の粘度 µ が陽に表現されていないことから知れるよう

Darcyにとっては身近だっただろうし, 細管流と透過

４ Brinkman項は意味があるか？
境界壁からの粘性が構造体の尺度以上に及ぶとして, その効果をBrinkman項で表現する次の修正則を流との関連から , k = K µ（ K は透過率）に至らな

よく見かける .

に，粘度の効果については全く触れられていない .
10数年前のPoiseuilleの業績は, パリで教育を受けた

かったのは不思議な気さえする . 粘度の効果（今日の Darcy 則の形）については , 少し後になってから ,− ∇p =µu − µ~∇ 2 u
K

見かけの粘度については種々の議論があるが , 高気

Hazen (1893) により議論されることになる .

孔率下では µ~ ≈ µ ε に近いと考えられている . 透過

-47-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

ワ ン ポ イ ン ト 伝 熱６ おわりに（乱流は難しく，多孔質は簡単か？）
多孔質体内の熱流動現象に魅せられてしばらくになるが , このテーマに取り組むようになったいきさ

率 K が無限大の時Navier-Stokesの式に帰着することから, 数値計算のプログラミング上も都合がよい. こ
れが , この修正則を最近よく見かける理由の一つとつには少なからぬ打算があった . 博士論文の研究の一部として , 非円管路内の第二種二次流れを扱うは考えられる.（また, K = 0 で固体内, K → ∞ で流体内を表現しうることから , 固定格子を用いた融解・凝固の解析にも積極的に用いられている .）しかし ,果たして多孔質体内流の解析においてBrinkman項はめになった. 勢いにまかせ,当時まだ完全にはチュー
ンナップされてなかった代数応力モデルを用い , 乱
流計算を繰り返し試してみた. そんな中で, 文献をあさればあさるほど, 乱流は難しい と言う脅迫観念

本当に意味があるのだろうか？
上記の修正則にスケール・アナリシスを施すと ,粘性境界層厚さが次の関係にあることが分かる.

δ~

Kµ~
~
µ

から逃げられなくなっていった. 母校に戻り, 乱流が関与しない熱流動場で工学的研究の対象となりう

K
ε
~
d
ε
150(1 − ε )るもの という , 極めて狭い（粘性支配の）視野に立って, いくつかのテーマに絞ってみた. そんなテーマの中に , 多孔質体内の熱流動 があった . 細部の実測が難しく解析的アプローチが最も映えそうな概算の意味から , 最後の表現には直径 d の粒子から成る多孔質体を考えてみた . 粒子が詰まった状態

テーマであったことも魅力的だった. 私の恩師,静岡大学名誉教授児山先生に「数値計算ばかりじゃ続かないぞ」と言われ , 物色しつつも 多孔質 に行き着くまで, それ程時間を要しなかったのは, そんな打算があったからである .
しかし , 実際に 多孔質体内の熱流動 を勉強してみると , 時間（あるいはアンサンブル）平均が局所空間平均に置き換わっただけで , 理論的取り扱い
も乱流のそれと同様に難しいことに気づく . 多孔質
体内の熱流動の議論では避けて通れない 熱分散などというレイノルズ応力 , 乱流熱流束まがいの項にも出っくわすことになる . 人工多孔質体内での熱および物質移動や合金の相変化過程との関連で多孔( ε ~ 0.4 )で δ ~ 0 . 05 d 程度であるから, 粒子充填流路内での境界層厚さは構造体の尺度の１割にも満たないことになる. さらに ε ≈ 0 . 93 で δ ~ d と概算できるから , 粘性の効果が構造体の尺度を飛び越えて及ぶことがあるとすれば , 極めて高気孔率の人工多孔質体の場合に限られることが分かる . ダルシー速度に代表される空間平均値が , 構造体尺度より十分大き
いRepresentative Elementary Volume (R.E.V.)の下で定義されていることからして , R.E.V. より狭い範囲での巨視的粘性効果の議論は自己矛盾に陥る .
５ 流れ方向の熱拡散は無視しうるか？
巨視的には一様な多孔質体内の流れにおいても ,微視的には構造体の存在により速度場が大きくゆが質体内の 乱流 そのものが注目されつつあることに気づくに至っては , 当初の 打算 が 多孔質はめられている . この微視的 ゆがみ に起因する熱混合を 熱分散 と呼ぶ . 多孔質体内熱流動における 見かけの熱伝導率 は , 分子熱拡散によるもの

ると 常識 的に思えることも , 内から見ると 非
常識 も甚だしいことが往々にしてある .

と熱分散によるものとの相乗効果として現れる . 少
し流れが速くなると熱分散が支配的となることから,熱分散（または物質分散）の把握は多孔質体内熱（お文献
Darcy, H.P.G., 1856, Les Fontaines Publiques de la Ville

難しい という確信に変わる. このように, 外から見de Dijon, Victor Dalmont, Paris.

よび物質）移動現象の解明において最も重要な鍵を握ると見られている .
実は熱分散の流れ方向成分が卓越するため , 見かけの熱伝導率の流れ方向成分が（垂直成分に比して）極端に大きくなる傾向にある . あの Yagi ら (1960) でさえ , この事実を示す実験データを３年間も公表す

Dupuit, A.J.E.J., 1863, Victor Dalmont, Paris.
Hazen, A., 1893, Massa. State 24th Ann.Rep., 541.
Kaviany, M., 1995, Principles of Heat Transfer in PorousMedia, Springer-Verlag, New York.
Lage, J.L., 1998, Transport Phenomena in Porous Media,

るのをためらったいきさつがある . 多孔質体内のス
カラー輸送においては , 流れ方向の拡散も無視しえない場合があることを忘れてはならない .

Ingham, D.B. and I. Pop, eds., pp. 1-30.
Yagi et al., 1960, AIChEJ. 6, 543-546.
Forchheimer, P.H., 1901, Z. Dtsch. Ing. 45, 1782-1788.

伝熱2000 年 1 月-48-

キッズ・エネルギー・シンポ

セミナー報告キッズエネルギーシンポジウム

９９顛末記「 エネ ル ギー っ て何 だ ろう 」
Energy Symposium for Kids ‘99-What is “Energy” ?小澤 守（関西大学工学部）
Mamoru OZAWA (Kansai University)
1. 経緯
日本伝熱学会企画部会が中心となって主として東京地区において行われてきたキッズエネルギーシン

で意見がまとまり，当時の企画委員長であった片岡教授，支部幹事で現理事の久角氏，支部常任幹事の著者が大阪ガス科学館にお願いに行き，具体的な企

ポジウムが，1999 年度は 8 月 27 日，大阪大学コンベ
ンションホールにおいて開催された．企画担当は大阪大学大学院工学研究科の片岡勲教授で，その実施

画をまとめた．支部運営委員会で，誰が子供達に話をするかについて議論したとき，だれも手をあげてくれず，一様に著者の方を向いて「あなたがやった

結果報告は既に伝熱誌に記載されている通りである．
著者は当日は単なる講師として参加しただけである
が，その準備から実施にわたっての諸々の作業を，
片岡教授を中心とした大阪大学グループが一手に引き受け，200 人余りの子供達と親達を集め，見事に実施されたことに敬意を表する次第である．著者は昨年度まで2年間に亘って伝熱学会関西支部の常任幹事であり，且つまた今回の企画を当時支部企画委
員長であった片岡教授に押し付けた張本人でもあった．関西支部にはすでに 3 年くらい前からキッズエ
ネルギーシンポジウムを関西で開催できないかという打診があり，当時は無理だという回答をしていたが，いずれは関西でも一度は引き受けなくてはなる
まいというのが，支部運営委員会の全体的な雰囲気であった．そこで1998年夏に大阪ガス科学館の全面ら」というような雰囲気になり，あきらめて自らエ
ネルギーの話をすることを承諾した．以上が過去の経緯である．
1999年度のキッズエネルギーシンポジウムは文部省科学研究費補助金によって行われたものであり，昨年の申請時期には片岡教授および著者は前述のごとく支部役員で，練習を積んだ（？）両名が企画とお話をそれぞれ担当することになった．他に 2 件の講演と子供が興味を持ちそうなおもしろい実験も行われた．
「エネルギーって何だろう」という話をするに当たって，子供達に何を説明し，何をわかってもらえたらいいのか考えたとき，原子力やボイラだといっ
たって，おそらく子供達には実感がないかもしれない．そこで「熱力学の第 2 法則」といえば大げさだ的な協力の元，支部の行事としてキッズエネルギー
シンポジウムを開催した．そのときの子供に対するお話として著者が行ったのが，今回この記事で紹介

が，エネルギー変換には必ず外界への影響が存在す
る．逆にいえばそれなくしてはエネルギー変換はありえないことを少しでもわかってほしいと考えたのする「エネルギーって何だろう」である．支部の中で今回のようなシンポジウムを開催するに当たり，
いったいどのような企画をし，どのようにして子供である．以下の話は著者が行ったお話の主要部で，著者の意図が子供達に伝わったかどうかはわからな
い．諸兄のご批判を頂ければ幸いである．

に参加を呼びかけるか，まったく見当もつかない状
態で，企画部会からの提案を引き受けるのに躊躇していたからである．大阪ガス科学館はこのような企

2. エネルギーって何だろう
さあ，皆さん，こんにちは．今日はたくさん集まっ

画を何度となく経験しておられ，子供たちを集める
ノウハウも，また子供達を如何にして楽しませるかというノウハウもお持ちであった．したがって関西て頂いてどうもありがとう．今からエネルギーについて皆さんと考えてみたいと思います．私は同じ吹田市にあります関西大学から来ました小澤といいま

支部としてはまず無難なところで練習して経験を積み，その後，企画部会提案を実施しようということす．宜しくお願いします．
さて（近くの子供の顔を見て）エネルギーという言-49-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

キッズ・エネルギー・シンポ

葉を聞いたことありますか．
‐はーい．石炭，石油，電気！
そうですね．それ以外にも皆さんのおうちではガスも使っていますね．ガスは見えないけれどどんなものか知ってますね？では石油は？石油そのものは見たことないかも知れないけど，ガソリンスタンドで燃料として自動車に入れますね．あれも石油の一部
ですね．じゃ，石炭は？石炭見たことある人はいますか？お母さん方で石炭見たことあるかたおられま
すか？いませんねー．
私が子供のころはストーブで燃やしていましたし，
蒸気機関車も走っていましたから，何度も見たもの
ですけど．それじゃ，いくつか石炭を用意しました

な活動をしていますね．ではそのことをもう少し詳しく見てみましょうか．

ので見てください（といって袋に詰めた石炭を回覧する）．

こういうものを燃やして私達の役に立つ仕事をするのを難しい言葉で「エネルギー変換」といいます．今日はエネルギー変換についてしばらくお話をしたいと思います．

これはお母さんが市場やスーパーマーケットで買い物しているところです．食べ物から栄養を取るにはまず買ってくるなどして手に入れる必要があります．

エネルギーのことはちょっと横においておいて，私達の身体ではどうなっているかな．私達は赤ちゃんのとき，こうやってミルクを飲んでましたね．そし買ってきたものはそのまま食べられるものもありますが，大抵は調理しますね．調理しておいしい食べて人間は赤ちゃんから子供にそして大人へと成長していきますね．人間の場合には食べ物から栄養分を物に加工します．そして最初に言ったように食べて身体を作るもとにしたり，運動や勉強をします．で取り込んで，自分の身体を作ると同時に，いろいろもそれだけで終わりでしょうか．いえ違います．

伝熱2000 年 1 月-50-

キッズ・エネルギー・シンポ

でも自動車は走るだけではないんですね．そう．自動車は排気ガスを出しながら走るんですね．こんなそう，必ずトイレットに行っていらないものを捨てますね．もしトイレットに行かなければ便秘になって最後には病気になってしまいますね．このように自動車がこのようにたくさん走り回りますとどうなるでしょう．

食べ物の場合には原料を手に入れて，加工し，食べて必要なものを使って大きくなったり活動したりしますが，最後には不要なものを捨てなければなりません．私達が使っている石油やいま皆さんに見てもらっている石炭についても同じなんです．

皆さんのおうちに自動車があればわかることですが，まずガソリンスタンドで燃料であるガソリンを買います．でもこれはもう加工したもので，その前に日本では石油を海外から買ってきます．それを加工し空気が汚れて息がしにくくなりますし，大気汚染が起こりますね．でもこの排気ガスを出さないで走ることはできないんです．電気自動車というのがありますが，確かに自動車からは排気ガスが出ませんが，て自動車に使えるガソリンなどを取り出します．そのガソリンを燃やして自動車は走るんですね．私の後で香月先生がエンジンの動くのを見せてくれます

その代わり発電所で排気ガスが出てきます．このよよ．

うにしてみると自動車も私達が食事をするのも同じだと思いませんか．だから排気ガスを出さずに済ますことができないなら，できるだけ大気汚染など大-51-

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

キッズ・エネルギー・シンポ

きな問題を起こさないように，きれいに使わなければなりません．そうしないと私達の大切な地球の環いたので，こちらもしゃがんだり，低い台に座ったりして，目線の高さを合わせて話すようにした．

境を守ることができません．
今日はエネルギーを使うのは私達が食べ物を食べ，成長したり活動したりするのと同じだ，そしていら今回は子供達が椅子に座っていたためちょっと勝
手が違ったが，子供の反応を見ながら，ときには近くに座っている子供に答えさせるなど，著者のないものを排出するのが避けられないんだということをわかっていただければ，私の役目は終わりです．

思いつくいろいろな工夫をしたつもりである．いろいろ配慮をしても空回りだったかも知れないが，皆さん，どうもありがとう．今日はあとで面白いお話や遊びが沢山用意してあります．十分に楽しんでくださいね．

ただ持ってきた石炭はなかなかの人気で，「ほしい
人は持って帰ってもいいよ」というと瞬く間になくなってしまったのはうれしかった．子供達，特3. 顛末
今まで 2 回の話を作り上げるに当たって，大阪ガに高学年の理科離れなどよく言われるが，少なくとも今回集まった子供達は好奇心だけは失っていなかったようで，ほっとした次第である．家にスと関西電力から多くの資料をいただき，子供達への説明の資料にさせていただいた．石炭も含め持って帰った石炭の運命は知るよしもないが，「そんな汚いもの捨ててしまいなさい」といわれていて，ご協力頂いた関係各位に感謝する．ここで示した以外の図や写真については，紙面の都合もありすべて割愛した．ここでは昨年来，著者が用いていたオリジナルの絵のみを示し，したがって著者の話した内容も割愛したものになっている．今
回も前回もそうであるが，子供達に話をするとき，目線をできるだけ子供に合わせた．前回は子供達が広いホールにひかれたカーペットの上に座ってないことを期待するのみである．子供達が持って帰ったのはいまや貴重な国内炭である．最後にここに示した図はすべてもと著者の研究室に学生として在籍し，現在エンジニアの卵として仕事に打ち込んでいる篠木ナリさんの作品である．彼女の協力なくしては今回のお話はできなかった．記して謝意を表する．

伝熱2000 年 1 月-52-

行 事 カ レ ン ダ ー

行事カレンダー本会主催行事開催日
2000 年

5月

29 日（月）〜31 日（水）行事名（開催地，開催国）

申込締切

原稿締切

問合先

第３７回日本伝熱シンポジウム（神戸，神戸国際会議場）'00.1.21.

'00.3.10.

第３７回日本伝熱シンポジウム準備委員会
委員長
藤井 照重
神戸大学 工学部 機械工学科
657‑8501 兵庫県神戸市灘区六甲台町 1‑1
Tel:078‑803‑6112, Fax:078‑803‑6122
fujii@mech.kobe‑u.ac.jp

第３８回日本伝熱シンポジウム（大宮，ソニックシティー）

未定

未定

第３８回日本伝熱シンポジウム準備委員会
委員長 望月貞成
東京農工大学工学部機械システム工学科

原稿締切

問合先

掲載号

2001 年
5月

23 日（水）〜25 日（金）本会共催，協賛行事
開催日
2000 年

行事名（開催地，開催国）

申込締切

1月

28 日（金）金属学会シンポジウム「白金族金属・合金の現状と将来」（日本私立学校振興・共済事業団）

2月

3 日（水）〜4 日（木）6th Symposium “Microjoining and Assembly Technology inElectronics”(Mate2000)（パシフィコ横浜）‘99.9/1

2月

8 日（火）

日本混相流学会 第２２回混相流レクチャーシリーズ「混相流計測の測定原理と測定法のワンポイント（あまりお金のかからない測定技術）」（大阪市立大学文化交流センター）’00.1/28(定員100名)

3月

3 日（金）

計算流体力学講習会「LES のフロンティア−熱・流体解析の最強ツールを求めて−」（東京大学 生産技術研究所 第１会議室）

先着 60 名3月

13 日（月）可視化情報学会講習会「技術論文のためのＰＦＤの作り方」（東海大学代々木校舎）

先着 60 名3月

23 日（木）〜30 日（木）The 8th International Symposium on Transport Phenomena andDynamics of Rotating Machinery (ISROMAC‑8)（ハワイ，ホノルル）

Abstract’99.7/1

4月

7 日（金）〜
8 日（土）

日本機械学会熱工学部門講習会「乱流輸送現象のモデリングとシミュレーションの新展開」

先着 70 名5月

24 日（水）ＣＯ２の排出削減のための技術革新（学術会議大講堂）

5月

24 日（水）〜26 日（金）

第５回 日本計算工学会講演会

ｱﾌﾞｽﾄﾗｸﾄ’00.1/28’00.4/77月

17 日（月）〜19 日（水）第２８回可視化情報シンポジウム（工学院大学講堂(新宿校舎)）’00.3/3’00.5/12‑53‑‘99.11/19’99.12/20

掲載号〒980‑0845 仙台市青葉区荒巻字青葉（社）日本金属学会
Tel:022‑223‑3685, Fax:022‑223‑6312<論文>大阪大学接合科学研究所 高橋康夫
Tel:06‑6879‑8658, Fax:06‑6879‑8689
E‑mail:taka@jwri.osaka‑u.ac.jp<事務局>(社)高温学会 Mate 2000 事務局
Tel:06‑6879‑8698, Fax:06‑6878‑3110
E‑mail:mate@jwri.osaka‑u.ac.jp
神戸大学 竹中信幸
Tel:078‑803‑6118, Fax:078‑803‑6122
E‑mail:takenaka@mech.kobe‑u.ac.jp
大阪市立大学 脇本辰郎
Tel:06‑6605‑2965, Fax:06‑6605‑2769
E‑mail:wakimoto@mech.eng.osaka‑cu.ac.jp
http://www.iijnet.or.jp/JSMF/
名古屋工業大学 長野靖尚
Tel:052‑735‑5325, Fax:052‑735‑5359
E‑mail:nagano@heat.mech.nitech.ac.jp
http://heat.mech.nitech.ac.jp/les̲lecture.html〒319‑1106 茨城県那珂郡東海村白方 2‑22
東京大学原子力工学研究施設 岡本孝司
Tel:029‑287‑8411, Fax:029‑287‑8488
E‑mail:okamoto@tokai.t.u‑tokyo.ac.jp
http://www.vsj.or.jp/seminar/pdf.html
Prof. J.C.Han
Dept. of Mechanical Engineering,Texas A&M University
Tel: (409)845‑3738, Fax: (409)862‑2418
E‑mail:jchan@mengr.tamu.edu〒432‑8561 浜松市城北3‑5‑1 静岡大学工学部
機械工学科 中山顕
Tel:053‑478‑1049, Fax:053‑478‑1046
E‑mail: tmanaka@ipc.shizuoka.ac.jp
慶應義塾大学理工学部機械工学科 上松公彦
Tel:045‑563‑1141(内 3112)
Fax:045‑563‑5943
E‑mail: uematsu@mech.keio.ac.jp〒102‑8646 東京都千代田区平河町 2‑7‑4
砂防会館別館 ㈱アイシーエス企画 気付
日本計算工学会 事務局
Tel:03‑3263‑6014, Fax:03‑3263‑7077
E‑mail:jsces@ics‑inc.co.jp
http://www.kajima.co.jp/jsces/wwwjsces/j
sces.htm（社）可視化情報学会事務局
Tel:03‑5993‑5020, Fax:03‑5993‑5026
http://www.vsj.or.jp/symp2k

Jour. HTSJ, Vol.38, No.152

第 37 回日本伝熱シンポジウムのご案内
・開

催

日

平成 12 年 5 月 29 日（月）〜31 日（水）・講 演 会 場（交通手段）

神戸国際会議場（神戸市中央区港島中町 6-9-1, TEL : (078)302-5200）
三宮駅（JR 東海道線、阪急神戸線、阪神本線、神戸市営地下鉄）よりポートライナー｢市民広場前｣下車徒歩 3 分

・ホームページ(ミラーサイト)http://www.mech.kobe-u.ac.jp/ht_sympo( http://htsj.mes.titech.ac.jp/ ht_sympo/ )・事前申込締切

平成 12 年 4 月 14 日（金）・シンポジウム
参加費

一般（事前申込：8,000 円，会場申込：9,000 円）
学生（事前申込：4,000 円，会場申込：4,500 円）（いずれも論文集代は含みません。日本伝熱学会会員、非会員共）

1)
・講演論文集（3 分冊 1 セット）
2)

3)

シンポジウム参加者（会場受付にてお受け取り下さい）
日本伝熱学会会員：無料
非会員：8,000 円
シンポジウム不参加者（シンポジウム後日に郵送）
日本伝熱学会会員：無料
非会員：9,000 円（送料込み）
追加注文
会場受け取り：8,000 円
シンポジウム後日郵送：9,000 円（送料込み）

会

開催日：平成 12 年 5 月 30 日（水）18:00〜20:00
会 場：神戸ポートピアホテル（〒650-0046 神戸市中央区港島中町 6-10-1、Tel : (078)302-1111）
参加費：一般（事前申込：7,000 円，会場申込：8,000 円）（事前申込，会場申込共に夫婦同伴者 1 名無料）
学生（事前申込：4,000 円，会場申込：5,000 円）

・参加申込方法

本号に挟込の郵便振替払込取扱票をご使用になり，通信欄に「氏名（ふりがな），伝熱学会会員・非会員の別，勤務先または学校名，懇親会参加・不参加の別及び同伴者の有無，講演論文集，論文集送料，払込合計金額」をご記入の上，その合計金額をご送金下さい．参加者証などは当日受付にてお渡し致します．なお，原則として領収書の発行は省略し，郵便振替払込票兼受領書をもって代えさせていただきます．

・懇親

参加費払込先

口座番号：００９００−０−１４６９８０
口座名称：第３７回日本伝熱シンポジウム準備委員会

・お問い合せ先第 37 回日本伝熱シンポジウム準備委員会
浅野 等 （神戸大学工学部機械工学科）
FAX：(078)803-6122
E-mail：ht_sympo@mech.kobe-u.ac.jp

・宿泊，航空券

宿泊，航空券の予約に関しては「日本旅行」が一括してお世話します．本号綴込の「ご案内」もしくは前述のホームページをご覧の上お申し込み下さい．

37

FAX

E-mail
A4 2

1

3
3
JICST

1
JICST

2
http://www.mech.kobe-u.ac.jp/ht_sympo
Microsoft WORD 95
12

3

10

〒657-8501 神戸市灘区六甲台町 1-1 神戸大学工学部機械工学科内
第 37 回日本伝熱シンポジウム準備委員会・論文集担当 竹中 信幸

書類送付先

37
http://www.mech.kobe-u.ac.jp/ht_sympo/
12

3
12

6

1

TEL (075)753-5255 E-mail yoshida@mech.kyoto-u.ac.jp

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

第 37 回日本伝熱シンポジウム宿泊・交通のご案内
回日本伝熱シンポジウム宿泊・交通のご案内
この度、｢第 37 回日本伝熱シンポジウム｣に関する宿泊･航空券の申込受付を㈱日本旅行神戸支店にてお取扱させて頂くことになりました．ご参加される皆様にご満足いただけるような十分な配慮をもってお手伝いさせていただきます．つきましては，下記の案内をご覧いただき，別紙申込用紙に必要事項をご記入の上，日本旅行神戸支店まで FAX して下さい．
尚，日本旅行ホームページ上から E-mail でのお申込みもできますので是非ご利用下さい．
（ホームページ：http://www.nta.co.jp/kikaku/dennetsu/index.html）■神戸市内，各ホテルの予約を学会料金にて承ります．
宿泊のご案内＊（ ）内は朝食なし料金です．朝食不要の場合，申込用紙に×印を記入して下さい．
記
号

宿泊料金・
・1 泊朝食税込
宿泊料金

ホテル名

シングル

ツイン

アクセス
（PL＝ﾎﾟｰﾄﾗｲﾅｰ）＝ﾎﾟｰﾄﾗｲﾅｰ）

A

神戸ポートピアホテル

12,600 円（A−−S））（11,550 円）

11,500 円（A−−S））（10,500 円）

会場まで徒歩１分

B

神戸東急インサンルートソプラ神戸

10,500 円−S））（B−（9,450 円）

9,450 円−S））
（B−（8,400 円）

三宮駅から徒歩３分
PL 貿易センタービル前駅から徒歩２分

C

神戸三宮ユニオンホテル

8,200 円−S））（C−（7,400 円）

設定なし

PL 貿易センタービル前駅から徒歩５分

Dマークスホテル神戸
ヴィアマーレ神戸

8,000 円（D−−S））（7,700 円）

7,800 円（D−−S））（7,500 円）

PL 貿易センタービル前駅から徒歩３分
三宮駅から徒歩７分

E

新神戸サンホテル

7,670 円−S））（E−
（7,140 円）

6,300 円−S））（E−（5,780 円）

三宮駅から徒歩７分※ご希望のホテルが満室の場合は，他のホテルに振り替えさせて頂く場合がございますので，第２希望ホテル
も必ずご記入下さい．
※ツインルームご利用の方は，申込書に同室の方のお名前もご記入下さい．
※他のホテルをご希望の方は，備考欄にホテル名をご記入下さい．予約お取りします．
航空券のご案内■各航空会社設定の各種航空券を承ります．

◎搭乗日･便名又は出発時間･区間を申込用紙にご記入下さい．また下記をご参照の上，ご希望の購入運賃，種別もお知らせ下さい．
購入運賃種別予 約 期 間

割 引 率

変更

取 消 手 数 料

対象座席

2 ヶ月前〜便出発前まで

無

可

通常

全座席

早期事前購入2 ヶ月前〜2 週間前まで

約 15〜50 %不可

購入額の 50〜25 %

限定

特定便割引

2 ヶ月前〜前日まで

約 15〜50 %

不可

通常

限定

普

通

※早期事前購入･特定便割引は予約席に限りがございますので、あらかじめご了承ください。

申込み方法
① 別紙申込書に必要事項をご記入の上，FAX にて下記日本旅行神戸支店 E & C チームまでお送り下さい。

お申込先㈱日本旅行神戸支店 E & C チーム〒650−0037 神戸市中央区明石町 48
神戸ダイヤモンドビル 6 階
TEL：(078)391-4651
FAX：(078)391-4622
担当：青野・足立・尾上② 申込締切：平成
申込締切 平成 12 年 4 月 26 日（金）必着③ 申込締切後，14 日以内に予約確認書（バウチャー券）と請求書を代表者宛へ送付させて頂きます．
尚，手配事務費・郵便通信料として 1 件当たり 525 円（消費税込）を合わせてご請求させていただきます．
④ 宿泊代金の支払方法：請求書が到着次第，銀行振込又はクレジットカード決済にてお支払い下さい．
宿泊代金の支払方法

お振込先

銀 行 名：東京三菱銀行 神戸支店
口座番号：普通預金口座 ０２８８９３７
口座名称：（株）日本旅行 神戸支店

※お支払い期限：平成
平成 12 年 5 月 15 日（月）予約変更取消について① 予約の変更取消につきましても，FAX にてご連絡下さい．お電話での変更取消はお受けできません．
② 取消料金は下記の通りです．
搭乗日･宿泊日の前日から起算して、取消お申出日が･･

宿泊取消料
宿泊代金の〜 %)(宿泊代金の〜

21 日前以降 14 日前まで無料

13 日前以降 8 日前まで

30 %

7 日前以降50 %当

3 日前まで日

当日以降・便出発後

100 %

航空券

航空会社で定められた額を申し受けます．詳細は，弊社又は航空会社へお問い合わせ下さい．

100 %Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

第 37 回日本伝熱シンポジウム 宿泊･航空券申込書
日本旅行神戸支店 Ｅ＆Ｃチーム 宛（FAX 078‐
078‐391‐391‐4622／
4622／TEL 078‐
078‐391‐391‐4651）

平成

所属（大学名･会社名）

年

月（詳しくご記入下さい）

申込代表者名（フリガナ）
所属先住所（請求書送付先）〒※送付先変更の場合は右欄にご記入下さい．

〒

所属先 TEL（）

所属先 FAX（）

緊急連絡先(自宅･携帯)（）

返金時の振込口座名

銀行

支店（普・当）口座名義人

口座 No．

【宿泊申込】
NO例

性別

フ リガ ナ氏
名ﾆﾁﾘｮ ﾀﾛｳ

宿 泊 日（5 月）
28 29 30 31

男 ○ ○ ○

日旅 太郎

申込記号 朝食

同室者名

備 考 欄

Ａ−Ｓ
←朝食不要の場合のみ
×印を記入して下さい.

１
２
３※申込書が足らない場合は，コピーしてご利用ください．

【航空券申込】【航空券申込】【その他ご希望欄】

搭乗日

区 間

／

→

：

／

→

：

／

→

：

便名（出発時間） 購入運賃種別【お支払方法】 （該当番号を○で囲って必要事項をご記入下さい．
）
１．銀行振込（上記返金口座へ）
１．銀行振込（上記返金口座へ）

２．クレジットカード（下記へ）
２．クレジットカード（下記へ）利用カード会社(該当カードを○で囲って下さい)
該当カードを○で囲って下さい)
ＪＣＢ
ＤＣｶｰﾄﾞ

ＶＩＳＡ
ＡＭＥＸ

日

ﾕｰｼｰｶｰﾄﾞ

日本信販

ｵﾘｺｶｰﾄﾞﾐﾘｵﾝｶｰﾄﾞ

有 効 期 限

年

月

ご署名

日

引落しカード番号

伝熱シンポジウム講演論文の書き方（表題・１４ポイント）

講演番号（ 副題・１２ポイント，無い場合は１行あける）
Instruction for preparing a paper（英文の標題・１２ポイント）上側 20 mm 余白（英文の副題・１２ポイント，無い場合はつめる）（１行あける）＊神戸 太郎（六甲大）混正 兵庫 花子（鶴甲大）灘
次郎（港島工業）（１２ポイント，発表者には＊をつける）（１行あける）横25 mm × 縦10 mm開ける

事務局で記入伝正機学Taro KOBE1, Hanako HYOGO2 and Jiro NADA3（１０ポイント）
Dept. of Mech. Eng., Rokko Univ., 1-1 Rokkodai, Nada, Kobe 657-8501（１０ポイント）２
Dept. of Thermal Eng., Tsurukabuto Univ., 1-1 Tsurukabuto, Nada, Kobe 657-8501
３
Minatojima Ind. Co. Ltd., 6-2-1 Minatojima-nakamachi, Chuo, Kobe, 650-1234（複数の所属の時は上付きの数字で区別する）（１行あける）（５文字あける）This paper describes（英文アブストラクト・１０ポイント，１００語程度）･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････…･･･（１行あける）
Key Words: Forced Convection, ･････（１０ポイント，３〜５個程度）（１行あける）１

１．緒言（
１．緒言（ ボールド） 論文原稿は以下に示す執筆要項に

８．文献従って作成下さい．

右上に小括弧を付けた番号(1)で表し，本文の末尾に下記のよ

２．原稿用紙

うにまとめて文献を列記して下さい．

Ａ４判２枚に，ワープロ等を用いて作成し文献を引用する場合には，本文中の引用箇所のて下さい．上下のマージン各 20mm，左右のマージン各

９．その他

15mm を必ずとって下さい．

戸・１／２），及び研究発表申込時にメールなどでご連絡し

３．表題

た申込番号を，薄く鉛筆でご記入下さい．

日本語の主題は 14 ポイント，副題は 12 ポイン

右上隅の余白部分に，講演者名とページ（神ト程度の文字，英語の主題・副題は 12 ポイント程度の文

論文原稿の送付先は下記の通りです．締め切りを厳守して字をご使用下さい．左上隅には講演番号を記入するための郵送下さい（平成１２年３月１０日（金）必着）．

空欄（25 mm×10 mm）を設けて下さい．講演番号は準備委員会で記入致します．
４．会員資格・著者名
４．会員資格・著者名・所属・著者名・所属

会員資格・氏名・所属（略記）を申込書と同一順序で日本語（12 ポイント）でお書き下さい．連名者がある場合には，講演者の前に＊印をつ

原稿送付先：
原稿送付先：〒657-8501 神戸市灘区六甲台町 1-1
神戸大学工学部機械工学科内
第３７回日本伝熱シンポジウム準備委員会
論文集担当 竹中 信幸

けて下さい．次いで，１行あけて英文（10 ポイント）でもお書き下さい．所属機関の所在地も例に倣ってご記入下さい．所属機関が複数の場合には上付き数字で区別して下さい．

正原稿に加えて，論文原稿のコピー３部とＪＩＣＳＴデー
タベース用抄録を郵送でご提出下さい．ＦＡＸ及び E-mailによる原稿提出は受け付けません．

５．英文アブストラクト・キーワード
５．英文アブストラクト・キーワード

100 語程度の英文

アブストラクト，および３〜５個程度の英文キーワードをお書き下さい（10 ポイント）．

文献の記載例(1) 神戸・他２名，機論(B)，65-634 (1999)，123．

６．本文 本文は１ページ目をこのスタイルで，２段組み，
片側１行 26 文字程度，９ポイントで作成下さい．２ペー
ジ目も，２段組み，片側１行 26 文字程度，９ポイント，
片側 60 行程度を目安として作成下さい．以上の数字は一雑誌などの略称
著者が３名以上の場合は他何名として下さい

応の目安ですが，上下・左右のマージン（上下各 20mm，巻−号(発行年)，先頭ページ

左右各 15mm）は必ず設けて下さい．
７．図表

図表中の記号及びキャプションは英語でお書き下さい．写真や図表を貼り付ける場合には，裏に薄く図番と著者名をご記入の上，しっかりと貼って下さい．印刷は全て白黒です．

左側 15 mm 余白，右側も 15 mm 余白
段間隔 10 mm

下側 20 mm 余白

図表のキャプションの例
Fig. 1

Schematic diagram of ･････

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

JICST データベース用講演論文集抄録提出のお願い
本シンポジウムで発表される論文は速やかにかつ広く引用されることを目的として，その抄録を日本
科学技術情報センター（JICST）のデータベースに収録されます．つきましては下欄に貴論文の概要を必ずご記入の上，原稿に添付してご提出願います．
なお，シンポジウムホームページ（http://www.mech.kobe-u.ac.jp/ht_sympo）に記入用テンプレート（Microsoft WORD 95）を準備しておりますので，ご利用下さい．

（記入上の注意）１．著者名：講演者を筆頭に書き，連名者も含め全てふりがな（カタカナ）を付す．
２．抄録 ：200〜250 字以内でご記入下さい．
準備委員会で記入

講演会名称
著

第 37 回日本伝熱シンポジウム

貴講演番号

者 名

講演者勤務先

フリガナ
表 題

主
副

右欄は JICST が記入

フリガナ第 37 回日本伝熱シンポジウム
会場・ホテル案内図
会場・ホテル案内図

風見鶏の館

新神戸サンホテル

神
戸
東
急
イ
ン

マ 神
戸
ク 三
ス 宮
ホ ユ
テ ニ
ル オ
神 ン
戸 ホ
テ
ル

ホテルサンルートソプラ神戸
貿易センター

ヴィアマーレ神戸
南京町

ポートアイランドへ

三ノ宮から

市民
病院前

市民広場

神
戸
ポ

三ノ宮へ
中埠頭

ト
ピ
ア
ホ
テ
ル
南公園

講演会場
（神戸国際会議場）

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

3

10:30
JR

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5:30

(

20

URL: http://www.ritsumei.ac.jp/cinfo/map/index.htm

10:35

11:55

Analysis of Structure & Material Properties Effects on a Thermal Type Fingerprint Sensor
J.-S. Han
Linear Piezoelectric Stepper Positioner Based on the Inch Worm Principle
P. Cusin
A. Tixier J. Gouy
1:00

2:20

3D Microstructure of Metallic and Composite Parts by Selective Laser Sintering/Micro-Cladding Process
Y.P. Kathuria

2:40

5:30

184-8588
TEL 042-388-7089

2-24-16
FAX 042-385-7204

E-mail murata@mmlab.mech.tuat.ac.jp
URL http://www.mmlab.mech.tuat.ac.jp/micromachine

CO

2

2000

5

24

1:00

5:00

7-22-34

5

:
1:00

1:45
CO2

1:45

2:30
CO2

2:30

3:15
CO2

NOx, SOx

15
3:30

4:15

4:15

5:00

2,000

E-mail: uematsu@mech.keio.ac.jp

Jour. HTSJ, Vol.39, No.154

A4

(

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Tel.(0774)65-6403
Tel.(0774)65-6495

編集部からのお願い「グループリーダーに聞く」では、会員の皆様の批評や新しい情報を求めています．
「次はこんな切り口でインタビューしたら．」「○○先生は、こんな共同研究をやっている。お話を聞きにいったらどうか．」「私はこうやって外部資金を獲得した．
」「共同研究の苦労話もあるんだが、ちょっと聞いてくれ．」など．
編集部会長 菱田公一 hishida@sd.keio.ac.jp または担当委員

川口靖夫 kawaguchi.y@mel.go.jp まで．

第３８期編集出版部会委員
副会長
部会長
委員

TSE

吉田 駿
菱田公一

九州大学
慶應義塾大学

水上紘一
小林睦夫
平田雄志
渡邊澂雄
横堀誠一
山田雅彦
小原拓
小熊正人
川口靖夫
佐藤勲
泰岡顕治
花村克悟
瀧本 昭
中部主敬
吉田敬介
小竹 進

愛媛大学
新潟大学
大阪大学
中部電力株式会社
株式会社東芝北海道大学大学院
東北大学
石川島播磨重工業(株)機械技術研究所
東京工業大学慶應義塾大学
岐阜大学
金沢大学
京都大学大学院
九州大学大学院
東洋大学
平成１２年１月３１日
第３８期編集出版部会長

菱田公一

編集出版事務局：〒 223‑8522 横浜市港北区日吉 3‑14‑1
慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科
菱田公一
TEL: 045‑563‑1141（内 3130）
FAX: 045‑563‑2778
e‑mail: hishida@sd.keio.ac.jp

複写される方に本誌に掲載された著作物を複写したい方は、日本複写権センターと包括複写許諾契約を締結されている企業の従業員以外は、著作権者から複写権等の委託を受けている次の団体から許諾を受けて下さい。なお、著作物の転載・翻訳のような複写以外許諾は、直接本会へご連絡下さい。
〒 107-0052 東京都港区赤坂 9-6-41 乃木坂ビル 3F
学術著作権協会（TEL/FAX: 03-3475-5618）
アメリカ合衆国における複写については、次に連絡して下さい。
Copyright Clearance Center, Inc.(CCC)
222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923 USA
Phone : (978) 750-8400 FAX : (978)750-4744

Notice about photocopying
In order to photocopy any work from this publication, you or your organization must obtain permission
from the following organization which has been delegated for copyright for clearance by the copyrightowner of this publication.
Except in the USA
The Copyright Council of the Academic Societies (CCAS)
41-6 Akasaka 9-chome, Minato-ku, Tokyo 107-0052 Japan
TEL/FAX : 81-3-3475-5618
In the USA
Copyright Clearance Center, Inc. (CCC)
222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923 USA
Phone : (978) 750-8400 FAX : (978)750-4744

伝

熱ISSN 1344-8692(Journal of The Heat Transfer Society of Japan)
Vol. 39, No.154

2000 年 1 月発行

発行所 社団法人

日

本

伝

熱

学

会

〒 113 東京都文京区湯島 2-16-16
電話

03(5689)3401

Fax.

03(5689)3401

郵便振替

00160-4-14749

Published by
The Heat Transfer Society of Japan
16-16, Yushima 2-chome, Bunkyo-ku,
Tokyo-113, Japan
Phone, Fax: +81-3-5689-3401