次世代ヒートポンプ・着霜／除霜
冷媒、熱交換器表面、霜の成長を一体として考え、ヒートポンプの実性能を高めます。
ヒートポンプの効率はサイクルだけでなく、冷媒の物性、沸騰・凝縮、熱交換器表面の状態によって大きく変わります。特に空気熱源ヒートポンプでは、冬季の着霜と除霜が性能低下の大きな原因です。
当研究室では、低GWP冷媒・自然冷媒・混合冷媒の相変化伝熱と、着霜・除霜の両方を研究しています。
研究のポイント
- 低GWP・自然冷媒・混合冷媒
- 沸騰・凝縮と冷凍機油の影響
- 表面濡れ性と着霜・融解水挙動
- 寒冷地ヒートポンプ・EV熱管理
低GWP冷媒・混合冷媒
HFO系冷媒、自然冷媒、非共沸混合冷媒などについて、沸騰・凝縮熱伝達、圧力損失、冷凍機油の影響を調べています。冷媒を置き換えるだけでなく、熱交換器やサイクルとの組み合わせで考えることが重要です。
着霜の進み方を調べる
低温・高湿度の空気が熱交換器を通ると、フィンや伝熱面に霜が成長し、通風抵抗と熱抵抗が増えます。表面の濡れ性、配置角度、流路形状によって霜の形や成長速度がどのように変わるかを実験的に調べています。
除霜を速く、きれいに終える
除霜では、霜を融かすだけでなく、融解水を速やかに排出することが重要です。表面濡れ性を使った排水促進、微細構造、光熱変換表面による防氷・融氷なども研究対象です。
EV・寒冷地への応用
住宅・業務用空調に加えて、寒冷地ヒートポンプやEV熱管理では、限られたエネルギーで暖房と除霜を両立する必要があります。実際の運転条件を意識した熱交換器・システム設計を進めています。
関連する研究成果
- Yuan Hao et al., “Experimental study on frosting and defrosting characteristics of inclined cold surfaces considering surface wettability,” IJHMT (2026).
- Liwei Dong et al., “Copper-based photothermal superhydrophobic surfaces with multi-level structures for applications of anti-icing, ice-melting and rapid deicing,” Applied Thermal Engineering (2026).
- Qing Miao et al., “Wide operating temperature range vapor compression/auto-cascade heat pump air conditioning system adopting zeotropic mixtures,” Energy and Buildings (2026).
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