[Keywords]
製品と「システム」
例えば電車や電気自動車は，架線（パンタグラフ）やバッテリから受け取った電気エネルギを，モータを介して運動エネルギへ変換して走ります．しかし，受け取った電気をそのままモータで使えるわけではなく，モータで利用できる電力へ変換する電力変換器（インバータ）が必要です．すなわち「走行する」という所望の機能を得るために，架線／バッテリ ― インバータ ― モータ といった複数の要素（コンポーネント）が連携し，製品はシステムとして成立しています．
最終的な製品性能は，個々のコンポーネント性能だけでなく，それらが接続され，相互作用する「システム」として決まります．したがって，より良い製品を実現するためには，コンポーネントの性能とシステム全体の性能の両方を捉え，整合の取れた設計（デザイン）へ落とし込むことが重要になります．
実製品の最終的なデザインの目標と，熱流体システムデザインの役割
実製品が社会に受け入れられるためには，ステークホルダーが期待する機能・性能・デザインなどの要求に応えることが出発点になります．製品の目標設定を考える上では，顧客満足に影響する品質要素を整理する枠組みとして，狩野モデル（当たり前品質／性能品質／魅力品質）が有用です（狩野ほか，1984）．
狩野モデルで言えば，感動や高付加価値に結びつく「魅力品質」は，ステークホルダーの主観的な満足を大きく左右します．一方で，魅力品質を成立させるためには，物理的な性能が十分であること（性能品質）に加え，「製品が製品として当たり前に動く」こと（当たり前品質）が前提になります．例えばリモコンの電源ボタンを押せばテレビがつく，というのは当たり前ですが，もしそれが成り立たない（押してもつかない，すぐ壊れる，など）製品があれば，ステークホルダーは強い不満を感じます．
以上を踏まえると，製品のデザインにおける熱流体システムデザインの目標は，次のように整理できます．
◎ 熱流体設計が担う範囲において，魅力品質・性能品質・当たり前品質を充足する
システムデザインを実現すること．
◎ そのために必要となる要素デザインにおいて，最高性能化と最適化を実現すること．
なぜ「実製品の熱流体課題」は難しくなるのか
ステークホルダーの満足は「機能」や「デザイン」といった要求に強く依存します．「高機能」「高いデザイン性」「使いやすさ」を追求すると，製品は小型化し，形状は複雑化し，実装されるコンポーネント数も増加します．その結果，製品内部の流れ場や温度場は複雑になり，複数の要素が競合する状況で，熱流体の３つの品質（当たり前品質・性能品質・魅力品質）を同時に満たす設計が必要になります．
さらにカーボンニュートラルに貢献するためには，より小さいエネルギで流体を動かし，熱を制御し，製品機能を成立させることが求められます．このためには，複雑化した製品内部の熱流体現象を適切に把握し，設計に応用できる形で再利用可能なデータベースや設計ノウハウ（設計知）として体系化することが重要になります．加えて，限られた寸法・制約条件の中で輸送性能や伝熱性能を最大化するための，新しい流体機械の設計指針や，伝熱促進体（ヒートシンク，フィン，リブ等）のイノベーションも不可欠です．
以上を踏まえた当研究室における研究推進
以上の背景から，当研究室では，実製品における熱流体システムデザインの高度化に向けて，次の研究を推進しています．
◎ 実製品で散見される複雑な流れ場における流体現象・伝熱現象の解明
◎ 設計へ応用できる熱流体現象の物理モデルの構築（設計に使える形への翻訳）
◎ 限定された寸法条件における最適な熱交換器・伝熱促進体に関する要素研究
そのなかでも，特に「電子機器の熱設計および冷却」に焦点を当てています．これについては個別ページにて紹介します．
(Reference)
– 狩野紀昭, 瀬楽信彦, 高橋文夫, 辻新一, “魅力的品質と当り前品質”, 品質, 14-2 (1984), pp. 39-48.
– 大富浩一, よくわかるデライト設計入門 (2017), 日刊工業新聞社.
– 福江高志, “二重の紙コップを科学する ～伝熱と1DCAE～”, 日本機械学会誌, 120-1188 (2017), pp.20-23, available from https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsmemag/120/1188/120_20/_pdf