【目的】低品位余熱の高効率回収・利用を目的として、「樹枝状フィン＋金属フォーム」の相変化蓄熱ユニットを提案し、応答曲面法と直交試験により構造および材料パラメータの協調最適化を行った。 【方法】代表的な作動条件（80℃、0.005 m/s）において、樹枝状フィンは直線フィンと比較してPCMの融解時間を10.7％短縮し、最適パラメータは長さ比1.143、幅比1.057、分岐角68.987°であった。システム構造に関しては、二重熱交換管の逆流により融解時間を558秒まで短縮でき、さらに金属フォームを充填することで181秒にまで短縮された。多孔率を上げると相変化材料の割合は増加するものの、金属骨格の作用が弱まり、融解時間が延長する。 【結果】総じて、樹枝状フィンと金属フォームの採用により相変化蓄熱装置の蓄熱効果が顕著に向上した。さらに、段階的な蓄熱を用いることで蓄熱効率が向上し、最適な三段カスケード構成は、第1段0.9多孔率ニッケルフォーム＋正十八烷、第2段0.5多孔率ニッケルフォーム＋正十八烷、第3段0.5多孔率ニッケルフォーム＋ステアリン酸であった。 【結論】本研究の結論は、50～60℃の低品位余熱の高効率捕捉および再利用に向けた統合設計の基礎を提供する。

相変化蓄熱; 樹枝状フィン; 応答曲面法; フィンパラメータ最適化; 金属フォーム