齋藤 潔 (サイトウ キヨシ)

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所属

理工学術院 基幹理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.saito.mech.waseda.ac.jp

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1997年

    早稲田大学   理工学研究科   機械工学  

  •  
    -
    1992年

    早稲田大学   理工学部   機械工学科  

学位 【 表示 / 非表示

  • 早稲田大学   博士(工学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2014年
    -
     

    インドネシア大学客員教授

  • 2011年
    -
     

    フィリピン大学栄誉教授

  • 2008年
    -
     

    現在 早稲田大学教授

  • 2002年
    -
     

    早稲田大学助教授

  • 1999年
    -
    2000年

    科学技術特別研究員

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本エネルギー学会

  •  
     
     

    ASHRAE

  •  
     
     

    IIR

  •  
     
     

    日本冷凍空調学会

  •  
     
     

    日本機械学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 熱工学

  • 機械力学、メカトロニクス

  • ロボティクス、知能機械システム

  • 地球資源工学、エネルギー学

  • 制御、システム工学

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研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 省エネルギー、熱システム、環境工学、脱炭素,環境エネルギー

論文 【 表示 / 非表示

  • A cost effective and non-intrusive method for performance prediction of air conditioners under fouling and leakage effect

    Sholahudin, Niccolo Giannetti, Seiichi Yamaguchi, Kiyoshi Saito, Katsuhiko Tanaka, Hiroto Ogami

    SUSTAINABLE ENERGY TECHNOLOGIES AND ASSESSMENTS   42  2020年12月

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    Realistic performance predictions are required for efficient operation strategy of air conditioners. In this study, the application of a cost effective and non-intrusive black box model utilizing artificial neural networks (ANN) to predict the cooling capacity of air conditioning systems is investigated, while considering the effect of fouling and leakage that may occur after prolonged operation. The effect of various leakage and fouling combinations on the output cooling capacity were numerically simulated. The training data set is first generated for a system that is ideally operating without any fouling or leakage. The developed ANN model is tested to predict cooling capacity in "faulty" systems. The results indicated that, as long as leakage and fouling are limited below 10% and 4% respectively, the ANN model trained by the data generated with the ideal system, can predict cooling capacity with a relative averaged cooling capacity difference (Delta(Q) over bar (e,rel)) of approximately 13%. Moreover, the inclusion of data with different leakage and fouling combinations in the training set enables accurate predictions of the cooling capacity of the air conditioning system during the entire timespan of its operation. It suggests that cooling capacity under the fouling and leakage phenomena can be predicted using limited input information.

    DOI

  • Experimental implementation of artificial neural network for cost effective and non-intrusive performance estimation of air conditioning systems

    Sholahudin, Niccolo Giannetti, Seiichi Yamaguchi, Kiyoshi Saito, Yoichi Miyaoka, Katsuhiko Tanaka, Hiroto Ogami

    APPLIED THERMAL ENGINEERING   181  2020年11月

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    Owing to the high variability of operating conditions and the complexity of dynamic phenomena occurring within air conditioning cycles, the realistic performance estimation of these systems remains an open question in this field. This paper demonstrates the applicability of a cost-effective estimation method based on an artificial neural network exclusively using four refrigerant temperatures as the network input. The experimental datasets are collected from a reference experimental facility. The system is operated with variable cooling load, outdoor temperature, and indoor temperature settings, as representative of the actual operation. The artificial neural network structure was optimized by considering the effect of previous time step inputs, number of neurons, sampling time, and number of training data. The results reveal that the developed model can successfully estimate the cooling capacity of an air conditioning system during on-off, continuous unsteady, and steady operation, using four temperature inputs with relative averaged error below 5%.

    DOI

  • Dynamic modeling of room temperature and thermodynamic efficiency for direct expansion air conditioning systems using Bayesian neural network

    Sholahudin, Keisuke Ohno, Niccolo Giannetti, Seiichi Yamaguchi, Kiyoshi Saito

    APPLIED THERMAL ENGINEERING   158  2019年07月

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    In this paper, dynamic performance identification for a direct expansion (DX) air conditioning (AC) system is proposed using Bayesian artificial neural network (ANN). The input and output datasets are generated by a dedicated AC simulator by varying the compressor speed in various signal amplitudes and including dynamic cooling load and ambient temperature. The exergy destruction, which represents the work potential losses in the system and room temperature indicating the thermal comfort are selected as the output variables. The key parameters of an ANN model, including the number of neurons and tapped delay lines, are optimized to improve the prediction accuracy. The results show that the dynamic response of the exergy destruction and room temperature can be predicted accurately by the optimized ANN model using three neurons, a Bayesian regularization algorithm, five delayed inputs for the compressor speed and room temperature, and six delayed inputs for the cooling load and ambient temperature. The validation of the multi-step-ahead prediction showed satisfying results with respect to the root mean squared errors (RMSEs) and coefficient of variations (CVs) of the room temperature (RMSE: 0.18 degrees C and CV: 0.85%) and exergy destruction (RMSE: 1.79 W and CV: 0.4%). Accordingly, the identification of the AC system behavior presented in this paper could be further implemented to control the DX AC system operation to achieve a desired thermal comfort with low exergy destruction.

    DOI

  • Performance and Application of Combined System of Liquid Desiccant and R718 Centrifugal Heat Pump

    Hajime Yabase, Seiichi Yamaguchi, Kiyoshi Saito, Hiroshi Hasuike, Hayato Sakamoto, Satoru Matsumoto, Masatoshi Harada

    10TH INTERNATIONAL MEETING OF ADVANCES IN THERMOFLUIDS (IMAT 2018): SMART CITY: ADVANCES IN THERMOFLUID TECHNOLOGY IN TROPICAL URBAN DEVELOPMENT   2062  2019年

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    The air-conditioning system for buildings and facilities is required that the room temperature and the humidity are kept in a predetermined range for comfortable air-conditioning. For achieving the above only by a heat pump, the room condition should be heated till the preset temperature after cooling till the temperature from which the request humidity is obtained, and this operation is inefficient.To overcome such inefficiency, separation of latent heat and sensible heat has been proposed. This is a two-step process in which temperature and humidity are adjusted separately in two steps by combining desiccant dehumidifier and heat pump. Theoretically, the system is known to be effective in reducing energy consumption, but in practical application, this technology can be further improved.In this research, we combined the liquid desiccant equipment which can perform low temperature regeneration and R718 centrifugal heat pump suitable for high efficiency for this application. Based on this concept, we have developed a highly efficient air-conditioning system by improving element equipment and optimizing operating conditions. The performance of this system is reported here.

    DOI

  • Assessment of thermal and transport properties of ionic liquids as suitable absorbent for absorption cooling applications

    H. M. Ariyadi, S. Yamaguchi, K. Saito

    IOP Conference Series: Materials Science and Engineering   539  2019年01月

     概要を見る

    © Published under licence by IOP Publishing Ltd. Ionic liquids, salts which have liquid phase at temperature below 100°C, have been widely introduced in engineering applications, including absorption cooling systems. The application of ionic liquids in absorption cooling systems is intended to remove the disadvantages of conventional working fluids such as corrosion and crystallization. In terms of thermodynamic performances, theoretical investigation based on solubility behavior of ionic liquids in natural refrigerants show a competitive performance in comparison with conventional working fluid. Nevertheless, heat transfer performance, which is also an important key in absorption cooling systems, particularly in terms of system design and size, needs to be deeply explored and investigated. This study aims to assess the thermal and transport properties of ionic liquids as absorbent in relation to the heat and mass transfer characteristics of these working fluids. The thermal and transport properties of ionic liquids proposed as absorbent for absorption cooling systems are collected, and heat and mass transfer characteristic of these ionic liquids based on their thermal and transport properties are investigated and analyzed. Finally, the most suitable ionic liquids for absorption machines, both in terms of thermodynamics and heat and mass transfer performances can be proposed.

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • デシカント空調システムの基礎理論と最新技術

    齋藤, 潔(機械工学)

    S&T出版  2015年09月 ISBN: 9784907002435

  • 未利用工場排熱の有効活用技術と実用展開 : 要素技術の開発・高性能化と導入事例・システム

    齋藤, 潔

    サイエンス&テクノロジー  2014年03月 ISBN: 9784864280969

  • 高効率冷凍・空調・給湯機器の最新技術

    鹿園直毅, 齋藤潔 他

    シーエムシー出版  2011年11月 ISBN: 9784781304328

  • エネルギーの辞典

    齋藤潔 他

    朝倉書店  2009年10月

受賞 【 表示 / 非表示

  • 日本機械学会賞

    2013年  

  • 日本冷凍空調学会学術賞

    2012年  

  • ERDT Best paper award

    2010年  

  • SAREK Best paper award

    2010年  

  • 日本冷凍空調学会学術賞

    2010年  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • エゼクター式吸収器によるハイブリッド吸収ヒートポンプの高効率化に関する研究

    奨励研究(A)

  • ハイブリッド空調システムの動特性の究明と高効率運転に関する研究

    若手研究(B)

  • 太陽熱駆動エジェクター式ヒートポンプの数理モデル構築と最適設計・制御に関する研究

    基盤研究(C)

  • 潜熱回収熱交換器の最適設計

  • 吸収冷凍機用高性能伝熱管に関する研究

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 第二種吸収式ヒートポンプ用高温吸収器の流動, 伝熱特性評価

    2014年  

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    本研究は,第二種吸収式ヒートポンプの吸収器の伝熱性能を実験と解析により明らかにしようとするものである.従来の吸収器は,冷凍サイクルとして用いられたため,吸収溶液は40~50℃程度で伝熱管外表面を流動していた.これに対して第二種吸収ヒートポンプでは,150℃程度の吸収溶液が伝熱管外表面を流動するため,伝熱特性が大きく変わり,機器の過剰設計や性能不足といった問題を引き起こす. そこで,吸収器の要素試験により,溶液流量を1~6kg/min,溶液温度を60℃から160℃まで,広範囲に変化させて熱伝達率を測定した.また,この実験結果から,Nu数が0.03~1.0程度までの広範囲に吸収器の伝熱性能を予測可能な伝熱評価式を構築することができた. 

  • エネルギーシステムの統一的解析理論の確立とヒートポンプサイクルの大域的非定常解析

    2010年  

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    ヒートポンプをはじめとしたエネルギーシステムにおいては,規格で評価された性能と実運転状況下で評価された性能に大きな乖離があることが指摘されている.このため,機器の真の性能向上を実現するためには,常に制御により非定常な状態で運転される機器の非定常実運転性能を詳細に把握し,高効率化を実現することが必要である.このような検討には,非定常シミュレーションが必要不可欠である.そこで,エネルギーシステムの中でも二相流の分岐・混合,チョークが発生するだけでなく,断続運転のような大振幅非線形非定常現象が発生するため解析が困難となるヒートポンプシステムを対象としてその非定常解析を実施する.同時にこのような最難関の非定常解析を通じて,申請者が15年にわたり,研究を実施してきたエネルギーシステムの統一的解析理論を非定常現象への拡張することを目的とする.これまでに,定常解析については,すでに本解析理論の構築をほぼ終え,多様なエネルギーシステムの解析を可能とし,単に論文発表だけでなく,受託研究を通じて実際にその成果を上げている.しかし,エネルギーシステムの非定常解析についてもすでに複数の研究を受託し,様々な成果を残してきたが,これらはすべて簡易な非定常解析モデルを採用した結果である.このため,ヒートポンプシステム,発電システム等のエネルギーシステムの中でしばしば見られる二相流の分岐・混合現象,高速二相流のチョーク等の現象に対してどのように一般性のある解析を実現するか,また非線形解析の収束性を改善し,どのように計算の安定性を改善するか等クリアーすべき課題が複数残されているのが現状である.そこで,本研究では,エネルギーシステムの非定常解析を実現する上で十分に検討がなされていない二相流の分岐・混合現象,高速2相流現象が含まれるとともに,断続運転,起動,停止運転等の大振幅非線形非定常現象を含むヒートポンプを対象とし,その大域的非定常解析を可能とする.また,ヒートポンプの高度な非定常解析を通じてエネルギーシステムの統一的理論を非定常解析にまで拡張することが目的となる.本研究の結果,大振幅非線形非定常問題となるヒートポンプの断続運転,起動・停止運転の合理的解析手法を明確とすることができた.また,システムの制御特性に大きな影響を及ぼす断続運転の周期,振幅等がシステムの性能にどのような影響を与えるかも詳細に明らかにすることができた.また,上記ヒートポンプの解析を実現しながら,ヒートポンプだけでなく,多様なエネルギーシステムの合理的解析を実現するための手法をさらに強化することができた.

  • 汎用熱システム解析手法による湿式除湿機の動特性の究明と最適設計・制御手法の確立

    2007年  

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     近年,次世代の除湿装置としてリキッドデシカントシステムが注目されている.リキッドデシカントシステムは,低温排熱による駆動が可能なこと,結露を伴わず衛生的であること,吸収液による空気の除菌や消臭が可能なことなどの特徴がある. これまでに,実機による性能評価試験や,シミュレーションにより,リキッドデシカントシステムの有用性を示してきた.しかし,本システムの設計・制御手法などについては,いまだ確立されていないのが現状である.特に,システムの主要要素である吸収・再生器充填層における熱・物質移動特性は,不明な点が多く,その設計指針が得られているとは言えない. そこで,この吸収・再生器用充填層の要素試験を行い,その圧力損失や熱・物質移動特性について明らかにする.具体的には,乾燥時の圧力損失を実験とCFDによるシミュレーションの双方から評価する.さらに,熱・物質移動特性として,空気面速や溶液質量流束などが熱・物質通過率に与える影響について調査する.  その結果,今回対象とする充填層の乾燥時の圧力損失を測定したところ,レイノルズ数が200付近で層流から乱流に遷移することが分かった.また,このときのレイノルズ数と損失係数の関係を整理式としてまとめることができた. また,溶液質量流束および空気面速度が充填層出口の空気お温度・湿度に与える影響を実験的に明らかにできた.また,溶液質量流束が小さい領域で,空気が吸収熱により加熱されて排出されうることを確認した.さらに,物質通過率・熱通過率で整理したところ,溶液質量流束の増加に対しては物質通過率・熱通過率ともに上昇していくが,空気面風速の影響については明確な依存関係は見いだせなかった.

  • 三重効用吸収冷凍機のモデル化と最適設計に関する研究

    2004年  

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     近年,地球環境保全や省エネルギー化の観点から吸収冷凍機の大幅な高効率化を実現する三重効用吸収サイクルの研究が進められている.しかし,三重効用吸収冷凍機の開発には,様々な技術的課題が残されている.特に高温の臭化リチウム溶液による高温再生器缶胴の腐食,高温再生器内の高圧化が大きな問題とされており,未だ実用化にはいたっていない. そこで,本研究ではシミュレーションにより,三重効用吸収冷凍機の特性を評価することにより,高温再生器内の低温,低圧化を可能とする設計指針を得ることを目的とする.具体的には,三重効用吸収サイクルの3つの代表的なサイクルであるシリーズ,リバース,パラレルを対象に,(1)蒸発器・吸収器をそれぞれ2基とした2段吸収の効果(2)冷却水経路を通常の実機とは逆に凝縮器→吸収器とした効果(3)パラレルフローにおける吸収溶液分配比を含むサイクルの最適化の効果について検討を行う. 三重効用吸収サイクルの最適化計算には,試行錯誤法と外点ペナルティ法を採用する.外点ペナルティ法は,制約条件付き最小化問題を無制約最小化問題に変換し,最適点を導出する手法である. 解析の結果,次のことが明らかとなった.(1)蒸発器・吸収器を2段とし,冷却水経路を従来とは逆に凝縮器から吸収器へと流動させることにより,COPを0.2以上向上させ,高温再生器溶液出口温度を約30℃低下させ,高温再生器内圧力をシリーズ,リバースフローでは約200kPa,パラレルフローでは約100kPa低減させることができる.(2)高温再生器出口温度に限界温度を設定し,その範囲で,パラレルフローの溶液分配比を含めたそれぞれのフローの最適点での性能比較を行った結果,パラレルフローは,COPが最も高く,高温再生器圧力も最も低くできる.

  • エゼクター式吸収器によるハイブリッド吸収ヒートポンプの高効率化に関する研究

    2002年  

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     エゼクターは,動作流体の膨張過程において不可逆損失として熱エネルギーに変換されてしまう力学的エネルギーを回収することができる.このため,吸収式冷凍機に用いられているいくつかの膨張弁のかわりにエゼクターを採用し,この力学的エネルギーを吸収器内圧力の上昇に用いることで冷凍機の大幅な効率向上が可能である. そこで,本研究では,シミュレーションによりエゼクターの特性解析ならびにエゼクターを吸収冷凍機に組み入れた場合の性能を評価することを目的とする. まず,エゼクターならびに吸収式冷凍機のシミュレーションモデルを構築した.ここでは,エゼクターを駆動流ノズル,吸引流ノズル,混合部,ディフューザーからなるシステムと見なし,それぞれの要素を連続方程式,エネルギー方程式,断熱効率からなる数式モデルで表す.そして,それぞれのモデルを接続することによりエゼクター全体のモデルを構築した.同様の手法で,吸収式冷凍機全体のモデルも構築した. その結果,まず,エゼクターの特性として排出流の排圧が最大となる最適な混合部入口圧力が存在することが明らかとなった.この点では,エゼクター内でのエントロピー生成が最小となる. また,水-アンモニアを作動媒体とする吸収式冷凍機において冷凍機の蒸発温度が-10℃の場合には約15%もの性能向上が見込めることがわかった.

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海外研究活動 【 表示 / 非表示

  • 熱システムにおける汎用的解析手法ならびに新要素技術の確立

    2005年06月
    -
    2006年05月

    アメリカ   Univ. of Illinois

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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