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Learning from the Growth Process of Natural Ice ~Examination of Ice Making Technique for Single Crystal Ice Using Radiation Cooling~

Research Project

Project/Area Number 21K14091
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

SUGIHARA Yukinobu  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (00824335)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywords放射冷却 / 製氷技術 / 高電圧パルス印加 / 過冷却 / 高電圧印加 / 天然氷 / 単結晶氷
Outline of Research at the Start

単結晶氷の製氷技術の開発に向けて、一つ一つの結晶粒径が大きく、さらに結晶方位が整然と揃っている天然氷の製氷過程に注目した。天気が良く、高標高地で、なおかつ直射日光の当たらない日陰の採氷池、すなわち、放射冷却が支配的な条件で製氷される天然氷の成長過程を工業製氷技術に導入すれば大きな単結晶氷を安定して供給することも夢ではないが、放射冷却による氷結晶の成長メカニズムとそれに影響を及ぼす因子は解明されていない。そこで、本研究では、天然氷の成長過程に学んだ放射冷却製氷によって、学術研究に使える直径10cm以上の単結晶氷を安定的に短期間で製造する技術の開発を目指す。

Outline of Final Research Achievements

This study attempted to construct a radiation cooling system that reproduced the growth process of natural ice, and to develop a technology for the stable production of bubble-free single-crystal ice. In particular, the suppression of microbubble swarms that occur in the early stages of ice production was tackled. The effect of supercooling elimination by the application of high-voltage pulses on the deposition of microbubble swarms was investigated. The results showed that an applied voltage of 6000 V or higher was sufficient to promote the resolution of undercooling in the range of the present experimental conditions; when 9000 V was applied, the undercooling was resolved stably within 2 °C of the degree of undercooling and a small initial crystal growth rate was achieved. In other words, the application of a high voltage pulse of 9000 V was effective in suppressing the precipitation of microbubble groups in the early stages of ice making.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

氷の性質に関する基礎研究を進めるためには、実験の標準試料となる直径10 cm以上の無気泡単結晶氷が必要となります。日常的に目にする氷はたくさんの結晶から構成されている多結晶氷と呼ばれるものです。多結晶氷を基礎的な研究に使うと、実験で設定した条件のほかに、多結晶氷の性質そのものが実験結果に影響します。そのため、氷の基礎研究を進めるためには、標準試料を定めることが望ましいです。本研究ではこのような要望に応えるべく、天然氷の成長過程に学んだ放射冷却装置を構築し、それに高電圧パルス印加装置を組み合わせることで、氷の基礎研究に使える無気泡単結晶氷を安定的に製造する技術の開発に挑戦したものです。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021 Other

All Presentation (6 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Presentation] 高電圧パルス印加による初晶形成促進2022

    • Author(s)
      吉田匡貴,岡本忠次,藤崎颯太,杉原幸信,上村靖司
    • Organizer
      2022年度(公社)日本雪氷学会北信越支部研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射冷却による高品質製氷の実用化-その3 微気泡群発生抑制に有効なパルス電圧範囲-2022

    • Author(s)
      藤崎颯太,吉田匡貴,杉原幸信, 上村靖司
    • Organizer
      雪氷研究大会(2022・札幌)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高電圧パルス印加による初晶形成促進2022

    • Author(s)
      岡本忠次
    • Organizer
      2022年度(公社)日本雪氷学会北信越支部 研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 放射製氷において製氷面の温度勾配が初晶成長に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      吉田匡貴
    • Organizer
      2021年度(公社)日本雪氷学会北信越支部 研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 放射冷却による高品質製氷の実用化 -その2 高電圧パルス印加による過冷却解消促進と微気泡群抑制-2021

    • Author(s)
      吉田匡貴
    • Organizer
      雪氷研究大会(2021・千葉-オンライン)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 放射冷却による高品質製氷の実用化:微気泡群の発生抑制2021

    • Author(s)
      吉田匡貴
    • Organizer
      第37回寒地技術シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 雪氷工学研究室 | 放射製氷の理論と応用

    • URL

      https://snow.nagaokaut.ac.jp/html/research_03.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 製氷装置2021

    • Inventor(s)
      上村靖司、杉原幸信
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人長岡技術科学大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-165278
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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