2020 Fiscal Year Annual Research Report
Heat, fluid and substance transfer mechanism of boiling phenomenon in cryogenic fluid during functional cooling of living cell
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18K03995
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
野澤 正和 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60447183)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 凍結保存 / 液体窒素 / 沸騰熱伝達 / 伝熱促進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体細胞の凍結保存において、急速冷却による凍結・融解後の生存率の向上のために、現状よりもさらに高い冷却速度を目指した冷却技術の検討を行った。液体窒素浸漬冷却による、冷却速度の向上のために、冷却対称の表面形状の変化や、液体窒素中にヘリウムガスを混入させた場合の冷却特性の変化について明らかにした。得られた実験結果より、冷却対象表面で生じる膜沸騰による、沸騰熱伝達と蒸気挙動の関係やその沸騰熱伝達が内部への温度伝導に及ぼす影響について考察を行った。
冷却対象の表面変化として、クライオバイアルをステンレスメッシュで覆い、メッシュが無い場合およびメッシュのサイズを変更した際の温度計測を行った。結果より、60 meshの条件において、平均冷却速度が向上することが分かった。この表面形状による伝熱特性の変化について、冷却対象表面に生じる蒸気挙動について可視化観測により明らかにした。可視化結果より、メッシュ有りの場合が、蒸気膜厚さが抑制されていることが確認できた。
ヘリウムガスを混入させた液体窒素を用いて冷却実験を行った。ヘリウムガスを液体窒素表面に吹きかけた場合は、大きな変化は現れなかったが、ヘリウムガスを液体窒素容器の下部から混入させた場合には、冷却時の温度変化にも影響がでることが確認できた。
次に、表面形状の変化が冷却対象内部への伝熱に及ぼす影響を明らかにした、冷却対象中心部（深さ4 mm）では、温度が熱伝導により単調減少するのに対して、深さが1 mm以下の比較的表面に近い位置では、膜沸騰から核沸騰への遷移に伴う急激な温度低下が確認できた。
以上の結果から、液体窒素浸漬冷却の際の、冷却速度の促進のために必要な条件を検討することができた。
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