2020 Fiscal Year Annual Research Report
低温域における加熱媒体としての氷スラリーの凝固挙動および凝固熱伝達特性の解明
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19K14913
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
森本 崇志 青山学院大学, 理工学部, 助手 (30803259)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 氷スラリー / ステファン解 / 凍結層 / 熱伝達係数 / 凝固 / 食品流通 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は当初の予定通り，氷スラリーを加熱用媒体として利用することを念頭に置き，氷スラリーを冷却した場合における伝熱特性の解明に取り組んだ．また，2019年度に実施した氷スラリーの凍結挙動の解明において，氷スラリーを冷却した場合に凍結層の成長が促進されることが明らかとなったが，その具体的メカニズムを明らかにすることが出来ていなかったため，高速度カメラを用いた詳細な観察を行うことで，凍結層成長メカニズムを検討した．
氷スラリーを冷却した場合における伝熱特性の検討より，壁面より凍結層が成長しない条件において，氷スラリーの熱交換効率は水などの単相流体と比べて最大約4倍に増加することが明らかとなった．熱交換効率の増加割合はスラリー中に含まれる氷粒子の割合に依存し，氷粒子の割合が増加すると共に，効率も増加することがわかった．しかし，流動条件によっては管路閉塞を引き起こすことが明らかとなり，低流量かつ低氷粒子割合の場合に管路閉塞を引き起こしやすいことがわかった．
氷スラリーを冷却した場合における凍結層の成長の様子を，高速度カメラを用いて観察したところ，氷粒子の凍結層への付着および流動による付着した氷粒子の剥離が確認された．しかし，氷粒子の付着頻度の方が優位なことから，凍結層の成長が促進されることがわかった．
以上の検討から，矩形流路における氷スラリーの凍結層の成長メカニズムおよび氷スラリーを冷却した場合における伝熱特性についての基礎的な知見を得ることができた．また，加熱用媒体としての伝熱促進効果が確認されたため，冷凍食品を効率よく解凍できる可能性があることがわかった．氷スラリーは温度維持性能にも優れるため，定温輸送も可能である．このため，氷スラリーは特に食品流通分野での利用が期待できる．しかしながら，加熱物体周りに凍結層が形成された場合には，その剥離が実用化に向けた課題となる．
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Research Products
(1 results)
