天然氷の成長過程に学ぶ～放射冷却を用いた単結晶氷の製氷技術の検討～

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14091
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 杉原 幸信 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (00824335)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 放射冷却 / 製氷技術 / 高電圧パルス印加 / 過冷却

研究成果の概要

天然氷の成長過程を再現する放射冷却装置を構築し、無気泡単結晶氷を安定的に製造する技術開発に挑戦した。特に、初晶が薄い氷板へ成長する製氷初期に着目し，製氷初期に発生する微気泡群の抑制に取り組んだ。高電圧パルス印加による過冷却解消が微気泡群析出に及ぼす影響を検討した結果，本実験条件の範囲では，印加電圧6000V以上であれば過冷却の解消を促進させるのに十分であった。9000Vを印加した場合において過冷却度2℃以内で安定して過冷却を解消し、小さい初晶成長速度を実現した。すなわち、9000Vの高電圧パルス印加が，製氷初期における微気泡群析出抑制に有効であった。

自由記述の分野

雪氷工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。