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Fundamental study was carried out concerning the possibility of continuous slurry ice making using D-sorbitol solution flowing in cooled circular glass and stainless-steel tubes. In the present experiment, the supercooling condition of the flowing water solution was released by injecting ice nucleation material such as fine ice particles into the cooled tube. As a result, three types of operating conditions in the pipe, that is supercooling, continuous ice making and ice blockage, were classified. It was clarified that the ice making efficiency was increased with an increase in the nondimensional cooling ratio, and with decreasing of Reynolds number and the concentration of the water solution. The efficiency of continuous ice making in the cooled tube was greater by 2～5 times than that of continuous ice making outside the tube under the by supercooling condition. A nondimensional correlation equation for the ice making efficiency was derived as a function of some nondimensional parameters., 近年、夏の冷房期における昼夜間の消費電力格差の拡大や、地球温暖化等の環境問題に直接結び付く化石燃料依存率の増大傾向などを回避するために技術開発が急務となっている。このようなエネルギ有効利用の方法として、安価な夜間電力を利用した氷蓄熱システムへの関心が高まっている。また、製氷方法の高い付加追従性能等の観点から、スラリー状氷を用いた氷蓄熱システムが注目されている。スラリー状氷の有効な生成方法としては、著者らの報告した二重管式熱交換器内を流動する水あるいは水溶液の過冷却状態を利用するものがある。この製氷方法は、水又は水溶液の過冷却状態を形成する冷却部（二重管部）と、管外にて過冷却状態を解放し製氷を行う製氷部とが独立しており、製氷装置も比較的簡単で、将来、有望な氷蓄熱システムとなる可能性を秘めている。しかしながら、管内での過冷却状態の長期間にわたる安定維持の困難さ、絶えず生成氷による管内閉塞の可能性、そして小さな過冷却度による低い熱効率などの多くの問題点がある。本論文では、前報で述べた過冷却管外製氷方法を発展させ、管内冷却部において人工的に過冷却状態の解放を行い、冷却面上に析出した氷晶を主に水溶液の流れに伴うせん断力等により連続的に剥離、そして管外へ排出する新しい管内製氷方法を提案するものである。水溶液より生成される氷結晶は、一般に、水のみにより冷却面上で生成された氷が、その固体表面と強い結合力（付着力）を示すのに対して、僅かな外力により冷却面から剥離させることが可能である。従って、氷結晶の成長を支配する壁面冷却条件と壁面材質および水溶液の管内流動状態が本研究にて提案する製氷システムにおける製氷の安定性ならびに製氷能力を左右する重要な因子となる。本論文では、管内での製氷挙動に対するこのような因子の影響を検討するとともに、従来の流動化冷却水を用いた管外製氷法との製氷効率の比較検討をおこなうものである。

Supercooling characteristics of water and water solution in a forced flow were investigated both experimentally and analytically. The critical conditions of ice nucleation in a cooled circular tube were examined for five sets of tube dimensions under various Reynolds numbers. It was found that the critical degree of supercooling based on the inner wall temperature was independent of Reynolds number in a laminar flow region. However, in a turbulent flow region, it decreased with increasing Reynolds number. An ice nucleation model for the flowing supercooled liquid was developed to predict the critical conditions of ice formation, in which the effects of the flow and temperature conditions, tube dimensions and solute mass fraction were taken into consideration. Nondimensional correlation equations for the critical condition of ice formation were derived in laminar and turbulent flow regions as a function of some nondimensional parameters obtained by analyzing the ice nucleation model., 近年、製氷方法の多様性、輸送性の良さ、融解時の高い負荷追従性の観点から、スラリー状氷に対する関心が増大している。スラリー状氷の有効な形成方法の一つとして、前報において報告した水あるいは水溶液の過冷却状態を利用する方法は、製氷装置も比較的簡単で、将来有望なスラリー状氷の製造方法となる可能性を秘めているが、流動状態にある水あるいは水溶液の過冷却現象に関して、その過冷却安定性および管内での過冷却状態の解消に伴う管内凍結発生条件に影響を及ぼす諸因子の影響について検討するものである。

Supercooling characteristics on still bulk water and several kinds of water solutions were investigated experimentally. The test fluids, which were sandwiched in between two immiscible liquids in a glass tube, were set in a constant low-temperature room, and its freezing temperature was measured. It was found that the critical degree of supercooling for the water increased with decreasing test fluid volume, V, and was proportional to the logarithm of V. However, the critical degree of supercooling for the water solutions varied with the type of solute, and for each solute, it increased with increasing solute concentration. The critical degree of supercooling for the water solution was larger than that for the water by about 0～4 K. The increment supercooling, which depended on the type of solute, could be explained by the equilibrium freezing point depression, an increase in the viscosity and solute/water interactions. In addition, the present data for the water solutions were correlated with dimensionless parameters which expressed these effects., 本研究は、水溶液の過冷却現象を利用したスラリー状氷を生成させる氷蓄熱システムの完成を最終目標とし、まず容器内に充墳した比較的容積の大きな水および各種水溶液の静止状態における過冷却現象の解明を対象として取り上げて、その過冷却現象の基本的特徴を探るものである。第一に氷核生成の要因が不均質核生成に強く依存する系のもとでの水の限界過冷却度を定量的に明らかにした上で、その基礎資料にもとずき水と同一条件下で有機・無機水溶液、溶質の種類および濃度等が、水溶液の過冷却現象に与える影響について実験的に検討するものである。得られた水溶液の過冷却現象に関する情報は、過冷却状態を利用した流動水溶液によるスラリー状氷の連続性氷技術および水溶液媒質の氷結緩和作用による輸送性に富むスラリー状氷の流動特性解明に活用せれ、新しい機能性に富む氷蓄熱・輸送システムの実現、本研究は大いに役立つものと思われる。