熱エネルギーシステム研究室(松本研究室)

「氷」と聞いて、あなたは何を思い浮かべますか?

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夏の風物詩、かき氷ですか?

スポーツ好きの方は、スケートでしょうか?

それとも、北海道の流氷や北極などの風景を連想しますか?

私たちにとって身近な「氷」も、そのイメージは人によって様々だと思います。

私たち、熱エネルギーシステム研究室(松本研)では、私たちにとって身近な物質である「氷」の持つ性質に着目して研究を行なっています。

本紹介では、「氷の知られざる利用法」と「謎に満ちた松本研」を皆様に紹介します。

「氷蓄熱」って、なぁに?

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答えは、氷を蓄熱材として利用することです。文字通りですね。

「氷蓄熱」は、①氷の原料である水が入手しやすく安価であること、②氷の融解潜熱が大きいこと、に着目しています。融解潜熱とは、一定の量の固体(氷)が液体(水)に相変換するときに必要な熱エネルギーのことです。氷は同量の水にくらべて、非常に多くの冷熱エネルギーを蓄えることが出来ます。

<図でわかる氷蓄熱>

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「氷蓄熱」の技術は、どのように利用されるの?

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氷蓄熱は、電力消費と密接な関係があります。

私たちは、1日のうち夜間よりも昼間に多くの電気を使用します。そのため、電力消費には偏りが生じています。そこで、夜間に使われていない電力(余剰電力)を使って氷を作り、その氷を昼間に使用することで、昼夜の電力消費の差を少なくします。1日の電力消費を平準化することにより発電効率が向上し、CO2の削減につながります。

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1日の消費電力のモデル図                消費電力の平準化イメージ図

「氷蓄熱」はわかったけど、それじゃあ、どんな研究をしているのさ?

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と言われると困ってしまうのが、松本研究室(笑)

実は、「氷」や「冷熱」などに関係あるものを幅広く行っています。

松本研究室では、基本的に卒研生と大学院生がペアとなり、1つの研究テーマに取り組んでいます。研究テーマの説明は、テーマ数が多いので省略します。気になる方は、オープンキャンパスや大学祭のときに研究室公開を行っていますので、お越し下さい。

① 氷蓄熱に関する研究

・  氷蓄熱システムの実機試験

・  氷蓄熱システムに使用する冷媒であるエマルションの開発

② 冷却固体面への氷雪の付着に関する研究

・  冷却固体面への氷の付着の防止・抑制に関する研究

・  ナノスケール場での霜のかき取りに関する研究

③ 氷・氷結晶方向制御に関する研究

・  マイクロバブル含有氷の生成方法に関する研究

・  トレハロース水溶液の凍結挙動についての研究

・  氷の結晶方向制御に関する研究

【松本研の謎①】 松本研究室の活動内容

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松本研究室では、毎週1回、ゼミがあります。

研究生はゼミに向けて、毎日、研究を行なっています。そのため、学部や院生関係なく、皆の仲が良い研究室です。

研究室のイベントには、新歓、4学合同ゼミ、ゼミ合宿などがあり、その中でも合宿は、最大のイベントです。「やるときはやる、遊ぶときは遊ぶ」それが松本研です。

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ゼミ合宿中の様子

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ゼミ合宿後

【松本研の謎②】 松本研にある、あのでかい箱みたいなもの、なぁに?

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よく聞かれます。あれは、恒温室です。

恒温室と聞くと聞こえは良いですが、要は冷蔵庫です。

箱の上に乗っているユニット以外は全て手作りです。カラーバリエーションは、赤色、白色、桃色、茶色、こげ茶色の全5色。松本研究室には、計6台あります。

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冷蔵庫の内壁には、断熱のため、隙間無く発泡スチロールが貼ってあります。室温にも因りますが、冷蔵庫の中は最低で-10℃くらいまで冷やすことが出来ます。冷蔵庫の中には、班によって様々な実験装置が入っています。

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冷蔵庫の内壁の様子              冷蔵庫内の実験装置の一例

【松本研の謎③】 松本研にある???って、なぁに?

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松本研には、少し高価な装置があります。それが「放射温度計」と「高速度カメラ」です。

装置の名前を聞いてもイメージが湧かないと思いますので、この装置を使って得られる画像を交えながら紹介していきます。

~ 放射温度計 ~

放射温度計とは、温度計の一種です。しかし、皆さんが理科の実験で使用した温度計とは少し違います。放射温度計は、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計です。

下の画像は、放射温度計の測定の様子です。温度が高いところが赤く、低いところは青く表示されます。画面の左側に表示されている数字が、測定点の温度になります。

この放射温度計は、非接触かつ短時間で温度を測定できるという利点があります。

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さわやかなお兄さんを測定した画像        お兄さんが氷水を持って暴れている様子

~ 高速度カメラ ~

端的に説明すると、スローモーションで再生できる撮影を行うカメラです。

熱とはあまり関係のない装置ですが、研究室では、過冷却解消の伝播速度など非常に速い反応を観察・測定するために使用しています。

もちろん、定番のミルククラウン(下の画像)も撮影できます。

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さいごに

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いかがでしたでしょうか?

研究内容について、詳しく紹介できなかったのが残念です。

研究内容を詳しく知りたい方は、オープンキャンパスや学校祭のときに研究室公開を行いますので、ぜひ気軽に見学にきてみてくださいね。

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