凍結濃縮システムにおける製氷ユニットの設計に関する調査・研究

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液状食品に含有する成分の変質及び損失が極めて少ない濃縮操作である、凍結濃縮システムの製氷ユニット（製氷部、冷媒循環部、制御部等から構成）について設計手法を構築する。その製氷ユニットにおいて、安定してより多くの氷粒子を長時間連続製造するため、製氷部内の攪拌性能及び撹拌性能の向上が製氷能力に及ぼす影響に関する調査が求められている。本研究では、安定製氷に重要な一様流動化に適する製氷部内の掻き取り刃の形状について、製氷時の流れ場の可視化と数値シミュレーションを併用して調査を行っている。令和４年度は可視化実験装置を製氷ができる可視化実験装置へと改良し、刃の後端の形状が異なる３種類の掻き取り刃を用いて液の循環流量と掻き取り刃回転数を変えて可視化製氷実験を行った。水または濃度10°Brixのスクロース水溶液を用いて製氷時に生成された氷粒子をハイスピードマイクロスコープで可視化し、また製氷性能（熱通過率）を測定した。その結果、掻き取り刃の回転数が大きいほど製氷性能が高く、また生成された氷粒子の径は小さくなることを確認し、製氷器からの氷粒子の排出もスムーズであった。また刃の後端の形状が異なる掻き取り刃の製氷時の氷粒子の動きや製氷性能については今後詳細な実験を行い、検討していく。製氷実験と並行して、氷粒子追跡の数値シミュレーションに必要な製氷器内の流れ場の非定常データを取得するため、製氷器内の液体のみの撹拌流れを対象に移動メッシュを用いた非定常解析を行い、その結果と先行研究で行われた定常解析の結果の比較を行った。非定常解析で得られた流れ場の状況は定常解析のものと概ね同様な状況であることが確認できた。