Difference of Freezing Characteristic between
FFC Ceramic Water and Normal Water
FFC セラミック水の凍結挙動について（FFC セラミック水を凍らせると通常水との違いが判るのか？）
Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama UniversityAkihiko Horibe

岡山大学大学院自然科学研究科

堀部 明彦
1. Introduction

１．まえがきFFC セラミックビーズに浸漬した水（FFC セ

The water to which FFC ceramic beads are soaked

ラミック水）は，作物育成への効果などが研究(FFC ceramic water) has been researched about

されており，含有する成分が溶け出すこと等に

the effects on the crops promotion and so on. It

より各種の影響を与えていると考えられるが，seems that the components of FFC ceramic beads

そのメカニズムについては不明な点が多い．本influence the effects, but the mechanism is being

報告では，FFC セラミック水の凍結挙動について検討し，凍結結晶の観察を行うことにより，通常の水に対する差異の有無など基礎的な現象を把握することを目的としている．これは，凍結という現象から FFC セラミック水の特性に迫るとともに，熱媒体として氷蓄熱などでの利用などを想定したものである．
２．試料水
電気伝導率 10μS/cm の標準水に 1 リットル

investigated now. In this study, the freezing behavior
of FFC ceramic water has been studied to clarify thedifference between FFC ceramic water and normalwater. This approaches the characteristics of FFC
ceramic water from the freezing phenomenon. In
this research, FFC ceramic water is assumed to be aheat transfer medium in the ice storage system forindustrial use.
2. Sample water
Sample water was made up with the standard water

当たり 20g または 500g の FFC セラミックビー(initial electric conductivity: 10μS/cm) to which

ズを入れ，24 時間浸漬させることによって実験

FFC ceramic beads is soaked for 24 hours. We call

で用いる試料水（以下 20g の場合：FFC １水，it “FFC1 water” in case of the amount of the beads

500g の場合：FFC4 水と呼ぶ）を作成した．比

20g/L, and “FFC4 water” in case of 500g/L. Tap

較試料には水道水と蒸留水を用いた．

water and distilled water ware used as the referencewater.

３．結晶粒の偏光観察
一般に，氷の結晶は水質の違いによって影響

3. Observation of ice crystal using a polarization

を受けるため，水滴を凍結させた氷結晶を偏光microscope

顕微鏡により観察した．実験では，約-20℃の冷Generally, the crystal of ice is influenced by the

凍庫内で十分に冷却したスライドガラス上に直径約2mmの液滴を滴下し，冷却して氷粒を作成した．その氷粒を約-５℃の低温環境でスライドガラスからの厚さ0.2mmまで削り，その薄片を観察した．図１の(a)~(d)はそれぞれ偏光顕微鏡を用いて撮影したFFC1水，FFC4水，水道水，蒸留水の氷結晶画像を示している．FFC水と蒸18

difference of the water quality. The ice crystalof the freeze droplet of water was observed bya polarization microscope. In this experiment,
the water droplet of about 2mm in the diameter
was dropped on the slide glass in the freezer ofabout -20 ℃ , and the ice grain was made. The ice
was cut down up to 0.2mm in thickness, and theslice of ice was observed. Fig. 1 (a) ~ (d) show theFFC and Global Health / 健康な地球の創造を目指して

留水の氷結晶を比較すると， FFC4水の氷結晶

photomicrographs of ice crystal of FFC1 water, FFC4の粒径がより小さくなっている．カルシウムイwater, tap water, and distilled water, respectively.

オンなどの物質を含んでいると氷核が発生しやWhen the FFC water is compared with distilled water,

すく，より多くの氷核から結晶成長が始まる．

the grain diameter of the ice crystal of the FFC4 water

そして，結晶成長に伴い，水分子以外の物質がis smaller. As the contents such as the calcium ions

0.2mm(a) FFC1 water           0.2mm            (b) FFC4 water

0.2mm(c) 水道水 Tap water

0.2mm(d) 蒸留水  Distilled water
図１. 各試料水の氷結晶
Fig.1. Ice crystal of sample water

氷結晶より排出され，結晶粒界に集中していare contained in a water, the ice nucleus is generated

く．そのため，FFC水では蒸留水より結晶粒がeasily, and the many crystal growth starts from the ice

小さくなったものと考えられる．

nucleus. On the other hand, Contents other than water0.2mm
are segregated from the ice crystal withthe crystal

growth, and gather in the crystal grain boundary. As a４．氷の自由成長観察
試料水中での氷結晶の自由成長の違いを見る

result, it can be considered that the grain diameter of

ために結晶の可視化実験を行った．実験では， the ice crystal of the FFC water becomes smaller.
試験管に試料水を 80ml 入れ，試料水温度を徐々に下げ -1℃に安定したところで細管より氷核を投入して過冷却を解消し，細管先端から氷の自由成長させた．観察例として FFC4 水の 120 秒
後の結晶写真を図２に示す．各試料の結晶を比較するために図３に示す樹枝状部分の太さ割合R（R = a/b，a：結晶の中間点における枝部分の太さ，ｂ：樹枝部分の葉を合わせた太さ）を比4. Free growth of ice crystal in the sample water
The difference of the free growth of the ice crystal in
the sample water was observed. In the experiment, thewater sample of 80 mL in the test tube was graduallycooled up to -1℃. After ice nucleus was dropped
through a narrow tube, free growth of the ice crystal
started. Fig. 2 indicates the photograph of the free

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19較する．枝の太さ割合は，図４に示すように，

crystal of FFC4 water after 120 seconds. Dimension

水道水が最も太く，FFC1 水と蒸留水が同程度，

of dendrite crystal is compared by using rate R (R = a/

そして FFC4 水が最も細いという結果を得た．

b, a: width of branch part of midway point, b: Width

この理由は，試料水中に含まれているイオンがof leaf of ice crystal shown in Fig. 3). As shown Fig. 4,関係していると思われる．例えば FFC 水中に

R of tap water is larger than that of other water and R

含まれているイオンは，氷核形成の際には助けof FFC4 water is smallest. It seems that ions containedになるように働くが，成長が始まると逆にそのイオンが成長を阻害する方向に働き，成長速度を遅らせていると考えられる．

in the water are related to this phenomenon. The ionscontained in the FFC water helps the ice nucleation.
However, it is thought that the ion obstructs growth
oppositely, and the growth is delayed.

５．まとめ
以上の氷結晶形状の違いは，FFC セラミック
水と他の水の違いに起因しており，さらに検討することにより，例えば工業的利用として氷蓄熱における管閉塞や塊状現象などの問題解消に繋がると考えられる．

5. Conclusion
The differences of ice crystal mentioned above
originate in the difference between FFC ceramic waterand other water. It is thought that this leads to thereduction of the problem such as the pipe blockagein the ice storage system etc. for instance as anindustrial use.

図２. FFC4 水の自由氷結晶
Fig. 2.  Free growth of ice crystal of FFC4 water図３. 樹枝部
Fig. 3 . Dendrite crystal

水道水

蒸留水

図４. 氷結晶樹枝部の太さ割合
Fig. 4.  Dimension of dendrite crystal

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