木村 賢人 准教授 KIMURA Masato

研究テーマ冬期の寒さのみによって製造された氷から得られる冷熱エネルギーの効率的な利用方法の開発

My Dream北海道の寒さの有効活用

所属・担当

研究域環境農学研究部門/農業環境工学分野/農業環境工学系
学部(主な担当ユニット)農業環境工学ユニット
大学院(主な担当専攻・コース)畜産科学専攻農業環境工学コース
研究分野 農業気象学
キーワード アイスシェルター, 雪氷冷熱, 冷熱資源, 気象資源

研究紹介

雪氷・凍土は触れると冷たいという特徴を有していることから、物や空間を冷やす冷熱源として利用できます。さらに、氷(水)由来の冷熱であることから、低温・高湿度環境を創り出すことができます。この環境は農作物の長期貯蔵に最適であることから、農業が主要産業の一つである北海道において、雪氷冷熱を有効利用できれば、収穫された農作物の省エネ貯蔵が可能となります。
これまで雪氷冷熱を有効かつ効率的に利用するため、様々な方法が考案されてきました。その中で、アイスシェルターと呼ばれる氷の冷熱を利用したシステムについて研究を行っています。
アイスシェルターでは冷熱源である氷を貯氷室と呼ばれる部屋で製造・保管します。氷の製造は自然冷気のみで行うため、冬期に通気口が開放されます。一方、夏期は通気口を閉め、断熱施工された壁・屋根などから流入する熱によって氷は徐々に解けます。つまり、貯氷室内では水の凍結・融解が繰り返し行われます。そのため、夏期は氷を解かして室内の空気から熱を奪い、逆に冬期は水を凍らせることで室内の空気に熱を与える、というサイクルが繰り返されることになります。この一連の水の相変化によって貯氷室内は低温・高湿な環境となり、この空気を隣接する部屋、例えば貯蔵室に送風することで、農産物の長期貯蔵に最適な環境を電気をほとんど使用することなく創り出すことができます。
しかし、いくつかの課題はあります。その一つとして、自然冷気で計画量の氷を製造することです。一般的に、アイスシェルターで必要な氷量は100トン以上です。自然冷気によってこのような大量の氷を製造することは一見容易に行うことができそうですが、貯氷室内では水と氷の共存状態を維持しなければならず、この条件下で製氷を行うことは容易なことではありません。この問題を解決するため、製氷期間中の貯氷室内の環境を把握するための様々な観測を行い、基礎データを収集しています。今後は、そのデータをもとに製氷量を推定する製氷モデルを開発、さらに設計指針の作成を目指しています。
また、北海道で雪氷冷熱を有効に利用するためには、雪氷冷熱の賦存量を把握する必要があります。そのため、地域の冷熱量に関連する気象環境や地理的・地形的要因を考慮した雪氷冷熱の賦存量の評価方法についても検討しています。

アイスシェルターの概略図
アイスシェルターについて取り組んでいる研究テーマの一例

現在取り組んでいる研究テーマ一覧

  • 100トン以上の氷から得られる冷熱を利用した省エネ型農産物貯蔵庫の設計指針の作成に関する研究
  • 冷熱エネルギーの賦存量の評価方法に関する研究
  • 十勝地方の降水の分布特性に関する研究
所属学会 日本農業気象学会, 日本雪氷学会, 農業農村工学会, 日本緑化工学会
学位 博士(農学)
自己紹介

茨城県出身ですが、小学校は秋田県、中学・高校は茨城県、大学は香川県と移り住み、大学院から北海道に住んでいます。北海道に来てからは、北海道の各地域の寒さ分布特性や、寒さを利用した貯蔵庫に関する研究を行っています。

居室のある建物総合研究棟Ⅰ号館
メールアドレス masa-k atmark obihiro.ac.jp

卒業研究として指導可能なテーマ

  • 氷冷熱型農産物貯蔵庫における2年間の融解量と使用冷熱量の検証
  • 氷冷熱型農産物貯蔵庫において通気口開放面積と外気温が製氷環境に与える影響
  • GISを用いた北海道における雪氷冷熱量の評価
  • 北海道の過去30年間における夏期の降水特性
  • 北海道における冬期の気温の長期的変動傾向

メッセージ

北海道らしい研究をしたいと考えているのであれば、私と一緒に研究をしてみませんか。
雪氷冷熱に関する研究は、積雪寒冷地でなければできません。特に、氷の冷熱利用に関する研究は、日本では寒冷な気象環境の北海道でしかできません。また、雪氷冷熱以外にも、冬期の北海道の気温や十勝地域の雨に関する研究なども行っています。講義や実験などで私の研究や農業気象学に興味を持ったら、ぜひ私の部屋まで来てください。