２００９年１０月３０日 第３０回「日本熱物性シンポジウム」にて
共同研究者の根本先生より「水の物性値特性」として３編の研究発表。
（常温・常圧の亜臨界水研究を継続）
はじめに
茨城工業高等専門学校
機械システム工学科
教授 根本栄治
今回の発表は「亜臨界水にシフトする自由分子水」、そのフィールド事例を積み上げている日本創造エネルギー研究所の共同研究者である茨城工専の根本教授によるものです。水の特性について、以前からの研究成果をまとめ発表させて頂いたものです。「分子振動活性装置ハイエット」による水の特性・物性については、まだまだ未解明の部分が多く、基礎研究としても当り前すぎてそれだけに未知の領域の分野とも言えます。
今回発表させて頂いたことにより、そうした基礎研究に携わっている地道な研究者の方々に、客観値としてご案内出来たことを有難く思う次第です。
研究はまだ始まったばかりであり、今後もフィールド事例をベースに研究活動を続けていきます。
皆様宜しくお願いする次第です。
（関連として、２００９年春季第５６回応用物理学関連連合講習会へも発表済み）
＊所属機関 茨城工業高等専門学校 機械システム工学科
＊役職 教授 博士（工学） 研究重点教員
＊学位 1997年3月 博士（工学）長岡技術科学大学
＊職歴 2006年4月 茨城工業高等専門学校 初代研究重点教員として活動
現在、熱物性・超伝導に関するご研究の第一人者
分子振動モードに共鳴する遠赤外線（育成光線）を照射した水の蒸発潜熱測定
EVAPORATION LATENT HEAT MEASUREMENT OF WATER WHICH IRRADIATED FAR-INFRARED RADIATION IN RESONANCE WITH MOLECULAR VIBRATION MODE
○根本栄治（茨城高専）
○Eiji NEMOTO
Department of Mechanical and Systems Engineering, Ibaraki National College of Technology, Ibaraki 312-8508, Japan
Corresponding author: Eiji NEMOTO, E-mail: konignem@mech.ibaraki-ct.ac.jp
Water is a material indispensable to live of us, and it is important to know the characteristic. It is known that water has three kinds of basic vibration modes. Then, the doubt how it became it when the far-infrared radiation including this mode of vibration was irradiated from the outside to water by this water molecule was caused. Then, we experimented how the evaporative latent heat of water changed when the far-infrared radiation was irradiated to water by using the HIET element to combine the far-infrared radiation. As a result, it has been understood that it becomes 2052ｋJ/kg while the evaporative latent heat of usual water is 2257ｋJ/kg when the far-infrared radiation is irradiated to water, and the evaporative latent heat decreases by about 9.1%. Therefore, the following conclusion was obtained in the actual experiment. (1)Some evaporating time under the atmospheric pressure of the HIET water that irradiates the far-infrared radiation is observed to be shortened. (2)The evaporative latent heat under the atmospheric pressure shows the result of somewhat becoming small in the HIET water compared with the indifferent water. (3)Some temperature rise speeds when the same calorie is impressed about the HIET treat water grow. (4)As for the far-infrared radiation, the effect of improving some evaporative latent heat is admitted for water.
１．緒 言
人間の生活に深くかかわる水の性質には、いまだ未知の部分が多く存在することが指摘されている． そこで、我々は、水に関する新たな可能性として遠赤外線が照射された場合の熱物性の変化について研究することにした。
水は、周知のように、酸素1個に水素2個が結合してできた物質である。そして、この水分子には、赤外分光、分子振動モード解析から代表的な対称、反対称、変格に関する3種類の固有振動モードが存在することが分かっている[1]。そこで、これらの固有振動モードに共鳴する。
![Figure 1 Latent heat of vaporization of water[2]](../images/p_2009-11_en01.jpg)
Figure 1 Latent heat of vaporization of water[2]
赤外線を照射して水分子を物理的に励起した場合、何が起こるのかを研究することは、実に興味深い学問上の問題である．我々は、この点に着目し、水分子に共鳴する赤外線を照射した場合の熱物性変化検出の一つとして、水の蒸発潜熱の変化について実験することにした
図１に、水、メタノール、ベンゼン、アセトンの温度に対するモル蒸発熱の関係を示す[2]．周知のように、水は、同述の他の3物質よりもモル蒸発熱が大きいことを示している．
一方、熱力学によれば、大気圧下でのエントロピー変化ΔSは、Tb：水の蒸発温度、ｒ：蒸発潜熱とすれば、次の関係として与えられる．
 …………… (1)
これを、第一種の相転移現象としてとらえれば、次のクラペイロン・クラジウスの式が成り立つ．
 … (2)
従って、蒸気圧と温度の関係から実験的にdｐ/dＴを求め、その時の圧力ｐと温度Tから、水の蒸発潜熱を求めることが一般的である。但しR：水蒸気の気体定数である．
しかしながら、今回の水の蒸発潜熱の測定では、上部が解放されたガラス容器を用い、一定の圧力P（大気圧下）のもとで、加熱器で一定の熱を加え、時間にたいする水の温度変化を測定し、その印加熱量と時間に対する温度上昇比から蒸発潜熱を求めることとした．
Figure 2 Structure detail of Water molecular．
２．水の固有振動モードと赤外線照射装置
2.1 水の固有振動モード
図２に、水の分子構造を示す．水の酸素原子と水素原子の総合距離は95.8ｐｍ、結合角は104.5度である．また、その固有振動波数は、α1＝3210cm-1、α2＝1650cm-1、α3＝3430cm-1を持ち、波長に換算すると、λ1=3.115μm、λ2=6.061μm、λ3=2.915μmの固有振動状態を有している．これらの水の振動モードは、よく知られた質量−バネモデルで近似でき、その振動挙動は精度良く解析できる．
2.2 赤外線照射装置
遠赤外線照射装置としては、図３に示す分光特性を持つ遠赤外線照射装置（HIET素子と呼ぶ）を用いて実験を行った．この図は、本装置の赤外線波長に対する強度分布を示したものである．従って、このHIET素子は、4μｍから20μｍの赤外線を照射していることを示しているため、本照射装置を用いれば、λ2=6.061μmを中心に、光としての赤外線のエネルギーを水に加えることができる．よって、この装置を使って、水に対する赤外線照射の物理学、熱工学的な効果を実験、検討することにした．
３．蒸発潜熱測定
3.1 実験方法
図４に、水に対する大気圧（p＝0.1013Ｍｐa）下での蒸発潜熱の測定法の概要を示す．実験では、容器を大気
Figure 3 Irradiated radiation Intensity of HIET element．
Figure 4 Conceptual diagram of measuring
apparatus of water latent heat.
圧下の状態に置き、実験すべき水として、我々が日常でよく使う水道水を実験対象として実験を行った．測定すべき水は、20ｃｃを開放型のガラス容器に入れて、温度を測定するため直径1ｍｍのK型熱電対（クロメル・アルメル熱電対）を加熱器近くの水中に吊るす状態でセットし、温度を測定し、実験した．
また、容器に加える熱量は、電熱器に交流電圧測定器と電流測定器を取り付け、時間の変化に対して交流電圧Vと電流Iを測定して、決定した．
図５に、実際に測定実験で使用した蒸発潜熱実験装置の概要を示す．装置は、ガラス容器に入れた水を鉄製スタンドで固定し、下に取り付けた電熱器のヒータでジュール熱を加える構造としている．
また、実験では、図５に示すように、電熱器に加えた交流電圧と電流をスライダックで調整し、通電した交流電圧、および電流を測定する．実験で留意した点は、交流電圧を印加した時間をｔ＝０とし、時間ｔにたいする水温を温度測定器で測定し、コンピュータでエクセルデータとして記録し、解析することである．
蒸発潜熱は、得られた時間情報に対する水の温度変化のデータ、及び電熱器の発生熱量、およびヒータからガラス容器、ガラス容器から水への熱伝達状態をモニターしながら、加熱熱量としての時間にたいする熱量を計算して、水の蒸発潜熱として求めた．
3.2 実験結果
蒸発潜熱の測定実験に当っては、遠赤外線照射水と非照射水の蒸発潜熱を正確に定めるため、合計二回の測定実験を行い、その平均値を取ることにした．
Figure 5 Photograph of measuring apparatus.
Figure 6 Comparison of temperature rise curves of water
when heating it in constant heat (The first).
図６に、第1回目の遠赤外線照射水と非照射水の測定結果を比較して示した．
また、図７に、第二回目の同様の実験測定結果を示した．これらの結果によれば、両実験結果とも、同一時間変化に対する温度上昇速度は、遠赤外線照射水のほうが大きく、蒸発に要する時間総計が若干、短くなることを示している点が興味深い．
図８は、このことをさらに明確にするため、時間に対する温度上昇の拡大図として示したものである．この図から明らかなように、遠赤外線を照射したHIET水は、通常に水よりも、時間に対する温度上昇速度が大きくなる傾向を示すことが分かった．
４．考 察
これらの実験結果より、通常の水に水の分子振動に基づく赤外線を照射すると、水のエネルギー準位が変化し、水の蒸発現象に変化をもたらすと考察される．
表１に、実験より得られた通常の水とHIET処理水の蒸発潜熱に関する二回平均の測定結果を、両者比較した形で数値データとして示す．これにより、遠赤外線が水の蒸発潜熱に少なからぬ影響を与えることが明らかになった．
Figure 7 Comparison of temperature rise curves of water
when heating it in constant heat (The second).
Figure 8 Temperature rise curve when initial heating it (The first)
Table 1 Comparison of evaporative latent heat of HIET
processing water and non-treat water [3-4].
--------------------------------------------------------------------
Unit Measured
--------------------------------------------------------------------
Evaporative latent heat
of HIET processing kJ/kg 2052
water (9.1％)
--------------------------------------------------------------------
Evaporative latent heat
of non-treat water kJ/kg 2257
--------------------------------------------------------------------
５．結 言
本研究では、水に対する遠赤外線の効果を見るため通常の水と、
遠赤外線照射水（HIET処理水）の蒸発潜熱を測定した．その結果、次の結論を得た．
（１）遠赤外線を照射したHIET水の大気圧下における蒸発に要する時間は、若干短縮されることが観察された．
（２）HIET水は、通常水に比較して、大気圧下の蒸発潜熱が、9.1％程小さくなる結果を示した．
（３）HIET処理水の同一熱量印加時の温度上昇速度は、若干大きくなった．
（４）水に対して遠赤外線は、蒸発潜熱を改善する効果が認められた．
REFERENCES
[1] Mizushima, S. and Shimauti, T, "Infrared resonance and Raman effect"，pp.154-156, Kyoritu- zennsyo，(1974).
[2] W. Cordes, "Heat of vaporization benzene, acetone, methanol, and water", GNU free documentation license (2008).
[3] Japan Society of Mechanical Engineers, "JSME Data Book: Heat transfer"，pp.324, Maruzen，(2003).
[4] Japan Society of Thermophysical Properties, "Thermophysical Properties Handbook"，pp.34, Youkendo，(1990).
heating it in constant heat (The second).
細線加熱法による遠赤外線（育成光線）照射水の熱伝導率測定
THERMAL CONDUCTIVITY MEASUREMENT OF PROCESSING WATER WITH IRRADIATED FAR-INFRARED RADIATION USING HOT WIRE METHOD
○根本栄治（茨城高専）
○Eiji NEMOTO
Department of Mechanical and Systems Engineering, Ibaraki National College of Technology, Ibaraki 312-8508, Japan
Corresponding author: Eiji NEMOTO, E-mail: konignem@mech.ibaraki-ct.ac.jp
We researched the influence given to the water of the far-infrared radiation. To clarify this, we measured the thermal conductivity of water. The transient hot wire method to the thermal conductivity measurement was used. The HIET element that discharged wavelength from 4 to 20 microns including the mode of vibration of the molecule of water was used as a far-infrared radiation element. The reason is that the element of 2.92μm, 3.11μm, and 6.06μm that is the mode of vibration of water is discharged. In the experiment, the samples of water and the HIET treat water were used. In the experiment, direct current 41mA and voltage 0.4V were added to the platinum wire of 7.5mm in length and 15μm in the diameter, and the temperature change on the platinum bar surface was measured with the thermocouple of an extremely fine T type. The thermal conductivity of the HIET water of 25℃ in temperature that irradiated the far-infrared radiation was 0.624W/(m･K) though the thermal conductivity of the water of 25℃ in temperature that did not irradiate the far-infrared radiation was 0.608W/(m･K). As a result, the thermal conductivity of water to which the far-infrared radiation is irradiated has understood the value of the thermal conductivity improves to the water of non-processing by 2.6%.
１．緒 言
近年、水に対する遠赤外線の効果は、主として農業分野、健康産業機器関連分野、および医療分野においてその有効性が認められ、多くの分野で活用されてきている．これらの多くの報告事例によれば、ある種の岩石から発している遠赤外線を利用した場合、その遠赤外線が植物や人間の体内に浸透し、農業作物の生産性を向上させ、人間の細胞の機能を回復して、健康状態を回復、改善させる効果があるとのことであり、そのことが人間、植物に有効に作用するとのことである．
特に、この有効性に着目した日本創造エネルギー研究所は、この遠赤外線効果を応用した遠赤外線照射装置（以後、HIET素子と呼ぶ）を製作、市販してその実績を上げてきている．このHIET素子は、主として農業分野関連において、水周りの流路に取り付けて利用されている．これらの事例報告によれば、水にHIET素子を用いて遠赤外線を照射し、水の振動モードを励起すると、遠赤外線効果によりイチゴなどの農産物の増産、および糖度等の改善に効果があることを報告している[1]．
そこで我々は、これらの点を踏まえ、水に遠赤外線を照射すると何が起こるのか、又そのことは、熱物性にいかなる変化を与えるのかを明らかにするため、実際のHIET素子を用いて基礎的な実験をすることにした．
よって、我々は、水の熱物性の中でも特に影響を受けやすいと思われる熱伝導率にターゲットを絞り、水の熱伝導率を精密に測定できる微細径の白金を用いた細線加熱法を用いて、遠赤外線による熱伝導率への影響を測定することとした．
Figure 1 Typical vibration modes of water.
２．水の固有振動モード
水の分子構造は,各国の研究所者、および研究機関において詳細に研究され、解析されている．ここで、表1に、水の振動モードについて示す．この表では、二種類の文献に基づく振動モードを対比した形で示している[2-3]．
図1に、水の分子構造に基づく三振動モードを示す．その振動モードは、波数でα1＝3210cm-1、α2＝1650cm-1、α3＝3430cm-1であり、これに対応する基本波長では、λ1 =3.115μm、λ2=6.061μm、λ3=2.915μmである．これは、振動モードが、中赤外線から遠赤外線の領域に相当する領域に位置していることを意味している．
![Table 1 Basic vibration modes of water [2-3].](../images/p_2009-11_en12.gif)
よって、本研究では、これらの水の基本振動モードに共鳴する遠赤外線を照射する装置により、水に照射した場合、何が起こるかということを明らかにすることが、物理的現象として重要であるとの判断に立って、その熱物性、とりわけ熱伝導率への影響について研究を行うことを主たる目的として実験、研究を行うものである．
３．赤外線照射装置
図２に、本実験で用いる遠赤外線照射装置（HIET素子）の分光測定結果を示す．この図から明らかなように、HIET素子は、波長4〜20μｍ領域の赤外線を放射していることがこの測定結果より分かる．従って、HIET素子である赤外線装置を用いて被赤外線照射物に照射すれば、遠赤外線の有無による熱物性の変化を詳細に実験できる．
４．熱伝導率の測定
4.1 熱伝導率測定理論
水の熱伝導率は、周知の非定常細線加熱法[4-5]を用いて測定する．従って、細線加熱法による水の熱伝導率λは、次式で求められる．
 …………………… (1)
式(1)は、ｑ：細線の単位長さ当たりの発熱量、ｔ：時間、ΔT:細線表面の温度である．よって、ｑは、白金線を用いるため、白金線に流れる直流電流、および電圧を測定し、白金線の長さで割った単位長さ当たりの発熱量として求められる．
4.2 熱伝導率測定装置と測定実験
図３に、水の熱伝導率測定に用いた実験装置の全体の概要を示す．オイルバスでシリコンオイルの温度を一定に保ち、所定の温度の水の熱伝導率を測定する．細線（白金線、線径ｄ＝15μｍ）には、直流定電流源より一定の電流を流し、細線両端子にかかる電圧を測定しながら、細線表面に取り付けた極細熱電対（銅・コンスタンタン熱電対、線径50μｍ）の時間に対する温度変化を温度測定器により測定する．この時間にたいする温度測定データは、コンピュータに送信して記憶し、特定のプログラムにより解析して水の熱伝導率として求める．
実験では、水試料として水道水を使い、遠赤外線照射水であるHIET水として、水道水をHIET素子の内部を通過させたものを用いて熱伝導率の測定実験を行う．
Figure 2 Irradiated far-infrared radiation of HIET element．
Figure 3 Measuring apparatus of transient hot wire method.
図４に、細線加熱法部の拡大図を示す．保温断熱材で包まれたガラス容器の中に測定液体である水を封入し、その中に1.5ｍｍの電気絶縁された銅線で約7.5ｍｍの空間を持つ細線ホルダーを製作して、そのスペースに線径が15μｍの白金線をハンダ付し固定する．
さらに、この白金線上に、銅・コンスタンタンの極細線熱電対をハンダ付けして保持する．細線表面の時間にたいする温度変化は、この熱電対から2本の銅線を温度測定器に接続して測定しコンピュータに送信して、エクセルデータとして記録、保存する．
得られた測定データは、式（１）の細線加熱法による理論式を適用して、最終的に、液体試料である水の熱伝導率を測定、決定する．
５．測定結果および考察
本実験では、通常の水道水と、遠赤外線を照射した照射水の相違を明確にするため、細線加熱法を用いた熱伝導率測定装置を使って、熱伝導率を測定した．
図５に、水道水の細線加熱法による時間にたいする温度変化を測定した結果を示す．細線に流した直流電流は、I=41mＡ,直流電圧V=0.4Vを印加して実験を行った．
この図によれば、線径D=15μｍの白金線表面の温度は、時間ｔ＝0ｓでのスイッチオンの状態に対して、時間の経過と共に白金線に流れる直流電流と電圧でジュール発熱し、その熱が水に熱伝達現象として伝達されるため、徐々に上昇していく傾向を示している．
![Figure 4 Details of transient hot wire section [5]．](../images/p_2009-11_en16.gif)
Figure 4 Details of transient hot wire section [5]．
Figure 5 Temperature change of non-processing water．
さらに、図６に、水道水にHIET素子を用いて遠赤外線を照射した水の印加時間に対する温度の測定結果を示す．この測定結果によれば、HIET処理水は、細線に時間ｔ＝0ｓで電流が通電すると、時間の経過と共に徐々に温度が上昇していく傾向を示している．
また、図7に、非処理水とHIET水の時間ｔと温度変化ΔT曲線を対応した形で示す．この図より、HIET水は、非処理水に比較して、温度上昇率が小さいことが明らかになった．すなわち、通常の水道水は、ｔ＝10ｓ経過した時点での温度上昇は、ΔT=0.88Kであるのに対し、HIET処理水は、同一の時間ｔ＝10ｓでΔT=0.8Kと温度上昇が小さい傾向を示している．
これは、式（１）を適用して考えると、HIET処理水のほうが式の分母に相当するΔTの項が小さいため、熱伝導率が水道水よりも良いことを示している．これらの測定結果を、表2に纏めて示す．これは、遠赤外線の水に及ぼす効果を示すものであり、新たな知見として重要なものであることが分かった．
６．結 言
次に、本実験で得られた結果を結論として示す．
（１）HIET処理水の熱伝導率は、通常の水に比して遠赤外線を吸収し、2.6％程度良くなることが分かった．
(２)遠赤外線は、水の熱伝導率を改善する効果があり、水の改善、改質方法として有効である．
Figure 6 Temperature change of processing water
with irradiated far-infrared radiation (HIET water)．
Figure 7 Compared with Temperature change of non-processing water and processing water．
NOMENCLATURE
q : heat flux per unit length W/m2
ΔT : temperature difference, K
ｔ : time, s-1
λ : thermal conductivity, W/(m・K)
REFERENCES
[1] Japan Institute for Creative Energy, 14 (2008), pp.22-34, J.I.C.E. Report.
[2] Mizushima, S. and Shimauti, T, "Infrared resonance and Raman effect"，pp.154-156, Kyoritu-zennsyo，(1974).
[3] Venyaminov, S.Y., and Prendergast, F.G., "Water (H2O and D2O) molar absorptivity in the 1000-4000cm-1 range and quantitative infrared spectroscopy of aqueous solutions", Anal. Biochem. 248 (1997), pp.234-245.
[4] Japan Society of Engineers, "Measurement of thermo-physical properties"，pp.49-67, Youkenn-do，(1991).
[5] Nemoto, E and Mashiko, K, "Three thermo-physical parameters measurement of liquid crystal lecithin near phase transition temperature using transient hot wire method"，28 (2005), pp.191-196, Kousenn-kyouiku.
遠赤外線（育成光線）を照射した水の粘性係数測定
VISCOSITY COEFFICIENT MEASUREMENT OF PROCESSING WATER WITH IRRADIATED FAR-INFRARED RADIATION
○根本栄治（茨城高専）
○Eiji NEMOTO
Department of Mechanical and Systems Engineering, Ibaraki National College of Technology, Ibaraki 312-8508, Japan
Corresponding author: Eiji NEMOTO, E-mail: konignem@mech.ibaraki-ct.ac.jp
It is known that there are three kinds of peculiar vibration modes of the water molecule. Then, it experimented on the effect of the viscosity coefficient when these modes of vibrations were stimulated to water. The HIET element was used as a far-infrared radiation source. Moreover, with a viscometer that A&D Ltd. had made as the viscous coefficient measuring device of water. As a result, the far-infrared radiation influences the viscous modulus of water, and the viscosity coefficient of water has decreased from 0.5% by about 2.1% in the temperature range from 24.7 centigrade to 25.4 centigrade. In addition, to confirm this, the viscosity coefficient measuring device using the quartz vibrator was developed. The experiment with a device using this quartz vibrator showed a similar tendency. This phenomenon was little example of the report in the past, and obtained the conclusion of importance as a new effect of the thermo-physical properties of water.
１．緒 言
水は、人間に不可欠で生命維持のために必要な最も重要物質である．しかしながら、その物性の中には、いまだに知られざる未知の物性、熱物性を有している可能性がある．近年になって、水に対するその不思議な潜在的な物性の一端が、実験、試験等によって解き明かされつつある[1-2]．
そこで、著者らは、水の未知なる可能性を探るため、水分子に固有な良く知られた固有振動モードを多く含む遠赤外線を照射した場合、量子論的効果を誘導するとどのような現象が起こるのかを、実験的に明らかにするため、水の粘性係数の変化状況を実験的に明らかにすることにした．
２．水の粘性係数とその因子
2.1水の粘性
図１に、良く知られた流体におけるせん断力と粘性係数の関係を示す．
Figure 1 Shear force and coefficient of viscosity．
この図に示すように、面abの上面、下面にせん断力τが働く場合、せん断力は、ｙ方向の速度uに対する勾配に比例するので、その比例係数をμとすれば、次式が成り立つ．
 ………………(1)
本実験では、水に関する比例係数としての粘度係数が遠赤外線の影響を受けてどのように変化するのかを、厳密に実験、測定することを目的としている．
2.2 粘性係数因子
水の粘性係数に関する因子は、水の分子運動に基づく比例定数としての粘性の概念であり、式（１）に示すように速度勾配に比例する物理量として定義される．よって、実験では、水に遠赤外線を照射した照射水と非照射水の粘性係数への影響について明らかにするため、その粘性係数を測定し、相互的な関係を明らかにすればよい．
図２に、水の粘性係数の温度依存性を示す。一般に、水は温度が高くなると、粘性係数が低下する傾向を示す．
Figure 2 Temperature dependency of viscosity coefficient of water．
![Figure 3 Water molecular mode and electron distribution [3]](../images/p_2009-11_en24.gif)
Figure 3 Water molecular mode and
electron distribution [3]．
３．水の固有振動モードと遠赤外線照射
3.1 水の固有振動モード
図３に、水の分子構造と分子軌道法より求めた電子分布の状態を示す．この水分子モデルの基本振動モード[4]は、α1=3210ｃｍ-1、α2=1650ｃｍ-1、α3=3430ｃｍ-1である．また、これに対応する波長は、λ1＝3.12μｍ、λ2＝6.06μｍ、λ3＝2.92μｍである．
従って、水分子の固有振動モードの波長は、近赤外線（0.7〜2.5μｍ）に属するよりも、中赤外線（2.5〜4μｍ）、遠赤外線（4μｍ以上）に属する領域にその基本振動モードが存在することが分かる．
3.2 遠赤外線照射装置
図４に、本実験で用いた遠赤外線照射装置（以後、HIET素子と呼ぶ）の発光分布特性を示す．この遠赤外線照射装置は、日本創造エネルギー研究所で製作され、HIET素子として市販されているものである．
この装置の分光測定結果に注視すると、明らかに、その最強強度波長領域は、遠赤外線の領域に属する12〜14μｍの付近にあり、これらの波長領域を含む中赤外線、遠赤外線の光を多く放射していることを示している．実験に当っては、この遠赤外線照射装置を用いて、被測定物である水に直接照射し、式（１）に基づく粘性係数、および測定時の水温を同時に測定して各々の実験値とした．
Figure 4 Light intensity distribution of irradiated far-infrared radiation device．
４．実験装置および実験条件
4.1 実験装置
本研究における水の粘性係数の測定には、図５に示す
Figure 5 Tuning fork type measuring apparatus of viscosity coefficient of water．
（株）エー・アンド・デイ製作の音叉型振動式の粘度計SV-10を用いて粘性係数の測定実験を行った．
図６に、本装置の測定原理、および装置構成を示す．その原理は、測定部機構が音叉形状の構造とし、その固有振動数で左右の振動子を駆動周波数30Hzの共振周波数で逆位相に振動させる構造をとる．本構造により、その周波数は低く、振幅も1ｍｍ以下のため液体試料に与える負荷は微小であり、測定開始後の試料温度の温度上昇は殆ど無いため、液体試料の物性に影響を与えず、長時間精度よく粘性係数を測定することが可能である．
本実験では、水に遠赤外線を照射した場合と、照射しない場合の水の粘性係数の違いについて、本装置を用いて測定実験を行った．
4.2 実 験
今回の実験では、測定すべき水の粘性係数が温度に大きく依存するため、粘性係数を測定する場合、これらのことを十分考慮して、温度一定の熱的平衡条件を満たすまで、長時間水を一定温度の室内に放置し、温度が一定になったことを確認した後に、水の粘性係数の測定実験を行った．
本装置は、測定すべき水の温度と粘性係数μが、同時に計測できるため、温度に対する水の粘性係数を連続的に測定し、コンピューターの直接記録して、解析できる．従って、遠赤外線による粘性係数への影響を容易に、計測、検討できることになる．
Figure 6 Overview of Tuning fork type measuring apparatus of viscosity coefficient of water．
Figure 7 Comparison of viscosity coefficient between water and HIET water．
５．測定結果および考察
5.1 測定結果
図７に、音叉型粘性係数測定装置を用いて測定した、水、およびHIET処理水の粘性係数測定値を示す．この図によれば、HIET素子を用いて遠赤外線を照射した水は、通常の水に比べ、その対応する同一温度に対して、文献値の粘性係数より、粘性係数が小さくなる傾向を示すことが分かった．その対応する変化状態は、図７の粘性係数の温度に対する変化状態を見れば、全体的な変化傾向として把握できる．具体的数値としては、温度範囲24.7℃から25.4℃の範囲で水の粘性係数が、0.5％から2.1％の範囲で変化することを示し、HIET素子から放射される遠赤外線が水に影響を与えること明らかになった．
5.2 水晶振動子による実験的検証
我々は、更にこのことを明らかにするため、新たな水晶振動子(ｆ=9MHZ)を用いた粘性係数測定のための新測定装置を開発した．図８に、その原理図、また図９に、実際に製作した粘性係数測定装置の実機概要を示す[5]．
この装置は、水晶振動子の固有振動数が一定であることを利用した粘性係数の測定装置である．本装置では、水晶振動子の一面を電気的に絶縁した状態で水の中に入れると、水の粘性による抵抗を受けて、水晶振動子の固有振動数が変化する現象を利用したものである．実験では、ｆ＝9.009866MHZの素子を用いて実験を行った．その結果、T=25.5℃における水の周波数シフトはΔｆ＝8290HZであり、HIETを用いて遠赤外線を照射したHIET水の周波数シフトはΔｆ＝8070HZであることが分かった．これは、遠赤外線を照射した場合、水が遠赤外線の影響を受けて粘性係数ηが小さくなる傾向を示したものであり、音叉型振動式の粘度測定結果と同様の測定結果を示したことになった．
![Figure 8 Overview of measuring apparatus of viscosity coefficient of water using a crystal oscillator[5]．](../images/p_2009-11_en29.gif)
Figure 8 Overview of measuring apparatus of viscosity
coefficient of water using a crystal oscillator[5]．
Figure 9 Pilot measuring apparatus photograph of viscosity coefficient
using a crystal oscillator．
5.3 考 察
水に遠赤外線を照射した場合の粘性係数への影響について二種類の実験装置で実験を行った．その結果、水が遠赤外線を受けると、粘性係数が05％から2.1％の範囲で非照射水に比較して低下する傾向を示すことが分かった．その物理的厳密な理由は定かでないが、この不思議な現象をより明確にするため、新たな実験的手法を応用してその因子を明らかにする必要がある．
６．結 言
本研究では，遠赤外線照射水の粘性係数を測定し,次の結論を得た。
（１）水の振動モードを励起する遠赤外線を照射したHIET処理水は、非処理水に比べ、熱的な遠赤外線の影響を受けて、温度24.7℃から25.4℃の範囲で、粘性係数が0.5％から2.1％の割合で低下する傾向を示した．
（２）水晶振動子(f=9MZ)を用いた水の粘性による周波数シフト測定実験では、HIET水の粘性係数の変化は、周波数シフトΔf＝225HZの減少量として観測された．
NOMENCLATURE
ｆ : frequency, s-1
T : temperature, ℃
η : viscosity coefficient of sample, mPa・s
τ : shear force, N/m2
REFERENCES
[1] Water handbook edit committee, "Water handbook"，pp.1-677, Maruzenn，(2003).
[2] Yoshizawa, T., "Characteristic and advanced technology of water -for agriculture, foods, and medials"，pp.3-464, NTS, (2004).
[3] Refference 1, pp.8.
[4] Mizushima, S. and Shimauti, T, "Infrared resonance and Raman effect"，pp.154-156, Kyoritu- zennsyo，(1974).
[5] Kurosawa, S., Nemoto,E, Muratsugu, M., and Kamo, N., "Viscosity sensor in solutions using a piezoelectric quartz crystal", J.Jpn Oil Chem. Soc., 42-11, pp.910-914, (1993).
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