水の凍り方

質問

夏に暑いので大きな氷を枕元において寝ます。その氷は夜にプラスチックの３Lのタッパー(たて150mm×横200mm×深さ100mm)に水を入れて凍らせます。

困っているのが、底面がボコンと膨らんで容器を突き破ってしまうことです。これを何とかしたいと思っていろいろ考えています。水が凍ると体積が膨らむのはわかるとして、底のほうが最後に凍るからそうなるのでしょう。

１．上記のようなタッパーに水を入れて冷凍庫に入れたとき、水は一般にどういう順序で凍るのでしょうか(上面、底面、側面、中心など部位別の順序です)。

２．底を先に凍らせれば、凍る過程で上に盛り上がるので容器を壊す事はないと思うのですがどうしたらよいでしょうか。

自分なりの考察と試行錯誤
・タッパーの底面に金属板を置いて見ました。先に底面が凍って、次に側面、最後に上面の順序で凍る事を期待しました。しかし効果はなく、氷は底面を突き破りました。
・氷は水より軽いので底面が先に凍っても水面に浮かんでしまい、結果として底面が凍るのが最後になるのかも知れません。
・しかし冷凍庫の製氷皿で氷を作った経験からは、凍りかけの時って中心に最後まで水が残っていると思うのですが。

応急措置として浅いタッパーを使用して、底に膨らんでも大したことがないようにしてますけれど、できれば一発で大きな氷を作りたいです。

回答No.6

foomufoomu · ベストアンサー

＞タッパーを使っているのは密閉できるフタが欲しいからです。・・・
あぁ、そういう使い方だったのですか。
でしたら、コーラなど炭酸水用のペットボトルに８分目まで水を入れた物を使えばよいです。
いつも、夏に金魚の水を冷やすのに使っています。
目いっぱい水を入れると、凍ったとき割れますが、8分目ならOKです。

お礼

ご回答ありがとうございます。これはFAですね。タッパーだと縦横とも両方幅があるので、中央の底面が凍ったときに全てのしわ寄せが来るのでしょうが、ペットボトルのように細長ければ、確かに中央だけが極端に遅れて凍る事もないでしょう。

これにします。ありがとうございました。

回答No.5

foomufoomu

発想の転換で、氷の底が膨らんだら、氷全体が浮き上がって、容器を押さないようにしてはどうでしょう。

具体的には、タッパーの周囲にバターを塗っておく。タッパーにサランラップを敷いて、その上に水を入れておく。などです。うまくいくかどうかわかりませんが。

また、タッパーでなく、プラスチックのボールを使ってみるのも考えられます。
周囲が大きな角度で広がっている＼＿＿／こんな形の、ある程度深い容器があればよいのですが。

＞・タッパーの底面に金属板を置いて見ました。先に底面が凍って、次に側面、最後に上面の順序で凍る事を
底面に金属板を敷くのでなく、底面が金属板で周囲がプラスチックの容器があればよいのですが。。。でも、底面に氷がくっつくのは同じなので、あまり意味がないかも。

お礼

ご回答ありがとうございます。側面に油ってのは名案ですね。今晩実験してみましょう。どちらへどう盛り上がるか楽しみです。
タッパーを使っているのは密閉できるフタが欲しいからです。寝返りを打って倒したときにベッドに氷水が浸水してきたら大変ですから(笑。本当はパンを焼くときのような金属の直方体の入れ物も検討したのですが同様の理由で止めました。

回答No.4

mide

たしかに大きめの容器で水を凍らせると，固体になる際の膨張により表面が大きく変形することがありますね。

水に少し不純物を入れると，急激に固体化せず半固体状態でいくらかゆっくり膨張するので変形が少なくなります。塩，アルコール，不凍液，もしかしたら酢も使えるかもしれませんがどうでしょう。

ただ，３Lもの量でやったことはありませんけど…。あるいは紙おむつなどに使われる高分子吸水剤で半固体状にするのもいいかも。

お礼

ご回答ありがとうございます。混ぜ物に繊維補強ですか。面白いな～。

混ぜ物としては融点の下がりそうなものが多いですが、どちらかというと融点が上がったほうが凍らせるときに楽なのですけれど。というか融点が下がるからゆっくり凍るという事かもしれませんが。いずれにしても速度を落とすというのは一つのアイデアですね。いろいろ実験のネタが増えました。
高分子というのは水を吸うメカニズムによりますが、熱容量が少ないような気がします。つまり高分子が水を吸うときにすでに水と結合している(＝凍っている)ので、溶かすときに熱を吸ってくれないように思います。

今回は涼をとるためにベットの枕元に氷を置くので熱の出し入れは多きほうが良いです。むしろスポンジを仕込むってのも一案かもしれません。

回答No.3

multiface

再書き込みです。

紙パック、案外丈夫ですよ。
切り開かなければ、結構な回数使えます。
氷を出すときに周りに水を掛けて少し溶かせば、ズルッと出てきます。

できれば、作った後干して乾かしてから次の氷作りをすれば、水を含んでヘナッとなることも少しは予防できます。

お礼

ご回答ありがとうございます。いろいろ検討してみましたが、やはり容器から氷を出すのは手間ですね。できれば冷凍庫から出して枕元にポンと置くだけにしたい。毎日の事ですから。そもそも容器から出す手間を許すなら初めから冷蔵庫の自動製氷機能を使っておけば良いわけでして。

回答No.2

tanuki4u

熱伝導率の概数

水　0.6
タッパー　0.4　ポリエチレンとして
氷　2.2
空気　0.02
アルミ　236

１　タッパーの場合
上面から下面へ
理由　タッパーの素材であるポリエチレンは水よりも伝熱が悪い。なので空気に直接触れている上面が先に凍る。氷は水よりもさらに伝熱が良いのでできた氷から熱が逃げるので氷結が進む。
アルミ製の製氷皿の場合アルミの伝熱が良いのでアルミ面がある下面と側面から氷結が進むことになります。

２　水と同等の素材に水を入れるか、水をポリエチレン同等の熱伝導率にする。
http://subsite.icu.ac.jp/people/yoshino/Physicaldata_water.pdf
エタノールの熱伝導率が　0.18　なので　水とエタノールを適当に混合すると　ポリエチレンの熱伝導率同等になると推測される。
塩水だとあんまり変わらないらしい。

・タッパーの底面に金属板を置いて見ました。先に底面が凍って、次に側面、最後に上面の順序で凍る事を期待しました。しかし効果はなく、氷は底面を突き破りました。

○　金属板をおいても、伝熱を考えると
タッパーの伝熱抵抗　＋　金属板の伝熱抵抗　の和になるだけということかなと

・氷は水より軽いので底面が先に凍っても水面に浮かんでしまい、結果として底面が凍るのが最後になるのかも知れません。

底面に氷結するので浮かないと思います。＜アルミ製の製氷皿と同様に

・しかし冷凍庫の製氷皿で氷を作った経験からは、凍りかけの時って中心に最後まで水が残っていると思うのですが。

お礼

ご回答ありがとうございます。よくわかりました。そうなると金属製の入れ物がベストですね。また実験してみます。

回答No.1

multiface

氷は、熱を伝えやすいものがあれば、そこから順に凍っていきます。また、水は凍ると体積が１割くらい増えます。

タッパーが割れるのは、中心部分の水が凍るときに膨らむことです。
大きな氷を作るなら、膨らんでもよいもの、例えば１リットルの牛乳パックがお手軽です。
これならそれなりの大きさのものが作れ、多少膨らんでも割れたりしません。

さらに大きくしたければ、一度作った氷を取り出して庫内に置き、上にほんの少し水垂らしてから別に作った氷を乗せておけば、２リットル分のかたまりになります。

お礼

ご回答ありがとうございます。膨らんでもいい紙パックとは賢いですね。ただ毎日このことなので耐久性が必要です。クーラーボックスに入れる保冷剤(水色の液体を凍らせる奴)も考えましたが、一晩もたないので却下。やはり氷が良いです。