JP2001086967A - 磁場，電場の変動を利用した冷凍方法及び冷凍庫 - Google Patents

磁場，電場の変動を利用した冷凍方法及び冷凍庫

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JP2001086967A
JP2001086967A JP26808799A JP26808799A JP2001086967A JP 2001086967 A JP2001086967 A JP 2001086967A JP 26808799 A JP26808799 A JP 26808799A JP 26808799 A JP26808799 A JP 26808799A JP 2001086967 A JP2001086967 A JP 2001086967A
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freezer
freezing
electric field
water
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Kosuke Hirasawa
紘介 平沢
Raku Shu
楽 周
Hiroshi Goto
浩 後藤
Mamoru Okamoto
守 岡本
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TECHNO SANGYO KK
Airtech Japan Ltd
Original Assignee
TECHNO SANGYO KK
Airtech Japan Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/04—Preventing the formation of frost or condensate

Abstract

(57)【要約】 【課題】 食品等を冷凍保存する際の水分の分離や組織
の破壊を抑え、食品の鮮度や風味を損なわずに冷凍でき
る冷凍方法及び冷凍庫を提供する。 【解決手段】 冷凍庫の内部空間に、経時的に変動する
磁場または電場を発生させ、内部空間に位置した物体に
含まれる水分中の水分子や、イオンに振動を付与するこ
とにより水分の凍結を抑制しつつ物体を通常の氷結温度
以下に過冷却した後、磁場または電場の発生若しくは変
動を停止し、物体を低温下で瞬時に冷凍する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、食品等を冷凍保存
する際に、水分の分離や組織の破壊を抑えつつ冷凍する
冷凍方法及び冷凍庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、生鮮食料品をその鮮度を損なわず
に保存するために、ショックフリーザー等の冷凍庫が利
用されている。生鮮食料品を始め殆どの食品は水分を多
量に含んでおり、食品等の内部において水は、食品を構
成する生体高分子などに直接結合している結合水や、自
由水として存在しているが、自由水においても水素結合
により構造化しており、凍結時には水素結合により結晶
構造を形成する。食品中に含まれる水分は上記結合水や
電解質等の影響で若干凝固点が降下するものの０〜−５
℃で大部分が氷結する。この際、食品内部において大氷
結晶が生成し易く、それに伴い水分の分離や移動が起こ
り食品の組織が破壊され、解凍時にドリップを生じ、食
品の鮮度や風味が損なわれるという問題がある。
【０００３】そこで急速冷凍により上記最大氷結晶生成
温度帯を短時間で通過させ氷結晶の生成を抑え組織の破
壊を最小限にすることが有利であると考えられている
が、食品を急速冷凍すると、食品の表層部が先に凍結
し、食品内部の水分が表層部付近の氷の核に吸い上げら
れるという新たな問題を生じることになり、冷凍時間を
短縮しても水分の分離や移動による組織の破壊を回避す
ることは困難であった。
【０００４】また、食品に有害な細菌には低温に強いも
のも存在し、庫内外の細菌が食品に付着した場合、冷凍
保存をしても経時的に食品の劣化が進行するという問題
が有った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
上記の問題点に鑑みて、食品等を冷凍保存する際におけ
る水分の分離や組織の破壊を抑え、食品の鮮度や風味を
損なわずに冷凍できる冷凍方法及び冷凍庫を提供するこ
とを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の冷凍方法は、冷凍庫の内部空間に、経時的に
変動する磁場または電場を発生させ、内部空間に位置し
た物体に含まれる水分中の水分子や、イオンに振動を付
与することにより水分の凍結を抑制しつつ物体を通常の
氷結温度以下に過冷却した後、磁場または電場の発生若
しくは変動を停止し、物体を低温下で瞬時に冷凍するよ
うにした。そして、上記方法を実施する装置として、冷
凍庫の内部空間に、経時的に変動する磁場を発生する磁
場発生手段、または、経時的に変動する電場を発生させ
る電場発生手段を備えた。上記装置において、冷凍庫の
内部空間に、静磁場を発生する静磁場発生手段を付設す
ることが好適である。更に上記装置において、冷凍庫内
の空気または外部の空気を高性能フィルタでろ過・無菌
化して冷凍庫内に供給する空気無菌化手段を付設するこ
とが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の冷凍方法は、物体に含ま
れる水分の氷結温度を降下させるために水分子や、イオ
ンに振動を付与することを特徴とし、その手段に応じ
て、（１）経時的に変動する磁場を発生する磁場発生手
段による第１の実施形態と、（２）経時的に変動する電
場を発生させる電場発生手段による第２の実施形態の二
つの基本的な実施形態が存在する。
【０００８】図１は、本発明第１実施形態を構成する磁
場発生手段１１の概略を示すものである。図において磁
場発生手段１１は、食品等の物体を収容する空間１２を
挟んでその両側に磁場発生コイル１３，１４を配置し、
それらに所定の時間波形の交流電源を供給することによ
り、経時的に変動する磁場Ｂを発生するものである。
【０００９】磁場Ｂが経時的に変動すると、電磁誘導に
より磁場Ｂの周りに渦状の電場Ｅが誘導される。そして
電場Ｅは磁場Ｂの振動に伴い反転する。一方、食品等の
物体に含まれている水は、水分子がその結合角と電子配
置の非対称性に起因する電気双極子を持っているため、
電場Ｅの方向に配向され且つ電場Ｅの反転に伴い振動
し、該振動とその際の摩擦により発生する微小な熱によ
り凍結が抑制される。
【００１０】また、水分子中の水素原子核は磁気双極子
を持っているのでスピン量子数に応じたエネルギー準位
で磁場方向に配向され、磁場Ｂが経時的に変動すること
で水素原子核が振動し、それが水分子同士の水素結合に
影響を及ぼし、僅かではあるが水分子の分子運動が活発
化され、それによっても水分の凍結が抑制される。
【００１１】更に、水分中に含まれる電解質のイオン
が、その極性により電場Ｅの方向に沿って移動すること
により渦電流が発生し、それにより発生する微小な熱に
よっても凍結が抑制される。これらの複合的な作用によ
り、磁場Ｂの強度、周波数にもよるが食品等の物体に含
まれている水分を最大氷結晶生成温度帯以下まで凍結さ
せずに、過冷却することが可能になる。尚、上記磁場Ｂ
を経時的に変動させる電源は、直流電源を変換しても良
い。また、間欠的またはパルス状であっても良い。
【００１２】次に図２は、本発明第２実施形態を構成す
る電場発生手段２１の概略を示すものである。図におい
て電場発生手段２１は、食品等の物体を収容する空間２
２を挟んでその両側に電極２３，２４を配置し、それら
に昇圧トランス２５を介して１０００Ｖ程度の交流高電
圧を印加することにより、経時的に変動する電場Ｅを発
生するものである。
【００１３】これにより、食品等の物体に含まれている
水分子は、電気双極子により電場Ｅの方向に配向分極さ
れ且つ電場Ｅの反転に伴い振動し、該振動とその際の摩
擦により発生する微小な熱により凍結が抑制される。ま
た、水分中に含まれる電解質のイオンが、その極性によ
り電場Ｅの方向に沿って移動することにより微小な電流
が発生し、それにより発生する微小な熱によっても凍結
が抑制される。
【００１４】また、電場Ｅが経時的に変動すると、電磁
誘導により電場Ｅの周りに渦状の磁場Ｂが誘導される。
そして磁場Ｂは電場Ｅの振動に伴い反転する。一方、先
述の通り水分子中の水素原子核は磁気双極子を持ってい
るので磁場方向に配向され、磁場Ｂが経時的に変動する
ことで水素原子核が振動し、それが水分子同士の水素結
合に影響を及ぼすによっても水分の凍結が抑制される。
【００１５】これらの複合的な作用により第１実施形態
と同様に食品等の物体に含まれている水分を最大氷結晶
生成温度帯以下まで凍結させずに、過冷却することが可
能になる。尚、上記電場発生手段２１に印加する電源
は、直流電源を変換しても良い。また、電源を間欠的ま
たはパルス状に印加しても良い。
【００１６】次に図３及び図４は、上記第１，２実施形
態を構成する磁場発生手段１１，電場発生手段２１夫々
に静磁場発生手段３１を付設した実施形態の概略を示す
ものである。図において静磁場発生手段３１は、食品等
の物体を収容する空間３２を挟んでその両側に永久磁石
３３，３４を配置し、磁場発生手段１１の磁場方向Ｂや
電場発生手段２１の電場方向Ｅと交差する方向に静磁場
Ｂ０を発生するものである。このような静磁場を形成す
る手段としては、直流電流による電磁石を用いることも
できる。
【００１７】先述の通り水分子中の水素原子核等、プロ
トンや中性子が奇数の原子核は磁気双極子を持っている
ので外部磁場の作用下ではスピン量子数に応じたエネル
ギー準位で平衡状態となる。水分を始め食品中に最も多
く含まれる水素原子核の場合、永久磁石３３，３４によ
る静磁場Ｂ０の方向に平行または逆平行に配向され平衡
状態となる。このような水素原子核に対して、磁場発生
手段１１による交差方向の動磁場Ｂ、または電場発生手
段２１により誘導される動磁場Ｂが作用することで、静
磁場Ｂ０が存在しない場合に比べ水分子中の水素原子核
がより斉一に振動し、それが水分子同士の水素結合に影
響を及ぼし、水分子の分子運動が活発化され、それによ
り水分の凍結が抑制される。
【００１８】上記静磁場Ｂ０と動磁場Ｂとによる磁場作
用が付加されることで、磁場発生手段１１により誘導さ
れる電場Ｅまたは電場発生手段２１による電場Ｅの経時
的な変動による水分子やイオンの振動による水分の凍結
抑制作用が一層高められ、食品等の物体に含まれている
水分をより低温まで凍結させずに、過冷却することが可
能になる。
【００１９】次に、図５は、磁場発生手段と静磁場発生
手段とにより構成した冷凍庫１の実施形態を示す概略図
である。図において、冷凍庫１は、周囲を断熱材２で包
覆された内部空間３を冷却する冷凍装置４，同内部空間
に経時的に変動する磁場Ｂを発生する磁場発生手段５、
及び、静磁場Ｂ０を発生させる静磁場発生手段６を備え
ると共に、空気無菌化手段７を付設している。
【００２０】冷凍装置４は、内部空間３に位置した冷却
コイル４１（蒸発器）と、外部の冷凍機４２（圧縮機，
凝縮器等）とを冷凍配管で連結し、冷凍サイクルを構成
するものであり、温度センサー４３により内部空間３の
温度を検知して制御装置４４により冷凍機４２の運転を
制御し、内部空間３を所定の低温に維持可能である。４
５は内部空間３内の空気を冷却コイル４１に循環させる
ファンである。尚、冷凍装置は送風冷凍方式以外の冷凍
方式によるものであっても良い。
【００２１】磁場発生手段５は、内部空間３を挟んでそ
の両側に磁場発生コイル５１，５２を配置し、それらに
所定の時間波形の交流電源を供給するコントローラ５３
を接続し、且つ該コントローラ５３により出力電圧や周
波数を調節可能としている。図示例では磁場発生コイル
５１，５２は一対のみ示されているが、多数の磁場発生
コイルを並設しても良い。
【００２２】静磁場発生手段６は、内部空間３の対向す
る壁面に夫々Ｎ極とＳ極の極性を示すように配置された
一対の永久磁石６１，６２で構成され、内部空間３に静
磁場Ｂ０を形成する。
【００２３】空気無菌化手段７は、庫外に設置したケー
シング７１内に高性能フィルタ７２，送風機７３を設
け、冷凍庫１の内部空間３の空気を空気循環路７４，７
５により循環させるようにしている。７６，７７はダン
パーであり、それらにより空気循環路７４，７５を遮断
できる。
【００２４】以上の如く構成された冷凍庫１は、内部空
間３に食品等の被冷凍物体を収容後、磁場発生手段５を
作動させ、経時的に変動する磁場Ｂを発生することで、
磁場Ｂの周りに渦状に振動する電場Ｅが誘導され該電場
Ｅが被冷凍物体に作用し、被冷凍物体の内部の水分子が
振動すると共に、被冷凍物体の内部で渦電流が発生し、
これらの電場作用と、静磁場発生手段６により高められ
た動磁場作用との複合的な作用により被冷凍物体中の水
分の氷結温度を降下させる。
【００２５】この状態で、冷凍機４２及びそのファン４
５を作動させ内部空間３の温度を−２０℃程度まで下
げ、被冷凍物体中の水分を氷結させずに過冷却した後、
磁場発生手段５を停止し被冷凍物体全体を瞬時に凍結さ
せる。このため、食品等の被冷凍物体の表層部と内部と
の温度差が少なく、水分の移動や、大氷結晶の成長が起
こりにくいので、食品の水分の分離・組織の破壊が抑え
られ、鮮度・風味を保持した状態で冷凍保存できる。
【００２６】また、磁場発生手段５は被冷凍物体の凍結
時にのみ作動させれば良く、且つ、磁場を発生させる際
の交流電源の周波数／出力電圧も比較的低いものである
上、静磁場発生手段６に永久磁石６１，６２を使用する
ことで運転コストを低く抑えることができる。尚、磁場
発生手段５を継続的に作動させれば、食品を凍結させず
に過冷却状態で保存し、鮮度保持することもできる。
【００２７】そして、冷凍庫１に食品の物品を収容する
前、或は、食品の収容後冷凍を開始する前に、ダンパー
７６，７７を開けて送風機７３を作動させ内部の空気を
高性能フィルタ７２に循環させることで内部空間３を無
菌化できる。これにより、細菌の付着による食品の劣化
を防止できる。
【００２８】尚、上記各実施形態では、主に生鮮食料品
の冷凍保存について述べたが、本発明の冷凍方法及び冷
凍庫はこれに限定されるものではなく水分の分離や組織
の破壊を抑えて冷凍保存することが好ましい食品以外の
物品についても利用可能である。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、以上述べた如く、冷凍庫の内
部空間に、経時的に変動する磁場または電場を発生さ
せ、内部空間に位置した物体に含まれる水分中の水分子
や、イオンに振動を付与することにより水分の凍結を抑
制しつつ物体を通常の氷結温度以下に過冷却した後、磁
場または電場の発生若しくは変動を停止し、物体を低温
下で瞬時に冷凍するので、食品等を冷凍保存する際の水
分の分離や組織の破壊を抑え、食品の鮮度や風味を損な
わずに冷凍できる。
【００３０】また、上記装置において冷凍庫の内部空間
に、静磁場を発生する静磁場発生手段を付設することに
より、水分中の水素原子核に対する振動磁場による加振
作用が顕著になり、水分の凍結抑制効果を一層高めるこ
とが出来る。
【００３１】冷凍庫内の空気または外部の空気を高性能
フィルタでろ過・無菌化して冷凍庫内に供給する空気無
菌化手段を付設したので、庫内への細菌の進入に伴う食
品の劣化を防止でき、特に、食品を冷凍させずに低温で
保存する場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明第２実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明実施形態の冷凍庫を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 冷凍庫 ３，１２，２２，３２ 内部空間 ４ 冷凍装置 ５，１１ 磁場発生手段 ６，３１ 静磁場発生手段 ７ 空気無菌化手段 ２１ 電場発生手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 周 楽 東京都台東区入谷一丁目14番９号 日本エ アーテック株式会社内 (72)発明者 後藤 浩 東京都台東区入谷一丁目14番９号 日本エ アーテック株式会社内 (72)発明者 岡本 守 東京都台東区入谷一丁目14番９号 日本エ アーテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3L045 AA01 AA02 BA04 CA05 CA08 DA02 EA01 GA07 HA01 PA04 PA05 PA06 4B022 LF02 LN01 LT06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷凍庫の内部空間に、経時的に変動する
    磁場または電場を発生させ、内部空間に位置した物体に
    含まれる水分中の水分子や、イオンに振動を付与するこ
    とにより水分の凍結を抑制しつつ物体を通常の氷結温度
    以下に過冷却した後、磁場または電場の発生若しくは変
    動を停止し、物体を低温下で瞬時に冷凍することを特徴
    とする冷凍方法。
  2. 【請求項２】 冷凍庫の内部空間に、経時的に変動する
    磁場を発生する磁場発生手段、または、経時的に変動す
    る電場を発生させる電場発生手段を備えたことを特徴と
    する冷凍庫。
  3. 【請求項３】 冷凍庫の内部空間に、静磁場を発生する
    静磁場発生手段を付設した請求項２記載の冷凍庫。
  4. 【請求項４】 冷凍庫内の空気または外部の空気を高性
    能フィルタでろ過・無菌化して冷凍庫内に供給する空気
    無菌化手段を付設してなる請求項２または３記載の冷凍
    庫。
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