JP2004077088A

JP2004077088A - 食品冷却装置

Info

Publication number: JP2004077088A
Application number: JP2002241500A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kawasaki; 川崎　良隆; Ikuko Tanaka; 田中　郁子; Yoshiko Yasunobu; 安信　淑子; Tomoko Tani; 谷　知子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】食品の品質を損なうことなく容易にかつ均一に短時間で急速冷却を行うことが可能な食品冷却装置を提供する。
【解決手段】食品５５の急速冷却時には、圧送機１５を動作させ、圧送流路１４から、蓄冷部材１２の貫通孔１３を通して、冷気を冷凍室１０内に噴出させる。それにより、小径気柱状の冷気ビーム４０が食品５５に向けて噴出され、冷気ビーム４０が、食品５５の表面付近に形成された伝熱境膜４５を乱す。その結果、伝熱境膜４５による食品５５と冷気との間の伝熱抵抗が低下し、冷却速度の向上を図ることが可能となる。また、蓄冷部材１２が冷熱を蓄積するため、冷却初期の必要冷熱を蓄冷部材１２が補充供給することができる。このため、より冷却速度の向上を図ることが可能となる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品を高速で冷却する食品冷却装置に関する。ここでは、調理に供する食材および調理済みの食品を含め、まとめて食品と呼ぶ。
【０００２】
【従来の技術】
食品の調理や保存において、冷蔵や冷凍といった食品の冷却が多く行われている。このような食品の冷却を行う家庭用の機器として、冷蔵庫や冷凍庫が広く実用化されている。
【０００３】
食材の調理（加工）過程において行われる冷却としては、例えば、砂糖や食酢を混合した後のすし飯の冷却や、ポテトサラダ用に潰したジャガイモの冷却、ゼリーやババロアなどのゼラチン利用食品を固める際の冷却等がある。また、調理後の食品を食卓に供するまでの間に行われる冷却として、例えば、そうめんや冷麺等の麺類、白玉団子等の冷して食べる食品、野菜サラダ等の冷却がある。このような食材または調理済み食品の冷却を家庭用冷蔵庫を用いて行う場合には、庫内温度が３〜５℃に制御される冷蔵室を利用することが一般的である。
【０００４】
一方、食材や調理済み食品の長期保存のための冷却を行う際には、保存時における菌の繁殖を抑制すると同時に、食材に含まれる酵素の作用によって起こる熟成や変質あるいは化学的な変化等を抑制するために、庫内温度が−２０℃前後に制御される冷凍室を利用して保存を行うことが一般的である。
【０００５】
家庭用冷蔵庫などの従来の冷蔵装置では、冷蔵室内の温度が３℃〜５℃であり、熱媒体である空気の温度が冷凍装置の冷凍室に比べて高い。このため、冷蔵室内に食品を長時間放置しても、食品が過冷却されることはないが、冷凍装置を用いてより低温で冷却操作を行う場合に比べて、冷却に長い時間を要する。それゆえ、十分に時間的な余裕がある調理や調理済み食品の保冷を行う場合には、冷蔵室で長い時間をかけて冷却を行ってもよいが、例えば、前述のように一連の調理（加工）過程の途中段階において「冷まし」のための冷却を行う場合や、調理後に速やかに冷却を行って食卓に供する場合等には、短時間で冷却を行う必要があるため、時間のかかる冷却は適切ではない。
【０００６】
そこで、短時間の冷却が必要である場合、すなわち急速冷却が必要な場合には、過度な冷却条件であることを認識した上で、冷凍装置の冷凍室に食品を入れて−２０℃前後の低温空気による熱伝達を利用して急速冷却を行う方法がある。しかしながら、この方法では、過度な冷却条件であるため、食品の取り出しのタイミングが遅れると、食品組織に含まれる水分の氷結が始まって氷結晶が生成・成長し、この氷結晶により、食品の組織構造が破壊されて食品の食味や食感を損なうおそれがある。このため、冷凍室を用いて急速冷却を行う場合には、食品の冷却状態をその都度確認しつつ、氷結が始まる前に適切なタイミングで食品を冷凍室から取り出す必要がある。それゆえ、冷凍室において急速冷却を行う場合には、食品の冷却時間を短縮することは可能となるが、操作に手間がかかり、特に、他の調理をしている合間に適宜冷却させるといった効率的な作業が極めて困難となる。
【０００７】
以上のことから、容易にかつ効率よく短時間で急速冷却を行うことを可能とする冷却方法が望まれている。
【０００８】
一方、食材や食品を冷凍保存する場合には、食材や食品の凍結時における氷結晶の生成・成長を抑制するために、急速冷凍を行って、氷結晶の生成領域である０〜−５℃の温度帯（以下、最大氷結晶生成帯と呼ぶ）を素早く通過させることが望まれる。これは、氷結晶の生成・成長を抑制することにより、食材や食品において、氷結による組織構造の破壊を抑制して良好な食味や食感を保持することが可能となるためである。
【０００９】
最大氷結晶生成帯を素早く通過させるための急速冷凍方法としては、冷凍室内の冷気の温度をより低温にする方法や、例えば特開平１１−２２３４５０号公報に記載されたように、冷凍室内を循環する冷気の流速を増加させる方法、あるいは、例えば特開２００１−１４７０７１号公報および特開２００１−１４７０８１号公報に記載されたように、蓄冷作用や熱伝達促進作用を有するトレイ状の蓄冷部材を用いる方法等が挙げられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷凍室内の循環冷気の温度や流量（流速）の調節だけでは十分な急速冷凍を行うことは困難である。また、トレイ状の蓄冷部材を用いた場合には、トレイと食品との接触面では熱伝達が促進されるので急速冷凍が可能となるが、トレイと接触していない面では急速冷凍ではなく通常の冷凍となるため、食品内において、トレイと接触している部分と接触していない部分とで、極端な温度の偏りが生じる。このように食品の各部分において冷却速度に大きな偏りがある場合には、急速冷却された凍結域で先に生成した氷結晶に、未凍結域の水分が集中して大きな氷結晶が生成されることとなる。それゆえ、急速凍結が行われても、保存後の食品において均一で安定した品質を維持することは困難となり、好ましい食品の冷凍方法とは言い難いものである。
【００１１】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、食品の品質を損なうことなく容易にかつ均一に短時間で急速冷却を行うことが可能な食品冷却装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る冷却装置は、食品を収納して冷却する冷却室と、冷気を生成し前記冷気を前記冷却室内に供給する冷気供給装置と、前記冷気の噴流たる冷気流束を前記冷却室内に放射する冷気流束放射構造とを備えたものである（請求項１）。
【００１３】
従来の冷却方法では、冷却室内に配置した食品を冷却する際に、食品と冷気との境界面において冷気の流れが形成されない層、もしくはほとんど形成されない層が生じる。この層は、仮想膜としてとらえられ、伝熱境膜と呼ばれる。このような冷気の流れが形成されない層、すなわち伝熱境膜は、冷気から食品への冷熱の伝熱の際に伝熱抵抗となり、よって食品の冷却の妨げとなる。
【００１４】
そこで、かかる構成によれば、冷気流束供給構造から放射した冷気流束により、食品の周囲に形成された伝熱境膜を乱すことができるため、伝熱境膜による伝熱抵抗を低下させることが可能となる。それゆえ、食品の冷却速度の向上を図ることが可能となり、急速冷却を容易に効率よく短時間で行うことが可能となる。したがって、調理の途中工程等で冷蔵を行う場合に本発明を適用すると、急速冷蔵が可能となるので作業性の向上が図られる。また、冷凍を行う場合に本発明を適用すると、急速冷凍が可能となるため、作業効率の向上の他に、特に、以下の効果が得られる。
【００１５】
すなわち、本発明によって急速冷凍が可能となると、食品の冷凍速度の向上に伴って、最大氷結晶生成帯の通過に要する時間を短縮することが可能となり、よって、この間における氷結晶の生成・成長を抑制することが可能となる。このため、氷結晶による食品の組織構造の破壊を抑制することが可能となり、その結果、冷凍後の食品の品質の低下を抑えて品質を保持することが可能となる。
【００１６】
前記冷気流束が、前記食品の表面と交差する方向に放射されることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
かかる構成によれば、冷気流束により効果的に伝熱境膜を乱すことが可能となり、よって、伝熱抵抗を効果的に低下させることが可能となる。
【００１８】
前記冷気流束放射構造は、前記冷却室の壁を隔てて形成され、前記壁に設けられた噴出孔と冷気吸入穴とを通じて前記冷却室に連通する冷気圧送流路と、前記冷気吸入穴から吸入した前記冷却室の冷気を前記冷気圧送流路を経て前記噴出孔から前記冷却室内に噴出させ、それにより前記冷気流束を放射する冷気圧送装置とを備えてもよい（請求項３）。
【００１９】
かかる構成によれば、冷気流束放射構造において冷気を噴出孔から噴出させることにより、気柱もしくはビームに近い状態の冷気流束を食品に向けて噴射することが可能となる。このため、伝熱境膜を効果的に乱し、伝熱抵抗を効果的に低減させることが可能となる。
【００２０】
前記冷気流束放射構造が、任意の時に前記冷気流束を放射してもよく（請求項４）、例えば、前記冷気流束放射構造が、任意の時間前記冷気流束を放射してもよい（請求項５）。
【００２１】
かかる構成によれば、冷気流束の放射を行う急速冷却と、冷気流束の放射を行わない通常の冷却とを、任意に、例えば任意の時間で、切り替えることが可能となる。したがって、食品の品質を保持しながら目的に応じて効率よく冷却を行うことが可能となる。また、高い動力エネルギーを要する急速冷却を必要な時に適切に行うことが可能となるので、装置において省エネルギー化が図られ、運転コストの低減化が図れる。
【００２２】
前記冷気圧送装置は、前記冷気供給装置とは別個に設けられた送風機であってもよい（請求項６）。
【００２３】
かかる構成においては、送風機の回転により、冷気圧送流路内の冷気が圧送され、冷気が噴出孔から噴出する。それにより、冷気流束が形成されて急速冷却が行われる。一方、送風機が停止した状態では、冷気流束が形成されないので、通常の冷却が行われる。したがって、送風機の回転の開始および停止を制御することにより、急速冷却と通常の冷却とを容易に切り替えることが可能となり、また、送風機の回転数を制御することにより、噴出する冷気流束の速度を制御することが可能になる。
【００２４】
前記冷気流束放射構造は、前記冷気圧送装置を、前記冷気供給装置が兼用し、前記冷気供給装置から前記冷気圧送流路へ冷気を制御弁によって制御しながら供給してもよい（請求項７）。
【００２５】
かかる構成においては、制御弁が開くと、冷気供給装置から冷気圧送流路内に冷気が積極的に供給され、この冷気が圧送されて噴出孔から噴出する。それにより、冷気流束が形成されて急速冷却が行われる。一方、制御弁が閉じた状態では、冷気流束が形成されず、よって、通常の冷却が行われる。したがって、制御弁の開閉を制御することにより、急速冷却と通常の冷却とを容易に切り替えることが可能となり、また、制御弁の開き具合を制御することにより、噴出する冷気流束の速度を制御することが可能になる。
【００２６】
前記冷却室内に、冷気の冷熱を蓄積する蓄冷部材がさらに配置されてもよい（請求項８）。
【００２７】
かかる構成によれば、蓄冷部材が蓄積した冷熱の作用により、冷却速度のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００２８】
ここで、蓄冷部材は、食品と直接接触しないように配置されることが好ましい。蓄冷部材と食品とが直接接触した状態で急速冷却を行うと、接触部が局部的に急速冷却されるので食品の各領域における冷却速度に大きな偏りが生じ、その結果、食品の品質低下を招くおそれがある。特に、急速冷凍においては、このような冷却速度の偏りが氷結晶の生成・成長に影響するため、食品の品質低下を招きやすい。そこで、蓄冷部材と食品とを直接接触しないように配置することにより、食品における冷却速度の偏りを防止でき、よって、品質を保持することが可能となる。なお、従来では、急速冷却を可能とするために食品と蓄冷部材とを直接接触させる必要があったが、本発明では、冷気流束により急速冷却が可能となるので、蓄冷部材と食品とを直接接触させる必要は特になく、よって、このような構成が可能となる。
【００２９】
前記蓄冷部材が前記冷気流束放射構造の前記壁の少なくとも一部を構成し、前記蓄冷部材の表面が前記冷却室内で露出するとともに、前記蓄冷部材に前記噴出孔が設けられてもよい（請求項９）。
【００３０】
かかる構成においては、蓄冷部材に設けられた貫通孔から冷気流束が噴出する。このような構成では、冷気流束放射構造の壁に蓄冷部材が組み込まれているため、装置のコンパクト化が図られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。ここでは、本発明に係る冷却装置として、冷凍装置について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る食品冷凍装置の構成を示す模式的な側面断面図である。
【００３２】
図１に示すように、冷凍装置１００は、装置の本体部を構成してその内部において食品（または食材）５５を冷却する冷凍庫１と、ヒートポンプサイクル２５および冷却器７を備えた冷却装置３０と、冷凍装置１００の運転を制御する制御装置５０とを備える。
【００３３】
冷凍庫１は、箱状に形成され、壁が発泡断熱材で構成されている。冷凍庫１の前面開口部には、断熱性の扉１１が設けられている。冷凍庫１の内部には、その後部に全幅および全高さに渡るように縦壁２が形成されており、縦壁２と冷凍庫１の壁とにより囲まれた後部の空間が冷気流路３を構成する。縦壁２の中央付近には冷気吹き出し穴４が設けられ、また、縦壁２の下部側には冷気吸入穴５が設けられ、これらによって、冷気流路３が、冷凍庫１の前部の空間、具体的には後述の冷凍室１０、に連通している。冷気吹き出し穴４の出口部分には、冷気の風向きを調整するフィン６が配置されている。
【００３４】
冷気流路３内の冷気吹き出し穴４の入口部分には、熱交換機からなる冷却器７が配設されており、この冷却器７は、冷凍庫１の外部に配置されたヒートポンプサイクル２５に接続されている。ヒートポンプサイクル２５は、圧縮機２５ａ、放熱機２５ｂおよびキャピラリ２５ｃを備える。また、冷気流路３の冷却器７の後方に位置するように、冷凍庫１の後壁に送風機８が取り付けられている。
【００３５】
一方、縦壁２により冷気流路３と仕切られた冷凍庫１の前部空間は、冷凍庫１の上下壁と左右の両側壁とに沿って形成された周方向壁９により、さらに、冷凍室１０と、該冷凍室１０の周囲を囲む圧送流路１４とに分けられる。この圧送流路１４は、冷凍室１０の全周、すなわち、上部、下部および左右両側部に亘って連続して形成される。周方向壁９には蓄冷部材１２が嵌め込まれている。蓄冷部材１２は、例えば、良好な熱伝導性を有し熱容量が大きいアルミブロックから構成され、一方の主面が冷凍室１０に面して露出するとともに、他方の主面が圧送流路１４に面して露出する。このような蓄冷部材１２により、冷凍室１０のほぼ全周が覆われている。そして、蓄冷部材１２には、複数の貫通孔１３が冷気噴出孔として形成されている。この貫通孔１３を通して、圧送流路１４と冷凍室１０とが連通している。また、周方向壁９の上部後方には吸入穴６が設けられており、この吸入穴６により、圧送流路１４と冷凍室１０とが連通している。また、上部および下部の圧送流路１４内には、それぞれ圧送機１５が設けられている。この圧送機１５は、縦壁２に固定されている。
【００３６】
蓄冷部材１２の厚さは、冷熱を十分に蓄積保持することが可能であり、かつ、後述するように貫通孔１３から冷気を噴出して冷気ビーム４０を生じさせることが可能であれば、特に限定されるものではない。例えば、蓄冷部材１２の厚さは３０ｍｍ程度である。また、蓄冷部材１２に設けられた貫通孔１３の大きさや数は、後述するように貫通孔１３から噴出される冷気ビーム４０が食品５５の周りの伝熱境膜４５を乱すことが可能であれば、特に限定されるものではない。例えば、貫通孔１３の孔径は１０ｍｍ以下で、かつ、孔が小さすぎて冷気が通る際の抵抗が大きくなりすぎない程度とする。また、蓄冷部材１２の表面において貫通孔１３が占める面積の割合は、２０〜４０％程度とする。このような貫通孔１３の大きさや数は、冷気ビーム４０が食品５５に達するまでの距離、すなわち、蓄冷部材１２から食品５５までの距離に応じて設定される。
【００３７】
さらに、冷凍室１０底部の周方向壁９に支持されて、底部の蓄冷部材１２上に、金属格子からなる棚材１７が配置される。この棚材１７の上に、食品５５が配置される。
【００３８】
制御装置５０は、ヒートポンプサイクル２５の圧縮機２５ａの出力を制御するとともに、送風機８の回転数を制御する。それにより、冷却器７で生じる冷気の温度および冷凍室１０内への冷気の送風量を調整し、冷凍室１０内の温度を調整することが可能となる。また、制御装置５０は、圧送流路１４に配設された各圧送機１５の回転数を制御する。それにより、後述するように、圧送流路１４から冷気が噴射されて冷気ビーム４０が発生し、急速冷凍が行われる。
【００３９】
なお、図１においては図示を省略しているが、冷凍装置１００には、従来の冷凍装置と同様に、各種のモータや電磁駆動ダンパ等が適所に配設されている。
【００４０】
続いて、冷凍装置１００の動作について説明する。冷凍装置１００では、制御装置５０の制御によって、以下の冷凍動作が遂行される。この冷凍動作においては、冷気ビーム４０を用いない通常の冷凍と、冷気ビーム４０を用いる急速冷凍とが行われる。
【００４１】
まず、通常の冷凍を行う場合について説明する。通常の冷凍の際には、従来の冷凍の場合と同様にして、ヒートポンプサイクル２５の運転により冷却器に冷熱（正確には低温の冷媒）が供給される。一方、送風機８の作動により、冷気流路３内の空気（以下、冷気という）が冷却器７を通って冷気吹き出し穴４中に送り込まれる。この冷気は、冷却器７を通過する際に冷却され、図中の矢印で示すよう冷気吹き出し穴４からフィン６を通って冷凍室１０内に供給される。さらに、この冷気は、冷凍室１０内を適宜対流した後、冷気吸入穴５を通して、再度、冷気流路３に戻る。このようにして、冷気は循環する。なお、このような通常の冷凍の際には、圧送流路１４内に配設された圧送機１５は停止している。
【００４２】
上記の冷却動作を繰り返し行うことにより、冷凍室１０内は、冷却器７で発生する冷気の温度（冷気生成温度）に近い温度に維持される。例えば、冷却器７における冷気生成温度を−２３〜−２５℃程度に設定し、冷凍室１０内の温度が−２０℃程度に維持されるように、制御装置５０により、圧縮機２５ａおよび送風機８を制御して冷凍室１０内の温度制御を行う。このように冷凍室１０内を−２０℃程度とすると、食品５５の温度も−２０℃程度となり、また、冷凍室１０内に片面を露出している蓄冷部材１２も、接触する冷気によって冷却されて−２０℃程度に蓄冷される。
【００４３】
ところで、上記のような通常の冷凍方法により常温の食品５５を冷凍しようとすると、最大氷結晶生成帯を通過するのに時間がかかるため、この間に氷結晶の生成および成長が進む。それゆえ、氷結晶による食品５５の組織構造の破壊が生じる。食品の構造破壊を抑制するためには、冷却速度を増加させて最大氷結晶生成帯を速やかに通過させる必要がある。しかしながら、食品５５の表面付近には前述のように伝熱境膜４５が存在するため、通常の冷凍方法では冷却速度の向上を効果的に図るのは困難である。
【００４４】
冷却速度を向上させる方法として、前述の通常の冷凍方法において冷凍室１０内に供給される冷気の風量を増加させて冷気の流速を増加させることにより冷却速度の増加を試みた。しかしながら、この場合には、冷気と食品５５との間の熱伝達の障害となる伝熱境膜４５が存在するために、冷気の流速に比例して冷却速度を効果的に増加させることはできなかった。例えば、冷凍室１０に供給される冷気の風量を１０倍にして冷気の流速を増加させても、伝熱境膜４５による伝熱抵抗は冷気の流速に比例して減少するものではなく、食品５５の冷却速度（中心温度の低下速度）は２〜３割程度しか増加しなかった。このように、冷気の流速に比例して冷却速度を増加させることは困難であった。
【００４５】
これに対して、本実施の形態の冷凍装置１００では、以下のような冷凍方法により、冷却速度を向上させることが可能となる。
【００４６】
急速冷凍の際には、例えば上記のような通常の冷却により−２０℃程度に保たれた冷凍室１０内の棚材１７上に、常温の食品５５を載置する。図示されない指令入力装置の操作により、急速冷凍の開始指令が制御装置５０に入力されると、制御装置５０は、圧送流路１４内に設けられた圧送機１５を回転させる。すると、図中の矢印で示すように、冷気吸入穴１６から、冷凍室１０内の冷気が圧送流路１４内に吸引されるとともに、送風機１５により圧送流路１４内の冷気が強制送風されて冷気流が形成される。ここでは、冷凍庫１の後部から前部へ向かう冷気流が形成される。一方、蓄冷部材１２の流体抵抗が大きいので、該蓄冷部材１２の両主面間に圧力差が生じて圧送流路１４内の気圧が高くなる。それにより、圧送流路１４の冷気が、蓄冷部材１２の貫通孔１３を通って冷凍室１０内に噴出する。
【００４７】
この貫通孔１３を通って冷凍室１０内に噴出した冷気は、貫通孔１３の径に応じた気柱状の冷気流束となる。ここでは、この気柱状の冷気流束を冷気ビーム４０と呼ぶ。冷気ビーム４０は貫通孔１３の軸方向に高い指向性を有し、噴出してから食品５５に向かって冷凍室１０内を略直進する。なお、冷気ビーム４０は、冷凍室１０内を進む過程である程度広がってもよい。冷気ビーム４０の流速は、例えば２〜３ｍ／秒程度である。ここで、通常の冷気の流れ、すなわち気柱状の冷気流束を形成しない冷気の流速が最大でも１ｍ／秒程度であることを考慮すると、このように流速が大きく勢いを有する冷気ビーム４０は、対向して存在する食品５５の表面に突き刺さるように衝突する。図中では冷凍室１０の上下方向から吹き出される冷気ビーム４０しか示していないが、ここでは冷凍室１０の左右両側部にも蓄冷部材１２が配設されているため、冷凍室１０の左右横方向からも冷気ビームが食品５５に向けて吹き出される。このように、食品５５の表面と交差する各方向から冷気ビーム４０が噴出することにより、食品５５の表面に形成された伝熱境膜４５が乱される。このため、伝熱抵抗を著しく低下させることが可能となる。
【００４８】
このように伝熱境膜４５による伝熱抵抗を著しく低下させることにより、冷気から食品５５に、冷熱（顕熱および潜熱）を効率よく速やかに供給することが可能となる。さらに、ここでは、蓄冷部材１２が蓄積保存していた冷熱も供給されるため、冷気と食品５５との間で、熱伝達が効果的に行われる。したがって、食品５５の冷却速度を増大させることが可能となる。
【００４９】
上記のように冷却速度を増加させることが可能となることにより、最大氷結晶生成帯を速やかに通過することが可能となる。このため、氷結晶の生成・成長を抑制し、食品５５の内部に生成する氷結晶を小さくかつ分散させることが可能となる。このため、氷結晶による食品５５の構造破壊を抑制することが可能となり、よって、冷凍保存による品質の低下を抑制することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態では、蓄冷部材１２が食品５５に直接接触しておらず、食品５５の周囲は流れる冷気で覆われている。このため、従来のトレイ状の蓄冷部材に食品を載置した場合のように蓄冷部材と食品とが直接接触する部分で局部的に急速冷却が行われることはなく、食品５５の周囲を冷気で均一に包むように冷却を行って食品５５の表面全体を熱伝達領域として機能させて均一に急速冷凍することが可能となる。このため、食品５５の品質を保持しながら急速冷凍を行うことが可能となる。
【００５１】
冷気ビーム４０として冷凍室１０内に噴出した冷気は、冷気吸入穴５を通って再び冷気流路３に戻る。また、本実施の形態では、制御装置５０が圧送機１５の動作をタイマー制御する。すなわち、制御装置５０は、圧送機１５を所定時間動作させた後、急速冷凍停止の信号を送って圧送機１５の回転を停止させる。ここで、所定時間とは、上記のような急速冷凍によって食品５５の温度が最終到達温度、すなわち冷凍室１０内と同じ温度（−２０℃）まで下がるのに十分な時間であってもよく、あるいは、常温から最大氷結晶生成帯を通過し終えるまでの時間であってもよい。食品５５の冷凍品質を決定する最大の要素が前述のように最大氷結晶生成帯の通過時間であることから、最大氷結晶生成帯を通過する間のみ圧送機１５を動作させて急速冷凍を行っても、十分な効果が得られる。圧送機１５を停止させて急速冷凍を停止した後、前述の通常の冷凍方法、すなわち冷気ビームを噴出させない冷凍方法により食品５５を冷凍保存する。このように、制御装置５０により圧送機１５を制御することにより、通常の冷凍と急速冷凍とを容易に切り替えることが可能となる。
【００５２】
続いて、本実施の形態における効果を具体的に説明する。
【００５３】
図２は、本実施の形態の急速冷凍における食品の冷凍過程と、通常の冷凍方法における食品の冷凍過程とを対比して示す図である。ここで、通常の冷凍方法とは、冷気ビーム４０の噴出を行わない点のみが本実施の形態と異なる方法をさす。また、本実施の形態では、食品５５が最終到達温度（−２０℃）に達するまで、常時、冷気ビーム４０の噴出を行った。この場合、通常の冷凍方法における冷凍室１０内の冷気の流速は約０．４ｍ／秒であり、一方、本実施の形態における冷気ビーム４０の平均流速は約３ｍ／秒であった。
【００５４】
ここでは、厚さ１０ｍｍで大きさ８０ｍｍ×１８０ｍｍの牛肉を食品５５として用いた。冷凍室１０内の温度を−２０℃に保った状態で急速冷凍および通常の冷凍をそれぞれ行い、その際の際の食品５５の中心温度の経時変化を調べた。この場合、蓄冷部材１２として、厚さ１０ｍｍのアルミニウム板を用いた。アルミ板には、６ｍｍ径の貫通孔１３を設けた。
【００５５】
図中の実線のグラフは、本実施の形態の結果を示しており、破線のグラフは、通常の冷凍方法で冷凍した場合の結果を示している。図に示すように、ともに冷凍室１０内を−２０℃に設定して冷却を行ったにもかかわらず、通常の冷凍方法では最大氷結晶生成帯の通過に要する時間Ａが３０分程度であるのに対して、本実施の形態では最大氷結晶生成帯の通過に要する時間Ｂは約１５分であった。このように、本実施の形態では、通常の冷凍方法の場合と比べて、最大氷結晶生成帯の通過に要する時間を半減させて大幅に短縮することができ、冷凍速度が通常の冷凍方法の約２倍の高速冷凍処理が実現可能であることが明らかとなった。
【００５６】
本実施の形態においては、冷凍室１０の上部、下部および左右両側部の全面に渡って、蓄冷部材１２が配設されているが、蓄冷部材１２が冷凍室１０の上部、下部および左右両側部の少なくとも一面に配設された構成であれば、前述した効果が得られる。例えば、本実施の形態の変形例として、冷凍庫１の上部および下部の周方向壁９にのみ蓄冷部材１２が嵌め込まれ、冷凍室１０の上部および下部のみが蓄冷部材１２で覆われた構成であってもよい。さらに、圧送機１５の配置数や配置位置は、本実施の形態に限定されるものではなく、これ以外であってもよい。
【００５７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す模式的な側面断面図である。本実施の形態に係る冷凍装置１０１の基本構成および動作は、実施の形態１の冷凍装置１００と同様であるが、急速冷凍に関する構成およびその動作、ならびに蓄冷部材の配置が、以下のように実施の形態１と異なる。図３において、図１と同一の符号は、同一または相当する構成要素を示している。
【００５８】
図３に示すように、冷凍装置１０１では、冷気吹き出し穴４の出口部分に蓄冷部材１２’が嵌め込まれている。この蓄冷部材１２’には、冷気流路３から送風された冷気を冷凍室１０内に供給するための貫通孔２３が複数設けられている。そして、蓄冷部材１２’の一方の主面が、冷凍室１０内で露出している。
【００５９】
また、圧送流路１４を構成する周方向壁９’の全面、すなわち、上下および左右の面に、冷気の噴出孔となる複数の貫通孔１３が設けられている。この貫通孔１３により、圧送流路１４が冷凍室１０に連通する。また、圧送流路１４は、縦壁２の上部および下部に設けられた冷気供給穴３４により、冷気流路３と連通している。そして、この冷気供給穴３４に、制御弁３５が配設される。制御弁３５は開閉自在に構成され、その開閉動作は制御装置５０により制御される。
【００６０】
冷凍装置１０１において通常の冷凍保存を行う場合には、圧送流路１４の制御弁３５を閉じた状態で、ヒートポンプシステム２５を動作させて冷却器７に冷熱（低温の冷媒）が供給される。一方、送風機８の作動により、冷気流路３内の空気（冷気）が冷却器７を通って冷気吹き出し穴４中に送り込まれる。この冷気は、冷気を通過する際に冷却され、図中の矢印で示すように、さらに蓄冷部材１２’の貫通孔２３を通って冷凍室１０内に送られる。冷気が貫通孔２３を通る過程で、蓄冷部材１２’が冷気と同じ温度まで冷却されて冷熱を蓄積する。冷凍室１０内に送られた冷気は、冷凍室１０内を適宜対流した後、冷気吸入穴５を通して冷気流路３に再び戻る。以上のようにして、冷気が循環する。
【００６１】
一方、急速冷凍を行う場合には、まず、指令入力装置（図示せず）の操作により、制御装置５０に急速冷凍開始指令が入力される。これを受けて制御装置５０が制御弁３５を開くとともに、送風機８の回転数を増加させて冷気の送風量を増加させる。ここで、冷気吹き出し口４には蓄冷部材１２’が配設されており、冷気は蓄冷部材１２’の小径の貫通孔２３を通って冷凍室１０に入らなければならないため、蓄冷部材１２’の流体抵抗は大きなものとなっている。それゆえ、冷気は、冷気流路３から冷気供給穴３４を通して圧送流路１４に積極的に供給され、圧送流路１４内に、後部から前部に向かう冷気流が形成される。このように、本実施の形態においては、送風機８が圧送機に相当する。一方、周方向壁９’の貫通孔１３が形成された部分（以下、噴出孔形成部分と呼ぶ）は流体抵抗が大きいので、該周方向壁９’の噴出孔形成部分で隔てられた圧送流路１４と冷凍室１０との間に圧力差が生じ、圧送流路１４内の気圧が高くなる。それにより、圧送流路１４の冷気が、周方向壁９’の貫通孔１３を通って冷凍室１０内に噴出する。したがって、実施の形態１の場合と同様に冷気ビーム４０が生じ、これが上下方向および左右横方向から食品５５に吹き付けられる。冷気ビーム４０として噴出した冷気は、冷凍室１０内を適宜循環した後、再び冷気吸入穴５を通して冷気流路３に戻る。
【００６２】
制御弁３５は制御装置５０によりタイマー制御されており、制御弁３５を開いて所定時間急速冷凍を行った後、制御弁３５を閉じて通常の冷凍が行われる。このように、本実施の形態では、制御弁３５により、急速冷凍と通常の冷凍との切り替えを容易に行うことが可能となる。
【００６３】
以上のような本実施の形態においても、実施の形態１において前述した効果と同様の効果が得られる。
【００６４】
本実施の形態においては、周方向壁９’の全面に渡って貫通孔１３が設けられているが、貫通孔１３は、上部、下部および左右両側部の周方向壁９’の少なくとも一面に配設された構成であれば、前述した効果が得られる。例えば、本実施の形態の変形例として、上部および下部の周方向壁９’にのみ貫通孔１３が設けられた構成であってもよい。また、制御弁３５の配置数や配置位置は、本実施の形態に限定されるものではなく、これ以外であってもよい。
【００６５】
上記の実施の形態１，２では、本発明を冷凍装置に適用する場合について説明したが、本発明は、冷凍装置以外の冷却装置にも適用可能である。例えば、本発明を冷蔵装置に適用してもよく、この場合には、調理の途中過程等において急速冷却が必要となった際に、迅速かつ容易に均質な冷却を行うことが可能となる。また、本発明は、独立の装置とすることも可能であるが、従来から広く用いられている冷凍冷蔵庫等の冷却装置に組み込まれた構成も可能である。
【００６６】
また、本発明に係る冷却装置の構成は、実施の形態１，２の構成に限定されるものではなく、これ以外の構成であってもよい。例えば、実施の形態２において、蓄冷部材１２’を配置する位置は、冷凍室１０内を循環する冷気と接触して冷熱を蓄積保存するとともにこの冷熱を供給することが可能であるならば、冷気吹き出し口４以外の位置（例えば冷凍室１０内の側壁部分等）であってもよい。この場合、蓄冷部材１２’に必ずしも貫通孔１３を設ける必要はない。なお、冷気吹き出し口４に蓄冷部材１２’を配設しない場合には、急速冷凍の際に冷気を圧送流路１４に積極的に供給することを可能とする構成、すなわち、蓄冷部材１２’に代わって冷気吹き出し口４の流体抵抗となる構成が必要である。
【００６７】
また、実施の形態１，２では、冷凍室１０内を循環する冷気を発生させる冷気発生装置３０がヒートポンプサイクル２５を含んで構成される場合について説明したが、冷気発生装置が、ヒートポンプサイクル２５の代わりにペルチェ素子を含んで構成されてもよい。また、必要に応じて、冷凍室１０内の温度を検出する温度検出器を配設してもよい。温度検出器としては、例えば、熱電対やサーミスタといった接触式の測温素子や、赤外線センサを用いた非接触型の測温素子を用いてもよい。
【００６８】
また、実施の形態１，２では食品５５の上下方向および左右方向から冷気ビーム４０を噴出させているが、冷気ビーム４０の噴出方向はこれに限定されるものではなく、噴出対象たる食品５５の表面と交差する方向に指向性を有する冷気ビーム４０が噴出されれば、前述の効果が得られる。
【００６９】
また、実施の形態１，２では急速冷凍時にのみ冷気ビーム４０の噴出を行っているが、冷気ビーム４０の噴出を冷凍保存時に常時行ってもよい。ところで、最大氷結晶生成帯を通過した後の冷凍室１０内を所望の温度に維持するための冷却では、冷気ビーム４０を噴出させて冷却を行う必要は特になく、冷気ビーム４０を噴出することはかえって動力エネルギーの無駄使いになるおそれがある。また、冷気ビーム４０を長時間吹き付けることによって、食品５５を過剰に乾燥させるおそれがある。したがって、冷気ビーム４０の噴出は、急速冷凍を必要とする時に行うことがより好ましい。
【００７０】
また、実施の形態１，２においては、圧送流路１４から貫通孔１３を通して冷気を噴出することにより冷気ビーム４０を形成しているが、食品５５の表面の伝熱境膜４５を乱すことが可能な冷気ビームが得られるのであれば、貫通孔に限らず、例えば、ノズルやホースに冷気を通すことにより冷気ビームを形成してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下のような効果を奏する。
【００７２】
すなわち、本発明は、急速冷却用に設けられた圧送流路から小径気柱状の冷気流束（冷気ビーム）を食品に向けて噴出することにより、冷気から食品への熱伝達における伝熱抵抗を低下させて食品に冷熱を効率よく供給し、高速で均質な食品の冷却を可能ならしめるものである。また、循環する冷気の流路に蓄冷部材を配置して冷却初期の必要冷熱を蓄冷部材から補充供給することにより、より一層の冷却の高速化と品質の安定を実現することが可能となる。それゆえ、本発明は、高品質で食品の冷却を行うことができる極めて有効な装置を提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を示す模式的な側面断面図である。
【図２】図１の冷凍装置と従来の冷凍装置とを用いて急速冷凍を行った場合の特性を比較するための図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す模式的な側面断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　　　　　冷凍庫
２　　　　　　　　　縦壁
３　　　　　　　　　冷気流路
４　　　　　　　　　冷気吹き出し穴
５　　　　　　　　　冷気吸入穴
６　　　　　　　　　フィン
７　　　　　　　　　冷却器
８　　　　　　　　　送風機
９，９’　　　　　　周方向壁
１０　　　　　　　　冷凍室
１１　　　　　　　　扉
１２，１２’　　　　蓄冷部材
１３　　　　　　　　貫通孔
１４　　　　　　　　圧送流路
１５　　　　　　　　圧送機
１６　　　　　　　　吸入穴
１７　　　　　　　　棚材
２５　　　　　　　　ヒートポンプサイクル
２５ａ　　　　　　　圧縮機
２５ｂ　　　　　　　放熱器
２５ｃ　　　　　　　　　　　　　　キャピラリ
３４　　　　　　　　冷気供給穴
３５　　　　　　　　制御弁
４０　　　　　　　　冷気ビーム
４５　　　　　　　　伝熱境膜
５０　　　　　　　　制御装置
５５　　　　　　　　食品
１００，１０１　　　冷凍装置

Claims

食品を収納して冷却する冷却室と、冷気を生成し前記冷気を前記冷却室内に供給する冷気供給装置と、前記冷気の噴流たる冷気流束を前記冷却室内に放射する冷気流束放射構造とを備えた食品冷却装置。
前記冷気流束が、前記食品の表面と交差する方向に放射される請求項１記載の食品冷却装置。
前記冷気流束放射構造は、前記冷却室の壁を隔てて形成され、前記壁に設けられた噴出孔と冷気吸入穴とを通じて前記冷却室に連通する冷気圧送流路と、前記冷気吸入穴から吸入した前記冷却室の冷気を前記冷気圧送流路を経て前記噴出孔から前記冷却室内に噴出させ、それにより前記冷気流束を放射する冷気圧送装置とを備えた請求項１記載の食品冷却装置。
前記冷気流束放射構造が、任意の時に前記冷気流束を放射する請求項１記載の食品冷却装置。
前記冷気流束放射構造が、任意の時間前記冷気流束を放射する請求項４記載の食品冷却装置。
前記冷気圧送装置は、前記冷気供給装置とは別個に設けられた送風機である請求項３記載の食品冷却装置。
前記冷気流束放射構造は、前記冷気圧送装置を、前記冷気供給装置が兼用し、前記冷気供給装置から前記冷気圧送流路へ冷気を制御弁によって制御しながら供給する請求項３記載の食品冷却装置。
前記冷却室内に、冷気の冷熱を蓄積する蓄冷部材がさらに配置された請求項１記載の食品冷却装置。
前記蓄冷部材が前記冷気流束放射構造の前記壁の少なくとも一部を構成し、前記蓄冷部材の表面が前記冷却室内で露出するとともに、前記蓄冷部材に前記噴出孔が設けられた請求項３記載の食品冷却装置。