JP2007255830A - 冷却貯蔵庫 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 食品などの被冷却物を低温（凝固温度以下）で保存する際に、被冷却物中の水分の氷の結晶が大きくなり、細胞膜が破壊されることを極力防止する。
【解決手段】 冷却貯蔵庫は、被冷却物（２８）に向かって強弱の超音波を照射することができる超音波発生装置（３１）を備え、凝固温度よりも高い温度帯で前記超音波発生装置を作動させ被冷却物に向かって弱い超音波を照射し、その後、前記超音波発生装置を停止させるとともに、被冷却物の温度を凝固温度よりも低下させ、ついで、前記超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって強い超音波を照射して急速氷結させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷蔵食品や冷凍食品などの被冷却物を庫内に貯蔵する冷蔵庫などの冷却貯蔵庫に関する。

家庭用冷蔵庫などの冷却貯蔵庫では、冷凍機の冷却能力の関係で、急速冷凍ができず、一般的に、冷凍は緩慢に行われる。

この様に、冷凍が緩慢に行われると、食品中の水分の氷の結晶が大きくなり、食品の細胞膜を破壊することがある。その結果、解凍時などに食品のうまみ成分などがドリップとして外に流出してしまう。

また、たとえば、実用新案登録第３１０１１６２号公報（特許文献１）のように、凍結しないように、冷却貯蔵庫の庫内を静電場雰囲気にするものがあるが、保存中は常時、静電場雰囲気にする必要がある。そのため、電力消費量が増大し、ランニングコストが大きくなる。
実用新案登録第３１０１１６２号公報

解決しようとする問題点は、食品などの被冷却物を低温（凝固温度以下）で保存する際に、被冷却物中の水分の氷の結晶が大きくなり、細胞膜を破壊する点である。

本発明の冷却貯蔵庫は、被冷却物（２８）に向かって強弱の超音波を照射することができる超音波発生装置（３１）を備え、凝固温度よりも高い温度帯で前記超音波発生装置を作動させ被冷却物に向かって弱い超音波を照射し、その後、前記超音波発生装置を停止させるとともに、被冷却物の温度を凝固温度よりも低下させ、ついで、前記超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって強い超音波を照射して急速氷結させる。

また、被冷却物の温度を計測する赤外線センサなどの非接触温度センサ（２９）および、この非接触温度センサの信号が入力される制御装置（３６）が設けられ、超音波発生装置から弱い超音波を照射している際に、非接触温度センサの検出した被冷却物の温度が略一定温度に維持されるように、前記制御装置が、被冷却物を冷却する手段（１７，１９，２２）を制御することがある。

そして、被冷却物は、容器（２７）に収納された状態で、庫内（２）に入れられることがある。
また、非接触温度センサは、前記容器内に設置されていることがある。

さらに、前記容器は、冷却貯蔵庫本体からの振動を遮断するクッション材（２６）で保護されていることがある。

本発明によれば、凝固温度よりも高い温度帯で超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって弱い超音波を照射し被冷却物中のクラスターを細分化し、その後、超音波発生装置を停止させるとともに、被冷却物の温度を凝固温度よりも低下させているので、凍結しない過冷却状態で被冷却物の温度を大きく低下させ、ついで、超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって強い超音波を照射して急速氷結させることができる。その結果、強い超音波の照射の刺激により過冷却状態を解除した際には、被冷却物を急速氷結することができ、被冷却物中の水分の氷の結晶が大きくなることを防止することができる。

さらに、被冷却物の温度を計測する赤外線センサなどの非接触温度センサおよび、この非接触温度センサの信号が入力される制御装置が設けられ、超音波発生装置から弱い超音波を照射している際に、非接触温度センサの検出した被冷却物の温度が略一定温度に維持されるように、制御装置が、被冷却物を冷却する手段を制御するので、非接触温度センサにより、被冷却物にダメージを与えずに、被冷却物の温度を正確に測定することができるとともに、被冷却物の温度が略一定温度に維持されるため、被冷却物の全体を略均一な温度に冷却することができる。

そして、被冷却物は、容器に収納された状態で、庫内に入れられているので、被冷却物に風が直接あたらず、被冷却物の内部と表面との温度差を極力小さくすることができる。その結果、被冷却物を均一な温度にすることができるとともに、被冷却物の温度をより正確に計測することができる。

また、非接触温度センサは、前記容器内に設置されているので、非接触温度センサや被冷却物に冷気があたらず、非接触温度センサを容器外に設置した場合と比較して、冷気の影響を受けずにより正確に被冷却物の温度を計測することができる。

さらに、前記容器は、冷却貯蔵庫本体からの振動を遮断するクッション材で保護されているので、冷却貯蔵庫の圧縮機や送風機などの機器からの振動が被冷却物に加わることを極力防止することができる。その結果、被冷却物が過冷却状態の際に、前記機器からの振動で、不用意に被冷却物が凍結することを防止することができる。

食品などの被冷却物を低温（凝固温度以下）で保存する際に、被冷却物中の水分の氷の結晶が大きくなり、細胞膜が破壊されることを極力防止するという目的を、被冷却物に向かって強弱の超音波を照射することができる超音波発生装置を備え、凝固温度よりも高い温度帯で前記超音波発生装置を作動させ被冷却物に向かって弱い超音波を照射し、その後、前記超音波発生装置を停止させるとともに、被冷却物の温度を凝固温度よりも低下させ、ついで、前記超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって強い超音波を照射して急速氷結させることで実現した。

次に、本発明における冷却貯蔵庫の一実施例について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明における冷却貯蔵庫の一実施例の下部の断面図である。図２は食品を冷却する際のタイムチャートである。図３は制御装置の入出力図である。図４は食品を冷却する際のフローチャートである。なお、図３においては、食品の冷却に関する主な部品のみが記載されており、図示されていない他の部品も制御装置に接続されている。

まず始めに、冷却貯蔵庫の全体構成を説明する。
図１において、冷却貯蔵庫である冷蔵庫の本体は、前面が開口している断熱箱体１で構成されている。断熱箱体１の内部空間すなわち庫内２は、略水平な断熱仕切り壁３で複数に仕切られている。そして、断熱箱体１の前面開口は、断熱扉（図示せず）で開閉自在に閉塞されている。

また、冷却器１６および冷却器用送風機１７が通風ダクト１８に配置されている。そして、冷却器用送風機１７が稼働すると、冷却器１６で冷却された空気が、矢印で図示するように、通風ダクト１８の吹出口１８ａから庫内２に供給されるとともに、庫内２の空気が通風ダクト１８の吸込口１８ｂから通風ダクト１８に戻っており、庫内２の空気が循環しながら冷却器１６で冷却されている。そして、庫内２への冷気の風量は、ダンパー１９で調整される。

さらに、断熱箱体１の後部下側には、機械室２１が形成され、この機械室２１には、圧縮機２２などが配置されている。この圧縮機２２は、前述の冷却器１６および図示しない凝縮器などと共に冷凍サイクルを構成している。そして、圧縮機２２が稼働すると、冷媒が冷凍サイクル内を循環して、冷却器１６の温度が低下する。

庫内２の棚２４の上に、クッション材２６を介して密閉容器２７が載置される。この容器２７は内面に傷などはなく、その内部には、低温で保存される被冷却物である肉などの食品２８が収納される。また、容器２７内には、食品２８の温度を計測する赤外線センサなどの非接触温度センサである被冷却物用温度センサ２９が設けられている。さらに、容器２７には、クラスター細分化装置である超音波発生装置３１が設けられている。この超音波発生装置３１は、食品２８に向かって超音波を照射する。この照射の強度は強弱に変更可能である。

そして、図３において、冷却貯蔵庫には、上記冷却器用送風機１７や圧縮機２２などで構成される冷凍機、ダンパー１９および、超音波発生装置３１などの機器を制御するために制御装置３６が設けられている。この制御装置３６は、マイコンなどで構成され、特に食品２８の冷却に関して、被冷却物用温度センサ２９などからの信号が入力される。また、制御装置３６から、冷却器用送風機１７、圧縮機２２、ダンパー１９および超音波発生装置３１などに駆動信号が出力される。そして、制御装置３６の記憶部（ＥＰＲＯＭやＲＡＭなど）には種々の設定値が記憶されるとともに、タイマーなどを内蔵している。

この実施例の冷却貯蔵庫の食品２８の低温保存に関して、制御装置３６の記憶部に設定される設定値としては、凝固温度よりも高い温度で食品２８を略均一な温度に冷却するための均一化用設定温度、凝固温度よりも低い過冷却状態で刺激を与えて急速に氷結させる過冷却用設定温度や、食品２８を保存する保冷用設定温度が設けられている。なお、保冷用設定温度は過冷却用設定温度と同じ値であることも可能である。

次に、食品２８を冷却する際のフローを、図２のタイムチャートおよび図４のフローチャートに基づいて説明する。
食品２８を冷却する際には、食品２８を容器２７に収納して密閉する。そして、この容器２７を庫内２の棚２４の上に、クッション材２６を介して載置する。ついで、被冷却物用温度センサ２９および超音波発生装置３１を、電源（図示しない）および制御装置３６に有線または無線で接続する。また、制御装置３６は圧縮機２２や冷却器用送風機１７などで構成される冷凍機（被冷却物を冷却する手段）を稼働させる。

ステップ１において、制御装置３６は超音波発生装置３１を稼働し、ステップ２に行く。

ステップ２において、制御装置３６は、被冷却物用温度センサ２９の検出した食品２８の温度が均一化用設定温度（たとえば、２℃）となるように、被冷却物を冷却する手段としてのダンパー１９の開度を調整する。初めは、食品２８の温度が高いので、ダンパー１９の開度は大きいが、食品２８の温度が低下するにつれて、ダンパー１９の開度は小さくなる。そして、食品２８が略均一の温度になると、ダンパー１９の開度は安定し、略一定の状態となる。そして、ステップ３において、この一定の状態が所定の時間継続すると、制御装置３６は食品２８の内部まで略均一な温度となったと判断し、ステップ４に行く。

ステップ４において、制御装置３６は超音波発生装置３１を停止させ、ステップ５に行く。ステップ５において、制御装置３６は、ダンパー１９の開度を全開にし、食品２８の温度を急速に低下させ、ステップ６に行く。

ステップ６において、制御装置３６は、被冷却物用温度センサ２９の検出した食品２８の温度が過冷却用設定温度（たとえば、−１０℃）になると、超音波発生装置３１を稼働させる。この時の超音波発生装置３１からの超音波は、ステップ１の時よりも、強い照射である。すると、食品２８は超音波の刺激により、急速に氷結する。そして、ステップ７に行く。

ステップ７において、制御装置３６は、被冷却物用温度センサ２９の検出した食品２８の温度が保冷用設定温度（たとえば、−９℃）となるように、ダンパ
ー１９の開度を調整する。そして、ステップ８において、制御装置３６は、超音波発生装置３１を停止し、超音波の照射を一定時間で終了する。

この様にして、制御手段として制御装置は、１）凝固温度よりも高い温度帯で前記超音波発生装置を作動させ被冷却物に向かって弱い超音波を照射する手段、２）その後、超音波発生装置を停止させるとともに、被冷却物の温度を凝固温度よりも低下させる手段、３）ついで、超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって強い超音波を照射して急速氷結させる手段などを具備している。
なお、制御手段は、上記手段以外にも、実行される各工程に対応して各工程を実行する手段を具備している。また、上記手段を全て具備する必要は必ずしもない。

そして、この実施例では、凝固温度よりも高い温度帯で、食品２８の水分のクラスターを、超音波発生装置３１で小さくしている。ところで、食品２８の水分のクラスターが大きいと、大きなクラスターを核として水分が簡単に凝固するため、食品２８の温度を凝固温度よりも低下させると、直ぐに水分が凍結を開始する。そして、その後、氷が緩慢に形成されるため、氷の結晶が大きくなる。一方、この実施例のように超音波を弱く照射すると、実験の結果では、食品２８の温度を凝固温度よりも低下させても、なかなか水分が凍結せず、過冷却状態の温度を低くすることができる。そのため、過冷却状態の食品２８に刺激（超音波の強い照射）が加わり、凍結を開始した際に、食品２８に蓄積された冷却エネルギーで急速氷結が行われ、氷の結晶が小さくなる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）超音波発生装置３１からの超音波の照射の強度は強弱に変更可能であるが、その照射の強度は連続的に変更できることも可能であるし、強または弱の何れかの値にしか変更できないことも可能である。連続的に変更できる場合には、被冷却物の特性や重量などに応じて、強度を最適な値とすることができる。
（２）被冷却物は必ずしも食品２８である必要はない。

（３）各フローチャートのステップの順序などは適宜変更可能である。
（４）制御手段はマイコンで構成されているが、それ以外の構成でも可能である。
（５）食品２８の冷却は、食品２８の温度を安定化することができるならば、ダンパー制御や送風量制御（すなわち、制御装置３６で冷却器用送風機１７の風量を制御する）など適宜選択可能である。また、食品２８の温度を安定化することができるならば、ダンパー１９や冷却器用送風機１７は必ずしも必要ではない。

（６）食品２８を凝固温度より少し高い温度で均一な温度にするために、上記実施例では、均一化用設定温度が設定されているが、食品２８の種類や重量などにより均一化する際の温度を自動または手動（設定ボタンなどの操作）により変更することができる。また、食品２８の温度が均一になったか否かの判断を、食品２８の冷却スピードなどで自動的に行うことも可能である。さらに、設定温度などが例示的に示されているが、設定温度などは適宜変更可能である。
（７）ステップ１における超音波発生装置３１から照射される超音波の周波数を、食品２８に適した値にするために、超音波発生装置３１から照射される超音波の周波数は、自動または手動で変更することが可能である。

（８）被冷却物用温度センサ２９は、食品２８の温度を測定することができるならばその構造や形式は適宜選択可能である。ただし、赤外線センサなどの非接触温度センサを用いると、食品２８にダメージを与えずに、食品２８の温度を正確に測定することができるので、好ましい。
（９）超音波を照射しない場合と比べて、食品２８に超音波を照射した場合に、食品２８の温度を凝固温度よりも低下させても、なかなか水分が凍結せず、過冷却状態の温度を低くすることができるならば、必ずしも、超音波の照射で食品２８の水分のクラスターが細分化されることが証明される必要はない。

超音波発生装置で、凝固温度よりも高い温度帯において、被冷却物に弱い超音波を照射し、被冷却物中のクラスターを細分化することができる。そして、このクラスターの細分化により、被冷却物が凍結し難くなるため、被冷却物を過冷却状態で低い温度まで冷却し、ついで、強い超音波の刺激を与えて急速氷結させることができる。したがって、食品などの被冷却物を低い温度で保存する冷却貯蔵庫に適用することが最適である。

図１は本発明における冷却貯蔵庫の一実施例の下部の断面図である。 図２は食品を冷却する際のタイムチャートである。 図３は制御装置の入出力図である。 図４は食品を冷却する際のフローチャートである。

符号の説明

２ 庫内
１７ 冷却器用送風機（被冷却物を冷却する手段）
１９ ダンパー（被冷却物を冷却する手段）
２２ 圧縮機（被冷却物を冷却する手段）
２６ クッション材
２７ 容器
２８ 食品（被冷却物）
２９ 被冷却物用温度センサ（非接触温度センサ）
３１ 超音波発生装置
３６ 制御装置

Claims (5)

1. 被冷却物に向かって強弱の超音波を照射することができる超音波発生装置を備え、
   凝固温度よりも高い温度帯で前記超音波発生装置を作動させ被冷却物に向かって弱い超音波を照射し、その後、前記超音波発生装置を停止させるとともに、被冷却物の温度を凝固温度よりも低下させ、ついで、前記超音波発生装置を作動させて被冷却物に向かって強い超音波を照射して急速氷結させることを特徴としている冷却貯蔵庫。
2. 前記被冷却物の温度を計測する赤外線センサなどの非接触温度センサおよび、この非接触温度センサの信号が入力される制御装置が設けられ、
   前記超音波発生装置から弱い超音波を照射している際に、非接触温度センサの検出した被冷却物の温度が略一定温度に維持されるように、前記制御装置が、被冷却物を冷却する手段を制御することを特徴としている請求項１記載の冷却貯蔵庫。
3. 前記被冷却物は、容器に収納された状態で、庫内に入れられることを特徴としている請求項１または２記載の冷却貯蔵庫。
4. 前記非接触温度センサは、前記容器内に設置されていることを特徴としている請求項３記載の冷却貯蔵庫。
5. 前記容器は、冷却貯蔵庫本体からの振動を遮断するクッション材で保護されていることを特徴としている請求項３または４記載の冷却貯蔵庫。
   

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