JP2009044982A - 冷凍保存方法および冷凍保存装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の冷凍保存装置は、赤外線センサを用いて食品の温度を計測していたため、ラップなどの覆いが掛かった食品に対しては、正確な温度を計測することが難しかった。このため、微妙な温度管理が要求される過冷却状態を維持することが困難であるといった課題を有していた。
【解決手段】 冷気を導入して食品８１を冷凍貯蔵する冷凍室２００と、冷凍室２００に貯蔵された食品８１の温度を計測する温度計測手段５０と、温度計測手段５０の計測結果に基づいて、冷凍室２００に貯蔵された食品８１を凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態に維持するように、冷凍室２００に導入される冷気を調整する制御手段４６とを備え、温度計測手段５０は、冷凍室２００内の食品に向けて下降可能に設けられたことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態を維持できる冷凍保存方法および冷凍保存装置（冷蔵庫、冷凍庫、冷凍コンテナなど）に関する。

従来の冷凍保存方法および冷凍保存装置としては、冷凍庫の上面に配置された赤外線センサで食品の温度を計測し、この計測結果に基づいて、過冷却状態を維持するよう温度制御するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特許３９０３０６６号公報（第６頁、図６）

しかしながら、食品にはラップやアルミホイルなどの覆いが掛かっていることが普通であり、赤外線センサでは、食品の正確な温度を計測することが難しかった。このため、微妙な温度管理が要求される過冷却状態を維持することが困難であるといった課題を有していた。

本発明は、このような問題を解決し、食品の温度を高精度で計測できる冷凍保存方法および冷凍保存装置を提供することを目的とする。

本発明の冷凍保存方法は、冷凍室に貯蔵された食品に対し温度センサを略直接接触させて食品の温度を計測し、計測結果に基づいて、冷凍室に貯蔵された食品を凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態に維持するよう、冷凍室に導入される冷気を調整するものである。
また、本発明の冷凍保存装置は、冷気を導入して食品を冷凍貯蔵する冷凍室と、冷凍室に貯蔵された食品の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段の計測結果に基づいて、冷凍室に貯蔵された食品を凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態に維持するように、冷凍室に導入される冷気を調整する制御手段とを備え、温度計測手段は、冷凍室内の食品に向けて下降可能に設けられたものである。

本発明に係る冷凍保存方法は、食品に対し温度センサを略直接接触させて食品の温度を計測しているので、食品にラップやアルミホイルなどの覆いが掛かっている場合であっても、高精度に食品の温度を計測することが可能となる。このため、微妙な温度管理が要求される過冷却状態を維持することが容易となり、食品保存の品質を向上させることができるといった効果が得られる。

また、本発明に係る冷凍保存装置は、冷凍室内の食品に向けて温度計測手段を下降可能に設けられているので、温度計測手段を略直接接触させて食品の温度を計測することが可能となる。このため、食品にラップやアルミホイルなどの覆いが掛かっている場合であっても、高精度に食品の温度を計測することができ、微妙な温度管理が要求される過冷却状態を維持することが容易となる。その結果、食品保存の品質を向上させることができるといった効果が得られる。

まず、過冷却について説明する。図１（ａ）は、「過冷却なし」で水が凍結するときの温度変化を示したグラフである。また、図１（ｂ）は、「過冷却あり」で水が凍結するときの温度変化を示したグラフである。グラフの縦軸は温度でありグラフ上方に向かうほど温度は上がる。横軸は時間であり矢印方向に時間経過を示す。
過冷却状態とは、その物質の凍結点以下であるにも関わらず、１００パーセント凍っていない状態をいう。ここで、凍結点とは、その物質が凍り始める温度のことをいう。すなわち、過冷却状態とは、凍り始めるべき温度ではあるが全く凍っていない状態のことである。例えば、水の凍結点は０℃である。この凍結点は物質によって様々であり、塩濃度や糖度が高い食品などにおいては０℃よりも低くなる傾向にある。

過冷却状態と過冷却状態を経た凍結について、水を例にさらに詳しく説明すると、過冷却状態とは、水を冷却したとき、凍結点である０℃を下回っても１００パーセント水の状態であることをいう。過冷却状態に入った水も、やがては凍結し、氷とすることが可能であるが、このときには何らかの刺激が必要である。この刺激とは、温度的なものであっても、物理的なものであってもよい。このように刺激によって凍結を開始させることができるのであるが、過冷却状態から凍結開始に移行するまでの時間は、数秒単位であり、瞬間的なものである。しかし、この凍結開始時に瞬間的に凍る水の割合は全体の数パーセントであり、これが１００パーセント氷になるまでにはさらに冷却時間を要する。

ここで、通常凍結と過冷却凍結の違いについて比較しながら述べる。まず、通常凍結と過冷却凍結との一番の違いは、過冷却状態に入るか、入らないかの違いである。通常凍結の場合には凍結点を過ぎると、過冷却状態には入らずに凍結が開始する。
そして、もうひとつ通常凍結と過冷却凍結の大きな違いは、凍結開始時の状態である。

ここで、凍結開始時にはどのような現象が起こっているのかをペットボトルに入った水を例に説明すると、通常凍結の場合には、凍結が開始するとペットボトル表面付近の水から凍り始め、表面部分に薄氷がはったような状態になり、その後内部に向かって氷が広がり、最終的に全体が凍結する。氷の成長は、水分子がある一定以上の大きさのクラスターを形成した氷核を中心に起こるものであり、氷核形成は凍結開始時に起こるものである。したがって、通常凍結の場合には表面にはとんどの氷核が形成され、そこから水の状態である部分へ向かって氷が成長しているといえる。

一方、過冷却凍結の場合には、凍結が開始するとペットボトル全体に均一に氷核が形成される。そして、内部も表面もペットボトル内のあらゆる部分で氷が成長するため、一定方向に向かって氷が成長するということはない。
凍結完了後の通常凍結と過冷却凍結の違いとしては、その冷却過程の違いから、通常凍結の場合には表面から内部に向かった大きな針状氷結晶ができるのに対し、過冷却凍結の場合には表面と内部に、均一に小さな粒状氷結晶ができる。

また、急速冷凍の場合には凍結開始時、凍結完了後にどのような状態であるかというと、表面に冷気を当てて素早く凍結させるという点でいうと通常凍結の場合と同様である。
まず表面の温度が急激に下がるため、表面から凍り始める。しかし、通常凍結と異なる点は、内部まで冷却される速度が速くなるため、通常凍結に比べると内部にも氷核ができやすい状態となり、通常凍結時ほど大きな氷結晶ができることはない。

食品冷凍について考えると、凍結完了後の氷結晶の大きさ、形状は解凍時の食品品質に大きな影響を与える。食品は、細胞、タンパク質、糖質などで構成されている場合がほとんどであるため、氷結晶によってその構造が一度破壊されてしまうと、完全に元にもどらない場合が多い。したがって、凍結時にできる氷結晶の大きさ、形状が食品本来の構造を破壊しないようなものであると品質の良い冷凍ができているといえるのである。

次に、過冷却冷凍で食品を凍結させることのメリット及び斬新性について述べる。過冷却冷凍で食品を凍結させることの最大のメリットは、品質の良い冷凍ができるという点にある。これまでに述べてきたように、過冷却状態を経た凍結においては、過冷却状態となる過程で食品内部までも十分に冷却されるため、食品全体に均一に氷核が形成され、小さな粒状氷結晶に成長する。また、過冷却状態で達した最低温度と凍結点との差（図１（ｂ）のＡ点とＢ点の差）が大きければ大きいほど凍結開始時に形成される氷核の数が多くなるため、より微細な氷結晶となる。したがって、過冷却が十分に起これば（過冷却状態で到達する温度が低ければ低いほど）、凍結→解凍後も凍結前により近い状態を維持することが可能となる。

食品の冷却と氷結晶の大きさ、形状について考える際に、最大氷結晶生成帯である−１℃〜−５℃の温度帯の通過時間を考慮することは従来から行われている。それは、この最大氷結晶生成帯を短時間で通過させてやると氷結晶は小さくなるという考え方である。
過冷却冷凍の場合には、最大氷結晶生成帯を含むこの近辺の温度帯（−１℃〜−１０℃付近）に過冷却状態で留まる時間は長い。しかし過冷却状態とは凍っていない状態である。したがって、過冷却状態であれば、この温度帯通過時間が長くても凍結後の氷結晶が大きくならず、微細な氷結晶を作ることが可能である。最大氷結晶温度帯を含むこの近辺の温度帯での冷凍で、小さな氷結晶を形成させ、品質の良い冷凍とするという点では全く新規の冷凍方法である。

また、過冷却状態が解除すると凍結が開始し、温度が変化しない相変化状態を経て完全に凍結するのであるが、過冷却状態を経ていれば、その後の凍結の過程で最大氷結晶生成帯に長時間留まったとしても、氷結晶が肥大化することはないことが確認できている。したがって、この点においても新規の冷凍方法であるといえる。
過冷却を経ていれば、その後の凍結過程に長時間かかったとしても、氷結晶状態にほとんど影響はないが、凍結過程に入ったときに急速に冷凍してやると、氷結晶が肥大する可能性はさらに低くなり、また、氷結晶以外の食品品質低下要因についても回避することができるので、さらに品質の良い冷凍ができるといえる。

また、これまでは過冷却状態に入った食品を過冷却解除して凍結させた場合のメリットについてのみ述べてきたが、過冷却状態に入った食品を必ずしも凍結させる必要はない。
過冷却状態を維持するメリットとしては、凍結温度以下、すなわち通常であれば凍ってしまうような温度で保存しているにも関わらず１００パーセント凍っていない、氷結晶が全くできていない状態であるため、低温で保存しながら氷結晶による食品構造の変化を全く受けないという点が挙げられる。より低温で保存することは食品の様々な化学変化を抑制できるという点で鮮度推持に有効であることは一般的に知られていることであるが、この低温保存と未凍結であるという両方のメリットを達成できる保存方法であるともいえる。

また、食品を解凍する必要もない。しかし、未凍結状態であるということには、デメリットもある。食品中の水分が未凍結であるということは、細菌繁殖や様々な化学変化にその水分が利用可能であるということである。したがって、その点では凍結したものよりも注意を払う必要がある。

次に、過冷却を実現する条件について説明する。過冷却の条件設定時に最も重視するべき点は、冷却速度および冷却される食品の芯温の最低到達点（過冷却状態で到達する温度）と凍結点との差である。
冷却速度が速すぎると、食品全体の温度が不均一な状態で冷却されるため、（食品の表面温度と芯温の差が大きい）凍結している部分と未凍結部分とができる。氷結晶は氷核を中心に成長するため、該食品の一部分でも凍結してしまうと、そこから未凍結部分の水分を取り込みながら成長することになる。その結果、針状の大きな氷結晶ができることになる。細胞間などに生じた針状氷結晶や大きな氷結晶は、細胞中の水分流出や細胞破壊の原因となり、該食品解凍時のドリップ流出を引き起こす。その結果として、食品本来のうまみが減少したり、食感が悪くなったりする。

一方、冷却速度が遅すぎると、過冷却状態の維持については問題ないが、未凍結状態が長くなることで、細菌繁殖、酸化促進などにより食品品質が悪化することが問題となる。
つまり、凍結点までは表面温度と芯温の差が小さくなるように冷却し、凍結点以下の温度に達した場合（過冷却状態）は冷却速度を上げて、芯温の最低到達点に早く到達するようにして過冷却を解除することで未凍結状態が長くならないようにする。このように食品が凍結点まで、凍結点以下の過冷却状態まで、過冷却解除され、完全に凍結するまでのそれぞれの温度制御、温度帯を連続してまたは段階的に行うようにする。このような問題を解決するために、過冷却スペースに抗菌機能をつける方法もある。抗菌機能としては、紫外線、オゾンを用いる方法が挙げられる。しかし、抗菌機能をつけるとコストがかかるという問題もある。

以上のようなことを考慮すれば、冷却速度はある程度限定する必要がある。例えば、プリン、ヨーグルトなどの食品では、芯温が３００℃／ｈ〜０．３５℃／ｈの範囲内、好ましくは３．５℃／ｈ付近の冷却速度に設定し、過冷却状態をつくる。上記の冷却速度は、芯温が凍結点から凍結点よりも２０℃低い温度の範囲内、好ましくは凍結点から−１０℃の範囲内に至るまでのものである。

また、過冷却状態は一定時間保持する必要あり、例えば５秒以上必要である。これはより過冷却の温度を深くするためである。つまり食品が過冷却状態で到達する温度をより低くすることである。
過冷却の温度が深いとよいとされる理由としては以下のようなことが考えられる。過冷却の温度が深くなると、過冷却で蓄えられる顕熱エネルギー量が多くなるので、結果的に過冷却解除時に使われる瞬間的な潜熱変化のエネルギーが大きくなり、そのエネルギーを利用して、過冷却解除時に発生する氷核が食品中に均一に一度に多く発生し、その氷核を核に氷結晶が成長するため、小さな氷の粒が食品内に均一に多数でき、細胞への影響が小さくなるといえる。

また、芯温が過冷却解除可能温度に達したときの表面温度との差は０℃〜１０℃の範囲内、好ましくは５℃以内とするのが好ましい。牛モモ肉、厚さ１５ｍｍで１５０ｇであれば表面温度と芯温の差は１℃程度である。
以上のような冷却条件についての範囲は、肉、魚、野菜、果物などの食品についても同様にいえる。

第２の過冷却条件としては、過冷却スペース内の空気温度の変動（時間による温度の相違）が挙げられる。
空気温度変動の幅は好ましくは５℃以内である。ただし、１５℃以内であれば多少品質は悪化する場合もあるが、過冷却状態をつくることは可能である。空気温度変動幅が大きいと食品品質が悪化する理由としては、凍結融解を繰り返すことで氷結晶が若干大きく成長してしまうことが挙げられる。なお、空気温度変動幅を小さくする他の手段として、サーミスタの検出値による機器制御のため、あらかじめマイコンなどに定められている変動幅を小さくしてもよい。好ましくは４Ｋ（４℃）以内、さらに好ましくは１Ｋ（１℃）以内とする。

第３の過冷却条件としては、過冷却スペース内の空気温度ムラ（場所による温度の相違）が挙げられる。
空気温度ムラは１５℃以内であればよいが、好ましくは５℃以内である。空気温度ムラが大きすぎることの問題点としては、大きな食品を冷却しようとするとき、部分的な凍結がおきてしまうことが挙げられる。

ここで、過冷却冷凍の温度設定基準について述べる。これまでに述べたような冷却速度等を満たし、過冷却発生確率が高い温度帯には、例えば、−３℃〜−１０℃がある。この温度帯においては、冷凍するだろうと考えられるほとんどの食品の凍結点が含まれるため、過冷却を起こした後に安定的に凍結させることが可能である。また、このような温度帯での食品保存期間は２週間程度となり、例えば週末のまとめ買いで購入した食品が予定変更等により使いきれなかった場合でも安心して次の週まで保存できる。また、この温度帯で凍結後保存すると、解凍することなく包丁などで切り分けることができるため、調理の手間を省ける。

図２は、通常の急速凍結と過冷却凍結で肉を凍結したときと、一度凍結した肉を解凍したときの肉組織の状態を示した図である。このように、肉や魚などを冷凍したときに内部にできる氷結晶が大きいと、細胞を破壊し、解凍後のドリップ量が多くなることは知られている。そこで、過冷却冷凍と通常冷凍の牛モモ肉やマグロのドリップ量を比較すると、過冷却冷凍したものは通常冷凍の半分以下に抑えられる傾向が見られている。

じゃがいもなど、いも類は従来冷凍に適さない食品とされていた。カレーなどを作ったとき、冷凍保存し、翌日以降に温めなおして食べるというようなことは一般家庭で日常的に行われていることであるが、その際、じゃがいもだけは取り除いたり、つぶしたりして冷凍することがカレーをおいしく冷凍するための常識であるとされていた。これはじゃがいもを冷凍し、解凍すると、スカスカになり、食感が悪くなるからである。しかし、過冷却冷凍でカレーを凍結させると、解凍後もじゃがいもの食感が凍結前とはほとんど変わらず、スカスカあるいはべちゃっとした食感になったりしないことが実験結果からわかっている。じゃがいもの主成分であるデンプンはアミロースとアミロペクチンで構成されているが、それらの立体構造を氷結晶の成長によって破壊するのが従来の冷凍であった。一度破壊された構造は解凍しても元に戻らないため、解凍したじゃがいもはスカスカになる。

これに対して、過冷却冷凍でできる氷結晶は非常に微細であるため、凍結時にデンプンの立体構造をほとんど変形させることがなく、解凍しても、元の立体構造を維持できると考えられる。したがって、過冷却冷凍後、解凍したじゃがいもの食感は悪くならないと考えられる。このような原理は、冷凍に適さないとされていた他の食品にもあてはまる場合があり、従って過冷却冷凍を用いると、これまで冷凍に適さないとされていた食品の冷凍が可能になることも示唆される。

このように、冷却状態を経て食品などを凍結させた場合、微細な氷結晶ができるため、細胞やタンパク質などの本来の食品構造を変化させることなく維持できることが分かってきている。したがって、凍結→解凍した食品を再び凍結するなど、凍結→解凍を繰り返しても従来冷凍時のように品質が極端に悪化することがなくなる可能性もある。

以上は、一般家庭での活用によるメリットについて述べたが、食品加工においても過冷却冷凍は有効利用が可能であるといえる。過冷却冷凍で生じる氷結晶の細かさは−６０℃の冷凍にも優るという結果が得られており、高品質冷凍を実現するという点で、業務用冷凍庫にも代替できるといえる。そして、業務用のように大きなエネルギーを使って極低温冷気をつくりだす必要がないため、省エネ性が高いというメリットがある。

次に、本発明に係る冷凍保存方法および冷凍保存装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図３は、実施の形態１に係る冷凍保存装置の一例である冷蔵庫の構造を示す断面図である。この冷蔵庫１の食品貯蔵室は、最上部に開閉ドアを備えて配置される冷蔵室１００と、冷蔵室１００の下方に引き出しドアを備えて配置される過冷却機能を有する冷凍室２００と、最下部に引き出しドアを備えて配置される過冷却機能のない冷凍室３００と、冷凍室２００と冷凍室３００との間に引き出しドアを備えて配置される野菜室４００等とから構成される。冷蔵庫１００の扉表面には、各室の温度や設定を調節する操作スイッチと、そのときの各室の温度を表示する操作パネル５が設けられている。

冷蔵庫１の背面側には、冷凍サイクルを構成する圧縮機１０及び冷却器３が配置され、さらに、冷却器３により冷却された冷気を冷蔵室１００や冷凍室２００に送風するためのファン２と、冷却器３により冷却された冷気を冷蔵室１００内に導入するための風路４とが設けられている。

なお、冷凍室２００には、引き出し可能に設けられ上面が開放された収容ケース２０１が設置されており、それらのケース内に食品を収容することができる。同様に、冷凍室３００には冷凍ケース３０１が、野菜室４００には野菜ケース４０１がそれぞれ設置されている。

図４および図５は、本実施の形態に係る冷凍室２００の側面構造を示す断面図である。冷凍室２００には、風路４からの冷気をダンパ（制御手段）４６を介して冷凍室２００に導く冷凍室風路４１が設けられている。そして、冷蔵庫１の正面側からみて背面左上の冷凍室背面上側吹出し口４２と、天井面手前側の冷凍室天井面吹出し口４３とが冷気吹出し口として設けられている。また、冷凍室２００には、背面右下に冷凍室背面吸込み口４４と、底面に冷凍室底面吸込み口４５とが設けられている。

冷凍室２００の上部には、冷凍室２００に貯蔵された食品８１の温度を計測する矩形状の温度計測部材５０が冷凍室２００の天井からワイヤ５１で吊り下げられている。ワイヤ５１は、温度計測部材５０の角部に一端が取り付けられ、ローラー５２を介して巻き取り機５３に他端が取り付けられている。
図６に示すように、温度計測部材５０は、柔軟性を有するシート形状の温度センサベース５０ａと、温度センサベース５０ａにマトリックス状に複数配列された温度センサ５０ｂを備えている。このため、食品８１各部の温度分布を正確に計測することができ、食品８１を均一冷却するための制御が容易になる。

また、図４、５に示すように、収容ケース２０１の後端下部には、鉤状片２０１ａが設けられ、冷凍室２００の後端底面に設けられたアクチュエータ２００ａの上下動する駆動軸が、鉤状片２０１ａに係合可能に構成されている。
さらに、冷凍室２００の扉面には、温度計測部材５０が下降している間は収容ケース２０１が引き出されることがないように点灯して報知する報知ランプ２００ｂが設けられている。
なお、巻き取り機５３、アクチュエータ２００ａおよび報知ランプ２００ｂは、不図示の制御装置によって制御され、巻き取り機５３の動作に連動して、アクチュエータ２００ａおよび報知ランプ２００ｂを駆動制御している。

次に、冷凍室２００の過冷却制御について説明する。ここでは、過冷却解除時期の判断を過冷却開始からの積算時間を基に行い、過冷却解除を食品周囲の空気温度を低温側へ変化させることで行うこととする。図７は、このときの冷蔵庫の制御を示したタイミングチャートである。収容ケース２０１に収容された食品を過冷却するには、収容ケース２０１内の食品の芯温が凍結点を越え過冷却状態に達するまで（ステージ１）、圧縮機１０、ファン２、ダンパ４６などが、収容ケース２０１が収容された室内（ここでは冷凍室２００）を、例えば−２℃〜−２０℃の範囲で選択される空気温度にするように動作する。なお、圧縮機１０やファン２は別の部屋の温度でコントロールして、ダンパ４６の開閉のみで温度を制御してもよい。

このステージ１では、冷凍室２００の設定温度は通常時と同じ（図７で「Ｔｓｅｔ」として表示）とする。過冷却解除が可能な（食品温度が凍結点より３℃以上低い温度まで過冷却されている状態を言う）時間（過冷却状態を少なくとも５秒間保持した後）に達して（ステージ２）、過冷却解除した後、食品全体が完全に凍結するまで（ステージ３）は、冷凍室２００の設定温度は、通常温度設定（Ｔｓｅｔ）としてもよいが、その設定温度を下げ（図７で「Ｔｓｅｔ−ｄｏｗｎ」として表示）、冷凍室２００の温度をシフトダウンさせてもよい。その場合には、過冷却解除の確実性が増し、解除後の冷却速度が速いことから凍結品質も向上する。また、通常の急速冷凍のように、−２０℃以下に過冷却ケース内温度が下がるように急速冷却し、一気に凍結させるとさらに凍結品質はよくなる。

食品が完全に凍結した後（ステージ４）の保存温度設定に関しては、−１５℃以上など高温側の温度設定とすると、省エネ性が高まり、−５〜−１０℃では冷凍保存しても冷蔵庫から取り出してすぐに包丁で切れるため使い易い。また、−１５℃以下など低温の温度設定とすると、保存性が高まる。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図４に示すように、巻き取り機５３にワイヤ５１が巻き取られた状態では、温度計測部材５０は、冷凍室２００の天井近傍に引き上げられている。この状態では、温度計測部材５０は、収容ケース２０１を引き出した際に接触することはないので、不図示の制御装置によって、アクチュエータ２００ａは駆動軸を下方に引っ込めて、鉤状片２０１ａと駆動軸の係合を解除している。このため、収容ケース２０１は、引き出し自在である。また、この状態では、不図示の制御装置によって、報知ランプ２００ｂも消灯している。

次に、冷凍室２００内の食品８１を過冷却状態に移行させる場合、温度計測部材５０を下降させて、食品８１の温度を高精度に計測する必要がある。そこで、図５に示すように、巻き取り機５３からワイヤ５１を繰り出し、温度計測部材５０を下降させる。この下降によって、上面が開放された収容ケース２０１内に温度計測部材５０が入り込み、柔軟性を有するシート状の温度計測部材５０が食品８１に覆い被さる。このため、温度計測部材５０を略直接接触させて食品８１の温度を計測することが可能となり、食品にラップやアルミホイルなどの覆いが掛かっている場合であっても、高精度に食品８１の温度を計測することが可能となる。このため、微妙な温度管理が要求される過冷却状態を維持することが容易となり、食品保存の品質を向上させることができる。
また、温度センサベース５０ａが柔軟性を有することにより、高さの異なる食品８１が複数貯蔵されている場合でも、各食品８１に確実に略直接接触することができる。

また、この状態では、収容ケース２０１を引き出した際に、収容ケース２０１と温度計測部材５０とが接触するので、不図示の制御装置によって、アクチュエータ２００ａは駆動軸を上方に引き出して、鉤状片２０１ａと駆動軸とを係合させている。このため、収容ケース２０１は、引き出し不可となり、無理に収容ケース２０１を引き出したために、温度計測部材５０が破壊されるといった事態を防止することができる。また、この状態では、不図示の制御装置によって、報知ランプ２００ｂが点灯するので、利用者は収容ケース２０１が引き出し不可であることを容易に認識できる。このため、利用者が無理に収容ケース２０１を引き出そうとして、アクチュエータ２００ａの駆動軸と鉤状片２０１ａに過大な負荷が掛かることを未然に防止することができる。

さらに、温度計測部材５０が下降した状態では、冷気の吹出し口である冷凍室背面上側吹出し口４２および冷凍室天井面吹出し口４３は、温度計測部材５０より上方に設けられているので、各吹出し口４２、４３からの冷気は、温度計測部材５０を介して間接的に食品８１に与えられることになる。このため、食品８１への直接の冷気の吹き付けを防止することができ、過冷却状態をつくるときに重要な条件である、温度変動が少なく、且つ、ゆっくりとした冷却スピードで食品８１全体を均一に冷却することが可能となり、過冷却し易い環境を確保できる。さらに、冷気の直接吹き付けによる食品の乾燥が低減され、冷凍やけも抑制できる。

また、図８に示すように、温度計測部材５０は、冷気を食品に導く複数の通気孔５０ｃをマトリックス状に配置してもよい。この場合には、各吹出し口４２、４３からの冷気が分散されて、各通気孔５０ｃから食品８１に与えられることになる。このため、食品８１への冷気の吹き付けを緩和することができるので、過冷却状態をつくるときに重要な条件である、温度変動が少なく、且つ、ゆっくりとした冷却スピードで食品８１全体を均一に冷却することが可能となり、過冷却し易い環境を確保できる。さらに、冷気の直接吹き付けによる食品の乾燥が低減され、冷凍やけも抑制できる。
なお、温度計測部材５０の温度センサベース５０ａは、ビニール、ゴム、プラスチックなどの通気性の低い素材を用いることが望ましいが、これらの素材に限定されることなく、布などの通気性の高い素材を用いても良い。通気性の高い素材であれば、通気孔５０ｃを開けることなしに、温度計測部材５０全面から冷気が食品に与えられることとなり、食品８１全体を均一に冷却することが可能となる。
また、温度計測部材５０を内部に蓄冷剤を封入した袋体にて構成してもよい。蓄冷剤を封入した温度計測部材５０は、冷気が間欠的に導入される際の温度変化を吸収し、冷凍室２００の温度変化を緩和するため、過冷却状態を維持することが容易となり、食品保存の品質を向上させることができる。さらに、温度計測部材５０を冷却器３に付着する霜の除去運転時に下降させる制御としてもよく、これにより霜の除去運転時の冷凍室２００内の食品の温度上昇を軽減し、食品保存の品質を向上させることができる。

上述したように、温度計測部材５０は、マトリックス状に複数配列された温度センサ５０ｂを備えている。そして、温度計測部材５０を下降させた場合、食品８１が存在する部分の温度が、食品８１が存在しない部分より高くなることより、収容ケース２０１の底面における食品８１の占める領域が各温度センサ５０ｂの計測結果から容易に検出することができる。従って、不図示の制御装置は、食品８１の占める領域の情報を各温度センサ５０ｂの計測結果から得ることにより、食品８１の量を推定することができる。不図示の制御装置が、この食品８１の量に基づいて、冷凍室２００の温度制御を行うことにより、一層精度の高い温度管理が実現する。

以上の過冷却制御が終了し、過冷却状態が解除された場合には、巻き取り機５３でワイヤ５１を巻き取り、温度計測部材５０を上昇させる。温度計測部材５０の上昇によって、各吹出し口４２、４３からの冷気が直接食品８１に吹き付けられるようになり、食品８１の冷凍が促進される。その結果、未凍結状態が長く続くことによるデメリット（細菌繁殖、酸化促進などにより食品品質が悪化）を抑制できるといった効果が発揮される。

なお、温度計測部材５０は、柔軟性を有するシート形状に限定されることなく、柔軟性の少ない板状であってもよい。この場合には、食品８１の上面に凹凸によって、温度計測部材５０を下降させても、完全に接触しない部分が生じ得る。しかし、この場合でも、略直接接触させた温度計測であることには相違なく、従来技術の赤外線センサで離隔して計測する場合に比べて、高い精度で食品８１の温度を計測することが可能となる。また、温度計測部材５０を食品８１に近接する位置まで下降させて、直接接触させることなく食品８１の温度を計測してもよい。この場合にも、従来技術の赤外線センサで離間して計測する場合に比べて、高い精度で食品８１の温度を計測することが可能となる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る冷凍保存装置の一例である冷蔵庫について説明する。図９は、本実施の形態に係る冷凍室２００の側面構造を示す断面図である。この実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、温度計測部材５０の代わりに、食品８１の温度の計測結果をワイヤレス送信するＲＦＩＤタグ（温度計測手段）６０を備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

図９に示すように、収容ケース２０１の底面には、非接触型ＩＣチップである複数のＲＦＩＤタグ６０が組み込まれている。また、冷凍庫２００の上面部には、ＲＦＩＤタグ６０とワイヤレスで通信する送受信ユニット７１が配置されている。なお、送受信ユニット７１は、冷凍庫２００の上面部に限定されることなく、側面部或いは底面部に配置されてもいい。特に、冷凍庫２００の底面部に送受信ユニット７１が配置されている場合には、収容ケース２０１の底面に組み込まれたＲＦＩＤタグ６０と間隔が狭くなるので、弱い電波でも確実にワイヤレス通信を行うことができる。

図１０に示すように、ＲＦＩＤタグ６０は、食品８１の温度を計測する温度センサ６１と、温度センサ６１での計測結果を記憶する記憶部６２と、記憶部６２に記憶した計測結果を送信する送信部６３と、制御信号を受信する受信部６４と、電波を発信及び受信するアンテナ６５と、アンテナ６５で受信した電波を受けて発電する電源部６６とを備えている。

また、本体制御部７０は、上述した送受信ユニット７１と、本体基板７２とを備え、送受信ユニット７１は、ＲＦＩＤタグ６０との間で電波を発信及び受信するアンテナ７１ａと、アンテナ７１ａを介して信号を送受信する送受信部７１ｂとを備えている。さらに、本体基板７２は、送受信部７１ｂからの受信信号を受け付けると共に、送受信部７１ｂに制御信号を伝送するマイコン７２ａを備えている。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図９、１０に示すように、食品８１の温度は、略直接接触したＲＦＩＤタグ６０の温度センサ６１で常時計測され、計測結果は記憶部６２に順次蓄積される。ここで、過冷却保存の制御を行う場合、食品８１の現在温度を検出するための制御信号がマイコン７２ａから送受信部７１ｂに送られ、送受信部７１ｂからアンテナ７１ａを介して、ＲＦＩＤタグ６０に送信される。ＲＦＩＤタグ６０では、アンテナ６５を介して受信部６４で制御信号を受信し、食品８１の現在温度の計測結果が記憶部６２から読み出され、送信部６３からアンテナ６５を介して送受信ユニット７１に送信される。アンテナ７１ａを介して、送受信ユニット７１の送受信部７１ｂで受信した計測結果は、マイコン７２ａに伝送され、マイコン７２ａでは、食品８１の現在温度に基づいて、過冷却保存の制御を実施する。

ここで、ＲＦＩＤタグ６０は、収容ケース２０１の底面に組み込まれているため、収容ケース２０１の底面に載置した食品８１の温度を略直接接触して計測することができ、高い精度で温度計測を行うことができる。また、ＲＦＩＤタグ６０は、ワイヤレス通信を行い、且つ、電波を受けて発電しているので、冷蔵庫１本体との間の信号線及び電線が不要となる。このため、収容ケース２０１の底面に組み込まれたＲＦＩＤタグ６０の信号線又は電線が邪魔をするといった事態が発生しないので、収容ケース２０１を冷蔵庫１本体から取り外して清掃するのが容易になる。

なお、ＲＦＩＤタグ６０を収容した食品８０の上に載置したり、あるいは、収容ケース２０１の底面に載置してＲＦＩＤタグ６０の上に、食品８１を載置してもよい。このような使用方法により、食品８１の温度を略直接接触させて高い精度で計測することができる。
また、複数のＲＦＩＤタグ６０をシートに組み込んで、このシートを収容ケース２０１の底面に敷いてもよい。この場合にも、ＲＦＩＤタグ６０の上に、食品８１を載置することにより、食品８１の温度を略直接接触させて高い精度で計測することができる。また、収容ケース２０１からシートを容易に取り外しできるので、収容ケース２０１とシートを別々に洗浄することができ、清掃性が一層向上する。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る冷凍保存装置の一例である冷蔵庫について説明する。図１１は、本実施の形態に係る冷凍室２００の側面構造を示す断面図である。この実施の形態３が実施の形態２と異なるのは、ＲＦＩＤタグ６０の代わりに、収容ケース２０１の底面に配置した食品トレー（温度計測手段）７５を備えている点である。その他の構成については実施の形態２と同一又は同等である。なお、実施の形態２と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

図１１に示すように、収容ケース２０１の底面には、食品トレー７５が配置されている。図１２、１３に示すように、食品トレー７５は、上面側に配置された温度センサ７６ａと、裏面側に配置された重量センサ７６ｂとが内蔵されたＲＦＩＤタグ７６が組み込まれている。また、食品トレー７５の裏面四方には、重量センサ７６ｂの突出によりぐらつかないよう、脚部７５ａが取り付けられている。ＲＦＩＤタグ７６は、温度センサ７６ａと重量センサ７６ｂ以外に、温度センサ７６ａと重量センサ７６ｂの計測結果を記憶する記憶部７６ｃと、記憶部７６ｃに記憶した計測結果を送信する送信部７６ｄと、制御信号を受信する受信部７６ｅと、電波を発信及び受信するアンテナ７６ｆと、アンテナ７６ｆで受信した電波を受けて発電する電源部７６ｇとを備えている。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図１２、１３に示すように、食品８１の温度は、略直接接触したＲＦＩＤタグ７６の温度センサ７６ａで常時計測され、計測結果は記憶部７６ｃに順次蓄積される。また、食品８１の重量は、ＲＦＩＤタグ７６の重量センサ７６ｂで計測され、計測結果は記憶部７６ｃに蓄積される。ここで、過冷却保存の制御を行う場合、食品８１の現在温度および重量を検出するための制御信号が本体制御部７０から発信されると、ＲＦＩＤタグ７６ａでは、アンテナ７６ｆを介して受信部７６ｅで制御信号を受信する。そして、この制御信号に基づいて、食品８１の現在温度の計測結果と重量の計測結果とが記憶部７６ｃから読み出され、送信部７６ｄからアンテナ７６ｆを介して送受信ユニット７１に送信される。送受信ユニット７１で受信した計測結果に基づいて、本体制御部７０では、食品８１の現在温度と重量に基づいて、過冷却保存の制御を実施する。

以上のように、本実施の形態では、食品８１の現在温度と重量に基づいて、過冷却保存の制御を行っているので、食品の量に適した過冷却保存の制御が可能となり、保存品質が向上する。

なお、上記実施の形態１乃至３においては、冷凍保存装置の一例として冷蔵庫を用いて説明したが、冷凍保存装置は冷蔵庫に限定されることなく、冷凍庫、冷凍コンテナなど、冷凍保存可能ないずれの装置であってもよい。
また、上記実施の形態１乃至３においては、温度計測部材５０の温度センサ５０ｂ、ＲＦＩＤタグ６０の温度センサ６１、食品トレー７５の温度センサ７６ａなどで計測された温度情報に基づく、温度変動範囲の経年変化を記録する経年変化記録手段と、経年変化記録手段に記録された経年変化に基づいて、初期の温度変化範囲から外れた場合に報知する経年劣化報知手段とを備えてもよい。

この場合には、各温度センサ５０ｂ、６１、７６ａで計測された温度情報に基づく、温度変動範囲の経年変化が経年変化記録手段に記録されるので、現在の各温度センサ５０ｂ、６１、７６ａでの計測値が、初期の温度変化範囲から外れたか否かを判断することが可能となる。そして、各温度センサ５０ｂ、６１、７６ａが劣化して、初期の温度変化範囲から外れた場合には、経年変化記録手段に記録された経年変化に基づいて、経年劣化報知手段で、例えば、警告ランプを点灯させる等して、報知することにより、利用者はメンテナンス時期を容易に知ることができる。
その結果、利用者は、各温度センサ５０ｂ、６１、７６ａの寿命に基づく、部品交換を確実に行うことが可能となり、長い期間、可冷却冷凍保存の品質を担保することができる。

図１（ａ）は、「過冷却なし」で水が凍結するときの温度変化を示したグラフである。また、図１（ｂ）は、「過冷却あり」で水が凍結するときの温度変化を示したグラフである。 通常の急速凍結と過冷却凍結とにより、肉を凍結したときと、一度凍結した肉を解凍したときの肉組織の状態を示した図である。 実施の形態１に係る冷蔵庫の構造を示す断面図である。 実施の形態１に係る冷凍室の側面構造を示す断面図である。 実施の形態１に係る冷凍室の側面構造を示す断面図である。 温度計測部材の構造を示す斜視図である。 過冷却制御の例を示すタイミングチャートである。 温度計測部材の別の構造を示す斜視図である。 実施の形態２に係る冷凍室の側面構造を示す断面図である。 実施の形態２に係るＲＦＩＤタグおよび本体制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍室の側面構造を示す断面図である。 実施の形態３に係るＲＦＩＤタグおよび本体制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る食品トレーの構造を示す側面図である。

符号の説明

１…冷蔵庫、２…ファン、３…冷却器、４…風路、５…液晶操作パネル、１０…圧縮機、４１…冷凍室風路、４２…冷凍室背面上側吹出し口、４３…冷凍室天井面吹出し口、４４…冷凍室背面吸込み口、４５…冷凍室底面吸込み口、４６…ダンパ（制御手段）、５０…温度計測部材、５０ａ…温度センサベース、５０ｂ…温度センサ、５０ｃ…通気孔、５１…ワイヤ、５２…ローラー、５３…巻き取り機、６０…ＲＦＩＤタグ（温度計測手段）、６１…温度センサ、６２…記憶部、６３…送信部、６４…受信部、６５…アンテナ、６６…電源部、７０…本体制御部、７１…送受信ユニット、７１ａ…アンテナ、７１ｂ…送受信部、７２…本体基板、７２ａ…マイコン、７５…食品トレー（温度計測手段）、７６…ＲＦＩＤタグ、７６ａ…温度センサ、７６ｂ…重量センサ、７６ｃ…記憶部、７６ｄ…送信部、７６ｅ…受信部、７６ｆ…アンテナ７６ｆ、７６ｇ…電源部、８１…食品、１００…冷蔵室、２００…冷凍室、２００ａ…アクチュエータ、２００ｂ…報知ランプ、２０１…収容ケース、２０１ａ…鉤状片、３００…冷凍室、３０１…冷凍ケース、４００…野菜室、４０１…野菜ケース。

Claims (17)

1. 冷凍室に貯蔵された食品に対し温度センサを略直接接触させて食品の温度を計測し、計測結果に基づいて、冷凍室に貯蔵された食品を凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態に維持するよう、冷凍室に導入される冷気を調整することを特徴とする冷凍保存方法。
2. 冷気を導入して食品を冷凍貯蔵する冷凍室と、
   前記冷凍室に貯蔵された食品の温度を計測する温度計測手段と、
   前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記冷凍室に貯蔵された食品を凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態に維持するように、前記冷凍室に導入される冷気を調整する制御手段とを備え、
   前記温度計測手段は、前記冷凍室内の食品に向けて下降可能に設けられたことを特徴とする冷凍保存装置。
3. 前記冷凍室への冷気の導入口は、食品に向けて下降した後の前記温度計測手段の位置より上方に設けられたことを特徴とする請求項２記載の冷凍保存装置。
4. 前記温度計測手段は、柔軟性を有するシート形状であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の冷凍保存装置。
5. 前記温度計測手段は、冷気を食品に導く複数の通気孔が配列されたことを特徴とする請求項４記載の冷凍保存装置。
6. 前記温度計測手段は、食品の温度を測定する複数の温度センサが配列されたことを特徴とする請求項４記載の冷凍保存装置。
7. 前記制御手段は、前記温度計測手段に設けられた複数の温度センサの出力から、前記冷凍室に貯蔵された食品の量を推定し、食品の量に基づいて、前記冷凍室の温度制御を行うことを特徴とする請求項６記載の冷凍保存装置。
8. 前記温度計測手段は、前記冷凍室内の食品を過冷却状態に移行させる制御を行う際に下降させ、過冷却状態が解除された際に上昇させることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の冷凍保存装置。
9. 前記冷凍室は、引き出し可能に設けられ上面が開放された食品収容ケースと、前記温度計測手段が下降している間は前記食品収容ケースの引き出しを防止する引き出し防止手段とを備えることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の冷凍保存装置。
10. 前記冷凍室は、引き出し可能に設けられ上面が開放された食品収容ケースと、前記温度計測手段が下降している間は前記食品収容ケースが引き出されることがないように報知する報知手段とを備えることを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の冷凍保存装置。
11. 冷気を導入して食品を冷凍貯蔵する冷凍室と、
    前記冷凍室に貯蔵された食品の温度を計測する温度計測手段と、
    前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記冷凍室に貯蔵された食品を凍結点以下の温度でも凍らない過冷却状態に維持するように、前記冷凍室に導入される冷気を調整する制御手段とを備え、
    前記温度計測手段での計測結果は、前記制御手段にワイヤレス送信されることを特徴とする冷凍保存装置。
12. 前記制御手段は、前記温度計測手段での計測結果を受信する受信部を備え、
    前記温度計測手段は、温度センサを内蔵し、前記受信部に計測結果を無線送信する非接触型ＩＣチップであることを特徴とする請求項１１記載の冷凍保存装置。
13. 前記冷凍室は、引き出し可能に設けられ上面が開放された食品収容ケースを備え、
    前記温度計測手段は、前記食品収容ケースの下面に組み込まれたことを特徴とする請求項１２記載の冷凍保存装置。
14. 前記冷凍室は、引き出し可能に設けられ上面が開放された食品収容ケースを備え、
    前記温度計測手段は、前記食品収容ケースの下面に着脱可能に配置されたことを特徴とする請求項１２記載の冷凍保存装置。
15. 前記温度計測手段は、複数配列されたことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の冷凍保存装置。
16. 前記温度計測手段は、食品の重量を計測する重量センサを備え、
    温度の計測結果に併せて、前記重量センサの計測結果が前記制御手段にワイヤレス送信されることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載の冷凍保存装置。
17. 前記温度計測手段により計測された温度情報に基づく、温度変動範囲の経年変化を記録する経年変化記録手段と、
    経年変化記録手段に記録された経年変化に基づいて、初期の温度変化範囲から外れた場合に報知する経年劣化報知手段とを更に備えたことを特徴とする請求項２から請求項１６のいずれか一項に記載の冷凍保存装置。

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