JP2009293883A - 冷凍保存装置および冷凍保存方法 - Google Patents

Abstract

【課題】食品の種別に応じて過冷却運転及び凍結運転の冷却速度を最適なものに調節可能な冷凍保存装置を提供する。
【解決手段】食品を保存する切替室２００と、切替室２００に投入された食品を過冷却状態にする過冷却運転と該食品を冷却して凍結保存する冷凍保存運転とを実施できる制御手段と、切替室２００に投入される食品の種別を入力できる操作パネル５を備え、制御手段は操作パネル５から得られた情報に基づき過冷却運転と冷凍保存運転での冷却速度を調節することができる構成にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、食品を冷凍保存する冷凍保存装置およびその冷凍保存方法に関わる。

最近の家庭用冷蔵庫に代表される冷凍保存装置に対するニーズは、食生活、生活スタイルの変化により「冷凍」または「冷凍保存」に集まっており、冷凍食品の多様化、利用量増加、作り置き、食品ストックなど冷凍室利用頻度は高く、冷凍室の大容量化と冷凍保存食品の品質向上が求められている。

従来、食品を冷凍する場合には、まず常温の食品を−１８℃に冷やされた空間に投入し、該食品温度がある一定の時間を経て空間と同じ温度になるまで冷却する。低温環境に置かれた該食品は、表面が冷却されて食品表面に氷結晶ができ、その後徐々に食品内部まで冷却されてゆくが、この際、該氷結晶が食品内部の未凍結状態の水分を引き出しながら拡大して中心部に向かった大きな針状結晶を形成し、最終的に食品全体が周囲温度に至り凍結する。このとき、該針状結晶によって食品の内部構造が破壊されるため、一度冷凍保存した食品は生鮮食品に比べて品質が低下するという問題があった。

そこで、上記問題を解決し、冷凍保存食品の品質を高める技術として、急速に食品を冷凍する急速冷凍が一般的にしられている。しかし、急速冷凍を用いても特に大きな食品を冷凍する場合においては、食品の表面と中心部とで温度差が出来てしまう為、必ずしも満足な品質で冷凍することが出来なかった。また、急速冷凍には食品に極低温冷気を吹き付けるため大きなエネルギーが必要であるなどの問題があった。

また近年、このような急速冷凍の問題を回避できる新たな高品質冷凍技術として、食品を特定の冷却条件で冷却することにより該食品の凍結温度以下でも未凍結な状態（過冷却状態）を維持し保存する技術がある。このように過冷却状態で食品を保存することによって、凍結による蛋白質変性、細胞組織の損傷などの冷却障害を回避しつつ凍結温度以下の温度で保存できるという利点がある。また、過冷却状態の食品に強制的に刺激を与えて過冷却状態を解除して食品全体に均一で且つ粒状の細かい氷結晶を生成したあと急速冷凍することにより、従来の急速凍結技術に比べて細胞組織の損傷が少なくなり品質劣化を抑制できる保存技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、食品に電磁波を照射して凍結を抑制しながら冷却することにより過冷却状態をつくる保存技術において、食品の凍結温度または最大氷結晶生成帯の温度に応じて電磁場の強さを設定し、該温度以下に冷却した段階で電磁波を停止する方法が提案されている（例えば特許文献２）。

特開２００３−１８０３１４号公報 特開２００５−３４０８９号公報

しかし、特許文献１に記載の過冷却状態で保存する技術にあっては、過冷却状態を長く維持させるために、事前に食品を密閉容器や液体などで覆い食品に直接冷風が当たらないようにする工夫が必要であった。また、過冷却状態は振動などの刺激によって容易に解除されてしまう不安定な状態のため、過冷却状態での長期間保存は難しいという問題があった。また、過冷却状態で長期保存した場合、保存温度が比較的高いため酸化や細菌繁殖などによって食品品質が低下する可能性があった。

また、過冷却状態を解除したのち食品等を保存する方法にあっては、特に家庭用の冷蔵庫などいくつかの食品が同時に混在して保存している冷蔵室で過冷却を行う場合、冷却速度が速くても過冷却が発現する食品が冷蔵室内に投入された場合でも、常に同様の冷却速度で冷却する為、既に冷凍された食品が比較的高い温度で長時間放置され、冷凍品質が低下するという問題があった。

また、特許文献２に記載の電磁波を照射して食品の種類に応じた過冷却状態を発現させる方法にあっては、電磁波を発生させるために複雑で大きな装置が必要であり、また電磁波が扉の隙間や開閉時に外部に漏れないようにする為にも複雑な構造が必要であり、特に家庭用冷蔵庫への搭載は難しいという問題があった。

よって、本発明は、上記に示すような従来の過冷却を利用した食品保存方法の問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、食品の種別に応じて過冷却運転及び凍結運転の冷却速度を最適なものに調節することにより、食品を高品質のまま冷凍保存する冷凍保存方法および冷凍保存装置を得ることである。

この発明に係る冷凍保存装置においては、食品を保存する貯蔵室と、前記貯蔵室に投入された食品を冷却する冷却手段と、前記冷却手段を制御して少なくとも食品を過冷却状態にする過冷却運転と該食品を冷却して凍結保存する冷凍保存運転とを実施できる制御手段と、前記貯蔵室に投入された食品の種別を前記制御手段に入力する食品種別入力手段とを備え、前記制御手段は、前記食品種別入力手段から得られた情報に基づき前記過冷却運転時の冷却速度を調節できるようにしたものである。

この本発明によれば、それぞれの食品種別に応じた冷却速度で冷却することが出来るので、投入される食品の種類に係らず冷凍保存した食品を解凍することによる品質低下を抑制することが出来る。

実施の形態１．
過冷却状態を経て冷凍保存することが出来る本発明の実施の形態１の冷凍保存装置について図１〜図９を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍保存装置であるいわゆる冷蔵庫の側断面図である。
冷蔵庫１は、最上部に開閉ドアを備えて配置される冷蔵室１００、冷蔵室１００の下方に冷凍温度帯（−１８℃）から冷蔵、野菜、チルド、ソフト冷凍（−７℃）などの各温度帯に切り替えることのできる引き出しドアを備えた切替室２００、切替室２００と並列に配置される引き出しドアを備えた製氷室（図示なし）、最下部に配置される引き出しドアを備えた冷凍室３００、冷凍室３００と切替室２００及び製氷室との間に配置される引き出しドアを備えた野菜室４００等から構成される。また、冷蔵室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、各室の温度を表示する液晶表示部と、切替室２００に投入される食品の種別を入力する入力ボタンなどから構成される操作パネル５が設けられている。

冷蔵庫１の背面側外部には、冷凍サイクルを構成する圧縮機１０が、その背面側内部には同じく冷凍サイクルを構成する冷却器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や切替室２００に送風するためのファン２、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が設けられている。

なお、切替室２００には引き出しドアと一体になった収納ケース２０１が、冷凍室３００には引き出しドアと一体になった収納ケース３０１が、野菜室４００には引き出しドアと一体になった収納ケース４０１が、それぞれ設置されており、それらのケース内に食品を収納することができる。

次に、冷蔵庫内の冷気の流れについて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における風路構成を示す冷蔵庫の側断面図である。
冷却器３で冷却された冷気の一部は、冷凍室３００に送風される。また、残りの冷気は風路４を通り、切替室２００と冷蔵室１００に送風される。冷蔵室１００に流入した冷気は冷蔵室用帰還路６を通過して野菜室４００に流れ込み、野菜室４００を通った空気は、野菜室用帰還路７を経て冷却器３に戻る。

次に、食品を過冷却状態にしたのち冷凍保存する機能を有する切替室２００について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における切替室部分の側断面図である。
冷気は風路４から切替室風路４１を通過し、切替室２００の正面側からみて背面左上に設けた背面上側吹出し口４２と、ドア側の天井面９６に設けた天井面吹出し口４３から切替室２００内へ導入される。背面上側吹出し口４２から流入する冷気は比較的温度の高い冷蔵室１００近傍を通過するため、天井面吹出し口４３から流入する冷気より高い温度になっている。また、切替室風路４１内には、仕切り壁４１ａとダンパ４６が設けてあり、ダンパ４６の開閉角度を調節することにより背面上側吹出し口４２と天井面吹出し口４３から導入される冷気分配を変更し、切替室２００内に投入された食品の冷却速度を任意に変更することが出来る。また、切替室２００内の冷気は、切替室２００の背面右下に設けた背面吸込み口４４と、底面に設けた底面吸込み口４５から冷却器３に戻る。９５は例えば赤外線センサ等の表面温度測定装置であり、冷気の影響を受けにくい切替室２００の天井面９６の背面付近に設置して、切替室２００内に収納した食品の表面温度を検出できる。

次に、食品の種別を入力する手段、および過冷却運転について説明する。図４は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の操作パネルを示す図であり、図５は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の制御系統概略図である。
ユーザーが操作パネル５に設けた瞬冷凍ボタン５０を押すと、切替室２００に投入した食品を過冷却冷凍保存するモードが選択され、過冷却運転選択表示ランプ５１が点灯してユーザーに過冷却運転が選択されていることを表示する。同時に肉・魚選択表示ランプ５２も点灯し、肉や魚を過冷却冷凍保存するのに適した運転モードが選択される。ここで、再度瞬冷凍ボタン５０を押すと、肉・魚モード選択表示ランプ５２が消えてご飯モード選択表示ランプ５３が点灯し、ご飯を過冷却冷凍保存するのに適した運転モードが選択される。更に瞬冷凍ボタン５０を押すと、ご飯モード選択表示ランプ５３が消えて野菜モード選択表示ランプ５４が点灯し、野菜を過冷却冷凍保存するのに適した運転モードが選択される。

操作パネル５によって選択された運転モードは制御回路４７に伝達され、制御回路４７は該運転モードに応じて、圧縮機１０の運転、ダンパ４６の開度、およびファン２の回転などを調節し、冷却速度及び冷却温度を制御する。
また、切替室２００は冷蔵室１００の扉に設置された操作パネル５によって、冷蔵（約３℃）、チルド（約０℃）、ソフト冷凍（約−５、−７、−９℃）、冷凍（約−１７℃）など、６通りの温度帯に切替可能となっており、制御装置４７は、前記操作パネル５の操作によって設定された切替室２００温度になるよう圧縮機１０の運転、ダンパ４６の開度、およびファン２の回転などを調節する。切替室２００の温度は、図示されていないサーミスタによって検出され、制御回路４７に伝達される。

次に、過冷却運転について詳しく説明する。図６は、過冷却運転なし（ａ）と過冷却運転あり（ｂ）の場合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。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。また、該過冷却状態は、過冷却状態の食品に対して振動や温度変化などの刺激を加えることで過冷却状態を解除することが可能である。
本発明では、過冷却状態の食品に対して刺激を与え、過冷却状態を解除して、瞬間的に食品全体を凍結させる方法を過冷却冷凍と称している。

ここで、通常冷凍と過冷却冷凍の違いについてペットボトルに入った水を例に説明する。
通常冷凍の場合には、凍結点を過ぎた頃から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、通常冷凍の場合には最初に表面に氷核が形成され、そこから水の状態である内部方向へ向かって氷が成長していく。
また、急速冷凍の場合には、通常冷凍よりも低い温度の冷気を当てるので、表面から凍り始め内部に向かって氷が成長するのは通常冷凍と同様だが、内部の温度も急激に下がるので内部にも氷核ができ易い状態になり、通常冷凍時よりも氷結晶が小さくなる。

それに対し過冷却冷凍の場合には、過冷却状態を解除して凍結が開始するとペットボトル内のあらゆる部分で氷が成長しペットボトル全体に均一に氷核が形成されるので、一定方向に向かって氷が成長するということはなく、氷核も小さいものとなる。

よって、通常冷凍と過冷却冷凍とではその冷却過程の違いから、通常冷凍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、過冷却冷凍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という違いが生じる。

また、図６（ｂ）のＡ点とＢ点の差に示されるような過冷却状態で達した最低温度と凍結点との温度差（以降、前記温度差を過冷却度と称す）を大きくすることによって凍結開始時に形成される氷核の数が多くなり、より微細な氷結晶となる。この考え方は従来からあるものであり、最大氷結晶生成帯である−１℃〜−５℃の温度帯の通過時間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。したがって、過冷却度を大きく、つまり過冷却状態で到達する温度が低ければ低いほど、冷凍保存品質を高めることができる。過冷却度は、冷却速度を遅くすることによって大きくすることができる。

また、一度過冷却状態を経た食品は、食品内部に小さな氷核が形成されているので、その後の凍結の過程で最大氷結晶生成帯近傍（−１℃〜−１０℃）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。

また、過冷却状態を経たのち、凍結過程で急速冷凍することによって更に氷結晶が肥大する可能性は低くなり、また、菌など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。

次に、過冷却状態の有無によって冷凍保存品質に影響がある食品について説明する。
図７は、通常の急速凍結と過冷却冷凍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、肉や魚などは凍結時の氷結晶生成によって内部組織が破壊されてしまうため、解凍後のドリップ量が多くなり食味が低下していた。

また、従来冷凍保存に適さない食材とされていたジャガイモなど芋類は、通常冷凍した場合はジャガイモの主成分であるデンプンを構成しているアミロースとアミロペクチンの立体構造を氷結晶の成長によって破壊してしまうため、解凍後にすかすかの状態になってしまい食味が低下していた。

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、凍結時の内部組織の破壊を殆ど起こさずに凍結できるので、解凍後の食味悪化を抑制することができる。

次に、過冷却度の違いによる、冷凍品質への影響を記載する。一般的に、過冷却度が大きくなると食品内部まで十分に温度を下げることができるので、内部温度むらが抑制される傾向にある。例えば、肉は脂身と赤身で構成されており、内部温度むらが出来やすい食品である。したがって、肉の場合は過冷却度を大きくすることで、更に解凍時に流れ出るドリップ量を低減することができ、しいては冷凍品質を向上させることが出来る。

一方、ジャガイモのような内部構成が均一的な食品は、過冷却度の大小によって食味に変化が出にくい傾向にある。一例として、図８にジャガイモを用いて測定した硬さと過冷却度の相関図を示す。
この結果を見ても分かるように、ジャガイモは過冷却度と硬さに相関が無く、また過冷却度が低くても食味（この場合はテクスチャー）を保持していることが分かった。すなわち、ジャガイモの場合は、過冷却度を大きくする必要は無く、過冷却度が小さい状態で過冷却を解除しても、テクスチャーを保持した凍結保存が可能であることがわかる。また、実験により、牛肉に比べてジャガイモは冷却速度が速くても過冷却の発現率が高いということが分かった。

次に、過冷却解除後の急冷の有無によって、食味に影響が無い食品群について説明する。例えば、ブロッコリーは、過冷却解除後の急冷の有無によって食味に影響が無い食品である。よって、過冷却解除後の急冷によって冷凍品質向上が見込めない食品群については、急冷を実施しないよう選択可能にすることにより、急冷運転による無駄なエネルギー消費を抑えることができる。

次に、過冷却発現のしやすさについて説明する。例えば、食品の組成が均一な分散系の食品群、例えばゾル・ゲル状のヨーグルトやこんにゃくなどは過冷却が発現しやすく、肉などに比べて冷却速度が速くても過冷却の発現率が高い。それに対し食品の組成が不均一な食品群、例えば脂身（主に脂質）と赤身（主に水分とタンパク質）が不均一に存在している肉などは、脂質と水分では熱伝導率や凝固点が異なり、食品内部で温度差が生じやすいため、冷却速度が速い、風速が大きい、冷風温度が低いなどの要因によって過冷却が発現しなかったり、過冷却状態になってもすぐに解除されてしまうことが起きやすい。

以上のように、食品群によって最適な過冷却タイミングを設定することによって、高い冷凍品質を維持しつつ、エネルギー消費を低減することが出来る。

次に、以上のような食品と過冷却の関係を考慮した、実施の形態１における冷蔵庫の運転制御方法について説明する。図９は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の過冷却運転制御を示すフローチャートである。

まず、切替室２００に食品を投入し（S101）、操作パネル５から食品の種別を入力する（S102）。該入力は制御回路４７に伝達され、制御回路４７は該食品に最適な過冷却運転の冷却速度Ａ、過冷却運転時間ｔ（大きいほど過冷却度が大きくなる）、冷凍保存運転の冷却速度Ｂを選定し（S103〜S108、S119、S120）、該選定に合わせて圧縮機１０やダンパ４６やファン２の入力を設定し、冷却速度Ａで冷却を開始する（S109）。例えば、米飯は（S103）、ゆでたジャガイモやブロッコリーなら（S104）、牛肉なら（S107）を選択する。なお、扉開閉など、温度上昇の要因となる動作を検知した場合、冷却時間を延長する制御を行うと、より確実に過冷却状態を発現することができる。

該食品の表面温度を赤外線センサ９５で検知して該食品の凍結温度に至った時点から過冷却時間の積算をスタートし（S110）、食品温度が徐々に下がっていることを検知する（S111）。積算時間が過冷却運転時間ｔを経過したら（S112）、過冷却状態を解除する過冷却解除運転（ステージ２）に移行する。もし、過冷却運転時間ｔに至る前に食品温度が上昇した場合は過冷却状態が自然に解除したものと認識し、食品を凍結保存する冷凍保存運転（ステージ３）に移行する。

過冷却解除運転（ステージ２）では、冷却速度を上昇させると共に時間の積算を開始する（S113）。ここでも該食品の表面温度を赤外線センサ９５で検知して、食品温度が徐々に下がっていることを検知し（S114）、食品温度上昇を検知したら該食品の過冷却状態が解除されたものと判断し、食品を凍結保存する冷凍保存運転（ステージ３）に移行する。もし、温度上昇を検知せずに所定時間経過した場合（S115）は、過冷却解除が失敗もしくは過冷却状態にならず通常の凍結（図６のa）の状態になっているとみなし、食品を凍結保存する冷凍保存運転（ステージ３）に移行する。

冷凍保存運転（ステージ３）では、冷却速度Ｂで該食品を冷却し（S116）、あらかじめ設定されている切替室２００の冷凍保存温度に到達したことを検知したら（S117）、切替室２００の温度が一定になるよう制御して（S121）該食品を冷凍保存するステージ４に移行する。

一方、操作パネル５にて過冷却冷凍に不適な食品種別を入力された場合は、過冷却運転は不要と判断し（S118）、さらに急速冷凍の有無に分けられ（S119〜S120）、食品を凍結保存する冷凍保存運転（ステージ３、ステージ４）に移行する。

次に、制御回路４７が選定する運転モードに対する各ステージでの動作を、タイミングチャートを用いて説明する。図１０の（ａ）は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の各運転モードでの圧縮機の入力状態、図１０の（ｂ）は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の各運転モードでの食品の温度状態を示している。

過冷却運転（ステージ１）
ステージ１では、投入された食品を、凍結温度に到達してから過冷却運転時間ｔを経過するまで冷却速度Ａで冷却する。このとき、過冷却発現が容易な食品の場合は、急速凍結にはならず過冷却が発現する程度の冷却速度まで圧縮機１０への入力を大きくして冷却速度を速める（S103、Ｓ104）。これにより、すでに冷凍している食品が存在する貯蔵室で過冷却冷凍を実施する場合、それら既に凍結している食品に悪影響を与えずに、新たに追加した食品を高品質に冷凍保存することができる。これは、例えば構造を大きくすることが困難な家庭用の冷蔵庫に代表される冷凍保存装置に適用することで、装置の大きさを維持しつつ冷凍品質の高い冷凍保存装置を得ることができる。また、過冷却度が大きいほど冷凍品質が向上する食品の場合は、過冷却運転時間ｔを長く設定し過冷却度を大きくする（S107、S108）。
なお、ここでは圧縮機１０の入力で冷却速度を調節しているが、ダンパ４６の開閉やファン２の強弱で冷却速度を調節しても良い。また、別途ヒータを設置したり圧縮機１０の熱を利用して冷却速度を調節しても良い。

過冷却解除運転（ステージ２）
概ね、過冷却状態のまま食品温度が凍結点より３℃以上低い温度まで達し、且つ過冷却を少なくとも５秒保持した後にステージ２に移行し、圧縮機１０の入力を大きくして強い冷気を食品に当てることで食品内の温度差を大きくし過冷却状態を解除する。過冷却状態から解除された食品の温度は0℃付近まで上昇する。
なお、過冷却の解除方法は、上記のような温度差を用いた方法以外に、例えばモーター等を用いて食品に直接的に振動を加える方法や冷蔵庫内の動作機器の振動を利用する方法、音波を利用して非接触で且つ食品に直接振動を加える方法などがある。

冷凍保存運転（ステージ３）
過冷却解除後は、圧縮機１０の入力を大きくして切替室２００に設定された冷凍保存温度まで一気に冷却するのだが、過冷却解除後に急速冷却することで冷凍品質が向上する食品の場合は、圧縮機１０の入力を大きくして急速冷凍を実施する（S103、S105、S107）。また、過冷却解除後の急速冷却によって冷凍品質が向上しない食品の場合は、通常の圧縮機１０の入力を少し抑制して冷蔵庫の消費電力を低減する（S104、S106、S108）。
また、過冷却冷凍することによって冷凍品質の向上が得られない食品の場合（S119、S120）は、ステージ１と２をスキップしてステージ３から実施することで、すでに冷凍している食品が存在する貯蔵室で過冷却冷凍を実施する場合、それら既に凍結している食品に悪影響を与えずに、新たに追加した食品を高品質に冷凍保存することができる。なお、過冷却冷凍を実施しない場合（S119、S120）においても、急速冷却することで冷凍品質が向上する食品の場合は急速冷凍を実施し（S119）、急速冷却によって冷凍品質が向上しない食品の場合は急速冷凍を実施しない（S120）ことで、冷凍品質の向上と消費電力の低減を実現することが可能である。

冷凍保存運転（ステージ４）
圧縮機１０の入力を小さくし、切替室２００の温度が一定になるように制御する。

なお、切替室２００に設定された冷凍保存温度は任意に設定できるようにすることで、ユーザーの使いたい状況に合わせた保存を行うことが出来る。

例えば、過冷却解除後、−１０℃以上の範囲で冷凍保存した場合は、凍結した状態のまま包丁で容易に切れる状態を維持できるため、ユーザーの使い勝手が良いという利点がある。さらに、本発明の方式のように過冷却状態を経て凍結したことによって食品内部の氷結晶が細かくなるので、通常冷凍時に比べてより切れやすくなるという効果も得られる。保存温度帯は凍結点以下なので、２週間程度のある程度長期の保存が可能である。

例えば、過冷却解除後、−１０℃〜−１５℃までの範囲で冷凍保存した場合は、通常の凍結方法では氷結晶が針状に大きく生成してしまうため、凍結状態のまま包丁で切ることは難しかったが、本発明の方式のように過冷却状態を経て凍結させることにより食品内部の氷結晶が細かくなるので、凍結状態でも包丁で切れるという利点がある。保存期間に関しては、２週間以上１ヶ月程度の長期保存も可能である。

例えば、過冷却解除後−１５℃以下の温度帯で冷凍保存した場合は、通常の冷凍と同様に１ヶ月程度の長期保存が可能となる。加えて本発明の方式のように過冷却状態を経て凍結させることにより食品内部の氷結晶が細かくなるので、冷凍による食品の細胞破壊がおきにくく、これにより高い冷凍品質を得ることが出来る。

また、同じ食品であっても、体積の大きさによって過冷却のしやすさは異なる。体積が大きい食品は、表面部と中心部の距離が大きくなるので、冷却する過程での表面温度と中心温度の差が大きくなる傾向がある。また、冷気の吹出し口に対して近い部分と遠い部分とが出来る為、同じ食品でも冷気の当たり方が異なり、温度差を生じることがある。この温度差は、過冷却解除の要因となるため、体積が大きいものほど過冷却の発現が難しく、また過冷却が解除しやすい。よって、体積が大きい食品を過冷却状態にするには、冷却速度を遅くする必要がある。

食品の体積を検知する手段として、超音波センサ等の距離を検出可能なセンサで貯蔵室内をスキャニングさせて直接的に食品の体積を検出させる方法や、貯蔵室内の重量を検出する重量検出手段と食品の種類を判別する手段を組み合わせて各食品の大まかな密度データと食品の重量から体積を演算する方法が考えられる。また、操作パネルから体積や重量を入力させる方法でも良い。

また、これまでは過冷却状態を解除したのち凍結させた保存方法のメリットを述べてきたが、冷凍保存装置としては、過冷却状態のまま保存する保存方法や通常の保存方法を運転可能な機能を持たせ、ユーザーが任意に選択できるようにしても良い。

また、食品表面温度検知手段として、赤外線センサ以外のもの、例えば電界センサなどを用いて、過冷却品の状態を判断して行うこともできる。

赤外線センサを用いる場合、赤外線センサは収納ケース２０１を設けるスペースの壁面に設置し、可動式で収納ケース２０１内全体を見渡せるようにするか、またはアレイセンサにして収納ケース２０１内全体を見ることができるようにする。設置位置としては、例えば、切替室２００背面に設置し斜め上方から収納ケース２０１を見渡すことで、全体を見ることができる。
過冷却モードに入ると、赤外線センサは、収納ケース２０１内の食品の表面温度を検知し、そこから芯温を算出する。

電界センサを用いる場合は、収納ケース２０１を設けるスペースに電界センサを設置する。電界センサの電極部は金属製であればどのような形状でもよい。例えば、収納ケース２０１に簡便に貼り付けるためには、箔状であれば、収納ケース２０１の凹凸に沿って貼り付けることができる。箔よりは厚めの板状にすることで、取り付け時に破損の恐れが少ない電極を得ることができる。また、非接触式であり、収納ケース２０１を設けるスペースの壁面であればどこに設置しても良く、測定したい物質との間に別の物質、例えばプラスチックの板などがあっても測定できる。
電界センサは、食品内部の誘電率により出力が変化する。食品が未凍結または過冷却の状態で水分が液体でいるときに比べ、過冷却が解除されて氷結晶が生成すると、誘電率が大幅に小さくなるので、それを利用して過冷却解除を検知する。

また、上記のような装置を用いる以外にも、食品の温度を温度計で直接測る構成にしても良い。

また、切替室２００の温度調節手段としてダンパ４６を用いる手段を説明したが、例えば切替室２００の周囲壁にヒーターを設けておき、ヒーターの入力を調節することで切替室２００内の温度を調節する方法を用いても良い。

また、これまでは過冷却を発現したのち解除して冷凍保存する方法について説明してきたが、過冷却状態を維持したまま保存する運転モードを設けてもよい。

なお、これまでは食品の種類を認識する手段として、幾つかにまとめられた食品種別を操作パネルから入力する方法について説明したが、例えばいろいろな食品に対するボタンを設けて前記ボタンで選択された食品に合わせた運転モードを選択する方法でもよい。その場合、選択された食品のうち最も冷却速度が遅い運転モードを選択することにより、確実に過冷却状態を発現することができるので良い。

また、食品に生産者や生産地域、収穫日などを記録したICタグを食品や食品パッケージに取付けているものも出てきており、前記ICタグから食品の種類を認識する手段を用いても良い。その際、ICタグに食品の重量も記録することによって、食品重量も検知することが可能になる。

また、過冷却状態で維持する過冷却維持モードを操作パネル５から選択できるようにしてもよい。例えば、過冷却維持モードを選択して水を過冷却状態で維持し、維持したまま冷蔵庫から取出してグラスに注ぐと、水をシャーベット状にすることができる。これにより、新たな食感を得ることが出来たり、調理手段の一つとして用いることが可能となる。
もし過冷却維持モードを通常で使用しない製品に搭載する場合は、操作パネル５で特別な操作をすることによって、例えば複数のボタンを同時に押すことによって過冷却維持モードが選択できるようにしても良い。

なお、本発明の実施の形態１においては切替室２００にて過冷却冷凍保存する構成を説明したが、過冷却を発現させる機能は冷蔵室１００、冷凍室３００、野菜室４００、製氷室５００のどの部分に設けてもよい。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側断面図。 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の風路構成を示す側断面図。 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の切替室周辺の側断面図。 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の操作パネルを示す図。 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の制御系統概略図。 過冷却運転なし（ａ）と過冷却運転あり（ｂ）で水が凍結するときの温度変化を示したグラフ。 通常の急速凍結と過冷却冷凍とにより、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。 過冷却冷凍後、解凍したジャガイモの硬さと過冷却度の相関図。 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の過冷却運転制御を示すフローチャート。 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の各運転モードでの圧縮機の入力状態と食品の温度との関係を示すタイミングチャート。

符号の説明

１ 冷蔵庫、２ ファン、３ 冷却器、４ 風路、５ 操作パネル、６ 冷蔵室用帰還路、７ 野菜室用帰還路、１０ 圧縮機、４１ 切替室風路、４１a 仕切り壁、４２ 背面上側吹出し口、４３ 天井面吹出し口、４４ 背面下側吸込み口、４５ 底面吸込み口、４６ ダンパ、４７ 制御回路、５０ 瞬冷凍ボタン、５１ 過冷却運転選択表示ランプ、５２ 肉・魚選択表示ランプ、５３ ご飯選択表示ランプ、５４ 野菜選択表示ランプ、９５ 赤外線センサ、９６ 天井面、１００ 冷蔵室、２００ 切替室、２０１ 収納ケース、３００ 冷凍室、３０１ 冷凍ケース、４００ 野菜室、４０１ 野菜ケース。

Claims (10)

1. 食品を保存する貯蔵室と、前記貯蔵室に投入された食品を冷却する冷却手段と、前記冷却手段を制御して少なくとも食品を過冷却状態にする過冷却運転と該食品を冷却して凍結保存する冷凍保存運転とを実施できる制御手段と、前記貯蔵室に投入された食品の種別を前記制御手段に入力する食品種別入力手段とを備え、
   前記制御手段は、前記食品種別入力手段から得られた情報に基づき前記過冷却運転時の冷却速度を調節することを特徴とする冷凍保存装置。
2. 前記制御手段は、前記冷凍保存運転の前段階で該食品の過冷却状態を解除する過冷却解除運転を実施することを特徴とする請求項１に記載の冷凍保存装置。
3. 前記制御手段は、前記食品種別入力手段から得られた情報に基づき前記冷凍保存運転時の冷却速度を調節することを特徴とする請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の冷凍保存装置。
4. 前記貯蔵室に投入された食品の体積を検知する体積検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記体積検知手段から得られた情報に基づき前記過冷却運転時の冷却速度を調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍保存装置。
5. 前記貯蔵室に投入された食品の重量を検知する重量検知手段を備え、
   前記体積検知手段は、前記重量検知手段によって検知された食品の重量と、前記食品種別入力手段から得られた情報に基づき、該投入された食品の体積を推測することを特徴とする請求項４に記載の冷凍保存装置。
6. 前記食品種別入力手段は、食品の種別を選択することが可能な操作パネルで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍保存装置。
7. 前記操作パネルは、食品の体積を入力する機能を備えたことを特徴とする請求項６に記載の冷凍保存装置。
8. 前記操作パネルは、食品の重量を入力する機能を備えたことを特徴とする請求項６に記載の冷凍保存装置。
9. 前記食品種別入力手段は、自動で食品種別を認識することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の冷凍保存装置。
10. 食品を過冷却状態にする過冷却運転と、前記食品の過冷却状態を解除する過冷却解除運転と、前記過冷却状態が解除した食品を冷凍保存する冷凍保存運転と、を備えた冷凍手段において、
    前記冷凍手段は、食品の種別によって前記過冷却運転の冷却速度、冷凍時間、及び前記冷凍保存運転の冷却速度の少なくとも一つを調節する機能を有することを特徴とする冷凍保存方法。

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