JP2013036643A - 食品貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】食品を高品位に冷凍および解凍するための食品貯蔵装置を安価で簡易な構成で実現すること。
【解決手段】半導体高周波発生装置２００は、高周波信号を発生する発振器２０１と、解凍と冷凍の切り替えパス２１０と、スイッチ２０２とスイッチ２０３と、高周波電力を増幅する終段増幅器２０４からなり、切り替えパス２１０の解凍機能の伝送パス２１１の伝送量を、冷凍機能の伝送パス２１２の伝送量より大きいものとすることで、簡易で安価な半導体高周波発生装置の構成による高周波電力放射による誘電加熱の出力切り替えが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に食品の冷凍解凍装置に関連する。

従来の食品貯蔵装置として、食品の周囲温度を検出するセンサの検出温度に基づいて、食品の温度上昇時に冷却能力を高めることにより、食品の温度を低下させるなどの冷却制御を行うものがあった（例えば、特許文献１）。

冷蔵庫あるいは冷凍庫は、冷凍サイクルを構成する圧縮機および冷却器により冷気を生成し、該冷気を送風ファンおよび風路に導入し、食品貯蔵室へ送り込むことで食品の冷却を行っている。

食品に応じたきめ細かな温度制御、いいかえれば温度低下速度の制御、温度上昇速度の制御、温度維持制御は、圧縮機の回転数、送風ファンの回転数、風路上に設置したダンパによる冷気風量などを制御している。

特開２００２−１４７９１６号公報

従来の制御を行うためには、ダンパなどの部品点数の増加のほか、圧縮機の回転数制御、送付ファンの回転制御、ダンパの開度制御などに関して、制御プロセスの複雑化を招くなどの課題があった。

さらに、冷気による熱伝達や室内壁面の輻射冷却により食品冷却を実施する場合は、食品内部への熱伝導の遅れの影響により、例えば、大きな食品では食品外部と食品内部の温度勾配が大きくなる。特に冷気を当て貯蔵するタイプの貯蔵装置においては，食品外表面においても冷気が当たる部分と当たらない部分で、大きな温度勾配が発生するなどの課題を有していた。

一方で、食品のおいしさ、安全性、及び保存品質への消費者意識の高まりから、食品の保存状態に対する要求は増している。一例をあげれば、食品を凍結温度以下の状態から瞬間冷凍させる過冷却現象を用いて、食品内部の氷結晶を小さくすることで食品の品質を上げたり、飲料用などに使う氷を透明化させることで、食品・飲料の見た目の美しさやおいしさを向上させたりする機能が受け入れられている。

過冷却現象や氷の透明化などは、いずれも食品に対して過度な刺激を与えることなく、言い換えれば、静置状態でできるだけ低速に、かつ温度勾配を少なくして冷却する必要がある。しかし、従来技術の貯蔵装置では、前述した冷却風の制御の困難さや冷気による温度勾配により実現は容易ではなく、実現できたとしても、結果的に装置や制御が複雑化してしまう課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、冷却装置の構成や制御を複雑化することなしに簡易な構成で、貯蔵される食品の温度低下速度や温度上昇速度を変化させることができ、また温度維持ができる食品貯蔵装置、及びそれを備えた機器を提案する。

本発明の食品貯蔵装置は、食品を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室の内部および前記貯蔵室に貯蔵された食品の温度を調節する温度維持装置と、前記貯蔵室に貯蔵された食品に高周波電力を照射する高周波放射装置とを備え、前記高周波放射装置は半導体高周波発生装置とアンテナとを備え、前記半導体高周波発生装置は発振器とスイッチと切り替えパスと終段増幅器とを備え、解凍時は前記スイッチで前記切り替えパスの解凍用パスを選択して前記終段増幅器を動作し、冷凍時は前記スイッチで前記切り替えパスの冷凍用パスを選択して前記終段増幅器を動作し、前記温度維持装置により所定の冷却能力で冷却しながら、前記高周波放射装置による高周波電力照射によって、前記貯蔵室内の食品の誘電加熱の出力を変化させることにより、食品の冷却速度あるいは加熱速度を変化させる温度変化工程を備えたものである。

本発明の食品貯蔵装置によれば、簡易で安価な半導体高周波発生装置の構成による高周波電力放射による誘電加熱の出力切り替えが可能となり、圧縮機、送風ファン、ダンパなどによって、食品あるいは貯蔵室に対する冷却能力を細かく制御することなしに、貯蔵する食品を過冷却状態に保持する、また品質の高い高速食品解凍を実施できる。

本発明の実施の形態を示す食品貯蔵装置の主要部側断面図 本発明の実施の形態を示す半導体高周波発生装置の図 本発明の実施の形態を示す切り替えパスの図 本発明の実施の形態を示す切り替えパスの図 本発明の実施の形態を示す切り替えパスの図 本発明の実施の形態を示す切り替えパスの図 本発明の実施の形態を示す切り替えパスの図 本発明の実施の形態を示す食品貯蔵装置の牛肉冷凍の際の温度履歴の一例を示すグラフ 本発明の実施の形態を示す食品貯蔵装置の牛肉解凍の際の温度履歴の一例を示すグラフ 終段増幅器の入力電力と出力電力の関係の図 本発明の実施の形態を示す食品貯蔵装置の冷凍制御フロー図 本発明の実施の形態を示す食品貯蔵装置の解凍制御フロー図

第１の発明は、貯蔵室と、前記貯蔵室の温度を調整する温度維持装置と、前記貯蔵室に高周波電力を輻射する高周波放射装置とを備え、前記貯蔵室内に配置した食品を冷凍する冷凍機能と、前記食品を解凍する解凍機能とを有し、
前記高周波放射装置は、高周波電力を発生する発振器と、前記発振器から出力された高周波信号を増幅、または減衰、またはスルーする切り替えパスと、前記切り替えパスの出力電力を増幅する終段増幅器と、前記終段増幅器の出力電力を前記貯蔵室に放射するアンテナとを有し、
前記切り替えパスは、並列に配置された２つの伝送パスと、前記２つの伝送パスのうちいずれかの伝送パスを、前記冷凍機能と前記解凍機能に応じて選択し動作させる一対のスイッチからなり、
前記冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、前記解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きいことを特徴とするものである。

これによって、簡易で安価な構成で誘電加熱の出力切り替えが可能となり、複雑な温度
維持装置で冷却能力を細かく制御することなしに、貯蔵する食品を過冷却状態にしたり、また品質の高い高速食品解凍を実施できる。

第２の発明は、前記切り替えパスにおける、解凍機能の前記伝送パスに増幅器を有し、冷凍機能の前記伝送パスには伝送線路を有することによって、冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、安価で簡易な構成で、解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きくすることができる。

第３の発明は、前記切り替えパスにおける、解凍機能の前記伝送パスは増幅器を有し、冷凍機能の前記伝送パスは減衰量可変の減衰器を有することによって、冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、安価で簡易な構成で、解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きくすることができる。

第４の発明は、前記切り替えパスにおける、解凍機能の前記伝送パスは増幅器を有し、冷凍機能の前記伝送パスは利得可変の増幅器を有することによって、冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、安価で簡易な構成で、解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きくすることができる。

第５の発明は、前記切り替えパスにおける、解凍機能の前記伝送パスは伝送線路を有し、冷凍機能の前記伝送パスは減衰量可変の減衰器を有することによって、冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、安価で簡易な構成で、解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きくすることができる。

第６の発明は、前記切り替えパスにおける、解凍機能の前記伝送パスは減衰器を有し、冷凍機能の前記伝送パスは減衰量可変の減衰器を有することによって、冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、安価で簡易な構成で、解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。図１はその食品貯蔵装置の側断面図であり、図２は半導体高周波発生装置である。

食品貯蔵装置１００は、食品を貯蔵する貯蔵室１０１と、前面側にドアー１０２を有している。貯蔵室１０１内には、貯蔵室内に設置した食品の温度を検知するための温度検出部１０４が設けられており、その温度情報は制御部１０３に伝達される。

貯蔵室１０１の背面側には、温度維持装置１２０が設置されており、冷却装置１２３と、冷却装置１２３が発生する冷気を食品貯蔵装置１００に送風するためのファン１２２、食品貯蔵装置１００内に送風する冷気を調整するためのダンパ１２１が設けられており、制御部１０３によって、それらの動作は制御される。

貯蔵室１０１の上面側には、高周波放射装置１１０が設けられている。高周波放射装置１１０は、半導体高周波発生装置１１２とアンテナ１１１を有する。半導体高周波発生装置１１２で発生した、例えば２４００ＭＨｚの高周波電力はアンテナ１１１から貯蔵室１０１内の食品に照射される。半導体高周波発生装置１１２の動作は制御部１０３によって制御される。

半導体高周波発生装置２００は、発振器２０１とスイッチ２０２と切り替えパス２１０とスイッチ２０３と終段増幅器２０４と電源２０５とを有している。電源２０５は半導体高周波発生装置２００の前記の各素子に電源を供給する。

発振器２０１は、例えば２４００ＭＨｚの微弱な１ｍＷの高周波電力を発生する。切り替えパス２１０は、解凍機能の伝送パス２１１と冷凍機能の伝送パス２１２を有しており、スイッチ２０２とスイッチ２０３を切り替えることによって、解凍時には解凍機能の伝送パス２１１が選択され、冷凍時には冷凍機能の伝送パス２１２が選択され、選択された各パスにおいて、発振器２０１からの高周波電力を増幅、または減衰、または減衰も増幅せずスルーした後、終段増幅器２０４に入力されて増幅されて出力される。なお、スイッチ２０２と２０３の切り替えは制御部１０３によってなされる。

以下、切り替えパス２１０の構成について説明する。半導体高周波発生装置２００において、発振器２０１と終段増幅器２０４は、解凍時と冷凍時で共用であり、また動作も基本的に同じとする。ここで、温度維持装置１２０から貯蔵室１０１内に導入される冷気の温度が解凍時と冷凍時とで同じ場合、アンテナ１１１端から照射する高周波電力は、解凍時は冷凍時より大きくする必要がある。従って、解凍時の切り替えパス２１０の入力から出力への伝送量は、冷凍時より大きくなるように構成する必要がある。

これを実現するための切り替えパス２１０の構成を図３から図７に示す。

図３から図５は、解凍機能の伝送パスに増幅器を配置した場合の構成である。

図３は解凍機能の伝送パスに増幅器３１を配置する一方、冷凍パスに伝送線路３２を配置している。図４は解凍機能の伝送パスに増幅器３１を配置する一方、冷凍パスに減衰量可変の減衰器４２を配置している。

図５は解凍機能の伝送パスに増幅器３１を配置する一方、冷凍パスには利得可変の増幅器を配置している。ただし増幅器５１の増幅率は増幅器５２より大きく設定する。これらの構成によって、解凍時の切り替えパス２１０の入力から出力への伝送量は、冷凍時より大きくできる。

ここで増幅器３１、増幅器４１、増幅器５１は利得可変のものを採用しても良いが、基本的に固定としてよい。その理由を以下に説明する。終段増幅器２０４はＧａＡｓなどの化合物半導体が使用され、サイズも大きいことから一般に増幅率の固体バラツキが大きい。

図１０は、ｎｏ．１からｎｏ．５の５つ作製した終段増幅器２０４の入力電力と出力電力の関係である。解凍時の出力電力を得ることのできる入力電力はバラツキがほとんどないが、冷凍時の出力電力を得ることのできる入力電力は大きくバラついている。

そのため、冷凍時にアンテナ１１１端で所望の高周波電力を得るためには、入力電力を調整する必要がある。従って、上記理由で解凍機能の伝送パス２１１に用いる素子は伝送量固定、つまり増幅器の場合は利得が固定の安価なものを用いても問題ないが、冷凍機能の伝送パス２１２に用いる素子は伝送量が調整できるものが必要である。

図６は、解凍機能の伝送パス２１１に伝送線路６１を配置し、冷凍機能の伝送パス２１２に減衰量可変の減衰器６２を配置している。これらの構成によって、解凍時の切り替えパス２１０の入力から出力への伝送量は、冷凍時より大きくできる。

図７は解凍機能の伝送パスに減衰器７１を配置し、冷凍パスには減衰量可変の減衰器７２を配置している。ただし減衰器７２の減衰量は減衰器７１より大きく設定する。これらの構成によって、解凍時の切り替えパス２１０の入力から出力への伝送量は、冷凍時より大きくできる。図６と図７の構成でも、解凍機能時の伝送パスに用いる素子の伝送量は基本的に固定のもので良いが、冷凍機能の伝送パス２１２に用いる素子は伝送量が調整できるものが必要である。

次に、貯蔵される食品の温度制御について説明する。図８、図９はそれぞれ貯蔵された食品の温度履歴を示すグラフである。図８は一例として、牛肉を冷凍する際の温度履歴、図９は同じく冷凍された牛肉を解凍、貯蔵する際の温度履歴である。なお、冷却装置１２３から発生された冷気を、ダンパ１２１を介して貯蔵室１０１に導入して食品を冷却するが、その冷却能力は、制御部１０３によって制御されている。

図１１は冷凍の制御フローである。図８にて点線で示すのは冷凍時の従来の例であり、これは冷却風の温度や風量、すなわち冷却能力のみにより制御した場合の温度履歴を示しており、牛肉は徐々に温度を下げていき、貯蔵温度に達する。一方、実線で示したのは本発明の実施の形態に関するもので、冷却と高周波照射を同時に行うことによって過冷却状態を起こした例である。

以下、冷凍制御の例を説明する。半導体高周波発生装置２００のスイッチ２０２とスイッチ２０３で冷凍機能の伝送パス２１２を選択する。次に温度維持装置１２０から冷気を導入した後、発振器２０１が高周波電力を発生させて増幅された後、アンテナ１１１から食品へ照射する。このときの高周波照射電力は、冷却速度を超えない範囲のレベルであり、例えば対象食品を牛肉１００ｇ程度に設定した場合には、１Ｗ以下程度のレベルである。このように、冷却能力＞加熱能力を維持しながら、ゆっくりと冷却していくことで、食品は凍結温度の約０℃以下になっても凍らない、いわゆる過冷却状態に入る（斜線部分）。

その後、目標温度１に達した後、一時的に温度維持装置１２０によって貯蔵室１０１の温度を変化させ、過冷却を解除する（実線の垂直部分）と同時に、発振器２０１を止めて高周波電力照射を停止する（時間１）。その後、温度維持装置１２０が食品を貯蔵温度になるまで冷却する。以上の図８の実線で示した制御態様をもって食品を凍結させると、結晶が小さく、細胞を破壊しにくいため、ドリップ量が小さいなどの高品質な冷凍が可能となる。

次に解凍制御の例を説明する。図９にて点線で示すのは貯蔵温度にあった食品を貯蔵室１０１から外に出して外気に放置した場合の食品の温度変化であり、一方実線は本発明による食品の温度変化である。外気に放置した場合は、貯蔵温度から徐々に外気温度に近づき、多くの時間を要する。一方、本発明では貯蔵温度から急速に短時間で食品の温度が上昇した後に目標温度（たとえば約−４度）で保持されるため、ドリップが発生しない状態に半解凍の状態に保持される。その後、必要に応じて食品を貯蔵室１０１から外に出して使用するため、食品の品質劣化が少ない。以下本発明の解凍手順を説明する。

図１２は制御フローである。まず半導体高周波発生装置２００のスイッチ２０２とスイッチ２０３で解凍機能の伝送パス２１１を選択する。次に温度維持装置１２０から冷気を導入した後、発振器２０１が高周波電力を発生させて増幅された後、アンテナ１１１から食品へ照射する（時間２）。このときの高周波照射電力は冷却速度を超えるレベルであり、例えば対象食品を牛肉１００ｇ程度に設定した場合には、１０Ｗ程度のレベルとする。

そして、食品の温度が目標温度２に達したら、発振器２０１を止めて高周波電力照射を
停止する（時間３）。その後も、温度維持装置１２０の冷気により食品を目標温度２に維持する。

以上のように本実施の形態の食品冷蔵装置を利用すれば、簡易で安価な構成の高周波放射装置を用いることによって、温度維持装置の構成や制御を複雑化かすることなく、食品の温度低下速度や温度上昇速度を自在に調整することができる。

以上のように、本発明にかかる食品貯蔵装置は、本発明の食品貯蔵装置によれば、簡易で安価な半導体高周波発生装置の構成による高周波電力放射による誘電加熱の出力切り替えが可能となり、圧縮機、送風ファン、ダンパなどによって、食品あるいは貯蔵室に対する冷却能力を細かく制御することなしに、貯蔵する食品を過冷却状態に保持する、また品質の高い高速食品解凍が可能となるので、解凍機能を有する冷凍冷蔵庫などの応用に適用できる。

３１，４１，５１，５２ 増幅器
３２，６１ 伝送線路
４２，６２，７１，７２ 減衰器
１００ 食品貯蔵装置
１０１ 貯蔵室
１０２ ドアー
１０３ 制御部
１０４ 温度検出部
１１０ 高周波放射装置
１１１ アンテナ
１１２，２００ 半導体高周波発生装置
１２０ 温度維持装置
１２１ ダンパ
１２２ ファン
１２３ 冷却装置
２０１ 発振器
２０２，２０３ スイッチ
２０４ 終段増幅器
２０５ 電源
２１０ 切り替えパス
２１１ 解凍機能の伝送パス
２１２ 冷凍機能の伝送パス

Claims (6)

1. 貯蔵室と、前記貯蔵室の温度を調整する温度維持装置と、前記貯蔵室に高周波電力を輻射する高周波放射装置とを備え、前記貯蔵室内に配置した食品を冷凍する冷凍機能と、前記食品を解凍する解凍機能とを有し、
   前記高周波放射装置は、高周波電力を発生する発振器と、前記発振器から出力された高周波信号を増幅、または減衰、またはスルーする切り替えパスと、前記切り替えパスの出力電力を増幅する終段増幅器と、前記終段増幅器の出力電力を前記貯蔵室に放射するアンテナとを有し、
   前記切り替えパスは、並列に配置された２つの伝送パスと、前記２つの伝送パスのうちいずれかの伝送パスを、前記冷凍機能と前記解凍機能に応じて選択し動作させる一対のスイッチからなり、
   前記冷凍機能の前記伝送パスの伝送量が、前記解凍機能の前記伝送パスの伝送量より大きいことを特徴とする冷凍解凍装置。
2. 前記解凍機能の前記伝送パスは増幅器を有し、前記冷凍機能の前記伝送パスは伝送線路を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍解凍装置。
3. 前記解凍機能の前記伝送パスは増幅器を有し、前記冷凍機能の前記伝送パスは減衰量可変の減衰器を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍解凍装置。
4. 前記解凍機能の前記伝送パスは増幅器を有し、前記冷凍機能の前記伝送パスは利得可変の増幅器を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍解凍装置。
5. 前記解凍機能の前記伝送パスは伝送線路を有し、前記冷凍機能の前記伝送パスは減衰量可変の減衰器を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍解凍装置。
6. 前記解凍機能の前記伝送パスは減衰器を有し、前記冷凍機能の前記伝送パスは減衰量可変の減衰器を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍解凍装置。