JP2018173211A - 凍結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化や簡略化を図りながら、被凍結物を良好な状態で効率よく凍結処理することができる凍結装置を提供する。
【解決手段】液冷媒容器１２と、液冷媒容器を貫通した金属製筒体１３からなる凍結用通路１４と、凍結用通路の一端に設けられた被凍結物導入部１５と、該被凍結物導入部の周囲を覆い、被凍結物導入口１６を設けた導入側覆い部材１７と、凍結用通路の他端に設けられた凍結処理物導出部１８と、凍結処理物導出部の周囲を覆い、凍結処理物導出口１９を設けた導出側覆い部材２０と、液冷媒容器内に液冷媒を導入する液冷媒導入経路２１と、液冷媒容器内のガス冷媒を凍結用通路内に導入するガス冷媒導入経路２２と、導出側覆い部材内からガス冷媒を排出するガス冷媒排出経路２３とを備え、凍結用通路は、被凍結物導入部から凍結処理物導出部に向かう下り勾配を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、凍結装置に関し、詳しくは、冷凍食品などを製造するための凍結装置に関する。

各種被凍結物を急速凍結させるための凍結装置として、メッシュベルトを使用したコンベヤで被凍結物を搬送しながら、被凍結物に低温の液冷媒、例えば液体窒素を散布して凍結させる凍結装置や、液体窒素を貯留した浸漬槽内に被凍結物を浸漬して凍結させ、浸漬槽内の凍結処理物をコンベヤで取り出すようにした凍結装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１５−６４１８３号公報

しかし、柔らかい被凍結物をメッシュベルトで搬送すると、凍結処理物の表面にメッシュの跡が残ることがあるという不都合があった。また、メッシュベルトに代えて平滑なスチールベルトを用いた場合、ベルトの塑性変形を防止するため、メッシュベルトに比べて大きなローラを必要とし、装置の大型化を招くという不都合があった。さらに、コンベヤの可動部が凍結して動作不良を生じることがあり、洗浄性にも難点があった。加えて、液体窒素中に被凍結物を浸漬して凍結させる場合、被凍結物の種類によっては、被凍結物の外面と内部との温度差によって割れが生じることがあった。

そこで本発明は、装置の小型化や簡略化を図りながら、被凍結物を良好な状態で効率よく凍結処理することができる凍結装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の凍結装置は、液冷媒を貯留する液冷媒容器と、該液冷媒容器の液冷媒中を貫通して設けられた金属製筒体からなる凍結用通路と、該凍結用通路の一端に設けられた被凍結物導入部と、前記凍結用通路の他端に設けられた凍結処理物導出部と、前記液冷媒容器内に液冷媒を導入する液冷媒導入経路と、前記液冷媒容器内で気化したガス冷媒を液冷媒容器内から導出する経路とを備えていることを特徴としている。

また、本発明の凍結装置は、液冷媒を貯留する密閉構造の液冷媒容器と、該液冷媒容器の液冷媒中を貫通して設けられた金属製筒体からなる凍結用通路と、該凍結用通路の一端に設けられた被凍結物導入部と、該被凍結物導入部の周囲を覆い、被凍結物導入口を設けた導入側覆い部材と、前記凍結用通路の他端に設けられた凍結処理物導出部と、該凍結処理物導出部の周囲を覆い、凍結処理物導出口を設けた導出側覆い部材と、前記液冷媒容器内に液冷媒を導入する液冷媒導入経路と、前記液冷媒容器内で気化したガス冷媒を前記凍結用通路内に導入するガス冷媒導入経路と、前記凍結用通路から導出側覆い部材に導出されたガス冷媒を排出するガス冷媒排出経路とを備えるとともに、前記凍結用通路は、前記被凍結物導入部から前記凍結処理物導出部に向かう下り勾配を有していることを特徴としている。

さらに、前記被凍結物導入口が前記導入側覆い部材の上部に開口し、前記凍結処理物導出口が前記導出側覆い部材の上部に開口していること、あるいは、前記凍結処理物導出口とガス冷媒排出経路とを兼ねる開口が前記導出側覆い部材の下部に開口していることを特徴とし、また、前記被凍結物導入部及び前記凍結処理物導出部が前記液冷媒容器の外面から外方に突出していること、前記液冷媒容器が両端に円盤状の閉塞部材をそれぞれ有する円筒形に形成され、前記凍結用通路は、前記両端の閉塞部材の中心をそれぞれ貫通して液冷媒容器の軸線方向に設けられていること、前記液冷媒容器が、該液冷媒容器を振動させる振動装置に支持されていること、前記金属製筒体の内部に着脱可能に挿入される筒状体又は半割体を備えていることを特徴としている。

本発明の凍結装置によれば、被凍結物は、液冷媒で冷却された金属製筒体と熱交換によって冷却され、凍結処理される。したがって、コンベヤを必要としないので、凍結処理物の表面にメッシュの跡が残ることがなく、さらに、被凍結物を液冷媒中に投入しないので、われが生じることもなく、凍結処理物の品質の向上を図れるとともに、装置の小型化や簡略化、洗浄性の向上などを図ることができる。また、凍結用通路を下り勾配とすることにより、被凍結物を下り勾配に沿って凍結用通路内を移動させることができる。液冷媒容器内で気化した低温のガス冷媒を凍結用通路内に導入することにより、被凍結物の凍結処理効果を向上させることができる。また、液冷媒の種類、凍結用通路の長さなどを被凍結物の性状に応じて適宜設定することにより、従来より少量の液冷媒によって被凍結物を効率よく凍結させることができる。

本発明の凍結装置の一形態例を示す断面正面図である。 図１のII−II断面図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のIV−IV断面図である。

図１乃至図４は、本発明の凍結装置の一形態例を示している。本形態例に示す凍結装置１１は、断熱構造を有し、内部に液冷媒ＬＣを貯留する密閉構造の液冷媒容器１２と、該液冷媒容器１２の液冷媒中を貫通して設けられた金属製筒体１３からなる凍結用通路１４と、該凍結用通路１４の一端に設けられて被凍結物Ａを凍結用通路１４内に導入するための被凍結物導入部１５と、該被凍結物導入部１５の周囲を覆い、上部に被凍結物導入口１６が開口した筒状の導入側覆い部材１７と、前記凍結用通路１４の他端に設けられて凍結処理された凍結処理物Ｂを取り出すための凍結処理物導出部１８と、該凍結処理物導出部１８の周囲を覆い、上部に凍結処理物導出口１９が開口した筒状の導出側覆い部材２０と、前記液冷媒容器１２内に液冷媒を導入する液冷媒導入経路２１と、前記液冷媒容器１２内で気化したガス冷媒ＧＣを前記導入側覆い部材１７内に導入するガス冷媒導入経路２２と、前記導出側覆い部材２０内のガス冷媒ＧＣを排出するガス冷媒排出経路２３とを備えている。

液冷媒容器１２は、両端に円盤状の閉塞部材１２ａ，１２ｂをそれぞれ有する円筒形に形成されており、金属製筒体１３は、両端の閉塞部材１２ａ，１２ｂの中心をそれぞれ貫通して液冷媒容器１２の軸線方向に設けられている。この液冷媒容器１２は、該液冷媒容器１２を振動させるための振動装置２４の加振部２４ａの上に支持されており、加振部２４ａの上面を傾斜させることにより、凍結用通路１４に、被凍結物導入部１５から凍結処理物導出部１８に向かう下り勾配を形成するようにしている。

また、液冷媒容器１２の被凍結物導入部側上面には、液冷媒容器１２内の液冷媒ＬＣの量を検出するための液量検出手段２５が設けられるとともに、前記液冷媒導入経路２１には、液量検出手段２５が検出した液冷媒容器１２内の液冷媒ＬＣの量に応じて開度が調節される調節弁２６が設けられている。

液量検出手段２５は、ガス冷媒導入経路２２を構成する管体を利用して液冷媒容器１２内に検出部２５ａが挿入されている。この液量検出手段２５には、液冷媒容器１２内の液冷媒ＬＣの量を直接的又は間接的に検出可能な各種機器を用いることができ、例えば、液面センサ、温度センサなどの電気的方式や、浮き子を利用した機械的方式を任意に選択して用いることができる。

凍結用通路１４を形成する金属製筒体１３は、鋼、銅、アルミニウムなどの適宜な金属製配管材料を用いることができ、所定長さに切断した金属製筒体１３の両端上部をそれぞれ切り取ることにより、凍結用通路１４、被凍結物導入部１５及び凍結処理物導出部１８を一体に形成することができる。通常は、内周面が平滑面となっている断面円形のパイプを用いることができるが、断面多角形状の角筒を用いることもできる。金属製筒体１３と閉塞部材１２ａ，１２ｂに形成した開口とは、溶接や嵌合などの密封可能な接合手段を用いて接合すればよい。また、被凍結物導入部１５及び凍結処理物導出部１８は、金属製筒体１３とは別に形成した適宜な形状の部材を、金属製筒体１３の端部や閉塞部材１２ａ，１２ｂの外面に取り付けて形成することもできる。

被凍結物導入部１５及び凍結処理物導出部１８は、金属製筒体１３の下半部を閉塞部材１２ａ，１２ｂの外面から外方に延長して形成したもので、導入側覆い部材１７及び導出側覆い部材２０は、被凍結物導入部１５及び凍結処理物導出部１８の周囲を覆う形状に形成されている。被凍結物導入部１５への被凍結物Ａの供給は、被凍結物導入口１６を介して適宜な搬送手段によって搬送された被凍結物Ａを落下させたり、ロボットアームなどを利用して移載させたりすることによって行うことができる。

また、凍結処理物導出部１８からの凍結処理物Ｂの取り出しは、適宜な把持手段を有する搬送装置を利用し、凍結処理物導出口１９から把持手段を挿入して凍結処理物導出部１８に導出された凍結処理物Ｂを把持することによって行うことができる。さらに、被凍結物Ａをトレイに載置した状態で凍結処理する場合、トレイを把持して出し入れするように形成することもできる。すなわち、凍結用通路１４内への被凍結物Ａの導入及び凍結用通路１４内からの凍結処理物Ｂの取り出しは、これらの性状に応じた機器を利用することにより、自動的に行うことが可能である。

導入側覆い部材１７及び導出側覆い部材２０は、キャップ部材などの有底筒状体の一側部を切り取って被凍結物導入口１６や凍結処理物導出口１９を形成したものを使用することができ、被凍結物導入口１６や凍結処理物導出口１９を上方に向けた有底筒状体の開口部端縁を閉塞部材１２ａ，１２ｂの外面に接合して形成することができる。

ガス冷媒導入経路２２は、液冷媒容器１２内で気化したガス冷媒ＧＣを、外部に漏らすことなく、液冷媒容器１２内から導出して導入側覆い部材１７内に導入できれば適宜な管体を使用することができる。また、ガス冷媒排出経路２３は、導出側覆い部材２０の凍結処理物導出口１９からガス冷媒ＧＣが漏れ出すことを防止できれば、導出側覆い部材２０の側面や下部の適宜な位置に設ければよく、ガス冷媒排出経路２３のガス排出端を室外に配置することにより、室内にガス冷媒ＧＣが充満することを回避できる。

振動装置２４は、凍結用通路１４内での被凍結物Ａや凍結処理物Ｂの移動を促進するためのものであって、上下方向、水平方向の適宜な方向に、適宜な周波数で加振部２４ａを介して液冷媒容器１２を振動させることにより、被凍結物導入部１５から導入された被凍結物Ａを凍結用通路１４の下り勾配に沿って凍結処理物導出部１８の方向に移動させることができる。

このように形成した凍結装置を使用して被凍結物Ａの凍結処理を行う際には、まず、調節弁２６を開いて液冷媒導入経路２１から液冷媒容器１２内に液冷媒を導入し、凍結用通路１４を液冷媒中に浸漬した状態にする。調節弁２６は、液量検出手段２５で検出した液冷媒容器１２内の液冷媒ＬＣの量があらかじめ設定された量を超えると閉弁する。

液冷媒容器１２内の液冷媒ＬＣは、金属製筒体１３を冷却することによって気化し、気化した低温のガス冷媒ＧＣは、ガス冷媒導入経路２２を通って導入側覆い部材１７内に導入され、導入側覆い部材１７から凍結用通路１４内に流入し、凍結用通路１４内を低温状態にする。凍結用通路１４内の低温のガス冷媒ＧＣは、常温の大気より比重が大きいために凍結用通路１４の下り勾配に沿って凍結処理物導出部１８に向かって流れ、導出側覆い部材２０内に流下し、ガス冷媒排出経路２３から所定流量で外部に排出される。

振動装置２４を作動させて液冷媒容器１２を振動させた状態で、被凍結物導入口１６から被凍結物導入部１５を介して凍結用通路１４内に被凍結物Ａを導入すると、被凍結物Ａは、振動している凍結用通路１４を下り勾配に沿って移動しながら、外面が液冷媒ＬＣに接触して冷却された金属製筒体１３と熱交換することによって冷却されるとともに、凍結用通路１４内を流れる低温のガス冷媒ＧＣとの接触によっても冷却されることにより、凍結して凍結処理物Ｂになる。凍結処理物Ｂは、凍結用通路１４の下り勾配と振動とにより、凍結処理物導出部１８に向かって移動し、凍結処理物導出部１８から凍結処理物導出口１９を介して取り出される。

また、気化することによって液冷媒容器１２内の液冷媒ＬＣの量が少なくなったことを液量検出手段２５が検出すると、調節弁２６の開度を適宜調節することにより、液冷媒容器１２内の液冷媒の量をあらかじめ設定された範囲内に調節する。

この凍結処理では、液冷媒ＬＣの潜熱とガス冷媒ＧＣの顕熱とを利用して被凍結物Ａの凍結処理を行うので、被凍結物Ａの凍結処理を効率よく行うことができ、従来より少量の液冷媒によって被凍結物Ａの凍結処理を行うことができる。また、被凍結物Ａが液冷媒に直接接触しないので、被凍結物Ａの外面と内部とに大きな温度差を生じることがなく、凍結処理物Ｂに割れが生じることがなくなるとともに、金属製筒体１３によって形成された凍結用通路１４内を下り勾配及び振動によって移動するので、メッシュコンベヤを使用したときのようなメッシュの痕跡が凍結処理物Ｂの表面に残ることがないので、凍結処理物Ｂの歩留まり向上や品質向上を図ることができる。さらに、コンベヤなどの可動機構を必要としないので、装置の小型化を図れるとともに、洗浄性の向上も図ることができる。

なお、前記形態例では、２重管構造によって円筒形の液冷媒容器と凍結用通路とを形成したが、液冷媒容器は、液冷媒を貯留できれば、直方体などの他の形状で形成することが可能である。また、凍結用通路も角筒状に形成することが可能であり、一つの液冷媒容器内に複数の凍結用通路を配置することもできる。さらに、縦型液冷媒容器内に所定角度の勾配を設けた筒体を設けることで凍結用通路を形成することもできる。

また、凍結用通路の下り勾配のみで被凍結物Ａ及び凍結処理物Ｂが自然に移動する場合は、振動装置を省略することが可能であり、プッシャーなどの押動装置によって被凍結物及び凍結処理物を移動させる場合は、下り勾配や振動装置を省略することができる。さらに、被凍結物導入口や凍結処理物導出口は、各覆い部材の上部に開口させることなく、凍結用通路の延長線上や各覆い部材の側方に開口させ、ここから被凍結物及び凍結処理物を出し入れすることもできる。また、導出側覆い部材の下部に、凍結処理物導出口とガス冷媒排出経路と兼ねる開口又は筒状体を設け、ここから凍結処理物とガス冷媒とを下方に導出してから凍結処理物とガス冷媒とを分離するように形成することもできる。

液冷媒の種類は、例えば、低温液化ガスである液体窒素を利用することが好ましいが、液体窒素などの冷媒で所定温度に冷却した低温の各種液冷媒を用いることができ、被凍結物の種類や性状、大きさなどに応じた低温状態を有する各種液冷媒を使用することが可能であり、液冷媒の種類、凍結用通路の長さ、金属製筒体の肉厚、下り勾配の角度、振動周波数などの条件は、被凍結物の性状に応じて適宜設定することができる。さらに、金属製筒体の内部に、別に形成した適宜な肉厚、適宜な長さの筒状体や半割体を着脱可能に挿入することにより、金属製筒体外面から凍結用通路内への伝熱状態を調節することができるので、被凍結物の凍結状態、凍結速度を最適化することが可能となる。

１１…凍結装置、１２…液冷媒容器、１２ａ，１２ｂ…閉塞部材、１３…金属製筒体、１４…凍結用通路、１５…被凍結物導入部、１６…被凍結物導入口、１７…導入側覆い部材、１８…凍結処理物導出部、１９…凍結処理物導出口、２０…導出側覆い部材、２１…液冷媒導入経路、２２…ガス冷媒導入経路、２３…ガス冷媒排出経路、２４…振動装置、２４ａ…加振部、２５…液量検出手段、２５ａ…検出部、２６…調節弁、Ａ…被凍結物、Ｂ…凍結処理物、ＬＣ…液冷媒、ＧＣ…ガス冷媒

Claims (8)

1. 液冷媒を貯留する液冷媒容器と、該液冷媒容器の液冷媒中を貫通して設けられた金属製筒体からなる凍結用通路と、該凍結用通路の一端に設けられた被凍結物導入部と、前記凍結用通路の他端に設けられた凍結処理物導出部と、前記液冷媒容器内に液冷媒を導入する液冷媒導入経路と、前記液冷媒容器内で気化したガス冷媒を液冷媒容器内から導出する経路とを備えていることを特徴とする凍結装置。
2. 液冷媒を貯留する密閉構造の液冷媒容器と、該液冷媒容器の液冷媒中を貫通して設けられた金属製筒体からなる凍結用通路と、該凍結用通路の一端に設けられた被凍結物導入部と、該被凍結物導入部の周囲を覆い、被凍結物導入口を設けた導入側覆い部材と、前記凍結用通路の他端に設けられた凍結処理物導出部と、該凍結処理物導出部の周囲を覆い、凍結処理物導出口を設けた導出側覆い部材と、前記液冷媒容器内に液冷媒を導入する液冷媒導入経路と、前記液冷媒容器内で気化したガス冷媒を前記凍結用通路内に導入するガス冷媒導入経路と、前記凍結用通路から導出側覆い部材に導出されたガス冷媒を排出するガス冷媒排出経路とを備えるとともに、前記凍結用通路は、前記被凍結物導入部から前記凍結処理物導出部に向かう下り勾配を有していることを特徴とする凍結装置。
3. 前記被凍結物導入口が前記導入側覆い部材の上部に開口し、前記凍結処理物導出口が前記導出側覆い部材の上部に開口していることを特徴とする請求項２記載の凍結装置。
4. 前記凍結処理物導出口とガス冷媒排出経路とを兼ねる開口が前記導出側覆い部材の下部に開口していることを特徴とする請求項２記載の凍結装置。
5. 前記被凍結物導入部及び前記凍結処理物導出部は、前記液冷媒容器の外面から外方に突出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の凍結装置。
6. 前記液冷媒容器は、両端に円盤状の閉塞部材をそれぞれ有する円筒形に形成され、前記凍結用通路は、前記両端の閉塞部材の中心をそれぞれ貫通して液冷媒容器の軸線方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の凍結装置。
7. 前記液冷媒容器は、該液冷媒容器を振動させる振動装置に支持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の凍結装置。
8. 前記金属製筒体の内部に着脱可能に挿入される筒状体又は半割体を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の凍結装置。

Images