JP2019086193A - 電場処理冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】電場処理冷蔵庫で使用する電源装置を小型・軽量化する。【解決手段】高電圧電場を印加して、食品の電場処理保存を行う電場処理冷蔵庫の高電圧電場が直流高電圧電源から供給される。直流高電圧発生には、鋸波から直流高電圧を発生するイグナイター、方形波から直流高電圧を発生するイグナイター、半波整流コック−クロフト・ウォルトン回路及び全波整流コック−クロフト・ウォルトン回路が使用される。これらの直流高電圧発生回路は，従来の変圧器と比較して極めて小型、軽量であり、供給する電流も電池駆動が可能なほど小さいので、安全である。【選択図】図４

Description

本発明は、食品等を冷蔵保存する際に、電場を印加する電場処理冷蔵庫に関する。

食品等を冷蔵保存する際に６０００Ｖ超の商用交流による電場を印加して、食品等の電場処理冷蔵を行う電場処理冷蔵庫がある。

商用交流高電圧による電場を印加した冷蔵庫中では保存される水の凝固点（氷点）が−８℃程度まで降下する。この現象を利用して、食品等を０℃以下の低温で凍結することなく保存する。

０℃以下の低温で凍結することなく保存された食品等は細菌増殖を抑制できると共に、不所望の変質を避けることができる。
先行技術の電場処理冷蔵庫について図１〜図３により説明する。

図１は、特許５５９３２３５号の電場処理冷蔵庫の構造概念図であり、（ａ）は（ｂ）をＡ−Ａ線で切断した上面断面図、（ｂ）は（ａ）をＢ−Ｂ線で切断した正面断面図である。
この電場処理冷蔵庫は外部筐体と内部筐体を有し、外部筐体と内部筐体との間に高電圧商用交流が印加される。
このとき、外部筐体は安全ため、接地されている。

この図において、１は直方体形状で正面が開放された、ステンレス等の金属板で構成された外部筐体である。
２は直方体形状で正面が開放された、ステンレス等の金属からなる内部筐体であり、通気性確保のため金網又は有孔板で構成されている。
内部筐体２は外部筐体１の内部に絶縁体３を介して間隔を開けて収納され、外部筐体１と内部筐体２とは絶縁体３により電気的に分離されている。

外部筐体１及び内部筐体２に各々対応する外扉４及び内扉５が設けられ、外扉４と内扉５との間には絶縁体３が介挿されている。
外扉４は、外部筐体１と同様にステンレス板等で構成され、内扉５は内部筐体２と同様に通気性確保のため金網又は有孔板で構成されている。
電場処理冷蔵中は外扉４及び内扉５は閉じられ、そのとき外扉４は外部筐体２に、内扉５は内部筐体２に電気的に接続される。

外部筐体１と内部筐体２との間に後に図３で説明する電源装置１０から、商用交流電源を変圧器で昇圧して得られ６８００Ｖの商用交流高電圧が供給される。
このとき、外部筐体１は安全のため、接地されている。

外部筐体１の内側かつ内部筐体２の外側上部に冷蔵用の冷却装置が配置されている。冷却装置の配置位置を内部筐体２の外側上部にすることに格別の意味はなく、実装上都合の良い適当な位置に配置可能である。

図２に示したのは、国際公開公報ＷＯ２０１４／０４２２７１号の改良された電場処理冷蔵庫の構造概念図であり、（ａ）は上面断面図、（ｂ）は正面断面図である。
この電場処理冷蔵庫は外部筐体と内部筐体との間に高電圧商用交流が印加され、さらに、外部筐体と内部筐体との間にどちらの筐体とも電気的に接続されない中間筐体を有している。
このとき、外部筐体１は安全のため、接地されている。

この図において、１は直方体形状で正面が開放された、ステンレス等の金属板で構成された外部筐体である。
２は、直方体形状で正面が開放された、ステンレス等の金属からなる内部筐体であり、金網又は有孔板で構成されている。

７は、直方体形状で正面が開放され、外部筐体と内部筐体の間に配置されたステンレス等の金属からなる中間筐体であり、金網又は有孔板で構成されている。
外部筐体１と中間筐体７、中間筐体７と内部筐体２との間に絶縁体３が介挿され、外部筐体１、中間筐体９，内部筐体２は電気的に分離されている。

外部筐体１、中間筐体９及び内部筐体２に各々対応する外扉４、中扉１０及び内扉５が設けられ、外扉４と中扉１０との間、中扉１０と内扉５との間には絶縁体６が介挿され、外扉１、中扉９，内扉２は電気的に分離されている。
外扉４は、外部筐体１と同様にステンレス等で構成され、中扉１０及び内扉５は内部筐体２と同様に内扉５は通気性確保のため金網又は有孔板で構成されている。
電場処理冷蔵中は外扉４、中扉９及び内扉５は閉じられ、そのとき外扉４は外部筐体２に、中扉９は中間筐体７に、内扉５は内部筐体２に電気的に接続される。

外部筐体１と内部筐体２との間に後に図３で説明する電源装置１０から、商用交流電源から変圧器で昇圧された６８００Ｖの商用交流高電圧が供給される。

外部筐体１の内側かつ内部筐体２の外側上部に冷蔵用の冷却装置が配置されている。冷却装置の配置位置を内部筐体２の外側上部にすることに格別の意味はなく、実装上都合の良い適当な位置に配置可能である。

図３により従来使用されている電源装置１０を説明する。
この図において、（ａ）は、実施例の電源装置の概要構成説明図、（ｂ）は、入力される商用交流の波形説明図、（ｃ）は、電場処理冷蔵庫の電極に供給される電流の波形説明図である。

この電源装置１０は、単純に変圧器１１のみで構成されている。
変圧器１１には１次側巻き線に（ｂ）に示した５０又は６０Ｈｚの商用交流ＡＣ１００Ｖが供給され、２次側巻き線から商用交流ＡＣ６８００Ｖが出力され、出力端子１２及び１３から電場処理冷蔵庫の外部筐体１と外部扉４とに、内部筐体２と内部扉５とに（ｃ）に示した商用交流ＡＣ６８００Ｖが供給される。

外部筐体１，外部扉４は、使用者が触れる箇所であるため、感電防止対策として、外部筐体１，外部扉４に接続される出力端子、例えば出力端子１３は接地される。

特許５５９３２３５号公報 国際公開公報ＷＯ２０１４／０４２２７１号

変圧器の１次側巻線にＡＣ１００Ｖが供給され、２次側巻線からＡＣ６８００Ｖが出力される変圧器は、１次側の巻線数と２次側の巻線回数の比は１：６８と大きい。したがって、１次側の巻線回数を５００回と仮定した場合、２次側の巻線回数は３４０００回となる。

このような大きな２次側の巻き線回数の変圧器は大型にならざるを得ず、さらに巻き線回数の増加による巻き線抵抗の増加及び、インダクタンスの増加による出力電圧降下を考慮すると、巻き線の線径を大きくせざるを得なくなり、変圧器はますます大型にならざるを得ない。

動力用電力は２００Ｖで供給され、電灯用電力は１００Ｖで供給されているが、これらは電柱に取り付けられている柱上変圧器で６６００Ｖから降圧されて供給されている。柱上変圧器から理解されるように、６８００Ｖを使用することによる絶縁対策を考慮すると最終的な変圧器の容積は１３ｌ、重量は９.６ｋｇにもなる。
それだけでなく、線径の増大は最大出力の増加をもたらし、漏電、感電事故の被害が大きくなる。

本出願においては、電場処理冷蔵庫に高電圧を供給する電源装置を小型・軽量であるだけでなく漏電、感電事故の被害を軽減することを課題とする。

これまで電場処理冷蔵庫には商用交流を昇圧して得られる６０００Ｖ以上の交流電圧のみが電場処理に有効であると考えられていた。その結果、高電圧印加電源装置には、大容積かつ大重量の商用交流変圧器のみが使用されていた。
このことに疑問を持った本発明者が検討した結果、商用交流変圧器以外の電源装置の使用可能性を試験した結果、直流高電圧によっても電場処理が行えることを見いだした。

定常的に直流高電圧を得る手段として、フライバックトランスあるいは多段倍圧整流回路が使用される。

電場処理冷蔵庫は原理的に電場処理に電力を消費しないので、使用する電源装置は高電圧・小電流である。高電圧発生にフライバックトランスあるいは多段倍圧整流回路を採用することにより、電場処理冷蔵庫の電源装置が小型・軽量になる。
それだけでなく、直流電流が少ないことにより、万一感電事故あるいは漏電事故が発生したとしても、被害は小さい。

先行技術の電場処理冷蔵庫の上面断面図及び正面断面図。 先行技術の他の電場処理冷蔵庫の上面断面図及び正面断面図。 先行技術の電場処理冷蔵庫電源装置の説明図。 本発明実施例１の電場処理冷蔵庫電源装置の説明図。 本発明実施例２の電場処理冷蔵庫電源装置の説明図。 本発明実施例３の電場処理冷蔵庫電源装置の説明図。 本発明実施例４の電場処理冷蔵庫電源装置の説明図。

以下、この出願に係る発明の実施例を説明する。

図４に示すのは、実施例１の電源装置を適用した電場処理冷蔵庫である。
この図において、（ａ）は実施例１の電源装置が適用される図１で説明した従来のものと共通する基本的構成を有する電場処理冷蔵庫の上面断面図及び正面断面図、（ｂ）は実施例１の電源装置が適用される図２で説明した従来のものと共通する改良された構成を有する電場処理冷蔵庫の上面断面図、（ｃ）は実施例１の電源装置の概要構成図、（ｄ）及び（ｅ）は途中段階の電圧波形、（ｆ）は電場処理冷蔵庫本体に供給される電圧波形である。

この電源装置は、鋸波発生回路の出力である鋸波の立下り部から微分回路により負極性のパルス電圧を得、得られたパルス電圧を昇圧回路により昇圧し、得られた直流高電圧を、電場処理冷蔵庫に供給する。

（ａ）において、２１は直方体形状で正面が開放され、ステンレス等の金属板で構成された外部筐体である。
２２は直方体形状で正面が開放され、ステンレス等の金属からなる内部筐体であり、通気性確保のため金網又は有孔板で構成されている。
内部筐体２２は外部筐体２１の内部に絶縁体２３を介して間隔を開けて収納され、外部筐体２１と内部筐体２２とは絶縁体２３により電気的に分離されている。

外部筐体２１及び内部筐体２２に各々対応する外扉２４及び内扉２５が設けられ、外扉２４と内扉２５との間には絶縁体２３が介挿されている。
外扉４は、外部筐体２１と同様にステンレス等の金属板で構成され、内扉２５は内部筐体２２と同様に金網又は有孔板で構成されている。
電場処理冷蔵中は外扉２４及び内扉２５は閉じられ、そのとき外扉２４は外部筐体２２に、内扉２５は内部筐体２２に電気的に接続される。

（ｂ）において、２１は直方体形状で正面が開放された、ステンレス等の金属板で構成された外部筐体である。
２２は、直方体形状で正面が開放された、ステンレス等の金属からなる内部筐体であり、通気性確保のため金網又は有孔板で構成されている。

２７は、直方体形状で正面が開放され、外部筐体と内部筐体の間に配置されたステンレス等の金属からなる中間筐体であり、金網又は有孔板で構成されている。
外部筐体２１と中間筐体２７、中間筐体２７と内部筐体２２との間に絶縁体２３が介挿され、外部筐体２１、中間筐体２７，内部筐体２２は電気的に分離されている。

外部筐体２１、中間筐体２７及び内部筐体２２に各々対応する外扉２４、中扉２９及び内扉２５が設けられ、外扉２４と中扉２９との間、中扉２８と内扉２５との間には絶縁体２３，２９が介挿され、外扉２４、中扉２８，内扉２５は電気的に分離されている。

外扉２４は、外部筐体２１と同様にステンレス板等で構成され、中扉２８及び内扉２５は通気性確保のため内部筐体２２と同様に金網又は有孔板で構成されている。
電場処理冷蔵中は外扉２４、中扉２８及び内扉２５は閉じられ、そのとき外扉２４は外部筐体２１に、中扉２８は中間筐体２７に、内扉２５は内部筐体２２に電気的に接続される。

外部筐体２１と内部筐体２２との間に（ｃ）で説明する電源装置から、直流高電圧が供給される。
このとき、外部筐体２１は安全のため、接地されている。

（ｃ）に示す電源装置において、３１は、任意の鋸波発生回路であり、（ｄ）に示す鋸波を発生する。
３２は、微分回路であり、（ｂ）に示された鋸波の立ち下がり部により（ｅ）に示す負のパルスを得る。
３３は、周知のフライバックトランス昇圧回路であり、（ｃ）に示された負のパルスを昇圧して直流高電圧パルスを得、出力端子３４，３５から電場処理冷蔵庫の外側筐体２１及び内側筐体２２に直流高電圧パルスを供給する。
この電源装置は、最小構成として単３電池２本で駆動可能である。

家庭用のガス調理器具で点火装置に多用されているイグナイターは、乾電池を電源としフライバックトランスを用いて高電圧を発生させている。
このイグナイターは、変圧器の容積が１３ｌ、重量が９.６ｋｇもある電場処理冷蔵庫用電源と比して圧倒的に容積も重量も小さい。

図５に示したのは本発明の実施例２の電場処理冷蔵庫の電源装置である。
この実施例の説明では電場処理冷蔵庫本体は実施例１のものと共通するので再度の説明は省略する。
この図において、（ａ）は電源装置の概要構成図、（ｂ）〜（ｄ）は途中段階の電圧波形、（ｅ）は電場処理冷蔵庫本体に供給される電圧波形である。

この電源装置は、方形波発生回路の出力である方形波の立上り部から微分回路により正極性のパルス電圧を得、方形波の立下り部から微分回路により及び負極性のパルス電圧を得、得られた正負パルス電圧を両波整流回路により整流し、得られた負のパルスを昇圧回路により昇圧し、得られた直流高電圧を、電場処理冷蔵庫本体の外部筐体２１及び内部筐体２２に供給する。
このとき、外部筐体２１は安全のため、接地されている。

（ａ）に示す電源装置において、４１は、任意の方形波発生回路であり、（ｄ）に示す方形波を発生する。
４２は、微分回路であり、（ｂ）に示された方形波の立ち下がり部により（ｃ）に示す負のパルスを、立ち上がり部により（ｃ）に示す負のパルスを得る。
４３は、両波整流回路であり、（ｄ）に示す負のパルス列を得る。
４４は、周知のフライバックトランス昇圧回路であり、（ｄ）に示された負のパルスを昇圧して直流高電圧パルスを得、出力端子５５，５６から電場処理冷蔵庫の外側筐体及び内側筐体に直流高電圧パルスを供給する。
この電源装置は、極めて小型軽量であり、最小構成として単３電池２本で駆動可能である。

図６に示したのは、本発明の実施例３の電場処理冷蔵庫の電源装置である。
この実施例の説明では電場処理冷蔵庫本体は実施例１のものと共通するので再度の説明は省略する。
この図において、（ａ）は電源装置の概要構成図、（ｂ）は途中段階の電圧波形、（ｃ）は電場処理冷蔵庫本体に供給される電圧波形である。

この図に示した電源装置は、発振回路の出力を多段倍圧半波整流し、得られた直流高電圧を電場処理冷蔵庫に供給する電源装置である。
この電源装置は、最小構成として単３電池２本で駆動可能である。
この図において６１は任意の発振回路であり、（ｂ）に示す１００Ｖ，３０ｋＨｚの交流電圧を発生する。

６２は多段倍圧半波整流回路であり、１００Ｖ，３０ｋＨｚの脈流を含む（ｃ）に示す５７００Ｖの直流高電圧を発生し、得た直流高電圧を出力端子６３，６４から電場処理冷蔵庫の外部筐体３１及び内部筐体３２に供給する。
このとき、外部筐体２１は安全のため、接地されている。
多段半波倍圧整流回路具体的な構成は６段構成のコック−クロフト・ウォルトン回路である。

この回路はコック−クロフトとウォルトンがノーベル賞を受賞する理由となった著名な回路であり、１個のダイオードと１個のキャパシタによって構成される倍圧整流回路を多段にした極めて単純な回路である。

コック−クロフト・ウォルトン回路は特殊な部品は必要でなく単純な回路により１００００Ｖ以上の直流高電圧を得ることができるだけではなく、これらの回路の内部消費電流は僅少であるため、電池駆動が可能であり、単３電池２本で電場処理冷蔵庫に数時間に亘り、１００００Ｖの直流高電圧を供給することができる。

この電源装置を実装した電場処理冷蔵庫は、容積０.６ｌ、重量０.１７ｋｇと超小型、超軽量の電源装置によるにも拘わらす、容積１３ｌ、重量９.６ｋｇもある従来の電源装置を実装した電源装置よりすぐれた電場処理効果をもたらした。
この電源装置は、極めて小型軽量であり、最小構成として単３電池２本で駆動可能である。

図７に示したのは本発明の実施例４の電源回路である。
この実施例の説明では電場処理冷蔵庫本体は実施例１のものと共通するので再度の説明は省略する。
この図において、（ａ）は電源装置の概要構成図、（ｂ）は途中段階の電圧波形、（ｃ）は電場処理冷蔵庫本体に供給される電圧波形である。

この電源装置は、適宜な発振回路の出力を多段倍圧全波整流し、得られた直流高電圧を、電場処理冷蔵庫に供給する。
６１は任意の発振回路であり、（ｂ）に示す１００Ｖ，３０ｋＨｚの交流電圧を発生する。
６５は多段倍圧全波整流回路であり、（ｃ）に示す１００Ｖ，３０ｋＨｚの脈流を含む５７００Ｖの直流電圧を発生し、出力端子６６，６７から電場処理冷蔵庫の外部筐体３１及び内部筐体３２に供給する。
このとき、外部筐体２１は安全のため、接地されている。
多段倍圧全波整流回路は実施例２で採用した多段半波倍圧整流回路の極性が異なるものを並列に接続して構成される。

本件出願発明にかかる電場処理冷蔵庫は飲食店等で利用する通常の冷蔵庫の他に、輸送機器、移植用臓器の保存にも有用である。

１，２１ 外部筐体
２，２２ 内部筐体
３，１３，６，１６ 絶縁体
４，１４ 外扉
５，１５ 内扉
７，２７ 中間筐体
８，２８ 中間扉
１０ 電場生成用電源
１１ 変圧器
１２，１３，３４，３５，４５，４６，５３，５４ 出力端子
３１ 鋸波発生回路
３２ 微分回路
３３ 昇圧回路
４１ 方形波発生回路
４３ 整流回路
５１ 発振回路
５２ 多段倍圧半波整流回路
５５ 多段倍圧全波整流回路

Claims (6)

1. 高電圧電場を印加して、食品の電場処理保存を行う電場処理冷蔵庫であって、前記高電圧電場が直流高電圧電源から供給されることを特徴とする、電場処理冷蔵庫。
2. 前記直流高電圧電源が、方形波発生回路、前記方形波発生回路からの方形波を微分して正及び負のパルスを得る微分回路、前記正及び負のパルスパルを昇圧する昇圧回路を有することを特徴とする請求項１の電場処理冷蔵庫。
3. 前記直流高電圧電源が、鋸波発生回路、前記鋸波発生回路からの鋸波を微分して負のパルスを得る微分回路、前記微分回路からの負のパルスを昇あるする昇圧回路を有することを特徴とする請求項１の電場処理冷蔵庫。
4. 前記直流高電圧電源が、方形波発生回路、前記方形波発生回路からの方形波を微分して正及び負のパルスを得る微分回路、前記正及び負のパルスパルスを整流して負のパルスを得る整流回路、前記負のパルスを昇圧する昇圧回路を有することを特徴とする請求項１の電場処理冷蔵庫。
5. 前記直流高電圧電源が、発振回路、前記発振回路の出力を半波多段倍圧整流する半波整流コック−クロフト・ウォルトン回路を有することを特徴とする請求項１の電場処理冷蔵庫。
6. 前記直流高電圧電源が、発振回路、前記発振回路の出力を全波多段倍圧整流する全波整流コック−クロフト・ウォルトン回路を有することを特徴とする請求項１の電場処理冷蔵庫。
   

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