JP2020148409A - 複合型凍結乾燥設備 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量化でき、凍結後の凍結対象物に付着している不凍液を吹き飛ばし回収して有効利用できるようにした液体式凍結乾燥処理設備を提供する。【解決手段】複合型凍結乾燥処理設備は、液体式凍結ユニット１０と、エアブラスト不凍液処理ユニット２０とを組み合わせて構成され、エアブラスト式不凍液処理ユニット２０は、エアブラスト装置２２と、不凍液回収装置２３とを備え、液体式凍結ユニットで使用した不凍液を不凍液回収装置２３で回収して有効利用を図る構造になっている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体式凍結ユニットと、エアブラスト不凍液処理ユニットとを組み合わせて構成された複合型凍結乾燥設備に関する。

次の特許文献には、カーゴに被凍結物を収容し、そのカーゴを、予め冷却された不凍液に浸漬して、被凍結物を凍結させる凍結槽と、凍結された被凍結物を不凍液から引き上げ、被凍結物の表面に低温気体を吹き付けて乾燥させるユニットクーラーとを備え、被凍結物を経路に従って自動輸送するようにした凍結物の製造装置が記載されている。

特開2009-216329号公報

しかしながら、前記特許文献で提案されている凍結乾燥設備は大規模な構成となり、そのため広い設置面積を要していた。また低温気体を吹き付けて吹き飛ばされる不凍液の回収も考慮されておらず、資源の有効利用がなされていないという問題もあった。本発明はこのような問題を解決することを目的としている。

本発明による複合型凍結乾燥処理設備は、凍結対象物を予め冷却された不凍液に浸漬して急速凍結させる液体式凍結ユニットと、液体式凍結ユニットで凍結した凍結対象物を不凍液から引き上げ、凍結対象物の表面に低温エアを吹き付けて乾燥させるエアブラスト式不凍液処理ユニットとを組み合わせて構成され、前記エアブラスト式不凍液処理ユニットは、前記液体式凍結ユニットから導かれた不凍液を通じさせる熱交換器とブロアーとを組み合わせてなるエアブラスト装置と、低温エアを凍結対象物の表面に吹き付けて、前記凍結対象物から吹き飛ばさし、前記液体式凍結ユニットに回収する不凍液回収装置とを備えていることを特徴とする。

また本発明による複合型凍結乾燥処理設備は、凍結対象物を予め冷却された不凍液に浸漬して急速凍結させる液体式凍結ユニットと、凍結後不凍液で濡れたままの凍結対象物に低温エアを吹き付けて不凍液を除去、乾燥させるエアブラスト式不凍液処理ユニットとを組み合わせて構成され、前記エアブラスト不凍液処理ユニットは、高圧エア供給源から供給される高圧エアを断熱膨張させて放出するエアブラスト装置と、前記低温エアによって前記凍結対象物から吹き飛ばされた不凍液を回収して前記液体式凍結ユニットに戻す不凍液回収装置とを備えていることを特徴とする。

本発明による凍結乾燥処理設備では、その主たる構成要素である液体急速凍結ユニット、エアブラスト式不凍液処理ユニットがいずれも小型なので、設置面積が僅かで済む。また、凍結対象物から吹き飛ばされた不凍液を不凍液回収装置によって回収して液体急速凍結ユニットに戻すので、不凍液のロスも抑えられ、有効利用が図られる。

実施形態の一例とされる複合型凍結乾燥処理設備の概略図である。 凍結乾燥処理設備が設置された冷凍工場の模式図である。 実施形態の他例とされる複合型凍結乾燥処理設備の概略図である。 実施形態の更なる他例とされる複合型凍結乾燥処理設備の全体斜視図である。

図１は、本発明の実施形態の一例とされる複合型凍結乾燥設備の概略図である。
凍結乾燥設備１は、凍結対象物Ｍを予め冷却された不凍液Ｂに浸漬して急速凍結させる液体式凍結ユニット１０と、凍結後不凍液Ｂで濡れたままの凍結対象物Ｍを不凍液Ｂから引き上げ、凍結対象物Ｍの表面に低温エアを吹き付けて、凍結対象物Ｍの表面に付着した不凍液を除去するエアブラスト式不凍液処理ユニット２０とを組み合わせて構成されている。

液体急速凍結ユニット１０は、エチルアルコール等の不凍液Ｂが溜められた凍結槽１１と、その不凍液Ｂを冷却するためのヒートポンプ１２とを備えている。

凍結槽１１はステンレス等の金属や発泡スチロール等の樹脂からなる断熱性に優れた筐体であって上面が開放されている。この上面の開口には開閉自在な蓋部１１ａを設けてもよい（図４参照）が、凍結槽１１の寸法は特に制限されず、例えば１〜２０立米程としてもよい。

ヒートポンプ１２は、凍結槽１１内に配置された蒸発器１２ａと、槽外に配置された凝集器１２ｂと、これらの間で冷媒を循環させる管路１２ｃとを備えており、この管路１２ｃには、コンプレッサー１２ｄ、レシーバータンク（ドライヤーフィルタ）１２ｅ、膨張弁１２ｆ等が設けられている。
蒸発器１２ａは、例えば凍結槽１１の壁面に沿うように配置された銅管等からなる。また凝集器１２ｂは、蛇行するように配置された銅管とその銅管に固着された金属フィンとからなり、フィンの間に空気を通じさせるためのブロアー１２ｇが設けられている。
冷媒としては例えばＲ−４０４Ａ又はＲ−４１０Ａが使用される。

一方、エアブラスト式不凍液処理ユニット２０は、箱型の乾燥室２１と、この乾燥室２１の室内に配置されたエアブラスト装置２２と、庫内の床面に配置された不凍液回収装置２３とを備えている。
乾燥室２１はステンレス等の金属及び発泡スチロール等の樹脂からなる断熱性に優れた筐体であって上面が開放されている。この上面の開口には開閉自在な蓋部２１ａを設けてもよい（図４参照）。なお乾燥室２１の寸法は、凍結槽１１と同程度にするとよい。

エアブラスト装置２２は、凍結槽１１と、熱交換器２２ａとの間で不凍液Ｂを循環させる管路２２ｂを備え、管路２２ｂにはポンプ２２ｃが設けられている。熱交換器２２ａは、蛇行するように配置された銅管とその銅管に固着された金属フィンとからなり、フィンの間に空気を通じさせるためのブロアー２２ｄが設けられている。

不凍液回収装置２３は、乾燥室２１の床面に配置された不凍液パン２３ａと、不凍液パン２３ａに溜まった不凍液Ｂを凍結槽１１に戻す管路２３ｂと、この管路２３ｂに介設されたポンプ２３ｃとからなる。不凍液パン２３ａは、乾燥室２１の床面と一体化されていてもよい。また不凍液パン２３ａの適所に液体センサー２３ｄを設け、そのセンサー２３ｄが不凍液Ｂを検知したときにポンプ２３ｃが自動的に作動するように構成してもよい。

凍結乾燥設備１は、凍結ユニット１０と、エアブラスト式不凍液処理ユニット２０との間で、凍結対象物Ｍを収容したバスケット２を吊り搬送する吊上げ式搬送装置３を更に備えてもよい。すなわち凍結対象物Ｍは、網状トレー２ａの上に載置され、バスケット２はその凍結対象物Ｍが載置されたトレー２ａを収容するようになっている。バスケット２はキャスター２ｂを備えていてもよい。

なお凍結対象物Ｍは特に限定されない。冷凍対象物Ｍは、予め真空パックされていてもよいし、いなくてもよい。例えば食肉、魚の切り身等は真空パックしておくことが望ましい。一方、揚げ物等の半調理食品、エビ、カニ等の甲殻類等は真空パックには不向きであるが、本例の凍結乾燥設備１は、そのどちらの凍結対象物Ｍにも問題なく対応できる。つまり真空パックに不向きな凍結対象物Ｍであれば、真空パックせずにそのまま凍結、乾燥させればよい。

また本例では、凍結乾燥設備１は、凍結ユニット１０及びエアブラスト式不凍液処理ユニット２０が、それぞれ凍結槽１１あるいは乾燥室２１のサイズによってその寸法が定まる小型のものなので、設置面積が僅かですむという利点がある。また、凍結対象物Ｍの搬送も搬送装置３よって簡単に行える。またエアブラスト式不凍液処理ユニット２０において凍結対象物Ｍから吹き飛ばされた不凍液Ｂを不凍液回収装置２３によって回収して凍結ユニット１０に戻すので、不凍液Ｂのロスが抑えられる。

次いで凍結乾燥処理設備の基本的な利用手順を説明する。
図２は、凍結乾燥処理設備が設置された冷凍工場の模式図である。工場６には、複数の凍結乾燥処理設備１が設置されており、それらの上方に搬送装置３が敷設され、トラック用ポートが準備されている。

凍結乾燥処理設備１を利用するための準備として、液体急速凍結ユニット１０及びエアブラスト式不凍液処理ユニット２０を次のように作動状態にしておく。
すなわち凍結ユニット１０は、凍結槽１１に不凍液Ｂを溜めた状態でヒートポンプ１２を作動させると、コンプレッサー１２ｄによって圧縮された気体状態の冷媒が凝集器１２ｂで凝集し、その液状態の冷媒が蒸発器１２ａで蒸発するというサイクルを繰り返し、蒸発器１２ａを介した冷媒と不凍液Ｂとの熱交換によって不凍液Ｂが冷却される。このときコンプレッサー１２ｄや膨張弁１２ｆ等の設定が適切であれば、不凍液Ｂの温度は摂氏マイナス４０度以下まで到達する。
一方、エアブラスト式不凍液除去ユニット２０は、不凍液Ｂが既に冷却されている状態でエアブラスト装置２２を作動させると、熱交換器２２ａを介した不凍液Ｂと空気との熱交換によって空気が冷却され、その冷却された空気をエアブラストとして吹出す。このエアブラストの温度は摂氏マイナス４０度程度になる。

凍結ユニット１０及びエアブラスト式不凍液処理ユニット２０を前記のような作動状態とした後は、利用手順として、まず凍結対象物Ｍをトレー２ａに載置しそのトレー２ａをバスケット２に収納する（１）。
そして、そのバスケット２を凍結槽１１につけると、凍結対象物Ｍは急速凍結されるが、この凍結に要する時間は１０〜３０分程度であり、凍結対象物Ｍの品質劣化が最小限に抑えられる（２）。
その後バスケット２は凍結槽１１から引き上げられ、そのまま、つまり不凍液Ｂに濡れたままの状態で乾燥室２１に移される。乾燥室２１に移されたバスケット２に対して低温のエアブラストが吹き付けられ、これによって凍結対象物Ｍは低温のまま乾燥される。この乾燥に要する時間は５〜１０分程度である（３）。
このとき凍結対象物Ｍに付着していた不凍液Ｂはエアブラストによって吹き飛ばされて、不凍液パン２３ａに落下した後、不凍液回収装置２３によって凍結槽１１に戻される。
その後、バスケット２は乾燥室２１から引き上げられ、冷凍型トラック５に積込まれ、図示しない場所まで輸送されて適宜冷凍保存される（４）。
このようにして凍結対象物Ｍの凍結及び乾燥が連続的に処理される。

なお凍結ユニット１０において凍結対処物を凍結するのに要する時間は、エアブラスト式不凍液処理ユニット２０において凍結対象物Ｍを乾燥させるのに要する時間よりも十分に長いので、複数の凍結ユニットに対して、単一のエアブラスト式不凍液処理ユニットを組み合わせて凍結乾燥処理設備１を構成することができ、そのような構成にすれば、大量の凍結対象物Ｍを効率的に凍結、乾燥処理できるようになる。

図３は、本発明の実施形態の他例とされる複合型凍結乾燥設備の概略図である。この例は、エアブラスト装置２２の構成が前記実施形態とは異なっている。よって図１に示した例に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略し、エアブラスト装置２２について重点的に説明する。

ここにエアブラスト装置２２は、高圧エア供給源２２ｆから供給される高圧エアを断熱膨張させて放出する構成になっている。高圧エア供給源２２ｆは、空気、二酸化炭素、窒素等の高圧ボンベであってもよいし、コンプレッサーを用いたものでもよい（図示なし）。エアブラストの吹出し口は複数のノズル２２ｇで構成されている。ここで吹き出されるエアブラストの温度は断熱膨張によって下げる仕組みなので、高圧エア供給源２２ｆの圧力を適宜調節することで自由にコントロールできる。凍結対象物Ｍによってはエアブラストを特定の温度としたいことがあるので、そのような場合には高圧エア供給源２２ｆを用いる構成が適している。

図４は、実施形態の更に他例とされる複合型凍結乾燥処理設備の外観を示す斜視図である。
この例は、凍結ユニット１０とエアブラスト式不凍液処理ユニット２０とが一体化されていることが特徴である。他の構成は図１に示した例に共通するので、その共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

凍結ユニット１０は上面が開放されており、その開口には電動式の蓋部１１ａが設けられている。なお凍結槽１１と乾燥室２１との境界領域には、凍結槽１１に向けて傾斜した不凍液戻し斜面３０を設けている。

一方、エアブラスト式不凍液処理ユニット２０も上面が開放されており、その開口には電動式の蓋部２１ａが設けられている。更にエアブラスト式不凍液処理ユニット２０は側面も開放されており、この開口には電動式の扉２０ｂが設けられている。開口にタラップ２０ｄを付設しておけば、キャスター２ｂを備えたバスケット２の側方からの入出庫も容易になる。またエアブラスト式不凍液処理ユニット２０は、乾燥室２１の両側面に、トレー２ａを収容保持するためのレール２０ｃが設けられている。

エアブラスト式不凍液処理ユニット２０は、常温の凍結対象物をエアブラストによって急速に凍結させるいわゆるショックフリーザー、あるは加熱された食品等の粗熱をとるブラストチラーとして単独使用することも可能である。エアブラスト式不凍液処理ユニット２０を、ショックフリーザーあるいはブラストチラーとして利用する場合は、扉２０ｂを開いて凍結対象物Ｍを載置したトレー２ａを入出庫すると利便である。

本例では、凍結ユニット１０とエアブラスト式不凍液処理ユニット２０とが一体化されているので、凍結乾燥設備１の設置面積が僅かで済む。また凍結対象物Ｍを収容したバスケット２を凍結槽１１から引き上げて乾燥室２１に搬送させる際の移動距離も短く、その移動時間も短縮されるので、バスケット２の結露が僅かになるという利点もある。また移動中のバスケット２から滴った不凍液Ｂが不凍液戻し斜面３０を伝って凍結槽１１に自然に流れていくので、不凍液Ｂのロスも抑えられる。

１ 凍結乾燥設備
Ｍ 凍結対象物
Ｂ 不凍液
１０ 凍結ユニット
２０ エアブラスト式不凍液除去ユニット
２２ エアブラスト装置
２２ａ 熱交換器
２２ｄ ブロアー
２２ｆ 高圧エア供給源
２３ 不凍液回収装置
２３ａ 不凍液パン
２３ｂ 管路
２３ｃ ポンプ

図３は、本発明の参考例とされる複合型凍結乾燥設備の概略図である。この例は、エアブラスト装置２２の構成が前記実施形態とは異なっている。よって図１に示した例に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略し、エアブラスト装置２２について重点的に説明する。

Claims (5)

1. 被凍結物を冷却された不凍液内に浸漬して急速凍結させる液体急速凍結ユニットと、
   急速凍結させた被凍結物を不凍液から引き上げて、被凍結物の表面に低温エアを吹き付けて、不凍液を吹き飛ばし除去するためのエアブラスト不凍液処理ユニットとを組み合わせて構成された複合型液体急速凍結設備であって、
   前記エアブラスト不凍液処理ユニットは、
   前記液体急速凍結ユニットから導かれた不凍液を通じさせる熱交換器とブロアーとを組み合わせてなるエアブラスト装置と、
   不凍液に浸漬した被凍結物の表面から前記低温エアによって吹き飛ばされた不凍液を回収して前記液体急速凍結ユニットに帰還させる不凍液回収装置とを備えていることを特徴とする複合型凍結乾燥設備。
2. 凍結対象物を予め冷却された不凍液に浸漬して急速凍結させる液体式凍結ユニットと、凍結後不凍液で濡れたままの凍結対象物に低温エアを吹き付けて乾燥させるエアブラスト不凍液処理ユニットとを組み合わせて構成された複合型凍結乾燥設備であって、
   前記エアブラスト不凍液除去ユニットは、
   高圧エア供給源から供給される高圧エアを断熱膨張させて放出するエアブラスト装置と、前記凍結対象物から前記低温エアによって吹き飛ばされた不凍液を回収して前記液体式凍結ユニットに戻す不凍液回収装置とを備えていることを特徴とする複合型凍結乾燥設備。
3. 前記不凍液回収装置は、
   前記エアブラスト不凍液処理ユニットの床面に配置された不凍液パンと、
   前記不凍液パンに溜まった不凍液を前記液体式凍結ユニットに戻す管路と、この管路に介設されたポンプとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合型凍結乾燥設備。
4. 前記液体式凍結ユニットと、前記エアブラスト不凍液処理ユニットとは、いずれもそれぞれの上面に凍結対象物の出し入れのための開放部が設けられており、
   前記凍結対象物を収容するバスケットを有し、該バスケットを、前記液体式凍結ユニットと、前記エアブラスト不凍液処理ユニットとの間を吊移動させる輸送装置を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合型凍結乾燥設備。
5. 前記液体式凍結ユニットと、前記エアブラスト不凍液処理ユニットとが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の複合型凍結乾燥設備。
   

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