JP2021108556A - 冷却方法及び冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】野菜等の被冷却物の出荷に際して、被冷却物を凍らせてしまうことなく適切に急速冷却することができる冷却方法及び冷却装置の提供。【解決手段】水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷に水を混合した略０℃の氷スラリーをプールに入れ、当該氷スラリー中に被冷却物（野菜）を漬けることにより、被冷却物を０℃近傍まで冷却する、冷却方法。−２０℃以下に冷却可能な金属板と、金属板に水を噴霧する水噴射装置と、水噴射装置による水の噴射により金属板の表面に生成された雪状氷を掻き落とすワイパー装置とを備え、空隙率２０％以上の雪状氷を生成する人工雪製造装置２００と、人工雪製造装置２００で生成された雪状氷に水を混合した略０℃のスラリーを収納でき、その中に冷却する野菜を配置できる冷却プール６とを備える、冷却装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、野菜等の被冷却物の急速冷却を行うための冷却方法及び冷却装置に関する。

夏野菜（キャベツ、レタス等）を収穫するとき（７、８、９月）には、涼しい朝に収穫するが、それでも、野菜は収穫前に外気温の影響でその個体は２０℃程度の温度になっており、また、収穫されると根からの水分供給が絶たれるため、収穫のその瞬間から、２０℃程度の野菜個体の劣化が始まる。例えば、大きなキャベツ畑であると収穫に３時間程かかる場合があるため、最初に収穫されたキャベツ個体は３時間程度待機されることになり、特に影響が大きい。

キャベツ等の野菜は、収穫後２０℃から速やかに０℃に冷却することが劣化を防ぐため最適である。但し、野菜を凍らせてはいけない（細胞外水が先に冷凍し細胞を破るため大幅な劣化を招く）。このため、収穫後、大型冷蔵庫に収納して０℃まで冷却することが行われている。

特開２０１８−１２８２４９号公報

しかし、冷蔵庫に収納しても、各野菜固体の内部まで０℃まで冷却するには数時間が必要となる。一方、冷蔵庫内の温度を冷却時間短縮のため０℃以下にすることは、凍る野菜が生じるため、望ましくない。このため、冷蔵庫の冷却待ち時間のため野菜を待機させる必要があり、この間に野菜の劣化が進んでしまう。また、冷蔵庫の冷却待ち時間のため、収穫作業の効率も悪化してしまう。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、野菜等の被冷却物の出荷に際して、被冷却物を凍らせてしまうことなく適切に急速冷却することができる冷却方法及び冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の冷却方法は、水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷に水を混合した略０℃の氷スラリーを冷却プールに入れ、当該冷却プール内の氷スラリー中に被冷却物を漬けることにより、前記被冷却物を０℃近傍まで冷却する。

前記氷スラリーは、−２０℃以下に冷却した金属版に水を噴霧しワイパーで掻き取ることによって製造されてもよい。

前記氷スラリーに混合される水は、塩素濃度が０．１ｐｐｍ未満であってもよい。

前記被冷却物は、樹脂袋内に収容された状態で前記プール内の氷スラリーに漬けられてもよい。

前記被冷却物を前記樹脂袋に入れた後、前記樹脂袋を真空引きしてから前記氷スラリーに漬けてもよい。

前記プール中で前記氷スラリーを循環させ、循環している前記氷スラリー中に前記被冷却物を漬けてもよい。

前記氷スラリーによって０℃近傍まで冷却した野菜を箱詰めし、箱内の隙間に水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷を挿入してもよい。

本発明の冷却装置は、−２０℃以下に冷却可能な金属板と、該金属板に水を噴霧する水噴射装置と、前記水噴射装置による水の噴射により前記金属板の表面に生成された雪状氷を掻き落とすワイパー装置とを備え、空隙率２０％以上の雪状氷を生成する人工雪製造装置と、前記人工雪製造装置で生成された雪状氷に水を混合した略０℃のスラリーを収納でき、その中に冷却する被冷却物を配置できる冷却プールとを備えた。

前記人工雪製造装置から前記冷却プールまで雪状氷を運搬する空気圧送装置を更に備えてもよい。

前記人工雪製造装置と前記冷却プールが搬送可能なモバイル式装置であってもよい。

本発明によれば、野菜等の被冷却物を出荷するに際して、被冷却物を凍らせてしまうことなく、適切な温度（０℃）まで急速に冷却することができる。

本発明に係る冷却システムの一実施形態を示す一部断面概略正面図である。 本発明に係る冷却システムに含まれる氷スラリー原料製造装置の概要を示す断面斜視図である。 本発明に係る冷却装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 本発明に係る冷却装置の一実施形態を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。 本発明を用いた保冷物流システムを示す図である。 本発明を用いたコールドチェーン物流を示す図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
図１には、本発明の冷却装置を示す。図示されるように、冷却装置は、人口雪製造装置２００と、冷却プール６を備えている。

図２に示すように、人工雪製造装置２００は、ドラム２１と、回転軸２２と、噴射部２３と、剥取部２４と、ブレード２５と、排出口２６と、水貯留タンク４０（図１参照）とを備える。

噴射部２３は、内筒３２の壁面に向けて、水を噴射する噴射孔２３ａを先端部に有する複数のパイプで構成され、回転軸２２と共に回転する。噴射孔２３ａから噴射された水は、冷媒によって冷却された内筒３２の壁面に付着し、急速に凍結し、人工雪（アイスフレーク）になる。

剥取部２４は、内筒３２の内周面に生成された人工雪を剥取るブレード２５を先端部に備える複数のアームによって構成される。なお、剥取部２４は、ドラム２１の半径方向に延出し、回転軸２２と共に回転する。剥取部２４を構成する複数のアームは、回転軸２２に関して対称となるように装着されている。

内筒３２の内周面に生成されたアイスフレークは、ブレード２５によって剥取られ、排出口２６から落下する。排出口２６から落下したアイスフレークは、人工雪製造装置２００の直下に配置されたタンク５００（図１参照）内に貯えられ、氷スラリーとされて、冷却プール６に搬送される。なお、人工雪製造装置２００は、上記のようなドラム式ではなく、平坦な金属板に水を噴射して人工雪を生成し、ワイパー装置で掻き出す構成のものとしてもよい。また、上記のような構成に代えて、氷スラリーを生成するためのタンク５００は設けずに、人工雪製造装置２００で生成されたアイスフレークを空気圧送装置で冷却プール６に直接圧送して、冷却プール６内で原水と混合して氷スラリーを生成するようにしてもよい。この構成によれば、人工雪製造装置２００と冷却プール６の位置関係を自由に設定できるので、両者の配置をフレキシブルに変更することができる。

図３及び図４に示すように、冷却プール６には氷スラリーＳが入れられ、氷スラリーＳ内に被冷却物Ａ（例えば、キャベツ等の野菜）がつけられることにより冷却される。冷却プール６は、流路６０と、ガイドベーン７０と、推進部（以下、「推進手段」という。）８０を備えている。流路６０は、環状で、氷スラリー供給管４５から供給される氷スラリーＳで満たされ、氷スラリーＳを循環させることができる。

以下、本発明の特徴について、さらに詳細に説明する。本発明では、野菜の出荷に際して、「水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷」に水を混合した（略０℃の）氷スラリーをプールに入れ、スラリー中に収穫した野菜を漬け、当該野菜を０℃近傍まで冷却する。氷は空隙率２０％以上（充填率０．８ｇ／ｃｍ^３以下）の雪状の氷であるため、容易に均一な流動性の高い氷スラリーにできる。野菜は短時間（５〜１０分）で０℃にまで冷却される。空隙率が２０％以上であるため氷の表面積が大きく、氷スラリー中に分散している表面積の大きな氷は、被冷却物（野菜）への接触面積が大きく、また被冷却物（野菜） に接触して昇温した水に対する接触面積も大きく、氷自身が容易に溶ける（すなわち氷の融解潜熱に相当する熱を奪う）ので相手を急速冷却できる。野菜は収穫後劣化しやすい２０℃程度の温度から劣化しにくい０℃まで一気に冷却されるため、野菜の劣化が殆どない。）

「水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷」は、−２０℃以下に冷却した金属版に水を噴霧しワイパーで掻き取ることによって製造する。金属板上で急冷させワイパーで掻き取ることによって空気を含んだ空隙率２０％以上の氷を製造できる。

「水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷」に噴霧される水は、塩素濃度０．１ｐｐｍ未満である。水道水の残留塩素濃度の下限値は０．１ｐｐｍ以上であるが、塩素は水中では次亜塩素酸になり、葉緑素が次亜塩素酸によって酸化される（緑色を失う）など塩素は植物に悪影響を及ぼす。従って、水は塩素濃度が残留塩素濃度の下限値０．１ｐｐｍを下回るまで放置した水道水、又は農業用、工業用の井水を用いることが好ましい。）

野菜をプールの氷スラリーに漬ける前に野菜を樹脂袋（ビニール袋）中に挿入し、その状態で氷スラリーに漬ける。野菜に水が直接触れないため、野菜の水切り作業が不要になる。水が残ると好ましくない葉物野菜等に適している。

野菜を樹脂袋に入れた後、樹脂袋を真空引きしてからスラリーに漬ける。空気は熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍＫであり、水の熱伝導度：０．５７ Ｗ／ｍＫ （０ ℃）と比較すると１／３０程度であり、「断熱材」であるが、野菜を入れた樹脂袋を真空引きすると樹脂袋中の空気（「断熱材」）がなくなり、より急速に野菜を冷却できる。

プール中で氷スラリーを循環させ、その循環している氷スラリー中に収穫した野菜を漬ける。氷スラリーは野菜に対して流速を持って当たるため、野菜の冷却をさらに急速にできる。

氷スラリーによって０℃近傍まで冷却した野菜を箱詰めし、箱内の隙間に「水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷」を挿入する。「水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷」は雪状で柔らかいため、野菜の輸送の間、冷却材＋クッション材として機能する。

冷却装置は、−２０℃以下に冷却可能な金属板と、該金属板に水を噴霧する水噴射装置と、該金属板の表面に生成された雪状氷を掻き落とすワイパー装置を備え、空隙率２０％以上の雪状氷を生成する人工雪製造装置と、該人工雪製造装置で生成された雪状氷に水を混合した（略０℃の）スラリーを収納できその中に冷却する野菜を配置できる冷却プールとを備えている。

人工雪製造装置から該冷却プールまで雪状氷を運搬する空気圧送装置を更に備えている。人工雪製造装置と冷却プールとをフレキシブルパイプで接続できるので両装置の設置位置を柔軟に対応できる。

該人工雪製造装置、該冷却プールは可搬なモバイル式装置である。製氷機（人工雪製造装置）、冷却プールを野菜畑の近くに設営して作業ができるため、野菜が収穫後劣化しやすい２０℃程度に晒されるまでの時間を更に短縮でき、野菜の劣化が殆どない。

＜氷スラリーの説明＞
氷スラリーは、原水をフレーク（剥片）状に加工したフレークアイス（固体）と、原水とを所定の比率で混合させたシャーベット状の混合物で、流動性を有している。氷スラリーにフレークアイスを加えることにより、氷スラリーに含まれるフレークアイスとブラインとの構成比率を容易に調整することができる。原水は、水道水を暫く放置して塩素分（カルキ分）を抜いた水であってよい。また、水は井水（井戸水）であってもよい。

氷スラリー中のフレークアイスの濃度（ＩＰＦ：Ｉｃｅ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）は、「ＩＰＦ＝（フレークアイスの質量）／（フレークアイスの質量＋原水の質量）」で算出され、所定の範囲になるように制御される。また、氷スラリーの状態である場合、原水は、最初に調製したものでも、フレークアイスが融解したものであってもよい。氷スラリーは、融解する際に大量の潜熱を周囲から奪うことができるが、融解が完全に完了せずに氷が残存している間は０℃に維持され、温度が上昇することがない。したがって、氷スラリーは、長時間に亘って効果的に被冷却物（野菜）を冷却し続けることができる。

氷スラリーは、フレークアイスとして製造された状態で細かな空隙部（即ち空気の部分）を多く含むため、この空隙部がハイブリッドアイス内で縦横無尽に連結した状態である。氷スラリーは、雪状に調製したり、シャーベット状に調製した氷スラリーとすることができる。雪状又はシャーベット状に調製された氷スラリーは、全体として柔軟性を備えているため、流動性がよい。

また、氷スラリーは、多くの空隙部（空気部分）を有する状態であっても、あるいは氷スラリーの融解によって当該空隙部に原水が充填された状態であっても、氷スラリー全体として十分な流動性（柔軟性）を保持することができる。このため、氷スラリーは、被冷却物をより効率よく冷却することができる。

ここで、氷スラリー全体の体積に対する空隙部（空気部分）の体積の割合を「空隙率」と定義した場合、空隙率は、より低い方が（即ち嵩密度が高い方が）蓄冷効果が高くなる。また、原水の熱伝導率は約０．５８Ｗ／ｍ Ｋであるが、原水が凍結したフレークアイスの熱伝導率は約２．２Ｗ／ｍ Ｋである。

即ち、熱伝導率は、原水（液体）よりもフレークアイス（固体）の方が高いため、フレークアイス（固体）の方が被冷却物を効率的に冷却する。しかしながら、フレークアイス（固体）のままでは流動性がないためフレークアイスと原水とを混合させて氷スラリーの状態とすることにより流動性を持たせることにより、被冷却物に対し万遍なくフレークアイス（固体）を接触させることができるようになり、被冷却物を効率的に冷却することが可能となる。

ここで、フレークアイスの嵩密度について、具体的な数値を示す。フレークアイスとして定義可能な嵩密度は、０．４８ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ^３となる（空隙率で言えば、５２％〜２０％）。なお、被冷凍物（野菜）を冷却する目的では、流動性の観点から、０．４８ｇ／ｃｍ３〜０．５４ｇ／ｃｍ３の嵩密度とするのが好適である（空隙率で言えば、５２％〜４６％）。

ここで、固体としての氷が、液体としての水に変化（融解）するときに必要となる熱を「潜熱」という。この潜熱は温度変化を伴わないため、ハイブリッドアイスは、融解時に原水の凝固点（０℃）の温度で安定した状態を維持し続けることができる。このため、冷熱エネルギーを蓄えた状態を持続させることができる。

アイスフレーク、及び氷スラリーの製造に関しては、特願２０１８−１０１５９７（特開２０１９−２０７０４６）「氷スラリー製造装置及び冷凍システム」に開示された装置及びシステムを用いて、ブライン（溶質を含んだ水溶液）を原水に置き換えて読み替えればよい。

＜原水について＞
水道水の残留塩素濃度の下限値は０．１ｐｐｍ以上であるが、塩素は水中では次亜塩素酸になり、葉緑素が次亜塩素酸によって酸化される（緑色を失う）など塩素は植物に悪影響を及ぼす。従って、水は塩素濃度が残留塩素濃度の下限値０．１ｐｐｍを下回るまで放置した水道水、又は農業用、工業用の井水を用いることが好ましい。塩素濃度は、０．０５ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。

本発明を用いた野菜急速冷却プロセスにおいては、以下の（１）から（４）の作業を行う。
（１）モバイル人工雪製造装置によって、０℃の「雪状氷」を製氷する。瞬間冷凍で空気を含ませることにより、パウダー状の柔らかい氷（空隙率の大きな氷）を製造できる。また、モバイル式であるので、必要な場所でタイムリーに装置を稼働することができる。
（２）雪状氷（０℃）に原水を混合し、雪氷シャーベット（０℃）を調整する。水に溶けやすい氷であるので、容易にシャーベット状にすることができる。シャーベットは、流動性がよく、扱いやすい性状を有している（外見は水と同じ）。
（３）雪氷シャーベットをプール内で循環させる。被冷却物である野菜（例えばキャベツ）を順次シャーベット中に配置して急速冷却する（３〜５分程）。氷の熱伝導度は空気（エアブラスト式フリーザー）の１００倍であるので、野菜を２０℃から０℃まで一気に冷却可能である。また、プールは軽量であるので移設が容易である。
（４）冷却した野菜を箱詰めし、箱に雪状氷（０℃）を適量配置する。輸送時の保冷効果及びクッション効果が得られる。野菜の芯まで０℃に冷えており、長時間輸送が可能である。空気を含む雪状氷であるので、軽量化できる。

上記（１）から（４）の作業は、モバイル・エアーテント内で行うことが好ましい。これにより、全天候において作業可能となる。また、外気熱負荷の影響を大幅低減できる。また、簡単に移設・設営が可能である。

図５に示すような本発明を用いた保冷物流システムでは、「雪状氷」で、常温トラックによるチルド輸送が可能となる。なお、ハイブリッドアイスにより、冷凍、チルド（０℃以下の温度帯）も常温トラック輸送が可能である。

さらに、図６に示すように、生産地から最終消費者（各家庭）まで、本発明を用いたコールドチェーン物流を構築することで、安心、安全、高品質な物流のトレサビリティを担保できる。また、今までの物流に比べ、環境にやさしい大幅なＣＯ_２の削減効果と省エネ効果が得られる。

本発明は、収穫された野菜を適切に冷却した状態で出荷するために利用できる。

１ 冷却装置
６ 冷却プール
２００ 人工雪製造装置

Claims (10)

1. 水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷に水を混合した略０℃の氷スラリーを冷却プールに入れ、当該冷却プール内の氷スラリー中に被冷却物を漬けることにより、前記被冷却物を０℃近傍まで冷却する冷却方法。
2. 前記氷スラリーは、−２０℃以下に冷却した金属版に水を噴霧しワイパーで掻き取ることによって製造される請求項1に記載の冷却方法。
3. 前記氷スラリーに混合される水は、塩素濃度が０．１ｐｐｍ未満である請求項１又は請求項２に記載の冷却方法。
4. 前記被冷却物は、樹脂袋内に収容された状態で前記プール内の氷スラリーに漬けられる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却方法。
5. 前記被冷却物を前記樹脂袋に入れた後、前記樹脂袋を真空引きしてから前記氷スラリーに漬ける請求項４に記載の冷却方法。
6. 前記プール中で前記氷スラリーを循環させ、循環している前記氷スラリー中に前記被冷却物を漬ける請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の冷却方法。
7. 前記氷スラリーによって０℃近傍まで冷却した野菜を箱詰めし、箱内の隙間に水を冷凍させた空隙率２０％以上の氷を挿入する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の冷却方法。
8. −２０℃以下に冷却可能な金属板と、該金属板に水を噴霧する水噴射装置と、前記水噴射装置による水の噴射により前記金属板の表面に生成された雪状氷を掻き落とすワイパー装置とを備え、空隙率２０％以上の雪状氷を生成する人工雪製造装置と、
   前記人工雪製造装置で生成された雪状氷に水を混合した略０℃のスラリーを収納でき、その中に冷却する被冷却物を配置できる冷却プールと
   を備えた冷却装置。
9. 前記人工雪製造装置から前記冷却プールまで雪状氷を運搬する空気圧送装置を更に備えた請求項８に記載の冷却装置。
10. 前記人工雪製造装置と前記冷却プールが搬送可能なモバイル式装置である請求項８又は請求項９に記載の冷却装置。

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