JP2022136067A - 冷解凍装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、冷凍及び冷凍保存を可能とする機能を制御システムとして組み込んだ冷解凍装置及びその制御方法を提供する。また、解凍時間の短縮を図り、解凍時に細胞内の氷の再成長を抑制し、細胞液の流出の低減又は防止を図るために、急速解凍を可能とする冷解凍装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】冷解凍装置において、空気での吸収率が低く氷での吸収率の高い波長領域の遠赤外線を解凍対象物に照射し、急速解凍をする。冷解凍装置は冷解凍一体型装置である。その結果、冷凍から冷凍保存、解凍そして冷蔵までを容易に実施出来、食品毎の個性や特徴に併せ、より緻密な、そして使用者の意図に見合ったスケジュールでの冷解凍を可能にする。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍装置で対象物を急速冷凍する機能、及び冷凍保存する機能、解凍装置で急速解凍する機能、及び冷蔵する機能を、同一装置で備える冷解凍装置及びその制御方法に関する。

現在、冷凍・冷蔵装置の代表としては、それほど低い冷凍温度ではないが冷凍庫を備えた家庭用冷蔵庫が一般的である。そして、業務用として様々なタイプのものがあるが、通常の冷凍装置は－１５℃～－３０℃程度までの冷凍装置となっている。また、マグロ等の高級魚用としては、褐変防止を可能とする超低温の－４０℃以下の冷凍機能を有する冷凍装置がある。さらに、例えばワクチン等の医薬品の冷凍保存を可能とする－７０℃で、又はそれ以下の温度で冷凍保存が可能な冷凍装置もある。

現在の冷凍装置は、目的の冷凍温度を実現するために必要な冷媒と冷凍システムを採用した、設計仕様に定められた冷凍温度で一義的に冷凍する冷凍装置である。一方、解凍装置も緩慢解凍等の解凍装置で有り適切な解凍技術は適用されていない。対象物を冷凍・冷凍保存から解凍を経て、冷蔵までの各プロセスを、一つの統合したシステムプロセスとして、装置使用者の要求に見合った温度と時間等を考慮に入れた最適な温度－時間制御による予め定められたスケジュールで運転を可能とする冷解凍装置は実現できていない。

そのため、使用者が期待する、例えば冷凍機能については次に記述する、複数の対象物それぞれに見合った冷凍温度とその冷凍時間に、冷凍保存温度とその冷凍保存時間に、解凍機能として解凍温度とその解凍時間に、そして冷蔵機能として解凍後の対象物の品質を維持するための冷蔵温度とその冷蔵時間等に、係わる必要なプロセスを組み込むことが求められている。

解凍には、自然解凍、流水解凍や氷水解凍等の手法が用いられているが、いずれも解凍時間が長く、また細胞液（旨味：ドリップ）の流出に対し、十分な防止は出来ていない。肉類、魚介類に関わらず、冷凍における急速冷凍技術、そして－６０℃以下の－７０℃の冷凍を実現する超低温急速冷凍技術はほぼ確立しているが、解凍における急速解凍技術は未完成の状態にある。

冷凍時に、急速冷凍及び過冷却冷凍により細胞内の氷結晶の微細化を図っても、解凍時に、微細な氷結晶が再結晶化して成長し、細胞膜を傷つけ、細胞液（旨味：ドリップ）が発生してしまうと、急速冷凍と過冷却冷凍技術等を使用した意味がなくなる。現在、通常行われている解凍方法である、冷蔵庫での緩慢解凍、自然解凍、流水解凍、風解凍、ミスト解凍、高周波（マイクロ波）解凍、氷水温（低温）解凍等の技術に代わる、新たな解凍技術としての急速解凍技術が求められている。

食品である、冷凍及び解凍そして冷蔵の対象物を高品質に保持するためにキーとなる冷凍・冷凍保存・解凍そして冷蔵に係わる温度と時間を下記に例として温度の高い方から記述する。
（１）冷凍前及び解凍後に放置すべきでない温度帯
一般的に、細菌の繁殖最適温度は２０℃程度以上である。ボツリヌス菌Ａ・Ｂ毒素生産限界、ブドウ球菌毒素生産限界、腸炎ビブリオ菌繁殖限界（至適条件：３０～３７℃、ｐＨ７．５～８．５、ＮａＣｌ濃度３～５％）等の温度は、１０℃程度である。

（２）冷蔵
［冷蔵について］
冷蔵温度は明確に定義化された温度帯ではなく、様々な温度帯がある。チルド・冷蔵（０℃）貯蔵・パーシャルフリージングの保管の温度領域では、微生物の増殖は遅らせることは出来るが、増殖を止めることは出来ないので、冷蔵時間は限られ（例えば、渡辺悦生他著の書籍「魚の鮮度」（成山堂書店発行）を参考。）、最適な冷蔵温度は冷蔵対象物によって相違する。
なお、以下に記述する冷蔵という言葉に関しては、冷蔵という機能ばかりでなく、冷蔵を継続する時間の長短にかかわらず、冷蔵保存の意味を含む。同時に、冷蔵保存と言う言葉にも冷蔵の意味を含む。

冷蔵温度は、一般には、－２℃から－３℃～１０℃の温度帯で未凍結状態での貯蔵をいう（例えば、渡辺悦生他著の書籍「魚の鮮度」（成山堂書店発行）を参考。）。冷蔵の温度範囲を、－１８℃～１０℃との記述もあるが（一般社団法人日本冷蔵庫協会）、ＪＡＳ法では１０℃以下を冷蔵と定義している。

［冷蔵温度帯の特徴］
０℃～５℃の冷蔵温度帯は、ボツリヌス菌Ｅ毒素生産限界、サルモネラ菌繁殖限界、ブドウ球菌繁殖限界の温度帯である。鶏肉・豚肉・牛肉等の種類により、そして対象とするその肉の大きさにより、冷凍・冷蔵温度と保管期間、そして冷蔵温度と熟成期間等に相違があり、それらはノウハウとしてそれらの取り扱い者が決定している。

［チルド温度帯］
チルドとは低温での冷蔵に相当する。チルドの温度帯は、－５℃～５℃としている（日本水産学会監修の書籍「水産物の先進的な冷凍流通技術と品質制御」（恒星社厚生閣発行）を参考。）。また、チルドの温度帯は、ＪＡＳ法では５℃以下、ＪＩＳ９６０７（冷蔵庫の規格）では０℃付近としている。宅配便業者のチルドは０℃～５℃としているが、チルド製品メーカーは０℃～１０℃で温度管理している。

［パーシャルフリージング貯蔵］
パーシャルフリージング貯蔵とは、半凍結・微凍結状態での－１．５～－３℃で、細胞中の水が凍結し始める温度の限られた温度範囲で冷蔵する方法である（上述の「魚の鮮度」を参考。）。パーシャルフリージング貯蔵の温度帯は、ＪＩＳ９６０７（冷蔵庫の規格）では、－３℃付近としている。

［氷結温度］
肉類、魚介類等の対象物を冷凍するとき、初めて凍る温度を氷結温度と言う。水の氷結温度は零度である。図１０に代表的な食品の氷結温度を例示している。魚では水分の多いタラは－１℃、マグロは－１．３℃、鰯は－１．３℃であり、夫々の魚種にはそれぞれの氷結温度がある。牛肉の氷結温度は、－１．７℃と、水分が魚介類よりも少ないため一般的に魚介類よりも低い。その他に乳製品等にもそれぞれ氷結温度がある。

［冷凍及び解凍時の最大氷結結晶生成帯］
肉類、魚介類に関わらず、冷凍及び解凍するとき、最大氷結結晶生成帯は、氷結温度である－１℃～－５℃（－５℃よりももう少し低い温度としている場合もある）であり、この温度帯を最短時間で通過させることにより対象物の細胞内の結晶成長を抑え、ドリップの発生を抑えることが求められる温度帯を言う。なお、肉等の食品を冷凍及び解凍するとき、細胞内の氷の結晶が大きく成長すると氷の結晶が細胞膜を破るため、細胞内の旨みである細胞液が外に漏れ出す。この細胞液をドリップという。

（３）加工可能温度
肉類でも魚介類でも、表面温度が－３℃～－５℃程度であり、その芯温が－５℃程度以上の温度であれば、包丁等により人力で、腱鞘炎の発生を抑制した状態で容易に加工が可能である。

（４）過冷却発生温度
過冷却は、最大氷結結晶生成帯（約－１℃～－５℃）で、細胞内に氷の核が生じないように、ゆっくりと、対象物を冷却するとき、－１℃から－１０℃程度までの温度帯で発生する。過冷却が破れるとき、急速に対象物の温度が上昇し、同時に結氷するが、細胞中の氷の結晶の大きさは急速冷凍により冷凍する場合よりも小さく、細胞膜の破損を抑制出来るため、細胞から旨味（ドリップ）の発生を防ぐことが出来る。

（５）冷凍温度のポイント
一般的に、－１８℃以下を冷凍とし、通常の冷凍温度は－２５℃～－３０℃であり、－４０℃以下を超低温と呼ぶ。また、超低温急速冷凍技術により－６０℃以下、例えば－７０℃の冷凍が実現している。なお、ＪＡＳ法では－１５℃以下を冷凍としている。－１０℃は全ての細菌の繁殖限界であり、－１８℃以下での保管は保管中に微生物の増殖を防止することができる。

－２０℃以下で、２４時間以上の冷凍処理をすることにより、魚中のアニサキスを完全に殺すことが可能である。海水魚及び淡水魚ともに、寄生虫対策として－２０℃で２４時間以上の冷凍処理が必要になる。なお、アニサキス等に対応する冷凍温度と冷凍時間は国によって相違する。

（８）褐変防止温度
褐変とは魚の酸素貯蔵の蛋白ミオグロビン（赤色）が酸素を放出して褐色に変色することを言う。褐変化率をメト化率というが、メト化率は魚種により、また凍結貯蔵温度により変化する。なお、メト化率は、凍結貯蔵温度が下がるに従い減少し、－４０℃以下（超低温）になると魚種に関わらず変性速度が遅くなり、魚種間の差が小さくなる。

すなわち、冷凍保管温度を－４０℃まで下げると、魚肉のたんぱく質の変性を長期間抑制することが可能になる。従い、必要とする貯蔵期間で、魚種により褐変に至らない凍結貯蔵温度を設定することが可能になる。

（９）解凍前温度制御によるドリップ抑制
高ＡＴＰ量のカツオ、イワシ、メバチ等の冷凍肉を、－１０℃程度で一定期間保管し、その後改めて解凍すると、急速解凍しても解凍硬直が起きず、ドリップの発生を抑制する事が出来る。ここで、ＡＴＰはアデノシン三リン酸の略字であり、アデノシン三リン酸は魚の筋肉の中のエネルギー源の物質である。

（１０）冷凍及び解凍対象物の乾燥防止
冷凍の場合、食品よりも食品周囲の容器内温度が先に低下する時、食品内の水蒸気圧が周囲の水蒸気圧より大きくなる。このため、水分が食品から周囲に移行し、食品表面の乾燥が進む。解凍の場合、上記の逆の蒸気圧になるが、食品から一旦外に出た水分は食品の内部の細胞には戻らない。

一般的に、各種冷凍技術に、食品表面の乾燥対策として下記の方策を適用する。すなわち、食品の保存温度を周囲の温度と同じ温度又は周囲よりも低い温度として、食品内部の蒸気圧を周囲と同じ蒸気圧又は周囲よりも低い蒸気圧に下げる方法がある。また、温度変化を避けること、きちんと包装することも一般的に採用されている。水産物等の食品の表面を氷で覆うグレージング（氷の薄膜で覆う）も行われている。

（１１）冷凍・冷蔵の賞味期間
冷凍・冷蔵対象物は、それぞれ最適な、冷凍温度、冷凍保存温度と期間、冷蔵温度と期間そして賞味期間がある。例えば、マグロの冷凍と冷蔵に関して例示する。マグロは、船上で放血、水洗後－５℃～－１０℃で予冷、次に超低温の－４５℃～－５５℃で冷凍し、表面温度が－４０℃以下に、魚肉の温度が－３５℃まで急速冷凍（約１日）する。次にグレージング（氷の薄膜でマグロの表面を覆う）をして、－４０℃以下で冷凍保存する。なお、魚肉の退色の低下を防ぐため－４０℃以下の冷凍保存が有効である。－１℃～０℃で冷蔵するとき、活きが良い期間は２週間で、６週間が限度とされている。

（１２）魚種によるノウハウ
魚種により、また魚の大きさにより、取扱者により、冷凍温度、冷凍保存温度、解凍温度、その手順、冷蔵温度、そしてその期間に関しては相違があり、ノウハウとなっている。

以上のように、冷凍における急速冷凍技術、－６０℃以下の－７０℃の冷凍を実現する超低温急速冷凍技術はほぼ確立しているが、解凍における急速解凍技術はこれまで未完成の状態にある。冷凍時に、急速冷凍及び過冷却冷凍により細胞内の氷結晶の微細化を図っても、解凍時に、微細な氷結晶が再結晶化して成長し、細胞膜を傷つけ、細胞液（旨味：ドリップ）が発生してしまうと、急速冷凍や過冷却冷凍技術を使用した意味がなくなる。

現在、通常の解凍方法である、冷蔵庫での緩慢解凍、自然解凍、流水解凍、風解凍、ミスト解凍、高周波（マイクロ波）解凍、氷水温（低温）解凍等に代わる、新たな解凍技術として急速解凍技術が求められている。

食品の解凍に関して、多数の提案がなされ開示されている。例えば、特許文献１には冷凍された対象物を品質維持するとともに短時間で解凍する解凍装置が開示されている。この装置は、解凍の開始時に、収納室内の温度を、対象物を解凍する目標温度よりも高い所定の温度に設定し、温度変化が予め定められる第１条件に達すると、対象物を解凍する目標温度に応じて定められる第２条件に達するまで、収納室内の温度を初期の温度よりも低い所定の温度に制御している。

特許文献２には、冷凍された解凍対象物を品質維持するとともに短時間で解凍する解凍装置を提案している。この装置では、放電電極又は接地電極のいずれか一方が解凍対象物と接し、他方が解凍対象物との間に空間を設けて配置されている。初期制御温度で暖熱を供給するように暖熱供給装置を制御するとともに、放電電極に電圧を印加するように電源装置を制御する初期制御を実行し、前記初期制御が終了した時点から第１温度センサーの計測値が解凍の目標温度である第２所定値となるまでの期間は、初期制御温度より低く第２所定値より高い第１制御温度で暖熱を供給するように暖熱供給装置を制御するとともに放電電極に電圧の印加を継続させるように前記電源装置を制御する第１制御を実行するとしている。

特許文献３には、魚類等の被解凍物を色落ちや肉質の低下を生じさせることなく冷凍に近い状態でほぐすことができる冷凍魚体ブロックの解凍方法を提案している。この装置では、－２５℃～－３０℃の温度で冷凍された冷凍魚体ブロックを＋５℃の温度に設定された解凍室に収納し、－５℃～－６℃の温度で冷凍された冷凍魚体になるまで段階的に解凍させる。

具体的には、解凍室の内壁面に配置された遠赤外線ヒーターを使用して１２０℃の温度で実行し、解凍室内に配置された温度センサーの温度制御指令に基づいて、ヒーターによる加熱と冷凍機による冷却との交互切替により、＋５℃～－５℃の温度範囲で１℃ずつ低下させている。上記送風は順方向送風機及び逆方向送風機の交互切替送風により実行される。

特開２０１５－２１６９０９号広報（特許第６２３０１５４号） 特開２０１７－０９９３６９号広報（特許６６４５８１９号） 特開２００８－２５９５１４号広報（冷凍魚体ブロックの解凍方法）

現在、対象物の冷凍手段として、緩慢冷凍、急速冷凍、過冷却冷凍等の冷凍手段が採用されているが、対象物を冷凍するにあたり最適な冷凍が行われているわけではない。対象物それぞれに必要とする冷凍を実施するとき、事前に対象物に見合った冷凍温度と時間とを事前にスケジュールとして設定し、例えば上述した温度・時間等をスケジュールに取り入れて、目的とする冷凍温度と冷凍時間で冷凍を可能とする冷凍システムを備えた冷解凍装置が求められている。

冷凍時に、冷凍対象物である魚介・家畜の肉等が有する、特に上述した寄生虫や細菌を殺し又は細菌の活動を封じる等の課題に見合った温度と時間をスケジュールに導入することで食品の安全・安心の確保や維持に必要な冷凍を行うことが出来る機能を有する冷解凍装置が求められている。

冷凍に関しては、緩慢冷凍に対し、急速冷凍や過冷却冷凍を適用することにより、細胞内の氷の結晶の成長を抑え、細胞内の細胞液（旨味：ドリップ）が細胞外に流れないようにしているが、対象物によっては制御をもって過冷却冷凍を適切に起こす事は難しい。従い過冷却冷凍が生じたかどうかを把握し、それによって、過冷却冷凍が起きなかったと判断される場合は、新たな対応をすることが出来る機能を有する冷解凍装置が求められている。

冷凍に関しては、急速冷凍や過冷却冷凍を適用し、細胞内の細胞液（旨味：ドリップ）の細胞外への流出を防いでいるが、解凍に関しては、解凍時における急速冷凍や過冷却冷凍に相当する解凍方法が開発されていない。そのため、冷凍時に細胞液（旨味：ドリップ）の細胞外への流出を抑えても、解凍時に細胞内の氷の再成長が生じた場合は細胞液（旨味：ドリップ）の流出が生じてしまう。そういった氷の再成長を抑制することが求められる。

現在、解凍には、自然解凍、流水解凍や氷水解凍等の手法が使用されているが、解凍時間の短縮や細胞液（旨味：ドリップ）の流出の十分な防止に至っていない。解凍における、解凍時間の短縮を図り、同時に解凍時における細胞液（旨味：ドリップ）の流出の低減又は防止に有効な冷解凍装置が求められている。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、冷凍及び冷凍保存を可能とする機能と同時に解凍及び冷蔵を可能とする機能を制御システムとして組み込んだ冷解凍装置及びその制御方法を提供する。

本発明の他の目的は、対象物を冷凍から、冷凍保存そして解凍を経て、冷蔵までの各プロセスを、一つの統合プロセスとして、システム的に、最適な温度－時間制御により稼働を可能とし、予め定められたスケジュールで稼働を可能とする冷解凍装置及びその制御方法を提供する。

本発明の更に他の目的は、解凍時間の短縮を図り、解凍時に細胞内の氷の再成長を抑制し、細胞液（旨味：ドリップ）の流出の低減又は防止を図るために、急速解凍を可能とする冷解凍装置及びその制御方法を提供する。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の冷解凍装置は、
一つの装置で、冷凍対象物を冷凍する冷凍機能と、前記冷凍後の冷凍保存機能、冷凍された解凍対象物を解凍する解凍機能、及び、前記解凍後の冷蔵保存機能を有する冷解凍装置において、
対象物を収納するための冷解凍庫、
前記冷解凍庫内の空気を流動又は熱交換するためのファン手段、
前記冷解凍庫に必要な熱量を供給するための熱交換室、
前記冷解凍庫の中に設置され、前記対象物に照射させて急速解凍を促進するためのピーク波長が８μｍから１０．６μｍの間の遠赤外線を発生させる遠赤外線発生手段、
前記冷解凍庫の中に設置され、前記冷解凍庫の中、又は、前記対象物の温度を計測するためのセンサー手段、及び、
前記センサー手段から受信したセンサーデータ、及び、予め設定された又は使用者によりインプットされたもので、前記対象物に係わる温度データと時間データからなる制御データを用いて、前記急速解凍を制御するための制御手段
からなることを特徴とする。

また、本発明の冷解凍装置は、次の点を有すると良い。

前記制御手段は、前記解凍の経過時間に対する前記対象物の温度上昇の変化を表す解凍曲線が緩やかになる変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）において、前記解凍を進めるために前記遠赤外線の前記放射量を減らす又は中断する制御を行うと良い。

また、本発明の冷解凍装置は、前記対象物を設置する空間の前記冷解凍庫において、該空間の中に放射される遠赤外線の対称性を得るために、該空間の中心に対し同じ仕様の前記遠赤外線発生手段を対称に設置して同じ放射エネルギー量を放射させると良い。

更に、前記制御手段は、前記解凍を進めるための前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を、前記対象物の温度が上昇するに従い、近似的に氷の比熱の温度対比熱特性に比例させて増加させて供給し、前記解凍の制御を行うと良い。

本発明の冷解凍装置は、更に、
前記冷解凍庫内に複数の前記遠赤外線発生手段を備え、
前記制御手段は、前記対象物が解凍されて前記対象物の比熱が増加すると、前記比熱が増加した前記対象物に対応する必要エネルギー量を、前記複数の前記遠赤外線発生手段の内の可動していない前記遠赤外線発生手段を追加稼働させ、若しくは、前記稼働中の複数の前記遠赤外線発生手段の内必要な数の前記遠赤外線発生手段の放射エネルギー量を増加させて、又は、これらを組み合わせて、前記対象物に照射する前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を増加させて供給し、前記対象物の解凍時における前記対象物の一様な解凍を可能とし、解凍対象物の品質を維持すると良い。

また、前記対象物を適当な温度で保つ場合、前記制御手段は、（ａ）冷凍時に冷熱の供給を停止又は弱める制御を行い、（ｂ）解凍時に前記遠赤外線の放射量を減少させ若しくは中断して、必要に応じて前記ファン手段を利用して前記熱交換室から冷熱を前記冷解凍庫に加える制御を行い、前記対象物の温度を使用者が希望する温度に保持すると良い。

前記遠赤外線発生手段は、絶縁材であり、かつ、前記対象物に又は健康に無害な、耐寒性及び耐水性を有する樹脂又はゴムで導電体を覆ったケーブルからなると良い。

前記遠赤外線発生手段が発生する前記遠赤外線は、生物の育成に適する１５℃～３０℃に相当するもので、それぞれの温度に相当するピーク波長が９．５６μｍ（３０℃）～１０．０６μｍ（１５℃）であると良い。

また、本発明の冷解凍装置は、更に、
前記制御データを近接又は遠隔で入力するための入力手段と、及び、
前記冷解凍装置を近接又は遠隔で自動起動又は稼働し制御するための前記制御手段と
からなると良い。

本発明の冷解凍装置の制御方法は、
一つの装置で、冷凍対象物を冷凍する冷凍機能と、前記冷凍後の冷凍保存機能、冷凍された解凍対象物を解凍する解凍機能、及び、前記解凍後の冷蔵保存機能を有する冷解凍装置の制御方法において、
冷解凍庫の中に設置された遠赤外線発生手段により、ピーク波長が８μｍから１０．６μｍの間の、時間的に一定エネルギー量の遠赤外線を放射させ、前記冷解凍庫に収納された対象物に解凍のために照射し、
前記冷解凍庫の中、又は、前記対象物の温度をセンサー手段で計測し、
前記センサー手段で計測したセンサーデータ、及び、予め設定された又は使用者によりインプットされたデータで、前記対象物に係わる温度データと時間データからなる制御データを用いた制御手段によって、前記解凍を制御し、
前記制御において、前記遠赤外線を放射するために、前記遠赤外線発生手段のケーブルに電圧を印加するための電圧制御、又は、前記対象物を特定温度に保持するため冷熱を熱交換室から供給することで、前記対象物の解凍のための時間と温度を前記制御手段で制御し、前記対象物の解凍の温度の時間特性を示す解凍曲線に沿って前記対象物の解凍を制御し、
前記解凍の経過時間に対する温度上昇の変化が緩やかになりカーブを描いて前記対象物の融解温度（氷結温度）に近づき解凍される場合、約－１０℃から最大氷結晶生成帯（約－５℃～融解温度（氷結温度））の温度帯の間を早く通過させる急速解凍を前記制御手段で制御して行い、細胞内の氷の成長を抑えて前記解凍を行う
ことを特徴とする。

また、本発明の冷解凍装置の制御方法は、次の点を有すると良い。

本発明の冷解凍装置の制御方法は、
前記遠赤外線発生手段により、前記遠赤外線を一定量放射させ、前記対象物に解凍のために照射して、前記解凍を進めるとき、
前記解凍の経過時間に対する前記対象物の温度上昇の変化を表す解凍曲線が緩やかになる変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）において、前記解凍を進めるために前記遠赤外線の前記放射量を減らす又は中断する制御を行うと良い。

更に、本発明の冷解凍装置の制御方法は、
前記対象物の温度が融解温度（氷結温度）に近づく前記急速解凍時、前記対象物の表面から芯部への氷の状態での熱伝導を維持するために、前記遠赤外線の放射の熱量供給を減少させて又は中断し、そして前記冷熱を供給し、前記対象物の表面を冷凍状態に維持し、同時に前記対象物の内部から表面への細胞液の流出を防ぎ、
前記対象物の表面での乾燥を防ぐために、前記対象物の温度を融解温度（氷結温度）以下に保持すると良い。

前記制御手段は、前記解凍を進めるための前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を、前記対象物の温度が上昇するに従い、近似的に氷の比熱の温度対比熱特性に比例させて増加させて供給し、前記解凍の制御を行うと良い。

更にまた、本発明の冷解凍装置の制御方法は、前記対象物が解凍されて前記対象物の比熱が増加すると、前記比熱が増加した前記対象物に対応する必要エネルギー量を、前記複数の前記遠赤外線発生手段の内の可動していない前記遠赤外線発生手段を追加稼働させ、又は前記稼働中の複数の前記遠赤外線発生手段の内必要な数の遠赤外線発生手段の放射エネルギー量を増加させて、又は上記二つの稼働手段を組み合わせて、前記対象物に照射する前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を増加させて供給し、前記解凍を進める制御を行い、前記対象物の解凍時における前記対象物の一様な解凍を可能とし、解凍対象物の品質を維持すると良い。

更に、本発明の冷解凍装置の制御方法は、前記対象物の冷凍温度の時間特性を示す冷凍曲線において、冷凍が進み、最大氷結晶生成帯（－５℃～融解温度（氷結温度））から約－１０℃の温度帯で、時間（Ｔ）の微小変化（ｄｔ）に対する前記対象物の温度（Ｘ）の微小変化（ｄｘ）の変化（ｄｘ／ｄｔ）が、冷凍開始から負（マイナス）の値になっていて、次に正（プラス）の値に変化し、かつ、短時間後に負（マイナス）の方向に変化する温度変化を計測するとき、前記対象物の過冷却と判断すると良い。

更に、本発明の冷解凍装置の制御方法は、前記変化（ｄｘ／ｄｔ）は、前記冷凍開始から負の値になっていて、正の値に変化し、かつ、所定時間が経過しても正の値を維持するとき、前記制御手段によって前記冷解凍装置の故障と判断すると良い。

以下、本発明の冷解凍装置の構成と機能、及び本発明の冷解凍装置の制御方法については、詳しく説明する。

対象物を冷凍するとき、冷凍対象物の表面から内部に冷凍が進む。この時、急速冷凍では、冷凍対象物の表面から冷凍し、解凍対象物の表面と内部の温度差を大きくして、冷凍対象物の表面から冷凍対象物内部への冷熱の伝導速度を上げ、細胞内の氷結晶の成長を抑え、発生する氷の微細化を図る。

過冷却冷凍では、過冷却が破れるとき冷凍対象物の細胞内の氷が急激に発生するため個々の氷の結晶は成長せず微細なままに留まる。そして、さらに冷凍を進めるとき、冷凍対象物の冷凍温度が下がるに従い、氷の熱伝導率の値が上昇し、同時に氷の比熱が小さくなるため、冷凍対象物の表面の温度を下げ表面と内部の温度差を大きくする事により、表面から内部への冷熱の急速な熱伝導を図ることが可能になり、冷凍を深化することが出来る。

詳しくは、本発明は肉類、魚介類に関わらず、冷凍時も解凍時も、最大氷結晶生成帯（融解温度（氷結温度）～約－５℃）から－１０℃程度を最短時間（急速冷凍技術では約３０分）で通過させ、冷凍時及び解凍時に、対象物の細胞内の氷結晶の微細化をはかり、氷結晶の肥大化により氷結晶が細胞膜を破壊し、細胞液（旨味でありドリップ）の発生を抑えるために、氷の結晶成長を抑える。

本発明は、冷凍及び解凍対象物の冷凍及び解凍における温度－時間推移を、すなわち冷凍及び解凍対象物に共通の又は固有の下記に記載された温度そしてその温度を保持する時間等を、考慮に入れて、冷凍そして冷凍保存及び解凍そして冷蔵の機能を備える。

本発明の冷解凍装置は、対象物に見合った冷凍温度やその冷凍時間及び冷凍保存やその冷凍保存時間、そして解凍温度やその解凍時間、及び必要に応じて解凍後の対象物の品質を維持するための冷蔵温度やその冷蔵時間等に係わる必要なプロセスを組み込み、データのインプット機能や制御システムを搭載する。

解凍時は、冷凍された対象物を、解凍対象物として、解凍対象物の表面の温度を上げ、解凍対象物の表面と解凍対象物の内部との熱落差を大きくして急速解凍を実現する。この時、解凍対象物に発生する現象は、冷凍する場合とは逆の現象が生じ、表面の温度が上がるに従い氷の比熱が大きくなり、氷の熱伝導率も下がる。そのため解凍スピードはゆっくりとなり対象物芯部の温度上昇のスピードが落ちる。

この時、外部から熱量を与えすぎると、解凍対象物の表面の温度上昇が先行し、解凍対象物の表面温度が融解（氷結）温度以上となり、解凍対象物表面の全面又は一部が融解し、解凍対象物の表面に水が生じる場合がある。水は氷よりも熱伝導率が低く、また水や温度の高い氷の比熱は温度の低い氷の比熱よりも大きくなるため、解凍対象物の表面から内部への熱伝導が下がり、解凍対象物の芯部の温度が上昇しないまま冷凍状態で残り消費者にわたることになる。

そのような状態が生じることを防ぐために、解凍対象物を解凍するとき、解凍対象物の表面温度を解凍対象物の融解温度（氷結温度）又は融解温度（氷結温度）よりも多少低い冷凍温度の状態に維持し、解凍対象物表面から内部への熱伝導を、氷の状態で維持して解凍対象物の内部の温度上昇を図り、解凍対象物の内部の温度を解凍対象物の表面の温度に近づけ、表面及び内部共に可能な限り同じ温度の融解温度（氷結温度）（図５～図７のＸ１を参照。以下同様。）で又は融解温度（氷結温度）より多少低い温度（図５～図７のＸ２を参照。以下同様。）の間の温度での解凍を実現する。

解凍に当たっては、急速解凍を図るため、解凍対象物の表面のみならず内部も早期に解凍するために、大気による吸収が少なく、同時に水や氷による吸収率の高い、波長の、０℃（ピーク波長で１０．６μｍ相当の温度）～８９℃（ピーク波長が８μｍ相当の温度）の間に相当する温度の遠赤外線を解凍対象物の表面に照射し、解凍対象物の内部に対して解凍対象物の表面の温度を上げ解凍対象物の表面と内部の熱落差を大きくして、内部への熱伝導を上げ、解凍スピードを上げることにより急速解凍する。

解凍対象物に一定の熱量を与え、解凍対象物の解凍を図るとき、解凍対象物の温度－時間特性は、解凍対象物の温度が低く比熱が小さい状態では急速に温度が上昇するが、解凍対象物の温度が上昇し比熱が大きくなるに従い、単位温度を上げるための必要熱量が増大するため、解凍対象物の温度上昇は緩やかになる。－１０℃程度から最大氷結晶生成帯（約－５℃～解凍対象物の融解温度（氷結温度）を通過するとき、解凍対象物の温度上昇は徐々に緩慢になり、解凍対象物の融解温度（氷結温度）（温度Ｘ１）に接近する。

解凍対象物に一定の熱量を与え、解凍対象物の解凍を図るとき、解凍対象物の温度上昇と共に、解凍対象物の時間－温度特性（Ｔ，Ｘ）において、時間（Ｔ）及び温度（Ｘ）が共にゼロである（０，０）に一番近い点（Ｔｎ，Ｘｎ）を近似計算で算出し、その点（Ｔｎ，Ｘｎ）を温度制御のポイントとして利用し、遠赤外線の照射を弱め又は止め（中断し）、また解凍対象物の融解温度（氷結温度）（Ｘ１）に相当する又は少し低い温度（Ｘ２）に相当する温度の冷熱の供給に切り替え、解凍対象物の温度を融解温度（氷結温度）（Ｘ１）又は融解温度（氷結温度）（Ｘ１）よりも少し低い温度（Ｘ２）又は上記Ｘ１～Ｘ２の間の温度に収斂することを可能とすることにより、急速解凍する。

冷凍・解凍及び冷蔵対象物の温度計測を適確に行うために、単数または複数の必要な温度センサーを設置し、冷凍及び解凍そして冷蔵が的確に実行されていることを確認する。そのため、異常が生じた場合は、冷凍機能、遠赤外線の照射機能及び冷蔵機能を精査し、解凍対象物の温度制御の不具合の有無のチェックをそして必要に応じて修正を可能とし、冷解凍実施者（使用者）が期待するスケジュールに従い冷凍・冷凍保存・解凍そして融解温度（氷結温度）又は氷結温度（融解温度）よりも少し低い温度又は上記Ｘ１～Ｘ２の間の温度で、冷蔵状態で維持する。

本発明によると、次の効果が奏される。
本発明によると、本発明の冷解凍装置を利用し、対象物を一つの装置で、冷凍、冷凍保存、解凍そして冷蔵までを、適切な温度と時間の制御のもと予め設定したスケジュールに従って行うことが可能になった。

本発明によると、本発明の冷解凍装置を利用することで、冷凍、冷凍保存、解凍そして冷蔵までを、一つの装置で可能とする一つの冷解凍システム装置として提供することが可能になった。

本発明の冷解凍装置を誰でも容易に使用出来るようになれば、本発明の冷解凍装置を利用し産地で冷凍を行い、本発明の冷解凍装置をコンテナーとして輸送し、消費地で解凍そして冷蔵保管そして販売に繋げることが可能になる。いわば対象物を冷凍装置や解凍装置そしてまた冷蔵装置の間を、その都度、工数をかけて移動させる必要もなくなり、対象物の生産後の冷凍から冷凍保存、解凍そして冷蔵した対象物が消費者にわたるまでの工数を低減できる。これに併せ品質向上も期待されるので、様々な冷凍対象物として扱われる生産物の輸出等含め、関連する産業の拡大が期待される。

本発明の冷解凍装置の利用により、緻密な温度や時間管理に基づく冷解凍のスケジュールによる稼働を冷凍・冷凍保存・解凍・冷蔵システムに導入することで、装置の使用者も冷解凍を容易に行うことが出来、同時に消費者にさらなる安全と安心な食品をもたらすことが可能になった。

本発明の冷解凍装置の利用により、高ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）量のカツオ、イワシ、メバチ等の冷凍肉を－１０℃程度で一定期間保管し、その後、急速解凍しても解凍硬直が起きず、ｐＨが高く維持され、ドリップの発生を抑制することが可能になった。

図１は、本発明の実施の形態の冷解凍装置１を示す図であり、図１（Ａ）は冷解凍装置１の外観を示す概念図であり、図１（Ｂ）は冷解凍装置１の棚を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の遠赤外線ヒーターの例で、棒状遠赤外線ヒーターを示す概念図である。 図４は、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の遠赤外線ヒーターの例で、遠赤外線ヒーティングマットの例を示す概念図である。 図５は、過冷却の温度特性を表すグラフである。 図６は、対象物を冷凍・冷凍保存・解凍・冷蔵保存する場合の温度変化を表すグラフである。 図７は、急速解凍における解凍曲線の模式図と時間・温度特性の変曲点を表すグラフである。 図８は、氷の比熱を表すグラフであり、解凍開始温度から氷結温度までの氷の比熱の範囲を表すグラフである。 図９は、氷の熱伝導率を表すグラフであり、解凍開始温度から氷結温度までの氷の熱伝導率を表すグラフである。 図１０は、主要食品の氷結温度を示す表である。 図１１は、大気による赤外線の吸収を表すグラフである。 図１２は、水の赤外線吸収波長依存性を示すグラフである。 図１３は、水の赤外線吸収波長依存性を示すグラフである。 図１４は、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の遠赤外線ヒーターの他の例で、棒状遠赤外線ヒーターを示す概念図である。 図１５は、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の遠赤外線ヒーターの他の例で、遠赤外線ヒーティングマットの例を示す概念図である。

本発明の実施の形態に関し図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の概要を、図２には、本発明の実施の形態の冷解凍装置１の構成をブロック図で図示している。本発明の実施の形態の冷解凍装置１は、冷凍・冷凍保存・解凍そして冷蔵機能を有する装置である。冷解凍装置１は、基本的に、予め設定された条件、例えば温度データと時間データに基づいて自動運転する。また、冷解凍装置１の使用者は、対象物の特性に見合った温度や時間を、冷解凍装置１を稼働する制御用データとして使用し入力することによって、冷解凍装置１を近接又は遠隔で操作して稼働させることができる。

冷解凍装置１は、冷凍においては、細胞から細胞液（旨味：ドリップ）の流出を防止するため、急速冷凍の機能に加え、過冷却冷凍の発生を温度変化で感知する機能を有する。冷解凍装置１は、解凍においては、遠赤外線ヒーター１４を装置内に設置し、遠赤外線ヒーター１４から放射された空気の窓と言われるそして氷に吸収されやすい８～１０．６μｍの遠赤外線を解凍対象物に照射し、解凍対象物表面の温度を上昇させ急速解凍を実施する。冷解凍装置１は、冷蔵においては、期待される冷蔵温度で、対象物を冷蔵する機能を有する。

冷凍及び解凍は、解凍対象物の表面と芯部との熱落差を大きくし、その大きな熱落差を利用し、特に芯部の冷凍及び解凍を急速に進める。そして、冷凍時及び解凍時には、対象物の表面温度が、「－１０℃から最大氷結晶生成帯（約－５度と融解温度（氷結温度）（Ｘ１））の間」又は「－１０℃から、融解温度（氷結温度）（Ｘ１）に近く融解温度（氷結温度）（Ｘ１）より低い温度（Ｘ２）の間」を急速に通過させることにより実現する。

本発明の冷解凍装置１は、冷解凍システムの一つの装置として、一つの統合的なプロセスで、装置に搭載した冷解凍・冷蔵制御装置１８により、装置の使用者が、希望するスケジュールで、対象物の冷凍・冷凍保存・解凍そして冷蔵保存までを連続して稼働することができる。

本発明の、冷凍・冷凍保存・解凍そして冷蔵保存を、一つの装置で実施出来る冷解凍装置１で、装置の使用者が、様々な対象物を、希望するスケジュールで、細胞液（旨味：ドリップ）の流出を防ぎつつ、寄生虫や細菌の死滅や細菌の増殖等を防ぎ、同時に褐変防止を防ぐことができ、いわば対象物の品質の劣化を防いだ高品質な解凍品を提供することができる。

本発明の冷解凍装置１は、冷凍・冷凍保存・解凍そして冷蔵保存に係わる機能を搭載する。なお、本発明の冷解凍装置１は、冷凍装置としても解凍装置としても個別に利用することができる。また、冷凍装置には上記冷解凍装置の冷凍・冷凍保存に係わる機能を搭載、又は、解凍装置には上記冷解凍装置の解凍に係わる機能を搭載、そしていずれの冷凍装置又は解凍装置も冷蔵機能を搭載し、それぞれの装置において現在の販売されている製品以上に高品質の解凍対象物を提供することができる。

本発明の冷解凍装置１を冷凍に使用する時は、細胞から細胞液（旨味：ドリップ）の流出を防ぐため、急速冷凍や過冷却冷凍が適用されるが、さらに寄生虫や細菌を殺し、又は細菌の増殖を防止そして褐変防止等のため希望する温度で、そして必要とする時間で冷凍を実施し、そして冷凍保存ができる。

空気の窓と言われる遠赤外線の特性、言い換えると大気による赤外線の吸収特性は、図１１のグラフに図示している。図１２のグラフに、水の赤外線吸収波長依存性を示している。急速解凍においては、対象物の温度の上昇と共に氷の比熱が上昇し（図８の氷の比熱を参照。）、また、熱伝導率が低下し（図９の氷の熱伝導率を参照。）、氷が融解し水になると、熱伝導率はさらに低下する。

解凍対象物に遠赤外線ヒーター１４により、予め設定した、氷が多く吸収する波長に相当する遠赤外線で、解凍対象物に時間的に一定の熱量を与え、解凍対象物の解凍を図る。このとき、解凍対象物の温度上昇の過程で、比熱の値の上昇に伴い、解凍対象物の時間（Ｔ）・温度（Ｘ）特性が緩やかになる変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）を感知し、この変曲点を、遠赤外線の照射を弱めるか止める（中断する）制御点として利用する。また、この変曲点は、新たに、対象物の融解温度（氷結温度）（Ｘ１）に相当する冷熱、又は、（Ｘ１）より少し低い温度（Ｘ２）の冷熱を供給する制御点としても利用する。

解凍対象物の解凍にあたり、ピーク波長が８μｍから１０．６μｍの間で、予め設定した氷が多く吸収する波長の遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４を稼働する。対象物に照射する遠赤外線の放射エネルギーを増やす場合は、遠赤外線ヒーター１４を用意し対応することができる。例えば、予め設定した電圧で、予め設定した温度に相当する波長の遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４の稼働数を増やして対応する。さらに対象物に照射する遠赤外線の放射エネルギー量の微調整を必要とする場合も、放射エネルギー量が小さな遠赤外線ヒーターを用意・設置し、上記の遠赤外線ヒーターと組合せて対応する。例えば、前述の予め設定した温度ですなわち予め設定した波長の遠赤外線を放射する放射エネルギー量が小さな遠赤外線ヒーターを、上記のメインの遠赤外線ヒーターと組合せて稼働することにより、微調整する。

そして本手法を、必要に応じて、後述する急速解凍及び超急速解凍に適用する。冷解凍装置１に設置した同じエネルギーを放射する遠赤外線ヒーター１４の設置数のうち、稼働する遠赤外線ヒーター１４の数は、図８に示した「氷の比熱」のグラフに示す氷の温度対比熱の推移を利用し、解凍開始時の冷凍温度における氷の比熱の数値「α」に対し、融解（氷結）温度Ｘ１になるまで、解凍の進展と共に氷の温度が上昇し氷の比熱が上昇し、氷の比熱の数値が「β１，β２，・・・βｎ」と変化するとき、増やして行く。

すなわち、比熱β１に到達した時点で、次のβ２の達成を目指すように、例えば稼働する遠赤外線ヒーターに印可する電圧を上昇させるか又は稼働する遠赤外線ヒーター数を増やすか又はその組合せで遠赤外線放射エネルギー量を「β１／α、β２／α、・・・βｎ／α」の近似値で増加させ、より超急速解凍を可能とする。

上述のように急速解凍をはかる場合、解凍対象物の温度が融解温度（氷結温度）に近づき解凍される場合、解凍対象物の温度が解凍対象物の温度を期待する温度で保持するために、冷熱を熱交換室から供給することで、対象物の温度を、融解温度（氷結温度）又は融解温度（氷結温度）よりも少し低い温度に保持する制御をする。

解凍対象物の表面は、乾燥を防ぎ融解しない氷の状態に保持し、表面から芯部への氷の状態での熱伝導率を維持した状態で、対象物の表面の温度そして併せ芯部の温度を対象物の融解（氷結）温度（Ｘ１）に導く。この時、遠赤外線の照射による解凍は、ファンヒーターのような温風利用による解凍ではないので、対象物の表面の乾燥を穏やかにする効果がある。

本発明の冷解凍装置１は、対象物の急速解凍後、対象物を利用するまで時間がある場合には、対象物の品質を維持するために、対象物の融解温度（氷結温度）、又は、それよりも若干上下する冷蔵温度で、又は使用者が期待する温度で保持する。

本発明の冷解凍装置１は、冷解凍庫２と熱交換室３から構成され、冷凍及び冷蔵時には熱交換室３に設置された冷解凍・冷蔵保存用機能部１２からファン１５により冷熱を冷解凍庫２に導入する。解凍時には、冷解凍庫２に設置された遠赤外線ヒーター１４により遠赤外線を対象物に放射するとき、冷解凍・冷蔵制御装置１８により希望するスケジュールで、急速冷凍・冷凍保存及び急速解凍そして冷蔵で稼働する。これにより、細胞からの細胞液（旨味：ドリップ）の流出を防ぐことができる。

以下に、本発明の実施の形態の実施例を説明する。魚介類・畜産生産物・農産物・医薬品等を、一つの装置で冷凍・冷凍保存と解凍の機能、そして冷蔵の機能を有する装置としての冷解凍装置１を説明する。冷解凍装置１は、食品の地産地消の場合、食品を装置内に冷凍状態で積載したまま産地から消費地まで輸送し、消費地で同じ装置を使用して対象物（商品）を解凍する場合、有効な装置である。例えば、食品以外にも利用でき、例えば、医薬品を装置内に冷凍状態で輸送しそれを使用先で解凍し使用する場合等にも有効な装置である。

冷解凍装置１は、これらの場合、対象物を装置内に冷凍・冷凍保存し、そしてその解凍及び冷蔵するために別の装置を必要とせず、同じ装置で解凍及び冷蔵する機能を有する。すなわち、冷解凍装置１は、例えば人手で、対象物を、冷凍・冷凍保存する装置と、その解凍・冷蔵する装置との間を移動することなく、同一設備で冷凍・冷凍保存・解凍そして冷蔵することを可能とする統合機能を有する装置である。

冷解凍装置１に搭載する機能は、機能毎に別々に備えることができる。例えば、冷解凍装置１は、冷凍・冷凍保存に関しては冷凍装置として稼働し、解凍に関しては解凍装置として稼働し、冷蔵に関しては冷蔵装置として稼働する、それぞれ個別に稼働を可能とする機能を備えた冷解凍装置１にすることができる。

魚介類・畜産生産物・農産物・医薬品等の冷凍・冷凍保存・解凍・冷蔵等を行う場合、寄生虫、細菌等を殺し、又は、細菌の増殖を抑制する場合、冷凍温度と冷凍時間、解凍温度と解凍時間、冷蔵温度と冷蔵時間等の温度と時間の制御が重要になる。対象品の温度と時間の関係では、例えば、冷蔵熟成のための温度と保持時間、アニサキスを冷凍で殺す温度と保持時間、細菌の増殖を抑える温度と保持時間、魚肉の褐変を防止する温度と保持時間、ワクチンを安定冷凍する温度とその冷蔵温度そして保持時間が重要である。

対象物の冷凍・冷凍保存・解凍・冷蔵に関する、様々な温度と時間に関わる、ノウハウに基づく様々な制御をすることができる。例えば、上述たように対象物により解凍時に－１０℃程度で一定時間保持し、その後改めて解凍する事により、解凍硬直が生じないようにして、細胞液（旨味：ドリップ）の発生を抑える。

［冷解凍装置１の構成］
図１に図示したように、冷解凍装置１は、冷解凍庫２と熱交換室３からなる。冷解凍庫２と熱交換室３は、一体の筐体に入っても、別々の筐体に格納され各筐体が互いに固定されても良い。冷解凍庫２と熱交換室３の底面に架台５が設置されている。架台５は、冷解凍装置１の架台であり、底面に摺動手段、ロック機能付きキャスターを有することができる。

冷解凍装置１は、図示しないが、運ぶときに利用する、取っ手、ハンドル等を備えることができる。冷解凍庫２と熱交換室３は、隣接して設置され、その間は、隔壁４が設けられている。冷解凍庫２と熱交換室３は、両方とも箱型の形状になっている。冷解凍庫２の中には、図１（Ｂ）に図示したような棚９が設置され、棚９には冷解凍対象物、冷凍対象物、冷凍保存対象物、解凍対象物、冷蔵対象物等が置かれ、冷解凍、冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵等の、目的に見合った処理が行われる。

冷解凍対象物、冷凍対象物、冷凍保存対象物、解凍対象物、冷蔵対象物等は、以下に対象物、被冷凍物、被解凍物、被冷蔵物等と書くこともある冷解凍装置１は、棚９を内蔵し、棚９の棚板７に対象物を置いて処理しながら、搬送されることができる。棚９は、対象物を冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵するとき、これらの処理に必要な温度、遠赤外線照射強度に耐久性がある材料で製造される。棚９は、処理する食品等に影響しない、人の健康にも無害な材料で製造される。

棚９は、本例では、棒状の複数の棚の柱８と棚の梁１０から構成され、例えば、３段２列の構成であり、各段に棚板７を横に設置したものである。対象物は、棚板７の上に置かれる。棚板７は、板状のものであり、複数の棚板の孔１１を設ける。この棚板の孔１１を通して、空気との熱交換が維持され、遠赤外線が通過し対象物に照射される。

冷解凍装置１の構成を図２にブロック図で図示している。冷解凍装置１は、冷解凍庫２、熱交換室３、制御システム部１６、データ記憶部１７、冷解凍・冷蔵制御装置１８等からなる。冷解凍装置１は、図２に図示したように、表示手段（ディスプレイ）、タッチパネル、パソコン、遠隔通信設備等の操作部、スケジュール設定部等からなる制御システム部１６を有する。この制御システム部１６は、冷解凍装置１の制御に必要なデータを入出力するためのものである。

制御システム部１６は、表示手段（ディスプレイ）、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力手段、パソコン、タブレット等の電子計算機、無線通信アダプタ、ネットワークカード、携帯電話等の無線通信手段を始め、操作者が直接操作しデータを入出力し、制御を必要とする装置と機器に適用できる。無論、無線通信アダプタ等を利用し、操作者が遠隔からデータを入力し、制御システム部１６及び冷解凍・冷蔵制御装置１８を介して、冷解凍装置１を制御できる。

制御システム部１６は、入力されたデータに基づいて、冷解凍装置１を操作し、その運転スケジュールを設定する。よって、制御システム部１６は、冷解凍装置１の操作部又は操作手段、スケジュール設定部又はスケジュール設定手段とも言うことができる。制御システム部１６には、データを表示する表示手段（ディスプレイ）があり、タッチ式のディスプレイを利用し、入出力手段を兼ねる。

冷解凍装置１は、冷解凍・冷蔵対象物に関わる温度・時間データを記録するデータ記憶部１７からなる。データ記憶部１７は、冷解凍装置１が運転中に冷解凍・冷蔵対象物を処理するとき、それに関わる温度データと時間データを取得し、記録するものである。データ記憶部１７は、制御システム部１６と接続されてデータを送受信し、冷解凍装置１の運転データ取得し、必要であれば、温度データと時間データをデータ記憶部１７へ送信し、データ記憶部１７はこれを受け取り、上述のスケジュール設定に利用する。

データ記憶部１７は、他の装置から取得した温度データと時間データを格納し、これを制御システム部１６へ送信しても良い。データ記憶部１７は、電子データを記録し、保管、他機器へ送信する機能を持つ電子計算機、記録媒体等であることができる。冷解凍・冷蔵制御装置１８は、冷解凍・冷蔵制御装置であり、冷解凍装置１の全体の動作を制御する基本ユニットである。

冷解凍・冷蔵制御装置１８は、冷解凍装置１が対象物を冷凍する制御、冷凍保存する制御、解凍する制御、そして冷蔵する制御等を行う。冷解凍・冷蔵制御装置１８は、冷解凍庫２の中の温度の制御（調整）、遠赤外線の照射の制御等を行う。冷解凍装置１は、温度センサー２２、ファン１５、遠赤外線ヒーター１４、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２、遠赤外線ヒーター用機能部１３等からなる。温度センサー２２は、冷解凍庫２の中の設置箇所の温度そして対象物の温度を測定するための機器であり、冷解凍庫２の中に設置される。

温度センサー２２は、例えば、冷解凍庫２の内壁、冷解凍庫２の中に設置された棚９や棚板７等に設置される。温度センサー２２は、図２に図示したように２個あっても、２個以上あってもよく、対象物の種類、冷解凍、冷蔵の目的に合わせて変更できる。ここで、温度センサー２２のみを例示しているが、他の臭気等のセンサーがあっても良い。

ファン１５は、冷解凍庫２の中の空気の流れを制御するものであり、冷解凍庫２の中に冷気を流入させる場合、そして必要に応じて外部の空気を冷解凍庫２の中に流入させる場合や冷解凍庫２の中の空気を外部へ流出させる場合等に利用する。遠赤外線ヒーター１４は、遠赤外線を発生させ、解凍対象物に照射するものであり、基本的に導電線又は導電体２６や、導電線又は導電体２６を囲む、人の健康や食品に無害な防水や絶縁機能を有する絶縁・防水被腹膜３０等からなる。

遠赤外線ヒーター１４は、冷解凍庫２の内壁、棚板７、棚の柱８、棚９、棚の梁１０等、そして棚板の上に置かれた処理する対象物（食品等）の温度制御に必要とする箇所に設置される。冷解凍・冷蔵保存用機能部１２は、ファン１５を介して冷熱を冷解凍庫２に挿入する機能を有し、冷凍・冷蔵保存用制御部２０により冷熱温度や冷熱量を制御する。遠赤外線ヒーター用機能部１３は、遠赤外線ヒーター１４に電圧を印加して照射対象物に遠赤外線を放射するため、遠赤外線ヒーター１４に電圧を印加する機能を有し、遠赤外線ヒーター電圧制御部１９により電圧を制御する。

冷解凍・冷蔵保存用機能部１２と遠赤外線ヒーター用機能部１３は、熱交換室３に格納される。ファン１５は、図１（Ａ）に図示したように、冷解凍庫２と熱交換室３の間の隔壁４上のファン設置位置６の部分に設置される。ファン１５を隔壁４のファン設置位置６の部分に設置し、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から冷解凍庫２にファン１５を介して冷熱を供給する。ファン１５は、冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵の温度変化に対する耐久性を有する。遠赤外線ヒーター１４も冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵の温度変化に対する耐久性のある被腹膜を有する。

冷解凍・冷蔵制御装置１８は、温度制御部２１，冷凍・冷蔵保存用制御部２０、遠赤外線ヒーター電圧制御部１９、温度データ設定部２４、熱量データ設定部２３等からなる。冷解凍・冷蔵制御装置１８は、冷解凍装置１の外壁、熱交換室３内、冷解凍装置１の開閉ドア等に設置した制御装置用筐体に格納されても良い。

温度制御部２１は、各温度センサー２２と接続され、温度センサー２２からそのセンシングデータを取得するものであり、取得したデータを温度データ設定部２４に出力する。冷凍・冷蔵保存用制御部２０は、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２と接続されており、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２を制御するためのものである。冷凍・冷蔵保存用制御部２０は、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２を制御することで、ファン１５の動作、特に、ファン１５の稼働、停止、その回転速度を間接的に制御する。

冷解凍・冷蔵保存用機能部１２は、冷解凍室２の中の温度を制御するものであり、このため、冷凍・冷蔵保存用制御部２０は冷解凍・冷蔵保存用機能部１２を介して冷解凍室２の中の温度を制御する。遠赤外線ヒーター電圧制御部１９は、遠赤外線ヒーター用機能部１３を介して遠赤外線ヒーター１４の動作を制御するものであり、特に、遠赤外線ヒーター１４の稼働、停止、放射する遠赤外線の出力を制御する。遠赤外線ヒーター１４は導電体２６や被膜３０等から構成され、遠赤外線ヒーター１４の被膜３０から放射される遠赤外線の波長は印加される電圧等で決定される。

［制御］
そのため、遠赤外線ヒーター電圧制御部１９は、遠赤外線ヒーター用機能部１３を介して遠赤外線ヒーター１４に印加する電圧を制御し、結果的に、冷解凍庫２内の対象物を解凍するために解凍対象物に照射する遠赤外線の波長すなわち放射エネルギー量を制御する。

温度データ設定部２４は、冷解凍庫２内の温度及び対象物の温度に関するデータを温度制御部２１から受信し、冷解凍庫２内の温度に関するデータを、制御システム部１６そして熱量データ設定部２３を介して、冷凍・冷蔵保存用制御部２０へ出力し冷解凍時の冷解凍・冷蔵保存用機能部１２を制御し冷解凍庫２内の動作温度の設定と制御をするものである。温度データ設定部２４は、制御システム部１６そして熱量データ設定部２３を介して、遠赤外線ヒーター電圧制御部１９へ出力し、遠赤外線ヒーター用機能部１３を介して、解凍時の遠赤外線ヒーター１４に印可する動作電圧の設定と制御を行う。そして解凍対象物に照射する遠赤外線の波長を制御する。

冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から冷解凍庫２内に供給される冷熱の熱量を設定するため、冷解凍庫２内及び対象物の温度に関するデータを温度制御部２１、温度データ設定部２４、制御システム部１６，熱量データ設定部２３を介して、冷凍・冷蔵保存用制御部２０へ出力し、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から冷解凍庫２内に供給する冷熱の熱量を制御する。そして設定した冷凍温度を保持するように冷熱の熱量を制御する。

冷解凍庫２に設定される遠赤外線ヒーター１４に供給される電力量は、一定数の赤外線ヒーターで解凍を進める場合、一定数の赤外線ヒーター１４のそれぞれに一定電圧を印加することにより、対象物に氷が吸収しやすい波長で、予め設定した波長の遠赤外線を放射し対象物を解凍する場合、遠赤外線の照射によって、対象物の温度が上昇するが、これに伴い、対象物の比熱も上昇する。

対象物の比熱が上昇しても、それぞれの遠赤外線ヒーター１４から放射される遠赤外線の波長を氷が吸収しやすく対象物に適切な波長の範囲で、遠赤外線ヒーター１４に供給する解凍用電力量を増大させて、すなわち一定数の遠赤外線ヒーター１４に印可する電圧を、それぞれの遠赤外線ヒーター１４に印可される電圧が、同じ電圧になるように昇圧し、対象物に照射する遠赤外線放射量を増大させる。

一定数の赤外線ヒーターで解凍を進める場合は、制御システム部１６で、氷が吸収しやすい遠赤外線の波長に相当する温度になるように、遠赤外線ヒーター１４に印可する電圧を指示する。このとき、制御システム部１６の指示で、熱量データ設定部２３，遠赤外線ヒーター電圧制御部１９を介して遠赤外線ヒーター用機能部１３で遠赤外線ヒーター１４に印可する電圧を設定する。そして、その結果、解凍が進む対象物の温度変化を感知し、温度制御部２１，温度データ設定部２４を介して、制御システム部１６で管理する。

また、遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４の稼働数を増大させることにより、対象物に照射する同じ波長の遠赤外線放射量を増大させることもできる。対象物の温度の上昇に伴う比熱の上昇に伴い、遠赤外線の波長を氷が吸収しやすい波長に定めたまま、より早い急速解凍を進める場合は、遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４の数を増大させ、遠赤外線の放射量を増やし、解凍を進める。図８に記載した氷の比熱量の増加に従い、稼働する遠赤外線ヒーター１４の数を増加させて対応する。

遠赤外線ヒーター１４から放射する遠赤外線の照射により対象物の温度が上昇するとき、温度制御部２１、温度データ設定部２４、制御システム部１６、熱量データ設定部２３、そして遠赤外線ヒーター電圧制御部１９を介して、遠赤外線ヒーター用機能部１３に接続される稼働する遠赤外線ヒーター１４の数を増やして対応する。

いずれの解凍方法でも、対象物の温度が、対象物の融解温度（氷結温度）、又は、それよりも若干上下する冷蔵温度、又は使用者が期待する温度に到達したことを温度制御部２１で感知するとき、遠赤外線ヒーター１４の稼働を弱める（稼動する遠赤外線ヒーター１４の数を減らす）か止める操作をし、温度データ設定部２４、制御システム部、熱量データ設定部２３、そして遠赤外線ヒーター電圧制御部１９を介して遠赤外線ヒーター用機能部１３で、稼働する遠赤外線ヒーター１４の数を減少させるか、ストップする。

上述したように、いずれの解凍方法でも、対象物の温度が、対象物の融解温度（氷結温度）、又は、それよりも若干上下する冷蔵温度、又は、使用者が期待する温度に到達したとき、制御システム部１６の指示に基づき、熱量データ設定部２３，そして冷凍・冷蔵保存用制御部２０を介して、冷解凍室２に、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から希望する温度の冷熱の供給をする制御を行う。

熱量データ設定部２３と温度データ設定部２４は、それぞれ制御システム部１６に接続され、制御システム部１６から、冷解凍装置１の稼働に必要な温度データ、熱量データ、時間データ等を受信する。同時に、熱量データ設定部２３、そして温度データ設定部２４に入力した温度データ、熱量データ、時間データ等を制御システム部１６へ出力する。

冷解凍装置１は、冷凍・冷凍保存・解凍・冷蔵を行う場合、対象物毎のデータに基づき、必要とされる様々なデータが制御システム部１６等にインプットされ、この制御システム部１６等に接続された冷解凍・冷蔵制御装置１８に取り込まれ、装置の使用者の希望するスケジュールにより装置を稼働する。その冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵のスケジュールは、事前にデータ記憶部１７に搭載された様々なデータにより妥当性の検証をすることができ、そして他の装置、当該装置等で新たに取得されたデータも冷解凍・冷蔵対象物に関わる温度・時間データがデータ記憶部１７にインプットされ、制御システム部１６を介して、冷解凍装置１に取り込まれ利用されることが可能である。

データ記憶部１７にインプットされた冷解凍・冷蔵対象物に関わる温度・時間データは、図２に図示したように、冷解凍装置１に設置された冷解凍・冷蔵保存用機能部１２、解凍に使用する遠赤外線ヒーター用機能部１３の制御に利用される。また、冷解凍装置１において、冷解凍装置１に備えられた温度センサー２２、必要に応じて設置されたもので臭い等の計測可能なセンサー等からの複数のデータを集約・管理し、データを、そしてそれらの分析結果を、冷解凍・冷蔵対象物に関わる温度・時間データをデータ記憶部１７にインプットし可視化を可能とする。

冷解凍装置１は、対象物に係わる冷凍・冷凍保存から解凍を経て冷蔵までの各プロセスを、一つの統合した統合プロセスとして、システム的に、最適な温度時間制御により稼働される。更に、冷解凍装置１は、冷凍、冷凍保存、解凍、そして冷蔵保存をするとき、その稼働を様々なデータと比較し、使用者の希望やノウハウと比較し、そのスケジュールの最適化を可能とする。使用者の希望やノウハウ等のデータは、データ記憶部１７に保存され、制御システム部１６を介して、入力される。

冷解凍装置１が複数設置されている場合にも、それぞれの装置のおかれた状況に見合った形で、必要とするデータを広域で集約分析し、集中制御又は分散制御のために、また必要とする広域運用システムに適用することができる。冷解凍装置１は、複数まとまって全体を制御する制御装置に接続され制御されることができるとともに、無線通信手段で、サーバ等の電子計算機に接続されて、個別に又はまとまって制御されることができる。

冷解凍装置１は、一つの装置で冷凍機能、冷凍保存機能、解凍機能と冷蔵機能を有するが、冷凍・冷凍保存および冷蔵のみの機能と、解凍および冷蔵のみの機能を、別々に利用することもできる。冷解凍装置１は、細胞内の氷の成長による細胞液（旨味：ドリップ）の流出を避けるために、冷凍機能で冷凍する場合は、急速冷凍、又は、対象物にもよるが過冷却冷凍が採用され、解凍機能で解凍する場合は、急速解凍または超急速解凍が採用される。

図５に過冷却の時間・温度特性の模式図を図示している。冷解凍装置１において、この模式図に図示したように、過冷却冷凍は、食品等を氷の核が生じないように静かにゆっくりと冷却するときに発生する過冷却の現象を利用する。過冷却による細胞内の氷の結晶は、急速冷凍よりも細胞内の氷の成長が小さく、過冷却は通常、最大氷結晶生成帯（融解温度（氷結温度）～－５℃）から－１０℃程度までの温度域で発生する。

なお、過冷却は全ての冷凍対象物に対し発生するものではない。従い、冷解凍装置１の使用者が、冷凍対象物で過冷却機能の利用中に過冷却が生じたとき、過冷却の発生を検知できれば、使用者は、その後、冷解凍装置１の使用時、同じ対象物に対して、この検知データを利用し、過冷却機能を利用したスケジュールに基づいた冷凍の実施を可能とする。そして、過冷却が発生しなかったとき、冷解凍装置１の制御として必要に応じて急速冷凍に切り替える制御の搭載も可能である。

冷解凍装置１において、冷凍対象物が冷凍過程で、過冷却現象を起こしたことを検知すること、又は、冷凍機能に異常が出るような故障が生じたかを検知することが重要になる。そこで、過冷却現象又は冷凍機能の異常を検知するために、温度変化又は温度時間特性の変化を検知する機能を搭載することが重要になる。

図５に図示した過冷却の時間温度特性の模式図のように、冷凍開始時間をｔ＝０として、時間軸Ｔを横軸として、縦軸に温度軸Ｘをとり、解凍対象物の冷凍温度の時間特性を描く。このとき、冷凍対象物の冷凍開始からの経過時間をＴｋとし、そのときの温度をＸｋとするとき、時間と温度の関係の座標を（Ｔｋ、Ｘｋ）で表す。時間Ｔｋのとき、この時間Ｔｋに対する微小変化の時間をｄｔと表し、時間Ｔｋのときの対象物の温度Ｘｋの、ｄｔの時間で変化する温度をｄｘとする。このとき、冷凍開始時からＸの値が負に変化するときをマイナス（－）で表し、正に変化する時をプラス（＋）で表す。

これに基づき、計測する対象物の温度がマイナス（－）温度方向からプラス（＋）温度方向に変化するときはプラス（＋）として扱い、プラス（＋）温度方向からマイナス（－）温度方向に変化するときはマイナス（－）として扱う。図５に示すように、この変化を微小変化で、変化する方向を感知するために、微小変化（ｄｘ／ｄｔ）がマイナス（－）からプラス（＋）に変化し、そして短時間後に対象物の温度がプラス（＋）からマイナス（－）に変化することを感知するとき、過冷却が生じたと判断する。

冷解凍装置１にはこの判断する機能を組み込む。例えば、温度センサー２２で冷解凍庫２内又は対象物の温度を検知、これを温度制御部２１が取得し、温度データ設定部２４又は制御システム部１６（電子計算機）で計算して、判断する。このとき、判断結果が制御システム部１６に出力されて表示される。

計測する冷凍対象物の温度がマイナス（－）温度方向からプラス（＋）温度方向に動き、更に微小変化（ｄｘ／ｄｔ）もマイナス（－）からプラス（＋）に変化したことを感知しただけで、その後の温度の変化が生じない場合は、冷解凍装置１に故障が生じたと判断する。すなわち、計測する対象物の温度がマイナス（－）温度方向からプラス（＋）温度方向に動き、その短時間後に対象物の温度がプラス（＋）からマイナス（－）に変化せず、同時に（ｄｘ／ｄｔ）がプラス（＋）からマイナス（－）方向に変化せず、いずれもがプラス（＋）の値のみを検知するときは、冷解凍装置１に故障が生じたと判断する。上記の故障を判断する方法は通常の冷凍時にも適用を可能とする。

冷解凍装置１にはこの判断の機能を組み込む。例えば、温度センサー２２で冷解凍庫２内又は対象物の温度を検知、これを温度制御部２１が取得し、温度データ設定部２４又は制御システム部１６（電子計算機）で計算して、冷解凍装置１に故障が生じたと判断する。このとき、判断結果が制御システム部１６に出力されて表示されることが可能とする。

［遠赤外線のヒーター］
遠赤外線の波長帯は４～１，０００μｍであるが、図１１の大気による赤外線の吸収グラフに示したように、その中で大気による吸収が少ない３μｍから５μｍ及び８μｍから１３μｍの波長帯は「大気の窓」と言われる。また、８μｍ～１４μｍの波長帯は動植物の育成光線に相当する。

水が遠赤外線を吸収する吸収波長は、図１２に、水の赤外線吸収波長依存性のグラフに図示したように、水の層の厚みに依存する。水の層の厚みが薄い場合、例えば１μｍの場合の吸収率は０．２程度であるが、層の厚みが増えると、３μｍの波長領域と有機物の吸収波長と重なる６μｍの波長領域を中心に、吸収率が増大し、層の厚みが１ｍｍになると遠赤外線をほぼ１００％吸収する。

図１３に水の層の厚みが０．１ｍｍ以上の場合の遠赤外線の吸収率と氷の波長に対する吸収率を示す。水の場合は、０．１ｍｍ以上の厚さで波長が３～５μｍのとき、その吸収率は０．９６、波長が８～１４μｍで０．９５～０．９８である。氷の場合は、波長が３～５μｍのとき、その吸収率は０．９６、波長が８～１４μｍで０．９８であり、水とほぼ同じ吸収率となっている。

以上から、大気による吸収が少なく、氷による吸収が高い遠赤外線の波長は、概略３μｍから５μｍ及び８μｍから１３μｍの波長帯である。従って、解凍対象品の急速解凍のため、概略３μｍから５μｍ及び８μｍから１３μｍの波長帯の遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４を冷解凍装置１に設置するのが良い。

物質から放射される電磁波のピーク波長は、ウイーンの変位則としてλ（μｍ）＝２，８９７／Ｔ（絶対温度＝２７３＋物体の温度℃）で表される。前述した３～５μｍは、この波長をピーク波長とするとき、遠赤外線を放射する物体の相当する温度は、６２７～３０６℃に相当する。このような高温になると、解凍装置１に使用する温度としては高すぎ、赤外線ヒーター１４の、解凍に係わる装置を構成する材料の選定が難しく、また解凍における温度制御も難しくなる。

温度が０℃に相当するピーク波長は１０．６μｍであり、前述したピーク波長が８μｍに相当する温度は８９℃となる。従い、０℃～８９℃に相当するピーク波長が８～１０．６μｍの遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４（図３と図１４の遠赤外線ヒーター例（Ａ）を参照。）を解凍に使用することが合理的である。以上より、ピーク波長が８～１０．６μｍの波長の遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４を冷解凍装置１に設置することが望ましい。

解凍対象物は有機物で有るため、有機物が遠赤外線ヒーター１４から遠赤外線の照射を受けるとき、遠赤外線の波長が短く輻射熱で有機物が高温になると、有機物を痛めることになる。一方、遠赤外線の波長が長く、有機物の温度が上昇せず低温だと解凍を遅らせることにもなる。そのため、本発明において、家畜や植物の育成に適する温度帯１５℃～３０℃に相当するピーク波長１０．０６μｍ（１５℃）～９．５６μｍ（３０℃）に相当する波長の遠赤外線を解凍対象物に照射をする事により、解凍対象物の適切な解凍スピードの維持により、解凍対象物の適切な解凍を実現する。

［ヒーターの構成と制御］
遠赤外線ヒーター１４としては、棒状遠赤外線ヒーター２８、遠赤外線ヒーティングマット２９等の任意の遠赤外線発生手段を利用することができ、使用状況等に応じて選択することができる。棒状の遠赤外線ヒーター例（Ａ）として、図３に図示した棒状遠赤外線ヒーター２８と、図１４に図示した棒状遠赤外線ヒーター２８が例示できる。面状の遠赤外線ヒーター例（Ｂ）として、図４に図示した遠赤外線ヒーティングマット２９と、図１５に図示した遠赤外線ヒーティングマット２９が例示できる。

図３及び図１４に図示したように、遠赤外線ヒーター１４が棒状遠赤外線ヒーター２８である場合、電圧を印加すると電気を通し抵抗熱で発熱する導電線又は導電体からなる導電体２６と、導電体２６の短絡を防ぐ絶縁と外部からの水の浸潤を防ぐ防水の役割を保持する、また食品の解凍に使用するときは人の健康や食品に無害な樹脂又はゴムからなる絶縁・防水被覆膜３０とから形成され、樹脂又はゴムで覆ったケーブル２５を形成する。棒状遠赤外線ヒーター２８は、遠赤外線ヒーティング用機能部１３には、接続線２７で接続されている。

図１４には、導電体２６の両側に接続端子３１が設けられ、これに接続線２７が接続されている。棒状遠赤外線ヒーター２８の導電体２６に電圧を印加するとき、導電体２６の温度が上昇し、ケーブル２５から遠赤外線を放射するとき、遠赤外線は導電体２６から放射され被腹膜３０を透過する遠赤外線と、被腹膜３０が熱せられケーブル２５表面から放射される遠赤外線とからなる。

この被腹膜３０を透過して放射される遠赤外線とケーブル２５表面から放射される遠赤外線が対象物に照射されるとき、照射されて発生する温度を希望する温度に設定する事を可能とする。なお、複数の導電体２６を、また食品の解凍に使用するときは人の健康や食品に無害な樹脂又はゴムからなる幅の広い２枚の絶縁・防水被覆膜３０の間に設置し遠赤外線ヒーティングマット２９を形成し、遠赤外線ヒーター１４の一つとして使用を可能にする。

本発明の冷解凍装置１は、例えば、肉類、魚介類に関わらず冷解凍対象物を、冷凍時に加え、解凍時も、－１０℃から最大氷結晶生成帯（－５℃～融解温度（氷結温度））と言われる温度帯を最短時間で通過させ、対象物の細胞内の氷結晶の微細化を図り、氷結晶の肥大化により氷結晶が細胞膜を破壊し細胞液（旨味：ドリップ）の流出を抑えるために氷の結晶成長を抑えるものである。

冷解凍装置１は、ファンヒーター等による熱量を有した空気を強制循環させる解凍方式も併せて使用することを可能とする。なお、熱を伴う空気の強制循環による解凍を適用する場合は、空気の飽和蒸気圧を上げるとき、解凍の過程で一旦細胞から出た水分すなわち水蒸気は、解凍対象物の細胞内に戻ることはなく、単に空気から解凍対象物への熱伝達を行うだけになる。また熱を保有する空気を強制的に装置内に循環させると解凍対象物の表面から蒸発が進み乾燥が進むため使用には乾燥を抑えるように注意して使用することが求められる。

そのため、冷解凍装置１に、強制的な暖熱供給による装置内の空気の温度上昇による急速解凍を適用しないとき、棒状遠赤外線ヒーター２８又は面状（マット状）の遠赤外線ヒーティングマット２９の適用によるヒーティング手段を採用する。棒状のヒーティング手段の例は、図３又は図１４に図示した遠赤外線ヒーターで、面状のヒーティング手段の例は図４又は図１５に図示した遠赤外線ヒーターである。

８μｍ（８９℃相当のピーク波長）～１０．６μｍ（０℃相当のピーク波長）の波長の遠赤外線を解凍対象物の表面に直接照射するために、例えば図１に図示したように、棚９又は棚板７に棒状遠赤外線ヒーター２８（図３、図１４を参照）又は遠赤外線ヒーティングマット２９（図４、図１５を参照）を設置し、解凍対象物の表面に予め設定した波長の遠赤外線を照射し、解凍対象物の表面温度のデータに基づいて制御を行う。これにより、解凍対象物の表面を融解温度（氷結温度）、又は、それよりも若干低い温度である氷結状態に留め、解凍対象物内部への氷結状態での熱伝導により解凍対象物内部の解凍を早め、解凍対象物の急速解凍を可能とする。

冷解凍装置１内の必要な位置に設置する機材は、冷蔵及び冷凍温度そして温度変化に対しても耐久性が有り、そして導電体２６から発せられる遠赤外線による熱に対して耐熱性のある材料を適用する。棚９又は棚板７他にヒーティング手段、すなわち棒状遠赤外線ヒーター２８又は遠赤外線ヒーティングマット２９を設置し、ピーク波長が８μｍ（８９℃に相当）～１０．６μｍ（０℃に相当）の遠赤外線を放射し、棚板７の上に設置した解凍対象物に照射する。これにより、解凍対象物を急速解凍することができる。

図３と図１４に図示したように、棒状遠赤外線ヒーター２８は、被覆膜３０として、食品の解凍に使用するときは健康や食品に無害な、絶縁材であり防水材である樹脂又はゴムで覆ったケーブル２５を採用し、棚９の柱８、梁１０、棚板７等に設置される。図４と図１５に図示したように、遠赤外線ヒーティングマット２９は、２枚の食品の解凍に使用するときは人の健康や食品に無害な、絶縁・防水被腹膜３０、導電体２６あるいはケーブル２５、接続線２７等からなり、遠赤外線ヒーティングマット２９は棚板７の表、裏等に設置される。遠赤外線ヒーティングマット２９は、遠赤外線ヒーター用機能部１３に接続線２７で接続されている。

図１５には、導電体２６の両側に接続端子３１が設けられ、これに接続線２７が接続されている。遠赤外線ヒーター１４が棒状遠赤外線ヒーター２８のケーブル２５を形成する樹脂又はゴムと、遠赤外線ヒーティングマット２９の導電体２６あるいはケーブル２５を覆う樹脂又はゴムからなる被腹膜３０は、食品の解凍に使用するときは人の健康や食品に無害な、絶縁機能及び防水機能を有し、繰り返しの温度変化に対し及び冷凍温度に対しても耐久性を有し、同時に耐熱性を有する長寿命の特性を有する。

棒状遠赤外線ヒーター２８は、導電体２６を樹脂又はゴムで覆ったケーブル２５（図３、図１４を参照。）等から形成される。また遠赤外線ヒーティングマット２９（図４、図１５を参照。）は複数の導電体２６あるいはケーブル２５を樹脂又はゴムからなる幅の広い２枚の絶縁・防水被腹膜３０の間に挿入され形成される。そして導電体２６は接続線２７を介して遠赤外線用機能部１３に接続され、電源に接続される。

遠赤外線ヒーター１４と遠赤外線ヒーター用機能部１３は、遠赤外線ヒーティングシステムを形成する。遠赤外線ヒーティングシステムを形成する遠赤外線ヒーター１４に印可される電圧は、遠赤外線ヒーター１４の温度データ、冷解凍庫内の温度及び冷解凍庫内におかれた解凍対象物の温度データを、温度センサー２２で計測し、制御用温度データとして、冷解凍・冷蔵制御装置１８そして制御システム部１６及び遠赤外線ヒーター用機能部１３を介して、遠赤外線ヒーター１４に印加する電圧を自動制御する。

例えば、制御システム部１６の指示により、図２に示した冷解凍・冷蔵制御装置１８内に設けた遠赤外線ヒーター電圧制御部１９により、遠赤外線ヒーター用機能部１３を介して遠赤外線ヒーター１４に印加する電圧を制御する。そして、制御システム部１６に目標とする冷凍そして冷凍保存や解凍そして冷蔵保存等の使用者が必要とする温度設定を行い遠赤外線ヒーター１４に印加する電圧を制御することができる。

［急速解凍と温度制御］
遠赤外線を解凍対象物の表面に照射することにより急速解凍を図るとき、遠赤外線の照射により生じる熱は、解凍対象物の表面から芯部に熱伝導により伝達されるため、芯部の温度上昇は表面の温度上昇に比較し時間遅れが生じる。特に、解凍対象物の肉厚が厚いとき、解凍対象物の表面を解凍できても、芯部は冷凍状態で残ることもある。

そのため、冷解凍装置１においては、解凍の過程で、事前に温度を設定し、その温度で遠赤外線の照射を弱め又は中断し、必要に応じてその温度での冷熱を冷解凍庫に供給し、例えば冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から冷解凍庫に冷熱を供給し、解凍対象物の表面温度を必要とする時間その温度に保つ。そして、その温度が解凍対象物の芯部に伝達される時間を確保し、解凍対象物の表面及び芯部の温度をその温度で同じ温度に近づけ、その後改めて急速解凍を実施することができる。

ドリップの発生を抑制するために、例えば、高ＡＴＰ（アデノシン三リン酸：魚の筋肉の中のエネルギー源）量のカツオ、イワシ、メバチ等の冷凍肉を、－１０℃程度で一定期間保管し、その後改めて解凍すると、急速解凍しても解凍硬直が起きず、細胞液（旨味：ドリップ）の発生が抑制される。そこで、カツオ、イワシ、メバチ等の解凍時、ｐＨを高く維持し、細胞液の漏れる量すなわちドリップ率を抑制するため、－１０℃より少し低い温度で遠赤外線ヒーター１４から解凍対象物への遠赤外線の照射を一旦弱めるか中断する。

そして、冷凍装置である冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から－１０℃又は－１０℃より少し低い、又は少し高い、温度での冷熱供給に切り替え、解凍対象物の特性に合わせ、予め設定した温度を一定時間保持する。この保持の終了後に改めて、設定温度である約－１０℃から最大氷結晶生成帯（－５℃～融解温度（氷結温度））を短時間で通過させるために、新たに設定した電圧に相当する遠赤外線を解凍対象物に照射し急速解凍する。

冷凍対象物を冷凍するとき、対象物の表面から内部に熱伝導により冷凍が進む。そのため中心部の冷凍は表面の冷凍に対し時間遅れが生じる。そこで、急速冷凍では、対象物の表面と芯部との熱落差を大きくとり、図６に図示したように、冷凍を早める急速冷凍の方法が採用されているが、それでも中心部の冷凍は表面の冷凍に対し時間遅れが生じるため最後になる。なお、図６において、緩慢冷凍に代わり急速冷凍を採用する時、冷凍領域における冷凍曲線は実線から破線に移行し、特に最大氷結晶生成帯から－１０℃に至る両者の冷凍曲線の特性の相違をＡに、また冷凍保存特性の両者の特性の相違をＢに、模式的に図示する。

次に、冷凍対象物を解凍するときは、表面に解凍用の時間的に一定の熱量を与え、図６及び図７に図示したように、急速解凍を行う。解凍対象物に与える暖熱量が増えると、図６の場合はＣに記載した一点破線の方向に移行する、又は、図７に図示したように、解凍曲線はＡからＢへと温度軸の方に移るが、解凍は表面から芯部に熱伝導をもって進み、芯部の解凍は最後になる。

解凍のため一定熱量を外部から供給する場合、解凍対象物の解凍曲線は温度上昇と共に緩やかになる。図７は、横軸に時間、縦軸に温度を取り、対象物を急速解凍するときの解凍曲線を描いたグラフ（様式図）であり、特に、急速解凍時の時間と温度特性の変曲点を図示している。詳しくは後述する。

図８に氷の比熱を図示したように、氷の比熱は氷の温度が上昇するとともに上昇する。そして、氷の温度上昇と共に氷の単位温度を上げるための熱量が増大する。そのため、解凍対象物の解凍を進めるとき、解凍対象物の単位温度を上げるための熱量が増大する。

一方、図９に図示したように、氷の熱伝導率（縦軸）は氷の温度（横軸）が上昇するとともに減少する。そのため、急速解凍を図るとき、氷の熱伝導率は温度上昇と共に小さくなるため、解凍対象物の表面の氷の温度が低い間に、解凍対象物表面に急速に熱量を与え、対象物の表面と内部との温度差を大きくして、解凍対象物の表面から解凍対象物の内部への急速な熱伝導を図り芯部の温度上昇を早めることが必要になる。

急速冷凍の場合も、急速解凍の場合も、－１０℃から最大氷結晶生成帯（－５℃～融解温度（氷結晶）（図６及び図７のＸ１を参照。））の温度帯を早期通過させ、細胞内の氷結晶の成長を抑え、解凍対象物の細胞からの細胞液（旨味：ドリップ）の流出を防ぐ。冷凍そして解凍対象物の細胞から一旦漏れ出た細胞液（旨味：ドリップ）は、細胞内に戻ることはないので、冷凍・解凍時いずれの場合も、冷凍そして解凍対象物の表面から水分の蒸発を防ぐ必要がある。

急速冷凍の場合、冷解凍庫に冷熱を供給し冷凍対象物の表面を急速冷凍し、表面からの水分の蒸発を抑制しつつ、対象物の氷結温度から－１０℃の通過時に冷凍対象物の細胞内の氷の結晶の成長を抑え細胞が破れるのを防ぐことが必要である。

次に、冷凍対象物を解凍するとき、装置内の解凍対象物の表面に、空気での吸収率が低くそして氷での吸収率が高い波長の遠赤外線を照射し急速解凍を行うとき、－１０℃から氷結晶生成帯通過時に、解凍対象物の細胞内の氷結晶の成長が細胞を傷つけることにより細胞から細胞液（旨味：ドリップ）が流出するのを防ぎ、表面の乾燥を抑え、同時に解凍対象物の内部への氷の熱伝導率を維持することが必要になる。

そのため、解凍対象物の表面を冷凍状態に保ち解凍対象物の表面での氷の融解を防ぐことにより、解凍対象物の表面から内部への氷の熱伝導率を維持し，同時に対象物の内部から表面への細胞液（旨味：ドリップ）の流出を防ぐためにも、解凍対象物の表面での乾燥を防ぐ必要がある。

氷が融解し、水分が発生すると蒸発も起き、また水の比熱は氷よりも大きく、水の熱伝導率は氷よりも小さいため、解凍対象物の芯部への熱伝導は悪化する。そのため、遠赤外線ヒーター１４を利用し遠赤外線を解凍対象物に照射する場合、解凍が進み、解凍対象物の表面温度が、解凍対象物の融解温度（氷結晶）（図７のＸ１を参照。）に近づいた時点で、例えば（図７）に図示した解凍曲線上の変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）で、赤外線ヒーター１４による遠赤外線の解凍対象物への照射を弱めるか中断する。なお、変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）とは解凍曲線上で（０，０）に一番近い点とする。

解凍対象物の融解温度（氷結晶）（図７のＸ１を参照。）又は融解温度（氷結晶）Ｘ１よりも若干低い温度（図７のＸ２～Ｘ１の間の温度）の冷熱を、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２からの供給し、解凍対象物の表面を氷がある冷凍状態に保持し、そして氷としての熱伝導率を維持し、解凍対象物の芯部の温度を対象物の表面温度と同程度の温度にするように上昇させる。

解凍対象物の表面と芯部の温度差を小さくして、解凍対象物芯部の温度の急速上昇を図り、芯部の細胞内の氷結晶の成長を抑制し、芯部で氷が細胞の壁を傷つけることを防ぎ、芯部の細胞内の細胞液（旨味：ドリップ）の細胞外への流出を防ぐ。冷凍対象物を冷凍するとき、最初に、冷凍対象物の表面温度よりも冷解凍装置１内の空気の温度が下がるため、蒸気圧の関係で、水分が冷凍対象物の表面から冷解凍装置１内に蒸発する。その蒸発を抑えるため、急速冷凍を行い、解凍対象物の表面を凍らせ、解凍対象物の表面から水分の蒸発を防ぐ。

一方、冷解凍装置１で冷凍された様々な形状の冷凍された対象物を解凍するとき、冷解凍装置１内の必要な位置に遠赤外線ヒーター１４を設置し、８μｍ～１０．６μｍの波長の間の波長で適切な波長の遠赤外線を遠赤外線ヒーター１４から放射し、冷凍された対象物の表面部分に照射し、対象物の表面部分に熱を発生させる。

解凍対象物の表面温度は解凍対象物の周囲の空気よりも先に上昇するため、蒸気圧の関係で、冷凍対象物の表面で氷の昇華が生じる。その昇華により、解凍対象物表面に乾燥が生じ、細胞液（旨味：ドリップ）の流出等の悪影響が生じないように、解凍対象物の表面の氷が減少した時点で、解凍対象物の表面を氷で覆うグレージング（氷の薄膜で覆う）を必要に応じて行う。

遠赤外線ヒーター１４から放射する遠赤外線を解凍対象物に照射し急速解凍するとき、さらにより早い急速解凍を希望するときは、ファン１５や必要に応じて設置したファンヒーター等により、温度の高い空気を装置内に供給することにより、さらなる急速解凍ができる。ただこの場合、ファンヒーターから供給される空気の流れで解凍対象物の表面で乾燥が生じるので注意を要する。

解凍の場合、冷解凍装置１内又は解凍装置内で自然解凍をする場合に対し、急速解凍で外部から熱エネルギーを、時間的に一様に供給する場合、図７に図示したように、横軸を時間軸（Ｔ軸）に、縦軸を温度軸（Ｘ軸）とするとき、外部から解凍用に遠赤外線の放射エネルギー量の供給を増やすと解凍曲線は、例えば図７に示したようにＡからＢ方向へと、温度軸に近づく。

そして、上述した手法により、急速解凍の場合、時間的に一定のエネルギー量を放射する遠赤外線ヒーター１４から遠赤外線を冷解凍庫２に照射する同仕様の遠赤外線ヒーター１４の数を増やすことで対応する。そして、必要とする放射エネルギー量を微調整する場合は、放射エネルギー量の小さい規模の遠赤外線ヒーター１４を複数設置し、期待する遠赤外線の放射エネルギー量に見合うように、放射エネルギー量の小さい規模の遠赤外線ヒーター１４の稼働数を組合せ・調整することで微調整を行う。

解凍対象物の温度が上昇するにつれて、解凍対象物の比熱が大きくなり、単位温度の上昇に必要な熱量は増加するため、解凍対象物に与える熱量が時間的に一様であると、解凍対象物の解凍曲線である温度上昇は時間とともに緩やかになる。すなわち、図７に図示したように、温度上昇の時間変化を表す解凍曲線は緩やかになり、座標（０、０）に一番近い点である変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）を経て、カーブを描いて解凍対象物の融解（氷結）温度Ｘ１に近づく。

解凍対象物の表面温度が融解（氷結）温度Ｘ１に近づき、対象物の表面の氷が融解しはじめると、融解により生じた水は蒸発するため解凍対象物の表面から蒸発熱を奪う。そのため、解凍対象物の温度上昇はとどまり、解凍対象物表面の氷の融解がほぼ終了するまで、解凍対象物の表面温度は、表面の状態にもよるが、０℃程度か、０℃以下にとどまる。そこで、上述の解凍曲線上に、変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）を見出し、解凍の状況を把握し、解凍対象物の表面温度が融解（氷結）温度Ｘ１に近いことを把握することが重要になる。

そして、変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）を、外部から供給する暖熱すなわち遠赤外線ヒーター１４から遠赤外線の照射を増減する又は照射を中止するための、又は冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から冷熱を供給するための制御に使用する。解凍対象物の温度が上昇するとき、解凍対象物の単位温度を上昇させるために必要な熱量が上昇するため、解凍対象物に与える熱量が時間的に一様であるとき、解凍対象物の解凍曲線である、温度上昇と経過時間の変化は緩やかになり、変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）を経て、カーブを描いて解凍対象物の融解（氷結）温度Ｘ１に近づく。

この変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）に相当する時間Ｔｎと温度Ｘｎの位置を、解凍の温度制御に利用することができる。この変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）に相当する位置を、解凍開始時間を０そして温度をＸ０とするときその座標を（０，Ｘ０）として、同時に解凍開始時間を０とし温度を０とする位置の座標を（０，０）とするとき、解凍曲線の上で、座標（０，０）に一番近い点とする。

この対象物の解凍開始（座標（０，Ｘ０））からある時間をＴとし、その時の温度をＸとするとき、時間Ｔと温度Ｘの関係の座標を（Ｔ，Ｘ）で表す。この時間Ｔに対する微小変化の時間をｄＴと表し、時間Ｔの時の対象物の温度Ｘの、ｄＴの時間で上昇する温度をｄＸとする。解凍開始時を０とし温度が０の座標を（０，０）とするとき、座標（０，０）と、解凍曲線上のある時間Ｔでその時の温度Ｘ、すなわち座標（Ｔ，Ｘ）との長さをＹとすると、座標（０，０）と座標（Ｔ，Ｘ）の距離Ｙは下記で表される。
（Ｙ）^２＝（Ｔ）^２＋（Ｘ）^２

なお計測開始点を０番目、そして次を１としてｎ番目の座標を（Ｔｎ、Ｘｎ）とするとき、そして座標（０，０）と座標（Ｔｎ，Ｘｎ）との距離をＹｎで表し、そしてＹｎが一番短い長さとするとき、すなわち座標（Ｔｎ，Ｘｎ）が座標（０，０）に一番近い点と仮定するならば、その関係は図７にも示したが、下記で表される。
（Ｙｎ）^２＝（Ｔｎ）^２＋（Ｘｎ）^２ _…（式１）

ｎ番目よりもひとつ前の点（ｎ－１）と（０，０）との距離は、
（Ｙｎ＋ｄＹｎ－１）^２＝（Ｔｎ－ｄＴｎ－１）^２＋（Ｘｎ＋ｄＸｎ－１）^２ _…（式２）
ｎ番目よりもひとつ後の点（ｎ＋１）と（０，０）との距離は、
（Ｙｎ＋ｄＹｎ＋１）^２＝（Ｔｎ＋ｄＴｎ＋１）^２＋（Ｘｎ－ｄＸｎ＋１）^２ _…（式３）
で表される。

この時、（ｎ－１）番目、ｎ番目、（ｎ＋１）番目の関係は下記で表される。
Ｙｎ＜Ｙｎ－１
Ｙｎ＜Ｙｎ＋１ ．．．（式４）
そして、上記式１、式２、式３で、対象物の温度・時間特性が変化する点の条件として式４の条件を設定する。

座標（０，０）と座標（Ｔｎ，Ｘｎ）との関係で、座標（０，０）と座標（Ｔｎ，Ｘｎ）の間の長さが一番短い座標を（Ｔｎ，Ｘｎ）とするとき、すなわち、微小変化の時間ｄＴを設定すれば、近似的に、対象物の温度・時間特性の変曲点である、座標（０，０）に一番近い座標（Ｔｎ，Ｘｎ）を見出すことが可能になる。

冷解凍装置１内又は解凍装置内の解凍対象物の解凍時に、解凍のために冷解凍装置１又は冷解凍装置１の外部から供給するエネルギーにより解凍するとき、解凍対象物の解凍の進行状況の把握及び温度制御のため、上記式１、式２，式３、式４により求められる座標（Ｔｎ，Ｘｎ）を、解凍対象物の温度・時間特性の変曲点として、冷解凍装置１の解凍の状況把握及び装置内の温度制御に使用する。

解凍の過程で解凍対象物の表面と芯部の温度差を縮小して解凍を進めるような場合、又は、細胞液（旨味：ドリップ）の漏れを抑制するために－１０℃又は－１０℃に近い温度で一定時間温度をキープするような場合、座標（Ｔｎ，Ｘｎ）を求めるためのｎは、－１０℃又は－１０℃に近い温度で一定時間のキープが終了するときをもって、計測開始点すなわち０番目として、改めて急速解凍を進める。そして改めて、最初の計測点をｎ＝１として、上述の式１ー式４の計算方式で、変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）を求める。

超急速解凍と温度制御

解凍対象物の解凍にあたり、ピーク波長が８μｍから１０．６μｍの間で、氷が多く吸収する波長で予め設定した波長の遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーター１４を稼働し超急速解凍を実施するとき、以下に記述する図８に示した「氷の比熱」グラフの推移を利用して、超急速解凍をする。すなわち、遠赤外線ヒーター１４を使用し、予め設定した電圧で予め設定した温度に相当する波長の遠赤外線を対象物に照射するとき、同じ使用条件の遠赤外線ヒーター１４の稼働数を増やす。

すなわち冷解凍庫２に設置した遠赤外線ヒーター１４の稼働数を増やすことにより、遠赤外線の放射エネルギー量を増やして、対象物の超急速解凍を実現する。更に、きめ細かな解凍の温度制御をするために、ベース（メイン）の遠赤外線ヒーター１４よりも遠赤外線の放射エネルギー量が小さな放射エネルギー量の遠赤外線ヒーター１４を設置し対応する。すなわち、ベースとなる遠赤外線ヒーター１４を稼働し、そして放射エネルギー量の小さな遠赤外線ヒーター１４を加えて稼働させ、必要とする放射エネルギー量の、予め設定した温度に相当する波長の遠赤外線を対象物に照射することができる。

上述した急速解凍よりも早い超急速冷凍を実現するために図８に示した「氷の比熱」グラフの推移を利用して、急速解凍の一環としてさらに解凍を早める超急速解凍を実現する。すなわち、解凍開始時の冷凍温度における氷の比熱の数値「α」とするとき、解凍の進展と共に氷の温度が上昇し氷の比熱が上昇し、その数値が一定時間の経過ごとに「β１，β２，・・・βｎ」と変化するとするとき、比熱β１に到達した時点で、次のβ２の達成を目指すように、冷解凍庫２に供給する遠赤外線の放射エネルギー量を「β１／α、β２／α、・・・βｎ／α」で増加させる。

このことにより、解凍対象物に与える熱量が時間的に一様であるときの解凍曲線を利用し解凍する急速解凍の場合のよりもより一層急速解凍ができ、超急速解凍を実現する。解凍対象物の表面の氷の温度を上昇させ解凍するとき、対象物の表面温度をあまりに急激に上昇させると、対象物の表面温度を融解（氷結）温度にキープすることが出来ないまま急激に融解し、表面が融解の状態でも、対象物の芯部が冷凍のままとどまることになる。従って、対象物の表面温度を適切な温度にキープし、そして対象物の表面から芯部への熱伝導は氷の状態での熱伝導をキープして、芯部の解凍が適切に進むようにする事が望ましい。

そのために対象物の表面に照射する遠赤外線の波長を適切な波長の遠赤外線として、発生する温度は適切な温度にキープする必要がある。そのため、超急速解凍で解凍を進める場合も、解凍対象物の表面温度が融解（氷結）温度Ｘ１に到達したとき、そして表面温度が融解（氷結）温度Ｘ１近づいたとき、冷解凍・冷蔵保存用機能部１２により冷熱を供給し、対象物の表面の温度を冷凍状態にキープすることが求められる。

上述の超急速解凍の実現を図るため、冷解凍庫２に供給する遠赤外線の放射エネルギー量を、比熱β１を達成した時点で比熱β２を目指す形で、「β１／α、β２／α、・・・βｎ／α」で増加させるために、具体的には、以下の必要な遠赤外線ヒーター１４を準備し、対応する。すなわちベースとなる同じ放射エネルギー量で、予め設定した電圧で予め設定した温度に相当する波長の遠赤外線を対象物に放射可能な、ベースとなる遠赤外線ヒーター１４を必要数準備する。次に、可能な範囲で電圧を上昇させ、遠赤外線ヒーター１４から放射される遠赤外線の放射量を増やす。

更に、急速解凍そして超急速解凍いずれの場合でも、きめ細かな解凍の温度制御をするために、遠赤外線の放射エネルギー量がベースの遠赤外線ヒーター１４よりも小さな遠赤外線ヒーター１４を複数準備し、放射エネルギー量の微調整に対応する。すなわち、予め設定した温度に相当する波長の遠赤外線を放射する、放射エネルギー量の大きな遠赤外線ヒーター１４と放射エネルギー量の小さな遠赤外線ヒーター１４を複数組み合わせて、必要とする放射エネルギー量の遠赤外線を対象物に照射を可能とする。

超急速解凍の実現を図るとき、冷解凍庫２に供給する遠赤外線の放射エネルギー量を、比熱αのときに比熱β１を目指し、比熱β１を達成した時点で、比熱β２を目指す形で、「β１／α、β２／β１，・・・βｎ／βｎ－１」で、順次、増加させ対応することも可能である。

超急速解凍を実施する場合で、解凍の途中で、例えば－１０℃で遠赤外線ヒーター１４を止め解凍を中断し冷熱を供給し、一定時間後に改めて超急速解凍を開始する場合は、解凍を中断した時点の遠赤外線のエネルギー供給量を改めて供給し、超急速解凍を開始する。そして超急速解凍を再開した時点での比熱をαとし、一定時間ごとの比熱をβ１，β２，・・・βｎとして、遠赤外線のエネルギー供給量をβ１／αで増加させ、比熱β１を実現した時点で、遠赤外線のエネルギー供給量を改めてβ２／αに増加して、超急速解凍を実現する。

超急速解凍をはかる場合、解凍対象物の温度が融解（氷結）温度Ｘ１に近づき解凍される場合、解凍対象物の温度を期待する温度で保持するために、冷熱を熱交換室から供給することで、対象物の温度を、融解温度（氷結温度）又は融解（氷結）温度Ｘ１よりも少し低い温度に保持する制御を可能とする。冷解凍装置１内に置かれた対象物を急速解凍および超急速解凍で解凍するとき、表面の温度が上がるに従い氷の比熱が大きくなり（図８を参照。）、熱伝導率が下がる（図９を参照。）。

そのため冷凍スピードはゆっくりとなり温度上昇のスピードが落ちる。この時、外部から熱を与えすぎると、解凍対象物表面の全面又は一部が融解し、解凍対象物の表面に水が生じる。水は、氷よりも熱伝導率が低く、また温度の高い氷の比熱は温度の低い氷の比熱よりも大きくなるため、解凍対象物の表面から内部への熱の伝達が悪くなり、解凍対象物の芯部の温度が上昇しないまま冷凍状態で残ることになる。

そういった状態が生じるのを防ぐために解凍対象物を急速解凍で解凍するとき、下記の対応を可能とする。急速解凍では、変曲点（図７のＴｎ，Ｘｎに相当）で、外部からの遠赤外線による熱の供給を削減するか中止することにより、さらに必要により外部から冷熱を供給し、解凍対象物の表面温度を、前述の変曲点の位置での温度Ｘｎよりも高く、解凍対象物の融解（氷結）温度（図７のＸ１に相当）又は融解（氷結）温度Ｘ１よりも多少低い温度（図７のＸ１～Ｘ２に相当）での冷凍状態に収束させ、必要な時間、維持を可能とするための制御システムを有する。

そして超急速解凍では、明確な変曲点がないので、変曲点とは関係なく、解凍対象物の融解（氷結）温度（図７のＸ１に相当）又は融解（氷結）温度Ｘ１よりも多少低い温度（図７のＸ１～Ｘ２に相当）での冷凍状態に収束させ、必要な時間、維持ができる制御システムを有する。急速解凍と超急速解凍のいずれの場合も、使用者が希望する温度に維持することにより、解凍対象物内部への熱伝導を、氷の（冷凍）状態での熱伝導の値で維持し、解凍対象物の内部（芯部）の温度の上昇を図り、解凍対象物の芯部の温度を解凍対象物の表面の温度に近づけて、解凍対象物の表面及び内部とも均質に解凍が進むように、制御する。

このような、解凍過程で、対象物の表面と芯部の温度を近づけ、必要に応じてそういった過程を繰り返す、多段解凍方式で、最終的に解凍対象物の表面及び内部共にほぼ同じ温度である、融解（氷結）温度（図７のＸ１に相当）又は融解（氷結）温度よりも多少低い温度（図７のＸ１～Ｘ２に相当）に収斂させる。このとき冷解凍装置１は、急速解凍後、そして超急速解凍後、いずれの場合も使用者が、解凍対象物を、希望する冷蔵保存温度で希望する時間、冷蔵保存を維持する機能を有する。

解凍対象物を解凍するとき、解凍対象物の部位に温度差が生じた場合は、ベースとなる遠赤外線ヒーター１４のうち一部の遠赤外線ヒーター１４の放射エネルギー量を調整するか又は、複数準備した、ベースの遠赤外線ヒーター１４よりも遠赤外線の放射エネルギー量が小さな遠赤外線ヒーター１４を利用し、解凍対象物の温度差のある部位への遠赤外線の放射量の増減を調整し、解凍対象物の解凍が全体的に同じような温度で進展するように微調整することができる。

本発明においては、急速解凍及び超急速解凍のいずれの場合も、冷凍・冷凍保存・解凍及び冷蔵保存対象物の温度計測を適確に行うために、例えば図２に示したように、冷解凍装置１内の温度計測が必要な箇所、そして冷解凍対象品に、単数または複数の計測手段、例えば図２の温度センサー２２を設置し、冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵保存に必要な適確な計測ができる。

冷解凍装置１の運転中、冷解凍の実行を主に温度を計測して確認し、その結果、異常が生じた場合、冷凍そして冷凍保存及び解凍そして冷蔵保存機能関係では、例えば図２に示した冷解凍・冷蔵保存用機能部１２から、遠赤外線の照射に関しては遠赤外線ヒーター用機能部１３及び遠赤外線ヒーター１４から精査を行う。そして、その精査は制御システム部１６から精査ができるようにする。そのため、精査は冷解凍・冷蔵保存対象物に関わるデータ記憶部１７、そして冷解凍・冷蔵制御装置１８に含まれる、遠赤外線ヒーター電圧制御部１９、冷凍・冷蔵保存用制御部２０、温度制御部２１、熱量データ設定部２３及び温度データ設定部２４を併せた冷解凍システム全体の精査も併せ行うことができる。

そして、解凍対象物の温度制御の不具合の有無のチェックをそして必要に応じて、冷解凍装置１の冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵保存等の機能の制御システムを修正する。使用者が設定するスケジュールに従い冷凍、冷凍保存、解凍、冷蔵保存状態の維持等を冷解凍装置１で実現する。

本発明は、食品及び医薬品等を冷凍し搬送する食品及び医薬品保存分野、そしてロジスティック分野に利用すると良い。具体的には、本発明は、食品及び医薬品等の被冷凍物を生産地で冷凍を行い、冷凍した装置ごとコンテナーとして輸送し、消費地で解凍そして冷蔵保存を可能とする。

１_…冷解凍装置
２_…冷解凍庫
３_…熱交換室
４_…隔壁
５_…架台
６_…ファン設置位置
７_…棚板
８_…棚の柱
９_…棚
１０_…棚の梁
１１_…棚板の孔
１２_…冷解凍・冷蔵保存用機能部
１３_…遠赤外線ヒーター用機能部
１４_…遠赤外線ヒーター
１５_…ファン
１６_…制御システム部
１７_…データ記憶部
１８_…冷解凍・冷蔵制御装置
１９_…遠赤外線ヒーター電圧制御部
２０_…冷凍・冷蔵保存用制御部
２１_…温度制御部
２２_…温度センサー
２３_…熱量データ設定部
２４_…温度データ設定部
２５_…ケーブル
２６_…導電体
２７_…接続線
２８_…棒状遠赤外線ヒーター
２９_…遠赤外線ヒーティングマット
３０_…絶縁・防水被覆膜
３１_…接続端子
Ｘ_…温度軸
Ｔ_…時間軸
Ｋ１_…過冷却開始点
Ｋ２_…過冷却終了点
ｄｔ１_…Ｋ１での時間の微小経過時間
ｄｘ１_…Ｋ１での微小時間ｄｔ１に相当する微小温度変化
ｄｔ２_…Ｋ２での時間の微小経過時間
ｄｘ２_…Ｋ２での微小時間ｄｔ２に相当する微小温度変化
Ｘ１_…融解（氷結）温度
Ｘ２_…融解（氷結）温度よりも低い温度
Ａ_…緩慢冷凍と急速冷凍の温度－時間特性の相違の模式図
Ｂ_…緩慢冷凍と急速冷凍の冷凍保存特性の模式図
Ｃ_…緩慢冷凍と急速解凍の温度－時間特性の模式図
（Ｔｎ、Ｘｎ）_…点ｎでの時間と温度で変曲点を示す
（Ｔｎ－１、Ｘｎ－１）_…変曲点ｎのひとつ前の計測点の時間と温度
（Ｔｎ＋１、Ｘｎ＋１）_…変曲点ｎのひとつ後の計測点の時間と温度

Claims (16)

1. 一つの装置で、冷凍対象物を冷凍する冷凍機能と、前記冷凍後の冷凍保存機能、冷凍された解凍対象物を解凍する解凍機能、及び、前記解凍後の冷蔵保存機能を有する冷解凍装置において、
   対象物を収納するための冷解凍庫、
   前記冷解凍庫内の空気を流動又は熱交換するためのファン手段、
   前記冷解凍庫に必要な熱量を供給するための熱交換室、
   前記冷解凍庫の中に設置され、前記対象物に照射させて急速解凍を促進するためのピーク波長が８μｍから１０．６μｍの間の遠赤外線を発生させる遠赤外線発生手段、
   前記冷解凍庫の中に設置され、前記冷解凍庫の中、又は、前記対象物の温度を計測するためのセンサー手段、及び、
   前記センサー手段から受信したセンサーデータ、及び、予め設定された又は使用者によりインプットされたもので、前記対象物に係わる温度データと時間データからなる制御データを用いて、前記急速解凍を制御するための制御手段からなる
   ことを特徴とする冷解凍装置。
2. 請求項１に記載の冷解凍装置において、
   前記制御手段は、前記解凍の経過時間に対する前記対象物の温度上昇の変化を表す解凍曲線が緩やかになる変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）において、前記解凍を進めるために前記遠赤外線の前記放射量を減らす又は中断する制御を行う
   ことを特徴とする冷解凍装置。
3. 請求項１又は２に記載の冷解凍装置において、
   前記対象物を設置する空間の前記冷解凍庫において、該空間の中に放射される遠赤外線の対称性を得るために、該空間の中心に対し同じ仕様の前記遠赤外線発生手段を対称に設置して同じ放射エネルギー量を放射させる
   ことを特徴とする冷解凍装置。
4. 請求項１又は２に記載の冷解凍装置において、
   前記制御手段は、前記解凍を進めるための前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を、前記対象物の温度が上昇するに従い、近似的に氷の比熱の温度対比熱特性に比例させて増加させて供給し、前記解凍の制御を行う
   ことを特徴とする冷解凍装置。
5. 請求項１又は２に記載の冷解凍装置において、
   前記冷解凍庫内に複数の前記遠赤外線発生手段を備え、
   前記制御手段は、前記対象物が解凍されて前記対象物の比熱が増加すると、前記比熱が増加した前記対象物に対応する必要エネルギー量を、前記複数の前記遠赤外線発生手段の内の可動していない前記遠赤外線発生手段を追加稼働させ、若しくは、前記稼働中の複数の前記遠赤外線発生手段の内必要な数の前記遠赤外線発生手段の放射エネルギー量を増加させて、又は、これらを組み合わせて、前記対象物に照射する前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を増加させて供給し、前記対象物の解凍時における前記対象物の一様な解凍を可能とし、解凍対象物の品質を維持する
   ことを特徴とする冷解凍装置。
6. 請求項１に記載の冷解凍装置において、
   前記対象物を適当な温度で保つ場合、前記制御手段は、（ａ）冷凍時に冷熱の供給を停止又は弱める制御を行い、（ｂ）解凍時に前記遠赤外線の放射量を減少させ若しくは中断して、必要に応じて前記ファン手段を利用して前記熱交換室から冷熱を前記冷解凍庫に加える制御を行い、前記対象物の温度を使用者が希望する温度に保持する
   ことを特徴とする冷解凍装置。
7. 請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の冷解凍装置において、
   前記遠赤外線発生手段は、絶縁材であり、かつ、前記対象物に又は健康に無害な、耐寒性及び耐水性を有する樹脂又はゴムで導電体を覆ったケーブルからなる
   ことを特徴とする冷解凍装置。
8. 請求項７に記載の冷解凍装置において、
   前記遠赤外線発生手段が発生する前記遠赤外線は、生物の育成に適する１５℃～３０℃に相当するもので、それぞれの温度に相当するピーク波長が９．５６μｍ（３０℃）～１０．０６μｍ（１５℃）である
   ことを特徴とする冷解凍装置。
9. 請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の冷解凍装置において、
   前記制御データを近接又は遠隔で入力するための入力手段と、及び、
   前記冷解凍装置を近接又は遠隔で自動起動又は稼働し制御するための前記制御手段とからなることを特徴とする冷解凍装置。
10. 一つの装置で、冷凍対象物を冷凍する冷凍機能と、前記冷凍後の冷凍保存機能、冷凍された解凍対象物を解凍する解凍機能、及び、前記解凍後の冷蔵保存機能を有する冷解凍装置の制御方法において、
    冷解凍庫の中に設置された遠赤外線発生手段により、ピーク波長が８μｍから１０．６μｍの間の、時間的に一定エネルギー量の遠赤外線を放射させ、前記冷解凍庫に収納された対象物に解凍のために照射し、
    前記冷解凍庫の中、又は、前記対象物の温度をセンサー手段で計測し、
    前記センサー手段で計測したセンサーデータ、及び、予め設定された又は使用者によりインプットされたデータで、前記対象物に係わる温度データと時間データからなる制御データを用いた制御手段によって、前記解凍を制御し、
    前記制御において、前記遠赤外線を放射するために、前記遠赤外線発生手段のケーブルに電圧を印加するための電圧制御、又は、前記対象物を特定温度に保持するため冷熱を熱交換室から供給することで、前記対象物の解凍のための時間と温度を前記制御手段で制御し、前記対象物の解凍の温度の時間特性を示す解凍曲線に沿って前記対象物の解凍を制御し、
    前記解凍の経過時間に対する温度上昇の変化が緩やかになりカーブを描いて前記対象物の融解温度（氷結温度）に近づき解凍される場合、約－１０℃から最大氷結晶生成帯（－５℃～融解温度（氷結温度））の温度帯の間を早く通過させる急速解凍を前記制御手段で制御して行い、細胞内の氷の成長を抑えて前記解凍を行う
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の冷解凍装置の制御方法において、
    前記遠赤外線発生手段により、前記遠赤外線を一定量放射させ、前記対象物に解凍のために照射して、前記解凍を進めるとき、
    前記解凍の経過時間に対する前記対象物の温度上昇の変化を表す解凍曲線が緩やかになる変曲点（Ｔｎ，Ｘｎ）において、前記解凍を進めるために前記遠赤外線の前記放射量を減らす又は中断する制御を行う
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の冷解凍装置の制御方法において、
    前記対象物の温度が融解温度（氷結温度）に近づく前記急速解凍時、前記対象物の表面から芯部への氷の状態での熱伝導を維持するために、前記遠赤外線の放射の熱量供給を減少させて又は中断し、そして前記冷熱を供給し、前記対象物の表面を冷凍状態に維持し、同時に前記対象物の内部から表面への細胞液の流出を防ぎ、
    前記対象物の表面での乾燥を防ぐために、前記対象物の温度を融解温度（氷結温度）以下に保持する
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。
13. 請求項９又は１０に記載の冷解凍装置の制御方法において、
    前記制御手段は、前記解凍を進めるための前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を、前記対象物の温度が上昇するに従い、近似的に氷の比熱の温度対比熱特性に比例させて増加させて供給し、前記解凍の制御を行う
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。
14. 請求項１０又は１１に記載の冷解凍装置の制御方法において、
    前記対象物が解凍されて前記対象物の比熱が増加すると、前記比熱が増加した前記対象物に対応する必要エネルギー量を、前記複数の前記遠赤外線発生手段の内の可動していない前記遠赤外線発生手段を追加稼働させ、又は前記稼働中の複数の前記遠赤外線発生手段の内必要な数の遠赤外線発生手段の放射エネルギー量を増加させて、又は上記二つの稼働手段を組み合わせて、前記対象物に照射する前記遠赤外線の前記放射エネルギー量を増加させて供給し、前記解凍を進める制御を行い、前記対象物の解凍時における前記対象物の一様な解凍を可能とし、解凍対象物の品質を維持する
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。
15. 請求項１０又は１１に記載の冷解凍装置の制御方法において、
    前記対象物の冷凍温度の時間特性を示す冷凍曲線において、冷凍が進み、最大氷結晶生成帯（－５℃～融解温度（氷結温度））から約－１０℃の温度帯で、時間（Ｔ）の微小変化（ｄｔ）に対する前記対象物の温度（Ｘ）の微小変化（ｄｘ）の変化（ｄｘ／ｄｔ）が、冷凍開始から負（マイナス）の値になっていて、次に正（プラス）の値に変化し、かつ、短時間後に負（マイナス）の方向に変化する温度変化を計測するとき、前記対象物の過冷却と判断する
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。
16. 請求項１５に記載の冷解凍装置の制御方法において、
    前記変化（ｄｘ／ｄｔ）は、前記冷凍開始から負の値になっていて、正の値に変化し、かつ、所定時間が経過しても正の値を維持するとき、前記制御手段によって前記冷解凍装置の故障と判断する
    ことを特徴とする冷解凍装置の制御方法。

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