JP4819250B2

JP4819250B2 - バッチ式食品凍結装置

Info

Publication number: JP4819250B2
Application number: JP2001201200A
Authority: JP
Inventors: 宏治牧野; 久之碓井; 勝治西村; 守藤田; 安平谷
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2021-07-02
Also published as: JP2003014356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッチ式食品凍結装置に関し、詳しくは、液化窒素を冷媒として使用し、食品の凍結をバッチ式で行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、液化窒素を冷媒として使用する従来のバッチ式食品凍結装置の一例を示す概略断面図である。このバッチ式食品凍結装置は、凍結対象物を格納する断熱容器１１と、該断熱容器１１内に複数の凍結対象物をその周囲に空間を設けて配置する手段であるトレイ１２及びラック１３と、断熱容器１１内に冷媒の液化窒素を導入する液化窒素導入管１４と、断熱容器１１内の低温窒素ガスを攪拌するファン１５と、余剰の窒素ガスを排出する排気口１６と、液化窒素導入管１４の液化窒素導入弁１７を開閉して液化窒素導入量を制御する温度制御器１８及び温度センサ１９とを備えている。
【０００３】
このバッチ式食品凍結装置を使用して食品を凍結する際には、凍結対象物である食品を載置したトレイ１２をラック１３に積層し、断熱容器１１内に入れて扉１１ａを密閉した後、弁１４ａを開いて断熱容器１１内に液化窒素の導入を開始するとともにファン１５の運転を開始する。液化窒素導入管１４から導入された液化窒素は、ファン１５の翼に当てることによって蒸発が促進され、液化窒素の蒸発によって発生した低温窒素ガスは、ファン１５によって断熱容器１１内に拡散されるとともに、その攪拌作用によって断熱容器１１内の温度分布を均一化するようにしている。液化窒素の蒸発によって断熱容器１１内の圧力が上昇すると排気口１６から窒素ガスの一部が放出される。また、断熱容器１１内への液化窒素の導入量は、温度センサ１９で測定した温度に基づいて温度制御器１８が液化窒素導入弁１７を開閉することによって制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、断熱容器１１内に設けたファン１５によって低温窒素ガスを攪拌する方式では、断熱容器１１内の全体に低温窒素ガスを回しているだけであり、凍結対象物である食品の表面におけるガス流速は、精々１〜２ｍ／秒程度であって冷却効率が低く、また、断熱容器１１内における温度ムラも生じ易く、例えば、断熱容器１１内で１５℃の温度分布が生じることもあった。
【０００５】
すなわち、従来のバッチ式食品凍結装置では、断熱容器内の低温窒素ガスをファンで攪拌してはいるものの、断熱容器の内部全体に均一に低温窒素ガスを循環させて行き渡らせることが困難であり、凍結対象物の表面におけるガス速度が遅く、有効な熱伝達が行われていないという問題があった。また、断熱容器内のガスの攪拌が不十分であり、断熱容器内における温度ムラが生じ易いという問題があった。さらに、断熱容器の容量が大きくなると、容器内の温度ムラは更に顕著なものとなり大きな問題となる。
【０００６】
そこで本発明は、凍結対象物と低温窒素ガスとの熱伝達を向上させることによって、凍結時間の短縮、凍結原単位の低減及び凍結ムラの解消を図れるバッチ式食品凍結装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のバッチ式食品凍結装置は、複数の凍結対象物を周囲に空間を設けて配置した状態で載置する複数のトレイを積層したラックを格納する断熱容器と、断熱容器内に冷媒の液化窒素を噴射する液化窒素ノズルと、断熱容器内の低温窒素ガスを吸入して前記断熱容器内を循環させる送風機とを備えたバッチ式食品凍結装置において、前記断熱容器内にガス通路を区画形成するガス導入板を設け、該ガス導入板に、前記ガス通路内に前記送風機によって供給された前記低温窒素ガスを前記各トレイ上の凍結対象物に向けて吹付けるための複数のガス吹出し口を形成するとともに、複数の前記液化窒素ノズルを、各液化窒素ノズルから噴射した液化窒素が、前記各ガス吹出し口から吹き出して各トレイ上の凍結対象物に向かう前記低温窒素ガスに同伴され、その過程で蒸発するように各吹き出し口に対応して配置したことを特徴とし、特に、前記ガス吹出し口から吹出す低温窒素ガスの速度を、前記凍結対象物の表面上で６〜１０ｍ／秒に設定したことを特徴としている。
【０００８】
また、前記ガス通路は、少なくとも前記ガス導入板部分が、前記トレイの形状、サイズに応じた形状のガス吹出し口を有するガス導入板と交換可能に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明のバッチ式食品凍結装置の一形態例を示すもので、図１は縦断面図、図２は横断面図である。このバッチ式食品凍結装置は、扉２１ａを有する断熱容器２１と、該断熱容器２１内に複数の凍結対象物２２をその周囲に空間を設けて配置する手段であるトレイ２３及びラック２４と、断熱容器２１内に冷媒の液化窒素を導入する液化窒素導入管２５及び該導入管２５から導入された液化窒素を噴射する複数の液化窒素ノズル２６と、断熱容器２１内の低温窒素ガスを循環させる遠心式の送風機２７と、該送風機２７によって循環する低温窒素ガスをガイドするために該断熱容器２１内に区画形成されたガス通路２８と、該ガス通路２８を形成するガス導入板２９に設けられて送風機２７から該通路内に供給された低温窒素ガスを前記凍結対象物２２に向けて吹付けるための複数のガス吹出し口３０と、断熱容器２１内の余剰の窒素ガスを排出する排気口３１とを有している。なお、液化窒素導入管２５には、従来と同様に、温度センサで測定した温度に基づいて温度制御器により開閉制御される液化窒素導入弁が設けられている。
【００１０】
前記ガス吹出し口３０は、ガス導入板２９に適当な間隔で孔やスリットを設けるようにしてもよいが、各トレイ２３上に配置された凍結対象物２２に満遍なく低温窒素ガスを吹付けるため、各トレイ２３の形状やサイズ、設置枚数、上下間隔、凍結対象物２２の形状や個数、配置状態等に応じた位置に適当な形状で設けることが好ましい。したがって、断熱容器２１内におけるガス導入板２９を交換可能に形成しておき、凍結対象物２２、トレイ２３及びラック２４の条件に応じて所定位置に所定形状のガス吹出し口３０を設けた複数のガス導入板２９を用意して条件に応じて交換することが望ましい。
【００１１】
また、前記液化窒素ノズル２６は、各吹出し口３０の近傍にそれぞれ配置されており、液化窒素ノズル２６から噴射した液化窒素が、ガス吹出し口３０から吹出して凍結対象物２２に向かう低温窒素ガスに同伴され、その過程で蒸発するように形成している。これにより、各吹出し口３０から吹出して凍結対象物２２に吹付ける低温窒素ガスを液化窒素によって効果的に冷却することができ、より低温のガスを凍結対象物２２に吹付けることができる。液化窒素ノズル２６の設置位置や噴出方向、噴出状態等は、前記吹出し口３０に対応させて変更することが可能である。さらに、吹出し口３０の形状は任意であり、円形や角形の孔を一列又は複数列に並べでもよく、長方形、長円形のスリットを横方向又は縦方向に並べてもよく、異なる形状、大きさのものを組み合わせるようにしてもよい。
【００１２】
各トレイ２３の上下間隔は、凍結対象物２２をトレイ２３上に載置した状態で、その周囲に低温窒素ガスが十分に行き渡るような空間を確保できるように設定されており、凍結対象物２２のサイズや形状により、トレイ２２とラック２４のサイズがそれぞれ設定されている。なお、凍結対象物２２をその周囲に空間を設けて断熱容器２１内に配置する手段は、上述のようなトレイ２３とラック２４とを使用することにより、各種凍結対象物２２を所定の状態に容易に配置することができるが、これらの組み合わせに限らず、凍結対象物２２の性状や形状に応じて任意の手段を使用することができる。
【００１３】
また、断熱容器２１内に一枚のガス導入板２９を挿入して該ガス導入板２９と容器壁面との間にガス通路２８を形成しているが、周囲が閉塞され、少なくとも一面に上述のようなガス導入板２９を有する箱形のガス通路を断熱容器２１内に設置するようにしてもよい。このガス通路２８の大きさや形状は、断熱容器２１の容量や送風機２７の容量に応じて設定すればよい。
【００１４】
このように形成したバッチ式食品凍結装置を使用して凍結対象物２２を凍結させる際には、まず、凍結対象物２２をトレイ２３に所定の配置状態で載置し、複数枚のトレイ２３をラック２４に所定の上下間隔で積層した後、このラック２４を一つの単位として断熱容器２１内に格納する。
【００１５】
次に、扉２１ａを閉じて断熱容器２１を密閉状態にした後、液化窒素導入管２５から液化窒素の導入を開始するとともに、送風機２７を作動させて断熱容器２１内のガス循環を行い、断熱容器２１内の冷却を開始する。断熱容器２１内のガスは、図１に矢印で示すように、送風機２７の中央部に吸い込まれてその外周側から吹出し、ガス導入板２９の最上端のガス流通口３２を通ってガス通路２８に流入する。低温窒素ガスは、ガス通路２８によりガイドされて流下しながらガス導入板２９に設けられた各吹出し口３０を通り、液化窒素ノズル２６から噴射した液化窒素を同伴してトレイ２３の側方からトレイ上に高速で吹出し、トレイ２３上に載置されている凍結対象物２２を冷却する。
【００１６】
このとき、凍結対象物２２を載せたトレイ２３上を通過するガスの流れを安定した状態とし、かつ、所定の流速を得るようにするため、前記ラック２４には、断熱容器２１の前後（図２において上下方向）に隔壁３３等をそれぞれ設け、各吹出し口３０から吹出した低温窒素ガスの全量がトレイ２３上を通過するようにし、また、低温窒素ガスが供給されるガス通路２８やトレイ２３を通過したガスが流れるガス戻り通路３４は、循環するガスに流れ抵抗を与えずに、送風機２７から遠い位置にある下段のトレイにも十分な量のガスが流れるように十分に広いスペースを設けるようにしている。
【００１７】
凍結対象物２２を冷却してトレイ２３の端部からガス戻り通路３４に流出した窒素ガスは、該通路３４を上昇して再び送風機２７に吸い込まれ、再びガス通路２８へと循環する。また、余剰の窒素ガスは、断熱容器２１内の圧力に応じて排気口３１から排出される。
【００１８】
前記吹出し口３０から吹出す低温窒素ガスの流速は、送風機２７の能力と各吹出し口３０の形状及び総開口面積とを選定することによって調節することが可能である。凍結対象物２２に吹付ける低温窒素ガスの流速は、凍結対象物２２の形状等によっても異なるが、凍結対象物２２の表面上で６〜１０ｍ／秒の範囲になるように設定することが好ましい。このガス流速が遅すぎると凍結対象物２２への熱伝達効率が低下して凍結時間が長くかかり、液化窒素の消費量も増大することになる。一方、ガス流速を早くしすぎると、凍結対象物２２の形状や流量によっては、吹付けられたガスによって凍結対象物２２が倒れたり、吹き飛んだりするおそれがある。
【００１９】
このように形成することにより、ガス吹出し口３０から吹出す低温窒素ガスを液化窒素ノズル２６から噴射する液化窒素により冷却することができるので、より低温の窒素ガスを凍結対象物２２に吹付けることができる。さらに、送風機２７の容量やガス吹出し口３０の開口面積を適当に設定することにより、凍結対象物２２の表面におけるガス流速を６〜１０ｍ／秒に高めることができるので、凍結対象物２２と低温窒素ガスとの熱伝達を大幅に向上させることができ、液化窒素消費量の低減等の凍結処理の効率向上や所要時間の短縮が図れる。また、断熱容器２１内に循環流を形成したことにより、温度ムラを小さくすることができる。
【００２０】
図３は、本発明のバッチ式食品凍結装置の他の形態例を示す縦断面図である。なお、前記第１形態例に記載したバッチ式食品凍結装置の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２１】
本形態例に示すバッチ式食品凍結装置は、断熱容器２１の両側にガス導入板２９を設置してガス通路２８をそれぞれ形成するとともに、天井部中央に配設した送風機２７から両ガス通路２８に低温窒素ガスをそれぞれ供給循環するように形成したものである。したがって、２個のラック２４を両側のガス導入板２９に接するようにして配置することにより、送風機２７から両ガス通路２８に供給された低温窒素ガスは、液化窒素ノズル２６から噴射した液化窒素を同伴して前記同様に凍結対象物２２に吹付けられ、トレイ２３を通過した低温窒素ガスは、両ラック２４間に形成されたガス戻り通路３４から送風機２７に吸い込まれて循環する。このように、断熱容器２１の容量やラック２４の大きさに応じて２個のラックの凍結処理を同時に行えるように形成することにより、大量の凍結対象物の凍結処理を一度に行うことができる。
【００２２】
【実施例】
第１形態例に記載した構造のバッチ式食品凍結装置を使用してブロック状のすり身を凍結処理した。断熱容器は、一辺が１５００ｍｍの立方体であって、壁面から２５０ｍｍの位置にガス導入板を設置してガス通路を形成した。使用したラックは、幅８００ｍｍ、奥行き８００ｍｍ、高さ８００ｍｍであって、このラックに、幅７５０ｍｍ、奥行き７５０ｍｍのトレイを８０ｍｍ間隔で１０段配置した。各トレイ上には、直径１００ｍｍのすり身を１０ｍｍ間隔で９個載置した。また、ガス導入板には、各トレイ上面からの高さが４０ｍｍの位置に、１００ｍｍ×１５ｍｍのスリットからなるガス吹出し口を水平方向に６箇所設け、各ガス吹出し口から吹出す低温窒素ガスの流速が１０ｍ／秒になるようにした。さらに、各ガス吹出し口のトレイ側に液化窒素ノズルを設置し、供給圧力０．５〜０．７ＭＰａで液化窒素を噴出させた。なお、液化窒素は、温度センサで測定した庫内温度が設定温度以上のときに液化窒素導入弁を開いて供給するように制御した。
【００２３】
そして、凍結処理開始前の品温が１０℃、処理後の品温を−１５℃として凍結処理を行った。また、比較として、図４に示した従来構造のバッチ式食品凍結装置を使用して同じ個数のすり身を凍結処理した。断熱容器内の設定温度を表１に示すように設定し、凍結処理が完了するまでの時間を測定した。結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバッチ式食品凍結装置によれば、断熱容器内に低温窒素ガスの循環流を形成してガス導入板の吹出し口から凍結対象物に向けて低温窒素ガスを吹出すように形成するとともに、各吹出し口の近傍に液化窒素ノズルを配置したので、低温窒素ガスと液化窒素とが相俟って凍結対象物を効率よく冷却することができる。また、循環流によって温度ムラの発生も抑制できる。特に、低温窒素ガスの速度を凍結対象物の表面上で６〜１０ｍ／秒にすることにより、低温窒素ガスと凍結対象物との熱伝達効果が大幅に改善されて凍結効率が向上し、凍結時間の短縮、凍結原単位の低減及び凍結ムラの解消が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッチ式食品凍結装置の一形態例を示す縦断面図である。
【図２】同じく横断面図である。
【図３】本発明のバッチ式食品凍結装置の他の形態例を示す縦断面図である。
【図４】従来のバッチ式食品凍結装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２１…断熱容器、２２…凍結対象物、２３…トレイ、２４…ラック、２５…液化窒素導入管、２６…液化窒素ノズル、２７…送風機、２８…ガス通路、２９…ガス導入板、３０…ガス吹出し口、３１…排気口、３２…ガス流通口、３３…隔壁、３４…ガス戻り通路

Claims

複数の凍結対象物を周囲に空間を設けて配置した状態で載置する複数のトレイを積層したラックを格納する断熱容器と、断熱容器内に冷媒の液化窒素を噴射する液化窒素ノズルと、断熱容器内の低温窒素ガスを吸入して前記断熱容器内を循環させる送風機とを備えたバッチ式食品凍結装置において、前記断熱容器内にガス通路を区画形成するガス導入板を設け、該ガス導入板に、前記ガス通路内に前記送風機によって供給された前記低温窒素ガスを前記各トレイ上の凍結対象物に向けて吹付けるための複数のガス吹出し口を形成するとともに、複数の前記液化窒素ノズルを、各液化窒素ノズルから噴射した液化窒素が、前記各ガス吹出し口から吹き出して各トレイ上の凍結対象物に向かう前記低温窒素ガスに同伴され、その過程で蒸発するように各吹き出し口に対応して配置したことを特徴とするバッチ式食品凍結装置。
前記ガス通路は、少なくとも前記ガス導入板部分が、前記トレイの形状、サイズに応じた形状のガス吹出し口を有するガス導入板と交換可能に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバッチ式食品凍結装置。
前記ガス吹出し口から吹出す低温窒素ガスの速度が、前記凍結対象物の表面上で６〜１０ｍ／秒であることを特徴とする請求項１又は２記載のバッチ式食品凍結装置。