JP5208858B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、食品等の被冷却物の急速冷却を行う冷却装置に関する。

従来の被冷却物を冷却する方式としては、ブラストチラー方式やブライン方式が知られている。

ブラストチラー方式は、庫内に、熱源として伝熱面積の大きなエバポレータと、強風ファンを設け、エバポレータのフィンの間に強制的に空気を通過させて、循環量を多くし、冷気を作り出して、庫内の被冷却物へ直接吹き付けることで熱交換の効率を高めた方式である。

また、ブライン方式は、特許文献１に記載されたように、タンク内で不凍液の不凍液を循環させ、不凍液に被冷却物を浸漬して冷却を行うものである。

特開平４−１７３０７５号公報

ブラストチラー方式では、被冷却物の表面は強冷風に晒されているために、被冷却物の表面と中心部との間には温度差が発生し、中心部の方が温度が高いために、熱は中心側から表面側へと移動し、同時に水分も熱と同じ方向に移動するので、中心部から水分が奪われていき、被冷却物の乾燥・脱気が生じ、被冷却物の復元性（冷却して再び温度を戻したときの被冷却物の物性、外観等の復元性）が悪いという問題がある。

また、空気を冷却媒体として使用しており、空気と被冷却物との間での熱交換により冷却を行っているために、空気の熱伝導率の低さから、冷却時間がかかるという問題がある。

一方、ブライン方式では、液体を冷却媒体として使用しており、液体は空気に比較して熱伝導率が高いため、ブラストチラー方式に比較して冷却時間を短縮することができる。しかしながら、−５０℃以下の不凍液は流動性がなく境膜係数が大きいため、熱交換率が悪く、冷却時間の短縮化が不十分である。また、低温（例えば−５０℃〜−６０℃）の不凍液を循環させるためのポンプが高価となり、コストがかかり、液体にアルコール類が含有される場合、その発火性の性質上その管理・取扱が複雑になり、被冷却物を不凍液に浸漬した後に、被冷却物に付着した液体を除去するための工程が必要になる、という種々の問題がある。

以上のブラストチラー方式やブライン方式の課題を解決するための方式として、金属材料を冷却媒体として使用することが考えられる。金属材料は空気及び液体と比較して、高い熱伝導率及び大きな熱容量を持つために、ブラストチラー方式のように空気を冷却媒体とする方式または液体を冷却媒体とするブライン方式と比較して、熱交換を効率よく行うことができる。また、ブラストチラー方式と比較して、被冷却物の乾燥・脱気を抑制することができるという利点を有する。また、ブライン方式のような発火の心配がなく、被冷却物に冷却媒体が付着して残らないために、液体の拭き取りといった手間がないという利点を有する。

以上の利点から、金属材料の冷却媒体としての利用価値は非常に高く、従来、冷凍が不可能であった被冷却物の冷凍の量産実用化の可能性を持ち、非常に有望であると考えられる。しかしながら、本発明者は、単に金属材料を被冷却物と接触させるだけでは、十分な急速冷却効果または十分な復元性が得られる訳ではなく、また、工業的な実用化を図るためには不十分であることを見出した。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされたもので、冷却媒体として金属材料を用いて、急速冷却を可能とし、復元性を良好とし、実用性の高い冷却装置を提供することをその目的とする。

前述した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、被冷却物の冷却を行うために、冷却空気を生成する冷却空気生成装置内に設置される冷却装置であって、
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱壁体と、
前記空間内に配設されて、被冷却物を収納する被冷却物収納器と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進するための流通促進手段と、
を備え、
前記被冷却物収納器内には、多数の金属体が保持されると共に、被冷却物を収納する収納部が設けられ、多数の金属体は、収納部に収納される被冷却物と間接的または直接的に熱交換可能となっており、多数の金属体の間には前記冷却空気が流通可能となっており、
前記流通促進手段は、被冷却物の凝固点近傍までは、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を抑制し、被冷却物の凝固点近傍に達すると、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記被冷却物収納器が、金属体を保持して拘束する保持空間を画成する金属壁体を有し、前記金属壁体に前記収納部が設けられることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の前記被冷却物収納器が、前記収納部を有する収納本体と、収納本体に対して開閉可能となった蓋体とを有し、収納本体は前記金属壁体を備えると共に、蓋体は、金属体を保持して拘束する保持空間を画成する金属壁体を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の前記金属壁体に、金属体の通過は阻止するものの前記冷却空気の流通を許容する通気部が設けられることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の前記保持空間内で多数の金属体が自由に移動可能であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の前記被冷却物収納器が、前記断熱壁体内の空間から着脱可能であることを特徴とする。

本発明によれば、多数の金属体を用いて被冷却物を冷却しており、金属体は、熱伝導率が高いために、被冷却物との熱交換を効率良く行うことができる。

多数の金属体を用いることで、適度な間隙を形成することができるために、冷却空気と金属体との熱交換を効率よく行うことができる。

そして、流通促進手段は、多数の金属体の大きな熱容量を利用し、被冷却物の凝固点近傍までは、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を抑制して多数の金属体に冷気を蓄熱し、被冷却物の凝固点近傍に達すると、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進して金属体に蓄熱された冷気を一気に放出させる。このため、必要な熱容量が激増する氷結晶帯を短時間で通過させることができて、急速冷却を可能にし、被冷却物の劣化を防ぎ、高い復元性を持たせることができる。

本発明による冷却装置の第１実施形態の斜視図である。 図１の冷却装置の内部構造を表す断面図である。 （ａ）は被冷却物収納器の斜視図であり、（ｂ）はその蓋体を開いた状態の斜視図である。 （ａ）は被冷却物収納器の断面図であり、（ｂ）はその蓋体を開いた状態の断面図である。 被冷却物収納器の収納部の拡大図である。 図１の冷却装置を冷却空気生成装置内に設置した状態を示す内部構造の示す断面図である。 図１の冷却装置において事前計測の状態を表す断面図である。 本発明による冷却装置の第２実施形態の斜視図である。 図８の冷却装置の内部構造を表す断面図である。 被冷却物収納器の収納本体の変形例を表す断面図である。 被冷却物収納器の収納本体の収納部の変形例を表す断面図である。 被冷却物収納器の収納本体の収納部の変形例を表す断面図である。 被冷却物収納器の収納本体の収納部の変形例を表す断面図である。 被冷却物収納器の収納本体の収納部の変形例を表す断面図である。 被冷却物収納器の収納本体の収納部の変形例を表す断面図であり、（ａ）は被冷却物の投入前、（ｂ）は投入後を示す。 被冷却物収納器の蓋体の変形例を表す断面図である。 実験例の温度変化を表すグラフである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明による冷却装置の第１実施形態の図である。
図において、冷却装置１０は、断熱壁体１２を有する。断熱壁体１２は発泡材料等から構成することができる。断熱壁体１２の一面は、本体に対して開閉自在となった断熱性の扉１４となっている。

断熱壁体１２の対向する２面、図１の例では上面と下面にはそれぞれ開口１２ａ、１２ａが形成されている。扉１４を閉じた状態で、断熱壁体１２は、一対の開口１２ａ、１２ａをのみを通して外部と連通可能となった閉じた空間１６を形成する。そして、該開口１２ａ、１２ａのいずれか一方、または両方の近傍には、流通促進手段としてのファン１８を取り付けることができ（図示の例では一方にのみファン１８を取り付ける）、該ファン１８は、空間１６内に外部からの冷却空気を取り込む吸気ファン、または空間１６内から外部へと冷却空気を送り出す排気ファンとして作用する。このファン１８によって、一方の流入口となる開口１２ａを介して外部から空間１６を通り他方の流出口となる開口１２ａを介して外部へと流れ出す一方向の空気の流れが生成される。

ファン１８は、制御器７０に接続されており、制御器７０からの制御信号によってその回転数が制御される。

断熱壁体１２の上面に形成された開口１２ａの上方及び下面に形成された開口１２ａの下方には、冷却空気を空間１６内に取り込む（または送り出す）ための空間が形成されている必要があり、そのため、この実施形態では断熱壁体１２の下方に脚２０が設けられている。

断熱壁体１２の側面の内側には、ガイドレール２２が取り付けられており、ガイドレール２２によって断熱壁体１２は被冷却物を含む被冷却物収納器３０を着脱可能に保持可能となっている。

被冷却物収納器３０は、扉１４を開けた状態で、空間１６に搬入出が可能となっており、ガイドレール２２によって空間１６内で保持される。好ましくは、被冷却物収納器３０が保持された状態で、被冷却物収納器３０と上下の開口１２ａとの間にそれぞれ空間が形成されるとよく、これによって、開口１２ａから取り込まれた空気が整流されて被冷却物収納器３０に入り、整流状態で被冷却物収納器３０を出ていくことができる。例えば、被冷却物収納器３０と各開口１２ａとの間の空間の高さは、被冷却物収納器３０の高さ寸法と同じ程度の高さとなっているとよい。

被冷却物収納器３０は、図３及び図４に示したように、収納本体３２と、収納本体３２に対して開閉可能に取り付けられた蓋体３４と、を備える。

収納本体３２は、その内側に閉じた保持空間３２ｂを画成する複数の壁体３２ａを有する。各壁体３２ａは、金属製となっている。壁体３２ａの対向する２面、この例では、断熱壁体１２の開口１２ａが形成された面と整合する上面と下面の少なくともその一部は多孔性壁面３２ｃとなっており、残りの面は無孔性壁面となっている。多孔性壁面３２ｃとしては、パンチングメタル、金網、メッシュなどの金属製のものから構成することができる。さらに、壁体３２ａの上面に形成された多孔性壁面３２ｃの一部には、被冷却物の形状に合致した凹状の収納部３２ｄが設けられる。

図５に示したように、収納部３２ｄを形成する部材は、多孔性または無孔性のいずれの壁面から構成することもでき、その部材のフランジ部が多孔性壁面３２ｃまたは壁面３２ａに取り付けられる。図示した例では、被冷却物Ｐがカップ形状のものとしており（例えば、プリン、茶碗蒸しのようなカップ内に充填されたもの）、これに合わせて、収納部３２ｄもカップ形状となっている。

同様に、蓋体３４は、その内側に閉じた保持空間３４ｂを画成する複数の壁体３４ａを有する。各壁体３４ａは、金属製となっている。壁体３４ａの対向する２面、この例では、断熱壁体１２の開口１２ａが形成された面と整合する上面と下面の少なくともその一部は多孔性壁面３４ｃとなっており、残りの面は無孔性壁面となっている。多孔性壁面３４ｃとしては、パンチングメタル、金網、メッシュなどの金属製のものから構成することができる。

壁体３２ａによって完全に包囲された保持空間３２ｂ及び壁体３４ａによって完全に包囲された保持空間３４ｂには、金属製の多数の金属粒３６が充填・封入される。金属粒３６は保持空間３２ｂ、３４ｂ内で複数層に重なるものの、その形状から、隣接する金属粒３６同士との間に、空気が流通可能な間隙が形成される。

金属粒３６の形状は、必ずしも真球である必要はなく、楕円体や多少の歪みがあっても良く、さらには、円柱、直方体、多面体等とすることも可能である。好ましくは、突起が少なく、表面積を大きく確保することができる形状であるとよい。金属粒３６は、多孔性壁面３２ｃ、３４ｃを通過することができない直径（または差し渡し最小寸法）を持っており、保持空間３２ｂ、３４ｂから脱落することは不可能となっている。また、金属粒３６の直径（または差し渡し最大寸法）は、小さすぎると空気が流通可能な間隙が形成されにくくなり、大きすぎると隣接物との間の接触面積が小さくなるために、好適な範囲としては、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは３〜８ｍｍ程度とするとよい。また、金属粒３６の寸法または形状は全ての金属粒３６で同じである必要はなく、異なる寸法または異なる形状の金属粒３６が混在していても構わない。

また、金属粒３６は、空間１６内を流れる空気（流速：数ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓ、好ましくは０〜６ｍ／ｓの程度）によって、流動することはない非流動状の固体である。また、多数の金属粒３６は保持空間３２ｂ、３４ｂ内で拘束されているものの、好ましくは、保持空間３２ｂ、３４ｂ内では拘束されずに自由度を持たせているとよく、各金属粒３６が保持空間３２ｂ、３４ｂ内で、自由な配置をとることができるとよい。

収納本体３２の壁体３２ａ、蓋体３４の壁体３４ａ及び金属粒３６はいずれも、伝導率が高く、熱容量の大きい金属から構成される。具体的には、アルミニウム、銅、真鍮、金、銀またはこれらの合金等から構成することができる。

以上の冷却装置１０は、公知の冷凍庫といった冷却空気を生成する冷却空気生成装置５０内に設置される。冷却空気生成装置５０は、図６に示したように、断熱壁体５２と、断熱壁体５２の一側面に形成された扉５４と、を備えており、断熱壁体５２と扉５４によって外部と断熱的に隔離された室内５６が画成される。

室内５６の一部には、冷気発生源（エバポレータ等で構成される）である冷却器５８と、冷却器５８の前面に配置されたファン５９が設置され、室内５６の残りの部分に、前記冷却装置１０が設置される。

冷却器５８を通過する冷媒の循環回路６０は、室外に配置される凝縮器６２、冷媒タンク６４、圧縮機６６及び膨張弁６８を有する。圧縮機６６の回転は、インバータによって制御可能とすることもでき、被冷却物の種類に応じて、圧縮機６６の運転を制御して冷媒の温度を変化させることができるようになっていてもよい。

次に、被冷却物を冷却するときの手順について説明する。

（冷却準備）
被冷却物は、被冷却物収納器３０の蓋体３４を開けて、収納本体３２の収納部３２ｄ内に投入されて保持される。被冷却物は、無包装のまま、または硬質合成樹脂製容器、軟質合成樹脂製フィルムまたは軟質合成樹脂製袋等により包装された状態で、被冷却物収納器３０に保持することができる。投入時の冷却開始温度は任意であり、０〜１００℃の温度とすることができる。被冷却物を投入後、蓋体３４は閉じられる。ここで、被冷却物は収納部３２ｄに少なくともその一部が接触し、且つ、被冷却物の上面は、蓋体３４の壁体３４ａに少なくとも一部が接触することが確保されるとよい。

尚、好ましくは、被冷却物収納器３０は被冷却物投入の前に冷却空気生成装置５０の中で事前に冷却しておくとよい。

冷却装置１０は、予め冷却空気生成装置５０内に設置されているので、冷却空気生成装置５０の扉５４、冷却装置１０の扉１４を開けて、被冷却物収納器３０を冷却装置１０内に挿入して、扉１４、扉５４を閉める。

次いで、ファン１８の回転数を制御しながら、被冷却物の冷却を行う。以下、このファン１８の回転数の制御と共に冷却工程を説明する。

（小流量制御冷却工程）
通常、冷却開始直後は、被冷却物はその凝固点よりも高い温度にあるので、ファン１８の回転数を低速度（回転数０を含む。）に設定する。そのファン１８の能力の０〜５０％、好ましくは３０〜４０％の回転数に設定することができる。よって、冷却空気生成装置５０で生成された冷却空気が冷却装置１０を通過する流量は少なく、その通過は抑制されている。冷却空気は、冷却装置１０の一方の開口１２ａから冷却装置１０内に流入し、被冷却物収納器３０を整流状態で通過し、被冷却物収納器３０の収納本体３２及び蓋体３４内に充填された多数の金属粒３６の間に形成された僅かな間隙を通過して流れ、金属粒３６との熱交換を行い、他方の開口１２ａから流出する。金属粒３６と接触する収納部３２ｄを介して被冷却物との熱交換が行われ、被冷却物の温度が下がる。金属粒３６は、熱伝導性の良い金属から成っているために、金属粒３６と空気との間での熱交換が行われて金属粒３６が冷却され空気に放熱される。

凝固点に達するまでは、被冷却物の温度を下げるために必要な熱容量は小さい。冷却空気から供給される熱量は、被冷却物Ｐまたは被冷却物Ｐと金属粒３６の温度を下げるのに使用され、金属粒３６には冷気の蓄熱がなされる。

（大流量制御冷却工程）
被冷却物の凝固点近傍では、必要な熱容量は激増し、凝固点以上と比べて８０倍ほどの熱容量が必要とされる。よく知られているように、この凝固点近傍の温度帯である氷結晶帯は、被冷却物が物性上最も劣化し易い温度領域である。この温度帯を通過する時間が長くなると、氷結晶が成長し、被冷却物の組織が破壊する。この温度帯を短時間で通過することができれば、氷結晶の成長を防ぎ、氷結晶を小さくすることができ、被冷却物の組織の破壊を防ぐことができる。この必要な熱容量が大きい氷結晶帯を短時間で通過することができれば、全体の冷却に要する時間を短縮化することができる。

この凝固点近傍に達すると、ファン１８の回転数を高速度に設定する。そのファン１８の能力の５０〜１００％、好ましくは６０〜８０％、例えば小流量時の１．５〜３倍の回転数に設定することができる。よって、冷却空気生成装置５０で生成された冷却空気が冷却装置１０を通過する流量は多くなり、通過が促進される。冷却空気は、被冷却物収納器３０を通過するときに、被冷却物収納器３０の収納本体３２及び蓋体３４内に充填された多数の金属粒３６に蓄熱された冷気を一気に放出させて、被冷却物が凍結するために必要な熱容量を補う。これによって、短時間で被冷却物が氷結晶帯を通過することができる。

氷結晶帯を通過して被冷却物が凍結した後は、被冷却物を冷却させるための熱容量は凝固点より高い温度のときよりもさらに少なくなり、その１／２程度となるために、ファン１８の回転数を低く設定してもよく、または、ファン１８の回転数は高いままを維持してもよい。凍結後については、その冷却の経過に応じた物性の劣化はほとんどないため、ファン１８の制御については任意に行うことができる。

（事前計測）
以上説明した冷却装置１０を通過させる冷却空気の流量制御は、凝固点近傍及び任意には凝固点を通過した時点で制御器７０によって切り替えられる。制御器７０でこの切り替えを行うための条件は、冷却開始からの経過時間が所定時間を経過したこと、または任意の地点の温度が所定温度まで冷却されたこと、とすることができ、この所定時間または所定温度は、事前の計測により特定することができる。

具体的には、図７に示したように、冷却装置１０の任意の基準地点（被冷却物収納器３０の上方、被冷却物収納器３０または被冷却物収納器３０の下方）及び被冷却物の内部または外部に温度センサ７２−１〜７２−４を取り付けて、ファン１８を低速度に設定した状態で、冷却開始温度から被冷却物を冷却し、被冷却物の内部温度または外部温度と、基準地点の温度の時間経過を計測する。

各被冷却物の凝固点は既知であるから、被冷却物の内部温度または外部温度の温度から、凝固点近傍に達したか、または凝固点を通過したかを判定することができ、その時点における経過時間、または基準地点の温度を求めることで、制御器７０が切り替える条件を求めることができる。

実際の冷却工程においては、基準地点の温度を切り替え条件とする場合には、基準地点の温度センサ７２−１、７２−２または７２−３を残して、温度センサからの温度信号を制御器７０に供給し、経過時間を切り替え条件とする場合には、タイマーを制御器７０に設ける。条件が満足された場合には、制御器７０はインバータを用いてファン１８のモータを制御することができる。

（第２実施形態）
図８及び図９は、本発明の冷却装置１０の第２実施形態を表す図である。図において、第１実施形態と同様・同一の部材は同一の符号を用いてその詳細説明を省略する。

この実施形態の冷却装置１０の断熱壁体１２は下面及びガイドレールが省略されている。一方、被冷却物収納器３０の下方には断熱壁体３８が設けられ、被冷却物収納器３０と断熱壁体３８は、脚４０と、脚４０の先端に取り付けられたキャスタ４２によって支持される。収納本体３２と蓋体３４とは、第１実施形態と同じ構成をなしている。

断熱壁体３８は、収納本体３２の下方に空間を画成しており、断熱壁体３８の底面には開口３８ａが形成されている。断熱壁体３８が画成する空間は、開口３８ａから取り込まれた空気が整流される為のものとすることができる。また、断熱壁体３８の外周面には、一周にわたり断熱シール材４４が配設されている。

この被冷却物収納器３０は、扉１４を開けた状態で、空間１６に搬入出が可能となっており、キャスタ４２によってその搬入出が容易となっており、非力な作業員でも作業が可能となっている。空間１６内に搬入されたときに、断熱シール材４４によって断熱壁体３８と断熱壁体１２との間は密閉されて、共働して開口１２ａと３８ａのみを介して外部と連通可能な１つの空間を形成する。これによって、開口３８ａから流入する冷却空気が漏れることなく、確実に被冷却物収納器３０内を通過して、開口３８ａから流出し、第１実施形態と同様に、金属粒３６との熱交換を行うことができるようになっている。
よって、この実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

（収納本体３２の保持空間の変形例）
図１０は、収納本体３２の保持空間の変形例であり、内部に複数の保持空間を備えている。収納本体３２の保持空間３２ｂに充填された金属粒３６は好ましくは、保持空間の中で自由度を持って拘束されている。金属粒３６は均等に分散されることが好ましいが、自重等によりある方向に偏り、不均一になり、冷却空気の流れが偏在するおそれがある。かかる偏在を防ぐために、保持空間３２ｂ内に１つ以上の整流板３２ｅを設け、複数の保持空間３２ｂ１、３２ｂ２、３２ｂ３に区分することとしてもよい。

各整流板３２ｅは多孔性板から構成され、パンチングメタル、金網、メッシュなどの金属製のものから構成することができる。

これによって、金属粒３６の偏在は、各保持空間３２ｂ１、３２ｂ２、３２ｂ３の中だけで収まり、大きな偏在を防ぎ、冷却空気の流れを均一化することができる。また、搬送の際に、重量分布が均一となり扱いやすくなる。また、冷却空気が整流板３２ｅによって整流される効果も得られる。

（収納本体３２の収納部の変形例１）
図１１は、収納本体３２の収納部３２ｄの変形例であり、収納部３２ｄの壁面に被冷却物Ｐに接触可能となった小突起３２ｆを複数個設けた例である。小突起によって収納部３２ｄと被冷却物Ｐとの接触を確保すると共に、小突起以外の部分と被冷却物Ｐとの間で通気を可能にすることができる。

（収納本体３２の収納部の変形例２）
図１２は、収納本体３２の収納部３２ｄの変形例であり、収納部３２ｄの壁側面に対して出入り可能となり、被冷却物Ｐに接触可能となった複数のフラットバー３２ｇ１を設けると共に、壁底面に対して上下動可能となり、被冷却物Ｐが載置される受け座３２ｈ１を設けた例である。複数のフラットバー３２ｇ１は、リング状のばね３２ｇ２によって互いに接近する方向に付勢されており、各フラットバー３２ｇ１の外径端部にはストッパ３２ｇ３が設けられている。また、受け座３２ｈ１は、ネジ３２ｈ２とナット３２ｈ３とによって支持されている。フラットバー３２ｇ１が収納部３２ｄの壁側面に対してその略直交する方向に摺動し、受け座３２ｈ１が収納部３２ｄの壁底面に対して上下動することで、被冷却物Ｐの寸法が変化しても、その変化に追従することができる。フラットバー３２ｇ１及び受け座３２ｈ１は、直接またはネジ３２ｈ２を介して間接的に金属粒３６と接触して被冷却物Ｐと熱交換を行う。

（収納本体３２の収納部の変形例３）
図１３は、収納本体３２の収納部３２ｄの壁面を、金属粒３６と同様または大きい寸法の金属球を連続的に溶着したもので構成した例である。金属球は、隣接する金属球とその接触点で溶着されているが、その間に隙間が形成されており、冷却空気の流通が可能となっている。また、その隙間は、金属粒３６が通過できない大きさとなっている。この例でも、図１１の例と同様の効果が得られる。

（収納本体３２の収納部の変形例４）
図１４は、収納本体３２の収納部３２ｄを、可撓性のある金網で構成した例である。金網はある程度の可撓性があるので、被冷却物Ｐの形状の変化に柔軟に追従することができる。

（収納本体３２の収納部の変形例５）
図１５は、収納本体３２の収納部３２ｄを、より可撓性のある繊維で袋形態に構成した例である。繊維としてはナイロンなど合成繊維を使用することができる。繊維は通気性があるために、この通気性を利用して、金属粒３６との熱交換を行わせることができる。また、被冷却物Ｐの形状の変化により柔軟に追従することができる。この例のように、収納部３２ｄは、必ずしも金属製に限る必要はなく、非金属製とすることも可能であり、近接した距離であれば、金属粒３６と被冷却物Ｐとの間で非金属製の収納部を介して及び空気を介して熱交換を行わせることもできる。

（蓋体３４の変形例）
蓋体３４は、被冷却物の上面の面積が小さい場合等には、省略することも可能であるが、被冷却物との全方向からの熱交換を行うためには、蓋体３４によって被冷却物の上面を覆うことが好ましい。

図１６は、蓋体３４の変形例であり、保持空間３４ｂに金属粒３６を設ける代わりに、金属ピン３６ａを設けた例である。保持空間３４ｂの内部に多孔性の１つ以上の支持板３４ｄが上面と平行に配設されており、壁体３４ａの下側の多孔性壁面３４ｃは省略されて、保持空間３４ｂの下方は開放されている。支持板３４ｄには、複数の金属ピン３６ａが上下動可能に支持されており、各金属ピン３６ａの下端は、支持板３４ｄを通過可能となっている一方で、各金属ピン３６ａの頭部は支持板３４ｄを通過不能となっている。また、冷却空気も支持板３４ｄを通過可能となっている。

この例では、任意の形状をした被冷却物Ｐは、収納本体３２の収納部３２ｄ内に収納されており、蓋体３４を閉じると、被冷却物の上部にある各金属ピン３６ａは、被冷却物の形状に適合するように支持板３４ｄから垂下されて、その下端が被冷却物に接触する。金属ピン３６ａの作用は、金属粒３６と同様であり、冷気を蓄熱すると共に、被冷却物との間で直接接触して熱交換を行う。
このようにして、被冷却物の形状の変化に、より柔軟に追従することができる。

（被冷却物収納器３０の変形例）
前述の例では、被冷却物収納器３０の上下方向（上から下、または下から上を含む）に冷却空気が通過していたが、これに限るものではない。被冷却物収納器３０の形状に応じて、横方向（右から左、左から右、前から後、後から前を含む）に冷却空気を通過させることができる。好ましくは、被冷却物収納器３０の中で最も短手方向に冷却空気を通過させるようにするとよい。

（その他の変形例）
冷却中には、金属粒３６または被冷却物収納器３０を任意の駆動手段を用いて機械的に動かすことにより、金属粒３６を攪拌することもでき、これにより、熱伝導を促進して、冷却時間をより短縮させることも可能である。

（まとめ）
以上のように本発明によれば、金属粒３６または金属ピン３６ａのような金属体を多数用いており、金属体は熱伝導率が高いために、被冷却物との熱交換を効率良く行うことができる。

金属の熱伝導率を、空気、ブライン、水と比較すると以下のようになる。

このように、アルミニウム、銅といった金属は、空気の１０^４倍、水、エタノールといった液体の３００倍以上の高い熱伝導率を持つ。よって、この高い熱伝導率を持った金属粒３６を介して被冷却物を冷却することにより、急速冷却が行われる。

また、金属粒や金属ピンといった金属体を多数用いることで、適度な間隙を形成することができるために、冷却空気と金属体との熱交換を効率よく行うことができる。また、金属粒や金属ピン等の金属体によって、被冷却物の形状に簡単に適合させることができる。

さらには、多数の金属体の大きな熱容量を利用し、ファン１８の制御と組み合わせることで、被冷却物が凝固点に達するまでは、多数の金属体に冷気を蓄熱し、被冷却物が凝固点近傍に達したときに、金属粒３６に蓄熱された冷気を一気に放出させることができるために、氷結晶帯を短時間で通過させることができて、被冷却物の劣化を防ぎ、高い復元性を持たせることができる。

以上の原理により、従来、冷凍が不可能であるとされていた、茶わん蒸し（容器入り）、プリン（容器入り）、ヨーグルト（容器入り）、ジャガイモサラダ（袋包装）、ジャガイモ入りカレーのルー（袋包装）、刺身（フィルム包装）、生湯葉（フィルム包装）等の凍結が可能である。

図１７は、本発明の冷却装置を用いて行った実験例であり、カップ入り茶碗蒸し（みやけ製まつたけ茶碗蒸し１６０ｇ）を被冷却物として冷却を行ったときの、被冷却物の中心温度(図７の温度センサ７２−４の温度)、被冷却物収納器３０よりも上方の位置の温度（図７の温度センサ７２−１の温度）、被冷却物収納器３０よりも下方の位置の温度（図７の温度センサ７２−２の温度）の変化を表すグラフである。グラフから分かるように、氷結晶帯である−０．６℃〜−１．６℃までを約２分でスムーズに非常に短時間で通過しており、０℃〜−２０．０℃までを１９分で冷却させることができる。この実験例によれば、良好な復元性が得られ、自然解凍後の被冷却物は、冷凍したことが全く分からない食感が得られた。

また、多数の金属体は、被冷却物収納器３０の収納本体３２及び蓋体３４の保持空間３２ｂ、３４ｂ内に封入されており自由度が制限されているために、脱落、紛失のおそれはなく、被冷却物に混入する異物混入のおそれはない。また、被冷却物と金属体とが明確に区切られるために、被冷却物の被冷却物収納器３０への出し入れが簡単である。さらには、金属体が直接接触すると、被冷却物にその接触跡が残るおそれがある場合、間接接触とすることで、かかる接触跡の発生を防ぐことができる。

また、この冷却装置１０は、既存の冷凍庫といった冷却空気生成装置５０内に設置することで使用できるため、既存の設備を利用することができる。

１０ 冷却装置
１２ 断熱壁体
１２ａ 開口（流入口、流出口）
１８ ファン（流通促進手段）
３０ 被冷却物
３２ 収納本体
３２ａ 壁体（金属壁体）
３２ｂ 保持空間
３２ｃ 多孔性壁面（通気部）
３２ｄ 収納部
３４ａ 壁体（金属壁体）
３４ｂ 保持空間
３４ｃ 多孔性壁面（通気部）
３６ 金属粒（金属体）
３６ａ 金属ピン（金属体）
５０ 冷却空気生成装置
Ｐ 被冷却物

Claims (6)

1. 被冷却物の冷却を行うために、冷却空気を生成する冷却空気生成装置内に設置される冷却装置であって、
   内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱壁体と、
   前記空間内に配設されて、被冷却物を収納する被冷却物収納器と、
   前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進するための流通促進手段と、
   を備え、
   前記被冷却物収納器内には、多数の金属体が保持されると共に、被冷却物を収納する収納部が設けられ、多数の金属体は、収納部に収納される被冷却物と間接的または直接的に熱交換可能となっており、多数の金属体の間には前記冷却空気が流通可能となっており、
   前記流通促進手段は、被冷却物の凝固点近傍までは、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を抑制し、被冷却物の凝固点近傍に達すると、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進することを特徴とする冷却装置。
2. 前記被冷却物収納器は、金属体を保持して拘束する保持空間を画成する金属壁体を有し、前記金属壁体に前記収納部が設けられることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記被冷却物収納器は、前記収納部を有する収納本体と、収納本体に対して開閉可能となった蓋体とを有し、収納本体は前記金属壁体を備えると共に、蓋体は、金属体を保持して拘束する保持空間を画成する金属壁体を有することを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
4. 前記金属壁体には、金属体の通過は阻止するものの前記冷却空気の流通を許容する通気部が設けられることを特徴とする請求項２または３記載の冷却装置。
5. 前記保持空間内で多数の金属体は自由に移動可能であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記被冷却物収納器は、前記断熱壁体内の空間から着脱可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の冷却装置。

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