JP7308397B2 - 搬送型急速液体凍結設備 - Google Patents

Description

本発明は、食材、食品などの対象物を順次、密封包装してから不凍槽に浸漬させることで、対象物を連続的に急速凍結させる搬送型急速液体凍結設備に関する。

近時においては、食材や食品を極低温に冷却させた不凍液の内部に浸漬して、急速に凍結する技術が開発されているが、このような方法で食材や食品を凍結させるためには、真空パックに封入するなどの前処理が必要となる。
しかしながら、このような真空パックに食材や食品を封入して凍結してしまうと、食品とパックが密着してしまって形状が保持されず、そのために意匠性の高い加工食品、例えば、寿司や刺身の盛り合わせ、弁当、おせち料理、洋菓子や和菓子、ケーキなどのスイーツのような食品の外観デザインを損ない、商品価値を低下させてしまうという問題があるが、このような問題点については、いまだ解決されていない。

また、このような食品を密封包装してから凍結させると、お互い同士が固まってしまう、あるいは潰れるという問題が生じる。そこで、次の特許文献１には、容器内で食品を樹脂シートによって分離することによって食品同士が固まった状態で凍結しないようにすることが提案されている。また特許文献２は、大きめのプラスチック容器を用いることで食品が潰れないようにすることが提案されている。

特開平１０－２２９８１３号公報 特開２０００－３０８４７４号公報

一方で生産性の視点から見ると、食品を密封包装して急速凍結させる凍結設備では、その食品を凍結させる作業時間をできる限り短縮することが求められるが、この点についても何ら解決されていない。
本発明は前述したような課題に対応した急速液体凍結設備を提供することを目的としており、意匠性の高い食品も外観上のデザインを損ねることなく、効率よく急速凍結することができる、新規な構成の搬送型急速液体凍結設備を提供することを目的としている。

本発明による搬送型急速液体凍結設備は、凍結すべき対象物の重量を計測する計量装置と、容器に収納された前記対象物を、その容器と共に透明樹脂シートで密封包装する密封包装装置と、前記容器に密封包装された対象物を順次自動搬送する搬送手段と、
前記搬送手段の搬送経路の中間部に配置され、かつ予め冷却された不凍液を貯留した凍結槽と、前記凍結槽を通過したあとの前記容器に密封包装された対象物から不凍液を除去する不凍液除去手段と、前記計量装置の計測値に基づいて前記搬送手段の搬送速度を自動調節する搬送速度制御手段とを備えており、この搬送速度制御手段は、前記凍結槽を通過中の最も重い対象物に対応した速度を選択するように、搬送速度を自動調節する構成になっている。

本発明による搬送型急速液体凍結設備は、対象物を容器に収容した状態で、透明樹脂シートで密封包装するので、意匠性の高い食品も外観上のデザインを損ねることなく、急速凍結できる。
また、対象物の重量に基づいて、不凍液内を通過する搬送速度を調節しているので、対象物を凍結させる作業時間が短縮でき、生産効率もよい。

搬送型急速液体凍結設備の一例の基本構成図である。 （ａ）は、密封包装される前の食品及び容器の斜視図、（ｂ）は密封包装された後の食品及び容器の斜視図である 密封包装装置の一例を示す基本構成図である。 計量装置の一例を示す基本構成図である。 凍結槽及び冷却装置の一例を示す基本構成図である。 搬送速度制御手段の基本動作の一例を示すグラフである。 搬送速度制御手段の基本動作の他例を示すフローチャートである。

図１は、本発明に係る搬送型急速液体凍結設備の一例の基本構成図である。
この凍結設備１は、凍結すべき対象物Ｆの重量を計測する計量装置２と、対象物Ｆを容器Ｂと共に透明な樹脂シートＳに密封包装する密封包装装置３と、密封包装された対象物Ｆを自動搬送する搬送手段４と、搬送手段４の搬送経路４１の中間部に配置され、かつ予め冷却された不凍液が貯留されている凍結槽５と、凍結槽５を通過したあとの対象物Ｆから不凍液を除去する不凍液除去手段６と、計量装置２の計測値に基づいて、対象物Ｆの搬送手段４における搬送速度を調節する搬送速度制御部７とを備えている。
凍結槽５の上方全体は不凍液の飛散、蒸発を抑えるためにカバー部材５１によって囲われている。なお凍結槽５の不凍液は、冷却装置８によって、―４０度より低い極低温域まで予め冷却されている。

計量装置２は、密封包装装置３の上流側に配置されていても、下流側に配置されていてもよいが、少なくとも凍結槽５よりも上流側に配置されている必要がある。計量装置２の構成は特に制限されないが、搬送手段４の作動を中断することなく対象物Ｆの重量を計測できるようにするとよい。
密封包装装置３は、容器に収容配列された対象物Ｆを、その容器Ｂごと透明樹脂シートＳによって密封袋詰する。密封の際には袋内を真空引きしてもよいが、真空引きされた状態で隙間があると熱伝導率が悪くなり凍結時間が長くなってしまうので、袋内に窒素等の不活性ガスを封入するとよい。

搬送手段４は、ベルトコンベアー式又はクレーン式のいずれでもよく、モーター４２によって駆動されるようになっている。
凍結槽５は搬送手段４の搬送経路４１の中間部に配置されている。凍結槽５には、予めマイナス４０度程度又はそれ以下まで予め冷却された不凍液が貯留されている。不凍液としては人体に安全なエチルアルコール等が適する。搬送手段４によって搬送される対象物Ｆは凍結槽５で不凍液に完全に浸かった状態で急速凍結される。搬送手段４の搬送速度は対象物Ｆが完全凍結するのに十分な凍結時間が確保されるように搬送速度制御部７によって調節される。
不凍液除去手段６は、容器Ｂに密封封入された対象物Ｆに空気等を吹き付ける等して不凍液を除去すればよい。

搬送速度制御部７は、マイコン基板等で構成されており、対象物Ｆの重量に基づいて搬送手段４の搬送速度、すなわちモーター４２の回転速度を自動調節する。詳細に云えば、食品Ｆの種別が一つで、その重量が常に一定であれば搬送速度を調節する必要はないのであるが、種別が一つでない、あるいは種別が一つであっても、重量のばらつきが大きい対象物を扱う場合には搬送速度を調節した方が全体としての作業時間が短縮できる。そして対象物Ｆを凍結するのに要する時間は、その対象物Ｆの重量に概ね比例すると考えられるから、対象物Ｆの重量に基づいて、すなわち対象物Ｆの重量に基づいて搬送速度を調節すればよい。

図２（ａ）は、密封包装される前の食品及び容器の斜視図、（ｂ）は密封包装された後の食品の斜視図である。
容器Ｂは、ポリエチレン、ポロプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン、ＡＢＳ等の樹脂によって形成されている。
図示の食品Ｆは、ショートケーキを例示しているが、本発明に好適な食品Ｆは、常温で長期保存ができず、外観、見栄えが重視されるような生ケーキ類や、おせち料理等である。
そのため容器Ｂは食品Ｆの形状を保持することが重要であり、鍔部Ｂ１を設け、切取部Ｂ２によって切り離し可能なように食品Ｆの形状に対応した凹部Ｂ１を設け、該食品Ｆを凹部Ｂ１に収納する形状になっている。また、容器Ｂは、食品Ｆが高級品に見えるように見栄えも重要である。なお、食品Ｆおよび容器Ｂを包み込む樹脂袋は、ポリエチレン、ナイロン等の透明樹脂シートＳで形成されているが、食品Ｆが外部から視認できるように透明なものになっている。容器Ｂに食品Ｆを収容してから、筒状の透明樹脂シートＳに容器Ｂの全体を入れて、真空引した後、透明樹脂シートＳの両端を熱溶着Ｓ１すれば、透明樹脂シートＳを容器Ｂに密着させた状態で密封封入できるので、食品Ｆは容器Ｂによって形崩れを生じることなく密封できる。また、食品Ｆの全体も、透明樹脂シート越しに凹所Ｂ３の窓から見えるので、食品の外観を損ねることもない。

図３は、計量装置の一例の基本構成図である。
この計量装置２は、凍結槽５よりも上流側で搬送手段４に組み込まれている。具体的には、当該地点において搬送手段４の搬送ベルト４４を支持するローラー４３に対する荷重を計測するように構成されている。このような構成では、搬送されている食品Ｆの重量を逐次計測できるので、搬送速度をリアルタイムに調節することが可能になる。

図４は密封包装装置の一例の基本構成図である。
この密封包装装置３はチャンバー型のものであって、基台３１とカバー部３２とによってシーラー３３の周りにチャンバーを形成してその内側を真空（減圧）又は不活性ガス雰囲気とし、そこで食品Ｆ及び容器Ｂを密封包装する仕組みである。
チャンバーを減圧する手段やチャンバー内に不活性ガスを供給する手段は図示を省略しているが、カバー部３２は下面が開放された長方体形状の箱体であって、図示しない手段によって昇降可能である。
シーラー３３は、透明樹脂シートＳを短時間で封止するためインパルス式、あるいは超音波式のものにするとよい。

食品Ｆ及びボックスＢを入れた透明樹脂シートＳをシーラー３３にセットして、カバー部３２を基台３１に密着させた状態としてチャンバー内を真空又は不活性ガス雰囲気にし、そこでシーラー３３を作動させれば食品Ｆを密封包装あるいは不活性ガス封入包装できる。

図５は、凍結槽及び冷却装置の一例の基本構成図である。
凍結槽５は、スレンレス等の金属や発泡ウレタン等の断熱材とで構成された水密な槽である。
凍結槽５の不凍液を冷却する冷却装置８は、冷媒の循環路として、蒸発器８１と圧縮機８２と凝集器８３とが管路８４によって接続されている。蒸発器８１の出口近傍には、乾燥フィルター８５が設けられている。
管路８４は、銅、スチール或いはアルミ等の金属管又は樹脂管で構成されている。
蒸発器８１は、基本的には銅、スチール或いはアルミ等の金属管で形成され、金属管の壁面を介してその内側の冷媒と外側の不凍液とが熱交換、すなわち不凍液から吸熱する作用をなす。
圧縮機８２は、その種別に特段の制限はなく、ターボ型、スクリュー型、レスプロ型等を用いることができる。なお冷媒の種別に応じた圧縮圧を得るため圧縮機８２は多段構成にしてもよい。
凝集器８３は、基本的には銅、スチール或いはアルミ等の金属管で形成されており、金属管の壁面を介してその内部の冷媒と外部の空気とが熱交換できるようになっている。凝集器８３には複数のフィン８３ａが固着されており、フィン８３ａに空気を送るためのブロアー８３ｂが付設されている。凝集器８３は、冷媒の熱を外気に対して放熱する。
乾燥フィルター８５は、冷媒に混じっている異物、水分等を捕集するフィルターである。
膨張弁８６は、開度調節可能な電磁弁又は機械弁であって、図示しない制御手段によって開度等が制御され、当該部分にオリフィスを形成する。

次いで冷却装置８の基本動作を説明する。冷媒としてはＲ－４０４Ａ又はＲ－４１０Ａを想定している。
圧縮機８２及びブロアー８３ｂを作用させると、次のような動作が連続的になされる。なお蒸発器８１によって冷却されるべき気体、液体は特に制限されない。
蒸発器８１から圧縮機８２に送られて来た気体状態の冷媒は、圧縮機８２で圧縮されると、高温高圧な状態になって凝集器８３に送られる。凝集器８３では内側の冷媒と外側の空気との熱交換が行われ、冷やされた冷媒は凝集して高圧な液体状態になる。そして、この高圧な液体状態の冷媒は、膨張弁１９を通過したときに圧力損失を受け、蒸発器８１の中で断熱膨張して低温低圧な気体状態になる。このとき蒸発器８１の内側の冷媒と外側の不凍液との熱交換によって不凍液が冷却され、蒸発器８１から排出された低温低圧な気体状態の冷媒は圧縮機８２に戻る。ヒートポンプＡの基本能力は、圧縮機８２の回転数、制御弁１８の開弁率等によって調節できる。

図６は、搬送速度制御手段の基本動作を示すグラフである。
計量装置２が計測した食品Ｆの重量は下向きのバーグラフで示しており、バーが下向きに長いほど重量が重いことを示している。
各バーの右下頂点から右に伸びた点線矢印は、その矢印の高さによって搬送速度を、長さによってその速度の継続時間を示している。例えば、時刻Ｔ１で食品Ｆの重量Ｍが計測された場合、その重量に対応した搬送速度Ｖと、その速度Ｖの持続時間Ｔとが算出される。持続時間Ｔは、重量Ｍの食品Ｆを凍結させるのに十分な凍結時間（凍結槽に漬ける時間）である。同様に時刻Ｔ２、Ｔ３、…でも食品Ｆの重量に基づいて、搬送速度とその持続時間が算出される。こうして、食品Ｆを計量する毎に、搬送速度、継続時間を算出し、各時点で最も遅い搬送速度、すなわち点線矢印の中の最も低い位置にある矢印が示す速度を選択していけば、食品Ｆ毎に重量が異なるような状況でも、各食品Ｆに対して必要な凍結時間が確保される最大の搬送速度が得られる。
この方法によれば、重量が重いほど搬送速度は遅く、重量が軽いほど搬送速度は速くなるが、搬送速度は、重量の最も重い食品Ｆが凍結槽５を通過するまでは重量の最も重い食品Ｆに対応した速度になり、重量の最も重い食品Ｆが凍結槽５を通過した後は、次に重量の重い食品Ｆに対応した速度に順次変わって行くので、すべての食品Ｆを効率よく確実に凍結させることができ、結果として、食品Ｆを凍結させる作業時間が短縮できる。
搬送速度制御手段は、このような制御方法に限定されるものではなく、連続的に流れて来る食品が凍結するために、必要最小限度な搬送速度に制御されるものであればよい。

図７は、搬送速度制御部の基本動作の他例を示すフローチャートである。
この基本動作では、搬送手段４において最大４つの食品Ｆが搬送状態になることを想定している。フローチャート中のｍは計量手段２が計測した食品Ｆの重量、Ｖ０～Ｖ４は搬送中の４つの食品Ｆのそれぞれに対して算出された搬送速度を記憶する速度テーブル、Ｖｍａｘは最大速度、Ｖは実際の搬送速度を表している。

フローチャートのステップについて説明すると、ステップＳ１は速度テーブルＶ３～Ｖ０を最大速度Ｖｍａｘに初期化するステップ、ステップＳ２は速度テーブルＶ３～Ｖ０から最も遅い搬送速度を選択するステップである。ステップ１、２によって、食品Ｆが搬送開始されるまで搬送速度は最大になる。
ステップＳ３は１つの食品の重量検知を許容する待ち時間を制限する検知タイマーのセットを行うステップである。
ステップＳ４は計量手段２が食品Ｆの重量を検知したか否かを判断するステップ、ステップＤ５は食品Ｆの重量ｍを検知したとき搬送速度Ｖｔを算出するステップである。ここで搬送速度は、定数Ａを、重量ｍの基準重量ｍ０に対する比率で除すことで算出している。例えば基準重量に対して重量ｍが２倍であれば搬送速度は１／２倍になる。ステップＳ６は算出した搬送速度によって速度テーブルＴ０～Ｔ３を更新するステップ、ステップＳ７は速度テーブルＶ３～Ｖ０から最も遅い搬送速度を選択するステップである。
ステップＳ８は検知タイマーのタイムアップを判断するステップである。ステップＳ９はタイムアップした場合に、最大速度Ｖｍａｘによって速度テーブルＴ０～Ｔ３を更新するステップである。
要するにこのフローチャートは、搬送手段１２によって搬送されている直近４つの食品のそれぞれから算出された速度の内から最も遅い搬送速度を選択するが、所定時間内に次の食品の搬送がなければ、搬送速度を徐々に最大速度に戻していくというアルゴリズムになっている。

１ 凍結設備
２ 計量装置
３ 密封包装装置
４ 搬送手段
４１ 搬送経路
５ 凍結槽
６ 不凍液除去手段
７ 搬送速度制御部
Ｂ 容器
Ｆ 対象物、食材、食品
Ｓ 透明樹脂シート

Claims (4)

1. 凍結すべき対象物の重量を計測する計量装置と、
   容器に収納された前記対象物を、その容器と共に透明樹脂シートで密封包装する密封包装装置と、
   前記容器に密封包装された対象物を順次自動搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段の搬送経路の中間部に配置され、かつ予め冷却された不凍液を貯留した凍結槽と、
   前記凍結槽を通過したあとの前記容器に密封包装された対象物から不凍液を除去する不凍液除去手段と、
   前記計量装置の計測値に基づいて前記搬送手段の搬送速度を自動調節する搬送速度制御手段とを備えており、
   この搬送速度制御手段は、前記凍結槽を通過中の最も重い対象物に対応した速度を選択するように、前記搬送速度を制御することを特徴とする搬送型急速液体凍結設備。
2. 前記容器は、前記対象物の形状に対応した凹部に該対象物を収納する構造になっていることを特徴とする請求項１に記載の搬送型急速液体凍結設備。
3. 前記容器は、不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の搬送型急速液体凍結設備。
4. 前記不凍液を冷却するヒートポンプ式冷却装置を更に備えていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の搬送型急速液体凍結設備。
   

Images