JPH06307748A - 冷凍装置及び冷凍方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍面を使用した粒状体の冷凍処理におい
て、冷凍面の利用率を高めることにより、冷凍媒体の使
用量を節減し冷凍処理速度を高める。 【構成】 粒状体を冷凍するための装置は、略々水平な
冷凍面１６を有する回転部材１４と、粒状体を冷凍面１
６の上に小出分配するための小出分配手段３２、３４、
４０と、冷凍面１６を冷凍温度にまで冷却するための冷
却手段４２、４４と、少なくとも表面近傍部分が凍結し
た粒状体を冷凍面から回収するための回収手段とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍装置及び冷凍方法に
関するものであり、より詳しくは、流動性を有する冷凍
可能な材料を固体粒状製品に変換する処理に関し、或い
はまた、小エビ、スキャンピ（味付けした小エビを油で
揚げたイタリア料理）、エンドウ豆等の、ばら状の食品
の冷凍に関するものである。流動性を有する冷凍可能な
材料の具体例としては、例えば、日用品類（クリーム、
牛乳、ヨーグルト等）、液卵、スープ、薬剤類、微生物
培養剤、それにピューレ等がある。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】日用品
類を冷凍してばら状の粒状体にするための方法として、
従来から様々な方法が提案されている。英国特許公報GB
-A-1264439号には、液卵ないし日用品類を液化ガスから
成る冷却媒体に直接接触させて、ポップコーン状の粒状
体を形成するという方法が記載されている。また、英国
特許公報GB-A-1376972号には、液卵をノズルから液化ガ
ス等の冷却媒体の中へ放出して液卵の凍結ペレットを生
産するための小規模システムが記載されている。

【０００３】英国特許公報GB-A-2092880号には、液状物
（好ましくはクリーム）の液滴を液化ガスの表面または
液中ヘ落下させることにより、液化ガスの表面に浮かぶ
液状物の凍結ペレットを生産するようにした、凍結ペレ
ットの生産方法及び生産装置が開示されている。英国特
許公報GB-A-2117222号及び米国特許公報US-A-4843840号
には、脈流状態にしたクリーム等の液状物を、液化ガス
の流れの中へ或いは流れの表面へ流下させることによ
り、その液状物のばら状の凍結体を生産するようにし
た、ばら状凍結体の生産方法及び生産装置が開示されて
いる。

【０００４】以上に言及した従来例を示す特許公報に記
載されている夫々の装置ないし方法に付随している欠点
の１つは、液化ガスを経済的に利用することが難しいこ
とにあり、このことは、粒状体が大量に必要とされる場
合に特に問題となる。

【０００５】英国特許公報GB-A-2023789号には、小エビ
やスキャンピ等のシーフードを冷凍するための装置が提
案されており、その装置では、水平な回転軸を有する回
転ドラムの外周面にシーフードを載せるようにし、その
ドラムの内面に液体窒素等の超低温媒体を接触させてそ
のドラムを内面から冷却すると共に、シーフードの表面
にも液体窒素を直接噴霧するようにしている。このよう
な装置は、液状物を冷凍するのには適していない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明がここに提供する
粒状体を冷凍するための装置は、略々水平な冷凍面を有
する回転部材と、前記粒状体を前記冷凍面の上に小出分
配するための小出分配手段と、前記冷凍面を冷凍温度に
まで冷却するための冷却手段と、少なくとも表面近傍部
分が凍結した前記粒状体を前記冷凍面から回収するため
の回収手段とを備えている。

【０００７】本発明は更に、粒状体を冷凍する方法を提
供するものであり、この方法は、回転部材の略々水平な
冷凍面の上に前記粒状体を小出分配し、前記冷凍面を冷
凍温度にまで冷却し、冷却した前記冷凍面と接触させる
ことによってそれら粒状体の各々の少なくとも表面近傍
部分を凍結させ、表面近傍部分が凍結したそれら粒状体
を前記冷凍面から回収するようにした方法である。

【０００８】本発明に係る方法ないし装置によって得ら
れる利点の１つは、冷凍面の利用率を高め得ることであ
り、それによって、少なくとも部分的に凍結した材料の
粒状体を、所与の面積の冷凍面から、比較的大きな生産
速度で生産することが可能になる。本発明を用いた場合
の冷凍面の面積利用率は、上掲の従来例の文献である英
国特許公報GB-A-2023789号に開示されている装置を運転
して達成することのできる面積利用率よりも高い。

【０００９】前記粒状体は液状物であっても良く、固体
状の物であっても良い。液状物は、単一の成分から成る
ものもあるが、一般的には複数の成分を含んでおり、そ
れら成分が、乳濁液、懸濁液、スラリー、或いは溶液の
形を取っている。一般的には液状物は水性であることが
多い。本発明に係る装置は、粘性液状物や粘液質の液状
物を冷凍するのに適している。液状物の粘度が高すぎ
て、室温では容易に流動せず、そのため室温ではポンプ
で送給することが困難なほどの高粘度である場合には、
その液状物を、前記小出分配手段へポンプで送給するこ
とができるほど充分に粘度が低下する温度にまで、加熱
してやれば良い。本発明に従って冷凍することのできる
粒状の食品の具体例としては、小エビやスキャンピ等の
シーフードや、エンドウ豆、それに、刻み卵等がある。

【００１０】前記回転部材は、前記冷凍面として機能す
る平坦な上面を有するプレートとすることが好ましい。
このプレートは、円板形状のものとするのが一般的であ
る。前記回転部材は、装置の運転中にさらされる温度に
おいて脆性が増大することのない、熱の良導体を材料と
して形成することが好ましい。適当な材料には、銅、ニ
ッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等がある。特に適
した円板は、銅ないしアルミニウム等の比較的熱伝導率
の大きな基部をステンレス鋼等の化学的に安定な層で被
覆した、複合材料製のものである。ステンレス鋼は化学
的に安定で清掃が容易であるため、食品と接触する場合
に特に適しており、一方、比較的熱伝導率の大きな基部
は、食品を急速冷却するのに適している。

【００１１】前記小出分配手段は、少なくとも１つのノ
ズルを含んでいるものとすることが好ましい。

【００１２】前記ノズルは、ポンプの吐出口と連通させ
てあることが好ましい。また、そのポンプは、蠕動ポン
プであることが好ましい。蠕動ポンプは、液状供給物の
脈流を発生させることができる。必要とあらば、材料を
前記ノズルへ供給する供給速度に更に大きな融通性を与
えるために、その蠕動ポンプの吸入口を、回転形ないし
往復形の動力源を備えた第２のポンプに連通させておく
ようにしても良い。また、前記冷凍面の上方に径方向に
並設した複数のノズルを備えているようにすることが好
ましい。それらノズルの数としては、本発明に係る装置
を連続運転しているときには常に、前記冷凍面の全面積
のうちの少なくとも５０％、また好ましくは少なくとも
７５％の領域に、前記粒状体が並んでいるようにするこ
とのできるようなノズルの数を選択する。

【００１３】前記ノズルは、鉛直に延在するチューブの
排出口によって画成されたものとすることが好ましい。
前記ノズルから前記冷凍面までの鉛直方向距離は、調節
可能にしてあることが望ましい。必要とあらば、ノズル
に加熱手段を装備しておくようにしても良い。

【００１４】前記冷凍面の前記冷凍温度は、−５０℃〜
−１００℃の範囲内の温度とすることが好ましい。前記
冷凍温度は、前記冷凍面を超低温媒体に直接的または間
接的に熱的接触させることによって作り出すことが好ま
しい（尚、ここで使用している「超低温」という用語
は、−１００℃ないしそれ以下の温度を意味するもので
ある）。別法として液体二酸化炭素等の液化ガスを使用
するようにしても良い。超低温媒体と前記冷凍面とを熱
的接触させる際の、その超低温媒体の状態は、液体状
態、または、液体と蒸気との混合物の形であるようにし
ておくことが好ましい。液体超低温媒体が気化すること
によって発生する低温の蒸気は、前記回転部材の表面に
沿って流れるようにしておき、それによって、その蒸気
が、該回転部材、及び／または、前記粒状体との間で熱
交換を行なうようにしておくことが好ましい。

【００１５】前記回転部材がプレートである場合には、
そのプレートの厚さ及び熱伝導率の大きさに応じて、好
ましくは液体窒素である前記超低温媒体を、そのプレー
トの前記冷凍面それ自体に接触させるようにする場合
と、そのプレートの下面に接触させるようにする場合と
があり得る。ただし一般的には、液体超低温媒体を前記
冷凍面それ自体へ案内してその液体超低温媒体を前記粒
状体と前記冷凍面との両方に接触させるようにすること
が好ましい。一般的には、液体超低温媒体（或いは液体
二酸化炭素）を、選択した面領域へ向けて噴霧して、そ
の選択した面領域に接触させるようにする。液体超低温
媒体を接触させるために選択した面領域が前記冷凍面で
ある場合には、その噴霧の運動エネルギによって材料の
前記粒状体が前記プレートの上から吹き飛ばされてしま
わないように注意する必要がある。そのためには、少な
くとも１つのノズルを含んでいる手段であって、そのノ
ズルが、液体超低温媒体に渦運動を付与することがで
き、且つ、液体超低温媒体を末広がりの円錐形状に噴出
させることができるようにしてある手段を介して、液体
超低温媒体を供給するようにしておくことが好ましい。
更に、そのノズルの配設位置は、一般的に、前記冷凍面
から１００mm以上離れた位置としておくことが好まし
い。必要とあらば、冷凍する材料ないし食品が噴霧によ
って前記冷凍面から外へ移動するのを防止する防壁とし
て機能し得る保持壁部を、前記冷凍面の周縁部に連なる
位置に設けておくようにしても良い。

【００１６】液体超低温媒体分配手段の構成は、冷凍装
置の運転中に、前記粒状体が少なくとも９０°の角度の
円弧を描いて搬送された後に、その粒状体に液体超低温
媒体それ自体が噴き付けられるような構成としておくこ
とが好ましい。

【００１７】前記回転部材は、ハウジングの中に配設す
るようにすることが好ましい。前記冷凍面を冷却するの
に、液体超低温媒体と接触させて冷却するのであれば、
それによって発生する蒸気を排気するための排気口を設
け、しかもその排気口の配設位置を、冷凍装置の運転中
にその蒸気が前記冷凍面に沿って流れるようにすること
のできる配設位置とし、それによって、その蒸気が前記
冷凍面で暖められるようにすることが望ましい。必要と
あらばファンを使用して、その蒸気の流れを強化するよ
うにしても良い。

【００１８】前記回収手段は、前記冷凍面に接触するエ
ッジ部を有する少なくとも１つのブレードを含んでい
て、該ブレードの位置姿勢を、前記粒状体（各粒状体は
表面近傍部分が凍結している）が該ブレードによって前
記プレートの周縁部へ案内されるような位置姿勢にして
ある手段であることが好ましい。前記エッジ部は、スプ
リングで付勢して前記冷凍面に押し付けるようにしてあ
ることが好ましい。前記ブレードは複数備えてあること
が好ましい。

【００１９】これより本発明に係る冷凍方法及び冷凍装
置について、添付図面を参照しつつ具体例に即して説明
して行く。尚、添付図面は正確な比率を保った縮尺図で
はない。

【００２０】

【実施例】先ず添付図面の図１〜図４について説明する
と、この冷凍装置は、蓋４を有するハウジング２を含ん
でいる。ハウジング２と蓋４とは、略々直平行六面体の
形状の冷凍チャンバ６を画成している。ハウジング２と
蓋４とはいずれも、図示の如く、ステンレス鋼製の内壁
部材即ち内張り部材８と、同じくステンレス鋼製の外壁
部材即ち外張り部材１０とを使用して形成したものとす
ることができる。外壁部材１０と内壁部材８との間には
間隔を空けてあり、その空間に発泡プラスチック（例え
ば発泡ポリウレタン）等の断熱材を充填するようにして
いる。

【００２１】冷凍チャンバ６の中には、円板形状の回転
冷凍プレート１４を、水平にして配設してある。冷凍プ
レート１４は平坦な冷凍面１６を有する。冷凍プレート
１４は、熱伝導率が比較的大きく冷凍媒体と接触しても
脆性が著しく増大することのない金属材料で製作するこ
とが好ましい。銅、アルミニウム、ニッケル、それにス
テンレス鋼等の材料はいずれも適当な選択肢である。冷
凍プレート１４の厚さは、使用中に変形することのない
適当な機械的強度が得られる充分な厚さにするが、ただ
し、以上の諸条件の範囲内で、この冷凍プレート１４の
質量をできるだけ小さく抑え、それによって、冷凍面１
６の温度を凍結温度以下の所望の温度にまで低下させて
その温度に維持するために、不必要な冷凍媒体の消費を
発生させずに済むようにしておくことが望ましい。冷凍
プレート１４をステンレス鋼製とする場合には、通常、
冷凍プレート１４の直径に応じて、４mm〜８mmの範囲内
の厚さとするのが適当である。現在、判明しているとこ
ろによれば、冷凍プレート１４を複合材料製のものとす
ることによって、特に良好な性能を得ることができる。
例えば銅やアルミニウム等の比較的熱伝導率の大きな材
料で製作した基層の表面を、比較的薄い例えばステンレ
ス鋼等の化学的に安定した金属の層で被覆したものとす
れば良い。ステンレス鋼の層は、熱伝導率は比較的小さ
いものの、食品に接触する場合に殊に適した、化学的に
安定で清掃の容易な表面を画成する役割を果たす。熱伝
導率の大きな基層は、食品から熱を奪う役割を果たす。
被覆のための方法としては、幾つも存在する公知の技法
のうちの任意のものを用いれば良く、そのうちのほんの
２つを例示するならば、プラズマ・スプレー法や、誘導
電流ブレージング法がある。

【００２２】冷凍プレート１４は、その中心部を、ハウ
ジング２の底部を貫通して垂直に延在している駆動軸１
８に取り付けてある。駆動軸１８は、ハウジング２の外
部に配設したベアリング２０で支持してある。ベアリン
グ２０が冷凍チャンバ６の外に配設されているため、こ
のベアリング２０は、冷凍装置の通常運転中に冷凍温度
にさらされることがなく、それゆえ、このベアリング２
０には、普通のベアリングを用いることができる。駆動
軸１８には、第１スプロケット２２を取り付けてあり、
この第１スプロケット２２もまた冷凍チャンバ６の外に
位置している。第２スプロケット２４を、電気モータ２
６で駆動するようにしている。第２スプロケット２４か
ら第１スプロケット２２への動力伝達は、エンドレス・
チェーン２３で行なっている。第２スプロケット２４の
直径は、第１スプロケット２２の直径よりもかなり小さ
い。従って、冷凍装置の運転中の冷凍プレート１４の毎
分回転数は、第２スプロケット２４の回転数より少な
い。典型的な例を挙げるならば、モータ２６が第２スプ
ロケット２４を駆動する回転速度は例えば毎分５０回転
とし、それに対して、冷凍プレート１４の回転速度は例
えば毎分０．６〜６回転としている。

【００２３】図３に示すように、この冷凍装置は、複数
の小出分配ノズル３０を備えている（図を見易くするた
め、添付図面のうち図１及び図２では、それら小出分配
ノズル３０を図示省略してある）。それら小出分配ノズ
ル３０の下端の先端部分は、冷凍プレート１４の冷凍面
１６の上方に、１本の半径線に沿って並んでいる。それ
ら小出分配ノズル３０は、冷凍面１６からそれら小出分
配ノズル３０の先端部分までの高さを調節できるよう
に、繰出式の二重筒構造等をはじめとする、様々な高さ
調節自在な構造としておくのが良い。比較的粘度の低い
液状物を冷凍する場合には、冷凍プレート１４の冷凍面
１６から各々の小出分配ノズル３０の先端部分までの高
さを例えば１０mm程度にすれば良い。一般的には、小出
分配する液状物の粘度が高くなるにつれて、この高さを
上昇させるようにする。各々の小出分配ノズル３０は、
そのノズルにあった寸法のチューブ３２の中に嵌装する
か、或いは、そのチューブ３２に一体に形成するように
している。チューブ３２は、マニホルド３４に連通させ
てあり、また、冷凍チャンバ６の蓋４に形成したスロッ
ト３８を覆うように取り付けてあるカバー３６を貫通し
て延在するようにしてあり、このカバー３６は、透明材
料（例えばパースペックス（Perspex ）等の透明プラス
チック材料）でできている。

【００２４】図３に示すように、マニホルド３４は液体
状または固体粒子状の供給物の供給源（不図示）に連通
している。冷凍すべき材料の性質に応じた適当な種類の
ポンプを使用して、小出分配ノズル３０への供給物の流
れを作り出すことができる。冷凍すべき材料が液状物で
ある場合には、マニホルド３４の中で、またはそれより
上流側で、その液状物に周期的な脈動を付与することに
よって、その液状物を個々の粒状体即ちペレットに形成
することが容易になる。周期的な脈動は粒状体の大きさ
を均一にすることを助け、また、供給物が脈動している
と、各々の小出分配ノズル３０から冷凍プレート１４の
冷凍面１６上へその供給物を放出する速度を高速化する
ことができる。典型的な脈動の脈拍数は毎秒２回〜２０
回の範囲内の脈拍数であり、この範囲内の脈拍数とする
ことにより、液状供給物を重力によって小出分配ノズル
から流下させるだけのシステムと比べて１０倍以上の高
速の小出分配速度が得られる。適当な脈動付与システム
の具体例を幾つか挙げるならば、（ａ）可撓性供給管に
複数本の回転ローラを押し付けるようにした構成の蠕動
ポンプ４０、（ｂ）複数本のローラをより大きなものに
して、より長い持続時間の脈動を付与するようにした蠕
動ポンプ４０、（ｃ）複数本のローラと共に脈動ガス供
給源を備えた蠕動ポンプ４０、（ｄ）脈動ガス供給源を
備えた歯車ポンプ４０、それに、（ｅ）その他の機械
式、電磁式、または空圧式の運動機構によって周期的に
しごかれるようにした可撓性配管、等を挙げることがで
きる。

【００２５】液状供給物を小出分配するための適当な機
構の一例を更に詳細に示したのが、添付図面の図６であ
る。蠕動ポンプ４０は、曲面形状の案内面９２を画成し
ている本体部材９０を含んでいる。複数本のシリコンゴ
ム製のチューブ９４（ただし図６には、それらチューブ
のうちの１本だけしか示していない）が、マニホルド３
４から延出して、案内面９２に沿って延在し、更にパー
スペックス製のカバー３６を貫通して延在している。そ
れらチューブ９４の各々の端部には夫々に小出分配チュ
ーブ３２を取り付けてあり、それら小出分配チューブ３
２は典型的な例としてはステンレス鋼製であり、それら
小出分配チューブ３２の先端は小出分配ノズル３０を画
成している。各々の小出分配ノズル３０の位置は、回転
冷凍プレート１４の冷凍面１６からの高さが、然るべき
選択した距離になるような位置にしてある。複数本のロ
ーラ９６から成るローラ・アレイをモータ（図６では図
示省略した）で駆動することにより、それらローら９６
で、シリコンゴム製チューブ９４を、複数の選択した位
置において案内面９２へ押し付けてしごくことができる
ようにしてある。この動作によって、マニホルド３４か
ら小出分配チューブ３２への液状供給物の脈流が発生す
る。そのため、その液状供給物を、小出分配ノズル３０
から小出分配して個々の粒状体９８の形にすることがで
きる。個々の粒状体９８の大きさは、夫々の小出分配ノ
ズル３０の内径寸法にも左右され、この内径寸法は、典
型的な例としては、例えば、２mm〜２０mmの範囲内の寸
法である。

【００２６】カバー３６を透明材料製としているため、
冷凍装置の操作員は、供給物の小出分配の状態を容易に
観察することができ、ひいては、冷凍面１６から小出分
配ノズル３０までの高さを調節する必要がある場合に
も、それが必要であることを容易に検知することがで
き、更には、供給物を小出分配ノズル３０へポンプで送
給する送給速度や、供給物の流れに付与する脈動の脈動
数も、容易に検知することができる。

【００２７】この冷凍装置は、図３及び図４に示すよう
に噴霧ヘッド４２を備えており、この噴霧ヘッド４２
は、液体窒素を、冷凍プレート１４の冷凍面１６へ案内
するためのものである。図を見易くするために、この噴
霧ヘッド４２は図１及び図２では図示省略してある。噴
霧ヘッド４２は、液体窒素の供給源（不図示）に連通さ
せてあり、冷凍プレート１４の冷凍面１６へ向けた複数
の噴射ノズル４４を備えている。噴霧ヘッド４２は蓋４
より上方に配設してあり、噴射ノズル４４は蓋４に形成
したスリット４６の中へ入り込んでいる。別法として、
噴霧ヘッド４２を冷凍チャンバ２の内部に配置するよう
にしても良い。一般的には、液体窒素は大気圧より大き
な圧力を加えた加圧状態で、噴霧ヘッド４２へ供給され
る。典型的な供給圧力は、例えばゲージ圧で１〜４バー
ル（約１〜４気圧）の範囲内の圧力である。その液体窒
素が、冷凍プレート１４の冷凍面１６に、または冷凍プ
レート１４上で凍結しつつある材料の粒状体に衝突する
より手前の位置で、その液体窒素の運動エネルギを消散
させておくことが望ましい。そして、そのためには、噴
霧ヘッド４２の噴射ノズル４４を、その中を流れる液体
窒素（或いはその他の液化ガス）に渦運動を付与するこ
とのできるノズルにしておくことが好ましい。更には、
その液体窒素が、各々の噴射ノズル４４から噴出すると
きに、末広がりの円錐形の噴流を形成して噴出するよう
にしておくことが好ましい。これらを達成するために
は、各々の噴射ノズル４４を、液体窒素の流れに乱流状
態を導入するための内部案内羽根（不図示）を備えたも
のとしておくことが好ましい。このような形で液体窒素
の噴射が行なわれるようにしておけば、冷凍プレート１
４の冷凍面１６に衝突するときの液体窒素の運動量を小
さくすることができるばかりでなく、更に、噴射される
液体窒素をより広い面積の領域に接触させることがで
き、それによって、冷凍しつつある供給物からその窒素
への熱伝達を、更に良好にすることができる。冷凍チャ
ンバ６の中へ噴射する液体窒素の運動量を小さくしてお
けば、冷凍しつつある供給物の粒状体が、噴き付けられ
る窒素によって冷凍面１６から吹き飛ばされてしまうお
それを低下させることができる（なぜ吹き飛ばされてし
まうおそれがあるのかについては、後に詳述する）。更
には、そのようなおそれがあることから、噴射ノズル４
４の位置は、冷凍プレート１４の冷凍面１６からの高さ
が、少なくとも１００mm以上になる位置とすることが好
ましい。以上の様々な手段を用いれば、噴き付けられる
窒素によって供給物の粒状体が冷凍面１６の外へ吹き飛
ばされてしまうおそれを低下させることができるが、た
だし、冷凍プレート１４の周縁部に臨む、周方向に延在
する防護壁４５（図３参照）を付設すれば、たとえ粒状
体のうちに吹き飛ばされて移動されるものがあっても、
冷凍プレート１４の冷凍面１６からこぼれ落ちることが
なくなるため、そのような防護壁を設けることが好まし
い。

【００２８】供給物小出分配ノズル３０と、液体窒素噴
射ノズル４４との間の相対的な位置関係は、供給物の粒
状体が、少なくとも９０°の円弧を描いて、そして好ま
しくは約１８０°の円弧を描いて搬送された後に、液体
窒素と直接に接触する位置に来るような相対位置関係に
している。小出分配ノズル３０どうしの間には間隔を開
けて、冷凍プレート１４が回転して供給物の粒状体が小
出分配されて行くに従って、それら粒状体が同心円の経
路上に小出分配されて行くようにしている。噴射ノズル
４４から噴出する液体窒素の円錐形の噴流は、供給物の
個々の粒状体に接触すると共に、冷凍プレート１４の冷
凍面１６の露出している部分にも接触する。冷凍プレー
ト１４と供給物とのいずれの温度も、液体窒素の沸点よ
り充分に高い温度であるため、冷凍プレート１４と供給
物との両方から熱が奪われ、それによって冷凍プレート
１４と供給物とは冷却され、一方、それによて液体窒素
は気化する。そのために、図示したように、冷凍装置の
運転中には、冷凍プレート１４は液体窒素との接触によ
って連続して冷却され続けている。それゆえ、ある程度
一定の温度の供給物をある程度一定の速度で小出分配す
るようにし、且つ、噴射ノズル４４から噴射する液体窒
素の単位時間あたり噴射量をある程度一定にするなら
ば、冷凍プレート１４を、０℃以下のある程度一定の温
度に維持することができる。その温度は、−５０℃〜−
１００℃の範囲内の温度に選定することが好ましい。こ
のようにすれば、個々の粒状体が最初に冷凍面１６に接
触するときの、その冷凍面１６の温度を、０℃より充分
に低い温度にしておくことができる。供給物が液体であ
るか、或いは、表面が濡れている固体であれば、個々の
粒状体はたちまちのうちに冷凍面１６に凍り付く。一般
的に、小出分配される時点での供給物の温度は室温また
はそれ以上の温度である。従って、供給物の粒状体が冷
凍プレート１４の上にある間に、その粒状体から冷凍プ
レート１４へ熱が連続して奪われて行く。そのため各々
の粒状体は、先に表面が凍結し、その後に次第に内部へ
凍結が進行して行く。更に、この凍結は、液体窒素との
直接の接触によっても促進され、また、それと比べれば
効果が小さいものの、液体窒素が気化してできた窒素蒸
気との接触によっても促進される。

【００２９】その窒素蒸気と、冷凍しつつある供給物の
粒状体との接触を促進するために、排気口５０（図４参
照）を冷凍装置の蓋４に設け、しかもその排気口５０の
配設位置を、液体窒素から発生した窒素蒸気が流れる経
路が、粒状体が回転冷凍プレート１４によって供給物小
出分配ノズル３０の直下から液体窒素噴射ノズル４４の
直下まで搬送される間にたどる経路に沿うか、ないしは
その経路を横切るようにすることができる配設位置にし
ている。これによって、窒素蒸気が、各々の粒状体が液
体窒素に直接に接触する領域よりも搬送方向上流側にお
いてそれら粒状体をある程度まで予冷する役割を果たす
ようにしている。典型的な一例として、図４に示すよう
に、小出分配ノズル３０が九時の位置にあり、噴霧ヘッ
ド４２が三時の位置にある場合であれば、排気口５０の
配設位置を十時半の位置にすれば良い。更には、必要と
あらば、排気口５０の排気方向下流側にファンを設け
て、排気口５０の中を流れる窒素蒸気を吸入するように
して、窒素蒸気の流れを更に強化するようにしても良
い。

【００３０】各々の粒状体の凍結は、その粒状体の、回
転冷凍プレート１４の冷凍面１６と接触している表面部
分から始まる。既述の如く、各粒状体と冷凍面１６との
間の凍り付き部分がたちまちのうちに形成される。この
凍り付き部分は、形成された後に更に冷凍面１６に熱を
奪われて行く。そのため、凍り付き部分には、熱収縮に
起因する力が作用するようになる。最終的には、凍り付
き部分の温度は、例えば−５０°以下の温度にまで達
し、そのような低温に至ったならば、凍り付き部分はた
いていクラックを発生する。そのため、粒状体のうちに
は、部分的に或いは完全に冷凍面１６から剥れるものが
あり、そのような剥れが発生したならば、その粒状体か
ら冷凍面１６へ流れる熱流量が低下する。従って、凍り
付き部分のクラックが余りに早く発生することは、でき
るだけ抑制することが望ましい。液体窒素（或いはその
他の液体超低温媒体）と粒状体との間の直接の接触は、
各粒状体の表面のうちの冷凍面１６と接触していない部
分の凍結を促進しており、それによって、各粒状体の表
面近傍部分を完全に凍結させるために必要な総時間を短
縮している。これによって、比較的大きな生産速度が得
られるようになっている。ただし、液体窒素との直接の
接触は、凍り付き部分のクラック発生の開始を早めるこ
とがある。

【００３１】冷凍しつつある各粒状体と冷凍面１６との
間の凍り付き部分のクラックの発生が早過ぎるという事
態を回避するには、冷凍面１６の過度の冷却を避けるべ
きであり、また、液体窒素と粒状体との接触の開始を遅
らせ、粒状体が回転冷凍プレート１４の上に載せられて
から数秒が経過するまでは、それらが接触しないように
しておくことが好ましい。更には、凍り付き部分のクラ
ックの発生は、その大部分が、冷凍しつつある粒状体と
液体窒素とが接触する領域より下流側において起こるよ
うにすることが好ましい。即ち、液体窒素との接触は、
凍り付き部分が形成されて粒状体を冷凍面１６に固着さ
せた後に始まり、凍り付き部分のクラックがかなりの程
度にまで発生する以前に終了することが好ましい。液体
窒素が噴霧されている領域でクラックが発生すると、粒
状体のうちには、固着されずに単に冷凍面１６に載って
いるだけの状態になるものが出てくることになり、液体
窒素によって吹き飛ばされるおそれのある粒状体と先に
述べたのは、このような粒状体のことである。

【００３２】冷凍しつつある材料材料の粒状体は、冷凍
プレート１４に搬送されて液体窒素の噴流と接触しない
領域へ出されたならば、続いて、図１及び図２に示し
た、回収装置５２へ接近して行く。この回収装置５２は
アーム５４を含んでおり、このアーム５４の一端は、ハ
ウジング２の底部に固定した垂直軸５６に取り付けられ
ている。

【００３３】図を見易くするために、図３及び図４で
は、この回収装置５２を図示省略してある。ここで再び
時計の文字盤に例えて位置を説明すると、供給物小出分
配ノズル３０が冷凍プレート１４に対して九時の位置に
あるものとすれば、アーム５４の固定端とは反対側の端
部は、略々七時半の位置にある。換言すれば、冷凍すべ
き材料の粒状体は、回転冷凍プレート１４によって、小
出分配ノズル３０から回収装置５２まで、約３１５°の
円弧を描いて搬送される。

【００３４】図２に示したように、回収装置５２のアー
ム５４は、冷凍プレート１４の中心の上を通るのではな
く、中点が冷凍プレート１４の中心に近接した１本の弦
の上を通るようにしてある。アーム５４のうちの、この
弦の中点から固定端とは反対側の端部までの部分には、
前方ブレード５８と、後方ブレード６０とを設けてあ
る。それらブレード５８及び６０はプラスチック材料で
形成してあり、より詳しくは、それらブレードは、図８
に示すように、プラスチック材料製の略々トンネル形状
の部材６２の夫々の側縁部で構成してある。前方ブレー
ド５８は下縁エッジ部６４を、また、後方ブレード６０
は下縁エッジ部６６を備えており、それらエッジ部は、
冷凍プレート１４の冷凍面１６に接触している（図８参
照）。ブレード５８及び６０を形成しているプラスチッ
ク材料は、冷凍面１６に引っ掻き傷をつけないように、
冷凍プレート１４より硬度の低いプラスチック材料にし
てあり、また、使用中にさらされる低温において脆性が
著しく増大することのない種類のプラスチック材料にし
てある。このプラスチック材料の具体例としては、例え
ばＰＴＦＥ等がある。

【００３５】図１に示したように、また図７に更に詳細
に示したように、プラスチック製部材６２の側縁部のエ
ッジ部は、スプリング付勢式の引張装置６８によって、
回転冷凍プレート１４の冷凍面１６に押し付けるように
してある。引張装置６８は、引張棒６９を含んでおり、
この引張棒６９は、アーム５４から鉛直下方へ延出して
ハウジング２の底部を貫通し、ハウジング２の外へ突出
している。この構成によれば、この構成に使用している
圧縮スプリング７０（この圧縮スプリング７０によっ
て、引張装置６８からブレード５８及び６０へ加えられ
る付勢力の大きさが決まる）を、略々室温に維持するこ
とができる。付勢力の大きさは、冷凍チャンバ６の外に
あるナット７２を調節することによって、設定できるよ
うにしてある。

【００３６】ブレード５８及び６０は、排出シュート７
４と協働するようにしてあり、この排出シュート７４
は、回転冷凍プレート１４の下方から延出してハウジン
グ２の底部を貫通し、冷凍製品を包装するための包装ス
テーションまで延在している。ブレード５８及び６０の
位置姿勢は、冷凍面１６から剥れ、或いは剥された凍結
した粒状体が、それらブレードによって排出シュート７
４の方へ、即ち、排出シュート７４から離れて行かない
ように、案内されるような位置姿勢にしてある。熱収縮
によるクラックの発生によって、後方ブレード６０より
も搬送方向上流において既に、粒状体のうちのある程度
の割合のものは、冷凍面１６から剥れてしまっており、
剥れていない粒状体でも、その大部分は凍り付き部分の
固着強度が低下しているため、純粋にブレード５８及び
６０の掻き落し作用によって冷凍面１６から剥される粒
状体の割合は比較的僅かなものでしかない。

【００３７】続いて特に図７について説明すると、掻き
落し部材６２は、複数本の鉛直支柱５５を介して、支持
アーム５４に吊り下げるようにしてこの支持アーム５４
に取り付けられている。掻き落し部材６２は、その外端
部６３が、冷凍プレート１４の周縁部を超えて排出シュ
ート７４の受入口の中まで突出しており、これによっ
て、この掻き落し部材６２のブレード５８及び６０が凍
結粒状体を排出シュート７４の中へ案内できるようにな
っている。必要とあらば、この排出シュート７４が、凍
結粒状体を、容器（不図示）に充填するようにしておい
ても良い。また、排出シュート７４に開閉板（不図示）
を備えるようにしても良い。そのようにした構成の一例
として、容器（不図示）の中の製品の重量を検出し、そ
の検出値がある選定値に達したときに制御信号を発生さ
せて開閉板を作動させて、排出シュート７４を閉じるよ
うにした構成がある。こうして排出シュート７４を閉じ
ることによって、その容器を別の空の容器に取り替える
ことができる。続いて、開閉板を再び開けば良い。

【００３８】更に図７に関して説明すると、引張棒６９
を遊嵌チューブ７１の中に嵌装するようにしても良く、
この遊嵌チューブ７１は、引張棒６９が冷凍チャンバ６
内の冷気と直接に接触することがないように引張棒６９
を保護し、それによって、圧縮スプリング７２を室温に
保持するのを助けるものである。

【００３９】尚、図１〜図４について更に付言すると、
ハウジング２は、典型的な例としては、テーブル（不図
示）の上に設置したり、或いは、脚（不図示）を設けて
その脚によって支持するようにしている。

【００４０】動作について説明すると、冷凍プレート１
４が回転するのに伴って、供給物の粒状体は、噴霧ヘッ
ド４２の噴射ノズル４４から下方へ噴射されている液体
窒素と接触する領域の外へ出され、後方ブレード６０の
ところへ運ばれて行く。既述の如く、冷凍面１６と供給
物の粒状体とが最初に接触したときに、その粒状体を冷
凍面１６に固着する凍り付き部分が形成されるが、更に
粒状体と冷凍面１６とが接触し続けるために（またそれ
に加えて、粒状体と液体窒素とが接触するために）、凍
り付き部分には、熱収縮に起因する応力が作用するよう
になり、その結果、凍り付き部分にクラックが発生し、
それによって粒状体のうちのあるものは冷凍面１６から
剥れ、また、剥れない粒状体においても、その凍り付き
部分の強度が低下する。従って、後方ブレード６０のエ
ッジ部６６は、そのような状態にある供給物の粒状体を
回転冷凍プレート１４の冷凍面１６から容易に剥すこと
ができる。後方ブレード６０の背面は、剥れた粒状体
（即ちペレット）が、冷凍プレート１４の回転によって
前方へ、即ち、前方ブレード５８のところまで運ばれて
行くのを阻止している。そのため、ペレットは、後方ブ
レード６０の背面に沿って移動し、冷凍プレート１４の
周縁部を超えて排出シュート７４の中へ落下する。ただ
し、凍結して固体状になった材料のうちに、冷凍プレー
ト１４の冷凍面１６に堅固に固着したままのものがあっ
た場合には、後方ブレード６０は、引張力を発生させて
いるスプリング７０の付勢力に抗して変位することによ
って、その固着している材料の上を乗り越えることがで
きる。前方ブレード５８は、後方ブレード６０のエッジ
部６６の下側を抜けて通過してきた材料があった場合
に、その材料を剥して回収する機能を果たしている。そ
のため、小出分配ノズル３０へ供給された供給物の全て
を、凍結させてペレットの形にして排出シュート７４の
中へ回収することができるようになっている。

【００４１】供給物の粒状体即ちペレットは、その表面
から内部へ向かって凍結が進行して行く。その凍結は、
一般的に、各ペレットが排出シュート７４の中へ落下す
る時点では未だ完了していない。むしろ、各ペレットが
排出シュート７４の中へ落下する時点では、そのペレッ
トの表面近傍の「殻」の部分だけが凍結していて内部は
未だ液体状態のままであることが好ましい。一般的に、
排出シュート７４が各ペレットを受け取る時点では、そ
のペレットの表面温度は−５０℃〜−１００℃の範囲内
の温度になっている。一般的なペレットの形状は、円板
形状または錠剤の形状である（ただし必ずしもそれらの
形状に限られるわけではない）。具体的な例を挙げるな
らば、各ペレットは、例えば、その平均重量が０．４グ
ラムで、その中心部分が未だ凍結温度以上の温度を保っ
ているという場合がある。このようなペレットが回収さ
れて、凍結温度以下の温度に維持されている収容容器
（不図示）の中へ運びこまれたならば、個々のペレット
の内部において温度の平衡化が行なわれ、それによって
凍結が完了する。これによって例えば約−１８℃の平衡
温度が容易に達成される。

【００４２】小出分配ノズル３０の数を適当に選択する
ことによって、冷凍面１６の全面積のうちのかなりの割
合の面積部分に供給物のペレットが並べられている状態
にすることができる。従って、添付図面の図１〜図４に
示した装置は、冷凍面１６の単位面積あたりの供給物冷
凍処理速度を、比較的高速にすることができる。一般的
に、平均直径が６mmのペレットでは、排出シュート７４
からの排出によってペレットの完全性が損なわれること
がないように充分に凍結させるのに必要な、冷凍プレー
ト１４の冷凍面１６上での滞留時間は１０秒以下であ
る。従ってその場合、冷凍プレート１４を、毎分６回転
の回転速度で駆動することができる。より大きなペレッ
トでは、一般的に、冷凍プレート１４上での滞留時間を
より長くする必要があり、従って、冷凍プレート１４の
回転速度を更に落す必要がある。

【００４３】添付図面の図５について説明すると、ハウ
ジング２の中に、熱電対８０を配設しておくようにして
おり、この熱電対８０は、冷凍面１６との間で熱伝達が
可能なようにしておくか、或いは、排気口５０の流入口
の中に配置しておくことが好ましい。この熱電対８０
が、検出温度を表わす信号をプログラム可能なコントロ
ーラ８２へ送出し、そして、このコントローラ８２が、
噴霧ヘッド４２に連通している液体窒素供給管８６の途
中に設けられている流量制御弁８４の開度を設定するよ
うにしてある。更にこのコントローラ８２は、電気モー
タ２６が冷凍プレート１４を回転させる回転速度と、第
２の電気モータ８８が蠕動ポンプ４０のチューブへ脈動
を付与するその脈拍数との両方を、手動調節できるよう
にしているものであることが好ましい。冷凍装置が通常
の動作をしているときには、冷凍装置へ供給する供給物
の流速と冷凍プレート１４の回転速度とは一定に維持し
ておき、必要に応じて、液体窒素の流量制御弁８４の開
度を調節することによって、熱電対８０の検出温度が、
ある設定温度（例えば−８０℃）に、或いはある２つの
設定温度の間に維持されるようにしている。その検出温
度が不都合なほどの低温（例えば−１５０℃）にまで低
下したならば、それは制御システムが故障したことを表
わしており、このような場合には、コントローラ８２が
信号を発して、液体窒素の供給源を遮断し、モータ２６
及び８８の運転を停止させるようにしてある。

【００４４】添付図面に示した装置は、それに変更を加
えることによって、例えば小エビ等を冷凍するのに適し
た装置にすることができる。例えば、蠕動ポンプ４０
を、回転冷凍プレート１４の上に小エビを供給するため
の供給装置（不図示）に取替えれば良い。また回収装置
５２は、固定ブレードではなく、複数の運動するブレー
ドを用いた回収装置（不図示）に取替えることができ
る。複数の運動するブレードは、エンドレス式のコンベ
ヤ・ベルトに吊り下げるようにして取り付け、このコン
ベヤ・ベルトの移動経路を、円板形状の冷凍プレートの
ある１本の弦、またはある１本の直径の線に沿って、冷
凍プレートの周縁部へ向かって冷凍面の上を移動して行
くような移動経路にすれば良い。そして、この回収装置
を調節可能にしておき、適宜調節することによって、複
数の運動するブレードが冷凍面に接触した状態で冷凍面
を滑らかに掃いて行き、それによって小エビを回収用シ
ュートの投入口の中へ搬送することができるようにすれ
ば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷凍装置の模式的な側面断面図で
ある。

【図２】図１の2.−2.線に沿った断面図である。

【図３】図１及び図２に示した冷凍装置の、更に別の模
式的な側面断面図である。

【図４】図１ないし図３に示した冷凍装置の蓋の模式的
な平面図である。

【図５】図１ないし図４に示した冷凍装置への液体窒素
の供給と冷凍する材料の供給とを制御する、制御手段を
示したブロック図である。

【図６】図１ないし図４に示した冷凍装置の一部を成す
液状供給物小出分配装置を更に詳細に図示した模式図で
ある。

【図７】図１ないし図４に示した冷凍装置の一部を成す
製品回収装置を更に詳細に図示した模式図である。

【図８】図７に示した掻き落し部材の模式的な斜視図で
ある。

【符号の説明】

２ ハウジング ４ 蓋 ６ 冷凍チャンバ １４ 回転冷凍プレート １６ 冷凍面 ３０ 小出分配ノズル ３４ マニホルド ４０ 蠕動ポンプ ４２ 噴霧ヘッド ４４ 噴射ノズル ５０ 排気口 ５２ 回収装置 ６２ 掻き落し部材 ７４ 排出シュート ９８ 粒状体

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒状体を冷凍するための装置において、 略々水平な冷凍面を有する回転部材と、前記粒状体を前
   記冷凍面の上に小出分配するための小出分配手段と、前
   記冷凍面を冷凍温度にまで冷却するための冷却手段と、
   少なくとも表面近傍部分が凍結した前記粒状体を前記冷
   凍面から回収するための回収手段と、を備えたことを特
   徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記回転部材がプレートであることを特
   徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記プレートが円板形状であることを特
   徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記小出分配手段が少なくとも１つのノ
   ズルを含んでいることを特徴とする請求項１ないし３記
   載の装置。
5. 【請求項５】 前記冷凍面の上方に径方向に並設した複
   数のノズルを備えていることを特徴とする請求項４記載
   の装置。
6. 【請求項６】 前記ノズルから前記冷凍面までの鉛直方
   向距離を調節可能にしてあることを特徴とする請求項４
   または５記載の装置。
7. 【請求項７】 前記冷却手段が、前記冷凍面を超低温媒
   体に直接的または間接的に熱的接触させるための手段を
   含んでいることを特徴とする請求項１ないし６記載の装
   置。
8. 【請求項８】 前記冷却手段が、液体超低温媒体を前記
   冷凍面それ自体へ案内してその液体超低温媒体を前記粒
   状体と前記冷凍面との両方に接触させるようにする案内
   手段を含んでいることを特徴とする請求項７記載の装
   置。
9. 【請求項９】 前記案内手段の構成を、冷凍装置の運転
   中に、前記粒状体が少なくとも９０°の角度の円弧を描
   いて搬送された後に、その粒状体に前記液体超低温媒体
   それ自体が噴き付けられるような構成としてあることを
   特徴とする請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記案内手段が、少なくとも１つの液
    体超低温媒体噴霧ノズルを含んでおり、該噴霧ノズル
    が、前記液体超低温媒体に渦運動を付与することがで
    き、且つ、該液体超低温媒体を末広がりの円錐形状に噴
    霧することができるものであることを特徴とする請求項
    ８または９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記回収手段が、前記冷凍面に接触す
    るエッジ部を有する少なくとも１つのブレードを含んで
    おり、該ブレードの位置姿勢を、前記粒状体が該ブレー
    ドによって前記プレートの周縁部へ案内されるような位
    置姿勢にしてあることを特徴とする請求項１ないし１０
    記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記エッジ部を、スプリングで付勢し
    て前記冷凍面に押し付けるようにしてあることを特徴と
    する請求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記回転部材を、比較的熱伝導率の大
    きな基部と、比較的熱伝達率が小さく化学的に安定な被
    覆層とを含む構成としたことを特徴とする請求項１ない
    し１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記基部が銅とアルミニウムとのうち
    から選択された材料で製作された円板であり、前記被覆
    層がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１３
    記載の装置。
15. 【請求項１５】 粒状体を冷凍する方法において、 回転部材の略々水平な冷凍面の上に前記粒状体を小出分
    配し、前記冷凍面を冷凍温度にまで冷却し、冷却した前
    記冷凍面と接触させることによってそれら粒状体の各々
    の少なくとも表面近傍部分を凍結させ、表面近傍部分が
    凍結したそれら粒状体を前記冷凍面から回収する、こと
    を特徴とする方法。
16. 【請求項１６】 前記冷凍温度を、−５０℃〜−１００
    ℃の範囲内の温度とすることを特徴とする請求項１５記
    載の方法。
17. 【請求項１７】 前記冷凍面を、超低温媒体に直接的ま
    たは間接的に熱的接触させることによって冷却すること
    を特徴とする請求項１５または１６記載の方法。
18. 【請求項１８】 液体超低温媒体を前記冷凍面の近傍領
    域へ案内して、該液体超低温媒体を前記冷凍面と前記粒
    状体との両方に接触させることを特徴とする請求項１７
    記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記粒状体が少なくとも９０°の角度
    の円弧を描いて搬送された後に、該粒状体に前記液体超
    低温媒体を噴き付けることを特徴とする請求項１８記載
    の方法。
20. 【請求項２０】 前記超低温媒体が液体窒素であること
    を特徴とする請求項１７ないし１９記載の方法。
21. 【請求項２１】 液状物の脈流を発生させ、その脈流を
    なしている液状物を前記冷凍面の上に小出分配すること
    によって前記粒状体を形成することを特徴とする請求項
    １５ないし２０記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記粒状体が粒状食品を含んでいるこ
    とを特徴とする請求項１５ないし２１記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記粒状体が小エビないしスキャンピ
    を含んでいることを特徴とする請求項１５ないし１９記
    載の方法。