JPS5817392B2 - 微粒子状凍結物製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は微粒子状凍結物製造装置に関するものである
。

液体窒素等の冷媒で容器内を低温に保ち、そこに飲料、
スープ等の液体原料を噴霧して瞬間凍結し、原料本来の
味、芳香等を長期的に保存できる微粒子状の凍結物を製
造する従来の装置や方法は、たとえば特公昭３９−１６
３２２号、特公昭４２−１２６’３４号および特開昭５
２−７６４６０号等においてみられるが、なお次のよう
な欠点があった。

すなわち、（１）いずれも原料を凍結容器の上部から噴
霧し、冷媒を下部から対向的に噴出するかあるいは原料
噴霧と並列に噴出する方式であったため、原料粒子が容
器壁面に衝突付着する可能性があり、付着量が多くなる
と製品回収率が低下するうえ、この壁面堆積により製造
装置の連続運転期間を短縮して堆積を除去しなければな
らない。

この場合において、容器容積を大きくして原料粒子が壁
面に衝突しないようにすることは容器の大形化とともに
外部侵入熱が増加して熱効率が低下するという問題が起
こる。

また冷媒排出管内面に原料が付着した場合には管閉塞が
起こる。

（２）容器外へ排出される冷媒はまだ利用できるだけの
顕熱をもっており、装置全体の熱効率は低いといえる。

したがって、この発明の目的は、容器寸法を大きくせず
に原料粒子の容器壁面への付着量を減少でき、また装置
の熱効率を高めることができる微粒子状凍結物製造装置
を提供することである。

この発明は、筒状凍結容器の上部中央から原料を噴霧落
下させ、凍結容器の上部内周面に沿って周方向に分布配
設した下向噴出口から冷媒を噴出して原料の壁面接触を
遮りながら、微粒子状凍結を行うものである。

その結果、装置を大形化することなく製品回収率の向上
が期待できる上、原料から熱を吸収して浮上した冷媒を
容器上端から排出させることにより、冷媒の下降過程の
みならず上昇過程においても原料との接触を図り、熱効
率を高めることができる。

この場合、容器上端部を円錐形（コーン状）状とすると
冷媒ガスが均一で円滑に排気できて散在した浮遊微粒子
原料の落下回収を期待できるとともにじゃま板を設ける
とさらに効果的になり、排出管の閉塞化を防ぐこともで
き、また、排出管から排出した冷媒の一部を容器内へ還
元するようにすると、装置全体の熱効率が効果的になる
。

この発明の一実施例を第１図および第２図に示す。

すなわち、この微粒子状凍結物製造装置は、断熱材で覆
われ上端部がコーン状に形成された円筒状凍結容器１の
頂部に冷媒排出管２が連通連結され、容器１内の上方中
央部に原料噴霧ノズル３（複数個でもよい）を配設し、
原料噴霧ノズル３は原料溜４と導入管５で連絡されてポ
ンプ６により給送するようにし、かつ、冷媒排出管２と
導入管５の間に熱交換器１を介設して原料噴霧ノズル３
に送られる原料を予冷するようにしている。

容器１内の上部位置の内周面にはリング状の冷媒供給用
スプレーヘッダ８，８′を２段に配設し、これらのヘッ
ダ８，８′に、水平方向中心に向けた求心噴出口と垂直
下方に向けた下向噴出口からなる冷媒供給ノズル９を設
けて冷媒を中心方向と下方向に噴出させるようにしてい
る。

この冷媒供給ノズル９の開口方向は垂直下方のみ、すな
わち下向噴出口のみでもよいことは勿論である。

そして冷媒はタンク（図示省略）からバルブ９ａを介し
て導入される。

容器１の周壁１０のスプレーヘッダ８′の下位にはりザ
イクル用冷媒導入孔１１が多数穿孔され、容器１の外部
で導入孔１１に連通したリサイクル管１２を冷媒排出管
２に接続し、リサイクル管１２に調節弁１３とブロワ１
４とを設けて冷媒排出管２の一部の冷媒を容器１内にリ
サイクルする。

容器１の底部１５には第２図にも示すように、スリット
１６（複数でもよい）を形成するとともに底部１５の中
心に駆動軸１７を貫設し、容器１の内部では駆動軸１７
にスクレーパ１８を取付けて、スクレーパ１８の回動に
より底部１５に溜積した微粒子状凍結物をスリット１６
に導くようにし、容器１の外部ではブーＩＪ１９，１９
’を介してモータ２０に連動連結し、スリット１６を通
過した凍結物は冷媒脱出を防止するロークリバルブ２１
を介して間欠的に製品容器２２に供給される。

ロークリバルブ２１はベベルギヤ２３を介して駆動軸１
７の動力が伝達される。

なお、製品容器２２ Ｒ：代工て、スクリューコンベヤ
、ベルトコンベヤ等で次の工程へ搬送してもよい。

また、ロークリバルブ２１に代えてダブルダンパ等を用
いることもできる。

この装置は、冷媒タンクより冷媒を供給してスプレーヘ
ッダ８，８′の冷媒供給ノズル９より冷媒を噴出してま
ず容器１内を所定の寒冷雰囲気状態にする。

冷媒として液体窒素（−１９６°Ｃ）を用いる場合、冷
媒供給ノズル９からは液体として噴出し落下途中で気化
して低温気体になるので、気化潜熱と低温気体による顕
熱とが熱交換に利用される。

容器１内で熱吸収した冷媒は、密度変化が起って冷媒供
給ノズル９から噴出している新たな冷媒との間に比重差
が生じ、底部１５から次第に容器１内を上昇して冷媒排
出管２より排気される。

この状態でポンプ６を作動すると、原料溜４から導入管
５へ液体原料が流通し、熱交換器７で予冷されて原料噴
霧ノズル３に供給され、原料は容器１内へ霧状となって
噴霧され、底部に自重により自然下降する状態となる。

その際、冷媒供給ノズル９の水平方向中心に向いた求心
噴出口から噴出した冷媒と十字流接触して熱交換が行わ
れ、また、その冷媒の下降にともなって併流接触し、さ
らに冷媒の吸熱による上昇過程で向流接触し、原料粒子
との間に十分な熱交換が行われ、液体原料粒子を凍結固
化する。

また、冷媒供給ノズル９の下向きに開口した下向噴出口
から噴出した冷媒は、原料粒子が側壁方向に拡散して衝
突しようとするものと略十字流接触して熱交換を行うと
ともにその原料粒子の拡散移動を下方向へ移行させる作
用をして壁面衝突を遮り、同時に併流接触状態を形成し
て原料粒子の凍結固化を促進することにより付着防止を
する。

したがって容器１の直径を大きくする必要がない。

こうして凍結した原料粒子は容器１の底部に溜積し、冷
媒は冷媒排出管２より脱出するのであるが、稼動中にお
いては冷媒は一定の流れを形成し、容器１内の垂直中心
線上の温度分布は第３図に示すようになる。

すなわち、凍結した原料粒子が溜積する底部では温度が
低く、冷媒が排出される容器上端部では次第に温度が高
くなり、その中間の熱交換が行われる領埴はほぼ一定状
態を示している。

したがって、この流れによって熱交換が十分に行われて
いることになる。

前記冷媒供給用スプレーヘッダ８，８′に設けられる冷
媒供給ノズル９の開口方向については前記したとおりで
あるが、容器１の垂直方向中心に向かう斜め下方に向け
た場合、その主流方向の水平成分と垂直成分とを考慮す
ることにより、前記の場合と同様の作用効果を期待する
ことができ、その他の開口方向たとえば、垂直下方のみ
、水平方向のみ、あるいはやや上向きに設ける場合に比
して、熱交換効率および壁面衝突防止の点で優れている
。

なお、容器１の内壁面にフッ素樹脂、シリコン樹脂等を
コーティングしておくと、その非吸水性および非粘着性
により、原料粒子がたとえ衝突したとしてもその付着は
さらに少なくなる。

また、容器１のリサイクル用冷媒導入孔１１から流入す
るリサイクルガスにより、装置としての熱効率が向上改
善されるとともに、壁面から内部へ噴出することにより
、原料粒子の壁面への衝突をさらに阻止でき、装置の長
期間連続運転を可能にする。

さらに、冷媒排出管２を容器１の上端部に設けることは
、底部１５や中部に設ける場合に比較して、冷媒の下降
および上昇の両過程で衝突接触するので、熱交換効率が
向上するとともに、原料が溜積する底部から離れたもの
となるので、冷媒流れに伴った原料粒子の冷媒排出管２
への侵入を防止できる。

加えて、容器１の上端部をコーン状にしたことにより、
冷媒排出管２へ移動する冷媒がコーン状部で流速を低下
し一時的滞溜状態となるので、またコーン状の壁面に衝
突するので、冷媒の流れに従動して浮上した原料粒子が
この部分で落下を始め、冷媒排出管２へ侵入しなくなる
ので管壁付着による管閉塞を未然に防止できる。

この場合、第４図のように、じゃま板２４を配架して蛇
行通路を形成すると、滞溜による冷媒排出管２への侵入
防止とともにじゃま板２４への衝突による侵入防止がで
きてより確実となり、従動浮上粒子数の多少により適宜
じゃま板２４を設計採択できるが、じゃま板２４を着脱
自在とした場合、じゃま板２４に付着した原料粒子の除
去が容易であるうえ、浮上粒子数の多少に応じた変更が
容易となる。

一方、底部１５に溜積した凍結原料粒子はスクレーパ１
８によりスリット１６へかき集められて、ロークリバル
ブ２１を介して製品容器２２へ移されるが、このローク
リバルブ２１で間欠的に排出するようにしであるので、
製品を簡単確実に取出しできるうえ、連続排出の場合に
比し、十分に熱交換に寄与していない冷媒の脱出を防ぎ
、熱効率および熱交換効率の向上が図れる。

また、原料を原料噴霧ノズル３へ供給する際、冷媒排出
管２の冷媒を利用して予冷することにより、装置として
の熱効率を向上改善できる。

以上のように、この発明の微粒子状凍結物製造装置は、
凍結容器の上部内周面に沿って周方向に分布配設した下
向噴出口をもつ冷媒供給手段により冷媒を噴出し、かつ
凍結容器の頂部に設けた冷媒排出口より冷媒を排出する
ようにしたので、つぎの効果を得ることができる。

■ 原料粒子が凍結容器の壁面に付着するのを防止でき
る。

■ そのため凍結容器を大きくする必要がない。

■ 冷媒が下降過程と上昇過程の２度にわたり原料粒子
と接触し、熱効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面略図、第２図は原料
排出手段の要部概略斜視図、第３図は容器の垂直中心線
上の温度分布図、第４図は変形例を示す容器上端部の断
面図である。 １・−・・・・凍結容器、２・・・・・・冷媒排出管、
３・・・・・・原料噴霧ノズル、７・・・・・・熱交換
器、８，８′・・曲冷媒供給用スプレーヘッダ、９・・
曲冷媒供給ノズル、１０・・・・・・周壁、１１・・・
・・・リサイクル用冷媒導入子し１２・・・・・・リサ
イクル管、１３・・・・・・調節弁、１４・・・・・・
ブロワ、１５・・開底部、２１・・・・・・ロータリバ
ルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微粒子状凍結物が製造される凍結容器と、この凍結
   容器内の上部中央に配設されて原料を噴霧落下させる原
   料噴霧手段払前記凍結容器の上部内周面に沿って周方向
   に分布配設した下向噴出口をもつ冷媒供給手段と、前記
   凍結容器の底部に設置されて凍結落下した微粒子状凍結
   物を排出する凍結物排出手段と、前記凍結容器の頂部に
   形成されて順次冷媒を排出する冷媒排出口とを備えた微
   粒子状凍結物製造装置。 ２ 前記凍結容器は内周面が多数穿孔されて、前記冷媒
   排出口から排出された冷媒の一部をリサイクルするよう
   になっている特許請求の範囲第１項記載の微粒子状凍結
   物製造装置。 ３ 前記凍結容器の向上部はじゃま板が配設されて前記
   冷媒排出口へ通じる蛇行通路を形成している特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の微粒子状凍結物製造装置
   。 ４ 前記冷媒供給手段は、前記凍結容器の上部内周面に
   沿って周方向に分布配設した水平方向中心向きの求心噴
   出口をもつ特許請求の範囲第１項。 第２項または第３項記載の微粒子状凍結物製造装置。 ５ 前記冷媒供給手段は、その下向噴出口が前記凍結容
   器の垂直方向中心に向かう斜め下向きである特許請求の
   範囲第１項、第２項または第３項記載の微粒子状凍結物
   製造装置。 ６ 前記凍結容器はその上端部が前記冷媒排出口を頂点
   とするコーン状に形成されて冷媒を円滑に排出する特許
   請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の微粒子状
   凍結物製造装置。 ７ 前記凍結容器はその内壁面が樹脂でコーティングさ
   れている特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記
   載の微粒子状凍結物製造装置１゜８ 前記原料噴霧手段
   に送られる原料は前記冷媒排出口から排出される冷媒に
   よって予冷される特許請求の範囲第１項、第２項または
   第３項記載の微粒子状凍結物製造装置。