JPH05503764A - 食品フリーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 食品フリーザ 本発明は一般にフリーザに関し、より詳細には、機械的な冷凍によって冷却が行 われる食品冷凍装置に関する。

発明の背景 コンベアベルトあるいはこれと同様なものが低温室を通して食品を搬送するフリ ーザは当該業界において周知である。その開示内容を本明細書で参照する本件出 願と同時に係属する出願番号第３７３．０５６号に記載されるように、上述の如 きフリーザにおける食品の冷却は一般に、冷凍剤の噴霧により、あるいは、空気 又は他の気体を機械的な冷凍ユニットの蒸発コイルに循環させることにより行わ れる。

食品加工産業用の機械的な冷凍には一般に、単段式の又は多段式の装置の冷媒と して、アンモニア又はクロロフルオロカーボン若しくはクロロフルオロハイドロ カーボン（ＣＦＣ’　ｓ／ＨＣＦＣ’　ｓ）　、例えばＲ１２、Ｒ２２、あるい はＲ５０２等のを用いた装置が設けられていた。使用される冷媒は通常、装置の 寸法、コスト、及び予想される作動条件に依存する。大型の装置、すなわち５０ トンあるいはそれ以上の冷媒（ＴＲ）の容量を有する装置は、一般に冷媒として アンモニアを使用する。５０ＴＲよりも小さい小型の装置は一般に、装置のコス ト及び簡便性のためにＣＦＣ’　ｓ／ＨＣＦＣ’　ｓを用いる。ある種の用途に おいては、機械的な冷凍装置は冷凍剤注入が好ましい。しかしながら、通常の機 械的な冷凍装置は、アンモニア及びＣＦＣ／ＨＣＦＣを用いることによる欠点を 有している。

食品フリーザの工場の環境においては、少量のアンモニアが漏れても作業者に嫌 がられ、作業環境におけるアンモニアの濃度が高ければ作業者の健康に害を及ぼ す。ＣＦＣ’　ｓ／ＨＣＦＣ’　ｓの危険限界値は高いが、少量であっても環境 に存寄であることが判明している。

本発明の一般的な目的は、改善された機械的な冷凍装置を有する食品フリーザを 提供することである。本発明の別の目的及び利点は、以下に述べる説明及び添付 の図面から明らかとなろう。

発明の総括 本発明は、機械的な冷凍手段によって冷却される低温包囲体を有する食品フリー ザを含み、上記機械的な冷凍手段は、少な（とも２つの閉ループ型の流体回路を 備え、これら流体回路は、第１の流体回路がフリーザから直接熱を取り除き、一 方策２の流体回路が第１の流体回路から熱を取り除くように構成される。

本発明によれば、第１の回路は、その作動流体として二酸化炭素を用いる。第１ の回路の冷媒として二酸化炭素を用いることにより、ＣＦＣ／ＨＣＦＣ又はアン モニア冷媒を用いる以前の商業的な装置が達成しつる温度より最大約５６乃至１ １°Ｃ（約１０乃至２０°Ｆ）低いフリーザ温度を同程度の効率をもって得るこ とができ、アンモニア又はＣＦ　Ｃ／）Ｉ　ＣＦ　Ｃ冷媒（このうち幾つかは上 に示されている）を用いることに伴う欠点がない。装置のコスト及びその作用は 、通常の装置に比肩し得るかより優れており、その理由の１つとして、二酸化炭 素は一般にアンモニアよりも安く、更にＣＦＣ／ＨＣＦＣ冷媒よりも大幅に安い ことが挙げられる。二酸化炭素は、第１の回路全体に亙って大気圧よりも十分に 高い圧力に維持される。蒸発器においては、二酸化炭素は、約４．２５ｋｇ／ａ ｍ２（６０，４ｐｓｉｇ）と約８．４４ｋｇ／ｃｍＪ１２０ｐｓ　ｉｇ）の間の 圧力に維持される。これらの圧力は、比較的小径の配管を用いることかでき、ま た二酸化炭素が汚染される可能性が低いという利点をもたらす。

本発明の好ましい実施例においては、フリーザは、空気又は他の気体をフリーザ の包囲体の中で循環させるための少なくとも２つの別個のファン又はブロアを採 用している。一方のファン又はブロアは連続的に作動し、冷たい空気又は気体を フリーザの中で循環させる。他方のファン又はブロアは、間欠的にあるいは可変 速度で作動して蒸発器を通る空気流を変化させ、これにより、熱伝達を増加又は 減少させてフリーザの内部を所望の温度にあるいは所望の温度範囲内に維持する 。

図面の簡単な説明 図１は、本発明のコンベヤフリーザの斜視図であって、その内部を示すために一 部を破断しである。

図２は、図３の１１２−２にほぼ沿って示す図１のコンベヤフリーザの立断面図 である。

図３は、図１のフリーザの平面図である。

図４は、図１のコンベヤフリーザを冷却するために用いられる機械的な冷凍装置 を示す概略図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明の好ましい実施例は一般に、絶縁された包囲体１２と、該包囲体に食品を 搬送するための手段と、包囲体を通って食品が運搬される間に該食品を冷凍する ための機械的な冷凍手段とを備えるフリーザ１０として構成される。

包囲体は一般に、矩形で平行六面体の室の形態をなしており、装置は、４つの垂 直な側壁部１４と、頂壁部１６と、底壁部１８とを有しており、これら壁部は総 て、包囲体の内部と外部との間の大きな温度差を維持するために熱的に絶縁され ている。１又はそれ以上のドア２０及び窓２２が設けられており、これによ°す 、包囲体の内部への物理的な及び視覚的なアクセスを可能としている。

食品を運搬するための手段は、周知の構造のエンドレスのコンベアベルト２４を 備えるのが好ましい。このベルトは、側をの１つの底部付近の人口開口２８に隣 接して包囲体１２の外側に設けられる積込みステーション２６と、包囲体の反対 側の壁部の頂部付近の出口開口３２の外側に設けられる積卸しステーション３０ とを提供するように配列されている。説明の目的で、少数の食品が図１に符号３ ４で示されている。実際の商業的な作業においては、ベルトはその全長に亙って 上述の如き食品を搬送する。

ベルトは、積込みステーション２６から包囲体１２の中に移動し、次に、複数の 段３８を形成する螺旋状の経路の中でほぼ円筒形の中央ケージ３６の周囲を上昇 する。ベルトの戻り部分に係合する適宜な緊張機構４１が設けられている。中央 ケージ用の支持機構及び駆動機構は、本件出願と同時に継続する出願番号第３７ ３．０５６号に詳細に記載されている。

ベルトの個々の段３８は、複数の水平なアーム４０によって支持されており、こ れらアームは、包囲体１２の頂壁部１６と底壁部１８の間に伸長する複数の垂直 なボスト４２から半径方向内方に伸長している。

包囲体１２の内部は、空気あるいは池の適宜な気体で概ね充満されている。包囲 体の中における気体の循環は、回転ケージ３６の上にこれと同軸状に設けられる 大型の遠心ファン又はブロア４４によって行われる。ファン又はブロア４４は、 ケージ３６の内部から上方へ気体を吸引し、遠心ファン又はブロア４４の周囲の ３６０°にわたって、上記気体をより高い圧力で半径方向外方に向けてほぼ水平 に排出する。遠心ファン又はブロアは通常のベルト駆動部４６によって駆動され る。図２に示すように、中央ケージ３６は、無孔構造の截頭円錐形の底壁部４８ を有すると共に、該底壁部からほぼ円形の上方フレーム部材５２へ向かって上方 １こ伸長する複数の垂直なバー５０によって形成されるほぼ円筒型の形状を有し ている。この構造は、ベルトの多数の段にわたって半径方向内方に空気が流れる ことを可能とするが、その理由は、遠心ファン又はブロア４４の作用によってケ ージ３６の内部に相対的に低い圧力が生ずるからである。ケージの構造、並びに 包囲体及びこの包囲体に収容される構成要素の種々の他の詳細は、本願と同時に 係属する出願番号第３７３．０５６号に詳細に記載されている。

包囲体の中で循環する空気は、閉ループ型の２つの別個の流体回路５６．５８か ら構成される機械的な冷凍装置５４（図４）によって冷却される。第１の回路５ ６は一般に、包囲体の中で循環する気体から熱伝達を受けるように包囲体１２の 中に設けられた蒸発器６０と、第１の回路の冷媒（ＣＯ２）から第２の流体回路 ５８への熱伝達を可能とする熱交換器と、流体を蒸発器６０及び熱交換器６２へ 圧送し、該流体が蒸発器６０から熱交換器６２へ流れる際にこの流体を圧縮する ための手段と、流体が熱交換器６２から蒸発器６０へ流れる際にこの流体が膨張 することを許容する手段とを備えている。

本発明のある特徴によれば、第１の流体回路５６内の作動流体は二酸化炭素であ り、上記作動流体は、蒸発器６０を流過する際に、約４．２５ｋｇ／ｃｍ２（６ ０，４ｐｓｉｇ）と約８．４４ｋｇ／ｃｍ２（１２０ｐｓｉｇ）の間の圧力に維 持される。蒸発器を通る際に気液平衡を維持することにより、蒸発器のコイルの 内面が濡れるので、比較的大きな熱伝達速度を達成することができる。上述の条 件下における作用により、ＣＦＣ／ＨＣＦＣ又はアンモニア冷媒を用いる通常の 機械的な冷凍装置で達成することのできるフリーザの温度と同等あるいはそれよ りも低いフリーザの温度を達成することができると同時に、三重点（約−５６６ °Ｃ（−６９，９０°Ｆ）、約４．２５ｋｇ／ｃｍ２（６０，４ｐｓｉｇ）の圧 力に対応する）あるいはそれ以下の二酸化炭素を用いた場合に起こるであろう固 体処理の問題を避けることができる。ある好ましい実施例においては、液体の二 酸化炭素が、約４．７５ｋｇ／ｃｍ’（約６５ｐｓｉｇ）及び約−５５０Ｃ（約 −６７°Ｆ）で蒸発器に入る。蒸発器６０前後の圧力降下は比較的小さく、例え ば約０．１４ｋｇ／ｃｍ２（約２ｐｓｉｇ）である。従って、約４．　７５ｋｇ ／ｃｍ２（約６５ｐｓｉｇ）及び約−５５°Ｃ（約−６７°Ｆ）で蒸発器に入る 液体の二酸化炭素は、蒸発器を通って流れ始めると部分的に蒸発し、蒸発器全体 を通じて気液平衡が維持される。

ＣＯ２冷媒が蒸発器から排出される際に、該冷媒は気液平衡が維持される。ＣＯ ２は蒸発器６０から適宜な配管６３を通ってレシーバ６４へ流れ、このレシーバ において液体成分が分離されその中に溜められる。蒸気成分は、適宜な配管６５ を通ってレシーバ６４からコンプレッサ６６へ流れる。コンプレッサ６６は、蒸 気の圧力を約２０．４−２２．９ｋｇ／ｃｍ２（約２９０−約３２５ｐｓｉｇ） へ上昇させる。蒸気は次に、オイル分離／濾過器６９を通って流れ、第１の回路 から第２の冷媒回路への熱伝達を可能とする熱交換器６２に入る。熱交換器６２ は、チューブ／シェル型の構造あるいは他の適宜な設計のものとすることができ る。第１の回路のＣｏ２蒸気は熱交換器６２で凝縮され、約−１７，８°Ｃ（約 ０６Ｆ）の温度で出るが、熱交換器を通過する際に若干の圧力損失を生ずる。

生じた液体ＣＯ２は、熱交換器６２から制御弁６８を通って流れ、該制御弁にお いて、圧力が約４．２５ｋｇ／ｃｍ”　（６０，４ｐｓ　ｉｇ）及び約８４４ｋ ｇ／ｃｍ２（１２０ｐｓ　ｉｇ）の間まで減少されてＣＯ２の一部が環気になり 、従ってその温度が低下する。その結果生じた液体／蒸気のＣＯ２はレシーバ６ ４に流れ込み、ここにおいて液体成分及び蒸気成分が分離される。蒸気成分は、 蒸発器からの蒸気と共に、配管６５を介してコンプレッサへ循環して戻される。

液体成分は、ポンプ７０により、適宜な配管７２を介して蒸発器６０へ送られる 。

装置が作動していない期間には、二酸化炭素レシーバ６４の中の圧力は、小型の 機械的な冷凍ユニット８２及び／又は圧力制御される解放調整器８４によって、 約１７．６ｋｇ／ｃｍ２（２５０ｐｓ　ｉｇ）よりも低い圧力に維持されるのが 好ましい。これにより、レシーバ６４に比較的軽量の容器を用いることができる 。

上述のように、第２の回路５８は、熱交換器６２において第１の回路の冷媒のＣ Ｏ２から熱を取り除く。第２の回路の冷媒が、第１の回路の冷媒のＣＯ２と熱伝 達する関係で熱交換器６２を通過すると、第２の回路の冷媒のかなりの部分が蒸 発する。第２の回路の冷媒は次にコンプレッサ７４を通り、更に凝縮器７６を通 過し、該凝縮器において、第２の回路の冷媒から周囲に熱が伝達される。第２の 回路の凝縮器は、通常の凝縮コイルを備えるのが好ましく、また、該凝縮器に水 を噴霧し、ファン又はブロア７８によって凝縮器の外側に空気を吹き付け、これ により十分な冷却を行うことができる。液体の冷媒は次に、凝縮器７６から制御 弁９４を通ってレシーバ８０へ流れ、更に、レシーバから熱交換器６２へ戻る。

フリーザの包囲体１２の中で気体を循環させる手段は、少なくとも２つのファン ／ブロアのユニットを備えるのが好ましく、その一方は上述の遠心ファン又はブ ロア４４であり、はぼ一定の速度で作動する。第２のファン／ブロアのユニット ８６は、ｌ又はそれ以上のファン又はブロア８８を備えるのが好ましく、これら ファン又はブロアは、フリーザの包囲体１２の下方端に設けられ、蒸発器６０へ 向かう下向きの流れを発生する。第２のユニット８６は、必要に応じて間欠的に あるいは可変速度で作動するように制御することができ、これにより、フリーザ の包囲体１２の中の温度を所望の温度あるいは温度範囲内に維持する。この目的 のために、包囲体１２の中に設けられる温度センサ９０が、制御装置９２に１変 情報を伝え、上記制御装置は、第２のファン／ブロアのユニット８６の作動を調 節する。図示の実施例においては、コンプレッサ６６及び７４も制御装置９２に よって調節される。これにより、フリーザに対する熱負荷の変動（例えば、冷凍 すべき食品の初期温度及び熱容量の変動に起因する）に拘わらず、また、第２の 回路の凝縮器を冷却する周囲空気の温度の変動に拘わらず、比較的高い作動効率 で、フリーザの所望の温度を維持することができる。

上述の事柄から、本発明は機械的な冷凍装置を用いた新規かつ改善された食品フ リーザを提供することが理解されよう。第１の回路の冷媒として二酸化炭素を用 いることにより、アンモニア又はＣＦＣ／ＨＣＦＣ冷媒を用いる商業的に入手可 能な装置よりも約５．６乃至１１°Ｃ（１０乃至２０’Ｆ）程度低いフリーザの 蒸発器の温度を得ることができ、そのコスト及び効率は同程度であり、アンモニ アあるいはＣＦＣ／ＨＣＦＣの冷媒を用いることに伴って生ずる欠点がない。

本発明は、上述の実施例又は他の特定の実施例に制限されるものではない。例え ば、上述のように２つだけの流体回路を用いるのではな（、機械的な冷凍装置は 、３．４又はそれ以上の流体回路を用い、第２の回路から第３の回路へ熱を伝達 し、また、第３の回路から第４の回路へと以下同様に熱を伝達させることができ る。また、「ファン」及び「ブロア」の用語は、本明細書においては互換性をも って使用されていることを理解する必要がある。本発明は以下の請求の範囲によ って定義されるものである。

ｔ　９ 食品フリーザ（１０）は機械的な冷凍装置（５４）を備え、冷凍装置は、第１の 閉ループ流体回路（５６）及び第２の閉ループ流体回路（５８）を備えており、 第１の流体回路（５６）は、その冷媒として二酸化炭素を用い、第２の流体回路 （５８）へ熱を伝達し、第２の流体回路は、周囲又は池の流体回路へ熱を伝達す る。第１の流体回路の蒸発器（６０）においては、二酸化炭素は約４．２５ｋｇ ／ｃｍ”　（６０，４ｐｓ　ｉ　ｇ）と約８．４４ｋｇ／Ｃｍ２（１２０ｐｓ　 ｉｇ）の間の圧力に維持される。本発明の好ましい実施例においては、フリーザ （１０）は、少なくとも２つの別個のブロア（４４）、（８６）又はファンを用 い、空気又は他の気体をフリーザの包囲体の中で循環させる。一方のブロア／フ ァン（４４）は連続的に作動し、冷たい空気又は気体をフリーザ（１０）の中で 循環させ続ける。他方のブロア／ファン（８６）は間欠的又は可変速廖で作動し 、蒸発器（６０）を通る空気量を変え、これにより、フリーザ（１０）の内部か ら第１の流体回路の蒸発器（６０）への熱伝達を増加あるいは減少させ、従って 、フリーザ（１０）の内部を所望の温度又は所望の温度範囲内に維持する。

国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １． 包囲体と、 該包囲体の中で食品を支持し、該食品を前記包囲体を通して搬送するためのコン ベア手段と、 前記食品が前記包囲体を通して搬送される際に、前記食品を冷凍するための機械 的な冷凍手段とを備え、該機械的な冷凍手段が、第１の熱伝達流体と、 前記熱伝達流体を保有すると共に、前記包囲体の中に設けられる第１の蒸発器と 、前記包囲体の外側の設けられる第１の凝縮器と、前記第１の熱伝達流体を前記 第１の蒸発器及び前記第１の凝縮器を通して流す手段と、前記第１の凝縮器に入 る流体を圧縮するコンプレッサとを有する第１の冷媒閉回路と、前記包囲体の中 の気体と、前記第１の蒸発器及び前記包囲体の中の前記食品に気体の流れを与え るブロア／ファン手段とを具備し、前記食品から前記第１の蒸発器の中の前記第 １の熱伝達流体への熱伝達を行わせ、これにより、前記食品及び前記第１の熱伝 達流体を直接的に接触させることなく前記蒸発器の中の流体を蒸発させる手段と 、 第２の熱伝達流体と、前記第１の凝縮器と熱伝達関係に設けられた第２の蒸発器 と、第２の凝縮器と、第２の熱伝達流体を該第２の冷媒回路を通して搬送し、こ れにより、前記第１の熱伝達流体から前記第２の熱伝達流体への熱伝達を行わせ る第２の冷媒閉回路と、 前記第２の凝縮器から熱を取り除く手段とを備え、前記第１の熱伝達流体は、実 質的にＣＯ２から構成され、前記第１の蒸発器の中では約４．２５ｋｇ／ｃｍ２ （６０．４ｐｓｉｇ）と約８．４４ｋｇ／ｃｍ２（１２０ｐｓｉｇ）の間の圧力 に維持されることを特徴とする食品フリーザ。
2. ２．前記第１の熱伝達流体は、前記第１の蒸発器の中で約４．７５ｋｇ／ｃｍ２ （約６５ｐｓｉｇ）に維持される請求の範囲１に記載の食品フリーザ。
3. ３．前記ブロア／ファン手段は、前記第１の蒸発器に向けられる空気流の速度を 調節するための少なくとも１つのブロア／ファンを備え、更に、前記ブロア／フ ァンの作動を調節して前記包囲体の内部を所望の温度範囲に維持する手段を備え る請求の範囲１に記載の食品フリーザ。
4. ４．熱負荷の変動に応じて前記第１の蒸発器を通るＣＯ２の流量を調節し、前記 包囲体の内部を所望の温度に維持する制御手段を更に備える請求の範囲３に記載 の食品フリーザ。
5. ５．前記第１の熱伝達流体は、前記第１の流体回回路全体を通じて、約４．２５ ｋｇ／ｃｍ２（６０．４ｐｓｉｇ）と約２２．８ｋｇ／ｃｍ２（３２５ｐｓｉｇ ）の間の圧力に維持される請求の範囲１に記載の食品フリーザ。
6. ６．前記第１の熱伝達流体は、前記蒸発器全体を通じて気液平衡状態に維持され る請求の範囲１に記載の食品フリーザ。
7. ７．食品を冷凍する方法において、 前記食品を熱絶縁された包囲体の中に置く段階と、前記包囲体の中に設けられる 蒸発器と、前記包囲体の外側に設けられる熱交換器とを備える冷媒閉回路の中で 、ある量の二酸化炭素を大気圧よりも高い圧力に維持する段階と、 気液平衡状態にある二酸化炭素を約４．２５ｋｇ／ｃｍ２（６０．４ｐｓｉｇ） と約８．４４ｋｇ／ｃｍ２（１２０ｐｓｉｇ）の間の圧力で前記蒸発器を通して 流す段階と、 前記蒸発器から排出された後に前記二酸化炭素を圧縮し、次に前記熱交換器の中 で前記二酸化炭素を冷却及び凝縮し、更に、前記二酸化炭素の圧力を下げ、該二 酸化炭素の少なくとも一部を前記蒸発器へ戻す段階と、第２の冷媒を冷媒閉回路 を通して移送し、前記熱交換器の中で前記第１の冷媒から前記第２の冷媒へ熱を 伝達させ、また、前記第１の冷媒から第３の流体へ熱を伝達させる段階と、 前記食品及び前記蒸発器の外側面と熱伝達関係にして前記包囲体の中で気体を流 すことによって、前記食品と前記蒸発器の中の前記第１の熱伝達流体とを直接接 触させることなく、前記食品から前記蒸発器の中の前記第１の熱伝達流体へ熱を 伝達させる段階とを備えることを特徴とする方法。
8. ８．前記二酸化炭素は、約４．７５ｋｇ／ｃｍ２（約６５ｐｓｉｇ）で前記蒸発 器へ圧送される請求の範囲７に記載の方法。
9. ９．前記熱絶縁された包囲体の中の所定の位置で温度を測定し、前記蒸発器と熱 伝達関係にある気体の流量を変えることによって前記温度を調節する段階を更に 備える請求の範囲８に記載の方法。
10. １０．単一の熱交換器が、前記第１の凝縮器及び前記第２の蒸発器を備える請求 の範囲１に記載の食品フリーザ。
11. １１．前記凝縮器から出る流れを受け取るレシーバと、該レシーバから前記コン プレッサへ蒸気を流す手段とを更に備える請求の範囲１に記載の食品フリーザ。
12. １２．該食品フリーザが作動していない期間に、前記レシーバから熱を取り除き かつ前記レシーバの中の蒸気を凝縮させる機械的な冷凍ユニットを更に備える請 求の範囲１１に記載の食品フリーザ。