(57)【要約】【課題】  冷凍処理室の出入口の温度差を小さくできる小型でかつ性能良好な冷凍装置を提供する。【解決手段】  内部の被処理物を冷凍させる冷凍処理室１１と、第１流入口２１、第２流入口２２及び流出口２３を有し、流入して来た冷媒ガスを混合して流出させる混合器１２と、流入して来た冷媒ガスを二手に分配して流出させる送風分配部１３と、ここから流出した一方の冷媒ガスが、熱交換器４２内の一方の流路を通過し、圧縮機４３、冷却器４４を経て、熱交換器４２内の他方の流路を通過し、ここで上記両流路の冷媒ガス間で熱交換し、膨張機４５を経た後、第１流入口２１に導かれる第１流路１４と、送風分配部１３から流出した他方の冷媒ガスが第２流入口２２に導かれる第２流路１５と、流出口２３からの冷媒ガスが冷凍処理室１１に導かれる第３流路１６と、冷凍処理室１１を通過した冷媒ガスが送風分配部１３に導かれる第４流路１７とを備えた構成としてある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の被処理物を冷凍させる冷凍処理室と、
第１流入口、第２流入口及び流出口を有し、流入して来た冷媒ガスを混合して流出させる混合器と、
流入して来た冷媒ガスを二手に分配して流出させる送風分配部と、
上記送風分配部から流出した一方の冷媒ガスが、熱交換器内の一方の流路を通過し、圧縮機、冷却器を経て、上記熱交換器内の他方の流路を通過し、ここで上記両流路の冷媒ガス間で熱交換し、膨張機を経た後、上記第１流入口に導かれる第１流路と、
上記送風分配部から流出した他方の冷媒ガスが上記第２流入口に導かれる第２流路と、
上記流出口からの冷媒ガスが上記冷凍処理室に導かれる第３流路と、
上記冷凍処理室を通過した冷媒ガスが上記送風分配部に導かれる第４流路と
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
上記送風分配部が、上記第４流路からの冷媒ガスを流入させる送風機と、
この送風機の二次側に延び、二手に分岐し、その一方に流量調整弁が介設された分配流路部分と
からなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
上記第１流路における上記送風分配部と上記熱交換器との間の流路部分に介設された除霜器と、
上記第３流路に介設された除霜器と
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
上記混合器の上記第１及び第２流入口の上方に上記流出口が形成されるとともに、
上記混合器の内部に、上記第１及び第２流入口の下方に位置し、中心部に下向きに突出し、かつ、下端が開口した外方突出部を有する下部仕切り部材と、
この下部仕切り部材とは間隔を開けて、その上方に位置し、中心部に上記外方突出部内において下向きに突出し、かつ、下端が開口し、内部に上記混合器の底部を上記流出口に連通させる空間を形成する内方突出部を有し、上記下部仕切り部材と対となって上記内方突出部の外側に上記第１及び第２流入口が開口した断面環状の空間を形成する上部仕切り部材と
が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば食品を急速冷凍させるための冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍食品等を製造する冷凍装置は公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３３３６４２８号公報
【０００３】
特許文献１には、冷気発生機で生成された冷却媒体である低温空気を冷凍処理室である凍結機内の食品に直接吹きつけて冷凍させ、この凍結機から吹き付け空気を冷気発生機に回収し、圧縮された空気を補充しつつ循環させるようにした空気冷凍装置が開示されている（図１）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した空気冷凍装置の冷凍処理室（上記凍結機）で低温空気が被冷却物から単位時間当たりに奪う熱量、即ち空気冷凍装置の冷却能力は、冷凍処理室に供給される冷却媒体の流量と、冷却媒体と被冷却物との温度差とに比例し、現実には、冷凍処理室への冷却媒体の質量流量と冷凍処理室の出入口の温度と冷却媒体の比熱とを乗じることにより求められる。
【０００５】
一方、食品を冷却して冷凍食品にする場合、冷凍食品の種類によっては、その良好な品質を確保するためには、冷凍処理室内における温度分布の幅をできる限り小さくすることが望ましい。そこで、これを実現しようとすると、冷凍処理室の出入口の温度差を小さくする必要があるが、このようにした空気冷凍装置は、これと同一の冷却能力を有し、上記とは逆に上記出入口の温度差を大きくした空気冷凍装置に比し、以下の点で問題がある。まず、上記温度差を大きくした空気冷凍装置に比して、大風量が必要になるため、装置が大型化せざるを得ない。また、上記温度差を大きくした空気冷凍装置に比して、膨張機における圧力比、即ちシステム圧力比が小さく、１に近くなり、空気冷凍装置の成績係数が低くなるという問題がある。そして、これらの問題は特許文献１に記載の空気冷凍装置にも当てはまることである。
【０００６】
本発明は、斯かる従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、冷凍処理室の出入口の温度差を小さくできる小型でかつ性能良好な冷凍装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１発明は、内部の被処理物を冷凍させる冷凍処理室と、第１流入口、第２流入口及び流出口を有し、流入して来た冷媒ガスを混合して流出させる混合器と、流入して来た冷媒ガスを二手に分配して流出させる送風分配部と、上記送風分配部から流出した一方の冷媒ガスが、熱交換器内の一方の流路を通過し、圧縮機、冷却器を経て、上記熱交換器内の他方の流路を通過し、ここで上記両流路の冷媒ガス間で熱交換し、膨張機を経た後、上記第１流入口に導かれる第１流路と、上記送風分配部から流出した他方の冷媒ガスが上記第２流入口に導かれる第２流路と、上記流出口からの冷媒ガスが上記冷凍処理室に導かれる第３流路と、上記冷凍処理室を通過した冷媒ガスが上記送風分配部に導かれる第４流路とを備えた構成とした。
【０００８】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記送風分配部が、上記第４流路からの冷媒ガスを流入させる送風機と、この送風機の二次側に延び、二手に分岐し、その一方に流量調整弁が介設された分配流路部分とからなる構成とした。
【０００９】
第３発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記第１流路における上記送風分配部と上記熱交換器との間の流路部分に介設された除霜器と、上記第３流路に介設された除霜器とを備えた構成とした。
【００１０】
第４発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記混合器の上記第１及び第２流入口の上方に上記流出口が形成されるとともに、上記混合器の内部に、上記第１及び第２流入口の下方に位置し、中心部に下向きに突出し、かつ、下端が開口した外方突出部を有する下部仕切り部材と、この下部仕切り部材とは間隔を開けて、その上方に位置し、中心部に上記外方突出部内において下向きに突出し、かつ、下端が開口し、内部に上記混合器の底部を上記流出口に連通させる空間を形成する内方突出部を有し、上記下部仕切り部材と対となって上記内方突出部の外側に上記第１及び第２流入口が開口した断面環状の空間を形成する上部仕切り部材とが設けられた構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る冷凍装置よれば、冷凍処理室の出入口の温度差を小さくでき、小型でかつ良好な性能のものにすることが可能になるという効果を奏する。
【００１２】
また、上記混合器の上記第１及び第２流入口の上方に上記流出口が形成されるとともに、上記下部仕切り部材及び上記上部仕切り部材が設けられることにより、上記混合器がサイクロン式固形物除去装置としての機能を具備し、上述した効果に加えて、冷媒ガスが水分を含む場合において、この水分が凍結した固形物の除去が可能となり、安定した冷凍処理運転が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１を示し、この冷凍装置１は冷凍処理室１１、混合器１２、送風分配部１３、第１流路１４、第２流路１５、第３流路１６及び第４流路１７を備えている。
【００１４】
冷凍処理室１１には、図示しない搬送装置により被処理物、例えば食品が搬入され、冷凍処理室１１内で第３流路１６からの低温の冷媒ガスにより被処理物の冷凍処理が行われた後、被処理物は冷凍処理室１１から搬出されるとともに、冷媒ガスは第４流路１７に回収される。
【００１５】
混合器１２には、第１流路１４に接続した第１流入口２１と、第２流路１５に接続した第２流入口２２及び第３流路１６に接続した流出口２３とが形成され、第１流入口２１及び第２流入口２２から流入して来た冷媒ガスが混合して流出口２３から送り出される。
【００１６】
送風分配部１３には、第４流路１７からの冷媒ガスを吸込んで、送り出す送風機３１が設けられ、送風機３１から送り出された冷媒ガスは二手に分配され、その一方は流量調整弁３２を介して第１流路１４に導かれ、他方は第２流路１５に導かれる。即ち、冷媒ガスは、送風機３１から第１流路１４及び第２流路１５のそれぞれに所望の流量比率で送り出される。
ところで、ここでいう所望の流量比率は被処理物を冷却・冷凍するのに必要な冷却負荷量に応じて決定される。冷却負荷量が変動した場合でも安定した被処理物の冷却・冷凍を継続するために、第３流路１６、冷凍処理室１１内、第４流路１７の送風機３１よりも上流側のいずれかの部位に温度検出器（図示せず）を設けて、その温度検出器で検出された温度に基づいて流量調整弁３２の開度が自動的に調整されるよう構成することが望ましい。なお、流量調整弁３２を介設する位置は上述のものに限らず、例えば、送風分配部１３内で且つ第２流路１５側であっても良い。
【００１７】
第１流路１４は、送風分配部１３から延び、混合器１２の第１流入口２１に接続し、そこには、除霜器４１，熱交換器４２、圧縮機４３、冷却器４４及び膨張機４５が介設されている。そして、送風分配部１３からの一方の冷媒ガス中の水分が低温のために凍結固化した成分は除霜器４１で除去され、乾燥状態の冷媒ガスが熱交換器４２を経て圧縮機４３に送られる。この熱交換器４２には、圧縮機４３に吸い込まれ、圧縮されて、吐出され、冷却器４４で冷却された冷媒ガスが対向流をなすように通過しており、この冷媒ガスと除霜器４１からの冷媒ガスとの間で熱交換が行われる。即ち、除霜器４１からの冷媒ガスにより冷却器４４からの冷媒ガスが冷却され、熱交換器４２から温度上昇した冷媒ガスが圧縮機４３に向けて送り出される一方、冷却されて温度降下した冷媒ガスが膨張機４５に向けて送り出される。なお、圧縮機４３と膨張機４５は、ともに、大小の歯車によって構成された増速機４６を介してモータ４７により駆動されている。熱交換器４２からの冷却された冷媒ガスは、膨張機４５により膨張させられ、さらに温度降下して混合器１２の第１流入口２１に導かれる。
【００１８】
第２流路１５は、送風分配部１３から延び、混合器１２の第２流入口２２に接続しており、送風分配部１３から送り出された冷媒ガスの一部を第２流入口２２に導いている。
【００１９】
第３流路１６は、混合器１２の流出口２３から延び、冷凍処理室１１に接続し、混合器１２内にて第１、第２流入口２１，２２からの冷媒ガスが混合された冷媒ガスを除霜器４１と同様の働きをする除霜器５１を経て冷凍処理室１１に導いている。
【００２０】
第４流路１７は、冷凍処理室１１から延び、送風分配部１３の送風機３１の吸込口に接続し、冷凍処理室１１にて冷凍処理に供された冷媒ガスを送風機３１に導いている。
【００２１】
冷凍装置１は、上述した構成により、第１流路１４における冷媒ガスの流量を第３流路１６から冷凍処理室１１を経て第４流路１７に導かれる冷媒ガスの流量よりも少なくすることを可能とするもので、この結果、第１流路１４における各機器が小型化され、冷凍装置１自体も小型化される。
【００２２】
一例として、冷凍処理室１１から第４流路１７に流出する冷媒ガスの温度が−５５℃である場合を考えると、第１流路１４における冷媒ガスの流量と第３流路１６から冷凍処理室１１を経て第４流路１７に導かれる冷媒ガスの流量との比を、例えば２：１０とすることができる。そして、膨張機４５を出た低温の冷媒ガスの温度を−８０℃とすると、混合器１２から第３流路１６に送り出される混合冷媒ガスの温度は−６０℃となり、冷凍処理室１１の入口温度が−６０℃で、出口温度が−５５℃の冷凍システムが実現できる。なお、ここでは、簡単のため、圧縮機４３、膨張機４５、冷却器４４及び熱交換器４２以外の各構成要素での熱の授受はなく、冷媒ガスの比熱は圧力及び温度により変化せず、一定と見なしている。冷凍装置１の場合、第１流路１４における冷媒ガスの流量は、冷凍処理室１１内を通る冷媒ガスの流量の２０％で済んでいる。このように冷凍装置１は第１流路１４における冷媒ガスの流量を少なくできるため、第１流路１４の一端を冷媒処理室１１における冷媒ガスの入口部に接続し、他端を冷媒処理室１１における冷媒ガスの出口部に接続しただけの構成からなる従来の冷凍装置、即ち第１流路１４における冷媒ガスの流量が冷凍処理室１１を通る冷媒ガスの流量でもある従来の冷凍装置に比して小型化される。
【００２３】
また、冷凍装置１の場合、システム圧力比を大きくすることができ、良好な性能にすることが可能となっている。なぜならば、冷凍処理室１１内での温度分布、具体的には冷凍処理室１１の入口部と出口部との設計上の温度差を小さくしようとすると、従来の冷凍装置の場合、膨張機の設計温度差、即ちその入口部と出口部とにおける温度差を大きくすることができず、膨張機をその圧力比が１に近い値として設計せざるを得ず、良好な成績係数（ＣＯＰ）を備えたものは望めない。これに対して、冷凍装置１の場合、従来の冷凍装置に比して、膨張機４５の入側と出側との設計温度差を大きくすることができる結果、その圧力比を大きくすることができ、即ち従来の冷凍装置に比してシステム圧力比を大きくすることができ、良好な性能にすることができる。なお、冷凍装置１において最良の成績係数を実現するには、圧縮機４３，膨張機４５での設計温度と圧力、第１流路１４と第３、第４流路１６，１７との冷媒ガスの流量比等を、要求される冷凍処理室１１の仕様に応じて、適切に選択することが必要となる。
【００２４】
なお、冷凍装置１では、送風機３１が用いられているが、送風機３１に要する動力の冷凍装置１全体に要する動力に対する比率は小さく、この送風機３１のために従来の冷凍装置に比して、冷凍装置１の小型化が阻害されたり、成績係数が悪くなるということはない。
【００２５】
また、混合器１２に代えて、冷媒ガスの混合をより促進するために、例えば図２に示すように、第１流入口２１に続けて、多数の小孔６１が穿設された管６２を内部の第２流入口２２と流出口２３との間に突出させた二重配管構造にした混合器１２Ａを採用してもよい。さらに、図３に示すように、第１，第２流入口２１及び２２と流出口２３との間の内部空間に攪拌翼６３及びこの下方の邪魔板６４を設けた混合器１２Ｂを採用してもよい。
【００２６】
さらに、送風分配部１３は、上述した構成に限定するものでなく、第４流路１７からの冷媒ガスを第１流路１４と第２流路１５とに、所望の流量比率で送り出し得る構成のものであればよい。
【００２７】
図４は、本発明の第２実施形態に係る冷凍装置２を示し、冷凍装置２において図１に示す冷凍装置１と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【００２８】
この冷凍装置２は、冷凍装置１とは、混合器１２に代えて混合器１２Ｃにするとともに、除霜器４１及び５１を省いた点を除き実質的に同一である。
【００２９】
混合器１２Ｃでは、流出口２３は第１，第２流入口２１及び２２の上方に形成されており、混合器１２Ｃの内部には、中心部が下方に向けて突出し、かつ、下端が開口した形状の下部仕切り部材６６及び上部仕切り部材６７が上下方向に間隔をあけて設けられている。下部仕切り部材６６の先細形状の外方突出部６６ａ内にまで上部仕切り部材６７の内方突出部６７ａは延びており、下部仕切り部材６６と上部仕切り部材６７との間には、混合器１２Ｃの底部に通じる断面環状の空間６８が形成されている。また、この断面環状の空間６８の上部に第１，第２流入口２１及び２２が開口し、上部仕切り部材６７の上方の内部空間６９に流出口２３が開口している。そして、第１，第２流入口２１及び２２から混合器１２Ｃ内に流入した冷媒ガスは上記断面環状の空間６８内を旋回しながら下降し、混合器１２Ｃの底部空間に至った後、方向転換し、上部仕切り部材６７の内方突出部６７ａ内を上昇し、内部空間６９を経て、流出口２３から出てゆく。このように、上記断面環状の空間６８内で冷媒ガスを旋回させることにより、冷媒ガス中の水分が凍結した固形物Ｓを遠心力により外側に追いやり、下部仕切り部材６６、特にそのうちの外方突出部６６ａの内壁面に沿って落下させて、冷媒ガスから水分を除去するようになっている。従って、この混合器１２Ｃは、二箇所から流入した冷媒ガスを混合するとともに、サイクロン式固形物除去装置としての機能を具備している。
斯かる構成によって、混合器に除湿器の機能を備えさせることができるため、混合器とは別体の除湿器を設けた場合に比して、混合器自体が大きくなることがあっても、冷凍装置全体としてのコンパクト化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す冷凍装置における混合器の別の形態の概略を示す図である。
【図３】図１に示す冷凍装置における混合器のさらに別の形態の概略を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２  冷凍装置
１１  冷凍処理室
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  混合器
１３  送風分配部
１４  第１流路
１５  第２流路
１６  第３流路
１７  第４流路
２１  第１流入口
２２  第２流入口
２３  流出口
３１  送風機
３２  流量調整弁
４１  除霜器
４２  熱交換器
４３  圧縮機
４４  冷却器
４５  膨張機
４６  増速機
４７  モータ
５１  除霜器
６１  小孔
６２  管
６３  攪拌翼
６４  邪魔板
６６  下部仕切り部材
６６ａ  外方突出部
６７  上部仕切り部材
６７ａ  内方突出部
Ｓ  固形物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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