JP2000283627A - 凍結乾燥機能を有する冷凍冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質の良い凍結乾燥物を作ることができ、且
つ、スターリング冷凍サイクルを用いた冷却手段を採用
することによりノンフロンでオゾン破壊係数をゼロとし
た冷凍冷蔵庫を提供する。 【解決手段】 スターリング冷凍サイクルを用いた冷却
手段１を備えた冷凍冷蔵庫であって、断熱性を有する密
閉可能な隔室１７と、この隔室１７の内部を減圧する減
圧手段２０とを設け、隔室１７の内部を冷却手段１によ
って極低温に冷却するとともに減圧手段２０によって減
圧することにより、隔室１７の内部に収蔵された被収蔵
物Ｃを急速凍結させたものを凍結乾燥させるようにした
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凍結乾燥機能を有
する冷凍冷蔵庫に関し、より詳しくは、スターリング冷
凍サイクルを用いた冷却手段によって実現される極低温
（−１００℃前後）により品質の良い凍結乾燥物を作る
ことができるようにした冷凍冷蔵庫に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、水分の多い食品を凍結乾燥させる
方法としては、食品を直接０．０１〜１ｍｍＨｇの低圧
中に入れる自己凍結型の方法と、食品を液体窒素や低温
液化ガス等を用いて急速に凍結させ、その後、真空中で
凍結乾燥させる予備凍結型の方法とがある。

【０００３】前者の方法では、食品中の水分が急激に沸
騰蒸発するため、食品の組織が損傷を受けたり、変形す
る部分ができたりして肉質が悪くなるという問題点や、
食品中の蛋白質の変質や変性を伴う危険性が有るという
問題点が有る。後者の方法を採用した冷凍冷蔵庫として
は、例えば、特開昭６０−３８５７６号公報に開示され
たもの等を挙げることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の冷凍冷蔵庫は、冷凍温度が−１８℃前後である
ので、食品の品質を維持する上で必要な３０分以内の急
速凍結は難しく、更に、凍結乾燥時に熱源として加熱ヒ
ータを使用するため、食品中の蛋白質の変質、変性を伴
う危険性が有るという問題点が有った。

【０００５】ところで、現在、家庭で使用されている冷
凍冷蔵庫は蒸気圧縮方式の冷凍サイクルを採用してお
り、冷媒としてフロンガスを用いているが、フロンガス
はオゾン層を破壊することから、地球環境保護の面で今
後一層使用規制が免れないのが現状である。そこで、フ
ロンガスを用いた冷凍サイクルに代わるものとして、ス
ターリング冷凍サイクルが注目を集めている。スターリ
ング冷凍サイクルは、作動ガスとして、ヘリウムガス、
水素ガス、窒素ガス等の地球環境に悪影響を与えないガ
スを採用し、逆スターリングサイクルによって低温を得
るようにしたものである。

【０００６】スターリング冷凍サイクルを用いたスター
リング冷凍機は極低温を発生させる小型冷凍機の一種と
して知られている。この冷凍機は、冷媒ガスを圧縮する
圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒ガスを膨張さ
せる膨張機とを組み合わせたものであり、圧縮機は、冷
媒ガスのガス圧を例えばサインカーブ等の特性を持った
所定周期で経時変化させるように冷媒ガスを圧縮するも
のが使用される。一方、膨張機は、例えば、先端が閉鎖
されたシリンダと、このシリンダ内に往復動自在に嵌合
されシリンダ内を先端側の膨張室及び基端側の作動室に
区画するフリーディスプレーサと、このフリーディスプ
レーサを往復動自在に弾性支持するスプリングとを備え
ており、作動室が圧縮機に接続され、圧縮機からの冷媒
ガスのガス圧によりフリーディスプレーサを往復運動さ
せて冷媒ガスを膨張させることにより、シリンダ先端側
のコールドヘッドに極低温を発生させるようにしてい
る。なお、このような方式のスターリング冷凍機は一般
にフリーピストン型スターリング冷凍機と呼ばれてい
る。

【０００７】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、品質の良い凍結乾燥物を作る
ことができ、且つ、スターリング冷凍サイクルを用いた
冷却手段を採用することによりノンフロンでオゾン破壊
係数をゼロとした環境に優しい冷凍冷蔵庫を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明は、スターリング冷凍サイクルを用いた
冷却手段を備えた冷凍冷蔵庫であって、断熱性を有する
密閉可能な隔室と、この隔室の内部を減圧する減圧手段
とを設け、前記隔室の内部を前記冷却手段によって極低
温に冷却するとともに前記減圧手段によって減圧するこ
とにより、前記隔室の内部に収蔵された被収蔵物を急速
凍結させたものを凍結乾燥させるようにしたことを特徴
とするものである。

【０００９】このような構成によれば、食品等が新鮮な
状態のまま極低温（−１００℃前後）で急速凍結するた
め、最大氷結晶生成帯（−１〜−５℃）の通過時間が速
く、０℃付近の緩慢凍結で引き起こされる蛋白質の変質
や変性を防ぐことができるとともに氷結晶が小さくかつ
均一に形成される。また、ヒータを使用せずに被収蔵物
を凍結乾燥させるため、ヒータの加熱による蛋白質の変
質や変性を防ぐことができる。

【００１０】なお、ユーザが用途や目的に応じて減圧能
力を選択することができるように、前記減圧手段の減圧
能力を可変にしてもよい。

【００１１】例えば、前記減圧手段の減圧能力を強、弱
の二段階に調節可能にするとともに減圧能力を強にした
場合に前記被収蔵物が凍結乾燥するように構成すること
が考えられる。この場合、弱の減圧能力は用途や目的に
応じて設定されるが、例えば、前記隔室の内部の水が脱
気されるとともに前記隔室の内部の水や氷が脱臭される
ように設定すると、透明で臭いの少ない氷を作ることが
可能となる。

【００１２】また、前記隔室の内部を減圧することによ
り前記被収蔵物から発生した水分を庫内における冷凍室
以外の部分に供給する手段を設けると、野菜室や冷蔵室
等に水分を補給することができるので好ましい。

【００１３】また、前記減圧手段をＯＮ／ＯＦＦする手
段を設けると、前記隔室を通常の冷凍室としても使用す
ることができるので好ましい。

【００１４】また、前記冷却手段で発生した温風を減圧
時に前記隔室の内部に案内する手段を設けると、前記隔
室内の被収蔵物の凍結乾燥を促進し、凍結乾燥時間を短
縮することができるので好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
を図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態の冷
凍冷蔵庫に搭載されるフリーピストン型スターリング冷
凍機の断面図、図２は第１の実施形態の冷凍冷蔵庫の正
面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は第２の実施
形態の冷凍冷蔵庫の正面図、図５は図４の要部拡大図、
図６は図４の冷凍冷蔵庫の減圧能力を強にした場合を示
す説明図、図７は図４の冷凍冷蔵庫の減圧能力を弱にし
た場合を示す説明図、図８は第３の実施形態の冷凍冷蔵
庫の断面図、図９は第４の実施形態の冷凍冷蔵庫の要部
断面図、図１０は図９のＢ−Ｂ線断面拡大図である。

【００１６】図１に示すスターリング冷凍機１は、一方
の端面が閉鎖された筒状の冷凍機本体（圧縮機）２と、
この冷凍機本体２の他方の端面に同軸状に取り付けら
れ、先端面が閉鎖された筒状の放熱部（膨張機）３とを
備えている。放熱部３と冷凍機本体２は開口部４を介し
て連通している。

【００１７】冷凍機本体２の内部には、軸方向（図１の
上下方向）に往復動自在に案内されたピストン５と、こ
のピストン５を往復動自在に弾性支持するコイルバネ６
と、ピストン５を駆動するリニアモータ７とが設けられ
ており、リニアモータ７により駆動されたピストン５は
コイルバネ６により正弦運動を行うようになっている。
ピストン５の先端面と開口部４の間には圧縮空間８が形
成されており、ピストン５の移動により圧縮空間８内の
作動ガスの圧力は正弦状に変化する。

【００１８】放熱部３の内部には、軸方向（図１の上下
方向）に往復動自在のフリーディスプレーサ９と、この
フリーディスプレーサ９を往復動自在に弾性支持するコ
イルバネ１０とが設けられている。フリーディスプレー
サ９の内部には再生器１１が設けられており、フリーデ
ィスプレーサ９の先端面と放熱部３の先端壁との間には
膨張空間１２が形成されている。

【００１９】ピストン５が放熱部３に向けて前進する
と、圧縮空間８内の作動ガスが圧縮され、圧縮された作
動ガスは放熱部３で熱を放出し、再生器１１で予冷され
て膨張空間１２内に流入する。これによりフリーディス
プレーサ９が冷凍機本体２側に後退し、膨張空間１２内
の作動ガスは膨張し、温度が低下する。ピストン５が後
退すると、圧縮空間８内の作動ガスの圧力が下がり、コ
イルバネ１０によりフリーディスプレーサ９が前進し、
膨張空間１２内の作動ガスの圧力が上がる。膨張空間１
２内の作動ガスの圧力は圧縮空間８内の作動ガスの圧力
とある位相差をもって正弦状に変化する。即ち、フリー
ディスプレーサ９はピストン５に対し、ある位相差をも
って摺動する。

【００２０】本実施形態の冷凍冷蔵庫は家庭用のもので
あって、第１の実施形態の冷凍冷蔵庫は、図２に示すよ
うに、スターリング冷凍機１、冷蔵室１４、冷凍室１
５、野菜室１６等を備えており、冷凍室１５の一部に断
熱材１８（図３参照）により独立した隔室１７が区画形
成されている。隔室１７は扉１９により密閉可能となっ
ている。また、隔室１７には真空ポンプ２０が接続され
ている。

【００２１】上記のように構成された冷凍冷蔵庫では、
密閉された隔室１７の内部がスターリング冷凍機１によ
り極低温（−１００℃前後）に冷却され、隔室１７内部
の食品等の被収蔵物が急速凍結する。そして、真空ポン
プ２０により隔室１７内部が減圧され、被収蔵物が凍結
乾燥する。

【００２２】このように、隔室１７内部の被収蔵物は急
速凍結するため、内部に微細な氷結晶ができ、きめが細
かい品質の良い凍結乾燥物となる。また、真空ポンプ２
０は隔室１７内部を一気に減圧するため、手動式の減圧
手段に比べてよりきめが細かい凍結乾燥物を作ることが
できる。

【００２３】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。なお、以下の各実施形態において、第１の実施
形態と同等の部分については同一の符号を付して説明を
省略してある。

【００２４】この実施形態では、図４、５に示すよう
に、真空ポンプ２０の減圧能力を強、弱の二段階に調節
するための切り替えスイッチ２１と、真空ポンプ２０を
ＯＮ／ＯＦＦする切り替えスイッチ２２と、真空ポンプ
２０が作動中であることを知らせるＬＥＤランプ等の表
示器２３とが設けられている。

【００２５】切り替えスイッチ２１を強にしたときは、
上述したように、隔室１７内部の被収蔵物が凍結乾燥す
る。例えば、図６に示すように、薄くスライスした野菜
や果物（リンゴやバナナ等）等の被収蔵物Ｃが極低温
（−１００℃前後）にて瞬間凍結し、強に調節された真
空ポンプ２０により乾燥して凍結乾燥物（リンゴチップ
スやバナナチップス等）となる。なお、特に食品に関し
ては、分厚いものをそのまま処理するよりも、薄くスラ
イスすることにより凍結時間及び乾燥時間が大幅に短縮
する。

【００２６】また、切り替えスイッチ２１を弱にしたと
きは、図７に示すように、製氷皿２４中の水Ｗが脱気さ
れるため、余分な空気が取り除かれてより透明に近い氷
を作ることができる。また、隔室１７内にある水や氷に
付着しやすい臭気が減圧のために逸散し、付着が抑えら
れるため、製氷後の氷の臭いを少なくすることができ
る。

【００２７】切り替えスイッチ２２をＯＦＦにしたとき
には、隔室１７を通常の冷凍室として使用することがで
きる。即ち、被収蔵物は、スターリング冷凍サイクルに
よる極低温で急速凍結するが、隔室１７内が減圧されな
いため、凍結乾燥はしない。切り替えスイッチ２２をＯ
Ｎにすることで隔室１７内が減圧され、被収蔵物が凍結
乾燥する（スイッチ２１が強の場合）。減圧中であるか
否かは表示器２３により知ることができる。

【００２８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。この実施形態では、図８に示すように、隔室１
７内を減圧することによって被収蔵物より発生した余分
な水分を吸収する吸湿材２５を隔室１７内に設けるとと
もに、吸湿材２５に吸収された水分を野菜室１６内に案
内する管２６が設けられている。吸湿材２５としては、
例えば、スポンジやゼオライト等を使用することができ
る。このような構成によれば、野菜室１６内に水分を補
給することができる。なお、吸湿材２５に吸収された水
分を冷蔵室１４等の他の収蔵室（冷凍室１５を除く）に
も供給するようにしてもよい。

【００２９】また、この実施形態では、スターリング冷
凍機１の作動によってウオームヘッド１ａ側に発生する
温風を隔室１７内に案内するダクト２７が設けられてい
る。このダクト２７内には弁（図示せず）が設けられて
おり、隔室１７内が強に減圧される際にこの弁が開かれ
て温風が隔室１７内の被収蔵物に吹き付けられようにな
っており、これによって被収蔵物の凍結乾燥が促進され
る。

【００３０】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。この実施形態では、真空ポンプ２０の代わり
に、図９に示すように、手動式の往復動排気ポンプ２８
が設けられている。図１０に示すように、往復動排気ポ
ンプ２８は、一方の端面が扉１９の外面に取り付けられ
たシリンダ２９と、シリンダ２９に摺動自在に収納され
た中空状のピストン３０と、ピストン３０の先端に設け
られた操作部３１とを有している。

【００３１】シリンダ２９は、扉１９に設けられた開口
部１９ａと連通した吸気口２９ａを有し、ピストン３０
は、扉１９側の端壁に貫通孔３０ａを有し、操作部３１
は、ピストン３０内部に連通した排気通路３１ａを有し
ている。図９（ａ）に示すようにピストン３０がシリン
ダ２９に押し込まれた状態から操作部３１を引っ張って
図９（ｂ）に示すようにピストン３０をシリンダ２９か
ら引き出すと、隔室１７内の空気が開口部１９ａ及び吸
気口２９ａを介してシリンダ２９内に流入し、さらに貫
通孔３０ａを介してピストン３０内に流入し、排気通路
３１ａを通って外部に排出される。この操作を４〜５回
繰り返して隔室１７内を凍結乾燥に必要な減圧状態にす
る。

【００３２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、種々の形態で実施可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
食品等の被収蔵物を極低温（−１００℃前後）で急速凍
結させることができるため、緩慢凍結によって引き起こ
される蛋白質の変質や変性を防ぐことができるととも
に、氷結晶の形成が小さくかつ均一となる。また、ヒー
タを使用せずに被収蔵物を凍結乾燥させるため、ヒータ
の加熱による蛋白質の変質や変性を防ぐことができる。
したがって、きめが細かくて品質の良い凍結乾燥物を作
ることができる。また、本発明の冷却手段はスターリン
グ冷凍サイクルを用いているため、ノンフロンでオゾン
破壊係数がゼロであり、地球環境上好ましい。

【００３４】また、請求項２の発明によれば、減圧手段
の減圧能力が可変であることにより、ユーザが用途や目
的に応じて減圧能力を選択することができる。

【００３５】また、請求項４の発明によれば、減圧能力
を弱にした場合に隔室の内部の水が脱気されるとともに
隔室の内部の水や氷が脱臭されるようにしたことによ
り、透明で臭いの少ない氷を作ることができる。

【００３６】また、請求項５の発明によれば、隔室内を
減圧することによって発生した水分を庫内における冷凍
室以外の部分に供給する手段を設けたことにより、冷凍
室以外の収蔵室に水分を補給することができる。

【００３７】また、請求項６の発明によれば、減圧手段
をＯＮ／ＯＦＦする手段を設けたことにより、隔室を通
常の冷凍室としても使用することができるので、便利で
ある。

【００３８】また、請求項７の発明によれば、冷却手段
で発生した温風を減圧時に隔室の内部に案内する手段を
設けるたことにより、被収蔵物の凍結乾燥を促進し、凍
結乾燥時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の冷凍冷蔵庫に搭載されるフリー
ピストン型スターリング冷凍機の断面図。

【図２】 第１の実施形態の冷凍冷蔵庫の正面図。

【図３】 図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】 第２の実施形態の冷凍冷蔵庫の正面図。

【図５】 図４の要部拡大図。

【図６】 図４の冷凍冷蔵庫の減圧能力を強にした場合
を示す説明図。

【図７】 図４の冷凍冷蔵庫の減圧能力を弱にした場合
を示す説明図。

【図８】 第３の実施形態の冷凍冷蔵庫の断面図。

【図９】 第４の実施形態の冷凍冷蔵庫の要部断面図。

【図１０】 図９のＢ−Ｂ線断面図。

【符号の説明】

１ スターリング冷凍機（冷却手段） １７ 隔室 ２０ 真空ポンプ（減圧手段）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スターリング冷凍サイクルを用いた冷却
   手段を備えた冷凍冷蔵庫であって、断熱性を有する密閉
   可能な隔室と、この隔室の内部を減圧する減圧手段とを
   設け、前記隔室の内部を前記冷却手段によって極低温に
   冷却するとともに前記減圧手段によって減圧することに
   より、前記隔室の内部に収蔵された被収蔵物を急速凍結
   させたものを凍結乾燥させるようにしたことを特徴とす
   る凍結乾燥機能を有する冷凍冷蔵庫。
2. 【請求項２】 前記減圧手段の減圧能力が可変であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の凍結乾燥機能を有する
   冷凍冷蔵庫。
3. 【請求項３】 前記減圧手段の減圧能力が強、弱の二段
   階に調節可能であるとともに減圧能力を強にした場合に
   前記被収蔵物が凍結乾燥するようにしたことを特徴とす
   る請求項２に記載の凍結乾燥機能を有する冷凍冷蔵庫。
4. 【請求項４】 減圧能力を弱にした場合に前記隔室の内
   部の水が脱気されるとともに前記隔室の内部の水や氷が
   脱臭されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載
   の凍結乾燥機能を有する冷凍冷蔵庫。
5. 【請求項５】 前記隔室の内部を減圧することにより前
   記被収蔵物から発生した水分を庫内における冷凍室以外
   の部分に供給する手段を設けたことを特徴とする請求項
   １に記載の凍結乾燥機能を有する冷凍冷蔵庫。
6. 【請求項６】 前記減圧手段をＯＮ／ＯＦＦする手段を
   設けたことを特徴とする請求項１に記載の凍結乾燥機能
   を有する冷凍冷蔵庫。
7. 【請求項７】 前記冷却手段で発生した温風を減圧時に
   前記隔室の内部に案内する手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の凍結乾燥機能を有する冷凍冷蔵庫。