JPH0372266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体の凍結に関する。“液体”とい
う用語は、エマルジヨン；サスペンジヨン；溶
液；室温では固定であるが室温よりそれほど高く
ない温度で溶融するような物質の液相；ペース
ト；クリーム、ヨーグルト、コテージチーズおよ
びバターのような半液体食品；ピユーレ；卵の白
味；卵の白味の混合物；全血；果汁；および血清
などを含むものとして使用されている。このよう
な液体は、それほど粘度が高くないので、ポンプ
輸送したりあるいは分配ノズルや分配オリフイス
を通して送ることができないということが本質的
である。

本発明は、特に室温で長時間貯蔵した場合に、
例えば化学作用や微生物作用によつて品質が損な
われやすい液体の凍結に関する。このような液体
の１つの例は、クリームのような乳製品である。
殆どのクリームは、最終消費者から遠隔の地にあ
る農場や工場で製造されている。従つてクリーム
を産地から販売地に分配する間にクリームを新鮮
に保つことが難しいという問題が起こる。特に効
率のよい流通システムが必要であり、一般にクリ
ームは小売り販売店で販売する前に長距離輸送す
ることはないのが普通である。このためクリーム
を凍結し、販売する前にこの凍結クリームを冷蔵
庫に保存するということが提案された。これによ
つてクリームを１つの国から他の国へ輸出するこ
とが可能になつた。例えばアイルランド共和国で
クリームを凍結してスラブとし、このスラブを壊
してもう少し取扱い易い大きさの固まりにし、こ
の固まりを包装し、得られた製品をイングランド
に輸出することが知られている。

このような商業的に実施されているクリームの
凍結方法の１つの欠点は、解凍したクリームが普
通の新鮮なクリームのように品質が高くないとい
うことである。例えばこの解凍したクリームを熱
い飲物例えばコーヒーに入れるとクリームが分解
して飲物の表面に油の層を残すという傾向があ
る。このため本発明者は液体を凍結する新しい方
法を研究した。

英国特許明細書第1264439号は冷凍食品に関す
るものであり、この食品は卵または半液体乳製品
（例えばクリーム）の自由流動性のばらばらの粒
子からなり、各粒子はポツプコーン状の形をして
いる。この食品は卵または半液体乳製品を−150
℃以下の、乱流面をもつ無毒性液化ガス冷媒と直
接に接触させることにより製造される。この食品
物質は徐々に沈む。沈んだ後この冷媒物質を集め
凍結した状態で保存する。この液化ガスは液体窒
素である。

英国特許明細書第1264439号に記載された方法
は２つの欠点をもつていると考えられる。先ずそ
の１つはポツプコーン状の形をした製品は中空で
壁が薄い構造をしているために壊れ易く、製品を
店に輸送する際に許容できないほど大量のダスト
を生成する傾向がある。第２にこの方法は液体窒
素のような液化ガスから得られる冷凍をあまり利
用していないということである。その理由につい
ては以下に説明する。

興味あるもう１つの方法が英国特許明細書第
1376972号に記載されている。この明細書によれ
ばこの方法は卵から冷凍食品をつくる方法に限定
されている。卵は少なくとも１つのノズルから落
下し−150℃以下の温度の無毒性液化ガス（例え
ば液化窒素）と直接に接触する。各ノズルからの
卵の流速は毎時約454〜2268ｇ（１〜５ポンド）
であり、卵はばらばらの粒子として液化ガスの表
面から液化ガス中に入り、液化ガス中で凍結して
３mm〜７mmの大きさのペレツトを形成する。液化
ガスの入つた容器の底でこのペレツトを集め、容
器から取り出す。次にこのペレツトを適当なフリ
ーザ中で保存する。

英国特許明細書第1376972号記載の方法でつく
られるペレツトはポツプコーン状の製品とは異な
るので英国特許明細書第1274439号記載の冷凍卵
の製造に関連する第１の欠点はなくなる。しかし
第２の欠点に関する限り英国特許明細書第
1376972号記載の方法は英国特許明細書第1264439
号記載の方法を全く改良するものではない。

我々の係属中の出願02416／1981に記載したよ
うに、上記英国特許明細書記載の方法における液
体窒素の利用率が低い理由は次のようなものであ
る。すなわちペレツトが沈むため（冷凍クリーム
の比重は液体窒素の比重より大きい）ペレツトの
温度は約−10°〜−20°から−100℃以下まで急激
に降下する。従つて我々の係属中の特許出願は液
体用の冷凍ペレツト製造法を提供するものであ
る。この方法は液滴を−30℃以下の沸点をもつ無
毒性液化ガス中に降下させ、この液滴を凍結させ
て凍結液体の浮揚性ペレツトを形成し、このペレ
ツトがその浮揚性を失う前に液化ガスからこのペ
レツトを分離するという各工程を含んでいる。典
型的には液化ガスの流れを設定し、液滴をこの液
化ガスの表面に降下させ、次に液滴を液化ガスに
よつてセパレータまで搬送し、セパレータにより
液滴を液化ガスから分離し、液体窒素とペレツト
の接触対流時間をペレツトがその浮揚性を失うの
に不十分な時間とするものである。

我々は所定の粘度の液体について、この方法に
よつてつくろことができる凍結液体のペレツトす
なわち固体には大きさの上限があるということを
発見した。これは蒸発した液化ガス（典型的には
窒素）が各液滴の下にガスのクツシヨンを形成
し、重力に対抗するためである。従つて液化ガス
によつて与えられる表面張力は液滴をばらばらに
引き離す傾向があり、液体窒素の表面に安定に存
在するような液滴の最大の大きさには制限があ
る。さらに液滴が分配されるノズル当たり、単位
時間について形成され得る冷凍ペレツトの量にも
限界がある。例えば冷凍ダブルクリームペレツト
の最大の製造速度は、毎分１ノズル当たり10cm³の
オーダーであることを発見した。商業的に実施す
る場合には数十個の分配ノズルを備えたフリーザ
に頼ることなく、このような製造速度をはるかに
越えることが望ましい。

本発明の目的は上記我々の係属中の出願に関わ
る制限を克服するかあるいは緩和する（少なくと
もクリームの実施例において）ことができるよう
な一般に球状ないし長球状の冷凍液体を製造する
方法および装置を提供することである。

本発明によれば液体を凍結してほぼ球状（また
はほぼ長球状）の冷凍液体を形成する方法が提供
される。この方法は、出口オリフイスを持つ少な
くとも一つのノズルに冷凍すべき液体を通し、溝
に沿つて流れる−30℃以下の沸点を有する液化ガ
ス流中に実質的に連続した液体の脈動流を送出
し、ノズルの出口オリフイスを通る液体の速度
は、液体の一部をオリフイスよりも大きな断面積
をもつばらばらの固まりに形成するのに十分な大
きさであり、これらの固まりの少なくともその周
縁部が凍結するのに十分な時間に亘つてこれらの
固まりを液化ガスと接触した状態に維持し、この
ようにして得られたほぼ球状またはほぼ長球状の
液体の凍結体を集める各工程を含んでいる。

本発明はまた液体を凍結する装置を提供するも
のである。この装置は少なくとも一つのノズルの
出口オリフイスを構成する手段と、少なくとも一
つの溝とを備え、オリフイスを構成する手段は、
凍結すべき液体を溝に分配するためこの溝の上方
に配置されるようになつており、更に、−30℃よ
り低い沸点を持つ液化ガスを受け入れるようにな
つており且つこの液化ガスを溝に沿つて重力で外
へ流すことのできるリザーバと、凍結すべき液体
をオリフイスに通し且つ実質的に連続した液体の
脈動流を液化ガス流中につくりだすための蠕動ポ
ンプと、液化ガスから液体の凍結体を分離するよ
うになつた、前記溝の下流端と隣接したセパレー
タとを有し、それによつてこの装置を運転する
と、液体自身がばらばらになつたほぼ球状または
ほぼ長球状の固まりを形成することができ、その
固まりの少なくとも一部はオリフイスの断面積よ
り大きな断面積をもち、この固まりは少なくとも
その表面が凍結するのに十分な時間液化ガスとの
接触が維持されるようになつている。

好ましくは前記溝は下向きに傾斜した底をも
ち、その底に沿つて液化ガスによつて大きめの固
まりが転がることができるようになつている。こ
の傾きは好ましくは比較的緩やかであり、すなわ
ち1/10〜1/60の範囲である。

液化ガスは好ましくは無毒性のものでありかつ
凍結すべき液体より大きな比重をもつ必要はな
い。実際我々は液化ガスとして液体窒素を使用し
ている。凍結すべき液体が液体窒素（典型的に使
用されるように）より大きな比重をもつている場
合であつても、液体窒素と最初に接触する液体の
下側に集まるガスの泡によつて液体は液体窒素の
流れの表面に先ず初めに浮かぶような傾向をも
つ。

オリフイスは一般にノズルによつて規定され
る。オリフイスの直径は凍結すべき液体の粘度に
従つて選択される。

一般に好ましいオリフイスの直径は粘度が大き
くなるに従つて大きくなる。冷凍ダブルクリーム
すなわち泡立てクリームを製造する場合我々は直
径１mm〜３mmのオリフイスを使用した。

凍結すべき液体は好ましくは容量形ポンプによ
つてオリフイスを通過させる。このようなポンプ
は自然に凍結すべき液体の連続的な移動する流れ
を与えることができる。しかし一様な脈動のない
液体の流れを与えるようなポンプを使用し、かつ
オリフイスの下流で一定の周波数で流れに対し一
時的な妨害をする往復部材その他の部材を設け、
脈動をもちしかも実質的に連続的な流れを与える
ようにすることも可能である。本発明の方法なら
びに装置には各種の容量形ポンプを使用すること
ができる。例えば往復ピストンポンプ、ダイヤフ
ラムポンプあるいはローブポンプ（lobe pump）
を用いることができる。脈動を大きくすればする
ほど、すなわちオリフイスからでてくる脈動液体
の最大の幅と最小の幅との間の振幅の差を大きく
するほど比較的大きな液体の固まりの形成が容易
になると我々は考えている。さらに比較的大きな
ほぼ球状またはほぼ長球状の液体の固まりが形成
されると、実質的にすべてのクリームがオリフイ
スの断面積とほぼ同じかあるいはこれより小さい
断面積をもつ粒子として形成された場合よりも一
般に凍結液体の製造速度が大きいということを我
我は発見している。凍結すべき液体の適切に脈動
する流れをつくり出すために我々は蠕動ポンプを
使用している。このようなポンプを使用するとク
リームのような液体または半液体食品の衛生的な
取扱いが容易になるという利点がある。というの
はポンプの可動部分とクリームとの間に直接の接
触がないからである。

使用に当つては、ノズルを液化ガスの流れに対
して適切に配置し過剰の乱流すなわち凍結すべき
液体のほぼ球状またはほぼ長球状の固まりの形成
を妨害するような乱流を生じることがないように
する。

従つて使用する場合、ノズルの出口オリフイス
は液化ガスの流れの真上（例えば１cm以下）と
し、液化ガスの流れの方向に対して反対方向では
なく流れの方向に向かつて対向させ、ノズルの軸
が一般に液化ガスの流れに対して10°〜60°の角度
をもつようにするのが好ましい。またノズルの出
口を液化ガスの表面より下側に配置することもで
きるがこれはあまり好ましくない。過剰の乱流が
生じるのを防ぐために溝に沿つて液化ガスの実質
的に層流を与えるようにすることが望ましい。

溝の中の液化ガスの深さは、つくり出される最
大の球状ないし長球状体の最大の直径すなわち球
体の場合には主軸に沿つた直径）の0.5〜1.5倍
（最も好ましくは0.6〜1.2倍）の範囲に保つのが
好ましい。例えばこの深さは１cm程度とすること
ができる。この場合大きなサイズの固まりは液化
ガスによつて溝の底に沿つて転がることが見い出
された。溝の底はこのような回転運動を容易にす
るような形をしていることが好ましい。

オリフイスを通過する液体の流速は、本発明に
よれば比較的大型の凍結液体が得られるように、
すなわちオリフイス（典型的には円形）の直径よ
りもはるかに大きい直径（長球状粒子の場合には
主軸に沿つた直径）をもつほぼ球形あるいはほぼ
長球状の固まりを与えるように選択される。蠕動
ポンプを用いて、わずかに傾いた溝に沿つて流れ
る深さ0.5〜１cmの液体窒素の流れの表面に直径
２〜３mmの出口オリフイスをもつ適切に配置され
たノズルから連続的にダブルクリームを通過させ
ると、クリームの流速に従つて３つの異なる作業
相があることを発見した。

蠕動ポンプの作動により、凍結されるべき液
体、例えばクリーム、を液化ガス上に前進させる
と、最大直径部を持つ頭部即ちヘツドと最小直径
部を持つ尾部即ちテイルとを有する「おたまじや
くし」形状のばらばらの固まりが形成される。各
固まりの最大直径部は最小直径部よりもゆつくり
と前進する傾向があるため、速度差のためテイル
がヘツドに入り込み、その結果、オリフイスより
も直径の大きな固まりが形成される。

最も流速が低い場合にはオリフイスの直径より
大きな直径（長球状粒子の場合には主軸に沿つた
直径）をもつ凍結した球状ないし長球状クリーム
は事実上形成されなかつた。中間段階の流速にお
いてはクリームが液体窒素の表面でばらばらにな
つて球状または長球状の粒子を形成することはな
いことを発見した。しかしながら驚くべきことに
ノズルからのクリームの流速を大きくするに従い
再びほぼ長球状の凍結クリームを形成することが
できること、しかしながらこの場合には0.6〜0.8
mmの直径（主軸に沿つたもの）を有する粒子が大
量にできることを発見した。一般にこのような粒
子は、種々のパラメータのうちとりわけノズルサ
イズ、液体窒素の速度、クリームの粘度によつ
て、毎分ノズル１つ当たり200cm³のクリーム流速
で製造することができる。

このように本発明に必要な液体の流速は簡単な
実験によつて決定することができる。

我々はまた、本発明により比較的大型の球状ま
たは長球状の凍結クリームを形成する際に小さめ
の粒子も同じように形成されることを見い出して
いる。このことは欠点ではない。というのは本発
明の方法により製造される冷凍クリームを容器に
入れる際に大きさの分布があると高密度のパツキ
ングが容易にできるからである。

液体窒素を溝に沿つて流す速度および溝の流さ
は形成される液体の大きめの粒子の全体が凍つて
しまうのを防止するように選択するのが好まし
い。従つて溝の下流側端部はセパレータの入口の
上方に配置されるのが好ましい。このセパレータ
は凍結粒子を液化ガスから分離するが液化ガスお
よび／またはその冷たい蒸気と物質とを十分な時
間接触させてその凍結を完結させる。典型的には
このセパレータにおいて凍結粒子は液化ガスが溝
に沿つて流れる際に液化ガスが進む方向と一般に
反対の方向の出口の方に送られる。従つてセパレ
ータは、溝の一般に下方に配置することができ、
そのため本発明の装置を比較的コンパクトなハウ
ジングの中に収容することができる。

一般に液体の溝内滞留時間は液体の粒子の少な
くとも表面が凍結することを前提として３〜15秒
の範囲で選択することができる。典型的には各溝
の長さは１ｍ〜２ｍであり、液化ガスの速度は毎
秒0.14〜0.66ｍの範囲である（ダブルクリームの
場合には我々は毎秒0.2〜0.4ｍの範囲の速度を使
用した）。適切な液化ガスの流速は各種のパラメ
ータの中でとりわけ液化ガスの与えられた深さな
らびに凍結すべき液体を分配する与えられた速度
について簡単な実験をすることによつて見つける
ことができる。溝内の液化ガスの深さは、液化ガ
スの流速ならびに凍結すべき液体を分配する速度
に関連する重要なパラメータであるということを
我々は見い出した。従つてすべての他のパラメー
タを一定にしたとき溝内の液化ガスが浅過ぎると
凍結すべき液体が上流端部に集中し、上流におい
て、球状あるいは長球状の粒子ではなく比較的長
いストランドまたは細長い凍結したあるいは一部
凍結した液体の粒子が形成される。一方溝内の液
化ガスが深過ぎると下流端部に集中が起こり易く
なり、凍結粒子がセパレータ（特に上記好ましい
種類のセパレータ）に入り最終的に比較的長い凍
結クリームの粒子が形成される。さらに液化ガス
の流れの速度を低くすることによつて過剰の深さ
を常に完全に調節することができるわけではな
い。というのは液化ガスの流れの速度を低くする
と液化ガスが溝に沿つて流れる際にばらばらにな
つた球状のあるいは長球状のクリームを凝集させ
ることがあるからである。しかしながら一般に深
さと、最も大きい球状または長球状粒子の直径と
の間の上記関係が保たれている限り、本発明の装
置は満足に運転することができると我々は考えて
いる。

セパレータは穴開き回転ドラムを備えているの
が好ましい。この穴開き回転ドラムは運転の際に
液化ガスを重力により溜中に落下させかつその入
口端部が最も上にくるように傾いており、液体の
凍結粒子を回転スクリユーの方に送り、回転スク
リユーがこの粒子を出口の方に押し付けそこで粒
子を集めることができるようになつている。回転
スクリユーは液化ガスから蒸発した冷たい蒸気に
接している傾いた表面の上方に凍結粒子を押しや
るのが好ましい。この配置によつて球状または長
球状粒子の実質的に完全な凍結が促進される。

凍結粒子から分離した液化ガスは一般に溜に集
められ、リザーバに落とされる。このリザーバは
汲上ポンプによつて各溝に液化ガスを供給する。
汲上ポンプとしては例えば溜からリザーバまで伸
びる通路に沿つて移動するバケツトの配列あるい
はアルキメデススクリユー（ねじポンプ）があ
る。バケツトは溜から液化ガスを汲み上げこれを
リザーバに入れるように配列されている。

部分的にまたは完全に凍結した液体物質から液
化ガスの分離を完全に行う必要はない。実際とき
には凍結した液体物質の最も小さい粒子が通過で
きるような大きさのパーホレーシヨンまたはその
他の開口がドラムに設けられていることが好まし
い。例えばクリームの凍結の場合には最大の寸法
が１mmまたはそれ以下である粒子が通過できるよ
うな大きさの開口を設けそれが液化ガスと共に溜
にたまりようにする。従つてこのような粒子は溝
に戻され実際にはそれらの一部はこれより大きな
クリームの固まりと結合してさらに大きな固まり
を形成する。

凍結すべき液体の粘度が温度と共に著しく変化
するような場合には液体をポンプその他の手段に
よつて輸送しオリフイスを通過させる際の温度を
コントロールすることが望ましい。一般にこの温
度範囲は低い方の粘度側の温度を選択するのが望
ましい。例えばダブルクリームを凍結する場合に
は13°〜25℃の範囲の一定の温度にしたポンプに
クリームを供給するのが好ましい。この温度では
クリームの粘度はクリームが一般に供給される1°
〜10℃の範囲にある場合より著しく低い。

凍結すべき液体を液化ガスの流れの中に分配す
る前に装置に液化ガスを通して予備冷却すること
が望ましい。特に各溝の底の温度を液化ガスの沸
点より高くないように保つことが望ましい。泡が
このような表面で集まるとその泡によつて凍結す
べき液体の比較的大きな球状または長球状粒子の
形成が妨害されることがある。

一般に本発明の装置の商業的な実施態様におい
ては相互に平行に伸びる少なくとも３つの溝があ
りそれぞれの溝がそれに関連する独自のオリフイ
スを備えている。

本発明の方法ならびに装置を以下添付図面を参
照し実施例により説明する。

先ず第１図について説明する。蠕動ポンプ２は
４つのフレキシブルチユーブ４を用いている。こ
のフレキシブルチユーブ４はその入口側端部が低
温殺菌器１０の出口８に取付けられたヘツダー６
に連結され、出口端部はクリームフリーザと共働
する４つのクリーム分配ノズル１２になつてい
る。クリームフリーザは第２図〜第７図にさらに
詳細に示されている。

次に第２図について説明する。クリームフリー
ザ１４は断熱ハウジング１６を備えている。装置
を使用する場合ノズルはこの断熱ハウジングの頂
部から伸びる。一般にハウジング１６はステンレ
ススチール製の内板と外板を備え、その間に適当
な断熱材（例えばパーライト）が入つている。断
熱の目的はフリーザ１４によつて吸収される熱量
を小さくすることである。

ハウジング１６にはその左手の方に（図に示す
ように）リザーバ１８が設けられている。リザー
バ１８はダムすなわちバフル２０に出口をもつて
おり液体窒素をトラフ２２の上流端部に供給する
ようになつている。トラフ２２は液体窒素を流す
４つの溝２４を備えている。（リザーバ１８とダ
ム２０の配置については第６図を参照し以下にさ
らに詳細に説明する）。溝２４は相互にほぼ平行
に伸びかつそれぞれの上流端部からハウジング１
６の右手にある下流端部までほぼ下向きに傾斜し
ている。その傾きは1/35程度である。トラフ２４
の下流端部を越えて案内板２６が伸びている。案
内板２６は第１回転ドラム２８の内側でかつその
入口近くに末端がある。案内板２６はトラフの先
端の真上に伸びるほぼ垂直の上方部分とドラム２
８に向かつて下向きに傾斜している内側下方部分
を備えている。運転の際トラフ２２の下流端部か
ら落下する液体窒素は案内板２６によつて案内さ
れ回転ドラム２８に入る。回転ドラム２８はほぼ
円錐台形をしておりその入口端部はその出口端部
より狭くその縦軸は水平である。このようになだ
らかな傾斜がありクリームフリーザの運転の際に
クリームの固まりが転がり落ちることができるよ
うになつている。ドラム２８の下方端部すなわち
出口端部には狭いスロツト３０がドラム２８を貫
通して形成されている。これによつて運転の際液
体窒素はスロツト３０から重力により落下するが
部分的にあるいは完全に凍結した球状または長球
状のクリームの固まりは保持される。このように
してクリームを液体窒素から分離することができ
る。ドラム２８のスロツトのある端部の下方に下
向きに傾斜した案内板３２が設けられている。こ
の案内板３２は装置の運転の際にスロツト３０か
ら落下する液体窒素を集めるようになつている。
案内板３２は溜３４の方に傾斜し液体窒素を集め
るように配置されている。

回転ドラム２８の出口端部はフランジ３６によ
つて第２回転ドラム３８に連結されている。第２
回転ドラム３８には狭いスロツト４０が設けられ
残留する液体窒素を凍結した球状または長球状の
クリームから分離し溜３４から発生する窒素の蒸
気をドラム３８の内側に送ることができるように
なつている。案内板４２はドラム３８の出口端部
から溜３４まで下向きに傾斜し装置の運転の際に
液体窒素を集めこれを溜３４に案内するようにな
つている。ドラム３８はほぼ円錐台形をしており
その縦軸は水平に配置されている。このように上
向きの傾斜がありこの傾斜に沿つてクリームフリ
ーザの運転の際に凍結したクリームの固まりを前
進させる。ドラム３８の入口端部（第２図におい
て右手の端部）はフランジ３６によつてドラム２
８の出口端部に連結されている。

ドラム３８の内側にシヤフト４４が伸びてお
り、このシヤフト４４にはスクリユー４６が取付
けられあるいはシヤフトと一体に形成されてい
る。スクリユー４６は凍結した球状または長球状
のクリームの固まりをドラム３８の表面に沿つて
上向きに出口４８まで前進させるようになつてい
る。クリームの固まりは出口４８から下方に導か
れ集積トレー５０に入る。集積トレー５０は断熱
ハウジング１６を突き抜け出口４８の下方部分で
フリーザ１４の内部に伸びている。

溜３４の上方にはスプレーヘツダー５２が設け
られている。スプレーヘツダー５２はパイプ５４
によつて液体窒素源５９（典型的には液体窒素を
供給するのに適した真空断熱容器）に連結されて
いる。パイプ５４には流量調節弁５６が設けられ
ている。溜３４には上方および下方液面検出要素
５８が設けられている。下方の液面検出要素５８
が露出すると弁５６が自動的に開いて液体窒素を
溜３４内に噴射しかつ上方の液面検出要素が覆わ
れると弁５６は再び自動的に閉じるように配置さ
れている。このようにして液体窒素は断続的に溜
３４に供給される。一般にこれを行うために電気
信号が検出要素５８からドラムに取付けられた調
節器６０に中継される。調節器６０は検出要素に
応答して弁５６を開閉する信号を発するようにな
つている。例えば調節器６０が電気信号を発生
し、弁５６を電磁弁とし、この電子信号が電磁弁
を開閉するようにしてもよい。このような手段に
よつて溜３４の液面に選択された最小値と最大値
との間に保つことができる。

回転ドラム２８と３８は電動モータ６２によつ
て駆動される。ベルトとプーリーの駆動機構６４
があり、これによつてモータ６２から回転ドラム
２８および３８に動力が伝達される。このモータ
は一般にハウジング１６の外側に取付けられてい
る。

回転ドラム３８の内側でその出口端部にガス出
口５１がある。ガス出口５１はハウジング１６の
外側に配置されたフアン５３と連通している。フ
アンを回すと回転ドラム２８および３８の内側に
沿つてクリームの固まりの通過する方向に窒素蒸
気の流れがつくり出されそれによつてクリームの
完全な凍結が容易になる。

溜３４の底部にはタツプ６８を備えたドレンパ
イプ６６がある。このパイプ６６は一般にハウジ
ング１６の底を貫通して伸び、タツプ６８はハウ
ジング１６の外側の所定の位置に設けられ手動操
作ができるようになつている。

第２図、第３図および第３ａ図に示されている
ように、汲み上げポンプが取付けられ液体窒素を
溜３４からリザーバ１８に送るようになつてい
る。この汲み上げポンプはほぼ放射状に等間隔に
配置された８つのバケツト７０を備えている。各
バケツト７０はロツド７３に枢支されている。ロ
ツド７３はバケツト７０の開口部の対角線上反対
側の隅から隅まで伸びている。各ロツド７３はエ
ルボ片７４からほぼ水平に伸びている。エルボ片
７４はフランジ３６に溶接またはその他の方法に
より固定されている。各バケツト７０の一方の端
面７７には比較的低い壁部分７２が設けられてい
る。この部分７２は枢支されていない方の角に設
けられ側壁７６によつて一部囲まれている。側壁
７６はこれと一体になつた重さを釣り合わせるた
めのほぼ三角形のバフル７８を備えている。この
バフル７８は運転の際バケツトが傾くと低い壁部
分すなわち溝７２から液体窒素を送るのを容易に
する。バケツト７０は液体でいつぱいになつてい
るとき傾いて壁体窒素をこぼすことがないように
配置されている。運転の際バケツトはその最下部
において溜３４を通過し、バケツトが溜から液体
窒素を汲み上げることができまたその最上部にお
いてリザーバ１８の上方に達するような通路に沿
つて回転する。バケツトを空にするために各バケ
ツトの端面７７にはそこから突き出た外部ラグ７
５が設けられている。ラグ７５は小さな円筒状の
カム従節８１を支持しており、カム従節８１はバ
ケツトが回転する際円形通路の上部でカム面８０
（明瞭にするために第２図からは省略されている）
に従うようになつている（第３図および第３ａ図
参照）。カム面８０は各バケツト７０がリザーバ
１８の上を走行する際にバケツトにモーメントを
与えてバケツトをロツド７３の周りに回転させ、
液体窒素が溝７２からリザーバ１８の中に自然落
下するように形成されている。望ましい場合には
オーバーフローパイプ８２をリザーバ１８に設
け、過剰の液体窒素を溜３４に戻すようにしても
よい。望ましい場合にはオーバーフローパイプ８
２をリザーバ１８の底と液密に装着することなく
リザーバに液体が入つているときにリザーバ１８
から液体が少しずつ溜３４にしたたり落ちるよう
にしてもよい。このような配置にすると装置を使
用した後の清掃が容易になる。というのは水がリ
ザーバ１８から溜３４に直接移動することがで
き、それによつてリザーバから液体を抜き取るこ
とができるからである。このようなリザーバの構
成は第６図にさらに詳細に示されている。

第６図に示されているように、リザーバ１８の
底はトラフ２２の上流端部の方に向かつて傾斜し
ている。ダムすなわちバフル２０はその端部に一
列のほぼ長方形のスロツト１０１が設けられてい
る板である（第６ａ図参照）。スロツト１０１は
溝２４の底と共働して溝２４に沿つてリザーバか
ら液体窒素の層流を生じさせる。オーバーフロー
パイプ８２は運転の際に液体窒素がダムすなわち
バフル２０の上部を越えて流れることがないよう
に配置されている。バフルすなわちダム２０は典
型的には曲げられておりトラフ２２に向かつたほ
ぼ凹面の横断面を与えている。

リザーバ１８からトラフ２２に液体窒素の層流
を与えるのを容易にするために、多孔板１０３が
リザーバ１８の底に設けられている。多孔板１０
３には直径が1/2インチ（1.27cm）程度の多数の
開口が設けられている。多孔板１０３はリザーバ
１８の底に対してほぼ平行に伸びかつ典型的には
底から約１cm上に配置されている。運転の際多孔
板１０３はバケツト７０からリザーバ１８に注が
れる液体窒素によつて起されるような乱流を鈍ら
せるように作用する。

次に第４図および第５図について説明する。ト
ラフ２２は４つの同様の溝２４を備えている。各
溝２４は水平に対して約45°の角度をなしている
ほぼ矩形の傾斜した側面と一体になつているほぼ
弧状の断面をもつ湾曲した底部８６を備えてい
る。各溝の弧状部分８６の深さは一般に1/2cm程
度である。その最も長い弦の長さは一般に１cm程
度である。

溝２４の上部は開放されておりそのため運転の
際に溝２４に沿つて流れる液体窒素とその上部の
気体空間との間に界面がある。ノズル１２はハウ
ジング１６のスロツト９０を貫通する支持アーム
８８から垂れ下がつている。支持アーム８８はノ
ズル１２を上下できるような油圧式または空圧式
のシリンダ９４に取付けられている（第４図参
照）。ノズル１２はその最下部において、各溝２
４の中でその出口９６が溝２４に沿つて流れる液
体窒素の液面の上方約1/2cmとなるような位置に
配置される。しかしノズル１２はシリンダ９４
（これは典型的には調節器６０と関連して作動す
るようになつている）の作用によつて、例えば清
掃のために、この位置から引つ込めることができ
る。

ノズル１２の出口９６の軸は典型的には溝２４
の下流端部の方を向き、溝の中の液体窒素の面と
約20°の角度をなしている。さらにノズルの軸は
その出口において各溝を二等分する垂直面と同一
平面にあることが望ましい。

そのほぼ全長にわたつて噴霧オリフイス１００
が配置された噴霧管９８はハウジング１６の外部
からドラム２８と３８の内部に伸びている。この
噴霧管９８は水またはその他の清掃流体の供給源
に接続して、使用後にドラムを清掃することがで
きるようになつている。

調節器６０は次のような操作を行うことができ
るような冷凍技術分野においてよく知られている
空気圧、油圧、電気または電子制御回路を備えて
いる。この調節器に設けられた手動スイツチすな
わち押しボタン（示されていない）を操作すると
モータ６２が始動してドラム２８とバケツト７０
の回転をスタートさせる。弁５６が開放されスプ
レーヘツダーから溜３４および従つてリザーバ１
８に液体窒素の供給を開始する。フアン５３が同
時に始動され上記の通りドラム２８と３８に沿つ
て冷たい窒素蒸気の流れをつくり出す。液体窒素
はリザーバ１８からダム２０を通りトラフ２２に
沿つて流れる。次に液体窒素はセパレータ内に入
りドラム２８のスロツトから落下する。液体窒素
はドラム２８のスロツトから落下し溜３４に集ま
る。液面検出要素５８は調節器６０に信号を送つ
て、弁５６を適切に開閉することにより、溜３４
内の液体窒素の液面を選択された範囲内に保持す
る。初めに装置が室温にあると、溜３４ならびに
クリームフリーザ１４のその他の部分に初めに供
給された液体窒素の大部分が蒸発する。クリーム
フリーザの温度が下がるに従い次第に蒸発速度は
小さくなる。運転を開始して数分後、溝２４の底
部８６の温度は液体窒素の沸点（−196℃）まで
低下する。これは例えば５分かかる。従つて典型
的には調節器６０内にタイマー回路がある。モー
タ６２を始動してから所定時間経過した後、油圧
シリンダ９４によりノズル１２の位置を下げ、ノ
ズル１２の最下部が溝２４の上流端部で液体窒素
の面の真上にくるようにする。またタイマー回路
は同時に蠕動ポンプ２を始動しクリームを低温殺
菌器１０からノズル１２に送る。

蠕動ポンプ２は比較的大きな流速を与えるよう
に設定されている。一般に出口の直径が２〜３mm
のノズルの場合、流速はノズル１本当たり毎分少
なくとも150cm³である。これは溝２４に沿つた液
体窒素の流速が毎秒0.2〜0.6ｍ程度であり、また
液体窒素の深さ（溝の底部から測定したもの）が
１cmであるのと比較される（溝の長さは約２ｍで
あり従つて液体窒素の流速は１つの溝につき毎分
１程度である）。

次に第８図について説明する。クリームはほぼ
円形の断面をもつ連続的な脈動流として各ノズル
１２の出口オリフイスから出てくる。脈動は連続
する最小のクリームの横断面の直径が各ノズル１
２の出口オリフイス９６の直径よりかなり小さく
なるようにする。

ノズルからでてくる脈動流はガスの泡がクリー
ムの下側に集まる結果、溝２４を流れる液体窒素
の表面に浮かぶ傾向がある。液体窒素流の表面に
は、クリーム流の最大断面積部分がクリーム流の
最小断面積部分とは異なる速度で溝２４の下流端
部に向かつて前進すると考えられる。この速度差
は、断面積の最大値と最小値との差を更に大きく
する傾向があり、その結果、各ノズルの出口オリ
フイス９６よりも断面積の大きな明らかな頭部即
ちヘツドと、上流の所定長さのクリームと繋がつ
た比較的薄い尾部即ちテイルとを有する所定長さ
のクリームを形成する。その際、クリーム流の最
大厚さと最小厚さとの間の差はそれほど顕著では
ない。このテイルは、次に、ヘツドから離れて別
体の所定長さのヘツド−テイルクリームを形成す
る。このクリームは、それ自体、間もなく比較的
大きい固まりになる。この大きな固まりは各溝２
４の底に触れるのに十分な大きさであり液体窒素
の流れによつて溝２４の底に沿つて転がる。ヘツ
ドからのテイルの分離が起こる前に頭部が溝の底
に接触してもよい。

蠕動ポンプの作動により、凍結されるべき液
体、例えばクリーム、を液化ガス上に前進させる
と、最大直径部を持つヘツドと最小直径部を持つ
テイルとを有する「おたまじやくし」形状のばら
ばらの固まりが形成される。各固まりの最大直径
部は、最小直径部よりもゆつくりと前進する傾向
があるため、速度差によつてテイルがヘツドに入
り込み、その結果、オリフイスよりも直径の大き
な固まりが形成される。

しかしながら比較的大きな長球状のクリームが
どのようにして形成されるかという上記の説明
は、複雑な流体力学的プロセスを単純化したもの
であつて本発明の範囲を何ら制限するものではな
いことを強調しておく必要がある。尾部が破壊さ
れるときに、典型的には直径が１mm以下の比較的
小さなクリーム粒子が形成されると我々は考えて
いる。このような小さな粒子は液体窒素の表面に
浮かび液体窒素によつて溝２４の下流端部の方に
運ばれる。液体窒素によつて溝２４の表面を転が
り落ちるクリームの固まりは、液体窒素の表面で
運ばれるクリームの固まりよりゆつくり移動す
る。

溝２４に沿つた液体窒素の流れの速度は、クリ
ームの固まりが溝２４の下流端部に到達するまで
に、クリームの固まりが液体窒素と十分に接触
し、その表面が凍結され、内部が液状のままであ
るように調整される。

典型的にはこの対流時間は５〜10秒程度となる
ように選ばれる。部分的に凍結した長球状のクリ
ームの固まりは、小さな固まり（その一部は部分
的に凍結している）と共に液体窒素の流れによつ
て運ばれ、溝２４の出口端部を越え、案内板２６
を通り、そこから回転ドラム２８の中に到達す
る。ドラム２８の少なくとも主要部分にはスロツ
ト３０があり、液体窒素がそこを通過することが
できるようになつている。これによつて液体窒素
をクリームの固まりから分離することができる。
液体窒素は案内板３２の上に集まり、重力により
溜３４の中に流下する。スロツト３０の大きさ
は、クリームの最も小さい粒子の一部が液体窒素
と共にスロツトを通つて落下するような大きさで
ある。

クリームの固まりが液体窒素から分離されても
冷却は止まらないということを認識すべきであ
る。液体窒素が蒸発するためかなりの量の冷たい
窒素の蒸気がドラム２８の中に存在する。ドラム
２８が回転するとこの冷たい窒素の蒸気とクリー
ムの固まりとが緊密に接触する。さらにフアン５
３を回すとドラム２８から窒素の蒸気がドラム３
８の中に流れ込み、クリームの固まりがドラム２
８からドラム３８の中に入る際に気体による冷却
がドラム３８の中で継続される。次にスクリユー
４６がクリームの固まりを出口４８の方に前進さ
せ、クリームの固まりは出口４８から重力により
落下し、集積装置５０の中で集められる。残留す
る液体窒素またはクリームの小さな粒子はスロツ
ト４０から重力により落下し、溜３４に集まる。
溝２４の端部と出口４８との間のフリーザ１４の
部分におけるクリームの固まりの滞留時間は10秒
〜20秒程度である。この対流時間は一般に十分な
ものであり、最も大きなクリームの固まりの中心
も凍結させることができ、しかも過剰凍結（すな
わち約−30℃以下に冷却すること。この場合最大
のクリームの固まりは殆どすべて亀裂の入る傾向
がある。）することはない。本発明の装置の利点
はクリームの凍結が不十分であつたり（最大のク
リームの固まりの凍結が不完全であることにより
示される。）および過剰凍結（最大のクリームの
固まりの殆どすべてがひび割れることによつて示
される。）を避けるように運転することができる
ということである。一般に最大の長球状のクリー
ムの固まりのひび割れは、これらの固まりが比較
的寸法的に不安定であるような場合に起こること
がある。

汲み上げポンプを運転して、液体窒素を溜の中
に集まつた凍結クリームの小さな粒子と共に溜３
４からリザーバ１８に戻す。第２図、第３図、第
３ａ図に示す、バケツトを用いる汲み上げポンプ
は特に有用であることがわかつた。というのはこ
の汲み上げポンプは弁を全く使用していないの
で、弁が粒子すなわち凍結したクリームの小さな
固まりと接触する際に起こるような弁の故障がな
く、清掃が比較的容易であるからである。リザー
バ１８に戻されたクリームの粒子はダム２０の下
方を液体窒素と共に運ばれ、溝２４を流れる液体
窒素の中に入る。そこで粒子の少なくとも一部
は、ノズル１２から液体窒素の流動する流れの中
に新たに導入されたクリームと結合する。この現
象によつて最も小さい典型的には１mm（スロツト
２０のサイズによつて決まる）から８〜９mmにわ
たる広範囲の粒子サイズが容易に与えられる。形
成される長球状の固まりの大きさがこのように分
布していることは得られる凍結クリームの包装密
度を改良することになる。

実質的にすべてのクリームは長球状の固まりに
形成される。典型的には形成されるクリームの固
まりの少なくとも25％および一般に少なくとも50
％は、その主軸に沿つた直径が、ノズル１２の出
口９６の直径の少なくとも２倍ある。このように
比較的大きな固まりのクリームを少なくとも85重
量％含むような冷凍クリーム製品を集めることが
できることを我々は発見した。我々はまた、主軸
に沿つた直径（すなわち長さ）が、ノズルの直径
の少なくとも３倍あるようなクリームの固まり
を、少なくとも90重量％含む冷凍クリーム製品を
集めることができることを見い出した。

集められるクリームの凍結した固まりは、一般
に包装し（例えば適当なプラスチツクの袋または
容器に）、フリーザに入れて保存し使用に供する
ことができる。この凍結したクリームを解凍させ
た場合、実質上、品質の低下はなく、特にこれを
熱い飲物に使用した場合にクリームから脂肪が分
離することはないということを我々は発見した。

ここに使用されている用語“ほぼ球状の固まり
またはほぼ長球状の固まり”とは、彎曲した表面
または彎曲した縁部をもつ固まりを意味するもの
である。正規の球状または長球状の固まりと同様
にデイスク状あるいは卵状のものも含まれる。さ
らにこの固まりは幾何学的に規則正しい形をして
いる必要はない。典型的には、生成する固まりは
不規則な長球状であり、この固まりの彎曲の程度
は正規の長球状のものより顕著でないということ
を発見した。

さらに以下の実施例により本発明の方法を説明
する。

実施例 第２図〜第７図に実質的に示されている装置を
用いてダブルクリームの凍結した固まりを製造し
た。この装置はそれぞれ独自の溝２４とそれぞれ
共働する４つのノズル１２を備えている。溝２４
はそれぞれ１ｍ70cmであり、下向きに傾斜し、そ
の傾きは1/35である。各ノズル１２は内側の直径
が２mmの出口を備えている。

先ずこの装置に液体窒素を流して装置を冷却し
た。バケツト７０とドラム２８および３８を毎分
７回転で回転させた。装置が冷却されたらノズル
を溝の液体窒素の液面の真上（約0.5mm上方）の
分配位置まで下げた。ノズル１２の軸はトラフ２
２と約25°の角度を成していた。低温殺菌したダ
ブルクリームをワトソン−マルロー301の４ロー
ラー蠕動ポンプによりノズル１２に供給した。ポ
ンプを毎分1416回転で運転し、クリームの４つの
連続脈動流をつくつた。従つて各流れは毎分354
の脈動をもつてつくられた。蠕動ポンプに組合せ
て用いたチユーブは、内側の直径が4.8mm、壁の
厚さが1.6mmのシリコンゴムであつた。

クリームは各ノズルから毎分190cm³の速度で連
続脈動流として分配された。各溝に沿つて流れる
液体窒素の速度は毎秒0.4ｍであつた。各溝の液
体窒素の深さは、正常運転の場合（すなわち上記
速度でクリームが分配される場合）７mmであつ
た。

クリームの凍結した“ほぼ長球状の”固まりを
集めた。

このクリームの固まりのサイズ分布を評価し
た。この評価によれば、クリームの固まりの約95
重量％は、長さが７〜９mmであり、約３重量％が
５〜７mm、約１重量％が１〜５mm、１％以下が１
mmより短いものであつた。上記の長さは各固まり
の最も長い寸法に沿つて測つた長さである。

ドラム２８と３８の内側に沿つて窒素蒸気の流
れをつくり出すのにフアン５３を用いる必要はな
い。フアン５３を省略してもこのような流れは生
じ易く、窒素の蒸気は出口５１を通つて排出され
る。しかしながら望ましい場合には、フアンを用
いてハウジングの内側のトレー５０の付近から窒
素の蒸気を取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のクリームフリーザのノズル
にクリームを供給する手段を示す概略図である。
第２図は本発明のクリームフリーザの一部断面概
略側立面図である。第３図は第２図の線−に
沿つて取つた断面図である。第３ａ図は第３図に
示すバケツトを傾けた状態で上方側面から見た斜
視図である。第４図は、第２図および第３図に示
すクリームフリーザの一部を形成する分配ノズル
とトラフの配置を示す概略端面図である。第５図
は第２図および第３図に示すクリームフリーザの
一部を形成する分配ノズルとトラフの配置を示す
概略側面図である。第６図は第２図および第３図
に示すリザーバを説明する概略図である。第６ａ
図は第６図に示すリザーバの一部側立面図であ
る。第７図は第２図および第３図に示す溜を説明
する概略図である。第８図は、本発明に従つてク
リームの固まりを形成するのを示す写真を元にし
て作成された斜視図である。 図面番号の説明、２……蠕動ポンプ、４……フ
レキシブルチユーブ、６……ヘツダー、１２……
クリーム分配ノズル、１４……クリームフリー
ザ、１６……断熱ハウジング、１８……リザー
バ、２０……ダム、２２……トラフ、２４……
溝、２６……案内板、２８……回転ドラム、３０
……スロツト、３２……案内板、３４……溜、３
８……回転ドラム、４０……スロツト、４２……
案内板、４５……スクリユー、４８……出口、５
０……集積トレー、５２……スプレーヘツダー、
６０……調節器、６２……電動モータ、７０……
バケツト、７８……カム従節、８０……カム面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を凍結してほぼ球状又はほぼ長球状の液
   体の凍結体を形成する方法において、出口オリフ
   イスを備えた少なくとも１つのノズルに液体を通
   し、溝に沿つて流れる−30℃以下の沸点を有する
   液化ガス流中に、実質的に連続した液体の脈動流
   を導入し、ノズルのオリフイスを通過する液体の
   通過速度は、液体の一部をノズルのオリフイスよ
   り大きな断面積をもつばらばらの固まりに形成す
   るのに十分な大きさであり、これらの固まりの少
   なくとも表面が凍結するのに十分な時間に亘つて
   これらの固まりを液化ガスと接触した状態に維持
   し、得られたほぼ球状又はほぼ長球状の液体の凍
   結体を集めることを特徴とする液体の凍結方法。 ２ 液体の凍結装置において、少なくとも１つの
   ノズルの出口オリフイスを構成する手段と、少な
   くとも１つの溝とを備え、前記オリフイス構成手
   段は、凍結すべき液体を前記溝に分配するため、
   前記溝の上方に配置されるようになつており、更
   に、−30℃より低い沸点をもつ液化ガスを受け入
   れるようになつており且つこの液化ガスを重力で
   溝に沿つて外へ流すことのできるリザーバと、蠕
   動ポンプと、液化ガスから液体の凍結体を分離す
   るようになつた、前記溝の下流端と隣接したセパ
   レータとを有する、ことを特徴とする液体の凍結
   装置。