(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液が流される第１室と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって前記第１室から隔てられた第２室と、を有する膜蒸留セルと、
前記原液を加熱する加熱器と、
前記第２室の冷却を行う冷却器と、
前記第１室又は前記第２室の圧力を変化させて前記第１室と前記第２室との間の圧力差を調整する圧力調整手段と、
前記加熱器、前記冷却器及び前記圧力調整手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加熱器と前記冷却器とを所定の温度範囲に制御し、前記第２室に生じる前記蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように前記圧力調整手段を制御することを特徴とする濃縮装置。
【請求項２】
前記制御部は、予め設定されている目標濃縮率と前記第１室に流される前記原液の量とに基いて求められる前記凝縮液の目標量を参照し、前記第２室に生じる凝縮液の量が前記目標量となるように前記圧力調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の濃縮装置。
【請求項３】
伝熱壁によって前記第２室から隔てられた第３室と、
前記第３室の出口と前記第３室の入口との間を接続し、前記第３室に冷却液を循環させる冷却液流路と、をさらに備え、
前記冷却器は、前記冷却液流路に流されている前記冷却液を冷却し、
前記第３室を流れる前記冷却液によって冷やされた前記伝熱壁が、前記第２室に生じる前記蒸気を冷却することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の濃縮装置。
【請求項４】
前記第２室の出口と前記第２室の入口との間を接続し、前記第２室に冷却液を循環させる冷却液流路をさらに備え、
前記冷却器は、前記冷却液流路に流される前記冷却液を冷却し、
前記第２室を流れる前記冷却液が、前記第２室に生じる前記蒸気を冷却することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の濃縮装置。
【請求項５】
前記圧力調整手段が、前記第２室の圧力を減圧自在な減圧器、前記第１室の圧力を加圧自在な加圧器、又は、前記減圧器と前記加圧器の両方であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の濃縮装置。
【請求項６】
前記第１室の出口と前記第１室の入口との間を接続し、前記原液が濃縮された濃縮液を前記第１室に再流入させる原液流路をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の濃縮装置。
【請求項７】
前記加熱器に熱エネルギを供給可能な熱源と、
前記熱エネルギを媒介する熱媒の流量を調整する流量調整手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記加熱器が前記原液に与える熱量を、前記熱媒の流量を調整して制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の濃縮装置。
【請求項８】
前記加熱器に熱エネルギを供給可能な複数の熱源と、
前記加熱器に前記熱エネルギを与える熱源を前記複数の熱源のうちで切り替える熱源切替手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記加熱器が前記原液に与える熱量を、前記複数の熱源のうちで熱源を切り替えて制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の濃縮装置。
【請求項９】
原液が流される第１室と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって前記第１室から隔てられた第２室と、前記多孔質膜を透過した蒸気を凝縮する伝熱壁によって前記第２室から隔てられ、冷却液が流される第３室と、を有する膜蒸留セルと、
前記原液を加熱する加熱器と、
前記冷却液を冷却する冷却器と、
前記第２室の圧力を減少させて前記第１室と前記第２室との間の圧力差を調整する圧力調整手段と、
前記加熱器、前記冷却器及び前記圧力調整手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加熱器と前記冷却器とを所定の温度範囲に制御し、前記第２室に生じる前記蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように前記圧力調整手段を制御することを特徴とする濃縮装置。
【請求項１０】
原液が流される第１室と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって前記第１室から隔てられた第２室と、を有する膜蒸留セルにおいて、
前記多孔質膜の前記第１室側と前記第２室側とを所定の温度差となるように調温すると共に、前記第２室に生じる前記蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように前記第１室と前記第２室との間の圧力差を調整することを特徴とする濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜蒸留の原理による濃縮装置及び濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲食品の製造、廃液処理、淡水化処理、化学工業等の各種分野において、液体を濃縮する操作が行われている。濃縮の方法としては、一般に、蒸発缶や加熱プレート等を用いる蒸発濃縮法が利用されている。また、その他の方法として、逆浸透膜（Reverse Osmosis；ＲＯ膜）を用いる膜濃縮法や、凍結濃縮法等も利用されている。
【０００３】
蒸発濃縮法は、高い濃縮率を容易に実現し得る方法ではあるものの、液体を蒸発させるのに多大な加熱コストが掛かるという欠点を有している。また、蒸発濃縮法は、香気成分等の低沸点成分を加熱に伴って揮散させてしまうため、飲食品の製造等には適していない。一方、凍結濃縮法も、高吸熱量の冷凍能力を必要とするし、装置・操作が複雑であったり、懸濁液の濃縮が難しいといった課題を抱えている。
【０００４】
このような状況の下、蒸発濃縮法等に代わる代替技術として、膜濃縮法の利用が拡大している。膜濃縮法では、分離膜を利用した濾過や透析の原理により濃縮が行われる。低分子以上が濃縮対象である場合の分離膜としては、逆浸透膜（Reverse Osmosis；ＲＯ膜）が一般的である。従来、特許文献１に開示されるように、逆浸透膜装置やナノ濾過膜装置を利用して糖化液を濃縮する技術等が知られている。
【０００５】
逆浸透法は、比較的低いコストで行うことができるし、低沸点成分を揮散させないで済むため、濃縮液の品質を損ない難いといった利点を持つ。しかしながら、逆浸透法では、操作圧力と耐圧の関係から濃縮率に限界がある。また、逆浸透膜は、特許文献１に記載されるように前処理を行ったとしても、依然としてファウリングを生じ易い。また、殺菌剤によって容易に劣化する材質であることが少なくない。そのため、装置の運用や維持管理を考慮すると、必ずしも最良の方法とはなっていない。
【０００６】
分離膜を利用する方法としては、膜蒸留法（Membrane Distillation；ＭＤ法）も知られている。膜蒸留法においては、液体を透過しない一方で気体を透過する性質を持つ疎水性多孔質膜が用いられる。膜蒸留の原理による濃縮では、液体が気体への相転移を伴って分離されて、元の液体が濃縮されることになる。膜蒸留法は、殺菌処理等を考慮しても装置の運用や維持管理を行い易いことから、溶質や濁質を含んだ液体を濃縮する方法としても優位性がある。
【０００７】
膜蒸留における物質移動は、膜の両側に掛かる蒸気圧差によって駆動される。そのため、濃縮操作は、原液を接触させる膜の片側と、蒸気を出させる膜の反対側との間に温度差を与え、飽和蒸気圧を異ならしめることにより行われる。膜蒸留法の具体的な形態としては、膜を透過した蒸気を、膜の反対側に離れた冷却面上で冷却する間接接触法と、膜を透過した蒸気を、膜の反対側を流れる冷却液に吸収させる直接接触法とがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１２８２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
膜蒸留の原理による濃縮において、原液を目標どおりの濃縮率に濃縮できることが望まれる。しかしながら、濃縮しようとする原液の溶質濃度は、常に一定であるとは限らない。例えば、果汁を濃縮して濃縮果汁を得ようとするとき、果汁の糖分濃度が、品質、品種、保存条件等の違いから、ロット間で一律に揃っていない場合があり得る。また、当初の糖分濃度が同じであっても、果汁を膜に接触させるまでの間に比重差によって濃度むらを生じる場合等があり得る。
【００１０】
膜に接触する原液の溶質濃度が上下すると、蒸気圧降下によって膜の透過流束も変化する。そのため、得られる濃縮液の濃縮率が一定に安定せず、原液の溶質濃度に応じて濃縮率にばらつきを生じてしまうことが少なくない。その一方で、原液の溶質濃度を予め揃えておくには、前処理についての設備コストや工数が掛かる。すなわち、膜蒸留の原理による濃縮において、所定の濃縮率の濃縮液を低コストで安定的に得るのは難しい現状がある。
【００１１】
また、膜蒸留の原理による濃縮において、原液の品質や濃縮液の用途に応じて目標濃縮率を自在に設定したいという要求がある。例えば、果汁飲料の用途に用いる濃縮果汁については、果汁の糖度乃至酸度を４〜７倍程度以上まで濃縮する必要がある。その一方で、ワインのような発酵飲料の用途に用いる果汁については、アルコール発酵に適した比較的低い濃縮率で足りる。
【００１２】
膜蒸留における物質移動は蒸気圧差によって駆動されるため、従来は、濃縮操作毎に目標濃縮率の設定を変えるのに、加熱温度を逐次変更する必要があった。しかしながら、加熱温度に応じて加熱機器自体を切り替えるにはコストが掛かる。また、大幅に加熱温度を変更すると、原液中の成分が熱の影響を受け易い場合に、濃縮液の成分品質にばらつきを生じてしまう。そのため、目標とする濃縮率の濃縮液を、コストを掛けず、成分品質も安定させて自在に得ることができる手段が求められている。
【００１３】
そこで、本発明は、所定の濃縮率の濃縮液を低コスト且つ安定的に得ることができる濃縮装置及び濃縮方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために本発明に係る濃縮装置は、原液が流される第１室と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって前記第１室から隔てられた第２室と、を有する膜蒸留セルと、前記原液を加熱する加熱器と、前記第２室の冷却を行う冷却器と、前記第１室又は前記第２室の圧力を変化させて前記第１室と前記第２室との間の圧力差を調整する圧力調整手段と、前記加熱器、前記冷却器及び前記圧力調整手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱器と前記冷却器とを所定の温度範囲に制御し、前記第２室に生じる前記蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように前記圧力調整手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る濃縮方法は、原液が流される第１室と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって前記第１室から隔てられた第２室と、を有する膜蒸留セルにおいて、前記多孔質膜の前記第１室側と前記第２室側とを所定の温度差となるように調温すると共に、前記第２室に生じる前記蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように前記第１室と前記第２室との間の圧力差を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、所定の濃縮率の濃縮液を低コスト且つ安定的に得ることができる濃縮装置及び濃縮方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１変形例に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第２変形例に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第３変形例に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
【図５】飲料製造システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る濃縮装置及び濃縮方法について説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る濃縮装置１は、膜蒸留セル１０と、加熱器２０と、濃縮液槽３０と、原液ポンプＰ１と、第１温度センサＴ１と、冷却器４０と、冷却液槽５０と、冷却液ポンプＰ２と、第２温度センサＴ２と、流量センサ（液量計測手段）Ｆ１と、凝縮液槽６０と、減圧器（圧力調整手段）７０と、制御器（制御部）８０と、原液流路１１０と、冷却液流路１２０とを備えている。
【００２０】
濃縮装置１は、液体の濃度を高める濃縮操作を膜蒸留の原理によって行う装置である。濃縮装置１では、被処理液としての原液が、膜蒸留セル１０において膜蒸留される。膜蒸留セル１０においては、原液に含まれている低沸点成分が分離される一方で、元の原液が濃縮された濃縮液が生成される。例えば、果汁、野菜汁等を原液として膜蒸留を行うことによって、飲食品の原料として用い得る濃縮果汁、濃縮野菜汁等の濃縮液が得られる。
【００２１】
膜蒸留セル１０は、多孔質膜１１と、冷却板（伝熱壁）１２と、原液室（第１室）１０ａと、凝縮室（第２室）１０ｂと、冷却室（第３室）１０ｃとを有している。図１に示すように、膜蒸留セル１０の内部は、多孔質膜１１と冷却板１２によって、原液室１０ａと凝縮室１０ｂと冷却室１０ｃとに仕切られている。
【００２２】
多孔質膜１１は、多孔質の材料によって形成されており、原液室１０ａの壁部の一部分を成している。多孔質膜１１は、液体を透過しない一方で気体を透過する性質を有しており、接触した原液中の蒸気を選択的に透過する作用を示す。すなわち、原液から蒸発した蒸気は、多孔質膜１１を透過して、原液室１０ａ側から凝縮室１０ｂ側に移動することができる。一方、蒸気が離脱した元の原液は、多孔質膜１１を透過すること無く、原液室１０ａに濃縮される。
【００２３】
多孔質膜１１としては、平膜、中空糸膜、管状膜等の各種の形態が適用される。また、多孔質膜１１の組み付け方は、特に制限されるものでは無く、円管型、スパイラル型等の各種の形態を採ることができる。多孔質膜１１の一例は、平均孔径が０．２μｍ、開口率が６０％以上８０％以下、厚さが５０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００２４】
多孔質膜１１の好ましい材料は、高い疎水性を有する材料である。有機材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素化ポリオレフィンや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィンを用いることができる。また、無機材料としては、例えば、疎水性のゼオライト、シリカ、カーボン等を用いることができる。
【００２５】
冷却板１２は、熱伝導率が高い材料によって形成されており、凝縮室１０ｂ及び冷却室１０ｃのそれぞれの壁部の一部分を成している。冷却板１２は、冷却室１０ｃ側から冷却液によって冷却されるようになっており、多孔質膜１１を透過してきた蒸気を凝縮室１０ｂ側の表面で凝縮させる。
【００２６】
冷却板１２の好ましい材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、銅、これらの合金、高熱伝導率の合成樹脂等である。より好ましい材料は、ステンレス鋼、チタン等のように高い熱伝導率と耐腐食性とを兼ね備えた材料である。
【００２７】
原液室１０ａは、原液が流される区画である。原液室１０ａの出口から入口までは、配管等を介して室外で連通しており、原液を原液室１０ａに循環させるための原液流路１１０が形成されている。原液流路１１０上には、加熱器２０と、濃縮液槽３０と、原液を循環させる原液ポンプＰ１と、原液の代表温度を計測する原液温度センサＴ１とが設置されている。原液流路１１０は、原液室１０ａの出口と入口との間を加熱器２０、濃縮液槽３０等を介して接続しており、原液室１０ａで膜蒸留された濃縮液を原液室１０ａに再流入させる。
【００２８】
加熱器２０は、管中を流れる原液を熱交換によって加熱する。多孔質膜１１における物質移動は、原液と多孔質膜１１の界面と、冷却板１２の冷却面との間に生じる蒸気圧差によって駆動される。原液は高温であるほど飽和蒸気圧が増大し、飽和蒸気圧が増大するほど多孔質膜１１の透過流束が大きくなり、また、顕熱に対する潜熱の移動比率が高くなって熱損失が小さくなる。そのため、原液は、所定温度まで加熱器２０によって加熱されて原液室１０ａに導入される。
【００２９】
冷却室１０ｃは、冷却液が流される区画である。冷却室１０ｃは、冷却板１２によって凝縮室１０ｂから隔てられている。冷却室１０ｃの出口から入口までは、室外で配管等を介して連通しており、冷却室１０ｃに冷却液を循環させるための冷却液流路１２０が形成されている。冷却液流路１２０上には、冷却器４０と、冷却液槽５０と、冷却液を循環させる冷却液ポンプＰ２と、冷却液の代表温度を計測する冷却液温度センサＴ２とが設置されている。冷却液流路１２０は、冷却室１０ｃの出口と入口との間を冷却器４０、冷却液槽５０等を介して接続しており、冷却液を冷却室１０ｃに循環的に流す。
【００３０】
冷却液としては、熱容量や潜熱が高く、適度な粘度や相転移温度を有する適宜の流体が適用される。例えば、水溶液、水懸濁液等の水性の原液を濃縮対象とする場合には、純水、水道水、工水等の冷却水を用いることができる。
【００３１】
冷却器４０は、管中を流れる冷却液を冷却するインライン型の装置となっている。冷却液は、凝縮室１０ｂの蒸気が凝縮可能な温度まで冷却器４０によって冷却されて冷却室１０ｃに導入される。
【００３２】
凝縮室１０ｂは、蒸気を凝縮させる区画である。凝縮室１０ｂは、多孔質膜１１によって原液室１０ａから隔てられており、内気圧を調圧可能な密閉系とされている。原液室１０ａにおいて原液から蒸発した蒸気は、多孔質膜１１を透過した後、多孔質膜１１から冷却板１２までを自然対流や拡散によって移動する。そして、冷却液流路１２０に流されている冷却液によって冷やされた冷却板１２が、凝縮室１０ｂの冷却を行い、凝縮室１０ｂの蒸気を凝縮させる。
【００３３】
凝縮室１０ｂには、凝縮液をセル外に排出する排液路と、蒸気を排気する排気路とが接続されている。排気路には、減圧器７０が設置されている。一方、排液路には、凝縮液の量を計測する流量センサ（液量計測手段）Ｆ１と、凝縮液槽６０とが設置されている。
【００３４】
減圧器７０は、インバータ制御等によって気体の吸引力を調節することができる減圧ポンプであり、凝縮室１０ｂの内気圧を所定圧力に自在に減圧させて、原液室１０ａと凝縮室１０ｂとの間の圧力差を所定気圧差に調整する。多孔質膜１１の透過流束を大きくする観点からは、凝縮室１０ｂ側の内気圧が原液室１０ａ側よりも低いほど有利である。このとき、膜に温度差を与えて蒸気圧差を大きく採ろうとすると、膜を介した熱伝導を含め顕熱の移動量が増大するため熱損失が大きくなりかねない。減圧器７０によると、温度差を変えること無く蒸気圧差を生じさせることができるので、良好な透過流束と熱的効率とを両立することができる。
【００３５】
制御器８０は、加熱器２０や冷却器４０を制御する機能を有する。制御器８０は、例えば、原液温度センサＴ１によって計測される原液の代表温度、すなわち原液室１０ａの入口温度や、冷却液温度センサＴ２によって計測される冷却液の代表温度、すなわち冷却室１０ｃの入口温度が、予め設定した目標温度となるように、加熱器２０や冷却器４０による伝熱量を制御する。
【００３６】
制御器８０は、また、減圧器７０を制御する機能を有する。制御器８０は、例えば、所定期間内に凝縮室１０ｂから排出される凝縮液の総量が、予め設定した目標量となるように減圧器７０による凝縮室１０ｂの調節圧力を制御する。凝縮液の総量は、例えば、流量センサＦ１によって計測される凝縮液の流量を任意の所定期間について積算することにより求めることができる。
【００３７】
次に、濃縮装置１の具体的な運転方法に基いて、本実施形態に係る濃縮方法について説明する。
【００３８】
本実施形態に係る濃縮方法は、原液が流される原液室（第１室）と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって原液室から隔てられた凝縮室（第２室）と、を有する膜蒸留セルにおいて、原液室側と凝縮室側とを所定の温度差となるように調温し、且つ、凝縮室に生じる蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように原液室と凝縮室との間の圧力差、すなわち気圧差を調整する方法である。
【００３９】
本実施形態に係る濃縮方法では、所定の濃縮率の濃縮液を生成するために、多孔質膜を透過して凝縮室に生じる凝縮液の量が所定量となるように運転を行う。凝縮液の量は、濃縮液の用途毎に定められる目標量に一致するように調節される。これによって、原液の溶質濃度、品質、種類、保存条件、前処理条件等にかかわらず、目標どおりの濃縮率に濃縮された濃縮液が生成される。
【００４０】
原液から蒸気として分離されて多孔質膜を透過する透過量は、凝縮室に生じる凝縮液の量と同等であると見做せる。そのため、濃縮液の濃縮率（Ｃｆ）は、原液の量をＱｆ、凝縮液の量をＱｐとしたとき、膜蒸留セルにおける物質収支から、次の式（１）のように表すことができる。
Ｃｆ＝Ｑｆ／（Ｑｆ−Ｑｐ）・・・（１）
【００４１】
原液の量（Ｑｆ）については、膜蒸留セルへの導入量等として容易に把握することができる。例えば、濃縮装置１においては、原液流路１１０に流量センサを設置したり、濃縮液槽３０にレベルセンサや重量センサを設置したりして計測することができる。したがって、所定の濃縮率の濃縮液を生成するために凝縮室に生じさせるべき凝縮液の目標量（Ｑｐ）は、予め設定される目標濃縮率（Ｃｆ）と、既知の原液の量（Ｑｆ）とに基いて式（１）から求めることができる。
【００４２】
濃縮装置１において、原液は、膜蒸留セル１０に循環されて膜蒸留を繰り返されることにより、所定の目標濃縮率まで濃縮される。そのため、制御器８０には、中間濃縮率に相当する目標濃縮率（Ｃｆ）が予め設定される。そして、これに対応する中間的な目標凝縮液量（Ｑｐ）が、参照可能な制御目標値として制御器８０に記憶される。中間的な目標凝縮液量（Ｑｐ）は、中間濃縮率に相当する目標濃縮率（Ｃｆ）と、これに対応する中間的な既知の原液量（Ｑｆ）、すなわち回分処理液量とに基いて式（１）から求められる。
【００４３】
濃縮装置１において、原液は、第１バルブＶ１０が開放されることにより、系外から原液流路１１０に導入される。そして、第１バルブＶ１０が閉鎖された後、原液ポンプＰ１によって原液流路１１０を循環的に流され、原液室１０ａに循環供給される。また、冷却液は、冷却液ポンプＰ２によって冷却液流路１２０を循環的に流され、冷却室１０ｃに循環供給される。このとき、原液の代表温度は、原液温度センサＴ１によって経時的に計測され、各時点における計測値は、制御器８０に出力される。また、冷却液の代表温度は、冷却液温度センサＴ２によって経時的に計測され、各時点における計測値は、制御器８０に出力される。
【００４４】
制御器８０は、原液と冷却液が循環供給されている間に、原液室１０ａを流れる原液と凝縮室１０ｂの冷却板１２との温度差が一定となるように、加熱器２０と冷却器４０とを所定の温度範囲にそれぞれ定温制御する。例えば、制御器８０は、計測温度に基いて加熱器２０と冷却器４０とをフィードバック制御し、原液の液温と冷却液の液温とを既定の一定温度となるようにそれぞれ調温する。
【００４５】
原液側と冷却側との温度差は、目標濃縮率（Ｃｆ）に応じて、多孔質膜１１について適切な蒸気圧差が確保される温度に設定される。加熱器２０による加熱の目標温度は、水性の原液を濃縮対象とする場合には９０℃未満とすることができる。一方、冷却器４０による冷却の目標温度は、顕熱や潜熱の移動量を加味して設定すればよい。濃縮装置１においては調温と共に調圧も行われるので、過大な温度差を生じさせる必要が無く、顕熱の移動による熱損失を少なくすることができる。
【００４６】
膜蒸留セル１０の原液室１０ａでは、加熱された原液から低沸点成分が蒸発し、蒸気は、多孔質膜１１を透過して冷却板１２上で冷却されて凝縮液となり、凝縮液が、凝縮室１０ｂから排出される。排出される凝縮液の流量は、流量センサＦ１によって経時的に計測され、各時点における計測値は、制御器８０に出力される。
【００４７】
制御器８０は、原液が循環供給されている間に、凝縮室１０ｂに生じる蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が、その目標量（Ｑｐ）となるように減圧器７０を制御する。例えば、目標濃縮率（Ｃｆ）と既知の原液の量（Ｑｆ）とに基いて求められる目標凝縮液量（Ｑｐ）を参照し、その目標凝縮液量（Ｑｐ）を流量センサＦ１によって計測された流量の所定期間についての積算値と比較する。これによって、制御器８０は、減圧器７０をフィードバック制御し、凝縮室１０ｂに生じる凝縮液の量を目標凝縮液量（Ｑｐ）に一致させる。
【００４８】
減圧器７０が目標とする調節圧力は、蒸気が冷却板１２上で凝縮できる範囲に調節される。目標濃縮率（Ｃｆ）に応じて原液側と冷却側との温度差が設定され、温度差によって凡その蒸気圧差が確保されるので、原液に蒸気圧降下が生じていたとしても即応性良く且つ精密に濃縮率を調節することができる。
【００４９】
膜蒸留セル１０において、中間濃縮率に相当する目標濃縮率（Ｃｆ）まで濃縮された濃縮液は、原液流路１１０を通って再び原液室１０ａに再流入して更に濃縮される。そして、濃縮液は、最終濃縮率に達するまで原液室１０ａに循環供給される。その後、原液ポンプＰ１が停止され、閉鎖されていた第２バルブＶ２０と第３バルブＶ３０とが開放されて、目標の濃縮率に濃縮された濃縮液が回収される。
【００５０】
以上の実施形態に係る濃縮装置及び濃縮方法によると、多孔質膜を透過して凝縮室に生じる凝縮液の量を自在に調節することができるので、所定の濃縮率に濃縮された濃縮液を安定的に得ることができる。具体的には、加熱温度や冷却温度、或いは、原液の溶質濃度について不測の変動が生じたとしても、目標濃縮率どおりに濃縮された濃縮液を確実に得ることができる。
【００５１】
また、以上の実施形態に係る濃縮装置及び濃縮方法によると、原液の溶質濃度を予め揃えておくための前処理を必ずしも必要としないし、また、目標濃縮率が異なる原液毎に装置・機器を切り替えることも必要としないので、所定の濃縮率に濃縮された濃縮液を低コストで得ることができる。
【００５２】
また、以上の実施形態に係る濃縮装置及び濃縮方法によると、所定の濃縮率に濃縮された濃縮液を得る上で原液室と凝縮室とを一定の定温に調温すれば足りるため、濃縮液に与えられる熱履歴を、ロット間について容易に揃えることができる。すなわち、濃縮操作毎については、原液の加熱温度が一定に保たれることになるため、異なる濃縮操作同士についても、加熱温度値と加熱時間値とを管理しさえすれば、各濃縮液に与えられる熱履歴を一律に揃えることができる。よって、原液中の成分が熱の影響を受け易い場合においても、同一の濃縮率の濃縮液や、互いに異なる濃縮率の濃縮液を、成分品質を一定に安定させて、ばらつき少なく得ることが可能である。
【００５３】
次に、第１変形例に係る濃縮装置及び濃縮方法について説明する。
【００５４】
図２は、本発明の第１変形例に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
前記の実施形態に係る濃縮装置は、外部熱源に付随して設けられた形態の濃縮装置（第１変形例に係る濃縮装置）とすることができる。
【００５５】
図２に示すように、第１変形例に係る濃縮装置２は、前記の濃縮装置１と同様に、膜蒸留セル１０と、加熱器２０と、濃縮液槽３０と、原液ポンプＰ１と、第１温度センサＴ１と、冷却器４０と、冷却液槽５０と、冷却液ポンプＰ２と、第２温度センサＴ２と、流量センサ（液量計測手段）Ｆ１と、凝縮液槽６０と、減圧器（圧力調整手段）７０と、制御器（制御部）８０と、原液流路１１０と、冷却液流路１２０とを備えている。
【００５６】
また、濃縮装置２は、前記の濃縮装置１と同様の構成に加えて、外部熱源（熱源）（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）と、熱媒管１３０と、開閉弁（熱源切替手段）（Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ）と、熱媒ポンプ（流量調整手段）Ｐ３と、熱交換器９０とをさらに備えている。第１変形例に係る濃縮装置２は、前記の濃縮装置１と同様に、液体の濃度を高める濃縮操作を膜蒸留の原理によって行う装置である。
【００５７】
外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）は、原液の加熱に利用可能な熱エネルギを有している。外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）は、複数あり、それぞれに熱媒管１３０が接続されている。外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）のそれぞれは、互いに独立して熱エネルギを有しており、個々の熱エネルギを、熱媒管１３０を流れる熱媒に与えるようになっている。
【００５８】
外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）は、図２に示すように、加熱器２０に熱エネルギを供給可能な状態とされている。すなわち、複数の熱媒管１３０が、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）と加熱器２０との間を接続しており、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）から加熱器２０に向けて熱媒が通流可能とされている。なお、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）と加熱器２０との間には、熱交換器９０が設置されており、熱交換器９０によって熱エネルギが中継されるようになっている。
【００５９】
外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）としては、適宜の種類の熱源が利用される。但し、好ましい形態は、例えば、工場、事業所、発電所、焼却施設等からの排熱や、地熱源や、温泉源泉等を利用する廃熱源である。加熱器２０の加熱性能は、原液の液温を既定の一定温度に調温する程度で足り、可変的な温度制御を行う必要が無い。そのため、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）としては、排熱熱量が不安定な廃熱源等を含め、適宜の種類の熱源を利用することができる。
【００６０】
外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）に接続されている各熱媒管１３０のそれぞれには、開閉弁（Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ）が設置されている。複数の開閉弁（Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ）のそれぞれは、熱媒管１３０を独立して開閉し、加熱器２０に熱エネルギを与える熱源を、複数の外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）のうちで選択的に切り替えることができる。
【００６１】
外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）に接続されている熱媒管１３０には、熱媒ポンプＰ３が設置されている。熱媒ポンプＰ３は、熱媒を外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）から加熱器２０に向けて流し、熱媒管１３０を流れる熱媒の流量を適宜の量に調整する。
【００６２】
次に、濃縮装置２の運転方法に基いて、第１変形例に係る濃縮方法について説明する。
【００６３】
第１変形例に係る濃縮方法は、原液が流される原液室（第１室）と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって原液室から隔てられた凝縮室（第２室）と、を有する膜蒸留セルにおいて、原液に与えられる熱量を、複数の熱源のうちで熱源を切り替えると共に熱源からの熱媒の流量を調整して一定熱量とし、原液室側と凝縮室側とを所定の温度差となるように調温し、且つ、凝縮室に生じる蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように原液室と凝縮室との間の圧力差、すなわち気圧差を調整する方法である。
【００６４】
濃縮装置２においては、前記の濃縮装置１と同様に、目標濃縮率（Ｃｆ）が予め設定され、凝縮室に生じさせるべき目標凝縮液量（Ｑｐ）が、参照可能な制御目標値として制御器８０に記憶される。また、加熱器２０において必要とされる目標交換熱量が、原液の加熱の目標温度に基いて求められ、参照可能な制御目標値として制御器８０に記憶される。そして、原液は、原液流路１１０を循環的に流され、冷却液は、冷却液流路１２０を循環的に流される。
【００６５】
制御器８０は、原液が循環供給されている間に、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）のそれぞれにおける交換熱量を把握する。交換熱量は、例えば、各外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）に、熱媒流量を計測する流量センサを設置したり、温度センサを設置したりすることで、温度や熱媒流量に基いて把握することができる。
【００６６】
制御器８０は、原液が循環供給されている間に、加熱器２０が原液に与える熱量を、複数の外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）のうちで熱源を切り替えて制御する。例えば、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）のそれぞれにおける計測による交換熱量に基いて、加熱器２０に熱を与える最適な熱源を選び、それに対応した開閉弁（Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ）のみを開放する。
【００６７】
開閉弁（Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ）を開放する熱源としては、加熱器２０において必要とされる目標交換熱量を超えるものであれば、単一の熱源のみが選ばれるようにしてもよいし、複数の熱源の組み合わせが選ばれるようにしてもよい。加熱器２０が原液に与える交換熱量が、加熱器２０において必要とされる目標交換熱量を超え、且つ、最小となる熱源が選ばれるようにすると、無用の排熱を削減できる点で好ましい。
【００６８】
制御器８０は、開閉弁（Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ）が開放された後、加熱器２０が原液に与える熱量を、熱媒の流量を調整して制御する。例えば、外部熱源（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）のそれぞれにおける計測による交換熱量と、加熱器２０において必要とされる目標交換熱量とに基いて、これらの熱量差が無くなるように、熱媒管１３０を流れる熱媒の流量を減少させる。そして、加熱器２０によって定温に調節された原液が、原液室１０ａと凝縮室１０ｂとの間の圧力差を調整されながら濃縮される。
【００６９】
以上の第１変形例に係る濃縮装置及び濃縮方法によると、原液を加熱する加熱器に熱エネルギを供給する熱源が、複数の熱源のうちで切り替えられるため、原液の加熱を持続性良く安定的に行うことができる。例えば、加熱器の熱源として熱エネルギの供給が持続しない熱源を用いたとしても、その熱源が熱エネルギの供給を中断している間に他の熱源を利用することが可能であるため、原液の濃縮操作を継続的に行うことができる。
【００７０】
また、以上の第１変形例に係る濃縮装置及び濃縮方法によると、加熱器に供給される熱源からの熱媒の流量が調整されるため、原液を加熱するにあたってのエネルギ効率を向上させることができる。例えば、加熱器の熱源として熱エネルギが過剰な熱源を用いる場合であっても、加熱器に対する一定の交換熱量を確保する一方、余剰の熱エネルギを排熱して回収し、他の用途に利用することが可能になる。
【００７１】
なお、以上の第１変形例に係る濃縮装置２においては、原液に与えられる熱量を、複数の熱源のうちで熱源を切り替えると共に熱源からの熱媒の流量を調整して一定熱量とするものとされている。しかしながら、これに代えて、熱源の切り替えのみ、又は、熱媒の流量の調整のみを行うようにしてもよい。すなわち、流量調整手段及び熱源切替手段のうちの一方のみを設けて、膜蒸留による濃縮を行うようにしてもよい。熱源の切り替えを行わない場合は、熱源は単一であってよい。また、流量調整手段や熱源切替手段としては、開閉弁、ポンプ等の各種の機器を適宜に利用してよい。
【００７２】
次に、第２変形例に係る濃縮装置及び濃縮方法について説明する。
【００７３】
図３は、本発明の第２変形例に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
前記の実施形態に係る濃縮装置は、原液室の内気圧を加圧する形態の濃縮装置（第２変形例に係る濃縮装置）とすることができる。
【００７４】
図３に示すように、第２変形例に係る濃縮装置３は、前記の濃縮装置１と同様に、膜蒸留セル１０と、加熱器２０と、濃縮液槽３０と、原液ポンプＰ１と、第１温度センサＴ１と、冷却器４０と、冷却液槽５０と、冷却液ポンプＰ２と、第２温度センサＴ２と、流量センサ（液量計測手段）Ｆ１と、凝縮液槽６０と、制御器（制御部）８０と、原液流路１１０と、冷却液流路１２０とを備えている。
【００７５】
濃縮装置３が、前記の濃縮装置１と異なる点は、減圧器（圧力調整手段）７０に代えて、加圧器（圧力調整手段）Ｖ４０と、逃がし弁（圧力調整手段）Ｖ５０とを備えている点である。第２変形例に係る濃縮装置３は、前記の濃縮装置１と同様に、液体の濃度を高める濃縮操作を膜蒸留の原理によって行う装置である。
【００７６】
加圧器Ｖ４０は、原液室１０ａの出口の原液流路１１０上に設置されている。加圧器Ｖ４０は、原液流路１１０を開閉する圧力調整弁であり、原液流路１１０を閉塞させて、原液室１０ａの内気圧を所定圧力に自在に加圧させる。濃縮装置３において、原液流路１１０は、内気圧を調圧可能な密閉系とされている。
【００７７】
逃がし弁Ｖ５０は、凝縮室１０ｂに接続される排気路上に設置されている。逃がし弁Ｖ５０は、一次側の内気圧を調節することができる背圧弁であり、凝縮室１０ｂの内気圧を所定圧力に自在に減圧させる。そのため、加圧器Ｖ４０と逃がし弁Ｖ５０とによって、原液室１０ａと凝縮室１０ｂとの間の圧力差が所定値に調整されるようになっている。
【００７８】
次に、濃縮装置３の運転方法に基いて、第２変形例に係る濃縮方法について説明する。
【００７９】
第２変形例に係る濃縮方法は、原液が流される原液室（第１室）と、蒸気を選択的に透過する多孔質膜によって原液室から隔てられた凝縮室（第２室）と、を有する膜蒸留セルにおいて、原液室側と凝縮室側とを所定の温度差となるように調温し、且つ、凝縮室に生じる蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が所定量となるように原液室を加圧すると共に凝縮室を減圧して、原液室と凝縮室との間の圧力差、すなわち気圧差を調整する方法である。
【００８０】
濃縮装置３において、原液は、回分的に膜蒸留されて濃縮される。原液は、第１バルブＶ１０が開放されることにより、系外から原液流路１１０に導入され、第１バルブＶ１０が閉鎖された後、原液ポンプＰ１によって加圧されて原液室１０ａに導入される。また、冷却液は、冷却液ポンプＰ２によって冷却液流路１２０を流される。
【００８１】
制御器８０は、原液が膜蒸留セル１０に供給されているときに、原液室１０ａを流れる原液と凝縮室１０ｂの冷却板１２との温度差が一定となるように、加熱器２０と冷却器４０とを所定の温度範囲にそれぞれ定温制御する。例えば、制御器８０は、計測温度に基いて加熱器２０と冷却器４０とをフィードバック制御し、原液の液温と冷却液の液温とを既定の一定温度となるようにそれぞれ調温する。
【００８２】
制御器８０は、原液が所定の目標加熱温度に達したときに、加圧器Ｖ４０を閉じる。原液は、加圧器Ｖ４０が閉鎖された状態で、蒸気を生じながら原液室１０ａに流入し、原液室１０ａの内気圧が加圧される。
【００８３】
制御器８０は、凝縮室１０ｂに生じる凝縮液の量が、その目標量（Ｑｐ）となるように加圧器Ｖ４０と逃がし弁Ｖ５０とを制御する。例えば、目標濃縮率（Ｃｆ）と既知の原液の量（Ｑｆ）とに基いて求められる目標凝縮液量（Ｑｐ）を参照し、凝縮室１０ｂに生じる凝縮液の量が、その目標凝縮液量（Ｑｐ）となるように加圧器Ｖ４０と逃がし弁Ｖ５０の開度を制御し、凝縮室１０ｂに生じる凝縮液の量を目標凝縮液量（Ｑｐ）に一致させる。そして、目標濃縮率（Ｃｆ）まで濃縮された濃縮液は、閉鎖されていた第２バルブＶ２０と第３バルブＶ３０とが開放されて回収される。
【００８４】
以上の第２変形例に係る濃縮装置及び濃縮方法によると、原液室が加圧されて原液が膜蒸留されるので、凝縮室を減圧するだけの場合と比較して、濃縮率を高く設定することができる。また、原液が回分的に膜蒸留されるので、多孔質膜を透過する蒸気の量を安定させ易く、より正確な濃縮率の濃縮液を得ることができる。
【００８５】
次に、第３変形例に係る濃縮装置及び濃縮方法について説明する。
【００８６】
図４は、本発明の第３変形例に係る濃縮装置の概略構成を示す図である。
前記の実施形態に係る濃縮装置は、原液を膜蒸留セルに単投入する１パス式の濃縮装置（第３変形例に係る濃縮装置）とすることができる。
【００８７】
図４に示すように、第３変形例に係る濃縮装置４は、前記の濃縮装置１と同様に、膜蒸留セル１０と、加熱器２０と、原液ポンプＰ１と、第１温度センサＴ１と、冷却器４０と、冷却液槽５０と、冷却液ポンプＰ２と、第２温度センサＴ２と、流量センサ（液量計測手段）Ｆ１と、凝縮液槽６０と、減圧器（圧力調整手段）７０と、制御器（制御部）８０と、冷却液流路１２０とを備えている。
【００８８】
濃縮装置４が、前記の濃縮装置１と異なる点は、原液室１０ａで膜蒸留された濃縮液を原液室１０ａに再流入させる原液流路１１０に代えて、原液を単投入するために用いられる原液投入路１５０と、濃縮液をセル外に排出するための濃縮液回収路１６０とを備えている点である。第３変形例に係る濃縮装置４は、前記の濃縮装置１と同様に、液体の濃度を高める濃縮操作を膜蒸留の原理によって行う装置である。
【００８９】
原液投入路１５０は、原液室１０ａの入口に接続している。原液投入路１５０は、配管等によって構成されており、系外から原液室１０ａに原液を投入するための流路を形成している。原液投入路１５０上には、加熱器２０と、原液ポンプＰ１と、原液温度センサＴ１とが設置されており、加熱器２０によって加熱された原液が原液室１０ａに投入されるようになっている。
【００９０】
濃縮液回収路１６０は、原液室１０ａの出口に接続している。濃縮液回収路１６０は、配管等によって構成されており、濃縮液を原液室１０ａから系外に排出して回収するための流路を形成している。濃縮液回収路１６０上には、原液室１０ａにおいて濃縮された濃縮液を受ける濃縮液槽３１が設置されている。
【００９１】
次に、濃縮装置４の具体的な運転方法について説明する。
【００９２】
濃縮装置４において、原液は、回分的に膜蒸留されて濃縮される。すなわち、最終濃縮率に相当する目標濃縮率（Ｃｆ）が予め設定され、これに対応して凝縮室に生じさせるべき目標凝縮液量（Ｑｐ）が、参照可能な制御目標値として制御器８０に記憶される。原液は、加熱器２０によって所定温度に加熱され、原液投入路１５０を通じて原液室１０ａに導入される。また、冷却液は、冷却液流路１２０を流される。
【００９３】
制御器８０は、原液が膜蒸留セル１０に供給されているときに、前記の濃縮装置１においてと同様に、加熱器２０と冷却器４０とを所定の温度範囲にそれぞれ定温制御する。また、これと併せて、凝縮室１０ｂに生じる蒸気が凝縮して作られる凝縮液の量が、その目標量（Ｑｐ）となるように減圧器７０を制御する。そして、目標濃縮率（Ｃｆ）まで濃縮された濃縮液は、濃縮液回収路１６０を通じて系外に排出されて回収される。
【００９４】
以上の第３変形例に係る濃縮装置によると、原液を回分的に濃縮することができる。原液を循環させて濃縮する場合と比較して、蒸気圧の変動が動的になったり、膜蒸留セルの寸法、多孔質膜の膜面積等の仕様や、原液流量等が制約されたりする傾向がある一方、加熱及び冷却を定温にする制御や、装置構成部材等を単純化することができる。
【００９５】
なお、前記の実施形態に係る濃縮装置１、第１変形例に係る濃縮装置２、第２変形例に係る濃縮装置３、及び、第３変形例に係る濃縮装置４は、次のような形態とすることもできる。
【００９６】
例えば、前記の実施形態に係る濃縮装置１、第１変形例に係る濃縮装置２、第２変形例に係る濃縮装置３、及び、第３変形例に係る濃縮装置４においては、加熱器２０が膜蒸留セル１０の外部に設けられており、原液流路１１０や原液投入路１５０を流れる原液が加熱されるものとされている。しかしながら、これに代えて、加熱器２０を原液室１０ａに設置し、原液室１０ａの内部において原液を加熱する形態としてもよい。
【００９７】
また、前記の実施形態に係る濃縮装置１、第１変形例に係る濃縮装置２、第２変形例に係る濃縮装置３、及び、第３変形例に係る濃縮装置４においては、膜蒸留セル１０が、多孔質膜１１を透過した蒸気を、多孔質膜１１の反対側に離れた冷却板１２上で冷却する間接接触型とされている。しかしながら、これに代えて、多孔質膜１１を透過した蒸気を、多孔質膜１１の反対側を流れる冷却液に吸収させる直接接触型としてもよい。すなわち、膜蒸留セルを原液室（第１室）と凝縮室（第２室）の２室の構成とし、原液室と凝縮室とを多孔質膜によって隔てると共に、凝縮室の出口と凝縮室の入口との間を接続する冷却液流路を配管等によって設けてもよい。つまり、冷却液流路が凝縮室に冷却液を循環し、凝縮室を流れる冷却液が凝縮室に生じる蒸気を冷却するように構成することもできる。直接接触型においては、冷却液が流される凝縮室を密閉系として調圧し、膜蒸留後の冷却液量から当初の冷却液量を減算して凝縮液量を把握すればよい。
【００９８】
また、前記の実施形態に係る濃縮装置１、第１変形例に係る濃縮装置２、第２変形例に係る濃縮装置３、及び、第３変形例に係る濃縮装置４においては、凝縮室１０ｂに接続された排液路に、凝縮液の量を計測する流量センサＦ１が設置されている。しかしながら、凝縮液の量は、流量の他、液位や液重量の変化に基いて計測してもよい。また、排液路と共に排気路に、凝縮液の量を計測する液量計測手段を設置し、排気路から排気された蒸気を凝縮させて液量を計測し、排液路から排出される凝縮液の量と排気路から排出される量とを合算して凝縮液の総量を把握するようにしてもよい。
【００９９】
また、前記の実施形態に係る濃縮装置１、第１変形例に係る濃縮装置２、及び、第３変形例に係る濃縮装置４においては、原液室１０ａと凝縮室１０ｂとの圧力差を調整するために、減圧器７０として減圧ポンプが備えられている。しかしながら、これに代えて、排気側に真空減圧系を設けると共に、圧力を調節可能な背圧弁を設置して用いてもよい。
【０１００】
また、前記の第２変形例に係る濃縮装置３においては、原液側と冷却側との圧力差を調整するために、加圧器Ｖ４０と逃がし弁Ｖ５０とが備えられている。しかしながら、これに代えて、原液室の圧力を加圧自在な加圧器Ｖ４０のみを設置し、加圧器Ｖ４０のみを制御することによって、原液室１０ａと凝縮室１０ｂとの圧力差を調整してもよい。また、圧力調整弁による加圧器Ｖ４０や、逃がし弁Ｖ５０に代えて、圧力調整ポンプを用いてもよい。
【０１０１】
また、前記の第３変形例に係る濃縮装置４においては、単一の膜蒸留セル１０が備えられ、濃縮液回収路１６０を通じて濃縮液を系外に排出するものとされている。しかしながら、これに代えて、複数の膜蒸留セル１０を直列状に連結し、濃縮液回収路１６０を次の装置の原液投入路１５０に接続した構成とすることも可能である。この場合、各凝縮室１０ｂは、個別に調圧してよい。
【０１０２】
次に、濃縮装置を用いた飲料製造システムについて説明する。
【０１０３】
前記の実施形態に係る濃縮装置１、第１変形例に係る濃縮装置２、第２変形例に係る濃縮装置３、及び、第３変形例に係る濃縮装置４は、飲料製造用の他の装置・機器と組織化することによって、果実を原料として濃縮果汁や発酵飲料を製造する飲料製造システムとすることができる。
【０１０４】
図５は、飲料製造システムの概略構成を示すブロック図である。
図５に示すように、飲料製造システム２００は、圧搾機２０１と、プレフィルタ２０２と、濃縮装置２０３と、温水調整器２０４と、熱交換器２０５と、熱源２０６と、殺菌器２０７と、発酵槽２０８と、濾過器２０９と、貯蔵槽２１０と、濾過器２１１と、充填機２１２とを備えている。
【０１０５】
飲料製造システム２００においては、ぶどう、りんご等の果実が圧搾機２０１によって圧搾され、濃縮果汁や発酵飲料の原料となる果汁が圧汁される。そして、果汁は、プレフィルタ２０２によって、果皮、果肉、その他の異物等を除去された後、濃縮装置２０３に投入される。なお、プレフィルタ２０２は、濃縮装置の膜を通過したり目詰まりを起こす虞のある２ミクロン（μｍ）以下の粒子を除去するフィルタと組み合わせることができる。
【０１０６】
濃縮装置２０３は、水分を除去して果汁の濃度を高めるために備えられている。濃縮装置２０３としては、前記の実施形態に係る濃縮装置や変形例に係る濃縮装置が適用される。濃縮装置２０３は、果汁中の水分を蒸発させて膜蒸留するために、温水を利用して９０℃未満の所定温度に果汁を加熱する。温水は、熱源２０６から供給される熱エネルギを利用して熱交換器２０５において加温され、温水調整器２０４から濃縮装置２０３の加熱器（２０）に供給される。
【０１０７】
濃縮果汁を製造するときには、果汁は、糖度や酸度が規定以上となるように目標濃縮率が設定されて、その濃縮率まで濃縮される。濃縮装置２０３において濃縮された果汁は、殺菌器２０７によって低温殺菌された後、各種の容器に充填される。このようにして製造される濃縮果汁は、運搬、貯蔵等された後に水で希釈還元されて果実飲料となる。
【０１０８】
一方、発酵飲料を製造するときには、果汁は、アルコール発酵に適した糖度となるように目標濃縮率が設定されて、その濃縮率まで濃縮される。例えば、ぶどう果汁については、糖度を１５〜３０程度の範囲内に濃縮する。濃縮装置２０３において濃縮された果汁は、発酵槽２０８において酵母等によりアルコール発酵される。そして、発酵後に濾過器２０９によって殿が取り除かれ、貯蔵槽２１０において更に貯酒・熟成される。その後、濾過器２１１によって清澄化され、充填機２１２によって瓶詰めされることで、ワイン等の発酵飲料が得られる。
【０１０９】
以上の飲料製造システムによると、濃縮装置２０３が備えられているため、果実の品質、品種、収穫後の保存条件等にかかわらず、所定の濃縮率に濃縮された濃縮果汁や、所定の糖度で発酵された発酵飲料を得ることができる。すなわち、濃縮された果汁の用途が、濃縮還元用の濃縮果汁、発酵飲料等のいずれであっても、目標どおりの濃縮率に安定的に濃縮された果汁を、単一の濃縮装置２０３において得ることができる。
【０１１０】
なお、以上の飲料製造システム２００においては、濃縮装置２０３が発酵槽２０８の前段に備えられ、果汁の水分を除去するものとされている。しかしながら、濃縮装置２０３を発酵槽２０８の後段に備え、発酵後液のアルコール分を除去するものとしてもよい。濃縮装置２０３においては、アルコール度数を所定の濃縮率に濃縮することができるので、ノンアルコールの飲料や、高アルコール度数の飲料を自在に製造することも可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  濃縮装置
２  濃縮装置
３  濃縮装置
４  濃縮装置
１０  膜蒸留セル
１０ａ  原液室（第１室）
１０ｂ  凝縮室（第２室）
１０ｃ  冷却室（第３室）
１１  多孔質膜
１２  冷却板（伝熱壁）
２０  加熱器
３０  濃縮液槽
４０  冷却器
５０  冷却液槽
６０  凝縮液槽
７０  減圧器（圧力調整手段）
８０  制御器（制御部）
９０  熱交換器
１１０  原液流路
１２０  冷却液流路
１３０  熱媒管
１５０  原液投入路
１６０  濃縮液回収路
Ｆ１  流量センサ
Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ  熱源
Ｐ１  原液ポンプ
Ｐ２  冷却液ポンプ
Ｐ３  熱媒ポンプ（流量調整手段）
Ｔ１  原液温度センサ
Ｔ２  冷却液温度センサ
Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ  開閉弁（熱源切替手段）
Ｖ１０  第１バルブ
Ｖ２０  第２バルブ
Ｖ３０  第３バルブ
Ｖ４０  加圧器（圧力調整手段）
Ｖ５０  逃がし弁（圧力調整手段）
【要約】
【課題】所定の濃縮率の濃縮液を低コスト且つ安定的に得ることができる濃縮装置及び濃縮方法を提供する。
【解決手段】濃縮装置１は、原液が流される第１室１０ａと、蒸気を選択的に透過する多孔質膜１１によって第１室１０ａから隔てられた第２室１０ｂと、を有する膜蒸留セル１０と、原液を加熱する加熱器２０と、第２室１０ｂの冷却を行う冷却器４０と、第１室１０ａ又は第２室１０ｂの圧力を変化させて第１室１０ａと第２室１０ｂとの間の圧力差を調整する圧力調整手段７０と、制御部８０とを備え、制御部８０は、加熱器２０と冷却器４０とを所定の温度範囲に制御し、第２室１０ｂの凝縮液の量が所定量となるように圧力調整手段７０を制御する。濃縮方法は、膜蒸留セルにおいて、多孔質膜の第１室側と第２室側とを所定の温度差に調温し、凝縮液の量が所定量となるように第１室と第２室との間の圧力差を調整する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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