(57)【要約】【課題】被処理物の濃縮処理の効率を高める濃縮システム及び濃縮方法を提供する。【解決手段】濃縮システム１は、液体である被処理物Ａの溶媒成分を蒸発させて被処理物Ａを濃縮する濃縮システムであって、被処理物Ａが収容される蒸発器３と、蒸発器３内の溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する圧縮手段９と、蒸発器３の外部に設けられ圧縮手段９で圧縮された蒸気が加熱媒体として導入される熱交換器５と、蒸発器３内の被処理物Ａを外部に抜出し熱交換器５で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器３内に返送するように循環させる循環経路１１と、循環経路１１の外部から被処理物Ａに付与される熱エネルギーを導入する蒸気ボイラ２１と、を備え、循環経路１１上には被処理物Ａを圧送し循環させる循環ポンプ７が設けられている。【選択図】図１
2018122266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて前記被処理物を濃縮する濃縮システムであって、
前記被処理物が収容される蒸発器と、
前記蒸発器内の前記溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する圧縮手段と、
前記蒸発器の外部に設けられ前記圧縮手段で圧縮された前記蒸気が加熱媒体として導入される外部熱交換器と、
前記蒸発器内の前記被処理物を外部に抜出し前記外部熱交換器で前記加熱媒体と熱交換させた後、再び前記蒸発器内に返送するように循環させる循環経路と、
前記循環経路の外部から前記被処理物に付与される熱エネルギーを導入する熱エネルギー導入部と、を備え、
前記循環経路上には前記被処理物を圧送し循環させる循環ポンプが設けられている、濃縮システム。
【請求項２】
前記圧縮手段は、ルーツブロアを有し、
前記外部熱交換器は、プレート式熱交換器を有する、請求項１に記載の濃縮システム。
【請求項３】
前記蒸発器内で濃縮された前記被処理物が移送され収容される後段蒸発器と、
前記後段蒸発器を加熱する加熱部と、
前記後段蒸発器内を減圧する減圧手段と、
前記後段蒸発器内の前記被処理物から蒸発し前記減圧手段に向かう前記溶媒成分の蒸気の移動経路上で当該蒸気を冷却し凝縮させる凝縮部と、を更に備える、請求項１又は２に記載の濃縮システム。
【請求項４】
前記後段蒸発器は、前記被処理物を撹拌する撹拌装置を有する、請求項３に記載の濃縮システム。
【請求項５】
前記溶媒成分は水であり、
前記圧縮手段の入口における前記蒸気の温度と前記圧縮手段の出口における前記蒸気の温度との差は１０〜１５℃である、請求項１〜４の何れか１項に記載の濃縮システム。
【請求項６】
液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて前記被処理物を濃縮する濃縮方法であって、
前記被処理物が収容された蒸発器内の前記溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する工程と、
圧縮された前記蒸気を前記蒸発器の外部に設けられた外部熱交換器に加熱媒体として導入する工程と、
前記蒸発器内の前記被処理物を外部に抜出し前記外部熱交換器で前記加熱媒体と熱交換させた後、再び前記蒸発器内に返送するように循環経路を循環させる工程と、
前記循環経路の外部から前記被処理物に付与される熱エネルギーを導入する工程と、を備え、
前記循環経路上に設けられた循環ポンプによって、前記循環経路の前記被処理物が圧送され循環される、濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濃縮システム及び濃縮方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のヒートポンプ式濃縮装置が知られている。この濃縮装置では、加熱缶、吹込管路、蒸発缶、及び戻り管路によって循環経路が形成されている。この濃縮装置の運転においては、循環経路を循環する被処理物が加熱缶内において加熱されることで沸騰し被処理物の溶媒成分が蒸発する。その後、濃度が高まった液体成分と蒸気成分とが蒸発缶内に吹き込まれ、蒸発缶内においてこれら液体成分と蒸気成分とが分離され高濃度の液体が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2005-111320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の濃縮装置においては、被処理物が加熱管内の長管を通過するときに加熱によって沸騰する。沸騰で発生した蒸気成分が液体成分を長管内で押し上げることで、蒸気成分及び液体成分が吹込管路に到達し、蒸発缶内に吹き込まれる。すなわち、長管内における被処理物の沸騰によって循環経路における被処理物の循環が発生している。従って、循環経路における被処理物の循環の効率が十分でない場合もあり、その結果、濃縮処理全体の効率が十分であるとは言えなかった。
【０００５】
本発明は、被処理物の濃縮処理の効率を高める濃縮システム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】
【０００６】
本発明の濃縮システムは、液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて被処理物を濃縮する濃縮システムであって、被処理物が収容される蒸発器と、蒸発器内の溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する圧縮手段と、蒸発器の外部に設けられ圧縮手段で圧縮された蒸気が加熱媒体として導入される外部熱交換器と、蒸発器内の被処理物を外部に抜出し外部熱交換器で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器内に返送するように循環させる循環経路と、外部から被処理物に付与される熱エネルギーを導入する熱エネルギー導入部と、を備え、循環経路上には被処理物を圧送し循環させる循環ポンプが設けられている。
【０００７】
この濃縮システムでは、循環ポンプの圧送によって被処理物が循環経路を循環するので、蒸発器と外部熱交換器との間を被処理物が効率良く循環し、濃縮処理の効率が高められる。
【０００８】
また、圧縮手段は、ルーツブロアを有し、外部熱交換器は、プレート式熱交換器を有するようにしてもよい。
【０００９】
ルーツブロアを有する圧縮手段を採用することで、圧縮手段の処理容量を大きくすることができ、プレート式熱交換器を有する外部熱交換器を採用することで、外部熱交換器の熱交換効率を大きくすることができるので、濃縮システム全体としての濃縮処理の効率を向上することができる。
【００１０】
本発明の濃縮システムは、蒸発器内で濃縮された被処理物が移送され収容される後段蒸発器と、後段蒸発器を加熱する加熱部と、後段蒸発器内を減圧する減圧手段と、後段蒸発器内の被処理物から蒸発し減圧手段に向かう溶媒成分の蒸気の移動経路上で当該蒸気を冷却し凝縮させる凝縮部と、を更に備えるようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、蒸発器内の濃縮された被処理物を後段蒸発器で加熱減圧することで、更に濃縮することができる。後段蒸発器内の被処理物から発生した蒸気は凝縮部で冷却され凝縮される。
【００１２】
また、後段蒸発器は、被処理物を撹拌する撹拌装置を有するようにしてもよい。この構成により、加熱部からの熱を後段蒸発器内の被処理物に効率良く付与することができるので、後段蒸発器内での被処理物の濃縮が促進され、最終的には被処理物を乾燥状態とすることも可能になる。
【００１３】
具体的な構成として、溶媒成分は水であり、圧縮手段の入口における蒸気の温度と圧縮手段の出口における蒸気の温度との差は１０〜１５℃であるようにしてもよい。
【００１４】
本発明の濃縮方法は、液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて被処理物を濃縮する濃縮方法であって、被処理物が収容された蒸発器内の溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する工程と、圧縮された蒸気を蒸発器の外部に設けられた外部熱交換器に加熱媒体として導入する工程と、蒸発器内の被処理物を外部に抜出し外部熱交換器で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器内に返送するように循環経路を循環させる工程と、外部から被処理物に付与される熱エネルギーを導入する工程と、を備え、循環経路上に設けられた循環ポンプによって、循環経路の被処理物が圧送され循環される。
【００１５】
この濃縮システムでは、循環ポンプの圧送によって被処理物が循環経路を循環するので、蒸発器と外部熱交換器との間を被処理物が効率良く循環し、濃縮処理の効率が高められる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被処理物の濃縮処理の効率を高める濃縮システム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】実施形態に係る濃縮システムを示す図である。
【図２】図１の濃縮システムの乾燥部を示す図である。
【図３】図２の後段蒸発器及び撹拌装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る濃縮システム及び濃縮方法の実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１に示される濃縮システム１は、溶液（液体）である被処理物Ａの溶媒成分を蒸発させて当該被処理物Ａを濃縮するシステムである。以下の実施形態において「濃縮」とは、単に被処理物Ａの溶媒を除去し濃度を高める処理ばかりでなく、被処理物Ａ中の溶質成分が一部析出した後に更に溶媒成分の除去を継続する処理や、被処理物Ａのほぼすべての溶媒成分を除去する「乾燥」の処理を含む概念である。濃縮システム１による濃縮処理の被処理物Ａとしては、例えば、廃棄物処分場の浸出水、メッキ系処理で発生するメッキ溶液、食品系の食品洗浄水、部品製造で発生する水溶性切削油、化学系の原料製造時に発生する溶液等がある。このうち、廃棄物処分場の浸出水の溶媒成分は水である。メッキ溶液の溶媒成分、水溶性切削油の溶媒成分、化学系の原料製造時に発生する溶液の溶媒成分、及び食品洗浄水の溶媒成分はほぼ水であるが、水以外の成分が少量含まれる場合もある。濃縮システム１は、最終的には、被処理物Ａ中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物Ａを乾燥状態になるまで濃縮してもよく、例えば、被処理物Ａが最終的に粉末状になるように濃縮してもよい。また、例えば、濃縮システム１により、最終的にＴＤＳ（蒸発残留物）で２５％程度の濃縮率まで濃縮されてもよい。濃縮システム１による被処理物Ａの処理量は、例えば２０〜１２０ｍ３／日であってもよい。
【００２０】
濃縮システム１は、蒸発器３と、蒸発器３の外部に設けられた熱交換器５（外部熱交換器）と、循環ポンプ７と、圧縮手段９と、を備えている。蒸発器３には、被処理物Ａが収容される。蒸発器３の底部には被処理物Ａを外部に抜き出すための抜出口３ｂが設けられており、蒸発器３の側部には外部に抜き出された被処理物Ａを返送するための返送口３ａが設けられている。また、蒸発器３の上部には、蒸発器３内の蒸気を外部に抜き出すための蒸気出口３ｃが設けられている。
【００２１】
蒸発器３の抜出口３ｂはラインＬ１を介して循環ポンプ７の入口に接続されている。循環ポンプ７の出口はラインＬ２を介して熱交換器５の入口５ａに接続されている。熱交換器５の出口５ｂはラインＬ３を介して蒸発器３の返送口３ａに接続されている。蒸発器３の蒸気出口３ｃはラインＬ４を介して圧縮手段９の入口に接続されている。圧縮手段９の出口はラインＬ６を介して熱交換器５の加熱媒体入口５ｃに接続されている。
【００２２】
濃縮システム１の定常運転における濃縮処理においては、循環ポンプ７の駆動によって蒸発器３内の被処理物Ａが抜出口３ｂから外部に抜き出され、ラインＬ１及びラインＬ２を通じて熱交換器５に導入される。その後、熱交換器５においては、被処理物Ａと高温の加熱媒体との熱交換によって、被処理物Ａが加熱される。熱交換器５で加熱された被処理物Ａは、ラインＬ３を通じて再び蒸発器３に返送される。
【００２３】
このように、濃縮システム１では、蒸発器３、ラインＬ１、循環ポンプ７、ラインＬ２、熱交換器５、及びラインＬ３によって被処理物Ａの循環経路１１が形成されている。そして、循環経路１１においては、当該循環経路１１上に設けられた循環ポンプ７により被処理物Ａが圧送されることで、上記のような被処理物Ａの循環流動が発生する。循環ポンプ７は、被処理物Ａの流量をインバータ制御又は台数制御してもよい。定常運転時において循環経路１１における被処理物Ａの循環量は、例えば、１００〜６００ｍ３／ｈとしてもよい。なお、被処理物Ａの原水は、濃縮システム１の外部から、予熱器１７で予備的に加熱された後、ラインＬ６１を通じてラインＬ１に合流し、循環経路１１を介して蒸発器３に導入される。
【００２４】
上記のように被処理物Ａが循環経路１１を周回することで、当該被処理物Ａの温度が上昇する。被処理物Ａの温度上昇によって、蒸発器３内では、被処理物Ａの溶媒成分が蒸発し溶媒成分の蒸気が発生する。蒸発器３内の蒸気は、圧縮手段９の駆動により蒸気出口３ｃを通じて外部に引き出される。このようにして、被処理物Ａが循環経路１１の周回を繰り返すことにより、被処理物Ａの溶媒成分が徐々に除去され、被処理物Ａが濃縮される。
【００２５】
蒸発器３から引き出された蒸気は、ラインＬ４を通じて圧縮手段９に導入され、圧縮手段９によって昇圧・昇温された後、ラインＬ６を通じて熱交換器５の加熱媒体入口５ｃに導入される。ここで、圧縮手段９は、入口から吸引した流体を圧縮し出口から排出する装置であり、圧縮手段には、送風機、ファン、ブロワ、圧縮機、真空ポンプ等も含まれる。ファンにはターボファンが含まれ、ブロアには高圧ブロアが含まれる。熱交換器５に導入された蒸気は、前述したように被処理物Ａとの熱交換を行う加熱媒体として利用される。
【００２６】
熱交換器５内では加熱媒体である蒸気の一部が凝縮し、熱交換器５の加熱媒体出口５ｄからは、凝縮液と余剰の蒸気とが排出される。これらのうち凝縮液はラインＬ７を通じて凝縮液タンク１３に一時的に導入され、余剰の蒸気はラインＬ５７を通じてラインＬ４に合流され再び圧縮手段９に導入される。なお、凝縮液タンク１３には、ラインＬ６内で蒸気の凝縮により発生した凝縮液も、ラインＬ６２、ドレンタンク１９、及びラインＬ６３を経由して導入される。凝縮液タンク１３内に貯留された不凝縮の蒸気は、ラインＬ６５を通じて濃縮システム１の系外に排出される。一方、凝縮液タンク１３に貯留された凝縮液は、凝縮液ポンプ１５によって抜き出され、前述の予熱器１７に導入される。この凝縮液は被処理物Ａの原水よりも高温であるため、原水を加熱するための高熱源として利用される。すなわち、予熱器１７においては、凝縮液と原水との熱交換によって、前述の通り原水が予備的に加熱される。予熱器１７から排出された凝縮液は、ラインＬ６７を通じて濃縮システム１の系外に排出され回収される。
【００２７】
更に、濃縮システム１は、起動時等において、循環経路１１の外部から被処理物Ａに熱エネルギーを付与するために、蒸気を生成し蒸発器３に供給する蒸気ボイラ２１（熱エネルギー導入部）を備えている。濃縮システム１の起動時等において、蒸気ボイラ２１で生成された高温の蒸気は、ラインＬ７１を通じて蒸発器３に導入される。蒸気ボイラ２１で生成される蒸気は水蒸気である。蒸気ボイラ２１から熱エネルギーが導入されることにより、特に濃縮システム１の起動時において、蒸発器３内の被処理物Ａが温度上昇し、溶媒成分の蒸気が発生し、当該蒸気が熱交換器５の加熱媒体として機能し、循環経路１１において被処理物Ａが加熱される、といったサイクルが早期に立ち上がる。また、蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気の導入は、濃縮システム１の起動時に限られず、定常運転時に何らかの理由により上記のサイクルのための熱エネルギーが不足する場合にも実行することができる。
【００２８】
例えば、蒸気ボイラ２１から蒸発器３へ供給される蒸気の温度は１００〜１３０℃である。濃縮システム１の定常運転時には、例えば、蒸発器３内の温度が９５〜９８℃の場合には蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気供給が実行され、圧縮手段９の出口の温度が１１０℃以上の場合には蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気供給が停止する。また、濃縮システム１の起動時には、起動開始後に蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気供給が開始され、圧縮手段９の出口の温度が９８℃以上の場合には蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気供給が停止する。
【００２９】
濃縮システム１では、被処理物Ａが循環経路１１の周回によって所定の濃縮度まで濃縮された後、循環経路１１から抜き出されバッファタンク２３に移送される。
【００３０】
ここで、バッファタンク２３への移送のタイミングについて説明する。循環経路１１では、被処理物Ａを蒸発器３の外部の熱交換器５内に流通させて加熱するものである。従って、被処理物Ａは液体であり被処理物Ａ中の溶質成分は完全に溶解していることが必要である。また、被処理物Ａの濃縮度が高すぎると、被処理物Ａの溶質成分が循環経路１１内（例えば、熱交換器５の流路内）で析出し、経路を閉塞させるおそれがある。従って、循環経路１１による濃縮処理では、被処理物Ａの濃縮度をモニタし、被処理物Ａが規定の濃縮度に到達したときには、被処理物Ａを循環経路１１からバッファタンク２３へ移送する。そして、少なくとも、上記の規定の濃縮度は、被処理物Ａの溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度である必要がある。濃縮システム１においては、被処理物Ａの濃縮度が規定濃縮度に到達するまで、循環経路１１による濃縮処理を実行し、その後、後述の乾燥処理部２７による乾燥処理を実行することとしている。
【００３１】
循環経路１１における被処理物Ａの濃縮度を検知する手段としては、循環経路１１上に比重計を設け、被処理物Ａの濃縮度の指標である比重を検知してもよい。この場合、当該比重が所定値以上になったときに被処理物Ａのバッファタンク２３への移送を行う。また、例えば、蒸発器３に導入された被処理物Ａの原水の量とラインＬ６７から回収された凝縮液の量とを計量し、それらの量に基づいて被処理物Ａの濃縮度を検知してもよい。
【００３２】
バッファタンク２３への被処理物Ａの移送について、具体的には、ラインＬ２から分岐するラインＬ７２が設けられており、ラインＬ７２上には開閉バルブＶ７２とポンプＰ７２とが設けられている。循環経路１１における被処理物Ａの濃縮度が規定値に達したときに、開閉バルブＶ７２を開けポンプＰ７２を駆動させることで、ラインＬ２から被処理物Ａが抜き出されバッファタンク２３に移送される。ラインＬ２から抜き出された被処理物Ａに対応する量の被処理物Ａが、前述のラインＬ６１を通じてラインＬ１に供給される。
【００３３】
（乾燥処理部）
更に、濃縮システム１は、バッファタンク２３の後段に設けられた乾燥処理部２７を備えている。図２にも示されるように、乾燥処理部２７は、後段蒸発器２９と、蒸気ジャケット２９ａ（加熱部）と、凝縮器３１（凝縮部）と、減圧手段３３と、冷却塔３５とを有している。バッファタンク２３に貯留された被処理物Ａは、ポンプＰ７３の駆動により、バッファタンク２３からラインＬ７３を通じて原水計量タンク２４に移動され計量される。その後、原水計量タンク２４から乾燥処理部２７の後段蒸発器２９に移送され収容される。
【００３４】
蒸気ジャケット２９ａは後段蒸発器２９の下部周囲に設けられ、蒸気ジャケット２９ａにはラインＬ７４を通じて蒸気ボイラ２１から蒸気が供給される。蒸気ボイラ２１から供給された蒸気が蒸気ジャケット２９ａ内で凝縮すると、蒸気の凝縮熱が後段蒸発器２９に付与され後段蒸発器２９が加熱される。蒸気ジャケット２９ａ内で蒸気の凝縮で発生した凝縮液は、蒸気ジャケット２９ａの底部から抜き出され、ラインＬ７５を通じて蒸気ボイラ２１に返送され、蒸気源として再利用される。
【００３５】
後段蒸発器２９と凝縮器３１とはラインＬ７６を介して連通されている。ラインＬ７６は後段蒸発器２９の上部と凝縮器３１の上部とを接続している。ラインＬ７６上には、ミスとを捕捉し除去するミストキャッチャー３２が設けられてもよい。更に凝縮器３１の上部には、ラインＬ７７を介して減圧手段３３が接続されている。減圧手段３３は、凝縮器３１と当該凝縮器３１に連通された後段蒸発器２９とを真空引きして減圧することができる。ここで、減圧手段３３は、入口から吸引した流体を圧縮し出口から排出する装置であり、減圧手段３３には、送風機、ファン、ブロワ、圧縮機、真空ポンプ等も含まれる。本実施形態においては、減圧手段３３として真空ポンプが採用されているものとする。また、凝縮器３１の内部には冷却水管３１ａが設けられている。冷却水管３１ａには冷却塔３５から供給される冷却水が流通している。
【００３６】
上記の構成の乾燥処理部２７において、蒸気ジャケット２９ａと、減圧手段３３と、冷却塔３５が駆動すると、後段蒸発器２９内の被処理物Ａは、蒸気ジャケット２９ａにより加熱されるとともに、減圧手段３３によって減圧される。被処理物Ａの加熱・減圧によって、被処理物Ａの溶媒成分の蒸発が促進される。後段蒸発器２９内の被処理物Ａから蒸発した溶媒成分の蒸気は、ラインＬ７６、凝縮器３１及びラインＬ７７で構成される移動経路で減圧手段３３に向けて移動する。このとき、上記移動経路上にある凝縮器３１では、溶媒成分の蒸気が冷却水管３１ａに接触して冷却される。この冷却によって当該蒸気が凝縮し、液体となった溶媒成分が凝縮器３１を通じて濃縮システム１の系外に排出され回収される。以上の動作により、後段蒸発器２９内の被処理物Ａから溶媒成分が除去されていき、被処理物Ａの濃縮が進行する。
【００３７】
（撹拌装置）
乾燥処理部２７による被処理物Ａの濃縮処理を更に効率的にすべく、後段蒸発器２９内には当該後段蒸発器２９内の被処理物Ａを撹拌する撹拌装置が設けられてもよい。図３は、撹拌装置を含む後段蒸発器２９の一例を示す断面図である。この例の後段蒸発器２９は、図３の紙面に直交する方向に延びる円筒形をなしている。後段蒸発器２９の内部には、後段蒸発器２９の円筒軸線Ｃを中心として回転する撹拌装置３９が設けられている。撹拌装置３９は、円筒軸線Ｃ上に延在するシャフト４１と、シャフト４１に直交する姿勢で当該シャフト４１に取付けられ略三角形をなす仕切板４３と、を有している。
【００３８】
仕切板４３は、図３の紙面直交方向に所定間隔で複数配列され、後段蒸発器２９の内部空間を円筒軸線Ｃ方向に複数の空間に仕切っている。仕切板４３はシャフト４１と一緒に回転する。更に、撹拌装置３９は、シャフト４１と一緒に回転する撹拌羽根４７を有している。撹拌羽根４７は、後段蒸発器２９の内壁面上を摺動しながらシャフト４１と一緒に回転する。
【００３９】
所定の動力源によりシャフト４１が回転すると、上述の仕切板４３及び撹拌羽根４７が後段蒸発器２９内で一体となって回転する。後段蒸発器２９内に収容されている被処理物Ａは、伝熱管４５及び撹拌羽根４７によって液面よりも上方に掻き上げられ撹拌されながら、蒸気ジャケット２９ａで加熱されるので、効率良く濃縮されていく。被処理物Ａの濃縮度が高くなると、被処理物Ａがその粘性によって後段蒸発器２９の内壁面に付着する場合もあるが、付着した被処理物Ａは内壁面を介して蒸気ジャケット２９ａにより効率よく加熱される。また、後段蒸発器２９の内壁面に付着した被処理物Ａは撹拌羽根４７によって掻き落される。被処理物Ａが後段蒸発器２９内で所定の濃縮度まで濃縮されたところで、濃縮処理済みの被処理物Ａを最終的な濃縮処理物として後段蒸発器２９内から回収する。
【００４０】
このように、後段蒸発器２９内における被処理物Ａの加熱、減圧に加えて、撹拌装置３９による撹拌を行うことにより、被処理物Ａは効率良く濃縮される。また、被処理物中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物を乾燥状態になるまで濃縮することが可能になり、例えば、被処理物が最終的に粉末状になるまで濃縮（乾燥）することも可能になる。また、例えば、最終的にＴＤＳ（蒸発残留物）で２５％程度の濃縮率まで濃縮することも可能である。後段蒸発器２９内に残された残渣が、濃縮処理後の被処理物Ａとして回収される。
【００４１】
以上の濃縮システム１において、各々のラインＬ１〜Ｌ７７等は、各々の気体や液体等の搬送対象物を搬送するために例えば管体で形成される搬送路である。各ラインにおいては、その目的に応じて管体の仕様（例えば、材料、肉厚、断熱特性、内空の断面積等）を決定すればよい。また、各ラインには、必要に応じて、開閉バルブや切替バルブ等のバルブ類、及びポンプ類が設けられる。このようなバルブ類やポンプ類の動作を適切に制御することにより、ラインの分岐部等において搬送対象物を何れのラインに進行させるかを制御することができる。また、各ライン及び蒸発器３、熱交換器５等の機器には、必要に応じて、センサ類（温度計、流量計、圧力計等）が設けられる。濃縮システム１の上述したような各機能を実現するためには、各部に設けられた上記のバルブ類、ポンプ類、及びセンサ類等を適宜動作させればよい。
【００４２】
（濃縮方法）
以上説明した濃縮システム１を用いた被処理物Ａの濃縮方法は、蒸発器３内の溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する工程 と、圧縮された蒸気を熱交換器に加熱媒体として導入する工程と、蒸発器３内の被処理物を外部に抜出し熱交換器５で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器３内に返送するように循環経路１１を循環させる工程 と、循環経路１１の外部から被処理物Ａに付与される熱エネルギーを導入する工程と、を備えており、循環経路１１上に設けられた循環ポンプ７によって、循環経路１１の被処理物Ａが圧送され循環される。
【００４３】
具体的な濃縮方法は次の通りである。被処理物Ａの原水は、予熱器１７で予備的に加熱され、ラインＬ６１を通じて循環経路１１のラインＬ１に導入され、蒸発器３に導入される。被処理物Ａは、循環ポンプ７により圧送され循環経路１１を循環する。すなわち、被処理物ＡはラインＬ１を通じて蒸発器３の外部に抜き出され、熱交換器５に送り込まれる。被処理物Ａは熱交換器５で加熱媒体との熱交換を行い加熱され、その後ラインＬ３を通じて蒸発器３に返送される。
【００４４】
被処理物Ａは循環経路１１の循環で熱交換器５を通過することにより加熱され、加熱された被処理物Ａの溶媒成分が蒸発し、蒸発器３内には溶媒成分の蒸気が発生する。この蒸気は、圧縮手段９によりラインＬ４を通じて蒸発器３の外部に引き出され圧縮される。圧縮された蒸気はラインＬ６を通じて熱交換器５に導入され、前述の加熱媒体として機能する。なお、被処理物Ａの溶媒成分が水である場合、この処理中における蒸発器３内の被処理物Ａの温度は、ほぼ１００℃である。
【００４５】
なお、濃縮システム１の起動時においては、被処理物Ａが循環経路１１を循環しながら、蒸気ボイラ２１から蒸発器３に高温の蒸気が供給される。これにより、循環経路１１上の被処理物Ａに熱エネルギーが付与されるので、前述のように、蒸発器３内の被処理物Ａが温度上昇し、溶媒成分の蒸気が発生し、当該蒸気が熱交換器５の加熱媒体として機能し、循環経路１１において被処理物Ａが加熱される、といったサイクルが早期に立ち上がる。その後、圧縮手段９の出口の温度が所定の基準値を超えたときに、蒸気ボイラ２１からの蒸気供給が停止され、その後定常運転に移行する。それ以降は蒸気ボイラ２１からの蒸気供給は不要とされてもよい。また、何らかの理由により定常運転時に上記のサイクルのための熱エネルギーが不足する場合には、再び蒸気ボイラ２１からの蒸気供給が実行されてもよい。
【００４６】
その後、被処理物Ａが所定の濃縮度に到達したときに、バッファタンク２３を介して乾燥処理部２７に被処理物Ａが移送される。乾燥処理部２７では、蒸気ジャケット２９ａと、減圧手段３３と、冷却塔３５が駆動し、後段蒸発器２９内の被処理物Ａは、蒸気ジャケット２９ａにより加熱されるとともに、減圧手段３３によって減圧される。被処理物Ａの加熱・減圧によって、被処理物Ａの溶媒成分の蒸発が促進される。後段蒸発器２９内の被処理物Ａから蒸発した溶媒成分の蒸気は、ラインＬ７６、凝縮器３１及びラインＬ７７で構成される移動経路で減圧手段３３に向けて移動する。このとき、上記移動経路上にある凝縮器３１では、溶媒成分の蒸気が冷却水管３１ａに接触して冷却される。この冷却によって当該蒸気が凝縮し、液体となった溶媒成分が凝縮器３１内で貯留される。凝縮器３１内に貯留された液体の溶媒成分は、凝縮器３１の底部から濃縮システム１の系外に排出される。以上の動作により、後段蒸発器２９内の被処理物Ａから溶媒成分が除去されていき、被処理物Ａの濃縮が進行する。
【００４７】
この乾燥処理部２７による処理では、後段蒸発器２９内の温度を例えば４０〜６０℃とする。蒸気ジャケット２９ａへの蒸気の流量と、後段蒸発器２９の減圧度を自動調整して、後段蒸発器２９内の温度を制御してもよい。後段蒸発器２９内の温度を上記のような比較的低温にすることにより、被処理物Ａが後段蒸発器２９の内壁面に強く付着したり被処理物Ａが高温により変性（例えば炭化）したりすることを抑制することができる。また、後段蒸発器２９内が減圧手段３３で減圧されているので、上記のような比較低定温であっても、被処理物Ａの溶媒成分が十分に蒸発する。乾燥処理部２７では、例えば、被処理物Ａ中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物Ａを乾燥状態になるまで濃縮してもよく、例えば、被処理物Ａが最終的に粉末状になるように濃縮してもよい。また、乾燥処理部２７では、例えば、最終的にＴＤＳ（蒸発残留物）で２５％程度の濃縮率まで濃縮してもよい。
【００４８】
上述の濃縮システム１及び濃縮方法において、圧縮手段９としては、ルーツブロアを採用することが好ましい。一般的にルーツブロアは容量（仕事率[W]）を大きくすることができるので、圧縮手段９としてルーツブロアを使用することにより、熱交換器５に対して単位時間当たりに供給可能な熱量を大きくすることができる。これにより、熱交換器５による被処理物Ａの加熱効率が高くなり、ひいては、濃縮システム１による濃縮処理の効率が向上する。ルーツブロアを採用した場合、被処理物Ａの溶媒成分が水である場合においては、圧縮手段９のモータ容量は、例えば５５〜２２０ｋＷとしてもよい。また、圧縮手段９の吸込み風量は、例えば１３５０〜８１００ｍ３／ｈとしてもよい。
【００４９】
また、熱交換器５としては、プレート式熱交換器を採用することが好ましい。プレート式熱交換器は、高温流体の流路と低温流体の流路とが伝熱プレートを挟んで交互に積層された構造を成すので、加熱媒体と被処理物Ａとの間の伝熱面積を大きくすることができる。また、プレート式熱交換器では、比較的自由に伝熱面積を増強することもできる。よって、この構成によっても、熱交換器５による被処理物Ａの加熱効率が高くなり、濃縮システム１による濃縮処理の効率が向上する。プレート式熱交換器を採用した場合、熱交換器５の伝熱面積は、例えば４５〜２５０ｍ２としてもよい。また、万一、熱交換器５内で被処理物Ａの溶質成分の析出が発生した場合にも、プレート式熱交換器であれば、その構造上、流路内の清掃が容易であるので、熱交換器５のメンテナンス性を向上させる観点からもプレート式熱交換器を採用することが好ましい。
【００５０】
また、被処理物Ａの溶媒成分が水である場合においては、圧縮手段９の入口における蒸気の温度と圧縮手段９の出口における蒸気の温度との差が１０〜１５℃となるようにすることが好ましい。上記のような蒸気の温度差は、圧縮手段９による蒸気の圧力比（圧縮手段９の入口圧力に対する出口圧力の比）を調整し当該圧力比を所定の範囲にすることにより実現すればよい。圧縮手段９による蒸気の１０〜１５℃の昇温を行うことにより、熱交換器５の加熱媒体の高温化が図られ、この構成によっても、熱交換器５による被処理物Ａの加熱効率が高くなり、濃縮処理の効率が向上する。
【００５１】
また、圧縮手段９による蒸気の圧縮特性と、熱交換器５による熱交換特性と、循環ポンプ７による被処理物Ａの搬送特性と、のバランスを調整することにより、起動後の早期に蒸気ボイラ２１からの蒸気供給を止め、当該蒸気供給を止めたままで定常運転を行うといった運用が可能になる。すなわち、濃縮システム１の起動時にのみ蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気供給を行い、その後の定常運転では蒸気ボイラ２１からの蒸気供給を不要とすることができる。
【００５２】
本実施形態の濃縮システム１及び濃縮方法による作用効果について説明する。
【００５３】
濃縮システム１及びこれを用いた濃縮方法によれば、循環ポンプ７の圧送によって被処理物Ａが循環経路１１を循環するので、蒸発器３と熱交換器５との間を被処理物Ａが効率良く循環し、被処理物Ａの加熱効率が高められ、ひいては、濃縮システム１による濃縮処理の効率が高められる。また、循環経路１１による被処理物Ａの加熱効率が高められることから、蒸気ボイラ２１から被処理物Ａに付与すべき熱エネルギーも小さく抑えられる。更には、前述したように、濃縮システム１の起動時にのみ蒸気ボイラ２１から蒸発器３への蒸気供給を行い、その後の定常運転では蒸気ボイラ２１からの蒸気供給を不要とするといったことも可能になる。
【００５４】
本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施形態では、圧縮手段９として、ルーツブロアを採用する例を説明しているが、これには限定されず、種々の圧縮手段を採用することができる。また、実施形態では、熱交換器５として、プレート式熱交換器を採用する例を説明しているが、これには限定されず、種々の熱交換器を採用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…濃縮システム、３…蒸発器、５…熱交換器（外部熱交換器）、７…循環ポンプ、９…圧縮手段、１１…循環経路、２１…蒸気ボイラ（熱エネルギー導入部）、２９…後段蒸発器、２９ａ…蒸気ジャケット（加熱部）、３１…凝縮器（凝縮部）、３３…減圧手段、３９…撹拌装置、４５…伝熱管（加熱部）、Ａ…被処理物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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