(57)【要約】【課題】蒸発量を効率的に増加させて安定した濃縮を実現する濃縮装置を提供する。【解決手段】原液を貯留する原液タンクと、前記原液を減圧蒸留で濃縮する液体濃縮器と、前記液体濃縮器に前記原液を送る輸送手段と、前記液体濃縮器により前記原液が濃縮された濃縮液を貯留する濃縮液タンクと前記濃縮液タンクに前記濃縮液を送る輸送手段および、前記液体濃縮器内の前記原液を減圧蒸留により蒸発させた蒸気を冷却し、前記蒸気を再び液体に戻す凝集部と、凝集部に冷却水を送る冷却水装置と、前記蒸留液を貯留する蒸留液タンクと前記液体濃縮器と前記凝集部と前記蒸留液タンク内を減圧とする真空ポンプと、前記液体濃縮器内で発生した蒸気を移動させる蒸気移動手段を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を減圧蒸留で濃縮する液体濃縮器を備えた濃縮装置において、
原液を貯留する原液タンクと、前記液体濃縮器に前記原液を送る輸送手段と、前記液体濃縮器により前記原液が濃縮された濃縮液を貯留する濃縮液タンクと前記濃縮液タンクに前記濃縮液を送る輸送手段および、前記液体濃縮器内の前記原液を減圧蒸留により蒸発させた蒸気を冷却し、前記蒸気を再び液体に戻す凝集部と、凝集部に冷却水を送る冷却水装置と、前記蒸留液を貯留する蒸留液タンクと前記液体濃縮器と前記凝集部と前記蒸留液タンク内を減圧とする真空ポンプと、前記液体濃縮器内で発生した蒸気を移動させる蒸気移動手段を設けたことを特徴とする濃縮装置。
【請求項２】
請求項１記載の濃縮装置において、前記蒸気移動手段は前記液体濃縮器内に設けられた送風機からなることを特徴とする濃縮装置。
【請求項３】
請求項１記載の濃縮装置において、前記蒸気移動手段は気体供給装置及び前記液体濃縮器へ接続する配管から構成されたことを特徴とする濃縮装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の濃縮装置において、前記蒸気移動手段は前記液体濃縮器内の発生蒸気を横方向に移動させることを特徴とする濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体を減圧蒸留により濃縮する濃縮装置に係り、効率的に蒸発を行い濃縮液量を増加させる機能を持つ濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体濃縮方法の一例が、特許文献１に開示されている。この公報に記載の減圧蒸発濃縮装置は、原液を入れ減圧蒸留をする液体濃縮器１には、内周側に上下方向に延びる多数の溝が形成された溝付き管１８と、この溝付き管とほぼ同心であって溝付き管の外周面側に配置された外管１０と、溝付き管の内周側のほぼ中心部に配置され溝付き管内部に供給された処理対象液体の揮発成分を外部に導く部材とを有し溝付き管と外管との間に溝付き管内部とは隔離した空間を形成しこの空間に温水を供給する手段と、前記溝付き管の内周側の処理空間を減圧する減圧排気手段と付設されている。
【０００３】
更に、前記温水供給手段に溝付き管に供給する温水の温度を測定する手段８３と、前記液体濃縮器に溝付き管の内部の圧力を計測する手段８６と、処理対象液体の濃縮成分が流通する部材およびその部材に介在させた流量調整弁９６とがそれぞれ設けられている。濃縮は、減圧蒸留方式を用い、温水により加温し、温度と圧力を適切に設定し沸騰しない条件で濃縮を行うこととされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８９９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体を濃縮するにあたり、濃縮液量が減量する原因である濃縮原液の蒸留液への飛散を起こさずに濃縮液量を増量化させることが要求されている。濃縮原液が蒸留液に飛散する原因は、濃縮原液を沸騰させることにある。沸騰による飛散は液内部から発生した蒸気が液表面ではじけることで起こる。このため上記特許文献１では、沸騰させない条件で減圧蒸留させることで、蒸留液への飛散を防止している。そして残りの濃縮液量の増量化としては、被処理液の蒸気を多量に発生させるために、温水にて加温された液体濃縮器に多数設けられた溝に原液を供給することで、液体濃縮器内の原液が蒸発する液表面積を多くして、蒸発量を増量化できるとしている。しかしながら、この従来方法では、蒸発表面積を増加させている分の蒸発量は多くできるが、液の表面付近に蒸気が多量に存在するため蒸発し難く、蒸発量が限定される。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、液体の濃縮装置において、蒸発量を効率的に増加させて安定した濃縮を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明では、原液を減圧蒸留で濃縮する液体濃縮器を備えた濃縮装置において、
原液を貯留する原液タンクと、前記液体濃縮器に前記原液を送る輸送手段と、前記液体濃縮器により前記原液が濃縮された濃縮液を貯留する濃縮液タンクと前記濃縮液タンクに前記濃縮液を送る輸送手段および、前記液体濃縮器内の前記原液を減圧蒸留により蒸発させた蒸気を冷却し、前記蒸気を再び液体に戻す凝集部と、凝集部に冷却水を送る冷却水装置と、前記蒸留液を貯留する蒸留液タンクと前記液体濃縮器と前記凝集部と前記蒸留液タンク内を減圧とする真空ポンプと、前記液体濃縮器内で発生した蒸気を移動させる蒸気移動手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記に記載の濃縮装置において、前記蒸気移動手段は前記液体濃縮器内に設けられた送風機からなることを特徴とする。
【０００９】
また、上記に記載の濃縮装置において、前記蒸気移動手段は気体供給装置及び前記液体濃縮器へ接続する配管から構成されたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の濃縮装置において、前記蒸気移動手段は前記液体濃縮器内の上方に発生する蒸気を交差する横方向に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、濃縮器内部の液体から発生した蒸気を移動させる手段を設けることにより、蒸気が発生しやすくなり、効率的に濃縮を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１になる濃縮装置を示す図である。
【図２】本発明の実施例２になる濃縮装置を示す図である。
【図３】本発明の実施例３になる濃縮装置を示す図である。
【図４】本発明の実施例の液体濃縮器を拡大して示す図である。
【図５】本発明の実施例の気体流量と蒸発量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例１）
図１、図４を用いて本発明の実施例１を説明する。図１において、原液タンク１１には濃縮される原液Ａが溜められている。この原液タンク１１の濃縮原液Ａは、原液ポンプ２１の上流へ供給できるように配管５２により接続されている。原液ポンプ２１の下流側には順番に配管５３、バルブ３７、配管５４、流量計３５、配管５５が接続され、配管５５が液体濃縮器１へ繋がれている。液体濃縮器１へ接続された配管５５は、液体濃縮器１内部の濃縮原液Ａを温めるための水を流す加熱部７３を通り抜け、濃縮原液Ａを濃縮する濃縮部７２に接続されている。濃縮部７２にはもうひとつの配管５８が接続されており、濃縮後の濃縮液を排出できるように構成されている。その後配管５８は濃縮液ポンプ２２、配管５９を介し、濃縮液タンク１２へ供給できるように構成されている。液体濃縮器１内部の加熱部７３と濃縮部７２は仕切られて液が漏れない構造となっている。
【００１４】
図４に示すように、液体濃縮器１の蒸留部７１は濃縮原液Ａからの蒸気が滞在できる構造となっており、蒸発部７１には蒸気移動手段としての送風機５とそのファン５ａが取り付けられている。蒸発部７１の内部のファン５ａは、蒸発面より上方に発生する蒸気を交差する横方向に移動させるように、液体濃縮器１に接続された配管４４を通じて凝集部３へ効率的に送れるような位置に配置されている。上記配管４４は、圧力計３３と配管４５を介し、液体濃縮器１と凝集部３を接続している。凝集部３では上記配管４４から送られた濃縮原液Ａの蒸気を冷却し、凝集させるために蒸気が直接触れる部分を冷却させる必要がある。このため、冷却は冷却装置４で製作された冷却水で行い、この冷却水は凝集部３内では濃縮原液Ａの蒸気とは直接触れないよう構成されている。この冷却水は冷却装置４から配管４６を介し、凝集部３に送られ、配管４７を介し冷却装置４に戻るように構成されている。
【００１５】
濃縮原液Ａの蒸気が凝集部３により凝集した液は、凝集部３に接続された配管４８を介し、蒸留液タンク１３に送られる。蒸留液タンク１３に送られた濃縮原液Ａの蒸気が凝集した液は蒸留液タンク１３に貯留され、蒸留液タンク１３に配置された配管４９よりバルブ３８、配管５０を介し、真空ポンプ２３に接続されており、真空ポンプ２３の排出側には配管５１が接続されている。
【００１６】
次に、図１に示す濃縮装置の運転について説明する。まず、加熱準備運転について説明する。温水装置２より予め設定した温水を配管５６を介し、液体濃縮器１の加熱部７３に供給する。加熱部７３は密閉されており、温水装置２からの温水は配管５７からのみ排出される構造となっている。加熱部７３に供給した温水は、熱が加熱部７３および液体濃縮器１全体に奪われ、水温が低くなった状態で配管５７から温水装置２に戻される。温水装置２では低下した温度を設定値まで上昇させて、その後また再度液体濃縮器１の加温部７３に送られるという循環を繰り返す。
【００１７】
次に、原液の予備供給について説明する。原液タンク１１に濃縮原液Ａを投入し、原液タンク１１より配管５２を介し、原液ポンプ２１の駆動により順番に配管５２、バルブ３７、配管５４、流量計３５、配管５５を通過させ、液体濃縮器１の濃縮部７２に供給する。このとき供給量は予め設定した流量となるように、流量計３５の値よりバルブ３７を調整して行う。濃縮部７２に供給された濃縮原液Ａは予め設定した液量となったら原液ポンプ２１を停止し、バルブ３７を閉じる。
【００１８】
次に、予備圧力設定について説明する。バルブ３８を開き、真空ポンプ２３を稼動させる。稼動後に加熱準備運転で過熱した温度では沸騰しない予め設定した圧力となるように圧力計３３の値によりバルブ３８を調整して行く。このように沸騰しない温度とすると液の蒸発は液面上からの蒸発のみとなり、沸騰した場合に起こる液内部よりの蒸気発生がなくなる。これにより蒸気が液面で破裂し、破裂した液の一部が、蒸気と共に凝集部３に移り、蒸留液に混じるということが起こらなくなる。液体濃縮器１の蒸発部７１と濃縮部７２には仕切りがなく、つながった空間で構成されている。このため予め設定した圧力とすると、濃縮部７２に供給された濃縮原液Ａの液面より蒸発のみが起こる。
【００１９】
次に、凝集部準備、原液供給と濃縮液排出及び送風機の稼動について説明する。冷却装置４の運転は、予め設定した水温、冷却水流量となるように冷却装置４で調整し、配管４６より凝集部３へ供給する。供給された冷却水は配管４７を通り、冷却装置４へ戻される。このようにして冷却水により凝集部３が冷却され、凝集部準備が完了する。
【００２０】
次に、予め設定した濃縮原液Ａの流量と流量計３５の値が同じになるようにバルブ３７にて調整し、液体濃縮器１の濃縮部７２に供給する。濃縮部７２に濃縮原液Ａが供給されたと同時に、濃縮ポンプ２２を濃縮原液Ａが濃縮部７２に供給された流量から濃縮部７２内部で濃縮原液Ａが蒸発する量を引いた流量となるように設定された濃縮液ポンプ２２を稼動し、原液供給と濃縮液排出を行う。この状態となったら送風機５を予め設定した風量で稼動する。この状態で濃縮運転が開始となる。
【００２１】
蒸発部７１で発生する蒸気量は同一の液温度、同一の圧力下では、濃縮部７２の濃縮原液Ａの液面上に滞在する蒸気の圧力に依存し、蒸気圧が高いほど蒸発量は少ない。このため、濃縮原液Ａの液面上で蒸気が発生すると液面上の蒸気圧が局部的に上昇し、発生する蒸気量が減少する。そして、発生した蒸気を除くと蒸気圧が下がり蒸気が発生しやすくなる。この蒸気を取り除く方法として、蒸気を移動させる蒸気移動手段として送風機５を用いて、送風により液面上の蒸気を効率的に移動させることで、同一の液温度、同一の圧力下で最大限の蒸発量を得ることができる。
【００２２】
濃縮部７２に残った濃縮原液Ａは蒸発した分だけ液量が減少し、濃縮液となり、濃縮液として濃縮液タンク１２へ回収される。このようにして、濃縮処理運転が連続で行われる。
【００２３】
以上のようにすることで減圧蒸留を用い、沸騰しない条件で最大限の蒸発量を得ることができ、連続で蒸留液を得ることができる。また、今回は沸騰しない条件の説明であるが、沸騰により蒸留液側に原液が飛散しない程度であれば沸騰条件であっても運転は可能で蒸発量を更に増加させることができる。
【００２４】
また、上記は手動で行った場合を示したが、制御部を設け、流量計、圧力計からの信号を取り入れ、ポンプ、バルブに信号を与えることにより自動で運転することが可能である。
（実施例２）
図２を用いて本発明の実施例２を説明する。先の実施例１では、送風機５の送風を用いて発生した蒸気を凝集部３に移動させていたが、図２の本実施例２では、蒸気を移動させる手段を外部から気体を供給し、その流れにより蒸気を凝集部３へ移動させている。その構成としては、液体濃縮器１内の蒸留部７１の液面付近に気体供給装置６からの気体を供給できる配管４３を設け、順番に配管４３、流量計３４、配管４２、バルブ３６、配管４１を介し、気体供給部６まで接続している。本実施例では、上記の配管４３から気体供給部６までの接続構成を蒸気移動手段としている。
【００２５】
運転方法は、液体濃縮器１内の液面より蒸発した蒸気が気体供給部６より予め設定した流量となるように、流量計３４の値よりバルブ３６を調整する。こうすることで気体供給部６より送られた気体により、上方に発生する蒸気を交差する横方向に移動させることで凝集部３へ移動させ、液面からの蒸気を効率よく取り除き、蒸発を促進することができる。
【００２６】
ここで気体供給装置６から供給される気体は蒸気圧を下げるため乾燥した気体が望ましく、更に濃縮原液Ａに影響を与えないことが必要である。具体的には乾燥した窒素ガスや乾燥した空気が望ましいが、濃縮原液Ａに影響を与えない気体であれば、乾燥していなく、液体を含んでいる気体を用いても効率は落ちるが蒸気を移動させることは可能である。また、上記は手動で行った場合を示したが、制御部を設け、流量計、圧力計からの信号を取り入れ、ポンプ、バルブに信号を与えることにより自動で運転することが可能である。
【００２７】
前述したように、蒸発部７１で発生する蒸気量は同一の液温度、同一の圧力下では濃縮部７２の濃縮原液Ａの液面上に滞在する蒸気の圧力に依存し蒸気圧が高いほど蒸発量は少ない。このため、濃縮原液Ａ液面上で蒸気が発生すると液面上の蒸気圧が局部的に上昇し、発生する蒸気量が減少する。そして、発生した蒸気を除くと蒸気圧が下がり蒸気が発生しやすくなるが、本実施例２では、外部の気体供給部６からの気体で蒸気を取除いているので、２つの効果が得られる。１つは、気体が外部から供給されるため、液面上の蒸気の移動する速度が速くなり、この蒸気の速やかな移動により液面上の空間が常に蒸発し易い条件となり蒸発量が増加する。もう１つは、外から取り込まれた気体の飽和蒸気圧に達するまで液面からの蒸発が継続し、蒸発量が増加することである。
【００２８】
この関係を気体流量と蒸発量として図５に示す。図５中の（１）は気体が供給されることにより液面上の蒸気が移動する速度が速くなり、液面上の蒸気が速やかに移動して蒸発量が増加することによる効果を示している。また、図中の（２）の範囲は気体を取り込むことで、蒸気は取り込んだ気体の飽和蒸気圧に達するまで蒸発が継続して蒸発量が増加することを示しており、この間は気体流量に比例して蒸発量も増加する。
【００２９】
（１）＋（２）の範囲はこの両方の効果がある範囲を示している。図中の（３）は空気流量が増加しても蒸発量はほとんど増加しない範囲を示している。これは蒸発量は圧力と温度により決定され、気体量を増加させても蒸発量が最大となったためにこれ以上増加しないためである。
【００３０】
実測によれば、乾燥空気を用いた場合では、蒸発量の０．１〜５倍程度の気体流量とすることで、蒸発量を増加させることが確認された。
（実施例３）
図３に本発明の実施例３の構成を示す。図１の実施例１では、原液ポンプ２１を用いて予め設定した流量となるように流量計３５の値よりバルブ３７を調整しながら原液を供給していたが、図３の本実施例では、原液タンク１１の濃縮原液Ａを三方バルブ３９、配管６０を介し、シリンジポンプ２４に供給するよう配管６２により接続し、三方バルブ３９の残りの接続部には配管５５を接続し、配管５５を液体濃縮器１へ繋ぎ、液体濃縮器１へ接続された配管５５は液体濃縮器１内部の濃縮原液Ａを温めるための水を流す加熱部７３を通り抜け、濃縮原液Ａを濃縮する濃縮部７２に接続している。そして濃縮部７２にはもうひとつの配管５８を接続し、濃縮後の濃縮液を排出できるようにし、その後配管５８は三方バルブ４０、配管６１を介し、シリンジポンプ２５に供給するように接続し、三方バルブ４０の残りの接続部は配管６３を繋ぎ、濃縮タンク１２に供給するように構成している。
【００３１】
そして原液供給は、原液タンク１１に濃縮原液Ａを投入し、原液タンク１１より配管６２、三方バルブ３９より、配管６０を介し、シリンジポンプ２４を稼動させ、予め設定した量をシリンジポンプ２４で吸引し、そして三方バルブ３９を配管６０と配管５５を通るようにして、その後シリンジポンプ２４を稼動させ、予め設定した量を吐出し、配管５５より濃縮部７２に濃縮原液Ａを供給する。また、原液供給を繰り返す連続的な供給では、濃縮原液Ａが供給されたと同時に、三方バルブ３９を配管６２と配管６０が繋がるように切替えて、シリンジポンプ２４を稼動し、予め設定した流量となるように吸引し、三方バルブ３９を配管６０と配管５５が繋がるように切替えて、予め設定した流量となるようにシリンジポンプ２４を吐出し、濃縮原液Ａを濃縮部７２へ供給する。
【００３２】
このように図３では、シリンジポンプを用いているために微少な液量を一定供給することができるために、微少流量制御が可能である。このため、蒸発量が少ない場合や濃度を高くしたい場合の制御が図１よりも効果的に行える。
【００３３】
また、上記各実施例は液表面からの蒸発であるために、濃縮原液Ａの成分として固形分が含まれる場合は、液表面から蒸気が発生し見かけ上の固形分濃度が高くなることがあり、このため見かけ上の濃度が高くなると、蒸発量が減少し、予め設定した蒸発量が得られなくなることがある。このようなときは、濃縮部７２内の濃縮原液Ａの液表面と底部の液とを混合し、液表面の固形分濃度を低くすることで、予め設定した濃度とすることができる。
【００３４】
この実現の一例として図３を用いることができる。すなわち、濃縮中にシリンジポンプ２４とシリンジポンプ２５とで濃縮部７２内の濃縮原液Ａを交互に吸引し合するものであり、これにより濃縮部７２内の濃縮原液Ａはシリンジ内に移動するため、この流れにより液表面の固形分と底部の液は混合され、液濃度が均一になる。これを定期的に行うことで、安定した運転が行え、予め設定した蒸発量を得ることができる。
【００３５】
また、上記は手動で行った場合を示したが、制御部を設け、圧力計からの信号を取り入れ、シリンジポンプ、バルブに信号を与えることにより自動で運転することが可能である。
【００３６】
濃縮は食品、化粧品、薬品などの分野で多く使われている技術である。原液が混じらない蒸留液と濃縮液に分離でき、更に単位時間当たりの処理量が多い濃縮装置が製品化されれば、時間当たりの生産量を増加できるために産業上利用される可能性は高い。
【符号の説明】
【００３７】
１…液体濃縮器、２…温水装置、３…凝集部、４…冷却水装置、５、５ａ…送風機（蒸気移動手段）、６…気体供給装置（蒸気移動手段）、１１…原液タンク、１２…濃縮液タンク、１３…蒸留液タンク、２１…原液ポンプ、２２…濃縮液ポンプ、２３…真空ポンプ、２４…シリンジポンプ、３３…圧力計、３４、３５…流量計、３６、３７、３８…バルブ、３９、４０…三方バルブ、４１〜４２…配管、５２〜５５…輸送手段。
【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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