(57)【要約】【課題】  結晶缶から排出された水蒸気を十分に冷却することにより確実に凝縮でき、結晶缶内の圧力を好適に維持することが可能な晶析装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明にかかる晶析装置１００の構成は、結晶缶１１０と、撹拌機１１２と、結晶缶内部に配置される缶内熱交換器１１４と、熱回収コイル１２２、圧縮機１２４、熱供給コイル１２６および膨張手段１２８を有するヒートポンプ１２０と、内部に熱供給コイルが配置される蒸気発生器１３０と、加熱媒体供給経路１３６ａと、コンデンサ１４０と、を備え、コンデンサは、水蒸気の供給口１４０ａの下流側に配置される熱回収コイルと、その下流側に配置されて冷却水と水蒸気とを接触させる冷却手段１４２とを含み、コンデンサに供給された水蒸気は、熱回収コイルを循環する冷媒との熱交換および冷却手段に供給される冷却水との接触により凝縮することを特徴とする。【選択図】図１
2011230071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的成分が溶解している被処理水を供給され、該被処理水の水分を蒸発させることによりこれを過飽和領域まで濃縮して該目的成分を結晶化させる結晶缶と、
前記結晶缶内部に配置されて前記被処理水を撹拌する撹拌機と、
前記結晶缶内部に配置されて前記被処理水を加熱する缶内熱交換器と、
熱回収コイル、圧縮機、熱供給コイルおよび膨張手段を有し、これらを冷媒が循環するヒートポンプと、
内部に加熱媒体を貯留し且つ前記熱供給コイルが配置され、前記冷媒との熱交換により該加熱媒体を加熱して蒸発させる蒸気発生器と、
前記蒸気発生器から前記缶内熱交換器に接続され、該蒸気発生器において蒸発した加熱媒体を該缶内熱交換器に供給する加熱媒体供給経路と、
前記結晶缶において蒸発した水蒸気が供給され、該水蒸気を冷却して凝縮するコンデンサと、
を備え、
前記コンデンサは、前記水蒸気の供給口の下流側に配置される前記熱回収コイルと、該熱回収コイルの下流側に配置されて冷却水と前記水蒸気とを直接的あるいは間接的に接触させる冷却手段とを含み、
前記コンデンサに供給された水蒸気は、前記熱回収コイルを循環する冷媒との熱交換および前記冷却手段に供給される冷却水との接触により凝縮することを特徴とする晶析装置。
【請求項２】
前記缶内熱交換器から前記蒸気発生器に接続され、該缶内熱交換器において前記被処理水の加熱に用いられた加熱媒体を該蒸気発生器に回収する加熱媒体回収経路を更に備え、
前記加熱媒体は、前記加熱媒体供給経路および前記加熱媒体回収経路により構成される閉回路を循環することを特徴とする請求項１に記載の晶析装置。
【請求項３】
前記加熱媒体供給経路に接続され、化石燃料を燃焼させて加熱媒体を加熱して蒸発させるボイラと、
前記加熱媒体供給経路および前記ボイラの間に接続され、該ボイラにおいて蒸発した加熱媒体の圧力を所定の第１圧力に制限する圧力調整弁と、
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の晶析装置。
【請求項４】
前記第１圧力は大気圧以下の負圧に設定されることを特徴とする請求項３に記載の晶析装置。
【請求項５】
前記蒸気発生器において蒸発した加熱媒体の圧力を第２圧力とすると、該第２圧力は、前記第１圧力よりも高くなるように設定されることを特徴する請求項３に記載の晶析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に溶解している目的成分を結晶化させる晶析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
晶析装置とは、目的成分が溶解している原料液等の被処理水を、加熱によりその水分を蒸発させて濃縮し、目的成分を結晶化（晶析）させる装置である。例えば、砂糖の製造工程では、サトウキビ等の原料を圧搾して得られた液体にろ過等の処理を施したものを原料液として用い、加熱によりその水分を蒸発させて濃縮し、砂糖を結晶化して析出させている。晶析装置は砂糖の他にも、塩、薬品、肥料など、様々な物質の結晶化に利用される。
【０００３】
上記の晶析装置における加熱には、従来は、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させて生成した熱を利用していた。しかしながら、近年、エネルギの有効利用（省エネルギ）、および温室効果ガスであるＣＯ２排出量削減の観点から、ボイラからヒートポンプへの代替が進んでいる。ヒートポンプは、冷媒（熱媒体）が蒸発により気化するときに周囲の熱を吸収し、凝縮により液化するときに熱を発する性質を利用している。このため、燃焼式のボイラに比べて、一次エネルギ消費量およびＣＯ２排出量を好適に削減することができ、ランニングコストも大幅に抑えることが可能である。
【０００４】
加熱手段としてヒートポンプを用いた晶析装置は、特許文献１に記載の製糖用連続結晶化方法に記載がある。特許文献１によれば、「従来においては、濃縮シラップをボイラースチームにより加熱蒸発して過飽和にしており、蒸発ベーパは結晶缶の上部より排出し、バロメトリックコンデンサーにより海水で冷却凝縮していたが、ヒートポンプ方式によれば、必要なエネルギは約１／６程度となることが判明した」と説明している（特許文献１の段落００１８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０３５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ヒートポンプ方式では、ベーパから回収した熱を結晶缶に与えてベーパを発生させることとなる。ここで、冷媒には交換される熱に加えて圧縮機仕事が加えられるため、系内のエンタルピーは圧縮機仕事の分だけ増大することになる。一方、ベーパと冷媒の間の熱交換にはロスが生じるため、ベーパから全ての熱を回収できるわけではない。また、配管からの温熱または冷熱のロスもある。これらの収支がどの程度になるかは図りにくく、結晶缶内の圧力を一定に保つことが困難であった。特に圧縮機仕事がロス分を上回る場合には、結晶缶内の圧力が徐々に上昇し、沸点が上昇し、結晶に変質が生じてしまう（砂糖であれば変色や変質を招く）という状態となる。そのため特許文献１の構成では、明記はされていないが、真空ポンプによって始動時のみではなく継続的に真空引きを行い、低圧を維持しているものと考えられる。
【０００７】
また、ヒートポンプ方式では、蒸発器（ベーパを冷却する箇所）において熱を回収できないと、凝縮器に与える熱が不足する。一方、結晶缶は基本的にはバッチ方式であるから、一定量の白下を生成する度に新しい糖液と上水を投入して、真空ポンプで引いた後に、精製処理が開始される。すなわちバッチ処理の始動時には糖液の温度が低く、ベーパが発生し始める温度（６５℃程度）に昇温するまでは、圧縮機仕事の熱でまかなわなくてはならないという問題がある。すると、ベーパが発生している状態では高いＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）を誇るヒートポンプであっても、始動時にはその利点が全く発揮されず、むしろ昇温に時間がかかり、生産効率の低下を招くおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、結晶缶から排出された水蒸気を十分に冷却することにより確実に凝縮でき、結晶缶内の圧力を好適に維持することが可能な晶析装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる晶析装置の代表的な構成は、目的成分が溶解している被処理水を供給され、被処理水の水分を蒸発させることによりこれを過飽和領域まで濃縮して目的成分を結晶化させる結晶缶と、結晶缶内部に配置されて被処理水を撹拌する撹拌機と、結晶缶内部に配置されて被処理水を加熱する缶内熱交換器と、熱回収コイル、圧縮機、熱供給コイルおよび膨張手段を有し、これらを冷媒が循環するヒートポンプと、内部に加熱媒体を貯留し且つ熱供給コイルが配置され、冷媒との熱交換により加熱媒体を加熱して蒸発させる蒸気発生器と、蒸気発生器から缶内熱交換器に接続され、蒸気発生器において蒸発した加熱媒体を缶内熱交換器に供給する加熱媒体供給経路と、結晶缶において蒸発した水蒸気が供給され、水蒸気を冷却して凝縮するコンデンサと、を備え、コンデンサは、水蒸気の供給口の下流側に配置される熱回収コイルと、熱回収コイルの下流側に配置されて冷却水と水蒸気とを直接的あるいは間接的に接触させる冷却手段とを含み、コンデンサに供給された水蒸気は、熱回収コイルを循環する冷媒との熱交換および冷却手段に供給される冷却水との接触により凝縮することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、結晶缶から排出された水蒸気の熱をヒートポンプで回収し、回収した熱を用いて結晶缶内の被処理水を加熱することができる。このとき、必要なエネルギは、ヒートポンプの圧縮機において冷媒を圧縮するための電力のみであるため、従来のように燃焼式の加熱装置のみを用いる場合と比較し、被処理水を加熱するためのエネルギ消費量を大幅に削減することができ、コストの削減を図り且つ環境保全への寄与が可能となる。
【００１１】
また上記構成の特徴的な点として、コンデンサにヒートポンプの熱回収コイルと冷却水による冷却手段の両方を配置したことにより、結晶缶から排出された水蒸気は、熱回収コイルにおける冷媒との熱交換によって冷却された後に、冷却手段からの冷却水との接触により更に冷却される。したがって、かかる水蒸気を十分に冷却することができ、確実に凝縮することが可能となる。これにより、水蒸気の圧力に起因する結晶缶内部の圧力の上昇を抑制し、かかる圧力を好適に維持することができる。
【００１２】
当該晶析装置は、缶内熱交換器から蒸気発生器に接続され、缶内熱交換器において被処理水の加熱に用いられた加熱媒体を蒸気発生器に回収する加熱媒体回収経路を更に備え、加熱媒体は、構成される閉回路を循環するとよい。
【００１３】
かかる構成のように加熱媒体回収経路を備えることにより、加熱媒体を回収して再度使用することができる。また加熱媒体の循環経路が閉回路であることにより、加熱媒体を所定の圧力に設定することができ、例えば大気圧以下の負圧にすることもできる。これにより、飽和蒸気たる加熱媒体を任意の圧力にすることができるようになり、目的成分（例えば砂糖）に応じた任意の温度（低い温度）になるように圧力を調整することができる。したがって、過剰な加熱による目的成分の劣化を防止し、品質低下を防ぐことが可能となる。
【００１４】
当該晶析装置は、加熱媒体供給経路に接続され、化石燃料を燃焼させて加熱媒体を加熱して蒸発させるボイラと、加熱媒体供給経路およびボイラの間に接続され、ボイラにおいて蒸発した加熱媒体の圧力を所定の第１圧力に制限する圧力調整弁と、を更に備えるとよい。
【００１５】
上記構成によれば、晶析装置始動時に、ボイラにおいて蒸発した加熱媒体を用いることができる。すなわち、晶析装置始動時には、被処理水は加熱されていないため水蒸気も発生しておらず、冷媒は熱回収コイルにおいて熱を得ることができないため、圧縮機において冷媒を圧縮することにより被処理水を加熱するための熱を生成しなければならない。そこで、上記のようにボイラを備えることにより、晶析装置始動時に被処理水を迅速に加熱することができ、運転効率を高めることができる。また、ボイラにおいて蒸発した加熱媒体が蒸気発生器にも流入し、蒸気発生器中の加熱媒体をも加熱する。これにより、ヒートポンプが動作を開始したときに加熱媒体が予熱されている状態となるため、迅速かつ円滑に切替を行うことが可能となる。また、圧力調整弁を備えることにより、ボイラにおいて蒸発した加熱媒体においても、目的成分に応じた温度になるように圧力を調整することができ、上述と同様の利点を得ることができる。
【００１６】
上記の第１圧力は大気圧以下の負圧に設定されるとよい。このように、加熱媒体を閉回路にして負圧までの圧力設定を可能にしたことにより、ボイラにおいて蒸発した加熱媒体（ボイラから出力される高温のスチーム）も圧力調整弁で低圧にし、任意の温度まで低下させることができる。これにより、上述したように目的成分の劣化防止ひいては品質低下を防ぐことが可能となる。また、加熱媒体の温度を低下させたことにより、被処理水の過剰な加熱がなくなるため、結晶缶内の被処理水を撹拌する攪拌機の動力を削減することが可能となる。
【００１７】
上記の蒸気発生器において蒸発した加熱媒体の圧力を第２圧力とすると、第２圧力は、第１圧力よりも高くなるように設定されるとよい。
【００１８】
かかる構成によれば、ボイラによる缶内熱交換器への加熱媒体の供給が行われた後に、ヒートポンプによって蒸気発生器において加熱媒体の蒸発が始まると、蒸気発生器において蒸発した加熱媒体の圧力すなわち第２圧力は、ボイラにおいて蒸発した加熱媒体の圧力すなわち第１圧力よりも高いため、圧力調整弁は自動的に閉状態となる。これにより、ボイラからの加熱媒体の供給が停止する。したがって、特段の制御を必要とすることなく、ボイラからヒートポンプへの切替を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、結晶缶から排出された水蒸気を十分に冷却することにより確実に凝縮でき、結晶缶内の圧力を好適に維持することが可能な晶析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態にかかる晶析装置の概略構成を示す図である。
【図２】第２実施形態にかかる晶析装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる晶析装置１００の概略構成を示す図である。以下の実施形態では、晶析装置１００を砂糖の製造工程において用いる場合を例示して説明する。図１に示す晶析装置１００は、目的成分である砂糖が溶解している原料液（被処理水）を加熱することにより、かかる原料液中の水分を蒸発させて濃縮し、砂糖を結晶化（晶析）させる。本実施形態では、サトウキビ等の原料を圧搾して得られた液体にろ過等の処理を施した糖液に上水を加えたものを原料液として用いるが、これに限定するものではなく、糖液のみを原料液としてもよい。
【００２３】
上記の原料液は、まず結晶缶１１０に供給される。結晶缶１１０では、供給された原料液を加熱してその水分を蒸発させることにより、かかる原料液を過飽和領域まで濃縮して砂糖を結晶化させる。結晶缶１１０の内部には、原料液を撹拌する撹拌機１１２、および原料液を加熱する缶内熱交換器１１４が配置されている。
【００２４】
本実施形態では、缶内熱交換器１１４は、連結される複数の加熱管１１４ａによって構成される（加熱管１１４ａはカランドリアとも呼ばれる）。このような構成により、原料液と缶内熱交換器１１４との接触面積を増大させ、加熱効率を高めることができる。なお、本実施形態においては缶内熱交換器１１４をカランドリアとしたが、これに限定するものではなく、外付けの熱交換器としてもよい。
【００２５】
上記の加熱管１１４ａに、後述する蒸気発生器１３０において蒸発した加熱媒体を供給することで、その熱によって原料液が加熱される。すると、水分が徐々に蒸発して原料液が濃縮され、蒸発した水分すなわち水蒸気は、後述するコンデンサ１４０に供給される。このとき、撹拌機１１２によって原料液を撹拌することにより、原料液における温度分布を均一にすることができ、焦げ付きや、それに起因する着色等の品質低下を防ぐことができる。
【００２６】
ヒートポンプ１２０は、内部に冷媒（フロンガスなど）が循環しており、コンデンサ１４０に供給された水蒸気と冷媒との熱交換を行い、かかる熱交換において得た熱を利用して蒸気発生器１３０内の加熱媒体を加熱する。詳細には、ヒートポンプ１２０は、その冷媒循環経路１２０ａ上に設けられる熱回収コイル１２２、圧縮機１２４、熱供給コイル１２６、および膨張手段１２８を含んで構成される。
【００２７】
本実施形態では、熱回収コイル１２２は、コンデンサ１４０において水蒸気の供給口１４０ａの下流側に配置され、冷媒循環経路１２０ａを循環する冷媒と、コンデンサ１４０に供給された水蒸気との熱交換を行う。これにより、冷媒は、水蒸気の熱を吸熱して、蒸気発生器１３０の加熱媒体ひいては結晶缶１１０内の原料液を加熱するための熱を得ることができる。
【００２８】
熱回収コイル１２２において熱交換を行った冷媒は圧縮機１２４に流入する。圧縮機１２４では、かかる冷媒を電力を利用して圧縮する。これにより、冷媒は高温高圧の気体となり、次に熱供給コイル１２６に流入する。なお圧縮機１２４は、電気モーターを用いる代わりに、ガスエンジンを用いてもよい（いわゆるガスヒートポンプ）。
【００２９】
本実施形態では、熱供給コイル１２６は、蒸気発生器１３０の内部に配置され、高温高圧気体の冷媒と、蒸気発生器１３０に貯留された加熱媒体との熱交換を行う。これにより、冷媒の熱を用いて加熱媒体を加熱して蒸発させることができる。冷媒は凝縮し、液体となる。
【００３０】
熱回収コイル１２２において熱交換を行った冷媒は膨張手段１２８に流入する。膨張手段１２８では冷媒を、減圧状態とし、膨張冷却して低温低圧の気液混合状態（湿り気体）とする。これにより、熱回収コイル１２２において冷媒が水蒸気の熱を再度吸収することが可能となり、冷媒を再利用することができる。このように、ヒートポンプ１２０は熱交換サイクルを利用しているため、省エネルギおよび二酸化炭素排出量の削減が可能である。したがって、晶析装置１００の環境負荷を低減することが可能となる。
【００３１】
蒸気発生器１３０は、内部に加熱媒体を貯留し、かかる加熱媒体を加熱して蒸発させる。加熱媒体としては、本実施形態では水を想定するが、これに限定するものではない。水以外にも、一般的に熱媒体としてとして使用される液体を用いることもできる。
【００３２】
上述したように蒸気発生器１３０の内部には熱供給コイル１２６が配置され、熱供給コイル１２６の上方には、蒸気発生器１３０内に加熱媒体を噴霧する噴霧手段１３２が配置される。噴霧手段１３２には、蒸気発生器１３０の下部から加熱媒体を供給する加熱媒体経路１３０ａが接続されており、加熱媒体経路１３０ａにはポンプ１３４が設けられている。
【００３３】
上記構成により、蒸気発生器１３０に貯留された加熱媒体が、ポンプ１３４を動力として加熱媒体経路１３０ａから噴霧手段１３２に供給され、噴霧手段１３２から蒸気発生器１３０内に加熱媒体が噴霧される。すると、噴霧された加熱媒体が、熱供給コイル１２６を循環する冷媒と熱交換を行うことにより加熱されて蒸発する。
【００３４】
なお、本実施形態においては、蒸気発生器１３０に噴霧手段１３２を設ける構成としたが、必ずしも噴霧手段１３２を設ける必要はなく、少なくとも熱供給コイル１２６のみを配置すればよい。その場合、熱供給コイル１２６は、蒸気発生器１３０において加熱媒体が貯留される領域に配置するべきである。ただし、熱供給コイル１２６のみを設け、それを加熱媒体が貯留される領域に配置すると、加熱媒体を蒸発させるために、貯留される加熱媒体全体を加熱しなくてはならない。したがって、蒸気発生速度および加熱効率を鑑みると本実施形態のように噴霧手段１３２を設けることが好ましい。
【００３５】
また、上記の蒸気発生器１３０には、缶内熱交換器１１４と蒸気発生器１３０とに加熱媒体を循環させる加熱媒体循環経路１３６が接続されている。かかる加熱媒体循環経路１３６は、加熱媒体供給経路１３６ａおよび加熱媒体回収経路１３６ｂから構成される。加熱媒体供給経路１３６ａは、蒸気発生器１３０から缶内熱交換器１１４に接続され、蒸気発生器１３０において蒸発した加熱媒体を缶内熱交換器１１４（加熱管１１４ａ）に供給する。これにより、缶内熱交換器１１４において原料液と加熱媒体との熱交換が可能となる。加熱媒体回収経路１３６ｂは、缶内熱交換器１１４から蒸気発生器１３０に接続され、缶内熱交換器１１４において原料液の加熱（熱交換）に用いられた加熱媒体を蒸気発生器１３０に回収する。これにより、加熱媒体の再利用が可能となる。
【００３６】
本実施形態では、加熱媒体循環経路１３６は、閉回路であって、大気に対して密封されている。これにより、加熱媒体を大気圧より低い圧力（負圧）にすることができ、飽和蒸気たる加熱媒体を任意の圧力にすることが可能となる。したがって、目的成分（本実施形態では砂糖）に応じた任意の温度（低い温度）になるように圧力を調整し、過剰な加熱による目的成分の劣化を防止し、品質低下を防ぐことができる。
【００３７】
上述したように、ヒートポンプ１２０の熱供給コイル１２６により蒸発した加熱媒体が缶内熱交換器１１４に供給されると、加熱媒体の熱によって原料液が加熱されてその水分が蒸発し、水蒸気が発生する。すなわち、ヒートポンプ１２０の冷媒と結晶缶１１０の原料液とは、蒸気発生器１３０の加熱媒体を介して間接的に熱交換を行う。そして、結晶缶１１０において発生した水蒸気は、水蒸気経路１１０ａを通じて結晶缶１１０から排出されて、供給口１４０ａからコンデンサ１４０に供給される。
【００３８】
コンデンサ１４０は、結晶缶１１０において蒸発した水蒸気が供給され、かかる水蒸気を冷却して凝縮させる。上述したように、コンデンサ１４０において、水蒸気の供給口１４０ａの下流側には熱回収コイル１２２が配置される。これにより、コンデンサ１４０に供給された水蒸気は、熱回収コイル１２２を循環する冷媒との熱交換により冷却される。更に、本実施形態では熱回収コイル１２２の下流側に冷却手段１４２が配置される。冷却手段１４２は、冷却水と水蒸気とを直接的あるいは間接的に接触させる。本実施形態では、冷却手段１４２は、冷却水をコンデンサ１４０内に注入し、かかる冷却水を水蒸気と直接的に接触させる。これにより、コンデンサ１４０に供給され、熱回収コイル１２２を通過した水蒸気は、冷却手段１４２に供給される冷却水との接触において更に冷却される。
【００３９】
上記構成のように、コンデンサ１４０にヒートポンプ１２０の熱回収コイル１２２と冷却手段１４２の両方を配置したことにより、すなわちダブルコンデンサとしたことにより、結晶缶１１０から排出された水蒸気は、それらによって２段階で冷却される。このため、水蒸気を十分に冷却し、確実に凝縮することができる。したがって、水蒸気の圧力に起因する結晶缶１１０内部の圧力の上昇を抑制し、かかる圧力を好適に維持することが可能となる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、冷却水と水蒸気とを直接的に接触させる冷却手段（いわゆるバロメトリックコンデンサ）を例示したが、これに限定するものではない。上述したように、冷却手段１４２は、冷却水と水蒸気とを間接的に接触させてもよく、例えば熱交換コイルやサーフェスコンデンサ等も好適に用いることができる。
【００４１】
またコンデンサ１４０には、真空ポンプ１４４が接続されている。これにより、晶析装置１００の始動時に真空ポンプ１４４を作動させて、コンデンサ１４０、水蒸気経路１１０ａ、および結晶缶１１０内を、すなわち水蒸気が流通する領域を負圧にすることができる。したがって、原料液中の水分の沸点を低下させることができ、過度な温度上昇による品質低下を防ぐことが可能となる。
【００４２】
更に、コンデンサ１４０には、熱回収コイル１２２の上方に洗浄装置１４６が設けられている。洗浄装置１４６には洗浄水または蒸気が注入される。そして、その洗浄水または蒸気をコンデンサ１４０内に噴出することにより、熱回収コイル１２２の洗浄を行うことが可能となる。
【００４３】
制御部１５０は、晶析装置１００全体の動作を制御する。かかる制御部１５０は、上述した晶析装置１００の構成要素各々に接続されているが、図１ではその接続関係の図示を省略している。
【００４４】
本実施形態では、制御部１５０には、上述した晶析装置１００の構成要素各々以外に、缶内圧力発信器１５２ａおよび経路内圧力発信器１５２ｂの２つの圧力発信器（ＰＴ：Pressure Transmitter）が接続されている。缶内圧力発信器１５２ａは、加熱媒体循環経路１３６を通じて缶内熱交換器１１４および蒸気発生器１３０を循環する加熱媒体の圧力を検知する。経路内圧力発信器１５２ｂは、結晶缶１１０において蒸発した水蒸気の圧力を検知する。これらにより、制御部１５０が加熱媒体の圧力および水蒸気の圧力を参照して晶析装置１００全体の動作を制御することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態では缶内圧力発信器１５２ａは加熱媒体供給経路１３６ａに設けられているが、これに限定するものではなく、加熱媒体循環経路１３６上、または缶内熱交換器１１４もしくは蒸気発生器１３０に接続されていてもよい。
【００４６】
そして、上述したように、ヒートポンプ１２０の冷媒との間接熱交換により原料液を加熱して水分を蒸発させ、その水蒸気の熱をコンデンサ１４０において冷媒に吸熱させ、吸熱した熱を原料液の加熱に利用するというサイクルを繰り返す。これにより、原料液は、水分が徐々に蒸発して過飽和領域まで濃縮されて、その中に目的成分が結晶化する。そして、結晶化した目的成分が含まれている原料液、すなわち白下を分離機（不図示）に投入することにより、目的成分と原料液とが分離され、目的成分単体を得ることができる。一方、コンデンサ１４０において冷媒に吸熱された冷媒は凝縮されて液体となり、コンデンサ１４０の下方から放流される。
【００４７】
上記説明したように、本実施形態の晶析装置１００によれば、ヒートポンプ１２０によって、結晶缶１１０から排出された水蒸気の熱を結晶缶１１０内の原料液（被処理水）の加熱に利用することができ、このときに必要なエネルギは、ヒートポンプ１２０の圧縮機１２４において冷媒を圧縮するための電力のみである。このため、原料液を加熱するためのエネルギ消費量を、燃焼式の加熱装置のみを用いる場合よりも大幅に削減することができ、コストの削減を図り且つ環境保全への寄与が可能となる。またコンデンサ１４０にヒートポンプ１２０の熱回収コイル１２２と冷却手段１４２の両方を配置されるため、結晶缶１１０から排出された水蒸気を十分に冷却することができ、確実に凝縮することができる。これにより、結晶缶１１０内部の圧力の上昇を抑制し、かかる圧力を好適に維持することが可能となる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態にかかる晶析装置について説明する。図２は、第２実施形態にかかる晶析装置２００の概略構成を示す図である。なお、上述した第１実施形態の晶析装置１００の構成要素と実質的に同一の機能、構成を示す要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図２に示すように、第２実施形態にかかる晶析装置２００は、主に、加熱媒体を蒸発させる手段としてのボイラ２６０と、かかるボイラ２６０において蒸発した加熱媒体の圧力を調整する圧力調整弁２６２を更に備える点において第１実施形態の晶析装置１００と異なる。詳細には、晶析装置２００に設けられるボイラ２６０は、化石燃料（燃料）を燃焼させて加熱媒体を加熱して蒸発させる。かかる化石燃料としては、都市ガス、天然ガス、石油、石炭等を好適に用いることができる。
【００５０】
ボイラ２６０は、第２加熱媒体供給経路２６０ａを介して加熱媒体供給経路１３６ａに接続されている。これにより、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体を缶内熱交換器１１４に供給することが可能となる。したがって、晶析装置２００の結晶缶１１０では、蒸気発生器１３０において蒸発した加熱媒体の代わりに、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体を用いて原料液の加熱を行うことができる。
【００５１】
特に、晶析装置始動時に、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体を用いることにより優れた利点が得られる。詳細には、加熱媒体を蒸発させる手段としてヒートポンプのみを備える場合、晶析装置始動時には、被処理水は加熱されていないため水蒸気も発生しておらず、冷媒は熱回収コイル１２２において熱を得ることができない。このため、圧縮機１２４において冷媒を圧縮することにより原料液を加熱するための熱を生成しなければならない。そして、圧縮により生成された熱によって原料液の加熱を行ったとしても、晶析装置始動時の原料液の温度は低いため、その温度が、水分が蒸発し始める温度に達するまでにはある程度の時間を要する。したがって、水蒸気が発生するまでの間、通常運転時よりも高い負荷で圧縮機１２４を作動し続けなくてはならず、ヒートポンプのＣＯＰの低下を招いてしまう。また、水分が蒸発しなければ原料液は濃縮されないため、その間は晶析装置の運転効率が低下してしまう。
【００５２】
そこで、晶析装置始動時に、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体を缶内熱交換器１１４に供給することにより、始動時においても原料液を急速に加熱することができる。これにより、ヒートポンプのＣＯＰの低下を防ぎ、且つ晶析装置の運転効率の向上を図れる。
【００５３】
またボイラ２６０は第２加熱媒体供給経路２６０ａを介して加熱媒体供給経路１３６ａに接続されているため、加熱媒体は缶内熱交換器１１４に流入すると同時に蒸気発生器１３０にも流入する。このためボイラ２６０において蒸発した加熱媒体は、結晶缶１１０内の原料液だけでなく、蒸気発生器１３０に貯留される加熱媒体をも加熱する。したがって、ヒートポンプ１２０が動作を開始したときには加熱媒体が予熱されている状態となるため、蒸気発生器１３０におけるヒートポンプ１２０での加熱媒体の加熱を迅速化することができ、加熱媒体を蒸発させる手段をボイラ２６０からヒートポンプ１２０に円滑に切り替えることが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態では、ボイラ２６０および加熱媒体供給経路１３６ａの間、すなわち第２加熱媒体供給経路２６０ａに圧力調整弁２６２が接続されている。上述したように、圧力調整弁２６２は、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体の圧力を調整するが、本実施形態では特に、加熱媒体循環経路１３６および第２加熱媒体供給経路２６０ａが閉回路を構成しており、かかる加熱媒体の圧力を任意の（所定の）第１圧力に制限することができる。これにより、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体も任意の温度まで低下させることができ、目的成分の劣化防止ひいては品質低下を防ぐことが可能となる。そして、加熱媒体の温度を低下可能なため、原料液の過剰な加熱が避けられ、結晶缶１１０内において原料液を撹拌する撹拌機１１２の動力を削減することが可能となる。なお、第１圧力は、加熱媒体の温度を、原料液やこれに溶解している目的成分の加熱に適切な温度とするために必要となる圧力を参照して設定されるとよく、更に好ましくは大気圧以下の負圧であるとよい。
【００５５】
更に、本実施形態では、蒸気発生器１３０において蒸発した加熱媒体の圧力を、第１圧力よりも高い第２圧力に設定する。これにより、制御部１５０による特段の制御を必要とすることなく、加熱媒体を蒸発させる手段をボイラ２６０から切り替えることができる。
【００５６】
具体的には、晶析装置始動時に、ボイラ２６０において蒸発した加熱媒体の供給が始まると、制御部１５０は、缶内圧力発信器１５２ａが検知した加熱媒体の圧力を参照し、それが第１圧力と略等しくなるように圧力調整弁２６２の開度を制御する。次に、制御部１５０は、経路内圧力発信器１５２ｂが検知した水蒸気の圧力（厳密には結晶缶１１０の圧力）を間欠的に参照する。
【００５７】
そして、経路内圧力発信器１５２ｂが検知した圧力が所定値を超えたら、制御部１５０はヒートポンプ１２０（圧縮機１２４）の運転を開始する。ここで、所定値とは、結晶缶１１０内において原料液中の水分が蒸発し始めたことを示す値である。すなわち、ボイラ２６０からの加熱媒体により原料液が加熱されてその水分が蒸発すると膨張により缶内の圧力が上昇するため、経路内圧力発信器１５２ｂが検知した圧力を参照することにより原料液の加熱状態を把握することができる。そして、原料液中の水分が蒸発して所望の状態となったときの圧力を所定値として設定しておく。
【００５８】
ヒートポンプ１２０の運転が開始されると、蒸気発生器１３０において加熱媒体の蒸発が始まる。すると、蒸気発生器１３０において蒸発した加熱媒体の圧力は、第１圧力よりも高い第２圧力であるため、圧力調整弁２６２は自動的に閉状態となる。これにより、ボイラ２６０からの加熱媒体の供給が停止し、加熱媒体を蒸発させる手段がヒートポンプ１２０へと切り替わる。
【００５９】
上記説明したように、第２実施形態の晶析装置２００によれば、第１実施形態の晶析装置１００のようにヒートポンプ１２０やダブルコンデンサ（熱回収コイル１２２と冷却手段１４２）による利益を享受しつつ、ボイラ２６０によって晶析装置始動時の運転効率を高めることが可能となる。また蒸気発生器１３０において蒸発した加熱媒体の圧力、およびボイラ２６０において蒸発した加熱媒体の圧力を適切な関係にすることにより、加熱媒体の供給手段を、特段の制御を要することなくボイラ２６０からヒートポンプ１２０へ切り替えることができる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、被処理水中に溶解している目的成分を結晶化させる晶析装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１００…晶析装置、１１０…結晶缶、１１０ａ…水蒸気経路、１１２…撹拌機、１１４…缶内熱交換器、１１４ａ…加熱管、１２０…ヒートポンプ、１２０ａ…冷媒循環経路、１２２…熱回収コイル、１２４…圧縮機、１２６…熱供給コイル、１２８…膨張手段、１３０…蒸気発生器、１３０ａ…加熱媒体経路、１３２…噴霧手段、１３４…ポンプ、１３６…加熱媒体循環経路、１３６ａ…加熱媒体供給経路、１３６ｂ…加熱媒体回収経路、１４０…コンデンサ、１４０ａ…供給口、１４２…冷却手段、１４４…真空ポンプ、１４６…洗浄装置、１５０…制御部、１５２ａ…缶内圧力発信器、１５２ｂ…経路内圧力発信器、２００…晶析装置、２６０ａ…第２加熱媒体供給経路、２６０…ボイラ、２６２…圧力調整弁
【図１】
2011230071.tif 000003
【図２】
2011230071.tif 000004