(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液が投入される蒸発容器と、前記蒸発容器に投入される原料液の加熱手段と、前記蒸発容器で発生した蒸気を圧縮して昇温させる蒸気圧縮機と、前記蒸発容器の内部及び蒸気の排出経路を減圧するための真空ポンプとを備えていて、前記蒸気圧縮機で圧縮された蒸気が前記加熱手段に送られるようになっており、
更に、前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路を設けて、前記バイパス通路に、前記真空ポンプを始動させての運転開始から定常運転に至るまでの起動運転時のみ開いて定常運転時には閉じているバイパス弁を設けている構成であって、
前記バイパス弁は、全開と全閉との２段階に切り替えられる方式である一方、前記蒸気圧縮機は、定常運転回転数とこれより低い起動時回転数との２段階の回転数に切り替えられる方式であり、
前記起動運転時に、前記真空ポンプの真空吸引作用によって前記バイパス通路を減圧状態に保持することにより、前記蒸気圧縮機の上流側と下流側との負圧を均一化しつつ、前記蒸気圧縮機が定常運転時の回転数よりも低い起動時回転数で運転される、
真空蒸発式濃縮装置。
【請求項２】
前記蒸気圧縮機はルーツ式圧縮機である一方、前記加熱手段は薄膜上昇流方式になっており、蒸発容器が減圧されることによって、原料液が供給通路から蒸発容器に自動的に吸い上げられる、
請求項１に記載した真空蒸発式濃縮装置。
【請求項３】
原料液が投入される蒸発容器と、前記蒸発容器に投入される原料液の加熱手段と、前記蒸発容器で発生した蒸気を圧縮して昇温させる蒸気圧縮機と、前記蒸発容器の内部及び蒸気の排出経路を減圧するための真空ポンプと、前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁とを備えており、前記真空ポンプは常時一定の回転数で運転される、という構成の真空蒸発式濃縮装置の運転方法であって、
運転開始から定常運転に移行するまでの起動運転が、
ａ：前記真空ポンプの運転開始と相前後してバイパス弁を開くか、又は、前記バイパス弁を予め開いた状態で真空ポンプを運転開始する、
ｂ：前記バイパス弁を空けて真空ポンプを運転している状態で原料液を前記蒸発容器に供給開始する、
ｃ：前記原料液の供給開始後に前記蒸気圧縮機を定常運転時の回転数よりも低い起動時回転数で運転開始する、
ｄ：前記蒸気圧縮機の運転開始後に、前記加熱手段による原料液の加熱を開始する、
という手順を含んでおり、
前記蒸発容器の内圧又は温度若しくは両方が予め設定した基準値に達したら、前記バイパス弁を全閉して蒸気圧縮機を定常運転回転数に切り替える、
真空蒸発式濃縮装置の運転方法。
【請求項４】
前記バイパス弁は、起動運転時には全開状態が維持されて、前記蒸発容器の内圧又は温度若しくは両方が予め設定した基準値に達したら全閉される一方、
前記蒸気圧縮機は、前記起動運転時には一定の起動時回転数で運転されている、
請求項３に記載した真空蒸発式濃縮装置の運転方法。
【請求項５】
（当初請求項６を繰り上げ）
前記蒸気圧縮機にはルーツ式圧縮機が使用されて、前記加熱手段は薄膜上昇流方式が使用されている、
請求項３又は４に記載した真空蒸発式濃縮装置の運転方法。
【請求項６】
前記バイパス弁の全閉への切り替え及び蒸気圧縮機の定常運転回転数への切り替えが、蒸発容器の内圧又は原料液の温度若しくは両方が定常運転時の内圧又は温度若しくは両方に至る前のタイミングで行われる、
請求項３〜５のうちのいずれかに記載した真空蒸発式濃縮装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、各種の液体を濃縮するための真空蒸発式濃縮装置（ヒートポンプ式濃縮装置）及びその運転方法（制御方法）に関するものである。なお、ここにいう液体とは、水分を含んでいる流動体という意味であり、粘度は問わない。また、固形物を含んでいることは差し支えない。
【背景技術】
【０００２】
液体の濃縮は、加熱（加温）して水分を除去することによって行われるが、発生した蒸気をそのまま廃棄してしまうとエネルギのロスが甚だしく、運転コストも嵩むことになる。そこで、発生した蒸気を圧縮して昇温させて、これを原料液の加熱に再利用するヒートポンプ方式が行われており、定常運転に至ると、外部からの熱エネルギの供給は殆ど不要になって、圧縮加熱された蒸気のみで原料液を加熱できるサイクルになる（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１は蒸発容器や蒸気流路を真空ポンプによって減圧しており、このように減圧すると原料液の沸点が低下するため、ヒートポンプの機能は一層高まる。他方、真空ポンプを使用せずに蒸気圧縮機のみを使用したタイプの例が特許文献２に開示されている。この特許文献２には、蒸気圧縮機としてルーツ圧縮器を使用すると共に、加熱源として電熱ヒータを使用した場合において、ルーツ式圧縮機の上流側と下流側とを繋ぐバイパス通路を設けて、バイパス通路に、これを開閉するバイパス弁を設けた装置が開示されている。
【０００４】
この特許文献２では、起動運転時と定常運転時とで電力使用量を一定にすることを目的にしており、運転開始時にはバイパス弁を全開状態にすることにより、ルーツ式圧縮機が低速回転であっても過負荷になることを防止している。そして、電熱ヒータによって原料液が昇温していくのに連れて、電熱ヒータへの電力は低減して、ルーツ式圧縮機の回転数を徐々に上げると共に、バイパス通路に設けた開閉弁の開度は徐々に低下させていき、蒸発容器内での蒸気の発生量が所定量に至ると、バイパス弁は全閉してルーツ式圧縮機は定常回転数に切り替え、かつ、蒸気の供給も遮断している。
【０００５】
この特許文献２は、既述のとおり、装置の運転開始から終了まで電力使用量を一定にすることを目的にしており、起動運転時には、蒸気の発生量に比例して、ヒータの使用電力は減らしてルーツ式圧縮機の使用電力が多くなるように両者の使用電力比率を変えていき、最後に、ヒータへの通電をＯＦＦにしてルーツ式圧縮機をフル回転させるものである。従って、起動運転時に大きな電力は必要はなく、それだけ電源設備を簡素化することができるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１１３２０号公報
【特許文献２】特許第１８０３２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような真空蒸発式濃縮装置において、定常運転時には安定した濃縮作用が成されるが、運転開始から定常運転に至るまでの起動運転が不安定で、結果として起動運転時間も長くなるという問題がある。
【０００８】
つまり、真空ポンプの運転開始によって装置内部は徐々に真空度が上がっていき、真空度の上昇と原料液の加熱とによって定常運転に移行していくが、起動運転時には蒸発容器に希薄空気が残っていることから、蒸気圧縮機を運転すると、希薄空気が蒸気圧縮機に吸引されることにより、蒸気圧縮機が過負荷になって運転が安定しないのであり、そこで、蒸気圧縮機の運転開始を遅らせて真空度の上昇を待たねばならず、このため起動運転時間が長くなるのであった。
【０００９】
この点については、真空ポンプの容量を大きくして、短時間で真空度を上昇させたらよいといえるが、これでは、起動運転のために高価な真空ポンプを用意せねばならないため、設備コストが嵩むという新たな問題が発生する。また、蒸気圧縮機による蒸気の安定した圧縮・昇温状態を得るには、蒸気圧縮機をある程度の時間運転し続けて安定化させる助走運転が必要があるため、蒸気圧縮機を運転開始してもすぐに定常運転に至ることにはならないのであり、この面でも起動運転時間の短縮ができなかった。
【００１０】
他方、特許文献２は、蒸発缶から蒸気がルーツ式圧縮機によって吸引されるため、蒸発缶の内圧は大気圧よりは低くなっていると解される。従って、原料液の沸点を低くして蒸発を促進していると云えるが、ルーツ式圧縮機の吸引のみによる減圧であるため、大型のルーツ式圧縮機を使用しないと必要な真空度と蒸気昇温とを確保し難く、このため、設備コストが嵩むおそれがあるといえる。
【００１１】
また、特許文献２は、電熱ヒータとルーツ式圧縮機との使用電力の和を一定に維持しつつ、両者の使用電力の比率を徐々に変えるものであるため、電熱ヒータ及びルーツ式圧縮機への給電の制御が面倒である。
【００１２】
更に、起動運転時間について見ると、特許文献２では、定常運転状態では蒸気圧縮機によって蒸発缶は減圧されるが、起動運転時にはルーツ式圧縮機の上流側と下流側とがバイパス通路を介して連通しているため、起動運転時には蒸発缶は殆ど減圧されないと思われることから、定常運転に至るには電熱ヒータによる昇温が達成されるのを待たねばならず、従って、起動運転時間の短縮は期待できないと推測される。
【００１３】
本願発明は、このような現状の下、真空蒸発式濃縮装置において、設備コストをかけることなく起動運転時間を短縮化することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、真空蒸発式濃縮装置とその運転方法とを含んでおり、これらの典型は各請求項で特定している。
【００１５】
このうち請求項１の発明は真空蒸発式濃縮装置に関するものであり、この真空蒸発式濃縮装置は、
「原料液が投入される蒸発容器と、前記蒸発容器に投入される原料液の加熱手段と、前記蒸発容器で発生した蒸気を圧縮して昇温させる蒸気圧縮機と、前記蒸発容器の内部及び蒸気の排出経路を減圧するための真空ポンプとを備えていて、前記蒸気圧縮機で圧縮された蒸気が前記加熱手段に送られるようになっており、
更に、前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路を設けて、前記バイパス通路に、前記真空ポンプを始動させての運転開始から定常運転に至るまでの起動運転時のみ開いて定常運転時には閉じているバイパス弁を設けている」
という基本構成である。
【００１６】
そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、
「前記バイパス弁は、全開と全閉との２段階に切り替えられる方式である一方、前記蒸気圧縮機は、定常運転回転数とこれより低い起動時回転数との２段階の回転数に切り替えられる方式であり、
前記起動運転時に、前記真空ポンプの真空吸引作用によって前記バイパス通路を減圧状態に保持することにより、前記蒸気圧縮機の上流側と下流側との負圧を均一化しつつ、前記蒸気圧縮機が定常運転時の回転数よりも低い起動時回転数で運転される」
という構成になっている。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１を好適に具体化したもので、
「前記蒸気圧縮機はルーツ式圧縮機である一方、前記加熱手段は薄膜上昇流方式になっており、蒸発容器が減圧されることによって、原料液が供給通路から蒸発容器に自動的に吸い上げられる」
という構成になっている。
【００１９】
請求項３の発明は真空蒸発式濃縮装置の運転方法を対象にしており、まず、
「真空蒸発式濃縮装置は、原料液が投入される蒸発容器と、前記蒸発容器に投入される原料液の加熱手段と、前記蒸発容器で発生した蒸気を圧縮して昇温させる蒸気圧縮機と、前記蒸発容器の内部及び蒸気の排出経路を減圧するための真空ポンプと、前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁とを備えており、前記真空ポンプは常時一定の回転数で運転される」
という基本構成になっている。
【００２０】
そして、運転開始から定常運転に移行するまでの起動運転が、
「ａ：前記真空ポンプの運転開始と相前後してバイパス弁を開くか、又は、前記バイパス弁を予め開いた状態で真空ポンプを運転開始する、
ｂ：前記バイパス弁を空けて真空ポンプを運転している状態で原料液を前記蒸発容器に供給開始する、
ｃ：前記原料液の供給開始後に前記蒸気圧縮機を定常運転時の回転数よりも低い起動時回転数で運転開始する、
ｄ：前記蒸気圧縮機の運転開始後に、前記加熱手段による原料液の加熱を開始する、
という手順を含んでおり、
前記蒸発容器の内圧又は温度若しくは両方が予め設定した基準値に達したら、前記バイパス弁を全閉して蒸気圧縮機を定常運転回転数に切り替える」
という構成で行われる。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３を好適に具体化したもので、この発明では、
「前記バイパス弁は、起動運転時には全開状態が維持されて、前記蒸発容器の内圧又は温度若しくは両方が予め設定した基準値に達したら全閉される一方、前記蒸気圧縮機は、前記起動運転時には一定の起動時回転数で運転されている」
という構成になっている。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項３又は４の好適な展開例であり、
「前記蒸気圧縮機にはルーツ式圧縮機が使用されて、前記加熱手段は薄膜上昇流方式が使用されている」
という構成になっている。
また、請求項６の発明は、請求項３〜５のうちのいずれかにおいて、
「前記バイパス弁の全閉への切り替え及び蒸気圧縮機の定常運転回転数への切り替えが、蒸発容器の内圧又は原料液の温度若しくは両方が定常運転時の定常運転時の内圧又は温度若しくは両方に至る前のタイミングで行われる」
という構成になっている。
【発明の効果】
【００２３】
さて、真空蒸発式濃縮装置において、定常運転において真空ポンプの容量はさほど必要はなく、真空ポンプの駆動に要するランニングコストはさほどかからない。これが真空蒸発式濃縮装置の利点の一つである。しかし、既述のとおり、起動運転時間を短縮するために大きな容量の真空ポンプを使用すると、それだけ設備コストが嵩む。また、蒸気圧縮機を定常運転時の回転数でいきなり運転開始すると、蒸発容器に溜まっている空気が蒸気圧縮機に吸引されるため、蒸気圧縮機が過負荷になって、蒸気圧縮機が損傷したり運転が不安定化したりする虞がある。
【００２４】
これに対して本願発明では、起動運転時には、真空ポンプは定常回転数で運転しつつ、蒸発容器の空気はバイパス通路から排除することにより、蒸気圧縮機を過負荷によりトリップしない程度の起動時回転数で回転させることができるため、その後の定常運転時の回転数に達する時間が短くなり起動運転時間を短縮することができる。つまり、バイパス通路が真空ポンプによって減圧状態に維持されていて、蒸発容器に溜まっていた空気はバイパス通路から速やかに排除されることにより、蒸気圧縮機への空気の混入を防止できるため、蒸気圧縮機を負担がない状態で安定的に運転しつつ定常運転のフル回転状態に速やかに移行できるのである。
【００２５】
付言すると、特許文献２は、蒸気圧縮機によって蒸発缶を減圧するものであり、起動運転時にはバイパス通路が連通していることから、蒸気圧縮機による蒸発缶の減圧作用は基本的には生じないといえるが、本願発明では、真空ポンプの吸引作用がバイパス通路にも働いているため、蒸気圧縮機の運転によって蒸発容器の減圧が促進されており、これにより、定常運転への移行を促進できるといえる。
【００２６】
このように、本願発明は、起動運転時には装置内部の真空度を経時的に高めつつ、蒸気圧縮機は安定した助走運転を経由して定常運転に移行させるものであり、このため、定常運転に対応した小型の真空ポンプのみを使用しつつ、起動運転時間を短縮しつつ定常運転にスムースに移行させることができる。その結果、設備コストとランニングコストとを抑制することができると共に、稼働率を高めて生産性も向上できる。
【００２７】
なお、バイパス通路は、蒸気圧縮機の上流側と下流側との圧力を均等化するためのものであるので、本願発明では、バイパス通路を均圧通路と呼んで、バイパス弁を均圧弁と呼ぶことも可能である。
【００２８】
請求項１，４のように、バイパス弁は全開と全閉との２段階の切り替え方式を採用して、蒸気圧縮機は、起動運転回転数を１種類の回転数に設定しておくと、蒸発容器の内圧（真空度）や温度を検知するセンサーやスイッチ類に連動させて、バイパス弁や蒸気圧縮機を切り替える単純な制御方式（例えばリレーを使用した制御）も採用できるため、装置の制御態様をシンプル化することが可能になる。
【００２９】
この場合、真空ポンプは定常運転と同じ回転数で定速駆動されているが、蒸気圧縮機は定常運転回転数よりも低い回転数で駆動されているため、空気を吸引しても過負荷になることはない。このため、蒸気圧縮機を定速で回転させつつ装置内部の真空度を速やかに高めることができ、しかも、既述のとおり、蒸気圧縮機によって蒸発容器の減圧も促進できる。従って、蒸気圧縮機を安定的に駆動しつつ、蒸気圧縮機の能力をフルに引き出して起動運転時間を短縮できるのである。
【００３０】
請求項２，５のように、蒸気圧縮機にルーツ式圧縮機を使用すると、高い圧縮比により、蒸発器で発生した蒸気を昇温させるときの温度差を大きくできるため、沸点上昇の高い原料液にも適用できる。また、薄膜上昇流方式を採用する事で、原料液への熱負荷による品質変化を少なくできるため、食品分野にも好適となり、比較的大きな温度差が求められる薄膜上昇式と、高い昇温機能を有するルーツ式圧縮機との組み合わせにより、高い濃縮効率を実現することができる。更に、原料液の吸い上げは真空作用で行われるため、圧送ポンプは要せず、それだけ設備コストを抑制できるのみならず、起動運転から定常運転への移行も滑らかになる。
【００３１】
蒸気圧縮機を起動時回転数で運転している状態で装置内を完全に定常運転状態まで移行させてから、蒸気圧縮機の回転数を定常回転数に上げると、装置内部が一時的に過剰な負圧状態・蒸気加熱状態になって、大きな圧力変動が発生する可能性がある。
【００３２】
これに対し、請求項６のように、定常運転時に負圧・温度よりも少し前の状態（例えば定常運転への到達度が９０〜９５％の状態）で蒸気圧縮機をフル回転状態に移行させると、蒸気圧縮機がフル回転することによって大きな減圧と蒸気圧縮とがあっても、減圧余力がある状態で定常運転に移行するため、大きな圧力変動や温度変化は発生せずに、定常運転にごくスムースに移行させることができる。この点、本願発明の特徴の一つである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明の定常運転状態での模式的な構成図である。
【図２】本願発明の起動運転時初期での模式的な構成図である。
【図３】本願発明の起動運転時中期での模式的な構成図である。
【図４】本願発明の起動運転時終期での模式的な構成図である。
【図５】起動運転のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
(1).装置の構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、真空蒸発式濃縮装置の構成を、図１に基づいて説明する。真空蒸発式濃縮装置は、主要要素として、原料液（被濃縮液）を蒸発させる蒸発容器（蒸発タンク、蒸発缶）１と、原料液の加熱手段の一例としてのスチーム式加熱ユニット２と、蒸発容器１で発生した蒸気を圧縮・昇温させるための圧縮機の一例としてのルーツ式圧縮機３と、蒸発容器１及び蒸気排出経路を減圧するための真空ポンプ４とを備えている。
【００３５】
ルーツ式圧縮機３は、定常運転回転数と、これより低い起動時回転数との２段段階の回転数に切り替えることができる。但し、定常運転回転数と起動時回転数との具体的な数字はまちまちであり、例えば、定常運転回転数は、３０００ｒｐｍの場合も２５００ｒｐｍの場合も１５００ｒｐｍの場合もある。従って、定常運転回転数と起動時回転数とは相対的な概念であり、好適な絶対値が存在するものではない。また、真空ポンプ４の能力によっても、定常運転回転数と起動時回転数との関係は相違している。例えば、定常運転回転数が１２００ｒｐｍの場合は起動時回転数を６００ｒｐｍに設定するというように、大まかには、起動時回転数は、定常運転回転数の４０〜６０％でよいと云える。
【００３６】
蒸発容器１は円筒状の縦型であり、内部は空洞になっている。スチーム式加熱ユニット２は、流入ヘッダー６と流出ヘッダー７との間に薄膜上昇式の熱交換部８を配置した構成であり、原料液は、流入ヘッダー６から流出ヘッダー７に流れる過程で、蒸気によって間接的に加熱（加温）される。なお、加熱・蒸発手段は、シェルアンドチューブ式やプレート式等の他の様々なシステムを採用できる。
【００３７】
スチーム式加熱ユニット２の流入ヘッダー６には、原料液供給管（原料液供給通路）９が接続されており、原料液供給管９には、原料液供給弁１０を設けている。また、スチーム式加熱ユニット２の流入ヘッダー６と蒸発容器１の下端とは、原料液戻り管１１によって接続されて、スチーム式加熱ユニット２の流出ヘッダー７と蒸発容器１の上下中途高さ位置とは、原料液送り管１２によって接続されている。
【００３８】
原料液戻り管１１の中途部には濃縮液取り出し管１３が接続されていて、濃縮液取り出し管１３に、濃縮液取り出し制御弁１４を設けている。濃縮液取り出し制御弁１４は、図示しない制御装置からの制御信号によって開閉が制御される。
【００３９】
スチーム式加熱ユニット２における熱交換部８の上部には外部蒸気導入管１５が接続されており、外部蒸気導入管１５に外部蒸気導入弁１６を設けている。敢えて述べるまでもないが、外部蒸気導入管１５は、ボイラー等の外部の蒸気発生源に接続されている。また、スチーム式加熱ユニット２における熱交換部８の下部には、凝縮水排出管１７が接続されており、凝縮水排出管１７には、凝縮水ポット１８と凝縮水ポンプ１９とを設けている。凝縮水ポット１８の内部の水位は、自動弁によって一定の範囲に維持される。
【００４０】
蒸発容器１の上端部とルーツ式圧縮機３の吸込み室とは、蒸気取り出し管２１で接続されており、ルーツ式圧縮機３の吐出室とスチーム式加熱ユニット２の熱交換部８とは、蒸気戻し管２２で接続されている。これら、蒸気取り出し管２１と蒸気戻し管２２とは、蒸気排出通路を構成している。そして、蒸気取り出し管２１と蒸気戻し管２２とがバイパス通路２３で接続されており、このバイパス通路２３に開閉用のバイパス弁２４を設けている。バイパス弁２４は、全開と全閉との２段階に切り替えられるものであり、ソレノイドバルブや空圧シリンダ、電動モータのような単純なアクチェータで操作できる。
【００４１】
バイパス通路２３は、起動運転時に主として空気を蒸気戻し管２２に排除するものであり、蒸気戻し管２２の上流部に接続されている。バイパス通路２３の始端は、蒸気取り出し管２１に接続せずに蒸発容器１に接続することも可能である。また、バイパス通路２３は、蒸発容器１に残留した空気の除去を目的にしたものであるが、残留空気の量は少なく、また、空気は蒸気よりも流動性が高くて吸引されやすいので、蒸気取り出し管２１及び蒸気戻し管２２よりは遥かに小径でよい。
【００４２】
ルーツ式圧縮機３と真空ポンプ４とは、第１真空通路２５によって接続されている。また、真空ポンプ４は、第２真空通路２６を介して凝縮水ポット１８にも接続されている。なお、第１真空通路２５はルーツ式圧縮機２のケーシングのうち軸受け部に接続されており、回転軸を装着したオイルシールの外側を減圧することにより、オイルシールの負荷を低減している。第２真空通路２６には、真空通路を大気に解放させるための真空切替弁２７を設けている。真空切替弁２７は、真空経路のうちどの部分に設けてもよい。
【００４３】
蒸発容器１の下部は下窄まりのコーン部１ａ（円錐状部）になっており、その下端部には温度センサ２８を設けて、上端部には液位センサ２９を設けている。更に、蒸発容器１の上端部には圧力センサ（真空度センサ）３０を設けている。
【００４４】
温度センサ２８により、外部蒸気導入弁１６とバイパス通路２３とが制御されて、圧力センサ３０により、原料液供給弁１０が制御され、更に、圧力センサ３０によってルーツ式圧縮機３の回転が制御される。これらの制御関係を点線で表示している。但し、各センサ２８〜３０や各弁１０，１３，１６，２３のアクチェータは、実際には、図示しない制御装置に接続されており、センサ２８〜３０からの入力信号に基づいて、各弁１０，１３，１６，２３が制御装置を介して制御される。
【００４５】
(2).制御態様
本願発明は、起動運転時の制御に特徴を有している。この点を、図５のフローチャートを中心にしつつ、図２〜４も参照して説明する。図２〜４において、白抜き矢印は原料液の流れ方向を示し、黒抜き矢印は、蒸発容器１で発生した蒸気の流れ方向を示している。ルーツ式圧縮機３の回転については、便宜的に、起動時回転を低速回転、定常時回転を高速回転と呼んでいる。また、弁については、開き状態は白い四角で表示し、閉じた状態は黒の四角で表示している。
【００４６】
本実施形態では、運転停止中には、バイパス弁２３は閉じて、真空制御弁２７は開いていると想定している。但し、これらは任意の設定であり、バイパス弁２３は開いたままとして、真空制御弁２７は閉じたままでもよい。
【００４７】
まず、運転が開始されると、真空制御弁２７が閉じられ（ステップ１）、次いで、バイパス弁２４が開かれ（ステップ２）、それから、真空ポンプ４の運転が開始される（ステップ３）。運転開始前からバイパス弁２４が開いている場合は、当然ながらステップ２は不要になる。真空ポンプ４の運転が開始されてから、原料液供給弁１０が開かれる（ステップ４）。
【００４８】
図２は、ステップ４の後の起動運転時初期状態を示している。すなわち、この状態で、濃縮液取り出し制御弁１４、真空制御弁２７及び外部蒸気切替弁１６は閉じて、原料液供給弁１０とバイパス弁２４とを開いた状態で、真空ポンプ４が駆動されている。この状態で、蒸発容器１は減圧されているため、原料液は徐々に吸い上げられて蒸発容器１に流入している。
【００４９】
原料液供給弁１０が開いた後は、液面制御がセットとして成される（ステップ４）。この、液面制御は、液位センサ２９からの信号に基づいて原料液供給弁１０を制御することで行われて、一定範囲の液面が維持される。この液面制御は、定常運転中においても継続して行われる。
【００５０】
液面制御に併せて、圧力センサ３０で検知した値を予め設定した値と比較することにより、蒸発容器１の内部の内圧（真空度）が予め設定した圧力（負圧）よりも低いか（真空側に高いか）否かが判断されて（ステップ５）、内圧が設定圧よりも低くなっている（減圧されている）場合は、ルーツ式圧縮機３が低速で駆動される（ステップ６）。図３は、ステップ６の後の状態を示している。蒸発容器１の内部の内圧が設定圧よりも大気圧側に高い場合は、ステップ５の判断が繰り返される。
【００５１】
ルーツ式圧縮機３の低速運転（起動時回転数での運転）を開始する真空度の具体的な値は、例えば、２０〜３０ｋPa程度でよい。真空ポンプ４による真空吸引はバイパス通路２３を介して蒸発容器１に作用しているので、ルーツ式圧縮機３の運転前の状態でも、蒸発容器１の真空度は時間の経過と共に上昇していく。
【００５２】
なお、真空ポンプ４とルーツ式圧縮機３との回転を同時に開始したり、ルーツ式圧縮機３を先に運転開始して、これに少し遅れて真空ポンプ４の運転を開始することも不可能とは云えないが、ルーツ式圧縮機３への空気の吸込みを抑制して運転を安定化させるという点では、ルーツ式圧縮機３の運転開始は、フローチャートのとおり、真空ポンプ４の運転開始後で、かつ、蒸発容器１の内部がある程度の真空度に達した後であるのが好ましい。
【００５３】
ルーツ式圧縮機３の駆動により、蒸発容器１の減圧が助長される。すなわち、蒸発容器１の内部は、真空ポンプ１による吸引作用とルーツ式圧縮機３による吸引作用との両方で減圧される。このため、原料液の供給も促進されて、定常運転への移行が促進される。
【００５４】
ルーツ式圧縮機３の低速運転を開始してから、外部蒸気導入弁１６を開いて、スチーム式加熱ユニット２の熱交換部８に外部蒸気を導入する（ステップ７）。外部蒸気の導入はルーツ式圧縮機３の運転と相前後して行うことも可能であるが、原料液の溜まりが少ない状態で蒸気を導入すると、原料液が過剰に加熱されるおそれがあるので、フローチャートのとおり、ルーツ式圧縮機３の運転後で、原料液が蒸発容器１に定常運転時とほぼ同量溜まった後に導入するのが好ましい。
【００５５】
外部蒸気導入弁１６が開かれてから、原料液の温度が温度センサ２８によって監視されており、蒸発容器１の内部での原料液の温度（保有液温度）が、予め設定している第１設定温度との差が判断される（ステップ８）、保有液温度が第１設定温度と等しいか高くなっていると、バイパス弁２４が全閉され（ステップ９）、次いで、ルーツ式圧縮機３が定常運転と同じ高速運転に切替えられる（ステップ１０）。保有液温度が第１設定温度よりも低い場合は、ステップ８が連続的に繰り返される。図４は、ステップ１０の後の状態を示している。
【００５６】
ステップ８において、第１設定温度は、定常運転される蒸発温度よりも少し低い温度に設定している。具体的には、蒸発温度よりも５℃程度低い値に設定している。蒸発温度は真空度によって相違するが、例えば、真空度が２０〜３０ｋPaの場合であると、蒸発温度（飽和蒸気温度）は６０〜７０℃程度になるので、第１設定温度は、これよりも５℃程度低い５５〜６５℃程度に設定しておくことになる（より具体的な例として、真空度が３０ｋPaの場合には第１設定温度を６０℃に設定する。）。
【００５７】
ステップ８において、蒸発容器１の内部で原料液は沸点に至る寸前の状態になっており、若干の蒸気は発生している。また、蒸発容器１の内部の空気は既に排除されている。そして、バイパス弁２４を閉じてルーツ式圧縮機３を高速回転させると、ルーツ式圧縮機３は大量の蒸気を吸引して圧縮可能な状態にスタンバイするが、この段階で空気は存在していないため，ルーツ式圧縮機３は高速回転させてもトリップするようなことはない。なお、バイパス弁２４の閉じ操作とルーツ式圧縮機３の高速運転切替とは、殆どタイムラグなしで行ってもよい。
【００５８】
そして、ルーツ式圧縮機３を高速回転に切り替えたあと、外部蒸気による原料液の加熱が進んで原料液が蒸発温度（沸点）に達すると、蒸発容器１の内部では蒸気が大量に発生して、これがルーツ式圧縮機３で圧縮されて、蒸気は昇温した状態でスチーム式加熱ユニット２に送られ、蒸気は原料液の昇温に供される。そこで、ルーツ式圧縮機３が高速回転に移行してから、定常運転への移行確認という意味で、ルーツ式圧縮機３の駆動電流値（ＨＰ電流値）が設定値と等しいか又は大きいかの判断と、前記した保有温度が予め設定した第２設定温度と等しいか又は高いかが判断される（ステップ１１）。いずれかがＹＥＳの場合は、外部蒸気導入弁１６を閉じて（ステップ１２）、定常運転に移行する。いずれもＮＯである場合は、ステップ１１が連続的に繰り返される。
【００５９】
ＨＰ電流値が設定値になること、及び、保有液温度が第２設定温度に至ることは、定常状態になって所定の蒸発が開始されたこと（所定の蒸発量となったこと）を意味している。従って、これ以降は、定常運転として管理される。既述のとおり、真空度が２０〜３０ｋPaの場合であると、第２設定温度は６０〜７０℃程度になる（より具体的な例として，真空度が３０ｋPaの場合は，第２設定温度を７０℃に設定する。）。
【００６０】
ＨＰ電流値（ヒートポンプ電流値）は、圧縮する蒸気量に応じてルーツ式圧縮機３の電流値が変化することを利用して、電流値から蒸発を監視しているものである。但し、ルーツ式圧縮機３で消費される電流値は諸条件によって大きく相違するため、一般的な好適値が存在するというわけではない。一例として、定格電流の１／３の電流値をＨＰ電流値として設定することができる。
【００６１】
定常運転中において、何らかの理由で原料液の温度が下がり、ルーツ式圧縮機３（ヒートポンプ）だけでは原料液を必要な温度に加熱できなくなった場合は、従来と同様に、外部蒸気導入弁１６を開いて外部蒸気を供給する。濃縮液の取り出しは、図示しない濃度センサに基づいて行ってもよいし、経験値に基づいて間欠的に行ってもよい。
【００６２】
(4).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、蒸発促進手段は薄膜上昇流方式である必要はなく、多段フラッシュ方式や薄膜流下方式など、各種の蒸発手段を採用できる。また、圧縮機としては、ブロワー式圧縮機やトロコイド式圧縮機、ベーン式圧縮機、ギア式圧縮機なとの各種の圧縮機を採用できる。外部加熱手段も、スチーム式に代えて、電熱式や熱風式などの各種のものを採用できる。
【００６３】
バイパス通路を複数本並設して、両バイパス通路に設けたバイパス弁を個別に開閉制御することも可能である。この場合は、ＯＮ・ＯＦＦ式の単純なバイパス弁を使用しつつ、空気の排除をきめ細かく調節できる。圧縮機を複数台並列配置して、定常運転時には全部を全速回転させて、起動運転時には一部を全速回転させるといったことも可能である。
【００６４】
複数の濃縮装置を並設して、１台の真空ポンプを各濃縮装置で共用することも可能である。更に、蒸発容器を他の構造の濃縮装置と本願発明の濃縮装置とで共用して、通常は他の構造の濃縮装置を使用して、他の構造の濃縮装置が故障したときに本願発明の濃縮装置を非常用として使用する（或いはその逆の態様に使用する）、といったことも可能である。
【００６５】
加熱手段は蒸発容器の内部でも外部でも配置できるが、上記の実施形態のように、加熱手段を蒸発容器の外に設けると（すなわち、蒸発容器と加熱手段とは別体に構成すると）、蒸発容器を簡単な構造にできて、製造やメンテナンスの手間を軽減できる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本願発明は、実際に濃縮装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１  蒸発容器
２  加熱手段の一例であるスチーム式加熱ユニット
３  圧縮機の一例であるルーツ式圧縮機
４  真空ポンプ
８  薄膜上昇式熱交換ユニット
９  原料液供給管（供給通路）
１０  原料液供給弁
１１  原料液戻り管
１２  原料液送り管
１５  外部蒸気導入管
１６  外部蒸気導入弁
１７  凝縮水排出管
１９  凝縮水ポンプ
２１  蒸気排出通路を構成する蒸気取り出し管
２２  蒸気排出通路を構成する蒸気戻し管
２３  バイパス通路
２４  バイパス弁
２５  第１真空通路
２６  第２真空通路
【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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