(57)【要約】【課題】  液体濃縮システムにおいて、液体を効率よく均一に短時間で加熱して濃縮効率を高める。【解決手段】  液体濃縮システム１は、減圧環境下で原料液体を加熱し、液面から揮発成分を蒸発させて原料液体を濃縮する。そのため、液体濃縮システムは、原料液体を濃縮する液体濃縮器１０と、この液体濃縮器に連通する真空ポンプ１００と、液体濃縮器で原料液体を加熱する加熱源となる温水循環装置９４とを有する。液体濃縮器で蒸発した揮発成分を液体濃縮器外に蒸気ライン８２が導く。液体濃縮器で蒸発せずに濃縮された濃縮液を液体濃縮器外に濃縮液ライン８１が導く。濃縮液ラインに濃縮ライン調整バルブを介在させ、濃縮ラインに加熱手段を取り付ける。加熱手段および濃縮ライン調整バルブを制御部２００が制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧環境下で原料液体を加熱し、液面から揮発成分を蒸発させて原料液体を濃縮する液体濃縮システムにおいて、
原料液体を濃縮する液体濃縮器と、この液体濃縮器に連通する真空ポンプと、前記液体濃縮器で原料液体を加熱する加熱源となる温水循環装置と、この液体濃縮器で蒸発した揮発成分を液体濃縮器外に導く蒸気ラインと、液体濃縮器で蒸発せずに濃縮された濃縮液を液体濃縮器外に導く濃縮液ラインと、この濃縮液ラインに介在させた濃縮ライン調整バルブと、前記濃縮ラインに取り付けた加熱手段と、この加熱手段および濃縮ライン調整バルブを制御する制御部とを有することを特徴とする液体濃縮システム。
【請求項２】
前記液体濃縮器は、外管と内管とを有する二重円筒構造であって、円筒軸が鉛直軸方向に配置されており、前記外管と内管間に前記温水循環装置から導かれた流体の流通する円筒空間を形成し、前記内管の内周面に軸方向に延びる多数の溝が形成されており、前記内管の内部に形成された処理空間に一端部が突出し他端部がこの内管から外部に延びる中空の蒸気吐出管を内管下部に配置し、前記内管の上部にこの内管の溝部に原料液体を供給する供給管を形成し、内管下方であって前記蒸気吐出管が配置された位置とは異なる位置に、分離された濃縮液を排出する濃縮液吐出管を設け、前記蒸気ラインは前記蒸気吐出管に接続され、前記濃縮液ラインは前記濃縮液吐出管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液体濃縮システム。
【請求項３】
前記内管の上端部と嵌合する溝付き管上フタを設け、この溝付き管上フタの上面に複数のランド部を放射状に配置し、この複数のランド部の中央部バッファー部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の液体濃縮システム。
【請求項４】
前記濃縮液ラインは、さらに濃縮液タンクと、この濃縮液タンクに貯えられた濃縮液を外部に供給する排出ポンプとを有し、さらに前記液体濃縮器と濃縮ライン調整バルブ間および濃縮ライン調整バルブと濃縮液タンク間、濃縮液タンクにそれぞれ温調用温度センサを有し、前記制御部はこれら温調用温度センサの出力に基づいて前記加熱手段および濃縮ライン調整バルブを制御することを特徴とする請求項１に記載の液体濃縮システム。
【請求項５】
前記蒸気吐出管の前記液体濃縮器側端部に、傘状の逆流防止カバーを取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の液体濃縮システム。
【請求項６】
前記液体濃縮器を複数個有し、この液体濃縮器を並列に運転可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体濃縮システム。
【請求項７】
減圧環境下で原料液体を加熱し、液面から揮発成分を蒸発させて原料液体を濃縮する液体濃縮システムにおいて、
原料液体を濃縮する複数の液体濃縮器と、この液体濃縮器に連通する真空ポンプと、前記液体濃縮器で原料液体を加熱する加熱源となる温水循環装置と、各液体濃縮器に液体を送液するための原料バッファーと、この原料バッファーに原料を供給する原料供給ポンプとを有し、前記原料バッファーに複数の前記液体濃縮器を並列に接続し、前記液体濃縮器ごとに蒸発した揮発成分を液体濃縮器外に導く蒸気ラインと、液体濃縮器で蒸発せずに濃縮された濃縮液を液体濃縮器外に導く濃縮液ラインとを設け、この濃縮液ラインに介在させた濃縮ライン調整バルブと、前記濃縮ラインに取り付けた温調用ヒータと、この温調用ヒータおよび濃縮ライン調整バルブを制御する制御部とを有することを特徴とする液体濃縮システム。
【請求項８】
前記液体濃縮器は、内管と外管とを重ねた構造であり、外管と内管の間に前記温水循環装置から温水を導き、内管内部を前記真空ポンプで減圧環境とし、内管内面に多数形成され軸方向に延びる微細な溝を伝わり落ちる薄膜状の原料液体を前記温水で低温蒸発させ、発生した蒸気を内管内部に挿入した蒸気吐出管に、蒸発しない液を内管下部に配置した濃縮液吐出管にそれぞれ導き、原料液体を濃縮することを特徴とする請求項７に記載の液体濃縮システム。
【請求項９】
前記液体濃縮器では、内管の上端に供給液体を受ける溝付き管上フタを配置し、この溝付き管上フタに放射状の微細な溝を多数形成し、毛細管現象を利用して液体を内管の円周全体に送液し、この内管の円周内面に形成した微細な溝に実質的に均一な薄膜が形成されるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の液体濃縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面からの蒸発により液体を濃縮する液体濃縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を濃縮する従来技術が、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においては、蒸発凝縮水側に被処理液中の非揮発性成分が混入しないように、被処理液の蒸気を発生させる蒸発沸騰缶部の上方に蒸発沸騰缶部から供給される蒸気を冷却及び凝縮する冷却凝縮室部を設けている。そして、蒸発沸騰缶部の液体あるいは固体が冷却凝縮室部に到達しないように、ミスト除去手段を蒸気通路に設けている。
【０００３】
液体濃縮の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の加熱気化装置では、内筒及び外筒からなる２重円筒において、内筒の外周部に液体浸透板を設けている。この液体浸透板は、多孔質材により形成され、上部に設けた液体供給位置の下方に水平方向に延びた空隙が形成されている。そして内筒内を加熱することにより、液体浸透板の上部に供給された液体を気化している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４４７００号公報
【特許文献２】特開２００４−１６７４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体を濃縮する際には、加熱効率の向上と濃縮時間の短縮化が要求される。上記特許文献１に記載の減圧蒸発濃縮装置では、ヒータを導入する容器壁面近傍などに周囲に比べて温度が高いホットスポットが形成されるおそれがある。ヒートスポットが形成されると、容器内を均一に加熱することができず、加熱効率が低下する。
【０００６】
また、均一に加熱するためには容器を小さくしなければならないが、容器を小さくすると液体が蒸発するのに必要な気液界面の面積が縮小し、蒸発量が低減し濃縮に要する時間が増大する。つまり、加熱効率の向上と濃縮時間の短縮を同時に達成することが困難であった。
【０００７】
上記特許文献２に記載の加熱気化装置では、多孔質の液体浸透板を外表面に設けた内筒の内部から加熱して、気化効率を向上させている。しかしながら、多孔質の液体浸透板では、一度気化した被分離物質が供給管から供給された液状の被分離物質と混じりあい、凝縮して再度液体に変化し、分離効率を低下させるという不具合が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、液体濃縮システムが、液体を効率よく短時間で加熱することにある。本発明の他の目的は、液体濃縮システムが自動的に効率よく液体を濃縮処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の特徴は、減圧環境下で原料液体を加熱し、液面から揮発成分を蒸発させて原料液体を濃縮する液体濃縮システムにおいて、原料液体を濃縮する液体濃縮器と、この液体濃縮器に連通する真空ポンプと、液体濃縮器で原料液体を加熱する加熱源となる温水循環装置と、この液体濃縮器で蒸発した揮発成分を液体濃縮器外に導く蒸気ラインと、液体濃縮器で蒸発せずに濃縮された濃縮液を液体濃縮器外に導く濃縮液ラインと、この濃縮液ラインに介在させた濃縮ライン調整バルブと、濃縮ラインに取り付けた加熱手段と、この加熱手段および濃縮ライン調整バルブを制御する制御部とを有することにある。
【００１０】
そしてこの特徴において、液体濃縮器は、外管と内管とを有する二重円筒構造であって、円筒軸が鉛直軸方向に配置されており、外管と内管間に温水循環装置から導かれた流体の流通する円筒空間を形成し、内管の内周面に軸方向に延びる多数の溝が形成されており、内管の内部に形成された処理空間に一端部が突出し他端部がこの内管から外部に延びる中空の蒸気吐出管を内管下部に配置し、内管の上部にこの内管の溝部に原料液体を供給する供給管を形成し、内管下方であって蒸気吐出管が配置された位置とは異なる位置に、分離された濃縮液を排出する濃縮液吐出管を設け、蒸気ラインは蒸気吐出管に接続され、濃縮液ラインは濃縮液吐出管に接続されていることが望ましい。
【００１１】
また、内管の上端部と嵌合する溝付き管上フタを設け、この溝付き管上フタの上面に複数のランド部を放射状に配置し、この複数のランド部の中央部バッファー部を形成するのがよく、濃縮液ラインは、さらに濃縮液タンクと、この濃縮液タンクに貯えられた濃縮液を外部に供給する排出ポンプとを有し、さらに液体濃縮器と濃縮ライン調整バルブ間および濃縮ライン調整バルブと濃縮液タンク間、濃縮液タンクにそれぞれ温調用温度センサを有し、制御部はこれら温調用温度センサの出力に基づいて加熱手段および濃縮ライン調整バルブを制御するのがよい。
【００１２】
さらに、蒸気吐出管の液体濃縮器側端部に、傘状の逆流防止カバーを取り付けるようにしてもよい。また、液体濃縮器を複数個有し、この液体濃縮器を並列に運転可能にしてもよい。
【００１３】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、減圧環境下で原料液体を加熱し、液面から揮発成分を蒸発させて原料液体を濃縮する液体濃縮システムにおいて、原料液体を濃縮する複数の液体濃縮器と、この液体濃縮器に連通する真空ポンプと、液体濃縮器で原料液体を加熱する加熱源となる温水循環装置と、各液体濃縮器に液体を送液するための原料バッファーと、この原料バッファーに原料を供給する原料供給ポンプとを有し、原料バッファーに複数の液体濃縮器を並列に接続し、液体濃縮器ごとに蒸発した揮発成分を液体濃縮器外に導く蒸気ラインと、液体濃縮器で蒸発せずに濃縮された濃縮液を液体濃縮器外に導く濃縮液ラインとを設け、この濃縮液ラインに介在させた濃縮ライン調整バルブと、濃縮ラインに取り付けた温調用ヒータと、この温調用ヒータおよび濃縮ライン調整バルブを制御する制御部とを有することにある。
【００１４】
そしてこの特徴において、液体濃縮器は、内管と外管とを重ねた構造であり、外管と内管の間に温水循環装置から温水を導き、内管内部を前記真空ポンプで減圧環境とし、内管内面に多数形成され軸方向に延びる微細な溝を伝わり落ちる薄膜状の原料液体を温水で低温蒸発させ、発生した蒸気を内管内部に挿入した蒸気吐出管に、蒸発しない液を内管下部に配置した濃縮液吐出管にそれぞれ導き、液体を濃縮するのが好ましい。
【００１５】
また、液体濃縮器では、内管の上端に供給液体を受ける溝付き管上フタを配置し、この溝付き管上フタに放射状の微細な溝を多数形成し、毛細管現象を利用して液体を内管の円周全体に送液し、この内管の円周内面に形成した微細な溝に実質的に均一な薄膜が形成されるようにするのが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、液体を微細な溝に送液する動力を準備したので、安定して濃縮できるスタティックな濃縮器が得られる。また、微細な溝底に液体の薄膜を形成したので、熱の伝達が容易になり、加熱効率が向上し、濃縮時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る液体濃縮システムの例を、図面を用いて説明する。以下の説明においては、食用酢の生産に適用する場合を例にとるが、濃縮対象は食用酢に限るものではない。ただし、被凝縮物が揮発性成分よりも沸点の高いものが望ましい。
【００１８】
図１に、液体濃縮システム１の一実施例を、ブロック図で示す。液体濃縮システム１は、供給された液体における揮発性成分を蒸発させて液体を濃縮する液体濃縮器１０を複数個有している。各液体濃縮器１０は、濃縮前の原料液体を収容する原料タンク９０と、この原料タンク９０に貯えられた原料液体を液体濃縮器１０に供給する原料供給ポンプ９１が接続されている。なお、液体濃縮器１０は複数個あるが、原料タンク９０および原料供給ポンプ９１は、液体濃縮システム１全体で、液体濃縮器１０の能力に応じて１ないし数個あればよい。
【００１９】
各濃縮器１０に均一流量で供給するために、原料供給ポンプ９１から吐出される原料液体は、濃縮器１０の上流側に設けた原料バッファー９２に一時的に貯められる。原料バッファー９２と液体濃縮器１０の間には、各液体濃縮器１０ごとに配置され、各液体濃縮器１０に所望の流量を送液する流量調整ポンプ９３が設けられている。詳細を後述するが、液体濃縮器１０では、外部の加熱水を利用して濃縮するので、温水循環装置９４が付設されており、温水循環装置９４から供給された高温水は、液体濃縮器１０内部に形成された流路４１を経た後に、温水循環装置９４に戻る。
【００２０】
液体濃縮器１０で、高温水により原料液体から分離された揮発性成分蒸気は、液体濃縮器１０の底部に接続された蒸気ライン８２に流入する。蒸気ライン８２の途中には、液体濃縮器１０から吐出された揮発性成分蒸気を露点以下にまで冷却して液化する熱交換器
９５が配置されている。この熱交換器９５には、冷却水循環装置９６から冷却水が供給され、揮発性成分蒸気と冷却水とが熱交換する。冷却水と熱交換して液化した揮発性成分は、蒸発液タンク９７に送られ貯蔵される。
【００２１】
一方、液体濃縮器１０で濃縮された濃縮液は、液体濃縮器１０の底部に接続された濃縮液ライン８１に導かれる。濃縮液ライン８１の途中には、濃縮液の濃度を調整するとともに、液体濃縮器１０で分離された揮発性成分蒸気が濃縮液ライン８１に逆流するのを防止するために、濃縮ライン調整バルブ９８が設けられている。濃縮液ライン８１を流通した濃縮液は、濃縮液タンク９９に貯蔵される。
【００２２】
各濃縮器１０の上流側に配置した原料バッファー９２から、濃縮器１０の下流側に配置した蒸発液タンク９７および濃縮液タンク９９までの流路を減圧環境にするために、真空ポンプ１００が蒸発液タンク９７および濃縮液タンク９９に接続されている。真空ポンプ１００は、流路の下流側から減圧して流路を真空雰囲気にし、濃縮液や揮発性成分流体の流動を容易にする。
【００２３】
蒸発液タンク９７および濃縮液タンク９９には、それぞれ排出ポンプ１０１，１０１が接続されており、真空雰囲気である濃縮液タンク９９と蒸発液タンク９７から各液体を大気圧下へ排出する。濃縮液タンク９９に貯えられ、排出ポンプ１０１で排出された濃縮液は、貯蔵容器１０２に貯蔵される。同様に、蒸発液タンク９７に貯えられ排出ポンプ101で排出された揮発性成分液体は貯蔵容器１０３に貯蔵される。
【００２４】
このように構成した液体濃縮システム１では、小型パソコンなどから構成され図１において鎖線で囲んだ部分を、制御部２００が制御する。その際、制御部２００は、各種センサの検出信号に基づいて、各バルブ９８やポンプ９１，９３，１０１，熱交換器９５の熱交換量等を制御する。センサとしては、原料バッファー９２に付設され、原料バッファー９２内の水位を計測する水位センサ２０１，液体濃縮器１０の温度を計測する濃縮器温度センサ２０２，濃縮された液体の濃度を計測する濃度センサ２０３、および、濃縮液ライン８１内を流通する濃縮液の温度を検出する温調用温度センサ２０５がある。
【００２５】
温調用温度センサ２０５は、液体濃縮器１０と濃縮ライン調整バルブ９８間、濃縮ライン調整バルブ９８，濃縮液タンク９９間、および濃縮液タンク９９に取り付けられている。なお、図１において二重線で示すように、濃縮液ライン８１および濃縮液タンク９９を温度調節するために、温調用ヒータ２０４が、濃縮液ライン８１および濃縮液タンク９９に取り付けられている。
【００２６】
このように構成した本実施例に係る液体濃縮システム１では、濃縮対象である食用酢は、原料供給ポンプ９１により原料タンク９０から原料バッファー９２に供給される。原料供給ポンプ９１には、円周状に配置されたローラーがチューブをしごいて送液するチューブポンプを使用した。チューブポンプを用いたので、送液しないときにはローラーがチューブを閉塞する。その結果、真空ポンプ１００が発生する圧力差により、過剰な液量が供給されるのを防止することができる。
【００２７】
原料バッファー９２は、パイプ状に形成されており、その両端部が閉じた円筒形をしている。この原料バッファー９２には、複数の液体濃縮器１０を並列に取り付け可能なように、液体濃縮器１０との図示しない接続用継手が複数個設けられている。接続用継手を複数個設けたので、液体の処理量に応じて液体濃縮器１０の数を容易に増減できる。以下の説明においては、原料バッファー９２に液体濃縮器１０を２個取り付け場合を例にとる。
【００２８】
原料タンク９０から原料バッファー９２に食用酢が予め定めた量だけ供給されると、原料バッファー９２に取り付けた水位センサ２０１が原料である酢の液位を検出する。この水位センサ２０１の検出信号は、制御部２００に送られる。制御部２００は、液位が所定値以上であるのを確認して、流量調整ポンプ９３を動作させる。そして制御部２００は、所望の流量を送液しながら原料バッファー９２内の液位が所定高さとなるように、原料供給ポンプ９１と流量調整ポンプ９３を制御する。これにより、原料である酢の原料タンク９０からの供給量と液体濃縮器１０への排出量をバランスさせることが可能となる。つまり、各液体濃縮器１０への供給液量を等しくすることができる。
【００２９】
液体濃縮器１０の内部は、真空ポンプ１００により減圧されている。また、温水循環装置９４から供給される温水により、液体濃縮器１０は中心部からではなく内外周面間から加熱される。その結果、１００℃以下の温度で液体中の揮発性成分を蒸発できる環境が形成される。水を沸騰させる例では、常圧であれば１００℃もの高温が必要となる。食用酢中のアミノ酸は、７０℃以上の温度では変質するため、１００℃もの高温環境にせざるを得ないものでは、使用できない。
【００３０】
そこで本実施例では、液体濃縮システム１の出口側に真空ポンプ１００を設け、液体濃縮システム内の流路を減圧することにより、沸点を下げて低圧蒸発させている。なお上記実施例では液体濃縮器１０の加熱源に温水を使用しているが、より高い熱エネルギーが必要であれば、温水の代わりに蒸気（高温蒸気あるいは減圧した低温蒸気）を用いてもよい。液体濃縮器１０には、内部の温度を計測する濃縮器温度センサ２０２が取り付けられており、処理量等の変化で温度が７０℃を超えそうな場合は、制御部２００が温水循環装置９４を制御して、温水温度を低下させる。
【００３１】
液体濃縮器１０内では、詳細を後述するように、蒸発した揮発性成分と液体のままの濃縮液が分離する。分離した揮発性成分蒸気と濃縮液は、真空ポンプ１００により流路が減圧されていること、および液体濃縮器１０と原料バッファー９２間に設けた流量調整ポンプ９３が加圧することで、下流側に導かれる。
【００３２】
主として水からなる気化した揮発性成分は、熱交換器９５に流入し、冷却水循環装置
９６から供給される冷却水と熱交換して凝縮し再び液体となり蒸発液タンク９７へ貯蔵される。他方の濃縮液は、そのまま濃縮液タンク９９に導かれ貯蔵される。このとき、濃縮液ライン８１に設けた濃度センサ２０３が濃縮液の濃度を検出し、制御部２００に検出信号を送信する。
【００３３】
制御部２００は、濃縮液ライン８１に設けた濃縮ライン調整バルブ９８を適宜開閉する。蒸気ライン８２に対して、濃縮液ライン８１の抵抗を変化させ、濃縮液の流量を調整して、濃縮液の濃度を所望の値に調節する。濃縮ライン調整バルブ９８を絞って、液体濃縮器１０を通過する食用酢の流量を減少させると、濃縮液体の濃度が増す。これとは逆に、濃縮ライン調整バルブ９８を開いて流量を増やすと、濃縮液体の濃度は低下する。
【００３４】
また、濃縮液ライン８１の抵抗を蒸気ライン８２の抵抗よりも大にすれば、蒸気の逆流が防止され、確実に気液分離できる。なお、原料が食用酢の場合には、濃度が増すのに比例して色が濃く変化する。そこで本実施例では、濃度センサ２０３に吸光度センサを用いた。吸光度センサを用いる場合には、予め濃度ごとにサンプリングした濃縮液の濃度と吸光度の関係を求め、この関係式に従って、濃縮ライン調整バルブ９８を制御する。
【００３５】
上記説明では、原液から特定の揮発性成分を取り出し濃縮する場合を説明したが、濃縮する液体としては、沸点の異なる液体の混合液でもよい。この場合、沸点の低い液体が揮発性成分、沸点の高い液体が非揮発性成分となる。
【００３６】
各液体濃縮器１０から集められて蒸発液タンク９７に貯められた蒸発液は、最終的に排出ポンプ１０１により、大気圧下の貯蔵容器１０３へ、濃縮液タンク９９に貯められた濃縮液は、大気圧下の貯蔵容器１０２へと運ばれる。これにより、液体濃縮処理は終了する。ここで、食用酢の場合には、所定濃度以上に濃縮すると、粘度が高くなり送液が困難になる。
【００３７】
この不具合を解消するために、液体濃縮器１０から排出ポンプ１０１を経て貯蔵容器
１０２へ至る濃縮液ライン８１と濃縮液タンク９９に、温調用ヒータ２０４を取り付ける。温調用ヒータ２０４で濃縮液を温めて、濃縮液の粘度を低下させ、流動性を高めて送液を容易にする。温調用ヒータ２０４の温度は、温調用温度センサ２０５からの情報に基づいて制御部２００が制御する。
【００３８】
図１に示した液体濃縮システム１に用いる液体濃縮器１０の詳細を、図２以下を用いて説明する。図２は、液体濃縮器１０の外観斜視図である。液体濃縮器１０は、パイプ状の外管１１に、上フタ１２と下フタ１３をネジで取り付けて密閉した円筒形をしており、図２に示すように円筒軸が鉛直方向になるように設置する。
【００３９】
外管１１の側部であって下部には、温水の入口である温水供給管１４が取り付けられている。外管１１の側部であって上部には、温水の出口である温水吐出管１５が取り付けられている。温水循環装置９４（図１参照）から供給された温水は、側下部に取り付けた温水供給管１４から外管１１の内部に導かれ、液体濃縮器１０内を循環して流量調整ポンプ９３から送られた原料の食用酢を加熱する。
【００４０】
上フタ１２には、原料供給管１６が取り付けられている。原料タンク９０に貯えられ濃縮対象の食用酢は、原料供給管１６を経て液体濃縮器１０内に供給される。下フタ１３には、蒸気吐出管１７と濃縮液吐出管１８が取り付けられている。液体濃縮器１０内において分離された蒸気は蒸気吐出管１７から、濃縮液は濃縮液吐出管１８から後段へと導かれる。各管の先端には管用ネジを形成し、他の機器との接続を容易にしている。
【００４１】
ここで、理由を後述するが、液体濃縮装置１０は傾きの無いように鉛直に設置されることが望ましい。そこで本実施例では、流量調整ポンプ９３と原料供給管１６を接続する配管に、サニタリー用のフレキシブルチューブ１９を用いている。フレキシブルチューブを用いて液体濃縮器１０を宙吊りにしたので、液体濃縮器１０は自重により、傾き無く鉛直に位置する。
【００４２】
液体濃縮器１０の下部に、Ｌ字型のブラケット２０を配置する。このブラケット２０には、３本の位置決めネジ２１が取り付けられている。また、上フタ１２の上面に、水準器２２を取り付ける。液体濃縮器１０が鉛直になった状態を水準器２２で確認し、３本の位置決めネジ２１を下フタ１３の下面に当接させ、液体濃縮器１０が鉛直となるように３点で支持および固定する。なお、ブラケット２０は図示しないフレームに固定されている。これも図示していないが、温水配管１４，１５および濃縮液吐出管１８，蒸気吐出管１７の先端には、サニタリー用のフランジ２３を設けて、他の機器との接続を容易にしている。
【００４３】
図３に、液体濃縮器１０の縦断面図を示す。この図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。液体濃縮器１０は、外管１１および液体が蒸発する溝付き管３０，蒸気吐出管１７を備えている。これら３つの管１１，３０，１７は、同心状に配置された三重管構造となっている。蒸気吐出管１７は、下フタ１３のほぼ中央部に固定されており、溝付き管３０の内部であって上下方向真ん中よりやや下方まで上端部が突出している。
【００４４】
外管１１は、上端部及び下端部の内径が中間部の内径よりも小径に形成されており、この小径部に当接して溝付き管３０が保持されている。下フタ１３は上下にフランジを有する断面Ｉ字型に形成されており、上部フランジで溝付き管３０の下端を保持している。溝付き管３０の上端は、上フタ１２の下方に配置され外管１１の内周面に当接する溝付き管上フタ３２で保持されている。
【００４５】
液体濃縮器１０の内部には、外管１１の内周面と溝付き管３０の外周面間に上下方向に延びる円筒空間４１が形成される。また、溝付き管３０内部には、原料液体である食用酢が濃縮および分離される処理空間４２が形成される。円筒空間４１には、温水供給管１４および温水吐出管１５が連通している。蒸気吐出管１７の内部空間４３は、処理空間４２と連通しており、内部は真空ポンプ１００により減圧環境に保たれている。
【００４６】
なお、外管１１と溝付き管３０とは、当接部に配置したＯリング３１でシールされており、処理空間４２内の流体が円筒空間４１内に流入するのを防止している。円筒空間４１では、図中鎖線矢印で示すように、下部から上部に向けて温水が循環している。これにより溝付き管３０は均一に加熱され、食用酢の蒸発に必要な熱エネルギーが与えられる。ここで、温水の出入り口を上下逆にすることも可能であるが、温水を空間内に均等に行き渡らせるためには、対向流効果が期待できる本実施例の配置のほうが望ましい。
【００４７】
原料供給部である上フタ１２部の詳細を、図４に示す。また、上フタ１２が係合する部分を、図５に部分断面図で示す。この図５は、図３の破線で囲んだＢ部の拡大図である。後述するように、溝付き管３０で効率的に液体を蒸発させるためには、溝付き管３０の円周上に均一に液体を送液する必要がある。そこで本実施例では、溝付き管３０上端部に、この溝付き管に嵌合する溝付き管上フタ３２を配置し、この溝付き管上フタ３２の上面中央部にバッファー部３３を形成した。
【００４８】
すなわち、溝付き管上フタ３２は上面側に、放射状に延びる複数のランド部３２ａを有している。ランド部３２ａは菱形の１頂点側を外方に伸ばした剣先の形状をしており、ランド部３２ａ間には半径方向に延びるほぼ一定幅の液体誘導溝３４が形成されている。溝付き管上フタ３２の上面と上フタ１２の下面は、当接する。上フタ１２を蓋材として、バッファー部３３と液体誘導溝３４は食用酢の流路を形成する。
【００４９】
原料供給管１６から吐出された食用酢は、図４中に矢印線で示すように溝付き管上フタ３２の中央部分に形成されるバッファー部３３に送液される。バッファー部３３に比べて液体誘導溝３４は十分に小さいので、圧力損失の差により食用酢はバッファー部３３を満たすまでは液体誘導溝３４に侵入しない。
【００５０】
バッファー部３３を満たした食用酢は、流量調整ポンプ９３で間断なく押し込まれる食用酢により加圧され、各液体誘導溝３４をほぼ均等に満たしながら半径方向外側に水平移動する。そして、溝付き管上フタ３２の外周部に達すると、流れ方向を水平方向から鉛直方向に変え、後段の溝付き管３０の上端部に円周均一に送液される。溝付き管３０に達した食用酢は、溝付き管３０の溝部を構成する壁面等を伝って落下する。
【００５１】
ここで、溝付き管上フタ３２の上端部で、円周状に均一に送液するために、溝付き管上フタ３２を水平に保つ。つまり、先に液体濃縮器１０を垂直に取り付けるのが望ましいと述べた理由は、溝付き管上フタ３２を水平に保持するためである。液体濃縮器１０を鉛直方向に配置すると液溜りが生じ難い。そのため、液体濃縮器１０を洗浄する際に洗浄液を送液すれば残留液体を容易に取り除くことができ、メンテナンス性が向上する。
【００５２】
溝付き管３０の詳細を、図６に示す。図６（ａ）は、溝付き管３０の上端部の斜視図であり、同図（ｂ）は上面図である。溝付き管３０は、内周面に多数の微細溝３５がほぼ等間隔で形成されている。本実施例で用いる溝付き管３０では、溝３５を区画するフィン
２７は、一辺１.６５mm のほぼ正三角形状をしている。溝付き管３０の、直径（外径）は４８mmで、軸方向長さ１８４mm、溝３５の数は７２個である。
【００５３】
溝付き管上フタ３２から溝付き管３０の上端に達した食用酢は、表面張力により各溝
３５およびフィン２７の壁面にトラップされて薄膜３６を形成する。そして、溝付き管
３０の内壁面を伝わって下部に落下する。微細溝３５の断面形状は薄膜３６の形成されやすさ（液体を溝内に保持するに足る表面張力を持つ形）と、蒸発に必要な熱エネルギーを十分に伝えることが可能な熱伝達性を備えていればよく、方形，三角形，半円形，台形などが用いられる。本実施例では、薄膜３６が形成されやすく加工も容易なように、上述したように正三角形状とした。
【００５４】
溝付き管３０は、外周面側から温水によって加熱されている。液体が薄膜化しているので、微細溝３５内の液体は温度に対する反応性が高い。さらに、処理空間４２を減圧しているので、常圧時より低い温度で蒸発が開始される。その結果、食用酢に含まれる主として水からなる揮発成分は、溝付き管３０の下端に至る間に蒸発する。蒸発量は、液体の供給量と温水温度を制御して、決定される。
【００５５】
本実施例では、各微細溝３５で個別に食用酢が蒸発するので、食用酢の処理量は溝３５の数に比例する。つまり、一度ある条件下での１個の微細溝３５の蒸発量を把握すれば、溝３５の数を増減するだけで、容易に異なる処理量の液体濃縮器１０が得られる。例えば、溝３５の数を２０個とし、毎分５０mlの液体を１０倍濃縮できた結果が得られておれば、温度等の条件を等しくすると、溝の数を４０個に増やせば毎分１００mlの液体を１０倍濃縮することができる。なお、蒸発条件を等しくするためには、各溝３５への供給液量を均一にしなければならない。そのため、本実施例では溝付き管上フタ３２にバッファー部３３や液体誘導溝３４を設け、溝付き管３０の内面を流れる液量の周方向均一化を図っている。
【００５６】
揮発成分を蒸発させ液体のままである食用酢の濃縮液は、図３で実線の矢印で示すように、溝３５を形成する溝付き管３０の内周面を下降し、溝３５部から溝付き管３０と下フタ１３の間に形成された濃縮液バッファー部３７に移動する。濃縮液バッファー部３７に導かれた濃縮液は、濃縮液吐出管１８を経て濃縮液タンク９９に貯蔵される。
【００５７】
蒸発した揮発成分は、図３で破線の矢印で示すように、処理空間４２に連通する蒸気吐出管１７の内部の空間４３に流入する。食用酢の濃縮においては、蒸発した揮発成分を再度液化したものをホワイトビネガーという名称で利用する。そのため、蒸発ライン８２に濃縮液が混入することを、確実に防止する必要がある。そこで蒸気吐出管１７を、溝付き管３０の内部の適当な位置まで差し込んで、下フタ１３に溶接している。これにより、万一、濃縮液バッファー部３７を越えて濃縮液が溝付き管３０内に侵入しても、容易には蒸気吐出管１７内に流れ込まない。また、蒸気吐出管１７の先端に円錐状の逆流防止カバー３８を設け、さらに濃縮液の侵入を防止している。
【００５８】
図７に、液体濃縮器１０の上半部分を、斜視断面図で示す。この図７は、図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。逆流防止カバー３８は、円錐形の傘のような形状をしており、蒸気吐出管１７を覆うように、蒸気吐出管１７の上端部に取り付けられている。破線矢印で示すように、蒸気はこの逆流防止カバー３８を迂回して、蒸気吐出管１７に吸引される。
【００５９】
逆流防止カバー３８を取り付けたので、微細溝３５にトラップされた液体が、万一溝
３５を飛び出しても、蒸気吐出管１７に混入するのを防止できる。蒸気吐出管１７に吸引された揮発成分蒸気は、熱交換器９５で冷却されて液化する。液化した揮発成分は、蒸発液タンク９７に貯蔵される。このとき、濃縮液が流れるライン８１には濃縮ライン調整バルブ９８を設けており、このバルブ９８を調整して蒸気が濃縮液吐出管１８へ逆流するのを防止する。
【００６０】
本実施例によれば、液体濃縮器が可動部分を有しないスタティックな構造であるから、可動部のあるものよりも信頼性が高い。また、原料液体をフロー処理で連続的に供給して濃縮するので、処理能力が向上する。また、原料液体を加熱した際に生じる揮発成分が溝付き管の内部に形成される処理空間側に流動し、揮発しない液状の濃縮液が溝部を薄膜化されて流下するので、揮発成分が濃縮液と再結合することがなく、処理効率が向上する。さらに、液体濃縮器の下部ほど溝付き管の温度が高いので、揮発成分は下部になればなるほど凝縮するおそれがなく、濃縮液との再結合を防止できる。
【００６１】
上記実施例においては、濃縮液の流量や温水温度などの初期条件を設定するだけで、濃縮処理中には制御部２００が全て自動で制御するので、省人化が図られる。省人化が可能なので、長時間の連続処理も容易になる。また、制御部２００は記憶手段を備え、一度行った製造条件を記憶することが可能なので、２度目以降はより素早く、かつ再現性良く濃縮処理をスタートできる。
【００６２】
また、上記実施例によれば、液体濃縮器を単一または多数並列に配置することが可能であり、各液体濃縮器に均一に送液できるようにし、また濃縮度を計測するとともに流量調整装置を設けたので、自動的に多量の液体を所望の濃度に濃縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る液体濃縮システムの一実施例のブロック図。
【図２】図１に示した液体濃縮システムに用いる液体濃縮器の斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】図２に示した液体濃縮器が有する溝付き管上フタの斜視図。
【図５】図３のＢ部拡大図。
【図６】図２に示した液体濃縮器が有する溝付き管の上面図および斜視図。
【図７】図３のＣ部の斜視断面図。
【符号の説明】
【００６４】
１  液体濃縮システム
１０  液体濃縮器
１１  外管
１２  上フタ
１３  下フタ
１４  温水供給管
１５  温水吐出管
１６  原料供給管
１７  蒸気吐出管
１８  濃縮液吐出管
１９  フレキシブルチューブ
２０  ブラケット
２１  位置決めネジ
２２  水準器
２３  フランジ
３０  溝付き管（内管）
３１  Ｏリング
３２  溝付き管上フタ
３３  バッファー部
３４  液体誘導溝
３５  微細溝
３６  薄膜
３７  濃縮液バッファー部
３８  逆流防止カバー
９０  原料タンク
９１  原料供給ポンプ
９２  原料バッファー
９３  流量調整ポンプ
９４  温水循環装置
９５  熱交換器
９６  冷却水循環装置
９７  蒸発液タンク
９８  濃縮ライン調整バルブ
９９  濃縮液タンク
１００  真空ポンプ
１０１  排出ポンプ
１０２  貯蔵容器
２００  制御部
２０１  水位センサ
２０２  濃縮器温度センサ
２０３  濃度センサ
２０４  温調用ヒータ（加熱手段）
２０５  温調用温度センサ
【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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【図６】
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【図７】
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