(57)【要約】【課題】効率の良い加熱技術を提供する。【解決手段】加熱装置１００の本体７０内に蓄えられた液体をジャケット１４により加熱するとき、蒸発した気体を排出部３０から外部へ排出し、凝縮部５０により液化する。この還流液を制御部６０により導入部４０へ移送し、配管４２を介して保持部２０に一時的に保持する。保持部２０に保持された還流液は、保持部２０から本体７０の内壁に向けて下方に傾斜して設けられた送液部２２を自重により落下し、内壁に散布される。このとき、回転部２６が送液部２２を回転させることにより、還流液が内壁全体に万遍なく散布される。ジャケット１４により加熱される部分の伝熱面積を有効に利用して液体を加熱することができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体を蓄える本体と、
少なくとも前記本体の側面から前記液体を加熱するための加熱部と、
前記本体内の上部に設けられた、前記液体の一部を一時的に保持する保持部と、
前記本体内に蓄えられた液体の一部を、前記保持部へ移送する移送部と、
前記保持部から前記本体の内壁に向けて下方に傾斜して設けられた送液部と、を備え、
前記保持部に保持された液体が、前記送液部を落下し、前記本体の内壁に向けて散布されることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記送液部は、前記加熱部により加熱される領域の前記内壁に向けて、前記保持部に保持された液体を散布することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記本体は円筒状の形状を有し、
前記送液部を前記円筒の中心軸の周りに回転させる回転部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記移送部は、
加熱により蒸発した気体を前記本体の外部へ排出するための排出部と、
前記気体を液化して得られた還流液を前記本体内に導入するための導入部と、
前記導入部から導入された前記還流液を前記保持部に移送する配管と、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記還流液の供給先を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記液体を蒸留するときに、前記還流液を前記導入部に移送することを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記本体内で化学反応を行わせるときに前記還流液を前記導入部に移送し、前記化学反応の終了後に前記液体を濃縮するときに前記還流液を外部へ排出することを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記移送部は、
前記本体内の液体の一部を取り出すための取出部と、
前記取出部から取り出した液体を前記本体内に導入するための第２の導入部と、
前記第２の導入部から導入された前記液体を前記保持部に移送する第２の配管と、
前記取出部から取り出した液体を前記第２の導入部に移送するポンプと、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項８】
前記液体を攪拌するための攪拌部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱装置に関し、とくに、液体を加熱して、化学反応、還流、蒸留、濃縮などの操作を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医薬品などを製造するプラントにおいて、化学反応、還流、蒸留、濃縮などの操作を行うために、加熱機構を有する容器が用いられる。このような操作に必要な時間や費用を節減するためには、加熱機構により供給される熱エネルギーを効率良く利用するための工夫が必要となる。図１は、特開２０００−３０８８１６号公報に開示された、従来の加熱装置において用いられる液体噴出装置の例を示す。この液体噴出装置において、送液体１は、その下端部および上端部のそれぞれに下部開口１１および上部開口１２を有し、取付具２により攪拌軸３に装着されている。この送液体１の下部開口１１を液面下に沈め、上部開口１２を液面から露出させて、攪拌軸３を中心として送液体１を回転させると、液体が送液体１を上昇し、上部開口１２から槽体周壁の内周面および／または槽体内の液面上の空間に散布される。これにより、伝熱面積を有効に利用することができ、また、槽体周壁の内周面を洗浄することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この液体噴出装置では、送液体１を回転させたときの遠心力を利用して液体を噴出させることから、送液体１を回転させる動力が必要であり、この液体噴出装置を、たとえば反応装置に適用する場合、反応液中に固体成分が析出して懸濁状態になると、送液体１を回転させるのに必要なエネルギーが増大してしまう。また、送液体１の存在により、攪拌軸３に攪拌翼などを取り付ける自由度が減るため、反応液を効率良く攪拌することができない。さらに、懸濁液を槽体周壁の内周面に噴出させると、かえって内周面に固体成分を付着させる結果となり、付着した固体成分が加熱されて焦げ付いたり、内周面が固体成分で覆われて熱伝導を阻害するなどの好ましくない事態を招く恐れがある。さらに、この液体噴出装置では、下部開口１１よりも下に液面が下がると、液体を噴出させることができなくなる。
【０００４】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱装置による操作の利便性を向上させる技術の提供にある。別の目的は、加熱装置により供給される熱エネルギーを効率良く利用する技術の提供にある。さらに別の目的は、加熱装置の内壁を洗浄する技術の提供にある。これらの目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組合せにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、加熱装置に関する。この加熱装置は、内部に液体を蓄える本体と、少なくとも前記本体の側面から前記液体を加熱するための加熱部と、前記本体内の上部に設けられた、前記液体の一部を一時的に保持する保持部と、前記本体内に蓄えられた液体の一部を、前記保持部へ移送する移送部と、前記保持部から前記本体の内壁に向けて下方に傾斜して設けられた送液部と、を備え、前記保持部に保持された液体が、前記送液部を落下し、前記本体の内壁に向けて散布される。
【０００６】
本体内の液体の一部を、移送部により保持部に移送し、送液部により本体の内壁に散布する。このとき、送液部が本体の内壁に向けて下方に傾斜して設けられているので、保持部に保持された液体は、自重により送液部を落下する。これにより、液体を内壁に散布するときに必要な動力を大幅に低減させることができる。内壁に液体を散布することにより、加熱部による伝熱面積を有効に利用して液体を過熱することができるとともに、内壁を洗浄して清浄に保つことができる。前記送液部が、前記加熱部により加熱される領域の前記内壁に向けて、前記保持部に保持された液体を散布することにより、より効率良く液体を加熱することが可能となる。
【０００７】
前記本体は円筒状の形状を有し、前記送液部を前記円筒の中心軸の周りに回転させる回転部をさらに備えてもよい。これにより、本体の内壁全体に万遍なく液体を散布することが可能となる。
【０００８】
前記移送部は、加熱により蒸発した気体を前記本体の外部へ排出するための排出部と、前記気体を液化して得られた還流液を前記本体内に導入するための導入部と、前記導入部から導入された前記還流液を前記保持部に移送する配管と、を含んでもよい。還流液を利用して内壁に散布するため、本体内の液体の一部を保持部に移送するために余分なエネルギーを必要としない。そのため、簡便な構成で、より効率的に液体を散布することができる。
【０００９】
前記還流液の供給先を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記液体を蒸留するときに、前記還流液を前記導入部に移送してもよい。前記制御部は、前記本体内で化学反応を行わせるときに前記還流液を前記導入部に移送し、前記化学反応の終了後に前記液体を濃縮するときに前記還流液を外部へ排出してもよい。これにより、加熱装置における各種操作の内容に応じて、適切に還流液を利用して内壁に散布することができる。
【００１０】
前記移送部は、前記本体内の液体の一部を取り出すための取出部と、前記取出部から取り出した液体を前記本体内に導入するための第２の導入部と、前記第２の導入部から導入された前記液体を前記保持部に移送する第２の配管と、前記取出部から取り出した液体を前記第２の導入部に移送するポンプと、を含んでもよい。これにより、たとえば本体内の液体のうち不要な液体成分を留去する場合であっても、加熱部による伝熱面積を有効に利用して液体を加熱することができる。
【００１１】
この加熱装置は、前記液体を攪拌するための攪拌部をさらに備えてもよい。内壁に液体を散布するための構成である保持部及び送液部は、本体内の液体の液面よりも上部に設けられているから、液体を攪拌するための攪拌部を任意に設計することが可能となる。
【００１２】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴の組合せも又発明となりうる。また、本発明の表現を装置、方法、システムの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、又実施の形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の加熱装置は、本体内部に蓄えられた液体を加熱するとき、加熱により蒸発した気体を外部で液化し、その液体を再び本体の内部に導入する。このときに、液体を本体の内壁に散布しつつ本体内に導入することで、内壁の加熱部分の伝熱面積を有効に利用することができるとともに、内壁を常時洗浄して清浄に保つことができる。本実施の形態では、主に、加熱装置を蒸留装置に適用した例について説明する。
【００１５】
図２は、第１の実施の形態に係る加熱装置１００の全体構成を概略的に示す。図２では、加熱装置１００の本体７０をその中心軸９０を含む面で切断したときの断面を示している。加熱装置１００は、内部に液体を蓄えるための円筒状の本体７０、本体７０の内部の液体を加熱するために本体７０の外側面に設けられた加熱部の一例としてのジャケット１４、本体７０内の液体の液面よりも上部に設けられ、液体の一部を一時的に保持する保持部２０、保持部２０に保持された液体を本体７０の内壁に散布すべく保持部２０から内壁に向けて下方に傾斜して設けられた送液部２２、保持部２０を支持する支持部２４、支持部２４を介して保持部２０及び送液部２２を回転させるための回転部２６、本体７０の内部で液体が蒸発して発生した気体を本体７０の外部へ排出するための排出部３０、外部へ排出された気体を液化する凝縮部５０、凝縮された液体の供給先を制御する制御部６０、凝縮された液体を再び本体７０の内部へ導入するための導入部４０、導入部４０から導入された液体を保持部２０へ移送するための配管４２、を備える。ここで、排出部３０、導入部４０、及び配管４２は、本体７０内に蓄えられた液体の一部を保持部２０に移送するための移送部を構成する。
【００１６】
図３は、本実施の形態に係る加熱装置１００の保持部２０及び送液部２２を上から見た様子を示す。保持部２０は、その中心が加熱装置１００の中心軸９０と一致するように設けられており、その保持部２０から本体７０の内壁に向けて放射状に３本の樋状の送液部２２が設けられている。送液部２２は、たとえば、上部開放半割パイプなどで構成されてもよい。保持部２０に一時的に保持された液体は、下方に傾斜して設けられた送液部２２を伝って落下し、本体７０の内壁に散布される。このとき、回転部２６により送液部２２を回転させることで、本体７０の内壁全体に万遍なく液体を散布することができる。ここで、液体は、回転による遠心力のみにより内壁に向けて移送されるのではなく、回転させなくても、送液部２２が下方に傾斜していることにより自重で落下していく。すなわち、図１に示した従来の液体噴出装置と異なり、送液部２２を高速で回転させる必要はなく、液体が内壁に万遍なく散布される程度の速度で回転させれば十分である。なお、送液部２２は、管状であってもよいし、平板状であってもよいし、樋状であってもよい。また、送液部２２は、必要に応じて何本設けられてもよく、その幅や形状も任意であってよい。送液部２２は、円筒状の内壁全体に向かって傘状に設けられていてもよい。この場合、送液部２２に蒸発した気体を通過させるための孔を設けておいてもよい。送液部２２が回転を要さずに内壁のほぼ全体に液体を散布可能に設けられている場合は、送液部２２を回転させなくてもよく、回転部２６を設けなくてもよい。
【００１７】
本実施の形態の加熱装置１００により液体を蒸留する手順について説明する。まず、本体７０内に蒸留すべき液体を導入する。たとえば、この液体は、沸点の低い順に、成分Ａ、Ｂ及びＣを含んでいるとする。液体を導入後、ジャケット１４内に高温の流体を循環させて本体７０を側面から加熱する。加熱により液体が蒸発し、排出部３０から外部へ排出される。このとき、加熱直後の排出ガスは、沸点の低い成分Ａの含有率が高いガスとなっている。この排出ガスは、凝縮部５０に導入される。凝縮部５０は、沸点の違いにより成分を分離可能な蒸留塔などであってもよい。蒸留塔において成分Ａが抽出され、成分Ｂ及びＣは液化されて制御部６０へ移送される。制御部６０は、成分Ｂ及びＣを含む液体を再び加熱装置１００の本体７０内に移送する。この液体は、導入部４０及び配管４２を介して保持部２０に移送され、保持部２０で一時的に保持された後、自重により送液部２２を落下して本体７０の内壁に散布される。こうして、蒸留塔では成分Ａが集められ、成分Ｂ及びＣは再び加熱装置１００の本体７０内に戻される。成分Ｂ及びＣも、同様にして分離抽出される。
【００１８】
このように、本実施の形態の加熱装置１００によれば、蒸留が進むにつれて本体７０内の液体の液面が低下しても、ジャケット１４により加熱される側面の伝熱面積を有効に利用して液体を加熱することができるので、加熱操作に要する時間及びコストを低減することができる。また、内壁を常に液体で洗浄して清浄に保つことができるので、たとえば液体に溶解していた固体成分が側面で析出して焦げ付き、洗浄により除去することが困難になったり、固体成分が伝熱部分を覆って熱伝導を阻害したりすることを防ぐことができる。ここで、内壁に散布される液体は、いったん気化した後、凝縮部５０にて液化されたものであり、固体成分をほとんど含まない純度の高い液体であるから、洗浄効果が高いという利点がある。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る加熱装置１００の全体構成を概略的に示す。本実施の形態に係る加熱装置１００には、図２に示した第１の実施の形態に係る加熱装置１００の構成に加えて、攪拌部の一例としての攪拌翼１６が設けられている。攪拌翼１６は、図４に示した形状に限らず、本体７０内部の液体を攪拌する機能があれば任意の形状であってよい。図２に示した構成と同様の構成には、同一の符号を付している。本実施の形態では、主に、加熱装置１００を反応装置に適用した例について説明する。
【００２０】
本実施の形態では、支持部２４が保持部２０の下方に延伸して設けられ、その周囲に反応液を攪拌するための攪拌翼１６が設けられている。その他の構成及び動作については、第１の実施の形態と同様である。図１に示した従来の液体噴出装置では、液体を噴出させるための送液体１が液体に浸る部分に設けられていたため、攪拌翼などの取り付けが困難であり、攪拌が必要な反応装置などに適用することが難しかったが、本実施の形態の加熱装置１００では、液体を内壁に散布するための構成は全て液面よりも上部に設けられているため、本体７０内部の反応液を攪拌するための構成を自由に設計することができる。
【００２１】
本実施の形態の加熱装置１００により化学反応を行わせる手順について説明する。まず、本体７０内に反応物と溶媒を導入する。そして、反応物が所定の反応温度となるよう、ジャケット１４内に適温の流体を循環させて本体７０を側面から加熱する。反応中、回転部２６により攪拌翼１６を回転させて、反応液を攪拌する。加熱により溶媒などの液体が蒸発して排出部３０から外部へ排出されると、この排出ガスは、凝縮部５０に導入され液化される。この還流液は、制御部６０へ移送される。制御部６０は、還流液を導入部４０へ送り、再び加熱装置１００の本体７０内に移送する。導入部４０から導入された還流液は、配管４２を介して保持部２０に移送され、保持部２０で一時的に保持された後、自重により送液部２２を落下して本体７０の内壁に散布される。こうして、溶媒や、液体の反応物及び生成物を適切に還流させつつ、所定の時間反応を行わせることができる。
【００２２】
このように、本実施の形態の加熱装置１００によれば、反応液の液面の高さに関わらず、ジャケット１４により加熱される伝熱面積を有効に利用して反応液を加熱することができるとともに、本体７０の内壁を常に洗浄して清浄に保つことができる。
【００２３】
所定の反応時間が経過すると、制御部６０は、不要となった溶媒を留去すべく、凝縮部５０により液化された溶媒を外部へ排出する。このとき、主に内壁の洗浄を目的として、凝縮部５０により液化された溶媒の一部を導入部４０へ移送し、本体７０内に導入してもよい。これにより、側面への固体成分の析出、焦げ付きなどを有効に防ぎつつ、不要となった溶媒や液体成分を留去することができる。溶媒の留去が進むにつれて、液面が下がり、生成物が固体の場合は固体が析出して底に沈殿する。図１に示した従来の液体噴出装置の場合は、固体が析出して懸濁液になると送液体１を回転させるのに必要な動力が増大し、さらに、懸濁液が側面に噴出するので、側面に析出した固体が付着してしまうという好ましくない事態が生じる。また、送液体１の下部開口１１よりも液面が下がると、もはや液体を噴出させることはできない。本実施の形態では、保持部２０に保持された液体は自重で送液部２２を落下するため、内壁に液体を散布するために必要な動力は非常に小さくてすむ。また、内壁に散布される液体は、固体成分を含まない純度の高い液体であるから、洗浄効果が高い。さらに、液面の高低に関わらず液体を散布することが可能である。
【００２４】
本実施の形態では、攪拌翼１６と送液部２２を同一の支持部２４に取り付け、回転部２６により回転させる構成としたが、攪拌翼１６と送液部２２を連動させず、別の機構により回転させてもよい。たとえば、送液部２２は一定速度で回転させ、攪拌翼１６は反応状態に応じて適切な速度で回転させるよう制御してもよい。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態に係る加熱装置１００の全体構成を概略的に示す。本実施の形態に係る加熱装置１００には、図４に示した第２の実施の形態に係る加熱装置１００の構成に加えて、取出口３２、ポンプ３４、第２の導入部４４、及び第２の配管４６が設けられている。図４に示した構成と同様の構成には、同一の符号を付している。本実施の形態では、主に、加熱装置１００を濃縮装置に適用した例について説明する。
【００２６】
本実施の形態では、本体７０の下部に取出口３２が設けられており、取出口３２から液体の一部を取り出してポンプ３４により第２の導入部４４まで移送し、第２の配管４６を介して保持部２０へ送る。すなわち、取出口３２、ポンプ３４、第２の導入部４４、及び第２の配管４６は、第２の移送部を構成する。その他の構成及び動作については、第１の実施の形態と同様である。
【００２７】
本実施の形態の加熱装置１００により化学反応を行わせる手順は、第２の実施の形態と同様であるから、反応終了後に溶媒を留去して濃縮する手順について説明する。所定の反応時間が経過すると、制御部６０は、不要となった溶媒を留去すべく、凝縮部５０により液化された溶媒を外部へ排出する。このとき、本体７０の側面の伝熱面積を有効に利用するために、反応液の一部を取出口３２から取り出し、ポンプ３４により第２の導入部４４まで移送し、配管４６を介して保持部２０に送る。保持部２０に保持された液体は、送液部２２を落下して内壁に散布される。これにより、濃縮により液面が下がっても、ジャケット１４により加熱される部分の熱を有効に利用して、反応液を加熱することができる。さらに、主に内壁の洗浄を目的として、凝縮部５０により液化された溶媒の一部を導入部４０へ移送し、本体７０内に導入してもよい。これにより、内壁への固体成分の析出、焦げ付きなどを有効に防ぎつつ、不要となった溶媒や液体成分を留去することができる。
【００２８】
溶媒の留去が終わると、本体７０の底に溜まった生成物を取出口３２から取り出す。その後、加熱装置１００を次の化学反応に使用するために、内部を洗浄する。医薬品などを合成する場合、一つの加熱装置１００に連続的に原料を供給して化学反応を行わせるのではなく、一回の化学反応が終わると、その加熱装置１００を別の化学反応に用いることが多いので、内部を洗浄する必要がある。まず、本体７０内に洗浄液、たとえば付着した固体成分を溶解する溶媒を導入し、ジャケット１４により加熱する。蒸発した溶媒は、排出部３０から凝縮部５０へ移送され、液化された後、制御部６０、導入部４０、及び配管４２を介して保持部２０に移送される。そして、送液部２２を落下して内壁に散布され、本体７０の内壁が洗浄される。とくに医薬品などを合成する際には他の物質の混入量の制限が厳しいが、本実施の形態の加熱装置１００は、内壁へ洗浄液を散布しつつ炊き上げ方式により内部を洗浄することができるため、他の物質の混入量を最小限に抑えることができる。
【００２９】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３０】
そのような変形例の一例として、実施の形態では、液体の一部を一時的に保持する保持部２０を設けていたが、別の例では、保持部２０を設けず、配管４２から直接送液部２２に液体を移送してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、効率の良い加熱技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液体噴出装置の例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る加熱装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る加熱装置の保持部及び送液部を上から見た様子を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る加熱装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図５】第３の実施の形態に係る加熱装置の全体構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１４・・・ジャケット、１６・・・攪拌翼、２０・・・保持部、２２・・・送液部、２４・・・支持部、２６・・・回転部、３０・・・排出部、３２・・・取出口、３４・・・ポンプ、４０・・・導入部、４２・・・配管、４４・・・第２の導入部、４６・・・第２の配管、５０・・・凝縮部、６０・・・制御部、７０・・・本体、１００・・・加熱装置。
【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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