(57)【要約】【課題】  過熱蒸気のフィードバックや加熱装置を要することなく、ドレンアタックによる圧縮機の損傷を回避することのできる、新規なヒートポンプ式濃縮装置並びにその運転方法の開発を技術課題とした。【解決手段】  蒸発缶２から排出された蒸気成分Ｓ０を圧縮機７によって昇温し、この蒸気を加熱缶１内に供給するものであり、前記圧縮機７としてルーツブロワを適用したことを特徴として成り、圧縮機７に取り込まれる蒸気成分Ｓ０中にミストやドレンが有った場合でも、ドレンアタックによる圧縮機７の損傷を回避することができる。【選択図】図１
2005111320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱缶と蒸発缶との間を吹込管路及び戻り管路によって接続することにより循環経路を形成し、前記蒸発缶内に供給された後、戻り管路を通じて前記加熱缶内に配した長管内に流入した液体を、この長管の外側に供給した蒸気からの加熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった液体成分と蒸気成分とを前記蒸発缶内に吹き込み、この蒸発缶内においてこれら液体成分と蒸気成分とを分離して高濃度の液体を得る装置であって、前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮機によって昇温して蒸気とし、この蒸気を加熱缶内に供給する装置の運転において、前記装置の起動時には、圧縮機の回転数を漸増させながら定常運転に移行することを特徴とするヒートポンプ式濃縮装置の運転方法。
【請求項２】
前記圧縮機はケーシングに冷却水を通過させるための流路を具えたルーツブロワであり、ヒートポンプ式濃縮装置の起動時には冷却水量を絞ることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式濃縮装置の運転方法。
【請求項３】
前記冷却水の出口温度を監視し、この温度が所定の値となるように冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ式濃縮装置の運転方法。
【請求項４】
加熱缶と蒸発缶との間を吹込管路及び戻り管路によって接続することにより循環経路を形成し、前記蒸発缶内に供給された後、戻り管路を通じて前記加熱缶内に配した長管内に流入した液体を、この長管の外側に供給した蒸気からの加熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった液体成分と蒸気成分とを前記蒸発缶内に吹き込み、この蒸発缶内においてこれら液体成分と蒸気成分とを分離して高濃度の液体を得る装置において、前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮機によって昇温し、この蒸気を加熱缶内に供給するものであり、前記圧縮機としてルーツブロワを適用したことを特徴とするヒートポンプ式濃縮装置。
【請求項５】
前記ルーツブロワは、インバータによって回転数が制御されるものであることを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ式濃縮装置。
【請求項６】
前記ルーツブロワは、ケーシングに冷却水を通過させるための流路を具えたものであることを特徴とする請求項４または５記載のヒートポンプ式濃縮装置。
【請求項７】
前記ルーツブロワは、ロータに連通口または溝を形成することにより、液圧縮を防止できるものであることを特徴とする請求項４、５または６記載のヒートポンプ式濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種調味料、各種エキスあるいは工場廃液等を濃縮するために用いられる装置に関するものであって、特にドレンアタックによる圧縮機の損傷を回避することができるヒートポンプ式濃縮装置並びにその運転方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、漢方薬生薬エキス、各種調味料、動物エキス、魚介エキス、植物エキス、醗酵液等の各種液体物質や、アミノ酸、酵母、蛋白質等の水溶液あるいは各種廃液等を液体原料とし、この液体原料の濃縮を行う場合には、種々の装置が用いられている。
この種の装置は容器内において液体原料を加熱して溶媒成分を蒸発させるものであり、その熱源として、前記容器から排出された蒸気成分を圧縮機によって昇温させた過熱蒸気が用いられている。
そして前記圧縮機としては、高速回転で大容量の気体を処理することができる等の利点があることからスクリュー圧縮機が広く用いられている。しかしながらスクリュー圧縮機の場合、蒸気成分が凝縮して生成されたミストやドレンが圧縮機内に入り込むと、このものがスクリューブレードに衝突して損傷を招いてしまうため（ドレンアタック）、圧縮機入口での蒸気成分温度を１〜２℃過熱状態にしてミストやドレンの生成を抑えることが行われている。
【０００３】
具体的には図４に示す系では、圧縮機７′から排出された過熱蒸気Ｓ１の一部を圧縮機７′の前段にフィードバックすることにより、圧縮機７′に入る前の蒸気成分Ｓ０を昇温しているものであり、このフィードバック量を全体の５％程度に抑え、且つ圧縮機７′に入る前の蒸気成分Ｓ０の温度を１〜２℃程度昇温させるためには、圧縮機７′によって蒸気成分Ｓ０を４０℃ほど昇温させなければならない。そしてこのタイプの装置では、長管１１′に入る過熱蒸気Ｓ１の過熱度が大き過ぎ、飽和温度まで低下するまでの間はガス冷却状態となってしまうため、デスーパーヒータを用いて蒸発缶１′内に供給する過熱蒸気Ｓ１の温度を飽和温度まで下げる必要があり、このための冷媒として蒸発缶１′から排出されたドレンＤが用いられている（非特許文献１参照）。
【０００４】
また図５に示した系では、圧縮機７′の前段の管路を加熱することによりこの中を通る蒸気成分Ｓ０を昇温しているものであり、このための熱源として図５（ａ）に示す系ではコイルヒータを用いており、また図５（ｂ）に示す系では圧縮機７′から排出された過熱蒸気Ｓ１を用いている（特許文献１参照）。
【０００５】
上述したようにヒートポンプ式濃縮装置Ｃ′においてスクリュー圧縮機を用いた場合には、ドレンアタックからスクリューブレードを保護するための構成が必須となるものであり、装置構成の複雑化や圧縮機７′による過熱度を過剰にしなければならない等の弊害が生じてしまっている。またこのような保護構成を採ったとしても、ヒートポンプ式濃縮装置Ｃ′を立ち上げたばかりの状態では圧縮機７′に取り込まれる蒸気成分Ｓ０の昇温が十分に行われないため、ミストやドレンの発生を防ぐことができず、ドレンアタックを避けることはできなかった。
【非特許文献１】化学工業便覧７・５蒸発装置の設計（化学工業会２０００）
【特許文献１】特許第３２２６３１６号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、過熱蒸気のフィードバックや加熱装置を要することなく、ドレンアタックによる圧縮機の損傷を回避することのできる、新規なヒートポンプ式濃縮装置並びにその運転方法の開発を技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち請求項１記載のヒートポンプ式濃縮装置の運転方法は、加熱缶と蒸発缶との間を吹込管路及び戻り管路によって接続することにより循環経路を形成し、前記蒸発缶内に供給された後、戻り管路を通じて前記加熱缶内に配した長管内に流入した液体を、この長管の外側に供給した蒸気からの加熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった液体成分と蒸気成分とを前記蒸発缶内に吹き込み、この蒸発缶内においてこれら液体成分と蒸気成分とを分離して高濃度の液体を得る装置であって、前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮機によって昇温して蒸気とし、この蒸気を加熱缶内に供給する装置の運転において、前記装置の起動時には、圧縮機の回転数を漸増させながら定常運転に移行することを特徴として成るものである。
この発明によれば、ドレンアタックによる圧縮機の損傷を防止することができる。
【０００８】
また請求項２記載のヒートポンプ式濃縮装置の運転方法は、前記要件に加え、前記圧縮機はケーシングに冷却水を通過させるための流路を具えたルーツブロワであり、ヒートポンプ式濃縮装置の起動時には冷却水量を絞ることを特徴として成るものである。
この発明によれば、ルーツブロワ内での蒸気成分の再凝縮を回避して、液圧縮によるルーツブロワの損傷を防止することができる。
【０００９】
更にまた請求項３記載のヒートポンプ式濃縮装置の運転方法は、前記請求項２記載の要件に加え、前記冷却水の出口温度を監視し、この温度が所定の値となるように冷却水の流量を制御することを特徴として成るものである。
この発明によれば、ルーツブロワのオーバーヒートを防止するとともに、過冷却によるルーツブロワ内での蒸気成分の再凝縮を回避することができる。
【００１０】
また請求項４記載のヒートポンプ式濃縮装置は、加熱缶と蒸発缶との間を吹込管路及び戻り管路によって接続することにより循環経路を形成し、前記蒸発缶内に供給された後、戻り管路を通じて前記加熱缶内に配した長管内に流入した液体を、この長管の外側に供給した蒸気からの加熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった液体成分と蒸気成分とを前記蒸発缶内に吹き込み、この蒸発缶内においてこれら液体成分と蒸気成分とを分離して高濃度の液体を得る装置において、前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮機によって昇温し、この蒸気を加熱缶内に供給するものであり、前記圧縮機としてルーツブロワを適用したことを特徴として成るものである。
この発明によれば、圧縮機に取り込まれる蒸気成分中にミストやドレンが有った場合でも、ドレンアタックによる圧縮機の損傷を回避することができる。
【００１１】
更にまた請求項５記載のヒートポンプ式濃縮装置は、前記請求項４記載の要件に加え、前記ルーツブロワは、インバータによって回転数が制御されるものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、ヒートポンプ式濃縮装置の運転状態に応じて圧縮機の作用を調節することができることができる。
【００１２】
更にまた請求項６記載のヒートポンプ式濃縮装置は、前記請求項４または５記載の要件に加え、前記ルーツブロワは、ケーシングに冷却水を通過させるための流路を具えたものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、ルーツブロワのオーバーヒートを防止することができる。
【００１３】
更にまた請求項７記載のヒートポンプ式濃縮装置は、前記請求項４、５または６記載の要件に加え、前記ルーツブロワは、ロータに連通口または溝を形成することにより、液圧縮を防止できるものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、圧縮機に取り込まれる蒸気成分中にミストやドレンが有った場合でも、液圧縮によって圧縮機が損傷してしまうことがない。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、過熱蒸気のフィードバックや加熱装置を要することがないため、装置構成を複雑化してしまうことがない。また加熱缶から排出される未凝縮ガスやドレンが有する熱エネルギーを高効率で有効利用することができるため、ランニングコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明のヒートポンプ式濃縮装置並びにその運転方法について、図面を参照しながら説明するものであり、まずはじめにヒートポンプ式濃縮装置についてその構成を説明した後、その運転方法について説明する。
【実施例】
【００１６】
図中符号Ｃで示すものが本発明のヒートポンプ式濃縮装置であり、このものは加熱缶１と蒸発缶２との間を吹込管路３及び戻り管路４によって接続して成るものである。そして前記加熱缶１内に配した長管１１内に流入させた液体原料Ｌ０を、この長管１１の外側に供給した加熱媒体からの伝導熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった状態の液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓ０とを前記蒸発缶２内に吹き込み、この蒸発缶２内においてこれら液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓ０との分離が行われるものである。
なお前記長管１１の外部に供給される加熱媒体としては、蒸発缶２において分離された蒸気成分Ｓ０を圧縮機７によって昇温した蒸気Ｓ１を用いている。
【００１７】
以下ヒートポンプ式濃縮装置Ｃを構成する諸部材について詳しく説明する。
まず前記加熱缶１について説明すると、このものは図２に示すように機密性が確保された筐体１０内に、金属等の耐熱素材から成る管路である長管１１を複数本具えるものであり、この長管１１の下端部を筐体１０下部に形成した給液口１２と連通状態とし、一方、長管１１の上端部を筐体１０上部に形成した排出口１３に連通状態として成るものである。
また前記筐体１０の側周部分には、蒸気口１４及びドレン口１５が形成される。なお給液口１２から長管１１を通って排出口１３に至る流路と、蒸気口１４から筐体１０内を通ってドレン口１５に至る流路とは、双方を流れる流体が互いに干渉しないようになっており、双方の流路間では熱エネルギーのみが移動するものである。
更にまた前記加熱缶１に形成された蒸気口１４には蒸気供給装置９が接続される。
【００１８】
次に前記蒸発缶２について説明すると、このものは図２に示すように一例として円筒部の下部に逆円錐部を接続した形状の中空部材である筐体２０の上部に排気口２１が形成され、側周部上部側に流入口２２が形成されて成るものである。
また筐体２０内にはノズル８２が配されるものであり、このノズル８２内から給液タンク８に貯留された液体原料Ｌ０が噴出される。なおこの液体原料Ｌ０の噴出量は、バルブ８１の開度を調節することにより調節される。
【００１９】
そして前記加熱缶１における排出口１３と、蒸発缶２における流入口２２との間は吹込管路３によって連通状態に接続され、また前記加熱缶１における給液口１２と、蒸発缶２の下部との間は戻り管路４によって連通状態に接続される。この結果、蒸発缶２、戻り管路４、長管１１及び吹込管路３を要素とした循環経路が形成されるものである。
なお前記戻り管路４には濃縮液排出口４１が形成されるものであり、バルブ４２を開放することにより、濃縮された液体成分Ｌ１を外部に排出できるように構成されている。
【００２０】
また前記蒸発缶２における排気口２１には圧縮機７が接続され、この圧縮機７としては一例として吐出圧力０. ２ＭＰａ程度のルーツブロワが適用される。なおこの実施例では三葉タイプのロータ７１を具えたルーツブロワが採用されるが、二葉タイプのものを適用することもできる。前記圧縮機７たるルーツブロワは図３に示すように、ケーシング７０内に一対のロータ７１をシャフト７２によって軸支して具えて成るものであり、これらロータ７１は図示しないタイミングギヤによって同期回転され、常時一方の凸部７３が他方の凹部７４に噛み合った状態となるものである。なおこの実施例では前記圧縮機７として株式会社アンレット製「エンドレスケーシングブロワ」を採用するものであり、このルーツブロワは、吸気口７６側と排気口７７側との間にロータ７１とケーシング７０とで囲まれた空間が常にできるようにしたものである。更に前記凹部７４に小径の連通口７５が軸心に向かって穿設され、各凹部７４に穿設された連通口７５が軸心で接続される。また前記連通口７５は、ロータ７１の軸方向に沿って適宜複数が形成される。そしてこのような構成を採ることにより、圧力の高い排出口７７側の一部の流体が、連通口７５を通って吸込口７６側に還流するため、いわゆる液圧縮が防止されて振動・騒音を低減することができるものである。
また前記ケーシング７０には、その内部に冷却水を循環させるための流路が形成されるものであり、この流路に冷却水を供給するための給水口７０ａと排水口７０ｂとが形成される。更に前記排水口７０ｂ付近には温度センサＴが具えられる
【００２１】
そして前記蒸発缶２における排気口２１と圧縮機７との間は管路７８によって接続されるものであり、この管路７８における圧縮機７と蒸発缶２との間にはデミスタ７９が具えられる。
【００２２】
またこの実施例においては、前記蒸発缶２内に供給する液体原料Ｌ０を、予熱器５によって昇温するものであり、この予熱器５には前記加熱缶１から排出される未凝縮ガスＳ２とドレンＤとが供給される。また前記予熱器５の排気系には適宜の管路によって真空ポンプＰが接続される。
【００２３】
本発明のヒートポンプ式濃縮装置Ｃは、一例として上述したように構成されるものであり、以下この装置の運転方法について説明する。
〔初期運転〕
まず真空ポンプＰを起動してヒートポンプ式濃縮装置Ｃの系内の減圧を図るものであり、適宜バルブ５１を操作して蒸発缶２、加熱缶１及び予熱器５とこれらを結ぶ管路内を減圧しておく。
次いで蒸気供給装置９から加熱缶１内に蒸気を供給するものであり、長管１１の外側を通過した蒸気は凝集してドレンＤとなり、ドレン口１５から排出されて予熱器５に至ることとなる。
【００２４】
この状態でバルブ８１の開度を調節して、漢方薬生薬エキス、各種調味料、動物エキス、魚介エキス、植物エキス、醗酵液等の各種液体物質や、アミノ酸、酵母、蛋白質等の水溶液あるいは各種廃液等を液体原料Ｌ０として蒸発缶２に投入するものであり、液体原料Ｌ０は予熱器５を通過する際に昇温されることとなる。なおここで予熱器５による液体原料Ｌ０の昇温は、加熱缶１から排出されるドレンＤと未凝縮ガスＳ２とを熱源として行われるものであり、液体原料Ｌ０はこれらの加熱媒体との間で熱交換を行って昇温される。
そしてノズル８２から蒸発缶２内に供給された液体原料Ｌ０は、戻り管路４を経由して加熱缶１における長缶１１内に供給され、蒸気で加熱され長管１１内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｓ０が長管１１内を上昇する際に液体成分Ｌ１を引き上げることとなる。これら蒸気成分Ｓ０と液体成分Ｌ１とは長管１１内を上昇して排出口１３に至りここから吹込管路３内に入り込み、続いて蒸発缶２における流入口２２から筐体２０内に流入する。
【００２５】
そしてこの筐体２０内において蒸気成分Ｓ０と液体成分Ｌ１とは分離されるものであり、蒸気成分Ｓ０は排気口２１から圧縮機７に至り、ここで昇温され、加熱缶１における蒸気口１４に供給される。なおこの際、蒸気成分Ｓ０中に含まれるミストや粉塵などはデミスタ７２によって除去されるが、デミスタ７２と圧縮機７との間で生成されたミストやドレンが圧縮機７に入り込むこともある。しかしながら本発明によれば、ここまでの起動時における初期運転において、圧縮機７におけるロータ７１の回転数を一例として１０〜１５分かけて１８００rpm まで漸増させるものであり、このような操作をすることにより、圧縮機７の損傷を防止することができる。特にこの実施例では圧縮機７としてルーツブロワを用いているため、スクリュー圧縮機におけるスクリューブレードと比べてロータ７１は極めて頑強であり、ドレンアタックを受けてもこれにより損傷することはない。
また起動時の初期運転では、ケーシング２０に供給する冷却水の量を絞るものであり、このような操作により、温度が定常状態となっていない圧縮器７内での蒸気成分Ｓ０の再凝縮を回避して、液圧縮によるルーツブロワの損傷を防止することができる。
また一対のロータ７１の噛み合い部分にドレンが入り込んだ場合であっても、このものは連通口７５から噛み合っていない部分に逃げることとなり、液圧縮が起こることはない。
【００２６】
一方、前記液体成分Ｌ１は筐体２０の下部に溜まり、ここから戻り管路４を経由して蒸発缶１における給液口１２に供給される。
このような運転を継続することにより、濃縮された液体成分Ｌ１は前記ノズル８２から供給された新たな液体原料Ｌ０を伴って再び加熱缶１における長管１１内に位置することとなり、更なる濃縮が行われるものである。
やがて系内の温度が十分に上昇した時点で蒸気供給装置９を停止し、定常運転に移行するものである。
【００２７】
〔定常運転〕
続いて定常運転の状態にあるときの濃縮装置Ｃの作動態様について説明する。
まず給液タンク８内に貯留されていた液体原料Ｌ０（温度２０℃）は、予熱器５に供給され、約７０℃まで昇温されて排出されることとなる。このとき加熱管１から排出される未凝縮ガスＳ２及びドレンＤは全て予熱器に供給されるため、これらが有する熱エネルギーを高効率で利用することができる。
【００２８】
続いて予熱器５によって約７０℃まで昇温された液体原料Ｌ０はノズル８２から蒸発缶２内に投入される。
そして液体原料Ｌ０は蒸発缶２の下部において濃縮された液体成分Ｌ１と混合され、その後加熱缶１における長管１１に至ってここで溶媒が蒸発するものであるが、このとき液体原料Ｌ０と濃縮された液体成分Ｌ１との混合液は８０〜８５℃と高温状態を維持することができるため、長管１１内において直ちに沸騰するものである。
【００２９】
そして以上のような操作を継続し、液体成分Ｌ１が所望の濃度となった時点でバルブ４２が開放され、濃縮された状態の液体成分Ｌ１が外部に排出されるものである。
なお以上のような定常運転時には、温度センサＴによって前記冷却水の出口温度を監視し、この温度が所定の値となるように冷却水の流量を制御するものであり、これにより圧縮機７たるルーツブロワのオーバーヒートを防止するとともに、過冷却による圧縮機７内での蒸気成分の再凝縮を回避することができる。更に冷却しすぎによる加熱用蒸気のエンタルピーの低下、また過熱度が過大になることによる加熱缶の能力減少を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のヒートポンプ式濃縮装置全体を骨格的に示す側面図である。
【図２】加熱缶及び蒸発缶を一部透視して示す側面図である。
【図３】圧縮機の縦断側面図である。
【図４】既存の濃縮装置の一部を骨格的に示す側面図である。
【図５】既存の濃縮装置の一部を骨格的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｃ        ヒートポンプ式濃縮装置
１        加熱缶
１０      筐体
１１      長管
１２      給液口
１３      排出口
１４      蒸気口
１５      ドレン口
２        蒸発缶
２０      筐体
２１      排気口
２２      流入口
３        吹込管路
３１      ダクト
４        戻り管路
４１      濃縮液排出口
４２      バルブ
５        予熱器
５０      シェル
５１      バルブ
７        圧縮機
７０      ケーシング
７０ａ    給水口
７０ｂ    排水口
７１      ロータ
７２      シャフト
７３      凸部
７４      凹部
７５      連通口
７６      吸込口
７７      排出口
７８      管路
７９      デミスタ
８        給液タンク
８１      バルブ
８２      ノズル
９        蒸気供給装置
Ｄ        ドレン
Ｅ１      エリア
Ｅ２      エリア
Ｌ０      液体原料
Ｌ１      液体成分
Ｐ        真空ポンプ
Ｓ０      蒸気成分
Ｓ１      加熱蒸気
Ｓ２      未凝縮ガス
Ｔ        温度センサ
【図１】
2005111320.tif 000003
【図２】
2005111320.tif 000004
【図３】
2005111320.tif 000005
【図４】
2005111320.tif 000006
【図５】
2005111320.tif 000007