(57)【要約】本発明は、凍結による、結晶核、気泡および非凍結濃縮液体を有する気泡状スラリーを形成するための液体の連続式晶析装置である。この装置は、圧縮機をもつ非ポンプ式冷凍回路、水冷式冷却器、冷却塔、間接式冷凍蒸発器、膨張弁、低圧受器および冷凍蒸発器を通って流れる液体を多量に焼結させるための冷凍付属品を含む。この装置は、予め設定された温度で液を予備冷却し、この冷却液に気体を送入してこれらを混合し、この混合液と気体とを冷凍蒸発器を通して供給し、さらに混合液と気体とを冷凍蒸発器に戻すことをおこなうものである。【選択図】図１
2004505750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の諸要素から構成される、液体の連続三次元結晶化システム；
当該液体を供給する液体供給回路、
所定の気体と混じり合った当該液体の混合物を生成させるために、液体と気体とを供給する混合器、および
液体気体混合物を三次元結晶化させて氷の結晶を生成させるために、液体気体混合物を供給する晶析装置、
一本の外管とこれに挿入された一本の内管からなる蒸発器を少なくとも一基備えた晶析装置、なお、この内管には液体気体混合物を通過させ、この混合物を回転させるために内管の中に回転機構を取りつけるものとし、
一本の回転軸とこれに取りつけた少なくとも一個の拭取機からなる回転機構、なお、この拭取機には外刃と内刃があって、外刃を内刃より内管の内側表面に近づけて取りつけるものとし、
内管の直径方向に対する拭取機の内刃の取付角度、なお、この取付角度は蒸発器の内側表面上への結晶成長を防げるような所定の範囲から選んで設定するものとする。
【請求項２】
外管と内管の間に沸騰冷媒が供給される請求項１のシステム。
【請求項３】
内管の内面が研磨面である請求項１または２のシステム。
【請求項４】
液体供給回路は、液体を混合器に供給する前に、当該液体を予冷するための冷却機構を備えていることからなる請求項１から３のいずれか一つのシステム。
【請求項５】
拭取機の取付角度は、１５°から４０°の範囲から選んで設定される請求項１から４のいずれか一つのシステム。
【請求項６】
回転軸の回転速度を蒸発器の内側表面上への結晶成長を防げるような所定の範囲から選んで設定される請求項１から５のいずれか一つのシステム。
【請求項７】
回転軸の回転速度を１分間当り４００から１０００回転までの範囲から選んで設定される請求項１から６のいずれか一つのシステム。
【請求項８】
次の諸段階から構成される、液体の連続三次元結晶化方法；
所定の気体と混じり合って混在した当該液体の混合物を生成させるために、当該液体にこの気体を混合させること、
気体を混在した当該液体の混合物を三次元結晶化させて結晶を生成させるため、この混合物を少なくとも一基の蒸発器に通過させること、なお、この蒸発器は一本の外管とこれに挿入された一本の内管を備え、この内管の中を気体と混じり合った当該液体の混合物を通過させるものとする、
気体と混じり合った当該液体の混合物を回転機構を用いて回転させること、なお、この回転機構は回転軸とこれに取りつけた少なくとも一個の拭取機からなるものとし、拭取機には外刃と内刃があって、外刃は内刃より内管の内側表面に近づけて取りつけるものとする、
内管の直径方向に対する拭取機の内刃の取付角度を、蒸発器の内側表面上への結晶成長を防げるような所定の範囲から選んで設定すること。
【請求項９】
沸騰した冷媒を外管と内管の間に供給する請求項８の方法。
【請求項１０】
当該液体と気体とを混合する段階前に、当該液体の予冷段階をさらに含める請求項８または９の方法。
【請求項１１】
拭取機の取付角度を１５°から４０°までの範囲から選んで設定する請求項８から１０のいずれか一つの方法。
【請求項１２】
回転軸の回転速度を蒸発器の内側表面上への結晶成長を防げるような所定の範囲から選んで設定する段階を追加する請求項８から１１のいずれか一つの方法。
【請求項１３】
回転軸の回転速度を１分間当り４００から１０００回転までの範囲から選んで設定することを含む請求項８から１２のいずれか一つの方法。
【請求項１４】
次の諸手段から構成される、冷凍による液体の連続体積結晶化装置：
所定の化学的かつ物理的組成の液体を冷却するために、液体を供給システムから冷凍手段へと送り込む圧入手段；
所定の化学的かつ物理的性質の気体を生成させるための調製手段；
冷却された液体と所定の化学的かつ物理的性質の気体とを相互に混合させる圧縮手段；
微細気泡状態となった気体と混合した冷却液体（ＬＭＧＢ）を少なくとも一基の二重管式蒸発器に送り込み、蒸発器の中でこれを回転軸に沿い旋回流させる搬送手段 、なお、ＬＭＧＢは蒸発器の空隙で泡沸騰をする冷媒と間接に熱対流−熱伝導的接触をするものとする；
微細気泡を伴う成長結晶（ＧＣＦＧＢ）と濃縮液を、少なくとも一基の蒸発器から貯槽または後続用途へと抜き出す搬送手段；
結晶化中心としての微細気泡の上に自然な体積結晶成長をおこなわせ、かつ、蒸発器の内管の内側表面上への結晶成長を防ぐため、冷媒を相変化させる閉鎖循環冷凍回路、なお、当該回路は、圧縮機、水冷凝縮器、冷媒蒸発器、冷水塔、低圧受槽、冷凍機用付属機器を含み、このうち低圧受槽はレンズ型形状を有するものとする。
【請求項１５】
蒸発器が複数基ある場合、これらの蒸発器は、冷媒側ではただ一基の低圧受槽と並列につないで設置し、液体側では互いに直列につないで設置する請求項１４の装置。
【請求項１６】
気泡と混在した冷却液体と接触する蒸発器の内側表面の粗面度は１．０ミクロン以下とする請求項１４または１５の装置。
【請求項１７】
少なくとも一基ある蒸発器の内管と外管との伝熱面の間隔は、冷媒に泡沸騰をおこなわせるために、５．０ミリメートルから２０ミリメートルまでの範囲とする請求項１４から１６のいずれか一つの装置。
【請求項１８】
冷媒の蒸気と液とを分離し、泡状の冷媒を液状に変えるために、少なくとも一基ある蒸発器の上部には、４００ミリメートル以上にはならないような距離をとるようにする請求項１４から１７のいずれか一つの装置。
【請求項１９】
スプリング押えなしのプラスチック拭取機付き回転軸の１分間当りの回転数を、４００から１０００までの間とする請求項１４から１８のいずれか一つの装置。
【請求項２０】
冷凍二重管式蒸発器の内管の直径方向に対する二等辺翼型の自由に前後するプラスチック拭取機の内刃の取付角度を、１５°から４０°までの間とする請求項１４から１９のいずれか一つの装置。
【請求項２１】
冷凍二重管式蒸発器の内管の軸に沿って配置された二等辺翼型の自由に前後するプラスチック拭取機の個数は、［蒸発器の長さ（ミリメートル）／２００ミリメートル］ ＋１ の計算値よりは少なくないとする請求項１４から２０のいずれか一つの装置。
【請求項２２】
二等辺翼型の自由に前後するプラスチック拭取機を取りつけた内空回転軸の外面と冷凍二重管式蒸発器の内管の内側冷却面との間隔は、（蒸発器の長さ（ミリメートル）／回転軸外径（ミリメートル））×２（ミリメートル）の計算値よりも大きいものとする請求項１４から２１のいずれか一つの装置。
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）
本発明は、凍結により液体の連続結晶化をおこなう方法及び装置に関する。
【０００１】
（発明の背景）
飽和溶液から結晶などの固相物質を分離することは晶析と呼ばれている。結晶の化学組成は母液のそれとは異なる。結晶におけるこの性質は、大規模分離、精密精製、および懸濁プロセスに利用される。産業における応用では、晶析は蒸留に次ぎ最も普通に用いられている技術的方法である。これには、液体からのひとつの溶解成分だけの分離、溶媒晶析法（冷凍濃縮法）による全溶解物質の同時濃縮、必要な粘性を持つ食品（例えばアイスクリーム）の製造が含まれる。過飽和溶液は濃縮を進めていくか、あるいは冷却することによって作ることができる。液体を濃縮させる商業的方法には、熱的プロセス、蒸気圧縮法、膜（逆浸透法）、これらの方法を組み合わせたものがあり、いくつかが広範に用いられている。
【０００２】
膜技術のおもな欠点は液体が膜を通過するのに要するエネルギー消費量が大きいこと、および膜が高価なことである。蒸気圧縮装置と熱的プロセスプラントは、これらの熱伝達過程の効率が非常に低く、蒸発に要するエネルギー消費量（５９７ｋｃａｌ／ｋｇ＝２５００ｋＪ／ｋｇ）が大きいので厄介である。冷却により溶液の過飽和をもたらす装置は冷却晶析装置と呼ばれている。これには、たぶん、間歇式と連続式とに大別する型式分類と、直接式と間接式とに大別する型式分類があるようである。連続式かつ間接式に分類される冷却晶析装置では表面掻取式晶析装置（ＳＳＣ）がよく知られている。ＳＳＣは、冷却面に生成する結晶を切り取るナイフが取りつけられた冷却円筒（蒸発器）から構成される装置である。この円筒がもし回転するなら、ナイフ（破砕機）のほうが固定される。
【０００３】
逆にこの蒸発器が動かないならば、回転する掻取機か、あるいはナイフを取りつけた回転軸が備えられる。冷却面とナイフの刃先あるいは掻取機との間には間隙があるので、取扱物質の結晶層が常に熱伝達面を覆っている。これが円筒を通っていく熱の流れを大きく減少させ、装置の能力低下の原因となる。その一方で、ナイフと結晶氷の層との間に生ずる粘着力が軸を回転させる動力機のエネルギー消費量を増大させ、それに伴い液体が円筒断面を通っていくのを詰まらせることとなる。これらの技術に要するエネルギー消費量はおよそ（１００ｋｃａｌ／ｋｇ＝４１９ｋＪ／ｋｇ）程度である。
【０００４】
米国特許Ｎｏ． ５，５７５，１６０に示されるように、固体を溶解した溶液から水を除去する凍結晶析装置は、液体が装置を通過していくにつれ、冷却面との直接接触により冷却されていくようになっている（氷の結晶核は冷却管全域で管の内側表面から離脱していく）。この晶析装置は、最初の供給原料を氷と濃縮物とのスラリーに変え、氷のスラリーを生成・圧送・排出するＳＳＣを内蔵し、かつ二次冷却システムを用いている。濃縮液と氷の結晶の混合物はＳＳＣを出た後に分離され、氷の結晶は氷分離機から連続的に排出されるようになっている。しかしながら、上記特許に基づく方法は冷却管の内部全体に詰まりが生じるため、非常に非効率である。液体の流れが軸から周りの冷却面に向って強制的に流れるように掻取機が軸を回転するようになっている。その一方で、氷の結晶は氷と液体との実質的な密度差のため外殻中心に向って移動していくのである。氷の新しく生成した部分は回転軸を圧迫し続け、包み込み続けるようになる。この現象は晶析装置の断面を減少させる原因となり、運転モードの停止にもつながる。
【０００５】
汚染度の高い供給原料の場合、凍結効果及び氷の結晶と母液との分離能力は劇的に低下する。なぜなら、生成した氷の結晶は相対的に小さく、それゆえに遠心力の作用が低いからである。上述の方法における更なる重大欠陥は、一般に知られた晶析装置では、冷媒（塩水）から供給流体への熱伝導係数の値（４００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）以上にはならない）が低いため、非常に非効率であるという事実である。これこそが、他の供給技術（すなわち、非ポンプ式冷媒過供給システム）と比較し、この方法が（５０−１００％もの）大きな伝熱面積を必要とし、供給流体の流れの安定性と冷媒側の圧縮機の保全に常に気を配る必要が生ずる理由である。加えて、晶析装置の外殻の内側表面上に氷が形成することにより大きなエネルギー消費量が生ずる。それは新たに凍結した氷層がすべて次にできる氷層への熱抵抗として加わっていくためである。これは冷媒の蒸発温度を下げる必要性を生じさせる。例えば、取扱液体の結晶化温度が零下３℃で、その５０％が氷となっている部分結晶化したスラリーでは、最終的に零下６℃ ｛［１−（−３℃／−６℃）］×１００％＝５０％｝の最高温度が必要となる。ステンレス鋼製の晶析装置外殻とステンレス鋼製の塩水冷却器本体の場合、取扱流体と沸騰冷媒の間の最小温度差はおよそ（１５−２０）℃となるであろう。晶析装置の冷却面での氷層の成長により、冷媒の蒸発温度をおよそ１０℃引き下げなければならないことになる。同時に、冷媒の蒸発温度を１℃下げることは、冷凍能力が４％減少することに相当する。このことは、蒸発温度が１０℃下がれば圧縮機の冷却能力は４０％もの減少をもたらすことを意味しており、それに相応して圧縮機によるエネルギー消費量にも、２０−３０％の増大がもたらされることを意味している。
【０００６】
（発明の開示）
本発明は、先行技術の欠点と不都合を克服し、冷凍による液体の連続晶析方法と装置を提供するものである。この発明の方法と装置は、液体中に泡状スラリー混合物を生成させることを可能とし、エネルギー消費を減少させ、濃縮液から結晶を高効率で分離できるようにし、圧入手段を追加せずに泡状スラリーを搬送できるように工夫され、環境にも優しく、経済的にも魅力がある。
【０００７】
本発明の一つの側面に従うと、液体の連続三次元結晶化を提供するシステムである。このシステムは、液体を供給する液体供給回路、この液体とあらかじめ選定された気体とを供給して液体と気体との混合物を生成させる混合器、液体と気体の混合物を供給して混合物から三次元結晶化をおこない、氷の結晶をつくる晶析装置から構成される。液体供給回路は、液体を混合器に供給するのに先立ち、この液体を予冷する冷却装置を含むこともある。
【０００８】
本発明の好ましい具体例では、晶析装置は少なくとも一基の蒸発器から構成されるものとする。この蒸発器の内側表面上に結晶が成長するのを防ぐために、蒸発器は、液体と気体との混合物を回転させる回転装置を含んでいる。この蒸発器は外管と、内側表面が研磨され、液体と気体との混合物を通すために外管の内側に配置された内管とからなる。外管と内管の間に沸騰している冷媒を供給してもよい。
【０００９】
内管の内側研磨面に結晶が成長するのを防ぐため、内管を通る混合物を回転させる回転装置を内管内に配設してもよい。回転装置は回転軸とこの回転軸に取りつけられた複数のプラスチック製ワイパーから構成される。
【００１０】
本発明の方法によれば、気体と混じり合った液体の混合物をつくるために、液体をあらかじめ選んだ気体と混合する。気体と混じり合った液体の混合物を三次元結晶化させて氷の結晶を生成させるために、混合物を少なくとも一基の蒸発器に通過させる。蒸発器の内側表面に結晶が成長するのを防ぐために、蒸発器を通るこの混合物に回転を与えてもよい。
【００１１】
本発明の更なる側面によれば、凍結による液体の連続式体積結晶化法は次の各ステップから構成される：所定の化学的かつ物理的組成の液体を冷却すること；
所定の化学的かつ物理的性質の気体を供給すること；冷却した液体と所定の化学的かつ物理的性質を持つ気体とを相互に混合すること；微細な気泡状態となった気体と混じり合った上述の冷却液体を、少なくとも一基の蒸発器に通過させること；気泡と混じり合ったこの冷却液体を、少なくとも一基の二重管式蒸発器の軸方向に沿う旋回流にさせること；蒸発器の内管の内側研磨面近傍にある気泡と混じり合った液体（ＬＭＧＢ）の層を冷却すること、なお、内管の外側壁面は沸騰冷媒と直接に熱的接触をしている；蒸発器の内管の内側研磨面上に結晶核が成長するのを防ぐこと；蒸発器の内管の内側研磨面からＬＭＧＢの冷却層を取り除き、この冷却層が蒸発器の内部全体に実質上均一にいきわたるようにすること；
結晶化の中心および移動または作動媒体として働く微細気泡上で自然な体積結晶成長がおこなわれるように、冷却ＬＭＧＢで満たされた蒸発器内部全体を結晶化温度以下に予冷すること；蒸発器内部全体を占めている微細気泡を伴う成長結晶（ＧＣＦＧＢ）と濃縮液とを回収すること；冷媒を泡沸騰状態で蒸発器の外管と内管の間の空隙に送り込むこと、なお、内管の内側壁面は冷却ＬＭＧＢと直接に熱対流的接触をしている； 蒸発器から冷媒の泡を取り出すこと；冷媒蒸気を過熱状態にまで加熱して冷媒の泡を消し、未沸騰の液状冷媒を空隙に戻すこと；冷媒蒸気を凝縮させる前段階として圧縮すること；冷媒を調節して蒸発器の空隙に送り込むに先立ち、液状冷媒の予冷前にこの液状冷媒を貯蔵すること；ＧＣＦＧＢと濃縮液を滞留又は分離するため、ＧＣＦＧＢと濃縮液の混合物を泡状スラリーの状態のまま搬送すること。
【００１２】
本発明は更に、次の各ステップから構成される、凍結による液体の連続体積結晶法を提供する： 所定の化学的かつ物理的組成の液体を、貯槽の中に組み込まれた予冷熱交換器を通して搬送すること；この液体を予冷熱交換器の内側表面との熱対流的接触により冷却すること、なお、予冷熱交換器の外壁表面は貯槽中の溶融結晶と直接に熱伝導−熱対流的な接触状態にある；冷却液体を予冷熱交換器から送り出すこと；所定の化学的かつ物理的性質の気体を供給すること；冷却液体と所定の化学的かつ物理的性質の気体とを相互に混合させること；微細気泡状態となった気体と混じり合ったこの冷却液体（ＬＭＧＢ）を、少なくとも一基の蒸発器に通過させること；冷却ＬＭＧＢを、少なくとも一基の二重管式蒸発器に通してその軸方向に沿い旋回流にさせること；蒸発器の内管の内側研磨面近傍の気泡と混じり合った液体を冷却すること、なお、内管の外側壁表面は沸騰している冷媒と直接に熱対流的接触をしている；蒸発器内管の内側研磨面上の結晶核の成長を防ぐこと；蒸発器内管の内側研磨面からＬＭＧＢの冷却層を取り除き、蒸発器の内部全体にこの冷却層が実質上均一にいきわたるようにすること；結晶化中心および移動または作動の媒体として働く微細気泡上で自然な体積結晶成長がおこなわれるように、気泡と混じり合った冷却液体で満たされた蒸発器の内部全体を結晶化温度以下に予冷すること；少なくとも一基の蒸発器の内部全体を占めているＧＣＦＧＢと濃縮液を回収すること；冷媒を泡沸騰状態で蒸発器の外管と内管の間の空隙に送り込むこと、なお、内管の内側壁面はＬＭＧＢの冷却混合物と直接に熱対流的接触をしている；少なくとも一基の蒸発器から冷媒の泡を取り出すこと；冷媒蒸気を過熱状態にまで加熱して冷媒の泡を消し、未沸騰の冷媒を空隙の出口部分に戻すこと；冷媒蒸気を凝縮させる前段階として圧縮すること；冷媒を調節して蒸発器の空隙に送り込むに先立ち、液状冷媒の予冷前に液状冷媒を貯蔵すること；ＧＣＦＧＢと濃縮液の混合物を泡状スラリーの状態のまま、いったん滞留させる貯槽に搬送すること；ＧＣＦＧＢと濃縮液とを分離すること；濃縮液をいったん滞留させた貯槽から貯蔵あるいは後続用途のために抜き出すこと；分離したＧＣＦＧＢを融解すること；融解したＧＣＦＧＢから生成してくる水を、融解水分配手段、貯槽、調製手段、補助熱交換器からなる閉鎖回路を循環させること；融解したＧＣＦＧＢから生成してくる循環水を、補助熱交換器に通してその伝熱面と熱対流的接触をさせることにより加熱すること、なお、補助熱交換器の外壁表面は凝縮器冷却水と熱対流的接触をしている；凝縮器冷却水を、冷水塔、凝縮器、調製手段、補助熱交換器からなる閉鎖回路を循環させること；凝縮器冷却水を、外側表面が凝縮液冷媒と熱対流的接触をしている凝縮器の伝熱手段を通して加熱すること；凝縮器冷却水を、補助熱交換器における融解したＧＣＦＧＢから生成する循環水との熱対流−熱伝導的熱移動と冷水塔における大気との熱移動により冷却すること。
【００１３】
本発明は更に、次の各ステップから構成される凍結による液体の連続体積結晶化法を提供する：所定の化学的かつ物理的組成の液体を、貯槽に組み込んだ予冷熱交換器を通して圧入すること；この液体を予冷熱交換器の内側表面と熱対流的接触させて冷却すること、なお、予冷熱交換器の外壁表面は貯槽中の溶融結晶と直接熱伝導−熱対流的接触をしている；冷却された液体を予冷熱交換器から熱交換器−低圧受器（ＨＥ−ＬＰＲ）へと送り込むこと；冷却された液体をＨＥ−ＬＰＲの内側表面と熱対流的接触をすることにより追加的な冷却をすること、なお、ＨＥ−ＬＰＲの外壁表面は圧縮機に吸引される過熱冷媒蒸気と直接に熱対流的接触をしている；冷却液体をこの熱交換器から送り出すこと；所定の化学的かつ物理的性質の気体を調製すること；冷却液体と所定の化学的かつ物理的性質の気体とを相互に混合させること；微細気泡状態となった気体と混じり合った冷却液体（ＬＭＧＢ）を、少なくとも一基ある蒸発器に通過させること；気泡と混じり合った冷却液体ＬＭＧＢを少なくとも一基の二重管式蒸発器に通し、その軸方向に沿って旋回流させること；蒸発器の内管の内側研磨面近傍のＬＭＧＢの層を冷却すること、なお、内管の外壁表面は沸騰冷媒と直接熱対流的接触をしている；蒸発器の内管の内側研磨面上への結晶核の成長を防ぐこと；蒸発器の内部全体にＧＣＦＧＢの冷却層が実質上均質にいきわたるように、蒸発器の内管の内側研磨面からこの冷却層を取り除くこと；結晶化中心および移動または作動の媒体としてはたらく微細気泡の上で、自然な体積結晶成長がおこなわれるように、冷却ＬＭＧＢで満たされた蒸発器の内部全体を結晶化温度以下に予冷すること；少なくとも一基の蒸発器の内部全体を占めている微細気泡を伴う成長結晶と濃縮液を回収すること；冷媒を泡沸騰状態で蒸発器の外管と内管の間の空隙に送り込むこと、なお、内管内壁は微細気泡と液体の冷却された混合物と直接に熱対流的接触をしている；少なくとも一基の蒸発器から、この蒸発器の上部に取りつけられた低圧受器に冷媒の泡を取り出すこと；冷媒蒸気を冷媒熱交換器（ＲＨＥ）の外側表面と直接に熱対流的接触をさせることにより、過熱状態にまで加熱して冷媒の泡を消すこと、なお、このＲＨＥはＬＰＲの内部に取りつけられており、その内側表面は冷媒受槽から送られてくる高温の液状冷媒と直接に熱対流的接触をしており、高温の液状冷媒はＲＨＥを経て調整のための膨張弁に送られる；加熱された冷媒蒸気を、蒸発器に圧入される高温液とＨＥ−ＬＰＲの伝熱壁を通して間接に熱対流−熱伝導的接触をすることにより過熱状態にまで加熱すること；未沸騰の液状冷媒を空隙の出口部分に戻すこと；冷媒蒸気を凝縮させるために圧縮すること；冷媒を調節して蒸発器の空隙に送り込むに先立ち、液状冷媒の予冷前に液状冷媒を貯蔵すること；ＧＣＦＧＢと濃縮液の混合物を泡スラリーの状態のまま、いったん滞留させる貯槽に搬送すること；ＧＣＦＧＢと濃縮液とを分離すること；濃縮液をいったん滞留させた貯槽から貯蔵あるいは後続用途のために抜き出すこと；分離したＧＣＦＧＢを融解すること；融解したＧＣＦＧＢから生成してくる水を、融解水分配手段、貯槽、調製手段、補助熱交換器からなる閉鎖回路の中を循環させること；融解したＧＣＦＧＢから生成してくる循環水を、補助熱交換器に通してその伝熱面と熱対流的接触をさせることにより加熱すること、なお、補助熱交換器の外壁表面は凝縮器冷却水と熱対流的接触をしている；分離した結晶が融解した結果生成した純水を、いったん滞留させた貯層から貯蔵あるいは後続用途のために抜き出すこと；凝縮器冷却水を、冷水塔、凝縮器、調製手段、補助熱交換器からなる閉鎖回路の中を循環させること；凝縮器冷却水を外側表面が凝縮しつつある冷媒と熱対流的接触をしている凝縮器の伝熱手段を通じて加熱すること；凝縮器冷却水を、補助熱交換器における融解したＧＣＦＧＢから生成する循環水との熱対流−熱伝導的熱移動と冷水塔における大気との熱移動により冷却すること。
【００１４】
加えて、本発明は、次の構成からなる冷凍による液体の連続体積結晶化装置を提供する：所定の化学的かつ物理的組成の液体を供給システムから冷凍手段に送り込むための圧入手段；所定の化学的かつ物理的性質の気体を生成するための調製手段；冷却された液体と所定の化学的かつ物理的性質の気体とを相互に混合する圧縮手段；微細気泡状態となった気体と混じり合った冷却液体（ＬＭＧＢ）を、少なくとも一基の二重管式蒸発器に送り込み、蒸発器の軸方向に沿って旋回運動をさせる移送手段、なお、ＬＭＧＢは蒸発器の空隙で泡沸騰する冷媒と間接に熱対流熱−伝導的接触をしている；微細気泡を伴う成長結晶（ＧＣＦＧＢ）と濃縮液を、少なくとも一基ある蒸発器から貯蔵あるいは後続用途へと回収するための搬送手段；蒸発器内部で結晶化中心としての微細気泡の上に自然な体積結晶化がなされ、蒸発器の内管の内側冷却面上への結晶成長を防げるような、圧縮機、水冷式凝縮器、冷媒蒸発器、冷水塔、低圧受器、補助冷凍機付属品を含む冷媒の相変化の冷凍閉鎖回路。
【００１５】
本発明はまた更に次の構成を含む冷凍による液体の連続体積結晶化装置を提供する：所定の化学的かつ物理的組成の液体を供給システムから貯槽に取りつけられた予冷熱交換器に送り込む圧入手段、なお、この予冷熱交換器では液体は貯槽中の融解結晶と間接熱対流−熱伝導的接触をすることにより冷却される；冷却された液体を予冷熱交換機から送り込む供給手段；所定の化学的かつ物理的性質の気体を生成させる調製手段；冷却された液体と所定の化学的かつ物理的性質の気体とを相互に混合させる圧縮手段；微細気泡状態となった気体と混じり合った冷却液体（ＬＭＧＢ）を、少なくとも一基の二重管式蒸発器に送り込み、蒸発器の空隙で泡沸騰する冷媒と間接に熱対流熱−伝導的接触をさせ、蒸発器の軸方向に沿って旋回運動をさせる移送手段；微細気泡を伴う成長結晶（ＧＣＦＧＢ）と濃厚液の混合物を泡スラリー（ＢＳ）の状態のまま、少なくとも一基の蒸発器からいったん滞留させる貯槽へと回収する搬送手段、なお、いったん滞留させる貯槽ではＧＣＦＧＢと濃厚液との間の重力および浮力による自然分離がおこなわれる；貯蔵といったん滞留させる貯槽での詰込と抜出を調節するための界面検出手段；濃縮液を貯蔵あるいは後続用途のためにいったん滞留させた貯槽から抜き出すための圧送手段；予冷熱交換器が組み込まれた（いったん滞留させる）貯槽、融解水移送手段、補助熱交換器、融解水噴霧手段を含む分離されたＧＣＦＧＢを融解するための加熱回路、なお、予冷熱交換器では融解結晶が圧入された温かい液体と間接に熱対流−熱伝導的接触をし、補助熱交換機では融解水が熱凝縮器の冷却水と間接に熱対流−熱伝導的接触をし、融解水噴霧手段は分離結晶の融解を加速させるために（いったん滞留させる）貯槽に取りつけられる；純粋な融解水を貯蔵あるいは後続用途のためにいったん滞留させた貯槽から抜き出すための圧送手段；蒸発器内部で結晶化中心としての微細気泡の上に自然な体積結晶化がなされ、蒸発器の内管の内側冷却面上への結晶成長を防げるような、圧縮機、水冷式凝縮器、少なくとも一基の蒸発器の冷媒沸騰空隙、冷水塔、低圧受器、補助の冷凍機付属品を含む冷媒の相変化の冷凍閉鎖回路。
【００１６】
本発明はまた更に、次の手段から構成される冷凍による液体の連続体積結晶化装置を提供する：所定の化学的かつ物理的組成の液体を供給システムから貯槽に取りつけられた予冷熱交換器に送り込む圧入手段、なお、この予冷熱交換機では液体は貯槽中の融解結晶と間接熱対流−熱伝導的接触をすることにより冷却される；冷却された液体を予冷熱交換器から熱交換器−低圧受器（ＨＥ−ＬＰＲ）に送り込む供給手段、なお、熱交換器−低圧受器は蒸発器の上部に置かれ、蒸発器出口部分とつながっており、この中で液体は圧縮機に吸引される過熱冷媒蒸気と間接に熱対流−熱伝導的接触をすることによりさらに冷却される；冷却された液体をＨＥ−ＬＰＲから送り込む供給手段；所定の化学的かつ物理的性質の気体を生成させる調製手段；冷却された液体と所定の化学的かつ物理的性質の気体とを相互に混合させる圧縮手段；微細気泡状態となった気体と混在した冷却液体（ＬＭＧＢ）を、少なくとも一基の二重管式蒸発器に送り込み、蒸発器の空隙で泡沸騰する冷媒と間接熱対流−熱伝導的接触をさせ、蒸発器の軸方向に沿って旋回流させる移送手段；微細気泡を伴う成長結晶（ＧＣＦＧＢ）と濃厚液の混合物を泡スラリー（ＢＳ）の状態のまま、少なくとも一基の蒸発器からいったん滞留させる貯槽へと回収する搬送手段、なお、いったん滞留させる貯槽ではＧＣＦＧＢと濃厚液との間の重力および浮力による自然分離がおこなわれる；いったん滞留させる貯槽での詰込と抜出の制御ための界面検出手段；濃縮液を貯蔵あるいは後続用途のためにいったん滞留させる槽から抜き出すための圧送手段；予冷熱交換器が組み込まれた（いったん滞留させる）貯槽、融解水移送手段、補助熱交換機、融解水噴霧手段を含む分離されたＧＣＦＧＢを融解するための加熱回路、なお、予冷熱交換機では融解結晶が圧入された温かい液体と間接に熱対流−熱伝導的接触をし、補助熱交換機では融解水が凝縮器冷却水と間接に熱対流−熱伝導的接触をし、融解水噴霧手段は分離ＧＣＦＧＢの融解を加速させるために（いったん滞留させる）貯槽に取りつけられる；純粋な融解水を貯蔵あるいは後続用途のために（いったん滞留させる）貯槽から抜き出すための圧送手段；蒸発器内部で結晶化中心としての微細気泡の上に自然な体積結晶化がおこなわれ、蒸発器の内管の内側冷却面上への結晶成長を防げるような、圧縮機、水冷式凝縮器、少なくとも一基ある蒸発器の冷媒沸騰空隙、冷水塔、熱交換器−低圧受器、補助冷凍機付属品を含む冷媒の相変化の冷凍閉鎖回路。
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明を理解し、これが実際にどのようにおこなわれるかを示すため、好ましいと考えられる具体例について、添付図面を参照しながら詳述する。しかしながら、この具体例は決して本発明を限定するものではなく、単なる一例であるに過ぎない。また、各図では同じ部分に対して同じ番号を付しておく；
図１は、本発明に基づく第一具体例である２本の水平二重管式蒸発器を備えた装置における冷媒と液体の流れを示す図であり；
図２は、本発明に基づく第二具体例における一般的な配置と流れを示す図であり；
図３は、本発明に基づく第二具体例である１本の垂直二重管式蒸発器を備えた表面拭取式晶析装置（ＷＳＣ）における冷媒と液体の流れを示す図であり；
図４は、本発明に基づく装置の蒸発器の断面図であり；そして、
図５は、本発明に基づく蒸発器の更に異なる具体例を図示したものである。
【００１８】
本発明に基づく方法と装置には、下に述べたようないくつかの異なる作動流体が用いられるが、これから述べることへの理解を促すため、これらの作動流体には次に示すような名称を与え、これらの名称はこれらの流体が流れるそれぞれの導管に対しても適用させるものとする。
【００１９】
液体　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ｌ
気体　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ｇ
液体＋気体　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＬＧ
冷媒、冷媒液　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＲＬ
冷媒、冷媒蒸気　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＲＶ
冷媒、泡状冷媒　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＲＦ
結晶＋気泡　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ｃ
濃縮液　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＬＣ
結晶＋気泡＋濃縮液体＝泡スラリー　　　　　　 　　ＢＳ
水、凝縮水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ｗ
水、溶解水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＷＭ
油　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ｏ
ここで使う”液体”という用語は、溶媒は水とし、溶質は所期目的に適う何らかの物質とする混和物（メデューム）を指すことに留意しなければならない。本発明に基づく方法においては、溶質は一般のジュースであることが多いであろう。他の可能性としては、アイスクリーム混合物、ビール、ワイン、海水、廃水のたぐいか、あるいはグリコールか食塩を基剤とした溶液が使われるであろう。
【００２０】
図１の図面に参照されるように、液状冷媒ＲＬは受槽１から、低圧受器（ＬＰＲ）３と一体となった冷媒熱交換器２、濾過乾燥器４、ソレノイド弁５、覗きガラス６、熱膨張弁７を経て蒸発器８に供給される。ＬＰＲ３は蒸発器８の上部位置に据付けられる。冷媒蒸気ＲＶは、圧力調整弁９を経て圧縮機１０に吸引される。冷媒蒸気ＲＶは油分離器１１を通過したのち、凝縮器１２において凝縮されて液体状態ＲＬに戻る。液体Ｌはポンプ２０により圧送され、粗濾過器１９と蜜濾過器２１とを通る。液体Ｌをその結晶化温度に近い温度に維持するため、蒸発器８に導入するに先立ち、独立冷却装置４９により液体Ｌを冷却する。液体Ｌの流れは流量スイッチ５０により制御される。液体の流れが停止したとき、圧縮機はスイッチを遮断するようにしておくべきであろう。液体Ｌの最終温度は温度検出器５１により監視される。熱膨張弁７は、ＬＰＲを通過したあとの過熱冷媒蒸気ＲＶの温度と、熱膨張弁７の手前の液状冷媒ＲＬの温度の間を一定温度差に維持する。また、図１には、濾過乾燥器４と覗きガラス６の間に設けられた第一ソレノイド弁５、蒸発器８入口と圧縮機１０入口の間に設けられた第二ソレノイド弁１３、蒸発器８入口と油分離器１１出口の間に設けられた第三ソレノイド弁１４、油分離器１１出口と圧力調整弁９入口の間に設けられた第四ソレノイド弁１５が示されている。
【００２１】
本発明に基づく装置は、図１に体系的に図示したように、物質的には分離しているが熱的に結びついている２つの回路、すなわち冷媒回路と液体回路から構成される。冷媒回路には、凝縮器１２で凝縮した液状冷媒ＲＬを受ける受槽１、冷媒熱交換器２、低圧受器３、濾過乾燥器４、ソレノイド弁５、覗きガラス６、熱膨張弁７、蒸発器８の冷媒沸騰空隙およびソレノイド弁５、１３、１４、１５が含まれる。ＬＰＲの内部では、冷媒熱交換器２の外側伝熱面が高温度のため、蒸発器８の冷媒空隙からＬＰＲ３に送り込まれてくる泡状冷媒ＲＦから泡が消え、冷媒蒸気ＲＶと冷媒液体ＲＬが生成する。温かい液状冷媒は、それにくらべて低い温度の冷媒蒸気ＲＶ により冷却されてから、少なくとも１基の蒸発器８にやってくる。熱膨張弁７の上流側で液状冷媒を予冷することは有効である。それは流量調節による損失を軽減し、冷媒液Ｌの比冷却容量を高めるからである。泡状冷媒ＲＦの泡を消すと生成してくる液状冷媒ＲＬは、すべての蒸発器の冷媒空隙に戻される。泡状冷媒ＲＦの泡を消すと生成してくる冷媒蒸気ＲＶは、液状冷媒ＲＬから熱を吸収する。その結果、冷媒蒸気ＲＶは過熱された状態となる。圧縮機１０により冷媒蒸気ＲＶは圧縮され、油分離器１１を経て凝縮器１２に送り込まれる。蒸発器の冷媒空隙の代りにＬＰＲの中でＲＶを過熱することは有効である。それは冷媒側（２から１８ユニットまで）においてＬＰＲと並列接続している複数の蒸発器の総合冷却効果を高めるので、各々の蒸発器８の有効冷却伝熱面積を増大させることになる。
【００２２】
ＬＰＲを設けた冷媒回路では、ポンプを使わず、冷媒を重力で上から流し込むやり方で蒸発器に送入できる。泡状冷媒ＲＦは飽和状態で蒸発器８を離れたのち、ＬＰＲ３に取りつけられた冷媒熱交換器２の高温の表面と接触することによって泡が消え、蒸発して乾燥状態となる。冷媒液は連続的にＬＰＲの低圧側に現われ、この冷媒液は蒸発器８からＬＰＲに入ってくるだけであるから、蒸発器８は冷媒が泡沸騰して溢れるような状態で操作されるということになる。定常状態のもとでは、冷媒液ＲＬの蒸発器８への重量流量は圧縮機１０を通る重量流量と同じである。蒸発器８の中では蒸発しても乾燥状態にはならない。
【００２３】
すべての伝熱面に沿い冷媒側の膜伝熱係数を最高値に維持しておくため、冷媒は蒸発器８の２本の管の間で沸騰させる。こうすると、重力と浮力の影響下で上向きの定まった運動を始める冷媒蒸気の気泡が生じる。上昇する気泡は液状冷媒を上方に押し上げるピストンの役割を果たす。蒸発器の出口に近づくと、一部分の液状冷媒を伴った気泡（泡状冷媒ＲＦ）は蒸発器から出てＬＰＲへと登っていく。冷媒の泡は冷媒熱交換器２の高温の外表面と接触して消え、同伴した冷媒液ＲＬは少なくとも１基の蒸発器８の２本の管の間にある空間の中に流れ落ちる。普通用いる冷媒（アンモニア、フレオン２２、フレオン１３４ａ、フレオン５０２、フレオン４０４ａ）に対しては、２つの壁の間の間隙が５ミリメートル以下であるとき冷媒液が２本の管の間に不十分な量しか入らなければ、蒸発した冷媒を含んだ大きな空間が拡大していき、この空間が泡状冷媒と管との間の伝熱の値を低下させる。これはまた、冷媒とＬＭＧＢとの間の伝熱係数の低下をもたらす。もしこの間隔が２０ミリメートルを超えると、大量の冷媒が冷媒システムを循環することとなり、かなりの量の冷媒が伝熱壁を通して溶液側からやってくる熱負荷を吸収する時間が保てなくなる。これは圧縮機に対し負荷の増大をもたらすので望ましいことではなく、これに伴って生成結晶トン当りエネルギーの比消費量の増大をもたらす。冷媒沸騰を泡状態でおこなわせてＬＰＲシステムにおける冷媒循環量を減少させることは極めて大きな長所である。乾式膨張方式、冷媒ポンプ循環方式、よく知られている従来型の全溢流式蒸発器システムにくらべ、冷媒供給量を可能な限り最小にすることができる。冷媒沸騰を泡状態でおこなうＬＰＲシステムの冷媒の比消費量は１．２−１．４ｋｇ／ＴＲ（冷凍トン）にとどまる。これに比較して、液体冷凍プロセスを実現して世間にも知られているシステムの冷媒比消費量は３−１０ｋｇ／ＴＲ程度である。
【００２４】
蒸発器８の中で冷媒沸騰を効果的な泡状態に保つには、ＬＰＲを蒸発器８の上の所定の低い位置に置いておく必要がある。これにより、液状冷媒の静力学柱高により、冷媒沸騰が途絶えるのを防がなければならない。この高さは４００ミリメートル以下である。この場合には、蒸発器入口とＬＰＲとの間の総括水力抵抗は３．５−１０．０ｋＰａであろう。これは高さ２メートル　０．３−０．７℃の蒸発器に沿った蒸発温度の降下に相当する。上述の条件に対して、冷媒の泡沸騰を実現させることができる。
【００２５】
蒸発器８から油を戻すことは極めて重要である。これは冷媒と油で濡れた表面の間の膜伝熱係数が極めて低いという事実で説明される。近年の油分離器では、キャリーオーバー率１０ ｐｐｍ以下という高い効率が達成されている。油分離器１１がいかなる効率であろうとも、いくらかの油は常に凝縮器１２、受槽１、冷凍機付属品を通して蒸発器８までやってくる。蒸発器中の油の一部は、圧縮機によって冷媒蒸気とともに吸引され、圧力調整弁９および油分離機１１を経て圧縮機１０のクランクケースに戻される。蒸発器８から油を完全に取り除くためには次の操作手順がある。ソレノイド弁５を閉め、蒸発器８への冷媒液の供給を停止させる。次の２分間、ソレノイド弁１４を開く。蒸発器８の冷媒沸騰空隙を熱い圧縮ガスで加熱する。このガスは、蒸発器８、ＬＰＲ３、圧力調整弁９を通り、圧縮機１０に戻される。それから、ソレノイド弁１４を閉じ、ソレノイド弁１３と１５を開く。加熱された油は、３０秒間、高圧に圧縮された冷媒蒸気ＲＶにより蒸発器から外へと吹き飛ばされる。油は、ソレノイド弁１５、ＬＰＲ ３、蒸発器８の冷媒沸騰空隙、ソレノイド弁１３を経て、圧縮機１０のクランクケースに戻される。
【００２６】
冷媒の泡を完全に消し去り、ＬＰＲ３の容積を減らし、未沸騰の液状冷媒ＲＬがＬＰＲの底の最も低い場所に溜り、ＬＰＲ３に並列に接続している蒸発器８の冷媒沸騰空隙の出口に均一に戻ってくるのを確実にするため、ＬＰＲはレンズ型の形状のものが用いられる。ＬＰＲ３にやってくる泡状冷媒はすべて二重スパイラル式冷媒熱交換器２と接触して泡は消されるであろう。従来の高価な分配器のようなものはまったく必要としない。
【００２７】
液体回路には、ポンプ２０、粗濾過器１９、密濾過器２１、独立冷凍装置４９、冷却された液体Ｌと気体圧縮機２２と気体濾過器２３によって調製された気体Ｇを混合するための混合器２４、流量スイッチ５０、蒸発器８の空隙、回転軸とワッシャー（ｗａｓｈｅｒｓ）１６、１７に結合した電動機１８、泡スラリー温度検出器５１が含まれる。
【００２８】
冷却ＬＭＧＢ層の二次的冷却とこの冷却ＬＭＧＢ層中での結晶核成長の二次的防止をしつつ、蒸発器の内管の内側冷却面とこの冷却面近傍のＬＭＧＢ層の間の膜伝熱係数を最大に保つためには、互いに補足し合う次の緒操作を準備しなければならない： 蒸発器を”ソフト”な温度動作状態に保つこと；ＬＭＧＢの流れを蒸発器の軸方向に沿って旋回させること； 蒸発器の内管の内側冷却面上での結晶化中心の発生量を減らすこと；泡沸騰する冷媒から冷却処理すべきＬＭＧＢへの熱流量が最大値になるようにすること。
【００２９】
ここで”ソフト”な状態とは、蒸発器入口におけるＬＭＧＢの初期温度、冷却処理すべき液体の結晶化温度、冷媒の蒸発温度の温度差を小さくすることを意味する。もし蒸発器入口におけるＬＭＧＢの初期温度が、冷却処理すべき液体の結晶化温度よりも２℃以上高ければ、「高価な」冷却面のかなりの部分がＬＭＧＢの冷却を続けなくなるであろう。ＬＭＧＢの供給温度が冷却処理すべき液体の結晶化温度に近いと、蒸発器内管の内側冷却面近傍のＬＭＧＢ層の中で結晶核の成長が起る危険性が高くなる。同様の理由により、冷却処理するＬＭＧＢの結晶化温度と冷媒の蒸発温度との温度差は１６℃以下でなければならない。
【００３０】
蒸発器内管の内側冷却面近傍の冷却ＬＭＧＢ層の中では、レイノルズ数４００で乱流状態が発生する。これは内径（０．０５−０．２５）メートルの蒸発器の内管の中のプラスチック拭取機の１分間当り回転数（ＲＰＭ）の値が４００程度であることに相当する。加えて、拭取機によって冷却ＬＭＧＢ層が内管の長軸方向にスパイラルな経路で移動していくようにする。冷却され移動させられていくこのＬＭＧＢ層は、内管中を通っていく全量のＬＭＧＢと混ぜ合わされる。ＬＭＧＢの塊が冷却され混ぜ合わされながら内管を通っていく間の限度以内に、ＬＭＧＢの塊の平均温度は冷却処理すべき液体の結晶化温度以下に下げておく。これが、結晶化中心となる微細気泡の上にＬＭＧＢの体積結晶化の開始をもたらすこととなる。水を溶媒とした液体類（溶解成分か、単に加えられた成分を含む純水）とくらべると純水の結晶化温度（氷点）はもっとも高ので、結晶化中心はまず純粋の水分子から形成されるであろう。それにより、溶解成分の分子はどんなものでも結晶化帯域から外に移動する。結晶は溶解成分を含まないため、溶解物質の分子は凍結相と非凍結相の界面部分に集積していく。生成した溶解成分のクラスターの結晶化温度は凍結した純水よりも低い。それゆえ、高濃度の溶解成分を含む液体では、結晶表面への純水の拡散が促進される。これで純水の結晶の形成が継続していくのである。プラスチック拭取機の回転速度の上限値は、相互作用を及ぼし合う溶媒と溶質−ＬＭＧＢの物理的、機械的、熱力学的な諸要因、蒸発器の管材料や拭取機の材料との関係に依存している。これは、液体と気体の速度と粘度、ポンプと拭取機付き回転軸の電動機動力、熱伝達用材料の種類、ワッシャー（ｗａｓｈｅｒｓ）の個数を意味している。例えば、もし冷媒の蒸発温度が下がれば、圧縮機の電動機動力は減少する。これは蒸発器の内管の内側冷却面近傍の冷却ＬＭＧＢ層における結晶核の成長の危険性の増大をもたらす。このことにより、拭取機付き回転軸の回転数を増やす必要が生じる。他方、回転軸の回転数を増やすと、拭取機と冷却面の間の摩擦力が急増する結果をもたらす。冷凍蒸発器に用いられる数多くの材質と異なる種類の液体に対し、プラスチック拭取機付き回転軸の回転数（ＲＰＭ）の合理的な上限値は１，０００程度である。
【００３１】
蒸発器内管の冷却内面上に結晶化中心の発生量を減らすには、内管は粗面度１．０ミクロンの内面を持っていなければならない。このような粗面度 Ｒａ であれば、拭取機付き回転軸の回転数として、ＬＭＧＢ層での結晶核成長を防止するために拭取機が冷却面から冷却されたＬＭＧＢ層を除去するのに十分であるから、蒸発器内管の冷却内面近傍の冷却されたＬＭＧＢ層において結晶核が成長する危険性は非常に低い。
【００３２】
蒸発器の内管の冷却面上への結晶化中心の発生量は、粗面度 Ｒａ の値、蒸発器の管材料の種類、および蒸発器の温度動作状態のみに依存しているのではない。冷凍蒸発器に広く使われている材料に対し、実際に実現している温度動作状態と拭取機付き回転軸の回転数の値に対し、冷却面の粗面度 Ｒａ の経済的推奨値に対し、蒸発器内管の冷却内面近傍の冷却ＬＭＧＢ層における結晶核の成長の防止を可能とする熱流量の最大値は６０ｋＷ／ｍ２程度である。
【００３３】
冷却された液体と所定の化学的および物理的性質を有する気体を蒸発器８に通過させる前に混合器２４により予備的に相互混合させることは、冷却された液体の分散相伝熱面積の増加を促進し、内管の冷却面とＬＭＧＢの間の膜伝熱係数を増大させ、結晶化中心と搬送媒体としての気泡上での三次元（体積）結晶核形成（結晶化プロセス）を強化し、少なくとも一基ある蒸発器の断面流路の閉塞を防止し、ＧＣＦＧＢと濃縮液の運び出しを加速する。加えて、動力の比消費量は、冷却面から冷却ＬＭＧＢ層を除去し、ＧＣＦＧＢと濃縮液の旋回流を起させ、少なくとも一基ある蒸発器の全容積を占めているＧＣＦＧＢと濃縮液を回収することで（２つ以上の要因により）急激に減少する。生成した結晶は滑らかな手触りを持っている。
【００３４】
気体流量が少な過ぎると、蒸発器の内管内部がまったく詰まってしまうようなことを防げない。気体流量を増やせば、ＬＭＧＢの気泡の容積比率が高くなり、結晶核の体積的形成が強化され、蒸発器と供給配管を通して送る泡スラリーが容易に搬送できるようになる。しかし、ＧＣＦＧＢと濃縮液を抜き過ぎるほど気体流量が多ければ、蒸発器の中に泡スラリーの塊ができ、ドライアウトしたＧＣＦＧＢの塊で回転軸の電動機が過電流となって停止する原因となる。合理的な気体流量（Ｌ／ｈ）は、圧入された液体流量（Ｌ／ｈ）の１０−６０％の範囲内である。
【００３５】
液体は外的影響（機械的、電気的、温度的な何か）に関する応答（何らかの形状変化や性状変化など）が瞬時ではないが定まった時間モードの間に起ってくる慣性的なシステムである。それゆえ、押し込んだＬＭＧＢの量の中で体積結晶化が開始されるようにするためには、蒸発器に通すＬＭＧＢの流量を制限する必要がある。蒸発器に仕込むＬＭＧＢの冷却冷凍処理の最小時間モードは１５秒間程度である。
【００３６】
図２に概要説明する装置は上述したＳＳＣを用いたものであるが、「微細気泡を伴う成長結晶」（ＧＣＦＧＢ）と濃縮液とを分離するにあたり、遠心分離機や洗浄塔を新設するようなことはせずに、重力と浮力による自然の分離効果を連続して使えるように変更できることを示したものである。
【００３７】
ＬＭＧＢの調製とＢＳの生成について図１によって詳述した技術過程の多くはここでも同じである。主要な差異は次の通りである。所定の化学的かつ物理的成分を有する液体は、貯槽２６の中に取りつけられた予冷熱交換器２６により冷却される。液体の冷却プロセスは予冷熱交換器２６の内表面との熱対流的接触によりおこなわれ、予冷熱交換器２６の外壁面は貯槽２６に入れた融解結晶と直接に熱伝導−対流的接触をしている。冷却された液体は混合器２４に通されて気体と混合され、蒸発器８に送られる。生成したＢＳは、三方弁３５を通ってＢＳを貯槽２７に送入してそこに貯留する。貯槽２７へのＢＳの詰込停止は、液面検出手段３３による監視によりおこなう。同時に並行して、このとき貯槽２６の中ではＧＣＦＧＢが融解されている。ＧＣＦＧＢの融解プロセスを加速するために次の循環回路が開閉される； 三方弁３７、ポンプ３９、ソレノイド弁４０、補助熱交換器４１、三方弁４２、分散手段４３。融解しつつあるＧＣＦＧＢから出てくる循環水は、凝縮器から出てくる温まった冷却水と、補助熱交換器４１において間接に熱対流伝導的接触をする。凝縮器冷却水の閉鎖回路は、冷水塔５２、ポンプ５３、ＳＳＣ ３４ の凝縮器１２、三方弁４８、補助熱交換器４１または補助熱交換器４１のバイパス配管５４から構成される。凝縮器冷却水が吸収するエネルギー量は、ＧＣＦＧＢに蓄積されるエネルギーの量より常に大きい。それゆえに、ＢＳを貯槽２７へ詰め込む時間モードと、貯槽２６でＧＣＦＧＢの融解し、出てくる融解水を貯槽２６から三方弁３７、ポンプ３９、ソレノイド弁４５を通して更なる用途へと抜き出すために必要な時間モードとをうまく合わせるようにしなければならない。融解水の抜出開始のタイミングは、温度検出手段５５で測定される融解水温度に基づいて決定する。融解水の抜出停止のタイミングは、液面検出手段３０に基づいて決定する。この瞬間以降、処理液体は三方弁２５を経て予冷熱交換器２７に導かれるようにし、ＢＳは三方弁３５を経て貯槽２６に導かれるようにする。同時にこのとき、貯槽２７において、数分間、ＧＣＦＧＢと濃縮液との重力と浮力による分離プロセスがおこなわれる。濃縮液は貯槽２７から、三方弁３６、ポンプ３８を経て、更なる用途または貯蔵のために抜き出される。濃縮液の貯槽２７からの抜出停止のタイミングは、流量表示手段５６により決定する。貯槽２７に貯留したＧＣＦＧＢは、貯槽２６における場合と同じようにして融解される。貯槽２７に生成した融解水は、貯槽２６における場合と同じようにして貯槽から抜き出される。この瞬間から、ＢＳの生成と更なる使用のサイクルが繰り返される。
【００３８】
図３には異なる工程図が示される。図２とくらべると、予冷熱交換器２６、２７を通ってきた冷却された処理液体が、圧縮機１０に吸引された加熱冷媒蒸気と、熱交換器−低圧受器４５、４７の中で間接熱対流伝導的に接触することにより追加的に予冷されるようになっている。このような構成は、冷媒液が突然低圧受器４７から飛び出してくるような場合に、圧縮機１０への追加的保全策を確実なものとする。
【００３９】
追加蒸発器を液体側では蒸発器５７に直列に、冷媒側では蒸発器５７に並列に接続して用いることは、エネルギー消費量を極めて満足できるものとする。例えば、アイスクリーム１メートルトンのエネルギー消費量は通常のアイスクリーム・フリーザーでは ５４−１１０ ｋＷｈ であるが、これに比較して本法では３１ｋＷｈ 程度である。
【００４０】
これまで詳述してきた技術的・技能的決定から当然にして、複数のスプリング留めなしプラスチック拭取機５９が取りつけられた回転軸６２は簡単な構造のものとなる（図４）。回転軸６２は内管６０と外管６１を持つ冷媒蒸発器８（水平式）または５７（垂直式）の中に設置される。２本の管６０、６１の間では冷媒が泡状態で沸騰している。回転軸６２の上には複数のピン５８が取りつけられている。ピン５８の両端には、自由に前後動する（スプリング留めなし）拭取機５９が芯針６３により取りつけられている。回転軸６２が回転すると、自由に前後動する拭取機５９は、その外刃と内管６０の内側の冷却面との間隙が開かないようにまで接近するようになる。自由に前後動する拭取機５９と内管６０の内側の冷却面とが完全に接触するのは、回転軸６２の１分間当りの回転数（ＲＰＭ）、衝立角Ａ（内管６０の直径と拭取機５９の内刃の間の角度）、粗面度Ｒａの水準、拭取機５９の材質と総数をそれぞれどう選択するかに掛かっている。
【００４１】
回転軸が低回転数のときは、拭取機５９の前後における流体力学的動揺に起因する圧力降下のため、拭取機５９を冷却面に連続して留めておくのに十分な遠心力は得られない。衝立角Ａを間違って大きくすると、拭取機５９の外刃と冷却面との間の接触がしばしばはずれる性質を増すだけである。衝立角Ａの値を小さくし、かつＲＰＭを高くすると、拭取機５９と内管６０の間の摩擦力が著しく増大する。衝立角ＡとＲＰＭの工学的な合理的限界値は、結果的にみて（１５−４０）°、および（４００−１０００）ＲＰＭである。
【００４２】
もしＲａが１ミクロン以上なら、結晶化中心（微細な孔や微細な間隙）の発生量が高くなり、結晶核と冷却面材料との間の機械的結合力が分子力に匹敵する。微細な孔や微細な間隙の中で水が凍結すると、凍結した水は膨張して隣接する微細な空隙を圧潰し、それが更にその隣りの微細な空隙をも圧潰していく。この結合力の値が大きくなっていくに伴い、結晶と管材料との接触の全面積が増大していくのである。自由に前後動する拭取機５９と内管６０の内側の冷却面の接触を完全なものとするには、第一に、拭取機材質の硬度を管材料の硬度より（テフロン（登録商標）などのプラスチックのような）低いものとすることと、第二に、５％食塩水の存在下で数時間の間、内管６０の中で拭取機を回転させ、管壁面に擦りつけて予備的研磨をおこなうという条件があればよい。内管６０の軸方向への拭取機５９の取付個数が次式に基づく計算値より少なければ、研磨モードの運転時間は極めて短かなものとなる； ［蒸発器の長さ ｍｍ ／ ２００ ｍｍ］＋１の整数値。
【００４３】
図４に示された具体例は、図５に示されるような中空軸にも変えることができる。中空軸６４にすれば、内管６０の断面積は減少する。冷却処理すべきＬＭＧＢの冷却面に沿う線速度が速くなる。これはＬＭＧＢの滞りが起る量を極力抑えることになり、自由に前後動する拭取機５９を取りつけた回転軸６４上でバクテリアが繁殖するリスクを抑えることにもなる。拭取機５９を二等辺三角形の翼型にすると、その耐用年数を延ばすことができる。拭取機５９の外刃がもし磨耗したら、内刃が内管６０の冷却面に触れるように拭取機５９を再取付けすればよいだろう。液体体積結晶化とＢＳの生成が内管６０の断面の閉塞なく連続して行われる状態を維持するために、中空軸６４の外表面と内管６０の内冷却面との間の距離は次の式の価よりも大きくなければならない； ［蒸発器の長さ ｍｍ ／ 回転軸の外径 ｍｍ］×２ ｍｍ。加えるに、もしこの距離がこの式に基づく値より小さければ、内管６０を通して液体を搬送するエネルギー消費量が大きく上昇する。
【００４４】
（産業上の利用可能性）
これまで述べてきた本発明の対象とは別として、本発明はまた、ジュース、ビール、ワインなどのような液体類や分散体類の濃縮にも用いられ、空調設備、食品冷蔵設備、スーパーマーケットの商品コーナーの冷却、製薬、廃水処理の中でも用いられ、海水淡水化のためや魚肉と家禽肉の処理工程のためにも用いられる。
【００４５】
本発明は先に図示し説明した詳細内容には限定されるものではない。また、本発明の真に意図するところ、または本質的特質から離れずに、他の特定の形態で具体化がなされるかもしれない。このところにおいて、本発明が発明の進歩性を有していることは明らかであろう。従って、ここに示した複数の具体例はすべて発明の説明としての関連であり、発明の限定としての関連ではないと考えるべきである。発明の範囲はこれまでの詳述内容よりも、これから述べる請求内容に示されている。また、それゆえ、意味のうちからくる違いや、請求内容の等価性の範囲内からくる違いは、すべてこの請求範囲の中に包含されているものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく第一具体例である２本の水平二重管式蒸発器を備えた装置における冷媒と液体の流れを示す図である。
【図２】
本発明に基づく第二具体例における一般的な配置と流れを示す図である。
【図３】
本発明に基づく第二具体例である１本の垂直二重管式蒸発器を備えた表面拭取式晶析装置（ＷＳＣ）における冷媒と液体の流れを示す図である。
【図４】
本発明に基づく装置の蒸発器の断面図である。
【図５】
本発明に基づく蒸発器の更に異なる具体例を示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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