JP2001009244A - ブライン濃縮方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラインと水の水溶液よりの水分除去をより
確実に可能とするとともに、除去した水が排水基準以下
のブライン濃度に抑えることが可能で、且つ夜間電力の
有効利用を可能とした高能率のブライン濃縮方法とその
装置を提供する。 【構成】 本発明のブライン濃縮装置は、直接接触式ク
ーラ３０により形成された水とブラインの水溶液を貯留
するブラインタンク１０と、水溶液を加熱する前処理部
１１と、膜分離をする膜分離部１４と、該分離部で濃縮
された濃縮液をさらに分離する凍結分離部１８と、前記
膜分離部と凍結濃縮部へ冷熱を供給する夜間電力使用の
氷蓄熱システム３１とより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和に用いる
直接接触式クーラにおけるブラインより水分を除去する
ブライン濃縮方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直接接触式クーラはブライン中に空気を
通すことにより、冷媒であるブラインと空気との直接接
触により空気を冷却するようにしたものである。直接接
触式は上記構成を採るため、着霜がなく、洗浄が簡単な
ことから食品加工工場の空気調和には適しているが、ブ
ラインと空気が直接接触するため、冷却された空気中の
水分は凝縮してブライン中へ放出され水の混入は不可避
である。従来は、ブライン中に混入した水分を加熱ある
いは浸透膜を介しての分離が試みられてきており、例え
ば特開平６−３０４４５３号公報には下記記載の提案が
開示されている。

【０００３】かかる提案は、浸透気化膜を使用し有機溶
媒と水との水溶液より水を分離するもので、分離効率を
上げるため、分離水蒸気に不凍液を混入して分離水蒸気
の凝縮温度を下げ真空度を上げるようにしたもので、図
２に示すように、有機溶媒と水との水溶液５０を加熱器
５１により加熱して膜分離モジュール５２に導入し、該
膜分離モジュールを介して分離した水蒸気５２ａに冷却
器５５を経由して冷却した不凍液５６を投入して凝縮温
度を下げた状態で凝縮器５３に導入して、水蒸気に不凍
液の冷媒供給により低温度で凝縮させて、分離空間の真
空度を下げ分離効率を上げるようにしたものである。な
お、この場合は凝縮液タンク５４に貯留された貯留液に
は不凍液５６が混入されるため、そのままでは排水基準
に適合し得ない問題がある。上記提案にもみられるよう
に、有効な方法とはなり得ず、従来は直接接触式にはブ
ラインの代わりに水を使用されている状況である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、直接接触式
クーラの作動流体に水を使用する場合は、水以外のブラ
インを使用する場合に比べ、水の凍結温度が摂氏零度と
高いことから下記本質的問題を形成している。即ち、 ａ、空調温度を摂氏零度以下にすることが不可能であ
る。 ｂ、空気との温度差が小さく、空調機に水を冷媒とした
直接接触式の形式を採る場合は大型となる。一方、直接
接触式クーラに水以外のブラインを使用する場合、混入
した水の除去には下記問題が生じる。

【０００５】、ブラインと水の水溶液を水の沸点まで
加熱し、水分を蒸発により除去させる場合、投入熱量が
大きく、ブラインの変質がおきる。また、分圧分のブラ
インが蒸発するため、除去した水分中のブライン濃度は
高く排水基準以下に抑えることは困難である。 、ブラインと水の水溶液を浸透膜を使用して水を分離
させる場合、原理上ブラインを高圧に昇圧させる必要が
あり、そのため、投入エネルギは大となりその回収も困
難である。また、浸透膜の信頼性が乏しく安定性に欠け
る。 、ブラインと水分の水溶液中の水分を凍結濃縮を介し
て除去する場合、ブライン濃度が高くなる程、分離効率
［１−（分離した水分中のブライン濃度／原ブライン濃
度）］が悪化するため、凍結により分離した水分中のブ
ライン濃度を排水基準以下とするためには、数段階の凍
結処理が必要とされ、投入エネルギが大きくなり、且つ
装置も大型化する。即ち、ブラインと水の水溶液の濃縮
は、従来の浸透圧による濃縮や凍結濃縮による濃縮は、
単独での使用は不可能であることが示されている。

【０００６】また、最近は食品の衛生管理方式に新しい
微生物管理のチェックポイントが導入され、食品加工工
場のさらなる低温化が要求される傾向にあるが、冷媒と
してブラインの代わりに水を使用する限り上記したよう
に低温化には限界がある。そのため、ブラインを使用し
た直接接触式（直膨式）冷却方式を採用するとともに、
水分の除去ができるブライン濃縮方法とその装置の出現
が強く望まれている状況にある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、ブライン水溶液よりの水分除去をより確実にすると
ともに、除去した水に残存するブラインは排水基準以下
の低濃度に抑えることができ、且つ夜間電力の有効利用
を可能とした高能率のブライン濃縮方法とその装置の提
供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のブライ
ン濃縮方法は、直接接触式クーラに使用するブライン水
溶液より水分を除去するブライン濃縮方法において、膜
分離により１段目の濃縮を行い、該濃縮により得られた
低濃度のブライン水溶液に対し２段目の濃縮を形成する
凍結濃縮を行って２段階濃縮処理をなし、排水基準以下
の分離水を得るようにしたことを特徴とする。

【０００９】上記のようにして、本発明のブライン濃縮
方法は、膜分離による１段目濃縮と凍結濃縮による２段
目濃縮により２段階濃縮処理を形成させたもので、１段
目の膜分離により濃縮された低濃度ブライン水溶液を２
段目の凍結濃縮により廃水処理を不要とする分離水を得
るようにしたものである。また、前記膜分離は、温度勾
配場を用いる透過気化型膜分離により濃縮を行うように
したことを特徴とする。

【００１０】上記請求項２記載の発明により、膜分離に
よる濃縮は、ブライン水溶液を前処理段階で加熱して高
温状態にして膜の上流側に供給し、膜の下流側の低温は
水の蒸発による潜熱により形成させるとともに、上記膜
分離により形成された分離水蒸気の凝縮により真空を形
成させて、前記分離水蒸気の発生を促進し、１段目の温
度勾配場（透過気化）を用いる膜分離を形成させてい
る。ついで、前記したように膜分離により得られた低濃
度ブラインの水溶液を凍結濃縮により２段目の濃縮処理
を行い、排水基準以下に抑えた分離水を形成する清澄な
氷を得るようにしている。

【００１１】なお、上記膜分離で分離水の分離により濃
縮された低温のブライン及び凍結濃縮の結果得られた低
温濃縮ブラインは、ブラインタンクへ還流されるため、
ブラインタンク内のブラインは低温に維持される。

【００１２】また、前記膜分離における分離水蒸気の凝
縮に使用する凝縮冷熱、及び凍結濃縮のための凍結冷熱
は、夜間電力使用の氷蓄熱システムの冷熱源より供給可
能とするとともに、凍結濃縮の結果得られた凍結氷の融
解熱は氷蓄熱システムの冷凍サイクルの冷媒形成時の補
助冷熱源として使用するようにしたことを特徴とする。

【００１３】上記請求項３記載の発明により、１段目の
膜分離における分離水蒸気の凝縮には夜間電力の使用に
より形成された氷蓄熱槽の冷水を使用するようにし、前
記２段目の凍結濃縮用の凍結用冷熱源と前記氷蓄熱槽用
冷熱源は夜間電力使用の冷凍サイクルにより形成させる
ともに、凍結濃縮の結果得られた凍結氷の融解熱は、前
記冷凍サイクルの冷媒の過冷却よう冷熱源として使用
し、冷媒凝縮用のクーリングタワーの冷却用に使用し融
解熱の有効利用を図ったものである。

【００１４】また、本発明のブライン濃縮方法を使用し
たブライン濃縮装置は、直接接触式クーラに使用するブ
ライン水溶液より水分を除去するブライン濃縮装置にお
いて、ブライン水溶液を貯留するブラインタンクと、前
記水溶液を加熱する前処理部と、膜分離部と、凍結分離
部と、氷蓄熱システムとより構成し、膜分離部は、前処
理したブライン水溶液を温度勾配場を用いて透過気化分
離をする膜分離モジュールと、分離水蒸気を凝縮する凝
縮器と、真空ポンプとより構成し、凍結分離部は、凍結
濃縮塔と、凍結氷の回収部と、凍結氷の融解部とより構
成し、氷蓄熱システムは、前記凝縮器へ冷水を供給する
氷蓄熱槽と、該蓄熱槽と凍結濃縮部へ冷媒供給路を介し
て供給すべく夜間電力で作動する冷凍サイクルとより構
成したことを特徴とする。

【００１５】また、前記請求項３記載の凍結氷の融解部
は、凍結氷の回収部と、冷媒供給路に設けた過冷却器と
コンデンサ用クーリングタワーの冷却水路とを接続させ
て、凍結氷の融解熱を冷媒形成の補助冷熱源として構成
させたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る部品の形状その他の相対的配置などは特に特定的な記
載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣
旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１は、本発明の
ブライン濃縮装置の概略の構成を示す図である。

【００１７】図１に示すように、本発明のブライン濃縮
装置は、直接接触式クーラ３０により形成された水とブ
ラインの水溶液を貯留するブラインタンク１０と、水溶
液を加熱する前処理部１１と、膜分離部１４と、凍結分
離部１８と、氷蓄熱システム３１とより構成し、前処理
部１１はブラインタンク１０より供給されたブライン水
溶液を加熱して温度勾配を形成する熱交換器１２と加熱
器１３とより構成し、膜分離部１４は、温度勾配を設け
た水溶液を上流側に接触させ、透過した水分の気化潜熱
により下流側に低温部を形成させ蒸発分離する膜分離モ
ジュール１５と、分離蒸発した水蒸気を後記する氷蓄熱
槽２２の冷水の供給を受けて凝縮させるとともに前記下
流側の蒸発雰囲気の真空状態にする凝縮器１６と、真空
状態の維持促進を図る真空ポンプ１７とより構成する。
そして、１段目の濃縮により形成された分離水蒸気は凝
縮して低濃度濃縮液１６ａを得る構成にしてある。

【００１８】凍結分離部１８は、凍結濃縮塔１９と、凍
結氷の回収部１９ｄと、凍結氷の融解部２０とより構成
する。前記低濃度濃縮液１６ａは上記凍結濃縮塔１９に
導入満杯にするとともに、撹拌用ファン１９ｂを介して
撹拌させながら冷媒パイプ１９ａに後記する冷凍サイク
ルより冷媒を供給し、冷媒パイプ１９ａの外側に低濃度
濃縮液１６ａに含まれている水分を凍結させ、冷媒パイ
プの表面に凍結氷を形成させるとともに凍結濃縮を行い
２段目濃縮をする。凍結終了後、バルブ１９ｃを開放し
て低温濃縮ブラインをブラインタンク１０へ還流させる
構成にしてある。ついで、前記冷媒パイプ１９ａへ温水
を外部より導入させ、凍結氷を冷媒パイプ１９ａより分
離させ回収部１９ｄに凍結氷を回収する。回収した凍結
氷は回収部１９ｄで氷スラリとした後、後記する融解部
２０の過冷却器２０ａ、熱交換器２７に導入して融解熱
の有効利用を図った後が外部へ排水させるようにしてあ
る。

【００１９】氷蓄熱システム３１は、前記凝縮器１６へ
冷水２２ａを供給する氷蓄熱槽２２と、該蓄熱槽２２と
凍結濃縮塔１９の冷媒パイプ１９ａへ夜間電力により作
動して形成した冷熱を冷媒供給路２１を介して供給する
冷凍サイクルとより構成する。上記冷凍サイクルは、圧
縮機２３とコンデンサ２４と冷媒タンク２５と冷媒供給
路２１と過冷却器２０ａとより構成し、コンデンサ２４
はクーリングタワー２６を介して冷却水により高温高圧
冷媒を凝縮させ、前記冷却水は熱交換器２７を介して前
記氷スラリにより冷却するようにしてある。また、過冷
却器２０ａは前記冷媒供給路２１に設けられた熱交換器
で前記回収部１９ｄより氷スラリを導入し、冷媒供給路
を通過する冷媒を過冷却するようにしてある。なお、冷
媒タンク２５に貯留された冷媒は冷媒供給路２１、過冷
却器２０ａを経由して膨張弁２６ａを作動させ氷蓄熱槽
２２へ供給し、または膨張弁２６ｂを作動させ冷媒タン
ク２５より過冷却器２０ａを経由して凍結濃縮塔１９の
冷媒パイプ１９ａへ凍結用の冷媒を供給できるようにし
てある。

【００２０】上記氷蓄熱システム３１の構成により、夜
間電力の有効利用により形成された冷熱を氷蓄熱槽２２
に蓄熱し、該氷蓄熱槽２２の冷水２２ａにより膜分離部
１４の凝縮器１６に導入させて分離水蒸気の凝縮をさせ
る。また前記氷蓄熱システム３１の冷凍サイクルにより
形成された冷熱により前記氷蓄熱槽２２の蓄熱と凍結濃
縮塔１９の冷媒パイプ１９ａへの冷熱源を形成させるよ
うにしてある。また、凍結氷の融解熱は前記冷凍サイク
ルの冷媒の過冷却源及びコンデンサの冷却源として有効
利用を図ってある。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、上記膜分離と凍結分離の２段
階濃縮処理によりブライン中に含まれている水分のみを
効率よく分離でき、分離した水分もブライン濃度を排水
基準以下に抑えられ、環境汚染を伴うことなく外界へ放
水できる。また、上記高効率の分離能力を持つブライン
濃縮装置の出現により、着霜がなく、洗浄が簡単なこと
から食品工場の空気調和にその使用が期待されていた直
接接触式クーラの使用を可能とし、近年食品の品質保持
基準であるＨＡＣＰＰの導入に伴い食品工場の低温化対
策に対しても、十分対応できるようにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブライン濃縮装置の実施例の概略の構
成を示す系統図である。

【図２】従来の浸透気化膜分離装置の概略の構成を示す
図である。

【符号の説明】

１０ ブラインタンク １１ 前処理部 １２ 熱交換器 １３ 加熱器 １４ 膜分離部 １５ 膜分離モジュール １６ 凝縮器 １６ａ 低濃度濃縮液 １７ 真空ポンプ １８ 凍結分離部 １９ 凍結濃縮塔 １９ａ 冷媒パイプ １９ｂ 撹拌用ファン １９ｃ バルブ １９ｄ 回収部 ２０ 融解部 ２０ａ 過冷却器 ２１ 冷媒供給路 ２２ 氷蓄熱槽 ２３ 圧縮機 ２４ コンデンサ ２５ 冷媒タンク ２６ クーリングタワー ２６ａ、２６ｂ 膨張弁 ２７ 熱交換器 ２８ａ、２８ｂ 膨張弁 ３０ 直接接触式クーラ ３１ 氷蓄熱システム

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月２２日（１９９９．７．２
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】上記のようにして、本発明のブライン濃縮
方法は、膜分離による１段目濃縮と凍結濃縮による２段
目濃縮により２段階濃縮処理を形成させたもので、１段
目の膜分離により濃縮分離された低濃度ブライン水溶液
を２段目の凍結濃縮により廃水処理を不要とする分離水
を得るようにしたものである。また、前記膜分離は、温
度勾配場を用いる透過気化型膜分離により濃縮を行うよ
うにしたことを特徴とする。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】上記請求項３記載の発明により、１段目の
膜分離における分離水蒸気の凝縮には夜間電力の使用に
より形成された氷蓄熱槽の冷水を使用するようにし、前
記２段目の凍結濃縮用の凍結用冷熱源と前記氷蓄熱槽用
冷熱源は夜間電力使用の冷凍サイクルにより形成させる
ともに、凍結濃縮の結果得られた凍結氷の融解熱は、前
記冷凍サイクルの冷媒の過冷却用冷熱源として使用した
後、冷媒凝縮用のクーリングタワーの冷却用に使用し融
解熱の有効利用を図ったものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】図１に示すように、本発明のブライン濃縮
装置は、直接接触式クーラ３０により形成された水とブ
ラインの水溶液を貯留するブラインタンク１０と、水溶
液を加熱する前処理部１１と、膜分離部１４と、凍結分
離部１８と、氷蓄熱システム３１とより構成し、前処理
部１１はブラインタンク１０より供給されたブライン水
溶液を加熱して温度勾配を形成する熱交換器１２と加熱
器１３とより構成し、膜分離部１４は、温度勾配を設け
た水溶液を上流側に接触させ、透過した水分の気化潜熱
により下流側に蒸発分離する膜分離モジュール１５と、
分離蒸発した水蒸気を後記する氷蓄熱槽２２の冷水の供
給を受けて凝縮させるとともに前記下流側を蒸発雰囲気
の真空状態にする凝縮器１６と、真空状態の維持促進を
図る真空ポンプ１７とより構成する。そして、１段目の
濃縮により形成された分離水蒸気は凝縮して低濃度ブラ
イン水溶液１６ａを得る構成にしてある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】凍結分離部１８は、凍結濃縮塔１９と、凍
結氷の回収部１９ｄと、凍結氷の融解部２０とより構成
する。前記低濃度ブライン水溶液１６ａは上記凍結濃縮
塔１９に導入満杯にするとともに、撹拌用ファン１９ｂ
を介して撹拌させながら冷媒パイプ１９ａに後記する冷
凍サイクルより冷媒を供給し、冷媒パイプ１９ａの外側
に低濃度ブライン水溶液１６ａに含まれている水分を凍
結させ、冷媒パイプの表面に凍結氷を形成させるととも
に凍結濃縮を行い２段目濃縮をする。凍結終了後、バル
ブ１９ｃを開放して低温濃縮ブラインをブラインタンク
１０へ還流させる構成にしてある。ついで、前記冷媒パ
イプ１９ａへ温水を外部より導入させ、凍結氷を冷媒パ
イプ１９ａより分離させ回収部１９ｄに凍結氷を回収す
る。回収した凍結氷は回収部１９ｄで氷スラリとした
後、後記する融解部２０の過冷却器２０ａ、熱交換器２
７に導入して融解熱の有効利用を図った後が、外部へ排
水させるようにしてある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブライン濃縮装置の実施例の概略の構
成を示す系統図である。

【図２】従来の浸透気化膜分離装置の概略の構成を示す
図である。

【符号の説明】 １０ ブラインタンク １１ 前処理部 １２ 熱交換器 １３ 加熱器 １４ 膜分離部 １５ 膜分離モジュール １６ 凝縮器 １６ａ 低濃度ブライン水溶液 １７ 真空ポンプ １８ 凍結分離部 １９ 凍結濃縮塔 １９ａ 冷媒パイプ １９ｂ 撹拌用ファン １９ｃ バルブ １９ｄ 回収部 ２０ 融解部 ２０ａ 過冷却器 ２１ 冷媒供給路 ２２ 氷蓄熱槽 ２３ 圧縮機 ２４ コンデンサ ２５ 冷媒タンク ２６ クーリングタワー ２６ａ、２６ｂ 膨張弁 ２７ 熱交換器 ２８ａ、２８ｂ 膨張弁 ３０ 直接接触式クーラ ３１ 氷蓄熱システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩瀬 和之 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 寺島 巌 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 山上 伸一 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 大平 浩康 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA25 JA51A JA66A KA15 KA16 KA63 KA71 KB30 KE08P KE16P PA02 PB12 PB20 PB65 PC11 PC80

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直接接触式クーラに使用するブライン水
   溶液より水分を除去するブライン濃縮方法において、 膜分離により１段目の濃縮を行い、該濃縮により得られ
   た低濃度のブライン水溶液に対し２段目の濃縮を形成す
   る凍結濃縮を行って２段目濃縮処理をなし、排水基準以
   下の分離水を得るようにしたことを特徴とするブライン
   濃縮方法。
2. 【請求項２】 前記膜分離は、温度勾配場を用いる透過
   気化型膜分離により濃縮を行うようにしたことを特徴と
   する請求項１記載のブライン濃縮方法。
3. 【請求項３】 前記膜分離における分離水蒸気の凝縮冷
   熱、及び凍結濃縮のための凍結冷熱は、夜間電力使用の
   氷蓄熱システムの冷熱源より可能とするとともに、凍結
   濃縮の結果得られた凍結氷の融解熱は氷蓄熱システムの
   冷凍サイクルの冷媒形成時の補助冷熱源として使用する
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載のブライン濃
   縮方法。
4. 【請求項４】 直接接触式クーラに使用するブライン水
   溶液より水分を除去するブライン濃縮装置において、 ブライン水溶液を貯留するブラインタンクと、前記水溶
   液を加熱する前処理部と、膜分離部と、凍結分離部と、
   氷蓄熱システムとより構成し、 膜分離部は、前処理したブライン水溶液を温度勾配場を
   用いて透過気化分離をする膜分離モジュールと、分離水
   蒸気を凝縮する凝縮器と、真空ポンプとより構成し、 凍結分離部は、凍結濃縮塔と、凍結氷の回収部と、凍結
   氷の融解部とより構成し、 氷蓄熱システムは、前記凝縮器へ冷水を供給する氷蓄熱
   槽と、該蓄熱槽と凍結濃縮部へ冷媒供給路を介して供給
   すべく夜間電力で作動する冷凍サイクルとより構成した
   ことを特徴とするブライン濃縮装置。
5. 【請求項５】 前記凍結氷の融解部は、凍結氷の回収部
   と、冷媒供給路に設けた過冷却器とコンデンサ用クーリ
   ングタワーの冷却水路とを接続させて、凍結氷の融解熱
   を冷媒形成の補助冷熱源として構成させたことを特徴と
   する請求項４記載のブライン濃縮装置。