JP2010022954A - 融解分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脱水籠内における原氷の偏在を防止することにより、安定した運転を継続することのできる新規な融解分離装置の開発を技術課題とした。
【解決手段】 被処理液を凍結させて得られた原氷Ｃを融解させ、融解初期に生成される高濃度の融解液Ｌを回収することにより被処理液の濃縮処理を行う際に用いられる分離装置において、この装置は、前記原氷Ｃから融解液Ｌを遠心脱水するための脱水籠１３を、回転軸が鉛直になるように具えて成るものであり、この脱水籠１３内には分散盤１５が具えられ、この分散盤１５上に供給された原氷Ｃを脱水籠１３の周壁１３ｂに向けて分散させるように構成されていることを特徴として成り、分散盤１５によって原氷Ｃに遠心力を作用させることができ、原氷Ｃを脱水籠１３内全域に均等に分散させて、脱水籠１３の回転を安定させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、凍結させた原材料液を融解させたときに初期の融解液と後期の融解液とで濃度が異なることを利用した融解濃縮を行う際に用いられる分離装置に関するものである。

果汁、調味料等の液体食品を濃縮するための凍結濃縮方法の一つに、融解濃縮による手法がある。この手法は、原材料液を凍結させた原氷を融解させたときには、初期の融解液と後期の融解液とで融解液の濃度が異なることを利用したものであり、融解温度の低い初期の高濃度な融解液を回収することにより濃縮液を得る手法である（例えば特許文献１参照。）。
具体的には図７に示すような装置を用い、脱水籠１３′内に原氷Ｃを投入するとともに温風により融解させながら遠心脱水を行うことにより、高濃度の融解液Ｌを回収するというものである。

しかしながらこのような脱水籠１３′を用いて原氷Ｃの遠心脱水を行うにあたっては、以下に示すような改善の余地があった。
すなわち脱水籠１３′内において、原氷Ｃが著しく偏在してしまったときにはバランスがくずれ、洗濯機の脱水時に見られる現象と同様に脱水籠１３′が暴れてしまい、脱水効率の低下や甚だしい場合には機器の損傷を招いてしまう恐れもある。
特に原氷Ｃは融解しながら遠心脱水が行われるため、一部が融解した原氷Ｃが脱水籠１３′の周壁１３ｂ′の表面で再凍結して固着することもあり、いったん偏在して再凍結した原氷Ｃは、融解させて除去しなければ安定した運転を継続することが困難になってしまう。
また融解液Ｌを得た後に脱水籠１３′に固着して残る氷（残留氷）を除去しなければならないが、この除去には長い時間を必要としていた。

特開２００６−１３６８１１公報

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、脱水籠内における原氷の偏在を防止することにより、安定した運転を継続することができ、残留氷を短時間に除去することのできる新規な融解分離装置の開発を技術課題としたものである。

すなわち請求項１記載の融解分離装置は、被処理液を凍結させて得られた原氷を融解させ、融解初期に生成される高濃度の融解液を回収することにより被処理液の濃縮処理を行う際に用いられる分離装置において、この装置は、前記原氷から融解液を遠心脱水するための脱水籠を、回転軸が鉛直になるように具えて成るものであり、この脱水籠内には分散盤が具えられ、この分散盤上に供給された原氷を脱水籠の周壁に向けて分散させるように構成されていることを特徴として成るものである。
この発明によれば、分散盤によって原氷に遠心力を作用させることができ、原氷を脱水籠内全域に均等に分散させて、脱水籠の回転を安定させることができる。

また請求項２記載の融解分離装置は、前記要件に加え、前記分散盤は、縦断面視において中心部から外周部にかけて迫り上がる形状を有す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、分散盤上における原氷の移動距離をより長く確保することにより、より大きな遠心力を原氷に作用させることができる。
また分散盤上で原氷が弾んだ場合にも、原氷を分離盤の中央に寄せることができ、分散盤による遠心力を原氷に確実に作用させることができる。

また請求項３記載の融解分離装置は、前記要件に加え、前記脱水籠の内側には分散棒が配されていることを特徴として成るものである。
この発明によれば、脱水籠の周壁に付着する原氷を、全周に分布させるとともに均等な厚さとすることができる。

また請求項４記載の融解分離装置は、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記前記脱水籠の内側には、回転可能な分散棒に具えられた分散板が配されていることを特徴として成るものである。
この発明によれば、分散板が常時原氷の表面に接している状態を維持することが可能になり、運転初期段階から脱水籠の回転を安定させることができる。

また請求項５記載の融解分離装置は、前記請求項３または４記載の要件に加え、前記分散棒または分散板は、スクレーパ機能、気液吹込ノズル機能を含んだ一または二以上の支援機能を兼用的に発揮す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、部品点数を減らして装置の製造コストを削減することができ、またスクレーパ機能あるいは気液吹込ノズルからの圧縮エアー、温風、温水の噴射により、短時間で脱水籠から残留氷を除去することができる。

また請求項６記載の融解分離装置は、前記要件に加え、前記脱水籠におけるスクリーン内壁にリブを具えたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、スクリーンに対して貼り付く原氷は円筒状とはならず、円筒が分割された状態のものとなるため圧縮エアー等により容易にスクリーンから剥離することができる。
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。

本発明によれば、脱水籠内における原氷の偏在を防止し、脱水籠に対して同心円状に原氷を形成することにより、原氷には遠心力が均等的に作用し易く、氷の厚さに差異がある場合に生じる融解液の濃度ムラが発生しにくいので、高濃度で均一性の高い融解液が短時間で回収容易となり、安定した運転を継続することが可能となり、脱水籠から残留氷が容易に除去できるので、濃縮液の生産性を高めることができる。また脱水籠の回転系に対するストレスを軽減して装置寿命を長くすることができる。

以下本発明の融解分離装置について、図示の実施例に基づいて説明するものであるが、この実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。

図中、符号１で示すものが本発明の融解分離装置であり、この装置は、果汁、調味料等の被処理液を凍結させて得られた原氷Ｃを融解させ、融解初期に生成される高濃度の融解液Ｌを回収することにより被処理液の濃縮処理を行う際に用いられる分離装置である。

初めに融解分離装置１の大まかな構成について説明すると、この装置は機枠Ｆに固定された軸受１０にシャフト１１が軸支され、このシャフト１１の一端にモータＭの出力軸が連結されるとともに他端に台座１２が固定され、更にこの台座１２に対して脱水籠１３が設置されることにより遠心分離機構が形成されて成るものである。
また前記脱水籠１３を囲繞するように筐体１６が配され、この筐体１６の上部は天板１６ａによって塞がれている。

次いでこれら融解分離装置１の構成要素について詳しく説明すると、先ず前記脱水籠１３は図１、２に示すように、円形状の底板１３ａの外縁部に周壁１３ｂが立ち上げられ、この周壁１３ｂの内側面に適宜スペーサ１３ｃが配置され、また周壁１３ｂの最上部にフランジ１３ｄが取り付けられるとともに、これらスペーサ１３ｃ及びフランジ１３ｄに網目状のスクリーン１３ｅが張設されて成るものである。
また前記底板１３ａには排出口１３ｆが形成されている。

なおこの実施例では前記周壁１３ｂを、上方に行く程、外側に迫り出すような形態とするものであり、このため原氷Ｃから分離された融解液Ｌは図３（ａ）に示すように、遠心力の作用によって周壁１３ｂに沿って上昇し、やがて周壁１３ｂ上端部に形成された液抜孔１３ｇから流出することとなる。そして融解液Ｌは、フランジ１３ｄの全周に沿って円形状に形成されるとともに筐体１６内に固定された集液樋１６ｃに導かれて外部に排出されることとなる。

また前記脱水籠１３内における底板１３ａ上には、回転中心（シャフト１１の延長線上）に対して分散盤１５が具えられるものであり、この分散盤１５は図２（ａ）に示す平板状のもの、あるいは図２（ｂ）（ｃ）に示すような縦断面視において中心部から外周部にかけて迫り上がる形状のものが用途に応じて選択されるものであり、この点については後程説明を行う。

更に図３（ａ）に示すように、前記脱水籠１３の内側には分散棒１７が配置されるものであり、前記天板１６ａに対して略鉛直状態に取り付けられる。
なお詳しくは後程説明するが、前記分散棒１７を、スクレーパ機能、気液吹込ノズル機能を含んだ一または二以上の支援機能を兼用的に発揮するものにしてもよい。
そしてスクレーパ機能を持たせる場合には、スクレーパをスクリーン１３ｅに接触させることができるように分散棒１７をスクリーン１３ｅに対して接近離反させる機構が設けられる。
また気液吹込ノズル機能を持たせる場合には、分散棒１７は管状のものが採用され、その周壁にノズル等が具えられる。
また前記天板１６ａに対しては、略中心に形成された開口部に投入筒１６ｂが挿通され、更に温風ノズル１８、圧縮エアーノズル１９等が具えられる。

本発明の融解分離装置１は一例として上述したように構成されるものであり、以下この装置の作動態様について説明する。
まず、適宜の冷凍機によって果汁、調味料等の被処理液を凍結させて得られた氷塊を、解砕機を用いて１ｃｍ角程に解砕して原氷Ｃとする。
そしてモータＭを起動して３００ｒｐｍ程で脱水籠１３（内径φ３９０ｍｍ）を回転させるとともに、温風ノズル１８から２０℃程の温風を脱水籠１３内に供給し、この状態で投入筒１６ｂに１バッチ分の原氷Ｃを投入する。

すると原氷Ｃは回転中の分散盤１５上に供給されるため、遠心力を受けて分散盤１５上を外周方向に移動し、やがて分散盤１５上から外側に放たれて、脱水籠１３の周壁１３ｂに向けて分散させられることとなる。
因みに原氷Ｃが微細な粉状であったり、スラリー状であった場合には、図２（ａ）に示すように分散盤１５を平板状のものとすることができるが、原氷Ｃが粒状、フレーク状、ブロック状である場合には、分散盤１５で弾んだ原氷Ｃが遠心力を受けることなく分散盤１５上から落ちてしまうことがある。
このため粒状、フレーク状、ブロック状の原氷Ｃを扱う場合には、図２（ｂ）に示すように縦断面視において中心部から外周部にかけて迫り上がる形状を有する分散盤１５が採用される。この場合には図２（ｃ）に示すように、分散盤１５の表面で弾んだ原氷Ｃは斜面を降りて中央に寄せられた後、ここから外周に向けて移動することとなるため、分散盤１５によって確実に遠心力が作用されることとなる。
またこの形状の分散盤１５の場合、平板状のものと比べて原氷Ｃとの接触時間を長く（分散盤１５上での原氷Ｃの移動距離を長く）確保することができるため、原氷Ｃに対してより大きな遠心力を作用させることが可能となる。

そして原氷Ｃは遠心力の作用によりスクリーン１３ｅに貼り付いた状態となるものであり、このとき分散棒１７によって厚さが規制されるため、図３（ａ）に示すようにスクリーン１３ｅの全周に亘って均等の厚さで分布することとなる。このため脱水籠１３の回転を安定させることができる。
因みに分散棒１７が無い場合には図３（ｂ）に示すように、原氷Ｃはスクリーン１３ｅの周方向に偏在し、更に厚さが不均一となり、振動が発生して運転不能となることもある。

次いで脱水籠１３の回転数を１０００〜１８００ｒｐｍ（２２９〜７２４Ｇ）程に上げて脱水操作に移行するものであり、図３（ａ）に示すようにスクリーン１３ｅに対して貼り付いた状態となっている原氷Ｃの一部は温風によって融解し、融解液Ｌとなって周壁１３ｂを上昇し、やがて周壁１３ｂ上端部に形成された液抜孔１３ｇから集液樋１６ｃに至り、外部に排出されることとなる。
このような過程において、融解温度の低い初期の融解液Ｌを回収することにより濃縮液を得ることができるものである。なお、より遠心力を加えられる脱水籠（φ３５０ｍｍ、３０００ｒｐｍ、１７６２Ｇ）を用いた場合、より効率良く短時間で高濃度な濃縮液を得ることができた。

そして所望の濃度の融解液Ｌが得られなくなった時点で原氷Ｃ（残留氷）を除去するものであり、温風ノズル１８及び圧縮エアーノズル１９から供給される温風及び圧縮エアーによってスクリーン１３ｅに貼り付いた原氷Ｃ（残留氷）を融解して吹き飛ばし、排出口１３ｆから外部に排出する。
なお、融解液Ｌの濃度を濃度計あるいは質量分析計などで測定し、融解液Ｌの濃度が所定の濃度より低下した時点で自動的に原氷Ｃ（残留氷）を除去する動作に移行するように自動運転を行わせることもできる。更には、原氷Ｃの投入、融解液Ｌの回収、原氷Ｃ（残留氷）の除去などの動作を、タイマーを用いて一定時間が経過したら次の動作に移行するように自動化することもできる。
また前記脱水籠１３におけるスクリーン１３ｅの内面に対し、断熱性素材等を用いてリブ１３ｈを適宜の高さで形成するようにしてもよく、一例として図４（ａ）、（ｂ）に示すように平面視でスクリーン１３ｅを四分割するような個所に、高さ方向に伸びるようにリブ１３ｈを設けた場合には、スクリーン１３ｅに対して貼り付く原氷Ｃは円筒状とはならず、図４（ｃ）に示すように円筒が四分割された状態のものとなる。このため圧縮エアー等により容易にスクリーン１３ｅから剥離することができるものである。

〔他の実施例〕
本発明は上述した実施例を基本となる実施例とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施例を採ることもできる。
まず図５（ａ）に示すように、分散棒１７を回転自在とするとともに、分散棒１７に分散板１７ａを具えることにより、分散板１７ａがスクリーン１３ｅの内周面に対して接近離反が可能であるような構成を採ることもできるものである。この場合、スクリーン１３ｅに付着している原氷Ｃの厚さに応じて分散棒１７を回転させ、分散板１７ａが常時原氷Ｃの表面に接している状態を維持することが可能になる。このため原氷Ｃは図５（ｂ）に示すように運転初期段階においてスクリーン１３ｅに付着し始めた直後から分散板１７ａによって厚さが規制されるため、スクリーン１３ｅの全周に亘って均等の厚さで分布することとなり、運転初期段階から脱水籠１３の回転を安定させることができる。図５（ｃ）は、分散棒１７を回転させることにより、原氷Ｃがスクリーン１３ｅに厚く付着した状態を示すものである。
なお原氷Ｃ（残留氷）を除去する際には、分散棒１７を回転させて分散板１７ａを原氷Ｃ（残留氷）に押し付けることによりスクレーパとして機能させることができる。また分散板１７ａに圧縮エアーノズル１９を具えることにより、より効果的に原氷Ｃ（残留氷）を融解して吹き飛ばすことができる。

また図６に示すように、シャフト１１を脱水籠１３の底板１３ａの上部面に対して接続し、脱水籠１３を吊り持ち状態とすることも可能である。この場合、分散盤１５の中心の上方に投入筒１６ｂを配置することができないため、位置をずらして設置された投入筒１６ｂの排出部を分散盤１５の中心に指向させるようにする。

本発明の融解分離装置を一部破断して示す斜視図である。 脱水籠を示す縦断側面図及び分散盤を示す斜視図である。 分散棒を設けた場合と設けていない場合のスクリーンへの原氷の貼り付き状態を示す平面図及び縦断側面図である。 スクリーンにリブを具えた実施例を示す平面図及び縦断側面図並びにこのスクリーンに付着した原氷を示す斜視図斜視図である。 分散棒の他の実施例を示す斜視図、平面図及び縦断側面図である。 融解分離装置の他の実施例を示す骨格図である。 特許文献に開示された融解分離装置を示す骨格図である。

符号の説明

１ 融解分離装置
１０ 軸受
１１ シャフト
１２ 台座
１３ 脱水籠
１３ａ 底板
１３ｂ 周壁
１３ｃ スペーサ
１３ｄ フランジ
１３ｅ スクリーン
１３ｆ 排出口
１３ｇ 液抜孔
１３ｈ リブ
１５ 分散盤
１６ 筐体
１６ａ 天板
１６ｂ 投入筒
１６ｃ 集液樋
１７ 分散棒
１７ａ 分散板
１８ 温風ノズル
１９ 圧縮エアーノズル
Ｃ 原氷
Ｆ 機枠
Ｌ 融解液
Ｍ モータ

Claims (6)

1. 被処理液を凍結させて得られた原氷を融解させ、融解初期に生成される高濃度の融解液を回収することにより被処理液の濃縮処理を行う際に用いられる分離装置において、この装置は、前記原氷から融解液を遠心脱水するための脱水籠を、回転軸が鉛直になるように具えて成るものであり、この脱水籠内には分散盤が具えられ、この分散盤上に供給された原氷を脱水籠の周壁に向けて分散させるように構成されていることを特徴とする融解分離装置。
2. 前記分散盤は、縦断面視において中心部から外周部にかけて迫り上がる形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の融解分離装置。
3. 前記脱水籠の内側には分散棒が配されていることを特徴とする請求項１または２記載の融解分離装置。
4. 前記脱水籠の内側には、回転可能な分散棒に具えられた分散板が配されていることを特徴とする請求項１または２記載の融解分離装置。
5. 前記分散棒または分散板は、スクレーパ機能、気液吹込ノズル機能を含んだ一または二以上の支援機能を兼用的に発揮するものであることを特徴とする請求項３または４記載の融解分離装置。
6. 前記脱水籠におけるスクリーン内壁にリブを具えたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の融解分離装置。

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