JP3179097B2 - 薄膜流下型濃縮機 - Google Patents

薄膜流下型濃縮機

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JP3179097B2
JP3179097B2 JP51114991A JP51114991A JP3179097B2 JP 3179097 B2 JP3179097 B2 JP 3179097B2 JP 51114991 A JP51114991 A JP 51114991A JP 51114991 A JP51114991 A JP 51114991A JP 3179097 B2 JP3179097 B2 JP 3179097B2
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吉治 坂井
憲三 増谷
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Hisaka Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、薄膜流下型濃縮機に関するもので、特に、
熱感受性の強い液、例えば、果物(オレンジ、パイン、
みかん等)、野菜類(オニオン、トマト等)、畜肉エキ
ス(鶏、牛、豚等)、海産物(エビ、カキ、魚類、カニ
等)など、フレーバーを無くさず、品質劣化もさせない
で高濃縮が必要な原液の濃縮に用いて好適である。
背景技術 熱感受性の強い液を濃縮する場合、蒸発伝熱エレメン
トへの熱接触時間を短時間にする必要がある。そのため
には、濃縮装置に供給した原液を1パスで濃縮液として
取り出すことが望ましい。本発明者等は、熱感受性の強
い液を濃縮するために好適な薄膜流下型濃縮機を開発し
WO90/09220として国際出願している。
しかし、上記出願は、さらに高い濃縮度が要求される
原液の濃縮に対しては、改良の余地が残されていた。即
ち、原液を高濃縮する場合、多段効用濃縮方式が採用さ
れ、原液中の水分が各段階での濃縮装置によって、段階
的に蒸発分離され、後段になるほど濃縮されて原液の液
量が減少し、最終段では、液量が極端に少なくなって、
伝熱表面に乾き面が現われ、焦付きや液品質の劣化等が
発生する場合があった。これの対策として、最終段の
み、濃縮後の液を一部再循環させて液量を増大させるこ
とも考えられるが、このようにすると、熱感受性の強い
液は、その風味が損なわれて品質が低下することとなる
のみならず、濃縮効率も低下することになる。
本発明は、上記点を改善するためになされたもので、
その目的とするところは、完全に1パスで高濃縮を可能
とした薄膜流下型濃縮機を提供することにある。
発明の開示 上記目的を達成するため、本発明は、原液プレートと
蒸気プレートとを交互に積層して、加熱蒸気により原液
を濃縮する薄膜流下型濃縮機において、原液入口から濃
縮液出口までの原液の加熱流路の幅を漸次狭くするため
に、原液加熱流路を囲繞構成するガスケットの幅方向間
隔を下方に向けて漸次狭くなるように形成し、かつ、原
液プレートの外周囲に沿って配置される枠状ガスケット
と二重構造で一連に形成したものである。
また、本発明は、上記構成に付加して、プレート間隔
を原液入口から濃縮液出口に向けて漸次広くするために
前記ガスケットの厚さを漸次厚くしたことを特徴として
いる。
さらに、本発明は、プレート間隔を原液プレートの原
液入口から濃縮液出口に向けて漸次狭くし、かつ、原液
プレートの原液加熱流路の幅を原液プレートの原液入口
から濃縮液出口まで同一としたものである。
また、本発明は、原液プレートの原液入口から濃縮液
出口までの原液加熱流路の幅を漸次狭くし、かつ、該原
液加熱流路の途中から前記濃縮液出口までの原液加熱流
路の側部に蒸発蒸気流路を形成したことを特徴とするも
のである。これらの、及びその他のこの発明の特徴は、
添付図面を参照して下記するところから一層明らかにさ
れる。
図面の簡単な説明 図1は本発明に係る原液プレートの正面図、 図2は本発明に係る蒸気プレートの正面図、 図3は本発明に係る原液プレートと蒸気プレートとを
交互に積層して形成した濃縮機の概略構成を示す分解斜
視図、 図4は、本発明の第2の実施例を示すプレートの配列
状態の要部側面図、 図5は本発明の第4の実施例に係る原液プレートの正
面図、 図6は本発明の第4の実施例に係る蒸気プレートの正
面図、 図7は図5のvii−vii線の拡大断面図、 図8は本発明の伝熱プレートを使用した濃縮装置の一
例を示すフローシートである。
発明を実施するための最良の形態 図1において、(10)は本発明に係る原液プレートを
示し、加熱蒸気通路(11)、原液入口(12)、濃縮液出
口(13)、ドレン通路(14)(14)を有する。
加熱蒸気通路(11)は、原液プレート(10)の上部中
央に開口形成してあり、周囲をガスケット(15a)で囲
繞してある。
原液入口(12)は、原液プレート(10)の上下方向の
中央よりやや上で原液プレート(10)の幅方向の中心線
上に開口形成してあり、原液プレート(10)の幅方向寸
法の1/5〜1/9の寸法とされ、その周囲を略U字形のガス
ケット(15b)で囲繞してある。この略U字形のガスケ
ット(15b)は、原液入口(12)から流入した原液の予
熱流路(16)を構成し、その上部の開口から両側の分散
部(17)(17)へ原液を均等に分散させるものである。
濃縮液出口(13)は、原液プレート(10)の下部中央
に開口形成してあり、その下部周囲を略U字形のガスケ
ット(15c)で囲繞してある。
原液の予熱流路(16)の上部から両側の分散部(17)
(17)を経て濃縮液出口(13)に至るまでの間に原液の
加熱流路(18)が形成してある。この加熱流路(18)
は、その周囲をガスケット(15d)で囲繞形成してあ
り、このガスケット(15d)の下端は濃縮液出口(13)
の下部周囲を囲繞する略U字形のガスケット(15c)に
連続させてある。
上記加熱流路(18)は、原液入口(12)から濃縮液出
口(13)に向けて幅寸法を漸次狭く形成してある。その
ために、加熱流路(18)を囲繞するガスケット(15d)
は、下方に向けて幅方向の間隔が狭められている。
ドレン通路(14)(14)は、濃縮液出口(13)よりも
下部の位置で原液プレート(10)の下部両側に開口形成
してあり、その周囲をガスケット(15e)で囲繞してあ
る。
原液プレート(10)の周囲は、枠状ガスケット(15
f)で囲繞してあり、この枠状ガスケット(15f)は、他
のガスケット(15a)(15c)(15d)(15e)と一連に形
成してある。
次に、図2において、(20)は蒸気プレートを示し、
加熱蒸気入口(21)、原液通路(22)、濃縮液通路(2
3)、ドレン出口(24)(24)を有する。
加熱蒸気入口(21)は、蒸気プレート(20)の上部中
央に開口形成してあり、上半部周囲をガスケット(25
a)で囲繞してある。
原液通路(22)は、蒸気プレート(20)の上下方向の
中央よりやや上で蒸気プレート(20)の横方向の中心線
上に開口形成してあり、蒸気プレート(20)の横方向寸
法の1/5〜1/9の寸法とされ、その周囲を環状のガスケッ
ト(25b)で囲繞してある。なお、原液通路(22)の上
部にも、前記原液プレート(10)の原液予熱流路(16)
を構成するガスケット(15b)に対応させて、両プレー
ト(10)(20)の撓み変形等を防止させるためのガスケ
ット(25c)が固着してある。
濃縮液通路(23)は、蒸気プレート(20)の下部中央
に開口形成してあり、その周囲を環状のガスケット(25
d)で囲繞してある。
ドレン出口(24)(24)は、濃縮液通路(23)よりも
下部の位置で蒸気プレート(20)の下部両側に開口形成
してある。このドレン出口(24)(24)は、蒸気プレー
ト(20)の上部の加熱蒸気入口(21)から流入する加熱
蒸気がドレン出口(24)(24)へ向けて流下する加熱蒸
気流路(26)を含めて一連の枠状ガスケット(25e)で
囲繞してある。
加熱蒸気流路(26)は、前記原液プレート(10)の上
部から下部に向けて幅寸法を漸次狭く形成してある。そ
のために、加熱蒸気流路(26)を囲繞するガスケット
(25e)は、下方に向けて幅方向の間隔が狭められてい
る。
蒸気プレート(20)の周囲は、枠状ガスケット(25
f)で囲繞してあり、この枠状ガスケット(25f)は、加
熱蒸気流路(26)を囲繞するガスケット(25e)と一連
に形成してある。
上記した蒸気プレート(20)の加熱蒸気入口(21)、
原液通路(22)、濃縮液通路(23)、ドレン出口(24)
(24)の形成位置と大きさは、前記した原液プレート
(10)の加熱蒸気通路(11)、原液入口(12)、濃縮液
出口(13)、ドレン通路(14)(14)の形成位置と大き
さに一致させてある。
本発明の第1の実施例は、以上の構成からなる原液プ
レート(10)と蒸気プレート(20)とを図3に示すよう
に、交互に積層し、両端にエンドプレート(31)(32)
を配置して薄膜流下型濃縮機を構成する。
そして、一方のエンドプレート(31)の上部の加熱蒸
気供給口(33)から加熱蒸気を供給し、上下方向中央よ
りやや上の原液供給口(34)から原液を供給する。これ
により、原液は、各原液プレート(10)の原液入口(1
2)から予熱流路(16)を上昇し、上部から両側の分散
部(17)(17)を経て原液の加熱流路(18)を薄膜状に
流下し、濃縮液出口(13)から出ていく。一方、加熱蒸
気は、各蒸気プレート(20)の加熱蒸気入口(21)から
加熱蒸気流路(26)を薄膜状に流下し、ドレン出口(2
4)(24)から出ていく。
これにより、原液は、両側を通る加熱蒸気により、各
原液プレート(10)の予熱流路(16)で予熱され、か
つ、加熱流路(18)で加熱され濃縮されて濃縮液出口
(13)から出ていく。
この原液が濃縮される過程では、原液中の水分が蒸気
となって蒸発し、その分、液量が減少することになり、
原液の加熱流路(18)の幅方向寸法が上から下まで一様
であると、伝熱面に乾き面が発生することが有り得る
が、本発明では、原液の加熱流路(18)の幅方向寸法を
上から下に向けて漸次狭くしてあることにより、伝熱面
に乾き面が発生することを防止している。
一方、加熱蒸気は、各蒸気プレート(20)の加熱蒸気
流路(26)を通る間に両側を通る原液を加熱して凝縮
し、ドレンとなって、ドレン出口(24)(24)から出て
いく。
この加熱蒸気の方は、凝縮されて体積が減少するの
で、加熱蒸気流路(26)も下方に向けて幅方向寸法を漸
次狭くしておくのが望ましい。
上記した本発明の第1の実施例の構成によれば、原液
が原液加熱流路を薄膜状に流下して水分が蒸発し、その
蒸発蒸気の体積が増大して圧力が上昇しても、ガスケッ
トによるシールが二重に行われるため、原液の漏れを二
重に防止させることができる。
図3において、(35)は、濃縮液取り出し口、(36)
は、ドレン取り出し口である。
次に、本発明の第2の実施例を図4に基ずいて説明す
る。
第2の実施例は、図1〜図3の実施例と組み合わせて
実施するものである。即ち、図1〜図3の実施例におい
ては、原液が加熱流路(18)を薄膜状に流下して濃縮さ
れ、その液量が減少し、この減少に対応して加熱流路
(18)の幅寸法を漸次狭くしてあることにより、伝熱面
に乾き面が発生することを防止することができるのであ
るが、上記原液の濃縮過程において、原液中の水分が蒸
発蒸気となって、濃縮液とともに濃縮液出口(13)に向
けて流下し、この蒸発蒸気の体積は、元の水分よりも増
大しているため、濃縮液出口(13)に向かう濃縮液の流
速を過大にすることになり、十分な加熱時間を確保でき
なくなることがある。
この点を防止するため、第2の実施例は、図4に示す
ように、原液プレート(10)と蒸気プレート(20)との
間に形成される原液の加熱流路(18)のプレート間隔を
上から下に向けて漸次広くするものである。このように
することによって、原液の濃縮過程において発生する蒸
発蒸気により濃縮液出口(13)に向かう濃縮液の流路が
過大になることを防止させることができるようにしたも
のである。
上記構成を実現する手段として、原液プレート(10)
のガスケット(15a)〜(15f)の厚さを図4に示すよう
に上から下に向けて漸次厚くしたものである。これと共
に、蒸気プレート(20)のガスケット(25a)〜(25f)
の厚さを図4に示すように上から下に向けて漸次薄くし
たものである。このようにすることにより、原液プレー
ト(10)と蒸気プレート(20)とを積層した状態の全体
の厚さが一様となる。そして、このようにしても、加熱
蒸気の方は、上から下へ流下する間に凝縮して体積が減
少するので問題はない。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。
第3の実施例は、図面による表示をしていないが、そ
の内容は、次の通りである。
前記した原液の加熱流路(18)を構成するプレート間
隔を原液入口(12)から濃縮液出口(13)に向けて漸次
狭くし、かつ、原液の加熱流路(18)の幅を原液入口
(12)から濃縮液出口(13)まで同一とするものであ
る。
このようにすると、原液の加熱流路(18)を流下する
原液が濃縮されてその液量が減少することに対し、原液
の加熱流路(18)を構成するプレート間隔も下方が狭く
なることにより、伝熱面に乾き面が発生することを防止
することができる。これと共に加熱蒸気流路(26)のプ
レート間隔は、下方が広くなるようにする。また、加熱
蒸気流路(26)の値は、上から下まで同一とする。
次に、本発明の第4の実施例を図5〜図7により説明
する。
図5は、図1の原液プレート(10)と同様であり、同
一部材には同一符号を付してその説明を省略する。相違
する点は、原液の加熱流路(18)を囲繞構成しているガ
スケット(15d)の下方部に複数個の蒸発蒸気出口(4
0)を形成し、かつ、原液の加熱流路(18)の両側又は
片側の下方部に蒸発蒸気流路(41)を形成している点で
ある。この蒸発蒸気流路(41)は、濃縮液出口(13)に
連通させてある。
図5のように、原液の加熱流路(18)を囲繞構成して
いるガスケット(15d)の下方部に複数個の蒸発蒸気出
口(40)を形成し、かつ、原液の加熱流路(18)の両側
又は片側の下方部に蒸発蒸気流路(41)を形成すること
によって、原液が濃縮されて液量が減少し、同時に発生
する蒸発蒸気を、複数個の蒸発蒸気出口(40)から原液
の加熱流路(18)の両側又は片側の下方部の蒸発蒸気流
路(41)に分離させることができ、濃縮液の流速が増加
することを防止することができる。図7は、ガスケット
(15d)の下方部に形成した複数個の蒸発蒸気出口(4
0)の形成状態を示す拡大側面図であり、ガスケット(1
5d)を明示するためにハッチングを施してある。
これに対応する蒸気プレート(20)が図6に示してあ
り、これは、図2に示した蒸気プレート(20)と同様で
あり、同一部材には同一符号を付してその説明は省略す
る。相違点は、加熱蒸気流路(26)を囲繞構成している
ガスケット(25e)の下方部を一部切除して、図5のガ
スケット(15f)の同一形状とした点である。この構成
による加熱蒸気の作用は、図2のものと差がない。
上記第4の実施例によれば、第2の実施例のようにガ
スケットの厚さを変える必要がなく、一様な厚さのガス
ケットが使用できる。
上記してきた原液プレート(10)及び蒸気プレート
(20)は、いずれも、縦横比が約9:1とされている。
次に、図8は本発明の伝熱プレートによる濃縮装置の
フローシートであって、図8におい、原液は、タンク
(50)から第1ポンプ(51)により、第1予熱器(5
2)、第2予熱器(53)を経て第1濃縮機(54)に供給
されて濃縮され、第1セパレータ(55)で気液分離され
る。そして、第1セパレータ(55)で気液分離された濃
縮液は、第2ポンプ(56)により、第2濃縮機(57)に
供給されてさらに濃縮され、第2セパレータ(58)で気
液分離される。さらに、第2セパレータ(58)で気液分
離された濃縮液は、第3ポンプ(59)により、第3濃縮
機(60)に供給されてまたさらに濃縮され、第3セパレ
ータ(61)で気液分離される。そして、第3セパレータ
(61)で気液分離された濃縮液は、第4ポンプ(62)に
より、冷却器(63)で冷却して、取り出される。
一方、加熱蒸気は、供給源(64)から第1濃縮機(5
4)と第2予熱器(53)とに供給される。第1濃縮機(5
4)の加熱蒸気のドレンは、第1ドレンセパレータ(6
5)により、未凝縮蒸気と凝縮ドレンとに分離される。
そして、凝縮ドレンは、第1ドレンポンプ(66)によ
り、第1予熱器(52)へ予熱源として供給された後、排
出される。また、未凝縮蒸気は、第1セパレータ(55)
の分離蒸気とともに、第2濃縮機(57)へ加熱蒸気とし
て供給される。第1セパレータ(55)の分離蒸気の一部
は、スチームインゼクタ(67)を介して供給源(64)か
らの加熱蒸気とともに第1濃縮機(54)へ供給される。
第2濃縮機(57)の加熱蒸気のドレンは、第2ドレンセ
パレータ(68)により、未凝縮蒸気と濃縮ドレンとに分
離される。そして、凝縮ドレンは、第2ドレンポンプ
(69)により、第1予熱器(52)へ予熱源として供給さ
れた後、排出される。また、未凝縮蒸気は、第2セパレ
ータ(58)の分離蒸気とともに、第3濃縮機(60)へ加
熱蒸気として供給される。第3濃縮機(60)の加熱蒸気
のドレンは、第3ドレンセパレータ(70)により、未凝
縮蒸気と凝縮ドレンとに分離される。そして、凝縮ドレ
ンは、第4ドレンセパレータ(71)で未凝縮蒸気と凝縮
ドレンとに分離された後、第3ドレンポンプ(72)によ
り、第1予熱器(52)へ予熱源として供給された後、排
出される。また、第3ドレンセパレータ(70)の未凝縮
蒸気は、第3セパレータ(61)の分離蒸気とともに、冷
却器(73)へ供給されて冷却された後、第4ドレンセパ
レータ(71)へ供給される。第4ドレンセパレータ(7
1)では、未凝縮蒸気と凝縮ドレンとに分離され、凝縮
ドレンは、第3ドレンポンプ(72)により、第1予熱器
(52)へ予熱源として供給された後、排出される。そし
て、未凝縮蒸気は、水インゼクタ(74)により、水タン
ク(75)へ供給される。
上記図8は、3段効用濃縮装置に本発明を適用した場
合を例示しており、第1段目の濃縮機の加熱源は、専用
の加熱源を使用するが、第2段目以降の濃縮機の加熱源
は、前段の濃縮機の原液から分離した蒸気を利用するも
のである。この場合、本発明は、全部の濃縮機に適用し
てもよく、或いは、後段の濃縮機にのみ適用してもよ
い。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 1/00,1/14,1/22 B01D 3/00,3/28

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原液プレートと蒸気プレートとを交互に積
    層して、加熱蒸気により原液を濃縮する薄膜流下型濃縮
    機において、原液プレートの原液入口から濃縮液出口ま
    での原液加熱流路の幅を漸次狭くするために、原液加熱
    流路を囲繞構成するガスケットの幅方向間隔を下方に向
    けて漸次狭くなるように形成し、かつ、原液プレートの
    外周囲に沿って配置される枠状ガスケットと二重構造で
    一連に形成したことを特徴とする薄膜流下型濃縮機。
  2. 【請求項2】原液プレートと蒸気プレートとを交互に積
    層して、加熱蒸気により原液を濃縮する薄膜流下型濃縮
    機において、原液プレートの原液入口から濃縮液出口ま
    での原液加熱流路の幅を漸次狭くするために、原液加熱
    流路を囲繞構成するガスケットの幅方向間隔を下方に向
    けて漸次狭くなるように形成し、かつ、原液プレートの
    外周囲に沿って配置される枠状ガスケットと二重構造で
    一連に形成し、さらに、原液加熱流路のプレート間隔
    を、原液プレートの原液入口から濃縮液出口に向けて漸
    次広くするために前記ガスケットの厚さを漸次厚くした
    ことを特徴とする薄膜流下型濃縮機。
  3. 【請求項3】原液プレートと蒸気プレートとを交互に積
    層して、加熱蒸気により原液を濃縮する薄膜流下型濃縮
    機において、原液加熱流路のプレート間隔を、原液プレ
    ートの原液入口から濃縮液出口に向けて漸次狭くし、か
    つ、原液プレートの原液入口から濃縮液出口までの原液
    加熱流路の幅を同一としたことを特徴とする薄膜流下型
    濃縮機。
  4. 【請求項4】原液プレートと蒸気プレートとを交互に積
    層して、加熱蒸気により原液を濃縮する薄膜流下型濃縮
    機において、原液プレートの原液入口から濃縮液出口ま
    での原液加熱流路の幅を漸次狭くし、かつ、原液プレー
    トの原液加熱流路の途中から濃縮液出口までの原液加熱
    流路の側部に原液から蒸発した蒸気を濃縮液から分離し
    て濃縮液出口へ流下させるための蒸発蒸気流路を形成し
    たことを特徴とする薄膜流下型濃縮機。
  5. 【請求項5】プレート間隔がガスケットの厚さを漸次変
    化させることによって形成されていることを特徴とする
    請求項3に記載の薄膜流下型濃縮機。
  6. 【請求項6】加熱蒸気流路のプレート間隔が原液加熱流
    路のプレート間隔と逆関係でその厚さを漸次変化させて
    あることを特徴とする請求項2または3に記載の薄膜流
    下型濃縮機。
  7. 【請求項7】加熱蒸気流路のプレート間隔がガスケット
    の厚さを漸次変化させることによって形成されているこ
    とを特徴とする請求項6に記載の薄膜流下型濃縮機。
  8. 【請求項8】加熱蒸気流路を囲繞構成するガスケット及
    び原液加熱流路を囲繞構成するガスケットが幅方向間隔
    を下方に向けて漸次狭くなるように形成され、かつ、プ
    レートの外周囲に沿って配置される枠状ガスケットと二
    重構造で一連に形成されていることを特徴とする請求項
    4に記載の薄膜流下型濃縮機。
  9. 【請求項9】原液から蒸発した蒸気を濃縮液から分離し
    て濃縮液出口へ流下させるための蒸発蒸気流路が、原液
    加熱流路を囲繞構成するガスケットと原液プレートの外
    周囲に沿って配置される枠状ガスケットとの二重構造部
    分の内側と外側との間に形成され、かつ、原液加熱流路
    を囲繞構成する内側のガスケットには前記蒸発蒸気流路
    に通じる複数個の蒸気出口が形成され、さらに前記蒸発
    蒸気流路が下方部で濃縮液出口と連通させてあることを
    特徴とする請求項4に記載の薄膜流下型濃縮機。
  10. 【請求項10】原液プレートが、原液をプレートの縦方
    向中心軸線上に沿って上昇させる予熱流路と、この予熱
    流路の上端から左右両側へ向けて原液を均一な薄膜状に
    分散させる両側の分散部と、この分散部で分散された原
    液を均一な薄膜状に流下させる加熱流路とを具備してい
    ることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の薄
    膜流下型濃縮機。
  11. 【請求項11】請求項1〜10のいずれかに記載の濃縮機
    がセパレータとペアで多段配置され、原液が前段から後
    段へ順次1パスで送液され、かつ、前段の分離蒸気が次
    段の濃縮機の加熱媒体として使用される多重効用方式と
    され、しかも、初段の濃縮機への加熱媒体の供給にスチ
    ームインゼクタが使用され、さらに、初段の濃縮機へ供
    給される原液が、各段の濃縮機で生ずる加熱媒体の凝縮
    ドレンにより予熱される構成であることを特徴とする薄
    膜流下型濃縮機。
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