JP4330308B2 - 高速旋回式蒸発装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種調味料、各種エキス等の液体原料を濃縮するために用いられる蒸発装置に関するものであって、特に発泡しやすい液体原料や、粘度の高い液体原料や各種廃液を取り扱うことのできる高速旋回式蒸発装置に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
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、種々の蒸発装置が用いられている。
このうち液膜上昇式の蒸発装置は、機械的な可動部分が無い簡単な構造であるためイニシャルコストが低く済み、またほとんど故障しないため保守費用を含めたランニングコストも低く済むものであり、更には設置面積が少なく済むといったメリットがあるため広く普及しているものである。
【０００３】
前記液膜上昇式蒸発装置Ｄ′は、図４に示すように加熱缶１′と蒸発缶２′とをその間の吹込管路３′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′内に流入した液体原料Ｌ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、濃度の高まった液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓ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Ｓとの分離を行う装置である。
【０００４】
しかしながら従来の液膜上昇式蒸発装置Ｄ′は、発泡性を有する液体原料Ｌや、高粘度の液体原料Ｌを取り扱うのに適したものではなかった。
すなわち蒸発缶２′内においては、液体成分Ｌ１を高速の旋回流とし、遠心効果により発泡を抑えることが有効であるため、従来の液膜上昇式蒸発装置Ｄ′にあっては、蒸発缶２′に対して吹込管路３′を円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続し、蒸発缶２′内において液体成分Ｌ１の旋回流を起こすことが図られている。しかしながら加熱缶１′から排出された液体成分Ｌ１及び蒸気成分Ｓの流速は１０〜２０ｍ／ｓ程度であり、蒸発缶２′内における液体成分Ｌ１の流速が不充分なものとなってしまい、液体成分Ｌ１の発泡を充分に抑えることはできなかった。
【０００５】
また前記液膜上昇式蒸発装置Ｄ′は、長管１１′の内部で液体原料Ｌを沸騰させ、長管１１′内を上昇する蒸気成分Ｓが液体成分Ｌ１を引き上げるものであるため、液体原料Ｌを加熱缶１′の下部に供給している。
しかしながら加熱缶１′の下部においては液体原料Ｌが上昇する流速はコンマ数ｍ／ｓ程度と非常に遅いため、戻り管路５′から再び加熱缶１′内に戻る濃縮された状態の液体成分Ｌ１と、新たに投入された液体原料Ｌとがうまく混ざり合わない。この結果濃度の低い部分が先に長管１１′内を上昇することとなるため、長管１１′内に均等な圧力がかからず、各長管１１′での流量が不均一となり、液切れによる過熱や焦げ付きが生じてしまう。
【０００６】
【解決を試みた技術課題】
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、液体成分の発泡を防ぎ、更に濃縮された状態の液体成分と、新たに投入された液体原料との混合不足による焦げ付き等を防ぎ、発泡しやすい液体原料や、粘度の高い液体原料を取り扱うことのできる、新規な高速旋回式蒸発装置の開発を技術課題としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の高速旋回式蒸発装置は、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するとともに、前記加熱缶内に配した複数の長管内に流入した液体原料を、この長管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成分を得る蒸発装置において、前記蒸発缶は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶に対して前記吹込管路を接続するにあたっては、円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続することにより、蒸発缶内において１０００〜２００００ｒｐｍの液体成分の旋回流を生じさせるものであり、このため前記吹込管路における蒸発缶との接続部位近傍の開口断面積を、前記蒸気成分が発生する複数の長管の開口断面積の総和よりも小さく設定することにより、吹込管路内における蒸気成分と液体成分との流速が１００〜２５０ｍ／ｓとなるように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、蒸発缶内において生じる液体成分の旋回流を、流速の速いものとすることができ、その遠心効果によって発泡を効果的に抑えることができる。
【０００８】
更にまた請求項２記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記吹込管路における蒸発缶との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状とし、蒸発缶内に吹き込む液体成分と蒸気成分とを薄層状態と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、液体成分の旋回流と、上昇する蒸気成分との干渉を軽減するため、液体成分の旋回流の乱れを防止することができる。
【０００９】
更にまた請求項３記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮し、圧縮により高温となった過熱蒸気を加熱缶に供給するように構成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、液体原料から発生した蒸気成分の潜熱を有効利用することができ、ランニングコストを低減することができる。
【００１０】
更にまた請求項４記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記液体原料の供給は、蒸発缶内に行うように構成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、高速旋回式蒸発装置中に新たに供給された液体原料を、蒸発缶内において濃縮された状態の液体成分と充分に混合し、濃度が均一となった状態で加熱缶に供給することができる。
【００１１】
更にまた請求項５記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記循環経路内を減圧状態と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、液体原料の沸点が低下するため、蒸発を効率的に行うことができる。
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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図示の実施の形態に基づいて説明するものであり、図１に示す蒸気供給装置９を用いて加熱缶１に蒸気を供給する実施の形態と、図３に示す圧縮機９０を用いて液体原料Ｌから発生した蒸気成分Ｓを圧縮し、得られた過熱蒸気Ｈを加熱缶１に供給する実施の形態とに分けて説明を行う。
【００１３】
【蒸気供給装置を用いる実施の形態】
まず蒸気供給装置９を用いて加熱缶１に蒸気を供給する実施の形態について説明する。図１中符号Ｄで示すものが本発明の高速旋回式蒸発装置であり、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内に流入した液体原料Ｌ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Ｓ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Ｓとの分離を行う装置である。
【００１４】
以下高速旋回式蒸発装置Ｄ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、このものは密閉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の下端部を給液口１２と連通状態とし、一方、長管１１の上部を排出口１３に臨ませて成るものである。また前記筐体１０側周部分には蒸気口１４及びドレン口１５が形成される。
【００１５】
次に前記蒸発缶２について説明すると、このものは円筒下部に逆円錐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を形成し、下部に流出口２２を形成し、更に側周部に流入口２３を形成して成るものである。
【００１６】
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２３との間を吹込管路３によって連通状態に接続し、また前記加熱缶１における給液口１２と、蒸発缶２における流出口２２との間を戻り管路５によって連通状態に接続する。この結果、蒸発缶２、戻り管路５、加熱装置１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。
【００１７】
ここで前記吹込管路３及び流入口２３の形態について詳しく説明する。
まず前記吹込管路３は図２に示すように、蒸発缶２に対して円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続することにより、蒸発缶２内において液体成分Ｌ１及び蒸気成分Ｓの旋回流を生じさせるように構成される。そして吹込管路３における加熱缶１との接続部位を、先細り状のダクト３１によって構成し、更に吹込管路３における蒸発缶２との接続部位近傍の開口断面積Ｓ３が、前記複数本の長管１１の開口断面積Ｓ１１の総和よりも小さくなるように設定した。
また前記流入口２３は図２（ｃ）に示すように、垂直辺が水平辺よりも長い長方形状のスリットとするものであり、吹込管路３における蒸発缶２との接続部位の開口断面の形状も、垂直辺が水平辺よりも長い長方形状とし、蒸発缶２内に吹き込む液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓとが薄層状態に成るように構成した。
【００１８】
なお戻り管路５の途中には濃縮液排出口５１を形成するものであり、バルブ５２を開放することにより、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を外部に排出できるように構成する。
【００１９】
また前記蒸発缶２における排気口２１の後段部分にはコンデンサ７を接続し、更にその後段に真空ポンプＰを接続する。
更にまたこの実施の形態においては、前記蒸発缶２における筐体２０内に液体原料Ｌを供給するものであり、給液タンク８に貯留された液体原料Ｌを、バルブ８１の開度を調整することにより、筐体２０内に配したノズル８２から噴出するものである。
【００２０】
更にまた前記加熱缶１に形成した蒸気口１４には蒸気供給装置９を接続するものであり、ここから筐体１０内に供給された蒸気が、長管１１内に位置する液体原料Ｌ（濃縮後の液体成分Ｌ１も含む）に対して熱を伝導し、その結果蒸気は凝集してドレン口１５から外部に排出される。
【００２１】
本発明の高速旋回式蒸発装置Ｄ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を加熱した蒸気は凝集し、ドレン口１５から外部に排出される。
次いで真空ポンプＰを起動して液体原料Ｌ及び液体成分Ｌ１の循環経路内の減圧を図り、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Ｌとしてノズル８２から蒸発缶２内に供給する。なおこの実施の形態では、真空ポンプＰを用いて循環経路内の減圧を行い、液体原料Ｌの沸点低下を図ったが、液体原料Ｌの種類等によっては減圧を要さない場合もある。
【００２２】
すると液体原料Ｌは、戻り管路５を経由して加熱缶１に至って長管１１内に供給され、蒸気から伝導される熱によって長管１１内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｓが長管１１内を上昇する際に、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を引き上げるものである。
そしてこれら蒸気成分Ｓ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内に入り込むものであり、このとき先細り状のダクト３１を通過するとともに、蒸発缶２との接続部位近傍の開口断面積Ｓ３を複数本の長管１１の開口断面積Ｓ１１の総和よりも小さく設定した吹込管路３を通過するため流速が増すものである。なおこの実施の形態では、吹込管路３内における蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１との流速が、１００〜２５０ｍ／ｓとなるようにした。
【００２３】
次いで蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１とは、蒸発缶２における流入口２３から筐体２０内に流入するものであり、このとき図２に示すように、蒸発缶２は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶２に対して吹込管路３が円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続されているため、蒸発缶２内において液体成分Ｌ１の旋回流を生じさせることができる。特に本発明によればこの旋回流の回転数は、小型の装置で２００００ｒｐｍ程度、大型の装置で１０００ｒｐｍ程度と、既存の装置と比べて高い値とすることができるため、遠心効果により液体成分Ｌ１の発泡を効果的に抑えることができるものである。
【００２４】
また前記吹込管路３における蒸発缶２との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状としたため、蒸発缶２内に吹き込む液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓとが薄層状態となり、流入口２３から排気口２１に向けて移動する蒸気成分Ｓの流れが、流入口２３から排出口２２に向けて移動する液体成分Ｌ１の流れに干渉してしまうことがない。
【００２５】
そして蒸気成分Ｓは排気口２１からコンデンサ７に至り、凝集液となって外部に排出される。
一方、液体成分Ｌ１は流出口２２に至り、ここから戻り管路５内に移動するものであり、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、前記ノズル８２から供給された新たな液体原料Ｌ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る。
なおこの際、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、新たに供給された液体原料Ｌと混ざり合うため、濃度が均一となった状態で加熱缶１に供給されることとなり、複数の長管１１での流量が不均一になることが無く、液切れによる過熱や焦げ付きが生じない。
【００２６】
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５３を開放し、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を外部に排出するものである。
【００２７】
【圧縮機を用いる実施の形態】
続いて図３に示す、圧縮機９０を用いて液体原料Ｌから発生した蒸気成分Ｓを圧縮し、得られた過熱蒸気Ｈを加熱缶１に供給する実施の形態について説明を行う。
なおこの実施の形態で示す高速旋回式蒸発装置Ｄは、図１に示した高速旋回式蒸発装置Ｄと基本構成を同一とするものであるため、ここでは構成の異なる部分についてのみ説明を行うものとする。
すなわちこの実施の形態で示す高速旋回式蒸発装置Ｄは図３に示すように、前記蒸発缶２における排気口２１と加熱缶１における蒸気口１４との間に蒸気循環管路６を接続し、更にその途中に圧縮機９０を具えて成るものである。そしてこの圧縮機９０から筐体１０内に供給された過熱蒸気Ｈが、長管１１内に位置する液体原料Ｌ（濃縮後の液体成分Ｌ１も含む）に対して熱を伝導し、その結果過熱蒸気Ｈは凝集してドレン口１５から外部に排出される。なおこのドレン口１５の後段部分には、凝集液排出ポンプを兼用する真空ポンプＰを具えるものである。
【００２８】
この実施の形態で示す高速旋回式蒸発装置Ｄ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。
まず圧縮機９０を起動して加熱缶１内に過熱蒸気Ｈを供給するものであり、長管１１を加熱した過熱蒸気Ｈは凝集し、ドレン口１５から外部に排出される。なお装置の始発状態において蒸気循環経路６内に蒸気成分Ｓが存在しない場合には、適宜の蒸気供給装置を併設し、ここから蒸気循環経路６内に蒸気を供給する等の措置を施す。
次いで真空ポンプＰを起動して液体原料Ｌ及び液体成分Ｌ１の循環経路内の減圧を行い、液体原料Ｌの沸点低下を図り、この状態でバルブ８１の開度を調節して、廃液等の液体原料Ｌをノズル８２から蒸発缶２内に供給する。なお液体原料Ｌの種類等によっては減圧を要さない場合もある。
【００２９】
すると液体原料Ｌは、戻り管路５を経由して加熱缶１に至って長管１１内に供給され、蒸気から伝導される熱によって長管１１内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｓが長管１１内を上昇する際に、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を引き上げるものである。
そしてこれら蒸気成分Ｓ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内に入り込むものであり、このとき先細り状のダクト３１を通過するとともに、蒸発缶２との接続部位近傍の開口断面積Ｓ３を複数本の長管１１の開口断面積Ｓ１１の総和よりも小さく設定した吹込管路３を通過するため流速が増すものである。なおこの実施の形態では、吹込管路３内における蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１との流速が、１００〜２５０ｍ／ｓとなるようにした。
【００３０】
次いで蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１とは、蒸発缶２における流入口２３から筐体２０内に流入するものであり、このとき図２に示すように、蒸発缶２は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶２に対して吹込管路３が円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続されているため、蒸発缶２内において液体成分Ｌ１の旋回流を生じさせることができる。特に本発明によればこの旋回流の回転数は、小型の装置で２００００ｒｐｍ程度、大型の装置で１０００ｒｐｍ程度と、既存の装置と比べて高い値とすることができるため、遠心効果により液体成分Ｌ１の発泡を効果的に抑えることができるものである。
【００３１】
また前記吹込管路３における蒸発缶２との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状としたため、蒸発缶２内に吹き込む液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓとが薄層状態となり、流入口２３から排気口２１に向けて移動する蒸気成分Ｓの流れが、流入口２３から排出口２２に向けて移動する液体成分Ｌ１の流れに干渉してしまうことがない。
やがて蒸気成分Ｓは排気口２１から蒸気循環管路６内を移動して圧縮機９０に至り、この圧縮機９０の圧縮作用により高温の過熱蒸気Ｈとなり、蒸気口１４に供給されるものである。
【００３２】
一方、液体成分Ｌ１は流出口２２に至り、ここから戻り管路５内に移動するものであり、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、前記ノズル８２から供給された新たな液体原料Ｌ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る。なおこの際、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、新たに供給された液体原料Ｌと混ざり合うこととなり、濃度が均一となった状態で加熱缶１に供給され、複数の長管１１での流量が不均一になることが無く、液切れによる過熱や焦げ付きが生じない。
【００３３】
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５２を開放し、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を外部に排出するものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、液体原料Ｌを濃縮した液体成分の発泡を防ぎ、更に濃縮された状態の液体成分と、新たに投入された液体原料Ｌとの混合不足による焦げ付き等を防ぎ、発泡しやすい液体原料Ｌや、粘度の高い液体原料Ｌを効率的に濃縮することができる。更に液体原料Ｌから発生した蒸気成分Ｓの潜熱を有効利用することができ、ランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 蒸気供給装置を用いる実施の形態で示した本発明の高速旋回式蒸発装置を骨格的に示す側面図である。
【図２】 蒸気缶に対する戻り管路の接続の様子を示す斜視図、平面図及び側面図である。
【図３】 圧縮機を用いる実施の形態で示した本発明の高速旋回式蒸発装置を骨格的に示す側面図である。
【図４】 既存の液膜上昇式蒸発装置を示す側面図である。
【符号の説明】
Ｄ 高速旋回式蒸発装置（液膜上昇式蒸発装置）
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 流出口
２３ 流入口
３ 吹込管路
３１ ダクト
５ 戻り管路
５１ 濃縮液排出口
５２ バルブ
６ 蒸気循環路
７ コンデンサ
８ 給液タンク
８１ バルブ
８２ ノズル
９ 蒸気供給装置
９０ 圧縮機
Ｌ 液体原料
Ｌ１ 液体成分
Ｐ 真空ポンプ
Ｓ 蒸気成分
Ｓ３ 開口断面積
Ｓ１１ 開口断面積
【発明の属する技術分野】
本発明は各種調味料、各種エキス等の液体原料を濃縮するために用いられる蒸発装置に関するものであって、特に発泡しやすい液体原料や、粘度の高い液体原料や各種廃液を取り扱うことのできる高速旋回式蒸発装置に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
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、種々の蒸発装置が用いられている。
このうち液膜上昇式の蒸発装置は、機械的な可動部分が無い簡単な構造であるためイニシャルコストが低く済み、またほとんど故障しないため保守費用を含めたランニングコストも低く済むものであり、更には設置面積が少なく済むといったメリットがあるため広く普及しているものである。
【０００３】
前記液膜上昇式蒸発装置Ｄ′は、図４に示すように加熱缶１′と蒸発缶２′とをその間の吹込管路３′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′内に流入した液体原料Ｌ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、濃度の高まった液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓ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Ｓとの分離を行う装置である。
【０００４】
しかしながら従来の液膜上昇式蒸発装置Ｄ′は、発泡性を有する液体原料Ｌや、高粘度の液体原料Ｌを取り扱うのに適したものではなかった。
すなわち蒸発缶２′内においては、液体成分Ｌ１を高速の旋回流とし、遠心効果により発泡を抑えることが有効であるため、従来の液膜上昇式蒸発装置Ｄ′にあっては、蒸発缶２′に対して吹込管路３′を円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続し、蒸発缶２′内において液体成分Ｌ１の旋回流を起こすことが図られている。しかしながら加熱缶１′から排出された液体成分Ｌ１及び蒸気成分Ｓの流速は１０〜２０ｍ／ｓ程度であり、蒸発缶２′内における液体成分Ｌ１の流速が不充分なものとなってしまい、液体成分Ｌ１の発泡を充分に抑えることはできなかった。
【０００５】
また前記液膜上昇式蒸発装置Ｄ′は、長管１１′の内部で液体原料Ｌを沸騰させ、長管１１′内を上昇する蒸気成分Ｓが液体成分Ｌ１を引き上げるものであるため、液体原料Ｌを加熱缶１′の下部に供給している。
しかしながら加熱缶１′の下部においては液体原料Ｌが上昇する流速はコンマ数ｍ／ｓ程度と非常に遅いため、戻り管路５′から再び加熱缶１′内に戻る濃縮された状態の液体成分Ｌ１と、新たに投入された液体原料Ｌとがうまく混ざり合わない。この結果濃度の低い部分が先に長管１１′内を上昇することとなるため、長管１１′内に均等な圧力がかからず、各長管１１′での流量が不均一となり、液切れによる過熱や焦げ付きが生じてしまう。
【０００６】
【解決を試みた技術課題】
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、液体成分の発泡を防ぎ、更に濃縮された状態の液体成分と、新たに投入された液体原料との混合不足による焦げ付き等を防ぎ、発泡しやすい液体原料や、粘度の高い液体原料を取り扱うことのできる、新規な高速旋回式蒸発装置の開発を技術課題としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の高速旋回式蒸発装置は、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するとともに、前記加熱缶内に配した複数の長管内に流入した液体原料を、この長管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成分を得る蒸発装置において、前記蒸発缶は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶に対して前記吹込管路を接続するにあたっては、円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続することにより、蒸発缶内において１０００〜２００００ｒｐｍの液体成分の旋回流を生じさせるものであり、このため前記吹込管路における蒸発缶との接続部位近傍の開口断面積を、前記蒸気成分が発生する複数の長管の開口断面積の総和よりも小さく設定することにより、吹込管路内における蒸気成分と液体成分との流速が１００〜２５０ｍ／ｓとなるように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、蒸発缶内において生じる液体成分の旋回流を、流速の速いものとすることができ、その遠心効果によって発泡を効果的に抑えることができる。
【０００８】
更にまた請求項２記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記吹込管路における蒸発缶との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状とし、蒸発缶内に吹き込む液体成分と蒸気成分とを薄層状態と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、液体成分の旋回流と、上昇する蒸気成分との干渉を軽減するため、液体成分の旋回流の乱れを防止することができる。
【０００９】
更にまた請求項３記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮し、圧縮により高温となった過熱蒸気を加熱缶に供給するように構成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、液体原料から発生した蒸気成分の潜熱を有効利用することができ、ランニングコストを低減することができる。
【００１０】
更にまた請求項４記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記液体原料の供給は、蒸発缶内に行うように構成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、高速旋回式蒸発装置中に新たに供給された液体原料を、蒸発缶内において濃縮された状態の液体成分と充分に混合し、濃度が均一となった状態で加熱缶に供給することができる。
【００１１】
更にまた請求項５記載の高速旋回式蒸発装置は、前記要件に加え、前記循環経路内を減圧状態と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、液体原料の沸点が低下するため、蒸発を効率的に行うことができる。
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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図示の実施の形態に基づいて説明するものであり、図１に示す蒸気供給装置９を用いて加熱缶１に蒸気を供給する実施の形態と、図３に示す圧縮機９０を用いて液体原料Ｌから発生した蒸気成分Ｓを圧縮し、得られた過熱蒸気Ｈを加熱缶１に供給する実施の形態とに分けて説明を行う。
【００１３】
【蒸気供給装置を用いる実施の形態】
まず蒸気供給装置９を用いて加熱缶１に蒸気を供給する実施の形態について説明する。図１中符号Ｄで示すものが本発明の高速旋回式蒸発装置であり、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内に流入した液体原料Ｌ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Ｓ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Ｓとの分離を行う装置である。
【００１４】
以下高速旋回式蒸発装置Ｄ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、このものは密閉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の下端部を給液口１２と連通状態とし、一方、長管１１の上部を排出口１３に臨ませて成るものである。また前記筐体１０側周部分には蒸気口１４及びドレン口１５が形成される。
【００１５】
次に前記蒸発缶２について説明すると、このものは円筒下部に逆円錐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を形成し、下部に流出口２２を形成し、更に側周部に流入口２３を形成して成るものである。
【００１６】
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２３との間を吹込管路３によって連通状態に接続し、また前記加熱缶１における給液口１２と、蒸発缶２における流出口２２との間を戻り管路５によって連通状態に接続する。この結果、蒸発缶２、戻り管路５、加熱装置１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。
【００１７】
ここで前記吹込管路３及び流入口２３の形態について詳しく説明する。
まず前記吹込管路３は図２に示すように、蒸発缶２に対して円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続することにより、蒸発缶２内において液体成分Ｌ１及び蒸気成分Ｓの旋回流を生じさせるように構成される。そして吹込管路３における加熱缶１との接続部位を、先細り状のダクト３１によって構成し、更に吹込管路３における蒸発缶２との接続部位近傍の開口断面積Ｓ３が、前記複数本の長管１１の開口断面積Ｓ１１の総和よりも小さくなるように設定した。
また前記流入口２３は図２（ｃ）に示すように、垂直辺が水平辺よりも長い長方形状のスリットとするものであり、吹込管路３における蒸発缶２との接続部位の開口断面の形状も、垂直辺が水平辺よりも長い長方形状とし、蒸発缶２内に吹き込む液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓとが薄層状態に成るように構成した。
【００１８】
なお戻り管路５の途中には濃縮液排出口５１を形成するものであり、バルブ５２を開放することにより、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を外部に排出できるように構成する。
【００１９】
また前記蒸発缶２における排気口２１の後段部分にはコンデンサ７を接続し、更にその後段に真空ポンプＰを接続する。
更にまたこの実施の形態においては、前記蒸発缶２における筐体２０内に液体原料Ｌを供給するものであり、給液タンク８に貯留された液体原料Ｌを、バルブ８１の開度を調整することにより、筐体２０内に配したノズル８２から噴出するものである。
【００２０】
更にまた前記加熱缶１に形成した蒸気口１４には蒸気供給装置９を接続するものであり、ここから筐体１０内に供給された蒸気が、長管１１内に位置する液体原料Ｌ（濃縮後の液体成分Ｌ１も含む）に対して熱を伝導し、その結果蒸気は凝集してドレン口１５から外部に排出される。
【００２１】
本発明の高速旋回式蒸発装置Ｄ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を加熱した蒸気は凝集し、ドレン口１５から外部に排出される。
次いで真空ポンプＰを起動して液体原料Ｌ及び液体成分Ｌ１の循環経路内の減圧を図り、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Ｌとしてノズル８２から蒸発缶２内に供給する。なおこの実施の形態では、真空ポンプＰを用いて循環経路内の減圧を行い、液体原料Ｌの沸点低下を図ったが、液体原料Ｌの種類等によっては減圧を要さない場合もある。
【００２２】
すると液体原料Ｌは、戻り管路５を経由して加熱缶１に至って長管１１内に供給され、蒸気から伝導される熱によって長管１１内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｓが長管１１内を上昇する際に、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を引き上げるものである。
そしてこれら蒸気成分Ｓ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内に入り込むものであり、このとき先細り状のダクト３１を通過するとともに、蒸発缶２との接続部位近傍の開口断面積Ｓ３を複数本の長管１１の開口断面積Ｓ１１の総和よりも小さく設定した吹込管路３を通過するため流速が増すものである。なおこの実施の形態では、吹込管路３内における蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１との流速が、１００〜２５０ｍ／ｓとなるようにした。
【００２３】
次いで蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１とは、蒸発缶２における流入口２３から筐体２０内に流入するものであり、このとき図２に示すように、蒸発缶２は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶２に対して吹込管路３が円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続されているため、蒸発缶２内において液体成分Ｌ１の旋回流を生じさせることができる。特に本発明によればこの旋回流の回転数は、小型の装置で２００００ｒｐｍ程度、大型の装置で１０００ｒｐｍ程度と、既存の装置と比べて高い値とすることができるため、遠心効果により液体成分Ｌ１の発泡を効果的に抑えることができるものである。
【００２４】
また前記吹込管路３における蒸発缶２との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状としたため、蒸発缶２内に吹き込む液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓとが薄層状態となり、流入口２３から排気口２１に向けて移動する蒸気成分Ｓの流れが、流入口２３から排出口２２に向けて移動する液体成分Ｌ１の流れに干渉してしまうことがない。
【００２５】
そして蒸気成分Ｓは排気口２１からコンデンサ７に至り、凝集液となって外部に排出される。
一方、液体成分Ｌ１は流出口２２に至り、ここから戻り管路５内に移動するものであり、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、前記ノズル８２から供給された新たな液体原料Ｌ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る。
なおこの際、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、新たに供給された液体原料Ｌと混ざり合うため、濃度が均一となった状態で加熱缶１に供給されることとなり、複数の長管１１での流量が不均一になることが無く、液切れによる過熱や焦げ付きが生じない。
【００２６】
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５３を開放し、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を外部に排出するものである。
【００２７】
【圧縮機を用いる実施の形態】
続いて図３に示す、圧縮機９０を用いて液体原料Ｌから発生した蒸気成分Ｓを圧縮し、得られた過熱蒸気Ｈを加熱缶１に供給する実施の形態について説明を行う。
なおこの実施の形態で示す高速旋回式蒸発装置Ｄは、図１に示した高速旋回式蒸発装置Ｄと基本構成を同一とするものであるため、ここでは構成の異なる部分についてのみ説明を行うものとする。
すなわちこの実施の形態で示す高速旋回式蒸発装置Ｄは図３に示すように、前記蒸発缶２における排気口２１と加熱缶１における蒸気口１４との間に蒸気循環管路６を接続し、更にその途中に圧縮機９０を具えて成るものである。そしてこの圧縮機９０から筐体１０内に供給された過熱蒸気Ｈが、長管１１内に位置する液体原料Ｌ（濃縮後の液体成分Ｌ１も含む）に対して熱を伝導し、その結果過熱蒸気Ｈは凝集してドレン口１５から外部に排出される。なおこのドレン口１５の後段部分には、凝集液排出ポンプを兼用する真空ポンプＰを具えるものである。
【００２８】
この実施の形態で示す高速旋回式蒸発装置Ｄ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。
まず圧縮機９０を起動して加熱缶１内に過熱蒸気Ｈを供給するものであり、長管１１を加熱した過熱蒸気Ｈは凝集し、ドレン口１５から外部に排出される。なお装置の始発状態において蒸気循環経路６内に蒸気成分Ｓが存在しない場合には、適宜の蒸気供給装置を併設し、ここから蒸気循環経路６内に蒸気を供給する等の措置を施す。
次いで真空ポンプＰを起動して液体原料Ｌ及び液体成分Ｌ１の循環経路内の減圧を行い、液体原料Ｌの沸点低下を図り、この状態でバルブ８１の開度を調節して、廃液等の液体原料Ｌをノズル８２から蒸発缶２内に供給する。なお液体原料Ｌの種類等によっては減圧を要さない場合もある。
【００２９】
すると液体原料Ｌは、戻り管路５を経由して加熱缶１に至って長管１１内に供給され、蒸気から伝導される熱によって長管１１内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｓが長管１１内を上昇する際に、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を引き上げるものである。
そしてこれら蒸気成分Ｓ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内に入り込むものであり、このとき先細り状のダクト３１を通過するとともに、蒸発缶２との接続部位近傍の開口断面積Ｓ３を複数本の長管１１の開口断面積Ｓ１１の総和よりも小さく設定した吹込管路３を通過するため流速が増すものである。なおこの実施の形態では、吹込管路３内における蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１との流速が、１００〜２５０ｍ／ｓとなるようにした。
【００３０】
次いで蒸気成分Ｓと液体成分Ｌ１とは、蒸発缶２における流入口２３から筐体２０内に流入するものであり、このとき図２に示すように、蒸発缶２は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶２に対して吹込管路３が円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続されているため、蒸発缶２内において液体成分Ｌ１の旋回流を生じさせることができる。特に本発明によればこの旋回流の回転数は、小型の装置で２００００ｒｐｍ程度、大型の装置で１０００ｒｐｍ程度と、既存の装置と比べて高い値とすることができるため、遠心効果により液体成分Ｌ１の発泡を効果的に抑えることができるものである。
【００３１】
また前記吹込管路３における蒸発缶２との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状としたため、蒸発缶２内に吹き込む液体成分Ｌ１と蒸気成分Ｓとが薄層状態となり、流入口２３から排気口２１に向けて移動する蒸気成分Ｓの流れが、流入口２３から排出口２２に向けて移動する液体成分Ｌ１の流れに干渉してしまうことがない。
やがて蒸気成分Ｓは排気口２１から蒸気循環管路６内を移動して圧縮機９０に至り、この圧縮機９０の圧縮作用により高温の過熱蒸気Ｈとなり、蒸気口１４に供給されるものである。
【００３２】
一方、液体成分Ｌ１は流出口２２に至り、ここから戻り管路５内に移動するものであり、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、前記ノズル８２から供給された新たな液体原料Ｌ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る。なおこの際、濃縮された状態の液体成分Ｌ１は、新たに供給された液体原料Ｌと混ざり合うこととなり、濃度が均一となった状態で加熱缶１に供給され、複数の長管１１での流量が不均一になることが無く、液切れによる過熱や焦げ付きが生じない。
【００３３】
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５２を開放し、濃縮された状態の液体成分Ｌ１を外部に排出するものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、液体原料Ｌを濃縮した液体成分の発泡を防ぎ、更に濃縮された状態の液体成分と、新たに投入された液体原料Ｌとの混合不足による焦げ付き等を防ぎ、発泡しやすい液体原料Ｌや、粘度の高い液体原料Ｌを効率的に濃縮することができる。更に液体原料Ｌから発生した蒸気成分Ｓの潜熱を有効利用することができ、ランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 蒸気供給装置を用いる実施の形態で示した本発明の高速旋回式蒸発装置を骨格的に示す側面図である。
【図２】 蒸気缶に対する戻り管路の接続の様子を示す斜視図、平面図及び側面図である。
【図３】 圧縮機を用いる実施の形態で示した本発明の高速旋回式蒸発装置を骨格的に示す側面図である。
【図４】 既存の液膜上昇式蒸発装置を示す側面図である。
【符号の説明】
Ｄ 高速旋回式蒸発装置（液膜上昇式蒸発装置）
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 流出口
２３ 流入口
３ 吹込管路
３１ ダクト
５ 戻り管路
５１ 濃縮液排出口
５２ バルブ
６ 蒸気循環路
７ コンデンサ
８ 給液タンク
８１ バルブ
８２ ノズル
９ 蒸気供給装置
９０ 圧縮機
Ｌ 液体原料
Ｌ１ 液体成分
Ｐ 真空ポンプ
Ｓ 蒸気成分
Ｓ３ 開口断面積
Ｓ１１ 開口断面積
Claims (5)
- 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するとともに、前記加熱缶内に配した複数の長管内に流入した液体原料を、この長管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成分を得る蒸発装置において、前記蒸発缶は平面視で円形の横断面を有するものであり、この蒸発缶に対して前記吹込管路を接続するにあたっては、円形横断面の接線方向に流路を形成するように接続することにより、蒸発缶内において１０００〜２００００ｒｐｍの液体成分の旋回流を生じさせるものであり、このため前記吹込管路における蒸発缶との接続部位近傍の開口断面積を、前記蒸気成分が発生する複数の長管の開口断面積の総和よりも小さく設定することにより、吹込管路内における蒸気成分と液体成分との流速が１００〜２５０ｍ／ｓとなるようにしたことを特徴とする高速旋回式蒸発装置。
- 前記吹込管路における蒸発缶との接続部位の開口断面を、垂直辺が水平辺よりも長い長方形形状とし、蒸発缶内に吹き込む液体成分と蒸気成分とを薄層状態とすることを特徴とする請求項１記載の高速旋回式蒸発装置。
- 前記蒸発缶から排出された蒸気成分を圧縮し、圧縮により高温となった過熱蒸気を加熱缶に供給するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の高速旋回式蒸発装置。
- 前記液体原料の供給は、蒸発缶内に行うように構成したことを特徴とする請求項１、２または３記載の高速旋回式蒸発装置。
- 前記循環経路内を減圧状態とすることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の高速旋回式蒸発装置。
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