JP4380299B2

JP4380299B2 - 前進凍結濃縮装置

Info

Publication number: JP4380299B2
Application number: JP2003380611A
Authority: JP
Inventors: 和生鍵谷; 喜郎早川
Original assignee: Kagome Co Ltd
Current assignee: Kagome Co Ltd
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: JP2005144202A

Description

本発明は前進凍結濃縮装置に関する。食品や医薬品等の被濃縮液を濃縮する方法として、優れた品質の濃縮物を得ることができる凍結濃縮法が注目されている。凍結濃縮法には懸濁結晶法と前進凍結濃縮法とが知られているが、これらのうちで本発明は、前進凍結濃縮法に使用される装置の改良に関し、特に被濃縮液及び冷媒を循環させつつ該被濃縮液を前進凍結濃縮する装置の改良に関する。

従来、前記のような前進凍結濃縮装置として、立設された１本又は２本以上の多重管を有する凍結濃縮器を備え、被濃縮液を該多重管の被濃縮液流路に循環させつつ、冷媒を該多重管の冷媒流路に循環させて、該多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に氷結晶を順次形成して成長させることにより、該被濃縮液を凍結濃縮するようにしたものが知られている（例えば特許文献１及び２並びに非特許文献１参照）。

ところで、かかる前進凍結濃縮装置を用いて被濃縮液を凍結濃縮する場合、該被濃縮液の凍結濃縮後に、多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した筒状の氷を該多重管から排出しなければならない。このため特許文献１では、被濃縮液流路を形成する多重管の下部にドア方式の開閉扉を設け、これを手動開閉することにより、筒状の氷を多重管から排出するようになっている。しかし、かかる従来の排出機構では、開閉扉の手動による開閉操作が厄介であるだけでなく、該開閉扉を閉じたときの密閉不良による被濃縮液の漏出を起こし易く、また該開閉扉を開いたときに筒状の氷の塊が自重落下してくるため作業者に安全上の危惧があり、更に自重落下した筒状の氷の塊の取扱いが厄介であって、しかも該開閉扉を開閉するために余分なスペースも必要である。
特開２００３−２８５４６号公報特開２００３−２６５１５０号公報日本食品工学会第１回（２０００年度）年次大会講演要旨集（８５頁）

本発明が解決しようとする課題は、被濃縮液の凍結濃縮後に、多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した筒状の氷を該多重管から簡便且つ安全確実に小スペースで排出できる前進凍結濃縮装置を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、立設された１本又は２本以上の多重管を有する凍結濃縮器を備え、被濃縮液を該多重管の被濃縮液流路に循環させつつ、冷媒を該多重管の冷媒流路に循環させて、該多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に氷結晶を順次形成して成長させることにより、該被濃縮液を凍結濃縮するようにした前進凍結濃縮装置において、各多重管毎でその下部に被濃縮液流路と連通して弁体の開口径が該被濃縮液流路の最大径と同等か又はそれよりも大きいボールバルブを接続すると共に、該ボールバルブの開閉を制御する制御装置を設け、各多重管毎の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した氷を該ボールバルブを介して排出するようにして成ることを特徴とする前進凍結濃縮装置に係る。

本発明に係る前進凍結濃縮装置は、立設された１本又は２本以上の多重管を有する凍結濃縮器を備え、被濃縮液を該多重管の被濃縮液流路に循環させつつ、冷媒を該多重管の冷媒流路に循環させて、該多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に氷結晶を順次形成して成長させることにより、該被濃縮液を凍結濃縮するようになっている。

多重管は２重管又は３重管以上のもので、例えば２重管の場合には通常、内側を被濃縮液が流れ、外側を冷媒が流れるようになっており、また例えば３重管の場合には通常、中側を被濃縮液が流れ、最内側及び最外側を冷媒が流れるようになっている。かかる多重管は上下方向、通常は鉛直方向へ立設されており、それが２本以上の場合には並設されていて、横断面が全体として円形や方形等を呈している。多重管が２本以上の場合、各多重管の被濃縮液流路は直列又は並列に接続されており、各多重管の冷媒流路も直列又は並列に接続されていて、多重管が１本の場合も含め、被濃縮液は該多重管の被濃縮液流路を循環し、冷媒は該多重管の冷媒流路を循環するようになっている。

一般に、多重管の被濃縮液流路を接続する循環系には被濃縮液の供給タンクが接続され、被濃縮液用ポンプ及び流量計が介装されており、また該多重管の冷媒流路を接続する循環系には冷媒の冷却機が接続され、冷媒用ポンプ及び温度計が介装されていて、更に制御装置が装備されている。流量計の測定値を受ける制御装置からの信号により被濃縮液用ポンプの回転数を調節して、多重管の被濃縮液流路における被濃縮液の流量を制御し、また温度計の測定値を受ける該制御装置からの信号により冷却ユニットの作動や冷媒用ポンプの回転数を調節して、該多重管の冷媒流路における冷媒の温度や流量を制御するようになっているのである。

本発明に係る前進凍結濃縮装置では、多重管が１本の場合も含め、各多重管毎でその下部に被濃縮液流路と連通して弁体の開口径が該被濃縮液流路の最大径と同等か又はそれよりも大きいボールバルブを接続すると共に、該ボールバルブの開閉を制御する制御装置を設け、該多重管毎の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した氷を該ボールバルブを介して排出するようになっている。

各多重管毎で、被濃縮液流路を形成する管が下方へ延長されており、その下端部にボールバルブが取付けられていて、該ボールバルブの弁体は被濃縮液流路を形成する管の最大内径と同等又はそれよりも大きい開口径を有している。制御装置からの信号によりボールバルブの弁体を開き、多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した筒状の氷を自重落下させるとき、該筒状の氷が該ボールバルブの弁体に引っ掛かることなく、円滑に自重落下して排出されるようになっているのである。かかるボールバルブの弁体の開閉を制御する制御装置は、被濃縮液の流量、冷媒の温度や流量を制御するための前記した制御装置に組み込んで共用することもできる。

前記のようにボールバルブを用いると、その弁体の自動開閉を簡便に行なうことができるだけでなく、弁体を閉じたときに密閉を確保できるため被濃縮液の漏出を確実に防止でき、また作業者の安全を確保でき、更に省スペース化を図ることができる。

本発明に係る前進凍結濃縮装置において、凍結濃縮器は２本以上の多重管を有するものが好ましく、各多重管の被濃縮液流路は直列に接続されたものが好ましい。また多重管は２重円筒管が好ましい。更にボールバルブは、その弁体を制御装置からの信号により例えば間欠的に開閉させ、かかる開閉によって該ボールバルブを介して排出する筒状の氷を破砕するようにしたものが好ましい。更にまたボールバルブの下方に受器を設け、該受器に該ボールバルブを介して排出した氷を破砕又は溶解する手段を設けたものが好ましい。この場合、破砕それ自体は公知の機械的手段で行なうことができ、また溶解はこれもそれ自体は公知の加熱手段で行なうことができる。いずれも、被濃縮液の前進凍結濃縮を効率的に行なうと共に、該被濃縮液の凍結濃縮後に、多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した筒状の氷を該多重管からより簡便且つ安全確実に、しかも取扱いに便利な形態で排出するためである。

本発明に係る前進凍結濃縮装置によると、被濃縮液の凍結濃縮後に、多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した筒状の氷を該多重管から簡便且つ安全確実に小スペースで排出できる。

図１は本発明に係る前進凍結濃縮装置を一部縦断面で例示する全体図である。図１に例示した前進凍結濃縮装置は、並んで立設された２本の２重円筒管１１，１２を有する凍結濃縮器１３を備えている。２重円筒管１１，１２は同軸の内側円筒管１１ａ，１２ａと外側円筒管１１ｂ，１２ｂを有し、内側円筒管１１ａ，１２ａ内に被濃縮液流路２１，２２が形成されており、内側円筒管１１ａ，１２ａと外側円筒管１１ｂ，１２ｂの間に冷媒流路３１，３２が形成されている。内側円筒管１１ａと内側円筒管１２ａは、その上部が循環系４１で接続されており、その下部が連通されていて、したがって被濃縮液流路２１，２２は直列に接続された一つの循環流路を形成している。また外側円筒管１１ｂと外側円筒管１２ｂは、その上部が連通されており、その下部も連通されていて、外側円筒管１２ｂの上部と下部は循環系５１で接続され、したがって冷媒流路３１，３２は並列に接続された一つの循環流路を形成している。

２重円筒管１１，１２の上方には被濃縮液供給タンク４２が配置されており、被濃縮液供給タンク４２は循環系４１に接続されている。被濃縮液供給タンク４２と内側円筒管１１ａの間における循環系４１には被濃縮液用ポンプ４３が介装されており、被濃縮液供給タンク４２と内側円筒管１２ａの間における循環系４１には流量計４４が介装されていて、被濃縮液用ポンプ４３及び流量計４４は制御装置６１に接続されている。外側円筒管１２ｂの上部と下部を接続する循環系５１には、冷却機５２、冷媒用ポンプ５３及び温度計５４が介装されており、冷却機５２及び温度計５４は制御装置６１に接続されている。

図１に例示した前進凍結濃縮装置では、流量計４４で測定される被濃縮液の流量実測値が制御装置６１に予め設定されている設定値となるよう、双方の差に基づいて制御装置６１から発せられる信号により被濃縮液用ポンプ４３の回転数を制御し、また温度計５４で測定される冷媒の温度実測値が制御装置６１に予め設定されている設定値となるよう、双方の差に基づいて制御装置６１から発せられる信号により冷却機５２の作動を制御している。

２本の２重円筒管１１，１２の内側円筒管１１ａ，１２ａは外側円筒管１１ｂ，１２ｂよりも下方へ延長されており、延長された内側円筒管１１ａ，１２ａの下端部にはボールバルブ７１，７２が取付けられていて、ボールバルブ７１，７２の更に下方に受器８１が配置され、受器８１は台車９１に載置されている。ボールバルブ７１は、図１では図示を省略するが、２重円筒管１１の被濃縮液流路２１の最大径と同等の開口径を有する弁体、図１の場合には被濃縮液流路２１を形成するのが内側円筒管１１ａであるため、内側円筒管１１ａの内径と同等の開口径を有する弁体を備えており、ボールバルブ７２も同様の開口径を有する弁体を備えている。これらの弁体は制御装置６１に接続されており、ボールバルブ７１，７２の開閉、具体的にはこれらの弁体の開閉作動は制御装置６１から発せられる信号により制御されている。

図１に例示した前進凍結濃縮装置では、被濃縮液供給タンク４２から供給した被濃縮液を、前記したような流量制御下に、循環系４１を介して被濃縮液流路２１，２２に循環させつつ、冷媒を、前記したような温度制御下に、循環系５１を介して冷媒流路３１，３２に循環させて、被濃縮液流路２１，２２を形成する内側円筒管１１ａ，１２ａの内壁面に氷結晶を順次形成して成長させることにより、被濃縮液を凍結濃縮した後、凍結濃縮した濃縮液を内側円筒管１１ａ，１２ａの下部における連通部から回収する。そして通常は、冷媒を図示しないヒータで少し加温して、内側円筒管３１，３２の内壁面に成長した筒状の氷を該内壁面から剥離した後、制御装置６１からの信号によりボールバルブ７１，７２の図示しない弁体を開き、剥離した筒状の氷をボールバルブ７１，７２を介して受器８１へと自重落下させて排出する。

図２〜図４は前記のような筒状の氷の排出状況を略示する拡大縦断面図である。下方に延長された内側円筒管１１ａの下端部に取付けられたボールバルブ７１は、球状の内周面を有するケーシング７１ａ、ケーシング７１ａの内周面を摺動する球状の外周面を有する弁体７１ｂ及び弁体７１ｂに貫通された開口部７１ｃを備えており、開口部７１ｃの開口径は内側円筒管１１ａの内径と同等になっている。図２に略示するように、制御装置６１からの信号により、弁体７１ｂを開くと、すなわち開口部７１ｃを内側円筒管１１ａの内壁面に直線的に連通させた全開状態にすると、筒状の氷Ａの下端部は開口部７１ｃ内へ自重落下する。この状態で図３に略示するように、制御装置６１からの信号により、弁体７１ｂをやや閉じると、すなわち半開状態にすると、開口部７１ｃ内へ自重落下した筒状の氷Ａの下端部は折れて、元の筒状の氷Ａから切り離される。更にこの状態で図４に示すように、制御装置６１からの信号により、再び弁体７１ｂを開くと、すなわち図２と同じ全開状態にすると、開口部７１ｃにおける筒状の氷Ａの折れた下端部は受器８１へと自重落下し、再び筒状の氷Ａの下端部が開口部７１ｃ内へ自重落下する。以下はこの繰り返しであり、説明を省略する内側円筒管１２ａとボールバルブ７２との関係も同様になっている。図１〜図４について以上説明した前進凍結濃縮装置では、制御装置６１からの信号によりボールバルブ７１，７２を間欠的に開閉すると、すなわちこれらの弁体を間欠的に開閉作動させると、被濃縮液流路２１，２２を形成する内側円筒管１１ａ，１２ａの内壁面に成長した筒状の氷Ａをボールバルブ７１，７２を介して排出すると同時にボールバルブ７１，７２で破砕するようになっているのである。

図５は本発明に係る他の前進凍結濃縮装置を例示する部分縦断面図である。図示及び説明を省略する他の構成は図１〜図４について前述した前進凍結濃縮装置と同様になっているが、図５に例示した前進凍結濃縮装置は、並んで立設された合計４本の２重円筒管１４〜１７を有する凍結濃縮器１８を備えている。２重円筒管１４〜１７の内側には被濃縮液流路２３〜２６が形成されており、２重円筒管１４〜１７の外側には冷媒流路３３〜３６が形成されている。被濃縮液流路２３〜２６は図示しない循環系を介して直列に接続された一つの循環流路を形成しており、冷媒流路３３〜３６は図示しない循環系を介して並列に接続された一つの循環流路を形成している。

合計４本の２重円筒管１４〜１７の内側円筒管１４ａ〜１７ａは外側円筒管１４ｂ〜１７ｂよりも下方へ延長されており、延長された内側円筒管１４ａ〜１７ａの下端部にはボールバルブ７３〜７６が取付けられていて、ボールバルブ７３〜７６の更に下方に受器８２が配置され、受器８２には回転刃９２を有する破砕機９３が装備されている。ボールバルブ７３〜７６は図１のボールバルブ７１と同様の構成になっており、これらの図示しない弁体は図示しない制御装置に接続されていて、ボールバルブ７３〜７６の開閉、具体的にはこれらの弁体の開閉作動は制御装置から発せられる信号により制御されている。

図５の前進凍結濃縮装置でも、制御装置からの信号によりボールバルブ７３〜７６を間欠的に開閉すると、すなわちこれらの弁体を間欠的に開閉作動させると、被濃縮液流路２３〜２６を形成する内側円筒管１４ａ〜１７ａの内壁面に成長した筒状の氷をボールバルブ７３〜７６を介して排出すると同時にボールバルブ７３〜７６で破砕するようになっているが、ここでは更に破砕機９３の回転刃９２で再破砕するようになっている。

本発明に係る前進凍結濃縮装置を一部縦断面で例示する全体図。図１の前進凍結濃縮装置において筒状の氷の排出状況を略示する拡大縦断面図。図１の前進凍結濃縮装置において筒状の氷の他の排出状況を略示する拡大縦断面図。図１の前進凍結濃縮装置において筒状の氷の更に他の排出状況を略示する拡大縦断面図。本発明に係る他の前進凍結濃縮装置を例示する部分縦断面図。

符号の説明

１１，１２，１４〜１７２重円筒管
１１ａ，１２ａ，１４ａ〜１７ａ内側円筒管
１１ｂ，１２ｂ，１４ｂ〜１７ｂ外側円筒管
１３，１８凍結濃縮器
２１〜２６被濃縮液流路
３１〜３６冷媒流路
４１，５１循環系
４２被濃縮液供給タンク
４３被濃縮液用ポンプ
４４流量計
５２冷却機
５３冷媒用ポンプ
５４温度計
６１制御装置
７１〜７６ボールバルブ
７１ａケーシング
７１ｂ弁体
７１ｃ開口部
８１，８２受器
９１台車
９２回転刃
９３破砕機

Claims

立設された１本又は２本以上の多重管を有する凍結濃縮器を備え、被濃縮液を該多重管の被濃縮液流路に循環させつつ、冷媒を該多重管の冷媒流路に循環させて、該多重管の被濃縮液流路を形成する壁面に氷結晶を順次形成して成長させることにより、該被濃縮液を凍結濃縮するようにした前進凍結濃縮装置において、各多重管毎でその下部に被濃縮液流路と連通して弁体の開口径が該被濃縮液流路の最大径と同等か又はそれよりも大きいボールバルブを接続すると共に、該ボールバルブの開閉を制御する制御装置を設け、各多重管毎の被濃縮液流路を形成する壁面に成長した氷を該ボールバルブを介して排出するようにして成ることを特徴とする前進凍結濃縮装置。
凍結濃縮器が２本以上の多重管を有し、各多重管の被濃縮液流路が直列に接続された請求項１記載の前進凍結濃縮装置。
多重管が２重円筒管である請求項１又は２記載の前進凍結濃縮装置。
ボールバルブを介して排出する氷を該ボールバルブの開閉により破砕するようにした請求項１〜３のいずれか一つの項記載の前進凍結濃縮装置。
更に、ボールバルブの下方に受器を設け、該受器にボールバルブを介して排出した氷を破砕又は溶解する手段を設けた請求項１〜４のいずれか一つの項記載の前進凍結濃縮装置。