JP4913202B2 - ローラ式の固液分離装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献3では、一対のローラで固液混合物(ゴ液)を圧搾して(一次絞り)、次に受け入れ量よりも排出量を小さくするように形成した絞り通路(すなわち、特許文献3は、通路の入口に比べて出口の断面積を狭く絞る構造と解釈できる。)が連通されている滞留部に受け入れられて、ローラ下面と滞留部で固形分(オカラ)を二次絞りするとするが、ゴ液粘度変化など状況に応じて液状分(豆乳)と固形分(オカラ)の流量が変動し、それが内圧変動に繋がり、それに応じてオカラの絞り具合や豆乳の品質のムラに繋がっていた。その絞り通路の絞り加減は、固液混合物の濃度や製品によって最適な加減に設定しておく必要があり、場合によっては閉塞して詰まってしまうおそれがある。また、一次絞りと二次絞りとを適切に行なうためにローラの回転速度を調節したり、対ローラ1,1と滞留部5を構成するスクレーパ4との設定位置の調整をしたり、又、受け入れ量よりも排出量を小さくするように通路を絞ってみる必要があるが、これらの設定や調整も難しい。その絞り通路の絞り加減は内圧の加減に相当し、本来ならば固液混合物(濃度や粘度等)や製品(豆腐や油揚)によって最適な加減に設定しておく必要があるが、絞り加減が固定であると製品切換が難しかったり、例えば、ミジン混入量が多い状態であると油揚の品質が悪かったり、場合によっては閉塞して詰まってしまう問題があった。なお、絞り通路50の排出口51には、排出口51を閉鎖する方向にバネ52によって付勢した蓋体53が設けられるが、製品(例えば豆腐と油揚)の違いによっては異なる絞り具合を設定する場合はバネの交換を伴う手間が生じたり、取付位置が装置下側で奥まった位置にあるために、目視や隙間調整(隙間測定)や洗浄作業がしにくいという欠点があった。また蓋体53の脱着時のミスで高価なローラのスクリーンを傷めやすい欠点もあった。蓋体53は図から楔形形態のみの開示であり、その配設形態についての詳細な記載は一切ない(全閉可能、洗浄性などの記載が無い)。なお、蓋体が細い楔形で、狭い排出口の開口度を調整するので、バネ係数の小さなバネでも適度な内圧をかけることができるが、実際には必要以上の内圧をかけている傾向があり、そのため豆乳に混入するミジン量が非常に多く、製品品質上の問題も生じ得るおそれがある。
本発明の請求項2記載のローラ式の固液分離装置は、固液混合物がポンプ等の供給手段によって適度な圧力で供給されるケーシング内に複数のローラを備え、複数のローラの少なくとも一つのローラがその外周に多数の孔が形成されたスクリーンを有する濾過用ローラであって、ローラの外側にある固液混合物から多数の孔を介して固形分を分離し、液状分を内側に濾過するローラ式の固液分離装置において、供給手段によって供給される固液混合物を回転するローラを通過させた後に近接配置されるケーシング壁に、固形分を排出させる排出窓が形成されるとともに、この排出窓を閉塞する方向に加圧手段によって所定の加圧力が安定に加えられる加圧蓋を備え、固液混合物から液状分を前記ローラにより分離させるとともに、前記加圧蓋による加圧のかかった排出窓から固形分を排出させることを特徴とする。
ここで、固液混合物の供給手段は自重供給式(落差方式)でもよいがそのレベル(高さ)により押し込み圧が変動しやすいため、好ましくはポンプ式がよく、例えばギヤポンプ、ロータリーポンプやモーノポンプなどの定量ポンプや、遠心式ポンプなどであって、0.001〜0.5MPa、好ましくは0.002〜0.2MPaの吐出圧が得られるものであれば、特に限定しない。それらポンプは、ロールによる液状分の濾過速度や固形物の排出速度とのバランスを取るように調整が必要であり、手動調整でもよいが、圧力センサーやインバータ等を備えた自動制御が好ましい。あまり高い吐出圧のポンプでは、濾過面以外の間隙から固液混合物が漏れたり、濾過面であるスクリーンへの負荷が大きくなり破損する恐れがある。
前記固液混合物が豆腐や油揚等の豆腐類を製造するゴ液であり、前記固形分がオカラであり、前記液状分が豆乳であるとして説明すると、加圧蓋により、ゴ液の濃度や粘度や残滓(ミジン)等の変動に関係なく一定に保たれるので、絞りの強度もほぼ一定のオカラが排出窓から排出され、ケーシング内では、ローラにより均一な濃度や好ましい品質(タンパク質高次構造や乳化状態が保持される、残滓(ミジン)含有量が少ない等)の豆乳が分離されることとなる(請求項5)。また、加圧蓋にかかる圧力を調整するだけで、運転中でも瞬時に固形分の絞り具合を簡単に調整することができる。また、一対のローラとローラとの間の一方側から本願は全閉可で加圧手段も空気圧でほぼ一定で安定であり、オカラの水分も一定になる。滞留部の容積は一定で、滞留部の通路や絞り通路は排出窓に向かって次第に広めに、広がるような形態でもよく、閉塞しにくく、様々な固形物性状にも対応できる。
加圧手段としては、バネやエアシリンダーや錘などに限定はしないが、常に一定で安定した荷重を与えることができ、またバネの交換、錘の付け替えによらず、荷重調整範囲が幅広く数値設定しやすく再現性が高いので、空気圧・油圧・水圧のシリンダーが好ましい。
本発明によれば、ケーシング内に固液混合物を供給すると、直ちに上下又は左右に配される一対のローラ間を通過させて、一対のローラによる圧力がかかった直後の位置(ないしは排出側の領域H2の範囲に)に配される前記排出窓から固形分を排出させる。例えばローラ外周の接線方向であって、ローラに近い位置に前記排出窓を設けるのが好ましい形態の一つである。すなわち、固液混合物の供給量を調整することにより、一定水分の固形分を排出窓から排出させることが容易になる。
本発明によれば、前記ケーシング壁が前記ローラの円周形状に沿って円弧形状に形成されることで、排出口の部材(加圧蓋)をローラ対向部付近に配することができ、装置の小型化が図られる。ローラ対向部に近づくことによって固液混合物にローラ回転力がかかりやすくなるとともに、ローラを通過させた後直ちにローラにより押出圧力がかかった状態の固形分を排出窓から排出できる。なお、固液混合物の供給口を前記排出口の反対側の位置に設けることで、供給した固液混合物をローラ対向部に即座に送り、その流れ方向のままに前記排出口に向かって押し出すようにすることが好ましい。
図1は、本実施形態のローラ式の固液分離装置Z1の断面図であり、図4は、斜視図である。図2は、固液分離装置1の各ローラR1,R2とその駆動手段を説明する断面図である。図3は、図1のローラR1,R2の構成を説明する側面図である。
ローラR1,R2とは接触せず、固形分に軽度な加圧を与えて液状分の濾過を補助するとともに、固形物を排出口に向かって移動させる推進力を与えるため、0.1〜5mmの間隔で構成する。特に豆乳向けには0.5〜2mmの範囲が好ましい。その間隙があまり狭すぎると固形分の水分率は低くなるが、処理能力が下がり、強力な圧搾により微細固形分が多い液状分になる。逆に間隔が広すぎると微細固形分の少ない液状分になるが固形物の推進力が得られず、特に所定領域(排出側の領域)H2の内圧が高まらずに処理能力が下がり、固形物の水分率が高く、場合によっては閉塞する。
つまり、固液混合物の供給口2が第1と第2のローラR1,R2の間であって、8の字状のケーシングの外壁の中央の円弧状に絞った位置に設けられ、一対の第1と第2のローラR1,R2を直線的に介して、ローラ回転力を最も効率よく固形分の推進力にするように構成して、8の字のケーシングの外壁の反対側の排出窓8から排出させるように構成されている。なお、第1のローラR1の回転速度を第2のローラR2の回転速度より早くしたり遅くしたりすることは任意である。また、2段以上ローラがある場合は、各ローラの直径の大きさの違いがあっても良く、いずれのローラとも微小孔を有したスクリーンを備える必要はなく、(模様の付いた)ゴムローラや金属ローラであってもよい。各ローラの周速(回転数)についても、同じでも違いがあってもよい。このように構成しても、排出窓8からは一定の水分率の固形分(オカラ)が排出される。
対ローラの周速は同じにして必要最小限の低回転数とすると固形物とローラのスリップが少なく、微細な固形分(豆乳の場合、ミジン)の発生を抑える効果があり、また周速を違えたり、周速を必要以上に速くすると、微細孔を有するスクリーンによる“おろし金”的な微粉砕効果があり、微細な固形物が液状分に多く含まれるようになり、また固形物からの抽出率を高めることができる。豆乳の場合、繊維質含有量の高い品質になるとともに、同一濃度の豆乳量が増加になり、豆腐製品の収率が1〜3割程は高まる場合もある。
なお前記スクリーンRsの孔cの大きさや数としては任意であるが、豆乳用であれば、例えば固液混合物の接触面において直径0.01〜1.0mmφ、ピッチ0.03〜3mmが好ましい。形状も円形、長穴、四角など何れでもよいが、最大の開口距離が上記範囲であればよい。豆乳など食品、飲料関係では、上記範囲より小さいと能力が不足し、大きいと舌触りに影響する微細な固形物が多くなり、喉ごしが悪く、ザラツキを感じることになる。豆腐用豆乳や飲料用豆乳の場合は、直径0.02〜0.2mmφ、ピッチ0.05〜2mmが好ましい。
まず、大豆を一晩水に浸した後、水を加えながら磨砕した大豆を煮沸して得られたような固液混合物であるゴ液をケーシング3の供給口2から供給されると、上下一対のローラR1とローラR2間を通過することで、これら外周に配されるスクリーンRsに形成された孔cからゴ液の液状物が分離される。なお、ゴ液の投入は、ホッパーによる自重供給でもよいが、好ましくはポンプで供給口2にゴ液を送液することで、所定の圧力をかけて行われる。即ち、自重供給では供給側の領域H1での濾過がほとんど起きず、固形分の排出口への押し出す力はロール回転力に大きく依存するので、“おろし金”現象が起きて、微細な固形分の混じった液状分が得られやすい。本願ではポンプを供給手段として弱めで適度な圧力(0.001〜0.2MPa)による加圧で固液混合物を供給することによって、おろし金現象を抑えて、供給側の領域H1に面するスクリーンの全面での濾過が可能になり、濾過面積を有効に広く使うことができる。濾過面積が広いと、所定量の固液混合物の濾過時間が短縮され濾過能力が高まり、結果的に“おろし金”現象が起きにくくなり、微細な固形分の混入が少ない液状分が得られる。すなわちゴ液であれば豆乳中のミジン量は少なくなる。このポンプ加圧は、排出口8が加圧蓋9によって閉塞する方向で全閉にするように押さえられているので、排出口8から液状分が漏れだすことなく、有効に利用できる。即ち、ポンプによる加圧供給と加圧蓋を併用することが好ましい形態である。もし加圧蓋がなく開口度を固定板などで保持する形態である場合は、ポンプ加圧によっては内圧が変動しやすい上に、“おろし金”現象が起きて微細な固形分が多く混じった液状分となり、場合によっては固液混合物がそのまま、すり抜けて排出口から漏れ出してしまうこともある。前記ポンプによる加圧が加圧蓋の押圧に比べて強すぎても同様な結果を招くことになる。
ここで、液状分を取り出す配管Kは、上方のローラR1から液状分を取り出すための配管K1と下方のローラR2から液状分を取り出すための配管K2とは、下方のローラR2からの配管K2を上方のローラR2の高さ位置よりも高くなるように連結することで(図4)、液中濾過が可能な構造になっている。すなわち、上方のローラR1と下方のローラR2とのいずれのローラからも空気が抜けるようにした配管Kの構成にすることで、泡の無い、品質ムラのない高品質の豆乳を抽出できる。なお、上記配管構成としては、図4の配管の上方側と同じように、その下方側Keからも液状分を取り出す構成にすることも可能である。
R3,R4の方向に回り込むように液状分の流れを確保することも可能である(図5の符号T2参照)。
また、図7(a)〜(c)に示す例では、いずれもケーシング3が各ローラR1〜R4の外周に円筒状になるように壁を構成している。このように、複数設けられるローラの配置としては、上下一対に配置したり、平行(水平)に一対配したり、ローラ軸を垂直方向に配したり、ジグザグ状に3個以上配置したりすることができる。特に排出窓8に最も近い一対のローラにおける所定領域(排出側の領域)H2では、液状分の脱水又は固形分の圧搾が最終的に行われる。
内部ドラムRdの前方には、その先端にパドル10を取り付けることが好ましい(図9、図10)。ローラR1,R2内には、分離された豆乳が随時流入してくるので、ローラR1,R2内の豆乳は押出されるように出口11から排出される。しかし、運転終了時は押出すことができなくなる。ローラR1,R2内部の豆乳の上半分は配管Kの下方側Keを開放することにより、流路11,12より排出されるが、残り下半分はローラR1,R2内に残存する。少量であるがこの豆乳を排出させるにはパドル10を取付けることが有効である。すなわち、断面コ字状の液状分流路RcのローラR1の前方側(内部ドラムRdの頭部)に複数枚のパドル10が取付けられることで、ローラR1が回転すれば、同じ周速で固定されたパドル10も回転する構造である。各パドル10の長さは、断面コ字状の液状分流路Rcに及ぶ長さである。各パドル10の先端形状10aは豆乳を掬い上げ易いように屈曲した形状が好ましい(図9(c))。これにより、残存豆乳はパドル10で連続的に掬い上げられるようにして出口11から排出させることができる。
このような豆乳を掬い上げ、豆乳を出口11,12に送り出すようにするためには、図10に示すように、内部ドラムRdの外周壁に螺旋状の突出部Rrや、これとは逆に溝(図示せず)が形成されているものでも良い。また、これらを組み合わせた凹凸が形成されていても良い。上記パドル10としては、ローラR1,R2のローラ軸Rjに取り付けることも可能である。すなわち、ローラ軸Rjを内部ドラムRdの前方にまで貫通させて、このローラ軸Rjの先端に上記パドル10を取り付け、このパドル10をローラ軸Rjに対して回転可能に構成することも可能である。
図6は、本発明の第2の実施の形態のローラ式の固液分離装置Z3の断面図である。本実施の形態は、一対のスクレーパ6,6が上下のローラR1,R2に向けて取り付けられている。つまり、上記ローラ式の固液分離装置Z2のような通路T1,T2が設けられていない。一対のスクレーパ6,6は、供給される固液混合物が上下のローラR1,R2間を通過した後、これをそのまま排出窓8の方向に案内するように配されている。つまり、上下のローラR1,R2と上下の各スクレーパ6,6と近接配置されるケーシング壁3の加圧蓋9により排出側の領域H2が形成されている。上下の各スクレーパ6,6としては、排出窓8に向かうほど広がるように取り付けることも可能である。このように広がるように取り付けると、スクレーパ間通路内でケーク(固形分)が停滞して運転継続不可の状態(閉塞状態)にはならない。固形分とスクレーパの摩擦抵抗が少ないため固形分の流れがスムーズであり処理能力の向上効果が期待できる。また加圧蓋9による加圧が弱めであっても、排出口がスクレーパから離れているために液状分の再吸収が起きにくく、水分率の少ない固形分が得られ、微細な固形分の少ない液状分が得られやすい(いわゆる“おろし金”現象が起きにくい)。
ここで、上記一対のローラR1,R2の配置としては、上下の配置のみならず、左右に一対配置するものでも良い。左右に配置させる場合としては、引用文献3のように、円筒状の上下面が横方向に向くようにして、上方側から固液混合物を供給したとき、一対のローラR1,R2間を自然落下(重力による落下)するようにしても良く、又、円筒状の上下面が上下端に向く(ローラ軸が縦方向ないしは垂直方向、少し傾斜してもよい。)ようにすることも可能である。
1.特許文献3では、奥まった位置で、かつ、スクリーンに近い位置で、局部的に高い内圧で絞る構成であり、微細固形分の多い液状分が得られ、すぐに内圧を緩めると、液状分の再吸収も起きやすいため(必要以上に内圧を高めなければならない。)、固形分と液状分の成分や品質が均一になることは難しい。これに対して、本願の実施の形態のローラ式の固液分離装置では、加圧手段による加圧が排出窓に一定にかけることができるので、固形分と液状分の成分が均一になる脱水と圧搾が可能である。また排出窓がローラのスクリーン部から離れており、液状分の再吸収が起き得ないので、必要最小限の内圧で足りる。そのため、機械寿命が延び、能力が引き出され、ミジンが少ないものとなる。また排出側の領域H2の容積がより大きいので、固形分の弾力性を効かしながら、弱めの内圧で絞ることができるため、スクリーン面で起きるおろし金現象が少なく、微細な固形分の少ない液状分が得られやすい。
2.特許文献3は、本文記載はないが図1から推察すると、ローラ内側に滞留した空気が抜けにくく、ゴ液のように微小な空気を含む処理液の場合、ローラ内側に常に空気が供給され存在する状況とみられ、また図1からローラ外側も、上部の処理液が少ない場合、空気にさらされることもあり得ると考えられ、湯葉が形成され目詰まりし易いと考えられる。また、図1から処理液の供給圧が重力による弱いものと推察できるので、目詰まりした時にスクリーンの孔に詰まったものを押し出すほどの再生する手段が無い。これに対し、本願の実施の形態のローラ式の固液分離装置では、ポンプを供給手段にすることでローラが直接空気に触れない構造であり、ローラ(スクリーン)のどちらの面も空気層が存在せず、内部ドラムによって滞留する空気も液状分と共に排出できる形態であるので、湯葉が生成され難い。また、万一目詰まりしても、ポンプにて圧送するので目詰まりし難い利点がある。
3.特許文献3では、本文記載はないが図1から推察すると、装置には固液混合物を自重で供給する形態とみられ、そのため装置からは落差により液状分を排出するしかなく、出口配管より次工程装置は低く抑える必要があり、固形分の押し出し圧力はロール回転力のみに依存するので“おろし金現象”が起きやすいと推論できる。また特許文献3は、固液混合物をポンプによって供給する旨やその蓋体との併用効果についての記載は一切ない。これに対し、本願の実施の形態では、固液混合物は送りポンプで上下ローラ間に軽く加圧気味で圧送しているので、ロール上の濾過面を広く有効に活用できて、濾過能力が向上し、ロール回転力が加わって、固形分は排出口に向かって押し出される。またこのポンプ圧があれば、分離された液状分はより高い位置へも送り出すことができる。したがって、次工程の装置高さに制限が無い。また、発泡性のある固液混合物の場合で消泡剤無しで分離操作後、次工程配送途中を上り配管とできるので抑泡作用が期待できる。また、下方のローラR2からの配管K2を上方のローラR2の高さ位置よりも高くすることで、液中絞りが行われて、抑泡作用が期待できる。
4.特許文献3は、左右ローラの下側の奥まった位置に、排出口51を閉塞する方向にバネ52と蓋体53が設けられているが、これに対し、本願の実施の形態では、上下にローラR1,R2が配され、シリンダーSrやスクレーパ6,6の位置が側方面になるので、これら部品の取付・調整がし易い。また、洗浄の際にも、本願の実施の形態では、シリンダーSrで排出窓を開放した状態にして洗浄することもできる。
5.特許文献3は、下方側にスクレーパが配され、その取付・調整がし難い構成である。すなわち蓋体53は装置下側で奥まっており、目視しにくく、調整や全閉や洗浄作業が行いにくい。これに対し、本願の実施の形態では、上下にローラR1,R2が配され、シリンダーSrやスクレーパ6,6の位置が側方面になるので、これら目視しながら部品の取付・調整がし易く、全閉操作や洗浄作業を行いやすくい。
2 供給口、
3 ケーシング壁、
6 スクレーパ、
8 排出窓、
9 加圧蓋、
K,K1,K2 配管、
R1 第1のローラ、
R2 第2のローラ、
Rj ローラ軸、
Rd 内部ドラム、
Rs ローラのスクリーン、
Rc 流路、
H1 供給側の領域、
H2 排出側の領域、
Sr 加圧手段(各種シリンダー)、
Claims (5)
- 多数の孔が外周に形成されたスクリーンを有するローラをケーシング内に備え、ローラの外側にある固液混合物から多数の孔を介して固形分を分離し、液状分を内側に濾過するローラ式の固液分離装置において、供給手段によって供給される固液混合物を回転するローラを通過させた後に近接配置されるケーシング壁に、固形分を排出させる排出窓が形成されるとともに、この排出窓を閉塞する方向に加圧手段によって所定の加圧力が安定に加えられる加圧蓋を備え、固液混合物から液状分を前記ローラにより分離させるとともに、前記加圧蓋による加圧のかかった排出窓から固形分を排出させることを特徴とするローラ式の固液分離装置。
- 固液混合物が供給されるケーシング内に複数のローラを備え、複数のローラの少なくとも一つのローラがその外周に多数の孔が形成されたスクリーンを有する濾過用ローラであって、ローラの外側にある固液混合物から多数の孔を介して固形分を分離し、液状分を内側に濾過するローラ式の固液分離装置において、供給手段によって供給される固液混合物を回転するローラを通過させた後に近接配置されるケーシング壁に、固形分を排出させる排出窓が形成されるとともに、この排出窓を閉塞する方向に加圧手段によって所定の加圧力が安定に加えられる加圧蓋を備え、固液混合物から液状分を前記ローラにより分離させるとともに、前記加圧蓋による加圧のかかった排出窓から固形分を排出させることを特徴とするローラ式の固液分離装置。
- 前記ローラは、ローラ軸が互いに平行で上下一対に配される第1のローラと第2のローラとを備え、これら一対のローラとローラとの間の一方側から固液混合物が供給されるとともに、一対のローラとローラとの間の他方側に前記排出窓が配されることを特徴とする請求項1又は2記載のローラ式の固液分離装置。
- 前記ローラは第1のローラと第2のローラとが上下に配され、前記ケーシング壁が前記ローラの円周形状に沿って円弧形状に形成され、前記排出窓が第1と第2のローラとの間に位置する前記ケーシング壁に設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載のローラ式の固液分離装置。
- 前記固液混合物が豆腐や油揚等の製造工程におけるゴ液であり、前記固形分がオカラであり、前記液状分が豆乳であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載のローラ式の固液分離装置。
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