JP5120958B2

JP5120958B2 - 溶液の凍結濃縮方法

Info

Publication number: JP5120958B2
Application number: JP2009005455A
Authority: JP
Inventors: 隆太田; 理子須藤
Original assignee: TOYO. SS. CO., LTD.
Current assignee: TOYO. SS. CO., LTD.
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: JP2010162451A

Description

本発明は、飲料や薬品等の被濃縮溶液中に氷晶を生成せしめて固液混合物化し、この固液混合物から氷結晶を取り除くことによって溶液を濃縮する凍結濃縮方法に関し、より詳しくは、被濃縮溶液を固液混合物化する時間の短縮と高効率化を実現できる凍結濃縮方法に関する。

従来、凍結濃縮により溶液たる被濃縮溶液を濃縮する際に用いる凍結濃縮装置は、被濃縮溶液を冷却して同溶液中に氷結晶を生成させることにより被濃縮溶液を固液混合物化する氷結晶生成部たる冷却装置と、固液混合物化した被濃縮溶液を濃縮液と氷結晶とに分離する遠心分離槽等から構成されてなる分離装置とで構成され、氷結晶を分離することによって被濃縮溶液を濃縮している（例えば、特許文献１参照）。

そして、分離装置で行う固液混合物化した溶液を濃縮液と氷結晶とに分離する分離効率の向上を図るため、被濃縮溶液をゆっくりと冷却（緩慢凍結）して氷結晶の粒径を大なるものに成長させていた。

したがって凍結濃縮装置の運転時間が長くなり、生産面や経済面等の効率が悪いという問題があり、これらの改善が望まれていた。

特開２００６−１６６８８０号公報（第１〜１１頁、図１）

本発明は、凍結濃縮装置の運転時間を短縮できて、生産面や経済面等の効率を向上できる溶液の凍結濃縮方法を提供できるようにした。

上述した課題を解決するために、本発明に係る溶液の凍結濃縮方法は、冷却により、被濃縮溶液中に氷結晶を生成させて同溶液を固液混合物化する際に、被濃縮溶液中に氷結晶が発生するタイミングに合わせて同被濃縮溶液を加熱手段によって加熱し、同加熱により、被濃縮溶液中に生じた比較的小なる粒径の氷結晶を融解させてから同被濃縮溶液中に残留する氷結晶を成長させて被濃縮溶液を固液混合物化するものとしてある。

また前記被濃縮溶液中に残留する成長途中にある氷結晶を、加熱手段によって１回以上加熱し、同加熱時に、氷結晶の中で比較的大なる粒径の氷結晶の融解を促進して被濃縮溶液を固液混合物化するものとしてある。

また前記加熱手段に、通電加熱装置を用いたものとしてある。

また前記通電加熱装置に有する一対で設けられる電極を、被濃縮溶液を収容して氷結晶を生成する溶液処理槽の周囲に複数配し、同電極に、同時もしくは所定の順に電流を流すものとしてある。

また前記加熱手段に、マグネトロンを用いたものとしてある。

本発明の溶液の凍結濃縮方法によれば、溶液たる被濃縮溶液を固液混合物化する氷結晶生成部において、被濃縮溶液中に氷結晶が発生するタイミングに合わせて同被濃縮溶液を加熱手段によって加熱し、同加熱により、被濃縮溶液中に生じている比較的小なる粒径の氷結晶を融解させてから同濃縮溶液中に残留する氷結晶を成長させて被濃縮溶液を固液混合物化し、すなわち被濃縮溶液中に発生した氷結晶の中で比較的大なる氷結晶だけを成長させるようにしているため、同氷結晶が粗大な氷結晶に成長するまでの時間を短縮でき、したがって凍結濃縮装置の運転時間も短縮できて、生産面や経済面等の効率向上を期することができる。

また、被濃縮溶液中に生じている比較的小なる粒径の氷結晶を融解させてから同濃縮溶液中に残留する氷結晶を次に成長させる際に、１回以上加熱手段によって加熱し、同加熱時に、氷結晶の中で比較的大なる粒径の氷結晶の融解を促進して被濃縮溶液を固液混合物化しているので、成長過程にある氷結晶の粒径が相対的に均一化されて、溶液たる被濃縮溶液を固液混合物化する氷結晶生成部における粗大氷結晶への調整時間を短縮できて、これにより濃縮液の品質も向上する。

本発明に係る溶液の凍結濃縮方法における第１段階を示す図。本凍結濃縮方法における第２段階を示す図。溶液処理槽に配する電極の一配置例を示す図。図３に示した電極間の通電例を示す図。溶液処理槽に配する電極の他の配置例を示す図。凍結濃縮装置の構成例を示す図。

以下、本発明に係る溶液の凍結濃縮方法を添付図面に基づいて説明する。また実施例では、加熱手段に通電加熱装置を用いた例として説明している。

本凍結濃縮方法は、凍結濃縮方法の第１段階として、図１中の（ａ）図に示すように、凍結濃縮装置（図６を参照）を構成する冷却装置たる掻き取り熱交換器１の氷結晶生成部たる溶液処理槽２内の被濃縮液３が、ブライン４との熱交換作用によって冷却が進行して、同被濃縮溶液３中に氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’、氷結晶（小）８ａ）が発生するタイミングになった時、これに合わせて溶液処理槽２の周囲に設けている加熱手段たる通電加熱装置の電極５、５´間に、同溶液処理槽２内の被濃縮溶液３中を介して電流５ａを流し、同電流５ａの流れによって生じる熱で、溶液処理槽２内の被濃縮液３中に発生している氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’、氷結晶（小）８ａ）の中で比較的小なる粒径の氷結晶（氷結晶（小）８ａ）を融解する。

そして、図１中の（ｂ）図に示すように、被濃縮溶液３中に比較的大なる粒径の氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’）を残し、この氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’）をブライン４との熱交換作用により冷却を進行させて被濃縮溶液２を固液混合物化する。

また凍結濃縮方法の第２段階として、必要に応じて前述する図１中の（ｂ）図に示した被濃縮溶液３中に残る比較的大なる粒径の氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’）を、ブライン４との熱交換作用により冷却を進行させて被濃縮溶液３を固液混合物化して行く過程で、図２中の（ａ）図に示すように、溶液処理槽２の周囲に設けている同通電加熱装置の電極５、５´間に電流５ａを流し、同電流５ａの流れによって生じる熱で、溶液処理槽２内の被濃縮液３中に発生している氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’）の中で比較的大なる粒径の氷結晶の融解を促進して、同融解促進の操作を断続的に１〜ｎ回行いながら被濃縮溶液３を固液混合物化する。

そして、上述する被濃縮液３中に発生している氷結晶（氷結晶（大）８、氷結晶（中）８’）の中で比較的大なる粒径の氷結晶の融解を促進する通電加熱装置によって行う操作を、ブライン４との熱交換作用により冷却を進行させて被濃縮溶液３を固液混合物化して行く過程で、断続的に１〜ｎ回行いながら被濃縮溶液３を固液混合物化する。

これにより、図２中における説明の中で、溶液処理槽２内における被濃縮溶液３中の氷結晶（氷結晶（大）８）の粒径が相対的に同被濃縮溶液３中の氷結晶（氷結晶（中）８’）の粒径に近づいて行きながらそれぞれの氷結晶が成長し、溶液処理槽２内における被濃縮溶液３の固液混合物化が完了するタイミングでは、図２中の（ｂ）図に示すように、同溶液処理槽２内における被濃縮溶液３の粒径が大なる粒径の氷結晶となる。
すなわち、溶液処理槽２内における被濃縮溶液３中の成長過程にある氷結晶の粒径を均一化しながら、同氷結晶を成長させることができる。

また、溶液処理槽２の周囲に設ける通電加熱装置の電極は、図１、図２に示したように、対となる電極５、５´を対向させて１箇所に設けたり、図３に示すように、対となる電極５、５´と同じく対となる電極６、６´を各々対向させて２箇所に設けたりする場合がある。

そして、電極５、５´間と電極６、６間に流す通電加熱装置の作動時における電流の方向を、例えば図４中の（ａ）に示すように、電極５から電極５´方向と電極６から電極６´方向に、同時もしくは順に１回以上流したり、また、図４中の（ｂ）に示すように、電極５から電極５´方向と電極６から電極６´方向、電極５´から電極５方向と電極６´から電極６方向に、順にもしくは任意に１回以上流したりする場合もあり、被濃縮溶液３に合わせて好適な通電を行えばよい。

さらに、溶液処理槽２の周囲に設ける通電加熱装置の電極は、必要に応じて図５に示すように、対となる電極５、５´と対となる電極６、６´と対となる電極７、７´を各々対向させて３箇所に設けたり、またこれ以上に対となる電極を溶液処理槽２の周囲に設ける場合もある。

そして加熱手段は、通電加熱装置と同じように、熱を直接溶液処理槽２内における被濃縮溶液３中の氷結晶に加えることができる９１５ＭＨｚまたは２，４５０ＭＨｚのマイクロ波を照射できるマグネトロンで構成する場合もある。

実施例中における符号９は、溶液処理槽２内に設けている掻き取りブレード、また、図６中における符号１０は、凍結濃縮装置を構成する例えば遠心分離槽等から構成された分離装置で、同分離装置によって固液混合物化した被濃縮溶液を濃縮液と氷とに分離している。

１掻き取り熱交換器
２溶液処理槽
３被濃縮液
４ブライン
５電極
５´ 電極
５ａ電流
６電極
６´ 電極
７電極
７´ 電極
８氷結晶（大）
８’ 氷結晶（中）
８ａ氷結晶（小）
９掻き取りブレード
１０分離槽

Claims

冷却により、被濃縮溶液中に氷結晶を生成させて同溶液を固液混合物化する際に、被濃縮溶液中に氷結晶が発生するタイミングになった時に合わせて同被濃縮溶液を加熱手段によって断続的に加熱し、同加熱により、被濃縮溶液中に生じた比較的小なる粒径の氷結晶を融解させてから同被濃縮溶液中に残留する氷結晶を成長させて被濃縮溶液を固液混合物化する溶液の凍結濃縮方法。
前記被濃縮溶液中に残留する成長途中にある氷結晶を、加熱手段によって１回以上加熱し、同加熱時に、氷結晶の中で比較的大なる粒径の氷結晶の融解を促進して被濃縮溶液を固液混合物化する請求項１に記載の溶液の凍結濃縮方法。
前記加熱手段に、通電加熱装置を用いてなる請求項１または２に記載の溶液の凍結濃縮方法。
前記通電加熱装置に有する一対で設けられる電極を、被濃縮溶液を収容して氷結晶を生成する溶液処理槽の周囲に複数配してなる請求項３に記載の溶液の凍結濃縮方法。
前記電極に、同時もしくは所定の順に電流を流してなる請求項４に記載の溶液の凍結濃縮方法。
前記加熱手段に、マグネトロンを用いてなる請求項１乃至請求項２に記載の溶液の凍結濃縮方法。