JP6879343B2 - 抽出装置及び抽出方法 - Google Patents

Description

本発明は、物質の相変化を用いて原料から固体成分を抽出する抽出装置及び抽出方法に関する。

従来、このような分野の技術として、常温常圧では気体であって液化すると抽出対象物を溶解できる液化ガスが知られている。液化ガスの特性を利用した抽出装置として、例えば下記特許文献に記載されるものがある。特許文献１には、液化ガスを用いて揮発性の異なる液体の混合物をそれぞれに分離する装置が開示されている。特許文献２には、液化ガスを用いて混合物から有機物を抽出する装置が開示されている。

特表２００３−５０８２０３号公報 特開平０２−２７３５０２号公報

特許文献１では、液化ガスとしてフロン類が例示され、植物から液体の生理活性物質を抽出した後の液化ガスを除去することが開示されているが、植物中の固体成分の分離手段は開示されていない。また、特許文献２では、液化ガスを含む炭化水素を用いて混合物から有機物を分離することが開示されているが、固体成分を抽出する手段も開示されていない。

そこで、本発明は、物質の相変化を用いて原料から固体成分を容易に抽出する抽出装置及び抽出方法を提供することを目的とする。

本発明に係る抽出装置は、物質の相変化を用いて原料から固体成分を抽出する抽出装置であって、液化した前記物質で前記固体成分を溶解する処理槽と、前記物質の液化時に発生する潜熱で前記固体成分を溶解した前記物質を加熱し、前記物質を気化させるとともに前記固体成分の濃度を高める熱交換器と、前記熱交換器の底部と連通し、前記固体成分と液化した前記物質とを排出する排出部と、を備えることを特徴としている。

本発明に係る抽出装置では、液化した物質で固体成分を溶解する処理槽と、物質の液化時に発生する潜熱で固体成分を溶解した物質を加熱し、物質を気化させるとともに固体成分の濃度を高める熱交換器と、熱交換器の底部と連通して固体成分と液化した物質とを排出する排出部とを備えるので、熱交換器で固体成分を濃縮し、排出部を介して濃縮した固体成分を排出することができる。その結果、物質の相変化を用いて原料から固体成分を容易に抽出することができる。

本発明に係る抽出方法は、物質の相変化を用いて原料から固体成分を抽出する抽出方法であって、液化した前記物質で前記固体成分を溶解する溶解工程と、前記物質の液化時に発生する潜熱で前記固体成分を溶解した前記物質を加熱し、前記物質を気化させるとともに前記固体成分の濃度を高める濃縮工程と、前記濃縮工程で濃縮した前記固体成分と液化した前記物質とを排出する排出工程と、を含むことを特徴としている。

本発明に係る抽出方法では、液化した物質で固体成分を溶解する溶解工程と、物質の液化時に発生する潜熱で固体成分を溶解した物質を加熱し、物質を気化させるとともに固体成分の濃度を高める濃縮工程と、濃縮工程で濃縮した固体成分と液化した物質とを排出する排出工程とを含むので、濃縮工程で固体成分を濃縮し、排出工程で濃縮した固体成分を排出することができる。その結果、物質の相変化を用いて原料から固体成分を容易に抽出することができる。

本発明によれば、物質の相変化を用いて原料から固体成分を容易に抽出することができる。

第１実施形態に係る抽出装置の構成を示す模式図である。 第２実施形態に係る抽出装置の構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係る抽出装置及び抽出方法の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明は省略する。

[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係る抽出装置の構成を示す模式図である。本実施形態では、物質の相変化を用いて原料から固体成分を抽出する抽出装置及び抽出方法として、液化ガスの相変化を用いて生物に含まれる固体の有用成分を効率的に抽出する例を挙げて説明する。より具体的には、例えばジメチルエーテル(ＤＭＥ)の相変化を用いて、柑橘類からカロテノイドを抽出する例である。すなわち、以下の例では、ＤＭＥは特許請求の範囲に記載の「物質」、柑橘類は「原料」、カロテノイドは「固体成分」にそれぞれ該当する。なお、本発明の原料は柑橘類に限定されるものではなく、様々な植物や動物であっても良い。また、本発明の物質はＤＭＥに限定されるものではなく、ブタンやプロパンなどの炭化水素ガスであっても良い。

また、下記の説明において、説明に応じて、気化したＤＭＥを「気化ＤＭＥ」或いは「ＤＭＥガス」、液化したＤＭＥを「液化ＤＭＥ」と称する場合がある。

図１に示すように、本実施形態の抽出装置１は、例えば柑橘類に含まれるカロテノイドを溶解できるＤＭＥを用いて、柑橘類から固体のカロテノイドを抽出するための装置である。この抽出装置１は、主に、気化したＤＭＥを圧縮する第１圧縮機２と、ＤＭＥの気化に必要な蒸発潜熱をＤＭＥの液化時に発生する凝縮潜熱で賄うように構成された熱交換器３と、第１圧縮機２と熱交換器３との間に配置された第１冷却器４、柑橘類に含まれるカロテノイドを溶解する処理槽５と、液化ＤＭＥを気化させる気化器６と、気化したＤＭＥとカロテノイドとを分離する分離器７と、ＤＭＥの再利用を行うための第２圧縮機８及び第２冷却器９と、抽出装置１全体の制御を行う制御部１０と、を備えている。

第１圧縮機２は、配管１１を介して熱交換器３と接続されており、熱交換器３で気化したＤＭＥを加圧するとともに昇温させる。配管１１には、第１圧縮機２に供給されるＤＭＥガスの流量を調整する流量調整バルブ２１が取り付けられている。

第１冷却器４は、第１圧縮機２の下流側に設けられており、第１圧縮機２の損失で発生する熱をＤＭＥの相変化サイクルから排除するために備えられている。この第１冷却器４は、気化したＤＭＥの温度を指定した温度に維持するように備え付けられたファン４１でＤＭＥガスを冷却する。

熱交換器３は、いわゆるシェルアンドチューブ型熱交換器であり、第１冷却器４の下流側に設けられている。この熱交換器３は、ＤＭＥの液化時に発生する凝縮潜熱でカロテノイドを溶解した液化ＤＭＥを加熱し、ＤＭＥを気化させるとともにカロテノイドの濃度を高めるように構成されている。すなわち、熱交換器３は、液化したＤＭＥとカロテノイドとの混合物を収容する箱状のシェル部３１と、シェル部３１の内部に配置された伝熱チューブ部３２とを有する。

シェル部３１の上部は、上述の配管１１を介して第１圧縮機２と連通している。伝熱チューブ部３２は、シェル部３１を貫通するように蛇行状に形成されており、その一端は配管を介して第１冷却器４と連通し、他端は配管１２を介して処理槽５と連通している。このような構造を有する熱交換器３を用いることで、凝縮側のＤＭＥと蒸発側のＤＭＥとは、伝熱チューブ部３２を通して直接熱交換されるので、凝縮潜熱から蒸発潜熱への熱伝達を効率良く行うことができる。

また、シェル部３１の内部には、カロテノイドの濃度を計測する濃度センサ３３が配置されている。濃度センサ３３は、制御部１０と電気的に接続されており、その計測した結果を制御部１０に出力する。

処理槽５は、液化したＤＭＥを利用して柑橘類中のカロテノイドを溶解するための槽であり、その内部には柑橘類及び液化したＤＭＥが充填されている。図１に示すように、処理槽５に充填される液化ＤＭＥは、２種類である。一つは伝熱チューブ部３２を通過して液化したＤＭＥ、もう一つは第２冷却器９で液化して配管１３を介して供給された液化ＤＭＥである。また、処理槽５の内部には、柑橘類及び液化したＤＭＥを撹拌するための撹拌機（図示せず）が設けられている。このように撹拌機を設けることで、柑橘類中のカロテノイドを効率良くＤＭＥに溶解することができる。更に、処理槽５の出口側には、柑橘類中の固形分を捕集するためのフィルタ（図示せず）が取り付けられている。

処理槽５は、配管１４を介して熱交換器３の底部と連通しており、カロテノイドを溶解したＤＭＥを熱交換器３の内部（すなわち、シェル部３１の内部）に供給する。そして、配管１４の途中には、膨張弁２２が設けられている。

気化器６は、熱交換器３の下流側に設けられており、排出管（排出部）１５を介して熱交換器３と連通している。排出管１５は、熱交換器３の底部と連通し、熱交換器３の底部に溜まるカロテノイドと液化したＤＭＥを排出する。より具体的には、この排出管１５は、一端が熱交換器３の底部と連通し、他端が気化器６の噴霧器６２（後述する）と接続されており、シェル部３１の底部に溜まるカロテノイド及び液化したＤＭＥを気化器６に供給する。排出管１５の途中には、排出弁２３が設けられている。

一方、気化器６は、気化室６１と該気化室６１の内部に配置された噴霧器６２とを有する。図示しないが、噴霧器６２は、排出管１５の末端に接続され、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥを気化室６１に噴霧する。噴霧器６２は制御部１０と電気的に接続され、噴霧の開始及び停止（言い換えれば噴霧タイミング）が制御部１０にコントロールされている。

気化室６１の内部には、配管１６を介して第２冷却器９から気化したＤＭＥが供給されている。気化室６１の内部に気化したＤＭＥを供給する理由は以下の通りである。すなわち、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥが噴霧器６２から噴霧されると、熱交換器３の内圧が高いため、噴霧された液化ＤＭＥは、減圧されて直ちに蒸発する。これによって、カロテノイドは析出して微粒子になる（言い換えれば、粉末状になる）。噴霧器６２の噴霧でＤＭＥが蒸発する際に、蒸発潜熱によって気化室６１の内部温度が低下していくので、ＤＭＥは蒸発し難くなる。従って、粉末状のカロテノイドの析出が阻害される。このようなことを防止するために、気化したＤＭＥを気化器６の内部に供給することにより、気化室６１内の温度を要求される温度に維持することができる。なお、ここでは、気化室６１内への気化ＤＭＥの供給に代えて、気化室６１を包むように該気化室６１の外側に乾燥器等を設けて気化室６１内部の温度を要求される温度に維持しても良い。

また、気化室６１の内部には、該気化室６１の温度及び圧力の少なくとも一方を計測する気化器センサ６３が設けられている。気化器センサ６３は、制御部１０と電気的に接続されており、その計測した結果を制御部１０に出力する。

分離器７は、気化器６の下流側に設けられている。この分離器７は、サイクロン式分離器であり、遠心力を利用してカロテノイドの微粒子と気化ＤＭＥとを効率良く分離する。分離器７にはカロテノイドの微粒子の大半の通過を阻止できるフィルタ式を用いても良いが、サイクロン式の場合は、ＤＭＥの気化により流入速度が増加し、そのまま分離可能であるので、送風機の設置を省けるメリットがある。しかし、微粒子の分離精度を更に向上させることを考慮した場合は、送風機を設置しても良い。

また、分離器７の下方には、カロテノイドの微粒子を回収するための回収容器２０が配置されている。一方、分離器７で分離したＤＭＥガスは、配管７１を介して第２圧縮機８に供給される。

第２圧縮機８は、分離器７の下流側に設けられており、分離されたＤＭＥガスを圧縮して昇温させ、第２冷却器９に供給する。

第２冷却器９は、第２圧縮機８の下流側に設けられており、第２圧縮機８によって圧縮されたＤＭＥガスの少なくとも一部を液化する。この第２冷却器９では、備え付けられたファン９１の回転速度を調整することで第２冷却器９内の過加熱を防ぐとともに、ＤＭＥガスを液化する。ファン９１は、制御部１０と電気的に接続され、その回転速度等が制御部１０にコントロールされている。

第２冷却器９で冷却した液化ＤＭＥは、配管１３を介して処理槽５に供給されている。配管１３の途中には、弁２５が配置されている。また、図１に示すように、第２冷却器９で冷却されないＤＭＥガスは、配管１６を介して気化器６の気化室６１内に供給されている。配管１６の途中には、供給弁２４が設けられている。

また、第２冷却器９の内部には、第２冷却器９の温度及び圧力の少なくとも一方を計測する冷却器センサ９２が配置されている。冷却器センサ９２は、制御部１０と電気的に接続されており、その計測結果を制御部１０に出力する。

制御部１０は、例えば演算を実行するＣＰＵ(Central processing unit)と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Read only memory）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Random access memory）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、各構成部分の動作を制御する。例えば、この制御部１０は、気化器センサ６３と冷却器センサ９２との計測結果に基づき、第２圧縮機８の動作や各弁の開度等を制御する。

具体的には、制御部１０は、例えば気化器センサ６３の計測結果に基づいて気化室６１の温度や圧力を常に監視し、気化室６１の圧力が高くなり過ぎた場合若しくは温度が低すぎた場合、排出弁２３の開度が小さくなるように調整する。また、気化室６１の温度が低すぎる場合、制御部１０は、ＤＭＥガスを気化室６１に供給する配管１６に設けられた供給弁２４の開度を大きくしても良い。また、気化室６１の圧力が高くなり過ぎた場合、制御部１０は、第２圧縮機８の運転速度を上げても良い。このように気化室６１内の温度や圧力に応じて排出弁２３と供給弁２４と第２圧縮機８を制御することで、粉末状のカロテノイドを安定的に得られる。

以下、上述の構成を有する抽出装置１の抽出方法を説明する。本実施形態に係る抽出方法は、主に、液化したＤＭＥでカロテノイドを溶解する溶解工程と、ＤＭＥの液化時に発生する潜熱でカロテノイドを溶解したＤＭＥを加熱してＤＭＥを気化させるとともにカロテノイドの濃度を高める濃縮工程と、濃縮工程で濃縮したカロテノイドと液化ＤＭＥとを排出する排出工程と、排出工程で排出したＤＭＥを気化させる気化工程と、気化工程で気化したＭＤＥとカロテノイドとを分離する分離工程と、分離工程で分離したＤＭＥの少なくとも一部を液化する液化工程と、を含む。以下、これらの工程を詳細に説明する。

[溶解工程]
溶解工程では、処理槽５に柑橘類と液化したＤＭＥとを充填し、柑橘類に含まれるカロテノイドを液化ＤＭＥに溶解させる。処理槽５の中には、上述したように、配管１２を介して熱交換器３から供給された液化ＤＭＥのほか、配管１３を介して第２冷却器９から供給された液化ＤＭＥも充填されている。そして、カロテノイドの溶解をより効率良く行うため、処理槽５に備え付けられた撹拌機で撹拌することが好ましい。

カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥは、処理槽５の出口側に設けられたフィルタを通過し、配管１４を介して熱交換器３のシェル部３１に送られる。配管１４を流れる液化ＤＭＥは、膨張弁２２を通過する際に減圧するので温度と圧力が低下し、二相流となって熱交換器３のシェル部３１に供給される。

[濃縮工程]
濃縮工程では、ＤＭＥガスは第１圧縮機２の圧縮により高温高圧のガスになって、更に第１冷却器４を経由して熱交換器３の伝熱チューブ部３２内に送られる。熱交換器３では、高温高圧のＤＭＥガスは凝縮して液化される。そして、液化したＤＭＥは配管１２を介して処理槽５に戻される。

熱交換器３では、ＤＭＥの液化時に発生した凝縮潜熱がシェル部３１内に充填された液化ＤＭＥとカロテノイドとの混合液に伝わるので、液化ＤＭＥは凝縮潜熱で蒸発して（すなわち、気化して）、ＤＭＥガスとなる。言い換えれば、シェル部３１内に送られた液化ＤＭＥは、伝熱チューブ部３２から凝縮潜熱を受熱し、気化してＤＭＥガスとなる。この気化したＤＭＥガスは、配管１１を介して再度第１圧縮機２に送られる。これによって、高圧系内でＤＭＥの相変化サイクルを形成することになる。

一方、液化ＤＭＥの蒸発に伴い、液化ＤＭＥに溶解したカロテノイドの濃度は高くなる。具体的には、液化ＤＭＥに溶解したカロテノイドは、その沸点がＤＭＥよりも高いので、蒸発せずにシェル部３１内に残留して徐々に濃縮されていく。

以上のようなＤＭＥの相変化サイクルは定常運転である。このような定常運転が継続されると、熱交換器３のシェル部３１内に残留したカロテノイドの濃度が徐々に上昇する。そして、例えばカロテノイドの濃度及び抽出量が目標値に達するときに、排出工程が行われる。

なお、このような定常運転時では、熱交換器３の内部の温度が高温にならないので、シェル部３１の内部に残留したカロテノイドには温度の変化が生じない。このため、仮に抽出対象物である固体成分が高温になると分解してしまう物質であっても、熱交換器３での分解が発生しない。

[排出工程]
シェル部３１内に残留したカロテノイドは、例えばその濃度が所定の濃度に到達するときに、排出管１５を介して熱交換器３から排出される。具体的には、制御部１０は、熱交換器３のシェル部３１の内部に設けられた濃度センサ３３を介してカロテノイドの濃度を常に監視し、シェル部３１内に残留したカロテノイドの濃度が所定の濃度に到達したら、第１圧縮機２を停止させ、排出弁２３を開放する。これによって、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥ、言い換えればカロテノイド及び液化ＤＭＥは、熱交換器３から排出される。

[気化工程]
排出弁２３が開放されると、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥは排出管１５を介して気化器６に流入する。このとき、熱交換器３の内圧が高いので、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥは噴霧器６２から噴霧されると、減圧されて直ちに蒸発する。これによって、カロテノイドは析出して微粒子になる。

なお、噴霧を継続すると、液化ＤＭＥの蒸発潜熱によって気化室６１内部の温度が低下し液化ＤＭＥが蒸発し難くなるので、上述したように配管１６を介して第２冷却器９から気化室６１の内部にＤＭＥガスを供給し続ける。供給されるＤＭＥガスの温度は気化室６１の室温と略同じであることが好ましい。このようにすることで、気化室６１内部の温度の低下を抑制できるので、継続的な噴霧によるカロテノイドの微粒子の析出を実現できる。

[分離工程]
分離工程では、気化したＤＭＥガスとカロテノイドの微粒子は、固気混合流体となってサイクロン式の分離器７に送られ、カロテノイドの微粒子とＤＭＥガスに分離される。分離したカロテノイドの微粒子は、分離器７の下部から排出され、回収容器２０に回収される。

[液化工程]
一方、分離したＤＭＥガスは、第２圧縮機８によって昇圧されるとともに、断熱圧縮により温度が上昇する。高温高圧になったＤＭＥガスは、第２冷却器９に供給され、冷却されて一部が液化する。液化したＤＭＥは必要に応じて弁２５の開放によって処理槽５に供給される。一方、液化しないＤＭＥガスは、供給弁２４の開放によって気化器６の気化室６１内部に供給され、蒸発潜熱の供給源として利用される。

以上のような構造を有する抽出装置１では、液化したＤＭＥでカロテノイドを溶解する処理槽５と、ＤＭＥの液化時に発生する凝縮潜熱でカロテノイドを溶解した液化ＤＭＥを加熱してＤＭＥを気化させるとともにカロテノイドの濃度を高める熱交換器３と、熱交換器３の底部と連通してカロテノイドとＤＭＥとを排出する排出管１５とを備えるので、熱交換器３でカロテノイドを濃縮し、排出管１５を介して濃縮したカロテノイドを排出することができる。その結果、ＤＭＥの相変化を用いて柑橘類からカロテノイドを容易に抽出することができる。

また、気化器６を備えるので、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥを気化させることで、粉末状のカロテノイドを容易に得ることができる。更に、分離器７を備えるので、粉末状のカロテノイドと気化ＤＭＥを容易に分離することができる。

更に、本実施形態において、カロテノイドの微粒子の析出にヒーターのような加熱器を設けずに、一連の抽出作業において温度が室温を大きく超えることはないので、加熱器の加熱により劣化しやすい抽出対象物を高品質のまま抽出し、微粒化することができる。

なお、本実施形態では、ＤＭＥを用いて柑橘類からカロテノイドを抽出する例を説明したが、柑橘類からフラボノイドを抽出するにも適用される。また、本実施形態において用いる物質としてＤＭＥを例示して説明したが、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ネオペンタン、イソペンタンでも同様に抽出することができる。また、抽出対象物が水溶性の物質である場合、これらを溶解できるジメチルエーテルやエチルメチルエーテルを利用するのが好ましく、或いはこれらのガスの組み合わせでも良い。

更に、上述の第１圧縮機２が潤滑材を必要とする型式であると潤滑材が抽出対象物に混入する恐れがあるので、オイルフリーの圧縮機であることが好ましく、例えば、ダイアフラム型やチューブポンプ型の圧縮機が好ましい。第１圧縮機２に潤滑材を用いるのであれば、無害な食用油もしくはシリコーンオイルを潤滑材として用いることが好ましい。

一方、本実施形態に係る抽出方法では、液化したＤＭＥでカロテノイドを溶解する溶解工程と、ＤＭＥの液化時に発生する凝縮潜熱でカロテノイドを溶解した液化ＤＭＥを加熱してＤＭＥを気化させるとともにカロテノイドの濃度を高める濃縮工程と、濃縮工程で濃縮したカロテノイドと液化したＤＭＥとを排出する排出工程とを含むので、濃縮工程でカロテノイドを濃縮し、排出工程で濃縮したカロテノイドを排出することができる。その結果、ＤＭＥの相変化を用いて柑橘類からカロテノイドを容易に抽出することができる。

また、排出工程で排出したＭＤＥを気化させる気化工程を含むので、カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥを気化させることで、粉末状のカロテノイドを容易に得ることができる。更に、気化工程で気化したＤＭＥと粉末状のカロテノイドとを分離する分離工程を更に含むので、粉末状のカロテノイドと液化ＤＭＥを容易に分離することができる。

[第２実施形態]
図２は第２実施形態に係る抽出装置の構成を示す模式図である。本実施形態に係る抽出装置１Ａは、カロテノイドの抽出に用いる物質としてＤＭＥ、熱の伝達に用いる冷媒としてフロンをそれぞれ利用する点において、上述の第１実施形態と相違するが、その他の構造は第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態との相違点のみを説明する。

すなわち、本実施形態では、ＤＭＥの相変化に必要な蒸発潜熱と凝縮潜熱とを、フロンを用いた冷凍サイクルで賄うようになっている。具体的には、抽出装置１Ａは、上述の熱交換器３に加えて熱交換器３５を更に備えている。熱交換器３５は、上述の熱交換器３と同様にシェル部３６と伝熱チューブ部３７とを有し、配管１７を介して熱交換器３と接続されている。配管１７の途中には、膨張弁２６が取り付けられている。

フロン（冷媒）の流れをより分かり易くするため、図２においてフロンの流れを破線で示す。図２に示すように、熱交換器３５の伝熱チューブ部３７の一端は配管１７を介して熱交換器３の伝熱チューブ部３２と接続されており、他端は配管１８を介して第１圧縮機２と接続されている。第１圧縮機２は、更に配管１９を介して第１冷却器４と熱交換器３に順に接続されている。そして、熱交換器３の伝熱チューブ部３２、配管１７、熱交換器３５の伝熱チューブ部３７、配管１８、第１圧縮機２、配管１９及び第１冷却器４は、フロンを用いた冷凍サイクルの流路を構成する。

また、本実施形態に係る抽出装置１Ａは、複数（ここでは、２つ）の処理槽（すなわち、処理槽５ａ，５ｂ）を備えている。原料交換による時間のロスをなくすために、処理槽５ａ及び処理槽５ｂは並列で接続されることが好ましい。処理槽５ａ，５ｂの入口側には充填順序を切り換えるための弁２７ａ，２７ｂ、出口側には排出順序を切り換えるための弁２７ｃ，２７ｄがそれぞれ取り付けられている。このようにすれば、例えば処理槽５ａが原料交換で停止するときに、処理槽５ｂの溶解処理等を継続することができる。

本実施形態に係る抽出装置１Ａによれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、ＤＭＥガスの圧縮機を使用しないので、既存の冷媒、その冷媒用圧縮機及び安価なＤＭＥ用ポンプを用いることで、低コストを実現することができる。

なお、本実施形態において、カロテノイドの抽出に用いる物質はＤＭＥである必要はなく、抽出対象物に合わせてプロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ネオペンタン、イソペンタン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテルもしくはこれらの組み合わせを選定しても良い。また、熱の伝達に用いる冷媒は、フロンである必要はなく、室温付近で適切な圧力で相変化を起こすガスを選定しても良い。

また、本実施形態では、２つの熱交換器（熱交換器３及び熱交換器３５）にともにシェルアンドチューブ型を用いた例を示したが、効率を上げるために、ＤＭＥガスの液化に利用する熱交換器３５にプレート型を用いても良い。

一方、本実施形態に係る抽出方法は、上述の第１実施形態と同様に溶解工程、濃縮工程、排出工程、気化工程、分離工程、及び液化工程を含むが、上述のようにＤＭＥの相変化に必要な蒸発潜熱と凝縮潜熱とをフロンを用いた冷凍サイクルで賄うため、濃縮工程だけが第１実施形態と相違する。

[濃縮工程]
具体的には、まずフロンガスは第１圧縮機２の圧縮によって高温高圧のガスとなって、第１冷却器４を経由して熱交換器３の伝熱チューブ部３２の内部に送られる。熱交換器３では、高温のフロンガスは凝縮して液化される。その際に、フロンの液化時に発生した凝縮潜熱がシェル部３１内に充填された液化ＤＭＥとカロテノイドとの混合液に伝わるので、液化ＤＭＥは凝縮潜熱で蒸発し、ＤＭＥガスとなる。

液体となった液化フロンは、配管１７を介して熱交換器３５に送られる。配管１７を流れる液化フロンは、膨張弁２６を通過する際に減圧するので温度と圧力が低下し、二相流となって熱交換器３５の伝熱チューブ部３７に送られる。熱交換器３５では、シェル部３６に供給されたＤＭＥガスは凝縮して液化される。ＤＭＥの液化時に発生した凝縮潜熱が伝熱チューブ部３７を介して伝熱チューブ部３７を流れる液化フロンに伝わる。そして、低温の液化フロンは、伝熱チューブ部３７からＤＭＥの凝縮潜熱を受熱し、蒸発してフロンガスとなる。次いで、気体となったフロンガスは第１圧縮機２に送られて再度圧縮される。これによって、フロンを用いた冷凍サイクルが形成される。

一方、ＤＭＥの相変化サイクルでは、まず、熱交換器３５のシェル部３６から排出された液化ＤＭＥが、ポンプ２８によって柑橘類が充填された処理槽５ａ，５ｂに供給される。処理槽５ａ，５ｂでは、柑橘類に含まれたカロテノイドが液化ＤＭＥに溶解する。カロテノイドを溶解した液化ＤＭＥは、処理槽５ａ，５ｂの出口側に設けられたフィルタを通過し、配管１４を介して熱交換器３に供給される。

熱交換器３の伝熱チューブ部３２には、液化ＤＭＥよりもやや高温のフロンが連続的に供給されている。従って、シェル部３１内に充填された液化ＤＭＥは、フロンの持つ凝縮潜熱によって加熱され、気化してＤＭＥガスとなる。このとき、液化ＤＭＥに溶解したカロテノイドは、その沸点がＤＭＥより高いので、蒸発せずにシェル部３１内に残留して徐々に濃縮されていく。

一方、気化したＤＭＥガスは熱交換器３５のシェル部３６内に送られる。熱交換器３５の伝熱チューブ部３７にはＤＭＥガスよりも低温のフロンが連続的に供給されているので、フロンの蒸発潜熱によってＤＭＥガスが冷却され、液化ＤＭＥとなって処理槽５ａ，５ｂに供給される。これによって、ＤＭＥの相変化サイクルを形成することになる。

なお、本実施形態に係る溶解工程、排出工程、気化工程、分離工程、及び液化工程は、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る抽出方法によれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１，１Ａ 抽出装置
２ 第１圧縮機
３，３５ 熱交換器
４ 第１冷却器
５，５ａ，５ｂ 処理槽
６ 気化器
７ 分離器
８ 第２圧縮機
９ 第２冷却器
１０ 制御部
１１，１２，１３，１４，１６，１７，１８，１９，７１ 配管
１５ 排出管（排出部）
２０ 回収容器
２１ 流量調整バルブ
２２，２６ 膨張弁
２３ 排出弁
２４ 供給弁
３１，３６ シェル部
３２，３７ 伝熱チューブ部
３３ 濃度センサ
４１，９１ ファン
６１ 気化室
６２ 噴霧器
６３ 気化器センサ
９２ 冷却器センサ

Claims (11)

1. 物質の相変化を用いて原料から固体成分を抽出する抽出装置であって、
   液化した前記物質で前記固体成分を溶解する処理槽と、
   前記物質の液化時に発生する潜熱で前記固体成分を溶解した前記物質を加熱し、前記物質を気化させるとともに前記固体成分の濃度を高める熱交換器と、
   前記熱交換器の底部と連通し、前記固体成分と液化した前記物質とを排出する排出部と、
   前記排出部の下流側に設けられ、前記排出部によって排出される前記物質を気化させる気化器と、
   を備えることを特徴とする抽出装置。
2. 前記気化器の内部には、気化した前記物質が供給されている請求項１に記載の抽出装置。
3. 前記気化器の下流側に設けられ、気化した前記物質と前記固体成分とを分離する分離器を更に備える請求項１又は２に記載の抽出装置。
4. 前記分離器はサイクロン式である請求項３に記載の抽出装置。
5. 前記分離器の下流側に設けられ、気化した前記物質を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機の下流側に設けられ、前記圧縮機によって圧縮された前記物質の少なくとも一部を液化する冷却器と、
   を更に備える請求項３又は４に記載の抽出装置。
6. 前記気化器の内部に設けられ、前記気化器の温度及び圧力の少なくとも一方を計測する気化器センサと、
   前記冷却器の内部に設けられ、前記冷却器の温度及び圧力の少なくとも一方を計測する冷却器センサと、
   前記冷却器から気化した前記物質を前記気化器に供給する配管に設けられた供給弁と、 前記気化器センサと前記冷却器センサとの計測結果に基づき、前記圧縮機の動作と前記供給弁の開度とを制御する制御部と、
   を更に備える請求項５に記載の抽出装置。
7. 物質の相変化を用いて原料から固体成分を抽出する抽出方法であって、
   液化した前記物質で前記固体成分を溶解する溶解工程と、
   前記物質の液化時に発生する潜熱で前記固体成分を溶解した前記物質を加熱し、前記物質を気化させるとともに前記固体成分の濃度を高める濃縮工程と、
   前記濃縮工程で濃縮した前記固体成分と液化した前記物質とを排出する排出工程と、
   前記排出工程で排出した前記物質を気化させる気化工程と、
   を含むことを特徴とする抽出方法。
8. 前記気化工程において、気化した前記物質を供給する請求項７に記載の抽出方法。
9. 前記気化工程で気化した前記物質と前記固体成分とを分離する分離工程を更に含む請求項７又は８に記載の抽出方法。
10. 前記分離工程において、サイクロン式分離器を用いる請求項９に記載の抽出方法。
11. 前記分離工程で分離した前記物質の少なくとも一部を液化する液化工程を更に含む請求項９又は１０に記載の抽出方法。

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