JPH029842B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフロン・アンモニア等を作動流体とし
て用いる間接加圧式濃縮装置に関し、詳しくは作
動流体の蒸発器として薄膜降下式の蒸発器を用い
極めて低い温度の熱を効果的に回収して液体の濃
縮する間接加圧式濃縮装置である。

溶液の濃縮操作において発生する蒸気をターボ
ブロア・ロータリーコンプレツサ或いはスチーム
エゼクター等の圧縮機によつて、圧縮昇温し、再
び溶液の加熱源として利用することは圧縮機の駆
動に要するエネルギーに比べ回収する熱エネルギ
ーが大きくなることから普遍的に実施されてい
た。

しかし、濃縮工程の操作温度が低い場合には濃
縮工程で発生する蒸気の温度が低く、これに準じ
て、その蒸気圧も低いので効率の高い圧縮機がな
く、また熱回収の面からの利得も少ないので、そ
の蒸発蒸気を再圧縮して利用することは行われて
いなかつた。

最近この低温の蒸気の熱エネルギーを回収する
ために、低温蒸気をフロンやアンモニア等の加熱
源として用い、そこで蒸発したフロンやアンモニ
アなどの作動流体を圧縮機で昇圧昇温しこのフロ
ンやアンモニアを濃縮工程での熱源にすることも
提案されているが、いづれも、フロン・アンモニ
アの性質を考慮し、その蒸発器をカランドリア式
或いは薄膜上昇式としているため液深が大となり
又、蒸発部でのフロン・アンモニアなどの作動流
体の保有液量が多いため、沸点上昇の影響が大き
くなる、負荷変動に対して遅れが大きくなる等の
問題が生じ、低温蒸気の熱エネルギーを有効に回
収することはできなかつた。

本発明の目的は、従来回収されることなく廃棄
されていた低温の蒸気の熱エネルギーを回収して
有効に利用し得る濃縮装置を提供することであ
り、又他の目的は、低温の蒸気から効率よく且安
定して熱を回収し、濃縮工程に利用し得る濃縮装
置を提供することである。

さらに本発明の目的は濃縮操作温度を下げるこ
とにより濃縮装置の劣化を防止し、加うるに製品
である濃縮液を汚染することのない濃縮装置を提
供するにある。

本発明は、濃縮器の加熱側と作動流体の蒸発器
の蒸発側との間を圧縮機を介して作動流体が気相
と液相とを繰り返し循環する作動流体サイクルを
有する間接加圧式濃縮装置において、上部に被処
理液の供給口を有し、下部に末蒸発の被処理液の
液室を有し、該下部液室の液抜出口から上部に液
を循環させる循環管路を製品抜出路とともに有
し、かつ上部から下部に配列する伝熱管を多数持
ち、該伝熱管内壁上に液を薄膜降下させて蒸発さ
せる濃縮器と、上部に液化した作動流体の供給口
を有し、下部に末蒸発の作動流体の下部液室を有
し、該液室の抜出口から上部に液を循環させる循
環管路を有し、かつ上部から下部に配列する伝熱
管を多数持ち、該伝熱管内壁上に液を薄膜降下さ
せて蒸発させる蒸発器とを備え、該蒸発器で蒸発
した作動流体を圧縮機の吸込側に導入するように
接続し、該圧縮機で加圧昇温された作動流体によ
つて、被処理液を加熱濃縮するように圧縮機の吐
出側を前記濃縮器の伝熱管外に導入する蒸気入口
に接続すると共に、濃縮器の下部液室の気相部を
気液分離器を介して管路で前記蒸発器の伝熱管群
外に連通させ、さらにこの濃縮器で凝縮した流動
流体を前記蒸発器の下部液室または該下部液室に
連通する循環管路に接続する凝縮液管路を、濃縮
器と蒸発器との間に設け、該凝縮液管路に、前記
蒸発器の下部液室に設けた液面検知器で制御され
る調節弁を配備したことを特徴とする濃縮装置で
ある。

本発明の具体的な例を図面を用いて説明する。
図面は、フロン又はアンモニアを作動流体として
用いた単効用間接加圧式濃縮装置の例である。

１は薄膜降下式蒸発缶を用いた濃縮缶、２は同
様に薄膜降下式蒸発缶を用いた作動流体の蒸発
器、３，４は気液分離器、５は圧縮器、６は圧縮
機５で加圧昇温された作動流体の温度を調節する
ための冷却器、濃縮缶１においては、７は複数本
の直立した伝熱管であり、上部液室８に供給口９
から入つた被処理液は伝熱管７の内壁に沿つて薄
膜を形成して流下し、作動流体の蒸気入口１０か
ら入つて伝熱管７の外側に接触する作動流体の蒸
気の凝縮熱によつて加熱され、濃縮される。

被処理液は下部液室１１に入り底部に溜り、循
環ポンプ１２によつて、その一部は上部液室８の
供給口９に循環されると共に一部は製品として弁
１６及び管路１４を介して系外へ取り出される。

この被処理液の循環管路１５には被処理液の温
度を上げるための予熱器１７が設けられており、
被処理液の温度が蒸発温度よりも低い場合には、
この予熱器１７によつて適宜被処理液の温度を上
げることができる。なお、予熱器１７の出口にお
ける被処理液の温度は蒸発温度よりも若干（２〜
３℃）高い温度となるようにするのが望ましい。

１３は被処理液の供給管路１４は製品を抜出す
ための管路である。１８は作動流体の凝縮液出口
管路で高圧貯液槽１９、調節弁２０を、直列に連
通し作動流体の蒸発器２の下部液室２６に接続さ
れている。なおこの凝縮液出口管路１８は必ずし
も図のように下部液室２６に接続されている必要
はなく、循環管路２１や上部液室２５に接続して
もよい。２２は被処理液のベーパー出口管路であ
つて、その一端は蒸発器２へ接続されている。

この蒸発器２においては複数本の直立した伝熱
管２３が設けられ、作動流体の供給口２４、上部
液室２５を介して作動流体が伝熱管２３の内壁側
に供給される。液化した作動流体は伝熱管２３の
内壁に沿つて流下する間に伝熱管２３の外側に導
入された濃縮装置からのベーパーによつて加熱さ
れその一部を蒸発し、残部は下部液室２６に溜
る。この未然発の作動流体は抜出口２７より下部
液室２６から抜出され作動流体の循環管路２１に
より供給口２４を介して再び上部液室２５へ供給
される。なお作動流体の循環管路２１には作動流
体の循環ポンプ２８が設けられている。

また調節弁２０からの作動流体は蒸発器２の下
部液室２６内に溜つた作動流体の液面レベルより
も上方に供給されるようになつており、これは下
部液室２６に設けられた液面計３０及び液位調節
器３１によつて制御されている。

伝熱管２３の管外で凝縮したドレンはドレン抜
出管２９によつて抜出し、その後被処理液の予熱
源として利用することもできる。

気液分離器４で分離された作動流体の蒸気は圧
縮機５によつて加圧昇温されて濃縮缶１での加熱
熱源として利用される。

作動状況につき説明すれば、果物ジユース原料
液、砂糖原料液などの被処理液は被処理液の供給
管路１３から被処理液の循環管路１５へ供給され
予熱器１７によつて昇温されて供給口９を介して
上部液室８へ導かれる。さらに上部液室８から伝
熱管７の内壁に沿つて流下し、この間に作動流体
の凝縮熱によつて加熱濃縮され、濃縮された被処
理液は下部液室１１に溜るとともに気液混合気は
気液分離器３によつてベーパーと被処理液とに分
離され、被処理液は循環ポンプ１２によつてその
一部は製品として系外に抜出され、また残部は循
環管路１５を通つて上部液室８へ循環される。な
お、ここで製品として抜出された被処理液は濃縮
缶１へ流入する被処理液を予熱するために利用す
ることもできる。

他方、伝熱管７にて熱を奪われ凝縮した作動流
体は凝縮液出口管路１８を通り高圧側貯液槽１９
へ導かれさらに調節弁２０を介して蒸発器２の下
部液室２６へ流入する。ここで下部液室２６内の
作動流体の液面は、液面計３０によつて検知さ
れ、液位調節計３１からの信号によつて調節弁２
０が調節されて、この作動液体の液面が常に一定
になるようにされている。下部液室２６に溜つた
作動流体は抜出し口２７から循環ポンプ２８によ
つて抜出され再び供給口２４を介して上部液室２
５へ導かれ、さらに伝熱管２３の内壁に沿つて流
下し、その間に濃縮缶１で発生し、気液分離器３
で分離されたベーパーによつて加熱蒸発される。
ここで、蒸発器２の上部液室２５、伝熱管２３、
下部液室２６、循環ポンプ２８、循環管路２１を
順次循環する作動流体の循環流量は蒸発器２で蒸
発する作動流体の液量の５倍以上好ましくは10倍
以上の流量となつており、伝熱管２３において効
果的な伝熱が行なわれるようになつている。３２
はバルブであり、作動流体の循環量を調節するよ
うになつている。

なお、図中蒸発器２は多管薄膜降下式蒸発器で
あるが、傾斜又は直立した平板によつてなる薄膜
降下式蒸発器を用いても本願特有の作用効果を奏
することができる。

次に本願発明の構成に基づく効果について述べ
る。

本発明において作動流体の蒸発器として薄膜降
下式蒸発器を用いているので液深による沸点上昇
がなく極めて低い熱源であつても作動流体を蒸発
することができることに濃縮器の形式をも薄膜降
下式濃縮器とした場合には、作動流体の蒸発器、
及び被処理液の濃縮器ともにおいて液深による沸
点上昇がないのでより低い温度での濃縮を行なう
ことができる。又、薄膜降下式蒸発器は伝熱部分
における作動流体のホールドアツプが少ないため
負荷変動があつたとしても速やかに応答すること
ができ系全体を常に最適な運転状態に維持でき
る。特に低温度での濃縮操作においては、低温で
あるが故に急激に多量の熱を調節することはでき
ないので、本発明の如く応答が極めて速い系を採
用することは大きな利点である。

さらに、フロンのように伝熱の悪い作動流体を
用いても、薄膜降下式蒸発器の伝熱は、カランド
リア・薄膜上昇式蒸発器の伝熱効率よりも飛躍的
に大きいものであるから何ら悪影響を及ぼすこと
なく効果的な伝熱を行い、速かに、低温ベーパー
から熱エネルギーを回収できる。

また、本発明では作動流体を循環して薄膜降下
式蒸発器に供給しているので、その循環量を調節
することによつて容易に蒸発量を調節できる。

作動流体の循環量の調節によつて蒸発器での作
動流体の蒸発量を調節することは、循環ポンプの
吐出量の安定化を図ることによつて、より一層確
実なものとなり、この循環ポンプの吐出量を安定
させるために蒸発器下部の下部液室に液面計を備
え、この検出信号にもとづいて調節弁を調節しこ
の液面が常に一定となるようにしている。

また、調節弁の上流側に高圧側貯液槽を設けて
いるので、調節弁は常に安定した作動をすること
となる。

さらに調節弁からの作動流体は蒸発器の下部液
室又は作動流体の循環管路若しくは蒸発器の上部
液室に導入することが可能であるが、とくに下部
液室内の作動流体の液面よりも上方に導入されて
いれば、この液面制御がより安定化することとな
る。このようにすることにより、循環ポンプの流
動変動がなくまた、キヤビテーシヨンも解消され
ると共に、蒸発器の上部液室に導入される作動流
体は一部フラツシユされ蒸発機能を向上させるこ
とが可能となる。

また、循環ポンプによる供給量を減らせば、供
給した作動流体の全量を蒸発せしめることができ
る。この場合、循環管路においては循環は行われ
ず、また、蒸発絶対量は減少するが、供給量調節
により蒸発量をリニヤーに制御することができ
る。

このように本発明によれば、従来熱回収の対象
となり得なかつた低温ペーパーの熱エネルギーを
効率よく、且安定して回収利用することができ、
また、従来の濃縮操作温度をより低温にすること
ができ、その結果として濃縮装置を構成する機器
の材質の劣化も軽減されるという効果をも奏する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例のフロー図である。 １……濃縮缶、２……蒸発器、３……気液分離
器、４……気液分離器、５……圧縮機、６……冷
却器、７……伝熱管、８……上部液室、９……供
給口、１０……蒸気入口、１１……下部液室、１
２……循環ポンプ、１３……供給管路、１４……
管路、１５……循環管路、１６……弁、１７……
予熱器、１８……出口管路、１９……貯液槽、２
０……調節弁、２１……循環管路、２２……出口
管路、２３……伝熱管、２４……供給口、２５…
…上部液室、２６……下部液室、２７……抜出
口、２８……循環ポンプ、２９……ドレン抜出
管、３０……液面計、３１……液位調節器、３２
……バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 濃縮器１の加熱側と作動流体の蒸発器２の蒸
   発側との間を圧縮機５を介して作動流体が気相と
   液相とを繰り返し循環する作動流体サイクルを有
   する間接加圧式濃縮装置において、上部に被処理
   液の供給口９を有し、下部に末蒸発の被処理液の
   液室１１を有し、該下部液室１１の液抜出口から
   上部に液を循環させる循環管路１５を製品抜出路
   １４とともに有し、かつ上部から下部に配列する
   伝熱管７を多数持ち、該伝熱管内壁上に液を薄膜
   降下させて蒸発させる濃縮器１と、上部に液化し
   た作動流体の供給口２４を有し、下部に末蒸発の
   作動流体の下部液室２６を有し、該液室２６の抜
   出口２７から上部に液を循環させる循環管路２１
   を有し、かつ上部から下部に配列する伝熱管２３
   を多数持ち、該伝熱管内壁上に薄膜降下させて蒸
   発させる蒸発器２とを備え、該蒸発器２で蒸発し
   た作動流体を圧縮機５の吸込側に導入するように
   接続し、該圧縮機５で加圧昇温された作動流体に
   よつて、被処理液を加熱濃縮するように圧縮機５
   の吐出側を前記濃縮器１の伝熱管７外に導入する
   蒸気入口１０に接続すると共に、濃縮器１の下部
   液室１１の気相部を気液分離器３を介して管路２
   ２で前記蒸発器２の伝熱管２３群外に連通させ、
   さらにこの濃縮器１で凝縮した流動流体を前記蒸
   発器２の下部液室２６または該下部液室２６に連
   通する循環管路２１に接続する凝縮液管路１８
   を、濃縮器１と蒸発器２との間に設け、該凝縮液
   管路１８に、前記蒸発器２の下部液室２６に設け
   た液面検知器で制御される調節弁２０を配備した
   ことを特徴とする濃縮装置。