JPH04267902A - 誘導加熱型分子蒸留装置とこの装置の部品の製造方法 - Google Patents
誘導加熱型分子蒸留装置とこの装置の部品の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
装置用の円錐形ローター/加熱手段アセンブリーの製造
方法とに一般に関するものである。
特開昭62−273003号公報により既に公知である
。より詳しく説明すると、この分子蒸留装置においては
、円錐形の蒸留ローター (回転子) の真下に円錐形
のスパイラルに巻かれたインダクター (コイル状の誘
導子) を設け、円錐形ローターを誘導加熱するように
、このインダクターに適当な電源から電流を流す。
に放射される抵抗加熱要素によるジュール効果加熱を利
用した旧来の分子蒸留装置に付随する問題点を克服する
ことができる点で有利である。しかし、この公知の誘導
加熱方式による分子蒸留装置は、実用化にあたってさま
ざまな欠点がある。
留液)が、回転する円錐形ローターの中心部から遠心力
の作用により円錐体 (ローター) の周囲に広がり出
していくのであるが、その際の液体の加熱が極めて遅く
、一方、円錐体の周辺部領域では逆に液体は過度に加熱
されることになることが認められた。実際、蒸留液は未
加熱またはわずかに加熱された状態で円錐体の中心部に
たどりつき、熱エネルギーの供給はこれを蒸留温度まで
急速に昇温させるには不十分である。さらに、円錐体上
に形成される液膜の厚みは、円錐体の中心から周辺部に
向かって相当に薄くなっていく。この現象が起こるのは
、一つには、円錐体表面で中心から遠くなるにつれて液
膜に加えられる遠心力が増大すること、別の原因は、揮
発性成分の蒸発により液体材料の量自体が次第に減少し
ていくからである。
錐体の周辺部領域では熱出力の供給が過大となり、液体
が高温になり過ぎて品質の劣化を招くこととなる。この
現象は、上記公開公報に記載の装置では、単一(1個)
のスパイラル型インダクターを使用しているため、円錐
形ローターの中心から周辺部に向かって(即ち、半径方
向に)本質的に一定の熱出力密度が印加されることによ
り説明される。
。即ち、スパイラル形インダクターと円錐形ローターと
の間に断熱層を介在させる必要があるので、この両者
(インダクターとローター) の間には、典型的には5
〜20mmと実質的な離間距離ができることになり、加
熱システムの効率が極めて低くなる。さらに、スパイラ
ル状インダクターを構成する金属導電体は蒸留円錐体か
ら発生する蒸気に直接さらされるので (蒸気は明らか
に妨害されずに断熱材を迂回することができるから)
、導電体の腐食が起こり、寿命が制限される上、腐食し
た痕跡量の導電体金属により蒸気状態の留出物の汚染が
起こる可能性もある。このような汚染は、この蒸留装置
のほとんどの適用例で避けねばならないものである。実
際、このような汚染により、蒸留製品の酸化に対する感
受性が大きくなったり (金属の触媒作用) 、および
/または、特に蒸留装置を食用または薬用物質に適用す
る場合には蒸留された製品の毒性に問題を生ずることも
ある。
した従来技術の欠点を解消した、改良された誘導加熱形
分子蒸留装置を提供することである。本発明の別の目的
は、この装置に用いる、円錐形ローターとインダクター
とからなるアセンブリー部品を製造する方法を提供する
ことである。
的な手段により、円錐形ローターの中心部と周辺部領域
で異なる熱出力密度でローターを加熱することのできる
、新規な誘導加熱方式の分子蒸留装置と、ローター/イ
ンダクターアセンブリーの製造方法を提供することであ
る。
に、本発明により、回転自在に駆動され、中心部に蒸留
すべき液体が供給される金属製円錐形ローター、この円
錐形ローターを包囲する閉鎖容器を構成する真空ベル部
材、および前記ローターの真下にこれと近接して配置さ
れたローターの誘導加熱手段を備えた分子蒸留装置であ
って、前記加熱手段がローターの相似領域にそれぞれ異
なる熱出力密度を供給する少なくとも2個の同心インダ
クターを備え、内側のインダクターが外側のインダクタ
ーに比べてより大きな熱出力密度をローターに供給する
ことを特徴とする分子蒸留装置が提案される。
の導電体をローターからの輻射熱による著しい加熱を伴
わずにローターに非常に近接して配置することができる
ようにするために、回転自在に駆動され、中心部に蒸留
すべき液体が供給される金属製円錐形ローター、この円
錐形ローターを包囲する閉鎖容器を構成する真空ベル部
材、および前記ローターの真下にこれと近接して配置さ
れたローターの誘導加熱手段を備えた分子蒸留装置であ
って、前記加熱手段がローターの相似領域にそれぞれ異
なる熱出力密度を供給する1個以上の同心インダクター
を備え、この1個以上のインダクターが冷却手段を備え
、ローターから約5mm以下の間隔で配置されているこ
とを特徴とする分子蒸留装置が提案される。
たような分子蒸留装置用の円錐形ローターと賦形可能な
金属管により構成されたインダクターとからなるアセン
ブリーの製造方法であって、下記工程からなる製造方法
が提案される。ローターの下面に本質的に均一な厚みの
強化プラスチックの薄層を成形し、この薄層を硬化後に
ローターから剥離し、剥離された薄層を、その上に金属
管を密着させて巻き付ける型板 (テンプレート) と
して使用して、金属管からなるインダクターを賦形し、
前記薄層上に配置された金属管上に、インダクターを覆
う第二のプラスチック層を被覆成形して、前記強化プラ
スチック薄層に結合させ、得られたアセンブリーをロー
ターの真下に固定する。
、以下の本発明の好適態様に関する詳細な説明と添付図
面から明らかとなろう。これらの説明は本発明を制限す
るものではなく、例示を目的とするものである。添付図
面において、同一もしくは類似の要素もしくは部材は同
じ参照番号で示してある。
の分子蒸留装置が示されている。この分子蒸留装置は、
基板10a に固定された真空ベル部材10を備え、こ
の真空ベル部材の内部は、真空ポンプ (図示せず)に
より適当な真空状態にされる。このベル部材の外側に配
置されたギアモーター14の出力軸に円錐形ローター1
2が装着されている。ローター12の中心部には、例え
ば、ベル部材の外側から、その基板10a を横断する
パイプ16を経て、蒸留すべき製品 (蒸留液) が供
給される。パイプ16に設けた軽量ポンプ18により、
蒸留処理すべき製品の種類に応じて調整しうる一定の流
速で蒸留液を円錐体 (ローター) 12の中心部に供
給することができる。円錐体12は金属製で、蒸留液中
の揮発分の制御された蒸発を行うために、後述するよう
に誘導加熱手段により加熱される。基板10a には、
蒸発した後、ベル壁面上で凝縮した成分 (留分) を
捕集するための排出管路20と、蒸発せずに遠心力の作
用により円錐体の外周から適当な溝部材24に逃げた成
分 (残液) を集めるための排出管路22が設けられ
ている。
来の分子蒸留装置と同じであり、これ以上の説明は不要
であろう。
ラル巻きされた、全体を100 で示す複数のインダク
ター (後で詳述) からなる。このスパイラル状イン
ダクターには、主電源104 に接続された電源102
により変圧器106 およびコンデンサー108 を
経て電流が供給される。供給される誘導電流の周波数は
、例えば、好ましくは1〜30 KHz、より好ましく
は5〜25 KHzの範囲内である。インダクターは中
空金属管(例、銅チューブ) の形態のものであり、液
体 (例、水) を冷媒とする、パイプ110 と熱交
換器112とからなる冷却回路により冷却される。この
冷却回路110 、112 は、図示のように、変圧器
106 の冷却にも使用することができる。
とは、本発明の好適態様に属するものであって、必須事
項ではない。この冷却管の使用により、誘導加熱 (カ
ップリング) の効率を最大にするようにインダクター
をローターに非常に近接させて配置することが可能とな
る。 即ち、この冷却により、インダクターの方向にローター
から放射される著しい熱が、インダクターの過大な昇温
(過熱) を生じないようになる。
流を増大させてローターに供給される熱出力を増大させ
ることが可能となる。この冷却によりもたらされる利点
は、インダクターが複数ではなく、単一のインダクター
(単一のスパイラル) からなる場合にも得られるも
のであることに留意すべきである。
複数個) とローターとの離間距離は、有利には約5m
m以下、好ましくは1〜3mm、より好ましくは2mm
付近とする。
、蒸留処理に適した半径方向に変動するプロファイルを
持った熱出力密度を印加するように、少なくとも2個の
同心スパイラル状のインダクターを使用する。即ち、イ
ンダクターは、それぞれ円錐形にスパイラル巻きされた
金属管からなる少なくとも2個の同心インダクターから
なる。
上述した単一インダクターによる誘導加熱手段の欠点を
解消するために、円錐体12に印加される熱出力密度を
、平均値に対して、円錐体の中心部ではより大きく、周
辺領域ではより小さくするためである。このように変動
させた熱出力密度のプロファイルは、同じ電源から2以
上のインダクターに並列に電流を供給することにより得
られることが認められた。典型的には、本発明の誘導加
熱手段は、各インダクターを内接させる環状帯(リング
)の位置と寸法および各インダクターのスパイラル巻回
数について適宜選択した数個の同心インダクターを備え
、それによりローターの半径方向において非常に広範囲
の熱出力密度プロファイルを得ることができる。
および図3を参照して次に説明する。これらの図には、
円錐形ローター12と、3個の同心インダクター (内
側インダクター100a、中間インダクター100bお
よび外側インダクター100c) が図示されている。 中間インダクターを設けたことにより、ローターの中心
部に近い部分からその周辺領域に向かって熱出力密度を
均一かつ緩やかな勾配で減少させることが可能となる。
ステンレス鋼製であるか、さらには上層(液体側)が食
品用ステンレス鋼(例、SUS 316 鋼) 、中層
がアルミニウムなどの高熱伝導性の金属、下層が磁性ス
テンレス鋼からなる複合材料製であってもよい。かかる
複合材料は、例えば、商品名デュラネルTM(Dura
nell)として知られている。このような複合材料は
、そのままでは磁性特性が不適切な食品用ステンレス鋼
(316 鋼) を組み込んでいるにもかかわらず、
良好な誘導加熱特性を得ることができる点で有利である
。即ち、下層の磁性ステンレス鋼でインダクターによる
効率的な誘導加熱(カップリング)を確保し、中層のア
ルミニウムの熱伝導性により下層で誘導により発生した
熱が確実に上層に伝えられる。
、中心層が軟鋼よりなり、両側の外層が食品用磁性鋼か
らなる複合材料もローターに使用することができる。 具体的には、商品名トリプラムTM(Triplam)
として知られる複合材料を使用することができる。
加熱効率を得るために、典型的には2mm以下の十分に
小さな離間距離 (間隙) で配置される。図示の例で
は、各インダクターは外径10 mm 、肉厚1mmの
銅管から形成される。各インダクターのスパイラル巻き
は、この例では14mm程度の一定ピッチとなっている
。
100b, 100cを同じ電源102, 106,
108 に並列に接続したことを示す等価電気回路図で
ある。
テンレス鋼製のローターに対して設計された誘導加熱手
段を例にとって説明する。この円錐形ローターで加熱す
べき部分は、内半径66 mm 、外半径417 mm
の環状帯(リング)であった。この円錐体に印加すべき
合計熱出力は約50 kW であった。さらに、上記環
状帯の内側領域における熱出力密度と外側領域における
熱出力密度との比を5〜6程度にすることとした。イン
ダクターへの供給電流の周波数は27 kHzであった
。
ダクターの特性を、次にまとめて示す。
D2 V I P
D 内側インダクター 9
66 183 450
250 18.25 19.94 中間イン
ダクター 6 183
300 450
290 21.24
11.96 外側インダクター 7 300
417 450 145
10.51 3.99 N: スパイラル巻回数 D1:インダクターを含む環状帯の内半径 (mm
) D2:インダクターを含む環状帯の外半径 (
mm) V: 供給電圧 (V) I: インダクターを流れる電流 (A)
P: インダクターが供給する全熱出力 (kW)
D: 表面熱出力密度 (理論値)(W/cm2) この場合、内側インダクターが供給する熱出力密度と外
側インダクターが供給する熱出力密度との理論比は約5
となる。
具体的に得られた熱出力密度プロファイルを示す。より
詳しく説明すると、6個の熱電対を半径方向に沿って均
一間隔で配置し、円錐体内面の昇温速度 (℃/sec
)を、誘導加熱の開始時から一定時間ごとに測定した。 この昇温速度は有効に印加された熱出力密度と正比例す
る。得られた曲線200 は、円錐体の半径方向の距離
(r) に対する熱出力密度の変化を図示するもので
ある。
ー12の材料の熱伝導生のために、3個のインダクター
によりそれぞれ与えられる一定の熱出力密度に対応した
昇温速度の3つの明確な段階 (理論的状況) が観測
されるのではなく、低温の中心帯域から内側インダクタ
ー100aのほぼ中央部にかけて熱出力密度が比較的急
激に増大(曲線部分201)した後、外側インダクター
100cの最外周端部まで熱出力密度がより緩やかに低
下 (曲線部分202)することで識別されるより漸進
的な (緩やかな)変化が観測される。この理論より緩
やかな勾配は、内側インダクターと外側インダクターと
の間に、この両者のインダクターの中間の熱出力密度を
それ自体で供給する中間インダクターを設けたことによ
り得られる。この場合の最大熱出力密度 (曲線部分2
01 および202 の間の勾配の変曲点での値) と
最小熱出力密度 (外側インダクター100cの最外周
端部での値) との比は約6.3 である。この熱出力
密度プロファイルは、実際に、製薬用、化粧品用、香料
用、または農産物産業用とを問わず、現在行われている
大多数の分子蒸留操作に完全に適していることが確認さ
れた。
を得るようにローターを誘導加熱すると、蒸留液の過大
な昇温を引き起こさずに、従来の抵抗加熱法で得ること
ができたものより大きな熱出力を蒸留液に供給すること
が可能となる。具体的には、従来得られた流速より約5
0%も大きな流速で蒸留を行うことができる。
100b, 100cとベル部材の外部との接続の例を
詳細に示す図である。この3個のインダクターは、真空
ベル部材の内部において、例えば、インダクターより大
直径の銅管の形態の2本の捕集部材110, 112に
、溶接などの接合手段により接続されていて、それによ
りこれらのインダクターに電流と冷却水を並列に供給す
るようになっている。この2本の捕集部材110, 1
12は真空ベル部材10の基板もしくは後壁10a を
貫通している。
が形成され、この開口に、例えばポリテトラフルオロ
エチレン製のプラグとなる部材300 が差し込まれて
いる。プラグ部材300 には2個の貫通孔が設けられ
、これらの貫通孔には2本の捕集管110, 112の
各先端部が互いに平行に嵌め込まれている。プラグ部材
300 の真空ベル内部とは反対側の端面はフランジ3
01 を構成しており、このフランジに接して、やはり
ポリテトラフルオロエチレン製の、全体として310
で示される流体および電気接続部材の同様なフランジ3
11 が配置されている。例えばアルミニウム製の締め
つけカラー部材320 をねじ (図示せず) で後壁
10a に固定してよく、それにより2個のフランジ3
01 と311 を一体に密着させて後壁にあてがうよ
うに固定することができる。Oリング・シール330,
331, 332 により、締めつけ時に各種部材管
で必要となるシールを得ることができる。
ケーブルにより各インダクターの両端に電気エネルギー
を印加するための銅製の2個の接続部材を示す。
ダクター100a, 100b, 100c内に冷却水
を循環させるシステムのための2個の接続部材が示され
ている。
(真空ベル部材) の後壁に設けた供給貫通孔を互い
に近接して通過するようになっていることから、この部
分のこれらの管に互いに同一であるが逆向きの2つの電
流が流れれば、この部分における磁場が最小になること
に留意しうる。その結果、この部分における金属製部材
の加熱昇温が最小限に抑えられる。
における磁場を完全になくすために、2本の捕集管をこ
の位置で同軸とすることもできる。
分子蒸留装置のインダクターは、真空ベルの環境から絶
縁される。即ち、蒸留過程で発生する蒸気は、インダク
ターを構成する金属管と接触しないようにされる。蒸気
がインダクターの金属管に接触すると、金属管の腐食や
劣化が起こるか、さらには上述したように、蒸気の汚染
や、蒸留分離された製品の劣化が起こることがある。
プラスチック・コーティングで被覆することができる。 しかし、本発明の特に有利な別の態様によれば、図7a
〜図7dを参照しながら次に説明するようにして、被覆
されたインダクターを製造することができる。
えるには、蒸留円錐体 (ローター)の回転を阻害した
り、スローダウンさせたりする危険を生じない範囲内で
、インダクターを円錐体の下面 (裏面) に可及的に
近接させることが不可欠であることを想起されたい。
ーアセンブリーの製造方法では、円錐体12を鋳型要素
として使用してまず型板 (テンプレート) を作る。 より詳しくは、図7aに示すように、上下逆向きにした
円錐体を用いて、例えばガラス繊維で強化された樹脂
(強化プラスチック) の薄層120 を円錐体の外面
上に流延する。 実際には、この薄層の厚みは、インダクターの金属管と
円錐体との間に最終的に形成したい離間距離と同等か、
好ましくは実質的に小さくなるように決める。具体的に
は、この厚みは1mm程度でよい。
層を次いで円錐体から剥離し、図7bに示すように、イ
ンダクターの金属管の位置決め用の型板として使用する
。より詳しくは、各金属管は、インダクターの形状を付
与するために円錐スパイラルの形態に曲げる時に、この
型板とずっと接触させておくようにする。
をスパイラル状に賦形し、所定位置に適宜保持した後
、型板120 と金属管100a, 100b, 10
0cとにより構成されるアセンブリーの上に、より厚い
樹脂層 122 (必要であれば、これも強化樹脂層で
もよい) を流延する (図7c) 。この第二の樹脂
層122 の厚みは、金属管がその中に完全に埋め込ま
れ、樹脂の固化後に所定位置にしっかり保持されるよう
に、金属管の外径より実質的に大きく (例、20〜3
0 mm) なるように決める。図示のように、固定
用のタブ124 をこの第二の樹脂層に取り付けておい
てもよい。
センブリーとローター12との間に残る空間が、ロータ
ーの回転を阻害したり、スローダウンさせることのない
範囲内でできるだけ小さくなるように、ローターの真下
の適当な位置にタブ124 により固定する (図7d
) 。こうしてローターとインダクターとのアセンブリ
ーが製造される。このアセンブリーは、ローターの下面
とインダクターとの間隔が可及的に小さく、かつ均一で
あり、それによりローターの誘導加熱の効率が最適化さ
れる。
ダクター金属管の部分、特に、図6に関して上に説明し
た壁面貫通孔と実際にインダクターとなるまでの間の部
分の金属管は、樹脂のような適当なプラスチック材料で
被覆しておいてもよい。
態様に制限されるものでなく、当業者であれば本発明の
範囲内で任意の変形もしくは変更を行うことができよう
。例えば、専門家であれば、任意の材質および寸法のロ
ーターや、異なる蒸留条件に対して本発明を応用するこ
とができよう。
のピッチは一定であるとして上に説明したが、このピッ
チはもちろん変動させてもよく、それにより、インダク
ターが1個である場合を含めて、必要であれば、半径方
向の熱出力密度のプロファイルをより精密に調整するこ
とが可能となる。
図である。
図) である。
路図である。
1例を示すグラフとを組合わせた図である。
軸方向断面図である。
置の一部を製造するための製造方法の工程をそれぞれ示
す説明図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 回転自在に駆動され、中心部に蒸留す
べき液体が供給される金属製円錐形ローター(12)、
この円錐形ローターを包囲する閉鎖容器を構成する真空
ベル部材(10)、および前記ローターの真下にこれと
近接して配置されたローターの誘導加熱手段を備えた分
子蒸留装置であって、前記加熱手段がローターの相似領
域にそれぞれ異なる熱出力密度を供給する少なくとも2
個の同心インダクター(100a, 100b, 10
0c)を備え、内側のインダクター(100a)が外側
のインダクター(100c)に比べてより大きな熱出力
密度をローターに供給することを特徴とする、分子蒸留
装置。 - 【請求項2】 3個の同心インダクター(100a,
100b, 100c)を備え、中間のインダクター
(100b)が内側のインダクター(100a)が供給
する熱出力密度と外側のインダクター(100c)が供
給する熱出力密度の中間の熱出力密度を供給する、請求
項1記載の装置。 - 【請求項3】 3個のインダクターが類似の巻回数を
有する、請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 各インダクターが共通の交流電源によ
り並列に電力供給される、請求項1ないし3のいずれか
に記載の装置。 - 【請求項5】 ローターに外側のインダクターが印加
する熱出力密度に対する内側のインダクターが印加する
熱出力密度の比が5〜6程度である、請求項1ないし4
のいずれかに記載の装置。 - 【請求項6】 少なくとも1個のインダクターがその
ピッチが変動しうる巻回数を持つ、請求項1ないし5の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項7】 ローターが、食品用ステンレス鋼製の
上層、高熱伝導率の金属製の中層、および磁性ステンレ
ス鋼製の下層を備えた複合材料からなる、請求項1ない
し6のいずれかに記載の装置。 - 【請求項8】 回転自在に駆動され、中心部に蒸留す
べき液体が供給される金属製円錐形ローター(12)、
この円錐形ローターを包囲する閉鎖容器を構成する真空
ベル部材(10)、および前記ローターの真下にこれと
近接して配置されたローターの誘導加熱手段を備えた分
子蒸留装置であって、前記加熱手段が1個またはロータ
ーの相似領域にそれぞれ異なる熱出力密度を供給する2
個以上の同心インダクター(100a, 100b,
100c)を備え、この1個以上のインダクターが冷却
手段を備え、ローターから約5mm以下の間隔で配置さ
れていることを特徴とする、分子蒸留装置。 - 【請求項9】 前記1個以上のインダクターがロータ
ーから約1〜3mmの間隔で配置されている、請求項8
記載の装置。 - 【請求項10】 前記インダクターがいずれも、内部
を冷却液が循環する少なくとも1回スパイラルに巻かれ
た中空金属管の形態のものである、請求項8または9記
載の装置。 - 【請求項11】 冷却液が並列に供給される少なくと
も2個の同心インダクターを持った、請求項10記載の
装置。 - 【請求項12】 請求項1ないし11のいずれかに記
載の分子蒸留装置用の円錐形ローターと賦形可能な金属
管により構成されたインダクターとからなるアセンブリ
ーの製造方法であって、ローター(12)の下面に本質
的に均一な厚みの強化プラスチックの薄層(120)
を成形し、この薄層を硬化後にローターから剥離し、剥
離された薄層(120) を、その上に金属管を密着さ
せて巻き付ける型板として使用して、インダクター(1
00a, 100b, 100c)を賦形し、前記薄層
(120) 上に配置された金属管上に、インダクター
を覆う第二のプラスチック層(122) を被覆成形し
て、前記強化プラスチック薄層に結合させ、得られたア
センブリーをローターの真下に固定する、という工程か
らなる方法。 - 【請求項13】 前記第二のプラスチック層の被覆成
形工程の前に、この被覆成形材料で保持されることので
きる固定用タブ(124) を配置する工程をさらに包
含する、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 前記強化プラスチック材料の薄層(
120) の厚みを、ローターの下面とインダクターと
の所定離間距離よりやや小さくなるように選ぶ、請求項
12または13記載の方法。
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