JPH0622642B2 - 掻取りブレード付き凍結濃縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は各種の飲料液や薬液等の水を溶媒とする水溶液
から溶質濃度の高い濃縮液を製造するための加圧式凍結
濃縮装置に関する。

［従来技術］ 溶質と溶媒（水）とからなる溶液を一旦凍結させて氷晶
となし、さらにこの氷晶を加圧加温して氷晶中から溶質
濃度の高い溶液を分離させて濃縮液を製造するいわゆる
加圧式凍結濃縮装置は従前より知られている。

こうした装置では、溶液の凝固点が溶媒（水）に対する
溶質濃度及び溶液に加わる圧力によって変化する物理現
象を利用している。

それは、水溶液では加わる圧力で凝固点が降下するし、
さらには水溶液中に含まれる溶質の濃度が高いとやはり
凝固点が降下する。

こうした原理を利用した従前の装置の概系統図を第４図
に示す。同図に於いて、ポンプＰにより母液用容器51に
注入された原料液52は冷却用シリンダ53に自然落下す
る。

そして、この冷却用シリンダ53にある流入口54a から入
り、流出口54b から排出されてジャケット54を循環して
いる冷却用媒体59により原料液52は冷却され凍結して氷
晶56となる。

この氷晶56が牽引体57により下方へ牽引され断熱部55を
経て、下部が狭窄したテーパー孔を有する加圧筒58に圧
入、加圧される。

この加圧筒58に設けたジャケット61の流入口61a から入
り、流出口61b から排出されて循環している前記冷却媒
体59より高い温度の冷却用媒体60により氷晶56が加温さ
れ、結氷硬度を下げられる。これにより氷晶56より溶質
濃度のより高い濃厚液64が融解分離し、ポケット62を経
て排出パイプ63に流出する。

しかし上記の装置では、冷却用シリンダ53の原料液52を
凍結させながら通過する内管は内径が均一な細長構造で
あり、しかも冷却用ジャケット54がその内管周囲を取り
巻くように設けられていることにより、氷晶56の結氷硬
度が結晶全体で常に均一にはならない。

また、水溶液が冷却されて凍結する場合に自ずと内管壁
面近傍にある溶質濃度の低い水溶液から先に凍結するた
め、溶質濃度の高い原料液が管中心の牽引体57近傍に集
中し、しかもその結氷硬度も中心部ほど低いものとなっ
ている。

このように作られた氷晶56では、加圧筒58で加圧加温さ
れると溶質濃度が高くしかも結氷硬度の低い牽引体57近
傍の氷晶56がより早く融解するため、牽引体57の下降に
伴なって槽65に液漏れしてしまうことになる。

［本発明の目的］ 本発明では、冷却用シリンダにて溶質を含む原料液を凍
結させて氷晶を作る際に、その氷晶全体の結氷硬度分布
を均一にならしめるとともに、結氷内の溶質濃度分布が
均一になるようにする。

これにより加圧筒に圧入される氷晶の融解が氷晶全体で
等しく進むようにし、溶質濃度の高い濃厚液を良好に融
解分離する掻取りブレード付き加圧式凍結濃縮装置を提
供できるようにした。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために、本発明の掻取りブレード
付き加圧式凍結濃縮装置は、上部に母液容器を有する垂
直な冷却用シリンダの下部を、下細りのテーパー孔を設
けた加圧筒へ断熱筒体を介して接続し、前記テーパー孔
上部に濃厚液回収用の排出パイプを接続し、前記冷却用
シリンダ内で結氷した氷晶を牽引するエンドレスな抗張
線材を前記母液容器、シリンダ内、断熱筒体内、加圧筒
内を上部から下方に向って回送されるように設け、前記
冷却用シリンダの上側部にモータを設け、このモータに
より電動機構を介して垂直軸線まわりに水平回転させら
れるリング状のホイールを前記母液容器の下部と冷却用
シリンダの上部との間に設け、このホイールに垂設した
ロッドに前記冷却用シリンダ内壁面を摺動する掻取りブ
レードを設けた構造のものとしてある。

［作 用］ 冷却用シリンダ内で母液容器から供給される原料液が冷
却されて凍結する際に、前記冷却用シリンダ上部に設け
たホイールに垂設してなる掻取りブレードをシリンダ内
壁面に沿ってモータにより回転させることで内壁面に付
着した氷結晶を掻取り、他の未凍結な原料液とかく拌さ
せる。

このかく拌した半凍結の原料液をさらに冷却し抗張線材
を中心に凍結せしめて氷晶となし、さらに冷却用シリン
ダ下部に接続した断熱筒体を経て加圧筒に抗張線材に牽
引させて圧入させる。この加圧筒にて氷晶を加温加圧す
ると、溶質濃度のより高い氷晶部分が先に融解し圧力の
より低いテーパー孔上部に圧搾漏出せられるようにし
た。

［実施例］ 以下本発明の実施例を第１〜３図を用いて詳細に説明す
る。

第１図は本実施例の縦断面系統図であり、同図に於いて
果汁等の溶質を溶かし込んだ溶液である原料液１を一時
的に蓄える母液用容器２があり、その上方には前記原料
液１を注入するポンプ３が設けてある。この容器２の下
には垂直筒体構造の第１冷却用シリンダ４が接続してあ
るが、その詳細図を第２図に示す。

第２図に於いて、容器２の下部にはボルト５でドーナツ
形状のフランジ板６が固定してあり、このフランジ板６
は、第１冷却用シリンダ４上縁部にボルト７で固定して
ある。またこのフランジ板６と第１冷却用シリンダ４上
部との間隔4cには後に説明するリング状ホイールである
リング歯車８が設けてある。

この第１冷却用シリンダ４には内管4bを取り巻くジャケ
ット22が設けてあり、このジャケット22下部に設けた流
入口22a より第１冷却用媒体23が図示しないポンプでこ
のジャケット22内を循環するように注入されている。

そして、上記媒体23はジャケット22上部に設けた流出口
22b より排出されている。

上記第１冷却用シリンダ４下部には筒体構造の第２冷却
用シリンダ24がその中心軸線をシリンダ４の中心軸線に
一致させて接続してある。この第２冷却用シリンダ24に
は内管24a を取り巻くジャケット25が設けてあり、この
ジャケット25下部に連なる流入口25a より、第１冷却用
シリンダ４と同様に、図示しないポンプで第２冷却用媒
体26がこのジャケット25内に注入してある。そしてこの
ジャケット25内を循環した媒体26は、ジャケット25上部
に設けた流出口25b より排出されている。

さらに前記第２冷却用シリンダ24下部には、第２冷却用
シリンダ24と同様な構造をした、第３の冷却用シリンダ
27が接続してある。この第３冷却用シリンダ27には内管
27a を取り巻くジャケット28が設けてあり、このジャケ
ット28には流入口28a と流出口28b とが上部と下部にそ
れぞれ設けてある。そして図示しないポンプで第３の冷
却用媒体29がこの流入口28a よりジャケット28に注入せ
られ、ジャケット28を循環した後に流出口28b よりこの
媒体29は排出されている。

上記第３冷却用シリンダ27下部にはフランジ27b が設け
てあり、このフランジ27b 下部には断熱筒体30が接続し
てあって、さらにこの断熱筒体30下部には上部にフラン
ジ31を設けた加圧筒32が接続してある。この加圧筒32の
内管32a は下部が狭窄したテーパー孔を有するととも
に、この内管32a を取り巻くジャケット33を設けてあ
る。このジャケット33下部には流入口33a が、上部には
流出口33b がそれぞれ設けてあり、図示しないポンプで
第４冷却用媒体34がこの流入口33a からジャケット33に
注入されている。そして、このジャケット33を循環した
媒体34は上記流出口33b より排出されている。

また、上記加圧筒32の内管32a 上端部には液溜め用の凹
みポケット35が設けてあり、このポケット35には液排出
用パイプ36が接続してある。

さらにまた、加圧筒32下部にはフランジ37が設けてあ
り、このフランジ37下部には処理済氷晶受け用の槽38が
接続してある。

上記の第１冷却用シリンダ４、第２冷却用シリンダ24、
第３冷却用シリンダ27及び加圧筒32の各内管の中心軸線
上には上下方向に貫通する氷晶牽引用の抗張線材である
エンドレスな鎖39が図示しないモータで下降回送してあ
る。

また、前記フランジ板６と第１冷却用シリンダ４上部と
の間隔4cにはリング状のホイールであるリング歯車８が
その上下面の円形溝8a,8bに嵌合せしめたベアリング
９，10（例えばスラストボールベアリング等）で挾持す
るように設けてあり、このリング歯車８は垂直軸線回り
に回転可能となっている。そしてこのリング歯車８の中
央には原料液１が通過する大型の円形孔8cが設けてあ
る。さらに、このリング歯車８は、シリンダ４外側面に
設けてなるフランジ4aにボルト14で固定したギャーボッ
クス12の回転軸に嵌合せしめたギャ11と噛み合ってい
る。またこのギャーボックス12にはモータ13を連結せし
めてある。

さらにまた前記リング歯車８の内周縁部には４本のロッ
ド15が90゜間隔に貫通垂設せしめてあり、その上端をナ
ット16で各々リング歯車８に固定せしめてある。

この４本のロッド15の中央部と下部には、第１冷却用シ
リンダ４内壁面に接する補強用リング17,18がビス19で
各ロッド15に環装固定してある。さらにこれら４本のロ
ッド15には氷晶掻取りブレード20が上下２枚づつビス21
で取り付けてある。次ぎに、本装置の各部処理機能につ
いて以下詳述する。

ポンプ３で容器２に注がれた原料液１はリング歯車８の
孔8cを経て第１冷却用シリンダ４の内管4bに落下する。
この第１冷却用シリンダ４はそのジャケット22を循環す
る−20℃前後の温度を有する第１冷却用媒体23で過冷却
されているため、シリンダ４にて原料液１は凍結し鎖39
を中心に氷晶40となる。

またこの原料液１が第１冷却用シリンダ４に注入される
と同時に、モータ13でリング歯車８を垂直軸線まわりに
回転させる。これにより４本のロッド15に付けられた各
ブレード20は内管4b内壁面を摺動し、その内壁面に付着
した氷晶40を掻取ってゆく。この原料液１が凝固して氷
晶40になる場合に、原料液１の溶質濃度分布が液体全体
で均一でないと溶質濃度の低い液がより早く凝固し内管
4bの内壁に付着することになる。

そこで、上記したように各ブレード20の氷晶40の掻取り
作用とともに氷晶40全体がかく拌されることになり溶質
濃度分布が均一な氷晶40になる。

この氷晶40は下降回送されている鎖39で牽引されて第２
冷却用シリンダ24に導かれるが、この第２冷却用シリン
ダ24内の−15℃前後の第２冷却用媒体26による冷却でこ
の氷晶40は結晶状態を熟成せられ、その結氷硬度が均一
となる。

こうして溶質濃度分布と結氷硬度分布が均一に熟成せら
れた氷晶40は鎖39でさらに第３冷却用シリンダ27に導入
せられる。

この第３冷却用シリンダ27では、そのジャケット28を循
環している第３の冷却用媒体29の温度が−８℃前後であ
るため、氷晶40はその結氷硬度を上記とは逆に下げるこ
とになる。さらに、この結氷硬度の下がった氷晶40は鎖
39に牽引せられて加圧筒32の内管32a に導入せられる。
この加圧筒32はそのジャケット33を循環している第４冷
却用媒体34の温度が２〜３℃前後の温度であるがため、
氷晶40は加温されて半融解することになる。またこの内
管32a はテーパー孔を有しており圧入せられた氷晶40
は、その下部ほど氷晶内圧が高く上部ほど逆に氷晶内圧
が低くなっている。

しかして媒体34による加温と上記テーパー孔の働きで加
圧筒32に圧入される氷晶40からは溶質濃度の高い濃厚液
41が先に融解分離し、内管32a 上方に絞り出され、凹み
ポケット35に漏出することになる。この濃厚液41が漏出
する理由は、氷晶40の凝固点がその氷晶内圧が高いほ
ど、また溶質濃度が高いほど低下することによる。

しかしてこの凹ポケット35に漏出した濃厚液41は排出用
パイプ36にて図示しない製品貯蔵タンクに排出される。

また、前記加圧筒32の内管32a を通過した残在氷晶40は
加圧筒32下部に接続した槽38に自然落下することにな
る。

このように、原料液１を凍結せしめて氷晶40を作る第１
冷却用シリンダ上部にその内壁面に付着する氷晶を回転
して掻取るブレードを設けたことと、このブレードの回
転により氷晶がかく拌されることにより、製造される氷
晶40内の溶質濃度分布が均一となるとともに、氷晶40の
結氷硬度分布をも均一にすることができる。このため、
加圧筒32内で加圧及び加温される氷晶40が良好に融解し
溶質を多く含む濃厚液41が効果的に分離析出することに
なる。

また、上例に於いては、ブレードを取り付けたロッドを
４本としたが、それ以外の本数のロッドを設けるように
してもよいし、ブレードも平板のものばかりではなく、
内管4bの内壁面に沿った螺旋状のものでもよい。この場
合内管4b下方から上方に向かって巻き上げた形のもので
もよい。

いずれにせよ、一枚以上の氷晶掻取り構造を有するブレ
ードを内壁面に沿って回転させる構造を有していればよ
い。

さらには、ブレードを取り付けたロッドを回転させる機
構として上例ではギャ11とリング歯車８を用いたが、そ
れらの代わりにプーリを用い、２つのプーリに掛け合わ
せたベルトによりロッドを垂設したプーリを回転させる
ようにしてもよい。さらにまた、これらプーリの代わり
にスプロケットを用い、駆動チェーンによりロッドを垂
設したスプロケットを回転させるようにしたものでもよ
い。

［発明の効果］ 以上述べたごとく、本発明によれば、溶質濃度の低い原
料液を冷却し凍結せしめて氷晶を作成する工程に於い
て、その冷却用シリンダ内壁面に付着する溶質濃度の低
い氷結晶を掻取り、溶質を多く含む未凍結の原料液とか
く拌させるようにしたので、溶質濃度分布と結氷硬度を
均一にならしめた氷晶を作ることができる。

これにより、加圧筒に圧入された氷晶は、その結氷硬度
分布に斑がないために、加圧による融解進度の結晶全体
にばらつきが発生しないし、溶質濃度分布にも斑がない
ために、従来のように溶質を多く含む氷晶部分がより早
く融解し加圧筒中心部より処理済槽に液漏れすることが
なく、濃厚液を加圧筒上部のポケットに分離精製するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す系統断面図、 第２図は本発明の第１冷却用シリンダ拡大図、 第３図は第２図のIII−III線断面図、 第４図は従来例のものを示す図である。 図 中 １……原料液、２……母液用容器 ３……ポンプ ４……第１冷却用シリンダ 4a……フランジ、4b……内管 4c……間隔、５……ボルト ６……フランジ板、７……ボルト ８……リング歯車、8a,8b ……円形溝 9,10……ベアリング、11……ギャ 12……ギャーボックス、13……モータ 14……ボルト、15……ロッド 16……ナット、17,18 ……補強用リング 19……ビス 20……氷晶掻取りブレード 21……ビス、22……ジャケット 22a ……流入口、22b ……流出口 23……第１冷却用媒体 24……第２冷却用シリンダ 24a ……内管、25……ジャケット 25a ……流入口、25b ……流出口 26……第２冷却用媒体 27……第３冷却用シリンダ 27a ……内管、27b ……フランジ 28……ジャケット、28a ……流入口 28b ……流出口、29……第３冷却用媒体 30……断熱筒体、31……フランジ 32……加圧筒、32a ……内管 33……ジャケット、33a ……流入口 33b ……流出口、34……第４冷却用媒体 35……凹みポケット、36……排出用パイプ 37……フランジ、38……槽 39……鎖、40……氷晶 41……濃厚液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部に母液容器を有する垂直な冷却用シリ
   ンダの下部を、下細りのテーパー孔を設けた加圧筒へ断
   熱筒体を介して接続し、前記テーパー孔上部に濃厚液回
   収用の排出パイプを接続し、前記冷却用シリンダ内で結
   氷した氷晶を牽引するエンドレスな抗張線材を前記母液
   容器、シリンダ内、断熱筒体内、加圧筒内を上部から下
   方に向って回送されるように設け、前記冷却用シリンダ
   の上側部にモータを設け、このモータにより電動機構を
   介して垂直軸線まわりに水平回転させられるリング状の
   ホイールを前記母液容器の下部と冷却用シリンダの上部
   との間に設け、このホイールに垂設したロッドに前記冷
   却用シリンダ内壁面を摺動する掻取りブレードを設けた
   ことを特徴とする掻取りブレード付き凍結濃縮装置。