JPH0722643B2 - 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、化学溶液、スラリー食品液等、の濃縮装置、
特にアルコール系蒸溜廃液用として適した濃縮装置に関
する。

〔従来の技術〕

第４図に現在実用化されている多重効用缶による濃縮シ
ステムを示す。すなわち濃縮缶は、蒸発缶45の同蒸発缶
45に接続された熱交換器41A、41で構成されている。原
液タンク46から原液が供給される第１の濃縮缶のみを外
部蒸気によって加熱し、後続する第２缶、第３缶等は各
々前段の濃縮缶より真空に引かれており、前段の蒸気エ
ネルギーを回収加熱する公知の方式を示す。こゝで第１
の濃縮缶の熱交換器41Aには外部から加熱蒸気が供給さ
れて液を加熱し、以降の濃縮缶においては、前段の蒸気
は各々の蒸気缶45に接続された次段の熱交換器41に印加
される。この熱交換器41A,41は一般にシステム効率を高
めるため大面積で大きな熱貫流率を持った図示するよう
な外部配置の熱交換器が使用される。また、この熱交換
器41A,41に被加熱流体を循環させるためポンプ42で吸引
強制循環させている。

43は復水を吸引して真空を保つ真空ポンプ、44は被濃縮
流体を後続の濃縮缶に送る送りポンプである。

この公知の多重効用缶方式と共に第５図に示す単缶蒸気
還流方式も実用化されている。すなわち、原液タンク55
から送れる原液を収容する蒸発缶56で発生した蒸気を蒸
気圧縮機57で圧縮し、凝縮温度を高めた上で、循環ポン
プ52によって原液がその管内部を流れる熱交換器51に流
入させ熱交換を行なわせて濃縮を行い、濃縮液を貯槽58
へ送る方式も実用化され、公知となっている。

しかし、これらの方式は次のような短所を持っている。

（１） アルコール廃液等の固形物、繊維類等を含有し
ている流体を濃縮する場合には、固形物等が熱交換器に
付着するため比較的短時間で熱交換器の効率が低下する
傾向がある。

（２） このため比較的短時間で熱交換器の洗浄が必要
となると共に洗浄液の処理が必要となる。

（３） 熱交換器循環ポンプ（42,52）は、吸入流体が
流体と蒸気が共存する飽和温度の状態にあり、ポンプに
よるサクションで減圧すれば直ちにポンプ吸入部で沸と
うが発生して吸入効率の急激な低下を生ずる。このよう
な減圧沸とうを避けるために、この循環ポンプは蒸発缶
底より２〜3m下に配置してヘッド圧により減圧分を償う
方法が良く使用されている。このため装置を同一平面に
配置することは困難となり、装置のパッケージ化、小形
化を阻む原因となっている。

（４） 熱交換器循環ポンプ消費動力は、流体の粘性が
増加すると急激に増加しエネルギ効率が悪化すると共
に、濃縮濃度の限界を決める最大の因子は、高濃度流体
に対するポンピング限界で決る場合が多い。

上記（３），（４）項の問題を解決するため、第６図に
示すように、蒸発缶62内に熱交換器61を配置し、流体に
流動を与えるための撹拌を行うモータ63で駆動されるア
ジテータ64を蒸発缶62内に組込んだ方式も公知である。
しかし、この方式も下記のような短所があり、第４図及
び第５図に示す方式の対策とはなり得ない。

即ち、 （ａ） 充分な伝熱面積が取ないため濃縮能力が小さ
い。

（ｂ） この方式においても、熱伝達面が汚れるという
上記の第４図及び第５図に示す方式の欠点を免れえない
ために、上気（１），（２）の問題点は依然として解決
されない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記「従来の技術」の欄において従来技術に
係る各方式に関連して説明した欠点を解決しようとする
ものである。

即ち、熱交換器に被濃縮流体に含まれる固形物、繊維類
等が付着するのを防ぎ、熱交換器の性能の低下を防ぐと
共に熱交換器の短時間での洗浄を必要としない熱交換器
を提供しようとするものである。

また、被濃縮流体の熱交換器循環ポンプを省略して、小
形で消費動力の少く、かつ高粘性流体に適した濃縮装置
を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、蒸発缶中に配設され内部が加熱流体の通路を
形成しているスクリュー形をなすスパイラル状の熱交換
器及び上記スクリュー軸まわりに上記スパイラル状の熱
交換器を回転させる駆動装置を備えたことを特徴とする
濃縮装置に係るものである。

〔作 用〕

本発明は次の作用を奏する。

（１） スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器が
被濃縮流体内で回転し、流体と相対速度を持たせると共
に、スパイラル面の持つ傾斜により流体に動圧を発生さ
せ、これによって熱伝達面を洗浄すると共に流体を撹拌
することによって熱伝達の向上を計ることができる。

（２） スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器を
蒸発缶内でスクリュー軸まわりに回転させ、そのポンピ
ング作用により蒸発缶内に強い循環流を生じさせ、熱伝
達を向上する。

（３） スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器を
適当な駆動速度で回転させることにより、蒸発缶内にあ
る高粘度の流体を吸引送出するポンピング作用を持たせ
ることができる。これにより高濃度、高粘度流体の濃縮
が可能となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図に示す。

１はパイラル状の熱交換器であって、スクリュー形をな
すスパイラル部材１′の内部にはスパイラル状の連続し
た通路２が形成されている。４は熱交換器の中央に設け
られた軸であって、上記スパイラル部材１′が取付けら
れていて、その上端部４−１には横方向に開口した複数
の加熱媒体入口孔４′が、また下端部４−２には同下端
部を貫通する加熱媒体出口孔４が設けられている。同
軸４は中空状の構造を有し、仕切板４″によって上部に
加熱媒体流入室３が形成され、また、上記スパイラル状
の通路２は、その上部が上記加熱媒体流入室３に連通
し、その下部は上記中空部を介して上記加熱媒体出口孔
４に連通している。

この熱交換器１は、第１図に示すように軸４のまわりに
回転可能に蒸発缶６に装着され、上端部４−１及び下端
部４−２が蒸発缶６の外部に突出している。

７は蒸発缶の上部に設けられた蒸気出口である。上記軸
４の上端部４−１にはプーリ９′が取付けられていて、
ベルト10を介して同プーリ９′は駆動機であるモータ８
のプーリ９によって駆動されるようになっている。

５は上記加熱媒体入口孔４′に対応する位置において蒸
発缶６に設けられた加熱媒体入口であり、同入口５は図
示しない加熱媒体源に連絡されている。

本実施例においては、加熱媒体を入口５、入口孔４′、
流入室３をへて、スパイラル状部材１′の通路２に導入
すると共に、モータ８を起動して熱交換器１を軸４まわ
りに回転させる。

熱交換器１の通路２内を流れる加熱媒体は、スパイラル
状部材１′を介して蒸発缶６内の被濃縮流体と熱交換を
行って被濃縮流体を濃縮し、一方加熱媒体が濃縮してで
きた復水は軸の下端部４−２の出口孔４から排出され
る。一方被濃縮流体より蒸発した気体は、蒸気出口７か
ら排出される。

スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器１が蒸発缶
６内の被濃縮流体内を回転することによって、被濃縮流
体と相対速度が生じ、またスパイラル面の持つ傾斜によ
って被濃縮流体に動圧が発生する。これによって、伝熱
面であるスパイラル状部材１′の外面を洗浄にさせると
共に、被濃縮流体を撹拌することによって熱伝達の向上
を計ることができる。

また、スクリュー形をなすスパイラル状部材１′の回転
によって生ずるポンピング作用によって、蒸発缶６内で
は被濃縮流体に強い循環流が生じ、全体としての熱伝達
が向上する。

更に、被濃縮流体が高濃度、高粘度のものであっても、
上記スパイラル状熱交換器１を回転させることによって
生ずるポンピング作用によってこれを蒸発缶６に吸引
し、また蒸発缶６から送出することができるので、高濃
度、高粘度の流体の濃縮が可能である。

第３図に本発明の他の実施例を示す。本実施例は、上記
第１図及び第２図に示す実施例と同様の構造のスパイラ
ル状の熱交換器１が蒸発缶６内に回転できるように装着
されている。モータ８は蒸発缶６の上部に固定され、そ
の出力軸８′は、軸４の上端部４−１に直結されてい
る。

11は原液タンクであって、濃縮される原液は、原液送出
ポンプ12によって配管13を通って蒸発缶６内に供給され
る。

蒸発缶６には、気液分離器14に連絡された蒸気出口20が
設けられ、同気液分離器14で液体を分離した蒸気は、駆
動機16で駆動される圧縮機15によって加圧され凝縮時の
蒸気温度が高められた上配管16、入口５、入口孔４′、
流入室３を経て加熱媒体としてスパイラル状熱交換器の
通路２へ流入されるようになっている。

軸４の下端部４−２の加熱媒体の出口孔４には、復水
排出管17が接続されており、また、蒸発缶６の下部は濃
縮液送出ポンプ18をへて濃縮液タンク19に連絡されてい
る。上記の構成を備えた本実施例は、機械式蒸気再圧縮
方式（Mechanical Vapor Recompression,略してMVR方
式）と呼ばれる方式に係るものである。蒸発缶６内に原
液タンク11から供給された被濃縮液からは、蒸発缶６内
でスパイラル状熱交換器１との熱交換によって蒸気が発
生し、この蒸気を蒸気圧縮機15により加圧し凝縮時の蒸
気温度を高め、上記の配管16、入口５、入口孔４′、入
口室３を経て再度蒸発缶内６内のスパイラル状熱交換器
１の通路２に送入し、缶内液の加熱が行われる。本実施
例においては、蒸発缶６で気化蒸発する蒸気の熱量を回
収して加熱に再利用されるため、大巾な省エネルギーが
可能となる。

また、スパイラル状熱交換器１は、駆動用モータ８によ
り蒸発缶６内で軸４まわりに回転するように駆動され、
蒸発缶内の液に強い内部循環流が形成される。スパイラ
ル状熱交換器１による蒸発缶内液の加熱蒸発は上記した
通りであって、蒸発缶６で発生した蒸気は上記のように
蒸気圧縮機15で圧縮され再利用される。またスパイラル
状熱交換器１での熱交換の結果生ずる復水分は、出口孔
４″をへて復水出口17より取り出される。また、濃縮さ
れた液は、蒸発缶６の下部から濃縮液送出ポンプ18によ
って濃縮液タンク19へ排出される。

本実施例において、入力されるエネルギは蒸気圧縮機15
を駆動する駆動モータ16であり、同蒸気圧縮機15及び熱
交換器１を駆動させることで蒸発が継続される。たゞ
し、本実施例において起動時のみには、図示しない装置
によって系外より熱源が供給されるが、定常状態に達す
ると、以後は駆動機16のみで連続運転される。

本実施例においても、第１図及び第２図に示す実施例と
同様に、スクリュー形をなすスパイラル状熱交換器１の
回転によって、蒸発缶６内の液との間に相対速度が生
じ、またスパイラル面のもつ傾斜によって液に動圧が発
生することによって、伝熱面であるスパイラル状部材１
の外面を洗浄すると共に、缶内液を撹拌することによっ
て熱伝達が向上する。またスクリュー形のスパイラル状
熱交換器１の回転によって生ずるポンピング作用によっ
て、蒸発缶６内に循環流が生じて全体としての熱伝達が
向上し、また高濃度、高粘度の液を吸引、送出すること
が可能となり高濃度、高粘度の液の濃縮を行うことがで
きる。

なお、上記各実施例は単一の蒸発缶を用いたものである
が、本発明は多重効用缶等型式の濃縮装置に適用するこ
ともできる。

〔発明の効果〕

本発明は次の効果を挙げることができる。

（１） アルコール廃液等の固形物、繊維類等を含有し
ている流体に対しても、熱交換器伝熱面の表面に付着物
が生ずることを防ぎ汚れに強い熱交換器を実現すること
ができる。

（２） スクリュー形のスパイラル状熱交換器を回転さ
せることにより高粘度流体に対しても蒸発缶内に循環流
を作ることができるために、熱伝達の向上を計ることが
でき、また高濃度、高粘度流体の濃縮が可能である。

（３） 外部循環ポンプが不要となり、サクションヘッ
ドに対する循環ポンプの配置上の制約がなく小形コンパ
クトな濃縮装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、 第２図は上記実施例に使用されるスパイラル状熱交換器
の斜視図、 第３図は本発明の他の実施例の説明図、 第４図は従来の多重有効缶による濃縮方式の説明図、 第５図は従来の単缶蒸気還流方式による濃縮方式の説明
図、 第６図は従来の蒸発缶に、熱交換器を内蔵した濃縮方式
の説明図である。 １……スパイラル状熱交換器 ２……加熱媒体通路、４……軸 ４′……加熱媒体入口孔、４……加熱媒体出口孔 ５……加熱媒体入口、６……蒸発缶 ８……モータ、14……気水分離器 15……蒸気圧縮機

フロントページの続き (72)発明者 藤岡 祐一 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 実開 昭58−166801（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発缶中に配設され内部が加熱流体の通路
   を形成しているスクリュー形をなすスパイラル状の熱交
   換器及びスクリュー軸まわりに上記スパイラル状の熱交
   換器を回転させる駆動装置を備えたことを特徴とする濃
   縮装置。