濃縮器
【課題】濃縮器の伝熱効率を高めることにより、医薬品（酵素、抗生物質、蛋白質液等）や食物色素等の液体を濃縮する場合でも、熱変性させることなく濃縮することを可能とする。
【解決手段】内部に液体を貯留する濃縮缶１０と、濃縮缶１０の内部に設けられ、外壁筒３１ａ及び内壁筒３１ｂからなる筒状の二重壁（側部３１）を有する加熱体３０と、二重壁の間に形成され、熱媒体を流通させる熱媒体通路（蒸気通路３３ｂ）と、加熱体３０を液体に対して相対的に回転させ、遠心力を発生させる回転手段（駆動モータ４０）とを備える。
【解決手段】内部に液体を貯留する濃縮缶１０と、濃縮缶１０の内部に設けられ、外壁筒３１ａ及び内壁筒３１ｂからなる筒状の二重壁（側部３１）を有する加熱体３０と、二重壁の間に形成され、熱媒体を流通させる熱媒体通路（蒸気通路３３ｂ）と、加熱体３０を液体に対して相対的に回転させ、遠心力を発生させる回転手段（駆動モータ４０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医薬品、健康食品、食品色素、香料、工場廃液等の液体を加熱して、液体中の水分を蒸発させることにより濃縮する濃縮器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
濃縮器では、液体を加熱する際の伝熱効率を高めて、省エネルギー化及び濃縮時間の短縮を図ることが課題となっている。特に、医薬品（酵素、抗生物質、蛋白質液等）や健康食品、あるいは食品色素など、加熱により変性しやすい液体を濃縮する場合、濃縮器の伝熱効率が低いと加熱時間が長くなるため、熱変性により液体の品質が低下する恐れがある。このため、医薬品等を濃縮する場合は、例えば、液体を凍結させた後、加熱して水分を昇華させる凍結乾燥法（特許文献１参照）や、濃縮缶の内部を高真空状態にして水分を蒸発させる高真空濃縮法（特許文献２参照）等の特殊な方法が用いられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５４０６４号公報
【特許文献２】特開平８−４７６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、凍結乾燥法や高真空濃縮法による濃縮器は、濃縮に要するエネルギーが莫大である上、装置自体のコストも高い。
【０００５】
本発明が解決すべき課題は、濃縮器の伝熱効率を簡略な構造で高めることにより、医薬品や食品等でも熱変性を生じさせることなく濃縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、内部に液体を貯留する濃縮缶と、濃縮缶の内部に設けられ、径の異なる外壁筒及び内壁筒からなる筒状の二重壁を有し、二重壁の内周壁面及び外周壁面で液体と接触する加熱体と、二重壁の間に形成された熱媒体通路と、加熱体を液体に対して相対的に回転させる回転手段とを備えた濃縮器を提供する。
【０００７】
このように、加熱体を液体に対して相対的に回転させることにより、加熱体の表面の伝熱抵抗となる液境膜を遠心力で剥離して新たな液境膜に更新することができる。このため、例えば加熱体を液体に対して静止させた状態で加熱する場合と比べて総括伝熱効率が飛躍的に大きくなり、伝熱効率が大幅に高められる。また、加熱体が筒状を成すことで、加熱体の筒状内周壁面及び筒状外周壁面の双方を液体と接触させることができるため、加熱体と液体との接触面積（伝熱面積）を大きく取ることができ、伝熱効率がさらに高められる。さらに、加熱体の表面の液境膜を更新しながら加熱することで、液境膜が過度に加熱されることがないため、被加熱液体の品質を保持できると共に、加熱体の伝熱表面に液体が焦げ付いてスケールが発生する事態を防止できる。
【０００８】
上記の濃縮器では、例えば加熱体を濃縮缶の内部で回転可能に設けることが好ましい。この場合、液体の濃度が高くなって流動性が低下した場合であっても、液体に浸漬した加熱体を回転させることにより加熱体の表面における液境膜が更新されるため、高い伝熱効率を保持することができる。
【０００９】
筒状の加熱体を液体に対して相対的に回転させた場合、加熱体の外周壁面の液境膜は遠心力で外径側にはじき飛ばされて更新されるが、加熱体の内周壁面の液境膜は遠心力で加熱体に押し付けられるため、更新されにくい。そこで、加熱体の二重壁を貫通する貫通孔を形成することにより、加熱体の内周壁面の液境膜が貫通孔を介して外径側に通り抜け、これにより加熱体の内周壁面の液境膜の更新を促進することができる。例えば、加熱体の二重壁を連結する連結チューブを設け、この連結チューブの内孔を上記の貫通孔とすることができる。
【００１０】
上記の濃縮器において、複数の加熱体を設ければ、伝熱面積が大きくなって伝熱量がさらに高められる。このとき、径の異なる複数の加熱体を設け、一の加熱体の内周に他の加熱体を配すれば、加熱体を収容する濃縮缶を大型化することなく、伝熱面積を拡大することができ、大量の伝熱量が得られる。
【００１１】
濃縮缶の内部を複数の空間に区画し、各空間に加熱体を設ければ、一つの濃縮缶に液体を濃縮する空間が複数設けられるため、例えば複数の濃縮器を並べて配置する場合と比べて濃縮器の設置スペースを縮小することができる。この場合、一の空間の液体から生じた蒸気を他の空間の加熱体の熱媒体通路に供給すれば、蒸気の熱を有効に活用することができ省エネルギー化が図られる。このような濃縮器を複数設け、一の濃縮器の他の空間の液体から生じた蒸気を、他の濃縮器の一の空間の加熱体の熱媒体通路に供給すれば、エネルギーをさらに有効に活用することができ、効用缶が成立する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、筒状の加熱体の内周壁面及び外周壁面に液体を接触させると共に、加熱体を液体に対して相対的に回転させると、液境膜を更新しながら液体を加熱することになり、伝熱効率が飛躍的に高められ、少ないエネルギーで、且つ、短時間で液体を濃縮することができる。これにより、医薬品や健康食品、あるいは食品色素などの熱変性の影響を受けやすい液体であっても、品質を低下させることなく高品質の濃縮液を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る濃縮器の断面図である。
【図２】第２次液室の回転軸及び加熱体の断面図である。
【図３】図２の回転軸及び加熱体をＩＩＩ方向から見た側面図である。
【図４】図２の回転軸及び加熱体をＩＶ方向から見た上面図である。
【図５】図２の回転軸及び加熱体をＶ方向から見た下面図である。
【図６】加熱体の側部の貫通孔付近における液体の流動を示す断面図である。
【図７】加熱体の底部の貫通孔付近における液体の流動を示す断面図である。
【図８】図１の濃縮器を複数設けた多重効用式濃縮装置を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る濃縮器１は、図１に示すように、濃縮缶１０と、濃縮缶１０の内部に設けられた回転軸２０と、回転軸２０に取り付けられた加熱体３０と、回転軸２０及び加熱体３０を回転させる回転手段としての駆動モータ４０とを主に備える。本実施形態では、濃縮缶１０の内部空間が第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２に区画され、各液室Ｍ１，Ｍ２にそれぞれ回転軸２０及び加熱体３０が設けられる。
【００１６】
濃縮缶１０は、縦長の円筒状に形成される。濃縮缶１０の内部空間は区画壁１１で区画され、区画壁１１の上側に第１次液室Ｍ１が、区画壁１１の下側に第２次液室Ｍ２がそれぞれ設けられる。区画壁１１は、中央部を上方に膨らませた湾曲形状を成している。濃縮缶１０は、下側を開口した第１濃縮缶１２と、上側を開口した第２濃縮缶１３とを有し、第１濃縮缶１２及び第２濃縮缶１３の開口部同士を連結して構成される。図示例では、第１濃縮缶１２の開口部に設けたフランジ部１２ａと、第２濃縮缶１３の開口部に設けたフランジ部１３ａとで区画壁１１を挟持固定している。これにより、第１濃縮缶１２と区画壁１１とで第１次液室Ｍ１が形成され、第２濃縮缶１３と区画壁１１とで第２次液室Ｍ２が形成される。尚、濃縮缶１０の構成はこれに限らず、例えば、第１濃縮缶１２を有底筒状とし、この第１濃縮缶１２を第２濃縮缶１３の上端開口部に取り付けることにより、第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２を形成してもよい。
【００１７】
第１次液室Ｍ１には、濃縮すべき液体の原液が供給される原液供給口１４と、濃縮された液体を排出する濃縮液排出口１５とが設けられる。原液供給口１４は、第１濃縮缶１２の側壁に設けられる。濃縮液排出口１５は、区画壁１１の外周部に設けられ、詳しくは、区画壁１１のうち、下方に最も凹んだ箇所に設けられる。
【００１８】
第２次液室Ｍ２には、第１次液室Ｍ１で濃縮した液体（濃縮液）が供給される濃縮液供給口１６と、第２次液室Ｍ２でさらに濃縮した液体（製品液）を排出する製品液排出口１７とが設けられる。濃縮液供給口１６は、第２濃縮缶１３の側壁に設けられ、第１次液室Ｍ１の濃縮液排出口１５と配管７１を介して連通している。製品液排出口１７は、第２濃縮缶１３の底部に設けられる。
【００１９】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２には、液体から生じた蒸気を排出する蒸気排出口１８,１９がそれぞれ設けられる。第１次液室Ｍ１の蒸気排出口１８は、第１濃縮缶１２の上端部付近に設けられ、第２次液室Ｍ２の蒸気排出口１９は、第２濃縮缶１３の上端部付近に設けられる。
【００２０】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２には、それぞれ回転軸２０及び加熱体３０が設けられる。回転軸２０及び加熱体３０は、各液室Ｍ１,Ｍ２内で回転可能に設けられる。本実施形態では、各液室Ｍ１,Ｍ２の回転軸２０が、伝動軸４１を介して一つの駆動モータ４０により同時に回転駆動される。第１次液室Ｍ１の回転軸２０及び加熱体３０と、第２次液室Ｍ２の回転軸２０及び加熱体３０とは、おおよそ同様の構成を成している。以下、第２次液室Ｍ２の回転軸２０及び加熱体３０の構成を説明し、第１次液室Ｍ１の回転軸２０及び加熱体３０は、第２次液室Ｍ２の回転軸２０及び加熱体３０と異なる点だけ説明する。
【００２１】
第２次液室Ｍ２の回転軸２０は、第２濃縮缶１３の底部を貫通し、シール部５１及び軸受５２を介して回転可能且つ液密的に第２濃縮缶１３に取り付けられる。第２濃縮缶１３から突出した回転軸２０の先端部（下端部）には回転継手５３が設けられる。回転継手５３には蒸気入口５４及びドレン出口５５が設けられる。ドレン出口５５は、図示しない吸引ポンプに接続される。
【００２２】
回転軸２０は、図２に示すように、大径管２１と小径管２２とからなる二重管構造を成している。小径管２２は、大径管２１の先端から突出している。大径管２１と小径管２２との間には、加熱体３０に供給する熱媒体（本実施形態では蒸気）を流通させる蒸気通路２３が形成される。蒸気通路２３は、回転継手５３の蒸気入口５４（図１参照）と連通している。第２次液室Ｍ２の回転軸２０の蒸気入口５４は、図示しないボイラに接続される。一方、第１次液室Ｍ１の回転軸２０の蒸気入口５４は、図１に示すように、第２次液室Ｍ２の蒸気排出口１９と配管７２を介して連通している。小径管２２の内部には、加熱体３０から排出されたドレンを流通させるドレン通路２４が形成される。ドレン通路２４は、回転継手５３のドレン出口５５（図１参照）と連通している。第２次液室Ｍ２のドレン出口５５はボイラに接続される。一方、第１次液室Ｍ１のドレン出口５５は、図示しないドレンタンクに接続される。
【００２３】
加熱体３０は、回転軸２０に固定され、回転軸２０と共に第２次液室Ｍ２内で回転可能とされる。加熱体３０は、筒状の二重壁からなる側部３１を有し、本実施形態では、図３及び図４に示すように、側部３１及び底部３２からなる有底筒状の略コップ形状を成している。第２液室Ｍ２には、図１に示すように、２個の加熱体３０が同軸状に設けられ、相対的に大径な加熱体３０の内周に、相対的に小径な加熱体３０が収容されている。一方、第１次液室Ｍ１には、略コップ形状を成した３個の加熱体３０が同軸状に設けられている。尚、加熱体３０の数は限定されず、１個としたり、４個以上としたりすることもできる。
【００２４】
加熱体３０は、図２に示すように、金属で形成された円筒状の二重壁からなる側部３１と、側部３１の下端部に設けられ、金属で形成された曲面状の二重壁からなる底部３２とを有する。側部３１は、円筒状の外壁筒３１ａと、外壁筒３１ａの内周に配され、外壁筒３１ａと隙間を介して半径方向に対向した円筒状の内壁筒３１ｂとを有する。底部３２は、第２次液室Ｍ２の底面に沿った形状を成し、具体的には中央部が下方に膨らんだ形状を成している。底部３２は、外壁板３２ａと、外壁板３２ａの上方に設けられ、外壁板３２ａと隙間を介して上下方向に対向した内壁板３２ｂとを有する。一方、第１次液室Ｍ１の加熱体３０の底部３２は、図１に示すように、第１次液室Ｍ１の底面（区画壁１１）に沿った形状を無し、具体的には中央部が上方に膨らんだ形状を成している。
【００２５】
加熱体３０の側部３１及び底部３２の二重壁の間の隙間は、熱媒体としての蒸気を流通させる熱媒体通路（蒸気通路３３ａ及び３３ｂ）として機能する。具体的には、図２に示すように、底部３２が回転軸２０の大径管２１の外周面に固定され、これにより底部３２の蒸気通路３３ａが回転軸２０の蒸気通路２３と連通する。底部３２の蒸気通路３３ａは、側部３１の蒸気通路３３ｂと連通する。側部３１の上端部は、径方向に延びた連結管３４（図４参照）を介して回転軸２０の小径管２２の外周面に固定され、これにより側部３１の蒸気通路３３ｂが回転軸２０のドレン通路２４と連通する。
【００２６】
加熱体３０には、二重壁を貫通する貫通孔が形成される。本実施形態では、側部３１の外壁筒３１ａ及び内壁筒３１ｂを連結する連結チューブ３５を設けると共に、底部３２の外壁板３２ａ及び内壁板３２ｂを連結する連結チューブ３６を設け、これらの連結チューブ３５,３６の内孔で貫通孔３５ａ,３６ａを構成する。連結チューブ３５，３６は例えば金属で形成され、外壁筒３１ａ，内壁筒３１ｂ，外壁板３２ａ，内壁板３２ｂにそれぞれ溶接により固定される。
【００２７】
加熱体３０には、液体を攪拌する攪拌部材が設けられる。本実施形態では、加熱体３０の底部３２の上面及び下面に攪拌部材６０が固定される（図１参照）。具体的には、図５に示すように、底部３２の下面に複数の円弧状の攪拌部材６０がスパイラル状に配列され、各攪拌部材６０の間に貫通孔３６ａが配される。この攪拌部材６０は、回転軸２０及び加熱体３０の回転に伴って、液体を外径側に流動させる。攪拌部材６０の形状はこれに限らず、例えば、液体を内径側に流動させる形状としたり、直線状の攪拌部材を放射線状に配列したりすることができる（図示省略）。また、攪拌部材６０を加熱体３０の側部３１に設けたり、攪拌部材６０を省略してもよい。尚、底部３２の上面の攪拌部材６０は、下面の攪拌部材６０と同様であるため、説明を省略する。また、図２〜４では、図面の簡略化のため、攪拌部材６０を省略している。
【００２８】
以上の構成の濃縮器１により、液体を濃縮する手順を説明する。
【００２９】
まず、図１に示すように、原液供給口１４から第１次液室Ｍ１に濃縮すべき液体の原液が供給され、第１次液室Ｍ１の加熱体３０により加熱濃縮される（第１次濃縮）。第１次液室Ｍ１で濃縮された液体（濃縮液）は、濃縮液排出口１５から排出され、配管７１及び濃縮液供給口１６を介して第２次液室Ｍ２に供給される。濃縮液は、第２次液室Ｍ２の加熱体３０によりさらに加熱濃縮される（第２次濃縮）。こうして、２段階にわたって濃縮された液体（製品液）が、製品液排出口１７から排出される。
【００３０】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２では、液体が、加熱体３０の蒸気通路３３ａ，３３ｂに流通させた蒸気との間で熱交換することにより濃縮される。このとき、加熱体３０の円筒状の側部３１の外周壁面及び内周壁面、さらに、曲面状の底部３２の上面及び下面に液体を接触させることにより、大きな伝熱面積が得られる。
【００３１】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２における液体の濃縮は、液体に浸漬した加熱体３０を液体に対して相対的に回転させながら行われる。本実施形態では、駆動モータ４０で回転軸２０を回転駆動して加熱体３０を濃縮缶１０の内部で回転させる。このように加熱体３０を回転させることで、加熱体３０の表面における液境膜を更新することができるため、加熱体３０を常に新たな液体（濃縮されていない液体）と接触させることができ、伝熱効率が高められる。このとき、図６に示すように、加熱体３０の側部３１の外壁筒３１ａと接触する液体は、遠心力により外径側に移動し、これにより外壁筒３１ａの表面における液境膜が更新される。一方、側部３１の内壁筒３１ｂと接触する液体は、遠心力により連結チューブ３５の貫通孔３５ａを通過して外径側に抜け、これにより内壁筒３１ｂの表面における液境膜が更新される。同様に、図７に示すように、加熱体３０の底部３２の外壁板３２ａと接触する液体は遠心力により外径側に移動し、これにより外壁板３２ａの表面における液境膜が更新される。一方、底部３２の内壁板３２ｂと接触する液体は、遠心力により連結チューブ３６の貫通孔３６ａを通過して外径側に抜け、これにより内壁板３２ｂの表面における液境膜が更新される。以上のように、加熱体３０を回転させ、且つ、加熱体３０の二重壁に貫通孔３５ａ,３６ａを設けることで、加熱体３０の外周壁面及び内周壁面における液境膜を確実に更新することができ、伝熱効率が大幅に高められた。
【００３２】
加熱体３０への熱媒体の供給は、以下のように行なわれる。まず、図１に示すように、第２次液室Ｍ２の回転軸２０に設けられた回転継手５３の蒸気入口５４から、第２次濃縮の熱媒体としての加熱蒸気を供給する。この加熱蒸気が、図２に示すように、回転軸２０の蒸気通路２３を介して加熱体３０の蒸気通路３３ａ及び３３ｂに供給され、第２次液室Ｍ２の液体（濃縮液）を加熱濃縮する。加熱蒸気は、加熱体３０で液体との熱交換により凝縮してドレンとなり、図示しない吸引ポンプで吸引され、連結管３４の内部及び小径管２２のドレン通路２４を介して回転継手５３のドレン出口５５から排出される（図１参照）。このドレンは、濃縮する液体と直接接触しておらず、不純物は混入していないため、イオン交換樹脂の充填浴を通す等の特別な処理を要することなく、そのままボイラ給水として再利用できる利点が発揮される。
【００３３】
第２次濃縮により液体から生じた蒸気は、図１に示すように第２次液室Ｍ２の蒸気排出口１９から排出され、配管７２を介して第１次液室Ｍ１の回転軸２０に設けられた回転継手５３の蒸気入口５４に、第１次濃縮の熱媒体として供給される。この蒸気は、液体との熱交換により凝縮してドレンとなる。このドレンは、液体から生じた非凝縮ガス（ＮＣＧ）と共に図示しない吸引ポンプで吸引されて、回転継手５３のドレン出口５５から排出され、図示しないドレンタンクに回収される。このように、第２次濃縮により液体から生じた蒸気を、凝縮させることなくそのまま第１次濃縮の熱媒体として利用することにより、蒸気エネルギーを有効に活用することができる。また、吸引ポンプで吸引して第２次液室Ｍ２を減圧することにより、第２次濃縮により液体から生じた蒸気を凝縮させずに蒸気の状態を維持することができる。
【００３４】
ところで、第２次濃縮では、ボイラから供給された高温の加熱蒸気が熱媒体蒸気として使用される。一方、第１次濃縮の熱媒体蒸気は、第２次濃縮の加熱により液体から生じた蒸気を熱媒体蒸気として利用しているため、第２次濃縮の加熱蒸気よりも温度が低くなる。このように、比較的低温な蒸気で原液を加熱して第１次濃縮を行った後、その濃縮液を高温の加熱蒸気でさらに加熱して第２次濃縮を行なうことにより、加熱蒸気のエネルギーを有効に活用し、効率よく液体を濃縮することができる効用缶となる。
【００３５】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
上記の実施形態では、第２次液室Ｍ２の液体から生じた蒸気を第１次液室Ｍ１の熱媒体蒸気として利用する、いわゆる２重効用式濃縮器を示しているが、この２重効用式濃縮器を複数設けることで多重効用式濃縮装置を構成することもできる。具体的には、例えば図８に示すように、上記構成の２重効用式濃縮器１を３台設け、第１次液室Ｍ１〜第６次液室Ｍ６を有する６重効用式の濃縮装置を構成することができる。この濃縮装置では、第１次液室Ｍ１に供給された液体が、各液室Ｍ１〜Ｍ６を順番に移送されながら濃縮され、第６次液室Ｍ６の製品液排出口（図示省略）から排出される。
【００３７】
各液室の加熱体への熱媒体の供給及び排出は以下のように行なわれる。まず、第２次液室Ｍ２では、蒸気入口５４から熱媒体（加熱蒸気）が供給される。熱交換を終えて凝縮した熱媒体（ドレン）は、ドレン出口５５から排出され、ボイラに供給される。
【００３８】
その他の液室Ｍ１、Ｍ３〜Ｍ６では、他の液室の液体から生じた蒸気が熱媒体蒸気として使用される。具体的には、第２次液室Ｍ２の液体から生じた蒸気Ｖ１が、第１次液室Ｍ１の熱媒体蒸気として使用される。同様に、第１次液室Ｍ１の液体から生じた蒸気Ｖ２が第４次液室Ｍ４の熱媒体蒸気として使用され、第４次液室Ｍ４の液体から生じた蒸気Ｖ３が第３次液室Ｍ３の熱媒体蒸気として使用される。さらに、第３次液室Ｍ３の液体から生じた蒸気Ｖ４が第６次液室Ｍ６の熱媒体蒸気として使用され、第６次液室Ｍ６の液体から生じた蒸気Ｖ５が第５次液室Ｍ５の熱媒体蒸気として使用される。第５次液室Ｍ５の液体から生じた蒸気Ｖ６は、コンデンサＣに供給されて凝縮される。第１次液室Ｍ１及び第３〜６次液室Ｍ３〜Ｍ６から排出されたドレン及び非凝縮蒸気（ＮＣＧ）と、コンデンサＣで凝縮されたドレン及び非凝縮蒸気は、吸引ポンプ（図示省略）で吸引されてドレンタンク（図示省略）に送られる。このように、吸引ポンプで第１次液室Ｍ１及び第３〜６次液室Ｍ３〜Ｍ６を減圧することで、各液室から生じた上記を凝縮させることなく次の液室の熱媒体蒸気として供給することができる。このような多重効用式の濃縮装置によれば、外部から供給した加熱蒸気のエネルギーをより一層有効に活用することができ、ＣＯ2削減に大きく貢献することができる。
【００３９】
以上の実施形態では、加熱体３０を回転させているが、これに限らず、加熱体３０を濃縮缶１０に固定して、他の回転手段により、円筒状の加熱体の円周方向に沿って液体を回転させることで、加熱体３０を液体に対して相対的に回転させるようにしてもよい。ただし、上記の実施形態のように加熱体３０を回転させることにより、液体の濃度が高くなって粘性が増加することで流動性が低下した場合でも、加熱体３０の表面における液境膜が更新される効果により好結果が得られた。
【００４０】
また、以上の実施形態では、一つの濃縮缶１０に二つの液室が設けられているが、これに限らず、一つの濃縮缶に一つの液室、あるいは、三つ以上の液室を設けても良い。
【００４１】
また、以上の実施形態では、加熱体３０が底部３２を有しているが、底部３２を省略し、側部３１のみとすることもできる。この場合、熱媒体（蒸気）を側部３１の蒸気通路３３ｂに供給する連結管が設けられる（図示省略）。
【００４２】
また、以上の実施形態では、加熱体３０に円筒状の連結チューブ３５，３６を設けているが、連結チューブは、加熱体３０の二重壁を貫通する貫通孔が形成され、且つ、二重壁の間の蒸気通路３３ａ，３３ｂの気密性が損なわれない構成であれば、他の構成を採用してもよい。例えば、連絡チューブを、角筒状などの他の形状としてもよい。
【００４３】
また、以上の実施形態では、熱媒体としてボイラで発生させた蒸気を使用しているが、これに限らず、加熱した熱媒体液を使用することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 濃縮器
１０ 濃縮缶
１１ 区画壁
１２ 第１濃縮缶
１３ 第２濃縮缶
１４ 原液供給口
１５ 濃縮液排出口
１６ 濃縮液供給口
１７ 製品液排出口
１８ 蒸気排出口
１９ 蒸気排出口
２０ 回転軸
２１ 大径管
２２ 小径管
２３ 蒸気通路
２４ ドレン通路
３０ 加熱体
３１ 側部（筒状の二重壁）
３１ａ 外壁筒
３１ｂ 内壁筒
３２ 底部
３２ａ 外壁板
３２ｂ 内壁板
３３ａ，３３ｂ 蒸気通路（熱媒体通路）
３４ 連結管
３５，３６ 連結チューブ
３５ａ，３６ａ 貫通孔
４０ 駆動モータ（回転手段）
４１ 伝動軸
５１ シール部
５２ 軸受
５３ 回転継手
５４ 蒸気入口
５５ ドレン出口
６０ 攪拌部材
Ｍ１ 第１次液室
Ｍ２ 第２次液室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医薬品、健康食品、食品色素、香料、工場廃液等の液体を加熱して、液体中の水分を蒸発させることにより濃縮する濃縮器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
濃縮器では、液体を加熱する際の伝熱効率を高めて、省エネルギー化及び濃縮時間の短縮を図ることが課題となっている。特に、医薬品（酵素、抗生物質、蛋白質液等）や健康食品、あるいは食品色素など、加熱により変性しやすい液体を濃縮する場合、濃縮器の伝熱効率が低いと加熱時間が長くなるため、熱変性により液体の品質が低下する恐れがある。このため、医薬品等を濃縮する場合は、例えば、液体を凍結させた後、加熱して水分を昇華させる凍結乾燥法（特許文献１参照）や、濃縮缶の内部を高真空状態にして水分を蒸発させる高真空濃縮法（特許文献２参照）等の特殊な方法が用いられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５４０６４号公報
【特許文献２】特開平８−４７６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、凍結乾燥法や高真空濃縮法による濃縮器は、濃縮に要するエネルギーが莫大である上、装置自体のコストも高い。
【０００５】
本発明が解決すべき課題は、濃縮器の伝熱効率を簡略な構造で高めることにより、医薬品や食品等でも熱変性を生じさせることなく濃縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、内部に液体を貯留する濃縮缶と、濃縮缶の内部に設けられ、径の異なる外壁筒及び内壁筒からなる筒状の二重壁を有し、二重壁の内周壁面及び外周壁面で液体と接触する加熱体と、二重壁の間に形成された熱媒体通路と、加熱体を液体に対して相対的に回転させる回転手段とを備えた濃縮器を提供する。
【０００７】
このように、加熱体を液体に対して相対的に回転させることにより、加熱体の表面の伝熱抵抗となる液境膜を遠心力で剥離して新たな液境膜に更新することができる。このため、例えば加熱体を液体に対して静止させた状態で加熱する場合と比べて総括伝熱効率が飛躍的に大きくなり、伝熱効率が大幅に高められる。また、加熱体が筒状を成すことで、加熱体の筒状内周壁面及び筒状外周壁面の双方を液体と接触させることができるため、加熱体と液体との接触面積（伝熱面積）を大きく取ることができ、伝熱効率がさらに高められる。さらに、加熱体の表面の液境膜を更新しながら加熱することで、液境膜が過度に加熱されることがないため、被加熱液体の品質を保持できると共に、加熱体の伝熱表面に液体が焦げ付いてスケールが発生する事態を防止できる。
【０００８】
上記の濃縮器では、例えば加熱体を濃縮缶の内部で回転可能に設けることが好ましい。この場合、液体の濃度が高くなって流動性が低下した場合であっても、液体に浸漬した加熱体を回転させることにより加熱体の表面における液境膜が更新されるため、高い伝熱効率を保持することができる。
【０００９】
筒状の加熱体を液体に対して相対的に回転させた場合、加熱体の外周壁面の液境膜は遠心力で外径側にはじき飛ばされて更新されるが、加熱体の内周壁面の液境膜は遠心力で加熱体に押し付けられるため、更新されにくい。そこで、加熱体の二重壁を貫通する貫通孔を形成することにより、加熱体の内周壁面の液境膜が貫通孔を介して外径側に通り抜け、これにより加熱体の内周壁面の液境膜の更新を促進することができる。例えば、加熱体の二重壁を連結する連結チューブを設け、この連結チューブの内孔を上記の貫通孔とすることができる。
【００１０】
上記の濃縮器において、複数の加熱体を設ければ、伝熱面積が大きくなって伝熱量がさらに高められる。このとき、径の異なる複数の加熱体を設け、一の加熱体の内周に他の加熱体を配すれば、加熱体を収容する濃縮缶を大型化することなく、伝熱面積を拡大することができ、大量の伝熱量が得られる。
【００１１】
濃縮缶の内部を複数の空間に区画し、各空間に加熱体を設ければ、一つの濃縮缶に液体を濃縮する空間が複数設けられるため、例えば複数の濃縮器を並べて配置する場合と比べて濃縮器の設置スペースを縮小することができる。この場合、一の空間の液体から生じた蒸気を他の空間の加熱体の熱媒体通路に供給すれば、蒸気の熱を有効に活用することができ省エネルギー化が図られる。このような濃縮器を複数設け、一の濃縮器の他の空間の液体から生じた蒸気を、他の濃縮器の一の空間の加熱体の熱媒体通路に供給すれば、エネルギーをさらに有効に活用することができ、効用缶が成立する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、筒状の加熱体の内周壁面及び外周壁面に液体を接触させると共に、加熱体を液体に対して相対的に回転させると、液境膜を更新しながら液体を加熱することになり、伝熱効率が飛躍的に高められ、少ないエネルギーで、且つ、短時間で液体を濃縮することができる。これにより、医薬品や健康食品、あるいは食品色素などの熱変性の影響を受けやすい液体であっても、品質を低下させることなく高品質の濃縮液を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る濃縮器の断面図である。
【図２】第２次液室の回転軸及び加熱体の断面図である。
【図３】図２の回転軸及び加熱体をＩＩＩ方向から見た側面図である。
【図４】図２の回転軸及び加熱体をＩＶ方向から見た上面図である。
【図５】図２の回転軸及び加熱体をＶ方向から見た下面図である。
【図６】加熱体の側部の貫通孔付近における液体の流動を示す断面図である。
【図７】加熱体の底部の貫通孔付近における液体の流動を示す断面図である。
【図８】図１の濃縮器を複数設けた多重効用式濃縮装置を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る濃縮器１は、図１に示すように、濃縮缶１０と、濃縮缶１０の内部に設けられた回転軸２０と、回転軸２０に取り付けられた加熱体３０と、回転軸２０及び加熱体３０を回転させる回転手段としての駆動モータ４０とを主に備える。本実施形態では、濃縮缶１０の内部空間が第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２に区画され、各液室Ｍ１，Ｍ２にそれぞれ回転軸２０及び加熱体３０が設けられる。
【００１６】
濃縮缶１０は、縦長の円筒状に形成される。濃縮缶１０の内部空間は区画壁１１で区画され、区画壁１１の上側に第１次液室Ｍ１が、区画壁１１の下側に第２次液室Ｍ２がそれぞれ設けられる。区画壁１１は、中央部を上方に膨らませた湾曲形状を成している。濃縮缶１０は、下側を開口した第１濃縮缶１２と、上側を開口した第２濃縮缶１３とを有し、第１濃縮缶１２及び第２濃縮缶１３の開口部同士を連結して構成される。図示例では、第１濃縮缶１２の開口部に設けたフランジ部１２ａと、第２濃縮缶１３の開口部に設けたフランジ部１３ａとで区画壁１１を挟持固定している。これにより、第１濃縮缶１２と区画壁１１とで第１次液室Ｍ１が形成され、第２濃縮缶１３と区画壁１１とで第２次液室Ｍ２が形成される。尚、濃縮缶１０の構成はこれに限らず、例えば、第１濃縮缶１２を有底筒状とし、この第１濃縮缶１２を第２濃縮缶１３の上端開口部に取り付けることにより、第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２を形成してもよい。
【００１７】
第１次液室Ｍ１には、濃縮すべき液体の原液が供給される原液供給口１４と、濃縮された液体を排出する濃縮液排出口１５とが設けられる。原液供給口１４は、第１濃縮缶１２の側壁に設けられる。濃縮液排出口１５は、区画壁１１の外周部に設けられ、詳しくは、区画壁１１のうち、下方に最も凹んだ箇所に設けられる。
【００１８】
第２次液室Ｍ２には、第１次液室Ｍ１で濃縮した液体（濃縮液）が供給される濃縮液供給口１６と、第２次液室Ｍ２でさらに濃縮した液体（製品液）を排出する製品液排出口１７とが設けられる。濃縮液供給口１６は、第２濃縮缶１３の側壁に設けられ、第１次液室Ｍ１の濃縮液排出口１５と配管７１を介して連通している。製品液排出口１７は、第２濃縮缶１３の底部に設けられる。
【００１９】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２には、液体から生じた蒸気を排出する蒸気排出口１８,１９がそれぞれ設けられる。第１次液室Ｍ１の蒸気排出口１８は、第１濃縮缶１２の上端部付近に設けられ、第２次液室Ｍ２の蒸気排出口１９は、第２濃縮缶１３の上端部付近に設けられる。
【００２０】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２には、それぞれ回転軸２０及び加熱体３０が設けられる。回転軸２０及び加熱体３０は、各液室Ｍ１,Ｍ２内で回転可能に設けられる。本実施形態では、各液室Ｍ１,Ｍ２の回転軸２０が、伝動軸４１を介して一つの駆動モータ４０により同時に回転駆動される。第１次液室Ｍ１の回転軸２０及び加熱体３０と、第２次液室Ｍ２の回転軸２０及び加熱体３０とは、おおよそ同様の構成を成している。以下、第２次液室Ｍ２の回転軸２０及び加熱体３０の構成を説明し、第１次液室Ｍ１の回転軸２０及び加熱体３０は、第２次液室Ｍ２の回転軸２０及び加熱体３０と異なる点だけ説明する。
【００２１】
第２次液室Ｍ２の回転軸２０は、第２濃縮缶１３の底部を貫通し、シール部５１及び軸受５２を介して回転可能且つ液密的に第２濃縮缶１３に取り付けられる。第２濃縮缶１３から突出した回転軸２０の先端部（下端部）には回転継手５３が設けられる。回転継手５３には蒸気入口５４及びドレン出口５５が設けられる。ドレン出口５５は、図示しない吸引ポンプに接続される。
【００２２】
回転軸２０は、図２に示すように、大径管２１と小径管２２とからなる二重管構造を成している。小径管２２は、大径管２１の先端から突出している。大径管２１と小径管２２との間には、加熱体３０に供給する熱媒体（本実施形態では蒸気）を流通させる蒸気通路２３が形成される。蒸気通路２３は、回転継手５３の蒸気入口５４（図１参照）と連通している。第２次液室Ｍ２の回転軸２０の蒸気入口５４は、図示しないボイラに接続される。一方、第１次液室Ｍ１の回転軸２０の蒸気入口５４は、図１に示すように、第２次液室Ｍ２の蒸気排出口１９と配管７２を介して連通している。小径管２２の内部には、加熱体３０から排出されたドレンを流通させるドレン通路２４が形成される。ドレン通路２４は、回転継手５３のドレン出口５５（図１参照）と連通している。第２次液室Ｍ２のドレン出口５５はボイラに接続される。一方、第１次液室Ｍ１のドレン出口５５は、図示しないドレンタンクに接続される。
【００２３】
加熱体３０は、回転軸２０に固定され、回転軸２０と共に第２次液室Ｍ２内で回転可能とされる。加熱体３０は、筒状の二重壁からなる側部３１を有し、本実施形態では、図３及び図４に示すように、側部３１及び底部３２からなる有底筒状の略コップ形状を成している。第２液室Ｍ２には、図１に示すように、２個の加熱体３０が同軸状に設けられ、相対的に大径な加熱体３０の内周に、相対的に小径な加熱体３０が収容されている。一方、第１次液室Ｍ１には、略コップ形状を成した３個の加熱体３０が同軸状に設けられている。尚、加熱体３０の数は限定されず、１個としたり、４個以上としたりすることもできる。
【００２４】
加熱体３０は、図２に示すように、金属で形成された円筒状の二重壁からなる側部３１と、側部３１の下端部に設けられ、金属で形成された曲面状の二重壁からなる底部３２とを有する。側部３１は、円筒状の外壁筒３１ａと、外壁筒３１ａの内周に配され、外壁筒３１ａと隙間を介して半径方向に対向した円筒状の内壁筒３１ｂとを有する。底部３２は、第２次液室Ｍ２の底面に沿った形状を成し、具体的には中央部が下方に膨らんだ形状を成している。底部３２は、外壁板３２ａと、外壁板３２ａの上方に設けられ、外壁板３２ａと隙間を介して上下方向に対向した内壁板３２ｂとを有する。一方、第１次液室Ｍ１の加熱体３０の底部３２は、図１に示すように、第１次液室Ｍ１の底面（区画壁１１）に沿った形状を無し、具体的には中央部が上方に膨らんだ形状を成している。
【００２５】
加熱体３０の側部３１及び底部３２の二重壁の間の隙間は、熱媒体としての蒸気を流通させる熱媒体通路（蒸気通路３３ａ及び３３ｂ）として機能する。具体的には、図２に示すように、底部３２が回転軸２０の大径管２１の外周面に固定され、これにより底部３２の蒸気通路３３ａが回転軸２０の蒸気通路２３と連通する。底部３２の蒸気通路３３ａは、側部３１の蒸気通路３３ｂと連通する。側部３１の上端部は、径方向に延びた連結管３４（図４参照）を介して回転軸２０の小径管２２の外周面に固定され、これにより側部３１の蒸気通路３３ｂが回転軸２０のドレン通路２４と連通する。
【００２６】
加熱体３０には、二重壁を貫通する貫通孔が形成される。本実施形態では、側部３１の外壁筒３１ａ及び内壁筒３１ｂを連結する連結チューブ３５を設けると共に、底部３２の外壁板３２ａ及び内壁板３２ｂを連結する連結チューブ３６を設け、これらの連結チューブ３５,３６の内孔で貫通孔３５ａ,３６ａを構成する。連結チューブ３５，３６は例えば金属で形成され、外壁筒３１ａ，内壁筒３１ｂ，外壁板３２ａ，内壁板３２ｂにそれぞれ溶接により固定される。
【００２７】
加熱体３０には、液体を攪拌する攪拌部材が設けられる。本実施形態では、加熱体３０の底部３２の上面及び下面に攪拌部材６０が固定される（図１参照）。具体的には、図５に示すように、底部３２の下面に複数の円弧状の攪拌部材６０がスパイラル状に配列され、各攪拌部材６０の間に貫通孔３６ａが配される。この攪拌部材６０は、回転軸２０及び加熱体３０の回転に伴って、液体を外径側に流動させる。攪拌部材６０の形状はこれに限らず、例えば、液体を内径側に流動させる形状としたり、直線状の攪拌部材を放射線状に配列したりすることができる（図示省略）。また、攪拌部材６０を加熱体３０の側部３１に設けたり、攪拌部材６０を省略してもよい。尚、底部３２の上面の攪拌部材６０は、下面の攪拌部材６０と同様であるため、説明を省略する。また、図２〜４では、図面の簡略化のため、攪拌部材６０を省略している。
【００２８】
以上の構成の濃縮器１により、液体を濃縮する手順を説明する。
【００２９】
まず、図１に示すように、原液供給口１４から第１次液室Ｍ１に濃縮すべき液体の原液が供給され、第１次液室Ｍ１の加熱体３０により加熱濃縮される（第１次濃縮）。第１次液室Ｍ１で濃縮された液体（濃縮液）は、濃縮液排出口１５から排出され、配管７１及び濃縮液供給口１６を介して第２次液室Ｍ２に供給される。濃縮液は、第２次液室Ｍ２の加熱体３０によりさらに加熱濃縮される（第２次濃縮）。こうして、２段階にわたって濃縮された液体（製品液）が、製品液排出口１７から排出される。
【００３０】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２では、液体が、加熱体３０の蒸気通路３３ａ，３３ｂに流通させた蒸気との間で熱交換することにより濃縮される。このとき、加熱体３０の円筒状の側部３１の外周壁面及び内周壁面、さらに、曲面状の底部３２の上面及び下面に液体を接触させることにより、大きな伝熱面積が得られる。
【００３１】
第１次液室Ｍ１及び第２次液室Ｍ２における液体の濃縮は、液体に浸漬した加熱体３０を液体に対して相対的に回転させながら行われる。本実施形態では、駆動モータ４０で回転軸２０を回転駆動して加熱体３０を濃縮缶１０の内部で回転させる。このように加熱体３０を回転させることで、加熱体３０の表面における液境膜を更新することができるため、加熱体３０を常に新たな液体（濃縮されていない液体）と接触させることができ、伝熱効率が高められる。このとき、図６に示すように、加熱体３０の側部３１の外壁筒３１ａと接触する液体は、遠心力により外径側に移動し、これにより外壁筒３１ａの表面における液境膜が更新される。一方、側部３１の内壁筒３１ｂと接触する液体は、遠心力により連結チューブ３５の貫通孔３５ａを通過して外径側に抜け、これにより内壁筒３１ｂの表面における液境膜が更新される。同様に、図７に示すように、加熱体３０の底部３２の外壁板３２ａと接触する液体は遠心力により外径側に移動し、これにより外壁板３２ａの表面における液境膜が更新される。一方、底部３２の内壁板３２ｂと接触する液体は、遠心力により連結チューブ３６の貫通孔３６ａを通過して外径側に抜け、これにより内壁板３２ｂの表面における液境膜が更新される。以上のように、加熱体３０を回転させ、且つ、加熱体３０の二重壁に貫通孔３５ａ,３６ａを設けることで、加熱体３０の外周壁面及び内周壁面における液境膜を確実に更新することができ、伝熱効率が大幅に高められた。
【００３２】
加熱体３０への熱媒体の供給は、以下のように行なわれる。まず、図１に示すように、第２次液室Ｍ２の回転軸２０に設けられた回転継手５３の蒸気入口５４から、第２次濃縮の熱媒体としての加熱蒸気を供給する。この加熱蒸気が、図２に示すように、回転軸２０の蒸気通路２３を介して加熱体３０の蒸気通路３３ａ及び３３ｂに供給され、第２次液室Ｍ２の液体（濃縮液）を加熱濃縮する。加熱蒸気は、加熱体３０で液体との熱交換により凝縮してドレンとなり、図示しない吸引ポンプで吸引され、連結管３４の内部及び小径管２２のドレン通路２４を介して回転継手５３のドレン出口５５から排出される（図１参照）。このドレンは、濃縮する液体と直接接触しておらず、不純物は混入していないため、イオン交換樹脂の充填浴を通す等の特別な処理を要することなく、そのままボイラ給水として再利用できる利点が発揮される。
【００３３】
第２次濃縮により液体から生じた蒸気は、図１に示すように第２次液室Ｍ２の蒸気排出口１９から排出され、配管７２を介して第１次液室Ｍ１の回転軸２０に設けられた回転継手５３の蒸気入口５４に、第１次濃縮の熱媒体として供給される。この蒸気は、液体との熱交換により凝縮してドレンとなる。このドレンは、液体から生じた非凝縮ガス（ＮＣＧ）と共に図示しない吸引ポンプで吸引されて、回転継手５３のドレン出口５５から排出され、図示しないドレンタンクに回収される。このように、第２次濃縮により液体から生じた蒸気を、凝縮させることなくそのまま第１次濃縮の熱媒体として利用することにより、蒸気エネルギーを有効に活用することができる。また、吸引ポンプで吸引して第２次液室Ｍ２を減圧することにより、第２次濃縮により液体から生じた蒸気を凝縮させずに蒸気の状態を維持することができる。
【００３４】
ところで、第２次濃縮では、ボイラから供給された高温の加熱蒸気が熱媒体蒸気として使用される。一方、第１次濃縮の熱媒体蒸気は、第２次濃縮の加熱により液体から生じた蒸気を熱媒体蒸気として利用しているため、第２次濃縮の加熱蒸気よりも温度が低くなる。このように、比較的低温な蒸気で原液を加熱して第１次濃縮を行った後、その濃縮液を高温の加熱蒸気でさらに加熱して第２次濃縮を行なうことにより、加熱蒸気のエネルギーを有効に活用し、効率よく液体を濃縮することができる効用缶となる。
【００３５】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
上記の実施形態では、第２次液室Ｍ２の液体から生じた蒸気を第１次液室Ｍ１の熱媒体蒸気として利用する、いわゆる２重効用式濃縮器を示しているが、この２重効用式濃縮器を複数設けることで多重効用式濃縮装置を構成することもできる。具体的には、例えば図８に示すように、上記構成の２重効用式濃縮器１を３台設け、第１次液室Ｍ１〜第６次液室Ｍ６を有する６重効用式の濃縮装置を構成することができる。この濃縮装置では、第１次液室Ｍ１に供給された液体が、各液室Ｍ１〜Ｍ６を順番に移送されながら濃縮され、第６次液室Ｍ６の製品液排出口（図示省略）から排出される。
【００３７】
各液室の加熱体への熱媒体の供給及び排出は以下のように行なわれる。まず、第２次液室Ｍ２では、蒸気入口５４から熱媒体（加熱蒸気）が供給される。熱交換を終えて凝縮した熱媒体（ドレン）は、ドレン出口５５から排出され、ボイラに供給される。
【００３８】
その他の液室Ｍ１、Ｍ３〜Ｍ６では、他の液室の液体から生じた蒸気が熱媒体蒸気として使用される。具体的には、第２次液室Ｍ２の液体から生じた蒸気Ｖ１が、第１次液室Ｍ１の熱媒体蒸気として使用される。同様に、第１次液室Ｍ１の液体から生じた蒸気Ｖ２が第４次液室Ｍ４の熱媒体蒸気として使用され、第４次液室Ｍ４の液体から生じた蒸気Ｖ３が第３次液室Ｍ３の熱媒体蒸気として使用される。さらに、第３次液室Ｍ３の液体から生じた蒸気Ｖ４が第６次液室Ｍ６の熱媒体蒸気として使用され、第６次液室Ｍ６の液体から生じた蒸気Ｖ５が第５次液室Ｍ５の熱媒体蒸気として使用される。第５次液室Ｍ５の液体から生じた蒸気Ｖ６は、コンデンサＣに供給されて凝縮される。第１次液室Ｍ１及び第３〜６次液室Ｍ３〜Ｍ６から排出されたドレン及び非凝縮蒸気（ＮＣＧ）と、コンデンサＣで凝縮されたドレン及び非凝縮蒸気は、吸引ポンプ（図示省略）で吸引されてドレンタンク（図示省略）に送られる。このように、吸引ポンプで第１次液室Ｍ１及び第３〜６次液室Ｍ３〜Ｍ６を減圧することで、各液室から生じた上記を凝縮させることなく次の液室の熱媒体蒸気として供給することができる。このような多重効用式の濃縮装置によれば、外部から供給した加熱蒸気のエネルギーをより一層有効に活用することができ、ＣＯ2削減に大きく貢献することができる。
【００３９】
以上の実施形態では、加熱体３０を回転させているが、これに限らず、加熱体３０を濃縮缶１０に固定して、他の回転手段により、円筒状の加熱体の円周方向に沿って液体を回転させることで、加熱体３０を液体に対して相対的に回転させるようにしてもよい。ただし、上記の実施形態のように加熱体３０を回転させることにより、液体の濃度が高くなって粘性が増加することで流動性が低下した場合でも、加熱体３０の表面における液境膜が更新される効果により好結果が得られた。
【００４０】
また、以上の実施形態では、一つの濃縮缶１０に二つの液室が設けられているが、これに限らず、一つの濃縮缶に一つの液室、あるいは、三つ以上の液室を設けても良い。
【００４１】
また、以上の実施形態では、加熱体３０が底部３２を有しているが、底部３２を省略し、側部３１のみとすることもできる。この場合、熱媒体（蒸気）を側部３１の蒸気通路３３ｂに供給する連結管が設けられる（図示省略）。
【００４２】
また、以上の実施形態では、加熱体３０に円筒状の連結チューブ３５，３６を設けているが、連結チューブは、加熱体３０の二重壁を貫通する貫通孔が形成され、且つ、二重壁の間の蒸気通路３３ａ，３３ｂの気密性が損なわれない構成であれば、他の構成を採用してもよい。例えば、連絡チューブを、角筒状などの他の形状としてもよい。
【００４３】
また、以上の実施形態では、熱媒体としてボイラで発生させた蒸気を使用しているが、これに限らず、加熱した熱媒体液を使用することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 濃縮器
１０ 濃縮缶
１１ 区画壁
１２ 第１濃縮缶
１３ 第２濃縮缶
１４ 原液供給口
１５ 濃縮液排出口
１６ 濃縮液供給口
１７ 製品液排出口
１８ 蒸気排出口
１９ 蒸気排出口
２０ 回転軸
２１ 大径管
２２ 小径管
２３ 蒸気通路
２４ ドレン通路
３０ 加熱体
３１ 側部（筒状の二重壁）
３１ａ 外壁筒
３１ｂ 内壁筒
３２ 底部
３２ａ 外壁板
３２ｂ 内壁板
３３ａ，３３ｂ 蒸気通路（熱媒体通路）
３４ 連結管
３５，３６ 連結チューブ
３５ａ，３６ａ 貫通孔
４０ 駆動モータ（回転手段）
４１ 伝動軸
５１ シール部
５２ 軸受
５３ 回転継手
５４ 蒸気入口
５５ ドレン出口
６０ 攪拌部材
Ｍ１ 第１次液室
Ｍ２ 第２次液室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体を貯留する濃縮缶と、前記濃縮缶の内部に設けられ、径の異なる外壁筒及び内壁筒からなる筒状の二重壁を有し、該二重壁の内周壁面及び外周壁面で前記液体と接触する加熱体と、前記外筒壁と内筒壁との間に形成された熱媒体通路と、前記加熱体を前記液体に対して相対的に回転させる回転手段とを備えた濃縮器。
【請求項２】
前記加熱体を、前記濃縮缶の内部で回転可能とした請求項１記載の濃縮器。
【請求項３】
前記二重壁を貫通する貫通孔を有する請求項１又は２記載の濃縮器。
【請求項４】
前記外筒壁及び内筒壁を連結する連結チューブを設け、該連結チューブの内孔を前記貫通孔とした請求項３記載の濃縮器。
【請求項５】
径の異なる複数の前記加熱体を設け、一の前記加熱体の内周に他の前記加熱体を配した請求項１〜４の何れかに記載の濃縮器。
【請求項６】
前記濃縮缶の内部を複数の液室に区画し、各液室に前記加熱体を設けた請求項１〜５の何れかに記載の濃縮器。
【請求項７】
前記濃縮缶の内部の複数の液室のうち、一の液室の前記液体から生じた蒸気を他の液室の前記加熱体の熱媒体通路に供給する請求項６記載の濃縮器。
【請求項８】
請求項７記載の濃縮器を複数有し、一の濃縮器の前記他の液室から生じた蒸気を、他の濃縮器の前記一の液室の前記加熱体の熱媒体通路に供給する多重効用式濃縮装置。
【請求項１】
内部に液体を貯留する濃縮缶と、前記濃縮缶の内部に設けられ、径の異なる外壁筒及び内壁筒からなる筒状の二重壁を有し、該二重壁の内周壁面及び外周壁面で前記液体と接触する加熱体と、前記外筒壁と内筒壁との間に形成された熱媒体通路と、前記加熱体を前記液体に対して相対的に回転させる回転手段とを備えた濃縮器。
【請求項２】
前記加熱体を、前記濃縮缶の内部で回転可能とした請求項１記載の濃縮器。
【請求項３】
前記二重壁を貫通する貫通孔を有する請求項１又は２記載の濃縮器。
【請求項４】
前記外筒壁及び内筒壁を連結する連結チューブを設け、該連結チューブの内孔を前記貫通孔とした請求項３記載の濃縮器。
【請求項５】
径の異なる複数の前記加熱体を設け、一の前記加熱体の内周に他の前記加熱体を配した請求項１〜４の何れかに記載の濃縮器。
【請求項６】
前記濃縮缶の内部を複数の液室に区画し、各液室に前記加熱体を設けた請求項１〜５の何れかに記載の濃縮器。
【請求項７】
前記濃縮缶の内部の複数の液室のうち、一の液室の前記液体から生じた蒸気を他の液室の前記加熱体の熱媒体通路に供給する請求項６記載の濃縮器。
【請求項８】
請求項７記載の濃縮器を複数有し、一の濃縮器の前記他の液室から生じた蒸気を、他の濃縮器の前記一の液室の前記加熱体の熱媒体通路に供給する多重効用式濃縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１８２７２（Ｐ２０１１−２１８２７２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８８８８２（Ｐ２０１０−８８８８２）
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（５９５０４７３９６）株式会社ジーテック (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（５９５０４７３９６）株式会社ジーテック (2)
【Ｆターム（参考）】
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