JPH03188903A - 加圧式凍結濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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した水溶液
から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（水分）とからなる溶液を一旦凍結させて氷
晶となし、この氷晶を加圧することにより、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が従前より知られている。

これらの装置では、溶液の凝固点（凍結点）が、溶媒（
水分）に対する溶質濃度及び溶液に加えられる圧力によ
っても変化するという物理現象を利用している。

例えば、水溶液の場合では、加圧により凝固点が降下す
るし、水溶液中に含まれる溶質濃度が高いことでもやは
り凝固点が降下することになる。

第６図に従前装置の系統図を示すが、ポンプＰにより母
液用容器３１に注入された原料液３２は冷却用シリンダ
３３に自然落下する。

そして、この冷却用シリンダ３３にある流入口３４ａか
ら入り、流出口３４ｂから出てジャケット３４を循環し
ている冷却媒体３８により原車１液３２は冷やされ、凍
結して氷晶３６となる。

この氷晶３６が牽引体３７により下方へ牽引され、断熱
ｓ３５を経て、下部が狭窄したテーパー孔を有する加圧
筒３８に圧入され、加圧される。

さらにこの加圧筒３８に設けたシャケ、１−４１の流入
口４１ａから入り、流出ｏ４１ｂから排出されて循環し
ている前記冷却媒体３９よりやや高い温度の冷却媒体４
０により氷晶３８が加温され、結氷硬度を下げられるに
れにより氷晶３６より溶質濃度のより高い濃厚液４４が
融解分離し、ポケット４２を経て紡出パイプ４３に流ｔ
１１することになる。

しかしながら、上記の装置に於ては、冷却用シリンダ３
３のｊ；（料液３２が通過する内管は管内径が均一な細
長構造であり、しがも冷却用ジャケット３４がその周囲
を取り巻くように設けられていることにより、氷晶３６
の結氷硬度が管長手方向で不均一となる。このため、加
圧筒３８に圧入される結氷硬度が高い氷晶３６ではその
下降速度が急激に減退するとともに、ジャケット４２の
冷却媒体４０による加温で十分に氷晶３６の半融解が進
まず、濃厚液が効果的に氷晶３６より分離されないこと
になる。逆に、氷晶３６の結氷硬度が低すぎると、加圧
筒３８で十分な外圧が加えられないとともに、冷却媒体
４ｏによる加温で氷晶３６の半融解が進みすぎて濃厚液
が槽４５に液漏れするなど処理能力が著しく低下するこ
とになる。

［本発明の目的］ 本発明では、冷却用シリンダにて原料液を結氷させて精
製する水晶の結氷硬度を長手方向で常に均一にならしめ
、かつ氷晶の結氷熟成を円滑に行い結氷内の溶質濃度分
布を均一にすることで、加圧筒に圧入される水晶の結晶
内圧」−夕１を常に一定とするとともに、加圧筒にて加
温されて氷晶が半融解する際に、過剰に融解しすぎて濃
厚液が漏れることを防止する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、本発明の加圧式凍結濃縮
装置は、母液容器を上部に有する垂直な冷却用シリンダ
の下部に、下部を狭窄させたテーパー孔を有する加圧筒
を断熱筒体を介して接続し、前記テーパー孔」一部に濃
厚液回収用の排出パイプを接続し、氷晶牽引用のエンド
レスな抗張線材が前記母液容器、シリンダ内、断熱筒体
内、加圧筒内を」三方から下方に通って回送される装置
で、前記冷却用シリンダを多段とするとともに、その各
冷却用シリンダ内管の断面積が均一でかつ内壁面を蛇行
させ、しかも各冷却用シリンダの冷却温度が異なる構造
のものとしである。

［作　用］ 初めの冷却用シリンダ内で凍結させられた水晶は抗張線
材で下方に牽引させられる際に、その冷却用シリンダ内
を蛇行させることにより水平方向の偏行圧力が種々なる
方向から氷晶に加わる。これにより氷晶内の微小水結晶
がかく拌されその結晶作用が高められることにより氷晶
の結氷硬度が均一に保たれるとともに、溶媒が凍結する
際に効率よく溶質を含んで結氷にするため、溶質濃度分
布も均一となる。この水晶は加圧筒内で良好に加温され
て半融解を行なわしめ、濃厚液の分離作用を促進される
。

［実施例］ 以下本発明の実施例を第１〜５図を用いて以下詳細に説
明する。

ｔ３１図は第１実施例の系統図であり、同図に於いて、
溶質を溶かしこんだ水溶液である原料液３を一次的に蓄
える母液用容器２の下には第１冷却用シリンダ４が設け
られている。この第１冷却用シリンダ４の内管は多段構
造で、しかもその上部内管４ａは末広がりのテーパ孔を
有しており、さらにこの上部内管４ａに無段差で接続さ
れている中部内管４ｂは均一内径の垂直筒体構造である
。そして、この中部内管４ｂの下には、下部内管４ｃが
、その管中心軸４ｅを水装置全体の中心軸線４ｆより下
方を傾斜させて接続されている。

また、この第１冷却用シリンダ４には、内管４ａ、４ｂ
、４ｃを取り巻くようにジャケット５が設けられており
、流入口５ａより冷却用媒体６が図示しないポンプでジ
ャケット５内を循環するように注入されている。さらに
、このジャケット５内を循環した冷却用媒体６は流出【
コ５ｂより排出されている。

第１冷却用シリンタ４の下部には第２冷却用シリンダ８
が、冷却用シリンダ４の下部フランジ４ｄと第２冷却用
シリング８の上部フランジ８ｂとで断熱筒体７を挟んで
接続されている。この第２冷却用シリング８における内
管８ａの内径は断熱筒体７の内径と同一であり、しかも
内管８ａの中心軸８ｄが中心軸線４ｆより」二記シリン
ダ４の下部内管４Ｃとは逆方向に傾斜している。さらに
、この第２冷却用シリンタ８には、この内％’８ａを取
り巻くようにジャケント９が設けられており、流入口９
ａより冷却用媒体ｌＯが図示しないポンプでジャケット
９内を循環するように注入されている。さらにジャケッ
ト９内を循環した冷却用媒体１０は流出口８ｂより排出
されている。

また、第２冷却用シリンダ８の下部には第３冷却用シリ
ンダ１２が、冷却用シリンダ８の下部フランジ８Ｃとこ
の第３冷却用シリンダ１２の上部フランジ＋２ｃとで断
熱筒体１１を挟んで接続されている。この冷却用シリン
ダ１２の上部内管＋２ａはその内管中心軸１２ｅを中心
軸線４ｒより上記第２冷却用シリンタ８の内管８ａとは
反対方向に傾斜させている。また、この第３冷却用シリ
ンダ１２の下部内管＋２ｂの内管中心軸１２ｆは中心軸
線４ｆと同一線」二にある。

この内管１２ａ、１２ｂを取り巻くようにジャケット１
３が設けられており、流入口１３ａより冷却用媒体１４
が図示しないポンプでこのジャケット１３内を循環する
ように注入されている。さらに、ジャケラ）１３内を循
環した冷却用媒体１４は流出口１３ｂより排出されてい
る。

この第３冷却用シリンダ１２の下部には、加圧筒１５が
その１一部フランジ１５ａと第３冷却用シリンダ１２の
下部フランジ＋２ｄとで断熱筒体１８を挟んで接続され
ている。

この加圧筒１５は、内壁面の下部が狭窄したテーパ孔を
有し、さらにその内壁上端部には液溜め用の凹みポケッ
ト１８が設けられており、このポケット１８には排出パ
イプ２０が接続されている。

また、加圧筒１５には円周方向に取り巻くジャケット１
６が設けられており、このジャケット１６の流入口ＩＥ
ｔａから図示しないポンプによって冷却用媒体１７が注
入され、さらにこのジャケットＩｔ（内を循環した冷却
用媒体１７は流出口ｔａｂより排出されている。さらに
また、加圧筒１５の下部には処理済氷晶受は用の槽２１
が設けられている。

以上のように第１冷却用シリンダ４の中部内管４ｂから
第３冷却用シリンダ１２の下部内管＋２ｂまでの各内管
は、同一内径を有するとともに、その内壁面を蛇行した
経路を形成した構造のものとなっている。

また、本装置の中心軸線上には、母液用容器２及び第１
、第２、第３の各冷却用シリンダ各部及び加圧筒１５の
各内管を上下方向に貫通する牽引用の抗張線材であるエ
ンドレスな鎖２４が図示しないモータにより下降回送さ
れている。さらにまた、容器２の１一方には原料液３を
容器２に注入するポンプｌが設けられている。

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１によって原料液３が容器２に注がれ、原料液３
は容器２かも第１冷却用シリンダ４の上部内管４ａに下
降する。

そして、第１冷却用シリンダ４のジャケット５を循環し
ている一２０℃前後の温度である冷却用媒体６に原料液
３は冷却されて結氷し、氷晶２３となる。

この氷晶２３は鎖２４を中心にして結氷しているため、
鎖２４に牽引されて中部内管４ｂ以下の各内管を下降す
る。冷却初期における氷晶２３は溶質を含んだ氷である
微小結晶と水溶液が混在する半結晶状態にあるが、この
半結晶状＃；にある氷晶２３が傾斜している下部内管４
Ｃを通過する際に、その傾斜により氷晶２３は偏向圧力
を受ける。これにより、氷晶２３内の微小結晶は移動か
く拌され、他の水溶液と結合して結晶作用を高めること
になる。この後、氷晶２３は断熱筒体７を通過して第２
冷却用シリンダ８に鎖２４で牽引される。この冷却用シ
リンダ８の内管８ａは」二記下部内管４Ｃとは異なる傾
斜方向を有しているため、氷晶２３は新たな方向に偏向
圧力を受けて微小結晶がかく拌されて結晶作用をさらに
高められる。また、第１冷却用シリンダ４より冷却媒体
の温度が一１５℃前後と高いため結氷速度が低く押えら
れることで、溶質を十分に含んだ氷結晶となる。

このように結晶状態を熟成させた氷晶２３はさらに鎖２
４で牽引されて断熱筒体１１を経て第３冷却用シリンダ
１２に導入される。ここでは、ジャケット１３を循環し
ている冷却用媒体間が一８℃前後で冷却されているため
、」二記第１及び第２の冷却用シリンダと異なり、氷晶
２３はその結氷硬度を逆に下げられることになる。この
後に、氷晶２３は断熱筒体１８を経て、加圧筒１５に牽
引される。この加圧筒１５のジャケット１Ｂを循環して
いる冷却用媒体１７は２〜３℃の温度であるため、氷晶
２３は加温されて半融解する。さらに、加圧筒１５のテ
ーパ孔により上方から鎖２４で牽引圧入される氷晶２３
は、筒１５内の下部はど氷晶内圧が高く、上部はどその
水晶内圧が低くなっている。

しかして、氷晶２３の凝固点は圧力が高いほど、また溶
質濃度が高いほど低下することにより、加圧筒１５内を
通過する氷晶２３は下方に移動するにつれて、溶質濃度
の高い漕厚液２２が氷晶２３より順次融解分離するとと
もに、圧力の低い上方に絞り出されてボケッ）Ｉｌｌに
流入する。

このポケッ）１９に流入した濃厚液２２は排出パイプ２
０により図示しないタンクに流出し、備蓄される。

また、加圧筒１５を通過した溶質濃度の低い残存氷晶２
３は槽２１に落下する。

次に、第２図に第２実施例を示す。

本装置に於て、第１実施例と同様の物には同一符号を第
２図上でイリしている。

第２図に於て、第１の冷却用シリンダ４内の内管４ｇは
常に均一な内径を有しており、かつ本装置中心軸線４ｆ
から−に下位置に応じた偏心距離を有する蛇行経路を形
成している６第２の冷却用シリンダ８の内管８ｅ及び第
３の冷却用シリンダ１２の内管１２ｇも内管４ｇと同様
に、その内径は常に均一であり、しかも蛇行した経路構
造をなしている。その他の各構造及び機能は第１実施例
と同じである。

さらに、第３実施例を第３〜５図に示す０本装置に於て
、ｉｌｌ実施例と同様の物には同一符号を第３図上で付
している。第３図に於ける第１の冷却用シリンダ４の内
管４ｈの上載図を第４図に、又、その内管４ｈの一部を
切断した概観図を第５図に示す。

内管４ｈの入口部４１は、第４図面上の左右方向を長径
とし、前後方向を短径とする楕円形を有してしる。そし
て、この内管４ｈの管内形状は、入口部４１から中央部
４ｊに向かって、入口部４１に於ける短径が伸張して長
径となり、しかも入口部４１に於る長径が短縮して短径
となるような楕円形に変化する。

したがって、内管４ｈの中央部４Ｊは、その形状を図面
上左右方向を短径とし、前後方向を長径とした楕円形状
となっている。さらに、内管４ｈは出口部４にで再び入
口部４層と同様に第４図の左右方向を長径とし、前後方
向を短径とする楕円形状を有しているように変形する。

以上のように、内管４ｈは、その内形状を上下位置に応
じて長径と短径の長さを変化させ、しかもその内管の水
平断面積が常に均一な楕円形状を有するようになだらか
に変形したものである。さらに、第２の冷却用シリンダ
８の内管８ｆ及び第３の冷却用シリンダ１２の内管１２
ｈも内管４ｈと同様な構造を有している。その他の各構
造及び機能は第１実施例と同じである。

４ このように、第１、第２、第３の各冷却用シリンダの内
管断面積が常に均一であり、しかもその内壁面にうねり
を有するようにしたことにより、これら冷却用シリンダ
内管を通過する氷晶２３は水平面上で偏向圧力を加えら
え氷結晶密度が高まるとともに、氷晶２３内の溶質濃度
を均一にすることができる。

［発明の効果］ 以上述べたごとく、本発明によれば、原料液を冷却して
氷晶とする冷却用シリンダ内管の構造を、その内壁面を
蛇行させたことでその内管を通過する氷晶に水平方向の
偏向圧力を加えるようにしたので、氷晶中の微小結晶を
かく拌させて結氷熟成を円滑に行なわせた。これにより
水晶全体の結氷硬度を常に均一にならしめるとともに、
溶質濃度分布も常に均一とすることができる。また、加
圧筒に圧入される氷晶の結晶内圧」二Ａは結氷硬度が常
に均一であることにより一定となり、しかも加温された
氷晶は良好に半融解するため、溶質濃度の高い濃厚液を
漏出することなく敏速にかつ良好に氷晶より分離精製す
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２実施例を示す系統断面図、 第３図は本発明の第３実施例を示す系統断面図、 第４図は本発明の第３実施例における冷却用シリンダ内
管の上観図。 第５図は本発明の第３実施例における冷却用シリンダ内
管の外観図、 第６図は従来例のものを示す図である。 図　　中 １・拳ポンプ　　　２目容器 ３１原料液　　　４０第１冷却用シリンダ４ａ・・上部
内管　　４ｂ−−中部内管４ｃ・・下部内管 ４ｄ、８ｂ、８ｃ、１２ｃ、１２ｄ、１５ａ　・・７ラ
ンジ４ｇ、４ｈ　　　・内管　　４ｆ・・中心軸線５　
、９　、１３．Ｉｆｆ　　　・ジャケット５ａ、９ａ、
１３ａ、１Ｂａ　　ｍ流入口５ｂ、９ｂ、　＋３ｂ、ｆ
ｅｂ　　・流出口６　、　＋０．１４．１７・・冷却用
媒体７　、　Ｉ＋、１８　　・断熱筒体 ８１第２冷却用シリンダ ８ａ、８ｅ、ＩＮ・・内管　１２・・第３冷却用シリン
ダ１５・・加圧筒　　　１８・・凹みポケット２０−・
排出バイブ　２１・・槽 ２２・・濃厚液　　　２３・・氷晶 ２４・・鎖

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　母液容器を上部に有する垂直な冷却用シリンダの下部
   に、下部を狭窄させたテーパー孔を有する加圧筒を断熱
   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、氷晶牽引用のエンドレスな抗
   張線材が前記母液容器、シリンダ内、断熱筒体内、加圧
   筒内を上方から下方に通って回送される装置で、前記冷
   却用シリンダを多段とするとともに、その各冷却用シリ
   ンダ内管の断面積が均一でかつ内壁面を蛇行させ、しか
   も各冷却用シリンダの冷却温度が異なることを特徴とす
   る加圧式凍結濃縮装置。