JPH03249903A - 掻取りブレード付き凍結濃縮装置 - 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
濃縮装置に間する。

［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水晶
となし、さらにこの水晶を加圧加温して水晶中から溶質
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ｏ　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５Ｓにより原車４液５２は冷
却され凍結して水晶５６となる。

この水晶５６が牽引体５７により下方へ牽引され断熱部
５５を紅で、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８１ａ
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により水
晶５θが加温され、結氷硬度を下げられる。これにより
水晶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８３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５
２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、水晶５６
の結氷硬度が結晶全体で常に均一にはならな＋７）。

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し）水溶液から先に凍結する
ため、溶質濃度の高（Ｘ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はど低いもの
となってし）る。

このように作られた水晶５Ｂで１±、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近傍の水晶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
結させて水晶を作る際に、その水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水晶の融解が水晶全体で
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利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、＠記冷却用
シリンダ内で結氷した水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である。

［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φ心に凍結せしめて水晶となし、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。この加圧筒にて水晶を加温加圧す
ると、溶質濃度のより高い水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幽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が設けである。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が接続しであ
るが、その詳細図を第２図に示す。

第２図に於いて、容器２の下部にはポルト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に縁部にポルト７で固定しで
ある。またこのフランジ板６とｗ４１冷却用シ１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が設けである。

この第１冷却用シリンダ４には内管４ｂを取り巻くシャ
ケ−、ト２２が設けてあり、°このジャケラ］・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１゜ンダ４の中心軸
線に一致させて接続しである。

この第２冷却用シリンダ２４には内’１Ｉ２４ａ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１図示しないポンプでＷＩ、２冷却用媒体２６
がこのジャケット２５内に注入しである。そしてこのジ
ャケット２５内を循環した媒体２６は、ジャケラ）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ｖｇ２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が接続しである。この第３冷却用シリンダ２
７には内管２フａを取り巻くジャケット２日が設けてあ
り、このジャケット２日には流入口２８ａと流出口２８
ｂとが上部と下部にそれぞれ設けである。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２日に注入せられ、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が接続しである。

この加圧筒３２の内管３２δは下部が狭窄したテーパー
孔を宥するとともに、この内管３２δを取り巻くジャケ
ット３３を設けである。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＆（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が接続しである。

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下部には処理済水晶受は用の槽
３８が接続しである。

上記の１ｇｌ冷却用シリンダ４、第２冷却用シリンダ２
４、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水晶牽引用の抗張線
材であるエンドレスな鎖３９が図示しないモータで下降
回送しである。

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＋１１１８ａ、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８
Ｃが設けである。さらに、このリング歯７１ｉ８は、シ
リンダ４外側面に設けてなるフランジれにポルト１４で
固定したギヤーポー７クス１２の回転軸に嵌合せしめた
ギヤ１１と噛み合っている。またこのギヤーボックス１
２にはモータ１３を連結せしめである。

さらにまた前記リング歯車８の内周縁部には４木のロッ
ド１５が９０゛間隔に貫通重殺せしめてあり、その上端
をナツト１Ｂで各々リング歯車８に固定せしめである。

この４木のロッド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に環装固定しである。さらにこれ
ら４本のロー、ド１５には水晶掻取リブレード２０が上
下２枚づうビス２１で取り付けである９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
循環する一２０’Ｏ前後の温度を有する＠ｌ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ｌ
は凍結し鎖３３を中心に水晶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５これにより４木のロッド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
面に付着した水晶４０を擾取ってゆく、この原料液１が
凝固して水晶４０になる場合に、原料液１の溶ｊｌｔ濃
度分布が液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の水晶４０の掻
取り作用とともに水晶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水晶４０になる。

この水晶４０は下降回送されている鎖３８で矛弓されて
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内の一１５℃前後の第２冷却用媒体２日に
よる冷却でこの水晶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
れた水晶４ｏは鎖３８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の温度が一８℃前
後であるため、水晶４ｏ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水
晶４ｏ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１度が２〜３℃
前後の温度であるがため、水晶４ｏ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水晶４ｏは、その下部はど水晶内
圧が高く上部はど逆に水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
力「圧部３２に圧入される水晶４ｏからは溶ＪＲ濃度の
高い濃厚液４■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、水晶４０の凝固点がそ
の水晶内圧が高いほど、また溶質濃度が高いほど低下す
ることによる。

しかしてこの凹ボケ−、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を通過した残在水晶
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を凍結せしめて水晶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水晶を回
転して掻取るブレードを設けたことと、このブレードの
回転により水晶がかく拌されることにより、製造される
水晶４０内の溶質濃度分布が均一となるとともに、水晶
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水晶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木としたが、それ以外の本数のロッドを設けるように
してもよいし、ブレードも下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、−枚以上の水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、ブレードを取り行けたロッドを回転させる機
構として上例ではギヤ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つのブーりに掛は合
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フトを
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ａＳ度の低いＭ
１液を冷却し凍結せしめて水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
一にならしめた水晶を作ることができる。

これにより、加圧筒に圧入された水晶は、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水晶部分がより早
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、？ａ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ｉ＄２図のｍ−ｍ線断面図、 第４図は従来例のものを示す図である。 図　　中 エ　−原料液　　　　２・・母液用容器３・会ポンプ ４・・第１冷却用シリンダ ４ａ１フランジ　　　４ｂ−−内管 ４０ｓａ間隔　　　　　５０ボルト ６・・フランジ板　　７−−ポルシト ８１１　リング歯車　　８ａ　、　８ｂ　働・円形溝８
．１０・書ベアリング　＋１−・ギヤ１２拳・ギヤーボ
ックス１３−φ１モータ１４−−ポルト　　　　１５−
ｊロッドＩｆｉ−・ナツト１７．１８　’−−補強用リ
ング１９＠・ビス ２０・・水晶掻取りブレード ２１・・ビス　　　　　２２・拳ジャケット２２ａ　　
　φ流入口　　　２２ｂ中流出口２３自第１冷却用奴体 ２４醗・１ｇ２冷却用シリンダ ４ａ ５ａ Ｂ　− ２７１＋ ７ａ ８１１ ８ｂ ０１１ ３２　＠ ３３　・ ３ｂ ３５　＠ ３７　・ ９１１ １− 中内管　　　　２５拳・ジャケット ・流入口　　　２５ｂ　・・流出口 ・第２冷却用媒体 ・第３冷却用シリンダ ・内管　　　　２７ｂ目フランジ 拳ジャケット　　２８ａ　　・流入口 ・流出口　　　２３・・第３冷却用媒体争断熱筒体　　
　３１・・フランジ ・加圧筒　　　　３２ａ−會内管 ・ジャケット　　３３ａ　　　・流入口φ流出口　　　
３４・・第４冷却用媒体・凹みポケット３６・・積出用
パイプ Φフランジ　　　３８１槽 −＠ｌ　　　　　　　４０φ・水晶 ・濃厚液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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水晶
   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ィールを
   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、このホィ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。