JPH0724721B2 - 遠赤外線加熱式減圧濃縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は医薬品、食品、化学品等のような被濃縮物を減
圧下で加熱濃縮する減圧濃縮装置に関する。

この種の減圧濃縮装置は、例えば、乳酸菌、ビフィズス
菌等のような熱により死滅し易い菌体の濃縮の分野、或
いは、プロテアーゼ、リパーゼその他熱に弱い酵素の濃
縮の分野、或いは、抗生物質、生薬、生理活性物質、ビ
タミン類、アミノ酸類等のような医薬品又は化学品の濃
縮の分野、或いは、調味料、果汁、甘味料、嗜好飲料、
乳製品、各種エキス等のような食品の濃縮の分野に利用
することができる。

〔従来の技術〕

従来の減圧（又は真空）濃縮装置における加熱方式とし
ては、熱媒体として飽和蒸気等を用いて加熱管壁を隔て
て被濃縮物に伝熱させるいわゆる伝導加熱方式が一般に
用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

伝導加熱方式の加熱管を用いた従来の減圧濃縮装置は次
のような欠点を有している。

（１）熱の利用効率が悪いため、長い濃縮時間と広い受
熱面積が必要となる。

（２）加熱管が直接被濃縮物に接触するため、被濃縮物
によっては加熱管が早期に劣化する虞れがあり、加熱管
の劣化により熱媒体が濃縮槽内に漏洩する危険性があ
る。したがって、医薬品、食品等のような被濃縮物の濃
縮に用いる場合、必要な衛生状態（無菌、純度等）の確
保が難しい。

（３）熱媒体供給装置及び熱媒体回収装置が必要である
ため、設備が大型化し、熱媒体の供給、回収等の操作が
煩雑となる。

本発明は、上記欠点を除去し、被濃縮物を減圧下で効果
的に加熱濃縮することができる減圧濃縮装置を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明によれば、濃縮槽内を
排気し減圧しながら濃縮槽内の被濃縮物を加熱すること
により濃縮する減圧濃縮装置において、濃縮槽内にほぼ
水平方向に延びる複数個のトレイを上下方向に間隔を隔
てて多段状に配置すると共に最上段のトレイ上に供給さ
れた被濃縮物を順次下方のトレイに導くことにより各ト
レイの表面に沿って被濃縮物を順次流動させ、各トレイ
の表面上を流動する被濃縮物と接触しないように各トレ
イの表面上方にそれぞれ遠赤外線放射体を配置して各遠
赤外線放射体により対応するトレイの全表面を加熱する
ようにしている。

〔作 用〕

遠赤外線放射体による加熱方式は、伝導加熱ではなく、
放射加熱であるため、放射体から放出される遠赤外線に
より被濃縮物を直接加熱することができる。

また、ほぼ水平方向に延びる複数個のトレイを多段状に
配置して被濃縮物を各トレイの表面に沿いつつ下方のト
レイに順次流動させるようにしているので被濃縮物の加
熱時間が長くされると共に受熱表面積が大きくされる。
しかも対応する遠赤外線放射体により各トレイの全表面
を加熱するようにしているので各トレイの表面に沿いつ
つ流動する全ての被濃縮物が加熱される。さらに、各遠
赤外線放射体により各トレイの全表面を加熱するように
しているので被濃縮物が広範囲にわたり均一に加熱され
る。さらにまた、遠赤外線放射体を被濃縮物と接触しな
いように配置しているので遠赤外線放射体が早期に劣化
するのが阻止される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す遠赤外線加熱式減圧
濃縮装置の構成図である。この図を参照すると、遠赤外
線加熱式減圧濃縮装置は減圧に耐え得る濃縮槽11を備え
ており、濃縮槽11は途中に排気弁13を備えた減圧配管12
を介して凝縮器14に連結されている。凝縮器14には凝縮
用冷却装置15からの冷媒によって冷却される凝縮管14a
が配設されており、この凝縮管14aにより、濃縮槽11内
で発生する水蒸気が凝縮される。凝縮器14は減圧配管16
を介して真空ポンプ等のような減圧装置17に連結されて
いる。減圧装置17は濃縮槽11の内部の真空度を例えば10
〜100Torrに保ち得る能力を備えている。

濃縮槽11には被濃縮物Ａである原液を濃縮槽11内に供給
するための原液配管18が接続されており、原液配管18は
原液供給ポンプ19を介して原液槽20に連結されている。
また、所定濃度まで濃縮された被濃縮物Ａを濃縮槽11の
外部に排出するために、濃縮槽11は貯蔵チャンバ21及び
その排出切替弁22,23を介して濃縮液槽24に連結されて
いる。切替弁22,23を交互に開閉動作させることによ
り、濃縮槽11内の真空度の低下を防止しつつ被濃縮物Ａ
を濃縮槽11の外部に取り出すことができる。

濃縮槽11の内部には濃縮槽11内に供給される被濃縮物Ａ
を自然流下させるための複数個（図示実施例では６個）
のトレイ25が上下方向に多段に配設されている。１段目
すなわち最上段のトレイ25には原液配管18から被濃縮物
Ａが供給される。トレイ25は上方に大きく開口した皿形
容器の形態を有している。なお、被濃縮物Ａの処理量や
必要な蒸発量等に応じてトレイ25の段数を適宜に選定す
ることができる。

トレイ25に沿って流下する間の水分の蒸発による被濃縮
物Ａの減量に対しトレイ25内の被濃縮物Ａの液深を一定
にするために、少なくとも上から２段目以降（図示実施
例では４段目）のトレイ25から１段目のトレイ25に被濃
縮物Ａを循環させる循環装置26が設けられている。循環
装置26として、図示実施例では、循環液ポンプ27と循環
液配管28との組合せが用いられている。

また、循環液を抜き出すトレイ25よりも下方のトレイ25
には振動搬送装置29が設けられている。この振動搬送装
置29はトレイ25に振動を与えることにより、トレイ25内
のスラリー化した被濃縮物Ａ或いは被濃縮物Ａから析出
した結晶等を強制的に流下させる役割りを果たす。振動
搬送装置29を設けるべきトレイ25は被濃縮物Ａのスラリ
ー化度合等に応じて適宜に選定することができる。

トレイ25上方にはトレイ25内の被濃縮物Ａに遠赤外線を
照射し加熱するための遠赤外線放射体30が配設されてい
る。図示実施例では遠赤外線放射体30の形状が棒状であ
るが、板上、ランプ状等の形状のものを使用することが
でき、またこれら各種形状の遠赤外線放射体30を適宜に
組み合わせて使用することもできる。棒状及びランプ状
の遠赤外線放射体30を使用する場合、遠赤外線反射体31
を利用することができる。

図示実施例では、棒状の複数本の遠赤外線放射体30がト
レイ25の被濃縮物流下面に対し平行に且つ被濃縮物の流
下方向に平行に互いに間隔を開て配列されており、各遠
赤外線放射体30のほぼ上半分を覆うように反射体31が配
設されている。反射体31で反射した遠赤外線はトレイ25
内の被濃縮物Ａに照射される。

内部構造の図示は省略されているが、遠赤外線放射体30
は内部に加熱源を収容した外殻体を有している。該外殻
体はセラミックで作ることができるが、金属製の外殻体
の外表面にセラミック溶射コーティング膜を形成した構
造としてもよい。遠赤外線放射体30に使用するセラミッ
クとしては、アルミニウム、マグネシウム、クロム、ケ
イ素、ジルコニウム、ベリリウム、リチウム、チタニウ
ム、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、アンチモン
及びスズのうちいのいずれか１種又は２種以上の酸化物
とすることができる。

遠赤外線放射体30の加熱源すなわち一次発熱体として
は、ニクロム線ヒータ等のような電熱ヒータ、スチー
ム、燃焼ガス等を使用できるが、放射体30の外殻体の劣
化による加熱源の漏洩を防止する観点から、図示実施例
では電熱ヒータが用いられている。

トレイ25内の非濃縮物Ａの液温は濃縮槽11内の真空度を
飽和蒸気圧とする飽和温度よりも僅かに低い温度、例え
ば10〜50℃に維持されることが望ましい。この目的のた
めに、図示実施例では、遠赤外線放射体30の表面温度を
各センサ33により検出して遠赤外線放射体30による熱負
荷（ここでは電熱ヒータに供給する電流）を制御する温
度制御装置32が遠赤外線放射体30に接続されて設けられ
ている。ここでは、単一のセンサ33による温度検出に基
づいて全遠赤外線放射体30の温度制御を行なうように構
成されているが、複数個のセンサにより各段の遠赤外線
放射体30の表面温度を検出し、各段毎に遠赤外線放射体
30の温度制御を行なうように構成してもよい。

上記構成を有する遠赤外線加熱式減圧濃縮装置により被
濃縮物Ａの減圧濃縮を行なう場合、まず、凝縮用冷却装
置15を作動し、減圧装置17の作動によって濃縮槽11内を
例えば60Torrの真空度に維持する。

次いで、原液供給ポンプ19を作動し、原液槽20内の被濃
縮物Ａをポンプ19により濃縮槽11内の最上段のトレイ25
に供給する。被濃縮物Ａの供給と同時に、遠赤外線放射
体30を発熱させ、循環液ポンプ27及び振動搬送装置29を
作動する。遠赤外線放射体30はトレイ25内の被濃縮物Ａ
の液温が例えば40℃に保たれるように温度制御装置32に
より制御される。

被濃縮物Ａが多段のトレイ25内を自然流下している間
に、遠赤外線放射体30から水分の蒸発に有効な遠赤外線
が被濃縮物Ａに照射される。これにより、被濃縮物Ａ内
の水分が蒸発して被濃縮物Ａが濃縮される。被濃縮物Ａ
から蒸発した水分は凝縮器14によって凝縮される。被濃
縮物Ａの一部は循環液ポンプ27により循環される。

濃縮された被濃縮物Ａは貯蔵チャンバ21及びその前後の
排出切替弁22,23を経て濃縮液槽24内に貯蔵される。

上記に例示したような作業条件によれば、例えば各種ア
ミノ酸を含有する溶液（濃度3wt％）を40/Hr程度の連
続処理によって10vol％（アミノ酸濃度30wt％）まで減
容でき、品質の良好な濃縮液が得られることが確認され
た。得られる濃縮液は安定性に優れ、長期の保存が可能
である。しかも、水を加えて元の濃度まで戻せば元通り
の物性に復元する。

ところで、一般に、遠赤外線放射体の赤外線放射特性と
して赤外線放射スペクトルでは遠赤外線領域での放射率
が高く、赤外線放射エネルギでは通常の使用温度範囲
（20〜600℃）において波長４〜８μｍ、特に６μｍ付
近に放射エネルギのピークがある。一方、水の赤外線吸
収特性として波長3,6,15μｍ付近の遠赤外線波長域に吸
収のピークがある。したがって、被濃縮物から蒸発すべ
き低沸点成分が水である場合には、蒸発すべき水の赤外
線吸収特性と加熱源である遠赤外線放射体の赤外線放射
特性とが良く合致しているので、遠赤外線放射体を用い
ることによって被濃縮物に対し効率的にエネルギを供給
することができる。

第２図及び第３図は本発明の第２実施例を示すものであ
る。これらの図において上記実施例と同様の構成要素に
は同一の参照符号が付されている。この第２実施例で
は、第３図に詳細に示すように、トレイ25が少なくとも
被濃縮物Ａとの接触表面にセラミック溶射コーティング
膜25aを有しており、また、１段目すなわち最上段のト
レイ25の上方の遠赤外線放射体30に対してのみ遠赤外線
反射体31が設けられている。トレイ25に使用されるセラ
ミックとしては、前述した遠赤外線放射体30のためのセ
ラミックと同様の材料を用いることができる。

したがって、２段目以降のトレイ25内の被濃縮物Ａはそ
の上方の遠赤外線放射体30から遠赤外線を照射されるだ
けでなく、トレイ25の下方の遠赤外線放射体30からの熱
によりトレイ25自体がセラミックコーティング膜25aに
よる遠赤外線放射体となり、トレイ25内の被濃縮物Ａに
遠赤外線を照射する。したがって、トレイ25内の被濃縮
物Ａを更に効率良く濃縮することができる。なお、この
実施例において、第２図に示されていない部分は第１実
施例の構成と同様であり、図面の簡潔化のために図示が
省略されている。

第４図は本発明の第３実施例を示すものである。この図
において上記実施例と同様の構成要素には同一の参照符
号が付されている。この実施例では、濃縮槽11内に供給
された被濃縮物Ａの液温を例えば循環液配管28の途中に
設けたセンサ33により検出して遠赤外線放射体30による
熱負荷を制御する温度制御装置32が遠赤外線放射体30に
接続されて設けられている。なお、この実施例におい
て、第４図に示されていない部分は第１実施例の構成と
同様であり、図面の簡潔化のために図示が省略されてい
る。この実施例によっても、第１実施例と同様の作用効
果が得られる。

以上、好ましい実施例につき説明したが、本発明は上記
実施例の態様のみに限定されるものではなく、当業者で
あれば特許請求の範囲に記載した発明の範囲内において
更に種々の変更を加えることができるであろう。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、ほぼ水
平方向に延びる複数個のトレイを多段状に配置して被濃
縮物を各トレイの表面に沿いつつ下方のトレイに順次流
動させるようにしているので被濃縮物の加熱時間を長く
することができると共に受熱表面積を大きくすることが
でき、しかも対応する遠赤外線放射体により各トレイの
全表面を加熱するようにしているので各トレイの表面に
沿いつつ流動する全ての被濃縮物を加熱することができ
る。したがって被濃縮物を効率的に加熱することができ
る。また、各遠赤外線放射体により各トレイの全表面を
加熱することにより被濃縮物を広範囲にわたり均一に加
熱することができる。さらに、遠赤外線放射体を被濃縮
物と接触しないように配置しているので遠赤外線放射体
が早期に劣化するのを阻止することができる。したがっ
て、小型で処理能力及び信頼性の高い遠赤外線加熱式減
圧濃縮装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す遠赤外線加熱式減圧
濃縮装置の概略構成図、 第２図は本発明の第２実施例を示す遠赤外線加熱式減圧
濃縮装置の要部概略構成図、 第３図は第２図に示す濃縮槽内のトレイの拡大断面図、 第４図は本発明の第３実施例を示す遠赤外線加熱式減圧
濃縮装置の要部概略構成図である。 図において、11は濃縮槽、14は凝縮器、17は減圧装置、
18は原液供給配管、24は濃縮液槽、25はトレイ、25aは
セラミック溶射コーティング膜、26は循環装置、29は振
動搬送装置をそれぞれ示す。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濃縮槽内を排気し減圧しながら濃縮槽内の
   被濃縮物を加熱することにより濃縮する減圧濃縮装置に
   おいて、濃縮槽内にほぼ水平方向に延びる複数個のトレ
   イを上下方向に間隔を隔てて多段状に配置すると共に最
   上段のトレイ上に供給された被濃縮物を順次下方のトレ
   イに導くことにより各トレイの表面に沿って被濃縮物を
   順次流動させ、各トレイの表面上を流動する被濃縮物と
   接触しないように各トレイの表面上方にそれぞれ遠赤外
   線放射体を配置して各遠赤外線放射体により対応するト
   レイの全表面を加熱するようにした遠赤外線加熱式減圧
   濃縮装置。
2. 【請求項２】複数個のトレイのうち２段目以降のいずれ
   かのトレイの表面上を流動する被濃縮物の一部を最上段
   のトレイに供給することにより被濃縮物を循環させるよ
   うにする循環装置を設けた特許請求の範囲第１項に記載
   の遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
3. 【請求項３】循環装置に被濃縮物を送り込むトレイより
   も下方に位置するトレイのうちの少なくとも１つのトレ
   イに振動搬送装置を設けて該振動搬送装置により対応す
   るトレイを振動させることにより該トレイの表面上の被
   濃縮物を流動させるようにした特許請求の範囲第２項に
   記載の遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
4. 【請求項４】遠赤外線放射体から放射される遠赤外線を
   対応するトレイの表面に向けて反射する遠赤外線反射体
   を設けた特許請求の範囲第１項に記載の遠赤外線加熱式
   減圧濃縮装置。
5. 【請求項５】最上段のトレイの表面上方に配置された遠
   赤外線放射体から放射される遠赤外線を最上段のトレイ
   の表面に向けて反射する遠赤外線反射体を設け、２段目
   以降の各トレイの表面上方に配置された遠赤外線放射体
   から放射される遠赤外線を対応するトレイの表面に向か
   わせると共に該遠赤外線放射体の直上方に位置するトレ
   イの底面に向かわせるようにした特許請求の範囲第１項
   に記載の遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
6. 【請求項６】遠赤外線放射体の形状が、棒状、板上、ラ
   ンプ状又はそれらを組み合わせた形状である特許請求の
   範囲第１項に記載の遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
7. 【請求項７】遠赤外線放射体が内部に加熱源を収容した
   外殻体を有しており、該外殻体がセラミックで作られて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の遠
   赤外線加熱式減圧濃縮装置。
8. 【請求項８】遠赤外線放射体が内部に加熱源を収容した
   金属製の外殻体を有しており、該外殻体の外表面にセラ
   ミック層を設けた特許請求の範囲第１項に記載の遠赤外
   線加熱式減圧濃縮装置。
9. 【請求項９】各トレイが少なくとも被濃縮物との接触表
   面にセラミック層を有していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の
   遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
10. 【請求項１０】セラミックが、アルミニウム、マグネシ
    ウム、クロム、ケイ素、ジルコニウム、ベリリウム、リ
    チウム、チタニウム、バナジウム、鉄、コバルト、ニッ
    ケル、アンチモン及びスズのうちのいずれか１種又は２
    種以上の酸化物からなることを特徴とする特許請求の範
    囲第７項から第９項までのいずれか１項に記載の遠赤外
    線加熱式減圧濃縮装置。
11. 【請求項１１】遠赤外線放射体の加熱源が電熱ヒータで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第７項又は第８項
    に記載の遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
12. 【請求項１２】遠赤外線放射体の表面温度を検出して遠
    赤外線放射体による熱負荷を制御する温度制御装置が遠
    赤外線放射体に接続されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項に記載の遠赤外線加熱式減圧濃縮装置。
13. 【請求項１３】濃縮槽内に供給された被濃縮物の温度を
    検出して遠赤外線放射体による熱負荷を制御する温度制
    御装置が遠赤外線放射体に接続されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の遠赤外線加熱式減圧
    濃縮装置。