特開 2022-24899 同軸蒸発装置およびそれを用いた蒸発システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022024899

(43)【公開日】2022-02-09

(54)【発明の名称】同軸蒸発装置およびそれを用いた蒸発システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 1/22 20060101AFI20220202BHJP

【ＦＩ】

B01D1/22 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020127731

(22)【出願日】2020-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】390006264

【氏名又は名称】関西化学機械製作株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100182084

【弁理士】

【氏名又は名称】中道 佳博

(74)【代理人】

【識別番号】100207136

【弁理士】

【氏名又は名称】藤原 有希

(72)【発明者】

【氏名】山路 寛司

(72)【発明者】

【氏名】高石 晃

(72)【発明者】

【氏名】野田 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼ 涛

【テーマコード（参考）】

4D076

【Ｆターム（参考）】

4D076AA03

4D076AA22

4D076AA24

4D076BA18

4D076CB05

4D076CD04

4D076CD07

4D076CD22

4D076CD27

4D076CD35

4D076DA10

4D076DA25

(57)【要約】

【課題】 粘性の高低に関わらず原料液から、揮発成分と濃縮液との分離かつ回収を行うことができる同軸蒸発装置およびそれを用いた蒸発システムを提供すること。
【解決手段】 本発明の同軸蒸発装置は、上流に原料液の供給口を有し、かつ下流に原料液から揮発成分が蒸発して得られた濃縮液の排出口を有する筒体；筒体内に加熱面と第１の間隙を空けて配置されている回転部であって、筒体内で軸周りに回転可能な回転軸、ならびに外側表面と内側表面とを備え、回転軸の軸周りに内側表面と第２の間隙を空けて回転軸に固定され、かつ外側表面および内側表面を貫通する複数の蒸気口と外側表面上で遠心方向に延びる遠心翼とを有する中空回転体を有する回転部；を備える。ここで、中空回転体は外側表面上かつ遠心翼よりも下流に配置された順方向スクリュー翼を有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

揮発成分を含む原料液を供給して該原料液から該揮発成分を蒸発させるための同軸蒸発装置であって、
内周に加熱面を備え、上流に該原料液の供給口を有し、かつ下流に該原料液から該揮発成分が蒸発して得られた濃縮液の排出口を有する、筒体；
該筒体内に該加熱面と第１の間隙を空けて配置されている、回転部であって、
該筒体内で軸周りに回転可能な回転軸、ならびに
外側表面と内側表面とを備え、該回転軸の軸周りに該内側表面と第２の間隙を空けて該回転軸に固定されており、かつ該外側表面および該内側表面を貫通する複数の蒸気口と該外側表面上で遠心方向に延びる遠心翼とを有する中空回転体、
を有する、回転部；
を備え、
該中空回転体の該第２の間隙が該筒体の上流に配置された揮発成分出口と連絡し、
該中空回転体が、該外側表面上かつ該遠心翼よりも下流に配置された順方向スクリュー翼を有する、同軸蒸発装置。

【請求項2】

前記筒体が水平方向に沿って配置されている、請求項１に記載の同軸蒸発装置。

【請求項3】

前記順方向スクリュー翼が、前記中空回転体の前記外側表面上で、前記筒体の前記排出口が設けられた位置に対応して配置されている、請求項１または２に記載の同軸蒸発装置。

【請求項4】

前記順方向スクリュー翼が、前記中空回転体の前記外側表面上で、該順方向スクリュー翼の最下流端部が前記筒体における前記排出口が設けられた位置と略同じであるか、または下流に位置するように配置されている、請求項３に記載の同軸蒸発装置。

【請求項5】

前記中空回転体において、前記遠心翼の最上流端部から最下流端部までの軸方向長さ（Ｌ_Ｅ）と、前記順方向スクリュー翼の最上流端部から最下流端部までの軸方向長さ（Ｌ_Ｊ）との比（Ｌ_Ｅ／Ｌ_Ｊ）が１／１～２０／１である、請求項１から４のいずれかに記載の同軸蒸発装置。

【請求項6】

前記中空回転体が、前記外側表面上に前記順方向スクリュー翼よりも下流に配置された逆方向スクリュー翼を有する、請求項１から５のいずれかに記載の同軸蒸発装置。

【請求項7】

前記遠心翼が櫛歯状の形態を有する、請求項１から６のいずれかに記載の同軸蒸発装置。

【請求項8】

蒸発システムであって、
請求項１から７のいずれかに記載の同軸蒸発装置と、
該同軸蒸発装置の該供給口に接続された原料液収容槽と、
該同軸蒸発装置の該揮発成分出口に接続された揮発成分回収槽と
を備える、蒸発システム。

【請求項9】

前記揮発成分出口を通じて前記筒体の内部を減圧するための減圧手段を備える、請求項８に記載の蒸発システム。

【請求項10】

前記揮発成分出口から得られた前記揮発成分を凝縮して前記揮発成分回収槽に供給するコンデンサを備える、請求項８または９に記載の蒸発システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同軸蒸発装置およびそれを用いた蒸発システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、食品工業や化学工業の分野において、夾雑物や不純物を含む原料液からの溶媒（揮発成分）の回収または当該原料液の濃縮を行うための薄膜蒸発装置が使用されている。

【0003】

ここで、揮発成分を蒸発させた後の残渣（「濃縮液」ともいう）が例えば０．８Ｐａ・ｓを超えるような高粘度のものとなる場合には、原料液と接触して揮発成分の蒸発を促す加熱面を備える筒体を横向きに配置し、筒体内に配置した回転体を軸方向に回転させることにより当該蒸発を行うとともに、当該筒体からの濃縮液の排出を促す同軸蒸発装置が採用される（例えば、特許文献１）。

【0004】

図６は、特許文献１に記載されるような従来の同軸蒸発装置を表す一部切欠断面図である。

【0005】

従来の同軸蒸発装置６００は、筒体６０２の内部にモーター６０４に軸方向に回転可能に接続された回転部６０６を備える。回転部６０６は、回転軸６０８と当該回転軸６０８と所定の間隙を空けて配置された中空回転体６１０で構成されている。回転軸６０８と中空回転体６１０とは少なくとも一部で固定されており、モーター６０４の駆動によって回転軸６０８と中空回転体６１０とが一緒に回転可能である。中空回転体６１０の外側表面６１２には、複数枚の遠心翼６１４が中空回転体６１０の軸方向に沿って一列に配置されており、そのような遠心翼６１４の列が中空回転体６１０の外側表面に例えば複数列により形成されている。中空回転体６１０はまた、外側表面６１２と内側表面６１６とを貫通する蒸気口６１８が設けられており、回転軸６０８と中空回転体６１０の内側表面６１６との間の間隙は、筒体６０２の上流に設けられた揮発成分出口６２０と連絡している。

【0006】

ここで、筒体６０２の外周に取り付けられたジャケット６２２の熱媒導入口６２３から蒸気などの熱媒が導入されると、筒体６０２の内周に位置する加熱面６２４が加熱される。この状態で、筒体６０２の上流に設けられた原料液の供給口６２６から筒体６０２に揮発成分を含有する原料液を供給すると、筒体６０２に導入された原料液は、下流に向かって流動する。その際、モーター６０４を駆動すると、筒体６０２内の原料液は、回転部６０６（すなわち、回転軸６０８および中空回転体６１０）の回転により遠心翼６１４と接触し、遠心力によって遠心翼６１４の回転方向外側に向かって移動して、最終的に筒体６０２の加熱面６２４に衝突する。そして、加熱面６２４上で原料液中の揮発成分は蒸発して気化し、中空回転体６１０の蒸気口６１８から回転軸６０８と中空回転体６１０の内側表面６１６との間の間隙および揮発成分出口６２０を通って外部に排気される。一方、加熱面６２４上で当該揮発成分が蒸発した後の原料液は、濃縮液としてそのまま筒体６０２内を移動し、筒体６０２の下流に設けられた排出口６２８から排出される。

【0007】

このようにして、従来の同軸蒸発装置６００は、揮発成分を含有する原料液から、揮発成分と残渣となる濃縮液とを分離かつ回収することができる。

【0008】

しかし、従来の同軸蒸発装置６００は、原料液の種類によって上記揮発成分と濃縮液との分離かつ回収を円滑に行うことができないことがあった。例えば、原料液が比較的粘性の高いものであったような場合には、筒体６０２内での揮発成分と濃縮液との分離によって、濃縮液の粘性がさらに高まり、筒体６０２内の移動が妨げられるためである。このため、従来の同軸蒸発装置６００は使用可能な原料液に一部制限があり、こうした制限を解放する点でさらなる技術改良が所望されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特公平６－０９１９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、その目的とするところは、粘性の高低に関わらず原料液から、揮発成分と濃縮液との分離かつ回収を行うことができる同軸蒸発装置およびそれを用いた蒸発システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、揮発成分を含む原料液を供給して該原料液から該揮発成分を蒸発させるための同軸蒸発装置であって、
内周に加熱面を備え、上流に該原料液の供給口を有し、かつ下流に該原料液から該揮発成分が蒸発して得られた濃縮液の排出口を有する、筒体；
該筒体内に該加熱面と第１の間隙を空けて配置されている、回転部であって、
該筒体内で軸周りに回転可能な回転軸、ならびに
外側表面と内側表面とを備え、該回転軸の軸周りに該内側表面と第２の間隙を空けて該回転軸に固定されており、かつ該外側表面および該内側表面を貫通する複数の蒸気口と該外側表面上で遠心方向に延びる遠心翼とを有する中空回転体、
を有する、回転部；
を備え、
該中空回転体の該第２の間隙が該筒体の上流に配置された揮発成分出口と連絡し、
該中空回転体が、該外側表面上かつ該遠心翼よりも下流に配置された順方向スクリュー翼を有する、同軸蒸発装置である。

【0012】

１つの実施形態では、上記筒体は水平方向に沿って配置されている。

【0013】

１つの実施形態では、上記順方向スクリュー翼は、上記中空回転体の上記外側表面上で、上記筒体の上記排出口が設けられた位置に対応して配置されている。

【0014】

さらなる実施形態では、上記順方向スクリュー翼が、上記中空回転体の上記外側表面上で、該順方向スクリュー翼の最下流端部が上記筒体における上記排出口が設けられた位置と略同じであるか、または下流に位置するように配置されている。

【0015】

１つの実施形態では、上記中空回転体において、上記遠心翼の最上流端部から最下流端部までの軸方向長さ（Ｌ_Ｅ）と、上記順方向スクリュー翼の最上流端部から最下流端部までの軸方向長さ（Ｌ_Ｊ）との比（Ｌ_Ｅ／Ｌ_Ｊ）は１／１～２０／１である。

【0016】

１つの実施形態では、上記中空回転体は、上記外側表面上に上記順方向スクリュー翼よりも下流に配置された逆方向スクリュー翼を有する。

【0017】

１つの実施形態では、上記遠心翼は櫛歯状の形態を有する。

【0018】

本発明はまた、蒸発システムであって、
上記同軸蒸発装置と、
該同軸蒸発装置の該供給口に接続された原料液収容槽と、
該同軸蒸発装置の該揮発成分出口に接続された揮発成分回収槽と
を備える、蒸発システムである。

【0019】

１つの実施形態では、本発明の蒸発システムは、上記揮発成分出口を通じて上記筒体の内部を減圧するための減圧手段を備える。

【0020】

１つの実施形態では、本発明の蒸発システムは、上記揮発成分出口から得られた上記揮発成分を凝縮して上記揮発成分回収槽に供給するコンデンサを備える。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、原料液の種類に関わらず、揮発成分と濃縮液との分離かつ回収を効率良く行うことができる。特に粘性の高い原料液を使用したとしても、濃縮液を装置の外部に強制的に排出することができ、装置内で濃縮液の移動が停滞する可能性を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の同軸蒸発装置の一例を表す軸方向の一部切欠断面図である。

【図2】図１に示す本発明の同軸蒸発装置を構成する回転部の模式図であって、（ａ）は当該回転部の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す回転部のＢ－Ｂ方向拡大断面図である。

【図3】図１に示す本発明の同軸蒸発装置のＡ－Ａ方向断面図である。

【図4】本発明の同軸蒸発装置の他の例を表す軸方向の一部切欠断面図である。

【図5】図１に示す本発明の同軸蒸発装置を含む蒸発システムの構成を模式的に表す図である。

【図6】従来の同軸蒸発装置を表す軸方向の一部切欠断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明について添付の図面を参照して説明する。

【0024】

（同軸蒸発装置）
図１は、本発明の同軸蒸発装置の一例を表す軸方向の一部切欠断面図である。本発明の同軸蒸発装置１００は、筒体１０２および回転部１０６を備える。

【0025】

筒体１０２は、例えば円筒または少なくとも内周が円柱状に切り欠かれた形態を有する。筒体１０２は、上流側から下流側にかけて偏ることなく、好ましくは略均一に内壁に薄膜を形成することができるという理由から、水平方向に沿って配置されている。筒体１０２の内周は加熱面１２４を構成し、後述するジャケットなどの加熱手段を通じて筒体１０２の外周から伝達される熱を放出することができる。筒体１０２の上流には、揮発成分を含有する原料液を内部に供給するための供給口１２６が設けられている。他方、筒体１０２の下流には、原料液から揮発成分が蒸発して得られる濃縮液を当該筒体１０２の外部に排出するための排出口１２８が設けられている。

【0026】

筒体１０２は、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの金属およびこれらの組合せのいずれかでなる材料から構成されている。筒体１０２の内周の大きさについては必ずしも限定されるものではないが、軸方向の長さは好ましくは１０ｃｍ～２００ｃｍであり、直径方向の長さは好ましくは１０ｃｍ～２００ｃｍである。筒体１０２がこのような大きさを有していることにより、たとえ粘性の高い原料液であったとしても、当該原料液からの揮発成分と濃縮液との分離かつ回収を効率良く行うことができる。

【0027】

筒体１０２の内壁（すなわち、加熱面１２４）は、耐薬品性を高めるためにテフロン（登録商標）やゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。

【0028】

本発明において、筒体１０２の外周には、所定温度に加熱された熱媒（例えば、水蒸気、熱水、熱媒油、熱媒油蒸気等を包含する）によって、筒体１０２の外周および内周を加熱するジャケット１２２のような加熱手段が設けられていてもよい。あるいは、加熱手段は、ジャケット１２２に代えて電熱コイルのようなものであってもよい。

【0029】

図１において、まず熱媒が水蒸気以外のものである場合について説明すると、ジャケット１２２の下流には、例えば熱媒をジャケット１２２内に流すための熱媒導入口１２３が設けられている。他方、ジャケット１２２の上流には、例えばジャケット内に導入された熱媒をジャケット１２２の外に排出するための熱媒排出口１２５が設けられている。熱媒は、図示しない当業者に公知の供給手段を用いて、熱媒導入口１２３からジャケット１２２内に例えば連続的に導入され、かつ熱媒排出口１２５から連続的に排出され得る。これにより、ジャケット１２２は筒体１０２を連続的に加熱することができる。あるいは、熱媒が水蒸気である場合は、熱媒導入口と熱媒排出口とが反対に設けられていてもよい。すなわち、例えば１２５が熱媒導入口であり、１２３が熱媒排出口となってもよい。

【0030】

回転部１０６は、その外側表面１１２と上記筒体１０２内の加熱面１２４との間に所定の間隔（「第１の間隔」ともいう）を空けて配置されており、筒体１０２内で軸周りに回転可能である。回転部１０６は、回転軸１０８および中空回転体１１０を備える。

【0031】

回転軸１０８は、筒体１０２内で軸周りに回転可能である。図１において、回転軸１０８は筒体１０２の下流に配置されたモーター１０４と回転可能に接続されている。回転軸１０８は、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの剛性を有する金属で構成されたシャフトであり、例えば、円柱状または円筒状の形態を有する。回転軸１０８の平均直径は特に限定されないが、例えば２ｃｍ～１００ｃｍである。

【0032】

回転軸１０６の表面は、耐薬品性を高めるためにテフロン（登録商標）やゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。

【0033】

中空回転体１１０は、外側表面１１２と内側表面１１６とを備え、回転軸１１０の軸周りに内側表面１１６との間で所定の間隔（「第２の間隔」ともいう）を空けて回転軸１１０に固定されている。これにより、中空回転体もまた筒体１０２内で軸周りに回転可能である。中空回転体１１０は、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの剛性を有する金属で構成されている。中空回転体１１０の平均内径は特に限定されないが、例えば３ｃｍ～３００ｃｍである。

【0034】

図２は、図１に示す本発明の同軸蒸発装置１００を構成する回転部１０６の模式図である。

【0035】

図２の（ａ）に示すように、中空回転体１１０の外側表面１１２には複数の蒸気口１１８が配置されている。蒸気口１１８は、中空回転体１１０の外側表面１１２と内側表面１１６とを貫通し、中空回転体１１０の外側表面１１２の側に存在する物質（例えば、原料液に含まれる揮発成分が蒸発して得られる気体）を中空回転体１１０の内側表面１１６の側に通過させることが可能である。このような蒸気口１１８は、例えば、外側表面１１２上で略一定の間隔を空けて中空回転体１１０の軸方向に一列に整列され、このような一列の蒸発口１１８が複数列組み合わされて中空回転体１１０の外側表面１１２上に配置されている。蒸気口１１８の形状は特に限定されないが、例えば円形、楕円形、矩形のような任意の形状であってよい。蒸気口１１８の大きさもまた特に限定されないが、例えば円形の蒸発口である場合、その開口部分の平均直径は好ましくは１０ｍｍ～５０ｍｍである。

【0036】

さらに、蒸気口１１８は、中空回転体１１０の幅方向において回転軸１０８を中心として略均等な角度で設けられていることが好ましい（図２の（ｂ））。これにより、原料液に含まれる揮発成分の気体が中空回転体１１０の外側表面１１２の側の任意の方向に存在していたとしても、効率良く中空回転体１１０の内側表面１１６の側に通過させることができる。

【0037】

再び図１を参照すると、中空回転体１１０の外側表面１１２上には、中空回転体１１０の遠心方向に延びる遠心翼１１４が設けられている。遠心翼１１４は、中空回転体１１０の外側表面１１２上に配置された原料液を、中空回転体１１０の回転による遠心力で中空回転体１１０の遠心方向（すなわち、中空回転体１１０の外側表面１１２から筒体１０２の内周の加熱面１２４の方向）に押し出して、加熱面１２４上に原料液の薄膜を形成することができる。遠心翼１１４はまた、原料液が加熱面１２４に衝突した際に生じる飛沫をその回転を通じて回収し、遠心力によって再び加熱面１２４に押し出すことができる。さらに遠心翼１１４は、筒内１０２と中空回転体１１０との間の間隙（第１の間隙）に存在する原料液が均一に撹拌し、加熱面１２４に衝突する原料液の厚みを略一定に保持することができる。

【0038】

図１に示す実施形態では、遠心翼１１４は例えば、薄板状の形態を有し、外側表面１１２上で略一定の間隔を空けて中空回転体１１０の軸方向に一列当たり２枚の遠心翼１１４が整列され、かつこれが複数列となって中空回転体１１０の外側表面１１２上に配置されている。遠心翼１１４は、中空回転体１１０の幅方向において、例えば回転軸１０８を中心として略均等な角度で（すなわち、回転軸１０８と中心軸として対称となるように）設けられていることが好ましい（図２の（ｂ）参照）。中空回転体１１０が回転する際の異常振動の発生を防止するためである。

【0039】

本発明において、遠心翼１１４はまた、中空回転体１１０の遠心方向の端部が櫛歯状の形態に切り欠かれていることが好ましい。遠心翼１１４が櫛歯状の形態を有することにより、遠心翼１１４が中空回転体１１０内を回転移動に伴って遠心翼１１４の櫛歯を構成する種々の角および辺によって、存在する原料液に複雑な乱流を提供することができ、結果として遠心翼１１４の周囲に存在する原料液の更新を促進することができる。

【0040】

本発明の同軸蒸発装置１００では、中空回転体１１０の内側表面１１６と回転軸１０８の間に形成される間隙（第２の間隙）が筒体１０２の上流に配置された揮発成分出口１２０と連絡している。

【0041】

図１に示す実施形態では、筒体１０２の上流には、揮発成分出口１２０を有する揮発成分移動区画１３０が筒体１０２と物理的に隔離して設けられており、中空回転１１０の上流側端部１３２が揮発成分移動区画１３０内で回転可能に挿入されている。

【0042】

筒体１０２に供給された原料液は以下のようにして揮発成分および濃縮液に分離することができる。図３を用いて説明する。

【0043】

図３に示すように、中空回転体１１０の回転（図３の実線矢印）により遠心翼１１４を通じて筒体１０２の加熱面１２４に移動（図３の白抜き矢印）して衝突した原料液は、その構成成分である揮発成分が当該加熱面１２４上で蒸発し、揮発成分の気体となる。ここで、図１の揮発成分出口１２０を通じて同軸蒸発装置１００の中空回転体１１０内を減圧すると、この揮発成分の気体が中空回転体１１０の蒸発口１１８を介して、中空回転体１１０の内側表面１１６と回転軸１０８の間に形成される当該第２の間隙に移動する（図３の破線矢印）。このようにして第２の間隙に移動した揮発成分は、図１に示す揮発成分出口１２０から取り出すことができる。

【0044】

一方、図１を参照すると、筒体１０２と揮発成分移動区画１３０とが物理的に隔離されているので、筒体１０２の加熱面１２４と衝突した際に原料液の飛沫を生じたとしても、当該飛沫は遠心翼１１４に衝突して遠心力で１２４に戻されて中空回転体１１０の蒸発口１１８から第２の間隙を通って揮発成分移動区画１３０に入ることを回避できる。これにより、上記飛沫が、揮発成分出口１２０から揮発成分の気体と一緒に取り出され、原料液から分離された揮発成分に所望でない原料液の飛沫が不純物として混入することを防止できる。

【0045】

本発明の同軸蒸発装置１００はまた、中空回転体１１０の外側表面１１２上かつ上記遠心翼１１４よりも下流に配置された順方向スクリュー翼１３４を有する。ここで、本明細書中において用語「スクリュー」と一緒に用いられる用語「順方向」とは、回転部１０６（回転軸１０８および中空回転体１１０）の回転により原料液または濃縮液が筒体１０２の上流から下流に向かって移動可能となる方向を指していう。また、本明細書中において用語「スクリュー」と一緒に用いられる用語「逆方向」とは、回転部１０６（回転軸１０８および中空回転体１１０）の回転により原料液または濃縮液が筒体１０２の下流から上流に向かって移動可能となる方向を指していう。

【0046】

順方向スクリュー翼１３４は、中空回転体１１０の周りに一枚またはそれ以上が連続または断続的に設けられている。順方向スクリュー翼１３４は、筒体１０２の特に下流近傍に存在する原料液や濃縮液をさらに下流に効率的に押し出すことができる。これにより、順方向スクリュー翼１３４は、例えば上記第１の間隙に粘性の高い原料液、または原料液から揮発成分が蒸発したことにより粘性がさらに高められた濃縮液が存在していたとしても、筒体１０２のさらに下流への移動を促すことができる。

【0047】

特に本発明の同軸蒸発装置１００では、順方向スクリュー翼１３４は、中空回転体１１０の外側表面１１２上で、筒体１０２の排出口１２８が設けられた位置に対応して配置されていることが好ましい。具体的には、順方向スクリュー翼１３４は、中空回転体１１０の外側表面１１２上で、当該順方向スクリュー翼１３４の最下流端部１３６が筒体１０２における排出口１２８が設けられた位置と略同じであるか、または下流に位置するように配置されていることがより好ましい。順方向スクリュー翼１３４がこのように配置されていることにより、排出口１２８近傍または排出口１２８よりも上流で、粘性が高められた濃縮液の流動が筒体１０２内で停滞して、排出口１２８からの排出を妨げることを回避できる。

【0048】

筒体１０２における、中空回転体１１０に設けられた遠心翼１１４を構成する部分の長さと、順方向スクリュー翼１３４を構成する部分の長さとの割合もまた、原料液からの揮発成分の蒸発効率と、それにより得られる濃縮液の排出効率にも影響を及ぼし得る。中空回転体１１０において、遠心翼１１４の最上流端部１４４から最下流端部１４２までの軸方向長さＬ_Ｅと上記順方向スクリュー翼１３４の最上流端部１３８から最下流端部１３６までの軸方向長さＬ_Ｊとの比（Ｌ_Ｅ／Ｌ_Ｊ）は、好ましくは２／１～２０／１、より好ましくは２／１～１０／１である。上記比（Ｌ_Ｅ／Ｌ_Ｊ）が２／１を下回ると、Ｌ_Ｅに比較してＬ_Ｊが短くなりすぎることにより、筒体１０２内で得られた濃縮液の粘性によっては排出口１２８まで移動することが困難となり、結果として原料液からの揮発成分と濃縮液との分離を効率良く行うことができない場合がある。上記比（Ｌ_Ｅ／Ｌ_Ｊ）が２０／１を上回ると、Ｌ_Jに比較してＬ_Ｅが短くなりすぎることにより、供給口１２６から供給される原料液に含まれる揮発成分が遠心翼１１４を通じて加熱面１２４で十分に蒸発する前に原料液が順方向スクリュー翼１３４に移動することになり、結果として排出口１２８から揮発成分が十分に取り除かれていない状態の濃縮液（または原料液）が排出される場合がある。

【0049】

本発明の同軸蒸発装置１００は、例えば原料液から得られる濃縮液が比較的高い粘性を有していたとしても、筒体１０２内で停滞することなく、筒体１０２の排出口１２８から当該濃縮液を適切に排出することができる。これにより、本発明の装置１００は得られる濃縮液の粘性の高低に関わらず、様々な原料液からの揮発成分と濃縮液との分離を行うことができる。

【0050】

図４は、本発明の同軸蒸発装置の他の例を表す軸方向の一部切欠断面図である。なお、図４において、本発明の同軸蒸発装置２００を構成する各要素は、上記図１に示す同軸蒸発装置１００を構成するものと同一のものには同一符号が付されている。

【0051】

図４に示す同軸蒸発装置２００は、筒体１０２および回転部２０６を備える。回転部２０６は、その外側表面２１２と上記筒体１０２内の加熱面１２４との間に所定の間隔（第１の間隔）を空けて配置されており、筒体１０２内で軸周りに回転可能である。回転部２０６は、回転軸１０８および中空回転体２１０を備える。

【0052】

同軸蒸発装置２００では、中空回転体２１０は、外側表面２１２上に順方向スクリュー翼１３４よりも下流に配置された逆方向スクリュー翼２１４を有する。

【0053】

逆方向スクリュー翼２１４は、中空回転体２１０の周りに一枚またはそれ以上が連続または断続的に設けられている。中空回転体２１０における逆方向スクリュー翼２１４の向きは、順方向スクリュー１３４の向きと正反対であり、筒体１０２の最下流部分２１６近傍に移動した濃縮液を順方向スクリュー翼１３４の最下流端部１３６近傍まで効率的に押し戻すことができる。これにより、図４に示す同軸蒸発装置２００では、逆方向スクリュー２１４および順方向スクリュー翼１３４により、例えば上記第１の間隙に粘性の高い原料液、または原料液から揮発成分が蒸発したことにより粘性がさらに高められた濃縮液が存在していたとしても、当該濃縮液は順方向スクリュー翼１３４の最下流端部１３６近傍への移動が促される。その結果、粘性が高められた濃縮液の流動が、筒体１０２の例えば中央部分や最下流部分２１６で停滞し、排出口１２８からの排出を妨げることを回避できる。

【0054】

筒体１０２における、中空回転体１１０に設けられた順方向スクリュー翼１３４を構成する部分の長さと逆方向スクリュー翼２１４を構成する部分の長さとの割合もまた、原料液からの揮発成分の蒸発効率と、それにより得られる濃縮液の排出効率にも影響を及ぼし得る。中空回転体１１０において、順方向スクリュー翼１３４の最下流端部１３６から、逆方向スクリュー翼２１４の最下流端部に相当する筒体１０２の最下流端部２１６までの軸方向長さＬ_Ｇと、順方向スクリュー翼１３４の最上流端部１３８から最下流端部１３６までの軸方向長さＬ_Ｊとの比（Ｌ_Ｇ／Ｌ_Ｊ）は、好ましくは１／１～１／５、より好ましくは１／２～１／３である。このような比（Ｌ_Ｇ／Ｌ_Ｊ）の範囲を満足することにより、筒体１０２内の濃縮液は、順方向スクリュー翼１３４の最下流端部１３６近傍（すなわち図４に示す排出口１２８の近傍）に集まり易くなり、排出口１２８からの濃縮液の排出をより効率的に行うことができる。

【0055】

本発明の同軸蒸発装置２００は、例えば原料液から得られる濃縮液が比較的高い粘性を有していたとしても、筒体１０２内、特に筒体１０２の最下流部分２１６で滞留することなく、筒体１０２の排出口１２８から当該濃縮液を一層適切に排出することができる。

【0056】

（蒸発システム）
図５は、図１に示す本発明の同軸蒸発装置を用いた蒸発システムの構成を模式的に表す図である。

【0057】

本発明の蒸発システム３００は、同軸蒸発装置１００と、同軸蒸発装置１００の供給口１２６に接続された原料液収容槽３０２と、同軸蒸発装置１００の揮発成分出口１２０に接続された揮発成分回収槽３０４とを備える。

【0058】

同軸蒸発装置１００の熱媒導入口１２３には、水蒸気などの熱媒を当該同軸蒸発装置１００のジャケット内に導入するための管３３０が接続されている。また、同軸蒸発装置１００の熱媒排出口１２５には、当該導入された熱媒を同軸蒸発装置１００の外部に排出するための管３３１が接続されている。

【0059】

同軸蒸発装置１００の供給口１２６と原料液収容槽３０２とは管３２４で接続されており、管３２４は、図示しない送液手段（例えばポンプ）によって、原料液収容槽３０２に収容されている原料液を供給口１２６まで送液可能である。一方、同軸蒸発装置１００の排出口１２８は、同軸蒸発装置１００内で原料液から得られた濃縮液を同軸蒸発装置１００の排出口１２８を通じて外部に排出するために、管３２５を通じて図示しない回収槽等に接続されていてもよい。

【0060】

同軸蒸発装置１００の揮発成分出口１２０と揮発成分回収槽３０４との間には管３２６が設けられている。管３２６は点Ｐにて管３２８および管３３０に分岐し、管３２８は上方にコンデンサ３４０と管３３２を通じて減圧手段３４２（例えば、真空ポンプ）が配置されている。一方、管３３０の下流は貯留液回収槽３０４と接続されている。コンデンサ３４０には、冷却水などの冷媒を当該コンデンサ３４０に供給する管３３４と、コンデンサ３４０に供給された冷媒を当該コンデンサ３４０の外に排出する管３３６とが接続されている。同軸蒸発装置１００内で原料液から分離された揮発成分は、同軸蒸発装置１００の揮発成分出口１２０を通じて外部に排出可能である。

【0061】

図５に示す蒸発システム３００では、例えば、管３３０を通じて同軸蒸発装置１００の熱媒導入口１２３から所定の温度を有する熱媒が同軸蒸発装置１００のジャケット内に導入され、同軸蒸発装置１００内が加熱される。この状態で、原料液収容槽３０２から原料液が管３２４および同軸蒸発装置１００の供給口１２６内に導入される。同軸蒸発装置１００内で原料液から分離された揮発成分の気体は、減圧手段３４２を駆動することにより、同軸蒸発装置１００の筒体の内部が減圧され、揮発成分出口１２０を通じて管３２６、点Ｐおよび管３２８を通じてコンデンサ３４０に導入される。ここで、揮発成分は、コンデンサ３４０に供給された冷媒によって気体から液体の状態に凝集する。その後、凝集した揮発成分は再び管３２８および点Ｐを通り、さらに管３３０を通じて揮発成分回収槽３０４に留出液として貯留かつ回収される。一方、同軸蒸発装置１００内で原料液から得られた濃縮液は、同軸蒸発装置１００の排出口１２８および管３２５を通じて外部に排出される。

【0062】

このようにして、本発明の蒸発システム３００を用いて、原料液収容槽３０２に収容された原料液を、揮発成分および濃縮液に分離することができる。

【0063】

本発明の蒸発システムは、例えば、不純物を含有する液体（例えばメチルエステル、乳酸、魚油、油脂、グリセリンなど）の精製および濃縮；インク、塗料、化学品などの化学製品に含まれる水、エタノール、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ヘキサン、トルエン、アセトン、エチレングリコールなどの除去；塗料および樹脂製造分野に使用するモノマーおよびポリマーなどから揮発性の不純物の除去；において有用である。

【符号の説明】

【0064】

１００，２００ 同軸蒸発装置
１０２ 筒体
１０４ モーター
１０６，２０６ 回転部
１０８ 回転軸
１１０，２１０ 中空回転体
１１２，２１２ 外側表面
１１４ 遠心翼
１１６ 内側表面
１１８ 蒸発口
１２０ 揮発成分出口
１２２ ジャケット
１２３ 熱媒導入口
１２４ 加熱面
１２５ 熱媒排出口
１２６ 供給口
１２８ 排出口
１３０ 揮発成分移動区画
１３２ 上流側端部
１３４ 順方向スクリュー翼
２１４ 逆方向スクリュー翼
３００ 蒸発システム
３０２ 原料液収容槽
３０４ 揮発成分回収槽
３４０ コンデンサ
３４２ 減圧手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】