JP7142940B2 - 蒸発装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発装置に関し、より詳細には液体から効率的に溶媒回収や濃縮を行うことのできる蒸発装置に関する。

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液体からの溶媒の回収または濃縮のために、「流下薄膜蒸発装置」と呼ばれる蒸発装置が使用されている。

図１３は、従来の流下薄膜蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。

蒸発システム９００は、原料となる原料液を含む原料タンク９１０と、流下薄膜蒸発装置８００と真空ポンプ９２０とコンデンサー９３０とを備える。原料液は原料タンク９１０からポンプ９０２の駆動により管９０４を通って予熱器９０６で一旦予熱され、蒸発装置８００に送給される。

図１４は、図１３に示す蒸発システムを構成する蒸発装置８００の断面の一部を模式的に表した図である。

図１４に示すように蒸発装置８００は、撹拌槽８１０と、該撹拌槽８１０内で鉛直方向に延びかつ水平方向に回転可能な第１の回転軸８２０と、撹拌槽８１０内の上方および下方においてそれぞれ第１の回転軸８２０から水平方向に延びる複数の支柱８２２と、当該支柱８２２から下方に延び、かつ撹拌槽８１０の内壁と接触するように設けられたローラー８２６とを備える。第１の回転軸８２０の外周は第２の回転軸８２１で覆われており、第１の回転軸８２０および第２の回転軸８２１は駆動モーター部８４０とそれぞれ独立して回転自在に接続されている。また、従来の他の蒸発装置では、上記第１の回転軸８２０および第２の回転軸８２１が一体的に構成され同じ回転数で回転するものも多い。

原料タンクから送給された原料液８３４は、第２の回転軸８２１から水平方向に延びる供給口８３２を通じ、駆動モーター部８４０の駆動により回転しながら撹拌槽８１０の内壁上方に供給される。その後、原料液８３４は当該撹拌槽８１０の内壁に沿って下方に濡れ面を形成しながら流下する。一方、撹拌槽８１０の外周は、例えばスチームにより加熱可能なジャケット８１２で覆われており、ジャケット８１２を通じた加熱により、流下の間に当該原料液に含まれる揮発成分が蒸発する。蒸発した揮発成分は蒸発出口８６０を通じて蒸発装置８００の外に設けられたコンデンサー９３０（図１３）に送給され、当該コンデンサー９３０において冷却後、蒸留液として回収される。一方、図１４において、原料液に含まれる上記揮発成分以外の成分は、撹拌槽８１０の内壁をそのまま流下し、撹拌槽８１０の底部に設けられた排出口８８０を通じて蒸発装置８００の外部に排出される。

このような撹拌槽８１０内での原料液の流下において、支柱８２２に設けられたローラー８２６は、駆動モーター部８４０の駆動により撹拌槽８１０の内壁を接触しながら周回する。

図１５は、図１４に示す従来の蒸発装置８００におけるＡ－Ａ方向の断面を模式的に
表した図である。蒸発装置８００では、ジャケット８１２により加熱された撹拌槽８１０の内壁にローラー８２６が接触かつ周回することによって当該内壁の伝熱面に存在する原料液を強制的に表面更新し、蒸発効率を高めることができる。図１５では、ローラー８２６が設けられているが、従来の蒸発装置では、ローラー８２６の代わりにワイパーが設けられていてもよい。

しかし、このような蒸発装置には、いくつかの懸念すべき事項が指摘されている。

１つは、供給された原料液は、撹拌槽内の内壁（伝熱面）をいわゆる「ワンパス」による１回の流下で通過する点である。原料液に大量の揮発成分が含まれている場合や、内壁を流下するまでの間に充分に揮発成分が蒸発し得ない場合も、残存する成分はそのまま排出口９８０から排出されることが考えられる。このため、充分な濃縮が求められる原料液には使用することが困難とされていた。

また、図１４に示すようなローラーまたはワイパーは、常に伝熱面に接触しているために摩耗が生じ易い点である。このため、定期的な交換が必要となり、メンテナンスのための作業時間、労力およびコストが増大することが指摘されていた。

さらに、当該蒸発装置を停止する場合、内壁の温度が液温よりも高いため、原料液の供給をそのまま停止すると、内壁と接触するローラーまたはワイパーが高熱により変形または劣化する点である。このため、当該蒸発装置の停止において、内壁の温度が低下するまで、原料液の供給を継続することが必要であった。

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、原料液から揮発成分をより効率的に蒸発させることができ、メンテナンスおよび修理の煩雑さから解放され得る蒸発装置を提供することにある。

本発明は、原料液が供給されかつ揮発成分出口および濃縮液出口を備える、撹拌槽と、
該撹拌槽内に設けられておりかつ該撹拌槽内の発熱部分に原料液を流下する、散液部とを備える、蒸発装置であって、
（ａ）該撹拌槽が、該撹拌槽の底部と該内壁とで囲まれておりかつ該流下した原料液を一時的に貯留する、少なくとも１つの貯留部を備え、
（ｂ）該散液部が、
回転軸；
一方の端部を含む受液部が該貯留部内に挿入されるように配置されており、かつ該回転軸の回転に伴って該貯留部に一時的に貯留された該原料液を、該受液部を通じて該撹拌槽の下方から上方に向かって流動する流路を備える、少なくとも１つのチャネル部材；および
該回転軸と該チャネル部材とを連結する、取付具；
から構成されており、そして
（ｃ）該チャネル部材が、該一方の端部の水平方向において、
原料液導入部分であって、該回転軸の回転によって形成される該チャネル部材の回転軌跡の最外周を構成する基点から該回転による進行方向側の先端に位置する原料液導入縁部まで延び、かつ該原料液導入縁部および該基点を含む仮想直線と該基点における該最外周の接線との交差角θ_Ｋの絶対値が、該最外周の該接線を基準として０°から１０°である、原料液導入部分；および
流路形成部分であって、該最外周の該基点から該回転による該進行方向と反対側に位置する流路形成縁部まで延びている、流路形成部分；
から構成されている、蒸発装置である。

１つの実施形態では、上記撹拌槽の上記発熱部分は該撹拌槽の内壁であり、そして該内壁は該撹拌槽の外周に設けられたジャケットにより加熱される。

１つの実施形態では、上記チャネル部材の上記原料導入部分は、上記一方の端部の上記水平方向において、上記回転軸の回転による進行方向に対して該回転軸側に押し広げられている。

さらなる実施形態では、上記チャネル部材の上記原料導入部分は、上記一方の端部の上記水平方向において、上記撹拌槽の上記内壁と略平行となるように設計されている。

１つの実施形態では、上記濃縮液出口は上記撹拌槽の底部に設けられている。

さらなる実施形態では、上記揮発成分出口は上記撹拌槽の底部に設けられており、上記撹拌槽の中央にコンデンサーが設けられており、そして上記原料液から蒸発した揮発成分は該コンデンサーにて凝縮し、該揮発成分出口を介して排出される。

本発明はまた、原料液を含む原料タンクと、
該原料タンクから供給される該原料液を処理する上記蒸発装置と、
該蒸発装置の揮発成分出口から排出される揮発成分を凝縮するコンデンサーと、
を備える、蒸発システムである。

本発明はまた、原料液を含む原料タンクと、
該原料タンクから供給される該原料液を処理する上記蒸発装置と、
を備える、蒸発システムである。

本発明はまた、撹拌槽内の貯留部に一時的に貯留された原料液を、回転により撹拌槽の下方から上方に向かって流動させ、かつ該上方から散液することにより、該原料液を該撹拌槽内の発熱部分に流下して蒸発させる、蒸発装置内に設けられる散液部であって、
回転軸；
一方の端部を含む受液部が該貯留部内に挿入されるように配置されており、かつ該回転軸の回転に伴って該貯留部に一時的に貯留された該原料液を、該受液部を通じて該撹拌槽の下方から上方に向かって流動する流路を備える、少なくとも１つのチャネル部材；および
該回転軸と該チャネル部材とを連結する、取付具；
から構成されており、そして
該チャネル部材が、該一方の端部の水平方向において、
原料液導入部分であって、該回転軸の回転によって形成される該チャネル部材の回転軌跡の最外周を構成する基点から該回転による進行方向側の先端に位置する原料液導入縁部まで延び、かつ該原料液導入縁部および該基点を含む仮想直線と該基点における該最外周の接線との交差角θ_Ｋの絶対値が、該最外周の該接線を基準として０°から１０°である、原料液導入部分；および
流路形成部分であって、該最外周の該基点から該回転による該進行方向と反対側に位置する流路形成縁部まで延びている、流路形成部分；
から構成されている、散液部である。

本発明によれば、ローラーやワイパーなどの部材を用いることなく、原料液から揮発成分を効率良く蒸発することができる。これにより、原料液からより濃縮された濃縮液を調製することができる。さらに本発明によれば、撹拌槽内での部材の焼き付きが発生する可能性を回避することができる。

本発明の蒸発装置の一例を示す概略端面図である。 本発明の蒸発装置を構成する散液部に使用され得るチャネル部材の一例を模式的に表す図であって、取付具に取り付けられた当該チャネル部材の斜視図である。 図２に示す取付具に取り付けられたチャネル部材の底面図であって、チャネル部材の回転軌跡の最外周Ｃ_１を構成する基点Ｋを通る接線Ｌ_Ｋと、当該原料液導入部分の原料液導入縁部Ｈおよび基点Ｋを含む仮想直線Ｌ_Ｈとで構成される交差角θ_Ｋを説明するための図である。 図２に示す取付具に取り付けられたチャネル部材の中間部の構造を説明するための図であって、（ａ）は、図２のＢ－Ｂ方向における取付具とチャネル部材との断面に配置された、軸芯Ｏ_１、チャネル部材の回転軌跡の最外周Ｃ_２を構成する基点Ｋ_２、および流路拡張部の縁部Ｈ_２の位置関係を示す図であり、そして（ｂ）は、当該軸芯Ｏ_１、基点Ｋ_２、および流路拡張部の縁部Ｈ_２によって決定される、チャネル部材の回転軌跡の最外周Ｃ_２を構成する基点Ｋ_２を通る接線Ｌ_Ｋ２と、流路拡張部の縁部Ｈ_２および基点Ｋ_２を含む仮想直線Ｌ_Ｈ２とで構成される交差角θ_Ｋ２を説明するための図である。 本発明の蒸発装置の別の例を示す概略端面図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図である。 本発明の蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図であって、撹拌槽内にコンデンサーを備える蒸発装置の概略端面図である。 図１０に示す本発明の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。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図であって、撹拌槽内にコンデンサーを備える蒸発装置の概略端面図である。 従来の流下薄膜蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。 図１３に示す蒸発システムを構成する蒸発装置８００の断面の一部を模式的に表した図である。 図１４に示す従来の蒸発装置におけるＡ－Ａ方向の断面を模式的に表した図である。

本発明の蒸発装置を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の蒸発装置の一例を示す概略端面図である。図１の蒸発装置１００Ａは、原料液の供給が行われる撹拌槽１１０と、撹拌槽１１０の内壁１１１を加熱するジャケット１１２と、撹拌槽１１０内に設けられており、かつ撹拌槽１１０の内壁１１１に原料液を流下する散液部１２０とを備える。

撹拌槽１１０は、揮発成分出口１１３および濃縮液出口１１５を備える密閉可能な槽であり、水溶液、スラリーなどの液体を収容して撹拌することができる槽である。図１において、揮発成分出口１１３は撹拌槽１１０の上方に設けられており、後述する原料液の構成成分が蒸発して生じた揮発成分を、当該出口１１３を通じて外部に排出し得る。一方、図１において、濃縮液出口１１５は撹拌槽１１０の底部、好ましくは底部中央に設けられており、後述する原料液の構成成分が蒸発させた後に残存する濃縮液を、当該出口１１５を通じて外部に排出し得る。

撹拌槽１１０の大きさ（容量）は、蒸発装置１００Ａの用途（供される原料液の種類）や、原料液の処理量などによって適宜設定され得るため、必ずしも限定されないが、例えば、０．１リットル～１００，０００リットルである。撹拌槽１１０を構成する材質は特に限定されないが、例えば、種々の原料液に対して安定であり、熱伝導性に優れ、かつ入手および加工が容易であるとの理由から、鉄、ステンレススチール、チタン、ハステロイまたは銅のような金属で構成されていることが好ましい。撹拌槽１１０の内壁は、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）やグラスライニング、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。

撹拌槽１１０には、内壁１１１を加熱するためのジャケット１１２が設けられている。ジャケット１１２は、例えば、内壁１１１に沿って撹拌槽１１０の側面の外周全体を覆うように配置されている。あるいは、ジャケット１１２は、撹拌槽の１１０の底部から内壁１１１の側面外周までを覆うものであってもよい。ジャケット１１２の形状およびその種類は、内壁１１１に付与した原料液を蒸発させる温度にまで内壁１１１を加熱し得るものである限り、特に限定されない。ジャケット１１２には、例えば、蒸気や熱媒を導入することができるように設計されたものが挙げられる。このようなジャケットは、さらにケーブル状ヒーターのような熱源が組み合わせて使用されてもよい。

図１に示す蒸発装置１００Ａにおいて、撹拌槽１１０はまた、内壁１１１から流下した原料液を一時的に貯留するための貯留部１１７を備える。本発明において、貯留部は、撹拌槽の底部と内壁とが囲まれて形成され得るドーナツ状の領域から構成される。１つの実施形態では、図１に示すように、貯留部１１７は、撹拌槽１１０の底部と内壁１１１と隔壁部１１８とによって囲まれて形成され得る領域、すなわち撹拌槽１１０の底部の一部と内壁１１１の一部と隔壁部１１８とで囲まれた領域である。貯留部１１７は、最大で、原料液が隔壁部１１８からオーバーフローするまでの体積（図１において参照番号１２９で示される高さまでの体積）に相当する原料液を一時的に貯留することができる。図１に示す実施形態では、貯留部１１７は上方が開放されているため、内壁１１１から流下した原料液の液面が隔壁部１１８の高さを超えるとオーバーフローし、オーバーフローした原料液は濃縮液とし濃縮液出口１１５を通じて外部に排出可能である。このように、図１に示す実施形態では、隔壁部１１８は撹拌槽１１０の底部に設けられた濃縮液出口１１５の周囲に設けられている。なお、本発明において、貯留部は必ずしも上記のような隔壁部を有していなくてもよい。例えば、貯留部は、図１のうち、隔壁部１１８が取り除かれ、撹拌槽の底部と内壁とが囲まれて形成され得る領域から構成されてもよい。このような場合、貯留部の下方に設けられた濃縮液出口（例えば、図１の参照番号１１５に相当）には、濃縮液の排出を制御するバルブが別途設けられており、当該バルブの開放により、貯留部から濃縮液出口を通じて外部に濃縮液を排出することができる。

図１に示す蒸発装置１００Ａにおいて、撹拌槽１１０の上部はまた、例えば、蓋体またはメンテナンス・ホールのような開閉可能な構造を有していてもよい。

撹拌槽１１０の内部には、貯留部１１７に収容された原料液を撹拌槽１１０の内壁１１１に散布するための散液部１２０が設けられている。散液部１２０は、回転軸１２１と、当該回転軸１２１に装着されたチャネル部材１２３とから構成されている。散液部１２０は、回転軸１２１の回転により、貯留部１１７に収容された原料液を、チャネル部材１２３の長さ方向に沿って設けられた流路１２６を通じて撹拌槽１１０の下方から上方に向かって流動させ、このようにして貯留部１１７から汲み上げられた原料液を、撹拌槽１１０の内壁１１１に向かって散布することができる。その結果、散布された原料液が加熱された内壁１１０を再び流下して、内壁１１０上に濡れ面を形成し、その際に揮発成分の蒸発を促すことができる。

回転軸１２１は、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、円筒状または円柱状の形状を有する。回転軸１２１は、撹拌槽１１０内で、通常、鉛直方向に配置されている。回転軸１２１の太さは、必ずしも限定されないが、例えば、８ｍｍ～２００ｍｍである。回転軸１２１の長さは、使用する撹拌槽１１０の大きさ等によって変動し、当業者によって適切な長さが選択され得る。

回転軸１２１の一端は、撹拌槽１１０の上部でモーター１４０などの回転手段に接続されている。図１において、回転軸１２１の他端は、撹拌槽１１０の底部に接続されておらず、撹拌槽１１０の底部から一定の間隔を開けた位置に配置されている。

図１に示す蒸発装置１００Ａでは、散液部１２０を構成する回転軸１２１の軸周りには、２つのチャネル部材１２３が回転軸１２１を介して対称的に配置されている。２つのチャネル部材１２３は、回転軸１２１に対して垂直な方向に指向した取付具１２２によって、回転軸１２１と固定されている。また、図１において、取付具１２２には、回転軸１２１を中心にして２つのチャネル部材１２３が所定の角度（取付傾斜角ともいう）θ_１で傾斜するように取付けられている。ここで、本明細書における「取付傾斜角θ_１」とは、回転軸１２１の軸方向に平行な直線とチャネル部材１２３の軸方向に平行な直線とが交差して形成される角度のうち、鋭角なものを言う。本発明においては、チャネル部材１２３は、取付具１２２に対し、チャネル部材１２３の両方の端部のうち、上方の端部が下方の端部よりも内壁１１１に近くなる方向に傾斜して取り付けられる。取付傾斜角θ_１は、例えば、１．５°～６０°である。さらに、チャネル部材１２３は、撹拌槽１１０内において、その一方の端部（すなわち、下方の端部）が該貯留部１１７内に挿入された位置に配置されている。

図１において、２つのチャネル部材１２３は、その下端から上端にかけて略直線状に延びる形状（Ｖ文状）に記載されているが、本発明はこのような形状のみに限定されない。例えば、２つのチャネル部材は、それぞれ下端から上端にかけて緩やかな曲線を描くような撓んだ形状（例えば、対向する２つのチャネル部材が一緒になって逆放物線の一部を構成するような形状）を有していてもよい。

本発明の蒸発装置において、回転軸には例えば、複数の（すなわち、１つまたはそれ以上）、好ましくは２つ～８つ、より好ましくは２つ～６つのチャネル部材が装着されて得る。本発明において、これらのチャネル部材は、それぞれ回転軸の周りに略均等な角度で装着されていることが好ましい。

図２は、本発明の蒸発装置を構成する散液部に使用され得るチャネル部材の一例を模式的に表す図である。

図２に示すように、チャネル部材１２３では、上方部分が、例えば、半円筒状、半角筒状、Ｖ字状などの、いわゆるハーフパイプの形態を有し、かつ下方部分が当該ハーフパイプの一部を押し広げた形態を有するように構成されている。そして、当該上方部分と下方部分との間の中央部分は、下方部分においてハーフパイプの一部が押し広げられた側のハープパイプを構成する壁面の一部が拡張するように構成されている。より具体的には、チャネル部材１２３は、回転により貯留部内の原料液を汲み上げて流路１２６に導入する原料液導入部分１２４ａ、および原料液導入部分１２４ａから導入された原料液を、流路１２６を通じて上方に流動する流路形成部分１２４ｂから構成されている。また、図２に示す実施形態では、チャネル部材１２３の中央部分において、原料液導入部分１２４ａが設けられた側の流路の縁を構成する領域の一部が広げられた流路拡張部１２７が設けされている。

図３は、図２に示す取付具に取り付けられた当該チャネル部材の底面図である。

本発明の蒸発装置では、矢印で示した方向に回転軸が回転することによって、チャネル部材１２３の底部（すなわち、底面側の端部）が回転軌跡を形成する。ここで、回転軸の軸心Ｏ_１から最も離れたチャネル１２３の底部上の点（以下、基点Ｋという）は、図３の参照番号Ｃ_１に示すようなチャネル部材１２３の回転軌跡の最外周を描く。したがって、基点Ｋは、チャネル部材１２３の回転軌跡の最外周Ｃ_１上に配置される。図３において、チャネル部材１２３を構成する原料液導入部分１２４ａおよび流路形成部分１２４ｂは、当該基点Ｋを介して区分される。

本発明において、原料液導入部分１２４ａは、基点Ｋから回転軸の回転による進行方向側の先端に位置する原料液導入縁部Ｈまで延びるように設計されている。さらに、原料液導入部分１２４ａの押し広げられた形状は、原料液導入縁部Ｈおよび基点Ｋを含む仮想直線Ｌ_Ｈが基点Ｋにおけるチャネル部材１２３の回転軌跡の最外周Ｃ_１の接線Ｌ_Ｋに対して所定範囲内の交差角θ_Ｋで交差するように設計されている。なお、本明細書において、「仮想直線Ｌ_Ｈと接線Ｌ_Ｋとの交差」には、交差角θ_Ｋが０°の場合、すなわち仮想直線Ｌ_Ｈと接線Ｌ_Ｋとが重なる場合も包含される。

本発明において、このような交差角θ_Ｋは鋭角であり、交差角θ_Ｋの絶対値は最外周の接線Ｌ_Ｋを基準として０°～１０°、好ましくは０°～８°、より好ましくは０°～５°の範囲内である。さらに、本発明においては、チャネル部材１２３の進行方向に対し、原料液導入縁部Ｈは、接線Ｌ_Ｋよりも内側（軸心Ｏ_１に近づく方向）または接線Ｌ_Ｋよりも外側（軸心Ｏ_１から遠ざかる方向）のいずれの方向を指向するように傾斜していてもよい。しかし、チャネル部材１２３の回転を通じて原料液導入部分１２４ａが過剰の原料液と接触し、これが抵抗となってチャネル部材１２３の回転自体の妨げとなることを回避するためには、チャネル部材１２３の進行方向に対し、原料液導入縁部Ｈは、接線Ｌ_Ｋよりも内側（軸心Ｏ_１に近づく方向）に指向するように設計されていることが好ましい。

さらに、本発明の蒸発装置では、上記に加えて、チャネル部材１２３の原料導入部分１２４ａは、チャネル部材１２３の底部（底面側の端部）の水平方向において、撹拌槽１１０の内壁１１１と略平行となるように（例えば、内壁１１１の形状に合わせて湾曲して）設計されていることが好ましい。

チャネル部材１２３の大きさは、特に限定されず、撹拌槽１１０の内壁１１１の大きさに応じて当業者によって適宜選択され得る。チャネル部材１２３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でなる材料から構成されている。このようなチャネル部材１２３について、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）やグラスライニング、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。

このように、本発明においては、撹拌槽の貯留部に挿入されるチャネル部材の底部（底面側の端部）が水平方向において上記のような関係を有していることにより、散液部は、より少ないトルクで、貯留部に一時的に貯留された原料液をチャンバ部材の下方から上方への移動を通じて、撹拌槽の下方から上方に向かって流動させることができる。

より具体的に説明すると、仮に上記交差角θ_Ｋの範囲を超えかつ当該交差角θ_Ｋ自体が負の角度となるように原料液導入部分が湾曲している場合（例えば、原料液導入部分および流路形成部分が水平方向において半円の形状を構成しているような場合）は、原料液導入部分が原料液に接触し易くなるため、チャネル部材の回転により、原料液導入部分が原料液による抵抗をより多く受けることになる。このため、所定の回転数でチャネル部材を回転した場合は、流路形成部分に導入される原料液の体積は必ずしも充分とはいえず、チャネル部材１２３の流路に沿って上方に向かって移動する原料液の体積も充分とは言い難い。その結果、一定量の原料液を貯留部から掬い上げるためには、チャネル部材をより大きな回転数で回転させなければならないことがわかる。また、仮に上記交差角θ_Ｋの範囲を超えかつ当該交差角θ_Ｋ自体が正の角度となるように原料液導入部分が湾曲している場合、原料液導入部分においてより多くの原料液と接触するため、原料液の量が多すぎてチャネル部材の途中から原料液が溢れ出ることがある。

これに対し、本発明の蒸発装置では、図３に記載のように、原料液導入部分１２４ａが、チャネル部材１２３の回転による進行方向（接線Ｌ_Ｋ）に対して、上記交差角θ_Ｋの範囲内で同一または僅かに傾斜した角度に指向している。このような交差角θ_Ｋによって、チャネル部材１２３が回転しても、原料液導入部分１２４ａ自体が原料液による抵抗をほとんど受けないまま、チャネル部材１２３の回転により、原料液は流路形成部分１２４ｂに導入され、効率良く掬い上げられる。さらに、掬い上げられた原料液は、当該回転によって遠心力がかかり、チャネル部材１２３の流路に沿って上方に向かって移動することになる。その結果、チャネル部材１２３を少ない回転数で回転させたとしても、原料液を効率良く貯留部から掬い上げ、撹拌槽の下方から上方に向かって流動させることが可能となる。なお、このようにチャネル部材１２３の回転に伴って原料液が撹拌槽の下方から上方に向かって流動する際、原料液が当該回転の影響により流路１２６内で広がることがある。このため、流路拡張部１２７は、原料液の一部が流路１２６の回転方向に沿って流路１２６からこぼれ出ることを防止するように、流路１２６内で広がった原料液を堰き止めで下方から上方への流動を促す役割を果たす。

このように、本発明の蒸発装置は、チャネル部材１２３のより少ない回転に伴って運転コストを低下させることが可能となるだけでなく、従来と比較してより短時間での蒸発操作をも可能にする。

図４は、図２に示す取付具に取り付けられたチャネル部材の中間部の構造を説明するための図である。

本発明の蒸発装置では、矢印で示した方向に回転軸が回転することによって、チャネル部材の中間部が図４の（ａ）に示すような回転軌跡を形成する。ここで、図４の（ａ）における回転軸の軸心Ｏ_１から最も離れたチャネル部材１２３の流路１２７外側上の点（以下、基点Ｋ_２という）は、参照番号Ｃ_２に示すようなチャネル部材１２３の回転軌跡の最外周を描く。したがって、基点Ｋ_２は、チャネル部材１２３の回転軌跡の最外周Ｃ_２上に配置される。また、図４の（ａ）において、流路拡張部１２７の縁部Ｈ_２は、回転軌跡の最外周Ｃ_２の内側に位置するように設けられている。

次に、図４の（ｂ）を参照すると、流路拡張部１２７は、流路拡張部１２７の縁部Ｈ_２および基点Ｋ_２を含む仮想直線Ｌ_Ｈ２が基点Ｋ_２におけるチャネル部材の回転軌跡の最外周Ｃ_２の接線Ｌ_Ｋ２に対して所定範囲内の交差角θ_Ｋ２で交差するように設計されている。

本発明において、このような交差角θ_Ｋ２は鋭角であり、交差角θ_Ｋ２は最外周の接線Ｌ_Ｋ２を基準として０°～３０°、好ましくは１°～２０°、より好ましくは２°～１５°の範囲内である。交差角θ_Ｋ２がこのような範囲内に設定されることにより、チャネル部材１２３の回転を通じて原料液導入部分から汲み上げられた原料液が、流路１２６内を通る際、チャネル部材１２３の中間部にて流路拡張部１２７からオーバーフローすることをさらに低減可能である。

本発明において、このような交差角θ_Ｋ２を満たす流路拡張部１２７が設けられるチャネル部材１２３上の位置は、必ずしも限定されないが、例えば、チャネル部材１２３の鉛直方向における取付具１２２と略同じ高さとなるような位置が選択され得る。

上記のような構造を有するチャネル部材１２３を備える散液部１２０は、例えば図１に示すような蒸発装置１００だけでなく、様々なタイプの蒸発装置に取り付けて使用することができる。すなわち、当該蒸発装置は、撹拌槽内の貯留部に一時的に貯留された原料液を、回転により撹拌槽の下方から上方に向かって流動させ、かつ該上方から散液することにより、該原料液を該撹拌槽内の発熱部分に流下して蒸発させることができる装置であればいずれのものをも包含する。ここで、本明細書中に用いられる用語「発熱部分」には、例えば、図１のジャケット１１２によって加熱される撹拌槽１１０の内壁１１１；ならびに国際公開公報第２０１７／０４３３６８号公報に記載されるような、撹拌槽の内部にて撹拌槽の上方から散液された原料液が直接接触するように設けられた熱源およびコイルヒーター；が包含される。

再び図１を参照すると、本発明の蒸発装置１００Ａにおいては、貯留部１１７を構成する底部および／または内壁１１１の一部に、バッフル板、短軸のピンなどのバリア部材（図示せず）が設けられていてもよい。貯留部１１７に一時的に貯留された原料液は、回転軸１２１の回転を通じたチャネル部材１２３による汲み上げの際に、当該回転軸１２１の回転方向と順方向に貯留部１１７内で渦流を生じることがある。原料液の渦流は、チャネル部材１２３による原料液の汲み上げの効率を低下させることが懸念され得る。バリア部材は、貯留部１１７内の原料液と接触し、このような渦流の発生を抑制または防止する役割を果たす。バリア部材の形状および材質は当業者によって任意に選択され、そしてバリア部材は、貯留部１１７を構成する内壁１１１の一部および／または貯留部１１７の内側底面のうち、チャネル部材１２３の移動を妨げない位置に取り付けられ得る。

さらに、図１に示す撹拌槽１１０内の上方において、回転軸１２１の周囲には第２回転軸１２１’が設けられている。さらに当該第２回転軸１２１’には、原料液供給口１３１を備えた供給パイプ１３０が取り付けられており、撹拌槽１１０の外部に取り付けられた原料タンク（図示せず）から供給された原料液を、第２回転軸１２１’の回転を通じて、撹拌槽１１０の内壁１１１に供給し、原料液を内壁１１１に沿って流下させて濡れ面を形成することができる。なお、図１に示す蒸発装置１００Ａにおいて、回転軸１２１と第２回転軸１２１’は例えば、互いに独立しており、回転軸１２１および第２回転軸１２１’がそれぞれ異なる回転速度で撹拌槽１１０内を回転していてもよく、あるいは回転軸１２１と第２回転軸１２１’とは連結されており、同様の回転速度で回転するものであってもよい。

本発明の蒸発装置１００Ａにおいて、撹拌槽１１０内の液体を汲み上げるために好適な回転軸１２１の回転数（すなわち、散液部１２０の回転数）は、液体の粘性、撹拌槽１１０の大きさ、撹拌槽１１０内の液体の残量などによって異なるため、必ずしも限定されないが、例えば、３０ｒｐｍ～５００ｒｐｍｍである。

図１に示す蒸発装置１００Ａにおいて、原料液供給口１３１から供給された原料液は、撹拌槽１１０の内壁１１１を流下し、その際に、ジャケット１１２によって内壁１１１に加えられた熱によって揮発成分が蒸発し、揮発成分出口１１３から排出される。一方、原料液のうち揮発しなかった成分はそのまま内壁１１１を流下し、貯留部１１７内に収容される。

さらに、本発明においては、散液部１２０がモーター１４０などの回転手段によって回転し、回転による遠心力を利用して撹拌槽１１０の貯留部１１７内に収容された原料液をチャネル部材１２３の下端から汲み上げ、当該チャネル部材１２３の流路１２６を介して、当該チャネル部材１２３の上端側から撹拌槽１１０の内壁１１１に向かって原料液が散布される。散布された原料液は、撹拌槽１１０の内壁１１１に衝突し、内壁１１１を再び流下する。その際、ジャケット１１２によって内壁１１１に加えられた熱によって、散布された原料液の揮発成分は蒸発し、上記揮発成分出口１１３に移動する。一方、内壁１１１を流下する多くの原料液は再び貯留部１１７内に収容される。

このように、本発明においては、内壁１１１を流下する際の揮発成分の蒸発と、残りの成分の貯留部１１７への収容、散液部１２０による貯留部１１７から内壁１１１への原料液の移動、および散液部１２０から内壁１１１への原料液の流下を順次行うことにより、これらの部材の間で原料液が循環し、循環中の揮発成分の蒸発によって原料液が徐々に濃縮される。一方、原料供給口１３１から流下する新たな原料液も加わって貯留部１１７の液面が徐々に上昇する。その後、貯留部１１７に貯留した原料液の液面が隔壁部１１８を超えると、貯留部１１７内に収容された原料液はオーバーフローし、濃縮液として濃縮液出口１１５から外部に排出される。

本発明の蒸発装置によれば、運転を停止する場合、撹拌槽内に原料液が収容されている限り、原料液の循環を行うことができ、内壁の温度がある程度低下するまで当該循環を行うことにより、撹拌槽の内壁における焼き付きを回避することができる。この点で、撹拌槽内の内壁を「ワンパス」による１回の流下で通過させる従来の蒸発装置と比較して、撹拌槽の冷却の際の所望でない原料液の使用量を低減することができる。

本発明では、チャネル部材の液体流動方向の上方端部において、原料液が内壁と衝突して生じる飛沫の量を撹拌槽内で低減することができる。ここで、本明細書中において「原料液が内壁と衝突して生じる飛沫の量を撹拌槽内で低減する」とは、チャネル部材から汲み上げられた原料液が、撹拌槽の内壁に散布する際に原料液が内壁に衝突して飛沫を生じること自体を抑制し、撹拌槽内に拡散する実質的な飛沫の量を低減すること、および撹拌槽の内壁に散布する際に原料液が内壁に衝突して発生した飛沫を撹拌槽内に拡散する前に回収して、撹拌槽内に拡散する実質的な飛沫の量を低減することの両方を包含して言う。本発明において、これは、チャネル部材の原料液の流動方向の上方端部に、飛沫防止具を設けることによって達成され得る。

図５は、本発明の蒸発装置の別の例を示す概略端面図である。

図５に示す蒸発装置１００Ｂにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図５に示す本発明の蒸発装置１００Ｂでは、チャネル部材１２３の液体流動方向の先端部から延設された飛沫防止具としてのミストセパレータ１４２を備える。ミストセパレータ１４２は、チャネル部材１２３の流路１２６を介してチャネル部材１２３の下端から上端にまで汲み上げられた原料液を、先端部を通じて撹拌槽１１０の内壁１１１に向かって散布することができる。ここで、図５に示す実施形態では、ミストセパレータ１４２は、接合部分１２５においてチャネル部材１２３の軸方向から（例えば、内壁１１１に対して略平行な方向に）屈曲していることにより、原料液はミストセパレータ１４２の先端部から内壁１１１に対して略平行な方向（すなわち、撹拌槽１１０の上方）に向かって吐出される。この吐出は、チャネル部材１２３から汲み上げられた液体の勢いを接合部分１２５の通過後に弱めたことにより行われる。その結果、吐出された原料液は、撹拌槽１１０の上方に向かって飛び出すことなく、原料液はミストセパレータ１４２の先端部から内壁１１１側に向かって穏やかに供給され得る。これにより、内壁１１１に衝突する原料液の激しい衝突は抑制され、内壁１１１を跳ね返って発生する飛沫の量を低減することができる。

なお、本実施形態において「内壁１１１に対して略平行な方向」とは、流路１２６を構成する軸が、内壁１１１を構成する平面に対して平行となる方向だけでなく、当該内壁１１１を構成する平面に対して、例えば、－５°～＋５°の範囲内、好ましくは－３°～＋３°の範囲内で傾斜している場合も包含して言う。

さらに、ミストセパレータ１４２と内壁１１１とは、互いに接触しない程度に適度な間隔を有していることが好ましい。ミストセパレータ１４２と内壁１１１との間の最も近接する部分の距離は、例えば５ｍｍ～２００ｍｍである。この近接する部分の距離が５ｍｍを下回ると、回転の際、回転軸に僅かな歪みが生じると、ミストセパレータ１４２の先端部が内壁１１１と接触して、内壁１１１やミストセパレータ１４２を破損するおそれがある。

なお、図５では、ミストセパレータ１４２は接合部分１２５においてチャネル部材１２３に対して屈曲した例を説明したが、本発明はこのような形態にのみ限定されない。当該屈曲に代えて、接合部分の周辺において任意の曲率で湾曲したものであってもよい。

本発明において、ミストセパレータ１４２の長さ（接合部分１２５から先端部までの長さ）は、回転軸１２１の回転速度；チャネル部材１２３の取付傾斜角θ_１、長さおよび幅；液体の種類および粘度；等の種々の条件によって変動するため必ずしも限定されないが、例えば、１０ｍｍ～２００ｍｍ、である。ミストセパレータ１４２は当該分野において周知のものが使用され得る。

図６は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図である。

図６に示す蒸発装置１００Ｃにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図６に示す本発明の蒸発装置１００Ｃでは、飛沫防止具が、内壁と衝突して生じる飛沫を回収する部材を備え、具体的には以下の板状部材１４６を備える。

図６では、チャネル部材１２３における流路１２６の上方端部の近傍において、チャネル部材１２３に沿ってチャネル部材１２３の回転方向に対してチャネル部材１２３の背後側に板状部材１４６が設けられている。図６に示す板状部材１４６は、長方形の１つの頂点部分を切り欠いた五角形の形状を有し、回転軸１２１の半径方向において、チャネル部材１２３の上方端部の背後から回転軸１２１の近傍にまで延びている。

本発明において、板状部材１４６の大きさおよび厚みは特に限定されず、回転軸１２１の回転に耐え得る剛性を有する材料から構成されていることが好ましい。板状部材１４６を構成する材料の例としては、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が挙げられる。

図７は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図である。

図７に示す蒸発装置１００Ｄにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図７に示す蒸発装置１００Ｄは、撹拌槽１１０内に、上下方向に３層の散液部１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅを備える。さらに、蒸発装置１００Ｄでは、撹拌槽１１０の底部に設けられた貯留部１１７以外に、内壁１１１の途中から延びる第２貯留部１１７ｄおよび第３貯留部１１７ｅがそれぞれ、貯留部１１７と同様にドーナツ状の領域を構成するように設けられている。第２貯留部１１７ｄおよび第３貯留部１１７ｅもまた、撹拌槽１１０の内壁１１１から流下した原料液を収容可能であり、いずれも上方が開放されているため、収容される原料液の液面が上昇し、隔壁部１１８ｄ，１１８ｅを超えると、原料液はオーバーフローしてその下段に位置する他の貯留部（貯留部１１７または第２貯留部１１７ｄ）に収容される。隔壁部１１８、第２隔壁部１１８ｄおよび第３隔壁部１１８ｅは、撹拌槽１１０の上方から下方に向かって（すなわち、図７においては第３隔壁部１１８ｅ、第２隔壁部１１８ｄおよび隔壁部１１８の順に）徐々に撹拌槽１１０の略中央に設けられた濃縮液出口１１５に近づくような位置に設けられている。

ここで、回転軸１２１の最下部に設けられた取付具１２２ｃには、一対の第１チャネル部材１２３ｃが回転軸１２１を中心として軸対象となるように設けられている。また、第１チャネル部材１２３ｃの下端は、貯留部１１７内に収容された原料液内に挿入可能な位置まで延びている。回転軸１２１の中段に設けられた取付具１２２ｄには、一対の第２チャネル部材１２３ｄが回転軸１２１を中心として軸対象となるように設けられている。また、第２チャネル部材１２３ｄの下端は、第２貯留部１１７ｄ内に収容された原料液内に挿入可能な位置まで延びている。回転軸１２１の最上部に設けられた取付具１２２ｅには、一対の第３チャネル部材１２３ｅが回転軸１２１を中心として軸対象となるように設けられている。また、第３チャネル部材１２３ｅの下端は、第３貯留部１１７ｅ内に収容された原料液内に挿入可能な位置まで延びている。なお、これらの第１チャネル部材１２３ｃ、第２チャネル部材１２３ｄ、および第３チャネル部材１２３ｅは、図１に示すチャネル部材１２３と同様に構成されている。

図７に示す蒸発装置１００Ｄでは、供給パイプ１３０の原料液供給口１３１から排出された原料液は、まず撹拌槽１１０の内壁１１１を、濡れ面を形成しながら流下し、第３貯留部１１７ｅに収容される。この流下にあたり原料液に含まれる一部の揮発成分は蒸発し、揮発成分出口１１３より外部に排出される。

さらに、回転軸１２１の回転により、第３貯留部１１７ｅに収容された原料液は、第３チャネル部材１２３ｅの流路１２６ｅを介して第３チャネル部材１２３ｅの下端から上端にまで汲み上げられ、第３チャネル部材１２３ｅの上方端部から内壁１１１に散布され流下される。この流下にあたり原料液に含まれる揮発成分は蒸発し、揮発成分出口１１３より外部に排出される。残った他の成分を含む原料液は、再び第３貯留部１１７ｅに収容され、第３チャネル部材１２３ｅによる汲み上げが繰り返される。

その後、第３貯留部１１７ｅの液面が上昇して第３隔壁部１１８ｅを超えると、原料液はオーバーフローし、下段に位置する第２貯留部１１７ｄに収容される。

第２貯留部１１７ｄに収容された原料液は、回転軸１２１の回転により、第２チャネル部材１２３ｄの流路１２６ｄを介してチャネル部材１２３ｄの下端から上端にまで汲み上げられ、第２チャネル部材１２３ｄの上方端部から内壁１１１に散布され流下される。この流下にあたり原料液に含まれる揮発成分は蒸発し、揮発成分出口１１３より外部に排出される。残った他の成分を含む原料液は、再び第２貯留部１１７ｄに収容され、第２チャネル部材１２３ｄによる汲み上げが繰り返される。

その後、第２貯留部１１７ｄの液面が上昇して第２隔壁部１１８ｄを超えると、原料液はオーバーフローし、最下段に位置する貯留部１１７に収容される。

貯留部１１７に収容された原料液は、回転軸１２１の回転により、第１チャネル部材１２３ｃの流路１２６ｃを介して第１チャネル部材１２３ｃの下端から上端にまで汲み上げられ、第１チャネル部材１２３ｃの上方端部から内壁１１１に散布され流下される。この流下にあたり原料液に含まれる揮発成分は蒸発し、揮発成分出口１１３より外部に排出される。残った他の成分を含む原料液は、再び貯留部１１７に収容され、第１チャネル部材１２３ｃによる汲み上げが繰り返される。

その後、貯留部１１７の液面が上昇して隔壁部１１８を超えると、原料液はオーバーフローし、濃縮液として濃縮液出口１１５を通じて外部に排出される。

図７に示す実施形態では、３層のチャネル部材を備える蒸発装置１００Ｄについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、２層のチャネル部材で構成されるもの（例えば、図７に示す蒸発装置から取付具１２２ｅ、第３チャネル部材１２０ｅ、第３貯留部１１７ｅ、および第３隔壁部１１８ｅを取り除いたもの）、あるいは４層以上のチャネル部材が設けられていてもよい。さらに、図７に示す蒸発装置では、上記第２チャネル部材および第３チャネル部材が、それぞれ独立して回転軸に対し、例えば複数の（すなわち、１つまたはそれ以上）、好ましくは２つ～８つ、より好ましくは２つ～６つ装着されていてもよい。本発明において、第２チャネル部材および第３チャネル部材は、それぞれ独立して回転軸の周りに略均等な角度で装着されていることが好ましい。

図７に示す蒸発装置１００Ｄは、貯留部１１７、第２貯留部１１７ｄおよび第３貯留部１１７ｅがそれぞれ揮発成分の濃度が異なる原料液を収容するため、１つの貯留部を用いて濃縮するよりも蒸発効率を向上させることができる。

図８は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図である。

図８に示す蒸発装置２００Ａにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図８に示す蒸発装置２００Ａは、撹拌槽２１０の上方に原料液供給口１４８が外部に設けられた原料タンク（図示せず）と連通して設けられている。さらに蒸発装置２００Ａでは、上方から下方に向かって縮径する撹拌槽２１０を備える。さらにこのような縮径した形態に沿って撹拌槽２１０の側面部にはジャケット２１２が設けられている。

原料液供給口１４８から供給された原料液は、撹拌槽２１０の内壁２１１に沿って下方の貯留部１１７まで流下し、その間にジャケット２１２からの加熱によって揮発成分が蒸発し、揮発成分出口１１３を介して外部に排出される。一方、その他の成分を含む原料液は、貯留部１１７に収容され、回転軸１２１の回転によりチャネル部材１２３の流路１２６を通じて再びチャネル部材１２３の下方から上方に移動し、内壁２１１に散布される。これにより原料液に含まれる揮発成分の蒸発が繰り返し行われる。

一方、貯留部１１７の液面が上昇して隔壁部１１８を超えると、原料液はオーバーフローして、濃縮液として濃縮液出口１１５から外部に排出される。

ここで、図８に示す蒸発装置２００Ａは、例えば図１に示すような蒸発装置と比較して、撹拌槽２１０の側面部がより緩やかに傾斜する。このような傾斜は、内壁２１１を流下する原料液の通過距離を増やすため、揮発成分の蒸発をより効果的に行うことができる。特に、図８に示す蒸発装置２００Ａは、例えば、比較的粘性の低い原料液を用いる場合であっても、有効に使用することができる。

上記図１および図５～図８に示したような蒸発装置は薄膜蒸発装置とも呼ばれ、従来の蒸発システムにおける蒸発装置の代わりに組み入れて使用することができる。

図９は、上記本発明の蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。

本発明の蒸発システム３００は、原料となる原料液を含む原料タンク９１０と、本発明の蒸発装置１００（例えば、図１または図５～図８に示すような蒸発装置）と真空ポンプ９２０とコンデンサー９３０とを備える。

原料液は、ポンプ９２０の駆動により、原料タンク９１０から管９０４を通って予熱器９０６で一旦予熱され、蒸発装置１００に送給される。蒸留装置１００は、管９０５に別途スチーム（ＳＴＭ）を通過させたジャケットにより加熱される。蒸発装置１００にて蒸発した揮発成分は、蒸発装置１００の揮発成分出口から管９０７を通ってコンデンサー９３０に供給される。次いで、揮発成分はコンデンサー９３０にて冷却後、液化される。一方、蒸発装置１００の濃縮液出口から排出された濃縮液は、管９０８を通じて外部に排出される。

図１０は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図であって、撹拌槽内にコンデンサーを備える蒸発装置の概略端面図である。

図１０に示す蒸発装置４００Ａにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図１０に示す蒸発装置４００Ａは、上方から下方に向かって縮径する（例えば、逆円錐型の）撹拌槽２１０内に、モーター１４０と連結する回転軸１２１に設けられた取付具１２２ｃがチャネル部材１２３を上方から吊り下げるようにして構成されている。チャネル部材１２３は、撹拌槽２１０の内壁２１１の斜面に略平行となるように傾けて配置されており、下端は原料液を収容する貯留部１１７から原料液を汲み上げ可能な位置まで延びている。また、図１０の蒸発装置４００Ａにおいては、撹拌槽２１０の略中央にコンデンサー１５０が配置されている。コンデンサー１５０は、冷却水などの冷却媒体が撹拌槽２１０の外部から内部に向かって流動する冷却主管１５０ａと、冷却主管１５０ａから分岐して当該冷却媒体を撹拌槽２１０の内部から外部に向かって流動する冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃとを備える。コンデンサー１５０は、例えば、撹拌槽の下部から挿入可能なサイズを有するか、あるいは撹拌槽の上蓋（図示せず）を通じて、例えば、チャネル部材１２３および取付具１２２ｃを備え付ける前に吊り下ろして配置することも可能である。コンデンサー１５０は、例えば、上方から下方にかけて縮径するような逆円錐型の外形を有し、例えば、冷却水が撹拌槽２１０の外部から当業者に周知の手法により供給される（図示せず）。撹拌槽２１０の内壁２１１を流下した原料液から蒸発した揮発成分は、コンデンサー１５０上で凝縮し、再び液化して撹拌槽２１０の底部中央に向かって液滴となって落下する。

さらに蒸発装置４００Ａでは、撹拌槽２１０の底部の中央に、コンデンサー１５０から落下した液滴を外部に排出するための揮発成分出口１１３ｂが設けられている。揮発成分出口１１３ｂの一部には真空ポンプ（図示せず）に連結した枝管１１３ａが設けられており、真空ポンプからの減圧によりコンデンサー１５０からの液滴が揮発成分出口１１３ｂから外部に排出される。

またさらに、蒸発装置４００Ａでは、原料供給口１４８から供給された原料液が、撹拌槽２１０の内壁２１１を流下し、揮発成分が蒸発した後、残りの成分を含む原料液が貯留部１１７に収容される。次いで、貯留部１１７に収容された原料液が、回転軸１２１の回転によりチャネル部材１２３の流路１２６を通じて再びチャネル部材１２３の下方から上方に移動し、内壁２１１に散布される。これにより原料液に含まれる揮発成分の蒸発が繰り返し行われるとともに、原料液が徐々に濃縮され、貯留部１１７に収容される。

図１０に示す蒸発装置４００Ａでは、貯留部１１７の原料液は、隔壁部１１８を超える前に、貯留部１１７の底部に設けられた濃縮液出口１１５ｂを介して外部に排出することができる。濃縮液出口１１５ｂの外部には、図示しないバルブが設けられており、当該バルブの開閉により、貯留部１１７に収容された原料液を濃縮液として外部に排出することができる。

上記図１０に示したような蒸発装置は短工程蒸留装置とも呼ばれ、高真空下での原料液からの蒸発および凝縮を行うことが可能である。

図１１は、図１０に示す本発明の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。

本発明の蒸発システム５００は、原料となる原料液を含む原料タンク９１０と、本発明の蒸発装置４００Ａと真空ポンプ９２０とを備える。

原料液は、ポンプ９０２の駆動により、原料タンク９１０から管９０４を通って予熱器９０６で一旦予熱され、蒸発装置４００Ａに送給される。蒸留装置４００Ａは、管９０５に別途スチーム（ＳＴＭ）を通過させたジャケットにより加熱される。蒸発装置４００Ａにて蒸発した揮発成分は、当該装置内のコンデンサーによって凝縮し、外部に設けられた真空ポンプ９２０により揮発成分出口を介して排出される。

このように、図１１に示す本発明の蒸発システム５００は、システム中に別途コンデンサーを設ける必要がなく、より省スペースな構成とすることができる。

図１２は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略端面図であって、撹拌槽内にコンデンサーを備える蒸発装置の概略端面図である。

図１２に示す蒸発装置４００Ｂにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図１２に示す蒸発装置４００Ｂは、撹拌槽１１０内に、モーター１４０と連結する回転軸１２１に設けられた取付具１２２ｃがチャネル部材１２３を上方から吊り下げるようにして構成されている。チャネル部材１２３は、撹拌槽１１０の内壁１１１の斜面に略平行となるように傾けて配置されており、下端は原料液を収容する貯留部１１７から原料液を汲み上げ可能な位置まで延びている。さらに、チャネル部材１２３の上方端部には、ミストセパレータ１４２が設けられている。また、図１２の蒸発装置４００Ｂにおいては、撹拌槽１１０の略中央にコンデンサー１５０が配置されている。コンデンサー１５０は、冷却水などの冷却媒体が撹拌槽１１０の外部から内部に向かって流動する冷却主管１５０ａと、冷却主管１５０ａから分岐して当該冷却媒体を撹拌槽１１０の内部から外部に向かって流動する冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃとを備える。コンデンサー１５０は、例えば、撹拌槽の下部から挿入可能なサイズを有するか、あるいは撹拌槽の上蓋（図示せず）を通じて、例えば、チャネル部材１２３および取付具１２２ｃを備え付ける前に吊り下ろして配置することも可能である。コンデンサー１５０は、例えば、上方から下方にかけて縮径するような逆円錐型の外形を有し、冷却水が撹拌槽１１０の外部から当業者に周知の手法により供給される。撹拌槽１１０の内壁１１１を流下した原料液から蒸発した揮発成分は、コンデンサー１５０上で凝縮し、再び液化して撹拌槽１１０の底部中央に向かって液滴となって落下する。

さらに蒸発装置４００Ｂでは、撹拌槽１１０の底部の中央に、コンデンサー１５０から落下した液滴を外部に排出するための揮発成分出口１１３ｂが設けられている。揮発成分出口１１３ｂの一部には真空ポンプ（図示せず）に連結した枝管１１３ａが設けられており、コンデンサー１５０からの液滴が揮発成分出口１１３ｂから外部に排出される。

またさらに、蒸発装置４００Ｂでは、原料供給口１４８から供給された原料液が、撹拌槽１１０の内壁１１１を流下し、揮発成分が蒸発した後、残りの成分を含む原料液が貯留部１１７に収容される。貯留部１１７に収容された原料液は、回転軸１２１の回転によりチャネル部材１２３の流路１２６を通じて再びチャネル部材１２３の下方から上方に移動し、ミストセパレータ１４２を介して内壁１１１に散布される。これにより原料液に含まれる揮発成分の蒸発が繰り返し行われるとともに、原料液が徐々に濃縮され、貯留部１１７に収容される。

図１２に示す実施形態では、貯留部１１７に収容される原料液が徐々に増加し、液面が隔壁部１１８を超えると、当該原料液はオーバーフローし、濃縮液として濃縮液出口１１５ｃを介して外部に排出され得る。なお、本発明においては、撹拌部１１０の底部において、貯留部１１７を構成する隔壁部１１８のさらに内側（撹拌槽１１０のより中心側）に第２隔壁部１１９が設けられている。本発明においては、隔壁部１１８の上端が第２隔壁部１１９の上端よりも下方に位置するように配置されていることが好ましい。貯留部１１７から隔壁部１１８を超えてオーバーフローする原料液が、第２隔壁部１１９を超えて揮発成分出口１１３ｂ内に入り、当該出口を通る揮発成分の液滴と混合することを回避するためである。

本発明の蒸発装置は、例えば、不純物を含有する液体たと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。

１００Ａ，１００Ｂ，２００Ａ，４００Ａ 蒸発装置
１１０，２１０ 撹拌槽
１１１，２１１ 内壁
１１２，２１２ ジャケット
１１３，１１３ｂ 揮発成分出口
１１５，１１５ｂ，１１５ｃ 濃縮液出口
１１７ 貯留部
１１８ 隔壁部
１２０ 散液部
１２１ 回転軸
１２２，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅ 取付具
１２３，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ チャネル部材
１２４ａ 原料液導入部分
１２４ｂ 流路形成部分
１２６ 流路
１２７ 流路拡張部
１３１，１４８ 原料液供給口
１４０ モーター
１４２ ミストセパレータ
１４６ 板状部材
１５０ コンデンサー
３００，５００ 蒸発システム

Claims (9)

1. 原料液が供給されかつ揮発成分出口および濃縮液出口を備える、撹拌槽と、
   該撹拌槽内に設けられておりかつ該撹拌槽内の発熱部分に原料液を流下する、散液部とを備える、蒸発装置であって、
   （ａ）該撹拌槽が、該撹拌槽の底部と該内壁とで囲まれておりかつ該流下した原料液を一時的に貯留する、少なくとも１つの貯留部を備え、
   （ｂ）該散液部が、
   回転軸；
   一方の端部を含む受液部が該貯留部内に挿入されるように配置されており、かつ該回転軸の回転に伴って該貯留部に一時的に貯留された該原料液を、該受液部を通じて該撹拌槽の下方から上方に向かって流動する流路を備える、少なくとも１つのチャネル部材；および
   該回転軸と該チャネル部材とを連結する、取付具；
   から構成されており、そして
   （ｃ）該チャネル部材が、該一方の端部の水平方向において、
   原料液導入部分であって、該回転軸の回転によって形成される該チャネル部材の回転軌跡の最外周を構成する基点から該回転による進行方向側の先端に位置する原料液導入縁部まで延び、かつ該原料液導入縁部および該基点を含む仮想直線と該基点における該最外周の接線との交差角θ_Ｋの絶対値が、該最外周の該接線を基準として０°から１０°である、原料液導入部分；
   流路形成部分であって、該最外周の該基点から該回転による該進行方向と反対側に位置する流路形成縁部まで延びている、流路形成部分；および
   該原料液導入部分が設けられた側の該流路形成縁部に配置された、該流路内で広がった該原料液を堰き止めて下方から上方への流動を促す流路拡張部；
   から構成されている、蒸発装置。
2. 前記撹拌槽の前記発熱部分が該撹拌槽の内壁であり、そして該内壁が該撹拌槽の外周に設けられたジャケットにより加熱される、請求項１に記載の蒸発装置。
3. 前記チャネル部材の前記原料導入部分が、前記一方の端部の前記水平方向において、前記回転軸の回転による進行方向に対して該回転軸側に押し広げられている、請求項１または２に記載の蒸発装置。
4. 前記チャネル部材の前記原料導入部分が、前記一方の端部の前記水平方向において、前記撹拌槽の前記内壁と略平行となるように設計されている、請求項２または３に記載の蒸発装置。
5. 前記濃縮液出口が前記撹拌槽の底部に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の蒸発装置。
6. 前記揮発成分出口が前記撹拌槽の底部に設けられており、前記撹拌槽の中央にコンデンサーが設けられており、そして前記原料液から蒸発した揮発成分が該コンデンサーにて凝縮し、該揮発成分出口を介して排出される、請求項２から５のいずれかに記載の蒸発装置。
7. 原料液を含む原料タンクと、
   該原料タンクから供給される該原料液を処理する請求項２から５のいずれかに記載の蒸発装置と、
   該蒸発装置の揮発成分出口から排出される揮発成分を凝縮するコンデンサーと、
   を備える、蒸発システム。
8. 原料液を含む原料タンクと、
   該原料タンクから供給される該原料液を処理する請求項６に記載の蒸発装置と、
   を備える、蒸発システム。
9. 撹拌槽内の貯留部に一時的に貯留された原料液を、回転により撹拌槽の下方から上方に向かって流動させ、かつ該上方から散液することにより、該原料液を該撹拌槽内の発熱部分に流下して蒸発させる、蒸発装置内に設けられる散液部であって、
   回転軸；
   一方の端部を含む受液部が該貯留部内に挿入されるように配置されており、かつ該回転軸の回転に伴って該貯留部に一時的に貯留された該原料液を、該受液部を通じて該撹拌槽の下方から上方に向かって流動する流路を備える、少なくとも１つのチャネル部材；および
   該回転軸と該チャネル部材とを連結する、取付具；
   から構成されており、そして
   該チャネル部材が、該一方の端部の水平方向において、
   原料液導入部分であって、該回転軸の回転によって形成される該チャネル部材の回転軌跡の最外周を構成する基点から該回転による進行方向側の先端に位置する原料液導入縁部まで延び、かつ該原料液導入縁部および該基点を含む仮想直線と該基点における該最外周の接線との交差角θ_Ｋの絶対値が、該最外周の該接線を基準として０°から１０°である、原料液導入部分；
   流路形成部分であって、該最外周の該基点から該回転による該進行方向と反対側に位置する流路形成縁部まで延びている、流路形成部分；および
   該原料液導入部分が設けられた側の該流路形成縁部に配置された、該流路内で広がった該原料液を堰き止めて下方から上方への流動を促す流路拡張部；
   から構成されている、散液部。

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