專利名稱：前進(jìn)冷凍濃縮控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及前進(jìn)冷凍濃縮控制方法。作為對(duì)食品和藥品等被濃縮液進(jìn)行濃縮的方法，能夠得到具有優(yōu)異品質(zhì)的濃縮物的冷凍濃縮法受到廣泛關(guān)注。冷凍濃縮法中，眾所周知的有懸浮結(jié)晶法和前進(jìn)冷凍濃縮法，本發(fā)明特別涉及對(duì)其中的前進(jìn)冷凍濃縮法，特別是涉及一面使被濃縮液和冷卻介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，一面對(duì)該被濃縮液進(jìn)行前進(jìn)冷凍濃縮時(shí)的控制方法。
背景技術(shù)：
過(guò)去，作為前進(jìn)冷凍濃縮方法，已知是通過(guò)一面使被濃縮液在冷凍濃縮器的被濃縮液流路中循環(huán)，一面使冷卻介質(zhì)在該冷凍濃縮器的冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)，在該被濃縮液流路的壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的(例如，參照非專利文獻(xiàn)1和2)。
這種前進(jìn)冷凍濃縮法中，在冷凍濃縮中冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度這兩個(gè)因素在對(duì)被濃縮液進(jìn)行有效冷凍濃縮方面有很大影響。例如，如果被濃縮液在冷凍界面的流速慢，則相應(yīng)的溶質(zhì)向冰結(jié)晶中的摻入率增高；相反如果被濃縮液在冷凍界面的流速快，則相應(yīng)地會(huì)增加對(duì)冷凍濃縮裝置的負(fù)荷。此外，如果冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度快，則相應(yīng)的溶質(zhì)向冰結(jié)晶中的摻入率增高；相反如果冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度慢，則相應(yīng)的冷凍濃縮時(shí)間變長(zhǎng)。在如前所述的前進(jìn)冷凍濃縮法中，把在冷凍濃縮中冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制在最佳值是非常關(guān)鍵的。到目前為止，尚未提出把上述二值控制到這樣最佳值的方法。目前的實(shí)際情況通常是或者將使被濃縮液循環(huán)的泵的轉(zhuǎn)速和冷卻介質(zhì)的溫度保持在一定值，或者預(yù)測(cè)在冷凍濃縮中冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，根據(jù)冷凍濃縮時(shí)間的變化依次降低使被濃縮液循環(huán)的泵的轉(zhuǎn)速，還有依次降低冷卻介質(zhì)的溫度。但是在實(shí)際采用這些方法進(jìn)行操作時(shí)不能把在冷凍濃縮中冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制在最佳值，這些因素有很大變化。
食品和技術(shù)(1997年12月號(hào)、第318卷、1～8頁(yè))[非專利文獻(xiàn)2]日本食品工學(xué)會(huì)第一回(2000年度)年次大會(huì)講演要旨集(85頁(yè))發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的課題在于提供通過(guò)一面使被濃縮液在冷凍濃縮器的被濃縮液流路中循環(huán)，一面使冷卻介質(zhì)在該冷凍濃縮器的冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)，在該被濃縮液流路的壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，從而在對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的前進(jìn)冷凍濃縮中，可以把對(duì)有效冷凍濃縮被濃縮液有很大影響的兩個(gè)因素，也就是把在冷凍濃縮中冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制到最佳值，換言之也就是可以控制設(shè)定值的方法。
為解決前述課題的本發(fā)明涉及前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其特征是通過(guò)一面使被濃縮液在冷凍濃縮器的被濃縮液流路中循環(huán)，一面使冷卻介質(zhì)在該冷凍濃縮器的冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)，在該被濃縮液流路的壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，從而在對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的前進(jìn)冷凍濃縮中，在被濃縮液流路中連接檢測(cè)被濃縮液體積膨脹量的裝置，通過(guò)該體積膨脹量檢測(cè)裝置檢測(cè)的體積膨脹量，求出該被濃縮液流路中的冰結(jié)晶厚度，通過(guò)根據(jù)該冰結(jié)晶厚度的下述操作A和B把在該被濃縮液流路中的該被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制到設(shè)定值。
操作A通過(guò)冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路中冰結(jié)晶的內(nèi)徑，用該內(nèi)徑和該被濃縮液流路中該被濃縮液流速的設(shè)定值，計(jì)算該被濃縮液流路中該被濃縮液的所需流量，調(diào)節(jié)該被濃縮液的循環(huán)量，使該被濃縮液流路中該被濃縮液實(shí)測(cè)流量達(dá)到該所需流量的操作。
操作B通過(guò)冰結(jié)晶的厚度，計(jì)算被濃縮液流路中冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的溫度和/或循環(huán)量，使該生長(zhǎng)速度達(dá)到設(shè)定值的操作。
本發(fā)明所說(shuō)的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法(以下簡(jiǎn)單稱為本發(fā)明的控制方法)，是一面使被濃縮液在冷凍濃縮器的被濃縮液流路中循環(huán)，一面使冷卻介質(zhì)在該冷凍濃縮器的冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)，在該被濃縮液流路的壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的前進(jìn)冷凍濃縮中，把該被濃縮液流路中該被濃縮液的流速及冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制在最佳值，也就是設(shè)定值的方法。
作為冷凍濃縮器，可以采用具有1根或更多根的可以形成被濃縮液流路和冷卻介質(zhì)流路的2層或2層以上的多層管，如果是具有2根或2根以上的多層管時(shí)，可以對(duì)各多層管進(jìn)行串聯(lián)排列或并聯(lián)連接的各種形式的冷凍濃縮器。其中作為冷凍濃縮器，優(yōu)選使用由內(nèi)側(cè)形成被濃縮液流路，外側(cè)形成冷卻介質(zhì)流路的雙層圓筒管構(gòu)成的冷凍濃縮器，更優(yōu)選具有2根或2根以上這種雙層圓筒管，并且把各雙層圓筒管的被濃縮液流路連接形成一個(gè)循環(huán)流路的冷凍濃縮器。
本發(fā)明的控制方法中，首先把被濃縮液體積膨脹量的檢測(cè)裝置連接到前述冷凍濃縮器的被濃縮液流路中，通過(guò)該體積膨脹檢測(cè)裝置檢測(cè)的體積膨脹量求出該被濃縮液流路中的冰結(jié)晶厚度。如果被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮，則隨著時(shí)間的變化，在被濃縮液流路的壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大。由于該冰結(jié)晶長(zhǎng)大，引起體積膨脹，表觀上被濃縮液量只增加體積膨脹的部分。結(jié)果可以通過(guò)連接在被濃縮液流路中的體積膨脹量檢測(cè)裝置檢測(cè)所產(chǎn)生的被濃縮液的該增加量，也就是該被濃縮液的體積膨脹量。由于被濃縮液流路的形狀和尺寸，例如直徑和長(zhǎng)度是已知的，所以可以用檢測(cè)的體積膨脹量計(jì)算該被濃縮液流路中的冰結(jié)晶厚度。
作為體積膨脹量的檢測(cè)裝置，其本身可以采用各種方式的檢測(cè)裝置，但優(yōu)選采用如前所述使增加的并從被濃縮液流路中溢流出的被濃縮液流到一個(gè)容器中，通過(guò)壓力、重量或液面水平檢測(cè)其量的檢測(cè)裝置，還可以優(yōu)選用從被濃縮液流路中溢流出的被濃縮液的累積流量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。
本發(fā)明控制方法中，接下來(lái)是根據(jù)用前述方法求出的被濃縮液流路中的冰結(jié)晶厚度，進(jìn)行A和B的操作，對(duì)被濃縮液流路中被濃縮液的流速以及冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度進(jìn)行控制，使其達(dá)到設(shè)定值。操作A中，通過(guò)冰結(jié)晶厚度計(jì)算被濃縮液流路中冰結(jié)晶的內(nèi)徑，再根據(jù)該內(nèi)徑和該被濃縮液流路中該被濃縮液流速的設(shè)定值計(jì)算該被濃縮液流路中該被濃縮液的所需流量，再調(diào)節(jié)被濃縮液的循環(huán)量，使該被濃縮液流路中該被濃縮液的實(shí)測(cè)流量達(dá)到所需流量。操作B中，通過(guò)冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路中冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的溫度和/或循環(huán)量，使該生長(zhǎng)速度達(dá)到設(shè)定值。
作為操作A中對(duì)被濃縮液循環(huán)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，可以采用各種方式的調(diào)節(jié)方法，但優(yōu)選通過(guò)控制使該被濃縮液在被濃縮液流路中循環(huán)的泵的頻率，從而控制轉(zhuǎn)速的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外作為操作B中冷卻介質(zhì)溫度的調(diào)節(jié)方法，其本身也可以采用各種方式的調(diào)節(jié)方法，但是優(yōu)選對(duì)使該冷卻介質(zhì)冷卻的冷卻機(jī)的工作進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)方法，更優(yōu)選采用對(duì)由與為使該冷卻介質(zhì)冷卻的冷卻機(jī)相連的冷卻介質(zhì)容器向冷卻介質(zhì)流路入口供給的冷卻介質(zhì)和由該冷卻介質(zhì)流路出口排出的、不經(jīng)過(guò)該冷卻介質(zhì)容器而直接返回流到該冷卻介質(zhì)流路入口的冷卻介質(zhì)的流量進(jìn)行控制。作為操作B中調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的方法，其本身也可以采用各種方法，但優(yōu)選通過(guò)對(duì)為使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率進(jìn)行控制，從而控制轉(zhuǎn)速的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在對(duì)被濃縮液進(jìn)行有效冷凍濃縮方面，有兩大影響因素，即在冷凍濃縮中冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度。如果按照本發(fā)明的控制方法，一面使被濃縮液和冷卻介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，一面對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的前進(jìn)冷凍濃縮中，可以按照設(shè)定值控制上述兩大影響因素。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明[

圖1]簡(jiǎn)單表示本發(fā)明控制方法實(shí)施方案的系統(tǒng)圖。
簡(jiǎn)單表示本發(fā)明控制方法另一實(shí)施方案的系統(tǒng)圖。
表示本發(fā)明控制方法的冷凍濃縮結(jié)果的曲線圖。
表示以往控制方法的冷凍濃縮結(jié)果的曲線圖。
11～14 雙層圓筒管11a～14a被濃縮液流路11b～14b冷卻介質(zhì)流路11c，13c循環(huán)流路21，22 供料容器31，32 冷卻機(jī)
32a 冷卻介質(zhì)容器41～44 泵51，52 溢流管51a，52a接受容器61a 壓力傳感器61b，62b流量計(jì)62a 累積流量計(jì)61c，62c溫度傳感器62d 三通閥71，72 運(yùn)算控制裝置實(shí)施發(fā)明的最佳方案圖1是表示本發(fā)明控制方法實(shí)施方案的系統(tǒng)圖。豎直并列設(shè)置2根雙層圓筒管11、12，該圓筒管的內(nèi)側(cè)形成被濃縮液流路11a、12a，其外側(cè)形成冷卻介質(zhì)流路11b、12b，把被濃縮液流路11a和被濃縮液流路12a連接形成一個(gè)循環(huán)流路11c。在雙層圓筒管11、12的上方，設(shè)置被濃縮液的供料容器21，供料容器21與循環(huán)流路11c相連。冷卻介質(zhì)流路11b和冷卻介質(zhì)流路12b在其上部和下部是連通的，在冷卻介質(zhì)流路12b的下部設(shè)置冷卻介質(zhì)的入口，在其上部設(shè)置冷卻介質(zhì)的出口，把該入口和出口與冷卻機(jī)31連接。
在被濃縮液流路11a上方的循環(huán)流路11c中安裝介入使被濃縮液循環(huán)的泵41，從連接位于泵41上方的循環(huán)流路11c和供料容器21的連接管上分接出溢流管51，溢流管51的端部通向接受容器51a。另外在冷卻介質(zhì)通往冷卻介質(zhì)流路12b的冷卻介質(zhì)入口和冷卻機(jī)31之間安裝介入使冷卻介質(zhì)循環(huán)的泵42。
在接受容器51a的底部安裝介入壓力傳感器61a，在被濃縮液流路12a上方的循環(huán)流路11c中安裝介入流量計(jì)61b，再于泵42和通向冷卻介質(zhì)流路12b的冷卻介質(zhì)入口之間安裝介入溫度傳感器61c。把壓力傳感器61a、流量計(jì)61b、溫度傳感器61c連接到運(yùn)算控制裝置71上，運(yùn)算控制裝置71與冷卻機(jī)31和泵41連接。
在圖1表示的系統(tǒng)圖中，從供料容器21向包括被濃縮液流路11a、12a的循環(huán)流路11c中注滿被濃縮液。使泵41工作，被濃縮液在循環(huán)流路11c，也就是被濃縮液流路11a、12a中進(jìn)行左旋轉(zhuǎn)循環(huán)，與此同時(shí)，使冷卻機(jī)31和泵42工作，讓通過(guò)冷卻機(jī)31冷卻的冷卻介質(zhì)向冷卻介質(zhì)流路11b、12b中循環(huán)。在被濃縮液流路11a、12a的壁面，也就是雙層圓筒管11、12的內(nèi)側(cè)圓筒管的內(nèi)壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，通過(guò)這種方法，使被濃縮液冷凍濃縮，但是由于冰結(jié)晶長(zhǎng)大會(huì)引起體積膨脹，只有該體積膨脹部分的被濃縮液通過(guò)溢流管51流入并貯存于接受容器51a中。
在圖1的系統(tǒng)圖中，首先用壓力傳感器61a依次測(cè)出隨著前述冷凍濃縮的進(jìn)行，貯存于接受容器51a中的被濃縮液量，也就是被濃縮液的體積膨脹量，并把該信號(hào)輸入到運(yùn)算控制裝置71。在運(yùn)算控制裝置71中，根據(jù)被輸入的信號(hào)，依次計(jì)算被濃縮液流路11a、12a中冰結(jié)晶的厚度。
在運(yùn)算控制裝置71中，預(yù)先輸入被濃縮液流路11a、12a中被濃縮液的流速以及冰結(jié)晶生長(zhǎng)速度的設(shè)定值，而在圖1的系統(tǒng)圖中，接著是通過(guò)前述冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路11a、12a中冰結(jié)晶的內(nèi)徑，根據(jù)該內(nèi)徑和被濃縮液流路11a、12a中被濃縮液流速的設(shè)定值，計(jì)算被濃縮液流路11a、12a中被濃縮液的所需流量，根據(jù)運(yùn)算控制裝置71發(fā)出的信號(hào)對(duì)泵41的頻率進(jìn)行控制，從而控制其轉(zhuǎn)數(shù)，調(diào)節(jié)被濃縮液的循環(huán)量，使通過(guò)流量計(jì)61b檢測(cè)的被濃縮液流路11a、12a中被濃縮液的實(shí)測(cè)流量達(dá)到該所需流量。與此同時(shí)，通過(guò)前述冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路11a、12a中冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，根據(jù)運(yùn)算控制裝置71發(fā)出的信號(hào)，控制冷卻機(jī)31的工作，調(diào)節(jié)通過(guò)溫度傳感器61c檢測(cè)的冷卻介質(zhì)的溫度使該生長(zhǎng)速度達(dá)到設(shè)定值。
圖2是表示本發(fā)明控制方法另一實(shí)施方案的系統(tǒng)圖。豎直并列設(shè)置2根雙層圓筒管13、14，該雙層圓筒管內(nèi)側(cè)形成被濃縮液流路13a、14a，其外側(cè)形成冷卻介質(zhì)流路13b、14b，把被濃縮液流路13a和被濃縮液流路14a連接形成一個(gè)循環(huán)流路13c。在雙層圓筒管13、14的上方設(shè)置被濃縮液的供料容器22，供料容器22與循環(huán)流路13c連接。冷卻介質(zhì)流路13b和冷卻介質(zhì)流路14b，在其上部和下部是連通的，在冷卻介質(zhì)流路14b的下部設(shè)置冷卻介質(zhì)的入口，另外在上部設(shè)置冷卻介質(zhì)的出口，該入口與出口與冷卻介質(zhì)容器32a相連，冷卻介質(zhì)容器32a與冷卻機(jī)32相連。
在位于被濃縮液流路13a上方的循環(huán)流路13c中，安裝介入為使被濃縮液循環(huán)的泵43，從連接位于泵43上方的循環(huán)流路13c和供料容器22的連接管處分接出溢流管52，溢流管52的端部連接到接受容器52a。另外，在通向冷卻介質(zhì)流路14b的冷卻介質(zhì)入口與冷卻介質(zhì)容器32a之間，安裝介入為使冷卻介質(zhì)循環(huán)的泵44。
在溢流管52中，安裝介入累積流量計(jì)62a，在位于被濃縮液流路14a上方的循環(huán)流路13c中，安裝介入流量計(jì)62b，在泵44和通向冷卻介質(zhì)流路14b的冷卻介質(zhì)入口之間，安裝介入溫度傳感器62c。并且在冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)流路14b的出口和冷卻介質(zhì)容器32a之間安裝介入三通閥62d，在從三通閥62d到連接冷卻介質(zhì)容器32a和泵44的連接管之間設(shè)置旁通管。累積流量計(jì)62a、流量計(jì)62b和溫度傳感器62c與運(yùn)算控制裝置72連接，運(yùn)算控制裝置72與泵43和三通閥62d連接。
在圖2所示的系統(tǒng)圖中，從供料容器22向包括被濃縮液流路13a、14a的循環(huán)流路13c中注滿被濃縮液。使泵43工作，使被濃縮液在循環(huán)流路13c，也就是在被濃縮液流路13a、14a中進(jìn)行左旋轉(zhuǎn)循環(huán)，與此同時(shí)，使冷卻機(jī)32和泵44工作，通過(guò)冷卻介質(zhì)容器32a使經(jīng)冷卻機(jī)32冷卻的冷卻介質(zhì)向冷卻介質(zhì)流路13b、14b中循環(huán)。在被濃縮液流路13a、14a的壁面，也就是雙層圓筒管13、14的內(nèi)側(cè)圓筒管的內(nèi)壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，通過(guò)這種方法，使被濃縮液冷凍濃縮，但是由于冰結(jié)晶長(zhǎng)大會(huì)引起體積膨脹，只有體積膨脹部分的被濃縮液通過(guò)溢流管52和累積流量計(jì)62a流入并貯存于接受容器52a中。
圖2所示的系統(tǒng)圖中，首先用累積流量計(jì)62a依次檢測(cè)伴隨前述冷凍濃縮進(jìn)行并通過(guò)溢流管52溢流的被濃縮液量，也就是被濃縮液的體積膨脹量，把該信號(hào)輸入到運(yùn)算控制裝置72。在運(yùn)算控制裝置72中，用被輸入的信號(hào)依次計(jì)算被濃縮液流路13a、14a中的冰結(jié)晶厚度。
在運(yùn)算控制裝置72中，預(yù)先輸入被濃縮液流路13a、14a中被濃縮液的流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度的設(shè)定值，而在圖2的系統(tǒng)圖中，接著通過(guò)前述冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路13a、14a中的冰結(jié)晶內(nèi)徑，再通過(guò)該內(nèi)徑和被濃縮液流路13a、14a中被濃縮液的設(shè)定值計(jì)算被濃縮液流路13a、14a中被濃縮液的所需流量，根據(jù)運(yùn)算控制裝置72發(fā)出的信號(hào)對(duì)泵43的頻率進(jìn)行控制，從而控制其轉(zhuǎn)數(shù)，調(diào)節(jié)被濃縮液的循環(huán)量，使流量計(jì)62b檢測(cè)的被濃縮液流路13a、14a中被濃縮液的實(shí)測(cè)流量達(dá)到該所需流量。與此同時(shí)，通過(guò)前述冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路13a、14a中冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，根據(jù)運(yùn)算控制裝置72發(fā)出的信號(hào)，調(diào)節(jié)三通閥62d的開度，控制從冷卻介質(zhì)容器32a供給冷卻介質(zhì)流路14b入口的冷卻介質(zhì)的流量和從冷卻介質(zhì)流路14b的出口排出、但是不回到冷卻介質(zhì)容器32a，而通過(guò)三通閥62d和前述旁通管又返回到冷卻介質(zhì)流路14b入口的冷卻介質(zhì)的流量，調(diào)節(jié)經(jīng)溫度傳感器62c檢測(cè)的冷卻介質(zhì)的溫度，使該生長(zhǎng)速度達(dá)到設(shè)定值。
實(shí)施例1按照?qǐng)D2中所示的前述系統(tǒng)圖，在以下條件下對(duì)被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮。
被濃縮液番茄汁的離心分離液冷卻介質(zhì)以丙二醇為主成分的混合液(丸善化學(xué)公司制造的商品名為那伊布拉因(ナイブライン)NFP)的75％水溶液被濃縮液流路中被濃縮液流速的設(shè)定值2.0m/s被濃縮液流路中冰結(jié)晶生長(zhǎng)速度的設(shè)定值4.0mm/h比較例1總體上與實(shí)施例1相同，但是這里把被濃縮液流路中被濃縮液流速2.0m/s，把被濃縮液流路中冰結(jié)晶生長(zhǎng)速度4.0mm/h定為目標(biāo)值，隨著冷凍濃縮時(shí)間的變化，根據(jù)表1所示數(shù)據(jù)依次降低為使被濃縮液循環(huán)的泵的頻率和冷卻介質(zhì)的溫度，以達(dá)到該目標(biāo)值，對(duì)被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮。


結(jié)果圖3是表示前述實(shí)施例1冷凍濃縮結(jié)果的曲線圖，圖4是表示前述比較例1冷凍濃縮結(jié)果的曲線圖。兩個(gè)圖中，橫坐標(biāo)均表示冷凍濃縮時(shí)間(分鐘)，左縱坐標(biāo)均表示被濃縮液流路中被濃縮液的流速(m/s)，右縱坐標(biāo)均表示被濃縮液流路中冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度(mm/h)，并且，兩個(gè)圖中，實(shí)線均表示被濃縮液的流速(m/s)，虛線均表示冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度(mm/h)。
表2表示前述實(shí)施例1和比較例1的冷凍濃縮結(jié)果。表2中的分配系數(shù)是通過(guò)冰結(jié)晶的Brix(％)/[{冷凍濃縮前被濃縮液的Brix(％)+冷凍濃縮后濃縮液的Brix(％)}/2]求出的值，結(jié)果表明，該值越高溶質(zhì)向冰結(jié)晶中的摻入率越高，相反該值越低，溶質(zhì)向冰結(jié)晶中的摻入率越低，當(dāng)該值為1時(shí)，意味著完全不進(jìn)行冷凍濃縮。


從圖3、圖4和表2的結(jié)果分析可知，如果按照本發(fā)明控制方法，可以把冷凍濃縮中在冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制到設(shè)定值，因此可以對(duì)該被濃縮液進(jìn)行有效的冷凍濃縮。
權(quán)利要求
1.前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其特征是在通過(guò)一面使被濃縮液在冷凍濃縮器的被濃縮液流路中循環(huán)，一面使冷卻介質(zhì)在該冷凍濃縮器的冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)，在該被濃縮液流路的壁面上冰結(jié)晶依次形成并長(zhǎng)大，對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的前進(jìn)冷凍濃縮中，在被濃縮液流路中連接檢測(cè)被濃縮液體積膨脹量的裝置，通過(guò)該體積膨脹量檢測(cè)裝置檢測(cè)的體積膨脹量，求出該被濃縮液流路中的冰結(jié)晶厚度，通過(guò)根據(jù)該冰結(jié)晶厚度的下述操作A和B把在該被濃縮液流路中的該被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制到設(shè)定值，操作A通過(guò)冰結(jié)晶的厚度計(jì)算被濃縮液流路中冰結(jié)晶的內(nèi)徑，用該內(nèi)徑和該被濃縮液流路中該被濃縮液流速的設(shè)定值，計(jì)算該被濃縮液流路中該被濃縮液的所需流量，調(diào)節(jié)該被濃縮液的循環(huán)量，使該被濃縮液流路中該被濃縮液的實(shí)測(cè)流量達(dá)到該所需流量的操作，操作B通過(guò)冰結(jié)晶的厚度，計(jì)算被濃縮液流路中冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的溫度和/或循環(huán)量，使該生長(zhǎng)速度達(dá)到設(shè)定值的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，冷凍濃縮器是由內(nèi)側(cè)形成被濃縮液流路、外側(cè)形成冷卻介質(zhì)流路的雙層圓筒管構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，冷凍濃縮器具備2根或2根以上的雙層圓筒管，把各雙層圓筒管的被濃縮液流路連接形成一個(gè)循環(huán)流路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，體積膨脹量檢測(cè)裝置是通過(guò)壓力、重量或液面水平對(duì)從被濃縮液流路溢流的被濃縮液量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，體積膨脹量檢測(cè)裝置是通過(guò)從被濃縮液流路溢流的被濃縮液的累積流量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作A中對(duì)被濃縮液循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該被濃縮液在被濃縮液流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作A中對(duì)被濃縮液循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該被濃縮液在被濃縮液流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)控制對(duì)該冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的冷卻機(jī)的工作而進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)控制對(duì)該冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的冷卻機(jī)的工作而進(jìn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)與冷卻機(jī)相連的冷卻介質(zhì)容器向冷卻介質(zhì)流路入口供給的冷卻介質(zhì)和由該冷卻介質(zhì)流路出口排出、不通過(guò)該冷卻介質(zhì)容器而直接返回到該冷卻介質(zhì)流路入口的冷卻介質(zhì)的流量進(jìn)行控制，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)與冷卻機(jī)相連的冷卻介質(zhì)容器向冷卻介質(zhì)流路入口供給的冷卻介質(zhì)和由該冷卻介質(zhì)流路出口排出、不通過(guò)該冷卻介質(zhì)容器而直接返回到該冷卻介質(zhì)流路入口的冷卻介質(zhì)的流量進(jìn)行控制，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
13.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的前進(jìn)冷凍濃縮控制方法，其中，操作B中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制使該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路中循環(huán)的泵的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)而進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明提供在一面使被濃縮液和冷卻介質(zhì)循環(huán)，一面對(duì)該被濃縮液進(jìn)行冷凍濃縮的前進(jìn)冷凍濃縮中，把對(duì)被濃縮液進(jìn)行有效冷凍濃縮影響最大的兩個(gè)因素，即冷凍濃縮中在冷凍界面的被濃縮液流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度控制到設(shè)定值的控制方法。在使被濃縮液循環(huán)的被濃縮液流路中，連接檢測(cè)該被濃縮液體積膨脹量的裝置，通過(guò)該體積膨脹量檢測(cè)裝置檢測(cè)的體積膨脹量求出該被濃縮液流路中冰結(jié)晶的厚度，根據(jù)該冰結(jié)晶的厚度，調(diào)節(jié)被濃縮液的循環(huán)量，與此同時(shí)，調(diào)節(jié)冷卻的溫度和/或循環(huán)量，控制該被濃縮液流路中該被濃縮液的流速和冰結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，使其達(dá)到設(shè)定值。
文檔編號(hào)B01D9/00GK1593248SQ20041007688
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者鍵谷和生, 早川喜郎 申請(qǐng)人:可果美株式會(huì)社