本发明涉及一种对冷冻浓缩装置的固液分离柱内的内容物的固液分布进行检测的固液分布检测装置。
背景技术：
作为对流体进行浓缩的方法之一，已知有冷冻浓缩方法。关于冷冻浓缩方法，在固液分离柱内容纳要进行浓缩处理的被处理流体(内容物)并对其进行冷却。通过冷却使被处理流体中生成冰晶，被处理流体通过生成冰晶而被浓缩。在固液分离柱内将该冰晶与浓缩后的被处理流体分离。
本发明的发明人也提出了利用这种冷冻浓缩方法、冷冻浓缩装置的浓缩制品的制造方法(专利文献1、2)。
在冷冻浓缩装置中，在固液分离柱内，冰晶移动到柱的上方，通过生成冰晶而被浓缩后的被处理流体移动到柱的下方。认为这是通过固液分离柱内的被处理流体的流动、比重的差异而产生的。
一般而言，将冰晶聚集并充满的部分称为冰床层。为使冷冻浓缩装置进行稳定的运转，而要求对固液分离柱内的冰床层的下端高度适当地进行管理。
冰床层是指通过比重差、固液分离柱内的被处理流体的流动而上升到固液分离柱内的上部的冰晶所充满并被压缩而呈现果汁冻(sherbet)状的范围。
在冰床层的下方存在未充满冰晶的浓缩后的被处理流体的层，冰床下端与浓缩后的被处理流体的层的上端接触。冰床的下端高度的管理幅度被设为从基准位置起的大致±10cm左右的幅度。
例如，存在如下的情形：在通过冷冻浓缩方法对生乳进行浓缩的情况下，当固液分离柱内的冰床的下端高度的管理幅度偏离从基准位置起的±10cm左右的范围时，冰床倒塌，乳固体成分泄漏到分离水侧，从而无法进行浓缩操作。在冰床的局部开出了贯通上下的孔，冰床的下侧的浓缩乳经由该孔流出到冰床的上侧，从而无法进行浓缩操作。
为了使冷冻浓缩装置稳定地运转，需要对固液分离柱内的冰床下端高度适当地进行管理。
固液分离柱内的冰床的下端附近为冰晶与通过生成冰晶而被浓缩后的被处理流体混合而成的果汁冻状。
因此，冰床下端通过人的眼睛非常难以被观察到，并且通过目视进行监视在测定精度上存在限制，从而冰床下端成为冷冻浓缩装置的运转自动化的瓶颈。冰床下端非常难以被识别出，并且测定误差、人为得到的测定值的偏差大等测定精度差。因此，冰床下端高度的控制通过作业者的手动操作来进行，从而冷冻浓缩装置还未实现运转自动化。
冰床下端高度的自动测定在世界上也没有实施例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：wo2015/030161
专利文献2：wo2015/030162
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明的目的在于提出如下一种装置：在使用于冷冻浓缩方法的冷冻浓缩装置中，对固液分离柱内的固液分布进行检测。
用于解决问题的方案
[1]
一种固液分布检测装置，对冷冻浓缩装置的固液分离柱内的内容物的固液分布进行检测，所述固液分布检测装置具备：
声波辐射单元，其朝向所述固液分离柱的柱表面辐射声波；
测定单元，其对所述柱表面的共振波形进行测定；
分析单元，其对由该测定单元测定出的共振波形进行分析；以及
判定单元，其基于该分析单元的分析结果，来判定所述固液分离柱内的内容物的固液分布状态。
[2]
根据[1]的固液分布检测装置，其特征在于，
所述判定单元将固有的共振波形与由所述分析单元分析得到的声波的共振波形进行对比，来判定所述固液分离柱内的内容物的固液分布状态，所述固有的共振波形是根据在所述固液分离柱内接触的内容物的振动特性预先设定的。
[3]
根据[2]的固液分布检测装置，其特征在于，
作为所述固有的共振波形，所述判定单元具有所述内容物的冰晶层所固有的共振波形、所述内容物的浓缩液层所固有的共振波形以及所述冰晶层与所述浓缩液层的边界层所固有的共振波形。
[4]
根据[1]至[3]中的任一个的固液分布检测装置，其特征在于，
所述固液分布检测装置具备移动单元，所述移动单元使所述声波辐射单元和所述测定单元沿所述固液分离柱的上下方向移动。
[5]
根据[1]至[3]中的任一个的固液分布检测装置，其特征在于，
所述声波辐射单元具有如下的结构：沿所述固液分离柱的上下方向辐射规定幅度且连续的面状的声波。
[6]
根据[1]至[3]中的任一个的固液分布检测装置，其特征在于，
所述声波辐射单元具有如下的结构：沿所述固液分离柱的上下方向，隔开规定间隔地辐射多个声波。
[7]
根据[5]或[6]的固液分布检测装置，其特征在于，
所述声波辐射单元具有一个或多个声源。
发明的效果
根据本发明，能够提供如下一种装置：在使用于冷冻浓缩方法的冷冻浓缩装置中，对固液分离柱内的固液分布进行检测，该固液分离柱将冰晶与通过生成冰晶而被浓缩后的被处理流体分离。
附图说明
图1是对本发明的一个实施方式所涉及的固液分布检测装置的概要结构进行说明的图。
具体实施方式
本发明的发明人对应用声学分析技术来检测并判定冷冻浓缩装置的固液分离柱内的内容物的固液分布进行研究，发现利用声学分析技术能够进行固液分布的测定，从而完成了本发明。本发明的发明人着眼于在向冷冻浓缩装置的固液分离柱辐射声波的情况下柱表面的共振根据在柱内部接触的内容物的振动特性而不同，通过测定柱表面的共振波形，并针对所测定出的共振波形进行规定的声学分析处理，由此发现基于其分析结果能够判定固液分离柱内的固液分布状态。
到目前为止，因测定器的检测灵敏度存在问题而无法高精度地测定声波辐射时的柱表面的共振，从而被认为通过声波来检测固液分布的方式是不实用的。
根据本发明的固液分布检测装置，不直接接触使用于冷冻浓缩方法的冷冻浓缩装置的固液分离柱内的冰晶、被处理流体，而是能够从固液分离柱的外侧以非接触方式判定固液分离柱内的固液分布状态，来适当且迅速地检测冰床下端高度。此外，本发明的对象不限于冷冻浓缩装置的固液分离柱内的冰床下端高度的测定。本发明对于柱内的粒度分布的测定也是有效的。
本发明所涉及的固液分布检测装置具备声波辐射单元、测定单元、分析单元以及判定单元。声波辐射单元以非接触方式从固液分离柱的外侧向柱表面辐射声波。声波辐射单元具有配置于固液分离柱的外侧的一个或多个声源。从声源辐射的声波的频率和振幅是根据固液分离柱的材质、厚度、柱内的内容物中含有的颗粒的组成、密度、粒径等而适当选择的。声源可以为沿固液分离柱的上下方向辐射规定幅度且连续的面状的声波的结构，另外，也可以为沿固液分离柱的上下方向隔开规定间隔地辐射多个声波的结构。
测定单元以不与柱表面接触的方式从固液分离柱的外侧来测定柱表面的共振波形。关于测定单元，选择对于测定柱表面的共振而言最佳的接收方式的测定器。关于测定器，使用静电容量式、涡电流式、激光多普勒式等非接触型振动测定器。通过该非接触型振动测定器的高灵敏度化，能够高精度地测定柱表面的微小的共振状态。从而确认出声波检测方式对于固液分离柱内的固液分布检测是有效的。声源和测定器可以集中设置于一个部件，另外，也可以分开设置于两个部件。另外，声源和测定器可以为以各声源与各测定器沿固液分离柱的上下方向隔开规定间隔进行配置的方式设置多个，另外，也可以设为通过移动单元使一个部件沿固液分离柱的上下方向移动。
分析单元对由测定单元测定出的共振波形进行分析。分析单元分析与在固液分离柱内接触的内容物相应的共振波是从固液分离柱的上下方向的哪个位置产生的。另外，从测量出的波形中去除与冷冻浓缩装置的运转相伴的固液分离柱的振动噪声，从而仅分离提取出由声波辐射单元引起的共振波。
判定单元基于分析单元的分析结果，来判定固液分离柱内的内容物的固液分布状态。柱表面的共振根据在固液分离柱内接触的内容物的振动特性而变化。在固液分离柱内与冰晶接触的位置处，为冰晶所固有的共振波形，在固液分离柱内与浓缩流体接触的位置处，为浓缩流体所固有的共振波形。例如，预先掌握在柱内部接触的内容物为冰晶的情况、为浓缩流体的情况以及为两者的边界的情况下的各个固有的共振波形的图案，对测定出的共振波形进行分析并提取出其特点，通过与各图案进行对比，由此能够判定出固液分离柱内的在测定位置处的内容物处于冰晶、浓缩流体以及它们的边界中的哪一个的状态。因而，能够不与固液分离柱内的内容物直接接触，而以非接触方式判定测定位置处的内容物的固液分布状态。
本发明中应用的固液分离柱可以为透射可见光从而能够视觉识别内部的丙烯酸树脂等的透明体，另外，也可以为自外侧无法视觉识别内部的金属制品。根据本发明的固液分布检测装置，即使是自外侧无法视觉识别内部的不锈钢等金属制、氯乙烯等树脂制的不透明的柱，也能够不与柱内的内容物即冰晶、浓缩流体直接接触，而是从柱的外侧以非接触方式判定内部的冰晶的分布状态。
与通常的透明柱中一般使用的丙烯酸树脂相比，不锈钢等金属制的不透明柱具有耐热性优秀且能够高温杀菌的优点。金属制的不透明柱由于能够进行高温加热杀菌，因此容易进行微生物管理。另外，与树脂等相比，不锈钢等金属制的不透明柱的耐久性也较优秀。
<实施例>
图1是对本发明的一个实施例所涉及的固液分布检测装置的概要结构进行说明的图。
冷冻浓缩装置的固液分离柱10具有圆筒形状，以轴沿上下方向延伸的方式配置。固液分离柱10的内容物分为冰晶层、浓缩乳层以及冰晶层与浓缩乳层之间的边界层，从上向下按顺序排列。固液分离柱10将冰晶与通过生成冰晶而被浓缩后的浓缩乳分离。对固液分离柱10使用了自外部无法视觉识别内部的不透明的金属制的固液分离柱，但是也可以使用具有可见光自外部透射到内部从而能够视觉识别内部的部分的固液分离柱。
固液分布检测装置20具有：声源21；测定器22；升降装置23，其以接近固液分离柱10的方式设置，使声源21和测定器22作为一个部件沿上下方向一体地移动；以及分析装置24，其对由测定器22测定出的共振波形进行分析。
固液分布检测装置20每隔固定时间使升降装置工作，从声源21向柱表面辐射声波，由测定器22对照射声波时的柱表面的共振波形进行测定。
分析装置24对由测定器测定出的共振波形进行分析，将该测定出的共振波形的图案与预先登记的冰晶层、浓缩乳层及边界层的各共振波形的图案进行对比，来估计固液分离柱10内的在该部件高度位置处的内容物为冰晶层、浓缩乳层以及边界层中的哪一个。该分析装置24相当于本发明的分析单元和判定单元。
根据固液分布检测装置20，能够不与固液分离柱10内的内容物直接接触而以非接触方式判定测定位置处的内容物的固液分布状态。
以上详细记述了本发明的实施方式，但是本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。
附图标记说明
10：固液分离柱；20：固液分布检测装置；21：声源(声波辐射单元)；22：测定器(测定单元)；23：升降装置；24：分析装置。
1.一种固液分布检测装置，对冷冻浓缩装置的固液分离柱内的内容物的固液分布进行检测，所述固液分布检测装置具备：
声波辐射单元，其朝向所述固液分离柱的柱表面辐射声波；
测定单元，其对所述柱表面的共振波形进行测定；
分析单元，其对由该测定单元测定出的共振波形进行分析；以及
判定单元，其基于该分析单元的分析结果，来判定所述固液分离柱内的内容物的固液分布状态。
2.根据权利要求1所述的固液分布检测装置，其特征在于，
所述判定单元将固有的共振波形与由所述分析单元分析得到的声波的共振波形进行对比，来判定所述固液分离柱内的内容物的固液分布状态，所述固有的共振波形是根据在所述固液分离柱内接触的内容物的振动特性预先设定的。
3.根据权利要求2所述的固液分布检测装置，其特征在于，
作为所述固有的共振波形，所述判定单元具有所述内容物的冰晶层所固有的共振波形、所述内容物的浓缩液层所固有的共振波形以及所述冰晶层与所述浓缩液层的边界层所固有的共振波形。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的固液分布检测装置，其特征在于，
所述固液分布检测装置具备移动单元，所述移动单元使所述声波辐射单元和所述测定单元沿所述固液分离柱的上下方向移动。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的固液分布检测装置，其特征在于，
所述声波辐射单元具有如下的结构：沿所述固液分离柱的上下方向辐射规定幅度且连续的面状的声波。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的固液分布检测装置，其特征在于，
所述声波辐射单元具有如下的结构：沿所述固液分离柱的上下方向，隔开规定间隔地辐射多个声波。
7.根据权利要求5或6所述的固液分布检测装置，其特征在于，
所述声波辐射单元具有一个或多个声源。
技术总结