(57)【要約】【課題】  加圧用のポンプが１つで済み、設備の簡易化が可能なエネルギー回収装置を提供すること。【解決手段】  高圧海水を淡水と濃縮海水とに分離する膜分離装置５に接続されるエネルギー回収装置であって、海水を供給する給水ポンプＰ１と、膜分離装置へ高圧海水を供給する高圧ポンプＰ２と、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂと、流路方向規制機構１１と、圧送工程と充填工程と行う制御機能を有した制御部Ｃとを備え、シリンダ装置が、濃縮海水が導入される一次側シリンダ８Ａと、一次側ピストン９Ａと、海水が導入される二次側シリンダ８Ｂと、二次側ピストン９Ｂと、一次側ピストンと二次側ピストンとを連結する連結軸部１２とを備え、一次側シリンダの内径と二次側シリンダの内径とが異なっている。【選択図】  図１
2020089850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し前記淡水を淡水管に排出すると共に高圧の前記濃縮海水を濃縮水管に排出する膜分離装置に接続されるエネルギー回収装置であって、
海水を供給する給水ポンプと、
前記海水を加圧して前記膜分離装置へ前記高圧海水を供給する高圧ポンプと、
一端が前記給水ポンプに連通し、前記濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に前記濃縮海水の排水路との連通と遮断とを行う流路切換機構を介してそれぞれ他端が前記濃縮水管と前記排水路とに接続された複数のシリンダ装置と、
複数の前記シリンダ装置の一端に接続され、前記海水を複数の前記シリンダ装置に交互に供給すると共に、複数の前記シリンダ装置から高圧で交互に押し出される前記海水を前記膜分離装置に送る流路方向規制機構と、
前記流路切換機構を制御して前記濃縮水管及び前記排水路に対する複数の前記シリンダ装置の接続を切り換え、高圧の前記濃縮海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記海水を高圧で押し出す圧送工程と、前記圧送工程後に前記給水ポンプからの前記海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記濃縮海水を排出しながら前記海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、
前記シリンダ装置が、前記濃縮水管と前記排水路とに他端が接続され前記濃縮海水が導入される一次側シリンダと、
前記一次側シリンダ内で往復移動する一次側ピストンと、
一端が前記給水ポンプに連通し前記海水が導入される二次側シリンダと、
前記二次側シリンダ内で往復移動する二次側ピストンと、
前記一次側シリンダの一端部に貫通されていると共に前記二次側シリンダの他端部に貫通され前記一次側ピストンと前記二次側ピストンとを連結している連結軸部とを備え、
前記一次側シリンダの内径と前記二次側シリンダの内径とが異なっていることを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー回収装置において、
前記一次側シリンダの一端部に、前記一次側シリンダ内において前記一次側ピストンと前記一次側シリンダの一端部との間に漏れ出た前記濃縮海水を外部に排出可能な一次側ドレーン孔が形成され、
前記二次側シリンダの他端部に、前記二次側シリンダ内において前記二次側ピストンと前記二次側シリンダの他端部との間に漏れ出た前記海水を外部に排出可能な二次側ドレーン孔が形成されていることを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエネルギー回収装置において、
前記一次側シリンダの内径と前記二次側シリンダの内径との比率が、複数の前記シリンダ装置で全て同じに設定されていることを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置において、
前記一次側シリンダの内径が、前記二次側シリンダの内径よりも小さく設定され、
前記流路方向規制機構が、前記シリンダ装置から押し出された前記海水を前記高圧ポンプの吸込側に供給することを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置において、
前記給水ポンプからの前記海水を前記高圧ポンプに送る送水管を備え、
前記一次側シリンダの内径が、前記二次側シリンダの内径よりも大きく設定され、
前記流路方向規制機構が、前記シリンダ装置から押し出された前記海水を前記高圧ポンプの排出側に供給することを特徴とするエネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水の淡水化等に用いられる逆浸透膜法による水処理システムのエネルギー回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水から淡水を造水する方法の一つとして、逆浸透法が知られている。この逆浸透法は、海水に海水の浸透圧以上の高い圧力を浸透圧の作用する方向と逆方向に加えて半透膜（逆浸透膜：ＲＯ膜）でろ過し、塩類と淡水とを分離するものである。この逆浸透法において、淡水が分離されて塩類が濃縮された海水（濃縮海水）は、高い圧力エネルギーを保持したまま逆浸透膜モジュールから流出する。この流出する濃縮海水の有する高い圧力エネルギーを有効に利用するため、種々のエネルギー回収装置が実用化されている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１には、逆浸透法による海水淡水化システムにおけるエネルギー回収装置の一例が提案されている。この特許文献１では、一対のシリンダ装置のそれぞれの一端が、２つの逆止弁で構成された流路方向規制装置を介して給水ポンプおよび増圧ポンプに連通されている。また、シリンダ装置の他端は流路切換装置の流出入ポートに連通される。また、流路切換装置の流入ポートは逆浸透膜モジュールの高圧な濃縮海水の流出口に連通される。さらに、流路切換装置の一端に流出ポートが設けられている。
【０００４】
このエネルギー回収装置では、給水ポンプから送水される海水を高圧ポンプで加圧して逆浸透膜モジュールに供給すると共に、逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮海水をシリンダ装置に供給して高圧で海水を押し出すピストンを駆動し、シリンダ装置からも増圧ポンプを介して高圧海水を逆浸透膜モジュールに送っている。この逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮海水をシリンダ装置に供給して高圧で海水を押し出すピストンを駆動する操作を圧送工程と称している。
また、圧送工程終了後、給水ポンプから流路方向規制装置を介してシリンダ装置に海水を供給し、圧送工程と逆方向にピストンを駆動することで濃縮海水を排出しながら海水を充填する操作を充填工程と称している。
このようにこのエネルギー回収装置では、シリンダ装置のピストンがシリンダの端部に達した際に流路切換装置によって逆浸透膜モジュールからの高圧濃縮海水を一対のシリンダ装置に交互に供給すると共に給水ポンプから一対のシリンダ装置に交互に海水を充填するように制御を行っている。
【０００５】
これによって、２つのシリンダ装置で海水の圧送工程と充填工程とを繰り返し行って連続ろ過が可能となる。このように、逆浸透膜モジュールから排出される濃縮海水の高圧エネルギーを利用して２つのシリンダ装置から増圧ポンプを介して逆浸透モジュールに高圧海水を供給することで、高圧ポンプの消費エネルギーが削減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−８６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の技術において、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来の技術では、給水ポンプから送られる海水を直接加圧する高圧ポンプと、シリンダ装置から送り出される海水を増圧する増圧ポンプとで高圧海水を膜分離装置に送っているが、加圧用のポンプを２つ用いた２系統の増圧経路が必要になり、設備が複雑になり、設備コストが増大してしまう不都合があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、加圧用のポンプが１つで済み、設備の簡易化が可能なエネルギー回収装置を提供することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るエネルギー回収装置は、高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し前記淡水を淡水管に排出すると共に高圧の前記濃縮海水を濃縮水管に排出する膜分離装置に接続されるエネルギー回収装置であって、海水を供給する給水ポンプと、前記海水を加圧して前記膜分離装置へ前記高圧海水を供給する高圧ポンプと、一端が前記給水ポンプに連通し、前記濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に前記濃縮海水の排水路との連通と遮断とを行う流路切換機構を介してそれぞれ他端が前記濃縮水管と前記排水路とに接続された複数のシリンダ装置と、複数の前記シリンダ装置の一端に接続され、前記海水を複数の前記シリンダ装置に交互に供給すると共に、複数の前記シリンダ装置から高圧で交互に押し出される前記海水を前記膜分離装置に送る流路方向規制機構と、前記流路切換機構を制御して前記濃縮水管及び前記排水路に対する複数の前記シリンダ装置の接続を切り換え、高圧の前記濃縮海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記海水を高圧で押し出す圧送工程と、前記圧送工程後に前記給水ポンプからの前記海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記濃縮海水を排出しながら前記海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、前記シリンダ装置が、前記濃縮水管と前記排水路とに他端が接続され前記濃縮海水が導入される一次側シリンダと、前記一次側シリンダ内で往復移動する一次側ピストンと、一端が前記給水ポンプに連通し前記海水が導入される二次側シリンダと、前記二次側シリンダ内で往復移動する二次側ピストンと、前記一次側シリンダの一端部に貫通されていると共に前記二次側シリンダの他端部に貫通され前記一次側ピストンと前記二次側ピストンとを連結している連結軸部とを備え、前記一次側シリンダの内径と前記二次側シリンダの内径とが異なっていることを特徴とする。
【００１０】
このエネルギー回収装置では、シリンダ装置が、一次側シリンダと、一次側ピストンと、二次側シリンダと、二次側ピストンと、一次側シリンダの一端部に貫通されていると共に二次側シリンダの他端部に貫通され一次側ピストンと二次側ピストンとを連結している連結軸部とを備え、一次側シリンダの内径と二次側シリンダの内径とが異なっているので、一次側シリンダと二次側シリンダとの内径の比率に応じてシリンダ装置から送り出される海水を所望の圧力と流量とに設定することが可能になる。
すなわち、シリンダ装置における海水の圧力と流量との入出力比は、パスカルの原理によればシリンダ断面積比に比例するため、一次側の流量および圧力のみを制御対象とすればよく、制御システムの構築が容易になる。また、一次側シリンダに入った濃縮海水から回収した圧力エネルギーを、連結軸部を介して予め二次側シリンダに入った海水に伝達し、高圧ポンプ吸込側に供給することで、押込圧力分だけ高圧ポンプの吐出し圧力を上げることが可能になる。
このように、一次側シリンダと二次側シリンダとで設定された圧力と流量とで海水をシリンダ装置から押し出して高圧ポンプ側に供給することで、海水の圧力をさらに追加して膜分離装置に供給でき、給水ポンプからの海水を増圧して高圧ポンプに供給することで半透膜（逆浸透膜：ＲＯ膜）及び各配管等の各部の損失水頭分を補っていた増圧ポンプが不要になる。すなわち、二次側シリンダから出た圧力分が高圧ポンプの押込み圧力となり、その押込み圧力分、高圧ポンプの全揚程を低くすることができる。ＲＯ膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプのヘッドに加算すればよいので、増圧ポンプが不要になる。
また、シリンダ装置が一次側ピストンと二次側ピストンとを連結軸部で連結した構造であるため、一次側の流体エネルギーをピストン及び連結軸部を介して二次側に直接伝えることで、伝達効率が高くなる。
また、エネルギー伝達に伴う流量および圧力比は、常に一定となるため、本装置を含む全体システムの制御を一次側の流量および圧力のみを対象とすればよく、制御が容易となる。
さらに、シリンダの一次側と二次側との流体は、各々のシリンダ等により完全に分離されるので、塩濃度上昇の原因となるミキシングが生じない。
【００１１】
第２の発明に係るエネルギー回収装置は、第１の発明において、前記一次側シリンダの一端部に、前記一次側シリンダ内において前記一次側ピストンと前記一次側シリンダの一端部との間に漏れ出た前記濃縮海水を外部に排出可能な一次側ドレーン孔が形成され、前記二次側シリンダの他端部に、前記二次側シリンダ内において前記二次側ピストンと前記二次側シリンダの他端部との間に漏れ出た前記海水を外部に排出可能な二次側ドレーン孔が形成されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、一次側シリンダの一端部に、一次側シリンダ内において一次側ピストンと一次側シリンダの一端部との間に漏れ出た濃縮海水を外部に排出可能な一次側ドレーン孔が形成されているので、空気だけでなく一次側ピストンを越えて漏れ出した濃縮海水を往復移動する一次側ピストンで一次側ドレーン孔から押し出して、二次側の海水と混ざらない。
また、二次側シリンダの他端部に、二次側シリンダ内において二次側ピストンと二次側シリンダの他端部との間に漏れ出た海水を外部に排出可能な二次側ドレーン孔が形成されているので、空気だけでなく二次側ピストンを越えて漏れ出した海水を往復移動する二次側ピストンで二次側ドレーン孔から押し出して、一次側の濃縮海水と混ざらない。  
【００１２】
第３の発明に係るエネルギー回収装置は、第１又は第２の発明において、前記一次側シリンダの内径と前記二次側シリンダの内径との比率が、複数の前記シリンダ装置で全て同じに設定されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、一次側シリンダの内径と二次側シリンダの内径との比率が、複数のシリンダ装置で全て同じに設定されているので、各シリンダ装置で押し出す海水の圧力及び流量が一定になり、バランス良く加圧した海水を供給することができる。
【００１３】
第４の発明に係るエネルギー回収装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記一次側シリンダの内径が、前記二次側シリンダの内径よりも小さく設定され、前記流路方向規制機構が、前記シリンダ装置から押し出された前記海水を前記高圧ポンプの吸込側に供給していることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、一次側シリンダの内径が、二次側シリンダの内径よりも小さく設定され、流路方向規制機構が、シリンダ装置から押し出された海水を高圧ポンプの吸込側に供給するので、二次側シリンダから出た圧力分が高圧ポンプの押込み圧力となり、その押込み圧力分、高圧ポンプの全揚程を低くすることができる。
【００１４】
第５の発明に係るエネルギー回収装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記給水ポンプからの前記海水を前記高圧ポンプに送る送水管を備え、前記一次側シリンダの内径が、前記二次側シリンダの内径よりも大きく設定され、
前記流路方向規制機構が、前記シリンダ装置から押し出された前記海水を前記高圧ポンプの排出側に供給することを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、給水ポンプからの海水を高圧ポンプに送る送水管を備え、一次側シリンダの内径が、二次側シリンダの内径よりも大きく設定され、流路方向規制機構が、シリンダ装置から押し出された海水を高圧ポンプの排出側に供給するので、高圧ポンプから送り出される海水に、削除した増圧ポンプ分の圧力を昇圧させ、合流させることができる。すなわち、一次側シリンダと二次側シリンダとの内径比に応じてシリンダ装置から送り出される海水の圧力が増大し、高圧ポンプから送り出される海水の圧力と等しくなることで膜分離装置に送り込むことができる。また、膜分離装置に送られる海水の流量は、送水管から高圧ポンプに送られる海水の流量とシリンダ装置から送られる海水の流量を合わせた流量となり、必要な流量を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明によるエネルギー回収装置によれば、シリンダ装置が、一次側シリンダと、一次側ピストンと、二次側シリンダと、二次側ピストンと、一次側シリンダの一端部に貫通されていると共に二次側シリンダの他端部に貫通され一次側ピストンと二次側ピストンとを連結している連結軸部とを備え、一次側シリンダの内径と二次側シリンダの内径とが異なっているので、一次側シリンダと二次側シリンダとの内径の比率に応じてシリンダ装置から送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。
したがって、本発明のエネルギー回収装置では、高圧ポンプだけで海水を高い圧力かつ十分な流量で膜分離装置に送り込むことができ、従来必要であった増圧ポンプが不要になって、設備の簡易化が可能になり、設備コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るエネルギー回収装置の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係るエネルギー回収装置の第２実施形態を示す要部の模式図である。
【図３】本発明に係るエネルギー回収装置の第３実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明におけるエネルギー回収装置の第１実施形態を、図１に基づいて説明する。
【００１８】
本実施形態におけるエネルギー回収装置１は、図１に示すように、高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し淡水を淡水管３に排出すると共に高圧の濃縮海水を濃縮水管４に排出する膜分離装置５に接続されるエネルギー回収装置である。
【００１９】
このエネルギー回収装置１は、海水を供給する給水ポンプＰ１と、海水を加圧して膜分離装置５へ高圧海水を供給する高圧ポンプＰ２と、一端が給水ポンプＰ１に連通し、濃縮水管４との連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水路１９との連通と遮断とを行う流路切換機構６Ａ，６Ｂを介してそれぞれ他端が濃縮水管４と排水路１９とに接続された複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂと、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂの一端に接続され、海水を複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂに交互に供給すると共に、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂから高圧で交互に押し出される海水を膜分離装置５に戻す流路方向規制機構１１と、流路切換機構６Ａ，６Ｂを制御して濃縮水管４及び排水路１９に対する複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂの接続を切り換え、高圧の濃縮海水をシリンダ装置７Ａ，７Ｂに供給して内部の海水を高圧で押し出す圧送工程と、圧送工程後に給水ポンプＰ１からの海水をシリンダ装置７Ａ，７Ｂに供給して内部の濃縮海水を排出しながら海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部Ｃとを備えている。
【００２０】
上記シリンダ装置７Ａ，７Ｂは、濃縮水管４と排水路１９とに他端が接続され濃縮海水が導入される一次側シリンダ８Ａと、一次側シリンダ８Ａ内で往復移動する一次側ピストン９Ａと、一端が給水ポンプＰ１に連通し海水が導入される二次側シリンダ８Ｂと、二次側シリンダ８Ｂ内で往復移動する二次側ピストン９Ｂと、一次側シリンダ８Ａの一端部に貫通されていると共に二次側シリンダ８Ｂの他端部に貫通され一次側ピストン９Ａと二次側ピストン９Ｂとを連結している連結軸部１２とを備えている。
すなわち、連結軸部１２で連結された一次側ピストン９Ａと二次側ピストン９Ｂとは、連結軸部１２と共に互いに同じ方向に移動する。
【００２１】
上記一次側シリンダ８Ａの内径と二次側シリンダ８Ｂの内径とは、異なっており、本実施形態では、一次側シリンダ８Ａの内径が、二次側シリンダ８Ｂの内径よりも小さく設定されている。
また、一次側シリンダ８Ａの内径と二次側シリンダ８Ｂの内径との比率は、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂで全て同じに設定されている。
【００２２】
また、上記流路方向規制機構１１は、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の吸込側に供給するように設定されている。すなわち、流路方向規制機構１１は、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の吸込側に接続された連結管１１ｅに送るように設定されている。
なお、上記連結軸部１２は、一次側シリンダ８Ａと二次側シリンダ８Ｂとを同軸上に連結する連結筒部材内に収納しても構わない。
【００２３】
一次側シリンダ８Ａの一端部には、一次側シリンダ８Ａ内において一次側ピストン９Ａと一次側シリンダ８Ａの一端部との間に漏れ出た濃縮海水を外部に排出可能な一次側ドレーン孔８ａが形成されている。
また、二次側シリンダ８Ｂの他端部には、二次側シリンダ８Ｂ内において二次側ピストン９Ｂと二次側シリンダ８Ｂの他端部との間に漏れ出た海水を外部に排出可能な二次側ドレーン孔８ｂが形成されている。
なお、一次側ピストン９Ａ及び二次側ピストン９Ｂの外周面には、漏れ防止用のピストンシール（図示略）が設けられている。
【００２４】
シリンダ装置７Ａ，７Ｂは、濃縮水管４との連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水管１９との連通と遮断とを行う第１流路切換機構６Ａを介して一端が濃縮水管４と排水管１９とに接続された第１シリンダ装置７Ａと、濃縮水管４との連通と遮断とを行うと共に排水管１９との連通と遮断とを行う第２流路切換機構６Ｂを介して一端が濃縮水管４と排水管１９とに接続された第２シリンダ装置７Ｂとを備えている。
【００２５】
すなわち、制御部Ｃは、第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂを制御して濃縮水管４及び排水管１９に対する第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとの接続を切り換え、高圧の濃縮海水を第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとに交互に流し込む制御機能と濃縮海水を第１シリンダ装置７Ａ及び第２シリンダ装置７Ｂから交互に排出する制御機能とを有している。
【００２６】
また、海水の供給管２ａには、給水ポンプＰ１が接続されており、給水ポンプＰ１によって供給管２ａから流路方向規制機構１１に海水が送られる。
上記流路方向規制機構１１は、海水を第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとに交互に供給すると共に、第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとから高圧で交互に押し出される海水を連結管１１ｅを介して膜分離装置５に戻すように設定されている。
【００２７】
上記濃縮水管４は、途中で分岐されて第１流路切換機構６Ａと第２流路切換機構６Ｂとに接続されている。
上記第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂは、第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂへの濃縮海水の供給とその停止及び第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂからの濃縮海水の排出とその停止との切り換えを行う切換用シリンダ装置１３と、切換用シリンダ装置１３を駆動する駆動装置１４とを備えている。
【００２８】
上記切換用シリンダ装置１３は、第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂの一端と排水管１９と濃縮水管４とに接続された切換用シリンダ２０と、切換用シリンダ２０内で往復移動し第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂの一端と排水管１９及び濃縮水管４との連通及び遮断が可能な排水側ピストン２０ａと、切換用シリンダ２０内で排水側ピストン２０ａと一体で往復移動する供給側ピストン２０ｂと、一端に排水側ピストン２０ａが設けられていると共に中間部に供給側ピストン２０ｂが設けられ他端が切換用シリンダ２０の他端から外部に突出して駆動装置１４に接続された切換用ピストンロッド２２とを備えている。
【００２９】
上記切換用シリンダ２０は、濃縮海水の排水管１９に接続され一端側に設けられた流出ポート１３ａと、濃縮水管４に接続され中間部に設けられた流入ポート１３ｂと、第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂに接続され流出ポート１３ａと流入ポート１３ｂとの間に設けられた流出入ポート１３ｃとを有している。
【００３０】
制御部Ｃは、例えば各シリンダ装置７Ａ，７Ｂの一次側シリンダ８Ａの他端近傍を含む複数箇所にそれぞれ設けられ一次側ピストン９Ａの位置、特に一次側シリンダ８Ａの他端近傍に達したことを検出する位置検出器（図示略）を備え、これら位置検出器の検出信号に基づいて第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂを制御する機能を有している。
なお、位置検出器は、一次側シリンダ８Ａ及び二次側シリンダ８Ｂの上記以外の少なくとも一方の複数箇所に設置しても構わない。
【００３１】
上記第１流路切換機構６Ａ及び上記第２流路切換機構６Ｂは、切換用シリンダ装置１３を駆動する上記駆動装置１４を備えている。
上記駆動装置１４は、例えば油圧ポンプに接続された油圧ピストン，電動アクチュエータなどを用いて構成されている。
上記制御部Ｃは、前記検出信号に基づいて油圧サーボ弁又はサーボモータ（図示略）を制御して駆動装置１４を操作する機能を有している。
【００３２】
第１シリンダ装置７Ａおよび第２シリンダ装置７Ｂのそれぞれの他端は、一対の逆止弁１１で構成された流路方向規制機構１１を介して給水ポンプＰ１に連通されている。
第１シリンダ装置７Ａの一端は、第１流路切換機構６Ａにおける切換用シリンダ装置１３の流出入ポート１３ｃに連通され、第２シリンダ装置７Ｂの一端は、第２流路切換機構６Ｂにおける切換用シリンダ装置１３の流出入ポート１３ｃに連通されている。
【００３３】
また、切換用シリンダ装置１３の流入ポート１３ｂは、濃縮水管４に連通されている。さらに、切換用シリンダ装置１３の一端には、排水管１９に接続された流出ポート１３ａが設けられている。切換用シリンダ２０内に配設された排水側ピストン２０ａ及び供給側ピストン２０ｂは切換用ピストンロッド２２に連結されている。また、切換用ピストンロッド２２の一端は、駆動装置１４に連結されて駆動装置１４に連動して切換用シリンダ２０内を往復動する。
【００３４】
上記流路方向規制機構１１は、供給管２ａに接続された一対の分岐管１１ｃを有し、これらの分岐管１１ｃに対応する第１シリンダ装置７Ａ及び第２シリンダ装置７Ｂの他端がシリンダ接続管１１ｄを介して接続されている。分岐管１１ｃにおいて、シリンダ接続管１１ｄの接続部分の両側には、それぞれ一対の逆止弁１１が設けられている。また、一対の分岐管１１ｃの他端は、連結管１１ｅに接続されている。
【００３５】
次に、本実施形態のエネルギー回収装置１の動作について、図面を参照して説明する。
まず、図１に示すように、圧送工程にある第１シリンダ装置７Ａの一次側ピストン９Ａが矢印Ｙ１の方向に移動すると、連結軸部１２で連結された二次側ピストン９Ｂも同じ方向に移動することで、二次側シリンダ８Ｂ内の海水が分岐管１１ｄ側に押し出される。分岐管１１ｄに押し出された海水は、連結管１１ｅを介して高圧ポンプＰ２に供給される。
一方、充填工程にある第２シリンダ装置７Ｂの二次側ピストン９Ｂが一次側ピストン９Ａが矢印Ｙ２の方向に移動すると、連結軸部１２で連結された一次側ピストン９Ａも同じ方向に移動することで、一次側シリンダ８Ａ内の濃縮海水が流出入ポート１３ｃを介して排水管１９に排出される。
【００３６】
一次側ピストン９Ａが所定の位置検出器の位置に到達すると、その位置検出器から検出信号が制御部Ｃに送信され、この検出信号を制御部Ｃが受信すると、制御部Ｃが第２流路切換機構６Ｂの駆動装置１４を制御して流路の切り換えを行う。
このとき、第２流路切換機構６Ｂにおける切換用シリンダ装置１３の流入ポート１３ｂと流出入ポート１３ｃとが連通されて高圧の濃縮海水が膜分離装置５から第２シリンダ装置７Ｂに供給されると共に、流出入ポート１３ｃと流出ポート１３ａとの連通が遮断されて、第２シリンダ装置７Ｂの圧送工程が開始される。
このように流路の切り換えが行われ、第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとで交互に圧送工程と充填工程とが繰り返し行われる。
【００３７】
本実施形態では、互いに内径が異なる一次側シリンダ８Ａ及び二次側シリンダ８Ｂにより、高圧ポンプＰ２に送られる海水の流量は、
Ｑ１：一次側シリンダから送り出される流量
Ｑ２：二次側シリンダから送り出される流量
Ａ１：一次側シリンダ内の断面積
Ａ２：二次側シリンダ内の断面積
とすると、以下の関係式により流量と面積との関係が決まる。
流量比：面積比＝Ｑ２／Ｑ１：Ａ２／Ａ１
【００３８】
例えば、一次側シリンダ８Ａ内の断面積Ａ１と、二次側シリンダ８Ｂ内の断面積Ａ２との比が、Ａ１：Ａ２＝１：２である場合について以下に説明する。
この場合、圧送工程の第１シリンダ装置７Ａでは、一次側シリンダ８Ａにおける濃縮海水の流量が５，０００ｍ３／ｄ、圧力が４．０ＭＰａとすると、二次側シリンダ８Ｂにおける海水の流量が１０，０００ｍ３／ｄ、圧力が２．０ＭＰａとなる。
【００３９】
このとき、高圧ポンプＰ２には、第１シリンダ装置７Ａから流量が１０，０００ｍ３／ｄで圧力が２．０ＭＰａの海水が送られるため、膜分離装置５に流量が１０，０００ｍ３／ｄで圧力が４．０ＭＰａの海水を送り込みたい場合は、高圧ポンプＰ２において２．０ＭＰａだけ昇圧すれば良い。したがって、従来の技術では、給水ポンプから送られる海水を直接加圧する高圧ポンプと、シリンダ装置から送り出される海水を増圧する増圧ポンプとで高圧海水を膜分離装置に送っており、加圧用のポンプを２つ用いた２系統の増圧経路が必要であった。本実施形態ではシリンダ装置から送り出される海水を高圧ポンプの吸込み側に全量送り、増圧ポンプが補っていたＲＯ膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプの全揚程に見込むため増圧ポンプが不要になる。
【００４０】
また、膜分離装置５では、濃縮海水が流量５，０００ｍ３／ｄ、圧力４．０ＭＰａで第２シリンダ装置７Ｂへ送り出されると共に、淡水（透過水）が流量５，０００ｍ３／ｄで淡水管３に送り出される。
なお、この際、充填工程である第２シリンダ装置７Ｂでは、二次側シリンダ８Ｂにおける海水の流量が１０，０００ｍ３／ｄであり、一次側シリンダ８Ａにおける濃縮海水の排出量が５，０００ｍ３／ｄとなる。
【００４１】
このように本実施形態のエネルギー回収装置１では、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂが、一次側シリンダ８Ａと、一次側ピストン９Ａと、二次側シリンダ８Ｂと、二次側ピストン９Ｂと、一次側シリンダ８Ａの一端部に貫通されていると共に二次側シリンダ８Ｂの他端部に貫通され一次側ピストン９Ａと二次側ピストン９Ｂとを連結して一次側ピストン９Ａ及び二次側ピストン９Ｂと共に移動する連結軸部１２とを備え、一次側シリンダ８Ａの内径と二次側シリンダ８Ｂの内径とが異なっているので、一次側シリンダ８Ａと二次側シリンダ８Ｂとの内径の比率に応じてシリンダ装置７Ａ，７Ｂから送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。
【００４２】
すなわち、上述したように、シリンダ装置に７Ａ，７Ｂおける海水の圧力と流量との入出力比は、シリンダ断面積比に比例するため、一次側の流量および圧力のみを制御対象とすればよく、制御システムの構築が容易になる。また、一次側シリンダ８Ａに入った濃縮海水から回収した圧力エネルギーを連結軸部１２を介して予め二次側シリンダ８Ｂに入った海水に伝達し、高圧ポンプＰ２吸込側に供給することで、押込圧力分だけ高圧ポンプの吐出し圧力を上げることが可能になる。
このように、一次側シリンダ８Ａと二次側シリンダ８Ｂとで設定された圧力と流量とで海水をシリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出して高圧ポンプＰ２側に供給することで、海水の圧力をさらに追加して膜分離装置５に供給でき、給水ポンプＰ１からの海水を増圧して高圧ポンプＰ２に供給することでＲＯ膜及び各配管等の各部の損失水頭分を補っていた従来の増圧ポンプが不要になる。すなわち、二次側シリンダ８Ｂから出た圧力分が高圧ポンプＰ２の押込み圧力となり、その押込み圧力分、高圧ポンプＰ２の全揚程を低くすることができる。ＲＯ膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプＰ２のヘッドに加算すればよいので、増圧ポンプが不要になる。
【００４３】
特に、一次側シリンダ８Ａの内径が、二次側シリンダ８Ｂの内径よりも小さく設定され、流路方向規制機構１１が、シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の吸込側に供給するので、二次側シリンダ８Ｂからでた圧力分が高圧ポンプＰ２の押込み圧力となり、その押込み圧力分、高圧ポンプＰ２の全揚程を低くすることができる。
【００４４】
また、シリンダ装置７Ａ，７Ｂが一次側ピストン９Ａと二次側ピストン９Ｂとを連結軸部１２で連結した構造であるため、一次側の流体エネルギーをピストン及び連結軸部を介して二次側に直接伝えることで、伝達効率が高い。
また、一次側シリンダ８Ａの内径と二次側シリンダ８Ｂの内径との比率が、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂで全て同じに設定されているので、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂで押し出す海水の圧力及び流量が一定になり、バランス良く加圧した海水を供給することができる。
【００４５】
また、エネルギー伝達に伴う流量および圧力比は、常に一定となるため、本装置を含む全体システムの制御を一次側の流量および圧力のみを対象とすればよく、制御が容易となる。
さらに、シリンダの一次側と二次側との流体は、両シリンダのピストンシール及び各々のシリンダ等により完全に分離されるので、塩濃度上昇の原因となるミキシングが生じない。
【００４６】
また、一次側シリンダ８Ａの一端部に、一次側シリンダ８Ａ内において一次側ピストン９Ａと一次側シリンダ８Ａの一端部との間に漏れ出た濃縮海水を外部に排出可能な一次側ドレーン孔８ａが形成されているので、空気だけでなく一次側ピストン９Ａを越えて漏れ出した濃縮海水を往復移動する一次側ピストン９Ａで一次側ドレーン孔８ａから押し出して、二次側の海水と混ざらない。
【００４７】
また、二次側シリンダ８Ｂの他端部に、二次側シリンダ８Ｂ内において二次側ピストン９Ｂと二次側シリンダ８Ｂの他端部との間に漏れ出た海水を外部に排出可能な二次側ドレーン孔８ｂが形成されているので、空気だけでなく二次側ピストン９Ｂを越えて漏れ出した海水を往復移動する二次側ピストン９Ｂで二次側ドレーン孔８ｂから押し出して、一次側の濃縮海水と混ざらない。
【００４８】
次に、本発明におけるエネルギー回収装置の第２及び第３実施形態を、図２及び図３に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、２つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂを備えているのに対し、第２実施形態のエネルギー回収装置２１では、図２に示すように、３つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃを備えている点である。
すなわち、第２実施形態では、シリンダ装置が、第１シリンダ装置７Ａ，第２シリンダ装置７Ｂ及び第３シリンダ装置９Ｃで構成されている。
【００５０】
第２実施形態では、分岐管１１ｃが３つのシリンダ装置に対応して３つに分岐してそれぞれ逆止弁１１を介して第１シリンダ装置７Ａ，第２シリンダ装置７Ｂ及び第３シリンダ装置７Ｃに接続されている。
また、流路切換機構も、３つのシリンダ装置に対応して第１流路切換機構６Ａ，第２流路切換機構６Ｂ及び第３流路切換機構６Ｃの３つで構成されている。
第３シリンダ装置７Ｃも、第１シリンダ装置７Ａ，第２シリンダ装置７Ｂと同様に、一次側シリンダ８Ａ，一次側ピストン９Ａ，二次側シリンダ８Ｂ及び二次側ピストン９Ｂを備えている。
【００５１】
なお、第２実施形態では、例えば３つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃのうち、第１シリンダ装置７Ａが圧送工程であると共に第３シリンダ装置９Ｃが充填工程であるとき、第２シリンダ装置７Ｂが一次側ピストン９Ａ及び二次側ピストン９Ｂが第２シリンダ装置７Ｂの他端に到達している状態であり、第２シリンダ装置７Ｂが待機工程となるようにシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃの工程の切り換えが設定されている。すなわち、３本のシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃのうち１本を圧送工程とし、１本を充填工程とし、１本を待機工程として使用することで、給水ポンプＰ１から常に海水が供給されて給水ポンプＰ１の脈動を抑制することができる。
【００５２】
このように第２実施形態のエネルギー回収装置２１でも、３つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃが、一次側シリンダ８Ａと、一次側ピストン９Ａと、二次側シリンダ８Ｂと、二次側ピストン９Ｂと、一次側シリンダ８Ａの一端部に貫通されていると共に二次側シリンダ８Ｂの他端部に貫通され一次側ピストン９Ａと二次側ピストン９Ｂとを連結して一次側ピストン９Ａ及び二次側ピストン９Ｂと共に移動する連結軸部１２とをそれぞれ備え、一次側シリンダ８Ａの内径と二次側シリンダ８Ｂの内径とが異なっているので、一次側シリンダ８Ａと二次側シリンダ８Ｂとの内径の比率に応じて各シリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃから送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。
【００５３】
次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一次側シリンダ８Ａの内径が、二次側シリンダ８Ｂの内径よりも小さく設定され、流路方向規制機構１１が、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の吸込側に供給しているのに対し、第３実施形態のエネルギー回収装置３１では、図３に示すように、一次側シリンダ８Ａの内径が、二次側シリンダ８Ｂの内径よりも大きく設定され、流路方向規制機構１１が、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の排出側に供給する点である。
また、第３実施形態のエネルギー回収装置３１では、供給管２ａに一端が接続されていると共に他端が高圧ポンプＰ２に接続され、給水ポンプＰ１からの海水を高圧ポンプＰ２にも送る送水管２ｂを備えている。
【００５４】
例えば、一次側シリンダ８Ａ内の断面積Ａ１と、二次側シリンダ８Ｂ内の断面積Ａ２との比を、従来の増圧ポンプによる増圧分０．２ＭＰａを加圧するために必要な比に設定し、造水率が５０％の場合について説明する。
なお、給水ポンプＰ１から供給される海水は、流量が１０，０００ｍ３／ｄとする。
この場合、圧送工程の第１シリンダ装置７Ａでは、一次側シリンダ８Ａに送り込まれる濃縮海水の流量が５，０００ｍ３／ｄ、圧力が４．０ＭＰａとすると、二次側シリンダ８Ｂにおける海水の流量が４，７６２ｍ３／ｄ、圧力が４．２ＭＰａとなり、連結管１１ｅに送り出される。
【００５５】
このとき、高圧ポンプＰ２には、送水管２ｂから流量が５，２３８ｍ３／ｄの海水が送られ、高圧ポンプＰ２で加圧されて圧力が４．０ＭＰａの海水として送り出されると共に、連結管１１ｅからの流量４，７６２ｍ３／ｄの海水と合わされ、膜分離装置５には、流量１０，０００ｍ３／ｄ、圧力４．０ＭＰａの高圧海水が送り込まれる。
膜分離装置５では、濃縮海水が流量５，０００ｍ３／ｄ、圧力４．０ＭＰａでシリンダ装置７Ａ，７Ｂへ送り出されると共に、淡水（透過水）が流量５，０００ｍ３／ｄで淡水管３に送り出される。
【００５６】
このように第３実施形態のエネルギー回収装置３１では、給水ポンプＰ１からの海水を高圧ポンプＰ２に送る送水管２ｂを備え、一次側シリンダ８Ａの内径が、二次側シリンダ８Ｂの内径よりも大きく設定され、流路方向規制機構１１が、シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の排出側に供給するので、高圧ポンプＰ２から送り出される海水に、削除した増圧ポンプ分の圧力を昇圧させ、合流させることができる。
【００５７】
すなわち、一次側シリンダ８Ａと二次側シリンダ８Ｂとの内径比に応じてシリンダ装置７Ａ，７Ｂから送り出される海水の圧力が増大し、高圧ポンプＰ２から送り出される海水の圧力に合わせることで、より高圧の海水を膜分離装置５に送り込むことができる。また、膜分離装置５に送られる海水の流量は、送水管２ｂから高圧ポンプＰ２に送られる海水の流量とシリンダ装置７Ａ，７Ｂから送られる海水の流量とを合わせた流量となり、必要な流量を確保することができる。
【００５８】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２１，３１…エネルギー回収装置、２ａ…供給管、２ｂ…送水管、３…淡水管、４…濃縮水管、５…膜分離装置、６Ａ…第１流路切換機構、６Ｂ…第２流路切換機構、６Ｃ…第３流路切換機構、７Ａ…第１シリンダ装置、７Ｂ…第２シリンダ装置、７Ｃ…第３シリンダ装置、８Ａ…一次側シリンダ、８Ｂ…二次側シリンダ、８ａ…一次側ドレーン孔、８ｂ…二次側ドレーン孔、９Ａ…一次側ピストン、９Ｂ…二次側ピストン、１１…流路方向規制機構、１２…連結軸部、１９…濃縮海水の排水路、Ｐ１…給水ポンプ、Ｐ２…高圧ポンプ、Ｃ…制御部
【図１】
2020089850.tif 000003
【図２】
2020089850.tif 000004
【図３】
2020089850.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月8日(2019.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
また、膜分離装置５では、濃縮海水が流量５，０００ｍ３／ｄ、圧力４．０ＭＰａで第１シリンダ装置７Ａへ送り出されると共に、淡水（透過水）が流量５，０００ｍ３／ｄで淡水管３に送り出される。
なお、この際、充填工程である第２シリンダ装置７Ｂでは、二次側シリンダ８Ｂにおける海水の流量が１０，０００ｍ３／ｄであり、一次側シリンダ８Ａにおける濃縮海水の排出量が５，０００ｍ３／ｄとなる。