(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を淡水と濃縮海水とに分離する海水淡水化装置において、
海水を予め設定される圧力に昇圧する第１の浸透圧ポンプと、
前記第１の浸透圧ポンプにより昇圧される海水を、前記淡水と前記濃縮海水とに分離する逆浸透膜と、
前記第１の浸透圧ポンプより前段で分岐される海水を、前記濃縮海水の圧力を用いて高圧化し、前記昇圧された海水と合流させる動力回収装置と、
浸透膜を備え、前記動力回収装置により圧力が低下された濃縮海水を受け取り、前記浸透膜の一方の面に受け取った濃縮海水を接触させ、他方の面に海水を接触させ、前記海水が前記濃縮海水側へ透過することで生じる水流からエネルギを回収して利用するエネルギ回収装置と
を具備する海水淡水化装置。
【請求項２】
前記エネルギ回収装置は、羽根車を有し、前記水流により前記羽根車を回転させることで、前記エネルギを回収する請求項１記載の海水淡水化装置。
【請求項３】
前記エネルギ回収装置は、前記第１の浸透圧ポンプより前段で分岐される海水を、前記回収したエネルギを利用して昇圧する第２の浸透圧ポンプを備え、
前記動力回収装置は、前記第２の浸透圧ポンプにより昇圧される海水を、前記濃縮海水の圧力を用いて高圧化する請求項１又は２記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
前記エネルギ回収装置は、前記回収したエネルギを利用して、前記淡水化される海水を搬送する海水ポンプを備える請求項１又は２記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記海水ポンプは、海水を取水して搬送する請求項４記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
前記淡水化する海水から固体物を取り除く前処理膜をさらに具備し、
前記海水ポンプは、前記前処理膜へ海水を搬送する請求項４記載の海水淡水化装置。
【請求項７】
前記エネルギ回収装置は、前記回収したエネルギを利用して、前記淡水を搬送する淡水ポンプを備える請求項１又は２記載の海水淡水化装置。
【請求項８】
前記淡水化する海水から固体物を取り除く前処理膜をさらに具備し、
前記エネルギ回収装置は、前記前処理膜の逆洗に使用する洗浄水を、前記前処理膜へ搬送する逆洗ポンプを備える請求項１又は２記載の海水淡水化装置。
【請求項９】
前記エネルギ回収装置は、前記回収したエネルギを利用して発電する発電機を備える請求項１又は２記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、海水を淡水化する海水淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置が知られている。この海水淡水化装置は、まず海水を海水ポンプにて搬送し、前処理膜に流入させる。前処理膜は、例えば中空糸膜であり、海水を濾過することで固体物を取り除いた前処理後海水にする。前処理後海水は、例えば６ＭＰａ超の浸透圧ポンプにより昇圧されて高圧海水になり、逆浸透膜へ与えられる。高圧海水は、逆浸透膜により、膜を通過する淡水と、膜を通過しない濃縮海水とに分離される。逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、このようにして飲料水等に利用するための淡水を得ている。
【０００３】
また、海水淡水化装置においては、前処理膜に詰りが生じた場合、濾過の方向とは逆の方向から洗浄水をポンプで送り、前処理膜に捕集された固体物を除去（以下、「逆洗」という）することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５２−２７０６７号公報
【特許文献２】特許第４４７５９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、淡水化及び、逆洗のため、各種のポンプが用いられている。これらのポンプを作動させるために多くのエネルギが消費されている。特に、浸透圧ポンプは、海水に高い圧力をかけるためエネルギの消費量が大きい。そのため、逆浸透膜から排出される高圧の濃縮海水に含まれるエネルギを動力回収装置により回収することも知られている。しかしながら、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させたいという要望がある。
【０００６】
そこで目的は、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることが可能な海水淡水化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、海水を淡水と濃縮海水とに分離する海水淡水化装置は、エネルギ回収装置を具備する。エネルギ回収装置は、浸透膜を備え、前記浸透膜の一方の面に前記濃縮海水を接触させ、他方の面に海水を接触させ、前記海水が前記濃縮海水側へ透過することで生じる水流からエネルギを回収して利用する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図３】第３の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図４】第４の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図５】第５の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図６】第６の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図７】第７の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【図８】第８の実施形態にかかる海水淡水化装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図１に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、動力回収装置２３及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００１１】
海水ポンプ１４は、海水１３を搬送し、前処理膜１５に流入させる。
【００１２】
前処理膜１５は、例えば中空糸膜である。前処理膜１５は、海水１３を濾過することにより固体物を取り除き、第１の濾過水１６とする。第１の濾過水１６は、第２の濾過水２１と第３の濾過水２５とに分配される。
【００１３】
第１の浸透圧ポンプ１７は、第２の濾過水２１を、例えば６ＭＰａ超の高圧力に昇圧する。昇圧された第２の濾過水２１は、動力回収装置２３に備えられる第２の浸透圧ポンプ２３１と、エネルギ回収装置１に備えられる第３の浸透圧ポンプ１０４とにより昇圧された第３の濾過水２５と合流し、高圧海水２２となる。
【００１４】
逆浸透膜１８は、流入される高圧海水２２を、膜を通過する淡水１９と、膜を通過しない濃縮海水２４とに分離する。濃縮海水２４は、動力回収装置２３へ流入される。
【００１５】
動力回収装置２３は、高圧の濃縮海水２４から圧力エネルギを回収する装置であり、例えば、第２の浸透圧ポンプ２３１及び第１の羽根車２３２を備える。第２の浸透圧ポンプ２３１の回転軸と、第１の羽根車２３２との回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第１の羽根車２３２が回転すると、第２の浸透圧ポンプ２３１は回転駆動することとなる。なお、動力回収装置２３の構成は、第２の浸透圧ポンプ２３１と第１の羽根車２３２とを備える構成に限定される訳ではない。
【００１６】
動力回収装置２３に流入された濃縮海水２４は高圧であり、第１の羽根車２３２を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってエネルギ回収装置１へ流入される。第２の浸透圧ポンプ２３１は、第１の羽根車２３２の回転により駆動され、エネルギ回収装置１に備えられた第３の浸透圧ポンプ１０４により昇圧された第３の濾過水２５をさらに昇圧する。昇圧された第３の濾過水２５は、第１の浸透圧ポンプ１７で昇圧された第２の濾過水２１に合流される。
【００１７】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、第３の浸透圧ポンプ１０４及び第２の羽根車１０５を備える。第２の羽根車１０５の回転軸と、第３の浸透圧ポンプ１０４の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第２の羽根車１０５が回転すると、第３の浸透圧ポンプ１０４は回転駆動することとなる。
【００１８】
第１の羽根車２３２を通過した濃縮海水２４は、圧力が充分に低下しており、エネルギ回収装置１の中の浸透膜１０１に流入する。浸透膜１０１の一方の面には、動力回収装置２３から流出された濃縮海水２４が接触し、他方の面には、海水１０２が接触する。すると塩分濃度のより低い海水１０２は、浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【００１９】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。第３の浸透圧ポンプ１０４は、第２の羽根車１０５の回転により駆動され、第３の濾過水２５を昇圧する。昇圧された第３の濾過水２５は、動力回収装置２３に備えられる第２の浸透圧ポンプ２３１へ流入される。また、第２の羽根車１０５を通過した放流海水１０３は、海に放出される。
【００２０】
以上のように、第１の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、第３の濾過水２５を昇圧するために利用する。また、動力回収装置２３は、濃縮海水２４が持つ高い圧力から、第３の濾過水２５を昇圧するポンプ動力を得るようにしている。これにより、海水淡水化装置は、浸透圧ポンプ１７の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
【００２１】
したがって、第１の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【００２２】
なお、第１の実施形態では、第２の浸透圧ポンプ２３１の上流に第３の浸透圧ポンプ１０４が配置される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。第３の浸透圧ポンプ１０４は、第２の浸透圧ポンプ２３１の下流に配置されていても良いし、第２の浸透圧ポンプ２３１と並列して配置されていても良い。
【００２３】
（第２の実施形態）  
図２は、第２の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図２に示す海水淡水化装置は、第２の海水ポンプ４０、第１の開閉弁５３、第２の開閉弁５４、調整水槽４２、第１の海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、動力回収装置２３及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００２４】
第１の開閉弁５３は、開いた状態となっている。
【００２５】
第２の開閉弁５４は、海水淡水化装置の起動時には閉じた状態となっており、起動から所定の時間がたった後、又は、エネルギ回収装置１が駆動した後には開いた状態となる。なお、エネルギ回収装置１が駆動した後とは、例えば、エネルギ回収装置１に備えられる第２の羽根車１０５が充分に回転するようになることを示す。
【００２６】
第２の海水ポンプ４０は、第２の開閉弁５４が閉じている場合、海水１３を取水し、取水した海水１３を海水４１として調整水槽４２へ搬送する。また、第２の海水ポンプ４０は、第２の開閉弁５４が開いている場合、海水１３を取水し、エネルギ回収装置１に備えられる第３の海水ポンプ１０６により搬送される海水５５と合流させて海水４１として調整水槽４２へ搬送する。
【００２７】
第１の海水ポンプ１４は、調整水槽４２に蓄えられた海水を搬送し、前処理膜１５に流入させる。
【００２８】
前処理膜１５は、第１の海水ポンプ１４により搬送される海水を濾過し、第１の濾過水１６とする。第１の濾過水１６は、第２の濾過水２１と第３の濾過水２５とに分配される。
【００２９】
第１の浸透圧ポンプ１７は、第２の濾過水２１を昇圧する。昇圧された第２の濾過水２１は、動力回収装置２３に備えられる第２の浸透圧ポンプ２３１により昇圧された第３の濾過水２５と合流することで、高圧海水２２となる。
【００３０】
逆浸透膜１８は、流入される高圧海水２２を、淡水１９と濃縮海水２４とに分離する。濃縮海水２４は、動力回収装置２３へ流入される。
【００３１】
動力回収装置２３は、例えば、第２の浸透圧ポンプ２３１及び第１の羽根車２３２を備える。動力回収装置２３に備えられる第１の羽根車２３２に流入された濃縮海水２４は、第１の羽根車２３２を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってエネルギ回収装置１へ流入される。第２の浸透圧ポンプ２３１は、第１の羽根車２３２の回転により駆動され、第３の濾過水２５を昇圧する。昇圧された第３の濾過水２５は、第１の浸透圧ポンプ１７で昇圧された第２の濾過水２１に合流される。
【００３２】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、第３の海水ポンプ１０６及び第２の羽根車１０５を備える。第２の羽根車１０５の回転軸と、第３の海水ポンプ１０６の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第２の羽根車１０５が回転すると、第３の海水ポンプ１０６は回転駆動することとなる。
【００３３】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【００３４】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。第３の海水ポンプ１０６は、第２の羽根車１０５の回転により駆動され、海水５５を取水し、取水した海水５５を調整水槽４２へ搬送する。なお、第２の開閉弁５４は、第２の羽根車１０５が充分に回転するようになると開かれる。
【００３５】
以上のように、第２の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、海水５５を搬送するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、第２の海水ポンプ４０の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
【００３６】
したがって、第２の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【００３７】
なお、第２の実施形態では、第１の開閉弁５３は常に開いている場合を説明したが、これに限定されない。第３の海水ポンプ１０６の能力が充分に確保できるならば、第１の開閉弁５３は、海水淡水化装置の起動時には開いた状態とし、起動から所定の時間がたった後、又は、エネルギ回収装置１が駆動した後には閉じた状態となるようにしても構わない。第１の開閉弁５３を閉じた後、第２の海水ポンプ４０は停止される。これにより、海水淡水化装置は、エネルギ回収装置１が駆動された後は、第２の海水ポンプ４０の必要動力、即ち消費電力が不要となる。
【００３８】
また、第２の実施形態では、逆浸透膜１８を用いて淡水１９と、濃縮海水２４とを取得する方法を示したが、逆浸透膜１８を用いる方法に限定されない。
【００３９】
（第３の実施形態）  
図３は、第３の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図３に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、動力回収装置２３及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００４０】
海水ポンプ１４は、海水１３を搬送し、前処理膜１５に流入させる。
【００４１】
前処理膜１５は、海水１３を濾過し、第１の濾過水１６とする。第１の濾過水１６は、第２の濾過水２１と第３の濾過水２５とに分配される。
【００４２】
第１の浸透圧ポンプ１７は、第２の濾過水２１を昇圧する。昇圧された第２の濾過水２１は、動力回収装置２３に備えられる第２の浸透圧ポンプ２３１により昇圧された第３の濾過水２５と合流することで、高圧海水２２となる。
【００４３】
逆浸透膜１８は、流入される高圧海水２２を、淡水１９と濃縮海水２４とに分離する。濃縮海水２４は、動力回収装置２３へ流入される。また、淡水１９は、エネルギ回収装置１へ流入される。
【００４４】
動力回収装置２３は、例えば、第２の浸透圧ポンプ２３１及び第１の羽根車２３２を備える。動力回収装置２３に備えられる第１の羽根車２３２に流入された濃縮海水２４は、第１の羽根車２３２を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってエネルギ回収装置１へ流入される。第２の浸透圧ポンプ２３１は、第１の羽根車２３２の回転により駆動され、第３の濾過水２５を昇圧する。昇圧された第３の濾過水２５は、第１の浸透圧ポンプ１７で昇圧された第２の濾過水２１に合流される。
【００４５】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、淡水ポンプ１０９及び第２の羽根車１０５を備える。第２の羽根車１０５の回転軸と、淡水ポンプ１０９の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第２の羽根車１０５が回転すると、淡水ポンプ１０９は回転駆動することとなる。
【００４６】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【００４７】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。淡水ポンプ１０９は、第２の羽根車１０５の回転により駆動され、淡水１９を搬送する。
【００４８】
以上のように、第３の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、淡水１９を搬送するために利用するようにしている。淡水１９は、図示していない淡水槽に貯蔵され、その後、飲料水等に利用される。エネルギ回収装置１は淡水１９を淡水ポンプ１０９により淡水槽へ搬送するため、海水淡水化装置は、淡水１９を搬送するのに必要な動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
【００４９】
したがって、第３の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【００５０】
（第４の実施形態）  
図４は、第４の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図４に示す海水淡水化装置は、第２の海水ポンプ４０、調整水槽４２、第３の開閉弁６１、第４の開閉弁６２、第５の開閉弁５１、第６の開閉弁５２、第１の海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、動力回収装置２３及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００５１】
第２の海水ポンプ４０は、海水１３を調整水槽４２へ搬送する。
【００５２】
第３及び第４の開閉弁６１，６２は、海水淡水化装置の起動時には閉じた状態となっており、起動から所定の時間がたった後、又は、エネルギ回収装置１が駆動した後には開いた状態となる。なお、エネルギ回収装置１が駆動した後とは、例えば、エネルギ回収装置１に備えられる第２の羽根車１０５が充分に回転するようになることを示す。
【００５３】
第５及び第６の開閉弁５１，５２は、開いた状態である。
【００５４】
第３及び第４の開閉弁６１，６２が閉じている場合、調整水槽４２に蓄えられた海水５６は、第１の海水ポンプ１４により、前処理膜１５へ搬送される。
【００５５】
第３及び第４の開閉弁６１，６２が開いている場合、調整水槽４２から流出される海水５６は、第２の海水５７と第３の海水５８とに分配される。第２の海水５７は、第１の海水ポンプ１４により搬送され、エネルギ回収装置１に備えられる第３の海水ポンプ１０６により搬送される第３の海水５８と合流されて海水６８となる。海水６８は、前処理膜１５へ流入される。
【００５６】
なお、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８及び動力回収装置２３の動作は、第２の実施形態で示す海水淡水化装置でのこれらの部位の動作と同様である。
【００５７】
エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、第３の海水ポンプ１０６及び第２の羽根車１０５を備える。
【００５８】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【００５９】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。第３の海水ポンプ１０６は、第２の羽根車１０５の回転により駆動され、第３の海水５８を前処理膜１５へ搬送する。なお、第２の羽根車１０５が充分に回転するようになると、第３及び第４の開閉弁６１，６２は開かれる。
【００６０】
以上のように、第４の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、第３の海水５８を搬送するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、第１の海水ポンプ１４の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
【００６１】
したがって、第４の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【００６２】
なお、第４の実施形態では、第５及び第６の開閉弁５１，５２は常に開いている場合を説明したが、これに限定されない。第３の海水ポンプ１０６の能力が充分に確保できるならば、第５及び第６の開閉弁５１，５２は、海水淡水化装置の起動時には開いた状態とし、起動から所定の時間がたった後、又は、エネルギ回収装置１が駆動した後には閉じた状態となるようにしても構わない。第５及び第６の開閉弁５１，５２を閉じた後、第１の海水ポンプ１４は停止される。これにより、海水淡水化装置は、エネルギ回収装置１が駆動された後は、第１の海水ポンプ１４の必要動力、即ち消費電力が不要となる。
【００６３】
また、第４の実施形態では、第３の海水ポンプ１０６は、第１の海水ポンプ１４と並列に備えられる場合を例に説明した。しかし、これに限定されない。例えば、第３の海水ポンプ１０６は、海水又は淡水を搬送するポンプであれば、どのポンプと並列させてもよい。
【００６４】
また、第４の実施形態では、逆浸透膜１８を用いて淡水１９と、濃縮海水２４とを取得する方法を示したが、逆浸透膜１８を用いる方法に限定されない。
【００６５】
（第５の実施形態）  
図５は、第５の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図５に示す海水淡水化装置は、第１の海水ポンプ１４、第７の開閉弁２７、第８の開閉弁２８、前処理膜１５、濾過水槽７５、第９の開閉弁７８、第１０の開閉弁７６、第１１の開閉弁３４、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、動力回収装置２３及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００６６】
図５に示す海水淡水化装置は、海水を淡水へ変換する通常運転と、前処理膜１５に堆積した固体物を除去する逆洗運転とを切り換えて実施する。なお、通常運転から逆洗運転への切り替えは、例えば、前処理膜１５に堆積する固体物のため、前処理膜１５の膜差圧が予め設定される値を越える場合、又は、通常運転を予め設定した時間だけ連続的に実施した場合に行われる。
【００６７】
第７及び第８の開閉弁２７，２８は、通常運転の際は開いた状態となっている。通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、第７及び第８の開閉弁２７，２８は、閉じた状態となる。
【００６８】
第１の海水ポンプ１４は、通常運転の際は海水１３を前処理膜１５へ搬送する。通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、第１の海水ポンプ１４は、停止する。
【００６９】
濾過水槽７５は、通常運転の際は、前処理膜１５により濾過されて生成される第１の濾過水１６を蓄える。濾過水槽７５に蓄えられる第１の濾過水１６は、第２の濾過水２１と、第３の濾過水２５とに分配される。
【００７０】
また、通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、濾過水槽７５に蓄えられた第１の濾過水１６は、エネルギ回収装置１に備えられる逆洗ポンプ１０７により、洗浄水７９として前処理膜１５へ搬送される。洗浄水７９は海水１３と逆方向に流れるため、前処理膜１５に堆積した固体物は、洗浄水７９に乗って、図示していない洗浄排水槽に排出される。このようにして、前処理膜１５を水流によって逆洗する。
【００７１】
第９乃至第１１の開閉弁７８，７６，３４は、通常運転の際は閉じた状態となっている。通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、第９乃至第１１の開閉弁７８，７６，３４は、開いた状態となる。
【００７２】
なお、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８及び動力回収装置２３の動作は、第２及び第３の実施形態で示す海水淡水化装置でのこれらの部位の動作と同様である。
【００７３】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、逆洗ポンプ１０７及び第２の羽根車１０５を備える。第２の羽根車１０５の回転軸と、逆洗ポンプ１０７の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第２の羽根車１０５が回転すると、逆洗ポンプ１０７は回転駆動することとなる。
【００７４】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。放流海水１０３は、図示していないが通常運転の際には海に放出され、通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合には第２の羽根車１０５へ与えられる。
【００７５】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。逆洗ポンプ１０７は、第２の羽根車１０５の回転により駆動され、濾過水槽７５に蓄えられる第１の濾過水１６を、洗浄水７９として前処理膜１５へ搬送する。
【００７６】
以上のように、第５の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、洗浄水７９を前処理膜１５へ搬送するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、逆洗を実施するポンプの必要動力、即ち消費電力が不要となる。
【００７７】
したがって、第５の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【００７８】
なお、逆洗を繰り返しても前処理膜１５の差圧はある程度の割合で上昇していくので、充分に差圧が上昇したら、薬品を用いた洗浄も実施する。なお、逆洗運転中も第１の浸透圧ポンプ１７は運転し、濾過水槽７５に貯蔵されている第１の濾過水１６を昇圧しながら逆浸透膜１８へ搬送する。すなわち、逆洗運転中であっても、淡水化処理は継続される。
【００７９】
また、第５の実施形態では、逆浸透膜１８を用いて淡水１９と、濃縮海水２４とを取得する方法を示したが、逆浸透膜１８を用いた方法に限定されない。
【００８０】
（第６の実施形態）  
図６は、第６の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図６に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、濃縮海水配管６及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００８１】
海水ポンプ１４は、海水１３を搬送し、前処理膜１５に流入させる。
【００８２】
前処理膜１５は、海水ポンプ１４により搬送される海水１３を濾過し、第１の濾過水１６とする。第１の濾過水１６は、第２の濾過水２１と第３の濾過水２５とに分配される。
【００８３】
第１の浸透圧ポンプ１７は、第２の濾過水２１を昇圧する。昇圧された第２の濾過水２１は、エネルギ回収装置１に備えられる第３の浸透圧ポンプ１０４により昇圧された第３の濾過水２５と合流することで、高圧海水２２となる。
【００８４】
逆浸透膜１８は、流入される高圧海水２２を、淡水１９と濃縮海水２４とに分離する。濃縮海水２４は、濃縮海水配管６を通り、エネルギ回収装置１に備えられる浸透膜１０１へ流入する。この濃縮海水配管６が、充分に長かったり屈曲が多かったりするために、流通する濃縮海水２４の圧力損失が充分大きい場合には、浸透膜１に流入する時点での濃縮海水２４の圧力は充分に小さくなっている。よって、第６の実施形態における浸透膜１０１は、第１乃至第５の実施形態における浸透膜１０１と同じ状況になっている。
【００８５】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、第３の浸透圧ポンプ１０４及び第２の羽根車１０５を備える。
【００８６】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【００８７】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。第３の浸透圧ポンプ１０４は、第２の羽根車１０５の回転により駆動され、第３の濾過水２５を昇圧する。
【００８８】
以上のように、第６の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、第３の濾過水２５を昇圧するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、第１の浸透圧ポンプ１７の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
【００８９】
したがって、第６の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【００９０】
なお、図６では、第３の浸透圧ポンプ１０４の回転軸と第２の羽根車１０５の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されているが、第２の羽根車１０５と回転軸を共有するポンプは、第２〜５の実施形態で述べた第３の海水ポンプ１０６、淡水ポンプ１０９又は逆洗ポンプ１０７といった如何なるポンプであっても構わない。
【００９１】
また、エネルギ回収装置１が第３の浸透圧ポンプ１０４に代えて第３の海水ポンプ１０６、淡水ポンプ１０９又は逆洗ポンプ１０７といったポンプを備える場合、淡水１９と濃縮海水２４とを取得する方法は、逆浸透膜１８を用いる方法である必要はない。
【００９２】
（第７の実施形態）  
図７は、第７の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図７に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、動力回収装置２３及びエネルギ回収装置１を具備する。
【００９３】
海水ポンプ１４は、海水１３を搬送し、前処理膜１５に流入させる。
【００９４】
前処理膜１５は、第１の海水ポンプ１４により搬送される海水を濾過し、第１の濾過水１６とする。第１の濾過水１６は、第２の濾過水２１と第３の濾過水２５とに分配される。
【００９５】
第１の浸透圧ポンプ１７は、第２の濾過水２１を昇圧する。昇圧された第２の濾過水２１は、動力回収装置２３に備えられる第２の浸透圧ポンプ２３１により昇圧された第３の濾過水２５と合流することで、高圧海水２２となる。
【００９６】
逆浸透膜１８は、流入される高圧海水２２を、淡水１９と濃縮海水２４とに分離する。濃縮海水２４は、動力回収装置２３へ流入される。
【００９７】
動力回収装置２３は、例えば、第２の浸透圧ポンプ２３１及び第１の羽根車２３２を備える。動力回収装置２３に流入された濃縮海水２４は、第１の羽根車２３２を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってエネルギ回収装置１へ流入される。第２の浸透圧ポンプ２３１は、第１の羽根車２３２の回転により駆動され、第３の濾過水２５を昇圧する。昇圧された第３の濾過水２５は、第１の浸透圧ポンプ１７で昇圧された第２の濾過水２１に合流される。
【００９８】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、第２の羽根車１０５及び発電機１０８を備える。第２の羽根車１０５の回転軸と、発電機１０８の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第２の羽根車１０５が回転すると、発電機１０８は駆動することとなる。
【００９９】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【０１００】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。発電機１０８は、第２の羽根車１０５が回転すると、駆動し、発電する。発電された電力は、例えば海水淡水化装置のポンプ動力に使用される。
【０１０１】
以上のように、第７の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、電力へ変換するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、必要動力、即ち消費電力が低減される。
【０１０２】
したがって、第７の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【０１０３】
なお、発電した電力を、第３の海水ポンプ１０６、淡水ポンプ１０９又は逆洗ポンプ１０７といった第１の浸透圧ポンプ１７ではないポンプの動力、又は、海水淡水化装置のシステム使用電力に活用する場合は、淡水１９と濃縮海水２４とを取得する方法は、逆浸透膜１８を用いる方法である必要はない。
【０１０４】
（第８の実施形態）  
図８は、第８の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図８に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ１４、前処理膜１５、第１の浸透圧ポンプ１７、逆浸透膜１８、濃縮海水配管６及びエネルギ回収装置１を具備する。
【０１０５】
海水ポンプ１４は、海水１３を搬送し、前処理膜１５に流入させる。
【０１０６】
前処理膜１５は、第１の海水ポンプ１４により搬送される海水を濾過し、第１の濾過水１６とする。
【０１０７】
第１の浸透圧ポンプ１７は、第１の濾過水１６を昇圧し、高圧海水２２とする。第１の浸透圧ポンプ１７は、高圧海水２２を逆浸透膜１８へ流入させる。
【０１０８】
逆浸透膜１８は、流入される高圧海水２２を、淡水１９と濃縮海水２４とに分離する。濃縮海水２４は、濃縮海水配管６を通り、エネルギ回収装置１へ与えられる。濃縮海水配管６が、充分に長かったり屈曲が多かったりするため、流通する濃縮海水２４の圧力損失が充分大きい場合、エネルギ回収装置１に備えられる浸透膜１０１に流入する時点での濃縮海水２４の圧力は充分に小さくなっている。よって、第８の実施形態における浸透膜１０１は、第１乃至第５、第７の実施形態における浸透膜１０１と同じ状況になっている。
【０１０９】
エネルギ回収装置１は、高濃度の濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。エネルギ回収装置１は、例えば、浸透膜１０１、第２の羽根車１０５及び発電機１０８を備える。第２の羽根車１０５の回転軸と、発電機１０８の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。
【０１１０】
浸透膜１０１に濃縮海水２４と、海水１０２とが接触すると、塩分濃度の差から、海水１０２は浸透膜１０１を透過して流れていき、濃縮海水２４と混合する。海水１０２と濃縮海水２４とが混合した放流海水１０３は、浸透膜１０１に流入した濃縮海水２４よりも強い水流になっている。
【０１１１】
第２の羽根車１０５は、放流海水１０３の水流により回転させられる。発電機１０８は、第２の羽根車１０５が回転すると、駆動し、発電する。発電された電力は、例えば海水淡水化装置のポンプ動力に使用される。
【０１１２】
以上のように、第８の実施形態に係る海水淡水化装置では、エネルギ回収装置１は、濃縮海水２４と、海水１０２との濃度差が含むエネルギを、電力へ変換するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、必要動力、即ち消費電力が低減される。
【０１１３】
したがって、第８の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
【０１１４】
なお、発電した電力を、第３の海水ポンプ１０６、淡水ポンプ１０９又は逆洗ポンプ１０７といった第１の浸透圧ポンプ１７ではないポンプの動力、又は、海水淡水化装置のシステム使用電力に活用する場合は、淡水１９と濃縮海水２４とを取得する方法は、逆浸透膜１８を用いる方法である必要はない。
【０１１５】
なお、第１乃至第８の実施形態では、浸透膜１０１、前処理膜１５及び逆浸透膜１８としたが、これらは、内部に浸透膜、前処理膜又は逆浸透膜を備え、これらで内部を区画し、これら膜による濾過性能や浸透圧の作用を利用した機器を指している。また、第１乃至第８の実施形態に係る海水淡水化装置は、制御装置を備え、制御装置からの指示で作動するものとしてもよい。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１…エネルギ回収装置、１０１…浸透膜、１０２…海水、１０３…放流海水、１０４…第３の浸透圧ポンプ、１０５…第２の羽根車、１０６…第３の海水ポンプ、１０７…逆洗ポンプ、１０８…発電機、１０９…淡水ポンプ、１３…海水、１４…第１の海水ポンプ、１５…前処理膜、１６…第１の濾過水、１７…第１の浸透圧ポンプ、１８…逆浸透膜、１９…淡水、２１…第２の濾過水、２２…高圧海水、２３…動力最終装置、２３１…第２の浸透圧ポンプ、２３２…第１の羽根車、２４…濃縮海水、２５…第３の濾過水、２７…第７の開閉弁、２８…第８の開閉弁、３４…第１１の開閉弁、４０…第２の海水ポンプ、４１…海水、４２…調整水槽、５１…第５の開閉弁、５２…第６の開閉弁、５３…第１の開閉弁、５４…第２の開閉弁、５５，５６…海水、５７…第２の海水、５８…第２の海水、６１…第３の開閉弁、６２…第４の開閉弁、６８…海水、７５…濾過水槽、７６…第１０の開閉弁、７８…第９の開閉弁、７９…洗浄水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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