(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜で被濃縮液側と透過液側とに仕切られ、被濃縮液側に被濃縮液入口および濃縮液出口が設けられた逆浸透膜槽と、逆浸透膜槽の被濃縮液側に被濃縮液を供給するとともに被濃縮液側から濃縮液を排出する複動ポンプと、逆浸透膜槽と複動ポンプとの間にあって逆浸透膜槽への被濃縮液の供給および逆浸透膜槽からの濃縮液の排出を制御する切換弁とを備えた逆浸透膜濃縮装置において、入口ポートが被濃縮液供給源に、出口ポートが複動ポンプのキャップ側シリンダ室にそれぞれ接続された逆止め弁を備えており、切換弁はスプールで連絡または遮断される第１入、出口ポート、第２入、出口ポート、および第３入、出口ポートを有し、第１入口ポートは複動ポンプのキャップ側シリンダ室に、第１出口ポートは逆浸透膜槽の被濃縮液入口にそれぞれ接続され、第２入口ポートは逆浸透膜槽の濃縮液出口に、第２出口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室にそれぞれ接続され、第３入口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室に、第３出口ポートは濃縮液排出管にそれぞれ接続され、第１入口ポートと第１出口ポートとの間、および第２入口ポートと第２出口ポートとの間がそれぞれ遮断され、第３入口ポートと第３出口ポートとが連絡するようにスプールがばねでオフセットされていることを特徴とする逆浸透膜濃縮装置。
【請求項２】
逆浸透膜で被濃縮液側と透過液側とに仕切られ、被濃縮液側に被濃縮液入口および濃縮液出口が設けられた逆浸透膜槽と、逆浸透膜槽の被濃縮液側に被濃縮液を供給するとともに被濃縮液側から濃縮液を排出する複動ポンプと、被濃縮液供給源と複動ポンプのキャップ側シリンダ室との間に設けられた吸込み側逆止め弁と、複動ポンプのキャップ側シリンダ室と逆浸透膜槽の被濃縮液入口との間に設けられた吐出し側逆止め弁と、逆浸透膜槽と複動ポンプとの間にあって逆浸透膜槽への被濃縮液の供給および逆浸透膜槽からの濃縮液の排出を制御する切換弁とを備えた逆浸透膜濃縮装置において、切換弁はスプールで連絡または遮断される第１入、出口ポート、および第２入、出口ポートを有し、第１入口ポートは逆浸透膜槽の被濃縮液出口に、第１出口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室にそれぞれ接続されており、第２入口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室に、第２出口ポートは濃縮液排出管にそれぞれ接続されており、第１入口ポートと第１出口ポートとの間を遮断し、第２入口ポートと第２出口ポートとが連絡するようにスプールがばねでオフセットされていることを特徴とする逆浸透膜濃縮装置。
【請求項３】
逆浸透膜で被濃縮液側と透過液側とに仕切られ、被濃縮液側に被濃縮液入口および濃縮液出口が設けられた逆浸透膜槽と、逆浸透膜槽の被濃縮液側に被濃縮液を供給するとともに被濃縮液側から濃縮液を排出する複動ポンプと、被濃縮液供給源と複動ポンプのキャップ側シリンダ室との間に設けられた吸込み側逆止め弁と、キャップ側シリンダ室と逆浸透膜槽の被濃縮液入口との間に設けられた吐出し側逆止め弁と、逆浸透膜槽と複動ポンプとの間にあって逆浸透膜槽への被濃縮液の供給および逆浸透膜槽からの濃縮液の排出を制御する切換弁とを備えた逆浸透膜濃縮装置において、切換弁がシリンダアクチュエータで開閉される第１および第２ポペット弁とを備え、第１ポペット弁は入口ポートが逆浸透膜槽の濃縮液出口に、出口ポートが複動ポンプのヘッド側シリンダ室にそれぞれ接続されているとともに、弁体がばねで弁閉側にオフセットされており、第２ポペット弁は入口ポートが複動ポンプのヘッド側シリンダ室に、出口ポートが濃縮液排出管にそれぞれ接続されているとともに、弁体がばねで弁開側にオフセットされており、複動ポンプのキャップ側シリンダ室がシリンダアクチュエータのシリンダ室に接続されていることを特徴とする逆浸透膜濃縮装置。
【請求項４】
第１ポペット弁のシリンダアクチュエータのシリンダ室と第２ポペット弁のシリンダアクチュエータのシリンダ室とが向かい合って通じており、第１ポペット弁のピストン径が第２ポペット弁のピストン径よりも小さい請求項３記載の逆浸透膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、逆浸透膜濃縮装置、特にエネルギ回収機能を備えた逆浸透膜濃縮装置に関する。この発明の逆浸透膜濃縮装置は、海水淡水化、化学プロセスにおける廃液処理、果汁の濃縮などに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
逆浸透膜濃縮装置は、被濃縮液を加圧して逆浸透膜に供給し、逆浸透膜を透過する透過液と、透過しない非透過液（濃縮液）とに液体を分離する。逆浸透膜濃縮装置のうち、エネルギ回収機能を備えた装置がある。この装置では、被濃縮液を高圧ポンプで加圧して逆浸透膜に供給し、これまでは廃液として排出していた濃縮液を高圧ポンプに再度供給し、高圧ポンプの圧縮駆動力を助勢する動力として再利用する。濃縮液を高圧ポンプに再度供給するには、切換弁が用いられている。
【０００３】
従来のエネルギ回収機構付逆浸透膜装置では、電気、油圧または空圧などの外部動力源、あるいは機械的な機構を用いて切換弁を切り換えていた。このため、切換え機構が複雑となり、製作コストが上昇し、さらには作動効率あるいは作動信頼性が低下するという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、たとえば特開平２−２１９２７号公報の逆浸透膜濃縮装置がある。この装置は、圧縮ポンプの往復運動を利用して切換弁を切り換え、エネルギを回収するようにしている。しかし、この装置の場合、作動圧縮ポンプの自圧変化だけで切換弁を切り換えるので、スプールの位置が不安定で開閉タイミングが合いにくく、異常高圧や切換弁の作動不良等が発生しやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、エネルギ回収機能を備えた逆浸透膜濃縮装置の作動を制御する切換弁を簡単な機構で確実に切り換えることができ、信頼性および効率の高い逆浸透膜濃縮装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の逆浸透膜濃縮装置は、逆浸透膜槽と、複動ポンプと、切換弁を備えている。逆浸透膜槽は、逆浸透膜で被濃縮液側と透過液側とに仕切られ、被濃縮液側に被濃縮液入口および濃縮液出口が設けられいる。複動ポンプは、逆浸透膜槽の被濃縮液側に被濃縮液を供給するとともに被濃縮液側から濃縮液を排出する。切換弁は、逆浸透膜槽と複動ポンプとの間にあって逆浸透膜槽への被濃縮液の供給および逆浸透膜槽からの濃縮液の排出を制御する。逆浸透膜濃縮装置は、逆止め弁を備えている。逆止め弁は、入口ポートが被濃縮液供給源に、出口ポートが複動ポンプのキャップ側シリンダ室にそれぞれ接続されている。切換弁はスプールで連絡または遮断される第１入、出口ポート、第２入、出口ポート、および第３入、出口ポートを有している。第１入口ポートは複動ポンプのキャップ側シリンダ室に、第１出口ポートは逆浸透膜槽の被濃縮液入口にそれぞれ接続されている。第２入口ポートは逆浸透膜槽の濃縮液出口に、第２出口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室にそれぞれ接続されている。第３入口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室に、第３出口ポートは濃縮液排出管にそれぞれ接続されている。第１入口ポートと第１出口ポートとの間、および第２入口ポートと第２出口ポートとの間がそれぞれ遮断され、第３入口ポートと第３出口ポートとが連絡するようにスプールがばねでオフセットされている。
【０００７】
上記逆浸透膜濃縮装置で、複動ポンプのヘッド側シリンダ室の断面積は、キャップ側シリンダ室の断面積よりもピストンロッド断面積の分だけ小さい。両断面積の比は、逆浸透膜に加える圧力、被濃縮液供給量、透過液量などに基づき、逆浸透膜を透過した透過液量と濃縮液のヘッド側シリンダ室への流入量との和が、被濃縮液の逆浸透膜槽への供給量よりやや少なくなるように決められている。したがって、複動ポンプの前進行程時に、ピストンの前進に伴い逆浸透膜槽の被濃縮液側の圧力は徐々に高くなり、所要の圧力で被濃縮液を逆浸透膜を透過させることができる。また、複動ポンプは電動モータ、油圧モータあるいは空気圧モータなどで駆動される。構造が簡単な点から、逆止め弁はリフト逆止め弁が適している。リフト逆止め弁は、弁の閉作動を確実にするために、弁体をばねで閉状態にオフセットしておくことが望ましい。
【０００８】
上記のように構成された逆浸透膜濃縮装置の作動は、次の通りである。
【０００９】
いま、複動ポンプのピストンは、ヘッド側位置、つまり最後退位置にあるとする。このとき、第１入口ポートと第１出口ポートとの間、および第２入口ポートと第２出口ポートとの間は、それぞればねでオフセットされた状態にあるスプールにより遮断されている。一方、第３入口ポートと第３出口ポートとの間は、通じている。複動ポンプのキャップ側シリンダ室には被濃縮液が充満し、ヘッド側シリンダ室には前の後退行程で流入した濃縮液が残留している。
【００１０】
このような状態で、電動モータなどによる複動ポンプの駆動でピストンが前進すると、ピストンの前進に従い、キャップ側シリンダ室の被濃縮液の圧力が徐々に上昇する。この圧力は、第１入口ポートに伝わる。圧力が所定の値に達すると、ばね力に抗してスプールが移動し、第１入口ポートと第１出口ポートとの間、および第２入口ポートと第２出口ポートとの間が通じるとともに、第３入口ポートと第３出口ポートとの間はスプールで遮断される。この結果、キャップ側シリンダ室内の被濃縮液は、第１入口ポートおよび第１出口ポートを経て逆浸透膜槽の被濃縮液側に流入する。被濃縮液側に流入した被濃縮液の一部は逆浸透膜を透過して透過液側に流出する。透過しなかった非透過液は濃縮液となって濃縮液出口、第２入口ポートおよび第２出口ポートを経て複動ポンプのヘッド側シリンダ室に流入する。流入してきた濃縮液の圧力はピストンの前進力として作用し、濃縮液の圧力エネルギは複動ポンプの駆動エネルギとして回収される。なお、ヘッド側シリンダ室のピストン断面積とキャップ側シリンダ室の断面積の比は前述のように決められているので、被濃縮液が逆浸透膜を透過して逆浸透膜槽から流出しても、ヘッド側シリンダ室に流入する濃縮液の圧力が下がることはない。
【００１１】
次に、キャップ側位置、つまり最前進位置にあるピストンを後退させると、キャップ側シリンダ室内は負圧となり、一方ヘッド側シリンダ室の内圧は上昇する。キャップ側シリンダ室内の負圧により逆止め弁が開いて、被濃縮液が被濃縮液供給源から逆止め弁を経て複動ポンプのキャップ側シリンダ室内に流入する。また、第１入口ポートの圧力が下がり、ばね力によりスプールが移動して第１入口ポートと第１出口ポートとの間がスプールで遮断される。これと同時に、第３入口ポートと第３出口ポートとが通じ、ヘッド側シリンダ室内の濃縮液が第３入口ポートおよび第３出口ポートを経て、濃縮液排出管に排出される。
【００１２】
第２の発明の逆浸透膜濃縮装置は、第１の発明のものと同様の逆浸透膜槽、複動ポンプ、および切換弁を備えている。また、逆浸透膜濃縮装置は、吸込み側逆止め弁および吐出し側逆止め弁を備えている。吸込み側逆止め弁は、被濃縮液供給源と複動ポンプのキャップ側シリンダ室との間に設けられている。吐出し側逆止め弁は、キャップ側シリンダ室と逆浸透膜槽の被濃縮液入口との間に設けられている。切換弁は、スプールで連絡または遮断される第１入、出口ポート、および第２入、出口ポートを有している。第１入口ポートは逆浸透膜槽の被濃縮液出口に、第１出口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室にそれぞれ接続されている。第２入口ポートは複動ポンプのヘッド側シリンダ室に、第２出口ポートは濃縮液排出管にそれぞれ接続されている。また、第１入口ポートと第１出口ポートとの間を遮断し、第２入口ポートと第２出口ポートとが連絡するようにスプールがばねでオフセットされている。
【００１３】
上記のように構成された逆浸透膜濃縮装置の作動は、次の通りである。
【００１４】
いま、複動ポンプのピストンは、ヘッド側位置、つまり最後退位置にあるとする。このとき、第１入口ポートと第１出口ポートとの間は遮断され、第２入口ポートと第２出口ポートとの間は通じている。複動ポンプのキャップ側シリンダ室には被濃縮液が充満し、ヘッド側シリンダ室には濃縮液が残留している。
【００１５】
このような状態で、電動モータなどで複動ポンプが駆動されてピストンが前進すると、ピストンの前進に従い、キャップ側シリンダ室の被濃縮液の圧力が徐々に上昇し、吸込み側逆止め弁が閉じるとともに吐出し側逆止め弁が開く。キャップ側シリンダ室の被濃縮液は、吐出し側逆止め弁、および被濃縮液入口を経て逆浸透膜槽の被濃縮液側に流入する。被濃縮液側に流入した被濃縮液の一部は逆浸透膜を透過して透過液側に流出し、透過しなかった被透過液は濃縮液となって濃縮液出口を経て第１入口ポートに流入する。第１入口ポート内の濃縮液の圧力で、ばね力に抗してスプールが移動する。スプールの移動に伴い、第１入口ポートと第１出口ポートとの間が通じるとともに、第２入口ポートと第２出口ポートとの間はスプールで遮断される。さらに、第１入口ポートの濃縮液は第１出口ポートを経て複動ポンプのヘッド側シリンダ室に流入する。流入してきた濃縮液でヘッド側シリンダ室の圧力が上昇し、濃縮液の圧力はピストンの前進力となる。濃縮液の圧力エネルギは、複動ポンプの駆動エネルギとして回収される。
【００１６】
次に、キャップ側位置、つまり最前進位置にあるピストンを後退させると、キャップ側シリンダ室内が負圧となり、ヘッド側シリンダ室の内圧が上昇する。キャップ側シリンダ室内の負圧により吸込み側逆止め弁が開き、吐出し側逆止め弁は閉じる。被濃縮液が被濃縮液供給源から吸込み側逆止め弁を経て複動ポンプのキャップ側シリンダ室内に流入する。また、第１入口ポートの圧力が下がり、ばね力によりスプールが移動して第１入口ポートと第１出口ポートとの間がスプールで遮断される。これと同時に、第２入口ポートと第２出口ポートとが通じて、ヘッド側シリンダ室内の濃縮液が第２入口ポートおよび第２出口ポートを経て、濃縮液排出管に排出される。
【００１７】
第３の発明の逆浸透膜濃縮装置は、第１および第２の発明のものと同様の逆浸透膜槽、複動ポンプ、切換弁、および逆止め弁を備えている。切換弁は、シリンダアクチュエータで開閉される第１および第２ポペット弁を備えている。第１ポペット弁は入口ポートが逆浸透膜槽の濃縮液出口に、出口ポートが複動ポンプのヘッド側シリンダ室にそれぞれ接続されているとともに、弁体がばねで弁閉側にオフセットされている。第２ポペット弁は入口ポートが複動ポンプのヘッド側シリンダ室に、出口ポートが濃縮液排出管にそれぞれ接続されているとともに、弁体がばねで弁開側にオフセットされている。また、複動ポンプのキャップ側シリンダ室がシリンダアクチュエータのシリンダ室に接続されている。
【００１８】
上記のように構成された逆浸透膜濃縮装置の作動は、次の通りである。
【００１９】
いま、複動ポンプのピストンは、ヘッド側位置、つまり最後退位置にあるとする。このとき、複動ポンプのキャップ側シリンダ室およびシリンダアクチュエータのシリンダ室には被濃縮液が充満している。シリンダアクチュエータのシリンダ室の被濃縮液の圧力はほぼ大気圧であるので、ばね力で第１ポペット弁は閉じ、第２ポペット弁は開いている。ヘッド側シリンダ室には濃縮液が残留している。
【００２０】
このような状態で、電動モータなどで複動ポンプが駆動されてピストンが前進すると、ピストンの前進に従い、キャップ側シリンダ室の被濃縮液の圧力が徐々に上昇し、吸込み側逆止め弁が閉じるとともに吐出し側逆止め弁が開く。キャップ側シリンダ室の被濃縮液は、吐出し側逆止め弁を経て逆浸透膜槽の被濃縮液側に流入する。同時に、キャップ側シリンダ室の被濃縮液は、シリンダアクチュエータのシリンダ室に流入する。シリンダアクチュエータのシリンダ室内の圧力の上昇により、ばね力に抗して第１ポペット弁は開き、第２ポペット弁は閉じる。被濃縮液側に流入した被濃縮液の一部は逆浸透膜を透過して透過液側に流出する。透過しなかった被透過液は濃縮液となって濃縮液出口から第１ポペット弁を経て複動ポンプのヘッド側シリンダ室に流入する。流入してきた濃縮液でヘッド側シリンダ室の圧力が上昇し、濃縮液の圧力はピストンの前進力となる。濃縮液の圧力エネルギは、複動ポンプの駆動エネルギとして回収される。
【００２１】
次に、キャップ側位置、つまり最前進位置にあるピストンを後退させると、キャップ側シリンダ室内およびシリンダアクチュエータのシリンダ室内が負圧となり、ヘッド側シリンダ室の内圧が上昇する。シリンダアクチュエータのシリンダ室内の負圧により、ばね力で第１ポペット弁が閉じ、第２ポペット弁が開く。被濃縮液が被濃縮液供給源から吸込み側逆止め弁を経て複動ポンプのキャップ側シリンダ室内に流入する。また、ヘッド側シリンダ室内の濃縮液が第１ポペット弁を経て、濃縮液排出管に排出される。
【００２２】
なお、上記装置で第１ポペット弁のピストン径を第２ポペット弁のピストン径より小さくし、ばね力を適当に選択すると、複動ポンプの前進行程で第２ポペット弁を第１ポペット弁よりも早く作動させ、後退行程で遅く作動させることができる。このような場合、複動ポンプの前進行程で、第２ポペット弁が閉じたのち第１ポペット弁が開くので、逆浸透膜槽からの濃縮液が第２ポペット弁から流出することなく、ヘッド側シリンダ室に濃縮液が充満する。したがって、ヘッド側シリンダ室の圧力は急速に上昇し、エネルギ回収の効率は高くなる。また、複動ポンプの後退行程では、第１ポペット弁が閉じたのち第２ポペット弁が開くので、逆浸透膜槽の被濃縮液側の圧力低下は小さく、次の前進行程で被濃縮液は逆浸透膜を効率良く透過する。
【００２３】
上記第１〜第３の発明の逆浸透膜濃縮装置では、エネルギ回収機能のない装置に比べて、複動ポンプの駆動力は数分の１でよい。また、切換弁の切換え動力源としてばね力と複動ポンプのシリンダ圧力を利用しているため、従来の装置によくみられる切換えタイミングのずれによる被濃縮液の詰まりで異常高圧が発生することもなく、電動モータ、油圧モータあるいは空気圧モータの故障による切換弁の作動不良もない。さらに、複雑な機構によって生じる切換弁の可動部のこじりや破損による作動不良もない。
【００２４】
第３の発明の逆浸透膜濃縮装置では、切換弁としてポペット弁を用いている。したがって、弁の開閉作用が迅速、確実に行われ、またスプール弁に比べて弁閉時に弁座部から被濃縮液または濃縮液などが漏れることはない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の発明の実施の形態）
図１および図２は、第１の発明の実施の形態を示している。
【００２６】
逆浸透膜濃縮装置は、逆浸透膜槽１１と、複動ポンプ２１と、逆止め弁４１と、切換弁６１とを備えている。
【００２７】
逆浸透膜槽１１は、逆浸透膜１２で被濃縮液側１３と透過液側１４とに仕切られている。被濃縮液側１３には、被濃縮液入口１６および濃縮液出口１７が設けられいる。透過液側１４には透過液出口１９が設けられており、透過液出口１９に透過液管６が接続されている。
【００２８】
複動ポンプ２１は、シリンダ２２にキャップ２３とヘッドカバー２４が設けられている。キャップ２３に被濃縮液吐出し口２５が、またシリンダ２２のヘッドカバー２４寄りに濃縮液流入出口２６がそれぞれ設けられいる。ピストンロッド３２がヘッドカバー２４を貫通しており、貫通部分にパッキン３４が装着されている。ピストンロッド３２の後端部に、駆動装置３５のクランク機構３６が連結されている。クランク機構３６は電動モータ（図示しない）で駆動され、ピストン３１を往復動させる。以下、キャップ２３とピストン３１との間の空間をキャップ側シリンダ室２８、ヘッドカバー２４とピストン３１との間の空間をヘッド側シリンダ室２９という。
【００２９】
逆止め弁４１は、弁箱４２が中間部材３８を介して複動ポンプ２１に固定されている。弁箱４２の入口ポート４５側に、弁座４８がに設けられている。弁箱４２には、弁室４３の内周壁面をガイドとして摺動可能にカップ形の弁体５１が挿入されている。弁体５１には弁体背部の空洞部５３に通じる連絡孔５４が設けられている。弁体５１を弁座４８に押し付けるようにして、コイルばね５６が弁体５１と蓋５８との間に挿入されている。逆止め弁４１の入口ポート４５は、被濃縮液供給管２を介して被濃縮液タンク１に接続されている。出口ポート４６は、複動ポンプ２１に取り付けられた被濃縮液管３に接続されている。
【００３０】
切換弁６１は、弁箱６２が上記蓋５８を挟み込むようにして逆止め弁４１の弁箱４２に接しており、上記中間部材３８を介して複動ポンプ２１に固定されている。第１入口ポート６６と第１出口ポート６７、第２入口ポート６９と第２出口ポート７０、および第３入口ポート７２と第３出口ポート７３が、それぞれ弁箱６２に設けられている。第１入口ポート６６は被濃縮液管３を介して複動ポンプ２１の吐出し口２５に接続されており、第１出口ポート６７は被濃縮液管４を介して逆浸透膜槽１１の被濃縮液入口１６に接続されている。第２入口ポート６９は逆浸透膜槽１１の濃縮液出口１７に接続されており、第２出口ポート７０は中間部材３８の濃縮液流入出孔３９を介して複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に通じている。第３入口ポート７２は、中間部材３８の濃縮液流入出孔３９を介して複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に通じており、第３出口ポート７３は濃縮液排出管９に接続されている。
【００３１】
切換弁６１のスプール７５は、逆止め弁４１と同一中心軸線上にあって弁室６３の内周壁面をガイドとして摺動可能に弁箱６２内に挿入されている。スプール７５の先端部は弁体７６となっており、弁箱６２の第１入口ポート６６近くに設けられた弁座６４に密接可能である。スプール７５の先端寄りに第２入口ポート６９と第２出口ポート７０とを連絡する円周溝７７が設けられている。スプール７５には、隣り合うポートの間を遮断するＯリング７８が取り付けられている。隣り合うポートの間隔はスプール７５のストロークよりも大きく、またＯリング７８はスプール７５が移動する際に各ポートを横切ることのない位置に設けられている。したがって、スプール７５が移動する際に、ポートの縁でＯリング７８が傷つくことはない。スプール７５の後端面と蓋５８との間に、コイルばね７９が挿入されている。コイルばね７９は、第１入口ポート６６と第１出口ポート６７との間、および第２入口ポート６９と第２出口ポート７０との間をそれぞれ遮断し、第３入口ポート７２と第３出口ポート７３とが連絡するようにスプール７５をオフセットする。
【００３２】
上記のように構成された逆浸透膜濃縮装置の作動は、次の通りである。
【００３３】
いま、複動ポンプ２１のピストン３１は、ヘッド側位置、つまり最後退位置にあるとする。このとき、第１入口ポート６６と第１出口ポート６７との間、および第２入口ポート６９と第２出口ポート７０との間は、それぞれコイルばね７９でオフセットされた状態にあるスプール７５により遮断されている。一方、第３入口ポート７２と第３出口ポート７３との間は、通じている。複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８には被濃縮液が充満し、ヘッド側シリンダ室２９には前の後退行程で流入した濃縮液が残留している。
【００３４】
このような状態で、電動モータで複動ポンプ２１を駆動すると、ピストン３１が前進（図１の矢印Ａ）する。ピストン３１の前進に従い、キャップ側シリンダ室２８の被濃縮液の圧力が徐々に上昇する。この圧力は、切換弁６１の第１入口ポート６６に伝わる。圧力が所定の値に達すると、コイルばね７９の力に抗してスプール７５が移動し、第１入口ポート６６と第１出口ポート６７との間、および第２入口ポート６９と第２出口ポート７０との間が通じるとともに、第３入口ポート７２と第３出口ポート７３との間はスプール７５で遮断される。この結果、キャップ側シリンダ室内２８の被濃縮液は、吐出し管３、第１入口ポート６６、弁室６３および第１出口ポート６７を経て、被濃縮液入口１６から逆浸透膜槽１１の被濃縮液側１３に流入する。被濃縮液側１３に流入した被濃縮液の一部は逆浸透膜１２を透過して透過液側１４に流出する。透過しなかった非透過液は濃縮液となって濃縮液出口１７、濃縮液管５、第２入口ポート６９、円周溝７７、第２出口ポート７０、および中間部材３８の濃縮液流入出孔３９を順次経て複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に流入する。流入してきた濃縮液の圧力はピストン３１の前進力として作用し、濃縮液の圧力エネルギは複動ポンプ２１の駆動エネルギとして回収される。複動ポンプ２１のピストン３１の１ストロークで逆浸透膜１２を透過する透過液の量は、ほぼピストンストローク×ピストンロッド断面積となる。
【００３５】
次に、最前進位置にあるピストン３１を後退（図２の矢印Ｂ）させると、キャップ側シリンダ室２８内が負圧となり、ヘッド側シリンダ室２９の内圧が上昇する。キャップ側シリンダ室２８内の負圧は、被濃縮液管３および逆止め弁４１の出口ポート４６を経て弁室４３に伝わる。弁室４３と弁体５１の背部の空洞部５３とは連絡孔５４で通じているので空洞部５３の圧力が低下し、コイルばね５６の力に抗して逆止め弁４１が開く。この結果、被濃縮液が被濃縮液供給源１から被濃縮液供給管２、逆止め弁４１、および濃縮液管３を経て複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８内に流入する。また、第１入口ポート６６の圧力が下がり、コイルばね７９の力によりスプール７５が移動して第１入口ポート６６と第１出口ポート６７との間、および第２入口ポート６９と第２出口ポート７０との間がスプール７５で遮断される。これと同時に、第３入口ポート７２と第３出口ポート７３とが通じ、ヘッド側シリンダ室２９内の濃縮液が中間部材３８の濃縮液流入出孔３９、第３入口ポート７２、弁室６３および第３出口ポート７３を経て、濃縮液排出管９に排出される。
【００３６】
（第２の発明の実施の形態）
図３〜図６は、第２の発明の実施形態を示している。この発明の実施の形態は、２個の逆止め弁を備えている点で、第１の発明の実施の形態とは異なっている。なお、図１および図２に示す部材と同様の部材には同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
吸込み側逆止め弁８１および吐出し側逆止め弁８２の弁箱８３が、複動ポンプ２１のキャップ２３と一体として設けられている。吸込み側逆止め弁８１および吐出し側逆止め弁８２は、弁箱８３に挿入されたスリーブ８５内が弁室８６となっている。中心軸線に沿って流路９２が形成された弁棒９１が、スリーブ８５をガイドとして摺動可能にスリーブ８５内に挿入されている。弁棒９１の先端部寄りに弁室８６と流路９２とを連絡する連絡孔９３が設けられており、弁棒９１の先端部は弁体９４となっている。弁棒９１の中間に設けられたフランジ９５と弁室８６の端面との間にコイルばね９７が挿入されている。コイルばね９７は、スリーブ８５の先端部に設けられた弁座８７に弁体９４を押し付ける。吸込み側逆止め弁８１の入口ポート１０１は被濃縮液供給管２を介して被濃縮液タンク１に接続されており、出口ポート１０２は吸込み側流路１０３を介してキャップ側シリンダ室２８に通じている。吐出し側逆止め弁８２の入口ポート１０６は吐出し側流路１０５を介してキャップ側シリンダ室２８に通じており、出口ポート１０７は被濃縮液管４を介して被濃縮液槽１１の被濃縮液入口１６に接続されている。
【００３８】
切換弁１１１は、弁箱１１２が中間部材３８を介して複動ポンプ２１のシリンダ２２に固定されている。第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１７、および第２入口ポート１１９と第２出口ポート１２０が、それぞれ弁箱１１２に設けられている。第１入口ポート１１６は濃縮液管５を介して逆浸透膜槽１１の濃縮液出口１７に接続されており、第１出口ポート１１７は中間部材３８の濃縮液流入出孔３９を介して複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に通じている。第２入口ポート１１９は中間部材３８の濃縮液流入出孔３９を経て複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に通じており、第２出口ポート１２０は濃縮液排出管９に接続されている。
【００３９】
切換弁１１１のスプール１２５は、弁室１１３の内周壁面をガイドとして摺動可能に弁箱１１２内に挿入されている。スプール１２５の先端部は弁体１２６となっており、弁室１１３の先端部に設けられた弁座１１４に密接可能である。スプール１２５には、Ｏリング１２７が取り付けられている。スプール１２５の後端面と蓋１２３との間に、コイルばね１２８が挿入されている。コイルばね１２８は、第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１７との間を遮断し、第２入口ポート１１９と第２出口ポート１２０とが連絡するようにスプール１２５をオフセットする。
【００４０】
上記のように構成された逆浸透膜濃縮装置の作動は、次の通りである。
【００４１】
いま、複動ポンプ２１のピストン３１は、最後退位置にあるとする。このとき、第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１７との間は、コイルばね１２８でオフセットされた状態にあるスプール１２５により遮断されている。一方、第２入口ポート１１９と第２出口ポート１２０との間は、通じている。複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８には被濃縮液が充満し、ヘッド側シリンダ室２９には前の後退行程で流入した濃縮液が残留している。
【００４２】
このような状態で、電動モータで複動ポンプ２１を駆動すると、ピストン３１が前進（図３の矢印Ａ）する。ピストン３１の前進に従い、キャップ側シリンダ室２８の被濃縮液の圧力が徐々に上昇する。この圧力で吐出し側逆止め弁８２が開き、キャップ側シリンダ室２８内の被濃縮液は、吐出し側流路１０５から吐出し側逆止め弁８２の弁室８６に入り、弁棒９１の連絡孔９３および流路９２を経て、出口ポート１０７に至る。さらに、被濃縮液は被濃縮液管４を経て、被濃縮液入口１６から逆浸透膜槽１１の被濃縮液側１３に流入する。逆浸透膜槽１１で濃縮された濃縮液は、濃縮液出口１７、濃縮液管５、および第１入口ポート１１６に入る。第１入口ポート１１６の濃縮液の圧力により、コイルばね１２８の力に抗してスプール１２５が移動し、第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１７との間との間が通じるとともに、第２入口ポート１１９と第２出口ポート１２０との間はスプール１２５で遮断される。この結果、濃縮液は、弁室１１３、第１出口ポート１１７、および中間部材３８の濃縮液流入出孔３９を順次経て複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に流入する。流入してきた濃縮液の圧力はピストン３１の前進力として作用し、濃縮液の圧力エネルギは複動ポンプ２１の駆動エネルギとして回収される。
【００４３】
次に、最前進位置にあるピストン３１を後退（図４の矢印Ｂ）させると、キャップ側シリンダ室内２８は負圧となり、一方ヘッド側シリンダ室２９の内圧は上昇する。キャップ側シリンダ室２８内の負圧により、吸込み側逆止め弁８１がコイルばね９７の力に抗して開き、吐出し側逆止め弁８２が閉じる。この結果、被濃縮液が被濃縮液供給源１から吸込み側逆止め弁８１を経て複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８内に流入する。これと同時に、逆浸透膜槽１１の被濃縮液側１３および第１入口ポート１１６の圧力が下がり、コイルばね１２８の力によりスプール１２５が移動して第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１７との間が遮断される。また、第２入口ポート１１９と第２出口ポート１２０とが通じ、ヘッド側シリンダ室２９内の濃縮液が中間部材３８の濃縮液流入出孔３９、第２入口ポート１１９、弁室１１３および第２出口ポート１２０を経て、濃縮液排出管９に排出される。
【００４４】
（第３の発明の実施の形態）
図７は第３の発明の実施の形態を示している。この発明の実施の形態では、切換弁としてスプール弁の代わりにポペット弁を用いている。この結果、装置の小型化、および性能の向上を図ることができる。なお、図１〜図６に示す部材と同様の部材には同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
この発明の逆浸透膜濃縮装置は、吸込み側逆止め弁１３１および吐出し側逆止め弁１３２が、複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８に接続されている。切換弁１４１は、シリンダアクチュエータ１９１で開閉される第１ポペット１４３および第２ポペット弁１７１を備えている。
【００４６】
第１ポペット弁１４３は、弁箱１４４とシリンダアクチュエータ１９１のシリンダとが一体となっている。弁室１４５の内壁面をガイドとして摺動可能に弁棒１５３が弁箱１４４内に挿入されている。弁棒１５３の先端に弁体１５４が設けられている。また、第１シリンダ室１９３内を往復動する第１ピストン１９４が、弁棒１５３の後端に取り付けられている。弁体１５４と蓋１５１との間に第１コイルばね１５７が挿入されており、弁体１５４は弁箱１４４に設けられた弁座１４７に押し付けられている。第１ポペット弁１４３の入口ポート１４９は逆浸透膜槽１１の濃縮液出口１７に、出口ポート１５０は濃縮液流入出管８を介して複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９にそれぞれ接続されている。第１シリンダ室１９３の先端寄りに空気逃し孔２０１が設けられている。第１ピストン１９４の往復動により第１シリンダ室１９３内に流入した空気を空気逃し孔２０１から逃し、流入した空気の圧力上昇を防ぐ。
【００４７】
第２ポペット弁１７１は、弁箱１７２がシリンダアクチュエータ１９１のシリンダ１９２と一体となっている。弁箱１７２の軸孔１７５をガイドとして、弁棒１８３が軸孔１７５を摺動可能に貫通している。弁棒１８３の先端に弁体１８４が設けられている。また、第２シリンダ室１９６内を往復動する第２ピストン１９７が、弁棒１８３の後端に取り付けられている。弁箱１７２の端面と第２ピストン１９６との間にコイルばね１８６が挿入されており、第２ポペット弁１７１が開くように弁体１８４が第２コイルばね１８６でオフセットされている。弁体１８４が密接する弁座１７４が、蓋１８０に設けられている。第１シリンダ室１９３および第２シリンダ室１９６は、共に中央シリンダ室１９９に通じている。第２ポペット弁１７１の入口ポート１７７は濃縮液流入出管８を介して複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に、出口ポート１７８は濃縮液排出管９にそれぞれ接続されている。第２シリンダ室１９６の先端寄りにも、空気逃し孔２０１が設けられている。
【００４８】
なお、第２ピストン１９７の直径は、第１ピストン１９４の直径よりも大きくなっている。また、第１コイルばね１５７および第２コイルばね１８６は、複動ポンプ２１の前進行程で第２ポペット弁１７１が第１ポペット弁１４３よりも早く作動し、後退行程で遅く作動するように設定されている。
【００４９】
上記のように構成された逆浸透膜濃縮装置の作動は、次の通りである。
【００５０】
いま、複動ポンプ２１のピストン３１は、最後退位置にあるとする。このとき、複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８およびシリンダアクチュエータ１９１のシリンダ室１９３、１９６、１９９には被濃縮液が充満している。シリンダアクチュエータ１９１のシリンダ室１９３、１９６、１９９の被濃縮液の圧力はほぼ大気圧であるので、第１コイルばね１５７の力で第１ポペット弁１４３は閉じ、第２コイルばね１８６の力で第２ポペット弁１７１は開いている。複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９には濃縮液が残留している。
【００５１】
このような状態で、電動モータで複動ポンプ２１を駆動すると、ピストン３１が前進する。ピストン３１の前進に従い、キャップ側シリンダ室２８の被濃縮液の圧力が徐々に上昇し、吸込み側逆止め弁１３１が閉じるとともに吐出し側逆止め弁１３２が開く。キャップ側シリンダ室２８の被濃縮液は、吐出し側逆止め弁１３２を経て逆浸透膜槽１１の被濃縮液側１３に流入する。同時に、キャップ側シリンダ室２８の被濃縮液は、シリンダアクチュエータ１９１のシリンダ室１９３、１９６、１９９に流入する。シリンダアクチュエータ１９１のシリンダ室１９３、１９６、１９９内の圧力の上昇により、第１コイルばね１５７の力に抗して第１ポペット弁１４３は開き、第２コイルばね１８６の力により第２ポペット弁１７１は閉じる。被濃縮液側１３に流入した被濃縮液の一部は逆浸透膜１２を透過して透過液側１４に流出する。透過しなかった被透過液は濃縮液となって濃縮液出口１７から第１ポペット弁１４３を経て複動ポンプ２１のヘッド側シリンダ室２９に流入する。流入してきた濃縮液でヘッド側シリンダ室２９の圧力が上昇し、濃縮液の圧力はピストン３１の前進力となる。濃縮液の圧力エネルギは、複動ポンプ２１の駆動エネルギとして回収される。なお、第１ポペット弁１４３のピストン径を第２ポペット弁１７１のピストン径より小さくし、コイルばね１５７、１８６の力を上記のように設定している。このため、第２ポペット弁１７１が閉じたのち第１ポペット弁１４３が開くので、逆浸透膜槽１１からの濃縮液が第２ポペット弁１７１から流出することなく、ヘッド側シリンダ室２９に濃縮液が充満する。したがって、ヘッド側シリンダ室２９の圧力は急速に上昇し、エネルギ回収の効率は高くなる。
【００５２】
次に、最前進位置にあるピストン３１を後退させると、キャップ側シリンダ室２８内およびシリンダアクチュエータ１９１のシリンダ室１９３、１９６、１９９内が負圧となり、逆にヘッド側シリンダ室２９の内圧が上昇する。シリンダアクチュエータ１９１のシリンダ室１９３、１９６、１９９内の負圧により、第１コイルばね１５７の力で第１ポペット弁１４３が閉じ、第２コイルばね１８６の力で第２ポペット弁１７１が開く。被濃縮液が被濃縮液供給源１から吸込み側逆止め弁１３１を経て複動ポンプ２１のキャップ側シリンダ室２８内に流入する。また、ヘッド側シリンダ室２９内の濃縮液が第２ポペット弁１７１を経て、濃縮液排出管９に排出される。第１ポペット弁１４３および第２ポペット弁１７１のピストン径、ならびにコイルばね１５７、１８６の力を上記のように設定している。このため、第１ポペット弁１４３が閉じたのち第２ポペット弁１７１が開くので、逆浸透膜槽１１の被濃縮液側１３の圧力低下は小さく、次の前進行程で被濃縮液は逆浸透膜１２を効率良く透過する。
【００５３】
【発明の効果】
この発明の逆浸透膜濃縮装置は、被濃縮液または濃縮液の圧力とばねの力とを用いて切換弁を操作するので、切換弁は確実かつ迅速に作動中する。このため、被濃縮液または濃縮液が逆浸透膜槽内に閉じ込められた状態で複動ポンプで圧縮されることはなく、異常高圧の発生を防止できる。
【００５４】
また、切換弁の駆動に電動モータその他の駆動源を用いていない。したがって、これら駆動源の故障による切換弁の作動不良もなく、また逆浸透膜濃縮装置全体の小型化と価格の低減を図ることができる。
【００５５】
切換弁がポペット弁で構成された装置では、弁の開閉がより迅速かつ確実に行われ、弁閉時に弁座部から被濃縮液または濃縮液が漏れることはない。したがって、エネルギ回収効率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の実施の形態を示す図面で、複動ポンプの前進行程の状態を示している。
【図２】図１の装置で、複動ポンプの後退行程の状態を示している。
【図３】第２の発明の実施の形態を示す図面で、複動ポンプの前進行程の状態を示している。
【図４】図３の４−４線に沿う断面図である。
【図５】図３の装置で、複動ポンプの後退行程の状態を示している。
【図６】図５の６−６線に沿う断面図である。
【図７】第３の発明の実施の形態を示す図面である。
【符号の説明】
１  被濃縮液タンク
３  被濃縮液管
５  濃縮液管
６  透過液管
９  濃縮液排出管
１１  逆浸透膜槽
１２  逆浸透膜
１３  被濃縮液側
１４  透過液側
２１  複動ポンプ
２８  キャップ側シリンダ室
２９  ヘッド側シリンダ室
３１  ピストン
３５  複動ポンプの駆動装置
４１  逆止め弁
４２  弁箱
４３  弁室
４８  弁座
５１  弁体
５６  コイルばね
５８  蓋
６１  切換弁
６２  弁箱
６３  弁室
６４  弁座
７５  スプール
７６  弁体
７９  コイルばね
８１  吸込み側逆止め弁
８２  吐出し側逆止め弁
８６  弁室
８７  弁座
９１  弁棒
９４  弁体
１１１  切換弁
１１２  弁箱
１１３  弁室
１１４  弁座
１２５  スプール
１２６  弁体
１２８  コイルばね
１３１  吸込み側逆止め弁
１３２  吐出し側逆止め弁
１４１  切換弁
１４３  第１ポペット弁
１４４  弁箱
１４５  弁室
１４７  弁座
１５１  蓋
１５３  弁棒
１５４  弁体
１５７  第１コイルばね
１７１  第２ポペット弁
１７２  弁箱
１７３  弁室
１７４  弁座
１８３  弁棒
１８４  弁体
１８０  蓋
１８６  第２コイルばね
１９１  シリンダアクチュエータ
１９２  第１シリンダ室
１９４  第１ピストン
１９６  第２シリンダ室
１９７  第２ピストン
１９９  中央シリンダ室
【図１】
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【図２】
0003543034.tif 000003
【図３】
0003543034.tif 000004
【図４】
0003543034.tif 000005
【図５】
0003543034.tif 000006
【図６】
0003543034.tif 000007
【図７】
0003543034.tif 000008