(57)【要約】【課題】  アキュムレータ等の脈動防止装置を使用せずに脈動率を長期間にわたって低減させることが可能な流体分離装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る流体分離装置１０は、分離膜モジュール１９を用いた流体分離装置１０であって、相互に並列に配置されており、かつ、それぞれ所定の動作周期で原流体を間欠的に供給する複数の供給手段１１〜１５と、前記それぞれの供給手段１１〜１５から供給される原流体に対し分離対象物質を分離して、透過流体及び濃縮流体を生成する分離膜モジュール１９とを有し、前記の各供給手段１１〜１５は、それぞれの供給手段１１〜１５から吐出される原流体同士を干渉させて圧力変動を平均化することを特徴とする。【選択図】  図１
2006110503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜モジュールを用いた流体分離装置であって、
相互に並列に配置されており、かつ、それぞれ所定の動作周期で原流体を間欠的に供給する複数の供給手段と、
前記それぞれの供給手段から供給される原流体に対し分離対象物質を分離して、透過流体及び濃縮流体を生成する分離膜モジュールとを有し、
前記の各供給手段は、それぞれの供給手段から吐出される原流体同士を干渉させて圧力変動を平均化することを特徴とする流体分離装置。
【請求項２】
前記流体分離装置は、脈動防止手段を備えていないことを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項３】
原流体を所定の動作周期で間欠的に供給する供給手段と、
前記供給手段に接続された分離膜モジュールとを有する流体分離装置の運転方法であって、
前記供給手段は複数並列に配置されており、
各供給手段から吐出される原流体同士を干渉させて圧力変動を平均化し、
前記分離膜モジュールにより前記原流体から分離対象物質を分離して、透過流体及び濃縮流体を生成させることを特徴とする流体分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体分離装置及びその運転方法に関し、特に各種の分離膜モジュールの使用においても、最適な脈動防止が可能な流体分離装置、及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水、河川水、地下水及び井水の淡水化、浄水、排水等については、膜分離技術が適用されている。特に、従来困難であった液質に対して膜分離技術の応用がなされている。この膜分離技術としては、例えばＭＦ（マイクロフィルタモジュール）、ＵＦ（限外ろ過モジュール）、低圧ＲＯ（低圧逆浸透モジュール）、中圧ＲＯ（中圧逆浸透モジュール）、高圧ＲＯ（高圧逆浸透モジュール）等の分離膜モジュールが用いられる。
【０００３】
この様な分離膜モジュールを備えた液体分離装置の運転には、該分離膜モジュールに原水を供給する手段として、例えばプランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ等の往復動ポンプが使用される。例えば、図３に示すように３ＭＰａ〜２０ＭＰａの高圧力で運転可能なプランジャーポンプ３１を使用した場合、該プランジャーポンプ３１は一般的には３本のプランジャーを交互に往復運動させ液体を吐出するため、正弦波状の脈動が発生する。この場合、脈動の大きさ、即ち脈動率は図４に示すように２０〜３０％になる。脈動が発生すると、プランジャーポンプの軸回転数を２００回転／分とし、５ＭＰａの圧力で運転したとき、３本プランジャーの場合では１〜１．５ＭＰａの圧力変動で１０回／秒の振動が発生する原因となる。この振動が配管や計測器に伝わると、配管接続部分から液漏れが生じやすくなり、また圧力や流量の計測が難しくなる。さらに、圧力計、流量計等計測機器の故障などのトラブルが生じやすい。
【０００４】
従って、従来の分離膜モジュールには、脈動を防止する為、アキュムレータやゴム製のダイアフラム等を設けている。図５は、脈動防止装置として、窒素ガスを封入したアキュムレータ３２を用いた場合を示している。該アキュムレータ３２には、運転圧力に対し封入圧力がその６０％程度の窒素ガスを封入されている。アキュムレータ３２を設けた場合、図６に示すように脈動率は２〜５％にまで低減させることができる。しかし、長期間の運転中に封入ガスが除々に漏れて脈動の防止効果が低下し、脈動に起因する振動が大きくなる場合がある。その結果、配管接続部分から原水等が漏れたり、圧力計や流量計が破損することが多い。
【０００５】
さらに、アキュムレータ３２は、吐出流量の１／２０〜１／４０の容量を必要とする。よって、例えば４００Ｌ／分の吐出量ポンプの場合、アキュムレータの容量は１０〜２０Ｌになる。また、アキュムレータの重量は、一般に１０Ｌの容量の場合８０〜１００Ｋｇであり、２０Ｌの容量の場合１１０〜１５０Ｋｇである。この様に重量の大きいアキュムレータ３２を取り付けるのは、容易な作業ではなく、またアキュムレータ３２と配管３３との接続部分から原水の漏れが生じる場合も多い。
【０００６】
また、ゴム製のダイアフラムを用いた例としては、下記特許文献１に記載されているように、可撓性を有する板を備えたポンプ装置が開示されている。該ポンプ装置によれば、脈動が発生した場合に可撓性を有する板が撓み変形し、この変形により脈動を吸収するものである。しかしながら、可撓性を有する板が経年劣化により可撓性そのものが低下した場合には、撓み変形が不十分となり脈動の効果的な防止が図れず、その機能が低下するという問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−６４９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、アキュムレータ等の脈動防止装置を使用せずに脈動率を長期間にわたって低減させることが可能な流体分離装置及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者等は、前記従来の問題点を解決すべく、流体分離装置及びその運転方法について鋭意検討した。その結果、下記構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
即ち、前記の課題を解決する為に、本発明に係る流体分離装置は、分離膜モジュールを用いた流体分離装置であって、相互に並列に配置されており、かつ、それぞれ所定の動作周期で原流体を間欠的に供給する複数の供給手段と、前記それぞれの供給手段から供給される原流体に対し分離対象物質を分離して、透過流体及び濃縮流体を生成する分離膜モジュールとを有し、前記の各供給手段は、それぞれの供給手段から吐出される原流体同士を干渉させて圧力変動を平均化することを特徴とする。
【００１０】
前記構成に於いては、複数の供給手段を設けて、各々の供給手段に於ける動作周期を、それぞれの供給手段から供給される原流体の脈動が干渉する様に異ならせている。その結果、例えばアキュムレータ等の脈動防止装置を使用することなく脈動振幅を小さくし平均化して脈動率の低減を図り、配管接続部分からの原水等の漏れや、圧力計及び流量計等の破損を防止することができる。また前記構成に於いては、アキュムレータ等を使用した場合のように、封入ガスの漏れに起因する脈動防止効果が低下することもない。その結果、長期にわたって脈動の防止が図れる。
【００１１】
前記流体分離装置は、脈動防止手段を備えていないことが好ましい。
【００１２】
前記構成により、アキュムレータ等の重量の重い脈動防止装置を設ける必要もないので、簡素な構造の分離膜モジュールを容易に設置することができる。また、アキュムレータ等は一般に高価なものであるが、本発明はこれを必要としないので設備コストの削減が図れる。
【００１３】
また、前記の課題を解決する為に、本発明に係る流体分離装置の運転方法は、原流体を所定の動作周期で間欠的に供給する供給手段と、前記供給手段に接続された分離膜モジュールとを有する流体分離装置の運転方法であって、前記供給手段は複数並列に配置されており、各供給手段から吐出される原流体同士を干渉させて圧力変動を平均化し、前記分離膜モジュールにより前記原流体から分離対象物質を分離して、透過流体及び濃縮流体を生成させることを特徴とする。
【００１４】
前記の方法によれば、各供給手段の動作周期を、それぞれの供給手段から排出される原流体の脈動が干渉する様に制御するので、アキュムレータ等の脈動防止装置を使用することなく脈動振幅を小さくし平均化して脈動率の低減を図り、配管接続部分からの原水等の漏れや、圧力計及び流量計等の破損を防止することができる。また前記方法であると、アキュムレータを使用した場合のように、封入ガスの漏れに起因する脈動防止効果が低下することがない。その結果、長期にわたって脈動の防止が図れる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。  
【００１６】
即ち、本発明によれば、プランジャーポンプ等の供給手段を並列に配置して、それぞれに生じる脈動を相互の干渉により脈動幅を減少させるので、配管接続部分からの原水等の漏れや、圧力計及び流量計等の破損を防止できる。また、アキュムレータ等の高価な脈動防止装置が不要なので設備投資の削減も図れる。さらに、アキュムレータやゴム製のダイヤフラムポンプ等を使用する場合のように脈動防止効果が低下することもない。その結果、長期にわたって脈動の防止が図れ、安定した分離操作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の一形態について、図１及び図２を参照しながら以下に説明する。  
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る流体分離装置の概略を示す説明図である。図２は、本実施の形態に係る流体分離装置に於ける圧力波形図である。図１に示すように、本実施の形態に係る液体分離装置（流体分離装置）１０は、往復動ポンプ（供給手段）１１〜１５と、分離膜モジュール１９とを主要構成要素とする。
【００１９】
前記往復動ポンプ１１〜１５は、吸入行程と排出行程を断続的に繰り返しながら原流体を供給する機能を有する。原流体は、往復動ポンプ１１〜１５の吸入弁から吸入され、ノズルから吐出される。該ノズルには流体輸送配管１８が接続されている。往復動ポンプ１１〜１５は原流体の吸入・排出を繰り返すので、送り出される原流体は均一な流れにはならない。往復動は正弦波で表すことができ、正弦波の波形のうち正の波形部分（０°〜１８０°）では原流体が排出され、負の波形部分（１８０°〜３６０°）では排出されないからである。即ち、往復動ポンプ１１〜１５が断続的に原流体を供給することにより脈動が生じる。しかしながら、一定時間内での流量は安定している。
【００２０】
前記の機能を有する往復動ポンプ１１〜１５としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用できる。具体的には、例えばプランジャーポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ等が例示できる。また、各往復動ポンプ１１〜１５は、同種類のものを組み合わせても良く、或いは異種類のものを組み合わせても良い。往復動ポンプの選定は、処理容量、運転圧力、サニタリー性等の機械的性能や、原流体の性状（組成、粘度、温度、腐食性、摩耗性）等を考慮して行うことができる。
【００２１】
前記例示のうち、本発明に於いてはプランジャーポンプが特に好ましい。プランジャーポンプは、その運転圧力が高く、処理容量が少ないポンプだからである。また、そのポンプ効率は、例えば遠心ポンプや多段遠心ポンプのポンプ効率（４０〜７０％）と比べて８０〜９０％と高く、プランジャーポンプで運転することにより電気代の節約が図れる。また、液温制御のための冷却装置も不要となる。ロスしたエネルギーが評価液や性能確認液の昇温に転嫁されることがないからである。よって、プランジャーポンプの使用によりランニングコストの大幅な削減が可能となる。
【００２２】
各往復動ポンプ１１〜１５にはインバータを設けてもよい。これにより、原流体の排出のインバータ制御をし、原流体の吐出流量を無段階に可変調整して、吐出流量の微調整を可能にする。
【００２３】
前記分離膜モジュール１９は、原流体から分離対象物質を分離して透過流体及び濃縮流体を生成する機能を有する。分離膜モジュール１９の種類としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができる。具体的には、例えばＭＦ（マイクロフィルタモジュール）、ＵＦ（限外ろ過モジュール）、低圧ＲＯ（低圧逆浸透モジュール）、中圧ＲＯ（逆浸透モジュール）、高圧ＲＯ（高圧逆浸透モジュール）等が例示できる。
【００２４】
分離膜モジュール１９の透過流体側には、透過流体を排出する為の配管１６が接続されている。また、分離膜モジュール１９の濃縮流体側には、分離対象物質を分離した後の濃縮流体を排出する為の配管１７が設けられている。さらに配管１７には、圧力を調節する為の圧力調整弁を設けてもよい。この圧力調整弁としては、特に限定されるものではなく、従来公知の種々のものを採用することができる。具体的には、例えばダイヤフラム、グローブ弁、ニードル弁等が例示できる。
【００２５】
前記流体輸送配管１８としては特に限定されるものではなく、従来公知の種々のものを採用することができる。具体的には、例えばステンレスパイプ等が例示できる。但し、配管の選定にあたっては、往復動ポンプ１１〜１５の運転圧力の範囲を考慮する必要がある。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る液体分離装置の運転方法について説明する。  
【００２７】
先ず、各往復動ポンプ１１〜１５に、原流体を貯蔵した液体貯蔵タンク（図示しない）から原流体を供給する。往復動ポンプ１１〜１５は、所定の運転圧力で原流体を間欠的に流体輸送配管１８に供給する。運転圧力の設定は、分離膜モジュール１９の種類に応じて適宜設定することができる。但し、運転圧力は０．１〜１０ＭＰａの範囲内であることが好ましい。
【００２８】
各往復動ポンプ１１〜１５を駆動させ、脈動を干渉により低減する方法としては、図１に示すように、５台の往復動ポンプ１１〜１５の各駆動プーリー２１を１台の駆動モーター２４で回転させる方法が好ましい。ここで、各駆動プーリー２１はそれぞれ７２度（＝３６０度／５台）ずつずらして取り付けられている。また、各駆動プーリー２１は、プーリー回転伝達体２５を介してプーリー２２に連結されている。プーリー回転伝達体としては、駆動回転により滑りが生じない様にする為に、タイミングベルトまたはチェーンを用いるのが好ましい。プーリー２２は連結シャフト２３を介して相互に連結されている。尚、各駆動プーリー２１及びプーリー２２はそれぞれ同じ歯数、径を有しており、駆動モーター２４はインバーター制御により適宜回転数を変更可能である。
【００２９】
脈動率が十分に低減された原流体は分離膜モジュール１９に供給されると、分離対象物質が膜分離され透過流体が生成される。該透過流体は配管１６により排出される。その一方、濃縮流体は配管１７より排出される。
【００３０】
以上から分かるように、本実施の形態に係る流体分離装置の運転方法は、相互に動作周期をずらした往復動ポンプを５台並列に接続し、各々往復動ポンプから吐出される原流体の脈動を相互に干渉させて低減させることにより、脈動率を低減させることができる。例えば、往復動ポンプとして三連プランジャーポンプを用いた場合、脈動率は１〜３％程度の範囲で運転することができる。
【００３１】
本実施の形態に係る流体分離装置の運転方法に於いては、往復動ポンプを並列に接続する台数を増やす程、脈動幅を小さくすることができる。前記に於いては、往復動ポンプ５台を並列に設置した場合を例にして説明したが、例えば往復動ポンプとして三連プランジャーポンプを用い、２台を並列に接続した場合には、脈動率は６〜８％程度に抑制することができる。また、３台を並列に接続した場合は、３〜５％程度にできる。さらに、４台を並列に接続した場合は、２〜３％程度にできる。往復動ポンプの設置数は、分離膜モジュールの種類や種々の運転条件等に応じて適宜設定すればよい。
【００３２】
尚、これらの本発明に係る流体分離装置と、アキュムレータ等の脈動防止装置を備えた従来の流体分離装置とについて、脈動率だけを比較すると、両者はほぼ同等の性能を有する場合もある。しかしながら、一般にアキュムレータは、その封入ガス圧が運転圧力の６０％程度となる様に設定されているので、封入ガス圧以下では十分な脈動防止が図れない。よって、アキュムレータを使用する場合には、流体分離装置の運転圧力範囲が制限される。その一方、本発明に係る流体分離装置は、その様なアキュムレータを備えないので運転圧力の範囲がアキュムレータによって制限されることがない。また、アキュムレータは長期間の運転により封入ガスが除々に漏れることがあり、これにより脈動の防止効果が低下し、脈動率が上昇することもある。この為、長期の使用により、脈動に起因する振動が大きくなり、配管接続部分から原水等が漏れたり、圧力計や流量計が破損することが多い。その一方、本発明に係る流体分離装置は、その様なアキュムレータ等を使用しないので、結果としては本発明に係る流体分離装置を用いた方が、長期間の運転に於いても脈動率を安定して低減させ、かつ装置の破損もない。さらに、高価なアキュムレータ等を設置する必要がないので、設備投資を削減し、設置に必要な作業の繁雑さもない。
【００３３】
ここで、本発明に於ける脈動率とは、脈動時の圧力の最大値をＰ１、脈動時の圧力の最小値をＰ３、脈動時の圧力の平均値をＰ２とした場合に、下記式で定義したものである。
【００３４】
【数１】
2006110503.tif 000003
（その他の事項）
以上の説明に於いては、本発明の最も好適な実施態様について説明した。しかし、本発明は当該実施態様に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の範囲で種々の変更が可能である。
【００３５】
例えば、本発明に於いては、前記実施の形態に於いて述べた流体分離装置の構成に加えてアキュムレータ等の脈動防止装置を設けることを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の一形態に係る流体分離装置の概略を示す説明図である。
【図２】前記流体分離装置に於ける圧力波形図である。
【図３】従来の流体分離装置の概略を示す説明図である。
【図４】前記流体分離装置に於ける圧力波形図である。
【図５】従来の他の流体分離装置の概略を示す説明図である。
【図６】前記流体分離装置に於ける圧力波形図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    液体分離装置（流体分離装置）
１１〜１５  往復動ポンプ（供給手段）
１６、１７    配管
１８    流体輸送配管
１９    分離膜モジュール
【図１】
2006110503.tif 000004
【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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