(57)【要約】【課題】処理流量を増加させることが可能な圧力変換装置及び圧力変換装置の性能調整方法を提供する。【解決手段】軸部２３で連結された回転板２１，２２の夫々に高圧流路２４と低圧流路２５とが形成され、ケーシング１１に回転板２１，２２の回転に伴って各流路と連通可能な圧力伝達管１３が回転軸心方向に貫通するように複数本配設され、一対の端部カバー体３０，３１の各回転板２１，２２との対向面側に、高圧流路２４と連通する高圧中継流路３２及び低圧流路２５と連通する低圧中継流路３３が夫々形成されるとともに、前記対向面側とは異なる面の一方に、高圧中継流路３２と連通する高圧入口側ポート３４及び低圧中継流路３３と連通する低圧出口側ポート３５が形成され、前記対向面側とは異なる面の他方に、高圧中継流路３２と連通する高圧出口側ポート３７及び低圧中継流路３３と連通する低圧入口側ポート３８が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体から低圧流体に圧力を伝達する圧力変換装置であって、
一対の回転板が互いに連結され、それぞれの回転板に高圧流路と低圧流路とが、厚み方向に形成された回転体と、
前記回転体の回転に伴って各流路と連通可能な圧力伝達管が回転軸心方向に貫通するように複数本配設されたケーシングと、
各回転板との対向面側に、前記高圧流路と連通する高圧中継流路及び前記低圧流路と連通する低圧中継流路が夫々形成されるとともに、前記対向面側とは異なる面の一方に、前記高圧中継流路と連通する高圧入口側ポート及び前記低圧中継流路と連通する低圧出口側ポートが形成され、前記対向面側とは異なる面の他方に、前記高圧中継流路と連通する高圧出口側ポート及び前記低圧中継流路と連通する低圧入口側ポートが形成された一対の端部カバー体と、
を備えて構成されている圧力変換装置。
【請求項２】
前記流路の何れかに、流体の圧力を受けて所定方向へ、前記回転体を回転させる受圧面が形成されている請求項１に記載の圧力変換装置。
【請求項３】
前記受圧面が少なくとも前記高圧流路に形成されている請求項２に記載の圧力変換装置。
【請求項４】
各流路に前記回転板の周方向に傾斜した傾斜面が形成され、当該傾斜面により前記受圧面が構成され、前記高圧流路の傾斜面と前記低圧流路の傾斜面は傾斜方向が逆になるように形成されている請求項２又は３に記載の圧力変換装置。
【請求項５】
前記端部カバー体に相対する前記高圧流路の開口部が、前記端部カバー体に相対する前記低圧流路の開口部よりも、前記回転板の径方向外側に形成されている請求項１から４の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項６】
前記高圧中継流路及び前記低圧中継流路は、前記回転軸心周りに同心円状の周部を備えた高圧流体溝部及び低圧流体溝部を含み、
各端部カバー体に対向する前記高圧流路の開口部が前記高圧流体溝部と連通し、各端部カバー体に対向する前記低圧流路の開口部が前記低圧流体溝部と連通するように形成されている請求項１から５の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項７】
隣接する複数本の圧力伝達管の開口部が、前記回転体の回転に伴って少なくとも１つの前記高圧流路又は前記低圧流路と同時に連通する請求項１から６の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項８】
圧力伝達管の開口部のうち、前記回転体の回転に伴って前記高圧流路及び前記低圧流路の何れにも連通しない開口部が存在する請求項６又は７記載の圧力変換装置。
【請求項９】
前記ケーシングに、前記圧力伝達管が前記回転軸心周りに同心円状に複数段配設されている請求項１から８の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項１０】
前記回転板が軸部で連結され、前記軸部に前記ケーシングの内周面と摺動するブッシュを備えている請求項１から９の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項１１】
前記ケーシングの両端に形成されたフランジ部と、前記端部カバー体に形成されたフランジ部が、スペーサ部材を介して連結固定されている請求項１から１０の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項１２】
前記回転体を回転駆動する駆動機が設置されている請求項１から１１の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項１３】
前記高圧入口側ポートからの高圧流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記低圧入口側ポートからの低圧流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である請求項１から１２の何れかに記載の圧力変換装置。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れかに記載の圧力変換装置の性能調整方法であって、
前記回転板の厚み又は高圧流路形状と低圧流路形状を変更することにより、処理流量を調整する圧力変換装置の性能調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体から低圧流体に圧力を伝達する圧力変換装置及び圧力変換装置の性能調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、逆浸透膜装置を備える海水淡水化施設では、圧力変換装置を備えて逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮海水がもつ余剰圧力を、逆浸透膜装置の濾過圧力として回収することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、図１５に示すように、低圧入口側ポート８１から供給した低圧海水に、高圧入口側ポート８２から供給した高圧濃縮海水を、ロータ８０内で接触させて前記低圧海水を昇圧し、高圧出口側ポート８３から高圧海水として排水して逆浸透膜装置に供給し、前記圧力を伝達し終えた高圧濃縮海水を低圧出口側ポート８４から排水する圧力変換装置が記載されている。
【０００４】
ロータ８０は複数の貫通穴が形成され、夫々の貫通穴内部で高圧流体と低圧流体を直接接触させて圧力を伝達することでエネルギを回収する。ロータ８０は圧力変換装置に出入りする流体の流れによって回転し、回転によって高圧流体から低圧流体への圧力の伝達、排水の切り替えを行う。
【０００５】
特許文献２には、図１６に示すように、軸部９０ｃで連設された回転板９０ａ，９０ｂで構成される回転体９０を備え、回転体９０は流体の流れによって回転しながら、低圧入口側ポート９１から供給した低圧海水に、高圧入口側ポート９２から供給した高圧濃縮海水を、圧力伝達管９５内で接触させて前記低圧海水を昇圧し、高圧出口側ポート９３から高圧海水として排水し、前記圧力を伝達し終えた高圧濃縮海水を低圧出口側ポート９４から排水する圧力変換装置が記載されている。高圧入口側ポート９２及び高圧出口側ポート９３は夫々回転板９０ａ，９０ｂの円周方向側面に形成された流路と連接されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９１８０９０３号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第２００７１００５６４０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の特許文献１記載の圧力変換装置では、ロータ８０は、摺動性・耐摩耗性をよくするため一般にセラミックスなどの高級材料が使用される。また、圧力変換装置の処理流量は圧力伝達部であるロータ８０の大きさで決まるため、処理流量を増加させるためにロータ８０を大型化するのに伴い質量の増加が大きくなり、また、製造・加工が困難となり高価になる等の問題が発生する。また、ロータ８０の質量が大きいため、流体の流れによって高速回転させることが困難である。また、大型の海水淡水化施設では、施設としての処理流量が大きいにもかかわらず、１台あたりの処理流量を増やすことが困難なので複数台の圧力変換装置が必要となる。そのため、各圧力変換装置を接続する配管が増大し、施工及び管理が煩雑なものになるという問題があった。
【０００８】
上述の特許文献２記載の圧力変換装置は、高圧濃縮海水及び高圧海水の流路が回転板９０ａ，９０ｂの円周方向側面に形成されているため、回転板９０ａ，９０ｂに相応の厚みが必要となる。そのため回転体９０の質量が増し、回転時のねじりや曲げ応力が大きくなり、回転板９０ａ，９０ｂを接続する軸部９０ｃを太くする必要がある。また、流体の流路を回転軸心方向から円周方向へと切り替えるための回転板９０ａ，９０ｂの加工が困難であり製造・加工費用が高いという問題があった。回転体９０が重くなるので水流により高速回転させることは困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、処理流量を増加させることが可能な圧力変換装置及び圧力変換装置の性能調整方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による圧力変換装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、高圧流体から低圧流体に圧力を伝達する圧力変換装置であって、一対の回転板が互いに連結され、それぞれの回転板に高圧流路と低圧流路とが、厚み方向に形成された回転体と、前記回転体の回転に伴って各流路と連通可能な圧力伝達管が回転軸心方向に貫通するように複数本配設されたケーシングと、各回転板との対向面側に、前記高圧流路と連通する高圧中継流路及び前記低圧流路と連通する低圧中継流路が夫々形成されるとともに、前記対向面側とは異なる面の一方に、前記高圧中継流路と連通する高圧入口側ポート及び前記低圧中継流路と連通する低圧出口側ポートが形成され、前記対向面側とは異なる面の他方に、前記高圧中継流路と連通する高圧出口側ポート及び前記低圧中継流路と連通する低圧入口側ポートが形成された一対の端部カバー体と、を備えて構成されている点にある。
【００１１】
上述の構成によれば、逆浸透膜から排水される高圧濃縮海水がもつ余剰圧力を、濾過圧力の一部として回収するために高圧流体と低圧流体を接触させる圧力伝達管を固定し、高圧流路と低圧流路とが厚み方向に形成された回転板で構成された回転体により流路を切り替えるため、回転板を薄く質量を軽く構成できるので大型化しても高速回転が可能になるので処理流量を増加させることができる。
【００１２】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記流路の何れかに、流体の圧力を受けて所定方向へ、前記回転体を回転させる受圧面が形成されている点にある。
【００１３】
上述の構成によれば、高圧流体の供給と排水、低圧流体の供給と排水の切り替えを流体の流れにより回転する回転体で行うため外部動力が不要となるため、電気代等のランニングコストの低減ができ、また、流路を切り替えるための切替弁が不要となり、構造を簡略化することができる。
【００１４】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記受圧面が少なくとも前記高圧流路に形成されている点にある。
【００１５】
上述の構成によれば、高圧流路を流れる高圧の流体がもつ圧力を有効に利用して回転体を回転させることができる。
【００１６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二又は第三特徴構成に加えて、各流路に前記回転板の周方向に傾斜した傾斜面が形成され、当該傾斜面により前記受圧面が構成され、前記高圧流路の傾斜面と前記低圧流路の傾斜面は傾斜方向が逆になるように形成されている点にある。
【００１７】
上述の構成によれば、高圧流体の圧力のみならず、低圧流路を流れる流体の圧力も利用して回転体を回転させることができる。
【００１８】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記端部カバー体に相対する前記高圧流路の開口部が、前記端部カバー体に相対する前記低圧流路の開口部よりも、前記回転板の径方向外側に形成されている点にある。
【００１９】
上述の構成によれば、高圧流路の開口部が低圧流路の開口部よりも、回転体の回転軸心より遠い位置に形成されているので、高圧流体のもつ圧力を有効に利用して大きな回転トルクを得ることができる。
【００２０】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記高圧中継流路及び前記低圧中継流路は、前記回転軸心周りに同心円状の周部を備えた高圧流体溝部及び低圧流体溝部を含み、各端部カバー体に対向する前記高圧流路の開口部が前記高圧流体溝部と連通し、各端部カバー体に対向する前記低圧流路の開口部が前記低圧流体溝部と連通するように形成されている点にある。
【００２１】
上述の構成によれば、回転板が回転しても、高圧流路は常に高圧流体溝部と連通し、低圧流路は常に低圧流体溝部と連通するので、圧力伝達管では常に高圧流体及び低圧流体の圧力伝達が行える。
【００２２】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、隣接する複数本の圧力伝達管の開口部が、前記回転体の回転に伴って少なくとも１つの前記高圧流路又は前記低圧流路と同時に連通する点にある。
【００２３】
上述の構成によれば、複数本の圧力伝達管の開口部が回転体の回転に伴って高圧流路又は低圧流路と同時に連通することで、回転に伴う高圧流体又は低圧流体の流量変動を低減し、流体の脈動、装置の脈動等の悪影響を防止することができる。
【００２４】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第六又は第七特徴構成に加えて、圧力伝達管の開口部のうち、前記回転体の回転に伴って前記高圧流路及び前記低圧流路の何れにも連通しない開口部が存在する点にある。
【００２５】
上述の構成によれば、前記回転体に形成された、前記高圧流路と前記低圧流路との間の面積を広くとることができ、高圧流体と低圧流体が混合する虞を低減することができる。
【００２６】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの構成に加えて、前記ケーシングに、前記圧力伝達管が前記回転軸心周りに同心円状に複数段配設されている点にある。
【００２７】
上述の構成によれば、圧力伝達管を増加させることで、圧力変換装置の処理流量を増加することができる。
【００２８】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの構成に加えて、前記回転板が軸部で連結され、前記軸部に前記ケーシングの内周面と摺動するブッシュを備えている点にある。
【００２９】
上述の構成によれば、回転板を軽量化できるため、軸部の直径を細くすることができ、回転体自体を軽量化することができる。また、摺動部にブッシュを使用することで高級材料の使用量を最小限に抑え、コストを低減することができる。
【００３０】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一から第十の何れかの構成に加えて、前記ケーシングの両端に形成されたフランジ部と、前記端部カバー体に形成されたフランジ部が、スペーサ部材を介して連結固定されている点にある。
【００３１】
上述の構成によれば、ケーシングと端部カバー体の間にスペーサ部材を備えることで、厚みや流路形状の異なる回転板とともにスペーサ部材を変更することで、性能調整を容易に行うことができる。
【００３２】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一から第十一の何れかの構成に加えて、前記回転体を回転駆動する駆動機が設置されている点にある。
【００３３】
上述の構成によれば、流体の流れが不安定であっても、駆動機により回転体を回転駆動するため、安定した回転を得ることができるので装置の信頼性が向上する。
【００３４】
同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第一から第十二の何れかの構成に加えて、前記高圧入口側ポートからの高圧流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記低圧入口側ポートからの低圧流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である点にある。
【００３５】
上述の構成によれば、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体の余剰圧力を捨てることなく利用して逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体を昇圧するので、逆浸透圧を得るためのエネルギ効率がよい。
【００３６】
本発明による圧力変換装置の性能調整方法の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１４に記載した通り、上述の第一から第十三の何れかの特徴構成を備えた圧力変換装置の性能調整方法であって、前記回転板の厚み又は高圧流路形状と低圧流路形状を変更することにより、処理流量を調整する点にある。
【００３７】
上述の構成によれば、回転板の厚み又は高圧流路形状と低圧流路形状を変更することにより、流体が回転板に与える回転力を変更することで、回転体の回転数を調整し、容易に処理流量を調整することができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明した通り、本発明によれば、処理流量を増加させることが可能な圧力変換装置及び圧力変換装置の性能調整方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】海水淡水化施設の概略図
【図２】本発明による圧力変換装置の説明図
【図３】本発明による圧力変換装置の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図
【図４】回転体の説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は正面図のＡ―Ａ線断面図、（ｃ）は背面図
【図５】ケーシングの説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は正面図のＢ―Ｂ線断面図
【図６】スペーサ部材の説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図
【図７】端部カバー体の説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は正面図のＣ―Ｃ線断面図、（ｃ）は背面図
【図８】端部カバー体の説明図であって（ａ）は背面図、（ｂ）は正面図のＤ―Ｄ線断面図、（ｃ）は正面図
【図９】別実施形態による圧力伝達管の説明図
【図１０】圧力変換装置による圧力変換の様子の説明図であって（ａ）は圧力伝達管内で圧力変換が行われているときの説明図、（ｂ）は圧力伝達管内で圧力変換が行われていないときの説明図
【図１１】圧力変換装置による圧力変換の様子の説明図であって（ａ）は圧力伝達管内で圧力変換が行われているときの説明図、（ｂ）は圧力伝達管内で圧力変換が行われていないときの説明図
【図１２】別実施形態による圧力変換装置の説明図
【図１３】別実施形態による圧力変換装置の説明図
【図１４】別実施形態による圧力変換装置の説明図であって（ａ）は要部の概略図、（ｂ）は要部の概略図
【図１５】従来の圧力変換装置の説明図
【図１６】従来の圧力変換装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、本発明による圧力変換装置及び圧力変換装置の性能調整方法の好ましい実施形態を説明する。
【００４１】
図１に示すように、海水淡水化施設は、海水中の夾雑物を取り除く前処理部１と、前処理部１で前処理された低圧海水を貯留する濾過海水槽２と、濾過海水槽２に貯留された低圧海水を保安フィルターに供給する供給ポンプ３と、逆浸透膜装置６の詰まりを防止するため低圧海水中の微細な異物を除去する保安フィルター４と、保安フィルター４を通過した低圧海水を昇圧する高圧ポンプ５と、昇圧された低圧海水を淡水と高圧濃縮海水に分離する逆浸透膜装置６等を備え、海水中の各種塩類を除去して飲料用水、工業用水等として利用できるように淡水化する。
【００４２】
逆浸透膜装置６は、逆浸透膜の一方側に浸透圧以上の圧力を海水側にかけることにより、逆浸透膜の他方側に海水中の各種塩類を除去された淡水を染み出させるものであり、濾過するにあたり浸透圧以上の大きな圧力を必要とする。
【００４３】
しかし、逆浸透膜装置６は、供給された海水のすべてを淡水化できるものではなく、淡水化されなかった海水は非常に圧力の高い高圧濃縮海水として排水される。そこで、逆浸透膜６から排水される高圧濃縮海水のもつ余剰圧力を有効なエネルギとして回収するために圧力変換装置１０が備えられ、圧力変換装置１０は、高圧濃縮海水を、逆浸透膜装置６に供給される低圧海水とを直接ふれあわせ、高圧濃縮海水の圧力を圧力伝達管内で低圧海水に伝達するのである。
【００４４】
具体的には、濾過海水槽２から供給される水量のうち４０％は高圧ポンプ５で浸透圧以上の所定の圧力、例えば、６．９ＭＰａまで昇圧され、残りの６０％は圧力変換装置１０とブースターポンプ７により６．９ＭＰａまで昇圧され、逆浸透膜装置６に供給される。
【００４５】
逆浸透膜６に供給された低圧海水のうち４０％が淡水となり、残りの６０％は高圧濃縮海水（６．７５ＭＰａ）として、圧力変換装置１０に供給される。圧力変換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水がもつ余剰圧力を利用して、逆浸透膜装置６に供給される低圧海水を昇圧するのである。低圧海水の昇圧に利用された高圧濃縮海水は、低圧濃縮海水となって圧力変換装置１０から排水される。
【００４６】
このように、逆浸透膜装置６に必要な圧力の一部を、高圧濃縮海水のもつ余剰圧力を利用するので、施設全体のエネルギ効率がよい。
【００４７】
圧力変換装置１０について詳述する。
図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、圧力変換装置１０は、ケーシング１１と、回転体２０と、スペーサ部材１７と、一対の端部カバー体３０，３１等を備えて構成されている。軸部２３の一端には端部カバー体３０に形成された開口３６に遊挿された連結部材２８が接続され、連結部材２８は図示しない駆動機が連結可能に構成されている。駆動機の動力により回転体を回転駆動できるように構成されている。駆動機により外部動力で回転体２０を一定速度で回転することで、より安定的に流体の流れを切り替えることがきる。なお、開口３６内部で連結部材２８の周囲にシール３６ａが備えられ海水が外部に漏れ出さないように構成されている。
【００４８】
なお、図１２に示すように、圧力変換装置１０の回転体２０を駆動機の動力で回転駆動させる必要がない場合は、軸部２３の端部に連結部材２８を備えずに、端部カバー体３０の開口３６を蓋部材４０で封止しておいてもよい。
【００４９】
回転体２０は、一対の回転板２１，２２が互いに軸部２３で連結されて構成されている。
【００５０】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、それぞれの回転板２１，２２には中央に、軸部２３を挿通可能な開口２７が形成され、高圧流路２４と低圧流路２５とが、二本ずつ厚み方向に形成されている。端部カバー体３０，３１に相対する高圧流路２４の開口部は、端部カバー体３０，３１に相対する低圧流路２５の開口部よりも、回転板２１，２２の径方向外側に形成されている。高圧流路２４と低圧流路２５は回転板２１，２２の厚み方向に形成されているため、回転板２１，２２の厚みを薄くすることができるので、回転体２０の質量を軽くすることができ、高速回転ができるのである。
【００５１】
また、圧力変換装置１０の内部では、流体は基本的に回転体２０の回転軸心に平行な方向へ流れとなり、流れの方向が大きく変動しないので、効率良く圧力変換を行うことができる。
【００５２】
高圧流路２４と低圧流路２５に回転板２１，２２の周方向に傾斜させた傾斜面が形成され、当該傾斜面により受圧面２６が構成され、流体が高圧流路２４と低圧流路２５を通過する際に、受圧面２６が流体の圧力を受けて所定方向へ回転トルクを発生させて、回転体２０が回転するように構成されている。
【００５３】
高圧流路２４の傾斜面と低圧流路２５の傾斜面は傾斜方向が逆になるように形成されている。高圧の流体が高圧流路２４の傾斜面に与える圧力と、低圧の流体が低圧流路２５の傾斜面に与える圧力とが夫々回転板２１，２２の同一方向に回転力を与えることとなる。つまり、回転体２０は高圧及び低圧両方の流体の圧力を利用して回転するため、高圧の流体の圧力のみで回転する場合より、効率良く回転することができる。なお、受圧面は少なくとも高圧流路２４に形成されていればよい。
【００５４】
回転板２１，２２は、濃縮された塩水に触れるため、耐食性のある高価な材料が使用されるが、薄く軽量化ができるため、材料費が安く製作・加工が容易なので低コスト化が図れる。また、質量が小さいため、高速回転させることができ、また、軸にねじりや曲げ等の大きな応力が発生しない。
【００５５】
また、回転板の質量、厚み、高圧流路２４と低圧流路２５の流路形状を変更することにより回転数を調整でき圧力変換装置１０の処理流量を調整できる。例えば、高圧流路２４と低圧流路２５は断面視直線状に限らず、曲線形状や羽根や溝付きの形状で構成することもできる。また、回転板を削り、削った後に異なる比重の材料で埋めたり、厚さを厚く又は薄くすることで、質量を変更することもできる。回転板の質量を変更することで回転体２０の回転しやすさが変わり、厚み、高圧流路２４と低圧流路２５の流路形状を変更することで、受圧面の面積や圧力の加わり方が変わることで回転を生じる力を変え、回転板の回転数がかわるため、圧力変換装置１０の処理流量がかわることになる。つまり、回転板の質量、厚み、高圧流路２４と低圧流路２５の流路形状を変更することにより、処理流量を調整する圧力変換装置の性能調整方法が実現される。
【００５６】
軸部２３の両端側にはケーシング１１の内周面と摺動するブッシュ２７が備えられている。ケーシング１１と軸部２３の摺動部には耐摩耗性、低摩擦係数を備えた高級な材料が要求されるが、ブッシュ２７を備えることで、ブッシュ２７のみを高級な材料とすることが可能となる。このことから圧力変換装置１０を構成するケーシング１１や軸部２３は比較的安い材料を使用することができ、高級な材料の使用料を最小限に抑えることができるので低コスト化できるのである。
【００５７】
回転板２１，２２、軸部２３及びブッシュ２７は、セラミックスや二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼等の金属材料のように海水に対する耐食性のある材料に、必要に応じて、溶射、肉盛溶接、窒化処理、ＨＩＰ処理等を施し、耐摩耗性、硬度を高め、摩擦係数を低減するように形成されている。回転板２１，２２と軸部２３は、キーにより結合され一体回転するように構成されている。なお、回転板２１，２２と軸部２３は、キー以外のスプラインや圧入等による結合であっても、回転板と軸を一体形成する構成であってもよい。
【００５８】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、ケーシング１１の中央には軸部２３を遊挿する開口１２が形成され、開口１２の周囲には回転体２０の回転に伴って各流路２４，２５と連通可能な圧力伝達管１３が回転軸心方向に貫通するように複数本配設されている。本実施形態では、圧力伝達管１３は同心円上に１６本備えられている。
【００５９】
図５（ａ）中、回転板２１，２２の高圧流路２４及び低圧流路２５を二点鎖線で示す。配設方向に沿って隣接する３本ずつの圧力伝達管１３の開口部１３ａが回転板２１，２２の回転に伴って高圧流路２４と同時に連通し、開口部１３ｂが低圧流路２５と同時に連通し、開口部１３ｃは高圧流路２４及び低圧流路２５の何れにも連通しないように構成されている。
【００６０】
このように高圧流路２４と低圧流路２５との間に高圧流路２４及び低圧流路２５の何れにも連通しない開口部１３ｃを設けることで、高圧流路２４と低圧流路２５との間の面積を広くとることができ、つまり、回転板１１とケーシング１４との間のシール性を向上することができ、低圧流体に高圧流体が混入する虞を低減することができる。
【００６１】
本実施形態では、回転板２１，２２は、高圧流路、低圧流路を２つずつ備えて構成したが、夫々１つや、３つ以上の複数で構成してもよい。さらに、高圧流路と低圧流路の数は異なっていてもよい。
【００６２】
なお、圧力伝達管の本数、直径を変更することで、圧力伝達管１３の総容量を変更して、圧力変換装置１０の処理流量を変更することができる。また、圧力伝達管１３は、円筒状に限らず、断面形状が楕円や三角、四角等の多角形状であっても、長手方向で断面形状が変わってもよい。さらに、図９に示すように、圧力伝達管は同心円状に複数段配列することも可能である。
【００６３】
ケーシング１１の両端にはフランジ部１４が形成され、フランジ部１４には、後述するスペーサ部材１７を介して端部カバー体３０，３１を固定するためのボルト穴１６が形成されている。両端面にはシールを嵌入できるシール溝１５が形成されている。
【００６４】
ケーシング１１は、全体をセラミックスや二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼等の金属材料のように海水に対する耐食性があり強度のある材料で形成してもよいし、圧力伝達管のみ二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼等の高強度の金属管で構成し、圧力伝達管の周囲を樹脂材料で被覆して、当該樹脂材料でケーシングを構成してもよい。これにより、ケーシングの軽量化が図れる。
【００６５】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、スペーサ部材１７は、中央に回転板２１，２２を遊挿可能な開口１８が形成され、回転板２１，２２と等しい厚みに形成されている。開口１８の周囲にはケーシング１１のフランジ部１４に形成されたボルト穴１６と対応する位置にボルト穴１９が形成されている。なお、スペーサ部材１７は、ケーシング１１又は端部カバー体３０，３１と一体形成してもよいが、別部材として構成することで、圧力変換装置１０の処理流量を変更するために回転板２１，２２の厚みを変更したときは、同じ厚みのスペーサ部材を用いれば良いため処理流量の変更が容易である点で好ましい。スペーサ部材１７は、セラミックスや樹脂等の海水に対する耐食性のある材料で形成されている。
【００６６】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端部カバー体３０は、回転板２１との対向面側に、高圧流路２４と連通する高圧中継流路３２及び低圧流路２５と連通する低圧中継流路３３が形成されるとともに、前記対向面側とは異なる面の中央に軸部２３に接続された連結部材２８を挿通可能な開口３６が形成され、その高さ方向上下に高圧中継流路３２と連通する高圧入口側ポート３４及び低圧中継流路３３と連通する低圧出口側ポート３５が形成されている。開口３６内部で連結部材２８の周囲にシール３６ａが備えられ海水が外部に漏れ出さないように構成されている。
【００６７】
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端部カバー体３１は、回転板２２との対向面側に、高圧流路２４と連通する高圧中継流路３２及び低圧流路２５と連通する低圧中継流路３３が形成されるとともに、前記対向面側とは異なる面に、高圧中継流路３１と連通する高圧出口側ポート３７及び低圧中継流路３２と連通する低圧入口側ポート３８が形成されている。
【００６８】
高圧中継流路３２及び低圧中継流路３３は、回転体２０の回転軸心周りに同心円状の周部を備えた高圧流体溝部３２ａ及び低圧流体溝部３３ａを含み、各端部カバー体３０，３１に対向する高圧流路２４の開口部が高圧流体溝部３２ａと連通し、各端部カバー体３０，３１に対向する低圧流路２５の開口部が低圧流体溝部３３ａと連通するように形成されている。つまり、回転板２１，２２が回転しても、高圧流路２４は常に高圧流体溝部３２ａと連通し、低圧流路２５は常に低圧流体溝部３３ａと連通するように構成されている。
【００６９】
なお、高圧入口側ポート３３からの高圧流体が逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮流体としての高圧濃縮海水であり、低圧入口側ポート３６からの低圧流体が逆浸透膜装置６に給水される被濃縮流体としての低圧海水である。
【００７０】
端部カバー体３０，３１は夫々セラミックスや樹脂、二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼等の金属材料のように海水に対する耐食性のある材料で形成され、端部カバー体３０，３１の夫々には、ケーシング１１のフランジ部１４に形成されたボルト穴１６と対応する位置にボルト穴３９が形成されている。
【００７１】
以上のように構成された、ケーシング１１と、一対の端部カバー体３０，３１がボルト・ナット１８によりスペーサ部材１７を介して連結固定される。ケーシング１１とスペーサ部材１７の接触面及びスペーサ部材１７と端部カバー体３０，３１の接触面には夫々シール１９が配設され、海水が接触面から漏れ出さないように構成される。
【００７２】
図１０（ａ），（ｂ）及び図１１（ａ），（ｂ）に基づいて、本発明による圧力変換装置１０の具体的な圧力変換の様子について説明する。
【００７３】
以下の説明において、図１０（ａ），（ｂ）及び図１１（ａ），（ｂ）の各左図は、各右図のＥ―Ｅ矢視によるケーシング１１端面の概略図を示し、各右図の圧力伝達管１３Ｕは、各左図での０時位置に配置された圧力伝達管を示し、各右図の圧力伝達管１３Ｄは、各左図での９時位置に配置された圧力伝達管を示す。
【００７４】
図１０（ａ）に示すように、回転板２１の高圧流路２４は、圧力伝達管１３Ｕに連通し、低圧流路２５が圧力伝達管１３Ｄに連通しているとき、圧力伝達管１３Ｕ内では高圧入口側ポート３４から供給される高圧濃縮海水Ｆ１により、高圧海水Ｆ２が高圧出口側ポート３７から排水され、圧力伝達管１３Ｄ内では低圧入口側ポート３８から供給される低圧海水ｆ２により、低圧濃縮海水ｆ１が低圧出口側ポート３５から排水される。
【００７５】
回転板２１の高圧流路２４を通過する高圧濃縮海水Ｆ１及び低圧流路２５を通過する低圧濃縮海水ｆ１と、回転板２２の高圧流路２４を通過する高圧海水Ｆ２及び低圧流路２５を通過する低圧海水ｆ２の流れが、夫々の受圧面２６に作用し回転体２０を回転させ、図１０（ｂ）に示す状態になる。
【００７６】
このとき、回転板２１の高圧流路２４及び低圧流路２５の何れも、圧力伝達管１３Ｕ，１３Ｄに連通していないため、圧力伝達管１３Ｕ，１３Ｄ内では圧力の伝達が行われない。
【００７７】
さらに、回転体２０が回転すると、図１１（ａ）に示すように、回転板２１の高圧流路２４は、圧力伝達管１３Ｄに連通し、低圧流路２５が圧力伝達管１３Ｕに連通する状態となる。圧力伝達管１３Ｄ内では高圧入口側ポート３４から供給される高圧濃縮海水Ｆ１により、図１０（ａ）で入った低圧海水ｆ２が高圧海水Ｆ２として高圧出口側ポート３７から排水され、圧力伝達管１３Ｕ内では低圧入口側ポート３８から供給される低圧海水ｆ２により、図１０（ａ）で圧力を伝えた高圧濃縮海水Ｆ１が、低圧濃縮海水ｆ１として低圧出口側ポート３５から排水される。
【００７８】
図１１（ｂ）に示すように、さらに、回転体２０が回転すると、回転板２１の高圧流路２４及び低圧流路２５の何れも、圧力伝達管１３Ｕ，１３Ｄに連通していない状態となり、圧力伝達管１３Ｕ，１３Ｄ内では圧力の伝達が行われない。
【００７９】
以上のように、回転体２０の回転とともに圧力伝達管１３Ｕ，１３Ｄに連通する高圧流路２４及び低圧流路２５が切り替わり、高圧濃縮海水の余剰圧力の低圧海水への変換が連続的に行われるのである。
【００８０】
なお、圧力伝達管１３内部では、逆浸透膜装置６から排水される濃縮海水と、逆浸透膜装置６へ供給される海水が混在することになるが、境界部分はある一定量が常に混ざった領域となり、ピストンのような役目をしながら圧力伝達管１３内部で揺動することになる。
【００８１】
本発明による圧力変換装置の別実施形態について説明する。なお上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【００８２】
図１３に示すように、圧力変換装置１０の回転体２０を駆動機の動力で回転駆動させることがない場合は、図２に示す低圧出口側ポート３５を閉止し、端部カバー体３０の開口３６が低圧濃縮海水の低圧出口側ポート３５となるよう構成してもよい。さらに、端部カバー体３１を端部カバー体３０と同様の形状に形成して共通化することができるので、部品点数を低減させることができる。
【００８３】
また、上述の何れの実施形態でも、高圧濃縮海水の高圧入口側ポートとして利用したポートに低圧海水を供給し、高圧海水の高圧出口側ポートとして利用したポートから低圧濃縮海水を排水させ、低圧海水の低圧入口側ポートとして利用したポートに高圧濃縮海水を供給し、低圧濃縮海水の低圧側出口側ポートとして利用したポートから高圧海水を排水してもよい。
【００８４】
上述の何れの実施形態でも、受圧面２６は、流路中の傾斜面としたが、例えば、流路中に羽根や溝を受圧面として設ける、又は、流路の壁面に流体が当たるように斜め方向から導入する等、受圧面は様々な形態をとることができる。
【００８５】
ケーシング１１に形成された圧力伝達管１３の端部や、回転体２１，２２に形成された高圧流路２４及び低圧流路２５の端部や、端部カバー体３０に形成した流体の通路の端部等に、面取や角丸め等の加工を行い、回転体の回転に伴う断面積の変化を緩やかにすることで、流体がスムーズに流れることができるため、キャビテーションや、脈動を防止することができる。
【００８６】
上述の何れの実施形態でも、端部カバー体３０，３１が備える高圧側ポート及び低圧側ポートの数が夫々１つである場合について説明したが、高圧側ポート及び低圧側ポートは夫々複数備えていてもよい。ただし、取合配管が複雑となるため、高圧側ポート及び低圧側ポートの数が夫々１つであるであることが好ましい。
【００８７】
上述の何れの実施形態でも、スペーサ部材１７は、回転板２１，２２の厚みと同じ厚みに構成する場合について説明したが、スペーサ部材１７と回転板２１，２２の厚みが異なる構成であってもよい。例えば、図１４（ａ）に示すように、スペーサ部材１７ａを回転板２２の厚みより薄く形成し、ケーシング１１のフランジ部１４の端面１４ａを端部カバー体３１側へ突出するように構成したり、図１４（ｂ）に示すように、スペーサ部材１７ａを回転板２２の厚みより薄く形成し、端部カバー体３１の端面３１ａをケーシング１１のフランジ部１４側へ突出するように構成してもよい。なお、図１４（ａ），（ｂ）では、端部カバー体３１側のみ図示したが、端部カバー体３０側も同様の構成とすることができる。さらに、スペーサ部材を、ケーシング及び端部カバー体と水平分割可能に一体形成してもよい。
【００８８】
以上説明した圧力変換装置及び圧力変換装置の性能調整方法の具体的構成は実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８９】
６：逆浸透膜装置
１０：圧力変換装置
１１：ケーシング
１３：圧力伝達管
１４：フランジ部
１７：スペーサ部材
２０：回転体
２１，２２：回転板
２３：軸部
２４：高圧流路
２５：低圧流路
２６：受圧面
２７：ブッシュ
３０，３１：端部カバー体
３２：高圧中継流路
３３：低圧中継流路
３４：高圧入口側ポート
３５：低圧出口側ポート
３７：高圧出口側ポート
３８：低圧入口側ポート
３２ａ：高圧流体溝部
３３ａ：低圧流体溝部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011231634.tif 000013
【図１２】
2011231634.tif 000014
【図１３】
2011231634.tif 000015
【図１４】
2011231634.tif 000016
【図１５】
2011231634.tif 000017
【図１６】
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