(57)【要約】【課題】  取水ポンプの流量変動や圧力変動を抑制して、高圧ポンプの圧力脈動を防止すると共に高効率でエネルギー回収ができる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３に接続されるエネルギー回収装置であって、一端が取水ポンプに連通し、濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に流路切換機構を介してそれぞれ他端が濃縮水管と排水路とに接続され、シリンダ内を往復移動するピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有した３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、流路切換機構を制御して濃縮水管及び排水路に対する３つのシリンダ装置の接続を切り換え、圧送工程と充填工程と待機工程とをこの順で各シリンダ装置において順次交代させながら繰り返し行う制御機能を有した制御部３２とを備え、制御部が、各工程の切り換え直前及び直後を除き、３つのシリンダ装置で互いに異なる各工程を行う。【選択図】  図１
2019055378.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、
海水を供給する取水ポンプと、
前記取水ポンプからの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加圧ポンプと、
一端が前記取水ポンプに連通し、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、シリンダ内を往復移動するピストンを有した３つのシリンダ装置と、
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３つ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取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、前記シリンダ装置に前記濃縮海水及び前記海水のどちらも供給しない待機工程とをこの順で各前記シリンダ装置において順次交代させながら繰り返し行う制御機能を有した制御部とを備え、
前記制御部が、各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３つの前記シリンダ装置で互いに異なる各前記工程を行う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、
前記シリンダ装置の一端側の外壁に、前記ピストンを検出して信号を発する位置検出器が配設され、
前記制御部が、前記位置検出器の前記信号を受信してから予め設定された時間が経過した際に、前記流路切換機構を制御して前記シリンダ装置の他端と前記濃縮海水の排水路とに連通する流路の面積を絞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記載のエネルギー回収装置において、
前記シリンダに供給される前記取水ポンプからの前記海水の流量と前記膜分離装置から供給される高圧の前記濃縮海水の流量とを調整し、前記シリンダ装置の前記ピストンが前記シリンダの一端側から他端側に移動する速度と、前記ピストンが前記シリンダの他端側から一端側に移動する速度とを略等しくした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（約２．５ＭＰａ）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）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である膜分離装置から流出する。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従来の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、４つの逆止弁で構成された流路方向規制装置を介して取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機構の流出入ポートに連通される。また、流路切換機構の流入ポートは膜分離装置の高圧な濃縮海水の流出口に連通される。さらに、流路切換機構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、取水ポンプから送水される海水を高圧ポンプ（加圧ポンプ）で加圧して膜分離装置に供給すると共に、膜分離装置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膜分離装置に送っている。この膜分離装置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、取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機構によって膜分離装置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取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、膜分離装置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に高圧海水を供給することで、それだけ増圧ポンプの消費エネルギーが削減され、圧送工程におけるエネルギーが回収できる。
【０００６】
上記従来のエネルギー回収装置では、膜分離装置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、取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。エネルギーの回収効率を高めるには、充填工程が終了する前に圧送工程に切り換わらないように、充填工程を圧送工程よりも早く終了させておく必要がある。そのため、充填工程におけるピストンの移動速度を、圧送工程におけるピストンの移動速度よりも速くなるように設定する必要がある。充填工程におけるピストンの移動速度は、取水ポンプからシリンダ装置に供給される海水の流量で調整され、圧送工程におけるピストンの移動速度は、膜分離装置からシリンダ装置に供給される高圧濃縮海水の流量で調整される。そこで、取水ポンプからシリンダ装置に供給される海水の流量を、膜分離装置からシリンダ装置に流入する高圧濃縮海水の流量より多くすることで、充填工程におけるピストンの移動速度を圧送工程におけるピストンの移動速度よりも速くすることができる。
【０００７】
エネルギー回収装置において必要とされる取水ポンプの吐出流量は、高圧ポンプへの供給流量とシリンダ装置への供給流量とを合算したものとなる。充填工程において取水ポンプからシリンダ装置に供給される最大流量Ｑａは、圧送工程において膜分離装置からシリンダ装置に供給される高圧濃縮海水の最大流量Ｑｂよりも大きい。その流量割合は、水理条件によって多少変化するが、圧送工程における最大流量Ｑｂを１とすると、充填工程における最大流量Ｑａは概ね１．５である。一対のシリンダ装置で圧送工程と充填工程とを交互に繰り返しながら効率的に運転するためには、充填工程が終了した後、圧送工程が開始されるまでに、適宜な待機時間が必要となる。そのため、確実に待機時間を確保できるように充填工程時の流量割合を大きくして、ピストンの移動速度を圧送工程時より速くする必要があるが、振動・騒音の抑制、機器の寿命、安全性、経済性等を考慮すると、圧送工程及び充填工程でのシリンダ装置のピストン移動最高速度は１ｍ／ｓｅｃ程度が好ましい。
【０００８】
次に、従来のエネルギー回収装置について、図６から図８を参照して具体的に説明する。
図６は、従来のエネルギー回収装置の構成を示す模式図である。図７は、１対のシリンダ装置の圧送工程と充填工程とにおける流量パターンを示すグラフである。図８は、取水ポンプの吐出流量と圧力との関係を示すグラフである。
【０００９】
図６において、第１シリンダ装置７ａは、ピストン８ａが第１シリンダ装置７ａの他端側から一端側に向かって移動（紙面の右側から左側に移動）する圧送工程にあり、第２シリンダ装置７ｂは、ピストン８ｂが第２シリンダ装置７ｂの一端側から他端側に向かって移動（紙面の左側から右側に移動）する充填工程にある。
圧送工程にある第１シリンダ装置７ａの他端側は、第１流路切換機構２０ａの流出入ポート２２ｂと流入ポート２２ａとを介して膜分離装置３の流出口２３と連通され、他端側から高圧濃縮海水が流入し、一端側から高圧海水が増圧ポンプ１１に供給されている。
充填工程にある第２シリンダ装置７ｂの他端側は、第２流路切換機構２０ｂの流出入ポート２１ｂと流出ポート２１ｃとを介して排水路６０と連通され、他端側から濃縮海水が排出され、一端側から取水ポンプ１により海水が供給されている。このとき、第１流路切換機構２０ａの第１ピストン２６ａは、流出入ポート２２ｂと流出ポート２２ｃとの連通を遮断する位置にある。
一方、第２流路切換機構２０ｂの第１ピストン２６ｂは、流出入ポート２１ｂと流入ポート２１ａとの連通を遮断する位置にある。なお、符号１１は、増圧ポンプであり、符号２８ａ、２８ｂは、流路切換機構２０ａ、２０ｂを駆動する駆動装置である。また、符号３５は、駆動装置に圧油を供給する油圧ポンプである。
【００１０】
充填工程にある第２シリンダ装置７ｂのピストン８ｂが位置検出器３６ｂの位置に達すると、位置検出器３６ｂから検出信号が制御部１３２に送信され、第２流路切換機構２０ｂの第１ピストン２６ｂによって流出入ポート２１ｂの流路面積が絞られ、流出入ポート２１ｂの流路抵抗が増大し濃縮海水の排出流量が減少する。これによりピストン８ｂの他端側への移動速度が減速されて第２シリンダ装置７ｂの他端に到達する。
一方、圧送工程にある第１シリンダ装置７ａの位置検出器３１ａの位置にピストン８ａが達すると、位置検出器３１ａから検出信号が制御部１３２に送信され、第２流路切換機構２０ｂの流路が切り換わり、充填工程を終了する。そして、待機状態にある第２シリンダ装置７ｂの他端側が流出入ポート２１ｂと流入ポート２１ａとを介して膜分離装置３の流出口２３と連通され、第２シリンダ装置７ｂの圧送工程が開始されると共に、第１流路切換機構２０ａの流路が切り換わり、第１シリンダ装置の７ａの圧送工程が終了する。さらに、第１シリンダ装置７ａの他端側が流出入ポート２２ｂと流出ポート２２ｃとを介して排水路６０に連通され、第１シリンダ装置７ａの充填工程が開始される。
【００１１】
第２シリンダ装置７ｂの圧送工程が開始され、ピストン８ｂが位置検出器３１ｂの位置に達すると、位置検出器３１ｂから検出信号が制御部１３２に送信され、第２流路切換機構２０ｂの流路が切り換わり、充填工程を終了する。そして、待機状態にある第１シリンダ装置７ａの他端側が流出入ポート２２ｂと流入ポート２２ａとを介して膜分離装置３の流出口２３と連通され、第１シリンダ装置７ａの圧送工程が開始されると共に第２流路切換機構２０ｂの流路が切り換わり、第２シリンダ装置７ｂの圧送工程が終了する。さらに、第２シリンダ装置７ｂの他端側が流出入ポート２１ｂと流出ポート２１ｃとを介して排水路６０に連通され、第２シリンダ装置７ｂの充填工程が開始される。
【００１２】
充填工程にある第１シリンダ装置７ａのピストン８ａが位置検出器３６ａの位置に達すると、位置検出器３６ａから検出信号が制御部１３２に送信され、第１流路切換機構２０ａの第１ピストン２６ａによって流出入ポート２１ａの流路面積が絞られて流出入ポート２１ａの流路抵抗が増大し、濃縮海水の排出流量が減少する。これによりピストン８ａにブレーキ作用が働き、移動速度が急減する。このブレーキ作用による減速効果により、ピストン８ａが他端側の終端に達してシリンダの端面に接触しても衝撃が加わることはなく、騒音の発生が抑制される。以後、この充填工程と圧送工程とが交互に繰り返されながらエネルギー回収装置の運転が行われる。
【００１３】
図７は、１対のシリンダ装置の圧送工程と充填工程とにおける流量パターンを示す図であり、横軸に圧送工程と充填工程とが行われている経過時間を、縦軸に流量０を起点として上方が圧送工程時の流量を、下方が充填工程時の流量を示す。
流量Ｑｂで圧送工程にある第１シリンダ装置７ａのピストン８ａが位置検出器３１ａの位置に達すると、検出信号により第１流路切換機構２０ａの流路の切り換えが始まり、流出入ポート２２ｂから第１シリンダ装置７ａに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して０となる。その後、第１流路切換機構２０ａの流出入ポート２２ｂと流出ポート２２ｃとの連通が始まる。そして、取水ポンプ１から供給される海水の流量が次第に増加して流量Ｑａとなり、第１シリンダ装置７ａの充填工程が行われる。このとき、流量Ｑｂと流量Ｑａとの比Ｑｂ：Ｑａは、略１：１．５である。
【００１４】
一方、第１シリンダ装置７ａが圧送工程にあったときに、充填工程にあった第２シリンダ装置７ｂのピストン８ｂが位置検出器３６ｂの位置に達すると、検出信号により第２流路切換機構２０ｂの流出入ポート２１ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から供給される海水の流量が次第に減少して流量Ｑｃとなる。そして、ピストン８ｂの移動速度にブレーキ作用が働いて減速され、ピストン８ｂが第２シリンダ装置７ｂの他端に達して流量が０となり、第２シリンダ装置７ｂは待機状態となる。位置検出器３１ａの検出信号により、待機状態にあった第２シリンダ装置７ｂの圧送工程が開始され、第２シリンダ装置７ｂに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加して流量Ｑｂとなり、第２シリンダ装置７ｂの圧送工程が行われる。
【００１５】
流量Ｑｂで圧送工程にある第２シリンダ装置７ｂのピストン８ｂが位置検出器３１ｂの位置に達すると、検出信号により第２流路切換機構２０ｂの流路の切り換えが始まり、流出入ポート２１ｂから第２シリンダ装置７ｂに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して０となる。その後、第２流路切換機構２０ｂの流出入ポート２１ｂと流出ポート２１ｃとの連通が始まり、取水ポンプ１から供給される海水の流量が次第に増加して流量Ｑａとなり、第２シリンダ装置７ｂの充填工程が行われる。このとき、流量Ｑｂと流量Ｑａとの比Ｑｂ：Ｑａは、略１：１．５である。
【００１６】
一方、第２シリンダ装置７ｂが圧送工程にあったときに、充填工程にあった第１シリンダ装置７ａのピストン８ａが位置検出器３６ａの位置に達すると、検出信号により第１流路切換機構２０ａの流出入ポート２２ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から供給される海水の流量が次第に減少して流量Ｑｃとなる。そして、ピストン８ａの移動速度にブレーキ作用が働いて減速され、ピストン８ａが第１シリンダ装置７ａの他端に達して流量が０となり、第１シリンダ装置７ａは待機状態となる。位置検出器３１ｂの検出信号により、待機状態にあった第１シリンダ装置７ａの圧送工程が開始され、第１シリンダ装置７ａに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加して流量Ｑｂとなり、第１シリンダ装置７ａの圧送工程が行われる。なお、ｔａ、ｔｂは充填工程が終了してから圧送工程に移行するまでの待機時間である。
【００１７】
図８は、取水ポンプ１の吐出流量と吐出圧力との関係を示したものである。充填工程が終了し待機時間中のシリンダ装置には、取水ポンプから海水が供給されないため、この間の吐出流量はＱ１となり、吐出圧力はＨ１となる。これに対して高圧ポンプとシリンダ装置との双方に供給しているときは、吐出流量はＱ３となり、吐出圧力はＨ２となる。高圧ポンプのみに供給しているときの取水ポンプの吐出流量Ｑ１を１とすると、高圧ポンプとシリンダ装置との双方に供給しているときの吐出流量Ｑ３は、概ね２．５となる。また、高圧ポンプのみに供給しているときの取水ポンプの吐出圧力Ｈ１は、高圧ポンプとシリンダ装置との双方に供給しているときの取水ポンプの吐出圧力Ｈ２に比べ著しく高くなり、取水ポンプの運転点が大きく移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０１３−１１６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来のエネルギー回収装置においては以下の課題が残されている。
一対のシリンダ装置で圧送工程と充填工程とを交互に繰り返す従来のエネルギー回収装置では、充填工程終了後の待機時間が必ず必要となる。待機時間中のシリンダ装置には取水ポンプから海水が全く供給されないため、高圧ポンプへの供給のみとなる。取水ポンプの吐出圧力は高圧ポンプとシリンダ装置との双方に供給されるときに比べ、高圧ポンプのみに海水が供給されるときの方が高くなり、その圧力差は大きなものとなる。すなわち、従来のエネルギー回収装置においては、シリンダ装置に海水が供給されない待機時間中は取水ポンプの吐出圧力が上昇し、待機時間終了後は吐出圧力が低下するという急激な圧力変動を伴う運転が繰り返される。これにより、高圧ポンプの吐出圧力に脈動が生じ、この脈動よって高圧ポンプから膜分離装置に供給される高圧海水に圧力変動が生じる。長期間にわたり繰り返される圧力変動が、膜分離装置の寿命や造水率に悪影響を及ぼすと共に、取水ポンプ自体も急激な流量変動や圧力変動を伴う運転が繰り返されることにより、性能や寿命が低下する恐れがある。
【００２０】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、取水ポンプの流量変動や圧力変動を抑制して、高圧ポンプの圧力脈動を防止すると共に高効率でエネルギー回収ができる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】
【００２１】
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、海水を供給する取水ポンプと、前記取水ポンプからの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加圧ポンプと、一端が前記取水ポンプに連通し、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、シリンダ内を往復移動するピストンを有した３つのシリンダ装置と、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３つ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高圧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取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、前記シリンダ装置に前記濃縮海水及び前記海水のどちらも供給しない待機工程とをこの順で各前記シリンダ装置において順次交代させながら繰り返し行う制御機能を有した制御部とを備え、前記制御部が、各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３つの前記シリンダ装置で互いに異なる各前記工程を行うことを特徴とする。
【００２２】
このエネルギー回収装置では、制御部が、圧送工程，充填工程及び待機工程の各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３つのシリンダ装置で互いに異なる各前記工程を行うので、３本のシリンダ装置のうち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、取水ポンプから常に海水が供給されて高圧ポンプ（加圧ポンプ）の脈動を抑制することができる。
すなわち、３つの前記工程を３本のシリンダ装置で順次交代させながら運転することで、運転中は、各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３本のシリンダ装置のうちいずれか１本は圧送工程にあり、いずれか１本は充填工程にあり、いずれか１本は待機工程にある。なお、各前記工程の切り換え直前及び直後は、次の工程への過渡期であり、２つのシリンダ装置が同時に圧送工程又は充填工程を行っていることになる。したがって、取水ポンプから常に海水が高圧ポンプとシリンダ装置とに供給されている状態で運転できる。このため、取水ポンプの吐出流量と吐出圧力とにほとんど変動がなく、高圧ポンプの脈動が抑制され、高圧ポンプから供給される高圧海水の圧力変動による膜分離装置への悪影響を防止することができる。
また、いずれか３本のうち１本のシリンダ装置が待機工程にあるため、従来のエネルギー回収装置のように一対のシリンダ装置のうち一方の圧送工程が終了する前に他方のシリンダ装置の充填工程を終了させて待機状態にしておく必要がなく、待機工程にあるシリンダ装置を速やかにかつ確実に圧送工程に移行させることができる。
【００２３】
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、前記シリンダ装置の一端側の外壁に、前記ピストンを検出して信号を発する位置検出器が配設され、前記制御部が、前記位置検出器の前記信号を受信してから予め設定された時間が経過した際に、前記流路切換機構を制御して前記シリンダ装置の他端と前記濃縮海水の排水路とに連通する流路の面積を絞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、制御部が、位置検出器の信号を受信してから予め設定された時間が経過した際に、流路切換機構を制御してシリンダ装置の他端と濃縮海水の排水路とに連通する流路の面積を絞るので、シリンダ装置の他端側に位置検出器を設ける必要が無く、これを省略することができる。このように一端側に設けた位置検出器の検出信号と制御部のタイマー機能とを利用することで、１つのシリンダ装置の外壁に設ける位置検出器が１つで済み、シリンダ装置の付属設備が簡素化される。
【００２４】
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、前記シリンダに供給される前記取水ポンプからの前記海水の流量と前記膜分離装置から供給される前記濃縮海水の流量とを調整し、前記シリンダ装置の前記ピストンが前記シリンダの一端側から他端側に移動する速度と、前記ピストンが前記シリンダの他端側から一端側に移動する速度とを略等しくしたことを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、シリンダ装置のピストンがシリンダの一端側から他端側に移動する速度と、ピストンがシリンダの他端側から一端側に移動する速度とを略等しくしたので、圧送工程時のピストンの移動速度を充填工程時のピストンの移動速度と略等しくなるようにすることができ、圧送工程時の流量を増加させることができるので、従来のものよりエネルギー回収装置の運転効率の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
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、制御部が、圧送工程，充填工程及び待機工程の各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３つのシリンダ装置で互いに異なる各前記工程を順次交代させながら行うので、３本のシリンダ装置のうち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、取水ポンプから常に海水が供給されて高圧ポンプ（加圧ポンプ）の脈動を抑制することができる。
したがって、本発明のエネルギー回収装置では、高圧ポンプの脈動が抑制され、高圧ポンプから供給される高圧海水の圧力変動による膜分離装置への悪影響を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】第１実施形態において、取水ポンプの吐出流量と吐出圧力との関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態において、圧送工程と充填工程における流量パターンを示すグラフである。
【図４】本発明に係るエネルギー回収装置の第２実施形態を示す模式図である。
【図５】第２実施形態において、圧送工程と充填工程における流量パターンを示すグラフである。
【図６】本発明に係るエネルギー回収装置の従来例を示す模式図である。
【図７】従来例において、圧送工程と充填工程における流量パターンを示すグラフである。
【図８】従来例において、取水ポンプの吐出流量と吐出圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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から図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、上記従来技術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。
【００２８】
本実施形態におけるエネルギー回収装置１０１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３ａに排出すると共に高圧の濃縮海水を濃縮水管３ｂに排出する膜分離装置３に接続されるエネルギー回収装置である。
【００２９】
このエネルギー回収装置１０１は、海水を供給する取水ポンプ１と、取水ポンプ１からの海水を加圧して膜分離装置３へ高圧海水を供給する加圧ポンプ２と、一端が取水ポンプ１に連通し、濃縮水管３ｂとの連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水路６０との連通と遮断とを行う流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃを介してそれぞれ他端が濃縮水管３ｂと排水路６０とに接続され、シリンダ内を往復移動するピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有した３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃを制御して濃縮水管３ｂ及び排水路６０に対する３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの接続を切り換え、高圧の濃縮海水をシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃに供給して内部の海水を高圧で押し出す圧送工程と、圧送工程後に取水ポンプ１からの海水をシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃ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、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃに濃縮海水及び海水のどちらも供給しない待機工程とをこの順で各シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃにおいて順次交代させながら繰り返し行う制御機能を有した制御部３２とを備えている。
【００３０】
上記制御部３２は、上記各工程の切り換え直前及び直後を除き、３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃで互いに異なる上記各工程を行う制御機能を有している。
また、本実施形態のエネルギー回収装置１０１では、シリンダに供給される取水ポンプ１からの海水の流量と膜分離装置３から供給される高圧の濃縮海水の流量とを調整し、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃのピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃがシリンダの一端側から他端側に移動する速度とピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃがシリンダの他端側から一端側に移動する速度とを略等しく設定している。
【００３１】
上記３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、シリンダ内を往復移動する第１ピストン１６ａを有した第１シリンダ装置１５ａと、シリンダ内を往復移動する第２ピストン１６ｂを有した第２シリンダ装置１５ｂと、シリンダ内を往復移動する第３ピストン１６ｃを有した第３シリンダ装置１５ｃとで構成されている。
上記３つの流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、第１シリンダ装置１５ａに接続された第１流路切換機構４０ａと、第２シリンダ装置１５ｂに接続された第２流路切換機構４０ｂと、第３シリンダ装置１５ｃに接続された第３流路切換機構４０ｃとで構成されている。
【００３２】
第１シリンダ装置１５ａと第２シリンダ装置１５ｂと第３シリンダ装置１５ｃのそれぞれの一端は、流路方向規制装置１７を介して取水ポンプ１及び増圧ポンプ１１に連通される。
上記流路方向規制機構１７は、３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの一端に接続され、海水を３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃに順に供給すると共に、３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃから高圧で順に押し出される海水を増圧手段である増圧ポンプ１１を介して膜分離装置３に戻すものである。
【００３３】
また、第１シリンダ装置１５ａと第２シリンダ装置１５ｂと第３シリンダ装置１５ｃのそれぞれの他端は、第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂ、第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂ、第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂにそれぞれ連通される。
さらに、第１流路切換機構４０ａと第２流路切換機構４０ｂと第３流路切換機構４０ｃのそれぞれの流入ポート４１ａ、４２ａ、４３ａは、膜分離装置３の高圧濃縮水流出口２３に連通される。
また、第１流路切換機構４０ａと第２流路切換機構４０ｂと第３流路切換機構４０ｃのそれぞれの流出ポート４１ｃ、４２ｃ、４３ｃは、排水路６０に連通される。なお、符号５５ａ、５５ｂ、５５ｃは流路切換機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃを駆動する駆動装置（電動アクチュエータ）で、流路切換機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃの流路の切り換え速度を任意に調整できる。
【００３４】
第１シリンダ装置１５ａの一端側の外壁には、第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａを検出して信号を発する位置検出器４５ａが配設され、第１シリンダ装置１５ａの他端側の外壁には、位置検出器４７ａが配設されている。
また、第２シリンダ装置１５ｂの一端側の外壁には、第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂを検出して信号を発する位置検出器４５ｂが配設され、第２シリンダ装置１５ｂの他端側の外壁には、位置検出器４７ｂが配設されている。
さらに、第３シリンダ装置１５ｃの一端側の外壁には、第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃを検出して信号を発する位置検出器４５ｃが配設され、第３シリンダ装置１５ｃの他端側の外壁には、位置検出器４７ｃが配設されている。
【００３５】
なお、取水ポンプ１と膜分離装置３との間の供給管には、供給する海水を加圧する加圧ポンプ２が接続されている。
また、濃縮水管３ｂは、途中で分岐されて各流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃに接続されている。
各流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、対応する各シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの濃縮海水の供給とその停止及び各シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃ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と、切換用シリンダ装置を駆動する駆動装置５５ａ，５５ｂ，５５ｃとを備えている。
【００３６】
上記各切換用シリンダ装置は、図１に示すように、対応するシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの他端と排水路６０と濃縮水管３ｂとに接続された切換用シリンダと、切換用シリンダ内で往復移動し対応するシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの他端と排水路６０及び濃縮水管３ｂとの連通及び遮断が可能な排水側ピストン５０ａ，５０ｂ，５０ｃと、切換用シリンダ内で排水側ピストン５０ａ，５０ｂ，５０ｃと一体で往復移動する供給側ピストン２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、一端に排水側ピストン５０ａ，５０ｂ，５０ｃが設けられていると共に中間部に供給側ピストン２５ａ，２５ｂ，２５ｃが設けられ他端が切換用シリンダの他端から外部に突出して駆動装置に接続された切換用ピストンロッドとを備えている。なお、各図において、切換用シリンダ内のピストンには、分かり易いようにハッチングを施して図示している。
【００３７】
各位置検出器４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４７ａ，４７ｂ，４７ｃは、対応する各シリンダの一端近傍又は他端近傍に設けられ、ピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃがシリンダの所定の一端近傍又は他端近傍に達したことを検出し、検出信号を制御部３２へ送信する機能を有している。
上記各切換用シリンダは、濃縮海水の排水路６０に接続され一端側に設けられた流出ポート４１ｃ，４２ｃ，４３ｃと、濃縮水管３ｂに接続され中間部に設けられた流入ポート４１ａ，４２ａ，４３ａと、対応するシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの他端に接続され流出ポート４１ｃ，４２ｃ，４３ｃと流入ポート４１ａ，４２ａ，４３ａとの間に設けられた流出入ポート４１ｂ，４２ｂ，４３ｂとを有している。
【００３８】
各シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃのそれぞれの一端は、６つの逆止弁で構成された流路方向規制機構１７を介して取水ポンプ１および増圧ポンプ１１に連通されている。すなわち、３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃのそれぞれの一端と流路方向規制機構１７との接続部分の両側には、それぞれ一対の逆止弁が設けられている。
また、流路方向規制機構１７を構成する接続管は、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃからの濃縮海水を供給可能に増圧ポンプ１１に接続されている。
【００３９】
次に、本実施形態のエネルギー回収装置１０１における各シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの動作について説明する。
【００４０】
図１では、第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂが、流入ポート４１ａを介して膜分離装置３の流出口２３に連通されており、第１シリンダ装置１５ａは、ピストン１６ａが他端側から一端側に移動する圧送工程にある。
また、第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂは流路面積が絞られ、ピストン１６ｂが第２シリンダ装置１５ｂの他端に到達している状態であり、第２シリンダ装置１５ｂは待機工程にある。
さらに、第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂは、流出ポート４３ｃを介して排水路６０と連通されており、第３シリンダ装置１５ｃは、ピストン１６ｃが一端側から他端側に移動する充填工程にある。
【００４１】
上記圧送工程にある第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａが位置検出器４５ａの位置に達して位置検出器４５ａから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第２流路切換機構４０ｂのピストン５０ｂが流出ポート４２ｃ側に移動し、流入ポート４２ａと流出入ポート４２ｂとが連通されて流路が切り換えられ、待機工程にある第２シリンダ装置の圧送工程が開始される。
また、位置検出器４５ａから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第１流路切換機構４０ａのピストン５０ａが流入ポート４１ａ側に移動し、流出入ポート４１ｂと流出ポート４１ｃとが連通されて流路が切り換えられ、第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が終了して充填工程が開始される。
一方、充填工程にある第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃが第３シリンダ装置１５ｃの他端側に配設された位置検出器４７ｃの位置に達して位置検出器４７ｃから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第３流路切換機構４０ｃのピストン５０ｃが流出入ポート４３ｂの流路面積が絞られる所定の位置まで移動して停止する。
このように流出入ポート４３ｂの流路面積が絞られることにより、流出入ポート４３ｂの流路抵抗が増大して排水路６０への濃縮海水の排出流量が減少し、第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃにブレーキ作用が働き、移動速度が急減して他端に到達し、第３シリンダ装置１５ｃは充填工程が終了し、待機工程に移行する。
【００４２】
また、圧送工程にある第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂが位置検出器４５ｂの位置に達して位置検出器４５ｂから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第３流路切換機構４０ｃのピストン５０ｃが流出ポート４３ｃ側に移動し、流入ポート４３ａと流出入ポート４３ｂとが連通されて流路が切り換えられ、待機工程にある第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が開始される。
また、位置検出器４５ｂから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第２流路切換機構４０ｂのピストン５０ｂが流入ポート４２ａ側に移動し、流出入ポート４２ｂと流出ポート４２ｃとが連通されて流路が切り換えられ、第２シリンダ装置１５ｂの圧送工程が終了して充填工程が開始される。
一方、充填工程にある第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａが第１シリンダ装置１５ａの他端側に配設された位置検出器４７ａの位置に達して位置検出器４７ａから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第１流路切換機構４０ａのピストン５０ａが流出入ポート４１ｂの流路面積が絞られる所定の位置まで移動して停止する。
このように流出入ポート４１ｂの流路面積が絞られることにより、流出入ポート４１ｂの流路抵抗が増大して排水路６０への濃縮海水の排出流量が減少し、第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａにブレーキ作用が働き、移動速度が急減して他端に到達し、第１シリンダ装置１５ａは充填工程が終了し、待機工程に移行する。
【００４３】
また、圧送工程にある第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃが位置検出器４５ｃの位置に達して位置検出器４５ｃから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第１流路切換機構４０ａのピストン５０ａが流出ポート４１ｃ側に移動し、流入ポート４１ａと流出入ポート４１ｂとが連通されて流路が切り換えられ、待機工程にある第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が開始される。
また、位置検出器４５ｃから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第３流路切換機構４０ｃのピストン５０ｃが流入ポート４３ａ側に移動し、流出入ポート４３ｂと流出ポート４３ｃとが連通されて流路が切り換えられ、第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が終了して充填工程が開始される。
一方、充填工程にある第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂが第２シリンダ装置１５ｂの他端近傍に配設された位置検出器４７ｂの位置に達して位置検出器４７ｂから検出信号が制御部３２に送信されると、制御部３２の制御信号により第２流路切換機構４０ｂのピストン５０ｂが流出入ポート４２ｂの流路面積が絞られる所定の位置まで移動して停止する。
このように流出入ポート４２ｂの流路面積が絞られることにより、流出入ポート４２ｂの流路抵抗が増大して排水路６０への濃縮海水の排出流量が減少し、第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂにブレーキ作用が働き、移動速度が急減して他端に到達し、第２シリンダ装置１５ｂは充填工程が終了し、待機工程に移行する。
【００４４】
次に、本実施形態におけるエネルギー回収装置１０１の取水ポンプの吐出流量と吐出圧力との関係を図２に基づいて説明する。
【００４５】
図２において、Ｑ４は高圧ポンプ（加圧ポンプ２）に供給する海水の吐出流量であり、Ｑ５は高圧ポンプと充填工程時のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃとに供給する海水の吐出流量である。また、Ｑ６は充填工程が終了する直前にピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃの移動速度を減速するため、流出入ポートの流路面積を絞った時の吐出流量であり、Ｑ７は取水ポンプ１の合計最大吐出流量である。さらに、Ｈ２は吐出流量Ｑ７の時の吐出圧力であり、Ｈ３は吐出流量Ｑ５の時の吐出圧力であり、ΔＨｂはＨ２とＨ３との差圧である。
【００４６】
定常状態における取水ポンプ１の吐出流量は、高圧ポンプとシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃに常時海水が供給される吐出流量Ｑ５の状態で運転される。この吐出流量の変動は充填工程が終了する直前に流出入ポートの流路面積を絞った時に生じるものであるが、吐出流量の変動Ｑ６及び吐出圧力の変動ΔＨｂは極めて小さいため、安定した運転が可能となる。
本実施形態では、取水ポンプ１の流量変動と圧力変動とが小さいため、高圧ポンプの脈動が抑制され、膜分離装置３に供給される高圧海水の圧力も安定したものとなり、圧力変動による膜分離装置３の寿命低下や造水率の変動等が生じることがない。また、取水ポンプ１も流量変動や圧力変動の少ない安定した運転ができるため、取水ポンプ１自体の性能や寿命が保持される。
【００４７】
次に、３本のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの圧送工程、充填工程、待機工程における流量パターンを、図３に基づいて説明する。なお、図３では、横軸に圧送工程、充填工程、待機工程が行われている経過時間を示し、縦軸に流量０を起点として上方が圧送工程時の流量を示すと共に下方が充填工程時の流量を示す。
【００４８】
高圧濃縮海水の流量Ｑｅで圧送工程にある第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａが位置検出器４５ａの位置に達すると、検出信号により第１流路切換機構４０ａの流路の切り換えが始まる。流出入ポート４１ｂから第１シリンダ装置１５ａに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して０となった後、第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂと流出ポート４１ｃとの連通が始まる。そして、取水ポンプ１から第１シリンダ装置１５ａに供給される海水の流量が次第に増加し、流量がＱｄとなり、第１シリンダ装置１５ａの充填工程が行われる。このとき、流量Ｑｅと流量Ｑｄとの比（Ｑｅ：Ｑｄ）は、略１：１である。また、位置検出器４５ａの検出信号により第２流路切換機構４０ｂの流路が切り換わり、待機工程にあった第２シリンダ装置１５ｂの圧送工程が開始され、第２シリンダ装置１５ｂに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加し、流量がＱｅとなり、第２シリンダ装置１５ｂの圧送工程が行われる。
【００４９】
第１シリンダ装置１５ａが圧送工程にあった時に充填工程にあった第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃが位置検出器４７ｃの位置に達すると、検出信号により第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から第３シリンダ装置１５ｃに供給される海水の流量が次第に減少して流量Ｑｆとなる。そして、ピストン１６ｃが減速されて第３シリンダ装置１５ｃの他端に達して流量が０となり、第３シリンダ装置１５ｃが待機工程となる。
流量Ｑｅで圧送工程にある第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂが位置検出器４５ｂの位置に達すると、検出信号により第２流路切換機構４０ｂの流路の切り換えが始まり、流出入ポート４２ｂから第２シリンダ装置１５ｂに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して０となった後、第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂと流出ポート４２ｃとの連通が始まる。そして、取水ポンプ１から第２シリンダ装置１５ｂに供給される海水の流量が次第に増加し、流量がＱｄとなり、第２シリンダ装置１５ｂの充填工程が行われる。このとき、流量Ｑｅと流量Ｑｄとの比（Ｑｅ：Ｑｄ）は、略１：１である。
また、この位置検出器４５ｂの検出信号により第３流路切換機構４０ｃの流路が切り換わり、待機工程にあった第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が開始され、第３シリンダ装置１５ｃに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加して流量がＱｅとなり、第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が行われる。
【００５０】
第２シリンダ装置１５ｂが圧送工程にあったときに充填工程にあった第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａが位置検出器４７ａの位置に達すると、検出信号により第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から第３シリンダ装置１５ｃに供給される海水の流量が次第に減少して流量Ｑｆとなる。そして、ピストン１６ａが減速されて第１シリンダ装置１５ａの他端に達して流量が０となり、第１シリンダ装置１５ａが待機工程となる。流量Ｑｅで圧送工程にある第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃが位置検出器４５ｃの位置に達すると、検出信号により第３流路切換機構４０ｃの流路の切り換えが始まる。さらに、流出入ポート４３ｂから第３シリンダ装置１５ｃに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して０となった後、第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂと流出ポート４３ｃとの連通が始まる。そして、取水ポンプ１から第３シリンダ装置１５ｃに供給される海水の流量が次第に増加して流量がＱｄとなり、第３シリンダ装置１５ｃの充填工程が行われる。このとき、流量Ｑｅと流量Ｑｄとの比（Ｑｅ：Ｑｄ）は、略１：１である。
また、この位置検出器４５ｃの検出信号により第１流路切換機構４０ａの流路が切り換わり、待機工程にあった第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が開始され、第１シリンダ装置１５ａに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加して流量がＱｅとなり、第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が行われる。
【００５１】
第３シリンダ装置１５ｃが圧送工程にあったときに充填工程にあった第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂが位置検出器４７ｂの位置に達すると、検出信号により第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から第２シリンダ装置１５ｂに供給される海水の流量が次第に減少して流量Ｑｆとなる。そして、ピストン１６ｂが減速されて第２シリンダ装置１５ｂの他端に達して流量が０となり、第２シリンダ装置１５ｂが待機工程となる。
【００５２】
図３の流量パターンによれば、圧送工程を終了する際に、シリンダ装置の流量がＱｅから０まで減少する減少速度と、圧送工程が開始される際にシリンダ装置の流量が０からＱｅまで増加する増加速度とが等しくなり、双方の流量は流量がＱｅ／２の時に等しくなる。すなわち、この過渡期においては２つのシリンダ装置で同時に圧送工程が行われていることになるが、膜分離装置３から２つのシリンダ装置に供給される高圧濃縮海水の流量Ｑｅに変動はない。
また、充填工程を終了する際に、シリンダ装置の流量がＱｄからＱｆまで減少する減少速度と、充填工程が開始される際にシリンダ装置の流量が０からＱｄまで増加する増加速度とが等しくなり、双方の流量は流量がＱｄ／２の時に等しくなる。すなわち、この過渡期においては２つのシリンダ装置で同時に充填工程が行われていることになるが、取水ポンプから２つのシリンダ装置に供給される海水の流量Ｑｄは、充填工程を終了するシリンダ装置の流量がＱｆに減少するまでは変化しない。
【００５３】
従来のエネルギー回収装置では、充填工程を圧送工程より先に終了させる必要があるため、充填工程時のピストンの移動速度を圧送工程時より速くなるように流量設定していた。具体的には、おおよその流量比をＱｂ：Ｑａ＝１：１．５に設定していたが、シリンダ装置の振動や騒音の抑制、機器の寿命、安全性、経済性等を考慮すると、ピストンの最高移動速度は１ｍ／ｓｅｃ程度が好ましい。また、充填工程時のピストンの移動速度Ｖｂを１ｍ／ｓｅｃに設定した場合、圧送工程時のピストンの移動速度Ｖａは０．６７ｍ／ｓｅｃとなる。
これに対して、第１実施形態のエネルギー回収装置１０１では、圧送工程時の流量Ｑｅを充填工程時の流量Ｑｄと等しくなるように設定したので、充填工程時のピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃの移動速度を１ｍ／ｓｅｃに設定した場合、圧送工程時のピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃの移動速度も１ｍ／ｓｅｃに設定することができ、圧送工程時のピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃの移動速度が従来の１．５倍に増速し、エネルギー回収装置１０１の運転効率の向上が可能となる。
【００５４】
このように本実施形態のエネルギー回収装置１０１では、制御部３２が、圧送工程，充填工程及び待機工程の各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃで互いに異なる各前記工程を行うので、３本のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃ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、取水ポンプ１から常に海水が供給されて高圧ポンプ（加圧ポンプ２）の脈動を抑制することができる。
すなわち、３つの前記工程を３本のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃで順次交代させながら運転することで、運転中は、各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３本のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちいずれか１本は圧送工程にあり、いずれか１本は充填工程にあり、いずれか１本は待機工程にある。なお、各前記工程の切り換え直前及び直後は、次の工程への過渡期であり、２つのシリンダ装置が同時に圧送工程又は充填工程を行っていることになる。したがって、取水ポンプ１から常に海水が高圧ポンプとシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃとに供給されている状態で運転できる。このため、取水ポンプ１の吐出流量と吐出圧力とにほとんど変動がなく、高圧ポンプの脈動が抑制され、高圧ポンプから供給される高圧海水の圧力変動による膜分離装置３への悪影響を防止することができる。
【００５５】
また、いずれか３本のうち１本のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃが待機工程にあるため、従来のエネルギー回収装置のように一対のシリンダ装置のうち一方の圧送工程が終了する前に他方のシリンダ装置の充填工程を終了させて待機状態にしておく必要がなく、待機工程にあるシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃを速やかにかつ確実に圧送工程に移行させることができる。
また、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃのピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃがシリンダの一端側から他端側に移動する速度と、ピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃがシリンダの他端側から一端側に移動する速度とを略等しくしたので、圧送工程時のピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃの移動速度を充填工程時のピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃの移動速度と略等しくなるようにすることができ、圧送工程時の流量を増加させることができるので、従来のものよりエネルギー回収装置１０１の運転効率の向上が可能となる。
【００５６】
次に、本発明におけるエネルギー回収装置の第２実施形態を、図４及び図５に基づいて説明する。なお、以下の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。
【００５７】
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、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの一端側と他端側との両方に位置検出器を配設しているのに対し、第２実施形態のエネルギー回収装置１０２では、図４に示すように、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの一端側の外壁にだけ、対応するピストン１６ａ，１６ｂ，１６ｃを検出して信号を発する位置検出器４５ａ，４５ｂ，４５ｃが配設され、制御部７２が、位置検出器４５ａ，４５ｂ，４５ｃの信号を受信してから予め設定された時間が経過した際に、対応する流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃを制御してシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの他端と濃縮海水の排水路６０とに連通する流路の面積を絞っている点である。
【００５８】
すなわち、第２実施形態では、第１シリンダ装置１５ａの一端側の外壁に、第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａを検出して信号を発する位置検出器４５ａが配設されている。また、第２シリンダ装置１５ｂの一端側の外壁には、第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂを検出して信号を発する位置検出器４５ｂが配設されている。さらに、第３シリンダ装置１５ｃの一端側の外壁には、第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃを検出して信号を発する位置検出器４５ｃが配設されている。
【００５９】
図４において、第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂは、流入ポート４１ａを介して膜分離装置３の流出口２３に連通されており、第１シリンダ装置１５ａはピストン１６ａが他端側から一端側に移動する圧送工程にある。
また、第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂは流路面積が絞られてピストン１６ｂが第２シリンダ装置１５ｂの他端に到達している状態であり、第２シリンダ装置１５ｂは待機工程にある。
さらに、第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂは流出ポート４３ｃを介して排水路６０と連通されており、第３シリンダ装置１５ｃはピストン１６ｃが一端側から他端側に移動する充填工程にある。
【００６０】
上記圧送工程にある第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａが位置検出器４５ａの位置に達して位置検出器４５ａから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２の制御信号により第２流路切換機構４０ｂのピストン５０ｂが流出ポート４２ｃ側に移動し、流入ポート４２ａと流出入ポート４２ｂとが連通されて流路が切り換えられ、待機工程にある第２シリンダ装置の圧送工程が開始される。
また、位置検出器４５ａから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２の制御信号により第１流路切換機構４０ａのピストン５０ａが流入ポート４１ａ側に移動し、流出入ポート４１ｂと流出ポート４１ｃとが連通されて流路が切り換えられ、第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が終了して充填工程が開始される。
さらに、この位置検出器４５ａから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２に設けられたタイマーが計時を開始し、予め設定された時間が経過すると、制御部７２の制御信号により、第３流路切換機構４０ｃのピストン５０ｃが流出入ポート４３ｂの流路面積が絞られる所定の位置まで移動して停止する。
このように流出入ポート４３ｂの流路面積が絞られることにより、流出入ポート４３ｂの流路抵抗が増大して排水路６０への濃縮海水の排出流量が減少し、第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃにブレーキ作用が働き、移動速度が急減して他端に到達し、第３シリンダ装置１５ｃは充填工程が終了し、待機工程に移行する。
【００６１】
また、圧送工程にある第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂが位置検出器４５ｂの位置に達して位置検出器４５ｂから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２の制御信号により第３流路切換機構４０ｃのピストン５０ｃが流出ポート４３ｃ側に移動し、流入ポート４３ａと流出入ポート４３ｂとが連通されて流路が切り換えられ、待機工程にある第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が開始される。
また、位置検出器４５ｂから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２の制御信号により第２流路切換機構４０ｂのピストン５０ｂが流入ポート４２ａ側に移動し、流出入ポート４２ｂと流出ポート４２ｃとが連通されて流路が切り換えられ、第２シリンダ装置１５ｂの圧送工程が終了して充填工程が開始される。
さらに、この位置検出器４５ｂから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２に設けられたタイマーが計時を開始し、予め設定された時間が経過すると、制御部７２の制御信号により第１流路切換機構４０ａのピストン５０ａが流出入ポート４１ｂの流路面積が絞られる所定の位置まで移動して停止する。このように流出入ポート４１ｂの流路面積が絞られることにより、流出入ポート４１ｂの流路抵抗が増大して排水路６０への濃縮海水の排出流量が減少し、第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａにブレーキ作用が働き、移動速度が急減して他端に到達し、第１シリンダ装置１５ａは充填工程が終了し待機工程に移行する。
【００６２】
また、圧送工程にある第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃが位置検出器４５ｃの位置に達して位置検出器４５ｃから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２の制御信号により第１流路切換機構４０ａのピストン５０ａが流出ポート４１ｃ側に移動し、流入ポート４１ａと流出入ポート４１ｂとが連通されて流路が切り換えられ、待機工程にある第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が開始される。
また、位置検出器４５ｃから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２の制御信号により第３流路切換機構４０ｃのピストン５０ｃが流入ポート４３ａ側に移動し、流出入ポート４３ｂと流出ポート４３ｃとが連通されて流路が切り換えられ、第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が終了して充填工程が開始される。
さらに、この位置検出器４５ｃから検出信号が制御部７２に送信されると、制御部７２に設けられたタイマーが計時を開始し、予め設定された時間が経過すると、制御部７２の制御信号により第２流路切換機構４０ｂのピストン５０ｂが流出入ポート４２ｂの流路面積が絞られる所定の位置まで移動して停止する。
このように流出入ポート４２ｂの流路面積が絞られることにより、流出入ポート４２ｂの流路抵抗が増大して排水路６０への濃縮海水の排出流量が減少し、第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂにブレーキ作用が働き、移動速度が急減して他端に到達し、第２シリンダ装置１５ｂは充填工程が終了し待機工程に移行する。
【００６３】
第２実施形態において、３本のシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの圧送工程、充填工程、待機工程における流量パターンを図５に基づいて説明する。なお、図５では、横軸に圧送工程、充填工程、待機工程が行われている経過時間を示し、縦軸に流量０を起点として上方が圧送工程時の流量を示すと共に、下方が充填工程時の流量を示す。
【００６４】
流量Ｑｅで圧送工程にある第１シリンダ装置１５ａのピストン１６ａが位置検出器４５ａの位置に達すると、検出信号により第１流路切換機構４０ａの流路の切り換えが始まり、流出入ポート４１ｂから第１シリンダ装置１５ａに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して流量０になる。この後、第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂと流出ポート４１ｃとの連通が始まり、取水ポンプ１から第１シリンダ装置１５ａに供給される海水の流量が次第に増加し、流量がＱｄとなり、第１シリンダ装置１５ａの充填工程が行われる。
このとき、流量Ｑｅと流量Ｑｄとの比（Ｑｅ：Ｑｄ）は、略１：１である。また、位置検出器４５ａの検出信号により第２流路切換機構４０ｂの流路が切り換わり、待機工程にあった第２シリンダ装置１５ｂの圧送工程が開始され、第２シリンダ装置１５ｂに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加し、流量がＱｅになり圧送工程が行われる。
さらに、この位置検出器４５ａの検出信号により制御部７２に設けられたタイマーが計時を開始し、予め設定した時間Ｔｃが経過した後、制御部７２からの信号により第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から充填工程にある第３シリンダ装置１５ｃに供給される海水の流量が次第に減少する。そして、流量がＱｆとなり、ピストン１６ｃが減速されて第３シリンダ装置１５ｃの他端に達して流量が０となり、第３シリンダ装置１５ｃが待機工程となる。
【００６５】
流量Ｑｅで圧送工程にある第２シリンダ装置１５ｂのピストン１６ｂが位置検出器４５ｂの位置に達すると、検出信号により第２流路切換機構４０ｂの流路の切り換えが始まり、流出入ポート４２ｂから第２シリンダ装置１５ｂに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して流量０になる。この後、第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂと流出ポート４２ｃとの連通が始まり、取水ポンプ１から第２シリンダ装置１５ｂに供給される海水の流量が次第に増加し、流量がＱｄになり、第２シリンダ装置１５ｂの充填工程が行われる。
このとき、流量Ｑｅと流量Ｑｄとの比（Ｑｅ：Ｑｄ）は、略１：１である。また、この位置検出器４５ｂの検出信号により第３流路切換機構４０ｃの流路が切り換わり、待機工程にあった第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が開始され、第３シリンダ装置１５ｃに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加して流量がＱｅになり、第３シリンダ装置１５ｃの圧送工程が行われる。
さらに、この位置検出器４５ｂの検出信号により制御部７２に設けられたタイマーが計時を開始し、予め設定した時間Ｔａが経過した後、制御部７２からの信号により第１流路切換機構４０ａの流出入ポート４１ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から第１シリンダ装置１５ａに供給される海水の流量が次第に減少して流量がＱｆとなり、ピストン１６ａが減速されて第１シリンダ装置１５ａの他端に達して流量が０となり、第１シリンダ装置１５ａが待機工程となる。
【００６６】
流量Ｑｅで圧送工程にある第３シリンダ装置１５ｃのピストン１６ｃが位置検出器４５ｃの位置に達すると、検出信号により第３流路切換機構４０ｃの流路の切り換えが始まり、流出入ポート４３ｂから第３シリンダ装置１５ｃに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に減少して０となる。この後、第３流路切換機構４０ｃの流出入ポート４３ｂと流出ポート４３ｃとの連通が始まり、取水ポンプ１から第３シリンダ装置１５ｃに供給される海水の流量が次第に増加して流量がＱｄになり、第３シリンダ装置１５ｃの充填工程が行われる。
このとき、流量Ｑｅと流量Ｑｄとの比（Ｑｅ：Ｑｄ）は、略１：１である。また、この位置検出器４５ｃの検出信号により第１流路切換機構４０ａの流路が切り換わり、待機工程にあった第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が開始され、第１シリンダ装置１５ａに流入する高圧濃縮海水の流量が次第に増加して流量がＱｅになり、第１シリンダ装置１５ａの圧送工程が行われる。
さらに、この位置検出器４５ｃの検出信号により制御部７２に設けられたタイマーが計時を開始し、予め設定した時間Ｔｂが経過した後、制御部７２からの信号により、第２流路切換機構４０ｂの流出入ポート４２ｂの流路面積が絞られて取水ポンプ１から第２シリンダ装置１５ｂに供給される海水の流量が次第に減少して流量がＱｆとなり、ピストン１６ｂが減速されて第２シリンダ装置１５ｂの他端に達して流量が０となり、第２シリンダ装置１５ｂが待機工程となる。
【００６７】
このように上記流量パターンによれば、圧送工程を終了する際に、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの流量がＱｅから０まで減少する減少速度と、圧送工程が開始される際にシリンダ装置の流量が０からＱｅまで増加する増加速度とが等しくなり、双方の流量は、流量がＱｅ／２の時に等しくなる。すなわち、この過渡期においては、２つのシリンダ装置で同時に圧送工程が行われていることになるが、膜分離装置３から２つのシリンダ装置に供給される高圧濃縮海水の流量Ｑｅに変動はない。
また、充填工程を終了する際に、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの流量がＱｄからＱｆまで減少する減少速度と、充填工程が開始される際にシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの流量が０からＱｄまで増加する増加速度とが等しくなり、双方の流量は流量がＱｄ／２の時に等しくなる。すなわち、この過渡期においては、２つのシリンダ装置で同時に充填工程が行われていることになるが、取水ポンプ１から２つのシリンダ装置に供給される海水の流量Ｑｄは、充填工程を終了するシリンダ装置の流量がＱｆに減少するまでは変化しない。
【００６８】
このように第２実施形態のエネルギー回収装置１０２では、制御部７２が、位置検出器４５ａ，４５ｂ，４５ｃの信号を受信してから予め設定された時間が経過した際に、流路切換機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃを制御してシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの他端と濃縮海水の排水路６０とに連通する流路の面積を絞るので、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの他端側に位置検出器を設ける必要が無く、これを省略することができる。このように一端側に設けた位置検出器４５ａ，４５ｂ，４５ｃの検出信号と制御部７２のタイマー機能とを利用することで、１つのシリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの外壁に設ける位置検出器が１つで済み、シリンダ装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの付属設備が簡素化される。
【００６９】
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】
【００７０】
１…取水ポンプ、２…加圧ポンプ、３…膜分離装置、３ａ…淡水管、３ｂ…濃縮水管、１１…増圧ポンプ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…ピストン、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…シリンダ装置、３２，７２，１３２…制御部、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…流路切換機構、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４７ａ，４７ｂ，４７ｃ…位置検出器、６０…排水路、１０１，１０２…エネルギー回収装置
【図１】
2019055378.tif 000003
【図２】
2019055378.tif 000004
【図３】
2019055378.tif 000005
【図４】
2019055378.tif 000006
【図５】
2019055378.tif 000007
【図６】
2019055378.tif 000008
【図７】
2019055378.tif 000009
【図８】
2019055378.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月11日(2018.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、
海水を供給する取水ポンプと、
前記取水ポンプからの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加圧ポンプと、
一端が前記取水ポンプに連通し、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、シリンダ内を往復移動するピストンを有した３つのシリンダ装置と、
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３つ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取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、前記シリンダ装置に前記濃縮海水及び前記海水のどちらも供給しない待機工程とをこの順で各前記シリンダ装置において順次交代させながら繰り返し行う制御機能を有した制御部とを備え、
前記制御部が、各前記工程の切り換え直前及び直後を除き、３つの前記シリンダ装置で互いに異なる各前記工程を行うと共に、各前記工程の切り換え直前及び直後に２つの前記シリンダ装置で同時に前記圧送工程又は前記充填工程を行う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、
前記シリンダ装置の一端側の外壁に、前記ピストンを検出して信号を発する位置検出器が配設され、
前記制御部が、前記位置検出器の前記信号を受信してから予め設定された時間が経過した際に、前記流路切換機構を制御して前記シリンダ装置の他端と前記濃縮海水の排水路とに連通する流路の面積を絞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記載のエネルギー回収装置において、
前記シリンダに供給される前記取水ポンプからの前記海水の流量と前記膜分離装置から供給される高圧の前記濃縮海水の流量とを調整し、前記シリンダ装置の前記ピストンが前記シリンダの一端側から他端側に移動する速度と、前記ピストンが前記シリンダの他端側から一端側に移動する速度とを略等しくしたことを特徴とするエネルギー回収装置。