(57)【要約】【課題】従来技術に比較して、加圧ポンプが消費する電力が少なくて済む水質低下を避けながら、省エネルギー運転を実現できる逆浸透膜分離装置を提供すること。【解決手段】逆浸透膜分離装置１は、給水Ｗ１が流通する給水ラインＬ１と、供給水Ｗ２を透過水Ｗ３と濃縮水Ｗ４とに分離する逆浸透膜モジュール４と、給水ラインＬ１に合流部で接続し、供給水Ｗ２を逆浸透膜モジュール４に供給する供給水ラインＬ２と、逆浸透膜モジュール４で分離された透過水Ｗ３を送出する透過水ラインＬ３と、逆浸透膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４を送出する濃縮水ラインＬ４と、供給水Ｗ２を吸入して逆浸透膜モジュール４に向けて吐出する加圧ポンプ２と、逆浸透膜モジュール４の膜間差圧が、透過水Ｗ３の水質が要求水質を保つために必要な膜間差圧である許容下限差圧を上回るように、加圧ポンプ２を制御するポンプ制御部３０と、を備える。【選択図】図１
2019214007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水が流通する給水ラインと、
供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
前記給水ラインに合流部で接続し、供給水を前記逆浸透膜モジュールに供給する供給水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、
前記供給水ラインに設けられ、供給水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、
前記逆浸透膜モジュールの膜間差圧が、前記透過水の水質が要求水質を保つために必要な膜間差圧である許容下限差圧を上回るように、前記加圧ポンプを制御するポンプ制御部と、を備える逆浸透膜分離装置。
【請求項２】
前記逆浸透膜モジュールの一次側圧力を測定する圧力測定手段を更に備え、
前記一次側圧力に基づいて前記膜間差圧を算出する、請求項１に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項３】
前記膜間差圧と前記許容下限差圧との差分が所定の差分下限値以下となったことに基づいて、前記ポンプ制御部は、前記膜間差圧が大きくなるように、前記加圧ポンプを制御する、請求項１又は２に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項４】
前記膜間差圧が前記許容下限差圧に近づくように、前記ポンプ制御部は前記加圧ポンプを制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項５】
給水、供給水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記許容下限差圧は、前記温度に基づいて設定される、請求項３又は４に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項６】
給水の水質を検出する水質検出手段を更に備え、
前記許容下限差圧は、前記水質に基づいて設定される、請求項３又は４のいずれか１項に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項７】
前記透過水を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクの水位を検出する水位検出手段と、を更に備え、
前記ポンプ制御部は、前記水位に応じて前記加圧ポンプを制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項８】
透過水の流量を検出流量値として検出する流量検出手段を更に備え、
前記ポンプ制御部は、前記検出流量値が所定の流量目標値となるように、前記加圧ポンプを制御する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項９】
前記所定の流量目標値は、給水、供給水、透過水又は濃縮水の温度に応じて段階的に定まる、請求項８に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項１０】
入力された指令信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータを更に備え、
前記加圧ポンプは、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、
前記ポンプ制御部は、前記駆動周波数がその下限値に可能な範囲で最も近くなるように、前記駆動周波数を算出し、前記駆動周波数の演算値に対応する指令信号を前記インバータに出力する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の逆浸透膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の供給水を膜分離装置で処理することにより製造される。膜分離装置は、少なくとも１つの逆浸透膜モジュールを備える。以下の説明においては、逆浸透膜モジュールを「ＲＯ膜モジュール」、逆浸透膜を「ＲＯ膜」ともいう。
【０００３】
膜分離装置を備えた水処理システムでは、ユースポイントでの最大消費水量を賄うことができるように透過水の流量が予め設定されている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、高い収率、少ないエネルギー、及びより安いコストで、安定的に透過水を得ることが可能な逆浸透膜分離装置であって、透過水量を十分得るために、逆浸透膜モジュールユニットの少なくとも１段において透過水流量又は圧力を調節する手段が設けられた逆浸透膜分離装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０５１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、通常、ユースポイントでの需要量を満たせるように透過水の流量制御を行っているが、逆浸透膜の特性上、流量制御による負荷変動や給水の水質、水温の変動によっては、透過水の水質が要求水質を下回ってしまう恐れがあった。この点、特許文献１に係る技術においても、安いコストで透過水を得ることが可能であるとされているが、透過水の水質を保証するものではなかった。
【０００７】
従来技術に比較して、水質低下を避けながら、省エネルギー運転を実現できる逆浸透膜分離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】
【０００８】
本発明は、給水が流通する給水ラインと、供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、前記給水ラインに合流部で接続し、供給水を前記逆浸透膜モジュールに供給する供給水ラインと、前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、前記供給水ラインに設けられ、供給水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、前記逆浸透膜モジュールの膜間差圧が、前記透過水の水質が要求水質を保つために必要な膜間差圧である許容下限差圧を上回るように 、前記加圧ポンプを制御するポンプ制御部と、を備える逆浸透膜分離装置に関する。
【０００９】
また、前記逆浸透膜モジュールの一次側圧力を測定する圧力測定手段を更に備え、前記一次側圧力に基づいて前記膜間差圧を算出することが好ましい。
【００１０】
また、前記膜間差圧と前記許容下限差圧との差分が所定の差分下限値以下となったことに基づいて、前記ポンプ制御部は、前記膜間差圧が大きくなるように、前記加圧ポンプを制御することが好ましい。
【００１１】
また、前記膜間差圧が前記許容下限差圧に近づくように、前記ポンプ制御部は前記加圧ポンプを制御することが好ましい。
【００１２】
また、給水、供給水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記許容下限差圧は、前記温度に基づいて設定されることが好ましい。
【００１３】
また、給水の水質を検出する水質検出手段を更に備え、前記許容下限差圧は、前記水質に基づいて設定されることが好ましい。
【００１４】
また、前記透過水を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクの水位を検出する水位検出手段と、を更に備え、前記ポンプ駆動制御部は、前記水位に応じて前記加圧ポンプを制御することが好ましい。
【００１５】
また、透過水の流量を検出流量値として検出する流量検出手段を更に備え、前記ポンプ制御部は、前記検出流量値が所定の流量目標値となるように、前記加圧ポンプを制御することが好ましい。
【００１６】
また、前記所定の流量目標値は、給水、供給水、透過水又は濃縮水の温度に応じて段階的に定まることが好ましい。
【００１７】
また、入力された指令信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータを更に備え、前記加圧ポンプは、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、前記ポンプ制御部は、前記駆動周波数がその下限値に可能な範囲で最も近くなるように、前記駆動周波数を算出し、前記駆動周波数の演算値に対応する指令信号を前記インバータに出力することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来技術に比較して、水質低下を避けながら、省エネルギー運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る逆浸透膜分離装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態で用いられる流量調整ユニットに係る圧力と流量の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプの駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプの駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例３における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプの駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示すグラフである。
【図６】本発明の比較例１における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプの駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示すグラフである。
【図７】本発明の実施例４における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプの駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔１  逆浸透膜分離装置の構成〕
本発明の実施形態に係る逆浸透膜分離装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、加圧ポンプ２と、加圧側インバータ３と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール４と、流量調整ユニット５と、逆止弁６と、排水流量調整手段としての排水流量調整弁７（比例制御弁）と、給水ポンプ１２と、給水側インバータ１３と、水質検出手段としての水質センサ１４と、温度検出手段としての水温センサ１５と、圧力測定手段としての圧力センサ１６と、流量検出手段としての流量センサ１７と、貯留タンク１８と、水位検出手段としての水位センサ１８１と、ポンプ制御部としての制御部３０と、を備える。なお、制御部３０と被制御対象機器との電気的接続線の図示については、省略している。
【００２２】
また、逆浸透膜分離装置１は、給水ラインＬ１と、供給水ラインＬ２と、透過水ラインＬ３と、第１濃縮水ラインＬ４１と、第２濃縮水ラインＬ４２と、循環水ラインＬ５と、排水ラインＬ６と、需要水ラインＬ７とを備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２３】
給水ラインＬ１は、給水Ｗ１を、供給水ラインＬ２との合流点である合流部Ｊ２まで供給するラインである。給水ラインＬ１の上流側の端部は、給水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。給水ラインＬ１には、上流側から下流側に向けて順に、給水ポンプ１２、水質センサ１４、水温センサ１５、合流部Ｊ２が設けられている。
【００２４】
給水ポンプ１２は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１を吸入し、加圧ポンプ２へ向けて圧送（吐出）する装置である。給水ポンプ１２には、給水側インバータ１３から周波数が変換された駆動電力が供給される。給水ポンプ１２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。
【００２５】
給水側インバータ１３は、給水ポンプ１２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。給水側インバータ１３は、制御部３０と電気的に接続されている。給水側インバータ１３には、制御部３０から指令信号が入力される。給水側インバータ１３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を給水ポンプ１２に出力する。
【００２６】
本実施形態においては、制御部３０は、給水ポンプ１２が給水Ｗ１を所定の一定圧力値で吐出するように、給水側インバータ１３を制御する。給水ポンプ１２により付与される給水Ｗ１の前記一定圧力値は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１を加圧ポンプ２に供給可能な圧力値に設定される。これにより、給水Ｗ１の給水圧力は、一定圧力値となる。本実施形態においては、給水Ｗ１の給水圧力を、例えば、０．２〜０．５ＭＰａの間の一定圧力値に設定している。
【００２７】
水質センサ１４は、給水ラインＬ１に設置される。水質センサ１４は、制御部３０と電気的に接続されている。水質センサ１４は、給水Ｗ１の水質（以下、「測定水質値」ともいう）を測定し、測定水質値は制御部３０へ検出信号として送信される。なお、給水Ｗ１の水質としては、例えば、ｐＨ、硬度、アルカリ度、シリカ濃度等のうち１つ以上であってよい。
【００２８】
水温センサ１５は、給水ラインＬ１に設置される。水温センサ１５は、制御部３０と電気的に接続されている。水温センサ１５は、給水Ｗ１の水温（以下、「測定水温値」ともいう）を測定し、測定水温値は制御部３０へ検出信号として送信される。なお、水温センサ１５は、後述の供給水ラインＬ２に設置されて供給水Ｗ２の水温を測定してもよく、後述の透過水ラインＬ３に設置されて透過水Ｗ３の水温を測定してもよく、後述の濃縮水ラインＬ４に設置されて濃縮水Ｗ４の水温を測定してもよい。
【００２９】
供給水ラインＬ２は、給水Ｗ１を、供給水Ｗ２としてＲＯ膜モジュール４に供給するラインである。供給水ラインＬ２の上流側の端部は、合流部Ｊ２に接続されている。供給水ラインＬ２の下流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートに接続されている。供給水ラインＬ２には、上流側から下流側に向けて順に、合流部Ｊ２、加圧ポンプ２、圧力センサ１６、ＲＯ膜モジュール４が設けられている。
【００３０】
加圧ポンプ２は、供給水ラインＬ２に設けられる。加圧ポンプ２は、供給水ラインＬ２において、給水Ｗ１を吸入し、供給水Ｗ２として、ＲＯ膜モジュール４へ向けて圧送（吐出）する装置である。加圧ポンプ２には、加圧側インバータ３から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。
【００３１】
加圧側インバータ３は、加圧ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。加圧側インバータ３は、制御部３０と電気的に接続されている。加圧側インバータ３には、制御部３０から指令信号が入力される。加圧側インバータ３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ２に出力する。
【００３２】
圧力センサ１６は、供給水ラインＬ２に設置される。圧力センサ１６は、制御部３０と電気的に接続されている。圧力センサ１６は、供給水Ｗ２の水圧（以下、「測定水圧値」ともいう）、とりわけ後述のＲＯ膜モジュール４の一次側の圧力を測定し、測定水圧値は制御部３０へ検出信号として送信される。
【００３３】
ＲＯ膜モジュール４は、加圧ポンプ２から吐出された供給水Ｗ２を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ３と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ４とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール４は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール４は、これらＲＯ膜エレメントにより供給水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ３及び濃縮水Ｗ４を製造する。
【００３４】
透過水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール４で分離された透過水Ｗ３を送出するラインである。透過水ラインＬ３の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ３の下流側の端部は、貯留タンク１８に接続されている。透過水ラインＬ３には、流量センサ１７と貯留タンク１８とが設けられ、貯留タンク１８には水位センサ１８１が設けられる。
【００３５】
流量センサ１７は、透過水ラインＬ３を流通する透過水Ｗ３の流量を検出流量値として検出する機器である。流量センサ１７は、透過水ラインＬ３に接続されている。流量センサ１７は、制御部３０と電気的に接続されている。流量センサ１７で検出された透過水Ｗ３の検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。流量センサ１７として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。
【００３６】
貯留タンク１８は、ＲＯ膜モジュール４で分離された透過水Ｗ３を貯留するタンクである。より詳細には、ＲＯ膜モジュール４から送出された透過水Ｗ３は、透過水ラインＬ３を介して貯留タンク１８に補給される。貯留タンク１８は、需要水ラインＬ７を介して下流側の需要箇所の装置等（不図示）に接続されている。需要水ラインＬ７は、貯留タンク１８に貯留された透過水Ｗ３を、需要箇所の装置等に流通させるラインである。貯留タンク１８に貯留された透過水Ｗ３は、需要水ラインＬ７を介して、需要箇所の装置等に供給される。
【００３７】
貯留タンク１８には、水位センサ１８１が設けられている。水位センサ１８１は、貯留タンク１８に貯留された透過水Ｗ３の水位を検出する機器である。水位センサ１８１は、制御部３０と電気的に接続されている。水位センサ１８１で測定された貯留タンク１８の水位（以下、「検出水位値」ともいう）は、制御部３０へ検出信号として出力される。
【００３８】
本実施形態において、水位センサ１８１は、例えば、レベルスイッチである。レベルスイッチは、予め設定された液面位置の検出器であり、例えば、複数の液面位置（例えば、４位置）を検出するように構成されている。図１では、水位センサ１８１として、フロート式のレベルスイッチを設けた例を示す。なお、水位センサ１８１は、レベルスイッチには制限されず、例えば、連続式レベルセンサであってもよい。連続式レベルセンサとしては、例えば、静電容量式センサ、圧力式センサ、超音波式センサ等が用いられる。
【００３９】
第１濃縮水ラインＬ４１は、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４を送出するラインである。第１濃縮水ラインＬ４１の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側出口ポートに接続されている。また、第１濃縮水ラインＬ４１の下流側は、流量調整ユニット５の一次側に接続されている。
【００４０】
また、第２濃縮水ラインＬ４２は、流量調整ユニット５で流量が調整された濃縮水Ｗ４を送出するラインである。第２濃縮水ラインＬ４２の上流側の端部は、流量調整ユニット５の二次側に接続されている。また、第２濃縮水ラインＬ４２の下流側は、接続部Ｊ１において、循環水ラインＬ５及び排水ラインＬ６に分岐している。
【００４１】
なお、以降では、第１濃縮水ラインＬ４１と第２濃縮水ラインＬ４２とをまとめて、「濃縮水ラインＬ４」と総称することがある。
【００４２】
流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５における差圧によらず、実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニット５における差圧に実質的に比例して濃縮水Ｗ４の流量が高くなる比例要素とを備える。流量調整ユニット５における差圧は、具体的には、第１濃縮水ラインＬ４１の水圧と第２濃縮水ラインＬ４２の水圧との差圧である。定流量要素は、補助動力や外部操作を必要とせずに一定流量値を保持し、例えば水ガバナの名称で呼ばれるものを用いてもよい。また、比例要素としては、例えばオリフィスの名称で呼ばれるものを用いてもよく、オリフィスから流れる濃縮水Ｗ４の流量が、当該流量調整ユニット５における差圧に比例する。
【００４３】
図２は、ＲＯ膜モジュール４の入口圧力と、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量との関係の例を示すグラフである。流量調整ユニット５は、定流量要素を備えることから、入口圧力が発生すると、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量は一気にＡ点まで上昇する。すなわち近似的には、入口圧力の発生と同時にＡ点の高さの流量が流量調整ユニット５に流れる。同時に、流量調整ユニット５は比例要素を備えることから、以降、入口圧力が上昇するに従い、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量は、一次関数的に上昇する。
【００４４】
なお、流量調整ユニット５において、定流量要素と比例要素とは一体的に構成されていてもよく、別体として構成されていてもよい。一体的に構成されている場合には、例えば、比例要素の流れ方向が、流量調整ユニット５の長軸方向と一致し、定流量要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向に直交するように構成してもよい。あるいは、比例要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向に直交し、定流量要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向と一致するように構成してもよい。あるいは、定流量要素の流れ方向と比例要素の流れ方向が、共に流量調整ユニット５の長軸方向と一致するように構成してもよい。
【００４５】
循環水ラインＬ５は、濃縮水ラインＬ４から分岐するラインであって、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の一部である循環水Ｗ４１を、合流部Ｊ２に返送するラインである。循環水ラインＬ５の上流側の端部は、接続部Ｊ１において、濃縮水ラインＬ４に接続されている。また、循環水ラインＬ５の下流側の端部は、合流部Ｊ２において、給水ラインＬ１に接続されている。循環水ラインＬ５には、逆止弁６が設けられている。
【００４６】
排水ラインＬ６は、接続部Ｊ１において濃縮水ラインＬ４から分岐され、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の残部である排水Ｗ４２を装置外（系外）に排出するラインである。排水ラインＬ６には、排水流量調整手段としての排水流量調整弁７が設けられている。
【００４７】
排水流量調整弁７は、排水ラインＬ６から装置外へ排出する排水Ｗ４２の排水流量を調整可能な弁である。排水流量調整弁７は、制御部３０と電気的に接続されている。排水流量調整弁７の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を排水流量調整弁７に送信して、弁開度を制御することにより、排水Ｗ４２の排水流量を調整することができる。
【００４８】
制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。
【００４９】
ＣＰＵは逆浸透膜分離装置１を全体的に制御するプロセッサである。該ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された各種プログラムを、バスを介して読み出し、該各種プログラムに従って逆浸透膜分離装置１の全体を制御することで、加圧ポンプ２を制御するポンプ制御部としての機能を実現するように構成される。ＲＡＭには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、逆浸透膜分離装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。
【００５０】
制御部３０は、ポンプ制御部としても機能し、加圧ポンプ２を制御する。より詳細には、制御部３０は、加圧側インバータ３を介して加圧ポンプ２の周波数を制御することにより、加圧ポンプ２が吐出する供給水の流量を制御する。
【００５１】
〔２  逆浸透膜分離装置の動作〕
透過水Ｗ３の要求水質を保つためには、要求水質に応じたＲＯ膜モジュール４での脱塩率を確保するため、ＲＯ膜モジュール４における膜間差圧、すなわちＲＯ膜モジュール４を挟んで、一次側と二次側との間の膜間差圧が、供給水質を保つための許容下限差圧を上回る必要がある。
そこで、本実施形態においては、ＲＯ膜モジュール４の膜間差圧が許容下限差圧を上回るように、ポンプ制御部としての制御部３０は、加圧ポンプ２を制御する。
【００５２】
この膜間差圧は、圧力センサ１６により測定された、ＲＯ膜モジュール４の一次側圧力に基づいて算出する。より具体的には、ＲＯ膜モジュール４の一次側圧力自体を膜間差圧としてもよい。あるいは、図示しない第２の圧力センサによりＲＯ膜モジュール４の二次側圧力を測定し、ＲＯ膜モジュール４の一次側圧力と膜を通過した透過水側の二次側圧力との差分を膜間差圧としてもよい。あるいは、水温センサにより測定される給水や供給水の水温と、加圧ポンプ２の周波数とから加圧ポンプ２の吐出圧力を演算し、この吐出圧力に基づいて膜間差圧を算出してもよい。
【００５３】
また、好適な水質を維持するため、ポンプ制御部としての制御部３０は、膜間差圧と許容下限差圧との差分が、所定の差分下限値以下となったことに基づいて、膜間差圧が大きくなるように加圧ポンプ２を制御してもよい。すなわち、膜間差圧が許容下限差圧を下回りそうになった場合には、加圧ポンプ２に掛かる負荷を１段階上の負荷に上げてもよい。
【００５４】
また、ポンプ制御部としての制御部３０は、省エネルギーを目的に、膜間差圧が許容下限差圧に近づくように、すなわち、膜間差圧がボーダーラインとしての許容下限差圧に沿うように、加圧ポンプ２を制御してもよい。
【００５５】
許容下限差圧は、水温センサ１５によって測定された給水Ｗ１、供給水Ｗ２、透過水Ｗ３、又は濃縮水Ｗ４の水温に基づいて微調整される。あるいは、許容下限差圧は、水質センサ１４によって測定された給水Ｗ１の水質に基づいて微調整されてもよい。
とりわけ、給水Ｗ１、供給水Ｗ２、透過水Ｗ３、又は濃縮水Ｗ４の水温の上昇により膜間差圧が低下すると、水質が低下するので、水温変動に応じた許容差圧値を膜間差圧の目標値とする。また、給水Ｗ１の水質の悪化により、硬度成分が上昇することで、処理水質が低下する影響を、設定膜間差圧を補正することで小さくできる。
【００５６】
また、省エネルギーのため、ポンプ制御部としての制御部３０は、加圧ポンプ２の駆動周波数が、その下限値に可能な範囲で最も近くなるように算出し、この駆動周波数の演算値に対応する指令信号を、加圧ポンプ２の加圧側インバータ３に出力してもよい。一例として、加圧ポンプ２の駆動周波数の下限値が３０Ｈｚであるときには、３０Ｈｚを少し超える駆動周波数となるように、制御部３０は、加圧側インバータ３に指令信号を出力してもよい。
【００５７】
また、需要水量を確保するため、ポンプ制御部としての制御部３０は、水位センサ１８１によって検出された貯留タンク１８の水位に応じて、加圧ポンプ２を制御する。なお、貯留タンク１８の水位が上限に近い場合には、ポンプ制御部としての制御部３０は、低負荷運転となるように、加圧ポンプ２を制御する。
【００５８】
また、負荷変動に応じて透過水を安定供給するため、ポンプ制御部としての制御部３０は、流量センサ１７によって検出される透過水Ｗ３の流量が所定の流量目標値となるように、加圧ポンプ２を制御してもよい。なお、省エネルギーのため、この所定の流量目標値は、水温センサ１５によって測定される給水Ｗ１、供給水Ｗ２、透過水Ｗ３、又は濃縮水Ｗ４の水温に基づいて、あるいは、この水温によって変化する給水の粘度に応じて、段階的に定まってもよい。
【００５９】
以下、逆浸透膜分離装置１の運転の具体的な実施例について、図３〜図７のグラフを参照しながら説明する。なお、以下の図３〜図７のグラフは、逆浸透膜分離装置１の運転に伴って水温が上昇していくことを示すものではなく、逆浸透膜分離装置１の運転時における水温に応じて、加圧ポンプ２の駆動周波数をどの程度の周波数にするか、及び、透過水水量や膜間差圧がどの程度の値を取るか、又はどの程度の値を目標とするかを示すグラフである。なお、以下の図３〜図７のグラフにおいて、Ｔ１＜Ｔ２である。
【００６０】
（実施例１）
図３は、実施例１における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプ２の駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示す。
実施例１は、目標となる膜間差圧が、要求水質を確保できる許容下限差圧となる運転の例であり、膜間差圧が許容下限差圧を下回ると、透過水の水質が要求水質を下回るため、ポンプ制御部としての制御部３０は、膜間差圧が許容下限差圧を下回らないように、加圧ポンプ２の駆動周波数を制御する。
なお、許容下限差圧は、水温が上昇するに伴ってわずかに右肩上がりの傾きを有する（これは、以下の「実施例２」、「実施例３」、「比較例１」、「実施例４」でも同様である）。また、透過水流量は、段階的ではなく連続的に制御されると共に、水温が高くなる程、それに伴って成り行きで流量が上昇する。
そのため、加圧ポンプ２の駆動周波数が水温に拘わらずほぼ一定となるよう、制御部３０は加圧ポンプ２の駆動周波数を制御する。
【００６１】
（実施例２）
図４は、実施例２における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプ２の駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示す。
実施例２は、貯留タンク１８の水位が低下した際、高負荷の定格運転をする場合の運転の例である。
定格運転であるため、透過水の目標流量は水温に拘わらず一定となる。また、水温が高くなる程、水の粘性は落ちるため、水温が高いほど加圧ポンプ２の駆動周波数は低くなる。
また、これに伴い膜間差圧も水温が高いほど低くなるが、許容下限差圧を下回ることはない。
【００６２】
（実施例３）
図５は、実施例３における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプ２の駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示す。
実施例３は、加圧ポンプ２の駆動周波数に下限周波数が存在すると共に、水温がＴ１未満の低温領域では、低負荷運転として、定格運転の６０％程度の定流量制御を行い、水温がＴ２以上の高温領域では、定格運転となる定流量制御を行う運転であって、予め定められた目標設定圧以上の膜間差圧で常に運転するため、段階的に透過水の流量を切り替える運転の例である。なお、この「６０％程度」とはあくまで、低負荷の程度の一例であって、これには限定されない。
【００６３】
より詳細には、水温がＴ１未満の低温領域では、透過水流量が定格運転の６０％程度の流量となる一定値となることを目標とするが、水温が高くなる程、水の粘性は低くなるため、加圧ポンプ２の駆動周波数は低くなる。とりわけ、膜間差圧が許容下限差圧を上回る範囲で省エネルギー運転をするためには、水温が高くなる程、加圧ポンプ２の駆動周波数を低くするとよい。ただし、加圧ポンプ２の駆動周波数は、下限周波数を下回ることはない。
水温がＴ１以上Ｔ２未満の中温領域では、加圧ポンプ２の駆動周波数は、下限周波数で固定され、透過水流量は水温が高くなる程、それに伴って成り行きで増加する。
水温がＴ２以上の高温領域では、透過水流量が一定となる定格運転を行うが、水温がＴ１未満の領域と同様、水温が高くなる程、水の粘性は低くなるため、加圧ポンプ２の駆動周波数は低くなる。ただし、加圧ポンプ２の駆動周波数は、下限周波数を下回ることはない。
【００６４】
実施例３において、加圧ポンプ２の駆動周波数を一定とすると、水温の上昇に伴い、粘性が低下し、同じ設定流量の透過水を得るため必要な膜間差圧が少しずつ低下する。それに伴って、ＲＯ膜の特性として電解質の除去率が低下し、水質が低下する。そのため、水質を確保するため、図５中の星印（★）で示すように、水温＝Ｔ２において加圧ポンプ２の駆動周波数を上げてＲＯ膜の１次側圧力を一気に高めて、結果として、膜間差圧及び透過水流量を上昇させる。
【００６５】
なお、実施例３において、貯留タンク１８の水位が低下した際には、低温時にも定格運転をしてもよい。
また、実施例３の変形例として、所定の温度範囲にある際に、定格運転をするのではなく、ＲＯ膜の１次圧が許容下限差圧を少しだけ上回るように逆浸透膜分離装置１を運転させてもよい。この場合、加圧ポンプ２の駆動周波数は、水温の上昇と共に、漸増していく。
【００６６】
また、実施例３においては、制御部３０に対し、膜間差圧の最低値である許容下限差圧を入力しておく必要がある。
【００６７】
（比較例１）
図６は、比較例１における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプ２の駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示す。
比較例１は、とりわけ実施例３に対する比較例であり、水温がＴ２以上の領域でも、駆動周波数を上げた定格運転に移行せず、駆動周波数は下限周波数を維持する。
その結果、水温がＴ２以上の領域で、膜間差圧が許容下限差圧を下回ることとなり、要求水質を満たさない透過水が供給されてしまう。
【００６８】
（実施例４）
図７は、実施例４における、膜間差圧、透過水水量、加圧ポンプ２の駆動周波数の、各温度範囲における値の違いを示す。
実施例４は、負荷変動が、低、中、高の三段階存在し、ある負荷での運転時に膜間差圧が許容下限差圧となるポイントで、負荷を上げるように負荷を変動する運転の例である。
透過水流量は、低負荷時、中負荷時、高負荷時でそれぞれ一定であり、低負荷時の透過水流量よりも中負荷時の透過水流量が高く、中負荷時の透過水流量よりも高負荷時の透過水流量が高い。すなわち、実施例４においては透過水が定流量となるようフィードバック制御されている。また、加圧ポンプ２の駆動周波数が下限周波数に到達したときに、同時に膜間差圧が許容下限差圧となるよう設定されている。
【００６９】
より詳細には、水温がＴ１未満の低温領域では低負荷運転を実行するが、目標となる透過水流量は一定である一方で、水温が高くなる程水の粘性は低くなる。従って、省エネルギー運転のために、水温がＴ１未満の領域で水温が高くなる程、加圧ポンプ２の駆動周波数は低くなる。また、これに伴い、水温が高くなる程膜間差圧も低くなるが、許容下限差圧を下回ることはない。
水温＝Ｔ１において、加圧ポンプ２の駆動周波数が下限周波数となり、膜間差圧が許容下限差圧となると、負荷が低負荷から中負荷に上昇し、目標となる透過水流量も中程度に上昇する。
水温がＴ１以上Ｔ２未満の中温領域では中負荷運転を実行するが、低温領域と同様、透過水流量は一定である一方で、水温が高くなる程水の粘性は低くなる。従って、省エネルギー運転のために、水温がＴ１以上Ｔ２未満の領域で水温が高くなる程、加圧ポンプ２の駆動周波数は低くなる。また、これに伴い、水温が高くなる程膜間差圧も低くなるが、許容下限差圧を下回ることはない。
水温＝Ｔ２において、加圧ポンプ２の駆動周波数が下限周波数となり、膜間差圧が許容下限差圧となると、負荷が中負荷から高負荷に上昇し、目標となる透過水流量も高程度に上昇する。
水温がＴ２以上の高温領域では高負荷運転を実行するが、低温領域、中温領域と同様、透過水流量は一定である一方で、水温が高くなる程水の粘性は低くなる。従って、省エネルギー運転のために、水温がＴ２以上の領域で水温が高くなる程、加圧ポンプ２の駆動周波数は低くなる。また、これに伴い、水温が高くなる程膜間差圧も低くなるが、許容下限差圧を下回ることはない。
【００７０】
実施例４において、加圧ポンプ２の駆動周波数を一定とすると、水温の上昇に伴い、粘性が低下し、同じ設定流量の透過水を得るため必要な膜間差圧が少しずつ低下する。それに伴って、ＲＯ膜の特性として、電解質の除去率が低下し、水質が低下する。そのため、水質を確保するため、図７中の星印（★）で示すように、水温＝Ｔ１、及び水温＝Ｔ２において加圧ポンプ２の駆動周波数を一気に高めて、ＲＯ膜の１次側圧力を上げ、結果として、膜間差圧及び透過水流量を上昇させる。
【００７１】
なお、実施例４においては、水温がＴ１未満での低負荷運転、水温がＴ１以上Ｔ２未満での中負荷運転、水温がＴ２以上での高負荷運転の三段階で運転を切り替えているが、水温に応じてより細かく運転を切り替えてもよい。例えば、膜間差圧が許容下限差圧になるたびに、一定間隔で透過水流量の目標値を増加させながら定流量フィードバック制御を繰り返す際、この増加幅を少なくすることにより、より細かく運転を切り替えてもよい。
【００７２】
〔３  本実施形態の効果〕
上述した逆浸透膜分離装置１によれば、例えば以下の効果が得られる。
逆浸透膜分離装置１においては、ＲＯ膜モジュール４の膜間差圧が、透過水Ｗ３の水質が要求水質を保つために必要な膜間差圧である許容下限差圧を上回るように、ポンプ制御部としての制御部３０が、加圧ポンプ２を制御する。
膜間差圧が、透過水Ｗ３の水質が要求水質を保つために必要な膜間差圧である許容下限差圧を上回ることにより、透過水Ｗ３の水質が確保されると共に、加圧ポンプ２が消費する電力を少なくすることが可能となる。
【００７３】
また、逆浸透膜分離装置１においては、圧力センサ１６で測定したＲＯ膜モジュール４の一次側圧力に基づいて、膜間差圧を算出する。
これにより、加圧ポンプ２を制御する上で測定の必要がある膜間差圧を、簡便に測定することが出来る。
【００７４】
また、逆浸透膜分離装置１においては、膜間差圧と許容下限差圧との差分が、所定の差分下限値以下となったことに基づいて、ポンプ制御部としての制御部３０は、膜間差圧が大きくなるように、加圧ポンプ２を制御する。
膜間差圧と許容下限差圧との差分が、事前に設定された差分下限値以下となった場合のみ加圧ポンプを制御することにより、省エネルギーの観点で好ましい。更に、比較的大きな温度幅で、負荷を低負荷、中負荷、高負荷と段階的に上げていくことで、許容水質以下となることを避けることにより、許容水質を下回らず、好適な水質を保持することが出来るため、処理水水質と省エネルギー性の両立が可能となる。
【００７５】
また、逆浸透膜分離装置１において、膜間差圧が許容下限差圧に近づくように、ポンプ制御部としての制御部３０は、加圧ポンプ２を制御する。
これにより、より一層の省エネルギーが可能となる。
【００７６】
また、逆浸透膜分離装置１において、許容下限差圧は、給水Ｗ１、供給水Ｗ２、透過水Ｗ３、濃縮水Ｗ４の温度に基づいて設定されてもよく、給水Ｗ１の水質に基づいて設定されてもよい。
水温や水質によって許容下限差圧を微調整することにより、より好適な運転が可能となる。
【００７７】
また、逆浸透膜分離装置１は、貯留タンク１８を備え、ポンプ制御部としての制御部３０は、貯留タンク１８の水位に応じて加圧ポンプ２を制御する。
貯留タンク１８内の水位を保つことにより、需要水量が確保できる。
【００７８】
また、逆浸透膜分離装置１は、透過水Ｗ３の流量を検出する流量センサ１７を備え、ポンプ制御部としての制御部３０は、透過水Ｗ３の流量が所定の流量目標値となるように、加圧ポンプ２を制御する。
定流量フィードバック制御により透過水の流量を制御することにより、負荷変動に応じた透過水の安定供給が可能となる。
【００７９】
また、逆浸透膜分離装置１において、上記の所定の流量目標値は、給水Ｗ１、供給水Ｗ２、透過水Ｗ３又は濃縮水Ｗ４の温度に応じて段階的に定まる。
水温によって変化する給水の粘度に応じて、より小刻みに負荷変動させることで、より省エネルギーとなる。
【００８０】
また、逆浸透膜分離装置１において、ポンプ制御部としての制御部３０は、加圧ポンプ２の駆動周波数がその下限値に可能な範囲で最も近くなるように駆動周波数を算出し、駆動周波数の演算値に対応する指令信号を加圧側インバータ３に出力する。
駆動周波数を極力下げることにより、より低周波数での運転による省エネルギーが実現される。
【００８１】
〔４  変形例〕
逆浸透膜分離装置１においては、給水ポンプ１２及び給水ポンプ１２に駆動周波数の駆動電力を出力する給水側インバータ１３が設置されるが、これらの代わりに、水源から供給される給水Ｗ１の圧力を制御する給水圧力調整弁が設置されてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  逆浸透膜分離装置
２  加圧ポンプ
３  加圧側インバータ（インバータ）
４  ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜モジュール）
５  流量調整ユニット
６  逆止弁
７  排水流量調整弁
１２  給水ポンプ
１４  水質センサ（水質検出手段）
１５  水温センサ（温度検出手段）
１６  圧力センサ（圧力測定手段）
１７  流量センサ（流量検出手段）
１８  貯留タンク
３０  制御部
１８１  水位センサ（水位検出手段）
Ｌ１  給水ライン
Ｌ２  供給水ライン
Ｌ３  透過水ライン
Ｌ４  濃縮水ライン
Ｌ５  循環水ライン
Ｌ６  排水ライン
Ｌ７  需要水ライン
Ｌ４１  第１濃縮水ライン
Ｌ４２  第２濃縮水ライン
Ｗ１  給水
Ｗ２  供給水
Ｗ３  透過水
Ｗ４  濃縮水
Ｗ４１  循環水
Ｗ４２  排水
【図１】
2019214007.tif 000003
【図２】
2019214007.tif 000004
【図３】
2019214007.tif 000005
【図４】
2019214007.tif 000006
【図５】
2019214007.tif 000007
【図６】
2019214007.tif 000008
【図７】
2019214007.tif 000009