(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を出力する回転軸を有する斜板式液圧モータであって、
前記回転軸と一体に回転し、前記回転軸の周りに複数のシリンダが環状に並べて形成されるシリンダブロックと、
前記シリンダ内を往復動し、当該シリンダ内に容積室を画成するピストンと、
傾転軸を中心に傾転自在に設けられ、前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、
前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室と連通したときに、当該容積室内に作動流体を供給する供給通路と、
前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室と連通したときに、当該容積室内の作動流体が前記ピストンの移動によって排出される排出通路と、を備え、
前記回転軸は、回転方向一定かつ回転数一定で回転し、
前記斜板は、前記容積室に供給される作動流体による前記ピストンの移動によって傾転し、その傾転角度は、前記容積室に供給される作動流体の流量に応じて定まることを特徴とする斜板式液圧モータ。
【請求項２】
前記斜板は、トラニオン機構によって傾転自在に支持されることを特徴とする請求項１に記載の斜板式液圧モータ。
【請求項３】
前記斜板の傾転角度αは、前記回転軸の回転数ｎ，前記シリンダのボアピッチ半径Ｒ，前記シリンダの直径Ｄ，及び前記シリンダの本数Ｚのとき、作動流体の流量Ｑの変化に応じて下記式によって定まることを特徴とする請求項１又は２に記載の斜板式液圧モータ。
【数７】
0005829961.tif 000008
【請求項４】
海水から塩分を除去して淡水を取り出す海水淡水化装置であって、
請求項１から３のいずれか一つに記載の斜板式液圧モータと、
海水を吸い込んで吐出する水圧ポンプと、
前記水圧ポンプから吐出された海水の一部が通過する際に、この海水から塩分を除去して淡水化する逆浸透膜と、
前記水圧ポンプの回転軸が連結される駆動軸を有し、回転方向一定かつ回転数一定で回転するように制御されて前記水圧ポンプを回転駆動する駆動モータと、を備え、
前記斜板式液圧モータは、前記逆浸透膜を通過しないで還流される濃縮海水が供給されることによって回転軸が回転し、前記駆動軸の回転をアシストすることを特徴とする海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧によって駆動される斜板式液圧モータと、その斜板式液圧モータを用いた海水淡水化装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水圧ポンプによって加圧された海水を、塩分を除去する逆浸透膜に送り、淡水を取り出す海水淡水化装置が用いられている。
【０００３】
特許文献１には、逆浸透膜によって濾過されずに排出される濃縮海水のエネルギによって回転駆動される斜板式の動力回収水圧モータを備える海水淡水化装置が開示されている。この海水淡水化装置では、主駆動モータによる水圧ポンプの回転駆動を、動力回収水圧モータの回転によってアシストしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８３７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の動力回収水圧モータでは、流量検出器が検出した濃縮海水の流量に基づいて、サーボアクチュエータやサーボアンプなどによって斜板の傾転角度を変化させており、斜板の傾転角度を調整するための構成が複雑であった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、斜板式液圧モータにおける斜板の傾転角度を容易に調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、回転力を出力する回転軸を有する斜板式液圧モータであって、前記回転軸と一体に回転し、前記回転軸の周りに複数のシリンダが環状に並べて形成されるシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復動し、当該シリンダ内に容積室を画成するピストンと、傾転軸を中心に傾転自在に設けられ、前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室と連通したときに、当該容積室内に作動流体を供給する供給通路と、前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室と連通したときに、当該容積室内の作動流体が前記ピストンの移動によって排出される排出通路と、を備え、前記回転軸は、回転方向一定かつ回転数一定で回転し、前記斜板は、前記容積室に供給される作動流体による前記ピストンの移動によって傾転し、その傾転角度は、前記容積室に供給される作動流体の流量に応じて定まることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、斜板は、容積室に供給される作動流体によるピストンの移動によって押されて傾転する。この斜板の傾転角度は、容積室に供給される作動流体の流量に応じて自動的に調整される。したがって、斜板を傾転させるための構成を別途設ける必要がなく、斜板の傾転角度を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る斜板式液圧モータを用いた海水淡水化装置の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る斜板式液圧モータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る斜板式液圧モータとしての水圧モータ１００と、水圧モータ１００を用いた海水淡水化装置１とについて説明する。
【００１１】
まず、図１を参照して、海水淡水化装置１の構成について説明する。
【００１２】
海水淡水化装置１は、海水から塩分を除去して淡水を取り出す装置である。海水淡水化装置１は、海水を吸い込んで吐出する水圧ポンプ２と、水圧ポンプ２から吐出された海水の一部が通過する際に塩分を除去して淡水化する逆浸透膜５と、水圧ポンプ２を回転駆動する駆動モータ９と、逆浸透膜５を通過しないで還流される濃縮海水が供給されることによって回転軸１１が回転する水圧モータ１００とを備える。
【００１３】
水圧ポンプ２は、海水を逆浸透膜５に供給する供給通路３に設けられ、加圧した海水を逆浸透膜５へ吐出する。水圧ポンプ２の回転軸２ａは、駆動モータ９の駆動軸９ａに連結される。水圧ポンプ２は、主として駆動モータ９によって回転駆動され、水圧モータ１００によって補助的に回転駆動される。
【００１４】
駆動モータ９は、インバータ制御によって回転方向一定かつ回転数一定に制御されて回転する。駆動モータ９は、水圧モータ１００からのアシスト力が付与されると、回転数を一定に維持したまま、アシスト力の大きさの分だけ出力する駆動力を小さくする。これにより、駆動モータ９の消費電力は、水圧モータ１００から付与されるアシスト力の分だけ低減されることとなる。
【００１５】
逆浸透膜５は、水を通す一方、塩類など水以外の不純物を透過させない性質を持つ濾過膜である。逆浸透膜５の上流には、水圧ポンプ２から吐出された海水が導かれる上流側室６が設けられる。逆浸透膜５の下流には、下流側室７が設けられる。下流側室７は、淡水を貯水可能な淡水タンク８に透過水取出通路８ａを介して連結される。
【００１６】
上流側室６には、供給通路３と、逆浸透膜５によって濾過されなかった濃縮海水を還流する排出通路４とが連結される。排出通路４は、供給通路３と比較して下流の位置にて上流側室６と連結される。これにより、供給通路３から上流側室６に供給された海水のうち、逆浸透膜５によって濾過されなかった濃縮海水は、排出通路４を通じて海へと還流される。排出通路４には、濃縮海水の流量を検出する流量検出器４ａが設けられる。
【００１７】
水圧モータ１００は、排出通路４に設けられ、上流側室６から海へと還流される濃縮海水が流れることによって回転する斜板式ピストンモータである。水圧モータ１００では、濃縮海水が作動流体として用いられる。水圧モータ１００は、駆動モータ９の駆動軸９ａの回転をアシストすることで、水圧ポンプ２を補助的に回転駆動する。
【００１８】
次に、図２を参照して、水圧モータ１００の構成について説明する。
【００１９】
水圧モータ１００は、回転力を出力する回転軸１１を備える。この回転軸１１は、駆動モータ９の駆動軸９ａに連結され、回転方向一定かつ回転数一定で回転する。水圧モータ１００は、インバータ制御によって回転方向一定かつ回転数一定に制御される駆動モータ９と同期して、回転方向一定かつ回転数一定の条件下で運転される。
【００２０】
水圧モータ１００は、ハウジング１０と、ハウジング１０内を回転軸１１と一体に回転するシリンダブロック１２と、回転軸１１の周りに環状に並べて形成される複数のシリンダ１３と、シリンダ１３に各々収容されてシリンダ１３内を往復動する複数のピストン１５と、シュー１６を介して摺接するピストン１５を往復動させる斜板１７と、シリンダブロック１２の端面が摺接するポートプレート１８とを備える。
【００２１】
ハウジング１０は、逆浸透膜５によって濾過されずに還流された濃縮海水が供給される供給通路１０ａと、水圧モータ１００の駆動に供された濃縮海水を海へ排出する排出通路１０ｂとを有する。
【００２２】
シリンダブロック１２は、略円柱状に形成され、回転軸１１に取り付けられる。シリンダブロック１２は、回転軸１１を回転駆動するものである。シリンダブロック１２には、複数のシリンダ１３が回転軸１１と平行に形成される。
【００２３】
シリンダ１３は、シリンダブロック１２の回転軸１１を中心とする同一円周上に一定の間隔で環状に並べて配置される。各々のシリンダ１３には、ピストン１５が挿入され、ピストン１５との間に容積室１４が画成される。容積室１４は、連通孔を通じてポートプレート１８と連通する。
【００２４】
ピストン１５は、シリンダブロック１２が回転軸１１とともに回転したときに、その先端に取り付けられるシュー１６を介して斜板１７に摺接する。ピストン１５は、斜板１７の傾転角度に応じてシリンダ１３内を往復動する。このピストン１５の往復動によって、容積室１４が拡縮されることとなる。
【００２５】
斜板１７は、トラニオン機構（図示省略）によって支持される傾転軸を中心として傾転自在に設けられる。斜板１７は、回転軸１１に対して垂直な傾転角度が零の状態から、図２に示す状態に傾転可能である。
【００２６】
斜板１７は、容積室１４に供給される濃縮海水によるピストン１５の移動によって自動的に傾転する。斜板１７の傾転角度は、容積室１４に供給される濃縮海水の流量に応じて無段階に定まる。この斜板１７の傾転角度については、数式を用いながら後で詳細に説明する。
【００２７】
ポートプレート１８は、円板状に形成され、その中心に回転軸１１が挿通する貫通孔を有する。ポートプレート１８は、回転軸１１を中心とする円弧状に形成されて供給通路１０ａと容積室１４とを連通させる供給ポート１８ａと、同じく回転軸１１を中心とする円弧状に形成されて排出通路１０ｂと容積室１４とを連通させる排出ポート１８ｂとを有する。
【００２８】
水圧モータ１００では、ピストン１５が斜板１７に摺接して容積室１４が拡張する領域が吸込領域であり、ピストン１５が斜板１７に摺接して容積室１４が収縮する領域が排出領域である。供給ポート１８ａは、吸込領域に対応して形成され、排出ポート１８ｂは、排出領域に対応して形成される。これにより、シリンダブロック１２の回転に伴い、供給ポート１８ａに臨んだ容積室１４には濃縮海水が供給され、排出ポート１８ｂに臨んだ容積室１４からは濃縮海水が排出されることとなる。
【００２９】
次に、海水淡水化装置１及び水圧モータ１００の作用について説明する。
【００３０】
図１に示すように、水圧ポンプ２は、駆動モータ９によって回転駆動され、海水を汲み上げる。水圧ポンプ２から吐出された海水は、供給通路３を通じて上流側室６に供給される。上流側室６に供給された海水は、供給通路３から排出通路４に向かって、逆浸透膜５に沿って流れる。
【００３１】
水圧ポンプ２の吐出圧によって上流側室６内の水圧が上昇すると、海水の一部が逆浸透膜５を通過する。このとき、逆浸透膜５は、海水中の塩類などの不純物を透過させないで濾過する。逆浸透膜５によって濾過された透過水は、下流側室７から透過水取出通路８ａを通じて取り出され、淡水タンク８に貯水される。これにより、海水から塩類などの不純物を除去して淡水を精製することができる。
【００３２】
上流側室６では、供給通路３から排出通路４に向けて海水が常に流れているため、不純物の滞留が防止される。また、上流側室６内では、海水が逆浸透膜５に沿って流れるため、逆浸透膜５に不純物が付着することが防止される。
【００３３】
逆浸透膜５によって濾過されなかった濃縮海水は、上流側室６から排出通路４を通じて海水中に還流される。このとき、排出通路４を流れる濃縮海水によって、水圧モータ１００が回転する。
【００３４】
ここで、水圧モータ１００に供給される濃縮海水の流量は、水温の変動による逆浸透膜５の淡水化効率の変化や、逆浸透膜５の経時劣化などに応じて増減する。そこで、水圧モータ１００の容量が常に適切な容量となるように斜板１７の傾転角度を調整し、還流される濃縮海水からのエネルギ回収効率を向上させている。
【００３５】
次に、水圧モータ１００における斜板１７の傾転角度の調整について説明する。
【００３６】
濃縮海水の流量Ｑ［ｍ３／ｍｉｎ］は、水圧モータ１００の理論容量がＶth［ｍ３／ｒｅｖ］，水圧モータ１００の回転数がｎ［ｒｐｍ］であるとき、（１）式によって示される。この（１）式をＶthについて示すと、（２）式となる。
【００３７】
【数１】
0005829961.tif 000002
【００３８】
【数２】
0005829961.tif 000003
【００３９】
一方、水圧モータ１００の理論容量Ｖthは、シリンダ１３の断面積がＡ［ｍ２］，シリンダ１３のボア半径がＲ［ｍ］,斜板１７の傾転角度がα［ｒａｄ］，シリンダ１３の本数がＺ［本］であるとき、（３）式によっても求めることができる。
【００４０】
【数３】
0005829961.tif 000004
【００４１】
ここで、シリンダ１３の断面積Ａは、シリンダ１３の直径がＤ［ｍ］であるとき、（４）式によって求められる。よって、（２）〜（４）式から、（５）式が導かれる。
【００４２】
【数４】
0005829961.tif 000005
【００４３】
【数５】
0005829961.tif 000006
【００４４】
（５）式をαについて整理すると、（６）式となる。このように、斜板１７の傾転角度αは、（６）式によって求められることとなる。
【００４５】
【数６】
0005829961.tif 000007
【００４６】
このとき、シリンダ１３のボアピッチ半径Ｒ，シリンダ１３の直径Ｄ，及びシリンダ１３の本数Ｚは、設計値であるため定数である。また、水圧モータ１００の回転数ｎは、回転方向一定かつ回転数一定で運転されるため一定である。
【００４７】
よって、（６）式において、変数は流量Ｑのみである。（６）式より、斜板１７の傾転角度αは、流量Ｑが増加すると大きくなり、流量Ｑが減少すると小さくなる。このように、斜板１７の傾転角度は、濃縮海水の流量Ｑの変化に応じて自動的に調整されることとなる。
【００４８】
これにより、斜板１７の傾転角度を調整させるためにサーボアクチュエータやサーボアンプなどを別途設ける必要がなくなる。したがって、斜板１７の傾転角度を容易に調整することができるとともに、コストを低減することができる。
【００４９】
また、斜板１７の傾転角度は、濃縮海水の流量の変化に応じて常に適切な角度となるように自動的に調整される。したがって、水圧モータ１００の容量が常に適切な容量となるため、還流される濃縮海水からのエネルギ回収効率を向上させることができる。
【００５０】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００５１】
水圧モータ１００の斜板１７は、容積室１４に供給される濃縮海水によるピストン１５の移動によって押されて傾転する。この斜板１７の傾転角度は、容積室１４に供給される濃縮海水の流量に応じて自動的に調整される。したがって、斜板１７を傾転させるための構成を別途設ける必要がなく、斜板の傾転角度を容易に調整することができる。
【００５２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００５３】
１００    水圧モータ（斜板式液圧モータ）
１        海水淡水化装置
２        水圧ポンプ
５        逆浸透膜
８        淡水タンク
９        駆動モータ
１０ａ    供給通路
１０ｂ    排出通路
１１      回転軸
１２      シリンダブロック
１３      シリンダ
１４      容積室
１５      ピストン
１７      斜板
【図１】
0005829961.tif 000009
【図２】
0005829961.tif 000010