(57)【要約】  海水から淡水を生産する造水システムは、海水を所定の圧力に昇圧して逆浸透膜モジュールに供給する高圧ポンプと、所定の圧力に昇圧された海水から逆浸透膜を介して淡水を分離および回収し、濃縮された海水である濃縮塩水を排出する、逆浸透膜モジュールと、濃縮塩水のエネルギーを動力として回収し、海水に伝達することで、海水を昇圧させる、動力伝達式の第１エネルギー回収装置と、濃縮塩水を正浸透膜を介して供給される水によって希釈し、希釈された濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透膜モジュールと、希釈塩水のエネルギーを機械的に回収し、海水に伝達することで、海水を昇圧させる、機械式の第２エネルギー回収装置とを備える。
2016080085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水から淡水を生産する造水システムであって、
前記海水を所定の圧力に昇圧して逆浸透膜モジュールに供給する高圧ポンプと、
前記所定の圧力に昇圧された前記海水から逆浸透膜を介して前記淡水を分離および回収し、濃縮された前記海水である濃縮塩水を排出する、前記逆浸透膜モジュールと、
前記濃縮塩水のエネルギーを動力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、動力伝達式の第１エネルギー回収装置と、
前記濃縮塩水を正浸透膜を介して供給される水によって希釈し、希釈された前記濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透膜モジュールと、
前記希釈塩水のエネルギーを機械的に回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、機械式の第２エネルギー回収装置と、
を備えることを特徴とする、造水システム。
【請求項２】
前記第１エネルギー回収装置と前記正浸透膜モジュールとを接続する流路の途中に、前記濃縮塩水を一時的に排出するための排出流路をさらに備える、請求項１に記載の造水システム。
【請求項３】
前記第１エネルギー回収装置および前記第２エネルギー回収装置によって、前記高圧ポンプに供給された後、前記逆浸透膜モジュールに供給される前の前記海水が昇圧される、請求項１または２に記載の造水システム。
【請求項４】
前記第１エネルギー回収装置は、ターボチャージャー、または、前記高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の造水システム。
【請求項５】
前記第２エネルギー回収装置は、前記希釈塩水のエネルギーを動力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる動力伝達式エネルギー回収装置、または、前記希釈塩水のエネルギーを圧力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる圧力伝達式エネルギー回収装置である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の造水システム。
【請求項６】
前記第２エネルギー回収装置は前記動力伝達式エネルギー回収装置である、請求項５に記載の造水システム。
【請求項７】
前記動力伝達式エネルギー回収装置は、ターボチャージャー、または、前記高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を含む、請求項５または６に記載の造水システム。
【請求項８】
前記正浸透膜モジュールから排出され前記第２エネルギー回収装置に供給される前の前記希釈塩水の一部のエネルギーを圧力として回収し、前記第１エネルギー回収装置によってエネルギーを回収された後、前記正浸透膜モジュールに供給される前の前記濃縮塩水に伝達することで、該濃縮塩水を昇圧させる圧力伝達式のエネルギー回収装置を、さらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の造水システム。
【請求項９】
海水から淡水を生産する造水方法であって、
高圧ポンプを用いて、前記海水を所定の圧力に昇圧して逆浸透膜モジュールに供給する昇圧工程と、
前記逆浸透膜モジュールを用いて、前記所定の圧力に昇圧された前記海水から逆浸透膜を介して前記淡水を分離し、濃縮された前記海水である濃縮塩水を排出する、逆浸透工程と、
動力伝達式の第１エネルギー回収装置を用いて、前記濃縮塩水のエネルギーを動力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、第１エネルギー回収工程と、
正浸透膜モジュールを用いて、前記濃縮塩水を正浸透膜を介して供給される水によって希釈し、希釈された前記濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透工程と、
機械式の第２エネルギー回収装置を用いて、前記希釈塩水のエネルギーを機械的に回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、第２エネルギー回収工程と、を備え、
造水開始時の所定期間において、前記第１エネルギー回収装置と前記正浸透膜モジュールとを接続する流路の途中に設けられた排出流路によって、前記濃縮塩水を一時的に排出することを特徴とする、造水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造水システムおよび造水方法に関する。より詳細には、逆浸透膜モジュールを用いて海水から淡水を生産する造水システムおよび造水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水から淡水を生産する造水システムは、高圧ポンプによって浸透圧より高い所定の圧力に昇圧された海水を逆浸透（ＲＯ：Reverse  Osmosis）膜モジュールに供給し、ＲＯ膜を通過させることで、海水中の塩分等を除去して淡水を取り出すシステムである。残りの海水は、濃縮塩水（ブライン）としてＲＯ膜モジュールから排出される。【０００３】
このＲＯ膜モジュールから排出される濃縮塩水も高圧であり、高い圧力エネルギーを有している。このため、近年では、高圧の濃縮塩水が有する圧力エネルギーを各種のエネルギー回収装置（ＥＲＤ：Energy  Recovery  Device）で回収し、回収したエネルギーを海水の加圧に利用することで、高圧ポンプ等の消費電力（消費動力）を削減している。【０００４】
ＥＲＤとしては種々の装置が知られており、例えば、タービン等を用いて電気としてエネルギーを回収する電気式のＥＲＤ、または、濃縮塩水から機械的にエネルギーを回収する機械式のＥＲＤが知られている。ここで、電気式ＥＲＤよりもエネルギー変換ロスの小さい機械式ＥＲＤを用いた方が、消費電力の削減効果が大きい。【０００５】
機械式ＥＲＤとしては、ターボチャージャー、または、高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を用いて、濃縮塩水の圧力エネルギーを動力として回収する動力伝達式ＥＲＤが知られている。また、別の機械式ＥＲＤとして、濃縮塩水の圧力を直接海水の圧力に変換する圧力伝達式ＥＲＤ（圧力変換装置：Pressure  Exchanger）も実用化されている（例えば、特許文献１：特開２００４−８１９１３号公報、特許文献２：特開平１−１２３６０５号公報参照）。【０００６】
一方、濃縮塩水は、ＥＲＤによって圧力エネルギーが回収された後でも浸透圧エネルギーを有している。特許文献３（米国特許出願公開第２０１３／０１６０４３５号公報）には、ＥＲＤによって濃縮塩水の圧力エネルギーを回収した後、さらに濃縮塩水の浸透圧エネルギーも回収することが開示されている。すなわち、特許文献３には、ＥＲＤによって圧力エネルギーが回収された濃縮塩水を正浸透（ＦＯ：Forward  Osmosis）膜モジュールを用いて希釈（増水）し、増量された濃縮塩水のエネルギー（流れ圧力）を水力タービンを用いたＥＲＤによって回収し、回収したエネルギーを高圧ポンプや他のポンプで利用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８１９１３号公報
【特許文献２】特開平１−１２３６０５号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１３／０１６０４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載されるようなＲＯ膜モジュールから排出された濃縮塩水の圧力エネルギーおよび浸透圧エネルギーを回収する造水システムにおいて、さらにエネルギー回収効率を向上させ、消費電力の削減効果を増大させることが望まれる。【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＲＯ膜モジュールから排出された濃縮塩水の圧力エネルギーおよび浸透圧エネルギーを回収でき、従来よりもエネルギー回収効率が高く、消費電力の削減効果が大きい造水システムおよび造水方法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】
【００１０】
（１）  海水から淡水を生産する造水システムであって、
前記海水を所定の圧力に昇圧して逆浸透膜モジュールに供給する高圧ポンプと、
前記所定の圧力に昇圧された前記海水から逆浸透膜を介して前記淡水を分離および回収し、濃縮された前記海水である濃縮塩水を排出する、前記逆浸透膜モジュールと、
前記濃縮塩水のエネルギーを動力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、動力伝達式の第１エネルギー回収装置と、
前記濃縮塩水を正浸透膜を介して供給される水によって希釈し、希釈された前記濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透膜モジュールと、
前記希釈塩水のエネルギーを機械的に回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、機械式の第２エネルギー回収装置と、
を備えることを特徴とする、造水システム。【００１１】
（２）  前記第１エネルギー回収装置と前記正浸透膜モジュールとを接続する流路の途中に、前記濃縮塩水を一時的に排出するための排出流路をさらに備える、上記（１）に記載の造水システム。【００１２】
（３）  前記第１エネルギー回収装置および前記第２エネルギー回収装置によって、前記高圧ポンプに供給された後、前記逆浸透膜モジュールに供給される前の前記海水が昇圧される、上記（１）または（２）に記載の造水システム。【００１３】
（４）  前記第１エネルギー回収装置は、ターボチャージャー、または、前記高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を含む、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の造水システム。【００１４】
（５）  前記第２エネルギー回収装置は、前記希釈塩水のエネルギーを動力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる動力伝達式エネルギー回収装置、または、前記希釈塩水のエネルギーを圧力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる圧力伝達式エネルギー回収装置である、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の造水システム。【００１５】
（６）  前記第２エネルギー回収装置は前記動力伝達式エネルギー回収装置である、上記（５）に記載の造水システム。【００１６】
（７）  前記動力伝達式エネルギー回収装置は、ターボチャージャー、または、前記高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を含む、上記（５）または（６）に記載の造水システム。【００１７】
（８）  前記正浸透膜モジュールから排出され前記第２エネルギー回収装置に供給される前の前記希釈塩水の一部のエネルギーを圧力として回収し、前記第１エネルギー回収装置によってエネルギーを回収された後、前記正浸透膜モジュールに供給される前の前記濃縮塩水に伝達することで、該濃縮塩水を昇圧させる圧力伝達式のエネルギー回収装置を、さらに備える、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の造水システム。【００１８】
（９）  海水から淡水を生産する造水方法であって、
高圧ポンプを用いて、前記海水を所定の圧力に昇圧して逆浸透膜モジュールに供給する昇圧工程と、
前記逆浸透膜モジュールを用いて、前記所定の圧力に昇圧された前記海水から逆浸透膜を介して前記淡水を分離し、濃縮された前記海水である濃縮塩水を排出する、逆浸透工程と、
動力伝達式の第１エネルギー回収装置を用いて、前記濃縮塩水のエネルギーを動力として回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、第１エネルギー回収工程と、
正浸透膜モジュールを用いて、前記濃縮塩水を正浸透膜を介して供給される水によって希釈し、希釈された前記濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透工程と、
機械式の第２エネルギー回収装置を用いて、前記希釈塩水のエネルギーを機械的に回収し、前記海水に伝達することで、前記海水を昇圧させる、第２エネルギー回収工程と、を備え、
造水開始時の所定期間において、前記第１エネルギー回収装置と前記正浸透膜モジュールとを接続する流路の途中に設けられた排出流路によって、前記濃縮塩水を一時的に排出することを特徴とする、造水方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＲＯ膜モジュールから排出された濃縮塩水の圧力エネルギーおよび浸透圧エネルギーを回収でき、従来よりもエネルギー回収効率が高く、消費電力の削減効果が大きい造水システムおよび造水方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１の造水システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１の造水システムの変形例の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態２の造水システムの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態３の造水システムの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態４の造水システムの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態５の造水システムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の造水システムおよび造水方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００２２】
＜実施形態１＞
図１に示されるように、本実施形態の造水システムは、基本的に、高圧ポンプ（ＨＰ：High  pressure  Pump）３と、逆浸透（ＲＯ）膜モジュール１と、動力伝達式の第１エネルギー回収装置（ターボチャージャー５１１）と、正浸透（ＦＯ）膜モジュール２と、機械式の第２エネルギー回収装置（ターボチャージャー５２１）と、排出流路６１とを備えている。
【００２３】
本実施形態の造水システムでは、高圧ポンプによって逆浸透圧より高い所定の圧力に昇圧された海水をＲＯ膜モジュール１に供給し、ＲＯ膜を通過させることで、海水中の塩分等を除去して淡水を取り出すシステムである。残りの海水は、濃縮塩水（ブライン）としてＲＯ膜モジュールから排出される。本実施形態の造水システムは、このようにして海水から淡水（生産水）を生産する。以下、本実施形態の造水システムの詳細について説明する。
【００２４】
（高圧ポンプ）
本実施形態の造水システムでは、まず、海水をポンプ４１（Ｐ−１）により高圧ポンプ３に供給する。そして、高圧ポンプ３は、海水を所定の圧力（例えば、５．４ＭＰａ）に昇圧して、ＲＯ膜モジュール１へ供給する。
【００２５】
高圧ポンプは、周波数変換装置（インバータ）を有するインバータ方式のポンプであることが好ましい。この場合、造水システムを始動した直後から定常状態に至るまでの初期状態において高圧ポンプを低速（低流量）で駆動し、徐々に定常状態になるまで流量を増加させることが可能となる。
【００２６】
なお、ポンプ４１の上流側には、図示しない前処理装置を備えていてもよい。前処理装置は、ポンプ４１で取水した海水を砂濾過やＵＦ膜（Ultrafiltration：限外ろ過膜）、ＭＦ膜（Microfiltration：精密ろ過膜）、カートリッジフィルターなどによって処理する装置である。前処理装置により、海水から濁質を除去し、ＲＯ膜モジュール１に適合する水質の海水を得ることができる。必要により、ｐＨの調整手段や塩素添加装置などを付け加えることも可能である。
【００２７】
（逆浸透膜モジュール）
逆浸透膜モジュール１は、高圧ポンプ３によって所定の圧力に昇圧された海水から逆浸透膜を介して淡水を分離および回収し、濃縮された海水である濃縮塩水を排出する。こうしてＲＯ膜モジュール１のＲＯ膜を透過した淡水（例えば、塩分含量１５０ｐｐｍｗ未満）を得ることができる。
【００２８】
分離された淡水は、例えば、図示しない水貯留タンクに送られる。水貯留タンクに貯留された水は、必要により次の精製工程等に送られて生産水となる。
【００２９】
なお、逆浸透（ＲＯ）膜および後述する正浸透（ＦＯ）膜の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、図１では、正浸透膜として平膜を簡略化して描いているが、特にこのような形状に限定されるものではない。正浸透膜の材質としては、特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース、ポリアミドまたはポリスルホンが挙げられる。
【００３０】
また、ＲＯ膜モジュールおよびＦＯ膜モジュールの形態としては、特に限定されないが、中空糸膜を用いる場合は、中空糸膜をストレート配置した軸流型モジュールや、中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、平膜を積み重ねた積層型モジュールや、平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。
【００３１】
（第１エネルギー回収装置）
本実施形態において、第１エネルギー回収装置（第１ＥＲＤ）は、動力伝達式のエネルギー回収装置であり、ターボチャージャー５１１を含む。
【００３２】
ＲＯ膜モジュール１から排出される濃縮塩水の圧力は、高圧ポンプ３によって昇圧された所定の圧力よりは低くなるものの、高い圧力エネルギーを有している。このため、濃縮塩水をターボチャージャー５１１（動力圧力伝達式ＥＲＤ）の一方側（濃縮塩水側）へ送ることで、濃縮塩水から海水へ（ターボチャージャーの濃縮塩水側から他方の海水側へ）動力としてエネルギーを伝達することができる。
【００３３】
これにより、ターボチャージャー５１１によって海水を昇圧させることができる。したがって、第１ＥＲＤによって、濃縮塩水の圧力エネルギーを利用し、高圧ポンプの消費動力を低減させることが可能となる。
【００３４】
なお、機械式ＥＲＤの一種である圧力伝達式ＥＲＤは、一般に動力伝達式ＥＲＤよりも変換ロスが小さくエネルギー回収効率に優れている。しかし、ＲＯ膜モジュールから排出された濃縮塩水の圧力を圧力伝達式ＥＲＤで海水に伝達する場合、高圧ポンプを通過する流路とは別の流路の海水を圧力伝達式ＥＲＤで昇圧する。そして、圧力伝達式ＥＲＤで昇圧された海水は、特許文献１および特許文献３（図２等）に開示されるように、さらにブースターポンプを用いて高圧ポンプから出た海水と同じ圧力まで昇圧する必要がある。
【００３５】
これに対して、動力伝達式ＥＲＤは、電気式ＥＲＤよりもエネルギー回収効率が高く、また、圧力伝達式ＥＲＤよりＥＲＤ自体のエネルギー回収効率は低いものの、圧力伝達式ＥＲＤのようにブースターポンプは必要ないといった利点がある。
【００３６】
また、一般に、ターボチャージャーは、高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車などに比べて、処理可能な流量範囲が広いため、大量処理に適しているという利点がある。
【００３７】
（正浸透膜モジュール）
正浸透膜モジュール２は、正浸透膜で仕切られた第１室２１および第２室２２を有している。ポンプ４２（Ｐ−２）は、濃縮塩水（ドロー溶液）を正浸透膜モジュール２の第２室２２に供給する。一方、ポンプ４３（Ｐ−３）は、淡水（フィード溶液）を正浸透膜モジュール２の第１室２１に供給する。これにより、第２室２２内の濃縮塩水は、正浸透現象により正浸透膜を介して第１室２１側から供給される水によって希釈され、希釈塩水（希釈された濃縮塩水）が第２室２２の流出口から排出される。
【００３８】
このようにして、正浸透膜モジュール２では、濃縮塩水が水によって希釈され、増量された希釈塩水となる。
【００３９】
正浸透膜モジュール２の第２室２２から排出される希釈塩水は、例えば、図示しないタンクに送られ、排水処理を施された後、海洋へ排出される。
【００４０】
なお、逆浸透処理は、人為的に強い圧力を加えることにより、逆に高濃度の処理対象液から低濃度液（水など）側に水を移動させて水を回収する処理であるが、強い圧力を加えるためのエネルギー消費量が多く、正浸透処理よりもエネルギー効率が低い。したがって、本実施形態の造水システムおよび造水方法は、正浸透処理を組み合わせて浸透圧エネルギーも回収しているため、例えば、特許文献１に開示されるように、複数のＲＯ膜モジュールを用いてエネルギー回収効率を高めるシステムよりも、回収効率の点で有利である。
【００４１】
（第２エネルギー回収装置）
本実施形態において、第２エネルギー回収装置（第２ＥＲＤ）は、動力伝達式エネルギー回収装置であり、ターボチャージャー５２１を含む。ターボチャージャー５２１は、ＦＯ膜モジュール２によって希釈塩水のエネルギー（流れ圧力）を動力として回収し、海水に伝達することで、海水を昇圧させることができる。
【００４２】
このように、第１エネルギー回収装置（第１ＥＲＤ）および第２エネルギー回収装置（第２ＥＲＤ）によって、ＲＯ膜モジュールから排出された濃縮塩水の圧力エネルギーだけでなく浸透圧エネルギーも回収することで、濃縮塩水の圧力エネルギーだけを回収する場合よりも、エネルギー回収効率を向上させ、消費電力の削減効果を大きくすることができる。
【００４３】
なお、本明細書において、機械式エネルギー回収装置（機械式ＥＲＤ）とは、塩水のエネルギーを機械的に回収する装置であり、ターボチャージャー、または、高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を用いて、濃縮塩水の圧力エネルギーを動力として回収する動力伝達式ＥＲＤと、濃縮塩水の圧力を直接海水の圧力に変換する圧力伝達式ＥＲＤ（圧力変換装置：Pressure  Exchanger）とを包含する概念である。
【００４４】
すなわち、機械式ＥＲＤは、タービン等を用いて電気としてエネルギーを回収する電気式エネルギー回収装置（電気式ＥＲＤ）とは異なる種類のＥＲＤである。電気式ＥＲＤよりも機械式ＥＲＤの方がエネルギー変換ロスが少ないため、エネルギー回収効率が高い利点がある。したがって、第２ＥＲＤとして、機械式ＥＲＤを採用することにより、従来よりもさらに高圧ポンプ等の消費動力を削減することができる。
【００４５】
ただし、電気式ＥＲＤは、発電した電気を高圧ポンプ等へ配線を介して供給すればよいため、設計の自由度が高いが、機械式ＥＲＤは、特に造水システムの始動時や停止時の操作も考慮すると、システム全体の設計が難しい。本発明は、このような機械式ＥＲＤを用いた場合における設計の困難性を克服して、よりエネルギー回収効率の高いシステムを実現したものである。
【００４６】
また、本実施形態においては、図１に示すように、第１エネルギー回収装置（第１ＥＲＤ）および第２エネルギー回収装置（第２ＥＲＤ）によって、高圧ポンプの下流側に（ＲＯ膜モジュール１まで）エネルギーを伝達（供給）している。すなわち、第１ＥＲＤおよび第２ＥＲＤは、高圧ポンプに供給された後、逆浸透膜モジュールに供給される前の海水を昇圧するように配置されている。
【００４７】
このような配置構成を採用したのは、高圧ポンプの上流側に動力（圧力）を伝達し、高圧ポンプの吸い込み側を高圧にすると、汎用の高圧ポンプを採用することが困難になり、上流側の耐圧性能の高い特別なポンプを用いる必要があり、設備コストが増大するからである。なお、実施形態２または３のように、第１エネルギー回収装置（第１ＥＲＤ）および第２エネルギー回収装置（第２ＥＲＤ）によって、高圧ポンプに直接、動力を伝達（供給）してもよい。
【００４８】
（排出流路）
本実施形態の造水システムは、ターボチャージャー５１１（第１ＥＲＤ）と正浸透膜モジュール２とを接続する流路の途中に、濃縮塩水を一時的に排出するための排出流路６１をさらに備えている。これにより、造水システムが始動された直後から定常状態に至るまでの初期状態において、三方活栓６２を切り替えて、濃縮塩水を排出流路６１から排出することができる。また、フラッシング時の洗浄排水を排出するために使用することもできる。
【００４９】
初期状態では、ＲＯ膜モジュール１内の海水の圧力が低く、十分にＲＯ膜による水の分離が行われないため、ＲＯ膜モジュール１から排出される濃縮塩水は十分に濃縮されておらず、ＦＯ膜モジュール２で十分な浸透圧を発揮する濃度に達していない。このため、初期状態では濃縮塩水を排出流路６１から排出し、濃縮塩水がＲＯ膜モジュールで十分に濃縮されてから、三方活栓６２を切り替えて濃縮塩水をＦＯ膜モジュール２側へ供給する。なお、このとき、ポンプ４２（Ｐ−２）、ポンプ４３（Ｐ−３）は停止し、ＦＯ膜モジュールおよび第２ＥＲＤでのエネルギー損失を低減する。
【００５０】
特に本実施形態のように、ＦＯ膜モジュール２から排出される希釈塩水のエネルギーをターボチャージャーで回収する場合は、後述する実施形態２の水車５２２のように、海水側と希釈塩水側の連動をクラッチで切ることができない。このため、初期状態におけるＦＯ膜モジュールおよび第２ＥＲＤでのエネルギー損失を低減する上で、排出流路６１を設けることが望ましい。
【００５１】
ここで、図２に示す変形例のように、圧力伝達式ＥＲＤ５１（第１ＥＲＤ）と正浸透膜モジュール２とを接続する流路の途中に、濃縮塩水を一時的に貯留するタンク６３を設け、濃縮塩水を一時的に排出するための排出流路６１をタンク６３に接続してもよい。排出流路６１は、バルブ等によって開閉可能な流路である。
【００５２】
なお、排出流路６１の下流側は、例えば、図示しないタンク等に接続され、タンクに貯留された濃縮塩水は、他の排水と混合され、排水処理を施された後、海洋へ排出される。
【００５３】
本実施形態の造水システムおよび造水方法においては、上述したような設計上の工夫により、機械式ＥＲＤを用いた場合における設計の困難性を克服して、よりエネルギー回収効率の高いシステムを構築することができる。これにより、ＲＯ膜モジュールから排出された濃縮塩水の圧力エネルギーおよび浸透圧エネルギーを回収でき、従来よりもエネルギー回収効率が高く、消費電力の削減効果が大きい造水システムおよび造水方法を提供することができる。
【００５４】
また、本実施形態の造水システムでは、第１ＥＲＤのみを備える既存の設備（造水システム）に対して、基本的な構成を変更することなく、ＦＯ膜モジュールおよび第２ＥＲＤ等を付加することで構築することができる点も、一つの大きな利点である。
【００５５】
（実施形態２）
図３に示されるように、本実施形態の造水システムは、第２ＥＲＤがターボチャージャーではなく、高圧ポンプ３の駆動軸（モータ軸）と同軸上に結合された水車５２２を含む装置である点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は、以下に説明する点を除き基本的に実施形態１と同様であるため、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００５６】
水車５２２としては、緩衝水車および反動水車のいずれも用いることができるが、流量調整運転が容易である点で、緩衝水車を用いることが好ましい。例えば、緩衝水車としてペルトン水車を用いた場合、ＥＲＤに要求される出力の変化に応じて、水車に濃縮塩水等を噴射するためのノズルの開度を変更することで、濃縮塩水等の流量を調整することができる。
【００５７】
緩衝水車としては、ペルトン水車以外にも、例えば、ターゴインパルス水車、クロスフロー水車を用いてもよい。これらの中でも、回収効率やメンテナンスの容易性の観点から、ペルトン水車を用いることが好ましい。
【００５８】
なお、高圧ポンプ３と水車５２２との間にクラッチを設けてもよい。これにより、造水システムを始動してから定常状態に至る初期状態において、排出流路６１から濃縮塩水を排出する代わりに、クラッチを切ることで、初期状態においても水車５２２が高圧ポンプ３の負荷とならないようにすることができる。
【００５９】
（実施形態３）
図４に示されるように、本実施形態の造水システムは、第１ＥＲＤが、ターボチャージャーではなく、高圧ポンプ３の駆動軸と同軸上に結合された水車を含む装置である点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は、以下に説明する点を除き基本的に実施形態１と同様であるため、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００６０】
本実施形態においては、第２ＥＲＤにターボチャージャー（５２１ａおよび５２１ｂ）を用いており、ターボチャージャーの希釈塩水側５２１ａは、ターボチャージャーの海水側５２１ｂと連結されている。ここで、ターボチャージャーの海水側５２１ｂが高圧ポンプ３の下流側に配置されている。これにより、汎用の高圧ポンプを採用することが可能となり、耐圧性能の高い特別なポンプを用いるといった設備コストの増大を回避することができる。
【００６１】
なお、本実施形態の造水システムにおいて、ＲＯ膜モジュールによる水の回収率（取り込んだ海水の量に対する生産水の比率）を３０重量％としたとき、消費動力削減率を仮想計算によって求めたところ、ターボチャージャー５２１ａ，５２１ｂがない場合（浸透圧エネルギーの回収を実施しない場合）と比較して、消費動力削減率は１１％であった。なお、計算は、ＦＯの浸透率を６０重量％、水車５１２（第１ＥＲＤ）による動力回収率を８８％、ターボチャージャー５２１ａ，５２１ｂによる動力回収率を８２％、ポンプ効率を８２％、電動機効率を９４％と仮定して実施した。
【００６２】
（実施形態４）
図５に示されるように、本実施形態の造水システムは、さらに、圧力伝達式ＥＲＤ５２３（ＰＸ）を備える点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は、以下に説明する点を除き基本的に実施形態１と同様であるため、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００６３】
本実施形態において、圧力伝達式ＥＲＤ５２３は、ＦＯ膜モジュール２から排出された希釈塩水の流れ圧力の一部を、ポンプ４２（Ｐ−２）の上流側から分岐した流路内の濃縮塩水に圧量として伝達し、ポンプ４２の負荷を低減することができる。
【００６４】
（実施形態５）
図６に示されるように、本実施形態の造水システムは、第２ＥＲＤが動力伝達式エネルギー回収装置ではなく、希釈塩水のエネルギーを圧力として回収し、海水に伝達することで、海水を昇圧させる圧力伝達式エネルギー回収装置である点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は、以下に説明する点を除き基本的に実施形態１と同様であるため、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００６５】
圧力伝達式ＥＲＤ５２３は、一般に動力伝達式ＥＲＤよりも変換ロスが小さくエネルギー回収効率に優れている。したがって、本実施形態においては、システム全体のエネルギー回収効率を高めることができる可能性がある。ただし、圧力伝達式ＥＲＤで昇圧された海水は、さらにブースターポンプ４６（ＢＰ）用いて高圧ポンプから出た海水と同じ圧力まで昇圧する必要がある。このため、システム全体のエネルギー回収効率は、ＥＲＤの回収効率だけでなく、ブースターポンプを設けることによる消費動力の増加も加味して求められる。
【００６６】
また、高圧ポンプ３を通過する流路とは別の流路の海水を圧力伝達式ＥＲＤで昇圧するため、造水システムを始動してから定常状態に至る初期状態においても、動力伝達式ＥＲＤ５２３が高圧ポンプ３の負荷とならない。したがって、本実施形態においては、初期状態において、必ずしも排出流路６１から濃縮塩水を排出する必要はない。
【符号の説明】
【００６７】
１  逆浸透（ＲＯ）膜モジュール、２  正浸透（ＦＯ）膜モジュール、２１  第１室、２２  第２室、３  高圧ポンプ、４１，４２，４３，４４，４５  ポンプ、４６  ブースターポンプ、５１１，５２１  ターボチャージャー、５１２，５２２  水車、５２３  圧力伝達式エネルギー回収装置、６１  排出流路、６２  三方活栓。
【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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【国際調査報告】
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