(57)【要約】  本発明は、海水から塩分を除去して海水を淡水化する海水淡水化システムおよび海水淡水化システム（海水淡水化プラント）に好適に用いられるエネルギー回収装置に関するものである。内部に濃縮海水および海水を収容する空間を有し、長手方向を鉛直に配置した円筒形状のチャンバー（ＣＨ）と、チャンバー（ＣＨ）の下部に設けられ、濃縮海水の給排水を行う濃縮海水ポート（Ｐ１）と、チャンバー（ＣＨ）の上部に設けられ、海水の給排水を行う海水ポート（Ｐ２）と、チャンバー内において濃縮海水ポート側に配置される流れ抵抗器（２３）と、チャンバー内において海水ポート側に配置される流れ抵抗器（２３）とを備え、濃縮海水ポート（Ｐ１）または海水ポート（Ｐ２）と流れ抵抗器（２３）との間に、中央に孔を備えた円板（３０）を配置した。
2014163019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプによって昇圧した海水を逆浸透膜分離装置に通水して淡水と濃縮海水に分離して海水から淡水を生成する海水淡水化システムにおいて前記逆浸透膜分離装置から吐出される濃縮海水の圧力エネルギーを前記海水の圧力エネルギーに変換するエネルギー回収装置であって、
内部に濃縮海水および海水を収容する空間を有し、長手方向を鉛直に配置した円筒形状のチャンバーと、
前記チャンバーの下部に設けられ、濃縮海水の給排水を行う濃縮海水ポートと、
前記チャンバーの上部に設けられ、海水の給排水を行う海水ポートと、
前記チャンバー内において濃縮海水ポート側に配置される流れ抵抗器と、
前記チャンバー内において海水ポート側に配置される流れ抵抗器とを備え、
前記濃縮海水ポートまたは前記海水ポートと前記流れ抵抗器との間に、中央に孔を備えた円板を配置したことを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項２】
前記濃縮海水ポート側および前記海水ポート側に配置される流れ抵抗器は、少なくとも１枚の多孔板または線材を編み込んだ少なくとも１枚のメッシュ板からなることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回収装置。
【請求項３】
前記濃縮海水ポート側および前記海水ポート側に配置される流れ抵抗器は、互いに離間して配置された２つの多孔板又はメッシュ板であって、第１多孔板又は第１メッシュ板と、該第１多孔板又は第１メッシュ板より前記ポート側から離間して配置された第２多孔板又は第２メッシュ板とからなることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回収装置。
【請求項４】
前記濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、前記円筒形状のチャンバーの軸心より半径方向に離間した位置にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置。
【請求項５】
前記中央に孔を備えた円板の孔の面積は、濃縮海水ポートまたは海水ポートの面積のいずれか小さい方の面積と等しいかそれ以上の面積を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置。
【請求項６】
前記円板は、前記中央にある孔の周囲に複数の孔を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置。
【請求項７】
前記濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、前記円筒形状のチャンバーの開口端を閉塞する端板に設けられるか、又は前記チャンバーの円筒状の外側面に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置。
【請求項８】
前記濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、給水用のポートと排水用のポートからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置。
【請求項９】
ポンプによって昇圧した海水を逆浸透膜分離装置に通水して淡水と濃縮海水に分離して海水から淡水を生成する海水淡水化システムにおいて、
前記逆浸透膜分離装置から吐出される濃縮海水の圧力エネルギーを前記海水の圧力エネルギーに利用変換する請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置を備えたことを特徴とする海水淡水化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水から塩分を除去して海水を淡水化する海水淡水化システムおよび海水淡水化システム（海水淡水化プラント）に好適に用いられるエネルギー回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水を淡水化するシステムとして、海水を逆浸透膜分離装置に通水して脱塩する海水淡水化システムが知られている。この海水淡水化システムにおいては、取水された海水は、前処理装置により一定水質の条件に整えられたのち、高圧ポンプにより加圧され、逆浸透膜分離装置へと圧送され、逆浸透膜分離装置内の高圧海水の一部は、浸透圧に打ち勝って逆浸透膜を通過し、塩分が除去された淡水として取り出される。その他の海水は、塩濃度が高くなり濃縮された状態で逆浸透膜分離装置から濃縮海水（ブライン）として排出される。ここで、海水淡水化システムにおける最大の運転コストは電力費であり、前処理後の海水を浸透圧に打ち勝てる圧力即ち逆浸透圧まで上昇させるためのエネルギー、つまり高圧ポンプによる加圧エネルギーに大きく依存する。【０００３】
すなわち、海水淡水化プラントにおける電力費の半分以上は、高圧ポンプによる加圧に費やされることが多い。従って、逆浸透膜分離装置から排出される高塩濃度で高圧の濃縮海水が保有する圧力エネルギーを、海水の一部を昇圧するのに利用することが行われている。そして、逆浸透膜分離装置から吐出される濃縮海水の圧力エネルギーを海水の一部を昇圧するのに利用する手段として、円筒の筒内に移動可能に嵌装されたピストンによって円筒の内部を２つの空間に分離し、２つの空間の一方に濃縮海水の出入りを行う濃縮海水ポートを設け、もう一方に海水の出入りを行う海水ポートを設けたエネルギー回収チャンバーを利用することが行われている。【０００４】
図１６は、従来の海水淡水化システムの構成例を示す模式図である。図１６に示すように、取水ポンプ（図示しない）により取水された海水は、前処理装置により浮遊物等が除去されて所定の水質条件に整えられたのち、海水供給ライン１を介してモータＭが直結された高圧ポンプ２へ供給される。高圧ポンプ２で昇圧された海水は吐出ライン３を介して逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えた逆浸透膜分離装置４に供給される。逆浸透膜分離装置４は、海水を塩濃度の高い濃縮海水と塩濃度の低い淡水に分離し海水から淡水を得る。この時、塩濃度の高い濃縮海水が逆浸透膜分離装置４から排出されるが、この濃縮海水は依然高い圧力を有している。逆浸透膜分離装置４から濃縮海水を排出する濃縮海水ライン５は、制御弁６を介してエネルギー回収チャンバー１０の濃縮海水ポートＰ１へ接続している。前処理された低圧の海水を供給する海水供給ライン１は、高圧ポンプ２の上流で分岐してバルブ７を介してエネルギー回収チャンバー１０の海水ポートＰ２へ接続している。エネルギー回収チャンバー１０は、内部にピストン１６を備え、ピストン１６はエネルギー回収チャンバー１０内を二つの容積室に分離しながら移動可能に嵌装されている。【０００５】
エネルギー回収チャンバー１０において濃縮海水の圧力を利用して昇圧された海水は、バルブ７を介してブースターポンプ８に供給される。制御弁６，バルブ７，エネルギー回収チャンバー１０によってエネルギー回収装置１１を構成している。そして、ブースターポンプ８によって海水は高圧ポンプ２の吐出ライン３と同じレベルの圧力になるようにさらに昇圧され、昇圧された海水はバルブ９を介して高圧ポンプ２の吐出ライン３に合流して逆浸透膜分離装置４に供給される。【０００６】
図１７は、図１６に示すエネルギー回収装置の構成機器である制御弁６，エネルギー回収チャンバー１０，バルブ７をそれぞれ２個備えた従来の海水淡水化システムの構成例を示す模式図である。図１７に示すように、エネルギー回収装置１１が２個のエネルギー回収チャンバー１０，１０を備えることにより、２つのエネルギー交換チャンバー１０，１０の何れか一方へ濃縮海水を供給し同時にもう一方のエネルギー交換チャンバーから濃縮海水を排水するように動作する。したがって、低圧海水の吸込みと、高圧海水の押し出しを交互に行うことにより装置からは常に（連続して）高圧の海水が排出することができるので、逆浸透膜分離装置４へ供給される海水の流量を一定にし、逆浸透膜分離装置４から得る淡水を一定流量で得ることができる。【０００７】
上述した従来のエネルギー回収チャンバーにおいては、エネルギー回収チャンバー内のピストンはシリンダ内壁と摺動することになり、ピストンの摺動部材が摩耗するので定期的な交換が必要であり、また長尺のチャンバーの内径をピストンの外形に合わせて精度よく加工する必要があり、加工コストが非常に高価であった。
そのため、本件出願人は、特許文献１において円筒形長尺のチャンバーをエネルギー交換チャンバーとし、チャンバー内に逆浸透膜（ＲＯ膜）から排出される高圧の濃縮海水と海水とを導入し、濃縮海水で直接海水を加圧する方式を採用することにより、ピストンの無い形態のエネルギー回収チャンバーを提案した。【０００８】
図１８は、ピストンが無い形態のエネルギー回収チャンバー１０を示す断面図である。図１８に示すように、エネルギー回収チャンバー１０は、長尺の円筒形状のチャンバー本体１１と、チャンバー本体１１の両開口端を閉塞する端板１２を備えている。チャンバー本体１１内にはチャンバーＣＨが形成され、一方の端板１２の位置に濃縮海水ポートＰ１が形成され、他方の端板１２の位置に海水ポートＰ２が形成されている。濃縮海水ポートＰ１および海水ポートＰ２は円筒形状のチャンバー本体１１の中心軸上に配置されている。チャンバーＣＨの内径はφＤ、濃縮海水ポートＰ１および海水ポートＰ２の内径はφｄに設定されている。【０００９】
エネルギー回収チャンバー１０は縦置きに設置されている。濃縮海水と海水の比重差の影響を考慮し、チャンバーＣＨを縦配置とし、比重の重い濃縮海水のポートＰ１を下側に、比重の軽い海水のポートＰ２を上に配置にしている。すなわち、長尺の円筒形状のチャンバー本体１１は、チャンバーの長手方向（軸方向）が垂直方向に配置されており、濃縮海水ポートＰ１はチャンバーＣＨの下側で濃縮海水を給排水するようにチャンバーの下側に設けられ、海水ポートＰ２はチャンバーＣＨの上側で海水を給排水するようにチャンバーの上側に設けられている。チャンバーＣＨの全長はＬであり、チャンバーＣＨ内には、濃縮海水ポートＰ１から軸方向にＬ１だけ離間した位置に流れ抵抗器１３を配置し、海水ポートＰ２から軸方向にＬ１だけ離間した位置に流れ抵抗器１３を配置している。流れ抵抗器１３は、１枚の多孔板から構成されている。【００１０】
図１８に示すエネルギー回収チャンバー１０においては、小径の各ポートＰ１，Ｐ２から流入し、中央部が大きな速度分布を有する流体の流れを流れ抵抗器１３によってチャンバーＣＨの直径方向に分散させて、チャンバーの断面で均一な流れに整流することにより、海水と濃縮海水の界面が水平に維持された状態で二流体を押し引きすることで、チャンバー内において塩濃度の異なる海水と濃縮海水との混合を少ない状態に維持しながらエネルギー伝達を行うものである。【００１１】
図１９は、図１８における各ポート近傍に配置した流れ抵抗器として所定の距離だけ離間した２枚の多孔板を各ポートの近傍に配置したエネルギー回収チャンバー１０を示す断面図である。図１９に示すように、チャンバーＣＨ内には、濃縮海水ポートＰ１から軸方向にＬ１だけ離間した位置に第１多孔板１４を配置し、さらに第１多孔板１４から軸方向にＬ２だけ離間した位置に第２多孔板１５を配置している。同様に、海水ポートＰ２から軸方向にＬ１だけ離間した位置に第１多孔板１４を配置し、さらに第１多孔板１４から軸方向にＬ２だけ離間した位置に第２多孔板１５を配置している。２枚の多孔板１４，１５は流れ抵抗器１３を構成している。
図１９に示すエネルギー回収チャンバー１０のその他の構成は、図１８に示すエネルギー回収チャンバー１０の構成と同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１２−２３２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１９に示すエネルギー回収チャンバー１０においては、小径の各ポートＰ１，Ｐ２から流体がチャンバーＣＨに流入すると、中央部が高速の速度分布の流れとなり、チャンバーの断面において速度差を有する流れを第１多孔板１４によってチャンバー外周に広がるように分散し、さらにＬ２の区間を流れた後、第２多孔板１５によって、さらにチャンバーの断面において均一な流れになるように分散、整流する。【００１４】
ここで「均一な流れ」とは、チャンバー内のある水平断面での流速と方向が一様であることを意味する。チャンバー内のある水平断面内の流速（スカラー）と方向（ベクトル）が水平断面内のどの位置においても同一に分布していることを完全に均一流れという。すなわち、図２０に示すように、水平断面内の任意の点Ｐｎ、Ｐｍにおける流れは、流れの大きさがそれぞれＶｎ，Ｖｍである矢印で示される。この場合、矢印と水平断面上の補助線Ｘ，Ｙ（ＸとＹは直交している）とのなす角度（α、β）が同一である（αｎ＝αｍ、βｎ＝βｍ）とき点Ｐｎ、Ｐｍにおける流れは均一な流れであり、水平断面内のどの位置においても角度α、βが同一であるとき完全に均一な流れとする。このような状態により近いことをここでは均一な流れとする。ここで、水平断面内の外周には円筒状のチャンバー壁が垂直な壁面として存在するため、角度α、βはともに直角になるほど均一な流れとなる。【００１５】
小径の各ポートＰ１，Ｐ２から流体がチャンバーＣＨに流入すると、その近傍のチャンバーの水平断面では中央部が高速で、外周部が低速な流れとなるが、この中央部の流れを低速に、外周部の流れを高速に均すことで、水平面内における速度分布の分散を小さくすることを「均一な流れにする」「均一化作用」という。また、「整流」とは流速の分布を変化させることを指し、整流して流速の分布を変化させた結果、均一な流れになることを「整流して均一化する」という。【００１６】
海水と濃縮海水の押し引きとは、濃縮海水で海水を昇圧しながらチャンバーから押し出し（押し）、その後、バルブ６を切り換えて海水で濃縮海水を引き込んで排出（引き）する動作を指す。図１８および図１９において、海水と濃縮水は流れ抵抗器１３の間のＬａで示す長さのチャンバー空間内に海水と濃縮海水が接触する二流体の境界部が形成される。そして、海水と濃縮海水の押し引きによって、この境界部がＬａ内を往復し、海水が濃縮海水ポートＰ１から排出されず、濃縮海水が海水ポートＰ２から排出されないように制御される。チャンバーを縦置きとし、チャンバー下側が濃縮海水、上側が海水となるように構成する場合には、海水と濃縮海水の押し引きとは、海水の押し上げ、濃縮海水の押し下げと同じ意味になる。
海水と濃縮海水の押し引きによって境界部の混合が促進されるが、境界部の上下にある海水と濃縮海水の流れをチャンバー内のＬａの領域で均一な流れにすることで、流れの不均一性によって境界面が乱流拡散して混合する現象が抑制されると同時に、境界部を水平に維持することにより仮想的なピストンのように押し引きすることができる。【００１７】
従来のエネルギー回収チャンバーにおいては、図１８および図１９に示すように、濃縮海水ポートＰ１および海水ポートＰ２の中心を、それぞれチャンバーＣＨの軸心と同じ位置に配置するとともに、濃縮海水ポートＰ１は鉛直上向きに、海水ポートＰ２は鉛直下向きに流入する向きとしていた。
しかしながら、実際の装置においては、装置の高さや配置の制約から、ポートの位置を変更しなければならず、図２１に示すように海水の給水と排水とを別々のポートとし、すなわち海水流入ポートＰ２ＩＮと海水流出ポートＰ２ＯＵＴとし、それぞれチャンバー中心から半径方向に離間した位置に配置したところ、チャンバー内部の混合（ミキシング）が予測よりはるかに大きな割合となった。
図２１に示すようにポート位置を中心から離間させた解析モデルによって解析を行ったところ、偏ったポートから給排水するとチャンバーの断面で流れが均一にならず、速度分布が不均一になることがわかった。【００１８】
図２２は、海水ポートをチャンバー軸心から半径方向に離間させたポート配置とし、海水流入ポートＰ２ＩＮから海水を流入させた場合の流れ解析の結果を示す図である。図２２においては海水流出ポートＰ２ＯＵＴは図示を省略している。図中の矢印は流れの速度を矢印の長さで、流れの向きを矢印の向きで示している。海水流入ポートＰ２ＩＮからチャンバーＣＨに流入した流れは、ポート付近の流速が速い状態で第１多孔板１４に衝突するように流れ、第１多孔板１４を通過する流れと同時に、第１多孔板１４を通過しきれない流れがポートを配置した左側から右側に水平方向に第１多孔板１４に沿ってチャンバー側面側へ向かう流れが生じる。そして、左側のチャンバー側面側で第１多孔板１４を通過する流れが生じ、第１多孔板１４と第２多孔板１５の空間で流れが２つに分離するような流れとなってしまう。そして、第２多孔板１５からはチャンバー内壁側に近い方の速度分布が高く、中央部の速度分布が低い状態となり、第２多孔板１５から所定の距離だけ離れたＡ−Ａ断面において、面内で不均一な流れとなってしまう。
このような状態の流れが生じると、チャンバー中央部の速度分布が低い中央部に濃縮海水が多く残る形となり、海水排水時に中央部の濃縮海水を排水してしまい、結果として塩濃度の高い海水が排出される。【００１９】
本発明は、上記問題点に鑑み、チャンバーの濃縮海水ポート側および海水ポート側にそれぞれ流れ抵抗器を配置した構成であって、濃縮海水ポート及び／又は海水ポートがチャンバーの中心軸上に配置されていない場合でも、流れ抵抗器による流体の流れを均一化する整流効果によって２流体の接触する境界部での混合を抑制しながら、高圧の濃縮海水から海水へ圧力伝達を行うこと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】
【００２０】
上述の目的を達成するため、本発明のエネルギー回収装置は、ポンプによって昇圧した海水を逆浸透膜分離装置に通水して淡水と濃縮海水に分離して海水から淡水を生成する海水淡水化システムにおいて前記逆浸透膜分離装置から吐出される濃縮海水の圧力エネルギーを前記海水の圧力エネルギーに変換するエネルギー回収装置であって、内部に濃縮海水および海水を収容する空間を有し、長手方向を鉛直に配置した円筒形状のチャンバーと、前記チャンバーの下部に設けられ、濃縮海水の給排水を行う濃縮海水ポートと、前記チャンバーの上部に設けられ、海水の給排水を行う海水ポートと、前記チャンバー内において濃縮海水ポート側に配置される流れ抵抗器と、前記チャンバー内において海水ポート側に配置される流れ抵抗器とを備え、前記濃縮海水ポートまたは前記海水ポートと前記流れ抵抗器との間に、中央に孔を備えた円板を配置したことを特徴とする。【００２１】
本発明によれば、チャンバーの下部に設けられた濃縮海水ポートから濃縮海水をチャンバー内へ給排水し、チャンバーの上部に設けられた海水ポートから海水をチャンバー内へ給排水する。この場合、海水ポートと濃縮海水ポートがチャンバーの軸心になくても、チャンバーに流入した流れを、中央に孔を備えた円板の孔から流れ抵抗器の中央部に流れるようにしたため、流れ抵抗器の上流の中央部から偏りなくチャンバー全体に流れを分散し、流れ抵抗器の下流の流れをより均一に整流することができる。流れ抵抗器で整流された濃縮海水と海水は比重の差から境界部が形成され、濃縮海水は海水を押し上げ、濃縮海水と海水を上下に分離しつつ２流体の接触する境界部での混合を抑制しながら、高圧の濃縮海水から海水へ圧力伝達を行うことができる。【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、前記濃縮海水ポート側および前記海水ポート側に配置される流れ抵抗器は、少なくとも１枚の多孔板または線材を編み込んだ少なくとも１枚のメッシュ板からなることを特徴とする。
本発明によれば、流れ抵抗器を少なくとも１枚の多孔板又はメッシュ板で構成することにより、チャンバー内において多孔板又はメッシュ板の上流の流れに適切な流れ抵抗を与えることで、多孔板又はメッシュ板の下流の流れをチャンバー全体に均一になるように整流することができる。【００２３】
本発明の好ましい態様によれば、前記濃縮海水ポート側および前記海水ポート側に配置される流れ抵抗器は、互いに離間して配置された２つの多孔板又はメッシュ板であって、第１多孔板又は第１メッシュ板と、該第１多孔板又は第１メッシュ板より前記ポート側から離間して配置された第２多孔板又は第２メッシュ板とからなることを特徴とする。
本発明によれば、流れ抵抗器として、第１多孔板（第１メッシュ板）と第２多孔板（第２メッシュ板）の配置位置、小孔径、小孔の距離（ピッチ）、開口率を調整することができ、流れの均一化作用を調整する自由度が上がり、均一化作用を高めることができる。【００２４】
本発明の好ましい態様によれば、前記濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、前記円筒形状のチャンバーの軸心より半径方向に離間した位置にあることを特徴とする。
本発明によれば、濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、前記円筒形状のチャンバーの軸心より半径方向に離間した位置としたので、装置の高さや配置の制約なく又設計の制約なく、濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの取り付け位置、向きを任意の位置に配置するように装置を構成することができる。【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、前記中央に孔を備えた円板の孔の面積は、濃縮海水ポートまたは海水ポートの面積のいずれか小さい方の面積と等しいかそれ以上の面積を有することを特徴とする。
本発明によれば、中央に孔を備えた円板の孔の面積は、濃縮海水ポートまたは海水ポートの面積のいずれか小さい方の面積と等しいかそれ以上の面積を有するようにしたので、中央部に孔を備えた円板の孔を通過する流体の流速を、濃縮海水ポートまたは海水ポートから流入する流体の流速より低くすることができ、後段の流れ抵抗器でのチャンバー断面内の流体の速度差が小さくなるので、流れ抵抗器による流れ均一化作用を高めることができる。【００２６】
本発明の好ましい態様によれば、前記円板は、前記中央にある孔の周囲に複数の孔を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、外周部に設けた小径の孔によって、本円板を通過する流体の流れは実質的に中央の孔から流れるようにしながら、外周側にも僅かに流れを形成することで、流れ抵抗器への流体の流れをより均一化することができる。また、外周部に小径の孔を設けることで、本円板の上流と下流の圧力差により円板にかかる力が小さくできるので、流れによる板の変形を小さくすることができる。【００２７】
本発明の好ましい態様によれば、前記濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、前記円筒形状のチャンバーの開口端を閉塞する端板に設けられるか、又は前記チャンバーの円筒状の外側面に設けられることを特徴とする。
本発明によれば、濃縮海水ポートおよび海水ポートの少なくとも一方は、円筒形状のチャンバーの開口端を閉塞する端板に設けられるか、又はチャンバーの円筒状の外側面に設けるようにしたので、装置の高さや配置の制約なく又設計の制約なく、濃縮海水ポートおよび海水ポートの取り付け位置、向きを任意の位置に配置するように装置を構成することができる。【００２８】
本発明の好ましい態様によれば、前記濃縮海水ポートおよび前記海水ポートの少なくとも一方は、給水用のポートと排水用のポートからなることを特徴とする。
本発明によれば、濃縮海水ポートおよび海水ポートの少なくとも一方は、給水用のポートと排水用のポートからなるので、濃縮海水ポートまたは海水ポートとして給排水を別々にすることが可能であり、ポートの配置の設計自由度を増すことができる。【００２９】
本発明の第２の態様は、ポンプによって昇圧した海水を逆浸透膜分離装置に通水して淡水と濃縮海水に分離して海水から淡水を生成する海水淡水化システムにおいて、前記逆浸透膜分離装置から吐出される濃縮海水の圧力エネルギーを前記海水の圧力エネルギーに利用変換する請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエネルギー回収装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、逆浸透膜分離装置から排出される高圧の濃縮水の圧力エネルギーを海水に直接伝達することができるとともに、濃縮水と海水の押し引き時に２つの流体が混合することが抑制されるので、エネルギー回収装置から塩濃度の高い海水が排出されることがなく、ひいては逆浸透圧分離装置への海水供給圧力を高くすることなくシステムを運転することができるので、システムの運転に要する電力を削減することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
１）濃縮海水ポート及び／又は海水ポートがチャンバーの中心軸上に配置されていない場合でも、ポートから流入した流体が中央に孔を備えた円板により流れ抵抗器の中央部に向かって流れ、流れ抵抗器による流体の流れを均一化する整流効果によって２流体の接触する境界部での混合を抑制しながら、高圧の濃縮海水から海水へ圧力伝達を行うことができる。
２）チャンバー内での乱流拡散による濃縮海水と海水の混合を抑制でき、濃度の高い海水を逆浸透膜分離装置に送ってしまうことがないので、逆浸透膜分離装置の性能を十分に発揮することができるとともに、逆浸透膜自体の交換周期を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の海水淡水化システムの構成例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す海水淡水化システムに適用される本発明のエネルギー回収チャンバーの概略断面図である。
【図３】図３は、流れ抵抗器の一例を示す図であり、１枚の多孔板からなる流れ抵抗器を示す平面図である。
【図４】図４は、別の流れ抵抗器の一例を示す図であり、１枚のメッシュ板からなる流れ抵抗器を示す平面図である。
【図５】図５は、図２に示すように流れ抵抗器と海水ポートの間に、チャンバーの内径と等しい外径を有し、中央に孔が形成された孔付き円板を水平に配置した場合の海水ポート近傍の流れ解析結果を示す図である。
【図６】図６は、図２の濃縮海水ポートをチャンバー側面に設けたエネルギー回収チャンバーを示す概略断面図である。
【図７】図７は、図６に示すように濃縮海水ポートをチャンバー側面に設けた場合の濃縮海水ポート近傍の流れ解析の結果を示す図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るエネルギー回収装置のエネルギー回収チャンバーを示す概略断面図である。
【図９】図９は、図８の構成のエネルギー回収チャンバーにおける海水ポート近傍の流れ解析を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係るエネルギー回収装置のエネルギー回収チャンバーを示す概略断面図である。
【図１１】図１１は、各ポートと流れ抵抗器との間に配置する中心に孔を空けた孔付き円板の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、各ポートと流れ抵抗器との間に配置する中心に孔を空けた孔付き円板の変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、各ポートと流れ抵抗器との間に配置する中心に孔を空けた孔付き円板の変形例を示す図である。
【図１４】図１４は、各ポートと流れ抵抗器との間に配置する中心に孔を空けた孔付き円板の変形例を示す図である。
【図１５】図１５は、円板の中央に円形の孔を有することに加え、孔の外周側に小径の孔を放射状に配置した孔付き円板を示す図である。
【図１６】図１６は、従来の海水淡水化システムの構成例を示す模式図である。
【図１７】図１７は、図１６に示すエネルギー回収装置の構成機器である切換弁，エネルギー回収チャンバー，バルブをそれぞれ２個備えた従来の海水淡水化システムの構成例を示す模式図である。
【図１８】図１８は、ピストンが無い形態のエネルギー回収チャンバーを示す断面図である。
【図１９】図１９は、図１８における各ポート近傍に配置した流れ抵抗器として所定の距離だけ離間した２枚の多孔板を各ポートの近傍に配置したエネルギー回収チャンバーを示す断面図である。
【図２０】図２０は、チャンバー内の水平断面上の点Ｐｎ、Ｐｍにおける流れの均一性を示す図である。
【図２１】図２１は、海水ポートを海水流入ポートと海水流出ポートとし、それぞれチャンバー中心から半径方向に離間した位置に配置したエネルギー回収チャンバーを示す断面図である。
【図２２】図２２は、海水ポートをチャンバー軸心から半径方向に離間させたポート配置とし、海水流入ポートＰ２ＩＮから海水を流入させた場合の流れ解析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るエネルギー回収装置の実施形態を図１乃至図１５を参照して説明する。図１乃至図１５において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３３】
図１は、本発明の海水淡水化システムの構成例を示す模式図である。図１に示すように、取水ポンプ（図示しない）により取水された海水は、前処理装置により前処理されて所定の水質条件に整えられたのち、海水供給ライン１を介してモータＭが直結された高圧ポンプ２へ供給される。高圧ポンプ２で昇圧された海水は吐出ライン３を介して逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えた逆浸透膜分離装置４に供給される。逆浸透膜分離装置４は、海水を塩濃度の高い濃縮海水と塩濃度の低い淡水に分離し、海水から淡水を得る。この時、塩濃度の高い濃縮海水が逆浸透膜分離装置４から排出されるが、この濃縮海水は依然高い圧力を有している。逆浸透膜分離装置４から濃縮海水を排出する濃縮海水ライン５は、制御弁６を介してエネルギー回収チャンバー２０の濃縮海水ポートＰ１へ接続している。前処理された低圧の海水を供給する海水供給ライン１は、高圧ポンプ２の上流で分岐してバルブ７を介してエネルギー回収チャンバー２０の海水ポートＰ２へ接続している。エネルギー回収チャンバー２０は、濃縮海水と海水の境界領域によって二流体を分離しながらエネルギー伝達を行うものである。
【００３４】
エネルギー回収チャンバー２０において濃縮海水の圧力を利用して昇圧された海水は、バルブ７を介してブースターポンプ８に供給される。そして、ブースターポンプ８によって海水は高圧ポンプ２の吐出ライン３と同じレベルの圧力になるようにさらに昇圧され、昇圧された海水はバルブ９を介して高圧ポンプ２の吐出ライン３に合流して逆浸透膜分離装置４に供給される。一方、海水を昇圧してエネルギーを失った濃縮海水は、エネルギー回収チャンバー２０から制御弁６を介して濃縮海水排出ライン１７に排出される。
高圧ポンプ２の吐出ライン３の圧力が例えば６．５ＭＰａとすると、逆浸透膜分離装置４のＲＯ膜モジュールの圧力損失で僅かに圧力が低下し６．４ＭＰａの濃縮海水が逆浸透膜分離装置４から排出される。この濃縮海水の圧力を海水に作用すると海水が等圧（６．４ＭＰａ）に昇圧されるが、エネルギー回収装置を流れる際にエネルギー回収装置自体の圧力損失分が低下し、例えば６．３ＭＰａの海水がエネルギー回収装置から排出される。ブースターポンプ８は６．３ＭＰａの海水を６．５ＭＰａの圧力に僅かに昇圧して高圧ポンプ２の吐出ライン３に合流して逆浸透膜分離装置４に供給される。ブースターポンプ８はこのように僅かな圧力損失分を昇圧するだけでよく、ここで消費されるエネルギーは僅かである。
【００３５】
逆浸透膜分離装置４に１０割の量の海水を供給した場合、淡水が得られる割合は４割程度である。他の６割が濃縮海水として逆浸透膜分離装置４から排出されるが、この６割の濃縮海水の圧力をエネルギー回収装置によって海水に圧力伝達して排出することで、ブースターポンプの僅かな消費エネルギーで高圧ポンプ相当量の海水を得ることができる。このため、エネルギー回収装置が無い場合に対して同じ量の淡水を得るための高圧ポンプのエネルギーをほぼ半分にすることができる。
【００３６】
図２は、図１に示す海水淡水化システムに適用される本発明のエネルギー回収チャンバーの概略断面図である。図２に示すように、エネルギー回収チャンバー２０は、長尺の円筒形状のチャンバー本体２１と、チャンバー本体２１の両開口端を閉塞する端板２２を備えている。チャンバー本体２１内にはチャンバーＣＨが形成され、一方の端板２２の位置に濃縮海水ポートＰ１が形成され、他方の端板２２の位置に海水流入ポートＰ２ＩＮおよび海水流出ポートＰ２ＯＵＴが形成されている。濃縮海水ポートＰ１は円筒形状のチャンバー本体２１の中心軸上に配置されているが、海水流入ポートＰ２ＩＮおよび海水流出ポートＰ２ＯＵＴはチャンバー本体２１の中心軸からずれた位置に配置されている。すなわち、海水ポートＰ２ＩＮおよび海水流出ポートＰ２ＯＵＴは、それぞれチャンバー本体２１の中心軸から距離ｌ１，ｌ２だけずれている。なお、ｌ１＝ｌ２であってもよい。
【００３７】
エネルギー回収チャンバー２０は縦置きに設置されている。濃縮海水と海水の比重差の影響を考慮し、チャンバーＣＨを縦配置とし、比重の重い濃縮海水のポートＰ１を下側に、比重の軽い海水のポートＰ２ＩＮ，Ｐ２ＯＵＴを上に配置にしている。すなわち、長尺の円筒形状のチャンバー本体２１は、チャンバーの長手方向（軸方向）が垂直方向に配置されており、濃縮海水ポートＰ１はチャンバーＣＨの下側で濃縮海水を給排水するようにチャンバーの下側に設けられ、海水流入ポートＰ２ＩＮおよび海水流出ポートＰ２ＯＵＴはチャンバーＣＨの上側で海水を給排水するようにチャンバーの上側に設けられている。チャンバーＣＨの全長はＬであり、チャンバーＣＨ内には、濃縮海水ポートＰ１から軸方向にＬ１だけ離間した位置に流れ抵抗器２３を配置している。
【００３８】
また、チャンバーＣＨ内には、海水ポートＰ２ＩＮおよびＰ２ＯＵＴから軸方向にＬｐだけ離間した位置に孔付き円板３０が配置されている。孔付き円板３０は、チャンバーＣＨの内径（φＤ）と同一の外径を有し、中心に直径（φｄｐ）の円形孔３０ｈを有している。そして、チャンバーＣＨ内には、孔付き円板３０から軸方向にＬ１だけ離間した位置に流れ抵抗器２３を配置している。流れ抵抗器２３は、１枚の多孔板から構成されている。
孔付き円板３０により、海水流入ポートＰ２ＩＮからチャンバーＣＨに流入した流れは、孔付き円板３０の中央の孔３０ｈから流れ抵抗器２３に流れるようになるため、海水ポートＰ２をチャンバーの軸心に配置し、鉛直下向きに向かう流れとなる図１８に示す海水側ポートとほぼ同じ流れとなり、同様の作用・効果を得ることができる。
【００３９】
図３は、流れ抵抗器の一例を示す図であり、１枚の多孔板からなる流れ抵抗器２３を示す平面図である。図３に示すように、流れ抵抗器２３は、チャンバーＣＨの内径と等しい外径（φＤ）に複数の小径（φｄｋ）の孔２３ｈを形成した円板である多孔板から構成されている。小径の孔２３ｈは円板全体に均等な配置で形成されている。多孔板からなる流れ抵抗器２３は、チャンバーＣＨ内において本円板の上流の流れに適切な流れ抵抗を与えることで、本円板の下流の流れをチャンバー全体に均一になるように整流する機能を有する。
【００４０】
図４は、別の流れ抵抗器の一例を示す図であり、１枚のメッシュ板からなる流れ抵抗器２３を示す平面図である。図４に示すように、流れ抵抗器２３は、線材を編み込んで円板状に形成したメッシュ板から構成されている。メッシュ板はチャンバーＣＨの内径と等しい外径（φＤ）の円板である。線材は金属や樹脂からなり、線径、線の編み込みのピッチ、すなわちメッシュの粗さを適切に構成したもので、メッシュ板からなる流れ抵抗器２３は、多孔板と同様に、本メッシュ板の上流の流れに適度な抵抗を与え、本メッシュ板の下流の流れをチャンバー全体に均一になるように整流する機能を有する。
その他、流れ抵抗器としては、スポンジのような多孔質の素材などでもよく、厚さが板のように薄いものでなくブロック状のものでもよく、流れに所望の抵抗を与えるものであって、流れ均一化作用が得られるように工夫されたものであればよい。
【００４１】
図５は、図２に示すように流れ抵抗器２３と海水ポートＰ２ＩＮ，Ｐ２ＯＵＴの間に、チャンバーの内径（φＤ）と等しい外径を有し、中央にφｄｐの孔が形成された孔付き円板３０を水平に配置した場合の海水ポート近傍の流れ解析結果を示す図である。図５においては海水流出ポートＰ２ＯＵＴは図示を省略している。図中の矢印は流れの速度を矢印の長さで、流れの向きを矢印の向きで示している。海水流入ポートＰ２ＩＮからチャンバーＣＨに流入した流れは、孔付き円板３０の孔が閉塞している外周部に衝突し、海水流入ポートＰ２ＩＮと孔付き円板３０とチャンバー側壁面で形成される空間に広がり、孔付き円板３０の中央の孔３０ｈから流れ抵抗器２３に流れるようになる。孔付き円板３０を配置することによって、海水が多孔板又はメッシュ板からなる流れ抵抗器２３の中央に流れ、流れ抵抗器２３によってチャンバー全体に均一に整流する本来の機能が有効に作用し、図５中に示した流れ抵抗器２３から所定の距離離間したＡ−Ａ断面において、流れの大きさ、向きが均一な流れとすることができる。
【００４２】
図６は、図２の濃縮海水ポートＰ１をチャンバー側面に設けたエネルギー回収チャンバー２０を示す概略断面図である。濃縮海水ポート側の端板２２から距離Ｌｐだけ離間して水平に孔付き円板３０を配置し、孔付き円板３０から軸方向にＬ１だけ離間して流れ抵抗器２３を配置している。流れ抵抗器２３は１枚の多孔板やメッシュ板から構成されている。
図６に示すエネルギー回収チャンバー２０の場合も同様に、チャンバー側面から流入する流れが孔付き円板３０によりチャンバー中央から流れ抵抗器２３に流れることになるので、図１８と同様にチャンバー軸心に位置し、鉛直上向きに濃縮海水ポートを配置したものとほぼ同じ流れとなり、同様の作用・効果を得ることができる。
【００４３】
図７は、図６に示すように濃縮海水ポートＰ１をチャンバー側面に設けた場合の濃縮海水ポート近傍の流れ解析の結果を示す図である。図中の矢印は流れの速度を矢印の長さで、流れの向きを矢印の向きで示している。図７に示すように、濃縮海水ポートＰ１からチャンバーＣＨに流入した流れは、濃縮海水ポートＰ１と孔付き円板３０とチャンバー側壁面で形成される空間に広がる。この空間内では複雑な流れとなるが、この空間からは孔付き円板３０の中央の孔３０ｈを通って流れ抵抗器２３に向かって流れるようになる。孔付き円板３０を配置することによって、濃縮海水が流れ抵抗器２３の中央に流れ、流れ抵抗器２３によってチャンバー全体に均一に整流する本来の機能が有効に作用し、図７中に示した流れ抵抗器２３から所定の距離離間したＡ−Ａ断面において、流れの大きさ、向きが均一な流れとすることができる。
【００４４】
図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るエネルギー回収装置のエネルギー回収チャンバーを示す概略断面図である。図８に示すように、エネルギー回収チャンバー２０のチャンバー上部には、チャンバー軸心から半径方向に離間して海水流入ポートＰ２ＩＮと海水流出ポートＰ２ＯＵＴが配置され、海水流入ポートＰ２ＩＮは鉛直下向きに海水が流入し、海水流出ポートＰ２ＯＵＴは鉛直上向きに海水が流出するようになっている。チャンバー下部には、チャンバー軸心に位置し、鉛直上向きに濃縮海水ポートＰ１が配置され、チャンバーに濃縮海水が鉛直方向に流入出するようになっている。
【００４５】
海水ポート側から距離Ｌｐだけ離間して水平に孔付き円板３０が配置され、孔付き円板３０からＬ１だけ離間して第１多孔板２４が配置され、さらに第１多孔板２４から軸方向にＬ２だけ離間して第２多孔板２５が配置されている。第１多孔板２４と第２多孔板２５は流れ抵抗器２３を構成している。
濃縮海水ポート側は、濃縮海水ポートＰ１がチャンバーの中央に配置され、鉛直向きに濃縮海水が給排水されるので、濃縮海水ポートＰ１からＬ１だけ離間した位置に第１多孔板２４が配置され、第１多孔板２４からＬ２だけ離間した位置に第２多孔板２５が配置されている。本実施例は、図２において１枚の多孔板からなる流れ抵抗器２３で構成した整流化構造を第１多孔板２４と第２多孔板２５の２枚の多孔板からなる流れ抵抗器２３で構成した整流化構造としたものである。第１多孔板２４および第２多孔板２５のポートからの配置位置およびそれぞれの開口率を適切に選定して、流れの均一化作用を高めることができる。
【００４６】
図９は、図８の構成のエネルギー回収チャンバー２０における海水ポート近傍の流れ解析を示す図である。図９においては海水流出ポートＰ２ＯＵＴは図示を省略している。図中の矢印は流れの速度を矢印の長さで、流れの向きを矢印の向きで示している。図９に示すように、チャンバー軸心から半径方向に離間して配置された海水流入ポートＰ２ＩＮからチャンバーＣＨに流入した流れは、孔付き円板３０の穴が閉塞している外周部に衝突し、海水流入ポートＰ２ＩＮと孔付き円板３０とチャンバー側壁面で形成される空間に広がり、孔付き円板３０の中央の孔３０ｈを通って第１多孔板２４に流れるようになる。そして、第１多孔板２４によって中央部が高速な流れをチャンバー外周に広がるように分散し、さらにＬ２の区間を流れた後、第２多孔板２５によって、さらにチャンバーの断面で均一な流れになるように分散、整流する。
【００４７】
このように、多孔板を２枚配置した流れ抵抗器２３の場合も、同様に孔付き円板３０を配置することによって、チャンバー全体に均一に整流する本来の機能が有効に作用し、図９中に示した第２多孔板２５から所定の距離離間したＡ−Ａ断面において、流れの大きさ、向きが均一な流れとすることができる。多孔板を２枚配置することによって、第１多孔板２４と第２多孔板２５の配置位置、小孔径、小孔の距離（ピッチ）、開口率を調整することができ、流れの均一化作用を調整する自由度が上がり、均一化作用を高めることができる。
多孔板を２枚配置する構成の場合、第１多孔板２４と第２多孔板２５との組み合わせにより、それぞれの配置位置、小孔径、小孔の距離（ピッチ）、開口率などを最適化するものであり、第１多孔板２４のみではその下流の流れの均一化効果が少ない場合があるが、第１多孔板２４と第２多孔板２５の間の距離Ｌ２を流体が流れる間に、第２多孔板２５の下流の流れの均一化効果を高めるように最適化する。
【００４８】
図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係るエネルギー回収装置のエネルギー回収チャンバーを示す概略断面図である。本実施形態では、チャンバー上部の海水ポート側の構成は図８と同じとし、チャンバー下部の濃縮海水ポートＰ１をチャンバー側面に配置している。そして、濃縮海水ポート側の端板２２から距離Ｌｐだけ離間して水平に孔付き円板３０を配置し、孔付き円板３０からＬ１だけ離間して第１多孔板２４を配置し、さらに第１多孔板２４からＬ２だけ離間して第２多孔板２５を配置している。濃縮海水ポート側の第１多孔板２４の前段に孔付き円板３０を配置することで、濃縮海水はチャンバー中央から第１多孔板２４へ流れることになるので、濃縮海水ポートをチャンバーの中央に配置したものと同じ作用・効果を得ることができる。本実施例は、図６において１枚の多孔板やメッシュ板からなる流れ抵抗器２３で構成した整流化構造を第１多孔板２４と第２多孔板２５の２枚の多孔板からなる流れ抵抗器２３で構成した整流化構造としたものである。第１多孔板２４および第２多孔板２５のポートからの配置位置およびそれぞれの開口率を適切に選定して、流れの均一化作用を高めることができる。なお、第１多孔板２４と第２多孔板２５をメッシュ板に代えてもよいことは勿論である。
【００４９】
図１１乃至図１４は、各ポートと流れ抵抗器２３との間に配置する中心に孔を空けた孔付き円板３０について、本発明の作用・効果を得ることができる変形例を示す平面図である。
図１１は、外径φＤの円板の中央に位置する直径φｄｐの円内に小径の孔ｓｈを複数個形成した孔付き円板３０を示す。本円板によりチャンバーの中で本円板から流れ抵抗器２３の中心方向へ流れる流体の流れを作ることができる。
図１２は、外径φＤの円板の中央に位置する直径φｄｐの円を扇形状の孔ｆｈに分割して形成した孔付き円板３０を示す。本円板によりチャンバーの中で本円板から流れ抵抗器２３の中心方向へ流れる流体の流れを作ることができる。
図１１および図１２に示す孔付き円板３０は、小孔間に残された板材が支持板として作用し、板全体の強度が高くなるため、ポートからの噴流により円板に作用する力が大きくなる場合に有効である。
【００５０】
図１３は、外径φＤの円板の中央に二面幅がＷｐの正六角形の孔ｈｈを形成した孔付き円板３０を示す。本円板によりチャンバーの中で本円板から流れ抵抗器２３の中心部へ流れる流体の流れを作ることができる。
図１４は、外径φＤの円板の中央に一辺がＬｔの正三角形の孔ｔｈを形成した孔付き円板３０を示す。本円板によりチャンバーの中で本円板から流れ抵抗器２３の中心部へ流れる流体の流れを作ることができる。
図１３および図１４に示すように、正多角形の孔とすれば、本円板により流れ抵抗器２３の中央部への流れを作ることができる。
【００５１】
図１５は、外径φＤの円板の中央に直径φｄｐの円形の孔３０ｈを有することに加え、孔３０ｈの外周側に小径の孔ｓｈを放射状に配置した孔付き円板３０である。本円板によってもチャンバーの中で本円板から流れ抵抗器２３の中心方向へ流れる流れを作ることができる。外周部に設けた小径の孔ｓｈによって、本円板を通過する流体の流れは実質的に中央部の孔３０ｈから流れるようにしながら、外周側にも僅かに流体の流れを形成することができ、流れ抵抗器２３への流れをより均一化することができる。また、外周部に小径の孔ｓｈを設けることで、本円板の上流と下流の圧力差により円板にかかる力を小さくできるので、流れによる板の変形を小さくすることができる。外周部に小径の孔ｓｈを設けることによる流れの均一化作用が高まるか否かは、チャンバーに設けるポートの配置にも依存するため、流れ解析等でその作用・効果を見極めてから実施することが好ましい。
【００５２】
図１１乃至図１４に示すように孔付き円板３０の中央部の開口面積の割合が高くなるように孔を設け、さらに外周部に開口面積の割合が低い孔を設けてもよい。
孔付き円板３０の中心にある孔の形状は、中心に垂直な軸、すなわちチャンバーの長手方向の軸に対して軸対称な形状としていることが望ましい。また、孔付き円板３０の中心の孔は、濃縮海水ポートおよび海水ポートの断面積と等しいかそれ以上の孔面積を有することが望ましく、このような面積に設定することにより、ポートから流入する流体の流速より本円板の中央の孔を通過する流体の流速を低くすることが可能となる。
【００５３】
図２に示すように海水ポートをチャンバー軸心から半径方向に離間させたポート配置とし、海水流入ポートＰ２ＩＮと海水流出ポートＰ２ＯＵＴに分けた場合には、海水流入ポートＰ２ＩＮ（ポート径ｄｉｎ）の面積が（ｄｉｎ）２×π／４であるから、海水ポート側の孔付き円板３０の中央部の孔の面積は、これと等しいかそれ以上とする。濃縮海水ポートＰ１をチャンバー側面に設けた場合、濃縮海水ポートＰ１（ポート径ｄｃ）の面積が（ｄｃ）２×π／４であるから、濃縮海水ポート側の孔付き円板３０の中央部の孔の面積は、これと等しいかそれ以上とする。また、（ｄｉｎ）２×π／４と（ｄｃ）２×π／４のいずれか小さい方の面積に比べて、孔付き円板の中央部の孔の面積を等しいかそれ以上となるようにすれば、孔付き円板の孔の面積はいずれのポートの孔の面積よりも等しいかそれ以上となり、海水ポート側および濃縮海水ポート側の孔付き円板を同じものにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、海水から塩分を除去して海水を淡水化する海水淡水化システムおよび海水淡水化システム（海水淡水化プラント）に好適に用いられるエネルギー回収装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  海水供給ライン
２  高圧ポンプ
３  吐出ライン
４  逆浸透膜分離装置
５  濃縮海水ライン
６  制御弁
７，９  バルブ
８  ブースターポンプ
１０，２０  エネルギー回収チャンバー
１１，２１  チャンバー本体
１２，２２  端板
１３，２３  流れ抵抗器
１４，２４  第１多孔板
１５，２５  第２多孔板
１６  ピストン
１７  濃縮海水排出ライン
２３ｈ，３３ｈ，ｆｈ，ｈｈ，ｓｈ，ｔｈ  孔
３０  孔付き円板
３０ｈ  円形孔
ＣＨ  チャンバー
Ｐ１  濃縮海水ポート
Ｐ２  海水ポート
Ｐ２ＩＮ  海水流入ポート
Ｐ２ＯＵＴ  海水流出ポート
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図２２は、海水ポートをチャンバー軸心から半径方向に離間させたポート配置とし、海水流入ポートＰ２ＩＮから海水を流入させた場合の流れ解析の結果を示す図である。図２２においては海水流出ポートＰ２ＯＵＴは図示を省略している。図中の矢印は流れの速度を矢印の長さで、流れの向きを矢印の向きで示している。海水流入ポートＰ２ＩＮからチャンバーＣＨに流入した流れは、ポート付近の流速が速い状態で第１多孔板１４に衝突するように流れ、第１多孔板１４を通過する流れと同時に、第１多孔板１４を通過しきれない流れがポートを配置した左側から右側に水平方向に第１多孔板１４に沿ってチャンバー側面側へ向かう流れが生じる。そして、右側のチャンバー側面側で第１多孔板１４を通過する流れが生じ、第１多孔板１４と第２多孔板１５の空間で流れが２つに分離するような流れとなってしまう。そして、第２多孔板１５からはチャンバー内壁側に近い方の速度分布が高く、中央部の速度分布が低い状態となり、第２多孔板１５から所定の距離だけ離れたＡ−Ａ断面において、面内で不均一な流れとなってしまう。
このような状態の流れが生じると、チャンバー中央部の速度分布が低い中央部に濃縮海水が多く残る形となり、海水排水時に中央部の濃縮海水を排水してしまい、結果として塩濃度の高い海水が排出される。
【国際調査報告】
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