(57)【要約】【課題】自然エネルギ源による電力で運転する場合に、逆浸透膜装置の負荷変動の低減が可能な逆浸透膜装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】自然エネルギ源により発電する発電手段１０、１２と、逆浸透膜モジュール８への供給水を加圧する加圧手段（高圧ポンプ）６と、発電された電力を貯蔵する電力貯蔵手段（蓄電池）１６と、発電手段からの発電電力を加圧手段に供給するとともに、該発電電力のうち加圧手段の負荷電力以外の余剰電力を電力貯蔵手段へ供給し、発電電力が負荷電力より少ない場合、不足分の電力を電力貯蔵手段から加圧手段へ供給する電力分配手段（電力分配装置）１４とを備えた逆浸透膜装置２０である。【選択図】　　図１
2004041887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギ源により発電する発電手段と、
逆浸透膜モジュールへの供給水を加圧する加圧手段と、
前記発電された電力を貯蔵する電力貯蔵手段と、
前記発電手段からの発電電力を前記加圧手段に供給するとともに、該発電電力のうち前記加圧手段の負荷電力以外の余剰電力を前記電力貯蔵手段へ供給し、前記発電電力が前記負荷電力より少ない場合、不足分の電力を前記電力貯蔵手段から前記加圧手段へ供給する電力分配手段と
を備えたことを特徴とする逆浸透膜装置。
【請求項２】
前記負荷電力は予め所定の値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜装置。
【請求項３】
前記発電手段は太陽電池パネルであって、前記逆浸透膜モジュールの日除けを兼用することを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透膜装置。
【請求項４】
前記逆浸透膜装置が前記逆浸透膜モジュールの濃縮水の圧力回収タンクを備えている場合に、
前記発電手段は風力発電装置であって、該圧力回収タンクの頂上近傍に設置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の逆浸透膜装置。
【請求項５】
自然エネルギ源により発電する発電手段と、逆浸透膜モジュールへの供給水を加圧する加圧手段と、前記発電された電力を貯蔵する電力貯蔵手段とを備えた逆浸透膜装置の運転方法であって、
前記発電手段からの発電電力を前記加圧手段に供給するとともに、該発電電力のうち前記加圧手段の負荷電力以外の余剰電力を前記電力貯蔵手段へ供給し、前記発電電力が前記負荷電力より少ない場合、不足分の電力を前記電力貯蔵手段から前記加圧手段へ供給することを特徴とする逆浸透膜装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水やかん水の淡水化に用いる逆浸透膜装置及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水やかん水等を脱塩して淡水を得る方法として逆浸透（ＲＯ：Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓ）法が知られている。逆浸透法は、逆浸透膜を介して溶液の浸透圧より高い圧力を溶液側から加え、溶液中の水分子を水側へ移行させる技術である。この逆浸透法は、例えば逆浸透膜を耐圧容器に収容したモジュールを多数備えた逆浸透膜装置により実用規模で操業されている。
【０００３】
ところで、近年、逆浸透膜装置の運転コスト、ひいては淡水化コストを低減するため、逆浸透膜モジュールの濃縮水の圧力エネルギを回収することが行われている。この回収方法としては、濃縮水の圧力でタービンを回転させて発電する方法、あるいは、圧力回収タンク内で逆浸透膜モジュールの供給水を濃縮水で直接押出して加圧する方法がある。
【０００４】
一方、最近では種々の自然エネルギ源による発電が行われており、例えば太陽電池発電、風力発電等が普及しており、この自然エネルギを逆浸透膜装置の運転に用いることができれば、より一層の運転コスト低減が図られる。特に、人口が少なく送電設備等のインフラが整っていない過疎地域や乾燥地域等において、外部電力に頼らず、自然エネルギ源により逆浸透膜装置の運転ができれば、離島等の様々な地域に逆浸透膜装置を容易に普及させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記自然エネルギ源は、発電電力の変動が大きく、逆浸透膜装置に適用することが困難であるという問題がある。つまり、自然エネルギ源を用いた場合、発電時と非発電時とで逆浸透膜装置の運転負荷が変動するので、設備規模の設計が難しくなるとともに、負荷変動に伴って装置の起動・停止が必要になり、膜や設備に悪影響を与える虞がある。また、装置の停止時間が長くなると、設備の構成材料が腐食し易くなるので、より高価な耐食材料を採用する必要が生じる。これは、海水が流動している場合に比べ、海水が滞留すると腐食環境が厳しくなることに起因する。このようなことから、逆浸透膜装置を定常運転させることができる技術が要求されている。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、自然エネルギ源による電力で運転する場合に、逆浸透膜装置の負荷変動の低減が可能な逆浸透膜装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の逆浸透膜装置は、自然エネルギ源により発電する発電手段と、逆浸透膜モジュールへの供給水を加圧する加圧手段と、前記発電された電力を貯蔵する電力貯蔵手段と、前記発電手段からの発電電力を前記加圧手段に供給するとともに、該発電電力のうち前記加圧手段の負荷電力以外の余剰電力を前記電力貯蔵手段へ供給し、前記発電電力が前記負荷電力より少ない場合、不足分の電力を前記電力貯蔵手段から前記加圧手段へ供給する電力分配手段とを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、発電電力の変動が大きい自然エネルギ源による電力で逆浸透膜装置の加圧手段を運転させた場合でも、発電電力が余剰な場合は電力貯蔵手段に電力を貯蔵し、発電電力が不足の場合は電力貯蔵手段から電力を取出せばよいので、加圧手段の負荷変動を低減でき、逆浸透膜装置の使用電力を削減し、かつ安定的に運転することができる。
【０００８】
請求項２記載の本発明においては、前記負荷電力は予め所定の値に設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、加圧手段の運転に用いる電力は、設定された負荷電力と常に同一となるので、逆浸透膜装置をより定常的に運転できる。
【０００９】
請求項３記載の本発明においては、前記発電手段は太陽電池パネルであって、前記逆浸透膜モジュールの日除けを兼用することを特徴とする。
このような構成によれば、設備の無駄がなく、設備コスト低減、設備コンパクト化を図ることができる。
【００１０】
請求項４記載の本発明においては、前記逆浸透膜装置が前記逆浸透膜モジュールの濃縮水の圧力回収タンクを備えている場合に、前記発電手段は風力発電装置であって、該圧力回収タンクの頂上近傍に設置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、風力の強い上空の風を発電に利用できるとともに、風力発電機を別途高所に配するための余分な設備が不要となり、設備コスト低減、設備コンパクト化を図ることができる。
【００１１】
本発明の逆浸透膜装置の運転方法は、自然エネルギ源により発電する発電手段と、逆浸透膜モジュールへの供給水を加圧する加圧手段と、前記発電された電力を貯蔵する電力貯蔵手段とを備えた逆浸透膜装置の運転方法であって、前記発電手段からの発電電力を前記加圧手段に供給するとともに、該発電電力のうち前記加圧手段の負荷電力以外の余剰電力を前記電力貯蔵手段へ供給し、前記発電電力が前記負荷電力より少ない場合、不足分の電力を前記電力貯蔵手段から前記加圧手段へ供給することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る逆浸透膜装置の構成を各図に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る逆浸透膜装置の構成を示す。この図において、逆浸透膜装置２０は、前処理装置２、圧力回収装置４、高圧ポンプ（加圧手段）６、逆浸透膜（ＲＯ）モジュール８をこの順で直列に接続して構成されている。また、圧力回収装置４の塔頂には風力発電機（発電手段）１０が設置され、ＲＯモジュールの上方には日除けを兼用する太陽電池パネル（発電手段）１２が設置されている。そして、風力発電機１０、太陽電池パネル１２で発電された電力は、電力分配装置（電力分配手段）１４を介して高圧ポンプ６に供給される。電力分配装置１４は、高圧ポンプ６の負荷電力以外の余剰電力を蓄電池（電力貯蔵手段）１６へ供給し、上記発電電力が高圧ポンプ６の負荷電力より少ない場合、不足分の電力を蓄電池１６から高圧ポンプ６へ供給する。
【００１４】
海水は前処理装置２に供給されて濁質成分を除去された後、圧力回収装置４を通って高圧ポンプ６で昇圧されてＲＯモジュール８に導入される。ＲＯモジュール８では、海水が生産水（淡水）と濃縮海水に分離される。濃縮海水は圧力回収装置４に導入され、ここで、ＲＯモジュール８に導入される海水（前処理海水）を昇圧することにより、高圧ポンプ６の負荷を低減させ、圧力エネルギを回収するようになっている。圧力回収装置４の構成については後述する。
【００１５】
なお、圧力回収の方法としては、濃縮水の圧力でタービンを回転させて発電し、この発電電力を高圧ポンプ６へ供給する方法でもよい。また、前処理装置２としては、公知の砂濾過装置や、ＵＦ（限外濾過）あるいはＭＦ（精密濾過）による膜濾過装置、あるいはＤＭＦ（Ｄｕａｌ　Ｍｅｄｉａ　Ｆｉｌｔｅｒ）を用いることができる。又、前処理装置２は、被処理水中のＳＳ濃度を１ｐｐｍ以下に濾過し、ＲＯモジュール８の目詰りを防止する。
【００１６】
次に、電力分配装置１４の構成について、図２を参照して説明する。電力分配装置１４は、全体を制御する制御装置（ＣＰＵ）１４ａ、発電電力を蓄電池へ供給し、又、蓄電池の電力を加圧ポンプへ供給する電力変換装置１４ｂ、発電電力を加圧ポンプへ供給する電力変換装置１４ｃ、発電電力の入力側に設置される電力量計１４ｄ、及び加圧ポンプへの出力側に設置される電力量計１４ｅ、さらには適宜ＡＣ／ＤＣコンバータを備える。
【００１７】
上記電力変換装置１４ｂは交流電力で動作し、交流電力である発電電力（発電電力が直流の場合は交流に変換後）から直流電力を生成して蓄電池へ出力するとともに、蓄電池から供給される直流電力から交流電力を生成して加圧ポンプへ供給する機能を備える、いわゆる双方向インバータである。この電力変換装置１４ｂは、複数のスイッチング素子（例えば、サイリスタ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等）から構成されており、このスイッチング素子をＣＰＵ１４ａが所定のタイミングでスイッチング駆動することにより、蓄電池の充電時には、発電電力を整流して蓄電池へ供給する整流器として機能し、放電時には蓄電池からの電力を交流変換して加圧ポンプへ出力するインバータとして機能する。
【００１８】
電力変換装置１４ｃも電力変換装置１４ｂと同様な動作をし、発電電力が交流であればそのまま、直流であれば交流変換して加圧ポンプへ出力し、又、所定の場合は蓄電池からの電力を交流変換して加圧ポンプへ出力するインバータとして機能する。
【００１９】
ＣＰＵ１４ａは、電力量計１４ｄ、１４ｅの電力値に基づいて、電力変換装置１４ｂ、１４ｃ内のスイッチング素子を制御するものであり、例えば、ＣＰＵ本体と後述する種々の制御を実現させるためのプログラムが格納されているＲＯＭと、処理過程において生じたデータを一時格納するＲＡＭとから構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに書き込まれている種々のプログラムを読み出して実行することにより、種々の制御を実現させる。なお、各種専用のハードディスクによって種々の処理を実現させてもよい。
【００２０】
（１）発電電力が負荷電力以上の場合における動作
まず、ＣＰＵ１４ａは、電力量計１４ｄの発電電力の値を取得し、その値が加圧ポンプの負荷電力として定められた値以上であるかを判定する。そして、発電電力が負荷電力以上の場合、ＣＰＵ１４ａは発電側から加圧ポンプへ負荷電力相当分が供給されるとともに、余剰電力が蓄電池へ供給されるように電力変換装置１４ｂ、１４ｃ内のスイッチング素子をスイッチング駆動する。これにより、加圧ポンプへ、発電電力のうち負荷電力と同一となる電力が出力される。
【００２１】
このとき、ＣＰＵ１４ａは、電力量計１４ｅの値を適宜監視し、加圧ポンプへの供給電力が負荷電力未満となった場合は、以下の動作（２）を行う。
【００２２】
（２）発電電力が負荷電力未満の場合における動作
この場合、ＣＰＵ１４ａは、まず電力変換装置１４ｃを常に一定の状態で駆動させる。これは、予め設定されているタイミングチャート等に基づき、電力変換装置１４ｃ内のスイッチング素子をそれぞれ駆動して行う。これにより、発電電力のすべてを加圧ポンプへ供給させる。ＣＰＵ１４ａは又、電力量計１４ｄの値と負荷電力値の差分から、不足分の電力を計算し、蓄電池からこの不足電力が加圧ポンプへ供給されるよう、電力変換装置１４ｃを駆動させる。これにより、加圧ポンプへ、発電電力と蓄電池の電力の合計が負荷電力と同一となるよう出力される。
【００２３】
以上の（１）、（２）の動作により、発電電力が変動しても加圧ポンプが定常的に運転される。
【００２４】
なお、上記のスイッチングの制御手法の一例として、系統の電流位相（交流であるため正弦波）を監視しながら力率１として系統電流位相に放電電流位相を合わせ、所定の電力（電流）が出力されるようにデューティ比をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御等を用いて制御する手法が挙げられる。
【００２５】
本発明において、風力発電機１０や太陽電池パネル１２の発電電力が小さい場合は、別の外部電源の電力も併用して加圧ポンプ６を運転してもよいが、外部電源を用いずに風力発電機１０や太陽電池パネル１２のみで加圧ポンプ６を運転させる場合には、風力発電機１０や太陽電池パネル１２による発電電力の平均値と等しくなるよう加圧ポンプ６の負荷電力を設定する必要がある。
【００２６】
本発明において、太陽電池パネルを発電に用いる場合、図３に示すように、ＲＯモジュール８の日除けを太陽電池パネル１２で兼用させると、設備の無駄がなく、設備コスト低減、設備コンパクト化を図ることができる。この場合、太陽の高度に応じて太陽電池パネル１２の取付け角度を調整すればよい。
【００２７】
又、風力発電機を発電に用いる場合は、図４に示すように、圧力回収装置４があればその頂部に設置するのが好ましい。ここで圧力回収装置４は、上下に長い円筒状のタンクになっており、下方から濃縮海水を導入され、上方から前処理海水を導入されるようになっている。そして、タンク内には上下動可能でタンク内径と略同径の円板状のピストン４ａが配置される。そして、濃縮海水がピストンを介して前処理海水を押し上げることで昇圧がされる。濃縮海水は前処理海水を昇圧した後、系外へ排出され、前処理海水は昇圧された後、高圧ポンプ６へ導入される。なお、濃縮海水の方が前処理海水より比重が大きいため、両者は混ざり難くなっている。
【００２８】
そして、通常、圧力回収装置４の底部の水圧が大気圧程度となり、前処理海水が充分に昇圧されるよう、圧力回収装置４の高さｈを約１０ｍとしている。従って、圧力回収装置４の頂部に風力発電機１０を設置すれば、風力の強い上空の風を発電に利用できるとともに、風力発電機を別途高所に配するための余分な設備が不要となり、設備コスト低減、設備コンパクト化を図ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、発電電力の変動が大きい自然エネルギ源による電力で逆浸透膜装置の加圧手段を運転させた場合でも、発電電力が余剰な場合は電力貯蔵手段に電力を貯蔵し、発電電力が不足の場合は電力貯蔵手段から電力を取出せばよいので、加圧手段の負荷変動を低減でき、逆浸透膜装置の使用電力を削減し、かつ安定的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る逆浸透膜装置の構成を示す図である。
【図２】電力分配装置１４の構成を示す図である。
【図３】ＲＯモジュール８の日除けを太陽電池パネル１２で兼用した場合の構成を示す図である。
【図４】圧力回収装置４の頂部に風力発電機を設置した場合の構成を示す図である。
【符号の説明】
６　　　　　　　　　　　加圧手段（高圧ポンプ）
１０、１２　　　　　　　発電手段
１４　　　　　　　　　　電力分配手段（電力分配装置）
１６　　　　　　　　　　電力貯蔵手段（蓄電池）
２０　　　　　　　　　　逆浸透膜装置
【図１】
2004041887.tif 000003
【図２】
2004041887.tif 000004
【図３】
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【図４】
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