(57)【要約】      （修正有）【課題】処理流量を減らすことなく、さらなるコンパクト化、低コスト化が可能な効率の良い圧力交換装置を提供する。【解決手段】第１流体が流入及び流出する第１流路４１と第２流体が流入及び流出する第２流路４２とが回転軸心方向に貫通するように軸心周りに配設された回転体４０と、第１流体を第１流路に案内する第１流体流入路２１と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路から案内する第２流体流出路２２と、第２流体を第２流路に案内する第２流体流入路２３と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路から案内する第１流体流出路２４とが、厚み方向に形成された第１側方部材２０と、第１流路と第２流路を連通して第１流体と第２流体との間で圧力を交換する連通部３１，３３が形成された第２側方部材３０とを備え、第１側方部材と第２側方部材との間で回転体が回転可能に挟持されている。【選択図】図２
2013083248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と前記一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設された回転体と、
第１流体を前記第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を前記第２流路から案内する第２流体流出路と、第２流体を前記第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を前記第１流路から案内する第１流体流出路とが、厚み方向に形成された第１側方部材と、
前記第１流路と前記第２流路を連通して第１流体と第２流体との間で圧力を交換する連通部が形成された第２側方部材と、
を備え、
前記第１側方部材と前記第２側方部材との間で前記回転体が回転可能に挟持されている圧力交換装置。
【請求項２】
前記第１側方部材と前記第２側方部材との間に前記回転体を覆う保持部材が設けられ、前記回転体と前記第１側方部材及び前記第２側方部材との間に各流体が進入する隙間が形成されている請求項１記載の圧力交換装置。
【請求項３】
前記第１側方部材または前記第２側方部材の少なくとも一方を押圧して、前記第１側方部材と前記第２側方部材との間隔を調整する押圧機構を備えている請求項１または２記載の圧力交換装置。
【請求項４】
前記押圧機構は、前記第１側方部材及び前記第２側方部材の前記回転体との対向面とは異なる端面側に夫々配置された第１エンドカバー及び第２エンドカバーと、前記第１エンドカバーと前記第２エンドカバーとを締結する連結部材とで構成されている請求項３記載の圧力交換装置。
【請求項５】
少なくとも前記第１側方部材と前記第１エンドカバーとで区画される第１閉空間と、第１流体または第２流体を前記第１閉空間に導くように、前記第１エンドカバーに形成された第１連通路と、
少なくとも前記第２側方部材と前記第２エンドカバーとで区画される第２閉空間と、第１流体または第２流体を前記第２閉空間に導くように、前記第２側方部材に形成された第２連通路と、
を備えている請求項４記載の圧力交換装置。
【請求項６】
前記保持部材を収容する筒状のケーシングを備え、
前記第１側方部材及び前記第２側方部材と、前記保持部材の外周面と、前記ケーシングの内周面とで区画された外周閉空間と、
前記回転体と前記保持部材との隙間と前記外周閉空間を連通するように、前記保持部材に形成された第３連通路と、
を備えている請求項５記載の圧力交換装置。
【請求項７】
前記第１側方部材と前記第２側方部材に両端を支持された支軸を備え、
前記支軸に貫通され、前記回転体の両端部で前記回転体を回転自在に軸支する軸部が、前記第１側方部材及び前記第２側方部材の前記回転体との夫々の対向面側へ突出するように、前記第１側方部材及び前記第２側方部材に一体に形成されている請求項５または６記載の圧力交換装置。
【請求項８】
第１流路の断面積と第２流路の断面積が略等しくなるように形成されている請求項１から７の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項９】
前記第１側方部材は、第１流路に流入する若しくは第１流路から流出する第１流体のエネルギー、または第２流路に流入する若しくは第２流路から流出する第２流体のエネルギーにより、前記回転体にトルクを付与するトルク付与機構を備えている請求項１から８の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１０】
前記回転体と前記第１側方部材及び前記第２側方部材との間に各流体が進入する隙間が形成されるとともに、前記第１側方部材と前記第２側方部材との間に前記回転体を覆う保持部材が設けられ、
前記保持部材の内周面と前記回転体の外周面とで前記回転体を回転可能に支持する軸受部が構成されている請求項１記載の圧力交換装置。
【請求項１１】
前記第１側方部材及び前記第２側方部材の前記回転体との対向面とは異なる端面側に第１エンドカバー及び第２エンドカバーを配置し、
前記回転体の中心部に前記回転軸心に沿って貫通形成された挿通部に支軸が挿通され、前記支軸の各端部が前記第１側方部材と前記第１エンドカバーとで区画される第１閉空間、及び前記第２側方部材と前記第２エンドカバーとで区画される第２閉空間にそれぞれ設けられ、
前記第１閉空間と前記挿通部を連通する第４連通路、及び前記第２閉空間と前記挿通部を連通する第５連通路が形成されている請求項１０記載の圧力交換装置。
【請求項１２】
前記第１側方部材のうち前記回転体に対向する端面に、前記第１流体流入路から供給された第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、前記第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域とが形成され、
前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との対向部のうち、前記第１流体流入路の開口部周辺領域であって前記第１圧力領域に略対応する領域に第１調圧領域が区画され、前記第２流体流入路の開口部周辺領域であって前記第２圧力領域に略対応する領域に第２調圧領域が区画されている請求項１０または１１記載の圧力交換装置。
【請求項１３】
前記第１側方部材のうち前記回転体に対向する端面に、第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第３圧力領域と、第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第４圧力領域とが形成され、
前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との対向部のうち、前記第２流体流出路の開口部周辺領域であって前記第３圧力領域に略対応する領域に第３調圧領域が区画され、前記第１流体流出路の開口部周辺領域であって前記第４圧力領域に略対応する領域に第４調圧領域が区画されている請求項１２記載の圧力交換装置。
【請求項１４】
前記第２側方部材のうち前記回転体に対向する端面に、前記第１流体流入路から供給された第１流体の圧力及び第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第５圧力領域と、前記第２流体流入路から供給された第２流体の圧力及び第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第６圧力領域と、前記第５圧力領域と第６圧力領域の間に前記第１流体流入路から供給された第１流体の圧力と前記第２流体流入路から供給された第２流体の圧力との間の中間圧力を受ける第７圧力領域とが形成され、
前記第２エンドカバーと前記第２側方部材との対向部のうち、前記第５圧力領域に略対応する領域に第５調圧領域が区画され、前記第６圧力領域に略対応する領域に第６調圧領域が区画され、前記第７圧力領域に略対応する領域に第７調圧領域が区画されている請求項１２記載の圧力交換装置。
【請求項１５】
前記連通部が前記第２側方部材の厚み方向に貫通形成され、前記第２エンドカバーを通して前記回転体が目視できるように、前記第２エンドカバーの一部が光透過部材で構成されている請求項１０から１４の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１６】
前記第１流体流入路に供給される第１流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記第２流体流入路に供給される第２流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である請求項１から１５の何れかに記載の圧力交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜装置を用いる海水淡水化施設では、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体である高圧濃縮海水がもつ余剰圧力を、逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である低圧海水の昇圧に利用する圧力交換装置が設けられている。
【０００３】
図２２に示すように、特許文献１には、管状の圧力伝達部が回転軸心周りに複数本配設されたロータ８０を備えた圧力交換装置が記載されている。
【０００４】
該圧力交換装置は、ロータ８０の回転に伴って、高圧入口側ポート８２へ供給される高圧濃縮海水と低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水とを圧力伝達部で接触させて、高圧濃縮海水の圧力によって昇圧した低圧海水を、高圧出口側ポート８３から高圧海水として排水し、低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水によって前記圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を低圧出口側ポート８４から排水するように構成されている。
【０００５】
図２３に示すように、特許文献２には、一対の回転板９１、９２と当該回転板９１、９２を連接する軸９３とで構成される回転体９０を備えた圧力交換装置が記載されている。
【０００６】
一方の回転板９１には、低圧入口側ポート９５に供給された低圧海水を圧力伝達部９６に案内する流路９１ａと、圧力伝達部９６から排水される高圧海水を高圧出口側ポート９７に案内する流路９１ｂが形成されている。
【０００７】
他方の回転板９２には、高圧入口側ポート９４に供給された高圧濃縮海水を圧力伝達部９６に案内する流路９２ｂと、圧力伝達部９６から排水される低圧濃縮海水を低圧出口側ポート９８に案内する流路９２ａが形成されている。
【０００８】
該圧力交換装置は、回転体９０の回転に伴って、高圧入口側ポート９４へ供給される高圧濃縮海水と、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水を、管状の圧力伝達部９６内で接触させて、高圧濃縮海水の圧力によって昇圧した低圧海水を高圧出口側ポート９７から高圧海水として排水し、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水によって前記圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を低圧出口側ポート９８から排水するように構成されている。
【０００９】
特許文献１に記載された圧力交換装置では、ロータ８０に配設された管状の圧力伝達部の断面積に依存して圧力伝達される処理流量が定まる。従って処理流量を増やす場合には、圧力伝達部の配設本数を増加させるか、圧力伝達部の一本あたりの断面積を大きくする必要があり、何れの場合であってもロータ８０が大きくなり、それに伴って圧力交換装置が大型になり重量も増大する。
【００１０】
一般的にロータ８０は、軽量化、高剛性、耐摩耗性、低摩擦係数等の条件が要求され、セラミックス等の高価な材料で形成されていることが多く、圧力交換装置を大型化するとそれに伴って材料費、製造費が嵩むという問題があった。
【００１１】
さらに、そのような大型のロータ８０を回転させるために要するトルクも増大し、小型のロータ８０を回転させる場合よりも大きなエネルギーが必要になり、効率が低下するという問題もあった。このような理由によって、圧力交換装置１台あたりの処理流量を増加させるのは極めて困難であった。
【００１２】
そのため、大量の海水を淡水化処理する大型の海水淡水化施設には、多数の圧力交換装置が設置されていた。しかし、圧力交換装置の設置台数が増加すると、各圧力交換装置を接続する配管の施工及び管理が煩雑になるという問題があった。
【００１３】
特許文献２に記載された圧力交換装置では、一方の回転板９１に形成された流路９１ｂと他方の回転板９２に形成された流路９２ｂの夫々が、回転体内部で軸心方向に沿った流路に円周方向に形成された流路が連通するように構成されているため、回転板９１、９２に流路を形成するための厚みが必要となる。そのため、回転板９１、９２が大型になり材料費や加工費が嵩むという問題があった。
【００１４】
さらに、回転板９１、９２の大型化によって重量が増すと、回転体９０の回転時に軸部９３に作用するねじりや曲げに対する応力が大きくなり、その変形や破損を防止するために軸部９３を太くする必要があるばかりでなく、回転のために要するエネルギーが増加し、効率が低下するという問題もあった。
【００１５】
そこで、本願出願人は、処理流量を減らすことなくコンパクト化、低コスト化が可能な効率の良い圧力交換装置を提案している（特願２０１１−００３６５０号）。
【００１６】
図２４（ａ），（ｂ）に示すように、当該圧力交換装置１０は、一端側から第１流体が流入または流出する第１流路４１と前記一端側から第２流体が流入または流出する第２流路４２とが連通するように形成された圧力伝達部を、回転軸心周りに配設した回転体４０を備えている。
【００１７】
さらに、第１流体を第１流路４１に案内する第１流体流入路２１と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路４２から案内する第２流体流出路２２、及び、第２流体を第２流路４２に案内する第２流体流入路２３と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路４１から案内する第１流体流出路２４とが、厚み方向に形成された第１側方部材２０と、回転体４０を第１側方部材２０との間で保持部材１１を介して回転可能に挟持する第２側方部材３０とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９１８０９０３号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第２００７１００５６４０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図２４（ａ），（ｂ）に示す圧力交換装置１０によれば、第１流路４１と第２流路４２と両流路の連通部とで圧力伝達部を構成することにより、回転体４０の一端側から当該圧力伝達部へ第１流体または第２流体を流入させて、第１流体と第２流体との間で圧力を交換し、当該一端側から第２流体または第１流体を流出させることができる。
【００２０】
従って、特許文献１に記載されたような直管で構成された圧力伝達部と比較して、同じ流量の圧力交換処理を行なう場合に回転体の軸心方向の長さが短くなり、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができ、また、圧力交換処理の流量を増加させる必要がある場合でも、回転体の軸心方向の長さが短くなることで、装置の極端な大型化を回避することができる。
【００２１】
しかし、高圧流体が連通部を介して第１流路４１と第２流路４２間を通流する際に、回転体４０の周方向に隣接して形成される第１流路４１間の隔壁４１ｗまたは第２流路４２間の隔壁４２ｗに大きな応力が作用して隔壁４１ｗ，４２ｗの破損を招く虞がある。そのために、当該隔壁４１ｗ，４２ｗを厚肉に形成して十分な強度を確保すると、処理流量がある程度制限され、或いはコンパクト化がある程度制限されることになる。
【００２２】
本発明の目的は、処理流量を減らすことなく、さらなるコンパクト化、低コスト化が可能な効率の良い圧力交換装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の目的を達成するため、本発明による圧力交換装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と前記一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設された回転体と、第１流体を前記第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を前記第２流路から案内する第２流体流出路と、第２流体を前記第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を前記第１流路から案内する第１流体流出路とが、厚み方向に形成された第１側方部材と、前記第１流路と前記第２流路を連通して第１流体と第２流体との間で圧力を交換する連通部が形成された第２側方部材と、を備え、前記第１側方部材と前記第２側方部材との間で前記回転体が回転可能に挟持されている点にある。
【００２４】
上述の構成によれば、回転体の一端側から第１流路に流入した第１流体と第２流路に流入した第２流体は、回転体の回転に伴って回転体の他端側に備えた第２側方部材に形成された連通部を介して接触し、圧力交換された後に回転体の一端側から流出する。
【００２５】
よって、特許文献１に記載されたような直管で構成された圧力伝達部と比較して、同じ流量の圧力交換処理を行なう場合に、回転体の軸心方向の長さを短く構成することができ、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができるようになる。また、圧力交換の処理量を増加させるために、回転体に形成される流路断面積を大きくしても、回転体の軸心方向の長さを短くすることができるので、装置の極端な大型化を回避することができる。
【００２６】
また、第１流体流入路及び第１流体流出路、第２流体流入路及び第２流体流出路が第１側方部材にのみ形成されているため、各流体の流入路または流出路と接続する各配管を第１側方部材側に纏めて設置すればよい。
【００２７】
よって、回転体に形成された流体流入路または流体流出路と接続する各配管を回転体の両端側に設置する必要がある従来の装置と比較して、配管を含めた設置スペースがコンパクトになり、各配管の設置作業やメンテナンス作業等の作業性も良好になる。
【００２８】
さらに、第１流路と第２流路の間に形成される流路壁が回転体の軸方向に全長に亘って存在するので、回転体の周方向に隣接形成された第１流路間の隔壁及び第２流路間の隔壁にかかる圧力を、第１流路と第２流路の間の流路壁でも支えることができる。
【００２９】
よって、本願発明者らの先の出願（特願２０１１−００３６５０号）に示された圧力伝達装置のように、回転体に形成された連通部を介して第１流路と第２流路間を高圧流体が通流する際に、第１流路間の隔壁または第２流路間の隔壁に大きな応力が作用して隔壁の破損を招くような虞がない。従って、第１流路間の隔壁及び第２流路間の隔壁を厚肉に形成しなくても、十分な強度を確保でき、処理流量を減らすことなく、さらなるコンパクト化、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記第１側方部材と前記第２側方部材との間に前記回転体を覆う保持部材が設けられ、前記回転体と前記第１側方部材及び前記第２側方部材との間に各流体が進入する隙間が形成されている点にある。
【００３１】
上述の構成によれば、第１側方部材及び第２側方部材と保持部材で仕切られる空間内で回転体が回転することで、第１流体流入路から第１流路に流入した第１流体から圧力伝達された第２流体が第２流路から第２流体流出路へ流出し、第２流体流入路から第２流路に流入した第２流体から圧力伝達された第１流体が第１流路から第１流体流出路へ流出する圧力交換処理が連続的に行なわれる。
【００３２】
その際、回転体と第１側方部材の隙間に進入した第１流体または第２流体によって、回転体が第２側方部材に向けて押圧され、回転体と第２側方部材の隙間に進入した第１流体または第２流体によって、回転体が第１側方部材に向けて押圧される。その結果、回転体は、軸心方向に沿って両側から略等しい力で押圧されるようになり、第１側方部材及び第２側方部材の何れか一方向に片寄ることなく圧力バランスが取られる。
【００３３】
しかも、各隙間に進入した流体が潤滑剤として機能し、回転体が第１側方部材または第２側方部材と摺動すること無く、安定して円滑に回転するようになる。さらに、回転体と保持部材との隙間に進入した流体が潤滑剤として機能し、回転体が保持部材の内周面と摺動することも回避でき、安定して円滑に回転するようになる。
【００３４】
その結果、第１側方部材、第２側方部材、及び保持部材と、回転体との磨耗が低減でき、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができるようになる。さらに、処理流量を増大するために回転体を大径に形成し、第１流路及び第２流路の断面積を大きく構成した場合でも、回転体は安定して円滑に回転するため、回転体を回転駆動するために要するエネルギーが低く抑えられるようになる。尚、各隙間は、狭過ぎると大きな摺動抵抗が発生し、広過ぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【００３５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記第１側方部材または前記第２側方部材の少なくとも一方を押圧して、前記第１側方部材と前記第２側方部材との間隔を調整する押圧機構を備えている点にある。
【００３６】
上述の構成によれば、仮に第１側方部材または第２側方部材と回転体との摺動に起因する磨耗で隙間が大きくなり、流体の隙間への漏れ量が増して圧力の交換効率が低下するような場合であっても、押圧機構により第１または第２側方部材の少なくとも一方を押圧することによって、第１及び第２側方部材の間隔が調整できるようになる。これにより、部品交換等の規模の大きな分解を伴うメンテナンスを行なわなくても長期間安定して稼動させることができるようになる。
【００３７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記押圧機構は、前記第１側方部材及び前記第２側方部材の前記回転体との対向面とは異なる端面側に夫々配置された第１エンドカバー及び第２エンドカバーと、前記第１エンドカバーと前記第２エンドカバーとを締結する連結部材とで構成されている点にある。
【００３８】
上述の構成によれば、第１及び第２側方部材の一対の端面のうち、回転体と対向する端面とは反対側の端面側に、第１エンドカバー及び第２エンドカバーがそれぞれ配置され、第１及び第２側方部材と回転体との隙間に進入した流体によって第１及び第２側方部材にかかる圧力が各エンドカバーで受止められる。そして、第１エンドカバーと第２エンドカバーを締結する連結部材の締結の程度を調整すれば、回転体と第１及び第２側方部材との夫々の隙間を好ましい値に調整することができ、回転体の円滑な回転を維持することができるようになる。
【００３９】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、少なくとも前記第１側方部材と前記第１エンドカバーとで区画される第１閉空間と、第１流体または第２流体を前記第１閉空間に導くように、前記第１エンドカバーに形成された第１連通路と、少なくとも前記第２側方部材と前記第２エンドカバーとで区画される第２閉空間と、第１流体または第２流体を前記第２閉空間に導くように、前記第２側方部材に形成された第２連通路と、を備えている点にある。
【００４０】
回転体と第１側方部材との隙間に進入した第１流体または第２流体によって、第１側方部材には回転体と離隔する外側方向へ圧力が作用し、特に第１閉空間に面する第１側方部材には大きな圧力が作用する。しかし、第１エンドカバーに形成された第１連通路から第１閉空間に第１流体または第２流体が導かれるので、第１閉空間に面する第１側方部材の両面での圧力バランスが保たれる。その結果、第１側方部材を薄肉化しても流体の圧力によって第１側方部材が回転軸心方向に歪むようなことが回避され、回転体の円滑な回転を維持することができるようになる。
【００４１】
同様に、回転体と第２側方部材との隙間に進入した第１流体または第２流体によって、第２側方部材には回転体と離隔する外側方向へ圧力が作用し、特に第２閉空間に面する第２側方部材には大きな圧力が作用する。しかし、第２エンドカバーに形成された第２連通路から第２閉空間に第１流体または第２流体が導かれるので、第２閉空間に面する第２側方部材の両面での圧力バランスが保たれる。その結果、第２側方部材を薄肉化しても流体の圧力によって第２側方部材が回転軸心方向に歪むようなことが回避され、回転体の円滑な回転を維持することができるようになる。
【００４２】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五特徴構成に加えて、前記保持部材を収容する筒状のケーシングを備え、前記第１側方部材及び前記第２側方部材と、前記保持部材の外周面と、前記ケーシングの内周面とで区画された外周閉空間と、前記回転体と前記保持部材との隙間と前記外周閉空間を連通するように、前記保持部材に形成された第３連通路と、を備えている点にある。
【００４３】
上述の構成によれば、回転体と第１側方部材及び第２側方部材との隙間を経由して、回転体の外周面と保持部材の内周面との隙間に進入した流体が、保持部材に形成された第３連通路を介して、保持部材の外周面とケーシングの内周面との外周閉空間に進入するようになる。
【００４４】
外周閉空間に導かれた流体の圧力と、回転体の外周面と保持部材の内周面との隙間に作用する流体の圧力とがバランスするので、保持部材を薄肉化しても保持部材が径方向に歪むようなことが回避される。その結果、運転中に回転体と保持部材との隙間が変動することなく好ましい値に保持されるので、回転体の円滑な回転を維持することができるようになる。
【００４５】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第五または第六特徴構成に加えて、前記第１側方部材と前記第２側方部材に両端を支持された支軸を備え、前記支軸に貫通され、前記回転体の両端部で前記回転体を回転自在に軸支する軸部が、前記第１側方部材及び前記第２側方部材の前記回転体との夫々の対向面側へ突出するように、前記第１側方部材及び前記第２側方部材に一体に形成されている点にある。
【００４６】
第１側方部材及び第２側方部材に、回転体側に突出するように形成された軸部によって回転体が回転自在に軸支され、さらに軸部を貫通する支軸によって回転体が第１側方部材と第２側方部材の間で回転自在に挟持された状態が維持される。
【００４７】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、第１流路の断面積と第２流路の断面積が略等しくなるように形成されている点にある。
【００４８】
上述の構成によれば、第１流路の断面積と第２流路の断面積が略等しくなるように形成されているので、流体が第１流路と第２流路を通流するときの圧力損失が低減され、効率の良い圧力伝達が可能となる。
【００４９】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記第１側方部材は、第１流路に流入する若しくは第１流路から流出する第１流体のエネルギーまたは第２流路に流入する若しくは第２流路から流出する第２流体のエネルギーにより前記回転体にトルクを付与するトルク付与機構を備えている点にある。
【００５０】
上述の構成によれば、第１側方部材に備えたトルク付与機構によって、第１流路に流入する若しくは第１流路から流出する第１流体のエネルギー、または第２流路に流入する若しくは第２流路から流出する第２流体のエネルギーが、回転体を回転させるためのトルクに変換される。従って、外部動力を付与しなくても、圧力変換対象となる流体のエネルギーによって回転体を回転させることができるようになる。そして、回転体の回転に伴って、圧力伝達部への第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入が切り替えられるので、別途の流路の切替機構も不要になる。
【００５１】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記回転体と前記第１側方部材及び前記第２側方部材との間に各流体が進入する隙間が形成されるとともに、前記第１側方部材と前記第２側方部材との間に前記回転体を覆う保持部材が設けられ、前記保持部材の内周面と前記回転体の外周面とで前記回転体を回転可能に支持する軸受部が構成されている点にある。
【００５２】
第1側方部材及び第２側方部材に、回転体の両端から回転軸心上で支持する軸部を形成すると、左右の軸部の寸法精度が得られない場合に、回転体の軸心と回転軸に傾きが発生して円滑な回転が損なわれる虞がある。しかし、上述の軸受部によれば、回転軸心に直交する回転体の外周断面及び保持部材の内周断面が円形に形成されているため、回転体の軸心と回転軸が傾くようなことが無く、回転体は回転体の外周面が保持部材の内周面で支持されながら滑らかに回転するようになる。このとき、回転体と第１側方部材及び第２側方部材との間に形成された隙間から進入した各流体が、保持部材の内周面と回転体の外周面との隙間に進入して潤滑剤として機能し、保持部材の内周面と回転体の外周面との摺動が抑制される。
【００５３】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第十特徴構成に加えて、前記第１側方部材及び前記第２側方部材の前記回転体との対向面とは異なる端面側に第１エンドカバー及び第２エンドカバーを配置し、前記回転体の中心部に前記回転軸心に沿って貫通形成された挿通部に支軸が挿通され、前記支軸の各端部が前記第１側方部材と前記第１エンドカバーとで区画される第１閉空間、及び前記第２側方部材と前記第２エンドカバーとで区画される第２閉空間にそれぞれ設けられ、前記第１閉空間と前記挿通部を連通する第４連通路、及び前記第２閉空間と前記挿通部を連通する第５連通路が形成されている点にある。
【００５４】
回転体と第１側方部材の隙間を経由して挿通部に進入した流体が、第４連通路を経由して第１閉空間に流入するとともに、回転体と第２側方部材の隙間を経由して挿通部に進入した流体が、第５連通路を経由して第２閉空間に流入し、第１閉空間と第２閉空間と挿通部とが略同じ圧力に維持される。従って、第１側方部材のうち第１閉空間を区画する部位で撓みが生じないように両面の圧力バランスが図られ、第２側方部材のうち第２閉空間を区画する部位で撓みが生じないように両面の圧力バランスが図られる。このような構成を採用すれば、第１側方部材及び第２側方部材を薄肉化することができ、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。
【００５５】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第十または第十一特徴構成に加えて、前記第１側方部材のうち前記回転体に対向する端面に、前記第１流体流入路から供給された第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、前記第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域とが形成され、前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との対向部のうち、前記第１流体流入路の開口部周辺領域であって前記第１圧力領域に略対応する領域に第１調圧領域が区画され、前記第２流体流入路の開口部周辺領域であって前記第２圧力領域に略対応する領域に第２調圧領域が区画されている点にある。
【００５６】
回転体の回転に伴って、第１側方部材のうち回転体に対向する端面には、第１流体流入路から進入した第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、前記第２流体流入路から進入した第２流体の圧力を受ける第２圧力領域とが形成される。このとき、第１圧力領域と第２圧力領域に付与される流体の圧力が異なるため、第１側方部材が軸方向に撓み、圧力交換効率が低下する虞がある。しかし、第１エンドカバーと第１側方部材との対向部に区画形成された第１調圧領域に第１流体の圧力が付与されるとともに第２調圧領域に第２流体の圧力が付与されるので、第１側方部材を挟んで第１圧力領域と第１調圧領域で圧力バランスが図られ、第１側方部材を挟んで第２圧力領域と第２調圧領域で圧力バランスが図られるようになり、第１側方部材の軸方向への撓みの発生が抑制されるようになる。
【００５７】
同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第十二特徴構成に加えて、前記第１側方部材のうち前記回転体に対向する端面に、第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第３圧力領域と、第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第４圧力領域とが形成され、前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との対向部のうち、前記第２流体流出路の開口部周辺領域であって前記第３圧力領域に略対応する領域に第３調圧領域が区画され、前記第１流体流出路の開口部周辺領域であって前記第４圧力領域に略対応する領域に第４調圧領域が区画されている点にある。
【００５８】
回転体の回転に伴って、第１側方部材のうち回転体に対向する端面には、圧力交換後の第２流体の圧力を受ける第３圧力領域と、圧力交換後の第１流体の圧力を受ける第４圧力領域とが形成される。このとき、第３圧力領域と第４圧力領域に付与される流体の圧力が異なるため、第１側方部材が軸方向に撓み、圧力交換効率が低下する虞がある。しかし、第１エンドカバーと第１側方部材との対向部に区画形成された第３調圧領域に第２流体の圧力が付与されるとともに第４調圧領域に第１流体の圧力が付与されるので、第１側方部材を挟んで第３圧力領域と第３調圧領域で圧力バランスが図られ、第１側方部材を挟んで第４圧力領域と第４調圧領域で圧力バランスが図られるようになり、第１側方部材の軸方向への撓みの発生が抑制されるようになる。
【００５９】
同第十四の特徴構成は、同請求項１４に記載した通り、上述の第十二特徴構成に加えて、前記第２側方部材のうち前記回転体に対向する端面に、前記第１流体流入路から供給された第１流体の圧力及び第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第５圧力領域と、前記第２流体流入路から供給された第２流体の圧力及び第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第６圧力領域と、前記第５圧力領域と第６圧力領域の間に前記第１流体流入路から供給された第１流体の圧力と前記第２流体流入路から供給された第２流体の圧力との間の中間圧力を受ける第７圧力領域とが形成され、前記第２エンドカバーと前記第２側方部材との対向部のうち、前記第５圧力領域に略対応する領域に第５調圧領域が区画され、前記第６圧力領域に略対応する領域に第６調圧領域が区画され、前記第７圧力領域に略対応する領域に第７調圧領域が区画されている点にある。
【００６０】
回転体の回転に伴って、第２側方部材のうち回転体に対向する端面には、第１流体流入路から供給された第１流体の圧力及び第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第５圧力領域と、第２流体流入路から供給された第２流体の圧力及び第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第６圧力領域と、第５圧力領域と第６圧力領域の間に第１流体流入路から供給された第１流体の圧力と第２流体流入路から供給された第２流体の圧力との間の中間圧力を受ける第７圧力領域とが形成される。このとき、第５圧力領域と第６圧力領域に付与される流体の圧力が異なるため、第２側方部材が軸方向に撓み、圧力交換効率が低下する虞がある。しかし、第２エンドカバーと第２側方部材との対向部に各圧力領域と対応するように区画形成された第５調圧領域、第６調圧領域及び第７調圧領域にそれぞれ付与される圧力によって、各圧力領域と調圧領域のバランスが図られるようになり、第２側方部材の軸方向への撓みの発生が抑制されるようになる。
【００６１】
同第十五の特徴構成は、同請求項１５に記載した通り、上述の第十から第十四の何れかの特徴構成に加えて、前記連通部が前記第２側方部材の厚み方向に貫通形成され、前記第２エンドカバーを通して前記回転体が目視できるように、前記第２エンドカバーの一部が光透過部材で構成されている点にある。
【００６２】
圧力交換装置の試運転時、点検時、または運転時に、光透過部材で構成された第２エンドカバーを通して、第２側方部材の厚み方向に貫通形成された連通部を目視すると、回転体に形成された第１流路等の流路壁の動きによって回転体が回転しているか否かを極めて容易に確認することができるようになる。
【００６３】
同第十六の特徴構成は、同請求項１６に記載した通り、上述の第一から第十五の何れかの特徴構成に加えて、前記第１流体流入路に供給される第１流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記第２流体流入路に供給される第２流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である点にある。
【００６４】
上述の構成によれば、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体の圧力により逆浸透膜装置に供給される被濃縮流体を昇圧することができるので、逆浸透膜装置からの高圧濃縮流体の余剰圧力を捨てることなく有効なエネルギーとして利用することができる。
【発明の効果】
【００６５】
以上説明した通り、本発明によれば、処理流量を減らすことなくコンパクト化、低コスト化が可能な効率の良い圧力交換装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】海水淡水化施設の概略フロー図
【図２】第１の実施形態を示し、圧力交換装置を説明する断面図
【図３】（ａ）は回転体の正面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は同背面図
【図４】（ａ）は第１側方部材の正面図、（ｂ）は同断面概略図、（ｃ）は同背面図
【図５】（ａ）は第２側方部材の正面図、（ｂ）は図５（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図６】（ａ）は図４（ｃ）に示す第１流体流入路のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図４（ｃ）に示す第２流体流出路のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図４（ｃ）に示す第２流体流入路のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図４（ｃ）に示す第１流体流出路のＤ−Ｄ線断面図
【図７】回転体に形成された各流路と第１側方部材に形成された各流入路及び各流出路の位置を示す説明図
【図８】（ａ）は封止板の正面図、（ｂ）は同断面概略図、（ｃ）は同背面図
【図９】第２の実施形態を示し、圧力交換装置を説明する断面図
【図１０】（ａ）は圧力交換装置の正面図、（ｂ）は同背面図
【図１１】（ａ）は回転体の正面図、（ｂ）は同断面図
【図１２】（ａ）は第１封止板の正面図、（ｂ）は図１２（ｃ）に示すＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図１３】（ａ）は第１側方部材の正面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は同背面図
【図１４】（ａ）は第１ガスケットの説明図、（ｂ）は第２ガスケットの説明図、（ｃ）は図１４（ａ）に示すＦ−Ｆ線端面図
【図１５】（ａ）は第２側方部材の正面図、（ｂ）は図１５（ａ）に示すＧ−Ｇ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図１６】（ａ）は第２封止板の正面図、（ｂ）は図１６（ａ）に示すＨ−Ｈ線断面図
【図１７】（ａ）は第３の実施形態を示し、圧力交換装置の正面図、（ｂ）は同側断面図
【図１８】（ａ）は第１側方部材の正面図、（ｂ）は図１８（ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図１９】（ａ）は第２側方部材の正面図、（ｂ）は図１９（ａ）のＪ−Ｊ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図２０】（ａ）は第１エンドカバーの正面図、（ｂ）は図２０（ａ）のＫ−Ｋ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図２１】（ａ）は第２エンドカバーの正面図、（ｂ）は図２１（ａ）のＬ−Ｌ線断面図、（ｃ）は同背面図
【図２２】従来の圧力交換装置の説明図
【図２３】従来の圧力交換装置の説明図
【図２４】（ａ）は圧力交換装置の説明図、（ｂ）は回転体の背面図
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下に、本発明による圧力交換装置の好ましい実施形態を説明する。
図１に示すように、海水淡水化施設は、海水を淡水化する施設であって、前処理装置１と、ろ過海水槽２と、供給ポンプ３と、保安フィルター４と、昇圧ポンプ５と、逆浸透膜装置６等を備えている。
【００６８】
前処理装置１で夾雑物が取り除かれた海水は、ろ過水槽２に貯留され、供給ポンプ３で保安フィルター４に供給され、そこで海水に含まれる微細な異物が除去される。後段に設置された逆浸透膜装置６の逆浸透膜の詰まりを防止するためである。その後、海水は、昇圧ポンプ５によって浸透圧以上の所定の圧力に昇圧されて逆浸透膜装置６に供給される。
【００６９】
逆浸透膜装置６に供給された高圧の海水は、逆浸透膜でろ過されることにより、各種塩類が除去されて淡水となる。こうして得られた淡水が飲料用水や工業用水等として利用される。
【００７０】
逆浸透膜装置６は、逆浸透膜の一方側の海水に圧力をかけることにより、逆浸透膜の他方側に海水中の各種塩類が除去された淡水を染み出させる装置であり、海水をろ過するために、海水を浸透圧以上の所定の圧力に昇圧する必要がある。
【００７１】
逆浸透膜装置６に供給された海水の全てが淡水化されるのではなく、例えば、逆浸透膜装置６に供給される海水のうち４０％が淡水化されて取り出され、残りの６０％は淡水化されることなく逆浸透膜装置６から排水される。この淡水化されなかった６０％の濃縮海水は非常に高い圧力を保持している。
【００７２】
そこで、逆浸透膜装置６から排水された非常に高い圧力の濃縮海水（以下「高圧濃縮海水Ｈｉ」と記す）の圧力を利用して逆浸透膜装置６に供給する海水を昇圧する圧力交換装置１０を海水淡水化施設に備えて、海水淡水化施設全体のエネルギー効率の向上を図っている
【００７３】
例えば、保安フィルター４から逆浸透膜装置６に供給される海水のうち４０％の海水が、高圧ポンプ５によって浸透圧以上の６．９ＭＰａの圧力に昇圧され、残りの６０％の海水（以下、「低圧海水Ｌｉ」と記す）が、圧力交換装置１０とブースターポンプ７によって６．９ＭＰａの圧力に昇圧される。
【００７４】
ろ過対象となる低圧海水Ｌｉと、逆浸透膜装置６から排水された高圧濃縮海水Ｈｉとが、圧力交換装置１０に供給されて圧力交換され、高圧濃縮海水Ｈｉによって６．７５ＭＰａに昇圧された低圧海水Ｌｉが高圧海水Ｈｏとして圧力交換装置１０から排水される。
【００７５】
この高圧海水Ｈｏがブースターポンプ７によって６．９ＭＰａに昇圧されて、逆浸透膜装置６に供給される。尚、圧力交換装置１０で低圧海水Ｌｉに圧力を伝達した高圧濃縮海水Ｈｉは低圧濃縮海水Ｌｏとして圧力交換装置１０から排水される。
【００７６】
以下に説明する実施形態では、高圧濃縮海水Ｈｉと低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体となり、低圧海水Ｌｉと高圧海水Ｈｏが第２流体となる。また、低圧海水Ｌｉが被濃縮流体となる。
【００７７】
以下に圧力交換装置の第１の実施形態を説明する。
図２に示すように、圧力交換装置１０は、回転体４０と、回転体４０を挟むように回転体４０の両側に配置され、回転体４０を回転可能に挟持する第１側方部材２０及び第２側方部材３０と、第１側方部材２０及び第２側方部材３０の間で回転体４０の周部を覆うように配置された筒状の保持部材１１を備えている。
【００７８】
さらに、第１側方部材２０、第２側方部材３０、及び保持部材１１を収容する筒状のケーシング１３が設けられ、ケーシング１３のうち第１側方部材２０側の一端面を封止する第１エンドカバー１４と、第２側方部材３０側の他端面を封止する第２エンドカバー１５等を備えている。
【００７９】
図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、回転体４０は、一端側から第１流体が流入及び流出する複数本の第１流路４１と、同じく一端側から第２流体が流入及び流出する複数本の第２流路４２とが、回転軸心周りに配設されるように回転軸心方向に貫通形成された円柱状部材で構成されている。
【００８０】
具体的に、回転体４０には、１６組の第１流路４１と第２流路４２が回転軸心周りに放射状に配置されている。そして、第１流路４１と第２流路４２は各断面積が略等しくなるように形成されている。これにより、流体が第１流路と第２流路を通流するときの圧力損失が低減され、効率のよい圧力伝達が可能となる。尚、本発明は、第１流路４１と第２流路４２の断面積が多少異なる値に設定されていてもよい。
【００８１】
第１流路４１と第２流路４２の間に形成される流路壁４０ｗが回転体４０の軸方向に全長に亘って存在するので、回転体４０の周方向に隣接形成された第１流路４１間の隔壁４１ｗ及び第２流路４２間の隔壁４２ｗにかかる圧力を、第１流路４１と第２流路４２の間の流路壁４０ｗでも支えることができる。
【００８２】
図２及び図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１側方部材２０は、第１流体流入路２１と、第２流体流出路２２と、第２流体流入路２３と、第１流体流出路２４との四本の流路が厚み方向に形成された円盤状部材で構成されている。
【００８３】
第１流体流入路２１は、第１エンドカバー１４側から供給される第１流体を第１流路４１に案内する流路であり、第２流体流入路２３は、第１エンドカバー１４側から供給される第２流体を第２流路４２に案内する流路である。
【００８４】
第２流体流出路２２は、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路４２から第１エンドカバー１４側に案内する流路であり、第１流体流出路２４は、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路４１から第１エンドカバー１４側に案内する流路である。
【００８５】
図２及び図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第２側方部材３０は、第１流路４１と第２流路４２とを連通して第１流体と第２流体との間で圧力を交換する連通部３１，３２，３３，３４が形成された円盤状部材である。第１流路４１と第２流路４２及びそれらを連通する連通部３１，３２，３３，３４によって圧力交換部が構成される。
【００８６】
第１側方部材２０、第２側方部材３０、回転体４０、保持部材１１のそれぞれは、アルミナ等のセラミックス、ＦＲＰ、または、二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼等のように、海水に対する耐食性があり、十分に強度のある材料を用いることができる。
【００８７】
二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼を用いた場合には、回転体４０と第１側方部材２０及び第２側方部材３０との対向面、及び保持部材１１の内周面を窒化処理し、或はアルミナ等のセラミックを溶射し、肉盛溶接し、或はＨＩＰ処理して摩擦係数を低減する耐磨耗層を形成することが好ましい。
【００８８】
また、回転体４０と保持部材１１は、温度変化による熱膨張を考慮すると、熱膨張率が同等の素材を選択して構成することが好ましい。
【００８９】
ケーシング１３は、樹脂材料、ＦＲＰまたは、二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼等の金属材料のように、海水に対する耐食性があり、ある程度強度を備えた材料を用いることができる。
【００９０】
ステンレス鋼等の高強度の金属管を樹脂材料やセラミックスで被覆して耐食性を付加して構成してもよい。これにより、耐食性に劣る安価な材料を利用することができコストダウンが図れる。
【００９１】
図２に戻り、回転体４０の中心部に回転軸心に沿って挿通部４４が貫通形成されている。挿通部４４の両端側に、中央部よりも拡径された軸受部４７ａ，４７ｂが形成され、第１側方部材２０と第２側方部材３０の夫々に、軸受部４７ａ，４７ｂに向けて突出するように形成された軸部４８ａ，４８ｂが一体に形成されている。
【００９２】
回転体４０の軸受部４７ａ，４７ｂに、第１側方部材２０及び第２側方部材３０の軸部４８ａ，４８ｂが挿入されることにより、回転体４０が回転可能に軸支される。
【００９３】
軸部４８ａ，４８ｂを貫通するように、挿通部４４に支軸４３が挿通され、支軸４３の各端部が第１側方部材２０及び第２側方部材３０で支持されている。支軸４３は先端にねじ部が形成された六角ボルトで構成され、当該六角ボルトが第２側方部材３０側から第１側方部材２０へ挿通され、第１側方部材２０側でねじ部がダブルナットで締め付けられている。
【００９４】
第１エンドカバー１４には、第１流体流入路２１と連通する第１流体流入口２５と、第２流体流出路２２と連通する第２流体流出口２６と、第２流体流入路２３と連通する第２流体流入口２７と、第１流体流出路２４と連通する第１流体流出口２８が形成されている。
【００９５】
さらに、第１エンドカバー１４とケーシング１３はボルトで螺着され、第１エンドカバー１４のケーシング１３との接触面には、円周方向にシールが配設され、ケーシング１３の外部への流体の漏れが防止されている。
【００９６】
ケーシング１３が第１エンドカバー１４とボルトで螺着されて一体となっているので、回転体４０を第２エンドカバー１５側から抜き出してメンテナンスする際に、ケーシング１３が回転体４０に付随して、外れることが無く、メンテナンス性が向上する。
【００９７】
第１エンドカバー１４及び第２エンドカバー１５は、両端にねじが切られた複数本のボルト１２ａと、両端のねじに螺合するナット１２ｂ，１２ｃで構成された連結部材１２によって締結されている。
【００９８】
第１側方部材２０には、第１流路４１に流入する第１流体のエネルギーや第１流路４１から流出する第１流体のエネルギー、または第２流路４２に流入する第２流体のエネルギーや第２流路４２から流出する第２流体のエネルギーにより回転体４０にトルクを付与するトルク付与機構が設けられている。
【００９９】
トルク付与機構により付与されるトルクで回転体４０が回転軸心周りに回転することにより、第１流体流入路２１から第１流路４１に流入する高圧の第１流体（高圧濃縮海水Ｈｉ）と、第２流体流入路２３から第２流路４２に流入する低圧の第２流体（低圧海水Ｌｉ）とが、第２側方部材３０の連通部３１，３２を介して圧力交換され、高圧の第２流体（高圧海水Ｈｏ）が第２流体流出路２２から流出する。
【０１００】
同じく、トルク付与機構により付与されるトルクで回転体４０が回転軸心周りに回転することにより、第１流体流入路２１から第１流路４１に流入する高圧の第１流体（高圧濃縮海水Ｈｉ）と、第２流体流入路２３から第２流路４２に流入する低圧の第２流体（低圧海水Ｌｉ）とが、第２側方部材３０の連通部３３，３４を介して圧力交換され、低圧の第１流体（低圧濃縮海水Ｌｏ）が第１流体流出路２４から流出する。
【０１０１】
つまり、第１側方部材２０及び第２側方部材３０と保持部材１１で仕切られる空間内で回転体４０が回転することで、第１流体流入路２１から第１流路４１に流入した第１流体から圧力伝達された第２流体が第２流路４２から第２流体流出路２２へ流出し、第２流体流入路２３から第２流路４２に流入した第２流体から圧力伝達された第１流体が第１流路４１から第１流体流出路２４へ流出する圧力交換処理が連続的に行なわれる。
【０１０２】
回転体４０と第１側方部材２０及び第２側方部材３０との間に各流体が進入する隙間が形成されている。
【０１０３】
回転体４０と第１側方部材２０の隙間に進入した第１流体または第２流体によって、回転体４０が第２側方部材３０に向けて押圧され、回転体４０と第２側方部材３０の隙間に進入した第１流体または第２流体によって、回転体４０が第１側方部材２０に向けて押圧される。第１側方部材２０及び第２側方部材３０にかかる押圧力は、第１エンドカバー１４及び第２エンドカバー１５で受け止められる。
【０１０４】
その結果、回転体４０は、軸心方向に沿って両側から略等しい力で押圧されるようになり、第１側方部材２０及び第２側方部材３０の何れか一方向に片寄ることなく圧力バランスが取られる。しかも、各隙間に進入した流体が潤滑剤として機能し、回転体４０が第１側方部材２０または第２側方部材３０と摺動すること無く、安定して円滑に回転するようになる。
【０１０５】
さらに、回転体４０と保持部材１１との間にも隙間が形成され、当該隙間に進入した流体が潤滑剤として機能し、回転体４０が保持部材１１の内周面と摺動することも回避でき、安定して円滑に回転するようになる。
【０１０６】
具体的に、保持部材１１の内径が回転体４０の外径より僅かに大きく設定され、保持部材１１の長さが回転体４０の回転軸心方向長さより僅かに長く設定されている。また、保持部材１１の周面には、複数の第３連通路４５が周方向に対称な位置に貫通形成されている。
【０１０７】
回転体４０と第１側方部材２０及び第２側方部材３０との隙間を介して、回転体４０の外周面と保持部材１１の内周面との隙間に進入した流体が、拡径領域１１ａ及び第３連通路４５を介して保持部材１１の外周面とケーシング１３の内周面との外周閉空間４６に進入する。
【０１０８】
外周閉空間４６に導かれた流体の圧力は、回転体４０と保持部材１１の内周面との隙間に作用する流体の圧力と略等しく、保持部材１１の内周面と外周面の両面に作用する押圧力が釣り合う。このような構成が採用されるので、保持部材１１が径方向に歪むようなことが無く、保持部材１１を薄肉化することが可能になる。
【０１０９】
つまり、第１側方部材２０、第２側方部材３０、及び保持部材１１と、回転体４０との磨耗が低減でき、高価な耐磨耗性材料を用いなくても耐久性を向上させることが可能になる。
【０１１０】
このような構成によれば、圧力交換装置１０の処理量を増大するために、回転体４０を大径に形成し、第１流路４１及び第２流路４２の断面積を大きく構成した場合でも、回転体４０を回転駆動するためにトルク付与機構に要するエネルギーが低く抑えられるようになる。
【０１１１】
尚、各隙間は、狭過ぎると大きな摺動抵抗が発生して回転に必要なエネルギーが増加し、広過ぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。各隙間は、回転体４０と保持部材１１の軸方向の長さの差によって設定されるが、摺動の発熱により膨張しても隙間が変動しないように同じ素材で形成することが好ましい。
【０１１２】
圧力交換装置１０には、第１側方部材２０または第２側方部材３０の少なくとも一方を押圧して、第１側方部材２０と第２側方部材３０との間隔を調整する押圧機構が設けられ、当該押圧機構により隙間が良好に調整可能に構成されている。
【０１１３】
具体的に、第１エンドカバー１４と第２エンドカバー１５を連結する連結部材１２が押圧機構として機能し、ナット１２ｂ，１２ｃの締付力を調整することによって、第１エンドカバー１４と第２エンドカバー１５の間隔が調整され、これにより、第１側方部材２０及び第２側方部材３０が、第１エンドカバー１４及び第２エンドカバー１５で押圧されて、第１側方部材２０及び第２側方部材３０と回転体４０との間隙が調整される。
【０１１４】
また、第１側方部材２０及び第２側方部材３０で支持された支軸４３も押圧機構として機能し、ダブルナットの締付力を調整することによって、第１側方部材２０及び第２側方部材３０と回転体４０との間隙が調整される。
【０１１５】
連結部材１２により、主に第１側方部材２０及び第２側方部材３０と回転体４０との周縁領域の間隙が調整され、支軸４３により、主に第１側方部材２０及び第２側方部材３０と回転体４０との中心部分の間隔が調整される。
【０１１６】
仮に第１側方部材２０または第２側方部材３０と回転体４０の端面が磨耗して隙間が大きくなり、流体が漏れて圧力の交換効率の低下を招くような場合であっても、押圧機構により第１側方部材２０または第２側方部材３０と回転体４０との間隔が調整できるので、回転体４０などの主要部品の磨耗等による交換頻度を減らすことができるようになる。
【０１１７】
さらに、第１側方部材２０と第１エンドカバー１４とで区画される第１閉空間１６が形成され、少なくとも第１流体または第２流体を第１閉空間１６に導くように、第１エンドカバー１４に第１連通路１７が形成されている。
【０１１８】
具体的に、第１エンドカバー１４の中心部に凹部が形成され、該凹部と第１側方部材２０とで第１閉空間１６が区画されている。当該第１閉空間１６が、支軸４３を締付けるダブルナットの収容空間となる。
【０１１９】
第１エンドカバー１４には、第１流体または第２流体を第１閉空間１６に導く第１連通路１７が形成されている。本実施形態では、第１連通路１７の一端が第１流体流入口２５に開口するように構成され、第１連通路１７を介して第１流体（高圧濃縮海水Ｈｉ）が第１閉空間１６に流入する。
【０１２０】
回転体４０と第１側方部材２０との隙間に進入した第１流体または第２流体によって、第１側方部材２０には回転体４０と離隔する外側方向へ圧力が作用する。特に第１閉空間１６に面する第１側方部材２０の中心領域には、挿通部４４に流入した流体の大きな圧力がかかる。
【０１２１】
しかし、第１エンドカバーに形成された第１連通路から第１閉空間に第１流体または第２流体が導かれるので、第１閉空間１６に面する第１側方部材２０の両面で圧力バランスが保たれるようになる。
【０１２２】
第２側方部材３０と第２エンドカバー１５とで区画される第２閉空間３８ａ，３８ｂが形成され、少なくとも第１流体または第２流体を第２閉空間３８ａ，３８ｂに導くように、第２側方部材３０に第２連通路３９ａ，３９ｂが形成されている。
【０１２３】
具体的に、図２、図５及び図８に示すように、第２側方部材３０と第２エンドカバー１５の間には封止板３５が配設されている。封止板３５の一端面に形成された隔壁３８ｃと第２側方部材３０とで第２閉空間３８ａ，３８ｂが区画されている。
【０１２４】
封止板３５のうち第２側方部材３０と接触する一端面にシール３６ａが備えられ、封止板３５の外周面にシール３６ｂが備えられている。当該封止板３５は第２エンドカバーにボルトで固定されている。従って、連結部材１２のナット１２ｂ，１２ｃを締め付けることによって、封止板３５が第２側方部材３０へと押圧される。
【０１２５】
第２側方部材３０に形成された連通部３１，３２には、高圧流体を第２閉空間３８ａへと導く第２連通路３９ａが厚み方向に貫通形成され、第２側方部材３０に形成された連通部３３，３４には、低圧流体を第２閉空間３８ｂへと案内する第２連通路３９ｂが厚み方向に貫通形成されている。
【０１２６】
第２閉空間３８ａには、連通部３１，３２の流体が第２連通路３９ａを介して流入し、第２閉空間３８ｂには、連通部３３，３４の流体が第２連通路３９ｂを介して流入する。第２閉空間３８ａ，３８ｂに流入した流体の圧力は、第２側方部材３０を回転体４０に向けて押圧するように作用する。
【０１２７】
回転体４０の第１流路４１及び第２流路４２を流れる高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが第２側方部材３０に作用する押圧力と、第２閉空間３８ａから第２側方部材３０に作用する押圧力とがバランスする。
【０１２８】
また、回転体４０の第１流路４１及び第２流路４２を流れる低圧濃縮海水Ｌｏ及び低圧海水Ｌｉが第２側方部材３０に作用する押圧力と、第２閉空間３８ｂから第２側方部材３０に作用する押圧力とがバランスする。
【０１２９】
上述の例で、封止板３５と第２エンドカバー１５が一体に形成されていてもよい。この場合は、第２側方部材３０と、第２エンドカバーとで第２閉空間３８が区画される。また、第２閉空間３８ａ，３８ｂが隔壁３８ｃにより２等分された例を説明したが、圧力バランスが保たれる限り、４等分など第２閉空間の区画数が増えてもよい。
【０１３０】
以上の通り、第１側方部材２０及び第２側方部材３０ともに、両面に作用する圧力のバランスが確保でき、回転軸心方向に歪みが発生するようなことが無くなるので、第１側方部材２０及び第２側方部材３０を薄肉化することができる。しかも、回転体４０と第１側方部材２０及び第２側方部材３０との隙間が全面で一定に保たれるようになり、回転体４０の円滑な回転が可能となる。
【０１３１】
尚、撓みが生じると回転体４０と第１側方部材２０及び第２側方部材３０との隙間に広狭が生じ、隙間が狭くなると回転抵抗が増加して回転体に必要なエネルギーが増大し、隙間が広がると流体の漏れが増大して効率が低下する。
【０１３２】
回転体、第１及び第２側方部材、第１及び第２エンドカバーの作用する圧力のバランスや流体の流れを考慮し、第１及び第２側方部材、第１及び第２エンドカバー、封止板の周方向の位置関係が周方向に変動しないように、それぞれピンやボルトなどで固定することが好ましい。
【０１３３】
次に、図２、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に基づいて、トルク付与機構について詳述する。
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１流体流入路２１は、第１側方部材２０の入口側開口部２１ａから出口側開口部２１ｂにかけて、回転体４０の周方向に配列された複数の第１流路４１と同時に連通するように、周方向に拡径して形成された第１傾斜部としての流路壁２１ｃを備えて構成されている。
【０１３４】
第２流体流出路２２は、第１側方部材２０の出口側開口部２２ａから入口側開口部２２ｂにかけて、回転体４０の周方向に沿って複数の第２流路４２と同時に連通するように拡径して形成された第２傾斜部としての流路壁２２ｃを備えて構成されている。
【０１３５】
第２流体流入路２３は、第１側方部材２０の入口側開口部２３ａから出口側開口部２３ｂにかけて、回転体４０の周方向に沿って複数の第２流路４２と連通するように拡径して形成された第２傾斜部としての流路壁２３ｃを備えて構成されている。
【０１３６】
第１流体流出路２４は、第１側方部材２０の出口側開口部２４ａから入口側開口部２４ｂにかけて、回転体４０の周方向に沿って複数の第１流路４１と同時に連通するように拡径して形成された第１傾斜部としての流路壁２４ｃを備えて構成されている。
【０１３７】
このような形状をした各流入路２１，２３及び流出路２２，２４により、回転体４０に対するトルク付与機構が構成されている。
【０１３８】
図６（ａ），（ｃ）に示すように、流路壁２１ｃの傾斜方向と流路壁２３ｃの傾斜方向は円周方向に対して同じ向きに設定されている。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、流路壁２１ｃの傾斜方向と流路壁２２ｃの傾斜方向が円周方向に対して逆になるように設定されている。
図６（ｃ），（ｄ）に示すように、流路壁２３ｃの傾斜方向と流路壁２４ｃの傾斜方向が円周方向に対して逆になるように設定されている。
【０１３９】
第１側方部材２０の入口側開口部２０ａから第１流体流入路２１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉは、第１傾斜部としての流路壁２１ｃに沿って流れて、出口側開口部２０ｂから複数の第１流路４１に分散して流入する。
【０１４０】
このとき、回転体４０の周方向に沿って第１流体流入路２１を流れる高圧濃縮海水Ｈｉは、第１流路４１間に形成された壁面（隔壁４１ｗ）へ圧力を付与し、この圧力が回転体４０を回転させるトルクとなる。
【０１４１】
また、複数の第２流路４２を流れる高圧海水Ｈｏが合流して第１側方部材２０の入口側開口部２２ｂから第２流体流出路２２に流入した高圧海水Ｈｏは、第２傾斜部としての流路壁２２ｃに沿って流れて出口側開口部２２ａから流出する。
【０１４２】
このとき、第２流路４２から第２流体流出路２２に流入する高圧海水Ｈｏは、通流断面積が広くなる向きに流れるため、第２流路４２間に形成された壁面（隔壁４２ｗ）へ圧力を付与し、この圧力が回転体４０を回転させるトルクとなる。
【０１４３】
流路壁２１ｃの傾斜方向と流路壁２２ｃの傾斜方向が逆向きに設定されているので、高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入路２１から第１流路４１に流入するときに発生するトルクと、高圧海水Ｈｏが第２流路４２から第２流体出路２２へと流出するときに発生するトルクは同じ向きになる。
【０１４４】
つまり、トルク付与機構は、回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉと回転体４０から流出する高圧海水Ｈｏのエネルギーにより、回転体４０を回転させるトルクを発生させる。このとき、何れか一方のエネルギーのみで回転体４０を回転させる場合よりも大きなトルクを発生させることができる。
【０１４５】
同様に、低圧海水Ｌｉが第２流体流入路２３の流路壁２３ｃに沿って第２流路４２に流入するときのエネルギーにより回転体４０を回転させるトルクが発生し、低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路４１から第１流体流出路２４の流路壁２４ｃへ流出するときのエネルギーにより回転体４０を回転させるトルクが発生する。そしてこれらのトルクも同じ向きになる。
【０１４６】
従って、外部動力を付与しなくても、圧力変換対象となる流体のエネルギーによって回転体４０を回転させることができるようになる。そして、回転体４０の回転に伴って、圧力伝達部への第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入が切り替えられるので、別途の流路の切替機構も不要になる。
【０１４７】
尚、回転軸心から径方向に大きく離隔した流路に流入する流体のエネルギー、または回転軸心から径方向に大きく離隔した流路から流出する流体のエネルギーを利用する方が、同じエネルギーで大きなトルクを発生させることができるのでエネルギー効率がよい。
【０１４８】
図２及び図５（ａ），（ｂ）に基づいて、第２側方部材３０に形成された連通部３１，３２，３３，３４について詳述する。
圧力交換時には、第１流体流入路２１から高圧濃縮海水Ｈｉが流入する周方向に隣接する複数の第１流路４１が、連通部３１，３２を介して、同じく周方向に隣接する複数の第２流路４２と同時に連通し、圧力交換後の高圧海水Ｌｉが第２流体流出路２２を介して流出する。
【０１４９】
このとき、トルク付与機構の作用に起因して、複数の第１流路４１及び第２流路４２で発生する圧損が周方向でそれぞれ異なる。そのため、第１流路４１から連通部３１に流入した流体が、連通部３２を経由して圧損の低い第２流路４２に流出すると、トルク付与機構が適正に機能せず、回転力が低下する虞がある。同様の現象が連通部３３，３４でも発生する虞がある。
【０１５０】
圧損の低い流路とは、流入路から流出路へと直線的に連通している流路をいい、例えば、図７の第１流路４１ｂ，４１ｊ、第２流路４２ｏ，４２ｇのことである。
【０１５１】
そこで、トルク付与機構による適正なトルクが維持されるように、連通部３１，３２及び連通部３３，３４の中央部には、それぞれ第２側方部材３０の表面よりも僅かに低い高さの隔壁ｗが形成されている。
【０１５２】
この隔壁ｗにより周方向への流れ、つまり圧損の低い流路への流れ（例えば、図７の第１流路４１ｂから第２流路４２ｏへの流れや、第２流路４２ｊから第１流路４１ｇへの流れ）が阻害される。
【０１５３】
その結果、径方向に隣接する第１流路４１から第２流路４２への流れ、または第２流路４２から第１流路４１への流れ（例えば、第１流路４１ｂから第２流路４２ｂへの流れや、第２流路４２ｊから第１流路４１ｊへの流れ）が確保されて、トルク付与機構が適正に機能するようになる。
【０１５４】
さらに、第２側方部材３０の連通部３１，３２，３３，３４が形成された面に、２本の連通溝３７ａ，３７ｂが形成されている。連通溝３７ａ，３７ｂは、例えば数ミリ程度の溝で形成され、連通部３４と連通部３１の間、及び連通部３２と連通部３３の間に配置されている。
【０１５５】
回転体４０の第１流路４１内または第２流路４２内の高圧流体が低圧流体の連通路へと進入する際に、連通溝３７ａ，３７ｂを介して段階的に圧力が低下するので大きな圧力変動が緩和され、低圧流体が高圧流体の連通路へと進入する際に、連通溝３７ｂ，３７ａを介して段階的に圧力が上昇するので大きな圧力変動が緩和される。
【０１５６】
このような構成によって、高圧流体が低圧流体の連通路へと進入したときの圧力の急変によるキャビテーション等の不都合な事態の発生を防止することができる。また、回転体４０の隔壁４１ｗ，４２ｗへ掛かる水圧差が減少して、回転体４０の破損の虞が減るとともに、隔壁４１ｗ，４２ｗを薄肉化することができ、軽量化や大容量化に対応することができる。
【０１５７】
以上のように構成された圧力交換装置１０の具体的な圧力交換処理について説明する。
図７に示すように、回転体４０には、第１流路４１ａ〜４１ｐと第２流路４２ａ〜４２ｐとで構成される１６組の圧力伝達部が、回転軸心周りに放射状に配設されている。
【０１５８】
図７中、二点鎖線で示す領域は、第１側方部材２０に形成された第１流体流入路２１の出口側開口部２１ｂと、第２流体流出路２２の入口側開口部２２ｂと、第２流体流入路２３の出口側開口部２３ｂと、第１流体流出路２４の入口側開口部２４ｂに対応する領域を表している。
【０１５９】
第１流体流入路２１には、回転体４０の周方向に隣接する第１流路４１ｃ，４１ｂ，４１ａ，４１ｐ，４１ｏ，４１ｎの６本が同時に連通し、第２流体流出路２２には、同じく回転体４０の周方向に隣接する第２流路４２ｃ，４２ｂ，４２ａ，４２ｐ，４２ｏ，４２ｎの６本が同時に連通する。
【０１６０】
第１流路４１ｃ，４１ｂ，４１ａ，４１ｐ，４１ｏ，４１ｎと第２流路４２ｃ，４２ｂ，４２ａ，４２ｐ，４２ｏ，４２ｎは、第２側方部材３０に形成された連通部３１，３２で互いに連通している。
【０１６１】
第２流体流入路２３には、回転体４０の周方向に隣接する第２流路４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｉ，４２ｊ，４２ｋの６本が同時に連通し、第１流体流出路２４には、同じく回転体４０の周方向に隣接する第１流路４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｉ，４１ｊ，４１ｋの６本が同時に連通する。
【０１６２】
第２流路４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｉ，４２ｊ，４２ｋと第１流路４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｉ，４１ｊ，４１ｋは、第２側方部材３０に形成された連通部３３，３４で互いに連通している。
【０１６３】
第１流体流入路２１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉは、第１流路４１ｃ，４１ｂ，４１ａ，４１ｐ，４１ｏ，４１ｎの夫々に分散して流入する際に、流路壁２１ｃに沿って流れ、図７中一点鎖線の矢印で示すように、回転体４０には時計回りのトルクが付与される。
【０１６４】
第１流路４１ｃ，４１ｂ，４１ａ，４１ｐ，４１ｏ，４１ｎに流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が、夫々第２側方部材３０内で連通した第２流路４２ｃ，４２ｂ，４２ａ，４２ｐ，４２ｏ，４２ｎの海水に伝達されて、高圧海水Ｈｏが第２流路４２ｃ，４２ｂ，４２ａ，４２ｐ，４２ｏ，４２ｎから第２流体流出路２２へ流出する。
【０１６５】
高圧海水Ｈｏが第２流路４２ｃ，４２ｂ，４２ａ，４２ｐ，４２ｏ，４２ｎから第２流体流出路２２へと流出する際に、その流れが広くなるように流路壁２２ｃに沿って流れ、図７中一点鎖線の矢印で示すように、回転体４０には時計回りのトルクが付与される。
【０１６６】
第２流体流入路２３に流入した低圧海水Ｌｉが、第２流路４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｉ，４２ｊ，４２ｋの夫々に分散して流入するときに、低圧海水Ｌｉは、流路壁２３ｃに沿って流れ、回転体４０には、図７中一点鎖線矢印が示すように時計回りのトルクが付与される。
【０１６７】
第２流路４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｉ，４２ｊ，４２ｋに流入した低圧海水Ｌｉの圧力が、夫々第２側方部材３０内で連通した第１流路４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｉ，４１ｊ，４１ｋの濃縮海水に伝達されて、低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｉ，４１ｊ，４１ｋから第１流体流出路２４へ流出する。
【０１６８】
低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｉ，４１ｊ，４１ｋから第１流体流出路２４へ流出する際に、流れを広くするように流路壁２４ｃに沿って流れ、図７中一点鎖線の矢印で示すように、回転体４０には時計回りのトルクが付与される。
【０１６９】
以上のように、高圧濃縮海水Ｈｉが回転体４０に与えるトルクと、高圧海Ｈｏが回転体４０に与えるトルクと、低圧海水Ｌｉが回転体４０に与えるトルクと、低圧濃縮海水Ｌｏが回転体４０に与えるトルクの全てが同一方向となり、回転体４０は時計周りに回転する。
【０１７０】
回転体４０の回転に伴って、第１流体流入路２１及び第２流体流出路２２と、第２流体流入路２３及び第１流体流出路２４とに、それぞれ連通する第１流路４１及び第２流路４２の組が切り替わる。
【０１７１】
そして、高圧濃縮海水Ｈｉから高圧海水Ｈｏへの圧力の伝達、及び、低圧海水Ｌｉから低圧濃縮海水Ｌｏへの圧力の伝達、つまり第１流体と第２流体との間の圧力交換処理が連続的に行なわれる。
【０１７２】
第１流路４１及び第２流路４２内で濃縮海水と海水が混在するが、各々の流体は塩分濃度差があるため、拡散により一定量が常に混ざった混合領域が境界部分に形成されるだけで、全体が混合されることは無い。当該混合領域は、ピストンのような役目を果たしながら、第１流路４１と連通部３１，３２，３３，３４と第２流路４２で形成される流路内部の一定範囲で往復移動することになる。
【０１７３】
回転体４０の回転時に、第１流体流入路２１、第２流体流出路２２、第２流体流入路２３、または第１流体流出路２４の何れにも連通しない第１流路４１ｄ，４１ｅ，４１ｌ，４１ｍ、及び第２流路４２ｄ，４２ｅ，４２ｌ，４２ｍでは圧力の交換は行なわれることはない。
【０１７４】
本実施形態では、第１流体流入路２１、第２流体流出路２２、第２流体流入路２３、または第１流体流出路２４に、回転体の回転に伴って第１流路及び第２流路が同時に５本または６本連通する例を説明したが、同時に連通する本数はこの値に制限されることはなく、適宜設定される。
【０１７５】
同時に連通する第１流路及び第２流路の本数が少なく、何れにも連通しない第１流路及び第２流路の本数が多いと、装置から排水される水の脈動が大きくなる。また、流体流入路及び流体流出路の何れにも連通しない本数が少ないと、高圧の流体から低圧の流体への漏れ量が増加する。
【０１７６】
回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉ、回転体４０から流出する高圧海水Ｈｏ及び低圧濃縮海水Ｌｏのエネルギーによって回転体４０が回転するように構成されているため、回転体４０に流入する各流体のエネルギーのみで回転する場合より大きなトルクを付与することができる。
【０１７７】
流路壁２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃの形状が変わると、流入路から各流路に流入する流体及び各流路から流出路に流出する流体の流れが変わり、回転体に付与されるトルクが変わり、回転体の回転数が変わる。
【０１７８】
つまり、回転体４０の回転数は、流路壁２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃの形状に依存する。圧力交換装置１０の処理流量は、回転体４０の回転数に依存するため、流路壁２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃの形状を変更することにより回転体４０の回転数を調整し、圧力交換装置１０の処理流量を調整することができる。例えば、当該形状の異なる第１側方部材を複数準備しておき、何れかを選択することで容易に処理流量を調整できる。
【０１７９】
次に、圧力交換装置の第２の実施形態を説明する。
以下の説明では、主に第１の実施形態と異なる構成について詳しく説明し、第１の実施形態と同一の構成については説明を簡略する。尚、第２の実施形態を示す図９から図１６（ａ），（ｂ）では、第１の実施形態と同一の部材は同一の符号を付している。
【０１８０】
図９に示すように、第２の実施形態の圧力交換装置２００も第１実施形態と同様に、回転体４０と、回転体４０を挟むように回転体４０の両側に配置され、回転体４０を回転可能に挟持する第１側方部材２０及び第２側方部材３０と、第１側方部材２０及び第２側方部材３０の間で回転体４０の周部を覆うように配置された筒状の保持部材１１を備えている。
【０１８１】
さらに、第１側方部材２０、第２側方部材３０、及び保持部材１１を収容する筒状のケーシング１３が設けられ、ケーシング１３のうち第１側方部材２０側の一端面を封止する第１エンドカバー１４と、第２側方部材３０側の他端面を封止する第２エンドカバー１５等を備えている。
【０１８２】
図９及び図１０（ａ），（ｂ）に示すように、高圧濃縮海水Ｈｉの流入配管５１、高圧海水Ｈｏの流出配管５２、低圧海水Ｌｉの流入配管５３、及び低圧濃縮海水Ｌｏの流出配管５４が第１エンドカバー１４に接続されている。
【０１８３】
流入配管５１から第１流体流入路２１を経由して回転体４０の第１流路４１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉと、流入配管５３から第２流体流入路２３を経由して回転体４０の第２流路４２に流入し、第１流路４１の中にある低圧濃縮海水Ｌｏと圧力交換を終了した低圧海水Ｌｉとが、連通路３１，３２（図１５（ａ）参照）で連通して圧力交換される。その結果、高圧海水Ｈｏが第２流体流出路２２を経由して流出配管５２から流出する。
【０１８４】
同様に、流入配管５３から第２流体流入路２３を経由して回転体４０の第２流路４２に流入した低圧海水Ｌｉと、流入配管５１から第１流体流入路２１を経由して回転体４０の第１流路４１に流入し、第２流路４２の中にある低圧海水Ｌｉと圧力交換を終了した低圧濃縮海水Ｌｏとが、連通路３３，３４（図１５（ａ）参照）で連通して圧力交換される。その結果、低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体流出路２４を経由して流出配管５４から流出する。
【０１８５】
図９及び図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ケーシング１３の端部を封止する円盤状の第１封止板５０ａが第１エンドカバー１４にボルト固定されている。第１封止板５０ａは、その直径がケーシング１３の内周より僅かに小さく設定されており、その外周にケーシング１３の内周との隙間のシール５０ｅ（図９参照）を嵌入するための溝５０ｉが形成されている。尚、第１エンドカバー１４の一部を構成する第１封止板５０ａは、第１エンドカバー１４に一体に形成されていてもよい。
【０１８６】
第１封止板５０ａの厚み方向に第１流体流入口２５、第２流体流出口２６、第２流体流入口２７、及び第１流体流出口２８が貫通形成されている。第１エンドカバー１４と対向する端面の開口部が、上述した各配管５１、５２、５３、５４の端部を挿入できるように円形に形成され、第１側方部材２０と対向する端面の開口部が第１流体流入路２１、第２流体流出路２２、第２流体流入路２３、及び第１流体流出路２４と対応する形状に形成されている。
【０１８７】
第１封止板５０ａが第１側方部材２０に対向配置されると、第１流体流入口２５と第１流体流入路２１とが連通し、同様に、第２流体流出口２６と第２流体流出路２２とが連通し、第２流体流入口２７と第２流体流出路２３とが連通し、第１流体流出口２８と第１流体流出路２４とが連通する。
【０１８８】
図９及び図１０（ａ），（ｂ）に示すように、各配管５１、５２、５３、５４には、それぞれ端部近傍の所定位置に、周方向に沿って切欠部５５が形成されている。各配管５１、５２、５３、５４の端部が第１エンドカバー１４に形成された各開口部に挿通され、さらに第１エンドカバー１４の一部を構成する第１封止板５０ａに形成された第１流体流入口２５、第２流体流出口２６、第２流体流入口２７、及び第１流体流出口２８の開口部（図１２(ａ)参照）に挿入される。さらにその後、各切欠部５５に嵌合された状態のポート押え５６が第１エンドカバー１４にボルト固定される。
【０１８９】
このようにして、各配管５１、５２、５３、５４が圧力交換装置２００に接続されている。本実施形態では、合計４つのポート押え５６が、隣接する二本の配管の間に設けられ、各ポート押え５６が隣接する二本の配管の夫々の切欠部５５に嵌入されている。
【０１９０】
図９及び図１６（ａ），（ｂ）に示すように、ケーシング１３の端部を封止する円盤状の第２封止板５０ｂが第２エンドカバー１５にボルト固定されている。第２封止板５０ｂは、その直径がケーシング１３の内周より僅かに小さく設定されており、その外周にケーシング１３の内周との隙間のシール５０ｆを嵌入するための溝５０ｊが形成されている。尚、第２エンドカバー１５の一部を構成する第２封止板５０ｂは、第２エンドカバー１５に一体に形成されていてもよい。
【０１９１】
第２側方部材３０に形成された連通部３１，３２，３３，３４から、第２側方部材３０の厚み方向に貫通された第２連通路３９ａ，３９ｂが形成されている（図１５参照）。さらに、第２エンドカバー１５に形成された覗き孔１９を通して回転体４０が目視できるように、第２エンドカバー１５の一部を構成する第２封止板５０ｂが光透過部材で構成されている。
【０１９２】
具体的に、第２封止板５０ｂとしてアクリルやポリカーボネート等で構成される透明または半透明の樹脂板を用いることができる。尚、第２封止板５０ｂを全て光透過部材で構成してもよいし、覗き孔１９に対応する部分のみを光透過部材で構成してもよい。
【０１９３】
また、覗き孔１９は、連通部３１，３２，３３，３４及び第２連通路３９ｂまたは第２連通路３９ａと円周方向に一致する位置に形成されている。尚、本実施形態では覗き孔１９が、低圧側の第２連通路３９ｂと一致する位置に形成されている。これは、別部材で構成される覗き孔１９に掛かる圧力を抑えるためである。
【０１９４】
さらに、本実施形態では、回転体４０を容易に目視でき、そして回転の確認ができるように、第２連通路３９ａ，３９ｂは、第１の実施形態の圧力交換装置１０の第２連通路３９ａ，３９ｂに比べて大径に形成されている。
【０１９５】
図９及び図１１（ａ），（ｂ）に示すように、回転体４０は、一端側から第１流体が流入及び流出する複数本の第１流路４１と、同じく一端側から第２流体が流入及び流出する複数本の第２流路４２とが、回転軸心周りに配設されるように回転軸心方向に貫通形成された円柱状部材で構成されている。第１の実施形態と異なり、第１流路４１が回転体４０の径方向内側に配置され、第２流路４２が回転体４０の径方向外側に配置されている。
【０１９６】
保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面とで軸受部が構成され、当該軸受部によって回転体４０が回転可能に支持されている。そのため、第１の実施形態と異なり第１側方部材２０及び第２側方部材３０には軸部４８ａ，４８ｂ（図２参照）が形成されておらず、回転体４０には、軸受部４７ａ，４７ｂ（図２参照）が形成されていない。軸受部とは、回転体を回転可能に支持する部分のことであり、回転体の回転軸心だけでなく回転体の外周面等、他の部分に形成することができる。
【０１９７】
保持部材１１の周面に形成された第３連通路４５の開口部と対向するように、回転体４０の外周面には周方向に溝４０ａが形成されている。第１側方部材２０及び第２側方部材３０と回転体４０との隙間に進入した第１流体及び第２流体が、保持部材１１と回転体４０の隙間から溝４０ａ及び第３連通路４５を経由して保持部材１１とケーシング１３の隙間に進入する。
【０１９８】
これにより、保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面との間が第１流体及び第２流体で満たされる。この流体が潤滑剤として機能するため、回転体４０は、保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面とが直接に摺動することなく、間隔を隔てた状態で円滑に回転する。
【０１９９】
また、保持部材１１の内周面と外周面には同じ圧力の流体が満たされるので、径方向に撓むことなく、保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面とが摺動することなく円滑に回転する。
【０２００】
回転体４０の中心部に回転軸心に沿って貫通形成された挿通部４４に支軸４３が挿通され、支軸４３の各端部に形成されたネジ部を固定する固定部としてのナット４３ａ，４３ｂが、第１側方部材２０と第１エンドカバー１４の第１封止板５０ａとで区画される第１閉空間１６、及び第２側方部材３０と第２エンドカバー１５の一部を構成する第２封止板５０ｂとで区画される第２閉空間１８にそれぞれ設けられている。
【０２０１】
第１閉空間１６と挿通部４４を連通する第４連通路４９ａ、及び第２閉空間１８と挿通部４４を連通する第５連通路４９ｂが、支軸４３に形成されている。
【０２０２】
回転体４０と第１側方部材２０との隙間を経由して挿通部４４に進入した流体と、回転体４０と第２側方部材３０との隙間を経由して挿通部４４に進入した流体が、第４連通路４９ａを経由して第１閉空間１６に流入するとともに、第５連通路４９ｂを経由して第２閉空間１８に流入し、第１閉空間１６と第２閉空間１８と挿通部４４とが略同じ圧力に維持される。
【０２０３】
従って、第１側方部材２０のうち第１閉空間１６を区画する部位で両面の圧力バランスが保たれて撓みが生じない。第２側方部材３０のうち第２閉空間１８を区画する部位で両面の圧力バランスが保たれて撓みが生じない。
【０２０４】
支軸４３に形成された第４連通路４９ａは、一端が支軸４３の軸心方向の端部において第１閉空間１６に開放され、他端が支軸４３の外周部の径方向で挿通部４４に開放され、第４連通路４９ａの一端と他端は、支軸４３内部で連通されて構成されている。支軸４３に形成された第５連通路４９ｂも同様に構成されている。
【０２０５】
第４連通路４９ａ及び第５連通路４９ｂは、必ずしも支軸４３に形成される必要は無く、第１閉空間１６と挿通部４４及び第２閉空間１８と挿通部４４を連通できれば、図１７（ｂ）に示したように、第１側方部材２０及び第２側方部材３０にその厚み方向に形成した貫通路で構成されてもよい。
【０２０６】
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１側方部材２０のうち回転体４０に対向する端面には、第１圧力領域６１ａと、第２圧力領域６２ａと、第３圧力領域６３ａと、第４圧力領域６４ａとが形成される。
【０２０７】
第１圧力領域６１ａは、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を受ける領域であり、第２圧力領域６２ａは、第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力を受ける領域である。
【０２０８】
また、第３圧力領域６３ａは、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏの圧力を受ける領域であり、第４圧力領域６４ａは、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏの圧力を受ける領域である。
【０２０９】
それら圧力領域６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａにかかる圧力と対抗するために、第１封止板５０ａ（第１エンドカバー１４）と第１側方部材２０との対向部には、第１調圧領域６１ｂと、第２調圧領域６２ｂと、第３調圧領域６３ｂと、第４調圧領域６４ｂとがそれぞれ区画されている（図１２（ｃ）参照）。
【０２１０】
第１調圧領域６１ｂは、第１流体流入路２１の開口部周辺領域であって第１圧力領域６１ａに略対応する領域に区画され、第２調圧領域６２ｂは、第２流体流入路２３の開口部周辺領域であって第２圧力領域６２ａに略対応する領域に区画されるように、第１封止板５０ａに凹部が形成されている。
【０２１１】
また、第３調圧領域６３ｂは、第２流体流出路２２の開口部周辺領域であって第３圧力領域６３ａに略対応する領域に区画され、第４調圧領域６４ｂは、第１流体流出路２４の開口部周辺領域であって第４圧力領域６４ａに略対応する領域に区画されるように、第１封止板５０ａに凹部が形成されている。
【０２１２】
図１３（ａ）には、第１調圧領域６１ｂ、第２調圧領域６２ｂ、第３調圧領域６３ｂ、及び第４調圧領域６４ｂに対応する扇状の領域が、夫々一点鎖線で示されている。図１３（ｃ）には、第１圧力領域６１ａ、第２圧力領域６２ａ、第３圧力領域６３ａ、及び第４圧力領域６４ａに対応する領域が、夫々一点鎖線で扇状に示されている。
【０２１３】
尚、各圧力領域６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａは、実際には図中の一点鎖線で示した扇状のように、その領域が明確に区画されるものではないが、凡そ図１３（ａ）に一点鎖線で示した各調圧領域６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂの扇状に区画された領域に対応した領域となる。
【０２１４】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１封止板５０ａのうち第１側方部材２０との対向面には、第１流体流入口２５、第２流体流出口２６、第２流体流入口２７、及び第１流体流出口２８の夫々の開口部及び、中央に形成された凹部１６ａを区画するための第１ガスケット５０ｃを嵌入するための溝５０ｇが形成されている。
【０２１５】
図１４（ａ）には、第１ガスケット５０ｃが示されている。図１４（ｃ）に示すように、第１ガスケット５０ｃは断面が蒲鉾形（hog-backed shape）に構成されている。これは、ケーシング１３と第１エンドカバー１４の中に第１側方部材２０を含む回転体ユニットを組み入れたときの、第１ガスケット５０ｃからの反力を小さくして、第１側方部材２０や第１エンドカバー１４の変形を抑制するためである。
【０２１６】
第１ガスケット５０ｃの矩形底部が第１封止板５０ａの溝５０ｇに嵌入され、上方の円弧側が第１側方部材２０に接触するように配置される。尚、反力を低下させることができれば、第１ガスケット５０ｃの断面の形状は蒲鉾形に限らず、円形、円弧、または多角形等の形状を採用することができる。また、ガスケットはシート状であってもよい。
【０２１７】
第１封止板５０ａと第１側方部材２０とを対向配置すると、第１ガスケット５０ｃによって、第１調圧領域６１ｂ、第２調圧領域６２ｂ、第３調圧領域６３ｂ、第４調圧領域６４ｂ、及び第１閉空間１６が相互に密封した状態で区画形成される。
【０２１８】
圧力交換装置２００が作動すると、第１側方部材２０の第１圧力領域６１ａに、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が作用し、第２圧力領域６２ａに、第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力が作用する。また、第３圧力領域６３ａには、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏの圧力が作用し、第４圧力領域６４ａには、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏの圧力が作用する。つまり、第１側方部材２０には第１エンドカバー１４に向けた付勢力が作用する。
【０２１９】
この付勢力に対抗するように、第１ガスケット５０ｃで仕切られる第１調圧領域６１ｂ、第２調圧領域６２ｂ、第３調圧領域６３ｂ、及び第４調圧領域６４ｂに流体の圧力が作用するように構成されている。
【０２２０】
図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第２側方部材３０のうち回転体４０と対向する端面には、第５圧力領域６５ａと、第６圧力領域６６ａと、第７圧力領域６７ａとが形成されている。
【０２２１】
第５圧力領域６５ａは、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力及び高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏの圧力を受ける領域である。
【０２２２】
第６圧力領域６６ａは、第５圧力領域６５ａと、第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力及び圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏの圧力を受ける領域である。
【０２２３】
第７圧力領域６７ａは、第５圧力領域６５ａと第６圧力領域６６ａの間に第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力と第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力との間の中間圧力を受ける領域である。
【０２２４】
具体的に、第２側方部材３０に形成された連通部３１，３２とそれらの間の隔壁ｗを含む領域が第５圧力領域６５ａとなり、連通部３３，３４とそれらの間の隔壁ｗを含む領域が第６圧力領域６６ａとなる。
【０２２５】
それら圧力領域６５ａ，６６ａ，６７ａにかかる圧力と対抗するために、第２封止板５０ｂと第２側方部材３０との対向部には、第５調圧領域６５ｂと、第６調圧領域６６ｂと、第７調圧領域６７ｂとがそれぞれ区画されるように、第２封止板５０ｂに凹部か形成されている。
【０２２６】
第５調圧領域６５ｂは、第５圧力領域６５ａに略対応する領域に区画され、第６調圧領域６６ｂは、第６圧力領域６６ａに略対応する領域に区画され、第７調圧領域６７ｂは、第７圧力領域６７ａに略対応する領域に区画されている。
【０２２７】
図１５（ｃ）では、第５調圧領域６５ｂ、第６調圧領域６６ｂ、及び第６調圧領域６６ｂに対応する扇状の領域が、夫々一点鎖線で示されている。図１５（ａ）では、第５圧力領域６５ａ、第６圧力領域６６ａ、及び第７圧力領域６７ａ対応する領域が、夫々一点鎖線で扇状に示されている。
【０２２８】
尚、各圧力領域６５ａ，６６ａ，６７ａは、実際には図中の一点鎖線で示した扇状のように、その領域が明確に区画されるものではないが、凡そ図１５（ｃ）に一点鎖線で示した各調圧領域６５ｂ，６６ｂ，６７ｂの扇状に区画された領域に対応した領域となる。
【０２２９】
図１６（ａ），（ｂ）に示すように、第２封止板５０ｂのうち第２側方部材３０との対向面には、第５調圧領域６５ｂ、第６調圧領域６６ｂ、第７調圧領域６７ｂ、及び凹部１８ａを区画するための第２ガスケット５０ｄを嵌入するための溝５０ｈが形成されている。また、第５調圧領域６５ｂと第６調圧領域６６ｂの部分は浅く凹状に形成されている。
【０２３０】
尚、本実施形態では凹状部とガスケットで第１調圧領域から第６調圧領域を区画したが、凹状部をなくして、ガスケットのみで第１調圧領域から第６調圧領域を区画してもよい。
【０２３１】
図１４（ｂ）には、第２ガスケット５０ｄが示されている。第２ガスケット５０ｄの断面も、図１４（ｃ）に示す第１ガスケット５０ｃの断面と同じ蒲鉾形（hog-backed shape）に構成されている。これは、ケーシング１３と第１エンドカバー１４の中に第２側方部材３０を含む回転体ユニットを組み入れ、第２エンドカバーを組立てたときの、第２ガスケット５０ｄからの反力を小さくして、第２側方部材３０や第２エンドカバー１５の変形を抑制するためである。
【０２３２】
第２ガスケット５０ｄは矩形底部が第２封止板５０ｂの溝５０ｈに嵌入され、上方の円弧側が第２側方部材３０に接触するように配置される。尚、反力を低下させることができれば、第２ガスケット５０ｄの断面の形状は蒲鉾形に限らず、円形、円弧、または多角形等の形状を採用することができる。また、ガスケットはシート状であってもよい。
【０２３３】
第２封止板５０ｂが第２側方部材３０に対向配置されると、第２ガスケット５０ｄによって、第５調圧領域６５ｂ、第６調圧領域６６ｂ、第７調圧領域６７ｂ、及び第２閉空間１８が区画形成される。
【０２３４】
第５調圧領域６５ｂには、第２側方部材３０の連通部３１、３２に形成された第２連通路３９ａを介して、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力及び高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏが進入する。第５調圧領域６６ｂには、連通部３３、３４に形成された第２連通路３９ｂを介して、第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力及び圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏが進入する。尚、本実施形態では、第２連通路３９ａ，３９ｂをそれぞれ2箇所に形成したが、１箇所のみに形成してもよいし、３箇所以上の複数個所に形成してもよい。
【０２３５】
第２側方部材３０の直径は、ケーシング１３の内径に対して幾らか小さく設定されている。従って、第７調圧領域６７ｂには、第２側方部材３０の外周とケーシング１３の内周にできた隙間から、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力と第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力との間の中間圧力の流体が進入する。
【０２３６】
圧力交換装置２００が作動すると、第２側方部材３０の第５圧力領域６５ａに、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力及び高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏの圧力が作用する。
【０２３７】
同様に、第６圧力領域６６ａに、第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力及び圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏの圧力が作用する。
【０２３８】
また、第７圧力領域６７ａに、第５圧力領域６５ａと第６圧力領域６６ａの間に第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力と第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力との間の中間圧力が作用する。つまり、第２側方部材３０には第２エンドカバー１５に向けた付勢力が作用する。
【０２３９】
この付勢力に対抗するように、第２ガスケット５０ｄで仕切られる第５調圧領域６５ｂ、第６調圧領域６６ｂ、第７調圧領域６７ｂに流体の圧力が作用するように構成されている。
【０２４０】
図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第２側方部材３０の端面には、連通部３１，３４の間及び連通部３２，３３の間にそれぞれ連通溝６８，６９が形成されている。連通溝６８，６９は、幅数ミリ、深さ数ミリ程度の溝で形成されている。
【０２４１】
連通溝６８，６９は、連通部３１と連通部３４の間、及び連通部３２と連通部３３の間に配置され、回転体４０の回転に伴い、第１流路４１や第２流路４２にある高圧流体が低圧流体の連通部へと進入する際の大きな圧力変動や、低圧流体が高圧流体の連通部へと進入する際の大きな圧力変動が緩和される。従って、圧力の急変によるキャビテーションを防止することができる。
【０２４２】
また、回転体４０の隔壁４１ｗ，４２ｗ（図１１（ａ），（ｂ）参照）へ掛かる水圧差が減少し、回転体４０の破損の虞が低減されるとともに隔壁４１ｗ，４２ｗ（図１１（ａ），（ｂ）参照）を薄肉化することができ、軽量化や大容量化に対応できるようになる。これは、連通溝６８，６９を介して回転体４０の第１流路４１と第２流路４２の径方向反対側にある高圧流体と低圧流体が連通して圧力が平均化されることによる。
【０２４３】
連通溝６８，６９には、回転体４０の第１流路４１に対応する位置であって、回転体４０の回転方向に対向する方向に延出した溝６８ａ，６９ａが形成されている。同様に、連通溝６８，６９には、回転体４０の第２流路４２に対応する位置であって、回転体４０の回転方向に対向する方向に延出した溝６８ｂ，６９ｂが形成されている。
【０２４４】
回転体４０の第１流路４１及び第２流路４２は、連通溝６８，６９と連通する前に溝６８ａ，６９ａ、及び溝６８ｂ，６９ｂと連通し始め、圧力変動が幾らか緩和された後に連通溝６８，６９と連通する。従って、第１流路４１及び第２流路４２がいきなり連通溝６８，６９と連通する構成よりも、スムーズに圧力変動を緩和することができる。
【０２４５】
図１３で説明した第１圧力領域６１ａ及び第３圧力領域６３ａの高圧の圧力領域と、第２圧力領域６２ａ及び第４圧力領域６４ａの低圧の圧力領域との間に、第２側方部材３０に形成されたような中間圧力となる第７圧力領域６７ａを想定し、それに対応して第７調圧領域６７ｂに相当する中間圧の調圧領域を区画形成してもよい。
【０２４６】
この場合、図１３（ａ）で示した第１封止板５０ａ（第１エンドカバー１４）と第１側方部材２０との対向部に区画された調圧領域６１ｂ，６３ｂ及び調圧領域６２ｂ，６４ｂの間に、図１５（ｃ）の調圧領域６７ｂと略同一形状の中間圧の調圧領域が区画され、それに対応した第１ガスケット５０ｃが用いられ、当該第１ガスケット５０ｃを嵌入するための溝５０ｇが第１封止板５０ａ（第１エンドカバー１４）に形成される。
【０２４７】
第１側方部材２０の直径がケーシング１３の内径に対して幾らか小さく設定されているので、第１側方部材２０の外周とケーシング１３内周との隙間から、当該中間圧の調圧領域に高圧と低圧を平均化した中間圧力の流体が進入するようになる。
【０２４８】
また、第１側方部材２０及び第２側方部材３０の外周部及びケーシングの内周部に、第７調圧領域６７ｂ及び／または当該中間圧の調圧領域と連通する連通溝を形成し、当該連通溝を介して第７調圧領域６７ｂ及び／または当該中間圧の調圧領域に中間圧力の流体を導くように構成してもよい。
【０２４９】
このような圧力交換装置２００の組み立て、調整、点検の手順を説明する。
圧力交換装置２００は回転体４０の回転軸心が水平または垂直姿勢となるように据付されるが、組み立て時には第１エンドカバー１４側が底面側となり、回転体４０の回転軸心が鉛直方向を向く姿勢で、第１エンドカバー１４から順に構成部品を積み上げるように組み立てられる。
【０２５０】
具体的に、先ず、第１封止板５０ａがボルト固定された第１エンドカバー１４に、ケーシング１３をボルト固定し、第１エンドカバー１４の周部にナット１２ｂで固定された複数本のボルト１２ａを立設する。
【０２５１】
回転体４０を収容した保持部材１１の両端に、第１側方部材２０と第２側方部材３０を配置して、回転体４０の挿通部４４に支軸４３を挿通し、その支軸４３の両端をナット４３ａ、４３ｂで締め付けて回転体ユニットを構成する。
【０２５２】
回転体ユニットを構成する第２側方部材３０の第２連通路３９ｂ及び連通部３３に棒状の治具を挿通して、回転体４０が円滑に回転することを確認する。もし円滑に回転しない場合には、再度回転体ユニットの組み立て調整を行なう。尚、第１の実施形態では第２連通路３９ｂは孔が小さいため、治具を挿通して回転体４０の回転を確認することができないが、第２の実施形態では孔が十分に大きいため、回転体４０の回転を確認することができる。
【０２５３】
調整が終了した回転体ユニットをホイストで吊り上げて、先に組み立てておいたケーシング１３の上部開口からケーシング１３内部に収容し、ケーシング１３の上部の開口端面を第２封止板５０ｂでシールし、その上に第２エンドカバー１５を載せる。
【０２５４】
最後に、第２封止板５０ｂと第２エンドカバー１５をボルト固定し、第１エンドカバー１４の周部に立設したボルト１２ａを、第２エンドカバー１５の周部に形成されたボルト孔に通してナット１２ｂで締め付けて圧力交換装置２００が完成する。
【０２５５】
圧力交換装置２００の作動時には、圧力交換装置２００の外部から、第２エンドカバー１５に形成された覗き孔１９、第２封止板５０ｂ、第２側方部材３０に形成された連通部３３、第２連通路３９ｂを通して回転体４０の回転の様子が目視できるようになる。従って、回転体４０の回転不良等の不具合が極めて容易に発見できる。
【０２５６】
本実施形態では、保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面とで軸受部を構成しているため、支軸４３は無くてもよい。但し、支軸４３により回転体ユニットとして事前に組み立て調整し、ケーシング１３に収容できるため、組立及び調整作業の作業性が向上している。
【０２５７】
尚、第２の実施形態で説明を簡略した構成については、第１の実施形態と同様の形態を採用している。さらに、第１の実施形態の各部の構成と第２の実施形態の各部の構成を組み合わせて圧力交換装置を構成することも可能である。
【０２５８】
次に、圧力交換装置の第３の実施形態を説明する。
以下の説明では、主に第１及び第２の実施形態と異なる構成について詳しく説明し、第１または第２の実施形態と同一の構成については説明を簡略する。尚、第３の実施形態を示す図１７（ａ），（ｂ）から図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）では、第１または第２の実施形態と同一の部材は同一の符号を付している。
【０２５９】
図１７（ａ），（ｂ）に示すように、第３の実施形態の圧力交換装置３００も第１の実施形態と同様に、回転体４０と、回転体４０を挟むように回転体４０の両側に配置され、回転体４０を回転可能に挟持する第１側方部材２０及び第２側方部材３０と、第１側方部材２０及び第２側方部材３０の間で回転体４０の周部を覆うように配置された筒状の保持部材１１を備えている。
【０２６０】
さらに、第１側方部材２０、第２側方部材３０、及び保持部材１１を収容する筒状のケーシング１３が設けられ、ケーシング１３のうち第１側方部材２０側の一端面を封止する第１エンドカバー１４と、第２側方部材３０側の他端面を封止する第２エンドカバー１５等を備えている。
【０２６１】
そして、高圧濃縮海水Ｈｉの流入配管５１、高圧海水Ｈｏの流出配管５２、低圧海水Ｌｉの流入配管５３、及び低圧濃縮海水Ｌｏの流出配管５４が第１エンドカバー１４に接続されている。
【０２６２】
流入配管５１から第１流体流入路２１を経由して回転体４０の第１流路４１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉと、流入配管５３から第２流体流入路２３を経由して回転体４０の第２流路４２に流入し、第１流路４１の中にある低圧濃縮海水Ｌｏと圧力交換を終了した低圧海水Ｌｉとが、連通路３１，３２（図１９（ａ）参照）で連通して圧力交換される。その結果、高圧海水Ｈｏが第２流体流出路２２を経由して流出配管５２から流出する。
【０２６３】
同様に、流入配管５３から第２流体流入路２３を経由して回転体４０の第２流路４２に流入した低圧海水Ｌｉと、流入配管５１から第１流体流入路２１を経由して回転体４０の第１流路４１に流入し、第２流路４２の中にある低圧海水Ｌｉと圧力交換を終了した低圧濃縮海水Ｌｏとが、連通路３３，３４（図１９（ａ）参照）で連通して圧力交換される。その結果、低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体流出路２４を経由して流出配管５４から流出する。
【０２６４】
つまり、第２の実施形態と異なり、第１流路４１が回転体４０の径方向外側に配置され、第２流路４２が回転体４０の径方向内側に配置されている。
【０２６５】
図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）には第１側方部材２０が示されている。本実施形態では、第１側方部材２０のうち回転体４０に対向する端面に第１圧力領域６１ａ、第２圧力領域６２ａ、第３圧力領域６３ａ、及び第４圧力領域６４ａが形成され、さらに第１圧力領域６１ａ及び第３圧力領域６３ａと、第２圧力領域６２ａ及び第４圧力領域６４ａとの間に、中間圧力領域６７ｃが形成される。
【０２６６】
第２の実施形態と同様に、第１圧力領域６１ａは、第１流体流入路２１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を受ける領域であり、第２圧力領域６２ａは、第２流体流入路２３から供給された低圧海水Ｌｉの圧力を受ける領域である。
【０２６７】
また、第３圧力領域６３ａは、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏの圧力を受ける領域であり、第４圧力領域６４ａは、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏの圧力を受ける領域である。
【０２６８】
中間圧力領域６７ｃは、高圧の圧力領域６１ａ，６３ａに作用する高圧流体と、圧力領域６２ａ，６４ａに作用する低圧流体とが混ざった中間圧力が作用する領域である。
【０２６９】
それら圧力領域６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６７ｃにかかる圧力と対抗するために、第１封止板５０ａ（第１エンドカバー１４）と第１側方部材２０との対向部には、第１調圧領域６１ｂと、第２調圧領域６２ｂと、第３調圧領域６３ｂと、第４調圧領域６４ｂと、中間調圧領域６７ｄとがそれぞれ区画されている。
【０２７０】
図２０（ａ），（ｂ），（ｃ）には、第１エンドカバー１４、及び第１封止板５０ａに形成された溝５０ｇに嵌入される第１ガスケット５０ｃ等が示されている。尚、第１ガスケット５０ｃを嵌入する溝部５０ｇが第１側方部材２０に形成される態様であってもよく、何れにも溝部５０ｇが形成されない態様であってもよい。
【０２７１】
第１ガスケット５０ｃによって、第１調圧領域６１ｂと、第２調圧領域６２ｂと、第３調圧領域６３ｂと、第４調圧領域６４ｂと、中間調圧領域６７ｄとが区画される。また、第１ガスケット５０ｃのうち中間調圧領域６７ｄに対応する部位が径方向に開放されており、このようなガスケット５０ｃによって第１封止板５０ａ（第１エンドカバー１４）と第１側方部材２０との対向部に第１開放空間２７０が形成される。尚、調圧領域の圧力を確保するために、ガスケット内周側に凹部を形成してもよい。
【０２７２】
図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１側方部材２０の外周部に、第６連通路８６が厚み方向に形成されている。また、図１７（ｂ）に示すように、保持部材１１の開口端面に、第６連通路８６と連通するように第８連通路８５が形成されている。
【０２７３】
第１側方部材２０と回転体４０との隙間に形成される中間圧力領域６７ｃの流体が、上述の第８連通路８５と第６連通路８６を経由して第１開放空間２７０となる中間調圧領域６７ｄに導かれ、中間圧力領域６７ｃと中間調圧領域６７ｄで圧力バランスが保たれる。
【０２７４】
尚、中間圧力領域６７ｃの流体が第１側方部材２０と回転体４０との隙間から第６連通路８６に導かれる場合には、保持部材１１に第８連通路８５を形成する必要はない。また、第１側方部材２０の外周部に第６連通路８６が溝状に形成される態様に替えて、第１側方部材２０に中間圧力領域６７ｃと中間調圧領域６７ｄとを連通する孔状の第６連通路８６を形成してもよく、さらには、ケーシング１３の内周面に溝状の第６連通路８６を形成してもよい。
【０２７５】
図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）には、第２側方部材３０が示され、図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）には、第２エンドカバー１５、及び第２封止板５０ｂに形成された溝５０ｈに嵌入される第２ガスケット５０ｂ等が示されている。尚、第２ガスケット５０ｂを嵌入する溝部５０ｈが第２側方部材３０に形成される態様であってもよく、何れにも溝部５０ｈが形成されない態様であってもよい。
【０２７６】
尚、第２側方部材３０に形成された連通溝３７ａ，３７ｂにも、第２の実施形態の図１５（ａ）で示した回転体４０の回転方向に対向する方向に延出した溝６８ｂ，６９ｂ，６９ａ，６９ｂと同様の溝が形成されていてもよい。
【０２７７】
本実施形態では、第２側方部材３０に形成される連通路３１，３２，３３，３４がその厚み方向に完全に貫通形成されている。
【０２７８】
また、第２の実施形態と同様に、第２側方部材３０のうち回転体４０と対向する端面には、第５圧力領域６５ａと、第６圧力領域６６ａと、第７圧力領域６７ａとが形成される。それら圧力領域６５ａ，６６ａ，６７ａにかかる圧力と対抗するために、第２封止板５０ｂと第２側方部材３０との対向部には、第５調圧領域６５ｂと、第６調圧領域６６ｂと、第７調圧領域６７ｂとがそれぞれ区画されている。
【０２７９】
第２ガスケット５０ｂによって、第５調圧領域６５ｂと、第６調圧領域６６ｂと、第７調圧領域６７ｂとが区画される。また、第２ガスケット５０ｂのうち第７調圧領域６７ｂに対応する部位が径方向に開放されており、このようなガスケット５０ｂによって第２封止板５０ｂ（第２エンドカバー１５）と第２側方部材３０との対向部に第２開放空間３８０が形成される。
【０２８０】
さらに、第２封止板５０ｂには、連通部３１，３２及び連通部３３，３４から流入する流体を受止めて第２側方部材３０の端面に圧力をかけるために、第５調圧領域６５ｂ及び第６調圧領域６６ｂのそれぞれに対応する領域に凹部３２０，３３０（図２１(ａ)参照）が形成されている。凹部３２０，３３０の厚みは任意である。尚、第２ガスケット５０ｂによって、第２封止板５０ｂと第２側方部材３０との対向部に十分な空間が形成される場合には、凹部３２０，３３０が形成されなくてもよい。
【０２８１】
本実施形態では、第２の実施形態と異なり、第２側方部材３０の外周部に、第７連通路８７が厚み方向に形成されている。また、図１７（ｂ）に示すように、保持部材１１の開口端面に、第７連通路８７と連通するように第８連通路８５が形成されている。
【０２８２】
第２側方部材３０と回転体４０との隙間に形成される第7圧力領域６７ａの流体が、上述の第８連通路８５と第７連通路８７を経由して第２開放空間３８０となる第7調圧領域６７ｂに導かれ、第7圧力領域６７ａと第7調圧領域６７ｂで圧力バランスが保たれる。
【０２８３】
尚、第7圧力領域６７ａの流体が第２側方部材３０と回転体４０との隙間から第７連通路８７に導かれる場合には、保持部材１１に第８連通路８５を形成する必要はない。また、第２側方部材３０の外周部に第７連通路８７が溝状に形成される態様に替えて、第２側方部材３０に第7圧力領域６７ａと第7調圧領域６７ｂとを連通する孔状の第７連通路８７を形成してもよく、さらには、ケーシング１３の内周面に溝状の第７連通路８７を形成してもよい。
【０２８４】
図１７（ｂ）に示すように、保持部材１１の開口端部より内側の内周面に、開口部の径より大きな拡径領域１１ａが形成されている。拡径領域１１ａは、保持部材１１の周面に径方向に貫通形成された第３連通路４５と連通されている。
【０２８５】
第１側方部材２０及び第２側方部材３０と回転体４０との隙間に進入した第１流体及び第２流体が、回転体４０の外周面と保持部材１１の内周面との隙間を経由して拡径領域１１ａに進入し、或いは保持部材１１の外周面とケーシング１３の内周面との隙間及び第３連通路４５を経由して拡径領域１１ａに進入する。拡径領域１１ａに進入した流体が、回転体４０と保持部材１１との間の潤滑剤として機能するため、回転体４０は、保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面とが直接に摺動することなく間隔を隔てた状態で円滑に回転する。
【０２８６】
以下、他の実施形態を説明する。
第１の実施形態で説明した押圧機構を、第２及び第３の実施形態の圧力交換装置に適用することができることはいうまでもない。
【０２８７】
第１の実施形態で説明したトルク付与機構を、第２及び第３の実施形態の圧力交換装置に適用することができることはいうまでもない。
【０２８８】
当該トルク付与機構は、少なくとも第１流路４１に流入する若しくは第１流路４１から流出する濃縮海水のエネルギー、及び／または、第２流路４２に流入する若しくは第２流路４２から流出する海水のエネルギーにより回転体４０にトルクを付与するように構成すればよい。
【０２８９】
何れか一方の流体のエネルギーのみをトルク生成のために利用する場合、第１流路４１に流入する高圧流体のエネルギーを主に利用すると、大きなトルクが発生するのでエネルギー効率がよい。
【０２９０】
当該トルク付与機構に代えて、或いは当該トルク付与機構に加えて、回転体４０に駆動軸を連結して、駆動機等の外部動力で回転体４０を回転する他のトルク付与機構を備えてもよい。外部動力で回転体４０を回転駆動すると、常時安定した回転を得ることができるので装置の信頼性が向上する。
【０２９１】
第２の実施形態で説明したような回転体４０を回転可能に支持する軸受部の構造、即ち、保持部材１１の内周面と回転体４０の外周面とで構成される軸受部を第１または第３の実施形態に採用してもよい。
【０２９２】
第１流路４１と第２流路４２の断面積を等しくすれば、流路断面積の変化による余分な圧力損失が低減できる点で好ましい。しかし、第１流路４１と第２流路４２の断面積を完全に一致させる必要はない。
【０２９３】
第１流路４１及び第２流路４２の断面形状は特に限定されず、真円や楕円等の円形状、三角、四角等の多角形状であってもよい。
【０２９４】
図３（ａ）に示した第１流路４１及び第２流路４２の断面形状は、回転体の断面に対して大きな開口率が得られる点で好ましい。
【０２９５】
第１流路４１及び第２流路４２の本数や断面形状を変更することで、圧力交換装置の処理流量を変更することができる。
【０２９６】
第１から第３の実施形態では、保持部材１１と第２側方部材３０を別体で構成する例を説明したが、保持部材１１と第２側方部材３０をカップ状に一体形成してもよい。その場合、カップ状の第２側方部材３０と第１側方部材２０とで形成される閉空間内に回転体４０が配置されるように構成すればよい。同様に保持部材１１と第１側方部材２０をカップ状に一体形成してもよい。同様に保持部材１１と第１側方部材２０をカップ状にいったい形成してもよい。
【０２９７】
第１から第３の実施形態では、第１エンドカバー１４及び第２エンドカバー１５とケーシング１３を別体で構成した例を説明したが、第１エンドカバー１４または第２エンドカバー１５とケーシング１３を一体で構成してもよい。
【０２９８】
第１から第３の実施形態では、保持部材１１とケーシング１３を別体で構成した例を説明したが、保持部材１１とケーシング１３を一体に構成してもよい。また、ケーシング１３を備えずに、保持部材をケーシングとして機能させてもよい。
【０２９９】
第１から第３の実施形態では、第１側方部材２０に高圧流体と低圧流体の流入路と流出路がそれぞれ一対形成された例を説明したが、それぞれ二対以上形成されていてもよい。その場合、回転体４０に流入または回転体４０から流出する流体の圧力バランスを確保するため、各流入路及び各流出路は、回転軸心周りに点対称に配置されることが好ましい。
【０３００】
第２または第３の実施形態で説明した第１側方部材及び第２側方部材の圧力バランスを保つ構成を第１の実施形態に採用可能なことはいうまでもない。即ち、第１側方部材と回転体との対向面、及び第２側方部材と回転体との対向面に形成される各圧力領域に対応して、第１側方部材または第２側方部材の対向面側に各調圧領域を区画形成することで、第１側方部材及び第２側方部材の圧力バランスを保つ構成である。
【０３０１】
第１から第３の実施形態では、第１流体流入路２１に高圧濃縮海水を流入させ、第２流体流入路２３に被濃縮流体である低圧海水を流入させる構成を説明したが、第１流体流入路に被濃縮流体である低圧海水を流入させ、第２流体流入路に高圧濃縮海水を流入させてもよい。
【０３０２】
本発明の作用効果が奏される範囲で、第１から第３の実施形態で説明した圧力交換装置の各部の構成を互いに組み合わせることも可能である。
【０３０３】
以上説明した圧力交換装置の具体的構成は、上述した実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において、各部の形状、サイズ、素材等は適宜選択可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０３０４】
６：逆浸透膜装置、１０：圧力交換装置、１１：保持部材、１３：ケーシング、１４：第１エンドカバー、１５：第２エンドカバー、１６：第１閉空間、１７：第１連通路、１８：第２閉空間、１９：覗き孔、２０：第１側方部材、２１：第１流体流入路、２２：第２流体流出路、２３：第２流体流入路、２４：第１流体流出路、３０：第２側方部材、３１，３２，３３，３４：連通部、４０：回転体、４１：第１流路、４２：第２流路、４３：支軸、４４：挿通部、４５：第３連通路、６１ａ〜６７ａ：第１〜第７圧力領域、６１ｂ〜６７ｂ：第１〜第７調圧領域、６７ｃ：中間圧力領域、６７ｄ：中間調圧領域、Ｈｉ：高圧濃縮海水（濃縮流体）、Ｌｉ：低圧海水（被濃縮流体）、Ｈｏ：高圧海水（被濃縮流体）、Ｌｏ：低圧濃縮海水（濃縮流体）
【図１】
2013083248.tif 000003
【図２】
2013083248.tif 000004
【図３】
2013083248.tif 000005
【図４】
2013083248.tif 000006
【図５】
2013083248.tif 000007
【図６】
2013083248.tif 000008
【図７】
2013083248.tif 000009
【図８】
2013083248.tif 000010
【図９】
2013083248.tif 000011
【図１０】
2013083248.tif 000012
【図１１】
2013083248.tif 000013
【図１２】
2013083248.tif 000014
【図１３】
2013083248.tif 000015
【図１４】
2013083248.tif 000016
【図１５】
2013083248.tif 000017
【図１６】
2013083248.tif 000018
【図１７】
2013083248.tif 000019
【図１８】
2013083248.tif 000020
【図１９】
2013083248.tif 000021
【図２０】
2013083248.tif 000022
【図２１】
2013083248.tif 000023
【図２２】
2013083248.tif 000024
【図２３】
2013083248.tif 000025
【図２４】
2013083248.tif 000026