(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含んだ水を高圧下に逆浸透膜を通過させて不純物を除去した処理水とする浄水装置において、前記不純物を含んだ水を高圧にするポンプを、装置本体の嵌合孔に回動自在に嵌合させた内筒と、該内筒内に摺動自在に嵌合させたシリンダーと、前記内筒に形成された複数の回転方向に長く且つ傾斜した貫通孔と、該貫通孔と接し且つ前記貫通孔と交差し得る長孔に形成した前記装置本体の吸引孔と吐出孔とを具備し、前記内筒の回転と連動して前記シリンダーが往復運動して、前記内筒の貫通孔の一方が前記装置本体の吸引孔と連通すると、内筒の他方の貫通孔が前記装置本体の吐出孔と連通し、前記連通した吸引孔から不純物を含んだ水を吸引するときは、前記連通した吐出孔から不純物を含んだ水を吐出するように構成したことを特徴とする浄水装置。
【請求項２】
前記装置本体が、外筒又は嵌合孔を有するブロック体である請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記内筒の貫通孔は、互いに対向する面で且つシリンダーの摺動方向に離間した位置に形成されている請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記連通した貫通孔から吐出する流体の圧力及び／又は流量を検出し、該検出した信号に基づいて、前記内筒の回転速度と前記シリンダーの往復運動速度とを制御し、所定の圧力又は流量の流体を吸引吐出し得るように構成してなる請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記内筒の端部は、第１のギヤ−に連結若しくは形成され、該第１のギヤ−は、モーターにより回転する第２のギヤ−と歯合し、前記シリンダーのピストン軸を往復運動させるクランクシャフトを、前記モーターの回転軸と一緒に回転する回転体に固定し、前記内筒が一回転すると、前記ピストン軸が一往復するように構成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記不純物を含んだ水が海水であり、海水を浄化して飲料水とする請求項１〜５のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、逆浸透膜（ＲＯ膜）を利用して海水を飲料水とするように水を浄化する装置に係り、詳記すれば、１００ボルトや２００ボルトの低圧でポンプを駆動させても十分な量の浄水が得られるＲＯ膜を使用した浄水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海水のように、不純物（重金属や泥等）を多く含んだ水を飲料水にする装置としては、海水や汚染水を蒸留して発生した蒸気を冷却して飲料水とする方式が知られている。この方式は、図１に示すように、ボイラーからの蒸気で海水等を加熱蒸留して、発生した水で蒸気を冷却して飲料水とするものである。
【０００３】
また最近では、海水を高圧にしてＲＯ膜（数ミクロンの膜）を通過させ、その際海水中の塩分等のイオンは通過させないで水と分離し、海水の淡水化を行っている。この方式は、ＲＯ膜を通過させるのに、６０Ｋｇ以上の高圧を必要とするので、図２に示すように超高圧（６００ボルト程度）ポンプを必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す前者の方式は、ボイラー設備、ボイラー給水設備、蒸留設備及び冷却設備等の設備が必要となるため、多額の設備費がかかる問題があった。
【０００５】
また、図２に示すＲＯ膜を使用する方式は、１００ボルトや２００ボルトの家庭用電源では駆動しない超高圧ポンプ設備を必要としたので、電源受電設備や起電流制御装置（リアクター起動装置、スターデルター起動装置）等を必要とするから、設備費が極めて高額になる問題があった。
【０００６】
従って、従来の浄水装置は、いずれも大規模な設備を必要とするものであり、その点で極めて不満足であった。しかして、簡単な設備で海水等を飲料水とすることができれば、地球上から飲料水不足の問題が解消することでもある。
【０００７】
この発明は、１００ボルトの家庭用電源でも海水等をＲＯ膜を通過させることができ、しかも設備費も極めて安価にすることができる浄水装置を提供することを目的とする。尚、プランジャーポンプを使用してＲＯ膜を通過させ、海水等を浄水とすることもできるが、プランジャーポンプでは、１回にピストンが上下して出る水は２〜３ｃｃ程度であるので、実用的にするには５０台以上のプランジャーポンプを必要とするので、同様に設備費が極めて高額になる問題が生じる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的に沿う本発明のうち請求項１に記載の発明は、不純物を含んだ水を高圧下に逆浸透膜を通過させて不純物を除去した処理水とする浄水装置において、前記不純物を含んだ水を高圧にするポンプを、装置本体の嵌合孔に回動自在に嵌合させた内筒と、該内筒内に摺動自在に嵌合させたシリンダーと、前記内筒に形成された複数の回転方向に長く且つ傾斜した貫通孔と、該貫通孔と接し且つ前記貫通孔と交差し得る長孔に形成した前記装置本体の吸引孔と吐出孔とを具備し、前記内筒の回転と連動して前記シリンダーが往復運動して、前記内筒の貫通孔の一方が前記装置本体の吸引孔と連通すると、内筒の他方の貫通孔が前記装置本体の吐出孔と連通し、前記連通した吸引孔から不純物を含んだ水を吸引するときは、前記連通した吐出孔から不純物を含んだ水を吐出するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
装置本体は、外筒又は嵌合孔を有するブロック体とするのが好ましい（請求項２）。
【００１０】
内筒の貫通孔は、互いに対向する面で且つシリンダーの摺動方向に離間した位置に形成するのがよい（請求項３）。
【００１２】
内筒の貫通孔を、回転方向に長く且つ傾斜した長孔に形成し、該貫通孔と接する前記装置本体の吸引孔と吐出孔とを、それぞれ前記貫通孔と交差し得る長孔に形成するとよい（請求項３）。
【００１３】
連通した貫通孔から吐出する流体の圧力及び／又は流量を検出し、該検出した信号に基づいて、前記内筒の回転速度と前記シリンダーの往復運動速度とを制御し、所定の圧力又は流量の流体を吸引吐出し得るように構成するとよい（請求項４）。
【００１４】
内筒の端部は、第１のギヤ−に連結若しくは形成され、該第１のギヤ−は、モーターにより回転する第２のギヤ−と歯合し、前記シリンダーのピストン軸を往復運動させるクランクシャフトを、前記モーターの回転軸と一緒に回転する回転体に固定し、前記内筒が一回転すると、前記ピストン軸が一往復するように構成するとよい（請求項５）。
【００１５】
本発明の装置は、不純物を含んだ水が海水であり、海水を浄化して飲料水とするのに適している（請求項６）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図３は、ＡＣ−１００Ｖ電源がある場合の本発明の一実施例を示すものであり、ＡＣ−１００Ｖで駆動するロータリーピストンポンプによって、海水（又は汚水）を汲み上げ、フィルターで粗濾過してロータリーピストンポンプ内に導入し、導入と同時に吐出して、所定の超高圧にしてＲＯ膜を通過させ、通過した淡水を飲料水とする例を示す。
【００１８】
本発明に使用する逆浸透膜（ＲＯ膜）としては、平膜型、管状型、スパイラル型及び中空糸型等のいずれであってもよく、この種目的に使用されるものは、いずれも使用することができる。
【００１９】
図４は、本発明に使用するロータリーピストンポンプの一例を示すものであり、内筒１はベアリング１０を介して外筒２に回動自在に嵌合している。内筒１内にはシリンダー３が摺動自在に嵌合し、同シリンダー３に連結したピストン軸４は、内筒１の側壁５′の嵌合孔に、ボールベアリング６を介して回動自在に嵌合している。ボールベアリング６は、公知の耐高温・高圧・高速性の金属から形成すると良い。
【００２０】
前記内筒１の両側部には、それぞれ回転方向に長く且つ傾斜した貫通孔７，８が形成されている。両貫通孔７，８は、内筒の両側壁５，５´に隣接若しくは近接して形成され、互いに対向する面（９０°回転した部位）で且つピストンの摺動方向に離間した部位に位置している。従って、一方が上方の外筒の吸引孔Ａ又はＣと連通する時は、他方は、下方の外筒の吐出孔Ｂ又はＤと連通する。尚、吸引孔と吐孔は、前記貫通孔と接し且つ前記貫通孔と交差し得る長孔に形成されている。
【００２１】
前記内筒１の回転と連動して前記シリンダー３が往復運動して、前記一方の貫通孔８（又は７）が前記外筒２の一方の吸引孔Ａ（又はＣ）と連通すると、他方の貫通孔７（又は８）が前記外筒２の吐出孔Ｄ（又はＢ）と連通し、前記一方の連通孔から流体を吸引するときは、他方の連通孔から流体を吐出するように構成されている。尚、上記実施例では、外筒の吸引孔と吐出孔とは、それぞれ２個づつ（Ａ及びＣ、Ｂ及びＤ）形成されている。これは、内筒の貫通孔７，８のいずれかが外筒の吸引孔Ａ（又はＣ）と連通する時は、内筒の他方の貫通孔７，８が外筒の吐出孔Ｂ（又はＤ）と連通するようにするためである。尚、吸引孔同士（Ａ及びＣ）及び吸引孔同士（Ｂ及びＤ）は、それぞれ連通していても差し支えない。
【００２２】
シリンダー３外周には、耐熱性及び耐摩耗性の凹リング（図示省略）が嵌合装着されている。従って、シリンダー３が、高温下に高速で往復運動しても支障のないようになっている。
【００２３】
前記連通した貫通孔から吐出する流体の圧力及び／又は流量を検出し、該検出した信号に基づいて、制御装置（カスケード制御装置）により、前記内筒１の回転速度と前記シリンダー３の往復運動速度とを制御している。流体の圧力及び流量の一方を検出して制御しても良いが、両方を検出し、吐出する流体の圧力と流量とを一定に制御するのが好ましい。
【００２４】
内筒１の端部には、第１のギヤー（かさ歯車）１１が連設され、該第１のギヤー１１は、モータの回転軸１２に固定した第２のギヤー（かさ歯車）１３と直角に歯合している。ピストン軸４を往復運動させるピストンロッド１４は、モータの回転軸１２に固定した回転体１５に固定されている。第１のギャー１１と第２のギャー１３とは、歯数を同じにしているので、内筒１が一回転すると、前記ピストン軸４は一往復する。
【００２５】
ピストンロッド１４は、回転体１５に固定され、回転体１５の回転によって、ピストンロッド１５は往復運動し、回転体１５が１回転すると、ピストンロッド１５は１往復し、内筒１は一回転するようになっている。
【００２６】
ストローク調整ネジ１６により、ピストンロッド１４の固定位置を、回転体１５の中心から外円方向の間で変化させることによって、処理液の吸引・吐出量を変化させることができる。吸引・吐出量はモータの回転速度を変化させることによっても、変化させることができる。
【００２７】
図５は、図１の吸引孔Ａ、Ｃ及び吐出孔Ｂ、Ｄの開閉状態を示すものである。
【００２８】
図２（１）に示すように、スタート位置は、この図ではピストンを先端まで押した位置であり、吸引孔Ａ、Ｃ及び吐出孔Ｂ、Ｄは閉じている。吸引孔Ａが吸引スタートで、吐出孔Ｄが吐出スタートの状態を示すものである。
【００２９】
それから内筒が９０°回転すると、図２（２）に示すように、吸引孔Ａは内筒の貫通孔８と完全に連通し、吐出孔Ｄは内筒の貫通孔７と完全に連通する。
【００３０】
更に内筒が９０°回転（１８０℃回転位）すると、図２（３）に示すように、ピストンを後端まで引いた位置となり、吸引口・吐出口の瞬時入れ替え位置となる。吸引孔Ａ、Ｃ及び吐出孔Ｂ、Ｄは閉じており、吸引孔Ｃが吸引スタートで、吐出孔Ｂが吐出スタートの状態となる。
【００３１】
更に内筒が９０°回転（２７０°回転位置）すると、図２（４）に示すように、吸引孔Ｃは内筒の貫通孔７と完全に連通し、吐出孔Ｂは内筒の貫通孔８と完全に連通する。
【００３２】
更に内筒が９０°回転（３６０°回転位置）すると、図２（５）に示すように、最初のスタート位置に戻る。即ち、ピストンを先端まで押した位置となり、吸引口・吐出口の瞬時入れ替え位置となる。この状態では、吸引孔Ａ、Ｃ及び吐出孔Ｂ、Ｄは閉じており、吸引孔Ａが吸引スタートで、吐出孔Ｄが吐出スタートの状態となって１サイクルが終了し、このサイクルを繰り返す。
【００３３】
上記本発明のロータリーピストンポンプを使用すれば、従来のように１．２ＫＷのような高圧電源は必要なく、ＡＣ１００Ｖの電源装置で海水等を容易にＲＯ膜を通過させて淡水とすることができる。
【００３４】
図６は、電源の無い場所（無人島など）での小型太陽光発電を使用してモータを回転させてロータリーピストンポンプを駆動し、本発明の装置を駆動する実施例を示すものである。
【００３５】
また、このように電源が無い場所では、バッテリー起動（自動車用バッテリー使用可能）によってロータリーピストンポンプを駆動することも、小型風力発電の使用によってロータリーピストンポンプを駆動することもできる。
【００３６】
図７及び図８は、本発明に使用するロータリーピストンポンプの他の例を示すものであり、内筒１の後部にはパッキン部（グランドパッキン）１７が連接され、ベアリング１８を介して外筒２´に回動自在に嵌合している。尚、内筒１とパッキン部１７とは、金属若しくは合金によって一体に形成されている。
【００３７】
内筒１内にはシリンダー（ピストン本体）３が摺動自在に嵌合し、同シリンダー３に連結したピストン軸４は、内筒１のパッキン部１７の嵌合孔に、回動自在に嵌合している。
【００３８】
前記内筒１の両側部には、図８に示すように、それぞれ回転方向に長く且つ傾斜した円弧状（９０°）貫通孔８´，７´が形成されている。両貫通孔（長孔）８´，７´は、同形・同大で内筒の両側壁５，５´に隣接若しくは近接して形成され、互いに対向する面（１８０°回転した部位）で且つピストンの摺動方向に離間した部位に互いに平行に位置している。
【００３９】
両貫通孔孔８´，７´は、回転方向から略４５°傾斜し、円周方向の長さＬは、略９０°の円弧状長孔に形成されている。傾斜する方向は、回転方向から左右のいずれであっても良く、装置本体の吸引孔（吐出孔）１９，１９と逆方向であれば良い。
【００４０】
装置本体には、上記傾斜した長孔孔８´，７´と同形同大で且つ長孔８´，７´と逆方向に傾斜し、両貫通孔孔８´，７´と交叉し得る吸引孔（吐出孔）１９,１９が形成されている。図８は、吸引孔（又は吐出孔）１９を示すものであり、この裏面の重なる位置に同形・同大で同方向に傾斜した吐出孔（又は吸引孔）が形成されている。
【００４１】
外筒２´は、四角形に形成され、これをマニプレータ２０で掴持して装置本体を構成している。このように外筒２´とマニプレータ２０とを別体としても、一体としても勿論良い。
【００４２】
外筒２´の吸引孔１９，１９と吐出孔とは、内筒の嵌合する嵌合孔の内筒と接する位置に形成され、吸引孔１９，１９と吸引口ａ、ｃとが連通し、吐出孔１９，１９と吐出口ｂ、ｄとが連通するようになっている。
【００４３】
上記のように構成されているので、貫通孔８´,７´の一方が下方の外筒の吐出孔ｂ（又はｄ）と連通する時は、他方は、上方の外筒の吸引孔ｃ（又はａ）と連通する。両貫通孔８´,７´は、同形同大で且つ平行に配置され、長さ方向中央線に対して対称形になっている。
【００４４】
前記内筒１の回転と連動して前記シリンダー３が往復運動して、前記一方の貫通孔８´（又は７´）が前記外筒２´の一方の吸引孔ａ（又はｃ）と連通すると、他方の貫通孔７´（又は８´）が前記外筒２´の吐出孔ｄ（又はｂ）と連通し、前記一方の連通孔から流体を吸引するときは、他方の連通孔から流体を吐出するように構成されている。
【００４５】
上記実施例では、シリンダー３は、両側壁５,５´に接するとして説明したが、これは両側壁に接しないで、離れた位置を往復運動するようにしても差し支えない。
【００４６】
シリンダー３先端には、ピストン軸４´が連設され、同ピストン軸４´は、内筒１の側壁突出部（装置カバー）２１の嵌合孔２４に摺動自在に嵌合している。装置カバー２１は、螺子によって外筒２に固定されている。装置カバー２１は、ｏ−リング２２を介して、内筒１に接触している。
【００４７】
このようにシリンダー３先端にピストン軸４´が連設されているので、シリンダー３が先端と後端の側壁５，５´に当接して形成される室の容積は同じとなるので、常に一定量の液体を吸引し、一定量の液体を吐出することができる。
【００４８】
グランドパッキン１７の後端と外筒２後端とは、フッ素系シールパッキン２３を介して回動し得るように当接し、シールパッキン２３は、パッキンフランジ２５によって、押圧保持されている。
【００４９】
内筒１の端部には、第１のギヤー（筒状かさ歯車）１１が連設され、該第１のギヤー１１は、モータの回転軸１２に固定した第２のギヤー（かさ歯車）１３と直角に歯合している。シリンダー（ピストン本体）３をピストン軸４を介して往復運動させるクランクシャフト１４は、モータの回転軸１２に固定した回転体１５に固定されている。第１のギャー１１と第２のギャー１３とは、歯数を同じにしているので、内筒１が一回転すると、前記ピストン軸４は一往復する。
【００５０】
クランクシャフト１４は、回転体１５に固定され、回転体１５の回転によって、シリンダー３は往復運動し、回転体１５が１回転すると、クランクシャフト１４及びピストン軸４は１往復し、内筒１は一回転するようになっている。クランクシャフト１４は、第２のギヤ−１３と一緒に回転するようにすればよいので、第２のギヤ−１３と歯合する歯車を設け、同歯車に固定しても差し支えない。
【００５１】
ストローク調整ネジ１６により、クランクシャフト１４の固定位置を、回転体１５の中心から外円方向の間で変化させることによって、ピストンの往復運動する距離を変化させ、流体の吸引・吐出量を変化させることができる。尚、吸引・吐出量はモータの回転速度を変化させることによっても、変化させることができる。
【００５２】
上記実施例によれば、連通した吸引孔と吐出孔の開口の大きさがほぼ同じとなるようになっているので、常に一定量の海水等を吸引し、一定量の海水等を吐出することができる。
【００５３】
本発明に使用するロータリーピストンポンプは、１００ボルトの電源やバッテリー起動によって６０ｋｇ以上の高圧とすることができるので、高圧の電源を使用しないで、ＲＯ膜を使用して、海水等を淡水とすることができる。従って、電源の無い場所ではバッテリー起動でき、無人島では、小型太陽光発電の使用や小型風力発電の使用で十分運転できる。
【００５４】
小型船舶や漁船などでも本発明の装置を使用することができるので、漂流しても飲料水の問題は解消する。
【００５５】
本発明によればロータリーポンプだけで超高圧とすることができるので、従来の装置と比べて、１／３以下の金額で設備ができる。また、宇宙船で使用しても従来の方式よりはるかにコストダウンできる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、家庭用電源及びバッテリーでも海水等がＲＯ膜を通過する超高圧とすることができるので、設備を著しく安価に且つ小型化できると共に電源の無い場所での設備も可能であるので、地球上の飲料水不足の問題も解消されるという絶大な効果を奏する。
【００５７】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のボイラーを使用した淡水化方式を示す概略図である。
【図２】従来のＲＯ膜を使用して海水等から飲料水を得る方式を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図４】本発明に使用するロータリーピストンポンプの一例を示す断面図である。
【図５】本発明に使用するロータリー弁の開閉状態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明に使用するロータリーピストンポンプの他の例を示す断面図である。
【図８】本発明に使用するロータリーピストンポンプの他の例を示す断面図である（一部断面となっている）。
【符号の説明】
１                  内筒
２，２′            外筒
３                  シリンダー
４                  ピストン軸
７                  貫通孔
８                  貫通孔
【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】
0003991121.tif 000009