(57)【要約】【課題】定流量手段の一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を確保しつつ、原水の原水圧力を有効に利用することができる逆浸透膜分離装置を提供する。【解決手段】逆浸透膜モジュール４と、原水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、濃縮水ラインＬ３と、濃縮水Ｗ３の一部Ｗ３１を原水ラインＬ１の合流部Ｊ２に返送する循環水ラインＬ４と、排水ラインＬ５と、合流部Ｊ２よりも上流側の原水Ｗ１の圧力を調整する原水圧力調整手段１４と、濃縮水Ｗ３の流量を所定の一定流量値に保持する定流量手段５と、定流量手段５の二次側の圧力を検出二次側圧力値として検出する二次側圧力検出手段ＰＳ２と、定流量手段５の一次側の圧力に対応する情報を取得一次側情報として取得する一次側情報取得手段ＰＳ３と、演算した差圧演算値が所定の設定差圧値以上になる範囲で原水の圧力が高くなるように原水圧力調整手段１４を制御する原水圧力制御部３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
原水を前記逆浸透膜モジュールに供給する原水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の一部を前記原水ラインの合流部に返送する循環水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の残部を装置外へ排出する排水ラインと、
前記合流部よりも上流側の前記原水ラインに設けられ、前記合流部よりも上流側の前記原水ラインを流通する原水の圧力を調整する原水圧力調整手段と、
前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の流量を所定の一定流量値に保持する定流量手段と、
前記定流量手段の二次側の圧力を検出二次側圧力値として検出する二次側圧力検出手段と、
前記定流量手段の一次側の圧力に対応する情報を取得一次側情報として取得する一次側情報取得手段と、
前記検出二次側圧力値及び前記取得一次側情報に基づいて前記定流量手段の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧に対応する差圧演算値を演算し、前記差圧演算値が所定の設定差圧値以上になる範囲で原水の圧力が高くなるように前記原水圧力調整手段を制御する原水圧力制御部と、を備える、逆浸透膜分離装置。
【請求項２】
前記合流部よりも下流側の前記原水ラインに設けられ、原水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、
透過水の流量を第１検出流量値として検出する第１流量検出手段と、
前記第１検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、前記加圧ポンプの駆動を制御する加圧ポンプ駆動制御部と、を備える、
請求項１に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項３】
前記排水ラインに設けられ、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調整可能な排水流量調整手段と、
原水、透過水又は濃縮水の温度を検出温度値として検出する温度検出手段と、
前記排水流量調整手段を制御する排水制御部と、を備え、
前記排水制御部は、（ｉ）予め取得された原水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段の検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水流量調整手段を制御する、
請求項２に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項４】
濃縮水の排水流量を第２検出流量値として検出する第２流量検出手段を備え、
前記排水流量調整手段は比例制御弁からなり、
前記排水制御部は、前記第２検出流量値が前記排水流量の演算値となるように、前記比例制御弁の弁開度を調節する、
請求項３に記載の逆浸透膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜モジュールを備える逆浸透膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程、電子部品や医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を、逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）で逆浸透膜分離処理することにより製造される。
【０００３】
高分子材料からなる逆浸透膜の水透過係数は、温度により変化する。また、逆浸透膜の水透過係数は、細孔の閉塞（以下、「膜閉塞」ともいう）や、材質の酸化による劣化（以下、「膜劣化」ともいう）によっても変化する。
【０００４】
そこで、原水の温度や逆浸透膜の状態にかかわらず、ＲＯ膜モジュールにおける透過水の流量を一定に保つため、流量フィードバック水量制御を行う水質改質システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この流量フィードバック水量制御では、ＲＯ膜モジュールで製造される透過水の流量が目標流量値となるように、加圧ポンプの駆動周波数がインバータにより制御される。
【０００５】
流量フィードバック水量制御を行うシステムにおいては、水温が高い場合には、水の粘性が小さく、ＲＯ膜モジュールの水透過係数が高くなるため、加圧ポンプの吐出圧力（加圧ポンプの運転圧力、ＲＯ膜モジュールの一次側入口ポートへの入力圧力）が低くなるように制御される。また、水温が低い場合には、水の粘性が大きく、ＲＯ膜モジュールの水透過係数が低くなるため、加圧ポンプの吐出圧力（加圧ポンプの運転圧力、ＲＯ膜モジュールの一次側入口ポートへの入力圧力）が高くなるように制御される。
【０００６】
上記水質改質システムにおいて、ＲＯ膜モジュールで分離された濃縮水は、ＲＯ膜モジュールの一次側出口ポートに接続された濃縮水ラインから送出される。また、ＲＯ膜モジュールで分離された透過水は、ＲＯ膜モジュールの二次側ポートに接続された透過水ラインから送出される。濃縮水ラインは、循環水ラインと濃縮水排水ラインとに分岐している。循環水ラインは、濃縮水ラインから送出された濃縮水の一部を、加圧ポンプの上流側における原水ラインの合流部に返送するラインである。濃縮水排水ラインは、濃縮水ラインから送出された濃縮水の残部を装置外に排出するラインである。原水ラインは、加圧ポンプを介してＲＯ膜モジュールに原水を供給するラインである。
【０００７】
ここで、特許文献１に記載の濃縮水が流通する流路構成を有する技術において、濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保つために、濃縮水ラインに定流量弁を設ける技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の技術においては、定流量弁を通過した濃縮水の一部は、循環水ラインを流通して、原水ラインの合流部に返送される。
【０００８】
特許文献２に記載の濃縮水ラインに定流量弁が設けられる技術においては、定流量弁の二次側の圧力が原水ラインの原水圧力となっている。そのため、原水の原水圧力が高い場合には、濃縮水ラインに設けられる定流量弁の一次側と二次側との圧力差が小さくなり、一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を確保できずに、濃縮水の一部を、循環水ラインを介して原水ラインの合流部に返送できないことになる。
【０００９】
これに対して、原水ラインを流通する原水の原水圧力を所定の一定圧力値に減圧する減圧弁を用いて、原水の原水圧力を所定の一定圧力値まで減圧して、定流量弁の二次側の圧力を下げることで、定流量弁の一次側と二次側とにおいて、一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧が所定差圧以上になるように調整する技術がある。
【００１０】
減圧弁を用いて原水の原水圧力を所定の一定圧力値に減圧する理由は、以下の通りである。原水の温度が高い場合には、原水の温度が低い場合と比べて、水の粘性が小さく、ＲＯ膜モジュールの水透過係数が高くなるため、流量フィードバック水量制御を行うシステムにおいては、加圧ポンプの吐出圧力（加圧ポンプの運転圧力、ＲＯ膜モジュールの一次側入口ポートへの入力圧力）が低くなるように制御される。このように、原水の温度が高くなるに従って加圧ポンプの吐出圧力が低下するため、定流量弁の一次側と二次側との差圧を十分に得るためには、減圧弁を用いて、加圧ポンプの上流側の原水圧力を所定の一定圧力値に減圧する必要があった。
【００１１】
また、原水の温度が低い場合には、原水の温度が高い場合と比べて、水の粘性が大きく、ＲＯ膜モジュールの水透過係数が低くなるため、流量フィードバック水量制御を行うシステムにおいては、加圧ポンプの吐出圧力（加圧ポンプの運転圧力、ＲＯ膜モジュールの一次側入口ポートへの入力圧力）が高くなるように制御される。一方、原水の水温によらず、減圧弁により減圧される原水の原水圧力は、所定の一定圧力値に調整されている。そのため、原水の温度が低い場合には、原水の温度が高い場合と比べて、定流量弁の一次側の圧力は、定流量弁の二次側の圧力に対して、十分に高くなる。また、定流量弁の二次側の圧力は、原水圧力が減圧されているため、低くなる。これにより、原水の温度が低い場合には、原水の温度が高い場合と比べて、定流量弁の一次側と二次側とにおいて、一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧は、所定差圧を大きく超えて余裕をもって確保されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２９６９４５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１３２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２に記載の濃縮水ラインに定流量弁が設けられる技術においては、原水の温度が低い場合に、定流量弁の一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を十分に確保できるにもかかわらず、加圧ポンプの上流側において、原水の原水圧力を減圧弁により、原水の温度が高い場合と同じ所定の一定圧力値に減圧することになる。一方で、減圧弁の下流側の原水ラインにおいて、減圧弁で減圧された原水を加圧ポンプにより加圧する。このように、原水の温度が低い場合において、減圧弁で一旦減圧された原水の原水圧力を加圧ポンプにおいて昇圧させる必要があった。これにより、加圧ポンプの消費電力が多くなっていた。
【００１４】
このため、原水の温度が低い場合に、定流量弁の一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を確保しつつ、ＲＯ膜モジュールに向けて流通させるために、原水の原水圧力を高いまま有効に利用できれば、原水に原水圧力を圧送する加圧ポンプの消費電力を低減できる。
よって、定流量弁（定流量手段）の一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を確保しつつ、原水ラインを流通する原水の原水圧力を有効に利用することができる逆浸透膜分離装置が望まれる。
【００１５】
本発明は、逆浸透膜モジュールと、原水を逆浸透膜モジュールに供給する原水ラインと、逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を排出する濃縮水ラインと、濃縮水ラインから分岐され濃縮水の一部を逆浸透膜モジュールに返送する循環水ラインと、濃縮水ラインに設けられる定流量手段と、を備える逆浸透膜分離装置において、定流量手段の一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を確保しつつ、原水ラインを流通する原水の原水圧力を有効に利用することができる逆浸透膜分離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】
【００１６】
本発明は、原水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、原水を前記逆浸透膜モジュールに供給する原水ラインと、前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の一部を前記原水ラインの合流部に返送する循環水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の残部を装置外へ排出する排水ラインと、前記合流部よりも上流側の前記原水ラインに設けられ、前記合流部よりも上流側の前記原水ラインを流通する原水の圧力を調整する原水圧力調整手段と、前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の流量を所定の一定流量値に保持する定流量手段と、前記定流量手段の二次側の圧力を検出二次側圧力値として検出する二次側圧力検出手段と、前記定流量手段の一次側の圧力に対応する情報を取得一次側情報として取得する一次側情報取得手段と、前記検出二次側圧力値及び前記取得一次側情報に基づいて前記定流量手段の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧に対応する差圧演算値を演算し、前記差圧演算値が所定の設定差圧値以上になる範囲で原水の圧力が高くなるように前記原水圧力調整手段を制御する原水圧力制御部と、を備える、逆浸透膜分離装置に関する。
【００１７】
また、前記合流部よりも下流側の前記原水ラインに設けられ、原水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、透過水の流量を第１検出流量値として検出する第１流量検出手段と、前記第１検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、前記加圧ポンプの駆動を制御する加圧ポンプ駆動制御部と、を備えることが好ましい。
【００１８】
また、前記排水ラインに設けられ、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調整可能な排水流量調整手段と、原水、透過水又は濃縮水の温度を検出温度値として検出する温度検出手段と、前記排水流量調整手段を制御する排水制御部と、を備え、前記排水制御部は、（ｉ）予め取得された原水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段の検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水流量調整手段を制御することが好ましい。
【００１９】
また、濃縮水の排水流量を第２検出流量値として検出する第２流量検出手段を備え、前記排水流量調整手段は比例制御弁からなり、前記排水制御部は、前記第２検出流量値が前記排水流量の演算値となるように、前記比例制御弁の弁開度を調節することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、逆浸透膜モジュールと、原水を逆浸透膜モジュールに供給する原水ラインと、逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を排出する濃縮水ラインと、濃縮水ラインから分岐され濃縮水の一部を逆浸透膜モジュールに返送する循環水ラインと、濃縮水ラインに設けられる定流量手段と、を備える逆浸透膜分離装置において、定流量手段の一次側圧力から二次側圧力を減じた差圧を確保しつつ、原水ラインを流通する原水の原水圧力を有効に利用することができる逆浸透膜分離装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。
【図２】制御部３０において原水比例制御弁１４を制御することで定流量弁５の一次側の圧力から二次側の圧力を減じた差圧を調整する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係る逆浸透膜分離装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、原水ポンプ１２と、原水側インバータ１３と、原水圧力調整手段としての原水比例制御弁１４と、加圧ポンプ２と、加圧側インバータ３と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール４と、定流量手段としての定流量弁５と、逆止弁６と、排水流量調整手段としての排水比例制御弁８（比例制御弁）と、流路切換弁１５と、制御部３０と、を備える。また、逆浸透膜分離装置１は、二次側圧力検出手段としての二次側圧力センサＰＳ２と、一次側情報取得手段としての吐出圧力センサＰＳ３と、温度センサＴＥ（温度検出手段）と、第１流量検出手段としての第１流量センサＦＭ１と、第２流量検出手段としての第２流量センサＦＭ２と、を備える。なお、制御部３０と被制御対象機器との電気的接続線の図示については、省略している。
【００２４】
また、逆浸透膜分離装置１は、原水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、濃縮水ラインＬ３と、循環水ラインＬ４と、排水ラインＬ５と、透過水リターンラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２５】
原水ラインＬ１は、原水Ｗ１をＲＯ膜モジュール４に供給するラインである。原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。原水ラインＬ１の下流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートに接続されている。原水ラインＬ１には、上流側から下流側に向けて順に、原水ポンプ１２、原水比例制御弁１４、二次側圧力センサＰＳ２、合流部Ｊ２、温度センサＴＥ、加圧ポンプ２、吐出圧力センサＰＳ３、ＲＯ膜モジュール４が設けられている。
なお、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１には、原水Ｗ１の供給源（不図示）から直接供給される原水に限らず、例えば、原水Ｗ１を濾過処理装置（除鉄除マンガン装置、活性炭濾過装置など）、硬水軟化装置等の前処理装置により前処理された原水も含まれる。
【００２６】
原水ポンプ１２は、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１を吸入し、加圧ポンプ２へ向けて圧送（吐出）する装置である。原水ポンプ１２には、原水側インバータ１３から周波数が変換された駆動電力が供給される。原水ポンプ１２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。
【００２７】
原水側インバータ１３は、原水ポンプ１２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。原水側インバータ１３は、制御部３０と電気的に接続されている。原水側インバータ１３には、制御部３０から指令信号が入力される。原水側インバータ１３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を原水ポンプ１２に出力する。
【００２８】
本実施形態においては、制御部３０は、原水ポンプ１２が原水Ｗ１を所定の一定圧力値で吐出するように、原水側インバータ１３を制御する。原水ポンプ１２により付与される原水Ｗ１の前記一定圧力値は、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１を加圧ポンプ２に供給可能な圧力値に設定される。これにより、原水比例制御弁１４よりも上流側の原水ラインＬ１において、原水Ｗ１の原水圧力は、一定圧力値となる。本実施形態においては、原水Ｗ１の原水圧力を、例えば、０．２〜０．５ＭＰａの間の一定圧力値に設定している。
【００２９】
なお、本実施形態においては、原水ラインＬ１に原水ポンプ１２を設けたが、これに制限されない。供給源から供給される原水Ｗ１の原水圧力が十分に確保されていれば、原水ポンプ１２を設けなくてもよい。例えば、原水ラインＬ１の上流側において、水頭圧差を利用することで、原水Ｗ１の原水圧力を確保するように構成してもよい。
【００３０】
原水比例制御弁１４は、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１に設けられる。原水比例制御弁１４は、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の圧力を調整する弁である。ここで、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１は、合流部Ｊ２を介して、循環水ラインＬ４に接続されている。循環水ラインＬ４は、接続部Ｊ１を介して、濃縮水ラインＬ３に接続されている。濃縮水ラインＬ３の定流量弁５よりも下流側の部分において、接続部Ｊ１と定流量弁５の二次側とが接続されている。つまり、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の圧力は、定流量弁５の二次側の圧力と同じであると看做すことができる。
【００３１】
原水比例制御弁１４は、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の原水圧力を調整することによって、定流量弁５（後述）の二次側の圧力を所定の設定圧力値に調整して、定流量弁５の一次側の圧力から二次側の圧力を減じた差圧（以下「定流量弁差圧」ともいう）を調整する。なお、定流量弁５の二次側の圧力は、原水比例制御弁１４と合流部Ｊ２との間に配置される二次側圧力センサＰＳ２（後述）により、検出二次側圧力値として検出される。検出二次側圧力値に基づいて、後述する制御部３０により、フィードバック制御が行われる。
【００３２】
原水比例制御弁１４は、制御部３０と電気的に接続されている。原水比例制御弁１４の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を原水比例制御弁１４に送信して、流路断面積を調整することにより、流動抵抗（すなわち、圧力損失）を徐々に変化させることができる。この調節により、原水比例制御弁１４は、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の圧力を調整する。
【００３３】
原水比例制御弁１４の上流側を流通する原水Ｗ１は、前述の通り、所定の一定圧力値の原水圧力が確保されている。そのため、原水比例制御弁１４により調整される原水比例制御弁１４よりも下流側の原水圧力は、後述する制御部３０により、原水ポンプ１２により吐出される原水圧力の所定の一定圧力値以下となるように制御される。
【００３４】
二次側圧力センサＰＳ２は、原水ラインＬ１における原水比例制御弁１４と合流部Ｊ２との間に配置されている。二次側圧力センサＰＳ２は、定流量弁５の二次側の圧力を検出二次側圧力値として検出する機器である。前述したように、合流部Ｊ２よりも上流側であって原水比例制御弁１４の下流側の原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の圧力は、定流量弁５の二次側の圧力と同じである。そのため、二次側圧力センサＰＳ２は、原水比例制御弁１４と合流部Ｊ２との間において原水Ｗ１の圧力を検出することで、定流量弁５の二次側の圧力を検出二次側圧力値として検出することができる。二次側圧力センサＰＳ２は、制御部３０と電気的に接続されている。二次側圧力センサＰＳ２で検出された検出二次側圧力値は、制御部３０へ検出信号として送信される。
【００３５】
なお、本実施形態においては、二次側圧力センサＰＳ２による、定流量弁５の二次側の圧力の検出位置を、原水比例制御弁１４と合流部Ｊ２との間の位置としたが、これに制限されない。二次側圧力センサＰＳ２は、定流量弁５の二次側の圧力が検出できれば、この位置に制限されない。定流量弁５の二次側の圧力は、原水ラインＬ１における原水比例制御弁１４と加圧ポンプ２との間を流通する原水Ｗ１の圧力や、濃縮水ラインＬ３における定流量弁５と接続部Ｊ１との間を流通する濃縮水Ｗ３の圧力や、循環水ラインＬ４を流通する濃縮水Ｗ３の一部Ｗ３１の圧力や、排水ラインＬ５における接続部Ｊ１と排水比例制御弁８との間を流通する濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の圧力と、同じである。そのため、二次側圧力センサＰＳ２の検出位置は、定流量弁５の二次側の圧力を検出できる位置であれば、例えば、濃縮水ラインＬ３における定流量弁５と接続部Ｊ１との間の位置や、循環水ラインＬ４における接続部Ｊ１と合流部Ｊ２との間の位置などでもよい。
【００３６】
温度センサＴＥは、原水ラインＬ１における合流部Ｊ２とＲＯ膜モジュール４との間に配置されている。温度センサＴＥは、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の温度を検出温度値として検出する機器である。温度センサＴＥは、原水Ｗ１の検出温度値（定流量弁５の一次側の圧力に対応する情報）を取得一次側情報（の一部）として取得する。取得一次側情報は、制御部３０において、前記定流量弁差圧に対応する差圧演算値を演算する際に、用いられる。温度センサＴＥは、制御部３０と電気的に接続されている。温度センサＴＥで検出された原水Ｗ１の検出温度値は、制御部３０へ検出信号として送信される。
【００３７】
加圧ポンプ２は、合流部Ｊ２よりも下流側の原水ラインＬ１に設けられる。加圧ポンプ２は、合流部Ｊ２よりも下流側の原水ラインＬ１において、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１を吸入し、ＲＯ膜モジュール４へ向けて圧送（吐出）する装置である。加圧ポンプ２には、加圧側インバータ３から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。
【００３８】
加圧側インバータ３は、加圧ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。加圧側インバータ３は、制御部３０と電気的に接続されている。加圧側インバータ３には、制御部３０から指令信号が入力される。加圧側インバータ３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ２に出力する。
【００３９】
吐出圧力センサＰＳ３は、加圧ポンプ２の吐出圧力（運転圧力）を検出吐出圧力値として検出する機器である。吐出圧力センサＰＳ３は、加圧ポンプ２の吐出側近傍に配置されている。本実施形態では、加圧ポンプ２から吐出された直後の原水Ｗ１の圧力を、加圧ポンプ２の吐出圧力とする。吐出圧力センサＰＳ３は、制御部３０と電気的に接続されている。吐出圧力センサＰＳ３で検出された原水Ｗ１の検出吐出圧力値は、制御部３０へ検出信号として送信される。
【００４０】
本実施形態においては、第１流量センサＦＭ１が故障した場合に、第１流量センサＦＭ１の第１検出流量値を用いて実行される流量フィードバック水量制御（後述）に代えて、吐出圧力センサＰＳ３の検出吐出圧力値を用いて実行される圧力フィードバック水量制御（後述）を、バックアップとして実行することができる。本実施形態は、このバックアップのために、加圧ポンプ２の吐出圧力値（運転圧力値）を取得する吐出圧力センサＰＳ３を備えている。
【００４１】
本実施形態は、バックアップ用の吐出圧力センサＰＳ３を、定流量弁５の一次側の圧力に対応する情報を取得一次側情報として取得する一次側情報取得手段（の一部）としても利用する。
具体的には、吐出圧力センサＰＳ３は、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）（定流量弁５の一次側の圧力に対応する情報）を取得一次側情報として取得する。取得一次側情報は、制御部３０において、前記定流量弁差圧に対応する差圧演算値（後述）を演算する際に、用いられる。
【００４２】
ＲＯ膜モジュール４は、加圧ポンプ２から吐出された原水Ｗ１を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ２と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ３とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール４は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール４は、これらＲＯ膜エレメントにより原水Ｗ１を膜分離処理し、透過水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３を製造する。
【００４３】
透過水ラインＬ２は、ＲＯ膜モジュール４で分離された透過水Ｗ２を送出するラインである。透過水ラインＬ２の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ２の下流側の端部は、需要箇所の装置等に接続されている。透過水ラインＬ２には、流路切換弁１５、第１流量センサＦＭ１が設けられている。
【００４４】
流路切換弁１５は、ＲＯ膜モジュール４で分離された透過水Ｗ２を、需要箇所の装置等に送出する流路（採水流路）側、又は、透過水ラインＬ２から分岐させて透過水リターンラインＬ６を介してＲＯ膜モジュール４の上流側の原水ラインＬ１へ向けて流通させる流路（循環流路）側に切り換え可能な弁である。流路切換弁１５は、例えば、電動式又は電磁式の三方弁により構成される。流路切換弁１５は、制御部３０と電気的に接続されている。流路切換弁１５における流路の切り換えは、制御部３０から送信される流路切換信号により制御される。
【００４５】
透過水リターンラインＬ６は、フラッシング運転の実行時において、透過水ラインＬ２に送出された透過水Ｗ２を、原水ラインＬ１における加圧ポンプ２よりも上流側に返送させるラインである。透過水リターンラインＬ６の上流側の端部は、流路切換弁１５に接続されている。透過水リターンラインＬ６の下流側の端部は、接続部Ｊ３において原水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ３は、合流部Ｊ２と加圧ポンプ２との間に配置されている。透過水リターンラインＬ６には、逆止弁７が設けられている。
【００４６】
流路切換弁１５は、逆浸透膜分離装置１の通常運転時には、ＲＯ膜モジュール４で分離処理された透過水Ｗ２を需要箇所の装置等に送出するために、採水流路側に切り換えられるように制御部３０により制御される。
【００４７】
また、流路切換弁１５は、逆浸透膜分離装置１の起動時やフラッシング運転の実行時においては、次のように制御部３０により制御される。起動時には、装置の始動時から安定した水を需要箇所の装置等に供給するため、流路切換弁１５を循環流路側に切り換えるように制御する。
また、ＲＯ膜モジュール４の膜の汚れの付着による詰まり防止のため、定期的にフラッシングを行う。その際、流路切換弁１５を循環流路側に切り換えるように制御すると共に、排水比例制御弁８を開状態となるように制御した状態で、加圧ポンプ２を一定時間運転する。これにより、ＲＯ膜モジュール４の膜に付着した汚れを落とすことができる。
【００４８】
第１流量センサＦＭ１は、透過水ラインＬ２を流通する透過水Ｗ２の流量を第１検出流量値として検出する機器である。第１流量センサＦＭ１は、透過水ラインＬ２に接続されている。第１流量センサＦＭ１は、制御部３０と電気的に接続されている。第１流量センサＦＭ１で検出された透過水Ｗ２の第１検出流量値は、制御部３０へパルス信号として送信される。第１流量センサＦＭ１として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。
【００４９】
濃縮水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ３を送出するラインである。濃縮水ラインＬ３の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側出口ポートに接続されている。また、濃縮水ラインＬ３の下流側は、接続部Ｊ１において、循環水ラインＬ４及び排水ラインＬ５に分岐している。
【００５０】
濃縮水ラインＬ３には、上流側から下流側に向けて順に、定流量弁５、接続部Ｊ１が設けられている。
定流量弁５は、濃縮水ラインＬ３を流通する濃縮水Ｗ３の流量を所定の一定流量値に保持するように調節する機器である。定流量弁５において保持される一定流量値は、一定流量値に幅がある概念であり、定流量弁における目標流量値のみに限られない。例えば、定流量機構の特性（例えば、材質や構造に起因する温度特性等）を考慮して、定流量弁における目標流量値に対して、±１０％程度の調節誤差を有するものを含む。定流量弁５は、補助動力や外部操作を必要とせずに一定流量値を保持するものであり、例えば、水ガバナの名称で呼ばれるものが挙げられる。なお、定流量弁５は、補助動力や外部操作により動作して、一定流量値を保持するものでもよい。
【００５１】
循環水ラインＬ４は、濃縮水ラインＬ３から分岐するラインであって、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ３の一部Ｗ３１を、原水ラインＬ１におけるＲＯ膜モジュール４及び加圧ポンプ２よりも上流側の合流部Ｊ２に返送するラインである。循環水ラインＬ４の上流側の端部は、接続部Ｊ１において、濃縮水ラインＬ３に接続されている。また、循環水ラインＬ４の下流側の端部は、合流部Ｊ２において、原水ラインＬ１に接続されている。循環水ラインＬ４には、逆止弁６が設けられている。
【００５２】
排水ラインＬ５は、接続部Ｊ１において濃縮水ラインＬ３から分岐され、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２を装置外（系外）に排出するラインである。排水ラインＬ５には、第２流量センサＦＭ２、排水流量調整手段としての排水比例制御弁８が設けられている。
【００５３】
第２流量センサＦＭ２は、排水ラインＬ５を流通する濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の排水流量を第２検出流量値として検出する機器である。第２流量センサＦＭ２は、制御部３０と電気的に接続されている。第２流量センサＦＭ２で検出された濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の第２検出流量値は、制御部３０へパルス信号として送信される。第２流量センサＦＭ２として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。
【００５４】
排水比例制御弁８は、排水ラインＬ５から装置外へ排出する濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の排水流量を調整可能な弁である。排水比例制御弁８は、排水ラインＬ５における第２流量センサＦＭ２よりも下流側に配置されている。排水比例制御弁８は、制御部３０と電気的に接続されている。排水比例制御弁８の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を排水比例制御弁８に送信して、弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の排水流量を調整することができる。
排水比例制御弁８における制御部３０による制御の詳細は後述する。
【００５５】
制御部３０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。以下、制御部３０の機能について説明する。
【００５６】
＜透過水Ｗ２の水量制御＞
制御部３０は、透過水Ｗ２の水量制御を実行可能である。ＲＯ膜（逆浸透膜）に代表される半透膜は、原水の温度や膜の状態（細孔の閉塞や材質の酸化劣化）により水透過係数が変化する。そこで、逆浸透膜分離装置１では、原水の温度や膜の状態にかかわらず、透過水の流量を常に一定に保つために、透過水Ｗ２の水量制御が行われる。
【００５７】
制御部３０は、透過水Ｗ２の水量制御として、例えば、流量フィードバック水量制御、圧力フィードバック水量制御、又は温度フィードフォワード水量制御のいずれかを選択して実行できる。各水量制御の概要は、次の通りである。
【００５８】
流量フィードバック水量制御
制御部３０（加圧ポンプ駆動制御部）は、加圧ポンプ２の駆動を制御する。制御部３０は、第１流量センサＦＭ１により検出された透過水Ｗ２の第１検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、第１流量センサＦＭ１の第１検出流量値（系内の物理量）をフィードバック値として、加圧ポンプ２を駆動するための駆動周波数を演算する。そして、制御部３０は、駆動周波数の演算値に対応する指令信号（電流値信号又は電圧値信号）を加圧側インバータ３に出力する（以下、「流量フィードバック水量制御」ともいう）。なお、本水量制御における駆動周波数の演算には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。
【００５９】
圧力フィードバック水量制御
制御部３０（加圧ポンプ駆動制御部）は、透過水Ｗ２の流量が予め設定された目標流量値となるように、吐出圧力センサＰＳ３の検出吐出圧力値（系内の物理量）をフィードバック値として、加圧ポンプ２の駆動周波数を演算する。そして、制御部３０は、駆動周波数の演算値に対応する指令信号（電流値信号又は電圧値信号）を加圧側インバータ３に出力する（以下、「圧力フィードバック水量制御」ともいう）。なお、本水量制御における駆動周波数の演算には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。本実施形態においては、第１流量センサＦＭ１が故障した場合に、第１流量センサＦＭ１の第１検出流量値を用いて実行される流量フィードバック水量制御に代えて、吐出圧力センサＰＳ３の検出吐出圧力値を用いて実行される圧力フィードバック水量制御を、バックアップとして実行することができる。本実施形態は、バックアップに備えて、加圧ポンプ２の吐出圧力値（運転圧力値）を取得する吐出圧力センサＰＳ３を備えている。
【００６０】
温度フィードフォワード水量制御
制御部３０（加圧ポンプ駆動制御部）は、透過水Ｗ２の流量が予め設定された目標流量値となるように、温度センサＴＥの検出温度値（系内の物理量）をフィードフォワード値として、加圧ポンプ２の駆動周波数を演算する。そして、制御部３０は、駆動周波数の演算値に対応する指令信号（電流値信号又は電圧値信号）を加圧側インバータ３に出力する（以下、「温度フィードフォワード水量制御」ともいう）。
【００６１】
水温と加圧ポンプ２の吐出圧力との関係
透過水Ｗ２の水量制御を行うシステムにおいては、水温が高い場合には、水の粘性が小さく、ＲＯ膜モジュールの水透過係数が高くなるため、加圧ポンプ２の吐出圧力（加圧ポンプ２の運転圧力、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートへの入力圧力）が低くなるように制御される。また、水温が低い場合には、水の粘性が大きく、ＲＯ膜モジュールの水透過係数が低くなるため、加圧ポンプ２の吐出圧力（加圧ポンプ２の運転圧力、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートへの入力圧力）が高くなるように制御される。
【００６２】
濃縮水Ｗ３の循環比の調節
濃縮水Ｗ３の循環比とは、ＲＯ膜モジュール４の二次側ポートから流出する透過水Ｗ２の流量と一次側出口ポートから流出する濃縮水Ｗ３の流量との比率（濃縮水Ｗ３の流量／透過水Ｗ２の流量）である。循環比の所定値は、“５”程度が目安となる。
ここで、本実施形態においては、濃縮水ラインＬ３には、定流量弁５が設けられている。そのため、定流量弁５で濃縮水Ｗ３の流量を一定に保持しながら、前述したいずれかの水量制御により透過水Ｗ２の流量を一定に保持することで、濃縮水Ｗ３の循環比は、所定値に調節されることになる。
【００６３】
＜透過水Ｗ２の回収率制御＞
透過水Ｗ２の回収率とは、ＲＯ膜モジュール４に供給される原水Ｗ１の流量に対する透過水Ｗ２の流量の比率（透過水Ｗ２の流量／原水Ｗ１の流量）である。透過水Ｗ２の回収率制御は、ＲＯ膜モジュール４の透水能力を維持するために、透過水Ｗ２の回収率を調整して、膜面へのスケールの析出やファウリング（膜面汚れ）を防止しながら運転する制御である。
【００６４】
制御部３０は、透過水Ｗ２の回収率制御として、例えば、温度フィードフォワード回収率制御、水質フィードフォワード、又は水質フィードバック回収率制御のいずれかを選択して実行できる。各回収率制御の概要は、次の通りである。
【００６５】
温度フィードフォワード回収率制御
制御部３０は、予め取得された原水Ｗ１のシリカ濃度、及び温度センサＴＥの検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水Ｗ３におけるシリカの許容濃縮倍率を演算する。そして、制御部３０は、許容濃縮倍率の演算値、及び透過水Ｗ２の目標流量値から排水流量を演算し、濃縮水Ｗ３の実際排水流量（第２流量センサＦＭ２の第２検出流量値）が排水流量の演算値（目標排水流量）となるように、排水比例制御弁８の弁開度を制御する（以下、「温度フィードフォワード回収率制御」ともいう）。制御部３０は、温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合、逆浸透膜分離装置１においては、透過水Ｗ２の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール４におけるシリカ系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【００６６】
水質フィードフォワード回収率制御
制御部３０は、予め取得された炭酸カルシウムの溶解度、及び硬度センサ（不図示）の測定硬度値に基づいて、濃縮水Ｗ３における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算する。そして、制御部３０は、許容濃縮倍率の演算値、及び透過水Ｗ２の目標流量値から排水流量を演算し、濃縮水Ｗ３の実際排水量（第２流量センサＦＭ２の第２検出流量値）が排水流量の演算値（目標排水流量）となるように、排水比例制御弁８の弁開度を制御する（以下、「水質フィードフォワード回収率制御」ともいう）。制御部３０は、水質フィードフォワード回収率制御を実行する場合、仮に前段に硬水軟化装置（不図示）が配置された場合に、前段の硬水軟化装置からの硬度リーク量が増加した場合でも、逆浸透膜分離装置１においては、透過水Ｗ２の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール４における炭酸カルシウム系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【００６７】
水質フィードバック回収率制御
制御部３０は、透過水Ｗ２の測定電気伝導率値が予め設定された目標電気伝導率となるように、排水比例制御弁８の弁開度をダイレクトに制御する（以下、「水質フィードバック回収率制御」ともいう）。なお、本制御における弁開度の決定には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。制御部３０は、水質フィードバック回収率制御を実行するため、逆浸透膜分離装置１においては、透過水Ｗ２に要求される水質を満たしつつ、透過水Ｗ２の回収率を最大限にまで高めることができる。
【００６８】
＜排水比例制御弁８による排水流量の調節制御＞
本調節制御は、前述した回収率制御のうち、温度フィードフォワード回収率制御又は水質フィードフォワード回収率制御に付随して実行される。
制御部３０（排水制御部）は、第２流量センサＦＭ２の第２検出流量値が、前述した回収率制御で決定した排水流量の演算値（目標排水流量）となるように、排水流量調整手段としての排水比例制御弁８の弁開度を流量フィードバック制御する。なお、本調節制御における弁開度の演算には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。
【００６９】
＜透過水Ｗ２の水量制御及び回収率制御の組み合わせの制御例＞
透過水Ｗ２の水量制御及び回収率制御は、組み合わされて実行される。
「流量フィードバック水量制御」と「温度フィードフォワード回収率制御」とが組み合わされて実行される第１制御パターンや、「圧力フィードバック水量制御」と「水質フィードフォワード回収率制御」とが組み合わされて実行される第２制御パターンや、「温度フィードフォワード水量制御」と「水質フィードバック回収率制御」とが組み合わされて実行される第３制御パターンが、例示される。なお、本発明では、第１制御パターン〜第３制御パターン以外の組み合わせを排除するものではない。
第１制御パターンにおいては、温度フィードフォワード回収率制御は、流量フィードバック水量制御と並行して実行される。第２制御パターンにおいては、温度フィードフォワード回収率制御は、圧力フィードバック水量制御と並行して実行される。第３制御パターンにおいては、水質フィードバック回収率制御は、温度フィードフォワード水量制御と並行して実行される。
【００７０】
＜原水比例制御弁１４による原水圧力の調整制御＞
まず、本発明において、原水比例制御弁１４により原水Ｗ１の原水圧力の調整制御を行う理由について、以下に説明する。
濃縮水ラインＬ３に定流量弁５が設けられる本実施形態においては、定流量弁５の二次側の圧力が原水ラインＬ１の原水圧力と同じになっている。そのため、原水Ｗ１の原水圧力が高い場合には、濃縮水ラインＬ３に設けられる定流量弁５の一次側と二次側との圧力差が小さくなり、前記定流量弁差圧を確保できずに、濃縮水Ｗ３の一部Ｗ３１を、循環水ラインＬ４を介して原水ラインＬ１の合流部Ｊ２に返送できないことになる。
【００７１】
これに対して、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の原水圧力を所定の一定圧力値に減圧する減圧弁（不図示）を用いて、原水Ｗ１の原水圧力を所定の一定圧力値まで減圧して、定流量弁５の二次側の圧力を下げることで、定流量弁５の一次側と二次側とにおいて、前記定流量弁差圧が所定差圧以上になるように調整することが考えられる。
【００７２】
ここで、原水Ｗ１の温度が低い場合には、原水Ｗ１の温度が高い場合と比べて、水の粘性が高く、ＲＯ膜モジュール４の水透過係数が低くなるため、透過水Ｗ２の水量制御を行うシステムにおいては、加圧ポンプ２の吐出圧力（加圧ポンプ２の運転圧力、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートへの入力圧力）が高くなるように制御される。一方、原水Ｗ１の水温によらず、減圧弁（不図示）により減圧される原水の原水圧力は、所定の一定圧力値に調整されている。そのため、原水Ｗ１の温度が低い場合には、原水Ｗ１の温度が高い場合と比べて、定流量弁５の一次側の圧力は、定流量弁５の二次側の圧力に対して、十分に高くなる。また、定流量弁５の二次側の圧力は、原水圧力が減圧されているため、低くなる。これにより、原水Ｗ１の温度が低い場合には、原水Ｗ１の温度が高い場合と比べて、定流量弁５の一次側と二次側とにおいて、定流量弁差圧は、所定差圧を大きく超えて余裕をもって確保される。
【００７３】
濃縮水ラインＬ３に定流量弁５が設けられる技術においては、原水Ｗ１の温度が低い場合に、前記定流量弁差圧を十分に確保できるにもかかわらず、加圧ポンプ２の上流側において、原水Ｗ１の原水圧力を減圧弁（不図示）により、原水Ｗ１の温度が高い場合と同じ所定の一定圧力値に減圧することになる。一方で、減圧弁（不図示）の下流側の原水ラインＬ１において、減圧弁（不図示）で減圧された原水を加圧ポンプ２により加圧する。原水Ｗ１の温度が低い場合において、前記定流量弁差圧が必要以上に大きくなくても、前記定流量弁差圧を所定差圧以上に確保できれば十分である。
【００７４】
このため、原水Ｗ１の温度が低い場合に、前記定流量弁差圧を確保しつつ、ＲＯ膜モジュール４に向けて流通させるために、原水Ｗ１の原水圧力を高いまま有効に利用できれば、原水Ｗ１に原水圧力を圧送する加圧ポンプ２の消費電力を低減できる。
【００７５】
以上の説明のように、前記定流量弁差圧を確保しつつ、原水Ｗ１の温度が低い場合であっても、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の原水圧力を有効に利用するために、本発明においては、制御部３０（原水圧力制御部）は、差圧演算値を演算し、差圧演算値が所定の設定差圧値以上となる範囲で原水Ｗ１の圧力が高くなるように、原水比例制御弁１４の弁開度（流路断面積）を調整するように制御する。
【００７６】
差圧演算値は、定流量弁５の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧（前記定流量弁差圧）に対応する。差圧演算値は、二次側圧力センサＰＳ２により検出された検出二次側圧力値と、温度センサＴＥにより検出された検出温度値（取得一次側情報）及び吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値（取得一次側情報）と、に基づいて演算される。本実施形態においては、取得一次側情報は、温度センサＴＥにより検出された検出温度値及び吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値である。
【００７７】
ここで、定流量弁５の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧は、定流量弁５の一次側の圧力を一次側圧力センサ（不図示）で測定し、定流量弁５の二次側の圧力を二次側圧力センサＰＳ２で測定し、一次側圧力センサ（不図示）で測定した一次側の圧力から二次側圧力センサＰＳ２で測定した二次側の圧力を減じた差圧を直接的に算出することができる。しかしながら、２箇所で圧力を測定するため、２つの圧力センサを必要とする。
【００７８】
本実施形態においては、定流量弁５の一次側の圧力を検出する圧力センサに要するコストを低減するために、定流量弁５の一次側の圧力を検出する圧力センサを設けずに、定流量弁５の一次側の圧力を代替手段により間接的に検出する。詳細には、定流量弁５の一次側圧力を、温度センサＴＥにより検出された検出温度値Ｔ及び吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値Ｐｄを用いて、間接的に検出することで演算することができる。
【００７９】
ここで、本実施形態は、圧力フィードバック水量制御を流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行するために、加圧ポンプ２の吐出圧力（運転圧力）を取得する吐出圧力センサＰＳ３を備えている。本実施形態は、定流量弁５の一次側圧力を検出するために新たな圧力センサを設けることなく、バックアップのために設けられる吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値Ｐｄを、定流量弁５の一次側圧力を間接的に検出するための取得一次側情報として取得して利用する。
【００８０】
次に、定流量弁５の一次側の圧力を、温度センサＴＥにより検出された検出温度値Ｔ及び吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値Ｐｄを用いて間接的に演算する方法について、具体的に説明する。
定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１［ＭＰａ］は、下記の式（１）にて表現できる。
Ｐ１＝Ｐｄ−ΔＰｍ          （１）
（但し、Ｐｄ［ＭＰａ］：加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）、ΔＰｍ［ＭＰａ］：ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧）
【００８１】
ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍについて、透過水Ｗ２の透過流束の変化率から推測して演算する。具体的には、透過水Ｗ２の透過流束の低下分の変化率は、ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧が上昇したことによる加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）と看做す。そのため、透過水Ｗ２の透過流束の低下分、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）及び透過水Ｗ２の水温に基づいて、透過流束の低下率が１００％となる膜面差圧を求めることで、透過水Ｗ２の透過流束の低下分の変化率の全てを膜面差圧が上昇したことによるものとして、ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍを計算する。
【００８２】
基準温度（例えば、２５℃）における初期の透過流束Ｊ［Ｌ・ｈ−１・ＭＰａ−１］の演算値は、下記の式（２）にて表現できる。透過流束は、逆浸透膜分離装置１の膜の詰まり状態を示す指標で、単位時間当たり、透過する水の量を単位膜差圧当たりとして標準温度条件下に換算したものである。
Ｊ＝Ｑｐ／［｛Ｐｄ−（ΔＰｍ１÷２）−Ｐｏｕｔ−Δπ｝×Ｋ］          （２）
（但し、Ｑｐ：透過水Ｗ２の第１検出流量値［ｍ３／ｓ］、Ｐｏｕｔ：ＲＯ膜モジュール４の二次側の出口背圧［ＭＰａ］、Δπ：浸透圧、Ｋ：温度補正係数、ΔＰｍ１：初期膜面差圧）
【００８３】
これに対して、リアルタイムの透過流束Ｊ１は、下記の式（３）にて表現できる。
Ｊ１＝Ｑｐ／［｛Ｐｄ−（ΔＰｍ÷２）−Ｐｏｕｔ−Δπ｝×Ｋ］          （３）
透過流束Ｊに対してリアルタイムの透過流束Ｊ１が同じ場合又は大きい場合（（Ｊ／Ｊ１）≦１．０）には、初期膜面差圧から膜の悪化がないため、膜面差圧に変化がないと看做す（膜面差圧ΔＰｍ＝初期膜面差圧ΔＰｍ１）。
一方、透過流束Ｊに対してリアルタイムの透過流束Ｊ１が低下した場合（（Ｊ／Ｊ１）＞１．０）には、透過水Ｗ２の透過流束の低下分の変化率の全てを膜面差圧が上昇したことによるものとして、ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍを計算する。
膜面差圧ΔＰｍは、下記の式（４）にて表現できる。
ΔＰｍ＝−２×［Ｑｐ／（Ｊ×Ｋ）−Ｐｄ＋Ｐｏｕｔ＋Δπ］          （４）
【００８４】
ここで、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）Ｐｄは、吐出圧力センサＰＳ３により測定して取得する。原水Ｗ１の水温は、温度センサＴＥにより測定して取得する。
【００８５】
そして、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）Ｐｄの実測値及び原水Ｗ１の検出温度値Ｔの実測値を用いて、上記式（３）により、ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍを算出する。そして、上記式（１）により、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を、換算一次側圧力値として換算することができる。
【００８６】
式（２）及び式（３）において、透過水Ｗ２の第１検出流量値Ｑｐは、第１流量センサＦＭ１（図１参照）の実測値を用いる。温度補正係数Ｋは、検出温度値Ｔの関数であり、検出温度値Ｔが基準温度に等しいときには、１となる。上記式（３）におけるＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍの計算において、Ｐｏｕｔ及びΔπの各値は、定常運転中は、ほぼ一定と看做せるため、予め設定した値を使用することができる。従って、逆浸透膜分離装置１の運転中に、透過水Ｗ２の第１検出流量値Ｑｐ、温度センサＴＥの検出温度値Ｔ及び加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）Ｐｄからなるパラメータを取得すれば、基準温度におけるＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍを演算することができる。
【００８７】
なお、上記式（３）において、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）Ｐｄの実測値及び原水Ｗ１の検出温度値Ｔの実測値を用いて、ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍを算出している。そして、上記式（１）により、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を、換算一次側圧力値として換算している。ここで、水温変動が小さい場合には、原水Ｗ１の検出温度値Ｔを検出することを省略して、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を換算することができる。
【００８８】
以上により演算された定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を換算した換算一次側圧力値を用いて、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を換算した換算一次側圧力値と、二次側圧力センサＰＳ２に検出された検出二次側圧力値と、に基づいて、定流量弁５の一次側と二次側の圧力との差圧に対応する差圧演算値を演算する。
【００８９】
そして、制御部３０は、差圧演算値が所定の設定差圧値以上となる範囲で原水Ｗ１の原水圧力が高くなる圧力値となるように、原水比例制御弁１４の弁開度（流路断面積）を調整するように制御する。設定差圧値は、定流量弁５の一次側の圧力から二次側の圧力を減じた差圧値である。設定差圧値は、定流量弁５の一次側から二次側に濃縮水Ｗ３が流れることが可能な下限の値が設定される。本実施形態においては、設定差圧値を、例えば、０．２Ｍｐａに設定する。
なお、本調整制御における弁開度の演算には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。
【００９０】
次に、制御部３０による定流量弁５の一次側と二次側との差圧を調整するために原水比例制御弁１４の弁開度を調節する制御について説明する。図２は、制御部３０において原水比例制御弁１４を制御することで定流量弁５の一次側の圧力から二次側の圧力を減じた差圧を調整する場合の処理手順を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの処理は、逆浸透膜分離装置１の運転中において、繰り返し実行される。
【００９１】
本フローチャートにおける逆浸透膜分離装置１の運転中においては、原水ポンプ１２は、所定の圧力値（例えば、０．３ＭＰａ）で原水Ｗ１を吐出するように制御されている。
また、本実施形態の逆浸透膜分離装置１の起動時において、原水比例制御弁１４の弁開度を全開（弁開度１００％）に設定している。なお、原水比例制御弁１４の弁開度を全開（弁開度１００％）にしても、原水比例制御弁１４の流路断面積が原水比例制御弁１４の上流側の流路よりも小さい場合には、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の原水圧力が原水比例制御弁１４を通過後に低下する場合がある。そのため、原水比例制御弁１４における原水圧力の低下を見込んで、原水ポンプ１２の吐出圧力を設定してもよい。本実施形態においては、原水比例制御弁１４の弁開度を全開としているため、起動時において、原水比例制御弁１４の下流側の原水圧力の圧力値は、原水比例制御弁１４の弁開度が全開の場合から低下させない圧力値となる。これにより、原水ラインＬ１において、原水Ｗ１の原水圧力が原水比例制御弁１４の弁開度が全開の場合から低下させない圧力値で、原水Ｗ１は、加圧ポンプ２に向けて流通される。
【００９２】
ステップＳ１において、制御部３０は、透過水Ｗ２の水量制御として、例えば、前述したように、流量フィードバック水量制御、圧力フィードバック水量制御、又は温度フィードフォワード水量制御を実行する。
【００９３】
ステップＳ２において、制御部３０は、透過水Ｗ２の水量制御と並行して実行される回収率制御を実行する。制御部３０は、透過水Ｗ２の回収率制御として、例えば、前述したように、温度フィードフォワード回収率制御、水質フィードフォワード、又は水質フィードバック回収率制御を実行する。
【００９４】
ステップＳ３において、制御部３０は、温度センサＴＥで検出された原水Ｗ１の検出温度値Ｔ（取得一次側情報）を取得する。制御部３０は、温度センサＴＥで検出された原水Ｗ１の検出温度値を取得一次側情報の一部として取得する。
【００９５】
ステップＳ４において、制御部３０は、二次側圧力センサＰＳ２で検出された定流量弁５の二次側の検出二次側圧力値を取得する。
【００９６】
ステップＳ５において、制御部３０は、吐出圧力センサＰＳ３で検出された加圧ポンプ２の検出吐出圧力値Ｐｄを取得する。制御部３０は、吐出圧力センサＰＳ３で検出された加圧ポンプ２の検出吐出圧力値Ｐｄを取得一次側情報の一部として取得する。
【００９７】
ステップＳ６において、制御部３０は、ステップＳ４において取得した検出二次側圧力値と、ステップＳ３において取得した検出温度値Ｔ（取得一次側情報）及びステップＳ７において取得した検出吐出圧力値Ｐｄ（取得一次側情報）とに基づいて、差圧演算値を演算する。
【００９８】
具体的には、前述したように、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値Ｐｄの実測値及び原水Ｗ１の検出温度値Ｔの実測値を用いて、前述の式（３）により、ＲＯ膜モジュール４の膜面差圧ΔＰｍを算出する。そして、前述の式（１）により、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を、換算一次側圧力値として換算する。
そして、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を換算した換算一次側圧力値を用いて、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を換算した換算一次側圧力値と、二次側圧力センサＰＳ２に検出された検出二次側圧力値と、に基づいて、定流量弁５の一次側と二次側の圧力との差圧に対応する差圧演算値を演算する。
【００９９】
ステップＳ７において、制御部３０は、ステップＳ６で演算した差圧演算値が所定の設定差圧値（例えば、０．２ＭＰａ）以上となる範囲で原水Ｗ１の圧力が高くなるように、原水比例制御弁１４の弁開度（流路断面積）を調整するように制御する。これにより、定流量弁５の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧を確保した状態で、原水Ｗ１の原水圧力を原水比例制御弁１４の下流側において高くすることができる。そのため、原水Ｗ１の圧力を有効に使用することができる。
ステップＳ７の後に、本フローチャートの処理は終了する（ステップＳ１へリターンする）。
【０１００】
上述した本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、ＲＯ膜モジュール４と、原水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、濃縮水ラインＬ３と、濃縮水ラインＬ３から分岐されＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ３の一部Ｗ３１を原水ラインＬ１の合流部Ｊ２に返送する循環水ラインＬ４と、濃縮水ラインＬ３から分岐される排水ラインＬ５と、合流部Ｊ２よりも上流側の原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の圧力を調整する原水比例制御弁１４と、濃縮水ラインＬ３を流通する濃縮水Ｗ３の流量を所定の一定流量値に保持する定流量弁５と、定流量弁５の二次側の圧力を検出二次側圧力値として検出する二次側圧力センサＰＳ２と、定流量弁５の一次側の圧力に対応する検出温度値（情報）を取得一次側情報として取得する温度センサＴＥ及び検出吐出圧力値（情報）を取得一次側情報として取得する吐出圧力センサＰＳ３と、検出二次側圧力値及び取得一次側情報に基づいて定流量弁５の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧に対応する差圧演算値を演算し、差圧演算値が所定の設定差圧値以上になる範囲で原水の圧力が高くなるように原水比例制御弁１４を制御する制御部３０と、を備える。
【０１０１】
そのため、原水比例制御弁１４を制御することで、前記定流量弁差圧を、定流量弁５の一次側から二次側に濃縮水Ｗ３が流れる差圧となるように、調整することができる。また、原水Ｗ１の温度が低い場合において、原水Ｗ１の原水圧力を有効に利用して、加圧ポンプ２の負荷を下げて、加圧ポンプ２の吐出圧力を小さくできる。よって、加圧ポンプ２の消費電力を低減できる。つまり、原水Ｗ１の温度が低くなるに従って原水比例制御弁１４の弁開度を大きくする制御を行うことで、減圧弁などを用いて原水Ｗ１の原水圧力の減圧を行わなくてよいため、加圧ポンプ２の吐出圧力を昇圧することが軽減され、加圧ポンプ２の消費電力の低減が可能となる。
これにより、定流量弁５の一次側と二次側の差圧を確保しつつ、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の原水圧力を有効に利用することができる。
【０１０２】
また、本実施形態は、圧力フィードバック水量制御を流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行するために、加圧ポンプ２の検出吐出圧力値（運転圧力値）を取得する吐出圧力センサＰＳ３を備えている。本実施形態は、この吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値を利用して、定流量弁５の一次側圧力を検出するために新たな圧力センサを設けることなく、吐出圧力センサＰＳ３により検出される検出吐出圧力値を、定流量弁５の一次側圧力を間接的に検出するための取得一次側情報として取得する。これにより、前記定流量弁差圧を調整する制御を行う場合に、定流量弁５の一次側圧力を検出する圧力センサを新たに設ける必要がないため、圧力センサに要するコストを低減できる。
【０１０３】
また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、制御部３０は、流量フィードバック水量制御により透過水Ｗ２の流量を制御する。流量フィードバック水量制御で用いる速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、前回の操作量からの変化分を演算し、これに前回の操作量を加算して今回の操作量を求める方式であるため、第１検出流量値が離散値の場合でも、目標流量値との偏差を高速に解消することができる。そのため、温度変化や膜の閉塞等によりＲＯ膜モジュール４の水透過係数が急激に変化した場合でも、その変化に十分に追従することができる。従って、ＲＯ膜モジュール４の水透過係数が急激に変化した場合に、透過水Ｗ２の流量を目標流量値に短時間で収束させ、安定した水量の透過水Ｗ２を製造することができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、制御部３０は、圧力フィードバック水量制御により透過水Ｗ２の流量を制御する。この圧力フィードバック水量制御は、流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。このため、流量フィードバック水量制御の実行中において、第１流量センサＦＭ１（図１参照）に故障が発生した場合でも、圧力フィードバック水量制御に切り換えることにより、安定した水量の透過水Ｗ４を製造することができる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、制御部３０は、温度フィードフォワード水量制御により透過水Ｗ２の流量を制御する。この温度フィードフォワード水量制御は、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。このため、流量フィードバック水量制御の実行中において、第１流量センサＦＭ１（図１参照）に故障が発生した場合でも、温度フィードフォワード水量制御に切り換えることにより、安定した水量の透過水Ｗ２を製造することができる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、制御部３０は、温度フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、逆浸透膜分離装置１においては、透過水Ｗ２の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール４におけるシリカ系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、制御部３０は、水質フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、例えば、前段の硬水軟化装置からの硬度リーク量が増加した場合でも、逆浸透膜分離装置１においては、透過水Ｗ２の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール４における炭酸カルシウム系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【０１０８】
また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、制御部３０は、水質フィードバック回収率制御を実行する。このため、逆浸透膜分離装置１においては、透過水Ｗ２に要求される水質を満たしつつ、透過水Ｗ２の回収率を最大限にまで高めることができる。
【０１０９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、前記実施形態では、温度センサＴＥが原水Ｗ１の温度を検出する例について説明した。しかし、これに限らず、例えば、温度センサＴＥは、ＲＯ膜モジュール４で得られた透過水Ｗ２又は濃縮水Ｗ３（Ｗ３１，Ｗ３２）の温度を検出してもよい。原水Ｗ１、透過水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３（Ｗ３１，Ｗ３２）の温度は同じであると看做せるからである。透過水Ｗ２の温度を検出する場合には、温度センサを、透過水ラインＬ２に設ければよい。濃縮水Ｗ３（Ｗ３１，Ｗ３２）の温度を検出する場合には、温度センサを、濃縮水ラインＬ３、循環水ラインＬ４又は排水ラインＬ５に設ければよい。
【０１１０】
また、前記実施形態では、取得一次側情報として、原水Ｗ１の検出温度値及び加圧ポンプ２の検出吐出圧力値を用いたが、これに限られない。水温変動が小さい場合には、原水Ｗ１の検出温度値Ｔを検出することを省略して、定流量弁５の一次側圧力（膜出口圧力）Ｐ１を換算して、前記定流量弁差圧に対応する差圧演算値を演算することができる。従って、取得一次側情報として、原水Ｗ１の検出温度値を検出しなくてもよく、この場合には、取得一次情報を検出するための温度センサを設けなくてよい。
【０１１１】
また、前記実施形態では、各回収率制御において、排水比例制御弁８の弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ３の排水流量を調整する例について説明した。これに限らず、複数の排水バルブを並列に設けた構成とし、排水バルブの開弁数を増減することにより、濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の排水流量を段階的に調整するように制御してもよい。これにより、濃縮水Ｗ３の残部Ｗ３２の排水流量を調整することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  逆浸透膜分離装置
２  加圧ポンプ
４  ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜モジュール）
５  定流量弁（定流量手段）
８  排水比例制御弁（比例制御弁、排水流量調整手段）
１４  原水比例制御弁（原水圧力調整手段）
３０  制御部（原水圧力制御部、加圧ポンプ駆動制御部、排水制御部）
Ｊ２  合流部
Ｌ１  原水ライン
Ｌ２  透過水ライン
Ｌ３  濃縮水ライン
Ｌ４  循環水ライン
Ｌ５  排水ライン
ＴＥ  温度センサ（温度検出手段）
ＦＭ１  第１流量センサ（第１流量検出手段）
ＦＭ２  第２流量センサ（第２流量検出手段）
ＰＳ２  二次側圧力センサ（二次側圧力検出手段）
ＰＳ３  吐出圧力センサ（一次側情報取得手段）
Ｗ１  原水
Ｗ２  透過水
Ｗ３  濃縮水
Ｗ３１  濃縮水の一部
Ｗ３２  濃縮水の残部
【図１】
2017221875.tif 000003
【図２】
2017221875.tif 000004