JP5529491B2

JP5529491B2 - 海水淡水化装置

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Publication number: JP5529491B2
Application number: JP2009240328A
Authority: JP
Inventors: 新平宮川; 義博大林; 典秀米川
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP2011083741A

Description

本発明は、海水から塩分を除去した淡水を取出す海水淡水化装置に関するものである。

従来、この種の海水淡水化装置として、海水から塩分を除去するＲＯ膜（逆浸透膜）を用い、水圧ポンプによって加圧された海水がＲＯ膜に送られ、ＲＯ膜によって濾過された淡水が取出されるものがあった。

特許文献１〜４には、ＲＯ膜によって濾過されずに排出される濃縮海水の圧力によって回転駆動される動力回収水圧モータを備え、この動力回収水圧モータによって水圧ポンプを補助的に駆動し、排出される濃縮海水のエネルギを回収する動力回収装置が開示されている。

特許文献３には、ＲＯ膜に供給される海水の圧力を検出し、この検出値が運転点における理論圧力と等しくなるように圧力調整弁の開度、動力回収装置の作動を制御するものが開示されている。

特開２００９−１０３１０９号公報特開平９−２９９９４４号公報特開平４−３８４４５号公報特開２００１−４６８４２号公報

しかしながら、このような従来の海水淡水化装置にあっては、ＲＯ膜に海水を供給する水圧ポンプまたは排出される濃縮海水のエネルギを回収する動力回収水圧モータが遠心式のポンプ、モータが用いられているため、濃縮海水が持つ流体圧力エネルギの回収効率が低く、ＲＯ膜に供給される海水の圧力を的確に調節することが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＲＯ膜の濾過性能を維持するとともに、濃縮海水が持つ流体圧力エネルギを有効に回収する海水淡水化装置を提供することを目的とする。

本発明は、海水から塩分を除去した透過水を取出す海水淡水化装置であって、海水から塩分を除去するＲＯ膜と、海水を加圧してＲＯ膜に送る容積型の水圧ポンプと、この水圧ポンプを駆動する主駆動モータと、ＲＯ膜によって濾過されない濃縮海水が持つ流体圧力によって水圧ポンプを駆動する容積型の動力回収水圧モータと、ＲＯ膜の逆浸透圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器の検出値に基づいて動力回収水圧モータに供給される濃縮海水の流量と動力回収水圧モータを通さずに排出する濃縮海水の流量とを調節してＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づけるように水圧ポンプの作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段と、を備えるものとした。
また、本発明は、海水から塩分を除去した透過水を取出す海水淡水化装置であって、海水から塩分を除去するＲＯ膜と、海水を加圧してＲＯ膜に送る容積型の水圧ポンプと、この水圧ポンプを駆動する主駆動モータと、ＲＯ膜によって濾過されない濃縮海水が持つ流体圧力によって水圧ポンプを駆動する容量可変型の動力回収水圧モータと、ＲＯ膜の逆浸透圧力を検出する圧力検出器と、圧力検出器の検出値に基づいて動力回水圧モータの容量を調節してＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づけるように水圧ポンプの作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段と、を備えるものとした。
また、本発明は、海水から塩分を除去した透過水を取出す海水淡水化装置であって、海水から塩分を除去するＲＯ膜と、海水を加圧してＲＯ膜に送る容量可変型の水圧ポンプと、この水圧ポンプを駆動する主駆動モータと、ＲＯ膜によって濾過されない濃縮海水が持つ流体圧力によって水圧ポンプを駆動する容積型の動力回収水圧モータと、ＲＯ膜の逆浸透圧力を検出する圧力検出器と、圧力検出器の検出値に基づいて水圧ポンプの容量を調節してＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づけるように水圧ポンプの作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段と、を備えるものとした。

容積型の水圧ポンプと容積型の動力回収水圧モータが連動し、ＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づける水圧ポンプの作動制御が行われる構成により、ＲＯ膜の逆浸透圧力を的確に調節してＲＯ膜の濾過性能を維持することと、動力回収水圧モータによって濃縮海水が持つ流体圧力エネルギを有効に回収することを両立できる。

本発明の実施の形態を示す海水淡水化装置の構成図。他の実施の形態を示す海水淡水化装置の構成図。他の実施の形態を示す海水淡水化装置の構成図。他の実施の形態を示す海水淡水化装置の構成図。他の実施の形態を示す海水淡水化装置の構成図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、海水から塩分を除去した淡水を取出す海水淡水化装置を示す構成図である。

海水淡水化装置は、海水（原水）から塩分を除去するＲＯ膜（逆浸透膜）４と、主駆動モータ１により駆動され加圧した海水をＲＯ膜４の上流側室２１に送る水圧ポンプ２とを備える。

水圧ポンプ２は、海水（流体）を閉じ込めるポンプ室を有する容積型ポンプによって構成され、その回転軸が回転するのに伴ってこのポンプ室の容積を拡縮することによって海水を加圧して吐出する。

水圧ポンプ２は、主として主駆動モータ１によって駆動され、動力回収水圧モータ３によって補助的に駆動される。水圧ポンプ２の回転軸に主駆動モータ１の回転軸が連結されるとともに、動力回収水圧モータ３の回転軸が連結される。なお、これに限らず、水圧ポンプ２は主駆動モータ１、動力回収水圧モータ３と減速機構を介して連動する構成としてもよい。

主駆動モータ１は、電力によって回転する電動機によって構成される。なお、これに限らず、主駆動モータ１は、電力以外のエネルギによって回転する他の原動機を用いてもよい。

海から図示しない取水装置よって取り込まれた海水が取水通路１０を通って水圧ポンプ２の吸込側に供給される。水圧ポンプ２は海水を加圧して吐出し、高圧海水が海水供給通路１１を通ってＲＯ膜４の上流側室２１に供給される。

ＲＯ膜４は、水を通し塩類など水以外の不純物は透過しない性質を持つ濾過膜である。

ＲＯ膜４によって濾過された透過水（淡水）は、ＲＯ膜４の下流側室２２から透過水取出通路１５を通って取出される。

ＲＯ膜４によって濾過されない濃縮海水は、ＲＯ膜４の上流側室２１から排出通路１３を通って排出される。

排出通路１３には、動力回収水圧モータ３が介装される。この動力回収水圧モータ３は、ＲＯ膜４の上流側室２１から排出される濃縮海水が持つ流体圧力によって回転作動し、水圧ポンプ２を補助的に駆動する。

動力回収水圧モータ３は、濃縮海水（流体）を閉じ込めるモータ室を有する容積型モータによって構成され、濃縮海水の圧力によってモータ室の容積が拡縮することによってその回転軸が回転する。

動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の流量を調節するため、濃縮海水取出通路１２にサーボバルブ７が介装される。このサーボバルブ７は濃縮海水取出通路１２から導かれる濃縮海水の一部を排出通路１４を通して逃がし、動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の流量を調節する。

海水淡水化装置は、ＲＯ膜４の逆浸透圧力（ＲＯ膜４の前後に生じる差圧力）を適正値に保つため、ＲＯ膜４の逆浸透圧力を検出する圧力検出器５と、この圧力検出器５の検出値に基づいてＲＯ膜４の逆浸透圧力を目標値に近づけるように水圧ポンプ２の作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段を備える。

圧力検出器５は、海水供給通路１１またはＲＯ膜４の上流側室２１の圧力と、透過水取出通路１５またはＲＯ膜４の下流側室２２の圧力との差圧力を検出し、その検出信号をＲＯ膜４の逆浸透圧力の検出値として出力する。なお、これに限らず、海水供給通路１１またはＲＯ膜４の上流側室２１の圧力のみを検出し、その検出信号をＲＯ膜４の逆浸透圧力の検出値として出力してもよい。

本実施の形態では、逆浸透圧力フィードバック制御手段として、動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の流量を調節するサーボバルブ７と、このサーボバルブ７の開度を圧力検出器５の検出値に基づいてフィードバック制御するサーボアンプ（コントローラ）６とを備える。

ＲＯ膜４の逆浸透圧力が目標値より低い場合、サーボアンプ６は、サーボバルブ７から排出通路１４を通して逃がされる濃縮海水の流量を減らし、ＲＯ膜４の逆浸透圧力を高める。

一方、ＲＯ膜４の逆浸透圧力が目標値より高い場合、サーボアンプ６は、サーボバルブ７から排出通路１４を通して逃がされる濃縮海水の流量を増やし、ＲＯ膜４の逆浸透圧力を低くする。

こうしてサーボアンプ６は、圧力検出器５の検出値に基づいてサーボバルブ７を介して動力回収水圧モータ３の出力を増減し、動力回収水圧モータ３の動力回収率が最適となるようにＲＯ膜４の逆浸透圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を行う。これにより、ＲＯ膜４の経年劣化や目詰まりによってＲＯ膜４の圧力損失が変化しても、動力回収水圧モータ３を介して逃がされる濃縮海水の流量を変化させることにより、動力回収水圧モータ３の動力回収率がその時々で最適となるように調節される。

容積型の水圧ポンプ２と容積型の動力回収水圧モータ３が連動し、逆浸透圧力の検出値に応じて動力回収水圧モータ３の作動をフィードバック制御する構成により、ＲＯ膜４の逆浸透圧力を的確に調節してＲＯ膜４の濾過性能を維持することと、動力回収水圧モータ３によって濃縮海水が持つ流体圧力エネルギを有効に回収することを両立できる。

さらに、ＲＯ膜４の逆浸透圧力を調節するフィードバック制御量に応じてＲＯ膜４の濾過性能を判定し、ＲＯ膜４の劣化状況を把握することが可能となり、ＲＯ膜４の交換時期を的確に割り出すことができる。

また、図２に示すように、濃縮海水取出通路１２に増圧器８を介装してもよい。この増圧器８が濃縮海水取出通路１２から動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の圧力を高めることにより、主駆動モータ１の負荷を軽減することができる。

他の実施の形態として、動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の流量を調節するため、図３に示すように、動力回収水圧モータ３をその容量（モータ押しのけ容積）を変えられる可変容量型とし、動力回収水圧モータ３の容量を調節するサーボアクチュエータ１６と、このサーボアクチュエータ１６の作動を制御するサーボアンプ９とを備える構成としてもよい。

サーボアンプ９は、圧力検出器５の検出値に基づいてサーボアクチュエータ１６を介して動力回収水圧モータ３の吐出容量を変えることによって動力回収水圧モータ３の動力回収率が最適となるようにＲＯ膜４の逆浸透圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を行う。

この場合、ＲＯ膜４の逆浸透圧力が目標値より低い場合、サーボアンプ９は、サーボアクチュエータ１６を介して動力回収水圧モータ３の容量を減らすことにより動力回収水圧モータ３の動力回収率が最適となるようにフィードバック制御を行う。

一方、ＲＯ膜４の逆浸透圧力が目標値より高い場合、サーボアンプ９は、サーボアクチュエータ１６を介して動力回収水圧モータ３の容量を増やすことにより動力回収水圧モータ３の動力回収率が最適となるようにフィードバック制御を行う。

また、濃縮海水取出通路１２に増圧器８が介装され、増圧器８が濃縮海水取出通路１２から動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の圧力を高めることにより、主駆動モータ１の負荷を軽減することができる。なお、これに限らず、濃縮海水取出通路１２に増圧器８が介装されない構成としてもよい。

次に図４に示す他の実施の形態を説明する。この実施の形態では、水圧ポンプ２をその容量（ポンプ押しのけ容積）を変えられる可変容量型とする。

逆浸透圧力フィードバック制御手段として、水圧ポンプ２の容量を変える吐出容量可変機構を駆動するサーボアクチュエータ１７と、このサーボアクチュエータ１７を介して水圧ポンプ２の吐出容量を圧力検出器５の検出値に基づいてフィードバック制御するサーボアンプ２４とを備える。

ＲＯ膜４の逆浸透圧力が目標値より低い場合、サーボアンプ２４は、サーボアクチュエータ１７を介して水圧ポンプ２の吐出容量を増やすことにより水圧ポンプ２の吐出圧を高める。

一方、ＲＯ膜４の逆浸透圧力が目標値より高い場合、サーボアンプ２４は、サーボアクチュエータ１７を介して水圧ポンプ２の吐出容量を減らすことにより水圧ポンプ２の吐出圧を低くする。

こうしてサーボアンプ２４は、圧力検出器５の検出値に基づいてサーボアクチュエータ１７を介して水圧ポンプ２の吐出容量を増減し、水圧ポンプ２の吐出圧を調節してＲＯ膜４の逆浸透圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を行う。

これにより、供給される海水の塩分濃度や温度が変化しても、ＲＯ膜４の逆浸透圧力が適正値に保たれ、ＲＯ膜４の濾過性能を維持することと、動力回収水圧モータ３によって濃縮海水が持つ流体圧力エネルギを有効に回収することを両立できる。

さらに、他の実施の形態として、図５に示すように、動力回収水圧モータ３はサーボアクチュエータ１６を介してその容量を変えられる可変容量型とし、濃縮海水取出通路１２に流量検出器１９を介装し、この流量検出器１９の検出値に基づいて動力回収水圧モータ３に供給される濃縮海水の流量を目標値に近づけるように動力回収水圧モータ３の容量をフィードバック制御するサーボアンプ２５を備える構成としてもよい。

流量検出器１９の検出値に基づいて動力回収水圧モータ３の容量がフィードバック制御されることにより、ＲＯ膜４の上流側室２１から濃縮海水取出通路１２、動力回収水圧モータ３、排出通路１３を通って排出される濃縮海水の流量が適正値に保たれ、ＲＯ膜４の濾過性能を保つことができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１主駆動モータ
２水圧ポンプ
３動力回収水圧モータ
４ＲＯ膜（逆浸透膜）
５圧力検出器
６サーボアンプ
８増圧器
９サーボアンプ
１０取水通路
１１海水供給通路
１２濃縮海水取出通路
１３排出通路
１５透過水取出通路
１６サーボアクチュエータ
１７サーボアクチュエータ
１９流量検出器
２４サーボアンプ
２５サーボアンプ

Claims

海水から塩分を除去した透過水を取出す海水淡水化装置であって、
海水から塩分を除去するＲＯ膜と、
海水を加圧して前記ＲＯ膜に送る容積型の水圧ポンプと、
この水圧ポンプを駆動する主駆動モータと、
前記ＲＯ膜によって濾過されない濃縮海水が持つ流体圧力によって前記水圧ポンプを駆動する容積型の動力回収水圧モータと、
前記ＲＯ膜の逆浸透圧力を検出する圧力検出器と、
前記圧力検出器の検出値に基づいて前記動力回収水圧モータに供給される濃縮海水の流量と前記動力回収水圧モータを通さずに排出する濃縮海水の流量とを調節して前記ＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づけるように前記水圧ポンプの作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段と、を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。
海水から塩分を除去した透過水を取出す海水淡水化装置であって、
海水から塩分を除去するＲＯ膜と、
海水を加圧して前記ＲＯ膜に送る容積型の水圧ポンプと、
この水圧ポンプを駆動する主駆動モータと、
前記ＲＯ膜によって濾過されない濃縮海水が持つ流体圧力によって前記水圧ポンプを駆動する容量可変型の動力回収水圧モータと、
前記ＲＯ膜の逆浸透圧力を検出する圧力検出器と、
前記圧力検出器の検出値に基づいて前記動力回水圧モータの容量を調節して前記ＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づけるように前記水圧ポンプの作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段と、を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。
海水から塩分を除去した透過水を取出す海水淡水化装置であって、
海水から塩分を除去するＲＯ膜と、
海水を加圧して前記ＲＯ膜に送る容量可変型の水圧ポンプと、
この水圧ポンプを駆動する主駆動モータと、
前記ＲＯ膜によって濾過されない濃縮海水が持つ流体圧力によって前記水圧ポンプを駆動する容積型の動力回収水圧モータと、
前記ＲＯ膜の逆浸透圧力を検出する圧力検出器と、
前記圧力検出器の検出値に基づいて前記水圧ポンプの容量を調節して前記ＲＯ膜の逆浸透圧力を目標値に近づけるように前記水圧ポンプの作動をフィードバック制御する逆浸透圧力フィードバック制御手段と、を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。
前記動力回収水圧モータに供給される濃縮海水の流量を検出する流量検出器を備え、
前記動力回収水圧モータは可変容量型の水圧モータであって、
前記流量検出器の検出値に基づいて前記動力回収水圧モータに供給される濃縮海水の流量を目標値に近づけるように前記動力回収水圧モータの容量を調節することを特徴とする請求項３に記載の海水淡水化装置。
前記動力回収水圧モータに供給される濃縮海水の圧力を高める増圧器を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の海水淡水化装置。