WO2012096253A1 - 圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法 - Google Patents

圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法 Download PDF

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path
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慶文 廣澤
憲博 寺本
晃 庄▲崎▼
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/06—Energy recovery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/24—Specific pressurizing or depressurizing means
    • B01D2313/246—Energy recovery means

Definitions

  • the present invention relates to a pressure exchange device that exchanges pressure between a first fluid and a second fluid, and a performance adjustment method of the pressure exchange device.
  • a pressure exchange device In a seawater desalination facility using a reverse osmosis membrane device, a pressure exchange device is provided that uses the pressure of high-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane device to pressurize low-pressure seawater supplied to the reverse osmosis membrane device.
  • Patent Document 1 describes a pressure exchange device including a rotor 80 in which a plurality of tubular pressure transmission portions are arranged around a rotation axis.
  • the pressure exchange device causes the high-pressure concentrated seawater supplied to the high-pressure inlet-side port 82 and the low-pressure seawater supplied to the low-pressure inlet-side port 81 to come into contact with each other through the tubular pressure transmission unit as the rotor 80 rotates.
  • the pressure exchange device drains the low-pressure seawater that has been boosted by the pressure transmission unit using the pressure of the high-pressure concentrated seawater from the high-pressure outlet port 83 as high-pressure seawater. Further, the pressure exchanging device drains the high-pressure concentrated seawater that has finished transmitting pressure from the low-pressure outlet-side port 84 as low-pressure concentrated seawater by the low-pressure seawater supplied to the low-pressure inlet-side port 81.
  • Patent Document 2 includes a rotating body 90 including a pair of rotating plates 91 and 92 and a shaft 93 connecting the rotating plates 91 and 92, and a tubular pressure transmission unit 96. An equipped pressure exchange device is described.
  • One rotating plate 91 guides the low-pressure seawater supplied to the low-pressure inlet side port 95 to the pressure transmission unit 96 and the high-pressure seawater drained from the pressure transmission unit 96 to the high-pressure outlet side port 97.
  • a flow path 91b is formed.
  • the other rotary plate 92 has a flow path 92b for guiding the high-pressure concentrated seawater supplied to the high-pressure inlet side port 94 to the pressure transmission unit 96, and the low-pressure concentrated seawater drained from the pressure transmission unit 96 at the low-pressure outlet side port 98.
  • a flow path 92a is formed to guide the flow.
  • the high-pressure concentrated seawater supplied to the high-pressure inlet-side port 94 and the low-pressure seawater supplied to the low-pressure inlet-side port 95 in the tubular pressure transmission unit 96 are rotated. Contact to convert pressure.
  • the pressure exchange device drains the low-pressure seawater boosted by the pressure transmission unit 96 by the pressure of the high-pressure concentrated seawater from the high-pressure outlet side port 97 as high-pressure seawater. Further, the pressure exchanging device drains the low-pressure concentrated seawater that has finished transmitting the pressure from the low-pressure outlet-side port 98 by the low-pressure seawater supplied to the low-pressure inlet-side port 95.
  • the rotor 80 is formed of an expensive material such as ceramics in order to satisfy conditions such as weight reduction, high rigidity, wear resistance, and a low coefficient of friction. As a result, there has been a problem that material costs and manufacturing costs increase.
  • each of the flow path 91b formed in one rotary plate 91 and the flow path 92b formed in the other rotary plate 92 is arranged inside the rotary plate along the axial direction. Since the flow path portion formed in this way and the flow path portion formed inside the rotating plate along the circumferential direction are in communication with each other, a flow path is formed in the rotating plates 91 and 92. A sufficient thickness is required. For this reason, there is a problem that the rotating plates 91 and 92 become large and material costs and processing costs increase.
  • An object of the present invention is to provide a pressure exchanging apparatus and a pressure adjusting apparatus performance adjustment method that can be made compact and cost-effective without reducing the processing flow rate.
  • the first characteristic configuration of the pressure exchanging device is that pressure is applied between the first fluid and the second fluid as described in claim 1 of the claims.
  • a pressure exchanging device for exchanging wherein the first flow path through which the first fluid flows in or out from one end side and the second flow path through which the second fluid flows in or out from the one end side communicate with each other.
  • the pressure transmitting unit is a rotating body disposed around the rotation axis, a first fluid inflow path for guiding the first fluid to the first flow path, and a second fluid whose pressure is exchanged with the first fluid.
  • a first fluid outflow passage that guides from the flow path is formed in a thickness direction, and a first side member is formed on the rotating body. In that it includes a second side member for rotatably clamped via a holding member between.
  • the pressure of the first fluid guided from the outside of the device to the first flow path via the first fluid inflow path formed in the first side member communicates with the first flow path. Is transmitted to the second fluid in the second flow path.
  • the pressurized second fluid is drained to the outside of the apparatus through a second fluid outflow passage formed in the first side member.
  • the pressure of the second fluid guided from the outside of the apparatus to the second flow path through the second fluid inflow path formed in the first side member is the first flow communicated with the second flow path. It is transmitted to the first fluid in the path.
  • the first fluid is drained to the outside of the apparatus through a first fluid outflow passage formed in the first side member.
  • the first flow path, the second flow path, and the communication section of both flow paths constitute the pressure transmission section, whereby the first fluid or the second fluid is supplied from the one end side of the rotating body to the pressure transmission section.
  • the pressure is exchanged between the first fluid and the second fluid so that the second fluid or the first fluid can flow out from the one end side.
  • the length of the rotating body in the axial center direction is shortened when the pressure exchange process of the same flow rate is performed as compared with the pressure transmission unit configured with a straight pipe as described in Patent Document 1, and the apparatus Compactness and cost reduction can be achieved. Even when it is necessary to increase the flow rate of the pressure exchange process, the length of the rotating body in the axial center direction can be shortened, so that an extreme increase in size of the apparatus can be avoided.
  • first fluid inflow channel and the outflow channel, the second fluid inflow channel and the outflow channel are formed only in the first side member, pipes connected to the inflow channel or the outflow channel of each fluid are connected to the first side. It only needs to be installed on the member side, and pipe installation work and maintenance work, etc., compared to the case where pipes connected to the fluid inflow path or outflow path are installed on both ends of the rotating body as in the conventional device. Good.
  • the installation space for the pressure exchange device including the piping is reduced by the piping being gathered on the first side member side. Furthermore, maintenance of the pressure exchange device can be performed from the second side member 20b side without the piping without removing the piping from the pressure exchange device, thereby improving maintainability.
  • the rotating body is held between the first and second side members and the side members.
  • the first flow path and the second flow path are formed so as to penetrate the rotary body, and the rotary body and the first and second side members are interposed between the first flow path and the first lateral member. There is a gap where each fluid enters.
  • the rotating body rotates in a space defined by the first side member, the second side member, and the holding member, so that the second fluid pressure-transmitted from the first fluid flowing into the first flow path is The operation of the first fluid flowing out from the two flow paths and pressure-transmitted from the second fluid flowing into the second flow path out of the first flow path is repeated.
  • the first or second gap is formed in the gap formed between the end surface of the rotating body and the second side member.
  • a force that presses the rotating body toward the first side member acts by the fluid.
  • the first fluid flowing in from the first fluid inflow path formed in the first side member or the second fluid flowing in from the second fluid inflow path is caused by the end surface of the rotating body and the first side member. A force that enters the gap formed therebetween and presses the rotating body toward the second side member by the fluid acts.
  • the rotating body that is pressed with substantially the same force from both sides does not shift in one direction between the first side member and the second side member. That is, the rotating body does not rotate while always sliding with either the first side member or the second side member, and can rotate smoothly.
  • the fluid flowing through the gap also has a role of a lubricant.
  • the rotating body is pressed with substantially equal force from both sides, the sliding resistance between the first and second side members and the rotating body is reduced. Therefore, even if the rotating body is formed to have a large diameter to increase the processing flow rate and the cross-sectional areas of the first and second flow paths constituting the pressure transmission unit are increased, the energy required for rotationally driving the rotating body is reduced. Loss can be kept low.
  • the thickness is preferably set to about 1 to 100 ⁇ m.
  • At least one of the side members is pressed to adjust the distance between the first and second side members. This is in that a pressing mechanism is provided.
  • the first and second pressure mechanisms are used. Since the distance between the side members can be adjusted, it is possible to reduce the replacement frequency of main parts such as a rotating body.
  • each side member is arranged on the outer side of the first and second side members as described in the fourth aspect.
  • the first and second side members are formed with communication holes that form a pressing space that is pressed toward the first flow path and guide the fluid supplied to the first flow path or the second flow path.
  • a pressing force acts on the first and second side members toward the rotating body by the fluid guided to each pressing space through the communication holes formed in the first and second side members.
  • the pressure of the fluid guided to each pressing space is substantially equal to the pressure of the fluid entering the gap formed between the rotating body and the first and second side members. That is, since the pressing forces applied to both surfaces of the first and second side members are balanced, a situation in which the first and second side members are distorted in the direction of the rotation axis due to the fluid pressure is avoided. The Therefore, during operation, the gap between the rotator and the side member does not widen and maintains a predetermined gap, and the rotator smoothly moves without sliding with the first side member and the second side member. Can be rotated.
  • the first lateral member flows into the first flow path or the second feature configuration.
  • a torque application mechanism is provided that applies torque to the rotating body by the energy of the first fluid flowing out from the first flow path or the energy of the second fluid flowing into or out of the second flow path. In the point.
  • the first lateral member flows into the first flow path or flows out of the first flow path, or flows into the second flow path or flows out of the second flow path. Since the energy of the second fluid is converted into torque for rotating the rotating body by the torque application mechanism, the rotating body can be rotated without external power. Then, as the rotating body rotates, the inflow and outflow of the first fluid and the outflow and inflow of the second fluid to the pressure transmission unit are switched, so that a separate channel switching mechanism is not required.
  • the first fluid flowing into or out of the first flow path and the second fluid flowing into or out of the second flow path, the first fluid is greatly separated from the rotation axis in the radial direction.
  • Energy efficiency because it is possible to generate a large torque with the same energy by using the energy of the fluid flowing into the flow channel or the energy of the fluid flowing out of the flow channel that is far away from the rotation axis in the radial direction. Is good.
  • the torque application mechanism is provided on a surface facing the rotating body in the first fluid inflow path.
  • the first inclined portion formed to expand in diameter so as to communicate with the plurality of first flow paths along the circumferential direction of the rotating body, and on the side of the second fluid outflow path facing the rotating body,
  • a second inclined portion formed by expanding the diameter so as to communicate with the plurality of second flow paths along the circumferential direction of the rotating body, and an inclination direction of the first inclined portion and an inclination of the second inclined portion The direction is set so that the direction is reversed.
  • the first inclined portion is formed on the surface facing the rotating body in the first fluid inflow passage so as to expand in diameter so as to communicate with the plurality of first flow paths along the circumferential direction of the rotating body. Therefore, the first fluid flows from the first fluid inflow path through the first inclined portion in a dispersed manner into the plurality of first flow paths.
  • the first fluid flowing along the first inclined portion flows along the circumferential direction of the rotating body and applies pressure to the wall surface of the first flow path. That is, a torque for rotating the rotating body is applied.
  • the second inclined portion is formed on the surface facing the rotating body in the second fluid outflow path so as to expand in diameter so as to communicate with the plurality of second flow paths along the circumferential direction of the rotating body. Therefore, the second fluids flowing through the plurality of second flow paths merge and flow out to the second fluid outflow path via the second inclined portion.
  • the second fluid that flows to the second fluid outflow path along the second inclined portion is second along the direction in which the cross-sectional area of water flowing from the second flow path to the second fluid outflow path is increased.
  • Pressure is applied to the wall surface of the flow path. That is, circumferential torque is applied to the rotating body.
  • a plurality of pressure transmission portions are provided around the rotation axis in the rotating body. It is in the point arrange
  • the plurality of adjacent pressure transmission portions may be provided with at least one first feature as the rotating body rotates.
  • the fluid inflow path and the second fluid outflow path, or one second fluid inflow path and the first fluid outflow path are in communication at the same time.
  • the plurality of pressure transmission units adjacent in the circumferential direction may have at least one first fluid inflow path and second fluid outflow path, or one second fluid inflow as the rotating body rotates.
  • the ninth feature configuration in addition to the seventh or eighth feature configuration described above, in addition to the seventh or eighth feature configuration described above, the ninth feature configuration includes the rotation of the rotating body. There is a pressure transmission portion that does not communicate with any one of the first fluid inflow passage and the second fluid outflow passage, and the first fluid outflow passage and the second fluid inflow passage.
  • the pressure transmission part that does not communicate with any of the above since the inflow and outflow of the first fluid and the second fluid can be temporarily stopped, the direction of the fluid flow in the first channel and the second channel can be switched. It can be smooth.
  • a plurality of sets of first fluid inflow passages are provided in the first side member.
  • the second fluid outflow path is symmetrically arranged around the rotation axis.
  • the fluid flows into and out of the rotating body per rotation a plurality of times. Therefore, the amount of movement of the fluid in one inflow and outflow is reduced, and the length of the flow path can be shortened, so that the rotating body can be made compact.
  • the torque applying mechanism is arranged symmetrically around the rotation axis. be able to. That is, the rotating body is provided with a balanced torque around the rotation axis, and smoothly rotates without the rotation axis being inclined.
  • the cross-sectional area of the first flow path and the cross-sectional area of the second flow path Are formed to be equal to each other.
  • the drive shaft for rotating the rotator with external power is the rotator as described in claim 12. It is in the point connected to.
  • the rotating body is rotated by external power such as a drive unit connected to the drive shaft even when the rotation of the rotating body is not stable due to some factor such as an unstable fluid flow. This makes it possible to perform a stable pressure exchange process.
  • the first fluid supplied to the first fluid inflow path is reversed.
  • the high-pressure concentrated fluid drained from the osmosis membrane device, and the second fluid supplied to the second fluid inflow passage is the fluid to be concentrated supplied to the reverse osmosis membrane device.
  • the fluid to be concentrated supplied to the reverse osmosis membrane device can be pressurized by the pressure of the high-pressure concentrated fluid drained from the reverse osmosis membrane device. It can be used as effective energy without throwing away excess pressure.
  • the characteristic configuration of the performance adjusting method of the pressure exchanging device according to the present invention is the performance adjusting method of the pressure exchanging device having the fifth or sixth characteristic configuration described above, as described in claim 14 of the claims.
  • the processing flow rate is adjusted by changing the torque applying mechanism.
  • the rotational speed of the rotating body changes because the magnitude of the velocity component in the rotating direction of the fluid that applies torque to the rotating body changes. That is, the rotation speed of the rotating body depends on the shapes of the first inclined portion and the second inclined portion. Therefore, since the number of rotations of the rotating body can be changed in accordance with the processing flow rate only by changing the shapes of the first inclined portion and the second inclined portion, the processing flow rate of the pressure exchange device can be easily adjusted.
  • FIG. 1 is a schematic flow diagram of a seawater desalination facility.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the pressure exchange device.
  • 3A is a front view of the rotating body
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A
  • FIG. 3C is a rear view.
  • 4A is a front view of the first side member
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4A
  • FIG. 4C is a rear view.
  • 5 (a) to 5 (d) are explanatory views of each inflow path and outflow path formed in the first side member and each flow path of the rotating body
  • FIG. 5 (a) is the first fluid inflow.
  • FIG. 5 (a) is the first fluid inflow.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line CC of the first fluid inflow passage shown in FIG. 4A
  • FIG. 5B is a diagram showing the second flow passage communicating with the second fluid outflow passage.
  • 4A is a cross-sectional view taken along the line DD of the second fluid outflow passage shown in FIG. 4A
  • FIG. 5C shows the first flow path communicating with the first fluid outflow passage, as shown in FIG. FF sectional view of the first fluid outflow path
  • FIG. 5 (d) shows the second flow path communicating with the second fluid inflow path
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the positions of each flow path formed in the rotating body and each inflow path and each outflow path formed in the first side member.
  • FIG. 7A is a front view of the pressure exchange device
  • FIG. 7B is a rear view of the pressure exchange device.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of another embodiment of the pressure exchange device.
  • FIG. 9A is an explanatory diagram of another embodiment of the pressure exchanging device
  • FIG. 9B is an explanatory diagram of a main part of the pressure exchanging device.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of another embodiment of the pressure exchange device.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of another embodiment of the pressure exchange device.
  • FIG. 12 is an explanatory view of a conventional pressure exchange device.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional pressure exchange device.
  • the seawater desalination facility includes a pretreatment unit 1 that removes contaminants in seawater, a filtered seawater tank 2 that stores seawater pretreated by the pretreatment unit 1, and a filtered seawater tank 2.
  • the supply pump 3 that supplies the stored seawater to the safety filter, the safety filter 4 that removes fine foreign matter in the seawater to prevent the reverse osmosis membrane device 6 from being clogged, and the seawater that has passed through the safety filter 4 is pressurized.
  • a high-pressure pump 5 and a reverse osmosis membrane device 6 to which pressurized seawater is supplied are provided.
  • Various salts in the seawater are removed by the reverse osmosis membrane device 6 and desalinated so that it can be used as drinking water or industrial water.
  • the reverse osmosis membrane device 6 is a device that exudes fresh water from which various salts in seawater have been removed to the other side of the reverse osmosis membrane by applying pressure to the seawater on one side of the reverse osmosis membrane. In order to obtain fresh water, it is necessary to make seawater into the predetermined pressure more than an osmotic pressure.
  • the reverse osmosis membrane device 6 cannot desalinate all of the supplied seawater. For example, 40% of the seawater supplied to the reverse osmosis membrane device 6 is desalinated and drained, but the remaining 60% is not desalinated and drained as high-pressure concentrated seawater with very high pressure.
  • a pressure exchange device 10 that recovers and uses the pressure of the high-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane device 6 as effective energy is provided.
  • the high-pressure pump 5 40% of the seawater supplied from the filtered seawater tank 2 to the reverse osmosis membrane device 6 is pressurized by the high-pressure pump 5 to a predetermined pressure equal to or higher than the osmotic pressure, for example, 6.9 MPa.
  • the remaining 60% of seawater (hereinafter referred to as “low pressure seawater”) supplied to the reverse osmosis membrane device 6 is the excess pressure (from the high pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane device 6 by the pressure exchange device 10 ( 6.75 MPa) and the pressure is increased to 6.9 MPa by the booster pump 7.
  • the pressure exchanging device 10 boosts the low-pressure seawater Li that is the fluid to be concentrated by the pressure of the high-pressure concentrated seawater Hi drained from the reverse osmosis membrane device 6, and reverses it as the high-pressure seawater Ho via the booster pump 7. While supplying to the osmosis membrane apparatus 6, the pressure exchange process which drains the low pressure concentrated seawater Lo after the said pressure was collect
  • the high-pressure concentrated seawater Hi and the low-pressure concentrated seawater Lo are the first fluid, and the low-pressure seawater Li and the high-pressure seawater Ho are the second fluid.
  • the pressure exchange device 10 uses the pressure of the high-pressure concentrated seawater Hi drained from the reverse osmosis membrane device 6 to increase the pressure of the low-pressure seawater Li supplied to the reverse osmosis membrane device 6, and reverse osmosis. Since part of the pressure required for the filtration in the membrane device 6 is compensated, the energy efficiency of the seawater desalination facility as a whole is improved.
  • the pressure exchanging device 10 is divided into a casing 11, a first side member 20a, a second side member 20b, and a sleeve 12 sandwiched between the side members 20a and 20b.
  • a rotating body 30 that is housed in the space to be supported and rotatably supported by the bush 13 provided in each of the side members 20a and 20b, and a pressing mechanism 40.
  • the casing 11 may be formed of a resin material or a material that has corrosion resistance to seawater and has strength such as a metal material such as a duplex stainless steel or a super duplex stainless steel.
  • a high-strength metal tube such as stainless steel may be covered with a resin material or ceramics. Thereby, an inexpensive material with inferior corrosion resistance can be used, and the cost can be reduced.
  • the rotating body 30, each side member 20a, 20b, and the sleeve 12 are materials having corrosion resistance and strength against seawater such as ceramics such as alumina, FRP, or duplex stainless steel or super duplex stainless steel. Can be used.
  • duplex stainless steel or super duplex stainless steel the facing surfaces of the rotating body 30 and the side members 20a and 20b are nitrided, or ceramic such as alumina is sprayed, It is preferable to form an abrasion-resistant layer that reduces the friction coefficient by overlay welding or HIP treatment.
  • the rotating shaft or rotating sliding surface of the rotating body 30 is required to be an expensive material such as a ceramic having wear resistance and a low friction coefficient.
  • the use of the expensive material can be reduced by providing the bush 13 as the rotating shaft. Costs can be reduced by minimizing.
  • the high pressure concentrated seawater Hi flows into the rotating body 30 from the end face 30a on one end side thereof, and the low pressure concentration after the pressure is exchanged.
  • the first flow path 31 from which the seawater Lo flows out and the second flow path 32 from which the low-pressure seawater Li flows in from the end face 30a on the one end side and the high-pressure seawater Ho flows out after the pressure is exchanged are provided. .
  • the first flow path 31 and the second flow path 32 are formed so as to communicate with each other on the end face 30 b side on the other end side of the rotating body 30, thereby configuring the pressure transmission unit 33.
  • the cross-sectional area of the first flow path 31 and the cross-sectional area of the second flow path 32 are formed to be equal.
  • the 18 pressure transmission parts 33 are arranged radially around the rotation axis, and an opening 29 through which the bush 13 can be inserted is formed at the center of the rotating body 30.
  • the high-pressure concentrated seawater Hi and the low-pressure concentrated seawater Lo are the first fluid
  • the low-pressure seawater Li and the high-pressure seawater Ho are the second fluid.
  • the first side member 20a has a first fluid that guides the high-pressure concentrated seawater Hi to the first flow path 31 of the rotating body 30.
  • the second fluid inflow passages 16t and 16b for guiding to the low pressure seawater Lo and the first fluid outflow passages 17t and 17b for guiding the low pressure concentrated seawater Lo pressure-exchanged between the low pressure seawater Li and the first flow passage 31 have thicknesses. Is formed in the direction.
  • the 1st fluid inflow path 14t and the 2nd fluid outflow path 15t, and the 1st fluid inflow path 14b and the 2nd fluid outflow path 15b are rotation axis center directions. As viewed from the center of the axis of rotation.
  • the second fluid inflow passage 16t and the first fluid outflow passage 17t, and the second fluid inflow passage 16b and the first fluid outflow passage 17b are located at positions rotated by 90 degrees with respect to these 14t, 15t, 14b and 15b. They are arranged at point-symmetrical positions with respect to the rotation axis as viewed from the direction of the rotation axis.
  • the first side member 20a includes the energy of the high-pressure concentrated seawater Hi flowing into the first flow path 31, the energy of the high-pressure seawater Ho flowing out of the second flow path 32, and the low-pressure seawater Li flowing into the second flow path 32. And a torque applying mechanism for rotating the rotating body 30 by applying a torque to the rotating body 30 by the energy of the low-pressure concentrated seawater Lo flowing out from the first flow path 31.
  • the torque application mechanism includes an inclined surface 14 a as a first inclined portion, an inclined surface 15 a as a second inclined portion, and an inclined surface 16 a as a second inclined portion. And an inclined surface 17a as the first inclined portion.
  • the inclined surface 14a as the first inclined portion communicates with the plurality of first flow paths 31 along the circumferential direction of the rotating body 30 on the surface facing the rotating body 30 in the first fluid inflow passages 14t and 14b.
  • the diameter is increased.
  • the inclined surface 15a as the second inclined portion communicates with the plurality of second flow paths 32 along the circumferential direction of the rotating body 30 on the surface facing the rotating body 30 in the second fluid outflow passages 15t and 15b.
  • the diameter is increased.
  • the inclined surface 16a as the second inclined portion communicates with the plurality of second flow paths 32 along the circumferential direction of the rotating body 30 on the surface facing the rotating body 30 in the second fluid inflow paths 16t and 16b.
  • the diameter is increased.
  • the inclined surface 17a as the first inclined portion communicates with the plurality of first flow paths 31 along the circumferential direction of the rotating body 30 on the surface facing the rotating body 30 in the first fluid outflow channels 17t and 17b.
  • the diameter is increased.
  • the inclination direction of the inclined surface 14a and the inclination direction of the inclined surface 15a are set to be reversed (see FIGS. 5A and 5B), and the inclination direction of the inclined surface 16a and the inclination direction of the inclined surface 17a are reversed. (See FIGS. 5C and 5D).
  • the inclined surface 14a is expanded in diameter so as to communicate with the plurality of first flow paths 31 along the circumferential direction of the rotating body 30 on the surface facing the rotating body 30 in the first fluid inflow channels 14t and 14b. Since it is formed, the high-pressure concentrated seawater Hi flows from the first fluid inflow paths 14t and 14b through the inclined surfaces 14a to the plurality of first flow paths 31 in a dispersed manner.
  • the high-pressure concentrated seawater Hi flowing along the inclined surface 14a flows along the circumferential direction of the rotating body 30 and applies pressure to the wall surface of the first flow path 31. That is, the pressure becomes a torque for rotating the rotating body 30.
  • the inclined surface 14a is an example of a torque application mechanism.
  • the inclined surface 15a is expanded in diameter so as to communicate with the plurality of second flow paths 32 along the circumferential direction of the rotating body 30 on the surface facing the rotating body 30 in the second fluid outflow passages 15t and 15b. Since it is formed, the high-pressure seawater Ho flowing through the plurality of second flow paths 32 merges and flows out to the second fluid outflow paths 15t and 15b via the inclined surface 15a.
  • the high-pressure seawater Ho flowing in the second fluid outflow passages 15t and 15b along the second inclined portion 15a has a flow cross-sectional area of water flowing from the second flow path 32 to the second fluid outflow passages 15t and 15b.
  • Pressure is applied to the wall surface of the second flow path 32 in the widening direction. That is, the pressure becomes a torque for rotating the rotating body 30.
  • the torque for rotating the rotating body 30 is generated by the energy of the high-pressure concentrated seawater Hi flowing into the rotating body 30 and the high-pressure seawater Ho flowing out of the rotating body 30, the rotating body 30 is rotated only by any one of the energy. Larger torque can be applied than the case.
  • the torque applied to the rotating body 30 by the energy when the low-pressure seawater Li flows into the second flow path 32 from the second fluid inflow paths 16t and 16b, and the low-pressure concentrated seawater Lo are transferred from the first flow path 31 to the second flow path 32.
  • the torque applied to the rotating body 30 by the energy when flowing out to the one fluid outflow passages 17t and 17b is also in the same direction.
  • the first flow path 31 and the second flow path 32 are formed so as to penetrate the rotary body 30, and both end faces 30 a and 30 b of the rotary body 30 have the same shape.
  • the rotary body 30 rotates in a space defined by the first side member 20a and the second side member b and the sleeve 12 sandwiched between the side members 20a and 20b, the first fluid is generated by the pressure transmission unit.
  • each fluid enters a gap formed between the rotating body 30 and the first side member 20a and the second side member 20b.
  • the rotating body 30 is pressed from both sides. Therefore, the rotator 30 is arranged in the space without being displaced in the axial direction.
  • the rotating body 30 since the rotating body 30 is not pressed against the side members 20a and 20b, resistance to rotation is reduced, and the rotating body 30 can rotate smoothly. Further, the fluid flowing in the gap can rotate more smoothly by acting as a lubricant. Furthermore, since the rotating body 30 can reduce wear with the side members 20a and 20b, durability is improved.
  • the rotating body 30 can be smoothly rotated even if the diameter of the rotating body is increased.
  • the cross-sectional area of the flow path formed in the rotating body can be increased, so that the processing performance of the apparatus can be improved without reducing the efficiency.
  • the gap is too narrow, the rotating body 30 and the side member 20 slide to provide resistance to rotation. If the gap is too wide, the flow rate of the lubricating fluid increases and the pressure exchange efficiency decreases. For example, about 1 to 100 ⁇ m preferable.
  • the pressing mechanism 40 is configured so that the gap can be adjusted.
  • a seal 18 is disposed in a circumferential direction on the contact surface of the sleeve 12 with the first side member 20a and the second side member 20b, and the seal 18 prevents fluid from leaking to the outside of the sleeve 12.
  • the pressing mechanism 40 includes a pressure receiving member 41 provided on one end side of the casing 11 disposed so as to surround the outer periphery of the sleeve 12 and on the first side member 20 side, and a second end side of the casing 11 and the second side. And a pressing member 42 disposed in contact with the side member 20b.
  • the pressure receiving member 41 is formed with water passages 44 (44t, 44b), 45 (45t, 45b), 46 (46t, 46b), 47 (47t, 47b) in the thickness direction. ing.
  • the respective water passages 44 (44t, 44b), 45 (45t, 45b), 46 (46t, 46b), 47 (47t, 47b) are formed in the first fluid inflow passage 14 (formed in the first side member 20a). 14t, 14b), the second fluid outflow passage 15 (15t, 15b), the second fluid inflow passage 16 (16t, 16b), and the first fluid outflow passage 17 (17t, 17b) in communication with the casing 11 and It is fixed to the first side member 20a with a bolt 43.
  • the pressing member 42 includes a pressing portion 42a formed so as to protrude toward the second side member 20b.
  • the periphery of the pressing portion 42 a is fixed to the casing 11 with a bolt 49 via a spacer 48.
  • the spacers 48 move the second side members 20b away from the first side members 20, and the interval is increased. Become wider.
  • each side member 20a by pressing the second side member 20b by the pressing mechanism 40 and adjusting the distance between the first side member 20a and the second side member 20b to an appropriate distance.
  • Each gap between 20b and the end faces 30a and 30b of the rotating body 30 can be adjusted.
  • the same pressing mechanism 40 may be provided not only on the second side member 20b side but also on the first side member 20a side.
  • the pressing mechanism 40 on the first side member 20a side can be configured to adjust the gaps between the side members 20a and 20b and the end surfaces 30a and 30b of the rotating body 30. Furthermore, it can also comprise so that each clearance gap between each side member 20a, 20b and the end surfaces 30a, 30b of the rotary body 30 may be adjusted with the press mechanism 40 of both sides.
  • the pressing mechanism 40 presses at least one of the side members, and the first side member 20a and What is necessary is just to adjust the quantity of the fluid which penetrates into the said clearance gap by adjusting the space
  • the spacer can be made of an elastic member, and the thickness can be adjusted by changing the tightening of the bolts, or the adjustment range of the gap can be changed by changing the thickness and elastic force of the elastic member.
  • the rotary body 30 has 18 sets of pressure transmission portions 33, that is, first flow paths 31a to 31r and second flow paths 32a to 32r arranged radially around the rotation axis. Yes.
  • the areas indicated by the two-dot chain line in FIG. 6 are the first fluid inflow paths 14t, 14b, the second fluid outflow paths 15t, 15b, the second fluid inflow paths 16t, 16b of the first side member 20a,
  • region corresponding to 1 fluid outflow path 17t, 17b is represented.
  • the first fluid inflow passage 14t is simultaneously with three adjacent first passages 31p, 31q, 31r.
  • the second fluid outflow path 15t communicates with the second flow paths 32p, 32q, 32r simultaneously.
  • the first flow paths 31p, 31q, and 31r communicate with the second flow paths 32p, 32q, and 32r in the rotating body 30.
  • the second fluid inflow passage 16t communicates with three adjacent second passages 32b, 32c, and 32d simultaneously.
  • the first fluid outflow path 17t communicates with the first flow paths 31b, 31c, 31d.
  • the second flow paths 32b, 32c, and 32d communicate with the first flow paths 31b, 31c, and 31d in the rotating body 30.
  • the high-pressure concentrated seawater Hi that has flowed into the first fluid inflow path 14t flows into the first flow paths 31p, 31q, and 31r, respectively, in the high-pressure concentrated seawater Hi (p), Hi (q), It flows in as Hi (r).
  • High-pressure concentrated seawater Hi (q), Hi (r) flows along the inclined surface 14a and flows into the first fluid inflow passages 31q, 31r.
  • a rightward force acts on the rotator 30 as indicated by a one-dot chain arrow in FIG. That is, the rotating body 30 is provided with a clockwise torque as indicated by a one-dot chain line arrow in FIG.
  • the high-pressure concentrated seawater Hi (p) flowing into the first flow path 31p from the first fluid inflow path 14t communicates with the first flow path 31p.
  • the pressure is transmitted to the seawater in 32p and flows out from the second fluid outflow passage 15t as high-pressure seawater Ho (p).
  • the high-pressure concentrated seawater Hi (q) flowing into the first flow path 31q from the first fluid inflow path 14t transmits pressure to the seawater in the second flow path 32q communicating with the first flow path 31q, and the high-pressure seawater Ho It flows out from the second fluid outflow passage 15t as (q).
  • the high-pressure concentrated seawater Hi (r) flowing into the first flow path 31r from the first fluid inflow path 14t transmits pressure to the seawater in the second flow path 32r communicating with the first flow path 31r, and the high-pressure seawater Ho (R) flows out from the second fluid outflow passage 15t.
  • a rightward force acts on the rotating body 30 by pushing the inner wall of the second flow path 32p with water pressure. That is, the rotating body 30 is provided with a clockwise torque as indicated by a one-dot chain line arrow in FIG.
  • the low-pressure seawater Li that has flowed into the second fluid inflow passage 16t flows into the second flow paths 32b, 32c, and 32d, respectively, in the low-pressure seawater Li (b), Li (c), Li ( d) flows in.
  • the low-pressure seawater Li (d) flows along the inclined surface 16a and flows into the second fluid inflow path 32d.
  • the rotating body 30 is provided with a clockwise torque as indicated by a one-dot chain line arrow in FIG.
  • the low-pressure seawater Li (b) flowing into the second flow path 32b from the second fluid inflow path 16t is communicated with the second flow path 32b. Pressure is transmitted to the seawater in the passage 31b, and the low-pressure concentrated seawater Lo (b) flows out from the first fluid outflow passage 17t.
  • the low-pressure seawater Li (c) flowing into the second flow path 32c from the second fluid inflow path 16t transmits pressure to the seawater in the first flow path 31c communicating with the second flow path 32c, and the low-pressure concentrated seawater Lo ( c) flows out from the first fluid outflow passage 17t.
  • the low-pressure seawater Li (d) flowing into the second flow path 32d from the second fluid inflow path 16t transmits pressure to the seawater in the first flow path 31d communicating with the second flow path 32d, and the low-pressure concentrated seawater Lo ( d) flows out from the first fluid outflow passage 17t.
  • the low-pressure concentrated seawater Lo (b), Lo (c), Lo (d) flows out from the first fluid outflow passage 17t, the low-pressure concentrated seawater Lo (b), Lo (c) is along the inclined surface 17a. It flows, and the flow is obstructed by the inclined surface 17a.
  • the torque applied to the rotating body 30 by the high-pressure concentrated seawater Hi flowing into the first flow path 31 from the first fluid inflow path 14t and the high-pressure seawater flowing out from the second flow path 32 to the second fluid outflow path 15t The torque that Ho gives to the rotating body 30, the torque that the low-pressure seawater Li flowing into the second flow path 32 from the second fluid inflow path 16t gives to the rotating body 30, and the first flow path 31 to the first fluid outflow path 17t.
  • the direction of the torque that the low-pressure concentrated seawater Lo flowing out gives to the rotating body 30 is the same.
  • the rotating body 30 rotates clockwise as viewed from the first side member 20a.
  • the high-pressure seawater Ho from the second flow paths 32p, 32q, 32r to the second fluid outflow path 15t. Is drained and the low-pressure concentrated seawater from the first flow paths 31b, 31c, 31d to the first fluid outflow path 17t by the pressure of the low-pressure seawater Li flowing into the second flow paths 32b, 32c, 32d from the second fluid inflow path 16t.
  • the first flow paths 31g, 31h communicated with the first fluid inflow path 14b, the second fluid outflow path 15b, the second fluid inflow path 16b, and the first fluid outflow path 17b, respectively.
  • the same pressure exchange is performed at 31i, 31k, 31l, and 31m and the second flow paths 32g, 32h, 32i, 32k, 32l, and 32m.
  • the first fluid inflow path 14 and the second fluid outflow path 15 that communicate with the set of the first flow path 31 and the second flow path 32 that constitute a certain pressure transmission unit 33, respectively.
  • the second fluid inflow path 16 and the first fluid outflow path 17 are switched, and the transmission of pressure from the high-pressure concentrated seawater Hi to the high-pressure seawater Ho and the transmission of pressure from the low-pressure seawater Li to the low-pressure concentrated seawater Lo are continuous. To be done. That is, the pressure exchange process between the first fluid and the second fluid is continuously performed.
  • Concentrated seawater and seawater are mixed in the first flow path 31 and the second flow path 32.
  • each fluid has a difference in salinity, a certain amount of the boundary portion is always mixed by diffusion.
  • the region only swings in the first flow path 31, the communication portion, and the second flow path 32 while acting like a piston.
  • first flow paths 31a, 31e, 31f that do not communicate with any of the first fluid inflow path 14, the second fluid outflow path 15, the second fluid inflow path 16, and the first fluid outflow path 17, Pressure exchange is not performed in the set of 31j, 31n, 31o and the second flow paths 32a, 32e, 32f, 32j, 32n, 32o.
  • the rotating body 30 is configured to rotate by the energy of the high-pressure concentrated seawater Hi and the low-pressure seawater Li flowing into the rotating body 30, and the energy of the high-pressure seawater Ho and the low-pressure concentrated seawater Lo flowing out of the rotating body 30. Therefore, for example, a larger torque can be applied than when rotating only with the energy of each fluid flowing in.
  • the processing flow rate of the pressure exchange device depends on the rotational speed of the rotating body 30, the processing flow rate of the pressure exchange device can be easily adjusted by changing the shape and adjusting the rotational speed of the rotating body 30. For example, the processing flow rate can be easily adjusted by preparing and replacing first side members having different shapes.
  • the first fluid inflow passages 14t and 14b, the first fluid outflow passages 15t and 15b, the second fluid inflow passages 16t and 16b, and the second fluid outflow passages 17t and 17b are formed in the first side member 20a.
  • the first fluid or the second fluid is caused to flow from the one end side of the rotating body 30 to the pressure transmission unit, the pressures of the first fluid and the second fluid are exchanged in the rotating body 30, and the second fluid is supplied from the one end side.
  • the fluid or the first fluid flows out.
  • first fluid inflow channel and the outflow channel, the second fluid inflow channel and the outflow channel are formed only in the first side member 20a, pipes connected to the inflow channel or the outflow channel of each fluid are connected to the first side. What is necessary is just to install collectively in the direction member 20a side. Compared with the case where pipes connected to the fluid inflow path or the outflow path are installed on both ends of the rotating body as in the prior art, workability such as pipe installation work and maintenance work is improved.
  • the installation space including the piping is reduced because the piping is gathered on the first side member 20a side. Further, maintenance can be performed from the second side member 20b side without piping without removing the piping, and the maintainability is improved.
  • the bush 13 is provided on the rotating shaft of the rotating body 30 to reduce blurring of the shaft center of the rotating body 30 and can be smoothly rotated.
  • the bush 13 is not necessarily provided.
  • the rotating body 30 is rotatably held by the sleeve 12.
  • the cross-sectional area of the first flow path 31 and the cross-sectional area of the second flow path 32 are formed to be equal to each other, so that excessive pressure loss due to a change in the cross-sectional area of the flow path can be reduced.
  • the cross-sectional areas of the first flow path 31 and the second flow path 32 may be different.
  • the first flow path 31 and the second flow path 32 are configured to communicate with each other on the end face 30b side on the other end side of the rotating body 30, but at a position separated from the end face 30b by a predetermined distance from the end face 30a.
  • the structure which communicates may be sufficient. That is, the communicating portion may be an arbitrary position between the end surface 30a and the end surface 30b.
  • the 1st flow path 31 and the 2nd flow path 32 do not necessarily need to be the structure connected in the inside of the rotary body 30, and rotate integrally with the rotary body 30 between the 2nd side member 20b and the rotary body 30.
  • FIG. A member is provided, and a recess is formed in the rotating member at a position facing each inflow path and outflow path, and the first flow path 31 and the second flow path 32 communicate with each other through the recess as the rotating body rotates.
  • You may comprise as follows.
  • the shape of the first flow path 31 and the second flow path 32 is not limited to that shown in FIG. 3A, and the cross-sectional shape may be a circular shape such as a perfect circle or an ellipse, or a polygonal shape such as a triangle or a square. It is possible to change the processing flow rate of the pressure exchange device 10 by changing the total cross-sectional area of the pressure transmission unit 33 by changing the number and cross-sectional shape of the first flow path 31 and the second flow path 32. . As shown in FIG. 3A, the best cross-sectional shape is a cross-sectional shape that allows a large aperture ratio to the cross-section of the rotating body.
  • the sleeve 12 and the second side member 20b are configured as separate bodies, but the sleeve 12 and the second side member 20b are integrally formed in a cup shape and are closed by the first side member 20a. You may comprise so that the rotary body 30 may be arrange
  • each inflow path and outflow path such as the first fluid inflow paths 14t and 14b, the second fluid outflow paths 15t and 15b, the second fluid inflow paths 16t and 16b, and the first fluid outflow paths 17t and 17b, are used.
  • a pair of paths that is, two paths are provided, but each inflow path and outflow path may be one, or may be a plurality of three or more.
  • the inflow paths and the outflow paths are arranged symmetrically around the rotation axis from the viewpoint of the pressure balance of each fluid flowing into and out of the rotating body 30.
  • the torque application mechanism has the energy of the concentrated seawater that flows into or out of the first flow path 31, and flows into or out of the second flow path 32.
  • the structure which provides a torque to the rotary body 30 with the energy of seawater was demonstrated.
  • the torque application mechanism is not limited to such a configuration, and at least the energy of the concentrated seawater that flows into or out of the first flow path 31, or flows into the second flow path 32 or the second flow path 32. What is necessary is just to comprise so that a torque may be provided to the rotary body 30 with the energy of the seawater which flows out out of the flow path 32.
  • the first flow path 31 is arranged on the radially outer side of the rotating body 30 than the second flow path 32, the high-pressure concentrated seawater Hi flowing into the first flow path 31 is used. Energy efficiency is good when it is configured to apply torque to the rotating body 30 using the energy of the above.
  • the pressure exchanging device 10a may be configured such that the driving shaft 34 is connected to the rotating body 30, and the rotating body 30 can be rotated by external power such as a driving machine.
  • the drive shaft 34 may be configured to be inserted through the openings formed in the pressing member 42 and the second side member 20b, and fixed to the rotating body 30, the key 35, and the bolt 36 and integrally rotated. Even when the rotation of the rotating body 30 is not stable due to an unstable fluid flow, the rotating body 30 can be rotationally driven by external power such as a drive unit connected to the drive shaft 34. Therefore, the reliability of the apparatus is improved.
  • the pressure conversion device 10b includes a sleeve 12, which is sandwiched between a casing 11, a first side member 20a, a second side member 20b, and the side members 20a and 20b.
  • the rotating body 30 is accommodated in a space defined by the above and is rotatably supported around the bolt 23a.
  • the bolt 23a and the nut 23b function as a pressing mechanism, and are configured such that the distance between the first side member 20a and the second side member 20b can be adjusted by adjusting the tightening of the bolt 23a and the nut 23b. .
  • the high-pressure seawater Ho exchanged between the high-pressure concentrated seawater Hi and the first fluid inflow path 14 for guiding the high-pressure concentrated seawater Hi to the first flow path 31 is supplied to the second flow path.
  • the second fluid outflow passage 15 guided from 32, the second fluid inflow passage 16 guiding the low-pressure seawater Li to the second flow path 32, and the low-pressure concentrated seawater Lo pressure-exchanged between the low-pressure seawater Li A first fluid outflow path 17 guided from one flow path 31 is formed in the thickness direction.
  • An end cover 21a is provided on the left side of the first side member 20a via a partition member 28a, and the end cover 21a is fixed by a ring member 22a so as not to drop off from the casing 11 to the left side.
  • the end cover 21a includes a first fluid inflow path 14, a second fluid outflow path 15, a second fluid inflow path 16, and a first fluid formed in the first side member 20a formed in the first side member 20a.
  • the outflow passage 17 and the water passages 24, 25, 26, and 27 communicating with each other are formed in the thickness direction.
  • An end cover 21b is provided on the right side of the second side member 20b via a partition member 28b, and the end cover 21b is fixed by a ring member 22b so as not to drop off from the casing 11 to the right side.
  • the partition member 28a is configured to keep the distance between the first side member 20a and the end cover 21a at a distance defined by the thickness of the partition member 28a. Further, the partition member 28a communicates the first fluid inflow passage 14 and the water passage 24, communicates the second fluid inflow passage 15 and the water passage 25, communicates the second fluid inflow passage 16 and the water passage 26, and The one fluid outflow passage 17 and the water passage 27 are configured to communicate with each other.
  • a space defined by the first side member 20a, the end cover 21a, and the partition member 28a, and a space between the first fluid inflow passage 14 and the water passage 24 is a pressing space 37a into which the high-pressure concentrated seawater Hi flows. Function.
  • the pressing space 37a between the first fluid inflow passage 14 and the water passage 24 also functions as a communication hole.
  • a space defined by the first side member 20a, the end cover 21a, and the partition member 28a, and a space between the first fluid outflow passage 17 and the water passage 27 is a pressing space 38a into which the low-pressure concentrated seawater Lo flows. Function.
  • the pressing space 38a between the first fluid outflow passage 17 and the water passage 27 also functions as a communication hole.
  • the low pressure concentrated seawater Lo that flows from the first fluid outflow passage 17 to the water passage 27 flows into the pressing space 38a, and the pressure of the low pressure concentrated seawater Lo presses the first side member 20a toward the rotating body 30. Acts like
  • the partition member 28b is configured to keep the distance between the second side member 20b and the end cover 21b at a distance defined by the thickness of the partition member 28b.
  • the space formed at a position corresponding to the first fluid inflow path 14 and the second fluid outflow path 15 is the pressure transmission portion 33. It functions as a pressing space 37b into which a mixed fluid of the high-pressure concentrated seawater Hi and the high-pressure seawater Ho flows.
  • the communication hole 39a is formed in the second side member 20b, and the mixed fluid of the high-pressure concentrated seawater Hi and the high-pressure seawater Ho in the pressure transmission portion 33 flows into the pressing space 37b through the communication hole 39a.
  • the pressure of the mixed fluid acts to press the second side member 20 b toward the rotating body 30.
  • the space formed at a position corresponding to the second fluid inflow path 16 and the first fluid outflow path 17 is the pressure transmission portion 33. It functions as a pressing space 38b into which the mixed fluid of the low-pressure seawater Li and the low-pressure concentrated seawater Lo flows.
  • the communication hole 39b is formed in the second side member 20b, and the mixed fluid of the low-pressure seawater Li and the low-pressure concentrated seawater Lo in the pressure transmission portion 33 flows into the pressing space 38b through the communication hole 39b.
  • the pressure of the mixed fluid acts to press the second side member 20b toward the rotating body.
  • a partition wall 28c is provided in the space defined by the second side member 20b, the end cover 21b, and the partition member 28b so that the pressing spaces 37b and 38b are partitioned. It is configured.
  • the second side member 20b, the end cover 21b, and the partition member are formed by forming only the communication hole 39a without forming the communication hole 39b in the second side member 20b and not providing the partition wall 28c. Only the mixed fluid of the high-pressure concentrated seawater Hi and the high-pressure seawater Ho flows into the space partitioned by 28b through the communication hole 39a, and the space functions as the pressing space 37b.
  • first side member 20a and the second side member 20b are configured to be tightened at the center by bolts 23a and nuts 23b, the first side member 20a and the second side member 20b are arranged on the rotating body 30 side.
  • the pressure in the axial direction outside is applied by the fluid in the rotating body 30.
  • the fluids supplied to the first flow path 31 and the second flow path 32 are guided to the pressing spaces 37a and 38a outside the first side member 20a, and the second side member 20b.
  • the fluids in the first flow path 31 and the second flow path 32 are guided from the communication holes 39a and 39b formed in the second side member 20b to the outer pressing spaces 37b and 38b.
  • a fixing plate 50 is disposed in the center of the sleeve 12, and the first side member 20 a, the end cover 21 a, the partition member 28 a, and the rotating body 30 are arranged vertically with respect to the fixing plate 50. They are arranged symmetrically with respect to the direction center line.
  • the structure provided with the rotary body 51 (refer FIG. 11) which integrally formed the right-and-left rotary body 30 without providing the fixing plate 50 in the sleeve 12 may be sufficient.
  • the torque application mechanism has been described with respect to the configuration in which the inclined surface is formed on the first side member, but in addition to or in place of the inclined surface formed on the first side member,
  • the first flow path or the second flow path is formed so as to be inclined in the circumferential direction in the rotating body, and the first fluid flowing into the first flow path or the second fluid flowing into the second flow path is the first flow path or
  • the structure which provides a torque to a rotary body by hitting the flow-path wall surface of a 2nd flow path may be sufficient.
  • the first fluid and the second fluid pass through the end portions of the first flow path and the second flow path formed in the rotating body and the end portions of the inflow paths and the outflow paths formed in the first side member.
  • the configuration in which the high-pressure concentrated seawater is introduced into the first fluid inflow passage and the low-pressure seawater that is the concentrated fluid is introduced into the second fluid inflow passage has been described.
  • Low-pressure seawater that is a concentrated fluid may be flowed in, and high-pressure concentrated seawater may be flowed into the second fluid inflow path.

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Abstract

　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３１と一端側から第２流体が流入または流出する第２流路３２とが連通するように形成された圧力伝達部３３を回転軸心周りに配設した回転体３０と、第１流体を第１流路３１に案内する第１流体流入路１４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３２から案内する第２流体流出路１５、及び、第２流体を第２流路３２に案内する第２流体流入路１６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３１から案内する第１流体流出路１７とが厚み方向に形成された第１側方部材２０ａと、回転体３０を第１側方部材２０ａとの間でブッシュ１３を介して回転可能に挟持する第２側方部材２０ｂとを備えて構成され、コンパクト化、低コスト化が図られている。

Description

圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法
　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及び圧力交換装置の性能調整方法に関する。
　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海水の圧力を、逆浸透膜装置に給水され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。
　図１２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。
　当該圧力交換装置は、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管状の圧力伝達部で接触させる。圧力交換装置は、高圧濃縮海水の圧力によって圧力伝達部で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する。さらに、圧力交換装置は、圧力を伝達し終えた高圧濃縮海水を、低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水によって低圧濃縮海水として低圧出口側ポート８４から排水する。
　図１３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と、管状の圧力伝達部９６とを備えた圧力交換装置が記載されている。
　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。
　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。
　当該圧力交換装置は、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内で接触させて圧力を変換する。
　圧力交換装置は、高圧濃縮海水の圧力によって圧力伝達部９６で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する。さらに、圧力交換装置は、圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水によって低圧出口側ポート９８から排水する。
米国特許出願公開第２００９１８０９０３号明細書 中国特許出願公開第２００７１００５６４０１号明細書
　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ので、処理流量を増やすためには、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る。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。
　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を満足させるために、セラミックス等の高価な材料で形成されているため、圧力交換装置を大型化すると、それに伴って材料費や製造費が嵩むという問題があった。
　さらに、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。
　そのため、大量の海水を淡水化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、各圧力交換装置に接続する配管も増加し、施工及び管理が煩雑になるという問題があった。
　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、軸心方向に沿って回転板内部に形成された流路部と、円周方向に沿って回転板内部に形成された流路部と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十分な厚みが必要となる。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。
　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応力が大きくなる。回転体９０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、圧力交換効率が低下するという問題もあった。
　本発明の目的は、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圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供する点にある。
　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流体が流入または流出する第１流路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と、第１流体を第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流体を第２流路から案内する第２流体流出路、及び、第２流体を第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、前記回転体を第１側方部材との間で保持部材を介して回転可能に挟持する第２側方部材と、を備えている点にある。
　上述の構成によれば、第１側方部材に形成された第１流体流入路を介して装置の外部から第１流路へと案内された第１流体の圧力が、第１流路と連通された第２流路内の第２流体に伝達される。昇圧された第２流体は、第１側方部材に形成された第２流体流出路を介して装置の外部へ排水される。
　また、第１側方部材に形成された第２流体流入路を介して装置の外部から第２流路へと案内された第２流体の圧力が、第２流路と連通された第１流路内の第１流体に伝達される。第１流体は、第１側方部材に形成された第１流体流出路を介して装置の外部へ排水される。
　このように、第１流路と第２流路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ようになる。
　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る。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。
　さらに、第１流体流入路及び流出路、第２流体流入路及び流出路が第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配管を第１側方部材側に設置すればよく、従来の装置のように回転体の両端側に夫々流体の流入路または流出路と接続する配管を設置する場合と比較して、配管設置作業やメンテナンス作業等の作業性が良好になる。
　つまり、配管が第１側方部材側にまとまることで、配管を含めた圧力交換装置の設置スペースが小さくなる。さらに、圧力交換装置から配管を外すことなく、配管のない第２側方部材２０ｂ側から圧力交換装置のメンテナンスが可能となり、メンテナンス性が向上する。
　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、前記回転体は、第１及び第２側方部材と各側方部材で挟持された保持部材とで区画される空間に収容されるとともに、第１流路及び第２流路が前記回転体を貫通するように形成され、前記回転体と第１及び第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。
　第１側方部材及び第２側方部材と保持部材とで区画される空間内で回転体が回転することにより、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流路から流出し、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流路から流出する動作が繰り返される。
　このとき、第１流路及び第２流路が回転体を貫通するように形成されているので、回転体の端面と第２側方部材との間に形成された隙間に第１または第２流体が進入して、当該流体によって回転体を第１側方部材に向けて押圧する力が働く。また、第１側方部材に形成された第１流体流入路から流入する第１流体、または、第２流体流入路から流入する第２流体が、回転体の端面と第１側方部材との間に形成された隙間に侵入して、当該流体によって回転体を第２側方部材に向けて押圧する力が働く。
　両側からほぼ等しい力で押圧される回転体は、第１側方部材及び第２側方部材の間で一方向に片寄ることがない。つまり、回転体は、第１側方部材または第２側方部材の何れか一方と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。なお、隙間を流れる流体は、潤滑剤の役割も備えている。その結果、回転体、第１側方部材及び第２側方部材の磨耗が低減できるので、回転体及び側方部材に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。
　さらに、回転体は、両側からほぼ等しい力で押圧されるため、第１及び第２側方部材と回転体との摺動抵抗が低減する。そのため、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、圧力伝達部を構成する第１及び第２流路の断面積を大きくした場合でも、回転体を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
　尚、回転体と第１及び第２側方部材との間に形成される隙間は、狭すぎると大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると潤滑流体の流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。
　同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、少なくとも一方の側方部材を押圧して、第１及び第２側方部材の間隔を調整する押圧機構を備えている点にある。
　上述の構成によれば、各側方部材と回転体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も、押圧機構により第１及び第２側方部材の間隔が調整できるので、回転体等の主要部品の交換頻度を減らすことができるようになる。
　同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二または第三特徴構成に加えて、第１及び第２側方部材の外側に各側方部材を前記回転体に向けて押圧する押圧空間を形成し、前記押圧空間に第１流路または第２流路に供給される流体を導く連通孔を第１及び第２側方部材に形成している点にある。
　第１及び第２側方部材に形成された連通孔を介して各押圧空間に導かれた流体によって、第１及び第２側方部材には回転体に向けて押圧力が作用する。各押圧空間に導かれた流体の圧力は、回転体と第１及び第２側方部材との間に形成された隙間に進入する流体の圧力とほぼ等しい。つまり、第１及び第２側方部材の夫々の両面に付与される押圧力がバランスするため、流体の圧力によって第１及び第２側方部材が回転軸芯方向に歪むような事態が回避される。そのため、運転中に回転体と側方部材との間の隙間は広がることなく所定の隙間を保持し、さらに回転体が、第１側方部材及び第２側方部材と摺動することなく円滑に回転できるようになる。
　同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四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。
　上述の構成によれば、第１側方部材は、第１流路に流入若しくは第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、トルク付与機構によって、回転体を回転させるためのトルクに変換されるので、外部動力がなくても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が不要となる。
　尚、第１流路に流入若しくは第１流路から流出する第１流体と、第２流路に流入若しくは第２流路から流出する第２流体のうち、回転軸心から径方向に大きく離れ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れ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。
　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、前記トルク付与機構は、第１流体流入路のうち前記回転体との対向面側に、前記回転体の周方向に沿って複数の第１流路と連通するように拡径して形成された第１傾斜部と、第２流体流出路のうち前記回転体との対向面側に、前記回転体の周方向に沿って複数の第２流路と連通するように拡径して形成された第２傾斜部と、を備え、第１傾斜部の傾斜方向と第２傾斜部の傾斜方向が逆になるように設定されている点にある。
　第１傾斜部は、第１流体流入路のうち前記回転体との対向面側に、前記回転体の周方向に沿って複数の第１流路と連通するように拡径して形成されているので、第１流体は第１流体流入路から第１傾斜部を経て複数の第１流路に分散して流入する。
　このとき、第１傾斜部に沿って流れる第１流体は、前記回転体の周方向に沿って流れ、第１流路の壁面へ圧力を付与する。つまり、前記回転体を回転させるトルクを付与する。
　第２傾斜部は、第２流体流出路のうち前記回転体との対向面側に、前記回転体の周方向に沿って複数の第２流路と連通するように拡径して形成されているので、複数の第２流路を流れる第２流体が合流して第２傾斜部を経て第２流体流出路に流出する。
　このときに、第２傾斜部に沿って第２流体流出路に流れる第２流体は、第２流路から第２流体流出路に流れる水の通水断面積を広くする向きに沿って第２流路の壁面へ圧力を付与する。つまり、回転体に周方向のトルクを付与する。
　第１傾斜部の傾斜方向と第２傾斜部の傾斜方向が逆になるように設定されているので、第１流体が回転体に付与するトルクと、第２流体が回転体に付与するトルクは同じ向きになる。
　つまり、回転体に流入する第１流体と回転体から流出する第２流体のエネルギーにより回転体を同じ方向に回転させるトルクを発生させるので、何れか一方のエネルギーのみにより回転体を回転させる場合より、大きなトルクを付与することができる。
　同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記回転体に、複数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点にある。
　上述の構成によれば、圧力伝達部は回転軸心周りに放射状に複数配設されているので、流路の総断面積が多くなり、圧力交換装置の処理流量を増加させることができる。
　同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第七特徴構成に加えて、隣接する複数の圧力伝達部が、前記回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通する点にある。
　上述の構成によれば、周方向に隣接する複数の圧力伝達部が、回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通することで、回転体の回転に伴う第１流体または第２流体の流量変動を低減し、流体の脈動、装置の振動等の悪影響を防止することができる。
　同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第七または第八の特徴構成に加えて、前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部が存在する点にある。
　上述の構成によれば、前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部では、第１流体及び第２流体の流入、流出を一旦停止させることができるので、第１流路及び第２流路内の流体の流れの方向の切り替えを円滑にすることができる。
　また、高圧の流体が通る「第１流体流入路と第２流体流出路」と低圧の流体が通る「第１流体流出路と第２流体流入路」との距離を大きくすることができるため、潤滑流体の流量を必要最小限にすることができるので圧力伝達の効率を高めることができる。
　同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの構成に加えて、前記第１側方部材に、複数組の第１流体流入路と第２流体流出路が回転軸心周りに対称に配置されている点にある。
　上述の構成によれば、１回転あたりの回転体への流体の流入及び流出が複数回になる。そのため１回の流入、流出での流体の移動量が小さくなり、流路長さを短くすることができるので、回転体をコンパクト化することができる。
　また、第１側方部材に、複数組の第１流体流入路と第２流体流出路が回転軸心周りに対称に配置されているので、トルク付与機構を回転軸心周りに対称に配置することができる。つまり、回転体は、回転軸心周りにバランスよくトルクを付与され、回転軸心が傾くことなく円滑に回転する。
　同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一から第十の何れかの特徴構成に加えて、第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されている点にある。
　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、圧力交換効率の良い圧力伝達が可能となる。
　同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一から第十一の何れかの構成に加えて、前記回転体を外部動力で回転させる駆動軸が前記回転体に連結されている点にある。
　上述の構成によれば、流体の流れが不安定である等の何らかの要因により回転体の回転が安定しないような場合でも、駆動軸に連結された駆動機等の外部動力で回転体を回転させることにより、安定した圧力交換処理が可能となる。
　同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第一から第十二の何れかの構成に加えて、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。
　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。
　本発明による圧力交換装置の性能調整方法の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１４に記載した通り、上述の第五または第六の特徴構成を備えた圧力交換装置の性能調整方法であって、前記トルク付与機構を変更することにより処理流量を調整する点にある。
　第１傾斜部及び第２傾斜部の形状が変わると、回転体にトルクを付与する流体の回転方向の速度成分の大きさが変わるので回転体の回転数が変わる。つまり、回転体の回転数は、第１傾斜部及び第２傾斜部の形状に依存する。よって、第１傾斜部及び第２傾斜部の形状を変更するだけで、処理流量にあわせて回転体の回転数を変更できるため、圧力交換装置の処理流量を容易に調整できる。
　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圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供することができるようになった。
図１は、海水淡水化施設の概略フロー図である。 図２は、圧力交換装置を説明する断面図である。 図３（ａ）は回転体の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ―Ａ線断面図、図３（ｃ）は背面図である。 図４（ａ）は第１側方部材の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ―Ｂ線断面図、図４（ｃ）は背面図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は第１側方部材に形成された各流入路及び流出路と回転体の各流路の説明図であり、図５（ａ）は第１流体流入路に連通する第１流路を示し、図４（ａ）に示す第１流体流入路のＣ－Ｃ線断面図、図５（ｂ）は第２流体流出路に連通する第２流路を示し、図４（ａ）に示す第２流体流出路のＤ－Ｄ線断面図、図５（ｃ）は第１流体流出路に連通する第１流路を示し、図４（ａ）に示す第１流体流出路のＦ－Ｆ線断面図、図５（ｄ）は第２流体流入路に連通する第２流路を示し、図４（ａ）に示す第２流体流入路のＥ－Ｅ線断面図である。 図６は、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である。 図７（ａ）は圧力交換装置の正面図、図７（ｂ）は圧力交換装置の背面図である。 図８は、圧力交換装置の別実施形態の説明図である。 図９（ａ）は圧力交換装置の別実施形態の説明図、図９（ｂ）は圧力交換装置の要部の説明図である。 図１０は圧力交換装置の別実施形態の説明図である。 図１１は圧力交換装置の別実施形態の説明図である。 図１２は従来の圧力交換装置の説明図である。 図１３は従来の圧力交換装置の説明図である。
　以下に、本発明による圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法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、海水中の夾雑物を取り除く前処理部１と、前処理部１で前処理された海水を貯留するろ過海水槽２と、ろ過海水槽２に貯留された海水を保安フィルターに供給する供給ポンプ３と、逆浸透膜装置６の詰まりを防止するため海水中の微細な異物を除去する保安フィルター４と、保安フィルター４を通過した海水を昇圧する高圧ポンプ５と、昇圧された海水が供給される逆浸透膜装置６を備えている。逆浸透膜装置６によって海水中の各種塩類が除去され、飲料用水や工業用水等として利用できるように淡水化される。
　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る。淡水を得るためには、海水を浸透圧以上の所定の圧力にする必要がある。
　逆浸透膜装置６は、供給された海水のすべてを淡水化できるものではない。例えば、逆浸透膜装置６に供給される海水のうち４０％は淡水化されて排水されるが、残りの６０％は淡水化されずに非常に圧力の高い高圧濃縮海水として排水される。
　そこで、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水のもつ圧力を有効なエネルギーとして回収して利用する圧力交換装置１０を備えている。
　ろ過海水槽２から逆浸透膜装置６に供給される海水のうち４０％の海水は、高圧ポンプ５で浸透圧以上の所定の圧力、例えば６．９ＭＰａまで昇圧される。逆浸透膜装置６に供給される残りの６０％の海水（以下、「低圧海水」と記す）は、圧力交換装置１０が逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水から回収した余剰圧力（６．７５ＭＰａ）と、ブースターポンプ７により６．９ＭＰａまで昇圧される。
　つまり、圧力交換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉの圧力により、被濃縮流体である低圧海水Ｌｉを昇圧して、高圧海水Ｈｏとしてブースターポンプ７を経由して逆浸透膜装置６に供給するとともに、圧力交換装置１０に供給される低圧海水Ｌｉにより前記圧力が回収された後の低圧濃縮海水Ｌｏを排水する圧力交換処理を行なう。本実施形態では、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。
　このように、圧力交換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を捨てることなく逆浸透膜装置６に供給される低圧海水Ｌｉの昇圧に利用して、逆浸透膜装置６でのろ過に必要な圧力の一部を補うので、海水淡水化施設全体のエネルギー効率が向上する。
　図２に示すように、圧力交換装置１０は、ケーシング１１と、第１側方部材２０ａと、第２側方部材２０ｂと、各側方部材２０ａ、２０ｂとで挟持されたスリーブ１２とで区画される空間に収容され、各側方部材２０ａ、２０ｂの夫々に備えられたブッシュ１３に回転可能に支持される回転体３０と、押圧機構４０を備えている。
　ケーシング１１は、樹脂材料、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、強度を備えた材料で形成すればよい。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。
　回転体３０、各側方部材２０ａ、２０ｂ、スリーブ１２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、強度のある材料を用いることができる。また、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３０と各側方部材２０ａ、２０ｂとの対向面を窒化処理し、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。
　回転体３０の回転軸または回転摺動面は耐摩耗性、低摩擦係数を備えたセラミックス等の高価な材料が要求されるが、ブッシュ１３を回転軸として備えることで高価な材料の使用量を最小限に抑えることにより低コスト化を図ることができる。
　図２及び図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、回転体３０には、その一端側の端面３０ａから高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力を交換した後の低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路３１と、同じく一端側の端面３０ａから低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された後の高圧海水Ｈｏが流出する第２流路３２とが設けられている。第１流路３１と第２流路３２は、回転体３０の他端側の端面３０ｂ側で連通するように形成され、これにより圧力伝達部３３が構成される。第１流路３１の断面積と第２流路３２の断面積は等しくなるように形成されている。
　圧力伝達部３３は、回転軸心周りに放射状に１８組配設され、回転体３０の中心にはブッシュ１３を挿通可能な開口２９が形成されている。本実施形態では、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。
　図２及び図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１側方部材２０ａには、高圧濃縮海水Ｈｉを回転体３０の第１流路３１に案内する第１流体流入路１４ｔ、１４ｂと、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏを第２流路３２から案内する第２流体流出路１５ｔ、１５ｂと、低圧海水Ｌｉを第２流路３２に案内する第２流体流入路１６ｔ、１６ｂと、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏを第１流路３１から案内する第１流体流出路１７ｔ、１７ｂとが、その厚み方向に形成されている。
　本実施形態では、図４（ａ）に示すように、第１流体流入路１４ｔ及び第２流体流出路１５ｔと、第１流体流入路１４ｂ及び第２流体流出路１５ｂとは、回転軸心方向から見て回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。
　さらに、これら１４ｔ、１５ｔ、１４ｂ、１５ｂと９０度位相が回転した位置に、第２流体流入路１６ｔ及び第１流体流出路１７ｔと、第２流体流入路１６ｂ及び第１流体流出路１７ｂとが、回転軸心方向から見て回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。
　第１側方部材２０ａは、第１流路３１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーと第２流路３２から流出する高圧海水Ｈｏのエネルギー、及び、第２流路３２に流入する低圧海水Ｌｉのエネルギーと第１流路３１から流出する低圧濃縮海水Ｌｏのエネルギーにより回転体３０にトルクを付与して回転体３０を回転させるトルク付与機構を備えている。
　従って、回転体３０を回転させるための外部動力が不要となり、回転体３０の回転に伴って、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が不要となる。
　図４（ｃ）及び図５に示すように、トルク付与機構は、第１傾斜部としての傾斜面１４ａと、第２傾斜部としての傾斜面１５ａと、第２傾斜部としての傾斜面１６ａと、第１傾斜部としての傾斜面１７ａとで構成されている。
　第１傾斜部としての傾斜面１４ａは、第１流体流入路１４ｔ、１４ｂのうち回転体３０との対向面側に、回転体３０の周方向に沿って複数の第１流路３１と連通するように拡径して形成されている。
　第２傾斜部としての傾斜面１５ａは、第２流体流出路１５ｔ、１５ｂのうち回転体３０との対向面側に、回転体３０の周方向に沿って複数の第２流路３２と連通するように拡径して形成されている。
　第２傾斜部としての傾斜面１６ａは、第２流体流入路１６ｔ、１６ｂのうち回転体３０との対向面側に、回転体３０の周方向に沿って複数の第２流路３２と連通するように拡径して形成されている。
　第１傾斜部としての傾斜面１７ａは、第１流体流出路１７ｔ、１７ｂのうち回転体３０との対向面側に、回転体３０の周方向に沿って複数の第１流路３１と連通するように拡径して形成されている。
　傾斜面１４ａの傾斜方向と傾斜面１５ａの傾斜方向が逆になるように設定され（図５（ａ）、（ｂ）参照）、傾斜面１６ａの傾斜方向と傾斜面１７ａの傾斜方向が逆になるように設定されている（図５（ｃ）、（ｄ）参照）。
　傾斜面１４ａは、第１流体流入路１４ｔ、１４ｂのうち回転体３０との対向面側に、回転体３０の周方向に沿って複数の第１流路３１と連通するように拡径して形成されているので、高圧濃縮海水Ｈｉは第１流体流入路１４ｔ、１４ｂから傾斜面１４ａを経て複数の第１流路３１に分散して流入する。
　このとき、傾斜面１４ａに沿って流れる高圧濃縮海水Ｈｉは回転体３０の周方向に沿って流れ、第１流路３１の壁面へ圧力を付与する。つまり、当該圧力が回転体３０を回転させるトルクとなる。この傾斜面１４ａが、トルク付与機構の１つの例である。
　傾斜面１５ａは、第２流体流出路１５ｔ、１５ｂのうち回転体３０との対向面側に、回転体３０の周方向に沿って複数の第２流路３２と連通するように拡径して形成されているので、複数の第２流路３２を流れる高圧海水Ｈｏが合流して傾斜面１５ａを経て第２流体流出路１５ｔ、１５ｂに流出する。
　このときに、第２傾斜部１５ａに沿って第２流体流出路１５ｔ、１５ｂに流れる高圧海水Ｈｏは、第２流路３２から第２流体流出路１５ｔ、１５ｂに流れる水の通水断面積を広くする向きに第２流路３２の壁面へ圧力を付与する。つまり、当該圧力が回転体３０を回転させるトルクとなる。
　傾斜面１４ａの傾斜方向と傾斜面１５ａの傾斜方向が逆になるよう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１４ｔ、１４ｂから第１流路３１に流入するときのエネルギーにより回転体３０に付与されるトルクと、高圧海水Ｈｏが第２流路３２から第２流体出路１５ｔ、１５ｂへと流出するときのエネルギーにより回転体３０に付与されるトルクが同じ向きになる。
　つまり、回転体３０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉと回転体３０から流出する高圧海水Ｈｏのエネルギーにより回転体３０を回転させるトルクを発生させるので、何れか一方のエネルギーのみにより回転体３０を回転させる場合より、大きなトルクを付与することができる。
　同様に、低圧海水Ｌｉが第２流体流入路１６ｔ、１６ｂから第２流路３２に流入するときのエネルギーにより回転体３０に付与されるトルクと、低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路３１から第１流体流出路１７ｔ、１７ｂへと流出するときのエネルギーにより回転体３０に付与されるトルクも同じ向きになる。
　つまり、回転体３０に流入する低圧海水Ｌｉと回転体３０から流出する低圧濃縮海水Ｌｏのエネルギーによっても回転体３０を回転させるトルクを発生させるので、高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏのエネルギーのみにより回転体３０を回転させる場合より、さらに大きなトルクを付与することができる。
　図２に示すように、第１流路３１及び第２流路３２は、回転体３０を貫通するように形成され、回転体３０の両端面３０ａ、３０ｂは同じ形状となっている。第１側方部材２０ａ及び第２側方部材ｂと各側方部材２０ａ、２０ｂで挟持されたスリーブ１２とで区画される空間内で回転体３０が回転しつつ、圧力伝達部で第１流体と第２流体の間で圧力伝達される際に、回転体３０と第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂとの間に形成された隙間に各流体が進入して、所定圧力で回転体３０を両側から押圧する。従って、回転体３０は前記空間内で軸心方向に片寄ることなく配置される。
　つまり、回転体３０は各側方部材２０ａ、２０ｂに押し付けられないので回転に対する抵抗が低減されて、円滑に回転することができる。また、隙間を流れる流体が、潤滑剤の役割をすることで、より円滑に回転することができる。さらに、回転体３０は、各側方部材２０ａ、２０ｂとの磨耗が低減できるので耐久性が向上する。
　尚、回転体３０の回転に対する抵抗を低減できると、回転体の直径を大きくしても円滑に回転することができる。回転体の直径を大きくすることで、回転体に形成する流路の断面積を大きくすることができるので、効率を落とすことなく、装置の処理性能を向上させることができる。
　当該隙間は狭すぎると回転体３０と側方部材２０が摺動して回転に対する抵抗となり、広すぎると潤滑流体の流量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、例えば、１～１００μｍ程度が好ましい。
　押圧機構４０は、当該隙間を調整できるように構成されている。尚、スリーブ１２の第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂとの接触面には円周方向にシール１８が配設され、シール１８によりスリーブ１２の外部に流体が漏れるのが防止される。
　押圧機構４０は、スリーブ１２の外周を囲うように配置されたケーシング１１の一端側であって第１側方部材２０側に備えられる受圧部材４１と、ケーシング１１の他端側であって第２側方部材２０ｂに当接して配置される押圧部材４２とを備えている。
　図７（ａ）に示すように、受圧部材４１は、厚み方向に通水路４４（４４ｔ、４４ｂ）、４５（４５ｔ、４５ｂ）、４６（４６ｔ、４６ｂ）、４７（４７ｔ、４７ｂ）が形成されている。夫々の通水路４４（４４ｔ、４４ｂ）、４５（４５ｔ、４５ｂ）、４６（４６ｔ、４６ｂ）、４７（４７ｔ、４７ｂ）は、第１側方部材２０ａに形成された第１流体流入路１４（１４ｔ、１４ｂ）、第２流体流出路１５（１５ｔ、１５ｂ）、第２流体流入路１６（１６ｔ、１６ｂ）、第１流体流出路１７（１７ｔ、１７ｂ）と夫々連通した状態で、ケーシング１１及び第１側方部材２０ａにボルト４３で固定されている。
　図７（ｂ）に示すように、押圧部材４２は、第２側方部材２０ｂ側に突出して形成された押圧部４２ａを備えている。押圧部４２ａの周囲がスペーサ４８を介してケーシング１１にボルト４９で固定されている。
　スペーサを薄くして、または、複数枚あるスペーサの一部を抜いてボルト４９を締付けると、押圧部材４２の押圧部４２ａが第２側方部材２０ｂを押圧して、第２側方部材２０ｂが僅かに変形する。その結果、回転体３０の両端面３０ａ、３０ｂと各側方部材２０ａ、２０ｂの間に形成される前記隙間が狭くなる。
　逆に、スペーサを厚くして、または、スペーサの枚数を増やしてボルト４９を締め付けると、スペーサ４８によって、第２側方部材２０ｂは第１側方部材２０から離れる方向へ移動し、前記間隔が広くなる。
　このように、押圧機構４０により第２側方部材２０ｂを押圧して、第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂの間隔を適当な間隔に調整することで、各側方部材２０ａ、２０ｂと回転体３０の端面３０ａ、３０ｂとの各隙間を調整することができる。
　第２側方部材２０ｂ側のみではなく、第１側方部材２０ａ側にも同様の押圧機構４０を備えてもよい。第１側方部材２０ａ側の押圧機構４０により、各側方部材２０ａ、２０ｂと回転体３０の端面３０ａ、３０ｂとの各隙間を調整するように構成できる。さらに、両側の押圧機構４０により、各側方部材２０ａ、２０ｂと回転体３０の端面３０ａ、３０ｂとの各隙間を調整するように構成することもできる。
　仮に、回転体３０の端面が側方部材と摺動して摩耗し、前記隙間が広くなった場合には、押圧機構４０により少なくとも一方の側方部材を押圧して第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂの間隔を調整して、前記隙間に進入する流体の量を調整すればよい。このような調整によって、圧力の交換効率の低下を防止することができる。さらに、スペーサを弾性部材で構成し、ボルトの締付けを変えることで厚みを調整したり、弾性部材の厚みや弾性力を変えることで、隙間の調整範囲を変えることもできる。
　図５（ａ）～（ｄ）、及び、図６に基づいて、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の動作について説明する。
　図６に示すように、回転体３０には、１８組の圧力伝達部３３、つまり、第１流路３１ａ～３１ｒと第２流路３２ａ～３２ｒが回転軸心周りに放射状に配設されている。図６中の二点鎖線で示す領域は、第１側方部材２０ａの第１流体流入路１４ｔ、１４ｂと、第２流体流出路１５ｔ、１５ｂと、第２流体流入路１６ｔ、１６ｂと、第１流体流出路１７ｔ、１７ｂに対応する領域を表している。
　回転体３０が、図５（ａ）～（ｄ）、及び、図６に示す位置にあるとき、第１流体流入路１４ｔは、隣接する第１流路３１ｐ、３１ｑ、３１ｒの３本と同時に連通する。第２流体流出路１５ｔは、第２流路３２ｐ、３２ｑ、３２ｒと同時に連通する。なお、第１流路３１ｐ、３１ｑ、３１ｒは、回転体３０内で、第２流路３２ｐ、３２ｑ、３２ｒと連通する。第２流体流入路１６ｔは、隣接する第２流路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの３本と同時に連通する。第１流体流出路１７ｔは、第１流路３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと連通する。なお、第２流路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、回転体３０内で、第１流路３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと連通する。
　図５（ａ）に示すように、第１流体流入路１４ｔに流入した高圧濃縮海水Ｈｉは、第１流路３１ｐ、３１ｑ、３１ｒの夫々に高圧濃縮海水Ｈｉ（ｐ）、Ｈｉ（ｑ）、Ｈｉ（ｒ）として流入する。
　高圧濃縮海水Ｈｉ（ｑ）、Ｈｉ（ｒ）は、傾斜面１４ａに沿って流れて第１流体流入路３１ｑ、３１ｒに流入する。このとき、回転体３０には、図５（ａ）中の一点鎖線矢印が示すように右方向の力が作用する。つまり、回転体３０は図６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ことになる。
　図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１流体流入路１４ｔから第１流路３１ｐに流入した高圧濃縮海水Ｈｉ（ｐ）が、第１流路３１ｐと連通した第２流路３２ｐ内の海水に圧力を伝達して、高圧海水Ｈｏ（ｐ）として第２流体流出路１５ｔから流出する。
　第１流体流入路１４ｔから第１流路３１ｑに流入した高圧濃縮海水Ｈｉ（ｑ）が、第１流路３１ｑと連通した第２流路３２ｑ内の海水に圧力を伝達して、高圧海水Ｈｏ（ｑ）として第２流体流出路１５ｔから流出する。
　第１流体流入路１４ｔから第１流路３１ｒに流入した高圧濃縮海水Ｈｉ（ｒ）が、第１流路３１ｒと連通した第２流路３２ｒ内の海水に圧力を伝達して、高圧海水Ｈｏ（ｒ）として第２流体流出路１５ｔから流出する。
　高圧海水Ｈｏ（ｐ）、Ｈｏ（ｑ）、Ｈｏ（ｒ）が第２流体流出路１５ｔから流出するときに、特に、高圧海水Ｈｏ（ｐ）は、傾斜面１５ａに沿って流れることになるため、流れが傾斜面１５ａにより阻害される。
　これにより、図５（ｂ）中の一点鎖線矢印が示すように、第２流路３２ｐの内壁を水圧により押すことで、回転体３０には右方向の力が作用する。つまり、回転体３０は図６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。
　図５（ｄ）に示すように、第２流体流入路１６ｔに流入した低圧海水Ｌｉは、第２流路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの夫々に低圧海水Ｌｉ（ｂ）、Ｌｉ（ｃ）、Ｌｉ（ｄ）として流入する。
　特に低圧海水Ｌｉ（ｄ）は、傾斜面１６ａに沿って流れ、第２流体流入路３２ｄに流入する。このとき、図５（ｄ）中の一点鎖線矢印が示すように、回転体３０には右方向の力が作用する。つまり、回転体３０は図６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。
　図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、第２流体流入路１６ｔから第２流路３２ｂに流入した低圧海水Ｌｉ（ｂ）が、第２流路３２ｂと連通した第１流路３１ｂ内の海水に圧力を伝達し、低圧濃縮海水Ｌｏ（ｂ）を第１流体流出路１７ｔから流出する。
　第２流体流入路１６ｔから第２流路３２ｃに流入した低圧海水Ｌｉ（ｃ）が、第２流路３２ｃと連通した第１流路３１ｃ内の海水に圧力を伝達し、低圧濃縮海水Ｌｏ（ｃ）を第１流体流出路１７ｔから流出する。
　第２流体流入路１６ｔから第２流路３２ｄに流入した低圧海水Ｌｉ（ｄ）が、第２流路３２ｄと連通した第１流路３１ｄ内の海水に圧力を伝達し、低圧濃縮海水Ｌｏ（ｄ）を第１流体流出路１７ｔから流出する。
　低圧濃縮海水Ｌｏ（ｂ）、Ｌｏ（ｃ）、Ｌｏ（ｄ）が第１流体流出路１７ｔから流出するときに、低圧濃縮海水Ｌｏ（ｂ）、Ｌｏ（ｃ）は、傾斜面１７ａに沿って流れることになり、傾斜面１７ａにより流れが阻害される。
　これにより、図５（ｃ）中の一点鎖線矢印で示すように、第１流路３１の内壁が水圧で押されて、回転体３０には右方向の力が作用する。つまり、回転体３０は図６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ことになる。
　以上のように、第１流体流入路１４ｔから第１流路３１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉが回転体３０に与えるトルクと、第２流路３２から第２流体流出路１５ｔへ流出する高圧海水Ｈｏが回転体３０に与えるトルクと、第２流体流入路１６ｔから第２流路３２に流入する低圧海水Ｌｉが回転体３０に与えるトルクと、第１流路３１から第１流体流出路１７ｔへ流出する低圧濃縮海水Ｌｏが回転体３０に与えるトルクの向きが全て同一方向となる。図６に示すように、本実施形態では、回転体３０は第１側方部材２０ａから見て時計周りに回転することになる。
　ここでは、第１流体流入路１４ｔから第１流路３１ｐ、３１ｑ、３１ｒに流入する高圧濃縮海水Ｈｉの圧力によって、第２流路３２ｐ、３２ｑ、３２ｒから第２流体流出路１５ｔへ高圧海水Ｈｏが排水され、第２流体流入路１６ｔから第２流路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄに流入する低圧海水Ｌｉの圧力によって、第１流路３１ｂ、３１ｃ、３１ｄから第１流体流出路１７ｔへ低圧濃縮海水Ｌｏが排水される場合を説明したが、第１流体流入路１４ｂ、第２流体流出路１５ｂ、第２流体流入路１６ｂ、第１流体流出路１７ｂに夫々連通する第１流路３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｋ、３１ｌ、３１ｍ、第２流路３２ｇ、３２ｈ、３２ｉ、３２ｋ、３２ｌ、３２ｍでも夫々同様の圧力交換が行われている。
　このように、回転体３０の回転によって、ある圧力伝達部３３を構成する第１流路３１と第２流路３２の組と、夫々連通する第１流体流入路１４と第２流体流出路１５、第２流体流入路１６と第１流体流出路１７とが切り替わり、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への圧力の伝達が連続的に行なわれる。つまり、第１流体と第２流体の圧力交換処理が連続的に行われる。
　尚、第１流路３１及び第２流路３２内では、濃縮海水と海水が混在することになるが、各々の流体には塩分濃度差があるため境界部分は拡散により一定量が常に混ざった領域となるだけで、当該領域は、ピストンのような役目をしながら第１流路３１、連通部、第２流路３２の内部で揺動することになる。
　図６に示すように、第１流体流入路１４、第２流体流出路１５、第２流体流入路１６、第１流体流出路１７の何れにも連通しない第１流路３１ａ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｊ、３１ｎ、３１ｏ、及び、第２流路３２ａ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｊ、３２ｎ、３２ｏの組では、圧力の交換は行われない。
　本実施形態では、第１流体流入路１４ｔ、第２流体流出路１５ｔ、第２流体流入路１６ｔ、第１流体流出路１７ｔに、夫々流路が同時に３本ずつ連通する場合について説明したが、同時に連通する本数は、これに限るものではない。尚、同時に連通する本数が少なく、何れにも連通しない本数が多いと、装置から排水される水の脈動が大きくなる。
　回転体３０は、回転体３０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉのエネルギー、及び、回転体３０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するように構成されている。そのため、例えば、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。
　傾斜面１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ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の方向が変わり、回転体にトルクを付与する流体の回転方向の速度成分の大きさが変わるので回転体の回転数が変わる。つまり、回転体３０の回転数は、傾斜面１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａの形状に依存する。圧力交換装置の処理流量は、回転体３０の回転数に依存するため、当該形状を変更して、回転体３０の回転数を調整することで圧力交換装置の処理流量を容易に調整できる。例えば、当該形状の異なる第１側方部材を用意しておき、交換することで、容易に処理流量を調整できる。
　上述のように、第１側方部材２０ａに、第１流体流入路１４ｔ、１４ｂ、第１流体流出路１５ｔ、１５ｂ、第２流体流入路１６ｔ、１６ｂ、第２流体流出路１７ｔ、１７ｂが形成され、回転体３０の一端側から圧力伝達部へ第１流体または第２流体を流入させて、回転体３０内で第１流体と第２流体との圧力を交換し、前記一端側から第２流体または第１流体を流出させる構成である。
　そのため、同じ流量の圧力交換処理を行なう場合に、従来の圧力交換装置のように両端側に夫々流入路と流出路を備えた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。
　さらに、第１流体流入路及び流出路、第２流体流入路及び流出路が第１側方部材２０ａ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配管を第１側方部材２０ａ側に纏めて設置すればよい。従来のように回転体の両端側に夫々流体の流入路または流出路と接続する配管を設置する場合と比較して、配管設置作業やメンテナンス作業等の作業性が良好になる。
　つまり、配管が第１側方部材２０ａ側にまとまることで、配管を含めた設置スペースが小さくなる。さらに、配管を外すことなく、配管のない第２側方部材２０ｂ側からメンテナンス可能となり、メンテナンス性が向上する。
　尚、上述の実施形態では、回転体３０の回転軸にブッシュ１３を備えることで回転体３０の軸心のブレを低減でき円滑な回転ができるが、ブッシュ１３は必ずしも備える必要はない。尚、ブッシュ１３を備えないときは、スリーブ１２により回転体３０を回転可能に保持する構成となる。
　上述の実施形態では、第１流路３１の断面積と第２流路３２の断面積は等しくなるように形成することで、流路断面積の変化による余分な圧力損失が低減できるように構成したが、第１流路３１と第２流路３２の断面積は異なっていてもよい。
　上述の実施形態では、第１流路３１と第２流路３２は回転体３０の他端側の端面３０ｂ側で連通した構成であるが、端面３０ｂから端面３０ａ側に所定距離離隔した位置で連通する構成であってもよい。つまり、連通部は端面３０ａと端面３０ｂの間の任意の位置であってもよい。
　また、第１流路３１と第２流路３２は、必ずしも回転体３０内部で連通する構成に限らず、第２側方部材２０ｂと回転体３０の間に、回転体３０と一体に回転する部材を設け、該回転する部材に各流入路と流出路に対向する位置に凹部を形成し、回転体の回転に伴い該凹部を介して第１流路３１と第２流路３２が連通するように構成してもよい。
　第１流路３１及び第２流路３２の形状は、図３（ａ）に示すものに限らず、断面形状が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く、第１流路３１及び第２流路３２の本数や断面形状を変更することで、圧力伝達部３３の総断面積を変更して、圧力交換装置１０の処理流量を変更することができる。尚、図３（ａ）に示すように、回転体の断面に対し開口率を大きく取れる断面形状が最良の断面形状である。
　上述の実施形態では、スリーブ１２と第２側方部材２０ｂを別体で構成したが、スリーブ１２と第２側方部材２０ｂをカップ状に一体形成し、第１側方部材２０ａで閉じられる空間内に回転体３０が配置されるように構成してもよい。この場合はケーシング１１を無くす構成とすることもできる。
　上述の実施形態では、第１流体流入路１４ｔ、１４ｂ、第２流体流出路１５ｔ、１５ｂ、第２流体流入路１６ｔ、１６ｂ、第１流体流出路１７ｔ、１７ｂのように、各流入路と流出路が一対ずつ、つまり２つずつ備えられる構成であるが、各流入路と流出路は１つであっても、３つ以上の複数であってもよい。
　複数備える場合は、回転体３０に流入及び回転体３０から流出する各流体の圧力バランスの観点から各流入路及び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。
　上述の実施形態では、トルク付与機構は、第１流路３１に流入若しくは第１流路３１から流出する濃縮海水のエネルギー、及び、第２流路３２に流入若しくは第２流路３２から流出する海水のエネルギーによって回転体３０にトルクを付与する構成を説明した。
　しかし、トルク付与機構はこのような構成に限るものではなく、少なくとも第１流路３１に流入若しくは第１流路３１から流出する濃縮海水のエネルギー、または、第２流路３２に流入若しくは第２流路３２から流出する海水のエネルギーにより回転体３０にトルクを付与するように構成すればよい。
　何れかのエネルギーのみを利用する場合、第２流路３２より第１流路３１の方が回転体３０の半径方向外側に配置されているため、第１流路３１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーを利用して回転体３０にトルクを付与するように構成するとエネルギー効率がよい。
　以下に、本発明による圧力交換装置の別実施形態について説明する。尚、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
　図８に示すように、圧力交換装置１０ａは、回転体３０に駆動軸３４を連結し、駆動機等の外部動力で回転体３０を回転できるように構成してもよい。駆動軸３４は、押圧部材４２、第２側方部材２０ｂに形成した開口から挿通して、回転体３０とキー３５とボルト３６で固定して一体回転するように構成すればよい。流体の流れが不安定である等により回転体３０の回転が安定しないような場合でも、駆動軸３４に連結された駆動機等の外部動力で回転体３０を回転駆動できるため、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。
　さらに、別実施形態を説明する。図９（ａ）に示すように、圧力変換装置１０ｂは、ケーシング１１と、第１側方部材２０ａと、第２側方部材２０ｂと、各側方部材２０ａ、２０ｂとで挟持されたスリーブ１２とで区画される空間に収容され、ボルト２３ａ周りに回転可能に支持される回転体３０を備えて構成されている。
　ボルト２３ａとナット２３ｂは、押圧機構として機能し、ボルト２３ａ、ナット２３ｂの締め付けを調整することで、第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂの間隔を調整できるように構成されている。
　第１側方部材２０ａには、高圧濃縮海水Ｈｉを第１流路３１に案内する第１流体流入路１４と、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏを第２流路３２から案内する第２流体流出路１５、及び、低圧海水Ｌｉを第２流路３２に案内する第２流体流入路１６と、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏを第１流路３１から案内する第１流体流出路１７とが、厚み方向に形成されている。
　第１側方部材２０ａの左側には、区画部材２８ａを介してエンドカバー２１ａが備えられ、エンドカバー２１ａは、リング部材２２ａによって、ケーシング１１から左側方へ脱落しないように固定されている。
　エンドカバー２１ａには、第１側方部材２０ａに形成された第１側方部材２０ａに形成された第１流体流入路１４、第２流体流出路１５、第２流体流入路１６、第１流体流出路１７と、夫々連通する通水路２４、２５、２６、２７が厚み方向に形成されている。
　第２側方部材２０ｂの右側には、区画部材２８ｂを介してエンドカバー２１ｂが備えられ、エンドカバー２１ｂは、リング部材２２ｂによって、ケーシング１１から右側方へ脱落しないように固定されている。
　区画部材２８ａは、第１側方部材２０ａとエンドカバー２１ａの間隔を、区画部材２８ａの厚みで規定される距離を保持するように構成されている。さらに、区画部材２８ａは、第１流体流入路１４と通水路２４を連通し、第２流体流入路１５と通水路２５を連通し、第２流体流入路１６と通水路２６を連通し、第１流体流出路１７と通水路２７を連通するように構成されている。
　第１側方部材２０ａとエンドカバー２１ａと区画部材２８ａで区画される空間であって、第１流体流入路１４と通水路２４の間の空間は、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する押圧空間３７ａとして機能する。第１流体流入路１４と通水路２４の間の押圧空間３７ａは連通孔としても機能する。
　押圧空間３７ａには、通水路２４から第１流体流入路１４へと向かう高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、該高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第１側方部材２０ａを回転体３０に向けて押圧するように作用する。
　第１側方部材２０ａとエンドカバー２１ａと区画部材２８ａで区画される空間であって、第１流体流出路１７と通水路２７の間の空間は、低圧濃縮海水Ｌｏが流入する押圧空間３８ａとして機能する。第１流体流出路１７と通水路２７の間の押圧空間３８ａは連通孔としても機能する。
　押圧空間３８ａには、第１流体流出路１７から通水路２７へと向かう低圧濃縮海水Ｌｏが流入し、該低圧濃縮海水Ｌｏの圧力は、第１側方部材２０ａを回転体３０に向けて押圧するように作用する。
　区画部材２８ｂは、第２側方部材２０ｂとエンドカバー２１ｂの間隔を、区画部材２８ｂの厚みで規定される距離を保持するように構成されている。
　第２側方部材２０ｂとエンドカバー２１ｂと区画部材２８ｂで区画される空間のうち、第１流体流入路１４及び第２流体流出路１５に対応する位置に形成された空間は、圧力伝達部３３内の高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏの混合流体が流入する押圧空間３７ｂとして機能する。
　第２側方部材２０ｂには連通孔３９ａが形成され、押圧空間３７ｂには圧力伝達部３３内の高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏの混合流体が連通孔３９ａを介して流入する。該混合流体の圧力は、第２側方部材２０ｂを回転体３０に向けて押圧するように作用する。
　第２側方部材２０ｂとエンドカバー２１ｂと区画部材２８ｂで区画される空間のうち、第２流体流入路１６及び第１流体流出路１７に対応する位置に形成された空間は、圧力伝達部３３内の低圧海水Ｌｉと低圧濃縮海水Ｌｏの混合流体が流入する押圧空間３８ｂとして機能する。
　第２側方部材２０ｂには連通孔３９ｂが形成され、押圧空間３８ｂには圧力伝達部３３内の低圧海水Ｌｉと低圧濃縮海水Ｌｏの混合流体が連通孔３９ｂを介して流入する。該混合流体の圧力は、第２側方部材２０ｂを回転体に向けて押圧するように作用する。
　図９（ｂ）に示すように、第２側方部材２０ｂとエンドカバー２１ｂと区画部材２８ｂで区画される空間には、区画壁２８ｃが設けられ、押圧空間３７ｂ、３８ｂが夫々区画されるように構成されている。
　尚、第２側方部材２０ｂに連通孔３９ｂを形成せずに連通孔３９ａのみを形成し、区画壁２８ｃを設けないようにすることで、第２側方部材２０ｂとエンドカバー２１ｂと区画部材２８ｂで区画される空間には、高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏの混合流体のみが連通孔３９ａを介して流入し、当該空間が押圧空間３７ｂとして機能する構成であってもよい。
　第１側方部材２０ａと第２側方部材２０ｂは、中央部をボルト２３ａとナット２３ｂにより締付けられる構成であるため、第１側方部材２０ａと第２側方部材２０ｂの回転体３０側には、回転体３０内の流体によって軸心方向外側への圧力がかかる。
　しかし、上述のように、第１側方部材２０ａの外側の押圧空間３７ａ、３８ａに、第１流路３１、第２流路３２に供給される各流体が導かれ、第２側方部材２０ｂの外側の押圧空間３７ｂ、３８ｂに第２側方部材２０ｂに形成されている連通孔３９ａ、３９ｂから、第１流路３１、第２流路３２内の流体が導かれる。
　つまり、各押圧空間３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂには各流路３１、３２内と同じ圧力の流体が導かれることとなる。第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂの夫々の両面に作用する力が釣り合うので、第１側方部材２０ａ及び第２側方部材２０ｂの回転軸芯方向に歪むことを防ぐことができる。
　さらに、別実施形態を説明する。上述の別実施形態の圧力交換装置１０ｂと同様の構成については同じ符号を付し説明を省略する。図１０示すように、圧力交換装置１０ｃは、スリーブ１２の中央に固定板５０が配設され、第１側方部材２０ａとエンドカバー２１ａと区画部材２８ａと回転体３０が、固定板５０の縦方向の中心線に対して左右対称に配置されて構成されている。
　固定板５０の両面には、高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏの混合流体と、低圧海水Ｌｉと低圧濃縮海水Ｌｏの混合流体の力が作用し、固定板５０の一側面側の空間が、他側面側の空間の押圧空間となり、前記他側面側の空間が一側面側の押圧空間として機能する。図９に示した押圧空間３７ｂ、３８ｂのように、連通孔３９ａ、３９ｂを備える必要がない。
　尚、スリーブ１２内に固定板５０を備えることなく、左右の回転体３０を一体形成したような回転体５１（図１１参照）を備える構成であってもよい。
　上述の何れの実施形態でも、トルク付与機構は、第１側方部材に傾斜面を形成する構成について説明したが、第１側方部材に形成した傾斜面に加えて、または、替えて、第１流路または第２流路を回転体内で周方向に傾斜するように形成し、第１流路に流入する第１流体または第２流路に流入する第２流体が、第１流路または第２流路の流路壁面に当たることで、回転体にトルクを付与する構成であってもよい。
　回転体に形成された第１流路及び第２流路の端部や、第１側方部材に形成された各流入路、流出路の端部等の、第１流体及び第２流体が通過する箇所に、面取や角丸め等の加工を行なうことで圧力損失を低減し、キャビテーションや、脈動の発生を防止することができる。
　上述の何れの実施形態でも、第１流体流入路に高圧濃縮海水を流入させ、第２流体流入路に被濃縮流体である低圧海水を流入させる構成について説明したが、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。
　以上説明した圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法の具体的構成は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適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
６：逆浸透膜装置
１０：圧力交換装置
１１：ケーシング
１２：スリーブ
１３：ブッシュ
１４：第１流体流入路
１５：第２流体流出路
１６：第２流体流入路
１７：第１流体流出路
１４ａ、１７ａ：傾斜面（第１傾斜部）
１５ａ、１６ａ：傾斜面（第２傾斜部）
２０ａ：第１側方部材
２０ｂ：第２側方部材
３０：回転体
３１：第１流路
３２：第２流路
３３：圧力伝達部
３４：駆動軸
３７ａ、３７ｂ：押圧空間
３８ａ、３８ｂ：押圧空間
３９ａ、３９ｂ：連通孔
４０：押圧機構
Ｈｉ：高圧濃縮海水
Ｌｉ：低圧海水
Ｈｏ：高圧海水
Ｌｏ：低圧濃縮海水

Claims (14)

  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流体が流入または流出する第１流路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と、
    　第１流体を第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流体を第２流路から案内する第２流体流出路、及び、第２流体を第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、
    　前記回転体を第１側方部材との間で保持部材を介して回転可能に挟持する第２側方部材と、
    を備えている圧力交換装置。
  2. 　前記回転体は、第１及び第２側方部材と各側方部材で挟持された保持部材とで区画される空間に収容されるとともに、第１流路及び第２流路が前記回転体を貫通するように形成され、前記回転体と第１及び第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。
  3. 　少なくとも一方の側方部材を押圧して、第１及び第２側方部材の間隔を調整する押圧機構を備えている請求項２記載の圧力交換装置。
  4. 　第１及び第２側方部材の外側に各側方部材を前記回転体に向けて押圧する押圧空間を形成し、前記押圧空間に第１流路または第２流路に供給される流体を導く連通孔を第１及び第２側方部材に形成している請求項２または３に記載の圧力交換装置。
  5. 　前記第１側方部材は、第１流路に流入若しくは第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４の何れかに記載の圧力交換装置。
  6. 　前記トルク付与機構は、
    　第１流体流入路のうち前記回転体との対向面側に、前記回転体の周方向に沿って複数の第１流路と連通するように拡径して形成された第１傾斜部と、
    　第２流体流出路のうち前記回転体との対向面側に、前記回転体の周方向に沿って複数の第２流路と連通するように拡径して形成された第２傾斜部と、を備え、
    　第１傾斜部の傾斜方向と第２傾斜部の傾斜方向が逆になるように設定されている請求項５記載の圧力交換装置。
  7. 　前記回転体に、複数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請求項１から６の何れかに記載の圧力交換装置。
  8. 　隣接する複数の圧力伝達部が、前記回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通する請求項７記載の圧力交換装置。
  9. 　前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部が存在する請求項７または８に記載の圧力交換装置。
  10. 　前記第１側方部材に、複数組の第１流体流入路と第２流体流出路が回転軸心周りに対称に配置されている請求項１から９の何れかに記載の圧力交換装置。
  11. 　第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されている請求項１から１０の何れかに記載の圧力交換装置。
  12. 　前記回転体を外部動力で回転させる駆動軸が前記回転体に連結されている請求項１から１１の何れかに記載の圧力交換装置。
  13. 　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１２の何れかに記載の圧力交換装置。
  14. 　請求項５または６記載の圧力交換装置の性能調整方法であって、前記トルク付与機構を変更することにより処理流量を調整する圧力交換装置の性能調整方法。
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