CN105073231B - 海水淡化系统以及能量回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从海水中除去盐分从而将海水淡化的海水淡化系统以及适用于海水淡化系统(海水淡化厂)的能量回收装置。具备：将长边方向铅垂配置的圆筒形状的腔室(CH)、进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口(P1)、进行海水的给排水的海水端口(P2)、在腔室(CH)内配置在浓缩海水端口(P1)侧的阻流器(23)、以及在腔室(CH)内配置在水端口(P2)侧的阻流器(23)，在浓缩海水端口(P1)侧以及海水端口(P2)侧配置的阻流器(23)为至少1张的多孔圆板，在圆板的相比规定的直径靠外侧的外周区域形成孔。

Description

海水淡化系统以及能量回收装置
技术领域
本发明涉及从海水中除去盐分以将海水淡化的海水淡化系统以及适用于海水淡化系统(海水淡化厂)的能量回收装置。
背景技术
以往，作为淡化海水的系统，已知有将海水流向反渗透膜分离装置从而脱盐的海水淡化系统。在该海水淡化系统中，取出后的海水通过前处理装置调整为恒定水质的条件，然后通过高压泵加压，并向反渗透膜分离装置压力输送，反渗透膜分离装置内的高压海水的一部分克服渗透压通过反渗透膜，作为除去盐分的淡水被取出。其他的海水的盐浓度升高并以浓缩的状态从反渗透膜分离装置中作为浓缩海水(浓盐水)被排出。在此，海水淡化系统中的最大的运行成本为电耗，用于使前处理后的海水上升至克服渗透压的压力、即反渗透压的能量，换句话说高压泵所产生的加压能量占据较大的比例。
即，海水淡化厂的电耗的一半以上多被高压泵的加压所消耗。因此，将从反渗透膜分离装置排出的高盐浓度且高压的浓缩海水保有的压力能量用于使海水的一部分升压中。此外，作为将从反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量用于使海水的一部分升压的单元，利用有如下的能量回收腔室，即通过可移动地嵌装于圆筒的筒内的活塞将圆筒的内部分离成2个空间，在2个空间的一方设置进行浓缩海水的出入的浓缩海水端口，在另一方设置进行海水的出入的海水端口。
图15为表示以往的海水淡化系统的结构例的示意图。如图15所示，由取水泵(未图示的)取出的海水，在通过前处理装置除去浮游物等而调整为规定的水质条件之后，经由海水供给管路1向马达M直接连结的高压泵2供给。经高压泵2升压后的海水，经由排出管路3向具有反渗透膜(RO膜)的反渗透膜分离装置4供给。反渗透膜分离装置4将海水分离成盐浓度高的浓缩海水与盐浓度低的淡水，从海水中得到淡水。此时，盐浓度高的浓缩海水从反渗透膜分离装置4排出，而该浓缩海水依然具有高压力。从反渗透膜分离装置4排出浓缩海水的浓缩海水管路5经由控制阀6向能量回收腔室10的浓缩海水端口P1连接。供给实施前处理后的低压的海水的海水供给管路1在高压泵2的上游分支并经由阀门7向能量回收腔室10的海水端口P2连接。能量回收腔室10在内部具有活塞16，活塞16将能量回收腔室10内分离成两个容积室，并且以能够移动的方式嵌装于能量回收腔室10中。
在能量回收腔室10中利用浓缩海水的压力升压的海水经由阀门7向增压泵8供给。利用控制阀6、阀门7、能量回收腔室10构成能量回收装置11。此外，利用增压泵8使海水进一步升压成为与高压泵2的排出管路3相同等级的压力，升压后的海水经由阀门9与高压泵2的排出管路3合流并向反渗透膜分离装置4供给。
图16为示意性示出分别具备两个图15所示的能量回收装置的结构设备亦即控制阀6、能量回收腔室10、阀门7的以往的海水淡化系统的结构例的示意图。如图16所示，能量回收装置11具备2个能量回收腔室10、10，由此以向2个能量交换腔室10、10中的任意一方供给浓缩海水，同时从另一方的能量交换腔室排出浓缩海水的方式动作。因此，通过交替进行低压海水的吸入与高压海水的压出，能够从装置一直(连续)排出高压的海水，因此能够将向反渗透膜分离装置4供给的海水的流量恒定形成，以恒定流量得到从反渗透膜分离装置4中取得的淡水。
在上述的以往的能量回收腔室中，能量回收腔室内的活塞与缸体内壁滑动，活塞的滑动部件发生磨损，因此需要定期更换，并且需要与活塞的外形一致地高精度加工长条的腔室的内径，因此加工成本极高。
因此，本件申请人在专利文献1中提出无活塞的方式的能量回收腔室，其中，通过采用将圆筒形长条的腔室形成为能量交换腔室，向腔室内导入从反渗透膜(RO膜)排出的高压的浓缩海水与海水，以浓缩海水直接加压海水的方式，从而弃用活塞。
图17为表示无活塞的方式的能量回收腔室10的剖视图。如图17所示，能量回收腔室10具备长条的圆筒形状的腔室主体11、封闭腔室主体11的两开口端的端板12。在腔室主体11内形成腔室CH，在一方的端板12的位置形成浓缩海水端口P1，在另一方的端板12的位置形成海水端口P2。浓缩海水端口P1以及海水端口P2被配置在圆筒形状的腔室主体11的中心轴上。腔室CH的内径被设定为φD，浓缩海水端口P1以及海水端口P2的内径被设定为φd。
能量回收腔室10被纵向设置。考虑浓缩海水与海水的比重差的影响，将腔室CH形成为纵配置，将比重重的浓缩海水的端口P1配置在下侧，将比重轻的海水的端口P2配置在上侧。即，长条的圆筒形状的腔室主体11的腔室的长边方向(轴向)沿垂直方向配置，浓缩海水端口P1以在腔室CH的下侧对海水进行给排水的方式设置在腔室的下侧，海水端口P2以在腔室CH的上侧对海水进行给排水的方式设置在腔室的上侧。腔室CH的全长为L，在腔室CH内，在从浓缩海水端口P1沿轴向离开L1的位置配置阻流器13，在从海水端口P2沿轴向离开L1的位置配置阻流器13。阻流器13由1张多孔板构成。
在图17所示的能量回收腔室10中，从小径的各端口P1、P2流入且中央部具有大的速度分布的流体的流动通过阻流器13被沿腔室CH的直径方向分散，在腔室的剖面整流为均匀的流动，由此以将海水与浓缩海水的界面维持为水平的状态压吸二流体，由此在腔室内维持少量的盐浓度不同的海水与浓缩海水的混合的状态，同时进行能量传递。
图18为表示作为配置在图17再的各端口附近的阻流器将分离开规定的距离的2张多孔板配置在各端口的附近的能量回收腔室10的剖视图。如图18所示，在腔室CH内，在从浓缩海水端口P1沿轴向离开L1的位置配置第1多孔板14，进而在从第1多孔板14沿轴向离开L2的位置配置第2多孔板15。同样，在从海水端口P2沿轴向离开L1的位置配置第1多孔板14，进而在从第1多孔板14沿轴向离开L2的位置配置第2多孔板15。2张多孔板14、15构成阻流器13。
图18所示的能量回收腔室10的其他的结构与图17所示的能量回收腔室10的结构相同。
专利文献1：日本特开2012-232291号公报
在图18所示的能量回收腔室10中，如果流体从小径的各端口P1、P2流入腔室CH，则中央部形成高速的速度分布的流动，在腔室的剖面具有速度差的流动通过第1多孔板14被以朝腔室外周扩张的方式分散，进而在L2的区间流动后，通过第2多孔板15进一步分散、整流，在腔室的剖面形成均匀的流动。
在此“均匀的流动”是指在腔室内的某个水平剖面的流速与方向一致。将腔室内的某个水平剖面内的流速(标量)与方向(向量)在水平剖面内的任意位置都相同分布的情况称为完全均匀流动。即，如图19所示，在水平剖面内的任意的点Pn、Pm的流动用流动的大小分别为Vn、Vm的箭头表示。在这种情况下，当箭头与水平剖面上的辅助线X、Y(X与Y正交)的夹角(α、β)相同(αn＝αm，βn＝βm)时，在点Pn、Pm的流动为均匀的流动，当在水平剖面内的任何位置角度α、β都相同时，形成为完全均匀的流动。将较为接近这样的状态的情况在此设为均匀的流动。在此，由于在水平剖面内的外周，圆筒状的腔室壁以垂直的壁面的形式存在，因此角度α、β都接近直角的情况下，也会形成均匀的流动。
如果流体从小径的各端口P1、P2流入腔室CH，则在其附近的腔室的水平剖面，形成中央部为高速、外周部为低速的流动，而通过将该中央部的流动向低速均化，将外周部的流动向高速均化，会缩小水平面内的速度分布的分散，将此称为形成“均匀的流动”的“均化作用”。另外，“整流”是指使流速的分布变化，作为进行整流使流速的分布变化的结果，会形成均匀的流动，将此称为“整流均化”。
海水与浓缩海水的压吸是指：通过浓缩海水将海水升压同时将海水从腔室中压出(压)，随后切换阀门6通过海水吸入浓缩海水并排出(吸)的动作。在图17以及图18中，海水与浓缩水在由阻流器13之间的La所示的长度的腔室空间内形成海水与浓缩海水接触的二流体的边界部。此外，通过海水与浓缩海水的压吸，控制使该边界部在La内往返，海水不从浓缩海水端口P1排出，浓缩海水不从海水端口P2排出。当将腔室纵向设置，构成腔室下侧为浓缩海水、上侧为海水的情况下，海水与浓缩海水的压吸是指与海水的上压、浓缩海水的下压相同的意思。
海水与浓缩海水的压吸会促进边界部的混合，不过通过将处于边界部的上下的海水与浓缩海水的流动在腔室内的La的区域形成均匀的流动，能够抑制由于流动的不均匀性致使边界面紊流扩散并混合的现象，同时通过将边界部水平维持，能够如虚拟的活塞一般进行压吸。
在以往的能量回收腔室中，使从小径的各端口流入腔室的作为中央部高速的速度分布的流体的流动通过配置在腔室内的多孔板而以向外周方向扩张的方式分散，并使在多孔板的下游侧的腔室的水平剖面上的流动速度与方向一致。
然而，当向腔室流入的流体的流速为高速的情况下，或者由于多孔板的尺寸·形状、配置多孔板的位置、即图17中的距离L1、图18中的距离L1、L2的缘故，会使分散、整流的效果不够充分，依然会形成中央部的流速快的不均匀的流动。
图20为表示从图17的腔室上方附近的海水端口流入海水的情况下的腔室内部的流动解析的结果的图。图中的箭头用箭头的长度来表示流动的速度，用箭头的朝向来表示流动的朝向。
海水从小径的端口P2流入腔室CH，腔室CH的端口附近的速度分布成为中央部较大的流动。流入的中央部高速的流动朝向由多孔板构成的阻流器13流动，不过由于多孔板的小孔的尺寸、间距、相距设置多孔板的端口的距离L1、从端口流入的流速的缘故，高速的流动会从多孔板的中央部的小孔中直接穿过，在相对多孔板处于下游的评价面A-A中，依然形成中央部的流速为高速的不均匀的流动。
另外，图21为表示从图18的腔室上方附近的海水端口流入海水的情况下的腔室内部的流动解析的结果的图。图中的箭头用箭头的长度来表示流动的速度，用箭头的朝向来表示流动的朝向。
如图18所示，当在腔室CH内配置2张多孔板的情况下，由于多孔板的小孔的尺寸、间距、相距设置多孔板的端口的距离L1、L2、从端口流入的流速的缘故，在相对多孔板处于下游的评价面A-A中，依然形成中央部的流速为高速的不均匀的流动。
如图20以及图21所示，如果在腔室内的剖面以不均匀的流动对海水与浓缩海水进行压吸，则在腔室内会因紊流扩散而加速海水与浓缩海水的混合，致使盐浓度高的海水从能量回收装置中排出。其结果，使得向反渗透膜分离装置供给的海水的盐浓度上升，从反渗透膜分离装置得到的淡水的量减少，或者为了得到等量的淡水向反渗透膜分离装置供给的海水供给压力上升，导致相对于单位造水量的能量增大。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题形成的，其目的在于提供具有在腔室的浓缩海水端口侧以及海水端口侧分别配置阻流器的结构的能量回收装置，即使在高速的流体的流动同与端口径相当的阻流器的中央部碰撞的情况下，该能量回收装置也能够利用阻流器对流体的流动整流，从而利用形成为均匀的流动的效果抑制2流体在所接触的边界部发生混合，并且能够从高压的浓缩海水向海水进行压力传递，进而能够防止由于海水与浓缩海水在能量回收装置内混合致使盐浓度高的海水被排出。
为了实现上述的目的，本发明的能量回收装置，在使利用泵升压后的海水流向反渗透膜分离装置而分离出淡水与浓缩海水，从而从海水中生成淡水的海水淡化系统中，将从上述反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量转换为上述海水的压力能量，该能量回收装置的特征在于，具备：圆筒形状的腔室，该腔室在内部具有收纳浓缩海水以及海水的空间，且将长边方向铅垂配置；浓缩海水端口，该浓缩海水端口设置在上述腔室的下部，进行浓缩海水的给排水；海水端口，该海水端口设置在上述腔室的上部，进行海水的给排水；在上述腔室内配置在浓缩海水端口侧的阻流器；在上述腔室内配置在海水端口侧的阻流器，配置在上述浓缩海水端口侧以及上述海水端口侧的阻流器为至少1张的多孔圆板，通过在该圆板的相比规定的直径靠外侧的外周区域形成孔而构成。
根据本发明，从设置在腔室的下部的浓缩海水端口将浓缩海水相对于腔室内给排水，从设置在腔室的上部的海水端口将海水相对于腔室内给排水。根据本发明，使流入腔室的高速的流动与在相比规定的直径靠外周区域形成孔的多孔圆板中的中心部的未形成孔的区域碰撞，以沿腔室半径方向分散并降低流速的方式进行整流，从形成外周部的孔的区域向下游流动，因此能够将流入的中心部的较大的流动减速、分散，在腔室的剖面形成更为均匀的流速分布。经多孔圆板整流后的浓缩海水与海水由于比重差形成边界部，利用压吸下侧的浓缩海水将海水上压，上侧的海水将浓缩海水下压，能够使浓缩海水与海水上下分离同时抑制了2流体在接触的边界部的混合，并且能够从高压的浓缩海水向海水进行压力传递。
根据本发明的优选的方式，其特征在于，上述多孔圆板包括在相比规定的直径靠外侧的外周区域具有供流体通过的流路的、多孔板或者编织线材而成的网眼板。
根据本发明，通过将阻流器由至少1张的多孔板或者网眼板构成，在腔室内对多孔板或者网眼板的上游的流动施加适当的流动阻力，能够将多孔板或者网眼板的下游的流动整流为在腔室整体变得均匀。
根据本发明的优选的方式，其特征在于，上述阻流器包括：在相比规定的直径靠外侧的外周区域形成孔的第1多孔板或者第1网眼板、以及相对于第1多孔板或者第1网眼板从上述端口侧分离配置的第2多孔板或者第2网眼板。
根据本发明，作为阻流器，能够调整第1多孔板(第1网眼板)与第2多孔板(第2网眼板)的配置位置、小孔径、小孔的距离(间距)、开口率，对流动整流的自由度提高，能够调整并提高均化作用。
根据本发明的优选的方式，其特征在于，上述能量回收装置在浓缩海水端口和海水端口的任一方或双方与上述阻流器之间具备在中央具有开口的环形的圆板。
根据本发明，当从设置在腔室的下部的浓缩海水端口将浓缩海水相对于腔室内给排水，从设置在腔室的上部的海水端口将海水相对于腔室内给排水的情况下，即使海水端口与浓缩海水端口不在腔室的轴心，也能够使流入至腔室的流动从在中央具有孔的圆板的孔向阻流器的中央部流动，因此，使流动从阻流器的上游的中央部无偏流地向腔室整体分散，能够将阻流器的下游的流动整流为更为均匀的流动。经阻流器整流后的浓缩海水与海水由于比重差形成边界部，利用压吸下侧的浓缩海水将海水上压，上侧的海水将浓缩海水下压，能够使浓缩海水与海水上下分离同时抑制了2流体在接触的边界部的混合，并且能够从高压的浓缩海水向海水进行压力传递。
根据本发明的优选的方式，其特征在于，上述第1多孔板或者第1网眼板在相比上述规定的直径靠内侧的位置具有圆锥形部件，该圆锥形部件随着趋向上述第2多孔板或者第2网眼板侧而前端逐渐变细。
本发明的第2方式为一种海水淡化系统，使利用泵升压后的海水流向反渗透膜分离装置而分离出淡水与浓缩海水，从而从海水中生成淡水，其特征在于，具备：技术方案1～5中任一方案所记载的能量回收装置，该能量回收装置将从上述反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量利用转换为上述海水的压力能量。
根据本发明，能够将从反渗透膜分离装置排出的高压的浓缩海水的压力能量直接传递给海水，并且在浓缩海水与海水的压吸时抑制2个流体混合，因此能够不使盐浓度高的海水从能量回收装置排出进而不提高对反渗透压分离装置供给的海水供给压力地运行系统，因此能够削减系统的运行所需的电力。
根据本发明，可起到如下列举的效果。
1)使流入腔室的高速的流动在相比规定的直径靠外周区域形成孔的多孔圆板中的中心部的未形成孔的区域，沿腔室半径方向分散并降低流速，从形成外周部的孔的区域向下游流动，因此能够将流入的中心部的较大的流动减速、分散，在腔室的剖面形成更为均匀的流速分布。利用由多孔圆板构成的阻流器对于流体的流动进行整流的均化作用，能够抑制2流体在接触的边界部的混合，并且从高压的浓缩海水向海水进行压力传递。
2)能够抑制由于腔室内的紊流扩散致使浓缩海水与海水的混合，不会将浓度高的海水送向反渗透膜分离装置，因此能够充分发挥反渗透膜分离装置的性能，并且能够延长反渗透膜本身的更换周期。
附图说明
图1为表示本发明的海水淡化系统的结构例的示意图。
图2为在图1所示的海水淡化系统中应用的本发明的能量回收腔室的概略剖视图。
图3为表示阻流器的一例的俯视图。
图4为表示其他阻流器的一例的图，是表示由1张网眼板构成的阻流器的俯视图。
图5为表示当如图2所示将封闭了中央部的由多孔板构成的阻流器水平配置的情况下的海水端口附近的流动解析结果的图。
图6的左侧的图为表示本发明的其他实施方式的能量回收装置的能量回收腔室的概略剖视图，图6的右侧的图为表示在能量回收腔室内设置的各多孔板的俯视图。
图7为图6的右侧的图所示的第2多孔板的放大俯视图。
图8为表示当从图6的腔室上方附近的海水端口流入海水的情况下的腔室内部的流动解析的结果的图。
图9为本发明的其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图10为带有孔的圆板的俯视图。
图11为表示当如图9所示从在沿半径方向与腔室的中心轴分离的位置设置的海水端口流入海水的情况下的腔室内部的海水端口附近的流动解析的结果的图。
图12为本发明的其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图13为表示当如图12所示将浓缩海水端口设置在腔室侧面的情况下的腔室内部的浓缩海水端口附近的流动解析的结果的图。
图14为本发明的其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图15为表示以往的海水淡化系统的结构例的示意图。
图16为表示分别具备2个作为图15所示的能量回收装置的结构设备的控制阀、能量回收腔室、阀门的以往的海水淡化系统的结构例的示意图。
图17为表示无活塞的方式的能量回收腔室的剖视图。
图18为表示作为图17中的配置在各端口附近的阻流器将以规定的距离分离的2张多孔板配置在各端口的附近的能量回收腔室的剖视图。
图19为表示在腔室内的水平剖面上的点Pn、Pm的流动的均匀性的图。
图20为表示当从图17的腔室上方附近的海水端口流入海水的情况下的腔室内部的流动解析的结果的图。
图21为表示当从图18的腔室上方附近的海水端口流入海水的情况下的腔室内部的流动解析的结果的图。
具体实施方式
以下，参照图1～图14对本发明的能量回收装置的实施方式进行说明。在图1～图14中，对于相同或者相当的结构要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
图1为表示本发明的海水淡化系统的结构例的示意图。如图1所示，由取水泵(未图示的)取出的海水，在通过前处理装置进行前处理而调整为规定的水质条件后，经由海水供给管路1向马达M直接连结的高压泵2供给。经高压泵2升压后的海水经由排出管路3向具有反渗透膜(RO膜)的反渗透膜分离装置4供给。反渗透膜分离装置4将海水分离成盐浓度高的浓缩海水与盐浓度低的淡水，从海水中得到淡水。此时，盐浓度高的浓缩海水从反渗透膜分离装置4排出，而该浓缩海水依然具有高压力。从反渗透膜分离装置4排出浓缩海水的浓缩海水管路5经由控制阀6向能量回收腔室20的浓缩海水端口P1连接。供给实施前处理后的低压的海水的海水供给管路1在高压泵2的上游分支并经由阀门7向能量回收腔室20的海水端口P2连接。能量回收腔室20通过浓缩海水与海水的边界区域分离二流体并且进行能量传递。
在能量回收腔室20中利用浓缩海水的压力升压后的海水经由阀门7向增压泵8供给。此外，利用增压泵8使海水进一步升压成为与高压泵2的排出管路3相同的等级的压力，升压后的海水经由阀门9与高压泵2的排出管路3合流并向反渗透膜分离装置4供给。另一方面，对海水升压而损失能量后的浓缩海水从能量回收腔室20经由控制阀6向浓缩海水排出管路17排出。
如果将高压泵2的排出管路3的压力例如形成为6.5MPA，则压力会由于反渗透膜分离装置4的RO膜模块的压力损失而略微下降，从反渗透膜分离装置4排出6.4MPA的浓缩海水。如果将该浓缩海水的压力作用于海水，则海水等压(6.4MPA)升压，不过当在能量回收装置流动时，会下降能量回收装置本身的压力损失部分，例如从能量回收装置排出6.3MPA的海水。增压泵8将6.3MPA的海水略微升压至6.5MPA的压力，再与高压泵2的排出管路3合流向反渗透膜分离装置4供给。增压泵8只需升压这样的微小压力损失部分即可，在此消耗的能量甚微。
当向反渗透膜分离装置4供给10分大小的海水的情况下，得到淡水的比例为4分左右。其余6分被作为浓缩海水从反渗透膜分离装置4排出，而利用能量回收装置将该6分的浓缩海水的压力向海水排出以进行压力传递，由此能够通过增压泵的微小的消耗能量得到高压泵相当量的海水。因此，相对于无能量回收装置的情况，能够将用于得到等量淡水的高压泵的能量节约近半。
图2为在图1所示的海水淡化系统中应用的本发明的能量回收腔室的概略剖视图。如图2所示，能量回收腔室20具备长条的圆筒形状的腔室主体21、封闭腔室主体21的两开口端的端板22。在腔室主体21内形成腔室CH，在一方的端板22的位置形成浓缩海水端口P1，在另一方的端板22的位置形成海水端口P2。
能量回收腔室20被纵向设置。考虑浓缩海水与海水的比重差的影响，将腔室CH形成为纵配置，将比重中的浓缩海水的端口P1配置在下侧，将比重轻的海水的端口P2配置在上侧。即，长条的圆筒形状的腔室主体21的腔室的长边方向(轴向)沿垂直方向配置，浓缩海水端口P1以在腔室CH的下侧对海水进行给排水的方式设置在腔室的下侧，海水端口P2以在腔室CH的上侧对海水进行给排水的方式设置在腔室的上侧。腔室CH的全长为L，在腔室CH内，在从浓缩海水端口P1沿轴向离开L1的位置配置阻流器23，在从海水端口P2沿轴向离开L1的位置配置阻流器23。
图3为表示阻流器的一例的俯视图。如图3所示，阻流器23由1张多孔板形成，该多孔板形成为与腔室的内径相等的外径(φD)的圆板形状，在中央部的虚拟圆(φdc)的外侧形成直径φdk1的多个小孔23h，在虚拟圆的内侧(中心侧)未形成小孔。即，为封闭中央部的多孔板。
封闭多孔板的中央部的虚拟圆(φdc)的直径形成为与图2中的海水端口的内径φds、浓缩海水端口的内径φdb相同的直径或者较之略大的直径，从而使从各端口流入的高速的流动与封闭部碰撞，以减慢流动。但是，如果相比各端口过度增大封闭部，则通过设置在外周侧的多个小孔23h的流动将偏向外周侧，均化作用反而变小，因此形成为与各端口的内径几乎相同的直径的虚拟圆。
由封闭了中央部的多孔板构成的阻流器23具有通过对腔室CH内的本阻流器的上游的流动施加适当的流动阻力，而将本阻流器的下游的流动整流为在腔室整体变得均匀的功能。
图4为表示其他阻流器的一例的图，是表示由1张网眼板构成的阻流器的俯视图。如图4所示，阻流器23由编织线材而形成外径φD的圆板状的网眼材构成。在由网眼材构成的圆板的中央部安装有φdc的小径的其他圆板30。由网眼材构成的圆环状的部分供流体流通，而中央部的小径的圆板30的部分则不允许流体流通，即为由封闭了中央部的多孔板构成的网眼板。
由封闭了中央部的多孔板构成的阻流器23具有通过对腔室CH内本阻流器的上游的流动施加适当的流动阻力，而将本阻流器的下游的流动整流为在腔室整体变得均匀的功能。将图3所示的多孔板以及图4所示的网眼板统称为多孔圆板。
图5为表示当如图2所示将由封闭了中央部的多孔板构成的阻流器23水平配置的情况下的海水端口附近的流动解析结果的图。图中的箭头用箭头的长度表示流动的速度，用箭头的朝向表示流动的朝向。
从海水端口P2流入腔室CH的流动从小径的端口流入腔室，因此腔室的端口附近的速度分布成为中央部较大的流动、。该中央部的高速的流动同与端口对置的多孔板的封闭部碰撞，形成沿着板水平朝向腔室外周的流动。流体仅从形成在多孔板外周部的小孔通过多孔板并向下游流动，一部分的水平的流动沿腔室侧面向上流动，在外周部产生大的涡流。此时，与多孔板的封闭部碰撞后向外周流动，并且从端口流入的高速的流动的速度减慢。此外，从外周部通过小孔的流动中央部暂时向外周侧流动后，再次向中央部汇集地流动。虽然在多孔板的封闭部的下游产生涡流，但在图5中的从多孔板朝向腔室中央离开规定的距离的A-A剖面中，能够形成流动的速度、朝向均匀的流动。
从配置在腔室下侧的浓缩海水端口P1流入的流动，同样在流入时与多孔板的中央的封闭板碰撞使得流动减慢，从外周部的小孔形成在腔室全面均匀的流动，因此处于多孔板间的流体在腔室的水平剖面以均匀的流动流入以及流出，在剖面整体进行均匀的压吸。利用该作用，当对海水与浓缩海水进行压吸的情况下，能够抑制盐浓度不同的海水与浓缩海水的混合。
在此，本发明的能量回收装置切换压吸，以使海水与浓缩海水的混合区域在分别配置于腔室内的海水端口P2侧与浓缩海水端口P1侧的阻流器之间游走。因此，海水与浓缩海水的混合区域在图2中存在于由阻流器23、23之间的La所示的部分。从设置在腔室的上方的海水端口P2流入的海水通过阻流器23在其下游的腔室的水平剖面形成均匀的流动，不过其也根据从排出侧亦即浓缩海水端口P1侧流出的流动的阻力发生变化。即，也根据配置在浓缩海水端口侧的阻流器23的组合变化。因此，图5所示的流入时的流动解析考虑流出侧的阻流器23的阻力。
像这样，本发明的流入侧的阻流器对于流动产生的均化作用也根据流出侧的阻流器、端口的配置变化。能量回收装置重复进行海水与浓缩海水的交替流入与流出，因此使一个方向的流动变得均匀，除此之外也必须考虑反向流动的情况下的流出的流动。
图6的左侧的图为表示本发明的其他实施方式的能量回收装置的能量回收腔室的概略剖视图，图6的右侧的图为表示多孔板的俯视图。如图6的左侧所示，在腔室内部，在从海水端口P2离开距离L1的位置水平配置第1多孔板24，同样在从浓缩海水端口P1离开L1的位置水平配置第1多孔板24，进而在从各个第1多孔板24离开L2的位置水平配置第2多孔板25。利用第1多孔板24与第2多孔板25构成阻流器23。
图6右侧的俯视图为表示在图6所示的能量回收腔室内设置的各多孔板的俯视图，从上至下，示出海水端口侧的第1多孔板24、第2多孔板25、浓缩海水端口侧的第2多孔板25、第1多孔板24。构成在图6所示的能量回收腔室配置的阻流器的第1多孔板24，有中央部封闭且在外周部形成多个小孔的多孔板构成，是与图3所示的情况相同的结构。可以将第1多孔板24形成为图4所示的中央部封闭外周部为网眼材的多孔板。另外，第2多孔板25由在整个面上等间隔地形成小孔的圆板构成。可以将第2多孔板25形成为由网眼材构成的圆板。
图7为图6右侧所示的第2多孔板25的放大俯视图。如图7所示，第2多孔板25由具有与腔室的内径相等的φD的外径的圆板构成，在圆板的整个面上等间隔地形成直径φdk2的小孔25h。
图8为表示海水从图6的腔室上方附近的海水端口流入的情况下的腔室内部的流动解析的结果的图。图中的箭头用箭头的长度表示流动的速度，用箭头的朝向表示流动的朝向。
由于海水从小径的端口P2流入腔室CH，因此腔室CH的端口附近的速度分布成为中央部较大的流动，第1多孔板24或者多孔板的作用是意欲通过第1多孔板24的中央的封闭部使流动向外周分散，且使通过第1多孔板24后的流动变得均匀的作用，与图5中说明的情况相同。进而，通过在从第1多孔板24离开L2的位置配置第2多孔板25，使经第1多孔板24整流后的流动通过在整个面形成小孔的第2多孔板25，由此将第2多孔板25的下游的流动整流为更为均匀的流动，在从第2多孔板25向腔室中央离开规定的距离的A-A剖面，接近流动的速度与方向相同的流动，能够形成均匀的流动。
图9为本发明的其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。本实施方式的腔室具备将上方的海水端口分为海水流入端口P2IN与海水流出端口P2OUT的2个端口的结构，该2个端口分别设置在沿半径方向从腔室的中心轴离开的位置。此外，在从端口P2IN、P2OUT离开Lp的位置，配置在中央部形成孔的带有孔的圆板31。此外，在从带有孔的圆板31离开L1的位置配置有中央部封闭的第1多孔板24，进而在离开L2的位置配置在整个面上均匀形成孔的第2多孔板25。
图10为带有孔的圆板31的俯视图。带有孔的圆板31具有与腔室的内径(φD)相等的外径，在圆板的中央部具有直径(φdp)的圆形孔。通过配置带有孔的圆板31，从端口流入的流动不会从外周部流动，而被限制为从中央部的直径φdp的孔向阻流器23流动，因此尽管是端口的配置不在中央部的结构，一旦形成腔室中央部的流动后，也能够通过下游的阻流器23使该流动均匀向外周方向扩散、整流。因此，能够在圆筒形状的腔室内形成均匀的流动。
图11为表示当如图9所示海水从设置在沿半径方向从腔室的中心轴离开的位置的海水端口流入的情况下的腔室内部的海水端口附近的流动解析的结果的图。在图11中，省略了海水流出端口P2OUT的图示。图中的箭头用箭头的长度表示流动的速度，用箭头的朝向表示流动的朝向。
如果从配置在从腔室轴心偏心的位置的海水流入端口P2IN向腔室CH内流入高速的海水的流动，则该高速流动与带有孔的圆板31的未开设外周部的孔的板部碰撞，向由带有孔的圆板31划分的海水端口侧的空间内分散，海水从形成在带有孔的圆板31的中央部的孔向第1多孔板24的中央部高速流动。然后，流动与第1多孔板24的未形成存在于中央部的孔的封闭部碰撞，分散成朝向腔室外周的流动，并且速度减慢。该第1多孔板24以后的下游的流动成为与图8中示出说明的流动相同的流动。
图12为本发明的其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图12的腔室的海水端口侧的结构与图9所示的实施方式相同，本实施方式的腔室的不同之处在于腔室下侧的浓缩海水端口形成在腔室侧面。即，由于浓缩海水端口P1形成在腔室侧面，因此沿与腔室的轴向垂直的方向(半径方向)对浓缩海水进行给排水。此外，在从浓缩海水端口侧的腔室端面离开Lp的位置配置在中央部形成孔的带有孔的圆板31，在从带有孔的圆板31离开L1的位置配置第1多孔板24，进而在从第1多孔板24离开L2的位置配置第2多孔板25。
带有孔的圆板31为与图10所示的情况相同的结构，第1多孔板24为与图3或者图4所示的情况相同的结构，第2多孔板25为与图7所示的情况相同的结构。
在图12中，从腔室侧面的浓缩海水端口P1流入的流动通过带有孔的圆板31被限制为从中央部的直径(φdp)的孔朝向阻流器23流动，尽管将端口的配置形成在侧面，在一旦形成为腔室中央部的流动后，也能够通过下游的阻流器23使该流动均匀地向外周方向扩散、整流。因此，能够在圆筒形状的腔室内形成均匀的流动。
图13为表示如图12所示将浓缩海水端口P1设置在腔室侧面的情况下的腔室内部的浓缩海水端口附近的流动解析的结果的图。图中的箭头用箭头的长度表示流动的速度，用箭头的朝向表示流动的朝向。
如果从配置于腔室的侧面的浓缩海水端口P1沿与腔室轴心垂直的朝向向腔室CH内流入高速的流动，则在由带有孔的圆板31划分的浓缩海水端口侧的空间内，一部分从形成于带有孔的圆板31的中央部的孔流出，一部分在该空间形成涡流并在空间内扩散后，从形成在带有孔的圆板31的中央部的孔流出。然后，浓缩海水从带有孔的圆板31朝向第1多孔板24的中央部告诉流动，流动与第1多孔板24的未形成存在于中央部的孔的封闭部碰撞，分散成朝向腔室外周的流动，并且速度减慢。该第1多孔板24以后的下游的流动成为与图8中示出说明的流动上下颠倒的流动。
图14为表示本发明的其他实施方式的能量回收装置的能量回收腔室的概略剖视图。如图14所示，在腔室内部，在从海水端口P2离开距离L1的位置水平配置第1多孔板24，同样在从浓缩海水端口P1离开L1的位置水平配置第1多孔板24，进而在从各个第1多孔板24离开L2的位置水平配置第2多孔板25。利用第1多孔板24与第2多孔板25构成阻流器23。
构成配置在能量回收腔室的阻流器23的第1多孔板24为在中央部封闭且在外周部形成多个小孔的多孔板，在本多孔板的中央部的封闭部朝向第2多孔板25形成圆锥形的圆锥体26。
如图8所示的流动解析的结果那样，虽然从第1多孔板的外周部通过小孔后的流动在多孔板的封闭部的下游产生涡流，但通过设置圆锥形的圆锥体26，能够不产生涡流而形成沿着圆锥体26的壁面的向下的流动，从第1多孔板24朝向第2多孔板25的流动变得均匀，能够通过第2多孔板25所产生的整流作用进一步使其下游的流动变得均匀。
如上所述，流入侧的阻流器所产生的流动的均化作用根据流出侧的阻流器23、端口的配置发生变化。通过配置在中央部形成孔的带有孔的圆板31，使得朝向阻流器23的流入位置不受端口的配置影响处于腔室中心。如图9以及图12所示的实施方式那样，即使实际的海水端口以及浓缩海水端口的位置未处于中心的情况下，也可以将配置在各端口与阻流器23之间的带有孔的圆板31的中央部所形成的孔看做是腔室内部的虚拟的海水端口与浓缩海水端口，因此能够得出与图2以及图6所示的实施方式的发明同等的作用·效果。
像这样，在将海水与浓缩水压吸的腔室空间(图2、图6、图9、图12、图14中的La的部分)形成均匀的流动，因此本发明成为腔室中心位置的流入·流出端口(或者孔)、阻流器、将海水与浓缩海水压吸的腔室空间、阻流器、腔室中心位置的流入·流出端口(或者孔)之类的结构，即使流动变为反向，也形成相同的结构·顺序的流动。像这样在流入与流出中，在腔室内构成的流动阻力具有对称性。
另外，在各端口间的腔室内构成的阻流器围绕腔室中心轴形成旋转对称，腔室的半径方向的流入、流出的流动阻力也为旋转对称。如图9的实施方式那样，当一方的端口位置未处于腔室中心的情况下，在带有孔的圆板31的中央部的孔与中央的端口之间，腔室的内部结构围绕腔室中心轴呈旋转对称。如图12的实施方式那样，当双方的端口位置未处于腔室中心的情况下，双方的带有孔的圆板31的中央部的孔之间的腔室的内部结构围绕腔室中心轴呈旋转对称。
在图12中，如果考虑没有在浓缩海水侧设置的带有孔的圆板31的情况下的浓缩海水的流出，则浓缩海水容易从浓缩海水端口侧的阻流器23向下游的左侧面的端口P1侧流出，因此成为偏向半径方向的流动。其结果，当作为海水流入进行观察的情况下，海水侧的阻流器23所产生的作用受到其下游的流动阻力的不均匀性的影响，丧失均化作用。这是由于当没有图12的实施方式的带有孔的圆板31的情况下，在端口间的构成中，失去了围绕腔室中心轴的旋转对称性，缺失了本发明的结构的对称性之类的特征。像这样，本发明将在各端口(孔)间的腔室内构成的阻流器的作用形成为围绕腔室中心轴呈旋转对称，使得腔室半径方向的流动阻力也为旋转对称，在阻流器间的压吸空间形成均匀的流动。
至此对本发明的实施方式进行了说明，不过本发明并不局限于上述的实施方式，在其技术思想的范围内，当然可以以各种不同的方式实施。
产业上的可利用性
本发明能够在从海水中除去盐分来淡化海水的海水淡化系统中以及适用于海水淡化系统(海水淡化厂)的能量回收装置中利用。
其中，附图标记说明如下：
1：海水供给管路；2：高压泵；3：排出管路；4：反渗透膜分离装置；5：浓缩海水管路；6：控制阀；7、9：阀门；8：增压泵；10、20：能量回收腔室；11：能量回收装置；21：腔室主体；12、22：端板；13、23：阻流器；14、24：第1多孔板；15、25：第2多孔板；16：活塞；17：浓缩海水排出管路；23h：孔；26：圆锥形圆锥体；30：圆板；31：带有孔的圆板；CH：腔室；P1：浓缩海水端口；P2：海水端口；P2IN：海水流入端口；P2OUT：海水流出端口。

Claims (6)

1.一种能量回收装置，在使利用泵升压后的海水流向反渗透膜分离装置而分离出淡水与浓缩海水，从而从海水中生成淡水的海水淡化系统中，所述能量回收装置将从所述反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量转换为所述海水的压力能量，
所述能量回收装置的特征在于，
所述能量回收装置具备：
圆筒形状的腔室，该腔室在内部具有收纳浓缩海水以及海水的空间，且将长边方向铅垂配置；
浓缩海水端口，该浓缩海水端口设置在所述腔室的下部，进行浓缩海水的给排水；
海水端口，该海水端口设置在所述腔室的上部，进行海水的给排水；
在所述腔室内配置于浓缩海水端口侧的阻流器；以及
在所述腔室内配置于海水端口侧的阻流器，
在所述浓缩海水端口侧以及所述海水端口侧配置的阻流器为至少1张的多孔圆板，通过在该圆板的相比规定的直径靠外侧的外周区域形成孔而构成。
2.根据权利要求1所述的能量回收装置，其特征在于，
所述多孔圆板包括在相比规定的直径靠外侧的外周区域具有供流体通过的流路的、多孔板或者编织线材而成的网眼板。
3.根据权利要求2所述的能量回收装置，其特征在于，
所述阻流器包括：在相比规定的直径靠外侧的外周区域形成孔的第1多孔板或者第1网眼板、以及相对于第1多孔板或者第1网眼板从所述端口侧分离配置的第2多孔板或者第2网眼板。
4.根据权利要求1所述的能量回收装置，其特征在于，
所述能量回收装置在浓缩海水端口和海水端口的任一方或双方与所述阻流器之间具备在中央具有开口的环形的圆板。
5.根据权利要求3所述的能量回收装置，其特征在于，
所述第1多孔板或者第1网眼板在相比所述规定的直径靠内侧的位置具有圆锥形部件，该圆锥形部件随着趋向所述第2多孔板或者第2网眼板侧而前端逐渐变细。
6.一种海水淡化系统，使利用泵升压后的海水流向反渗透膜分离装置而分离出淡水与浓缩海水，从而从海水中生成淡水，
所述海水淡化系统的特征在于，
所述海水淡化系统具备权利要求1～5中任一项所述的能量回收装置，该能量回收装置将从所述反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量利用转换为所述海水的压力能量。
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