CN106794423B - 海水淡化系统及能量回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从海水中除去盐分而将海水淡化的海水淡化系统及适合用于海水淡化系统的能量回收装置。能量回收装置具有：将长度方向垂直地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)侧的液流阻力器(23)；和在腔室(CH)内配置在海水端口(P2)侧的液流阻力器(23)，配置在浓缩海水端口(P1)侧及海水端口(P2)侧的液流阻力器(23)为至少一张多孔圆板，在多孔圆板的比规定直径的圆靠外侧的外周区域中形成有孔。

Description

海水淡化系统及能量回收装置
技术领域
本发明涉及从海水中除去盐分而将海水淡化的海水淡化系统及适合用于海水淡化系统(海水淡化设备)的能量回收装置。
背景技术
以往，作为将海水淡化的系统，公知一种将海水通入到反渗透膜分离装置中来进行脱盐的海水淡化系统。在该海水淡化系统中，被取入的海水通过前处理装置而被调整为一定水质条件后，被高压泵加压，并向反渗透膜分离装置加压输送，反渗透膜分离装置内的高压海水的一部分克服渗透压而从反渗透膜通过，作为除去了盐分的淡水被取出。其他的海水在盐度变高且被浓缩的状态下，从反渗透膜分离装置作为浓缩海水(盐水)而被排出。在此，海水淡化系统中的最大运转成本是电费，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、即基于高压泵消耗的加压能量占据较大比例。
即，海水淡化设备中的电费的一半以上多被花费在基于高压泵进行的加压上。因此，将从反渗透膜分离装置排出的高盐度且高压的浓缩海水所保有的压力能量利用于对海水的一部分升压。并且，作为将从反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量利用于对海水的一部分升压的方法，利用能量回收腔室，该能量回收腔室通过能够移动地嵌装在圆筒筒内的活塞来将圆筒的内部分离成两个空间，在两个空间的一个空间设置进行浓缩海水的出入的浓缩海水端口，在另一个空间设置进行海水的出入的海水端口。
图21是表示以往的海水淡化系统的结构例的示意图。如图21所示，由取水泵(未图示)取入的海水在通过前处理装置除去了浮游物等而被调整为规定的水质条件后，经由海水供给管线1向与马达M直接连结的高压泵2供给。经高压泵2升压了的海水经由排出管线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将海水分离成盐度高的浓缩海水和盐度低的淡水，从海水得到淡水。此时，盐度高的浓缩海水被从反渗透膜分离装置4排出，但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线5经由控制阀6与能量回收腔室10的浓缩海水端口P1连接。供给进行了前处理的低压海水的海水供给管线1在高压泵2的上游分支并经由阀7与能量回收腔室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且能够移动地嵌装于能量回收腔室10内。
在能量回收腔室10中利用浓缩海水的压力而升压了的海水经由阀7向增压泵8供给。由控制阀6、阀7、能量回收腔室10构成能量回收装置11。并且，通过增压泵8对海水以使其成为与高压泵2的排出管线3相同水平的压力的方式进一步升压，升压后的海水经由阀9与高压泵2的排出管线3合流并向反渗透膜分离装置4供给。
图22是表示分别具有两个作为图21所示的能量回收装置的构成器件的控制阀6、能量回收腔室10、阀7的以往的海水淡化系统的结构例的示意图。如图22所示，能量回收装置11具有两个能量回收腔室10、10，由此以向两个能量交换腔室10、10的某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进行动作。因此，通过交替地进行低压海水的吸入和高压海水的压出而能够从装置始终(连续)排出高压的海水，因此能够使向反渗透膜分离装置4供给的海水的流量固定，而以固定流量得到从反渗透膜分离装置4得到的淡水。
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内壁发生滑动，活塞的滑动部件磨损，因此需要定期的更换，另外需要将长尺寸的腔室的内径与活塞的外形相匹配地进行高精度加工，加工成本非常高。
因此，本案申请人在日本特开2010-284642号公报(专利文献1)中通过采用将圆筒形长尺寸的腔室作为能量交换腔室并向腔室内导入从反渗透膜(RO膜)排出的高压的浓缩海水和海水而以浓缩海水直接对海水进行加压的方式，提出无活塞形态的能量回收腔室。
图23是表示无活塞形态的能量回收腔室10的剖视图。如图23所示，能量回收腔室10具有长尺寸的圆筒形状的腔室主体11、和封堵腔室主体11的两开口端的端板12。在腔室主体11内形成有腔室CH，在一个端板12的位置上形成有浓缩海水端口P1，在另一个端板12的位置上形成有海水端口P2。浓缩海水端口P1及海水端口P2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及海水端口P2的内径被设定为φd。
能量回收腔室10以纵置方式设置。考虑浓缩海水与海水的比重差的影响，而将腔室CH纵向配置，将比重大的浓缩海水的端口P1配置在下侧，将比重小的海水的端口P2配置在上侧。即，长尺寸的圆筒形状的腔室主体11的腔室的长度方向(轴向)沿垂直方向配置，浓缩海水端口P1以在腔室CH的下侧对浓缩海水进行给排水的方式设在腔室的下侧，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沿轴向仅离开L1的位置上配置有液流阻力器13，在从海水端口P2沿轴向仅离开L1的位置上配置有液流阻力器13。液流阻力器13由一张多孔板构成。
在图23所示的能量回收腔室10中，使从小径的各端口P1、P2流入且中央部具有大的速度分布的流体的液流通过液流阻力器13而向腔室CH的直径方向分散，在腔室的截面上被整流成均匀液流，由此，通过在将海水与浓缩海水的界面维持为水平的状态下推拉两流体，在腔室内一边维持于盐度不同的海水与浓缩海水的混合少的状态一边进行能量传递。
图24是表示作为图23中的配置在各端口附近的液流阻力器而将仅离开规定距离的两张多孔板配置在各端口附近的能量回收腔室10的剖视图。如图24所示，在腔室CH内，在从浓缩海水端口P1沿轴向仅离开L1的位置上配置第1多孔板14，并进一步在从第1多孔板14沿轴向仅离开L2的位置上配置第2多孔板15。同样地，在从海水端口P2沿轴向仅离开L1的位置上配置第1多孔板14，并进一步在从第1多孔板14沿轴向仅离开L2的位置上配置第2多孔板15。两张多孔板14、15构成液流阻力器13。
图24所示的能量回收腔室10的其他结构与图23所示的能量回收腔室10的结构相同。
在上述的能量回收腔室中，在向腔室流入的流体的流速高的情况下，或者根据多孔板的尺寸/形状、配置多孔板的位置即图23中的距离L1、图24中的距离L1、L2而分散、整流的效果并不充分，依然会成为中央部的流速快的不均匀的液流，本案申请人鉴于该情况，在日本特愿2013-078012号(未公开)中提出了其解决方法。即，如图25所示，在腔室CH内，在从浓缩海水端口P1沿轴向仅离开L1的位置上配置液流阻力器23，在从海水端口P2沿轴向仅离开L1的位置上配置液流阻力器23。并且，如在图26中示出液流阻力器的俯视图那样，液流阻力器23由一张多孔板构成，该多孔板呈外径(φD)与腔室的内径相等的的圆板形状，且在中央部的假想圆(φdc)的外侧形成有直径为φdk1的多个小孔23h，在假想圆的内侧(中心侧)没有形成小孔。即，配置封堵了中央部的多孔板。
图27是表示将图25所示的由封堵了中央部的多孔板构成的液流阻力器23水平地配置的情况下的海水端口附近的基于数值流体解析得出的液流分布的图。关于图中的箭头，以箭头的长度来表示液流的速度，以箭头的朝向来表示液流的方向。
由于从海水端口P2流入到腔室CH中的液流从小径的端口向腔室流入，所以腔室的端口附近的速度分布成为中央部大的液流。该中央部的高速液流和与端口相对的多孔板的封堵部发生碰撞，而成为沿着板水平地朝向腔室外周的液流。流体仅从形成在多孔板外周部上的小孔通过多孔板向下游流动，一部分的水平液流沿着腔室侧面向上流动，在外周部上产生大涡流。此时，与多孔板的封堵部发生碰撞而向外周流动且从端口流入的高速液流的速度变慢。并且，从外周部通过了小孔的液流以先暂时从中央部流入到外周侧后再向中央部集中的方式流动。虽然会在多孔板的封堵部的下游产生涡流，但在图27中的从多孔板向腔室中央仅离开规定距离的A-A截面处，能够成为液流的速度、方向均匀的液流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-284642号公报
发明内容
本案申请人进一步推进了着眼于从图25及图26所示的能量回收装置的端口流入的速度分布的、基于数值流体解析(CFD：Computational Fluid Dynamics)进行的腔室内的液流的特性分析，其结果发现具有如下的课题：在圆板的中央具有圆形的封堵部的多孔板具有速度依存性，在限定的范围的流入速度下，通过多孔板使腔室内的液流的速度和方向成为均匀，但当从小径的端口流入的流速发生变化时，与之相应地，从多孔板向腔室中央仅离开规定距离的评估截面处的速度分布也会发生变化，均匀性降低。
图28是表示将在圆板的中央具有圆形的封堵部的多孔板配置在腔室内且使流速高至图27的情形的3倍的情况下的海水端口附近的基于数值流体解析(CFD)得出的液流分布的结果的图。
数值流体解析(CFD)和分析的结果为，可知依存于流速的速度分布的变化是因在处于圆板中央部的圆形封堵部的背侧(下游侧)产生的涡流的大小而引起的。
对图27及图28进行比较，关于从中央的封堵部的外缘附近通过的液流G的方向，流速高的图28中更向腔室外周侧倾斜。并且，形成在中央的封堵部的背侧的涡流(图中Vx)的横长扩大。其结果为，在涡流的下游，产生使从中央暂时流到外周侧的液流强烈地向中央靠近的作用，其结果为，分析出当来自端口的流速变高时，在从多孔板仅离开规定距离的评估截面处液流的均匀性会降低。
像这样，根据在中央设有圆形的封堵部的多孔板或网状板(mesh)，若来自小径的端口的流速总是处于规定范围，则能够得到使液流在腔室内均匀地分散而流动的作用，但在大幅改变了来自端口的流速的情况下有时也无法得到所期望的作用。尤其是，在从实际的端口向腔室进行给排水时，液流不会始终以固定速度从端口向腔室流动，而是在一个循环中速度会大幅发生变化。即，增大能够得到所期望的液流的均匀化作用的流速界限，就能够通过能量回收腔室来适用于广泛范围的处理流量。此外，在中央部设有圆形的封堵部的多孔板的界限流速为大约250mm/s左右。但是，当使流速为该流速以上时，均匀化作用不会完全消失，而是液流的速度分布增大到规定的阈值以上。
在此，“均匀液流”表示腔室内的某水平截面处的流速和方向相同。将腔室内的某水平截面内的流速(标量)和方向(矢量)无论在水平截面内的哪个位置处均相同地分布的流体称为完全均匀液流。即，如图29所示，关于水平截面内的任意的点Pn、Pm处的液流，液流的大小分别以Vn、Vm的箭头示出。在该情况下，在箭头与水平截面上的辅助线X、Y(X与Y正交)所成的角度(α、β)相同(αn＝αm、βn＝βm)时，点Pn、Pm处的液流为均匀液流，无论在水平截面内的哪个位置处角度α、β均相同时，则为完全均匀液流。将与这样的状态更接近的液流在此作为均匀液流。在此，在水平截面内的外周，圆筒状的腔室壁作为垂直的壁面而存在，因此角度α、β均越为直角则越成为均匀液流。
当流体从小径的各端口P1、P2向腔室CH流入时，在其附近的腔室的水平截面中，成为中央部高速、外周部低速的液流，但通过将该中央部的液流平均为低速、将外周部的液流平均为高速来减小水平面内的速度分布的分散，将其称为“成为均匀液流”“均匀化作用”。另外，“整流”是指使流速的分布变化，进行整流来使流速的分布变化的结果为液流成为均匀液流，该情况称为“进行整流而均匀化”。
海水和浓缩海水的推拉是指通过浓缩海水将海水一边升压一边从腔室推出(推)，然后切换阀6来通过海水引入并排出(拉)浓缩海水的动作。在图24及图25中，海水和浓缩海水在液流阻力器13之间的以La表示的长度的腔室空间内形成海水与浓缩海水接触的两流体的边界部。并且，以通过海水和浓缩海水的推拉，该边界部在La内往复，而海水不会从浓缩海水端口P1排出、浓缩海水不会从海水端口P2排出的方式进行控制。在构成为使腔室纵置、使腔室下侧为浓缩海水、上侧为海水的情况下，海水和浓缩海水的推拉为与海水的推起、浓缩海水的下压相同的意思。
由于海水和浓缩海水的推拉而会促进边界部的混合，但通过使处于边界部的上下的海水和浓缩海水的液流在腔室内的La的区域中成为均匀液流，能够在抑制因液流的不均匀性而导致边界面紊流扩散而混合的现象的同时，通过将边界部维持于水平而如虚拟的活塞那样进行推拉。
当在腔室内的截面中以不均匀的液流来推拉海水和浓缩海水时，在腔室内因紊流扩散而导致的海水和浓缩海水的混合会加剧，而导致盐度高的海水被从能量回收装置排出。其结果为，向反渗透膜分离装置供给的海水的盐度上升，从反渗透膜分离装置得到的淡水的量减少，或者为了得到同量的淡水而使向反渗透膜分离装置的海水供给压力上升，会导致相对于单位造水量的能量增大。
本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种如下的能量回收装置，该能量回收装置为在腔室的浓缩海水端口侧及海水端口侧分别配置有液流阻力器的结构，即使在高速流体的液流和与端口直径相当的液流阻力器的中央部发生碰撞的情况下，也能够基于液流阻力器对流体的液流进行整流并使其为均匀液流，根据该效果来抑制两流体在其相接触的边界部处的混合，同时，能够从高压的浓缩海水向海水进行压力传递，进而能够防止因在能量回收装置内海水和浓缩海水混合而可能发生的盐度高的海水的排出。
尤其是，本发明的目的在于提供一种具有如下结构的能量回收装置：作为基于液流阻力器对流体的液流进行整流并使液流成为均匀液流的效果，不会依存于从端口流入的流速，能够在广泛范围的流速中发挥使液流成为均匀液流的效果。
为了实现上述的目的，根据本发明的能量回收装置的第1方式，该能量回收装置在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水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成上述海水的压力能量，上述能量回收装置的特征在于，具有：在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；设在上述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；设在上述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；在上述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和在上述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，配置在上述浓缩海水端口侧及上述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在与该多孔圆板同心的规定直径的假想圆的外侧的外周区域中形成有孔，且以从该规定直径的假想圆的外径朝向多孔圆板的外径而开口率渐增的方式形成孔。
根据本发明，从设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，使向腔室流入的高速液流与具有在多孔圆板的规定直径的外侧的外周区域中形成有孔且中心部没有形成孔的区域的多孔板的中心部区域发生碰撞，以向腔室半径方向分散且降低流速的方式进行整流，液流从外周部的形成有孔的区域向下游流动，因此能够使流入的中心部的大液流减速并分散而在腔室的截面中使其成为更均匀的流速分布。由多孔圆板整流后的浓缩海水和海水由于比重差而形成有边界部，通过推拉，下侧的浓缩海水将海水推起，上侧的海水将浓缩海水下压，而能够一边将浓缩海水和海水沿上下分离一边抑制两流体在其相接触的边界部中的混合，同时从高压的浓缩海水向海水进行压力传递。
而且，以从该规定直径的假想圆的外径朝向多孔圆板的外径而开口率渐增的方式形成有孔，因此即使从端口流入的流速变化为广泛范围的流速，多孔圆板的背面的液流也会难以变化，而能够成为均匀液流。
根据本发明的优选方式，其特征在于，上述多孔圆板的没有形成孔的区域是将规定直径的圆作为内接圆、将直径为该多孔圆板的外径以下且比假想圆的直径大的圆作为外接圆的星型多角形的区域。
根据本发明，通过沿多孔板的圆周方向付与封堵部(开口率)的强弱，来使从多孔板通过后的下游的液流在半径方向的流动根据孔分布而变化，从而能够以在腔室整体中沿长度方向均匀的方式进行整流。另外，本形状具有如下的作用：即使来自海水端口及浓缩海水端口的流入流速发生变化，在广泛范围的流速下均匀化作用也会较高，而使比以往的流速高的液流均匀。
根据本发明的优选方式，其特征在于，将上述多孔圆板设为第1多孔板，并从第1多孔板仅离开规定距离地配置第2多孔板。
根据本发明，作为液流阻力器，通过配置在下游的第2多孔板来进一步发挥对由第1多孔板以分散、均匀的方式整流后的液流进行均匀化的作用，因此能够得到更高的均匀化效果。
根据本发明的优选方式，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某一方或双方与上述液流阻力器之间具有在中央具有开口的圆环形状的圆板。
根据本发明，在从设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、并从设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，即使海水端口和浓缩海水端口不在腔室的轴心上，也会使流入到腔室中的液流从中央具有孔的圆板的孔向液流阻力器的中央部流动，因此能够从液流阻力器的上游的中央部没有偏离地使液流分散到腔室整体，而将液流阻力器的下游的液流整流成更均匀的液流。由液流阻力器整流后的浓缩海水和海水因比重差而形成边界部，通过推拉，下侧的浓缩海水将海水推起，上侧的海水将浓缩海水下压，而能够一边将浓缩海水和海水沿上下分离一边抑制两流体在其相接触的边界部中的混合，同时从高压的浓缩海水向海水进行压力传递。
根据本发明的能量回收装置的第2方式，能量回收装置在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水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成上述海水的压力能量，上述能量回收装置的特征在于，具有：在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；设在上述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；设在上述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；在上述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和在上述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，配置在上述浓缩海水端口侧及上述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在该多孔圆板的比规定直径的假想圆靠外侧的区域中形成有孔，在上述外侧的区域中设置密集地形成该孔的形成区域、和没有形成孔的非形成区域，定义基于从形成区域通过的来自孔的喷流组而产生的汇集成束状的集合喷流，并定义通过非形成区域将从该圆板通过的液流截断而形成的静止流体，沿上述外侧的区域的圆周方向使形成区域和非形成区域交替地分布。
根据本发明的优选方式，其特征在于，在上述集合喷流与上述静止流体之间产生剪切。
根据本发明的能量回收装置的第3方式，能量回收装置在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水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成上述海水的压力能量，上述能量回收装置的特征在于，具有：在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；设在上述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；设在上述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；在上述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和在上述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，配置在上述浓缩海水端口侧及上述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在该多孔圆板的比规定直径的假想圆靠外侧的区域中形成有孔，在上述外侧的区域中设置形成该孔的形成区域、和没有形成孔的非形成区域，非形成区域与上述假想圆相连，构成朝向多孔圆板的外周呈放射状的花瓣状的非形成区域。
根据本发明的能量回收装置的第4方式，能量回收装置在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水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成上述海水的压力能量，上述能量回收装置的特征在于，具有：在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；设在上述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；设在上述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；在上述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和在上述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，配置在上述浓缩海水端口侧及上述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在比从该多孔圆板的中心具有规定半径的假想圆靠外侧的区域中形成有孔，在上述外侧的区域中沿圆周方向设有多个没有形成孔的区域，该没有形成孔的区域是将由上述假想圆形成的圆弧作为底边侧并向圆板的外径方向扩展成大致三角形状的区域。
本发明的海水淡化系统将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水生成淡水，该海水淡化系统的特征在于，具有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成上述海水的压力能量的上述能量回收装置。
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到海水，并且在浓缩海水和海水推拉时抑制两个流体混合，因此能够不从能量回收装置排出盐度高的海水地、进而不提高向反渗透压分离装置的海水供给压力地使系统运转，因此能够减少系统的运转所需的电力。
发明效果
根据本发明，起到以下列举的效果。
1)使向腔室流入的高速液流在比规定直径靠外周的区域中形成有孔的多孔圆板中的中心部的没有形成孔的区域中，向腔室半径方向分散并且降低流速，并从外周部的形成有孔的区域向下游流动，进一步沿多孔板的圆周方向付与封堵部(开口率)的强弱，使从多孔板通过后的下游的液流在半径方向的流动根据孔分布而变化，由此飞跃性地提高使流入的中心部的大液流减速、分散而在腔室的截面中成为更均匀的液流的作用。能够通过基于由多孔圆板构成的液流阻力器对流体的液流进行整流的均匀化作用来抑制两流体在其相接触的边界部中的混合，同时从高压的浓缩海水向海水进行压力传递。而且，以从该规定直径的假想圆的外径朝向多孔圆板的外径而开口率渐增的方式形成有孔，因此即使从端口流入的流速变化为广泛范围的流速，多孔圆板的背面的液流也会难以变化，而能够成为均匀液流。
2)能够抑制因腔室内的紊流扩散而导致的浓缩海水与海水的混合，不会将浓度高的海水输送到反渗透膜分离装置中，因此能够充分地发挥反渗透膜分离装置的性能，并且能够延长反渗透膜自身的更换周期。
附图说明
图1是表示本发明的海水淡化系统的结构例的示意图。
图2是适用于图1所示的海水淡化系统的本发明的能量回收腔室的概略剖视图。
图3是表示液流阻力器的一个例子的俯视图。
图4是表示其他液流阻力器的一个例子的图，是表示由一张网状板构成的液流阻力器的俯视图。
图5是图3中的多孔板的孔的放大俯视图。
图6是图4中的网状板的线材和开口部的放大俯视图。
图7的(a)、(b)、(c)是表示三种液流阻力器的直径位置中的平均开口率的曲线图。
图8的(a)、(b)是表示如图2所示那样水平地配置由将中央部以星型六角形状封堵的多孔板构成的液流阻力器的情况下的海水端口附近的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布的图。
图9的(a)、(b)是表示如图2所示那样水平地配置由将中央部以星型六角形状封堵的多孔板构成的液流阻力器的情况下的海水端口附近的其他截面处的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布的图。
图10的(a)、(b)是表示如图2所示那样水平地配置由将中央部以星型六角形状封堵的多孔板构成的液流阻力器的情况下的海水端口附近的另一其他截面处的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布的图。
图11的(a)是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11的(b)是表示设置在图11的(a)所示的能量回收腔室内的各多孔板的俯视图。
图12是图11的(b)所示的第2多孔板的放大俯视图。
图13的(a)、(b)是表示从图11的(a)的腔室上方附近的海水端口流入了海水的情况下的腔室内部的液流分布的图。
图14的(a)、(b)是表示从图11的(a)的腔室上方附近的海水端口流入了海水的情况下的腔室内部的其他截面处的液流分布的图。
图15的(a)、(b)是表示从图11的(a)的腔室上方附近的海水端口流入了海水的情况下的腔室内部的另一其他截面处的液流分布的图。
图16是表示液流阻力器的多孔板的其他实施方式的俯视图。
图17是图16的多孔板的孔的放大俯视图。
图18是本发明的另一其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图19是带孔的圆板的俯视图。
图20是本发明的另一其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图21是表示以往的海水淡化系统的结构例的示意图。
图22是表示分别具有两个作为图21所示的以往的能量回收装置的构成器件的控制阀、能量回收腔室、阀的以往的海水淡化系统的结构例的示意图。
图23是表示以往的无活塞形态的能量回收腔室的剖视图。
图24是表示作为配置在图23中的各端口附近的液流阻力器而将仅离开规定距离的两张多孔板配置在各端口附近的能量回收腔室的剖视图。
图25是表示在日本特愿2013-078012号中提出的具有在中央设有圆形的封堵部的液流阻力器的能量回收腔室的剖视图。
图26是在日本特愿2013-078012号中提出的设有圆形的封堵部的多孔板的俯视图。
图27是表示从图25的腔室上方附近的海水端口流入了高速的海水的情况下的腔室内部的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布的图。
图28是表示从图25的腔室上方附近的海水端口进一步流入了高速的海水的情况下的腔室内部的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布的图。
图29是表示腔室内的水平截面上的点Pn、Pm处的液流的均匀性的图。
具体实施方式
以下参照图1至图20来说明本发明的能量回收装置的实施方式。在图1至图20中，对相同或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是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，将由取水泵(未图示)取入的海水通过前处理装置进行前处理而调整成规定的水质条件后，经由海水供给管线1向与马达M直接连结的高压泵2供给。由高压泵2升压后的海水经由排出管线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将海水分离成盐度高的浓缩海水和盐度低的淡水，从而从海水得到淡水。此时，盐度高的浓缩海水被从反渗透膜分离装置4排出，但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线5经由控制阀6而与能量回收腔室20的浓缩海水端口P1连接。供给进行了前处理的低压海水的海水供给管线1在高压泵2的上游分支并经由阀7而与能量回收腔室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而一边分离两流体一边进行能量传递。
在能量回收腔室20中利用浓缩海水的压力而被升压了的海水经由阀7向增压泵8供给。并且，通过增压泵8对海水以使其成为与高压泵2的排出管线3相同水平的压力的方式进一步升压，升压后的海水经由阀9在高压泵2的排出管线3中合流并向反渗透膜分离装置4供给。另一方面，将对海水升压而失去了能量的浓缩海水从能量回收腔室20经由控制阀6向浓缩海水排出管线17排出。
假设高压泵2的排出管线3的压力为例如6.5MPa，因反渗透膜分离装置4的RO膜模块的压力损失而压力稍微降低，6.4MPa的浓缩海水被从反渗透膜分离装置4排出。当将该浓缩海水的压力作用于海水时，海水被升压到同等压力(6.4MPa)，但当在能量回收装置中流动时，会降低与能量回收装置自身的压力损失相应的量，例如6.3MPa的海水被从能量回收装置排出。增压泵8将6.3MPa的海水稍微升压到6.5MPa的压力，使其在高压泵2的排出管线3中合流并向反渗透膜分离装置4供给。增压泵8只要像这样仅升压微小的与压力损失相应的量即可，在此，消耗的能量微小。
在向反渗透膜分离装置4供给了十成的量的海水的情况下，所能够得到淡水的比例为四成左右。其他六成作为浓缩海水被从反渗透膜分离装置4排出，但通过能量回收装置将该六成浓缩海水的压力向海水进行压力传递并排出，由此能够通过增压泵的微小的耗能来得到高压泵相当量的海水。因此，相对于没有能量回收装置的情况，能够将用于得到相同量的淡水的高压泵的能量减少到大致一半。
图2是适用于图1所示的海水淡化系统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具有长尺寸的圆筒形状的腔室主体21、和封堵腔室主体21的两开口端的端板22。在腔室主体21内形成有腔室CH，在一个端板22的位置上形成有浓缩海水端口P1，在另一个端板22的位置上形成有海水端口P2。
能量回收腔室20以纵置方式设置。考虑浓缩海水与海水的比重差的影响，使腔室CH为纵向配置，将比重大的浓缩海水的端口P1配置在下侧，将比重小的海水的端口P2配置在上侧。即，长尺寸的圆筒形状的腔室主体21的腔室的长度方向(轴向)沿垂直方向配置，浓缩海水端口P1以在腔室CH的下侧对浓缩海水进行给排水的方式设在腔室的下侧，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沿轴向仅离开L1的位置上配置有液流阻力器23，在从海水端口P2沿轴向仅离开L1的位置上配置有液流阻力器23。
图3是表示液流阻力器的一个例子的俯视图。如图3所示，液流阻力器23由一张多孔板构成，该多孔板呈外径(φD)与腔室的内径相等的圆板形状，该多孔板在将中央部的假想圆(直径：φdc)作为内接圆、将比其靠外周的假想圆(直径：φdr)作为外接圆的假想多边形(尤其是凹多边形、星型六角形(六芒星、六角星)等)的外侧形成有直径为φdk1的多个小孔23h，在假想多边形的内侧(中心侧)没有形成小孔。即，为将中央部和外周的一部分封堵的多孔板。在图3中将作为假想圆的内接圆与假想多边形的交点以Pdc来表示，将作为假想圆的外接圆与假想多边形的交点以Pdr来表示。
多孔板的中央部的假想圆的直径(φdc)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、或比其稍大的直径，由此使从各端口流入的高速液流与封堵部发生碰撞而使液流变慢。但是，若使封堵部过度大于各端口，则从设在外周侧的多个小孔23h通过的液流向外周侧偏离，均匀化作用反而会减小，因此设为直径与各端口的内径大致相同的假想圆。
在此，液流阻力器23的中央部的假想圆以与液流阻力器的圆板外周成为同心的方式设置。将海水端口及浓缩海水端口如图2所示那样设在圆筒状腔室的轴心上，使从各端口向腔室流入的高速液流与以该假想圆定义的封堵部发生碰撞。
与星型六角形外接的假想圆的直径(φdr)小于液流阻力器23的外径(φD)。
由以星型六角形封堵的多孔板构成的液流阻力器23具有如下的功能：通过在腔室CH内对本液流阻力器的上游的液流付与恰当的流动阻力，来对本液流阻力器的下游的液流以使其在腔室整体中成为均匀的方式进行整流。
此外，将多边形的相邻的角和角连结的外缘也可以不必是直线边。
图4是表示其他液流阻力器的一个例子的图，是表示由一张网状板构成的液流阻力器的俯视图。如图4所示，液流阻力器23由编入线材而形成为外径为φD的圆板状的网状材料构成。安装有将由网状材料构成的圆板的中央部的假想圆(φdc)作为内接圆、将比其靠外周的假想圆(φdr)作为外接圆的星型六角形的其他板30。网状材料露出的星型六角形的外侧部分供流体流通，星型六角形的板30的部分不供流体流通。
以星型六角形封堵而构成的液流阻力器23具有如下的功能：通过在腔室CH内对本液流阻力器的上游的液流付与恰当的流动阻力，来对本液流阻力器的下游的液流以使其在腔室整体中成为均匀的方式进行整流。将图3所示的多孔板及图4所示的网状板总称为多孔圆板。
能够对图3及图4所示的圆板状的多孔板及圆板状的网状板的在中央设置星型六角形的封堵部的形状如以下那样付与特征。
均匀的多孔板通过孔的形状(圆孔的情况下为直径)、配置间距(间距)、配置来定义固定的开口率。例如，在圆形孔的直径为dk、配置间隔为P、60度交错这一图5所示的孔配置那样的普通的多孔板的情况下，开口率APR通过下式来定义。
APR＝90.6×dk2/P2 (算式1)
在图6所示那样的编入线材而成的网状材料的情况下，假设线间的网孔为Am、线径为dm，则开口率通过下式来定义。
APR＝Am2/(Am+dm)2 (算式2)
图7的(a)、(b)、(c)是表示圆板的半径位置中的开口率的曲线图。
在没有封堵部的情况下，圆板整面成为平均、均匀的开口率，因此圆板的半径位置中的开口率(APR)如图7的(a)所示无论在哪个位置均成为固定。
关于在中央部设置了圆形封堵部的多孔板(图25及图26)的情况下的各直径位置中的开口率(APR)，在中央部进行了封堵的直径dc的区域的开口率为零，从比直径dc大的直径开始成为固定的开口率，因此成为图7的(b)所示的半径位置中的开口率的关系。
另一方面，在设置了本发明的星型六角形的封堵部的情况下，在中央部进行了封堵的直径dc的区域的开口率为零，比星型六角形的外接圆(直径dr)靠外侧的部分成为以均匀的多孔或网孔的开口率计算的APR，因此成为开口率从零向APR渐增的关系，成为图7的(c)所示的半径位置中的开口率的关系。
如以上那样，本发明能够付与开口率朝向外周渐增的形状的特征。
此外，图7的(a)、(b)、(c)所示的纵轴的开口率为半径位置中的平均开口率。
如图3所示，当以使星型多角形为星型六角形、使由将圆板外周侧的相邻的两个锐角顶点和多孔板中心连结的两条假想线形成的角度为60度、如图5所示使孔的配置为60度交错、使交错配置的中心线成为上述的星型六角形的假想线的方式进行配置时，能够相对于多孔板中心而成为旋转对称。通过像这样使形成在多孔板上的各个孔配置也成为旋转对称，相对于非旋转对称的形状，而能够期待本多孔板的以使下游的液流在腔室整体中成为均匀的方式进行整流的更高的作用。
图8的(a)、(b)至图10的(a)、(b)是表示如图2所示那样将由以星型六角形封堵了板的中央部的多孔圆板构成的液流阻力器23水平地配置的情况下的海水端口附近的海水流入时的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布的图。关于图中的箭头，以箭头的长度来表示液流的速度，以箭头的朝向来表示液流的方向。
图8的(a)、(b)是表示从多孔板的星型六角形与内接圆的交点通过的B1-B1截面处的腔室的海水端口附近的海水流入时的液流分布的图。即，图8的(b)是表示与图3所示的液流阻力器相同的结构的液流阻力器23的俯视图，图8的(a)是表示图8的(b)的B1-B1截面处的腔室的海水端口附近的液流分布的图。此外，在图8的(b)中省略了星形六角形的外侧的小孔23h的图示。
如图8的(a)所示，从海水端口P2流入到腔室CH中的液流由于从小径的端口向腔室流入，因此腔室的端口附近的速度分布成为中央部大的液流。该中央部的高速液流和与端口相对的多孔板的中央的圆形封堵部发生碰撞，成为沿着板水平地朝向腔室外周的液流。流体仅从形成在多孔板外周部上的小孔通过多孔板向下游流动，一部分的水平液流沿着腔室侧面向上流动，在由多孔板划分的上游空间中，在外周部上产生大涡流。此时，与多孔板的封堵部发生碰撞而向外周流动，并且从端口流入的高速液流的速度变慢。而且从外周部通过了多孔板的小孔的多孔板下游的液流以从中央部先流入到外周侧后再向中央部集中的方式流动。这是因为在多孔板的封堵部的背侧产生了以Vx表示的涡流。另外，在从多孔板仅离开规定距离的评估截面A-A的上游的外周侧也产生了涡流Vx。在此，涡流成为相对于图8的(a)所示的截面的二维平面具有垂直方向上的成分的速度的复杂液流。
接着，在图9的(a)、(b)中示出从多孔板的星型六角形与内接圆的交点和与外接圆的交点的中间通过的B2-B2截面处的腔室的海水端口附近的海水流入时的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布。即，图9的(b)示出与图3所示的液流阻力器相同的结构的液流阻力器23的俯视图，图9的(a)是表示图9的(b)的B2-B2截面处的腔室的海水端口附近的液流分布的图。此外，在图9的(b)中，省略了星型六角形的外侧的小孔23h的图示。
如图9的(a)所示，与图8的(a)同样地在多孔板的封堵部的背侧和评估截面A-A的上游的外周侧产生了涡流Vx。中央的涡流Vx比图8的(a)所示的截面时的涡流大，外周的涡流Vx比图8的(a)时的涡流小，本截面的二维下的主要液流成为朝向正下方的液流。
而且在图10的(a)、(b)中示出从多孔板的星型六角形与外接圆的交点通过的B3-B3截面处的腔室的海水端口附近的海水流入时的基于CFD(数值流体解析)得出的液流分布。即，图10的(b)示出与图3所示的液流阻力器相同的结构的液流阻力器23的俯视图，图10的(a)是表示图10的(b)的B3-B3截面处的腔室的海水端口附近的液流分布的图。此外，在图10的(b)中，省略了星型六角形的外侧的小孔23h的图示。
如图10的(a)所示，中央部的封堵部的比例大，形成有从外周部沿着腔室内圆筒的壁的液流。并且在中央部形成有大的涡流Vx，形成有相对于图10的(a)所示的截面的二维平面具有垂直方向的成分的速度的复杂液流。在此，呈在涡流Vx内混杂有多个复杂涡流的样态。
尽管B1-B1截面和B3-B3截面处的液流的动作是两个极端，但在各三个截面各自的非常有限的点(pin point)的截面处有可能发生。这两个极端的液流动作的中间液流动作大体成为B2-B2截面的情况那样。根据以上三种截面的液流的动作，其结果为即使从端口流入的流速变化为广泛范围的流速，多孔圆板的背面的液流也会难以变化，而能够成为均匀液流。
在图27及图28中示出的液流以仅向中央部集中的方式流动，但通过对封堵部沿半径方向付与开口率的分布，而根据该分布使从多孔板通过的主要液流沿半径方向分散。
从配置在腔室下侧的浓缩海水端口P1流入的液流也同样地，在流入时与多孔板的中央的封堵板发生碰撞而液流变慢，从外周部的小孔在腔室整面形成均匀液流，因此，处于多孔板之间的流体在腔室的水平截面中以均匀液流流入及流出，在截面整体中进行相同的推拉。在通过该作用来对海水和浓缩海水进行推拉的情况下，能够抑制盐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以使海水与浓缩海水的混合区域在腔室内的分别配置于海水端口P2侧和浓缩海水端口P1侧的液流阻力器之间往返的方式切换推拉。因此，海水与浓缩海水的混合区域存在于在图2中以液流阻力器23、23之间的La示出的部分。从设在腔室的上方的海水端口P2流入的海水通过液流阻力器23而成为在其下游的腔室的水平截面处均匀的液流，但其也根据从作为排出侧的浓缩海水端口P1侧流出的液流的阻力而发生变化。即，也根据与配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器23的组合而发生变化。因此，在图8的(a)、(b)至图10的(a)、(b)所示的流入时的数值流体解析中，考虑流出侧的液流阻力器23的阻力。
像这样，基于本发明中的流入侧的液流阻力器对液流的均匀化作用也根据流出侧的液流阻力器和端口的配置而发生变化。由于海水和浓缩海水交替地重复流入和流出，所以能量回收装置除了使一个方向上的液流均匀以外，也不得不考虑反向流动的情况下的流出的液流。
图11的(a)是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11的(a)所示，在腔室内部，在从海水端口P2仅离开距离L1的位置上水平地配置有第1多孔板24，同样地在从浓缩海水端口P1仅离开L1的位置上水平地配置有第1多孔板24，而且在从各个第1多孔板24仅离开L2的位置上水平地配置有第2多孔板25。由第1多孔板24和第2多孔板25构成液流阻力器23。
图11的(b)是表示设置在图11的(a)所示的能量回收腔室内的各多孔板的俯视图，从上向下地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。构成配置在图11的(a)的能量回收腔室中的液流阻力器的第1多孔板24是在将中央部的假想圆作为内接圆、将比其靠外周的假想圆作为外接圆的星型六角形的外侧形成有多个小孔、且在星型六角形的内侧(中心侧)没有形成小孔的一张多孔板，为与图3所示的多孔板相同的结构。也可以使第1多孔板24为图4所示那样的中央部封堵且外周部为网状材料的多孔质板。另外，第2多孔板25由在整面上等间隔地形成有小孔的圆板构成。也可以使第2多孔板25为由网状材料构成的圆板。
图12是图11的(b)所示的第2多孔板25的放大俯视图。如图12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，在圆板的整面上如图5所示那样地等间隔地形成有直径为φdk2的小孔25h。
图13的(a)、(b)至图15的(a)、(b)是表示如下情况下的海水端口附近的海水流入时的液流分布的图：如图11的(a)、(b)所示将以星型六角形封堵了板的中央部的多孔圆板24作为第1多孔板配置在从海水端口及浓缩海水端口仅离开L1的位置上，并在从该处进一步仅离开L2的位置上配置整面上形成有均匀的小孔的第2多孔板25，并将这些由两张多孔板构成的液流阻力器23水平地配置。关于图中的箭头，以箭头的长度来表示液流的速度，以箭头的朝向来表示液流的方向。
图13的(a)、(b)是表示从多孔板的星型六角形与内接圆的交点通过的B1-B1截面处的腔室的海水端口附近的海水流入时的液流分布的图。即，图13的(b)示出与图3所示的多孔板相同的结构的第1多孔板24的俯视图，图13的(a)是表示图13的(b)的B1-B1截面处的腔室的海水端口附近的液流分布的图。此外，在图13的(b)中，省略了星型六角形的外侧的小孔23h的图示。
图14的(a)、(b)是表示从多孔板的星型六角形与内接圆的交点和与外接圆的交点的中间通过的B2-B2截面处的腔室的海水端口附近的海水流入时的液流分布的图。即，图14的(b)示出与图3所示的多孔板相同的结构的第1多孔板24的俯视图，图14的(a)是表示图14的(b)的B2-B2截面处的腔室的海水端口附近的液流分布的图。此外，在图14的(b)中，省略了星型六角形的外侧的小孔23h的图示。
图15的(a)、(b)是表示从多孔板的星型六角形与外接圆的交点通过的B3-B3截面处的腔室的海水端口附近的海水流入时的液流分布的图。即，图15的(b)示出与图3所示的多孔板相同的结构的第1多孔板24的俯视图，图15的(a)是表示图15的(b)的B3-B3截面处的腔室的海水端口附近的液流分布的图。此外，在图15的(b)中，省略了星型六角形的外侧的小孔23h的图示。
能够与在图8的(a)、(b)至图10的(a)、(b)中说明的样态大致相同地说明图13的(a)、(b)至图15的(a)、(b)的液流中的第1多孔板下游的液流的样态。通过配置第1多孔板24、和从第1多孔板24仅离开L2的第2多孔板25，而由第1多孔板24使从小径的端口高速地流入的液流在腔室截面整面上分散，使由第1多孔板24将速度分布均匀化了的液流从整面上形成有小孔的第2多孔板25通过，由此第2多孔板25的下游的液流被整流成更均匀的液流，而能够在从第2多孔板25向腔室中央仅离开规定距离的A-A截面处使液流的速度和方向接近相同液流而成为更均匀的液流。
第1多孔板的功能是使来自海水端口(或浓缩海水端口)的高速液流与中央部的圆形的封堵部发生碰撞而使速度减速，并且使液流向外周部分散。而且，通过从中央朝向外周而开口率渐增的孔流路来使多孔板下游的液流以在腔室的圆形截面处成为图29所定义的“均匀”的速度分布的方式分散。并且，第2多孔板的功能是进一步平均在通过第1多孔板分散了的液流中依然残存的速度分布的高低差。
通过配置第2多孔板，即使由于流入流速而导致从第1多孔板通过的液流的均匀性紊乱，通过追加由第2多孔板来平均速度分布的功能，而也能够成为可应对更广泛范围的流入流速的液流阻力器。这表示作为能量回收装置，即使为相同结构的装置也能够应对广泛范围的处理流量。
图16是表示液流阻力器的其他形状的俯视图。在图2所示的由一张多孔板构成液流阻力器的情况下，代替图3的液流阻力器23而使用图16所示的液流阻力器23。在图11的(a)、(b)所示的由两张多孔板构成液流阻力器的情况下，代替处于与各端口接近的一侧的图11的(a)、(b)的多孔板24而使用图16所示的多孔板24。如图16所示，液流阻力器23由一张多孔板构成，该多孔板呈外径(φD)与腔室的内径相等的圆板形状，在将中央部的假想圆(φdc)作为内接圆、将比其靠外周的假想圆(φdr)作为外接圆的星型四角形的外侧形成有直径为φdk1的多个小孔23h，在星型四角形的内侧(中心侧)没有形成小孔。即，为封堵了中央部和外周的一部分的多孔板。
多孔板的中央部的假想圆(φdc)的直径为与图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、或比其稍大的直径，由此使从各端口流入的高速液流与封堵部发生碰撞来使液流变慢。但是，若使封堵部过度大于各端口，则从设在外周侧的多个小孔23h通过的液流向外周侧偏离，均匀化作用反而会减小，因此设为与各端口的内径大致相同的直径的假想圆。
与星型四角形外接的假想圆(φdr)的直径比液流阻力器23的外径(φD)小。
图17是表示图16所示的多孔板的孔的配置的放大俯视图。使直径为φdk的孔在正交的轴线上仅离开距离(间距)P地配置。该配置被称为并行配置，开口率能够通过下式来计算出。
APR＝78.5×dk2/P2 (算式3)
通过使封堵圆板的中央的形状为星型四角形、且将孔并行配置，来使腔室的形状为90度的旋转对称。
由本形状的多孔板构成的液流阻力器也具有从中央的假想圆的外径朝向多孔圆板的外径而开口率渐增的特征。开口率和开口率的渐增倾向与图2所示的星型六角多孔板不同。
由以星型四角形封堵的多孔板构成的液流阻力器23也同样地具有如下的功能：通过在腔室CH内对本液流阻力器的上游的液流付与恰当的液流阻力，来对本液流阻力器的下游的液流以使其在腔室整体中成为均匀的方式进行整流。示出了星型四角形(图16)、星型六角形(图2)的均匀化作用均优异、且从中央的假想圆的外径朝向多孔圆板的外径而开口率渐增的形状对均匀化有效的特征。
图18是本发明的另一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有将上方的海水端口分成海水流入端口P2IN和海水流出端口P2OUT这两个端口的结构，分别设在从腔室的中心轴沿半径方向分隔的位置上。并且，在从端口P2IN、P2OUT仅离开Lp的位置上配置有在中央部形成有孔的带孔圆板31。并且，在从带孔圆板31仅离开L1的位置上配置有封堵了中央部的第1多孔板24，进一步在仅离开L2的位置上配置有在整面上均匀地形成有孔的第2多孔板25。
图19是带孔圆板31的俯视图。带孔圆板31具有与腔室的内径(φD)相等的外径，且在圆板的中央部具有直径(φdp)的圆形孔。通过配置带孔圆板31，而以从端口流入的液流不会从外周部流动地从中央部的直径φdp的孔朝向液流阻力器23流动的方式进行限制，因此即使为端口的配置不在中央部的结构，在既然成为腔室中央部的液流后，能够通过下游的液流阻力器23使该液流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液流。
当高速的海水的液流从配置在相对于腔室轴心偏心的位置上的海水流入端口P2IN向腔室CH内流入时，与带孔圆板31的外周部的未开孔的板部发生碰撞，而向由腔室内圆筒和带孔圆板31划分的海水端口侧的空间内分散，海水从形成在带孔圆板31的中央部上的孔朝向第1多孔板24的中央部高速地流动。然后，液流与处于第1多孔板24的中央部的没有形成孔的封堵部发生碰撞，而分散成朝向腔室外周的液流，并且速度被减速。该第1多孔板24以后的下游的液流成为与图8的(a)、(b)至图10的(a)、(b)所示并说明了的液流相同的液流。
带孔圆板31将配置在偏心的位置上的海水流入端口P2IN的端口位置变为与在腔室内配置在腔室轴心上的情况相同。
图20是本发明的另一其他实施方式的能量回收装置的腔室的剖视图。
图20的腔室的海水端口侧的结构与图18所示的实施方式相同，但不同点在于，本实施方式的腔室中的腔室下侧的浓缩海水端口形成在腔室侧面上。即，浓缩海水端口P1形成在腔室侧面上，因此将浓缩海水向与腔室的轴向成直角的方向(半径方向)进行给排水。并且，在从浓缩海水端口侧的腔室端面仅离开Lp的位置上配置有在中央部形成有孔的带孔圆板31，在从带孔圆板31仅离开L1的位置上配置有第1多孔板24，并进一步在从第1多孔板24仅离开L2的位置上配置有第2多孔板25。
带孔圆板31是与图19所示的带孔圆板相同的结构，第1多孔板24是与图3或图4所示的多孔板相同的结构，第2多孔板25是与图12所示的多孔板相同的结构。
在图20中，从腔室侧面的浓缩海水端口P1流入的液流通过带孔圆板31而被限制为从中央部的直径(φdp)的孔朝向液流阻力器23流动，因此即使将端口的配置设于侧面，在既然成为腔室中央部的液流后，也能够通过下游的液流阻力器23使该液流均匀地向外周方向分散、整流。因此，能够在圆筒形状的腔室内形成均匀液流。
当高速液流从配置在腔室的侧面上的浓缩海水端口P1向与腔室轴心成直角的方向流入到腔室CH内时，在由带孔圆板31划分的浓缩海水端口侧的空间内，一部分液流从形成在带孔圆板31的中央部上的孔流出，一部分液流在该空间中成为涡流而扩散到空间内后，从形成在带孔圆板31的中央部上的孔流出。然后，浓缩海水从带孔圆板31朝向第1多孔板24的中央部高速地流动，液流与处于第1多孔板24的中央部的没有形成孔的封堵部发生碰撞，而分散成朝向腔室外周的液流，并且速度被减速。该第1多孔板24以后的下游的液流成为与图8的(a)、(b)至图10的(a)、(b)所示并说明了的液流上下相反的液流。
如上所述，基于流入侧的液流阻力器对液流的均匀化作用也根据流出侧的液流阻力器23和端口的配置而变化。通过配置在中央部形成有孔的带孔圆板31，无论端口的配置如何，通向液流阻力器23的流入位置均成为腔室中心。即使在如图18及图20所示的实施方式那样，实际的海水端口及浓缩海水端口的位置不处于中心的情况下，也能够将配置于各端口与液流阻力器23之间的孔圆板31的中央部上所形成的孔看作腔室内部的虚拟的海水端口和浓缩海水端口，因此能够得到与图2及图11的(a)、(b)所示的实施方式的发明同等的作用、效果。
像这样，为了在海水和浓缩水被推拉的腔室空间(图2、图11的(a)、图18、图20中的La的部分)中形成均匀液流，本发明成为腔室中心位置的流入/流出端口(或孔)、液流阻力器、海水和浓缩海水被推拉的腔室空间、液流阻力器、腔室中心位置的流入/流出端口(或孔)这一结构，即使液流反向，也会成为相同的结构/顺序的液流。像这样在流入和流出中，在腔室内构成的流动阻力具有对称性。
另外，在各端口之间的腔室内构成的液流阻力器绕腔室中心轴旋转对称，腔室的半径方向上的流入、流出的流动阻力成为旋转对称。在如图18的实施方式那样，一个端口位置不处于腔室中心的情况下，在带孔圆板31的中央部的孔与中央的端口之间，腔室的内部结构绕腔室中心轴旋转对称。在如图20的实施方式那样，两个端口位置不处于腔室中心的情况下，两个带孔圆板31的中央部的孔之间的腔室的内部结构绕腔室中心轴旋转对称。
在图20中若考虑不具有设在浓缩海水侧的带孔圆板31的情况下的浓缩海水的流出，则浓缩海水由于容易从浓缩海水端口侧的液流阻力器23向下游的左侧面的端口P1侧流出，所以成为向半径方向偏离的液流。其结果为，在看作海水流入的情况下，基于海水侧的液流阻力器23产生的作用受到其下游的液流阻力的不均匀性的影响，而会失去均匀化作用。这是因为在不具有图20的实施方式的带孔圆板31的情况下，在端口之间的结构中失去了绕腔室中心轴的旋转对称性，而导致欠缺本发明的结构上的对称性这一特征。像这样，本发明使在各端口(孔)之间的腔室内构成的液流阻力器的作用绕腔室中心轴旋转对称，由此腔室半径方向上的流动阻力也成为旋转对称，在液流阻力器之间的推拉空间中成为均匀液流。
到此为止说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述的实施方式，在其技术思想的范围内当然可以以各种不同的方式来实施。工业实用性
本发明能够利用于从海水中除去盐分而将海水淡化的海水淡化系统及适合用于海水淡化系统(海水淡化设备)的能量回收装置。
附图标记说明
1 海水供给管线
2 高压泵
3 排出管线
4 反渗透膜分离装置
5 浓缩海水管线
6 控制阀
7、9 阀
8 增压泵
10、20 能量回收腔室
11 能量回收装置
12、22 端板
13、23 液流阻力器
14、24 第1多孔板
15、25 第2多孔板
16 活塞
17 浓缩海水排出管线
21 腔室主体
23h 孔
30 圆板
31 带孔圆板
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 (9)

1.一种能量回收装置，在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水生成淡水的海水淡化系统中，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成所述海水的压力能量，所述能量回收装置的特征在于，具有：
在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；
设在所述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；
设在所述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；
在所述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和
在所述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，
配置在所述浓缩海水端口侧及所述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在与该多孔圆板同心的规定直径的假想圆的外侧的外周区域中形成有孔，且以从该规定直径的假想圆的外径朝向多孔圆板的外径而开口率渐增的方式形成孔，在该多孔圆板的中心部具有没有形成孔的区域。
2.如权利要求1所述的能量回收装置，其特征在于，
所述多孔圆板的没有形成孔的区域是将规定直径的圆作为内接圆、且将直径为该多孔圆板的外径以下且比假想圆的直径大的圆作为外接圆的星型多角形的区域。
3.如权利要求1或2所述的能量回收装置，其特征在于，
将所述多孔圆板设为第1多孔板，从第1多孔板仅离开规定距离地配置第2多孔板。
4.如权利要求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中的某一方或双方与所述液流阻力器之间具有在中央具有开口的圆环形状的圆板。
5.一种能量回收装置，在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水生成淡水的海水淡化系统中，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成所述海水的压力能量，所述能量回收装置的特征在于，具有：
在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；
设在所述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；
设在所述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；
在所述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和
在所述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，
配置在所述浓缩海水端口侧及所述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在该多孔圆板的比规定直径的假想圆靠外侧的区域中形成有孔，在所述外侧的区域中设置密集地形成该孔的形成区域、和没有形成孔的非形成区域，定义基于从形成区域通过的来自孔的喷流组而产生的汇集成束状的集合喷流，并定义通过非形成区域来截断从该圆板通过的液流而形成的静止流体，沿所述外侧的区域的圆周方向使形成区域和非形成区域交替地分布。
6.如权利要求5所述的能量回收装置，其特征在于，
在所述集合喷流与所述静止流体之间产生剪切。
7.一种能量回收装置，在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水生成淡水的海水淡化系统中，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成所述海水的压力能量，所述能量回收装置的特征在于，具有：
在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；
设在所述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；
设在所述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；
在所述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和
在所述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，
配置在所述浓缩海水端口侧及所述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在该多孔圆板的比规定直径的假想圆靠外侧的区域中形成有孔，在所述外侧的区域中设置形成该孔的形成区域、和没有形成孔的非形成区域，非形成区域与所述假想圆相连，构成朝向多孔圆板的外周呈放射状的花瓣状的非形成区域。
8.一种能量回收装置，在将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水生成淡水的海水淡化系统中，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成所述海水的压力能量，所述能量回收装置的特征在于，具有：
在内部具有收纳浓缩海水及海水的空间、且将长度方向垂直地配置的圆筒形状的腔室；
设在所述腔室的下部且进行浓缩海水的给排水的浓缩海水端口；
设在所述腔室的上部且进行海水的给排水的海水端口；
在所述腔室内配置在浓缩海水端口侧的液流阻力器；和
在所述腔室内配置在海水端口侧的液流阻力器，
配置在所述浓缩海水端口侧及所述海水端口侧的液流阻力器为至少一张多孔圆板，在比从该多孔圆板的中心具有规定半径的假想圆靠外侧的区域中形成有孔，在所述外侧的区域中沿圆周方向设有多个没有形成孔的区域，该没有形成孔的区域是将由所述假想圆形成的圆弧作为底边侧并向圆板的外径方向呈大致三角形状扩展的区域。
9.一种海水淡化系统，将由泵升压后的海水通入到反渗透膜分离装置中来分离成淡水和浓缩海水而从海水生成淡水，所述海水淡化系统的特征在于，
具有权利要求1至8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成所述海水的压力能量。
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