JP2008039024A

JP2008039024A - 圧力変換器

Info

Publication number: JP2008039024A
Application number: JP2006212919A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoneda; 晃米田
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】弁の切り替えを容易にして耐久性を向上させるとともに、圧力伝達管を固定して大型化に対応することができる圧力変換器を提供すること。
【解決手段】高圧側流体の圧力を切替弁と圧力伝達管１とを介して低圧側流体に伝達する圧力変換器において、圧力伝達管１の流入側と流出側とに、回転することにより圧力伝達管１に対する流路の切り替えを行い、接触させる流体の切り替えを行うロータ弁２Ａ、２Ｂを配設するとともに、排出する低圧側流体を用いてロータ弁２Ａ、２Ｂを回転させる水車９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、海水淡水化施設における逆浸透膜（ＲＯ膜）から排出される、廃棄濃縮塩水が持つ余剰圧力を、ろ過圧力の一部として回収することができる圧力変換器に関するものである。

逆浸透膜は、浸透圧を超える圧力を海水側に掛けることにより、反対側に塩を含まない真水を染み出させてろ過する膜のことであり、ろ過に当たっては浸透圧を超える多大な圧力が要求される。

ところで、真水を染み出させた後の濃縮塩水には、未だかなりの余剰圧力が残っており、この圧力を如何に有効なエネルギとして回収するかが、設備全体の効率を決めると言っても過言ではない。

そこで、従来より、下記のようなシステムが考えられている。
（１）モータ軸直結型ペルトン水車を回して、直接軸動力を緩和するシステム。
（２）ターボチャージャーにより、高圧濃縮塩水の持つ高い圧力を、ろ過前の低圧通常海水に伝達し加圧するシステム。
（３）圧力変換器により、高圧濃縮塩水とろ過前の低圧通常海水を、瞬時直接触れ合わせて圧力伝達を行うシステム。

このうち、３番目の圧力変換器として従来より使われているものは、原理的には同様のものであるが、大別すると、往復動作する弁で圧力伝達管の切り替えを行うものと、圧力伝達管を束にして回転させることで圧力伝達管の接続を切り替えるものとがある。
前者の場合、圧力伝達管を大型化しやすい反面、弁の切り替えが煩雑になり、耐久性への不安が残る。
また、後者の場合、回転部の質量が大きいため、大型化しようとするとロータの慣性モーメントが大きくなり、制御が難しくなる。

本発明は、上記従来の圧力変換器が有する問題点に鑑み、弁の切り替えを容易にして耐久性を向上させるとともに、圧力伝達管を固定して大型化に対応することができる圧力変換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の圧力変換器は、高圧側流体の圧力を切替弁と圧力伝達管とを介して低圧側流体に伝達する圧力変換器において、圧力伝達管の流入側と流出側とに、回転することにより圧力伝達管に対する流路の切り替えを行うロータ弁を配設するとともに、排出する低圧側流体を用いてロータ弁を回転させる水車を設けたことを特徴とする。

本発明の圧力変換器によれば、高圧側流体の圧力を切替弁と圧力伝達管とを介して低圧側流体に伝達する圧力変換器において、圧力伝達管の流入側と流出側とに、回転することにより圧力伝達管に対する流路の切り替えを行うロータ弁を配設するとともに、排出する低圧側流体を用いてロータ弁を回転させる水車を設けることから、弁の切り替えを容易にして耐久性を向上させるとともに、圧力伝達管を固定して大型化に対応することができ、これにより、現状でペルトン水車やターボチャージャーを適用すべきサイズの施設においても、より効率の良い圧力変換器を採用することが可能になる。
そして、排出する低圧側流体を用いてロータ弁を回転させる水車を設けることから、最後に出てくる低圧濃縮塩水の排水を用いて水車を駆動し、バルブを自動的に切り替えることが可能であり、これにより、バルブの信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の圧力変換器の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の圧力変換器の一実施例を示す。
この圧力変換器は、高圧側流体の圧力を切替弁と圧力伝達管１とを介して低圧側流体に伝達するもので、圧力伝達管１の流入側と流出側とに、回転することにより圧力伝達管１に対する流路の切り替えを行い、接触させる流体の切り替えを行うロータ弁２Ａ、２Ｂを配設するとともに、排出する低圧側流体を用いてロータ弁２Ａ、２Ｂを回転させる水車９を設けている。

圧力変換器は、図５に示すように、海水淡水化施設における逆浸透膜（ＲＯ膜）から排出される、廃棄・高圧濃縮塩水が持つ余剰圧力を、ろ過圧力の一部として回収するもので、本実施例では、大型化すると必然的に大きく取る必要のある圧力伝達管１を固定し、往復動作する弁の代わりに、弁体を回転させて流路を切り替えるロータ弁２Ａ、２Ｂを用いている。

高圧側流体は、逆浸透膜から排出された高圧濃縮塩水であり、図１（ａ）に示すように、圧力変換器の流入側から導入されるとともに、水車９を配設した中空管９２を通った後、圧力変換器の流出側から低圧濃縮塩水として廃棄される。
低圧側流体は、海水供給ポンプから送られた低圧通常海水であり、同図に示すように、圧力変換器の流入側から導入されるとともに、圧力変換器の流出側から高圧通常海水として逆浸透膜に供給される。
高圧濃縮塩水の配管３と低圧通常海水の配管４とは、図１（ｂ）に示すように、同一円周上に等間隔で交互に３つずつのポートを形成し、流入側のロータ弁２Ａのハウジング２１に接続されている。
また、低圧濃縮塩水の配管５と高圧通常海水の配管６とは、図１（ｃ）に示すように、同一円周上に等間隔で交互に３つずつのポート５ａ、６ａを形成し、流出側のロータ弁２Ｂのハウジング２１に接続されている。

ロータ弁２Ａ、２Ｂは、それぞれのハウジング２１に回転可能に収容された回転弁体２２を備え、流入側のロータ弁２Ａと流出側のロータ弁２Ｂとは、それぞれの回転弁体２２が軸受２３を介してロータ軸２４により接続されている。
流入側のロータ弁２Ａは、そのハウジング２１の流入側に、同一円周上に等間隔で形成された６つのポートを備えるとともに、ハウジング２１の流出側に、同一円周上に等間隔で形成された３つのポートを備えている。
このハウジング２１の流入側のポートには、高圧濃縮塩水と低圧濃縮塩水の配管３、４の３つずつのポート３ａ、４ａが接続されるとともに、ハウジング２１の流出側のポートには、３本の圧力伝達管１が接続されている。

また、流出側のロータ弁２Ｂは、そのハウジング２１の流入側に、同一円周上に等間隔で形成された３つのポートを備えるとともに、ハウジング２１の流出側に、同一円周上に等間隔で形成された６つのポートを備えている。
このハウジング２１の流入側のポートには、３本の圧力伝達管１が接続されるとともに、ハウジング２１の流出側のポートには、低圧濃縮塩水と高圧通常海水の配管５、６の３つずつのポート５ａ、６ａが接続されている。

一方、ロータ弁２Ａ、２Ｂの回転弁体２２は、図２（ａ）（ｃ）に示すように、同一円周上に形成された２本の直線流路７と、入口側と出口側とで１ピッチ位相を変位する２本の変位流路８とを備えている。
変位流路８は、回転弁体２２が回転することにより、圧力伝達管１に対する流路の切り替えを行い、接触させる流体の切り替えを行う。

水車９は、ロータ軸の周囲に同軸に中空管９２を配設することにより水車の流路を形成し、この流路内でロータ軸２４に羽根を付設することにより形成されている。
流路には、流出側のロータ弁２Ｂの低圧濃縮塩水の配管５から低圧濃縮塩水が供給され、供給された低圧濃縮塩水は、整流板９１で整流された後、水車９に回転力を付与して廃棄排出される。
本実施例では、このように最後に出てくる低圧濃縮塩水の排水を用いて水車９を駆動し、バルブを自動的に切り替えることが可能であり、これにより、バルブの信頼性を向上させることができる。

図２〜図４に、ロータ弁２Ａ、２Ｂによる流路の具体的な切替状態を示す。
図２に示す位相では、高圧濃縮塩水による高圧通常海水への圧力チャージは、Ａ３→Ｐ３→Ｄ３となる。
また、低圧通常海水による低圧濃縮塩水の追い出しは、Ｂ１→Ｐ１→Ｃ１となる。

図３に示す位相では、高圧濃縮塩水による高圧通常海水への圧力チャージは、Ａ２→Ｐ２→Ｄ２となる。
また、低圧通常海水による低圧濃縮塩水の追い出しは、Ｂ３→Ｐ３→Ｃ３となる。

図４に示す位相では、高圧濃縮塩水による高圧通常海水への圧力チャージは、Ａ１→Ｐ１→Ｄ１となる。
また、低圧通常海水による低圧濃縮塩水の追い出しは、Ｂ２→Ｐ２→Ｃ２となる。

なお、高圧濃縮塩水、低圧通常海水、低圧濃縮塩水及び高圧通常海水の各配管３〜６のポート数や、ロータ弁２Ａ、２Ｂにおける回転弁体２２の変位流路８の数量、圧力伝達管１の本数等は、適宜に変更することが可能である。

かくして、本実施例の圧力変換器は、高圧側流体の圧力を切替弁と圧力伝達管１とを介して低圧側流体に伝達する圧力変換器において、圧力伝達管１の流入側と流出側とに、回転することにより圧力伝達管１に対する流路の切り替えを行うロータ弁２Ａ、２Ｂを配設するとともに、排出する低圧側流体を用いてロータ弁２Ａ、２Ｂを回転させる水車９を設けることから、弁の切り替えを容易にして耐久性を向上させるとともに、圧力伝達管１を固定して大型化に対応することができ、これにより、現状でペルトン水車やターボチャージャーを適用すべきサイズの施設においても、より効率の良い圧力変換器を採用することが可能になる。
そして、排出する低圧側流体を用いてロータ弁２Ａ、２Ｂを回転させる水車９を設けることから、最後に出てくる低圧濃縮塩水の排水を用いて水車９を駆動し、バルブを自動的に切り替えることが可能であり、これにより、バルブの信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の圧力変換器について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の圧力変換器は、弁の切り替えを容易にして耐久性を向上させるとともに、圧力伝達管を固定して大型化に対応するという特性を有していることから、例えば、海水淡水化施設や上下水道分野の他、逆浸透膜（ＲＯ膜）を使用する各種ろ過施設に適用することができる。

本発明の圧力変換器の一実施例を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は高圧濃縮塩水と低圧通常海水のポートを示す正面図、（ｃ）は低圧濃縮塩水と高圧通常海水のポートを示す正面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｅ）は同Ｂ−Ｂ線断面図、（ｆ）は同Ｃ−Ｃ線断面図である。ロータ弁による流路の切替状態を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面相当図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線断面相当図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ線断面相当図である。同切替状態の別の位相を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面相当図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線断面相当図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ線断面相当図である。同さらに別の位相を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面相当図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線断面相当図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ線断面相当図である。海水淡水化施設における一般的な圧力変換器周りの流れを示すフロー図である。

符号の説明

１圧力伝達管
２Ａ流入側ロータ弁
２Ｂ流出側ロータ弁
２１ハウジング
２２回転弁体
２３軸受
２４ロータ軸
３高圧濃縮塩水の配管
４低圧通常海水の配管
５低圧濃縮塩水の配管
６高圧通常海水の配管
７直線流路
８変位流路
９水車
９１整流板
９２中空管

Claims

高圧側流体の圧力を切替弁と圧力伝達管とを介して低圧側流体に伝達する圧力変換器において、圧力伝達管の流入側と流出側とに、回転することにより圧力伝達管に対する流路の切り替えを行うロータ弁を配設するとともに、排出する低圧側流体を用いてロータ弁を回転させる水車を設けたことを特徴とする圧力変換器。