JP2012026490A - Seal ring, power-recovery device and seawater desalination unit - Google Patents

Seal ring, power-recovery device and seawater desalination unit Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a seal ring that has a long-life coating film having a stable quality, wherein the friction of the film is reduced to reduce driving energy of a piston, the film makes a power-recovery device high efficiency and is maintenance free for a long period, and also provide the power-recovery device and a seawater desalination unit with the seal ring.SOLUTION: The seal rings BR1 and BR3 are used by abutting on a sliding surface 67b on which a reciprocating and driving piston 63p and a cylinder 63s slide, or by abutting on a sliding surface 68b on which a piston rod 63r and the cylinder 63s slide. The seal rings include: annular base materials OR1 and OR3 having deformability for fluid-tightly sealing; and a diamond-like carbon film which covers at least part of the base materials OR1 and OR3 by the pulse plasma method and directly come into contact with the sliding surfaces 67b and 68b.

Description

本発明の実施形態は、シリンダ/ピストン間を液密にシールするシールリングに係り、そのシールリングを利用する動力回収装置および海水淡水化装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a seal ring that seals a cylinder / piston fluid-tightly, and relates to a power recovery device and a seawater desalination device that use the seal ring.

海水淡水化装置は、逆浸透圧より高い圧力の海水を逆浸透膜(以下、RO膜という)に供給し、海水中の塩分等の溶質を除去して淡水をつくり出し、残りの海水を高濃度塩水(ブライン)として排出する。ブラインは高圧のまま排出されるため高い圧力エネルギを保有している。   Seawater desalination equipment supplies seawater at a pressure higher than reverse osmosis pressure to a reverse osmosis membrane (hereinafter referred to as RO membrane), removes solutes such as salt in the seawater to produce freshwater, and the remaining seawater has a high concentration Drain as brine (brine). Since the brine is discharged at a high pressure, it has high pressure energy.

近時、海水淡水化装置において更に省エネルギ化を進めるために、海水淡水化装置に動力回収装置が付帯設備として設置されるようになってきている。動力回収装置は、例えば特許文献1に記載されているように、高圧のブラインを回収し、ブラインが保有する圧力エネルギを海水の加圧に利用する省エネ装置である。   Recently, in order to further save energy in the seawater desalination apparatus, a power recovery apparatus has been installed in the seawater desalination apparatus as ancillary equipment. The power recovery device is an energy saving device that recovers high-pressure brine and uses pressure energy held by the brine for pressurization of seawater, as described in Patent Document 1, for example.

特開2009−103109号公報、段落0065JP 2009-103109 A, paragraph 0065

ところで、従来の動力回収装置では、長期間のメンテナンスフリーを実現するために、シリンダ/ピストン間を液密にシールする摺動部材(シールリング)として、低摩擦係数と耐磨耗性を兼ね備えた材料、または、これらの特性を有した材料をコーティングしたOリング等を用いている。低摩擦係数と耐磨耗性のコーティング膜として特許文献1にはダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCという)などの各種材料が記載されている。   By the way, the conventional power recovery device has a low friction coefficient and wear resistance as a sliding member (seal ring) for liquid-tight sealing between the cylinder and the piston in order to realize long-term maintenance-free operation. A material or an O-ring coated with a material having these characteristics is used. Various materials such as diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC) are described in Patent Document 1 as a coating film having a low coefficient of friction and wear resistance.

しかしながら、従来のDLC膜はピンホールが発生しやすく、発生したピンホールを起点として膜に亀裂を生じて剥がれやすい。   However, the conventional DLC film tends to generate pinholes, and the film tends to crack due to the generated pinholes.

また、摺動部材を構成する基材が硬質ゴムや樹脂などの絶縁性の材料からなり、固体潤滑のため表面がドライな状態におかれるので、摺動部材に静電気が蓄積されて帯電しやすく、帯電した摺動部材に異物が付着しやすい。   In addition, since the base material constituting the sliding member is made of an insulating material such as hard rubber or resin and the surface is kept dry due to solid lubrication, static electricity is easily accumulated on the sliding member and is easily charged. Foreign matter tends to adhere to the charged sliding member.

さらに、前記硬質ゴムや樹脂等の基材は液密にシールするため、圧縮変形された状態でシリンダ/ピストン間に装着されるが、DLC膜は前記基材の変形に追従できず、装着時に割れや剥離を生じやすい。   Furthermore, since the base material such as hard rubber or resin is sealed in a liquid-tight manner, it is mounted between the cylinder / piston in a compressed state, but the DLC film cannot follow the deformation of the base material, Prone to cracking and peeling.

本発明の実施形態は上記課題を解決するためになされたものであり、低摩擦化によりピストンの駆動エネルギを低減でき、動力回収装置の高効率化を達成でき、長期間のメンテナンスフリーを実現できる長寿命で安定した品質のコーティング膜をもつシールリングおよびそれを有する動力回収装置と海水淡水化装置を提供することを目的とする。   Embodiments of the present invention have been made to solve the above-mentioned problems, and can reduce piston drive energy by reducing friction, achieve high efficiency of a power recovery device, and realize long-term maintenance-free operation. It is an object of the present invention to provide a seal ring having a long-life and stable quality coating film, and a power recovery apparatus and a seawater desalination apparatus having the seal ring.

本発明に係るシールリングは、往復駆動されるピストンとシリンダとが摺動する摺動面に当接するか、またはピストンロッドとシリンダとが摺動する摺動面に当接して用いられるシールリングであって、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。   The seal ring according to the present invention is a seal ring that is used in contact with a sliding surface on which a piston and a cylinder that are driven to reciprocate slide, or in contact with a sliding surface on which a piston rod and a cylinder slide. An annular base material having a deformability for liquid-tight sealing, a diamond-like carbon film coated on at least a part of the base material by a pulse plasma CVD method and in direct contact with the sliding surface; It is characterized by having.

本発明に係る動力回収装置は、圧力流体が導入または排出されるシリンダと、前記シリンダ内に可動支持され、前記圧力流体からの圧力を受けて前記シリンダ内で往復駆動されるピストンと、前記ピストンが前記シリンダに接触して摺動する摺動面に開口する溝に保持されたシールリングと、を具備する動力回収装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。   A power recovery apparatus according to the present invention includes a cylinder into which pressure fluid is introduced or discharged, a piston that is movably supported in the cylinder and that is driven to reciprocate in the cylinder by receiving pressure from the pressure fluid, and the piston And a seal ring that is held in a groove that opens in a sliding surface that slides in contact with the cylinder, wherein the seal ring has a deformability to seal liquid tightly. And a diamond-like carbon film coated on at least a part of the base material by a pulse plasma CVD method and in direct contact with the sliding surface.

本実施形態に係る海水淡水化装置は、海水に含まれる溶質を分離するための逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、海水に圧力を付与した状態で前記逆浸透膜モジュールに海水を供給するポンプと、前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を動力エネルギとして回収するためのシリンダとピストンを有する動力回収装置と、前記ピストンが前記シリンダ内で往復摺動する際に前記シリンダの摺動面または前記ピストンの摺動面のいずれかに当接して摺動するシールリングと、を具備する海水淡水化装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。   The seawater desalination apparatus according to the present embodiment supplies a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane for separating a solute contained in seawater and seawater to the reverse osmosis membrane module in a state where pressure is applied to the seawater. A power recovery device having a pump, a cylinder for recovering the pressure of the concentrated water discharged from the reverse osmosis membrane module as power energy, and a piston; and when the piston reciprocates in the cylinder, And a seal ring that slides in contact with either the sliding surface or the sliding surface of the piston, wherein the seal ring has a deformability for liquid-tight sealing. An annular base material, and a diamond-like carbon film coated on at least a part of the base material by a pulse plasma CVD method and in direct contact with the sliding surface. And wherein the Rukoto.

本明細書中において重要な用語を以下に定義する。   Important terms in this specification are defined below.

パルスプラズマCVD法とは、高周波パワーと高圧パルスパワーを重畳させた重畳パワーを印加することにより間欠的に放電を生じさせて原料ガスをプラズマ化し、プラズマ中のイオンを基材に印加したバイアス電圧で形成された電界で基材方向に加速・引き寄せることで基材上に原料ガス成分を堆積させる化学気相成長法をいう。このパルスプラズマCVD法では、放電をパルス化することにより、高周波印加時にコーティングするイオンを形成し、高圧印加時にイオンを加速・堆積させるという工程を繰り返すことで、残留応力が極めて小さい軟質皮膜と硬質皮膜との積層構造を形成させることが可能である。また、高いガス圧力下で安定した放電プラズマが生成されるため、中程度の真空下で密着性に優れた膜が得られる。   The pulse plasma CVD method is a bias voltage in which a material gas is made plasma by intermittently generating a discharge by applying a superimposed power obtained by superimposing a high frequency power and a high voltage pulse power, and ions in the plasma are applied to the substrate. This is a chemical vapor deposition method in which a source gas component is deposited on a substrate by accelerating and pulling in the direction of the substrate with the electric field formed in step (b). In this pulsed plasma CVD method, the discharge is pulsed to form ions to be coated when a high frequency is applied, and the process of accelerating and depositing ions when a high voltage is applied is repeated. It is possible to form a laminated structure with the film. In addition, since stable discharge plasma is generated under a high gas pressure, a film having excellent adhesion can be obtained under a moderate vacuum.

動力回収装置を有する海水淡水化装置の概要を示す構成ブロック図。The block diagram which shows the outline | summary of the seawater desalination apparatus which has a power recovery device. 動作時の動力回収装置の一形態を示す構成ブロック図。The block diagram which shows one form of the power recovery device at the time of operation | movement. 動作時の動力回収装置の他の形態を示す構成ブロック図。The block diagram which shows the other form of the power recovery device at the time of operation | movement. 動力回収装置のシリンダ/ピストン間およびシリンダ/ロッド間の各摺動部を示す部分拡大断面図。The partial expanded sectional view which shows each sliding part between cylinders / pistons and between cylinders / rods of a power recovery device. シリンダ/ピストン間の摺動部に用いるシール部材を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the seal member used for the sliding part between cylinders / pistons. (a)はプラズマCVD法の成膜原理を説明するための模式図、(b)はイオン注入法の原理を説明するための模式図。(A) is a schematic diagram for demonstrating the film-forming principle of plasma CVD method, (b) is a schematic diagram for demonstrating the principle of an ion implantation method. パルスプラズマ法に用いる装置の概要を示す構成ブロック図。The block diagram which shows the outline | summary of the apparatus used for a pulse plasma method. 図7のパルスプラズマ装置の要部を示す図。The figure which shows the principal part of the pulse plasma apparatus of FIG. (a)は高周波プラズマCVD法を用いて成膜されたDLC膜の表面を撮影したSEM写真、(b)は高周波プラズマCVD法を用いて成膜されたDLC膜の縦断面を撮影したSEM写真。(A) is a SEM photograph in which the surface of the DLC film formed by using the high-frequency plasma CVD method is photographed, and (b) is a SEM photograph in which a longitudinal section of the DLC film formed by using the high-frequency plasma CVD method is photographed. . パルスプラズマCVD法を用いて成膜されたDLC膜の縦断面を撮影したSEM写真。The SEM photograph which image | photographed the longitudinal cross-section of the DLC film formed into a film using the pulse plasma CVD method. (a)は高周波プラズマCVD法により成膜されたDLC膜(亀裂あり)の縦断面を撮影したSEM写真、(b)は高周波プラズマCVD法により成膜された他のDLC膜(亀裂あり)の縦断面を撮影したSEM写真。(A) is an SEM photograph of a longitudinal section of a DLC film (with cracks) formed by a high-frequency plasma CVD method, and (b) is another DLC film (with cracks) formed by a high-frequency plasma CVD method. SEM photograph of a longitudinal section. (a),(b),(c)はシールリングにコーティングしたDLC膜の圧縮変形試験を説明するための模式図。(A), (b), (c) is a schematic diagram for demonstrating the compression deformation test of the DLC film coated on the seal ring. シールリングにコーティングしたDLC膜の摩擦係数測定試験を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the friction coefficient measurement test of the DLC film coated on the seal ring. (a)は圧縮変形量0.5mmのときの摩擦係数測定試験結果を示す特性線図、(b)は圧縮変形量1.0mmのときの摩擦係数測定試験結果を示す特性線図。(A) is a characteristic diagram showing a friction coefficient measurement test result when the amount of compressive deformation is 0.5 mm, and (b) is a characteristic diagram showing a friction coefficient measurement test result when the amount of compressive deformation is 1.0 mm.

本発明の種々の好ましい実施の形態を以下に説明する。   Various preferred embodiments of the present invention are described below.

(1)本実施形態に係るシールリングは、往復駆動されるピストンとシリンダとが摺動する摺動面に当接するか、またはピストンロッドとシリンダとが摺動する摺動面に当接して用いられるシールリングであって、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有するものである。   (1) The seal ring according to the present embodiment is used in contact with the sliding surface on which the piston and cylinder to be reciprocated slide, or on the sliding surface on which the piston rod and cylinder slide. An annular base material having a deformability for liquid-tight sealing, and a diamond-like material that is coated on at least a part of the base material by a pulse plasma CVD method and is in direct contact with the sliding surface A carbon film.

高周波プラズマCVD法を用いて成膜されたDLCコーティング膜は、基材との密着性に優れ、表層部に柱状(しわ状)組織が発達して表面に凹凸がある(図9(a)(b))。この柱状(しわ状)組織は変形能に優れているため基材が変形しても割れを生じ難いが、しわ状の組織構造であるため皮膜の硬さが著しく低く、摺動面の面圧が小さい場合には優れた低摩擦係数と耐磨耗特性を示すが、海水淡水化装置のシール部のように面圧が高い場合は短時間で損耗または剥離を生じる。さらに、コーティング中の真空度が比較的高いので、ニトリルゴム(NBR)のような揮発成分の多い基材にはコーティングができない。   The DLC coating film formed using the high-frequency plasma CVD method has excellent adhesion to the base material, a columnar (wrinkle-like) structure develops in the surface layer portion, and the surface has irregularities (FIG. 9 (a) ( b)). This columnar (wrinkle-like) structure is excellent in deformability, so it is difficult to crack even when the substrate is deformed. However, because of the wrinkle-like structure, the hardness of the film is extremely low, and the surface pressure of the sliding surface When the surface pressure is small, an excellent low friction coefficient and wear resistance are exhibited. However, when the surface pressure is high as in the seal part of the seawater desalination apparatus, wear or delamination occurs in a short time. Furthermore, since the degree of vacuum in the coating is relatively high, it is impossible to coat a substrate having a large amount of volatile components such as nitrile rubber (NBR).

これに対して、パルスプラズマCVD法を用いて成膜されたDLCコーティング膜は、基材との密着性に優れているばかりでなく膜質が均一性に優れ、高周波プラズマCVD法で成膜した膜に比べて表面が平滑である(図10)。この膜は、高周波電源ON/高圧パルス電源OFFの時は比較的硬さの低いDLC皮膜が形成され、逆に高周波電源OFF/高圧パルス電源ONの時は硬さの高いDLC皮膜が形成されるため、軟質皮膜と硬質皮膜がナノメートル単位で積層された皮膜を得ることが可能である。このようなナノオーダーでの積層構造と、イオン注入時の局部的な加熱による皮膜のアニーリング効果により、DLC皮膜中の残留応力をほぼゼロにすることができ、高周波プラズマCVD法で成膜したDLC膜と比べて硬く、高強度、変形能等のすべてにおいて優れた特性を有している。また、コーティング中の雰囲気も高真空が不要なため、ニトリルゴム等の揮発成分の多いゴムや樹脂にもコーティングが可能であり、無機粒子で補強された樹脂等の複合材料にも容易にコーティングすることができる。   On the other hand, the DLC coating film formed using the pulse plasma CVD method is not only excellent in adhesion to the base material but also excellent in film quality, and formed by the high frequency plasma CVD method. The surface is smooth compared to (Fig. 10). This film forms a relatively low hardness DLC film when the high-frequency power supply ON / high-voltage pulse power supply is OFF, and conversely forms a high hardness DLC film when the high-frequency power supply OFF / high-voltage pulse power supply is ON. Therefore, it is possible to obtain a film in which a soft film and a hard film are laminated in nanometer units. The residual stress in the DLC film can be made almost zero by such a nano-order layered structure and the effect of annealing of the film by local heating at the time of ion implantation, and the DLC film formed by the high-frequency plasma CVD method. It is harder than the film and has excellent properties such as high strength and deformability. In addition, since the coating atmosphere does not require high vacuum, it can be applied to rubber and resin with many volatile components such as nitrile rubber, and it can be easily applied to composite materials such as resin reinforced with inorganic particles. be able to.

なお、シールリングとしてのOリングの基材には、樹脂、ゴム系材料または金属材料のいずれかを用いることができる。また、シールリングとしてのブライドリングの基材には、樹脂またはゴム系材料のいずれかを用いることができる。樹脂として超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)などが好ましい。ゴム系材料としてエチレンプロピレンゴム(EPDM)などが好ましい。金属材料として二相ステンレス鋼(SUS 329J1)またはスーパー二相ステンレス鋼(SUS 329J4L)が好ましい。   For the base material of the O-ring as the seal ring, any of resin, rubber-based material, or metal material can be used. Moreover, either a resin or a rubber-based material can be used for the base material of the bride ring as the seal ring. As the resin, ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE) is preferred. As the rubber material, ethylene propylene rubber (EPDM) or the like is preferable. As the metal material, duplex stainless steel (SUS 329J1) or super duplex stainless steel (SUS 329J4L) is preferable.

(2)上記(1)において、基材上に複数のダイヤモンドライクカーボン膜を重ねて被覆することが好ましい。   (2) In the above (1), it is preferable to coat a plurality of diamond-like carbon films on the base material.

このようにすると、第1層のDLC膜に発生したピンホールを第2層以降のDLC膜により塞ぐことができるので、ピンホールを起点とする亀裂が発生しなくなる。このため、品質安定性が高く、長寿命のDLCコーティング膜が得られる。   In this way, pinholes generated in the DLC film of the first layer can be closed by the DLC films of the second and subsequent layers, so that cracks starting from the pinholes do not occur. Therefore, a DLC coating film having high quality stability and a long life can be obtained.

(3)上記(1)または(2)のいずれかにおいて、ダイヤモンドライクカーボン膜の膜厚を1μm以上、好ましくは2μm以上とすることが望ましい(図10)。   (3) In any one of the above (1) and (2), it is desirable that the thickness of the diamond-like carbon film is 1 μm or more, preferably 2 μm or more (FIG. 10).

DLC膜の寿命は相手材、面圧、摺動条件等によって変わるが、1μm以上、好ましくは2μm以上に厚くすると、シールリングの寿命が延長されて長期間にわたりシールリングの交換が不要になる。このため、シールリングを用いる動力回収装置や高圧ポンプを長期にメンテナンスフリーの扱いとすることが可能になる。とくにパルスプラズマCVD法により成膜した膜は、均一性に優れる高品質の膜質を有するので、シールリングの寿命を大幅に延ばすことができる。DLC膜は厚いほど摺動寿命は増大する傾向を示すが、厚く成り過ぎると製造コスト増を招くとともに、皮膜も割れや剥離を生じやすくなるので、10μmを超える過大な膜厚にしないことが肝要である。   The life of the DLC film varies depending on the mating material, surface pressure, sliding conditions, etc. However, if the thickness is increased to 1 μm or more, preferably 2 μm or more, the life of the seal ring is extended and it is not necessary to replace the seal ring over a long period of time. For this reason, it becomes possible to make the power recovery device and high-pressure pump using the seal ring a maintenance-free treatment for a long time. In particular, a film formed by the pulse plasma CVD method has a high-quality film quality with excellent uniformity, so that the life of the seal ring can be greatly extended. As the DLC film becomes thicker, the sliding life tends to increase. However, if it is too thick, the manufacturing cost increases, and the film tends to crack or peel off. Therefore, it is important not to make the film thickness over 10 μm. It is.

(4)上記(1)乃至(3)のうちのいずれか1において、ダイヤモンドライクカーボン膜の電気抵抗を105〜108Ωの範囲とすることが好ましい。 (4) In any one of the above (1) to (3), it is preferable that the electrical resistance of the diamond-like carbon film is in the range of 10 5 to 10 8 Ω.

このようにすると、シールリングが帯電しにくくなり、異物が析出・付着・堆積し難くなるので、長期間連続使用中における摺動摩擦抵抗の上昇が有効に防止される。また、異物付着によるDLC膜の損傷(傷つき)が有効に防止される。   This makes it difficult for the seal ring to be charged and makes it difficult for foreign matter to deposit, adhere and accumulate, so that an increase in sliding frictional resistance during continuous use for a long period of time is effectively prevented. Further, damage (scratching) of the DLC film due to foreign matter adhesion is effectively prevented.

ちなみに、一般的なCVD法で成膜したDLC膜の表面抵抗は通常106Ω程度である。一方、高周波プラズマCVD法で成膜した図9(a)(b)に示すしわ状DLC膜の表面抵抗は1012Ω程度である。 Incidentally, the surface resistance of a DLC film formed by a general CVD method is usually about 10 6 Ω. On the other hand, the surface resistance of the wrinkled DLC film shown in FIGS. 9A and 9B formed by the high frequency plasma CVD method is about 10 12 Ω.

(5)上記(1)乃至(4)のうちのいずれか1において、基材は、樹脂単体とするか、あるいは無機繊維または無機粒子で補強された樹脂を有する複合材料とすることができる。   (5) In any one of the above (1) to (4), the base material may be a single resin or a composite material having a resin reinforced with inorganic fibers or inorganic particles.

樹脂として超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアセタール(POM)、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェニールホルムアルデヒド(PF)のいずれかが好ましい。   Ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamide (PA), polyimide (PI), polyacetal (POM), polypropylene (PP), polyphenylene Any of sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), and phenyl formaldehyde (PF) is preferable.

補強材となる無機繊維として炭素繊維またはガラス繊維を用いることができる。また、補強材となる無機粒子としてシリカ粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、窒化ケイ素粒子のいずれかを用いることができる。   Carbon fiber or glass fiber can be used as the inorganic fiber serving as a reinforcing material. In addition, any of silica particles, alumina particles, zirconia particles, and silicon nitride particles can be used as the inorganic particles serving as a reinforcing material.

(6)上記(1)乃至(4)のうちのいずれか1において、基材はゴム系材料を含むことができる。   (6) In any one of the above (1) to (4), the base material may include a rubber-based material.

シールリングとしてのOリング及びブライドリングの基材には、ゴム系材料を含ませることができる。ゴム系材料を単体で基材としてもよいし、ゴム系材料を無機繊維や無機粒子などの補強材で補強するようにしてもよい。   The base material of the O-ring and the bride ring as the seal ring can contain a rubber-based material. The rubber-based material may be used alone as a base material, or the rubber-based material may be reinforced with a reinforcing material such as inorganic fibers or inorganic particles.

ゴム系材料としてニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(H-NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、ウレタンゴム(U)、イソプレンゴム(IR)、シリコンゴム(SiR)、フッ素ゴム(FKM)のいずれかが好ましい。   Nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), ethylene propylene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), butyl rubber (IIR), urethane rubber (U), isoprene rubber (IR), Either silicon rubber (SiR) or fluororubber (FKM) is preferable.

樹脂としてアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアセタール(POM)、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェニールホルムアルデヒド(PF)が好ましい。   Acrylonitrile, butadiene, styrene (ABS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamide (PA), polyimide (PI), polyacetal (POM), polypropylene (PP), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (resin) PEEK) and phenyl formaldehyde (PF) are preferred.

ちなみにシリンダの構成材料には、樹脂とガラス繊維との複合材料または金属材料を用いることができる。複合材料のマトリックス樹脂としてポリカーボネート(PC)、ポリアセタール(POM)、超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアリレート(PAR)、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)が好ましい。金属材料として二相ステンレス鋼(SUS 329J1)またはスーパー二相ステンレス鋼(SUS 329J4L)が好ましい。   Incidentally, a composite material of resin and glass fiber or a metal material can be used as a constituent material of the cylinder. Polycarbonate (PC), polyacetal (POM), ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene ether (PPE), polytetrafluoroethylene (PCT) as matrix resin for composite materials PTFE), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), polyetherimide (PEI), polyethersulfone (PES), polyamide (PA), polyimide ( PI) and polyamideimide (PAI) are preferred. As the metal material, duplex stainless steel (SUS 329J1) or super duplex stainless steel (SUS 329J4L) is preferable.

DLC皮膜自体が自己潤滑性に優れているため、コーティングにより摺動時の摩擦係数の低減化を図ることが可能であるが、皮膜厚さが比較的薄いため、シールリングがシリンダに接触して摺動するシリンダ摺動面も平滑な仕上げ面にすることが好ましい。このようなシリンダ摺動面は、ピストンの外周溝に保持されたシールリングを滑らかに摺動させるために最大高さ0.8μm Rmax 以上の表面粗さに仕上げられていることが好ましい。シリンダ摺動面の表面粗さを最大高さ0.8μm Rmax以上とすることにより、DLC被覆シールリングとの間の摩擦係数が0.1以下に低減されるようになるからである。   Since the DLC film itself is excellent in self-lubricating properties, it is possible to reduce the coefficient of friction during sliding by coating, but since the film thickness is relatively thin, the seal ring comes into contact with the cylinder. The sliding surface of the cylinder that slides is preferably a smooth finished surface. Such a cylinder sliding surface is preferably finished to a surface roughness of a maximum height of 0.8 μm Rmax or more in order to smoothly slide the seal ring held in the outer peripheral groove of the piston. This is because the coefficient of friction with the DLC-coated seal ring is reduced to 0.1 or less by setting the surface roughness of the cylinder sliding surface to a maximum height of 0.8 μm Rmax or more.

また、ピストン及びロッドの構成材料には、金属材料、セラミック材料またはエンジニアリングプラスチックを用いることができる。金属材料として二相ステンレス鋼(SUS 329J1)またはスーパー二相ステンレス鋼(SUS 329J4L)が好ましい。セラミック材料としてアルミナ(Al2O3)、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素(SiC)、サイアロン(SiAlON)が好ましい。エンジニアリングプラスチックとして超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアリレート(PAR)、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルサルホン(PES)が好ましい。なお、ピストンとロッドはできるだけ同じ材料とすることが好ましい。 Moreover, a metal material, a ceramic material, or an engineering plastic can be used for the constituent material of a piston and a rod. As the metal material, duplex stainless steel (SUS 329J1) or super duplex stainless steel (SUS 329J4L) is preferable. As the ceramic material, alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and sialon (SiAlON) are preferable. Engineering plastics include ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE), polyphenylene ether (PPE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyarylate (PAR), polysulfone (PSF) ), Polyetherimide (PEI), and polyethersulfone (PES) are preferable. The piston and rod are preferably made of the same material as much as possible.

(7)本実施形態に係る動力回収装置は、圧力流体が導入または排出されるシリンダと、前記シリンダ内に可動支持され、前記圧力流体からの圧力を受けて前記シリンダ内で往復駆動されるピストンと、前記ピストンが前記シリンダに接触して摺動する摺動面に開口する溝に保持されたシールリングと、を具備する動力回収装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。   (7) The power recovery apparatus according to the present embodiment includes a cylinder into which pressure fluid is introduced or discharged, and a piston that is movably supported in the cylinder and reciprocally driven in the cylinder by receiving pressure from the pressure fluid. And a seal ring held in a groove that opens in a sliding surface that slides in contact with the cylinder, wherein the seal ring is liquid-tightly sealed An annular base material having deformability, and a diamond-like carbon film coated on at least a part of the base material by a pulse plasma CVD method and in direct contact with the sliding surface.

本実施形態の動力回収装置では、シールリングの基材上にパルスプラズマCVD法により被覆された高品質のDLC膜が存在するため、シリンダ/ピストン駆動部を長期間にわたりメンテナンスフリーの扱いとすることが可能となることに加えて、低摩擦化によりピストンの駆動エネルギを著しく低減することができ、動力回収装置の高効率化を達成することができる。パルスプラズマCVD法により成膜した膜は、均一性、密着性、変形能に優れる高品質の膜質を有するので、低摩擦化による高い回収効率を長期間に渡って維持することができる。   In the power recovery device of this embodiment, since the high-quality DLC film coated by the pulse plasma CVD method is present on the base material of the seal ring, the cylinder / piston drive unit should be treated as maintenance-free for a long period of time. In addition to the above, it is possible to significantly reduce the driving energy of the piston by reducing the friction, and to achieve high efficiency of the power recovery device. Since the film formed by the pulse plasma CVD method has a high quality film quality excellent in uniformity, adhesion, and deformability, high recovery efficiency due to low friction can be maintained over a long period of time.

(8)本実施形態に係る海水淡水化装置は、海水に含まれる溶質を分離するための逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、海水に圧力を付与した状態で前記逆浸透膜モジュールに海水を供給するポンプと、前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を動力エネルギとして回収するためのシリンダとピストンを有する動力回収装置と、前記ピストンが前記シリンダ内で往復摺動する際に前記シリンダの摺動面または前記ピストンの摺動面のいずれかに当接して摺動するシールリングと、を具備する海水淡水化装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。   (8) The seawater desalination apparatus according to the present embodiment includes a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane for separating a solute contained in seawater, and seawater is added to the reverse osmosis membrane module in a state where pressure is applied to the seawater. A power recovery device having a piston and a piston for recovering the pressure of the concentrated water discharged from the reverse osmosis membrane module as power energy, and when the piston reciprocally slides in the cylinder A seal ring that slides in contact with either the sliding surface of the cylinder or the sliding surface of the piston, wherein the seal ring is deformed for liquid-tight sealing. And a diamond-like carbon film that is coated on at least a part of the base material by a pulse plasma CVD method and is in direct contact with the sliding surface. Characterized in that it has a.

本実施形態の海水淡水化装置では、シールリングの基材上にパルスプラズマCVD法により被覆された低摩擦係数・耐磨耗性に優れた高品質のDLC膜が存在するため、動力回収装置を長期間にわたりメンテナンスフリーの扱いで高い動力回収効率を維持することが可能となる。ことが可能となる。パルスプラズマCVD法により成膜した膜は、均一性に優れる高品質の膜質を有するので、低摩擦化による高い回収効率を長期間に渡って維持することができる。   In the seawater desalination apparatus of this embodiment, since there is a high-quality DLC film excellent in low friction coefficient and wear resistance coated on the base material of the seal ring by the pulse plasma CVD method, the power recovery apparatus is It is possible to maintain high power recovery efficiency by handling maintenance for a long period of time. It becomes possible. Since the film formed by the pulse plasma CVD method has a high quality film quality with excellent uniformity, high recovery efficiency due to low friction can be maintained over a long period of time.

(9)上記(8)において、前記ポンプが、前記ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたシールリングをさらに有することができる。   (9) In the above (8), the pump may further include a seal ring covered with the diamond-like carbon film.

動力回収装置のシリンダ/ピストン駆動部ばかりでなく、RO膜モジュールに海水を圧送する高圧ポンプや低圧ポンプの寿命延長を図ることができる。   In addition to the cylinder / piston drive part of the power recovery device, it is possible to extend the life of high-pressure pumps and low-pressure pumps that pump seawater to the RO membrane module.

さらに、海水淡水化装置および動力回収装置内は高圧・高濃度の海水に常時接するだけでなく、RO膜の洗浄のため高圧の酸、アルカリ溶液にも定期的に晒される。ゴム、樹脂等の有機物はこのような高圧水により分子結合が切断され、短期間で劣化することも予想される。前記DLC皮膜は酸、アルカリにも全く腐食されないため、摺動部に限らず有機物の表面にコーティングし、前記、酸、アルカリと有機物を遮断することにより有機物で構成された部材の長寿命化、メンテナンスフリー化も達成できる。   Further, the seawater desalination apparatus and power recovery apparatus are not only constantly in contact with high-pressure and high-concentration seawater, but are also periodically exposed to high-pressure acid and alkali solutions for cleaning the RO membrane. It is expected that organic substances such as rubber and resin are deteriorated in a short period of time because the molecular bonds are broken by such high-pressure water. Since the DLC film is not corroded by acid or alkali at all, the surface of the organic substance is not limited to the sliding part, and the life of the member composed of the organic substance is increased by blocking the acid, alkali and organic substance. Maintenance-free can also be achieved.

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

先ず図1を参照して第1の実施形態に係る動力回収装置60を備えた海水淡水化装置の概要を説明する。海水淡水化装置1では、汲み上げられた海水は、前処理系10で薬品処理され、送水ポンプ20により、保安フィルタ30へ送水される。保安フィルタ30を通過した海水は、一方が高圧ポンプ40へ供給され、他方が動力回収装置60へ供給される。このとき、保安フィルタ30から出力された海水の圧力P3は、0.2MPa程度である。   First, an outline of a seawater desalination apparatus including a power recovery apparatus 60 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In the seawater desalination apparatus 1, the pumped-up seawater is subjected to chemical treatment in the pretreatment system 10 and is fed to the safety filter 30 by the water pump 20. One of the seawater that has passed through the safety filter 30 is supplied to the high-pressure pump 40, and the other is supplied to the power recovery device 60. At this time, the pressure P3 of the seawater output from the safety filter 30 is about 0.2 MPa.

高圧ポンプ40は、供給された海水を昇圧し、高圧RO膜モジュール50へ出力する。このとき、昇圧後の圧力P4は、高圧RO膜モジュール50の種類によって異なるが、ここでは代表値として6.0MPaとする。   The high pressure pump 40 pressurizes the supplied seawater and outputs it to the high pressure RO membrane module 50. At this time, the pressure P4 after the pressure increase varies depending on the type of the high-pressure RO membrane module 50, but is set to 6.0 MPa as a representative value here.

高圧RO膜モジュール50は、供給された海水をろ過する。高圧RO膜モジュール50の回収率が40%の場合、高圧RO膜モジュール50からは、流入した流量の40%の淡水と、60%の高濃度塩水(ブライン)とが排出される。このとき、淡水の圧力は、0.2MPa程度(=P3)まで低下するが、高濃度塩水の圧力P6は約5.8MPaである。高圧RO膜モジュール50からの淡水は低圧ポンプ80へ供給され、ブラインは動力回収装置60へ供給される。   The high-pressure RO membrane module 50 filters the supplied seawater. When the recovery rate of the high-pressure RO membrane module 50 is 40%, the high-pressure RO membrane module 50 discharges 40% of fresh water and 60% of high-concentration salt water (brine). At this time, the pressure of the fresh water is reduced to about 0.2 MPa (= P3), but the pressure P6 of the high-concentration salt water is about 5.8 MPa. Fresh water from the high-pressure RO membrane module 50 is supplied to the low-pressure pump 80, and the brine is supplied to the power recovery device 60.

高圧RO膜モジュール50からの淡水は、低圧ポンプ80で再加圧され、低圧RO膜モジュール90を通過することで、含有ホウ素の除去等が施される。そして、低圧RO膜モジュール90を通過した淡水は、浄水池100で薬品処理され、浄水として供給ポンプ110から家庭等へ供給される。   The fresh water from the high-pressure RO membrane module 50 is re-pressurized by the low-pressure pump 80 and passes through the low-pressure RO membrane module 90 to remove boron contained therein. Then, the fresh water that has passed through the low-pressure RO membrane module 90 is treated with chemicals in the water purification basin 100, and is supplied as purified water from the supply pump 110 to a home or the like.

動力回収装置60は、高濃度塩水に含まれる圧力エネルギを利用し、保安フィルタ30からの海水を昇圧して出力する。動力回収装置60からの海水は、高圧ポンプ40からの海水と合流し、高圧RO膜モジュール50へ導入される。   The power recovery device 60 uses the pressure energy contained in the high-concentration salt water to boost and output the seawater from the safety filter 30. Seawater from the power recovery device 60 merges with seawater from the high pressure pump 40 and is introduced into the high pressure RO membrane module 50.

排出弁70の一端は、大気開放されている。この排出弁70により、動力回収装置60で圧力エネルギを回収されたブラインの排出流量が制御されるようになっている。   One end of the discharge valve 70 is open to the atmosphere. The discharge valve 70 controls the discharge flow rate of the brine whose pressure energy has been recovered by the power recovery device 60.

次に図2と図3を参照して動力回収装置60の構成および作用を説明する。   Next, the configuration and operation of the power recovery device 60 will be described with reference to FIGS.

図2に示すように、動力回収装置60は、圧力調整弁61、4ポート切替弁62、圧力変換部63、海水供給部64、ロッド位置検出部 65a〜65dおよび制御部66を有している。圧力調整弁61は、高圧RO膜モジュール50から流出されるブラインを制限することで、4ポート切替弁62へ導出されるブラインの圧力を調整するものである。高圧RO膜モジュール50からのブラインの圧力P6は、高圧RO膜モジュール50を長期間使用することによりRO膜がつまり減少する。圧力調整弁61は、この減少分を調整するために用いられる。これにより、動力回収装置60から出力される海水の圧力P14と、高圧ポンプ40から出力される海水の圧力P4とが常に等しくなる。   As shown in FIG. 2, the power recovery device 60 includes a pressure adjustment valve 61, a 4-port switching valve 62, a pressure conversion unit 63, a seawater supply unit 64, rod position detection units 65 a to 65 d, and a control unit 66. . The pressure regulating valve 61 regulates the brine pressure led out to the 4-port switching valve 62 by restricting the brine flowing out from the high-pressure RO membrane module 50. The brine pressure P6 from the high-pressure RO membrane module 50 reduces the RO membrane by using the high-pressure RO membrane module 50 for a long period of time. The pressure adjustment valve 61 is used to adjust this decrease. Accordingly, the seawater pressure P14 output from the power recovery device 60 and the seawater pressure P4 output from the high-pressure pump 40 are always equal.

4ポート切替弁62は、ブラインの圧力変換部63への流入及び、圧力変換部63からの排出の方向を切り替えるものである。4ポート切替弁62は、制御部66からの切替指示に従ってブラインの流入及び排出の方向を切り替える。なお、4ポート切替弁62を切り替える方式として空圧式、水圧式、油圧式またはソレノイドコイルによる方式等がある。水圧源として、ブライン、送水ポンプ20から出た海水、または、高圧ポンプ40から出た高圧塩水を用いてもよい。   The 4-port switching valve 62 switches the direction of inflow of brine into the pressure conversion unit 63 and discharge from the pressure conversion unit 63. The 4-port switching valve 62 switches the direction of inflow and discharge of brine in accordance with a switching instruction from the control unit 66. As a method for switching the 4-port switching valve 62, there are a pneumatic method, a hydraulic method, a hydraulic method, a method using a solenoid coil, and the like. As a water pressure source, brine, seawater from the water pump 20, or high-pressure salt water from the high-pressure pump 40 may be used.

圧力変換部63は、1対の変換器63A,63Bを備えている。変換器63Aと変換器63Bは実質的に同じ構造であるため、ここでは代表して一方の変換器63Aのみを説明する。変換器63Aは、シリンダ63s、ピストン63pおよびロッド63rを備えている。   The pressure conversion unit 63 includes a pair of converters 63A and 63B. Since the converter 63A and the converter 63B have substantially the same structure, only one converter 63A will be described as a representative here. The converter 63A includes a cylinder 63s, a piston 63p, and a rod 63r.

シリンダ63sは、内径が200mm程度でストローク長が2m程度の円筒状のガラス繊維強化プラスチック(GFRP)からなり、3つの開口部を有する密閉空間を形成している。シリンダ構成材料であるGFRPのマトリクス樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のいずれかを用いることが好ましいが、このうち特にエポキシ樹脂を用いることが好ましい。エポキシ樹脂は、強度、耐水性、耐薬品性のいずれも優れているからである。また、シリンダ用のGFRPには、シートワインディングよりもフィラメントワインディングのほうが好ましい。フィラメントワインディングGFRPのほうが高強度用途に適しているからである。なお、本実施形態の装置ではシリンダ構成材料にGFRPを用いているが、シリンダ構成材料はこれのみに限定されるものではなく、シリンダ構成材料に炭素繊維で強化した炭素繊維強化プラスチックを用いてもよく、また二相ステンレス鋼(SUS 329J1, SUS 329J4L等)のような金属材料をシリンダ構成材料に用いてもよい。   The cylinder 63s is made of a cylindrical glass fiber reinforced plastic (GFRP) having an inner diameter of about 200 mm and a stroke length of about 2 m, and forms a sealed space having three openings. One of epoxy resin, phenol resin, and unsaturated polyester resin is preferably used as the matrix resin of GFRP, which is a cylinder constituent material. Among these, epoxy resin is particularly preferable. This is because epoxy resins are excellent in strength, water resistance, and chemical resistance. Further, filament winding is preferable to sheet winding for GFRP for cylinders. This is because filament winding GFRP is more suitable for high-strength applications. In the apparatus of this embodiment, GFRP is used as the cylinder constituent material. However, the cylinder constituent material is not limited to this, and a carbon fiber reinforced plastic reinforced with carbon fiber may be used as the cylinder constituent material. Alternatively, a metal material such as duplex stainless steel (SUS 329J1, SUS 329J4L, etc.) may be used as the cylinder constituent material.

ロッド63rは、一端が第2の空間側からピストン63pに接合され、他端がシリンダ63sの開口部を通って外部へ突出している。開口部の周縁には図示しないシール材が取り付けられている。ロッド63rは第2の空間側からピストン63sに接合されていることにより、ピストン63pが第1の空間に面する面積A1と、ピストン63sが第2の空間に面する面積A2とは異なることとなる。ここで、第1空間側の面積A1と第2空間側の面積A2との比率は、2つの圧力P4,P6と2つの摩擦力とを含む所定の数式を用いて算出された面積比の解(数値)に合致するように予め設定されている。但し、圧力P4は高圧ポンプ40からの海水の圧力、圧力P6は高圧RO膜50からの高濃度塩水の圧力、摩擦力F1はシリンダ63sとピストン63pとの間の摩擦力、摩擦力F2はシリンダ63sとロッド63rとの間の摩擦力にそれぞれ該当する。   One end of the rod 63r is joined to the piston 63p from the second space side, and the other end projects outside through the opening of the cylinder 63s. A sealing material (not shown) is attached to the periphery of the opening. Since the rod 63r is joined to the piston 63s from the second space side, the area A1 where the piston 63p faces the first space is different from the area A2 where the piston 63s faces the second space. Become. Here, the ratio between the area A1 on the first space side and the area A2 on the second space side is a solution of the area ratio calculated using a predetermined formula including two pressures P4 and P6 and two frictional forces. It is set in advance to match (numerical value). However, the pressure P4 is the pressure of seawater from the high-pressure pump 40, the pressure P6 is the pressure of high-concentration salt water from the high-pressure RO membrane 50, the friction force F1 is the friction force between the cylinder 63s and the piston 63p, and the friction force F2 is the cylinder This corresponds to the frictional force between 63s and the rod 63r.

海水供給部64は、逆止弁V1〜V4を備える。逆止弁V1〜V4は、周囲の圧力差に応じてそれぞれ独立して開閉する。これにより海水を動力回収装置60から外部へ供給するか、または圧力変換部63へ、海水が供給されることとなる。   The seawater supply unit 64 includes check valves V1 to V4. The check valves V1 to V4 open and close independently depending on the surrounding pressure difference. Accordingly, seawater is supplied from the power recovery device 60 to the outside, or seawater is supplied to the pressure conversion unit 63.

2つの検出部65a,65bは、第1のシリンダ63sから突出したロッド63rの位置を検出するための位置センサである。第1の検出部65aは、ピストン63pがシリンダ63sの左端に近接したときにロッド63rを検出できる位置(ロッド検出可能位置)に配置されている。第2の検出部65bは、ピストン63pがシリンダ63sの右端に近接したときにロッド63rが検出されない位置(ロッド非検出位置)に配置されている。第1の検出部65aは、ロッド63rを検出し、その検出信号を制御部66に出力する。第2の検出部65bは、ロッド63rを検出しない場合に、その非検出信号を制御部66に出力する。これにより、シリンダ63sに対するピストン63pの相対位置を把握することができる。   The two detectors 65a and 65b are position sensors for detecting the position of the rod 63r protruding from the first cylinder 63s. The first detector 65a is disposed at a position where the rod 63r can be detected when the piston 63p approaches the left end of the cylinder 63s (rod detectable position). The second detector 65b is arranged at a position where the rod 63r is not detected when the piston 63p approaches the right end of the cylinder 63s (rod non-detection position). The first detection unit 65 a detects the rod 63 r and outputs a detection signal to the control unit 66. The second detection unit 65b outputs a non-detection signal to the control unit 66 when the rod 63r is not detected. Thereby, the relative position of the piston 63p with respect to the cylinder 63s can be grasped.

第3及び第4の検出部65c,65dは、第1及び第2の検出部65a,65bと実質的に同じ構成であり、第2のシリンダ63sから突出したロッド63rの位置を検出するための位置センサである。第3の検出部65cは、ロッド63rを検出し、その検出信号を制御部66に出力する。第4の検出部65dは、ロッド63rを検出しない場合に、その非検出信号を制御部66に出力する。これにより、シリンダ63sに対するピストン63pの相対位置を把握することができる。   The 3rd and 4th detection parts 65c and 65d are the same composition as the 1st and 2nd detection parts 65a and 65b, and are for detecting the position of rod 63r projected from the 2nd cylinder 63s. It is a position sensor. The third detection unit 65 c detects the rod 63 r and outputs a detection signal to the control unit 66. The fourth detection unit 65d outputs the non-detection signal to the control unit 66 when the rod 63r is not detected. Thereby, the relative position of the piston 63p with respect to the cylinder 63s can be grasped.

制御部66は、4つの検出部65a,65b,65c,65dから送られてくる信号に応じて、4ポート切替弁62に対して切替信号を出力するようになっている。すなわち、制御部66は、第1の検出部65aおよび第4の検出部65dから検出信号を受けた場合は、第1のピストン63pが第1のシリンダ63sの図中左端近傍に位置し、第2のピストン63pが第2のシリンダ63sの図中右端近傍に位置すると判断し、第1のシリンダ63sから高濃度塩水を排水させ、かつ、第2のシリンダ63s内へ高濃度塩水を給水するように、4ポート切替弁62に対して切替信号を出すようになっている。   The control unit 66 outputs a switching signal to the 4-port switching valve 62 in accordance with signals sent from the four detection units 65a, 65b, 65c, and 65d. That is, when the control unit 66 receives detection signals from the first detection unit 65a and the fourth detection unit 65d, the first piston 63p is positioned in the vicinity of the left end of the first cylinder 63s in the drawing, It is determined that the second piston 63p is positioned in the vicinity of the right end of the second cylinder 63s in the drawing, so that the high-concentration salt water is drained from the first cylinder 63s and the high-concentration salt water is supplied into the second cylinder 63s. In addition, a switching signal is output to the 4-port switching valve 62.

一方、制御部66は、第2の検出部65bおよび第3の検出部65cから検出信号を受けた場合は、第1のピストン63pが第1のシリンダ63sの図中右端近傍に位置し、第2のピストン63pが第2のシリンダ63sの図中左端近傍に位置すると判断し、第1のシリンダ63s内に高濃度塩水を給水させ、かつ、第2のシリンダ63sから高濃度塩水を排水するように、4ポート切替弁62に対して切替信号を出すようになっている。   On the other hand, when the control unit 66 receives detection signals from the second detection unit 65b and the third detection unit 65c, the first piston 63p is positioned in the vicinity of the right end of the first cylinder 63s in the drawing, It is determined that the second piston 63p is positioned in the vicinity of the left end of the second cylinder 63s in the drawing, so that the high-concentration salt water is supplied into the first cylinder 63s and the high-concentration salt water is drained from the second cylinder 63s. In addition, a switching signal is output to the 4-port switching valve 62.

次に動力回収装置60の動作を説明する。   Next, the operation of the power recovery device 60 will be described.

図2において、動力回収装置60は、第1の変換器63Aにブラインが給水され、第2の変換器63Bからブラインが排水される状態にある。保安フィルタ30からの海水は、0.2MPa(=P3)の圧力で高圧ポンプ40へ供給されると共に、逆止弁V4を通って第2シリンダ65sの第2の空間に導入される。   In FIG. 2, the power recovery device 60 is in a state where brine is supplied to the first converter 63A and the brine is drained from the second converter 63B. Seawater from the safety filter 30 is supplied to the high-pressure pump 40 at a pressure of 0.2 MPa (= P3), and is introduced into the second space of the second cylinder 65s through the check valve V4.

高圧ポンプ40で6.0MPa(=P4)に昇圧された海水は、動力回収装置60からの海水と合流され、高圧RO膜モジュール50の一次側へ導入される。このとき、動力回収装置60からの海水は、第1の変換器63Aの第2の空間から排出され、逆止弁V2を通過したものである。高圧RO膜モジュール50は、淡水とブラインとを排出する。   Seawater whose pressure is increased to 6.0 MPa (= P4) by the high-pressure pump 40 is merged with seawater from the power recovery device 60 and introduced to the primary side of the high-pressure RO membrane module 50. At this time, seawater from the power recovery device 60 is discharged from the second space of the first converter 63A and passes through the check valve V2. The high-pressure RO membrane module 50 discharges fresh water and brine.

高圧RO膜モジュール50から排出されたブラインは、圧力調整弁61および4ポート切替弁62を通過し、第1の変換器63Aの第1の空間へ流入する。このとき、第1の変換器63Aの第2の空間には海水が充填されている。ブラインは、第1シリンダ63s内にあるピストン63pを第2の空間方向へ移動させ、第2の空間内の海水を加圧しながら排出させる。   The brine discharged from the high-pressure RO membrane module 50 passes through the pressure regulating valve 61 and the 4-port switching valve 62 and flows into the first space of the first converter 63A. At this time, the second space of the first converter 63A is filled with seawater. The brine moves the piston 63p in the first cylinder 63s toward the second space, and discharges the seawater in the second space while pressurizing it.

ここで、ピストン63pが第1の空間に面する面積をA1とし、ピストン63sが第2の空間に面する面積をA2とすると、シリンダ63sの第2の空間から排出される海水の圧力P8は、4ポート切替弁62からのブラインの圧力P7を用いて、P8=P7×(A1/A2)で与えられる。これにより、圧力P8は、高圧RO膜モジュール50内に導入される圧力P4と同等か少し高い圧力となる。   Here, if the area where the piston 63p faces the first space is A1, and the area where the piston 63s faces the second space is A2, the pressure P8 of the seawater discharged from the second space of the cylinder 63s is Using the brine pressure P7 from the 4-port switching valve 62, P8 = P7 × (A1 / A2). Thereby, the pressure P8 is equal to or slightly higher than the pressure P4 introduced into the high-pressure RO membrane module 50.

ここで、図2における逆止弁V1〜V4の状態を以下に説明する。   Here, the states of the check valves V1 to V4 in FIG. 2 will be described below.

圧力P8>圧力P3であるため、逆止弁V1は閉じている。また、圧力P8>圧力P14であるため、逆止弁V2は開いている。ここで、圧力P8と圧力P14との圧力差は、逆止弁V2を海水が通過するときの圧力損失と考えることができる。   Since the pressure P8> the pressure P3, the check valve V1 is closed. Further, since the pressure P8> the pressure P14, the check valve V2 is open. Here, the pressure difference between the pressure P8 and the pressure P14 can be considered as a pressure loss when seawater passes through the check valve V2.

また、圧力P14>圧力P13であるため、逆止弁V3は閉じている。また、排出弁70の一端は、大気開放されているため、第2シリンダ63sの第2の空間のゲージ圧力はほぼゼロである。つまり、P13は小さな圧力である。そのため、P3>P13であり、逆止弁V4は開いている。   Further, since the pressure P14> the pressure P13, the check valve V3 is closed. Further, since one end of the discharge valve 70 is open to the atmosphere, the gauge pressure in the second space of the second cylinder 63s is almost zero. That is, P13 is a small pressure. Therefore, P3> P13 and the check valve V4 is open.

保安フィルタ30からの海水は、逆止弁V4を通って第2シリンダ63sの第2の空間へ流入する。このとき、第2シリンダ63sの第1の空間にはブラインが充填されている。ここで、排出弁70の一端は、大気開放されているため、第2シリンダ63sの第1の空間のゲージ圧はほぼゼロである。逆止弁V4を通過した海水は、0.2MPaの圧力を有し、第2シリンダ63s内でピストン63pを第1の空間のほうへ移動させる。ピストン63pが第1の空間のほうへ移動することにより、第1の空間内のブラインが4ポート切替弁62および排出弁70を通って排出される。なお、ピストン63pは、約2mのストローク長をもつシリンダ63s内を約1分間のサイクルでゆっくりと往復移動する。   Seawater from the safety filter 30 flows into the second space of the second cylinder 63s through the check valve V4. At this time, the first space of the second cylinder 63s is filled with brine. Here, since one end of the discharge valve 70 is open to the atmosphere, the gauge pressure in the first space of the second cylinder 63s is substantially zero. The seawater that has passed through the check valve V4 has a pressure of 0.2 MPa, and moves the piston 63p toward the first space in the second cylinder 63s. As the piston 63p moves toward the first space, the brine in the first space is discharged through the 4-port switching valve 62 and the discharge valve 70. The piston 63p slowly reciprocates within a cylinder 63s having a stroke length of about 2 m in a cycle of about 1 minute.

上記の動作が継続された場合、第1の変換器63Aのピストン63pはシリンダ63sの左端へ近接し、第2の変換器63Bのピストン63pはシリンダ63sの右端へ近接する。すると、第1の検出部65aは第1のロッド63rが接触したことを検出し、第4の検出部65dは第2のロッド63rが非接触となったことを検出する。これにより、検出部65a,65dから制御部66へ検出信号がそれぞれ出力される。制御部66は、各検出信号が入力されると、それらの入力信号に基づいて高濃度塩水の流入方向と排出方向を切り替えるための制御信号を4ポート切替弁62に出力する。これにより動力回収装置60は図3に示す状態になり、圧力変換部63へのブラインの流入・排出方向が切り替わる。   When the above operation is continued, the piston 63p of the first converter 63A approaches the left end of the cylinder 63s, and the piston 63p of the second converter 63B approaches the right end of the cylinder 63s. Then, the 1st detection part 65a detects that the 1st rod 63r contacted, and the 4th detection part 65d detects that the 2nd rod 63r became non-contact. As a result, detection signals are output from the detection units 65a and 65d to the control unit 66, respectively. When each detection signal is input, the controller 66 outputs a control signal for switching the inflow direction and the discharge direction of the high-concentration salt water to the 4-port switching valve 62 based on the input signals. As a result, the power recovery device 60 enters the state shown in FIG. 3, and the inflow / discharge direction of the brine to the pressure conversion unit 63 is switched.

なお、本実施形態では、排出弁70を開閉することで、第1のピストン63pの移動速度と第2のピストン63pの移動速度とを等しくするようにしている。これにより、送水ポンプ20の流量は時間的に変動せず、安定した動作をするようになる。   In the present embodiment, the moving speed of the first piston 63p and the moving speed of the second piston 63p are made equal by opening and closing the discharge valve 70. As a result, the flow rate of the water pump 20 does not fluctuate with time and operates stably.

図3に示す動力回収装置60では、第2の変換器63Bにブラインが供給され、第1の変換器63Aからブラインが排出される。   In the power recovery device 60 shown in FIG. 3, the brine is supplied to the second converter 63B, and the brine is discharged from the first converter 63A.

高圧RO膜モジュール50から排出されたブラインは、圧力調整弁61および4ポート切替弁62を経由して第2シリンダ63sの第1の空間に流入する。このとき、第2シリンダ63sの第2の空間には海水が充填されている。ブラインは、ピストン63pを第2シリンダ63s内で第2の空間のほうへ移動させ、第2の空間から海水を排出させる。   The brine discharged from the high-pressure RO membrane module 50 flows into the first space of the second cylinder 63s via the pressure adjustment valve 61 and the 4-port switching valve 62. At this time, the second space of the second cylinder 63s is filled with seawater. The brine moves the piston 63p toward the second space in the second cylinder 63s and discharges the seawater from the second space.

ここで、第2のピストン63pが第1の空間に面する面積がA1であり、第2のピストン63pが第2の空間に面する面積がA2であることから、第2シリンダ63sの第2の空間から排出される海水の圧力P13は、4ポート切替弁62からのブラインの圧力P7を用いて、P13=P7×(A1/A2)となる。これにより、圧力P13は、高圧RO膜モジュール50に導入される圧力P4と同等か少し高い圧力となる。   Here, since the area where the second piston 63p faces the first space is A1, and the area where the second piston 63p faces the second space is A2, the second cylinder 63s has the second area. The pressure P13 of the seawater discharged from this space is P13 = P7 × (A1 / A2) using the brine pressure P7 from the 4-port switching valve 62. As a result, the pressure P13 is equal to or slightly higher than the pressure P4 introduced into the high-pressure RO membrane module 50.

図3の状態における逆止弁V1〜V4について説明する。   The check valves V1 to V4 in the state of FIG. 3 will be described.

圧力P13>圧力P3であるため、第4の逆止弁V4は閉じている。また、圧力P13>圧力P14であるため、第3の逆止弁V3は開いている。ここで、圧力P13と圧力P14との圧力差は、第2の逆止弁V2を海水が通過するときの圧力損失と考えることができる。   Since the pressure P13> the pressure P3, the fourth check valve V4 is closed. Further, since the pressure P13> the pressure P14, the third check valve V3 is open. Here, the pressure difference between the pressure P13 and the pressure P14 can be considered as a pressure loss when seawater passes through the second check valve V2.

また、圧力P14>圧力P8であるため、第2の逆止弁V2は閉じている。排出弁70の一端は大気開放されているため、第1シリンダ63sの第2の空間のゲージ圧力はほぼゼロである。つまり、圧力P8は小さい。そのため、P3>P8であり、第1の逆止弁V1は開いている。   Further, since the pressure P14> the pressure P8, the second check valve V2 is closed. Since one end of the discharge valve 70 is open to the atmosphere, the gauge pressure in the second space of the first cylinder 63s is almost zero. That is, the pressure P8 is small. Therefore, P3> P8 and the first check valve V1 is open.

保安フィルタ30からの海水は、第1の逆止弁V1を通って第1シリンダ63sの第2の空間に流入する。このとき、第1シリンダ63sの第1の空間にはブラインが充填されている。排出弁70の一端は大気開放されているため、第1シリンダ63sの第1の空間のゲージ圧力はほぼゼロである。第1の逆止弁V1を通過した海水は、0.2MPaの圧力を有し、ピストン63pを第1シリンダ63s内で第1の空間のほうへ移動させる。ピストン63pが第1の空間のほうへ移動することにより、ブラインが第1の空間から排出される。   Seawater from the safety filter 30 flows into the second space of the first cylinder 63s through the first check valve V1. At this time, the first space of the first cylinder 63s is filled with brine. Since one end of the discharge valve 70 is open to the atmosphere, the gauge pressure in the first space of the first cylinder 63s is almost zero. The seawater that has passed through the first check valve V1 has a pressure of 0.2 MPa, and moves the piston 63p toward the first space in the first cylinder 63s. As the piston 63p moves toward the first space, the brine is discharged from the first space.

上記の動作が継続された場合、第2のピストン63pはシリンダ63sの左端に近接し、第1のピストン63pはシリンダ63sの右端に近接する。すると、第3の検出部65cはロッド63rが接触したことを検出し、第2の検出部65bはロッド63rが非接触となったことを検出する。これにより、検出部65b,65cから制御部66へ検出信号がそれぞれ出力される。制御部66は、各検出信号が入力されると、それらの入力信号に基づいてブラインの流入方向と排出方向を切り替えるための制御信号を4ポート切替弁62に出力する。これにより動力回収装置60は図2に示す状態に戻り、圧力変換部63へのブラインの流入・排出方向が切り替わる。   When the above operation is continued, the second piston 63p is close to the left end of the cylinder 63s, and the first piston 63p is close to the right end of the cylinder 63s. Then, the 3rd detection part 65c detects that the rod 63r contacted, and the 2nd detection part 65b detects that the rod 63r became non-contact. As a result, detection signals are output from the detection units 65b and 65c to the control unit 66, respectively. When each detection signal is input, the controller 66 outputs a control signal for switching the inflow direction and the discharge direction of the brine to the 4-port switching valve 62 based on the input signals. As a result, the power recovery device 60 returns to the state shown in FIG. 2, and the inflow / discharge direction of the brine to the pressure conversion unit 63 is switched.

次に図4と図5を参照してシリンダ、ピストン、ロッド、シールリング間の摺動部について説明する。   Next, the sliding part between the cylinder, piston, rod, and seal ring will be described with reference to FIGS.

図4に示すように、ピストン63pの外周摺動面67aには溝G1が形成され、溝G1のなかにシールリングとしてのOリング OR1が挿入されている。Oリング OR1は、溝G1から少し突出し、シリンダ63sの摺動面67bに当接している。このOリング OR1によりシリンダ63s内のスペース(ピストン移動空間)が第1の空間と第2の空間とに仕切られている。図中右側の第1の空間には高圧RO膜モジュール50からブラインが供給され、図中左側の第2の空間には海水供給部64から海水が供給されるようになっている。   As shown in FIG. 4, a groove G1 is formed in the outer peripheral sliding surface 67a of the piston 63p, and an O-ring OR1 as a seal ring is inserted into the groove G1. The O-ring OR1 slightly protrudes from the groove G1 and is in contact with the sliding surface 67b of the cylinder 63s. A space (piston movement space) in the cylinder 63s is partitioned into a first space and a second space by the O-ring OR1. Brine is supplied from the high-pressure RO membrane module 50 to the first space on the right side in the figure, and seawater is supplied from the seawater supply unit 64 to the second space on the left side in the figure.

図5に示すように、Oリング OR1の外周にはブライドリングBR1が装着されている。ブライドリングBR1は、Oリング OR1の外周に嵌め込まれ、強度部材としてのOリング OR1を保護し、Oリング OR1の寿命延長を図るための保護部材である。Oリング OR1の外周面にはDLC膜69aが被覆されている。また、ブライドリングBR1の外周面にもDLC膜69bが被覆されている。これらのDLC膜69a,69bは、パルスプラズマCVD法または高周波プラズマCVD法を用いて成膜され、それぞれ膜厚が1.3μm,2.1μmである。パルスプラズマCVD法の成膜には後述する図7と図8に示すCVD成膜装置120を用いた。Oリング OR1の構成材料(基材)はニトリルゴムである。ブライドリングBR1の構成材料(基材)は高分子ポリエチレンまたはカーボンファイバー充填PTFE樹脂である。なお、本実施形態ではブライドリングBR1の外周面にDLC膜をコーティングしているが、さらにブライドリングBR1の両側面や周囲、Oリングの周囲にもDLC膜をコーティングするようにしてもよい。   As shown in FIG. 5, a bride ring BR1 is mounted on the outer periphery of the O-ring OR1. The bride ring BR1 is a protective member that is fitted on the outer periphery of the O-ring OR1, protects the O-ring OR1 as a strength member, and extends the life of the O-ring OR1. The outer peripheral surface of the O-ring OR1 is covered with a DLC film 69a. The DLC film 69b is also coated on the outer peripheral surface of the bride ring BR1. These DLC films 69a and 69b are formed using a pulse plasma CVD method or a high-frequency plasma CVD method, and have a film thickness of 1.3 μm and 2.1 μm, respectively. For film formation by the pulse plasma CVD method, a CVD film formation apparatus 120 shown in FIGS. 7 and 8 described later was used. The constituent material (base material) of the O-ring OR1 is nitrile rubber. The constituent material (base material) of the bride ring BR1 is high molecular polyethylene or carbon fiber filled PTFE resin. In the present embodiment, the DLC film is coated on the outer peripheral surface of the bride ring BR1, but the DLC film may also be coated on both sides and the periphery of the bride ring BR1 and the periphery of the O-ring.

シリンダ63sの摺動面68bには2つの溝G2,G3が形成され、一方の溝G2のなかにはシールリングとしてのOリング OR2が挿入され、他方の溝G3のなかにはシールリングとしてのOリング OR3が挿入されている。Oリング OR3の内周にはブライドリングBR3が装着されている。ブライドリングBR3は、上述のブライドリングBR1と同様にDLC膜がコーティングされている。ブライドリングBR3は、DLC膜がロッド63rの摺動面68aに直接接触するように当接している。これに対してOリング OR2のほうにはブライドリングが装着されていないで、Oリング OR2のDLC膜がロッド63rの摺動面68aに直接当接している。   Two grooves G2 and G3 are formed on the sliding surface 68b of the cylinder 63s, an O-ring OR2 as a seal ring is inserted into one groove G2, and an O-ring OR3 as a seal ring is inserted into the other groove G3. Has been inserted. Bride ring BR3 is installed on the inner circumference of O-ring OR3. The bride ring BR3 is coated with a DLC film in the same manner as the above-described bride ring BR1. The bride ring BR3 is in contact with the DLC film so as to directly contact the sliding surface 68a of the rod 63r. On the other hand, the B-ring is not attached to the O-ring OR2, and the DLC film of the O-ring OR2 is in direct contact with the sliding surface 68a of the rod 63r.

なお、本実施形態ではピストン外周の摺動面側にシールリング保持溝を形成しているが、シリンダの摺動面側のほうにシールリング保持溝を形成するようにしてもよい。また、本実施形態ではシリンダ摺動面側にシールリング保持溝を形成しているが、ロッドの摺動面側のほうにシールリング保持溝を形成するようにしてもよい。   In this embodiment, the seal ring holding groove is formed on the sliding surface side of the outer periphery of the piston. However, the seal ring holding groove may be formed on the sliding surface side of the cylinder. In this embodiment, the seal ring holding groove is formed on the cylinder sliding surface side. However, the seal ring holding groove may be formed on the sliding surface side of the rod.

次に図6を参照して薄DLC膜形成プロセスとして高周波プラズマCVD法とパルスプラズマCVD法を対比して説明する。   Next, a high frequency plasma CVD method and a pulse plasma CVD method will be described as a thin DLC film formation process with reference to FIG.

高周波プラズマCVD法は、図6の(a)に示すように、基材の表面に低エネルギの成膜成分を順次積み重ねて堆積させるものである。すなわち高周波プラズマCVD法では、基材の上方に放電プラズマを発生させ、放電プラズマ中で成膜成分ガスが電離した陽イオンを、電場で基材に引き寄せて、基材上に成膜成分を堆積させて膜とする。   In the high-frequency plasma CVD method, as shown in FIG. 6A, low-energy film-forming components are sequentially stacked and deposited on the surface of a substrate. That is, in the high-frequency plasma CVD method, discharge plasma is generated above the base material, and the cations ionized by the film formation component gas in the discharge plasma are attracted to the base material by an electric field, and the film formation component is deposited on the base material. Let it be a membrane.

これに対してパルスプラズマCVD法は、図6の(b)に示すように、基材の内部に高エネルギで成膜成分を侵入させるものである。すなわちパルスプラズマCVD法では、高圧パルスによる強力な電場でカーボンイオンを加速して基材中に打ち込み、成膜成分(成分原子)を基材のなかに注入する。   In contrast, in the pulse plasma CVD method, as shown in FIG. 6 (b), a film forming component is allowed to enter the substrate with high energy. That is, in the pulse plasma CVD method, carbon ions are accelerated by a strong electric field generated by a high-pressure pulse, and are implanted into the substrate, and the film forming components (component atoms) are injected into the substrate.

[成膜方法と装置]
次に図7と図8を参照してDLC膜のコーティングに用いられるパルスプラズマCVD法とその装置の概要について説明する。
[Film formation method and apparatus]
Next, an outline of the pulse plasma CVD method and apparatus used for coating the DLC film will be described with reference to FIGS.

パルスプラズマCVD法の特徴を以下に列挙する。   The characteristics of the pulse plasma CVD method are listed below.

1)残留応力のない変形能の大きい膜を形成すること
2)成膜温度が低いこと(60℃以下)
3)高い真空度が不要で、揮発成分の多い有機物にも成膜できること(低真空度)
4)膜の密着力が高いこと
5) 高周波プラズマCVD法に比べて皮膜の硬度が高く、良好な耐磨耗性を有する
上記の特徴を有することから、パルスプラズマCVD法によれば、海水淡水化装置および動力回収装置摺動部の、ゴム、樹脂等の有機材料部材に対して低摩擦、耐磨耗(長寿命)、高密着性、高靭性、かつ、低コストのDLC膜が得られる。
1) Form a highly deformable film without residual stress
2) Low deposition temperature (60 ° C or less)
3) A high degree of vacuum is not required, and the film can be formed even on organic substances with many volatile components (low vacuum)
4) High film adhesion
5) Higher film hardness than high-frequency plasma CVD method and good wear resistance. Because of the above features, seawater desalination equipment and power recovery equipment sliding parts according to pulse plasma CVD method Thus, a low-friction, wear-resistant (long life), high adhesion, high toughness, and low-cost DLC film can be obtained with respect to organic material members such as rubber and resin.

このようなパルスプラズマCVD法の成膜プロセスは、図7に示すパルスプラズマ成膜装置120を用いて行われる。パルスプラズマ成膜装置120は2つの電源126,127を有する。すなわち高周波電源126と高圧パルス電源127の2つである。これら2つの電源126,127から別々に給電される2つのパワー(高周波パワーと高圧パルスパワー)を重畳装置128のマッチング回路で重ね合わせ、重畳パワーをフィードスルー125を介して真空チャンバ121内の電極123,124に供給し、電極123,124の周囲に間欠的なパルスプラズマ放電129を発生させる。なお、図示しないガス供給源から成膜ガスが真空チャンバ121内に供給されるようになっている。   Such a film formation process of the pulse plasma CVD method is performed using a pulse plasma film formation apparatus 120 shown in FIG. The pulse plasma film forming apparatus 120 has two power sources 126 and 127. That is, two are a high-frequency power source 126 and a high-voltage pulse power source 127. Two powers (high-frequency power and high-voltage pulse power) supplied separately from these two power sources 126 and 127 are superimposed by a matching circuit of the superimposing device 128, and the superimposing power is applied to the electrodes 123 and 124 in the vacuum chamber 121 through the feedthrough 125. Then, intermittent pulse plasma discharge 129 is generated around the electrodes 123 and 124. A film forming gas is supplied into the vacuum chamber 121 from a gas supply source (not shown).

図8に示すように、板状のベース電極123の上に円柱状の補助電極124が立設され、補助電極124に複数のワーク122(Oリンク゛又はフ゛ライト゛リンク゛)が装着されている。補助電極124の外径はワーク122の内径にほぼ等しく、ワーク122は補助電極124の外周面に接触した状態で嵌め込まれている。高周波パワーが電極123,124に印加されると、電極123,124及びワーク122を取り囲むように放電プラズマ129が生成される。この時、メタン等の原料ガスが電離しイオン化し、ワーク122の表面がカーボンイオンで覆われるようになる。その後、高周波パワーがOFFになり、高圧パルスパワーが印加されると原料ガスのイオン化成分が強力な電場により基材方向に加速される。この工程を所定のインターバルで繰り返すことにより、軟質皮膜と硬質皮膜が積層されたDLC皮膜を形成できる。さらに、初層の成膜条件から条件を変えて2層、3層あるいは4層以上と積み重ねることにより、CVDのような薄膜コーティングではピンホール状欠陥の発生を抑えることが難しいが、コーティング工程で高周波パワーと高圧パルスパワーの両者をOFFにするインターバルを設けることにより、初層に生じたピンホールを塞ぐとともに、DLC膜の総膜厚を2.0μm以上まで厚くする。   As shown in FIG. 8, a cylindrical auxiliary electrode 124 is erected on a plate-like base electrode 123, and a plurality of workpieces 122 (O link or bright link) are mounted on the auxiliary electrode 124. The outer diameter of the auxiliary electrode 124 is substantially equal to the inner diameter of the work 122, and the work 122 is fitted in a state of being in contact with the outer peripheral surface of the auxiliary electrode 124. When high frequency power is applied to the electrodes 123 and 124, a discharge plasma 129 is generated so as to surround the electrodes 123 and 124 and the workpiece 122. At this time, the source gas such as methane is ionized and ionized, and the surface of the workpiece 122 is covered with carbon ions. Thereafter, when the high-frequency power is turned off and the high-pressure pulse power is applied, the ionized component of the source gas is accelerated in the direction of the substrate by a strong electric field. By repeating this process at predetermined intervals, a DLC film in which a soft film and a hard film are laminated can be formed. Furthermore, it is difficult to suppress the occurrence of pinhole defects in thin film coatings such as CVD by changing the conditions from the initial film formation conditions to stacking two, three or four or more layers. By providing an interval for turning off both the high frequency power and the high voltage pulse power, the pinhole generated in the first layer is closed and the total thickness of the DLC film is increased to 2.0 μm or more.

[高周波プラズマCVD法で成膜したDLC膜のミクロ組織]
エチレンプロピレンゴム(EPゴム)、ニトリルゴム(NBRゴム)及びシリコンゴム、エポキシ樹脂の4種類のゴム系および樹脂系材料に対して高周波プラズマCVD法によりDLC膜をそれぞれコーティングした。
[Microstructure of DLC film formed by high-frequency plasma CVD method]
A DLC film was coated on each of four types of rubber-based and resin-based materials such as ethylene propylene rubber (EP rubber), nitrile rubber (NBR rubber), silicon rubber, and epoxy resin by a high-frequency plasma CVD method.

成膜ガスとしてアルゴンとメタンの混合ガスを用いてコーティング試験を実施した。   A coating test was conducted using a mixed gas of argon and methane as a film forming gas.

各種サンプルのうちEPゴムとシリコンゴム基材にはDLCコーティングが可能であったが、揮発成分の多いニトリルゴムはコーティングができなかった。代表例としてEPゴム基材上に形成されたDLCコーティング膜を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて2万倍の倍率で撮影した。   Among the various samples, DLC coating was possible on EP rubber and silicon rubber base material, but nitrile rubber with many volatile components could not be coated. As a representative example, a DLC coating film formed on an EP rubber substrate was photographed at a magnification of 20,000 times using a scanning electron microscope (SEM).

図9の(a)に示すように、高周波プラズマCVD法によりEPゴム上にコーティングしたDLC膜は、表面が凹凸している。   As shown in FIG. 9A, the surface of the DLC film coated on the EP rubber by the high-frequency plasma CVD method is uneven.

図9の(b)に示すように、同サンプル膜の断面を観察すると、内部に粒径が揃ったDLC粒子がみられ、表層部にDLCの柱状組織が発達している。   As shown in FIG. 9B, when a cross section of the sample film is observed, DLC particles having a uniform particle diameter are observed inside, and a DLC columnar structure is developed in the surface layer portion.

[パルスプラズマCVD法で成膜したDLC膜のミクロ組織]
同様にエチレンプロピレンゴム(EPゴム)、ニトリルゴム(NBRゴム)及びシリコンゴム、エポキシ樹脂の4種類のゴム系および樹脂系材料に対してパルスプラズマCVD法によりDLC膜をコーティングした。
[Microstructure of DLC film formed by pulsed plasma CVD method]
Similarly, a DLC film was coated by a pulse plasma CVD method on four types of rubber materials and resin materials such as ethylene propylene rubber (EP rubber), nitrile rubber (NBR rubber), silicon rubber, and epoxy resin.

成膜ガスとしてアルゴン、メタン、トルエンの混合ガスを用いてコーティング試験を実施した約14MHzの高周波パワーと約10kVの高圧パルスパワーとを重ね合わせた重畳パワーを電極に印加した。   A superimposed power obtained by superimposing a high frequency power of about 14 MHz and a high voltage pulse power of about 10 kV, which was subjected to a coating test using a mixed gas of argon, methane, and toluene as a film forming gas, was applied to the electrodes.

成膜したDLCコーティング膜を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて2万倍の倍率で撮影した。DLCコーティング膜の平均膜厚は2.1μmであった。   The formed DLC coating film was photographed at a magnification of 20,000 times using a scanning electron microscope (SEM). The average film thickness of the DLC coating film was 2.1 μm.

図10に示すように、パルスプラズマCVD法によりシリカ粒子分散エポキシ樹脂上にコーティングしたDLC膜は、高周波プラズマCVD法で成膜した膜に比べて表面が平滑であり、均一性に優れた緻密な組織をもつ膜質であった。   As shown in FIG. 10, the DLC film coated on the silica particle-dispersed epoxy resin by the pulse plasma CVD method has a smoother surface than the film formed by the high-frequency plasma CVD method, and is a dense and excellent in uniformity. It was a membrane with tissue.

[比較例サンプル膜のミクロ組織]
アルミニウム基材に対して高周波プラズマCVD法により2種類の比較例のDLC膜をコーティングした。2つの比較例サンプルのDLCコーティング膜を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて2万倍の倍率でそれぞれ撮影した。
[Microstructure of Comparative Example Sample Film]
Two types of comparative DLC films were coated on an aluminum substrate by a high-frequency plasma CVD method. Two DLC coating films of comparative examples were photographed at a magnification of 20,000 times using a scanning electron microscope (SEM).

図11の(a)に示すように、比較例1のDLC膜には割れが発生した。   As shown in FIG. 11A, cracks occurred in the DLC film of Comparative Example 1.

図11の(b)に示すように、比較例2のDLC膜にも割れが発生した。   As shown in FIG. 11B, cracks were also generated in the DLC film of Comparative Example 2.

ちなみに膜の硬さを調べたところ、比較例1の膜はビッカース硬さHv60、比較例2の膜はビッカース硬さHv984であった。   Incidentally, when the hardness of the film was examined, the film of Comparative Example 1 had a Vickers hardness Hv60, and the film of Comparative Example 2 had a Vickers hardness Hv984.

[DLC膜の圧縮変形試験]
図12に示す圧縮変形試験を用いてDLCコーティング膜を圧縮変形させ、圧縮変形後の膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察し、膜に割れや剥離が発生したか否かを調べて膜の変形性能を評価した。OリングにDLC膜をコーティングしたものを試料とした。
[Compression deformation test of DLC film]
The DLC coating film is compressed and deformed using the compression deformation test shown in FIG. 12, and the surface of the film after the compression deformation is observed with a scanning electron microscope to check whether the film is cracked or peeled. The deformation performance was evaluated. A sample obtained by coating an O-ring with a DLC film was used.

図12の(a)に示すように、試料であるOリング141aを固定台の上に載置し、その上に圧縮治具140を重ね合わせ、圧縮治具140を介してOリング141aに圧縮力を印加する。Oリング141aの初期直径は約5mmである。   As shown in FIG. 12A, an O-ring 141a as a sample is placed on a fixed base, a compression jig 140 is overlaid on the O-ring 141a, and the O-ring 141a is compressed via the compression jig 140. Apply force. The initial diameter of the O-ring 141a is about 5 mm.

図12の(b)に示すように、第1回目の圧下ではOリング141aが初期厚みから0.5mm薄くなるまで圧縮変形させる。   As shown in FIG. 12B, under the first pressure, the O-ring 141a is compressed and deformed until it becomes 0.5 mm thinner than the initial thickness.

図12の(c)に示すように、第2回目の圧下では前回の圧下で変形したOリング141bが初期厚みから1.0mm薄くなるまで圧縮変形させる。   As shown in FIG. 12C, in the second reduction, the O-ring 141b deformed by the previous reduction is compressed and deformed until it becomes 1.0 mm thinner than the initial thickness.

圧縮変形後のブライドリング141cの膜表面を走査型電子顕微鏡で観察し、膜に割れや剥離が発生したか否かを調べる。このようにしてDLC膜の変形能を評価することができる。   The film surface of the bridging ring 141c after compressive deformation is observed with a scanning electron microscope, and it is examined whether or not the film is cracked or peeled. In this way, the deformability of the DLC film can be evaluated.

上記の圧縮変形試験により一般的な高周波プラズマCVD法で成膜したDLCは初期厚みから0.5mm薄くなるまで圧縮変形させた時点で剥離したが、同じく高周波プラズマCVD法で成膜した柱状組織のDLC皮膜(図9)及びパルスプラズマ法で成膜したDLC皮膜(図10)ではいずれの実施例サンプルの膜にも割れや剥離が発生しなかった。   The DLC film formed by the general high-frequency plasma CVD method by the above-described compression deformation test was peeled when it was compressed and deformed until it became 0.5 mm thinner than the initial thickness. In the DLC film (FIG. 9) and the DLC film (FIG. 10) formed by the pulse plasma method, no crack or peeling occurred in any of the sample films.

[DLC膜の摩擦係数測定試験]
次に高周波プラズマCVD法とパルスプラズマ法でDLCコーティングしたOリング試験片を用いて摩擦係数測定を実施した。
[DLC film friction coefficient measurement test]
Next, the coefficient of friction was measured using an O-ring test piece coated with DLC by a high-frequency plasma CVD method and a pulse plasma method.

摩擦係数測定は図13に示すように、2枚の金属製円盤の周囲にDLCコーティングしたOリング試験片を固定し、その間にピストン材であるGFRP製の板を設置した。その際、金属製円盤の位置を調整することによりOリングに0.5mm、1.0mmの圧縮変形を与えた。その後、GFRP製の板を移動させた時の駆動力から摩擦係数を算出した。なお、試験はGFRP製の板を往復させた時点で1サイクルとし、100サイクルまでの試験を行った。   As shown in FIG. 13, the friction coefficient was measured by fixing a DLC-coated O-ring test piece around two metal disks, and installing a GFRP plate as a piston material between them. At that time, the O-ring was subjected to compressive deformation of 0.5 mm and 1.0 mm by adjusting the position of the metal disk. Thereafter, the friction coefficient was calculated from the driving force when the GFRP plate was moved. In addition, the test was made into 1 cycle when the board made from GFRP was reciprocated, and the test was performed to 100 cycles.

図14の(a)(b)に試験結果を示す。   The test results are shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b).

圧縮変形量が0.5mm時は図14の(a)に示すように両者ともに100サイクルまで、摩擦係数に大きな変化は認められないが、圧縮変形量が1.0mm時では図14の(b)に示すように高周波プラズマCVD法でDLCコーティングしたOリングでは摩擦係数の顕著な増加が確認された。試験後ではDLCコーティングがほぼ完全に損耗していることから、皮膜の硬さが低いことが原因と推定される。一方。パルスプラズマ法でDLCコーティングしたOリング試験片は100サイクル後でも摩擦係数の変化はほとんど認められなかった。   When the amount of compressive deformation is 0.5 mm, as shown in FIG. 14 (a), no significant change is observed in the friction coefficient up to 100 cycles in both cases, but when the amount of compressive deformation is 1.0mm, ), A significant increase in the friction coefficient was confirmed in the O-ring coated with DLC by the high-frequency plasma CVD method. Since the DLC coating is almost completely worn out after the test, it is presumed that the hardness of the film is low. on the other hand. The OLC test piece DLC-coated by the pulse plasma method showed almost no change in the coefficient of friction even after 100 cycles.

1…海水淡水化装置、40…高圧ポンプ、
50,90…逆浸透膜モジュール(RO膜モジュール)、80…低圧ポンプ、
60…動力回収装置、
61…圧力調整弁、62…切替弁、
63…圧力変換部、63A,63B…変換器、63s…シリンダ、63p…ピストン、63r…ロッド、
64…海水供給部、65a〜65d…検出部、66…制御部、
67a…ピストン摺動面、67b…シリンダ摺動面、
68a…ロッド摺動面、68b…シリンダ摺動面、
69a,69b…DLC膜(コーティング膜)、
OR1,OR2,OR3…Oリング(シールリング)、
BR1,BR3…ブライドリング(シールリング)、
G1,G2,G3…溝、
120…パルスプラズマ成膜装置、121…チャンバ、122…ワーク(Oリンク゛,フ゛ライト゛リンク゛)、123…ベース電極、124…補助電極、125…フィードスルー、126…高周波電源、127…高圧パルス電源、128…重畳装置、129…生成プラズマ、
140…圧縮治具、141a,141b,141c…Oリング。
1 ... seawater desalination equipment, 40 ... high pressure pump,
50, 90 ... reverse osmosis membrane module (RO membrane module), 80 ... low pressure pump,
60 ... Power recovery device,
61 ... Pressure adjusting valve, 62 ... Switching valve,
63 ... Pressure converter, 63A, 63B ... Converter, 63s ... Cylinder, 63p ... Piston, 63r ... Rod,
64 ... Seawater supply part, 65a-65d ... Detection part, 66 ... Control part,
67a ... piston sliding surface, 67b ... cylinder sliding surface,
68a ... Rod sliding surface, 68b ... Cylinder sliding surface,
69a, 69b ... DLC film (coating film),
OR1, OR2, OR3 ... O-ring (seal ring),
BR1, BR3 ... Bride ring (seal ring),
G1, G2, G3 ... groove,
120 ... Pulse plasma deposition system, 121 ... Chamber, 122 ... Work (O-link, Bright-link), 123 ... Base electrode, 124 ... Auxiliary electrode, 125 ... Feed-through, 126 ... High frequency power supply, 127 ... High voltage pulse power supply, 128 ... superimposition device, 129 ... generated plasma,
140: compression jig, 141a, 141b, 141c ... O-ring.

Claims (9)

往復駆動されるピストンとシリンダとが摺動する摺動面に当接するか、またはピストンロッドとシリンダとが摺動する摺動面に当接して用いられるシールリングであって、
液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、
パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、
を有することを特徴とするシールリング。
A seal ring that is used in contact with a sliding surface on which a piston and cylinder to be reciprocated slide, or in contact with a sliding surface on which a piston rod and cylinder slide,
An annular base material with deformability for liquid-tight sealing;
A diamond-like carbon film that is coated on at least a part of the substrate by a pulse plasma CVD method and is in direct contact with the sliding surface;
A seal ring characterized by comprising:
前記基材上に複数のダイヤモンドライクカーボン膜を複数回に分けて重ねて被覆したことを特徴とする請求項1記載のシールリング。   The seal ring according to claim 1, wherein a plurality of diamond-like carbon films are laminated and coated in a plurality of times on the base material. 前記ダイヤモンドライクカーボン膜の膜厚を1μm以上、好ましくは2μm以上としたことを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載のシールリング。   The seal ring according to claim 1 or 2, wherein the diamond-like carbon film has a thickness of 1 µm or more, preferably 2 µm or more. 前記ダイヤモンドライクカーボン膜の電気抵抗を105〜108Ωの範囲とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のシールリング。 The seal ring according to any one of claims 1 to 3, wherein an electric resistance of the diamond-like carbon film is in a range of 10 5 to 10 8 Ω. 前記基材は、樹脂単体からなるか、あるいは無機繊維または無機粒子で補強された樹脂を有する複合材料からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のシールリング。   The seal ring according to any one of claims 1 to 4, wherein the base material is made of a single resin or a composite material having a resin reinforced with inorganic fibers or inorganic particles. 前記基材は、ゴム系材料を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のシールリング。   The seal ring according to claim 1, wherein the base material includes a rubber-based material. 圧力流体が導入または排出されるシリンダと、前記シリンダ内に可動支持され、前記圧力流体からの圧力を受けて前記シリンダ内で往復駆動されるピストンと、前記ピストンが前記シリンダに接触して摺動する摺動面に開口する溝に保持されたシールリングと、を具備する動力回収装置であって、
前記シールリングは、
液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、
パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、
を有することを特徴とする動力回収装置。
A cylinder into which pressure fluid is introduced or discharged; a piston that is movably supported in the cylinder and that is driven to reciprocate within the cylinder under pressure from the pressure fluid; and the piston that slides in contact with the cylinder A power recovery device comprising: a seal ring held in a groove that opens in a sliding surface.
The seal ring is
An annular base material with deformability for liquid-tight sealing;
A diamond-like carbon film that is coated on at least a part of the substrate by a pulse plasma CVD method and is in direct contact with the sliding surface;
A power recovery device comprising:
海水に含まれる溶質を分離するための逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、海水に圧力を付与した状態で前記逆浸透膜モジュールに海水を供給するポンプと、前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を動力エネルギとして回収するためのシリンダとピストンを有する動力回収装置と、前記ピストンが前記シリンダ内で往復摺動する際に前記シリンダの摺動面または前記ピストンの摺動面のいずれかに当接して摺動するシールリングと、を具備する海水淡水化装置であって、
前記シールリングは、
液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、
パルスプラズマCVD法により前記基材の少なくとも一部に被覆され、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、
を有することを特徴とする海水淡水化装置。
A reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane for separating a solute contained in seawater, a pump for supplying seawater to the reverse osmosis membrane module with pressure applied to the seawater, and discharged from the reverse osmosis membrane module A power recovery device having a cylinder and a piston for recovering the pressure of the concentrated water as power energy, and a sliding surface of the cylinder or a sliding surface of the piston when the piston reciprocates in the cylinder. A seawater desalination apparatus comprising a seal ring that contacts and slides on any of the above,
The seal ring is
An annular base material with deformability for liquid-tight sealing;
A diamond-like carbon film that is coated on at least a part of the substrate by a pulse plasma CVD method and is in direct contact with the sliding surface;
A seawater desalination apparatus characterized by comprising:
前記ポンプが、前記ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたシールリングをさらに有することを特徴とする請求項8記載の海水淡水化装置。   The seawater desalination apparatus according to claim 8, wherein the pump further includes a seal ring covered with the diamond-like carbon film.
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