JP2013150954A

JP2013150954A - 海水淡水化装置

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Publication number: JP2013150954A
Application number: JP2012012951A
Authority: JP
Inventors: Norihide Yonekawa; 典秀米川
Original assignee: Kayaba System Machinery Co Ltd
Current assignee: Kayaba System Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: JP5865714B2

Abstract

【課題】海水淡水化装置の逆浸透膜を、簡素な構成で洗浄可能とする。
【解決手段】本発明は、海水から塩分を除去して淡水を取り出す海水淡水化装置１００であって、海水を吸い込んで吐出する水圧ポンプ１と、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の一部が通過する際に塩分を除去して淡水化する逆浸透膜５と、逆浸透膜５を通過して淡水化された透過水が溜められる透過水タンク９と、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の圧力を、当該圧縮海水が逆浸透膜５を通過可能な圧力と比較して小さくなるように調整可能な流量制御弁１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水から塩分を除去した淡水を取り出す海水淡水化装置に関するものである。

従来から、水圧ポンプによって加圧された海水を、塩分を除去する逆浸透膜に送り、淡水を取り出す海水淡水化装置が用いられている。

特許文献１には、ポンプによって海水に圧力をかけて逆浸透膜を通過させることで淡水化する海水淡水化装置における逆浸透膜の洗浄方法が開示されている。この逆浸透膜の洗浄方法では、逆浸透膜に付着した付着物を分解及び除去するために、海水にアルカリ性薬剤や酸性薬剤を供給している。

特開２０１１−１１５７１２号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の海水淡水化装置にあっては、逆浸透膜に付着した付着物を分解するためにアルカリ性や酸性の薬剤を用いるため、原水のｐＨ値を測定するｐＨ計や、原水のｐＨ値に応じて中和剤を供給する中和剤供給部などが必要であった。そのため、逆浸透膜を洗浄するための構成が複雑であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で逆浸透膜を洗浄可能とすることを目的とする。

本発明は、海水から塩分を除去して淡水を取り出す海水淡水化装置であって、海水を吸い込んで吐出する水圧ポンプと、前記水圧ポンプから吐出された圧縮海水の一部が通過する際に塩分を除去して淡水化する逆浸透膜と、前記逆浸透膜を通過して淡水化された透過水が溜められる透過水タンクと、前記水圧ポンプから吐出された圧縮海水の圧力を、当該圧縮海水が前記逆浸透膜を通過可能な圧力と比較して小さくなるように調整可能な圧力調整機構と、を備えることを特徴とする。

本発明では、圧力調整機構によって水圧ポンプから吐出された圧縮海水の圧力が逆浸透膜を通過可能な圧力と比較して小さく調整された場合、透過水タンクに溜められた透過水が逆流して逆浸透膜を正浸透する。この透過水の正浸透によって、逆浸透膜に付着した不純物を除去することができる。したがって、逆浸透膜に供給される圧縮海水の圧力を調整するだけで逆浸透膜を洗浄できるため、簡素な構成で逆浸透膜を洗浄することができる。

本発明の第一の実施の形態に係る海水淡水化装置の構成図である。図１の海水淡水化装置において逆浸透膜を洗浄する場合の水の流れを説明する図である。発電機の拡大図である。本発明の第二の実施の形態に係る海水淡水化装置の構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第一の実施の形態）
まず、図１から図３を参照して、本発明の第一の実施の形態に係る海水淡水化装置１００の全体構成について説明する。

海水淡水化装置１００は、海水から塩分を除去して淡水を取り出す装置である。海水淡水化装置１００は、図１及び図２に示すように、海水を吸い込んで吐出する水圧ポンプ１と、水圧ポンプ１から吐出された海水の一部が通過する際に塩分を除去して淡水化する逆浸透膜５と、水圧ポンプ１を回転駆動する駆動モータ１０と、逆浸透膜５を通過して淡水化された透過水が溜められる透過水タンク９とを備える。

水圧ポンプ１は、海水を逆浸透膜５に供給する供給通路３に設けられ、加圧した海水を逆浸透膜５へ吐出する。水圧ポンプ１の回転軸（図示省略）は、駆動モータ１０の駆動軸（図示省略）に連結される。

逆浸透膜５は、水を通す一方、塩類など水以外の不純物を透過させない性質を持つ濾過膜である。逆浸透膜５の上流には、水圧ポンプ１から吐出された海水が導かれる上流側室６が設けられる。逆浸透膜５の下流には、下流側室７が設けられる。下流側室７は、淡水を貯水可能な透過水タンク９に透過水取出通路８を介して連結される。

上流側室６には、供給通路３と、逆浸透膜５によって濾過されなかった圧縮海水を還流する排出通路４とが連結される。排出通路４は、供給通路３と比較して下流の位置にて上流側室６と連結される。これにより、供給通路３から上流側室６に供給された圧縮海水のうち、逆浸透膜５によって濾過されなかった圧縮海水は、排出通路４を通じて還流される。

逆浸透膜５は、塩類濃度が高い水と塩類濃度の低い水とを仕切った場合に、浸透圧の差によって塩類濃度が低い方から高い方へと水が正浸透する性質を有する。また、逆浸透膜５は、塩類濃度の高い水に圧力をかけ、その圧力が浸透圧の差を超えた場合に、塩類濃度が高い方から低い方へと逆浸透する性質を有する。

逆浸透膜５は、水圧ポンプ１から吐出された海水が導かれる上流側室６と、逆浸透膜５を通過した透過水が流れ込む下流側室７とを仕切るものである。そのため、上流側室６の圧縮海水の圧力が比較的小さいうちは、下流側室７の透過水が逆浸透膜５を正浸透して上流側室６へ流れるが、上流側室６の圧縮海水の圧力が浸透圧の差と比較して大きくなると、上流側室６の海水が逆浸透膜５を逆浸透して下流側室７へ流れることとなる。

透過水タンク９は、逆浸透膜５を通過して下流側室７に流れ込み透過水取出通路８を通じて導かれた透過水を貯留するタンクである。透過水タンク９の底面には、透過水取出通路８の先端部が当接する。透過水取出通路８には、透過水タンク９の底面に沿って孔や切欠きなどが形成され、そこから透過水の出入りを可能としている。

海水淡水化装置１００は、水圧ポンプ１と逆浸透膜５との間の供給通路３に設けられる流量制御弁１１と、逆浸透膜５と透過水タンク９との間の透過水取出通路８に設けられる発電機１５と、駆動モータ１０の回転等を制御するコントローラ２０とを備える。

流量制御弁１１は、供給通路３の流路面積を拡縮して圧縮海水の流量を無段階に調整可能な弁装置である。流量制御弁１１は、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の流量を絞って、圧縮海水の圧力を低下させることが可能である。この流量制御弁１１が、圧力調整機構に該当する。

なお、流量制御弁１１として、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水が通過可能なポジションと、圧縮海水の流れを遮断するポジションとの二つのポジションを有する切換弁を用いてもよい。この場合、切換弁が圧縮海水の流れを遮断するポジションに切り換えられると、逆浸透膜５への圧縮海水の供給が停止される。

発電機１５は、透過水の流れによって回転駆動されて発電するものである。発電機１５は、透過水取出通路８内の透過水の流れによって回転する水車１５ａと、水車の回転によって発電する発電部１６とを備える。

発電機１５は、透過水が透過水取出通路８をいずれの方向に流れた場合にも発電が可能である。発電機１５は、透過水が流れた方向に対応した信号をコントローラ２０に出力する。

水車１５ａは、図３に示すように、その先端部が透過水取出通路８の内壁面８ａから離間して当接しないように設けられる。これにより、水車１５ａの回転の抵抗によって透過水の流れをせき止めることが防止される。

発電部１６は、水車１５ａの回転による運動エネルギを電気エネルギに変換するものである。発電部１６は、水圧ポンプ１を駆動する駆動モータ１０やコントローラ２０に電源を供給する電源装置（図示省略）に発電した電気を送る。これにより、発電部１６によって発電された電気を使用して、駆動モータ１０やコントローラ２０を駆動することができる。したがって、海水淡水化装置１００の省エネルギ化が可能である。

コントローラ２０は、海水淡水化装置１００の制御を行うものであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。ＣＰＵやＲＡＭなどをＲＯＭに格納されたプログラムに従って動作させることによって海水淡水化装置１００の制御が実現される。

コントローラ２０は、流量制御弁１１の開度を制御する流量制御部２１と、発電機１５が回転駆動される方向に基づいて透過水の流れる方向を判定する浸透方向判定部２２とを備える。

流量制御部２１は、流量制御弁１１のソレノイドバルブに信号を送り、流量制御弁１１を開閉制御するものである。流量制御部２１は、逆浸透膜５の洗浄を行うときに、流量制御弁１１の開度を調整し、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の圧力を、当該圧縮海水が逆浸透膜５を通過可能な圧力と比較して小さくなるように調整する。ここでいう圧縮海水が逆浸透膜５を通過可能な圧力は、上流側室６と下流側室７との浸透圧の差よりも大きな圧力である。

浸透方向判定部２２は、発電機１５が回転駆動される方向に基づいて、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の一部が逆浸透膜５を逆浸透しているか、又は透過水が逆流して逆浸透膜５を正浸透しているかを判定する。この浸透方向判定部２２の判定の結果をランプやブザーなどの報知部（図示省略）によって報知可能とすることで、海水淡水化装置１００が海水を淡水化しているのか、又は逆浸透膜５を洗浄しているのかを外部に知らせることができる。

次に、図１及び図２を参照して、海水淡水化装置１００の作用について説明する。

まず、図１を参照して、海水淡水化装置１００が海水を淡水化する場合について説明する。

水圧ポンプ１は、駆動モータ１０によって回転駆動され、海水を汲み上げる。水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水は、供給通路３を通じて上流側室６に供給される。上流側室６に供給された圧縮海水は、供給通路３から排出通路４に向かって、逆浸透膜５に沿って流れる。

水圧ポンプ１の吐出圧によって上流側室６内の水圧が上昇すると、圧縮海水の一部が逆浸透膜５を通過する。このとき、逆浸透膜５は、海水中の塩類などの不純物を透過させないで濾過する。逆浸透膜５によって濾過された透過水は、下流側室７から透過水取出通路８を通じて取り出され、透過水タンク９に貯水される。これにより、海水から塩類などの不純物を除去して淡水を精製することができる。

上流側室６では、供給通路３から排出通路４に向けて圧縮海水が常に流れているため、不純物の滞留が防止される。また、上流側室６内では、圧縮海水が逆浸透膜５に沿って流れるため、逆浸透膜５に不純物が付着することが防止される。

逆浸透膜５によって濾過されなかった圧縮海水は、上流側室６から排出通路４を通じて海水中に還流される。

次に、図２を参照して、海水淡水化装置１００が逆浸透膜５を洗浄する場合について説明する。

コントローラ２０の流量制御部２１からの指令によって、流量制御弁１１が供給通路３の流路面積を絞ると、逆浸透膜５に導かれる圧縮海水の流量が減少する。これにより、上流側室６内の水圧は低下する。

上流側室６内の水圧が、上流側室６と下流側室７との浸透圧の差よりも小さくなると、下流側室７内の透過水が逆浸透膜５を正浸透し、上流側室６に流れ込む。これにより、透過水タンク９から透過水取出通路８を通じて透過水が吸い上げられ、下流側室７へと導かれることとなる。

このとき、透過水タンク９から逆流してきた透過水が通過することによって、逆浸透膜５に付着していた不純物が除去される。よって、逆浸透膜５に供給される圧縮海水の圧力を低下させるだけで逆浸透膜を洗浄することができる。したがって、簡素な構成で逆浸透膜５を洗浄することができる。

また、透過水取出通路８の先端部は、透過水タンク９の底面に当接しており、透過水タンク９の底面に沿って形成された孔や切欠きなどから透過水が出入りする。よって、透過水タンク９に貯留された透過水を最大限に吸い上げることが可能であるため、逆浸透膜５の洗浄中に透過水が不足することを防止できる。

逆浸透膜５を洗浄した透過水は、逆浸透膜５によって濾過されなかった圧縮海水とともに、排出通路４を通じて海水中に還流される。

以上の第一の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

流量制御弁１１によって水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の圧力が逆浸透膜５を通過可能な圧力と比較して小さく調整された場合、透過水タンク９に溜められた透過水が逆流して逆浸透膜５を正浸透する。この透過水の正浸透によって、逆浸透膜５に付着した不純物を除去することができる。したがって、逆浸透膜５に供給される圧縮海水の圧力を調整するだけで逆浸透膜５を洗浄できるため、簡素な構成で逆浸透膜５を洗浄することができる。

また、コントローラ２０は、発電機１５が回転駆動される方向に基づいて、水圧ポンプ１から吐出された圧縮海水の一部が逆浸透膜５を逆浸透しているか、又は透過水が逆流して逆浸透膜５を正浸透しているかを判定する浸透方向判定部２２を備える。この浸透方向判定部２２の判定の結果をランプやブザーなどによって報知可能とすることで、海水淡水化装置１００が海水を淡水化しているのか、又は逆浸透膜５を洗浄しているのかを外部に知らせることができる。

（第二の実施の形態）
以下、図４を参照して、本発明の第二の実施の形態に係る海水淡水化装置２００について説明する。なお、第二の実施の形態では、前述した第一の実施の形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

第二の実施の形態では、流量制御弁１１を用いないで逆浸透膜５を洗浄可能とする点で、第一の実施の形態とは相違する。

コントローラ２０は、駆動モータ１０に供給される電流を調整することによって駆動モータ１０の出力を調整するモータ出力制御部２３を備える。

モータ出力制御部２３は、逆浸透膜５の洗浄を行うときに、駆動モータ１０の出力を調整して圧縮海水の圧力を低下させることが可能である。このモータ出力制御部２３が、圧力調整機構に該当する。モータ出力制御部２３が駆動モータ１０を停止させて逆浸透膜５への圧縮海水の供給を停止するようにしてもよい。

モータ出力制御部２３からの指令によって、駆動モータ１０の出力が低下すると、逆浸透膜５に導かれる圧縮海水の流量が減少する。これにより、上流側室６内の水圧は低下する。

このとき、透過水タンク９逆流してきた透過水の流れによって、逆浸透膜５に付着していた不純物が除去される。よって、逆浸透膜５に供給される圧縮海水の圧力を低下させるだけで逆浸透膜を洗浄することができる。したがって、簡素な構成で逆浸透膜５を洗浄することができる。

以上の第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様に、逆浸透膜５に供給される圧縮海水の圧力を調整するだけで逆浸透膜５を洗浄できるため、簡素な構成で逆浸透膜５を洗浄することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、海水を淡水化する装置だけでなく、逆浸透膜５を用いる他の水処理システムにも本発明を適用することが可能である。

１００，２００海水淡水化装置
１水圧ポンプ
３供給通路
４排出通路
５逆浸透膜
９透過水タンク
１０駆動モータ
１１流量制御弁
１５発電機
２０コントローラ
２１流量制御部
２２浸透方向判定部
２３モータ出力制御部

Claims

海水から塩分を除去して淡水を取り出す海水淡水化装置であって、
海水を吸い込んで吐出する水圧ポンプと、
前記水圧ポンプから吐出された圧縮海水の一部が通過する際に塩分を除去して淡水化する逆浸透膜と、
前記逆浸透膜を通過して淡水化された透過水が溜められる透過水タンクと、
前記水圧ポンプから吐出された圧縮海水の圧力を、当該圧縮海水が前記逆浸透膜を通過可能な圧力と比較して小さくなるように調整可能な圧力調整機構と、を備えることを特徴とする海水淡水化装置。
前記圧力調整機構は、前記水圧ポンプと前記逆浸透膜との間に設けられ、圧縮海水の流量を絞って圧力を低下させる流量制御弁であることを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化装置。
前記水圧ポンプを回転駆動する駆動モータを更に備え、
前記圧力調整機構は、前記駆動モータの出力を調整して圧縮海水の圧力を低下させるモータ出力制御部であることを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化装置。
前記逆浸透膜と前記透過水タンクとの間に設けられ、透過水の流れによって回転駆動されて発電する発電機を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の海水淡水化装置。
前記発電機が回転駆動される方向に基づいて、前記水圧ポンプから吐出された圧縮海水の一部が前記逆浸透膜を逆浸透しているか、又は透過水が逆流して前記逆浸透膜を正浸透しているかを判定する浸透方向判定部を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の海水淡水化装置。