JP2020099872A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開度調整弁を延命し、各種ＰＩ制御を安定させることが可能な、膜分離装置を提供する。【解決手段】膜分離装置１は、制御モードを、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を固定する開度固定制御モードと、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御することにより、制御対象値を制御目標値に近づけるフィードバック制御モードと、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を増加させる定加速制御モードと、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を減少させる定減速制御モードとに切り替える切替部３２を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、膜分離装置に関する。

従来、半導体の製造工程、電子部品や医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を、逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）で逆浸透膜分離処理することにより製造される。

高分子材料からなる逆浸透膜の水透過係数は、温度により変化する。また、逆浸透膜の水透過係数は、細孔の閉塞（以下、「膜閉塞」ともいう）や、材質の酸化による劣化（以下、「膜劣化」ともいう）によっても変化する。

そこで、原水の温度や逆浸透膜の状態にかかわらず、ＲＯ膜モジュールにおける透過水の流量を一定に保つため、流量フィードバック水量制御を行う水質改質システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２９６９４５号公報

この水質改質システムにおいては、排水量及び給水圧力を制御するため、比例制御弁（開度調整弁）が用いられているが、比例制御弁の制御頻度が頻繁になると、比例制御弁の寿命が短くなる。また他のＰＩ制御への追従が頻繁となり、ハンチングする可能性が高くなる。

本発明は、開度調整弁を延命し、各種ＰＩ制御を安定させることが可能な、膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、給水を含む供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、給水を吸入して供給水として前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、前記加圧ポンプに供給される給水の圧力を調整し、開度が実質的に無段階で調整可能な給水圧力調整弁、及び／又は、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調整し、開度が実質的に無段階で調整可能な排水流量調整弁と、前記給水圧力調整弁及び／又は前記排水流量調整弁の開度を制御する調整弁制御部と、制御モードを、前記調整弁制御部が前記開度を固定する開度固定制御モードと、前記調整弁制御部が前記開度を制御することにより、制御対象値を制御目標値に近づけるフィードバック制御モードと、前記調整弁制御部が前記開度を一定の割合で変化させることにより、前記制御対象値を増加させる定加速制御モードと、前記調整弁制御部が前記開度を一定の割合で変化させることにより、前記制御対象値を減少させる定減速制御モードと、に切り替える切替部と、を備え、前記切替部は、前記制御モードを、前記制御対象値が制御目標値を含む中央範囲に位置する場合に前記開度固定制御モードに切り替え、前記制御対象値が中央範囲の下側に隣接する下側第１範囲に位置する場合に、又は、前記制御対象値が中央範囲の上側に隣接する上側第１範囲に位置する場合に、前記フィードバック制御モードに切り替え、前記制御対象値が前記下側第１範囲の下側に隣接する下側第２範囲に位置する場合に前記定加速制御モードに切り替え、前記制御対象値が前記上側第１範囲の上側に隣接する上側第２範囲に位置する場合に前記定減速制御モードに切り替える、膜分離装置に関する。

また、前記切替部は、前記制御モードが前記フィードバック制御モードにある場合に、前記制御対象値が前記制御目標値付近にある状態で第１の所定時間経過した後に、前記制御モードを前記開度固定制御モードに切り替えることが好ましい。

また、前記切替部は、前記制御モードが前記開度固定制御モードにある場合に、前記制御対象値が前記中央範囲を第１の所定量外れた状態で第２の所定時間経過した後に、前記制御対象値と前記制御目標値との差分に応じて、前記制御モードを前記フィードバック制御モードに切り替えることが好ましい。

また、前記切替部は、前記制御モードが前記開度固定制御モードにある場合に、前記制御対象値が前記中央範囲を第２の所定量外れた状態で第３の所定時間経過した後に、前記制御対象値と前記制御目標値との差分に応じて、前記制御モードを前記定加速制御モード又は前記定減速制御モードに切り替えることが好ましい。

また、前記加圧ポンプの回転速度を制御するポンプ制御部を更に備え、前記加圧ポンプの立ち上げ時に、前記制御対象値が前記制御目標値を含む中央範囲に入るまで、前記ポンプ制御部は、前記加圧ポンプの回転速度を一定の割合で増加又は減少させることが好ましい。

本発明によれば、開度調整弁を延命し、各種ＰＩ制御を安定させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る膜分離装置の全体構成図である。 本発明の第１実施形態で用いられる流量調整ユニットに係る圧力と流量の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る膜分離装置の制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る膜分離装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る膜分離装置の動作例を示すグラフである。

〔１ 膜分離装置の構成〕
本発明の実施形態に係る膜分離装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る膜分離装置１の全体構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る膜分離装置１は、給水ポンプ１２と、加圧ポンプ２と、加圧側インバータ３と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール４と、流量調整ユニット５と、逆止弁６と、排水流量調整手段としての排水流量調整弁７と、給水圧力調整手段としての給水圧力調整弁１４と、給水圧力センサＰＳ１と、第１流量センサＦＭ１と、第２流量センサＦＭ２と、制御部３０と、を備える。なお、制御部３０と被制御対象機器との電気的接続線の図示については、省略している。

また、膜分離装置１は、給水ラインＬ１と、供給水ラインＬ２と、透過水ラインＬ３と、濃縮水ラインＬ４と、循環水ラインＬ５と、排水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

給水ラインＬ１は、給水Ｗ１を、供給水ラインＬ２との合流点Ｊ２まで供給するラインである。給水ラインＬ１の上流側の端部は、給水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。給水ラインＬ１には、上流側から下流側に向けて順に、給水ポンプ１２、給水圧力調整弁１４、給水圧力センサＰＳ１と、合流部Ｊ２が設けられている。

なお、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１には、給水Ｗ１の供給源（不図示）から直接供給される原水に限らず、例えば、原水を濾過処理装置（除鉄除マンガン装置、活性炭濾過装置等）、硬水軟化装置等の前処理装置により前処理された前処理水も含まれる。

給水ポンプ１２は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１を吸入し、加圧ポンプ２へ向けて圧送（吐出）する装置である。給水ポンプ１２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

給水圧力調整弁１４は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１の圧力を調整する弁である。給水圧力調整弁１４は、制御部３０と電気的に接続されている。給水圧力調整弁１４の開度は、制御部３０により制御される。給水圧力調整弁１４は、例えば電磁場弁でもよい。

給水圧力センサＰＳ１は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１の圧力を測定する。給水圧力センサＰＳ１は、制御部３０と電気的に接続されている。給水圧力センサＰＳ１で測定された給水の圧力は、検出信号として制御部３０に送信される。

供給水ラインＬ２は、給水Ｗ１を、供給水Ｗ２としてＲＯ膜モジュール４に供給するラインである。供給水ラインＬ２の上流側の端部は、合流点Ｊ２に接続されている。供給水ラインＬ２の下流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートに接続されている。供給水ラインＬ２には、上流側から下流側に向けて順に、合流部Ｊ２、加圧ポンプ２、ＲＯ膜モジュール４が設けられている。

加圧ポンプ２は、供給水ラインＬ２に設けられる。加圧ポンプ２は、供給水ラインＬ２において、給水Ｗ１を吸入し、供給水Ｗ２として、ＲＯ膜モジュール４へ向けて圧送（吐出）する装置である。加圧ポンプ２には、加圧側インバータ３から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

加圧側インバータ３は、加圧ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。加圧側インバータ３は、制御部３０と電気的に接続されている。加圧側インバータ３には、制御部３０から指令信号が入力される。加圧側インバータ３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ２に出力する。

ＲＯ膜モジュール４は、加圧ポンプ２から吐出された供給水Ｗ２を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ３と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ４とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール４は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール４は、これらＲＯ膜エレメントにより供給水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ３及び濃縮水Ｗ４を製造する。

透過水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール４で分離された透過水Ｗ３を送出するラインである。透過水ラインＬ３の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ３の下流側の端部は、需要箇所の装置等に接続されている。透過水ラインＬ３には、第１流量センサＦＭ１（以下、「第１流量検出手段」とも呼称する）が設置される。

第１流量センサＦＭ１は、透過水ラインＬ３を流通する透過水Ｗ３の流量を第１検出流量値として検出する機器である。第１流量センサＦＭ１は、透過水ラインＬ３に接続されている。また、第１流量センサＦＭ１は、制御部３０と電気的に接続されている。第１流量センサＦＭ１で検出された透過水Ｗ３の第１検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。第１流量センサＦＭ１として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

第１濃縮水ラインＬ４１は、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４を送出するラインである。第１濃縮水ラインＬ４１の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側出口ポートに接続されている。また、第１濃縮水ラインＬ４１の下流側は、流量調整ユニット５の一次側に接続されている。

また、第２濃縮水ラインＬ４２は、流量調整ユニット５で流量が調整された濃縮水Ｗ４を送出するラインである。第２濃縮水ラインＬ４２の上流側の端部は、流量調整ユニット５の二次側に接続されている。また、第２濃縮水ラインＬ４２の下流側は、接続部Ｊ１において、循環水ラインＬ５及び排水ラインＬ６に分岐している。

なお、以降では、第１濃縮水ラインＬ４１と第２濃縮水ラインＬ４２とをまとめて、「濃縮水ラインＬ４」と総称することがある。

流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５における差圧によらず、実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニット５における差圧に実質的に比例して濃縮水Ｗ４の流量が高くなる比例要素とを備える。流量調整ユニット５における差圧は、具体的には、第１濃縮水ラインＬ４１の水圧と第２濃縮水ラインＬ４２の水圧との差圧である。定流量要素は、補助動力や外部操作を必要とせずに一定流量値を保持し、例えば水ガバナの名称で呼ばれるものを用いてもよい。また、比例要素としては、例えばオリフィスの名称で呼ばれるものを用いてもよく、オリフィスから流れる濃縮水Ｗ４の流量が、当該流量調整ユニット５における差圧に比例する。

図２は、ＲＯ膜モジュール４の入口圧力と、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量との関係の例を示すグラフである。流量調整ユニット５は、定流量要素を備えることから、入口圧力が発生すると、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量は一気にＡ点まで上昇する。すなわち近似的には、入口圧力の発生と同時にＡ点の高さの流量が流量調整ユニット５に流れる。同時に、流量調整ユニット５は比例要素を備えることから、以降、入口圧力が上昇するに従い、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量は、一次関数的に上昇する。

なお、流量調整ユニット５において、定流量要素と比例要素とは一体的に構成されていてもよく、別体として構成されていてもよい。一体的に構成されている場合には、例えば、比例要素の流れ方向が、流量調整ユニット５の長軸方向と一致し、定流量要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向に直交するように構成してもよい。あるいは、比例要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向に直交し、定流量要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向と一致するように構成してもよい。あるいは、定流量要素の流れ方向と比例要素の流れ方向が、共に流量調整ユニット５の長軸方向と一致するように構成してもよい。

循環水ラインＬ５は、濃縮水ラインＬ４から分岐するラインであって、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の一部である循環水Ｗ４１を、合流部Ｊ２に返送するラインである。循環水ラインＬ５の上流側の端部は、接続部Ｊ１において、濃縮水ラインＬ４に接続されている。また、循環水ラインＬ５の下流側の端部は、合流部Ｊ２において、給水ラインＬ１に接続されている。循環水ラインＬ５には、逆止弁６が設けられている。

排水ラインＬ６は、接続部Ｊ１において濃縮水ラインＬ４から分岐され、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の残部である排水Ｗ４２を装置外（系外）に排出するラインである。排水ラインＬ６には、上流側から下流側に向かって、排水流量調整手段としての排水流量調整弁７、第２流量センサＦＭ２（以下、「第２流量検出手段」とも呼称する）が設置される。

排水流量調整弁７は、排水ラインＬ６から装置外へ排出する排水Ｗ４２の排水流量を調整可能な弁である。排水流量調整弁７は、制御部３０と電気的に接続されている。排水流量調整弁７の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を排水流量調整弁７に送信して、弁開度を制御することにより、排水Ｗ４２の排水流量を調整することができる。排水流量調整弁７は、例えば電磁弁でもよい。

第２流量センサＦＭ２は、排水ラインＬ６から装置外へ排出される排水Ｗ４２の排水流量を第２検出流量値として検出する機器である。第２流量センサＦＭ２は、排水ラインＬ６に接続されている。また、第２流量センサＦＭ２は、制御部３０と電気的に接続されている。第２流量センサＦＭ２で検出された排水Ｗ４２の第２検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。第２流量センサＦＭ２として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

〔２ 制御部の機能ブロック〕
制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。

ＣＰＵは膜分離装置１を全体的に制御するプロセッサである。該ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された各種プログラムを、バスを介して読み出し、該各種プログラムに従って膜分離装置１全体を制御することで、図３の機能ブロック図に示すように、制御部３０が開度調整弁制御部３１、切替部３２、及びポンプ制御部３３の機能を実現するように構成される。ＲＡＭには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、膜分離装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。

開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御する。とりわけ、開度調整弁制御部３１は、後述の切替部３２によって切り替えられる制御モードに応じて、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御する。

より詳細には、制御モードが開度固定制御モードにある場合には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を固定する。
制御モードがフィードバック制御モードにある場合には、開度調整弁制御部３１は、制御対象値を制御目標値に近づけるように、制御対象値をフィードバックすることによって、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御する。なお、ここで「制御対象値」とは、例えば給水圧力や排水流量や処理水流量の値である。「制御対象値」が給水圧力である場合には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４の開度を制御することにより、給水圧力センサＰＳ１で測定される給水圧力を、「制御目標値」すなわち、給水圧力の目標値に近づける。また、「制御対象値」が排水流量である場合には、開度調整弁制御部３１は、排水流量調整弁７の開度を制御することにより、第２流量センサＦＭ２で測定される排水流量を、「制御目標値」すなわち、排水流量の目標値に近づける。なお、制御目標値は膜分離装置１の運転中に変化することがある。

制御モードが定加速制御モードにある場合には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を増加させる。
制御モードが定減速制御モードにある場合には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を減少させる。とりわけ、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の仕様として、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７に０という電流値を入れてしまうと、その時点での開度を保持してしまう。開度保持の状態で、０ｍＡという値を与えると、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７が異常と誤って認識して、閉じない可能性がある。そのために定減速という動作をする。

なお、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７に対し、例えば４ｍＡの電力を出力すれば、各々の弁は閉状態になるが、電力を出力する側の誤差で、４ｍＡを狙って、実際には例えば３．８ｍＡの電流値が出力された場合、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７が開度を保持してしまうことがある。このような現象を防ぐため、４ｍＡよりも高い電流値から、電流値を徐々に落としていけば、少なくとも４ｍＡは通過するので、全閉になる。

例えば加圧ポンプ２の回転速度等は簡単に電気制御できる一方で、上記のように給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の制御は簡単ではなく、操作を止めても制御対象値が制御目標値付近の範囲を通り過ぎてしまったり、ハンチング等の問題が発生したりする。このため、本実施形態においては、切替部３２が制御モードを以下のように切り替える。

切替部３２は、制御モードを、開度固定制御モードと、フィードバック制御モードと、定加速制御モードと、定減速制御モードとの間で切り替える。
より詳細には、切替部３２は、制御対象値が制御目標値を含む「中央範囲」に位置する場合に、制御モードを開度固定制御モードに切り替える。また、切替部３２は、制御対象値が中央範囲の下側に隣接する「下側第１範囲」に位置する場合に、又は、制御対象値が中央範囲の上側に隣接する「上側第１範囲」に位置する場合に、制御モードをフィードバック制御モードに切り替える。また、切替部３２は、制御対象値が下側第１範囲の下側に隣接する「下側第２範囲」に位置する場合に、制御モードを定加速制御モードに切り替える。また、切替部３２は、制御対象値が上側第１範囲の上側に隣接する「上側第２範囲」に位置する場合に、制御モードを定減速制御モードに切り替える。
なお、これら、「中央範囲」、「下側第１範囲」、「上側第１範囲」、「下側第２範囲」、「上側第２範囲」の具体例については、後述の実施例で説明する。

また、切替部３２は、制御モードがフィードバック制御モードにある場合に、制御対象値が制御目標値付近にある状態で第１の所定時間経過した後に、制御モードを開度固定制御モードに切り替える。
なお、ここで「制御目標値付近」とは、制御目標値との差分が所定値以内にある範囲であると共に、中央範囲よりも狭い範囲を示す。中央範囲が制御目標値に対して−５％〜＋５％である場合、制御目標値付近の範囲は、例えば、制御目標値を中心に、中央領域の−３％〜＋３％の範囲としてもよい。

また、切替部３２は、制御モードが開度固定制御モードにある場合に、制御対象値が中央範囲を第１の所定量外れた状態で、第２の所定時間経過した後に、制御対象値と制御目標値との差分に応じて、制御モードをフィードバック制御モードに切り替える。

また、切替部３２は、制御モードが開度固定制御モードにある場合に、制御対象値が中央範囲を第２の所定量外れた状態で、第３の所定時間経過した後に、制御対象値と制御目標値との差分に応じて、制御モードを定加速制御モード又は定減速モードに切り替える。

ポンプ制御部３３は、加圧ポンプ２の回転速度を制御する。とりわけ、上記の「制御対象値」が処理水流量の場合には、ポンプ制御部３３は、加圧ポンプ２の回転速度を制御することにより、第１流量センサＦＭ１で測定される処理水流量（透過水Ｗ３の流量）を、「制御目標値」すなわち、処理水流量の目標値に近づける。
また、ポンプ制御部３３は、加圧ポンプ２の立ち上げ時に、制御対象値が制御目標値を含む中央範囲に入るまで、加圧ポンプ２の回転速度を一定の割合で増加又は減少させる。

〔３ 膜分離装置の動作〕
図４は、膜分離装置１の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、膜分離装置１は制御対象値を計測する。例えば、制御対象値が給水圧力である場合には、給水圧力センサＰＳ１により給水圧力を測定する。制御対象値が排水流量である場合には、第２流量センサＦＭ２により排水流量を測定する。制御対象値が処理水流量である場合には、第１流量センサＦＭ１により処理水流量（透過水Ｗ３の流量）を測定する。

ステップＳ２において、制御対象値が下側第２範囲にある場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ３に移行する。制御対象値が下側第２範囲にない場合（Ｓ２：ＮＯ）には、処理はステップＳ５に移行する。

ステップＳ３において、膜分離装置１は定加速制御をする。具体的には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させる。

ステップＳ４において、制御対象値が下側第１範囲に入った場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ６に移行する。制御対象値が下側第１範囲に入っていない場合（Ｓ４：ＮＯ）には、処理はステップＳ１に移行する（リターン）。

ステップＳ５において、制御対象値が下側第１範囲又は上側第１範囲にある場合（Ｓ５：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ６に移行する。制御対象値が下側第１範囲又は上側第１範囲にない場合（Ｓ５：ＮＯ）には、処理はステップＳ８に移行する。

ステップＳ６において、膜分離装置１はフィードバック制御をする。具体的には、開度調整弁制御部３１は、制御対象値を制御目標値に近づけるように、制御対象値をフィードバックすることによって、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御する。

ステップＳ７において、制御対象値が制御目標値付近に到達してから、所定時間Ｔ１が経過した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ１０に移行する。それ以外の場合（Ｓ７：ＮＯ）には、処理はステップＳ１に移行する（リターン）。

ステップＳ８において、制御対象値が中央範囲にある場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ９に移行する。制御対象値が中央範囲にない場合（Ｓ８：ＮＯ）には、処理はステップＳ１２に移行する。

ステップＳ９において、制御対象値が制御目標値付近に到達してから、所定時間Ｔ１が経過した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ１０に移行する。それ以外の場合（Ｓ９：ＮＯ）には、処理はステップＳ１に移行する（リターン）。

ステップＳ１０において、膜分離装置１は開度固定制御をする。具体的には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を固定する。

ステップＳ１１において、制御対象値と制御目標値との差分が所定値を超えて以降、所定時間Ｔ２が経過した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ１に移行する（リターン）。それ以外の場合（Ｓ１１：ＮＯ）には、処理はステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１２において、膜分離装置１は定減速制御をする。具体的には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を減少させる。

ステップＳ１３において、制御対象値が上側第１範囲に入った場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ６に移行する。制御対象値が上側第１範囲に入っていない場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、処理はステップＳ１に移行する。

〔４ 実施例〕
図５は、本実施形態に係る膜分離装置１による制御対象値の制御結果の例を示すグラフである。

図５のグラフの左側に示すように、制御目標値を含む中央の領域を「中央範囲」とする。また中央範囲の上側に隣接する範囲を「上側第１範囲」とし、下側に隣接する範囲を「下側第１範囲」とする。更に、上側第１範囲の上側に隣接する範囲を「上側第２範囲」とし、下側第１範囲の下側に隣接する範囲を「下側第２範囲」とする。

更に、詳しくは後述するが、中央範囲は、概ね開度固定制御領域に対応する。より詳細には、制御対象値が中央範囲にある場合に、制御モードは基本的には開度固定制御モードとなる。
上側第１範囲と下側第１範囲は、概ねフィードバック制御領域に対応する。より詳細には、制御対象値が上側第１範囲と下側第１範囲にある場合に、制御モードは基本的にはフォードバック制御モードとなる。
上側第２範囲は、概ね定減速制御領域に対応する。より詳細には、制御対象値が上側第２範囲にある場合に、制御モードは基本的には定減速制御モードとなる。
下側第２範囲は、概ね定加速領域に対応する。より詳細には、制御対象値が上側第２範囲にある場合に、制御モードは基本的には定加速制御モードとなる。

時刻ｔ＝０において、制御対象値は下側第２範囲にあるため、膜分離装置１は、定加速制御を実行する。具体的には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を増加させる。
なお、仮に、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させ続けた場合に、開度１００％となるまでの時間はＴ３となるが、本実施例においては、開度１００％とならないうちに、後述のようにフィードバック制御を実行する。これは、例えば開度９０％以上となるまで定加速制御を実行すると、制御対象値が中央範囲を通り過ぎてしまうことがあるためである。このため、フィードバック制御を実行する下側第１範囲（及び上側第１範囲）の領域を多めに確保する。
更に、ポンプ制御部３３は、制御対象値が制御目標値を含む中央範囲に入るまで、加圧ポンプ２の回転速度を一定の割合で増加又は減少させる。

時刻ｔ＝ｔ１において、制御対象値が下側第１範囲に入ったため、膜分離装置１は、フィードバック制御を実行する。具体的には、開度調整弁制御部３１は、制御対象値を制御目標値に近づけるように、制御対象値をフィードバックすることによって、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御する。

時刻ｔ＝ｔ２において、制御対象値が制御目標値に達する。その後、所定時間Ｔ１が経過するまでの間、制御対象値は制御目標値付近の領域に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ３（＝ｔ２＋Ｔ１）において、開度固定制御を実行する。具体的には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を固定する。

給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を固定しても、例えば外乱が入ることにより、時刻ｔ＝ｔ４において、制御対象値が中央範囲を外れ下側第１範囲に入る。その後、所定時間Ｔ２が経過するまでの間、制御対象値は下側第１範囲に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ５（＝ｔ４＋Ｔ２）において、フィードバック制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ６において、制御対象値が制御目標値に達する。その後、所定時間Ｔ１が経過するまでの間、制御対象値は制御目標値付近の領域に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ７（＝ｔ６＋Ｔ１）において、開度固定制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ８において、制御対象値が中央範囲を外れ、上側第１範囲に入る。その後、所定時間Ｔ２が経過するまでの間、制御対象値は上側第１範囲に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ９（＝ｔ８＋Ｔ２）において、フィードバック制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ１０において、制御対象値が制御目標値に達する。その後、所定時間Ｔ１が経過するまでの間、制御対象値は制御目標値付近の領域に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ１１（＝ｔ１０＋Ｔ１）において、開度固定制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ１２において、制御対象値が中央範囲を外れ、下側第１範囲に入る。その後、所定時間Ｔ２が経過するまでの間に、制御対象値は下側第１範囲に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ１３（＝ｔ１２＋Ｔ２）において、フィードバック制御を実行する。

膜分離装置１は、フィードバック制御を実行するものの、制御対象値は減少を続け、時刻ｔ＝ｔ１４において、下側第２範囲に入る。そこで膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ１４において、定加速制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ１５において、制御対象値が下側第１範囲に入ったため、膜分離装置１は、フィードバック制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ１６において、制御対象値が制御目標値に達する。その後、所定時間Ｔ１が経過するまでの間、制御対象値は制御目標値付近の領域に存在し続けたため、膜分離装置１は、時刻ｔ＝ｔ１７（＝ｔ１６＋Ｔ１）において、開度固定制御を実行する。

時刻ｔ＝ｔ１８において、制御対象値が一気に増加し、上側第２範囲に入ったため、膜分離装置１は、定減速制御を実行する。より具体的には、開度調整弁制御部３１は、給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を減少させる。

時刻ｔ＝ｔ１９において、制御対象値が上側第１範囲に入ったため、膜分離装置１は、フィードバック制御を実行する。

〔５ 本実施形態の効果〕
上述した実施形態に係る膜分離装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
膜分離装置１は、制御モードを、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を固定する開度固定制御モードと、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を制御することにより、制御対象値を制御目標値に近づけるフィードバック制御モードと、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を増加させる定加速制御モードと、開度調整弁制御部２１が給水圧力調整弁１４及び／又は排水流量調整弁７の開度を一定の割合で変化させることにより、制御対象値を減少させる定減速制御モードとに切り替える切替部３２を備える。更に切替部３２は、制御モードを、制御対象値が制御目標値を含む中央範囲に位置する場合に開度固定制御モードに切り替え、制御対象値が中央範囲の下側に隣接する下側第１範囲に位置する場合に、又は、制御対象値が中央範囲の上側に隣接する上側第１範囲に位置する場合に、フィードバック制御モードに切り替え、制御対象値が下側第１範囲の下側に隣接する下側第２範囲に位置する場合に定加速制御モードに切り替え、制御対象値が上側第１範囲の上側に隣接する上側第２範囲に位置する場合に定減速制御モードに切り替える。
制御対象値と制御目標値との差分に応じて制御モードを切り替えることにより、ハンチングの可能性を減少させることが可能となる。

また、切替部３２は、制御モードがフィードバック制御モードにある場合に、制御対象値が制御目標値付近にある状態で第１の所定時間経過した後に、制御モードを開度固定制御モードに切り替える。
制御対象値が制御目標値にほぼ近似している場合に、開度調整弁の操作を停止することにより、開度調整弁の寿命を延ばすと共に、ハンチングの可能性を減少させることが可能となる。

また、切替部３２は、制御モードが開度固定制御モードにある場合に、制御対象値が中央範囲を第１の所定量外れた状態で第２の所定時間経過した後に、制御対象値と制御目標値との差分に応じて、制御モードをフィードバック制御モードに切り替える。
制御対象値が、いったん制御目標値近くの値となっても、制御対象値と制御目標値との差分が再度所定量以上となった場合には、制御をやり直すことにより、 素早く制御目標値に修正を行うことが可能となる。これにより、回収率が過度に高くなったり、給水量が許容給水量を超過したりする可能性を減らすことができる。

また、切替部３２は、制御モードが開度固定制御モードにある場合に、制御対象値が中央範囲を第２の所定量外れた状態で第３の所定時間経過した後に、制御対象値と制御目標値との差分に応じて、制御モードを定加速制御モード又は定減速モードに切り替える。
制御対象値が、制御目標値を大きく外れてしまった場合に、いきなりフィードバック制御をするのではなく、定加速制御又は定減速制御をすることにより、制御が素早く安定する。また、オーバーシュートすることなく、制御目標値に素早く近づけることができる。

また、膜分離装置１は、加圧ポンプ２の回転速度を制御するポンプ制御部３３を更に備え、加圧ポンプ２の立ち上げ時に、制御対象値が制御目標値を含む中央範囲に入るまで、ポンプ制御部３３は、加圧ポンプ２の回転速度を一定の割合で増加又は減少させる。
加圧ポンプ２の立ち上げ時に所定制御目標値（処理水流量）を含む中央範囲まで定加速運転又は定減速運転し、その後フィードバック制御することにより、より素早く制御目標値に到達することが可能となる。

〔６ 変形例〕
上記の実施形態において、膜分離装置１はＲＯ膜モジュール４を備えるＲＯ膜装置であるが、これには限定されない。例えば、膜分離装置１は、ＮＦ（ルーズＲＯ）膜装置であってもよい。

１ 膜分離装置
２ 加圧ポンプ
４ ＲＯ膜モジュール
５ 流量調整ユニット
７ 排水流量調整弁
１２ 給水ポンプ
１４ 給水圧力調整弁
３０ 制御部
３１ 開度調整弁制御部
３２ 切替部
３３ ポンプ制御部
Ｌ１ 給水ライン
Ｌ２ 供給水ライン
Ｌ３ 透過水ライン
Ｌ４ 濃縮水ライン
Ｌ５ 循環水ライン
Ｌ６ 排水ライン
Ｗ１ 給水
Ｗ２ 供給水
Ｗ３ 透過水
Ｗ４ 濃縮水
Ｗ４１ 循環水
Ｗ４２ 排水

Claims (5)

1. 給水を含む供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
   給水を吸入して供給水として前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、
   前記加圧ポンプに供給される給水の圧力を調整し、開度が実質的に無段階で調整可能な給水圧力調整弁、及び／又は、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調整し、開度が実質的に無段階で調整可能な排水流量調整弁と、
   前記給水圧力調整弁及び／又は前記排水流量調整弁の開度を制御する調整弁制御部と、
   制御モードを、
   前記調整弁制御部が前記開度を固定する開度固定制御モードと、
   前記調整弁制御部が前記開度を制御することにより、制御対象値を制御目標値に近づけるフィードバック制御モードと、
   前記調整弁制御部が前記開度を一定の割合で変化させることにより、前記制御対象値を増加させる定加速制御モードと、
   前記調整弁制御部が前記開度を一定の割合で変化させることにより、前記制御対象値を減少させる定減速制御モードと、に切り替える切替部と、を備え、
   前記切替部は、前記制御モードを、前記制御対象値が制御目標値を含む中央範囲に位置する場合に前記開度固定制御モードに切り替え、前記制御対象値が中央範囲の下側に隣接する下側第１範囲に位置する場合に、又は、前記制御対象値が中央範囲の上側に隣接する上側第１範囲に位置する場合に、前記フィードバック制御モードに切り替え、前記制御対象値が前記下側第１範囲の下側に隣接する下側第２範囲に位置する場合に前記定加速制御モードに切り替え、前記制御対象値が前記上側第１範囲の上側に隣接する上側第２範囲に位置する場合に前記定減速制御モードに切り替える、膜分離装置。
2. 前記切替部は、前記制御モードが前記フィードバック制御モードにある場合に、前記制御対象値が前記制御目標値付近にある状態で第１の所定時間経過した後に、前記制御モードを前記開度固定制御モードに切り替える、請求項１に記載の膜分離装置。
3. 前記切替部は、前記制御モードが前記開度固定制御モードにある場合に、前記制御対象値が前記中央範囲を第１の所定量外れた状態で第２の所定時間経過した後に、前記制御対象値と前記制御目標値との差分に応じて、前記制御モードを前記フィードバック制御モードに切り替える、請求項１又は２に記載の膜分離装置。
4. 前記切替部は、前記制御モードが前記開度固定制御モードにある場合に、前記制御対象値が前記中央範囲を第２の所定量外れた状態で第３の所定時間経過した後に、前記制御対象値と前記制御目標値との差分に応じて、前記制御モードを前記定加速制御モード又は前記定減速制御モードに切り替える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜分離装置。
5. 前記加圧ポンプの回転速度を制御するポンプ制御部を更に備え、
   前記加圧ポンプの立ち上げ時に、前記制御対象値が前記制御目標値を含む中央範囲に入るまで、前記ポンプ制御部は、前記加圧ポンプの回転速度を一定の割合で増加又は減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜分離装置。

Images