JP2020110736A - Energy recovery apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海水の淡水化等に用いられる逆浸透膜法による水処理システムのエネルギー回収装置に関する。 The present invention relates to an energy recovery device for a water treatment system by a reverse osmosis membrane method used for desalination of seawater and the like.
海水から淡水を造水する方法の一つとして、逆浸透法が知られている。この逆浸透法は、海水に海水の浸透圧以上の高い圧力を浸透圧の作用する方向と逆方向に加えて半透膜(逆浸透膜:RO膜)でろ過し、塩類と淡水とを分離するものである。この逆浸透法において、淡水が分離されて塩類が濃縮された海水(濃縮海水)は、高い圧力エネルギーを保持したまま逆浸透膜モジュールから流出する。この流出する濃縮海水の有する高い圧力エネルギーを有効に利用するため、種々のエネルギー回収装置が実用化されている。 The reverse osmosis method is known as one of the methods for producing fresh water from seawater. In this reverse osmosis method, salt water and fresh water are separated by applying a high pressure equal to or higher than the osmotic pressure of seawater to the seawater in the direction opposite to the direction in which the osmotic pressure acts and filtering with a semipermeable membrane (reverse osmosis membrane: RO membrane). To do. In this reverse osmosis method, seawater in which fresh water is separated and salts are concentrated (concentrated seawater) flows out from the reverse osmosis membrane module while maintaining high pressure energy. Various energy recovery devices have been put to practical use in order to effectively utilize the high pressure energy of the flowing out concentrated seawater.
従来、例えば特許文献1には、逆浸透法による海水淡水化システムにおけるエネルギー回収装置の一例が提案されている。この特許文献1では、一対のシリンダ装置のそれぞれの一端が、2つの逆止弁で構成された流路方向規制装置を介して給水ポンプおよび増圧ポンプに連通されている。また、シリンダ装置の他端は流路切換装置の流出入ポートに連通される。また、流路切換装置の流入ポートは逆浸透膜モジュールの高圧な濃縮海水の流出口に連通される。さらに、流路切換装置の一端に流出ポートが設けられている。
Conventionally, for example,
このエネルギー回収装置では、給水ポンプから送水される海水を高圧ポンプで加圧して逆浸透膜モジュールに供給すると共に、逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮海水をシリンダ装置に供給して高圧で海水を押し出すピストンを駆動し、シリンダ装置からも増圧ポンプを介して高圧海水を逆浸透膜モジュールに送っている。この逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮海水をシリンダ装置に供給して高圧で海水を押し出すピストンを駆動する操作を圧送工程と称している。
また、圧送工程終了後、給水ポンプから流路方向規制装置を介してシリンダ装置に海水を供給し、圧送工程と逆方向にピストンを駆動することで濃縮海水を排出しながら海水を充填する操作を充填工程と称している。
このようにこのエネルギー回収装置では、シリンダ装置のピストンがシリンダの端部に達した際に流路切換装置によって逆浸透膜モジュールからの高圧濃縮海水を一対のシリンダ装置に交互に供給すると共に給水ポンプから一対のシリンダ装置に交互に海水を充填するように制御を行っている。
In this energy recovery device, seawater sent from the water supply pump is pressurized by the high-pressure pump and supplied to the reverse osmosis membrane module, and high-pressure concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module is supplied to the cylinder device at high pressure. The piston that pushes out seawater is driven, and high-pressure seawater is also sent from the cylinder device to the reverse osmosis membrane module through the booster pump. The operation of supplying the high-pressure concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module to the cylinder device and driving the piston that pushes out the seawater at high pressure is referred to as a pressure feeding step.
In addition, after the completion of the pressure feeding process, seawater is supplied from the water supply pump to the cylinder device via the flow path direction regulating device, and the piston is driven in the direction opposite to the pressure feeding process to discharge the concentrated seawater and to fill the seawater. It is called a filling process.
As described above, in this energy recovery device, when the piston of the cylinder device reaches the end of the cylinder, the flow switching device alternately supplies the high-pressure concentrated seawater from the reverse osmosis membrane module to the pair of cylinder devices and the water supply pump. The control is performed so that the pair of cylinder devices are alternately filled with seawater.
これによって、2つのシリンダ装置で海水の圧送工程と充填工程とを繰り返し行って連続ろ過が可能となる。このように、逆浸透膜モジュールから排出される濃縮海水の高圧エネルギーを利用して2つのシリンダ装置から増圧ポンプを介して逆浸透モジュールに高圧海水を供給することで、高圧ポンプの消費エネルギーが削減される。 This allows continuous filtration by repeatedly performing the seawater pressure feeding step and the filling step with the two cylinder devices. In this way, by using high-pressure energy of concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module to supply high-pressure seawater from the two cylinder devices to the reverse osmosis module via the pressure boosting pump, the energy consumption of the high-pressure pump is reduced. Be reduced.
上記従来の技術において、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来の技術では、給水ポンプから送られる海水を直接加圧する高圧ポンプと、シリンダ装置から送り出される海水を増圧する増圧ポンプとで高圧海水を膜分離装置に送っているが、加圧用のポンプを2つ用いた2系統の増圧経路が必要になり、設備が複雑になり、設備コストが増大してしまう不都合があった。
In the above-mentioned conventional technique, the following problems remain.
That is, in the above conventional technique, high-pressure seawater is sent to the membrane separation device by a high-pressure pump that directly pressurizes the seawater sent from the water supply pump and a pressure-increasing pump that pressurizes the seawater sent from the cylinder device. Since two pressure increasing paths using two pumps are required, the equipment becomes complicated and the equipment cost increases.
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、加圧用のポンプが1つで済み、設備の簡易化が可能なエネルギー回収装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide an energy recovery device that requires only one pressurizing pump and can simplify equipment.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係るエネルギー回収装置は、高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し前記淡水を淡水管に排出すると共に高圧の前記濃縮海水を濃縮水管に排出する膜分離装置に接続されるエネルギー回収装置であって、海水を供給する給水ポンプと、前記海水を加圧して前記膜分離装置へ前記高圧海水を供給する高圧ポンプと、一端が前記給水ポンプに連通し、前記濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に前記濃縮海水の排水路との連通と遮断とを行う流路切換機構を介してそれぞれ他端が前記濃縮水管と前記排水路とに接続された複数のシリンダ装置と、複数の前記シリンダ装置の一端に接続され、前記海水を複数の前記シリンダ装置に交互に供給すると共に、複数の前記シリンダ装置から高圧で交互に押し出される前記海水を前記膜分離装置に送る流路方向規制機構と、前記流路切換機構を制御して前記濃縮水管及び前記排水路に対する複数の前記シリンダ装置の接続を切り換え、高圧の前記濃縮海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記海水を高圧で押し出す圧送工程と、前記圧送工程後に前記給水ポンプからの前記海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記濃縮海水を排出しながら前記海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、前記シリンダ装置が、前記濃縮水管と前記排水路とに他端が接続され他端側から前記濃縮海水が導入されると共に一端が前記給水ポンプに連通し一端側から前記海水が導入されるシリンダと、前記シリンダ内で往復移動するピストンと、前記ピストンに一端が接続され他端が前記シリンダの他端から外部に突出したピストンロッドとを備えていることを特徴とする。 The present invention adopts the following configurations in order to solve the above problems. That is, the energy recovery apparatus according to the first aspect of the invention is a membrane separation that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater with a reverse osmosis membrane, discharges the freshwater to a freshwater pipe, and discharges the high-pressure concentrated seawater to a concentrated water pipe. An energy recovery device connected to the device, a water supply pump for supplying seawater, a high-pressure pump for pressurizing the seawater to supply the high-pressure seawater to the membrane separation device, and one end communicating with the water supply pump, A plurality of ends each connected to the concentrated water pipe and the drainage channel through a flow path switching mechanism that communicates with and blocks the concentrated water channel and also communicates with and blocks the drainage channel of the concentrated seawater. Of the cylinder device and one end of the plurality of cylinder devices, the seawater is alternately supplied to the plurality of cylinder devices, and the seawater that is alternately extruded at high pressure from the plurality of cylinder devices is the membrane separation device. To control the flow channel direction control mechanism and the flow channel switching mechanism to switch the connection of the plurality of cylinder devices to the concentrated water pipe and the drainage channel, and to supply the concentrated seawater of high pressure to the cylinder device. Control function to perform a pressure-feeding step of pushing out the seawater at high pressure, and a filling step of supplying the seawater from the water supply pump to the cylinder device after the pressure-feeding step to discharge the concentrated seawater inside, and the seawater. The cylinder device, the other end is connected to the concentrated water pipe and the drainage channel, the concentrated seawater is introduced from the other end side, and one end communicates with the water supply pump From which the seawater is introduced, a piston reciprocating in the cylinder, and a piston rod having one end connected to the piston and the other end protruding outward from the other end of the cylinder. And
このエネルギー回収装置では、シリンダ装置が、シリンダ内で往復移動するピストンと、ピストンに一端が接続され他端がシリンダの他端から外部に突出したピストンロッドを備えているので、ピストンロッドの太さ(断面積)に応じてシリンダ内のピストンより一端側の断面積とピストンより他端側の断面積が異なり、シリンダ装置から送り出される海水を所望の圧力と流量とに設定することが可能になる。
すなわち、シリンダ装置における海水の圧力と流量との入出力比は、パスカルの原理によればシリンダ内においてピストンより一端側の断面積(シリンダの内側の断面積)とピストンより他端側の断面積(シリンダの内側の断面積からピストンロッドの断面積を差し引いた面積)との面積比に比例するため、濃縮海水が導入されるピストンより他端側の流量及び圧力のみを制御対象とすればよく、制御システムの構築が容易になる。また、ピストンより他端側に入った濃縮海水から回収した圧力エネルギーを、ピストンより一端側に入った海水に伝達し、高圧ポンプ吸込み側に供給することで、押込み圧力分だけ高圧ポンプの吐出し圧力を上げることが可能になる。
このように、シリンダ内のピストンより他端側とピストンより一端側とで設定された圧力と流量とで海水をシリンダ装置から押し出して高圧ポンプ側に供給することで、海水の圧力をさらに追加して膜分離装置に供給でき、給水ポンプからの海水を増圧して高圧ポンプに供給することで半透膜(逆浸透膜:RO膜)及び各配管等の各部の損失水頭分を補っていた増圧ポンプが不要になる。すなわち、シリンダ装置から出た圧力分が高圧ポンプの押込み圧力となり、その押込み圧力分、高圧ポンプの全揚程を低くすることができる。RO膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプのヘッドに加算すればよいので、増圧ポンプが不要になる。
また、エネルギー伝達に伴う流量および圧力比は、常に一定となるため、本装置を含む全体システムの制御をピストンより他端側の流量および圧力のみを対象とすればよく、制御が容易となる。
In this energy recovery device, the cylinder device includes a piston that reciprocates in the cylinder, and a piston rod that has one end connected to the piston and the other end that protrudes outward from the other end of the cylinder. The cross-sectional area on one end side of the piston and the cross-sectional area on the other end side of the piston differ depending on the (cross-sectional area), and it is possible to set the seawater sent out from the cylinder device to the desired pressure and flow rate. ..
That is, according to Pascal's principle, the input/output ratio of the pressure and flow rate of seawater in the cylinder device is the cross-sectional area of one end side of the piston (cross-sectional area inside the cylinder) and the cross-sectional area of the other end side of the piston in the cylinder. Since it is proportional to the area ratio with (the area obtained by subtracting the cross-sectional area of the piston rod from the cross-sectional area of the inside of the cylinder), only the flow rate and pressure on the other end side of the piston into which the concentrated seawater is introduced need be controlled. The control system can be easily constructed. In addition, the pressure energy recovered from the concentrated seawater entering the other end of the piston is transmitted to the seawater entering the one end of the piston and supplied to the suction side of the high-pressure pump, so that the high-pressure pump discharges only the amount corresponding to the pushing pressure. It becomes possible to raise the pressure.
In this way, seawater pressure is further added by pushing out seawater from the cylinder device and supplying it to the high-pressure pump side at the pressure and flow rate set on the other end side of the piston and the one end side of the piston in the cylinder. Can be supplied to the membrane separation device, and the seawater from the water supply pump is boosted and supplied to the high-pressure pump to compensate for the head loss of each part such as the semipermeable membrane (reverse osmosis membrane: RO membrane) and each pipe. Eliminates need for pressure pump. That is, the amount of pressure discharged from the cylinder device becomes the pushing pressure of the high-pressure pump, and the total lifting height of the high-pressure pump can be lowered by the pushing pressure. Since the head loss of each portion such as the RO membrane and each pipe may be added to the head of the high pressure pump, the booster pump becomes unnecessary.
Further, since the flow rate and the pressure ratio associated with the energy transfer are always constant, the control of the entire system including the present device may be performed only for the flow rate and the pressure on the other end side of the piston, which facilitates the control.
第2の発明に係るエネルギー回収装置は、第1の発明において、前記シリンダの他端または他端近傍の周面に、前記濃縮水管と前記排水路とに接続され前記濃縮海水の導入及び排出が行われる濃縮海水導入口が設けられていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、シリンダの他端または他端近傍の周面に、濃縮水管と排水路とに接続され濃縮海水の導入及び排出が行われる濃縮海水導入口が設けられているので、ピストンロッドの外径に係わらず、シリンダの他端近傍に濃縮海水導入口を設けることができ、濃縮海水の導入・排出を安定して行うことができる。
An energy recovery device according to a second invention is the energy recovery device according to the first invention, wherein the concentrated water pipe and the drainage channel are connected to the other end of the cylinder or a peripheral surface in the vicinity of the other end to introduce and discharge the concentrated seawater. It is characterized in that a concentrated seawater inlet for operation is provided.
That is, in this energy recovery device, on the peripheral surface of the other end of the cylinder or in the vicinity of the other end, since the concentrated seawater inlet for introducing and discharging the concentrated seawater is provided, which is connected to the concentrated water pipe and the drainage channel, Regardless of the outer diameter of the piston rod, a concentrated seawater inlet can be provided near the other end of the cylinder, and the concentrated seawater can be stably introduced and discharged.
第3の発明に係るエネルギー回収装置は、第1又は第2の発明において、前記シリンダの他端に、前記ピストンロッドが貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔の内周面に、前記濃縮海水の外部への漏れを防止するロッド用シールが設けられていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、シリンダの他端に、ピストンロッドが貫通する貫通孔が形成され、貫通孔の内周面に、濃縮海水の外部への漏れを防止するロッド用シールが設けられているので、シリンダの他端から突出しているピストンロッドの周囲から濃縮海水が漏れ出てしまうことを防止できる。
In the energy recovery device according to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a through hole through which the piston rod penetrates is formed at the other end of the cylinder, and the concentration is on the inner peripheral surface of the through hole. It is characterized in that a rod seal for preventing leakage of seawater to the outside is provided.
That is, in this energy recovery device, a through hole through which the piston rod penetrates is formed at the other end of the cylinder, and a rod seal that prevents leakage of concentrated seawater to the outside is provided on the inner peripheral surface of the through hole. Therefore, the concentrated seawater can be prevented from leaking out around the piston rod protruding from the other end of the cylinder.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明によるエネルギー回収装置によれば、シリンダ装置が、シリンダ内で往復移動するピストンと、ピストンに一端が接続され他端がシリンダの他端から外部に突出したピストンロッドを備えているので、ピストンロッドの太さ(断面積)に応じてシリンダ内のピストンより一端側の断面積とピストンより他端側の断面積とが異なり、シリンダ装置から送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。
したがって、本発明のエネルギー回収装置では、高圧ポンプだけで海水を高い圧力かつ十分な流量で膜分離装置に送り込むことができ、従来必要であった増圧ポンプが不要になって、設備の簡易化が可能になり、設備コストの低減を図ることができる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the energy recovery device of the present invention, the cylinder device includes the piston that reciprocates in the cylinder, and the piston rod that has one end connected to the piston and the other end that projects outward from the other end of the cylinder. , The cross-sectional area on one end side of the piston and the cross-sectional area on the other end side of the piston in the cylinder are different depending on the thickness (cross-sectional area) of the piston rod, and the pressure and flow rate of seawater sent out from the cylinder device are set. It will be possible.
Therefore, in the energy recovery device of the present invention, seawater can be sent to the membrane separation device at a high pressure and a sufficient flow rate only by the high-pressure pump, and the pressure boosting pump that was required in the past becomes unnecessary, and the facility can be simplified. It is possible to reduce the equipment cost.
以下、本発明におけるエネルギー回収装置の第1実施形態を、図1に基づいて説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the energy recovery device according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態におけるエネルギー回収装置1は、図1に示すように、高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し淡水を淡水管3に排出すると共に高圧の濃縮海水を濃縮水管4に排出する膜分離装置5に接続されるエネルギー回収装置である。
As shown in FIG. 1, the
このエネルギー回収装置1は、海水を供給する給水ポンプP1と、海水を加圧して膜分離装置5へ高圧海水を供給する高圧ポンプP2と、一端が給水ポンプP1に連通し、濃縮水管4との連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水路19との連通と遮断とを行う流路切換機構6A,6Bを介してそれぞれ他端が濃縮水管4と排水路19とに接続された複数のシリンダ装置7A,7Bと、複数のシリンダ装置7A,7Bの一端に接続され、海水を複数のシリンダ装置7A,7Bに交互に供給すると共に、複数のシリンダ装置7A,7Bから高圧で交互に押し出される海水を膜分離装置5に戻す流路方向規制機構11と、流路切換機構6A,6Bを制御して濃縮水管4及び排水路19に対する複数のシリンダ装置7A,7Bの接続を切り換え、高圧の濃縮海水をシリンダ装置7A,7Bに供給して内部の海水を高圧で押し出す圧送工程と、圧送工程後に給水ポンプP1からの海水をシリンダ装置7A,7Bに供給して内部の濃縮海水を排出しながら海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部Cとを備えている。
The
上記シリンダ装置7A,7Bは、濃縮水管4と排水路19とに他端が接続され他端側から濃縮海水が導入されると共に一端が給水ポンプP1に連通し一端側から海水が導入されるシリンダ8と、シリンダ8内で往復移動するピストン9と、ピストン9に一端が接続され他端がシリンダ8の他端から外部に突出したピストンロッド12とを備えている。
なお、ピストン9の外周面には、漏れ防止用のピストンシール(図示略)が設けられている。
The
A piston seal (not shown) for preventing leakage is provided on the outer peripheral surface of the
上記シリンダ8の他端または他端近傍の周面には、濃縮水管4と排水路19とに接続され濃縮海水の導入及び排出が行われる濃縮海水導入口8aが設けられている。
また、濃縮海水導入口8aは、接続管13eの一端に接続され、接続管13eの他端が流出入ポート13cに接続されている。すなわち、シリンダ8は、濃縮海水導入口8a及び接続管13eを介して流出入ポート13cに接続されている。
また、シリンダ8の他端には、ピストンロッド12が貫通する貫通孔8bが形成され、貫通孔8bの内周面に、濃縮海水の外部への漏れを防止するロッド用シール(図示略)が設けられている。
At the other end of the
The
Further, a through
また、上記流路方向規制機構11は、各シリンダ装置7A,7Bから押し出された海水を高圧ポンプP2の吸込側に供給するように設定されている。すなわち、流路方向規制機構11は、各シリンダ装置7A,7Bから押し出された海水を高圧ポンプP2の吸込側に接続された連結管11eに送るように設定されている。
Further, the flow path
シリンダ装置7A,7Bは、濃縮水管4との連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水管19との連通と遮断とを行う第1流路切換機構6Aを介して一端が濃縮水管4と排水管19とに接続された第1シリンダ装置7Aと、濃縮水管4との連通と遮断とを行うと共に排水管19との連通と遮断とを行う第2流路切換機構6Bを介して一端が濃縮水管4と排水管19とに接続された第2シリンダ装置7Bとを備えている。
The
すなわち、制御部Cは、第1流路切換機構6A及び第2流路切換機構6Bを制御して濃縮水管4及び排水管19に対する第1シリンダ装置7Aと第2シリンダ装置7Bとの接続を切り換え、高圧の濃縮海水を第1シリンダ装置7Aと第2シリンダ装置7Bとに交互に流し込む制御機能と濃縮海水を第1シリンダ装置7A及び第2シリンダ装置7Bから交互に排出する制御機能とを有している。
That is, the control unit C controls the first
また、海水の供給管2aには、給水ポンプP1が接続されており、給水ポンプP1によって供給管2aから流路方向規制機構11に海水が送られる。
上記流路方向規制機構11は、海水を第1シリンダ装置7Aと第2シリンダ装置7Bとに交互に供給すると共に、第1シリンダ装置7Aと第2シリンダ装置7Bとから高圧で交互に押し出される海水を連結管11eを介して膜分離装置5に戻すように設定されている。
Further, a water supply pump P1 is connected to the
The flow path
上記濃縮水管4は、途中で分岐されて第1流路切換機構6Aと第2流路切換機構6Bとに接続されている。
上記第1流路切換機構6A及び第2流路切換機構6Bは、第1シリンダ装置7A又は第2シリンダ装置7Bへの濃縮海水の供給とその停止及び第1シリンダ装置7A又は第2シリンダ装置7Bからの濃縮海水の排出とその停止との切り換えを行う切換用シリンダ装置13と、切換用シリンダ装置13を駆動する駆動装置14とを備えている。
The concentrated water pipe 4 is branched midway and connected to the first flow
The first flow
上記切換用シリンダ装置13は、第1シリンダ装置7A又は第2シリンダ装置7Bの一端と排水管19と濃縮水管4とに接続された切換用シリンダ20と、切換用シリンダ20内で往復移動し第1シリンダ装置7A又は第2シリンダ装置7Bの一端と排水管19及び濃縮水管4との連通及び遮断が可能な排水側ピストン20aと、切換用シリンダ20内で排水側ピストン20aと一体で往復移動する供給側ピストン20bと、一端に排水側ピストン20aが設けられていると共に中間部に供給側ピストン20bが設けられ他端が切換用シリンダ20の他端から外部に突出して駆動装置14に接続された切換用ピストンロッド22とを備えている。
The
上記切換用シリンダ20は、濃縮海水の排水管19に接続され一端側に設けられた流出ポート13aと、濃縮水管4に接続され中間部に設けられた流入ポート13bと、第1シリンダ装置7A又は第2シリンダ装置7Bに接続され流出ポート13aと流入ポート13bとの間に設けられた流出入ポート13cとを有している。
The switching
制御部Cは、例えば各シリンダ装置7A,7Bのシリンダ8の他端近傍を含む複数箇所にそれぞれ設けられピストン9の位置、特にピストン9がシリンダ8の他端近傍に達したことを検出可能な位置に位置検出器(図示略)を備え、これら位置検出器の検出信号に基づいて第1流路切換機構6A及び第2流路切換機構6Bを制御する機能を有している。
なお、位置検出器は、シリンダ8の上記以外の箇所にも設置しても構わない。
The control unit C is provided at each of a plurality of positions including, for example, the vicinity of the other end of the
It should be noted that the position detector may be installed at a position other than the above on the
また、上記シリンダ8に取り付ける位置検出器を設けなくても、本実施形態では、ピストンロッド12がシリンダ8から突出しており、その突出量からピストン9の位置を判断することができる。したがって、ピストンロッド12が所定の突出量に達した際に、信号を発して第1流路切換機構6A及び第2流路切換機構6Bを制御する機能を採用しても構わない。
Further, even if the position detector attached to the
上記第1流路切換機構6A及び上記第2流路切換機構6Bは、切換用シリンダ装置13を駆動する上記駆動装置14を備えている。
上記駆動装置14は、例えば油圧ポンプに接続された油圧ピストン,電動アクチュエータなどを用いて構成されている。
上記制御部Cは、前記検出信号に基づいて油圧サーボ弁またはサーボモータ(図示略)を制御して駆動装置14を操作する機能を有している。
The first flow
The
The control unit C has a function of operating a
第1シリンダ装置7Aおよび第2シリンダ装置7Bのそれぞれの他端は、一対の逆止弁11で構成された流路方向規制機構11を介して給水ポンプP1に連通されている。
第1シリンダ装置7Aの一端は、第1流路切換機構6Aにおける切換用シリンダ装置13の流出入ポート13cに連通され、第2シリンダ装置7Bの一端は、第2流路切換機構6Bにおける切換用シリンダ装置13の流出入ポート13cに連通されている。
The other end of each of the
One end of the
また、切換用シリンダ装置13の流入ポート13bは、濃縮水管4に連通されている。さらに、切換用シリンダ装置13の一端には、排水管19に接続された流出ポート13aが設けられている。切換用シリンダ20内に配設された排水側ピストン20a及び供給側ピストン20bは切換用ピストンロッド22に連結されている。また、切換用ピストンロッド22の一端は、駆動装置14に連結されて駆動装置14に連動して切換用シリンダ20内を往復動する。
The
上記流路方向規制機構11は、供給管2aに接続された一対の分岐管11cを有し、これらの分岐管11cの途中に、対応する第1シリンダ装置7A及び第2シリンダ装置7Bの一端がシリンダ接続管11dを介して接続されている。分岐管11cにおいて、シリンダ接続管11dの接続部分の両側には、それぞれ一対の逆止弁11が設けられている。また、一対の分岐管11cの他端は、連結管11eに接続されている。
The flow path
次に、本実施形態のエネルギー回収装置1の動作について、図面を参照して説明する。
まず、図1に示すように、圧送工程にある第1シリンダ装置7Aのピストン9が矢印Y1の方向に移動すると、シリンダ8内の海水が分岐管11c側に押し出される。分岐管11cに押し出された海水は、連結管11eを介して高圧ポンプP2に供給される。
一方、充填工程にある第2シリンダ装置7Bのピストン9が矢印Y2の方向に移動すると、シリンダ8内の濃縮海水が濃縮海水導入口8a及び流出入ポート13cを介して排水管19に排出される。
Next, the operation of the
First, as shown in FIG. 1, when the
On the other hand, when the
第1シリンダ装置7Aのピストン9が所定の位置検出器の位置に到達すると、その位置検出器から検出信号が制御部Cに送信され、この検出信号を制御部Cが受信すると、制御部Cが第2流路切換機構6Bの駆動装置14を制御して流路の切り換えを行う。
このとき、第2流路切換機構6Bにおける切換用シリンダ装置13の流入ポート13bと流出入ポート13cとが連通されて高圧の濃縮海水が膜分離装置5から第2シリンダ装置7Bに供給されると共に、流出入ポート13cと流出ポート13aとの連通が遮断されて、第2シリンダ装置7Bの圧送工程が開始される。
このように流路の切り換えが行われ、第1シリンダ装置7Aと第2シリンダ装置7Bとで交互に圧送工程と充填工程とが繰り返し行われる。
When the
At this time, the
The flow paths are switched in this way, and the
本実施形態では、シリンダ装置7A,7Bにより、高圧ポンプP2に送られる海水の流量は、
Q1:シリンダ内のピストンより他端側に送り込まれる濃縮海水の流量
Q2:シリンダ内のピストンより一端側から送り出される海水の流量
A1:シリンダ内のピストンより他端側の断面積(シリンダの内側の断面積からピストンロッドの断面積を差し引いた面積、すなわち、ピストンロッド外周のリング状の面積)
A2:シリンダ内のピストンより一端側の断面積(シリンダの内側の断面積)、
とすると、以下の関係式により流量と面積との関係が決まる。
流量比:面積比=Q2/Q1:A2/A1
In the present embodiment, the flow rate of seawater sent to the high-pressure pump P2 by the
Q 1 : Flow rate of concentrated seawater sent from the piston in the cylinder to the other end side Q 2 : Flow rate of seawater sent from one end side in the cylinder piston A 1 : Cross-sectional area of the other end side of the piston in the cylinder (cylinder Area obtained by subtracting the cross-sectional area of the piston rod from the inner cross-sectional area of, that is, the ring-shaped area on the outer circumference of the piston rod)
A 2: (inside sectional area of the cylinder) the cross-sectional area of the one end side of the piston in the cylinder,
Then, the relation between the flow rate and the area is determined by the following relational expression.
Flow ratio: area ratio = Q 2 / Q 1: A 2 /
例えば、シリンダ8内のピストン9より他端側の断面積A1と、シリンダ8内のピストン9より一端側の断面積A2との比が、A1:A2=1:2である場合について以下に説明する。
この場合、圧送工程の第1シリンダ装置7Aでは、シリンダ8内のピストン9より他端側における濃縮海水の導入流量が5,000m3/d、圧力が4.0MPaとすると、シリンダ8内のピストン9より一端側における海水の排出流量が10,000m3/d、圧力が2.0MPaとなる。
For example, when the ratio of the cross-sectional area A 1 on the other end side of the
In this case, in the
このとき、高圧ポンプP2には、第1シリンダ装置7Aから流量が10,000m3/dで圧力が2.0MPaの海水が送られるため、膜分離装置5に流量が10,000m3/dで圧力が4.0MPaの海水を送り込みたい場合は、高圧ポンプP2において2.0MPaだけ昇圧すれば良い。
したがって、従来の技術では、給水ポンプから送られる海水を直接加圧する高圧ポンプと、シリンダ装置から送り出される海水を増圧する増圧ポンプとで高圧海水を膜分離装置に送っており、加圧用のポンプを2つ用いた2系統の増圧経路が必要であった。本実施形態ではシリンダ装置から送り出される海水を高圧ポンプの吸込み側に全量送り、増圧ポンプが補っていたRO膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプの全揚程に見込むため増圧ポンプが不要になる。
At this time, the high pressure pump P2, the pressure in the flow from the
Therefore, in the conventional technology, high-pressure seawater is sent to the membrane separation device by a high-pressure pump that directly pressurizes the seawater sent from the water supply pump and a pressure-increasing pump that pressurizes the seawater sent from the cylinder device. It was necessary to have two lines of pressure increasing path using two. In the present embodiment, the entire amount of seawater sent from the cylinder device is sent to the suction side of the high-pressure pump, and the loss head of each part such as the RO membrane and each pipe that the booster pump has supplemented is taken into account in the total head of the high-pressure pump. No need for a pump.
また、膜分離装置5では、濃縮海水が流量5,000m3/d、圧力4.0MPaで第1シリンダ装置7Aへ送り出されると共に、淡水(透過水)が流量5,000m3/dで淡水管3に送り出される。
なお、この際、充填工程である第2シリンダ装置7Bでは、シリンダ8の一端からの海水の流量が10,000m3/dであり、シリンダ8の他端側からの濃縮海水の排出量が5,000m3/dとなる。
In the
At this time, in the
このように本実施形態のエネルギー回収装置1では、シリンダ装置7A,7Bが、シリンダ8内で往復移動するピストン9と、ピストン9に一端が接続され他端がシリンダ8の他端から外部に突出したピストンロッド12を備えているので、ピストンロッド12の太さ(断面積)に応じてシリンダ8内のピストン9より一端側の断面積とピストン9より他端側の断面積とが異なり、シリンダ装置7A,7Bから送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。
As described above, in the
すなわち、シリンダ装置7A,7Bにおける海水の圧力と流量との入出力比は、シリンダ8内においてピストン9より一端側の断面積(シリンダ8の内側の断面積)とピストン9より他端側の断面積(シリンダ8の内側の断面積からピストンロッド12の断面積を差し引いた面積)との面積比に比例するため、濃縮海水が導入されるピストン9より他端側の流量および圧力のみを制御対象とすればよく、制御システムの構築が容易になる。また、ピストン9より他端側に入った濃縮海水から回収した圧力エネルギーを、ピストン9より一端側に入った海水に伝達し、高圧ポンプP2吸込み側に供給することで押込み圧力分だけ高圧ポンプの吐出し圧力を上げることが可能になる。
That is, the input/output ratio between the pressure and the flow rate of seawater in the
このように、シリンダ8内のピストン9より他端側とピストン9より一端側とで設定された圧力と流量とで海水をシリンダ装置7A,7Bから押し出して高圧ポンプP2側に供給することで、海水の圧力をさらに追加して膜分離装置5に供給でき、給水ポンプP1からの海水を増圧して高圧ポンプP2に供給することでRO膜及び各配管等の各部の損失水頭分を補っていた増圧ポンプが不要になる。
すなわち、シリンダ8内のピストン9より一端側から出た圧力分が高圧ポンプP2の押込み圧力となり、その押込み圧力分、高圧ポンプP2の全揚程を低くすることができる。RO膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプP2のヘッドに加算すればよいので、増圧ポンプが不要になる。
また、エネルギー伝達に伴う流量および圧力比は、常に一定となるため、本装置を含む全体システムの制御をピストンより他端側の流量および圧力のみを対象とすればよく、制御が容易となる。
In this way, by extruding seawater from the
That is, the amount of pressure from the one end side of the
Further, since the flow rate and the pressure ratio associated with the energy transfer are always constant, the control of the entire system including the present device may be performed only for the flow rate and the pressure on the other end side of the piston, which facilitates the control.
また、シリンダ8の他端または他端近傍の周面に、濃縮水管4と排水路19とに接続され濃縮海水の導入及び排出が行われる濃縮海水導入口8aが設けられているので、ピストンロッド12の外径に係わらず、シリンダ8の他端近傍に濃縮海水導入口8aを設けることができ、濃縮海水の導入・排出を安定して行うことができる。
さらに、シリンダ8の他端に、ピストンロッド12が貫通する貫通孔8bが形成され、貫通孔8bの内周面に、濃縮海水の外部への漏れを防止するロッド用シールが設けられているので、シリンダ8の他端から突出しているピストンロッド12の周囲から濃縮海水が漏れ出てしまうことを防止できる。
Further, since the concentrated
Further, a through
次に、本発明におけるエネルギー回収装置の第2実施形態を、図2に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。 Next, 2nd Embodiment of the energy recovery apparatus in this invention is described based on FIG. In the following description of the embodiments, the same components as those described in the above embodiments will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、2つのシリンダ装置7A,7Bを備えているのに対し、第2実施形態のエネルギー回収装置21では、図2に示すように、3つのシリンダ装置7A,7B,7Cを備えている点である。
すなわち、第2実施形態では、シリンダ装置が、第1シリンダ装置7A,第2シリンダ装置7B及び第3シリンダ装置9Cで構成されている。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the first embodiment is provided with two
That is, in the second embodiment, the cylinder device includes the
第2実施形態では、分岐管11cが3つのシリンダ装置に対応して3つに分岐してそれぞれ逆止弁11aを介して第1シリンダ装置7A,第2シリンダ装置7B及び第3シリンダ装置7Cに接続されている。
また、流路切換機構も、3つのシリンダ装置に対応して第1流路切換機構6A,第2流路切換機構6B及び第3流路切換機構6Cの3つで構成されている。
第3シリンダ装置7Cも、第1シリンダ装置7A,第2シリンダ装置7Bと同様のシリンダ構造を有している。
In the second embodiment, the
The flow path switching mechanism is also composed of three first flow
The third cylinder device 7C also has the same cylinder structure as the
なお、第2実施形態では、例えば3つのシリンダ装置7A,7B,7Cのうち、第1シリンダ装置7Aが圧送工程であると共に第3シリンダ装置9Cが充填工程であるとき、第2シリンダ装置7Bはピストン9が第2シリンダ装置7Bの他端に到達している状態であり、第2シリンダ装置7Bが待機工程となるようにシリンダ装置7A,7B,7Cの工程の切り換えが設定されている。すなわち、3本のシリンダ装置7A,7B,7Cのうち1本を圧送工程とし、1本を充填工程とし、1本を待機工程として使用することで、給水ポンプP1から常に海水が供給されて給水ポンプP1の脈動を抑制することができる。
In the second embodiment, of the three
このように第2実施形態のエネルギー回収装置21でも、3つのシリンダ装置7A,7B,7Cが、シリンダ8内で往復移動するピストン9と、ピストン9に一端が接続され他端がシリンダ8の他端から外部に突出したピストンロッド12を備えているので、ピストンロッド12の太さ(断面積)に応じてシリンダ8内のピストン9より一端側の断面積とピストン9より他端側の断面積とが異なり、シリンダ装置7A,7B,7Cから送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。
As described above, also in the
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1,21…エネルギー回収装置、2a…供給管、3…淡水管、4…濃縮水管、5…膜分離装置、6A…第1流路切換機構、6B…第2流路切換機構、6C…第3流路切換機構、7A…第1シリンダ装置、7B…第2シリンダ装置、7C…第3シリンダ装置、8…シリンダ、8a…濃縮海水導入口、8b…貫通孔、9…ピストン、11…流路方向規制機構、12…ピストンロッド、19…濃縮海水の排水路、P1…給水ポンプ、P2…高圧ポンプ、C…制御部 1, 21... Energy recovery device, 2a... Supply pipe, 3... Fresh water pipe, 4... Concentrated water pipe, 5... Membrane separation device, 6A... First flow path switching mechanism, 6B... Second flow path switching mechanism, 6C... 3 flow path switching mechanism, 7A... 1st cylinder device, 7B... 2nd cylinder device, 7C... 3rd cylinder device, 8... Cylinder, 8a... Concentrated seawater inlet, 8b... Through hole, 9... Piston, 11... Flow Road direction regulation mechanism, 12... Piston rod, 19... Drainage channel of concentrated seawater, P1... Water supply pump, P2... High pressure pump, C... Control section
Claims (3)
海水を供給する給水ポンプと、
前記海水を加圧して前記膜分離装置へ前記高圧海水を供給する高圧ポンプと、
一端が前記給水ポンプに連通し、前記濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に前記濃縮海水の排水路との連通と遮断とを行う流路切換機構を介してそれぞれ他端が前記濃縮水管と前記排水路とに接続された複数のシリンダ装置と、
複数の前記シリンダ装置の一端に接続され、前記海水を複数の前記シリンダ装置に交互に供給すると共に、複数の前記シリンダ装置から高圧で交互に押し出される前記海水を前記膜分離装置に送る流路方向規制機構と、
前記流路切換機構を制御して前記濃縮水管及び前記排水路に対する複数の前記シリンダ装置の接続を切り換え、高圧の前記濃縮海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記海水を高圧で押し出す圧送工程と、前記圧送工程後に前記給水ポンプからの前記海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記濃縮海水を排出しながら前記海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、
前記シリンダ装置が、前記濃縮水管と前記排水路とに他端が接続され他端側から前記濃縮海水が導入されると共に一端が前記給水ポンプに連通し一端側から前記海水が導入されるシリンダと、
前記シリンダ内で往復移動するピストンと、
前記ピストンに一端が接続され他端が前記シリンダの他端から外部に突出したピストンロッドとを備えていることを特徴とするエネルギー回収装置。 An energy recovery device that is connected to a membrane separation device that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater with a reverse osmosis membrane and discharges the freshwater to a freshwater pipe and discharges the high-pressure concentrated seawater to a concentrated water pipe,
A water supply pump for supplying seawater,
A high-pressure pump that pressurizes the seawater to supply the high-pressure seawater to the membrane separation device,
One end communicates with the water supply pump, communicates with the concentrated water pipe and blocks it, and at the other end connects with the concentrated water pipe through a flow path switching mechanism that communicates with and blocks the drainage channel of the concentrated seawater. A plurality of cylinder devices connected to the drainage channel,
A flow path direction that is connected to one end of the plurality of cylinder devices and alternately supplies the seawater to the plurality of cylinder devices, and sends the seawater alternately extruded at high pressure from the plurality of cylinder devices to the membrane separation device. A regulatory mechanism,
A pressure feeding step of controlling the flow path switching mechanism to switch the connection of the plurality of cylinder devices to the concentrated water pipe and the drainage channel, supplying the concentrated seawater of high pressure to the cylinder device to push out the seawater inside at high pressure. And a control unit having a control function of performing a filling step of filling the seawater while supplying the seawater from the water supply pump to the cylinder device after discharging the concentrated seawater inside the pumping step,
A cylinder in which the other end of the cylinder device is connected to the concentrated water pipe and the drainage channel, the concentrated seawater is introduced from the other end side, and one end communicates with the water supply pump and the seawater is introduced from one end side; ,
A piston that reciprocates in the cylinder,
An energy recovery device, comprising: a piston rod, one end of which is connected to the piston, and the other end of which extends outward from the other end of the cylinder.
前記シリンダの他端または他端近傍の周面に、前記濃縮水管と前記排水路とに接続され前記濃縮海水の導入及び排出が行われる濃縮海水導入口が設けられていることを特徴とするエネルギー回収装置。 The energy recovery device according to claim 1,
Energy characterized in that a concentrated seawater inlet for introducing and discharging the concentrated seawater, which is connected to the concentrated water pipe and the drainage channel, is provided on the peripheral surface of the other end of the cylinder or in the vicinity of the other end. Recovery device.
前記シリンダの他端に、前記ピストンロッドが貫通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔の内周面に、前記濃縮海水の外部への漏れを防止するロッド用シールが設けられていることを特徴とするエネルギー回収装置。 The energy recovery device according to claim 1 or 2,
At the other end of the cylinder, a through hole through which the piston rod penetrates is formed,
An energy recovery device characterized in that a rod seal for preventing leakage of the concentrated seawater to the outside is provided on the inner peripheral surface of the through hole.
Priority Applications (1)
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