JP6192336B2 - 塩水淡水装置 - Google Patents

Description

本発明は、浸透膜を利用して塩水を淡水化する塩水淡水装置であって、淡水化を行う浸透膜に塩水を供給する塩水供給ポンプの消費電力を削減するため、淡水化において得られる高圧となった濃縮塩水を活用する、塩水淡水装置に関する。

近年、我が国はもちろんのこと、世界各国で生活用水（特に飲用や食用に用いる水）の不足が問題となっている。理由の一つとしては、世界的な人口増加（発展途上国を中心に）によって生活用水の供給が追いついていないことがある。更に、各国において地方から都市部に人口の流入が増加しており、河川や湖などの淡水供給源が元々少ない都市部での、人口に対する生活用水の供給量のバランスが崩れてきていることがある。また、温暖化による砂漠化や豪雨の特定地域への集中などによって、生活用水に可能な淡水の貯留が困難であることもある。更には、環境問題への意識の高まりにより、河川へのダム建設が困難になっていることもある。

このような理由により、我が国を始め世界各国において、生活用水の不足が深刻化している。生活用水の不足は、時として内紛や隣国との争いを生じさせかねない問題である。

以上のような環境下において、塩水を淡水化する塩水淡水装置が、沿岸部などに設置されて、塩水より淡水を得ることが行われるようになってきている。我が国においても、水不足の生じやすい都市部の沿岸や湾内などの比較的静かな内海に、塩水淡水装置が設置される例が多くなっている。塩水淡水装置は、内海において塩水を取りこんで、逆浸透膜や正浸透膜などの部材を用いて、淡水を生成する。この生成された淡水が、生活用水として利用される。

このような浸透膜を用いた塩水淡水装置の基本技術については、従来から提案されており、実際に様々な場所において塩水淡水装置が設置されている。これらの塩水淡水装置は、実際に活用されている。

加えて、浸透膜を用いた塩水淡水装置については、塩水を淡水化する際の効率化や、この効率化につながる流量制御などの技術も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、塩水淡水装置では、塩水を淡水化する浸透膜部材へ塩水を供給するための塩水供給ポンプでの消費電力が大きい。この塩水供給ポンプの負荷を低減する技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特に、塩水淡水装置における消費電力の削減が近年では求められている。この消費電力においては、特に塩水供給ポンプでの消費電力の削減が重要な課題になっている。

特開２０１２−２５０２００号公報 特開２０１２−１９２３７９号公報 特開２０１２−９６１５１号公報

特許文献１は、正浸透膜に接して原水（塩水）が供給される正浸透膜処理手段の第一の部屋と、正浸透膜に接して塩水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される正浸透膜処理手段の第二の部屋と、高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、精製手段で得られた、浸透圧が塩水よりも低い溶液を第二の部屋に供給する配管とを有する構成とし、第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、第二の部屋に含まれる水を、正浸透膜を介して透過させ

すなわち、特許文献１は、塩水を淡水化する正浸透膜へ供給される塩水によって、正浸透膜に付着した物質を除去する技術を開示する。付着する物質が除去されることで、正浸透膜での淡水化能力が維持されると共に、塩水淡水システムの時間耐久性を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に開示される塩水淡水システムは、正浸透膜の能力維持は図られるが、塩水供給ポンプの負荷低減には繋がらない。このため、塩水淡水システムの消費電力削減に繋がらず、塩水淡水のコストが大きく、普及への阻害要因となる。

特許文献２は、塩水を透過水と濃縮水とに分離する高圧RO膜ろ過器4と、高圧ポンプP1と、動力回収装置5と、動力回収装置から放出される濃縮水の流量を調整する調整弁V5と、該濃縮水の流量を測定する第１の流量計Q1と、高圧逆浸透膜透過水を透過水と濃縮水とに分離する低圧RO膜ろ過器7と、低圧ポンプP2と、低圧RO膜ろ過器から放出される濃縮水の流量を調整する調整弁V6と、該濃縮水の流量を測定する第２の流量計Q2と、高圧RO膜ろ過器へ供給される塩水の水温を計測する温度計21と、高ろ過器へ供給される塩水の電気伝導率を計測する電気伝導度計22と、計測した塩水の温度と電気伝導率と２つの流量とに基づいて２つの調整弁V5,V6の弁開度をそれぞれ調整する制御部11,12と、を有する塩水淡水装置を開示する。

流量調整により、塩水の温度によって変動する塩水淡水能力の一定的な維持を図ることを目的としている。

しかしながら、特許文献２に開示される技術は、塩水供給ポンプの負荷低減には繋がらない。このため、塩水淡水システムの消費電力削減に繋がらず、塩水淡水のコストが大きく、普及への阻害要因となる。

特許文献３は、ポンプにより昇圧した塩水を逆浸透膜分離装置４に通水し淡水と濃縮塩水に分離し塩水から淡水を生成する塩水淡水システムにおいて、逆浸透膜分離装置４から吐出される濃縮塩水の圧力エネルギーを塩水の一部を昇圧するエネルギーに利用するエネルギー交換チャンバー２０を備え、エネルギー交換チャンバー２０は、濃縮塩水の出入りを行う濃縮塩水ポートＰ１と、塩水の出入りを行う塩水ポートＰ２と、チャンバー内に設けられ濃縮塩水ポートＰ１と塩水ポートＰ２とを連通させる複数の区画された流路Ｒとを備え、複数の区画された流路Ｒは、同一の断面積・同一の形状を有し、それ以外の部分は流体が流動しないようになっている塩水淡水システムを開示する。

特許文献３は、塩水供給ポンプに対応する塩水ポートＰ２に対して、濃縮塩水の圧力エネルギーを用いて、塩水の圧力を昇圧させるエネルギー交換チャンバー２０によって、塩水ポートＰ２からの塩水の入力能力を高めることを目的としている。このため、特許文献３に開示される塩水淡水システムは、塩水供給ポンプの負荷を低減することを目的としている。

しかしながら、特許文献３の塩水淡水システムでは、塩水ポートに、逆浸透膜から放出される濃縮塩水の圧力エネルギーを、元々備わっている塩水供給ポンプに利用するだけで、塩水ポートが備えている能力を超える補助を行えるわけではない。このため、実際には、濃縮塩水の圧力エネルギーを、エネルギー交換チャンバーによって塩水ポートに付与しても、塩水ポートによる塩水供給能力が向上したり、塩水ポートにおける消費電力が大幅に削減されたりするわけではない。

また、特許文献１〜３のいずれも逆浸透膜による淡水化を行って、逆浸透膜から生じる高圧となった濃縮塩水のみの活用しか想定していない。しかしながら、逆浸透膜で生じる濃縮塩水のみでは、活用できる幅が小さい問題もある。

以上のように、従来技術の塩水淡水装置は、塩水を供給する塩水供給ポンプに係る負荷およびそのための消費電力を効率的に削減することができない問題を有していた。この結果、塩水淡水装置のランニングコストが増加することになり、普及の妨げとなることが問題となっている。特に、水不足により塩水淡水装置を必要とする国や地域には、発展途上国が多く、ランニングコストが高いことは導入のボトルネックとなっていた。

本発明は、このような問題を解決し、塩水供給ポンプの負荷および消費電力を削減できる、塩水淡水装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の塩水淡水装置は、塩水を逆浸透膜部材に供給する塩水供給手段と、
逆浸透膜部材から放出される濃縮塩水が供給される正浸透膜部材と、
正浸透膜部材から放出される混合水が供給されると共に、塩水供給手段に接続する補助デバイスと、を備え、
補助デバイスは、塩水供給手段への供給電力、塩水供給手段への付与圧力および塩水供給手段への回転能力の少なくとも一つを増加させ、
塩水源から逆浸透膜部材に塩水を供給する塩水供給手段は、複数の経路に分割されて塩水を、逆浸透膜部材に供給し、
複数の経路の一部は、第１圧力変換手段を有し、
第１圧力変換手段と、正浸透膜部材との間に、第３圧力変換手段を更に備え、
逆浸透膜部材は、濃縮塩水を、第１圧力変換手段に供給し、第１圧力変換手段は、濃縮塩水の有する圧力に基づいて、逆浸透膜部材に供給する塩水の圧力を増加させ、
第１圧力変換手段は、圧力増加に用いた濃縮塩水であって、第１圧力変換手段で圧力を失った濃縮塩水を、第３圧力変換手段に供給し、
第３圧力変換手段は、供給される濃縮塩水の圧力を、正浸透膜部材から放出される混合水の一部を用いて増加させ、濃縮塩水を正浸透膜部材に供給する。

本発明の塩水淡水装置は、逆浸透膜部材で得られる高圧の濃縮塩水を、直接的もしくは間接的に正浸透膜部材に供給し、正浸透膜部材から得られる高圧の濃縮塩水を、塩水供給ポンプの補助デバイスの動力源として利用できる。

この結果、様々な態様で塩水供給ポンプの負荷を減少することができたり、塩水供給ポンプの能力を向上させたりできる。結果として、塩水供給ポンプの負荷を減少させ、消費電力を削減できることができる。

塩水供給ポンプの消費電力が削減されることで、塩水淡水装置のランニングコストが減少し、塩水淡水装置の普及が促進される。この結果、水不足に悩む国や地域において、塩水を利用した生活用水の確保が実現される。更には、生活用水の確保が実現されることで、地域の紛争等も生じにくくなり地域安定に貢献できる。

逆浸透膜を用いた一般的な塩水淡水装置のブロック図である。 参考技術における動力回収型の塩水淡水化装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における塩水淡水化装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における正浸透膜部材の模式図である。 実施の形態１における正浸透膜部材の一例を示す模式図である。 実施の形態１における正浸透膜部材の他の例を示す模式図である。 本発明の実施の形態２におけるバリエーション１での塩水淡水化装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるバリエーション２に対応する塩水淡水化装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるバリエーション３に対応する塩水淡水化装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるバリエーション４に対応する塩水淡水化装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるバリエーション５に対応する塩水淡水化装置１のブロック図である。

本発明の第１の発明に係る塩水淡水装置は、塩水を逆浸透膜部材に供給する塩水供給手段と、逆浸透膜部材から放出される濃縮塩水が供給される正浸透膜部材と、正浸透膜部材から放出される混合水が供給されると共に、塩水供給手段に接続する補助デバイスと、を備え、補助デバイスは、塩水供給手段への供給電力、塩水供給手段への付与圧力および塩水供給手段への回転能力の少なくとも一つを増加させる。

この構成により、逆浸透膜で生じる濃縮塩水を、そのまま外界に放出することが無くなり、環境負荷を直接的に低減できる。加えて、濃縮塩水を正浸透膜部材で水量を増加させた混合水とすることで、増加した水量を利用して、塩水供給手段に必要となる消費電力や消費エネルギーを低減できる。すなわち、省エネを実現でき、間接的に環境負荷を低減できる。

本発明の第２の発明に係る塩水淡水装置では、第１の発明に加えて、塩水供給手段は、塩水供給ポンプである。

この構成により、塩水供給手段のコストを低減できる。

本発明の第３の発明に係る塩水淡水装置では、第１又は第２の発明に加えて、逆浸透膜部材は、塩水供給手段より供給される塩水が導入されて通る塩水通路と、膜での逆浸透現象によって塩水の塩分が除去された淡水が通る淡水通路と、を有し、塩水通路から濃縮塩水を放出し、淡水通路から淡水を供給する。

この構成により、逆浸透膜部材は、濃縮塩水を生成しつつ淡水を生成できる。また、塩水淡水化装置は、この淡水を生活用水などとして利用しつつ、濃縮塩水を補助デバイスに活用して、省エネ運用を実現できる。

本発明の第４の発明に係る塩水淡水装置では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、正浸透膜部材には、濃縮塩水が供給されて通る濃縮塩水通路と、処理淡水が供給されて通る処理淡水通路と、を有し、処理淡水通路から濃縮塩水通路に、正浸透現象によって、水分子が移動し、正浸透膜部材は、混合水を生成して、補助デバイスに出力する。

この構成により、正浸透膜部材は、濃縮塩水の圧力を維持しつつ水量を増やすことで、エネルギー量を増加させた混合水を生成できる。この混合水が、補助デバイスを動作させて、塩水淡水化装置全体の消費電力や消費エネルギーを低減できる。

本発明の第５の発明に係る塩水淡水装置では、第４の発明に加えて、混合水は、濃縮塩水よりも塩分濃度が低い。

この構成により、最終的に外界に放出される排水による環境負荷が低減できる。

本発明の第６の発明に係る塩水淡水装置では、第４又は第５の発明に加えて、混合水は、濃縮塩水よりも高い水量および高いエネルギーの少なくとも一方を有する。

この構成により、混合水は、補助デバイスを濃縮塩水のままで動作させるよりも高効率で動作させることができる。結果として、塩水淡水化装置は、全体として省エネ動作できる。

本発明の第７の発明に係る塩水淡水装置では、第１から第６のいずれの発明に加えて、塩水供給手段が、回転軸に沿って回転することで塩水を供給する塩水供給ポンプである場合に、補助デバイスは、回転軸に連結して、塩水供給ポンプの回転数および回転力の少なくとも一方を増加させる回転補助部材を有する。

この構成により、容易な構成で、塩水供給手段の消費電力や消費エネルギーを低減できる。

本発明の第８の発明に係る塩水淡水装置では、第７の発明に加えて、回転補助部材は、供給される混合水の圧力によって回転力を生じさせて、連結する回転軸を通じて、円錐供給ポンプの回転数および回転力の少なくとも一方を増加させる。

この構成により、回転軸を直接的に制御することで、少ないロスで塩水供給手段の動作を補助できる。

本発明の第９の発明に係る塩水淡水装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、塩水供給手段が、電力によって動作する塩水供給ポンプである場合に、補助デバイスは、塩水供給ポンプに供給される補助電力を生成する電力生成部を有し、塩水供給ポンプは、補助電力も利用して動作する。

この構成により、塩水供給手段の消費電力を削減できる。

本発明の第１０の発明に係る塩水淡水装置では、第９の発明に加えて、混合水は、その圧力によって、電力生成部の有するタービンを回転させる。

この構成により、混合水が補助電力を発生させることができる。

本発明の第１１の発明に係る塩水淡水装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、補助デバイスは、塩水供給手段に接続する第２圧力変換手段を有し、第２圧力変換手段は、混合水を受けて、塩水供給手段に入力する塩水の圧力を増加させ、第２圧力変換手段は、圧力が増加された塩水を、逆浸透膜部材に供給する。

この構成により、塩水供給手段の負荷を低減できる。

本発明の第１２の発明に係る塩水淡水装置では、第１から第１１のいずれかの発明に加えて、正浸透膜部材の前段に、第３圧力変換手段を更に備え、第３圧力変換手段は、供給される濃縮塩水の圧力を、正浸透膜部材から放出される混合水を用いて、増加させる。

この構成により、混合水をバランスよく分配して、塩水供給手段の消費エネルギーを低減させつつ、混合水のエネルギー量を増加させることもできる。この結果、塩水淡水化装置全体での消費電力や消費エネルギーを低減できる。

本発明の第１３の発明に係る塩水淡水装置では、第１２の発明に加えて、塩水源から逆浸透膜部材に塩水を供給する塩水供給手段は、複数の経路に分割されて塩水を、逆浸透膜部材に供給し、複数の経路の一部は、第１圧力変換手段を有し、逆浸透膜部材は、濃縮塩水を、第１圧力手段に供給して、第１圧力変換手段は、濃縮塩水の有する圧力に基づいて、逆浸透膜部材に供給する塩水の圧力を増加させ、第１圧力変換手段は、圧力増加に用いた濃縮塩水を、正浸透膜部材に供給する。

この構成により、逆浸透膜部材に供給される塩水の量を適切に調整できる。加えて、逆浸透膜部材から供給される濃縮塩水を、適切に利用して、塩水淡水化装置全体での消費電力や消費エネルギーを低減できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）

（参考技術の説明）
図１は、逆浸透膜を用いた一般的な塩水淡水装置のブロック図である。塩水淡水装置１００は、塩水供給手段１１０と逆浸透膜部材１２０を有している。塩水供給手段１１０は、塩水１０１を逆浸透膜部材１２０に供給する。逆浸透膜部材は、塩水通路と淡水通路とに分離されており、供給される塩水の圧力を受けて、塩水通路の塩水から逆浸透膜を通じて水分子を淡水通路にしみださせる。この結果、逆浸透膜部材１２０は、淡水１０２と、塩分濃度が上昇した濃縮塩水１０３と、を放出する。

淡水１０２は、造水されたものとして、生活用水や工業用水などに利用される。濃縮塩水１０３は、一般的には塩水淡水化装置１００においては、廃棄される。具体的には、塩水淡水化装置１００が設置されることの多い海や海に繋がる下水に、濃縮塩水１０３が放出される。このように、通常の塩水淡水化装置１００は、海水を始めとする塩水（もちろん、塩水湖からの塩水なども含む）を、逆浸透膜部材１２０によって淡水を生成する。加えて、淡水の生成の過程で生じる濃縮塩水を、そのまま放出して廃棄している。

これに対して、逆浸透膜部材１２０から放出される濃縮塩水は、一定の圧力を有しており、この圧力を利用する動力回収型の塩水淡水化装置も提案されている。図２は、参考技術における動力回収型の塩水淡水化装置のブロック図である。

塩水淡水化装置２００は、基本的には塩水１０１を、塩水供給手段１１０（Ｐ−１）によって、逆浸透膜部材１２０に供給する。逆浸透膜部材１２０は、図１の塩水淡水化装置１００と同様に、供給された塩水から水分子を浸透膜でしみださせて、淡水１０２を生成して放出する。

また、逆浸透膜部材１２０は、塩水淡水化装置１００と同様に、圧力を有する濃縮塩水１０３を放出する。図２に示される動力回収型の塩水淡水化装置２００は、この濃縮塩水１０３の圧力を利用する。濃縮塩水１０３は、圧力変換手段１３０に供給される。圧力変換手段１３０は、塩水供給手段１１１（図中では、Ｐ−２と示される）から供給される塩水が、逆浸透膜部材１２０に供給される際の圧力を増加させる。すなわち、濃縮塩水１０３が、圧力変換手段１３０を経由する塩水供給手段１１１からの塩水の供給圧力を増加させる。

圧力変換手段１３０の後段には、塩水供給手段１１２が接続されており、塩水供給手段１１２が、最終的に塩水を逆浸透膜部材１２０に供給する。この塩水供給手段１１２では、濃縮塩水１０３の圧力を受けた圧力変換手段１３０によって圧力の増加した塩水が入り込むので、塩水供給手段１１２は、本来の自身の能力を超える圧力で、塩水１０１を逆浸透膜部材１２０に供給できる。

このように、図２に示される動力回収型の塩水淡水化装置２００は、塩水１０１を直接的に逆浸透膜部材１２０に供給する塩水供給手段１１０と、圧力変換手段１３０を介した塩水供給手段１１２とのパラレルな塩水の供給を行う。パラレルに塩水を供給することで、海中や湖中から汲みあげて塩水を供給する塩水供給手段１１０の負担が減少する。塩水供給手段１１０は、他の塩水供給手段１１２などと異なり、海中や湖中からの塩水を取水するにあたって、水圧がほとんどない状態から一定の水圧に昇圧させなければならないので、消費電力や消費エネルギーが大きい。

このため、図２の塩水淡水化装置２００は、逆浸透膜部材１２０への塩水供給に要する消費電力や消費エネルギーを低減することができる。特に、図１の一般的な塩水淡水化装置１００に比較して、ただ捨てていた濃縮塩水１０３を有効活用できる。また、図２の塩水淡水化装置２００では、圧力変換手段１３０での圧力増加に使用された後の濃縮塩水１０４は、そのまま放水される。

しかしながら、圧力変換手段１３０に用いられた逆浸透膜部材１２０から放出される濃縮塩水１０３は、圧力変換手段１３０での圧力増加に使用されると、その後は圧力がほぼなくなった状態となる。すなわち、圧力変換手段１３０で使用された後の濃縮塩水１０４は、圧力をほとんど有しておらず、エネルギー源としての利用価値を失っている。このため、この濃縮塩水１０４は、上述の通り放水される。

この放水においては、塩水淡水化装置２００から海中に放水されたり、下水に放水されたりすることがある。しかしながら、濃縮塩水１０４は、塩分濃度が非常に高くなっており、この濃縮塩水１０４が海中に放水されることは、環境への悪影響を生じさせる懸念がある。このような高濃度の濃縮塩水１０４を海中に放水する際の環境負荷を低減するためには、濃縮塩水１０４に別途淡水を混ぜて（例えば河川水や湖沼水など）海中に放水することが求められる。しかし、わざわざ塩水から淡水を得ておきながら、濃縮塩水１０４に淡水を混ぜることは非効率的である。もちろん、余分な工程および装置を必要とするので、好ましい対処ではない。

実際上の問題では、濃縮塩水１０４に淡水を混ぜて濃縮塩水１０４の塩分濃度を希釈して放出することは稀である。一般的には、拡散施設などを備えて、濃縮塩水１０４の塩分濃度をなるべく拡散させつつ、放出する態様が多い。しかし、拡散させて放出させたとしても、結局は、高い塩分濃度を有する塩水が、海中や湖中に放出されることに変わりはなく、環境への負荷が大きい。

このように、図１、図２に示した参考技術の塩水淡水化装置１００、２００には、動力回収においても、環境負荷においても問題が残っている。環境負荷の問題を低減するためには、放水流への対策との直接的な環境対策と、省エネとの間接的な環境対策を行うことが必要である。

（塩水淡水化装置の概要）
まず、本発明の実施の形態１における塩水淡水化装置の概要について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における塩水淡水化装置のブロック図である。図４は、本発明の実施の形態１における正浸透膜部材の模式図である。

塩水淡水化装置１は、塩水供給手段２、逆浸透膜部材３、正浸透膜部材４、補助デバイス５を、主たる要素として備えている。もちろん、必要に応じて他の要素も備えていてもよい。

塩水供給手段２は、塩水３０を逆浸透膜部材３に供給する。塩水３０は、海水であったり塩湖の湖水であったり、天然あるいは人工的に貯留されていたり流通していたりする塩分等を含む様々な水を含む。塩水供給手段２は、種々の器材や装置によって構成されれば良いが、塩水供給ポンプであることが適当である。なお、図１以降のブロック図等において、「Ｐ−１」などとの記載がある要素は、ポンプを代表とする、吸引によって塩水や淡水などを前段から後段の要素へ送り込む機能を有する要素を示している。「Ｐ−１」、「Ｐ−２」のように数字部分は、このようなポンプを代表とする要素同士を区別するために記載されている。

逆浸透膜部材３は、塩水供給手段２より塩水の供給を受ける。逆浸透膜部材３３は、逆浸透膜を有しており、この逆浸透膜によって、塩水供給手段２より供給される塩水が導入されて通る塩水通路３１（図３では明確に示していない）と、逆浸透膜での逆浸透現象によって塩水通路３１を通る塩水の塩分が除去された淡水が通る淡水通路３２（図３では明確に示していない）と、を有している。

逆浸透膜は、一般に知られている通り、浸透圧を利用して、塩水通路３１を通る塩水から水分子を淡水通路３２側に通過させる（逆浸透膜現象）。この水分子の通過によって、淡水通路３２側に、塩水から造水された淡水が生成される。この生成された淡水が、淡水通路３２を通って、淡水４０として放出される。すなわち、逆浸透膜部材３は、塩水から淡水４０を生成して放出する。この放出された淡水４０が、生活用水や工業用水として利用される。塩水淡水化装置１の基本的な機能である塩水の淡水化は、この塩水供給手段２と逆浸透膜部材３とによって、実現される。

一方、逆浸透膜部材３は、塩水通路３１を通る塩水は、塩水通路３１を通る間に、逆浸透膜現象によって供給された塩水３０よりも塩分濃度の高くなった、濃縮塩水５１を放出する。濃縮塩水５１は、塩分濃度が上がっているだけでなく、供給された塩水３０よりも圧力も増加している。この塩分濃度と圧力の増加した濃縮塩水５１を、逆浸透膜部材３は、必要に応じて他の要素を介しながら、正浸透膜部材４に供給する。

なお、図３の塩水淡水化装置１では、逆浸透膜部材３は、放出する濃縮塩水５１を、ポンプ２１を介して正浸透膜部材４に供給している。なお、ポンプ２１は、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を正浸透膜部材４に供給する役割を担うが、このときに、濃縮塩水５１の圧力を下げて供給しても良い。ポンプ２１は、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を、適切に正浸透膜部材４に供給する役割を担えばよいのであって、塩水淡水化装置１の構成上の仕様によって、ポンプ２１は、減圧もしくは増圧のいずれかを行えばよい。なお、ポンプ２１は、減圧を行う場合には、抑止弁などを設けることで、減圧を実行する。

正浸透膜部材４は、逆浸透膜部材３からの濃縮塩水５１と、ポンプ２２からの処理淡水４１の供給を受ける。処理淡水４１は、一般の上水で得られる淡水でもよいし、下水処理水などの処理水でもよい。あるいは、処理淡水４１は、河川水や湖沼水などの、種々の淡水源から得られる淡水であってもよい。正浸透膜部材４での正浸透現象には、塩分を含む塩水と、淡水との両方を必要とする。このため、正浸透膜部材４には、塩分を含む濃縮塩水５１と処理淡水４１との両方が供給される。

図４は、正浸透膜部材４の構造を模式的に示している。

正浸透膜部材４は、供給される濃縮塩水５１が通る濃縮塩水通路４５と、供給される処理淡水４１が通る処理淡水通路４６と、正浸透膜４７を有する。図４の矢印に示されるように、正浸透膜４７による正浸透現象によって、処理淡水通路４６から濃縮塩水通路４５に水分子が移動する。この結果、正浸透膜部材４は、供給される濃縮塩水５１の濃度を低くした混合水５２を生成して放出できる。また、処理淡水通路４６に供給される処理淡水４１は、正浸透現象の後で放出される。

また、正浸透膜部材４は、生成した混合水５２を、補助デバイス５に出力する。補助デバイス５は、塩水供給手段２に接続しており、塩水供給手段２への供給電力、付与圧力および回転能力の少なくとも一つを増加させる。すなわち、補助デバイス５は、塩水供給手段２の塩水３０の供給に必要となる負荷を低減させることができる。特に、正浸透膜部材４から放出される混合水５２は、所定の圧力を有しており（濃縮塩水５１そのものが一定の圧力を有しており、正浸透膜部材４においてこの濃縮塩水５１の量が増加して混合水５２となることで、圧力を有していた濃縮塩水５１の量が増加した結果が混合水５２である）、補助デバイス５が必要とするエネルギーを付与することができる。

混合水５２は、正浸透膜部材４に流入する濃縮塩水５１に、正浸透膜部材４における浸透水が加わることで、流入する濃縮塩水５１よりも水量は増加する。当然ながら、正浸透膜部材４には、淡水や処理水など塩分濃度の低い水が流入して、この塩分濃度の低い水が浸透水として加わることで、混合水５２は、濃縮塩水５１よりも塩分濃度が下がっている。まず、このように最終的に排水される水の前提である混合水５２は、塩分濃度が低くなっている。１点目として、この排水の塩分濃度の低下によって、環境負荷が直接的に低減される。

一方で、混合水５２は、上述のように、正浸透膜部材に流入する濃縮塩水５１よりも水量は増加している。逆浸透膜部材３から出力された高い水圧のある濃縮塩水５１が、その水圧を持って水量を増やした結果が混合水５２であり、実施の形態１（後述する実施の形態２などでも）の塩水淡水化装置１は、この増えた水量（水圧を有している）を、種々の経路に分配することができる。

この分配を様々に行うことで、正浸透膜部材４の後段に接続される種々の部材を動作させることができる。すなわち、一定の圧力を持った混合水５２が種々の要素を動作させることで、従来技術に比較して、混合水５２によるポンプ等を動作させることができる。この結果、２点目として、塩水淡水化装置１全体で、省エネ動作を実現できる。この結果、環境負荷が間接的に低減できる。

参考技術である図２を用いての説明のように、逆浸透膜部材１２０のみしか備えていない塩水淡水化装置２００では、逆浸透膜部材１２０から放出される濃縮塩水は、圧力変換手段１３０でそのエネルギーを使い果たしてしまう。この場合には、最も消費電力や消費エネルギーを要する塩水供給手段１１０の負荷を低減することに限界があった。

これに対して、図３、図４で説明した実施の形態１における塩水淡水化装置１では、正浸透膜部材４から一定の水量と圧力を残した混合水５２が、補助デバイス５に供給される。補助デバイス５は、上述の通り、塩水供給手段２へ必要となるエネルギーの一部を供給して、塩水供給手段２の消費電力や消費エネルギーを低減させることができる。

以上のように、実施の形態１における塩水淡水化装置１は、消費電力や消費エネルギーをもっとも多く必要とする塩水供給手段２の負荷を低減でき、消費電力や消費エネルギーを、低減できる。結果として、塩水淡水化装置１のランニングコストを低減でき、その普及を促進させることができる。

また、混合水５２は、補助デバイス５で使用された後放出される。ここで、混合水５２は、正浸透膜部材４において、処理淡水４１からの水分子を受けており、塩分濃度は濃縮塩水５１よりも低くなっている。このため、補助デバイス５で使用された後で、混合水５２が海中や湖中に放出されたとしても、環境への負荷は低くて済む。これも、図２の参考技術で説明した場合と大きく異なるメリットである。

以上、実施の形態１における塩水淡水化装置１は、消費エネルギーの削減および環境負荷の削減を両立でき、これら両面からその設置普及を図ることができる。

次に、各部の詳細について説明する。

（塩水供給手段）
塩水供給手段２は、塩水供給ポンプなど、海中、湖中など天然もしくは人工の塩水源から、塩水を吸い上げて、塩水淡水化装置１に供給する。特に、塩水供給手段２は、逆浸透膜部材３に塩水を供給する。もちろん、塩水淡水化装置１の構成によっては、塩水供給手段２と逆浸透膜部材３との間に他の要素が介在する場合もありえる。この場合でも、塩水供給手段２は、逆浸透膜部材３に塩水を最終的に供給することを目的とする。

塩水供給手段２の実現例として、塩水供給ポンプが用いられる場合には、容積式ポンプや遠心ポンプ、その他の態様のポンプのいずれであっても良い。
また、塩水供給手段２は、逆浸透膜部材３に塩水を供給する主たる要素である。このため、例えば後述する他の構成を有する塩水淡水化装置において、塩水供給手段２にパラレルとなる他の供給手段が設けられてもよい。この場合には、塩水供給手段２が、逆浸透膜部材３に塩水を供給する負担が減少する。言い換えれば、パラレルに設けられる複数の供給手段が、逆浸透膜部材３に、必要となる塩水を供給する。

また、塩水供給手段２は、シーケンシャルに接続される複数の塩水供給ポンプを備えても良い。連続的に接続される塩水供給ポンプによって、塩水源からより強力かつ大量に塩水を吸い上げて逆浸透膜部材３に供給することができるようになる。

ここで、塩水供給手段２は、他の供給手段とパラレルになる場合であっても、塩水源から塩水を吸い上げて逆浸透膜部材３に供給する必要があるので、塩水淡水化装置１において、もっとも大きな負荷が掛かる。もちろん、パラレルもしくはシーケンシャルに設けられる他の供給手段と合わせた全体を、塩水供給手段２とみなせば、当然に塩水供給手段２には最も大きな負荷が掛かる。負荷が大きいということは、塩水供給手段２は、塩水淡水化装置１で最も大きな消費電力を必要とすることになる。
塩水淡水化装置１は、設置される塩水源の特性、地形特性、淡水需要量、設置資金などによって、様々な大きさのものが、様々な場所に設置される。場合によっては、淡水需要量は多いが、電気インフラの不十分さによって、淡水需要量をまかなえるだけの大きさの塩水淡水化装置１が設置できないこともある。

本発明の塩水淡水化装置１は、このように塩水供給手段２の消費電力を低減させることで、電気インフラの不十分な場所であっても、十分な塩水供給能力を有する塩水供給手段２を備える塩水淡水化装置１を設置できるようになる。塩水淡水化装置１の供給可能な淡水量は、塩水供給手段２による塩水源からの塩水供給量に比例するからである。

（各ポンプ）
後述する、塩水淡水化装置１の他の構成においても、図３を用いて説明した実施の形態１における塩水淡水化装置１の構成においても、複数のポンプが設けられる。これらポンプは、例えば逆浸透膜部材３、正浸透膜部材４、補助デバイス５、圧力変換手段などの、塩水淡水化装置１を構成する種々の要素に塩水、濃縮塩水、淡水が供給される場合に、設けられる。すなわち、種々の要素を介在させる部材である。

ポンプのそれぞれは、圧力を増加させて、種々の要素に塩水や淡水等を供給する。あるいは、要素の特性や仕様に応じて、圧力を減少させて、種々の要素に塩水や淡水等を供給する。このため、増圧の場合にはポンプが用いられ、減圧の場合には絞り弁などが用いられる。

例えば、逆浸透膜部材３から正浸透膜部材４に濃縮塩水５１が供給される際には、正浸透膜部材４の特性（濃縮塩水５１に加えて処理淡水４１が供給される）に基づき、ポンプ２１と別途動作する絞り弁が、濃縮塩水５１の圧力を減圧して、正浸透膜部材４に供給する。

このように、塩水淡水化装置１の各所に設けられる複数のポンプや絞り弁などのそれぞれは、供給元および供給先の要素の特性に応じて、増圧や減圧を行う。なお、図３などの塩水淡水化装置の図面では、複数のポンプのそれぞれは、一つの要素として模式的に表されているが、一つの表示されるポンプが、複数のポンプ要素で実現されても良い。

（逆浸透膜部材）
逆浸透膜部材３は、供給される塩水３０を、逆浸透膜による逆浸透膜現象によって、塩水３０から水分子を浸透させて、淡水４０を生成して放出する。これに合わせて、水分子が減少した塩水は、塩分濃度の増加した濃縮塩水５１として、逆浸透膜部材３から放出される。濃縮塩水５１は、また、圧力を有している。この高くなった塩分濃度と圧力を有する濃縮塩水５１を、逆浸透膜部材３は、正浸透膜部材４に供給する。

逆浸透膜部材３は、正浸透膜部材４と同様に、塩水３０が通過する通路と、逆浸透膜で仕切られて水分子が浸透した結果、淡水４０が通る通路とを有している。図５は、正浸透膜部材４の模式図であるが、逆浸透膜部材３も同様の構成を有する。すなわち、図５に示される正浸透膜部材４を、逆浸透膜部材３に置き換えて考えれば、図５における濃縮塩水通路４５は、逆浸透膜部材３の塩水通路である。

同様に、図５に示される正浸透膜部材４を、逆浸透膜部材３に置き換えて考えれば、図５における処理淡水通路４６は、逆浸透膜部材３に置き換えて考えれば、淡水通路である。

なお、図５は、あくまでも正浸透膜部材４の機能を判りやすく説明するための模式的なものであり、実際に製造される正浸透膜部材４の構造とは異なる。実際に製造される正浸透膜部材４は、図６のような構造を持つことも多い。

逆浸透膜部材３は、図６に示される別の形態を有する正浸透膜部材４と同様の構成を有していることが多い。図６の正浸透膜部材４は、複数の細管（ストローのような形態を有する管）と、複数の細管の外周を覆う管路とで、構成されている。複数の細管のそれぞれが、処理淡水通路４６であり、管路内部において複数の細管以外の残余部分が、濃縮塩水通路４５である。

図６に示される正浸透膜部材４と同様の構成を有する逆浸透膜部材３の場合には、複数の細管のそれぞれが処理淡水通路４５であり、残余部分が濃縮塩水通路４６となる。逆浸透膜部材３は、それぞれの通路から、濃縮塩水５１と淡水４０を、放出する。図６のような構成を有する場合には、逆浸透膜の表面積が大きくなるので、逆浸透膜部材３での淡水化能力が向上する。

逆浸透膜現象については、種々の公知文献で説明がされているので、ここでは省略する。これら種々の公知文献で説明されているメカニズムによって、逆浸透膜部材３は、塩水３０から淡水４０を得る。

以上のように、逆浸透膜部材３は、塩水３０から淡水４０を生成すると共に、塩分濃度の高くなった濃縮塩水５１を、正浸透膜部材４に供給する。

（正浸透膜部材）
正浸透膜部材４は、図４を用いて説明した正浸透膜現象によって、濃縮塩水５１に処理淡水４１からの水分子を浸透させて、濃縮塩水５１の塩分濃度を低下させる。また、正浸透膜部材４は、濃縮塩水５１に処理淡水４１からの水分子の浸透によって、混合水５２を生成する。正浸透膜部材４は、この混合水５２を放出する。混合水５２は、濃縮塩水５１に処理淡水４１からの水分子が付与されているので、濃縮塩水５１よりも、塩分濃度が低い。このため、正浸透膜部材４以降で、混合水５２が利用されるとしても、塩分濃度の高い塩水が、廃棄されることが無いので、環境負荷への悪影響が防止できる。

また、混合水５２は、濃縮塩水５１に水分子が加わっているので、水量が増加している。水量が増加することで、一定の圧力を残した状態で、正浸透膜部材４は、水量の増加した混合水５２を補助デバイス５に供給できる。この増加した水量を適宜分配することによって、混合水５２は、補助デバイス５を動作させることができる。この動作によって、補助デバイス５は、塩水供給手段２での負荷（消費電力）を低減させることができる。

図５は、実施の形態１における正浸透膜部材の一例を示す模式図である。逆浸透膜部材３でも説明したが、正浸透膜部材４は、図５に示されるように、濃縮塩水通路４５と処理淡水通路４６と、を有する。それぞれは、正浸透膜４７で仕切られている。

図６は、実施の形態１における正浸透膜部材の構造断面図である。正浸透膜部材４は、複数の細管とこの細管を覆う管路とで構成される。複数の細管のそれぞれは、正浸透膜によって形成されており、複数の細管のそれぞれは、処理淡水通路４６であり、管路の残余部分が、濃縮塩水通路４５である。このような構成を有することで、正浸透膜の表面積が増加して、正浸透膜現象の能力が増加して、混合水５２の生成量が増加する。

図５、図６に示される正浸透膜部材４は、一例であり、他の構成を有してもよい。なお、正浸透膜現象は、種々の公知文献で説明されている通りであり、ここではそのメカニズムの説明を省略する。

（補助デバイス）
補助デバイス５は、正浸透膜部材４で生成されて放出される混合水５２の供給を受ける。混合水５２は、一定の水量および圧力を有している。補助デバイス５は、この一定の水量と圧力によって動作する。また補助デバイス５は、塩水供給手段２に動力的に接続しており、補助デバイス５の動作で生じるエネルギーは、塩水供給手段２の動作を補助する。

補助デバイス５は、例えば、発電機能を有していてもよい。この場合、補助デバイス５は、タービンと発電機を有しており、供給される混合水５２の水量と圧力によって、発電を行なう。この発電によって生じた電力が、塩水供給手段２に供給されて、塩水供給手段２が必要とする電力の一部が賄われる。結果的に、塩水供給手段２の消費電力が削減できる。

あるいは、補助デバイス５は、圧力発生機能および圧力伝達機能の少なくとも一方を有していてもよい。この場合、補助デバイス５は、圧力変換手段（圧力チェンジャーなど）で構成されており、供給される混合水５２の圧力を塩水供給手段２の圧力に変換し、塩水供給手段２の増圧に寄与する。この結果、塩水供給手段２の消費電力が削減できる。

あるいは、補助デバイス５は、回転付与機能を有していてもよい。例えば、補助デバイス５は、塩水供給手段２の回転軸に接続する回転部材を有しており、供給される混合水５２の水量および圧力に基づいて、回転部材が回転する。この回転部材の回転は、接続する回転軸によって、塩水供給手段２での回転数および回転力の少なくとも一方を増加させることができる。この結果、塩水供給手段２の消費電力が削減できる。

このように、補助デバイス５は、混合水５２の水量および圧力の少なくとも一方を利用して、塩水供給手段２の負荷を補助して、塩水供給手段２の消費電力や消費エネルギーの低減に寄与する。

また、補助デバイス５は、使用した混合水５２を放出する。放出は、最終的に下水、河川、湖沼、海中などに行われるが、混合水５２は、濃縮塩水５１と比較して塩分濃度が低下している。このため、参考技術で説明した場合と異なり、塩分濃度の高い濃縮塩水の放出による環境負荷を低減できる。

結果として、塩水供給手段２が必要とする電力等の削減と放出される廃棄水の塩分濃度の低下とが相まって、実施の形態１の塩水淡水化装置１は、環境負荷を低減できる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について説明する。実施の形態２では、塩水淡水化装置の様々なバリエーションについて説明する。

（バリエーション１）
図７は、本発明の実施の形態２におけるバリエーション１での塩水淡水化装置のブロック図である。塩水淡水化装置１Ａは、基本的な考え方および構成は、実施の形態１で説明した塩水淡水化装置１と同様である。

塩水淡水化装置１Ａでは、補助デバイス５が、回転補助部材５０１である。この場合、塩水供給手段２は、回転軸に沿って回転することで、塩水を供給する塩水供給ポンプ２０１である。回転補助部材５０１は、回転軸を有しており、この回転軸は塩水供給ポンプ２０１の回転軸と直結している。

回転補助部材５０１は、正浸透膜部材４から供給される混合水５２を受けて、回転する。混合水５２は、一定の水量および圧力を有するので、回転補助部材５０１を回転させることができる。この回転に応じて、回転補助部材５０１の回転軸も回転する。例えば、回転補助部材５０１は、回転軸につながる羽根車などを有しており、混合水５２はこの羽根車に衝突して羽根車を回転させる。羽根車の回転により当然に回転軸も回転する。

この回転補助部材５０１の回転軸は、塩水供給ポンプ２０１の回転軸に直結している。この直結により、塩水供給ポンプ２０１の回転数及び回転力の少なくとも一方が増加する。回転数および回転力の少なくとも一方が増加すれば、塩水供給ポンプ２０１の塩水３０の供給能力が増加する。言い換えれば、同じ塩水供給能力でよければ、塩水供給ポンプ２０１そのものが回転補助部材５０１を除いて必要とする電力やエネルギーは、回転補助部材５０１からの回転補助により減少できる。

混合水５２は、一定の水量および圧力を有するので、羽根車などを有した回転補助部材５０１を回転させることは容易である。この回転補助部材５０１の回転を、塩水供給ポンプ２０１の回転に追加することも容易である。これらの結果、塩水供給ポンプ２０１の負荷が減り、消費電力や消費エネルギーが低減される。

もちろん、回転補助部材５０１の回転に供給された混合水５２は、放出されるが、塩分濃度は、正浸透膜部材４において低下されているので、放出される混合水５２による環境負荷は少ない。

（バリエーション２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるバリエーション２に対応する塩水淡水化装置のブロック図である。塩水淡水化装置１Ｂは、正浸透膜部材４を用いて、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を薄めて得られる混合水５２を利用する点では、バリエーション１と同様の思想である。

（塩水供給の並列化）
バリエーション２に対応する塩水淡水化装置１Ｂは、逆浸透膜部材３への塩水３０の供給が並列化されている。塩水供給手段２は、バリエーション１の塩水淡水化装置１Ａと同じく、回転軸に基づいて回転することで塩水３０を供給する塩水供給ポンプ２０１を用いる。

また、塩水３０は、塩水供給ポンプ２０１とは別ルート（パラレルに）で、ポンプ２３および圧力変換手段６を介して、逆浸透膜部材３に供給される。圧力変換手段６は、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を用いて、ポンプ２３から供給される塩水３０の圧力を増加させる。

圧力変換手段６は、圧力チェンジャーなどとして知られる、ある経路を進む液体の圧力を、別経路から供給される別の液体の圧力によって、増加させる役割を有する。このため、圧力変換手段６に、逆浸透膜部材３で塩分濃度と圧力が増加した濃縮塩水５１が、供給される。この濃縮塩水５１の圧力によって、ポンプ２３から供給される塩水３０の圧力が増加し、塩水３０が逆浸透膜部材３に供給される。

まず、塩水淡水化装置１Ｂでは、塩水供給の並列化によって、塩水供給手段２である塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーを低減させることができる。

（正浸透膜部材での再利用）
圧力変換手段６は、濃縮塩水５１の圧力を利用するだけであるので、圧力変換手段６で使用された濃縮塩水５１の圧力は、ほぼ消失した状態となって、圧力変換手段６から放出される。一方、濃縮塩水５１の塩分濃度はそのままで、圧力変換手段６から放出される。

この塩分濃度がそのままである濃縮塩水５１は、ポンプ２１によって、正浸透膜部材４に供給される。

正浸透膜部材４は、別途供給される処理淡水４１と濃縮塩水５１とに対して、正浸透膜現象によって、混合水５２を生成する。このため、正浸透膜部材４に供給される濃縮塩水５１は、高い圧力を有していなくても、高い塩分濃度を有していれば、正浸透膜現象によって、混合水５２を生成できる。混合水５２は、濃縮塩水５１に処理淡水からの水分子の浸透が生じて生成される。このため、正浸透膜部材４は、濃縮塩水５１よりも水量の大きくなった混合水５２を放出できる。ポンプ２１が所定の圧力を発生させて、濃縮塩水５１が正浸透膜部材４に供給されるようになる。ポンプ２１が、濃縮塩水５１を、滞りなく、正浸透膜部材４に供給し、正浸透膜部材４は、正浸透膜現象によって、濃縮塩水５１よりも水量の多い混合水５２を生成して放出する。

この水量と圧力を有する混合水５２は、回転補助部材５０１を回転させることができる。回転補助部材５０１は、回転軸が塩水供給ポンプ２の回転軸と連結されており、回転補助部材５０１の回転が、塩水供給ポンプ２０１の回転を補助できる。この補助の効果は、バリエーション１での塩水淡水化装置１Ａで説明したのと同様である。

このように、圧力変換手段６で用いられることで圧力を失った濃縮塩水５１が、正浸透膜部材４を経ることで、再び回転補助部材５０１を動作させて、塩水供給ポンプ２０１の回転を補助できる。結果として、回転補助部材５０１は、塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーを低減できる。

（バリエーション２の効果）
以上、説明したように、バリエーション２に対応する塩水淡水化装置１Ｂは、まず塩水源からの塩水３０の、逆浸透膜部材３への供給路をパラレルに分けた上で、一方の供給路である圧力変換手段６では、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を、圧力増加に利用している。この処理により、塩水供給手段２の主要素である塩水供給ポンプ２０１の負荷（消費電力や消費エネルギー）が低減できる。加えて、圧力変換手段６で圧力を失った濃縮塩水５１の塩分濃度を、正浸透膜部材４が活用して回転補助部材５０１の回転を生じさせる。この回転補助部材５０１の回転は、塩水供給手段２の主要素である塩水供給ポンプ２０１の負荷（消費電力や消費エネルギー）が、更に低減できる。

すなわち、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を、圧力面と塩分濃度面との２つの側面で、それぞれ活用することで、塩水供給手段２の消費電力や消費エネルギーを更に低減できるようになる。

もちろん、最終的に廃棄放出される混合水５２は、塩分濃度が低下しているので、環境負荷を悪化させることも少なくて済むのは、実施の形態１やバリエーション１と同じである。

（バリエーション３）
次に、バリエーション３での塩水淡水化装置について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２におけるバリエーション３に対応する塩水淡水化装置のブロック図である。塩水淡水化装置１Ｃは、図８に示される塩水淡水化装置１Ｂと異なり、圧力変換手段６から濃縮塩水５１が正浸透膜部材４に到達する経路に、別の圧力変換手段６１を、更に備えている。

この圧力変換手段６１を更に備えることを除けば、構成および基本思想は、バリエーション２に対応する塩水淡水化装置１Ｂと同様である。すなわち、逆浸透膜部材３に塩水３０を供給する経路をパラレル化して、塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーを低減する。加えて、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１の圧力を、圧力変換手段６で一度利用して、塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーを低減する。更に、この圧力変換手段６で圧力を失った濃縮塩水５１を、正浸透膜部材４で再利用することで補助デバイスである回転補助部材５０１を回転させて、塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーを低減させる。これらの基本思想は、バリエーション３でも同じである。

（圧力変換手段６１）
圧力変換手段６１が圧力変換手段６と正浸透膜部材４との間に設けられる。圧力変換手段６１の前段には、ポンプ２１が設けられて、圧力変換手段６で塩水３０の圧力を増加させるのに用いられた濃縮塩水５１が、ポンプ２１によって圧力変換手段６１に供給される。

ポンプ２１は、圧力変換手段６１に濃縮塩水５１を供給する程度には増圧できるが、更に圧力を上げるように動作すると、ポンプ２１での消費電力や消費エネルギーが大きくなり、塩水淡水化装置１Ｃ全体での消費電力等を低減させる目的に適わない。このため、ポンプ２１によって圧力変換手段６１に供給される濃縮塩水５１は、供給される程度の圧力に過ぎない。

ここで、圧力変換手段６１には、正浸透膜部材４で生成される混合水５２が供給される。正浸透膜部材４で生成される混合水５２は、説明した通り、正浸透膜部材４に供給される濃縮塩水５１の圧力を基本としつつ、水量が増加している。

この圧力の増加した混合水５２が、圧力変換手段６１に別供給経路で供給されることで、圧力変換手段６１の本流に供給されるポンプ２１からの濃縮塩水５１の圧力が増加されて、圧力変換手段６１から放出されることになる。すなわち、正浸透膜部材４に供給される濃縮塩水５１の圧力が増加した状態となる。

正浸透膜部材４に供給される濃縮塩水５１の圧力が高いことで、正浸透膜部材４が放出する混合水５２のエネルギーが大きくなる。エネルギーは、圧力と水量の乗算で示されるので、圧力が高まって供給されることで、正浸透膜部材４が、放出する混合水５２のエネルギーが大きくなるからである。

図９に示されるバリエーション３の塩水淡水化装置１Ｃは、正浸透膜部材４から回転補助部材５０１へ供給される混合水５２のエネルギーを高めることで、回転補助部材５０１の能力を増加させるメリットを生じさせる。

これに加えて、正浸透膜部材４で生成される混合水５２の全てが、回転補助部材５０１に供給されるのではなく、混合水５２の一部が圧力変換手段６１に供給される。圧力変換手段６１は、回転補助部材５０１よりも、エネルギー効率が良い。この圧力変換手段６１は、上述のように、濃縮塩水５１の圧力を増加させることで、正浸透膜部材４が放出する混合水５２のエネルギーを増加させることができる。

すなわち、混合水５２の一部は、圧力変換手段６１に供給されて、混合水５２のエネルギー増加を効率よく行える。このエネルギー増加した混合水５２の一部は、回転補助部材５０１で使用されるので、回転補助部材５０１による塩水供給ポンプ２０１の消費電力および消費エネルギーを低減できる。この場合には、逆浸透膜部材３が放出する濃縮塩水５１に圧力を与えるポンプ２１の消費エネルギーを低減できるメリットも生じ、塩水淡水化装置１Ｃ全体での、消費エネルギーを削減できる。

バリエーション３に対応する塩水淡水化装置１Ｃは、正浸透膜部材４から放出される混合水５２を、回転補助部材５０１と圧力変換手段６１とに分配することで、塩水供給ポンプ２０１とポンプ２１のそれぞれの消費エネルギーをバランスよく低減することを目的としている。

（バリエーション４）
次に、バリエーション４に対応する塩水淡水化装置について説明する。図１０は、本発明の実施の形態２におけるバリエーション４に対応する塩水淡水化装置のブロック図である。塩水淡水化装置１Ｄは、バリエーション３に対応する塩水淡水化装置１Ｃと同様の思想および構成を有している。例えば、逆浸透膜部材３の後段であって、逆浸透膜部材３から放出される濃縮塩水５１を受ける圧力変換手段６を有している。この圧力変換手段６は、バリエーション２での塩水淡水化装置１Ｂやバリエーション３での塩水淡水化装置１Ｃで説明したように、濃縮塩水５１の圧力を利用して、塩水３０を供給するパラレル経路の能力を高める。

また、濃縮塩水５１は、この圧力変換手段６での圧力増加によってその圧力をほとんど失うが、高い塩分濃度を残している。この濃縮塩水５１は、正浸透膜部材４で利用される。このとき、濃縮塩水５１は、そのまま正浸透膜部材４に供給されるのではなく、塩水淡水化装置１Ｃで説明した圧力変換手段６１を介して、供給される。

圧力変換手段６１は、正浸透膜部材４から放出される混合水５２の一部（正浸透膜部材４に入る濃縮塩水５１の水量や圧力よりも高い水量や圧力を有する）を受けて、圧力変換手段６１に供給される濃縮塩水５１の圧力を増加させる。圧力変換手段６１で、濃縮塩水５１の圧力が増加されることで、正浸透膜部材４に供給される濃縮塩水５１の圧力が増加する。この増加の結果、正浸透膜部材４での、混合水５２のエネルギーが向上する。すなわち、圧力変換手段６１によって、圧力が増加した分、正浸透膜部材４は、エネルギーを増加させた混合水５２を生成・放出できる。

バリエーション３での塩水淡水化装置１Ｃは、この正浸透膜部材４から放出される混合水５２を、塩水供給ポンプ２０１を補助する補助デバイスとしての、回転補助部材５０１に供給している。

これに対して、図１０に示されるバリエーション４での塩水淡水化装置１Ｄは、正浸透膜部材４から放出される混合水５２を、補助デバイスとしての圧力変換手段５０２に供給する。図１０より明らかな通り、塩水供給ポンプ２０１の後段に、圧力変換手段５０２が設けられる。塩水供給ポンプ２０１は、逆浸透膜部材３に塩水３０を供給する。このとき、逆浸透膜部材３の逆浸透膜現象の能力に合わせた量および圧力の塩水３０を供給する必要がある。このため、塩水供給ポンプ２０１には、この必要な量と圧力での供給負荷が要求される。

これに対して、塩水供給ポンプ２０１の後段に、補助デバイス５としての圧力変換手段５０２が設けられることで、塩水供給ポンプ２０１から最終的に逆浸透膜部材３に供給する塩水３０の水量と圧力に対して、圧力変換手段５０２が補助できる。圧力変換手段５０２は、正浸透膜部材４より供給される混合水５２を用いて、塩水供給ポンプ２０１から流入する塩水３０の圧力を増加させる。すなわち、塩水供給ポンプ２０１での圧力増加に、圧力変換手段５０２は、更に追加できる。こうして、塩水供給ポンプ２０１で増加された圧力に、圧力変換手段５０２が更に圧力を増加させて、逆浸透膜部材３に塩水３０が供給される。

この圧力変換手段５０２が、塩水供給ポンプ２０１の供給ルートでの塩水３０の供給において、塩水供給ポンプ２０１で必要となる圧力増加の負荷を減少させることができる。結果として、塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーを低減できる。なお、ポンプ２６は、圧力変換手段５０２による動力回収で不足する分を補う。

このように、補助デバイス５が、圧力変換手段５０２であることでも、塩水淡水化装置１Ｄにおける消費電力や消費エネルギーを主として負担する塩水供給手段２の、消費電力や消費エネルギーを低減できる。この点でも、バリエーション４に対応する塩水淡水化装置１Ｄは、環境負荷を低減できる。加えて、採取的に廃棄放出される混合水５２は、塩分濃度が低くなっているので、この点でも環境負荷を低減できる。

（バリエーション５）
次に、バリエーション５に対応する塩水淡水化装置について説明する。図１１は、本発明の実施の形態２におけるバリエーション５に対応する塩水淡水化装置１のブロック図である。塩水淡水化装置１Ｅは、図１０を用いて説明したバリエーション４に対応する塩水淡水化装置１Ｄとほぼ同じ構成を有しており、塩水供給手段２としての塩水供給ポンプが、塩水供給ポンプ２０１と塩水供給ポンプ２０２とにパラレルに分割されている。さらには、ポンプ２３も塩水供給ポンプの一部を担う。

塩水供給ポンプ２０１の後段には、塩水淡水化装置１Ｄと同じく、混合水５２により、塩水供給ポンプ２０１から供給される塩水の圧力を増加させる圧力変換手段５０２が備えられている。この結果、塩水供給ポンプ２０１の負荷が減少する。

加えて、塩水供給ポンプ２０１とはパラレルに、塩水供給ポンプ２０２が設けられることで、塩水源から塩水を逆浸透膜部材３に塩水３０を供給する際の負担を、分割できる。この結果、塩水供給ポンプ２０１の負荷が減少する。塩水供給手段２は、塩水供給ポンプ２０１と塩水供給ポンプ２０２とのトータルであるが、分割されることでの、２つのポンプにおける消費電力や消費エネルギーの合計が、単体である場合よりも低減できる。加えて、塩水供給ポンプ２０１の系列においては、混合水５２を用いた圧力変換手段５０２により、塩水供給ポンプ２０１の消費電力や消費エネルギーが低減できる。

ここで、ポンプ２０２は、逆浸透膜部材３へ流入する塩水の水量をコントロールしやすくできる。塩水供給ポンプが、単体で構成される場合には、逆浸透膜部材３へ供給される塩水の水量のコントロールが難しい場合がある。逆浸透膜部材３に供給される塩水の量は、生成される濃縮塩水５１の量にかかわり、濃縮塩水５１の量は、正浸透膜部材４で生成されてその後の補助デバイスなどで使用される混合水５２の生成量にかかわる。

混合水５２の生成量は、その後の補助デバイスや他の圧力変換手段６１などへの分配量のバランスにかかわり、このバランスが揃わないと、塩水淡水化装置１Ｅ全体での設計が難しくなることがある。

ポンプ２０２が新たに備わることで、逆浸透膜部材３への塩水の供給量が調整されるので、全体における混合水５２の分配バランスを考慮した、逆浸透膜部材３への塩水供給が可能となる。このような構成を有するバリエーション５の塩水淡水化装置１Ｅは、塩水供給をコントロールしながら、全体の動作を適切なバランスに制御できる。

これらが相まって、バリエーション５に対応する塩水淡水化装置１Ｅは、消費電力や消費エネルギーを低減でき、ランニングコストを低減できる。

以上、実施の形態２で説明した、種々のバリエーションに基づく塩水淡水化装置１Ａ〜１Ｅのそれぞれは、ランニングコストを低減できる。この結果、塩水淡水化装置の普及を促進させることができる。

なお、実施の形態１〜２で説明された塩水淡水化装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１ 塩水淡水化装置
２ 塩水供給手段
２１、２２、２３、２４、２５、２６ ポンプ
２０１、２０２ 塩水供給ポンプ
３ 逆浸透膜部材
４ 正浸透膜部材
５ 補助デバイス
５０１ 回転補助部材
５０２ 圧力変換手段
６ 圧力変換手段
３０ 塩水
４０ 淡水
４１ 処理淡水
５１ 濃縮塩水
５２ 混合水
１００ 塩水淡水化装置
１０１ 塩水
１０２ 淡水
１１０ 塩水供給手段
１２０ 逆浸透膜部材

Claims (11)

1. 塩水を逆浸透膜部材に供給する塩水供給手段と、
   前記逆浸透膜部材から放出される濃縮塩水が供給される正浸透膜部材と、
   前記正浸透膜部材から放出される混合水が供給されると共に、前記塩水供給手段に接続する補助デバイスと、を備え、
   前記補助デバイスは、前記塩水供給手段への供給電力、前記塩水供給手段への付与圧力および前記塩水供給手段への回転能力の少なくとも一つを増加させ、
   
   塩水源から前記逆浸透膜部材に前記塩水を供給する前記塩水供給手段は、複数の経路に分割されて前記塩水を、前記逆浸透膜部材に供給し、
   前記複数の経路の一部は、第１圧力変換手段を有し、
   前記第１圧力変換手段と、前記正浸透膜部材との間に、第３圧力変換手段を更に備え、
   前記逆浸透膜部材は、前記濃縮塩水を、前記第１圧力変換手段に供給し、前記第１圧力変換手段は、前記濃縮塩水の有する圧力に基づいて、前記逆浸透膜部材に供給する前記塩水の圧力を増加させ、
   前記第１圧力変換手段は、圧力増加に用いた前記濃縮塩水であって、前記第１圧力変換手段で圧力を失った前記濃縮塩水を、前記第３圧力変換手段に供給し、
   前記第３圧力変換手段は、供給される前記濃縮塩水の圧力を、前記正浸透膜部材から放出される前記混合水の一部を用いて増加させ、前記濃縮塩水を前記正浸透膜部材に供給する、塩水淡水装置。
2. 前記塩水供給手段は、塩水供給ポンプである、請求項１記載の塩水淡水装置。
3. 前記逆浸透膜部材は、前記塩水供給手段より供給される塩水が導入されて通る塩水通路と、膜での逆浸透現象によって前記塩水の塩分が除去された淡水が通る淡水通路と、を有し、前記塩水通路から前記濃縮塩水を放出し、前記淡水通路から前記淡水を供給する、請求項１又は２記載の塩水淡水装置。
4. 前記正浸透膜部材には、前記濃縮塩水が供給されて通る濃縮塩水通路と、処理淡水が供給されて通る処理淡水通路と、を有し、
   前記処理淡水通路から前記濃縮塩水通路に、正浸透現象によって、水分子が移動し、前記正浸透膜部材は、混合水を生成して、前記補助デバイスに出力する、請求項１から３のいずれか記載の塩水淡水化装置。
5. 前記混合水は、前記濃縮塩水よりも塩分濃度が低い、請求項４記載の塩水淡水化装置。
6. 前記混合水は、前記濃縮塩水よりも高い水量および高いエネルギーの少なくとも一方を有する、請求項４又は５記載の塩水淡水化装置。
7. 前記塩水供給手段が、回転軸に沿って回転することで塩水を供給する塩水供給ポンプである場合に、
   前記補助デバイスは、前記回転軸に連結して、前記塩水供給ポンプの回転数および回転力の少なくとも一方を増加させる回転補助部材を有する、請求項１から６のいずれか記載の塩水淡水装置。
8. 前記回転補助部材は、供給される前記混合水の圧力によって回転力を生じさせて、連結する前記回転軸を通じて、前記塩水供給ポンプの回転数および回転力の少なくとも一方を増加させる、請求項７記載の塩水淡水化装置。
9. 前記塩水供給手段が、電力によって動作する塩水供給ポンプである場合に、
   前記補助デバイスは、前記塩水供給ポンプに供給される補助電力を生成する電力生成部を有し、
   前記塩水供給ポンプは、前記補助電力も利用して動作する、請求項１から６のいずれか記載の塩水淡水装置。
10. 前記混合水は、その圧力によって、前記電力生成部の有するタービンを回転させる、請求項９記載の塩水淡水装置。
11. 前記補助デバイスは、前記塩水供給手段に接続する第２圧力変換手段を有し、
    前記第２圧力変換手段は、前記混合水を受けて、前記塩水供給手段に入力する前記塩水の圧力を増加させ、
    前記第２圧力変換手段は、圧力が増加された前記塩水を、前記逆浸透膜部材に供給する、請求項１から６のいずれか記載の塩水淡水化装置。