JPS63270592A - 逆浸透膜モジユ−ルによる淡水化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は逆浸透膜モジュールによる淡水化装置に関する
。

［従来技術］ 周知の様に、逆浸透膜モジュール１による淡水化装置２
は概略第６図に示す様になっている。モータＭによって
駆動される供給水ポンプ３によって供給水即ち原水（例
えば海水）が淡水化装置２内へ圧送され、該供給水は大
口弁４を介して逆浸透膜モジュール１に送られる。モジ
ュール１は該供給水を透過水（淡水）と濃縮水（濃塩水
）とに漉し分け、濃縮水は出口弁５を介して排出される
。

ここで、モジュール１により漉し分けられた透過水の貝
は、供給水、透過水、濃縮水における所定の物理量を用
いて下式によって表わされる。

ＱＰ　＝Ａ２５・Ｆ　（ｔ）・＋　（ＰＭ　−ＰＰ　）
−（πＨ−πＰ）ｌ・・・（１）但し、Ｑは流量、Ａ２
５は基準温度（２５℃）における透水係数Ａの数値、Ｆ
（ｔ）は温度ｔ′ＣにおけるＡの数値の温度補正係数（
温度ｔ　（’Ｃ）の関数である）、Ｐは圧力、πは浸透
圧である（Ｐ、πにおいて、添字Ｐは透過水側における
値、添字Ｆは供給水側における値、添字Ｂ　（第６図参
照）は濃縮水側における値、添字Ｈはモジュール内の供
給水と濃縮水との平均値をそれぞれ示す、）ここで、透
過水の圧力ＰＰ及び浸透圧πＰは、モジュールの供給水
側における平均圧力ＰＨ１平均浸透圧πＨと比較して非
常に小さく、無視出来るものである。従って、 ＱＰ　＝Ａ２５・Ｆ　（ｔ）・（ＰＨ−πＭ）・・・（
２）Ａ２５は定数であり、且つＦ（ｔ）は温度ｔの関数
であるので、（温度（水温）を及びモジュール内平均浸
透圧πＨの数値が事前に求められるならば、透過水量Ｑ
Ｐはモジュール内平均圧ＰＭによって制御される旨が（
２）式より理解される。

［従来技術の問題点］ 上記の様に、透過水ｉＱＰはモジュール内平均圧ＰＭに
よって制御（或いは設定）される。

そして、淡水化装置の運転圧を調整して所望の透過水量
を正確に得る為には、水温測定用の温度計に加えて、濃
度を測定し浸透圧を決定する為の電導度肝が必要とされ
ていた。（尚、周知の様に浸透圧は濃度の関数であり、
該濃度は電導度による計測から求まる。） しかし、電導度肝を淡水化装置に設置すれば計器類が多
くなり、該装置の製造コストが高騰する。

更に主導度肝の各種故障が予測され、メンテナンスが繁
雑となり運転コストも増大する。電導度肝を備えた場合
におけるこれ等の問題は、小型ユニットタイプの淡水化
装置及び可動式の淡水化装置においては特に重要な問題
である。

また、逆浸透膜モジュールを流通する液（水）の組成が
単一であれば該液の電導度の値から濃度、浸透圧を容易
に求める事が出来るが、実際には該液は複数の組成から
なる場合が殆どである。従って、複数の組成から成る液
の浸透圧を求める場合には、電導度肝を用いて電導度を
測定するのみならず、液の組成と濃度との関係を化学的
に分析して補正係数を決定し、電導度の測定値より算出
した濃度に該補正係数を更に乗算すると言う操作が必要
であった。この様な浸透圧の求め方は間接的であり、計
器の測定誤差、補正係数自体の誤差等を防止する事が出
来ず、この為に淡水化装置の的確な運転が困難であった
。

［発明の目的］ 本発明は上記従来技術の問題点に鑑み発明されたもので
、電導度肝を必要とせずに必要透過水産を得る様に制御
する事が出来る逆浸透膜モジュールによる淡水化装置を
提供するのを目的としている。

［発明の原理］ 本発明者は、種々の研究の結果、任意の２つの運転点に
おける流量、圧力、温度の測定値から、淡水化装置の運
転制御に必要な浸透圧を算出し得る旨を見出した。

［発明の構成］ 本発明の逆浸透膜モジュールによる淡水化装置は、ポン
プで圧送した供給水から逆浸透膜モジュールにより透過
水を漉し分は濃縮水を出口弁から排出する淡水化装置に
おいて、供給水ポンプと、任意の２つの運転点における
流量、圧力、温度を測定する測定装置と、該測定装置に
よる測定値を用いて浸透圧を計算し、且つ計算された浸
透圧の数値に基づいて制御信号を出力する中央処理装置
と、該制御信号に応答して作動する運転制御手段とを備
えている。

［発明の作用効果］ 浸透圧は、流量、圧力、液温の測定値を用いて中央処理
装置による演算処理から求められるので、電導度肝を設
ける必要がない、その為、逆浸透膜モジュールによる淡
水化装置の製造が容易となり、またメンテナンスも容易
となる。更に任意の２つの運転点における流量、圧力、
温度から浸透圧が直接計算されるので、求められた浸透
圧の数値の精度が非常に高く、従って淡水化装置の的確
な運転が可能になるのである。

［好ましい実施の態様コ 本発明を実施するにあたり、運転圧を変化させる事によ
って任意の運転点から他の運転点へ変動させる事が好ま
しい、比較的容易な操作により、運転点を変動する事が
可能となるからである。

運転圧を変化させる方法としては、供給水側又は濃縮水
側のバルブの開度を調整する、供給水ポンプの回転数を
制御する、或いは供給水ポンプを複数台設置し、その運
転台数を切り替える、等の方法が好ましい。

また、任意の２つの運転点は運転圧にして１０ｋｇ　／
　Ｊ以上術れているのが好ましい。

［実施例］ 以下図面第１図〜第５図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第１図において、本発明の逆浸透膜モジュールによる淡
水化装置は、全体を符月１０で示されている。

海水等の供給水（原水）は、モータ１２により駆動され
る供給水ポンプ１４により管路１５中を圧送され、大口
弁として機能する供給水側バルブ１６を介して逆浸透膜
モジュール１８へ供給される。図中２０は測定手段であ
り、供給水の流量Ｑ［及び圧力ＰＦを測定する。（尚、
供給水流量Ｑ［を測定する手段をポンプ１４の上流側に
設け、供給水圧力ＰＦを測定する手段とは別体に構成し
ても良い、） 該モジュール１８において、供給水は透過水（淡水）と
濃縮水（Ｉ塩水）に漉し分けられる。

透過水は管路２２内を流れ、測定手段２４が透過水の流
量ＱＰ及び温度（液温）を即ちｔｐを測定する（ここで
流ＪｉＱＰを測定する手段と温度を測定する手段は別体
に形成しても良い）。一方、濃縮水は管路２６内を流れ
、出口弁として機能する濃縮水側バルブ２８を介して排
出される。その際、測定手段３０が濃縮水の圧力ＰＢを
測定する。なお、透過水の温度を測定する代りに、供給
水あるいは濃縮水の温度を測定しても良い。

ライン３２．３４．３６は測定手段２０．２４．３０が
測定した結果を中央処理装ｆｉ（ＣＰＵ）３８へ入力す
るためのものであり、ライン４０．４２．４４はＣＰＵ
３８の出力ラインである。

次に第１図ないし第５図を参照して、図示の実施例の作
用について説明する。

前述の（２）式において、 Ｒ：回収率＝ＱＰ　／ＱＦ、 ｆ　（Ｒ）　：回収率Ｒにおいて、供給水を基準とした
場合のモジュール内平均浸透圧の補正係数（平均浸透圧
補正係数；　ｆ　（Ｒ）＝（２−Ｒ）／’（２（１−Ｒ
））ｌ、Φ：逆浸透膜モジュール内の濃度分極係数（濃
度分極の割合は逆浸透膜面の流速に関連するので、Φは
Ｑ１０の関数となる）、 とすると、 πＨ＝π「　・ｆ　（Ｒ＞　　・Φとなり、これを（２
）式に代入すると、 Ｑｐ＝Ａ２５・Ｆ（ｔ）（ＰＨ−πＦ・ｆ　（Ｒ）・Φ
）・・・（３）この式（３）は、第２図に示す様にモジ
ュール内の平均圧力即ち運転圧ＰＭと透過水（流）量Ｑ
Ｐとの関係を表わしたものである。そして、この式から
、ｔ、πＦ、ｆ（Ｒ）の値が決定すれば、必要な透過水
量Ｑｐを得る為の運転圧ＰＭが求まる事が理解される。

（Ｆ（ｔ）は温度ｔの関数なのでｔが測定されれば自動
的に決定され、またΦは膜面流速に影響されため、ＱＭ
の関数である。）以下、供給水側の浸透圧πＦを算出す
る演算処理を第３図のフローチャートを参照しつつ詳述
する。

先ず、運転圧にして１０ｋｇ／ｃｄ以上相違している任
意の２つの運転点を設定しくステップＳ１、Ｓ３）、第
１図に示す測定手段２０．２４．３０により該２つの運
転点において、供給水量Ｑ［、透過水量ＱＰ、供給水側
圧力ＰＦ、濃縮水側圧力ＰＢ、通過水温度（液温）を即
ちｔｐがそれぞれ測定される（ステップＳ２．３４）、
尚、それぞれの運転点を区別する為、上記の測定値には
、以下添字１．２を付して示す。

次に Ｒ１＝ＱＰ１／ＱＦ１、Ｒ２＝ＱＰ２／ＱＦ２、なる式
によって回収率を算出し、そして該回収率Ｒ１、Ｒ２か
ら ２　（１−Ｒ１）　　２　（ＱＦｌ−ＱＰｌ）２　＜１
−Ｒ２）　　２　（ＱＦ２−ＱＰ２）なる式に基づいて
平均浸透圧補正係数ｆ　（Ｒ１）、ｆ（Ｒ２）を算出す
る。

モジュール内平均圧力ＰＭは、供給水側圧力ＰＦと濃縮
水側圧力ＰＢの単純平均で近似的に表わされるので、 ＰＨ１＝　（ＰＦ１＋ＰＢ１　）　／２・・・（６）Ｐ
階＝　（ｐＦ２＋ＰＢ２＞　／２・・・（７）となる。

任意の２つの運転点における各測定値を式（３）に代入
すると ＱＰ１＝Ａ２５・Ｆ　（ｔｌ　）　（Ｐ）１１−πＦ−
ｆ（Ｒ１）・Φ）・・・（８）ＱＰ２＝Ａ２５・Ｆ　（
ｔ２　）　（ＰＭ２−πＦ−ｆ（Ｒ２）・Φ）・・・（
９）（８）式、（９）式をそれぞれＦ（ｔｌ）、Ｆ（ｔ
２）で割ると ＱＰ１／Ｆ　（ｔｌ）＝Ａ２５−　（ＰＨ１−ｙｒＦ　
・ｆ　（Ｒ１）　・！ｌ　・・・（１０）ＱＰ２／Ｆ　
（ｔ２　）　＝Ａ２５・＋ＰＭ２−πＦ−ｆ（Ｒ２＞・
Φ）・・・（１１）ここで、（１１）式を（１０）式で
除算すれば、（１２）式をπ［について解けば ＱＰ２・Ｆ（ｔｌ） ・・・　（１３） となる。

上述した様に、Ｆ　（ｔｌｋ　Ｆ　（ｔ２　Ｈま温度ｔ
１　、ｔ２が測定されたならば自動的に法定する数値で
あり、そして、Φは膜面流速に影響されるためＱｎの関
数であり、容易に決定する事が出来る（ステップＳ５）
、従って、これ等の数値と測定値ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＰ
ｌ、ＱＰ２、Ｐ［１、ＰＦ２、ＰＢｌ、Ｐａ２を（１３
）式に代入すればπＦの値が計算される（ステップ５６
）６次に（１０）式をＡ２５について解くと Ａ２５＝ＱＰ１／　［Ｆ　（ｔｌ　）　ｆＰＨｌ−πＦ
−ｆ（Ｒ１）・Φ）］・・・（１４）となる、（１４）
式に運転点１におけるそれぞれの数値を代入してＡ２５
を求める（ステップＳ７）。

尚、（１１）式をＡ２５について解き、運転点２におけ
る各種測定値を代入してもＡ２５が求まる。

（３）式をＰＭについて解くと、 Ｐ Ｐ１４＝　−＋πＦ　−ｆ　（Ｒ）・Φ・・・（１５）
Ａ２５・Ｆ　（ｔ） となる。（１５）式左辺において、ｆ　（Ｒ）は式（４
）、（５）の様な数式を用いて決定され、Ｆ（ｔ）、Φ
は既に求められており（ステップＳ５）、そしてπＦは
ステップＳ６により、Ａ２５はステップＳ７によってそ
れぞれ計算されている。

従って、必要とする透過水量ＱＰを設定して（１５）式
に代入すれば、透過水量ＱＰを得るに必要な逆浸透膜モ
ジュール内平均圧力ＰＭが決定される（ステップＳ８）
。

必要なモジュール′内子均圧力ＰＭを生ずる供給水ポン
プ運転圧ＰＦを求める態様は以下の通りである。

平均流量Ｑ）４は −Ｒ Ｒ であり、また平均圧力差ΔＰは ΔＰ＝ＰＦ　−Ｐａ　＝２　（ＰＦ　−ＰＭ　）・・・
（１７）と表わされるので、 Ｐ「＝（ΔＰ／２）＋ＰＨ・・・（１８）となる、Ｑ１
４とΔＰとの関係は第４図に示す様に２次関数的な関係
にある。必要とする透過水量ＱＰを（１６）式に代入し
て対応する平均流産ＱＨを求め、第４図により該平均流
ｊｉＱＨに対応する平均圧力差ΔＰを求める。このΔＰ
を（１８）式に代入し、且つ（１５）式を用いて求めた
必要な平均圧力ＰＭを〈１８）式に代入すれば、必要な
供給水ポンプ運転圧ＰＦが求まる（ステップＳ９）。

この様にして、必要とする透過水ＪｔＱＰに対応する供
給水ｉＱＦと供給水ポンプ運転圧Ｐ［とが決定されたの
で、ポンプの運転点が決定される。

そして、この運転点で淡水化装置を稼動させるべくＣＰ
Ｕ３８の出力信号か運転制御手段に伝送されるのである
（ステップ５１０）。

次に運転制御手段について説明する。

ＣＰＵ３８における演算処理によって求められた運転点
で淡水化装置を稼動するために制御される物理量は、第
１図の実施例においては、供給水側バルブ１６の開度、
濃縮水側バルブ２８の開度、或いはモータ１２の回転数
の何れかである。バルブ１６の開度を制御する場合は、
ＣＰＵ３８の出力信号はライン４０を介してバルブ１６
の開度調整手段４６に伝送され、該開度調整手段４６が
バルブ１６の開度を適当な量に調整する。バルブ２８の
開度を調整する場合は、出力信号がライン４２を介して
開度調整手段４８へ付加される。

更に、モータ１２の回転数を制御する場合には、ＣＰＵ
３８の出力がライン４４を介して回転数調整手段４５へ
付加され、電気的（例えばインバータ）あるいは機械的
減速機（ＰＡえばサイクロ減速ｔＳ＞などによりモータ
は適当な回転数に調整される。制御の態様としてはその
他にも考えられ、例えば、図示はしていないが、複数の
供給水ポンプを設置し、ＣＰＵ３８の出力に対応してそ
れぞれのポンプを駆動或いは停止させる事により、駆動
ポンプの台数を変化させて必要な制御を行う事が出来る
。

尚、任意の２つの運転点を設定するのは、供給水ポンプ
の運転圧Ｐ［を変動させる事によるのが比較的容易であ
って好ましい、具体的には第５図に示す様に、 （１）　供給水側バルブ或いは濃縮水側バルブの開度を
調整する（第５Ａ図）、 （２）　供給水ポンプの回転数、即ち、駆動モータの回
転数を制御する（第５Ｂ図）、（３）　駆動ポンプの台
数を制御する（第５Ｃ図）、 等の態様が考えられる。

本実施例においては、供給水ｆｉＱＦ及び透過水ｊｌＱ
Ｐが測定されたが、実際には供給水量ＱＦ、透過水ｊｌ
ＱＰ　、濃縮水量ＱＢのうち２つの流量（水量）を任意
に選択して測定すれば良い。

ＱＦ　＝ＱＰ　＋ＱＢの関係から残りの１つが直ちに求
まるからである。

［まとめコ 以上説明した様に、本発明によれば、逆浸透膜モジュー
ルによる淡水化装置の運転制御に必要な浸透圧の値が、
電導度肝を用いる事なく演算により求められるので、装
置の製造コスト、メンテナンスに要するコスト等を減少
する事が出来、故障等も少なくなる。また、電導度肝を
用いた場合に生ずる様な測定誤差が無くなる。これ等の
特徴により、的確な制御運転が達成されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図はモ
ジュール内平均圧力と透過水星との関係を示す図、第３
図はＣＰＵにおける演算処理を説明するフローチャート
を示す図、第４図は平均流量と平均圧力差との関係を示
す図、第５Ａ図はバルブ開度を調整して制御した場合の
運転特性を示す図、第５Ｂ図はポンプ回転数を制御した
場合の運転特性を示す図、第５Ｃ図はポンプの駆動台数
を変えて制御した場合の運転特性を示す図、第６図は従
来技術を示す図である。 １．１８・・・逆浸透膜モジュール　　２．１０・・・
逆浸透膜モジュールによる淡水化装置３．１４・・・供
給水ポンプ　　１２・・・モータ　　１６・・・供給水
側バルブ　　２０．２４．３０・・・測定手段　　２８
・・・濃縮水側バルブ　　３８・・・中央処理装置７（
ＣＰＵ）第２図 第４図 ＯＱ！１１ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ポンプで圧送した供給水から逆浸透膜モジュールにより
   透過水を漉し分け濃縮水を出口弁から排出する淡水化装
   置において、供給水ポンプと、任意の２つの運転点にお
   ける流量、圧力、温度を測定する測定装置と、該測定装
   置による測定値を用いて浸透圧を計算し、且つ計算され
   た浸透圧の数値に基づいて制御信号を出力する中央処理
   装置と、該制御信号に応答して作動する運転制御手段と
   を備える事を特徴とする逆浸透膜モジュールによる淡水
   化装置。