圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法
【課題】処理流量を増加させても、コンパクト化、低コスト化が可能な圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供する。
【解決手段】圧力交換装置１０は、一端側から第１流体が流入または流出する第１流路２１と、一端側から第２流体が流入または流出する第２流路２２とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部２３を備えた第１支持体２０と、第１流体を第１流路２１に案内する第１流体流入路４１ａと、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路２２から案内する第２流体流出路４２ａ、及び、第２流体を第２流路２２に案内する第２流体流入路４３ｂと、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路２１から案内する第１流体流出路４４ｂとが、回転軸心周りに形成された回転体４０と、回転体４０を第１支持体２０との間で回転可能に支持する第２支持体３０と、を備えている。
【解決手段】圧力交換装置１０は、一端側から第１流体が流入または流出する第１流路２１と、一端側から第２流体が流入または流出する第２流路２２とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部２３を備えた第１支持体２０と、第１流体を第１流路２１に案内する第１流体流入路４１ａと、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路２２から案内する第２流体流出路４２ａ、及び、第２流体を第２流路２２に案内する第２流体流入路４３ｂと、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路２１から案内する第１流体流出路４４ｂとが、回転軸心周りに形成された回転体４０と、回転体４０を第１支持体２０との間で回転可能に支持する第２支持体３０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜装置を用いる海水淡水化施設では、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体である高圧濃縮海水がもつ余剰圧力を、逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である低圧海水の昇圧に利用する圧力交換装置が設けられている。
【０００３】
図１６に示すように、特許文献１には、管状の圧力伝達部が回転軸心周りに複数本配設されたロータ８０を備えた圧力交換装置が記載されている。
【０００４】
該圧力交換装置は、ロータ８０の回転に伴って、高圧入口側ポート８２へ供給される高圧濃縮海水と低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水とを圧力伝達部で接触させて、高圧濃縮海水の圧力によって昇圧した低圧海水を、高圧出口側ポート８３から高圧海水として排水し、低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水によって前記圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を低圧出口側ポート８４から排水するように構成されている。
【０００５】
図１７に示すように、特許文献２には、一対の回転板９１、９２と該回転板９１、９２を連接する軸９３とで構成される回転体９０を備えた圧力交換装置が記載されている。
【０００６】
一方の回転板９１には、低圧入口側ポート９５に供給された低圧海水を圧力伝達部９６に案内する流路９１ａと、圧力伝達部９６から排水される高圧海水を高圧出口側ポート９７に案内する流路９１ｂが形成されている。
【０００７】
他方の回転板９２には、高圧入口側ポート９４に供給された高圧濃縮海水を圧力伝達部９６に案内する流路９２ｂと、圧力伝達部９６から排水される低圧濃縮海水を低圧出口側ポート９８に案内する流路９２ａが形成されている。
【０００８】
該圧力交換装置は、回転体９０の回転に伴って、高圧入口側ポート９４へ供給される高圧濃縮海水と、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水を、管状の圧力伝達部９６内で接触させて、高圧濃縮海水の圧力によって昇圧した低圧海水を高圧出口側ポート９７から高圧海水として排水し、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水によって前記圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を低圧出口側ポート９８から排水するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９１８０９０３号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第２００７１００５６４０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された圧力交換装置では、ロータ８０に配設された管状の圧力伝達部の断面積に依存して圧力伝達される処理流量が定まるので、処理流量を増やすためには、圧力伝達部の配設本数を増加させるか、圧力伝達部の一本あたりの断面積を大きくする必要があり、何れの場合であってもロータ８０が大きくなり、それに伴って圧力交換装置が大型になり重量も増大する。
【００１１】
一般的にロータ８０は、軽量化、高剛性、耐摩耗性、低摩擦係数等の条件を満足させるために、セラミックス等の高価な材料で形成されているため、圧力交換装置を大型化するとそれに伴って材料費、製造費が嵩むという問題があった。
【００１２】
さらに、大型のロータ８０を回転させるために要するトルクも増大し、小径のロータ８０を回転させる場合よりも大きなエネルギーが必要になるという問題もあった。このような理由によって、圧力交換装置１台あたりの処理流量を増加させるのは極めて困難であった。
【００１３】
そのため、大量の海水を淡水化処理する大型の海水淡水化施設には、多数の圧力交換装置が設置されていた。しかし、圧力交換装置の設置台数が増加すると、各圧力交換装置を接続する配管の施工及び管理が煩雑になるという問題があった。
【００１４】
特許文献２に記載された圧力交換装置では、一方の回転板９１に形成された流路９１ｂと他方の回転板９２に形成された流路９２ｂの夫々が、回転体内部で軸心方向に沿った流路に円周方向に形成された流路が連通するように構成されているため、回転板９１、９２に流路を形成するための厚みが必要となる。そのため、回転板９１、９２が大型になり材料費や加工費が嵩むという問題があった。
【００１５】
さらに、回転板９１、９２の大型化によって重量が増すと、回転体９０の回転時に軸部９３に作用するねじりや曲げ応力が大きくなり、その変形や破損を防止するために軸部９３を太くする必要があるばかりでなく、回転のために要するエネルギーが増加し、効率が低下するという問題もあった。
【００１６】
本発明の目的は、処理流量を増加させても、コンパクト化、低コスト化が可能な圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明による圧力交換装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、第１流体を第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路から案内する第２流体流出路、及び、第２流体を第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体と、前記回転体を第１支持体との間で回転可能に支持する第２支持体と、を備えている点にある。
【００１８】
上述の構成によれば、回転体に形成された第１流体流入路を介して装置の外部から第１支持体に形成された第１流路へと案内された第１流体の圧力が、第１流路と連通された第２流路内の第２流体に伝達され、昇圧された第２流体が、回転体に形成された第２流体流出路を介して装置の外部へ排水される。
【００１９】
また、回転体に形成された第２流体流入路を介して装置の外部から第１支持体に形成された第２流路へと案内された第２流体の圧力が、第２流路と連通された第１流路内の第１流体に伝達され、第１流体が回転体に形成された第１流体流出路を介して装置の外部へ排水される。
【００２０】
このように、第１流路と第２流路と両流路の連通部とで圧力伝達部を構成することにより、第１支持体の一端側から該圧力伝達部へ第１流体または第２流体を流入させて、第１流体と第２流体との間で圧力を交換し、該一端側から第２流体または第１流体を流出させることができるので、特許文献２に記載されたような直管で構成された圧力伝達部と比較して、同じ流量の圧力交換処理を行なう場合に第１支持体の軸心方向の長さが短くなり、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができ、また、圧力交換処理の流量を増加させる必要がある場合でも、回転体の軸心方向の長さが短くなることで、装置の極端な大型化を回避することができる。
【００２１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第２支持体と、第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路から案内する第２流体流出路と、第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体とを備え、前記回転体は前記第１支持体と前記第２支持体との間で回転可能に支持されている点にある。
【００２２】
上述の構成によれば、第１支持体のみならず第２支持体にも一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部が備えられているため、第２支持体の圧力伝達部でも第１支持体に備えられた圧力伝達部と同様の圧力伝達を行なうことができ、上述の第一特徴構成と同様の作用効果を奏することができる。第１支持体の圧力伝達部と第２支持体の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、第１支持体のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【００２３】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記第１支持体と前記第２支持体の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置が前記回転体に対して対称に構成されている点にある。
【００２４】
上述の構成によれば、第１流体は回転体の第１流体流入路から第１支持体及び第２支持体の夫々の第１流路に同時に流入して第１支持体及び第２支持体の夫々の第２流路内の第２流体を昇圧し、昇圧された第２流体は第１支持体及び第２支持体の夫々の第２流路から回転体の第２流体流出路へ同時に流入する。第２流体は回転体の第２流体流入路から第１支持体及び第２支持体の夫々の第２流路へ同時に流入し第１支持体及び第２支持体の夫々の第１流路の第１流体を昇圧し、昇圧された第１流体は、第１支持体及び第２支持体の夫々の第１流路から回転体の第１流体流出路へ同時に流出することになる。
【００２５】
さらに、前記第１支持体と前記第２支持体の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置が前記回転体に対して対称に構成されているので、回転体と第１及び第２支持体の間にかかる回転に伴う圧力変動も対称となり、回転体と夫々の支持体との間で生じる軸方向の力が略同一で方向が逆になる。よって、回転体の軸方向にかかる力がバランスし、回転体が一方の支持体側へと片寄ることなく円滑に回転し、効率よく圧力回収することができる。
【００２６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記回転体は、第１及び第２支持体とで区画される空間に収容されるとともに、少なくとも第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路が前記回転体を貫通するように形成され、前記回転体の回転軸心方向の両端面と第１及び第２支持体との間に各流体が進入する隙間が形成されている点にある。
【００２７】
上述の構成によれば、少なくとも第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路が回転体を貫通するように形成されているので、第１及び第２支持体とで区画される空間内で回転体が回転するときに、回転体の端面と第２支持体との間に形成された隙間に第１または第２流体が進入して、該流体によって回転体を第１支持体に向けて押圧する力が働く。また、回転体の端面と第１支持体との間に形成された隙間に第１または第２流体が進入して、該流体によって回転体を第２支持体に向けて押圧する力が働く。
【００２８】
両側から略等しい力で押圧される回転体は、第１及び第２支持体の間で一方向に片寄ることなくバランスするため、第１支持体または第２支持体の何れか一方と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。その結果、第１支持体及び第２支持体の磨耗が低減できるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、回転体は両側から略等しい力で押圧されるため、第１及び第２支持体と回転体との摩擦が減少し回転抵抗が低減する。そのため、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路の断面積を大きくした場合でも、回転体を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
【００３０】
尚、回転体と第１及び第２支持体との間に形成される隙間は、狭すぎると回転体が支持体に押し付けられて大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【００３１】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、少なくとも一方の支持体を押圧して、第１及び第２支持体の間隔を調整する押圧機構を備えている点にある。
【００３２】
上述の構成によれば、仮に各支持体と回転体の端面が磨耗して隙間が大きくなり、流体が漏れて圧力の交換効率の低下を招くような場合であっても、押圧機構により少なくとも一方の支持体を押圧して、第１及び第２支持体の間隔が調整できるようになるので、回転体と支持体との間に形成される隙間を適正に調整できるので、部品交換等の規模の大きな分解を伴うメンテナンスを行なわずに長期間安定して稼動させることができるようになる。
【００３３】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、回転体外周を保持する保持部を有し、前記保持部は、少なくとも前記第１流体流入路に連通する第１流体流入口と、前記第２流体流出路に連通する第２流体流出口とを備えている点にある。
【００３４】
上述の構成によれば、保持部は回転体の外周を保持するので、回転体は保持部の中で円滑に回転することができる。保持部は少なくとも第１流体流入路に連通する第１流体流入口と、第２流体流出路に連通する第２流体流出口を備えているので、第１流体流入口から第１流体流入路に第１流体を流入させることができ、第２流体流出路から第２流体流出口へ第２流体を流出させることができる。
【００３５】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六特徴構成に加えて、前記保持部は、さらに前記第２流体流入路に連通する第２流体流入口と、前記第１流体流出路に連通する第１流体流出口を備え、前記回転体の回転軸心方向に沿って、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されている点にある。
【００３６】
上述の構成によれば、上述の第六特徴構成と同じ作用効果を奏しながら、さらに保持部に形成された第２流体流入口から第２流体流入路に第２流体を流入させることができ、第１流体流出路から第１流体流出口へ第１流体を流出させることができる。
【００３７】
さらに、保持部には回転体の回転軸心方向に沿って、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されているので、第１流体流入口から第１支持体の第１流路と第２流路の連通部までの距離と、第１流体流入口から第２支持体の第１流路と第２流路の連通部までの距離の差を小さくすることができる。
【００３８】
つまり、第１流体流入口から第１支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失と、第１流体流入口から第２支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失の差を小さくすることができるので、第１流体流入口から第１流体流入路に流入した第１流体の第１支持体の第１流路側への流量と、第２支持体の第１流路側への流量の差を小さくすることができる点で好ましい。
【００３９】
また、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されている、つまり、回転体の軸心方向の中央部に、高圧の第１流体が流入する第１流体流入路と昇圧された第２流体が流出する第２２流体流出路を配設しているため、回転体の軸心方向の一端部に前記第１流体流入口と第２流体流出口が配設される場合に比べて回転体に作用するトルクのバランスがよいので回転体の回転を円滑にすることができる。
【００４０】
さらに、第１流体流入口、第２流体流出口、第２流体流入口、第１流体流出口は、全てが保持部に形成されているので、各流入口及び流出口に接続する配管を保持部の周囲に配設すればよいため、配管を含めた設置スペースの省スペースが図れる。さらに、配管を外すことなく、配管のない箇所からメンテナンスが可能となり、メンテナンス作業性が良くなる。
【００４１】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第六または第七特徴構成に加えて、前記第１流体流入口は、第１流体流入口から第１流体流入路に流入する第１流体のエネルギーにより前記回転体が回転するように、前記回転体の接線方向に平行な方向に沿って形成され、第１流路に流入する第１流体の圧力が、第２流路に流入する第２流体の圧力より高い圧力に設定されている点にある。
【００４２】
上述の構成によれば、前記第１流体流入口から第１流体流入路に第１流体が流入するときに、第１流体は前記回転体の半径方向に交差する方向に沿って流入するので前記回転体が回転するようなトルクを付与する。よって、外部動力がなくても回転体を回転させることができるようになる。そして、回転体の回転に伴って、圧力伝達部への第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入が切り替えられるので、別途の流路の切替機構が不要となる。
【００４３】
尚、第１流路に流入する第１流体の圧力が、第２流路に流入する第２流体の圧力より高い圧力に設定されているので、第１流路を第２流路より径方向外側に配置するほうが、回転軸心から径方向に大きく離隔した流路に流入する流体のエネルギーを利用でき、同じエネルギーでより大きなトルクを発生させることができるのでエネルギー効率がよい。
【００４４】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第八特徴構成に加えて、前記回転体の円周方向に前記第１流体流入口と第１流体流入路を連通する連通溝が形成され、前記連通溝に前記第１流体の圧力を受けて前記回転体を回転させる受圧部が形成されている点にある。
【００４５】
第１流体が第１流体流入口から連通溝を介して第１流体流入路に流入する際に、連通溝に形成された受圧部が第１流体の圧力を受けて、回転体は回転させられる。
【００４６】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記第１支持体に、複数組の圧力伝達部が放射状に配設されている点にある。
【００４７】
上述の構成によれば、圧力伝達部は回転体の回転軸心周りに回転軸心を中心として放射状に複数配設されているので、圧力伝達部の総断面積が多くなり、圧力交換装置の処理流量を増加させることができる。
【００４８】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第十特徴構成に加えて、隣接する複数の圧力伝達部が、前記回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通する点にある。
【００４９】
上述の構成によれば、隣接する複数の圧力伝達部が、回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通することで、回転体の回転に伴う第１流体または第２流体の流入出時の流量変動を低減し、流体の脈動、装置の脈動等の悪影響を防止することができる。
【００５０】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第十または第十一の特徴構成に加えて、前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部が存在する点にある。
【００５１】
上述の構成によれば、前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部では、第１流体及び第２流体の流入、流出を一旦停止させることができるので、第１流路及び第２流路内の各流体の流れ方向の切り替えを円滑にすることができる。
【００５２】
同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第六から第十二の何れかの構成に加えて、前記保持部に、複数組の第１流体流入口と第２流体流出口が回転軸心周りに点対称に配置されている点にある。
【００５３】
上述の構成によれば、保持部に複数組の第１流体流入口と第２流体流出口が回転体の回転軸心周りに点対称に配置されているので、回転体には第１流体流入路口から第１流体流入路に流入する第１流体のエネルギーがバランスよく作用し、回転体が傾くことなく、回転体を円滑に回転させることができる。
【００５４】
同第十四の特徴構成は、同請求項１４に記載した通り、上述の第一から第十三の何れかの特徴構成に加えて、第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されている点にある。
【００５５】
上述の構成によれば、第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されているので、第１流路の断面積と第２流路の断面積が異なる場合に比べて、流体が第１流路と第２流路を通流するときの圧力損失が低減され、効率の良い圧力伝達が可能となる。
【００５６】
同第十五の特徴構成は、同請求項１５に記載した通り、上述の第一から第十四の何れかの構成に加えて、前記回転体を外部動力で回転させる駆動軸が前記回転体に連結されている点にある。
【００５７】
上述の構成によれば、流体の流れが不安定である等の何らかの要因により回転体の回転が安定しないような場合でも、駆動軸に連結された駆動機等の外部動力で回転体を回転させることにより、安定した圧力交換処理が可能となる。
【００５８】
同第十六の特徴構成は、同請求項１６に記載した通り、上述の第一から第十五の何れかの構成に加えて、前記第１流体流入路に供給される第１流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記第２流体流入路に供給される第２流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である点にある。
【００５９】
上述の構成によれば、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体の圧力により逆浸透膜装置に供給される被濃縮流体を昇圧するので、余剰圧力を捨てることなく有効なエネルギーとして利用することができる。
【００６０】
本発明による圧力交換装置の性能調整方法の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１７に記載した通り、上述の第九特徴構成を備えた圧力交換装置の性能調整方法であって、前記保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更することで、処理流量を調整する点にある。
【００６１】
回転体の回転数は、保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更に依存する。よって、保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更するだけで、処理流量に合わせて回転体の回転数を変更できるため、圧力交換装置の処理流量を容易に調整できる。
【発明の効果】
【００６２】
以上説明した通り、本発明によれば、処理流量を増加させても、コンパクト化、低コスト化が可能な圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】海水淡水化施設の概略フロー図
【図２】圧力交換装置の説明図
【図３】第１支持体の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は正面図のＡ―Ａ線断面図、（ｃ）は背面図
【図４】回転体の説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は正面図のＢ―Ｂ線断面図、（ｅ）は側面図のＣ−Ｃ線断面図、（ｆ）は側面図のＤ−Ｄ線断面図
【図５】保持部の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分断面図、（ｃ）は背面図
【図６】圧力交換装置による圧力交換の説明図であって、（ａ）は図６（ｂ）のＥ−Ｅ線矢視図、（ｂ）は断面の概略図
【図７】圧力交換装置による圧力交換の説明図であって、（ａ）は図７（ｂ）のＦ−Ｆ線矢視図、（ｂ）は断面の概略図
【図８】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図９】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１０】別実施形態による圧力交換装置の説明図であって、（ａ）は図９のＧ−Ｇ線断面図、（ｂ）は図９のＨ−Ｈ線断面図
【図１１】別実施形態による圧力交換装置の説明図であって、（ａ）は図９のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は図９のＪ−Ｊ線断面図
【図１２】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１３】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１４】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１５】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１６】従来の圧力交換装置の説明図
【図１７】従来の圧力交換装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下に、本発明による圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法の好ましい実施形態を説明する。
【００６５】
図１に示すように、海水淡水化施設は、海水中の夾雑物を取り除く前処理部１と、前処理部１で前処理された海水を貯留するろ過海水槽２と、ろ過海水槽２に貯留された海水を保安フィルターに供給する供給ポンプ３と、逆浸透膜装置６の詰まりを防止するため海水中の微細な異物を除去する保安フィルター４と、保安フィルター４を通過した海水を昇圧する高圧ポンプ５と、昇圧された海水が供給される逆浸透膜装置６を備えている。逆浸透膜装置６によって海水中の各種塩類が除去され、飲料用水や工業用水等として利用できるように淡水化される。
【００６６】
逆浸透膜装置６は、浸透膜の一方側の海水に圧力をかけることにより、逆浸透膜の他方側に海水中の各種塩類が除去された淡水を染み出させる装置であり、ろ過するためには、海水を浸透圧以上の所定の圧力にする必要がある。
【００６７】
しかし、逆浸透膜装置６は、供給された海水の全てを淡水化できるものではない。例えば、逆浸透膜装置６に供給される海水のうち４０％は淡水化されて排水されるが、残りの６０％は淡水化されずに非常に圧力の高い高圧濃縮海水として排水される。
【００６８】
そこで、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水のもつ余剰圧力を有効なエネルギーとして回収して利用する圧力交換装置１０を備えている。
【００６９】
ろ過海水槽２から逆浸透膜装置６に供給される海水のうち、４０％は高圧ポンプ５で浸透圧以上の所定の圧力、例えば、６．９ＭＰａまで昇圧される。逆浸透膜装置６に供給される残りの６０％の海水（以下、「低圧海水」と記す）は、圧力交換装置１０が逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水から回収した余剰圧力（６．７５ＭＰａ）と、ブースターポンプ７により６．９ＭＰａまで昇圧される。
【００７０】
つまり、圧力交換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉ（高圧濃縮流体）の圧力により、圧力交換装置１０に供給される低圧海水Ｌｉ（被濃縮流体）を昇圧して、浸透膜装置６に供給し、圧力交換装置１０に供給される低圧海水Ｌｉによって、前記圧力が回収された後の低圧濃縮海水Ｌｏを排水する圧力交換処理を行なう。
【００７１】
このように、圧力交換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉの余剰圧力を捨てることなく逆浸透膜装置６に供給される低圧海水Ｌｉの昇圧に利用して、逆浸透膜装置６でのろ過に必要な圧力の一部を補うので、海水淡水化施設全体のエネルギー効率が向上する。
【００７２】
図２に示すように、圧力交換装置１０は、第１支持体２０と、第２支持体３０と、エンドカバー２５と、各支持体２０、３０との間で回転可能に支持された回転体４０と、回転体４０の外周を保持する保持部１１と、押圧部材５０を備えている。
【００７３】
保持部１１、各支持体２０、３０、回転体４０は、アルミナ等のセラミックス、または、二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼等のように、海水に対する耐食性があり、十分に強度のある材料を用いることができる。二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼を用いた場合には、回転体４０と各支持体２０、３０、及び、保持部１１との対向面を窒化処理し、或は、アルミナ等のセラミックスを溶射し、肉盛溶接し、或はＨＩＰ処理して摩擦係数を低減する耐磨耗層を形成することが好ましい。
【００７４】
エンドカバー２５や押圧部材５０は、樹脂材料、または、二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼等の金属材料のように、海水に対する耐食性があり、ある程度強度を備えた材料で形成すればよい。安価な鋼やステンレス鋼等の高強度であるが、耐食性に劣る金属を樹脂材料で被覆して部材を構成するとコストダウンが図れる。
【００７５】
図２及び図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１支持体２０には、その一端側の端面２０ａから第１流体としての高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された後の低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路２１と、同じく一端側の端面２０ａから第２流体としての低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された後の高圧海水Ｈｏが流出する第２流路２２とが、第１支持体２０の他端側の端面２０ｂ側で連通するように形成された圧力伝達部２３が設けられている。
【００７６】
本実施形態では、圧力伝達部２３は回転体４０の回転軸心周りに回転軸心を中心として放射状に１８組配設され、各第１流路２１の断面積と第２流路２２の断面積は等しくなるように形成されている。断面の形状は、配管抵抗が少なくなるように円形や楕円形、丸みを帯びた多角形が好ましい。
【００７７】
第１支持体２０の他端側の端面２０ｂには、シール２４を介してエンドカバー２５がボルト２８ａとナット２８ｂで取り付けられている。エンドカバー２５の中央には、第２流体流入口２７が形成され、図示しない配管が接続され、低圧海水Ｌｉが供給される。第１支持体２０の中央には、第２流体流入口２７から流入した低圧海水Ｌｉを回転体４０に導く連通路２６が形成されている。
【００７８】
尚、本実施形態では、第１流路２１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第２流路２２に流入する低圧海水Ｌｉの圧力より高い圧力に設定されている。
【００７９】
図２及び図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、回転体４０には、高圧濃縮海水Ｈｉを第１支持体２０の第１流路２１に案内する第１流体流入路４１ａ、４１ｂと、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏを第１支持体２０の第２流路２２から案内する第２流体流出路４２ａ、４２ｂ、及び、第１支持体２０に貫通形成された連通路２６から流入する低圧海水Ｌｉを第１支持体２０の第２流路２２に案内する第２流体流入路４３ａ、４３ｂと、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏを第１流路２１から第２支持体３０に形成された連通路３１へと案内する第１流体流出路４４ａ、４４ｂとが、回転軸心周りに形成されている。
【００８０】
第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第２流体流出路４２ａ、４２ｂは夫々回転体４０を厚み方向（回転軸心方向）に貫通するように形成されている。
【００８１】
第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第１流体流出路４４ａ、４４ｂ及び第２流体流出路４２ａ、４２ｂと第２流体流入路４３ａ、４３ｂは夫々通水断面積が等しくなるように、回転体４０の周方向に沿って円弧状に形成されている。
【００８２】
第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第１流体流出路４４ａ、４４ｂ及び第２流体流出路４２ａ、４２ｂと第２流体流入路４３ａ、４３ｂには同時に夫々同数の、例えば２〜３本の第１流路２１及び第２流路２２が連通する。尚、同数でなくてもよいが、同数とすることで、回転体にかかる力の変動が減少し、回転体がバランスよく回転する。
【００８３】
回転体４０の円周方向には、連通溝４１ｃと連通溝４２ｃが形成され、第１流体流入路４１ａ、４１ｂと連通溝４１ｃは、夫々連通口４１ｄ、４１ｅを介して連通され、第２流体流出路４２ａ、４２ｂと連通溝４２ｃは、夫々連通口４２ｄ、４２ｅを介して連通されている。
【００８４】
保持部１１に備えられた第１流体流入口１２には、図示しない配管が接続され、高圧濃縮海水Ｈｉが供給され、該高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入路４１ａ、４１ｂから第１流路２１に流入する。圧力伝達部２３内で昇圧された高圧海水Ｈｏは、第２流路２２から第２流体流出路４２ａ、４２ｂを経て保持部１１に形成された第２流体流出口１３から流出される。第２流体流出口１３には、図示しない配管が接続され、該高圧海水Ｈｏがブースターポンプ７を経て逆浸透膜装置６へ供給される。
【００８５】
連通溝４１ｃには、４本のボルト４６が正面視で回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。ボルト４６は、高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を受けて回転体４０を回転させる受圧部として機能する。尚、ボルト４６は、４本に限らず、１本でもよく、本数が増えるほど、受圧部が増え回転に寄与する。
【００８６】
第２流体流入路４３ａ、４３ｂは、第１支持体２０に貫通形成された連通路２６と連通する中央部４３ｃとが回転体４０の一端側の端面４０ｂで連通するように構成されている。
【００８７】
連通路２６から中央部４３ｃへと流入した低圧海水Ｌｉは、第２流体流入路４３ａ、４３ｂへと分散し、夫々連通する第２流路２２へと流入する。尚、低圧海水Ｌｉの流れる第２流体流入路４３ａ、４３ｂ、中央部４３ｃの通水断面積を連通路２６の通水断面積と等しく構成することで、圧力損失の低減が図られる。
【００８８】
第１流体流出路４４ａ、４４ｂは、夫々回転体４０を厚み方向に貫通するように形成され、回転体４０の他端側の端面４０ａの中央部４４ｃで連通するように構成され、その中央部４４ｃが第２支持体３０に貫通形成された連通路３１と連通するように構成されている。
【００８９】
第１流路２１から第１流体流出路４４ａ、４４ｂへと流入した低圧濃縮海水Ｌｏは、中央部４４ｃで集中され、連通路３１へ排出される。尚、低圧濃縮海水Ｌｏの流れる第１流体流出路４４ａ、４４ｂ、中央部４４ｃの通水断面積を連通路３１の通水断面積と等しく構成することで圧力損失の低減が図られる。
【００９０】
これにより、連通路２６から回転体４０の中央部４３ｃに流入した低圧海水Ｌｉは第２流体流入路４３ａ、４３ｂから夫々第１支持体２０の第２流路２２に流入し、第１流路２１の低圧濃縮海水Ｌｏは第１流体流入路４４ａ、４４ｂに流出し、中央部４４ｃから第２支持体３０に貫通形成された連通路３１へと流出する。
【００９１】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、第１流体流入路４１ａ及び第２流体流出路４２ａと、第１流体流入路４１ｂ及び第２流体流出路４２ｂとは、回転体４０の正面視で回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。
【００９２】
さらに、これらと９０度位相が回転した位置に、第２流体流入路４３の周辺部４３ａ及び第１流体流出路４４ａと、第２流体流入路４３ｂ及び第１流体流出路４４ｂとが、正面視で回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。
【００９３】
以上のように、回転体４０の端面４０ａ、４０ｂの形状が略等しくなるように各流体の各流入路及び流出路が形成されている。
【００９４】
図２及び図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、保持部１１は、円筒状の部材に回転体４０の外周を保持する保持面１４と、第２支持体３０が嵌合される嵌合部１５が形成されている。
【００９５】
保持部１１に形成された一対の第１流体流入口１２は、正面視で回転軸心に対して回転体４０の半径方向に交差する方向に沿って点対称の位置に配置され、内部に収容される回転体４０に形成された連通溝４１ｃと連通するように構成され、一対の第２流体流出口１３は、正面視で回転軸心高さに左右対称に配置され、内部に収容される回転体４０に形成された連通溝４２ｃと連通するように構成されている。
【００９６】
このように、第１流体流入口１２は、回転軸の中心に向かうことなく回転体４０の半径方向に交差する方向（回転体４０の接線方向に平行な方向）に沿って形成されているので、高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入口１２から連通溝４１ｃを介して第１流体流入路４１ａ、４１ｂに流入するときに、その圧力が連通溝４１ｃに配設されたボルト４６、及び、連通口４１ｄ、４１ｅに作用し、回転体４０は回転させられる。尚、高圧濃縮海水Ｈｉの流入方向と回転体４０の回転効率を考慮すると、第１流体流入口１２は、回転体４０の接線方向に向けて形成することが最もよい。
【００９７】
一対の第１流体流入口１２は、正面視で回転軸心に対して回転体４０の半径方向に交差する方向に沿って点対称の位置に配置されているので、回転体４０にはバランスよくトルクが付与されて保持部１１内で片寄ることなく円滑に回転する。高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、回転体４０の径方向の側面で、半径方向のなるべく外側から高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を作用させるので、少ないエネルギーでより大きなトルクを発生させることができ、装置の高効率化が図れる。
【００９８】
このように、回転体４０は、高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーにより回転させられるので、別途に回転のための外部動力が不要となる。また、回転体４０の回転に伴って、第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入が切り替えられるので、別途の流路の切替機構が不要となる。
【００９９】
図２に示すように、嵌合部１５には、回転体４０の直径より大径の円柱状に形成された第２支持体３０の外周が嵌合される。第２支持体３０の嵌合部１５と接触面にはシール１８が配設され、シール１８により保持部１１の外部に流体が漏れるのが防止される。尚、図２では、第２支持体３０の外周部にシール１８を設けているが、第２支持体３０と保持部１１との接触面であればどこに設けてもよい。
【０１００】
保持部１１の一端側の端面１１ｂはボルト１６により第１支持体２０の端面２０ａと接合されている。第１支持体２０の保持部１１との接触面にはシール１９が配設され、シール１９により保持部１１の外部に流体が漏れるのが防止される。
【０１０１】
回転体４０は第１支持体２０と第２支持体３０と保持部１１で区画される空間に収容される。回転体４０の回転軸心方向の両端面４０ｂ、４０ａと第１支持体２０及び第２支持体３０との間に各流体が進入する隙間が形成されている。
【０１０２】
第１支持体２０及び第２支持体３０とで区画される空間内で回転体４０が回転することにより、第１流路２１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉから圧力伝達された高圧海水Ｈｏが第２流路２２から流出し、第２流路２２に流入する低圧海水Ｌｉによって低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路２１から流出する動作が繰り返される。
【０１０３】
このとき、少なくとも第１流体流入路４１ａ、４１ｂ及び第２流体流入路４２ａ、４２ｂが回転体４０を貫通するように形成されているので、回転体４０の端面４０ａと第２支持体３０との間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体４０を第１支持体２０に向けて押圧する力が働く。
【０１０４】
また、回転体４０の端面４０ｂと第１支持体２０との間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体４０を第２支持体３０に向けて押圧する力が働く。
【０１０５】
回転体４０は、両端面の隙間に進入した流体により両側から略等しい力で押圧されて第１支持体２０及び第２支持体３０の間で回転軸心方向でバランスするため、第１支持体２０または第２支持体３０と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。その結果、第１支持体２０及び第２支持体３０の磨耗が低減できるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができる。
【０１０６】
さらに、第１支持体２０及び第２支持体３０と回転体４０との間で常時摺動しないため回転抵抗が低減するので、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、第１流体流入路４１ａ、４１ｂや第２流体流入路４２ａ、４２ｂの断面積を大きくした場合でも、該回転体を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
【０１０７】
尚、前記隙間は、狭すぎると少しの圧力変動による軸心方向への動きにより大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、押圧部材５０により調整できるように構成され、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【０１０８】
押圧部材５０は、中央に第２支持体３０と当接して押圧する押圧部５１を備え、周辺部５２を保持部１１の他端側の端面１１ａに弾性部材５３を介してボルト１７により締め付けることで押圧機構を構成する。
【０１０９】
図２に示すように、押圧部５１は、第２支持部３０の端面３０ａに当接するように、保持部１１の嵌合部１５の直径より小径の突出部で構成され、中央には、第２支持体３０に形成された連通路３１と連通する第１流体流出口５４が貫通形成されている。第１流体流入口５４には、図示しない配管が接続され、低圧濃縮海水Ｌｏが排出される。
【０１１０】
ボルト１７を締め付けると、押圧部５１が第２支持体３０を第１支持体２０側へ押圧して、第２支持体３０が僅かに変形して、回転体４０の両端面４０ａ、４０ｂと各支持体２０、３０の間に形成される前記隙間が狭くなる。逆に、ボルト１７を緩めると、弾性部材５３の弾性力によって、第２支持体３０は第１支持体２０から離隔する方向へ移動し、前記間隔が広くなる。
【０１１１】
例えば、回転体４０の両端面が第１支持体２０または第２支持体３０と摺動して摩耗し、前記隙間が広くなったとしても、押圧部材５０により第２支持体３０を押圧して第１支持体２０及び第２支持体３０の間隔を調整することで、前記隙間を適当な間隔にして、前記隙間に進入する流体の量を調整することができるので、圧力の交換効率の低下を防止することができる。尚、弾性部材５３の代わりに、厚さの異なるスペーサを複数用意しておき、該スペーサを交換することで隙間を調整することもできる。
【０１１２】
図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）に基づいて、本発明による圧力変換装置１０の具体的な圧力変換の様子について説明する。
【０１１３】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、回転体４０の第１流体流入路４１ａが第１流路２１ａに連通し、第２流体流出路４２ａが第２流路２２ａに連通しているとき、第１流体流入口１２から第１流体流入路４１ａを介して第１流路２１ａに流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第２流路２２ａ内の海水に伝達されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが第２流体流出路４２ａを介して、第２流体流出口１３から排出される。
【０１１４】
このとき、回転体４０の第２流体流入路４３ｂは第２流路２２ｂと連通し、第１流体流出口４４ｂは第１流路２１ｂと連通する。第２流体流入口２７から連通路２６を介して、回転体４０の第２流体流入路４３ａ、４３ｂの中央部４３ｃへと流入した低圧海水Ｌｉは、第２流路２２ｂへ流入する。
【０１１５】
該低圧海水Ｌｉの圧力により第１流路２１ｂ内の低圧濃縮海水Ｌｏ（海水に圧力の伝達をした高圧濃縮海水Ｈｉ）は第１流体流出路４４ｂ、中央部４４ｃ、連通路３１を経て第１流体流出口５４へと排出される。
【０１１６】
第１流体流入口１２から連通溝４１ｃを介して第１流体流入路４１ａ、４１ｂに流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーが回転体４０の連通溝４１ｃの壁面や連通口４１ｄ、４１ｅの壁面に作用して、回転体４０が回転させられると、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、回転体４０の第２流体流入路４３ｂが第２流路２２ａに連通し、第１流体流出路４４ｂが第２流路２１ａに連通する。
【０１１７】
第２流体流入口２７から連通路２６を介して、回転体４０の第２流体流入路４３ａ、４３ｂの中央部４３ｃへと流入した低圧海水Ｌｉは、第２流路２２ａへ流入し、該低圧海水Ｌｉの圧力により第１流路２１ａ内の低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体流出路４４ｂ、中央部４４ｃ、連通路３１を経て第１流体流出口５４から排出される。
【０１１８】
このとき、回転体４０の第１流体流入路４１ａは第１流路２１ｂと連通し、第２流体流出口４２ａは第２流路２２ｂと連通する。第１流体流入口１２から第１流体流入路４１ａを介して第１流路２１ｂに流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第２流路２２ｂ内の海水に伝達されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが第２流体流出路４２ａを介して、第２流体流出口１３から排出される。
【０１１９】
尚、回転体４０の第１流体流入路４１ｂ、第２流体流出路４２ｂ、第２流体流入路４３ａ、第１流体流出路４４ａ、及び、夫々連通する第１流路２１、第２流路２２でも上述と同様の圧力交換が行われている。
【０１２０】
回転体４０の第１流体流入路４１ａ、４１ｂ、第２流体流出路４２ａ、４２ｂ、第２流体流入路４３ａ、４３ｂ、第１流体流出路４４ａ、４４ｂの何れとも連通しない第１流路２１、第２流路２２では、第１流体と第２流体との間で圧力の交換が行われない。
【０１２１】
以上のように、回転体４０の回転によって、ある圧力伝達部２３を構成する第１流路２１と第２流路２２の組と、夫々連通する第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第２流体流出路４２ａ、４２ｂ、第２流体流入路４３ａ、４３ｂと第１流体流出路４４ａ、４４ｂとが切り替わり、高圧濃縮海水Ｈｉから高圧海水Ｈｏへの圧力の伝達と低圧海水Ｌｉから低圧濃縮海水Ｌｏへの圧力の伝達が連続的に行われ、つまり、第１流体と第２流体の圧力交換処理が連続的に行われる。
【０１２２】
尚、第１流路２１及び第２流路２２内では、濃縮海水と海水が混在することになるが、各々の流体は塩分濃度差があるため境界部分は拡散によりある一定量が常に混ざった領域となるだけで、該領域は、ピストンのような役目をしながら第１流路２１及び第２流路２２の内部で揺動することになる。
【０１２３】
以上のように構成された圧力交換装置１０の性能調整方法について説明する。
【０１２４】
保持部１１の第１流体流入口１２の配置、角度を変更すると、回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉの流入方向が変わり、回転体４０に作用する力の方向が変わる。回転体４０の連通溝４１ｃに形成された受圧部としてのボルトの形状を変更すると、回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉから受ける圧力の大きさが変わる。
【０１２５】
回転体４０は保持部１１の第１流体流入口１２から流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーにより回転するので、その回転数は保持部１１の第１流体流入口１２の配置、角度、または回転体４０の連通溝４１ｃに形成された受圧部としてのボルトの形状に依存し、これらを変更することで装置に大掛かりな変更をすることなく処理流量を容易に調整することができるのである。
【０１２６】
尚、上述の実施形態では、連通溝４１ｃに配設したボルト４６により受圧部を構成したが、ボルト４６を備えずに連通溝４１ｃに受圧部を構成してもよい。
【０１２７】
第１流体流入口１２は、保持部１１の半径方向に交差する方向に沿って形成されているので、第１流体流入口１２から連通溝４１ｃを介して第１流体流入路４１ａ、４１ｂに流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーは、連通溝４１ｃや連通口４１ｄ、４１ｅや第１流体流入路４１ａ、４１ｂの壁面に作用して回転体４０は回転させられる。連通溝４１ｃの壁面や連通口４１ｄ、４１ｅの壁面が、連通溝４１ｃに形成された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を受けて回転体４０を回転させる受圧部を構成する。よって、連通口４１ｄ、４１ｅや、連通溝４１ｃの形状の異なる回転体を用意し、交換することで、処理流量を調整することもできる。
【０１２８】
以下に、本発明による圧力交換装置の別実施形態について説明する。尚、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【０１２９】
図８に示すように、圧力交換装置１００は、回転体４０に駆動軸３２を連結し、駆動機等の外部動力で回転体４０を回転できるように構成してもよい。駆動軸３２は、押圧部材５０、第２支持体３０の中央部に形成した開口に挿通され、回転体４０とキー３３とボルト３４で固定される。
【０１３０】
押圧部材５０には径方向に第１流体流出口５４と連通する排出路５５が形成され、排出路５５には、図示しない配管が接続されている。第１流体流出口５４に排出された低圧濃縮海水Ｌｏは排出路５５から装置外部へと排出される。連通路３１及び第１流体流出口５４には駆動軸３２が挿通されるので、通水断面積を維持するために連通路３１及び第１流体流出口５４は拡径して形成されている。
【０１３１】
このように構成することで、流体の流れが不安定である等により回転体４０の回転が安定しないような場合でも、駆動軸３２に連結された駆動機等の外部動力で回転体４０を回転駆動できるため、安定した回転を得ることができるので装置の信頼性が向上する。
【０１３２】
さらに、別実施形態を説明する。図９に示すように、圧力交換装置１１０は、第１支持体５６、第２支持体５７、エンドカバー５８、５９、各支持体５６、５７との間で回転可能に支持された回転体６０、回転体６０の外周を保持する保持部６１、押圧機構６２を備えている。
【０１３３】
本実施形態では、回転体６０は、各支持体５６、５７とで挟持された保持部６１とで区画される空間に収容され、押圧機構６２としてのボルト６２ａとナット６２ｂの締め付けを調整することにより、第１支持体５７と第２支持体５８の間隔が調整され、その結果、第１支持体５７、第２支持体５８と回転体６０の両端の各隙間を調整できるように構成されている。
【０１３４】
第１支持体５６には、その一端側から高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路６３と、同じく一端側から低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された高圧海水Ｈｏが流出する第２流路６４とが貫通形成されている。尚、第１流路６３の断面積と第２流路６４の断面積は等しくなるように形成されている。
【０１３５】
第１支持体５７の他端側には、エンドカバー５８がボルト２８ａとナット２８ｂで取り付けられている。エンドカバー５８には、第１流路６３と第２流路６４を連通する連通流路６５が形成されており、第１流路６３及び第２流路６４とを連通する連通流路６５とで圧力伝達部６６を構成する。本実施形態では圧力伝達部は回転軸心周りに放射状に１８組配設されている。
【０１３６】
回転体６０には、夫々一対の第１流体流入路６７、第２流体流出路６８、第２流体流入路６９、第１流体流出路７０が厚み方向に貫通形成されている。各流入路及び流出路の径方向外周面には連通溝７５、７６、７７、７８が形成されている。
【０１３７】
保持部６１には、回転体６０に形成された、連通溝７５、７６、７７、７８と連通する、夫々一対の第１流体流入口７１、第２流体流出口７２、第２流体流入口７３、第１流体流出口７４が夫々回転軸心に対して点対称となるように配置されている。
【０１３８】
本実施形態では、第１及び第２流体の回転体６０への流入及び回転体６０からの流出は以下のように行われる。
【０１３９】
図１０（ａ）に示すように、高圧濃縮海水Ｈｉは、保持部６１に形成された第１流体流入口７１から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７５を介して第１流体流入路６７に案内される。尚、連通溝７５には、周方向に沿って複数の受圧面７５ａが形成され、該受圧面７５ａが高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が作用して回転体６０を回転させる受圧部として機能する。
【０１４０】
尚、受圧部の構成はこれに限らず、図１２に示すように、連通溝７５の周方向に多数の受圧凹部７５ｂを設け、該受圧凹部７５ｂに高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を作用させることで回転体６０を回転させる構成でもよい。また、連通溝７６に受圧部を設けて、低圧海水Ｌｉの圧力のみ、または、高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉの両方の圧力により回転体６０を回転させる構成でもよい。高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉの両方の圧力を利用することで、より大きなトルクを付与することができる。
【０１４１】
図１０（ｂ）に示すように、高圧海水Ｈｏは、第２流体流出路６８から回転体６０の外周面に形成された連通溝７６を介して保持部６１の第２流体流出口７２へ排出される。
【０１４２】
図１１（ａ）に示すように、低圧海水Ｌｉは、保持部６１に形成された第２流体流入口７３から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７７を介して第２流体流入路６９に案内される。
【０１４３】
図１１（ｂ）に示すように、低圧濃縮海水Ｌｏは、第１流体流出路７０から回転体６０の外周面に形成された連通溝７８を介して保持部６１の第１流体流出口７４へ排出される。
【０１４４】
このように、各流体の流入配管、流出配管を保持部６１に備えられた各流入口及び流出口に接続すればよいので、従来の装置のように回転体の両端側に夫々流体の流入路または流出路と接続する配管を設置する場合と比較して、配管設置作業の作業性が良好になる。また、各配管を保持部６１側にまとめることができるので、配管を含めた設置スペースの省スペース化が図れる。さらに、配管を外すことなく、配管のない箇所からメンテナンスが可能となり、メンテナンス作業性が良くなる。
【０１４５】
さらに、本発明による圧力交換装置の別実施形態を説明する。図１３に示すように、圧力交換装置１２０は、第１支持体８０と、第２支持体８１と、エンドカバー８２、８３と、各支持体８０、８１との間で回転可能に支持された回転体６０と、回転体６０の外周を保持する保持部６１を備えている。
【０１４６】
尚、本実施形態による圧力交換装置は、図９に示した実施形態による圧力交換装置１１０と、第１支持体８０と、第２支持体８１と、エンドカバー８２、８３の形状が主に異なり、特に第２支持体８１にも圧力伝達部を備える点で大きく異なる構成となっているが、回転体や保持部は、圧力交換装置１１０と同様の構成である。よって、回転体及び保持部には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４７】
第１支持体８０には、その一端側から高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路８６と、同じく一端側から低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された高圧海水Ｈｏが流出する第２流路８７とが第１支持体８０の他端側の端面側で連通するように形成された圧力伝達部が設けられている。第１支持体８０の他端側の端面には、シールを介してエンドカバー８２が取り付けられている。尚、エンドカバー８２と第１支持体８０は一体に形成してもよい。
【０１４８】
第２支持体８１は、第１支持体８０と同一の構成となっている。つまり、その一端側から高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路８６と、同じく一端側から低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された高圧海水Ｈｏが流出する第２流路８７とが第２支持体８１の他端側の端面側で連通するように形成された圧力伝達部が設けられている。第２支持体８１の他端側の端面には、シールを介してエンドカバー８３が取り付けられている。尚、エンドカバー８３と第２支持体８１は一体に形成してもよい。
【０１４９】
第１支持体８０と第２支持体８１の夫々には、図３に示す実施形態と同様に、１８組の圧力伝達部が回転体６０の回転軸心周りに回転軸心を中心として放射状に配設されている。各第１流路８６の断面積と第２流路８７の断面積は等しくなるように形成され、かつ、回転体６０に形成された各流入路及び流出路に対して同じ位相となる位置に配置されている。つまり、第１支持体８０と第２支持体８１の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置は回転体６０に対して対称となるように構成されている。尚、第１流路８６と第２流路８７の断面の形状は、配管抵抗が少なくなるように円形や楕円形、丸みを帯びた多角形が好ましい。
【０１５０】
保持部６１には、回転体６０の回転軸心方向に沿って、第１流体流出口７４と第１流体流入口７１と第２流体流出口７２と第２流体流入口７３とが、図中左からこの順で配設されているが、これに限るものではない。
【０１５１】
高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、高圧海水Ｈｏが流出する第２流体流出口７２とを、低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流体流出口７４と、低圧海水Ｌｉが流入する第２流体流入口７３の間に配設することで、第１流体流入口７１から第１支持体８０の第１流路８６と第２流路８７の連通部までの距離と、第１流体流入口７１から第２支持体８１の第１流路８６と第２流路８７の連通部までの距離の差を小さくすることができる。
【０１５２】
つまり、第１流体流入口から第１支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失と、第１流体流入口から第２支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失の差を小さくすることができるので、第１流体流入口７１から第１流体流入路６７に流入した高圧濃縮海水Ｈｉの第１支持体８０の第１流路８６側への流量と、第２支持体８１の第１流路８６側への流量の差を小さくすることができる点で好ましい。
【０１５３】
また、回転体６０の軸心方向の中央部に、高圧である高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と高圧海水Ｈｏが流出する第２流体流出口７２が配設されているため、回転体６０の軸心方向の一端部に第１流体流入口７１と第２流体流出口７２を配設する場合に比べて、回転体６０に作用するトルクの軸方向におけるバランスがよいので回転体６０の回転を円滑にすることができる。
【０１５４】
回転体６０の外周面と保持部６１の内周面には回転体６０が回転できるように僅かな隙間が形成されているので、第１流体及び第２流体は該隙間に進入する。よって、高圧濃縮海水Ｈｉが高圧海水Ｈｏと混ざり、第２流体流出口７２から逆浸透膜装置６へ再び供給されると、逆浸透膜装置６のろ過効率が低下するという問題がある。
【０１５５】
しかし、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、高圧海水Ｈｏが流出する第２流体流出口７２とを回転体６０の回転軸心方向に沿って隣に配設しているので、前記隙間に侵入した高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏとは圧力差がない、または、少ないため混合する虞が少ない。
【０１５６】
また、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、低圧海水Ｌｉが流入する第２流体流入路７３の間には、回転体６０の回転軸心方向に沿って第２流体流出口７２が隣に配設されているので、高圧濃縮海水Ｈｉが第２流体流入路７３側へ流入する虞が極めて少なく、低圧海水Ｌｉに高圧濃縮海水Ｈｉが混合する虞が極めて少ない。
【０１５７】
尚、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流体流出口７４とは回転体６０の回転軸心方向に沿って隣に配設されているが、高圧濃縮海水Ｈｉが前記隙間を介して第１流体流出口７４側へ進入して低圧濃縮海水Ｌｏと混合されても、濃縮海水同士が混合されて圧力交換装置から排水されるだけであるので問題はない。
【０１５８】
このように、保持部６１には、回転体６０の回転軸心方向に沿って、第１流体流出口７４と第１流体流入口７１と第２流体流出口７２と第２流体流入口７３とをこの順で配設することで、ろ過効率が低下する虞を解決している。
【０１５９】
さらに、第１流体流入口７１と、第２流体流出口７２と、第２流体流入口７３と、第１流体流出口７４は、全てが保持部６１に形成されているので、各流入口及び流出口に接続する配管を保持部６１の周囲に配設すればよいため、配管を含めた設置スペースの省スペースが図れる。さらに、配管を外すことなく、配管のない箇所からメンテナンスが可能となり、メンテナンス作業性が良くなる。
【０１６０】
以下に、圧力変換装置１２０の具体的な圧力変換の様子について説明する。図１０（ａ）に示す実施形態と同様に、高圧濃縮海水Ｈｉは、保持部６１に形成された第１流体流入口７１から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７５を介して第１流体流入路６７に案内される。尚、連通溝７５には、周方向に沿って複数の受圧面７５ａが形成され、該受圧面７５ａが高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が作用して回転体６０を回転させる受圧部として機能する。
【０１６１】
第１流体流入路６７に案内された高圧濃縮海水Ｈｉは、第１流体流入路６７に連通する第１支持体８０と第２支持体８１の夫々に形成された第１流路８６に案内される。第１支持体８０と第２支持体８１の夫々の圧力伝達部では、第１流路８６に流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が、圧力伝達部内の海水に伝達されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが回転体６０の第２流体流出路６８に流入する。
【０１６２】
図１０（ｂ）に示す実施形態と同様に、高圧海水Ｈｏは、第２流体流出路６８から回転体６０の外周面に形成された連通溝７６を介して保持部６１の第２流体流出口７２へ排出される。
【０１６３】
図１１（ａ）に示す実施形態と同様に、低圧海水Ｌｉは、保持部６１に形成された第２流体流入口７３から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７７を介して第２流体流入路６９に案内される。
【０１６４】
第２流体流入路６９に案内された低圧海水Ｌｉは、第２流体流入路６９に連通する第１支持体８０と第２支持体８１の夫々に形成された第２流路８７に案内される。第１支持体８０と第２支持体８１の夫々の圧力伝達部では、第２流路８７に流入した低圧海水Ｌｉが、圧力伝達部内の海水に圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水Ｌｏを回転体６０の第１流体流出路７０に押し出す。
【０１６５】
図１１（ｂ）に示す実施形態と同様に、第１流体流出路７０に押し出された低圧濃縮海水Ｌｏは、第１流体流出路７０から回転体６０の外周面に形成された連通溝７８を介して保持部６１の第１流体流出口７４へ排出される。
【０１６６】
以上のように、圧力交換装置１２０では、各支持体８０、８１とで挟持された保持部６１とで区画される空間内で回転体６０が回転することにより、第１支持体８０と第２支持体８１の夫々の第１流路８６と第２流路８７と連通する第１流体流入路６７と第２流体流出路６８及び第２流体流入路６９と第１流体流出路７０とが切り替わり、高圧濃縮海水Ｈｉから高圧海水Ｈｏへの圧力の伝達と低圧海水Ｌｉから低圧濃縮海水Ｌｏへの圧力の伝達が連続的に行われ、つまり、第１流体と第２流体の圧力交換処理が連続的に行われる。
【０１６７】
回転体６０と第２支持体８１との対向面間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体６０を第１支持体８０に向けて押圧する力が働く。
【０１６８】
また、回転体６０と第１支持体８０との対向面間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体６０を第２支持体８１に向けて押圧する力が働く。
【０１６９】
回転体６０は、両端面の隙間に進入した流体により両側から略等しい力で押圧されて第１支持体８０及び第２支持体８１の間で回転軸心方向でバランスするため、第１支持体８０または第２支持体８１と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。その結果、第１支持体８０及び第２支持体８１及び回転体６０の磨耗が低減できるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができる。
【０１７０】
さらに、第１支持体８０及び第２支持体８１と回転体６０との間で常時摺動しないため回転抵抗が低減するので、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、第１流体流入路６７や第２流体流入路７０の断面積を大きくした場合でも、該回転体６０を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
【０１７１】
前記隙間は、狭すぎると少しの圧力変動による軸心方向への動きにより大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【０１７２】
回転体６０の回転によって第１流体流入路６７と、第２流体流出路６８と、第２流体流入路６９と、第１流体流出路７０の何れとも連通しないときは第１支持体８０及び第２支持体８１の第１流路８６、第２流路８７では、第１流体と第２流体との間で圧力の交換が行われない。
【０１７３】
第１流路８６及び第２流路８７内では、濃縮海水と海水が混在することになるが、各々の流体は塩分濃度差があるため境界部分は拡散によりある一定量が常に混ざった領域となるだけで、該領域は、ピストンのような役目をしながら第１流路８６及び第２流路８７の内部で揺動することになる。
【０１７４】
このように構成することで、圧力交換装置１２０は、第１支持体８０の圧力伝達部と第２支持体８１の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、圧力交換装置１０のように、第１支持体２０のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【０１７５】
図１４には、さらなる別実施形態による圧力交換装置１３０が示されている。尚、図１３に示した圧力交換装置１２０の各部の構成と対応する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７６】
圧力交換装置１３０は、第１支持体８８と、第２支持体８９と、各支持体８８、８９との間で回転可能に支持された回転体６０を備え、第１支持体８８と第２支持体８９は、夫々の対向面側に回転体６０を収容する空間部が形成され、第１支持体８８と第２支持体８９を螺着したときに、空間で回転体６０を回転可能に保持する。このように構成することで、圧力交換装置１３０を構成する部品点数を低減でき、第１支持体８８と第２支持体８９を同形状に構成すると量産効果によってコストダウンが図れる。
【０１７７】
このように構成することで、圧力交換装置１３０は、第１支持体８８の圧力伝達部と第２支持体８９の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、圧力交換装置１０のように、第１支持体２０のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【０１７８】
図１５には、さらなる別実施形態による圧力交換装置１４０が示されている。尚、図２に示した圧力交換装置１０及び図１３に示した圧力交換装置１２０の各部の構成と対応する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７９】
第１支持体８０と、第２支持体８１と、エンドカバー８２、８３と、各支持体８０、８１との間で回転可能に支持された回転体４０と、回転体４０の外周を保持する保持部１１を備えている。
【０１８０】
第１支持体８０の中央には、図２に示す圧力交換装置１０と同様に、エンドカバー８２に形成された第２流体流入口２７から流入した低圧海水Ｌｉを回転体４０に導く連通路２６が形成されている。第２支持体８１の中央には、図１３に示す圧力交換装置１２０と異なり、回転体４０から流出する低圧濃縮海水Ｌｏをエンドカバー８３に形成された第１流体流出口７３まで導く連通路７７が形成されている。
【０１８１】
図２に示す圧力交換装置１０と異なり、第１流体流出路４４ａ、４４ｂは、回転体４０の第２支持体８１側の端面から第１支持体８０側へ離隔した位置に形成された連通路により中央部４４ｃに連通するように構成されている。
【０１８２】
このように構成することで、圧力交換装置１４０は、第１支持体８０の圧力伝達部と第２支持体８１の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、圧力交換装置１０のように、第１支持体２０のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【０１８３】
上述の何れの実施形態でも、第１流体流入路に濃縮流体である高圧濃縮海水を流入させ、第２流体流入路に被濃縮流体である低圧海水を流入させる構成について説明したが、第１流体流入路に被濃縮流体である低圧海水を流入させ、第２流体流入路に高圧濃縮海水を流入させてもよい。
【０１８４】
例えば、図２に示す、高圧濃縮海水Ｈｉを第２流体流入口２７から流入させて圧力伝達部２３内で圧力交換し、第１流体流出口５４から高圧海水Ｈｏを排出させ、低圧海水Ｌｉを第１流体流入口１２から流入させて圧力伝達部２３内で圧力交換し、第２流体流出口１３から低圧濃縮海水Ｌｏを排出させる。
【０１８５】
上述の何れの実施形態でも、第１支持体、保持部、エンドカバーを別に構成したが、保持部、または、エンドカバー、さらには、保持部とエンドカバーを第１支持体と一体に構成してもよい。
【０１８６】
上述の何れの実施形態でも、第２支持体、保持部、押圧部材を別に構成したが、押圧部材、または、保持部、さらには押圧部材と保持部とを第２支持体と一体に構成してもよい。また、構成によっては、第１支持体と第２支持体との間にスペーサを設け、第１支持体及び第２支持体の間隔を調整することで、回転体の回転軸心方向の両端面と第１及び第２支持体との間に形成される隙間を調整することもできる。
【０１８７】
上述の何れの実施形態でも、圧力伝達部の連通部は、第１流路と第２流路の回転体から最も離れた支持体の一端部で説明したが、一端部から回転体側（他端）によった一端側であってもよい。このように構成することで、一端側に壁が形成され、支持体の強度が向上する。
【０１８８】
以上説明した圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法の具体的構成は実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１８９】
６：逆浸透膜装置
１０：圧力交換装置
１１：保持部
１２：第１流体流入口
１３：第２流体流出口
２０：第１支持体
２１：第１流路
２２：第２流路
２３：圧力伝達部
２５：エンドカバー
２６：連通路
２７：第２流体流入口
３０：第２支持体
３１：連通路
３２：駆動軸
４０：回転体
４１ａ、４１ｂ：第１流体流入路
４１ｃ：連通溝
４２ａ、４２ｂ：第２流体流出路
４２ｃ：連通溝
４３ａ、４３ｂ：第２流体流入路
４４ａ、４４ｂ：第１流体流出路
４６：ボルト（受圧部）
５０：押圧部材
５４：第１流体流出口
Ｈｉ：高圧濃縮海水（濃縮流体）
Ｌｉ：低圧海水（被濃縮流体）
Ｈｏ：高圧海水（被濃縮流体）
Ｌｏ：低圧濃縮海水（濃縮流体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜装置を用いる海水淡水化施設では、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体である高圧濃縮海水がもつ余剰圧力を、逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である低圧海水の昇圧に利用する圧力交換装置が設けられている。
【０００３】
図１６に示すように、特許文献１には、管状の圧力伝達部が回転軸心周りに複数本配設されたロータ８０を備えた圧力交換装置が記載されている。
【０００４】
該圧力交換装置は、ロータ８０の回転に伴って、高圧入口側ポート８２へ供給される高圧濃縮海水と低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水とを圧力伝達部で接触させて、高圧濃縮海水の圧力によって昇圧した低圧海水を、高圧出口側ポート８３から高圧海水として排水し、低圧入口側ポート８１へ供給される低圧海水によって前記圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を低圧出口側ポート８４から排水するように構成されている。
【０００５】
図１７に示すように、特許文献２には、一対の回転板９１、９２と該回転板９１、９２を連接する軸９３とで構成される回転体９０を備えた圧力交換装置が記載されている。
【０００６】
一方の回転板９１には、低圧入口側ポート９５に供給された低圧海水を圧力伝達部９６に案内する流路９１ａと、圧力伝達部９６から排水される高圧海水を高圧出口側ポート９７に案内する流路９１ｂが形成されている。
【０００７】
他方の回転板９２には、高圧入口側ポート９４に供給された高圧濃縮海水を圧力伝達部９６に案内する流路９２ｂと、圧力伝達部９６から排水される低圧濃縮海水を低圧出口側ポート９８に案内する流路９２ａが形成されている。
【０００８】
該圧力交換装置は、回転体９０の回転に伴って、高圧入口側ポート９４へ供給される高圧濃縮海水と、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水を、管状の圧力伝達部９６内で接触させて、高圧濃縮海水の圧力によって昇圧した低圧海水を高圧出口側ポート９７から高圧海水として排水し、低圧入口側ポート９５へ供給される低圧海水によって前記圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水を低圧出口側ポート９８から排水するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９１８０９０３号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第２００７１００５６４０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された圧力交換装置では、ロータ８０に配設された管状の圧力伝達部の断面積に依存して圧力伝達される処理流量が定まるので、処理流量を増やすためには、圧力伝達部の配設本数を増加させるか、圧力伝達部の一本あたりの断面積を大きくする必要があり、何れの場合であってもロータ８０が大きくなり、それに伴って圧力交換装置が大型になり重量も増大する。
【００１１】
一般的にロータ８０は、軽量化、高剛性、耐摩耗性、低摩擦係数等の条件を満足させるために、セラミックス等の高価な材料で形成されているため、圧力交換装置を大型化するとそれに伴って材料費、製造費が嵩むという問題があった。
【００１２】
さらに、大型のロータ８０を回転させるために要するトルクも増大し、小径のロータ８０を回転させる場合よりも大きなエネルギーが必要になるという問題もあった。このような理由によって、圧力交換装置１台あたりの処理流量を増加させるのは極めて困難であった。
【００１３】
そのため、大量の海水を淡水化処理する大型の海水淡水化施設には、多数の圧力交換装置が設置されていた。しかし、圧力交換装置の設置台数が増加すると、各圧力交換装置を接続する配管の施工及び管理が煩雑になるという問題があった。
【００１４】
特許文献２に記載された圧力交換装置では、一方の回転板９１に形成された流路９１ｂと他方の回転板９２に形成された流路９２ｂの夫々が、回転体内部で軸心方向に沿った流路に円周方向に形成された流路が連通するように構成されているため、回転板９１、９２に流路を形成するための厚みが必要となる。そのため、回転板９１、９２が大型になり材料費や加工費が嵩むという問題があった。
【００１５】
さらに、回転板９１、９２の大型化によって重量が増すと、回転体９０の回転時に軸部９３に作用するねじりや曲げ応力が大きくなり、その変形や破損を防止するために軸部９３を太くする必要があるばかりでなく、回転のために要するエネルギーが増加し、効率が低下するという問題もあった。
【００１６】
本発明の目的は、処理流量を増加させても、コンパクト化、低コスト化が可能な圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明による圧力交換装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、第１流体を第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路から案内する第２流体流出路、及び、第２流体を第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体と、前記回転体を第１支持体との間で回転可能に支持する第２支持体と、を備えている点にある。
【００１８】
上述の構成によれば、回転体に形成された第１流体流入路を介して装置の外部から第１支持体に形成された第１流路へと案内された第１流体の圧力が、第１流路と連通された第２流路内の第２流体に伝達され、昇圧された第２流体が、回転体に形成された第２流体流出路を介して装置の外部へ排水される。
【００１９】
また、回転体に形成された第２流体流入路を介して装置の外部から第１支持体に形成された第２流路へと案内された第２流体の圧力が、第２流路と連通された第１流路内の第１流体に伝達され、第１流体が回転体に形成された第１流体流出路を介して装置の外部へ排水される。
【００２０】
このように、第１流路と第２流路と両流路の連通部とで圧力伝達部を構成することにより、第１支持体の一端側から該圧力伝達部へ第１流体または第２流体を流入させて、第１流体と第２流体との間で圧力を交換し、該一端側から第２流体または第１流体を流出させることができるので、特許文献２に記載されたような直管で構成された圧力伝達部と比較して、同じ流量の圧力交換処理を行なう場合に第１支持体の軸心方向の長さが短くなり、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができ、また、圧力交換処理の流量を増加させる必要がある場合でも、回転体の軸心方向の長さが短くなることで、装置の極端な大型化を回避することができる。
【００２１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第２支持体と、第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路から案内する第２流体流出路と、第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体とを備え、前記回転体は前記第１支持体と前記第２支持体との間で回転可能に支持されている点にある。
【００２２】
上述の構成によれば、第１支持体のみならず第２支持体にも一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部が備えられているため、第２支持体の圧力伝達部でも第１支持体に備えられた圧力伝達部と同様の圧力伝達を行なうことができ、上述の第一特徴構成と同様の作用効果を奏することができる。第１支持体の圧力伝達部と第２支持体の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、第１支持体のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【００２３】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記第１支持体と前記第２支持体の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置が前記回転体に対して対称に構成されている点にある。
【００２４】
上述の構成によれば、第１流体は回転体の第１流体流入路から第１支持体及び第２支持体の夫々の第１流路に同時に流入して第１支持体及び第２支持体の夫々の第２流路内の第２流体を昇圧し、昇圧された第２流体は第１支持体及び第２支持体の夫々の第２流路から回転体の第２流体流出路へ同時に流入する。第２流体は回転体の第２流体流入路から第１支持体及び第２支持体の夫々の第２流路へ同時に流入し第１支持体及び第２支持体の夫々の第１流路の第１流体を昇圧し、昇圧された第１流体は、第１支持体及び第２支持体の夫々の第１流路から回転体の第１流体流出路へ同時に流出することになる。
【００２５】
さらに、前記第１支持体と前記第２支持体の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置が前記回転体に対して対称に構成されているので、回転体と第１及び第２支持体の間にかかる回転に伴う圧力変動も対称となり、回転体と夫々の支持体との間で生じる軸方向の力が略同一で方向が逆になる。よって、回転体の軸方向にかかる力がバランスし、回転体が一方の支持体側へと片寄ることなく円滑に回転し、効率よく圧力回収することができる。
【００２６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記回転体は、第１及び第２支持体とで区画される空間に収容されるとともに、少なくとも第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路が前記回転体を貫通するように形成され、前記回転体の回転軸心方向の両端面と第１及び第２支持体との間に各流体が進入する隙間が形成されている点にある。
【００２７】
上述の構成によれば、少なくとも第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路が回転体を貫通するように形成されているので、第１及び第２支持体とで区画される空間内で回転体が回転するときに、回転体の端面と第２支持体との間に形成された隙間に第１または第２流体が進入して、該流体によって回転体を第１支持体に向けて押圧する力が働く。また、回転体の端面と第１支持体との間に形成された隙間に第１または第２流体が進入して、該流体によって回転体を第２支持体に向けて押圧する力が働く。
【００２８】
両側から略等しい力で押圧される回転体は、第１及び第２支持体の間で一方向に片寄ることなくバランスするため、第１支持体または第２支持体の何れか一方と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。その結果、第１支持体及び第２支持体の磨耗が低減できるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、回転体は両側から略等しい力で押圧されるため、第１及び第２支持体と回転体との摩擦が減少し回転抵抗が低減する。そのため、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路の断面積を大きくした場合でも、回転体を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
【００３０】
尚、回転体と第１及び第２支持体との間に形成される隙間は、狭すぎると回転体が支持体に押し付けられて大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【００３１】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、少なくとも一方の支持体を押圧して、第１及び第２支持体の間隔を調整する押圧機構を備えている点にある。
【００３２】
上述の構成によれば、仮に各支持体と回転体の端面が磨耗して隙間が大きくなり、流体が漏れて圧力の交換効率の低下を招くような場合であっても、押圧機構により少なくとも一方の支持体を押圧して、第１及び第２支持体の間隔が調整できるようになるので、回転体と支持体との間に形成される隙間を適正に調整できるので、部品交換等の規模の大きな分解を伴うメンテナンスを行なわずに長期間安定して稼動させることができるようになる。
【００３３】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、回転体外周を保持する保持部を有し、前記保持部は、少なくとも前記第１流体流入路に連通する第１流体流入口と、前記第２流体流出路に連通する第２流体流出口とを備えている点にある。
【００３４】
上述の構成によれば、保持部は回転体の外周を保持するので、回転体は保持部の中で円滑に回転することができる。保持部は少なくとも第１流体流入路に連通する第１流体流入口と、第２流体流出路に連通する第２流体流出口を備えているので、第１流体流入口から第１流体流入路に第１流体を流入させることができ、第２流体流出路から第２流体流出口へ第２流体を流出させることができる。
【００３５】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六特徴構成に加えて、前記保持部は、さらに前記第２流体流入路に連通する第２流体流入口と、前記第１流体流出路に連通する第１流体流出口を備え、前記回転体の回転軸心方向に沿って、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されている点にある。
【００３６】
上述の構成によれば、上述の第六特徴構成と同じ作用効果を奏しながら、さらに保持部に形成された第２流体流入口から第２流体流入路に第２流体を流入させることができ、第１流体流出路から第１流体流出口へ第１流体を流出させることができる。
【００３７】
さらに、保持部には回転体の回転軸心方向に沿って、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されているので、第１流体流入口から第１支持体の第１流路と第２流路の連通部までの距離と、第１流体流入口から第２支持体の第１流路と第２流路の連通部までの距離の差を小さくすることができる。
【００３８】
つまり、第１流体流入口から第１支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失と、第１流体流入口から第２支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失の差を小さくすることができるので、第１流体流入口から第１流体流入路に流入した第１流体の第１支持体の第１流路側への流量と、第２支持体の第１流路側への流量の差を小さくすることができる点で好ましい。
【００３９】
また、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されている、つまり、回転体の軸心方向の中央部に、高圧の第１流体が流入する第１流体流入路と昇圧された第２流体が流出する第２２流体流出路を配設しているため、回転体の軸心方向の一端部に前記第１流体流入口と第２流体流出口が配設される場合に比べて回転体に作用するトルクのバランスがよいので回転体の回転を円滑にすることができる。
【００４０】
さらに、第１流体流入口、第２流体流出口、第２流体流入口、第１流体流出口は、全てが保持部に形成されているので、各流入口及び流出口に接続する配管を保持部の周囲に配設すればよいため、配管を含めた設置スペースの省スペースが図れる。さらに、配管を外すことなく、配管のない箇所からメンテナンスが可能となり、メンテナンス作業性が良くなる。
【００４１】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第六または第七特徴構成に加えて、前記第１流体流入口は、第１流体流入口から第１流体流入路に流入する第１流体のエネルギーにより前記回転体が回転するように、前記回転体の接線方向に平行な方向に沿って形成され、第１流路に流入する第１流体の圧力が、第２流路に流入する第２流体の圧力より高い圧力に設定されている点にある。
【００４２】
上述の構成によれば、前記第１流体流入口から第１流体流入路に第１流体が流入するときに、第１流体は前記回転体の半径方向に交差する方向に沿って流入するので前記回転体が回転するようなトルクを付与する。よって、外部動力がなくても回転体を回転させることができるようになる。そして、回転体の回転に伴って、圧力伝達部への第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入が切り替えられるので、別途の流路の切替機構が不要となる。
【００４３】
尚、第１流路に流入する第１流体の圧力が、第２流路に流入する第２流体の圧力より高い圧力に設定されているので、第１流路を第２流路より径方向外側に配置するほうが、回転軸心から径方向に大きく離隔した流路に流入する流体のエネルギーを利用でき、同じエネルギーでより大きなトルクを発生させることができるのでエネルギー効率がよい。
【００４４】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第八特徴構成に加えて、前記回転体の円周方向に前記第１流体流入口と第１流体流入路を連通する連通溝が形成され、前記連通溝に前記第１流体の圧力を受けて前記回転体を回転させる受圧部が形成されている点にある。
【００４５】
第１流体が第１流体流入口から連通溝を介して第１流体流入路に流入する際に、連通溝に形成された受圧部が第１流体の圧力を受けて、回転体は回転させられる。
【００４６】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記第１支持体に、複数組の圧力伝達部が放射状に配設されている点にある。
【００４７】
上述の構成によれば、圧力伝達部は回転体の回転軸心周りに回転軸心を中心として放射状に複数配設されているので、圧力伝達部の総断面積が多くなり、圧力交換装置の処理流量を増加させることができる。
【００４８】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第十特徴構成に加えて、隣接する複数の圧力伝達部が、前記回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通する点にある。
【００４９】
上述の構成によれば、隣接する複数の圧力伝達部が、回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通することで、回転体の回転に伴う第１流体または第２流体の流入出時の流量変動を低減し、流体の脈動、装置の脈動等の悪影響を防止することができる。
【００５０】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第十または第十一の特徴構成に加えて、前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部が存在する点にある。
【００５１】
上述の構成によれば、前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部では、第１流体及び第２流体の流入、流出を一旦停止させることができるので、第１流路及び第２流路内の各流体の流れ方向の切り替えを円滑にすることができる。
【００５２】
同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第六から第十二の何れかの構成に加えて、前記保持部に、複数組の第１流体流入口と第２流体流出口が回転軸心周りに点対称に配置されている点にある。
【００５３】
上述の構成によれば、保持部に複数組の第１流体流入口と第２流体流出口が回転体の回転軸心周りに点対称に配置されているので、回転体には第１流体流入路口から第１流体流入路に流入する第１流体のエネルギーがバランスよく作用し、回転体が傾くことなく、回転体を円滑に回転させることができる。
【００５４】
同第十四の特徴構成は、同請求項１４に記載した通り、上述の第一から第十三の何れかの特徴構成に加えて、第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されている点にある。
【００５５】
上述の構成によれば、第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されているので、第１流路の断面積と第２流路の断面積が異なる場合に比べて、流体が第１流路と第２流路を通流するときの圧力損失が低減され、効率の良い圧力伝達が可能となる。
【００５６】
同第十五の特徴構成は、同請求項１５に記載した通り、上述の第一から第十四の何れかの構成に加えて、前記回転体を外部動力で回転させる駆動軸が前記回転体に連結されている点にある。
【００５７】
上述の構成によれば、流体の流れが不安定である等の何らかの要因により回転体の回転が安定しないような場合でも、駆動軸に連結された駆動機等の外部動力で回転体を回転させることにより、安定した圧力交換処理が可能となる。
【００５８】
同第十六の特徴構成は、同請求項１６に記載した通り、上述の第一から第十五の何れかの構成に加えて、前記第１流体流入路に供給される第１流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記第２流体流入路に供給される第２流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である点にある。
【００５９】
上述の構成によれば、逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体の圧力により逆浸透膜装置に供給される被濃縮流体を昇圧するので、余剰圧力を捨てることなく有効なエネルギーとして利用することができる。
【００６０】
本発明による圧力交換装置の性能調整方法の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１７に記載した通り、上述の第九特徴構成を備えた圧力交換装置の性能調整方法であって、前記保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更することで、処理流量を調整する点にある。
【００６１】
回転体の回転数は、保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更に依存する。よって、保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更するだけで、処理流量に合わせて回転体の回転数を変更できるため、圧力交換装置の処理流量を容易に調整できる。
【発明の効果】
【００６２】
以上説明した通り、本発明によれば、処理流量を増加させても、コンパクト化、低コスト化が可能な圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】海水淡水化施設の概略フロー図
【図２】圧力交換装置の説明図
【図３】第１支持体の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は正面図のＡ―Ａ線断面図、（ｃ）は背面図
【図４】回転体の説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は正面図のＢ―Ｂ線断面図、（ｅ）は側面図のＣ−Ｃ線断面図、（ｆ）は側面図のＤ−Ｄ線断面図
【図５】保持部の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分断面図、（ｃ）は背面図
【図６】圧力交換装置による圧力交換の説明図であって、（ａ）は図６（ｂ）のＥ−Ｅ線矢視図、（ｂ）は断面の概略図
【図７】圧力交換装置による圧力交換の説明図であって、（ａ）は図７（ｂ）のＦ−Ｆ線矢視図、（ｂ）は断面の概略図
【図８】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図９】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１０】別実施形態による圧力交換装置の説明図であって、（ａ）は図９のＧ−Ｇ線断面図、（ｂ）は図９のＨ−Ｈ線断面図
【図１１】別実施形態による圧力交換装置の説明図であって、（ａ）は図９のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は図９のＪ−Ｊ線断面図
【図１２】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１３】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１４】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１５】別実施形態による圧力交換装置の説明図
【図１６】従来の圧力交換装置の説明図
【図１７】従来の圧力交換装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下に、本発明による圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法の好ましい実施形態を説明する。
【００６５】
図１に示すように、海水淡水化施設は、海水中の夾雑物を取り除く前処理部１と、前処理部１で前処理された海水を貯留するろ過海水槽２と、ろ過海水槽２に貯留された海水を保安フィルターに供給する供給ポンプ３と、逆浸透膜装置６の詰まりを防止するため海水中の微細な異物を除去する保安フィルター４と、保安フィルター４を通過した海水を昇圧する高圧ポンプ５と、昇圧された海水が供給される逆浸透膜装置６を備えている。逆浸透膜装置６によって海水中の各種塩類が除去され、飲料用水や工業用水等として利用できるように淡水化される。
【００６６】
逆浸透膜装置６は、浸透膜の一方側の海水に圧力をかけることにより、逆浸透膜の他方側に海水中の各種塩類が除去された淡水を染み出させる装置であり、ろ過するためには、海水を浸透圧以上の所定の圧力にする必要がある。
【００６７】
しかし、逆浸透膜装置６は、供給された海水の全てを淡水化できるものではない。例えば、逆浸透膜装置６に供給される海水のうち４０％は淡水化されて排水されるが、残りの６０％は淡水化されずに非常に圧力の高い高圧濃縮海水として排水される。
【００６８】
そこで、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水のもつ余剰圧力を有効なエネルギーとして回収して利用する圧力交換装置１０を備えている。
【００６９】
ろ過海水槽２から逆浸透膜装置６に供給される海水のうち、４０％は高圧ポンプ５で浸透圧以上の所定の圧力、例えば、６．９ＭＰａまで昇圧される。逆浸透膜装置６に供給される残りの６０％の海水（以下、「低圧海水」と記す）は、圧力交換装置１０が逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水から回収した余剰圧力（６．７５ＭＰａ）と、ブースターポンプ７により６．９ＭＰａまで昇圧される。
【００７０】
つまり、圧力交換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉ（高圧濃縮流体）の圧力により、圧力交換装置１０に供給される低圧海水Ｌｉ（被濃縮流体）を昇圧して、浸透膜装置６に供給し、圧力交換装置１０に供給される低圧海水Ｌｉによって、前記圧力が回収された後の低圧濃縮海水Ｌｏを排水する圧力交換処理を行なう。
【００７１】
このように、圧力交換装置１０は、逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉの余剰圧力を捨てることなく逆浸透膜装置６に供給される低圧海水Ｌｉの昇圧に利用して、逆浸透膜装置６でのろ過に必要な圧力の一部を補うので、海水淡水化施設全体のエネルギー効率が向上する。
【００７２】
図２に示すように、圧力交換装置１０は、第１支持体２０と、第２支持体３０と、エンドカバー２５と、各支持体２０、３０との間で回転可能に支持された回転体４０と、回転体４０の外周を保持する保持部１１と、押圧部材５０を備えている。
【００７３】
保持部１１、各支持体２０、３０、回転体４０は、アルミナ等のセラミックス、または、二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼等のように、海水に対する耐食性があり、十分に強度のある材料を用いることができる。二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼を用いた場合には、回転体４０と各支持体２０、３０、及び、保持部１１との対向面を窒化処理し、或は、アルミナ等のセラミックスを溶射し、肉盛溶接し、或はＨＩＰ処理して摩擦係数を低減する耐磨耗層を形成することが好ましい。
【００７４】
エンドカバー２５や押圧部材５０は、樹脂材料、または、二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼等の金属材料のように、海水に対する耐食性があり、ある程度強度を備えた材料で形成すればよい。安価な鋼やステンレス鋼等の高強度であるが、耐食性に劣る金属を樹脂材料で被覆して部材を構成するとコストダウンが図れる。
【００７５】
図２及び図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１支持体２０には、その一端側の端面２０ａから第１流体としての高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された後の低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路２１と、同じく一端側の端面２０ａから第２流体としての低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された後の高圧海水Ｈｏが流出する第２流路２２とが、第１支持体２０の他端側の端面２０ｂ側で連通するように形成された圧力伝達部２３が設けられている。
【００７６】
本実施形態では、圧力伝達部２３は回転体４０の回転軸心周りに回転軸心を中心として放射状に１８組配設され、各第１流路２１の断面積と第２流路２２の断面積は等しくなるように形成されている。断面の形状は、配管抵抗が少なくなるように円形や楕円形、丸みを帯びた多角形が好ましい。
【００７７】
第１支持体２０の他端側の端面２０ｂには、シール２４を介してエンドカバー２５がボルト２８ａとナット２８ｂで取り付けられている。エンドカバー２５の中央には、第２流体流入口２７が形成され、図示しない配管が接続され、低圧海水Ｌｉが供給される。第１支持体２０の中央には、第２流体流入口２７から流入した低圧海水Ｌｉを回転体４０に導く連通路２６が形成されている。
【００７８】
尚、本実施形態では、第１流路２１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第２流路２２に流入する低圧海水Ｌｉの圧力より高い圧力に設定されている。
【００７９】
図２及び図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、回転体４０には、高圧濃縮海水Ｈｉを第１支持体２０の第１流路２１に案内する第１流体流入路４１ａ、４１ｂと、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏを第１支持体２０の第２流路２２から案内する第２流体流出路４２ａ、４２ｂ、及び、第１支持体２０に貫通形成された連通路２６から流入する低圧海水Ｌｉを第１支持体２０の第２流路２２に案内する第２流体流入路４３ａ、４３ｂと、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏを第１流路２１から第２支持体３０に形成された連通路３１へと案内する第１流体流出路４４ａ、４４ｂとが、回転軸心周りに形成されている。
【００８０】
第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第２流体流出路４２ａ、４２ｂは夫々回転体４０を厚み方向（回転軸心方向）に貫通するように形成されている。
【００８１】
第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第１流体流出路４４ａ、４４ｂ及び第２流体流出路４２ａ、４２ｂと第２流体流入路４３ａ、４３ｂは夫々通水断面積が等しくなるように、回転体４０の周方向に沿って円弧状に形成されている。
【００８２】
第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第１流体流出路４４ａ、４４ｂ及び第２流体流出路４２ａ、４２ｂと第２流体流入路４３ａ、４３ｂには同時に夫々同数の、例えば２〜３本の第１流路２１及び第２流路２２が連通する。尚、同数でなくてもよいが、同数とすることで、回転体にかかる力の変動が減少し、回転体がバランスよく回転する。
【００８３】
回転体４０の円周方向には、連通溝４１ｃと連通溝４２ｃが形成され、第１流体流入路４１ａ、４１ｂと連通溝４１ｃは、夫々連通口４１ｄ、４１ｅを介して連通され、第２流体流出路４２ａ、４２ｂと連通溝４２ｃは、夫々連通口４２ｄ、４２ｅを介して連通されている。
【００８４】
保持部１１に備えられた第１流体流入口１２には、図示しない配管が接続され、高圧濃縮海水Ｈｉが供給され、該高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入路４１ａ、４１ｂから第１流路２１に流入する。圧力伝達部２３内で昇圧された高圧海水Ｈｏは、第２流路２２から第２流体流出路４２ａ、４２ｂを経て保持部１１に形成された第２流体流出口１３から流出される。第２流体流出口１３には、図示しない配管が接続され、該高圧海水Ｈｏがブースターポンプ７を経て逆浸透膜装置６へ供給される。
【００８５】
連通溝４１ｃには、４本のボルト４６が正面視で回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。ボルト４６は、高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を受けて回転体４０を回転させる受圧部として機能する。尚、ボルト４６は、４本に限らず、１本でもよく、本数が増えるほど、受圧部が増え回転に寄与する。
【００８６】
第２流体流入路４３ａ、４３ｂは、第１支持体２０に貫通形成された連通路２６と連通する中央部４３ｃとが回転体４０の一端側の端面４０ｂで連通するように構成されている。
【００８７】
連通路２６から中央部４３ｃへと流入した低圧海水Ｌｉは、第２流体流入路４３ａ、４３ｂへと分散し、夫々連通する第２流路２２へと流入する。尚、低圧海水Ｌｉの流れる第２流体流入路４３ａ、４３ｂ、中央部４３ｃの通水断面積を連通路２６の通水断面積と等しく構成することで、圧力損失の低減が図られる。
【００８８】
第１流体流出路４４ａ、４４ｂは、夫々回転体４０を厚み方向に貫通するように形成され、回転体４０の他端側の端面４０ａの中央部４４ｃで連通するように構成され、その中央部４４ｃが第２支持体３０に貫通形成された連通路３１と連通するように構成されている。
【００８９】
第１流路２１から第１流体流出路４４ａ、４４ｂへと流入した低圧濃縮海水Ｌｏは、中央部４４ｃで集中され、連通路３１へ排出される。尚、低圧濃縮海水Ｌｏの流れる第１流体流出路４４ａ、４４ｂ、中央部４４ｃの通水断面積を連通路３１の通水断面積と等しく構成することで圧力損失の低減が図られる。
【００９０】
これにより、連通路２６から回転体４０の中央部４３ｃに流入した低圧海水Ｌｉは第２流体流入路４３ａ、４３ｂから夫々第１支持体２０の第２流路２２に流入し、第１流路２１の低圧濃縮海水Ｌｏは第１流体流入路４４ａ、４４ｂに流出し、中央部４４ｃから第２支持体３０に貫通形成された連通路３１へと流出する。
【００９１】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、第１流体流入路４１ａ及び第２流体流出路４２ａと、第１流体流入路４１ｂ及び第２流体流出路４２ｂとは、回転体４０の正面視で回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。
【００９２】
さらに、これらと９０度位相が回転した位置に、第２流体流入路４３の周辺部４３ａ及び第１流体流出路４４ａと、第２流体流入路４３ｂ及び第１流体流出路４４ｂとが、正面視で回転軸心に対して点対称の位置に配置されている。
【００９３】
以上のように、回転体４０の端面４０ａ、４０ｂの形状が略等しくなるように各流体の各流入路及び流出路が形成されている。
【００９４】
図２及び図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、保持部１１は、円筒状の部材に回転体４０の外周を保持する保持面１４と、第２支持体３０が嵌合される嵌合部１５が形成されている。
【００９５】
保持部１１に形成された一対の第１流体流入口１２は、正面視で回転軸心に対して回転体４０の半径方向に交差する方向に沿って点対称の位置に配置され、内部に収容される回転体４０に形成された連通溝４１ｃと連通するように構成され、一対の第２流体流出口１３は、正面視で回転軸心高さに左右対称に配置され、内部に収容される回転体４０に形成された連通溝４２ｃと連通するように構成されている。
【００９６】
このように、第１流体流入口１２は、回転軸の中心に向かうことなく回転体４０の半径方向に交差する方向（回転体４０の接線方向に平行な方向）に沿って形成されているので、高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入口１２から連通溝４１ｃを介して第１流体流入路４１ａ、４１ｂに流入するときに、その圧力が連通溝４１ｃに配設されたボルト４６、及び、連通口４１ｄ、４１ｅに作用し、回転体４０は回転させられる。尚、高圧濃縮海水Ｈｉの流入方向と回転体４０の回転効率を考慮すると、第１流体流入口１２は、回転体４０の接線方向に向けて形成することが最もよい。
【００９７】
一対の第１流体流入口１２は、正面視で回転軸心に対して回転体４０の半径方向に交差する方向に沿って点対称の位置に配置されているので、回転体４０にはバランスよくトルクが付与されて保持部１１内で片寄ることなく円滑に回転する。高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、回転体４０の径方向の側面で、半径方向のなるべく外側から高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を作用させるので、少ないエネルギーでより大きなトルクを発生させることができ、装置の高効率化が図れる。
【００９８】
このように、回転体４０は、高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーにより回転させられるので、別途に回転のための外部動力が不要となる。また、回転体４０の回転に伴って、第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入が切り替えられるので、別途の流路の切替機構が不要となる。
【００９９】
図２に示すように、嵌合部１５には、回転体４０の直径より大径の円柱状に形成された第２支持体３０の外周が嵌合される。第２支持体３０の嵌合部１５と接触面にはシール１８が配設され、シール１８により保持部１１の外部に流体が漏れるのが防止される。尚、図２では、第２支持体３０の外周部にシール１８を設けているが、第２支持体３０と保持部１１との接触面であればどこに設けてもよい。
【０１００】
保持部１１の一端側の端面１１ｂはボルト１６により第１支持体２０の端面２０ａと接合されている。第１支持体２０の保持部１１との接触面にはシール１９が配設され、シール１９により保持部１１の外部に流体が漏れるのが防止される。
【０１０１】
回転体４０は第１支持体２０と第２支持体３０と保持部１１で区画される空間に収容される。回転体４０の回転軸心方向の両端面４０ｂ、４０ａと第１支持体２０及び第２支持体３０との間に各流体が進入する隙間が形成されている。
【０１０２】
第１支持体２０及び第２支持体３０とで区画される空間内で回転体４０が回転することにより、第１流路２１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉから圧力伝達された高圧海水Ｈｏが第２流路２２から流出し、第２流路２２に流入する低圧海水Ｌｉによって低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路２１から流出する動作が繰り返される。
【０１０３】
このとき、少なくとも第１流体流入路４１ａ、４１ｂ及び第２流体流入路４２ａ、４２ｂが回転体４０を貫通するように形成されているので、回転体４０の端面４０ａと第２支持体３０との間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体４０を第１支持体２０に向けて押圧する力が働く。
【０１０４】
また、回転体４０の端面４０ｂと第１支持体２０との間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体４０を第２支持体３０に向けて押圧する力が働く。
【０１０５】
回転体４０は、両端面の隙間に進入した流体により両側から略等しい力で押圧されて第１支持体２０及び第２支持体３０の間で回転軸心方向でバランスするため、第１支持体２０または第２支持体３０と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。その結果、第１支持体２０及び第２支持体３０の磨耗が低減できるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができる。
【０１０６】
さらに、第１支持体２０及び第２支持体３０と回転体４０との間で常時摺動しないため回転抵抗が低減するので、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、第１流体流入路４１ａ、４１ｂや第２流体流入路４２ａ、４２ｂの断面積を大きくした場合でも、該回転体を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
【０１０７】
尚、前記隙間は、狭すぎると少しの圧力変動による軸心方向への動きにより大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、押圧部材５０により調整できるように構成され、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【０１０８】
押圧部材５０は、中央に第２支持体３０と当接して押圧する押圧部５１を備え、周辺部５２を保持部１１の他端側の端面１１ａに弾性部材５３を介してボルト１７により締め付けることで押圧機構を構成する。
【０１０９】
図２に示すように、押圧部５１は、第２支持部３０の端面３０ａに当接するように、保持部１１の嵌合部１５の直径より小径の突出部で構成され、中央には、第２支持体３０に形成された連通路３１と連通する第１流体流出口５４が貫通形成されている。第１流体流入口５４には、図示しない配管が接続され、低圧濃縮海水Ｌｏが排出される。
【０１１０】
ボルト１７を締め付けると、押圧部５１が第２支持体３０を第１支持体２０側へ押圧して、第２支持体３０が僅かに変形して、回転体４０の両端面４０ａ、４０ｂと各支持体２０、３０の間に形成される前記隙間が狭くなる。逆に、ボルト１７を緩めると、弾性部材５３の弾性力によって、第２支持体３０は第１支持体２０から離隔する方向へ移動し、前記間隔が広くなる。
【０１１１】
例えば、回転体４０の両端面が第１支持体２０または第２支持体３０と摺動して摩耗し、前記隙間が広くなったとしても、押圧部材５０により第２支持体３０を押圧して第１支持体２０及び第２支持体３０の間隔を調整することで、前記隙間を適当な間隔にして、前記隙間に進入する流体の量を調整することができるので、圧力の交換効率の低下を防止することができる。尚、弾性部材５３の代わりに、厚さの異なるスペーサを複数用意しておき、該スペーサを交換することで隙間を調整することもできる。
【０１１２】
図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）に基づいて、本発明による圧力変換装置１０の具体的な圧力変換の様子について説明する。
【０１１３】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、回転体４０の第１流体流入路４１ａが第１流路２１ａに連通し、第２流体流出路４２ａが第２流路２２ａに連通しているとき、第１流体流入口１２から第１流体流入路４１ａを介して第１流路２１ａに流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第２流路２２ａ内の海水に伝達されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが第２流体流出路４２ａを介して、第２流体流出口１３から排出される。
【０１１４】
このとき、回転体４０の第２流体流入路４３ｂは第２流路２２ｂと連通し、第１流体流出口４４ｂは第１流路２１ｂと連通する。第２流体流入口２７から連通路２６を介して、回転体４０の第２流体流入路４３ａ、４３ｂの中央部４３ｃへと流入した低圧海水Ｌｉは、第２流路２２ｂへ流入する。
【０１１５】
該低圧海水Ｌｉの圧力により第１流路２１ｂ内の低圧濃縮海水Ｌｏ（海水に圧力の伝達をした高圧濃縮海水Ｈｉ）は第１流体流出路４４ｂ、中央部４４ｃ、連通路３１を経て第１流体流出口５４へと排出される。
【０１１６】
第１流体流入口１２から連通溝４１ｃを介して第１流体流入路４１ａ、４１ｂに流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーが回転体４０の連通溝４１ｃの壁面や連通口４１ｄ、４１ｅの壁面に作用して、回転体４０が回転させられると、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、回転体４０の第２流体流入路４３ｂが第２流路２２ａに連通し、第１流体流出路４４ｂが第２流路２１ａに連通する。
【０１１７】
第２流体流入口２７から連通路２６を介して、回転体４０の第２流体流入路４３ａ、４３ｂの中央部４３ｃへと流入した低圧海水Ｌｉは、第２流路２２ａへ流入し、該低圧海水Ｌｉの圧力により第１流路２１ａ内の低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体流出路４４ｂ、中央部４４ｃ、連通路３１を経て第１流体流出口５４から排出される。
【０１１８】
このとき、回転体４０の第１流体流入路４１ａは第１流路２１ｂと連通し、第２流体流出口４２ａは第２流路２２ｂと連通する。第１流体流入口１２から第１流体流入路４１ａを介して第１流路２１ｂに流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は、第２流路２２ｂ内の海水に伝達されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが第２流体流出路４２ａを介して、第２流体流出口１３から排出される。
【０１１９】
尚、回転体４０の第１流体流入路４１ｂ、第２流体流出路４２ｂ、第２流体流入路４３ａ、第１流体流出路４４ａ、及び、夫々連通する第１流路２１、第２流路２２でも上述と同様の圧力交換が行われている。
【０１２０】
回転体４０の第１流体流入路４１ａ、４１ｂ、第２流体流出路４２ａ、４２ｂ、第２流体流入路４３ａ、４３ｂ、第１流体流出路４４ａ、４４ｂの何れとも連通しない第１流路２１、第２流路２２では、第１流体と第２流体との間で圧力の交換が行われない。
【０１２１】
以上のように、回転体４０の回転によって、ある圧力伝達部２３を構成する第１流路２１と第２流路２２の組と、夫々連通する第１流体流入路４１ａ、４１ｂと第２流体流出路４２ａ、４２ｂ、第２流体流入路４３ａ、４３ｂと第１流体流出路４４ａ、４４ｂとが切り替わり、高圧濃縮海水Ｈｉから高圧海水Ｈｏへの圧力の伝達と低圧海水Ｌｉから低圧濃縮海水Ｌｏへの圧力の伝達が連続的に行われ、つまり、第１流体と第２流体の圧力交換処理が連続的に行われる。
【０１２２】
尚、第１流路２１及び第２流路２２内では、濃縮海水と海水が混在することになるが、各々の流体は塩分濃度差があるため境界部分は拡散によりある一定量が常に混ざった領域となるだけで、該領域は、ピストンのような役目をしながら第１流路２１及び第２流路２２の内部で揺動することになる。
【０１２３】
以上のように構成された圧力交換装置１０の性能調整方法について説明する。
【０１２４】
保持部１１の第１流体流入口１２の配置、角度を変更すると、回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉの流入方向が変わり、回転体４０に作用する力の方向が変わる。回転体４０の連通溝４１ｃに形成された受圧部としてのボルトの形状を変更すると、回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉから受ける圧力の大きさが変わる。
【０１２５】
回転体４０は保持部１１の第１流体流入口１２から流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーにより回転するので、その回転数は保持部１１の第１流体流入口１２の配置、角度、または回転体４０の連通溝４１ｃに形成された受圧部としてのボルトの形状に依存し、これらを変更することで装置に大掛かりな変更をすることなく処理流量を容易に調整することができるのである。
【０１２６】
尚、上述の実施形態では、連通溝４１ｃに配設したボルト４６により受圧部を構成したが、ボルト４６を備えずに連通溝４１ｃに受圧部を構成してもよい。
【０１２７】
第１流体流入口１２は、保持部１１の半径方向に交差する方向に沿って形成されているので、第１流体流入口１２から連通溝４１ｃを介して第１流体流入路４１ａ、４１ｂに流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーは、連通溝４１ｃや連通口４１ｄ、４１ｅや第１流体流入路４１ａ、４１ｂの壁面に作用して回転体４０は回転させられる。連通溝４１ｃの壁面や連通口４１ｄ、４１ｅの壁面が、連通溝４１ｃに形成された高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を受けて回転体４０を回転させる受圧部を構成する。よって、連通口４１ｄ、４１ｅや、連通溝４１ｃの形状の異なる回転体を用意し、交換することで、処理流量を調整することもできる。
【０１２８】
以下に、本発明による圧力交換装置の別実施形態について説明する。尚、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【０１２９】
図８に示すように、圧力交換装置１００は、回転体４０に駆動軸３２を連結し、駆動機等の外部動力で回転体４０を回転できるように構成してもよい。駆動軸３２は、押圧部材５０、第２支持体３０の中央部に形成した開口に挿通され、回転体４０とキー３３とボルト３４で固定される。
【０１３０】
押圧部材５０には径方向に第１流体流出口５４と連通する排出路５５が形成され、排出路５５には、図示しない配管が接続されている。第１流体流出口５４に排出された低圧濃縮海水Ｌｏは排出路５５から装置外部へと排出される。連通路３１及び第１流体流出口５４には駆動軸３２が挿通されるので、通水断面積を維持するために連通路３１及び第１流体流出口５４は拡径して形成されている。
【０１３１】
このように構成することで、流体の流れが不安定である等により回転体４０の回転が安定しないような場合でも、駆動軸３２に連結された駆動機等の外部動力で回転体４０を回転駆動できるため、安定した回転を得ることができるので装置の信頼性が向上する。
【０１３２】
さらに、別実施形態を説明する。図９に示すように、圧力交換装置１１０は、第１支持体５６、第２支持体５７、エンドカバー５８、５９、各支持体５６、５７との間で回転可能に支持された回転体６０、回転体６０の外周を保持する保持部６１、押圧機構６２を備えている。
【０１３３】
本実施形態では、回転体６０は、各支持体５６、５７とで挟持された保持部６１とで区画される空間に収容され、押圧機構６２としてのボルト６２ａとナット６２ｂの締め付けを調整することにより、第１支持体５７と第２支持体５８の間隔が調整され、その結果、第１支持体５７、第２支持体５８と回転体６０の両端の各隙間を調整できるように構成されている。
【０１３４】
第１支持体５６には、その一端側から高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路６３と、同じく一端側から低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された高圧海水Ｈｏが流出する第２流路６４とが貫通形成されている。尚、第１流路６３の断面積と第２流路６４の断面積は等しくなるように形成されている。
【０１３５】
第１支持体５７の他端側には、エンドカバー５８がボルト２８ａとナット２８ｂで取り付けられている。エンドカバー５８には、第１流路６３と第２流路６４を連通する連通流路６５が形成されており、第１流路６３及び第２流路６４とを連通する連通流路６５とで圧力伝達部６６を構成する。本実施形態では圧力伝達部は回転軸心周りに放射状に１８組配設されている。
【０１３６】
回転体６０には、夫々一対の第１流体流入路６７、第２流体流出路６８、第２流体流入路６９、第１流体流出路７０が厚み方向に貫通形成されている。各流入路及び流出路の径方向外周面には連通溝７５、７６、７７、７８が形成されている。
【０１３７】
保持部６１には、回転体６０に形成された、連通溝７５、７６、７７、７８と連通する、夫々一対の第１流体流入口７１、第２流体流出口７２、第２流体流入口７３、第１流体流出口７４が夫々回転軸心に対して点対称となるように配置されている。
【０１３８】
本実施形態では、第１及び第２流体の回転体６０への流入及び回転体６０からの流出は以下のように行われる。
【０１３９】
図１０（ａ）に示すように、高圧濃縮海水Ｈｉは、保持部６１に形成された第１流体流入口７１から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７５を介して第１流体流入路６７に案内される。尚、連通溝７５には、周方向に沿って複数の受圧面７５ａが形成され、該受圧面７５ａが高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が作用して回転体６０を回転させる受圧部として機能する。
【０１４０】
尚、受圧部の構成はこれに限らず、図１２に示すように、連通溝７５の周方向に多数の受圧凹部７５ｂを設け、該受圧凹部７５ｂに高圧濃縮海水Ｈｉの圧力を作用させることで回転体６０を回転させる構成でもよい。また、連通溝７６に受圧部を設けて、低圧海水Ｌｉの圧力のみ、または、高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉの両方の圧力により回転体６０を回転させる構成でもよい。高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉの両方の圧力を利用することで、より大きなトルクを付与することができる。
【０１４１】
図１０（ｂ）に示すように、高圧海水Ｈｏは、第２流体流出路６８から回転体６０の外周面に形成された連通溝７６を介して保持部６１の第２流体流出口７２へ排出される。
【０１４２】
図１１（ａ）に示すように、低圧海水Ｌｉは、保持部６１に形成された第２流体流入口７３から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７７を介して第２流体流入路６９に案内される。
【０１４３】
図１１（ｂ）に示すように、低圧濃縮海水Ｌｏは、第１流体流出路７０から回転体６０の外周面に形成された連通溝７８を介して保持部６１の第１流体流出口７４へ排出される。
【０１４４】
このように、各流体の流入配管、流出配管を保持部６１に備えられた各流入口及び流出口に接続すればよいので、従来の装置のように回転体の両端側に夫々流体の流入路または流出路と接続する配管を設置する場合と比較して、配管設置作業の作業性が良好になる。また、各配管を保持部６１側にまとめることができるので、配管を含めた設置スペースの省スペース化が図れる。さらに、配管を外すことなく、配管のない箇所からメンテナンスが可能となり、メンテナンス作業性が良くなる。
【０１４５】
さらに、本発明による圧力交換装置の別実施形態を説明する。図１３に示すように、圧力交換装置１２０は、第１支持体８０と、第２支持体８１と、エンドカバー８２、８３と、各支持体８０、８１との間で回転可能に支持された回転体６０と、回転体６０の外周を保持する保持部６１を備えている。
【０１４６】
尚、本実施形態による圧力交換装置は、図９に示した実施形態による圧力交換装置１１０と、第１支持体８０と、第２支持体８１と、エンドカバー８２、８３の形状が主に異なり、特に第２支持体８１にも圧力伝達部を備える点で大きく異なる構成となっているが、回転体や保持部は、圧力交換装置１１０と同様の構成である。よって、回転体及び保持部には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４７】
第１支持体８０には、その一端側から高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路８６と、同じく一端側から低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された高圧海水Ｈｏが流出する第２流路８７とが第１支持体８０の他端側の端面側で連通するように形成された圧力伝達部が設けられている。第１支持体８０の他端側の端面には、シールを介してエンドカバー８２が取り付けられている。尚、エンドカバー８２と第１支持体８０は一体に形成してもよい。
【０１４８】
第２支持体８１は、第１支持体８０と同一の構成となっている。つまり、その一端側から高圧濃縮海水Ｈｉが流入し、圧力が交換された低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流路８６と、同じく一端側から低圧海水Ｌｉが流入し、圧力が交換された高圧海水Ｈｏが流出する第２流路８７とが第２支持体８１の他端側の端面側で連通するように形成された圧力伝達部が設けられている。第２支持体８１の他端側の端面には、シールを介してエンドカバー８３が取り付けられている。尚、エンドカバー８３と第２支持体８１は一体に形成してもよい。
【０１４９】
第１支持体８０と第２支持体８１の夫々には、図３に示す実施形態と同様に、１８組の圧力伝達部が回転体６０の回転軸心周りに回転軸心を中心として放射状に配設されている。各第１流路８６の断面積と第２流路８７の断面積は等しくなるように形成され、かつ、回転体６０に形成された各流入路及び流出路に対して同じ位相となる位置に配置されている。つまり、第１支持体８０と第２支持体８１の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置は回転体６０に対して対称となるように構成されている。尚、第１流路８６と第２流路８７の断面の形状は、配管抵抗が少なくなるように円形や楕円形、丸みを帯びた多角形が好ましい。
【０１５０】
保持部６１には、回転体６０の回転軸心方向に沿って、第１流体流出口７４と第１流体流入口７１と第２流体流出口７２と第２流体流入口７３とが、図中左からこの順で配設されているが、これに限るものではない。
【０１５１】
高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、高圧海水Ｈｏが流出する第２流体流出口７２とを、低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流体流出口７４と、低圧海水Ｌｉが流入する第２流体流入口７３の間に配設することで、第１流体流入口７１から第１支持体８０の第１流路８６と第２流路８７の連通部までの距離と、第１流体流入口７１から第２支持体８１の第１流路８６と第２流路８７の連通部までの距離の差を小さくすることができる。
【０１５２】
つまり、第１流体流入口から第１支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失と、第１流体流入口から第２支持体の第１流路と第２流路の連通部までの圧力損失の差を小さくすることができるので、第１流体流入口７１から第１流体流入路６７に流入した高圧濃縮海水Ｈｉの第１支持体８０の第１流路８６側への流量と、第２支持体８１の第１流路８６側への流量の差を小さくすることができる点で好ましい。
【０１５３】
また、回転体６０の軸心方向の中央部に、高圧である高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と高圧海水Ｈｏが流出する第２流体流出口７２が配設されているため、回転体６０の軸心方向の一端部に第１流体流入口７１と第２流体流出口７２を配設する場合に比べて、回転体６０に作用するトルクの軸方向におけるバランスがよいので回転体６０の回転を円滑にすることができる。
【０１５４】
回転体６０の外周面と保持部６１の内周面には回転体６０が回転できるように僅かな隙間が形成されているので、第１流体及び第２流体は該隙間に進入する。よって、高圧濃縮海水Ｈｉが高圧海水Ｈｏと混ざり、第２流体流出口７２から逆浸透膜装置６へ再び供給されると、逆浸透膜装置６のろ過効率が低下するという問題がある。
【０１５５】
しかし、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、高圧海水Ｈｏが流出する第２流体流出口７２とを回転体６０の回転軸心方向に沿って隣に配設しているので、前記隙間に侵入した高圧濃縮海水Ｈｉと高圧海水Ｈｏとは圧力差がない、または、少ないため混合する虞が少ない。
【０１５６】
また、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、低圧海水Ｌｉが流入する第２流体流入路７３の間には、回転体６０の回転軸心方向に沿って第２流体流出口７２が隣に配設されているので、高圧濃縮海水Ｈｉが第２流体流入路７３側へ流入する虞が極めて少なく、低圧海水Ｌｉに高圧濃縮海水Ｈｉが混合する虞が極めて少ない。
【０１５７】
尚、高圧濃縮海水Ｈｉが流入する第１流体流入口７１と、低圧濃縮海水Ｌｏが流出する第１流体流出口７４とは回転体６０の回転軸心方向に沿って隣に配設されているが、高圧濃縮海水Ｈｉが前記隙間を介して第１流体流出口７４側へ進入して低圧濃縮海水Ｌｏと混合されても、濃縮海水同士が混合されて圧力交換装置から排水されるだけであるので問題はない。
【０１５８】
このように、保持部６１には、回転体６０の回転軸心方向に沿って、第１流体流出口７４と第１流体流入口７１と第２流体流出口７２と第２流体流入口７３とをこの順で配設することで、ろ過効率が低下する虞を解決している。
【０１５９】
さらに、第１流体流入口７１と、第２流体流出口７２と、第２流体流入口７３と、第１流体流出口７４は、全てが保持部６１に形成されているので、各流入口及び流出口に接続する配管を保持部６１の周囲に配設すればよいため、配管を含めた設置スペースの省スペースが図れる。さらに、配管を外すことなく、配管のない箇所からメンテナンスが可能となり、メンテナンス作業性が良くなる。
【０１６０】
以下に、圧力変換装置１２０の具体的な圧力変換の様子について説明する。図１０（ａ）に示す実施形態と同様に、高圧濃縮海水Ｈｉは、保持部６１に形成された第１流体流入口７１から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７５を介して第１流体流入路６７に案内される。尚、連通溝７５には、周方向に沿って複数の受圧面７５ａが形成され、該受圧面７５ａが高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が作用して回転体６０を回転させる受圧部として機能する。
【０１６１】
第１流体流入路６７に案内された高圧濃縮海水Ｈｉは、第１流体流入路６７に連通する第１支持体８０と第２支持体８１の夫々に形成された第１流路８６に案内される。第１支持体８０と第２支持体８１の夫々の圧力伝達部では、第１流路８６に流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力が、圧力伝達部内の海水に伝達されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが回転体６０の第２流体流出路６８に流入する。
【０１６２】
図１０（ｂ）に示す実施形態と同様に、高圧海水Ｈｏは、第２流体流出路６８から回転体６０の外周面に形成された連通溝７６を介して保持部６１の第２流体流出口７２へ排出される。
【０１６３】
図１１（ａ）に示す実施形態と同様に、低圧海水Ｌｉは、保持部６１に形成された第２流体流入口７３から、回転体６０の外周面に形成された連通溝７７を介して第２流体流入路６９に案内される。
【０１６４】
第２流体流入路６９に案内された低圧海水Ｌｉは、第２流体流入路６９に連通する第１支持体８０と第２支持体８１の夫々に形成された第２流路８７に案内される。第１支持体８０と第２支持体８１の夫々の圧力伝達部では、第２流路８７に流入した低圧海水Ｌｉが、圧力伝達部内の海水に圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水Ｌｏを回転体６０の第１流体流出路７０に押し出す。
【０１６５】
図１１（ｂ）に示す実施形態と同様に、第１流体流出路７０に押し出された低圧濃縮海水Ｌｏは、第１流体流出路７０から回転体６０の外周面に形成された連通溝７８を介して保持部６１の第１流体流出口７４へ排出される。
【０１６６】
以上のように、圧力交換装置１２０では、各支持体８０、８１とで挟持された保持部６１とで区画される空間内で回転体６０が回転することにより、第１支持体８０と第２支持体８１の夫々の第１流路８６と第２流路８７と連通する第１流体流入路６７と第２流体流出路６８及び第２流体流入路６９と第１流体流出路７０とが切り替わり、高圧濃縮海水Ｈｉから高圧海水Ｈｏへの圧力の伝達と低圧海水Ｌｉから低圧濃縮海水Ｌｏへの圧力の伝達が連続的に行われ、つまり、第１流体と第２流体の圧力交換処理が連続的に行われる。
【０１６７】
回転体６０と第２支持体８１との対向面間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体６０を第１支持体８０に向けて押圧する力が働く。
【０１６８】
また、回転体６０と第１支持体８０との対向面間に形成された隙間に高圧濃縮海水Ｈｉ及び高圧海水Ｈｏが進入して、該流体によって回転体６０を第２支持体８１に向けて押圧する力が働く。
【０１６９】
回転体６０は、両端面の隙間に進入した流体により両側から略等しい力で押圧されて第１支持体８０及び第２支持体８１の間で回転軸心方向でバランスするため、第１支持体８０または第２支持体８１と常時摺動しながら回転するようなことがなく、円滑に回転できるようになる。その結果、第１支持体８０及び第２支持体８１及び回転体６０の磨耗が低減できるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも耐久性を向上させることができる。
【０１７０】
さらに、第１支持体８０及び第２支持体８１と回転体６０との間で常時摺動しないため回転抵抗が低減するので、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、第１流体流入路６７や第２流体流入路７０の断面積を大きくした場合でも、該回転体６０を回転駆動するために要するエネルギーの損失が低く抑えられるようになる。
【０１７１】
前記隙間は、狭すぎると少しの圧力変動による軸心方向への動きにより大きな摺動抵抗が発生し、広すぎると流体の漏れ量が多くなり圧力の交換効率が低下するため、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定される。
【０１７２】
回転体６０の回転によって第１流体流入路６７と、第２流体流出路６８と、第２流体流入路６９と、第１流体流出路７０の何れとも連通しないときは第１支持体８０及び第２支持体８１の第１流路８６、第２流路８７では、第１流体と第２流体との間で圧力の交換が行われない。
【０１７３】
第１流路８６及び第２流路８７内では、濃縮海水と海水が混在することになるが、各々の流体は塩分濃度差があるため境界部分は拡散によりある一定量が常に混ざった領域となるだけで、該領域は、ピストンのような役目をしながら第１流路８６及び第２流路８７の内部で揺動することになる。
【０１７４】
このように構成することで、圧力交換装置１２０は、第１支持体８０の圧力伝達部と第２支持体８１の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、圧力交換装置１０のように、第１支持体２０のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【０１７５】
図１４には、さらなる別実施形態による圧力交換装置１３０が示されている。尚、図１３に示した圧力交換装置１２０の各部の構成と対応する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７６】
圧力交換装置１３０は、第１支持体８８と、第２支持体８９と、各支持体８８、８９との間で回転可能に支持された回転体６０を備え、第１支持体８８と第２支持体８９は、夫々の対向面側に回転体６０を収容する空間部が形成され、第１支持体８８と第２支持体８９を螺着したときに、空間で回転体６０を回転可能に保持する。このように構成することで、圧力交換装置１３０を構成する部品点数を低減でき、第１支持体８８と第２支持体８９を同形状に構成すると量産効果によってコストダウンが図れる。
【０１７７】
このように構成することで、圧力交換装置１３０は、第１支持体８８の圧力伝達部と第２支持体８９の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、圧力交換装置１０のように、第１支持体２０のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【０１７８】
図１５には、さらなる別実施形態による圧力交換装置１４０が示されている。尚、図２に示した圧力交換装置１０及び図１３に示した圧力交換装置１２０の各部の構成と対応する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７９】
第１支持体８０と、第２支持体８１と、エンドカバー８２、８３と、各支持体８０、８１との間で回転可能に支持された回転体４０と、回転体４０の外周を保持する保持部１１を備えている。
【０１８０】
第１支持体８０の中央には、図２に示す圧力交換装置１０と同様に、エンドカバー８２に形成された第２流体流入口２７から流入した低圧海水Ｌｉを回転体４０に導く連通路２６が形成されている。第２支持体８１の中央には、図１３に示す圧力交換装置１２０と異なり、回転体４０から流出する低圧濃縮海水Ｌｏをエンドカバー８３に形成された第１流体流出口７３まで導く連通路７７が形成されている。
【０１８１】
図２に示す圧力交換装置１０と異なり、第１流体流出路４４ａ、４４ｂは、回転体４０の第２支持体８１側の端面から第１支持体８０側へ離隔した位置に形成された連通路により中央部４４ｃに連通するように構成されている。
【０１８２】
このように構成することで、圧力交換装置１４０は、第１支持体８０の圧力伝達部と第２支持体８１の圧力伝達部の両方で圧力伝達ができるため、圧力交換装置１０のように、第１支持体２０のみに圧力伝達部が形成されている場合に比べて容量が増加するので、単位時間あたりの処理流量を増加させることができる。
【０１８３】
上述の何れの実施形態でも、第１流体流入路に濃縮流体である高圧濃縮海水を流入させ、第２流体流入路に被濃縮流体である低圧海水を流入させる構成について説明したが、第１流体流入路に被濃縮流体である低圧海水を流入させ、第２流体流入路に高圧濃縮海水を流入させてもよい。
【０１８４】
例えば、図２に示す、高圧濃縮海水Ｈｉを第２流体流入口２７から流入させて圧力伝達部２３内で圧力交換し、第１流体流出口５４から高圧海水Ｈｏを排出させ、低圧海水Ｌｉを第１流体流入口１２から流入させて圧力伝達部２３内で圧力交換し、第２流体流出口１３から低圧濃縮海水Ｌｏを排出させる。
【０１８５】
上述の何れの実施形態でも、第１支持体、保持部、エンドカバーを別に構成したが、保持部、または、エンドカバー、さらには、保持部とエンドカバーを第１支持体と一体に構成してもよい。
【０１８６】
上述の何れの実施形態でも、第２支持体、保持部、押圧部材を別に構成したが、押圧部材、または、保持部、さらには押圧部材と保持部とを第２支持体と一体に構成してもよい。また、構成によっては、第１支持体と第２支持体との間にスペーサを設け、第１支持体及び第２支持体の間隔を調整することで、回転体の回転軸心方向の両端面と第１及び第２支持体との間に形成される隙間を調整することもできる。
【０１８７】
上述の何れの実施形態でも、圧力伝達部の連通部は、第１流路と第２流路の回転体から最も離れた支持体の一端部で説明したが、一端部から回転体側（他端）によった一端側であってもよい。このように構成することで、一端側に壁が形成され、支持体の強度が向上する。
【０１８８】
以上説明した圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法の具体的構成は実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１８９】
６：逆浸透膜装置
１０：圧力交換装置
１１：保持部
１２：第１流体流入口
１３：第２流体流出口
２０：第１支持体
２１：第１流路
２２：第２流路
２３：圧力伝達部
２５：エンドカバー
２６：連通路
２７：第２流体流入口
３０：第２支持体
３１：連通路
３２：駆動軸
４０：回転体
４１ａ、４１ｂ：第１流体流入路
４１ｃ：連通溝
４２ａ、４２ｂ：第２流体流出路
４２ｃ：連通溝
４３ａ、４３ｂ：第２流体流入路
４４ａ、４４ｂ：第１流体流出路
４６：ボルト（受圧部）
５０：押圧部材
５４：第１流体流出口
Ｈｉ：高圧濃縮海水（濃縮流体）
Ｌｉ：低圧海水（被濃縮流体）
Ｈｏ：高圧海水（被濃縮流体）
Ｌｏ：低圧濃縮海水（濃縮流体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、
第１流体を第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路から案内する第２流体流出路、及び、第２流体を第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体と、
前記回転体を第１支持体との間で回転可能に支持する第２支持体と、
を備えている圧力交換装置。
【請求項２】
第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第２支持体と、
第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路から案内する第２流体流出路と、第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体とを備え、
前記回転体は前記第１支持体と前記第２支持体との間で回転可能に支持されている圧力交換装置。
【請求項３】
前記第１支持体と前記第２支持体の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置が前記回転体に対して対称に構成されている請求項２記載の圧力交換装置。
【請求項４】
前記回転体は、第１及び第２支持体とで区画される空間に収容されるとともに、少なくとも第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路が前記回転体を貫通するように形成され、前記回転体の回転軸心方向の両端面と第１及び第２支持体との間に各流体が進入する隙間が形成されている請求項１から３の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項５】
少なくとも一方の支持体を押圧して、第１及び第２支持体の間隔を調整する押圧機構を備えている請求項４記載の圧力交換装置。
【請求項６】
回転体外周を保持する保持部を有し、前記保持部は、少なくとも前記第１流体流入路に連通する第１流体流入口と、前記第２流体流出路に連通する第２流体流出口とを備えている請求項１から５の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項７】
前記保持部は、さらに前記第２流体流入路に連通する第２流体流入口と、前記第１流体流出路に連通する第１流体流出口を備え、前記回転体の回転軸心方向に沿って、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されている請求項６記載の圧力交換装置。
【請求項８】
前記第１流体流入口は、第１流体流入口から第１流体流入路に流入する第１流体のエネルギーにより前記回転体が回転するように、前記回転体の接線方向に平行な方向に沿って形成され、
第１流路に流入する第１流体の圧力が、第２流路に流入する第２流体の圧力より高い圧力に設定されている請求項６または７記載の圧力交換装置。
【請求項９】
前記回転体の円周方向に前記第１流体流入口と第１流体流入路を連通する連通溝が形成され、前記連通溝に前記第１流体の圧力を受けて前記回転体を回転させる受圧部が形成されている請求項８記載の圧力交換装置。
【請求項１０】
前記第１支持体に、複数組の圧力伝達部が放射状に配設されている請求項１から９の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１１】
隣接する複数の圧力伝達部が、前記回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通する請求項１０記載の圧力交換装置。
【請求項１２】
前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部が存在する請求項１０または１１記載の圧力交換装置。
【請求項１３】
前記保持部に、複数組の第１流体流入口と第２流体流出口が回転軸心周りに点対称に配置されている請求項６から１２の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１４】
第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されている請求項１から１３の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１５】
前記回転体を外部動力で回転させる駆動軸が前記回転体に連結されている請求項１から１４の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１６】
前記第１流体流入路に供給される第１流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記第２流体流入路に供給される第２流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である請求項１から１５の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１７】
請求項９記載の圧力交換装置の性能調整方法であって、
前記保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更することで、処理流量を調整する圧力変換装置の性能調整方法。
【請求項１】
第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、
第１流体を第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を第２流路から案内する第２流体流出路、及び、第２流体を第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体と、
前記回転体を第１支持体との間で回転可能に支持する第２支持体と、
を備えている圧力交換装置。
【請求項２】
第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換装置であって、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第１支持体と、
一端側から第１流体が流入及び流出する第１流路と、一端側から第２流体が流入及び流出する第２流路とが、他端側で連通するように形成された圧力伝達部を備えた第２支持体と、
第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路に案内する第１流体流入路と、第１流体との間で圧力交換された第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路から案内する第２流体流出路と、第２流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第２流路に案内する第２流体流入路と、第２流体との間で圧力交換された第１流体を前記第１支持体と第２支持体の夫々に形成された第１流路から案内する第１流体流出路とが、回転軸心周りに形成された回転体とを備え、
前記回転体は前記第１支持体と前記第２支持体との間で回転可能に支持されている圧力交換装置。
【請求項３】
前記第１支持体と前記第２支持体の夫々に備えられる圧力伝達部の形状及び位置が前記回転体に対して対称に構成されている請求項２記載の圧力交換装置。
【請求項４】
前記回転体は、第１及び第２支持体とで区画される空間に収容されるとともに、少なくとも第１流体または第２流体のうち何れかの流体の流体流入路及び流体流出路が前記回転体を貫通するように形成され、前記回転体の回転軸心方向の両端面と第１及び第２支持体との間に各流体が進入する隙間が形成されている請求項１から３の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項５】
少なくとも一方の支持体を押圧して、第１及び第２支持体の間隔を調整する押圧機構を備えている請求項４記載の圧力交換装置。
【請求項６】
回転体外周を保持する保持部を有し、前記保持部は、少なくとも前記第１流体流入路に連通する第１流体流入口と、前記第２流体流出路に連通する第２流体流出口とを備えている請求項１から５の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項７】
前記保持部は、さらに前記第２流体流入路に連通する第２流体流入口と、前記第１流体流出路に連通する第１流体流出口を備え、前記回転体の回転軸心方向に沿って、前記第１流体流出口と前記第２流体流入口との間に前記第１流体流入口と第２流体流出口とが配設されている請求項６記載の圧力交換装置。
【請求項８】
前記第１流体流入口は、第１流体流入口から第１流体流入路に流入する第１流体のエネルギーにより前記回転体が回転するように、前記回転体の接線方向に平行な方向に沿って形成され、
第１流路に流入する第１流体の圧力が、第２流路に流入する第２流体の圧力より高い圧力に設定されている請求項６または７記載の圧力交換装置。
【請求項９】
前記回転体の円周方向に前記第１流体流入口と第１流体流入路を連通する連通溝が形成され、前記連通溝に前記第１流体の圧力を受けて前記回転体を回転させる受圧部が形成されている請求項８記載の圧力交換装置。
【請求項１０】
前記第１支持体に、複数組の圧力伝達部が放射状に配設されている請求項１から９の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１１】
隣接する複数の圧力伝達部が、前記回転体の回転に伴って、少なくとも１つの第１流体流入路と第２流体流出路、または、１つの第２流体流入路と第１流体流出路と同時に連通する請求項１０記載の圧力交換装置。
【請求項１２】
前記複数の圧力伝達部のうち、前記回転体の回転に伴って、第１流体流入路と第２流体流出路、及び、第１流体流出路と第２流体流入路の何れにも連通しない圧力伝達部が存在する請求項１０または１１記載の圧力交換装置。
【請求項１３】
前記保持部に、複数組の第１流体流入口と第２流体流出口が回転軸心周りに点対称に配置されている請求項６から１２の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１４】
第１流路の断面積と第２流路の断面積が等しくなるように形成されている請求項１から１３の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１５】
前記回転体を外部動力で回転させる駆動軸が前記回転体に連結されている請求項１から１４の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１６】
前記第１流体流入路に供給される第１流体が逆浸透膜装置から排水される高圧濃縮流体であり、前記第２流体流入路に供給される第２流体が前記逆浸透膜装置に給水される被濃縮流体である請求項１から１５の何れかに記載の圧力交換装置。
【請求項１７】
請求項９記載の圧力交換装置の性能調整方法であって、
前記保持部の第１流体流入口の配置、角度、または回転体の受圧部の形状を変更することで、処理流量を調整する圧力変換装置の性能調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
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【図６】
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【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１６６１８４（Ｐ２０１２−１６６１８４Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１３９１（Ｐ２０１１−７１３９１）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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