海水淡水化システム
【課題】調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することが可能であり、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることが可能な海水淡水化システムを提供する。
【解決手段】制御部１１５は、流量計１３で計測された流量Ｑ１を流量Ｑ２＋Ｑ３に追従させるように、膜ろ過ポンプ１２の回転数を制御する。また、制御部１１５は、流量計１１１で計測された流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追従させるように、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を制御する。また、制御部１１５は、圧力計１９で計測された圧力Ｐ２が下限値Ｐｍｉｎ１から上限値Ｐｍａｘの範囲内で維持されるように、排水弁１１４の弁開度を制御する。また、制御部１１５は、圧力計１７で計測された圧力Ｐ１が下限値Ｐｍｉｎ２を超えるように、調整弁１６の弁開度を制御する。
【解決手段】制御部１１５は、流量計１３で計測された流量Ｑ１を流量Ｑ２＋Ｑ３に追従させるように、膜ろ過ポンプ１２の回転数を制御する。また、制御部１１５は、流量計１１１で計測された流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追従させるように、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を制御する。また、制御部１１５は、圧力計１９で計測された圧力Ｐ２が下限値Ｐｍｉｎ１から上限値Ｐｍａｘの範囲内で維持されるように、排水弁１１４の弁開度を制御する。また、制御部１１５は、圧力計１７で計測された圧力Ｐ１が下限値Ｐｍｉｎ２を超えるように、調整弁１６の弁開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、逆浸透膜を用いて、海水の淡水化を行う海水淡水化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化の方法としては、海水を蒸留して真水を得る蒸発法と呼ばれる方法と、逆浸透膜（以下、ＲＯ膜と称する）を用いて海水を高圧で濾過する膜法（以下、ＲＯ膜法と略記する）とが実用化されている。ＲＯ膜法では、高圧ＲＯポンプにより昇圧された海水をＲＯ膜に通すことにより、海水の脱塩を行う。ＲＯ膜法は、一般的に蒸発法と比較して淡水化コストが安い。そのため、現在では蒸発法に代わって普及が進みつつある（例えば、特許文献１参照）。
ところで、ＲＯ膜法による海水淡水化システムでは、海水をＲＯ膜に通して脱塩する前に、取水した海水中の懸濁物質を除去するために前処理を行う。近年、この前処理には、精密ろ過膜（ＭＦ膜）及び限外ろ過膜（ＵＦ膜）等が用いられる（例えば、特許文献２及び３参照）。また、ＲＯ膜法による海水淡水化システムでは、前処理後の海水を調整槽で一旦保持する。調整槽は、ＲＯ膜への送水要求量が増加した場合、及び、前処理量が減少した場合等にも高圧ＲＯポンプに対して前処理済みの海水を安定して供給するために設置されている。そして、高圧ＲＯポンプは、調整槽からの海水を昇圧してＲＯ膜へ送水する。しかしながら、この方法では、前処理した海水を一旦調整槽で保持しなければならず、調整槽内で微生物や塵などの懸濁物質が混入し、水質が劣化するおそれがあるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２０６４６０号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２４６２号公報
【特許文献３】特開２００８−１００２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、従来の海水淡水化システムでは、調整槽を設置しなければならず、システムの大型化の要因となっていた。また、海水を調整槽で保持している間に、その水質が劣化するおそれがあった。
【０００５】
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することが可能であり、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることが可能な海水淡水化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る海水淡水化システムは、取水槽に蓄積された海水を第１の制御信号に従った流量で出力する膜ろ過ポンプと、前記膜ろ過ポンプからの海水の流量Ｑ１を計測する第１の流量計と、前記膜ろ過ポンプからの海水をろ過するろ過膜と、前記ろ過膜でろ過されたろ過水を第２の制御信号に従った流量で出力する高圧ポンプと、前記高圧ポンプからのろ過水の圧力Ｐ１を計測する第１の圧力計と、前記高圧ポンプからのろ過水を脱塩し淡水とする逆浸透膜と、前記逆浸透膜からの淡水の流量Ｑ２を計測する第２の流量計と、前記逆浸透膜における脱塩により排出された高濃度塩水の流量Ｑ３を計測する第３の流量計と、前記高濃度塩水を排水する排水弁であって、第３の制御信号に従って弁開度を変化させる排水弁と、前記流量Ｑ１を流量Ｑ２＋Ｑ３に追従させるように、前記膜ろ過ポンプに対して前記第１の制御信号を与える第１の流量制御と、前記流量Ｑ２を予め設定された目標値に追従させるように、前記高圧ポンプに対して前記第２の制御信号を与える第２の流量制御と、前記圧力Ｐ１を予め設定された圧力範囲内に収めるように、前記排水弁に対して前記第３の制御信号を与える第３の流量制御を行う制御部とを具備する。
【０００７】
上記構成による海水淡水化システムでは、第１、第２及び第３の流量計と、第１の圧力計とによる計測結果に基づいて、膜ろ過ポンプ、高圧ポンプ及び排水弁を制御するようにしている。これにより、システム内で要求される海水を安定して供給することが可能となる。つまり、海水淡水化システムは、従来のシステムにおける調整槽が無いにも関らず、前処理済みの海水を安定して供給することが可能となる。また、調整槽が無いため、微生物及び塵等の懸濁物質の混入を防ぐことが可能である。さらに、調整槽が不要であるため、調整槽からの海水から懸濁物質を除去する保安フィルタ及び海水を保安フィルタへ送水するための送水ポンプが不要となる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することが可能であり、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることが可能な海水淡水化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システムの機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御部による制御を示す図である。
【図３】図１の膜ろ過ポンプから高圧ＲＯポンプまでの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる海水淡水化システムの機能構成を示すブロック図である。
【図５】図４の制御部による制御を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係わる海水淡水化システムの機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明に係る海水淡水化システムの実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システム１０の機能構成を示すブロック図である。図１における海水淡水化システム１０では、取水槽１１に海水を取水する。
【００１２】
膜ろ過ポンプ１２は、取水槽１１の海水を、流量計１３を介してＭＦ膜１４へ送水する。このとき、膜ろ過ポンプ１２から送水される海水の流量は、後述する制御部１１５からの制御信号１により制御される。流量計１３は、ＭＦ膜１４へ送水される海水の流量Ｑ１を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。ＭＦ膜１４は、膜ろ過ポンプ１２からの海水をろ過し、海水中の懸濁物質を除去する。なお、本実施形態では、ＭＦ膜を使用しているが、ＵＦ膜であっても同様に実施可能である。
【００１３】
ＭＦ膜１４からの海水は、２つに分配され、一方が高圧ＲＯポンプ１５へ供給され、他方が調整弁１６及び圧力計１７を介して動力回収装置１８へ供給される。調整弁１６の弁開度は、制御部１１５からの制御信号２により制御される。圧力計１７は、調整弁１６からの海水の圧力Ｐ１を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。
【００１４】
高圧ＲＯポンプ１５は、ＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、圧力計１９を介してＲＯ膜１１０へ送水する。ＲＯ膜１１０へ送水される海水の流量は、制御部１１５からの制御信号３により制御される。圧力計１９は、高圧ＲＯポンプ１５からの海水の圧力Ｐ２を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。
【００１５】
ＲＯ膜１１０は、供給された海水をろ過して脱塩する。この脱塩により取得された淡水は、流量計１１１を介して後段へ出力される。また、淡水取得時にＲＯ膜１１０から排出された高濃度塩水は、流量計１１２を介して動力回収装置１８へ出力される。流量計１１１は、ＲＯ膜１１０からの淡水の流量Ｑ２を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。また、流量計１１２は、ＲＯ膜１１０からの高濃度塩水の流量Ｑ３を計測し、その計測結果を制御部１１５へ出力する。
【００１６】
動力回収装置１８は、高濃度塩水に含まれる圧力エネルギーを利用してＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、ブースターポンプ１１３へ出力する。動力回収装置１８は、圧力エネルギーを回収した後の高濃度塩水を、排水弁１１４を介して排水する。排水弁１１４の弁開度は、制御部１１５からの制御信号４により制御される。
【００１７】
ブースターポンプ１１３は、動力回収装置１８からの海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水と同程度の圧力まで昇圧する。そして、ブースターポンプ１１３は、昇圧後の海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水に合流させてＲＯ膜１１０へ送水する。
【００１８】
制御部１１５は、膜ろ過ポンプ１２による海水の供給量を制御する流量制御１と、高圧ＲＯポンプ１５による海水の供給量を制御する流量制御２と、排水弁１１４による高濃度塩水の排出量を制御する流量制御３と、動力回収装置１８へ供給される海水の圧力を制御する圧力制御１とを行う。制御部１１５は、これらの制御をＰＩＤ制御等を用いて実現する。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システム１０の制御部１１５による制御を示す図である。
【００２０】
制御部１１５は、流量計１３からの流量Ｑ１、流量計１１１からの流量Ｑ２及び流量計１１２からの流量Ｑ３を参照して流量制御１を行う。すなわち、制御部１１５は、ＲＯ膜１１０への送水量（Ｑ２＋Ｑ３）を目標値とする。そして、制御部１１５は、送水量（Ｑ２＋Ｑ３）に流量Ｑ１を追従させるように、モータ回転数を調整させる旨の制御信号１を膜ろ過ポンプ１２に対して出力する。これにより、ＲＯ膜１１０による脱塩処理に必要な流量を安定供給することが可能となる。
【００２１】
また、制御部１１５には、流量Ｑ２の所望の目標値Ｘ１が入力される。制御部１１５は、この目標値Ｘ１と、流量計１１１からの流量Ｑ２とを参照して流量制御２を行う。すなわち、制御部１１５は、流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追従させるように、モータ回転数を調整させる旨の制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５に対して出力する。これにより、所望の量の淡水を得ることが可能となる。
【００２２】
また、制御部１１５には、圧力Ｐ２の上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１が入力される。ここで、上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１は、ＲＯ膜１１０を正常に動作させるのに適した圧力値である。制御部１１５は、上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ１、及び、圧力計１９からの圧力Ｐ２を参照して、流量制御３を行う。すなわち、制御部１１５は、ＲＯ膜１１０の入口圧力Ｐ２を上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１の範囲内に収めるように、弁開度を調整させる旨の制御信号４を排水弁１１４に対して出力する。これにより、ＲＯ膜１１０の入力圧力Ｐ２を上下限値以内に保持することが可能となる。
【００２３】
また、制御部１１５には、例えば圧力Ｐ１の下限値Ｐｍｉｎ２が入力される。ここで、下限値Ｐｍｉｎ２は、動力回収装置１８で海水を昇圧する際に必要な圧力値である。制御部１１５は、この下限値Ｐｍｉｎ２と、圧力計１７からの圧力Ｐ１とを参照して、圧力制御１を行う。すなわち、制御部１１５は、圧力Ｐ１が予め設定した下限値Ｐｍｉｎ２を下回らないように、弁開度を調整させる旨の制御信号２を調整弁１６に対して出力する。例えば、制御信号２に従って調整弁１６が開いた場合には、配管抵抗が軽減し、動力回収装置１８への入力圧力Ｐ１が上昇することとなる。これにより、動力回収装置１８の入力圧力Ｐ１を下限値以上に保持することが可能となる。
【００２４】
次に、上記構成において流量制御２及び流量制御３を詳細に説明する。
【００２５】
流量制御２では、ＲＯ膜１１０の入口圧力Ｐ２の計測値を考慮していないため、目標値Ｘ１の値によっては、入口圧力Ｐ２が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１を外れる可能性がある。そこで、流量制御３は、入口圧力Ｐ２が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１を外れた場合に作用する。
【００２６】
例えば、制御部１１５に目標値Ｘ１＞流量Ｑ２の目標値Ｘ１が入力されたとする。制御部１１５は、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力することで、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を上げ、流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追随させて増加させる。ここで、仮に入口圧力Ｐ２が上限値Ｐｍａｘを外れた場合、制御部１１５は、制御信号４を排水弁１１４へ出力することで排水弁１１４を絞り、高濃度塩水の流量Ｑ３を減少させる。流量Ｑ３の減少により、流量Ｑ２がその分増加するように作用し、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を超える。制御部１１５は、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を超えると、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力し、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を下げる。すると、入口圧力Ｐ２が低下し、その値が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１の範囲内に収まることとなる。
【００２７】
逆に、制御部１１５に目標値Ｘ１＜流量Ｑ２の目標値Ｘ１が入力されたとする。制御部１１５は、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力することで、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を下げ、流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追随させて減少させる。ここで、仮に入口圧力Ｐ２が下限値Ｐｍｉｎ１を外れた場合、制御部１１５は、制御信号４を排水弁１１４へ出力することで排水弁１１４を開き、高濃度塩水の排出量Ｑ３を増加させる。流量Ｑ３の増加により、流量Ｑ２がその分減少するように作用し、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を下回る。制御部１１５は、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を下回ると、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力し、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を上げる。すると、入口圧力Ｐ２が上昇し、その値が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１の範囲内に収まることとなる。
【００２８】
以上のように、上記第１の実施形態では、流量計１３，１１１，１１２及び圧力計１７，１９での計測結果に基づいて、膜ろ過ポンプ１２、高圧ＲＯポンプ１５、調整弁１６及び排水弁１１４を制御するようにしている。これにより、海水淡水化システム１０は、システム内で要求される海水を安定して供給することが可能となる。つまり、海水淡水化システムは、従来のシステムにおける調整槽が無いにも関らず、前処理済みの海水を安定して供給することが可能となる。また、調整槽が無いため、微生物及び塵等の懸濁物質の混入を防ぐことが可能である。さらに、調整槽が不要であるため、調整槽からの海水から懸濁物質を除去する保安フィルタ及び海水を保安フィルタへ送水するための送水ポンプが不要となる。
【００２９】
したがって、本発明に係る海水淡水化システムによれば、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することができる。また、前処理後の水質の劣化を抑えることができる。また、設置コスト、設置スペース、運用管理及びメンテナンスの効率が向上することとなる。
【００３０】
なお、上記第１の実施形態では、海水を送水する送水配管の口径については何の記載もしていないが、システム内の送水配管の口径に差異を持たせることも可能である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システム１０における膜ろ過ポンプ１２から高圧ＲＯポンプ１５までの構成例を示す図である。
【００３１】
図３において、海水淡水化システム１０は、複数のＭＦ膜が並列に接続されてなるＭＦ膜ユニット１１６を具備する。そして、膜ろ過ポンプ１２からＭＦ膜ユニット１１６への送水配管と、ＭＦ膜ユニット１１６から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管とは、通常よりも口径の太い管となっている。これらの送水配管は、ヘッダ管として作用する。
【００３２】
このため、ＭＦ膜ユニット１１６におけるＭＦ膜を洗浄するためにいずれかのＭＦ膜を意図的に止めた場合であっても、主配管での急激な圧力変動を防ぐことが可能となる。また、何らかの異常等により、枝管の圧力が急変した場合においても、主配管での急激な圧力変動を防ぐことが可能となる。また、ＭＦ膜の停止時又は起動時における圧力変化に対して配慮する必要が少なくなるため、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。
【００３３】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係わる海水淡水化システム２０の機能構成を示すブロック図である。図４において図１と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。図４における海水淡水化システム２０は、遮断弁１１７〜１１９及び監視部１２０をさらに具備する。
【００３４】
遮断弁１１７は、ＭＦ膜１４の排水経路に設置される。遮断弁１１７は、後述する制御部１２１からの指示信号１に従って、弁の開閉を行う。
【００３５】
遮断弁１１８は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管のうち、調整弁１６への分岐点の前段に設置される。遮断弁１１８は、制御部１２１からの指示信号２に従って、弁の開閉を行う。
【００３６】
遮断弁１１９は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管から海水を排出する排水経路であって、遮断弁１１８と上述の分岐点との間に設置された排水経路に配置される。遮断弁１１９は、制御部１２１からの指示信号３に従って、弁の開閉を行う。
【００３７】
監視部１２０は、ＭＦ膜１４以前の前段構成機器Ａにおける異常の発生を監視する。ここで、前段構成機器Ａとは、例えば膜ろ過ポンプ１２及びＭＦ膜１４等のことを指す。また、監視部１２０は、高圧ＲＯポンプ１５以降の後段構成機器Ｂにおける異常の発生を監視する。ここで、後段構成機器Ｂとは、例えば高圧ＲＯポンプ１５、動力回収装置１８、ＲＯ膜１１０及びブースターポンプ１１３等のことを指す。そして、監視部１２０は、これらの監視結果を制御部１２１へ通知する。
【００３８】
制御部１２１は、監視部１２０からの監視結果に基づいて、遮断弁１１７〜１１９の開閉制御を行う。図５は、本発明の第２の実施形態に係る海水淡水化システム２０の制御部１２１による制御を示す図である。
【００３９】
制御部１２１は、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂに異常が発生していない場合、つまりシステムの正常時には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を開ける旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。これにより、ＭＦ膜１４からの海水は、高圧ＲＯポンプ１５及び調整弁１６のみに出力される。
【００４０】
また、制御部１２１は、前段構成機器Ａが正常であり、かつ、後段構成機器Ｂに異常が発生した場合には、遮断弁１１７を開ける旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。後段構成機器Ｂに異常が発生し、高圧ＲＯポンプ１５が停止した場合には、ＭＦ膜１４からの送水が行き場を失い、管内が高圧となる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、後段構成機器Ｂに異常が発生してから膜ろ過ポンプ１２を停止させるまでの間、遮断弁１１７を開き、遮断弁１１８，１１９を閉じることで、ＭＦ膜１４からの海水を一時的にドレインへ逃がすようにする。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００４１】
また、制御部１２１は、前段構成機器Ａに異常が発生し、かつ、後段構成機器Ｂが正常である場合には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を開ける旨の指示信号３をそれぞれ出力する。前段構成機器Ａに異常が発生した場合には、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間に、高圧ＲＯポンプ１５へ十分な海水が送られなくなり、一時的に配管や装置が負圧になる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間、遮断弁１１９を開き、遮断弁１１７，１１８を閉じることで、配管内を大気開放状態とする。そして、システムのユーザは、配管に残る水を高圧ＲＯポンプ１５が吸引するまでの間に高圧ＲＯポンプ１５を停止する。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００４２】
なお、制御部１２１は、上述した第１の実施形態における制御部１１５の機能をさらに備える。
【００４３】
以上のように、上記第２の実施形態では、流量計１３，１１１，１１２及び圧力計１７，１９での計測結果に基づいて、膜ろ過ポンプ１２、高圧ＲＯポンプ１５、調整弁１６及び排水弁１１４を制御することで、システム内で要求される海水を安定して供給することが可能となる。つまり、海水淡水化システムは、従来のシステムにおける調整槽が無いにも関らず、前処理済みの海水を安定して供給することが可能となる。また、調整槽が無いため、微生物及び塵等の懸濁物質の混入を防ぐことが可能である。さらに、調整槽が不要であるため、調整槽からの海水から懸濁物質を除去する保安フィルタ及び海水を保安フィルタへ送水するための送水ポンプが不要となる。
【００４４】
また、上記第２の実施形態では、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂにおける異常の発生情況に応じて、遮断弁１１７〜１１９の開閉を制御するようにしている。これにより、異常が発生した場合において、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００４５】
したがって、本発明に係る海水淡水化システムによれば、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することができ、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることができる。さらに、システム内の構成機器に異常が発生した場合であっても、配管及び装置を保護することができる。
【００４６】
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係わる海水淡水化システム３０の機能構成を示すブロック図である。図６における海水淡水化システム３０では、取水槽１１に海水を取水する。
【００４７】
膜ろ過ポンプ１２は、取水槽１１の海水をＭＦ膜１４へ送水する。ＭＦ膜１４は、膜ろ過ポンプ１２からの海水をろ過し、海水中の懸濁物質を除去する。なお、本実施形態では、ＭＦ膜を使用しているが、ＵＦ膜であっても同様に実施可能である。
【００４８】
ＭＦ膜１４からの海水は、２つに分配され、一方が高圧ＲＯポンプ１５へ供給され、他方が調整弁１６を介して動力回収装置１８へ供給される。高圧ＲＯポンプ１５は、ＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、ＲＯ膜１１０へ送水する。
【００４９】
ＲＯ膜１１０は、供給された海水をろ過して脱塩する。この脱塩により取得された淡水は、後段へ出力される。また、淡水取得時にＲＯ膜１１０から排出された高濃度塩水は、動力回収装置１８へ出力される。
【００５０】
動力回収装置１８は、高濃度塩水に含まれる圧力エネルギーを利用し、ＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、ブースターポンプ１１３へ出力する。また、動力回収装置１８は、圧力エネルギーを回収した後の高濃度塩水を、排水弁１１４を介して排水する。ブースターポンプ１１３は、動力回収装置１８からの海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水と同程度の圧力まで昇圧する。そして、ブースターポンプ１１３は、昇圧した海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水に合流させてＲＯ膜１１０へ送水する。
【００５１】
また、海水淡水化システム３０は、遮断弁１１７〜１１９をさらに具備する。
【００５２】
遮断弁１１７は、ＭＦ膜１４の排水経路に設置される。遮断弁１１７は、後述する制御部１２２からの指示信号１に従って、弁の開閉を行う。
【００５３】
遮断弁１１８は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管のうち、調整弁１６への分岐点の前段に設置される。遮断弁１１８は、制御部１２２からの指示信号２に従って、弁の開閉を行う。
【００５４】
遮断弁１１９は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管から海水を排出する排水経路であって、遮断弁１１８と上述の分岐点との間に設置された排水経路に配置される。遮断弁１１９は、制御部１２２からの指示信号３に従って、弁の開閉を行う。
【００５５】
監視部１２０は、ＭＦ膜１４以前の前段構成機器Ａにおける異常の発生を監視する。ここで、前段構成機器Ａとは、例えば膜ろ過ポンプ１２及びＭＦ膜１４等のことを指す。また、監視部１２０は、高圧ＲＯポンプ１５以降の後段構成機器Ｂにおける異常の発生を監視する。ここで、後段構成機器Ｂとは、例えば高圧ＲＯポンプ１５、動力回収装置１８、ＲＯ膜１１０及びブースターポンプ１１３等のことを指す。そして、監視部１２０は、これらの監視結果を制御部１２２へ通知する。
【００５６】
制御部１２２は、監視部１２０からの監視結果に基づいて、遮断弁１１７〜１１９の開閉制御を行う。制御部１２２による遮断弁１１７〜１１９の開閉制御は、図５に示す第２の実施形態における制御部１２１による開閉制御と同様である。
【００５７】
制御部１２２は、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂに異常が発生していない場合、つまりシステムの正常時には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を開ける旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。これにより、ＭＦ膜１４からの濾過水は、高圧ＲＯポンプ１５及び調整弁１６のみに出力される。
【００５８】
また、制御部１２２は、前段構成機器Ａが正常であり、かつ、後段構成機器Ｂに異常が発生した場合には、遮断弁１１７を開ける旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。後段構成機器Ｂに異常が発生し、高圧ＲＯポンプ１５が停止した場合には、ＭＦ膜１４からの送水が行き場を失い、管内が高圧となる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、後段構成機器Ｂに異常が発生してから膜ろ過ポンプ１２を停止させるまでの間、遮断弁１１７を開き、遮断弁１１８，１１９を閉じることで、ＭＦ膜１４からの濾過水を一時的にドレインへ逃がすようにする。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００５９】
また、制御部１２２は、前段構成機器Ａに異常が発生し、かつ、後段構成機器Ｂが正常である場合には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を開ける旨の指示信号３をそれぞれ出力する。前段構成機器Ａに異常が発生した場合には、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間に、高圧ＲＯポンプ１５へ十分な海水が送られなくなり、一時的に配管や装置が負圧になる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間、遮断弁１１９を開き、遮断弁１１７，１１８を閉じることで、配管内を大気開放状態とする。そして、システムのユーザは、配管に残る水を高圧ＲＯポンプ１５が吸引するまでの間に高圧ＲＯポンプ１５を停止する。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００６０】
以上のように、上記第３の実施形態では、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂにおける異常の発生情況に応じて、遮断弁１１７〜１１９の開閉を制御するようにしている。これにより、異常が発生した場合において、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００６１】
しがたって、本発明に係る海水淡水化システムによれば、システム内の構成機器に異常が発生した場合であっても、配管及び装置を保護することができる。
【００６２】
［その他の実施形態］
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、海水淡水化システム１０〜３０が、動力回収装置１８を具備する例について説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、海水淡水化システム１０〜３０は、動力回収装置１８を具備していない場合であっても、同様に実施可能である。
【００６３】
さらに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０，２０，３０…海水淡水化システム
１１…取水槽
１２…膜ろ過ポンプ
１３，１１１，１１２…流量計
１４…ＭＦ膜
１５…高圧ＲＯポンプ
１６…調整弁
１７，１９…圧力計
１８…動力回収装置
１１０…ＲＯ膜
１１３…ブースターポンプ
１１４…排水弁
１１５，１２１，１２２…制御部
１１６…ＭＦ膜ユニット
１１７，１１８，１１９…遮断弁
１２０…監視部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、逆浸透膜を用いて、海水の淡水化を行う海水淡水化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化の方法としては、海水を蒸留して真水を得る蒸発法と呼ばれる方法と、逆浸透膜（以下、ＲＯ膜と称する）を用いて海水を高圧で濾過する膜法（以下、ＲＯ膜法と略記する）とが実用化されている。ＲＯ膜法では、高圧ＲＯポンプにより昇圧された海水をＲＯ膜に通すことにより、海水の脱塩を行う。ＲＯ膜法は、一般的に蒸発法と比較して淡水化コストが安い。そのため、現在では蒸発法に代わって普及が進みつつある（例えば、特許文献１参照）。
ところで、ＲＯ膜法による海水淡水化システムでは、海水をＲＯ膜に通して脱塩する前に、取水した海水中の懸濁物質を除去するために前処理を行う。近年、この前処理には、精密ろ過膜（ＭＦ膜）及び限外ろ過膜（ＵＦ膜）等が用いられる（例えば、特許文献２及び３参照）。また、ＲＯ膜法による海水淡水化システムでは、前処理後の海水を調整槽で一旦保持する。調整槽は、ＲＯ膜への送水要求量が増加した場合、及び、前処理量が減少した場合等にも高圧ＲＯポンプに対して前処理済みの海水を安定して供給するために設置されている。そして、高圧ＲＯポンプは、調整槽からの海水を昇圧してＲＯ膜へ送水する。しかしながら、この方法では、前処理した海水を一旦調整槽で保持しなければならず、調整槽内で微生物や塵などの懸濁物質が混入し、水質が劣化するおそれがあるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２０６４６０号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２４６２号公報
【特許文献３】特開２００８−１００２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、従来の海水淡水化システムでは、調整槽を設置しなければならず、システムの大型化の要因となっていた。また、海水を調整槽で保持している間に、その水質が劣化するおそれがあった。
【０００５】
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することが可能であり、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることが可能な海水淡水化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る海水淡水化システムは、取水槽に蓄積された海水を第１の制御信号に従った流量で出力する膜ろ過ポンプと、前記膜ろ過ポンプからの海水の流量Ｑ１を計測する第１の流量計と、前記膜ろ過ポンプからの海水をろ過するろ過膜と、前記ろ過膜でろ過されたろ過水を第２の制御信号に従った流量で出力する高圧ポンプと、前記高圧ポンプからのろ過水の圧力Ｐ１を計測する第１の圧力計と、前記高圧ポンプからのろ過水を脱塩し淡水とする逆浸透膜と、前記逆浸透膜からの淡水の流量Ｑ２を計測する第２の流量計と、前記逆浸透膜における脱塩により排出された高濃度塩水の流量Ｑ３を計測する第３の流量計と、前記高濃度塩水を排水する排水弁であって、第３の制御信号に従って弁開度を変化させる排水弁と、前記流量Ｑ１を流量Ｑ２＋Ｑ３に追従させるように、前記膜ろ過ポンプに対して前記第１の制御信号を与える第１の流量制御と、前記流量Ｑ２を予め設定された目標値に追従させるように、前記高圧ポンプに対して前記第２の制御信号を与える第２の流量制御と、前記圧力Ｐ１を予め設定された圧力範囲内に収めるように、前記排水弁に対して前記第３の制御信号を与える第３の流量制御を行う制御部とを具備する。
【０００７】
上記構成による海水淡水化システムでは、第１、第２及び第３の流量計と、第１の圧力計とによる計測結果に基づいて、膜ろ過ポンプ、高圧ポンプ及び排水弁を制御するようにしている。これにより、システム内で要求される海水を安定して供給することが可能となる。つまり、海水淡水化システムは、従来のシステムにおける調整槽が無いにも関らず、前処理済みの海水を安定して供給することが可能となる。また、調整槽が無いため、微生物及び塵等の懸濁物質の混入を防ぐことが可能である。さらに、調整槽が不要であるため、調整槽からの海水から懸濁物質を除去する保安フィルタ及び海水を保安フィルタへ送水するための送水ポンプが不要となる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することが可能であり、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることが可能な海水淡水化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システムの機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御部による制御を示す図である。
【図３】図１の膜ろ過ポンプから高圧ＲＯポンプまでの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる海水淡水化システムの機能構成を示すブロック図である。
【図５】図４の制御部による制御を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係わる海水淡水化システムの機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明に係る海水淡水化システムの実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システム１０の機能構成を示すブロック図である。図１における海水淡水化システム１０では、取水槽１１に海水を取水する。
【００１２】
膜ろ過ポンプ１２は、取水槽１１の海水を、流量計１３を介してＭＦ膜１４へ送水する。このとき、膜ろ過ポンプ１２から送水される海水の流量は、後述する制御部１１５からの制御信号１により制御される。流量計１３は、ＭＦ膜１４へ送水される海水の流量Ｑ１を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。ＭＦ膜１４は、膜ろ過ポンプ１２からの海水をろ過し、海水中の懸濁物質を除去する。なお、本実施形態では、ＭＦ膜を使用しているが、ＵＦ膜であっても同様に実施可能である。
【００１３】
ＭＦ膜１４からの海水は、２つに分配され、一方が高圧ＲＯポンプ１５へ供給され、他方が調整弁１６及び圧力計１７を介して動力回収装置１８へ供給される。調整弁１６の弁開度は、制御部１１５からの制御信号２により制御される。圧力計１７は、調整弁１６からの海水の圧力Ｐ１を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。
【００１４】
高圧ＲＯポンプ１５は、ＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、圧力計１９を介してＲＯ膜１１０へ送水する。ＲＯ膜１１０へ送水される海水の流量は、制御部１１５からの制御信号３により制御される。圧力計１９は、高圧ＲＯポンプ１５からの海水の圧力Ｐ２を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。
【００１５】
ＲＯ膜１１０は、供給された海水をろ過して脱塩する。この脱塩により取得された淡水は、流量計１１１を介して後段へ出力される。また、淡水取得時にＲＯ膜１１０から排出された高濃度塩水は、流量計１１２を介して動力回収装置１８へ出力される。流量計１１１は、ＲＯ膜１１０からの淡水の流量Ｑ２を計測し、その計測結果を制御部１１５へ通知する。また、流量計１１２は、ＲＯ膜１１０からの高濃度塩水の流量Ｑ３を計測し、その計測結果を制御部１１５へ出力する。
【００１６】
動力回収装置１８は、高濃度塩水に含まれる圧力エネルギーを利用してＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、ブースターポンプ１１３へ出力する。動力回収装置１８は、圧力エネルギーを回収した後の高濃度塩水を、排水弁１１４を介して排水する。排水弁１１４の弁開度は、制御部１１５からの制御信号４により制御される。
【００１７】
ブースターポンプ１１３は、動力回収装置１８からの海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水と同程度の圧力まで昇圧する。そして、ブースターポンプ１１３は、昇圧後の海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水に合流させてＲＯ膜１１０へ送水する。
【００１８】
制御部１１５は、膜ろ過ポンプ１２による海水の供給量を制御する流量制御１と、高圧ＲＯポンプ１５による海水の供給量を制御する流量制御２と、排水弁１１４による高濃度塩水の排出量を制御する流量制御３と、動力回収装置１８へ供給される海水の圧力を制御する圧力制御１とを行う。制御部１１５は、これらの制御をＰＩＤ制御等を用いて実現する。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システム１０の制御部１１５による制御を示す図である。
【００２０】
制御部１１５は、流量計１３からの流量Ｑ１、流量計１１１からの流量Ｑ２及び流量計１１２からの流量Ｑ３を参照して流量制御１を行う。すなわち、制御部１１５は、ＲＯ膜１１０への送水量（Ｑ２＋Ｑ３）を目標値とする。そして、制御部１１５は、送水量（Ｑ２＋Ｑ３）に流量Ｑ１を追従させるように、モータ回転数を調整させる旨の制御信号１を膜ろ過ポンプ１２に対して出力する。これにより、ＲＯ膜１１０による脱塩処理に必要な流量を安定供給することが可能となる。
【００２１】
また、制御部１１５には、流量Ｑ２の所望の目標値Ｘ１が入力される。制御部１１５は、この目標値Ｘ１と、流量計１１１からの流量Ｑ２とを参照して流量制御２を行う。すなわち、制御部１１５は、流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追従させるように、モータ回転数を調整させる旨の制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５に対して出力する。これにより、所望の量の淡水を得ることが可能となる。
【００２２】
また、制御部１１５には、圧力Ｐ２の上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１が入力される。ここで、上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１は、ＲＯ膜１１０を正常に動作させるのに適した圧力値である。制御部１１５は、上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ１、及び、圧力計１９からの圧力Ｐ２を参照して、流量制御３を行う。すなわち、制御部１１５は、ＲＯ膜１１０の入口圧力Ｐ２を上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１の範囲内に収めるように、弁開度を調整させる旨の制御信号４を排水弁１１４に対して出力する。これにより、ＲＯ膜１１０の入力圧力Ｐ２を上下限値以内に保持することが可能となる。
【００２３】
また、制御部１１５には、例えば圧力Ｐ１の下限値Ｐｍｉｎ２が入力される。ここで、下限値Ｐｍｉｎ２は、動力回収装置１８で海水を昇圧する際に必要な圧力値である。制御部１１５は、この下限値Ｐｍｉｎ２と、圧力計１７からの圧力Ｐ１とを参照して、圧力制御１を行う。すなわち、制御部１１５は、圧力Ｐ１が予め設定した下限値Ｐｍｉｎ２を下回らないように、弁開度を調整させる旨の制御信号２を調整弁１６に対して出力する。例えば、制御信号２に従って調整弁１６が開いた場合には、配管抵抗が軽減し、動力回収装置１８への入力圧力Ｐ１が上昇することとなる。これにより、動力回収装置１８の入力圧力Ｐ１を下限値以上に保持することが可能となる。
【００２４】
次に、上記構成において流量制御２及び流量制御３を詳細に説明する。
【００２５】
流量制御２では、ＲＯ膜１１０の入口圧力Ｐ２の計測値を考慮していないため、目標値Ｘ１の値によっては、入口圧力Ｐ２が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１を外れる可能性がある。そこで、流量制御３は、入口圧力Ｐ２が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１を外れた場合に作用する。
【００２６】
例えば、制御部１１５に目標値Ｘ１＞流量Ｑ２の目標値Ｘ１が入力されたとする。制御部１１５は、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力することで、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を上げ、流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追随させて増加させる。ここで、仮に入口圧力Ｐ２が上限値Ｐｍａｘを外れた場合、制御部１１５は、制御信号４を排水弁１１４へ出力することで排水弁１１４を絞り、高濃度塩水の流量Ｑ３を減少させる。流量Ｑ３の減少により、流量Ｑ２がその分増加するように作用し、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を超える。制御部１１５は、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を超えると、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力し、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を下げる。すると、入口圧力Ｐ２が低下し、その値が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１の範囲内に収まることとなる。
【００２７】
逆に、制御部１１５に目標値Ｘ１＜流量Ｑ２の目標値Ｘ１が入力されたとする。制御部１１５は、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力することで、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を下げ、流量Ｑ２を目標値Ｘ１に追随させて減少させる。ここで、仮に入口圧力Ｐ２が下限値Ｐｍｉｎ１を外れた場合、制御部１１５は、制御信号４を排水弁１１４へ出力することで排水弁１１４を開き、高濃度塩水の排出量Ｑ３を増加させる。流量Ｑ３の増加により、流量Ｑ２がその分減少するように作用し、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を下回る。制御部１１５は、流量Ｑ２が目標値Ｘ１を下回ると、制御信号３を高圧ＲＯポンプ１５へ出力し、高圧ＲＯポンプ１５の回転数を上げる。すると、入口圧力Ｐ２が上昇し、その値が上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎ１の範囲内に収まることとなる。
【００２８】
以上のように、上記第１の実施形態では、流量計１３，１１１，１１２及び圧力計１７，１９での計測結果に基づいて、膜ろ過ポンプ１２、高圧ＲＯポンプ１５、調整弁１６及び排水弁１１４を制御するようにしている。これにより、海水淡水化システム１０は、システム内で要求される海水を安定して供給することが可能となる。つまり、海水淡水化システムは、従来のシステムにおける調整槽が無いにも関らず、前処理済みの海水を安定して供給することが可能となる。また、調整槽が無いため、微生物及び塵等の懸濁物質の混入を防ぐことが可能である。さらに、調整槽が不要であるため、調整槽からの海水から懸濁物質を除去する保安フィルタ及び海水を保安フィルタへ送水するための送水ポンプが不要となる。
【００２９】
したがって、本発明に係る海水淡水化システムによれば、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することができる。また、前処理後の水質の劣化を抑えることができる。また、設置コスト、設置スペース、運用管理及びメンテナンスの効率が向上することとなる。
【００３０】
なお、上記第１の実施形態では、海水を送水する送水配管の口径については何の記載もしていないが、システム内の送水配管の口径に差異を持たせることも可能である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る海水淡水化システム１０における膜ろ過ポンプ１２から高圧ＲＯポンプ１５までの構成例を示す図である。
【００３１】
図３において、海水淡水化システム１０は、複数のＭＦ膜が並列に接続されてなるＭＦ膜ユニット１１６を具備する。そして、膜ろ過ポンプ１２からＭＦ膜ユニット１１６への送水配管と、ＭＦ膜ユニット１１６から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管とは、通常よりも口径の太い管となっている。これらの送水配管は、ヘッダ管として作用する。
【００３２】
このため、ＭＦ膜ユニット１１６におけるＭＦ膜を洗浄するためにいずれかのＭＦ膜を意図的に止めた場合であっても、主配管での急激な圧力変動を防ぐことが可能となる。また、何らかの異常等により、枝管の圧力が急変した場合においても、主配管での急激な圧力変動を防ぐことが可能となる。また、ＭＦ膜の停止時又は起動時における圧力変化に対して配慮する必要が少なくなるため、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。
【００３３】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係わる海水淡水化システム２０の機能構成を示すブロック図である。図４において図１と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。図４における海水淡水化システム２０は、遮断弁１１７〜１１９及び監視部１２０をさらに具備する。
【００３４】
遮断弁１１７は、ＭＦ膜１４の排水経路に設置される。遮断弁１１７は、後述する制御部１２１からの指示信号１に従って、弁の開閉を行う。
【００３５】
遮断弁１１８は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管のうち、調整弁１６への分岐点の前段に設置される。遮断弁１１８は、制御部１２１からの指示信号２に従って、弁の開閉を行う。
【００３６】
遮断弁１１９は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管から海水を排出する排水経路であって、遮断弁１１８と上述の分岐点との間に設置された排水経路に配置される。遮断弁１１９は、制御部１２１からの指示信号３に従って、弁の開閉を行う。
【００３７】
監視部１２０は、ＭＦ膜１４以前の前段構成機器Ａにおける異常の発生を監視する。ここで、前段構成機器Ａとは、例えば膜ろ過ポンプ１２及びＭＦ膜１４等のことを指す。また、監視部１２０は、高圧ＲＯポンプ１５以降の後段構成機器Ｂにおける異常の発生を監視する。ここで、後段構成機器Ｂとは、例えば高圧ＲＯポンプ１５、動力回収装置１８、ＲＯ膜１１０及びブースターポンプ１１３等のことを指す。そして、監視部１２０は、これらの監視結果を制御部１２１へ通知する。
【００３８】
制御部１２１は、監視部１２０からの監視結果に基づいて、遮断弁１１７〜１１９の開閉制御を行う。図５は、本発明の第２の実施形態に係る海水淡水化システム２０の制御部１２１による制御を示す図である。
【００３９】
制御部１２１は、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂに異常が発生していない場合、つまりシステムの正常時には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を開ける旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。これにより、ＭＦ膜１４からの海水は、高圧ＲＯポンプ１５及び調整弁１６のみに出力される。
【００４０】
また、制御部１２１は、前段構成機器Ａが正常であり、かつ、後段構成機器Ｂに異常が発生した場合には、遮断弁１１７を開ける旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。後段構成機器Ｂに異常が発生し、高圧ＲＯポンプ１５が停止した場合には、ＭＦ膜１４からの送水が行き場を失い、管内が高圧となる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、後段構成機器Ｂに異常が発生してから膜ろ過ポンプ１２を停止させるまでの間、遮断弁１１７を開き、遮断弁１１８，１１９を閉じることで、ＭＦ膜１４からの海水を一時的にドレインへ逃がすようにする。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００４１】
また、制御部１２１は、前段構成機器Ａに異常が発生し、かつ、後段構成機器Ｂが正常である場合には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を開ける旨の指示信号３をそれぞれ出力する。前段構成機器Ａに異常が発生した場合には、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間に、高圧ＲＯポンプ１５へ十分な海水が送られなくなり、一時的に配管や装置が負圧になる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間、遮断弁１１９を開き、遮断弁１１７，１１８を閉じることで、配管内を大気開放状態とする。そして、システムのユーザは、配管に残る水を高圧ＲＯポンプ１５が吸引するまでの間に高圧ＲＯポンプ１５を停止する。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００４２】
なお、制御部１２１は、上述した第１の実施形態における制御部１１５の機能をさらに備える。
【００４３】
以上のように、上記第２の実施形態では、流量計１３，１１１，１１２及び圧力計１７，１９での計測結果に基づいて、膜ろ過ポンプ１２、高圧ＲＯポンプ１５、調整弁１６及び排水弁１１４を制御することで、システム内で要求される海水を安定して供給することが可能となる。つまり、海水淡水化システムは、従来のシステムにおける調整槽が無いにも関らず、前処理済みの海水を安定して供給することが可能となる。また、調整槽が無いため、微生物及び塵等の懸濁物質の混入を防ぐことが可能である。さらに、調整槽が不要であるため、調整槽からの海水から懸濁物質を除去する保安フィルタ及び海水を保安フィルタへ送水するための送水ポンプが不要となる。
【００４４】
また、上記第２の実施形態では、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂにおける異常の発生情況に応じて、遮断弁１１７〜１１９の開閉を制御するようにしている。これにより、異常が発生した場合において、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００４５】
したがって、本発明に係る海水淡水化システムによれば、調整槽がなくても高圧ＲＯポンプへ安定して海水を供給することができ、かつ、システムの小型化及び水質劣化の抑制を図ることができる。さらに、システム内の構成機器に異常が発生した場合であっても、配管及び装置を保護することができる。
【００４６】
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係わる海水淡水化システム３０の機能構成を示すブロック図である。図６における海水淡水化システム３０では、取水槽１１に海水を取水する。
【００４７】
膜ろ過ポンプ１２は、取水槽１１の海水をＭＦ膜１４へ送水する。ＭＦ膜１４は、膜ろ過ポンプ１２からの海水をろ過し、海水中の懸濁物質を除去する。なお、本実施形態では、ＭＦ膜を使用しているが、ＵＦ膜であっても同様に実施可能である。
【００４８】
ＭＦ膜１４からの海水は、２つに分配され、一方が高圧ＲＯポンプ１５へ供給され、他方が調整弁１６を介して動力回収装置１８へ供給される。高圧ＲＯポンプ１５は、ＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、ＲＯ膜１１０へ送水する。
【００４９】
ＲＯ膜１１０は、供給された海水をろ過して脱塩する。この脱塩により取得された淡水は、後段へ出力される。また、淡水取得時にＲＯ膜１１０から排出された高濃度塩水は、動力回収装置１８へ出力される。
【００５０】
動力回収装置１８は、高濃度塩水に含まれる圧力エネルギーを利用し、ＭＦ膜１４からの海水を昇圧し、ブースターポンプ１１３へ出力する。また、動力回収装置１８は、圧力エネルギーを回収した後の高濃度塩水を、排水弁１１４を介して排水する。ブースターポンプ１１３は、動力回収装置１８からの海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水と同程度の圧力まで昇圧する。そして、ブースターポンプ１１３は、昇圧した海水を、高圧ＲＯポンプ１５からの海水に合流させてＲＯ膜１１０へ送水する。
【００５１】
また、海水淡水化システム３０は、遮断弁１１７〜１１９をさらに具備する。
【００５２】
遮断弁１１７は、ＭＦ膜１４の排水経路に設置される。遮断弁１１７は、後述する制御部１２２からの指示信号１に従って、弁の開閉を行う。
【００５３】
遮断弁１１８は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管のうち、調整弁１６への分岐点の前段に設置される。遮断弁１１８は、制御部１２２からの指示信号２に従って、弁の開閉を行う。
【００５４】
遮断弁１１９は、ＭＦ膜１４から高圧ＲＯポンプ１５への送水配管から海水を排出する排水経路であって、遮断弁１１８と上述の分岐点との間に設置された排水経路に配置される。遮断弁１１９は、制御部１２２からの指示信号３に従って、弁の開閉を行う。
【００５５】
監視部１２０は、ＭＦ膜１４以前の前段構成機器Ａにおける異常の発生を監視する。ここで、前段構成機器Ａとは、例えば膜ろ過ポンプ１２及びＭＦ膜１４等のことを指す。また、監視部１２０は、高圧ＲＯポンプ１５以降の後段構成機器Ｂにおける異常の発生を監視する。ここで、後段構成機器Ｂとは、例えば高圧ＲＯポンプ１５、動力回収装置１８、ＲＯ膜１１０及びブースターポンプ１１３等のことを指す。そして、監視部１２０は、これらの監視結果を制御部１２２へ通知する。
【００５６】
制御部１２２は、監視部１２０からの監視結果に基づいて、遮断弁１１７〜１１９の開閉制御を行う。制御部１２２による遮断弁１１７〜１１９の開閉制御は、図５に示す第２の実施形態における制御部１２１による開閉制御と同様である。
【００５７】
制御部１２２は、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂに異常が発生していない場合、つまりシステムの正常時には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を開ける旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。これにより、ＭＦ膜１４からの濾過水は、高圧ＲＯポンプ１５及び調整弁１６のみに出力される。
【００５８】
また、制御部１２２は、前段構成機器Ａが正常であり、かつ、後段構成機器Ｂに異常が発生した場合には、遮断弁１１７を開ける旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を閉じる旨の指示信号３をそれぞれ出力する。後段構成機器Ｂに異常が発生し、高圧ＲＯポンプ１５が停止した場合には、ＭＦ膜１４からの送水が行き場を失い、管内が高圧となる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、後段構成機器Ｂに異常が発生してから膜ろ過ポンプ１２を停止させるまでの間、遮断弁１１７を開き、遮断弁１１８，１１９を閉じることで、ＭＦ膜１４からの濾過水を一時的にドレインへ逃がすようにする。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００５９】
また、制御部１２２は、前段構成機器Ａに異常が発生し、かつ、後段構成機器Ｂが正常である場合には、遮断弁１１７を閉じる旨の指示信号１、遮断弁１１８を閉じる旨の指示信号２及び遮断弁１１９を開ける旨の指示信号３をそれぞれ出力する。前段構成機器Ａに異常が発生した場合には、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間に、高圧ＲＯポンプ１５へ十分な海水が送られなくなり、一時的に配管や装置が負圧になる。これにより、配管及び装置が破損する可能性がある。このとき、前段構成機器Ａに異常が発生してから高圧ＲＯポンプ１５を停止させるまでの間、遮断弁１１９を開き、遮断弁１１７，１１８を閉じることで、配管内を大気開放状態とする。そして、システムのユーザは、配管に残る水を高圧ＲＯポンプ１５が吸引するまでの間に高圧ＲＯポンプ１５を停止する。これにより、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００６０】
以上のように、上記第３の実施形態では、前段構成機器Ａ及び後段構成機器Ｂにおける異常の発生情況に応じて、遮断弁１１７〜１１９の開閉を制御するようにしている。これにより、異常が発生した場合において、配管及び装置の破損を防ぐことが可能となる。
【００６１】
しがたって、本発明に係る海水淡水化システムによれば、システム内の構成機器に異常が発生した場合であっても、配管及び装置を保護することができる。
【００６２】
［その他の実施形態］
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、海水淡水化システム１０〜３０が、動力回収装置１８を具備する例について説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、海水淡水化システム１０〜３０は、動力回収装置１８を具備していない場合であっても、同様に実施可能である。
【００６３】
さらに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０，２０，３０…海水淡水化システム
１１…取水槽
１２…膜ろ過ポンプ
１３，１１１，１１２…流量計
１４…ＭＦ膜
１５…高圧ＲＯポンプ
１６…調整弁
１７，１９…圧力計
１８…動力回収装置
１１０…ＲＯ膜
１１３…ブースターポンプ
１１４…排水弁
１１５，１２１，１２２…制御部
１１６…ＭＦ膜ユニット
１１７，１１８，１１９…遮断弁
１２０…監視部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取水槽に蓄積された海水を第１の制御信号に従った流量で出力する膜ろ過ポンプと、
前記膜ろ過ポンプからの海水の流量Ｑ１を計測する第１の流量計と、
前記膜ろ過ポンプからの海水をろ過するろ過膜と、
前記ろ過膜でろ過されたろ過水を第２の制御信号に従った流量で出力する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプからのろ過水の圧力Ｐ１を計測する第１の圧力計と、
前記高圧ポンプからのろ過水を脱塩し淡水とする逆浸透膜と、
前記逆浸透膜からの淡水の流量Ｑ２を計測する第２の流量計と、
前記逆浸透膜における脱塩により排出された高濃度塩水の流量Ｑ３を計測する第３の流量計と、
前記高濃度塩水を排水する排水弁であって、第３の制御信号に従って弁開度を変化させる排水弁と、
前記流量Ｑ１を流量Ｑ２＋Ｑ３に追従させるように、前記膜ろ過ポンプに対して前記第１の制御信号を与える第１の流量制御と、前記流量Ｑ２を予め設定された目標値に追従させるように、前記高圧ポンプに対して前記第２の制御信号を与える第２の流量制御と、前記圧力Ｐ１を予め設定された圧力範囲内に収めるように、前記排水弁に対して前記第３の制御信号を与える第３の流量制御を行う制御部と
を具備することを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項２】
前記ろ過膜からのろ過水であって、前記高圧ポンプの前段で分岐されたろ過水を、前記高濃度塩水の動力を用いて、高圧化して出力する動力回収装置と、
前記ろ過膜から前記動力回収装置へ供給されるろ過水の圧力を調整する調整弁であって、第４の制御信号に従って弁開度を変化させる調整弁と、
前記動力回収装置へのろ過水の圧力Ｐ２を計測する第２の圧力計と
をさらに具備し、
前記制御部は、前記圧力Ｐ２が予め設定された下限圧力を超えるように、前記調整弁に対して前記第４の制御信号を与える圧力制御をさらに行うことを特徴とする請求項１記載の海水淡水化システム。
【請求項３】
前記ろ過膜からろ過水を排出する第１の排水経路に設置され、第１の指示信号に従って弁を開閉する第１の遮断弁と、
前記ろ過水を前記高圧ポンプへ送水する送水配管に設置され、第２の指示信号に従って弁を開閉する第２の遮断弁と、
前記送水配管からろ過水を排出する第２の排水経路であって、前記第２の遮断弁の後段に配置された第２の排水経路に設置され、第３の指示信号に従って弁を開閉する第３の遮断弁と、
前記ろ過膜以前の前段機器における異常の発生と、前記高圧ポンプ以降の後段機器における異常の発生を監視する監視部と
をさらに具備し、
前記制御部は、システムが正常である場合、前記第２の遮断弁を開くように前記第２の指示信号を出力し、前記第１及び第３の遮断弁を閉じるように前記第１及び第３の指示信号を出力する第１の開閉制御と、前記前段機器が正常であり、かつ、前記後段機器に異常が発生した場合、前記第１の遮断弁を開くように前記第１の指示信号を出力し、前記第２及び第３の遮断弁を閉じるように前記第２及び第３の指示信号を出力する第２の開閉制御と、前記前段機器に異常が発生し、かつ、前記後段機器が正常である場合、前記第３の遮断弁を開くように前記第３の指示信号を出力し、前記第１及び第２の遮断弁を閉じるように前記第１及び第２の指示信号を出力する第３の開閉制御とをさらに行うことを特徴とする請求項１記載の海水淡水化システム。
【請求項４】
前記ろ過膜からろ過水を排出する第１の排水経路に設置され、第１の指示信号に従って弁を開閉する第１の遮断弁と、
前記ろ過水を前記高圧ポンプへ送水する送水配管のうち、前記分岐の前段に設置され、第２の指示信号に従って弁を開閉する第２の遮断弁と、
前記送水配管からろ過水を排出する第２の排水経路であって、前記第２の遮断弁と前記分岐との間に配置された第２の排水経路に設置され、第３の指示信号に従って弁を開閉する第３の遮断弁と、
前記ろ過膜以前の前段機器における異常の発生と、前記高圧ポンプ以降の後段機器における異常の発生を監視する監視部と
をさらに具備し、
前記制御部は、システムが正常である場合、前記第２の遮断弁を開くように前記第２の指示信号を出力し、前記第１及び第３の遮断弁を閉じるように前記第１及び第３の指示信号を出力する第１の開閉制御と、前記前段機器が正常であり、かつ、前記後段機器に異常が発生した場合、前記第１の遮断弁を開くように前記第１の指示信号を出力し、前記第２及び第３の遮断弁を閉じるように前記第２及び第３の指示信号を出力する第２の開閉制御と、前記前段機器に異常が発生し、かつ、前記後段機器が正常である場合、前記第３の遮断弁を開くように前記第３の指示信号を出力し、前記第１及び第２の遮断弁を閉じるように前記第１及び第２の指示信号を出力する第３の開閉制御とをさらに行うことを特徴とする請求項２記載の海水淡水化システム。
【請求項５】
前記膜ろ過ポンプから前記ろ過膜までの送水配管、及び、前記ろ過膜から前記高圧ポンプまでの送水配管は、通常の送水配管よりも口径が大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の海水淡水化システム。
【請求項１】
取水槽に蓄積された海水を第１の制御信号に従った流量で出力する膜ろ過ポンプと、
前記膜ろ過ポンプからの海水の流量Ｑ１を計測する第１の流量計と、
前記膜ろ過ポンプからの海水をろ過するろ過膜と、
前記ろ過膜でろ過されたろ過水を第２の制御信号に従った流量で出力する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプからのろ過水の圧力Ｐ１を計測する第１の圧力計と、
前記高圧ポンプからのろ過水を脱塩し淡水とする逆浸透膜と、
前記逆浸透膜からの淡水の流量Ｑ２を計測する第２の流量計と、
前記逆浸透膜における脱塩により排出された高濃度塩水の流量Ｑ３を計測する第３の流量計と、
前記高濃度塩水を排水する排水弁であって、第３の制御信号に従って弁開度を変化させる排水弁と、
前記流量Ｑ１を流量Ｑ２＋Ｑ３に追従させるように、前記膜ろ過ポンプに対して前記第１の制御信号を与える第１の流量制御と、前記流量Ｑ２を予め設定された目標値に追従させるように、前記高圧ポンプに対して前記第２の制御信号を与える第２の流量制御と、前記圧力Ｐ１を予め設定された圧力範囲内に収めるように、前記排水弁に対して前記第３の制御信号を与える第３の流量制御を行う制御部と
を具備することを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項２】
前記ろ過膜からのろ過水であって、前記高圧ポンプの前段で分岐されたろ過水を、前記高濃度塩水の動力を用いて、高圧化して出力する動力回収装置と、
前記ろ過膜から前記動力回収装置へ供給されるろ過水の圧力を調整する調整弁であって、第４の制御信号に従って弁開度を変化させる調整弁と、
前記動力回収装置へのろ過水の圧力Ｐ２を計測する第２の圧力計と
をさらに具備し、
前記制御部は、前記圧力Ｐ２が予め設定された下限圧力を超えるように、前記調整弁に対して前記第４の制御信号を与える圧力制御をさらに行うことを特徴とする請求項１記載の海水淡水化システム。
【請求項３】
前記ろ過膜からろ過水を排出する第１の排水経路に設置され、第１の指示信号に従って弁を開閉する第１の遮断弁と、
前記ろ過水を前記高圧ポンプへ送水する送水配管に設置され、第２の指示信号に従って弁を開閉する第２の遮断弁と、
前記送水配管からろ過水を排出する第２の排水経路であって、前記第２の遮断弁の後段に配置された第２の排水経路に設置され、第３の指示信号に従って弁を開閉する第３の遮断弁と、
前記ろ過膜以前の前段機器における異常の発生と、前記高圧ポンプ以降の後段機器における異常の発生を監視する監視部と
をさらに具備し、
前記制御部は、システムが正常である場合、前記第２の遮断弁を開くように前記第２の指示信号を出力し、前記第１及び第３の遮断弁を閉じるように前記第１及び第３の指示信号を出力する第１の開閉制御と、前記前段機器が正常であり、かつ、前記後段機器に異常が発生した場合、前記第１の遮断弁を開くように前記第１の指示信号を出力し、前記第２及び第３の遮断弁を閉じるように前記第２及び第３の指示信号を出力する第２の開閉制御と、前記前段機器に異常が発生し、かつ、前記後段機器が正常である場合、前記第３の遮断弁を開くように前記第３の指示信号を出力し、前記第１及び第２の遮断弁を閉じるように前記第１及び第２の指示信号を出力する第３の開閉制御とをさらに行うことを特徴とする請求項１記載の海水淡水化システム。
【請求項４】
前記ろ過膜からろ過水を排出する第１の排水経路に設置され、第１の指示信号に従って弁を開閉する第１の遮断弁と、
前記ろ過水を前記高圧ポンプへ送水する送水配管のうち、前記分岐の前段に設置され、第２の指示信号に従って弁を開閉する第２の遮断弁と、
前記送水配管からろ過水を排出する第２の排水経路であって、前記第２の遮断弁と前記分岐との間に配置された第２の排水経路に設置され、第３の指示信号に従って弁を開閉する第３の遮断弁と、
前記ろ過膜以前の前段機器における異常の発生と、前記高圧ポンプ以降の後段機器における異常の発生を監視する監視部と
をさらに具備し、
前記制御部は、システムが正常である場合、前記第２の遮断弁を開くように前記第２の指示信号を出力し、前記第１及び第３の遮断弁を閉じるように前記第１及び第３の指示信号を出力する第１の開閉制御と、前記前段機器が正常であり、かつ、前記後段機器に異常が発生した場合、前記第１の遮断弁を開くように前記第１の指示信号を出力し、前記第２及び第３の遮断弁を閉じるように前記第２及び第３の指示信号を出力する第２の開閉制御と、前記前段機器に異常が発生し、かつ、前記後段機器が正常である場合、前記第３の遮断弁を開くように前記第３の指示信号を出力し、前記第１及び第２の遮断弁を閉じるように前記第１及び第２の指示信号を出力する第３の開閉制御とをさらに行うことを特徴とする請求項２記載の海水淡水化システム。
【請求項５】
前記膜ろ過ポンプから前記ろ過膜までの送水配管、及び、前記ろ過膜から前記高圧ポンプまでの送水配管は、通常の送水配管よりも口径が大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の海水淡水化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１８９２５３（Ｐ２０１１−１８９２５３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５６３７６（Ｐ２０１０−５６３７６）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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