海水淡水化装置
【課題】適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供する。
【解決手段】高圧ポンプＰ２と、海水および逆浸透膜１０からの濃縮海水が供給され、濃縮海水から回収したエネルギーにより高圧で海水を送出し低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置２０と、動力回収装置２０から排水された海水を昇圧し、高圧ポンプＰ２からの海水と合流させて逆浸透膜１０へ排水するポンプＰ３と、動力回収装置２０から排水される濃縮海水量を調整する排水弁３０と、逆浸透膜１０に供給される海水圧力を測定するセンサＳＰ１と、逆浸透膜１０から排水される淡水流量を測定するセンサＳＱ４と、逆浸透膜１０から排水される濃縮海水流量、あるいは、ポンプＰ３から送出される海水流量を測定するセンサＳＱ１、ＳＱ３と、動力回収装置２０に供給される海水流量を測定するセンサＳＱ２と、センサＳＰ１、ＳＱ１〜ＳＱ４で測定された値に基づいて制御する制御部と、を備える。
【解決手段】高圧ポンプＰ２と、海水および逆浸透膜１０からの濃縮海水が供給され、濃縮海水から回収したエネルギーにより高圧で海水を送出し低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置２０と、動力回収装置２０から排水された海水を昇圧し、高圧ポンプＰ２からの海水と合流させて逆浸透膜１０へ排水するポンプＰ３と、動力回収装置２０から排水される濃縮海水量を調整する排水弁３０と、逆浸透膜１０に供給される海水圧力を測定するセンサＳＰ１と、逆浸透膜１０から排水される淡水流量を測定するセンサＳＱ４と、逆浸透膜１０から排水される濃縮海水流量、あるいは、ポンプＰ３から送出される海水流量を測定するセンサＳＱ１、ＳＱ３と、動力回収装置２０に供給される海水流量を測定するセンサＳＱ２と、センサＳＰ１、ＳＱ１〜ＳＱ４で測定された値に基づいて制御する制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は海水淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的に水問題が深刻化する中、水ビジネスを巨大市場と捉え、世界規模で水ビジネス競争が加速している。河川などの表流水や地下水を水源として持たない中東諸国や、国内でも渇水リスクの高い地域では、水源確保のために海水淡水化技術を導入し、大型の海水淡水化プラントを設置している。
【０００３】
従来の海水淡水化技術では、海水を加熱蒸発後に凝縮・回収する蒸発法が主流であった。これに対し、近年は、経済性の観点からＲＯ（reverse osmosis）膜（以下、逆浸透膜という）を用いた方式が拡大しつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７９４７２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
逆浸透膜を用いた造水コスト（円/ｍ3）のうち、ランニングコストに関する項目では、電力費（動力費）が約５０％を占める。すなわち、動力費を削減することによってランニングコストを効果的に削減することができる。そこで、高圧ポンプの動力を高効率で回収する動力回収装置を適用し、動力用消費エネルギー（電力量）を大幅に改善できる動力回収装置の効率運転点を実現することが求められている。
【０００６】
対象とする原海水の水質の変化、必要な淡水の生産水量、回収率などの運転条件の違いに応じて、単位生産淡水量あたりの電力量が異なるため、適切に運転条件を変更する必要がある。
【０００７】
しかしながら、海水淡水化装置の運転条件が運転当初に決定された条件で不変である場合、電力量を限界まで削減することができなかった。その結果、海水淡水化装置を効率よく運転させることが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みて成されたものであって、適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による海水淡水化装置は、海水を淡水と濃縮海水とに分離して排水する逆浸透膜と、前記逆浸透膜に海水を送出する高圧ポンプと、海水と前記逆浸透膜から排水された濃縮海水とが供給され、前記濃縮海水から回収した圧力エネルギーにより高圧で前記海水を送出するとともに低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置と、前記動力回収装置から排水された海水を前記高圧ポンプから排水される海水と同じ圧力となるまで昇圧し、前記高圧ポンプから排水される海水と合流するように排水するブースターポンプと、前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水弁と、前記逆浸透膜に供給される海水の圧力を測定する圧力センサと、前記逆浸透膜から排水される淡水の流量を測定する第１流量センサと、前記逆浸透膜から排水される濃縮海水の流量、あるいは、前記ブースターポンプから送出される海水の流量を測定する第２流量センサと、前記動力回収装置に供給される海水の流量を測定する第３流量センサと、前記圧力センサおよび前記第１流量センサで測定された値により前記高圧ポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサで測定された値により前記ブースターポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサおよび前記第３流量センサで測定された値により前記排水弁の弁開度を制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す海水淡水化装置の動力回収装置の一構成例を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成の他の例を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置ついて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、動力回収装置２０、ブライン流量調節弁３０、逆浸透膜１０、制御部ＣＴＲ１、圧力センサＳＰ１、および、流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４を備えている。
【００１３】
送水ポンプＰ１は、前処理系（図示せず）から海水を吸引し、海水淡水化装置内に海水を送り込む。送水ポンプＰ１から排水された海水は、高圧ポンプＰ２と動力回収装置２０とに供給される。
【００１４】
高圧ポンプＰ２は、送水ポンプＰ１から供給された海水を高圧状態（例えば６ＭＰａ程度）まで昇圧して排水する。高圧ポンプＰ２から排水された海水は、逆浸透膜１０に供給される。
【００１５】
逆浸透膜１０は、海水をろ過して海水に含まれる塩分を除去し、淡水を生成する。逆浸透膜１０によって除去された塩分は、濃縮海水として排水される。逆浸透膜１０から排水された濃縮海水は、動力回収装置２０に供給される。
【００１６】
図２に、動力回収装置２０の一構成例を示す。本実施形態では、動力回収装置２０は、例えば容積型動力回収装置である。動力回収装置２０は、高圧側入口２２と、高圧側出口２４と、低圧側入口２６と、低圧側出口２８と、を備えている。
【００１７】
動力回収装置２０は、濃縮海水に含まれる圧力エネルギーを利用して送水ポンプＰ１から低圧側入口２６より流入する海水を昇圧し、ブースターポンプＰ３へ出力する。動力回収装置２０は、圧力エネルギーを回収した後の濃縮海水を、低圧側出口２８および排水弁３０を介して排水する。
【００１８】
すなわち、高圧側入口２２には、逆浸透膜１０から排水された濃縮海水が供給される。濃縮海水は、その圧力エネルギーが回収された後、低圧側出口２８から排水される。低圧側入口２６には、送水ポンプＰ１から海水が供給される。この海水は、濃縮海水が持つ圧力（動力）を利用することにより高圧側出口２４から排水される。高圧側出口２４から排水された海水は、ブースターポンプＰ３に供給される。
【００１９】
排水弁３０は、例えばブライン流量調節弁であって濃縮海水の流量を調節する目的で、アクチュエータとして設置される。排水弁３０の弁開度は、制御部ＣＴＲ１からの制御信号により制御される。
【００２０】
ブースターポンプＰ３は、動力回収装置２０からの海水を、高圧ポンプＰ２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Ｐ３から排水された昇圧後の海水は、高圧ポンプＰ２からの海水に合流されて、逆浸透膜１０へ送水される。
【００２１】
圧力センサＳＰ１は、逆浸透膜１０の入口圧力を計測する。流量センサＳＱ１は、ブースターポンプＰ３の出力流量を計測する。流量センサＳＱ２は、動力回収装置２０の低圧側入口２６への海水の流入量を計測する。流量センサＳＱ３は、動力回収装置２０の高圧側入口２２への濃縮海水の流入量を計測する。流量センサＳＱ４は、逆浸透膜１０の出力流量を計測する。圧力センサＳＰ１、および、流量センサＳＱ１〜ＳＱ４で計測された値は、制御部ＣＴＲ１に供給される。
【００２２】
制御部ＣＴＲ１は、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ４で測定された値により高圧ポンプＰ２の回転数を制御し、流量センサＳＱ１あるいは流量センサＳＱ３で測定された値によりブースターポンプＰ３の回転数を制御し、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ１で測定された値、あるいは、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ３で測定された値により排水弁３０の弁開度を制御するように構成されている。
【００２３】
以下、上記海水淡水化装置の動作について説明する。
【００２４】
淡水の生産水量が所望の流量にするために、制御部ＣＴＲ１は、高圧ポンプＰ２の動作を制御して海水塩分による浸透圧以上の圧力を逆浸透膜１０に加える。淡水の生産水量は高圧ポンプＰ２の回転数に大きく依存するため、制御部ＣＴＲ１は、淡水の生産水量の計測値が設定された目標値と一致するように、高圧ポンプＰ２の回転数を例えばＰＩＤ（P : Proportional, I : Integral D : Differential）制御する。
【００２５】
一方で、逆浸透膜１０の入口圧力が逆浸透膜１０の耐圧以上にならないように、逆浸透膜１０の入口圧力は、圧力センサＳＰ１により常時監視している。制御部ＣＴＲ１は、圧力センサＳＰ１で測定された値が、所定値以上とならないように高圧ポンプＰ２の回転数を制御する。
【００２６】
制御部ＣＴＲ１は、所望の回収率から濃縮海水の流量を演算し、ブースターポンプＰ３から送出される海水量（目標流量）を演算し、その目標流量とブースターポンプＰ３から送出される海水量とが一致するようにブースターポンプＰ３の回転数を制御する。なお、設定された回収率MRsvから目標流量Qhbsvを演算する際には、高圧ポンプＰ２についての制御に用いられる設定値である淡水の生産水量設定値Qpsvを用いて、
Qhbsv = Qpsv×（100／MRsv−１）
により演算される。ただし、MRsv≠0である。
【００２７】
また、制御部ＣＴＲ１は、動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量と低圧側入口２６の流量との差を所定値にする。このように制御することにより、動力回収装置２０の性能を活かすことができ、効果的に動力回収装置２０での消費電力を削減することができる。動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量は、ブースターポンプＰ３により制御される。低圧側出口２８の流量は、排水弁３０により制御される。
【００２８】
例えば、ブライン流量調節弁および回転式容積型動力回収装置を採用している場合には、回転に必要な潤滑水量を考慮して、その潤滑水量分多い流量を高圧側濃縮海水流量の計測値として、低圧側濃縮海水流量の目標値としてブライン流量調節弁を制御する。
【００２９】
上記のように、圧力センサＳＰ１と流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４を設置して制御部ＣＴＲ１が高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、および、排水弁３０を制御することによって、動力回収装置の適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。
【００３０】
なお、図３に、高圧ポンプＰ２の回転数が固定されている場合の海水淡水化装置の一構成例を示す。この場合、海水淡水化装置は、高圧ポンプＰ２の後段に設置された高圧ポンプ吐出弁４０を備える。
【００３１】
制御部ＣＴＲ１は、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ４で測定された値により、淡水の生産水量が所定値になるよう高圧ポンプ吐出弁４０の弁開度を制御する。また、必要に応じて、逆浸透膜１０の入口圧力が逆浸透膜１０の耐圧以上とならないように、高圧ポンプ吐出弁４０の弁開度を制御する。
【００３２】
このように、圧力センサＳＰ１と流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４を設置して制御部ＣＴＲ１が高圧ポンプ吐出弁４０、ブースターポンプＰ３、および、排水弁３０を制御することによっても、水質や生産水量等の条件に応じて適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。その結果、造水コスト（円／ｍ３）を低く抑えることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態に係る海水淡水化装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図４に、本実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、送水圧力調節弁５０と、保安フィルタＦＬと、高圧ポンプ吐出弁４０と、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４と、制御部ＣＴＲ２と、をさらに備えている。
【００３５】
なお、本実施形態の海水淡水化装置は、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４で測定された値によって、吐出弁４０の弁開度、ブースターポンプＰ３の回転数、および、排水弁３０の弁開度を制御する制御部（図示せず）をさらに備えている。
【００３６】
この制御部は、図３に示す場合と同様に、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ４で測定された値により、淡水の生産水量が所定値になるよう高圧ポンプ吐出弁４０の弁開度を制御する。また、図示しない制御部は、流量センサＳＱ１あるいは流量センサＳＱ３で測定された値により、ブースターポンプＰ３の回転数を制御する。また、図示しない制御部は、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ１で測定された値、あるいは、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ３で測定された値により、排水弁３０の弁開度を制御する。
【００３７】
保安フィルタＦＬは、送水ポンプＰ１の後段に設けられている。保安フィルタＦＬは、調整槽（図示せず）から送水される海水から懸濁物質を除去して逆浸透膜１０を保護する。この場合、送水ポンプＰ１の後段であって、保安フィルタＦＬの前段に、送水圧力調節弁５０が設けられる。
【００３８】
圧力センサＳＰ２は、送水圧力調節弁５０の後段であって保安フィルタＦＬの前段に設けられている。圧力センサＳＰ２は、送水圧力調節弁５０から保安フィルタＦＬへ排水される海水の圧力を測定する。
【００３９】
圧力センサＳＰ３は、保安フィルタＦＬの後段であって高圧ポンプＰ２の前段に設けられている。圧力センサＳＰ３は、保安フィルタＦＬを介して高圧ポンプＰ２に供給される海水の圧力を測定する。
【００４０】
圧力センサＳＰ４は、動力回収装置２０の低圧側出口２８と排水弁３０との間に設置されている。圧力センサＳＰ４は、動力回収装置２０の低圧側出口２８から排水される濃縮海水の圧力を測定する。
【００４１】
制御部ＣＴＲ２は、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４で測定された値によって送水圧力調節弁５０の弁開度を制御する。制御部ＣＴＲ２は、保安フィルタＦＬ入口圧力が、保安フィルタＦＬの耐圧以上とならないように、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御するように構成されている。また、制御部ＣＴＲ２は、高圧ポンプＰ２を保護するために、高圧ポンプＰ２引込圧力が下限値を下回らないように、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御するように構成されている。
【００４２】
動力回収装置２０の材質によっては、圧力センサＳＰ４により背圧を測定することにより、制御部ＣＴＲ２は動力回収装置２０にキャビテーションが発生し、装置が破壊されることを抑制することが可能である。この場合、制御部ＣＴＲ２は、背圧が設定値以上となるように、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御する。
【００４３】
上記のように、送水ポンプＰ１の後段に保安フィルタＦＬを設けた場合であっても、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４をさらに設置して、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御することによって、上述の第１実施形態と同様に、動力回収装置の適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。その結果、造水コスト（円／ｍ３）を低く抑えることができる。
【００４４】
なお、上記の実施形態では、制御部ＣＴＲ２と図示しない制御部とは独立に構成されていたが、制御部ＣＴＲ２と図示しない制御部とが一体に構成されていても良い。その場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態に係る海水淡水化装置について、図面を参照して説明する。
【００４６】
図５に、本実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、原海水の水質を計測する計測器と、高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、および、送水ポンプＰ１の電力量を計測する電力量計（図示せず）と、運転条件設定部６０と、を備えている。海水淡水化装置は、計測器として、海水のペーハー（ｐＨ）を計測するｐＨ計ＳｐＨと、海水の温度を計測する温度計ＳＴと、海水の電気伝導度を計測する電気伝導度計ＳＥＣと、を備えている。なお、本実施形態に係る海水淡水化装置は、上述の第２実施形態と同様に、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４から供給される値に基づいて、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御する制御部（図示せず）をさらに備えている。
【００４７】
ｐＨ計ＳｐＨは、保安フィルタＦＬの後段であって、高圧ポンプＰ２および動力回収装置２０への流路が分岐する前段に設置される。ｐＨ計ＳｐＨは、保安フィルタＦＬを通過した海水のペーハー（ｐＨ）を計測する。ｐＨ計ＳｐＨで計測された値は、運転条件設定部６０に供給される。
【００４８】
温度計ＳＴは、保安フィルタＦＬの後段であって、高圧ポンプＰ２および動力回収装置２０への流路が分岐する前段に設置される。温度計ＳＴは、保安フィルタＦＬを通過した海水の温度を計測する。温度計ＳＴで計測された値は、運転条件設定部６０に供給される。
【００４９】
電気伝導度計ＳＥＣは、保安フィルタＦＬの後段であって、高圧ポンプＰ２および動力回収装置２０への流路が分岐する前段に設置される。電気伝導度計ＳＥＣは、保安フィルタＦＬを通過した海水の電気伝導度を計測する。電気伝導度計ＳＥＣで計測された値は、運転条件設定部６０に供給される。
【００５０】
運転条件設定部６０は、ｐＨ計ＳｐＨ、温度計ＳＴ、および、電気伝導度計ＳＥＣから供給された値に基づいて、海水淡水化装置の運転条件を設定する。本実施形態では、運転条件として、目標流量および回収率を設定する。目標流量は、ブースターポンプＰ３から送出される海水の流量の目標値である。
【００５１】
運転条件設定部６０は、供給されたペーハー（ｐＨ）、温度、および、電気伝導度の値から、動力回収装置２０、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、および、ブースターポンプＰ３による電力消費をより削減できるように、回収率および目標流量を設定する。
【００５２】
運転条件設定部６０は、例えば、所定の回収率を設定し、回収率から濃縮海水の流量を演算し、ブースターポンプＰ３から送出される海水量（目標流量）を演算する。なお、設定された回収率MRsvから目標流量Qhbsvを演算する際には、高圧ポンプＰ２についての制御に用いられる設定値である淡水の生産水量設定値Qpsvを用いて、
Qhbsv = Qpsv×（100／MRsv−１）
により演算される。ただし、MRsv≠0である。
【００５３】
さらに、運転条件設定部６０は、温度計ＳＴから供給された温度値が大きくなると目標流量および回収率を大きくし、温度値が小さくなると目標流量および回収率を小さくする。運転条件設定部６０は、電気伝導度計ＳＥＣから供給された電気伝導度が大きくなると目標流量および回収率を小さくし、電気伝導度が小さくなると目標流量および回収率を大きくする。運転条件設定部６０は、ｐＨ計ＳｐＨから供給されたペーハー（ｐＨ）の値によって、海水の電気伝導度の値を補正する。
【００５４】
運転条件設定部６０で設定された目標流量および回収率は、制御部ＣＴＲ３に供給される。
【００５５】
制御部ＣＴＲ３は、供給された目標流量および回収率を達成するように、ブースターポンプＰ３の回転数、排水弁３０の弁開度、および、吐出弁４０の弁開度を制御する。制御部ＣＴＲ３は、その目標流量とブースターポンプＰ３から送出される海水量とが一致するようにブースターポンプＰ３の回転数を制御する。
【００５６】
また、制御部ＣＴＲ３は、動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量と低圧側入口２６の流量との差を所定値にする。このように制御することにより、動力回収装置２０の性能を活かすことができ、効果的に動力回収装置２０での消費電力を削減することができる。動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量は、ブースターポンプＰ３により制御される。低圧側出口２８の流量は、排水弁３０により制御される。
【００５７】
本実施形態に係る海水淡水化装置は、電力量計で計測された、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、および、ブースターポンプＰ３で消費される電力量を、一体の表示部（図示せず）あるいは外部に接続されたモニタ等に表示させるように構成されている。
【００５８】
原海水の水質や回収率といった運転条件に応じて、装置運転時の動力回収装置２０、ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３の効率、逆浸透膜１０の特性が変化するため、単位生産水量あたりの総電力量が変化する。この単位生産水量あたりの総電力量の変化を、例えばテーブルや２次元グラフや３Ｄ（３次元）グラフなどで可視化することもできる。また、原海水の水質条件ごとに単位生産水量あたりの総電力量を最小とする運転機能を実現することも可能となる。
【００５９】
上記のように、保安フィルタＦＬの後段に、海水の水質を計測する計測器を設けた場合、水質や生産水量等の条件に応じて、動力回収装置のより適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。その結果、造水コスト（円／ｍ３）を低く抑えることができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、ｐＨ計ＳｐＨを設けているが、ｐＨ計ＳｐＨは省略してもよい。ｐＨ計ＳｐＨを省略した場合であっても、上述の実施形態に係る海水淡水化装置と同様の効果を得ることができる。また、制御部ＣＴＲ３は、図示しない制御部と一体に形成されていてもよい。その場合でも、上述の実施形態に係る海水淡水化装置と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態において、電力量計を設けているが、電力量計は省略してもよい。電力量計を省略した場合であっても、上述の実施形態に係る海水淡水化装置と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、本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。
【００６３】
例えば、上記の各実施形態において、流量センサＳＱ１と流量センサＳＱ３とは、いずれか一方が設置されていればよく、一方が省略されてもよい。その場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
Ｐ１…送水ポンプ、Ｐ２…高圧ポンプ、Ｐ３…ブースターポンプ、ＦＬ…保安フィルタＣＴＲ１、ＣＴＲ２、ＣＴＲ３…制御部、ＳＰ１…圧力センサ、ＳＰ２…圧力センサ（第２圧力センサ）、ＳＰ３…圧力センサ（第３圧力センサ）、ＳＰ４…圧力センサ（第４圧力センサ）、ＳＱ１…流量センサ（第２流量センサ）、ＳＱ２…流量センサ（第３流量センサ）、ＳＱ３…流量センサ（第２流量センサ）、ＳＱ４…流量センサ（第１流量センサ）、１０…逆浸透膜、２０…動力回収装置、２２…高圧側入口、２４…高圧側出口、２６…低圧側入口、２８…低圧側出口、３０…排水弁、４０…吐出弁、５０…送水圧力調節弁、６０…運転条件設定部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は海水淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的に水問題が深刻化する中、水ビジネスを巨大市場と捉え、世界規模で水ビジネス競争が加速している。河川などの表流水や地下水を水源として持たない中東諸国や、国内でも渇水リスクの高い地域では、水源確保のために海水淡水化技術を導入し、大型の海水淡水化プラントを設置している。
【０００３】
従来の海水淡水化技術では、海水を加熱蒸発後に凝縮・回収する蒸発法が主流であった。これに対し、近年は、経済性の観点からＲＯ（reverse osmosis）膜（以下、逆浸透膜という）を用いた方式が拡大しつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７９４７２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
逆浸透膜を用いた造水コスト（円/ｍ3）のうち、ランニングコストに関する項目では、電力費（動力費）が約５０％を占める。すなわち、動力費を削減することによってランニングコストを効果的に削減することができる。そこで、高圧ポンプの動力を高効率で回収する動力回収装置を適用し、動力用消費エネルギー（電力量）を大幅に改善できる動力回収装置の効率運転点を実現することが求められている。
【０００６】
対象とする原海水の水質の変化、必要な淡水の生産水量、回収率などの運転条件の違いに応じて、単位生産淡水量あたりの電力量が異なるため、適切に運転条件を変更する必要がある。
【０００７】
しかしながら、海水淡水化装置の運転条件が運転当初に決定された条件で不変である場合、電力量を限界まで削減することができなかった。その結果、海水淡水化装置を効率よく運転させることが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みて成されたものであって、適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による海水淡水化装置は、海水を淡水と濃縮海水とに分離して排水する逆浸透膜と、前記逆浸透膜に海水を送出する高圧ポンプと、海水と前記逆浸透膜から排水された濃縮海水とが供給され、前記濃縮海水から回収した圧力エネルギーにより高圧で前記海水を送出するとともに低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置と、前記動力回収装置から排水された海水を前記高圧ポンプから排水される海水と同じ圧力となるまで昇圧し、前記高圧ポンプから排水される海水と合流するように排水するブースターポンプと、前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水弁と、前記逆浸透膜に供給される海水の圧力を測定する圧力センサと、前記逆浸透膜から排水される淡水の流量を測定する第１流量センサと、前記逆浸透膜から排水される濃縮海水の流量、あるいは、前記ブースターポンプから送出される海水の流量を測定する第２流量センサと、前記動力回収装置に供給される海水の流量を測定する第３流量センサと、前記圧力センサおよび前記第１流量センサで測定された値により前記高圧ポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサで測定された値により前記ブースターポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサおよび前記第３流量センサで測定された値により前記排水弁の弁開度を制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す海水淡水化装置の動力回収装置の一構成例を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成の他の例を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置ついて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、動力回収装置２０、ブライン流量調節弁３０、逆浸透膜１０、制御部ＣＴＲ１、圧力センサＳＰ１、および、流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４を備えている。
【００１３】
送水ポンプＰ１は、前処理系（図示せず）から海水を吸引し、海水淡水化装置内に海水を送り込む。送水ポンプＰ１から排水された海水は、高圧ポンプＰ２と動力回収装置２０とに供給される。
【００１４】
高圧ポンプＰ２は、送水ポンプＰ１から供給された海水を高圧状態（例えば６ＭＰａ程度）まで昇圧して排水する。高圧ポンプＰ２から排水された海水は、逆浸透膜１０に供給される。
【００１５】
逆浸透膜１０は、海水をろ過して海水に含まれる塩分を除去し、淡水を生成する。逆浸透膜１０によって除去された塩分は、濃縮海水として排水される。逆浸透膜１０から排水された濃縮海水は、動力回収装置２０に供給される。
【００１６】
図２に、動力回収装置２０の一構成例を示す。本実施形態では、動力回収装置２０は、例えば容積型動力回収装置である。動力回収装置２０は、高圧側入口２２と、高圧側出口２４と、低圧側入口２６と、低圧側出口２８と、を備えている。
【００１７】
動力回収装置２０は、濃縮海水に含まれる圧力エネルギーを利用して送水ポンプＰ１から低圧側入口２６より流入する海水を昇圧し、ブースターポンプＰ３へ出力する。動力回収装置２０は、圧力エネルギーを回収した後の濃縮海水を、低圧側出口２８および排水弁３０を介して排水する。
【００１８】
すなわち、高圧側入口２２には、逆浸透膜１０から排水された濃縮海水が供給される。濃縮海水は、その圧力エネルギーが回収された後、低圧側出口２８から排水される。低圧側入口２６には、送水ポンプＰ１から海水が供給される。この海水は、濃縮海水が持つ圧力（動力）を利用することにより高圧側出口２４から排水される。高圧側出口２４から排水された海水は、ブースターポンプＰ３に供給される。
【００１９】
排水弁３０は、例えばブライン流量調節弁であって濃縮海水の流量を調節する目的で、アクチュエータとして設置される。排水弁３０の弁開度は、制御部ＣＴＲ１からの制御信号により制御される。
【００２０】
ブースターポンプＰ３は、動力回収装置２０からの海水を、高圧ポンプＰ２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Ｐ３から排水された昇圧後の海水は、高圧ポンプＰ２からの海水に合流されて、逆浸透膜１０へ送水される。
【００２１】
圧力センサＳＰ１は、逆浸透膜１０の入口圧力を計測する。流量センサＳＱ１は、ブースターポンプＰ３の出力流量を計測する。流量センサＳＱ２は、動力回収装置２０の低圧側入口２６への海水の流入量を計測する。流量センサＳＱ３は、動力回収装置２０の高圧側入口２２への濃縮海水の流入量を計測する。流量センサＳＱ４は、逆浸透膜１０の出力流量を計測する。圧力センサＳＰ１、および、流量センサＳＱ１〜ＳＱ４で計測された値は、制御部ＣＴＲ１に供給される。
【００２２】
制御部ＣＴＲ１は、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ４で測定された値により高圧ポンプＰ２の回転数を制御し、流量センサＳＱ１あるいは流量センサＳＱ３で測定された値によりブースターポンプＰ３の回転数を制御し、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ１で測定された値、あるいは、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ３で測定された値により排水弁３０の弁開度を制御するように構成されている。
【００２３】
以下、上記海水淡水化装置の動作について説明する。
【００２４】
淡水の生産水量が所望の流量にするために、制御部ＣＴＲ１は、高圧ポンプＰ２の動作を制御して海水塩分による浸透圧以上の圧力を逆浸透膜１０に加える。淡水の生産水量は高圧ポンプＰ２の回転数に大きく依存するため、制御部ＣＴＲ１は、淡水の生産水量の計測値が設定された目標値と一致するように、高圧ポンプＰ２の回転数を例えばＰＩＤ（P : Proportional, I : Integral D : Differential）制御する。
【００２５】
一方で、逆浸透膜１０の入口圧力が逆浸透膜１０の耐圧以上にならないように、逆浸透膜１０の入口圧力は、圧力センサＳＰ１により常時監視している。制御部ＣＴＲ１は、圧力センサＳＰ１で測定された値が、所定値以上とならないように高圧ポンプＰ２の回転数を制御する。
【００２６】
制御部ＣＴＲ１は、所望の回収率から濃縮海水の流量を演算し、ブースターポンプＰ３から送出される海水量（目標流量）を演算し、その目標流量とブースターポンプＰ３から送出される海水量とが一致するようにブースターポンプＰ３の回転数を制御する。なお、設定された回収率MRsvから目標流量Qhbsvを演算する際には、高圧ポンプＰ２についての制御に用いられる設定値である淡水の生産水量設定値Qpsvを用いて、
Qhbsv = Qpsv×（100／MRsv−１）
により演算される。ただし、MRsv≠0である。
【００２７】
また、制御部ＣＴＲ１は、動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量と低圧側入口２６の流量との差を所定値にする。このように制御することにより、動力回収装置２０の性能を活かすことができ、効果的に動力回収装置２０での消費電力を削減することができる。動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量は、ブースターポンプＰ３により制御される。低圧側出口２８の流量は、排水弁３０により制御される。
【００２８】
例えば、ブライン流量調節弁および回転式容積型動力回収装置を採用している場合には、回転に必要な潤滑水量を考慮して、その潤滑水量分多い流量を高圧側濃縮海水流量の計測値として、低圧側濃縮海水流量の目標値としてブライン流量調節弁を制御する。
【００２９】
上記のように、圧力センサＳＰ１と流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４を設置して制御部ＣＴＲ１が高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、および、排水弁３０を制御することによって、動力回収装置の適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。
【００３０】
なお、図３に、高圧ポンプＰ２の回転数が固定されている場合の海水淡水化装置の一構成例を示す。この場合、海水淡水化装置は、高圧ポンプＰ２の後段に設置された高圧ポンプ吐出弁４０を備える。
【００３１】
制御部ＣＴＲ１は、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ４で測定された値により、淡水の生産水量が所定値になるよう高圧ポンプ吐出弁４０の弁開度を制御する。また、必要に応じて、逆浸透膜１０の入口圧力が逆浸透膜１０の耐圧以上とならないように、高圧ポンプ吐出弁４０の弁開度を制御する。
【００３２】
このように、圧力センサＳＰ１と流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４を設置して制御部ＣＴＲ１が高圧ポンプ吐出弁４０、ブースターポンプＰ３、および、排水弁３０を制御することによっても、水質や生産水量等の条件に応じて適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。その結果、造水コスト（円／ｍ３）を低く抑えることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態に係る海水淡水化装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図４に、本実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、送水圧力調節弁５０と、保安フィルタＦＬと、高圧ポンプ吐出弁４０と、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４と、制御部ＣＴＲ２と、をさらに備えている。
【００３５】
なお、本実施形態の海水淡水化装置は、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４で測定された値によって、吐出弁４０の弁開度、ブースターポンプＰ３の回転数、および、排水弁３０の弁開度を制御する制御部（図示せず）をさらに備えている。
【００３６】
この制御部は、図３に示す場合と同様に、圧力センサＳＰ１および流量センサＳＱ４で測定された値により、淡水の生産水量が所定値になるよう高圧ポンプ吐出弁４０の弁開度を制御する。また、図示しない制御部は、流量センサＳＱ１あるいは流量センサＳＱ３で測定された値により、ブースターポンプＰ３の回転数を制御する。また、図示しない制御部は、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ１で測定された値、あるいは、流量センサＳＱ２および流量センサＳＱ３で測定された値により、排水弁３０の弁開度を制御する。
【００３７】
保安フィルタＦＬは、送水ポンプＰ１の後段に設けられている。保安フィルタＦＬは、調整槽（図示せず）から送水される海水から懸濁物質を除去して逆浸透膜１０を保護する。この場合、送水ポンプＰ１の後段であって、保安フィルタＦＬの前段に、送水圧力調節弁５０が設けられる。
【００３８】
圧力センサＳＰ２は、送水圧力調節弁５０の後段であって保安フィルタＦＬの前段に設けられている。圧力センサＳＰ２は、送水圧力調節弁５０から保安フィルタＦＬへ排水される海水の圧力を測定する。
【００３９】
圧力センサＳＰ３は、保安フィルタＦＬの後段であって高圧ポンプＰ２の前段に設けられている。圧力センサＳＰ３は、保安フィルタＦＬを介して高圧ポンプＰ２に供給される海水の圧力を測定する。
【００４０】
圧力センサＳＰ４は、動力回収装置２０の低圧側出口２８と排水弁３０との間に設置されている。圧力センサＳＰ４は、動力回収装置２０の低圧側出口２８から排水される濃縮海水の圧力を測定する。
【００４１】
制御部ＣＴＲ２は、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４で測定された値によって送水圧力調節弁５０の弁開度を制御する。制御部ＣＴＲ２は、保安フィルタＦＬ入口圧力が、保安フィルタＦＬの耐圧以上とならないように、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御するように構成されている。また、制御部ＣＴＲ２は、高圧ポンプＰ２を保護するために、高圧ポンプＰ２引込圧力が下限値を下回らないように、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御するように構成されている。
【００４２】
動力回収装置２０の材質によっては、圧力センサＳＰ４により背圧を測定することにより、制御部ＣＴＲ２は動力回収装置２０にキャビテーションが発生し、装置が破壊されることを抑制することが可能である。この場合、制御部ＣＴＲ２は、背圧が設定値以上となるように、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御する。
【００４３】
上記のように、送水ポンプＰ１の後段に保安フィルタＦＬを設けた場合であっても、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４をさらに設置して、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御することによって、上述の第１実施形態と同様に、動力回収装置の適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。その結果、造水コスト（円／ｍ３）を低く抑えることができる。
【００４４】
なお、上記の実施形態では、制御部ＣＴＲ２と図示しない制御部とは独立に構成されていたが、制御部ＣＴＲ２と図示しない制御部とが一体に構成されていても良い。その場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態に係る海水淡水化装置について、図面を参照して説明する。
【００４６】
図５に、本実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、原海水の水質を計測する計測器と、高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、および、送水ポンプＰ１の電力量を計測する電力量計（図示せず）と、運転条件設定部６０と、を備えている。海水淡水化装置は、計測器として、海水のペーハー（ｐＨ）を計測するｐＨ計ＳｐＨと、海水の温度を計測する温度計ＳＴと、海水の電気伝導度を計測する電気伝導度計ＳＥＣと、を備えている。なお、本実施形態に係る海水淡水化装置は、上述の第２実施形態と同様に、圧力センサＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４から供給される値に基づいて、送水圧力調節弁５０の弁開度を制御する制御部（図示せず）をさらに備えている。
【００４７】
ｐＨ計ＳｐＨは、保安フィルタＦＬの後段であって、高圧ポンプＰ２および動力回収装置２０への流路が分岐する前段に設置される。ｐＨ計ＳｐＨは、保安フィルタＦＬを通過した海水のペーハー（ｐＨ）を計測する。ｐＨ計ＳｐＨで計測された値は、運転条件設定部６０に供給される。
【００４８】
温度計ＳＴは、保安フィルタＦＬの後段であって、高圧ポンプＰ２および動力回収装置２０への流路が分岐する前段に設置される。温度計ＳＴは、保安フィルタＦＬを通過した海水の温度を計測する。温度計ＳＴで計測された値は、運転条件設定部６０に供給される。
【００４９】
電気伝導度計ＳＥＣは、保安フィルタＦＬの後段であって、高圧ポンプＰ２および動力回収装置２０への流路が分岐する前段に設置される。電気伝導度計ＳＥＣは、保安フィルタＦＬを通過した海水の電気伝導度を計測する。電気伝導度計ＳＥＣで計測された値は、運転条件設定部６０に供給される。
【００５０】
運転条件設定部６０は、ｐＨ計ＳｐＨ、温度計ＳＴ、および、電気伝導度計ＳＥＣから供給された値に基づいて、海水淡水化装置の運転条件を設定する。本実施形態では、運転条件として、目標流量および回収率を設定する。目標流量は、ブースターポンプＰ３から送出される海水の流量の目標値である。
【００５１】
運転条件設定部６０は、供給されたペーハー（ｐＨ）、温度、および、電気伝導度の値から、動力回収装置２０、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、および、ブースターポンプＰ３による電力消費をより削減できるように、回収率および目標流量を設定する。
【００５２】
運転条件設定部６０は、例えば、所定の回収率を設定し、回収率から濃縮海水の流量を演算し、ブースターポンプＰ３から送出される海水量（目標流量）を演算する。なお、設定された回収率MRsvから目標流量Qhbsvを演算する際には、高圧ポンプＰ２についての制御に用いられる設定値である淡水の生産水量設定値Qpsvを用いて、
Qhbsv = Qpsv×（100／MRsv−１）
により演算される。ただし、MRsv≠0である。
【００５３】
さらに、運転条件設定部６０は、温度計ＳＴから供給された温度値が大きくなると目標流量および回収率を大きくし、温度値が小さくなると目標流量および回収率を小さくする。運転条件設定部６０は、電気伝導度計ＳＥＣから供給された電気伝導度が大きくなると目標流量および回収率を小さくし、電気伝導度が小さくなると目標流量および回収率を大きくする。運転条件設定部６０は、ｐＨ計ＳｐＨから供給されたペーハー（ｐＨ）の値によって、海水の電気伝導度の値を補正する。
【００５４】
運転条件設定部６０で設定された目標流量および回収率は、制御部ＣＴＲ３に供給される。
【００５５】
制御部ＣＴＲ３は、供給された目標流量および回収率を達成するように、ブースターポンプＰ３の回転数、排水弁３０の弁開度、および、吐出弁４０の弁開度を制御する。制御部ＣＴＲ３は、その目標流量とブースターポンプＰ３から送出される海水量とが一致するようにブースターポンプＰ３の回転数を制御する。
【００５６】
また、制御部ＣＴＲ３は、動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量と低圧側入口２６の流量との差を所定値にする。このように制御することにより、動力回収装置２０の性能を活かすことができ、効果的に動力回収装置２０での消費電力を削減することができる。動力回収装置２０の高圧側入口２２の流量は、ブースターポンプＰ３により制御される。低圧側出口２８の流量は、排水弁３０により制御される。
【００５７】
本実施形態に係る海水淡水化装置は、電力量計で計測された、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、および、ブースターポンプＰ３で消費される電力量を、一体の表示部（図示せず）あるいは外部に接続されたモニタ等に表示させるように構成されている。
【００５８】
原海水の水質や回収率といった運転条件に応じて、装置運転時の動力回収装置２０、ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３の効率、逆浸透膜１０の特性が変化するため、単位生産水量あたりの総電力量が変化する。この単位生産水量あたりの総電力量の変化を、例えばテーブルや２次元グラフや３Ｄ（３次元）グラフなどで可視化することもできる。また、原海水の水質条件ごとに単位生産水量あたりの総電力量を最小とする運転機能を実現することも可能となる。
【００５９】
上記のように、保安フィルタＦＬの後段に、海水の水質を計測する計測器を設けた場合、水質や生産水量等の条件に応じて、動力回収装置のより適切な運転条件に設定し、電力量を削減する海水淡水化装置を提供することができる。その結果、造水コスト（円／ｍ３）を低く抑えることができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、ｐＨ計ＳｐＨを設けているが、ｐＨ計ＳｐＨは省略してもよい。ｐＨ計ＳｐＨを省略した場合であっても、上述の実施形態に係る海水淡水化装置と同様の効果を得ることができる。また、制御部ＣＴＲ３は、図示しない制御部と一体に形成されていてもよい。その場合でも、上述の実施形態に係る海水淡水化装置と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態において、電力量計を設けているが、電力量計は省略してもよい。電力量計を省略した場合であっても、上述の実施形態に係る海水淡水化装置と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、本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。
【００６３】
例えば、上記の各実施形態において、流量センサＳＱ１と流量センサＳＱ３とは、いずれか一方が設置されていればよく、一方が省略されてもよい。その場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
Ｐ１…送水ポンプ、Ｐ２…高圧ポンプ、Ｐ３…ブースターポンプ、ＦＬ…保安フィルタＣＴＲ１、ＣＴＲ２、ＣＴＲ３…制御部、ＳＰ１…圧力センサ、ＳＰ２…圧力センサ（第２圧力センサ）、ＳＰ３…圧力センサ（第３圧力センサ）、ＳＰ４…圧力センサ（第４圧力センサ）、ＳＱ１…流量センサ（第２流量センサ）、ＳＱ２…流量センサ（第３流量センサ）、ＳＱ３…流量センサ（第２流量センサ）、ＳＱ４…流量センサ（第１流量センサ）、１０…逆浸透膜、２０…動力回収装置、２２…高圧側入口、２４…高圧側出口、２６…低圧側入口、２８…低圧側出口、３０…排水弁、４０…吐出弁、５０…送水圧力調節弁、６０…運転条件設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を淡水と濃縮海水とに分離して排水する逆浸透膜と、
前記逆浸透膜に海水を送出する高圧ポンプと、
海水と前記逆浸透膜から排水された濃縮海水とが供給され、前記濃縮海水から回収した圧力エネルギーにより高圧で前記海水を送出するとともに低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置と、
前記動力回収装置から排水された海水を前記高圧ポンプから排水される海水と同じ圧力となるまで昇圧し、前記高圧ポンプから排水される海水と合流するように排水するブースターポンプと、
前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水弁と、
前記逆浸透膜に供給される海水の圧力を測定する圧力センサと、
前記逆浸透膜から排水される淡水の流量を測定する第１流量センサと、
前記逆浸透膜から排水される濃縮海水の流量、あるいは、前記ブースターポンプから送出される海水の流量を測定する第２流量センサと、
前記動力回収装置に供給される海水の流量を測定する第３流量センサと、
前記圧力センサおよび前記第１流量センサで測定された値により前記高圧ポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサで測定された値により前記ブースターポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサおよび前記第３流量センサで測定された値により前記排水弁の弁開度を制御する制御部と、を備える海水淡水化装置。
【請求項２】
海水を淡水と濃縮海水とに分離して排水する逆浸透膜と、
海水を送出する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプと前記逆浸透膜との間に設置され、前記高圧ポンプから前記逆浸透膜に供給される海水の量を調節する吐出弁と、
海水と前記逆浸透膜から排水された濃縮海水とが供給され、前記濃縮海水から回収した圧力エネルギーにより高圧で前記海水を送出するとともに低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置と、
前記動力回収装置から排水された高圧海水が供給され、前記高圧海水を前記高圧ポンプから排水される海水と同じ圧力となるまで昇圧し、前記高圧ポンプから排水される海水と合流するように排水するブースターポンプと、
前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水弁と、
前記逆浸透膜に供給される海水の圧力を測定する圧力センサと、
前記逆浸透膜から排水される淡水の流量を測定する第１流量センサと、
前記逆浸透膜から排水される濃縮海水の流量、あるいは、前記ブースターポンプから送出される海水の流量を測定する第２流量センサと、
前記動力回収装置に供給される海水の流量を測定する第３流量センサと、
前記圧力センサおよび前記第１流量センサで測定された値により前記吐出弁の弁開度を制御し、前記第２流量センサで測定された値により前記ブースターポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサおよび前記第３流量センサで測定された値により前記排水弁の弁開度を制御する制御部と、を備える海水淡水化装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記逆浸透膜から前記動力回収装置へ供給される濃縮海水の流量と、前記動力回収装置へ供給される海水の流量との差分が所定値となるように、前記ブースターポンプの回転数、および、前記排水弁の弁開度を制御するように構成された請求項１または請求項２記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置へ海水を送出する送水ポンプと、
前記送水ポンプから送出される海水の量を調節する第２吐出弁と、
前記送水ポンプの後段に設けられた保安フィルタと、
前記保安フィルタの入力圧力を測定する第２圧力センサと、
前記高圧ポンプに供給される海水の圧力を測定する第３圧力センサと、
前記動力回収装置から排水される濃縮海水の圧力を測定する第４圧力センサと、
前記第２圧力センサ、前記第３圧力センサ、および、前記第４圧力センサで測定された値により前記第２吐出弁の弁開度を制御する第２制御部と、をさらに備えた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記第２制御部は、前記第４圧力センサで測定された値が所定値以上となるように前記第２吐出弁の弁開度を制御するように構成されている請求項４記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置に供給される海水の温度を計測する温度計と、
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置に供給される海水の電気伝導度を計測する電気伝導度計と、
前記温度計および前記電気伝導度計とで計測された値から前記ブースターポンプの目標流量と回収率とを設定し、前記制御部に供給する設定部と、をさらに備える請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の海水淡水化装置。
【請求項７】
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置に供給される海水のペーハーを計測するｐＨ計をさらに備え、
前記設定部は前記ｐＨ計で計測された値により、目標流量および回収率を補正するように構成されている請求項６記載の海水淡水化装置。
【請求項８】
前記高圧ポンプ、前記ブースターポンプ、および、前記送水ポンプの電力量を計測する電力量計をさらに備える請求項４記載の海水淡水化装置。
【請求項１】
海水を淡水と濃縮海水とに分離して排水する逆浸透膜と、
前記逆浸透膜に海水を送出する高圧ポンプと、
海水と前記逆浸透膜から排水された濃縮海水とが供給され、前記濃縮海水から回収した圧力エネルギーにより高圧で前記海水を送出するとともに低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置と、
前記動力回収装置から排水された海水を前記高圧ポンプから排水される海水と同じ圧力となるまで昇圧し、前記高圧ポンプから排水される海水と合流するように排水するブースターポンプと、
前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水弁と、
前記逆浸透膜に供給される海水の圧力を測定する圧力センサと、
前記逆浸透膜から排水される淡水の流量を測定する第１流量センサと、
前記逆浸透膜から排水される濃縮海水の流量、あるいは、前記ブースターポンプから送出される海水の流量を測定する第２流量センサと、
前記動力回収装置に供給される海水の流量を測定する第３流量センサと、
前記圧力センサおよび前記第１流量センサで測定された値により前記高圧ポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサで測定された値により前記ブースターポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサおよび前記第３流量センサで測定された値により前記排水弁の弁開度を制御する制御部と、を備える海水淡水化装置。
【請求項２】
海水を淡水と濃縮海水とに分離して排水する逆浸透膜と、
海水を送出する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプと前記逆浸透膜との間に設置され、前記高圧ポンプから前記逆浸透膜に供給される海水の量を調節する吐出弁と、
海水と前記逆浸透膜から排水された濃縮海水とが供給され、前記濃縮海水から回収した圧力エネルギーにより高圧で前記海水を送出するとともに低圧で濃縮海水を排水する動力回収装置と、
前記動力回収装置から排水された高圧海水が供給され、前記高圧海水を前記高圧ポンプから排水される海水と同じ圧力となるまで昇圧し、前記高圧ポンプから排水される海水と合流するように排水するブースターポンプと、
前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水弁と、
前記逆浸透膜に供給される海水の圧力を測定する圧力センサと、
前記逆浸透膜から排水される淡水の流量を測定する第１流量センサと、
前記逆浸透膜から排水される濃縮海水の流量、あるいは、前記ブースターポンプから送出される海水の流量を測定する第２流量センサと、
前記動力回収装置に供給される海水の流量を測定する第３流量センサと、
前記圧力センサおよび前記第１流量センサで測定された値により前記吐出弁の弁開度を制御し、前記第２流量センサで測定された値により前記ブースターポンプの回転数を制御し、前記第２流量センサおよび前記第３流量センサで測定された値により前記排水弁の弁開度を制御する制御部と、を備える海水淡水化装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記逆浸透膜から前記動力回収装置へ供給される濃縮海水の流量と、前記動力回収装置へ供給される海水の流量との差分が所定値となるように、前記ブースターポンプの回転数、および、前記排水弁の弁開度を制御するように構成された請求項１または請求項２記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置へ海水を送出する送水ポンプと、
前記送水ポンプから送出される海水の量を調節する第２吐出弁と、
前記送水ポンプの後段に設けられた保安フィルタと、
前記保安フィルタの入力圧力を測定する第２圧力センサと、
前記高圧ポンプに供給される海水の圧力を測定する第３圧力センサと、
前記動力回収装置から排水される濃縮海水の圧力を測定する第４圧力センサと、
前記第２圧力センサ、前記第３圧力センサ、および、前記第４圧力センサで測定された値により前記第２吐出弁の弁開度を制御する第２制御部と、をさらに備えた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記第２制御部は、前記第４圧力センサで測定された値が所定値以上となるように前記第２吐出弁の弁開度を制御するように構成されている請求項４記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置に供給される海水の温度を計測する温度計と、
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置に供給される海水の電気伝導度を計測する電気伝導度計と、
前記温度計および前記電気伝導度計とで計測された値から前記ブースターポンプの目標流量と回収率とを設定し、前記制御部に供給する設定部と、をさらに備える請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の海水淡水化装置。
【請求項７】
前記高圧ポンプおよび前記動力回収装置に供給される海水のペーハーを計測するｐＨ計をさらに備え、
前記設定部は前記ｐＨ計で計測された値により、目標流量および回収率を補正するように構成されている請求項６記載の海水淡水化装置。
【請求項８】
前記高圧ポンプ、前記ブースターポンプ、および、前記送水ポンプの電力量を計測する電力量計をさらに備える請求項４記載の海水淡水化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２４０２３４（Ｐ２０１１−２４０２３４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３５３５（Ｐ２０１０−１１３５３５）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【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１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]