特許 5996902 圧力交換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5996902

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】圧力交換装置

(51)【国際特許分類】

   F04F 13/00 20090101AFI20160908BHJP

   B01D 61/06 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   F04F13/00

   B01D61/06

【請求項の数】16

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2012-72210(P2012-72210)

(22)【出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2013-204461(P2013-204461A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2014年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100107478

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 薫

(72)【発明者】

【氏名】廣澤 慶文

(72)【発明者】

【氏名】寺本 憲博

(72)【発明者】

【氏名】庄▲崎▼ 晃

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０２７５９６６０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０１５１５１０１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 英国特許第００８７２２１１（ＧＢ，Ｂ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｆ １３／００

Ｂ０１Ｄ ６１／０６

(57)【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、
第１流体が流入及び流出する第１流路と、第２流体が流入及び流出する第２流路とが回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設された回転体と、
第１流体を前記第１流路に案内する第１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流路から案内する第１流体流出路とが、厚み方向に形成された第１側方部材と、
前記第１側方部材との間で前記回転体を回転可能に挟持する第２側方部材と、
前記第１側方部材の外側に配置され前記第１流体流入路と連通する第１流体流入部と、前記第１流体流出路と連通する第１流体流出部が形成された第１エンドカバーと、
前記第２側方部材の外側に配置された第２エンドカバーとを備え、
前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第１流体流入路から供給された第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第２圧力領域と、前記第１圧力領域と前記第２圧力領域の間の中間圧力領域と夫々対応するように、
前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第１流体流入部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、前記第１流体流出部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、前記第１エンドカバー側第１圧力部と前記第１エンドカバー側第２圧力部の間に第１エンドカバー側中間圧力部が形成されている圧力交換装置。

【請求項2】

前記第１側方部材に、第２流体を前記第２流路に案内する第２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２流路から案内する第２流体流出路とが厚み方向に形成され、
第１エンドカバーに前記第２流体流入路と連通する第２流体流入部と、前記第２流体流出路と連通する第２流体流出部が形成され、
前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域と、第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第１圧力領域と、前記第２圧力領域と前記第１圧力領域の間の中間圧力領域と夫々対応するように、
前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第２流体流入部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、前記第２流体流出部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、前記第１エンドカバー側第２圧力部と前記第１エンドカバー側第１圧力部の間に第１エンドカバー側中間圧力部が形成されている請求項１記載の圧力交換装置。

【請求項3】

前記中間圧力領域の流体を前記第１エンドカバー側中間圧力部へと導く連通部を備えている請求項１または２記載の圧力交換装置。

【請求項4】

前記第１エンドカバーと前記第２エンドカバーとの間に、前記回転体と前記第１側方部材と前記第２側方部材とを収容する筒状ケーシングが配置され、
前記連通部は前記第１側方部材と前記円筒ケーシングとの間に形成されている請求項３記載の圧力交換装置。

【請求項5】

前記回転体と前記筒状ケーシングの間に、前記第１側方部材と前記第２側方部材で挟持された保持部材を備え、
前記保持部材には、保持部材の内周面と外周面を連通する連通路が形成されている請求項４記載の圧力交換装置。

【請求項6】

前記第２側方部材の前記回転体への対向面のうち、前記第１圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第１圧力領域が、前記第２圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第２圧力領域が、前記中間圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に中間圧力領域が形成され、
前記第２エンドカバーと前記第２側方部材との接合部には、前記第１圧力領域に対応する第２エンドカバー側第１圧力部が、前記第２圧力領域に対応する第２エンドカバー側第２圧力部が、前記中間圧力領域に対応する第２エンドカバー側中間圧力部が形成されている請求項１から５の何れかに記載の圧力交換装置。

【請求項7】

前記中間圧力領域の流体を前記第２エンドカバー側中間圧力部へと導く連通部を備えている請求項６記載の圧力交換装置。

【請求項8】

前記第１エンドカバーと前記第２エンドカバーとの間に、前記回転体と前記第１側方部材と前記第２側方部材とを収容する筒状ケーシングが配置され、
前記連通部は前記第２側方部材と前記円筒ケーシングとの間に形成されている請求項７記載の圧力交換装置。

【請求項9】

前記第１側方部材と前記回転体と前記第２側方部材とを貫通する支軸と、
前記第１側方部材と前記第１エンドカバーとの間に形成された前記支軸の一端を含む第１閉空間と、
前記第２側方部材と前記第２エンドカバーとの間に形成された前記支軸の他端を含む第２閉空間と、
前記回転体に形成された前記支軸の挿通空間と、
前記第１閉空間と前記挿通空間とを連通する第１連通路と、
前記第２閉空間と前記挿通空間とを連通する第２連通路とを備えている請求項１から８の何れかに記載の圧力交換装置

【請求項10】

前記第１流路と前記第２流路との流路連通部が前記第２側方部材に形成されている請求項２から９の何れかに記載の圧力交換装置。

【請求項11】

前記流路連通部が前記第２側方部材に貫通形成されている請求項１０記載の圧力交換装置。

【請求項12】

前記第２エンドカバーの一部から前記回転体が目視可能に構成されている請求項１０または１１記載の圧力交換装置。

【請求項13】

前記第１流路と前記第２流路との流路連通部が前記回転体に形成されている請求項１から９の何れかに記載の圧力交換装置。

【請求項14】

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、
第１流体が流入及び流出する第１流路と、第２流体が流入及び流出する第２流路とが回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設された回転体と、
第１流体を前記第１流路に案内する第１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流路から案内する第１流体流出路とが、厚み方向に形成された第１側方部材と、
前記第１側方部材との間で前記回転体を回転可能に挟持する第２側方部材と、
前記第１側方部材の外側に配置され前記第１流体流入路と連通する第１流体流入部と、前記第１流体流出路と連通する第１流体流出部が形成された第１エンドカバーと、
前記第２側方部材の外側に配置された第２エンドカバーとを備え、
前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第１流体流入路から供給された第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第２圧力領域と夫々対応するように、
前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第１流体流入部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、前記第１流体流出部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部とが形成されている圧力交換装置。

【請求項15】

前記第１側方部材に、第２流体を前記第２流路に案内する第２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２流路から案内する第２流体流出路とが厚み方向に形成され、
第１エンドカバーに前記第２流体流入路と連通する第２流体流入部と、前記第２流体流出路と連通する第２流体流出部が形成され、
前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域と、第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第１圧力領域と夫々対応するように、
前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第２流体流入部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、前記第２流体流出部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部とが形成されている請求項１４記載の圧力交換装置。

【請求項16】

前記第２側方部材の前記回転体への対向面のうち、前記第１圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第１圧力領域が、前記第２圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第２圧力領域が形成され、
前記第２エンドカバーと前記第２側方部材との接合部には、前記第１圧力領域に対応する第２エンドカバー側第１圧力部が、前記第２圧力領域に対応する第２エンドカバー側第２圧力部が形成されている請求項１４または１５に記載の圧力交換装置。

【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１４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１５に示すように、特許文献２には、一対の回転板９１、９２と当該回転板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、小型のロータ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り、効率が低下す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、処理流量を減らすことなくコンパクト化、低コスト化が可能な効率の良い圧力交換装置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に記載したとおり、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、第１流体が流入及び流出する第１流路と、第２流体が流入及び流出する第２流路とが回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設された回転体と、第１流体を前記第１流路に案内する第１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流路から案内する第１流体流出路とが、厚み方向に形成された第１側方部材と、前記第１側方部材との間で前記回転体を回転可能に挟持する第２側方部材と、前記第１側方部材の外側に配置され前記第１流体流入路と連通する第１流体流入部と、前記第１流体流出路と連通する第１流体流出部が形成された第１エンドカバーと、前記第２側方部材の外側に配置された第２エンドカバーとを備え、前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第１流体流入路から供給された第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第２圧力領域と、前記第１圧力領域と前記第２圧力領域の間の中間圧力領域と夫々対応するように、前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第１流体流入部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、前記第１流体流出部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、前記第１エンドカバー側第１圧力部と前記第１エンドカバー側第２圧力部の間に第１エンドカバー側中間圧力部が形成されている点にある。

【0018】

回転体と第１側方部材との間や、回転体と第２側方部材との間には適度な隙間が形成され、この隙間には回転体に流入するまたは回転体から流出する第１流体や第２流体が進入する。この隙間に進入した第１流体や第２流体は、回転体を円滑に回転させるための潤滑剤の役割をする。回転体と第１側方部材の隙間に進入した第１流体や第２流体の圧力は回転体を第２側方部材に向けて押すように作用する。回転体と第２側方部材の隙間に進入した第１流体や第２流体の圧力は回転体を第１側方部材に向けて押すように作用する。

【0019】

このように、前記各隙間に進入した第１流体や第２流体により、回転体は第１側方部材または第２側方部材との間で回転姿勢が保たれ、円滑な回転が可能となる。回転体と第１側方部材及び回転体と第２側方部材とが摺動する虞が低減されるので、高価な耐磨耗性材料を用いなくとも、その寿命を延長することができる。また、処理流量を稼ぐために回転体を大径に形成し、圧力伝達部を構成する第１流路及び第２流路の断面積を大きくした場合でも摺動する虞が低減されるため、回転駆動するために要するエネルギーが低く抑えられるようになる。

【0020】

ところで、第１側方部材には、回転体と第１側方部材の隙間に進入した第１流体の圧力と、第１流体流入路の回転体と対向する面にかかる第１流体の圧力により、その外側に配置された第１エンドカバー側へ押される力が作用している。このような押圧力により回転体と第１側方部材と間の隙間が変動すると、隙間内の流体の圧力分布が変動することになり回転体の回転が不安定になってしまう。また、隙間が大きくなると漏れ量が増加するので圧力交換の効率が低下してしまう。

【0021】

そこで、第１側方部材を第１エンドカバー側から回転体側へ押圧することが考えられる。しかし、この押圧力が回転体側の押圧力より大きければ、回転体と第１側方部材の隙間が小さくなって摺動し回転抵抗が増加するという問題がある。逆に、第１側方部材の第１エンドカバー側の押圧力が回転体側の押圧力より小さければ、回転体と第１側方部材の隙間が大きくなって流体の漏れ量が増加して圧力交換の効率が低下するという問題がある。

【0022】

また、第１側方部材は全域に亘って均一な圧力で第１エンドカバー側へ押されているわけではない。前記第１側方部材の前記回転体への対向面のうち、第１流体流入路から供給される第１流体が進入した領域は、その第１流体の圧力が作用する第１圧力領域となっている。前記対向面のうち、第２流体との間で圧力交換された第１流体が進入した領域は、その第１流体の圧力が作用する第２圧力領域となっている。また、前記対向面のうち、前記第１圧力領域と前記第２圧力領域の間の領域は、第１圧力領域の第１流体の圧力と、第２圧力領域の第１流体の圧力の中間的な圧力が作用する中間圧力領域となっている。つまり、第１側方部材の回転体との対向面では位置によって作用する圧力が異なっている。

【0023】

そこで、第１エンドカバーと第１側方部材との接合部に、第１側方部材の回転体側の面に形成された各圧力領域と第１側方部材をはさんで回転体の軸心方向視で夫々に対応するように、第１流体流入部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、第１流体流出部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、第１エンドカバー側第１圧力部と第１エンドカバー側第２圧力部の間に第１エンドカバー側中間圧力部を形成する。

【0024】

このように、第１側方部材を第１エンドカバー側へ押す圧力分布に応じて、第１側方部材を回転体側へ押す圧力分布を第１側方部材をはさんで回転体の軸心方向視で夫々に対応させることで、第１側方部材の両面に作用する押圧力をつり合わせることができる。これにより、第１側方部材に撓みが発生することを抑制する。撓みの発生が抑制されるので、第１側方部材を薄肉化することができる。従って、圧力交換装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。

【0025】

なお、前記隙間は、狭すぎると回転体が第１側方部材と摺動しやすくなる。逆に、広すぎると第１流体や第２流体の漏れ量が多くなり、圧力の交換効率が低下してしまう。従って、前記隙間は、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定されている。

【0026】

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載したとおり、上述の第一特徴構成に加えて、 前記第１側方部材に、第２流体を前記第２流路に案内する第２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２流路から案内する第２流体流出路とが厚み方向に形成され、第１エンドカバーに前記第２流体流入路と連通する第２流体流入部と、前記第２流体流出路と連通する第２流体流出部が形成され、前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域と、第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第１圧力領域と、前記第２圧力領域と前記第１圧力領域の間の中間圧力領域と夫々対応するように、前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第２流体流入部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、前記第２流体流出部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、前記第１エンドカバー側第２圧力部と前記第１エンドカバー側第１圧力部の間に第１エンドカバー側中間圧力部が形成されている点にある。

【0027】

回転体は支軸を介して連結された前記第１側方部材と第２側方部材との間で回転可能に挟持されている。回転体には第１流路と第２流路が回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設され、回転体の一端側から第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１流体または第２流体を流出させる構成となっている。

【0028】

従って、特許文献１に記載された従来の圧力交換装置のような、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を行なう場合に回転体の回転軸心方向の長さを短く構成することができるので、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。また、圧力交換の流量を増加させる場合でも、装置の極端な大型化を回避することができる。

【0029】

また、従来の圧力交換装置は、回転体の両端側に各流体流入路または流出路と接続される配管が設置される。圧力交換装置の両端側に配管を設置するスペースを広く確保しておく必要があった。

【0030】

第１流体流入路、第２流体流出路、第２流体流入路及び第１流体流出路を、第１側方部材に設けることで各流体流入路と流出路と接続する各配管は第１側方部材側に纏めて設置することができる。従って、配管を含めた設置スペースをコンパクト化ができる。さらに、各配管の設置作業やメンテナンス作業等の作業性が向上する。

【0031】

さらに、前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、前記第１側方部材と前記回転体との隙間に進入した第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域と、前記隙間に進入した第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第１圧力領域と、前記第２圧力領域と前記第１圧力領域の間の中間圧力領域と第１側方部材をはさんで回転体の軸心方向視で夫々に対応するように、第１エンドカバーと第１側方部材との接合部に、第２流体流入部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、第２流体流出部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、第１エンドカバー側第１圧力部と第１エンドカバー側第２圧力部の間に第１エンドカバー側中間圧力部を形成することで、第１側方部材を第１エンドカバー側へ押す圧力分布に応じて、第１側方部材を回転体側へ押す圧力分布を対応させて、第１側方部材の両面に作用する押圧力をつり合わせることができる。これにより、第１側方部材に撓みが発生することを抑制する。

【0032】

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載したとおり、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記中間圧力領域の流体を前記第１エンドカバー側中間圧力部へと導く連通部を備えている点にある。

【0033】

第１エンドカバー側中間圧力部には連通部を介して中間圧力領域の流体が導かれるので、中間圧力領域と第１エンドカバー側中間圧力部には同じ流体の圧力が作用する。このような連通部は、第１側方部材を厚み方向に貫通形成した連通孔や、第１側方部材の周囲に厚み方向に貫通形成した連通溝等で構成することができる。

【0034】

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載したとおり、上述の第三の特徴構成に加えて、前記第１エンドカバーと前記第２エンドカバーとの間に、前記回転体と前記第１側方部材と前記第２側方部材とを収容する筒状ケーシングが配置され、前記連通部は前記第１側方部材と前記円筒ケーシングとの間に形成されている点にある。

【0035】

連通部は、第１側方部材を厚み方向に貫通形成した連通孔や、第１側方部材の周囲に厚み方向に貫通形成した連通溝や、筒状ケーシングに形成した連通溝や、第１側方部材の外周面と筒状ケーシングの内周面の隙間で構成することができる。

【0036】

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載したとおり、上述の第四特徴構成に加えて、前記回転体と前記筒状ケーシングの間に、前記第１側方部材と前記第２側方部材で挟持された保持部材を備え、前記保持部材には、保持部材の内周面と外周面を連通する連通路が形成されている点にある。

【0037】

保持部材によって第１側方部材と第２側方部材の距離を回転体の軸心方向の長さよりわずかに広くすることで、回転体と第１側方部材との隙間や、回転体と第２側方部材との隙間を管理することが容易になる。

【0038】

回転体と保持部材との間には適度な隙間が形成され、この隙間には第１流体または第２流体が進入する。この隙間に進入した第１流体または第２流体は、回転体を円滑に回転させるための潤滑剤の役割をする。回転体と保持部材の隙間に進入した第１流体または第２流体を連通路を介して保持部材の内周面から外周面に導いて、保持部材の周面の内外に作用する圧力差を減らすことができる。従って、保持部材を薄く構成することができる。また、保持部材の外周面に導いた流体を第１エンドカバー側中間圧力部に導くこともできる。

【0039】

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載したとおり、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記第２側方部材の前記回転体への対向面のうち、前記第１圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第１圧力領域が、前記第２圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第２圧力領域が、前記中間圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に中間圧力領域が形成され、前記第２エンドカバーと前記第２側方部材との接合部には、前記第１圧力領域に対応する第２エンドカバー側第１圧力部が、前記第２圧力領域に対応する第２エンドカバー側第２圧力部が、前記中間圧力領域に対応する第２エンドカバー側中間圧力部が形成されている点にある。

【0040】

回転体の第１側方部材との対向面と、第２側方部材との対向面には、夫々第１圧力領域と、第２圧力領域と、中間圧力領域が回転体をはさんで回転体の軸心方向視で夫々に対応するように形成されるので、回転体の前記両対向面に作用する押圧力をつり合わせることができる。従って、回転体は円滑に回転することができる。

【0041】

第２側方部材は全域に亘って均一な圧力で第２エンドカバー側へ押されているわけではない。第２側方部材の回転体との対向面に形成された第２圧力領域と、第１圧力領域と、中間圧力領域では夫々その押圧力が異なっている。つまり、第２側方部材の回転体との対向面では位置によって作用する圧力が異なっている。

【0042】

そこで、第２エンドカバーと第２側方部材との接合部に、第２側方部材の回転体側の面に形成された各圧力領域と第２側方部材をはさんで回転体の軸心方向視で夫々に対応するように、第２エンドカバー側第１圧力部と、第２エンドカバー側第２圧力部と、第２エンドカバー側中間圧力部を形成する。

【0043】

このように、第２側方部材を第２エンドカバー側へ押す圧力分布に応じて、第２側方部材を回転体側へ押す圧力分布を対応させることで、第２側方部材の両面に作用する押圧力をつり合わせることができる。これにより、第２側方部材に撓みが発生することを抑制する。撓みの発生が抑制されるので、第２側方部材を薄肉化することができる。従って、圧力交換装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。

【0044】

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載したとおり、上述の第六の特徴構成に加えて、前記第２側方部材は、前記中間圧力領域の流体を前記第２エンドカバー側中間圧力部へと導く連通部を備えている点にある。

【0045】

第２エンドカバー側中間圧力部には、連通部を介して、中間圧力領域の流体が導かれるので、第２側方部材の中間圧力領域と第２エンドカバー側中間圧力部では同じ流体の圧力が作用する。このような連通部は、第１側方部材を厚み方向に貫通形成した連通孔や、第２側方部材の周囲に厚み方向に貫通形成した連通溝等で構成することができる。

【0046】

同第八の特徴構成は、同請求項８に記載したとおり、上述の第七の特徴構成に加えて、前記第１エンドカバーと前記第２エンドカバーとの間に、前記回転体と前記第１側方部材と前記第２側方部材とを収容する筒状ケーシングが配置され、前記連通部は前記第２側方部材と前記円筒ケーシングとの間に形成されている点にある。

【0047】

連通部は、第２側方部材を厚み方向に貫通形成した連通孔や、第２側方部材の周囲に厚み方向に貫通形成した連通溝や、筒状ケーシングに形成した連通溝や、第２側方部材の外周面と筒状ケーシングの内周面の隙間で構成することができる。

【0048】

同第九の特徴構成は、同請求項９に記載したとおり、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記第１側方部材と前記回転体と前記第２側方部材とを貫通する支軸と、前記第１側方部材と前記第１エンドカバーとの間に形成された前記支軸の一端を含む第１閉空間と、前記第２側方部材と前記第２エンドカバーとの間に形成された前記支軸の他端を含む第２閉空間と、前記回転体に形成された前記支軸の挿通空間と、前記第１閉空間と前記挿通空間とを連通する第１連通路と、前記第２閉空間と前記挿通空間とを連通する第２連通路とを備えている点にある。

【0049】

回転体に形成された支軸の挿通空間内には第１流体や第２流体が流入する。第１側方部材や第２側方部材の夫々挿通空間と対向する面には、これら流体の圧力により外側への押圧力が作用する。第１連通路により第１閉空間と挿通空間とを連通することで、第１閉空間内に進入した流体の圧力が第１閉空間を内側へ押す圧力が作用する。第２連通路により第２閉空間と挿通空間とを連通することで、第２閉空間内に進入した流体の圧力が第２閉空間を内側へ押す圧力が作用する。このように、第１側方部材や第２側方部材の夫々挿通空間と対向する部分の両面に作用する押圧力を同じようにすることができるので、第１側方部材や第２側方部材の撓みの発生を抑制することができる。

【0050】

同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載したとおり、上述の第二から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記第１流路と前記第２流路との流路連通部が前記第２側方部材に形成されている点にある。

【0051】

第２側方部材に形成され流路連通部によって第１流路と第２流路が連通され、第１流体と第２流体との間で圧力が交換される。

【0052】

同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載したとおり、上述の第十の特徴構成に加えて、前記流路連通部が前記第２側方部材に貫通形成されている点にある。

【0053】

第２側方部材には、第１流体または第２流体によって第２エンドカバー側へと押す力がかからない。従って、第２側方部材を薄肉化することができる。また、流路連通部を貫通形成することで製作が容易となる。

【0054】

同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載したとおり、上述の第十または第十一の特徴構成に加えて、前記第２エンドカバーの一部から前記回転体が目視可能に構成されている点にある。

【0055】

例えば、第２エンドカバーの一部を透過性の部材で構成したり、または、その一部に回転体を目視可能な点検窓を備えたりすることで、圧力交換装置の試運転や運転時や点検の際に、回転体が円滑に回転しているか否かを外部から容易に確認することができる。

【0056】

同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載したとおり、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流路と前記第２流路との流路連通部が前記回転体に形成されている点にある。

【0057】

回転体に形成された流路連通部によって第１流路と第２流路が連通され、第１流体と第２流体との間で圧力が交換される。

【0058】

同第十四の特徴構成は、同請求項１４に記載したとおり、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、第１流体が流入及び流出する第１流路と、第２流体が流入及び流出する第２流路とが回転軸心方向に貫通するように前記回転軸心周りに配設された回転体と、第１流体を前記第１流路に案内する第１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流路から案内する第１流体流出路とが、厚み方向に形成された第１側方部材と、前記第１側方部材との間で前記回転体を回転可能に挟持する第２側方部材と、前記第１側方部材の外側に配置され前記第１流体流入路と連通する第１流体流入部と、前記第１流体流出路と連通する第１流体流出部が形成された第１エンドカバーと、前記第２側方部材の外側に配置された第２エンドカバーとを備え、前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第１流体流入路から供給された第１流体の圧力を受ける第１圧力領域と、第２流体との間で圧力交換された第１流体の圧力を受ける第２圧力領域と夫々対応するように、前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第１流体流入部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部と、前記第１流体流出部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部とが形成されている点にある。

【0059】

同第十五の特徴構成は、同請求項１５に記載したとおり、上述の第十四の特徴構成に加えて、前記第１側方部材に、第２流体を前記第２流路に案内する第２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２流路から案内する第２流体流出路とが厚み方向に形成され、第１エンドカバーに前記第２流体流入路と連通する第２流体流入部と、前記第２流体流出路と連通する第２流体流出部が形成され、前記第１側方部材の前記回転体への対向面に形成された、第２流体流入路から供給された第２流体の圧力を受ける第２圧力領域と、第１流体との間で圧力交換された第２流体の圧力を受ける第１圧力領域と夫々対応するように、前記第１エンドカバーと前記第１側方部材との接合部に、前記第２流体流入部と連通する第１エンドカバー側第２圧力部と、前記第２流体流出部と連通する第１エンドカバー側第１圧力部とが形成されている点にある。

【0060】

同第十六の特徴構成は、同請求項１６に記載した通り、上述の第十四または第十五の特徴構成に加えて、前記第２側方部材の前記回転体への対向面のうち、前記第１圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第１圧力領域が、前記第２圧力領域と前記回転体を介して対向する領域に第２圧力領域が形成され、前記第２エンドカバーと前記第２側方部材との接合部には、前記第１圧力領域に対応する第２エンドカバー側第１圧力部が、前記第２圧力領域に対応する第２エンドカバー側第２圧力部が形成されている点にある。

【発明の効果】

【0061】

以上説明したとおり、本発明によれば、処理流量を減らすことなくコンパクト化、低コスト化が可能な効率の良い圧力交換装置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】

【0062】

【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であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図

【図3】回転体の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図

【図4】第１側方部材の説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は背面図

【図5】（ａ）は図４（ａ）に示す第１流体流入路のＢ−Ｂ線矢視図、（ｂ）は図４（ａ）に示す第２流体流出路のＣ−Ｃ線矢視図、（ｃ）は図４（ａ）に示す第２流体流入路のＤ−Ｄ線矢視図、（ｄ）は図４（ａ）に示す第１流体流出路のＥ−Ｅ線矢視図

【図6】第２側方部材の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は図６（ａ）のＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は背面図

【図7】保持部材の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図

【図8】第１エンドカバーの説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は図８（ａ）のＧ−Ｇ線断面図、（ｃ）は背面図

【図9】第２エンドカバーの説明図であって（ａ）は正面図、（ｂ）は図９（ａ）のＨ−Ｈ線断面図、（ｃ）は背面図

【図10】回転体に形成された各流路と第１側方部材に形成された各流入路及び各流出路の位置を示す説明図

【図11】圧力交換装置の概略図

【図12】（ａ）は回転体の側断面図、（ｂ）は回転体の側断面図

【図13】圧力交換装置の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は背面図

【図14】従来の圧力交換装置の説明図

【図15】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】

【0063】

以下に、本発明による圧力交換装置の好ましい実施形態を説明する。

【0064】

図１に示すように、海水淡水化施設は、海水を淡水化する施設であって、前処理装置１と、ろ過海水槽２と、供給ポンプ３と、保安フィルター４と、昇圧ポンプ５と、逆浸透膜装置６等を備えている。

【0065】

まず、海水は前処理装置１で夾雑物が取り除かれ、ろ過水槽２に貯留される。ろ過水槽２に貯留された海水は供給ポンプ３で保安フィルター４に供給される。保安フィルター４は、後段に設置された逆浸透膜装置６の逆浸透膜の詰まりを防止するために、海水に含まれる微細な異物を除去する。昇圧ポンプ５によって浸透圧以上の所定の圧力に昇圧された海水が逆浸透膜装置６に供給される。

【0066】

逆浸透膜装置６に供給された高圧の海水は前記逆浸透膜でろ過され、海水中の各種塩類が除去された淡水が得られる。こうして得られた淡水が飲料用水や工業用水等として利用される。

【0067】

ところで、逆浸透膜装置６は供給された海水のすべ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％は淡水化されるが、残りの６０％は淡水化されずに逆浸透膜装置６から排水される。この淡水化されなかった６０％の濃縮海水は非常に高い圧力をもっている。

【0068】

そこで、海水淡水化施設は圧力交換装置１０を備えて、逆浸透膜装置６から排水される非常に高い圧力をもった濃縮海水（以下「高圧濃縮海水Ｈｉ」と記す）の圧力を逆浸透膜装置６に供給される海水の昇圧に利用することで、海水淡水化施設全体のエネルギー効率の向上を図っている。

【0069】

例えば、保安フィルター４から逆浸透膜装置６に供給される海水のうち、供給量の４０％の海水は、高圧ポンプ５によって浸透圧以上の所定の圧力の６．９ＭＰａに昇圧する。残りの６０％の海水（以下、「低圧海水Ｌｉ」と記す）は、圧力交換装置１０と、ブースターポンプ７によりに６．９ＭＰａに昇圧する。

【0070】

圧力交換装置１０には低圧海水Ｌｉと、逆浸透膜装置６から排水された高圧濃縮海水Ｈｉが供給される。圧力交換装置１０内では高圧濃縮海水Ｈｉの圧力によって低圧海水Ｌｉが６．７５ＭＰａに昇圧され、高圧海水Ｈｏとして排水される。この高圧海水Ｈｏがブースターポンプ７によって６．９ＭＰａに昇圧されて、逆浸透膜装置６に供給されるのである。なお、圧力交換装置１０内で低圧海水Ｌｉに圧力を伝達した高圧濃縮海水Ｈｉは、低圧濃縮海水Ｌｏとして排水される。本実施形態では、高圧濃縮海水Ｈｉと低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体であり、低圧海水Ｌｉと高圧海水Ｈｏが第２流体である。また、低圧海水Ｌｉが被濃縮流体である。

【0071】

圧力交換装置１０の構成を説明する。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、圧力交換装置１０は、連結部材１１を介して締結された第１エンドカバー２０と第２エンドカバー３０の間に備えられた円筒形状のケーシング１２を備えている。ケーシング１２内には、第１側方部材５０と、第１側方部材５０と支軸１３及び保持部材１４を介して連結された第２側方部材６０とが収容されている。さらに、第１側方部材５０第２側方部材６０との間には、回転体４０が支軸１３周りに回転可能に挟持されている。各構成部材は、海水に対する耐食性があり十分に強度のある材料により形成されている。

【0072】

第１側方部材５０には、逆浸透膜装置６から排水された高圧濃縮海水Ｈｉが供給される第１流体流入路５１と、昇圧された高圧海水Ｈｏが逆浸透膜装置６へと排出される第２流体流出路５２と、逆浸透膜装置６へと供給するために昇圧される前の低圧海水Ｌｉが供給される第２流体流入路５３と、圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水Ｌｏが排出される第１流体流出路５４とが、その厚み方向に形成されている。

【0073】

回転体４０には、複数本の第１流路４１と第２流路４２とが、その回転軸心方向に貫通するように回転軸心周りに配設されている。第１流体流入路５１から第１流路４１に高圧濃縮海水Ｈｉが供給されると、回転体４０内で低圧海水Ｌｉは昇圧されて高圧海水Ｈｏとなり、高圧海水Ｈｏが第２流路４２から第２流体流出路５２へと流出する。第２流体流入路５３から第２流路４２に低圧海水Ｌｉが供給されると、回転体４０内で低圧海水Ｌｉに圧力を伝達した高圧濃縮海水Ｈｉが第１流路４１から第１流体流出路５４へと流出する。

【0074】

回転体４０は、第１側方部材５０から流入する各流体及び第１側方部材５０へと流出する各流体のエネルギーによって、第１側方部材５０と第２側方部材６０、及び保持部材１４で区画された空間内で支軸１３周りに回転するように構成されている。回転体４０の回転に伴って、複数の第１流路４１が順に第１流体流入路５１、第１流体流出路５４と連通し、複数の第２流路４２が順に第２流体流入路５３、第２流体流出路５２と連通し、回転体４０への各流体の流入及び流出が連続的に行われる。

【0075】

回転体４０の外周面と第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４の夫々の対向面には僅かに隙間が形成され、当該隙間には第１流体または第２流体が進入する。回転体４０の回転時には、当該隙間に進入した第１流体または第２流体が潤滑剤の役割をし、回転体４０は、第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４で区画される空間内で円滑に回転する。

【0076】

このように、圧力交換装置１０は、内部で回転する回転体４０に逆浸透膜装置６から排水される高圧濃縮海水Ｈｉと、逆浸透膜装置６へと供給すべき低圧海水Ｌｉを供給して、高圧濃縮海水Ｈｉの圧力により、低圧海水Ｌｉを昇圧して高圧海水Ｈｏとして排出するとともに、圧力を伝達し終えた高圧濃縮海水Ｈｉを低圧濃縮海水Ｌｏとして排水する圧力交換を連続的に行なうのである。

【0077】

以下に、圧力交換装置１０の各部を順に説明する。

【0078】

まず、図２（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）に基づいて、回転体４０について説明する。
回転体４０は、円柱の中央に支軸１３を挿通可能な挿通空間４３が形成されるとともに、挿通空間４３の周囲に夫々１６本の第１流路４１と第２流路４２が回転軸心周りに放射状に配置されて構成されている。第１流路４１と第２流路４２は、回転体４０の端面４０ａと端面４０ｂ間をその回転軸心方向に貫通するように形成されている。第１流路４１と第２流路４２は、夫々流路断面積が略等しくなるように形成されている。

【0079】

高圧濃縮海水Ｈｉは端面４０ａから第１流路４１に流入し、圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水Ｌｏは第１流路４１から端面４０ａを介して流出する。低圧海水Ｌｉは端面４０ａから第２流路４２に流入し、昇圧された高圧海水Ｈｏは第２流路４２から端面４０ａを介して流出する。

【0080】

挿通空間４３の両端には、挿通空間４３より拡径された軸受部４４ａ，４４ｂが形成されている。軸受部４４ａ，４４ｂには、第１側方部材５０と第２側方部材６０の夫々に、回転体４０の軸受部４４ａ，４４ｂに向けて突出するように形成された軸部４５ａ，４５ｂが夫々挿入され、回転体４０は軸部４５ａ，４５ｂに軸支されて回転するように構成されている。なお、回転体４０を回転可能に支持する構成はこれに限らない。例えば、回転体４０の外周面と保持部材１１の内周面を軸受にすることもできる。この場合、回転体の軸受部４４ａ，４４ｂや、第１側方部材５０と第２側方部材の夫々に形成した軸部４５ａ，４５ｂを備える必要がない。さらに、保持部材をケーシング１２と一体形成することで、ケーシング１２の内周面と回転体４０の外周面を軸受にすることもできる。

【0081】

次に、図２（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて、第１側方部材５０について説明する。
第１側方部材５０は、円盤状部材で構成されている。当該円盤状部材の正面視で外周側には、逆浸透膜装置６から排水された高圧濃縮海水Ｈｉが供給される第１流体流入路５１と、圧力を伝達し終えた低圧濃縮海水Ｌｏが排出される第１流体流出路５４とが、夫々第１側方部材５０の端面５０ａと端面５０ｂを貫通するように厚み方向に形成されている。さらに、当該円盤状部材の正面視で内周側には、昇圧された高圧海水Ｈｏが排出される第２流体流出路５２と、逆浸透膜装置６に供給するための低圧海水Ｌｉが供給される第２流体流入路５３とが、夫々第１側方部材５０の端面５０ａと端面５０ｂを貫通するように厚み方向に形成されている。

【0082】

各流入路及び流出路は第１側方部材５０の正面視で端面５０ａ側の各開口部から端面５０ｂ側の各開口部にかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が周方向に広がるようにその流路壁が形成されている。

【0083】

第１流体流入路５１の端面５０ａ側の開口部５１ａ及び端面５０ｂ側の開口部５１ｂは、夫々円周方向に沿った扇状に形成されている。第１流体流入路５１は、開口部５１ａから開口部５１ｂにかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が時計周り方向に広がるように流路壁５１ｃ（図５（ａ）参照）が形成されている。

【0084】

第２流体流出路５２の端面５０ａ側の開口部５２ａ及び端面５０ｂ側の開口部５２ｂは、円周方向に沿った扇状に形成されている。第２流体流出路５２は、開口部５２ａから開口部５２ｂにかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が反時計周り方向に広がるように流路壁５２ｃ（図５（ｂ）参照）が形成されている。

【0085】

第２流体流入路５３の端面５０ａ側の開口部５３ａ及び端面５０ｂ側の開口部５３ｂは、円周方向に沿った扇状に形成されている。第２流体流入路５３は、開口部５３ａから開口部５３ｂにかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が時計周り方向に広がるように流路壁５３ｃ（図５（ｃ）参照）が形成されている。

【0086】

第１流体流出路５４の端面５０ａ側の開口部５４ａ及び端面５０ｂ側の開口部５４ｂは、円周方向に沿った扇状に形成されている。第２流体流出路５２は、開口部５４ａから開口部５４ｂにかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が反時計周り方向に広がるように流路壁５４ｃ（図５（ｄ）参照）が形成されている。

【0087】

端面５０ｂの中央には、回転体４０の軸受部４３ａに向けて突出するように軸部４５ａが形成されている。軸部４５ａの中央には、支軸１３の一端を挿通する開口部５５が第１側方部材５０の厚み方向に形成されている。開口部５５の近傍には、第１連通路５６がその厚み方向に形成されている。さらに、第１側方部材５０の外周部には、正面視で、軸心から周面にかけて、各流入路及び流出路が形成されていない領域の夫々１８０度の位置に、軸心方向に沿った第３連通路５７が形成されている。

【0088】

なお、第１連通路５６は、本実施形態のように別に設けず、開口部５５と支軸１３との間に隙間を設けて構成してもよい。さらに、第１連通路５６は必ずしも第１側方部材５０に形成しなくてもよい。例えば、図１３（ｂ）に示すように、支軸１３に、支軸１３の第１側方部材５０側の端部と挿通空間４３とを連通する連通路を形成して、当該連通路を第１連通路５６として機能させてもよい。

【0089】

図２（ｂ）及び図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて、第２側方部材６０について説明する。
第２側方部材６０は、円盤状部材で構成されている。当該円盤状部材には、第１側方部材５０の各開口部５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ（図４（ｃ）参照）に対向する位置に、第１流路４１と第２流路４２とを連通する連通部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂが、その厚み方向に貫通形成されている。つまり、軸心方向視で５１ｂ，５２ｂと６１ａ，６１ｂが、また、５３ｂ，５４ｂと６２ａ，６２ｂとが重なり合うように略一致している。

【0090】

本実施形態では、連通部６１ａ，６１ｂと６２ａ，６２ｂとが、夫々第１流路４１と第２流路４２を連通して第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換部として機能する。

【0091】

なお、連通部６１ａと連通部６１ｂを区画する区画壁６１ｃ、及び連通部６２ａと連通部６２ｂを区画する区画壁６２ｃは、夫々の端面６０ａ側が、端面６０ａからに僅かに端面６０ｂ側へ深く形成されている。

【0092】

端面６０ａの中央には、回転体４０の軸受部４３ｂに向けて突出するように軸部４５ｂが形成されている。軸部４５ｂの中央には、支軸１３の他端を挿通する開口部６３が第２側方部材６０の厚み方向に形成されている。端面６０ｂの中央には、開口部６３に挿通された支軸１３の他端に螺合するナットを嵌入する凹部６４が形成されている。開口部６３の近傍には、第２連通路６５がその厚み方向に形成されている。

【0093】

なお、第２連通路６５は、本実施形態のように別に設けず、開口部６３と支軸１３との間に隙間を設けて構成してもよい。さらに、第２連通路６５は必ずしも第２側方部材６０に形成しなくてもよい。例えば、図１３（ｂ）に示すように、支軸１３に、支軸１３の第２側方部材６０側の端部と挿通空間４３とを連通する連通路を形成して、当該連通路を第２連通路６５として機能させてもよい。

【0094】

端面６０ａの、連通部６１ａと連通部６２ｂの間には、中心から周方向に放射状に二本の溝部が形成されている。同様に、連通部６１ｂと連通部６２ａの間には、中心から周方向に放射状に二本の溝部が形成されている。前記各二本の溝部は、軸部４５ｂ周りで夫々連通され、連通溝６６，６７を構成している。

【0095】

さらに、第２側方部材６０の外周部には、正面視で、連通溝６６と連通溝６７の間の領域であって、第１側方部材５０に形成された第３連通路５７に対応する位置に、軸心方向に沿った第４連通路６８が形成されている。

【0096】

図２（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）に基づいて、保持部材１４について説明する。
保持部材１４は円筒状部材で構成されている。当該円筒状部材は、その内周径が回転体４０の直径より僅かに大きく設定され、その長さは回転体４０の回転軸心方向長さより僅かに長く設定されている。

【0097】

保持部材１４の内周面には、両端部を除いた領域に、前記両端部より拡径された拡径領域１４ａが形成され、当該拡径領域１４ａの中央に保持部材１４の内周面と外周面を連通する第５連通路１４ｂが形成されている。

【0098】

さらに、保持部材１４の両端面には、正面視で１８０度の位置に第６連通路１４ｃが形成されている。

【0099】

なお、本実施形態では、保持部材１４の内周面には、両端部を除いた領域に、前記両端部より拡径された拡径領域１４ａが形成され、当該拡径領域１４ａの中央に保持部材１４の内周面と外周面を連通する第５連通路１４ｂが形成され、さらに、保持部材１４の両端面には、正面視で１８０度の位置に第６連通路１４ｃが形成されている構成だが、拡径領域１４ａや第６連通路１４ｃは必ずしも形成される必要は無い。また、回転体４０の外周面の両端部を除いた領域に、回転体４０の両端部の直径より縮径した縮径領域を形成してもよい。なお、第５連通路１４ｂは、保持部材１４の中央に形成しなくてもよい。また、第５連通路１４ｂは２個に限らず、１個でも３個以上の複数個形成されてもよい。

【0100】

図２（ｂ）に示すように、支軸１３は、両端に雄ネジが形成された棒状部材で構成されている。一端が第１側方部材５０の開口部５５に挿通されナットで螺合され、他端が第２側方部材６０の開口部６３に挿通されナットで螺合される。

【0101】

支軸１３を挿通空間４３に挿通した回転体４０を保持部材１４に収容し、支軸１３の一端側に第１側方部材５０を配置して開口部５５にその一端を挿通し、他端側に第２側方部材６０を配置して開口部６３にその他端を挿通した状態で、支軸４８の両端をナットで螺合することで、回転体４０は、第１側方部材５０と、第１側方部材５０と支軸１３を介して連結された第２側方部材と、保持部材１４で区画された空間内で支軸１３周りに回転可能に挟持される。

【0102】

本実施形態では、圧力交換装置１０は、回転体４０を回転させるための外部動力や、第１流体の流入と流出、第２流体の流出と流入の方向を切り替る別途の流路の切替機構等を備えず、第１流体と第２流体の流れによって回転体を回転させるとともに、流入と流出を切り替えている。ここで、回転体４０に回転トルクを付与するトルク付与機構について説明する。

【0103】

第１流体流入路５１と第２流体流入路５３は、流路壁が時計回りの方向に広がるように形成されている。一方、第２流体流出路５２と第１流体流出路５４は、流路壁が反時計回りの方向に広がるように形成されている。

【0104】

図５（ａ）から（ｄ）に示すように、第１流体流入路５１の流路壁５１ｃと第２流体流入路５３の流路壁５３ｃは、流体の流入方向が端面５０ａ側から見て時計周りの方向となるように傾斜している。一方、第２流体流出路５２の流路壁５２ｃと第１流体流出路５４の流路壁５４ｃは、流路壁５１ｃ及び流路壁５３ｃとは逆方向へ傾斜している。

【0105】

図５（ａ）に示すように、第１流体流入路５１は、開口部５１ａから開口部５１ｂにかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が時計周り方向に広がるように流路壁５１ｃが形成されており、開口部５１ｂは、回転体４０の周方向に沿って隣接する複数の第１流路４１と連通する。

【0106】

第１流体流入部５１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉは第１流体流入路５１内で流路壁５１ｃに沿って分散しながら、隣接する複数の第１流路４１に流入する。このとき、第１流路４１間の壁面（隔壁部）へ右方向の圧力を付与する。つまり、高圧濃縮海水Ｈｉは正面視で、回転体４０の時計周り方向の周方向成分の流れをもっているので、回転体４０には時計回りの方向の力が付与される。

【0107】

図５（ｂ）に示すように、第２流体流出路５２は、開口部５２ａから開口部５２ｂにかけて、第１側方部材５０の正面視で、その流路断面が反時計周り方向に広がるように流路壁５２ｃが形成されており、開口部５２ｂは、回転体４０の周方向に沿って隣接する複数の第２流路４２と連通する。

【0108】

隣接する複数の第２流路４２を流れる高圧海水Ｈｏは、開口部５２ｂで合流し、流路壁５２ｃを経て流出する。このときに、高圧海水Ｈｏは、第２流路４２から第２流体流出路５２に流れる水の通水断面積が広くなるように、第２流路４２間の壁面（隔壁部）へ右方向の圧力を付与する。つまり、高圧海水Ｈｏは正面視で、回転体４０の時計周り方向の周方向成分の流れをもっているので、回転体４０には時計回りの方向の力が付与される。

【0109】

つまり、図５（ａ）に示すように、高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入路５１から第１流路４１に流入するときのエネルギーにより回転体４０に付与されるトルクと、図５（ｂ）に示すように、高圧海水Ｈｏが第２流路４２から第２流体流出路５２へと流出するときのエネルギーにより回転体４０に付与されるトルクは同じ向きになる。

【0110】

図５（ｃ）に示すように、低圧海水Ｌｉが第２流体流入路５３から第２流路４２に流入するときのエネルギーにより回転体４０に付与されるトルクと、図５（ｄ）に示すように、低圧濃縮海水Ｌｏが第１流路４１から第１流体流出路５４へと流出するときのエネルギーにより回転体４０に付与されるトルクも同じ向きになる。

【0111】

以上のように、各流入路、流出路と第１流体、第２流体が回転体４０に回転するトルクを付与するトルク付与機構が構成される。トルク付与機構は、第１流路４１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーと第２流路４２から流出する高圧海水Ｈｏのエネルギー、及び、第２流路４２に流入する低圧海水Ｌｉのエネルギーと第１流路４１から流出する低圧濃縮海水Ｌｏのエネルギーにより回転体４０を回転させるトルクを発生させるので、回転体４０を回転させる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。

【0112】

なお、回転体４０は、回転体４０に流入する高圧濃縮海水Ｈｉ及び低圧海水Ｌｉ、回転体４０から流出する高圧海水Ｈｏ及び低圧濃縮海水Ｌｏのエネルギーによって回転するように構成されているため、例えば、流入する各流体のエネルギーのみで回転する場合より、大きなトルクを付与することができる。

【0113】

ところで、流路壁５１ｃ，５２ｃ，５３ｃ，５４ｃの形状が変わると、各流入路から各流路に流入する流体、及び、各流入路から流出路に流出する流体の流れの方向が変わり、回転体４０に作用するトルクが変わるので回転体４０の回転数が変わる。つまり、回転体４０の回転数は、流路壁５１ｃ，５２ｃ，５３ｃ，５４ｃの形状に依存する。圧力交換装置１０の処理流量は、回転体４０の回転数に依存するため当該形状を変更して、回転体４０の回転数を調整することで圧力交換装置１０の処理流量を容易に調整できる。例えば、当該形状の異なる第１側方部材を用意しておき、交換することで、容易に処理流量を調整できる。

【0114】

図２（ｂ）に基づいて、ケーシング１２について説明する。
ケーシング１２は、円筒状部材で構成され、その内周径は第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４の外径より僅かに大きく設定され、その長さは、第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４を支軸で連結したものの軸心方向長さより長く設定されている。

【0115】

図２（ａ），（ｂ）及び図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて、第１エンドカバー２０について説明する。
第１エンドカバー２０は連結部材１１を介して第２エンドカバー３０と締結され、第１エンドカバー２０と第２エンドカバー３０の間でケーシング１２を保持する部材である。

【0116】

第１エンドカバー２０は、大径円盤部２０ａと小径円盤部２０ｂが一体形成された形状をしている。小径円盤部２０ｂの直径はケーシング１２の一端側に挿通可能な大きさに設定されている。小径円盤部２０ｂの外周には、ケーシング１２内周の対向面とのシールを嵌入するシール溝２０ｃが形成され、シール溝２０ｃに配設されるシールによってケーシング１２内の流体が外部に漏れないように構成されている。なお、大径円盤部２０ａと小径円盤部２０ｂは一体形成する構成であっても、別体で形成したものを組み合わせる構成であってもよい。

【0117】

第１エンドカバー２０には大径円盤部２０ａと小径円盤部２０ｂを貫通するように、第１流体流入部２１、第２流体流出部２２、第２流体流入部２３及び第１流体流出部２４がその厚み方向に形成されている。

【0118】

第１流体流入部２１の大径円盤部２０ａ側には、高圧濃縮海水Ｈｉの流入管１５が接合されるように構成されている。小径円盤部２０ｂ側には、第１側方部材５０の第１流体流入路５１の開口部５１ａより大きい断面積の扇状の開口部２１ａが形成されている。

【0119】

第２流体流出部２２の大径円盤部２０ａ側には、高圧海水Ｈｏの流出管１６が接合されるように構成されている。小径円盤部２０ｂ側には、第１側方部材５０の第２流体流出路５２の開口部５２ａより大きい断面積の扇状の開口部２２ａが形成されている。

【0120】

第２流体流入部２３の大径円盤部２０ａ側には、低圧海水Ｌｉの流入管１７が接合されるように構成されている。小径円盤部２０ｂ側には、第１側方部材５０の第２流体流入路５３の開口部５３ａより大きい断面積の扇状の開口部２３ａが形成されている。

【0121】

第２流体流出部２４の大径円盤部２０ａ側には、低圧濃縮海水Ｌｏの流出管１８が接合されるように構成され、小径円盤部２０ｂ側には、第１側方部材５０の第１流体流出路５４の開口部５４ａより大きい断面積の扇状の開口部２４ａが形成されている。

【0122】

第１エンドカバー２０の各開口部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは、小径円盤部２０ｂがケーシング１２の一端に挿通された状態で、第１側方部材５０の各開口部５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａを覆うように配置される。

【0123】

小径円盤部２０ｂの中央には、支軸１３の一端とナットを収容する凹部が形成されている。第１エンドカバー２０の小径円盤部２０ｂがケーシング１２の一端に挿通された状態で、当該凹部が、第１側方部材５０と第１エンドカバー２０とで区画される第１閉空間２５を構成する。第１側方部材５０の開口部５５の近傍に形成された第１連通路５６は、第１閉空間２５と回転体４０に形成された支軸１３の挿通空間４３とを連通する。

【0124】

第１エンドカバー２０と第１側方部材５０との接合部である小径円盤部２０ｂの端面には溝部が形成され、当該溝部にガスケット２６が備えられている。

【0125】

ガスケット２６によって、第１エンドカバー２０と第１側方部材５０との接合部であって、第１閉空間２５の周囲に、前記第１エンドカバーに形成された第１流体流入部２１、第２流体流出部２２、第２流体流入部２３及び第１流体流出部２４のそれぞれを個別に区画する閉空間２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂが区画されている。

【0126】

なお、閉空間２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂは、完全に閉じた空間ではなく、第１流体流入部２１、第２流体流出部２２、第２流体流入部２３及び第１流体流出部２４を、夫々第１流体流入路５１、第２流体流出路５２、第２流体流入路５３及び第１流体流出路５４を連通する空間である。

【0127】

さらに、第１流体流入部２１及び第１流体流出部２４に対応する閉空間２１ｂ，２４ｂの間と、第２流体流出部２２及び第２流体流入部２３に対応する閉空間２２ｂ，２３ｂの間の双方に径方向に開放された第１開放空間２７が区画されている。

【0128】

従って、閉空間２１ｂが回転体４０と第１側方部材５０との隙間に形成された、第１流体流入路５１と連通する第１圧力領域と対応する第１エンドカバー側第１圧力部を構成し、閉空間２４ｂが回転体４０と第１側方部材５０との隙間に形成された、第１流体流出路５４と連通する第２圧力領域と対応する第１エンドカバー側第２圧力部を構成する。閉空間２２ｂは、回転体４０と第１側方部材５０との隙間に形成された、第２流体流出路５２と連通する第１圧力領域と対応する第１エンドカバー側第１圧力部を構成し、閉空間２３ｂが回転体４０と第１側方部材５０との隙間に形成された、第２流体流入路５３と連通する第２圧力領域と対応する第１エンドカバー側第２圧力部を構成する。

【0129】

さらに、第１開放空間２７が、第１圧力領域と第２圧力領域の間の中間圧力領域と夫々対応する、第１エンドカバー側第１圧力部と前記第１エンドカバー側第２圧力部の間に形成された第２エンドカバー側中間圧力部を構成する。

【0130】

図２（ｂ）及び図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて、第２エンドカバー３０について説明する。
第２エンドカバー３０は連結部材１１を介して第１エンドカバー２０と締結され、第２エンドカバー３０と第１エンドカバー２０の間でケーシング１２を保持する部材である。

【0131】

第２エンドカバー３０は、小径円盤部３０ａと大径円盤部３０ｂとが一体形成された形状をしている。小径円盤部３０ａの直径はケーシング１２の他端側に挿通可能されるような大きさに設定されている。小径円盤部３０ａの外周には、ケーシング１２内周の対向面とのシールを嵌入るシール溝３０ｃが形成され、シール溝３０ｃに配設されるシールによってケーシング１２内の流体が外部に漏れないように構成されている。

【0132】

本実施形態では、第２エンドカバー３０は、透光性のある材料で形成され、圧力交換装置１０の外部から回転体４０を目視可能な構成となっている。なお、第２エンドカバー３０の一部に透光性のある材料を用いて回転体４０を目視できるように構成してもよい。また、小径円盤部３０ａと大径円盤部３０ｂは、別体で形成したものを組み合わせる構成であってもよい。この場合、例えば、小径円盤部３０ａのみ透光性のある材料で形成し、大径円盤部３０ｂは金属等の強度のある材料で形成するとともに大径円盤部３０ｂに点検窓を備えて、回転体４０を目視できるように構成してもよい。圧力交換装置１０の試運転や運転時や点検の際に、回転体が円滑に回転しているか否かを外部から容易に確認することができる。

【0133】

小径円盤部３０ａの中央には第２側方部材６０に形成された支軸１３の他端とナットを収容する凹部６４と対応する領域に凹部３１が形成されている。さらに、凹部３１の周囲には、圧力交換部を構成する連通部６１（６１ａ，６１ｂ）、及び連通部６２（６２ａ，６２ｂ）に対応する領域に凹部３２，３３が形成されている。なお、凹部３１，３２，３３の深さは任意であり、また凹部３１，３２，３３は必ずしも形成されなくてもよい。

【0134】

第２エンドカバー３０の小径円盤部３０ａがケーシング１２の他端に挿通された状態で、当該凹部３１と第２側方部材６０の凹部６４とが、第２側方部材６０と第２エンドカバー３０とで区画される第２閉空間３４を構成する。第２側方部材６０の開口部６３の近傍に形成された第２連通路６５は、第２閉空間３４と回転体４０に形成された支軸１３の挿通空間４３とを連通する。

【0135】

第２エンドカバー３０と第２側方部材６０との接合部である小径円盤部３０ａの端面には溝部が形成され、当該溝部にガスケット３５が備えられている。なお、本実施形態では、ガスケット３５を備えるための溝部を第２エンドカバー３０側に形成したが、当該溝部は第２側方部材６０側の端面６０ｂに形成し、その溝部にガスケットを備えてもよい。また、溝部を設けずにガスケットを備えてもよい。

【0136】

ガスケット３５によって、第２エンドカバー３０と第２側方部材６０との接合部であって、凹部３１の周囲に、圧力交換部を構成する連通部６１ａ，６１ｂに対応する領域と、圧力交換部を構成する連通部６２ａ，６２ｂに対応する領域をそれぞれ個別に区画する閉空間３６，３７が区画されている。つまり、第２エンドカバー３０と第２側方部材６０との接合部では、凹部３２，３３がガスケット３５によって区画され閉空間３６，３７として機能する。

【0137】

閉空間３６，３７は、完全に閉じた空間ではなく、圧力交換部を構成する連通部６１ａ，６１ｂを連通する空間と、圧力交換部を構成する連通部６２ａ，６２ｂを連通する空間である。

【0138】

閉空間３６，３７は、ガスケット３５により連通部６１ａ，６１ｂに対応する領域と、連通部６２ａ，６２ｂに対応する領域に区画される構成に限らず、連通部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂの夫々に対応する領域に区画される構成でもよい。

【0139】

さらに、ガスケット３５によって、閉空間３６と閉空間３７の間に径方向へ開放された第２開放空間３８が区画されている。

【0140】

従って、閉空間３６が、前記第１圧力領域に対応する第２エンドカバー側第１圧力部を構成する。閉空間３７が、前記第２圧力領域に対応する第２エンドカバー側第２圧力部を構成する。第２開放空間３８が、前記中間圧力領域に対応する第２エンドカバー側中間圧力部を構成する。

【0141】

以上のように構成された回転体４０、第１側方部材５０、第２側方部材６０、保持部材１４、支軸１３、ケーシング１２、第１エンドカバー２０及び第２エンドカバー３０等が組み合わされて圧力交換装置１０が構成される。なお、第１側方部材５０、第２側方部材６０、保持部材１４、ケーシング１２、第１エンドカバー２０及び第２エンドカバー３０は、相対的な位置が移動しないように、夫々隣接する部材とピンやボルトなどで固定することが好ましい。

【0142】

ここで、回転体４０が支軸１３を介して連結された第１側方部材５０と第２側方部材６０との間で円滑に回転するように、回転体４０の一端面と第１側方部材５０との間、回転体４０の他端面と第２側方部材６０との間及び回転体４０と保持部材１４との間には、第１流体または第２流体が進入するような適度な隙間が形成されている。

【0143】

回転体４０の回転時には、当該隙間に進入した流体が潤滑剤の役割をし、回転体４０と、第１側方部材５０、第２側方部材６０、保持部材１４の夫々の対向面の各部材同士の摺動が回避される。

【0144】

従って、当該隙間が狭すぎると、回転体４０と第１側方部材５０や、回転体４０と第２側方部材６０とが摺動したり、回転体４０の外周面が保持部材１４の内周面と摺動したりする虞がある。逆に、当該隙間が広すぎると、第１流体や第２流体の漏れ量が多くなり、例えば、第１流体流入路５１から供給された高圧濃縮海水Ｈｉが回転体４０と第１側方部材５０の隙間を介して直接第２流体流出路５２へと流出するなどして、圧力の交換効率が低下してしまう。例えば、回転体４０と第１側方部材５０や、回転体４０と第２側方部材６０との隙間は、好ましくは１〜１００μｍ程度に設定されている。また、回転体４０と保持部材１４の隙間は１ｍｍ程度に設定されている。なお、回転体４０の外周面と保持部材１４の内周面を軸受とする場合は、隙間は１〜５００μｍ程度に設定される。

【0145】

このような隙間を調整する機構として支軸１３や、連結部材１１が備えられている。支軸１３は、第１側方部材５０と第２側方部材６０を押す押圧機構として機能し、ナットの締め付けを調整することで第１側方部材５０と第２側方部材６０の軸心方向の距離を調整できる。これにより、回転体４０と第１側方部材５０の隙間と、回転体４０と第２側方部材６０の隙間が調整される。

【0146】

連結部材１１は、両端に雄ネジ１１ａが形成された棒状部材と、前記雄ネジに螺合するナット１１ｂを含んで構成されている。連結部材１１は、第１エンドカバー２０と第２エンドカバー３０を押す押圧機構として機能し、ナットの締め付けを調整することで第１エンドカバー２０と第２エンドカバー３０の間隔を調整できる。これにより第１エンドカバー２０と第２エンドカバー３０を介して第１側方部材５０と第２側方部材６０を外側から押す力を調整でき、第１側方部材５０及び第２側方部材６０と回転体４０との間隙が調整される。

【0147】

例えば、回転体４０と第１側方部材５０や、回転体４０と第２側方部材６０の摺動部が磨耗して当初の設定より隙間が大きくなり流体の漏れ量が増えるような場合であっても、支軸１３や連結部材１１で構成される押圧機構により第１側方部材５０または第２側方部材６０と回転体４０との隙間が調整できる。圧力の交換効率の低下を防ぐことができる。回転体４０などの主要部品の交換頻度を減らすことができるようになる。

【0148】

ところで、回転体４０と第１側方部材５０との隙間や、回転体４０と第２側方部材６０との隙間に進入した第１流体と第２流体の圧力によって、第１側方部材５０と第２側方部材６０には外側方向への力が作用する。また、回転体４０と保持部材１４との隙間に進入した第１流体と第２流体の圧力によって、保持部材１４には外側方向への力が作用する。

【0149】

このように、隙間に進入した第１流体や第２流体の圧力は、第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４に作用する。第１側方部材５０の第１エンドカバー２０側の押圧力が回転体４０側の押圧力より大きければ、回転体４０と第１側方部材５０の隙間が小さくなって摺動し回転抵抗が増加するという問題がある。一方、第１側方部材５０の第１エンドカバー２０側の押圧力が回転体４０側の押圧力より小さければ、回転体４０と第１側方部材５０の隙間が大きくなって流体の漏れ量が増加して圧力交換の効率が低下するという問題がある。

【0150】

また、回転体４０と第１側方部材５０との隙間や、回転体４０と第２側方部材６０との隙間に進入した第１流体と第２流体の圧力によって、第１側方部材５０と第２側方部材６０に作用する外側方向への力によって支軸１３に無駄な応力かかってしまう。

【0151】

第１側方部材５０は全域に亘って均一な圧力で第１エンドカバー２０側へ押されているわけではない。第１側方部材５０の回転体４０への対向面である端面５０ｂのうち、第１流体流入路５１から供給される高圧濃縮海水Ｈｉが進入した領域や、第１流体流入路５１の流路壁５１ｃのうち回転体４０と対向する面は、高圧濃縮流体Ｈｉのもつ高圧が作用する第１圧力領域となっている。

【0152】

第１側方部材５０の回転体４０への対向面である端面５０ｂのうち、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏが進入した領域や、第１流体流出路５４の流路壁５４ｃのうち回転体４０と対向する面は、その低圧濃縮海水Ｌｏの低圧が作用する第２圧力領域となっている。

【0153】

また、端面５０ｂのうち、前記第１圧力領域と前記第２圧力領域の間の領域は、第１圧力領域の高圧濃縮海水Ｌｉの圧力と、第２圧力領域の低圧濃縮海水Ｌｏの圧力の中間的な圧力が作用する中間圧力領域となっている。つまり、端面５０ｂでは位置によって作用する圧力が異なっている。

【0154】

同様に、第２側方部材６０は全域に亘って均一な圧力で第２エンドカバー３０側へ押されているわけではない。第２側方部材６０の回転体４０との対向面である端面６０ａに形成された前記第２圧力領域と回転体４０を介して対向する第２圧力領域と、前記第１圧力領域と回転体４０を介して対向する第１圧力領域と、前記第２圧力領域と前記第１圧力領域の間に形成される中間圧力領域では夫々その押圧力が異なっている。つまり、端面６０ａでは位置によって作用する圧力が異なっている。

【0155】

そこで、圧力交換装置１０は、圧力バランス調整機構を備えている。
圧力バランス調整機構は、第１側方部材５０に作用する圧力バランスを調整する第１圧力バランス調整機構７１と、第２側方部材６０に作用する圧力バランスを調整する第２圧力バランス調整機構７２と、保持部材１４に作用する圧力バランスを調整する第３圧力バランス調整機構７３と、回転体４０に作用する圧力バランスを調整する第４圧力バランス調整機構７４を含んで構成されている。

【0156】

まず、第１圧力バランス調整機構７１について説明する。
第１圧力バランス調整機構７１は、第１側方部材５０に形成された第１連通路５６や第３連通路５７と、保持部材１４に形成された第６連通路１４ｃと、ガスケット２６と第１側方部材５０と第１エンドカバー２０間でガスケット２０によって区画される閉空間２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ、第１閉空間２５及び第１開放空間２７とを含んで構成されている。

【0157】

第１側方部材５０は、回転体４０と第１側方部材５０の隙間に進入した第１流体または第２流体によって、第１エンドカバー２０方向へ押されている。

【0158】

そこで、第１閉空間２５に第１連通路５６を介して挿通空間４３側の第１流体または第２流体を導いて、当該流体の圧力によって第１側方部材５０の中央部を内側へ押す。このように、第１側方部材５０の中央部を外側へと押す力と内側へ押す力を対抗させることで第１側方部材５０の中央部に作用する圧力バランスが調整され、その撓みの発生が抑制される。

【0159】

閉空間２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ内には、夫々高圧濃縮海水Ｈｉ、高圧海水Ｈｏ、低圧海水Ｌｉ、低圧濃縮海水Ｌｏの圧力が作用しており、各閉空間に対応する領域には、第１側方部材５０を内側へ押す力が作用しており、第１側方部材５０を外側へと押す力とを対抗して圧力バランスが調整されている。

【0160】

さらに、第１開放空間２７に第６連通路１４ｃ、第３連通路５７を介して回転体４０と第１側方部材５０の隙間に進入した第１流体または第２流体を導いて、当該流体の圧力によって第１側方部材５０の第１開放空間２７に対応した領域を内側へ押す。このように、第１側方部材５０の第１開放空間２７に対応した領域を外側へと押す力と、内側へ押す力を対抗させることで第１側方部材５０の周部の圧力バランスが調整され、その撓みの発生が抑制される。

【0161】

第１圧力バランス調整機構７１により第１側方部材５０に作用する圧力バランスが調整されるので、第１側方部材を薄肉化することができるので、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。

【0162】

なお、第１閉空間２５に挿通空間４３側の第１流体または第２流体を導く構成としては、第１連通路５６によるものに限らない。例えば、支軸１３内に挿通空間４３と第１連通路２５を連通する連通路を形成し、当該連通路を介して挿通空間４３内の第１流体または第２流体を第１閉空間２５に導くように構成してもよい。

【0163】

また、第１開放空間２７に回転体４０と第１側方部材５０の隙間に進入した第１流体または第２流体を導く構成としては、第３連通路５７によるものに限らない。例えば、ケーシング１２の内周面に、第６連通路１４ｃと第１開放空間２７を連通する連通溝を形成し、当該連通溝を介して回転体４０と第１側方部材５０の隙間に進入した第１流体または第２流体を第１開放区間２７に導くように構成してもよい。さらに、第３連通路５７は必ずしも通路として形成しなくてもよい。例えば、ケーシング１２の内径に対して第１側方部材５０の直径を幾らか小さく形成することで、第１側方部材５０の外周面とケーシング１２の内周面の間に隙間を形成し、この隙間を第３連通路５７として機能させてもよい。

【0164】

次に、第２圧力バランス調整機構７２ついて説明する。
第２圧力バランス調整機構７２は、第２側方部材６０に形成される第２閉空間３４や第２連通路６５や第４連通路６８と、保持部材１４に形成された第６連通路１４ｃと、第２エンドカバー２０に形成された凹部３１，凹部３２，３３や、第２開放空間３８とを含んで構成されている。

【0165】

第２側方部材６０は、回転体４０と第２側方部材６０の隙間に進入した第１流体または第２流体によって、第２エンドカバー３０方向へ押されている。

【0166】

そこで、第２閉空間３４に第２連通路６５を介して挿通空間４３側の第１流体または第２流体を導いて、当該流体の圧力によって第２側方部材６０の中央部を内側へ押す。このように、第２側方部材６０の中央部を外側へと押す力と内側へ押す力を対抗させることで第２側方部材６０の中央部に作用する圧力バランスが調整され、その撓みの発生が抑制される。

【0167】

区画壁６１ｃ、区画壁６２ｃの回転体４０側には、第１流路と第２流路内の第１流体または第２流体によって、第２側方部材６０を外側へと押す力が作用する。しかし、区画壁６１ｃ、区画壁６２ｃの第２エンドカバー３０には、凹部３２，３３に進入した第１流体または第２流体によって、第２側方部材６０を内側へと押す力が作用する。このように、区画壁６１ｃ、区画壁６２ｃを外側へと押す力と内側へ押す力を対抗させることで区画壁６１ｃ、区画壁６２ｃに作用する圧力バランスが調整され、その撓みの発生が抑制される。

【0168】

さらに、第２開放空間３８に、第６連通路１４ｃ、第４連通路６８を介して回転体４０と第２側方部材６０の隙間に進入した第１流体または第２流体を導いて、当該流体の圧力によって第２側方部材６０の第２開放空間３８に対応した領域を内側へ押す。このように、第２側方部材６０の第２開放空間３８に対応した領域を外側へと押す力と、内側へ押す力を対抗させることで第１側方部材５０の周部の圧力バランスが調整され、その撓みの発生が抑制される。

【0169】

第２圧力バランス調整機構７２により第２側方部材６０に作用する圧力バランスが調整されるので、第２側方部材を薄肉化することができるので、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。

【0170】

また、第１圧力バランス調整機構７１と、第２圧力バランス調整機構７２によって、第１側方部材５０と第２側方部材６０の夫々の圧力バランスを調整できるので、回転体４０と第１側方部材５０の隙間と、回転体４０と第２側方部材６０との隙間に進入した流体の圧力によって第１側方部材５０と第２側方部材６０が外側へ離隔して、支軸１３に無駄な応力かかるような虞がなくなる。

【0171】

なお、第２閉空間３４に挿通空間４３側の第１流体または第２流体を導く構成としては、第２連通路５６によるものに限らない。例えば、支軸１３内に挿通空間４３と第２閉空間３４を連通する連通路を形成し、当該連通路を介して挿通空間４３内の第１流体または第２流体を第２閉空間３４に導くように構成してもよい。

【0172】

また、第２開放空間３８に回転体４０と第２側方部材６０の隙間に進入した第１流体または第２流体を導く構成としては、第４連通路６８によるものに限らない。例えば、ケーシング１２の内周面に、第６連通路１４ｃと第２開放空間３８を連通する連通溝を形成し、当該連通溝を介して回転体４０と第２側方部材６０の隙間に進入した第１流体または第２流体を第２開放空間３８に導くように構成してもよい。さらに、第４連通路６８は必ずしも通路として形成しなくてもよい。例えば、ケーシング１２の内径に対して第２側方部材６０の直径を幾らか小さく形成することで、第２側方部材６０の外周面とケーシング１２の内周面の間に隙間を形成する。この隙間が第４連通路６８として機能する。

【0173】

次に、第３圧力バランス調整機構７３について説明する。
第３圧力バランス調整機構７３は、保持部材１４の拡径領域１４ａと、第５連通路１４ｂとを含んで構成されている。

【0174】

回転体４０と第１側方部材５０及び第２側方部材６０との隙間を介して、回転体４０の外周面と保持部材１４の内周面との隙間や、拡径領域１４ａに進入した第１流体または第２流体は、保持部材１４を外側へ押す。

【0175】

そこで、保持部材１４に形成された第５連通路１４ｂを介して、第１流体または第２流体を保持部材１４の外周面とケーシングの内周面との外周閉空間に導く。

【0176】

保持部材１４の外周面とケーシング１２の内周面と隙間に導かれた第１流体または第２流体の圧力によって、保持部材１４を外側へ押す力と内側へ押す力を対抗させることで保持部材１４に作用する圧力バランスが調整され、その撓みが抑制される。運転中に回転体４０と保持部材１１との隙間が適正に維持されるので、回転体４０は円滑に回転する。拡径領域１４ａにかえて、回転体４０の外周面の両端部を除いた領域に、回転体４０の両端部の直径より縮径した縮径領域を設けたり、回転体４０の外周面と保持部材１１の内周面との間に隙間を設けたりしてもよい。

【0177】

第３圧力バランス調整機構７３により保持部材１４に作用する圧力バランスが調整されるので、保持部材１４を薄肉化することができるので、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。

【0178】

次に、第４圧力バランス調整機構７４について説明する。
第４圧力バランス調整機構７４は、回転体４０の端面４０ａ，４０ｂに作用する圧力バランスを調整する機構である。

【0179】

高圧濃縮海水Ｈｉが第１流体流入路５１から複数の第１流路４１に分散して流入するときに、高圧濃縮海水Ｈｉの圧力は回転体４０の隣接する第１流路４１の間の端面４０ａに作用し、回転体４０を第２側方部材６０側へ押す。また、高圧海水Ｈｏが複数の第２流路４２から第２流体流出路５２へ流出するときに、高圧海水Ｈｏの圧力は回転体４０の隣接する第２流路４２の間の端面４０ａに作用し、回転体４０を第２側方部材６０側へ押す。

【0180】

同様に、低圧海水Ｌｉが第２流体流入路５３から複数の第２流路４２に分散して流入するときに、低圧海水Ｌｉの圧力は回転体４０の隣接する第２流路４２の間の端面４０ａに作用し、回転体を第２側方部材側へ押す。また、低圧濃縮海水Ｌｏが複数の第１流路４１から第１流体流出路５４へ流出するときに、高圧海水Ｈｏの圧力は回転体４０の隣接する第１流路４１の間の端面４０ａに作用し、回転体４０を第２側方部材６０側へ押す。

【0181】

さらに、第１流体流入路５１の開口部５１ｂ、第２流体流出路５２の開口部５２ｂ、第２流体流入路５３の開口部５３ｂ、第１流体流出路５４の開口部５４ｂと連通しない領域では、第１側方部材５０と回転体４０との隙間に進入した各流体の中間的圧力が端面４０ａに作用し、回転体４０を第２側方部材６０側へ押す。

【0182】

このように、回転体４０には、第１流路４１及び第２流路４２に流入出する流体が端面４０ａに作用して、第２側方部材６０側へと押される。

【0183】

しかし、第２側方部材に形成された連通部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂにも第１流体及び第２流体が流入し、回転体４０の端面４０ｂに作用して、回転体４０を第１側方部材５０側へ押す。さらに、連通部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂと連通しない領域では、第２側方部材６０と回転体４０との隙間に進入した各流体の中間的圧力が端面４０ｂに作用し、回転体４０を第１側方部材５０側へ押す。これにより、両端面４０ａ，４０ｂに作用する押圧力が釣り合うとともに押圧力の分布も等しくなり、回転体４０は第１側方部材５０または第２側方部材６０に一方的に摺動するようなことがなくなる。従って、回転体４０は、円滑に回転することができる。

【0184】

このように、圧力交換装置１０は、圧力バランス調整機構を備えることで、回転体４０との隙間に進入した第１流体や第２流体の圧力によって、第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４に撓みが発生する虞が低減され、回転体４０は、第１側方部材５０、第２側方部材６０及び保持部材１４で区画される空間内で円滑な回転が可能となる。

【0185】

圧力交換装置１０の具体的な圧力交換の動作について説明する。
図１０に示すように、回転体４０には、１６組の第１流路４１ａ〜４１ｐと第２流路４２ａ〜４２ｐが回転軸心周りに放射状に配設されている。図１０中の二点鎖線で示す領域は、第１側方部材５０の第１流体流入路５１の開口部５１ｂと、第２流体流出路５２の開口部５２ｂと、第２流体流入路５３の開口部５３ｂと、第１流体流出路５４の開口部５４ｂに対応する領域を表している。

【0186】

回転体４０が回転するある瞬間において、第１流体流入路５１には、隣接する第１流路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅの５本が同時に連通する。

【0187】

第２流体流出路５２には、第１流路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅと第２側方部材６０内で連通した第２流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅの５本が同時に連通する。

【0188】

第２流体流入路５３には、隣接する第２流路４２ｉ，４２ｊ，４２ｋ，４２ｌ，４２ｍの５本が同時に連通する。第１流体流出路５４には、第２流路４２ｉ，４２ｊ，４２ｋ，４２ｌ，４２ｍと第２側方部材６０内で連通した第１流路４１ｉ，４１ｊ，４１ｋ，４１ｌ，４１ｍの５本が連通する。

【0189】

第１流体流入路５１に流入した高圧濃縮海水Ｈｉは流路壁５１ｃに沿って分散して、第１流路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅの夫々に流入する。このとき、回転体４０には、図１０中一点鎖線矢印が示すように時計回りのトルクが付与される。

【0190】

第１流路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅに流入した高圧濃縮海水Ｈｉの圧力によって、夫々第２側方部材６０内で連通した第２流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅの低圧海水を昇圧され、高圧海水Ｈｏは、第２流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅから第２流体流出路５２の流路壁５２ｃに沿って流出する。このとき、回転体４０には、図１０中一点鎖線矢印が示すように時計回りのトルクが付与される。

【0191】

第２流体流入路５３に流入した低圧海水Ｌｉは流路壁５３ｃに沿って分散して、第２流路４２ｉ，４２ｊ，４２ｋ，４２ｌ，４２ｍの夫々に流入する。このとき、回転体４０には、図１０中一点鎖線矢印が示すように時計回りのトルクが付与される。

【0192】

第２流路４２ｉ，４２ｊ，４２ｋ，４２ｌ，４２ｍに流入した低圧海水Ｌｉの圧力によって、夫々第２側方部材６０内で連通した第１流路４１ｉ，４１ｊ，４１ｋ，４１ｌ，４１ｍの低圧濃縮海水Ｌｏが第１流体流出路５４の流路壁５４ｃに沿って流出する。このとき、回転体４０には、図１０中一点鎖線矢印が示すように時計回りのトルクが付与される。

【0193】

以上のように、第１流体流入路５１から第１流路４１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉが回転体４０に与えるトルクと、第２流路４２から第２流体流出路５２へ流出する低圧海水Ｌｏが回転体４０に与えるトルクと、第２流体流入路５３から第２流路４２に流入する低圧海水Ｌｉが回転体４０に与えるトルクと、第１流路４１から第１流体流出路５４へ流出する低圧濃縮海水Ｌｏが回転体４０に与えるトルクが、同一方向となり、本実施形態では、回転体４０は時計周りに回転することになる。

【0194】

このように圧力交換がされているとき、第１流路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅは、第２側方部材６０の連通部６１ａ，６１ｂを介して第２流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅと連通している。第２流路４２ｉ，４２ｊ，４２ｋ，４２ｌ，４２ｍは、第２側方部材６０の連通路６２ａ，６２ｂを介して、第１流路４１ｉ，４１ｊ，４１ｋ，４１ｌ，４１ｍと連通している。

【0195】

各第１流路４１及び各第２流路４２の圧損が周方向で異なるため、第１流路４１から連通部６１ａに流入した流体が連通部６１ｂを経由して圧損の低い第２流路４２に流出すると、トルク付与機構は適正に機能せず、回転力が低下する虞がある。連通部６２ａ，６２ｂでも同様の問題が発生する虞がある、

【0196】

なお、圧損の低い流路とは、流入路から流路へと直線的に連通している流路であって、例えば、図１０の第１流路４１ａから第２流路４２ｅへの流路や、第２流路４２ｉから第１流路４１への流路のことである。

【0197】

連通部６１ａと連通路６１ｂ及び連通部６２ｂ，６２ｂを夫々区画壁６１ｃ，６２ｃで区画しておくことで、圧損の低い流路への流れ（例えば、図１０の第１流路４１ａから第２流路４２ｅへの流路や、第２流路４２ｉから第１流路４１への直接的な流れ）を阻害し、径方向に隣接する第１流路４１から第２流路４２への流れ、または第２流路４２から第１流路への流れ（例えば、第１流路４１ａから第２流路４１ａへの流れや、第２流路４２ｉから第１流路４１ｉへの流れ）を生じさせ、トルク付与機構を適正に機能させることができる。

【0198】

第１流体流入路５１、第２流体流出路５２、第２流体流入路５３、第１流体流出路５４の何れにも連通しない第１流路４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｍ，４１ｏ，４１ｐ、及び第２流路４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｍ，４２ｏ，４２ｐでは、圧力の交換は行われない。

【0199】

第２側方部材６０には連通部６１ａと連通部６２ｂの間、及び連通部６１ｂと連通部６２ａの間に連通溝６６，６７が形成されている。連通溝６６，６７は、例えば数ミリ程度の溝で形成され、連通部６１ａと連通部６２ｂの間、及び連通部６１ｂと連通部６２ａの間に配置されることで、回転体４０と第２側方部材６０との隙間を通って高圧流体が低圧流体の連通路へと進入する際の大きな圧力変動、低圧流体が高圧流体の連通路へと進入する際の大きな圧力変動を緩和する。これにより、高圧流体が低圧流体の連通路へと進入したときの圧力の急変によるキャビテーションを防止することができる。

【0200】

なお、本実施形態では、連通溝６６，６７を第２側方部材６０の端面６０ａのみに形成したが、第１側方部材５０の端面５０ｂにも同様の連通溝を形成してもよい。また、第２側方部材６０に連通溝６６，６７を形成せずに、第１側方部材５０のみにこのような連通溝を形成する構成であってもよい。

【0201】

以上のように、回転体４０の回転によっての第１流体流入路５１、第２流体流出路５２、第２流体流入路５３及び第１流体流出路５４と連通する第１流路４１、第２流路は順にずれていき、高圧濃縮海水Ｈｉから高圧海水Ｈｏへの圧力の伝達、及び、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る。つまり、第１流体と第２流体の圧力交換が連続的に行われる。

【0202】

なお、第１流路４１及び第２流路４２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、当該領域は、ピストンのような役目をしながら第１流路４１、連通部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ、第２流路４２の内部で往復動することになる。

【0203】

なお、上述の説明では、回転体４０が回転するある瞬間において、第１流体流入路５１、第２流体流出路５２、第２流体流入路５３、第１流体流出路５４には第１流路４１及び第２流路４２が同時に５本連通する場合について説明したが、同時に連通する本数はこれに限らない。なお、同時に連通する本数が少なく、何れにも連通しない本数が多いと、装置から排水される水の脈動が大きくなる。また、流体流入路及び流体流出路の何れにも連通しない本数が少ないと、高圧の流体から低圧の流体への漏れ量が増加する。

【0204】

圧力交換装置１０を構成する第１側方部材５０、第２側方部材６０、回転体４０及び保持部材１４は、アルミナ等のセラミックス、ＦＲＰ、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で構成することが好ましい。回転体４０と保持部材１４は、温度変化による熱膨張を考慮すると、熱膨張率が同等の素材を選択して構成することが好ましい。回転体４０と保持部材１４が、例えば外気温や水温の変化によって膨張、または収縮することがあっても、その隙間を一定に維持することができる。

【0205】

二相ステンレス鋼やスーパー二相ステンレス鋼を用いることも可能である。ただし、この場合は回転体４０と第１側方部材５０及び第２側方部材６０との対向面、及び保持部材１４の内周面を窒化処理し、或は、アルミナ等のセラミックを溶射し、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。

【0206】

ケーシング１２は、樹脂材料、ＦＲＰ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されている。樹脂材料やセラミックスで被覆することで耐食性を付加したステンレス鋼等の高強度の金属材料で構成してもよい。これにより、耐食性に劣る安価な材料でも採用することができ、コストダウンが図れる。

【0207】

本発明の一例である、一端側のみに流体の流入路や流出路が備えられた圧力交換装置１０によると、従来の圧力交換装置のような、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を行なう場合に回転体４０の回転軸心方向の長さを短く構成することができるので、装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。また、圧力交換装置１０の処理流量を増加させる場合でも、極端な大型化を回避することができる。

【0208】

圧力交換装置１０は、第１流体流入路５１、第２流体流出路５２、第２流体流入路５３及び第１流体流出路５４は、第１側方部材５０に形成されているため、各流体流入路と流出路と接続する各配管１５、１６，１７，１８は、圧力交換装置１０の一方に纏めて設置することができる。従って、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、配管を含めた設置スペースをコンパクト化ができる。また、配管が設置されていない第２側方部材６０側からメンテナンス作業が可能となる。

【0209】

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。
図１１には、別実施形態による圧力交換装置１００が示されている。

【0210】

圧力交換装置１００の回転体４０は、円柱の中央に支軸１３が挿通可能な挿通空間４３が形成されるとともに、挿通空間４３の周囲に夫々１６本の第１流路４１と第２流路４２が回転軸心周りに放射状に配置されて構成されている。第１流路４１と第２流路４２は、回転体４０の端面４０ａと端面４０ｂ間をその回転軸心方向に貫通するように形成されるとともに、端面４０ｂ側で連通するように形成れている。第１流路４１と第２流路４２は、夫々流路断面積が略等しくなるように形成されている。

【0211】

なお、圧力交換装置１００のその他の部分の構成は、上述の図２（ａ），（ｂ）に示す圧力交換装置１０と同様のため説明を省略する。

【0212】

本実施形態では、第１流路４１と第２流路４２の連通部４０ｃが、第１流体と第２流体との間で圧力を交換する圧力交換部として機能する。第１流路４１の第１流体と第２流路４２の第２流体とは、回転する回転体４０の内部に形成された圧力交換部でその圧力が伝達される。

【0213】

高圧濃縮海水Ｈｉが端面４０ａから第１流路４１に供給されると、回転体４０に形成された第１流路４１と第２流路４２の連通部を介して、第２流路４２の高圧海水Ｈｏが端面４０ａから流出する。低圧海水Ｌｉが端面４０ａから第２流路４２に供給されると、回転体４０に形成された第２流路４２と第１流路４１の連通部を介して、第１流路４１の低圧濃縮海水Ｌｏが端面４０ａから流出する。

【0214】

また、第１流路４１と第２流路４２は、回転体４０の端面４０ｂ側で連通する構成に限らず連通部は、端面４０ａと端面４０ｂの間の任意の位置であってよい。例えば、図１２（ａ）に示すように、端面４０ｂから端面４０ａ側に所定距離離隔した位置で連通された構成であってもよい。

【0215】

さらには、図１２（ｂ）に示すように、第１流路４１と第２流路４２の端面４０ｂ側を、開口４０ｄや開口４０ｅを除いて閉塞するように構成してもよい。

【0216】

図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）には、別実施形態による圧力交換装置２００が示されている。

【0217】

圧力交換装置２００の回転体４６は、一端から第１流体が流入及び流出し、他端から第２流体が流入及び流出する流路４７が回転軸心方向に貫通するように回転軸心周りに配設されるとともに、回転体４６の外周面の両端部を除いた領域に、回転体４６の両端部の直径より縮径した縮径領域４８が形成されている。回転体４６は、支軸１３を介して第１側方部材５０と第２側方部材６０に回転可能に支持されている。

【0218】

第１側方部材５０には、高圧濃縮海水Ｈｉを流路４７に案内する第１流体流入路５１と、低圧海水Ｌｉとの間で圧力交換された低圧濃縮海水Ｌｏを流路４７から案内する第１流体流出路と５４が、厚み方向に形成されている。

【0219】

第１エンドカバー２０には、第１側方部材５０の外側に配置され第１流体流入路５１と連通する第１流体流入部と、第１流体流出路５４と連通する第１流体流出部が形成され、第１流体流入部には流入管１５が接続され、第１流体流出部には流出管１８が接続されている。

【0220】

第２側方部材には、低圧海水Ｌｉを流路４７に案内する第２流体流入路５３と、高圧濃縮海水Ｈｉとの間で圧力交換された高圧海水Ｈｏを流路４７から案内する第２流体流出路と５２が、厚み方向に形成されている。

【0221】

第２エンドカバー３０には、第２側方部材６０の外側に配置され第２流体流入路５３と連通する第２流体流入部と、第２流体流出路５２と連通する第２流体流出部が形成され、第２流体流入部には流入管１７が接続され、第２流体流出部には流出管１６が接続されている。

【0222】

支軸１３には、支軸１３の第１側方部材５０側の端部と挿通空間を連通する第１連通路５６と、支軸１３の第２側方部材６０側の端部と挿通空間４３とを連通する第２連通路６５が形成されている。

【0223】

なお、圧力交換装置２００のその他の部分の構成は、上述の図２（ａ），（ｂ）に示す圧力交換装置１０と同様のため説明を省略する。

【0224】

上述の何れの実施形態でも、第１流路４１の断面積と第２流路４２の断面積は等しくなるように形成することで、流路断面積の変化による余分な圧力損失が低減できるように構成しているが、第１流路４１と第２流路４２の断面積は完全に等しい必要はない。また、第１流路４１及び第２流路４２の断面形状は、真円や楕円等の円形状、三角、四角等の多角形状であってもよく、第１流路４１及び第２流路４２の本数や断面形状を変更することで、圧力交換装置１０の処理流量を変更することができる。なお、図３（ａ）に示した第１流路４１及び第２流路４２の断面形状は、回転体の断面に対し開口率を大きく取れる点で好ましい。

【0225】

上述の何れの実施形態でも、保持部材１４とケーシング１２を別体で構成したが、ケーシング１２を備えずに、保持部材１４をケーシングとしても機能させてもよい。また、保持部材１４と第２側方部材６０を別体で構成したが、保持部材１４と第２側方部材６０をカップ状に一体形成し、第１側方部材５０で閉じられる空間内に回転体４０が配置されるように構成してもよい。

【0226】

上述の何れの実施形態でも、第１流体流入路５１、第２流体流出路５２、第２流体流入路５３、第１流体流出路５４のように、流入路と流出路が一対ずつ、合計４つ備えられる構成であるが、各流入路と流出路は夫々２つ以上の複数であってもよい。複数備える場合は、回転体４０に流入及び回転体４０から流出する各流体の圧力バランスの観点から各流入路及び流出路は回転軸心周りに点対称に配置されることが好ましい。

【0227】

上述の何れの実施形態でも、トルク付与機構は、第１流路４１に流入するまたは第１流路４１から流出する濃縮海水のエネルギー及び第２流路４２に流入するまたは第２流路４２から流出する海水のエネルギーにより回転体４０にトルクを付与する構成であるが、前記トルク付与機構は、少なくとも第１流路４１に流入する若しくは第１流路４１から流出する濃縮海水のエネルギーまたは第２流路４２に流入する若しくは第２流路４２から流出する海水のエネルギーにより回転体４０にトルクを付与するように構成すればよい。

【0228】

何れかのエネルギーのみを利用する場合、第２流路４２より第１流路４１のほうが、回転体４０の半径方向外側に配置されているため、第１流路４１に流入する高圧濃縮海水Ｈｉのエネルギーを利用して回転体４０にトルクを付与するように構成するとエネルギー効率がよい。

【0229】

上述の何れの実施形態でも、回転体４０は第１流体及び第２流体のエネルギーにより回転する構成について説明したが、回転体４０に駆動軸を連結し、駆動機等の外部動力で回転するように構成してもよい。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。

【0230】

上述の何れの実施形態でも、第１流体流入路に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。

【0231】

以上説明した圧力交換装置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】

【0232】

６：逆浸透膜装置
１０：圧力交換装置
１１：連結部材
１２：ケーシング
１３：支軸
１４：保持部材
１４ｂ：第５連通路
１４ｃ：第６連通路
１５：流入管
１６：流出管
１７：流入管
１８：流出管
２０：第１エンドカバー
２１：第１流体流入部
２１ｂ：閉空間
２２：第２流体流出部
２２ｂ：閉空間
２３：第２流体流入部
２３ｂ：閉空間
２４：第１流体流出部
２４ｂ：閉空間
２５：第１閉空間
２６：ガスケット
２７：第１開放空間
３０：第２エンドカバー
３１：凹部
３２：凹部
３３：凹部
３４：第２閉空間
３５：ガスケット
３８：第２開放空間
４０：回転体
４１：第１流路
４２：第２流路
４３：挿通空間
５０：第１側方部材
５１：第１流体流入路
５２：第２流体流出路
５３：第２流体流入路
５４：第１流体流出路
５６：第１連通路
５７：第３連通路
６０：第２側方部材
６１ａ，６１ｂ：連通部
６２ａ，６２ｂ：連通部
６４：凹部
６５：第２連通路
６６：連通溝
６７：連通溝
６８：第４連通路
７１：第１圧力バランス調整機構
７２：第２圧力バランス調整機構
７３：第３圧力バランス調整機構
７９：第４圧力バランス調整機構
Ｈｉ：高圧濃縮海水
Ｈｏ：高圧海水
Ｌｉ：低圧海水
Ｌｏ：低圧濃縮海水

【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】