特開 2024-142982 エネルギー回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024142982

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】エネルギー回収装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/06 20060101AFI20241003BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20241003BHJP

   B01D 61/10 20060101ALI20241003BHJP

   B01D 61/12 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B01D61/06

B01D61/02 500

B01D61/10

B01D61/12

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055415

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000151058

【氏名又は名称】株式会社電業社機械製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100120396

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】深澤 正幸

(72)【発明者】

【氏名】工藤 昇太

(72)【発明者】

【氏名】筒井 良行

(72)【発明者】

【氏名】谷川 吉輝

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006JA51A

4D006JA51C

4D006JA53Z

4D006JA63Z

4D006JA71

4D006KA14

4D006KE04P

4D006KE24Q

4D006KE28P

4D006KE30Q

4D006PA01

4D006PA02

4D006PB03

4D006PB08

4D006PC80

(57)【要約】

【課題】 ピストンがディスタンスリングに吸着することを抑制し、スムーズに動作させることができるエネルギー回収装置を提供すること。
【解決手段】 膜分離装置に接続されるエネルギー回収装置であって、海水を供給する給水ポンプと、膜分離装置へ高圧海水を供給する高圧ポンプと、複数のシリンダ装置と、流路方向規制機構と、圧送工程と充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、シリンダ装置が、他端側から濃縮海水が導入されると共に一端側から海水が導入されるシリンダ８と、シリンダ内で移動するピストン９とを備え、ピストンが、シリンダの端部側に設けられたピストン端面９ａを備え、シリンダが、内部の端部に設けられたディスタンスリング１０を備え、ディスタンスリングが、ピストン端面に対向する面に形成された圧力バランス溝１０ａと、内周面と圧力バランス溝とを接続して形成された圧力バランス流路孔１０ｂとを有している。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し前記淡水を淡水管に排出すると共に高圧の前記濃縮海水を濃縮水管に排出する膜分離装置に接続されるエネルギー回収装置であって、
海水を供給する給水ポンプと、
前記海水を加圧して前記膜分離装置へ前記高圧海水を供給する高圧ポンプと、
一端が前記給水ポンプに連通し、前記濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に前記濃縮海水の排水路との連通と遮断とを行う流路切換機構を介してそれぞれ他端が前記濃縮水管と前記排水路とに接続された複数のシリンダ装置と、
複数の前記シリンダ装置の一端に接続され、前記海水を複数の前記シリンダ装置に交互に供給すると共に、複数の前記シリンダ装置から高圧で交互に押し出される前記海水を前記膜分離装置に送る流路方向規制機構と、
前記流路切換機構を制御して前記濃縮水管及び前記排水路に対する複数の前記シリンダ装置の接続を切り換え、高圧の前記濃縮海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記海水を高圧で押し出す圧送工程と、前記圧送工程後に前記給水ポンプからの前記海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記濃縮海水を排出しながら前記海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、
前記シリンダ装置が、前記濃縮水管と前記排水路とに他端が接続され他端側から前記濃縮海水が導入されると共に一端が前記給水ポンプに連通し一端側から前記海水が導入されるシリンダと、
前記シリンダ内で往復移動するピストンとを備え、
前記ピストンが、前記シリンダの端部側に向いたピストン端面を有し、
前記シリンダが、内部の端部に設けられ往復移動する前記ピストンが端部に達した際に当接するディスタンスリングを備え、
前記ディスタンスリングが、前記ピストン端面に対向する面に形成された圧力バランス溝と、
内周面と前記圧力バランス溝とを接続して形成された圧力バランス流路孔とを有していることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項2】

請求項１に記載のエネルギー回収装置において、
前記圧力バランス溝が、前記ディスタンスリングの軸線を中心にリング状に形成されていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のエネルギー回収装置において、
前記圧力バランス流路孔が、前記ディスタンスリングの外周面にも接続され、
前記ディスタンスリングが、前記圧力バランス流路孔に接続され外周面に形成された圧力バランス凹部を有していることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項4】

請求項３に記載のエネルギー回収装置において、
前記圧力バランス凹部が、周方向に延在したリング状に形成されていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載のエネルギー回収装置において、
前記圧力バランス流路孔が、前記ディスタンスリングの内周面から外周面へ貫通していると共に、周方向に間隔を空けて前記ディスタンスリングの軸線を中心にした放射線状に複数形成されていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項6】

請求項１又は２に記載のエネルギー回収装置において、
前記シリンダが、装置停止時に内部の海水を外部に排出可能なドレン抜き流路孔と、
装置停止時に内部の空気を外部に排出可能な空気抜き流路孔とを有し、
前記圧力バランス流路孔が、前記ドレン抜き流路孔及び前記空気抜き流路孔にも接続されていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項7】

請求項１又は２に記載のエネルギー回収装置において、
前記ディスタンスリングが、樹脂で形成されていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海水の淡水化等に用いられる逆浸透膜法による水処理システムのエネルギー回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

海水から淡水を造水する方法の一つとして、逆浸透法が知られている。この逆浸透法は、海水に海水の浸透圧（約２．５ＭＰａ）以上の高い圧力を浸透圧の作用する方向と逆方向に加えて半透膜（逆浸透膜）でろ過し、塩類と淡水とを分離するものである。この逆浸透法において、淡水が分離されて塩類が濃縮された海水（濃縮海水）は、高い圧力エネルギーを保持したまま逆浸透膜モジュールから流出する。この流出する濃縮海水の有する高い圧力エネルギーを有効に利用するため、種々のエネルギー回収装置が実用化されている。

【0003】

従来、例えば特許文献１には、逆浸透法による海水淡水化システムにおける従来のエネルギー回収装置の一例が提案されている。この特許文献１では、一対のシリンダ装置のそれぞれの一端が、４つの逆止弁で構成された流路方向規制装置を介して取水ポンプおよび増圧ポンプに連通されている。また、シリンダ装置の他端は切替弁である流路切換装置の流出入ポートに連通される。また、流路切換装置の流入ポートは逆浸透膜モジュールの高圧な濃縮海水の流出口に連通される。さらに、流路切換装置の一端に流出ポートが設けられている。

【0004】

このエネルギー回収装置では、取水ポンプから送水される海水を高圧ポンプで加圧して逆浸透膜モジュールに供給すると共に、逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮海水をシリンダ装置に供給して高圧で海水を押し出すピストンを駆動し、シリンダ装置からも増圧ポンプを介して高圧海水を逆浸透膜モジュールに送っている。この逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮海水をシリンダ装置に供給して高圧で海水を押し出す（吐出する）ピストンを駆動する操作を圧送工程と称している。
また、圧送工程終了後、取水ポンプから流路方向規制装置を介してシリンダ装置に海水を供給し、圧送工程と逆方向にピストンを駆動することで濃縮海水を排出しながら海水を充填する操作を充填工程と称している。
このようにこのエネルギー回収装置では、シリンダ装置のピストンがシリンダの端部に達した際に流路切換装置によって逆浸透膜モジュールからの高圧濃縮海水を一対のシリンダ装置に交互に供給すると共に取水ポンプから一対のシリンダ装置に交互に海水を充填するように制御を行っている。

【0005】

これによって、２つのシリンダ装置で海水の圧送工程と充填工程とを繰り返し行って連続ろ過が可能となる。このように、逆浸透膜モジュールから排出される濃縮海水の高圧エネルギーを利用して２つのシリンダ装置から増圧ポンプに高圧海水を供給することで、それだけ増圧ポンプの消費エネルギーが削減され、圧送工程におけるエネルギーが回収できる。
このようなエネルギー回収装置では、シリンダ内の端部に、移動してきたピストンが当接する位置決め用のストッパーとして、ディスタンスリングが固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３－８６０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記従来の技術において、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来の技術では、同じシリンダ装置において、切替弁が圧送工程の吐出開始位置（エネルギー回収工程開始位置：濃縮海水の圧力を充填済みの海水へ伝播を開始させる位置）に切り替わると、シリンダ端のフランジ及びディスタンスリング内側の圧力は高圧（５～８ＭＰａ）となるが、ピストンを隔てたシリンダ内の圧力は低圧である。さらに、ピストンが逆止弁側に向けて動作すると、ピストン外周とシリンダ内周との間の空間において圧力が伝播し、シリンダ内の圧力も高圧になる。このとき、ピストンがディスタンスリングに接触する際に接触面間の隙間で流速が上がり、接触面間の圧力が下がることにより、ピストンがディスタンスリングに吸着し、切替弁が吐出開始位置に切り替わってもスムーズに動作（逆止弁側に向けて移動）しないことがあった。

【0008】

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、ピストンがディスタンスリングに吸着することを抑制し、スムーズに動作させることができるエネルギー回収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】

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るエネルギー回収装置は、高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し前記淡水を淡水管に排出すると共に高圧の前記濃縮海水を濃縮水管に排出する膜分離装置に接続されるエネルギー回収装置であって、海水を供給する給水ポンプと、前記海水を加圧して前記膜分離装置へ前記高圧海水を供給する高圧ポンプと、一端が前記給水ポンプに連通し、前記濃縮水管との連通と遮断とを行うと共に前記濃縮海水の排水路との連通と遮断とを行う流路切換機構を介してそれぞれ他端が前記濃縮水管と前記排水路とに接続された複数のシリンダ装置と、複数の前記シリンダ装置の一端に接続され、前記海水を複数の前記シリンダ装置に交互に供給すると共に、複数の前記シリンダ装置から高圧で交互に押し出される前記海水を前記膜分離装置に送る流路方向規制機構と、前記流路切換機構を制御して前記濃縮水管及び前記排水路に対する複数の前記シリンダ装置の接続を切り換え、高圧の前記濃縮海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記海水を高圧で押し出す圧送工程と、前記圧送工程後に前記給水ポンプからの前記海水を前記シリンダ装置に供給して内部の前記濃縮海水を排出しながら前記海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部とを備え、前記シリンダ装置が、前記濃縮水管と前記排水路とに他端が接続され他端側から前記濃縮海水が導入されると共に一端が前記給水ポンプに連通し一端側から前記海水が導入されるシリンダと、前記シリンダ内で往復移動するピストンとを備え、前記ピストンが、前記シリンダの端部側に向いたピストン端面を有し、前記シリンダが、内部の端部に設けられ往復移動する前記ピストンが端部に達した際に当接するディスタンスリングを備え、前記ディスタンスリングが、前記ピストン端面に対向する面に形成された圧力バランス溝と、内周面と前記圧力バランス溝とを接続して形成された圧力バランス流路孔とを有していることを特徴とする。

【0010】

このエネルギー回収装置では、ディスタンスリングが、ピストン端面に対向する面に形成された圧力バランス溝と、内周面と圧力バランス溝とを接続して形成された圧力バランス流路孔とを有しているので、ピストン端面が当接した際の受圧面積を増大させることで、圧力伝播し易くなり、ピストン端面がディスタンスリングから離脱し易くなる。すなわち、圧力バランス溝により受圧面積を増やすと共に、圧力バランス溝と圧力バランス流路孔とを介して圧力をディスタンスリングの内周面から対向面（ピストン端面との接触面）まで伝播させ、高圧側と低圧側との圧力差を瞬時にバランスさせることができる。
圧力バランス溝と圧力バランス流路孔とは、ディスタンスリングとピストン端面との互いの接触面間とは別の流路を形成するため、ディスタンスリングとピストン端面との互いの接触面間の隙間の流速の上昇が緩和される。これにより、接触面間の圧力低下によるディスタンスリングとピストン端面との吸着を抑制して、ピストン端面をスムーズにディスタンスリングから離脱させることが可能になる。

【0011】

第２の発明に係るエネルギー回収装置は、第１の発明において、前記圧力バランス溝が、前記ディスタンスリングの軸線を中心にリング状に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、圧力バランス溝が、ディスタンスリングの軸線を中心にリング状に形成されているので、円環状の圧力バランス溝により周方向にわたって受圧面積を増やすことができる。

【0012】

第３の発明に係るエネルギー回収装置は、第１又は第２の発明において、前記圧力バランス流路孔が、前記ディスタンスリングの外周面にも接続され、前記ディスタンスリングが、前記圧力バランス流路孔に接続され外周面に形成された圧力バランス凹部を有していることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、ディスタンスリングが、圧力バランス流路孔に接続され外周面に形成された圧力バランス凹部を有しているので、圧力バランス凹部とシリンダの内周面との間に形成された圧力バランス用の空間を介してディスタンスリングの外周面側にも圧力を伝播させることができる。

【0013】

第４の発明に係るエネルギー回収装置は、第３の発明において、前記圧力バランス凹部が、周方向に延在したリング状に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、圧力バランス凹部が、周方向に延在したリング状に形成されているので、周方向にわたってディスタンスリングの外周面に圧力を伝播させることができる。

【0014】

第５の発明に係るエネルギー回収装置は、第１又は第２の発明において、前記圧力バランス流路孔が、前記ディスタンスリングの内周面から外周面へ貫通していると共に、周方向に間隔を空けて前記ディスタンスリングの軸線を中心にした放射線状に複数形成されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、圧力バランス流路孔が、ディスタンスリングの内周面から外周面へ貫通していると共に、周方向に間隔を空けてディスタンスリングの軸線を中心にした放射線状に複数形成されているので、周方向の複数箇所から圧力バランス流路孔を介してディスタンスリングの内周面と外周面とに圧力をさらに伝播させることができる。

【0015】

第６の発明に係るエネルギー回収装置は、第１又は第２の発明において、前記シリンダが、装置停止時に内部の海水を外部に排出可能なドレン抜き流路孔と、装置停止時に内部の空気を外部に排出可能な空気抜き流路孔とを有し、前記圧力バランス流路孔が、前記ドレン抜き流路孔及び前記空気抜き流路孔にも接続されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、圧力バランス流路孔が、ドレン抜き流路孔及び空気抜き流路孔にも接続されているので、装置停止時に圧力バランス流路孔を介しても海水や空気を外部に排出させることができる。

【0016】

第７の発明に係るエネルギー回収装置は、第１又は第２の発明において、前記ディスタンスリングが、樹脂で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このエネルギー回収装置では、ディスタンスリングが、樹脂で形成されているので、金属製に比べて低コストであると共に、圧力バランス流路孔等の加工が容易である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明によるエネルギー回収装置によれば、ディスタンスリングが、ピストン端面に対向する面に形成された圧力バランス溝と、内周面と圧力バランス溝とを接続して形成された圧力バランス流路孔とを有しているので、ディスタンスリングとピストン端面との吸着を抑制して、ピストン端面をスムーズにディスタンスリングから離脱させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係るエネルギー回収装置の一実施形態において、シリンダ装置の切替弁側の端部を示す断面図である。

【図2】本実施形態において、シリンダ装置の逆止弁側の端部を示す断面図である。

【図3】本実施形態において、エネルギー回収装置を示す模式図である。

【図4】本実施形態において、ディスタンスリングを示すピストン側の対向面図（ａ）及びＡ－Ａ線断面図（ｂ）である。

【図5】本実施形態において、シリンダ内栓フランジを示す切替弁側の正面図（ａ）及びＢ－Ｂ線断面図（ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明におけるエネルギー回収装置の一実施形態を、図１から図５に基づいて説明する。

【0020】

本実施形態におけるエネルギー回収装置１は、図３に示すように、高圧海水を逆浸透膜で淡水と濃縮海水とに分離し淡水を淡水管３に排出すると共に高圧の濃縮海水を濃縮水管４に排出する膜分離装置５に接続されるエネルギー回収装置である。

【0021】

このエネルギー回収装置１は、海水を供給する給水ポンプＰ１と、海水を加圧して膜分離装置５へ高圧海水を供給する高圧ポンプＰ２と、一端が給水ポンプＰ１に連通し、濃縮水管４との連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水路１９との連通と遮断とを行う流路切換機構６Ａ，６Ｂを介してそれぞれ他端が濃縮水管４と排水路１９とに接続された複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂと、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂの一端に接続され、海水を複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂに交互に供給すると共に、複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂから高圧で交互に押し出される海水を膜分離装置５に戻す流路方向規制機構１１と、流路切換機構６Ａ，６Ｂを制御して濃縮水管４及び排水路１９に対する複数のシリンダ装置７Ａ，７Ｂの接続を切り換え、高圧の濃縮海水をシリンダ装置７Ａ，７Ｂに供給して内部の海水を高圧で押し出す圧送工程と、圧送工程後に給水ポンプＰ１からの海水をシリンダ装置７Ａ，７Ｂに供給して内部の濃縮海水を排出しながら海水を充填させる充填工程と行う制御機能を有した制御部Ｃとを備えている。

【0022】

上記シリンダ装置７Ａ，７Ｂは、濃縮水管４と排水路１９とに他端が接続され他端側から濃縮海水が導入されると共に一端が給水ポンプＰ１に連通し一端側から海水が導入されるシリンダ８と、シリンダ８内で往復移動するピストン９とを備えている。

【0023】

上記ピストン９は、図１に示すように、シリンダ８の端部側に向いたピストン端面９ａを有している。
上記シリンダ８は、図１及び図２に示すように、内部の端部に設けられ往復移動するピストン９が端部に達した際に当接するディスタンスリング１０を備えている。
上記ディスタンスリング１０は、図１，図２及び図３に示すように、ピストン端面９ａに対向する面に形成された圧力バランス溝１０ａと、内周面と圧力バランス溝１０ａとを接続して形成された圧力バランス流路孔１０ｂとを有している。

【0024】

上記圧力バランス溝１０ａは、ディスタンスリング１０の軸線を中心にリング状に形成されている。
上記圧力バランス流路孔１０ｂは、ディスタンスリング１０の外周面にも接続され、ディスタンスリング１０が、圧力バランス流路孔１０ｂに接続され外周面に形成された圧力バランス凹部１０ｃを有している。

【0025】

上記圧力バランス凹部１０ｃは、周方向に延在したリング状に形成されている。
上記圧力バランス流路孔１０ｂは、ディスタンスリング１０の内周面から外周面へ貫通していると共に、周方向に間隔を空けてディスタンスリング１０の軸線を中心にした放射線状に複数形成されている。
すなわち、上記圧力バランス流路孔１０ｂは、ディスタンスリング１０のうち、内周面と、外周面と、ピストン端面９ａに対向する面とに開口している。

【0026】

上記シリンダ８は、端部にディスタンスリング１０の外面に当接したシリンダ内栓フランジ１７を備えている。
上記シリンダ内栓フランジ１７は、図１，図２及び図５に示すように、装置停止時に内部の海水を外部に排出可能なドレン抜き流路孔１７ａと、装置停止時に内部の空気を外部に排出可能な空気抜き流路孔１７ｂとを有している。
上記ドレン抜き流路孔１７ａは、シリンダ内栓フランジ１７の下部に形成され、空気抜き流路孔１７ｂは、シリンダ内栓フランジ１７の上部に形成されている。
上記圧力バランス流路孔１０ｂは、ドレン抜き流路孔１７ａ及び空気抜き流路孔１７ｂにも接続されている。

【0027】

また、上記ディスタンスリング１０は、ピストン端面９ａに対向する面に開口して形成された通水孔１０ｄを有している。
上記通水孔１０ｄは、上下に一対形成されており、圧力バランス流路孔１０ｂの途中と、ドレン抜き流路孔１７ａ又は空気抜き流路孔１７ｂとに接続されている。
すなわち、圧力バランス流路孔１０ｂは、通水孔１０ｄを介して、ドレン抜き流路孔１７ａ又は空気抜き流路孔１７ｂにも接続されている。
なお、上記ディスタンスリング１０は、例えばナイロン樹脂等の樹脂で形成されている。

【0028】

上記ディスタンスリング１０及びシリンダ内栓フランジ１７は、シリンダ８の両端部にそれぞれ設けられている。
ディスタンスリング１０には、複数のボルト用孔１０ｅが形成されていると共に、シリンダ内栓フランジ１７には、各ボルト用孔１０ｅに対応した複数の雌ねじ孔１７ｃが形成されている。
すなわち、ディスタンスリング１０は、ボルトＢ１をボルト用孔１０ｅに挿通させると共に、雌ねじ孔１７ｃに螺着させて、シリンダ内栓フランジ１７に固定されている。
シリンダ内栓フランジ１７には、複数の固定用孔１７ｄが外周部に形成されており、固定用孔１７ｄに挿通されたボルトＢ２により、シリンダ８の端部に固定されている。

【0029】

上記シリンダ８の他端または他端近傍の周面には、濃縮水管４と排水路１９とに接続され濃縮海水の導入及び排出が行われる濃縮海水導入口８ａが設けられている。
また、濃縮海水導入口８ａは、接続管１３ｅの一端に接続され、接続管１３ｅの他端が流出入ポート１３ｃに接続されている。すなわち、シリンダ８は、濃縮海水導入口８ａ及び接続管１３ｅを介して流出入ポート１３ｃに接続されている。

【0030】

また、上記流路方向規制機構１１は、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の吸込側に供給するように設定されている逆止弁機構である。すなわち、流路方向規制機構１１は、各シリンダ装置７Ａ，７Ｂから押し出された海水を高圧ポンプＰ２の吸込側に接続された連結管１１ｅに送るように設定されている。

【0031】

シリンダ装置７Ａ，７Ｂは、濃縮水管４との連通と遮断とを行うと共に濃縮海水の排水管１９との連通と遮断とを行う第１流路切換機構６Ａを介して一端が濃縮水管４と排水管１９とに接続された第１シリンダ装置７Ａと、濃縮水管４との連通と遮断とを行うと共に排水管１９との連通と遮断とを行う第２流路切換機構６Ｂを介して一端が濃縮水管４と排水管１９とに接続された第２シリンダ装置７Ｂとを備えている。

【0032】

すなわち、制御部Ｃは、第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂを制御して濃縮水管４及び排水管１９に対する第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとの接続を切り換え、高圧の濃縮海水を第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとに交互に流し込む制御機能と濃縮海水を第１シリンダ装置７Ａ及び第２シリンダ装置７Ｂから交互に排出する制御機能とを有している。

【0033】

また、海水の供給管２ａには、給水ポンプＰ１が接続されており、給水ポンプＰ１によって供給管２ａから流路方向規制機構１１に海水が送られる。
上記流路方向規制機構１１は、海水を第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとに交互に供給すると共に、第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとから高圧で交互に押し出される海水を連結管１１ｅを介して膜分離装置５に戻すように設定されている。

【0034】

上記濃縮水管４は、途中で分岐されて第１流路切換機構６Ａと第２流路切換機構６Ｂとに接続されている。
上記第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂは、第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂへの濃縮海水の供給とその停止及び第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂからの濃縮海水の排出とその停止との切り換えを行う切替弁機構である切換用シリンダ装置１３と、切換用シリンダ装置１３を駆動する駆動装置１４とを備えている。

【0035】

上記切換用シリンダ装置１３は、第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂの一端と排水管１９と濃縮水管４とに接続された切換用シリンダ２０と、切換用シリンダ２０内で往復移動し第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂの一端と排水管１９及び濃縮水管４との連通及び遮断が可能な排水側ピストン２０ａと、切換用シリンダ２０内で排水側ピストン２０ａと一体で往復移動する供給側ピストン２０ｂと、一端に排水側ピストン２０ａが設けられていると共に中間部に供給側ピストン２０ｂが設けられ他端が切換用シリンダ２０の他端から外部に突出して駆動装置１４に接続された切換用ピストンロッド２２とを備えている。

【0036】

上記切換用シリンダ２０は、濃縮海水の排水管１９に接続され一端側に設けられた流出ポート１３ａと、濃縮水管４に接続され中間部に設けられた流入ポート１３ｂと、第１シリンダ装置７Ａ又は第２シリンダ装置７Ｂに接続され流出ポート１３ａと流入ポート１３ｂとの間に設けられた流出入ポート１３ｃとを有している。

【0037】

制御部Ｃは、例えば各シリンダ装置７Ａ，７Ｂのシリンダ８の他端近傍を含む複数箇所にそれぞれ設けられピストン９の位置、特にピストン９がシリンダ８の他端近傍に達したことを検出可能な位置に位置検出器（図示略）を備え、これら位置検出器の検出信号に基づいて第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂを制御する機能を有している。
なお、位置検出器は、シリンダ８の上記以外の箇所にも設置しても構わない。

【0038】

上記第１流路切換機構６Ａ及び上記第２流路切換機構６Ｂは、切換用シリンダ装置１３を駆動する上記駆動装置１４を備えている。
上記駆動装置１４は、例えば油圧ポンプに接続された油圧ピストン，電動アクチュエータなどを用いて構成されている。
上記制御部Ｃは、前記検出信号に基づいて油圧サーボ弁またはサーボモータ（図示略）を制御して駆動装置１４を操作する機能を有している。

【0039】

第１シリンダ装置７Ａおよび第２シリンダ装置７Ｂのそれぞれの他端は、一対の逆止弁１１ａで構成された流路方向規制機構１１を介して給水ポンプＰ１に連通されている。
第１シリンダ装置７Ａの一端は、第１流路切換機構６Ａにおける切換用シリンダ装置１３の流出入ポート１３ｃに連通され、第２シリンダ装置７Ｂの一端は、第２流路切換機構６Ｂにおける切換用シリンダ装置１３の流出入ポート１３ｃに連通されている。

【0040】

また、切換用シリンダ装置１３の流入ポート１３ｂは、濃縮水管４に連通されている。さらに、切換用シリンダ装置１３の一端には、排水管１９に接続された流出ポート１３ａが設けられている。切換用シリンダ２０内に配設された排水側ピストン２０ａ及び供給側ピストン２０ｂは切換用ピストンロッド２２に連結されている。また、切換用ピストンロッド２２の一端は、駆動装置１４に連結されて駆動装置１４に連動して切換用シリンダ２０内を往復動する。

【0041】

上記流路方向規制機構１１は、供給管２ａに接続された一対の分岐管１１ｃを有し、これらの分岐管１１ｃの途中に、対応する第１シリンダ装置７Ａ及び第２シリンダ装置７Ｂの一端がシリンダ接続管１１ｄを介して接続されている。分岐管１１ｃにおいて、シリンダ接続管１１ｄの接続部分の両側には、それぞれ一対の逆止弁１１ａが設けられている。また、一対の分岐管１１ｃの他端は、連結管１１ｅに接続されている。

【0042】

次に、本実施形態のエネルギー回収装置１の動作について、図面を参照して説明する。
まず、図３に示すように、圧送工程にある第１シリンダ装置７Ａのピストン９が矢印Ｙ１の方向に移動すると、シリンダ８内の海水が分岐管１１ｃ側に押し出される。分岐管１１ｃに押し出された海水は、連結管１１ｅを介して高圧ポンプＰ２に供給される。
一方、充填工程にある第２シリンダ装置７Ｂのピストン９が矢印Ｙ２の方向に移動すると、シリンダ８内の濃縮海水が濃縮海水導入口８ａ及び流出入ポート１３ｃを介して排水管１９に排出される。

【0043】

第１シリンダ装置７Ａのピストン９が流路方向規制機構１１側（逆止弁側）にある所定の位置検出器の位置に到達すると、その位置検出器から検出信号が制御部Ｃに送信され、この検出信号を制御部Ｃが受信すると、制御部Ｃが第２流路切換機構６Ｂの駆動装置１４を制御して流路の切り換えを行う。
このとき、第２流路切換機構６Ｂにおける切換用シリンダ装置１３の流入ポート１３ｂと流出入ポート１３ｃとが連通されて高圧の濃縮海水が膜分離装置５から第２シリンダ装置７Ｂに供給されると共に、流出入ポート１３ｃと流出ポート１３ａとの連通が遮断されて、第２シリンダ装置７Ｂの圧送工程が開始される。
このように流路の切り換えが行われ、第１シリンダ装置７Ａと第２シリンダ装置７Ｂとで交互に圧送工程と充填工程とが繰り返し行われる。

【0044】

上記第１及び第２シリンダ装置７Ａ，７Ｂにおいて、切替弁機構である第１及び第２流路切換機構６Ａ，６Ｂが吐出開始位置（エネルギー回収工程開始位置：濃縮海水の圧力を充填済みの海水へ伝播を開始させる位置）に切り替わると、シリンダ８端部にあるシリンダ内栓フランジ１７及びディスタンスリング１０内側の圧力は高圧となる。
このとき、圧力バランス溝１０ａと圧力バランス流路孔１０ｂとを介して圧力をディスタンスリング１０の内周面から対向面（ピストン端面９ａとの接触面）まで伝播させ、高圧側と低圧側との圧力差を瞬時にバランスさせることができる。
したがって、接触面間の圧力が下がることにより、ピストン９がディスタンスリング１０に吸着し難くなり、スムーズにピストン９が逆止弁機構である流路方向規制機構１１側に向けて移動することができる。

【0045】

すなわち、圧力バランス溝１０ａと圧力バランス流路孔１０ｂとは、ディスタンスリング１０とピストン端面９ａとの互いの接触面間とは別の流路を形成するため、ディスタンスリング１０とピストン端面９ａとの互いの接触面間の隙間の流速の上昇が緩和される。
これにより、接触面間の圧力低下によるディスタンスリング１０とピストン端面９ａとの吸着を抑制して、ピストン端面９ａをスムーズにディスタンスリング１０から離脱させることが可能になる。

【0046】

このように本実施形態のエネルギー回収装置１では、ディスタンスリング１０が、ピストン端面９ａに対向する面に形成された圧力バランス溝１０ａと、内周面と圧力バランス溝１０ａとを接続して形成された圧力バランス流路孔１０ｂとを有しているので、ピストン端面９ａが当接した際の受圧面積を増大させることで、圧力伝播し易くなり、ピストン端面９ａがディスタンスリング１０から離脱し易くなる。
すなわち、圧力バランス溝１０ａにより受圧面積を増やすと共に、圧力バランス溝１０ａと圧力バランス流路孔１０ｂとを介して圧力をディスタンスリング１０の内周面から対向面（ピストン端面９ａとの接触面）まで伝播させ、高圧側と低圧側との圧力差を瞬時にバランスさせることができる。

【0047】

また、圧力バランス溝１０ａが、ディスタンスリング１０の軸線を中心にリング状に形成されているので、円環状の圧力バランス溝１０ａにより周方向にわたって受圧面積を増やすことができる。
また、ディスタンスリング１０が、圧力バランス流路孔１０ｂに接続され外周面に形成された圧力バランス凹部１０ｃを有しているので、圧力バランス凹部１０ｃとシリンダ８の内周面との間に形成された圧力バランス用の空間を介してディスタンスリング１０の外周面側にも圧力を伝播させることができる。

【0048】

また、圧力バランス凹部１０ｃが、周方向に延在したリング状に形成されているので、周方向にわたってディスタンスリング１０の外周面に圧力を伝播させることができる。
さらに、圧力バランス流路孔１０ｂが、ディスタンスリング１０の内周面から外周面へ貫通していると共に、周方向に間隔を空けてディスタンスリング１０の軸線を中心にした放射線状に複数形成されているので、周方向の複数箇所から圧力バランス流路孔１０ｂを介してディスタンスリング１０の内周面と外周面とに圧力をさらに伝播させることができる。

【0049】

また、圧力バランス流路孔１０ｂが、ドレン抜き流路孔１７ａ及び空気抜き流路孔１７ｂにも接続されているので、装置停止時に圧力バランス流路孔１０ｂを介しても海水や空気を外部に排出させることができる。
なお、ディスタンスリング１０が、樹脂で形成されているので、金属製に比べて低コストであると共に、圧力バランス流路孔１０ｂ等の加工が容易である。

【0050】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１…エネルギー回収装置、２ａ…供給管、３…淡水管、４…濃縮水管、５…膜分離装置、６Ａ…第１流路切換機構、６Ｂ…第２流路切換機構、７Ａ…第１シリンダ装置、７Ｂ…第２シリンダ装置、８…シリンダ、８ａ…濃縮海水導入口、９…ピストン、９ａ…ピストン端面、１０…ディスタンスリング、１０ａ…圧力バランス溝、１０ｂ…圧力バランス流路孔、１０ｃ…圧力バランス凹部、１１…流路方向規制機構、１７ａ…ドレン抜き流路孔、１７ｂ…空気抜き流路孔、１９…濃縮海水の排水路、Ｐ１…給水ポンプ、Ｐ２…高圧ポンプ、Ｃ…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】