特許 7626580 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-27

(45)【発行日】2025-02-04

(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 20060101AFI20250128BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20250128BHJP

【ＦＩ】

B01D61/06

C02F1/44 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021122254

(22)【出願日】2021-07-27

(65)【公開番号】P2023018263

(43)【公開日】2023-02-08

【審査請求日】2023-11-14

(73)【特許権者】

【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】工藤 昇太

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１０７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４３３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８９８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３０８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１４２４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ６１／００ － ７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｆ０４Ｂ ９／００ － １５／０８

Ｂ６５Ｂ １／００ － ３／３６

(57)【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、
前記ピストンに一端が接続され他端が前記シリンダの他端から外部に突出したピストンロッドとを備え、
前記ピストンが、前記ピストンロッドの先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部と、
前記先端部から軸方向に離間して設けられ前記先端部との間に空間部を介して前記ピストンロッドの外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部とを備え、
前記ピストンロッドが、先端側で前記空間部に開口したピストン側開口部と、
一端が前記ピストン側開口部に接続されていると共に他端が外部に開口したロッド内流通路とを備え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、
前記先端部と前記後端部とが、それぞれ外周部に環状に延在するシール部を備えていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項3】

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、
前記ピストンに一端が接続され他端が前記シリンダの他端から外部に突出したピストンロッドとを備え、
前記ピストンが、前記ピストンロッドの先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部と、
前記先端部から軸方向に離間して設けられ前記先端部との間に空間部を介して前記ピストンロッドの外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部とを備え、
前記シリンダが、前記ピストンが一端側の端部まで移動した際の前記空間部に対向した部分に前記海水を外部に排出可能な一端側ドレインを備えていることを特徴とするエネルギー回収装置。

【請求項4】

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、
前記ピストンに一端が接続され他端が前記シリンダの他端から外部に突出したピストンロッドとを備え、
前記ピストンが、前記ピストンロッドの先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部と、
前記先端部から軸方向に離間して設けられ前記先端部との間に空間部を介して前記ピストンロッドの外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部とを備え、
前記シリンダが、前記ピストンが他端側の端部まで移動した際の前記空間部に対向した部分に前記海水を外部に排出可能な他端側ドレインを備え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：ＲＯ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、２つの逆止弁で構成された流路方向規制装置を介して給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、給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、給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給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を介して逆浸透モジュールに高圧海水を供給することで、高圧ポンプの消費エネルギーが削減される。

【0006】

このようなエネルギー回収装置では、給水ポンプから送られる海水を直接加圧する高圧ポンプと、シリンダ装置から送り出される海水を増圧する増圧ポンプとで高圧海水を膜分離装置に送っているが、加圧用のポンプを２つ用いた２系統の増圧経路が必要になり、設備が複雑になり、設備コストが増大してしまう。
その対策として、特許文献２には、シリンダ装置が、シリンダ内で往復移動するピストンに一端が接続され他端がシリンダの他端から外部に突出したピストンロッドを備えたエネルギー回収装置が記載されている。このエネルギー回収装置では、ピストンロッドの太さ（断面積）に応じてシリンダ内のピストンより一端側の断面積とピストンより他端側の断面積が異なり、シリンダ装置から送り出される海水を所望の圧力と流量とに設定することが可能になることで、加圧用のポンプが１つで済み、設備の簡易化が可能になるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１３－８６０４３号公報

【文献】特開２０２０－１１０７３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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、シリンダ内のピストン前方の海水がピストン後方へとピストンを越えて漏れ出したり、ピストン後方の海水がピストン前方へとピストンを越えて漏れ出したりすることがあり、シリンダ内のピストン前後の海水が混ざり合ってしまう不都合があった。

【0009】

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、シリンダ内のピストン前後の海水が混ざり合ってしまうことを抑制可能な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】

【0010】

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、前記ピストンに一端が接続され他端が前記シリンダの他端から外部に突出したピストンロッドとを備え、前記ピストンが、前記ピストンロッドの先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部と、前記先端部から軸方向に離間して設けられ前記先端部との間に空間部を介して前記ピストンロッドの外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部とを備えていることを特徴とする。

【0011】

このエネルギー回収装置では、ピストンが、ピストンロッドの先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部と、先端部から軸方向に離間して設けられ先端部との間に空間部を介してピストンロッドの外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部とを備えているので、先端部や後端部を越えて漏れ出た海水がピストン内の空間部に溜まることで、シリンダ内のピストン前方の海水とピストン後方の海水とが、ピストンを越えてピストン前後で混ざり合ってしまうことを抑制可能となる。

【0012】

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、前記ピストンロッドが、先端側で前記空間部に開口したピストン側開口部と、一端が前記ピストン側開口部に接続されていると共に他端が外部に開口したロッド内流通路とを備え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、ピストンロッドが、先端側で空間部に開口したピストン側開口部と、一端がピストン側開口部に接続されていると共に他端が外部に開口したロッド内流通路とを備えているので、空間部に溜まった海水をピストン側開口部からロッド内流通路を介して外部に排出することができる。特に、空間部内の海水は外部の大気圧より高圧であるため、ロッド内流通路を通して外部への排出が容易である。

【0013】

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、前記先端部と前記後端部とが、それぞれ外周部に環状に延在するシール部を備え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、先端部と後端部とが、それぞれ外周部に環状に延在するシール部を備えているので、二重のシール部によって先端部前方からの海水の漏れと後端部後方からの海水の漏れとの両方を別々に抑制することができる。

【0014】

第４の発明に係るエネルギー回収装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記シリンダが、前記ピストンが一端側の端部まで移動した際の前記空間部に対向した部分に前記海水を外部に排出可能な一端側ドレインを備え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、シリンダが、ピストンが一端側の端部まで移動した際の空間部に対向した部分に海水を外部に排出可能な一端側ドレインを備えているので、ピストンが一端側の端部まで移動した停止状態において、空間部に溜まった海水を一端側ドレインから外部に排出させることができる。

【0015】

第５の発明に係るエネルギー回収装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記シリンダが、前記ピストンが他端側の端部まで移動した際の前記空間部に対向した部分に前記海水を外部に排出可能な他端側ドレインを備え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、シリンダが、ピストンが他端側の端部まで移動した際の空間部に対向した部分に海水を外部に排出可能な他端側ドレインを備えているので、ピストンが他端側の端部まで移動した停止状態において、空間部に溜まった海水を他端側ドレインから外部に排出させることができる。

【発明の効果】

【0016】

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、ピストンが、ピストンロッドの先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部と、先端部から軸方向に離間して設けられ先端部との間に空間部を介してピストンロッドの外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部とを備えているので、先端部や後端部を越えて漏れ出た海水がピストン内の空間部に溜まることで、シリンダ内のピストン前方の海水とピストン後方の海水とが、ピストンを越えてピストン前後で混ざり合ってしまうことを抑制可能となる。
したがって、本発明のエネルギー回収装置では、設備の簡易化が可能になり、設備コストの低減を図った構成において、濃縮前後の海水が混ざり合ってしまうことを抑制でき、効率的に淡水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るエネルギー回収装置の第１実施形態を示す模式図である。

【図2】第１実施形態において、ピストンがシリンダの一端側の端部に移動した状態（ａ）とシリンダの他端側の端部に移動した状態（ｂ）とを示す模式図である。

【図3】本発明に係るエネルギー回収装置の第２実施形態を示す要部の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明におけるエネルギー回収装置の第１実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。

【0019】

本実施形態におけるエネルギー回収装置１は、図１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。

【0020】

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。

【0021】

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、ピストン９に一端が接続され他端がシリンダ８の他端から外部に突出したピストンロッド１２とを備えている。
上記ピストン９は、ピストンロッド１２の先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部９ａと、先端部９ａから軸方向に離間して設けられ先端部９ａとの間に空間部Ｓを介してピストンロッド１２の外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部９ｂとを備えている。
すなわち、空間部Ｓは、先端部９ａと後端部９ｂとに挟まれて形成された円環状の空間である。また、先端部９ａと後端部９ｂとは、ピストンロッド１２と同じ中心軸を有して設けられている。

【0022】

上記ピストンロッド１２は、先端側で空間部Ｓに開口したピストン側開口部１２ａと、一端がピストン側開口部１２ａに接続されていると共に他端が外部に開口したロッド内流通路１２ｂとを備えている。
なお、ピストン側開口部１２ａは、空間部Ｓに面したピストンロッド１２の少なくとも上面側と下面側との２箇所で開口している。
上記ロッド内流通路１２ｂの他端は、ピストンロッド１２の他端で開口している。
なお、ピストンロッド１２の他端部の下方には、ロッド内流通路１２ｂから排出される海水を受けるドレイン受け１２ｃが設けられている。

【0023】

上記ピストン９の先端部９ａと後端部９ｂとは、それぞれ外周部に環状に延在するシール部９ｃを備えている。これらシール部９ｃは、板バネと樹脂とを組み合わせた漏れ防止用のピストンシールである。
上記シリンダ８は、図２に示すように、ピストン９が一端側の端部まで移動した際の空間部Ｓに対向した部分に海水を外部に排出可能な一端側ドレイン８ｃと、ピストン９が他端側の端部まで移動した際の空間部Ｓに対向した部分に海水を外部に排出可能な他端側ドレイン８ｄとを備えている。
上記一端側ドレイン８ｃと他端側ドレイン８ｄとは、シリンダ８の下側に接続しており、それぞれ開閉弁８ｅが接続されている。

【0024】

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。
また、シリンダ８の他端には、ピストンロッド１２が貫通する貫通孔８ｂが形成され、貫通孔８ｂの内周面に、濃縮海水の外部への漏れを防止するロッド用シール（図示略）が設けられている。

【0025】

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。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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

また、上記シリンダ８に取り付ける位置検出器を設けなくても、本実施形態では、ピストンロッド１２がシリンダ８から突出しており、その突出量からピストン９の位置を判断することができる。したがって、ピストンロッド１２が所定の突出量に達した際に、信号を発して第１流路切換機構６Ａ及び第２流路切換機構６Ｂを制御する機能を採用しても構わない。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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１１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。

【0038】

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１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。

【0039】

第１シリンダ装置７Ａのピストン９が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。

【0040】

本実施形態では、シリンダ装置７Ａ，７Ｂにより、高圧ポンプＰ２に送られる海水の流量は、
Ｑ_１：シリンダ内のピストンより他端側に送り込まれる濃縮海水の流量
Ｑ_２：シリンダ内のピストンより一端側から送り出される海水の流量
Ａ_１：シリンダ内のピストンより他端側の断面積（シリンダの内側の断面積からピストンロッドの断面積を差し引いた面積、すなわち、ピストンロッド外周のリング状の面積）
Ａ_２：シリンダ内のピストンより一端側の断面積（シリンダの内側の断面積）、
とすると、以下の関係式により流量と面積との関係が決まる。
流量比：面積比＝Ｑ_２／Ｑ_１：Ａ_２／Ａ_１

【0041】

例えば、シリンダ８内のピストン９より他端側の断面積Ａ_１と、シリンダ８内のピストン９より一端側の断面積Ａ_２との比が、Ａ_１：Ａ_２＝１：２である場合について以下に説明する。
この場合、圧送工程の第１シリンダ装置７Ａでは、シリンダ８内のピストン９より他端側における濃縮海水の導入流量が５，０００ｍ^３／ｄ、圧力が４．０ＭＰａとすると、シリンダ８内のピストン９より一端側における海水の排出流量が１０，０００ｍ^３／ｄ、圧力が２．０ＭＰａとなる。

【0042】

このとき、高圧ポンプＰ２には、第１シリンダ装置７Ａから流量が１０，０００ｍ^３／ｄで圧力が２．０ＭＰａの海水が送られるため、膜分離装置５に流量が１０，０００ｍ^３／ｄで圧力が４．０ＭＰａの海水を送り込みたい場合は、高圧ポンプＰ２において２．０ＭＰａだけ昇圧すれば良い。
したがって、従来の技術では、給水ポンプから送られる海水を直接加圧する高圧ポンプと、シリンダ装置から送り出される海水を増圧する増圧ポンプとで高圧海水を膜分離装置に送っており、加圧用のポンプを２つ用いた２系統の増圧経路が必要であった。これに対し、本実施形態ではシリンダ装置から送り出される海水を高圧ポンプの吸込み側に全量送り、増圧ポンプが補っていたＲＯ膜および各配管等の各部の損失水頭分は高圧ポンプの全揚程に見込むため増圧ポンプが不要になる。

【0043】

また、膜分離装置５では、濃縮海水が流量５，０００ｍ^３／ｄ、圧力４．０ＭＰａで第１シリンダ装置７Ａへ送り出されると共に、淡水（透過水）が流量５，０００ｍ^３／ｄで淡水管３に送り出される。
なお、この際、充填工程である第２シリンダ装置７Ｂでは、シリンダ８の一端からの海水の流量が１０，０００ｍ^３／ｄであり、シリンダ８の他端側からの濃縮海水の排出量が５，０００ｍ^３／ｄとなる。

【0044】

このように、シリンダ装置７Ａ，７Ｂが、シリンダ８内で往復移動するピストン９と、ピストン９に一端が接続され他端がシリンダ８の他端から外部に突出したピストンロッド１２を備えているので、ピストンロッド１２の太さ（断面積）に応じてシリンダ８内のピストン９より一端側の断面積とピストン９より他端側の断面積とが異なり、シリンダ装置７Ａ，７Ｂから送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。

【0045】

また、本実施形態では、上記ピストン９が、前方（一端側）に移動する際、ピストン９の後方から海水がシール部９ｃを越えて漏れ出た場合、空間部Ｓに海水が流れ込む。
また、上記ピストン９が、後方（他端側）に移動する際、ピストン９の前方から海水がシール部９ｃを越えて漏れ出た場合も、空間部Ｓに海水が流れ込む。
さらに、空間部Ｓ内に漏れて流れ込んだ海水は、ピストン側開口部１２ａからロッド内流通路１２ｂを介してピストンロッド１２の他端から外部のドレイン受け１２ｃに排出される。

【0046】

このように本実施形態のエネルギー回収装置１では、ピストン９が、ピストンロッド１２の先端に設けられた円板状又は円筒状の先端部９ａと、先端部から軸方向に離間して設けられ先端部９ａとの間に空間部Ｓを介してピストンロッド１２の外周面に設けられた円環状又は円筒状の後端部９ｂとを備えているので、先端部９ａや後端部９ｂを越えて漏れ出た海水がピストン９内の空間部Ｓに溜まることで、シリンダ８内のピストン９前方の海水とピストン９後方の海水とが、ピストン９を越えてピストン９前後で混ざり合ってしまうことを抑制可能となる。

【0047】

また、ピストンロッド１２が、先端側で空間部Ｓに開口したピストン側開口部１２ａと、一端がピストン側開口部１２ａに接続されていると共に他端が外部に開口したロッド内流通路１２ｂとを備えているので、空間部Ｓに溜まった海水をピストン側開口部１２ａからロッド内流通路１２ｂを介して外部に排出することができる。特に、空間部Ｓ内の海水は外部の大気圧より高圧であるため、ロッド内流通路１２ｂを通して外部への排出が容易である。

【0048】

また、先端部９ａと後端部９ｂとが、それぞれ外周部に環状に延在するシール部９ｃを備えているので、二重のシール部９ｃによって先端部９ａ前方からの海水の漏れと後端部９ｂ後方からの海水の漏れとの両方を別々に抑制することができる。
なお、ロッド内流通路１２ｂを通して外部への排出される海水の量に応じて、シール部９ｃの摩耗劣化状態を検出することも可能になる。

【0049】

さらに、シリンダ８が、ピストン９が一端側の端部まで移動した際の空間部Ｓに対向した部分に海水を外部に排出可能な一端側ドレイン８ｃを備えているので、ピストン９が一端側の端部まで移動した停止状態において、空間部Ｓに溜まった海水を一端側ドレイン８ｃから外部に排出させることができる。
また、シリンダ８が、ピストン９が他端側の端部まで移動した際の空間部Ｓに対向した部分に海水を外部に排出可能な他端側ドレイン８ｄを備えているので、ピストン９が他端側の端部まで移動した停止状態において、空間部Ｓに溜まった海水を他端側ドレイン８ｄから外部に排出させることができる。

【0050】

次に、本発明におけるエネルギー回収装置の第２実施形態を、図３に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0051】

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、２つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂを備えているのに対し、第２実施形態のエネルギー回収装置２１では、図３に示すように、３つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃを備えている点である。
すなわち、第２実施形態では、シリンダ装置が、第１シリンダ装置７Ａ，第２シリンダ装置７Ｂ及び第３シリンダ装置７Ｃで構成されている。

【0052】

第２実施形態では、分岐管１１ｃが３つのシリンダ装置に対応して３つに分岐してそれぞれ逆止弁１１aを介して第１シリンダ装置７Ａ，第２シリンダ装置７Ｂ及び第３シリンダ装置７Ｃに接続されている。
また、流路切換機構も、３つのシリンダ装置に対応して第１流路切換機構６Ａ，第２流路切換機構６Ｂ及び第３流路切換機構６Ｃの３つで構成されている。
第３シリンダ装置７Ｃも、第１シリンダ装置７Ａ，第２シリンダ装置７Ｂと同様のシリンダ構造を有している。

【0053】

なお、第２実施形態では、例えば３つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃのうち、第１シリンダ装置７Ａが圧送工程であると共に第３シリンダ装置７Ｃが充填工程であるとき、第２シリンダ装置７Ｂはピストン９が第２シリンダ装置７Ｂの他端に到達している状態であり、第２シリンダ装置７Ｂが待機工程となるようにシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃの工程の切り換えが設定されている。すなわち、３本のシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃのうち１本を圧送工程とし、１本を充填工程とし、１本を待機工程として使用することで、給水ポンプＰ１から常に海水が供給されて給水ポンプＰ１の脈動を抑制することができる。
なお、図３では、ドレイン受けの図示は省略している。

【0054】

このように第２実施形態のエネルギー回収装置２１でも、３つのシリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃが、シリンダ８内で往復移動するピストン９と、ピストン９に一端が接続され他端がシリンダ８の他端から外部に突出したピストンロッド１２を備えているので、ピストンロッド１２の太さ（断面積）に応じてシリンダ８内のピストン９より一端側の断面積とピストン９より他端側の断面積とが異なり、シリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃから送り出される海水の圧力と流量とを設定することが可能になる。

【0055】

また、シリンダ装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃにおいて、それぞれのピストン９が、ピストンロッド１２の先端に設けられた先端部９ａと、先端部９ａとの間に空間部Ｓを介してピストンロッド１２の外周面に設けられた後端部９ｂとを備えているので、先端部９ａや後端部９ｂを越えて漏れ出た海水がピストン９内の空間部Ｓに溜まることで、シリンダ８内のピストン９前方の海水とピストン９後方の海水とが、ピストン９を越えてピストン９前後で混ざり合ってしまうことを抑制可能となる。

【0056】

なお、本発明は上記各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】

【0057】

１，２１…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、６Ｃ…第３流路切換機構、７Ａ…第１シリンダ装置、７Ｂ…第２シリンダ装置、７Ｃ…第３シリンダ装置、８…シリンダ、８ａ…濃縮海水導入口、８ｂ…貫通孔、８ｃ…一端側ドレイン、８ｄ…他端側ドレイン、９…ピストン、９ａ…先端部、９ｂ…後端部、９ｃ…シール部、１１…流路方向規制機構、１２…ピストンロッド、１２ａ…ピストン側開口部、１２ｂ…ロッド内流通路、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、Ｓ…空間部

【図1】

【図2】

【図3】