动力回收装置的制作方法

专利名称：动力回收装置的制作方法
技术领域：
本发明基于并且要求在先申请日本专利申请No.2009-210920的优先权，在先申请于2009年9月11日提出，其全部内容包含于本发明，供参考。
背景技术：
海水淡化装置向逆浸透膜(以下称为RO膜)供给压力比逆渗透压高的海水。海 水淡化装置使海水通过逆浸透膜，除去海水中的盐分等并取出淡水。另外，海水淡化装 置将剩余的海水作为高浓度盐水(brine)排出。此时，高浓度盐水由于在高压状态下被排 出，所以，具有高的压力能。近年来，为了实现节能化，在海水淡化处理装置上搭载有 动力回收装置(例如，参见日本专利申请No.2004-81913和No.2001-46842)。动力回收 装置回收高压的高浓度盐水，将高浓度盐水所含有的压力能用于海水的加压。但是，在以往的动力回收装置中，需要升压泵，该升压泵将利用压力能加压后 的海水进一步升压。这是由于，需要将利用压力能加压后的海水的压力进一步升压到向 RO膜注入的海水的压力。但是，升压泵是引起各种问题的原因。首先，由于升压泵进行非常高的压力的海水的升压，所以，需要由厚壁的部件 构成，以使泵不会因内压而损坏。由此，泵效率极端低下，存在升压泵的消耗电力增大 的问题。另外，在升压泵中，由于内压高，所以内部流体的泄漏等故障多。因此，装置 的开工率低，存在不能够稳定地供给净水的问题。另外，在海水淡化成套设备中，配置有多个送水泵、高压泵以及升压泵等。由 于泵是需要定期维护的装置，所以，成套设备中存在多个泵是维护成本以及劳力增大的 原因。此外，由于升压泵如上所述由厚壁的部件构成，所以，在成套设备中也是高价 部件。因此，成为成套设备建设成本增大的原因。另外，在上述No.2004-81913中记载的动力回收装置中，提出有如下技术，艮口， 具有两个RO膜，由第二个RO膜对从第一个RO膜排出的高浓度盐水进行过滤，从而， 省去升压泵的设置。但是，由于RO膜是高价部件，所以，这样的结构成为增大成套设 备建设成本的原因。

发明内容
根据一个实施方式，提供一种动力回收装置，用于海水淡化装置，该海水淡化 装置通过高压泵将第一压力的海水升压至第二压力并向逆浸透膜供给，经由该逆浸透膜 取出淡水，并且，将第三压力的浓缩水排出，上述动力回收装置将上述浓缩水含有的能 量回收，具有压力变换部、和海水供给部。压力变换部具有将内部分隔为第一空间和 第二空间的可动部，通过由第一空间接收来自上述逆浸透膜的上述第三压力的上述浓缩 水，从而使上述可动部移动，通过上述可动部的移动，将填充于上述第二空间内的海水压出，并以第二压力输出。海水供给部使来自上述压力变换部的海水和来自上述高压泵 的海水合流。


图1是表示具有第一实施方式的动力回收装置的海水淡化成套设备的结构的框 图。图2是表示图1的动力回收装置的结构并表示动力回收装置的工作时的第一状态 的附图。图3是表示图1的动力回收装置的结构并表示动力回收装置的工作时的第二状态 的附图。图4是表示图2以及图3的变换器的结构的附图。图5是表示以往的动力回收装置的结构的附图。图6是表示数值模拟中使用的海水淡化装置的样式的附图。图7是表示不具有动力回收装置的海水淡化装置的数值模拟的结果的附图。图8是表示具有图1的动力回收装置的海水淡化装置的数值模拟的结果的附图。图9是表示具有图5的动力回收装置的海水淡化装置的数值模拟的结果的附图。图10是表示图2的动力回收装置的第一变形例的附图。图11是表示图2的动力回收装置的第二变形例的附图。图12是表示图2的动力回收装置的第三变形例的附图。图13是表示第二实施方式的动力回收装置的结构的框图。图14是表示第三实施方式的动力回收装置的结构的框图。图15是表示图14的曲轴的附图。图16是表示第四实施方式的动力回收装置的结构的框图。图17是表示图16的旋转式执行器的结构的附图。
具体实施例方式[第一实施方式]图1是表示具有第一实施方式的动力回收装置60的海水淡化成套设备的结构的 框图。在图1的海水淡化成套设备中，被吸上来的海水在前处理系统10中被进行药物处 理，通过送水泵20被送到保安过滤器30。通过安保过滤器30的海水一部分被供给到高 压泵40，另一部分被供给到动力回收装置60。此时，从保安过滤器30输出的海水的压 力P3为0.2MPa左右。高压泵40使供给的海水升压，并向高压RO膜50输出。此时，升压后的压力 P4根据高压RO膜50的种类而不同，在这里，作为代表值，为6.0MPa。高压RO膜50将供给的海水过滤。在高压RO膜50的回收率为40%的情况下， 从高压RO膜50排出流入的流量的40%的淡水和60%的高浓度盐水。此时，淡水的压 力降低到0.2MPa左右(= P3)，高浓度盐水的压力P6为5.8MPa左右。来自高压RO膜 50的淡水供给到低压泵80，高浓度盐水供给到动力回收装置60。来自高压RO膜50的淡水由低压泵80再加压，并通过低压RO膜90，从而，实施含有的硼的除去等。然后，通过低压RO膜90的淡水在净水池100进行药物处理，作为净水从供给泵110供给到家庭等。动力回收装置60利用高浓度盐水中含有的压力能，对来自保安过滤器30的海水 进行升压并输出。来自动力回收装置60的海水与来自高压泵40的海水合流，供给到高 压RO膜50。阀70的一端开放到大气中。通过阀70，控制在动力回收装置60被回收了压力 能的高浓度盐水的排出流量。图2和图3表示第一实施方式的动力回收装置60的结构，并且是表示动力回收 装置60的工作时的各状态的示意图。首先，使用图2，对动力回收装置60的结构进行说明。图2的动力回收装置60 具有阀61、四通切换阀62、压力变换部63、海水供给部64、棒位置检测部65_1 65_4 以及控制部66。阀61通过限制从高压RO膜50流出的高浓度盐水，从而对向着四通切换阀62导 出的高浓度盐水的压力进行操作。由于长期使用高压RO膜50，RO膜堵塞，从而，使来 自高压RO膜50的高浓度盐水的压力P6减小。阀61用于调整该减少的量。由此，从 动力回收装置60输出的海水的压力P14和从高压泵40输出的海水的压力P4始终相等。四通切换阀62切换高浓度盐水的向压力变换部63流入以及高浓度盐水从压力变 换部63排出的方向。四通切换阀62根据来自控制部66的切换指示，切换高浓度盐水的 流入以及排出的方向。另外，作为切换四通切换阀的方法等，有通过空压式、水压式、 油压式以及螺线管线圈等进行的方法。作为水压源，可以使用高浓度盐水、出自送水泵 20的海水，甚至出自高压泵40的高压盐水。压力变换部63具有变换器631-1、631-2.图4是表示变换器631_1、631-2的 结构的概略图。另外，变换器631-1、631-2分别具有相同的结构，所以，在图4中， 进行变换器631-1的说明。图4的变换器631-1具有汽缸6311-1、活塞6312-1以及棒 6313-1。汽缸6311-1具有三个孔，形成密闭空间。活塞6312-1位于汽缸6311-1的内部，在其与汽缸6311-1之间夹有密封材料，
将该密闭空间分割为第一空间和第二空间。向第一空间供给高浓度盐水，向第二空间供 给海水。棒6313-1的一端从第二空间侧接合于活塞6312-1，另一端从汽缸6311-1的孔 向外部突出。另外，在该孔的洞中安装有密封材料。棒6313-1从第二空间侧接合于活 塞6312-1，由此，活塞6312-1面向第一空间的面积Al与活塞6312-1面向第二空间的面 积A2不同。在这里，面积Al、A2的关系基于来自高压RO膜50的高浓度盐水的压力 P6、来自高压泵40的海水的压力P4、汽缸6311-1和活塞6312-1之间的摩擦力、以及汽 缸6311-1和棒6313-1之间的摩擦力等预先确定。海水供给部64具有单向阀641-1 641-4。单向阀641_1 641_4根据周围的 压力差而分别独立地开闭。由此，从动力回收装置60向外部，或者向着压力变换部63 供给海水。检测部65-1、65-2检测从变换器631-1突出的棒6313-1的位置。检测部65_1设置在当活塞6312-1接近汽缸6311-1的左端时能够检测出棒6313-1的位置。检测部65-2设置在当活塞6312-1接近汽缸6311-1的右端时不能够检测出棒6313-1的位置。在 检测部65-1检测出棒6313-1的情况下，或者，在检测部65-2没有检测出棒6313-1的情 况下，分别向控制部66输出检测信号。由此，能够掌握汽缸6311-1的活塞6312-1的位 置。另外，检测部65-3、65-4与检测检测部65-1、65_2具有同样的结构，是检测出从 变换器631-2突出的棒6313-2的位置的部件。在检测部65_3检测出棒6313-2的情况 下，或者，在检测部65-4没有检测出棒6313-2的情况下，向控制部66输出检测信号。 由此，能够掌握汽缸6311-2的活塞6312-2的位置。另外，作为检测部65_1 65_4的 检测方式，可以采用机械式、电气式以及光学式等。另外，在本实施方式中，将检测信 号输出到控制部66，但是，也可以将棒的运动机械地传递给四通切换阀62。控制部66对应于来自检测部65-1 65_4的检测信号，对四通切换阀62输出切 换信号。即，控制部66在接收到来自检测部65-1、65-4的检测信号的情况下，判断为 活塞6312-1位于汽缸6311-1的左端附近，活塞6312-2位于汽缸6311-2的右端附近。 而且，控制部66以从变换器631-1排出高浓度盐水的方式，或者，以向变换器631-2供 给高浓度盐水的方式，对四通切换阀62输出切换信号。另外，控制部66在接收到来自 检测部65-2、65-3的检测信号的情况下，判断为活塞6312-1位于汽缸6311-1的右端附 近，活塞6312-2位于汽缸6311-2的左端附近。而且，控制部66以向变换器631-1供应 高浓度盐水的方式，或者，以从变换器631-2排出高浓度盐水的方式，对四通切换阀62 输出切换信号。接下来，对上述结构中的动力回收装置60的动作进行说明。图2的动力回收装置60成为向变换器631-1供给高浓度盐水并从变换器631_2 排出高浓度盐水的状态。来自保安过滤器30的海水以0.2MPa( = P3)向高压泵40供给，并且，通过单向 阀641-4向变换器631-2的第二空间供给。在高压泵40升压到6.0MPa( = P4)的海水与来自动力回收装置60的海水合流， 供给到高压RO膜50。此时，来自动力回收装置60的海水从变换器631-1的第二空间排 出，通过单向阀641-2。高压RO膜50输出淡水和高浓度盐水。从高压RO膜50排出的高浓度盐水通过阀61、四通切换阀62，向变换器631_1 的第一空间流入。此时，海水填充到变换器631-1的第二空间。高浓度盐水使位于汽 缸6311-1内的活塞6312-1向第二空间方向移动，第二空间内的海水在被加压的同时被排
出ο在这里，活塞6312-1面向第一空间的面积为Al，活塞6312-1面向第二空间的 面积为A2，所以，从汽缸6311-1的第二空间排出的海水的压力P8使用来自四通切换阀 62的高浓度盐水的压力P7，为P8 = P7X (A1/A2)。由此，压力P8成为与导入高压RO 膜50的压力P4相同或者稍高的压力。以下，对图2的单向阀641-1 641-4的状态进行说明。由于压力P8>压力P3，所以单向阀641-1关闭。另外，由于压力P8 >压力 P14,所以单向阀641-2打开。在这里，压力P8和压力P14的压力差可以认为是海水通 过单向阀641-2时的压力损失。
另外，由于压力P14>压力P13，所以，单向阀641-3关闭。另外，阀70的一 端开放到大气中，所以，汽缸6311-2的第二空间的计示压力大致为零。S卩，P13为小的 压力。因此，P3>P13，单向阀641-4打开。来自保安过滤器30的海水通过单向阀641-4，向变换器631_2的第二空间流入。 此时，在变换器631-2的第一空间中填充有高浓度盐水。在这里，阀70的一端开放到大 气中，所以，变换器631-2的第一空间的计示压力大致为零。通过单向阀641-4的海水 具有0.2MPa的压力，使位于汽缸6311-2内的活塞6312-2向第一空间方向移动。活塞 6312-2通过向第一空间方向移动，从而将第一空间内的高浓度盐水经由四通切换阀62以 及阀70排出。然后，在持续上述动作的情况下，活塞6312-1向汽缸6311-1内的左端接近，活 塞6312-2向汽缸6311-2内的右端接近。这样，检测部65_1检测出棒6313-1接触的情 况，检测部65-4检测出棒6313-2不接触的情况。由此，从检测部65_1、65_4向控制部 66输出检测信号。当控制部66接收到来自于检测部65-1、65-4的检测信号时，对四通 切换阀62进行切换指示，从而切换高浓度盐水的流入以及排出的方向。当切换高浓度盐 水的流入以及排出时，动力回收装置60成为如图3所示的状态。在图3的动力回收装置60中，高浓度盐水供给到变换器631-2中，从变换器 631-1排出高浓度盐水。从高压RO膜50排出的高浓度盐水通过阀61、四通切换阀62，向变换器631_2 的第一空间流入。此时，变换器631-2的第二空间内填充有海水。高浓度盐水使位于汽 缸6311-2内的活塞6312-2向第二空间方向移动，第二空间内的海水在被加压的同时被排
出ο活塞6312-2面向第一空间的面积为Al，活塞6312-2面向第二空间的面积为 A2，所以，从汽缸6311-2的第二空间排出的海水的压力P13使用来自四通切换阀62的 高浓度盐水的压力P7，为P13 = P7X (A1/A2)。由此，压力P13成为与导入高压RO膜 50的压力P4相同或者稍高的压力。以下，对图3的单向阀641-1 641_4的状态进行说明。由于压力P13 >压力P3，所以单向阀641-4关闭。另外，由于压力P13 >压力 P14,所以单向阀641-3打开。在这里，压力P13和压力P14的压力差可以认为是海水通 过单向阀641-2时的压力损失。另外，由于压力P14>压力P8，所以，单向阀641-2关闭。另外，在这里，阀 70的一端开放到大气中，所以，汽缸6311-1的第二空间的计示压力大致为零。S卩，P8 为小的压力。因此，P3>P8，单向阀641-1打开。来自保安过滤器30的海水通过单向阀641-1，向变换器631-1的第二空间流入。 此时，在变换器631-1的第一空间中填充有高浓度盐水。在这里，阀70的一端开放到大 气中，所以，变换器631-1的第一空间的计示压力大致为零。通过单向阀641-1的海水 具有0.2MPa的压力，使位于汽缸6311-1内的活塞6312-1向第一空间移动。活塞6312-1 通过向第一空间方向移动，从而将第一空间内的高浓度盐水经由四通切换阀62以及阀70 排出。然后，在持续上述动作的情况下，活塞6312-2向汽缸6311-2内的左端接近，活塞6312-1向汽缸6311-1内的右端接近。这样，检测部65_3检测出棒6313-2接触的情况，检测部65-2检测出棒6313-1不接触的情况。由此，从检测部65_2、65_3向控制部 66输出检测信号。当控制部66接收到来自于检测部65-2、65-3的检测信号时，对四通 切换阀62进行切换指示，从而切换高浓度盐水的流入以及排出的方向。当切换高浓度盐 水的流入以及排出时，动力回收装置60再次成为如图2所示的状态。另外，在本实施方式中，通过调整阀70的打开情况而使活塞6312-1的移动速度 和活塞6312-2的移动速度相等。由此，送水泵20的流量不随时间而变动，稳定地进行 工作。接下来，使用数值模拟，在以下三种情况的海水淡化装置中，计算出制造Im3 的淡水时消耗的电力、即造水成本，并进行比较。作为三种情况下的海水淡化装置，分 别为不具有动力回收装置的海水淡化装置、具有以往的动力回收装置120的海水淡化装 置、以及具有本实施方式的动力回收装置60的海水淡化装置。另外，图5是表示以往的 动力回收装置120的结构的示意图。图6表示用于数值模拟的海水淡化装置的规格。另外，海水淡化装置自身的各 参数在各海水淡化装置的数值模拟中是共通的。另外，考虑到升压泵的构造，升压泵121 的泵效率设为低的值。图7表示不具有动力回收装置的海水淡化装置的数值模拟的结果。根据图7，造 水成本为5.08kWh/m3。另外，图8表示具有本实施方式的动力回收装置60的海水淡化装置的数值模拟 的结果，图9表示具有以往的动力回收装置120的海水淡化装置的数值模拟的结果。对图8和图9进行说明。阀70由于上述理由而需要一定程度的流体阻力。由阀70发生的压力损失与流 量(m3/s)的平方成比例，图8和图9表示的阻力系数是必需的。另外，在图8中，阀61 的阻力为 l*106Pa/(m7S)2。另外，当活塞在汽缸内移动时产生摩擦阻力。在该数值模拟中，也要考虑该摩 擦阻力。在图8和图9中，活塞与汽缸的摩擦阻力为16333N。另外，在图8中，棒和 汽缸的摩擦阻力为1776N。另外，在图8中，在活塞的面积比(A2/A1)为0.9869而制作 汽缸的情况下，动力回收装置60进行希望的动作。数值模拟的结果，S卩，图2和图5的各部分的压力和流量为图8和图9所示的数值。泵赋予流体的动力W通过将流量Q和压力P相乘而求得。即，算出图8的送 水泵20的动力为2.894X 104W，高压泵40的动力为3.422X 105W。另外，算出图9的送 水泵20的动力为2.894X 104W，高压泵40的动力为3.356X IO5W,升压泵121的动力为 5.978 X 103W。另外，必要动力Wpower recovery，通过算式1Wpower recovery = Σ Δ PiQi/ i算出。另外，ΔΡ表示泵的升程(Pa)、Q表示流量(m3/s)、η表示泵效率。 通过算式(1)，图8的必要动力为453kW。另外，图9的必要动力为460kW。另外，动力回收率ξ，通过算式2
ξ = 100 (W-Wpower recovery) /W算出。另外，W为不具有动力回收装置的情况下的必要动力(W)。通过算式 (2)，图8的动力回收率为57.2%，图9的动力回收率为56.6%。另外，单纯造水成本Y，通过算式3y = Wpower recovery/Q算出。另外，Q为单位时间的淡水流量(m3/h)。通过算式(3)，图8的单纯造 水成本为2.17kWh/m3，图9的单纯造水成本为2.21kWh/m3。由此，比较图7至图9，与不具备动力回收装置的海水淡化装置相比，具有动力 回收装置60、120的海水淡化装置的节电的效果非常高。另外，具有本实施例的动力回收装置60的海水淡化装置与具有以往的动力回收 装置120的海水淡化装置相比，造水成本低。由此，本实施方式的动力回收装置60即使 不使用升压泵121也能够有效地回收高浓度盐水的压力能。另外，具有动力回收装置60的海水淡化装置造水成本低的理由在于，升压泵121的泵效率低。如上所述，在上述第一实施方式中，在气缸6311-1、6311-2的第二空间中，以 向外部贯通的方式设置有棒6313-1、6313-2。通过向外部贯通，棒6313-1、6313-2的 一端受到与大气压相同的压力。因此，与活塞6312-1、6312-2与第一空间接触的面积相 比，活塞6312-1、6312-2与第二空间接触的面积小棒6313-1、6313-2的与长度方向垂直 的截面面积量。即，面积A1>A2。由此，动力回收装置60能够利用向第一空间供水 的高浓度盐水的压力，将压力与从高压泵40输出的海水的压力相同的海水从第二空间输 出ο另外，在上述第一实施方式中，检测出从气缸6311-1、6311-2突出的棒 6313-1、6313-2的位置，基于该检测结果切换四通切换阀62。由此，能够正确并且容易 地把握气缸6311-1、6311-2内部的活塞6312-1、6312-2的位置。因此，本实施方式的动力回收装置60即使不用升压泵也能够回收高浓度盐水中 含有的压力能。这样，在本发明的动力回收装置60中，由于不需要升压泵，所以能够减少造水 用的电力消耗。另外，设置于成套设备的泵的总数减少，所以，能够削减维护成本以及 成套设备制造成本。另外，在动力回收装置60中，通过将棒设置于变换器631-1、631_2的第二空 间，能够得到上述效果。因此，能够进一步削减成套设备的制造成本。另外，在上述第一实施方式中，动力回收装置60也可以如图10所示那样构成。 图10的动力回收装置60在阀61的前段具有压力测量器67，根据该测量结果，通过阀控 制部68对阀61进行开闭控制。由此，从动力回收装置60输出的海水的压力P14与从高 压泵40输出的海水的压力P4始终相等。另外，动力回收装置60也可以如图11所示那样构成。在图11的动力回收装置 60中，作为海水供给部64，具有四通切换阀69。控制部66在与切换四通切换阀62相同 的定时切换四通切换阀69。另外，在上述第一实施方式中，对动力回收装置60具有四通切换阀62的例子进 行了说明，但是，如图12所示，也可以使用五通切换阀610来替代四通切换阀62。
另外，在上述第一实施方式中，对在动力回收装置60上搭载2个变换器631-1、631-2的例子进行了说明，但是，也可以搭载2η个(η是自然数)变换器。[第二实施方式]图13是表示本发明的第二实施方式的动力回收装置130的结构的框图。在图13 中，对于与图2共通的部分付予相同的符号，在这里仅对不同的部分进行说明。动力回收装置130的压力变换器131具有变换器1311-1、1311-2.变换器 1311-1、1311-2的结构分别相同，所以，在这里，对变换器1311-1进行说明。变换器1311-1 具有气缸 13111-1、13112-1、活塞 13113-1、13114-1 以及连结棒 13115-1。气缸13111-1的一面打开，另一面具有一个孔。另外，气缸13111-1的与长度 方向垂直的截面的内侧的面积为Al。另外，气缸13112-1的一面打开，另一面具有一个 孔。另外，气缸13112-1的与长度方向垂直的截面的内侧的面积为Α2。气缸13111-1、 13112-1的打开面相对。活塞13113-1位于气缸13111-1的内部，在其与气缸13111-1之间夹有密封材料 并形成第一空间。活塞13113-1的面积为Al。另外，活塞13114-1位于气缸13112-1 的内部，在其与气缸13112-1之间夹有密封材料并形成第二空间。活塞13114-1的面积 为Α2。向第一空间内供给高浓度盐水，向第二空间内供给海水。在这里，面积Al、Α2 的关系基于来自高压RO膜50的高浓度盐水的压力、来自高压泵40的海水的压力、气缸 13111-1和活塞13113-1之间的摩擦力、以及气缸13112-1和活塞13114-1之间的摩擦力 等而预先设定。连结棒13115-1连结活塞13113-1和活塞13114-1。另外，在规定的位置形成有 挡块。检测部132-1、132-2是检测连结棒13115-1的挡块的位置的装置。检测部132-1 设置在当活塞13114-1接近气缸13112-1的左端时能够检测出挡块碰撞的位置。检测部 132-2设置在当活塞13113-1接近气缸13111-1的右端时能够检测出挡块碰撞的位置。在 检测部132-1、132-2检测到挡块的情况下，向控制部133输出检测信号。由此，能够掌 握变换器1311-1的活塞13113-1、13114-1的位置。另外，检测部132-3、132-4与检测 部132-1、132-2的结构相同，是能够检测出连结棒13115-2的挡块的位置的装置。在 检测部132-3、132-4检测到连结棒13115-2的挡块的情况下，向控制部133输出检测信 号。由此，能够掌握变换器1311-2的活塞13113-2、13114-2的位置。控制部133对应于来自检测部132-1 132-4的检测信号，对四通切换阀62输出 切换信号。即，控制部133在收到来自于检测部132-1 132-4的检测信号的情况下， 判断为活塞13114-1位于气缸13112-1的左端附近，活塞13113-2位于气缸13111-2的右 端附近。然后，控制部133对四通切换阀62输出切换信号，从而从变换器1311-1排出 高浓度盐水，或者，向变换器1311-2供给高浓度盐水。另外，控制部133在收到来自于 检测部132-2、132-3的检测信号的情况下，判断为活塞13113-1位于气缸13111-1的右 端附近，活塞13114-2位于气缸13112-2的左端附近。然后，控制部133对四通切换阀 62输出切换信号，从而向变换器1311-1供给高浓度盐水，或者，从变换器1311-2排出高 浓度盐水。
通过以上结构，上述第二实施方式的动力回收装置130能够获得与第一实施方 式的动力回收装置60相同的作用和效果。另外，在上述第二实施方式中，对在动力回收装置130上搭载两个变换器 1311-1、1311-2的例子进行了说明，但是，也可以搭载2η个(η为自然数)的变换器。[第三实施方式]图14是表示本发明的第三实施方式的动 力回收装置140的结构的框图。在图14 中，对于与图2共通的部分付予相同的符号，在这里仅对不同的部分进行说明。动力回收装置140的压力变换器141具有变换器1411-1、1411-2、1411-3。变 换器1411-1、1411-2、1411-3分别连接于曲轴1412。曲轴1412的臂分别如图15所示那 样，以分别错开120度的方式设计。另外，由于变换器1411-1、1411-2、1411-3的结构 分别相同，所以，这里对变换器1411-1进行说明。变换器1411-1 具有气缸 14111-1、14112-1、活塞 14113-1、14114-1 以及连结棒 14115-1、 14116-1。气缸14111-1的一面打开，另一面具有一个孔。另外，气缸14111-1的与长度 方向垂直的截面的内侧的面积为Al。另外，气缸14112-1的一面打开，另一面具有一个 孔。另外，气缸14112-1的与长度方向垂直的截面的内侧的面积为Α2。气缸14111-1、 14112-1的打开面相对。活塞14113-1位于气缸14111-1的内部，在其与气缸14111-1之间夹有密封材料 并形成第一空间。活塞14113-1的面积为Al。另外，活塞14114-1位于气缸14112-1 的内部，在其与气缸14112-1之间夹有密封材料并形成第二空间。活塞14114-1的面积 为Α2。向第一空间内供给高浓度盐水，向第二空间内供给海水。在这里，面积Al、Α2 的关系基于来自高压RO膜50的高浓度盐水的压力、来自高压泵40的海水的压力、气缸 14111-1和活塞14113-1之间的摩擦力、以及气缸14112-1和活塞14114-1之间的摩擦力 等而预先设定。连结棒14115-1连结活塞14113-1和曲轴1412的销。连结棒14116-1连结活塞 14114-1和曲轴1412的销。在图14的状态下，高浓度盐水向变换器1411-1的第一空间流入，通过该高浓度 盐水，活塞14113-1向左方向移动。另外，海水向变换器1411-2、1411-3的第二空间流 入，通过该海水，活塞14113-2、14113-3向右方向移动。由此，曲轴1412向图14的箭 头方向旋转。旋转角检测部142是检测曲轴1412的旋转角的装置。旋转角检测部142在达 到规定的角度的情况下向控制部143输出检测信号。例如，在旋转角检测部142中预 先登记活塞14113-1 14113-3接近气缸14111-1 14111-3的右端时的角度以及活塞 14114-1 14114-3接近气缸14112-1 14112-3的左端时的角度、合计6个角度，当达 到该角度时，向控制部143输出检测信号。由此，控制部143能够掌握变换器的活塞的 位置。当控制部143受到来自于旋转角检测部142的检测信号时，对三通切换阀 62-1 62-3中的、与对应于检测信号的变换器相连接的三通变换器发出切换指示。接下来，对上述结构中动力回收装置140的动作进行说明。
图14的动力回收装置140成为对变换器1411-1供给高浓度盐水，从变换器1411-2、1411-3排出高浓度盐水的状态。来自保安过滤器30的海水以0.2MPa向高压泵40供给，并且，通过单向阀 641-4、641-6向变换器1411-2、1411-3的第二空间供给。在高压泵40中升压至6.0MPa的海水与来自动力回收装置130的海水合流，向高 压RO膜50导入。此时，来自动力回收装置130的海水从变换器1411-1的第二空间排 出，通过单向阀641-2。高压RO膜50输出淡水和高浓度盐水。从高压RO膜50排出的高浓度盐水通过阀61、三通切换阀62-1，向变换器 1411-1的第一空间流入。此时，变换器1411-1的第二空间中填充有海水。高浓度盐水使 位于汽缸14111-1内的活塞14113-1向左方移动，使位于汽缸14112-1内的活塞14114-1 向左方移动。由此，变换器1411-1的第二空间内的海水被加压并被排出。此时，活塞 14113-1向左方移动，由此，对曲轴1412赋予图14所示方向的旋转力。在这里，活塞14113-1的面积为Al，活塞14114-1的面积为A2。由此，从变 换器1411-1的第二空间排出的海水的压力为来自三通切换阀62-1的高浓度盐水的压力的 (A1/A2)倍。由此，从变换器1411-1的第二空间排出的海水的压力成为与导入到高压 RO膜50的压力相同或者稍高的压力。当曲轴1412向图14的箭头方向旋转时，连接于曲轴1412的变换器1411_2、 1411-3的活塞14113-2、14113-3、14114-2、14114-3向右方移动。由此，从单向阀 641-4、641-6向变换器1411-2、1411-3的第二空间分别流入海水，并且，高浓度盐水从 变换器1411-2、1411-3的第一空间经由三通切换阀62_2、62-3以及阀70分别被排出。而且，在上述动作持续的情况下，当曲轴1412的旋转角达到规定的角度时，从 旋转角检测部142向控制部143输出检测信号。当控制部143接收到来自于旋转角检测 部142的检测信号时，以切换高浓度盐水的流入以及排出方向的方式依次切换三通切换 阀62-1 62-3中的任意一个三通切换阀。通过以上结构，上述第三实施方式的动力回收装置140能够得到与第一实施方 式的动力回收装置60相同的作用和效果。另外，在上述第三实施方式中，由于活塞连接于曲轴1412，汽缸的向长度方向 的位移呈正弦波状推移。而且，三通切换阀62-1 62-3对应于汽缸内的活塞的位置依 次切换。由此，动力回收装置140能够减小三通切换阀62-1 62-3的切换时产生的脉动。另外，在上述第三实施方式中，对在动力回收装置140上搭载三个变换器 14111-1 14111-3的例子进行了说明，但是，也可以搭载3η个(η为自然数)变换器。[第四实施方式]图16是表示第四实施方式的动力回收装置150的结构的框图。在图16中，对 于与图2共通的部分赋予相同的符号，在这里仅对不同的部分进行说明。动力回收装置150的压力变换部151具有叶片型旋转式执行器1511_1、1511-2. 图17是表示本发明的第四实施方式的旋转式执行器1511-1、1511-2的结构的示意图。在图17中，旋转式执行器1511-1和旋转式执行器1511-2通过旋转轴1512结合。
旋转式执行器1511-1具有框体15111-1以及叶片15112-1。框体15111-1形成密闭空间，成为半径为rl的圆筒形。框体15111-1的中心轴上，旋转轴1512以贯通的 方式配置。从框体15111-1的内壁面到旋转轴1512，形成有隔扇部15113-1。隔扇部 15113-1固定于框体15111-1内。叶片15112-1与旋转轴1512连接地形成，经由密封剂与框体15111-1的内壁面 接触。叶片1512-1的面积为Al。框体15111-1形成的密闭空间被叶片15112-1和隔扇部15113-1分割为第一以及 第二空间。在高浓度盐水向第一空间流入的情况下，叶片15112-1如图17所示向箭头方 向旋转，将填充到第二空间的高浓度盐水压出并排出。与之相对，在高浓度盐水向第二 间流入的情况下，叶片15112-1向着与图17所示的箭头方向相反的方向旋转，将填充到 第一空间的高浓度盐水压出并排出。旋转式执行器1511-2具有框体15111-2以及叶片15112-2。框体15111-2形成 密闭空间，成为半径为r2的圆筒形。另外，半径rl>半径r2。框体15111-2的中心轴 上，旋转轴1512以贯通的方式配置。另外，从框体15111-2的内壁面到旋转轴1512，形 成有隔扇部15113-2。隔扇部15113-2固定于框体15111-2内。叶片15112-2与旋转轴1512连接地形成，经由密封剂与框体15111-2的内壁面 接触。叶片1512-1与叶片15112-2始终保持相同的角度关系。叶片15112-2的面积为A2。在这里，面积Al、A2的关系基于来自高压RO膜 50的高浓度盐水的压力、来自高压泵40的海水的压力、框体15111-1、15111-2和叶片 15112-1、15112-2之间的摩擦力等预先设定。框体15111-2形成的密闭空间被叶片15112-2和隔扇部15113-2分割为第一以 及第二空间。在海水向第一空间流入的情况下，叶片15112-2如图17所示向箭头方向 旋转，将填充到第二空间的海水压出并排出。与之相对，在海水向第二空间流入的情况 下，叶片15112-2向着与图17所示的箭头方向相反的方向旋转，将填充到第一空间的海 水压出并排出。旋转角检测部152是检测曲轴151-2的旋转角的装置。旋转角检测部152在达 到规定的角度的情况下向控制部153输出检测信号。例如，在旋转角检测部152中预 先登记活塞15112-1、15112-2从左侧接近隔扇部15113-1、15113-2时的角度以及叶片 15112-1、15112-2从右侧接近隔扇部15113-1、15113-2时的角度，合计2个角度，当 达到该角度时，向控制部153输出检测信号。由此，能够掌握旋转式执行器1511-1、 1511-2 的叶片 15112-1、15112-2 的位置。当控制部153受到来自于旋转角检测部152的检测信号时，对四通切换阀62发 出切换指示，从而切换使高浓度盐水流入的空间和排出的空间。接下来，对上述结构中动力回收装置150的动作进行说明。图16的动力回收装置150成为向旋转式执行器1511-1的第一空间供给高浓度盐 水，从旋转式执行器1511-1的第二空间排出高浓度盐水的状态。来自保安过滤器30的海水以0.2MPa向高压泵40供给，并且，通过单向阀641_4 向旋转式执行器1511-2的第一空间供给。在高压泵40中升压至6.0MPa的海水与来自动力回收装置150的海水合流，向高压RO膜50导入。此时，来自动力回收装置150的海水从旋转式执行器1511-2的第二空间排出，通过单向阀641-2。高压RO膜50输出淡水和高浓度盐水。从高压RO膜50排出的高浓度盐水通过阀61、四通切换阀62，向旋转式执行器 1511-1的第一空间流入。此时，旋转式执行器1511-1的第二空间中填充有海水。高浓 度盐水使位于旋转式执行器1511-1内的叶片15112-1向第二空间方向旋转，使第二空间 内的高浓度盐水经由四通切换阀62和阀70而排出。当旋转式执行器1511-1的叶片15112-1旋转时，通过旋转轴1512结合的、旋转 式执行器1511-2的叶片15112-2也旋转。由此，海水从旋转式执行器1511-2的第二空 间经由单向阀641-2排出，并且，海水经由单向阀641-4向旋转式执行器1511-2的第一 空间流入。在这里，叶片15112-1的面积为Al，叶片15112-2的面积为A2。 由此，从旋 转式执行器1511-2的第二空间排出的海水的压力为来自四通切换器62的高浓度盐水的压 力的(A1/A2)倍。由此，从旋转式执行器1511-2的第二空间排出的海水的压力成为与 导入到高压RO膜50的压力相同或者稍高的压力。而且，在上述动作持续的情况下，叶片15112-1、15112-2从左侧接近隔扇部 15113-1、15113-2。这样，旋转角检测部152检测出达到规定的角度并向控制部153输 出检测信号。当控制部153接收到来自旋转角检测部152的检测信号时，以切换高浓度 盐水的流入以及排出方向的方式对四通切换阀62发出切换指示。通过以上结构，上述第四实施方式的动力回收装置140能够得到与第一实施方 式的动力回收装置60相同的作用和效果。另外，在上述第四实施方式中，对压力变换器151具有叶片型旋转式执行器 1511-1 1511-2的例子进行了说明，但是，并不仅限定于此。例如，代替叶片型旋转式 执行器，在具有齿轮马达、轴向柱塞马达、柱塞泵、径向活塞马达以及余摆线马达等的 情况下也同样能够实施。以上对实施方式进行了说明，这些实施方式只是例子，并不对保护范围进行限 定。实际上，这里所说明的新的方法和系统可以通过各种其他方式实现，另外，在不脱 离本发明的主旨的范围内，可以对本方法和系统进行各种省略、替代以及变形。随后的 技术方案和它们的等价物覆盖这些落入本发明的保护范围以及主旨内的方式或者修改后 的形式。
权利要求
1.一种动力回收装置，用于海水淡化装置，该海水淡化装置通过高压泵将第一压力 的海水升压至第二压力并向逆浸透膜供给，从该逆浸透膜取出淡水，并且，将第三压力 的浓缩水排出，上述动力回收装置将上述浓缩水含有的能量回收，其特征在于，具有压力变换部，该压力变换部具有将内部分隔为第一空间和第二空间的可动部，通过 由上述第一空间接收来自上述逆浸透膜的上述第三压力的上述浓缩水，从而使上述可动 部移动，通过上述可动部的移动，将填充于上述第二空间内的海水压出，并以上述第二 压力输出；以及海水供给部，该海水供给部使来自上述压力变换部的海水和来自上述高压泵的海水 合流。
2.如权利要求1所记载的动力回收装置，其特征在于，进一步具有切换部，该切换部进行向上述第一空间供给来自上述逆浸透膜的第三压力的浓缩 水，或者，使浓缩水从上述第一空间排出的切换；检测部，该检测部检测出上述压力变换部中的可动部的位置；以及控制部，该控制部在上述检测部检测出上述可动部处于使上述第二空间缩小了预先 设定的容量的位置的情况下，对上述切换部赋予第一切换指示，以使上述浓缩水从上述 第一空间排出，在上述检测部检测出上述可动部处于将上述第一空间缩小了预先设定的 容量的位置的情况下，对上述切换部赋予第二切换指示，以向上述第一空间供给上述浓 缩水，上述海水供给部，在从上述第一空间排出上述浓缩水的情况下，向上述第二空间供 给上述第一压力的海水，上述压力变换部，在从上述第一空间排出上述浓缩水的情况下，通过由上述第二空 间接收来自上述海水供给部的第一压力的海水，使上述可动部移动，通过上述可动部的 移动，经由上述切换部将填充于上述第一空间的浓缩水排出。
3.如权利要求2所记载的动力回收装置，其特征在于，上述压力变换部至少具备两个变换器，该两个变换器通过上述切换部而交替地切换 浓缩水的供给和排出；上述变换器具有汽缸，该汽缸具有孔并形成密闭空间；活塞，该活塞作为上述可动部配置在上述汽缸内，将上述密闭空间分隔为上述第一 及第二空间；以及棒，该棒的一端从上述第二空间侧接合于上述活塞，另一端成为向外部突出的突出 部分，上述海水供给部使来自于上述变换器中的一方的第二空间的海水与来自上述高压泵 的海水合流，并向另一方的第二空间供给上述第一压力的海水，上述检测部通过检测上述突出部分来检测出上述活塞的位置，上述控制部根据上述活塞的位置对上述切换部赋予上述第一或者第二切换指示。
4.如权利要求3所记载的动力回收装置，其特征在于，上述第一空间侧的上述活塞的面积比上述第二空间侧的上述活塞的面积大上述轴的截面面积的量。
5.如权利要求2所记载的动力回收装置，其特征在于，上述压力变换部至少具备两个变换器，该两个变换器通过上述切换部而交替地切换 浓缩水的供给和排出， 上述变换器具有 一端开放的第一及第二汽缸；第一活塞，该第一活塞配置在上述第一汽缸内，在上述第一气缸内形成上述第一空间；第二活塞，该第二活塞配置在上述第二汽缸内，在上述第二气缸内形成上述第二空 间；以及连结棒，该连结棒在规定的位置具有挡块，并连结上述第一及第二活塞，从而形成 上述可动部，上述海水供给部使来自于上述变换器中的一方的第二空间的海水与来自上述高压泵 的海水合流，并向另一方的第二空间供给上述第一压力的海水，上述检测部通过检测上述挡块来检测出上述第一及第二活塞的位置， 上述控制部根据上述第一及第二活塞的位置，对上述切换部赋予上述第一或者第二 切换指示。
6.如权利要求5所记载的动力回收装置，其特征在于， 上述第一汽缸的直径比上述第二汽缸的直径大， 上述第一活塞的面积比上述第二活塞的面积大。
7.权利要求2所记载的动力回收装置，其特征在于，上述压力变换部至少具备三个变换器，该三个变换器通过切换部而依次切换浓缩水 的供给和排出，上述变换器分别与臂连接，该臂分别错开120度地形成在曲轴上，上述变换器具有一端开放的第一及第二汽缸；第一活塞，该第一活塞配置在上述第一汽缸内，在上述第一汽缸内形成上述第一空间；第二活塞，该第二活塞配置在上述第二汽缸内，在上述第二汽缸内形成上述第二空间；第一连结棒，该第一连结棒连结上述臂和上述第一活塞；以及 第二连结棒，该第二连结棒连结上述臂和上述第二活塞，上述第一及第二活塞和上述第一及第二连结棒，通过连接于上述臂而形成上述可动部，上述海水供给部，使来自上述变换器中的至少一个的第二空间的海水与来自上述高 压泵的海水合流，向其他的第二空间供给上述第一压力的海水，上述检测部通过检测上述曲轴的旋转角来检测上述变换器各自的第一及第二活塞的 位置，上述控制部根据上述变换器各自的第一及第二活塞的位置，对上述切换部依次赋予上述第一或者第二切换指示。
8.如权利要求7所记载的动力回收装置，其特征在于， 上述第一汽缸的直径比上述第二汽缸的的直径大， 上述第一活塞的面积比上述第二活塞的面积大。
9.如权利要求1所记载的动力回收装置，其特征在于，上述压力变换部具有通过同一旋转轴连结的第一及第二叶片型旋转式执行器， 上述第一旋转式执行器具有第一框体，该第一框体形成上述浓缩水填充的第一密闭空间，内部设有第一隔扇 部；以及第一叶片，该第一叶片设置在上述第一框体内的上述旋转轴上，通过与上述第一隔 扇部一起将上述第一密闭空间分隔成两个空间，从而形成上述第一空间和第三空间， 上述第二旋转式执行器，具有第二框体，该第二框体形成上述海水填充的第二密闭空间，内部设有第二隔扇部；以及第二叶片，该第二叶片设置在上述第二框体内的上述旋转轴上，通过与上述第二隔 扇部一起将上述第二密闭空间分隔成两个空间，从而形成上述第二空间和第四空间，上述第一叶片和上述第二叶片以相同角度旋转，并与上述旋转轴一起形成上述可动部。
10.如权利要求9所记载的动力回收装置，其特征在于，进一步具有切换部，该切换部进行向上述第一空间供给来自上述逆浸透膜的第三压力的浓缩 水，或者，向上述第三空间供给上述浓缩水的切换；检测部，该检测部通过检测上述旋转轴的旋转角，检测出上述第一及第二叶片的位 置；以及控制部，在上述检测部检测出上述第一叶片处于将上述第三空间缩小了预先设定 的容量的位置的情况下，对上述切换部赋予第一切换指示，以便向上述第三空间供给上 述浓缩水，在上述检测部测出上述第一叶片处于将上述第一空间缩小了预先设定的容量 的位置的情况下，对上述切换部赋予第二切换指示，以便向上述第一空间供给上述浓缩 水，上述压力变换部在上述浓缩水向上述第一空间供给的情况下，通过上述第一叶片将 填充于上述第三空间内的浓缩水压出并排出，与之相伴，通过上述第二叶片将填充于上 述第二空间的海水压出并以上述第二压力输出，在上述浓缩水向上述第三空间供给的情 况下，通过上述第一叶片将填充于上述第一空间的浓缩水压出并排出，与之相伴，通过 上述第二叶片将填充于上述第四空间内的海水压出并以上述第二压力输出，上述海水供给部，在上述浓缩水向上述第一空间供给的情况下，向上述第四空间供 给上述第一压力的海水，在上述浓缩水向上述第三空间供给的情况下，向上述第二空间 供给上述第一压力的海水。
11.如权利要求10所记载的动力回收装置，其特征在于， 上述第一叶片的面积比上述第二叶片的面积大。
12.如权利要求1所记载的动力回收装置，其特征在于，进一步具有阀门，该阀门调整向上述压力变换部供给的上述浓缩水的压力。
全文摘要
一种动力回收装置(60)，用于海水淡化装置，该海水淡化装置通过高压泵(40)将第一压力的海水升压至第二压力并向逆浸透膜(50)供给，经由该逆浸透膜取出淡水，并且，将第三压力的浓缩水排出，上述动力回收装置将上述浓缩水含有的能量回收，具有压力变换部(63)和海水供给部(64)。压力变换部具有将内部分隔为第一空间和第二空间的可动部(6312)，通过由第一空间接收来自上述逆浸透膜的上述第三压力的上述浓缩水，从而使上述可动部移动，通过上述可动部的移动，将填充于上述第二空间内的海水压出，并以第二压力输出。海水供给部使来自上述压力变换部的海水和来自上述高压泵的海水合流。
文档编号C02F103/08GK102019144SQ20101027523
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月11日
发明者山形英显, 松井公一, 长岛文秀, 高桥良一, 黑川太 申请人:株式会社东芝