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JP7626580B2 - Energy Recovery Device - Google Patents
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JP7626580B2 JP2021122254A JP2021122254A JP7626580B2 JP 7626580 B2 JP7626580 B2 JP 7626580B2 JP 2021122254 A JP2021122254 A JP 2021122254A JP 2021122254 A JP2021122254 A JP 2021122254A JP 7626580 B2 JP7626580 B2 JP 7626580B2
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Description

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。 The present invention relates to an energy recovery device for a water treatment system using a reverse osmosis membrane method used for desalinating seawater, etc.

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。 Reverse osmosis is known as one method for producing fresh water from seawater. In this method, a high pressure equal to or greater than the osmotic pressure of seawater is applied to the seawater in the direction opposite to the osmotic pressure, and the seawater is filtered through a semipermeable membrane (reverse osmosis: RO membrane) to separate salts from fresh water. In this method, the seawater from which the fresh water has been separated and the salts have been concentrated (concentrated seawater) flows out of the reverse osmosis membrane module while still retaining the high pressure energy. In order to effectively utilize the high pressure energy of this outflowing concentrated seawater, various energy recovery devices have been put into practical use.

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。 For example, Patent Document 1 has proposed an example of an energy recovery device in a seawater desalination system using reverse osmosis. In Patent Document 1, one end of each of a pair of cylinder devices is connected to a feed water pump and a booster pump via a flow direction regulating device composed of two check valves. The other end of the cylinder devices is connected to an inlet/outlet port of a flow path switching device. The inlet port of the flow path switching device is connected to an outlet port of the high-pressure concentrated seawater of the reverse osmosis membrane module. Furthermore, an outlet port is provided at one end of the flow path switching device.

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。
In this energy recovery system, seawater delivered from a water supply pump is pressurized by a high-pressure pump and supplied to a reverse osmosis membrane module, while high-pressure concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module is supplied to a cylinder device to drive a piston that pushes out the seawater at high pressure, and high-pressure seawater is also sent from the cylinder device to the reverse osmosis membrane module via a booster pump. This operation of supplying high-pressure concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module to a cylinder device to drive a piston that pushes out the seawater at high pressure is called the pumping process.
In addition, after the pumping process is completed, seawater is supplied from the water supply pump to the cylinder device via the flow path direction regulating device, and the piston is driven in the direction opposite to the pumping process to fill the cylinder with seawater while discharging the concentrated seawater. This operation is called the filling process.
In this manner, in this energy recovery device, when the piston of the cylinder device reaches the end of the cylinder, the flow path switching device alternately supplies high-pressure concentrated seawater from the reverse osmosis membrane module to a pair of cylinder devices, and controls so that seawater is alternately filled into the pair of cylinder devices from the water supply pump.

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。 This allows the two cylinder devices to repeatedly perform the seawater pumping and filling processes, enabling continuous filtration. In this way, the high-pressure energy of the concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module is used to supply high-pressure seawater from the two cylinder devices to the reverse osmosis module via a booster pump, reducing the energy consumption of the high-pressure pump.

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。
In this type of energy recovery system, high-pressure seawater is sent to the membrane separation device using a high-pressure pump that directly pressurizes the seawater sent from the feed pump, and a booster pump that increases the pressure of the seawater sent out from the cylinder device. However, this requires two booster paths using two pressurizing pumps, making the system complicated and increasing the costs of the system.
As a countermeasure, Patent Document 2 describes an energy recovery device in which a cylinder device has a piston rod with one end connected to a piston that reciprocates inside the cylinder and the other end protruding from the other end of the cylinder. In this energy recovery device, the cross-sectional area of one end side of the piston in the cylinder differs from the cross-sectional area of the other end side of the piston depending on the thickness (cross-sectional area) of the piston rod, making it possible to set the seawater pumped out of the cylinder device to a desired pressure and flow rate, which requires only one pressurizing pump and simplifies the equipment.

特開2013-86043号公報JP 2013-86043 A 特開2020-110736号公報JP 2020-110736 A

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。
The above-mentioned conventional techniques have the following problems remaining.
That is, in the above-mentioned conventional technology, seawater in front of the piston in the cylinder would leak over the piston to the rear of the piston, or seawater behind the piston would leak over the piston to the front of the piston, resulting in the inconvenience of the seawater in front of and behind the piston in the cylinder mixing together.

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。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned conventional problems, and aims to provide an energy recovery device that can prevent seawater in front of and behind the piston in the cylinder from mixing.

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。 The present invention employs the following configuration to solve the above problems. That is, the energy recovery device according to the first invention is an energy recovery device connected to a membrane separation device that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater using a reverse osmosis membrane, discharges the fresh water into a fresh water pipe, and discharges the concentrated seawater at high pressure into a concentrated water pipe, and includes a feedwater pump that supplies seawater, a high-pressure pump that pressurizes the seawater and supplies the high-pressure seawater to the membrane separation device, a plurality of cylinder devices each having one end connected to the feedwater pump and the other end connected to the concentrated water pipe and the drainage channel via a flow path switching mechanism that connects and disconnects the concentrated seawater from the drainage channel, a flow path direction control mechanism that is connected to one end of the plurality of cylinder devices and alternately supplies the seawater to the plurality of cylinder devices and sends the seawater alternately pushed out from the plurality of cylinder devices at high pressure to the membrane separation device, and a flow path switching mechanism that controls the flow path switching mechanism to switch the connection of the plurality of cylinder devices to the concentrated water pipe and the drainage channel. The device is equipped with a control unit having a control function for performing a pumping process in which the concentrated seawater is supplied to the cylinder device at high pressure to push out the seawater inside at high pressure, and a filling process in which the seawater from the water supply pump is supplied to the cylinder device after the pumping process to fill the cylinder device with the seawater while discharging the concentrated seawater inside. The cylinder device is equipped with a cylinder having one end connected to the concentrated water pipe and the drainage channel, the other end of which is connected to the concentrated seawater pipe and the drainage channel, and one end of which is connected to the water supply pump and the seawater is introduced from one end, a piston that reciprocates within the cylinder, and a piston rod having one end connected to the piston and the other end protruding from the other end of the cylinder, and the piston has a disk-shaped or cylindrical tip portion provided at the tip of the piston rod, and an annular or cylindrical rear end portion provided on the outer circumferential surface of the piston rod, spaced apart from the tip portion in the axial direction and separated from the tip portion by a space between the tip portion and the cylinder.

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。 In this energy recovery device, the piston has a disk-shaped or cylindrical tip portion provided at the tip of the piston rod, and an annular or cylindrical rear end portion provided on the outer circumferential surface of the piston rod, spaced axially from the tip portion and with a space between the tip portion and the piston. This prevents seawater that leaks beyond the tip or rear end portion from collecting in the space inside the piston, preventing the seawater in front of the piston and the seawater behind the piston in the cylinder from mixing before and after the piston beyond the piston.

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。
The energy recovery device according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the piston rod has a piston-side opening that opens into the space at a tip side, and an internal rod flow passage having one end connected to the piston-side opening and the other end opening to the outside.
That is, in this energy recovery device, the piston rod has a piston-side opening that opens into the space at the tip side, and an internal flow passage having one end connected to the piston-side opening and the other end opening to the outside, so that seawater accumulated in the space can be discharged from the piston-side opening to the outside via the internal flow passage in the rod. In particular, since the seawater in the space is at a higher pressure than the outside atmospheric pressure, it is easy to discharge it to the outside through the internal flow passage in the rod.

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。
The energy recovery device according to a third invention is characterized in that, in the first or second invention, the front end portion and the rear end portion each have a seal portion extending annularly on the outer periphery.
In other words, in this energy recovery device, the front and rear end portions are each provided with a sealing portion extending annularly around the outer periphery, so that the double sealing portion can separately suppress leakage of seawater from both the front of the front end portion and the rear of the rear end portion.

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。
The energy recovery device of the fourth invention is characterized in that, in any of the first to third inventions, the cylinder is provided with a one-end drain capable of discharging the seawater to the outside in a portion facing the space when the piston moves to the end on the one end side.
That is, in this energy recovery device, the cylinder is provided with a one-end drain that can discharge seawater to the outside in the portion facing the space when the piston moves to the one-end end, so that when the piston is in a stopped state after moving to the one-end end, the seawater that has accumulated in the space can be discharged to the outside from the one-end drain.

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。
The energy recovery device of the fifth invention is characterized in that, in any of the first to fourth inventions, the cylinder is provided with an other-end drain capable of discharging the seawater to the outside in a portion facing the space when the piston moves to the end on the other end side.
In other words, in this energy recovery device, the cylinder is provided with an other-end drain that can discharge seawater to the outside in the portion facing the space when the piston moves to the other end, so that when the piston is in a stopped state after moving to the other end, the seawater that has accumulated in the space can be discharged to the outside from the other-end drain.

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。
According to the present invention, the following effects are obtained.
That is, in the energy recovery device according to the present invention, the piston has a disk-shaped or cylindrical tip portion provided at the tip of the piston rod, and an annular or cylindrical rear end portion provided on the outer circumferential surface of the piston rod, spaced axially from the tip portion with a space between the tip portion and the piston, so that seawater that leaks beyond the tip or rear end portion collects in the space within the piston, thereby preventing seawater in front of the piston and seawater behind the piston in the cylinder from crossing the piston and mixing before and after the piston.
Therefore, the energy recovery device of the present invention makes it possible to simplify the equipment and, in a configuration that aims to reduce equipment costs, can prevent seawater before and after concentration from mixing, thereby making it possible to efficiently obtain fresh water.

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。1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an energy recovery device according to the present invention; 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。3A is a schematic diagram showing a state in which the piston has moved to an end on one end side of the cylinder, and FIG. 3B is a schematic diagram showing a state in which the piston has moved to an end on the other end side of the cylinder in the first embodiment. FIG. 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。FIG. 5 is a schematic diagram showing a main part of a second embodiment of an energy recovery device according to the present invention.

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。 The first embodiment of the energy recovery device of the present invention will be described below with reference to Figures 1 and 2.

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。 As shown in FIG. 1, the energy recovery device 1 in this embodiment is an energy recovery device that is connected to a membrane separation device 5 that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater using a reverse osmosis membrane, discharges the fresh water into a fresh water pipe 3, and discharges the high-pressure concentrated seawater into a concentrated water pipe 4.

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。 This energy recovery device 1 includes a feedwater pump P1 that supplies seawater, a high-pressure pump P2 that pressurizes seawater and supplies high-pressure seawater to a membrane separation device 5, and a number of cylinder devices 7A, 7B each having one end connected to the feedwater pump P1 and connected and cut off communication with the concentrated water pipe 4 and the other end connected to the concentrated water pipe 4 and the drainage channel 19 via a flow path switching mechanism 6A, 6B that connects and cuts communication with the concentrated seawater drainage channel 19, and a flow path switching mechanism 6B that connects and cuts communication with the concentrated seawater drainage channel 19 ... the other end connected to the concentrated water pipe 4 and the drainage channel 19, and a flow path switching mechanism 6B that connects and cuts communication with the concentrated seawater drainage channel 19 and the other end connected to one end of the multiple cylinder devices 7A, 7B and alternately supplies seawater to the multiple cylinder devices 7A, 7B and alternately supplies seawater to the multiple cylinder devices 7A, 7B. It is equipped with a flow path direction control mechanism 11 that returns seawater alternately pushed out at high pressure from the cylinder devices 7A, 7B to the membrane separation device 5, a control unit C with a control function that performs a pressure transfer process in which the concentrated seawater is supplied to the cylinder devices 7A, 7B by controlling the flow path switching mechanisms 6A, 6B to switch the connection of the multiple cylinder devices 7A, 7B to the concentrated water pipe 4 and the drainage channel 19, and the concentrated seawater inside is pushed out at high pressure by supplying high-pressure concentrated seawater to the cylinder devices 7A, 7B, and a filling process in which seawater is supplied from the water supply pump P1 to the cylinder devices 7A, 7B after the pressure transfer process, and the concentrated seawater inside is discharged while the seawater is filled.

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。
The cylinder devices 7A, 7B each include a cylinder 8 having one end connected to the concentrated water pipe 4 and the drainage channel 19, through which concentrated seawater is introduced, and one end connected to the water supply pump P1, through which seawater is introduced, a piston 9 that reciprocates within the cylinder 8, and a piston rod 12 having one end connected to the piston 9 and the other end protruding outside from the other end of the cylinder 8.
The piston 9 includes a disk-shaped or cylindrical tip portion 9a provided at the tip of the piston rod 12, and an annular or cylindrical rear end portion 9b provided on the outer circumferential surface of the piston rod 12, spaced axially from the tip portion 9a with a space S between the tip portion 9a and the rear end portion 9b.
That is, the space S is an annular space formed between the front end 9 a and the rear end 9 b. The front end 9 a and the rear end 9 b are provided to have the same central axis as the piston rod 12.

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。
The piston rod 12 has a piston side opening 12a that opens into the space S at the tip side, and an internal rod flow passage 12b whose one end is connected to the piston side opening 12a and whose other end is open to the outside.
The piston-side opening 12a is open at least at two locations on the upper and lower surfaces of the piston rod 12 facing the space S.
The other end of the rod internal flow passage 12 b opens at the other end of the piston rod 12 .
In addition, a drain receiver 12c is provided below the other end of the piston rod 12 to receive seawater discharged from the rod internal flow passage 12b.

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。
The front end 9a and the rear end 9b of the piston 9 are provided with annular seal portions 9c extending from the outer periphery of the piston 9. The seal portions 9c are piston seals for preventing leakage, which are made of a combination of a leaf spring and resin.
As shown in FIG. 2, the cylinder 8 is provided with a one-end drain 8c capable of discharging seawater to the outside in a portion facing the space S when the piston 9 has moved to the end on one end side, and a other-end drain 8d capable of discharging seawater to the outside in a portion facing the space S when the piston 9 has moved to the end on the other end side.
The one end drain 8c and the other end drain 8d are connected to the lower side of the cylinder 8, and an on-off valve 8e is connected to each of them.

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。
A concentrated seawater inlet 8a, which is connected to the concentrated water pipe 4 and the drainage channel 19 and through which concentrated seawater is introduced and discharged, is provided on the circumferential surface at the other end of the cylinder 8 or in the vicinity of the other end.
The concentrated seawater inlet 8a is connected to one end of a connecting pipe 13e, and the other end of the connecting pipe 13e is connected to the inlet/outlet port 13c. That is, the cylinder 8 is connected to the inlet/outlet port 13c via the concentrated seawater inlet 8a and the connecting pipe 13e.
In addition, a through hole 8b through which the piston rod 12 passes is formed at the other end of the cylinder 8, and a rod seal (not shown) is provided on the inner surface of the through hole 8b to prevent the concentrated seawater from leaking to the outside.

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。 The flow direction regulation mechanism 11 is configured to supply the seawater pushed out from each cylinder device 7A, 7B to the suction side of the high-pressure pump P2. In other words, the flow direction regulation mechanism 11 is configured to send the seawater pushed out from each cylinder device 7A, 7B to the connecting pipe 11e connected to the suction side of the high-pressure pump P2.

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。 The cylinder devices 7A and 7B include a first cylinder device 7A, one end of which is connected to the concentrated water pipe 4 and the drain pipe 19 via a first flow path switching mechanism 6A that connects and disconnects the concentrated water pipe 4 and the drain pipe 19 for concentrated seawater, and a second cylinder device 7B, one end of which is connected to the concentrated water pipe 4 and the drain pipe 19 via a second flow path switching mechanism 6B that connects and disconnects the concentrated water pipe 4 and the drain pipe 19.

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。 That is, the control unit C has a control function of alternately flowing high-pressure concentrated seawater into the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B by controlling the first flow path switching mechanism 6A and the second flow path switching mechanism 6B to switch the connection between the concentrated water pipe 4 and the drain pipe 19 and between the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B, and a control function of alternately discharging concentrated seawater from the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B.

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。
A feedwater pump P1 is connected to the seawater supply pipe 2a, and the seawater is sent from the supply pipe 2a to the flow path direction regulating mechanism 11 by the feedwater pump P1.
The flow path direction regulating mechanism 11 is configured to alternately supply seawater to the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B, and to return the seawater alternately pushed out at high pressure from the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B to the membrane separation device 5 via the connecting pipe 11e.

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。
The concentrated water pipe 4 is branched midway and connected to a first flow path switching mechanism 6A and a second flow path switching mechanism 6B.
The first flow path switching mechanism 6A and the second flow path switching mechanism 6B are equipped with a switching cylinder device 13 that switches between supplying concentrated seawater to the first cylinder device 7A or the second cylinder device 7B and stopping the supply, and discharging concentrated seawater from the first cylinder device 7A or the second cylinder device 7B and stopping the discharge, and a drive device 14 that drives the switching cylinder device 13.

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。 The switching cylinder device 13 includes a switching cylinder 20 connected to one end of the first cylinder device 7A or the second cylinder device 7B, the drain pipe 19, and the concentrated water pipe 4, a drain side piston 20a that reciprocates within the switching cylinder 20 and can connect and block one end of the first cylinder device 7A or the second cylinder device 7B to the drain pipe 19 and the concentrated water pipe 4, a supply side piston 20b that reciprocates together with the drain side piston 20a within the switching cylinder 20, and a switching piston rod 22 that has the drain side piston 20a at one end and the supply side piston 20b in the middle, and the other end protruding from the other end of the switching cylinder 20 to the outside and connected to the drive device 14.

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。 The switching cylinder 20 has an outlet port 13a connected to the concentrated seawater discharge pipe 19 and provided at one end, an inlet port 13b connected to the concentrated water pipe 4 and provided in the middle, and an inlet/outlet port 13c connected to the first cylinder device 7A or the second cylinder device 7B and provided between the outlet port 13a and the inlet port 13b.

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。
The control unit C is equipped with position detectors (not shown) that are provided at multiple locations, including, for example, near the other end of the cylinder 8 of each cylinder device 7A, 7B, at positions where the position of the piston 9, in particular, when the piston 9 has reached the vicinity of the other end of the cylinder 8, can be detected, and has the function of controlling the first flow path switching mechanism 6A and the second flow path switching mechanism 6B based on the detection signals of these position detectors.
The position detector may be installed at a location on the cylinder 8 other than the above.

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。 In addition, in this embodiment, even if a position detector is not provided to the cylinder 8, the piston rod 12 protrudes from the cylinder 8, and the position of the piston 9 can be determined from the amount of protrusion. Therefore, a function may be adopted that issues a signal to control the first flow path switching mechanism 6A and the second flow path switching mechanism 6B when the piston rod 12 reaches a predetermined amount of protrusion.

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。
The first flow path switching mechanism 6A and the second flow path switching mechanism 6B are provided with the drive device 14 that drives the switching cylinder device 13.
The drive device 14 is configured using, for example, a hydraulic piston connected to a hydraulic pump, an electric actuator, and the like.
The control section C has a function of controlling a hydraulic servo valve or a servo motor (not shown) based on the detection signal to operate the drive device 14 .

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。
The other ends of the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B are connected to the water supply pump P1 via a flow direction regulating mechanism 11 constituted by a pair of check valves 11a.
One end of the first cylinder device 7A is connected to the inflow/outflow port 13c of the switching cylinder device 13 in the first flow path switching mechanism 6A, and one end of the second cylinder device 7B is connected to the inflow/outflow port 13c of the switching cylinder device 13 in the second flow path switching mechanism 6B.

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。 The inlet port 13b of the switching cylinder device 13 is connected to the concentrated water pipe 4. One end of the switching cylinder device 13 is provided with an outlet port 13a connected to a drain pipe 19. The drain side piston 20a and the supply side piston 20b arranged in the switching cylinder 20 are connected to a switching piston rod 22. One end of the switching piston rod 22 is connected to the drive device 14 and reciprocates within the switching cylinder 20 in conjunction with the drive device 14.

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。 The flow direction control mechanism 11 has a pair of branch pipes 11c connected to the supply pipe 2a, and one end of the corresponding first cylinder device 7A and second cylinder device 7B is connected to the middle of these branch pipes 11c via a cylinder connection pipe 11d. In the branch pipes 11c, a pair of check valves 11 are provided on both sides of the connection part of the cylinder connection pipe 11d. The other ends of the pair of branch pipes 11c are connected to a connecting pipe 11e.

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。
Next, the operation of the energy recovery device 1 of this embodiment will be described with reference to the drawings.
1, when the piston 9 of the first cylinder device 7A in the pumping process moves in the direction of the arrow Y1, the seawater in the cylinder 8 is pushed out toward the branch pipe 11c. The seawater pushed out to the branch pipe 11c is supplied to the high-pressure pump P2 via the connecting pipe 11e.
On the other hand, when the piston 9 of the second cylinder device 7B in the filling process moves in the direction of the arrow Y2, the concentrated seawater in the cylinder 8 is discharged into the drain pipe 19 via the concentrated seawater inlet 8a and the inlet/outlet port 13c.

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。
When the piston 9 of the first cylinder device 7A reaches a predetermined position of the position detector, a detection signal is sent from the position detector to the control unit C, and when the control unit C receives this detection signal, the control unit C controls the drive device 14 of the second flow path switching mechanism 6B to switch the flow path.
At this time, the inlet port 13b and the outflow/inflow port 13c of the switching cylinder device 13 in the second flow path switching mechanism 6B are connected, and high-pressure concentrated seawater is supplied from the membrane separation device 5 to the second cylinder device 7B, and the connection between the outflow/inflow port 13c and the outflow port 13a is cut off, and the pressure transfer process of the second cylinder device 7B is started.
In this manner, the flow path is switched, and the pressure-feeding process and the filling process are repeatedly performed alternately in the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B.

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、
: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
: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
: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)
: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/Q:A/A
In this embodiment, the flow rate of seawater sent to the high-pressure pump P2 by the cylinder devices 7A and 7B is as follows:
Q1 : Flow rate of concentrated seawater sent from the piston inside the cylinder to the other end side. Q2 : Flow rate of seawater sent from one end side of the piston inside the cylinder. A1 : Cross-sectional area of the cylinder from the piston on the other end side (the area obtained by subtracting the cross-sectional area of the piston rod from the cross-sectional area inside the cylinder, i.e., the ring-shaped area around the piston rod)
A2 : Cross-sectional area of the cylinder on one end side of the piston (cross-sectional area inside the cylinder),
Then, the relationship between flow rate and area is determined by the following equation.
Flow rate ratio: area ratio = Q 2 /Q 1 :A 2 /A 1

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と、シリンダ8内のピストン9より一端側の断面積Aとの比が、A:A=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/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/d、圧力が2.0MPaとなる。
For example, a case where the ratio of a cross-sectional area A1 on the other end side of the piston 9 in the cylinder 8 to a cross-sectional area A2 on one end side of the piston 9 in the cylinder 8 is A1 : A2 =1:2 will be described below.
In this case, in the first cylinder device 7A of the pumping process, if the inlet flow rate of concentrated seawater at the other end side of the piston 9 in the cylinder 8 is 5,000 m3 /d and the pressure is 4.0 MPa, the outlet flow rate of seawater at one end side of the piston 9 in the cylinder 8 is 10,000 m3 /d and the pressure is 2.0 MPa.

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/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/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。
At this time, seawater with a flow rate of 10,000 m3 /d and a pressure of 2.0 MPa is sent from the first cylinder device 7A to the high-pressure pump P2, so if it is desired to send seawater with a flow rate of 10,000 m3 /d and a pressure of 4.0 MPa to the membrane separation device 5, it is sufficient to increase the pressure in the high-pressure pump P2 by 2.0 MPa.
Therefore, in the conventional technology, high-pressure seawater was sent to the membrane separation device using a high-pressure pump that directly pressurizes the seawater sent from the feedwater pump, and a booster pump that boosts the pressure of the seawater sent from the cylinder device, and two booster paths using two pumps were required. In contrast, in this embodiment, the entire amount of seawater sent from the cylinder device is sent to the suction side of the high-pressure pump, and the head loss of each part, such as the RO membrane and each pipe, which was compensated for by the booster pump, is taken into account in the total head of the high-pressure pump, making the booster pump unnecessary.

また、膜分離装置5では、濃縮海水が流量5,000m/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/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/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/dとなる。
In the membrane separation device 5, concentrated seawater is sent to the first cylinder device 7A at a flow rate of 5,000 m 3 /d and a pressure of 4.0 MPa, and fresh water (permeate) is sent to the fresh water pipe 3 at a flow rate of 5,000 m 3 /d.
At this time, in the second cylinder device 7B which is the filling process, the flow rate of seawater from one end of the cylinder 8 is 10,000 m 3 /d, and the discharge rate of concentrated seawater from the other end of the cylinder 8 is 5,000 m 3 /d.

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。 In this way, the cylinder devices 7A and 7B are equipped with a piston 9 that reciprocates within the cylinder 8, and a piston rod 12 that has one end connected to the piston 9 and the other end protruding from the other end of the cylinder 8. Therefore, depending on the thickness (cross-sectional area) of the piston rod 12, the cross-sectional area of the one end side of the piston 9 in the cylinder 8 differs from the cross-sectional area of the other end side of the piston 9, making it possible to set the pressure and flow rate of the seawater pumped out from the cylinder devices 7A and 7B.

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。
In addition, in this embodiment, when the piston 9 moves forward (toward one end), if seawater leaks out from behind the piston 9 over the seal portion 9c, the seawater will flow into the space S.
Furthermore, when the piston 9 moves rearward (toward the other end), if seawater leaks out from the front of the piston 9 over the seal portion 9c, the seawater will also flow into the space S.
Furthermore, seawater that has leaked into the space S is discharged from the piston side opening 12a through the rod internal flow passage 12b and from the other end of the piston rod 12 to an external drain receiver 12c.

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。 In this manner, in the energy recovery device 1 of this embodiment, the piston 9 has a disk-shaped or cylindrical tip portion 9a provided at the tip of the piston rod 12, and an annular or cylindrical rear end portion 9b provided on the outer circumferential surface of the piston rod 12, spaced axially from the tip portion with a space S between the tip portion 9a and the rear end portion 9b. Therefore, seawater that leaks beyond the tip portion 9a or rear end portion 9b accumulates in the space S within the piston 9, making it possible to prevent the seawater in front of the piston 9 and the seawater behind the piston 9 in the cylinder 8 from mixing before and after the piston 9 beyond the piston 9.

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。 In addition, the piston rod 12 has a piston-side opening 12a that opens into the space S at the tip side, and an internal rod flow passage 12b that is connected at one end to the piston-side opening 12a and opens at the other end to the outside, so seawater that has accumulated in the space S can be discharged from the piston-side opening 12a to the outside via the internal rod flow passage 12b. In particular, since the seawater in the space S is at a higher pressure than the external atmospheric pressure, it is easy to discharge it to the outside through the internal rod flow passage 12b.

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。
In addition, since the tip end 9a and the rear end 9b are each provided with a seal portion 9c extending annularly around the outer periphery, the double seal portion 9c can separately suppress leakage of seawater from both the front of the tip end 9a and the rear of the rear end 9b.
It is also possible to detect the wear and deterioration state of the seal portion 9c according to the amount of seawater discharged to the outside through the rod internal flow passage 12b.

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。
Furthermore, the cylinder 8 is provided with a one-end drain 8c capable of discharging seawater to the outside in the portion facing the space S when the piston 9 has moved to the one-end end. Therefore, when the piston 9 is in a stopped state in which it has moved to the one-end end, the seawater accumulated in the space S can be discharged to the outside through the one-end drain 8c.
In addition, the cylinder 8 is provided with an other-end drain 8d that can discharge seawater to the outside in the portion facing the space S when the piston 9 has moved to the other end. Therefore, when the piston 9 is in a stopped state in which it has moved to the other end, the seawater that has accumulated in the space S can be discharged to the outside from the other-end drain 8d.

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。 Next, a second embodiment of the energy recovery device of the present invention will be described with reference to FIG. 3. In the following description of the embodiment, the same components as those described in the above embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

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。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the first embodiment has two cylinder devices 7A and 7B, whereas the energy recovery device 21 of the second embodiment has three cylinder devices 7A, 7B, and 7C, as shown in FIG. 3.
That is, in the second embodiment, the cylinder device is made up of a first cylinder device 7A, a second cylinder device 7B, and a third cylinder device 7C.

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。
In the second embodiment, the branch pipe 11c branches into three pipes corresponding to the three cylinder devices, and each pipe is connected to a first cylinder device 7A, a second cylinder device 7B, and a third cylinder device 7C via a check valve 11a.
The flow path switching mechanism is also made up of three mechanisms, a first flow path switching mechanism 6A, a second flow path switching mechanism 6B, and a third flow path switching mechanism 6C, corresponding to the three cylinder devices.
The third cylinder device 7C also has a cylinder structure similar to that of the first cylinder device 7A and the second cylinder device 7B.

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。
In the second embodiment, for example, when the first cylinder device 7A of the three cylinder devices 7A, 7B, and 7C is in the pumping process and the third cylinder device 7C is in the filling process, the piston 9 of the second cylinder device 7B reaches the other end of the second cylinder device 7B, and the process switching of the cylinder devices 7A, 7B, and 7C is set so that the second cylinder device 7B is in the standby process. In other words, by using one of the three cylinder devices 7A, 7B, and 7C for the pumping process, one for the filling process, and one for the standby process, seawater is constantly supplied from the feedwater pump P1, and pulsation of the feedwater pump P1 can be suppressed.
In addition, the drain receiver is not shown in FIG.

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。 In this way, even in the energy recovery device 21 of the second embodiment, the three cylinder devices 7A, 7B, and 7C are equipped with a piston 9 that reciprocates within the cylinder 8, and a piston rod 12 that has one end connected to the piston 9 and the other end protruding from the other end of the cylinder 8. Therefore, depending on the thickness (cross-sectional area) of the piston rod 12, the cross-sectional area of the one end side of the piston 9 in the cylinder 8 differs from the cross-sectional area of the other end side of the piston 9, making it possible to set the pressure and flow rate of seawater pumped out from the cylinder devices 7A, 7B, and 7C.

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。 In addition, in cylinder devices 7A, 7B, and 7C, each piston 9 has a tip portion 9a provided at the tip of the piston rod 12 and a rear end portion 9b provided on the outer circumferential surface of the piston rod 12 with a space S between the tip portion 9a and the rear end portion 9b. Therefore, seawater that leaks beyond the tip portion 9a or the rear end portion 9b accumulates in the space S within the piston 9, and it is possible to prevent the seawater in front of the piston 9 and the seawater behind the piston 9 in the cylinder 8 from mixing before and after the piston 9 beyond the piston 9.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

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 1, 21...energy recovery device, 2a...supply pipe, 3...fresh water pipe, 4...concentrated water pipe, 5...membrane separation device, 6A...first flow path switching mechanism, 6B...second flow path switching mechanism, 6C...third flow path switching mechanism, 7A...first cylinder device, 7B...second cylinder device, 7C...third cylinder device, 8...cylinder, 8a...concentrated seawater inlet, 8b...through hole, 8c...one end drain, 8d...other end drain, 9...piston, 9a...tip, 9b...rear end, 9c...seal, 11...flow path direction control mechanism, 12...piston rod, 12a...piston side opening, 12b...rod internal flow path, 19...concentrated seawater drainage path, P1...water supply pump, P2...high pressure pump, C...control unit, S...space

Claims (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。
An energy recovery device connected to a membrane separation device that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater using a reverse osmosis membrane, discharges the fresh water into a fresh water pipe, and discharges the high-pressure concentrated seawater into a concentrated water pipe,
A water supply pump for supplying seawater;
a high-pressure pump for pressurizing the seawater and supplying the high-pressure seawater to the membrane separation device;
a plurality of cylinder devices each having one end connected to the water supply pump and the other end connected to the concentrated water pipe and the drainage channel via a flow path switching mechanism that connects and disconnects the concentrated water pipe and the drainage channel for the concentrated seawater;
a flow path direction regulating mechanism connected to one end of the plurality of cylinder devices, alternately supplying the seawater to the plurality of cylinder devices, and alternately sending the seawater extruded from the plurality of cylinder devices at high pressure to the membrane separation device;
a control unit having a control function for controlling the flow path switching mechanism to switch the connection of the plurality of cylinder devices to the concentrated water pipes and the drainage channels, and performing a pressure-feeding process of supplying the concentrated seawater at high pressure to the cylinder devices and pushing out the seawater inside at high pressure, and a filling process of supplying the seawater from the water supply pump to the cylinder devices after the pressure-feeding process and filling the cylinder devices with the seawater while discharging the concentrated seawater inside,
the cylinder device having one end connected to the concentrated water pipe and the other end into which the concentrated seawater is introduced and one end connected to the water supply pump into which the seawater is introduced;
A piston that reciprocates within the cylinder;
a piston rod having one end connected to the piston and the other end protruding from the other end of the cylinder to the outside,
The piston has a disk-shaped or cylindrical tip portion provided at the tip of the piston rod;
a rear end portion having an annular or cylindrical shape and provided on an outer circumferential surface of the piston rod , the rear end portion being spaced apart from the front end portion in the axial direction and having a space between the rear end portion and the front end portion,
The piston rod has a piston side opening that opens into the space at a tip side thereof;
an energy recovery device comprising: a rod internal flow passage, one end of which is connected to the piston side opening and the other end of which is open to the outside .
請求項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。
2. The energy recovery device according to claim 1 ,
An energy recovery device, characterized in that the front end portion and the rear end portion each have a seal portion extending annularly on the outer periphery.
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。
An energy recovery device connected to a membrane separation device that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater using a reverse osmosis membrane, discharges the fresh water into a fresh water pipe, and discharges the high-pressure concentrated seawater into a concentrated water pipe,
A water supply pump for supplying seawater;
a high-pressure pump for pressurizing the seawater and supplying the high-pressure seawater to the membrane separation device;
a plurality of cylinder devices each having one end connected to the water supply pump and the other end connected to the concentrated water pipe and the drainage channel via a flow path switching mechanism that connects and disconnects the concentrated water pipe and the drainage channel for the concentrated seawater;
a flow path direction regulating mechanism connected to one end of the plurality of cylinder devices, alternately supplying the seawater to the plurality of cylinder devices, and alternately sending the seawater extruded from the plurality of cylinder devices at high pressure to the membrane separation device;
a control unit having a control function for controlling the flow path switching mechanism to switch the connection of the plurality of cylinder devices to the concentrated water pipes and the drainage channels, and performing a pressure-feeding process of supplying the concentrated seawater at high pressure to the cylinder devices and pushing out the seawater inside at high pressure, and a filling process of supplying the seawater from the water supply pump to the cylinder devices after the pressure-feeding process and filling the cylinder devices with the seawater while discharging the concentrated seawater inside,
the cylinder device having one end connected to the concentrated water pipe and the other end into which the concentrated seawater is introduced and one end connected to the water supply pump into which the seawater is introduced;
A piston that reciprocates within the cylinder;
a piston rod having one end connected to the piston and the other end protruding from the other end of the cylinder to the outside,
The piston has a disk-shaped or cylindrical tip portion provided at the tip of the piston rod;
a rear end portion having an annular or cylindrical shape and provided on an outer circumferential surface of the piston rod, the rear end portion being spaced apart from the front end portion in the axial direction and having a space between the rear end portion and the front end portion,
An energy recovery device characterized in that the cylinder is provided with a one-end drain capable of discharging the seawater to the outside in a portion facing the space when the piston moves to the end of the one end.
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。
An energy recovery device connected to a membrane separation device that separates high-pressure seawater into fresh water and concentrated seawater using a reverse osmosis membrane, discharges the fresh water into a fresh water pipe, and discharges the high-pressure concentrated seawater into a concentrated water pipe,
A water supply pump for supplying seawater;
a high-pressure pump for pressurizing the seawater and supplying the high-pressure seawater to the membrane separation device;
a plurality of cylinder devices each having one end connected to the water supply pump and the other end connected to the concentrated water pipe and the drainage channel via a flow path switching mechanism that connects and disconnects the concentrated water pipe and the drainage channel for the concentrated seawater;
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The piston has a disk-shaped or cylindrical tip portion provided at the tip of the piston rod;
a rear end portion having an annular or cylindrical shape and provided on an outer circumferential surface of the piston rod, the rear end portion being spaced apart from the front end portion in the axial direction and having a space between the rear end portion and the front end portion,
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