海水淡化系统以及能量回收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及从海水中除去盐分而淡化海水的海水淡化系统、以及适用于海水淡化系统(海水淡化设备)的能量回收装置。
【背景技术】
[0002]以往，作为淡化海水的系统，已知有使海水从反渗透膜分离装置通过而进行脱盐的海水淡化系统。在该海水淡化系统中，利用前处理装置将汲取的海水调整为一定的水质条件，然后利用高压栗进行加压，将所述海水向反渗透膜分离装置压送，反渗透膜分离装置内的高压海水的一部分克服渗透压力而从反渗透膜通过，从而作为除去了盐分的淡水被取出。其它海水在盐浓度变高而浓缩的状态下作为浓缩海水(盐水)被从反渗透膜分离装置排出。此处，海水淡化系统中的最大的运转成本为电力费用，很大程度上取决于用于使前处理之后的海水上升至能够克服渗透压力的压力即反渗透压力的能量，换句话说很大程度上取决于高压栗的加压能量。
[0003]即，多数情况下，海水淡化设备中的电力费用的一半以上被高压栗的加压所消耗。因此，将从反渗透膜分离装置排出的高盐浓度且高压的浓缩海水所保有的压力能量利用于使海水的一部分升压。而且，作为将从反渗透膜分离装置排出的浓缩海水的压力能量利用于使海水的一部分升压的方法而利用能量回收腔室，该能量回收腔室利用以能够移动的方式嵌装于圆筒的筒内的活塞而将圆筒的内部分离成两个空间，在两个空间中的一方设置供浓缩海水进出的浓缩海水端口，在另一方设置供海水进出的海水端口。
[0004]图16是示出以往的海水淡化系统的结构例的示意图。如图16所示，对于由取水栗(未图示)汲取的海水，利用前处理装置除去悬浮物等而将其调整为规定的水质条件，然后经由海水供给管线I而将所述海水向直接连结有马达M的高压栗2供给。借助高压栗2而升压的海水经由排出管线3而被供给至具备反渗透膜(R0膜)的反渗透膜分离装置4。反渗透膜分离装置4将海水分离成盐浓度较高的浓缩海水与盐浓度较低的淡水，由此从海水中获得淡水。此时，盐浓度较高的浓缩海水从反渗透膜分离装置4排出，但该浓缩海水依然具有较高的压力。用于从反渗透膜分离装置4排出浓缩海水的浓缩海水管线5经由控制阀6而与能量回收腔室10的浓缩海水端口 Pl连接。用于供给实施了前处理后的低压的海水的海水供给管线I在高压栗2的上游分岔，并经由阀7而与能量回收腔室10的海水端口P2连接。能量回收腔室10在内部具备活塞16，活塞16将能量回收腔室10内分离成两个容积室，且被嵌装为能够移动。
[0005]在能量回收腔室10中，经由阀7将利用浓缩海水的压力而升压的海水供给至增压栗8。由控制阀6、阀7、能量回收腔室10构成能量回收装置11。而且，利用增压栗8使海水进一步升压而达到与高压栗2的排出管线3中的海水相同水平的压力，升压后的海水经由阀9而在高压栗2的排出管线3汇合并被供给至反渗透膜分离装置4。
[0006]图17是示出以往的海水淡化系统的结构例的示意图，该海水淡化系统分别具备两个作为图16所示的能量回收装置的构成设备的控制阀6、能量回收腔室10、阀7。如图17所示，能量回收装置11具备两个能量回收腔室10、10，从而以在向两个能量交换腔室10、10的任一方供给浓缩海水的同时从另一方的能量交换腔室排出浓缩海水的方式进行动作。因此，通过交替地进行低压海水的吸入与高压海水的压出，能够从装置始终(连续)排出高压的海水，因此，能够使向反渗透膜分离装置4供给的海水的流量恒定，从而能够以恒定流量获得从反渗透膜分离装置4中获得的淡水。
[0007]在上述的以往的能量回收腔室中，能量回收腔室内的活塞相对于缸体内壁滑动，活塞的滑动部件产生磨损，因此需要定期的更换，另外，需要进行高精度的加工以使长尺寸的腔室的内径与活塞的外径匹配，从而使得加工成本非常高昂。
[0008]因此，本发明的申请人采用如下方式而提出了无活塞的方式的能量回收腔室:将专利文献I中的圆筒形长尺寸的腔室作为能量更换腔室，向腔室内导入海水与从反渗透膜(R0膜)排出的高压的浓缩海水，利用浓缩海水直接对海水进行加压。
[0009]图18是示出无活塞的方式的能量回收腔室10的剖视图。如图18所示，能量回收腔室10具备:长尺寸的圆筒形状的腔室主体11 ;以及端板12，其将腔室主体11的两个开口端封闭。在腔室主体11内形成有腔室CH，在一方的端板12的位置形成有浓缩海水端口P1，在另一方的端板12的位置形成有海水端口 P2。浓缩海水端口 Pl以及海水端口 P2配置于圆筒形状的腔室主体11的中心轴上。腔室CH的内径设定为Φ?，浓缩海水端口 Pl以及海水端口 Ρ2的内径设定为Φ(1。
[0010]能量回收腔室10以纵置的方式设置。考虑到浓缩海水与海水的比重差的影响，对腔室CH进行纵向配置，将比重较重的浓缩海水的端口 Pl配置于下侧，将比重较轻的海水的端口 Ρ2配置于上侧。S卩，长尺寸的圆筒形状的腔室主体11的腔室的长度方向(轴向)沿垂直方向配置，浓缩海水端口 Pl以在腔室CH的下侧供给、排出浓缩海水的方式设置于腔室的下侧，海水端口 Ρ2以在腔室CH的上侧供给、排出海水的方式设置于腔室的上侧。腔室CH的全长为L，在腔室CH内，在从浓缩海水端口 Pl沿轴向以LI分离的位置配置有流阻器13，在从海水端口 Ρ2沿轴向以LI分离的位置配置有流阻器13。流阻器13由一个多孔板构成。
[0011]在图18所示的能量回收腔室10中，对于从小径的各端口 Ρ1、Ρ2流入、且中央部具有较大的速度分布的流体流，利用流阻器13而使其在腔室CH的径向上分散，并对其进行整流而使其在腔室的截面中成为均匀的流体流，在海水与浓缩海水的界面维持水平的状态下对这两种流体进行推拉，从而一边在腔室内将盐浓度不同的海水与浓缩海水的混合维持为较少的状态、一边进行能量的传递。
[0012]图19是示出作为配置于图18的各端口附近的流阻器而将以规定距离分离的两个多孔板配置于各端口附近的能量回收腔室10的剖视图。如图19所示，在腔室CH内，在从浓缩海水端口 Pl沿轴向以LI分离的位置配置有第一多孔板14，进而在从第一多孔板14沿轴向以L2分离的位置配置有第二多孔板15。同样地，在从海水端口 Ρ2沿轴向以LI分离的位置配置有第一多孔板14，进而在从第一多孔板14沿轴向以L2分离的位置配置有第二多孔板15。两个多孔板14、15构成流阻器13。
[0013]图19所示的能量回收腔室10的其他结构与图18所示的能量回收腔室10的结构相同。
[0014]专利文献1:日本特开2012-232291号公报
[0015]在图19所示的能量回收腔室10中，若流体从小径的各端口 Ρ1、Ρ2流入到腔室CH，则形成中央部为高速的速度分布的流体流，对于在腔室的界面中具有速度差的流体流，利用第一多孔板14使其以向腔室外周扩散的方式分散，进而在使其流经L2的区间之后，利用第二多孔板15进一步对其进行分散、整流以使其在腔室的截面中变为均匀的流体流。
[0016]此处，“均匀的流体流”意味着腔室内的某水平截面中的流速与方向都一样。将以腔室内的某水平截面内的流速(标量)与方向(矢量)在水平截面内的任意位置均相同的方式分布的流体流称为完全均匀的流体流。即，如图20所示，对于处于水平截面内的任意的点Pn、Pm的流体流而言，流体流的大小分别由Vn、Vm的箭头来表示。在该情况下，当箭头与水平截面上的辅助线X、Y (X与Y正交)所成的角度(α、β)相同Un= aβ J时，处于点Ρη、Pm的流体流为均匀的流体流，当角度α、β在水平截面内的任意位置都相同时，设为完全均匀的流体流。此处将比较接近上述这种状态的流体流设为均匀的流体流。此处，圆筒状的腔室壁作为垂直的壁面而存在于水平截面内的外周，因此，角度α、β均越接近90度，越成为均匀的水流。
[0017]若流体从小径的各端口 Ρ1、Ρ2流入到腔室CH，则在其附近的腔室的水平截面中形成中央部为高速、且外周部为低速的流体流，但对于通过将该中央部的流体流调整为低速、且将外周部的流体流调整为高速而使得水平面内的速度分布的分散减小的情况，称之为“形成均匀的流体流”、“均匀化作用”。另外，所谓“整流”是指改变流速的分布，通过整流而改变流速的分布的结果，将成为均匀的流体流的情况称为“进行整流而实现均匀化”。
[0018]所谓海水与浓缩海水的推拉是指如下动作:一边利用浓缩海水使海水升压、一边将其从腔室推出(推动