海水淡化系統及能量交換腔的製作方法
2023-05-14 14:18:36 2
專利名稱：海水淡化系統及能量交換腔的製作方法
技術領域：
本發明涉及從海水中除去鹽分而使海水淡化的海水淡化系統、以及適用於該海水淡化系統(海水淡化設備)的能量交換腔。
背景技術：
以往，作為使海水淡化的系統已知有將海水通入反滲透膜分離裝置中而進行脫鹽的海水淡化系統。在該海水淡化系統中，被吸入的海水通過前 處理裝置被調整為規定的水質條件後，被高壓泵加壓並被加壓輸送至反滲透膜分離裝置，反滲透膜分離裝置內的高壓海水的一部分克服反滲透壓力而從反滲透膜通過，作為除去了鹽分的淡水被取出。其他的海水在鹽分濃度變高而被濃縮的狀態下，從反滲透膜分離裝置中作為廢物(濃縮海水)而被排出。在此，在海水淡化系統中的最大的運行成本(電力費用)很大程度依存於為了使前處理後的海水上升到能夠克服滲透壓的壓力即反滲透壓力的能量，也就是說很大程度依存於高壓泵所實現的加壓能量。S卩，很多情況下，作為海水淡化設備中的最大的運行成本的電力費用的一半以上被消耗在高壓泵所進行的加壓上。由此，普遍實施的是，將從反滲透膜分離裝置中排出的高鹽分濃度且高壓的廢物(濃縮海水)所保有的壓力能量，利用於將海水的一部分增壓的能量中。而且，作為將從反滲透膜分離裝置排出的濃縮海水的壓力能量利用於將海水的一部分增壓的能量中的機構，普遍實施的是利用能量交換腔，該能量交換腔通過能夠移動地嵌裝在圓筒的筒內的活塞而將圓筒的內部分離成兩個容積室，在兩個分離的空間的一方上設有進行濃縮海水的進出的濃縮海水通道，在另一方上設有進行海水的進出的海水通道。圖19是表示以往的海水淡化系統的構成例的示意圖。如圖19所示，通過吸水泵(未圖示)吸入的海水通過前處理裝置被實施前處理從而調整為規定的水質條件後，經由海水供給管路I被供給至直接連結有電機M的高壓泵2。被高壓泵2增壓了的海水經由排出管路3被供給至具有反滲透膜(R0膜)的反滲透膜分離裝置4。反滲透膜分離裝置4將海水分離成鹽分濃度高的濃縮海水和鹽分濃度低的淡水，從而從海水中得到淡水。此時，鹽分濃度高的濃縮海水從反滲透膜分離裝置4排出，但該濃縮海水依然具有高壓力。從反滲透膜分離裝置4將濃縮海水排出的濃縮海水管路5，經由控制閥6與能量交換腔10的濃縮海水口 Pl連接。供給被前處理了的低壓海水的海水供給管路1，在高壓泵2的上遊分支而經由閥7與能量交換腔10的海水口 P2連接。能量交換腔10在內部具有活塞12，活塞12在將能量交換腔10內分離成兩個容積室的同時，以能夠移動的方式嵌裝。在能量交換腔10中利用濃縮海水的壓力被增壓了的海水被供給至增壓泵8。而且，通過增壓泵8海水被進一步增壓為與高壓泵2的排出管路3相同水平的壓力，被增壓了的海水經由閥9與高壓泵2的排出管路3合流並被供給至反滲透膜分離裝置4。在上述以往的能量交換腔中，能量交換腔內的活塞與氣缸內壁發生滑動，使活塞的滑動部件產生磨耗，因此需要定期的更換，另外需要對長尺寸的腔的內徑與活塞的外形相匹配地進行高精度加工，從而造成加工成本非常高。
由此，本發明的申請人將專利文獻I中圓筒形長尺寸的腔作為壓力交換腔，通過採用在腔內設置多個被劃分的流路而利用從反滲透膜(R0膜)排出的高壓的濃縮海水直接對海水進行加壓的方式，提出無活塞的方式的能量交換腔。專利文獻I :日本特開2010-284642號公報。專利文獻I所公開的能量交換腔，在將圓筒形長尺寸的腔水平橫置地設置的情況下，在使濃縮海水與海水在水平方向上被分離為左右、並對在兩流體接觸的邊界部處的混合進行抑制的同時，進行從高壓的濃縮海水向海水的壓力傳遞。本發明的發明人對專利文獻I所公開的那樣的、使濃縮海水與海水的界面通過濃縮海水與海水的雙方的壓力平衡而在腔內移動的方式的能量交換腔，進行了由在濃縮海水與海水的比重差考慮下的電腦模擬作出的解析，其結果是，得出了以下認識在存在比重差的情況下，將腔的長度方向水平橫置的情況下存在問題。
發明內容
本發明的發明人基於上述認識，構想一種即使在將腔的長度方向水平橫置的情況下，也能夠對濃縮海水與海水的混合進行抑制而將濃縮海水與海水分離的機構，從而完成了本發明。S卩，本發明的目的是提供一種能量交換腔及具有該能量交換腔的海水淡化系統，該能量交換腔通過從腔的容積室的下方進行濃縮海水的給排水，並從上方進行海水的給排水，而能夠在使濃縮海水和海水上下分離、並對在兩流體接觸的邊界部處的混合進行抑制的同時，進行從高壓的濃縮海水向海水的壓力傳遞。為了實現上述目的，本發明的能量交換腔在將由泵增壓的海水通入到反滲透膜分離裝置中而將淡水與濃縮海水分離，從而利用海水生成淡水的海水淡化系統中，將從所述反滲透膜分離裝置排出的濃縮海水的壓力能量，利用於對所述海水增壓的能量中，其特徵在於，具有腔，在內部具有收容濃縮海水及海水的空間；濃縮海水口，設在所述腔的下部，進行濃縮海水的給排水；海水口，設在所述腔的上部，進行海水的給排水；濃縮海水分散構造體，與所述濃縮海水口連通，使流入的濃縮海水向所述腔內的水平面整體分散；和海水分散構造體，與所述海水口連通，使流入的海水向所述腔內的水平面整體分散，被導入到所述腔內的濃縮海水與海水與腔內的水平面整體直接接觸，濃縮海水與海水的壓力能量實現交換。根據本發明，將濃縮海水從設在腔的下部的濃縮海水口向腔內給排水，將海水從設在腔的上部的海水口向腔內給排水。流入到腔內的濃縮海水通過濃縮海水分散構造體向腔內的水平面整體分散，另外流入到腔內的海水通過海水分散構造體向腔內的水平面整體分散。由於濃縮海水比海水比重高，因此由於比重的差而形成濃縮海水與海水的邊界部，分散到腔內的水平面整體上的濃縮海水將分散到腔內的水平面整體上的海水推起，從而能夠一邊將濃縮海水與海水上下分離，一邊抑制在兩流體接觸的邊界部的混合，同時能夠進行從高壓的濃縮海水向海水的壓力傳遞。根據本發明的優選方式，所述腔為將長度方向水平地配置的圓筒形狀的腔。根據本發明的優選方式，所述濃縮海水分散構造體和所述海水分散構造體水平地配置，為具有多個孔的管形狀，所述孔分別與腔內面的最下部和最上部相對地排列。
根據本發明，在從濃縮海水口供給濃縮海水，從海水口將海水排出的情況下，被供給至濃縮海水口的濃縮海水流入到與濃縮海水口連通的管形狀的濃縮海水分散構造體中，並從形成在濃縮海水分散構造體上的向下的貫穿孔中通過而流入到腔室內。由於流入到腔室內的濃縮海水比海水比重高，因此一邊從下方將海水向上方推起一邊流入。在腔室內由於比重差而形成濃縮海水與海水的邊界部，該邊界部在腔室內上升或者下降。在從海水口供給海水，從濃縮海水口將濃縮海水排出的情況下，被供給至海水口的海水流入到與海水口連通的海水分散構造體中，並從形成在海水分散構造體上的貫穿孔流入到腔室內，濃縮海水從形成在濃縮海水分散構造體上的貫穿孔，向與濃縮海水分散構造體連通的濃縮海水口排出。根據本發明的優選方式，所述管形狀為圓筒形狀的管或者稜筒形狀的管。根據本發明，能夠通過在腔室內上下地配置的圓筒形狀的管或者稜筒形狀的管構成濃縮海水分散構造體和海水分散構造體。在該情況下，通過使管為稜筒形狀，即使濃縮海水與海水的邊界部比管的下端位於上方，或者比管的上端位於下方，也能夠減少由於與管接觸而造成的邊界部的紊亂。根據本發明的優選方式，具有將所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體·連結的連結部件，所述連結部件中的所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體的連結部，分別以逐漸接近連結的分散構造體的外形形狀的方式呈大致三角形的截面形狀。根據本發明，連結部件中的與分散構造體連結的部分，呈隨著接近分散構造體的外徑而截面積逐漸變寬的大致三角形的截面形狀。由此，在邊界部比海水分散構造體的下端位於上方，或者比濃縮海水分散構造體的上端位於下方時的邊界部的變化減少，因此能夠抑制邊界部I的紊亂。根據本發明的優選方式，在所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體各自與腔內面相面對的位置上，以夾著所述多個孔的方式在所述多個孔的兩側配置兩張多孔板，通過該兩張多孔板將所述腔內面與所述濃縮海水分散構造體、或者所述海水分散構造體連接。根據本發明，設有將海水分散構造體的兩側面與腔的內表面連接的兩張多孔板，並設有將濃縮海水分散構造體的兩側面與腔的內表面連接的兩張多孔板。由此，構成由濃縮海水分散構造體與兩張多孔板形成的第一空間、由海水分散構造體與兩張多孔板形成的第三空間、以及第一空間與第三空間之間的第二空間。通過該構成，從濃縮海水分散構造體流入的濃縮海水進入到第一空間，在從第一空間通過多孔板時流速通過多孔板而被均勻化，而該流速被均勻化了的流動流入到第二空間中。由於通過該作用使在第二空間中的流動更加均勻地向上方流動，因此能夠在抑制邊界部的紊亂，並抑制濃縮海水與海水的混合的同時，進行從高壓的濃縮海水向海水的壓力傳遞。另一方面，被推起來的海水在從第二空間通過多孔板時流速通過多孔板而被均勻化。而且，通過多孔板使流速被均勻化了的海水的流動流入到第三空間中，並且海水從形成在海水分散構造體上的向上的貫穿孔中流出。在本發明中，多孔板構成為由在板上形成多個孔的、被稱為衝壓板的部件構成，孔的直徑為3 IOmm左右，對板面積中的孔的面積進行表示的開孔率為30 60%，能夠使由從多孔板中通過而造成的壓力損失減少，且能夠得到流動的均勻化效果。根據本發明的優選方式，所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體由四張多孔板組成，所述多孔板將水平地配置在所述腔的中央部的管的外表面與所述腔內面呈放射狀地隔開。根據本發明，配置有四張多孔板，該多孔板將管的外表面和腔的內表面呈放射狀地隔開，在管外表面與腔內面之間形成有第一空間、第二空間和第三空間。而且，第一空間與濃縮海水口連通，第三空間與海水口連通。從濃縮海水口流入的濃縮海水在第一空間內擴散，通過兩張多 孔板整流為均勻的流動而流入到第二空間中。通過多孔板在圓周方向上變得均勻的濃縮海水，不會擾亂邊界部而將海水均勻地推起，從而能夠抑制在腔室內的濃縮海水與海水的混合。另一方面，被推起來的海水在從第二空間通過多孔板時，流速被多孔板均勻化。而且，流速被多孔板均勻化了的海水的流動流入到第三空間中，將海水向海水口側推出。根據本發明的優選方式，所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體由兩張多孔板組成，所述多孔板在所述腔內在上下隔開間隔地配置在水平方向上。根據本發明，在腔內於上下隔開間隔地配置有在水平方向上延伸的兩張多孔板，通過兩張多孔板將腔室從下向上劃分為第一空間、第二空間和第三空間。從濃縮海水口流入的濃縮海水在第一空間內擴散，通過下方的多孔板整流為均勻的流動流入到第二空間中。在第二空間中濃縮海水以對上方的海水進行推出的方式向上方流動。此時，由於通過下方多孔板而形成方向、流速都均勻的流動，因此在第二空間內的邊界部濃縮海水與海水的混合得到抑制。在海水從上方的海水口流入到第三空間中，並從第三空間經由多孔板流入到第二空間中的情況下，也能夠實現同樣的整流效果。根據本發明的優選方式，所述濃縮海水口與所述海水口設置成貫穿圓筒形狀的腔的外周面。根據本發明的優選方式，所述腔為將長度方向垂直地配置的圓筒形狀的腔。根據本發明，長尺寸的圓筒形狀的腔，使腔的長度方向配置在垂直方向上，作為濃縮海水口，為了在腔室的下側進行濃縮海水的給排水而設在腔的下側，作為海水口，為了在腔室的上側進行海水的給排水而設在腔的上側。根據本發明的優選方式，所述濃縮海水分散構造體和所述海水分散構造體由配置在所述圓筒形狀的腔的上下的多孔板組成。根據本發明，通過利用多孔板構成濃縮海水分散構造體以及海水分散構造體，能夠使從濃縮海水口流入的濃縮海水以及從海水口流入的海水在腔內的水平面整體上均勻地分散。根據本發明的優選方式，在所述上下配置的多孔板之間配置有多個被劃分的流路。根據本發明，在被劃分的流路內濃縮海水與海水接觸，但是在流路截面積小的流路內產生的漩渦為管路內的小漩渦，因此不會大範圍擴散，從而不會使濃縮海水與海水的邊界部發生紊亂。由於以這種方式、聚集多個流路截面積小的流路而構成較大的腔，因此能夠在各流路內維持濃縮海水與海水的邊界部，從而能夠在作為整體地維持濃縮海水與海水的邊界部的狀態下，即能夠在抑制濃縮海水與海水的混合的同時，通過濃縮海水將海水加壓並排出。本發明的海水淡化系統，將由泵增壓的海水通入到反滲透膜分離裝置中而將淡水與濃縮海水分離，從而利用海水生成淡水，其特徵在於，具有將從所述反滲透膜分離裝置排出的濃縮海水的壓力能量利用於對所述海水的一部分增壓的能量中的、技術方案I至12的任一項中所述的能量交換腔。發明的效果根據本發明，能夠實現以下列舉的效果。I)通過從腔的下方進行濃縮海水的給排水，從上方進行海水的給排水，能夠利用濃縮海水與海水的比重差而將濃縮海水與海水上下分離的同時，抑制在兩流體接觸的邊界部的混合，同時能夠進行從高壓的濃縮海水向海水的壓力傳遞。2)能夠抑制由於腔內的亂流擴散而導致的濃縮海水與海水的混合，並且不會將濃度高的海水輸送到反滲透膜分離裝置，因此能夠充分地發揮反滲透膜分離裝置的性能，並且能夠延長反滲透膜自身的更換周期。
圖I是表示本發明的海水淡化系統的構成例的示意圖。圖2是表示本發明的能量交換腔的構成例的剖視圖。圖3是表示配置在腔室內的上管的立體圖。圖4是圖2的IV-IV線剖視圖。圖5是說明本發明的能量交換腔的作用的圖，是與圖4相對應的示意圖。圖6是說明本發明的能量交換腔的作用的圖，是與圖4相對應的示意圖。圖7是表示本發明的能量交換腔的變形例的剖視圖。圖8是表示本發明的能量交換腔的其他的變形例的剖視圖。圖9是表示本發明的能量交換腔的另一個其他的變形例的圖，是能量交換腔的剖視圖。圖10是圖9的X-X線剖視圖。圖11是表示本發明的能量交換腔的其他的實施方式的圖，是能量交換腔的剖視圖。圖12是圖11的XII-XII線剖視圖。圖13是表示本發明的能量交換腔的另一個其他的實施方式的圖，是能量交換腔的剖視圖。圖14是圖13的XIV-XIV線剖視圖。圖15是電腦模擬的一例，是在圖2至圖6所示的構成中，在將濃縮海水導入，而邊界部上升到上管緊前時的解析結果。圖16是表示本發明的能量交換腔的另一個其他的實施方式的剖視圖。圖17是圖16的XVII-XVII線剖視圖。圖18是表示圖16所示的本發明的能量交換腔的變形例的剖視圖。圖19是表示以往的海水淡化系統的構成例的示意圖。附圖標記說明I海水供給管路2高壓泵
3排出管路4反滲透膜分離裝置5濃縮海水管路6控制閥7 閥8增壓泵9 閥
14雙頭螺栓15 螺母20能量交換腔21腔主體21a大直徑部23 法蘭25 上管25h 孑L26 下管26h 孔30連結部件31多孔板35 上管35a 角部35h 孔36 下管36h 孔40 管41多孔板45 管51多孔板A D空間CH 腔室I邊界部Pl濃縮海水口P2 海水口
具體實施例方式下面，參照圖I至圖18，對本發明的海水淡化系統的實施方式進行說明。此外，在圖I至圖18中，對相同或者相當的構成要素標註同一附圖標記，並省略重複的說明。圖I是表示本發明的海水淡化系統的構成例的示意圖。如圖I所示，通過吸水泵(未圖示)吸入的海水通過前處理裝置被前處理而調整為規定的水質條件後，經由海水供給管路I被供給至直接連結有電機M的高壓泵2。被高壓泵2增壓了的海水經由排出管路3被供給至具有反滲透膜(RO膜)的反滲透膜分離裝置4。反滲透膜分離裝置4將海水分離成鹽分濃度高的濃縮海水和鹽分濃度低的淡水，從而從海水中得到淡水。此時，鹽分濃度高的濃縮海水從反滲透膜分離裝置4被排出，但是該濃縮海水依然具有高壓力。從反滲透膜分離裝置4將濃縮海水排出的濃縮海水管路5，經由控制閥6與能量交換腔10的濃縮海水口 Pl連接。供給被前處理了的低壓海水的海水供給管路1，在高壓泵2的上遊分支而經由閥7與能量交換腔10的海水口 P2連接。能量交換腔20在通過濃縮海水和海水的邊界部將兩流體分離的同時，進行能量傳遞。在能量交換腔20中利用濃縮海水的壓力被增壓了的海水被供給至增壓泵8。而且，通過增壓泵8海水被進一步增壓為與高壓泵2的排出管路3相同水平的壓力，被增壓了的海水經由閥9與高壓泵2的排出管路3合流並被供給至反滲透膜分離裝置4。另一方面，將對海水增壓而失去了能量的濃縮海水從能量交換泵20經由控制閥6排出至濃縮海水排出管路17。圖2是表示本發明的能量交換腔20的構成例的剖視圖。如圖2所示,能量交換腔 20具有長尺寸的圓筒形狀的腔主體21，和將腔主體21的兩開口端閉塞的法蘭23。在腔主體21內形成有腔室(容積室)CH，在一方的法蘭23上形成有濃縮海水口 P1，在另一方的法蘭23上形成有海水口 P2。在腔主體21上形成有兩端部的外徑比中央部大的大直徑部21a，並在此處嵌入有雙頭螺栓14。雙頭螺栓14以從法蘭23的端部突出的方式固定，使螺母15緊固在該雙頭螺栓14上而使法蘭23固定在腔主體21上。能量交換腔20被水平橫置地設置，作為濃縮海水口 Pl，為了在腔室CH的下側進行濃縮海水的給排水而使口 Pl設在下側，作為海水口 P2，為了在腔室CH的上側進行海水的給排水而使口 P2設在上側。另外，在腔室CH內上下地設有兩根管25、26，並構成為在上管25上連通海水口P2，在下管26上連通濃縮海水口 P1。上下的管25、26由圓筒形狀的管組成，其位置通過法蘭23、23而固定。圖3是表示配置在腔室內的上管25的立體圖。如圖3所示，在配置於腔室CH的上方的上管25上，在上部形成有多個孔25h，多個孔25h貫穿至管25的中空部。配置在腔室CH的下方的下管26具有與上管25相同的結構，不過是將圖3所示的上管25上下反轉而成的方式，朝下地形成有貫穿孔。圖4是圖2的IV-IV線剖視圖。如圖4所示，在形成於圓筒形狀的腔主體21內的腔室CH中，上管25和下管26上下隔開間隔地配置。而且，在上管25的上部形成有多個孔25h，在下管26的下部形成有多個孔26h。圖5及圖6是說明本發明的能量交換腔的作用的圖，是與圖4相對應的示意圖。圖5是表示從濃縮海水口 P I供給濃縮海水，並從海水口 P2排出海水的狀態的圖。如圖5所示，供給至濃縮海水口 Pl中的濃縮海水流入到與口 Pl連通的下管26中，並從形成在下管26上的朝下的貫穿孔26h中通過而流入到腔室CH中。由於流入到腔室CH中的濃縮海水其比重比海水高，因此其一邊從下方將海水向上方推起一邊流入。另一方面，被推起來的比重低的海水從形成在上管25上的朝上的貫穿孔25h中通過而流入到上管25內。在腔室CH內因為比重差而形成有濃縮海水與海水的分界部I，該分界部I在腔室CH中上升或者下降。上述的動作是通過形成如下的流動而完成的，該流動通過利用設在能量交換腔20的濃縮海水口 Pl的上遊的控制閥6(參照圖1)，使來自反滲透膜(R0膜)的高壓的濃縮海水向濃縮海水口 Pl連通，由此，高壓的濃縮海水被供給至能量交換腔20中。由於能量交換腔20的腔室CH內變得壓力相同，由此從反滲透膜(R0膜)供給到能量交換腔20的高壓的濃縮海水的壓力與海水的壓力變得相等，所以通過該作用能夠使高壓海水從海水口 P2排出，並能夠使濃縮海水的壓力能量傳遞到海水中。圖6是表示從海水口 P2供給海水，並從濃縮海水口 P2排出濃縮海水的狀態的圖。如圖6所示，與圖5的作用相反地，供給至海水口 P2中的海水流入到與口 P2連通的上管25中，並從形成在上管25上的貫穿孔25h中流入到腔室CH中，濃縮海水從形成在下管26上的貫穿孔26h中排出到與下管26連通的濃縮海水口 Pl中。此時也是相同地，比重低的海水從腔室CH的上方將比重高的濃縮海水向下方推出。該動作是通過形成如下的流動而完成的，該流動通過利用設在能量交換腔20的濃縮海水口 Pl的上遊的控制閥6，使濃縮海水口 Pl向排水側連通，由此，低壓的海水被供給到能量交換腔20內。通過利用控制閥6對上述的濃縮海水的給排水進行控制，而能夠起到能量回收裝置(能量交換腔)的作用，該能量回收裝置(能量交換腔)將低壓的海水增壓到與高壓的濃縮海水相等的壓力，並將增壓的海水從海水口 P2向反滲透膜(R0膜)側供給。
此外，圖示的濃縮海水與海水的邊界部I是作為雙點劃線表示德，但實際上在濃縮海水與海水相接觸的邊界處，兩者發生混合而成為層狀的混合層。圖7是表示本發明的能量交換腔的變形例的剖視圖。圖7所示的實施方式使圖2至圖6所示的實施方式中的上管和下管成為稜型。即，如圖7所示，上管35與下管36由稜筒形狀的管組成。上管35以使角部35a位於下方，使孔35h位於上方的方式配置。另外，下管36以使角部36a位於上方，使孔36h位於下方的方式配置。通過這樣地使上管35和下管36成為稜型，即使濃縮海水與海水的邊界部I比上管35的下端位於上方，或者比下管36的上端位於下方，也能夠減少由於與管接觸而造成的邊界部I的紊亂。在圖7中表示邊界部I比上管35的下端(角部35a)位於上方的狀態。圖8是表示本發明的能量交換腔的其他的變形例的剖視圖。圖8所示的實施方式使上管和下管成為與圖2至圖6所示的實施方式同樣的圓筒形狀，並設有將上管與下管連結的連結部件。即，如圖8所示，設有將圓筒形狀的上管25與下管26連結的連結部件30。連結部件30中的與管25、26連結的部分，呈隨著接近管的外徑而截面積逐漸變寬的大致三角形的截面形狀。由此，在邊界部I比上管25的下端位於上方，或者比下管26的上端位於下方時的邊界部I的變化減少，因此能夠抑制邊界部I的紊亂。圖9及圖10是表示本發明的能量交換腔的另一個其他的變形例的圖，圖9是能量交換腔的剖視圖，圖10是圖9的X-X線剖視圖。圖9及圖10所示的實施方式設有多孔板，該多孔板將圖2至圖6所示的實施方式中的圓筒形狀的上管25及下管26與腔主體21連結。即，如圖10所示，設有將上管25的兩側面與腔主體21的內周面連接的兩張多孔板31、31，並設有將下管26的兩側面與腔主體21的內周面連接的兩張多孔板31、31。由此，構成由下管26與兩張多孔板31、31形成的空間B、由上管25與兩張多孔板31、31形成的空間D、以及空間B與空間D之間的空間C。通過該構成，從下管26流入的濃縮海水進入到空間B，在從空間B通過多孔板31時流速通過多孔板31而均勻化，而該流速被均勻化了的流動流入到空間C中。由於通過該作用使在空間C中的流動更加均勻地向上方流動，因此能夠在抑制邊界部I的紊亂，並抑制濃縮海水與海水的混合的同時，進行從高壓的濃縮海水向海水的壓力傳遞。另一方面，被推起來的海水在從空間C通過多孔板31時流速通過多孔板31而均勻化。而且，通過多孔板31使流速被均勻化了的海水的流動流入到空間D中，並且海水從上管25流出。圖11及圖12是表示本發明的能量交換腔的其他的實施方式的圖，圖11是能量交換腔的剖視圖，圖12是圖11的XII-XII線剖視圖。如圖11及圖12所示，在腔室CH的中央設置有圓筒形狀的管40，管40的位置通過法蘭23、23而被固定。如圖12所示，配置有四張多孔板41，該多孔板41將管40的外周和腔主體21的內周呈放射狀地隔開。如圖11所示，多孔板31在兩法蘭23、23之間延伸。這樣，通過四張多孔板41而在腔主體I與管40之間形成有空間B、空間C和空間D。而且，空間B與濃縮海水口 Pl連通，空間D與海水口P2連通。
在如圖11及圖12所示地構成的能量交換腔20中，從濃縮海水口 Pl流入的濃縮海水在空間B內擴散，通過兩張多孔板41整流為均勻的流動而流入到空間C中。通過多孔板41在圓周方向上變得均勻的濃縮海水，能夠不擾亂邊界部I地將海水均勻地推起，從而能夠抑制在腔室CH內的濃縮海水與海水的混合。另一方面，被推起來的海水在從空間C通過上方的多孔板41時，流速通過多孔板41而均勻化。而且，流速通過多孔板41均勻化了的海水的流動流入到空間D中，將海水向海水口 P2側推出。圖13及圖14是表示本發明的能量交換腔的另一個其他的實施方式的圖，圖13是能量交換腔的剖視圖，圖14是圖13的XIV-XIV線剖視圖。如圖13所示，在本實施方式中濃縮海水口 Pl及海水口 P2以貫穿腔主體21的側面的方式設置。如圖14所示，在腔主體21的內周上，上下隔開間隔地配置有在水平方向上延伸的兩張多孔板51、51。如圖13所示，多孔板51在兩法蘭23、23之間延伸。而且，如圖14所示，通過兩張多孔板51、51將腔室CH從下向上劃分為3個空間，即空間B、空間C和空間D。在如圖13及圖14所示地構成的能量交換腔20中，從濃縮海水口 Pl流入的濃縮海水在空間B內擴散，通過下方的多孔板51整流為均勻的流動流入到空間C中。在空間C中濃縮海水以對上方的海水進行推出的方式向上方流動。此時，由於通過多孔板51而形成方向、流速都均勻的流動，因此在空間C內的邊界部I濃縮海水與海水的混合得到抑制。在海水從上方的海水口 P2流入到空間D中，並從空間D經由多孔板51流入到空間C中的情況下，也能夠實現同樣的整流效果。圖15是電腦模擬的一例，是在圖2至圖6所示的構成的能量交換腔20中，導入濃縮海水及海水，使邊界部I上升到上管的緊前時的解析結果。在圖15中由灰色所示的部分GR表示濃縮海水，由白底所示的部分WH表示海水。由黑色所示的部分BL是兩流體混合的區域(混合部)。此外，比重設為濃縮海水大約為
I.06，以及海水為I. 03。圖16是表示本發明的能量交換腔20的另一個其他的實施方式的剖視圖。如圖16所示，在本實施方式中，能量交換腔20以縱置方式設置。即，長尺寸的圓筒形狀的腔主體21使腔的長度方向配置在垂直方向上，作為濃縮海水口 P1，為了在腔室CH的下側對濃縮海水進行給排水而使口 Pl設在下側，作為海水口 P2，為了在腔室CH的上側對海水進行給排水而使口 P2設在上側。在腔主體21內，在濃縮海水口 Pl與海水口 P2之間配設有多個管45，該管45與形成在腔主體21內的腔室CH相比直徑小，通過固定在腔室CH內的直徑小的多個管45形成有多個被劃分的流路R。而且，通過這些流路濃縮海水口 Pl與海水口 P2被連通。由於各管45由直徑小的管組成，因此管內的圓形的流路截面積被設定得較小。圖17是圖16的XVII-XVII線剖視圖。如圖17所示，在形成於腔主體21內的腔室上配設有直徑小的多個管45。而且，在各管45內形成有供濃縮海水及海水流入的流路R0在濃縮海水口 Pl與流路R之間的空間以及海水口 P2與流路R之間的空間中， 分別設有進行流體的整流的多孔板61。多孔板61從口 PU P2離開規定距離地配置。而且，多孔板61也從流路R的端部離開規定距離地配置。這樣，通過配置多孔板61而使從直徑小的口 PU P2流入的流動在直徑大的腔室內均勻地分散，並均勻地流入到多個被劃分的流路R中。 此時，在被劃分的流路R內，濃縮海水與海水接觸，但是在流路截面積小的流路R內產生的漩渦為管路內的小漩渦，因此不會大範圍擴散，從而不會使濃縮海水與海水的邊界部I發生紊亂。由於以這種方式、聚集多個流路截面積小的流路R而構成較大的腔，因此能夠在各流路R內維持濃縮海水與海水的邊界部I，從而能夠在作為整體地維持濃縮海水與海水的邊界部I的狀態下，即能夠在抑制濃縮海水與海水的混合的同時，通過濃縮海水將海水加壓並排出。在海水從上方的海水口 P2通過多孔板61而流入到被劃分的流路R中的情況下，也能夠實現同樣的整流效果。在圖16及圖17中，對通過具有圓形截面的多個管45而在腔室CH內形成多個被劃分的流路R的例進行了說明，但是還可以在腔室CH內形成蜂窩狀或格柵狀的被劃分的多個流路R。圖18是表示圖16所示的本發明的能量交換腔20的變形例的剖視圖。如圖18所示，在本實施方式中能量交換腔20以縱置方式設置。即，長尺寸的圓筒形狀的腔主體21使腔的長度方向配置在垂直方向上，作為濃縮海水口 P1，為了在腔室CH的下側對濃縮海水進行給排水而使口 Pl設在下側，作為海水口 P2，為了在腔室CH的上側對海水進行給排水而使口 P2設在上側。在腔主體21內，在濃縮海水口 Pl及海水口 P2的附近配置有兩張進行流體的整流的多孔板61。多孔板61從口 P1、P2離開規定的距離地配置。而且，腔室CH被定義在口 Pl側的多孔板61與口 P2側的多孔板61之間。這樣，通過配置多孔板61使從直徑小的口 PU P2流入的流動均勻地流入到直徑大的腔室CH內。在此，均勻的流動意味著在腔室CH內的某一水平截面上的流速和方向一樣。即，若圖18中的腔室CH內的縱方向的任意水平截面(評價截面)中的流動將圖示箭頭的長度作為流速、將朝向作為流動方向的話，則意味著任一箭頭都具有相同長度並具有相同朝向。該流動能夠通過配置在腔室內的多孔板的開孔率和距口 PU P2的各自的配置位置而調整，並能夠通過解析等而決定最佳的尺寸和配置位置。通過多孔板61而均勻地流入到腔室CH內的濃縮海水和海水，由於比重差而上下分離，同時，形成為在腔截面積上且在上下方向上一樣的流動，因此邊界部I得到維持，從而能夠在作為整體地維持濃縮海水與海水的邊界部I的狀態下，即能夠在抑制濃縮海水與海水的混合的同時，通過濃縮海水將海水加壓並排出。在海水從上方的海水口 P2通過多孔板61而流入到腔室CH內的情況下，也能夠實現同樣的整流效果。 至此，對本發明的實施方式進行了說明，但是本發明並不限定於上述的實施方式，當然還可以在其技術思想的範圍內以多種不同的方式進行實施，例如能量交換腔的方式等並不僅限定於上述的圖示例，當然在不脫離本發明的主旨的範圍內可以進行各種變更。
權利要求
1.一種能量交換腔，在將由泵增壓的海水通入到反滲透膜分離裝置中而將淡水與濃縮海水分離、從而利用海水生成淡水的海水淡化系統中，將從所述反滲透膜分離裝置排出的濃縮海水的壓力能量利用於對所述海水增壓的能量中，其特徵在於，具有 腔，在內部具有收容濃縮海水及海水的空間； 濃縮海水口，設在所述腔的下部，進行濃縮海水的給排水； 海水口，設在所述腔的上部，進行海水的給排水； 濃縮海水分散構造體，與所述濃縮海水口連通，使流入的濃縮海水向所述腔內的水平面整體分散；和 海水分散構造體，與所述海水口連通，使流入的海水向所述腔內的水平面整體分散， 被導入到所述腔內的濃縮海水與海水與所述腔內的水平面整體直接接觸，濃縮海水與海水的壓力能量實現交換。
2.根據權利要求I所述的能量交換腔，其特徵在於，所述腔為將長度方向水平地配置的圓筒形狀的腔。
3.根據權利要求I所述的能量交換腔，其特徵在於，所述濃縮海水分散構造體和所述海水分散構造體水平地配置，為具有多個孔的管形狀，所述孔分別與腔內面的最下部和最上部相對地排列。
4.根據權利要求3所述的能量交換腔，其特徵在於，所述管形狀為圓筒形狀的管或者稜筒形狀的管。
5.根據權利要求3所述的能量交換腔，其特徵在於，具有將所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體連結的連結部件， 所述連結部件中的所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體的連結部，分別以逐漸接近連結的分散構造體的外形形狀的方式呈大致三角形的截面形狀。
6.根據權利要求3所述的能量交換腔，其特徵在於，在所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體各自與腔內面相面對的位置上，以夾著所述多個孔的方式在所述多個孔的兩側配置兩張多孔板，通過該兩張多孔板將所述腔內面與所述濃縮海水分散構造體、或者所述海水分散構造體連接。
7.根據權利要求I所述的能量交換腔，其特徵在於，所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體由4張多孔板組成，所述多孔板將水平地配置在所述腔的中央部的管的外表面與所述腔內面呈放射狀地隔開。
8.根據權利要求I所述的能量交換腔，其特徵在於，所述濃縮海水分散構造體與所述海水分散構造體由兩張多孔板組成，所述多孔板在所述腔內上下隔開間隔地配置在水平方向上。
9.根據權利要求8所述的能量交換腔，其特徵在於，所述濃縮海水口與所述海水口設置成貫穿圓筒形狀的腔的外周面。
10.根據權利要求I所述的能量交換腔，其特徵在於，所述腔為將長度方向垂直地配置的圓筒形狀的腔。
11.根據權利要求10所述的能量交換腔，其特徵在於，所述濃縮海水分散構造體和所述海水分散構造體由配置在所述圓筒形狀的腔的上下的多孔板組成。
12.根據權利要求11所述的能量交換腔，其特徵在於，在所述上下配置的多孔板之間配置有多個被劃分的流路。
13.一種海水淡化系統，將由泵增壓的海水通入到反滲透膜分離裝置中而將淡水與濃縮海水分離，從而利用海水生成淡水，其特徵在於，具有將從所述反滲透膜分離裝置排出的濃縮海水的壓力能量利用於對所述海水的一部分增壓的能量中的、權利要求I至12的任一項中所述的能量交換腔。
全文摘要
本發明提供能量交換腔以及具有該能量交換腔的海水淡化系統，該能量交換腔從腔的下方進行濃縮海水的給排水，從上方進行海水的給排水，能夠在抑制濃縮海水與海水的混合的同時，進行從濃縮海水向海水的壓力傳遞。本發明的能量交換腔在將增壓的海水通入到反滲透膜分離裝置(4)中而將淡水與濃縮海水分離的海水淡化系統中，具有腔(CH)，收容濃縮海水及海水；濃縮海水口(P 1)，設在腔(CH)的下部，進行濃縮海水的給排水；海水口(P2)，設在腔(CH)的上部，進行海水的給排水；濃縮海水分散構造體(26)，與濃縮海水口(P1)連通，使濃縮海水在水平面整體上分散；和海水分散構造體(25)，與海水口(P2)連通，使海水在水平面整體上分散，被導入到腔(CH)內的濃縮海水與海水直接接觸，濃縮海水與海水的壓力能量實現交換。
文檔編號C02F1/44GK102743974SQ20121011081
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月11日 優先權日2011年4月22日
發明者前田和昭, 後藤正典, 高橋圭瑞 申請人:株式會社荏原製作所