交换装置以及压力交换装置的性能调整方法

申请号 CN201280005374.1 申请日 2012-01-10 公开(公告)号 CN103328828A 公开(公告)日 2013-09-25
申请人 株式会社久保田; 发明人 广泽庆文; 寺本宪博; 庄崎晃;
摘要 一种压 力 交换装置(10),包括:旋转体(30),绕旋 转轴 心配设有压力传递部(33),该压力传递部(33)形成为连通从一端侧流入或者流出第1 流体 的第1流路(31)和从一端侧流入或者流出第2流体的第2流路(32);第1侧方部件(20a),在厚度方向形成有将第1流体向第1流路(31)引导的第1流体流入路(14)、将和第1流体之间进行压力交换后的第2流体从第2流路(32)引导出来的第2流体流出路(15)、以及将第2流体向第2流路(32)引导的第2流体流入路(16)、将和第2流体之间进行压力交换后的第1流体从第1流路(31)引导出来的第1流体流出路(17);第2侧方部件(20b),通过衬套(13)将旋转体(30)可旋转地夹持在该第2侧方部件(20b)和第1侧方部件(20a)之间,能够实现紧凑化、低成本化。
权利要求

1.一种在第1流体和第2流体之间交换压的压力交换装置,其特征在于,包括:
旋转体,该旋转体绕旋转轴心配设有压力传递部,该压力传递部形成为连通从一端侧流入或者流出第1流体的第1流路和从所述一端侧流入或者流出第2流体的第2流路;
第1侧方部件,该第1侧方部件在厚度方向形成有将第1流体向第1流路引导的第1流体流入路、将和第1流体之间进行压力交换后的第2流体从第2流路引导出来的第2流体流出路、将第2流体向第2流路引导的第2流体流入路、以及将和第2流体之间进行压力交换后的第1流体从第1流路引导出来的第1流体流出路;
第2侧方部件,该第2侧方部件通过保持部件将所述旋转体可旋转地夹持在该第2侧方部件和第1侧方部件之间。
2.如权利要求1所述的压力交换装置,其特征在于,所述旋转体被收纳在由第1侧方部件、第2侧方部件和各侧方部件所夹持的保持部件区划的空间内,并且第1流路以及第2流路形成为贯通所述旋转体,所述旋转体和第1侧方部件、第2侧方部件之间形成有各流体进入的缝隙。
3.如权利要求2所述的压力交换装置,其特征在于,具有按压至少一方的侧方部件、调整第1侧方部件以及第2侧方部件的间隔的按压机构。
4.如权利要求2或3所述的压力交换装置,其特征在于,在第1侧方部件以及第2侧方部件的外侧形成有将各侧方部件向所述旋转体按压的按压空间,在第1侧方部件以及第
2侧方部件上形成有将供给于第1流路或者第2流路的流体导入所述按压空间的连通孔。
5.如权利要求1-4中任一项所述的压力交换装置,其特征在于,所述第1侧方部件具有转矩施加机构,该转矩施加机构利用流入第1流路或从第1流路流出的第1流体的能量、或者流入第2流路或从第2流路流出的第2流体的能量,向所述旋转体施加转矩。
6.如权利要求5所述的压力交换装置,其特征在于,
所述转矩施加机构具有:在第1流体流入路中和所述旋转体相对的相对面侧扩径形成为沿着所述旋转体的周向和多个第1流路连通的第1倾斜部;
在第2流体流出路中和所述旋转体相对的相对面侧扩径形成为沿着所述旋转体的周向和多个第2流路连通的第2倾斜部,
第1倾斜部的倾斜方向和第2倾斜部的倾斜方向被设定为相反。
7.如权利要求1-6中任一项所述的压力交换装置,其特征在于,在所述旋转体,绕旋转轴心放射状地配设有多个压力传递部。
8.如权利要求7所述的压力交换装置,其特征在于,相邻的多个压力传递部随着所述旋转体的旋转,至少同时与1个第1流体流入路和第2流体流出路连通、或者与1个第2流体流入路和第1流体流出路连通。
9.如权利要求7或8所述的压力交换装置,其特征在于,所述多个压力传递部中存在随着所述旋转体的旋转不与第1流体流入路和第2流体流出路、以及第1流体流出路和第
2流体流入路中的任一个连通的压力传递部。
10.如权利要求1-9中任一项所述的压力交换装置,其特征在于,在所述第1侧方部件上绕旋转轴心对称地配置有多组第1流体流入路和第2流体流出路。
11.如权利要求1-10中任一项所述的压力交换装置,其特征在于,第1流路的截面积和第2流路的截面积形成为相等。
12.如权利要求1-11中任一项所述的压力交换装置,其特征在于,在所述旋转体上连接有使所述旋转体在外部动力下旋转的驱动轴
13.如权利要求1-12中任一项所述的压力交换装置,其特征在于,供给于所述第1流体流入路的第1流体是从反渗透膜装置排出的高压浓缩流体,供给于所述第2流体流入路的第2流体是提供给所述反渗透膜装置的被浓缩流体。
14.一种如权利要求5或者6所述的压力交换装置的性能调整方法,其特征在于,通过变更所述转矩施加机构来调整处理流量。

说明书全文

交换装置以及压力交换装置的性能调整方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在第1流体和第2流体之间交换压力的压力交换装置以及压力交换装置的性能调整方法。

背景技术

[0002] 使用反渗透膜装置的淡水化设施中,设置有压力交换装置,该压力交换装置将从反渗透膜装置排出的高压浓缩海水的压力用于向反渗透膜装置供给的低圧海水的升压。
[0003] 如图12所示,专利文献1中,记载有一种压力交换装置,该压力交换装置具有绕旋转轴心配设有多根管状的压力传递部的转子80。
[0004] 该压力交换装置随着转子80的旋转,使向高压入口侧接口82供给的高压浓缩海水和向低压入口侧接口81供给的低压海水在管状的压力传递部接触。压力交换装置将通过高压浓缩海水的压力在压力传递部升压后的低压海水从高压出口侧接口83作为高压海水排出。此外,压力交换装置将完成了压力传递的高压浓缩海水,通过向低压入口侧接口81供给的低压海水做成低压浓缩海水并从低压出口侧接口84排出。
[0005] 如图13所示,在专利文献2中,记载有一种压力交换装置,该压力交换装置具有:由一对旋转板91、92和连接该旋转板91、92的轴93构成的旋转体90;以及管状的压力传递部96。
[0006] 在一方的旋转板91,形成有将供给于低压入口侧接口95的低压海水向压力传递部96引导的流路91a、以及将从压力传递部96排出的高压海水向高压出口侧接口97引导的流路91b。
[0007] 在另一方的旋转板92,形成有将供给于高压入口侧接口94的高压浓缩海水向压力传递部96引导的流路92b、以及将从压力传递部96排出的低压浓缩海水向低压出口侧接口98引导的流路92a。
[0008] 该压力交换装置随着旋转体90的旋转,使向高压入口侧接口94供给的高压浓缩海水和向低压入口侧接口95供给的低压海水在管状的压力传递部96内接触而变换压力。
[0009] 压力交换装置将通过高压浓缩海水的压力在压力传递部96升压后的低压海水从高压出口侧接口97作为高压海水排出。此外,压力交换装置将完成了压力传递的低压浓缩海水,通过向低压入口侧接口95供给的低压海水从低压出口侧接口98排出。
[0010] 专利文献1:美国专利申请公开第2009180903号说明书
[0011] 专利文献2:中国专利申请公开第200710056401号说明书
[0012] 发明要解决的课题
[0013] 专利文献1所述的压力交换装置中,依赖配设于转子80的管状的压力传递部的截面积来确定压力传递的处理流量,因而为了增加处理流量,需要使压力传递部的配设根数增加或者增大每一根压力传递部的截面积。无论哪种情况下,转子80都增大,与此相伴,压力交换装置变得大型化,重量也增加。
[0014] 一般地,为了使转子80满足轻量化、高刚性、耐磨损性、低摩擦系数等条件,使用陶瓷等高价的材料形成,因此存在压力交换装置大型化时随之而产生的材料费或制造费增加的问题。
[0015] 此外,使大型的转子80旋转所需要的转矩也增大,与使小型的转子80旋转时相比,需要较大的能量,存在效率低下的问题。由于这样的原因,使每一台压力交换装置的处理流量增加是极其困难的。
[0016] 因此,在将大量的海水淡水化的大型海水淡水化设施中,设置有许多的压力交换装置。但是,压力交换装置的设置台数增加时,与各压力交换装置连接的配管也增加,存在施工以及管理复杂的问题。
[0017] 在专利文献2所述的压力交换装置中,由于形成在一方的旋转板91的流路91b和形成在另一方的旋转板92的流路92b分别构成为连通沿着轴心方向形成在旋转板内部的流路部和沿着圆周方向形成在旋转板内部的流路部,因而旋转板91、92需要有形成流路所需要的足够的厚度。因此,旋转板91、92变得大型,存在材料费或加工费增大的问题。
[0018] 此外,由于旋转板91、92的大型化而使重量增加时,旋转体90在旋转时作用于轴部93的扭转或弯曲应力变大。为了防止旋转体90的变形或损坏不仅仅需要使轴部93变粗,旋转所需要的能量也增加,存在压力交换效率低下的问题。

发明内容

[0019] 本发明的目的在于提供一种无需减少处理流量即能够实现紧凑化、低成本化的压力交换装置以及压力交换装置的性能调整方法。
[0020] 解决问题的手段
[0021] 为了达到上述目的,本发明的压力交换装置的第一特征结构是,如技术方案1所记载,一种在第1流体和第2流体之间交换压力的压力交换装置,包括:旋转体,该旋转体绕旋转轴心配设有压力传递部,该压力传递部形成为连通从一端侧流入或者流出第1流体的第1流路和从所述一端侧流入或者流出第2流体的第2流路;第1侧方部件,该第1侧方部件在厚度方向形成有将第1流体向第1流路引导的第1流体流入路、将和第1流体之间进行压力交换后的第2流体从第2流路引导出来的第2流体流出路、将第2流体向第2流路引导的第2流体流入路、以及将和第2流体之间进行压力交换后的第1流体从第1流路引导出来的第1流体流出路;第2侧方部件,该第2侧方部件通过保持部件将所述旋转体可旋转地夹持在该第2侧方部件和第1侧方部件之间。
[0022] 采用上述结构,使通过第1侧方部件上形成的第1流体流入路从装置的外部向第1流路引导的第1流体的压力传递到和第1流路连通的第2流路内的第2流体。被升压后的第2流体通过形成于第1侧方部件的第2流体流出路向装置的外部排出。
[0023] 另外,使通过第1侧方部件上形成的第2流体流入路从装置的外部向第2流路引导的第2流体的压力传递到和第2流路连通的第1流路内的第1流体。第1流体通过形成于第1侧方部件的第1流体流出路向装置的外部排出。
[0024] 这样,通过由第1流路、第2流路和两流路的连通部构成压力传递部,能够使第1流体或者第2流体从旋转体的一端侧流入该压力传递部,在第1流体和第2流体之间进行压力交换,使第2流体或者第1流体从该一端侧流出。
[0025] 因此,和专利文献1所述的由直管构成的压力传递部比较,在进行相同流量的压力交换处理时旋转体的轴心方向的长度变短,能够实现装置的紧凑化和低成本化。另外,在需要使压力交换处理的流量增加时,由于旋转体的轴心方向的长度变短,能够避免装置的极端大型化。
[0026] 此外,由于第1流体流入路以及流出路、第2流体流入路以及流出路只形成于第1侧方部件,只需在第1侧方部件侧设置和各流体的流入路或者流出路连接的配管即可,和以往的装置中分别在旋转体的两端侧设置和流体的流入路或者流出路连接的配管的情况相比较,配管设置操作、维护操作等操作性变得良好。
[0027] 即,配管汇聚在第1侧方部件侧,由此包含配管的压力交换装置的设置空间变小。此外,无需从压力交换装置取下配管,能够从没有配管的第2侧方部件20b侧进行压力交换装置的维护,提高维护性。
[0028] 该第二特征结构是,和该技术方案2所记载的一样,除上述第一特征结构之外,所述旋转体被收纳在由第1侧方部件、第2侧方部件和各侧方部件所夹持的保持部件区划的空间内,并且第1流路以及第2流路形成为贯通所述旋转体,所述旋转体和第1侧方部件、第2侧方部件之间形成有各流体进入的缝隙。
[0029] 通过使旋转体在由第1侧方部件、第2侧方部件和保持部件区划出的空间内旋转,重复进行从流入第1流路的第1流体被传递压力的第2流体从第2流路流出、从流入第2流路的第2流体被传递压力的第1流体从第1流路流出的动作。
[0030] 此时,由于第1流路以及第2流路形成为贯通旋转体,因此第1或者第2流体进入旋转体的端面和第2侧方部件之间形成的缝隙,通过该流体作用将旋转体向第1侧方部件按压的力。另外,从形成于第1侧方部件的第1流体流入路流入的第1流体或者从第2流体流入路流入的第2流体,侵入旋转体的端面和第1侧方部件之间形成的缝隙,通过该流体作用将旋转体向第2侧方部件按压的力。
[0031] 从两侧以大致相等的力被按压的旋转体在第1侧方部件以及第2侧方部件之间不会偏向一个方向。即,旋转体不会和第1侧方部件或者第2侧方部件中的任一方经常发生滑动地旋转,能够顺利地进行旋转。另外,在缝隙中流动的流体也具有润滑剂的功能。其结果,由于能够降低旋转体、第1侧方部件以及第2侧方部件的磨损,旋转体以及侧方部件不使用高价的耐磨损性材料也可以使耐久性提高。
[0032] 此外,由于旋转体从两侧以大致相等的力被按压,因而使第1以及第2侧方部件与旋转体的滑动阻力减小。因此,即使在为了获得处理流量而使旋转体形成为大径、增大构成压力传递部的第1以及第2流路的截面积的情况下,也能够将旋转驱动旋转体所需要的能量的损失抑制得较低。
[0033] 另外,旋转体与第1以及第2侧方部件之间形成的缝隙过窄时产生较大的滑动阻力,过宽时润滑流体的流量变大而使压力的交换速率下降,因而优选设定为1~100μm左右。
[0034] 该第三特征结构是,和该技术方案3所记载一样,除上述第二特征结构之外,具有按压至少一方的侧方部件、调整第1侧方部件以及第2侧方部件的间隔的按压机构。
[0035] 采用上述结构,即使在各侧方部件和旋转体的端面磨损而使缝隙变大、导致流体泄漏、压力的交换效率下降的情况下,由于能够通过按压机构调整第1以及第2侧方部件的间隔,因而能够减少旋转体等主要部件的更换频率
[0036] 该第四特征结构是,和该技术方案4所记载的一样,在第1侧方部件以及第2侧方部件的外侧形成有将各侧方部件向所述旋转体按压的按压空间,在第1侧方部件以及第2侧方部件上形成有将供给于第1流路或者第2流路的流体导入所述按压空间的连通孔。
[0037] 通过经由形成在第1以及第2侧方部件的连通孔向各按压空间引导的流体,对第1以及第2侧方部件作用朝向旋转体的按压力。被引导入各按压空间的流体的压力和进入形成在旋转体与第1以及第2侧方部件之间的缝隙中的流体的压力大致相等。即,由于分别施加于第1以及第2侧方部件的两面的按压力平衡,因而能够避免由于流体的压力使第1以及第2侧方部件在旋转轴心方向歪斜的状况。因此,在运转中无需扩大旋转体和侧方部件之间的间隙即能保持规定的缝隙,并且旋转体能够不和第1侧方部件以及第2侧方部件滑动地顺利旋转。
[0038] 该第五特征结构是,和该技术方案5所记载的一样,除上述第一至第四特征结构中的任一项之外,所述第1侧方部件具有转矩施加机构,该转矩施加机构利用流入第1流路或从第1流路流出的第1流体的能量、或者流入第2流路或从第2流路流出的第2流体的能量,向所述旋转体施加转矩。
[0039] 采用上述结构,第1侧方部件使流入第1流路或从第1流路流出的第1流体的能量、或者流入第2流路或从第2流路流出的第2流体的能量通过转矩施加机构变换为使旋转体旋转的转矩,因此即使没有外部动力也能使旋转体旋转。并且,由于能够随着旋转体的旋转,切换第1流体向压力传递部的流入和流出、第2流体向压力传递部的流出和流入,因此不需要另外的流路切换机构。
[0040] 另外,利用流入第1流路或者从第1流路流出的第1流体和流入第2流路或者从第2流路流出的第2流体中的、流入与旋转轴心在径向相距较大距离的流路的流体的能量、或者从与旋转轴心在径向相距较大距离的流路流出的流体的能量时,在相同能量下能够产生较大的转矩,因而具有较高的能量效率。
[0041] 该第六特征结构是,和该技术方案6所记载的一样,除上述第五特征结构之外,所述转矩施加机构具有:在第1流体流入路中和所述旋转体相对的相对面侧扩径形成为沿着所述旋转体的周向和多个第1流路连通的第1倾斜部;在第2流体流出路中和所述旋转体相对的相对面侧扩径形成为沿着所述旋转体的周向和多个第2流路连通的第2倾斜部,第1倾斜部的倾斜方向和第2倾斜部的倾斜方向被设定为相反。
[0042] 由于第1倾斜部在第1流体流入路中和所述旋转体相对的相对面侧,扩径形成为沿着所述旋转体的周向和多个第1流路连通,因而第1流体从第1流体流入路经由第1倾斜部分散流入多个第1流路。
[0043] 此时,沿着第1倾斜部流动的第1流体沿着所述旋转体的周向流动,对第1流路的壁面施加压力。即,施加使所述旋转体旋转的转矩。
[0044] 由于第2倾斜部在第2流体流出路中和所述旋转体相对的相对面侧,扩径形成为沿着所述旋转体的周向和多个第2流路连通,因而在多个第2流路中流动的第2流体合流并经由第2倾斜部向第2流体流出路流出。
[0045] 此时,沿着第2倾斜部向第2流体流出路流动的第2流体,沿着使从第2流路向第2流体流出路流动的水的通水截面积扩大的方向对第2流路的壁面施加压力。即,对旋转体施加沿着周向的转矩。
[0046] 由于将第1倾斜部的倾斜方向和第2倾斜部的倾斜方向设定为相反,因而第1流体对旋转体施加的转矩和第2流体对旋转体施加的转矩呈相同方向。
[0047] 即,通过流入旋转体的第1流体和从旋转体流出的第2流体的能量产生使旋转体向相同方向旋转的转矩,因此和只通过任一方的能量使旋转体旋转的情况相比,能够施加较大的转矩。
[0048] 该第七特征结构是,和该技术方案7所记载的一样,除上述第一至第六特征结构中的任一项之外,在所述旋转体,绕旋转轴心放射状地配设有多个压力传递部。
[0049] 采用上述结构,压力传递部绕旋转轴心呈放射状地配设有多个,流路的总面积增大,可以使压力交换装置的处理流量增加。
[0050] 该第八特征结构是,和该技术方案8所记载的一样,除上述第七特征结构之外,相邻的多个压力传递部随着所述旋转体的旋转,至少同时与1个第1流体流入路和第2流体流出路连通、或者与1个第2流体流入路和第1流体流出路连通。
[0051] 采用上述结构,在周向相邻的多个压力传递部随着旋转体的旋转,至少同时与1个第1流体流入路和第2流体流出路连通、或者与1个第2流体流入路和第1流体流出路连通,从而使伴随旋转体的旋转第1流体或者第2流体的流量变动降低,能够防止流体的脉动、装置的振动等不利影响。
[0052] 该第九特征结构是,和该技术方案9所记载的一样,除上述第七或者第八特征结构之外,所述多个压力传递部中存在随着所述旋转体的旋转不与第1流体流入路和第2流体流出路、以及第1流体流出路和第2流体流入路中的任一个连通的压力传递部。
[0053] 采用上述结构,由于能够在所述多个压力传递部中的随着所述旋转体的旋转不与第1流体流入路和第2流体流出路、以及第1流体流出路和第2流体流入路中的任一个连通的压力传递部,使第1流体以及第2流体的流入、流出暂且停止,因而能够顺利地切换第1流路以及第2流路内的流体的流动的方向。
[0054] 另外,由于能够增大高压流体所通过的“第1流体流入路和第2流体流出路”与低压流体所通过的“第1流体流出路和第2流体流入路”的距离,因而能够将润滑流体的流量限制在必需的最低限度内,能够提高压力传递的效率。
[0055] 该第十特征结构是,和该技术方案10所记载的一样,除上述第一至第九结构中的任一项之外,在所述第1侧方部件上绕旋转轴心对称地配置有多组第1流体流入路和第2流体流出路。
[0056] 采用上述结构,每旋转1次,流体向旋转体流入以及从旋转体流出多次。因此1次的流入、流出中的流体的移动量变小,可以缩短流路长度,因此能够使旋转体紧凑化。
[0057] 另外,由于在第1侧方部件,绕旋转轴心对称地配置有多组第1流体流入路和第2流体流出路,因而能够使转矩施加机构绕旋转轴心对称地配置。即,旋转体被绕旋转轴心平衡地施加转矩,旋转轴心不会倾斜地顺利旋转。
[0058] 该第十一特征结构是,和该技术方案11所记载的一样,除上述第一至第十特征结构中的任一项之外,第1流路的截面积和第2流路的截面积形成为相等。
[0059] 采用上述结构,由于第1流路的截面积和第2流路的截面积形成为相等,使流体在通过第1流路和第2流路时压力损失降低,能够实现压力交换效率良好的压力传递。
[0060] 该第十二特征结构是,和该技术方案12所记载的一样,除上第一至第十一特征结构中的任一项之外,在所述旋转体上连接有使所述旋转体在外部动力下旋转的驱动轴
[0061] 采用上述结构,即使在由于流体的流动不稳定等一些原因使旋转体的旋转不稳定的情况下,通过被连接于驱动轴的驱动机等外部动力使旋转体旋转,由此也能够得到稳定的压力交换处理。
[0062] 该第十三特征结构是,和该技术方案13所记载一样,除上述第一至第十二特征结构中的任一项之外,供给于所述第1流体流入路的第1流体是从反渗透膜装置排出的高压浓缩流体,供给于所述第2流体流入路的第2流体是提供给所述反渗透膜装置的被浓缩流体。
[0063] 采用上述结构,能够通过从反渗透膜装置排出的高压浓缩流体的压力使向反渗透膜装置供给的被浓缩流体升压,因此可以不会放弃从反渗透膜装置流出的高压浓缩流体的剩余压力而将其作为有效的能量加以利用。
[0064] 本发明的压力交换装置的性能调整方法的特征结构是,如技术方案14所记载一样,是一种具有上述第五或者第六特征结构的压力交换装置的性能调整方法,通过变更所述转矩施加机构来调整处理流量。
[0065] 第1倾斜部以及第2倾斜部的形状变化时,由于对旋转体施加转矩的流体在旋转方向上的速度分量大小变化,因此旋转体的转速变化。即,旋转体的转速依赖于第1倾斜部以及第2倾斜部的形状。因此,只要变更第1倾斜部以及第2倾斜部的形状,就能够对应于处理流量来变更旋转体的转速,能够容易地调整压力交换装置的处理流量。
[0066] 发明的效果
[0067] 如以上说明一样,采用本发明能够提供一种无需减少处理流量即能够实现紧凑化、低成本化的压力交换装置以及压力交换装置的性能调整方法。附图说明
[0068] 图1是海水淡水化设施的概略流程图
[0069] 图2是说明压力交换装置的截面图。
[0070] 图3(a)是旋转体的主视图,图3(b)是图3(a)的A―A线截面图,图3(c)是后视图。
[0071] 图4(a)是第1侧方部件的主视图,图4(b)是图4(a)的B―B线截面图,图4(c)是后视图。
[0072] 从图5(a)至图5(d)是第1侧方部件上形成的各流入路和流出路、以及旋转体的各流路的说明图,图5(a)表示连通于第1流体流入路的第1流路,是图4(a)所示的第1流体流入路的C-C线截面图,图5(b)表示连通于第2流体流出路的第2流路,是图4(a)所示的第2流体流出路的D-D线截面图,图5(c)表示连通于第1流体流出路的第1流路,是图4(a)所示的第1流体流出路的F-F线截面图,图5(d)表示连通于第2流体流入路的第2流路,是图4(a)所示的第2流体流入路的E-E线截面图。
[0073] 图6是表示形成于旋转体的各流路、以及形成于第1侧方部件的各流入路和各流出路的位置的说明图。
[0074] 图7(a)是压力交换装置的主视图,图7(b)是压力交换装置的后视图。
[0075] 图8是压力交换装置的其他实施方式的说明图。
[0076] 图9(a)是压力交换装置的其他实施方式的说明图,图9(b)是压力交换装置的关键部的说明图。
[0077] 图10是压力交换装置的其他实施方式的说明图。
[0078] 图11是压力交换装置的其他实施方式的说明图。
[0079] 图12是以往的压力交换装置的说明图。
[0080] 图13是以往的压力交换装置的说明图。
[0081] 附图说明
[0082] 6:反渗透膜装置
[0083] 10:压力交换装置
[0084] 11:机壳
[0085] 12:套筒
[0086] 13:衬套
[0087] 14:第1流体流入路
[0088] 15:第2流体流出路
[0089] 16:第2流体流入路
[0090] 17:第1流体流出路
[0091] 14a、17a:倾斜面(第1倾斜部)
[0092] 15a、16a:倾斜面(第2倾斜部)
[0093] 20a:第1侧方部件
[0094] 20b:第2侧方部件
[0095] 30:旋转体
[0096] 31:第1流路
[0097] 32:第2流路
[0098] 33:压力传递部
[0099] 34:驱动轴
[0100] 37a、37b:按压空间
[0101] 38a、38b:按压空间
[0102] 39a、39b:连通孔
[0103] 40:按压机构
[0104] Hi:高压浓缩海水
[0105] Li:低压海水
[0106] Ho:高压海水
[0107] Lo:低压浓缩海水

具体实施方式

[0108] 下面,说明本发明的压力交换装置以及压力交换装置的性能调整方法的优选的实施方式。
[0109] 如图1所示,海水淡水化设施具有:前处理部1,去除海水中的夹杂物;过滤海水槽2,储存在前处理部1被前处理的海水;供给3,将储存在过滤海水槽2的海水向保安过滤器供给;保安过滤器4,为了防止反渗透膜装置6的堵塞而除去海水中的微细的异物;高压泵5,将通过保安过滤器4后的海水升压;反渗透膜装置6,被供给升压后的海水。通过反渗透膜装置6除去海水中的各种盐类,淡水化成作为饮料用水或工业用水等能够利用的水。
[0110] 反渗透膜装置6是通过在反渗透膜的一方侧对海水施加压力,使海水中的各种盐类被除去的淡水向反渗透膜的另一方侧渗出的装置。为了得到淡水,需要将海水加压到渗透压以上的规定的压力。
[0111] 反渗透膜装置6不能使被供给的海水全部淡水化。例如,供给于反渗透膜装置6的海水中的40%被淡水化而排出,但是剩余的60%没有被淡水化而作为压力非常高的高压浓缩海水被排水。
[0112] 因此,具有将从反渗透膜装置6排出的高压浓缩海水所具有的压力作为有效的能量加以回收利用的压力交换装置10。
[0113] 从过滤海水槽2向反渗透膜装置6供给的海水中40%的海水用高压泵5被升压到渗透压以上的规定压力,例如6.9MPa。供给于反渗透膜装置6的剩余的60%的海水(以下,记作“低压海水”),通过压力交换装置10从由反渗透膜装置6排出的高压浓缩海水回收的剩余压力(6.75MPa)和增压泵7被升压到6.9MPa。
[0114] 即,压力交换装置10进行这样的压力交换处理:通过从反渗透膜装置6排出的高压浓缩海水Hi的压力,将作为被浓缩流体的低压海水Li升压,作为高压海水Ho经由增压泵7供给于反渗透膜装置6,并且通过供给于压力交换装置10的低压海水Li,使所述压力被回收后的低压浓缩海水Lo排出。本实施方式中,高压浓缩海水Hi和低压浓缩海水Lo是第1流体,低压海水Li和高压海水Ho是第2流体。
[0115] 这样,压力交换装置10不舍弃从反渗透膜装置6排出的高压浓缩海水Hi的压力而将该压力用于对向反渗透膜装置6供给的低压海水Li的升压,能够补充反渗透膜装置6中过滤所需的压力的一部分,因而使海水淡水化设施整体的能量效率提高。
[0116] 如图2所示,压力交换装置10具有:机壳11;旋转体30,该旋转体30收容在由第1侧方部件20a、第2侧方部件20b、各侧方部件20a、20b所夹持的套筒12区划的空间中,能够旋转地被支持在各侧方部件20a、20b所分别具有的衬套13上;以及按压机构40。
[0117] 机壳11优选由如树脂材料、或者双相不锈或超级双相不锈钢等金属材料这样的相对海水具有耐腐蚀性、具有强度的材料形成。也可以将不锈钢等高强度的金属管用树脂材料或陶瓷覆盖而构成。由此,能够利用耐腐蚀性较差的便宜材料实现降低成本。
[0118] 旋转体30、各侧方部件20a、20b、套筒12能够使用如等陶瓷、FRP、或者双相不锈钢或超级双相不锈钢等这样的相对于海水具有耐腐蚀性、具有强度的材料。另外,使用双相不锈钢或超级双相不锈钢的情况下,优选对旋转体30和各侧方部件20a、20b的相对面进行氮化处理,或者喷涂氧化铝等陶瓷、进行熔覆焊接,或者进行HIP处理来形成摩擦系数降低的耐磨损层。
[0119] 旋转体30的旋转轴或者旋转滑动面要求为具有耐磨损性、低摩擦系数的陶瓷等高价材料,但通过将衬套13作为旋转轴,能够通过将高价材料的使用量抑制在最低限度来实现低成本化。
[0120] 如图2以及图3(a)、(b)、(c)所示,在旋转体30中设置有:第1流路31,从该旋转体30的一端侧的端面30a流入高压浓缩海水Hi,流出交换压力后的低压浓缩海水Lo;第2流路32,相同地从一端侧的端面30a流入低压海水Li,流出交换压力后的高压海水Ho。第
1流路31和第2流路32形成为在旋转体30的另一端侧的端面30b侧连通,由此构成压力传递部33。第1流路31的截面积和第2流路32的截面积形成为相等。
[0121] 压力传递部33绕旋转轴心呈放射状地配设有18组,在旋转体30的中心形成有能够插通衬套13的开口29。本实施方式中,高压浓缩海水Hi和低压浓缩海水Lo是第1流体,低压海水Li和高压海水Ho是第2流体。
[0122] 如图2以及图4(a)、(b)、(c)所示,第1侧方部件20a在其厚度方向形成有:将高压浓缩海水Hi向旋转体30的第1流路31引导的第1流体流入路14t、14b;将和高压浓缩海水Hi之间进行压力交换后的高压海水Ho从第2流路32引导出来的第2流体流出路15t、15b;将低压海水Li向第2流路32引导的第2流体流入路16t、16b;将和低压海水Li之间进行压力交换后的低压浓缩海水Lo从第1流路31引导出来的第1流体流出路17t、
17b。
[0123] 本实施方式中,如图4(a)所示,第1流体流入路14t以及第2流体流出路15t、第1流体流入路14b以及第2流体流出路15b从旋转轴心方向看时被配置在相对于旋转轴心点对称的位置。
[0124] 此外,在从这些14t、15t、14b、15b旋转90度相位的位置,第2流体流入路16t以及第1流体流出路17t、第2流体流入路16b以及第1流体流出路17b从旋转轴心方向看时被配置在相对于旋转轴心点对称的位置。
[0125] 第1侧方部件20a具有转矩施加机构,通过流入第1流路31的高压浓缩海水Hi的能量和从第2流路32流出的高压海水Ho的能量、以及流入第2流路32的低压海水Li的能量和从第1流路31流出的低压浓缩海水Lo的能量,对旋转体30施加转矩而使旋转体30旋转。
[0126] 因此,不需要用于使旋转体30旋转的外部动力,随着旋转体30的旋转,能够切换第1流体的流入和流出、第2流体的流出和流入,因此不需要另外的流路切换机构。
[0127] 如图4(c)以及图5所示,转矩施加机构包括作为第1倾斜部的倾斜面14a、作为第2倾斜部的倾斜面15a、作为第2倾斜部的倾斜面16a、以及作为第1倾斜部的倾斜面17a。
[0128] 作为第1倾斜部的倾斜面14a,在第1流体流入路14t、14b中和旋转体30相对的相对面侧,扩径形成为沿着旋转体30的周向和多个第1流路31连通。
[0129] 作为第2倾斜部的倾斜面15a,在第2流体流入路15t、15b中和旋转体30相对的相对面侧,扩径形成为沿着旋转体30的周向和多个第2流路32连通。
[0130] 作为第2倾斜部的倾斜面16a,在第2流体流入路16t、16b中和旋转体30相对的相对面侧,扩径形成为沿着旋转体30的周向和多个第2流路32连通。
[0131] 作为第1倾斜部的倾斜面17a,在第1流体流入路17t、17b中和旋转体30相对的相对面侧,扩径形成为沿着旋转体30的周向和多个第1流路31连通。
[0132] 倾斜面14a的倾斜方向和倾斜面15a的倾斜方向被设定为相反(参照图5(a)、(b)),倾斜面16a的倾斜方向和倾斜面17a的倾斜方向被设定为相反(参照图5(c)、(d))。
[0133] 由于倾斜面14a扩径形成为在第1流体流入路14t、14b中和旋转体30相对的相对面侧,沿着旋转体30的周向和多个第1流路31连通,因而高压浓缩海水Hi从第1流体流入路14t、14b经由倾斜面14a分散流入多个第1流路31。
[0134] 此时,沿着倾斜面14a流动的高压浓缩海水Hi沿着旋转体30的周向流动,对第1流路31的壁面施加压力。即,该压力成为使旋转体30旋转的转矩。该倾斜面14a是转矩施加机构的1个例子。
[0135] 由于倾斜面15a扩径形成为在第2流体流出路15t、15b中和旋转体30相对的相对面侧,沿着旋转体30的周向和多个第2流路32连通,因而在多个第2流路32中流动的高压海水Ho合流并经由倾斜面15a从第2流体流出路15t、15b流出。
[0136] 此时,沿着第2倾斜部15a向第2流体流出路15t、15b流动的高压海水Ho,向使从第2流路32流向第2流体流出路15t、15b的水的通水截面积扩大的方向对第2流路32的壁面施加压力。即,该压力成为使旋转体30旋转的转矩。
[0137] 由于倾斜面14a的倾斜方向和倾斜面15a的倾斜方向被设定为相反,因此通过高压浓缩海水Hi从第1流体流入路14t、14b流入第1流路31时的能量对旋转体30施加转矩,和通过高压海水Ho从第2流路32向第2流体流出路15t、15b流出时的能量对旋转体30施加的转矩是相同方向的。
[0138] 即,由于通过流入旋转体30的高压浓缩海水Hi和从旋转体30流出的高压海水Ho的能量产生使旋转体30旋转的转矩,因此和只通过任一方的能量使旋转体30旋转的情况相比,能够施加较大的转矩。
[0139] 同样地,通过低压海水Li从第2流体流入路16t、16b流入第2流路32时的能量对旋转体30施加转矩,和通过低压浓缩海水Lo从第1流路31向第1流体流出路17t、17b流出时的能量对旋转体30施加的转矩也是相同方向的。
[0140] 即,由于通过流入旋转体30的低压海水Li和从旋转体30流出的低压浓缩海水Lo的能量也产生使旋转体30旋转的转矩,因此和只通过高压浓缩海水Hi和高压海水Ho的能量使旋转体30旋转的情况相比,能够施加更大的转矩。
[0141] 如图2所示,第1流路31以及第2流路32形成为贯通旋转体30,旋转体30的两端面30a、30b为相同形状。旋转体30在由第1侧方部件20a、第2侧方部件b、以及各侧方部件20a、20b所夹持的套筒12区划出的空间内旋转,并且在压力传递部中,在第1流体和第2流体之间传递压力时,各流体进入旋转体30与第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b之间所形成的缝隙中,以规定的压力从两侧按压旋转体30。因此,旋转体30在所述空间内在轴心方向不会偏向一侧地被配置。
[0142] 即,由于旋转体30没有被各侧方部件20a、20b按压,因而对旋转产生的阻力降低,能够顺利地进行旋转。另外,在缝隙中流动的流体起到润滑剂的作用,由此能够更加顺利地旋转。此外,旋转体30由于能够降低和各侧方部件20a、20b的磨损,因而能够提高耐久性。
[0143] 另外,能够降低对旋转体30的旋转产生的阻力时,即使增大旋转体的直径也能够顺利地进行旋转。通过使旋转体的直径增大,能够使形成在旋转体中的流路的截面积增大,因此能够不降低效率地提高装置的处理性能。
[0144] 该缝隙过窄时,旋转体30和侧方部件20滑动,成为对于旋转的阻力,过宽时,润滑流体的流量变大,压力的交换效率下降,因此例如优选为1~100μm。
[0145] 按压机构40构成为能够调整该缝隙。另外,在套筒12与第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b的接触面的圆周方向配设有密封圈18,通过密封圈18防止流体泄漏到套筒12的外部。
[0146] 按压机构40具有:受压部件41,设置在被配置为包围套筒12外周的机壳11的一端侧且第1侧方部件20侧;按压部件42,配置在机壳11的另一端侧,且和第2侧方部件20b抵接。
[0147] 如图7(a)所示,受压部件41在厚度方向形成有通水路44(44t、44b)、45(45t、45b)、46(46t、46b)、47(47t、47b)。在各个通水路44(44t、44b)、45(45t、45b)、46(46t、
46b)、47(47t、47b)分别和形成在第1侧方部件20a的第1流体流入路14(14t、14b)、第2流体流出路15(15t、15b)、第2流体流入路16(16t、16b)、第1流体流出路17(17t、17b)连通的状态下,通过螺栓43固定在机壳11以及第1侧方部件20a上。
[0148] 如图7(b)所示,按压部件42具有向第2侧方部件20b侧突出地形成的按压部42a。按压部42a的周围隔着隔板48通过螺栓49固定在机壳11上。
[0149] 使隔板变薄,或者去掉多层隔板的一部分而紧固螺栓49时,按压部件42的按压部42a按压第2侧方部件20b,第2侧方部件20b稍微变形。其结果,旋转体30的两端面30a、
30b和各侧方部件20a、20b之间所形成的所述缝隙变窄。
[0150] 相反地,使隔板变厚,或者增加隔板的片数而紧固螺栓49时,通过隔板48,第2侧方部件20b向离开第1侧方部件20的方向移动,所述间隔变宽。
[0151] 这样,通过按压机构40按压第2侧方部件20b,将第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b的间隔调整为适当的间隔,从而能够调整各侧方部件20a、20b和旋转体30的端面30a、30b的各缝隙。
[0152] 不仅仅是第2侧方部件20b侧,第1侧方部件20a侧也可以具有同样的按压机构40。可以构成为通过第1侧方部件20a侧的按压机构40,调整各侧方部件20a、20b和旋转体30的端面30a、30b的各缝隙。此外,也可以构成为通过两侧的按压机构40,调整各侧方部件20a、20b和旋转体30的端面30a、30b的各缝隙。
[0153] 假如,旋转体30的端面和侧方部件滑动磨损,所述缝隙变宽,在这种情况下,只要通过按压机构40按压至少一方的侧方部件来调整第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b的间隔,调整进入所述缝隙的流体的量即可。通过这样的调整,能够防止压力交换效率的下降。此外,用弹性部件构成隔板,通过改变螺栓的紧固力来调整厚度,或者改变弹性部件的厚度或弹性力,从而也能够改变缝隙的调整范围。
[0154] 根据图5(a)~(d)、以及图6,对像上述那样构成的压力交换装置10的具体的压力交换处理动作进行说明。
[0155] 如图6所示,在旋转体30上,绕着旋转轴心呈放射状地配设有18组压力传递部33,即第1流路31a~31r和第2流路32a~32r。图6中的双点划线表示的区域表示对应于第1侧方部件20a的第1流体流入路14t、14b、第2流体流出路15t、15b、第2流体流入路16t、16b、第1流体流出路17t、17b的区域。
[0156] 旋转体30处于图5(a)~(d)以及图6所示的位置时,第1流体流入路14t同时和相邻的第1流路31p、31q、31r这三根连通。第2流体流出路15t同时和第2流路32p、32q、32r连通。另外,第1流路31p、31q、31r在旋转体30内,和第2流路32p、32q、32r连通。第2流体流入路16t同时和相邻的第2流路32b、32c、32d这三根连通。第1流体流出路17t和第1流路31b、31c、31d连通。另外,第2流路32b、32c、32d在旋转体30内,和第
1流路31b、31c、31d连通。
[0157] 如图5(a)所示,流入第1流体流入路14t的高压浓缩海水Hi作为高压浓缩海水Hi(p)、Hi(q)、Hi(r)分别流入第1流路31p、31q、31r。
[0158] 高压浓缩海水Hi(q)、Hi(r)沿着倾斜面14a流动并流入第1流体流入路31q、31r。此时,在旋转体30上,如图5(a)中的点划线箭头所示作用有向右的力。即,旋转体
30如图6中的点划线箭头所示被施加顺时针方向的转矩。
[0159] 图5(a)、(b)所示,从第1流体流入路14t流入第1流路31p的高压浓缩海水Hi(p)向和第1流路31p连通的第2流路32p内的海水传递压力后,作为高压海水Ho(p)从第2流体流出路15t流出。
[0160] 从第1流体流入路14t流入第1流路31q的高压浓缩海水Hi(q)向和第1流路31q连通的第2流路32q内的海水传递压力后,作为高压海水Ho(q)从第2流体流出路15t流出。
[0161] 从第1流体流入路14t流入第1流路31r的高压浓缩海水Hi(r)向和第1流路31r连通的第2流路32r内的海水传递压力后,作为高压海水Ho(r)从第2流体流出路15t流出。
[0162] 高压海水Ho(p)、Ho(q)、Ho(r)从第2流体流出路15t流出时,尤其是,高压海水Ho(p)沿着倾斜面15a流动,因此流动被倾斜面15a阻碍。
[0163] 由此,如图5(b)中的点划线箭头所示,通过水压按压第2流路32p的内壁,对旋转体30作用向右的力。即,旋转体30如图6中的点划线箭头所示被施加顺时针方向的转矩。
[0164] 如图5(d)所示,流入第2流体流入路16t的低压海水Li作为低压海水Li(b)、Li(c)、Li(d)分别流入第2流路32b、32c、32d。
[0165] 尤其是,低压海水Li(d)沿着倾斜面16a流动并流入第2流体流入路32d。此时,如图5(d)中的点划线箭头所示,对旋转体30作用向右的力。即,旋转体30如图6中的点划线箭头所示被施加顺时针方向的转矩。
[0166] 如图5(c)、图5(d)所示,从第2流体流入路16t流入第2流路32b的低压海水Li(b)向和第2流路32b连通的第1流路31b内的海水传递压力后,作为低压浓缩海水Lo(b)从第1流体流出路17t流出。
[0167] 从第2流体流入路16t流入第2流路32c的低压海水Li(c)向和第2流路32c连通的第1流路31c内的海水传递压力后,作为低压浓缩海水Lo(c)从第1流体流出路17t流出。
[0168] 从第2流体流入路16t流入第2流路32d的低压海水Li(d)向和第2流路32d连通的第1流路31d内的海水传递压力后,作为低压浓缩海水Lo(d)从第1流体流出路17t流出。
[0169] 低压浓缩海水Lo(b)、Lo(c)、Lo(d)从第1流体流出路17t流出时,低压浓缩海水Lo(b)、Lo(c)沿着倾斜面17a流动,流动由倾斜面17a被阻碍。
[0170] 由此,如图5(c)中的点划线箭头所示,通过水压按压第1流路31的内壁,对旋转体30作用向右的力。即,旋转体30如图6中的点划线箭头所示被施加顺时针方向的转矩。
[0171] 如上,从第1流体流入路14t流入第1流路31的高压浓缩海水Hi对旋转体30施加的转矩、从第2流路32向第2流体流出路15t流出的高压海水Ho对旋转体30施加的转矩、从第2流体流入路16t流入第2流路32的低压海水Li对旋转体30施加的转矩、从第1流路31向第1流体流出路17t流出的低压浓缩海水Lo对旋转体30施加的转矩的方向全部是相同的方向。图6所示,本实施方式中,旋转体30从第1侧方部件20a看时向顺时针方向旋转。
[0172] 此处,对通过从第1流体流入路14t流入第1流路31p、31q、31r的高压浓缩海水Hi的压力,从第2流路32p、32q、32r向第2流体流出路15t排出高压海水Ho,通过从第2流体流入路16t流入第2流路32b、32c、32d的低压海水Li的压力,从第1流路31b、31c、31d向第1流体流出路17t排出低压浓缩海水Lo的情况进行了说明,但在分别与第1流体流入路14b、第2流体流出路15b、第2流体流入路16b、第1流体流出路17b连通的第1流路31g、31h、31i、31k、31l、31m、第2流路32g、32h、32i、32k、32l、32m中也进行同样的压力交换。
[0173] 像这样,通过旋转体30的旋转,使分别与构成某压力传递部33的第1流路31和第2流路32的组连通的第1流体流入路14和第2流体流出路15、第2流体流入路16和第1流体流出路17切换,连续地进行从高压浓缩海水Hi向高压海水Ho的压力的传递、以及从低压海水Li向低压浓缩海水Lo的压力的传递。即,第1流体和第2流体的压力交换处理是连续地进行的。
[0174] 另外,虽然在第1流路31以及第2流路32内,浓缩海水和海水混合存在,但由于各个流体存在盐分浓度差,故在交界部分由于扩散而形成一定量总是混杂的区域,因此该区域起到活塞那样的作用,并且在第1流路31、连通部、第2流路32的内部摆动。
[0175] 如图6所示,在不和第1流体流入路14、第2流体流出路15、第2流体流入路16、第1流体流出路17中的任一个连通的第1流路31a、31e、31f、31j、31n、31o、以及第2流路32a、32e、32f、32j、32n、32o的组中,不进行压力的交换。
[0176] 本实施方式中,对与第1流体流入路14t、第2流体流出路15t、第2流体流入路16t、第1流体流出路17t分别同时各连通有三条流路的情况进行了说明,但是同时地连通的条数不限于此。另外,同时地连通的条数较少、不和任一个连通的条数较多时,从装置排出的水的脉动变大。
[0177] 旋转体30构成为通过流入旋转体30的高压浓缩海水Hi以及低压海水Li的能量、以及从旋转体30流出的高压海水Ho以及低压浓缩海水Lo的能量进行旋转。因此,例如,和只通过流入的各流体的能量进行旋转的情况相比,能够施加较大的转矩。
[0178] 倾斜面14a、15a、16a、17a的形状变化时,从流入路流入各流路的流体、以及从各流路流出到流出路的流体的流动方向发生变化,对旋转体施加转矩的流体在旋转方向上的速度分量的大小发生变化,因而使旋转体的转速发生变化。即,旋转体30的转速依赖于倾斜面14a、15a、16a、17a的形状。由于压力交换装置的处理流量依赖于旋转体30的转速,因此通过变更该形状,调整旋转体30的转速,能够容易地调整压力交换装置的处理流量。例如,通过预先准备该形状不同的第1侧方部件,进行更换,能够容易地调整处理流量。
[0179] 如上所述,在第1侧方部件20a形成有第1流体流入路14t、14b、第1流体流出路15t、15b、第2流体流入路16t、16b、第2流体流出路17t、17b,使第1流体或者第2流体从旋转体30的一端侧流入压力传递部,在旋转体30内交换第1流体和第2流体的压力,从所述一端侧使第2流体或者第1流体流出。
[0180] 因此,在进行相同流量的压力交换处理的情况下,和如以往的压力交换装置那样在两端侧分别具有流入路和流出路的由直管构成的压力传递部比较,进行相同流量的压力交换处理时旋转体的轴心方向的长度变短,能够实现装置的紧凑化和低成本化,另外,即使在需要使压力交换处理的流量增加时,由于旋转体的轴心方向的长度变短,能够避免装置的极端大型化。
[0181] 此外,由于第1流体流入路以及流出路、第2流体流入路以及流出路只形成在于第1侧方部件20a,因而将和各流体的流入路或者流出路连接的配管汇聚设置在第1侧方部件
20a侧即可。和如以往那样在旋转体的两端侧分别设置和流体的流入路或者流出路连接的配管的情况比较,配管设置操作或维护操作等操作性变得良好。
[0182] 即,配管通过汇聚在第1侧方部件20a侧,由此包含配管的设置空间变小。此外,无需取下配管,能够从没有配管的第2侧方部件20b侧进行维护,提高维护性。
[0183] 另外,上述实施方式中,通过在旋转体30的旋转轴设置衬套13,能够减少旋转体30的轴心的摆动,能够进行顺利的旋转,但是衬套13不是必须要具备的。另外,不具有衬套
13时,构成为通过套筒12可旋转地保持旋转体30。
[0184] 上述实施方式中,通过使第1流路31的截面积和第2流路32的截面积形成为相等,构成为能够降低由于流路截面积的变化引起的多余的压力损失,但是第1流路31和第2流路32的截面积也可以不同。
[0185] 上述实施方式中,第1流路31和第2流路32是在旋转体30的另一端侧的端面30b侧连通的结构,但是也可以是在从端面30b向端面30a侧隔开规定距离的位置连通的结构。即,连通部也可以位于端面30a和端面30b之间的任意的位置。
[0186] 另外,第1流路31和第2流路32不限定为必须在旋转体30的内部连通的结构,也可以构成为在第2侧方部件20b和旋转体30之间设置有和旋转体30一体地旋转的部件,在该旋转的部件上的和各流入路和流出路相对的位置形成凹部,随着旋转体的旋转通过该凹部连通第1流路31和第2流路32。
[0187] 第1流路31以及第2流路32的形状不限于图3(a)所示的形状,也可以是截面形状为正圆或椭圆等圆形状、三、四边等多边形状,通过变更第1流路31以及第2流路32的条数或截面形状,变更压力传递部33的总截面积,能够使压力交换装置10的处理流量变化。另外,如图3(a)所示,能够得到较大的相对于旋转体截面的开口率的截面形状为最佳的截面形状。
[0188] 上述实施方式中,分体地构成套筒12和第2侧方部件20b,但也可以构成为套筒12和第2侧方部件20b一体形成为杯状,在由第1侧方部件20a封闭的空间内配置旋转体
30。这种情况下也可以是去除机壳11的结构。
[0189] 上述实施方式中,如第1流体流入路14t、14b、第2流体流出路15t、15b、第2流体流入路16t、16b、第1流体流出路17t、17b一样,各流入路和流出路各具有一对、即各具有2个,但各流入路和流出路也可以是1个、或者3个以上的多个。
[0190] 具有多个的情况下,从流入旋转体30以及从旋转体30流出的各流体的压力平衡的观点来看,各流入路以及流出路优选被配置为绕旋转轴心呈点对称。
[0191] 上述实施方式中,对转矩施加机构通过流入第1流路31或者从第1流路31流出的浓缩海水的能量、以及流入第2流路32或者从第2流路32流出的海水的能量对旋转体30施加转矩的结构进行了说明。
[0192] 但是,转矩施加机构不限定于这样的结构,只要构成为至少利用流入第1流路31或者从第1流路31流出的浓缩海水的能量、或者流入第2流路32或者从第2流路32流出的海水能量对旋转体30施加转矩即可。
[0193] 在只利用任一个能量的情况下,与第2流路32相比,第1流路31被配置在旋转体30的半径方向外侧,因此如果构成为利用流入第1流路31的高压浓缩海水Hi的能量对旋转体30施加转矩,则能量效率良好。
[0194] 下面,对本发明的压力交换装置的其他实施方式进行说明。另外,对于与上述实施方式相同的结构标记相同的符号,并省略其说明。
[0195] 如图8所示,压力交换装置10a构成为将驱动轴34连接在旋转体30上,能够用驱动机等外部动力使旋转体30旋转。驱动轴34可以构成为从形成于按压部件42、第2侧方部件20b的开口插通,用键35和螺栓36固定于旋转体30并一体地进行旋转。即使在由于流体的流动不稳定等使旋转体30的旋转不稳定的情况下,由于能够通过连接于驱动轴34的驱动机等的外部动力旋转驱动旋转体30,因而能够得到稳定的旋转,故能够提高装置的可靠性。
[0196] 此外,说明其他的实施方式。如图9(a)所示,压力交换装置10b构成为具有:机壳11;旋转体30,该旋转体30收容在由第1侧方部件20a、第2侧方部件20b、被各侧方部件20a、20b所夹持的套筒12区划出的空间中,被支持成能够绕螺栓23a旋转。
[0197] 螺栓23a和螺母23b作为按压机构发挥作用,构成为能够通过调整螺栓23a、螺母23b的紧固力来调整第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b的间隔。
[0198] 在第1侧方部件20a的厚度方向形成有:将高压浓缩海水Hi向第1流路31引导的第1流体流入路14;将和高压浓缩海水Hi之间进行压力交换后的高压海水Ho从第2流路32引导出来的第2流体流出路15;将低压海水Li向第2流路32引导的第2流体流入路16;将和低压海水Li之间进行压力交换后的低压浓缩海水Lo从第1流路31引导出来的第1流体流出路17。
[0199] 在第1侧方部件20a的左侧,通过区划部件28a装备有端罩21a、端罩21a通过环部件22a被固定为不会从机壳11向左侧方脱落。
[0200] 在端罩21a的厚度方向形成有分别和形成于第1侧方部件20a的第1流体流入路14、第2流体流出路15、第2流体流入路16、第1流体流出路17连通的通水路24、25、26、
27。
[0201] 在第2侧方部件20b的右侧,通过区划部件28b装备有端罩21b、端罩21b通过环部件22b被固定为不会从机壳11向右侧方脱落。
[0202] 区划部件28a构成为将第1侧方部件20a和端罩21a的间隔保持成以区划部件28a的厚度规定的距离。此外,区划部件28a构成为连通第1流体流入路14和通水路24、连通第2流体流入路15和通水路25、连通第2流体流入路16和通水路26、连通第1流体流出路17和通水路27。
[0203] 由第1侧方部件20a、端罩21a和区划部件28a区划出的空间,即第1流体流入路14和通水路24之间的空间作为高压浓缩海水Hi流入的按压空间37a发挥作用。第1流体流入路14和通水路24之间的按压空间37a也作为连通孔发挥作用。
[0204] 在按压空间37a,高压浓缩海水Hi从通水路24向第1流体流入路14流入,该高压浓缩海水Hi的压力作用为将第1侧方部件20a向旋转体30按压。
[0205] 由第1侧方部件20a、端罩21a和区划部件28a区划出的空间,即第1流体流出路17和通水路27之间的空间作为低压浓缩海水Lo流入的按压空间38a发挥作用。第1流体流出路17和通水路27之间的按压空间38a也作为连通孔发挥作用。
[0206] 在按压空间38a,低压浓缩海水Lo从第1流体流出路17向通水路27流入,该低压浓缩海水Lo的压力作用为将第1侧方部件20a向旋转体30按压。
[0207] 区划部件28b构成为将第2侧方部件20b和端罩21b的间隔保持成以区划部件28b的厚度规定的距离。
[0208] 由第2侧方部件20b、端罩21b和区划部件28b区划出的空间中,形成在与第1流体流入路14以及第2流体流出路15的位置对应的空间,作为压力传递部33内的高压浓缩海水Hi和高压海水Ho的混合流体流入的按压空间37b发挥作用。
[0209] 在第2侧方部件20b形成有连通孔39a,压力传递部33内的高压浓缩海水Hi和高压海水Ho的混合流体通过连通孔39a流入按压空间37b。该混合流体的压力作用为将第2侧方部件20b向旋转体30按压。
[0210] 由第2侧方部件20b、端罩21b和区划部件28b区划出的空间中,形成在与第2流体流入路16以及第1流体流出路17的位置对应的空间,作为压力传递部33内的低压海水Li和低压浓缩海水Lo的混合流体流入的按压空间38b发挥作用。
[0211] 在第2侧方部件20b形成有连通孔39b,压力传递部33内的低压海水Li和低压浓缩海水Lo的混合流体通过连通孔39b流入按压空间38b。该混合流体的压力作用为将第2侧方部件20b向旋转体按压。
[0212] 如图9(b)所示,构成为,在由第2侧方部件20b、端罩21b和区划部件28b区划出的空间内设置有区划壁28c,分别区划出按压空间37b、38b。
[0213] 另外,也可以构成为在第2侧方部件20b不形成连通孔39b而只形成连通孔39a、且不设置区划壁28c,从而在由第2侧方部件20b、端罩21b和区划部件28b区划出的空间内,只有高压浓缩海水Hi和高压海水Ho的混合流体通过连通孔39a流入,该空间作为按压空间37b发挥作用。
[0214] 由于第1侧方部件20a和第2侧方部件20b是将中央部用螺栓23a和螺母23b紧固的结构,因此由旋转体30内的流体对第1侧方部件20a和第2侧方部件20b的旋转体30侧施加朝向轴心方向外侧的压力。
[0215] 但是,如上所述,供给于第1流路31、第2流路32的各流体被向第1侧方部件20a的外侧的按压空间37a、38a引导,第1流路31、第2流路32内的流体从形成在第2侧方部件20b的连通孔39a、39b被向第2侧方部件20b的外侧的按压空间37b、38b引导。
[0216] 即,向各按压空间37a、37b、38a、38b导入压力和各流路31、32内的压力相同的流体。由于分别作用在第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b的两面的力平衡,能够防止第1侧方部件20a以及第2侧方部件20b在旋转轴心方向的歪斜。
[0217] 此外,说明其他的实施方式。对于和上述其他实施方式的压力交换装置10b相同的结构标记相同的符号,并省略其说明。如图10所示,压力交换装置10c构成为在套筒12的中央配设有固定板50,第1侧方部件20a、端罩21a、区划部件28a和旋转体30被配置为相对于固定板50的纵方向的中心线左右对称。
[0218] 高压浓缩海水Hi和高压海水Ho的混合流体、低压海水Li和低压浓缩海水Lo的混合流体的力作用在固定板50的两面,固定板50的一个侧面侧的空间成为另一个侧面侧的空间的按压空间,所述另一个侧面侧的空间作为一个侧面侧的按压空间发挥作用。如图9所示的按压空间37b、38b,无需具备连通孔39a、39b。
[0219] 另外,也可以构成为,在套筒12内不具备固定板50,而具备左右的旋转体30形成为一体的旋转体51(参照图11)。
[0220] 在上述任一个实施方式中,关于转矩施加机构,对在第1侧方部件形成倾斜面的构成进行了说明,但是也可以构成为,除了在第1侧方部件形成倾斜面之外,或者代替这种结构,将第1流路或者第2流路形成为在旋转体内向周向倾斜,流入第1流路的第1流体或者流入第2流路的第2流体撞击第1流路或者第2流路的流路壁面,对旋转体施加转矩。
[0221] 在形成于旋转体的第1流路以及第2流路的端部或形成于第1侧方部件的各流入路、流出路的端部等第1流体以及第2流体通过的地方,通过进行倒角或圆角等加工减少压力损失,能够防止气穴现象或脉动的产生。
[0222] 在上述任一个实施方式中,对使高压浓缩海水流入第1流体流入路、使作为被浓缩流体的低压海水流入第2流体流入路的结构进行了说明,但是也可以是使作为被浓缩流体的低压海水流入第1流体流入路,使高压浓缩海水流入第2流体流入路。
[0223] 以上说明的压力交换装置以及压力交换装置的性能调整方法的具体的结构不限于实施方式的记载,在得到本发明的作用效果的范围内当然能够进行适当的变更设计。
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