JP2019198808A - 逆浸透膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スケール及びファウリング防止の点で有効な逆浸透膜分離装置を提供する。【解決手段】本発明は、給水Ｗ１を透過水Ｗ３と濃縮水Ｗ４とに分離する逆浸透膜モジュール４と、逆浸透膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４を送出する濃縮水ラインＬ４と、濃縮水ラインＬ４から分岐され、逆浸透膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の一部を給水ラインＬ１の合流部Ｊ２に返送する循環水ラインＬ５と、濃縮水ラインＬ４に設けられる流量調整ユニット５と、を備え、流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５における差圧によらず実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニット５における差圧に実質的に比例して濃縮水の流量が高くなる比例要素とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、逆浸透膜分離装置に関する。

従来、半導体の製造工程、電子部品や医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を、逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）で逆浸透膜分離処理することにより製造される。

高分子材料からなる逆浸透膜の水透過係数は、温度により変化する。また、逆浸透膜の水透過係数は、細孔の閉塞（以下、「膜閉塞」ともいう）や、材質の酸化による劣化（以下、「膜劣化」ともいう）によっても変化する。

そこで、原水の温度や逆浸透膜の状態にかかわらず、ＲＯ膜モジュールにおける透過水の流量を一定に保つため、流量フィードバック水量制御を行う逆浸透膜分離装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−２０３０８４号公報

特許文献１に係る逆浸透膜分離装置においては、濃縮水用の定流量弁が設置されている。一般的に、スケール防止のため、透過水の流量に対する濃縮水の流量の割合を上げることで、膜一次側の流速を高くし、膜詰りの進行を抑制する方法が有効である。しかし、特許文献１に係る逆浸透膜分離装置のように濃縮水ラインに定流量弁を用いた場合、このような抑制方法を用いることはできなかった。

本発明は、スケール及びファウリング防止の点で有効な逆浸透膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、給水が流通する給水ラインと、供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、前記給水ラインに合流部で接続し、供給水を前記逆浸透膜モジュールに供給する供給水ラインと、前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の一部を前記合流部に返送する循環水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の残部を排水として装置外へ排出する排水ラインと、前記供給水ラインに設けられ、供給水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、前記加圧ポンプを制御するポンプ制御部と、前記濃縮水ラインに設けられる流量調整ユニットと、を備え、前記流量調整ユニットは、当該流量調整ユニットにおける差圧によらず実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニットにおける差圧に実質的に比例して濃縮水の流量が高くなる比例要素とを備える、逆浸透膜分離装置に関する。

また、透過水の流量を第１検出流量値として検出する第１流量検出手段を更に備え、前記ポンプ制御部は、前記第１検出流量値が所定の流量目標値となるように、前記加圧ポンプを制御することが好ましい。

また、排水の流量を第２検出流量値として検出する第２流量検出手段と、前記排水ラインに設けられ、装置外へ排出する排水の流量を調整可能な排水流量調整弁と、前記給水の水質に基づいて、前記第１検出流量値及び前記第２検出流量値から算出される回収率の目標値である目標回収率を算出する目標回収率算出部と、前記回収率が前記目標回収率となるように、前記排水流量調整弁の開度を制御する排水流量調整弁制御部と、を更に備えることが好ましい。

また、前記給水ラインに設けられ、前記給水ラインを流通する給水の圧力を調整する給水圧力調整手段と、前記給水の圧力を測定する圧力測定手段と、前記給水の圧力に基づいて、前記給水圧力調整手段を制御する給水圧力調整手段制御部と、を更に備えることが好ましい。

また、前記給水ラインに設けられ、給水の水質を測定する水質測定手段と、前記給水ラインに設けられ、給水の水温を測定する水温測定手段と、前記給水の水質と前記給水の水温とに基づいて、目標循環比を算出する目標循環比算出部と、前記目標循環比に基づいて、目標給水圧力を算出する目標給水圧力算出部とを更に備え、前記給水圧力調整手段制御部は、前記給水の圧力が前記目標給水圧力となるように、前記給水圧力調整手段を制御することが好ましい。

また、前記給水圧力調整手段は、前記給水を供給する給水ポンプを制御する給水ポンプ制御部を備え、前記給水圧力調整手段制御部は、前記給水ポンプ制御部を介して前記給水ポンプの回転数を調整することにより、給水の圧力を制御することが好ましい。

また、前記給水圧力調整手段は、前記給水ラインに設けられる給水圧力調整弁を備え、前記給水圧力調整手段制御部は、前記給水圧力調整弁の開度を調整することにより、給水の圧力を制御することが好ましい。

本発明によれば、スケール及びファウリング防止の点で有効な逆浸透膜分離装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置の全体構成図である。 本発明の第１実施形態で用いられる流量調整ユニットに係る圧力と流量の関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置の全体構成図である。 本発明の第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置の制御部の機能ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る逆浸透膜分離装置の全体構成図である。

〔１ 第１実施形態〕
〔１．１ 逆浸透膜分離装置の構成〕
本発明の第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。

図１に示すように、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、給水ポンプ１２と、給水側インバータ１３と、加圧ポンプ２と、加圧側インバータ３と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール４と、流量調整ユニット５と、逆止弁６と、排水流量調整手段としての排水流量調整弁７（比例制御弁）と、第１流量センサＦＭ１と、制御部３０と、を備える。なお、制御部３０と被制御対象機器との電気的接続線の図示については、省略している。

また、逆浸透膜分離装置１は、給水ラインＬ１と、供給水ラインＬ２と、透過水ラインＬ３と、第１濃縮水ラインＬ４１と、第２濃縮水ラインＬ４２と、循環水ラインＬ５と、排水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

給水ラインＬ１は、給水Ｗ１を、供給水ラインＬ２との合流点であるＪ２まで供給するラインである。給水ラインＬ１の上流側の端部は、給水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。給水ラインＬ１には、上流側から下流側に向けて順に、給水ポンプ１２、合流部Ｊ２が設けられている。

なお、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１には、給水Ｗ１の供給源（不図示）から直接供給される給水に限らず、例えば、給水Ｗ１を濾過処理装置（除鉄除マンガン装置、活性炭濾過装置等）、硬水軟化装置等の前処理装置により前処理された給水も含まれる。

給水ポンプ１２は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１を吸入し、加圧ポンプ２へ向けて圧送（吐出）する装置である。給水ポンプ１２には、給水側インバータ１３から周波数が変換された駆動電力が供給される。給水ポンプ１２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

給水側インバータ１３は、給水ポンプ１２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。給水側インバータ１３は、制御部３０と電気的に接続されている。給水側インバータ１３には、制御部３０から指令信号が入力される。給水側インバータ１３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を給水ポンプ１２に出力する。

本実施形態においては、制御部３０は、給水ポンプ１２が給水Ｗ１を所定の一定圧力値で吐出するように、給水側インバータ１３を制御する。給水ポンプ１２により付与される給水Ｗ１の前記一定圧力値は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１を加圧ポンプ２に供給可能な圧力値に設定される。これにより、給水Ｗ１の給水圧力は、一定圧力値となる。本実施形態においては、給水Ｗ１の給水圧力を、例えば、０．２〜０．５ＭＰａの間の一定圧力値に設定している。

供給水ラインＬ２は、給水Ｗ１を、供給水Ｗ２としてＲＯ膜モジュール４に供給するラインである。供給水ラインＬ２の上流側の端部は、合流点Ｊ２に接続されている。供給水ラインＬ２の下流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側入口ポートに接続されている。供給水ラインＬ２には、上流側から下流側に向けて順に、合流部Ｊ２、加圧ポンプ２、ＲＯ膜モジュール４が設けられている。

加圧ポンプ２は、供給水ラインＬ２に設けられる。加圧ポンプ２は、供給水ラインＬ２において、給水Ｗ１を吸入し、供給水Ｗ２として、ＲＯ膜モジュール４へ向けて圧送（吐出）する装置である。加圧ポンプ２には、加圧側インバータ３から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

加圧側インバータ３は、加圧ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。加圧側インバータ３は、制御部３０と電気的に接続されている。加圧側インバータ３には、制御部３０から指令信号が入力される。加圧側インバータ３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ２に出力する。

ＲＯ膜モジュール４は、加圧ポンプ２から吐出された供給水Ｗ２を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ３と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ４とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール４は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール４は、これらＲＯ膜エレメントにより供給水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ３及び濃縮水Ｗ４を製造する。

透過水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール４で分離された透過水Ｗ３を送出するラインである。透過水ラインＬ３の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ３の下流側の端部は、需要箇所の装置等に接続されている。透過水ラインＬ３には、第１流量センサＦＭ１（以下、「第１流量検出手段」とも呼称する）が設置される。

第１流量センサＦＭ１は、透過水ラインＬ３を流通する透過水Ｗ３の流量を第１検出流量値として検出する機器である。第１流量センサＦＭ１は、透過水ラインＬ３に接続されている。第１流量センサＦＭ１は、制御部３０と電気的に接続されている。第１流量センサＦＭ１で検出された透過水Ｗ３の第１検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。第１流量センサＦＭ１として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

第１濃縮水ラインＬ４１は、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４を送出するラインである。第１濃縮水ラインＬ４１の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４の一次側出口ポートに接続されている。また、第１濃縮水ラインＬ４１の下流側は、流量調整ユニット５の一次側に接続されている。

また、第２濃縮水ラインＬ４２は、流量調整ユニット５で流量が調整された濃縮水Ｗ４を送出するラインである。第２濃縮水ラインＬ４２の上流側の端部は、流量調整ユニット５の二次側に接続されている。また、第２濃縮水ラインＬ４２の下流側は、接続部Ｊ１において、循環水ラインＬ５及び排水ラインＬ６に分岐している。

なお、以降では、第１濃縮水ラインＬ４１と第２濃縮水ラインＬ４２とをまとめて、「濃縮水ラインＬ４」と総称することがある。

流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５における差圧によらず、実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニット５における差圧に実質的に比例して濃縮水Ｗ４の流量が高くなる比例要素とを備える。流量調整ユニット５における差圧は、具体的には、第１濃縮水ラインＬ４１の水圧と第２濃縮水ラインＬ４２の水圧との差圧である。定流量要素は、補助動力や外部操作を必要とせずに一定流量値を保持し、例えば水ガバナの名称で呼ばれるものを用いてもよい。また、比例要素としては、例えばオリフィスの名称で呼ばれるものを用いてもよく、オリフィスから流れる濃縮水Ｗ４の流量が、当該流量調整ユニット５における差圧に比例する。

図２は、ＲＯ膜モジュール４の入口圧力と、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量との関係の例を示すグラフである。流量調整ユニット５は、定流量要素を備えることから、入口圧力が発生すると、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量は一気にＡ点まで上昇する。すなわち近似的には、入口圧力の発生と同時にＡ点の高さの流量が流量調整ユニット５に流れる。同時に、流量調整ユニット５は比例要素を備えることから、以降、入口圧力が上昇するに従い、流量調整ユニット５を流れる濃縮水の流量は、一次関数的に上昇する。

なお、流量調整ユニット５において、定流量要素と比例要素とは一体的に構成されていてもよく、別体として構成されていてもよい。一体的に構成されている場合には、例えば、比例要素の流れ方向が、流量調整ユニット５の長軸方向と一致し、定流量要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向に直交するように構成してもよい。あるいは、比例要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向に直交し、定流量要素の流れ方向が流量調整ユニット５の長軸方向と一致するように構成してもよい。あるいは、定流量要素の流れ方向と比例要素の流れ方向が、共に流量調整ユニット５の長軸方向と一致するように構成してもよい。

循環水ラインＬ５は、濃縮水ラインＬ４から分岐するラインであって、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の一部である循環水Ｗ４１を、合流部Ｊ２に返送するラインである。循環水ラインＬ５の上流側の端部は、接続部Ｊ１において、濃縮水ラインＬ４に接続されている。また、循環水ラインＬ５の下流側の端部は、合流部Ｊ２において、給水ラインＬ１に接続されている。循環水ラインＬ５には、逆止弁６が設けられている。

排水ラインＬ６は、接続部Ｊ１において濃縮水ラインＬ４から分岐され、ＲＯ膜モジュール４で分離された濃縮水Ｗ４の残部である排水Ｗ４２を装置外（系外）に排出するラインである。排水ラインＬ６には、排水流量調整手段としての排水流量調整弁７が設けられている。

排水流量調整弁７は、排水ラインＬ６から装置外へ排出する排水Ｗ４２の排水流量を調整可能な弁である。排水流量調整弁７は、制御部３０と電気的に接続されている。排水流量調整弁７の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を排水流量調整弁７に送信して、弁開度を制御することにより、排水Ｗ４２の排水流量を調整することができる。

制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。

ＣＰＵは逆浸透膜分離装置１を全体的に制御するプロセッサである。該ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された各種プログラムを、バスを介して読み出し、該各種プログラムに従って逆浸透膜分離装置１全体を制御することで、加圧ポンプ２を制御するポンプ制御部としての機能を実現するように構成される。ＲＡＭには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、逆浸透膜分離装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。

制御部３０は、ポンプ制御部として加圧ポンプ２を制御する。より詳細には、制御部３０は、第１流量センサＦＭ１によって検出される透過水Ｗ３の流量が、所定の流量目標値となるように、加圧側インバータ３を介して加圧ポンプ２の周波数を制御することにより、加圧ポンプ２が吐出する供給水の流量を制御する。これにより、ＲＯ膜モジュール４における透過水Ｗ３の流量が一定に保たれる流量フィードバック水量制御が実現される。

〔１．２ 逆浸透膜分離装置の動作〕
逆浸透膜分離装置１の使用開始からの時間経過に伴い、ＲＯ膜モジュール４のＲＯ膜エレメントには、スケールによる詰まりが発生することが懸念される。この詰まりによって、供給水ラインＬ２の水圧、延いては第１濃縮水ラインＬ４１の水圧が上昇するが、流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５における差圧、すなわち第１濃縮水ラインＬ４１の水圧と第２濃縮水ラインＬ４２の水圧との差圧に実質的に比例して濃縮水の流量が高くなる比例要素を備えることから、濃縮水Ｗ４の流量が増加する。透過水Ｗ３の流量に対する濃縮水Ｗ４の流量が増加することで循環比（透過水Ｗ３の流量に対する濃縮水Ｗ４の流量の比率）が上昇し、ＲＯ膜モジュール４の一次側の流速が速くなる。これにより、ＲＯ膜エレメントからのスケールの剪断力が高まり、膜詰りの進行が抑制される。

〔１．３ 第１実施形態の効果〕
上述した第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１においては、濃縮水ラインＬ４に流量調整ユニット５が設置され、流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５における差圧によらず実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニット５における差圧に実質的に比例して濃縮水の流量が高くなる比例要素とを備える。

ＲＯ膜モジュール４のＲＯ膜エレメントに詰まりが発生した場合に、流量調整ユニット５における差圧が上昇することにより、濃縮水Ｗ４の流量が増加し、循環比が高まる。これにより、ＲＯ膜エレメントからのスケールの剪断力が高まり、膜詰りの進行が抑制される。

〔２ 第２実施形態〕
〔２．１ 逆浸透膜分離装置の構成〕
本発明の第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ａについて、図面を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ａの全体構成図である。なお、以下では、逆浸透膜分離装置１Ａが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いてその説明を省略し、主として、逆浸透膜分離装置１と異なる構成要素について説明する。

逆浸透膜分離装置１Ａは、逆浸透膜分離装置１が有する構成要素に加えて、水質測定手段としての水質センサ１５、水温測定手段としての水温センサ１６、圧力測定手段としての圧力センサ１７、第２流量センサＦＭ２を備える。また、逆浸透膜分離装置１Ａは、制御部３０の代わりに制御部３０Ａを備える。

水質センサ１５は、給水ラインＬ１に設置される。水質センサ１５は、制御部３０Ａと電気的に接続されている。水質センサ１５は、給水Ｗ１の水質（以下、「測定水質値」ともいう）を測定し、測定水質値は制御部３０Ａへ検出信号として送信される。なお、給水Ｗ１の水質としては、例えば、ｐＨ、硬度、アルカリ度、炭酸カルシウム溶解度、シリカ溶解度、シリカ濃度等のうち１つ以上であってよい。

水温センサ１６は、給水ラインＬ１に設置される。水温センサ１６は、制御部３０Ａと電気的に接続されている。水温センサ１６は、給水Ｗ１の水温（以下、「測定水温値」ともいう）を測定し、測定水温値は制御部３０Ａへ検出信号として送信される。

圧力センサ１７は、給水ラインＬ１に設置される。圧力センサ１７は、制御部３０Ａと電気的に接続されている。圧力センサ１７は、給水Ｗ１の水圧（以下、「測定水圧値」ともいう）を測定し、測定水圧値は制御部３０Ａへ検出信号として送信される。

第２流量センサＦＭ２（以下、「第２流量検出手段」とも呼称する）は、排水ラインＬ６を流通する排水Ｗ４２の流量を第２検出流量値として検出する機器である。第２流量センサＦＭ２は、排水ラインＬ６に接続されている。第２流量センサＦＭ２は、制御部３０Ａと電気的に接続されている。第２流量センサＦＭ２で検出された排水Ｗ４２の第２検出流量値は、制御部３０Ａへ検出信号として送信される。第２流量センサＦＭ２として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

〔２．２ 制御部の機能ブロック〕
制御部３０Ａは、制御部３０と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。ＣＰＵが、ＲＯＭに格納された各種プログラムを、バスを介して読み出し、該各種プログラムに従って逆浸透膜分離装置１全体を制御することで、図４の機能ブロック図に示すように、制御部３０Ａが、ポンプ制御部３０１、目標回収率算出部３０２、目標循環比算出部３０３、目標給水圧力算出部３０４、排水流量調整弁制御部３０５、給水圧力調整手段制御部３０６の機能を実現するように構成される。

ポンプ制御部３０１は、第１流量センサＦＭ１によって検出される透過水Ｗ３の流量が、所定の流量目標値となるように、加圧側インバータ３を介して、加圧ポンプ２の駆動周波数を制御する。これにより、ＲＯ膜モジュール４における透過水Ｗ３の流量が一定に保たれる流量フィードバック水量制御が実現される。

目標回収率算出部３０２は、水質センサ１５により検出された測定水質値に基づいて、目標回収率を算出する。ここで、「目標回収率」とは、回収率の目標値である。「回収率」とは、ＲＯ膜モジュール４に供給される給水Ｗ１の流量に対する透過水Ｗ３の流量の比率（透過水Ｗ３の流量／給水Ｗ１の流量）のことであり、本実施形態においては、透過水Ｗ３の流量である第１検出流量値と、排水Ｗ４２の流量である第２検出流量値とから算出される。
また、測定水質値として、例えば、硬度、アルカリ度、シリカ濃度等を用いることにより、スケールの析出を確実に抑制しながら、透過水Ｗ３の回収率を最大とする目標回収率を算出することが可能となる。
なお、出願人は先だって、逆浸透膜分離装置に係る発明を特願２０１７−１１３７０６号として出願している。その明細書に記載の目標回収率の算出方法を、本発明において援用してもよい。

目標循環比算出部３０３は、水質センサ１５により検出された測定水質値と、水温センサ１６により検出された測定水温値とに基づいて、目標循環比を算出する。ここで、「目標循環比」とは循環比の目標値である。給水Ｗ１の水温や水質が原因でスケールリスクが増加した場合に、循環比を制御することでスケールリスクを減少することが可能であるため、目標循環比算出部３０３は、給水Ｗ１の水質と水温とに基づいて目標循環比を算出する。
なお、目標循環比としては、５〜６の間の値となることが好ましい。

目標給水圧力算出部３０４は、目標循環比算出部３０３によって算出された目標循環比に基づいて目標給水圧力を算出する。ここで、「目標給水圧力」とは給水圧力の目標値のことである。ＲＯ膜モジュール４のＲＯ膜の目詰まりが進行しても流量を確保するために、ＲＯ膜モジュール４の一次側圧力を上昇させると、第１濃縮水ラインＬ４１の水圧が上昇し、流量調整ユニット５における差圧が大きくなる。流量調整ユニット５は、当該流量調整ユニット５での差圧に実質的に比例して濃縮水Ｗ４の流量が高くなる比例要素を備えることから、濃縮水Ｗ４の流量が増加する。すなわち、流量調整ユニット５が存在することで、給水圧力が上昇することによりＲＯ膜モジュール４の一次側圧力が上昇するほど循環比が上昇するため、目標給水圧力算出部３０４はこの関係を利用して、目標循環比に基づいて目標給水圧力を算出する。

排水流量調整弁制御部３０５は、回収率の実測値が目標回収率となるように、排水流量調整弁７の開度を調整する。なお、本制御における開度の演算には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。排水流量調整弁制御部３０５は、排水流量調整弁７の開度を非連続的に変更してもよい。

給水圧力調整手段制御部３０６は、圧力センサ１７によって検出された測定水圧値が、目標給水圧力算出部３０４によって算出された目標給水圧力となるように、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１の圧力を調整する給水圧力調整手段を制御する。第２実施形態において、「給水圧力調整手段」とは、給水ポンプ１２を制御する給水ポンプ制御部、具体的には給水側インバータ１３のことである。すなわち、給水圧力調整手段制御部３０６は、給水側インバータ１３を介して、給水ポンプ１２の回転数を制御することにより、給水圧力を制御する。

給水圧力調整手段制御部３０６は、ＲＯ膜モジュール４の手前にある加圧ポンプ２の周波数が下限周波数を下回らない範囲で、給水ポンプ１２の回転数を制御する。
これにより、加圧ポンプ２の故障が防がれると共に、結果的に、流量調整ユニット５における差圧も確保され、目標循環比も確保される。

とりわけ、給水圧力調整手段制御部３０６が給水ポンプ１２の回転数を制御する際、水質センサ１５により測定された水質が悪化したとき、あるいは、水温センサ１６により測定された水温が変化したときには、スケールリスクが上昇する（シリカに関しては、水温が低いほど溶解度が低下しスケールリスクが上昇し、カルシウム硬度に関しては、水温が高いほど溶解度が低下しスケールリスクが上昇する）ので、加圧ポンプ２の周波数が下限周波数を下回らない範囲で、給水ポンプ１２の回転数を落とす。

〔２．３ 排水流量調整弁の制御方法〕
図５のフローチャートは、排水流量調整弁７の制御方法を示す。
ステップＳ１において、目標回収率算出部３０２は、給水の水質に基づいて、第１流量センサＦＭ１により検出される透過水Ｗ３の流量と、第２流量センサＦＭ２により検出される濃縮水Ｗ４の残部、すなわち排水Ｗ４２の流量とから算出される回収率の目標値である、目標回収率を算出する。

ステップＳ２において、第１流量センサＦＭ１が透過水Ｗ３の流量を検出し、また、第２流量センサＦＭ２が濃縮水Ｗ４の残部、すなわち排水Ｗ４２の流量を検出することにより、実際の回収率が測定される。

ステップＳ３において、排水流量調整弁制御部３０５は、ステップＳ２で測定された実際の回収率とステップＳ１で算出された目標回収率との差と、所定偏差とを比較する。実際の回収率と目標回収率との差が所定偏差未満である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ４に移行する。実際の回収率と目標回収率との差が所定偏差以上である場合（Ｓ３：ＮＯ）には、処理はステップＳ５に移行する。

ステップＳ４において、排水流量調整弁制御部３０５は、排水流量調整弁７の開度を固定し、処理はステップＳ１に戻る（リターン）。

ステップＳ５において、排水流量調整弁制御部３０５は、排水流量調整弁７の開度を変更し、処理はステップＳ１に戻る（リターン）。

なお、上記のステップＳ１において、目標回収率算出部３０２は、上記の水質として、シリカ溶解度、炭酸カルシウム溶解度等に基づいて、目標回収率を算出してもよい。

また、上記のステップＳ１〜ステップＳ５の順序は、必要に応じて適宜入れ替えてもよい。

〔２．４ 給水圧力の制御方法〕
図６のフローチャートは、給水圧力の制御方法を示す。
ステップＳ１１において、水質センサ１５は、給水ラインＬ１中の給水Ｗ１の水質を測定する。

ステップＳ１２において、水温センサ１６は、給水ラインＬ１中の給水Ｗ１の水温を測定する。

ステップＳ１３において、目標循環比算出部３０３は、水質センサ１５により検出された測定水質値と、水温センサ１６により検出された測定水温値とに基づいて、目標循環比を算出する。

ステップＳ１４において、目標給水圧力算出部３０４は、目標循環比算出部３０３によって算出された目標循環比に基づいて目標給水圧力を算出する。

ステップＳ１５において、圧力センサ１７は、給水ラインＬ１中の給水Ｗ１の水圧を測定する。

ステップＳ１６において、実際の給水圧力が目標給水圧力を超えた場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ１７に移行する。実際の給水圧力が目標給水圧力以下の場合（Ｓ１６：ＮＯ）には、処理はステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１７において、給水圧力調整手段制御部３０６は、加圧ポンプ２の周波数が下限周波数を下回らない範囲で、給水圧力調整手段としての給水側インバータ１３を介して、給水ポンプ１２の回転数を制御することにより、給水圧力を下降させ、処理はステップＳ１に戻る（リターン）。

ステップＳ１８において、給水圧力調整手段制御部３０６は、加圧ポンプ２の周波数が下限周波数を下回らない範囲で、給水圧力調整手段としての給水側インバータ１３を介して、給水ポンプ１２の回転数を制御することにより、給水圧力を上昇させ、処理はステップＳ１に戻る（リターン）。

とりわけ、給水圧力調整手段制御部３０６が給水ポンプ１２の回転数を制御する際、水質センサ１５により測定された水質が悪化したとき、あるいは、水温センサ１６により測定された水温が変化したときには、加圧ポンプ２の周波数が下限周波数を下回らない範囲で、給水ポンプ１２の回転数を落とす。

なお、上記のステップＳ１１〜ステップＳ１８の順序は、必要に応じて適宜入れ替えてもよい。

〔２．５ 第２実施形態の効果〕
上述した第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ａによれば、例えば、以下のような効果が得られる。
逆浸透膜分離装置１Ａによって、第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１と同様の効果が奏される。

また、逆浸透膜分離装置１Ａは、透過水Ｗ３の流量を検出し、透過水Ｗ３の流量が所定の目標流量値となるように、加圧ポンプ２を制御する。
これにより、透過水Ｗ３の流量を安定的に確保することが可能となる。

また、逆浸透膜分離装置１Ａは、目標回収率を算出し、実際の回収率が目標回収率となるように、排水流量調整弁７の開度を制御する。
これにより、排水流量調整弁の入口圧力が変動しても、回収率を一定に保つことが可能となる。

また、逆浸透膜分離装置１Ａは、給水Ｗ１の圧力を測定し、給水Ｗ１の測定圧力値に基づいて、給水圧力を調整する。
逆浸透膜が劣化したために流量調整ユニット５における差圧が低くなり、循環水Ｗ４１の戻りが悪くなることを、給水の圧力を下げられる給水圧力調整手段を設け、流量調整ユニット５における必要差圧を確保することにより、防止することが出来る。

また、逆浸透膜分離装置１Ａは、給水Ｗ１の水質と水温に基づいて目標循環比を算出し、目標循環比に基づいて目標給水圧力を算出し、実際の給水圧力が目標給水圧力となるように、給水圧力を調整する。
これにより、給水の水温や水質が原因でスケールリスクが増加した場合に、スケールリスクを減少させることが可能となる。

また、逆浸透膜分離装置１Ａは、給水圧力調整手段として、給水ポンプ１２を制御する給水ポンプ制御部としての給水側インバータ１３を備え、給水側インバータ１３を介して給水ポンプ１２の回転数を制御することにより、給水圧力を制御する。
給水Ｗ１の圧力の測定値に基づいて、給水ポンプ１２の回転数を制御することにより、給水圧力を下げることが可能となる。

〔３ 第３実施形態〕
〔３．１ 逆浸透膜分離装置の構成〕
本発明の第３実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ｂについて、図面を参照しながら説明する。図７は、第３実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ｂの全体構成図である。なお、以下では、逆浸透膜分離装置１Ｂが備える構成要素のうち、第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ａが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いてその説明を省略し、主として、逆浸透膜分離装置１Ａと異なる構成要素について説明する。

逆浸透膜分離装置１Ｂは、逆浸透膜分離装置１Ａとは異なり、給水側インバータ１３の代わりに給水圧力調整弁１４を備える。

給水圧力調整弁１４は、給水ラインＬ１中、水質センサ１５、水温センサ１６、及び圧力センサ１７よりも上流側に設置される。給水圧力調整弁１４は、制御部３０Ａと電気的に接続されている。給水圧力調整弁１４は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１の圧力を調整する弁である。

なお、本実施形態においては、給水ラインＬ１に給水ポンプ１２を設けたが、これに制限されない。供給源から供給される給水Ｗ１の給水圧力が十分に確保されていれば、給水ポンプ１２を設けなくてもよい。例えば、給水ラインＬ１の上流側において、水頭圧差を利用することで、給水Ｗ１の給水圧力を確保するように構成してもよい。

〔３．２ 制御部の機能ブロック〕
制御部３０Ｂが実現する機能ブロックは、基本的には第２実施形態の逆浸透膜分離装置１Ａの制御部３０Ａが実現する機能ブロックと同一であるため、その図示を省略する。
ただし、制御部３０Ｂが実現する機能ブロックのうち、給水圧力調整手段制御部３０６は、給水圧力調整手段としての給水圧力調整弁１４を制御する。給水圧力調整手段制御部３０６が、給水圧力調整弁１４の開度を制御することにより、給水圧力は調整される。

〔３．３ 排水流量調整弁及び給水圧力の制御方法〕
逆浸透膜分離装置１Ｂにおける排水流量調整弁の制御方法、及び給水圧力の制御方法は、基本的には、第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ａにおける排水流量調整弁の制御方法、及び給水圧力の制御方法と同一であるため、その図示と説明を省略する。

ただし、図６記載の給水圧力の制御方法中、ステップＳ１７及びステップＳ１８において、給水圧力調整手段制御部３０６は、給水圧力調整手段としての給水圧力調整弁１４の開度を制御することにより、給水圧力を下降／上昇させる点で、逆浸透膜分離装置１Ｂは、逆浸透膜分離装置１Ａとは動作が異なる。

〔３．４ 第３実施形態の効果〕
上述した第３実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ｂによれば、例えば、以下のような効果が得られる。
逆浸透膜分離装置１Ｂによって、第１実施形態に係る逆浸透膜分離装置１、及び第２実施形態に係る逆浸透膜分離装置１Ａと同様の効果が奏される。

更に、逆浸透膜分離装置１Ｂは、給水圧力調整手段として、給水圧力調整弁１４を備え、給水圧力調整弁１４の開度を制御することにより、給水圧力を制御する。
給水Ｗ１の圧力の測定値に基づいて、給水圧力調整弁１４の開度を制御することにより、給水圧力を下げることが可能となる。

〔４．変形例〕
上記の逆浸透膜分離装置１、１Ａ、及び１Ｂにおいては、通常の逆浸透膜分離装置と同様に、ＲＯ膜が目詰まりした場合には、膜交換や膜洗浄等を実施することが可能である。

また、流量調整ユニット５のメインユニットには、機械式のリリーフ弁があってもよい。

１ １Ａ １Ｂ 逆浸透膜分離装置
２ 加圧ポンプ
４ ＲＯ膜モジュール
５ 流量調整ユニット
７ 排水流量調整弁
１２ 給水ポンプ
１４ 給水圧力調整弁
１５ 水質センサ
１６ 水温センサ
１７ 圧力センサ
３０ ３０Ａ ３０Ｂ 制御部
３０１ ポンプ制御部
３０２ 目標回収率算出部
３０３ 目標循環比算出部
３０４ 目標給水圧力算出部
３０５ 排水流量調整弁制御部
３０６ 給水圧力調整手段制御部
Ｌ１ 給水ライン
Ｌ２ 供給水ライン
Ｌ３ 透過水ライン
Ｌ４ 濃縮水ライン
Ｌ５ 循環水ライン
Ｌ６ 排水ライン
Ｗ１ 給水
Ｗ２ 供給水
Ｗ３ 透過水
Ｗ４ 濃縮水
Ｗ４１ 循環水
Ｗ４２ 排水

Claims (7)

1. 給水が流通する給水ラインと、
   供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
   前記給水ラインに合流部で接続し、供給水を前記逆浸透膜モジュールに供給する供給水ラインと、
   前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、
   前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、
   前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の一部を前記合流部に返送する循環水ラインと、
   前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の残部を排水として装置外へ排出する排水ラインと、
   前記供給水ラインに設けられ、供給水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、
   前記加圧ポンプを制御するポンプ制御部と、
   前記濃縮水ラインに設けられる流量調整ユニットと、を備え、
   前記流量調整ユニットは、当該流量調整ユニットにおける差圧によらず実質的に定流量の濃縮水を流通させる定流量要素と、当該流量調整ユニットにおける差圧に実質的に比例して濃縮水の流量が高くなる比例要素とを備える、逆浸透膜分離装置。
2. 透過水の流量を第１検出流量値として検出する第１流量検出手段を更に備え、
   前記ポンプ制御部は、前記第１検出流量値が所定の流量目標値となるように、前記加圧ポンプを制御する、請求項１に記載の逆浸透膜分離装置。
3. 排水の流量を第２検出流量値として検出する第２流量検出手段と、
   前記排水ラインに設けられ、装置外へ排出する排水の流量を調整可能な排水流量調整弁と、
   前記給水の水質に基づいて、前記第１検出流量値及び前記第２検出流量値から算出される回収率の目標値である目標回収率を算出する目標回収率算出部と、
   前記回収率が前記目標回収率となるように、前記排水流量調整弁の開度を制御する排水流量調整弁制御部と、を更に備える、請求項２に記載の逆浸透膜分離装置。
4. 前記給水ラインに設けられ、前記給水ラインを流通する給水の圧力を調整する給水圧力調整手段と、
   前記給水の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記給水の圧力に基づいて、前記給水圧力調整手段を制御する給水圧力調整手段制御部と、
   を更に備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の逆浸透膜分離装置。
5. 前記給水ラインに設けられ、給水の水質を測定する水質測定手段と、
   前記給水ラインに設けられ、給水の水温を測定する水温測定手段と、
   前記給水の水質と前記給水の水温とに基づいて、目標循環比を算出する目標循環比算出部と、
   前記目標循環比に基づいて、目標給水圧力を算出する目標給水圧力算出部とを更に備え、
   前記給水圧力調整手段制御部は、前記給水の圧力が前記目標給水圧力となるように、前記給水圧力調整手段を制御する、請求項４に記載の逆浸透膜分離装置。
6. 前記給水圧力調整手段は、前記給水を供給する給水ポンプを制御する給水ポンプ制御部を備え、
   前記給水圧力調整手段制御部は、前記給水ポンプ制御部を介して前記給水ポンプの回転数を調整することにより、給水の圧力を制御する、請求項４又は５に記載の逆浸透膜分離装置。
7. 前記給水圧力調整手段は、前記給水ラインに設けられる給水圧力調整弁を備え、
   前記給水圧力調整手段制御部は、前記給水圧力調整弁の開度を調整することにより、給水の圧力を制御する、請求項４又は５に記載の逆浸透膜分離装置。

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