循环型渗透压发电系统和方法、工作介质及其相控制方法 |
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| 申请号 | CN201510090219.X | 申请日 | 2015-02-27 | 公开(公告)号 | CN104879264B | 公开(公告)日 | 2017-09-12 |
| 申请人 | 株式会社东芝; | 发明人 | 佐野健二; 今田敏弘; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种循环型渗透压发电系统和方法、工作介质的相控制方法以及用于循环型渗透压发电的工作介质。本发明的循环型渗透压发电系统具备所述工作介质和渗透压发生器。所述工作介质含有 水 和诱导液，在 温度 为5℃～35℃及气压为1个 大气压 的条件下，所述水或所述诱导液的浓度相对于所述水和所述诱导液的总量为10重量％以下时为液‑液相互溶解的2成分混合溶液的状态，所述浓度相对于所述水和所述诱导液的总量大于10重量％时为相分离为水相和诱导液相的状态。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种循环型渗透压发电系统，该系统为利用工作介质来发电的循环型渗透压发电系统，其特征在于，该系统具备： |
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| 说明书全文 | 循环型渗透压发电系统和方法、工作介质及其相控制方法技术领域[0002] 本发明的实施方式涉及用于循环型渗透压发电的工作介质、循环型渗透压发电系统和方法以及工作介质的相控制方法。 背景技术[0004] 渗透压发电装置有在密闭的体系内使工作介质循环进行发电的循环型渗透压发电装置。例如，已知利用碳酸铵水溶液作为工作介质的发电装置。该装置中，利用相互浓度不同的2种碳酸铵水溶液之间的渗透压差产生的水流使涡轮机转动。使涡轮机转动后的碳酸铵水溶液为了再利用而被加热，分离成二氧化碳和氨气、以及浓度非常低的碳酸铵水溶液。分离的二氧化碳和氨气再次导入水中。然后，通过该导入得到浓度高的碳酸铵水溶液。这样得到的浓度不同的2种碳酸铵水一起再循环而用于发电。 [0005] 碳酸铵溶解性良好，其100g在常温下可溶解于100mL的水中。因此，可得到能从海水(3.5Wt％)中吸引淡水的程度的渗透压。然后，在仅仅60℃下分解，形成二氧化碳和氨气。使用碳酸铵水的渗透压发电装置将利用正渗透压加压了的碳酸铵水溶液输送到涡轮机进行发电。其压力可能要250个大气压，认为是利用海水的渗透压的渗透压发电的约10倍的压力。 [0006] 另一方面，使用了碳酸铵的利用正渗透压的发电中，会产生有毒且具有腐蚀性的氨气。氨气的产生会招致体系内部的劣化，大大影响运营成本。此外，碳酸铵容易析出，例如，在以6M使用时，在低于50℃下会直接析出。因此，渗透膜附近的温度发生降低时，有析出的晶体伤害渗透膜的风险。这是在室温下进行养护时等特别会发生的风险。为了减少析出的风险，无奈只能在低浓度下运转。其结果是，变得难以得到充分的渗透压。 发明内容[0007] 本发明所要解决的课题为使能以低成本运转的循环型渗透压发电成为可能。 [0008] 根据一个实施方式，为利用工作介质进行发电的循环型渗透压发电系统，其具备： [0009] 所述工作介质：该工作介质含有水和诱导液，在温度为5℃～35℃及气压为1个大气压的条件下，所述水或所述诱导液的浓度相对于所述水和所述诱导液的总量为10重量％以下时为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态，在所述浓度相对于所述水和所述诱导液的总量大于10重量％时为相分离为水相和诱导液相的状态， [0010] 渗透压发生器：该渗透压发生器具备：处理容器；将所述处理容器内部划分为第一室和第二室的渗透膜；设置于所述第一室位于的所述处理容器上、且流入所述诱导液的第一流入口；设置于所述第二室位于的所述处理容器上、且流入所述水的第二流入口；以及，设置于所述第一室位于的所述处理容器上、且流出所述第一室内的含有所述诱导液和所述水的液体的流出口， [0011] 涡轮机：该涡轮机由从所述渗透压发生器的所述第一室经由所述流出口流出的所述液体的流体进行驱动而发电， [0012] 罐：该罐收纳驱动所述涡轮机后的所述液体， [0013] 分离塔：该分离塔使从所述罐中流出的所述液体相分离为水相和诱导液相，[0014] 第一送液管线：该第一送液管线将所分离的该诱导液相输送到所述处理容器的所述第一流入口，以及， [0015] 第二送液管线：该第二送液管线将所分离的该水相输送到所述处理容器的所述第二流入口。 [0017] 图1为表示实施方式的渗透压发电装置的框图。 [0018] 图2为工作介质的一个例子的相图。 [0019] 图3为工作介质的一个例子的相图。 [0020] 图4为工作介质的一个例子的相图。 [0021] 图5为工作介质的一个例子的相图。 [0022] 图6为工作介质的一个例子的相图。 [0023] 图7为表示渗透压发生器的一个例子的内部状态的示意图。 [0024] 图8为表示实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。 [0025] 图9为实施方式的渗透压发生器的一个例子的截面图。 [0026] 图10为表示实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。 [0027] 图11为实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。 [0028] 图12为实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。 [0029] 图13为表示实施方式的渗透压发生器的一个例子的图。 [0030] 图14为表示注射器试验装置的图。 [0031] 图15为表示注射器试验的结果的示意图。 [0032] 图16为表示注射器试验的结果的图表。 [0033] 图17为表示相控制试验的结果的图表。 [0034] 图18为表示相控制试验的结果的图表。 [0035] 图19为表示相控制试验的结果的图表。 [0036] 图20为表示相控制试验的结果的图表。 [0037] 图21为表示相控制试验的结果的图表。 [0038] 图22为参考用的相图。 [0039] 图23为表示相控制试验的结果的图表。 [0040] 图24为表示相控制试验的结果的图表。 具体实施方式[0041] 以下参照添加的附图对各种实施方式进行说明。 [0042] 1.循环型渗透压发电用工作介质 [0043] 实施方式的循环型渗透压发电用工作介质为用于在循环型渗透压发电装置中使用的工作介质(以下也记作“工作介质”)。 [0044] 首先，参照图1对循环型渗透压发电系统的一个例子进行说明。图1为循环型渗透压发电系统的框图。渗透压发电装置100a具备渗透压发生器1、涡轮机2、罐3以及分离塔4。以渗透压发生器1、涡轮机2、罐3以及分离塔4的顺序连接而构成环。工作介质在由渗透压发生器1、涡轮机2、罐3以及分离塔4构成的环中循环。 [0045] 实施方式的工作介质含有水和诱导液。该工作介质依赖于温度和/或工作介质中的水和诱导液的比例在第一相和第二相间进行相转变。工作介质的第一相为水和诱导液为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态。换而言之，第一相中，工作介质为诱导液和水相互溶解的均匀的1相的液体。工作介质的第二相为水和诱导液相分离为二相的状态。将该工作介质在图1的循环型渗透压发电系统中使用时，对于相分离为二相的状态的工作介质，使水相(或水)和诱导液相(或诱导液)隔着渗透膜收纳在渗透压发生器1内部。在渗透压发生器1的内部，利用水与诱导液之间的渗透压差产生含有诱导液和水的液体的流体。将该液体的流体输送到涡轮机2中来驱动(或转动)涡轮机2进行发电。驱动涡轮机2后的所述液体输送到罐3中，进而输送到分离塔4中。放置在分离塔4中的该液体相分离为水相和诱导液相。由此使工作介质再生。将通过相分离所得到的水相和诱导液相输送到渗透压发生器1中，重复与上述相同的操作，进行连续地发电。此外，在该循环中，为了快速地进行在分离塔4中的分离，配置有罐3。驱动涡轮机2后的液体以不妨碍已经在分离塔4中进行的分离工序的方式暂时收纳在罐3中。 [0046] 接着，对实施方式的工作介质进一步进行说明。工作介质具有临界浓度。即，在温度为5℃～35℃及气压为1个大气压的条件下，工作介质中的水或诱导液的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下时，工作介质为液-液相互溶解的1相的2成分混合溶液的状态。另一方面，该浓度相对于水和诱导液的总量大于10重量％时，相分离为水相和诱导液相的2相。即，在1个大气压的条件下，在5℃～35℃的任意温度下，只要工作介质在其中的水或诱导液的所述浓度为10重量％以下时为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态、所述浓度大于10重量％时相分离为水相和诱导液相即可。“水或诱导液的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下”表示主要构成工作介质的任意一种成分、即水或诱导液的任意一种的浓度为10重量％以下。在此所述的“浓度”表示“重量百分浓度”。对于溶剂中含有溶质的溶液的重量百分浓度用式(1)表示。 [0047] 重量百分浓度＝“溶质”/“溶质+溶剂”×100式(1) [0048] 关于“水或诱导液的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下”，例如，在含有水和诱导液的工作介质中，以水为溶质，以诱导液为溶剂时，只要水的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下即可。同样地，例如，在含有水和诱导液的工作介质中，以诱导液为溶质，以水为溶剂时，只要诱导液的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下即可。换而言之，所述浓度可以用工作介质100g中的水或诱导液的任意一者的重量表示，单位为“重量％”或“wt％”。 [0049] 优选工作介质在温度为25℃及气压为1个大气压的条件下，在水或诱导液的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下时为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态，在该浓度大于10重量％时相分离为水相和诱导液相。更优选工作介质在温度为25℃及气压为1个大气压的条件下，在水或诱导液的浓度相对于水和诱导液的总量为7重量％以下时为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态，在该浓度大于7重量％时相分离为水相和诱导液相。 [0050] 这样的工作介质中所含的诱导液的例子只要是形成工作介质时具有临界浓度的液体化合物即可。“具有临界浓度”是指以特定的浓度为边界，在比该浓度高的浓度区域和低的浓度区域显示出不同的相。换而言之，临界浓度是指以该临界浓度为边界在所述的第一相和第二相间进行相转变的浓度。并且，按照实施方式的工作介质优选在比以往低的温度带具有临界温度。 [0051] 优选的用于具有临界浓度的工作介质的诱导液例如为低水溶性的液体化合物。低水溶性的液体化合物为微量或少量时与水相溶的液体，例如可以为有机溶剂及高分子化合物等。有机溶剂例如可以为卤素化合物及氯仿等。卤素化合物例如可以为氟化合物、氯化合物、溴化合物和碘化合物等。例如，2,2,3,3,3-五氟-1-丙醇(2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol，以下记载为“PF1P”)和氯仿为优选的诱导液，PF1P为更优选的诱导液。 [0052] 例如，含有水和2,2,3,3,3-五氟-1-丙醇(PF1P)的工作介质通过浓度变化进行相转变。其相图如图2所示。图2的纵轴为温度，横轴以重量％(图中记为“wt％”)表示水的浓度。该相图为将以规定的混合比含有PF1P和淡水的工作介质分别加入试验管，在水浴中加热，使工作介质升温，通过目测观察在各个温度下的混合状态的结果。在一定温度下完全混合而变成透明的状态后，进而冷却，再次升温，确认混合状态。此外，PF1P的沸点为81℃，因而图表的上限设定为80℃。水的比例为80重量％(图中记为“Wt％”)时，即使加热到80℃以上也不会完全透明地混合。因而，测定温度范围设定为22℃～80℃。 [0053] 根据通过该实验所得到的数据，将PF1P和水的工作介质的示意相图表示于图3。首先，从一定的温度时的组成、即各成分的浓度与相的关系来说明图3。水和PF1P的工作介质在1个大气压、25℃的条件下，水与PF1P的混合比为约7：约93或约93：约7时为临界浓度。即，在工作介质中以7重量％以下含有水或PF1P时，水或PF1P完全混合而变成透明的状态(图中表示为“1相”)。该状态为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态。另一方面，在工作介质以大于7重量％的浓度含有水或PF1P时，它们相互不溶解而相分离为二相存在(图中表示为“2相”)。这是在5℃～35℃和1个大气压下，工作溶剂中的水或诱导液的任意一者的浓度相对于水和诱导液的总量为10重量％以下时为液-液相互溶解的1相的2成分混合溶液的状态、在大于10重量％时为相分离为水相和诱导液相的2相的状态的一个例子。 [0054] 接着，对于设为一定组成时温度变化对相的影响进行说明。例如，水与PF1P的混合比为7：93时，在比25℃低的温度下，工作介质为二相的状态，在比25℃高的温度下为一相的状态。即，该混合比时，25℃为临界温度。 [0055] 实施方式的工作介质优选为在常温(5℃～35℃)或室温下分离为二相的物质，进一步优选一相区域的范围比二相区域小的物质。在此，一相区域是指相图中工作介质能以液-液相互溶解的一相的2成分混合溶液的状态存在的区域，二相区域是指相图中工作介质能以相分离为二相的液体的状态存在的区域。更优选的工作介质的相图如图4所示。图4的相图以7Wt％为临界浓度，在比其小的浓度时，在任意的温度时均为一相区域，在比其大的浓度时，在任意的温度时均为二相区域。此外，在具有如图4所示的相图的水和诱导液的混合体系中，相溶的比例非常小，一者的浓度超过7重量％时开始分离。因此，可有效地进行分离，可以在比以往低的温度下分离。因此，由于可以通过静置实现工作介质的再生，因而能够将使用其的循环型渗透压发电装置的制作成本和运转成本均更低地抑制。 [0056] 此外，也可优选使用具有上临界温度和下临界温度的工作介质。图5为具有下临界温度的工作介质的理想的一个例子的相图。如图5所示，该工作介质的一相区域和二相区域的边界线存在于一种成分成为7Wt％左右的浓度。此外，在具有如图5所示的相图的水和诱导液的混合体系中，水和诱导液相溶的区域的比例非常小。即，在图5的图表中，一相区域(图中“1相”)的面积比二相区域(图中“2相”)小。因此，一者的浓度超过7％时开始分离。因此，可以有效地进行分离。此外，由于可以在比以往低的温度下分离，因此能够更低地抑制成本。 [0057] 优选的用于具有临界浓度的工作介质的诱导液可以为多种化合物的混合物。例如，即使是对水具有相溶性的或对水相溶性高的物质，通过添加相控制剂，可改变其相图。由此，可以赋予低水溶性。所得到的诱导液也为低水溶性的液体物质，且其为微量或少量时为与水相溶的液体。 [0058] 相控制剂只要为与可作为诱导液使用的化合物相互溶解的化合物即可。对于特定的化合物，只要是可以赋予所期望的相的物质，可以为任意的物质。通过含有所得到的相控制剂，控制该工作介质的相。相控制剂的例子包括2,2,3,3,3-五氟-1-丙醇(PF1P)、1-溴丙烷(1BP)和乙醇。加入这些相控制剂的诱导液的例子包括2-丁氧基乙醇(2BE)水溶液和三溴乙醇(TBE)。对2-丁氧基乙醇(2BE)水溶液添加PF1P时，在与水的混合溶液中，下临界温度下降，即控制在下侧。同时，一相区域变窄，二相区域扩大。在三溴乙醇(TBE)中加入乙醇时，在与水的混合溶液中，TBE的析出趋势被控制。此外，可得到具有规定一相区域和二相区域的上临界温度的相。这样通过添加相控制剂而受到相控制的混合溶液可优选作为诱导液使用。 [0059] 例如，示出在2-丁氧基乙醇(2BE)中以10Wt％的浓度添加PF1P的例子。图6(a)为对2BE混合PF1P 10Wt％、将该混合物混合到水中配制工作介质而得到的相图。图6(b)为2BE和水的工作介质的相图。将图6(a)和图6(b)比较来看，下临界温度被控制在下侧，即被变更到较低的温度，且二相区域扩大、一相区域变狭窄。 [0060] 2BE如以下说明具有作为渗透压发电用的工作介质的良好的性质。例如，使用含有2BE的工作介质时，使以摩尔分数0.1的浓度回收的工作介质为75℃是指升温至图6(c)所示的水平线的位置。该温度下工作介质中的一种成分的浓度以从图表中的75℃的水平线向图表的横轴(相分离线)向下作垂线的右侧的箭头表示。这即为处于与相分离线的交点的数值(摩尔分数)。该数值表示高浓度溶液侧的摩尔分数。此外，75℃下的工作介质中的另一种成分的浓度以从图表中的75℃的水平线向图表的横轴(相分离线)向下作垂线的左侧的箭头表示。这即为处于与相分离线的交点的数值(摩尔分数)。图6(c)的例子中，可知可得到右侧的交点的摩尔分数为0.18，换算成重量％为59Wt％的2BE水溶液。然后，以水为基准时，左侧的交点的摩尔分数为2BE的摩尔分数，在此，得到含有0.02的摩尔分数(12Wt％)的2BE的溶液。分离后的各个溶液的液体重量可以通过“杠杆的法则”从图上读取。将分离的液体各自的量设为a和b(g)时，a(0.1－0.02)＝b(0.18－0.1)，因而a(0.08)＝b(0.08)，变成a＝b。因此，可知分离的液体为在该情况下偶然相同的重量。在该相图的相的边界线处回收的液体的浓度为59Wt％和12Wt％，因此，如表示计算上的渗透压的表1明确可知，其压差为97个大气压。因此，可期待输出为海水的情况下的3.3倍。 [0061] 表1 [0062] [0063] 估算当用于分离的热源温度为70℃以下时所得到的压差时，如图6(d)所示，随着温度降低，由在特定的温度处画的水平线的两端所规定的浓度差也逐渐变小。并且，其温度差变无时为50℃，可知该温度为二相分离的大致界限。考虑到浓度差变窄，计算出的渗透压压差的图表为图6(e)。如图表所示，在50℃下也有50个大气压的差。该值为比使用通常的河水和海水的渗透压发电有利的值。然而，这样的相图的工作介质通常不能在50℃以下使用到渗透压发电中。 [0064] 然而，如上所述，例如，在2-丁氧基乙醇(2BE)中以10Wt％的浓度添加PF1P时，在室温下也可以进行相分离。含有使用这样的相控制剂配制的2BE和水的工作介质具有临界浓度，可作为优选的实施方式的工作介质使用。例如，水中的2BE的浓度超过10重量％时开始分离。因此，可有效地进行分离。此外，由于可在比以往低的温度下分离，因此能够更低地抑制成本。具有这样高的渗透压压差的2-丁氧基乙醇可作为具有更有利的效果的工作介质使用。 [0065] 使用相控制剂的相控制方法也可以作为进一步的实施方式来提供。相控制方法只要在诱导液中含有与可作为诱导液使用的化合物相互溶解的化合物即可。由此，可增加能用于含有水和诱导液的工作介质的化合物的种类或工作介质的组成。可根据期望提供具有所期望的作用的工作介质。其结果是，可提供能以低成本运转的循环型渗透压发电系统。 [0066] 对于上述的任意的工作介质，优选其比重比水的比重大。例如，工作介质的比重为1.1以上，优选为1.5以上。通过使用这样的比重的工作介质使水通过渗透膜的效率提高。使用图7进一步说明。图7(a)和(b)为渗透压发生器1的示意图。容器21具备第一室22和第二室 23以及划分这些室的渗透膜24。第一室22配置于第二室23的上方。第一室22中收纳诱导液 25，第二室23中收纳水26。该构成中，诱导液25优选为具有优选为1.1以上、更优选为1.5以上的比重、且具有低水溶性的液体。收纳于第二室23中的水26通过渗透膜24转移到第一室 22中。可认为从水26的移动开始至一定时期，移动的水26如图7(a)所示不产生界面而集结在上层附近。然后，静置片刻，如图7(b)所示，产生界面27，相分离为二相。 [0067] 使低水溶性的液体与水隔着渗透膜而相互接触时，水会被低水溶性的液体吸引这一见解为新的发现。低水溶性的液体为与仅微量或少量的水相溶的液体。通过这样的构成，可良好地维持水从第二室23向第一室22移动。其结果是，可有效地进行渗透压发电。如后述中的证明，通过这样的构成的实施方式，可使水飞跃性地有效地移动，能够维持高的渗透压差。 [0068] 实施方式的工作介质不需要为了再生而加热，或者可以仅加热到更低的温度而再生。因此，由于能够在室温或常温等的更低的温度下驱动循环型渗透压发电装置，能以低成本运转。此外，可以使水通过渗透膜有效地移动。即，可以使用于再生的分离塔的构成变得更简单。通过这样的工作介质，可以提供能在低成本下运转的循环型渗透压发电系统。 [0069] 2.循环型渗透压发电方法 [0070] 循环型渗透压发电方法为使工作介质循环而进行发电的渗透压发电方法。该方法中使用的工作介质如上所述。该方法包括：利用隔着渗透膜而配置的水相(或水)与诱导液相(或诱导液)的渗透压差，使水相(或水)的一部分通过渗透膜，从而生成含有诱导液和水的液体的流体；利用生成的流体驱动涡轮机进行发电；使驱动涡轮机后的液体相分离为水相和诱导液相；以及使通过相分离所得到的水相和诱导液相以隔着渗透膜而配置的方式向渗透膜侧返回。然后，利用向渗透膜输送的水相与诱导液相之间的渗透压差，进一步转动涡轮机。这样，该方法为在使工作介质再生的同时进行反复发电或持续发电的方法。这样的方法中，通过使用如上所述的工作介质，可以提供能在低成本下运转的循环型渗透压发电系统。在此，关于水与诱导液隔着渗透膜而配置的情况，例如，在循环型渗透压发电系统中，在作为开始循环型渗透压发电方法时的初期状态以夹持渗透膜的方式配置水和诱导液时可见。例如，此时，作为开始循环型渗透压发电方法时的初期状态，只要将水与诱导液隔着渗透膜来配置即可。此时，只要在初期状态之后，产生水通过渗透压差经由渗透膜向诱导液侧移动的流体，通过该流体驱动涡轮机即可。此外，在其它的方式中，作为开始循环型渗透压发电方法时的初期状态，可以使用液-液相互溶解的2成分混合溶液。此时，只要在初期状态之后，进行相分离工序即可。在进一步的方式中，作为开始循环型渗透压发电方法时的初期状态，可以隔着渗透膜配置水和诱导液。此时，只要在初期状态之后，产生水通过渗透压差经由渗透膜向诱导液侧移动的流体，通过该流体驱动涡轮机即可。 [0071] 3.循环型渗透压发电系统 [0072] 使用图8～图11，对根据实施方式的循环型渗透压发电系统的例子进行说明。图8为循环型渗透压发电系统的略图。 [0073] 循环型渗透压发电系统100具备渗透压发电装置100a和在渗透压发电装置100a中循环的工作介质。渗透压发电装置100a具备：渗透压发生器1；涡轮机2；罐3；分离塔4；连接渗透压发生器1和涡轮机2的管线101a；连接涡轮机2和缓冲罐3的管线101b；连接罐3和分离塔4的管线101c；安装于管线101c上的开闭阀102a；分别连接分离塔4与渗透压发生器1的第一室7a和第二室7b的管线101d和管线101e；从分离塔4侧开始依次安装于管线101d上的开闭阀102b、罐103a和泵104a；以及从分离塔4侧开始依次安装于管线101e上的开闭阀102c、罐103b和泵104b。 [0074] 在此，使用图9的截面图对渗透压发生器1内部的结构进行说明。渗透压发生器1具备处理容器5和渗透膜6。渗透膜6的四周固定于处理容器5的内侧壁面上来配置，将处理容器5内部划分为第一室7a和第二室7b。处理容器5中，第一室7a配置于第二室7b的上方。位于第一室7a的处理容器5上开口有第一流入口8a。在分离塔4中分离的诱导液相9a(或诱导液)流入第一流入口8a。位于第二室7b的处理容器5上开口有第二流入口8b。在分离塔4中分离的水相9b(或水)流入第二流入口8b。位于第一室7a的处理容器5上，在与第一流入口8a相对的位置开口有流出口10。从渗透膜6通过的水的流动方向如图中的箭头所示，从下方流向上方，即，为从第二室7b流向第一室7a的方向。流出口10连接于管101a。含有从第二室7b透过渗透膜6向第一室7a移动的水的一部分和收纳于第一室7a中的诱导液的液体从流出口10流出。通过一部分水透过渗透膜6从第二室7b向第一室7a移动，使得第一室7a的水压升高，液体从流出口10流出时产生流束。该流束使涡轮机2转动而进行发电。 [0075] 用于渗透压发生器1的渗透膜6只要是不受作为工作介质使用的液体、例如有机溶剂损害的渗透膜即可，可以使用商业上可得到的渗透膜。作为渗透膜6，例如可以使用醋酸纤维素膜、聚酰胺膜等。此外，渗透膜6可以为正渗透膜，也可以为反渗透膜，优选的渗透膜6为正渗透膜。处理容器5只要是由适合收纳工作介质的材质构成即可。此外，处理容器5可以为具有密闭性的容器、即密闭处理容器。 [0076] 从流出口10流出的含有诱导液和水的液体通过管线101a输送到涡轮机2中(图8)。通过利用该液体的流束转动涡轮机2而进行发电。 [0077] 转动涡轮机2而发电后的液体通过管线101b输送到罐3中。罐3暂时收纳液体。罐3通过管线101c与分离塔4连接。管线101c上安装有开闭阀102a。进行分离塔4中的工作介质的相分离和从分离塔4的送液时，开闭阀102a关闭。液体的流体入分离塔4时，开闭阀102a打开。 [0078] 分离塔4上设置有流入从罐3流出的液体的流入口和分别流出分离为二相的液体的2个流出口。在分离塔4中对液体进行相分离的期间，开闭阀102a关闭，使得液体不流入分离塔4。由此，促进相分离。 [0079] 在分离塔4中液体分离完成后，相分离为二相的液体(水和诱导液)分别从分离塔4流出，分别输送到管线101d和管线101e中。之后，打开开闭阀102a，使收纳于罐3的液体的流体入分离塔4。在分离塔4中流入充分量的液体后，关闭开闭阀102a。在分离塔4中反复进行上述分离操作以进行循环发电。 [0080] 从分离塔4流出的2种液体分别利用泵104a和104b输送，通过管线101d和管线101e分别返回到处理容器5的第一室7a和第二室7b中。此外，关于分离塔4中的液体，水相向上层移动、诱导液相向下层移动后进行相分离。诱导液通过打开开闭阀102b而输送到罐103a中，被暂时收纳。水通过打开开闭阀102c而输送到罐103b中，被暂时收纳。此刻，工作介质已经再生为可再次使用的状态。然后，收纳于罐103a的诱导液利用泵104a输送，通过管线101d输送到渗透压发生器1的第一室7a。水利用泵104b从罐103b中输送出来，通过管线101e输送到渗透压发生器1的第二室7b。 [0081] 这样，工作介质通过在渗透压发电装置100a中循环，使循环型渗透压发电系统持续发电。 [0082] 循环型渗透压发电系统也可以进一步具备连接第二室7b和分离塔4的管线。这样的实施方式的一个例子如图10所示。如图10所示的循环型渗透压发电系统200在循环型渗透压发电系统100的基础上进一步具备连接第二室7b和分离塔4的管线101f和开闭阀102d。除此以外，具备与循环型渗透压发电系统100相同的构成。 [0083] 在该循环型渗透压发电系统200中，渗透压发生器1的位于第二室7b的处理容器5上进一步设置有流出口，且分离塔4进一步具有流入口。第二室7b的流出口和分离塔4的进一步的流入口通过管线101f连接。由此，未从第二室7b移动到第一室7a中的液体的一部分从第二室7b的流出口排出。由此，防止第二室7b中未透过渗透膜6的与水一起残留的溶质(即，诱导液)蓄积。其结果是，防止存在于第二室7b中的液体中的诱导液的浓度升高。这样，在位于第二室7b的处理容器1上设置流出口，排出液体。由此，可以防止存在于第二室7b侧的水与存在于第一室7a侧的诱导液的渗透压差减少。此外，也防止诱导液在第二室7b中蓄积。进而，也可防止在第二室7b内未完全溶解到水中的诱导液析出而损害渗透膜6。 [0084] 进而，管线101f上安装有开闭阀102d。优选从第二室7b的流出口流出的液体在开闭阀102d打开的状态下通过管101f，流入后述说明的分离塔4中。 [0085] 此外，该循环型渗透压发电系统200还优选从第二室7b侧开始依次具备安装在管线101f上的进一步的开闭阀和罐(未图示)。由此，根据分离塔4的工作状态，暂时储存来自第二室7b的液体。 [0086] 此外，如图8所示的循环型渗透压发电系统100和如图10所示的循环型渗透压发电系统200还可以进一步具备压力交换机或抽水机。 [0087] 循环型渗透压发电系统300进一步具备压力交换机的一个例子如图11所示。压力交换机105为了在管线101a与管线101d之间进行压力交换而架设在管线101a和管线101d上。使涡轮机2转动的流束不仅依赖于第一室7a内的液体与第二室7b的液体之间的渗透压差，还依赖于从管线101d通过第一流入口8a流入第一室7a内的诱导液的水压与从管线101e通过第二流入口8b流入第二室7b的水的水压的差。因此，通过使用压力交换机在与管线101a之间调整管线101d内的水压，来调整在分离塔4内再生并再流入渗透压发生器1时的诱导液的水压与水的水压的差。由此，可使发电所得到的电能最大化。用于调节流入第一室7a内的诱导液的水压和从第二流入口8b流入第二室7b的水的水压的差的压力交换机为了得到所期望的水压差，也可以架设到任意管线之间。 [0088] 此外，循环型渗透压发电系统100、200和300也可以进一步具备抽水机。循环型渗透压发电系统400进一步具备抽水机106的一个例子如图12所示。抽水机106安装在渗透压发生器1与涡轮机2之间，即，安装在管101a上。通过在渗透压发电装置100a上设置抽水机106，能够更容易地进行工作介质的循环。由此，能够更可靠地进行涡轮机2的发电。抽水机 106将来自渗透压发生器1的液体移动到比渗透压发生器1和涡轮机2所配置的位置高的位置进行收纳。然后，从该高的位置以所期望的流量使液体向涡轮机2落下，通过该落下的流束使涡轮机2转动。 [0089] 循环型渗透压发电系统100、200、300和400中，作为渗透压发生器1可以使用渗透压元件。渗透压元件是指约1L～约20L容量的渗透压发生器1。供给实际应用时，可以使多个渗透压元件集成，作为将通过这些多个渗透压元件产生的压力作为一个压力输出的渗透压模块使用。渗透压模块所含的一部分的渗透压元件通过使用而劣化时，可仅更换劣化的渗透压元件。因此，维修养护和性价比优良。 [0090] 参照图13对作为渗透压元件提供的渗透压发生器1的一个例子进行说明。图13(a)为单元1a的透视图，(b)为渗透膜部件的透视图，(c)为(a)的单元1a沿线L-L的截面图，(d)为将多个单元1a层叠构筑而成的渗透压元件1b的截面图。 [0091] 渗透压元件至少包括一个单元1a作为最小单元。作为渗透压发生器1的渗透压元件，可以具备一个单元1a，也可以具备多个单元1a。 [0092] 单元1a具备在其两面上具有用于流路的凹部的第一基板130和第二基板131、和渗透膜部件132。单元1a的制造方法可以在第二基板131上依次层叠渗透膜部件132和第一基板130，使它们相互接合(图13(a))。渗透膜基材132具备渗透膜134和支撑其的框架135(图13(b))。单元1a的内部具备由第一基板130的一面的凹部和渗透膜基板132的一面限定的第一室136、和由第二基板131的一面的凹部和渗透膜基板132的另一面限定的第二室137。第一室136配置于第二室137的上方。在单元1a的与长度方向垂直相交的一侧的端面上，在第一室136的位置上开口有用于使液体从第一室136流出的贯通孔138，在第二室137的位置上开口有用于使水流入第二室137的贯通孔139。在单元1a的与长度方向垂直相交的另一侧的端面上，在第一室136的位置上开口有用于使诱导液相液流入第一室136的贯通孔(图13(a)中未图示)，在第二室137的位置上开口有使液体从第二室137流出的贯通孔(图13(a)中未图示)。第一室136和第二室137由渗透膜134划分。然后，从一侧的端面的贯通孔流入的诱导液与从相对侧的端面的贯通孔139流入的水通过隔着渗透膜134接触而产生渗透压差，使第二室137内的水相液的一部分通过渗透膜134移动到第一室136中。通过该移动产生流束。该流束从与诱导液流入的贯通孔对置地配置的贯通孔138流出。流出的液体流输送到涡轮机2中。 [0093] 渗透压元件可以具备多个单元1a。具备多个单元1a的渗透压元件的一个例子的截面如图13(d)所示。该渗透压元件1b具备层叠的多个单元1a。渗透压元件1b所含的多个单元1a均可以按第一室136位于第二室137的上方的方式配置。渗透压元件1b所含的多个单元1a可以相互接合，或者也可以收纳于外壳内部而一体化。此外，可以按照由渗透压元件1b所含的全部单元1a产生的多个流束汇合成一个并输送到涡轮机2中的方式来构成。 [0094] 渗透压发生器1可以固定于基底、支架、基座或高台等支撑体上使用。通过将渗透压发生器1固定在这样的支撑体上，可有效地使用所产生的压力。为了这样的固定，渗透压发生器1在其外侧部还可以具备突起。为了将渗透压发生器1固定在支撑体上，例如，可以使通过设置在支撑体上的弹簧结构体压住突起来进行(未图示)。 [0095] 这样的渗透压发生器1中，渗透膜的面积相对于第一室136和第二室137的容量的比大。由此，使得诱导液与水的接触面相对变大，由此，可有效地产生用于输出到涡轮机2的水压，并使水压上升。 [0096] 本实施方式使用可通过在常温或比以往低的温度下、将使用后的混合溶液静置分离成2种液体而再生的工作介质。因此，容易进行分离操作以及分离后的液体的送回，且还可较低地抑制运转成本。此外，由于不产生与工作介质相关的气体，可使分离塔4的结构变得简易。此外，由于不产生氨气等伤害渗透压发电装置100a的成分，因此还能够较低地抑制装置的养护成本、建设成本和设备的运转成本。如以上所述，通过本实施方式，可提供能以低成本运转的循环型渗透压发电系统。 [0097] 本发明中，与使用河水和海水的渗透压发电不同，由于可使用与外界隔绝的液体，因而，膜不会被生物污染。因此，可实现膜的长寿命化，由此还会带来低成本化。 [0098] 由于还能够大幅削减回洗等中间养护，因此使得运转时间变长，驱动率变高。由于工作介质不为氨气，因此在系统设计简单的同时，不需要多级蒸馏系统。此外，还可从液-液相分离的各个液相通过管直接回收液体。进而，从同样的性质的物质中选择最适合的物质作为工作介质、系统设计的自由度变广。氨为腐蚀性且剧毒，但通过相控制选择安全的物质的可能性和幅度变广。此外，通过使用比重大的诱导液，可抑制膜附近的浓度极化，因而可以有效地进行渗透压发电。 [0099] [例] [0100] (1)注射器试验装置 [0101] 参照图14(a)，对注射器试验装置的制作进行说明。首先，准备2支1mL的塑料制一次性注射器211和212。将这些树脂注射器211和212的设置注射针一侧的尖端分别剪掉(S1)。使所得到的2个被切断的注射器211和212的指按部相互面对，以不使空气进入的方式，在其间夹持2片橡胶垫和1组渗透膜。以第一注射器211、第一橡胶垫213、渗透膜214、第二橡胶垫215、第二注射器212的顺序进行夹持，并用夹子(未图示)固定(S2)。 [0102] 由此得到注射器试验装置216(S3)。作为渗透膜214，使用作为RO膜的日东电工制ES20。第一和第二橡胶垫213和215使用板状的橡胶垫，如图14(b)所示，在各橡胶垫上分别开口有直径为5mm的圆形孔。 [0103] (2)注射器试验 [0104] 例1 [0105] 按照上述(1)的顺序，制作第一注射器211中收纳有2,2,3,3,3-五氟-1-丙醇(PF1P)、第二注射器212中收纳有淡水的注射器试验装置216。关于各液体的收纳，在(S1)工序和(S2)工序之间，将用于试验的液体分别收纳于注射器211和212内部。然后，以第一注射器211位于第二注射器212上方的方式，将注射器试验装置与载置面垂直地固定，在25℃、1个大气压的条件下静置(即，注射器的纵向放置)。然后，每一小时读取刻度，计算水的移动。在此，收纳于注射器试验装置216的液体无论在注射器试验装置216的制作工序中，还是在试验中均没有漏到外部。为了比较，除了在第一注射器211内收纳3.5Wt％的海水以外，与上述使用了PF1P的试验同样地制作注射器试验装置216，进行同样的试验。 [0106] 结果 [0107] 将收纳PF1P和水的注射器试验装置216的试验开始后3.5小时的状态示意性地表示在图15中。进一步的试验结果如图16所示。 [0108] 如图15所示，注射器试验装置216从下侧起由收纳有水的第二注射器212、第二橡胶垫215、渗透膜214、第一橡胶垫213、收纳有PF1P的第一注射器211叠合而成，在注射器的指按部用夹子219固定。试验开始3.5小时后，观察到吸收到第一注射器211内的水作为液体上层而分离。此时，还清楚地观察到了PF1P与水的液-液界面。这样，在纵向放置的注射器试验中，从第二注射器212吸引到第一注射器211中的淡水在通过渗透膜214移动到第一注射器内后，在PF1P中上升，不久相分离而作为PF1P相的上层存在。 [0109] 图16的横轴表示观察时间(hr，小时)，纵轴表示从第二注射器212移动到第一注射器211中的水的量。水的量通过读取标记在第二注射器212上的刻度并直接记录该刻度而测定。从该图表可知，第一注射器211内收纳PF1P时，与使用海水的情况相比，以1.1倍的速度吸引第二注射器212内的淡水。此外，对初期速度进行比较时，与海水相比，PF1P以1.4倍的速度吸引淡水。 [0110] 表2中表示PF1P和乙醇的计算上的渗透压。 [0111] 表2 [0112] [0113] 从表2可知，与乙醇相比，PF1T的渗透压小。尽管如此，正如所证明的，在渗透膜的膜面相对于设置面为水平、且收纳PF1P相的第一室配置在收纳水相的第二室的上方的情况下，可产生比乙醇大的流束(“流束”用每单位面积的液体的移动距离表示，单位为“m/h”)。这是令人震惊的发现。并且，可以认为该现象的原因是比重。通常，隔着渗透膜与水接触时，认为更快速地吸收水的物质为良好的物质。然而，在渗透膜现象中，这样被评价为良好的物质的情况下，特别是通过快速进行水的吸收，所吸收的水会滞留在渗透膜附近。由于这样的水的滞留会在应吸收水的腔室一侧产生浓度极化。产生这样的现象时，流束显著减少。实际上，在目前为止的很多实验中，观察到由于浓度极化而使流束显著减少的例子。此时，通过用螺旋翼在应当吸收水的腔室内搅拌，使流束恢复。此外，以往，为了避免这样的现象，提出了使用沿渗透膜表面持续流通液体的交叉流动方式。的确，乙醇的情况下会产生这样的浓度极化引起的流束的减少，但本实验结果证明了只要是实施方式的工作介质，均不需要利用螺旋翼的搅拌或交叉流动方式，可获得自然产生的防止浓度极化的自身的作用。 [0114] 即，这可以认为是以下的机制。实施方式的工作介质的情况下，由于作为氟系溶剂的PF1P的比重为大到1.5以上，自然会潜入水相之下。由此，收纳PF1P一侧的腔室的渗透膜界面常会被供给新的PF1P液。因此，PF1P的情况下，难以发生浓度极化所引起的流束减少，以较大的吸引力持续产生含有诱导液和水的液体的流体。由此，使得工作效率提高。此外，不需要用于防止浓度极化的机构。 [0115] 此外，如上述所证明的，实施方式的工作介质可以不进行加热而分离。因此，在通过渗透压发电转动涡轮机后，直接储存并静置即可再生。因此，再生后，通过直接用管将从所分离的各液相中吸取水和PF1P等诱导液相液，向渗透压发生器1送出即可容易地实施循环型的渗透压发电。 [0116] 如以上那样，证明了使作为诱导液的PF1P与水隔着渗透膜接触时，在产生水向PF1P的吸引的同时，只需在25℃的温度下静置而分离成水相和作为诱导相的PF1P相。通过含有比重为1.1以上且低水溶性的物质和水的工作介质，可提供可维持自然产生的渗透压差、且仅需在常温下放置就能再生的工作介质。由此教示了可提供性价比良好的循环型渗透压发电系统。 [0117] (3)相控制试验 [0118] 例2 [0119] 首先，以PF1P中的2BE的重量浓度为10重量％的方式，以90：10的比例混合2BE和PF1P，作为诱导液得到工作介质。将该诱导液和水以各种比例混合，得到工作介质。具体地，以工作介质中的诱导液的重量浓度为5、10、20、30、40、50、60、70、80和90重量％的方式，混合诱导液和水。即，混合物和水的混合比例以每次10重量％进行变更。将由此得到的各个浓度的工作介质从低温开始升温，观察相的变化，作成相图。所得到的相图如图17所示。 [0120] 由该结果可知，即使在20℃下也出现了相分离的区域。图18为将该结果与2BE水溶液的相图重叠表示的图。此外，此时的渗透压压差与温度的关系如图19所示。 [0121] 由图18可知2BE的下临界温度大幅降低。特别是最大降低了30℃。此外，具有以下启示：使用该溶液时，通过扩大图18所示的相图中的二相区域，计算上的渗透压增大(表3参照)，可期待海水的3.6倍的输出。即，不仅温度范围扩大，还可期待输出增大。这通过表示渗透压压差与温度的关系的图19的图表将更加明确。 [0122] 表3 [0123] [0124] 例3 [0125] 与例2同样地，在2BE中混合1-溴丙烷(1BP)10重量％，作为诱导液得到该混合物。将所得到的诱导液与水混合制作工作介质，对该工作介质作成了相图。以水作为溶剂，以工作介质中的诱导液的重量浓度为10、20、30、40、50、60和70重量％的方式混合。将这样得到的各个浓度的工作介质从低温开始升温，观察相的变化，作成相图。所得到的相图如图20所示。此外，此时的渗透压压差与温度的关系如图21所示。 [0126] 从这些结果可知，在将1BP混合到2BE中时，温度范围也与PF1P同样地有效扩大，进而，二层区域在浓度方向也扩大。此外，由图21也可明确的是，在大致50℃的温度范围下渗透压压差大，因此可期待大的输出。这从表示计算上的渗透压的表4也是明确的。由表4可明确的是，此时所得到的渗透压压差为122atm。这样大的输出最大可为海水的4.2倍的输出。 [0127] 表4 [0128] [0129] 例4 [0130] 已知三溴乙醇(TBE)为在其水溶液中析出固体的物质。进行了将这样的TBE的相图变更为使用相控制剂的相图的试验。首先，制作了作为对照的工作介质。即，在含有水和TBE的工作介质中，以TBE的重量浓度为5、10、20、30、40、50、60、70、80和90重量％的方式，分别混合水和TBE，配制对照工作介质。对各个对照工作介质，从低温开始升温，观察相的变化。基于此，作成相图。所得到的TBE和水的工作介质的相图如图22所示。在常温下析出固体时，会伤害渗透膜而成为问题。为了解决该问题，对相控制进行了试验。 [0131] 接着，以与TBE的重量相同的重量对TBE添加作为相控制剂的乙醇。将通过混合乙醇和TBE所得到的混合溶液与水混合。所得到的混合物中，以水作为溶剂，乙醇-TBE混合溶液的重量浓度为5、10、20、30、40、50、60、70、80和90重量％。对该浓度的混合物，从低温开始升温，观察相的变化，作成相图。所得到的相图如图23所示。 [0132] 将图22的对照相图和图23的相图进行比较。可知添加乙醇作为相控制剂所得到的图23的相图与未添加相控制剂的对照工作介质的相图明显不同。即，添加乙醇的情况为具有典型的具有上临界的混合物。 [0133] 例5 [0134] 在三溴乙醇中混合50Wt％乙醇，制作了诱导液。按照上述(1)的顺序，制作第一注射器211中收纳该诱导液、第二注射器212中收纳淡水的注射器试验装置216。然后，以第一注射器211位于第二注射器212的上方的方式，将注射器试验装置以与载置面垂直地固定，在20℃、1个大气压的条件下静置(即，注射器的纵向放置)。然后，每一小时读取刻度，计算水的移动。 [0135] 该结果如图24所示。由图24明确可知，流量为0.028mL/h，流束为0.0014m/h。由于100％乙醇在25℃下显示出0.0015的流束，可以说是与此相近的值。此外，即使在20℃下5小时，从相图上未观测到所期待的水分的分离。为了比较，在TBE中加水，同样地在50℃下实施了注射器试验。由此所得到的流束为0.0031m/h(3.5％NaCl水的91％)，但试验中析出的晶体未溶解，并且未形成均匀的液体。 [0136] 通过对这样的难以作为诱导液使用的化合物添加相互溶解的化合物，将其与水混合，可配制具有相的工作介质。通过进行这样的相控制，即使是至今未能用于渗透压发电的物质、难以使用的物质、或已使用的物质，均能改良成具有能够用于渗透压发电的可能性的物质、改良成具有良好效果的物质。通过这样的改良，可提供性价比良好的循环型渗透压发电系统。 [0137] 按照实施方式的循环型渗透压发电系统与使用河水和海水的渗透压发电不同，可以在与外界隔绝的密闭循环体系中进行发电。由此，可抑制渗透膜或发电装置内的生物污染，实现膜的长寿命化。由此，可抑制养护所花费的费用，实现低成本化。 [0138] 例如，可大幅削减回洗等中间养护，延长运转时间，提高驱动率。此外，由于工作介质不使用氨气等气体，使得系统设计变得简便且单一。此外，不需要与其同时设置的多级蒸馏系统。实施方式的工作介质仅通过在比以往低的温度下静置即可自然发生相分离，即可再生。因此，对这样液-液相分离后的工作介质可以用管按照每相直接回收。此外，通过使用实施方式的相控制，进一步可以从同样性质的候补物质中选择最适合的物质作为工作介质，因此，使得系统设计的自由度变广。例如，氨为腐蚀性且剧毒，但对于使用氨的体系也可以进行改良，因而可以选择安全性更高的物质。可以认为为了提供低成本的循环型渗透压发电系统，这样的效果均有效。 |
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