(57)【要約】  【課題】効率的に発電しつつ発電部の劣化をも抑制し得る発電装置及び発電方法を提供する。  【解決手段】第１の液と、該第１の液よりも溶質の濃度が高い第２の液とを隔てるように配された正浸透膜を有する正浸透部と、前記正浸透部よりも前記第１の液側に配された発電部とを備え、前記第１の液から前記第２の液へと前記正浸透膜を通って溶媒が移動することによって形成される前記第１の液の流れによって、前記発電部が作動して発電する発電装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液と、該第１の液よりも溶質の濃度が高い第２の液とを隔てるように配された正浸透膜を有する正浸透部と、
前記正浸透部よりも前記第１の液側に配された発電部とを備え、
前記第１の液から前記第２の液へと前記正浸透膜を通って溶媒が移動することによって形成される前記第１の液の流れによって、前記発電部が作動して発電する発電装置。
【請求項２】
第１の液と、該第１の液よりも溶質の濃度が高い第２の液とを正浸透膜を隔てて配し、
前記第１の液から前記第２の液へと前記正浸透膜を通って溶媒が移動することによって形成される前記第１の液の流れによって、発電部を作動させて発電する発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置及び発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電装置として、発電機を備え、液体の流れによって該発電機を作動させて発電を行うものが用いられている。
【０００３】
この種の発電装置としては、例えば、イオン等の溶質の濃度が比較的高い高濃度液と比較的低い低濃度液とを隔てるように配された正浸透膜を有する正浸透部と、該正浸透膜よりも高濃度液側に配された発電部とを備え、低濃度液から高濃度液へと正浸透膜を通って水分等の溶媒が移動することによって形成される高濃度液の流れによって、発電部が作動して発電するように構成されたものが提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
かかる発電装置によれば、正浸透の原理（低濃度側から高濃度側へと溶媒が正浸透膜を通過すること）により、自然に発生した高濃度液の流れを利用して発電部を作動させることができるため、効率的な発電が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３８８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２７９５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１、２に示された発電装置においては、高濃度液で発電部を作動させるため、発電部が腐食等によって劣化するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、効率的に発電しつつ発電部の劣化をも抑制し得る発電装置及び発電方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発電装置は、
第１の液と、該第１の液よりも溶質の濃度が高い第２の液とを隔てるように配された正浸透膜を有する正浸透部と、
前記正浸透部よりも前記第１の液側に配された発電部とを備え、
前記第１の液から前記第２の液へと前記正浸透膜を通って溶媒が移動することによって形成される前記第１の液の流れによって、前記発電部が作動して発電する。
【０００９】
かかる構成によれば、正浸透の原理によって、溶質の濃度が比較的低い第１の液から該濃度が比較的高い第２の液へと正浸透膜を通って溶媒が移動し、この溶媒の移動によって第１の液の流れが形成され、該第１の液の流れによって発電部を作動させることができる。これにより、効率的に発電することができる。また、溶質の濃度が比較的高い第２の液の流れで発電部が作動する場合よりも、溶質の濃度が比較的低い第１の液の流れで発電部が作動する方が発電部の劣化を抑制することができる。
従って、上記構成の発電装置は、効率的に発電しつつ発電部の劣化をも抑制し得る。
【００１０】
また、本発明の発電方法は、
第１の液と、該第１の液よりも溶質の濃度が高い第２の液とを正浸透膜を隔てて配し、
前記第１の液から前記第２の液へと前記正浸透膜を通って溶媒が移動することによって形成される前記第１の液の流れによって、発電部を作動させて発電する。
【発明の効果】
【００１１】
以上の通り、本発明によれば、効率的に発電しつつ発電部の劣化をも抑制し得る発電装置及び発電方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電方法に用いられる発電装置の概略側面断面図
【図２】本発明の第２実施形態に係る発電方法に用いられる発電装置の概略側面断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態に係る発電方法及び発電装置について図１を参照しつつ説明する。
【００１４】
まず、本実施形態で用いられる発電装置について説明する。
【００１５】
本実施形態の発電装置１は、第１の液Ａと、該第１の液Ａよりも溶質の濃度が高い第２の液Ｂとを隔てるように配された正浸透膜７を有する正浸透部３と、前記正浸透部３よりも前記第１の液Ａ側に配された発電部９とを備え、前記第１の液Ａから前記第２の液Ｂへと前記正浸透膜７を通って溶媒が移動する（図１の実線矢印参照）ことによって形成される前記第１の液Ａの流れ（図１の白抜き矢印参照）によって、前記発電部９が作動して発電するように構成されている。
【００１６】
また、発電装置１は、さらに、正浸透部３に供給される第１の液Ａが収容された第１の収容部１１と、該第１の収容部１１と正浸透部３の第１の収容室５ａとに連結された第１の配管１３と、正浸透部３に供給される第２の液Ｂが収容された第２の収容部１５と、該第２の収容部１５と正浸透部３の第２の収容室５ｂとに連結された第２の配管１７と、前記第２の配管１７に配されて第２の収容部１５から第２の収容室５ｂへと第２の液Ｂを送るポンプ１９と、前記第１の液Ａから前記第２の液Ｂへと前記正浸透膜７を通って移動した溶媒で希釈された前記第２の液Ｂを、排出液Ｃとして前記正浸透部３から排出する第３の配管２１とを備えている。
なお、溶質としては、塩やイオン等が挙げられ、溶媒としては、水等が挙げられる。
【００１７】
正浸透部３は、容器５を備え、該容器５内に正浸透膜７を有している。具体的には、容器５は、その内部に、第１の液Ａを収容する第１の収容室５ａと、第２の液Ｂを収容する第２の収容室５ｂと、該第１の収容室５ａと第２の収容室５ｂとを隔てる正浸透膜７とを有している。
また、正浸透膜７は、イオン等の溶質を透過させないが、溶媒は透過させるような半透膜としての機能を有する膜である。正浸透膜７は、このような膜であれば、特に限定されるものではない。正浸透膜７としては、例えば、カーボンナノチューブ、アクアポリン、酢酸セルロース、ポリアミド等を基材といった生体膜として用いられる膜を用いることができる。また、その他例えば、正浸透膜７としては、酢酸セルロースやポリアミドといった逆浸透に用いられる膜（いわゆるＲＯ膜）を用いることもできる。これらのうち、カーボンナノチューブやアクアポリンを基材とする膜は、酢酸セルロースやポリアミドを基材とする膜よりも透過抵抗が小さいため、好ましい。
【００１８】
かかる正浸透部３では、第１の収容室５ａに収容された第１の液Ａと、第２の収容室５ａ内の液との間に溶質の濃度差が形成されている。この濃度差に基づく正浸透の原理により、第１の液Ａ中の成分のうち正浸透膜７を通過（透過）可能な溶媒が、第１の収容室５ａから第２の収容室５ｂへと通過するようになっている。
これにより、第１の収容室５ａから第２の収容室５ｂへと正浸透膜７を通って溶媒が移動する（図１の実線矢印参照）。また、この溶媒の移動により、第１の収容室５ａ内で第１の液Ａの溶媒が減少し、第１の液Ａが濃縮される。濃縮された液は図示しない配管より排出される。さらに、この第１の収容室５ａ内での液量の減少に伴って、第１の収容室５ａ内の圧力が低下し、この圧力低下によって、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへと第１の液Ａを吸引する力が発生する。そして、この吸引力によって、第１の液Ａは、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへと自然に供給されるようになっている。
一方、第２の収容室５ｂ内では、第２の液Ｂの液量が増加して、該第２の液Ｂが希釈されるようになっている。
【００１９】
前記第１の収容部１１には、正浸透部３の第１の収容室５ａに供給される第１の液Ａが収容されている。また、該第１の収容部１１と第１の収容室５ａとは、第１の配管１３によって連結されており、該第１の配管１３は、第１の液Ａで満たされている。そして、上記吸引力によって、第１の収容部１１から第１の収容室５ａに第１の配管１３を通って第１の液Ａが供給されるようになっている（図１の白抜き矢印参照）。
【００２０】
前記第１の液Ａは、第２の液Ｂよりも溶質の濃度が低く、且つ、第２の液Ｂとの濃度差によって、正浸透の原理により、正浸透膜７を通って第１の液Ａから第２の液Ｂへの溶媒の移動を可能とするような液である。このような第１の液Ａは、特に限定されるものではない。例えば、該第１の液Ａは、第２の液Ｂとの濃度差のバランスや、発電部９を作動させる第１の液Ａの流れの発生状態等を考慮して適宜設定されればよい。
かかる第１の液Ａとしては、例えば、廃水が生物反応処理され、固液分離されて得られた浄化水や、河川水や地下水等の自然水が挙げられる。
【００２１】
前記第２の収容部１５には、正浸透部３の第２の収容室５ｂに供給される第２の液Ｂが収容されている。また、該第２の収容部１５と第２の収容室５ｂとは、第２の配管１７によって連結されており、該第２の配管１７を通って第２の収容部１５から第２の収容室５ｂに第２の液Ｂが供給されるようになっている。また、該第２の配管１７には、ポンプ１９が備えられており、第２の収容部１５から第２の収容室５ｂに該ポンプ１９を介して第２の液Ｂが供給されるようになっている（図１の実線矢印参照）。
【００２２】
前記第２の液Ｂは、第１の液Ａよりも溶質の濃度が高く、且つ、第１の液Ａとの濃度差によって、正浸透の原理により、正浸透膜７を通って第１の液Ａから第２の液Ｂへの溶媒の移動を可能とするような液である。このような第２の液Ｂは、特に限定されるものではない。例えば、該第２の液Ｂは、第１の液Ａとの濃度差のバランスや、発電部９を作動させる第１の液Ａの流れの発生状態等を考慮して適宜設定されればよい。
このような第２の液Ｂとしては、例えば、未処理の海水や、逆浸透を用いた海水淡水化処理で得られた濃縮水や、逆浸透を用いた廃水処理で得られた濃縮水の他、アンモニアと二酸化炭素とを、または、アルコールを高濃度に溶解した液（ドロー溶液）等が挙げられる。
【００２３】
前記第２の収容室５ｂには、第３の配管２１の一端部が連結されている。また、正浸透膜７を通って前記第１の液Ａ中から移動した溶媒によって希釈された前記第２の液Ｂが、排出液Ｃとして第３の配管２１を通って排出されるようになっている。
【００２４】
上記の通り、正浸透部３にて第１の液Ａと第２の液Ｂとを隔てるように正浸透膜７が配されることによって、正浸透の原理により、第１の液Ａ中の溶媒が正浸透膜７を通って第２の液Ｂ中へと移動する。また、この溶媒の移動によって発生した上記吸引力によって、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへと第１の配管１３を通って自然に第１の液Ａが移動する（図１の白抜き矢印参照）。これにより第１の配管１３内に第１の液Ａの流れが形成されることになる。
一方、第２の液Ｂ中の溶媒が増加することにより、第２の液Ｂの液量が増加して希釈されるため、希釈された第２の液Ｂが排出液Ｃとして、増加した分に応じて第３の配管２１を通って排出されることになる。
【００２５】
また、前記正浸透部３での第１の液Ａと第２の液Ｂとの濃度差は、上記のように第１の収容室５ａ内で第１の液Ａが濃縮され、第２の収容室５ｂ内で第２の液Ｂが希釈された場合であっても、濃縮された第１の液Ａよりも希釈された第２の液Ｂの方が、溶質の濃度が高くなるように設定されている。
【００２６】
第１の収容室５ａに供給される第１の液Ａと、第２の収容室５ｂに供給される第２の液Ｂとの組み合わせとしては、例えば、下水処理場の処理水（上記した濃縮水）と、未処理の海水との組み合わせが好ましい。この組み合わせによれば、無尽蔵にある海水を利用して、通常放流されるだけである下水処理水からエネルギーを創出できるという利点がある。
【００２７】
前記発電部９は、上記した第１の配管１３内での第１の液Ａの流れによって作動し、発電するものである。該発電部９の内部は、第１の配管１３と連通しており、第１の液Ａは、第１の収容部１１側（上流側）に配された第１の配管１３から発電部９の内部へと供給された後、該発電部９の内部を通って、さらに正浸透部３側（下流側）の第１の配管１３へと供給されるようになっている。
このような発電部９は、特に限定されるものではない。該発電部９としては、例えば、液体の運動エネルギーを回転運動のエネルギーへと変換するタービン発電機等が挙げられる。
【００２８】
かかる発電部９の配置は、上記のように第１の配管１３の途中であれば、特に限定されるものではない。例えば、かかる発電部９は、少なくとも、第１の収容部１１と、第１の配管１３と、正浸透部３と、第２の配管１７の一部と共に、陸上に配されてもよい。
ここで、発電部９が例えば海水中に配された場合には、発電部９の外側から内側に、または、発電部９と第１の配管１３との接続部分から発電部９の内部に海水が浸入する場合があり、この場合には、比較的低濃度な第１の液Ａで発電部９を作動させることによってせっかく劣化を抑制したのにもかかわらず、上記の配置に起因して発電部９内部に浸入した海水によって、発電機９の劣化が生じるおそれがある。
また、第１の液Ａの濃度が変化するおそれもある。
さらに、海水の浸入を防止するためには、発電部９や、該発電部９と第１の配管１３との接続部分に、別途の防水加工を施す必要がある。
これに対し、上記のように、発電部９と、第１の収容部１１と、第１の配管１３と、正浸透部３と、第２の配管１７一部とが少なくとも、陸上に配されることによって、上記のような無用の劣化を抑制することができ、防水加工も不要となる。
また、上記の他、発電部９と、第１の収容部１１と、第１の配管１３と、正浸透部３と、第２の配管１７と、第２の収容部１５とが、陸上に配されていてもよく、さらに、これらと共に第３の配管２１も陸上に配されていてもよい。
【００２９】
次に、上記発電装置１を用いた本実施形態の発電方法について説明する。
【００３０】
本実施形態の発電方法は、第１の液Ａと、該第１の液Ａよりも溶質の濃度が高い第２の液Ｂとを正浸透膜７を隔てて配し、前記正浸透膜７を通って前記第１の液Ａから前記第２の液Ｂへと溶媒が移動することによって形成される前記第１の液Ａの流れによって、発電部９を作動させて発電する。
【００３１】
具体的には、発電装置１において、第１の収容部１１から第１の配管１３を通して、浸透部３の第１の収容室５ａに第１の液Ａを供給する。このとき、第１の配管１３が第１の液Ａで満たされるようにする。また、第２の収容部１５から第２の配管１７を通してポンプ１９によって第２の収容室５ｂに第２の液Ｂを供給する。
【００３２】
このように第１の収容室５ａに第１の液Ａ、第２の収容室５ｂに第２の液Ｂを供給して、これら第１の液Ａと第２の液Ｂとを、正浸透膜７を隔てて配する。これにより、第１の液Ａと第２の液Ｂとの溶質の濃度差によって、正浸透の原理により、第１の収容室５ａ内の第１の液Ａ中の溶媒を、正浸透膜７を通って第２の収容室５ｂへと移動させる。
【００３３】
この溶媒の移動により、上記の通り、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへの第１の液Ａの吸引力を発生させ、この吸引力によって、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへと第１の配管１３を通って第１の液Ａを自然に供給する。そして、このときに形成された第１の液Ａの流れによって発電部９を作動させて、この作動によって発電を行う。
【００３４】
一方、上記した溶媒の移動により、第２の収容室５ｂ内の第２の液Ｂの液量が増加し、該第２の液Ｂが希釈されるため、この希釈された第２の液Ｂを排出液Ｃとして、増加分に応じて第３の配管２１から排出する。
【００３５】
上記した本実施形態の発電装置１及び発電方法によれば、正浸透の原理によって、溶質の濃度が比較的低い第１の液Ａから該濃度が比較的高い第２の液Ｂへと正浸透膜７を通って溶媒が移動し、この溶媒の移動によって第１の液Ａの流れが形成され、該第１の液Ａの流れによって発電部９を作動させることができる。これにより、効率的に発電することができる。また、溶質が比較的高い第２の液Ｂの流れで発電部９を作動させる場合よりも、発電部９の劣化を抑制することができる。例えば、塩素イオンのように溶質に腐食性がある場合、溶質の濃度が比較的高く腐食性がある第２の液の流れで発電部が作動する場合よりも、溶質の濃度が比較的低く腐食性が低い第１の液の流れで発電部が作動する方が、発電部の劣化を抑制することができる。
従って、上記構成の発電装置１及び発電方法は、効率的に発電しつつ発電部９の劣化をも抑制することができる。
【００３６】
また、第１の収容室５ａ内で第１の液Ａが濃縮されるため、第１の液Ａ中の溶質の吸着処理や凝集沈殿処理といった高度処理が容易となる。例えば第１の液Ａにリンイオンが溶解している場合、第１の液Ａ中のリンイオンの高度処理が容易となる。
【００３７】
なお、本実施形態では、第１の配管１３の途中にポンプを配していない態様を示すが、本発明においては、第１の配管１３に補助ポンプを配し、該ポンプを用いて第１の収容部１１から第１の収容室５ａに第１の液Ａを供給することもできる。これにより、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへと第１の液Ａを、より早く供給することが可能となる。また、第１の配管１３においては、上記の通り、第１の収容部１１から第１の収容室５ａへと第１の液Ａを移動させる吸引力が働いているため、このような吸引力が働いていない場合と比較して、ポンプの負担を低減することが可能となる。
また、本実施形態では、第１の収容室５ａ内の第１の液Ａを循環させない態様を示すが、本発明においては、第１の収容室５ａと第１の配管１３（より具体的には、第１の配管１３における発電部９よりも正浸透部３側）とに連結された配管と、該配管に配されたポンプとを配し、第１の収容室５ａ内の第１の液Ａの一部を循環させてもよい。これにより、正浸透膜７の透過効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、第２の液Ｂ中の溶媒が増加することにより、希釈された第２の液Ｂが排出液Ｃとして第３の配管２１を通って排出される態様を示すが、本発明においては、第３の配管２１に、さらに別途の発電部を設けることもできる。これにより、第２の液Ｂの流れによって発電することが可能となるため、一層効率的な発電が可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態に係る発電装置及び発電方法について図２を参照しつつ説明する。図２では、図１と共通する部分は共通する符号を付して、説明を繰り返さない。
【００３９】
本実施形態の発電装置１は、第２の収容室５ｂで希釈された第２の液Ｂを排出液Ｃとして第３の配管２１を通して排出する代わりに、該排出液Ｃを第１の収容室５ａに供給する（循環させる）第４の配管２３を備えている。また、該発電装置１は、該第４の配管２３に第２の収容室５ｂから第１の収容室５ａに排出液Ｃを送るポンプ２５も備えている。
また、上記の通り、希釈された第２の液Ｂ（排出液Ｃ）は、第１の液Ａよりも溶質の濃度が高く設定されており、本実施形態では、このような排出液Ｃが第１の液Ａに含有されることとなる。そこで、本実施形態では、かかる排出液Ｃの溶媒と溶質とが添加された第１の液Ａが、上記正浸透の原理によって濃縮された場合であっても、該濃縮された第１の液Ａよりも上記希釈された第２の液Ｂの方が、溶質の濃度が高く設定されている。
その他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４０】
また、かかる発電装置１を用いた本実施形態の発電方法は、第２の収容室５ｂで希釈された第２の液Ｂを排出液Ｃとして、第４の配管２３を通してポンプ２５によって第１の収容室５ａに供給する（循環させる）。
その他の態様は、第１実施形態と同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４１】
本実施形態の発電装置１及び発電方法によれば、希釈された第２の液Ｂを有効利用することが可能となる。また、第１の収容部１１から供給される第１の液Ａの供給量を低減させることができる。このように、希釈された第２の液Ｂを再利用できるため、より効率的となる。
【００４２】
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、各実施形態及び実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態及び実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１：発電装置、３：正浸透部、５：容器、５ａ：第１の収容室、５ｂ：第２の収容室、７：正浸透膜、９：発電部、１１：第１の収容部、１３：第１の配管、１５：第２の収容部、１７：第２の配管、１９：ポンプ、２１：第３の配管、２３：第４の配管、２５：ポンプ、Ａ：第１の液、Ｂ：第２の液、Ｃ：排出液
【図１】
2015001209.tif 000003
【図２】
2015001209.tif 000004