(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで運転可能な浸透圧発電システム及び作業媒体を提供する。【解決手段】第１の温度区と第２の温度区とを区分する臨界温度で第１の相と第２の相とに相転移し、前記第１の温度区では第１の液体と第２の液体と液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、前記第２の温度区では前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である作業媒体；処理容器と、前記処理容器内を第１の室と第２の室とに区画する浸透膜と、前記第１の室に前記第１の液体を流入させる第１の流入口と、前記第２の室に、前記第２の液体を流入させる第２の流入口と混合溶液が流出する流出口とを備え、前記第１の温度区の温度下に置かれる浸透圧発生器１；前記混合溶液の流れで発電するタービン２；前記混合溶液を収容するタンク３；前記混合溶液を分離する分離塔４；及び前記分離塔又は前記浸透圧発生器に収容された液体を前記臨界温度以上に加熱する熱源５；を備える。【選択図】図１
2015098833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業媒体を利用して発電する循環型浸透圧発電システムであって：
第１の温度区と第２の温度区とを区分する臨界温度で、第１の相と第２の相とに相転移し、前記第１の温度区では、第１の液体と第２の液体と液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該第２の温度区では、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、臨界温度を有する作業媒体；
処理容器と、前記処理容器内を第１の室と第２の室とに区画する浸透膜と、前記第１の室が位置する前記処理容器に設けられ前記第１の液体が流入する第１の流入口と、前記第２の室が位置する前記処理容器に設けられ前記第２の液体が流入する第２の流入口と、前記第２の室が位置する前記処理容器に設けられ、前記第１の室から前記浸透膜を透過する前記第１の液体の一部分と前記第２の液体とが前記第２の室において混合して液−液相互溶解した混合溶液が流出する流出口とを備え、前記作業媒体の前記第１の温度区の温度下に置かれる浸透圧発生器；
前記浸透圧発生器の前記第２の室から前記流出口を通して流出した前記混合溶液の流れで発電するタービン；
前記タービンを稼働した前記混合溶液を収容するタンク；
前記タンクから流出した前記混合溶液を前記第２の温度区の温度で前記第１の室に再流入される前記第１の液体と前記第２の室に再流入される前記第２の液体とに分離する分離塔；および
前記分離塔および前記浸透圧発生器の何れか一方に取り付けられ、前記分離塔または前記浸透圧発生器に収容された液体を前記臨界温度以上に加熱する熱源；
を具備する循環型浸透圧発電システム。
【請求項２】
作業媒体を利用して発電する循環型浸透圧発電システムであって：
下部臨界温度で相転移し、当該下部臨界温度よりも低い温度では、第１の液体と第２の液体とが液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該下部臨界温度よりも高い温度では、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、下部臨界温度を有する作業媒体；
処理容器と、前記処理容器内を第１の室と第２の室とに区画する浸透膜と、前記第１の室が位置する前記処理容器に設けられ前記第１の液体が流入する第１の流入口と、前記第２の室が位置する前記処理容器に設けられ前記第２の液体が流入する第２の流入口と、前記第２の室が位置する前記処理容器に設けられ、前記第１の室から前記浸透膜を透過する前記第１の液体の一部分と前記第２の液体とが前記第２の室において混合して液−液相互溶解した混合溶液が流出する流出口とを備え、前記作業媒体の前記下部臨界温度よりも低い温度下に置かれる浸透圧発生器；
前記浸透圧発生器の前記第２の室から前記流出口を通して流出した前記混合溶液の流れで発電するタービン；
前記タービンを稼働した前記混合溶液を収容するタンク；
前記タンクから流出した前記混合溶液を下部臨界温度以上に加熱することによって前記第１の室に再流入される前記第１の液体と前記第２の室に再流入される前記第２の液体とに分離する分離塔；および
前記分離塔に取り付けられ、前記分離塔に収容された液体を前記下部臨界温度以上に加熱する熱源；
を具備する循環型浸透圧発電システム。
【請求項３】
作業媒体を利用して発電する循環型浸透圧発電システムであって：
上部臨界温度で相転移し、前記上部臨界温度よりも高い温度では、第１の液体と第２の液体とが液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該上部臨界温度よりも低い温度では、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、上部臨界温度を有する作業媒体；
処理容器と、前記処理容器内を第１の室と第２の室とに区画する浸透膜と、前記第１の室が位置する前記処理容器に設けられ前記第１の液体が流入する第１の流入口と、前記第２の室が位置する前記処理容器に設けられ前記第２の液体が流入する第２の流入口と、前記第２の室が位置する前記処理容器に設けられ、前記第１の室から前記浸透膜を透過する前記第１の液体の一部分と前記第２の液体とが前記第２の室において混合して液−液相互溶解した混合溶液が流出する流出口とを備え、前記作業媒体の前記上部臨界温度よりも高い温度下に置かれる浸透圧発生器；
前記浸透圧発生器に取り付けられ、前記浸透圧発生器に収容された液体を前記上部臨界温度以上に加熱する熱源；
前記浸透圧発生器の前記第２の室から前記流出口を通して流出した前記混合溶液の流れで発電するタービン；
前記タービンを稼働した前記混合溶液を収容するタンク；および
前記タンクから流出した前記混合溶液を上部臨界温度以下に置くことによって前記第１の室に再流入される前記第１の液体と前記第２の室に再流入される前記第２の液体とに分離する分離塔；
を具備する循環型浸透圧発電システム。
【請求項４】
前記浸透圧発生器が、前記第１の室が位置する前記処理容器に設けられた、前記第１の室に収容されている液体が流出する第２の流出口を、更に備える請求項１〜３の何れか１項に記載の循環型浸透圧発電システム。
【請求項５】
前記下部臨界温度が、前記第１の液体および前記第２の液体のそれぞれの凝固点よりも高い、請求項２または４に記載の循環型浸透圧発電システム。
【請求項６】
前記熱源が、工場排熱を用いて加温した水である請求項１〜５の何れか１項に記載の循環型浸透圧発電システム。
【請求項７】
前記熱源が、太陽熱を用いて加温した水である請求項１〜５の何れか１項に記載の循環型浸透圧発電システム。
【請求項８】
第１の温度区と第２の温度区とを区分する臨界温度で、第１の相と第２の相とに相転移し、前記第１の温度区では、第１の液体と第２の液体と液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該第２の温度区では、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、臨界温度を有する、循環型浸透圧発電のための作業媒体。
【請求項９】
下部臨界温度で相転移し、当該下部臨界温度よりも低い温度で、第１の液体と第２の液体とが液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該下部臨界温度よりも高い温度で、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、下部臨界温度を有する、循環型浸透圧発電のための作業媒体。
【請求項１０】
上部臨界温度で相転移し、前記上部臨界温度よりも高い温度で、第１の液体と第２の液体とが液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該上部臨界温度よりも低い温度で、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、上部臨界温度を有する、循環型浸透圧発電のための作業媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、循環型浸透圧発電システムおよびそれに利用する作業媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とを浸透膜で隔離すると、低い濃度の溶液の溶媒は、浸透膜を透過して高い濃度の溶液側に移動する。この溶媒が移動する現象を利用することにより、タービンを回して発電する浸透圧発電装置が知られている。
【０００３】
浸透圧発電装置には、閉じた系において作業媒体を循環させて発電するものがある。例えば、作業媒体として炭酸アンモニウム水溶液を利用する発電装置が知られている。この装置では、互いに濃度の異なる２種類の炭酸アンモニア水溶液の間の浸透圧差により生じる水流がタービンを回す。タービンを回した後の炭酸アンモニウム水溶液は、再利用のために加熱され、炭酸ガスおよびアンモニアガスと、非常に濃度の低い炭酸アンモニウム水溶液とに分離される。分離させた炭酸ガスおよびアンモニアガスは再度水に導入される。これにより非常に濃度の低い炭酸アンモニウム水と、濃度の高い炭酸アンモニウム水溶液とが得られる。こうして得られた濃度の異なる２種類の炭酸アンモニウム水は、再循環されて発電のために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０９５４０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jeffrey R.McCutcheona et al．  “A novel ammonia-carbon dioxide forward (direct) osmosis desalination process ”．  Desalination 174 (2005)1-11
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、低コストで運転可能な循環型浸透圧発電システムおよびそれに用いられる作業媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の循環型浸透圧発電システムは、第１の温度区と第２の温度区とを区分する臨界温度で、第１の相と第２の相とに相転移し、前記第１の温度区では、第１の液体と第２の液体と液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態であり、当該第２の温度区では、前記第１の液体と前記第２の液体とが相分離した状態である、臨界温度を有する作業媒体；処理容器と、前記処理容器内を第１の室と第２の室とに区画する浸透膜と、前記第１の室に設けられ前記第１の液体が流入する第１の流入口と、前記第２の室に設けられ前記第２の液体が流入する第２の流入口と、前記第２の室に設けられ、混合溶液が流出する流出口とを備え、前記作業媒体の前記第１の温度区の温度下に置かれる浸透圧発生器；前記混合溶液の流れで発電するタービン；前記混合溶液を収容するタンク；前記混合溶液を分離する分離塔；および前記分離塔または前記浸透圧発生器に収容された液体を前記臨界温度以上に加熱する熱源；を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る浸透圧発電装置を示すブロック図。
【図２】下部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図３】下部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図４】下部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図５】下部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図６】下部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図７】下部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図８】第１の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図９】浸透圧発生器の断面図。
【図１０】第２の実施形態に係る浸透圧発電装置を示すブロック図。
【図１１】上部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図１２】上部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図１３】上部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図１４】上部臨界温度を有する作業媒体の相図。
【図１５Ａ】第２の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図１５Ｂ】第２の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図１６】第３の実施形態に係る浸透圧発生器を示す図。
【図１７】浸透圧発生器の１例を示す図。
【図１８】第４の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図１９Ａ】第５の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図１９Ｂ】第５の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図２０Ａ】第６の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図２０Ｂ】第６の実施形態に係る浸透圧発電システムの略図。
【図２１】シリンジ試験装置を示す図。
【図２２】シリンジ試験の結果を示すグラフ。
【図２３】シリンジ試験装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１０】
実施形態に従う循環型浸透圧発電システムは、臨界温度を有する作業媒体を利用して発電を行う。臨界温度とは、下部臨界温度または上部臨界温度である。臨界温度を有する作業媒体は、下部臨界温度を有する作業媒体、上部臨界温度を有する作業媒体または下部および上部臨界温度を有する作業媒体であればよい。
【００１１】
このような臨界温度を有する作業媒体は、２つの液体の成分、即ち、第１の液体と第２の液体とを含み、第１の温度区と第２の温度区とを区分する臨界温度で、第１の相と第２の相とに相転移する。作業媒体の第１の相は、第１の液体と第２の液体と液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態にある。作業媒体の第２の相は、前記第１の液体と前記第２の液体とが２相に相分離した状態にある。例えば、下部臨界温度を有する作業媒体の場合、作業媒体の温度を下部臨界温度よりも低い温度に下げたときには、第１の液体と第２の液体とが液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態、即ち、第１の相となる。第１の相は、均一な１相の液体からなる。また作業媒体の温度を下部臨界温度よりも高い温度に上げたときには、第１の液体と第２の液体とが２相に相分離した状態、即ち、第２の相となる。上部臨界温度を有する作業媒体の場合、作業媒体の温度を上部臨界温度よりも高い温度に上げたときには、第１の液体と第２の液体とが液−液相互溶解した２成分混合溶液の状態、即ち、第１の相となる。上部臨界温度を有する作業媒体の場合も、第１の相は、同様に均一な１相の液体からなる。また作業媒体の温度を上部臨界温度よりも低い温度に下げたときには、第１の液体と第２の液体とが２相に相分離した状態、即ち、第２の相となる。
【００１２】
以下に説明する実施形態は、このような相転移を有する作業媒体を利用して発電する循環型浸透圧発電システムと、このような相転移を有する作業媒体とを提供する。
【００１３】
第１の実施形態
循環型浸透圧発電システムは、浸透圧発電装置と、下部臨界温度を有する作業媒体とを備える。図１は、浸透圧発電装置のブロック図である。図１を用いて、浸透圧発電装置について説明する。浸透圧発電装置１００ａは、浸透圧発生器１と、タービン２と、タンク３と、分離塔４と、熱源５とを備える。浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および分離塔４は、この順番で接続されループを構成している。熱源５は分離塔４に取り付けられている。作業媒体は、浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および分離塔４で構成されるループを循環している。
【００１４】
循環型浸透圧発電システムのための作業媒体は、下部臨界温度を有する２成分混合溶液である。下部臨界温度を有する作業媒体は、温度に依存して２つの状態に相転移する。即ち、作業媒体は、下部臨界温度よりも低い温度では２成分が互いに溶解した状態で存在する。下部臨界温度よりも高い温度では、作業媒体は、２つの相に分離した状態で存在する。従って、この作業媒体は、下部臨界温度以上の温度にまで加熱すると、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに相分離した状態になり、下部臨界温度以下の温度まで冷却すると、２液体が液−液相互溶解した１相の２成分混合溶液の状態となる。ここで、濃度について修飾する「低い」と「高い」とは、同一の１つの成分を基準とした相対的な濃度の程度を示している。相分離により得られた低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが浸透膜を介して隣接されると、低い濃度の溶液の溶媒が高い濃度の溶液へ移動して水流が得られる。循環型浸透圧発電システムにおいて、浸透圧発生器１は、この低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが浸透膜に隔離された状態でこれらの溶液を収容する。それにより生じる浸透圧差によってタービン２を回すための水流が得られる。この水流は、低い濃度の溶液の溶媒の一部分と高い濃度の溶液との混合液による流束である。浸透圧発生器１で生じた水流は、タービン２に送られる。送られた水流の圧力により、タービン２を回して発電する。タービン２を回して発電した後の混合液は、分離塔４で加熱され、再び、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに相分離される。ここで、混合液を分離塔４で分離している間に継続的に流れてくる混合液は、タンク３に貯留しておく。分離塔４にて混合液が２液体に相分離した後、分離された２液体、即ち、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液は、それぞれ浸透圧発生器１へ再循環される。このように、本実施形態の循環型浸透圧発電システムは、作業媒体を循環させることによって、熱エネルギーを、タービン２を回して得る電気エネルギーへと変換する。
【００１５】
第１の実施形態において、作業媒体は、下部臨界温度ＴＬを有する。即ち、温度ＴＬ以下に作業媒体を冷却すると、２相に分離していた低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが、均一に溶け合い、１相の混合溶液となる。または、先の温度ＴＬ以上に作業媒体を加熱すると、１相の均一な溶液である作業媒体が、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに分離して２相の液体となる。換言すると、作業媒体を温度ＴＬ以上に加熱すると、液−液相互溶解した１相の２成分混合溶液から、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに相分離した状態へ相転移する。図２は、下部臨界温度ＴＬを有する２液混合溶液の相図を示したものである。下部臨界温度曲線の上部の温度区では、２液混合溶液は、２つの相に相分離した状態にある。下部臨界温度曲線の下部の温度区では、２液混合溶液は、均一に混合されている状態にある。
【００１６】
図３は、下部臨界温度ＴＬを有する作業媒体を下部臨界温度よりも高い温度Ｔまで加熱して生じる、低い濃度の溶液および高い濃度の溶液それぞれの濃度を、モル分率で示した図である。分離して生じる、低い濃度の溶液の量と高い濃度の溶液の量との比率は、てこの法則に従って決まる。
【００１７】
図４は、下部臨界温度を有する作業媒体の理想的な相図である。図４に示すように、作業媒体は、１相領域と２相領域との境界線が、左側の縦軸と交点を持つことが好ましい。ここで、１相領域とは、相図において、作業媒体が液−液相互溶解した１相の混合溶液の状態で存在できる領域のことであり、２相領域とは、相図において、作業媒体が２相の液体に相分離した状態で存在する領域のことである。その場合、分離した２液体のうち、一方の液体は純溶媒となるため、２液体の濃度差が大きくなる。それ故、２液体の浸透圧差は大きくなる。また、２相領域と１相領域との境界線は、相図の右端に近いことが好ましい。その場合、分離した２液体の濃度差が大きくなる。それ故、２液体の浸透圧差は大きくなる。また、下部臨界温度ＴＬは、室温よりも高いことが好ましい。その場合、作業媒体が水溶液であっても、作業媒体が氷結することなく液−液相互溶解した１相の混合溶液となる温度領域が存在する。従って、場合によって、「低い濃度の溶液」という用語は、例えば、「純溶媒」または「純水」という用語に置き換えられてもよい。
【００１８】
第１の実施形態に用いることができる作業媒体としては、例えば、ジエチルアミン水溶液、ニコチン水溶液、２−ブトキシエタノール水溶液、２−メチルピペリジン水溶液および４−メチルピペリジン水溶液がある。表１にそれぞれの水溶液の下部臨界温度を記す。
【表１】
2015098833.tif 000003
【００１９】
図５〜７は、表１に記した水溶液それぞれの相図である。
【００２０】
図５は、モル分率が０．１である２−ブトキシエタノール水溶液の相図である。この濃度の２−ブトキシエタノール水溶液は、下部臨界温度が約６０℃であり、上部臨界温度が約１２０℃である。この場合、例えば、水溶液を７５℃まで加熱すると、モル分率が０．０２程度の２−ブトキシエタノール水溶液とモル分率が０．１８程度の２−ブトキシエタノール水溶液とに相分離する。分離した２液体の浸透圧差は７０ａｔｍ程度である。この値は、塩分濃度が約３．５質量％である海水と塩分濃度が約０質量％である河川水との浸透圧差の約２．４倍である。
【００２１】
図６は、４０質量％の濃度のジプロピルアミン水溶液の相図である。この濃度のジプロピルアミン水溶液は、下部臨界温度を有する。図６に示したとおり、この水溶液を６０℃まで加熱すると、約２質量％の濃度のジプロピルアミン水溶液と約９０質量％の濃度のジプロピルアミン水溶液とに相分離する。分離した２液体の浸透圧差は２２８ａｔｍ程度である。この値は、塩分濃度が約３．５質量％である海水と塩分濃度が約０質量％である河川水との浸透圧差の約７．９倍である。
【００２２】
図７は、４０質量％の濃度のニコチン水溶液の相図である。この濃度のニコチン水溶液は、下部臨界温度および上部臨界温度を有する。図７に示したとおり、この水溶液を１２５℃まで加熱すると、約５質量％の濃度のニコチン水溶液と約８０質量％の濃度のニコチン水溶液とに相分離する。分離した２液体の浸透圧差は１１３ａｔｍ程度である。この値は、塩分濃度が約３．５質量％である海水と塩分濃度が約０質量％である河川水との浸透圧差の約４倍である。
【００２３】
図８は、第１の実施形態に従う循環型浸透圧発電システムの１例の略図である。図８を用いて循環型浸透圧発電システムについて更に説明する。循環型浸透圧発電システム１００は、浸透圧発電装置１００ａと、浸透圧発電装置１００ａを循環する作用媒体とを備える。浸透圧発電装置１００ａは、浸透圧発生器１と、タービン２と、タンク３と、分離塔４と、熱源５と、浸透圧発生器１とタービン２とを接続するパイプライン１０１ａと、タービン２とバッファータンク３とを接続するパイプライン１０１ｂと、タンク３と分離塔４とを接続するパイプライン１０１ｃと、パイプライン１０１ｃに介装された開閉弁１０２ａと、それぞれ分離塔４と浸透圧発生器１とを接続するパイプライン１０１ｄおよびパイプライン１０１ｅと、分離塔４側からこの順番でパイプライン１０１ｄに介装された開閉弁１０２ｂ、タンク１０３ａおよびポンプ８ａと、分離塔４側からこの順番でパイプライン１０１ｅに介装された開閉弁１０２ｃ、タンク１０３ｂおよびポンプ８ｂとを備える。熱源５は、分離塔４に取り付けられている。
【００２４】
ここで、図９の断面図を用いて浸透圧発生器１の内部の構造について説明する。
【００２５】
浸透圧発生器１は、密閉処理容器９と浸透膜７とを備える。浸透膜７は、その周囲を密閉処理容器９の内側壁面に固定されて配置され、密閉処理容器９内を第１の室１０ａと第２の室１０ｂとに区画している。第１の室１０ａに位置する処理容器には、第１の流入口１１ａが開口している。第１の流入口１１ａには、作業媒体を加熱することによって分離した低い濃度の溶液６ａが流入する。第２の室１０ｂに位置する処理容器には、第２の流入口１１ｂが開口している。第２の流入口１１ｂには、作業媒体を加熱することによって分離した高い濃度の溶液６ｂが流入する。第１および第２の流入口１１ａ，１１ｂにそれぞれ流入する、低い濃度の溶液６ａの温度および高い濃度の溶液６ｂの温度が、それぞれ、下部臨界温度よりも低い温度になるように浸透圧発生器１は置かれている。即ち、低い濃度の溶液６ａおよび高い濃度の溶液６ｂは、液−液相互溶解した１相の混合溶液になる温度に置かれている。このような温度で、第１の室１０ａには低い濃度の溶液６ａが流入し、第２の室１０ｂには高い濃度の溶液６ｂが流入すると、第１の室１０ａに流入した低い濃度の溶液６ａの一部は、浸透圧差により浸透膜７を透過して第１の室１０ａから第２の室１０ｂへ移動する。図９中この液体の流れを矢印で示す。
【００２６】
第２の室１０ｂに位置する処理容器には、流出口１２が開口している。流出口１２は、パイプ１０１ａを介してタービン２に接続している。流出口１２からは、第１の室１０ａから第２の室１０ｂへ浸透膜７を透過して移動した低い濃度の溶液６ａの一部と高い濃度の溶液６ｂとが混合して液−液相互溶解した混合溶液が、タービン２に向かって流出する。即ち、低い濃度の溶液６ａの一部が浸透膜７を透過して第１の室１０ａから第２の室１０ｂへ移動することによって、第２の室１０ｂの水圧が高まり、流出口１２からの流束（即ち、液体の流れ）が生じ、これがタービン２を回して発電することを可能にする。
【００２７】
図８に示したように、本実施形態で用いる浸透圧発生器１は、浸透膜７の表面に沿って液体を流し続けるクロスフロー方式である。クロスフロー方式を採用すると、低い濃度の溶液６ａの一部分が第１の室１０ａから第２の室１０ｂへ移動した後、低い濃度の溶液６ａの一部分が浸透膜７近辺に留まり浸透圧差が減少する、濃度分極の問題を抑制することができる。
【００２８】
上記の実施形態では、密閉処理容器９は縦型のものを説明した。密閉処理容器９は、縦型に限らない。例えば、密閉処理容器９は、第１の室１０ａと第２の室１０ｂとが、載置面に対して平行して並ぶ横型のものでもよい。また、密閉処理容器９は、第１の室１０ａと第２の室１０ｂとが、浸透膜７を挟んで隣合せに、且つ設置面に対して異なる高さに配置されてもよい。
【００２９】
上記の実施形態においては、中空矩形状の密閉処理容器９を用いる例を示したが、密閉処理容器９の形状は、矩形状に限るものではなく、円柱形状、円錐形状、角柱形状、角錐形状など中空である種々の形状であってもよい。
【００３０】
浸透圧発生器１に用いる浸透膜７は、作業媒体として用いる液体、例えば有機溶媒により害されないものであれば、商業的に手に入るものを使用することができる。実施形態に用いる浸透膜７として、例えば、酢酸セルロース膜、ポリアミド膜などを用いることができる。浸透膜７は、例えば、正浸透膜であっても逆浸透膜であってもよい。好ましい浸透膜７は、正浸透膜である。
【００３１】
密閉処理容器９は、作業媒体を収容することに適した材質により構成されればよい。
【００３２】
第２の流出口１２から流出した混合溶液は、パイプライン１０１ａを通りタービン２に送られる（図２）。送られた混合溶液による流束が、タービン２を回転して発電する。
【００３３】
タービン２を回して発電した後の混合溶液は、パイプライン１０１ｂによりタンク３に送られる。タンク３は、混合溶液を一時的に収容する。タンク３は、パイプライン１０１ｃを介して分離塔４と接続されている。パイプライン１０１ｃには開閉弁１０２ａが介装されている。分離塔４で作業媒体の相分離および送液を行っているときには、開閉弁１０２ａを閉じておく。分離塔４に混合溶液を流入する際には、開閉弁１０２ａを開ける。
【００３４】
分離塔４には、タンク３から流出する混合溶液が流入する流入口と、２相に分離した液体をそれぞれ流出する２つの流出口とが設けられている。混合溶液を分離塔４において相分離している間、開閉弁１０２ａを閉めておき、分離塔４に液体が流入しないようにする。これにより、相分離は促進される。分離塔４では、分離塔４に流入した混合溶液を、熱源５の熱により作業媒体の下部臨界温度以上に加熱する。これにより、混合溶液を２相の液体に相分離する。加熱による分離は、液体としての作業媒体の機能を失わない程度の温度範囲で行う。例えば、加熱は、作業媒体が分離塔４において気化しすぎない程度の温度範囲となるように行う。熱源５には、いずれの公知の熱源５を用いてよいが、例えば、工場の排熱、地熱、太陽光エネルギーを用いて加温した水を用いることができる。
【００３５】
分離塔４において混合溶液の分離が終了した後、２相に相分離した液体はそれぞれ分離塔４から流出される。その後、開閉弁を開き、タンク３に収容した混合溶液を分離塔４に再度流入させる。混合溶液が分離塔４に十分な量流入した後、開閉弁を閉じる。分離塔４において、上記の分離操作を繰り返す。
【００３６】
分離塔４から流出された２液体は、ポンプ８ａ、８ｂを用いて、それぞれ、再度処理容器の第１の室１０ａと第２の室１０ｂとへ回送する。
【００３７】
作業媒体が、浸透圧発電装置１００ａを循環することにより、循環型浸透圧発電システムは継続して発電する。作業媒体は、浸透圧発電システムを使用する環境に応じて、適切な下部臨界温度を有するものを選択すればよい。使用する作業媒体の下部臨界温度よりも低い環境に浸透圧発電システムを置くことにより、温度の調整は分離塔４に取り付けられた熱源５による加熱のみでよいので好ましい。例えば、室温が下部臨界温度よりも常に低い温度となるような作業媒体を選択することは好ましい。分離塔４以外の部材は、下部臨界温度よりも低い温度におかれる。例えば、室温が下部臨界温度よりも低い温度となるように、使用する作業媒体を選択することが好ましい。あるいは、浸透圧発電システムにおける温度管理は、使用する作業媒体の下部臨界温度に応じて決定されてもよい。
【００３８】
このように、本実施形態は、２液体に分離する作業媒体を用いるので、分離操作および、分離後の液体の回送が容易である。作業媒体に、炭酸アンモニア水溶液等を使うと、溶液の分離操作は、ガスの発生を伴い、扱いが難しくなるばかりでなく、分離操作が複雑である。従って、２液体に分離する作業媒体を用いた本実施形態では、分離塔４の構造を簡易なものとすることができる。また、アンモニアガスが発生する作業媒体を用いた場合と比較して、腐食性のガスが浸透圧発電装置１００ａを傷ませることがないので、装置のメンテナンスコストを抑制することができる。さらに、熱源５として例えば排熱を利用できるのでクリーンな発電が可能である。また、これまで無駄にされていた熱を利用することができるので、建設コストや設備の運転コストを低くすることができる。
【００３９】
第２の実施形態
循環型浸透圧発電システムは、浸透圧発電装置と、上部臨界温度を有する作業媒体とを備える。図１０は、浸透圧発電装置のブロック図である。図１０を用いて、浸透圧発電装置について説明する。浸透圧発電装置２００ａは、浸透圧発生器１と、タービン２と、タンク３と、分離塔４と、熱源５’とを備える。浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および分離塔４は、この順番で接続されループを構成している。熱源５’は、浸透圧発生器１に取り付けられている。作業媒体は、浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および分離塔４で構成されるループを循環している。
【００４０】
第２の実施形態に係る浸透圧発電装置２００ａは、作業媒体が上部臨界温度を有し、熱源５’が取り付けられる部材が、分離塔４ではなく、浸透圧発生器１であること以外は、第１の実施形態に係る浸透圧発電装置１００ａと同様である。  上部臨界温度を有する作業媒体は、構成成分として２種類の液体を含む２成分系の液体であり、温度に依存して２つの状態に相転移する。即ち、この作業媒体は、上部臨界温度よりも高い温度では２成分が互いに溶解した状態で存在する。上部臨界温度よりも低い温度では、作業媒体は、２つの相に分離した状態で存在する。従って、作業媒体は、上部臨界温度以上の温度にまで加熱すると、２液体が液−液相互溶解した１相の２成分混合溶液の状態となり、下部臨界温度以下の温度まで冷却すると、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに相分離した状態になる。相分離により得られた低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが浸透膜を介して隣接すると、２液体が上部臨界温度よりも高い温度にあるとき、低い濃度の溶液の溶媒が高い濃度の溶液へ移動して水流が得られる。循環型浸透圧発電システムにおいて、浸透圧発生器１は、この低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが浸透膜に隔離された状態でこれらの溶液を収容する。それにより生じる浸透圧差によってタービン２を回すための水流が得られる。この水流は、低い濃度の溶液の溶媒の一部分と高い濃度の溶液との混合液による流束である。浸透圧発生器１で生じた水流は、タービン２に送られる。送られた水流の圧力により、タービン２を回して発電する。タービン２を回して発電した後の混合液は、分離塔４で放置されるか、または冷却され、再び、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに分離される。ここで、混合液を分離塔４で分離している間に継続的に流れてくる混合液は、タンク３に貯留しておく。分離塔４にて混合液が２液体に相分離した後、分離された２液体、即ち低い濃度の溶液と高い濃度の溶液は、それぞれ浸透圧発生器１へ再循環される。このように、本実施形態の循環型浸透圧発電システムは、作業媒体を循環させることによって、熱エネルギーを、タービン２を回して得る電気エネルギーへと変換する。
【００４１】
第２の実施形態において、作業媒体は、上部臨界温度ＴＵを有する。即ち、温度ＴＵ以上に作業媒体を加熱すると、２相に分離していた低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが、均一に溶け合い、１相の混合溶液となる。または、先の温度ＴＵ以下に作業媒体を冷却すると、１相の均一な溶液である作業媒体が、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに分離して２相の液体となる。換言すると、作業媒体を温度ＴＵ以下に冷却すると、液−液相互溶解した１相の２成分混合溶液から、低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とに相分離した状態へ相転移する。図１１は、上部臨界温度ＴＵを有する２液混合溶液の相図を示したものである。上部臨界温度曲線の下部の温度区では、２液混合溶液は、２つの相に相分離した状態にある。上部臨界温度曲線の上部の温度区では、２液混合溶液は、均一に混合されている状態にある。
【００４２】
図１２は、上部臨界温度ＴＵを有する作業媒体を上部臨界温度よりも低い温度Ｔまで冷却して生じる、低い濃度の溶液および高い濃度の溶液それぞれの濃度を、モル分率で示したものである。分離して生じる、低い濃度の溶液の量と高い濃度の溶液の量との比率は、てこの法則に従って決まる。
【００４３】
図１３は、上部臨界温度を有する作業媒体の理想的な相図である。図１３に示すように、作業媒体は、１相領域と２相領域との境界線が、左側の縦軸と交点を持つことが好ましい。ここで、１相領域とは、相図において、作業媒体が液−液相互溶解した１相の混合溶液の状態で存在できる領域のことであり、２相領域とは、相図において、作業媒体が２相の液体に相分離した状態で存在する領域のことである。その場合、分離した２液体のうち、一方の液体は純溶媒となるため、２液体の濃度差が大きくなる。それ故、２液体の浸透圧差は大きくなる。また、２相領域と１相領域との境界線は、相図の右端に近いことが好ましい。その場合、分離した２液体の濃度差が大きくなる。それ故、２液体の浸透圧差は大きくなる。従って、場合によって、「低い濃度の溶液」という用語は、例えば、「純溶媒」または「純水」という用語に置き換えられてもよい。
【００４４】
第２の実施形態に用いることができる作業媒体としては、例えば、フェノール水溶液、スクシノニトリル水溶液、ニコチン水溶液、２−ブトキシエタノール水溶液、フェノールを溶媒としたｎ−オクタン溶液、イソアミルアルコールを溶媒としたグリセリン溶液、メタノールを溶媒としたメチルシクロヘキサン溶液、メタノールを溶媒としたシクロヘキサン溶液がある。表２にそれぞれの溶液の上部臨界温度を記す。なお、フェノールを溶媒としたｎ−オクタン溶液、イソアミルアルコールを溶媒としたグリセリン溶液、メタノールを溶媒としたメチルシクロヘキサン溶液、メタノールを溶媒としたシクロヘキサン溶液を作業媒体として使用する場合、それら有機溶媒を透過させ、尚且つそれら有機溶媒によって害を受けない浸透膜を選択すればよい。
【表２】
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【００４５】
図１４は、５０質量％の濃度のフェノール水溶液の相図である。この濃度のフェノール水溶液は、上部臨界温度を有する。図１４に示したとおり、この水溶液を４０℃まで冷却すると、約１０質量％の濃度のフェノール水溶液と約６５質量％の濃度のフェノール水溶液とに相分離する。分離した２液体の浸透圧差は１４３ａｔｍ程度である。この値は、塩分濃度が約３．５質量％である海水と塩分濃度が約０質量％である河川水との浸透圧差の約５倍である。
【００４６】
図１５Ａは、第２の実施形態に従う循環型浸透圧発電システム２００の１例の略図である。図１５Ａを用いて循環型浸透圧発電システム２００について更に説明する。この循環型浸透圧発電システムは、熱源５’が分離塔４ではなく、浸透圧発生器１に取り付けられていること以外は、第１の実施形態に従う浸透圧発電システム１００と同じ構成である。具体的には、循環型浸透圧発電システム２００は、浸透圧発電装置２００ａと、浸透圧発電装置２００ａを循環する作用媒体とを備える。浸透圧発電装置２００ａは、浸透圧発生器１と、タービン２と、タンク３と、分離塔４と、熱源５’と、浸透圧発生器１とタービン２とを連絡するパイプライン２０１ａと、タービン２とバッファータンク３とを連絡するパイプライン２０１ｂと、タンク３と分離塔４とを連絡するパイプライン２０１ｃと、パイプライン２０１ｃに介装された開閉弁２０２ａと、それぞれ分離塔４と浸透圧発生器１とを連絡するパイプライン２０１ｄおよびパイプライン２０１ｅと、分離塔４側からパイプライン２０１ｄに介装された開閉弁２０２ｂ、タンク２０３ａおよびポンプ８ａと、この順番でパイプライン２０１ｅに介装された開閉弁２０２ｃ、タンク２０３ｂおよびポンプ８ｂとを備える。熱源５’は、浸透圧発生器１に取り付けられている。
【００４７】
循環型浸透圧発電システム２００による発電は、次のように行われる。
【００４８】
浸透圧発生器１の第１の室に収容された低い濃度の溶液６ａと、第２の室に収容された高い濃度の溶液６ｂと浸透膜７を介して接触させる。このとき、浸透圧発生器１に収容される液体は、熱源５’からの熱により上部臨界温度よりも高い温度に維持されている。浸透圧差により第１の室から第２の室へと液体が移動することにより生じた水圧により、流出口１２からの水流はパイプラインを通りタービン２に送られる。流束によりタービン２が回転する。タービン２の回転により発電する。タービン２を回転した後の水流は、パイプラインを通りタンク３に送られ、一時的に貯留される。所望のタイミングで開閉弁が開けられると、タンク３に収容されていた液体は、分離塔４に送られる。分離塔４では流入した溶液の相分離が行われる。相分離は、相分離されるべき溶液を放置または静置することによる放熱冷却によってなされる。分離塔４での相分離が完了された後、２つの開閉弁２０２ｂおよび２０２ｃが開放される。低い濃度の溶液６ａはポンプ８ｂによりパイプラインおよび流入口をとおり、第１の室へ送られる。高い濃度の溶液６ｂはポンプ８ａによりパイプラインおよび流入口を通り、第２の室へ送られる。
【００４９】
以上の動作が繰り返されることにより、作業媒体は浸透圧発電装置２００ａを循環する。作業媒体の循環により、浸透圧発電システムは継続して発電する。作業媒体は浸透圧発電システムを使用する環境に応じて、適切な上部臨界温度を有するものを選択すればよい。あるいは、浸透圧発電システムにおける温度管理は、使用する作業媒体の上部臨界温度に応じて決定されてもよい。浸透圧発生器１および所望に応じて周辺のパイプラインの一部以外は、上部臨界温度よりも低い温度に置かれる。例えば、室温が上部臨界温度よりも低い温度となるように、使用する作業媒体を選択することが好ましい。
【００５０】
なお、上部臨界温度と下部臨界温度とは、互いに排反する概念ではなく、何れも２成分混合溶液を２つの相に相転移する際の臨界温度であるという点で等しい。また、第１および第２の実施形態で例示したように、例えば、ニコチン水溶液および２−ブトキシエタノールは、下部臨界温度と上部臨界温度との両方の臨界点を有する。従って、このような作業媒体は、第１および第２の実施形態で説明したどちらの浸透圧発電装置においても作業媒体として使用可能である。
【００５１】
下部臨界温度または上部臨界温度を有する２成分混合溶液自体は知られていたが、このような混合溶液の利用についてはこれまで報告がない。２成分混合溶液を発電システムに利用することにより、簡便でより単純な構成の循環型浸透圧発電システムが提供される。また、システムを循環する作業媒体は、循環の何れの部位においても、特に分離工程において、ガスを発生しないためより安全である。
【００５２】
また更に、第２の実施形態に係る浸透圧発電装置は、図１５Ｂに示すように、浸透圧発生器１とポンプ８ａとを連絡するパイプライン２０１ｄに介装された予熱タンク２１１ａと、浸透圧発生器１とポンプ８ｂとを連絡するパイプライン２０１ｅに介装された予熱タンク２１１ｂとを備えてもよい。この場合、熱源５’は浸透圧発生器１と共に予熱タンク２１１ａおよび２１１ｂとにも熱を与えるように取り付けられていればよい。予熱タンク２１１ａおよび予熱タンク２１１ｂを備えることにより、浸透圧発生器１に流入される液体は、浸透圧発生器１への流入前に加熱される。或いは、予熱タンク２１１ａおよび２１１ｂの代わりに、熱源５’から十分な熱を得るために十分な長さのパイプラインに熱源５’が取り付けられていてもよい。この場合、パイプラインは、複数回数に折り曲げられて配置されてもよい。
【００５３】
第２の実施形態において、浸透圧発生器１に流入する直前の作業媒体を導水するパイプに、予熱タンクあるいは十分なパイプの熱交換器があり、熱源５’が、予熱タンクまたは熱交換器を更に加熱する形態である場合、第２の実施形態に係る浸透圧発電装置の略図は、図１５Ａにおける破線部Ｉの部分が異なる。このように、浸透圧発生器１に作業媒体が流入する前に、予熱タンク２１１ａ、ｂまたは熱交換器において作業媒体を熱しておくと、より確実に低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とが１相の混合溶液となる温度にすることができる。
【００５４】
第３の実施形態
第１の実施形態および第２の実施形態における浸透圧発生器１として、浸透圧エレメントが使用されてもよい。浸透圧エレメントとは、約１Ｌ〜約２０Ｌの容量の浸透圧発生器１であり、複数の浸透圧エレメントを集合して使用し、これらの複数の浸透圧エレメントにより生じる圧力を１つの圧力として出力するための浸透圧モジュールとして使用される。浸透圧モジュールに含まれる一部分の浸透圧エレメントが使用により劣化した場合には、劣化した浸透圧エレメントのみを交換することが可能である。
【００５５】
浸透圧エレメントとして提供される浸透圧発生器１の１例について図を参照しながら説明する。
【００５６】
図１６（ａ）は、浸透圧発生器１の側面図であり、図１６（ｂ）は、浸透圧発生器１の縦断面図であり、図１６（ｃ）はＬ−Ｌ線に沿う断面図である。
【００５７】
浸透圧発生器１は、円筒状の密閉処理容器９を備えている。密閉処理容器９は、一端（右端）が封じられ、中心に開口部１６５ａを有する。密閉処理容器９の他端（左端）は、先細りしたテーパ部が形成され、その先端部には液体を流出するための流出口１７０が設けられている。
【００５８】
密閉処理容器９の内部には、円筒状の浸透膜７が配置されている。密閉処理容器９のテーパ部側に位置する浸透膜７の他端部（右端部）には、キャップ１６１が嵌着され、その右端の開口を封じている。円筒状の浸透膜７の一端（右端）は密閉処理容器９の右端の開口部１６５ａを通して延出されたノズル１６６と当接されている。浸透膜７とノズル１６６とは、互いに当接した状態でリング状の留め部材１６２により固定されている。ノズル１６６は、密閉処理容器９の右端から外部に突出している。キャップ１６１および留め部材１６２は、支持板１６３、１６４を介して密閉処理容器９の内壁面に固定することにより前記浸透膜７が密閉処理容器９内に支持される。図１６（ｃ）に示すように浸透膜７は、円筒状の膜である。支持板は、内側リングと外側リングの間に複数の支持片が放射状に結合させた構造を有し、液体は支持片の間隙を通して流通される。
【００５９】
このように密閉処理容器９内に円筒状の浸透膜７を配置することにより、浸透膜７からなる円筒の内部に第１の室１６７と、浸透膜７と密閉処理容器９の間に位置する第２の室１６８とが形成される。高い濃度の溶液６ｂは、密閉処理容器９の右端から突出したノズル１６６を通して第１の室１６７内に供給される。また、密閉処理容器９の右端付近には流入口１６９が設けられている。高い濃度の溶液６ｂは、この流入口１６９を通して第２の室１６８に供給され、左端の流出口１７０から流出される。
【００６０】
浸透圧発生器１における浸透圧の発生は次のように行われる。ノズル１６６を通して低い濃度の溶液６ａが第１の室１６７内に流入される。流入口１６５を通して高い濃度の溶液６ｂが第２の室１６８内に流入される。第１の室１６７内の低い濃度の溶液６ａは、浸透圧により浸透膜７を通過して第２の室１６８側に移動する。低い濃度の溶液６ａの一部が移動したことにより生じた水圧によって、第２の室１６８内の高い濃度の溶液６ｂは流出口１７０から流出される。このように流出口１７０から流出する水圧を使用して発電が行われる。
【００６１】
浸透圧発生器１は、台、棚、架台または櫓などの支持体に固定して使用されてよい。浸透圧発生器１をそのような支持体に固定することにより、生じた圧力を効率よく使用することが可能になる。そのような固定のために、浸透圧発生器１は、その外側部に突起９ａを備えてもよい。浸透圧発生器１を支持体に固定するためには、例えば、支持体に設けられたばね構造体により突起９ａを抑え込むことにより行われてもよい。
【００６２】
浸透圧エレメントとして提供される浸透圧発生器１の更なる例について図を参照しながら説明する。
【００６３】
図１７（ａ）は、浸透圧発生器１の側面図、図１７（ｂ）はハウジング１７１内に収納された密閉処理容器９の側面図、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）の密閉処理容器９を展開して模式的に示す図である。
【００６４】
浸透圧発生器１は、中空の円筒型ハウジングと、ハウジング１７１の内部に収容された密閉処理容器９とを備える。ハウジング１７１は、左端封じ円筒状本体１７２と、円筒状本体の開口した右端に嵌着されたキャップ１７３とから構成されている。
【００６５】
密閉処理容器９は、中空棒状体１７４に液収容体１７５を捲回した構造を有する。中空棒状体１７４は、例えば合成樹脂で作られ、左端近傍に低い濃度の溶液６ａを供給する第１の流入部１７４ａ，右端近傍に低い濃度の溶液６ａを流出する第１の流出部がそれぞれ一体的に設けられている。第１の流入部および第１の流出部は、それぞれ合成樹脂の薄膜チューブから形成されている。
【００６６】
液収容体１７５は、２つの扁平袋が隔膜１７６を介して互いに背中合せに結合した構造を有する。隔膜１７６は、浸透膜７で形成されている。隔膜１７６の一方の面に位置する第１の扁平袋の内部は第１の室１７７として機能し、隔膜１７６の他方の面に位置する第２の扁平袋の内部は第２の室１７８として機能する。
【００６７】
このような中空棒状体１７４に液体収容体１７５を捲回した構造において、中空棒状体の流出部１７４ｂは右端側に位置する第１の扁平袋の第１の室１７７内に挿入される。高い濃度の溶液６ｂを供給する第２の流入部（第２の流入チューブ）１７９は左端側に位置する第２の扁平袋の第２の室１７８内に挿入され、低い濃度の溶液の一部分と高い濃度の溶液６ｂの混合液を流出する第２の流出部（第２の流出チューブ）１８０は右端側に位置する第２の扁平袋の第２の室１７８内に挿入されている。中空棒状体１７４の第１の流入部１７４ａはハウジング１７１の左端近傍を貫通して外部に延出している。第２の流入チューブは、ハウジング１７１の左端近傍を貫通して外部に延出している。第２の流出チューブは、ハウジング１７１のキャップ１７３を貫通して外部に延出している。
【００６８】
浸透圧発生器１における浸透圧の発生は次のように行われる。第１の流入部１７４ａ、中空棒状体１７４および第１の流出部を通して低い濃度の溶液６ａが第１の室１７７内に流入される。第２の流入部１７９を通して高い濃度の溶液６ｂが第２の室１７８内に流入される。第１の室１７７内の低い濃度の溶液６ａは、隔膜１７６を構成する浸透膜により発生される浸透圧により隔膜１７６を通過して第２の室１７８側に移動する。低い濃度の溶液６ａの一部が移動したことにより生じた水圧によって、第２の室１７８内の高い濃度の溶液６ｂは第２の流出部１８０から流出される。このように第２の流出部１８０から流出する水圧を使用して発電が行われる。
【００６９】
このような浸透圧発生器１は、液体収容体１７５が隔膜１７６を挟んで第１、第２の扁平袋から形成され、第１、第２の扁平袋の内部を第１の室１７７、第２の室１７８として利用するため、コンパクトの寸法で隔膜１７６を構成する浸透膜７の面積を増大して、第２の流出部１８０から流出する水圧をより上昇することが可能になる。
【００７０】
第４の実施形態
第１の実施形態および第２の実施形態において示された循環型浸透圧発電システムは、浸透圧発生器１と分離塔４とが更なるパイプライン４０１ｆにより接続されていてもよい。このようなシステムの１例を図１８に示す。この循環型浸透圧発電システム４００においては、浸透圧発生器１の第１の室１０ａに位置する処理容器に更なる流出口が設けられ、且つ分離塔４が更なる流入口を有し、これらの第１の室１０ａの流出口と分離塔４の更なる流入口が互いにパイプライン４０１ｆにより連絡される。これにより、第１の室１０ａから第２の室１０ｂへ移動しなかった低い濃度の溶液６ａの残りの一部が、この第１の室１０ａの流出口から流出する。こうすることにより、浸透膜７を透過して第２の室１０ｂに移動しなかった溶質が第１の室１０ａにて蓄積されるのを防ぎ、それにより第１の室１０ａに存在する溶液の濃度が高くなることを防ぐことができる。従って、第１の室１０ａに位置する処理容器に流出口を設けることによって、浸透膜７の第１の室１０ａ側に存在する液体と第２の室１０ｂ側に存在する液体との浸透圧差が減少するのを防ぐことが可能となる。更には、溶媒に溶解しきれなくなった溶質が析出して浸透膜７を害することを防止できる。この場合、パイプライン４０１ｆに開閉弁４０２ｄが介装され、このような第１の室１０ａの流出口から流出した液体が、開閉弁４０２ｄを開いた状態でパイプを通過し、後に説明する分離塔４へ流入されることが好ましい。
【００７１】
また、この循環型浸透圧発電システム４００は、第１の室１０ａ側からこの順番でパイプライン４０１ｆに介装された更なるタンクと開閉弁とを備えてもよい。これにより、分離塔４の作動状況に応じて、一時的に第１の室１０ａからの溶液を貯留してもよい。
【００７２】
なお、図１８は、下部臨界温度を有する作業媒体を循環する浸透圧発電システムの１例を示したものである。例えば、上部臨界温度を有する作業媒体を循環する浸透圧発電システムにおいてもこの実施形態は対応することが可能である。その場合、熱源５は、分離塔４にではなく、浸透圧発生器１に取り付けられるように構成すればよい。
【００７３】
第５の実施形態
第１の実施形態および第２の実施形態において示された循環型浸透圧発電システムが、更に、圧力交換機または揚水機を備えてもよい。第１の実施形態の循環型浸透圧発電システム１００が、更に圧力交換機を備えた１例を図１９Ａに示す。圧力交換機１３は、パイプライン５０１ａとパイプライン５０１ｆとの間の水圧を調整するためにパイプライン５０１ａとパイプライン５０１ｆとに張り渡されるように介装される。タービン２を回転させる溶液の流束は、第１の室１０ａの液体と第２の室１０ｂの液体との浸透圧差のみならず、第１の流入口１１ａから流入する低い濃度の溶液６ａの水圧と第２の流入口１１ｂから流入する高い濃度の溶液６ｂの水圧との差にも依存する。圧力交換機を用いて、低い濃度の溶液６ａの水圧と高い濃度の溶液６ｂの水圧との差を調整することにより、発電して得られる電気エネルギーを極大化することが可能となる。
【００７４】
また、第１の実施形態の循環型浸透圧発電システム１００が、更に揚水機１４を備えた１例を図１９Ｂに示す。揚水機１４は、浸透圧発生器１とタービン２との間に、パイプ５０１ａおよび５０１ｂを介して設ける。揚水機１４を浸透圧発電装置１００ａに設けることによって、作業媒体の循環をより容易に行うことができる。従って、タービンの発電をより確かに行うことができる。揚水機１４は、浸透圧発生器１およびタービン２が配置される位置よりも高い位置まで、浸透圧発生器１からの液体を移動させて収容し、その後、その高い位置から所望の流量で液体をタービン２に向って落下させ、その落下する流束によりタービンを回転させるものである。
【００７５】
第６の実施形態
第４の実施形態において示された循環型浸透圧発電システム４００は、更に、圧力交換機１３又は揚水機１４を備えてもよい。このような循環型浸透圧発電システム６００の１例を図２０ＡおよびＢに示す。この循環型浸透圧発電システム６００は、浸透圧発生器１の第１の室１０ａに位置する処理容器に設けられた流出口と分離塔４とを接続するパイプライン６０１ｈを備える。圧力交換機１３は、パイプライン６０１ａとパイプライン６０１ｆとの間の水圧を調整する。これにより、発電して得られる電気エネルギーを極大化することが可能となる。揚水機１４は、作業媒体の循環をより容易に行うことを可能とする。従って、タービンの発電をより確かに行うことができる。
【００７６】
［例］
（１）シリンジ試験装置
図２１（ａ）を参照しながら、シリンジ試験装置の作製について説明する。まず、２本の１ｍｌツベルクリン用のディスポーザブル樹脂シリンジ２１１および２１２を用意した。これらの樹脂シリンジ２１１および２１２のそれぞれの注射針をセットする側の先端をそれぞれ切り落とした（Ｓ１）。得られた２つの切断されたシリンジ２１１および２１２の取っ手部位を互いに向い合せてその間に２枚のゴムラバーと１組の浸透膜を挟み込んだ。挟み込みは、第１のシリンジ２１１、第１のゴムラバー２１３、浸透膜２１４、第２のゴムラバー２１５、第２のシリンジ２１２とこの順番になるように行い、クリップ（図示せず）で固定した（Ｓ２）。
【００７７】
これによりシリンジ試験装置２１６を得た（Ｓ３）。浸透膜２１４としてＲＯ膜である日東電工製ＥＳ２０を使用した。第１および第２のゴムラバー２１３および２１５は板状のゴムラバーを使用し、図２１（ｂ）に示すように、各ゴムラバーには、直径５ｍｍの円形穴をそれぞれ開口した。
【００７８】
（２）シリンジ試験１
例１
図２１（ｃ）に示すように、上記（１）で作製したシリンジ試験装置２１６の第１のシリンジ２１１の開口部２１７から第１のシリンジ内に純水を０．５ｍｌ注入した。更に、第２のシリンジ２１２の開口部２１８から第２のシリンジ内に１００質量％の２−ブトキシエタノールを０．５ｍｌ注入した。何れの開口部からの液体の注入も、浸透膜２１４に接するまで行った。これを第１のシリンジ２１１と第２のシリンジ２１２が載置面に対して平行に並ぶように載置面に置き、２５℃で７時間放置した。その後、７時間の間に生じる、第１のシリンジ２１１から第２のシリンジ２１２への水の移動を観測した。
【００７９】
例２
第２のシリンジに注入する液体として、２−ブトキシエタノールの代わりに、濃度が３．５質量％の塩水を用いたこと以外は、例１と同様にシリンジ試験を行った。
【００８０】
結果
例１および例２の試験の結果を図２２に示す。図２２は、移動した水の流量の時間変化を示す。縦軸は流量を表し、単位はミリリットル（ｍｌ）であり、横軸は時間を表し、単位は時間（ｈ）である。図２２から明らかである通り、２−ブトキシエタノールを使用した場合よりも塩水を使用した場合の方が多くの水が移動した。これは、２−ブトキシエタノールの方が、塩水よりも急激に水を引いたためであると考えられる。即ち、浸透膜を通る水の流入が極めて早く、それにより第２のシリンジ側の浸透膜付近に濃度分極が生じ、水の層が形成されたためであると考えられる。従って、例１および例２の結果は、２−ブトキシエタノールの潜在的な効果を証明するものであると示唆される。このような濃度分極の影響を除外するために、シリンジ試験装置の置き方を変え、更にペンシルミキサー２１９により第２のシリンジ内部を撹拌しながら更なる試験を行った。使用したペンシルミキサーは、アズワン社製のアズワン  ペンシルミキサーＤＸである。図２３は、シリンジ試験装置２１６を縦置きにした様子である。
【００８１】
（３）シリンジ試験２
例３
第１のシリンジに１．２重量％の塩水を入れ、第２のシリンジに室温溶解限度である４モル／リットル（ｍｏｌ／ｌ）の炭酸アンモニウムを入れたこと以外は、例１と同様にシリンジ試験装置を準備した。このシリンジ試験装置を第２のシリンジ２１２が上部になるように、第１のシリンジと第２のシリンジとが載置面に対して垂直に並ぶように固定し、第２のシリンジ内部の液体をペンシルミキサー２１９で撹拌しながら２５℃で5分間放置した。その後、5分間の間に生じる第１のシリンジから第２のシリンジへの水の移動を観察した。
【００８２】
例４
ペンシルミキサー２１９による撹拌を行わないこと以外は、例３と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８３】
例５
第２のシリンジ内に注入する液体として、２−ブトキシエタノールの代わりに、濃度が１００質量％のエタノールを用いたこと以外は、例３と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８４】
例６
ペンシルミキサー２１９による撹拌を行わないこと以外は、例５と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８５】
例７
第２のシリンジ内に注入する液体として、エタノールの代わりに、濃度が３．５質量％の塩水を用いたこと以外は、例３と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８６】
例８
ペンシルミキサー２１９による撹拌を行わないこと以外は、例７と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８７】
例９
第２のシリンジ内に注入する液体として、濃度が３．５質量％の塩水の代わりに、炭酸アンモニウム水を用い、第１のシリンジ内に注入する液体として、純水を用いる代わりに１．２質量％の塩水を用い、更に放置時の温度を４０℃としたこと以外は、例８と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８８】
例１０
第２のシリンジ内に注入する液体として、２−ブトキシエタノールの濃度が５０質量％であり、放置時の温度を２０℃にしたこと以外は、例４と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００８９】
例１１
第２のシリンジ内に注入される２−ブトキシエタノールの濃度が５０質量％であり、放置時の温度を２０℃としたこと以外は、例３と同様にシリンジ試験を行い、水の移動を観察した。
【００９０】
結果
例３〜例１１の結果を表３に示す。
【表３】
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【００９１】
流量単位は、１時間当たりの、且つ、面積当たりの流束（ｍ／ｈ）で示した。これは移動した液量を膜面積と時間で割った値である。例６，８，１０は、流束を5分間の撹拌後の流量から計算した。例１１の結果については、流束を同様にして求めたが、撹拌を開始してから５分の時点までの平均流量と、撹拌を開始してから５分後以降の平均流量とを示す。
【００９２】
例３と例４、例５と例６とをそれぞれ比較することにより明らかであるように、ペンシルミキサー２１９での撹拌により、水の流量は増加した。一方、例７および例８の結果から明らかであるように、濃度が３．５質量％の塩水の場合では、撹拌による効果は見られなかった。これらの結果は、浸透膜を通り移動した水と、移動した水が入り込むシリンジ側に収容されている液体との比重の違いが浸透膜付近の濃度分極に影響を与え、それにより浸透圧差が小さくなることを示唆している。ここで、塩水の比重は、水よりも大きく、１．０２である。それに対して、２−ブトキシエタノールおよびエタノールの比重は、共に水よりも小さく、それぞれ０．９および０．７８である。シリンジ試験２において、使用されたシリンジ試験装置は、第２のシリンジが上部になるように、第１のシリンジと第２のシリンジとが載置面に対して垂直に並ぶように固定して試験を行った。浸透圧差により、水は、下部の第１のシリンジ側から浸透膜を通り上部の第２のシリンジ側へと移動する。２−ブトキシエタノールまたはエタノールは、何れも水と互いに溶解するものである。しかしながら、第２のシリンジ内に収容された液体が２−ブトキシエタノールやエタノールのように水よりも比重が小さいので、時間の経過に伴って、浸透膜付近には移動した水による層が形成されたと考えられる。表３の結果から明らかであるように、第２のシリンジ内に生じる２種類の液体による濃度分極は、撹拌により解消された。
【００９３】
実施形態に従う循環型浸透圧発電システムにおいては、浸透圧発生器の第２の室には、流入口と流出口１２とが開口されている。これを利用して、第２の室内の液体には常に流れを持たせておくことが可能である。この構成は、上述の撹拌と同じ効果を第２の室内に達成することが可能である。この実施形態の機構はクロスフローと呼ばれる。このクロスフローを用いることにより、効率よく浸透圧差による水流を生じ、且つ継続させることが可能となる。
【００９４】
上述のシリンジ試験において使用された液体は、何れも２成分混合溶液を構成する一方の成分である。従って、２成分混合溶液を使用することにより、浸透圧発電が可能であることが示唆された。また、シリンジ試験１の結果から、上記液体を用いると急速な水の移動を得ることができる可能性が示唆された。また、実施形態に従う下部臨界温度または上部臨界温度を有する２成分混合溶液に含まれる２種類の成分は、何れも液体である。この２成分混合溶液をそこに含まれる２種類の成分に分離することは、固体と液体とからなる２成分混合溶液、または気体と液体とからなる２成分混合溶液をそれぞれ２種類の成分に分離することに比べて格段に容易であり、分離効率もよい。
【００９５】
以上のように、下部臨界温度または上部臨界温度を有する２成分混合溶液を作業媒体として循環することにより発電する、低い運転コストを達成できる循環型浸透圧発電システムが達成できることが明らかになった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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