(57)【要約】有用なエネルギーを発生させるエネルギー発生装置であって、浸透剤を備えるドロー溶液を含む第１チャンバと、供給溶液を含む第２チャンバと、供給溶液が浸透により第２チャンバから半透膜を通過して第１チャンバまで移動して、希釈ドロー溶液を形成するように配置される半透膜と、第１チャンバ内の圧力を希釈ドロー溶液に作用させる加圧手段と、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段とを備え、エネルギー変換手段は、第２チャンバから半透膜を通過して第１チャンバに至る浸透による供給溶液の運動により発生する希釈ドロー溶液内の機械エネルギーを、有用なエネルギーに変換し、浸透剤は、０．５ｎｍ 〜５ｍｍの範囲の径を有する粒子を備え、半透膜は、装置が発生することができる電力または有用なエネルギーの量を向上するように、最大で、浸透剤の粒子の直径に等しい直径を有する孔を備える。【選択図】図１
2014526865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有用なエネルギーを発生させるエネルギー発生装置であって、
浸透剤を含むドロー溶液を収容する第１チャンバと、
供給溶液を収容する第２チャンバと、
希釈ドロー溶液を形成するため、前記供給溶液が前記第２チャンバから前記第１チャンバまで浸透移動する際に通過する半透膜と、
前記第１チャンバ内において、前記希釈ドロー溶液に圧力を加える加圧手段と、
機械エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段と、
を備え、
前記エネルギー変換手段は、前記供給溶液が前記第２チャンバから前記半透膜を通過して前記第１チャンバまで浸透移動することで発生する前記希釈ドロー溶液内の機械エネルギーを、有用なエネルギーに変換し、
前記浸透剤は、直径０．５ｎｍ〜５ｍｍの粒子を含み、
前記半透膜は、電力または有用なエネルギーの発生量を向上させるように、前記浸透剤の粒子の直径以下の内径を有する孔を備えたことを特徴とするエネルギー発生装置。
【請求項２】
前記半透膜が備えた孔の内径が０．２５ｎｍ〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー発生装置。
【請求項３】
前記半透膜が備えた孔の内径が１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー発生装置。
【請求項４】
前記浸透剤に含まれる前記粒子の径が１ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー発生装置。
【請求項５】
前記浸透剤に含まれる前記粒子の径が２０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー発生装置。
【請求項６】
前記浸透剤に含まれる前記粒子の表面積を大きくするために、前記粒子は複数の孔を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー発生装置。
【請求項７】
前記浸透剤に含まれる前記粒子と前記ドロー溶液の溶媒との親和性を高めるため、前記粒子の表面がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエネルギー発生装置。
【請求項８】
前記表面のコーティングは、親水性材料を含むことを特徴とする請求項７に記載のエネルギー発生装置。
【請求項９】
前記希釈ドロー溶液から少なくとも一部の前記浸透剤を回収する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギー発生装置。
【請求項１０】
さらに、前記第１チャンバに送られるドロー溶液を格納し、前記第２チャンバに送られるフィード溶液を格納するための１つ以上の容器を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギー発生装置。
【請求項１１】
電力を発生させるエネルギー発生方法であって、
０．５ｎｍ〜５ｍｍの範囲の粒子を有する浸透剤を含むドロー溶液を、第１チャンバに供給する第１ステップと、
前記第１チャンバ内の前記ドロー溶液を加圧する第２ステップと、
第２チャンバに供給溶液を供給するステップと、
前記浸透剤の前記粒子の直径以下の直径を有する孔を備える半透膜を通過して、前記第２チャンバから前記第１チャンバへ、前記供給溶液を浸透移動させて、希釈ドロー溶液を形成するステップと、
前記第２チャンバから前記半透膜を通過して前記第１チャンバに至る供給溶液の浸透運動により発生する前記希釈ドロー溶液の機械エネルギーを、電気エネルギーに変換するステップと、
を含むことを特徴とするエネルギー発生方法。
【請求項１２】
前記第１ステップにおいて、直径２０ｎｍの粒子を有する浸透剤を含むドロー溶液を前記第１チャンバに供給することを特徴とする請求項１１に記載のエネルギー発生方法。
【請求項１３】
前記半透膜が、１０ｎｍの直径を有する孔を備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のエネルギー発生方法。
【請求項１４】
前記第２ステップは、浸透剤によって提供される浸透圧より小さな圧力で、前記第１チャンバの中にドロー溶液を加圧することを含むことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のエネルギー発生方法。
【請求項１５】
前記希釈ドロー溶液から、前記浸透剤の少なくとも一部を回収するステップをさらに含む請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のエネルギー発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有用なエネルギーまたは電力を発生させる装置および方法に関し、特に、供給溶液の浸透による移動を利用して、有用なエネルギーまたは電力を発生させる装置および方法に関するがこれに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力を発生させるために浸透を利用するシステムが知られている。典型的には、これらのシステムは、浸透膜発電を利用する。浸透膜発電においては、浸透によって、供給溶液が、第１チャンバから浸透剤を含むドロー溶液を保持する第２チャンバに、半透膜を通って移動し、第２チャンバ中のドロー溶液に圧力が作用する。供給溶液が半透膜を浸透して移動する際、ドロー溶液と混合され、希釈されたドロー溶液を形成する。第２チャンバ内のドロー溶液に作用する圧力と共に、浸透により半透膜を通って供給溶液が移動すると、希釈されたドロー溶液が流動を起こす。典型的には、タービンを用いて、希釈されたドロー溶液の圧流を、有用なエネルギーまたは電力に変換する。
【０００３】
一つの特定の例では、第１チャンバの中には淡水、第２チャンバの中には海水を用意する。海水中の塩分が、浸透剤として作用する。第２チャンバ内に海水には、圧力が作用し、新鮮な水が第１チャンバから第２チャンバまで浸透によって移動して希釈されたドロー溶液を形成すれば、希釈ドロー溶液は流動する。流れる希釈ドロー溶液を用いて、タービンを駆動し、その駆動が利用可能なエネルギーまたは電力を提供する。不都合なことに、このシステムは、ごく僅かな利用可能エネルギーまたは電力しか発生させなかった。有用なエネルギーまたは電力の量を増加するためには、通常、このシステムを複数提供する。不都合なことに、このシステムを複数用いれば、コストが増加し、より大きな空間を必要とする。
【０００４】
これまで、浸透を利用するシステムにより発生する電力または有用なエネルギーの量を向上させるいくつかの工程が行われてきた。各種浸透剤を用いて、半透膜を越える供給溶液の流量を増加させ、すなわち、浸透ポテンシャルを高めてきた。例えば、浸透剤としてアンモニアおよび二酸化炭素を使うことが知られている。アンモニアおよび二酸化炭素を浸透剤として使うシステムでは、浸透剤として塩を使うシステムと比較して、４０倍程度の電力または有用なエネルギーを提供することができる。
【０００５】
しかしながら、様々な浸透剤を使用して、浸透を利用するシステムにより発生する電力量を高くしてきたにもかかわらず、この種のシステムは、未だ満足な電力量を提供しない。
【０００６】
先行技術のシステムに使われる半透膜は、第２チャンバのドロー溶液からの（小さいサイズの）浸透剤が膜を越えて第１チャンバに広がることを防止するため、孔が小さくなっている。孔が小さければ、膜の溶媒透過率が制限される。溶媒透過率が低いと、半透膜を通過する供給溶液の流量が制限され、膜を通過する供給溶液の流量が低いと、発生する電力量または有用なエネルギーが制限される。
【０００７】
先行技術のシステムに使われる半透膜は、供給溶液内の粒子により、またはドロー溶液内の浸透剤により詰まり易い。膜が詰まると、半透膜を通過する供給溶液の流量が低減し、膜を通過する供給溶液の流量が低減すれば、発生する電力または有用なエネルギーの量が低減する。半透膜が詰まるようになれば、定期的に膜をクリーニングすることが必要になり、したがって、先行技術のシステムに使われる半透膜は、高いレベルのメンテナンスを必要とする。
【０００８】
溶媒透過率を上げるために半透膜の孔のサイズを大きくすれば、浸透剤が膜に浸透するリスクが上昇する。浸透剤が透過すると、各チャンバ内の供給溶液とドロー溶液の間の濃度差が下がり、システム内の浸透ポテンシャルが下がる。浸透ポテンシャルが下がると、半透膜を通過する供給溶液の流量が小さくなり、膜を通過する供給溶液の流量が小さくなると、発生する電力または有用なエネルギーの量が低減する。
【０００９】
本発明の目的は、上記の不利益の少なくともいくつかを取り除きまたは和らげることにある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従い、有用なエネルギーを発生させる装置により、上記の目的は実現され、該装置は、浸透剤を備えるドロー溶液を含む第１チャンバと、供給溶液を含む第２チャンバと、供給溶液が浸透により第２チャンバから半透膜を通過して第１チャンバまで移動して、希釈ドロー溶液を形成することができるように配置される半透膜と、第１チャンバ内の圧力を希釈ドロー溶液に作用させるように作動する加圧手段と、機械エネルギーを電気エネルギーに変換できるように構成されるエネルギー変換手段とを備え、エネルギー変換手段は、第２チャンバから半透膜を通過して第１チャンバに至る加圧された供給溶液の浸透による運動により発生する希釈ドロー溶液内の機械エネルギーを、有用なエネルギーに変換することができるように配置され、浸透剤は、０．５ｎｍ 〜５ｍｍの範囲の径を有する粒子を備え、半透膜は、装置が発生することができる電力または有用なエネルギーの量を向上するように、最大で、浸透剤の粒子の直径に等しい直径を有する孔を備える。
【００１１】
「有用なエネルギー」は、所望の使用に適切な形態のエネルギーのことである。有用なエネルギーの非限定的な例としては、電気エネルギーを挙げることができる。有用なエネルギーは、電源デバイスに使われることができ、したがって、有用なエネルギーは、電力発生を与える。
【００１２】
「半透膜を通過する供給溶液の運動」との表現は、供給溶液の中に含まれる、半透膜の孔の径より小さい径を有する溶媒分子およびあらゆる粒子、微粒子または分子が、膜を通過する通過することをいう。供給溶液中に存在し、半透膜の中に孔の径より大きな径の粒子を有する全ての浸透剤は、半透膜を通して通過しない。
【００１３】
好ましくは、ドロー溶液は、供給溶液より高い浸透剤の濃度を有する。好ましくは、供給溶液は、浸透剤を備えない。好ましくは、供給溶液において、浸透剤の濃度は０％である。
【００１４】
好ましくは、不純物を全く含まない溶媒を、供給溶液の代替として用いていてもよい。溶媒は、例えば精製水であってもよい。あらゆる適切な溶媒を使ってもよい。
好ましくは、浸透は浸透膜発電である。
【００１５】
半透膜は、１．８〜３．７ｅ8（Lm2h-1bar-1）の透過率を実現する孔を備えていてもよい。半透膜は、３．７〜３．７ｅ5（Lm2h-1bar-1）の透過率を実現する孔を備えていてもよい。半透膜は、３７〜３．７ｅ3（Lm2h-1bar-1）の透過率を実現する孔を備えていてもよい。本実施形態では、半透膜は、740.7（Lm2h-1bar-1）の透過率を実現する孔を備えていてもよい。
【００１６】
半透膜は、０．２５ｎｍ〜２．５ｍｍの径を有する孔を備えていてもよい。半透膜は、０．２５ｎｍ〜５０μｍの径を有する孔を備えていてもよい。半透膜は、０．５ｎｍ〜５００ｎｍの径を有する孔を備えていてもよい。半透膜は、１０ｍｍの径を有する孔を備えていてもよい。
【００１７】
浸透剤は、０．５ｎｍ 〜５ｍｍの範囲の径を有する粒子を備えていてもよい。浸透剤は、０．５ｎｍ 〜１００μｍの範囲の径を有する粒子を備えていてもよい。浸透剤は、１ｎｍ 〜１μｍの範囲の径を有する粒子を備えていてもよい。浸透剤は、径が２０ｎｍの粒子を備えていてもよい。粒子は、あらゆる適切な有機材料、無機材料、金属、金属酸化物、ポリマーまたは異なる材料の組合せを備えてもよい。例えば、粒子はそれぞれ、金属のコアおよび親水性ポリマー等の有機材料を備えるコーティングを備えてもよい。粒子は、強磁性、フェリ磁性または超常磁性の性質を示すように構成されてもよく、例えば、粒子は、強磁性体を備えてもよい。浸透剤は、あらゆる適切な材料を備えてもよいことが理解されよう。
【００１８】
浸透剤の粒子は、粒子の表面積を増加させるため、多孔性としてもよい。粒子の表面積を増加させることにより、ドロー溶液の溶媒と相互作用するに十分大きい面積を、粒子が確実に有することができるようになり、これは、ドロー溶液中の粒子当たりの溶媒量を増加させることで、浸透力をより高めることができるようになる。浸透力がより高くなると、装置は、より大きな使用可能エネルギーを発生させることができる。
「浸透力」とは、２つの溶液の間の溶質濃度の差から得ることができるエネルギーのことである。
【００１９】
浸透剤の粒子は、あらゆる適切な形状を有してもよい。好ましくは、浸透剤の粒子は、粒子の表面積を増加させる形状を備える。浸透剤の粒子は、リング形、球面形、棒形、八の字形、ダブルリング形および／または螺旋形であってもよい。
浸透剤の粒子は、表面コーティングを備えることにより、ドロー溶液の溶媒との親和性を増加させ、および／または、ドロー溶液中での粒子の凝集を防止し、および／または、粒子を劣化させずにドロー溶液中に安定にしておくことができる。浸透剤の粒子は、ドロー溶液の安定性を高める表面コーティングを備えてもよい。
【００２０】
表面コーティングは、親水性材料を備えてもよい。好ましくは、ドロー溶液の溶媒が親水性である場合は、表面コーティングは親水性材料を備える。好ましくは、表面コーティングは親水性ポリマーを備える。表面コーティングは、疎水性材料を備えてもよい。好ましくは、ドロー溶液の溶媒が疎水性である場合は、表面コーティングは疎水性材料を備える。好ましくは、表面コーティングは疎水性ポリマーを備える。
【００２１】
装置は、希釈ドロー溶液から浸透剤の少なくとも一部を回収する浸透剤回収手段をさらに含んでもよい。この浸透剤回収手段は、磁界を提供する磁石と、電界を提供する電気手段と、希釈ドロー溶液に遠心力を提供する手段と、希釈ドロー溶液をろ過する手段と、希釈ドロー溶液を加熱する手段とを備える群から選択される少なくとも一つを備えてもよい。浸透剤は、浸透剤回収手段に合わせて選択されてもよい。例えば、浸透剤回収手段が磁石である場合は、強磁性体を備える浸透剤を使いればよい。磁界は、一つ以上の永久磁石によって提供されてもよく、あるいは、一つ以上の電磁石によって提供されてもよい。
【００２２】
浸透剤回収手段は、熱応答性材料を備える粒子を備えてもよい。熱応答性材料は、浸透剤の粒子と協働するように構成されることが好ましい。熱応答性材料は、希釈ドロー溶液中の浸透剤の粒子と協働するように構成されることが好ましい。熱応答性材料は、粒子上のコーティングとして提供されてもよい。熱応答性材料は、一つ以上の熱応答性ポリマーであってもよい。熱応答性材料は、温度により、親水性または疎水性の性質を示してもよい。温度変化が、熱応答性材料の粒子の凝集を誘発してもよい。粒子が凝集すれば、熱応答性材料の粒子が容易に収集できるようになる。粒子がドロー溶液内で再分散されるように、凝集は可逆的であってもよい。好ましくは、熱応答性材料は、浸透剤と協働する。熱応答性材料は、ドロー溶液中の浸透剤と協働してもよい。好ましくは、熱応答性材料は、希釈ドロー溶液中の浸透剤と協働する。したがって、希釈ドロー溶液の温度を調整して熱応答性材料の粒子の凝集を誘発することにより、希釈ドロー溶液から容易に浸透剤を回収することができ、熱応答性材料の粒子が浸透剤の粒子と協働すれば、浸透剤の粒子も凝集する。浸透剤の粒子の凝集は、希釈ドロー溶液からの浸透剤の回収を容易にする。熱応答性材料の粒子が再分散されるように、ドロー溶液または希釈ドロー溶液の温度を調整することにより、浸透剤の再分散が引き起こされる。
【００２３】
第１チャンバ向けのドロー溶液を保存するためおよび第２チャンバ向けの供給溶液を保存するための一つ以上の容器をさらに備えていてもよい。好ましくは、装置は、浸透剤を備えるドロー溶液を保存することができる第１容器と、供給溶液を保存することができる第２容器とを備える。１つ以上の容器は、浸透剤の少なくとも一部を回収する手段と液体流通するように配置されてもよい。ドロー溶液および供給溶液を保存することにより、有用なエネルギーの貯蔵が可能になる。
【００２４】
装置は、発生する有用なエネルギーを保存するための手段をさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明のさらなる態様によれば、有用なエネルギーを発生させる方法を提供し、該方法は、０．５ｎｍ 〜５ｍｍの範囲粒子を備える浸透剤を備えるドロー溶液を第１チャンバに提供するステップと、第１チャンバ内のドロー溶液を加圧するステップと、第２チャンバに供給溶液を提供するステップと、最大で浸透剤の粒子の径に等しい径を有する孔を備える半透膜を通過して、第２チャンバから第１チャンバへ、浸透により供給溶液を移動させて、希釈ドロー溶液を形成するステップと、第２チャンバから半透膜を通過して第１チャンバに至る浸透による供給溶液の運動により発生する希釈ドロー溶液内の機械エネルギーを、使用電気エネルギーに変換するステップとを備える。
【００２６】
浸透剤を備えるドロー溶液を第１チャンバに提供するステップは、第１チャンバに、２０ｎｍの径を有する粒子を備える浸透剤を備えるドロー溶液を提供することを有していてもよい。
【００２７】
粒子の表面積を増加させるために、粒子は多孔性であってもよい。半透膜は、１０ｎｍの径を有する孔を備えていてもよい。
【００２８】
第１チャンバ内のドロー溶液を加圧するステップは、浸透剤によって提供される浸透圧より小さな圧力で、第１チャンバの中にドロー溶液を加圧することを有していてもよい。
【００２９】
本方法はさらに、粒子のドロー溶液の溶媒に対する親和性を向上し、および／または、ドロー溶液の溶媒中における粒子の安定性を向上するため、粒子に表面コーティングを提供するステップを備えていてもよい。
【００３０】
本方法は、希釈ドロー溶液から浸透剤の少なくとも一部を回収する回収ステップをさらに含んでもよい。これは、磁界を提供する磁石を用いること、電界を提供する電気手段を用いること、希釈ドロー溶液に遠心力を提供する手段を用いること、希釈ドロー溶液をろ過する手段を使うこと、希釈ドロー溶液を加熱する手段を使うこと、別の化合物を希釈ドロー溶液に加える手段を使うこと、の少なくとも一つによって実現されてもよい。
【００３１】
回収ステップは、希釈ドロー溶液に熱応答性材料を提供するステップを備えてもよい。熱応答性材料は好ましくは、浸透剤の粒子と協働するように構成される。熱応答性材料は、粒子上のコーティングとして提供されてもよい。熱応答性材料は、一つ以上の熱応答性ポリマーであってもよい。熱応答性材料は、温度に応じて親水性または疎水性の性質を示してもよい。回収ステップは、希釈ドロー溶液の温度を変えて、熱応答性材料の粒子の凝集を誘発するステップをさらに有していてもよい。粒子が凝集すれば、粒子を容易に収集できるようになり、よって、回収が容易になる。粒子がドロー溶液に再分散されることができるように、凝集は可逆的であってもよい。好ましくは、熱応答性材料は、浸透剤と協働する。好ましくは、熱応答性材料は、希釈ドロー溶液中の浸透剤と協働する。したがって、熱応答性材料の粒子の凝集を誘発するように、希釈ドロー溶液の温度を調整することにより、希釈ドロー溶液から容易に浸透剤を回収することができ、熱応答性材料の粒子が浸透剤の粒子と協働すれば、浸透剤の粒子も凝集する。浸透剤の粒子が凝集すれば、希釈ドロー溶液からの浸透剤の回収が容易になる。
【００３２】
本方法は、発生する有用なエネルギーを保存するステップをさらに含んでもよい。
【００３３】
本方法はさらに、第１容器の中に第１チャンバ向けのドロー溶液を保存するステップと、第２容器の中に第２チャンバ向けの供給溶液を保存するステップとを有していてもよい。このようにドローおよび供給溶液を保存することにより、エネルギーの貯蔵が可能になる。
【００３４】
本方法は、希釈ドロー溶液から浸透剤の少なくとも一部を容器に回収する手段から、ドロー溶液を容器に移動させるステップを備えてもよい。
【００３５】
本発明のさらなる態様に従い、上記の装置のいずれかを備える、透析、脱塩、水処置、診断またはドラッグデリバリーのデバイスが提供される。
【００３６】
本発明のさらなる態様に従い、透析、脱塩、水処置、診断またはドラッグデリバリー装置は、浸透剤を備えるドロー溶液を含む第１チャンバと、供給溶液を含む第２チャンバと、供給溶液が浸透により半透膜を通過して第２チャンバから第１チャンバまで移動して希釈ドロー溶液を形成することができるように配置される、半透膜とを備え、浸透剤は、範囲０．５ｎｍ〜５ｍｍの粒子を備え、半透膜は、最大で浸透剤の粒子の径に等しい径を有する孔を備える。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示される装置に用いられる半透膜およびドロー溶液の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明の実施形態に従った有用なエネルギーを発生させる装置１の斜視図を提供する。
【００３９】
装置１は、ドロー溶液５を含む第１チャンバ３を備える。ドロー溶液５は、浸透剤７を含む。図で示すように、浸透剤は、粒子８を備える。
【００４０】
装置１は、供給溶液１１を含む第２チャンバ９をさらに含む。供給溶液１１は、浸透剤を含まない（またはドロー溶液５中にあるように少なくとも浸透剤７をほとんど含まない）。
【００４１】
第２チャンバ９の中に含まれる供給溶液１１が、浸透によって、半透膜１３を通過して第１チャンバ３へと移動して、希釈ドロー溶液１５を形成することができるよう、半透膜１３が装置１内に配置される。
【００４２】
第１チャンバ３内のドロー溶液５および希釈ドロー溶液１５に、圧力を作用させるように配置される加圧手段１７が、提供される。浸透により、半透膜１３を通過して第２チャンバ９から第１チャンバ３へ供給溶液１１が移動することと、加圧手段１７によって提供される圧力とを組み合わせることにより、希釈ドロー溶液１５が、出口ダクト１８を介して第１チャンバ３から流出する。したがって、希釈ドロー溶液１５は、運動エネルギーを備えることになる。
【００４３】
出口ダクト１８は、第１チャンバ３内の流体をエネルギー変換手段としてのタービン１９に供給する。ダクト２３は、希釈ドロー溶液１５がタービン１９に直接流れるように構成される。タービン１９は、それは、希釈ドロー溶液１５中の運動エネルギーを有用なエネルギーに変換する。有用なエネルギーは、所望の使用に適切な形のエネルギーである。本実施形態では、タービン１９が、希釈ドロー溶液１５内の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００４４】
タービン１９は、家３３に電気エネルギーを分配することができる配電ネットワーク３１と、操作可能に通じており、そこでは、電気エネルギーは、例えば、照明および家電機器に電力を供給するために用いることができる。
【００４５】
装置１は、希釈ドロー溶液１５から浸透剤７の少なくとも一部を回収する浸透剤回収手段をさらに含む。例えば、浸透剤回収手段は、加熱デバイス３７を備える。加熱デバイス３７は、第１チャンバ３を出る希釈ドロー溶液１５およびタービン１９を出るドロー溶液を、それぞれ入力ダクト３８、４０を介して受けるように構成される。加熱デバイス３７は、希釈ドロー溶液１５を加熱して、希釈ドロー溶液１５の溶媒の少なくとも一部蒸発させて、リサイクルされた供給溶液４１およびリサイクルされたドロー溶液４３を提供するよう操作可能である。リサイクルされたドロー溶液４３は、第１チャンバ３の中に提供されるドロー溶液５と同様であり、リサイクルされた供給溶液１１は、第２チャンバ９の中に供給溶液１１と同様である。リサイクルされたドロー溶液４３は、再利用のため、第１チャンバ３に提供することができ、同様に、リサイクルされた供給溶液１１は、再利用のため、第２チャンバ９に提供することができる。
【００４６】
浸透剤回収手段は、他のあらゆる適切な手段を備えてもよい。例えば、磁界を提供する磁石を用いてもよく、浸透剤７が強磁性、フェリ磁性または超常磁性の性質を示す材料製（一部当該材料製）である場合に適切である。磁界は、永久磁石または電磁石によって提供されてもよい。浸透剤回収手段は、電界を提供する電気手段、希釈ドロー溶液に遠心力を提供する手段、希釈ドロー溶液をろ過する手段、希釈ドロー溶液を加熱する手段、のいずれであってもよい。浸透剤回収手段は、ドロー溶液５中の浸透剤７の種類に従って選択されてもよい。
【００４７】
装置は、第１チャンバ３向けのドロー溶液５を保存することができる第１容器４５と、および第２チャンバ９向けの供給溶液１１を保存することができる第２容器４７とをさらに備える。本実施形態では、第１および第２容器４５、４７は、加熱デバイス３７と液が流通するよう配置され、したがって、容器４５，４７は加熱デバイス３７からリサイクルされた供給溶液４１およびリサイクルされたドロー溶液４３を受容することができる。
【００４８】
図２は、図１に示される装置に用いられる半透膜１３および希釈ドロー溶液１５の拡大斜視図を提供する。
【００４９】
浸透剤７は、範囲０．５ｎｍ〜５ｍｍの径「ｄ」を有する粒子８を備えてもよい。好ましくは、浸透剤７は、範囲０．５ｎｍ〜１００μｍの径「ｄ」を有する粒子８を備える。より好ましくは、浸透剤７は、範囲１ｎｍ〜１μｍの径「ｄ」を有する粒子８を備える。本実施形態では、浸透剤７は、２０ｎｍの径「ｄ」を有する粒子８を備える。
【００５０】
粒子は、あらゆる有機材料、無機材料、金属、金属酸化物、ポリマーまたは異なる材料の組合せでできていてもよい。好ましくは、粒子は有機材料でコーティングされる金属酸化物から作られる。本実施形態では、粒子は、ポリ（エチレングリコール）二酸（ＰＥＧ−（ＣＯＯＨ）2）でコーティングされるトリアセチルアセトナート第二鉄（Ｆｅ（ａｃａｃ）3）から作られる。
【００５１】
半透膜１３は、最大で浸透剤７の粒子８の径「ｄ」に等しい径「Ｄ」をそれぞれ有する孔４９を備える。半透膜１３は、０．２５ｎｍ〜２．５ｍｍの径「ｄ」を有する孔４９を備えてもよい。好ましくは、半透膜１３は、０．２５ｎｍ〜５０μｍの径「Ｄ」を有する孔４９を備えている。より好ましくは、半透膜１３は、０．５ｎｍ〜５００ｎｍの径「Ｄ」を有する孔４９を備えている。本実施形態では、半透膜１３は、１０ｎｍの径「Ｄ」を有する孔４９を備えているとする
【００５２】
半透膜１３中の孔４９は、１．８〜３．７ｅ8（Lm2h-1bar-1）；３．７〜３．７ｅ5（Lm2h-1bar-1）；３７〜３．７ｅ3（Lm2h-1bar-1）の透過率を有する半透膜を提供してもよい。本実施形態では、半透膜１３中の孔４９は、740.7（Lm2h-1bar-1）の透過率を有する半透膜を提供する。
【００５３】
浸透剤７の粒子８は、粒子８の表面積を増加させるよう、多孔性で構成されてもよい。本実施形態では、粒子８は無孔である。浸透剤７の粒子８は、粒子８の表面積を増加させるあらゆる適切な形状を有してもよいことが理解され、例えば、浸透剤７の粒子８は、リング形、球面形、棒形、および／または螺旋形であってもよい。本実施形態では、粒子８は球面形である。
【００５４】
浸透剤７の粒子８は、粒子８のドロー溶液１５の溶媒との親和性を増加させる表面コーティングを備える。この例では、ドロー溶液１５の溶媒は親水性であり、したがって、表面コーティングは親水性ポリマーの形の親水性材料を備える。
【００５５】
次に図１および２を参照し、使用中に、浸透剤７を含むドロー溶液５は、容器４５から第１チャンバ３に提供される。供給溶液１１は、容器４７から第２チャンバ９へ提供される。半透膜１３を通過して第２チャンバ９から第１チャンバ３へ供給溶液１１が浸透によって流れることができるよう、供給溶液１１は、浸透剤を含まない（またはドロー溶液５中にあるように少なくとも浸透剤７をほとんど含まない）。半透膜１３を通過する供給溶液１１の流れは、第１チャンバ３内に希釈ドロー溶液１５を形成する。
【００５６】
加圧手段１７は、浸透による第１チャンバ３への供給溶液１１の流れとして、第１チャンバ３内でドロー溶液５を加圧するように動作する。加圧手段１７は、第１チャンバ３に得られた希釈ドロー溶液１５に圧力を作用し続けることになる。
【００５７】
浸透により、第２チャンバ９から第１チャンバ３へ供給溶液１１が移動することと、加圧手段１７によって提供される圧力とを組み合わせることにより、希釈ドロー溶液１５が流れるようになる。したがって、希釈ドロー溶液は、運動エネルギーを備えるようになる。
【００５８】
希釈ドロー溶液１５の一部は、出口ダクト２３を介してタービン１９への流れることになる。タービン１９が動作し、希釈ドロー溶液１５中の運動エネルギーを有用なエネルギーに、変換する。本実施形態では、タービン１９は、希釈ドロー溶液１５中の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように動作する。次に電気エネルギーは、配電ネットワーク３１に送られ、供給電気エネルギーを家３３に送る。タービン１９を通り抜けた希釈ドロー溶液１５は、加熱デバイス３７を通過し、加熱されてリサイクルされたドロー溶液およびリサイクルされた供給溶液を提供し、それらはそれぞれ容器４５および４７に到達し、保存されまたは再利用される。
【００５９】
希釈ドロー溶液１５の一部は、第２ダクト２５を介して加圧手段１７に至り、それから、加熱デバイス３７に至る。加圧手段１７では、希釈ドロー溶液１５を用いて、第１チャンバ３内に入る濃縮されたドロー溶液を加圧する。希釈ドロー溶液からの圧力は、加圧手段１７を通して、進入するドロー溶液に伝達される。加熱デバイス３７は、浸透剤７の少なくとも一部を回収するように動作し、さらに具体的には、この場合、加熱デバイス３７は、希釈ドロー溶液１５からドロー溶液５の少なくとも一部を回収するように動作する。加熱デバイス３７は、希釈ドロー溶液１５を加熱して、希釈ドロー溶液１５中の溶媒の少なくとも一部を蒸発させるので、リサイクルされた供給溶液４１およびリサイクルされたドロー溶液４３を提供する。ドロー溶液を回収するため他の手段を用いてもよい。ドロー溶液を回収することための手段は、用いられる浸透剤に依存していてもよく、例えば、浸透剤が強磁性体を備える場合は、ドロー溶液を回収する手段は、磁石を備えてもよい。
【００６０】
リサイクルされたドロー溶液４３は、第１容器４５に供給され、そこで保存され、再利用のため、もう一度第１チャンバ３に供給される。リサイクルされた供給溶液４１は、第２容器４７に供給され、そこで保存され、再利用のため、もう一度第２チャンバ９に供給される。
【００６１】
供給溶液１１の一部は、半透膜１３を透過せず、第２チャンバ９から流出し、フィードバックダクト５１を通って容器４７へと供給される。
【００６２】
浸透を利用して、あらゆるシステムにより発生される有用なエネルギーまたは電力（Ｗ）は、半透膜１３を通過する供給溶液１１の流れ（Ｊ）に比例し、また、供給溶液１１とドロー溶液１５との間の圧力勾配（ΔＰ）にも比例し、以下の式で表わされる。
Ｗ＝Ｊ×ΔＰ
【００６３】
半透膜１３を通過する供給溶液１１の流れ（Ｊ）は、装置内の浸透力（Δπ）、供給溶液１１とドロー溶液１５との間の圧力勾配ΔＰおよび膜透過率（Ａ）に比例し、以下の式で表わされる。
Ｊ＝Ａ×（Δπ−ΔＰ）
【００６４】
浸透力は、第１チャンバ３の中に含まれるドロー溶液５中の浸透剤７の組成物に依存している。浸透力は、供給溶液１１とドロー溶液５との間の浸透剤濃度の差に起因して生み出される有用なエネルギーである。
【００６５】
本実施形態では、装置１は、２０ｎｍの径「ｄ」を有する粒子８を含む浸透剤７を用いる。粒子８のサイズが大きければ、半透膜１３が備える孔４９の径「Ｄ」も大きくする。孔４９を大きくすれば、半透膜１３の透過率も増加し、装置１が発生できる電力または有用なエネルギーが増加する。
【００６６】
さらに、浸透剤７がより大きいサイズの粒子を含む場合、浸透剤７の粒子８が半透膜を通過する可能性も低くなり、したがって、浸透ポテンシャルが装置１内で維持される。浸透剤７の粒子８のサイズが大きければ、半透膜１３の孔４９の径「Ｄ」の範囲をより広くすることができる。さらに、浸透剤７の粒子８のサイズが大きいと、浸透剤７の粒子８と孔４９のサイズ比が増加する。粒子８と孔４９のサイズ比は、２〜２０であることが好適である。またこの比が、２〜５の間にあることはより好適である。本実施形態では、２に等しい。したがって、半透膜１３は詰まりにくい。浸透剤７の粒子８のサイズが大きければ、孔４９の径「Ｄ」が大きくなり、孔４９の径「Ｄ」が大きくなると、半透膜を通過する流れが増加する。浸透剤７の粒子８の径「ｄ」と比較した孔４９の径「Ｄ」が、詰まりが防止される程度に十分に小さいことが好適である。粒子８のサイズがより大きいと、浸透剤７の粒子８の径「ｄ」と孔４９の径「Ｄ」の間のサイズ差が確実に大きくなり、すなわち、浸透剤７の粒子の径「ｄ」は、孔４９の径「Ｄ」より非常に大きくなり、その結果、半透膜１３の孔４９が浸透剤７の粒子８により詰まることが起こりにくくなる。装置１内の詰まりがなくなり浸透ポテンシャルが維持されると、半透膜１３を通過する供給溶液１１の流れに障害が生じない。したがって、経時的に、装置１は、高いレベルの発電または有用なエネルギーの発生を維持することができる。さらに、浸透剤７の粒子８のサイズが大きいと、半透膜１３の透過率に支障を生じさせることなく、所与の粒子８サイズに対して適切な孔４９のサイズの選択の自由度が大きくなる。
【００６７】
特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に記載された実施形態に対して各種変更および変形ができることが、当業者にとって明らかである。具体的な好適な具体例に関連して本発明の説明を行ってきたが、請求項に記載した本発明は、これら具体的な実施形態に過度に限定されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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