(57)【要約】  実施形態に従う水処理方法は、水を含む対象液とドロー液とを含む作業媒体を用いる水処理方法である。ドロー液は、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液である。当該方法は、（１）浸透膜で仕切られた浸透圧発生器において、対象液とドロー液との間で生じる浸透圧差により、水とドロー液との混合液の流束を発生させること、（２）混合液の流束を気化分離部に送ること、（３）圧力差によって水とドロー液とを分離すること、並びに（４）前記気化分離部で分離されたドロー液を再利用すること、を含む。
2016072461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含む対象液とドロー液とを含む作業媒体を用いる水処理方法であって、前記ドロー液は、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液であり、当該方法は、
（１）浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバとを備える浸透圧発生器において、前記第１のチャンバ内に収容された前記対象液と、前記第２のチャンバ内に収容された前記ドロー液との間で生じる浸透圧差により、前記水と前記ドロー液とを含む混合液の流束を発生させること、
（２）ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部において、前記混合液の流束を前記第３のチャンバに送ること、
（３）前記第４のチャンバ内と前記第３のチャンバ内との圧力差によって、前記第３のチャンバから前記ゼオライト膜を通過させた水を前記第４のチャンバに移動させて、水とドロー液とを分離すること、並びに
（４）前記気化分離部で分離された前記ドロー液を前記浸透圧発生器の前記第２のチャンバに送ること
を含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記水処理が、前記対象液を淡水化および／または水質浄化することを含み、前記気化分離部で分離された水を回収すること、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記水処理は、発電することを含み、前記浸透圧発生器から流出する前記混合液の流束によって回されるタービンと、当該タービンを回した後の当該混合液を前記気化分離部に送るラインと、前記気化分離部により分離された水を前記浸透圧発生器の前記第１のチャンバに送るラインとを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記水処理が、発電することと、前記対象液を淡水化および／または水質浄化することとを含み、
前記浸透圧発生器から流出する前記混合液の流束によって回されるタービンと、
前記タービンを回した後の前記混合液を前記気化分離部に送るラインと、
前記気化分離部において分離された水を収容する回収タンクと、
を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ゼオライト膜がチャブサイト型ゼオライトであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記水と前記ドロー液との分離が、浸透気化膜法により行われることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ドロー液が、アルコールまたは多価アルコールであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ドロー液が、ｔｅｒｔ−ブタノール、イソプロピルアルコールおよび以下の式１で示される化合物を含む多価アルコール並びにそれらの水溶液からなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の方法；
【化１】
2016072461.tif 000010
ここで、ｎは０以上の整数である。
【請求項９】
前記気化分離部に排熱からの熱を与えることを更に含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
水を含む対象液とドロー液とを含む作業媒体を用いて当該対象液を処理する水処理システムであって、
（１）前記ドロー液が、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液である作業媒体と、
（２）浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバを備え、前記第１のチャンバ内に収容された前記対象液と、前記第２のチャンバ内に収容された前記ドロー液との間で生じる浸透圧差により、前記水と前記ドロー液とを含む混合液の流束を発生させる浸透圧発生器と、
（３）ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバを備え、前記第３のチャンバ内に前記混合液を収容し、前記第４のチャンバ内と前記第３のチャンバ内との圧力差によって前記第３のチャンバから前記ゼオライト膜を通過させた水を前記第４のチャンバに移動させ、それにより水とドロー液とを分離する気化分離部と、
（４）前記浸透圧発生器の前記第１のチャンバ内に前記気化分離部で分離された前記水を送るための第１のラインと、
（５）前記浸透圧発生器の前記第２のチャンバ内に前記気化分離部で分離された前記ドロー液を送るための第２のラインと
を備えることを特徴とする水処理システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、
前記水処理が、前記対象液を淡水化および／または水質浄化することを含み、
前記気化分離部において分離された水を収容する回収タンクを更に備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムであって、
前記水処理が、発電することを含み、前記浸透圧発生器から流出する前記混合液の流束によって回されるタービンと、当該タービンを回した後の当該混合液を前記気化分離部に送るラインとを更に備えるシステム。
【請求項１３】
請求項１０に記載のシステムであって、
前記水処理が、発電することと、当該対象液を淡水化および／または水質浄化することとを含み、
前記浸透圧発生器から流出する前記混合液の流束によって回されるタービンと、
前記タービンを回した後の当該混合液を前記気化分離部に送るラインと、
前記気化分離部において分離された水を収容する回収タンクと、
を更に備えるシステム。
【請求項１４】
前記ゼオライト膜がチャブサイト型ゼオライトであることを特徴とする請求項１０〜１３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ドロー液と前記水との分離が、浸透気化膜法により行われることを特徴とする請求項１０〜１４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ドロー液が、ｔｅｒｔ−ブタノール、イソプロピルアルコールおよび以下の式１で示される化合物を含む多価アルコール並びにそれらの水溶液からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０〜１５の何れか１項に記載のシステム；
【化２】
2016072461.tif 000011
ここで、ｎは０以上の整数である。
【請求項１７】
水処理装置であって、
浸透膜と、前記浸透膜により仕切られ、水を含む対象液を収容するための第１のチャンバと、水との間に浸透圧差を生じるドロー液を収容するための第２のチャンバとを備える浸透圧発生器；
前記浸透圧発生器から流出する前記ドロー液と前記ドロー液に引き込まれた水とを含む混合液が導入され、当該混合液の水を圧力差によってゼオライト膜で通過させることによって水とドロー液とを分離する気化分離部；および
前記気化分離部により分離された前記ドロー液を前記浸透圧発生器の前記第２のチャンバに送るライン；
を備える水処理装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、
前記水処理が、前記対象液を淡水化および／または水質浄化することを含み、前記気化分離部において分離された前記水を収容する回収タンクを更に備えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の水処理装置であって、
前記水処理が、発電することを含み、前記浸透圧発生器から流出する前記混合液の流束によって回されるタービンと、当該タービンを回した後の前記混合液を前記気化分離部に送るラインと、前記気化分離部により分離された前記水を前記浸透圧発生器の前記第１のチャンバに送るラインとを更に備えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の水処理装置であって、
前記水処理が、発電することと、前記対象液を淡水化および／または水質浄化することとを含み、
前記浸透圧発生器から流出する前記混合液の流束によって回されるタービンと、
前記タービンを回した後の前記混合液を前記気化分離部に送るラインと、
前記気化分離部において分離された前記水を収容する回収タンクと、
を更に備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理方法、水処理システムおよび水処理装置に関する。
【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。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循環型浸透圧発電装置がある。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。これによって濃度の高い炭酸アンモニウム水溶液が得られる。得られた濃度の異なる２種類の炭酸アンモニウム水は、共に再循環されて発電のために使用される。【０００４】
炭酸アンモニウムは、その１００ｇが１００ｍＬの水に常温で溶けるほど溶解性が高い。そのため、海水（３．５Ｗｔ％）から真水を吸引できるほどの浸透圧を得ることができる。その後、僅か６０℃で分解し、炭酸ガスとアンモニアガスになる。炭酸アンモニウム水を使用する浸透圧発電装置では、正浸透圧で加圧した炭酸アンモニウム水溶液をタービンに送り発電する。正浸透圧での加圧は、２５０気圧の圧力を得ることも可能である。これは、海水の浸透圧を利用した浸透圧発電の約１０倍の圧力といわれている。【０００５】
一方で、炭酸アンモニウムを用いた正浸透圧を利用した発電では、有毒で腐食性のアンモニアガスの発生を伴って系内の劣化が生じ、運転コストに大きく影響する。また炭酸アンモニウムは析出し易い。例えば、６Ｍで用いた場合には５０℃未満で直ちに析出する。そのため、浸透膜付近の温度の低下が起こった場合には、析出した結晶が浸透膜を傷つけるリスクがある。これは、室温でメンテナンスを行う際などには特に起こり得るリスクである。析出のリスクを減少するには、低い濃度での運転を余儀なくされる。その結果、十分な浸透圧を得ることが難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５０９５４０号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０１７３５２号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／００２４４２３号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【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
【非特許文献２】R.L.McGinnis et al. "A novel ammonia-carbon dioxide osmotic heat engine for power generation" Science 305 (2007) 13-19
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、低コストで運転可能な水処理の技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に従う水処理方法は、水を含む対象液とドロー液とを含む作業媒体を用いる水処理方法である。ドロー液は、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液である。当該方法は、（１）浸透膜で仕切られた浸透圧発生器において、対象液とドロー液との間で生じる浸透圧差により、水とドロー液との混合液の流束を発生させること、（２）混合液の流束を気化分離部に送ること、（３）圧力差によって水とドロー液とを分離すること、並びに（４）気化分離部で分離されたドロー液を再利用すること、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る浸透圧発電システムを示す図である。
【図２】図２は、実施形態の浸透圧発電方法の１例を示すスキームである。
【図３】図３は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図４】図４は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図５】図５は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図６】図６は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図７】図７は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図８】図８は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図９】図９は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図１０】図１０は、実施形態の浸透圧発電システムの１例を示す略図である。
【図１１】図１１は、実施形態の淡水化システムの１例を示す略図である。
【図１２】図１２は、実施形態の浸透圧発生器の１例を示す略図である。
【図１３】図１３は、実施形態の淡水化方法の１例を示す略図である。
【図１４】図１４は、実施形態の淡水化システムの１例を示す略図である。
【図１５】図１５は、実施形態の淡水化システムの１例を示す略図である。
【図１６】図１６は、実施形態の水処理システムの１例を示す略図である。
【図１７】図１７は、実施形態の水処理方法の１例を示す略図である。
【図１８】図１８は、実施形態の水処理システムの例を示す略図である。
【図１９】図１９は、シリンジ試験装置を示す図である。
【図２０】図２０は、シリンジ試験装置を示す図である。
【図２１】図２１は、例１および例２の結果を示すグラフである。
【図２２】図２２は、例３および例４の結果を示すグラフである。
【図２３】図２３は、例５の結果を示すグラフである。
【図２４】図２４は、例６に使用した装置の概略を示す模式図である。
【図２５】図２５は、例６の結果を示すグラフである。
【図２６】図２６は、例６の結果を示すグラフである。
【図２７】図２７は、例６の結果を示すグラフである。
【図２８】図２８は、例６の結果を示すグラフである。
【図２９】図２９は、例６の結果を示すグラフである。
【図３０】図３０は、浸透圧から水柱の高さを計算するイメージ図である。
【図３１】図３１は、例７の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
水処理方法の一つの形態である循環型浸透圧発電方法を以下に説明する。
【００１２】
実施形態の循環型浸透圧発電方法では、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液および水を含む作業媒体を用いて発電する。この方法は、浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバを備える浸透圧発生器において、第１のチャンバ内に収容された水と第２のチャンバ内に収納された高浸透圧液との間で生じる浸透圧差により、水と高浸透圧液とを含む混合液の流束を発生させること、この流束によりタービンを回して発電すること、タービンを回した後の混合液を、ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部の第３のチャンバ内に送ること、第４のチャンバ内と第３のチャンバ内との圧力差によって第３のチャンバからゼオライト膜を通過させた水を第４のチャンバに移動させて、高浸透圧液と水とを分離すること、得られた水を第１のチャンバ内に送り、かつ得られた高浸透圧液を第２のチャンバ内に送ることを含む。
【００１３】
このような実施形態により、低コストで運転可能な循環型浸透圧発電システムが提供可能となる。
【００１４】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。まず、循環型浸透圧発電システムの１例について図１の（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。
【００１５】
図１の（ａ）は、循環型浸透圧発電システムのブロック図である。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、気化分離部４とを備える。浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および気化分離部４は、この順番で接続されてループを構成している。作業媒体は、このループを循環する。言い換えれば、作業媒体は浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および気化分離部４の内部をこの順番で循環する。
【００１６】
図１の（ｂ）は浸透圧発生器１の例を模式的に示す図である。浸透圧発生器１は、処理容器１２と、当該処理容器１２を浸透膜１０で仕切り、例えば上下に形成される第１のチャンバ１１ａおよび第２のチャンバ１１ｂとを備える。第１のチャンバ１１ａと第２のチャンバ１１ｂは、処理容器１２に備えられている。処理容器１２は気密であることが好ましい。
【００１７】
作業媒体は、高浸透圧液と水とを含む。高浸透圧液は、水よりも高い浸透圧を示す液体であればよい。また、高浸透圧液は水と相溶性を有する。高浸透圧液の浸透圧は、水の浸透圧よりも高く、この高浸透圧液と水との間の浸透圧差を利用して発電を行う。浸透圧発生器１において、第１のチャンバ１１ａ内には水が収容され、第２のチャンバ１１ｂ内には高浸透圧液が収容される。
【００１８】
浸透膜１０を介して配置された水と高浸透圧液との間には、浸透圧差が生じる。浸透圧差により、第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂへの水の移動が起こる。この水の移動により流束が生じる。生じた流束は、タービン２に流れ、当該タービン２を回して発電する。流束を構成する液体は、混合液である。混合液は、第１のチャンバから浸透膜１０を通過して第２のチャンバ１１ｂへ移動した水と、第２のチャンバ１１ｂに収容されていた高浸透圧液と、を含む。タービン２を回した後の混合液は気化分離部４に送られる。気化分離部４では、この液体を水と高浸透圧液とに分離する。これにより、高浸透圧液と水とが再生される。再生された水と高浸透圧液とは、再度浸透圧発生器１のそれぞれのチャンバに送られて、発電のために再利用される。
【００１９】
気化分離部４は、図１の（ｃ）に模式図に示すようにハウジング２４と、ハウジング２４内に配置された、例えば耐圧性の気密容器からなる分離部２５とを備える。分離部２５の側壁はゼオライト膜２１で形成されている。当該ゼオライト膜２１により分離部２５側に第３のチャンバ２２、およびハウジング２４側に第４のチャンバ２３、がそれぞれ区画されている。タービン２を回した後の混合液は、後述するパイプライン１０１ｃを通して気化分離部４の第３のチャンバ２２内に送られる。ここで、第３のチャンバ２２は、分離されるべき混合液が供給される側（ゼオライト膜の第１の側）のチャンバである。第４のチャンバ２３は、混合液からゼオライト膜２１を透過してきた水を受け取る側（ゼオライト膜の第２の側、または透過側）のチャンバである。基本的に、気化分離部４において第４のチャンバ２３の圧力を第３のチャンバ２２の圧力よりも低くする。例えば、第４のチャンバ２３内を減圧にする。これによって、第３のチャンバ２２に存在する混合液中の水はゼオライト膜２１を透過して第４のチャンバ２３に移動し、分離される。言い換えれば、第３のチャンバ２２内と第４のチャンバ２３内との圧力差によって、水は第３のチャンバ２２から第４のチャンバ２３に移動する。第４のチャンバ２３において、水は気体の状態にあるが、回収の工程において液体の状態にされる。ゼオライト膜２１を通過した水は回収されて、後述するパイプライン１０５ａを通して再度浸透圧発生器１に送られて発電に利用される。一方、脱水された高浸透圧液についても、後述するパイプライン１０１ｅを通して再度浸透圧発生器１に送られて発電に利用される。
【００２０】
ここで、気化分離部４における第３のチャンバと第４のチャンバの位置関係は、どちらが内側にあっても、外側にあってもよい。図１（ｃ）は、第３のチャンバ２２が第４のチャンバ２３の内側に配置される１例であり、図１（ｄ）は、第３のチャンバ２２が第４のチャンバ２３の外側に配置される１例である。また、気化分離部４は複数のゼオライト膜を備え、それにより供給側と通過側を複数備えてもよい。ゼオライト膜は、中空円筒状のセラミック支持体により裏打ちされていてもよい。その場合、セラミック支持体は、ゼオライト膜の機能を妨げない。
【００２１】
得られた水は、浸透圧発生器１に送られて、第１のチャンバ１１ａ内に収容される。他方、得られた高浸透圧液は浸透圧発生器１に送られて、第２のチャンバ１１ｂ内に収容される。浸透圧発生器１は、第１のチャンバ１１ａ内の水と、第２のチャンバ１１ｂ内の高浸透圧液との間の浸透圧差により、流束を生じる。以下、上記と同様に発電、分離および送液などを行う。このようにして、作業媒体は浸透圧発電装置１００ａ内部を循環し、それにより浸透圧発電システムは連続して発電を行う。
【００２２】
気化分離部４における水と高浸透圧液との分離は、その後に浸透圧発生器１に送った時、それらの水と高浸透圧液との間に、透圧差が得られる程度に行えばよい。気化分離部４において得られる水は、高純度の水である。しかしながら、気化分離部４において水と分離された高浸透圧液は、任意の濃度で水を含んでいてもよい。任意の濃度で含む水とは、水と高浸透圧液とが再度、浸透圧発生器１に収容されたときに、高浸透圧液と水との間で浸透圧差が得られる程度の濃度であればよい。
【００２３】
循環型浸透圧発電システムにおける発電について、図２を用いて説明する。まず、浸透圧発生器１において、水と高浸透圧液との間の浸透圧差により流束を発生させる（Ｓ１）。
【００２４】
次に、Ｓ１において発生された流束によりタービンを回転させて発電を行う（Ｓ２）。ここで、流束は水と高浸透圧液とを含む混合液で発生する。タービンを回転した後の、流束を構成していた混合液を一時的にタンク内に貯留する（Ｓ３）。次に、タンク内の混合液を気化分離部４に送り、水と高浸透圧液とに分離する（Ｓ４）。Ｓ４において分離された水と高浸透圧液は、それぞれ再度、浸透圧発生器１に送られる。その後、浸透圧発生器１では、再度、上述と同様に浸透圧差により流束を発生させる（Ｓ１）。循環型浸透圧発電システムでは、この工程を繰り返すことにより、連続して発電を行うことが可能である。即ち、循環型の発電が行われる。
【００２５】
従来の炭酸アンモニウムを用いた正浸透圧を利用した発電では、有毒で腐食性のアンモニアガスの発生による系内の劣化が運転コストに大きく影響する。実施形態によれば、このアンモニアガスを発生しない作業媒体（Draw Solution）およびそれを用いた循環型浸透圧発電方法および循環型浸透圧発電システムを提供することが可能となる。また、実施形態の循環型浸透圧発電システムによれば、作業媒体として一般的な有機溶剤を用いることが可能となる。
【００２６】
図３〜図１０を用いて、実施形態に従う循環型浸透圧発電システムの例について説明する。なお、図４〜図１０に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、図３と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００２７】
（１）第１の実施形態
図３の（ａ）は循環型浸透圧発電システムの１例の略図である。
【００２８】
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内を循環する作業媒体とを備える。浸透圧発電装置１００ａは、浸透圧発生器１と、タービン２と、バッファタンク３と、気化分離部４と、水タンク１０３ａと、高浸透圧液タンク１０３ｂとを備える。浸透圧発生器１とタービン２とは、パイプライン１０１ａで接続されている。タービン２とバッファタンク３とは、パイプライン１０１ｂで接続されている。バッファタンク３と気化分離部４とは、パイプライン１０１ｃで接続されている。開閉弁１０２ａは、パイプライン１０１ｃに介装されている。気化分離部４と水タンク１０３ａとは、パイプライン１０１ｄで接続されている。開閉弁１０２ｂは、パイプライン１０１ｄに介装されている。気化分離部４と高浸透圧液タンク１０３ｂとは、パイプライン１０１ｅで接続されている。開閉弁１０２ｃは、パイプライン１０１ｅに介装されている。水タンク１０３ａと浸透圧発生器１とは、パイプライン１０１ｆで接続されている。ポンプ１０４ａは、パイプライン１０１ｆに介装されている。高浸透圧液タンク１０３ｂと浸透圧発生器１とは、パイプライン１０１ｇで接続されている。ポンプ１０４ｂは、パイプライン１０１ｇに介装されている。
【００２９】
ここで、図３の（ｂ）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更に説明する。浸透圧発生器１は、処理容器１２と浸透膜１０とを備える。浸透膜１０は、その周囲を処理容器１２の内側壁面に固定されて配置され、処理容器１２内を第１のチャンバ１１ａと第２のチャンバ１１ｂとに区画している。処理容器１２において、第１のチャンバ１１ａは、第２のチャンバ１１ｂの上方に配置されている。第１のチャンバ１１ａが位置する処理容器１２には、第１の流入口１３ａが開口している。第１の流入口１３ａには、気化分離部４で分離された水が流入する。第２のチャンバ１１ｂが位置する処理容器１２には、第２の流入口１３ｂが開口している。第２の流入口１３ｂには、気化分離部４で分離された高浸透圧液が流入する。第２のチャンバ１１ｂが位置する処理容器１２には、流出口１４が開口され、当該流出口１４は第２の流入口１３ｂが開口している壁面に対向する壁面に配置されている。浸透膜１０を通過する液体（水）の流れる方向は、図中矢印で示すように上方から下方、即ち、第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂに向う方向である。ここで、流入口１３ｂと流出口１４は、互いに対向する処理容器１２の壁面に開口しているが、壁面における位置は、任意に選択されてよい。例えば、図３の（ｂ）に示すように、流入口１３ｂと流出口１４は、互いに対向する位置に開口していてもよい。或いは、図３の（ｃ）に示すように何れか一方がより浸透膜１０の近くに開口し、他方は浸透膜１０から離れた位置に開口していてもよい。また、流出口１４は処理容器１２の浸透膜１０と対向する面に開口していてもよい。
【００３０】
流出口１４は、パイプライン１０１ａに接続されている。第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂへ浸透膜１０を通過して移動した水と第２のチャンバ１１ｂに収容されている高浸透圧液との混合液は、流出口１４から流出する。水が浸透膜１０を通過して第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂへ移動することによって、第２のチャンバ１１ｂ内の水圧が高まり、流出口１４で液体の流れが生じる。即ち、流束が生じる。この流束がタービン２を回して発電する。
【００３１】
気化分離部４は、ハウジング２４と、分離部２５と、水トラップ２６と、真空ポンプと、ハウジング２４と水トラップ２６とを接続するパイプライン１０５ａと、水トラップ２６から外部に伸びるパイプライン１０５ｂとを備える。ハウジング２４は、耐圧性で気密性を持つ容器であってよい。ハウジング２４は、その内部に分離部２５を備える。分離部２５は、例えば耐圧性の気密容器からなる。分離部２５の内部の空間を規定する壁面は、ゼオライト膜で構成されている。分離部２５の内側と外側は、ゼオライト膜により仕切られている。また、ゼオライト膜２１はその内側と外側の間に圧力差がないときには液密性である。一方、ゼオライト膜２１は当該圧力差があるとき、水を透過する性質を有する。図３の（ａ）に示す第３のチャンバ２２は、ゼオライト膜２１により規定される分離部２５内部の空間である。第４のチャンバ２３は、ゼオライト膜２１とハウジング２４とにより規定される空間である。
【００３２】
バッファタンク３から導出されるパイプライン１０１ｃは、その下端がハウジング２４の上部開口部（図示せず）と分離部２５の上部開口部（図示せず）と通過して分離部２５の内部にまで延出している。パイプライン１０１ｃに介装された開閉弁１０２ａを開放すると、バッファタンク３に収容された混合液はパイプライン１０１ｃ内を通って分離部２５内に送られる。パイプライン１０１ｅは、一端（右端）がハウジング２４の上部開口部（図示せず）と分離部２５の上部開口部（図示せず）とを通して分離部２５の内部に延出し、他端（左端）が高浸透圧液タンク１０３ｂに接続されている。パイプライン１０１ｅに介装された開閉弁１０２ｃの開放は、気化分離部４での水と高浸透圧液とへの分離が完了した後に行われる。開閉弁１０２ｃの開放により、分離部２５内部に残留し、分離された高浸透圧液がパイプライン１０１ｅを通って高浸透圧液タンク１０３ｂに送られる。
【００３３】
水トラップ２６は、耐圧性および気密性を持つ容器である。ハウジング２４から延出したパイプライン１０５ａは、水トラップ２６の上部開口部に接続されている。水トラップ２６には、上部に別の開口部が設けられ、当該開口部からパイプライン１０５ｂが外部に延出している。パイプライン１０５ｂには、真空ポンプ１０４ｃが介装されている。真空ポンプ１０４ｃを駆動すると、パイプライン１０５ｂ、水トラップ２６内部およびパイプライン１０５ａを経由して第４のチャンバ２３内部の気体を吸引し、第４のチャンバ２３内部を陰圧（負圧）にする。それにより第３のチャンバ２２に含まれる混合液の一部が気化し、気化した水はゼオライト膜２１を透過して第４のチャンバ２３に移動する。
【００３４】
気化分離部４において分離を行う場合には、開閉弁１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃを閉じる。その後、真空ポンプ１０４ｃを駆動して水トラップ２６内および第４のチャンバ２３内の圧力を下げる。すなわち、第４のチャンバ２３内を減圧にする。これにより、水分は分離部２５内部である第３のチャンバからゼオライト膜２１を透過して第４のチャンバに移動する。第４のチャンバに移動した水は、パイプライン１０５ａを通って水トラップ２６内に導入され、ここで液体として貯留する。このように第４のチャンバ内部と第３のチャンバ内部との間に圧力差を設けることにより、第３のチャンバ内から第４のチャンバ内に水を移動し、混合液から水と高浸透圧液とを分離することができる。
【００３５】
気化分離部４における分離は、浸透気化膜法（パーベーパレーション法）により行われる。この方法に使用される浸透気化膜の好ましい例はゼオライト膜である。浸透気化膜法を行うためのゼオライト膜は、市販されているものであってもよい。ゼオライト膜は、例えば三菱化学エンジニアリング株式会社製のＭＳＭ−１を使用できる。また、気化分離部４は市販されている浸透気化膜法を利用している水分離装置を使用してもよい。一般的な市販の浸透気化膜法を用いた水分離装置では、脱水の対象となる混合液がゼオライト膜を備えるセラミックチューブ内に収容される前に混合液を加熱する。浸透気化膜法において、減圧によって混合液が気化する際には混合液の温度が低下する。混合液は、温度上昇に伴って混合液の気化が促進されて水分離が促進される。混合液の加熱の例は後述する。混合液の加熱は排熱を利用することがより好ましい。それにより、高い利得を得ることができる。また、浸透気化膜法を利用する方法および装置は、それ自身公知の技術を利用してよい。そのような技術は、例えば特開平７−３１８５１、特開平７−８０２５２、特開平７−１９４９４２および特開平１１−２７６８０１などに記載されている。
【００３６】
ゼオライト膜の例は、チャブサイト型（ｃｈａｂａｚｉｔｅ）ゼオライトであってもよい。ゼオライト膜の結晶形は、２００種類以上あるといわれている。その中でも、チャブサイト型の結晶形を使用することが好ましい。ゼオライト膜のうち、水は通すが、それよりも大きな分子は通さないという特性を有する結晶形としては、ゼオライトＡ型が知られている。しかしながら、ゼオライトＡ型は水溶液中の水分量が多いと分解しやすく、酸にも弱い。これに対して、チャブサイト型のゼオライト膜は水分量が多い場合でも分解せず、さらに高い耐酸性を示す。
【００３７】
浸透圧発生器１に用いる浸透膜１０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。浸透膜１０は、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。また浸透膜１０は、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１０は正浸透膜である。処理容器１２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。また、処理容器１２は密閉性のある容器、即ち、密閉処理容器であってもよい。
【００３８】
浸透膜１０は、膜面積を稼ぐために高分子からなる中空糸を使用してもよい。
【００３９】
上述した通り、作業媒体は、高浸透圧液と水とを含む。高浸透圧液は、水との間に浸透圧を生じる液体であればよい。一般的に、作業媒体はドロー溶液として知られている。
【００４０】
高浸透圧液が溶媒とそれに溶解する溶質を含む場合には、溶質は高浸透圧液と水との間で浸透圧差が得られる物質が選択されればよい。この場合、溶媒は水であっても、有機溶媒であってもよい。
【００４１】
実施形態の作業媒体は、一般的に水と高浸透圧液とを含む２成分系の混合溶液である。高浸透圧液と水とが浸透膜を挟んで隣り合うとき、高浸透圧液と水との間の浸透圧差が生じる。これにより、水は高浸透圧液により誘引されて、浸透膜を通過して高浸透圧液側に移動する。ここで、高浸透圧液と水とが浸透膜を挟んで隣り合うとは、浸透膜の一方の面に接して高浸透圧液があり、他方の面に接して水がある状態を指す。作業媒体は、この浸透圧差を利用してタービン２を回して発電する。
【００４２】
このような作業媒体を図１の循環型浸透圧発電システムで使用する場合において、作業媒体は浸透圧発生器１の第１のチャンバおよび第２のチャンバに向かう直前まで、水と高浸透圧液とに分離された状態にある。浸透圧発生器１の内部おいて、第２のチャンバの浸透膜付近では水が常に高浸透圧液中に移動する。このとき、高浸透圧液中に移動した水と高浸透圧液とが相溶する。高浸透圧液と水との混合液は、タービン２を回し、バッファタンク３を経た後に気化分離部４で分離される。
【００４３】
例えば、高浸透圧液は多価アルコールまたは多価アルコールの水溶液であり得る。好ましい多価アルコールは、以下の式１で示される化合物である。
【化１】
2016072461.tif 000003
【００４４】
ここで、ｎは０以上の整数であり、好ましくは１以上の整数、より好ましくは３以上の整数である。例えば、ｎは、１〜５の整数であってもよく、１〜４の整数であってもよく、１〜３の整数であってもよく、１〜６の整数であってもよい。例えば、ｎが３〜５の整数であることも好ましい。
【００４５】
ｎが０、１または３のとき、式１の化合物はそれぞれエチレングリコール、グリセリン、キシリトールである。ｎが４のとき、式１の化合物はソルビトールおよびマンニトールである。更に、ｎが５のとき、式１の化合物はペルセイトールおよびボレミトールである。ｎが６のとき、式１の化合物は例えば、Ｄ−エリトロ−Ｄ−ガラクト−オクチトールである。しかしながら、実施形態に従う高浸透圧液は、これらに限定するものではない。
【００４６】
気化分離部４で分離された水と高浸透圧液は、それぞれ分離された状態で浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａおよび第２のチャンバ１１ｂに送られる。浸透圧発生器１の内部では、それぞれ送られてきた水と高浸透圧液との間の浸透圧差により更なる流束が生じる。この流束をタービン２に送り、タービン２を駆動し（または回転させ）更に発電する。タービン２を駆動させた後の液体は、タンク３に送られ、更に気化分離部４に送られる。気化分離部４では上述した作用、機構により水と高浸透圧液とに分離される。これにより作業媒体は再生される。分離された水と高浸透圧液とは、さらに浸透圧発生器１に送られる。このようなサイクルを繰り返すことにより、当該システムは連続して発電を行うことができる。また、この循環において気化分離部４での分離を速やかに行うためにバッファタンク３、水タンク１０３ａおよび高浸透圧液タンク１０３ｂが配置されている。タービン２を駆動した後の混合液は、一旦、バッファタンク３に収容される。これによって、浸透圧発生器１によるタービン２の駆動、発電と並行して気化分離部４での分離工程を正常に行うことができる。また、分離された後の水および高浸透圧液は、その後に引き続く分離工程を妨げないようにそれぞれ、一旦、水タンク１０３ａおよび高浸透圧液タンク１０３ｂに収容される。
【００４７】
循環型浸透圧発電システムによる循環型浸透圧発電方法は、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液および水を含む作業媒体を用いて発電する。この方法は、浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバを備える浸透圧発生器において、第１のチャンバ内に収容された水と、第２のチャンバ内に収納された高浸透圧液との間で生じる浸透圧差により、前記水と前記高浸透圧液とを含む混合液の流束を発生させること、この流束によりタービンを回して発電すること、タービンを回した後の前記混合液を、ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部の第３のチャンバ内に送ること、第４のチャンバ内と第３のチャンバ内との圧力差によって第３のチャンバからゼオライト膜を通過させた水を第４のチャンバに移動させて、高浸透圧液と水とを分離すること、得られた水を第１のチャンバ内に送り、かつ得られた高浸透圧液を第２のチャンバ内に送ることを含む。
【００４８】
このような循環型浸透圧発電システムを稼働させる場合には、次のように行えばよい。まず、浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａに水を収容し、第２のチャンバ１１ｂに高浸透圧液を収容する。その後、浸透圧発生器１内部では浸透圧差により流束が発生する。流束は、流出口１４からパイプライン１０１ａを通してタービン２に送られる。送られた混合液による流束がタービン２を回転して発電する。
【００４９】
タービン２を回して発電した後の混合液は、パイプライン１０１ｂによりバッファタンク３に送られる。バッファタンク３は、混合液を一時的に収容する。バッファタンク３は、パイプライン１０１ｃを介して気化分離部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。気化分離部４における作業媒体の相分離および気化分離部４からの送液を行っているときには、開閉弁１０２ａを閉じる。気化分離部４に混合液を導入する際には、開閉弁１０２ａを開ける。
【００５０】
気化分離部４には、バッファタンク３内の混合液が流入する流入口と、分離した水と高浸透圧液とをそれぞれ流出する２つの流出口とが設けられている。混合液を気化分離部４で分離している間、開閉弁１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃは閉じることによって分離が促進される。
【００５１】
気化分離部４において混合液の分離が終了した後、水および高浸透圧液はそれぞれ気化分離部４からパイプライン１０１ｄおよびパイプライン１０１ｅに送る。その後、開閉弁１０２ｂおよび１０２ｃが閉じる。
【００５２】
開閉弁１０２ｂおよび１０２ｃを閉じ後、開閉弁１０２ａを開き、バッファタンク３に収容した混合液を気化分離部４に流入する。十分な量の混合液が気化分離部４に流入した後、開閉弁１０２ａを閉じる。気化分離部４での前述した分離操作は、循環して発電するために繰り返される。
【００５３】
気化分離部４から流出された２つの液体は、それぞれパイプライン１０１ｄおよびパイプライン１０１ｅを通して一時的に水タンク１０３ａと高浸透圧液タンク１０３ｂに収容される。水タンク１０３ａ内および高浸透圧液タンク１０３ｂ内の２つの液体は、必要に応じて、それぞれポンプ１０４ａおよび１０４ｂを駆動することによって、それぞれパイプライン１０１ｆとパイプライン１０１ｇを通して浸透圧発生器１に送られる。
【００５４】
すなわち、高浸透圧液は開閉弁１０２ｂを開放することによりタンク１０３ａに送られ一時的に収容される。水は、開閉弁１０２ｃを開放することによりタンク１０３ｂに送られ一時的に収容される。この時点で、既に作業媒体は再度使用できる状態に再生されている。その後、タンク１０３ａに収容された高浸透圧液は、ポンプ１０４ａの駆動によりパイプライン１０１ｄを通り、浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａに送られる。タンク１０３ｂの水は、ポンプ１０４ｂの駆動によりパイプライン１０１ｅを通り、浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送られる。
【００５５】
このように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。このような発電システムは、分離操作および分離後の液体の回送が容易である。更に、分離により高純度の水を回収することが可能である。その結果、浸透圧発生器１における流束の発生を効率よく行うことが可能である。
【００５６】
また、運転コストも低く抑えることができる。作業媒体に関連するガスが発生しないため、気化分離部４の構造を簡易にできる。アンモニアガスなどの浸透圧発電装置１００ａを傷める成分が発生しないので、装置のメンテナンスに係る労力を従来に比べて低減できる。それに伴い、メンテナンスコストも低く抑えることができ、建設コストや設備の運転コストも低く抑えることができる。以上のように、本実施形態により、低コストで運転可能な循環型浸透圧発電システムを提供することが可能となる。
【００５７】
実施形態は、河川の水と海水を用いた浸透圧発電と異なり、外界と遮断した液体を用いて浸透圧発電を行なうことができる。その結果、浸透圧発生器の浸透膜は生物汚染されず、長寿命化が図れるため、低コスト化を可能にする。
【００５８】
逆洗（逆方向に水を流して洗浄する方法）などの中間メンテナンスの手間およびコストも大幅に削減できるので、運転時間が長く、稼働率も高くなる。作業媒体としてアンモニアガスを使用しないため、多段階の蒸留システムが必要とせず、システム設計を簡易にできる。
【００５９】
また、液相と液相とを分離した後に、それぞれの液相からパイプラインを通して液体を直接回収し、再利用できる。
【００６０】
更に同様な性質の物質の中から最適な物質を作業媒体に選べるため、システム設計の自由度が広がる。アンモニアは、腐食性で猛毒であるが、実施形態では相制御により安全なものを選べる可能性と幅を広げることができる。また、システムを循環する作業媒体は、循環の何れの部位、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。
【００６１】
（２）第２の実施形態
上述したように、ゼオライト膜による水の分離は、混合液の温度を上げることにより促進することが可能である。例えば、図４の（ａ）に示すように分離部２５に混合液を送るためのパイプライン１０１ｃに熱源５を介装することも好ましい。これによって、より円滑または効率よく混合液からの水の分離を行うことが可能になる。即ち、気化分離部における第４のチャンバ内の減圧の度合いを小さくすることが可能である。第３のチャンバ内と第４のチャンバ内のとの圧力差が小さくても、水を分離することが可能となる。
【００６２】
熱源５は、それ自身公知の熱交換であることが好ましい。例えば、工場、発電所、公共施設および家庭からの排熱、地熱および太陽光エネルギーなどの天然エネルギーなどを熱交換機を用いて加温することはより好ましい。熱源５は、パイプライン１０１ｃ内部を通る混合液に対して熱を与える構造であればどのようなものであってもよい。図４の（ａ）に示す循環型浸透圧発電システムは、熱源５を備える以外は、上述した図３の（ａ）に示したシステムと同じ構成である。従って、図３に示された実施例と同様に発電を行うことができる。
【００６３】
また、パイプライン１０１ｃに対してより効率的に熱源５からの熱を与えることを可能にするために、熱源５の位置に対応するパイプライン１０１ｃを蛇行させてもよい。パイプライン１０１ｃの一部分を蛇行させる１例を図４の（ｂ）に示した。この蛇行している部分の屈曲回数は、任意に変更してよい。また、熱源５から熱を受けるパイプライン１０１ｃの表面積を増やすために、パイプライン１０１ｃを蛇行させる以外の対策を用いてもよい。この場合も図３の（ａ）に示された実施例と同様に発電を行うことができる。
【００６４】
（３）第３の実施形態
図３および図４に示した循環型浸透圧発電システム１００は、圧力交換機または揚水機を更に備えてもよい。
【００６５】
循環型浸透圧発電システム１００が、更に圧力交換機６を備えた例を図５に示す。圧力交換機６は、パイプライン１０１ａとパイプライン１０１ｇとの間で圧力を交換するために、パイプライン１０１ｇとパイプライン１０１ａの間にバイパスとしてのパイプライン１０１ｈを介して架設されている。タービン２を回転させる液体の流束は、第１のチャンバ１１ａ内の水と第２のチャンバ１１ｂ内の高浸透圧液との間の浸透圧差のみならず、パイプライン１０１ｇから第２の流入口１３ｂを通り第２のチャンバ１１ｂ内に流入する高浸透圧液の液圧と、パイプライン１０１ｆから第１の流入口１３ａを通り第１のチャンバ１１ａに流入する水の液圧との差にも依存する。そのために、パイプライン１０１ｇ内の液圧は圧力交換機６によりパイプライン１０１ｇとバイパスとしてのパイプライン１０１ｈを通して接続されるパイプライン１０１ａとの間で調整することも好ましい。すなわち、気化分離部４内で再生されて浸透圧発生器１に再流入される高浸透圧液の液圧と水の液圧との差を調整する。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になる。第１の流入口１３ａから第１のチャンバ１１ａに流入する水の液圧と第２のチャンバ１１ｂ内に流入する高浸透圧液の液圧との差を調整するための圧力交換機６は、所望の液圧差を得るために、何れのパイプライン間に架設されてもよい。
【００６６】
また、図面で示していないが、循環型浸透圧発電システム１００は更に揚水機を備えてもよい。循環型浸透圧発電システム１００が更に揚水機を備える場合、揚水機は浸透圧発生器１とタービン２との間のパイプライン１０１ａに介装されればよい。揚水機を浸透圧発電装置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。その結果、タービン２の発電をより確実に行うことができる。揚水機は、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する。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２を回転させる。
【００６７】
（４）第４の実施形態
循環型浸透圧発電システム１００は、更に、第１のチャンバ１１ａと水タンク１０３ａとを接続するパイプライン１０１ｉを備えてもよい。そのような実施形態の１例を図６に示す。図６に示した循環型浸透圧発電システム１００は、図４に示した循環型浸透圧発電システム１００が、第１のチャンバ１１ａと水タンク１０３ａとを接続するパイプライン１０１ｉを備える例である。それ以外は、図４に示した循環型浸透圧発電システム１００と同様であってもよく、或いは他の実施形態がパイプライン１０１ｉを備えてもよい。更に、循環型浸透圧発電システム１００は、パイプライン１０１ｉに介装された開閉弁（図示せず）を備えてもよい。
【００６８】
このような図６に示した循環型浸透圧発電システム１００において、浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａに位置する処理容器１２には更なる流出口が設けられ、かつ水タンク１０３ａは更なる流入口を有する。第１のチャンバ１１ａの流出口と水タンク１０３ａの更なる流入口とは、パイプライン１０１ｉにより接続されている。これにより、第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂに移動しなかった液体の一部は、第１のチャンバ１１ａの流出口からパイプライン１０１ｉを通して水タンク１０３ａに戻される。その結果、第１のチャンバ１１ａ内の水質を一定に保つ、或いは常に新鮮な水を使用することが可能である。これにより第１のチャンバ１１ａ内に汚れや錆などが蓄積されるのを防ぐことが可能となる。
【００６９】
また更に、パイプライン１０１ｉに開閉弁を介装することによって、第１のチャンバ１１ａの流出口から水を流出したり、その流出を止めたりすることが可能である。
【００７０】
（５）第５の実施形態
図７は、循環型浸透圧発電システム１００の更なる実施形態として、圧力交換機６とパイプライン１０１ｉとを備える例を示す。これらの部材を備えること以外は上述の何れの循環型浸透圧発電システム１００の構成と同じであってもよく、またその可動も上述の何れかの組合せと同様に行うことが可能である。
【００７１】
（６）第６の実施形態
図８は、上述の何れかの循環型浸透圧発電システム１００が２つの熱源、即ち、熱源５ａと熱源５ｂを備える例を示す。循環型浸透圧発電システム１００は、図８に示すようにパイプライン１０１ｃに介装された熱源５ａと、ハウジング２４の外側に配置され、ハウジング２４に熱を与える熱源５ｂとを備える。熱源を２つ備えることにより、より円滑または効率よく分離を行うことが可能である。熱源５ｂは、上述の熱源５と同様の熱源であればよい。
【００７２】
（７）第７の実施形態
図９は、パイプライン１０１ｃの中間付近から気化分離部４のハウジング２４までに亘って熱を与える熱源５を備える例を示す。この循環型浸透圧発電システム１００は、熱源５の構造以外、上述した何れかの実施形態と同様の構成を有してもよい。このような構成によれば、より円滑または効率よく分離を行うことが可能である。
【００７３】
（８）第８の実施形態
図１０は、図８に示す循環型浸透圧発電システム１００において、気化分離部４のハウジング２４に含まれる混合液に対して熱を与えるために熱源５ｂを備える例を示す。この循環型浸透圧発電システム１００は、熱源５ｂ以外、上述した実施形態と同様の構成を有すればよい。このような構成によれば、より円滑または効率よく分離を行うことが可能である。
【００７４】
以上、図３〜図１０を用いて、幾つかの循環型浸透圧発電システム１００の例について説明したが、これらは幾つかの実施形態を例示するためのものであり、これらに限定されるものではない。
【００７５】
循環型浸透圧発電システム１００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である。実用に供される場合、浸透圧エレメントを複数集合させ、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浸透圧モジュールとして使用されてもよい。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。このため、維持メンテナンスおよびコストパフォーマンスに優れている。
【００７６】
また、上述から明白であるように実施形態として循環型浸透圧発電方法が提供されてもよい。
【００７７】
実施形態に従う循環型浸透圧発電システムおよび方法は、気化分離部による分離によって高純度の水を回収することが可能である。従って、浸透圧発生器１における流束の発生を効率よく行うことが可能である。また、工場、発電所、公共施設および家庭からの排熱、地熱および太陽光エネルギーなどの天然エネルギーなどを用いて加温することにより、よりコストパフォーマンスを向上できる。
【００７８】
分離操作および分離後の液体の回送も容易であり、且つ運転コストも低く抑えることができる。また、作業媒体に関連するガスが発生しないため、気化分離部の構造を簡易にできる。また、アンモニアガスなどの浸透圧発生器を傷める成分が発生しないので、装置のメンテナンスコストも低く抑えることができ、建設コストまたは設備の運転コストも低く抑えることができる。
【００７９】
以上のように、本実施形態により、低コストで運転可能な循環型浸透圧発電システムを提供することが可能となる。
【００８０】
実施形態では、河川の水と海水を用いた浸透圧発電と違い、外界と遮断した液体を使用できる。その結果、浸透圧発生器の浸透膜は生物汚染されず、長寿命化が図れるため、低コスト化が可能になる。
【００８１】
逆洗などの中間メンテナンスも大幅に削減できるので、運転時間が長く、稼働率も高くなる。作業媒体としてアンモニアガスを使用しないため、多段階の蒸留システムが必要とせず、システム設計を簡易にできる。また、液−液相分離したそれぞれの液相からパイプにより直接液体を回収できる。更に同様な性質の物質の中から最適な物質を作業媒体として選択できるため、システム設計の自由度が広がる。アンモニアは、腐食性で猛毒であるが、実施形態では相制御により安全なものを選べる可能性と幅を広げることができる。
【００８２】
（９）第９の実施形態
上述したように、実施形態に従う循環型浸透圧発電システムおよび方法は、気化分離部による分離によって高純度の水を回収することが可能である。このような高純度の水を回収する作用を利用することによって、更に、淡水化システムおよび水質浄化システムを提供することが可能である。即ち、更なる実施形態として、淡水化システムおよび水質浄化システムが提供され得る。
【００８３】
淡水化システムと水質浄化システムは、処理の対象（即ち、対象液）が淡水化されるべき液体であるか、水質が浄化されるべき液体であるかの違いである。実施形態に従う淡水化システムおよび水質浄化システムは何れも、当該システムの浸透圧発生器において、対象から水を分離することにより、淡水化または浄化された水が得られる。淡水化システムを１例にとり、淡水化システムおよび水質浄化システムについて以下に説明する。
【００８４】
図１１を用いて淡水化システムについて説明する。図１１は、淡水化システムの１例の略図である。
【００８５】
淡水化システム２００は、淡水化装置２００ａと、淡水化装置２００ａ内を循環する作用媒体とを備える。淡水化装置２００ａは、浸透圧発生器１と、気化分離部４とを備える。浸透圧発生器１は、次に説明するように、また図６〜図１０に示した実施形態において用いていられるものと同様に２つの流入口と２つの流出口を備える。
【００８６】
図１２に浸透圧発生器１の１例の断面図を示す。浸透圧発生器１は、処理容器１２と浸透膜１０とを備える。浸透膜１０は、その周囲を処理容器１２の内側壁面に固定されて配置され、処理容器１２内を第１のチャンバ１１ａ（図１２の左側）と第２のチャンバ１１ｂ（図１２の右側）とに区画している。
【００８７】
第１のチャンバ１１ａが位置する処理容器１２には、第１の流入口１３ａと第１の流出口１４ａとがそれぞれ例えば上部壁面および下部壁面に開口している。第１の流入口１３ａからは、淡水化されるべき対象液が流入し、これは第１のチャンバ１１ａに収容される。第２のチャンバ１１ｂが位置する処理容器１２には、第２の流入口１３ｂと第２の流出口１４ｂとがそれぞれ例えば上部壁面および下部壁面に開口している。第２の流入口１３ｂからは、高浸透圧液が流入し、これは第２のチャンバ１１ｂに収容される。第１のチャンバ１１ａに収容された対象液と第２のチャンバ１１ｂに収容された高浸透圧液とは、浸透膜１０をそれらの間に介して配置される。これにより、第１のチャンバ１１ａ内に収容された対象液と、第２のチャンバ１１ｂ内に収納された高浸透圧液との間に浸透圧差が生じる。この浸透圧差により、第１のチャンバ１１ａ内の対象液中に含まれる水は、浸透膜１０を通過して第２のチャンバ１１ｂに移動する。浸透膜１０を通過する水の流れは、図１２中の矢印で示す方向、即ち、第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂに向う。
【００８８】
浸透膜１０を通過する水の移動により、対象液は濃縮（または脱水）される。濃縮された対象液（濃縮液）は、第１のチャンバ１１ａから第１の流出口１４ａを通して処理容器１２の外へ排出される。第２のチャンバ１１ｂ内の高浸透圧液と第１のチャンバから移動した水とを含む混合液は、第２のチャンバ１１ｂから第２の流出口１４ｂ通して処理容器１２の外へ排出される。
【００８９】
淡水化装置２００ａは、更に、浸透圧発生器１と気化分離部４とを連絡するパイプラインを備える。パイプライン１０１ａは、一端が第２のチャンバ１１ｂの第２の流出口１４ｂに接続され、他端が気化分離部４に接続されている。このパイプライン１０１ａは、高浸透圧液および浸透圧で移動した水を含む混合液を気化分離部４に送るものである。パイプライン１０１ｅは、一端が気化分離部４に接続され、他端が第２のチャンバ１１ｂの第２の流入口１３ｂに接続されている。このパイプライン１０１ｅは、気化分離部４で水を分離した後の高浸透圧液を浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送るものである。海水、廃水等を第１のチャンバ１１ａに供給するパイプライン１０１ｆは、その終端が第１のチャンバ１１ａの第１の流入口１３ａに接続されている。第１のチャンバ１１ａ内の濃縮液を排出するためのパイプライン１０１ｉは、その始端が第１の流出口１４ａに接続されている。
【００９０】
気化分離部４は、上述した通りの構造を有し、上述の実施形態と同様な構成および同様な機構によって、水と高浸透圧液（作業媒体）とを分離する。分離された作業媒体は、水の分離によって再生されて、パイプライン１０１ｅを通して浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送られる。
【００９１】
対象液の淡水化は次のように行われる。対象液は、パイプライン１０１ｆを通して浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａに送られる。第２のチャンバ１１ｂには、高浸透圧液が収容されている。第２のチャンバ１１ｂへの高浸透圧液の流入は、第２の流入口１３ｂから行われ得る。
【００９２】
浸透圧発生器１内では、浸透膜１０を介して隣り合う対象液と高浸透圧液との間の浸透圧差により対象液の水が第２のチャンバ１１ｂに移動する。移動した水と高浸透圧液とを含む液体（混合液）は、第２の流出口１４ｂからパイプライン１０１ａを通して気化分離部４に送られる。気化分離部４では、混合液を水と高浸透圧液とに分離する。分離され、再生された高浸透圧液は、パイプライン１０１ｅを通して浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送られて再利用される。気化分離部４で分離された水は、パイプライン１０６を通して回収される。これにより、対象液から水が回収されて淡水化が達成される。第１のチャンバ１１ａにおいて、脱水された濃縮液はパイプライン１０１ｉおよびパイプライン１０１ｆを通して第１のチャンバ１１ａに再度送られて、更なる脱水が行われてもよく、或いは濃縮液として回収してもよい。濃縮液は、何れかの方法による更なる脱水が行われてもよい。
【００９３】
このような対象液の淡水化方法は、図１３に示す工程を含み得る。対象液と高浸透圧液との浸透圧差により流束を発生させる（Ｓ１１）。この流束は、対象液からの水と第２のチャンバ１１ｂに収容されている高浸透圧液とを含む混合液により作られている。流束は、気化分離部４に送られて、そこで水と高浸透圧液とに分離される（Ｓ１２）。分離された高浸透圧液は、浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送られて再利用される（Ｓ１３）。
【００９４】
このように高浸透圧液は、浸透圧発生とその再生とが繰り返されることによって、当該装置内を循環して使用される。
【００９５】
対象液は、水性液体、有機性液体、水性液体と有機性液体との混合している液体、無機性溶液、有機性溶液、および無機性溶液と有機性溶液とが混合している液体、またはこれらの何れか２種以上が混合している液体、或いはこれらの何れかの液体に更なる物質が溶解している液体、またはこれらの何れかの液体に更なる物質が混合している液体であり得る。水性液体の例は、水、メタノールもしくはエタノール、またはそれらの混合液体を含む。有機性液体の例は、トルエンおよび／またはアセトンを含んでもよい。
【００９６】
対象液は、上述の何れかの液体に例えば、無機塩類および／または有機塩類が溶解している液体であってもよい。無機塩の例は、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムおよび／または硫酸カリウムを含む。有機塩の例は、酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウム、クエン酸ナトリウムおよびクエン酸マグネシウムを含む。対象液は、有機性液体に何れかの溶質が溶解または混合されている液体であってもよく、そこに更に水性液体が混合していてもよい。溶質の例は、繊維および／または樹脂などの有機物を含む。また、対象液は水性液体に何れかの溶質が溶解または混合されている液体であってもよく、そこに更に有機性液体が混合していてもよい。更に、対象液は、海水、湖水、河川水、沼水、生活排水、産業排水またはそれらの混合物などであってもよい。しかしながら、対象液は上述した液体に限られるものではなく、実施者により任意に選択されてよい。
【００９７】
図１１に示された淡水化システムは、更に浸透圧発生器１と気化分離部４との間のパイプライン１０１ａにタンクを介装してもよい。浸透圧発生器１からの液体をタンクに収容し、そこから気化分離部４への液体の投入のタイミングを調整する。それにより、気化分離部４での高浸透圧液（ドロー液）の再生を効率的に行うことが可能となる。
【００９８】
また、図１１に示された淡水化システムは、前述した図４〜図７に示すように更にパイプライン１０１ｃに熱源５を介装してもよい。これにより、より円滑または効率よく混合液から水の分離を行うことが可能である。
【００９９】
更に、図１１に示された淡水化システムは、更に、パイプライン１０１ｅとパイプライン１０１ａとの間で圧力を交換するために、前述した図５、図７〜図１０に示すような圧力交換機６をパイプライン１０１ｅとパイプライン１０１ａとに架設しもよい。
【０１００】
上述では、淡水化システムの１例を説明したが、この実施形態は水質浄化システムとしても利用できる。
【０１０１】
このような淡水化または水質浄化システムは、分離操作および分離後の液体の回送が容易であり、運転コストを低く抑えることができる。また、作業媒体に関連するガスが発生しないため、気化分離部の構造を簡易にできる。アンモニアガスなどの浸透圧発生器を傷める成分が発生しないため、装置のメンテナンスコストを低く抑えることができ、建設コストまたは設備の運転コストを低く抑えることができる。本実施形態により、低コストで運転可能な淡水化または水質浄化システムを提供することが可能となる。
【０１０２】
このような淡水化システムにより、対象液は淡水化される。実施形態に従う淡水化システムによれば、対象液から高純度の水、例えば真水を低いエネルギーで回収することが可能となる。
【０１０３】
ここでいう「水処理システム」とは、浸透圧発生器１と気化分離部４とを備える水処理装置２００）とドロー液（即ち、高浸透圧液）とを含むシステムである。従って、実施形態に従う水処理システムとは、上述した何れの発電システム、淡水化システムおよび／または水質浄化システムであってもよい。言い換えれば、上述において示された全てのシステムが水処理システムである。これらの何れかのシステムを選択し、その構造に対して、他のシステムの一部として含まれる構成を当該何れかのシステムに対して組み合わせ、それに込み込んでもよい。
【０１０４】
例えば、上述した浸透圧発電システムにおいては、第１の液体である水と第２の液体である高浸透圧液は、浸透圧発生器１内で水が浸透膜を通過して流束を生じ、それにより発電した後に気化分離部４に送られ、ここで水と高浸透圧液とに分離される。分離されることにより水と高浸透圧液は再生される。再生された水と高浸透圧液は、それぞれ第１の液体および第２の液体として浸透圧発生器１に送られる。浸透圧発電システムにおける第１の液体である水は、言い換えれば、「対象液」である。
【０１０５】
これに対して、淡水化システムおよび水質浄化システムは、淡水化または水質浄化されるべき対象液が第１の液体であり、これが第２の液体である高浸透圧液と共に、浸透圧発生器１内部に浸透膜を挟んで配置される。浸透圧発生器１内で対象液中の水が浸透膜を通過し、生じた混合液が気化分離部４に送られる。気化分離部４では、水と高浸透圧液とに分離される。分離により得られた高浸透圧液は、再生された第２の液体として浸透圧発生器１に送られる。分離された水は、淡水化または水質浄化された水として回収される。
【０１０６】
これらの水処理システムに共通する構成は、例えば、浸透圧発生器１と気化分離部４とを組み合わせて備えることと、高浸透圧液の再生を繰り返しながら循環して使用することである。
【０１０７】
（１０）第１０の実施形態
実施形態を図１４を参照して説明する。この実施形態は、淡水化または水質浄化システムの１例である。
【０１０８】
このシステムは、図１１に示した淡水化装置２００ａにおいて、パイプラインに介装されたバッファタンク３、高浸透圧液タンク１０３ｂおよび対象液タンク１０３ｃを更に備える例である。
【０１０９】
この淡水化装置２００ａは次のような構造を有する。浸透圧発生器１の第２の流出口は、パイプライン１０１ａを通してバッファタンク３に接続されている。バッファタンク３は、パイプライン１０１ｃと通して気化分離部４に接続されている。詳しくは、パイプライン１０１ｃは気化分離部４の分離部２５の第３のチャンバ２２に接続している。第３のチャンバ２２は、パイプライン１０１ｅを通して高浸透圧液タンク１０３ｂに接続されている。高浸透圧液タンク１０３ｂは、パイプライン１０１ｇを通して浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに接続されている。
【０１１０】
気化分離部４の分離部２５において、ゼオライト膜２１を通過して第３のチャンバ２２から第４のチャンバ２３へと移動した気化水は、パイプライン１０５ａを通り水トラップ２６に送られ液体として貯留される。バッファタンク３内に貯留された水は、開閉弁１０２ｂを開放したときにパイプライン１０６から取り出される。
【０１１１】
対象液タンク１０３ｃは、パイプライン１０１ｆを通して浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａの第１の流入口接続されている。第１のチャンバ１１ａの第１の流出口は、パイプライン１０１ｉを通して対象液タンク１０３ｃに接続されている。パイプライン１０１ｋの始端は、対象液タンク１０３ｃに接続されている。パイプライン１０１ｋには、開閉弁１０２ｅが介装され、対象液タンク１０３ｃへの対象液の流入および／または流出を制御している。対象液タンク１０３ｃは、パイプライン１０１ｋに加えて、更なるパイプラインに連絡する開口部を備えてもよい。それにより更なるパイプラインまたはパイプライン１０１ｋの何れかを流入用または排出用として使用することが可能となる。
【０１１２】
このような淡水化装置２００ａを備える淡水化システム２００は、作業媒体として高浸透圧液を備える。高浸透圧液は、ドロー液とも称される。初期状態において、ドロー液は第２のチャンバ１１ｂに収容されている。対象液は、対象液タンク１０３ｃに収容されており、パイプライン１０１ｆに介装されたポンプ１０４ａの駆動によってパイプライン１０１ｆを通して第１のチャンバ１１ａに送られる。浸透膜１０を挟んで対象液とドロー液とが隣り合うことにより浸透圧差が生じる。それにより第１のチャンバ１１ａ内の対象液の水は第１のチャンバ１１ａから第２のチャンバ１１ｂに移動する。移動した水と高浸透圧液とを含む液体である混合液は、パイプライン１０１ａを通してバッファタンク３に送られる。気化分離部４での作業の状態に応じて、パイプライン１０１ｃに介装した開閉弁１０２ａを開閉する。開閉弁１０２ａが開放されているとき、バッファタンク３に収容されている混合液がパイプライン１０１ｃを通して分離部２５の第３のチャンバ２２に送られる。
【０１１３】
分離部２５において、水が分離されたドロー液は、パイプライン１０１ｅを通して高浸透圧液タンク１０３ｂに送られる。ドロー液は、高浸透圧液タンク１０３ｂに収容され、パイプライン１０１ｇに介装されたポンプ１０４ｂを駆動することにより浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送られる。
【０１１４】
このシステムでは、淡水化または水質浄化されるべき対象液を繰り返し浸透圧発生器１において脱水することが可能である。
【０１１５】
このような淡水化システムは、水質浄化システムとしても使用することが可能である。
【０１１６】
対象液は、淡水化システムにより淡水化される。実施形態に従う淡水化システムによれば、対象液から高純度の水、例えば、真水を低いエネルギーで回収することが可能となる。
【０１１７】
図１４に示された淡水化システムは、前述した図４〜図７に示すように更にパイプライン１０１ｃに熱源５を介装してもよい。これにより、より円滑または効率よく混合液から水の分離を行うことが可能である。
【０１１８】
更に、図１４に示された淡水化システムは、更に、パイプライン１０１ｇとパイプライン１０１ａとの間で圧力を交換するために、前述した図５、図７〜図１０に示すような圧力交換機６をパイプライン１０１ｇとパイプライン１０１ａとに架設しもよい。
【０１１９】
このような淡水化または水質浄化システムは、分離操作および分離後の液体の回送が容易であり、運転コストを低く抑えることができる。
【０１２０】
（１１）第１１の実施形態
更なる淡水化および／または水質浄化システムの例を図１５を用いて説明する。図１５のシステムでは、淡水化装置２００ａが更に濃縮液タンク１０３ｄを備えること以外、図１４に示したシステムと同じ構造を備え得る。
【０１２１】
この実施形態では、浸透圧発生器１の第１のチャンバ１１ａに導入されるべき対象液は、対象液タンク１０３ｃからポンプ１０４ａの駆動によりパイプライン１０１ｆを通して第１のチャンバ１１ａに送られる。浸透圧発生器１において脱水された後の濃縮液は、第１の流出口およびパイプライン１０１ｉを通して濃縮液タンク１０３ｄに送られて収容される。濃縮液タンク１０３ｄに収容された濃縮液は、開閉弁１０２ｄを開放することにより、外部に取り出される。
【０１２２】
一方、高浸透圧液は浸透圧発生とその再生とが繰り返されることによって、当該装置内を循環して使用される。
【０１２３】
このような淡水化システムは、水質浄化システムとしても使用することが可能である。
【０１２４】
対象液は、淡水化システムにより淡水化される。実施形態に従う淡水化システムによれば、対象液から高純度の水、例えば、真水を低いエネルギーで回収することが可能となる。
【０１２５】
このような淡水化または水質浄化システムは、分離操作および分離後の液体の回送が容易であり、運転コストを低く抑えることができる。
【０１２６】
（１２）第１２および第１３の実施形態
更なる実施形態として、発電と淡水化および／または水質浄化とを同時に行うシステムが提供される。その例を図１６の（ａ）および（ｂ）に示す。これらのシステムは、更に発電のためのタービン２を第１の浸透圧発生器１とバッファタンク３と間のパイプライン１０１ａに介装して備えること以外、図１４および図１５に示されるシステムと同じ構造を有し得る。
【０１２７】
浸透圧発電に関しては上述の装置およびシステムと同じように行うことが可能である。このようなシステムでは、浸透圧発生器１での流束の発生、得られた流束でのタービン２の回転による発電を行った後に、流束に含まれる高浸透圧液が気化分離部４で再生される。再生された高浸透圧液は、浸透圧発生器１の第２のチャンバ１１ｂに送られて再度使用される。即ち、このようなシステムにおいては、高浸透圧液が循環する。
【０１２８】
例えば、実施形態に従う水処理方法は図１７に示す工程を含んでよい。この水処理方法は、対象液と高浸透圧液との間の浸透圧差により流束（即ち、混合液による流束）を発生すること（Ｓ２１）、流束によってタービンを回転させて発電すること（Ｓ２２）、タービン回転後の混合液をバッファタンク内に一時的に貯留すること（Ｓ２３）、気化分離部で混合液を水と高浸透圧液とに分離すること（Ｓ２４）、得られた水を回収すること（Ｓ２５）、得られた高浸透圧液を浸透圧の発生に再利用すること（Ｓ２５およびＳ２１）を含み得る。
【０１２９】
なお、図１６の（ａ）および（ｂ）に示された淡水化システムは前述した図４〜図７に示すように更にパイプライン１０１ｃに熱源５を介装してもよい。これにより、より円滑または効率よく混合液から水の分離を行うことが可能である。
【０１３０】
図１６の（ａ）および（ｂ）に示された淡水化システムは、更に、パイプライン１０１ｇとパイプライン１０１ａとの間で圧力を交換するために、前述した図５、図７〜図１０に示すような圧力交換機６をパイプライン１０１ｇとパイプライン１０１ａとに架設しもよい。
【０１３１】
このような水処理システムは、高浸透圧液を再生するための分離操作および分離後の液体の回送が容易であり、運転コストを低く抑えることができる。また、作業媒体に関連するガスが発生しないため、気化分離部の構造を簡易なものとすることができる。アンモニアガスなどの浸透圧発生器を傷める成分が発生しないので、装置のメンテナンスコストを低く抑えることができ、建設コストまたは設備の運転コストを低く抑えることができる。本実施形態により、低コストで運転可能な水処理システムを提供することが可能となる。
【０１３２】
このような水処理システムにより、対象液は淡水化される。実施形態に従う水処理システムによれば、対象液から高純度の水、例えば真水を低いエネルギーで回収することが可能となる。
【０１３３】
（１３）第１４の実施形態
実施形態に従う水処理システムについて図１８の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０１３４】
水処理システム１００は、水処理装置１００ａとドロー液とを含む。ドロー液は、上述した高浸透圧液であり得る。水処理装置１００ａは、図１８の（ａ）に示すように浸透圧発生器１と気化分離部４とを備える。浸透圧発生器１と気化分離部４とは、例えばパイプラインにより接続されている。浸透圧発生器１では、ドロー液と対象液との間の浸透圧差によって対象液中の水が浸透膜１０を通過してドロー液へと移動する。得られたドロー液と水とを含む混合液は、気化分離部４へと送られてドロー液と水とに分離される。この分離によりドロー液は再生され、浸透圧発生器１に送られて繰り返し使用される。
【０１３５】
浸透圧発生器１における水処理は、対象液に含まれる少なくとも一部分の水を、浸透膜１０を通してドロー液中に引き抜くことにより行われる。ドロー液に引き抜かれた水は、気化分離部４においてドロー液と分離されて回収されてもよく、分離された水が再度浸透圧発生器１に送られて繰り返し使用されてもよい。
【０１３６】
図１８の（ｂ）に示すように、水処理装置１００ａは、浸透圧発生器１と気化分離部４とに加えて、これらの間に介装されたタンク３を備えてもよい。浸透圧発生器１において、得られた水とドロー液とを含む混合液をタンク３に一旦、溜めて置く。タンクに収容された混合液は、気化分離部４での分離の作業状況に応じて気化分離部４に送られる。
【０１３７】
水処理システムに発電を行う機能を持たせるときには、浸透圧発生器１においてドロー液に水が引かれることにより生じる混合液の流束によってタービンを回す、機能を備えればよい。ドロー液の再生は、タービンを回した後の混合液を気化分離部４に送り、水と分離をすることにより行う。分離された水は、浄化された水として回収される。そのような水処理システムは、例えば発電装置を備える。発電装置１００ａ，３００ａの１例は、図１８の（ｃ）および（ｄ）に示すように、浸透圧発生器１、タービン２、タンク３および気化分離部４を備える。そして、発電システム１００は、発電装置１００ａと作業媒体とを備える。作業媒体は、水または対象液としての処理液とドロー液としての高浸透圧液とを含む。
【０１３８】
水処理システムに淡水化および／または水質浄化を行う機能を持たせるには、ドロー液と共に浸透圧発生器１に淡水化または水質浄化を行うべき対象、即ち、対象液として処理液が収容される構成にすればよい。浸透圧発生器１において、ドロー液中に水を引くことにより少なくとも一部分の水が脱水され後の濃縮液は、そのまま廃棄されてもよく、循環させて再度浸透圧発生器１に送り、繰り返し淡水化および／または水質浄化を行ってもよい。
【０１３９】
淡水化および／または水質浄化装置２００ａの１例は、図１８の（ａ）および（ｂ）に示すように、浸透圧発生器１、任意のタンク３および気化分離部４を備える。発電システム１００は、発電装置１００ａと作業媒体とを備える。作業媒体は、水または処理液とドロー液としての高浸透圧液とを含む。或いは、水質浄化装置２００ａの更なる１例は、図１８の（ｃ）および（ｄ）に示すように更にタービン２を備えてもよい。
【０１４０】
例えば、上述の第１２の実施形態および第１３の実施形態のように発電と淡水化および／または水質浄化とを行う水処理システムの場合には、所望に応じて、発電と淡水化および／または水質浄化との何れかのみを行うように切り替え可能であってもよい。そのためには、浸透圧発生器１と、タービン２および／またはタンク３と、気化分離部４と、これらをそれぞれに接続する複数のパイプラインと、それらパイプラインに介装される開閉弁とを備え、かつそれらの開閉弁の開閉切り替えを行うことによって、所望の処理を達成すればよい。また、所望に応じて、発電のために、気化分離部４において分離された少なくとも一部分の水は再度浸透圧発生器１に送られて再利用されてもよい。
【０１４１】
このような水処理システムは、ドロー液の再生のための分離操作および分離後の液体の回送が容易であり、運転コストを低く抑えることができる。また、作業媒体に関連するガスが発生しないため、気化分離部の構造を簡易なものとすることができる。アンモニアガスなどの浸透圧発生器を傷める成分が発生しないので、装置のメンテナンスコストを低く抑えることができ、建設コストや設備の運転コストを低く抑えることができる。本実施形態により、低コストで運転可能な水処理システムを提供することが可能となる。
【０１４２】
（１４）第１５の実施形態
実施形態に従う水処理方法は、例えば、次のような水処理方法である。即ち、当該方法は水を含む対象液とドロー液とを含む作業媒体を用いる水処理方法であって、前記ドロー液は水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液である。当該方法は、以下の（１）〜（４）に示す何れかの手順を含み得る。
【０１４３】
（１）（ａ）浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバとを備える浸透圧発生器において、第１のチャンバ内に収容された対象液と、第２のチャンバ内に収容された当該ドロー液との間で生じる浸透圧差により、水と高浸透圧液とを含む混合液の流束を発生させること、
（ｂ）混合液の流束を、ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部における前記第３のチャンバに送ること、
（ｃ）第４のチャンバ内と第３のチャンバ内との圧力差によって、第３のチャンバからゼオライト膜を通過させた水を第４のチャンバに移動させて、水とドロー液とを分離すること、並びに
（ｄ）気化分離部で分離されたドロー液を浸透圧発生器の第２のチャンバに収容すること、
を含む方法。
【０１４４】
このような手順を含むことにより、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液をドロー液として用いる水処理方法が提供される。この処理方法は、例えば淡水化、水質水浄化および／または発電に利用することが可能であるため、低コストで運転が可能な水処理技術である。
【０１４５】
（２）（ａ）浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバとを備える浸透圧発生器において、第１のチャンバ内に収容された対象液と、第２のチャンバ内に収容されたドロー液との間で生じる浸透圧差により、水とドロー液とを含む混合液の流束を発生させること、
（ｂ）混合液の流束を、ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部における第３のチャンバに送ること、
（ｃ）第４のチャンバ内と第３のチャンバ内との圧力差によって、第３のチャンバからゼオライト膜を通過させた水を前記第４のチャンバに移動させて、水とドロー液とを分離すること、
（ｄ）気化分離部で分離された当該ドロー液を浸透圧発生器の第２のチャンバに収容すること、並びに
（ｅ）気化分離部で分離された当該水を回収すること、
を含む方法。
【０１４６】
このような手順を含むことにより、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液をドロー液として用いて、水を含む対象液を淡水化または水質浄化する水処理方法が提供される。このような方法は、低コストで運転が可能な水処理技術である。
【０１４７】
（３）（ａ）浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバとを備える浸透圧発生器において、第１のチャンバ内に収容された対象液と、第２のチャンバ内に収容されたドロー液との間で生じる浸透圧差により、水とドロー液とを含む混合液の流束を発生させること、
（ｂ）混合液の流束によりタービンを回して発電すること、
（ｃ）タービンを回した後の混合液を、ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部における第３のチャンバに送ること、
（ｄ）第４のチャンバ内と第３のチャンバ内との圧力差によって、第３のチャンバからゼオライト膜を通過させた水を第４のチャンバに移動させて、水とドロー液とを分離すること、並びに
（ｅ）気化分離部で分離された当該水および当該ドロー液を浸透圧発生器の第１のチャンバおよび前記第２のチャンバにそれぞれ戻して収容すること、
を含む方法。
【０１４８】
このような手順を含むことにより、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液をドロー液として用いて、発電を行う水処理方法が提供される。このような方法は、低コストで運転が可能な水処理技術である。
【０１４９】
（４）（ａ）浸透膜で仕切られた第１のチャンバと第２のチャンバとを備える浸透圧発生器において、第１のチャンバ内に収容された対象液と、第２のチャンバ内に収容されたドロー液との間で生じる浸透圧差により、水と高浸透圧液とを含む混合液の流束を発生させること、
（ｂ）混合液の流束によりタービンを回して発電すること、
（ｃ）タービンを回した後の混合液を、ゼオライト膜で仕切られた第３のチャンバと第４のチャンバとを備える気化分離部における第３のチャンバに送ること、
（ｄ）第４のチャンバ内と第３のチャンバ内との圧力差によって、第３のチャンバからゼオライト膜を通過させた水を前記第４のチャンバに移動させて、水と高浸透圧液とを分離すること、
（ｅ）気化分離部で分離された当該ドロー液を浸透圧発生器の第２のチャンバに送って収容すること、並びに
（ｆ）気化分離部で分離された当該水を回収すること、
を含む方法。
【０１５０】
このような手順を含むことにより、水との間に浸透圧差を生じる高浸透圧液をドロー液として用いて、発電を行うと共に水を含む対象液を淡水化または水質浄化する水処理方法が提供される。このような方法は、低コストで運転が可能な水処理技術である。
【０１５１】
これらの水処理方法は、ドロー液としての高浸透圧液の再生のための分離操作および分離後の液体の回送が容易であり、運転コストを低く抑えることができる。また、作業媒体に関連するガスが発生しないため、気化分離部の構造を簡易なものにすることができる。アンモニアガスなどの浸透圧発生器を傷める成分が発生しないので、装置のメンテナンスコストを低く抑えることができ、建設コストや設備の運転コストを低く抑えることができる。本実施形態により、低コストで運転が可能な水処理方法を提供することが可能となる。
【０１５２】
［例］
（１）シリンジ試験装置
図１９の（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。
【０１５３】
まず、一端に指掛け部２１１ａ，２１２ａをそれぞれ有する１ｍＬのプラスチック製ディスポーザブルシリンジ２１１および２１２を用意した。これらのシリンジ２１１および２１２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（Ｓ３１）。得られた２つの切断されたシリンジ２１１および２１２の指掛け部２１１ａ，２１２ａを互いに向い合せて、空気が入り込まないように、その間に２枚のゴムラバー２１３，２１５と１組の浸透膜２１４を挟み込んだ（Ｓ３２）。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の順番で行った。その後、クリップ２１９で固定した（Ｓ３３）。これによりシリンジ試験装置２１６を得た。
【０１５４】
浸透膜２１４としては、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た。図１９の（ｂ）に示すように、各ゴムラバー２１３（２１５）には、直径５ｍｍの円形穴２１３ａ（２１５ａ）がそれぞれ開口されている。
【０１５５】
（２）シリンジ試験
例１
上記（１）の手順に従って、シリンジ試験装置２１６を作製した。第１のシリンジ２１１には、グリセリンを収容し、第２のシリンジ２１２には真水を収容した（図１９の（ｃ）図示）。各液は、図１９の（ａ）に示すＳ３１の工程とＳ３２工程の間で、試験に使用する液体をシリンジ２１１および２１２の内部にそれぞれ収容した。
【０１５６】
次いで、第１のシリンジ２１１を第２のシリンジ２１２の上方に位置するように縦置きにし、２５℃、１気圧の条件下に静置した。その様子を図２０に示す。その後、５分間、１０分間、２０分間、３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間および５時間の各時点で目盛を読み、第２のシリンジ２１２側から第１のシリンジ２１１側への水の移動を計測した。なお、シリンジ試験装置２１６に収容された液体はシリンジ試験装置２１６の作製工程においても、また試験中においても外部に漏れなかった。なお、図２０においてＬ01は第１のシリンジ２１１の最初の液面、Ｌ11は第１のシリンジ２１１の試験後の液面、である。また、図２０においてＬ02は第２のシリンジ２１２の最初の液面、Ｌ12は第１のシリンジ２１１の試験後の液面である。
【０１５７】
＜結果＞
結果を図２１の（ａ）に示す。図２１の（ａ）は、横軸が時間であり、縦軸が水の移動量（ｍＬ）である。また、ドットで示した曲線は、水の移動量の実測値である。図２１の（ａ）のドットで示される曲線で示されるように、初期の速度（グラフ中の傾き）は、時間が経過すると共に小さくなった。これは、第２のシリンジ２１２から浸透膜を通過して第１のシリンジ２１１中に水が上方に移動したことにより、第１のシリンジ２１１側の浸透膜周辺に水が存在することによる濃度分極効果のためと考えられる。また、図２１の（ａ）中の直線は、ドットで示したグラフを初期（５分間）の速度と終盤（５時間）の速度を平均した平均速度を示している。
【０１５８】
例２
前記１と同様にシリンジ試験装置２１６を作製した。即ち、第１のシリンジ２１１には、グリセリン収容し、第２のシリンジ２１２には何れにも真水を収容した。前記例１では、濃度分極の影響があった。この影響を排除するために、試験期間の全体に亘り、上部に配置されている第１のシリンジ２１１の外側にソニケータにより超音波を当てた。定期的にシリンジの目盛を読み、第２のシリンジ２１２側から第１のシリンジ２１１側への水の移動を計測した。それ以外は、例１と同様に試験を行った。
【０１５９】
＜結果＞
その結果を図２１の（ｂ）に示した。図２１の（ｂ）において、横軸は時間であり、縦軸は水の移動量（ｍＬ）である。また、ドットで示した曲線は水の移動量の実測値である。また、図２１の（ｂ）中の直線はドットで示した実測値に基づいて、傾き（速度）を平均化したデータである。図２１の（ｂ）から明らかなように超音波で撹拌したことによって、水の移動は例１の結果よりも速くなり、且つ一定していた。
【０１６０】
例３
前記（１）の手順に従って、シリンジ試験装置２１６を作製した。第１のシリンジ２１１には、グリセリンおよび２，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロパノール（ＰＦ１Ｐ）をそれぞれ収容した。第２のシリンジ２１２には、何れにも真水を収容した。また、比較のために第１のシリンジ２１１内に３．５Ｗｔ％の海水を収容したシリンジ試験装置２１６を作製した。各液は、図１９の（ａ）に示す（Ｓ３１）工程と（Ｓ３２）工程の間で試験に使用する液体をシリンジ２１１および２１２の内部にそれぞれ収容した。試験は、例２と同様に行った。定期的にシリンジの目盛を読み、第２のシリンジ２１２側から第１のシリンジ２１１側への水の移動を計測した。
【０１６１】
＜結果＞
結果を図２２の（ａ）に示した。第１のシリンジ２１１内にＰＦ１Ｐまたは３．５％塩水を収容したときには、グリセリンを収容した場合と比べて水の移動は少なかった。即ち、水の移動速度は遅かった。この結果から、グリセリンは優れた高浸透圧液であることが明らかとなった。
【０１６２】
例４
前記（１）の手順に従って、シリンジ試験装置２１６を作製した。第１のシリンジ２１１には、グリセリン、エチレングリコール、２，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロパノール（ＰＦ１Ｐ）、１００％２−ブトキシエタノール（２ＢＥ）を収容した。第２のシリンジ２１２には真水を収容した。グリセリンについては、更に、濃度を変えたものを用意した。各液は、図１９の（ａ）に示す（Ｓ３１）工程と（Ｓ３２）工程の間で試験に使用する液体をシリンジ２１１および２１２の内部にそれぞれ収容した。試験は、例２と同様に行った。そして、５分間、１０分間、１５分間、２０分間、３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間および５時間の各時点で目盛を読み、第２のシリンジ２１２側から第１のシリンジ２１１側への水の移動を計測した。
【０１６３】
＜結果＞
結果を図２２の（ｂ）に示した。第１のシリンジ２１１内にグリセリンまたはエチレングリコールを収容したときに、ＰＦ１Ｐまたは２ＢＥを収容したときに比べて水の移動が大きく、移動速度も速かった。この結果から、グリセリンおよびエチレングリコールが優れた高浸透圧液であることが明らかとなった。
【０１６４】
例５
前記（１）の手順に従って、シリンジ試験装置２１６を作製した。第１のシリンジ２１１には、それぞれ互いに濃度の異なるグリセリンを収容した。第２のシリンジ２１２には、真水を収容した。使用したグリセリンの濃度は、１００ｗｔ％、８０ｗｔ％、７０ｗｔ％および５０ｗｔ％の濃度であった。これらの濃度のグリセリンをそれぞれに用いてシリンジ試験装置２１６を作製した。各液は、図１９の（ａ）に示す（Ｓ３１）工程と（Ｓ３２）工程の間で試験に使用する液体をシリンジ２１１および２１２の内部にそれぞれ収容した。試験は、例２と同様に行った。そして、５分間、１０分間、２０分間、３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間および５時間の各時点で目盛を読み、第２のシリンジ２１２側から第１のシリンジ２１１側への水の移動を計測した。
【０１６５】
＜結果＞
結果を図２３に示した。この結果から、グリセリンの濃度は水の移動に大きく影響しないようであった。
【０１６６】
例６
三菱化学エンジニアリング株式会社製のＭＳＭ−１を用いた浸透気化膜法により、水と高浸透圧液（後述する溶剤）とを分離する試験を行った。試験には、中型の装置を用いた。用いた装置の概略を図２４に示す。
【０１６７】
この装置５００は、混合液タンク５０１と、送液ポンプ５０２と、熱回収器５０３と、循環ポンプ５０４、加熱器５０５、脱水器５０６、凝縮器５０７、冷却循環装置５０８、真空ポンプ５０９、オイルミストトラップ５１０および排液ポンプ５１１とを備える。脱水器５０６は、脱水膜５１２により第１のチャンバ５１３と第２のチャンバ５１４とに区画されている。脱水膜５１２は、ゼオライト膜（例えば、三菱化学エンジニアリング株式会社製のＭＳＭ−１）を使用した。
【０１６８】
パイプライン５２０ａの一端は、送液ポンプ５０２に接続され、混合液がパイプライン５２０ａを通して送液ポンプ５０２に供給される。パイプライン５２０ａから分岐したパイプライン５２０ｂの一端は、混合液タンク５０１に接続されている。混合液タンク５０１の下部は、パイプライン５２０ｃを通して送液ポンプ５０２近くのパイプライン５２０ａに接続されている。送液ポンプ５０２は、熱回収器５０３を経由するパイプライン５２０ｄおよび後述するパイプライン５２０ｆを通して循環ポンプ５０４に接続されている。第１の開閉弁５１５は、パイプライン５２０ｄに介装されている。循環ポンプ５０４は、加熱器５０５を経由するパイプライン５２０eを通して脱水器５０６の第１のチャンバ５１３の下部に接続されている。第１のチャンバ５１３の上部は、パイプライン５２０ｆを通して循環ポンプ５０４に接続されている。このような循環ポンプ５０４、パイプライン５２０e、脱水器５０６の第１のチャンバ５１３およびパイプライン５２０ｆにより循環系を構成している。
【０１６９】
脱水器５０６の第２のチャンバ５１４は、パイプライン５２０ｇを通して凝縮器５０７に接続されている。凝縮器５０７の内部には、複数回巻回された冷却管５１６が収納されている。冷却循環装置５０８は、往路用のパイプライン５２０ｈを通して前記冷却管５１６の一端に接続されている。冷却管５１６の他端は、復路用のパイプライン５２０ｉを通して冷却循環装置５０８に接続されている。すなわち、冷却循環装置５０８内の冷媒は、往路用のパイプライン５２０ｈ、冷却管５１６および復路用のパイプライン５２０ｉを循環する。凝縮器５０７の上部側壁には、パイプライン５２０ｊが接続され、当該パイプライン５２０ｊには真空ポンプ５０９およびオイルミストトラップ５１０がこの順序で介装されている。真空ポンプ５０９にはガスバラ用窒素（Gas ballast N2、図中「Ｎ2」と記す）が導入される。凝縮器５０７内の気体は、パイプライン５２０ｊを通して排気される。凝縮器５０７の下部には、パイプライン５２０ｋが接続され、当該パイプライン５２０ｋにはポンプ５１１および第２の開閉弁５１７がこの順序で介装されている。凝縮器５０７の底部に溜まった水はパイプライン５２０ｋを通して回収される。
【０１７０】
パイプライン５２０ｌは、前記循環系の１つであるパイプライン５２０ｆから分岐されている。図示しない第３の開閉弁は、当該パイプライン５２０ｌの分岐部近傍に介装されている。当該パイプライン５２０ｌは、前記熱回収器５０３に交差されている。混合液を脱水器５０６で複数回処理され、パイプライン５２０ｆを流通する処理液は、パイプライン５２０ｌを通して回収される。また、パイプライン５２０ｍはパイプライン５２０ｌから分岐され、当該パイプライン５２０ｍは混合液タンク５０１に接続されている。
【０１７１】
次に、水と溶剤を混合した混合液の脱水操作を前述した図２４に示す装置を参照して説明する。
【０１７２】
送液ポンプ５０２を駆動して混合液をパイプライン５２０ａ,パイプライン５２０ｄおよびパイプライン５２０ｆを経由して循環ポンプ５０４に送る。図示しない第３の開閉弁を閉じることによりパイプライン５２０ｌを循環系と隔絶する。送液ポンプ５０２を駆動して混合液を循環ポンプ５０４に送りながら、当該循環ポンプ５０４を駆動して混合液をパイプライン５２０e、脱水器５０６の第１のチャンバ５１３およびパイプライン５２０ｆを複数回循環させる。この循環過程で、循環系が所定量の混合液に達したときに、第１の開閉弁５１５を閉じて混合液の前記循環系への送りを停止する。また、循環過程で、混合液は加熱器５０５で所望の温度に加熱される。さらに、真空ポンプ５０９を駆動してパイプライン５２０ｇを通して脱水器５０６の第２のチャンバ５１４内を真空引きし、第２のチャンバ５１４内を減圧にする。同時に、冷却循環装置５０８から冷媒を往路用のパイプライン５２０ｈ、冷却管５１６および復路用のパイプライン５２０ｉを循環させて、凝縮器５０７を冷却する。凝縮器５０７の冷却により凝縮器５０７に第２のチャンバ５１４から導入された水蒸気が凝縮されて水になり５２０ｋのパイプラインで回収される。
【０１７３】
このような操作において、加熱された混合液を脱水器５０６の第１のチャンバ５１３に供給する際、脱水膜５１２で第１のチャンバ５１３に対して区画された第２のチャンバ５１４が減圧される。これにより、第１、第２のチャンバ５１３および５１４間の圧力差が生じるため、混合液中の水が第１のチャンバ５１３内で気化し、それが脱水膜５１２を透過して第２のチャンバ５１４内に移動する。
【０１７４】
混合液を前記循環系で複数回循環させて脱水した後、図示しない第３の開閉弁を開いてパイプライン５２０ｌを循環系と連通させる。この操作により、脱水した混合液である処理液がパイプライン５２０ｌを通して回収される。パイプライン５２０ｌを流通する処理液は、熱回収器５０３において送液ポンプ５０２から循環ポンプ５０４に流れる混合液と熱交換され、当該混合液が予熱される。また、パイプライン５２０ｌを流れる処理液が十分に脱水されていない場合、パイプライン５２０ｌから分岐したパイプライン５２０ｍを通して混合液タンク５０１に送られる。混合液タンク５０１内の処理液は、パイプライン５２０ａおよびこれから分岐したパイプライン５２０ｂを通して混合液タンク５０１内に供給された混合液と共に、送液ポンプ５０２の駆動により前述した循環系に送られて脱水処理される。
【０１７５】
＜結果＞
それぞれの混合液について得られた結果を図２５〜図２９に示す。これらのグラフは、何れも横軸に水と混合された溶剤、即ち、グリセリン、ｔｅｒｔ-ブタノール、エチレングリコール、イソプロパノールまたはエタノールの水中の濃度を示した。縦軸は、脱水膜（ゼオライト膜である三菱化学エンジニアリング株式会社製のＭＳＭ−１）の透過流束、即ち、膜流量を時間および単位面積当たりの重量（ｇ／ｍ2ｈｒ）で示した。水分離の条件は、図２５〜図２９に示すようにそれぞれの混合液の温度を９０℃、８０℃、７０℃、６０℃または９０℃とし、真空度は１５ｔｏｒｒまたは５０ｔｏｒｒとした。これらの結果からグリセリンのみが、食塩水よりも大きな膜流量を得られることが明らかとなった。従って、グリセリンは作業媒体に使用するために優れていることが明らかとなった。
【０１７６】
また、他の溶剤の場合では、食塩水よりも膜流量が小さな値となった。これは、濃度分極の影響が大きいためであると考えられる。従って、クロスフロー方式を利用することにより改善する可能性がある。それにより十分に作業媒体として使用できる可能性がある。
【０１７７】
更に、これらの図面には、それぞれの溶剤を用いてシリンジ試験の結果も合わせて示している。
【０１７８】
図２５を用いてグリセリンの結果について説明する。グリセリン（ｂｐ．＝２９０℃、ｍｐ．＝１７．８℃、ｄ＝１．２６）の場合、シリンジ試験で５時間平均では２０℃で０．００４６ｍ／ｈの膜透過速度であった。この流束を図２５のグラフに横軸に平行な線（横線）により示した。その結果、ＭＳＭ−１を用いた試験では５０〜７０ｗｔ％の濃度範囲で、且つ９０℃、１５Ｔｏｒｒの条件で０．００４６ｍ／ｈ以上の流束で水とグリセリンの混合液の分離が可能であることが明らかになった。
【０１７９】
範囲は狭まるが、発電側の水の流れと回収側の水の流れとは同じに保てる領域があることが分かった。一方、５分間のデータを用いた場合、グリセリンでは０．０２７６ｍ／ｈとなり、図２５に示すグラフ領域よりもはるかに大きい値であった。従って、それに応じて膜の量、回収システムの容量を増やす必要があることが分かった。
【０１８０】
図２６を用いてｔｅｒｔ−ブタノールについて説明する。ｔ−ＢｕＯＨ（ｂｐ．＝８２．４℃、ｍｐ．＝２５．６９℃、ｄ＝０．７８）の場合、シリンジ試験で５時間平均では、２０℃で０．００２６ｍ／ｈの膜透過速度が得られた。この流束を図２６のグラフに横軸に平行な線（横線）により示した。その結果、ＭＳＭ−１を用いた試験では５０〜８０ｗｔ％の範囲で、９０℃および１５Ｔｏｒｒの条件下、０．００２６ｍ／ｈ以上の流束で水とｔｅｒｔ−ブタノールとの混合液からの水の分離が可能であることが分かった。即ち、発電側の水の流れと回収側の水の流れとは同じに保てる領域があることが明らかとなった。
【０１８１】
一方、５分間のデータを用いた場合、ｔ−ＢｕＯＨでは０．０１８４ｍ／ｈであり、図２６に示すグラフ領域よりはるかに大きい値となった。従って、それに応じて膜の量、回収システムの容量を増やす必要があることが示唆された。
【０１８２】
図２７を用いてエチレングリコールについて説明する。エチレングリコール（ｂｐ．＝１９７．３℃、ｍｐ．＝−１２．９℃、ｄ＝１．１１）の場合、シリンジ試験で５時間平均した場合には、２０℃で０．００１３ｍ／ｈの膜透過速度であった。この流束を図２７のグラフに横軸に平行な線（横線）により示した。その結果、ＭＳＭ−１を用いた試験では、５０〜６３ｗｔ％の範囲で、９０℃、１５Ｔｏｒｒの条件下で０．００１３ｍ／ｈ以上の流束で水とエチレングリコールとの混合液からの水の分離が可能であることが分かった。更に範囲は狭まるが、発電側の水の流れと回収側の水の流れとは同じに保てる領域があることが分かった。
【０１８３】
一方、５分間のデータを用いた場合、エチレングリコールでは０．００７１ｍ／ｈであり、図２７に示すグラフの最上部のグラフの横軸に平行な線（横線）よりはるかに大きい値となる。従って、それに応じて膜の量、回収システムの容量を増やす必要があることが分かった。
【０１８４】
図２８を用いてイソプロパノール（ＩＰＡ）について説明する。ＩＰＡ（ｂｐ．＝８２．４℃、ｍｐ．＝−８９．５℃、ｄ＝０．７８）の場合、シリンジ試験で５時間平均した場合には、２０℃で０．００１３ｍ／ｈの膜透過速度であった。この流束を図２８のグラフに横軸に平行な線（横線）により示した。その結果、ＭＳＭ−１を用いた試験では５０〜８０ｗｔ％の範囲で、９０℃および１５Ｔｏｒｒの条件下で０．００１３ｍ／ｈ以上の流束で水とイソプロパノールの混合液の分離が可能であることが分かった。これにより発電側の水の流れと回収側の水の流れとは同じに保てる領域があることが明らかとなった。
【０１８５】
一方、５分間でのデータを用いた場合、ＩＰＡでは０．００４１ｍ／ｈである。従って、図２８に示すグラフの９０℃の部分は全て入るために、発電側の水の流れと回収側の水の流れとは同じに保てることが明らかになった。
【０１８６】
図２９を用いてエタノールについて説明する。ＥｔＯＨ（ｂｐ．＝７８．４℃、ｍｐ．＝−１１４．３℃、ｄ＝０．７９）の場合、シリンジテストで５時間平均した場合では、２０℃で０．００２６ｍ／ｈの膜透過速度であった。この流束を図２９のグラフに横軸に平行な線（横線）により示した。その結果、ＭＳＭ−１を用いた試験ではどの領域でも０．００２６ｍ／ｈ以上の流束で水とエタノールとの混合液から水を分離することは不可能であることが分かった。従って、エタノールの場合においても、このような結果に応じて、使用する膜の量、回収システムの容量を増やす必要があることが分かった。
【０１８７】
＜まとめ＞
浸透圧発電の発電量は、水力発電と同じようにして概算できる。即ち、式２のように落差が浸透圧から推定できることを前提にする。
【０１８８】
水力のパワー［Ｗ］＝水の落差［ｍ］×流量［ｍ3／ｓ］×９．８［ｍ／ｓ2］  （式２）
例えば３．５ｗｔ％の食塩水に濃度が匹敵する海水の場合では、浸透圧が３０気圧近いので、およそ３００ｍの落差に相当する浸透圧が得られる。これと同様にして例６において使用した溶剤を溶質として水中で使用した場合においても、浸透圧のデータから押し上げる水柱の高さを計算することができる（図３０参照）。
【０１８９】
ディメンションは、
［Ｗ］＝［Ｊ／ｓ］＝［Ｎｍ／ｓ］、および
［Ｎ］＝［ｋｇ］×［ｍ／ｓ2］
の式から流量の水の容積をそのまま重量に換算すれば計算できる。ただし、溶剤の混合水の場合には精密には比重を加味して計算する必要がある。
【０１９０】
一方、浸透圧の大きさについては、ここで扱うような５０ｗｔ％を超えるような濃い領域で適当な理論式は存在しない。従って、低濃度領域で使われるｖａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆ式をそのまま採用した。この結果を表１に示した。なおここでは濃縮できる最大濃度を図２５〜図２９の中で同じ膜面積で対応可能な最大値とした。このときの透過水量はシリンジ試験の５時間平均の流速を採用した。
【表１】
2016072461.tif 000004
【０１９１】
上述の通りに得られた浸透圧の値から落差を算出し、これとシリンジ試験の流束とを用いて発電量を計算した。このときの膜面積は３７ｍ2とした。これは東レ株式会社から市販されている浸透膜エレメント１本分の膜面積である。
【０１９２】
更にシステム運用で用いる循環ポンプ、真空ポンプ（型番ＤＴＣ−２２）ように設定していった。到達真空度は図２５〜２９の実験で示すように５０Ｔｏｒｒでも十分であった。そのため、前記表１のように７．６Ｔｏｒｒ達成に必要な電力を用いることはない。しかしながら、この点に付いても定格電力として差し引く計算に入れた。また循環ポンプは透過水量の１０倍を流量としてクロスフローで循環させることを前提として、必要なポンプ（型番ＭＤ−１０Ｋ−Ｎ）を選択し、使用電力を定格電力として計算した。結果を表２に示す。
【表２】
2016072461.tif 000005
【０１９３】
以上のようにして求めた発電量から、送液や真空引きに必要なポンプの電力を差し引いて、獲得電力量を求めた。この際に、図２４の装置を用いた実施形態において、加熱する部分は９０℃の排熱が無制限に利用できるものとし差し引く計算には入れないものとした。結果を表３に示す。
【表３】
2016072461.tif 000006
【０１９４】
これらの結果から次のことが明らかになった。シリンジ試験データにおいて、濃度分極の少ない最初の５分間の値で見ると十分な出力が得られるものが多かった。しかしながら、濃度分極効果の含まれる５時間平均で見た場合、獲得電力で黒字になるものはグリセリンだけであった。
【０１９５】
以上の結果から、総合的に評価すると、作業媒体はグリセリンおよびｔ−ＢｕＯＨが特に優れていることが明らかとなった。しかしながら、他の溶剤においても作業媒体としての可能性が示唆された。
【０１９６】
以上の計算において使用したｖａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆ式では、浸透圧から落差を計算し、水力発電量を推定している。この結果から、種々の種類の高浸透圧液を使用する作業媒体が提供できる。また、その作業媒体を用いて循環型浸透圧発電方法および循環型浸透圧発電システムが提供できることが示唆された。これにより、実施形態に従えば、低コストで運転可能な循環型浸透圧発電システムが提供できることが明らかになった。
【０１９７】
例７
実施形態に従う水処理システムにおいて使用できる高浸透圧液を探索した。そのために幾つかの溶媒の物理化学的パラメータを計算と公知の文献から求めた。具体的には分子量、沸点、融点、比重、粘度、表面張力、屈折率、誘電率、標準蒸発エンタルピー、モル体積、モル濃度、溶解パラメータについて公知の文献値を参照した。溶媒の水和自由エネルギー変化、アスペクト比（分子が収まる最小の円筒の長さと直径の比）、分子量規格化アスペクト比（アスペクト比を分子量で除したもの）、オーバリティ、分子表面積（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ半径に基づく）、分子量規格化分子表面積（分子表面積を分子量で除したもの）、分子体積（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ半径に基づく）、分子量規格化分子体積（分子体積を分子表面積で除したもの）についてＳＭＤ（ｗａｔｅｒ）／Ｍ０５−２Ｘ／ＭＩＤＩ！６Ｄレベルの量子化学計算で求めた。また、水の溶媒和自由エネルギー変化、溶媒の溶媒和自由エネルギー変化、モル体積についてＢ３ＬＹＰ／ＴＺＶＰレベルの量子化学計算で求めた。量子化学計算にはＧａｕｓｓｉａｎ  ０９  ｒｅｖ．Ｃ．０１を使用した。
【０１９８】
次に、高浸透圧液として使用できると考えられる溶媒を選択し、それらについて以下の方法によりシリンジ試験を行った。それにより得られた５分間の吸引量と物理化学的パラメータとの相関を確認した。
【０１９９】
（１）シリンジ試験
例１と同様にシリンジ試験装置を組み立てた。前記例１（１）の手順に従って、シリンジ試験装置２１６を作製した。第１のシリンジ２１１には、下記の表４に示す溶媒、即ち、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセトニトリル、２−ブトキシエタノール（２ＢＥ）、エチレングリコール、グリセリン、２，２，２−トリフルオロエタノール、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、イソプロパノール（ＩＰＡ）、ｎ−ブタノール（ｎ−ＢｕＯＨ）およびｔ−ブタノール（ｔ−ＢｕＯＨ）をそれぞれ収容した。第２のシリンジ２１２には、真水を収容した（図１９の（ｃ）図示）。試験に使用する液体は、図１９（ａ）の（Ｓ３１）工程と（Ｓ３２）工程の間でシリンジ２１１および２１２の内部にそれぞれ収容した。その後、第１のシリンジ２１１が第２のシリンジ２１２の上方に位置するように縦置きにし、２５℃、１気圧の条件下に静置した。５分間後に第１のシリンジ２１１の目盛を読むことにより、５分間吸引量（ｍＬ）とした。
【０２００】
（２）結果
シリンジ試験の結果を表４に示す。
【表４】
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【０２０１】
エチレングリコール、グリセリンおよびｎ−ＢｕＯＨについては１回のみ測定を行った。２−ブトキシエタノール（２ＢＥ）は同じ試験を６回繰り返した。結果はその平均値で示す。その他の溶媒については、同じ試験を３回行い、その平均値を示している。複数回繰り返す場合には、それぞれ新しくシリンジ試験装置を組み立てたものを使用して試験を行った。
【０２０２】
得られたシリンジ試験の結果と、物理化学的パラメータとの相関について検討した。その結果、シリンジ試験における第１のシリンジ２１１への水の移動量、即ち、吸引量と分子量規格化アスペクト比当たりの水和自由エネルギーとの間に相関があることが明らかとなった。
【０２０３】
図３１には、表４に示す各溶媒の５分間吸引量と吸引量と分子量規格化アスペクト比当たりの水和自由エネルギーとの関係をグラフに示した。即ち、図３１では、表４に示す各溶媒について、Ｘ軸に「水和自由エネルギー／分子量規格化アスペクト比［ΔＧ／（ＡＲ／ＭＷ）］」の値を、Ｙ軸にシリンジ試験から得た５分間までの吸引量の値をプロットした。なお、図３１では他のプロットから大きくずれている黒三角で表される２つのプロットは今回考慮しなかったパラメータによる影響と考えて削除した。このグラフから回帰式を算出し、シリンジ試験の結果予測経験式とした。
【０２０４】
このシリンジ試験の結果予測経験式を用いてドロー液、即ち、高浸透圧液として好ましい溶媒について検討した。表４に示した溶媒のうちでもグリセリンは他の何れの５分間吸引量よりも大きな値を示していた。これに基づき、グリセリンが属する多価アルコールの他の物質の予測性能を算出した。その結果を表５に示す。
【表５】
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【０２０５】
表５に示すグリセリンの予測吸引量は０．０４５ｍＬであり、この値は表５に示す実測値０．０４５ｍＬに等しかった。これにより予測経験式の信頼度が確認できた。多価アルコールの予測性能は、ｎ＝０のエチレングリコール（予測吸引量０．０１４ｍＬ）とｎ＝１のグリセリン（予測吸引量０．０４５）の間で顕著な差があった。そして、ｎ＝１からｎ＝６までにおいては、濃度依存的に予測吸引量が増大している。この結果から、高浸透圧液として式１の化合物、即ち、多価アルコールを好ましく使用できることが示唆された。
【化２】
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【０２０６】
ここで、ｎは０以上の整数である。ｎが０、１または３のとき、式１の化合物はそれぞれエチレングリコール、グリセリン、キシリトールであり、ｎが４の式１の化合物はソルビトールおよびマンニトールである。更に、ｎが５の式１の化合物は、ペルセイトールおよびボレミトールである。ｎが６の式１の化合物は、例えば、Ｄ−エリトロ−Ｄ−ガラクト−オクチトールである。好ましくは、ｎは１以上（ｎ≧１）の整数である。
【０２０７】
また、前記表５から式１の多価アルコールの中でもｎの数値が大きいものの方が予測吸引量は大きくなる傾向があった。同じｎ＝５であるペルセイトールとボレミトールとの間にも予測吸引量に差が見られたが、共にｎ＝４のマンニトールの予測吸引量よりも大きな予測吸引量が示された。ｎ＝６のＤ−エリトロ−Ｄ−ガラクト−オクチトールの場合は、ボレミトールの予測吸引量よりも大きく、ペルセイトールの予測吸引量よりも小さい予測吸引量が示された。まとめると量子化学計算から、ｎは０から６までは大きくなる傾向が確認されたが、特に大きくなる傾向が顕著なのは１から５である。したがって、単純にｎが大きくなれば良いというわけではない。また、束一的性質から同じ質量パーセント濃度ならばより分子量が小さい分子のほうが物質量は増えて有利であることにも留意する必要がある。
【０２０８】
以上の結果から、多価アルコールは、優れたドロー液として使用できることが示唆された。また、式１の化学式を有する多価アルコールの中でも、ｎ≧１の多価アルコールが好ましいことが明らかとなった。
【０２０９】
このように種々の種類の高浸透圧液をドロー液として使用することにより、効率的に浸透圧差を発生させて、ドロー液中に水を吸引することができることが明らかとなった。また、浸透圧発生器により水を吸引した後の水と高浸透圧液とを含む混合液である希釈されたドロー液は、気化分離部おいて脱水され、それにより水を容易、且つ高純度で回収することが可能である。実施形態に従えば、このような水処理システム、例えば、循環型浸透圧発電システム、淡水化システムまたは水質浄化システムは、低コストで運転可能であることが示唆された。
【０２１０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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