(57)【要約】【課題】膜差圧の制約内において溶液の浸透圧差を有効利用することで出力を増し、濃度差再生に要する仕事量を低減することで、濃度差発電装置の効率を改善する。【解決手段】浸透装置２と、浸透流量及び膜差圧の積により出力を得るタービン４と、タービン４の出力で駆動される発電機５とを備え、浸透装置２が、溶液貯蔵容器１１及び循環ポンプ６を備えた閉ループ流路１２の浸透装置ユニット１０を並列に配置した複数系統に分割されている濃度差発電ユニットＰＵと、タービン４で仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して濃度差発電ユニットＰＵに供給する濃度差再生装置Ｒｓとを備え、濃度差再生装置Ｒｓから供給される高濃度の溶液が、浸透装置ユニット１０毎に順次供給することで複数段に分割使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透膜で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液の供給を受ける浸透装置と、前記半透膜を通過した浸透流量及び前記半透膜の膜差圧との積により出力を得るタービンと、前記タービンの出力で駆動される発電機とを備え、前記浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている濃度差発電ユニットと、
前記タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して前記濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置と、を備え、
前記濃度差再生装置から供給される高濃度の溶液が、前記浸透装置ユニット毎に順次供給することで複数段に分割使用されることを特徴とする濃度差発電装置。
【請求項２】
半透膜で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液の供給を受ける浸透装置と、前記半透膜を通過した浸透流量及び前記半透膜の膜差圧との積により出力を得るタービンと、前記タービンの出力で駆動される発電機とを備え、前記浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている複数の濃度差発電ユニットと、
前記タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して前記濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置と、を備え、
前記濃度差発電ユニットを複数段の直列に接続し、前記濃度の異なる二つの溶液の高濃度側が前記濃度差発電ユニット毎に分配されて、前記浸透装置の入口側で上流から導入した低濃度側の溶液の一部と合流後に高濃度側溶液として供給されることを特徴とする濃度差発電装置。
【請求項３】
半透膜で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液の供給を受ける浸透装置と、前記半透膜を通過した浸透流量及び前記半透膜の膜差圧との積により出力を得るタービンと、前記タービンの出力で駆動される発電機とを備え、前記浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている複数の濃度差発電ユニットと、
前記タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して前記濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置と、を備え、
前記濃度差発電ユニットを複数段の直列に接続し、前記濃度の異なる二つの溶液の高濃度側が、前記濃度差再生装置の出口で前記濃度差発電ユニット毎に分配して供給されることを特徴とする濃度差発電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の濃度差発電装置を複数備え、
前記濃度差発電装置が、各々に前記濃度差再生装置で再生した濃度の異なる二つの溶液を発電後の溶液との熱交換により第１段階の加熱をする再生熱交換器と、前記第１段階の加熱後に濃度の異なる二つの溶液を排熱との熱交換により第２段階の加熱をする排熱回収熱交換器と、を備え、
前記濃度差発電装置毎に設置された前記排熱回収熱交換器に排熱を供給する排熱系統を直列に接続したことを特徴とする濃度差発電装置。
【請求項５】
前記排熱回収熱交換器の排熱供給側が閉ループ型であることを特徴とする請求項４に記載の濃度差発電装置。
【請求項６】
前記排熱回収熱交換器の排熱供給側がオープン型であることを特徴とする請求項４に記載の濃度差発電装置。
【請求項７】
前記浸透装置ユニットは、前記タービンの入口側で溶液流量を検出する流量計を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の濃度差発電装置。
【請求項８】
前記浸透装置ユニットは、前記閉ループ流路内の溶液濃度を検出する濃度計を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の濃度差発電装置。
【請求項９】
前記浸透装置ユニットは、前記閉ループ流路内の溶液圧力を検出する圧力計を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の濃度差発電装置。
【請求項１０】
前記浸透装置ユニットは、前記閉ループ流路内に連通する排気ラインを備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の濃度差発電装置。
【請求項１１】
前記濃度の異なる二つの溶液は、共通イオンのない複数の溶質を混合して溶解されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の濃度差発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濃度の異なる二つの溶液を用いて発電を行う濃度差発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえば海水及び河川水のように濃度の異なる二つの溶液を用い、半透膜で分離された両液間の浸透圧を利用して発電を行う濃度差発電装置が提案されている。
浸透圧は、溶媒または低濃度の溶液から高濃度の溶液に向かって作用する圧力である。すなわち、半透膜を通過しない溶質の溶液は、異なる濃度で半透膜によって隔てられている場合、半透膜を介して、相対的に低濃度の溶液から相対的に高濃度の溶液へ向う溶媒の流れを生じるので、半透膜を介して起る溶媒の流れを浸透と呼び、その圧力を浸透圧という。なお、上述した半透膜は、溶媒だけを透す膜である。
【０００３】
このような濃度差発電装置としては、オープンサイクル及びクローズドサイクルの２種類が知られている。
一方のオープンサイクルでは、半透膜で分離された浸透装置に二つの溶液を供給することにより、半透膜を通過する溶媒の浸透及び浸透圧を利用して発電する。そして、浸透装置を通過した後の溶液及び発電後の溶媒は、いずれも排水として処理される。すなわち、海水及び河川水を使用するオープンサイクルの場合、たとえば海や河川等から導入した海水及び淡水は、濃度差発電に使用した後、排水として海や河川に戻される。
【０００４】
これに対し、クローズドサイクルでは、たとえば海水の淡水化に使用されている多重効用法（ＭＥＤ）のような濃縮サイクルを組み合わせることにより、浸透装置を通過した溶液を濃縮して溶媒及び濃溶液を生成する。こうして生成された溶媒及び濃縮液は、再び浸透装置に戻されて濃度差発電に使用されるため、閉ループの同一系内を循環して濃度差発電が継続されるシステムとなる。
【０００５】
図８に示す濃度差発電装置１は、濃度差再生装置Ｒを備え、高濃度溶液ポンプによって加圧供給するクローズドサイクルの装置である。
この場合、高濃度溶液及び低濃度溶液（または水）が浸透装置２に供給され、半透膜３を通過した水（溶媒）の流れが高濃度溶液の流れと合流する。ここで、半透膜３を通過して流れる水量が透過流量となり、この透過流量は、半透膜３の透過流係数に、浸透圧と膜差圧との差（浸透圧−膜差圧）を掛け合わせて算出される値である。従って、浸透圧と膜差圧とが等しい場合には、半透膜３の透過流量が０となる。なお、膜圧差は、半透膜３の上流側及び下流側に生じる圧力差（差圧）であり、半透膜３に作用する力でもある。
【０００６】
高濃度溶液と水とが合流して生成された中濃度溶液の流れは、浸透装置２からタービン（水車）４に導かれて仕事をする。この結果、中濃度溶液の流れによりタービン４が回転し、このタービン４から軸出力を得た発電機５が駆動されて発電する。なお、図中の符号６は、高濃度溶液を加圧して浸透装置２に供給するための循環ポンプである。
【０００７】
タービン５を通過した中濃度溶液は、濃度差再生装置Ｒに導かれて濃度差再生処理が施される。この濃度差再生装置Ｒは、たとえば析出法、蒸発法及び蒸留法等の方式により、中濃度溶液から高濃度溶液及び低濃度溶液を生成する。この濃度差再生装置Ｒで生成された高濃度溶液及び低濃度溶液は、浸透装置２に再度供給されることにより、以下クローズドサイクル内において同様の循環を繰り返すので、発電機５による発電が継続される。
【０００８】
図９は、析出法を採用した濃度差再生装置Ｒｓを示す概念図であり、図示の温度は溶液温度変化の一例である。
この場合、濃度差発電部から排出される中濃度溶液（３１℃）は、熱交換器Ｈ１を通過して海水等の冷熱源（２５℃）により２６℃まで冷却された後、固液分離装置ＳＴに供給される。固液分離装置ＳＴの内部では、中濃度溶液が下方のスラリーと上方の上澄みとに分離される。従って、スラリーから高濃度溶液を抽出するとともに、上澄みから低濃度溶液を抽出して濃度差発電部に供給し、濃度差発電を行うことが可能になる。
【０００９】
このとき、高濃度溶液及び低濃度溶液は、濃度差発電部の上流で排熱回収熱交換器Ｈ２を通過することにより、２６℃から３１℃に昇温される。この排熱回収熱交換器Ｈ２は、たとえばボイラや蒸気タービン等のように、外部の装置から排出される熱源を利用して高濃度溶液及び低濃度溶液を加熱する熱交換器である。
【００１０】
図１０は、蒸発法を採用した濃度差再生装置Ｒｆを示す概念図である。この方式では、濃度差発電部から排出される中濃度溶液を排熱回収熱交換器Ｈ３で加熱した後、加熱した中濃度溶液を減圧した蒸発缶ＦＴ内でフラッシュさせて高濃度溶液及び蒸気を得る。高濃度溶液は蒸発缶ＦＴの下方に溜まり、蒸気は海水等の冷熱源を導入して冷却する凝縮器Ｈ４を通過することにより凝縮水となる。従って、濃度差発電部では、蒸発缶ＦＴから導入した高濃度溶液と、凝縮器Ｈ４から導入した凝縮水(低濃度溶液)とにより、濃度差発電を行うことが可能になる。
【００１１】
また、従来の濃度差発電装置には、下記の非特許文献１に開示されているように、高濃度溶液をポンプによって加圧供給する直結型濃度差発電装置や、密閉回路への浸透による圧力上昇を利用した自己加圧方式の容器切替型濃度差発電装置等がある。すなわち、浸透装置２に高濃度溶液を供給する系の加圧方式には、ポンプを使用して機械的に加圧するポンプ加圧方式や、浸透圧により加圧する自己加圧方式がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】本多  武夫  「各種抗圧浸透法濃度差発電システムの比較」  電子技術総合研究所彙報  （１９８８，１１，２  受付）  第５２巻  第１２号  ｐ．１−１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、濃度差発電装置の出力（Ｗ）は、半透膜の膜差圧（ΔＰ）と浸透する溶媒の流量（浸透流量：Ｑ）との積（Ｗ＝ΔＰ×Ｑ）により求められる。
また、クローズドサイクルにおける濃度差発電装置の効率（η）は、濃度差発電装置の出力（Ｗ）を濃度差再生装置への投入エネルギーである熱量（Ｃ）により除した値（η＝Ｗ／Ｃ）となる。
【００１４】
しかし、従来の濃度差発電においては、浸透装置の半透膜が耐えうる膜差圧に制限があるため、溶液の浸透差圧が大きくても有効に活用できないという問題を有している。
すなわち、半透膜に作用する力は、半透膜の上流側及び下流側に生じる膜の差圧（膜差圧）であるから、浸透差圧が膜差圧の許容値を超える状態で運転すると、半透膜を破損させる原因になる。このため、溶液が大きな浸透圧差を保有している場合であっても、半透膜の制約から大きな透過流量（Ｑ）を得ることができず、この結果、濃度差発電装置の出力向上には限界があった。
【００１５】
また、濃度差発電し使用した中濃度溶液の濃度再生に要する仕事、すなわち濃度再生に消費するエネルギーが大きいと、濃度差発電装置の効率（η）が低下するという問題も有している。
具体的には、上述した濃度差再生装置Ｒｓ，Ｒｆにおいて濃度再生に消費する熱量（Ｃ）が大きいと、効率のよい濃度差発電を継続して行うことができなくなる。
【００１６】
このように、濃度差発電装置の効率（η）を向上させるためには、膜差圧の制約を解消して効率（η）の分子となる出力（Ｗ）を増すことや、濃度差再生装置の仕事量を低減して効率（η）の分母となる熱量（Ｃ）を小さくすることが必要となる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、膜差圧の制約内において溶液の浸透圧差を有効利用することで出力を増して、さらに、濃度差再生に要する仕事量を低減して、濃度差発電装置の効率を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明（第１実施形態）に係る濃度差発電装置は、半透膜で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液の供給を受ける浸透装置と、前記半透膜を通過した浸透流量及び前記半透膜の膜差圧との積により出力を得るタービンと、前記タービンの出力で駆動される発電機とを備え、前記浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている濃度差発電ユニットと、前記タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して前記濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置と、を備え、前記濃度差再生装置から供給される高濃度の溶液が、前記浸透装置ユニット毎に順次供給することで複数段に分割使用されることを特徴とするものである。
【００１８】
このような本実施形態の濃度差発電装置によれば、浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている濃度差発電ユニットと、タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置とを備え、濃度差再生装置から供給される高濃度の溶液が、浸透装置ユニット毎に順次供給することで複数段に分割使用されるようにしたので、高濃度溶液を分割して使用することで浸透圧の分割が可能になる。従って、半透膜の膜差圧に制約があっても、浸透圧の分割利用によって大きな透過流量を得ることができる。
すなわち、溶液が大きな浸透圧差を保有している場合には、半透膜の膜差圧を大きくして一度に浸透圧を利用するのと同様に、高濃度溶液の分割使用によって濃度差発電装置の出力（Ｗ）を向上させることができる。この結果、濃度差発電装置の効率（η）は、分子の出力（Ｗ）が大きくなることにより向上する。
【００１９】
本発明（第２実施形態）に係る濃度差発電装置は、半透膜で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液の供給を受ける浸透装置と、前記半透膜を通過した浸透流量及び前記半透膜の膜差圧との積により出力を得るタービンと、前記タービンの出力で駆動される発電機とを備え、前記浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている複数の濃度差発電ユニットと、前記タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して前記濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置と、を備え、前記濃度差発電ユニットを複数段の直列に接続し、前記濃度の異なる二つの溶液の高濃度側が前記濃度差発電ユニット毎に分配されて、前記浸透装置の入口側で上流から導入した低濃度側の溶液の一部と合流後に高濃度側溶液として供給されることを特徴とするものである。
【００２０】
このような本実施形態の濃度差発電装置によれば、濃度差発電ユニットを複数段の直列に接続し、濃度の異なる二つの溶液の高濃度側が濃度差発電ユニット毎に分配されて、浸透装置の入口側で上流から導入した低濃度側の溶液の一部と合流後に高濃度側溶液として供給されるようにしたので、高濃度溶液を分割して使用することにより濃度差発電を多段化し、各段において浸透圧の分割利用が可能になる。従って、半透膜の膜差圧に制約があっても、浸透圧の分割利用によって大きな透過流量を得ることができる。すなわち、溶液が大きな浸透圧差を保有している場合、半透膜の膜差圧を大きくして一度に浸透圧を利用するのと同様に、濃度差発電装置の出力を向上させることが可能になる。この場合、分割された高濃度溶液は、低濃度側の溶液と混合した後、各段の浸透装置ユニットで高濃度溶液として使用される。
【００２１】
本発明（第３実施形態）に係る濃度差発電装置は、半透膜で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液の供給を受ける浸透装置と、前記半透膜を通過した浸透流量及び前記半透膜の膜差圧との積により出力を得るタービンと、前記タービンの出力で駆動される発電機とを備え、前記浸透装置が、溶液貯蔵容器及び循環ポンプを備えた閉ループ流路の浸透装置ユニットを並列に配置した複数系統に分割されている複数の濃度差発電ユニットと、前記タービンで仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して前記濃度差発電ユニットに供給する濃度差再生装置と、を備え、前記濃度差発電ユニットを複数段の直列に接続し、前記濃度の異なる二つの溶液の高濃度側が、前記濃度差再生装置の出口で前記濃度差発電ユニット毎に分配して供給されることを特徴とするものである。
【００２２】
このような本実施形態の濃度差発電装置によれば、濃度差発電ユニットを複数段の直列に接続し、濃度の異なる二つの溶液の高濃度側が、濃度差再生装置の出口で濃度差発電ユニット毎に分配して供給されるので、高濃度溶液を分割して使用することにより濃度差発電を多段化し、各段において浸透圧の分割利用が可能になる。従って、半透膜の膜差圧に制約があっても、浸透圧の分割利用によって大きな透過流量を得ることができる。すなわち、溶液が大きな浸透圧差を保有している場合、半透膜の膜差圧を大きくして一度に浸透圧を利用するのと同様に、濃度差発電装置の出力を向上させることが可能になる。この場合、分割された高濃度溶液は、各段の浸透装置ユニットで高濃度溶液としてそのまま使用される。
【００２３】
本発明（第４実施形態）に係る濃度差発電装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の濃度差発電装置を複数備え、前記濃度差発電装置が、各々に前記濃度差再生装置で再生した濃度の異なる二つの溶液を発電後の溶液との熱交換により第１段階の加熱をする再生熱交換器と、前記第１段階の加熱後に濃度の異なる二つの溶液を排熱との熱交換により第２段階の加熱をする排熱回収熱交換器と、を備え、前記濃度差発電装置毎に設置された前記排熱回収熱交換器に排熱を供給する排熱系統を直列に接続したことを特徴とするものである。
【００２４】
このような本実施形態の濃度差発電装置によれば、濃度差発電装置が、各々に濃度差再生装置で再生した濃度の異なる二つの溶液を発電後の溶液との熱交換により第１段階の加熱をする再生熱交換器と、第１段階の加熱後に濃度の異なる二つの溶液を排熱との熱交換により第２段階の加熱をする排熱回収熱交換器とを備え、濃度差発電装置毎に設置された排熱回収熱交換器に排熱を供給する排熱系統を直列に接続したので、効率向上のために設置した再生熱交換器とともに排熱源の温度差を有効利用することが可能になる。
この結果、濃度差再生装置においては仕事量を低減でき、従って、濃度差発電装置の効率（η）は、分母の熱量（Ｃ）が小さくなることにより向上する。
【００２５】
上記の発明において、前記排熱回収熱交換器の排熱供給側は、閉ループ型あるいはオープン型のいずれを採用してもよいが、濃度差再生装置の効率面では、より高い温度差を確保できる閉ループ型が望ましい。
【００２６】
上記の発明において、前記浸透装置ユニットは、前記タービンの入口側で溶液流量を検出する流量計を備えていることが好ましく、これにより、複数系統に分割された浸透装置ユニットにおいて、溶液濃度（浸透圧）の低下に伴う切替時期を正確に把握することができる。
【００２７】
上記の発明において、前記浸透装置ユニットは、前記閉ループ流路内の溶液濃度を検出する濃度計を備えていることが好ましく、これにより、複数系統に分割された浸透装置ユニットにおいて、溶液濃度（浸透圧）の低下に伴う切替時期を正確に把握することができる。この場合、濃度計及び流量計を併用することで、切替時期をより正確に把握することができる。
【００２８】
上記の発明において、前記浸透装置ユニットは、前記閉ループ流路内の溶液圧力を検出する圧力計を備えていることが好ましく、これにより、各浸透装置ユニット内の溶液圧力が所定圧力の運転可能状態まで上昇したことを、すなわち、浸透装置ユニットからタービンに溶液を供給して発電可能な状態になったことを確実に把握できる。
【００２９】
上記の発明において、前記浸透装置ユニットは、前記閉ループ流路内に連通する排気ラインを備えていることが好ましく、これにより、閉ループ流路内の空気を抜くことで、溶液注入及び加圧時の圧力上昇をスムーズに行うことが可能になる。
【００３０】
上記の発明において、前記濃度の異なる二つの溶液は、共通イオンのない複数の溶質を混合して溶解されていることが好ましく、これにより、各溶質が互いに影響しあうことなくよく溶けて高い浸透圧を得ることができる。すなわち、浸透圧は、共通イオンのない溶質毎の足し算となるので、一つの溶質を溶かす場合より高い浸透圧が得られる。
このような溶液は、濃度の異なる二つの溶液を浸透装置に供給して発電する濃度差発電装置であれば、特に構成等に限定を受けることなく、濃度差発電装置全般に広く適用可能である。
【発明の効果】
【００３１】
上述した本発明によれば、膜差圧の制約内において溶液の浸透圧差を有効利用することにより、濃度差発電装置の効率（η）において分子となる出力（Ｗ）を増し、さらに、濃度差発電装置の効率（η）において分母となる濃度差再生に要する熱量（Ｃ）を低減したので、濃度差発電装置の効率改善に顕著な効果を奏する。
また、上記の発明においては、タービン差圧、膜及びその保持構造、及びそれに接続された配管の耐圧が、ユニット毎の高濃度側と低濃度側との濃度差に応じて適切に設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る濃度差発電装置の第１実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明に係る濃度差発電装置の第２実施形態を示す系統図である。
【図３】本発明に係る濃度差発電装置の第３実施形態を示す系統図である。
【図４】本発明に係る濃度差発電装置の第４実施形態を示す系統図である。
【図５】本発明に係る濃度差発電装置の第５実施形態を示す系統図である。
【図６】排熱回収熱交換器の排熱供給側を閉ループ型とした場合の系統図である。
【図７】排熱回収熱交換器の排熱供給側をオープン型とした場合の系統図である。
【図８】濃度差再生装置を備えた濃度差発電装置の概要を示す系統図である。
【図９】析出法を採用した濃度差再生装置の概要を示す系統図である。
【図１０】蒸発法を採用した濃度差再生装置の概要を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る濃度差発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１に示す一実施形態（第１実施形態）の濃度差発電装置１Ａは、濃度差発電ユニットＰＵと、濃度差再生装置Ｒｓとを備えており、図中の符号２は浸透装置、３は半透膜、４はタービン（水車）、５は発電機、６は循環ポンプである。なお、図示の濃度差再生装置Ｒｓは析出法（図９参照）を採用しているが、これに限定されることはなく、たとえば図１０に示した蒸発法の濃度差再生装置Ｒｆを採用してもよい。
濃度差発電ユニットＰＵは、半透膜３で分離された二つの空間に濃度の異なる二つの溶液が供給される浸透装置２と、半透膜３を通過した浸透流量及び半透膜３の膜差圧との積により出力を得るタービン４と、タービン４の出力により駆動される発電機５とを備えている。
【００３４】
浸透装置２は、容器内部が半透膜３により二つの空間に分離されており、両空間にはそれぞれ濃度の異なる二つの溶液（高濃度溶液及び低濃度溶液）が供給される。この場合、低濃度溶液には、溶質が全く溶解していない濃度０の溶媒も含まれる。
このような浸透装置２においては、半透膜３を通過した低濃度側の溶媒が高濃度側へ流入するので、溶媒が高濃度溶液の流れに合流して希釈され、中濃度溶液が流出することとなる。なお、以下の説明では溶媒を水として説明するが、これに限定されることはない。
タービン４は、半透膜３を通過した浸透流量及び半透膜３の膜差圧との積により出力を得る装置である。すなわち、タービン４は、浸透装置２から導入した中濃度溶液の流れにより羽根車が回転し、この軸出力により発電機５を駆動して発電が行われる。
【００３５】
さて、本実施形態の濃度差発電ユニットＰＵは、浸透装置２が並列に配置した複数系統の浸透装置ユニット１０に分割されている。図示の構成例では、浸透装置２が３系統の浸透装置ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを並列に接続した構成とされるが、これに限定されることはない。なお、以下の説明においては、３系統の浸透装置ユニット１０及びその構成要素を区別する必要がある場合にのみ、添え字のＡ〜Ｃを用いることとする。
【００３６】
浸透装置ユニット１０は、溶液貯蔵容器１１及び循環ポンプ６を備えた閉ループ流路１２を形成している。すなわち、浸透装置ユニット１０の閉ループ流路１２には、高濃度溶液を貯蔵する溶液貯蔵容器１１、高濃度溶液を閉ループ流路１２内で循環させる循環ポンプ６、高濃度溶液及び低濃度溶液の供給を受ける浸透装置２が設けられている。この浸透装置ユニット１０は、後述する濃度差再生装置Ｒｓから高濃度溶液及び低濃度溶液の供給を受ける。具体的には、高濃度溶液が溶液貯蔵容器１１内に供給され、低濃度溶液が浸透装置２に供給される。
【００３７】
濃度差再生装置Ｒｓから高濃度溶液供給ライン１３を通って供給される高濃度溶液は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎に分岐した高濃度溶液供給ライン１３Ａ〜Ｃを通って、各ユニットの溶液貯蔵容器１１に接続される。高濃度溶液供給ライン１３Ａ〜Ｃには、各流路の開閉操作を行う高濃度溶液元弁１４が設けられている。従って、高濃度溶液の供給は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎に独立して実施可能となる。
濃度差再生装置Ｒｓから低濃度溶液供給ライン１５を通って供給される低濃度溶液は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎に分岐した低濃度溶液供給ライン１５Ａ〜Ｃを通って、各ユニットの浸透装置２に接続される。低濃度溶液供給ライン１５Ａ〜Ｃには、各流路の開閉操作を行う低濃度溶液元弁１６が設けられている。従って、高濃度溶液の供給は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎に独立して実施可能となる。なお、浸透装置２を通過して流れた低濃度溶液は、後述する中濃度溶液回収ライン２１Ｒに合流して固液分離装置ＳＴに戻される。
【００３８】
また、浸透装置ユニット１０は、閉ループ流路１２内の溶液濃度を検出する濃度計１７を備えている。図示の濃度計１７は、溶液貯蔵容器１１内の溶液濃度を検出するように設置されているが、これに限定されることはない。
また、浸透装置ユニット１０は、閉ループ流路１２内の溶液圧力を検出する圧力計１８を備えている。図示の構成例では、浸透装置２の下流側に設置されているが、これに限定されることはない。
【００３９】
さらに、浸透装置ユニット１０は、閉ループ流路１２内に連通する排気ライン１９を備えている。この排気ライン１９は、たとえば各ユニットの溶液貯蔵容器１１に接続されており、ユニット毎の流路切替を可能とする元弁２０を備えている。
【００４０】
このような浸透装置ユニット１０には、浸透装置２において溶媒が高濃度溶液に合流して生成された中濃度溶液をタービン４に導くための中濃度溶液供給ライン２１が接続されている。この中濃度溶液供給ライン２１は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎に中濃度溶液元弁２２を備えている。従って、タービン４に対する中濃度溶液の供給は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎に独立して実施可能となる。
また、浸透装置ユニット１０は、タービン４の入口側で溶液流量を検出する流量計２３を備えている。この流量計２３は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎の中濃度溶液供給流路２１Ａ〜Ｃが合流した後の中濃度溶液供給ライン２１に設けられている。
【００４１】
上述した中濃度溶液供給ライン２１は、タービン４の下流側で、後述する濃度差再生装置Ｒｓに接続されている。以下の説明では、タービン２１の下流側から濃度差再生装置Ｒｓに至る中濃度溶液の流路について、中濃度溶液回収ライン２１Ｒと呼ぶことにする。
また、中濃度溶液回収ライン２１Ｒには、浸透装置ユニット１０の溶液貯蔵容器１１から排出された中濃度溶液を、すなわち発電に使用されて濃度が所定値以下に低下した高濃度溶液を回収する溶液回収ライン２４が接続されている。この溶液回収ライン２４は、浸透装置ユニット１０Ａ〜Ｃ毎の溶液回収を可能にするため、それぞれの溶液回収ライン２４Ａ〜Ｃに元弁２５Ａ〜Ｃが設けられている。
なお、中濃度溶液回収ライン２１Ｒには、中濃度溶液を後述する濃度差再生装置Ｒｓに戻して再生するため、溶液回収ポンプ２６が設けられている。
【００４２】
濃度差再生装置Ｒｓは、タービン４で仕事をした溶液から濃度の異なる二つの溶液を再生して浸透装置ユニット１０に供給する装置である。すなわち、溶液回収ポンプ２６により中濃度溶液回収ライン２１Ｒを通って回収した中濃度溶液を再生し、高濃度溶液及び低濃度溶液を得るための装置である。
図示の濃度差再生装置Ｒｓは析出法を採用したもので、中濃度溶液は中濃度溶液回収ライン２１Ｒを通って固液分離装置ＳＴに回収される。この中濃度溶液は、固液分離装置ＳＴの内部において、高濃度溶液として抽出する下方のスラリーと、低濃度溶液として抽出する上方の上澄みとに分離される。
【００４３】
濃度差再生装置Ｒｓの固液分離装置ＳＴと、濃度差発電ユニットＰＵの浸透装置ユニット１０との間は、高濃度溶液供給ライン１３、低濃度溶液供給ライン１５及び中濃度溶液回収ライン２１により接続されている。
高濃度溶液供給ライン１３及び低濃度溶液供給ライン１５には、高濃度溶液及び低濃度溶液を加熱するため、再生熱交換器３０及び排熱回収熱交換器４０が設けられている。
また、中濃度溶液回収ライン２１Ｒは、再生熱交換器３０を通過するとともに、冷却熱交換器５０を備えている。
なお、図中の符号２７は固液分離装置ＳＴ内から高濃度溶液を濃度差発電ユニットＰＵに送出するポンプ、符号２８は固液分離装置ＳＴ内から低濃度溶液を濃度差発電ユニットＰＵに送出するポンプ、符号２９は上澄みからスラリー等の固形物を除去するためのフィルタである。
【００４４】
再生熱交換器３０は、中濃度溶液回収ライン２１Ｒを流れている中濃度溶液を加熱源として、濃度差発電ユニットＰＵに供給する高濃度溶液及び低濃度溶液を加熱して昇温させるものである。
排熱回収熱交換器４０は、たとえば蒸気タービンの復水熱等の排熱を導入して加熱源とし、再生熱交換器３０で加熱された後の高濃度溶液及び低濃度溶液を加熱して昇温させるものである。
冷却熱交換器５０は、たとえば海水等を冷熱源として導入し、再生熱交換器３０で放熱した後の中濃度溶液から吸熱して冷却するものである。
【００４５】
このような濃度差発電装置１Ａは、以下に説明する手順により運転をして、継続した発電が行われる。
最初に、高濃度溶液供給ライン１３のポンプ２７を運転して、固液分離装置ＳＴ内の高濃度溶液を浸透装置ユニット１０Ａの溶液貯蔵容器１１Ａに充填する。このとき、高濃度溶液元弁１４Ａ及び元弁２０Ａは開とされ、高濃度溶液元弁１４Ｂ，１４Ｃ、全ての低濃度溶液元弁１６及び全ての中濃度溶液元弁２２は閉とされる。
この結果、溶液貯蔵容器１１Ａには、所望の温度に加熱された高濃度溶液が供給される。このとき、容器内の空気が排気ライン１９から排気されることで、高濃度溶液のスムーズな充填が可能になり、しかも、充填完了後の溶液貯蔵容器１１Ａ内に空気が残ることもない。なお、高濃度溶液の充填完了後には、排気ライン１９の元弁２０Ａが閉じられる。
【００４６】
こうして運転準備が完了すると、低濃度溶液供給ライン１５のポンプ２８を運転して、固液分離装置ＳＴ内から低濃度溶液を浸透装置２Ａに供給する。このとき、高濃度溶液元弁１４Ａを閉じ、低濃度溶液元弁１６Ａを開き、さらに、循環ポンプ６Ａ及び溶液回収ポンプ２６の運転を開始する。この結果、浸透装置２Ａにおいては、溶液貯蔵容器１１Ａ内の高濃度溶液が閉ループ流路１２を循環し、低濃度溶液側の水（溶媒）が高濃度側へ浸透するので、閉ループ流路１２Ａは自己加圧により昇圧する。このとき、閉ループ流路１２Ａ内から圧縮性流体の空気が排気されているので、高濃度溶液は自己加圧によりスムーズに昇圧する。
【００４７】
そして、閉ループ流路１２Ａ内の圧力を圧力計１８Ａで検出し、所定の作動圧力に達したことを確認してから中濃度溶液元弁２２Ａを開とする。なお、閉ループ流路１２Ａ内の圧力は、比較的短時間で作動圧力に到達する。
この結果、中濃度溶液がタービン４に流入し、タービン４を回転させることによって軸出力が得られる。この軸出力は、発電機５の駆動源となるので、発電機５による発電が行われる。
タービン４の運転に使用された中濃度溶液は、中濃度溶液回収ライン２１Ｒを通って固液分離装置ＳＴに戻される。
【００４８】
さて、このような浸透装置ユニット１０Ａによる発電中には、次に使用する浸透装置ユニット１０Ｂ，１０Ｃに対して、同様の手順で溶液貯蔵容器１１Ｂ，１１Ｃ内に順次高濃度溶液を充填し、待機状態にしておく。
一方、運転中の浸透装置ユニット１０Ａにおいては、低濃度溶液側の水が浸透することにより、高濃度溶液の濃度が順次低下していく。従って、浸透装置２においては浸透圧が低下し、タービン４の運転に必要な循環流量や膜差圧が得られなくなるので、濃度計１７Ａや流量計２３の検出値を監視し、いずれか一方が所定値以下に低下した場合には、運転中の浸透装置ユニット１０Ａから待機中の浸透装置ユニット１０Ｂに切り換える。この切替は、高濃度溶液元弁１４，低濃度溶液元弁１６及び中濃度溶液元弁２２の開閉操作と、運転する循環ポンプ６の変更により行われる。
【００４９】
この結果、浸透装置ユニット１０Ｂにより、上述した浸透装置ユニット１０Ａと同様の発電が継続して行われる。
また、発電を終了した浸透装置ユニット１０Ａにおいては、溶液回収ライン２４Ａの元弁２５Ａを開いて、濃度低下した溶液を溶液貯蔵容器１１Ａ及び閉ループ流路１２Ａから回収する。この溶液は、中濃度溶液回収ライン２１Ｒを通って固液分離装置ＳＴに回収される。
【００５０】
以下同様にして、濃度計１７Ｂ及び流量計２３の検出値を監視し、いずれか一方が所定値以下に低下した場合には、浸透装置ユニット１０Ｂのから浸透装置ユニット１０Ｃによる発電に変更する。さらに、浸透装置ユニット１０Ｃの溶液濃度が低下した後には浸透装置ユニット１０Ａに戻り、同様の変更を順次繰り返して濃度差発電を継続する。
このようにすれば、浸透装置２が、溶液貯蔵容器１１及び循環ポンプ６を備えた閉ループ流路１２の浸透装置ユニット１０を並列に配置した複数系統に分割されている濃度差発電ユニットＰＵとなるので、濃度差再生装置Ｒｓから供給される高濃度溶液は、浸透装置ユニット毎に順次供給することで複数段に分割使用できる。
【００５１】
このため、高濃度溶液の分割使用により、高濃度溶液が保有する浸透圧の分割が可能になる。従って、半透膜３の膜差圧に制約があっても、浸透圧の分割利用によって大きな透過流量を得ることができる。すなわち、高濃度溶液が大きな浸透圧差を保有している場合には、膜圧差の大きい半透膜３に対して一度に大きな浸透圧を利用するのと同様に、高濃度溶液の分割使用によって濃度差発電装置１Ａの出力を向上させることができる。
この結果、濃度差発電装置１Ａは、効率算出式の分子となる出力が大きくなることにより、効率向上に貢献する装置となる。
【００５２】
換言すれば、濃度差発電にはタービン４の入口圧力を大きくすることが望ましいのであるが、半透膜３の膜差圧には制限があるため、溶液の浸透差圧が大きくても有効に利用できなかったものを、本実施形態の濃度差発電装置１Ａでは、高濃度溶液を分割して使用することにより多段化し、半透膜３が許容する膜差圧を大きくしなくても、浸透圧を分割して有効利用できるようにしている。
【００５３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る濃度差発電装置の一実施形態（第２実施形態）について、図２を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の濃度差発電装置１Ｂは、複数段の濃度差発電ユニットＰＵが直列に接続されている。すなわち、図示の構成例では、図１に示した濃度差発電ユニットＰＵを３段（濃度差発電ユニットＰＵ１〜ＰＵ３）直列に接続し、最も上段側の濃度差発電ユニットＰＵ１の上流側に図示省略の濃度差再生装置Ｒｓを接続した構成とされる。なお、直列に接続する濃度差発電ユニットＰＵの数については、３段に限定されることはない。
【００５４】
この場合、濃度差再生装置Ｒｓから濃度差発電ユニットＰＵに供給される濃度の異なる二つの溶液（高濃度溶液及び低濃度溶液）は、高濃度溶液が濃度差発電ユニットＰＵ毎に分配される。すなわち、高濃度溶液供給ライン１３は、濃度差発電ユニットＰＵ１に高濃度溶液を供給するライン１３ａと、濃度差発電ユニットＰＵ２に高濃度溶液を供給するライン１３ｂと、濃度差発電ユニットＰＵ３に高濃度溶液を供給するライン１３ｃとに分岐する。
【００５５】
一方、低濃度溶液ライン１５は、高濃度溶液が濃度差発電ユニットＰＵ１の上流で浸透装置２に低濃度溶液を供給するライン１５ａと、ライン１３ａから供給される高濃度溶液と合流するライン１５ｂとに分岐する。従って、ライン１３ａから供給される高濃度溶液は、浸透装置２の入口側で、上流からライン１５ｂを介して導入した低濃度溶液の一部と合流後に、高濃度側溶液として濃度差発電ユニットＰＵ１に供給される。
【００５６】
また、濃度差発電ユニットＰＵ２においては、濃度差発電ユニットＰＵ１から発電後に排出される中濃度溶液を低濃度溶液として使用する。
すなわち、第１実施形態においては、高濃度溶液に溶媒が合流して濃度低下した中濃度溶液回収ライン２１Ｒを通って固液分離装置ＳＴに回収されていた中濃度溶液を、下段側の濃度差発電ユニットＰＵ２に供給して低濃度溶液として使用する。この場合も、中濃度溶液回収ライン２１Ｒは、濃度差発電ユニットＰＵ２の上流において、浸透装置２に低濃度溶液として中濃度溶液を供給するライン２１ａと、ライン１３ｂから供給される高濃度溶液と合流するライン２１ｂとに分岐している。
【００５７】
また、濃度差発電ユニットＰＵ２，ＰＵ３間についても、濃度差発電ユニットＰＵ１，ＰＵ２間と同様に構成され、最終段の濃度差発電ユニットＰＵ３で発電後の中濃度溶液が中濃度溶液回収ライン２１Ｒを通って固液分離装置ＳＴに回収される。
このように構成された濃度差発電装置１Ｂは、浸透装置２で発電後の中濃度溶液を順次低濃度溶液として使用するので、下段側のユニットほど使用する低濃度溶液及び高濃度溶液の濃度が増すことになる。
【００５８】
このような本実施形態の濃度差発電装置１Ｂは、濃度差発電ユニットＰＵの直列配置により、高濃度溶液を分割して使用することによる濃度差発電の多段化を実施し、各段において浸透圧の分割利用を可能にしたので、半透膜３の膜差圧に制約があっても、浸透圧の分割利用によって大きな透過流量を得ることができる。このため、溶液が大きな浸透圧差を保有している場合には、半透膜３の膜差圧を大きくして一度に浸透圧を利用するのと同様に、濃度差発電装置１Ｂの出力を向上させることが可能になる。
この結果、濃度差発電装置１Ｂは、効率算出式の分子となる出力が大きくなることにより、効率向上に貢献する装置となる。
【００５９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る濃度差発電装置の一実施形態（第３実施形態）について、図３を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の濃度差発電装置１Ｃは、濃度差発電ユニットＰＵを複数段（図示の例では３段）の直列に接続し、最も上段側の濃度差発電ユニットＰＵ１の上流側に図示省略の濃度差再生装置Ｒｓを接続した構成とされる。なお、直列に接続する濃度差発電ユニットＰＵの数については、３段に限定されることはない。
【００６０】
この場合、濃度差再生装置Ｒｓから濃度差発電ユニットＰＵに供給される濃度の異なる二つの溶液（高濃度溶液及び低濃度溶液）は、高濃度溶液が濃度差発電ユニットＰＵ毎に分配される。すなわち、高濃度溶液供給ライン１３は、濃度差再生装置Ｒｓの出口において、濃度差発電ユニットＰＵ１に高濃度溶液を供給するライン１３ａと、濃度差発電ユニットＰＵ２に高濃度溶液を供給するライン１３ｂと、濃度差発電ユニットＰＵ３に高濃度溶液を供給するライン１３ｃとに分岐するので、濃度差発電ユニットＰＵ毎に分配して供給されるものとなる。
【００６１】
しかし、低濃度溶液供給ライン１５は、上述した第２実施形態とは異なり、分岐することなくそのまま濃度差発電ユニットＰＵ１に接続される。なお、他の構成については、上述した実施形態と実質的に同じである。
このため、高濃度溶液及び低濃度溶液は、いずれも濃度変化をすることなく濃度差発電ユニットＰＵ１に供給されることとなり、従って、この実施形態は、浸透装置２の入口側で低濃度溶液の一部を混合することで、高濃度溶液側が濃度変化をする第２実施形態とは異なっている。
【００６２】
このような本実施形態の濃度差発電装置１Ｃは、上述した第２実施形態と同様に、濃度差発電ユニットＰＵの直列配置により、高濃度溶液を分割して使用することによる濃度差発電の多段化を実施し、各段において浸透圧の分割利用することが可能になる。従って、半透膜３の膜差圧に制約があっても、浸透圧の分割利用によって大きな透過流量を得ることができる。このため、溶液が大きな浸透圧差を保有している場合には、半透膜３の膜差圧を大きくして一度に浸透圧を利用するのと同様に、濃度差発電装置１Ｃの出力を向上させることが可能になる。
この結果、濃度差発電装置１Ｂは、効率算出式の分子となる出力が大きくなることにより、効率向上に貢献する装置となる。
【００６３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明に係る濃度差発電装置の一実施形態（第４実施形態）について、図４を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の濃度差発電装置１Ｄは、上述した第１実施形態の濃度差発電装置１Ａを３セット備えているが、濃度差発電装置１Ａに代えて上述した濃度差発電装置１Ｂまたは１Ｃでもよい。また、図示の構成例では、３セットの濃度差発電装置１Ｄを備えているが、この数に限定されることはない。なお、以下の説明では、区別を容易にするため、紙面左側から右側へ順番に第１段〜第３段とする。
【００６４】
この実施形態の濃度差発電装置１Ａは、各々に濃度差再生装置Ｒｓで再生した濃度の異なる二つの溶液（高濃度溶液及び低濃度溶液）を発電後の溶液（中濃度溶液）との熱交換により第１段階の加熱をする再生熱交換器３０と、第１段階の加熱後に高濃度溶液及び低濃度溶液を排熱との熱交換により第２段階の加熱をする排熱回収熱交換器４０とを備えている。そして、３セットの濃度差発電装置１Ａ毎に設置されている排熱回収熱交換器４０に排熱を供給する排熱系統は、排熱供給配管により排熱回収熱交換器４０が直列に接続された構成となっている。
【００６５】
すなわち、図示の構成例では、紙面左側の濃度差発電装置１Ａに設置されている排熱回収熱交換器（第１段排熱回収熱交換器）４０が最初に排熱を利用し、この後、第１回目の熱交換により温度低下した排熱は、直列に接続された紙面右側に隣接する排熱回収熱交換器（第２段排熱回収熱交換器）４０に導かれ、以下同様にして排熱回収熱交換器（第３段排熱回収熱交換器）４０で順次排熱が利用される。
【００６６】
以下、再生熱交換器３０、排熱回収熱交換器４０及び冷却熱交換器５０について、加熱及び冷却の具体例（温度）を示して説明する。
ここでは、具体例を説明する温度例として、外部から供給される排熱温度を３２℃、第１段濃度差発電装置１Ａにおいて発電後に排出される中濃度溶液の温度を３１℃、各段において固液分離装置ＳＴから供給される高濃度溶液及び低濃度溶液の温度を２６℃、冷熱源の海水温度を２５℃とするが、特に限定されることはない。
【００６７】
第１段濃度差発電装置１Ａにおいて、固液分離装置ＳＴから供給される２６℃の高濃度溶液及び低濃度溶液は、再生熱交換器３０において３１℃の中濃度溶液に加熱されることにより３０℃まで温度上昇する。一方、加熱側の中濃度溶液は、３１℃から２７℃まで温度低下する。
３０℃に昇温された高濃度溶液及び低濃度溶液は、排熱回収熱交換器４０において３２℃の排熱と熱交換し、３１℃まで温度上昇して濃度差発電ユニットＰＵに供給される。一方、３２℃で排熱回収熱交換器４０に供給された排熱は、放熱により３１℃まで温度低下して第２段濃度差発電装置１Ｂに供給される。
【００６８】
濃度差発電ユニットＰＵで濃度差発電に使用された中濃度溶液は、３１℃の状態で再生熱交換器３０に供給され、放熱により２７℃まで温度低下する。この中濃度溶液は、最終的に冷却熱交換器５０で海水による冷却を受け、２６℃まで温度低下した状態で固液分離装置ＳＴに戻される。
【００６９】
第２段濃度差発電装置１Ｂにおいて、固液分離装置ＳＴから供給される２６℃の高濃度溶液及び低濃度溶液は、再生熱交換器３０において３０℃の中濃度溶液に加熱されることにより２９℃まで温度上昇する。一方、加熱側の中濃度溶液は、３０℃から２７℃まで温度低下する。
２９℃に昇温された高濃度溶液及び低濃度溶液は、排熱回収熱交換器４０において３１℃の排熱と熱交換し、３０℃まで温度上昇して濃度差発電ユニットＰＵに供給される。一方、３１℃で排熱回収熱交換器４０に供給された排熱は、放熱により３０℃まで温度低下して第３段濃度差発電装置１Ｃに供給される。
【００７０】
濃度差発電ユニットＰＵで濃度差発電に使用された中濃度溶液は、３０℃の状態で再生熱交換器３０に供給され、放熱により２７℃まで温度低下する。この中濃度溶液は、最終的に冷却熱交換器５０で海水による冷却を受け、２６℃まで温度低下した状態で固液分離装置ＳＴに戻される。
【００７１】
第３段濃度差発電装置１Ｃにおいて、固液分離装置ＳＴから供給される２６℃の高濃度溶液及び低濃度溶液は、再生熱交換器３０において２９℃の中濃度溶液に加熱されることにより２８℃まで温度上昇する。一方、加熱側の中濃度溶液は、２９℃から２７℃まで温度低下する。
２８℃に昇温された高濃度溶液及び低濃度溶液は、排熱回収熱交換器４０において３０℃の排熱と熱交換し、２９℃まで温度上昇して濃度差発電ユニットＰＵに供給される。一方、３０℃で排熱回収熱交換器４０に供給された排熱は、放熱により２９℃まで温度低下して次段あるいは他の工程に供給される。
【００７２】
濃度差発電ユニットＰＵで濃度差発電に使用された中濃度溶液は、２９℃の状態で再生熱交換器３０に供給され、放熱により２７℃まで温度低下する。この中濃度溶液は、最終的に冷却熱交換器５０で海水による冷却を受け、２６℃まで温度低下した状態で固液分離装置ＳＴに戻される。
【００７３】
このように、本実施形態では、濃度差発電装置１Ａ毎に設置された排熱回収熱交換器４０に排熱を供給する排熱系統を直列に接続し、排熱の温度を３２℃、３１℃、３０℃のように段階的に低下させた状態で使用するようにしたので、効率向上のために設置した再生熱交換器３０とともに排熱源の温度差を有効利用することが可能になる。
【００７４】
この結果、濃度差再生装置１Ｄにおいては、濃度差再生に要する仕事量を低減でき、従って、濃度差発電装置の効率は、分母の熱量が小さくなることにより向上する。
なお、本実施形態の説明では、カスケードにした３セットの濃度差発電装置１Ａがいずれも同一媒体（溶媒及び溶質）を使用するものとしたが、排熱の温度に応じて最適な媒体を用いることも可能である。
【００７５】
＜第５実施形態＞
次に、本発明に係る濃度差発電装置の一実施形態（第５実施形態）について、図５を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の濃度差発電装置１Ｅは、第４実施形態の変形例であり、図３に示した３セットの濃度差発電装置１Ｃをカスケードにしたものであり、最初に３２℃で供給された排熱は、第１段階濃度差発電装置１Ｃで熱交換に使用されて３１℃に温度低下し、第２段階濃度差発電装置１Ｃで３１℃から３０℃に、さらに、第３段階濃度差発電装置で３０℃から２９℃に温度低下する。なお、濃度差発電装置１Ｃ内の温度変化については、上述した第４実施形態と実質的に同じである。
【００７６】
このように、本実施形態においても、各排熱回収熱交換器４０に排熱を供給する排熱系統を直列に接続し、排熱の温度を３２℃、３１℃、３０℃のように段階的に低下させた状態で使用するようにしたので、効率向上のために設置した再生熱交換器３０とともに排熱源の温度差を有効利用することが可能になる。
この結果、濃度差再生装置１Ｅにおいては、濃度差再生に要する仕事量を低減でき、従って、濃度差発電装置の効率は、分母の熱量が小さくなることにより向上する。
なお、本実施形態においても、カスケードにした３セットの濃度差発電装置１Ｃは、排熱の温度に応じて最適な媒体を用いることも可能である。
【００７７】
ところで、上述した第４実施形態及び第５実施形態において、排熱回収熱交換器４０の排熱供給側は、たとえば図６に示すような閉ループ型、あるいは、たとえば図７に示すようなオープン型のいずれを採用してもよい。
図６に示す閉ループ型は、一例として蒸気タービンの排熱（復水熱）を利用し、排熱を保有する熱媒体を循環させるものである。この場合、たとえば５２℃の熱媒体が濃度差発電の排熱回収熱交換器４０に供給され、高濃度溶液及び低濃度溶液により吸熱されて３５℃に温度低下して蒸気タービンに戻される。蒸気タービンに戻った熱媒体は、蒸気タービン側の加熱を受けることで、再度５２℃まで１７℃の昇温をして濃度差発電側へ供給される。
【００７８】
すなわち、蒸気タービン側において、図示の「排熱」は外部へ捨てられる熱であり、この排熱を利用して熱媒体が加熱される。
一方、濃度差発電側において、図示の「吸熱」は、高濃度溶液及び低濃度溶液が循環する熱媒体が保有する排熱から吸熱する部分であり、具体的には排熱回収熱交換器４０となる。また、濃度差発電側において、図示の「排熱」は、中濃度溶液が海水により冷却されて排熱する部分であり、具体的には冷却熱交換器５０となる。
【００７９】
これに対し、図７に示すオープン型は、蒸気タービンに熱媒体の海水等を導入し、蒸気タービン側の「排熱」により加熱する。この場合、２５℃の海水を蒸気タービンの排熱で加熱すると、排熱による昇温が閉ループ型と同じ１７℃であれば、最終的に４２℃の海水が濃度差発電側の排熱回収熱交換器（濃度差発電側の「吸熱」）４０に供給される。
なお、排熱回収熱交換器４０で使用した海水は、海中に排水して戻される。
【００８０】
このように、閉ループ型とオープン型とを比較すると、蒸気タービンにおける熱媒体の昇温が同じ１７℃とすると、閉ループ型が熱媒体を５２℃で供給できる。このため、濃度差再生装置の効率面では、より高い温度差を確保できる閉ループ型が望ましい。
【００８１】
また、上述した各実施形態の濃度差発電装置１Ａ〜Ｅにおいて、濃度の異なる二つの溶液は、一種類の溶質を溶解させた溶液に限定されることはない。従って、たとえば塩化カルシウム及び硝酸カリウムのように、共通イオンのない複数の溶質を混合して溶解させた溶液を使用してもよい。
【００８２】
このように、共通イオンのない複数の溶質は、各溶質が互いに影響しあうことなくよく溶けて高い浸透圧を得ることができる。すなわち、浸透圧は共通イオンのない溶質毎の足し算となるので、複数の溶質を溶解させた溶液は、一つの溶質を溶かす場合より高い浸透圧を得ることができる。
なお、共通イオンのない複数の溶質を溶解させた溶液は、上述した実施形態の濃度差発電装置１Ａ〜Ｅに適用可能なだけでなく、濃度の異なる二つの溶液を浸透装置に供給して発電する濃度差発電装置であれば、特に構成等に限定を受けることなく、濃度差発電装置全般に広く適用可能である。
【００８３】
上述したように、本実施形態の濃度差発電装置によれば、膜差圧の制約内において溶液の浸透圧差を有効利用することにより、濃度差発電装置の効率において分子となる出力を増し、さらに、濃度差発電装置の効率において分母となる濃度差再生に要する熱量を低減できるので、濃度差発電装置の効率向上が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１Ａ〜１Ｅ    濃度差発電装置
２    浸透装置
３    半透膜
４    タービン（水車）
５    発電機
６    循環ポンプ
１０，１０Ａ〜１０Ｃ    浸透装置ユニット
１１，１１Ａ〜１１Ｃ    溶液貯蔵容器
１２，１２Ａ〜１２Ｃ    閉ループ流路
１３，１３Ａ〜１３Ｃ    高濃度溶液供給ライン
１４，１４Ａ〜１４Ｃ    高濃度溶液元弁
１５，１５Ａ〜１５Ｃ    低濃度溶液供給ライン
１６，１６Ａ〜１６Ｃ    低濃度溶液元弁
１７，１７Ａ〜１７Ｃ    濃度計
１８，１８Ａ〜１８Ｃ    圧力計
１９    排気ライン
２０，２０Ａ〜２０Ｃ，２２，２２Ａ〜２２Ｃ，２５，２５Ａ〜２５Ｃ    元弁
２１，２１Ａ〜２１Ｃ    中濃度溶液供給ライン
２１Ｒ    中濃度溶液回収ライン
２３    流量計
２４，２４Ａ〜２４Ｃ    溶液回収ライン
２６    溶液回収ポンプ
２７，２８    ポンプ
２９    フィルタ
３０    再生熱交換器
４０    排熱回収熱交換器
５０    冷却熱交換器
ＰＵ，ＰＵ１〜ＰＵ３    濃度差発電ユニット
Ｒｓ，Ｒｆ    濃度差再生装置
ＳＴ    固液分離装置
【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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