濃縮海水に中空糸の浸透膜を介してこれよりも濃度の薄い海水又は淡水などの希釈水を浸透させ、その正浸透圧エネルギーで濃縮海水側の流量を増加させ、増加した流量で発電する正浸透圧発電において使用される中空糸の浸透膜の内径dと長さLの最適条件の関係式を、d=50~200μm、L=0.5~2m、浸透水量J=3.42×10-7~6.84×10-7m/秒の範囲で、次の数1としたことを特徴とする中空糸型正浸透膜。非濃縮の海水に中空糸の浸透膜を介して淡水などの希釈水を浸透させ、その正浸透圧エネルギーで海水側の流量を増加させ、増加した流量で発電する正浸透圧発電において使用される中空糸の浸透膜の内径dと長さLの最適条件の関係式を、d=50~200μm、L=0.5~2m、浸透水量J=1.7×10-7~5.1×10-7m/秒の範囲で、次の数11としたことを特徴とする中空糸型正浸透膜。しかしながら、正浸透圧発電においては、濃縮海水にこれよりも濃度の薄い海水又は淡水などの希釈水を浸透させるために使用する浸透膜として専用の膜は開発されておらず、同様に、非濃縮の海洋の海水や自然界の海水に淡水などの希釈水を浸透させるために使用する浸透膜として専用の膜は開発されておらず、海水淡水化に使用される中空糸型逆浸透膜を便宜的に使用しているに過ぎない。その結果、得られる正浸透圧エネルギーも当初の予想に反して十分でなく、発電効率も満足できるものではなかった。この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、濃縮海水に浸透膜を介してこれよりも濃度の薄い海水又は淡水などの希釈水を浸透させる場合に、或いは非濃縮の海洋の海水や自然界の海水に浸透膜を介して淡水などの希釈水を浸透させる場合に、浸透して得られる正浸透圧エネルギーを高め、正浸透圧発電においてその発電効率を高めることのできる中空糸型正浸透膜を提供することにある。以上の課題を達成するために請求項1の発明は、濃縮海水に中空糸の浸透膜を介してこれよりも濃度の薄い海水又は淡水などの希釈水を浸透させ、その正浸透圧エネルギーで濃縮海水側の流量を増加させ、増加した流量で発電する正浸透圧発電において使用される中空糸の浸透膜の内径dと長さLの最適条件の関係式を、d=50~200μm、L=0.5~2m、浸透水量J=3.42×10-7~6.84×10-7m/秒の範囲で、次の数1とした手段よりなるものである。また、以上の課題を達成するために請求項2の発明は、非濃縮の海水に中空糸の浸透膜を淡水などの希釈水を浸透させ、その正浸透圧エネルギーで海水側の流量を増加させ、増加した流量で発電する正浸透圧発電において使用される中空糸の浸透膜の内径dと長さLの最適条件の関係式を、d=50~200μm、L=0.5~2m、浸透水量J=1.7×10-7~5.1×10-7m/秒の範囲で、次の数11とした手段よりなるものである。課題を解決するための手段よりなる請求項1の発明に係る中空糸型正浸透膜によれば、濃縮海水にこの中空糸型正浸透膜を介してこれよりも濃度の薄い海水又は淡水などの希釈水を浸透させることにより、浸透して得られる正浸透圧エネルギーを高めることができ、その高めた正浸透圧エネルギーで濃縮海水側の流量を増加させ、増加した流量でその発電効率を高めることができ、発電により生じた出力エネルギーから発電に費やされる消費エネルギーを差し引いて得られる純粋な正味エネルギーは消費エネルギーの数倍にもなるという極めて新規的有益なる効果を奏するものである。また、課題を解決するための手段よりなる請求項2の発明に係る中空糸型正浸透膜によれば、非濃縮の海洋の海水や自然界の海水にこの中空糸型正浸透膜を介して淡水などの希釈水を浸透させることにより、浸透して得られる正浸透圧エネルギーを高めることができ、その高めた正浸透圧エネルギーで海水側の流量を増加させ、増加した流量でその発電効率を高めることができ、発電により生じた出力エネルギーから発電に費やされる消費エネルギーを差し引いて得られる純粋な正味エネルギーは消費エネルギーの数倍にもなるという極めて新規的有益なる効果を奏するものである。発明を実施するための最良の形態-1以下、この発明の中空糸型正浸透膜の最適条件の関係式が得られた経緯について具体的に説明する。中空糸型正浸透膜による正浸透圧発電を考えた場合に、現在使用されている中空糸型逆浸透膜では最適な状況を得ることが難しい。そこで、次の評価を行うことから正浸透圧発電に対する最適膜条件を見つけた。1中空糸型正浸透膜の内径に対する最適厚み;逆浸透用は圧力8MPaで使用されるのに対して、正浸透圧発電では3MPaと半分以下の圧力で使用される。そのため、中空糸型正浸透膜の厚みを薄くすることが可能と考えられる。膜が薄くなると、膜内部の濃度分極を抑えることができるために、効果が大きいと考えられる。2システム効率の計算;上述のように、正浸透圧発電への最適なパラメータを求めるにあたり、システム効率を算出することが必要となる。これにより、実用的な正浸透圧発電の評価が可能となる。3中空糸型正浸透膜内径変化におけるエレメント浸透量変化の理論計算;中空糸型逆浸透膜では、塩水側の高い圧力によって、中空糸内に真水が出てくる。一方、正浸透圧発電の場合は、中空糸内を流れる真水が海水側へ浸透するため、真水の流量によっては中空糸の途中で真水がなくなることも考えられる。また、中空糸内に十分な真水を流すと、発電効率の点から大きな損失となる。したがって、正浸透圧発電に最適な中空糸型正浸透膜の真水側流動の条件を明らかにすることが必要である。4以上の評価を元に、最適の中空糸型正浸透膜のパラメータ条件を求めた。1中空糸型正浸透膜の内径に対する最適厚み現在逆浸透用の中空糸を使用している。この場合、中空糸は圧力8MPaで使用しても破損しない厚み設計がおこなわれている。一方、正浸透圧発電では、これまでの実験から最適圧力が3MPaであり、耐圧が半分以下で十分である。この場合の中空糸の最適厚みの計算を以下の手順で行う。1中空糸に発生する応力の理論計算。2中空糸の降伏応力の評価試験。3安全率をもとに正浸透圧発電に使用する時の最適厚み。1中空糸に発生する応力の理論計算図1に示す中空糸に働く内圧と外圧から発生する周方向の応力は、次の数2で表すことができる。今の中空糸の状態として両端が開放されていると考えることができるのでσZ0になる。また、PoPiなので、σr<σθとなる。このことより、σθが加わる応力の最大である。2中空糸の降伏応力の評価試験上述の応力に対して、塑性変形が起こらない厚みが必要である。そこで、実験により降伏点をもとめ、それから最適厚みを考える。実験方法図2のような引張試験をおこなって降伏応力を求めた。まず、重りを吊るしていない状態での位置を零点とし、スケールに記す。次に重り5gを吊るし零点からの伸びをスケールで確認しその後、重りを取り除いて零点に戻るかどうかを確認する。同様に10g、15g、40gと次第に大きくし塑性変形が始まる重さを3回の実験において調べた。その実験結果伸びと重さの関係を図3に示す。勾配が急に変化する荷重で塑性変形を仮定した。図3から2回目と3回目において近い値を示したので30gを塑性変形の開始荷重とした。断面積A、荷重Fとすると、次の数3から、降伏応力がもとまり、ナイロンなどと同程度の値であることがわかる。3安全率をもとに正浸透圧発電に使用する時の最適厚み今、使用している中空糸は外圧8MPaで使用しても破損しないような厚み設計がおこなわれている。1の結果の中空糸の理論応力σθ1式において使用されている中空糸のスペック、外半径b55μm外圧po8MPa内圧pi20kPaを用い、応力最大位置raとして2の結果の降伏応力σy2式との破断しない条件σθ<σyを満たす理論内半径aを求めるとa40μmであった。これより、理論厚みt ́=b-a554015μmである。しかし実際には安全率を考え厚くなっている。そこで、実際の厚みt35μmにより、安全率はs3515233325となる。中空糸が実際に使用される環境としては外圧3MPa程度なので条件を外圧3MPaにし、上記で求めた安全率を適用し安全率を適用した厚みを予想する。1式において外圧po3Mpaのみを変更し同様に計算すると理論内半径a50μmとなり厚みt ́55505μmになる。安全率を考慮してtst ́25×5125μmである。外半径基準これらを元に、安全率を考慮した厚みの内直径との関係は次のようになる。t0118di2×1063また、厚みはdo-di2t4であるので、3式からdi12365と変形でき、5式より外直径と内直径の関係が出る。図4にその結果を示す。2システム効率の計算ここでは中空糸型正浸透膜単体ではなく図5に示す正浸透圧発電システムの全体についての効率を考える。図5における各符号の意味を数4に示す。また、システム効率の計算を数5及び数6に示す。なお、数5の動力回収装置は図5の符号のPXのことである。この6式の全体効率ηallは、出力エネルギーから消費エネルギーを差し引いて得られた正味エネルギーを、消費エネルギーで割ったものである。出力エネルギーは正浸透圧発電において発電により生じたエネルギーである。消費エネルギーは正浸透圧発電において発電をするために費やされたエネルギーである。3中空糸内径変化におけるエレメント浸透量変化の理論計算図6に中空糸1本当たりでの長さの変化における浸透流量を示す。ここでは中空糸の途中で全て浸透してしまう場合。は中空糸全てで浸透した場合である。中空糸の長さを亅mとした場合に亅mに達するまでに浸透してしまう場合図6と中空糸の全てを使って浸透する場合図6の2ケースを考える。図6の中空糸の途中で全て浸透してしまう場合について、図7を参照しながら数7~数9にその理論計算内容を示す。図6の中空糸全てで浸透した場合について、数10にその理論計算内容を示す。4最適の中空糸型正浸透膜のパラメータ条件前記1~3の結果を利用し中空糸型正浸透膜の最適条件を求める。ユニット内効率kPtPs095動力回収装置の効率ηxPpPs09動力回収装置の流量率hQpQs09海水側ポンプ効率ηs085真水側ポンプ効率ηw085タービンポンプ効率ηt085とする。図9に図示するように、多数の中空糸1の束を内径が9インチと10インチの円筒体2の内部に隙間なく挿入して求める。また、このときの9インチと10インチの各条件を次の表1表2に示す。そして表1表2の条件下において前記6式の中空糸長さ亅と単位面積当たりの浸透量Jを変化させて、全体効率ηallを求める。なお、中空糸1の膜エレメントとしては東洋紡績株式会社製のHD10155EIを使用した。9インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallを表3~表6と図10~図13に示す。前述したように、この全体効率ηallは、正浸透圧発電において発電により生じた出力エネルギーから、発電をするために費やされた消費エネルギーを差し引いて得られた純粋の正味エネルギーを、消費エネルギーで割ったものである。例えば、全体効率ηallが3倍とは、純粋の正味エネルギーが消費エネルギーの3倍という意味である。9インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallのうち、図10~図13において各線の最高値をとる中空糸の内径diとそのときの長さ亅の比di亅を取り、有効な数字のみを表7に表す。また10インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallを表8~表11と図14~図17に示す。10インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallのうち、図14~図17において各線の最高値をとる中空糸の内径diとそのときの長さ亅の比di亅を取り、有効な数字のみを表12に表す。表7、表12より中空糸の内径dを50μから200μまで変化させ、長さを05mから2mまで変化させ、浸透水量JをJ03426×107msを基準にその1倍から2倍まで変化させて、最適内径効率最大がある一定の値に収まる関係式は、次の数1ようになる。ただし、内径dはμm、長さLはmを取る。d=50~200μm。L=05~2m。J=342×107~684×107ms。図18は、数1の長さLを指定範囲のごとくL=0.5~2mとしたときのパラメータ値dL075J05を示しており、範囲内に収まっていることを示している。発明を実施するための最良の形態-2以下、この発明の中空糸型正浸透膜の最適条件の関係式が得られた経緯について具体的に説明する。中空糸型正浸透膜による正浸透圧発電を考えた場合に、現在使用されている中空糸型逆浸透膜では最適な状況を得ることが難しい。そこで、次の評価を行うことから正浸透圧発電に対する最適膜条件を見つけた。1中空糸型正浸透膜の内径に対する最適厚み;逆浸透用は圧力8MPaで使用されるのに対して、正浸透圧発電では15MPaと14以下の圧力で使用される。そのため、中空糸型正浸透膜の厚みを薄くすることが可能と考えられる。膜が薄くなると、膜内部の濃度分極を抑えることができるために、効果が大きいと考えられる。2システム効率の計算;上述のように、正浸透圧発電への最適なパラメータを求めるにあたり、システム効率を算出することが必要となる。これにより、実用的な正浸透圧発電の評価が可能となる。3中空糸型正浸透膜内径変化におけるエレメント浸透量変化の理論計算;中空糸型逆浸透膜では、塩水側の高い圧力によって、中空糸内に真水が出てくる。一方、正浸透圧発電の場合は、中空糸内を流れる真水が海水側へ浸透するため、真水の流量によっては中空糸の途中で真水がなくなることも考えられる。また、中空糸内に十分な真水を流すと、発電効率の点から大きな損失となる。したがって、正浸透圧発電に最適な中空糸型正浸透膜の真水側流動の条件を明らかにすることが必要である。4以上の評価を元に、最適の中空糸型正浸透膜のパラメータ条件を求めた。1中空糸型正浸透膜の内径に対する最適厚み現在逆浸透用の中空糸を使用している。この場合、中空糸は圧力8MPaで使用しても破損しない厚み設計がおこなわれている。一方、正浸透圧発電では、これまでの実験から最適圧力が15MPaであり、耐圧が14以下で十分である。この場合の中空糸の最適厚みの計算を以下の手順で行う。1中空糸に発生する応力の理論計算。2中空糸の降伏応力の評価試験。3安全率をもとに正浸透圧発電に使用する時の最適厚み。1中空糸に発生する応力の理論計算図19に示す中空糸に働く内圧と外圧から発生する周方向の応力は、次の数12で表すことができる。今の中空糸の状態として両端が開放されていると考えることができるのでσZ0になる。また、PoPiなので、σr<σθとなる。このことより、σθが加わる応力の最大である。2中空糸の降伏応力の評価試験上述の応力に対して、塑性変形が起こらない厚みが必要である。そこで、実験により降伏点をもとめ、それから最適厚みを考える。実験方法図20のような引張試験をおこなって降伏応力を求めた。まず、重りを吊るしていない状態での位置を零点とし、スケールに記す。次に重り5gを吊るし零点からの伸びをスケールで確認しその後、重りを取り除いて零点に戻るかどうかを確認する。同様に10g、15g、40gと次第に大きくし塑性変形が始まる重さを3回の実験において調べた。その実験結果伸びと重さの関係を図21に示す。勾配が急に変化する荷重で塑性変形を仮定した。図21から2回目と3回目において近い値を示したので30gを塑性変形の開始荷重とした。断面積A、荷重Fとすると、次の数13から、降伏応力がもとまり、ナイロンなどと同程度の値であることがわかる。3安全率をもとに正浸透圧発電に使用する時の最適厚み今、使用している中空糸は外圧8MPaで使用しても破損しないような厚み設計がおこなわれている。1の結果の中空糸の理論応力σθ11式において使用されている中空糸のスペック、外半径b55μm外圧po8MPa内圧pi20kPaを用い、応力最大位置raとして2の結果の降伏応力σy12式との破断しない条件σθ<σyを満たす理論内半径aを求めるとa40μmであった。これより、理論厚みt ́=b-a554015μmである。しかし実際には安全率を考え厚くなっている。そこで、実際の厚みt35μmにより、安全率はs3515233325となる。中空糸が実際に使用される環境としては外圧15MPa程度なので条件を外圧15MPaにし、上記で求めた安全率を適用し安全率を適用した厚みを予想する。11式において外圧po15MPaのみを変更し同様に計算すると理論内半径a525μmとなり厚みt ́5552525μmになる。安全率を考慮してtst ́25×25625μmである。外半径基準これらを元に、安全率を考慮した厚みの内直径との関係は次のようになる。t0048di098×10613また、厚みはdo-di2t14であるので、13式からdi109615と変形でき、15式より外直径と内直径の関係が出る。図22にその結果を示す。2システム効率の計算ここでは中空糸型正浸透膜単体ではなく図23に示す正浸透圧発電システムの全体についての効率を考える。図23における各符号の意味を数14に示す。また、システム効率の計算を数15及び数16に示す。なお、数15の動力回収装置は図23の符号のPXのことである。この16式の全体効率ηallは、出力エネルギーから消費エネルギーを差し引いて得られた正味エネルギーを、消費エネルギーで割ったものである。出力エネルギーは正浸透圧発電において発電により生じたエネルギーである。消費エネルギーは正浸透圧発電において発電をするために費やされたエネルギーである。3中空糸内径変化におけるエレメント浸透量変化の理論計算図24に中空糸1本当たりでの長さの変化における浸透流量を示す。ここでは中空糸の途中で全て浸透してしまう場合。は中空糸全てで浸透した場合である。中空糸の長さを亅mとした場合に亅mに達するまでに浸透してしまう場合図24と中空糸の全てを使って浸透する場合図24の2ケースを考える。図24の中空糸の途中で全て浸透してしまう場合について、図25を参照しながら数17~数19にその理論計算内容を示す。図24の中空糸全てで浸透した場合について、数20にその理論計算内容を示す。4最適の中空糸型正浸透膜のパラメータ条件前記1~3の結果を利用し中空糸型正浸透膜の最適条件を求める。ユニット内効率kPtPs095動力回収装置の効率ηxPpPs09動力回収装置の流量率hQpQs09海水側ポンプ効率ηs085真水側ポンプ効率ηw085タービンポンプ効率ηt085とする。図27に図示するように、多数の中空糸1の束を内径が9インチと10インチの円筒体2の内部に隙間なく挿入して求める。また、このときの9インチと10インチの各条件を次の表13表14に示す。そして表13表14の条件下において前記16式の中空糸長さ亅と単位面積当たりの浸透量Jを変化させて、全体効率ηallを求める。なお、中空糸1の膜エレメントとしては東洋紡績株式会社製のHD10155EIを使用した。9インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallを表15~表18と図28~図31に示す。前述したように、この全体効率ηallは、正浸透圧発電において発電により生じた出力エネルギーから、発電をするために費やされた消費エネルギーを差し引いて得られた純粋の正味エネルギーを、消費エネルギーで割ったものである。例えば、全体効率ηallが3倍とは、純粋の正味エネルギーが消費エネルギーの3倍という意味である。9インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallのうち、図28~図31において各線の最高値をとる中空糸の内径diとそのときの長さ亅の比di亅を取り、有効な数字のみを表19に表す。また10インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallを表20~表23と図32~図35に示す。10インチの円筒体に中空糸の束を挿入して得られたときの全体効率ηallのうち、図32~図35において各線の最高値をとる中空糸の内径diとそのときの長さ亅の比di亅を取り、有効な数字のみを表24に表す。表19、表24より中空糸の内径dを50μから200μまで変化させ、長さを05mから2mまで変化させ、浸透水量JをJ01713×107msを基準にその1倍から3倍まで変化させて、最適内径効率最大がある一定の値に収まる関係式は、次の数11ようになる。ただし、内径dはμm、長さLはmを取る。d=50~200μm。L=05~2m。J=17×107~51×107ms。図36は、数11の長さLを指定範囲のごとくL=0.5~2mとしたときのパラメータ値dL075J05を示しており、範囲内に収まっていることを示している。