CN104645832A - 循环型渗透压发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环型渗透压发电系统，构造为通过利用工作介质产生电力，该系统包括渗透压发生器、涡轮、罐、分离塔、热源和工作介质。工作介质具有将第一温度区和第二温度区彼此区分的临界温度，并且具有发生在临界温度处的向第一相或第二相的相转移：a)在第一温度区中，第一液体和第二液体在液-液互溶状态下溶解，形成双组分混合溶液；以及b)在第二温度区中，第一液体和第二液体呈相分离状态。渗透压发生器置于工作介质的第一温度区内的温度下，并且包括容器、渗透膜、第一进口、第二进口以及出口。

Description

循环型渗透压发电系统
技术领域
本文所描述的实施方式总体上涉及一种循环型渗透压发电系统。
背景技术
当具有低浓度的溶液和另一具有高浓度的溶液借助渗透膜分隔时，低浓度溶液的溶剂渗透穿过渗透膜，以移至具有高浓度的溶液一侧。一种渗透压发电设备已被提出，其利用这种溶剂迁移现象旋转涡轮，由此产生电力。(参见日本国家公布No.2010-509540)。
存在另一种类型的渗透压发电设备，其通过在封闭系统(闭式环路)中循环工作介质而产生电力。例如，Jeffrey R.McCutcheona等人公开在《Desalination》174(2005)1-11上的“A novel ammonia-carbon dioxideforward(direct)osmosis desalination process”，以及PCT日本国家公布No.2010-509540公开一种发电设备，其利用碳酸铵水溶液作为工作介质。在这个设备中，涡轮被水流旋转，该水流由具有与彼此不同浓度的两种类型的碳酸铵水溶液之间的渗透压差所生成。碳酸铵水溶液的用于旋转涡轮的部分被加热以再次利用，并且被分离为气体(二氧化碳和氨气)和具有非常低的浓度的碳酸铵水溶液。分离出的二氧化碳气体和氨气被再次引入水中，从而获得具有非常低浓度的碳酸铵水溶液和具有高浓度的碳酸铵水溶液。由此，所获得的具有不同浓度的两种类型的碳酸铵水溶液被再循环和用于发电。
发明内容
一些实施方式提供了能够在低成本下驱动的一种循环型渗透压发电系统。
依据一种实施方式，一种循环型渗透压发电系统构造为通过利用工作介质产生电力，其包括渗透压发生器、涡轮、罐、分离塔、热源和工作介质，
其中，工作介质具有将第一温度区和第二温度区彼此区分的临界温度，并且具有发生在临界温度处的向第一相或第二相的相转移：a)在第一温度区中，第一液体和第二液体在液-液互溶状态下溶解，形成双组分混合溶液；以及b)在第二温度区中，第一液体和第二液体呈相分离状态，
渗透压发生器置于工作介质的第一温度区内的温度下，并且包括：
(i)容器；
(ii)渗透膜，其构造为将容器内部分隔为第一腔室和第二腔室；
(iii)第一进口，其设置在容器的位于第一腔室的部分上，并且构造为允许第一液体流入第一腔室；
(iv)第二进口，其设置在容器的位于第二腔室的部分上，并且构造为允许第二液体流入第二腔室；并且
(v)出口，其设置在容器的位于第二腔室内的部分上，并且构造为允许双组分混合溶液穿过该出口流出，所述双组分混合溶液由第二液体和第一液体的一部分在第二腔室中以液-液互溶的方式彼此溶解获得，第一液体的所述部分为从第一腔室渗透穿过渗透膜至第二腔室的液体，
涡轮构造为通过穿过出口从渗透压发生器的第二腔室流出的双组分混合溶液流产生电力，
罐构造为容置用于驱动涡轮的双组分混合溶液，
热源安装在分离塔和渗透压发生器中的一个上，并且构造为将容置在分离塔或渗透压发生器中的液体加热至高于临界温度的温度，并且
分离塔构造为以在第二温度区中的温度下将从罐流出的双组分混合溶液分离成将返回第一腔室的第一液体和将返回第二腔室的第二液体。
附图说明
图1为示出了根据第一实施方式的渗透压发生器的框图；
图2是具有下临界温度的工作介质的相图；
图3是具有下临界温度的工作介质的相图；
图4是具有下临界温度的工作介质的相图；
图5是具有下临界温度的工作介质的相图；
图6是具有下临界温度的工作介质的相图；
图7是具有下临界温度的工作介质的相图；
图8是根据第一实施方式的渗透压发电系统的示意图；
图9为示出了渗透压发生器的剖视图；
图10为示出了根据第二实施方式的渗透压发生器的框图；
图11是具有上临界温度的工作介质的相图；
图12是具有上临界温度的工作介质的相图；
图13是具有上临界温度的工作介质的相图；
图14是具有上临界温度的工作介质的相图；
图15A是根据第二实施方式的渗透压发电系统的示意图；
图15B是根据第二实施方式的渗透压发电系统的另一方案的示意图；
图16是根据第三实施方式的渗透压发电系统的示意图；
图17是示出了渗透压发生器的一个实施例的示图；
图18是根据第四实施方式的渗透压发电系统的示意图；
图19A是根据第五实施方式的渗透压发电系统的示意图；
图19B是根据第五实施方式的渗透压发电系统的另一方案的示意图；
图20A是根据第六实施方式的渗透压发电系统的示意图；
图20B是根据第六实施方式的渗透压发电系统的另一方案的示意图；
图21为示出了注射器试验装置的示图；
图22为示出了注射器测试结果的曲线图；以及
图23为示出了注射器试验装置的示图。
具体实施方式
多种实施方式现在将参考附图予以说明。所有实施方式中的共同结构元件将被相同的附图标记指代，并且由此不重复解释。进一步地，每幅附图是示意性图，以有协助读者容易地理解所述图的方案，并且由此理解形状、尺寸、比例等。所示的内容可能与那些实际设备有所区别，并且参考下述说明和公知技术，根据需求地在设计上做出改变。
根据一个实施方式的一种循环型渗透压发电系统通过使用具有临界温度的工作介质产生电力。临界温度可为上或下临界温度。具有临界温度的工作介质意味着具有上临界温度或下临界温度的工作介质，或者具有上临界温度和下临界温度的工作介质。
这样的具有一个或数个临界温度的工作介质包括两种液体组分，也即第一液体和第二液体，在临界温度处生向第一相或第二相转移化的相转移。第一和第二相分别被分到第一温度区和第二温度区。工作介质的第一相是一和第二液体彼此液-液互溶的双组分混合溶液状态。工作介质的第二相是双组分混合溶液分离为第一和第二液体的相分离状态。
上述描述的具有下临界温度的工作介质和具有上临界温度的工作介质现在予以详细说明。
对于具有下临界温度的工作介质，当工作介质的温度降低至低于下临界温度的温度时，该工作介质呈现第一和第二液体彼此液-液互溶的双组分混合溶液状态，也即第一相。第一相包括均匀的单相液体。同时，当工作介质的温度上升至高于下临界温度的温度时，介质呈现相分离状态，也即其中双组分混合溶液分离为第一和第二液体的第二相。
在另一方面，对于具有上临界温度的工作介质，当该工作介质的温度上升至高于上临界温度的温度时，呈现第一和第二液体彼此液-液互溶的双组分混合溶液状态，也即第一相。并且，还在具有上临界温度的工作介质情况下，第一相包括均匀的单相液体。同时，当工作介质的温度降低至低于上临界温度的温度时，介质呈现相分离状态，也即其中双组分混合溶液分离为第一和第二液体的第二相。
在此描述的实施方式提供一种循环型渗透压发电系统，该系统构造为通过采用执行这样的相转移的工作介质来产生电力，并且还提供执行这样的相转移的工作介质。
<第一实施方式>
本实施方式的循环型渗透压发电系统包括渗透压发电设备和具有下临界温度的工作介质。图1是示出了渗透压发电设备的框图。渗透压发电设备100a包括渗透压发生器1、涡轮2、罐3、分离塔4以及热源5。渗透压发生器1、涡轮2、罐3和分离塔4依次相互连接，并且分离塔4连接至渗透压发生器1，由此形成整体回路。热源5与分离塔4结合。工作介质循环穿过包括渗透压发生器1、涡轮2、罐3和分离塔4的回路。
具有下临界温度工作介质会发生取决于温度的两状态的相转移，如前所述。更具体地，在低于下临界温度的温度下，工作介质处于双组分液体互溶的混合状态。在高于下临界温度的温度下，工作介质处于双液体相分离状态。由此，当这个工作介质被加热至高于下临界温度的温度时，其呈现低浓度溶液与高浓度溶液的相分离状态，反之，当它被冷却至低于下临界温度的温度时，其呈现两种液体彼此液-液互溶的单相双组分混合溶液。在此，修饰相对浓度等级的措辞“低”和“高”是以同一种单一组分的相对浓度程度为基准。当通过相分离而获得的低浓度溶液和高浓度溶液借助渗透膜予以彼此接触时，低浓度溶液的溶剂移至高浓度溶液在侧，从而产生水流。
在循环型渗透压发电系统中，渗透压发生器1容置低浓度溶液和高浓度溶液，并且这些溶液借助渗透膜而隔离。在该状态下，渗透压差在低浓度溶液与高浓度溶液之间产生，由此产生旋转涡轮2的水流。在此，当渗透压发生器1被置于低于下临界温度的温度时，生成低浓度溶液溶剂的一部分和高浓度溶液彼此液-液互溶的单相双组分混合溶液状态。由此，水流变成单相双组分混合溶液的流束。渗透压发生器1内生成的水流被输送至涡轮2。涡轮2被输送至涡轮的水流的压力旋转，由此产生电力。
在旋转涡轮2用于发电之后，双组分混合溶液被输送至分离塔4。在分离塔4中，双组分混合溶液被加热，并且出现相分离返回至之前提及的低浓度溶液和高浓度溶液。双组分混合溶液在分离塔4中进行分离的同时，连续流入分离塔的双组分混合溶液存置在罐3中。双组分混合溶液在分离塔4中相分离为两种液体之后，分离的液体也即低浓度溶液和高浓度溶液各自再循环至渗透压发生器1。
依据以上描述的第一实施方式的循环型渗透压发电系统，工作介质被循环，并且由此用于相分离的热能被转换为通过旋转涡轮2获得的电能。
在第一实施方式中，工作介质具有下临界溶液温度(LCST)。也即，当工作介质被冷却至低于下临界温度TL的温度时，分离成双相的低浓度溶液和高浓度溶液均匀地彼此互溶，以形成单相混合溶液。在另一方面，当工作介质被加热至高于下临界温度TL的温度时，单相均匀混合溶液工作介质分离成低浓度溶液和高浓度溶液，以形成双相液体。换句话说，当工作介质被加热至高于下临界温度TL的温度时，相转移从液-液互溶的单相双组分混合溶液至低浓度溶液和高浓度溶液相分离状态地发生。
图2是具有下临界温度TL的双液体混合溶液的相图。在位于下临界温度曲线上方的温度区中，双液体混合的溶液处于分离成双相的状态。在位于下临界温度曲线下方的温度区中，双液体混合溶液均匀地混合。
图3为以摩尔分数表示的当具有下临界温度TL的工作介质被加热至高于下临界温度的温度T时所产生的低浓度溶液和高浓度溶液的每一个的浓度的示图。通过分离获得的低浓度溶液与高浓度溶液在量上的比例根据杠杆定律确定。
图4是示出了具有下临界温度的工作介质的理想的相图。如图4所示，对于工作介质优选的是，单相区和双相区之间的边界线应当与位于左侧竖轴具有交点。在此，单相区是相图中的一个区，在单相区中工作介质能够将它自己保持在液-液互溶的单相混合溶液的状态。在另一方面，双相区是相图中的一个区，在双相区中工作介质处于液体双相的相分离状态。在这种情况下，两种分离液体中的一种变为纯溶剂，并且由此两种液体之间在浓度差变大。由此，在两种液体之间获得较大渗透压。同时，优选的是，双相区和单相区之间的分界线应当接近右端，在右端处摩尔分数在相图上是1。在这种情况下，两种液体之间的温度差变大。由此，在两种液体之间获得较大渗透压差。进一步地，优选地是，下临界温度应当高于室温。在这种情况下，即使工作介质是水溶液，也能获得使得工作介质无需冷却也呈现液-液互溶的单相混合溶液的状态的这样的温度区。由此，在一些情况下，术语“低浓度溶液”可被例如“纯溶剂”或“纯水”所替代。
在第一实施方式中可使用的工作介质的举例为二乙胺水溶液、烟碱水溶液、2-丁氧基乙醇水溶液、2--甲基哌啶水溶液和4--甲基哌啶水溶液。表1示出了这些水溶液的下临界温度。
表1
图5至7为列出在表1中的水溶液的相图。
图5是具有0.1的摩尔分数的2-丁氧基乙醇水溶液相图。
具有该浓度的2-丁氧基乙醇水溶液具有约为60℃的下临界温度和约为120℃的上临界温度。在这种情况下，当水溶液被加热至如75℃，相分离发生，形成摩尔分数大约为0.02的2-丁氧基乙醇水溶液和摩尔分数大约为0.18的2-丁氧基乙醇水溶液。被分离的两种液体之间的渗透压差为大约70atm。该值为盐质量浓度约为3.5％的海水和盐质量浓度约为0％的河水之间的渗透压差的大约2.4倍。
图6为具有40％的质量浓度的二丙胺水溶液的相图。具有该浓度的二丙胺水溶液具有下临界温度。如图6所示，当该水溶液内加热至60℃，相分离发生，形成质量浓度为大约2％的二丙胺水溶液与质量浓度为大约90％的二丙胺水溶液。分离的两种液体之间的渗透压为大约228个大气压。该值是盐质量浓度约为3.5％的海水和盐质量浓度约为0％的河水之间的渗透压差的大约7.9倍。
图7是质量浓度为40％的烟碱水溶液的相图。该浓度下的烟碱水溶液具有下临界温度和上临界温度。如图7所示，当该水溶液接加热至120℃，相分离发生，形成有质量浓度为大约5％的烟碱水溶液与质量浓度为大约80％的烟碱水溶液。分离的两种液体之间的渗透压为大约113个大气压。该值是盐质量浓度约为3.5％的海水和盐质量浓度约为0％的河水之间的渗透压差的大约4倍。
图8是示出了第一实施方式的循环型渗透压发电系统的一个实施例的示意性图。循环型渗透压发电系统现在将参考图8予以描述。
循环型渗透压发电系统100包括渗透压发电设备100a和在渗透压发电设备100a内循环的工作介质。渗透压发电设备100a包括渗透压发生器1、涡轮2、缓冲罐3、分离塔4和热源5。渗透压发生器1和涡轮2借助管线101a彼此连接。涡轮2和罐3借助管线101b彼此连接。罐3和分离塔4借助管线101c彼此连接。开闭阀102a置于管线101c之中。分离塔4和渗透压发生器1借助管线101d和管线101e彼此连接。开闭阀102b、罐103a和泵8a从分离塔4侧起依次置于管线101d之中。开闭阀102c、罐103b和泵8b从分离塔4侧起依次置于管线101e之中。热源5安装在分离塔4上。
渗透压发生器1的内部结构现在将参考图9的剖面图予以说明。
渗透压发生器1包括密封容器9和渗透膜7。渗透膜7置于密封容器9中，同时膜的外周固定至密封容器9地内壁面上。由此，膜7将密封容器9的内部划分为，例如上隔室和下隔室，也即，第一腔室10a和第二腔室10b。容器9的位于第一腔室10a的侧壁具有第一进口11a的开口。穿过第一进口11a，通过加热工作介质所分离的低浓度溶液6a允许流入。容器9的位于第二腔室的侧壁具有第二进口11b的开口。穿过第二进口11b，通过加热工作介质所分离的高浓度溶液6b允许流入。渗透压发生器1放置在这样的环境中：使得流入第一和第二进口11a和11b的低浓度溶液6a和高浓度溶液6b的温度均低于下临界温度。也即，低浓度溶液6a和高浓度溶液6b被放置在这样的温度环境中：使得所述溶液彼此液-液互溶，从而形成单相的混合溶液。在这样的温度下，低浓度溶液6a流入第一腔室10a，并且高浓度溶液6b流入第二腔室10b。在该过程中，低浓度溶液6a的已经位于第一腔室10a中的一部分通过渗透压差渗透穿过渗透膜，由此从第一腔室10a移动至第二腔室10b。在图9中，箭头指示出液体的流动。
容器9的置于第二腔室10b的侧壁具有出口12的开口。出口12借助管101a与涡轮2连通。低浓度溶液6a的渗透穿过渗透膜7且从第一腔室10a移至第二腔室10b的所述部分，和高浓度溶液6b混合在一起，从而形成液-液彼此溶解的混合溶液，该混合溶液从出口12流出，流向涡轮2。也即，随着低浓度溶液6a的所述部分渗透穿过渗透膜7且从第一腔室10a移动至第二腔室10b，第二腔室10b中的水压升高，由此生成来自出口12的流束(液体流)。该流束旋转涡轮2，并由此产生电力。
如图8所示，第一实施方式中使用的渗透压发生器1采用错流模式，该模式中液体允许沿着渗透膜7的表面连续流动。采用错流模式，低浓度溶液6a的一部分在从第一腔室10a迁移至第二腔室10b之后停留在接近渗透膜7处由此降低渗透压差的浓度分级的缺点可被抑制。
第一实施方式与其内竖向布置有第一和第二腔室10a和10b的竖型密封容器9相关地予以描述。但是密封容器9不限定于竖型，而是它还可为第一腔室10a和第二腔室10b在水平方向上布置在它们的载置面上的横型。进一步地，可能替代是，密封容器9形成为使得第一腔室10a和第二腔室10b邻接设置，同时将渗透膜7置于两者之间并配置在相对于它们载置面的不同高度处。
第一实施方式结合密封容器9为中空矩形的示例性方案予以描述。但该形状不限定于矩形，而是可能为如中空的圆柱、圆锥、棱柱、或棱锥等。
使用在渗透压发生器1中的渗透膜7可为任何市售类型，只要它不被用作工作介质的液体如有机溶剂所破坏。渗透膜7的可使用的实例有醋酸纤维素膜和聚酰胺膜。渗透膜7例如可为正渗透膜或逆渗透膜，尽管优选为正渗透膜。
密封容器9应当仅仅由适合容置工作介质的材料形成。
流出第二出口12的双组分混合溶液通过管线101a输送至涡轮2(参见图2)。由所输送的双组分混合溶液产生的流束将涡轮2旋转，由此产生电力。
通过旋转涡轮2产生电力后，双组分混合溶液通过管线101b被输送至罐3。罐3临时地容置双组分混合溶液。罐3通过管线101c连接至分离塔4。开闭阀102a置于管线101c之中。开闭阀102a在工作介质相分离在分离塔4中进行时、以及液体被输送时关闭。开闭阀102a被打开以允许双组分混合溶液流入分离塔4。
分离塔4包括进口，流出罐3的双组分混合溶液通过该进口被允许进入，以及两个出口，通过该出口分离成双相的液体允许分别地流出。当双组分混合溶液在分离塔4中进行相分离时，开闭阀102a关闭以禁止液体流进分离塔4。以这种方式，相分离被促进。在分离塔4中，流入分离塔内的双组分混合溶液被热源5的热量加热至高于工作介质下临界温度的温度。由此，双组分混合溶液通过相分离被分离成双相液体。该热分离应当在这样的温度区间下进行：使得工作介质不丧失它的作为液体的功能。例如，工作介质应当在这样的温度区间内被加热：使得工作介质在分离塔4中不被过度气化。作为热源5，任何传统的已知类型均可被使用，例如，被工厂排热、地热或太阳能所加热的水。
在双组分混合溶液的分离在分离塔4中完成之后，通过相分离获得的双相液体允许从分离塔4流出。继而打开开闭阀以允许容置在罐3中的双组分混合溶液再一次流入分离塔4。当足够量的双组分混合溶液流入分离塔4时，关闭开闭阀。在分离塔4中，重复上述分离操作。
从分离塔4流出的两种液体分别利用泵8a和8b分别返回容器9的第一腔室10a和第二腔室10b。
随着工作介质在渗透压发电设备100中循环，循环型渗透压发电系统连续地发电。工作介质应当仅仅选自那些具有与运行渗透压发电系统的环境适宜的下临界温度的工作介质。优选的是，渗透压发电系统应当置于低于所采用的工作介质的下临界温度的环境中。以这种方式，温度能够仅仅被安装至分离塔4的热源5的热量所控制。例如，优选的是，应当选取这样的工作介质：该工作介质的下临界温度任何时间都位于高于房间温度的温度区间内。除了分离塔4之外的其它部件均置于低于下临界温度的温度下。渗透压发电系统的温度控制可根据所采用的工作介质的下临界温度而确定。
如上所述，第一实施方式采用分离成双液体的工作介质，并且由此便于实施分离操作和分离之后的液体的输送和返回。值得注意的是，当碳酸铵水溶液或类似液体被用作工作介质时，上述处理是困难的，这是由于分离溶液的操作会导致气体的产生。最主要的是，分离操作自身就是复杂的。
由此，根据采用分离成双液体的工作介质的第一实施方式，分离塔4的结构可被简化。进一步地，与采用产生氨气的工作介质的方案相比，渗透压发电设备100a不会被腐蚀性气体损坏。由此，设备的维护费用能够降低。进一步地，例如，废热可被用作热源5，由此使得实施清洁发电成为可能。进一步地，由于传统地被浪费的热量可被利用，用于安装热源的造价和系统的运行费用可被降低。
<第二实施方式>
该实施方式的循环型渗透压发电系统包括渗透压发电设备和具有上临界温度的工作介质。图10是示出了渗透压发电设备的框图。渗透压发电设备现在将参照图10予以描述。
渗透压发电设备200a包括渗透压发生器1、涡轮2、罐3、分离塔4和热源5’。渗透压发生器1、涡轮2、罐3和分离塔4依次相互连接，由此形成回路。热源5’附连至渗透压发生器1。工作介质循环穿过包括渗透压发生器1、涡轮2、罐3和分离塔4的回路。
第二实施方式的渗透压发电设备200a类似于第一实施方式的渗透压发电设备100a，除了工作介质具有上临界温度，和热源5’没有被安装在分离塔4上而是安装至渗透压发生器1上之外。
具有上临界温度的工作介质是包括有两种液体作为它的组分的双组分液体，并且根据温度会出现两种状态的相转移，如前所述。更具体地，在高于上临界温度的温度处，工作介质处于双组分液体彼此互溶的混合溶液状态。在低于上临界温度的温度处，工作介质处于两种液体的相分离状态。由此，当加热至高于上临界温度的温度时，该工作介质呈现为两种液体彼此液-液互溶的单相双组分混合溶液，反之，当冷却至低于上临界温度的温度时，该工作介质呈现高浓度溶液和低浓度溶液的相分离状态。当通过相分离获得的低浓度溶液和高浓度溶液借助渗透膜彼此接触时，低浓度溶液的溶剂移至高浓度溶液侧，由此产生水流。
在循环型渗透压发电系统中，渗透压发生器1容置低浓度溶液和高浓度溶液，同时这些溶液借助渗透膜而隔离。在该状态下，渗透压差在低浓度溶液与高浓度溶液之间产生，由此产生旋转涡轮2的水流。在此，当渗透压发生器1被置于高于上临界温度的温度时，生成低浓度溶液的溶剂的一部分和高浓度溶液彼此液-液互溶的单相双组分混合溶液状态。由此，水流变成单相双组分混合溶液的流束。渗透压发生器1内生成的水流被输送至涡轮2。涡轮2被输送至涡轮的水流的压力所旋转，由此产生电力。
在旋转涡轮2用于发电之后，双组分混合溶液在分离塔4中静置或冷却，由此出现相分离返回至低浓度溶液和高浓度溶液。双组分混合溶液在分离塔4中进行分离的同时，连续流入分离塔的双组分混合溶液存放在罐3中。在双组分混合溶液在分离塔4中相分离成两种液体后，这两种液体也即低浓度溶液和高浓度溶液各自再循环至渗透压发生器1。
根据上述描述的第二实施方式的渗透压发电系统，工作介质被循环，并且由此用于相分离的热能能够被转换为通过旋转涡轮2所获得的电能。
在第二实施方式中，工作介质具有上临界温度TU。也即，当工作介质被加热至高于上临界温度TU的温度时，分离成双相的低浓度溶液和高浓度溶液均匀地互溶，由此形成单相混合溶液。在另一方面，当工作介质被冷却至低于上临界温度TU的温度时，单相均匀混合溶液的工作介质分离成低浓度溶液和高浓度溶液，由此形成双相液体。换句话说，当工作介质被冷却至低于上临界温度TU的温度时，从液-液互溶的单相双组分混合溶液至低浓度溶液和高浓度溶液的相分离状态地发生相转移。图11是具有上临界温度TU的双液体混合溶液的相图。在位于上临界温度曲线下方的温度区内，双液体混合溶液处于分离成双相的状态。在位于上临界温度曲线上方的温度区内，双液体混合溶液均匀地混合。
图12为以摩尔分数表示的当具有上临界温度TU的工作介质被冷却至低于上临界温度的温度T时所生成的低浓度溶液和高浓度溶液的每一个的浓度的示图。通过分离获得的低浓度溶液与高浓度溶液之间在量上的比例根据类似杠杆定律的规则所确定。
图13是示出了具有上临界温度的工作介质的理想相图。如图13所示，对于工作介质优选的是，单相区和双相区之间的边界线应当与位于左侧的竖轴具有交点。在此，单相区是相图中工作介质能够将它自己保持在液-液互溶的单相混合溶液状态的一个区。在另一方面，双相区是相图中工作介质处于液体的双相相分离状态的一个区。在这种情况下，分离的两种液体中的一种成为纯溶剂，并且由此两种液体之间在浓度差变大。由此，在两种液体之间获得较大的渗透压。同时，优选的是，双相区和单相区之间的边界线应当接近摩尔分数在相图上是1的右端。在这种情况下，两种分离液体之间的温度差变大。由此，在两种液体之间获得较大的渗透压。由此，在一些情况下，术语“低浓度溶液”可被例如具有0％浓度的“纯溶剂”或“纯水”所替代。
在第二实施方式中可使用的工作介质示例为石碳酸水溶液、丁二腈水溶液、烟碱水溶液、2-丁氧基乙醇水溶液、石碳酸作为它的溶剂的正辛烷溶液、异戊醇作为它的溶剂的丙三醇溶液、甲醇作为它的溶剂的甲基环己烷溶液以及甲醇环作为它的溶液剂的己烷溶液。表2示出了这些溶液的上临界温度。值得注意的是，当石碳酸作为它的溶剂的正辛烷溶液、异戊醇作为它的溶剂的丙三醇溶液、甲醇作为它的溶剂的甲基环己烷溶液、或甲醇环作为它的溶液剂的己烷溶液被用作工作介质时，渗透膜应当选自那些可传输这些有机溶剂但相变不被这些有机溶剂破坏的膜。
表2
图14是具有50％的质量浓度的石碳酸水溶液相图。具有该浓度的石碳酸水溶液具有上临界温度。如图14所示，当该水溶液被冷却至40℃时，相分离发生，从而形成质量浓度为大约10％的石碳酸水溶液与质量浓度为大约65％的石碳酸水溶液。分离的两种液体之间的渗透压为大约143个大气压。该值是盐质量浓度约为3.5％的海水和盐质量浓度约为0％的河水之间的渗透压差的大约5倍。
图15A是示出了第二实施方式的循环型渗透压发电系统200的一个实施例的示意性示图。循环型渗透压发电系统200现在将参考图15A予以进一步详细描述。
这个循环型渗透压发电系统在结构上类似于第一实施方式的系统100，除了热源5’没有安装在分离塔4上、而是在渗透压发生器1上之外。更具体地，循环型渗透压发电系统200包括渗透压发电设备200a和在渗透压发电设备200a内循环的工作介质。渗透压发电设备200a包括渗透压发生器1、涡轮2、缓冲罐3、分离塔4和热源5’。渗透压发生器1和涡轮2借助管线201a彼此连接。涡轮2和缓冲罐3借助管线201b彼此连接。罐3和分离塔4借助管线201c彼此连接。开闭阀202a置于管线201c之中。分离塔4和渗透压发生器1借助管线201d和管线201e彼此连接。开闭阀202b、罐203a和泵8a从分离塔4侧起依次置于管线201d之中。开闭阀202c、罐203b和泵8b从分离塔4侧依次置于管线201e之中。热源5’安装在渗透压发生器1上。
循环型渗透压发电系统200的发电按照如下实施。
容置在渗透压发生器1的第一腔室内的低浓度溶液6a和容置在第二腔室内的高浓度溶液6b借助渗透膜7彼此接触。在此，容纳在渗透压发生器1内的液体通过热源5’的热量保持在高于上临界温度的温度处。由液体从第一腔室向第二腔室移动而产生的渗透压差导致的液体水压使得液体从出口12流出，所述液体通过管线201a被输送至涡轮2。由此生成的液体流束旋转涡轮2，从而产生电力。在通过旋转涡轮2产生电力后，所述液体通过管线101b被输送至罐3。罐3临时地容置被输送的液体。当设置在管线201c上的开闭阀202a在预设的时间打开时，容置在罐3中的液体被输送至分离塔4。在分离塔4中，被输送的混合液体进行相分离。该相分离通过将待分离的溶液被静置或静放时以予散热冷却而实施。当分离塔4中的相分离完成之后，两个开闭阀202b和202c打开。由此，低浓度溶液6a借助泵8通过管线201e和进口被输送至第一腔室，另外，高浓度溶液6b借助泵8通过管线201d和进口被输送至第二腔室。
随着上述操作被重复，工作介质在渗透压发电设备200a中循环。通过工作介质的循环，渗透压发电系统连续产生电力。工作介质应当仅仅选自那些具有与运行渗透压发电系统的环境适宜的上临界温度的工作介质。渗透压发电系统中的温度控制可根据所应用的工作介质的上临界温度而确定。举例而言，根据需要，在渗透压发生器1中除了部分周边管线之外的部件均置于低于上临界温度的温度处。例如，上临界温度在任何时候高于房间温度的工作介质被有优选选取。
在此应当注意的是，上临界温度和下临界温度并非相互排斥的概念，而是两者均是双组分混合溶液相转移为双相的临界温度，在这方面两者是类似的。进一步地，如第一和第二实施方式所示，例如，烟碱和2-丁氧基乙醇水溶液均同时具有上临界温度和下临界温度的临界点。由此，这些工作介质在第一和第二实施方式的渗透压发电设备中均可使用。
自身具有下临界温度和上临界温度的双组分混合溶液已被传统地知晓；然而，溶液的上述使用还未被报道。通过在发电系统中应用双组分混合溶液，能够更容易地提供一种具有更简化的结构的渗透压发电系统。进一步地，在该系统中循环的工作介质不会在任何部件、步骤、甚至在分离步骤中产生气体，并且由此该工作介质是更安全的。
顺便说一下，第二实施方式的渗透压发电设备可包括预热罐211a和211b，如图15B所示。前一预热罐211a置于将渗透压发生器1和泵8a相互连通的管线201d之中。后一预热罐211b置于将渗透压发生器1和泵8b相互连通的管线201e之中。在这种情况下，热源5’应当安装为除渗透压发生器1之外还加热预热罐211a和211b。采用预热罐211a和211b，待流入渗透压发生器1的液体在流向渗透压发生器1之前被预热。可替代地，为替代热罐211a和211b，伴随热源5’可准备有从热源5’获取足够多的热量的足够长的管线，并安装在热源5’上。在这种情况下，管线可被弯曲多次以合适地布置。
根据第二实施方式，在即将流入渗透压发生器1时导引工作介质的管路上设置预热罐或换热器。在预热罐或换热器被热源5’加热的方案下，第二实施方式的渗透压发电设备的示意图与图15A所示的设备在虚线I所指出的部分处不同。如上所描述的，当工作介质在流入渗透压发生器1之前通过预热罐211a和211b或换热器预热，就能够更可靠地达到将低浓度溶液和高浓度溶液变为单相混合溶液的温度。
<第三实施方式>
渗透压部件可被使用在第一或第二实施方式中的渗透压发生器1上。渗透压部件为具有大约1L至大约20L容积的渗透压发生器1。多个这样的渗透压部件可集成在渗透压模块中，该模块用于将这些渗透压部件的压力集成为一个待输出的压力。在渗透压模块中，如果所述部件中的一个由于磨损而劣化，就能够只替换劣化的那个。
设置为渗透压部件的渗透压发生器1的实施例现在将参考附图予以描述。
图16A是渗透压发生器1的侧视图，图16B是渗透压发生器1的纵截面图，以及图16C是沿着线L-L的横截面图。
渗透压发生器1包括圆柱形密封容器9。圆柱形密封容器9包括密封端(位于右侧)，该密封端包括位于中心的开口部165a。密封容器9的另一端(左侧)形成为朝向末端渐缩的锥形形状，该末端包括用于允许液体流出出口170。
圆柱形渗透膜7设置在圆柱形密封容器9内。圆柱形渗透膜7的位于密封容器9的锥形端侧的第一端(位于左侧)被盖161盖住，以堵住左端的开口。圆柱形渗透膜7第二端(位于右侧)连接至借助圆柱形密封容器9的开口部165a延伸的喷嘴166。渗透膜7和喷嘴166彼此抵靠的同时，通过环形连接部件162固定至彼此。喷嘴166从密封容器9的右端突出至外部。盖161和连接部件162通过支撑板163和164固定至密封容器9的内壁面，并且由此渗透膜7支撑在密封容器9中。如图16C所示，渗透膜7具有圆柱形形状。每个支撑板163和164具有这样的结构，该结构中多个支撑件分别在内环和外环之间径向固定，并且液体允许流过支撑件之间的间隔。
采用如上所述的密封容器9中的圆柱形渗透膜7的布置，第一腔室167在渗透膜7的圆柱体内部形成，并且第二腔室168位于渗透膜7和密封容器9之间。低浓度溶液6a通过从密封容器9的右端向外突出的喷嘴166被供应至第一腔室167内。同时，进口169接近密封容器9右端地设置。高浓度溶液6b通过进口169被供应至第二腔室168内，并且允许从左端上的出口170向外流出。
渗透压通过渗透压发生器1以下述方式产生。也即，低浓度溶液6a通过喷嘴166引入第一腔室167。高浓度溶液6b通过进口169引入第二腔室168。低浓度溶液6a在第一腔室167中的一部分在渗透压作用下渗透穿过渗透膜7，并且移至第二腔室168。由于低浓度溶液6a的所述部分迁移而产生了液压，该液压使得第二腔室168内的高浓度溶液6b从出口170向外流出。由此，利用流自出口170的溶液所产生的液压而产生电力。
渗透压发生器1可在被紧固至支撑部件如基座、机架、支架、或塔时被利用。当渗透压发生器1被紧固至这样的支撑部件时，所产生的压力可被有效地操作。渗透压发生器1可包括位于发生器外侧的突起9a，以用于固定。可通过将突起9a保持在例如设置于支撑部件上的弹簧结构而实现渗透压发生器1与支撑部件的固定。
设置为渗透压部件的渗透压发生器1的进一步实施例现在将参考附图予以说明。
图17A是渗透压发生器1的侧视图，图17B是容置在壳体171中的密封容器9的侧视图，并且图17C是图17B所示的密封容器9的展开示意图。
渗透压发生器1包括中空圆柱形壳体171和容置在壳体171中的密封容器9。壳体171包括圆柱形主体172，该圆柱形主体172具有密封左端和适配于圆柱形主体的开放右端的盖173。
密封容器9包括这样的结构：在该结构中空心棒状体174卷绕有液体容置部件175。空心棒状体174例如由合成树脂而形成，并且在接近左端处包括构造为供应低浓度溶液6a的第一进口174a，并且在接近右端处包括构造为允许低浓度溶液6a流出的第一出口174b，所有这些部件形成一体主体。第一进口174a和第一出口174b均为由合成树脂形成的薄膜管。
液体容置部件175包括两个扁平袋，所述两个扁平袋由三个膜通过将它们外周固定在一起而形成，并且由此第二膜用作两扁平袋的分隔膜176。分隔膜176为包括渗透膜和膜状渗透压诱发件的层叠膜。相对于分隔膜176位于渗透膜侧的第一扁平袋的内部用作第一腔室177。相对于分隔膜176位于渗透压引导件侧的第二扁平袋内部用作第二腔室178。
在液体容置部件175卷绕在空心棒状体174上的结构中，空心棒状体174的第一出口174b在第一扁平袋的右端侧位置处插入第一腔室177。构造为供应高浓度溶液的第二进口(第二进口管)179在第二扁平袋的左端侧位置处插入第二腔室178，另外构造为允许高浓度溶液流出的第二出口(第二出口管)180在第二扁平袋的右端侧处插入第二腔室178。
空心棒状体174的第一进口174a穿过壳体171的接近左端处延伸至外部。第二进口179穿过壳体171的接近左端处延伸至外部。第二出口管180穿过壳体171的盖173延伸至外部。
渗透压发生器1按照如下所述产生渗透压。低浓度溶液6a通过第一进口174a、空心棒状体174和第一出口174b引入第一腔室177，另一方面，高浓度溶液6b通过第二进口179引入第二腔室178。第一腔室177内的低浓度溶液6a借助构成分隔膜176的渗透膜所产生的渗透压渗透穿过分隔膜176并且移至第二腔室178。由于随着低浓度溶液一部分的移动所产生的液压，第二腔室178内的高浓度溶液6b从第二出口180流出。由此，利用流自第二腔室178的液体所产生的液压而产生电力。
根据本实施方式的渗透压发生器1，液体容置部件175包括第一和第二扁平袋，分隔膜176设置在两者之间，并且由此第一和第二扁平袋的内部用作第一腔室177和第二腔室178。采用这种结构，构成分隔膜176的渗透膜面积可通过紧凑的尺寸而增加，由此可能进一步提高流自第二出口180的溶液的液压。
<第四实施方式>
在第一或第二实施方式中所描述的循环型渗透压发电系统中，渗透压发生器1和分离塔4可进一步通过管线401f彼此连接。这样的系统的实施例示出在图18中。
在循环型渗透压发电系统400中，渗透压发生器1的容器9在容器9中第一腔室10a位置处设置有出口。分离塔4进一步设置有进口。第一腔室10a的该出口和分离塔4的该进口通过管线401f彼此连通。采用这种结构，低浓度溶液6a的没有从第一腔室10a移至第二腔室10b的残留部分从第一腔室10a的出口流出。以这种方式，能够阻止没有渗透穿过渗透膜7和移至第二腔室10b的溶质在第一腔室10a中聚集。由此能够抑制第一腔室10a中容置溶液的浓度的增加。因此，通过在容器的第一腔室10a上设置出口，能够阻止相对于渗透膜7容置在第一腔室10a侧的液体与容置在第二腔室10b侧的液体之间的渗透压差的下降。进一步地，渗透膜7上由不再溶解入溶液的溶质沉淀部分所导致的可能的破坏能够被阻止。在这种情况下，开闭阀402d设置在管线401f之中。优选的是，液体的从第一腔室10a的出口流出的部分可允许通过管线401f借助开闭阀402d的打开而流入分离塔4。该操作将在稍后予以说明。
可替代地，循环型渗透压发电系统400可具有这样的结构：使得罐和开闭阀从第一腔室10a侧依次设置在管线401f中。在所述罐中，来自第一腔室10a的液体部分可根据分离塔4的操作状态被临时地储放。
值得注意的是，图18示出了循环有具有下临界温度的工作介质的渗透压发电系统的实施例。但是该实施方式也可应用在循环有具有上临界温度的工作介质的渗透压发电系统中。在这种情况下，只要将热源5安装在渗透压发生器1上而不是分离塔4上就足够。
<第五实施方式>
第一或第二实施方式中描述的循环型渗透压发电系统可进一步地包括压力交换器或扬水机。图19A示出了第一实施方式的循环型渗透压发电系统100的变型实施例，该实施例进一步地包括压力交换器13。压力交换器13置于且桥接于管线501a和管线501f之间，由此调整两者之间的液压。旋转涡轮2的流束由此不仅取决于第一腔室10a和第二腔室10b内的液体之间的渗透压差，还取决于从第一进口11a流入的低压溶液6a和从第二进口11b流入的高压溶液6b之间的液压差。通过发电获得的电能可利用压力交换器13通过调节低压溶液6a和高压溶液6b之间的液压差而最大化。
可替代地，图19B示出了第一实施方式的循环型渗透压发电系统100的变型实施例，该变型实施例进一步地包括扬水机14。扬水机14借助管路501a和501b设置在渗透压发生器1与涡轮2之间。借助安装在渗透压发电设备100a中的扬水机14，工作介质可被容易地循环。由此，通过涡轮2的发电能够可靠地进行。扬水机14将来自渗透压发生器1的液体移动并且容置至比渗透压发生器1和涡轮2所在的位置较高的水平处。然后，液体从该较高水平处以预设流量朝向涡轮2下落，并且由此涡轮2被下行流束旋转。
<第六实施方式>
第四实施方式中所描述的循环型渗透压发电系统400可进一步包括压力交换器13或扬水机14。图20A和20B示出了这样的循环型渗透压发电系统600的实施例。循环型渗透压发电系统600包括管线601h，该管线将容器9的位于渗透压发生器1的第一腔室10a上的出口和分离塔4彼此连接。压力交换器13构造为调整管线601a和管线601f之间的液压。采用该结构，通过发电所获取的电能可被最大化。如图20所示，扬水机14使得工作介质能够更顺利地循环。由此，通过涡轮的发电能被更可靠地实施。
[例子]
(注射器试验装置)
注射器试验装置的制造过程现在将参考图21A予以说明。
首先，准备两个用于结核菌素的1ml一次性树脂注射器211和212。在每个树脂注射器211和21上，将安装注射针的末端(S1)切断。两切断的注射器211和212的握持部设置为面对面，并且两个橡胶件和一个渗透膜夹持在两者之间。更具体地，它们以第一注射器211、第一橡胶件213、渗透膜214、第二橡胶件215和第二注射器212的顺序被夹持，并且采用夹子(未示出)将它们固定在一起(S2)。
如上所述，得到注射器试验装置216(S3)。对于渗透膜214，使用了由日东电工(Nitto Denko Corporation)制造的RO膜ES20。对于第一和第二橡胶件213和215，使用了橡胶盘，该橡胶盘具有开设在其上的直径为5mm的圆孔，如图21B所示。
(2)注射器测试1
例1
如图21C所示，0.5ml的纯水通过第一注射器上的开口217被注入到由上述项(1)制造的注射器试验装置216的第一注射器211中，另一方面，0.5ml的100％质量浓度的2-丁氧基乙醇通过第二注射器上的开口218注入到第二注射器212中。液体向第一注射器211和第二注射器212的分别注射执行到直至所述液体接触渗透膜214为止。然后，第一注射器211和第二注射器212相对于安装表面水平放置，并且在25℃下静置7小时。在此，在上述7小时期间内观察水从第一注射器211至第二注射器212的迁移。
例2
该注射器测试以与例1类似的方式实施，除了以3.5％质量浓度的盐水替代2-丁氧基乙醇注入第二注射器212之外。
结果
例1和2的测试结果示出在图22中。图22示出了随着时间的水流迁移。竖轴以毫升(ml)为单位代表流量，而横轴以小时(h)为单位代表时间。如从图22清楚看出，当使用盐水时，与2-丁氧基乙醇方案相比，有较多量的水移动。这被认为是因为2-丁氧基乙醇比盐水更急剧地吸引水。更具体地，水非常迅速地渗透穿过渗透膜和进入另一侧，以此使得在第二注射器侧膜附近产生浓度分级，由此形成水层。因此，例1和2示出了2-丁氧基乙醇的潜在的有益效果。
为了消除这种浓度分级的影响，如下述例所述地改变注射器试验装置的位置，并且在进一步的测试中引入附加操作，该附加操作为用笔形搅拌器(pencil mixer)219搅拌第二注射器内部。所采用的笔形搅拌器采用AsOne公司制造的AS ONE笔形搅拌器DX(AS ONE Pencil Mixer DX)。图23示出了竖置的注射器试验装置216。
(3)注射器测试2
例3
除了向第一注射器注射1.2％质量浓度的盐水和向第二注射器注射具有在房间温度下的限定溶解度、也即4mol/L的碳酸铵溶液以外，以与例1类似的方式准备注射器试验装置。注射器试验装置紧固为使得第一和第二注射器相对放置它们的平面竖直布置，且第二注射器212位于上部。然后，将它们在25℃下静置5分钟，同时利用笔形搅拌器219搅拌第二注射器的内部。在此，在5分钟期间内观察水从第一注射器至第二注射器的迁移。
例4
除了未引入利用笔形搅拌器219的搅拌，以与例3类似的方式实施注射器测试，并观察水的迁移。
例5
除了将具有100％质量浓度的乙醇替代2-丁氧基乙醇注射入第二注射器以外，以与例3类似的方式实施注射器测试，并且观察水的迁移。
例6
除了没有引入采用笔形搅拌器219的搅拌以外，以与例5类似的方式实施注射器测试，并且观察水的迁移。
例7
除了将3.5％质量浓度的盐水替代乙醇注入第二注射器以外，以与例3类似的方式实施注射器测试，并且观察水的迁移被观察。
例8
除了未引入采用笔形搅拌器219的搅拌以外，以与例7类似的方式实施注射器测试，并且观察水的迁移。
例9
除了以碳酸铵溶液替代3.5％质量浓度的盐水注入第二注射器和以1.2％质量浓度的盐水替代纯水注入第一注射器外，以与例8类似的方式实施注射器测试，并且进一步地，注射器试验装置在40℃下静置。由此，观察水的迁移。
例10
除了将具有50％质量浓度的2-丁氧基乙醇注入第二注射器外，以与例4类似的方式实施注射器测试，并且进一步地，注射器试验装置在20℃下静置。由此观察水的迁移。
例11
除了将具有50％质量浓度的2-丁氧基乙醇注入第二注射器外，以与例3类似的方式实施注射器测试，并且进一步地，注射器试验装置在20℃下静置。由此观察水的迁移。
结果
例3至11的结果示出在下面表3中。
表3-1
表3-2
在上述表3中，以每小时、每面积的通量为单位来表示流量单位(m/h)。也即，流量单位(m/h)是通过将所移动的液体的量(m3)除以膜面积(m2)和时间(小时)得到的值。
在例6、8和10中，从5分钟搅拌后的流量来计算通量。例10的结果包括从搅拌开始至开始后5分钟这段时间内的平均流量，该例中的通量通过类似的方式得到。例11的结果包括搅拌开始5分钟后的平均流量，该例中的通量以类似的方式获得。
如从例3和4、或例5和6之间的比较清楚得到，随着笔形搅拌器219的搅拌，水的流量增加。在另一方面，如从例7和8的结果可见，在具有3.5％质量浓度的盐水情况下没有看到搅拌的效果。这些结果得出，渗透穿过渗透膜且移动的水部分，与水部分所进入的注射器中容纳的液体之间的相对密度差对浓度分级造成影响，该影响表现为降低渗透压差。在此，盐水的相对密度高于水的相对密度，具体为1.02倍。在另一方面，2-丁氧基乙醇和乙醇溶液的相对密度均低于水的相对密度，分别具体为0.9和0.78倍。在注射器测试2中，注射器试验装置被紧固以使得第一和第二注射器相对于它们所放置的表面竖直布置，其中第二注射器212布置在上部。由于渗透压差，水从位于下侧的第一注射器侧渗透穿过渗透膜，并且移至位于上侧的第二注射器侧。2-丁氧基乙醇和乙醇均溶于水。然而，在2-丁氧基乙醇或乙醇的情况下，容置在第二注射器内的液体具有低于水相对密度的相对密度，并且由此被认为随着时间的推移，迁移水层在渗透膜附近形成。如从表3中显示的结果清楚看出，第二注射器中由两种类型的液体产生的浓度分级通过搅拌予以解决。
在根据该实施方式的循环型渗透压发电系统中，渗透压发生器的第二腔室包括进口和出口。这种结构能够使得第二腔室中的液体一直流动。这种结构能够在第二腔室中达到与上述描述的相同的搅拌效果。这个实施方式的机制称之为错流。采用错流，能够通过渗透压差有效地并且持续地产生液流。
上述注射器测试所使用的液体的每一种是构成双组分混合溶液的一种组分。因此，可以认为，渗透压发电能够通过使用双组分混合溶液而实现。进一步地，注射器测试1的结果提出了这样的可能性：能够通过使用上述列出的液体实现剧烈的水迁移。
更进一步地，根据每个实施方式的具有下或上临界温度的双组分混合溶液所包含的两种组分均是液体。在此，双组分混合溶液向着两种组分的分离相对于包含有固体物质和液体的双组分混合溶液、或者包含有气体和液体的双组分混合溶液的分离是更加容易，并且分离的效果也更好。
如上所述，现在明确能够提供一种循环型渗透压发电系统，其构造为通过循环如工作介质，例如具有下或上临界温度的双组分混合溶液，能够在较低的驱动成本下产生电力。
在某些实施方式已经被描述的同时，这些实施方式仅仅通过示例的方式展现，而不意在限定本发明的范围限定。实际上，本文所描述的新型实施方式可体现为各种各样的其他形式；更进一步地，对本文所描述的实施方式的形式的多种省略、替代和修改可不脱离本发明精神范围地做出，这是因为这些实施方式和它们的变型将会落在本发明的宗旨或范围内，并且被所附权利要求和它们等同含义所描述的本发明所覆盖。

Claims (13)

1.一种循环型渗透压发电系统，构造为通过采用工作介质产生电力，该系统包括渗透压发生器、涡轮、罐、分离塔、热源和工作介质，
其特征在于：工作介质具有将第一温度区和第二温度区彼此区分的临界温度，并且具有发生在临界温度处的向第一相或第二相的相转移：a)在第一温度区中，第一液体和第二液体在液-液互溶状态下溶解，从而形成双组分混合溶液；以及b)在第二温度区中，第一液体和第二液体呈相分离状态，
渗透压发生器设置于工作介质的第一温度区内的温度下，并且包括：
(i)容器；
(ii)渗透膜，其构造为将容器内部分隔为第一腔室和第二腔室；
(iii)第一进口，其设置在容器的位于第一腔室处的部分上，并且构造为允许第一液体流入第一腔室；
(iv)第二进口，其设置在容器的位于第二腔室处的部分上，并且构造为允许第二液体流入第二腔室；以及
(v)出口，其设置在容器的位于第二腔室处的部分中，并且构造为允许双组分混合溶液穿过该出口流出，所述双组分混合溶液由第二液体和第一液体的一部分在第二腔室中以液-液互溶的方式彼此溶解获得，第一液体的所述一部分为从第一腔室渗透穿过渗透膜至第二腔室的液体，
所述涡轮构造为通过穿过出口从渗透压发生器的第二腔室流出的双组分混合溶液流产生电力，
所述罐构造为容置用于驱动涡轮的双组分混合溶液，
所述热源安装在分离塔和渗透压发生器中的一个上，并且构造为将容置在分离塔或渗透压发生器中的液体加热至高于临界温度的温度，并且
所述分离塔构造为以第二温度区中的温度将从罐流出的双组分混合溶液分离成将返回第一腔室的第一液体和将返回第二腔室的第二液体。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述渗透压发生器进一步包括第二出口，该第二出口设置在容器的位于第一腔室处的部分上，第二出口构造为允许容置在第一腔室中的液体从第一腔室流出。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热源为被工厂废热加热的水。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热源为被太阳热加热的水。
5.一种循环型渗透压发电系统，构造为通过利用工作介质产生电力，该系统包括渗透压发生器、涡轮、罐、分离塔、热源和工作介质，
其特征在于：工作介质具有下临界温度，并且具有发生在下临界温度处的相转移：a)在低于下临界温度的温度处，第一液体和第二液体以液-液互溶状态溶解，从而形成双组分混合溶液；并且b)在高于下临界温度的温度处，第一液体和第二液体处于相分离状态，
渗透压发生器设置在低于工作介质下临界温度的温度下，并且包括：
(i)容器；
(ii)渗透膜，其构造为将容器内部分隔为第一腔室和第二腔室；
(iii)第一进口，其设置在容器的位于第一腔室处的部分上，并且构造为允许第一液体流入第一腔室；
(iv)第二进口，其设置在容器的位于第二腔室处的部分上，并且构造为允许第二液体流入第二腔室；以及
(v)出口，其设置在容器的位于第二腔室处的部分上，并且构造为允许双组分混合溶液穿过该出口流出，双组分混合溶液由第二液体和第一液体的一部分在第二腔室中以液-液互溶方式彼此溶解而获得，第一液体的所述一部分为从第一腔室渗透穿过渗透膜至第二腔室的液体，
所述涡轮构造为通过穿过出口从渗透压发生器的第二腔室流出的双组分混合溶液流产生电力，
所述罐构造为容置用于驱动涡轮的双组分混合溶液，
所述热源安装在分离塔上，并且构造为将容置在分离塔内的液体加热至高于下临界温度的温度，以及
所述分离塔构造为通过将双组分混合溶液加热至高于下临界温度的温度，将从罐流出的双组分混合溶液分离为将返回第一腔室的第一液体和将返回第二腔室的第二液体。
6.根据权利要求5所述的系统，其特种在于：所述渗透压发生器进一步包括第二出口，第二出口设置在容器位于第一腔室处的部分上，第二出口构造为允许容置在第一腔室中的液体从第一腔室流出。
7.根据权利要求5所述的系统，其特种在于：下临界温度高于第一液体和第二液体中每一个的凝固点。
8.根据权利要求5所述的系统，其特种在于：所述热源为被工厂废热加热的水。
9.根据权利要求5所述的系统，其特种在于：所述热源为被太阳热加热的水。
10.一种循环型渗透压发电系统，其构造为通过利用工作介质产生电力，该系统包括渗透压发生器、涡轮、罐、分离塔、热源和工作介质，
其特征在于：工作介质具有上临界温度，并且具有发生在上临界温度处的相转移：a)在高于上临界温的温度处，第一液体和第二液体以液-液互溶状态溶解，从而形成双组分混合溶液；并且b)在低于上临界温度的温度处，第一液体和第二液体处于相分离状态，
渗透压发生器设置在高于工作介质上临界温度的温度下，并且包括：
(i)容器；
(ii)渗透膜，其构造为将容器内部分隔为第一腔室和第二腔室；
(iii)第一进口，其设置在容器的位于第一腔室处的部分上，并且构造为允许第一液体流入第一腔室；
(iv)第二进口，其设置在容器的位于第二腔室处的部分上，并且构造为允许第二液体流入第二腔室；以及
(v)出口，其设置在容器的位于第二腔室处的部分上，并且构造为允许双组分混合溶液穿过该出口流出，双组分混合溶液由第二液体和第一液体的一部分在第二腔室中以液-液互溶方式彼此溶解而获得，第一液体的所述一部分为从第一腔室渗透穿过渗透膜至第二腔室的液体，
所述热源安装在渗透压发生器上，并且构造为将容置在渗透压发生器内的液体加热至高于上临界温度的温度，
所述涡轮构造为通过穿过出口从渗透压发生器的第二腔室流出的双组分混合溶液流产生电力，
所述罐构造为容置用于驱动涡轮的双组分混合溶液，以及
所述分离塔构造为通过将从罐流出的双组分混合溶液设置在低于上临界温度的温度处，将从罐流出的双组分混合溶液分离为将返回第一腔室的第一液体和将返回第二腔室的第二液体。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述渗透压发生器进一步包括第二出口，第二出口设置在容器的位于第一腔室处的部分上，并且构造为允许容置在第一腔室中的液体从第一腔室流出。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述热源为被工厂废热加热的水。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述热源为被太阳热加热的水。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113833619A (zh) * 2021-08-27 2021-12-24 深圳市安泰科能源环保股份有限公司 可循环的渗透压发电系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6382034B2 (ja) * 2014-09-01 2018-08-29 株式会社Kri ドロー溶液及び正浸透水処理方法
JP7125023B2 (ja) * 2017-10-26 2022-08-24 国立大学法人東京農工大学 混合エントロピー電池及び発電方法
JP7116414B2 (ja) * 2018-03-23 2022-08-10 大阪瓦斯株式会社 発電設備
JP6656515B2 (ja) * 2018-03-31 2020-03-04 オーテック有限会社 浸透圧熱サイクルを利用する動力発生方法
JP7068116B2 (ja) * 2018-09-18 2022-05-16 株式会社東芝 水処理システム及び水処理システムに用いられるドロー溶液
JP7258805B2 (ja) 2020-03-19 2023-04-17 株式会社東芝 作業媒体及び水処理システム

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1156988A (zh) * 1995-04-07 1997-08-13 阿尔维托·巴斯克斯-菲格罗亚里亚尔 通过自然压力逆渗透使海水脱盐的设备及其方法
US20030121856A1 (en) * 2001-12-31 2003-07-03 Nikolay Voutchkov Desalination system
CN1836105A (zh) * 2003-07-24 2006-09-20 埃菲尤申动力股份有限公司 用于产生能量的渗透过程
CN1853044A (zh) * 2003-08-13 2006-10-25 萨里大学 渗透能
US20090008235A1 (en) * 2007-07-02 2009-01-08 I3 Nanotec Llc. Membrane-based hybrid process for separation of mixtures of organics, solids, and water
CN101573173A (zh) * 2006-11-09 2009-11-04 耶鲁大学 渗透式热机
US20120111794A1 (en) * 2011-07-03 2012-05-10 King Abdulaziz City for Organization Name Science and Technology "KACST" Apparatus and process for producing electricity using pressure retarded osmosis during desalination of sea water
JP2012250200A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Hitachi Ltd 正浸透膜を用いた海水淡水化システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3906250A (en) * 1973-07-03 1975-09-16 Univ Ben Gurion Method and apparatus for generating power utilizing pressure-retarded-osmosis
US6185940B1 (en) * 1999-02-11 2001-02-13 Melvin L. Prueitt Evaporation driven system for power generation and water desalinization
US20100212319A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-26 Mark Donovan Method and apparatus for generating power utilizing forward osmosis
JP5269119B2 (ja) * 2011-02-10 2013-08-21 株式会社東芝 溶媒と溶質とを含む液体から溶媒を分離する方法および装置
JP2014188475A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Hitachi Ltd 太陽熱利用の発電プラント・海水淡水化プラント統合システム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1156988A (zh) * 1995-04-07 1997-08-13 阿尔维托·巴斯克斯-菲格罗亚里亚尔 通过自然压力逆渗透使海水脱盐的设备及其方法
US20030121856A1 (en) * 2001-12-31 2003-07-03 Nikolay Voutchkov Desalination system
CN1836105A (zh) * 2003-07-24 2006-09-20 埃菲尤申动力股份有限公司 用于产生能量的渗透过程
CN1853044A (zh) * 2003-08-13 2006-10-25 萨里大学 渗透能
CN101573173A (zh) * 2006-11-09 2009-11-04 耶鲁大学 渗透式热机
US20090008235A1 (en) * 2007-07-02 2009-01-08 I3 Nanotec Llc. Membrane-based hybrid process for separation of mixtures of organics, solids, and water
JP2012250200A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Hitachi Ltd 正浸透膜を用いた海水淡水化システム
US20120111794A1 (en) * 2011-07-03 2012-05-10 King Abdulaziz City for Organization Name Science and Technology "KACST" Apparatus and process for producing electricity using pressure retarded osmosis during desalination of sea water

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘伯羽等: "盐差能发电技术的研究进展", 《可再生能源》 *
邹士洋等: "新型膜分离技术—正向渗透及其应用", 《中国给水排水》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113833619A (zh) * 2021-08-27 2021-12-24 深圳市安泰科能源环保股份有限公司 可循环的渗透压发电系统

Also Published As

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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