JP2016190228A - 発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】浸透膜の透過流束を高く維持することができ、保守管理容易な発電設備として利用すること。【解決手段】高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜１１を介して接触させ、浸透膜１１のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出し、浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機６１を駆動させる発電装置６を設けてある発電設備であって、浸透膜１１が限外ろ過膜であるとともに、ドロー溶液が分子量１０００Ｄａ以上の外部刺激応答性高分子を含有する水溶液である。【選択図】図１

Description

本発明は、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させ、前記浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出し、
前記浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機を駆動させる発電装置を設けてある発電設備に関する。

純水の製造技術として、逆浸透膜法がある。ここで使用される膜は、特定の大きさ以下の分子やイオンのみを透過する膜であり、例えば、海水から塩分を取り除くために使用される。この時、溶質濃度差により浸透圧差が生じるため、この浸透圧差に逆らって被処理水をポンプ等で加圧するための動力費が嵩むという問題がある。
これに対して、浸透圧に従って水等の低分子成分を浸透させる正浸透膜法が開発されている。これは逆浸透膜法と同様、特定の分子やイオンのみを透過する膜を使用し、さらにドロー溶液と呼ばれる、被処理水（フィード溶液）よりもさらに高浸透圧の溶液を用い、これらを前述の膜を介して接触させる方法である。これにより、外部圧力をかけることなく浸透圧差を駆動力にして、被処理水からドロー溶液に純水のみを取り出すことができる。したがって、純水が流入したあとのドロー溶液から純水を分離すれば、逆浸透膜法よりも省エネルギーで低コストに純水を製造することができる。

この原理を利用して発電を行う発電設備が種々検討され、いわゆるクローズドサイクルにて発電可能な発電設備が検討されている（特許文献１，２等参照）。このような発電を行う場合、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノフィルター（ＮＦ膜）、正浸透膜（ＦＯ膜）などの無孔膜が用いられ、これらの膜で、塩化ナトリウムなどの溶質の透過を阻止することにより、浸透圧を発生させることが考えられている。

特開２０１２−０４１８４９号公報 特表２０１４−５２６８６５号公報

しかし、溶質の透過を阻止するには一般的に膜の分画分子量（ＭＷＣＯとも記載する場合がある）を小さく設定する必要がある。すると、高い浸透圧が得られるものの、透過流束が小さくなるために、十分な発電量が得られにくくなるという問題がある。
逆に、透過流束を高めるためにＭＷＣＯの大きな膜を用いた場合、通り抜ける溶質量が増大し、膜処理前後の浸透圧差が小さくなり、結果として、半透膜を通過する供給溶液の流量が低減し、発電量が低減する。

そこで、本発明の目的は、浸透膜の透過流束を高く維持することができる発電設備を提供することにある。

〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、
高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させ、前記浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出す浸透膜装置を備え、
前記浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機を駆動させる発電装置を設けてある発電設備であって、
前記浸透膜が限外ろ過膜または精密ろ過膜であるとともに、前記ドロー溶液が分子量１０００Ｄａ以上で、浸透膜でろ過可能な外部刺激応答性高分子を含有する水溶液である点にある。

なお、本発明において限外ろ過膜とは、１０００Ｄａ以上３０００００Ｄａ未満程度の分子量（分画分子量）の物質などを対象として分離する膜をいい、精密ろ過膜とは分画分子量３０００００Ｄａ以上の物質などを対象として分離する膜をいい、分画分子量６０Ｄａ以上〜１０００Ｄａ未満程度の正浸透膜、分画分子量６０Ｄａ以上〜３５０Ｄａ未満程度の逆浸透膜、分画分子量３５０Ｄａ以上１０００Ｄａ未満程度のナノろ過膜とは分画分子量において区別できるものである。

〔作用効果１〕
高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させることにより、外部圧力をかけることなく、浸透圧を利用して浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出すことができるので、省エネルギーで低コストにドロー溶液側に高い透過流束を得ることができる。

ドロー溶液が外部刺激応答性高分子を含有する場合、外部刺激応答性高分子がドロー溶液に溶解している状態で浸透膜法を行い、たとえば、フィード溶液からドロー溶液中に純水を取り込んだ後、外部刺激応答性高分子に外部刺激を与えることによって、純水を取り込んだドロー溶液を、外部刺激応答性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して、当該ドロー溶液から純水を分離することができる。さらに、純水が分離除去されたドロー溶液相において外部刺激応答性高分子に与えた外部刺激を除去することにより、外部刺激応答性高分子を再び溶解して、ドロー溶液として再生することができる。そのため、浸透膜法により連続的にフィード溶液から純水を取り出すことができ、その純水を取り出す透過流束により発電を行うことができる。

通常、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いた場合、ドロー溶液として用いた溶液中の溶質が膜を透過してしまうために、膜の通水性は高められるが浸透圧が得られず、発電設備として利用できないと考えられているところ、本発明者らは鋭意研究の結果、浸透膜として、通常純水の製造技術では用いられることの無い限外ろ過膜を用いたとしても、ドロー溶液の溶質成分を適切に選択することによって、発電設備として高い透過流束を実現することができることを実験的に明らかにした。

すなわち、前記浸透膜として限外ろ過膜を採用した場合に、ドロー溶液を分子量１０００Ｄａ以上の外部刺激応答性高分子を含有する水溶液とすることによって、浸透膜に高い浸透圧を発生させて高い透過流束を実現するとともに、限外ろ過膜に外部刺激応答性高分子が詰まることもなく長期的に安定して発電駆動できるようになった。

ここで、より具体的な発電設備としては、以下のように構成することができる。

〔構成２〕
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、
前記浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液に外部刺激応答性高分子を二相分離可能とする外部刺激を与える外部刺激発生装置を設け、
前記外部刺激発生装置にて外部刺激を受けたドロー溶液を、外部刺激応答性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽を設け、
分離された前記ドロー溶液相の外部刺激を除去して、前記浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする外部刺激除去装置を設け、
分離された前記水相を浸透膜装置のフィード溶液として供給するとともに、浸透膜装置において浸透水を取り出した後のフィード溶液をドロー溶液またはフィード溶液として再利用する構成とすることができる。

〔作用効果２〕
すなわち、当該ドロー溶液に外部刺激応答性高分子を二相分離可能とする外部刺激を与える外部刺激発生装置、および、分離された前記ドロー溶液相の外部刺激を除去して、浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする外部刺激除去装置を設けるから、ドロー溶液は、浸透水を吸収した状態と、浸透水を分離して再生した状態とに状態変化を交互に繰り返しながら、フィード溶液側から浸透水を分離して取り出すことができるようになる。この水相はフィード溶液として繰り返し用いることができるし、再生したドロー溶液は再びフィード溶液から浸透水を取り出すのに繰り返し用いることができ、浸透水を取り出した後のフィード溶液は、ドロー溶液またはフィード溶液として再利用することにより、閉サイクルで循環可能な発電装置とすることができる。

なお、浸透水を取り出した後のフィード溶液は、外部刺激応答性高分子濃度が高ければドロー溶液に再利用することが好ましく、外部刺激応答性高分子濃度が低ければフィード溶液に再利用することが好ましいのであるが、浸透膜および外部刺激応答性高分子の材質や運転条件によって適宜選択することができる。

〔構成３〕
前記外部刺激応答性高分子が温度応答性物質、二酸化炭素応答性物質、ｐＨ応答性物質、光応答性物質、磁場応答性物質、電場応答性物質より選ばれる少なくとも一種の物質とすることができる。

〔作用効果３〕
前記外部刺激応答性高分子として温度応答性物質を用いる場合、外部刺激発生装置、外部刺激除去装置を用いてドロー溶液の温度を調整することにより、ドロー溶液の浸透水吸収、二相分離、再生を繰り返し行うことができる。また、二酸化炭素応答性物質を用いる場合、ドロー溶液中の二酸化炭素濃度、ｐＨ応答性物質を用いる場合、ドロー溶液のｐＨ、光応答性物質を用いる場合、ドロー溶液に対する光照射度、磁場応答性物質を用いる場合、ドロー溶液に対する磁場照射度、電場応答性物質を用いる場合、ドロー溶液に対する電場照射度を調整することにより、同様にドロー溶液の浸透水吸収、二相分離、再生を繰り返し行うことができ、閉サイクルで循環可能な発電装置を構成することができる。

ここで、特に以下の具体的構成を採用することができる。
〔構成４〕
前記外部刺激応答性高分子が下限臨界溶解温度を有する温度応答性物質であり、前記外部刺激発生装置が加熱装置であり、外部刺激除去装置が冷却装置とすることができる。

〔作用効果４〕
この構成によると、温度応答性物質を低温にて浸透水を吸収容易な形態でドロー溶液として浸透膜に接触させ、フィード溶液側から浸透水を取り出すとともに、外部刺激発生装置としての加熱装置による加熱により二相分離して、浸透水を吸収したドロー溶液から浸透水を取り出し、外部刺激除去装置としての冷却装置により冷却することでドロー溶液として再生させることができる。

そのため、簡単な構成でドロー溶液の浸透水吸収、二相分離、再生を繰り返し行うことができ、閉サイクルで循環可能な発電装置を構成することができる。

〔構成５〕
また、前記外部刺激応答性高分子が二酸化炭素応答性物質であり、前記外部刺激発生装置が空気供給装置であり、前記外部刺激除去装置が二酸化炭素供給装置とすることができる。

〔作用効果５〕
この構成によると、二酸化炭素応答性物質を二酸化炭素の結合状態でドロー溶液として浸透膜に接触させ、フィード溶液側から浸透水を取り出すとともに、空気供給装置により二酸化炭素を脱気して二相分離して浸透水を吸収したドロー溶液から浸透水を取り出し、二酸化炭素供給装置により供給した二酸化炭素を結合させることによりドロー溶液として再生させることができる。

そのため、簡単な構成でドロー溶液の浸透水吸収、二相分離、再生を繰り返し行うことができ、閉サイクルで循環可能な発電装置を構成することができる。

〔構成６〕
なお、前記温度応答性物質は、ポリアクリルアミド誘導体とすることができる。

〔作用効果６〕
温度応答性物質としては、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドやその共重合体に例示されるポリアクリルアミド誘導体、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールに例示されるポリエチレングリコール誘導体等が挙げられるが、ポリアクリルアミド誘導体を用いると、温度応答性が高く相分離も容易であるので好ましい。

〔構成７〕
なお、前記二酸化炭素応答性物質は、ポリアミン誘導体とすることができる。

〔作用効果７〕
二酸化炭素応答性物質としては、ポリジメチルアミノエチルメタクリレートやその共重合体に例示されるポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミンに例示されるポリイミン等のポリアミン誘導体が二酸化炭素応答性の高い物質として好適に用いられる。

したがって、浸透膜の透過流束を高く維持することができ、保守管理容易な発電設備を提供できるようになった。

温度応答性物質を利用した発電装置の概略図 二酸化炭素応答性物質を利用した発電装置の概略図

以下に、本発明の実施形態にかかる発電装置を説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

〔発電設備〕
発電設備は、図１に示すように、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液を、浸透膜１１を介して接触させ、浸透膜１１のフィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに浸透水を取り出す浸透膜装置１を設けて構成してある。
ここで、浸透膜１１が限外ろ過膜であるとともに、ドロー溶液が分子量１０００Ｄａ（分子量をＭＷを記載する場合がある）以上の外部刺激応答性高分子を含有する水溶液であり、具体的には、温度応答性物質としてポリアクリルアミド誘導体等の感温性高分子を含有する水溶液である。

また、浸透膜１１のフィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機６１を駆動させる発電装置６を設けてある。さらに、発電装置６の下流側に、浸透膜１１のフィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに取り出された浸透水で希釈され、発電装置６を経由したドロー溶液を下限臨界溶解温度以上の温度に加熱する加熱装置（熱交換器）２１を外部刺激発生装置２として設け、加熱装置２１にて加熱されたドロー溶液を、温度応答性物質を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽３を設け、相分離槽３で二相分離されたドロー溶液相を冷却して、浸透膜装置１にドロー溶液として供給可能にする外部刺激除去装置４としての冷却装置４１を設けて構成してある。これにより、相分離槽３で二相分離された水相を浸透膜装置１のフィード溶液として供給するとともに、浸透膜装置１において浸透水を取り出した後のフィード溶液をドロー溶液として再利用可能に構成してある。

〔浸透膜装置〕
浸透膜装置１は、浸透膜１１を備えた装置本体１０を備える。装置本体１０における浸透膜１１の一方面側（フィード溶液側）１１ａには、発電用のフィード溶液を供給するフィード溶液供給路１２を備えるとともに、浸透膜１１に接触して浸透水を取り出したのちのフィード溶液を濃縮排水として排出する濃縮排水排出路１３を備える。一方、装置本体１０における浸透膜１１の他方面側（ドロー溶液側）１１ｂには、均一な溶液状態となっているドロー溶液を供給するドロー溶液供給路１４を備えるとともに、浸透膜１１に接触して浸透水を受け入れて、希釈されたドロー溶液を排出するドロー溶液排出路１５を設けて構成してある。

ここで、浸透膜１１としてはＭＷＣＯが１０００Ｄａのポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）製の限外ろ過膜としてＳｙｎｄｅｒ社ＳＰＥ１膜を用いることができる。また、ＰＥＳの他に、芳香族ポリアミド等を用いることもでき、外部刺激応答性高分子の分子量等に応じて、適宜好適な孔径のものを選択して用いることができる。

また、ドロー溶液としては、下限臨界溶解温度を有する温度応答性物質として、例えば分子量８０００Ｄａのポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）を１０％含有する水溶液を用いることができる。このほか、温度応答性物質としては、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド等種々公知のものを採用することができる。

なお、温度応答性物質は、凝集性と分離性の観点から分子量１０００〜数千Ｄａ程度のものが好適に用いられるものと考えられる。また、ポリエチレングリコール誘導体の場合には、ラウリルエステルなど、脂肪酸エステルの形態のものが好適に相分離可能であることが知られており好適である。浸透膜のＭＷＣＯと外部刺激応答性高分子の分子量ＭＷとの比率（ＭＷ／ＭＷＣＯ）は１〜１０程度となるように設定することが好ましい。

具体的に、浸透膜１１としてＳｙｎｄｅｒ社ＰＥＳ膜（ＳＰＥ１）限外ろ過膜を用い、ドロー溶液として分子量８０００Ｄａのポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）を１０％含有する水溶液を用いた場合、この浸透膜装置１では、フィード溶液供給路１２から１００単位流量／時間で浸透膜１１のフィード溶液側（一方面側）１１ａに二相分離された水相が供給される場合、浸透膜１１の浸透圧により浸透水がドロー溶液側１１ｂに取り出されて、１０単位流量／時間まで濃縮されて濃縮排水排出路１３より排出されるとともに、ドロー溶液供給路１４から４０単位流量／時間で浸透膜１１のドロー溶液側（他方面側）１１ｂに供給されるドロー溶液が、フィード溶液側１１ａから浸透膜１１を介してドロー溶液側１１ｂに取り出された浸透水を９０単位流量／時間で受け入れて、１３０単位流量／時間でドロー溶液排出路１５から排出される浸透膜法が行われることになる。

〔外部刺激発生装置〕
ドロー溶液排出路１５から排出されるドロー溶液は外部刺激発生装置２に供給される。外部刺激発生装置２では、工場排熱等で通常廃棄される利用困難な低品位の排熱を用いて、浸透水を受け入れたドロー溶液を、たとえば６０℃程度にまで加熱する熱交換器を加熱装置２１として備える。分子量８０００Ｄａのポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）を１０％含有する水溶液からなるドロー溶液にあっては、下限臨界溶解温度は３５℃程度となり、６０℃に加熱することによりポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）が不溶化して明確な二相に分離することができた。

〔相分離槽〕
相分離槽３は、相分離槽本体３０にドロー溶液回収路３１を接続されるとともに、外部刺激発生装置２で二相に分離されたドロー溶液を、ドロー溶液回収路３１から受け入れ、温度応答性物質を高濃度に含有する下側のドロー溶液相と、浸透水を主成分とする上側の水相と、の二相に分離して貯留する。また、相分離槽本体３０内部には相分離された水相を収集して貯留する水相貯留部３２と、ドロー溶液相を収集して貯留するドロー溶液相貯留部３３とを備え、水相貯留部３２には水相排出路３４が接続されるとともに、ドロー溶液相貯留部３３にはドロー溶液排出路３５が接続されている。これにより、相分離槽３ではドロー溶液相と水相とをより精度よく分離し、それぞれを個別に取り出し可能に構成される。

具体的に、１３０単位流量／時間で供給される加熱後のドロー溶液を内部で１０分程度滞留させる相分離槽本体３０を備えた相分離槽３にあっては、水相貯留部３２から１００単位流量／時間で水相排出路３４に水相を取り出すとともに、３０単位流量／時間でドロー溶液相をドロー溶液排出路３５に回収することができた。

〔外部刺激除去装置〕
分離されたドロー溶液相は、ドロー溶液排出路３５および外部刺激除去装置４並びにドロー溶液供給路１４を介して、浸透膜装置１のドロー溶液側１１ｂにドロー溶液として供給される。外部刺激除去装置４としては、空冷式、水冷式、ヒートポンプ式等種々形態の冷却装置４１が採用される。ここで、ドロー溶液相は、下限臨界溶解温度未満、すなわち６０℃から５０℃未満まで冷却され、より均一に混合した溶液となりドロー溶液として再生される。

冷却装置４１により冷却されて再生されたドロー溶液は、濃縮排水排出路１３から排出されたフィード溶液の濃縮液とともに合流されて循環ポンプＰを介してフィード溶液供給路１２より浸透膜装置１に供給される。

一般的に用いられるＭＷＣＯ６０程度の正浸透膜（ＨＴＩ社ＣＴＡ膜）を浸透膜として用い、３．５％塩化ナトリウム水溶液をドロー溶液として用いた場合（ＭＷ／ＭＷＣＯ＝０．９７）、初期浸透圧１０６６ｍｍｏｌ／ｋｇに対する透過流束は平均で８ＬＭＨ（Ｌ／ｍ²／ｈ）であったのに対し、浸透膜として限外ろ過膜（Ｓｙｎｄｅｒ社ＳＰＥ１膜）、ドロー溶液として分子量１５０００のポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＮａ）の約２０％水溶液を使用すると（ＭＷ／ＭＷＣＯ＝１５）、初期浸透圧１１２１ｍｍｏｌ／ｋｇに対する透過流束は平均で２６ＬＭＨ（Ｌ／ｍ²／ｈ）程度得られた。
また、浸透膜として限外ろ過膜（Ｓｙｎｄｅｒ社ＳＰＥ１膜）、ドロー溶液として分子量８０００のポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）の約２０％水溶液を使用すると（ＭＷ／ＭＷＣＯ＝８）、初期浸透圧７１７ｍｍｏｌ／ｋｇに対する透過流束は平均で１７ＬＭＨ（Ｌ／ｍ²／ｈ）程度得られた。

これにより、浸透膜装置１を用いてエネルギー効率の高い発電を行えることが明らかになった。

なお、浸透膜として上記限外ろ過膜を用い、ドロー溶液として食塩水を用いた場合、初期浸透圧１１５０ｍｍｏｌ／ｋｇであり、透過流束は得られなかった。

また、上記限外ろ過膜に代え、市販のナノろ過膜（日東電工社製ＮＴＲ−７２５０膜）を用い、ドロー溶液として食塩水を用いた場合、初期浸透圧１１０３ｍｍｏｌ／ｋｇであり、透過流束は２ＬＭＨ（Ｌ／ｍ²／ｈ）程度であった。

〔別実施形態〕
（１） 先の実施形態では、外部刺激応答性高分子として温度応答性物質を用いたが、他に、ポリアミン誘導体のような二酸化炭素応答性物質、キトサンゲルのようなｐＨ応答性物質、液晶材料としても利用されている光応答性物質、磁場応答性物質、電場応答性物質を用いることもできる。以下、二酸化炭素応答性物質を用いた例を示す。

図２に示すように、上記実施形態の発電装置における外部刺激応答性高分子として、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）を用い、外部刺激発生装置２および外部刺激除去装置として、二酸化炭素供給装置２２および脱気装置を用いて同様に発電装置を構成した。

以下の説明において先述の水処理設備の構成と重複する構成であって、同様の機能を果
たす部位については、図面に同一の符号を付して説明を省略する。

〔外部刺激発生装置〕
ドロー溶液排出路１５から排出されるドロー溶液は外部刺激発生装置２に供給される。外部刺激発生装置２では、コンプレッサー等を用いて、浸透水を受け入れたドロー溶液に、空気を散気供給する空気供給装置２２を備える。空気供給装置は、ドロー溶液排出路１５から排出されるドロー溶液を受けて一時貯留する曝気槽２２ａを備えるとともに、曝気槽２２ａ内に一時貯留されるドロー溶液に、たとえばコンプレッサーからの空気を供給する散気装置２２ｂを備え、分子量８０００Ｄａのポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）を１０％含有する水溶液からなるドロー溶液にあっては、６０℃においてコンプレッサーからの空気を０．１Ｌ／分で滞留時間３０分程度接触させる構成とすることで、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）が不溶化して明確な二相に分離することができた。

〔外部刺激除去装置〕
相分離槽３で分離されたドロー溶液相が供給される外部刺激除去装置４としては、排ガス等を利用したバブリング式二酸化炭素供給装置、加圧式二酸化炭素供給等種々形態の二酸化炭素供給装置４２が採用される。図２においては、二相分離したドロー溶液相を受け入れる曝気槽４２ａおよび曝気槽４２ａ内に一時貯留されるドロー溶液に二酸化炭素を曝気する散気装置４２ｂを備え、二酸化炭素曝気によりドロー溶液に二酸化炭素を結合させるバブリング式二酸化炭素供給装置として記載している。ここで、ドロー溶液相は、二酸化炭素供給により、より均一に混合した溶液となりドロー溶液として再生される。

この場合、一般的に用いられるＭＷＣＯ約６０Ｄａの正浸透膜（ＨＴＩ社ＣＴＡ膜）を浸透膜として用い、二酸化炭素を結合している分子量８０００のポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）をドロー溶液として用いた場合（ＭＷ／ＭＷＣＯ＝１３３）、初期浸透圧７７６ｍｍｏｌ／ｋｇに対する透過流束は平均で３ＬＭＨ（Ｌ／ｍ²／ｈ）程度であるのに対し、浸透膜に限外ろ過膜（Ｓｙｎｄｅｒ社ＳＰＥ１膜）、外部刺激応答性高分子に二酸化炭素を結合しているポリジメチルアミノエチルメタクリレート（ＰＤＭＡＥＭＡ）を使用すると、初期浸透圧７１７ｍｍｏｌ／ｋｇで平均で１７ＬＭＨの透過流束が得られた。

（２） 先の実施形態と同様に、浸透膜として限外ろ過膜を用い、ドロー溶液として分子量の種々異なるポリアクリル酸ナトリウム、ポリスルホン酸ナトリウムを溶解してある水溶液（ＭＷ＝１．２ｋＤａ〜１０００ｋＤａ）用いて、浸透膜のＭＷＣＯと外部刺激応答性高分子の分子量ＭＷとの比率（ＭＷ／ＭＷＣＯ）と透過流束との関係を調べたところ、いずれも高い透過流束が得られることがわかり、浸透膜のＭＷＣＯと外部刺激応答性高分子の分子量ＭＷとの比率（ＭＷ／ＭＷＣＯ）は１〜１０程度となるように設定することが好ましいことが分かった。

本発明の発電設備は、浸透膜の透過流束を高く維持することができる発電設備として利用することができる。

１ ：浸透膜装置
１０ ：装置本体
１１ ：浸透膜
１１ａ ：フィード溶液側
１１ｂ ：ドロー溶液側
１２ ：フィード溶液供給路
１３ ：濃縮排水排出路
１４ ：ドロー溶液供給路
１５ ：ドロー溶液排出路
２ ：外部刺激発生装置
２１ ：加熱装置
２２ ：空気供給装置
２２ａ ：曝気槽
２２ｂ ：散気装置
３ ：相分離槽
３０ ：相分離槽本体
３１ ：ドロー溶液回収路
３２ ：水相貯留部
３３ ：ドロー溶液相貯留部
３４ ：水相排出路
３５ ：ドロー溶液排出路
４ ：外部刺激除去装置
４１ ：冷却装置
４２ ：二酸化炭素供給装置
６ ：発電装置
６１ ：発電機

Claims (7)

1. 高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させ、前記浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出す浸透膜装置を備え、
   前記浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機を駆動させる発電装置を設けてある発電設備であって、
   前記浸透膜が限外ろ過膜または精密ろ過膜であるとともに、前記ドロー溶液が分子量１０００Ｄａ以上で、浸透膜でろ過可能な外部刺激応答性高分子を含有する水溶液である発電設備。
2. 前記浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液に外部刺激応答性高分子を二相分離可能とする外部刺激を与える外部刺激発生装置を設け、
   前記外部刺激発生装置にて外部刺激を受けたドロー溶液を、外部刺激応答性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽を設け、
   分離された前記ドロー溶液相の外部刺激を除去して、前記浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする外部刺激除去装置を設け、
   分離された前記水相を前記浸透膜装置のフィード溶液として供給するとともに、前記浸透膜装置において浸透水を取り出した後のフィード溶液をドロー溶液またはフィード溶液として再利用する請求項１に記載の発電設備。
3. 前記外部刺激応答性高分子が温度応答性物質、二酸化炭素応答性物質、ｐＨ応答性物質、光応答性物質、磁場応答性物質、電場応答性物質より選ばれる少なくとも一種の物質である請求項１または２に記載の発電設備。
4. 前記外部刺激応答性高分子が下限臨界溶解温度を有する温度応答性物質であり、前記外部刺激発生装置が加熱装置であり、外部刺激除去装置が冷却装置である請求項２に記載の発電設備。
5. 前記外部刺激応答性高分子が二酸化炭素応答性物質であり、前記外部刺激発生装置が空気供給装置であり、前記外部刺激除去装置が二酸化炭素供給装置である請求項２に記載の発電設備。
6. 前記温度応答性物質が、ポリアクリルアミド誘導体である請求項３または４に記載の発電設備。
7. 前記二酸化炭素応答性物質が、ポリアミン誘導体である請求項３または５に記載の発電設備。

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