JP2022021409A - Concentration difference power generation system - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
本開示は、濃度差発電システムに関する。 The present disclosure relates to an osmotic power generation system.
海水と淡水の塩分の濃度差を利用して発電する濃度差発電が知られている。濃度差発電は、火力発電のように化石燃料を使用せず、太陽光発電のように発電量の変動が大きくないことから、新たな再生可能エネルギーとして注目されている。 Osmotic power generation is known in which power is generated by utilizing the difference in salt concentration between seawater and freshwater. Unlike thermal power generation, concentration difference power generation does not use fossil fuels, and unlike solar power generation, the amount of power generation does not fluctuate significantly, so it is attracting attention as a new renewable energy.
濃度差発電方法として、特許文献1には、半透膜を介して、低濃度塩水と高濃度塩水とを接触させることで、低濃度塩水から高濃度塩水への水の流動を生じさせ、上記流動を利用して発電機を駆動させる方法が開示されている。
As a concentration difference power generation method,
濃度差発電は、上述の通り、海水及び河川の水の濃度差で発電する。そのため、海水を半透膜に接触させるために、海から海水を供給する必要がある。しかしながら、海から濃度差発電を生じさせる半透膜までの距離が長い場合も少なくない。このような場合には海水を供給するための配管も長くなる傾向にある。海水を供給するための配管が長いと、海水を半透膜に供給するためのエネルギーが大きくなる。そのため、半透膜を含む浸透装置へ海水を供給するためだけの海水ポンプを設けた場合には、濃度差発電システム全体として発電効率が低下するおそれがある。 As described above, the concentration difference power generation is generated by the concentration difference between seawater and river water. Therefore, it is necessary to supply seawater from the sea in order to bring the seawater into contact with the semipermeable membrane. However, there are many cases where the distance from the sea to the semipermeable membrane that causes concentration difference power generation is long. In such a case, the piping for supplying seawater tends to be long. If the piping for supplying seawater is long, the energy for supplying seawater to the semipermeable membrane increases. Therefore, if a seawater pump is provided only for supplying seawater to the permeation device including the semipermeable membrane, the power generation efficiency of the entire concentration difference power generation system may decrease.
そこで、本開示は、半透膜を含む浸透装置へ海水を供給するためだけの海水ポンプを備えていなくても海水を浸透装置へ供給可能な濃度差発電システムを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present disclosure to provide a concentration difference power generation system capable of supplying seawater to an infiltration device without having a seawater pump only for supplying seawater to the infiltration device including a semipermeable membrane.
本開示に係る濃度差発電システムは、水蒸気を海水で冷却する復水器を備える。濃度差発電システムは、復水器から供給される海水が通過する第1空間と、淡水が通過する第2空間とを区画し、復水器よりも低い位置に配置される半透膜を含む浸透装置を備える。濃度差発電システムは、第1空間を通過する海水によって発電する。 The concentration difference power generation system according to the present disclosure includes a condenser that cools water vapor with seawater. The osmotic power generation system includes a semipermeable membrane that separates the first space through which seawater supplied from the condenser passes and the second space through which freshwater passes, and is placed at a position lower than the condenser. Equipped with a penetration device. The concentration difference power generation system generates power by seawater passing through the first space.
濃度差発電システムは、第1空間を通過する海水によって回転するタービンと、タービンの回転によって発電する発電機とをさらに備えてもよい。濃度差発電システムは、復水器で冷却された水から水蒸気を生成するボイラーを備え、ボイラーによって生成された水蒸気によって発電し、ボイラーによって生成された水蒸気は復水器で冷却されてもよい。 The concentration difference power generation system may further include a turbine rotated by seawater passing through the first space and a generator generated by the rotation of the turbine. The concentration difference power generation system includes a boiler that generates steam from water cooled by the condenser, and generates electricity by the steam generated by the boiler, and the steam generated by the boiler may be cooled by the condenser.
本開示によれば、半透膜を含む浸透装置へ海水を供給するためだけの海水ポンプを備えていなくても海水を浸透装置へ供給可能な濃度差発電システムを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a concentration difference power generation system capable of supplying seawater to an infiltration device without having a seawater pump only for supplying seawater to the infiltration device including a semipermeable membrane.
以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, some exemplary embodiments will be described with reference to the drawings. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
本実施形態に係る濃度差発電システム1は、海水と淡水の浸透圧差を利用して発電する。図1は、一実施形態に係る濃度差発電システム1を示す概略図である。図1に示すように、濃度差発電システム1は、復水器15と、浸透装置50と、タービン60と、発電機70とを備える。また、濃度差発電システム1は、水蒸気発電装置10を備えている。
The concentration difference
水蒸気発電装置10は、循環配管11と、給水ポンプ12と、ボイラー13と、タービン14と、復水器15と、発電機16とを備えている。循環配管11には、給水ポンプ12と、ボイラー13と、タービン14と、復水器15とが設けられている。
The steam
ボイラー13には、給水ポンプ12によって液体の水が供給される。ボイラー13に供給された水は加熱され、加熱された水は水蒸気となる。水蒸気となって体積が膨張した水蒸気は、タービン14を通過し、タービン14を回転させる動力として用いられる。タービン14は、発電機16と機械的に接続されており、タービン14の回転によって発電機16が発電するように設けられている。タービン14から排出された水蒸気は、復水器15に供給される。
Liquid water is supplied to the
復水器15は、ボイラー13によって生成された水蒸気を海水で冷却する。復水器15としては、例えば表面復水器を使用することができる。復水器15には、海Sから海水が供給されるため、復水器15を通過する水蒸気の熱と、復水器15を通過する海水の熱とが交換される。復水器15で冷却された水蒸気は凝縮し、凝縮した水は給水ポンプ12によってボイラー13に再度供給される。
The
このようにして、ボイラー13は、復水器15で冷却された水から水蒸気を生成する。発電機16は、ボイラー13によって生成された水蒸気によって発電する。ボイラー13によって生成された水蒸気は復水器15で冷却される。復水器15には、供給配管17及び排出配管18が接続されており、供給配管17を通じて水蒸気を冷却するための海水が復水器15に供給され、排出配管18を通じて水蒸気の熱と熱交換されて加熱された海水が復水器15から排出される。
In this way, the
供給配管17の一端は復水器15の海水の入口と接続されており、供給配管17のもう一端は海Sの中に配置されている。供給配管17には、循環水ポンプ19と、吐出弁20とが設けられている。循環水ポンプ19は、海Sから復水器15へ海水を汲み上げる。吐出弁20は、循環水ポンプ19で汲み上げられた海水の通路を開閉することによって、循環水ポンプ19で汲み上げられた海水の吐出量を調節することができる。また、供給配管17には、海水の通路を開閉可能な入口弁21が復水器15の入口側に設けられている。入口弁21は、復水器15に流入する海水の量を調節することができる。
One end of the
排出配管18の一端は復水器15の海水の出口と接続されており、排出配管18のもう一端は海Sに導かれている。排出配管18には海水の通路を開閉可能な出口弁22が設けられている。復水器15は、海面よりも高い位置に設けられているため、復水器15から海水を排出するためのポンプが設けられていなくても、出口弁22を開閉するだけで、海水を自重によって復水器15から海Sに放出することができる。
One end of the
排出配管18における復水器15の下流側には接続配管31が接続されている。接続配管31の一端は排出配管18に接続されており、接続配管31のもう一端は浸透装置50に接続されている。接続配管31は、排出配管18における復水器15と出口弁22との間に設けられている。ただし、接続配管31は、出口弁22に対して復水器15とは反対側の排出配管18に設けられていてもよい。排出配管18には、流量調節弁32と、水圧計33と、ブースターポンプ34と、前処理装置35とが設けられている。
A
流量調節弁32は、復水器15から浸透装置50に供給される海水の通路を開閉することができる。復水器15は、上述のように、海面及び浸透装置50よりも高い位置に設けられているため、海水は、自重によって、復水器15から浸透装置50に移動することができる。したがって、復水器15から海水を供給するためのポンプが設けられていなくても、流量調節弁32を開閉するだけで、復水器15から浸透装置50へ流れる海水の量を調節することができる。
The flow rate control valve 32 can open and close the passage of seawater supplied from the
水圧計33は、接続配管31内を流れる海水の水圧を測定することができる。水圧計33で水圧を測定することによって、接続配管31内を流れる海水の量を把握することができる。そのため、例えば流量調節弁32の開度を調節し、最適な流量の海水を浸透装置50に供給することができる。水圧計33で得られた水圧に関する信号は、制御部80に送られ、制御部80が上記信号に基づいて流量調節弁32の開度を調節してもよい。
The
ブースターポンプ34は、流量調節弁32の下流側の接続配管31に設けられ、接続配管31内を流れる海水を昇圧する。上述の通り、海水は自重によって復水器15から浸透装置50まで流れることができる。そのため、ブースターポンプ34は必須ではないが、必要に応じて接続配管31内を流れる海水の水圧を上昇させることができる。
The
前処理装置35は、浸透装置50の上流側に設けられている。前処理装置35は、フィルターを含んでおり、水中のゴミなどの異物をフィルターによって除去することができる。海水が前処理装置35を通過することで、異物が除去されて清浄化された処理水を浸透装置50に供給することができる。そのため、浸透装置50の半透膜51が異物で目詰まりするのを抑制することができる。フィルターとしては、ウルトラフィルター膜などの公知のフィルターを用いることができる。前処理装置35は、逆流洗浄が可能な逆流洗浄器を含んでいてもよい。逆流洗浄器は、フィルターに対して下流側から上流側に水を流すことができるため、フィルターで捕らえられた異物を除去してフィルターを洗浄することができる。逆流洗浄は、任意のタイミングで実施してもよく、所定の期間ごとに実施してもよい。
The
浸透装置50は、半透膜51を含んでいる。浸透装置50は、第1空間52と第2空間53とを有しており、第1空間52と第2空間53とは半透膜51によって区画されている。第1空間52内を海水が通過し、第2空間53内を淡水が通過する。
The
第1空間52内を通過する海水は、上述したように、復水器15から供給される。半透膜51は、復水器15よりも低い位置に配置されるため、海水は、自重によって、復水器15から浸透装置50に供給される。また、第2空間53内を通過する淡水は、河川Rから供給される。淡水は、給水配管40を介して浸透装置50に供給される。給水配管40の一端は、浸透装置50の第2空間53に接続されており、給水配管40のもう一端は河川Rの中に配置されている。給水配管40にはポンプ41と前処理装置42とが設けられており、ポンプ41は、河川Rの淡水を汲み上げ、給水配管40を通じて浸透装置50の第2空間53に淡水を供給することができる。
The seawater passing through the
前処理装置42は、浸透装置50の上流側に設けられている。前処理装置42は、フィルターを含んでおり、水中のゴミなどの異物をフィルターによって除去することができる。淡水が前処理装置42を通過することで、異物が除去されて清浄化された処理水を浸透装置50に供給することができる。そのため、浸透装置50の半透膜51が異物で目詰まりするのを抑制することができる。フィルターとしては、ウルトラフィルター膜などの公知のフィルターを用いることができる。前処理装置42は、前処理装置35と同様の逆流洗浄器を含んでいてもよい。なお、前処理装置35及び前処理装置42は接続配管31及び給水配管40にそれぞれ別の構成として設けたが、1つの前処理装置として接続配管31及び給水配管40に設けられてもよい。
The
半透膜51は、上述のように、復水器15から供給される海水が通過する第1空間52と、淡水が通過する第2空間53とを区画する。すなわち、半透膜51は、一方の面が海水と接触し、もう一方の面が淡水と接触する。半透膜51は、水分子を透過するが、海水中のナトリウムイオンなどを透過しない。そのため、淡水中の水分子が半透膜51を透過して海水と合流する。透過した水分子の量に応じて第1空間52内の海水の流量が増加するため、第1空間52内で海水の流れが加速する。
As described above, the
半透膜51の膜の形状及び膜厚は特に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。半透膜51は、剛性を付与するため、支持体などの表面に設けられてもよい。半透膜51の孔径は、水分子を透過し、海水中のナトリウムイオンなどを透過しない程度の大きさであればよく、例えば1nm~10nmである。半透膜51は、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン及びセラミックなどの公知の材料を用いることができる。
The shape and film thickness of the
浸透装置50には、配管54が接続されている。配管54の一端は浸透装置50の第1空間52に接続されており、配管54のもう一端はタービン60と接続されている。配管54には水圧計55が設けられており、配管54内を流れる海水の水圧を測定することができる。水圧計55で測定された水圧に基づいて流量調節弁32の開度が調節されてもよい。水圧計33で得られた水圧に関する信号が制御部80に送られ、制御部80は上記信号に基づいて流量調節弁32の開度を調節してもよい。
A
半透膜51の第1空間52から排出された海水は、タービン60に供給される。タービン60は、半透膜51の第1空間52を流れる海水の通過によって回転する。タービン60は、発電機70と機械的に接続されており、発電機70と連動するように設けられている。そのため、発電機70は、タービン60の回転によって発電する。すなわち、濃度差発電システム1は、第1空間52を通過する海水によって発電する。
The seawater discharged from the
タービン60は配管61と接続されている。配管61の一端はタービン60の出口と接続されており、配管61のもう一端は海Sに導かれている。タービン60を通過した海水は、配管61を介して海Sへ放出される。
The
浸透装置50は、配管56と接続されている。配管56の一端は浸透装置50の第2空間53と接続されており、配管56のもう一端は河川Rへ導かれている。第2空間53内の淡水は、浸透装置50から河川Rに排出される。
The
浸透装置50から排出される淡水は、工場Pなどへ移送され、工業用水として使用してもよい。浸透装置50に供給される淡水は、前処理装置42で異物が除去されて浄化されているため、工場内で使用する水として利用することができる。
The fresh water discharged from the
制御部80は、水圧計33からの水圧に関する信号、水圧計55からの水圧に関する信号、及び発電機70からの回転速度に関する信号などを受信してもよい。そして、制御部80は、これらの信号に基づいて流量調節弁32の開閉、ブースターポンプ34の吐出量、ポンプ41の吐出量を調節してもよい。
The
以上の通り、本実施形態に係る濃度差発電システム1は、水蒸気を海水で冷却する復水器15を備える。濃度差発電システム1は、復水器15から供給される海水が通過する第1空間52と、淡水が通過する第2空間53とを区画し、復水器15よりも低い位置に配置される半透膜51を含む浸透装置50を備える。第1空間52を通過する海水によって発電する。
As described above, the concentration difference
濃度差発電をするためには、海Sから海水を浸透装置50に供給する必要がある。しかしながら、海水を浸透装置50まで供給するための配管が長いと、海水を浸透装置50に供給するためのエネルギーが大きくなり、濃度差発電システム1全体として発電効率が低下するおそれがある。
In order to generate osmotic power generation, it is necessary to supply seawater from the sea S to the
一方、復水器15は、火力発電所などにおいて生成された水蒸気を、海水で冷却している。本実施形態に係る濃度差発電システム1では、復水器15で水蒸気の冷却に用いられた海水を浸透装置50にも利用することができる。そのため、半透膜51を含む浸透装置50へ海水を供給するためだけの海水ポンプを備えていなくても海水を浸透装置50へ供給することができる。したがって、海水を海Sから浸透装置50まで供給するためのエネルギーを低減することができる。また、ポンプに必要な設備費用及び維持費用を低減することができる。
On the other hand, the
さらに、復水器15から浸透装置50に供給される海水は、水蒸気の熱と熱交換することによって加温されている。浸透圧は、温度が高くなるほど大きくなるため、加温された海水が浸透装置50に供給されることにより、第2空間53を通過する淡水中の水分子が、第1空間52を通過する海水へ透過しやすくなる。したがって、第1空間52を通過する海水の流量が多くなり、濃度差発電システム1による発電量が多くなる。
Further, the seawater supplied from the
濃度差発電システム1は、第1空間52を通過する海水によって回転するタービン60と、タービン60の回転によって発電する発電機70とをさらに備えてもよい。これにより、浸透装置50の第1空間52を通過する海水によってより確実に発電することができる。
The concentration difference
濃度差発電システム1は、復水器15で冷却された水から水蒸気を生成するボイラー13を備え、ボイラー13によって生成された水蒸気によって発電し、ボイラー13によって生成された水蒸気は復水器15で冷却されてもよい。これにより、発電機70だけでなく、発電機16でも発電できるため、より多くの電力を生成することができる。
The concentration difference
なお、本実施形態に係る濃度差発電システム1では、復水器15が火力発電で用いられている例を説明した。しかしながら、水蒸気を海水で冷却するのであれば、火力発電に限らず、例えば原子力発電などで用いられている復水器も同様に使用することができる。
In the concentration difference
また、本実施形態に係る濃度差発電システム1では、復水器15の海水を浸透装置50に供給した。しかしながら、復水器15の海水を濃縮した水を浸透装置50に供給してもよい。このような水を浸透装置50に供給することによって、淡水との濃度差が大きくなるため、浸透圧を大きくすることができ、発電機70による発電量を多くすることができる。復水器15の海水を濃縮方法としては、例えば、半透膜を用いた淡水化装置が挙げられる。淡水化装置は、半透膜の一方の面側の海水を浸透圧以上に加圧することで、半透膜のもう一方の面側に淡水を押し出すことができる。このような装置を設けることで、海水から淡水を生成するとともに、海水側の水が濃縮されるために淡水との濃度差が大きくなるため、濃度差発電量を増加させることができる。
Further, in the concentration difference
いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。 Although some embodiments have been described, it is possible to modify or modify the embodiments based on the above disclosure contents. All the components of the embodiment and all the features described in the claims may be individually extracted and combined as long as they do not contradict each other.
1 濃度差発電システム
13 ボイラー
15 復水器
50 浸透装置
51 半透膜
52 第1空間
53 第2空間
60 タービン
70 発電機
1 Osmotic
Claims (3)
前記復水器から供給される海水が通過する第1空間と、淡水が通過する第2空間とを区画し、前記復水器よりも低い位置に配置される半透膜を含む浸透装置と、
を備え、
前記第1空間を通過する海水によって発電する、濃度差発電システム。 A condenser that cools water vapor with seawater,
An infiltration device including a semipermeable membrane that separates a first space through which seawater supplied from the condenser passes and a second space through which fresh water passes, and is arranged at a position lower than the condenser.
Equipped with
A concentration difference power generation system that generates electricity by seawater passing through the first space.
前記タービンの回転によって発電する発電機と、
をさらに備える、請求項1に記載の濃度差発電システム。 A turbine rotated by seawater passing through the first space,
A generator that generates electricity by the rotation of the turbine,
The concentration difference power generation system according to claim 1.
前記ボイラーによって生成された水蒸気によって発電し、
前記ボイラーによって生成された水蒸気は前記復水器で冷却される、請求項1又は2に記載の濃度差発電システム。 It is equipped with a boiler that generates steam from the water cooled by the condenser.
Power is generated by the steam generated by the boiler,
The concentration difference power generation system according to claim 1 or 2, wherein the steam generated by the boiler is cooled by the condenser.
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