JP6169019B2 - 循環型浸透圧発電のための作業媒体、循環型浸透圧発電システムおよび方法、並びに作業媒体の相制御方法 - Google Patents
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Description
実施形態の循環型浸透圧発電用作業媒体は、循環型浸透圧発電装置において使用するための作業媒体である(以下「作業媒体」とも記す)。
「水または誘引液の濃度が10重量%以下である」ということは、例えば、水と誘引液とを含む混合液中(即ち、作業媒体中)、水を溶質とし、誘引液を溶媒としたときには、水の濃度が10重量%以下であればよい。同様に、例えば、水と誘引液とを含む混合溶中(即ち、作業媒体中)、誘引液を溶質とし、水を溶媒としたときには、誘引液の濃度が10重量%以下であればよい。換言すれば、濃度は、作業媒体100g中の水または誘引液の何れかの重量で示されればよく、単位は「重量%」または「Wt%」である。
循環型浸透圧発電方法は、作業媒体を循環して発電する浸透圧発電方法である。当該方法において使用される作業媒体は上述した通りである。当該方法は、浸透膜を介在させて配置した水相液(または水)と誘引液相液(または誘引液)との浸透圧差により、水相液(または水)の一部分が浸透膜を通過することにより、混合液の流れを生じさせることと、生じた流れでタービンを稼働させて発電することと、タービンを稼働させた後の混合液を水相と誘引液相とに相分離することと、相分離によって得られた水相液と誘引液相液を浸透膜に向けて送ることと、を含む。そして、浸透膜に向けて送られた水相液と誘引液相液との間の浸透圧差により、更にタービンを回す。このように当該方法は、作業媒体を再生しながら発電を繰り返す、または継続して発電を行う方法である。このような方法おいて、上述の通りの作業媒体を使用することにより、低コストで運転可能な循環型浸透圧発電システムを提供することが可能となる。ここで、水と誘引液とが浸透膜を介在させて配置されるという状況は、例えば、循環型浸透圧発電システムにおいて、循環型浸透圧発電方法を開始する際の初期状態として浸透膜を挟んで水と誘引液とを配置する際にみられる。例えば、この場合、循環型浸透圧発電方法を開始する際の初期状態として、水と誘引液が浸透膜を介して配置されればよい。その場合、初期状態に続き、浸透圧差による液体の流れを生じさせ、その流れによりタービンを稼働することが行われればよい。また別の態様では、循環型浸透圧発電方法を開始する際の初期状態として、液−液相互溶解した2成分混合溶液を用いてもよい。その場合、初期状態に続き、相分離工程が行われればよい。更なる態様においては、循環型浸透圧発電方法を開始する際の初期状態として、水相液と誘引液相液が浸透膜を介して配置されてもよい。その場合、初期状態に続き、浸透圧差による液体の流れを生じさせ、その流れによりタービンを稼働することが行われればよい。
図8〜11を用いて、実施形態に従う循環型浸透圧発電システムの例について説明する。図8は循環型浸透圧発電システムの略図である。
(1)シリンジ試験装置
図14(a)を参照しながら、シリンジ試験装置の作製について説明する。まず、2本の1mLのプラスチック製ディスポーザブルシリンジ211および212を用意した。これらの樹脂シリンジ211および212の注射針をセットする側の先端をそれぞれ切り落とした(S1)。得られた2つの切断されたシリンジ211および212の指掛け部を互いに向い合せて、空気が入り込まないように、その間に2枚のゴムラバーと1組の浸透膜を挟み込んだ。挟み込みは、第1のシリンジ211、第1のゴムラバー213、浸透膜214、第2のゴムラバー215、第2のシリンジ212の順番で行い、クリップ(図示せず)で固定した(S2)。
例1
上記(1)の手順に従って、第1のシリンジ211には、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール(PF1P)を収容し、第2のシリンジ212には真水を収容したシリンジ試験装置216を作製した。各液の収容は、(S1)工程と(S2)工程の間に、試験に使用する液体をシリンジ211および212内部にそれぞれ収容した。その後、第1のシリンジ211が第2のシリンジ212の上方に位置するように、シリンジ試験装置を載置面に対して垂直に固定し、25℃、1気圧の条件下に静置した(即ち、シリンジの縦置き)。その後、1時間毎にメモリを読んで水の移動を計測した。ここにおいて、シリンジ試験装置216に収容された液体は、シリンジ試験装置216の作製工程においても、また試験中においても外部に漏れなかった。比較のために、第1のシリンジ211内に3.5Wt%の海水を収容したことを除いて、上記のPF1Pを用いた試験と同様にシリンジ試験装置216を作製し、同様の試験を行った。
PF1Pと水を収容させたシリンジ試験装置216の試験開始から3.5時間の様子を図15に模式的に示す。更なる試験の結果を図16に示す。
例2
まず、PF1P中の2BEの重量濃度が10重量%となるように、90:10の割合で2BEとPF1Pとを混合して混合液を誘引液として得た。この誘引液と水とを種々の割合で混ぜて、作業媒体を得た。具体的には、作業媒体中の誘引液の重量濃度が、5、10、20、30、40、50、60、70、80および90重量%となるように誘引液と水とを混ぜた。即ち、混合物と水との混合割合は10重量%ずつ変更した。それにより得られるそれぞれの濃度の作業媒体を低温から昇温して相の変化を観察し、相図を作成した。得られた相図を図17に示した。
例2と同様にして、2BEに1−ブロモプロパン(1BP)を10重量%混合し、この混合物を、誘引液として得た。得られた誘引液を水に混ぜて作業媒体を作製し、この作業媒体について相図を作成した。水を溶媒として、作業媒体中の誘引液の重量濃度は、10、20、30、40、50、60および70重量%となるように混合した。そのようにして得られたそれぞれの濃度の作業媒体を低温から昇温して相の変化を観察し、相図を作成した。得られた相図を図20に示す。また、このときの浸透圧差圧と温度との関係を図21に示す。
トリブロモエタノール(TBE)は、その水溶液中で固体が析出する物質であることが知られている。このようなTBEの相図を、相制御剤を用いることに変更する試験を行った。まず、対照となる混合液を作製した。即ち、水とTBEとを含む混合液中で、TBEの重量濃度が5、10、20、30、40、50、60、70、80および90重量%となるように、それぞれ水とTBEとを混合し、対照混合液を作製した。それぞれの対照混合液について、低温から昇温して相の変化を観察した。それに基づいて、相図を作成した。得られたTBEと水との混合液の相図を図22に示す。常温で固体が析出する場合には、浸透膜を傷つけることが問題となる。この問題を解決するために相制御について試験した。
トリブロモエタノールに50Wt%エタノールを混合して、誘引液を作製した。上記(1)の手順に従って、第1のシリンジ211にはこの誘引液を収容し、第2のシリンジ212には真水を収容したシリンジ試験装置216を作製した。その後、第1のシリンジ211を第2のシリンジ212の上方に位置するように、シリンジ試験装置を載置面に対して垂直に固定し、20℃、1気圧の条件下に静置した(即ち、シリンジの縦置き)。その後、1時間毎にメモリを読んで水の移動を計測した。
6.浸透膜 10.流出口
100,200,300,400.循環型浸透圧発電システム
100a,200a,300a,400a.循環型浸透圧発電装置
101a,101b,101c,101d,101e,101f.パイプライン
102a,102b,102c,102d.開閉弁
103a,103b.タンク 104a,104b.ポンプ
105.圧力交換機 106.揚水機
Claims (19)
- 水と誘引液とを含む混合液であり、温度および気圧が5℃〜35℃および1気圧の条件下で、前記混合液中の水または誘引液の濃度が10重量%以下のときには、液−液相互溶解した2成分混合液の状態にあり、前記濃度が10重量%よりも大きいときには水相と誘引液相とに相分離した状態にあることを特徴とする、誘引液相を収容するための第1の室と、水相を収容するための第2の室と、前記第1の室と前記第2の室との間に介在する浸透膜とを備える浸透圧発生器内の浸透圧差により生じる液体の流れでタービンを稼働させて発電する循環型浸透圧発電システムにおいて使用するための作業媒体。
- 前記温度が25℃であることを特徴とする請求項1に記載の作業媒体。
- 前記混合液中の水または誘引液の濃度が7重量%以下のときには、液−液相互溶解した2成分混合液の状態にあり、前記濃度が7重量%よりも大きいときには水相と誘引液相とに相分離した状態にあることを特徴とする請求項1または2に記載の作業媒体。
- 前記第1の室が前記第2の室の上方に位置し、前記誘引液の比重が1.1以上であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の作業媒体。
- 前記誘引液がハロゲン化合物であることを特徴とする請求項4に記載の作業媒体。
- 前記ハロゲン化合物がフッ素化合物または2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノールであることを特徴とする請求項5に記載の作業媒体。
- 下部臨界温度を有することを特徴とする請求項1〜3に記載の作業媒体。
- 前記誘引液が、2−ブトキシエタノールと2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノールとの混合液であり、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノールは相制御剤として、2−ブトキシエタノールの相転移温度を変更するための量で含まれていることを特徴とする請求項7に記載の作業媒体。
- 前記相制御剤により、前記水と前記誘引液との混合液の下部臨界温度が下方制御されていることを特徴とする請求項8に記載の作業媒体。
- 作業媒体を利用して発電する循環型浸透圧発電システムであって:
水と誘引液とを含み、温度および気圧が5℃〜35℃および1気圧の条件下で、前記混合液中の水または誘引液の濃度が10重量%以下のときには、液−液相互溶解した2成分混合液の状態にあり、前記濃度が10重量%よりも大きいときには水相と誘引液相とに相分離した状態にあることを特徴とする作業媒体;
処理容器と、前記処理容器内を第1の室と第2の室とに区画する浸透膜と、前記第1の室が位置する前記処理容器に設けられ前記誘引液相液が流入する第1の流入口と、前記第2の室が位置する前記処理容器に設けられ前記水相液が流入する第2の流入口と、前記第1の室が位置する前記処理容器に設けられ、前記第1の室内の液体が流出する流出口とを備える浸透圧発生器;
前記浸透圧発生器の前記第1の室から前記流出口を通して流出した当該液体の流れで発電するタービン;
前記タービンを稼働した前記液体を収容するタンク;
前記タンクから流出した前記液体を水相と誘引液相とに相分離する分離塔;
分離された当該誘引液相液を前記第1の流入口に送る第1の送液ライン;および
分離された当該水相液を前記第2の流入口に送る第2の送液ライン;
を具備するシステム。 - 前記作業媒体の温度に関する条件が、25℃である請求項10に記載のシステム。
- 前記作業媒体は、前記誘引液中の前記水の濃度が7重量%以下のときには液−液相互溶解した2成分混合溶液の状態にあり、前記濃度が7重量%よりも大きいときには水相と誘引液相とに相分離した状態にあることを特徴とする請求項10または11に記載のシステム。
- 前記第1の室が前記第2の室の上方に位置し、前記誘引液の比重が1.1以上であることを特徴とする請求項10〜12の何れか1項に記載のシステム。
- 前記第1の送液ラインと、前記第1の室から前記タービンに向う前記液体の流れとの間に架設された圧力交換機を更に具備する請求項10〜13の何れか1項に記載のシステム。
- 作業媒体を循環して発電する浸透圧発電方法であって:
前記作業媒体が、水と誘引液とを含み、温度および気圧が5℃〜35℃および1気圧の条件下で、前記誘引液中の前記水または誘引液の濃度が10重量%以下のときには液−液相互溶解した2成分混合溶液の状態にあり、前記濃度が10重量%よりも大きいときには水相と誘引液相とに相分離した状態にあることを特徴とし、
当該方法が、
(1)浸透膜を介在させて配置した当該水相液と当該誘引液相液との浸透圧差により、前記水相液の一部分が前記浸透膜を通過し、それによって液体の流れを生じさせることと、
(2)前記液体の流れでタービンを稼働させて発電することと、
(3)前記タンクから流出した前記液体を水相と誘引液相とに相分離することと、
(4)前記相分離によって得られた当該水相液と当該誘引液相液を浸透膜に向けて送ることと、
を含む方法。 - 前記作業媒体の温度に関する条件が、25℃である請求項15に記載の方法。
- 前記作業媒体は、前記誘引液中の前記水または誘引液の濃度が7重量%以下のときには液−液相互溶解した2成分混合溶液の状態にあり、前記濃度が7重量%よりも大きいときには水相と誘引液相とに相分離した状態にあることを特徴とする請求項15または16に記載の方法。
- 前記(1)において、前記浸透膜を介在させて前記誘引液相液は、前記水相液の上方に配置され、前記誘引液の比重が1.1以上であることを特徴とする請求項15〜17の何れか1項に記載の方法。
- 水と誘引液とを含み、且つ第1の温度区と第2の温度区とを区分する当該臨界温度で、第1の相と第2の相とに相転移し、前記第1の温度区では、当該水と当該誘引液とが液−液相互溶解した2成分混合溶液の状態にあり、当該第2の温度区では、当該水と当該誘引液とが相分離した状態にある、臨界温度を有する作業媒体を用いて、当該誘引液相液を収容するための第1の室と、当該水相液を収容するための第2の室と、前記第1の室と前記第2の室との間に介在する浸透膜とを備える浸透圧発生器内の浸透圧差により生じる液体の流れでタービンを稼働させて発電する循環型浸透圧発電システムにおいて、前記誘引液に、前記誘引液と相互溶解する相制御剤を含ませることによって、当該作業媒体の相を制御することを特徴とする、作業媒体の相制御方法。
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