WO2011148649A1 - 流体膜分離発電方法および流体膜分離発電システム - Google Patents

流体膜分離発電方法および流体膜分離発電システム Download PDF

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WO2011148649A1
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power generation
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membrane separation
pure
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小西貴久
小林顕太郎
小泓誠
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日東電工株式会社
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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the present invention relates to a cross-flow type membrane separation apparatus using a separation membrane such as a microfiltration membrane (MF membrane), an ultrafiltration membrane (UF membrane), a nanofiltration membrane (NF membrane), and a reverse osmosis membrane (RO membrane).
  • MF membrane microfiltration membrane
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • NF membrane nanofiltration membrane
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • the present invention relates to a fluid membrane separation power generation method and a fluid membrane separation power generation system, in which a supply fluid is separated into a permeation fluid and a concentrated fluid using the above, and the concentrated fluid is used in a temperature difference power generation device and a pure fluid production device of an evaporation method.
  • membrane separation refers to the physical and chemical properties of the membrane such as the shape and size of the pores of the membrane, the physical and chemical properties such as the molecular shape and size of the substance to be treated, and the pressure.
  • This is a separation method performed by a combination of three elements related to driving force such as a difference.
  • separation membranes intended for water treatment use microfiltration membranes (MF membranes), ultrafiltration membranes (UF membranes), nanofiltration membranes (NF membranes), reverse osmosis membranes (depending on the type and size of the substance to be separated. (RO membrane) and the like.
  • MF membranes microfiltration membranes
  • UF membranes ultrafiltration membranes
  • NF membranes nanofiltration membranes
  • RO membrane reverse osmosis membranes
  • These separation membranes are preferably used for ultrapure water production, brine or seawater desalination, wastewater treatment, and the like.
  • it can be used for advanced processing such as separation, removal and recovery of harmful components from dyeing wastewater, electrodeposition paint wastewater, sewage, etc
  • a composite reverse osmosis membrane provided with a polyamide-based separation functional layer is generally used.
  • This composite reverse osmosis membrane constitutes a spiral type separation membrane element, and this separation membrane element is loaded in a pressure vessel to provide a cross flow type membrane separation device.
  • a seawater desalination apparatus including such a membrane separator attempts have been made to recover pressure energy remaining in concentrated water by a recovery apparatus and use it for driving a pump (see Patent Document 1).
  • a temperature difference power generation device that uses a temperature difference between hot seawater at high temperatures in the ocean surface and cold cold seawater at deep ocean depths.
  • a temperature difference power generation device includes an evaporator and a condenser as heat exchangers, a turbine directly connected to the generator, a pump, and the like, and these components are connected by pipes.
  • a working fluid such as ammonia sealed in the apparatus is sent to an evaporator in a liquid state, and heated at a temperature of a high-temperature fluid such as warm seawater to become steam.
  • Patent Literature 3 discloses a system that condenses after evaporating seawater used as a high-temperature fluid in an open cycle system
  • Patent Literature 4 discloses that before evaporating seawater in a decompression vessel.
  • a system for heating seawater using surplus energy during power generation is disclosed.
  • JP 2000-167358 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-091361 International Publication No. 2007/020707 Pamphlet JP 2006-05451 A
  • the conventional technology has various problems in actual operation. For example, in the seawater desalination treatment using the composite reverse osmosis membrane, it is necessary to pressurize more than the osmotic pressure of seawater, that is, about 5 to 7 MPa. It is a factor that pushes up.
  • seawater desalination is a process associated with power generation by evaporation. Done.
  • seawater desalination using an evaporation method requires a very large-scale plant, and it is practically difficult to ensure a sufficient amount of fresh water.
  • the present invention separates a supply fluid into a permeation fluid and a concentrated fluid using a cross-flow type membrane separation device, heats the concentrated fluid, and then converts the heated concentrated fluid into a temperature difference power generation device and an evaporation method pure fluid.
  • a fluid membrane separation power generation method characterized by being supplied to a manufacturing apparatus for processing.
  • the concentrated fluid is used as described above.
  • the concentrated fluid since the concentrated fluid has a higher specific heat than seawater or tap water, the concentrated fluid is used in a temperature difference power generation device and an evaporation method pure fluid production device. The energy required for heating can be greatly reduced. For example, when membrane separation of seawater is carried out, the specific heat of Bromley et al. (J. Chem. Eng.
  • Data, Data12, (1967), ⁇ 202.) calculates the salinity of concentrated water against the salt concentration of 3.5% of seawater.
  • the concentration is about 7% (when the recovery rate is 50%), and the specific heat of the concentrated water at this time is reduced by about 4.5%, so that energy of at least about 4.5% can be reduced. Has a high energy saving effect.
  • the concentrated fluid is stored in a storage section during or after heating, and the concentrated fluid is supplied from the storage section to the temperature difference power generation device and the evaporation method pure fluid production apparatus. Furthermore, in the present invention, it is preferable to mix the permeated fluid finally obtained from the cross-flow type membrane separator and the pure fluid obtained from the evaporation method pure fluid production apparatus.
  • the present invention also provides a fluid processing device including a cross-flow type membrane separation device that separates a supply fluid into a permeation fluid and a concentrated fluid, and a heating device that heats the concentrated fluid separated by the membrane separation device, and a high-temperature fluid.
  • the temperature difference power generation device that generates power using the temperature difference between the low temperature fluid and the low temperature fluid, wherein the concentrated fluid is supplied from the fluid processing device as a high temperature fluid, and the temperature difference power generation device is supplied from the fluid processing device
  • An evaporative pure fluid production apparatus for producing a pure fluid by evaporating a concentrated fluid is provided.
  • the fluid processing device further includes a storage unit that stores the concentrated fluid heated by the heating device, and the concentrated fluid is supplied from the storage unit to the temperature difference power generation device and the evaporation method pure fluid production device.
  • the said heating apparatus is a solar heating apparatus which heats concentrated fluid using solar energy.
  • a sufficient amount of pure fluid can be secured by membrane separation treatment.
  • the energy required for heating can be reduced as described above, so that the operating cost required for the system can be reduced.
  • the pure fluid can be further increased, and the concentrated fluid can be solidified and taken out, so that the load on the surrounding environment can be reduced.
  • the fluid supplied to the membrane separation device is pressurized using the generated electric power, the operating cost of the system can be further reduced.
  • a supply fluid is separated into a permeated fluid and a concentrated fluid using a cross-flow type membrane separator, and then the concentrated fluid is heated by a heating device to generate a temperature difference power generation device and an evaporation method. It supplies to a pure fluid manufacturing apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
  • the “cross-flow type membrane separation device” refers to a membrane separation device that discharges a permeated fluid and a concentrated fluid separately when supplied fluid is supplied.
  • the supply fluid used in the present invention is not limited as long as it can be separated into a permeated fluid and a concentrated fluid in a separation membrane included in a cross-flow type membrane separation device. It can be used for known methods such as desalination, wastewater treatment, dyeing wastewater, electrodeposition paint wastewater, sewage and other methods for separating harmful components, and concentration of active ingredients in food applications. It is preferably a fluid that continuously treats a certain amount such as domestic wastewater, agricultural water, and seawater. Among these, seawater for desalination of seawater, and water obtained by pretreating the seawater and the wastewater by sand filtration, precipitation and / or membrane separation can be preferably used.
  • the supply fluid is pressurized and supplied to the membrane separator.
  • a pressurizing method a mechanical means such as a known pressurizing pump can be used, and the pressure applied at this time may be appropriately determined according to the performance of the supply fluid and the separation membrane, but is generally 1 MPa or more.
  • the pressure is preferably 10 MPa or less, more preferably 1.5 MPa to 8 MPa.
  • the separation membrane is generally used after being processed into an element form in which the supply fluid can be processed.
  • the separation membrane element is not particularly limited as long as it is a cross-flow type membrane separation device.
  • a spiral type separation membrane element including a polyamide-based composite separation membrane is used. Used.
  • the separation membrane element is used by being loaded into a pressure vessel that can withstand the pressurization of the supply fluid, or integrated with the pressure vessel. Used. Any known pressure vessel can be used, and the pressure vessel is not particularly limited.
  • the concentrated fluid discharged from the membrane separation device is heated by a heating device and then supplied to a temperature difference power generation device and an evaporation method pure fluid production device.
  • the heating temperature of the concentrated fluid at this time is appropriately determined according to the vaporization temperature and sealing pressure of the working fluid described later in the temperature difference power generation device, but in the present invention, it is preferably 40 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. It is more preferable that the temperature is not lower than 100 ° C and not higher than 100 ° C.
  • the method of heating the concentrated fluid is not particularly limited, and a known method such as thermal power, heating wire, solar heat or the like can be used as appropriate according to the surrounding environment and device design.
  • a method of heating using solar energy such as sunlight or solar heat is preferable.
  • the heating method include a method of temporarily storing concentrated fluids and heating them together, and a method of heating in an intermediate pipe. In the case of heating in the pipe, it is preferable to use a substance having high thermal conductivity such as metal and the above heating method.
  • a concave mirror is installed at a position symmetrical to sunlight, or one side of the transparent pipe that is symmetrical to the sunlight is used as a mirror surface.
  • a method of heating by condensing is also preferably used.
  • the position of the heating device for heating the concentrated fluid is not particularly limited as long as it is in front of the temperature difference power generation device and the evaporation method pure fluid production device. Further, the concentrated fluid may be heated at least once in front of the temperature difference power generation device and the evaporation method pure fluid production device, but may be performed individually immediately before the temperature difference power generation device or the evaporation method pure fluid production device concentrated fluid. It may be broken.
  • the concentrated fluid is temporarily stored in a storage section such as a storage tank or a tank when the concentrated fluid is heated or after the heating. Since a buffer can be provided in the system operation by this method, the amount and pressure supplied to the temperature difference power generation device and the evaporation method pure fluid production device can be appropriately controlled.
  • the material of the reservoir is not particularly limited as long as it does not corrode or change depending on the components and temperature of the concentrated fluid, but stainless steel, plastic, reinforced concrete, and the like are preferable.
  • a metal having high thermal conductivity such as stainless steel, aluminum, or copper is preferable, and a method of providing a known heat insulating layer such as a low-pressure part or foam around the storage part is also preferable. Can be used.
  • a transparent plastic, glass, etc. You may prepare the mirror surface for improving heat collection efficiency in a bottom face or a peripheral part.
  • the size and shape of the reservoir can be appropriately set in consideration of the amount of concentrated fluid produced and the consumption in the temperature difference power generation device and the evaporation method pure fluid production device.
  • the temperature of the supply fluid rises by 2 to 3 ° C. due to the transfer of thermal energy.
  • the amount of heat energy can be reduced. That is, in order to effectively use the heat energy given to the supply fluid by pressurization, it is preferable to subject the piping from immediately after membrane separation to the heating part to heat insulation.
  • the concentrated fluid discharged from the membrane separator and heated by the heating device is supplied to the temperature difference power generation device as a high-temperature fluid.
  • the low-temperature fluid supplied to the temperature difference power generation device is not particularly limited except that it is a fluid that is not frozen and has no fluid flow problems, and preferably has a temperature as low as possible. It is preferable to use a fluid of less than or equal to ° C.
  • a fluid other than the separation target fluid such as a supply fluid to the membrane separation device, river water, seawater, deep ocean water, or alcohol, but particularly from the viewpoint of system efficiency in membrane separation and power generation. It is preferable to use a part of the fluid supplied to the membrane separation device or a fluid obtained by simply filtering the fluid supplied.
  • the low-temperature fluid after heat exchange is preferably returned as a supply fluid to the membrane separation device, but pressure energy may be recovered from the low-temperature fluid after heat exchange using a pressure energy recovery device described later.
  • the temperature difference between the low-temperature fluid and the high-temperature fluid is preferably 20 ° C. or higher and preferably 25 ° C. or higher when using a highly efficient apparatus such as a carina cycle or Uehara cycle using ammonia as the working fluid. .
  • a highly efficient apparatus such as a carina cycle or Uehara cycle using ammonia as the working fluid.
  • the storage unit, the heating device, and the evaporator of the temperature difference power generation device are arranged in a circulation flow path for circulating the concentrated fluid.
  • the concentrated fluid supplied as a high-temperature fluid from the reservoir to the temperature difference power generator returns to the reservoir after heat exchange with the working fluid, and is appropriately heated and reused in the evaporative pure fluid manufacturing apparatus or the temperature difference generator. May be.
  • the high-temperature fluid having a considerable amount of heat even after heat exchange in the temperature difference power generation device and the heat given to the concentrated fluid in the flow liquid pump (for example, the high-temperature fluid pump) or the pressure pump. Energy can be reused effectively.
  • a heating apparatus can also be arrange
  • the evaporative pure fluid production device is not particularly limited as long as it is a device that undergoes a process of removing impurities such as phase transition from liquid to gas and then returning to liquid by condensing again, and a known technique is used. be able to. Examples include a multistage flash method (MSF: multistage flash method), a multistage utility method (MED: multieffect evaporation method), and a vapor compression method.
  • MSF multistage flash method
  • MED multieffect evaporation method
  • the raw water can be made into small droplets by spraying and the like to improve the heat utilization efficiency by improving the surface area, or the pure fluid can be generated by bringing the droplets into contact with the metal surface and evaporating.
  • the permeation fluid obtained from the cross-flow type membrane separation device and the evaporative pure fluid production device are finally obtained. It is preferable to use the pure fluid obtained from the above as mixed water.
  • membrane separation it is generally difficult to reduce the concentration of boron harmful to the human body from the permeated fluid, but ion components (hardness components) such as calcium ions and magnesium ions that are useful when used as drinking water in the permeated fluid. Remains.
  • the pure fluid has a higher boron removal rate than membrane separation, ion components such as calcium ions and magnesium ions are removed. Therefore, by mixing these, each deficiency can be compensated, and the ionic and mineral components that need to be added before drinking can be reduced.
  • the partial flow pump when the concentrated fluid is directly supplied to the temperature difference power generation device and the evaporative pure fluid production device without temporarily storing the fluid, the partial flow pump can be omitted by using the flow pressure retained by the concentrated fluid. Therefore, energy saving can be achieved.
  • the energy of the flow pressure retained by the permeating fluid or concentrated fluid can be recovered using a pressure energy recovery device and reused as pump pressure or a pressure source instead of the pump.
  • a pressure energy recovery device examples include PX series manufactured by Energy-Recovery.
  • the pipes and devices up to the recovery device need to have a pressure resistant configuration capable of withstanding a high fluid pressure.
  • the pressure energy recovery device is provided immediately after the membrane separation device for supplying the pressurized supply fluid so that the pressure resistance configuration is minimized, and the subsequent fluid is appropriately decompressed.
  • the pressure after depressurization at this time is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 2 MPa.
  • FIG. 1 shows a fluid membrane separation power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • the concentrated fluid obtained by the fluid processing device 60 is supplied to the temperature difference power generation device 70 and the evaporation method pure fluid production device 80.
  • the temperature difference power generation device 70 and the evaporation method pure fluid production device 80 will be described in order.
  • the fluid processing apparatus 30 of this embodiment desalinates seawater.
  • the fluid treatment device 30 includes a high-pressure pump 11, a cross-flow type membrane separation device 12, a pressure energy recovery device 21, a solar heat collector (corresponding to the heating device of the present invention) 23, and a concentrated water tank (of the present invention). (Corresponding to a storage part) 22.
  • the fluid treatment device 30 includes a pretreatment unit that performs sand filtration and UF membrane filtration on the collected seawater, and the pretreated seawater 101 treated by the pretreatment unit is supplied to the high-pressure pump 11. Is done.
  • the pretreated seawater 101 is pressurized to, for example, about 5.5 MPa by the high-pressure pump 11 and introduced into the membrane separation device 12 at a water temperature of 23 ° C., for example.
  • a reverse osmosis membrane (RO membrane) separation device in which a spiral type separation membrane element including a polyamide-based composite separation membrane is housed in a pressure vessel is used as the membrane separation device 12.
  • the RO membrane supply water 102 supplied to the membrane separation device 12 is separated into permeated water 103 and concentrated water 104 by the membrane separation device 12. Immediately after that, the pressure energy is recovered from the concentrated water 104 by the pressure energy recovery device 21.
  • the pressure energy recovery device 21 the pressure energy is transferred to the supply water taken from the upstream side of the high-pressure pump 11, and the supply water that has become high pressure thereby is discharged from the high-pressure pump 11. Mix with.
  • the concentrated water 104 decompressed by the pressure energy recovery device 21 is heated to, for example, 90 ° C. by passing through a solar heat collecting device 23 (a stainless steel pipe is installed at the focal point of a concave mirror provided with a solar tracking device). Then, it is stored in the concentrated water tank 22.
  • the concentrated water tank 22 is provided with a circulation channel that passes through an evaporator 32 and a solar heat collecting apparatus 23 of a temperature difference power generation device 70 described later, and the concentrated water 104 stored in the concentrated water tank 22 is supplied with a high-temperature fluid feed. After being circulated through the circulation channel by the liquid pump 31, the heat is radiated by the evaporator 32 and then heated again by the solar heat collecting device 23.
  • the spiral separation membrane element in the membrane separation device 12 includes a central pipe (water collecting pipe) in a state where the separation membrane 52, the supply side flow path material 54, and the permeation side flow path material 53 are laminated. ) It is wound around 51 in a spiral shape and fixed with an end member or an exterior material. At this time, each side of the separation membrane 52 is bonded as necessary, and the supply water 102 and the permeated water 103 are not mixed.
  • polyamide composite separation membrane examples include a porous support provided with a separation functional layer made of a polyamide polymer.
  • the porous support is not particularly limited as long as it can form a separation functional layer, and a porous support made of polysulfone on a substrate such as a nonwoven fabric or a woven fabric is preferably used.
  • a porous film such as polyimide, polyvinylidene fluoride, and epoxy can be used alone.
  • the average pore diameter of the surface on which the separation functional layer of the porous support is provided is about 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m, and the thickness of the porous support is about 10 to 150 ⁇ m.
  • the polyamide-based separation functional layer can be formed using a known method. For example, an aqueous solution coating layer containing a polyfunctional amine component is formed on a porous support, and a polyfunctional acid halide component is formed there.
  • the polyamide-based separation functional layer can be formed by contacting a solution containing. The contact time is usually 5 seconds to 5 minutes, and after the excess solution is removed, condensation polymerization is performed at the interface generated by the contact. Further, it is preferable to dry in air at 15 ° C. to 35 ° C. for about 1 to 10 minutes, and after the drying, the membrane surface is washed with deionized water.
  • polyfunctional amine component examples include aromatic, aliphatic, or alicyclic polyfunctional amines. Moreover, these polyfunctional amine components may be used alone or as a mixture.
  • polyfunctional acid halide component aromatic, aliphatic, or alicyclic polyfunctional acid halides can be used. These polyfunctional acid halide components may be used alone or as a mixture.
  • the temperature difference power generation device 70 is limited as long as the concentrated water supplied from the fluid processing device 60 is used as the high temperature fluid 105 and the low temperature fluid 106 separately supplied generates power using these temperature differences. Is not to be done.
  • the temperature difference power generation device can be roughly divided into an open cycle system and a closed cycle system.
  • An open cycle system is a system in which warm seawater such as marine surface water is evaporated as a working fluid in a depressurized system using an evaporator and the like, and a turbine is rotated by this steam to generate power, and the working fluid is not circulated.
  • the closed cycle system is a system that repeats vaporization and liquefaction while a working fluid such as ammonia is enclosed. In this embodiment, a closed cycle system in which the installation place is less likely to be restricted is employed.
  • the temperature difference power generation device 70 has a working fluid circuit for circulating the working fluid 107.
  • This working fluid circuit is configured by connecting an evaporator 32, a gas-liquid separator 33, a turbine 34 directly connected to the generator 35, a condenser 37, a storage tank 38, and a pump 39 in this order by pipes.
  • the heated concentrated water stored in the concentrated water tank 22 is sent to the evaporator 32 as the high temperature fluid 105 by the high temperature fluid feed pump 31, and the surface seawater (for example, 20 ° C.) pumped by the pump 40 is the low temperature fluid.
  • 106 is sent to the condenser 37.
  • the surface seawater used as the low-temperature fluid 106 is seawater before being pretreated by the above-described pretreatment unit of the fluid treatment apparatus 60, and the low-temperature fluid 106 after being used in the condenser 37 is fluidized as pretreatment water. It may be returned to the preprocessing unit of the device 60.
  • the evaporator 32 and the condenser 37 as heat exchangers are not particularly limited as long as the high-temperature fluid, the low-temperature fluid, and the working fluid are not mixed, heat exchange can be appropriately performed, and further, the heat fluid is not corroded by the fluid.
  • various configurations can be used.
  • the evaporator 32 it is preferable to reduce the pressure from the atmospheric pressure to facilitate vaporization. Further, it is preferable to appropriately design the size and shape of the evaporator 32 and the condenser 37 in consideration of the heat exchange efficiency.
  • the turbine 34 and the generator 35 commercially available ones can be used as long as they are not corroded by the working fluid vapor.
  • the working fluid 107 examples include ammonia, a chlorofluorocarbon compound, a hydrocarbon compound, water, and a mixture thereof. From the viewpoint of operation efficiency, the working fluid 107 is a mixture of ammonia and water, and a substance using 70 to 95% by weight of ammonia. Can be used particularly preferably. In this embodiment, a mixture of 90 wt% ammonia and 10 wt% pure water is used as the working fluid 107.
  • the pipe for connecting the component devices is not particularly limited, and a metal or resin pipe can be used. However, a pipe having a high heat insulation effect with a small temperature change in the pipe can be preferably used. . If necessary, it is preferable to use an appropriate heat insulating material in order to increase efficiency.
  • the working fluid 107 exchanges heat with the high temperature fluid 105 in the evaporator 32.
  • the high-temperature fluid 105 after heat exchange returns to the concentrated water tank 22, and the working fluid 107 after heat exchange is separated into working fluid vapor and working fluid liquid in the gas-liquid separator 33.
  • the working fluid vapor is sent to the turbine 34 to generate electricity by rotating the generator 35.
  • the generated power is, for example, about 70 kW on average. This electric power is used as power for the high-pressure pump 11, for example.
  • the working fluid vapor discharged from the turbine 34 is sent to the condenser 37, exchanges heat with the cryogenic fluid 106, becomes a liquid, and enters the storage tank 38.
  • the working fluid liquid separated by the gas-liquid separator 33 is temporarily stored in the storage tank 36, sent to the condenser 37, and then stored in the storage tank 38.
  • the working fluid stored in the storage tank 38 is sent to the evaporator 32 by a pump 39. Power generation is performed by repeating this operation.
  • the heated concentrated water stored in the concentrated water tank 22 has a flow rate (for example, 17 m 3 / hr) equivalent to the amount of concentrated water discharged from the membrane separation device 12 so that the amount of water stored in the concentrated water tank 22 is kept constant. It is supplied to the evaporative pure fluid production apparatus 80.
  • an evaporative flash water making apparatus is used as the evaporating pure fluid production apparatus 80.
  • the heated concentrated water is sprayed into the apparatus by the spray nozzle 52 and evaporated by the heat energy of the concentrated water.
  • the pure water 109 can be obtained, for example, 17 m 3 per hour by recondensing the vaporized water into a liquid in the condenser 53.
  • the pure water 109 is mixed with the permeated water 103 generated by the membrane separator 12 and used.
  • the solid content that has settled at the bottom of the apparatus and has been taken out of the pure water is buried and disposed of.

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Abstract

　本発明では、発電を行う際に従来以上の十分な純粋流体量を得るとともに、運転コスト及び周辺環境に与える負荷を低減する、流体膜分離発電方法を提供することを目的とする。本発明の流体膜分離発電方法は、供給流体をクロスフロー方式の膜分離装置を用いて透過流体と濃縮流体に分離し、前記濃縮流体を加熱した後、この加熱した濃縮流体を、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給して処理することを特徴とする。

Description

流体膜分離発電方法および流体膜分離発電システム
　本発明は、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）などの分離膜を用いたクロスフロー方式の膜分離装置を用いて供給流体を透過流体と濃縮流体に分離するとともに、前記濃縮流体を温度差発電装置及び蒸発法の純粋流体製造装置に使用する、流体膜分離発電方法および流体膜分離発電システムに関する。
　流体分離を行う場合の膜分離とは、膜の有する孔の形状や大きさなどの膜の持つ物理的化学的特性、処理対象物質の分子形状及び大きさなどの物理的化学的特性、ならびに圧力差などの駆動力、に関する３つの要素の組み合わせによって行われる分離法である。例えば水処理を目的とする分離膜は、その分離対象物質の種類やサイズによって、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）などに分類される。これらの分離膜は、超純水の製造、かん水または海水の脱塩や、排水処理などに好適に用いられる。さらには、染色排水、電着塗料排水や下水などから有害成分を分離し、除去・回収することや、食品用途における有効成分の濃縮などの高度処理に用いることができる。
　例えば、海水の脱塩、つまり海水淡水化処理では一般に、ポリアミド系分離機能層を設けた複合逆浸透膜が用いられる。この複合逆浸透膜はスパイラル型の分離膜エレメントを構成し、この分離膜エレメントが圧力容器内に装填されることによりクロスフロー方式の膜分離装置が提供される。さらに、このような膜分離装置を含む海水淡水化装置においては、濃縮水に残留した圧力エネルギーを回収装置により回収し、ポンプの駆動に利用する試みが行なわれてきた（特許文献１参照）。
　温度差発電については、海洋表層における高温の温海水と海洋深層における低温の冷海水との温度差を利用した温度差発電装置が知られている。このような温度差発電装置は、熱交換器としての蒸発器および凝縮器、発電機に直結されたタービン、ポンプなどから構成され、これらの構成機器はパイプで連結されている。クローズドサイクルシステムの場合、この装置内に封入されたアンモニア等の作動流体が、液体の状態で蒸発器に送られ、温海水などの高温流体の温度で加熱され、蒸気となる。この蒸気がタービンと発電機を回転させて発電した後、凝縮器で冷海水などの低温流体によって冷却され再び液体になる。この繰り返しによって発電する方法が温度差発電方法である（特許文献２参照）。
　また、温度差発電から生じる余剰のエネルギーを利用して海水淡水化を行うシステムも提案されている。例えば、特許文献３には、オープンサイクルシステムにおいて高温流体として使用された海水を蒸発させた後に凝縮させるシステムが開示されており、特許文献４には、減圧容器内で海水を蒸発させる前にその海水を発電時の余剰エネルギーを利用して加熱するシステムが開示されている。
特開２０００－１６７３５８号公報 特開平０７－０９１３６１号公報 国際公開第２００７／０２０７０７号パンフレット 特開２００６－０５１４５１号公報
　しかしながら、前記従来技術においては、実際に運用する上での様々な課題を抱えている。例えば、前記複合逆浸透膜による海水淡水化処理においては海水の浸透圧以上、つまり５～７ＭＰａ程度の加圧が必要となるため、この加圧に必要とされるエネルギーの供給が造水コストを押し上げる要因となっている。
　また膜分離による海水淡水化処理では、多くの場合、濃縮水を周辺海洋に海洋原水と混合して放流するが、そのときの周辺海洋や生態系に与える環境負荷が問題になる場合がある。今後、膜分離における造水量は増大することが予想されるため、この濃縮水をどのように廃棄し、活用するかは当業者にとって大きな課題となっている。
　さらに、前記のように温度差発電と同時に海水淡水化を行うシステムが検討されているが、これらのシステムは発電を主とするものであり、海水淡水化は発電に付随するプロセスとして蒸発法によって行われる。一般に蒸発法を用いた海水淡水化では、非常に大規模なプラントが必要になるとともに、十分な造水量を確保することは実質的に困難である。
　本発明では、発電を行う際に従来以上の十分な純粋流体量を得るとともに、運転コスト及び周辺環境に与える負荷を低減する流体膜分離発電方法および流体膜分離発電システムを提供することを目的とする。
　本発明は、供給流体をクロスフロー方式の膜分離装置を用いて透過流体と濃縮流体に分離し、前記濃縮流体を加熱した後、この加熱した濃縮流体を、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給して処理することを特徴とする流体膜分離発電方法を提供する。本発明では上記のように濃縮流体を用いることを特徴とするが、濃縮流体は海水や水道水と比べて比熱が高いため、濃縮流体を温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に用いる場合、加熱に要するエネルギーを大幅に削減することができる。例えば、海水を膜分離する場合、Bromleyら（J.Chem.Eng.Data, 12, (1967), 202.）の比熱計算によると、海水の塩分濃度３．５％に対して濃縮水の塩分濃度は約７％（回収率５０％の場合）であり、このときの濃縮水の比熱は約４．５％程度低くなるため、少なくとも約４．５％のエネルギーが削減でき、本発明によるシステムは省エネルギー効果が高い。
　前記のように濃縮流体を加熱する場合には太陽エネルギーを用いることが好ましい。また、前記濃縮流体を加熱中または加熱後に貯留部に貯留し、この貯留部から濃縮流体を温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給する方法が好ましく用いられる。さらに本発明では、最終的にクロスフロー方式の膜分離装置から得られた透過流体と、蒸発法純粋流体製造装置から得られた純粋流体を混合することが好ましい。
　また本発明は、供給流体を透過流体と濃縮流体に分離するクロスフロー方式の膜分離装置、および前記膜分離装置で分離された濃縮流体を加熱する加熱装置、を含む流体処理装置と、高温流体と低温流体の温度差を利用して発電を行う温度差発電装置であって前記流体処理装置から前記濃縮流体が高温流体として供給される温度差発電装置と、前記流体処理装置から供給される前記濃縮流体を蒸発させることにより純粋流体を製造する蒸発法純粋流体製造装置と、を備えた、流体膜分離発電システムを提供する。
　前記流体処理装置は、前記加熱装置で加熱された前記濃縮流体を貯留する貯留部をさらに含み、この貯留部から前記温度差発電装置および前記蒸発法純粋流体製造装置に濃縮流体が供給されることが好ましい。また、前記加熱装置は、太陽エネルギーを用いて濃縮流体を加熱する太陽熱加熱装置であることが好ましい。
　本発明では、膜分離処理により十分な純粋流体量を確保できる。また、濃縮流体を加熱して温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給することで、上述したように加熱に必要なエネルギーを削減できるため、システムに必要な運転コストを低減できる。さらに、蒸発法による流体分離を用いることで、さらに純粋流体を増やすとともに、濃縮流体を固体化して取り出すことができるため、周辺環境への負荷を低減することが可能である。また、発電された電力を用いて膜分離装置への供給流体を加圧すれば、システムの運転コストをさらに低減することができる。
本発明の一実施形態に係る流体膜分離発電システムの構成を示すブロック線図である。 分離膜エレメントの一例を示す概略構成図である。
　＜流体膜分離発電方法＞
　本発明の流体膜分離発電方法は、供給流体をクロスフロー方式の膜分離装置を用いて透過流体と濃縮流体に分離した後、この濃縮流体を加熱装置により加熱して温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給することを特徴とする。ここで、「クロスフロー方式の膜分離装置」とは、供給流体が供給されると、透過流体と濃縮流体を別々に排出する膜分離装置をいう。
　本発明で用いる供給流体としては、クロスフロー方式の膜分離装置に含まれる分離膜において透過流体と濃縮流体に分離できるものであれば制限されるものではなく、超純水の製造、かん水または海水の脱塩や、排水処理、さらには、染色排水、電着塗料排水や下水などから有害成分を分離する方法、食品用途における有効成分の濃縮など、公知の方法に用いることができるが、工業排水や生活排水、農業用水、海水など、一定の量を継続的に処理する流体であることが好ましい。中でも海水淡水化のための海水や、この海水や前記排水を、砂濾過処理、沈殿処理および／または膜分離処理などにより前処理した水を好ましく用いることができる。
　前記供給流体は加圧して膜分離装置に供給される。加圧の方法としては、公知の加圧ポンプなどの機械的手段を用いることができ、このときに加えられる圧力は供給流体と分離膜の性能に応じて適宜決定すればよいが、一般に１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましく、１．５ＭＰａ～８ＭＰａがより好ましい。
　前記分離膜は一般に、供給流体が処理可能なエレメント形態に加工して用いられる。本発明では、クロスフロー方式の膜分離装置である限り分離膜エレメントは特に限定されるものではないが、一例として、海水淡水化処理などではポリアミド系複合分離膜を含むスパイラル型の分離膜エレメントが用いられる。
　前記分離膜エレメントは、逆浸透膜を用いた海水淡水化処理など、圧力を加える処理の場合、供給流体の加圧に耐えうる圧力容器に装填して用いられるか、圧力容器に一体化されて用いられる。この圧力容器については公知のものを用いることができ、特に限定されるものではない。
　膜分離装置から排出された濃縮流体は、加熱装置により加熱された後に、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給される。このときの濃縮流体の加熱温度は、温度差発電装置における後述する作動流体の気化温度や封入圧力に応じて適宜決定されるが、本発明では４０℃以上１２０℃以下であることが好ましく、６０℃以上１００℃以下であることがより好ましい。
　濃縮流体を加熱する方法（加熱装置の構成）は特に限定されるものではなく、適宜周辺環境や装置設計に応じて火力、電熱線、太陽熱など公知の方法を用いることができる。特に省エネルギーの観点からは、太陽光や太陽熱などの太陽エネルギーを用いて加熱する方法が好ましい。加熱方法としては、濃縮流体を一旦貯留してまとめて加熱する方法や、途中の配管において加熱する方法が挙げられる。配管において加熱する場合には、金属などの熱伝導率の高い物質を用いるとともに、前記のような加熱方法を用いるのが良い。他の方法としては、前記配管として透明配管を用いるとともに、太陽光との対称位置に凹面鏡を設置したり、透明配管内の太陽光との対称位置に当たる片面を鏡面とするなどして太陽光を集光することで加熱する方法も好ましく用いられる。
　濃縮流体を加熱する加熱装置の位置としては、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置の前であれば特に限定されるものではない。また、濃縮流体の加熱は、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置の前で１度以上行われればよいが、温度差発電装置または蒸発法純粋流体製造装置濃縮流体の直前で個々に行われてもよい。
　本発明においては濃縮流体を加熱する際または加熱した後に、貯留槽やタンクなどの貯留部に一時的に濃縮流体を溜めることが好ましい。この方法によりシステム動作にバッファを設けることができるため、温度差発電装置や蒸発法純粋流体製造装置に供給する量や圧力を適宜コントロールすることができる。この貯留部の材質としては、濃縮流体の成分や温度によって腐食や変化の生じないものであれば、特に限定されるものではないが、ステンレスやプラスチック、鉄筋コンクリート製などが好ましい。貯留時に火力や電熱線などで加熱するのであれば、ステンレスやアルミニウム、銅など熱伝導率の高い金属製が好ましく、貯留部周囲に低圧部や発泡材などの公知の断熱層を設ける方法も好ましく用いることができる。また、太陽光や太陽熱により加熱する場合には、透明なプラスチックやガラスなどを用いることが好ましく、底面や周辺部に集熱効率を高めるための鏡面を準備してもよい。貯留部の大きさや形状については、生成される濃縮流体の量と、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置における消費量を勘案して適宜設定できる。
　なお、供給流体はポンプなどで加圧される際、熱エネルギーの転移により供給流体の温度が２～３℃上昇する。膜分離の直後に加熱することによって、その熱エネルギーの分加熱量を減らすことができる。すなわち、加圧によって供給流体に与えられる熱エネルギーを有効に活用するためには、膜分離の直後から加熱部位までの配管に断熱加工を施すことが好ましい。
　温度差発電装置としては、オープンサイクルシステムやクローズドサイクルシステム、これらのハイブリットサイクルシステムがあるが、これらのうちで適切な構成のものを用いることができる。これらは共通して、熱交換器としての蒸発器および凝縮器、発電機に直結されたタービン、ポンプなどから構成され、これらの構成機器はパイプで連結される。例えば海面表層水を高温流体とし、海洋深層水を低温流体とするクローズドサイクルシステムの場合、この装置内に封入されたアンモニア等の作動流体が、液体の状態で蒸発器に送られ、蒸発器内で海面表層水の温度で加熱され蒸気となり、この蒸気がタービンと発電機を回転させて発電した後、海洋深層水の温度となっている凝縮器によって冷却され再び液体になる。この繰り返しによって発電することができる。
　膜分離装置から排出され、加熱装置により加熱された濃縮流体は、温度差発電装置に高温流体として供給される。
　温度差発電装置に供給される低温流体は、凍結しておらず、流動に不具合のない流体であるとともに、できる限り低温のものが好ましいこと以外は特に限定されるものではなく、４℃以上３０℃以下の流体を用いることが好ましい。例えば、膜分離装置への供給流体、河川水、海水、海洋深層水や、アルコールなどの分離対象流体以外の流体、を用いることができるが、特に、膜分離と発電におけるシステム効率の観点からは膜分離装置への供給流体の一部もしくは供給流体を簡易的に濾過した流体を用いることが好ましい。また、熱交換後の低温流体は、膜分離装置への供給流体として戻すことが好ましいが、後述の圧力エネルギー回収装置を用いて熱交換後の低温流体から圧力エネルギーを回収してもよい。
　低温流体と高温流体の温度差は、作動流体にアンモニアを用いた、カリーナサイクルやウエハラサイクルなどの高効率の装置を用いる場合、２０℃以上であることが好ましく、２５℃以上であることが好ましい。本発明において蒸発法純粋流体製造装置の効率性を考慮すると、６０℃以上の温度差を設けることがより好ましく、温度差は高ければ高い方が良いが、エネルギー効率の観点からは温度差として９０℃以下とすることが好ましい。
　前記貯留部、加熱装置および温度差発電装置の蒸発器は、濃縮流体を循環させる循環流路中に配置されることが好ましい。例えば、貯留部から温度差発電装置に高温流体として供給された濃縮流体が、作動流体との熱交換後に貯留部に戻り、適宜加熱されて蒸発法純粋流体製造装置または温度差発電装置において再利用されてもよい。この場合、温度差発電装置での熱交換後も相当の熱量を有する高温流体と、流動用の送液ポンプ（たとえば、高温流体送液用ポンプ）や加圧ポンプにおいて濃縮流体に与えられた熱エネルギーを有効に再利用することができる。なお、加熱装置は、貯留部内に配置することも可能である。
　蒸発法純粋流体製造装置としては、液体から気体へ相転移させ、再び凝縮することで液体に戻すといった不純物を除去するプロセスを経る装置であれば特に限定されるものでなく、公知の技術を用いることができる。例えば、多段フラッシュ法（ＭＳＦ：マルチステージフラッシュ法）や多段効用法（ＭＥＤ：マルチエフェクト蒸発法）、蒸気圧縮法などが挙げられる。また、スプレー等で原水を小滴化し、表面積を向上させることで熱利用効率を向上させたり、小滴を金属面に接触させ、蒸発させることで純粋流体を生成することもできる。
　本発明における供給流体が海洋水で、最終的に透過流体および純粋流体を飲用水として用いる場合、最終的に、クロスフロー方式の膜分離装置から得られた透過流体と、蒸発法純粋流体製造装置から得られた純粋流体は混合水として利用に供することが好ましい。膜分離では一般に、前記透過流体から人体に有害なホウ素の濃度を低減させることが難しい代わりに、前記透過流体に飲料水として用いる場合に有用なカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどのイオン成分（硬度成分）が残存する。一方で前記純粋流体は、膜分離に比べてホウ素の除去率は高いものの、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどのイオン成分が除去されてしまう。従って、これらを混合することによりそれぞれの不足分を補って、飲用に供する前に添加が必要となるイオン成分やミネラル成分を減らすことができる。
　本発明において、濃縮流体を一旦貯留せずに温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に直接的に供給する場合、濃縮流体が保持する流動圧力を利用することで一部流動ポンプが省略できるため、省エネルギー化することができる。
　膜分離直後や温度差発電時など、透過流体や濃縮流体が保持する流動圧力のエネルギーは、圧力エネルギー回収装置を用いて回収し、ポンプ動力やポンプの代わりの圧力源として再利用されることが好ましい。圧力エネルギー回収装置としては例えば、Energy Recovery社のＰＸシリーズなどが挙げられる。前記圧力エネルギー回収装置を用いる場合、この回収装置までの配管や装置などは高圧の流体圧力に耐えうる耐圧仕様の構成とする必要がある。そのため、耐圧構成が最小限度で済むように、加圧した供給流体を供給する膜分離装置の直後に前記圧力エネルギー回収装置を設け、これ以降の流体を適度に減圧することが好ましい。このときの減圧後の圧力は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．１～２ＭＰａ程度である。
　＜流体膜分離発電システム＞
　以下に、本発明の流体膜分離発電方法を実行する流体膜分離発電システムの具体例を図１に基づいて示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
　図１は、本発明の一実施形態に係る流体膜分離発電システムを示す。この流体膜分離発電システムでは、流体処理装置６０で得られた濃縮流体が温度差発電装置７０および蒸発法純粋流体製造装置８０に供給される。以下、これらについて順を追って説明する。
　（流体処理装置）
　本実施形態の流体処理装置３０は、海水を淡水化するものである。具体的に、流体処理装置３０は、高圧ポンプ１１、クロスフロー方式の膜分離装置１２、圧力エネルギー回収装置２１、太陽熱集熱装置（本発明の加熱装置に相当）２３および濃縮水槽（本発明の貯留部に相当）２２を備えている。また、図示は省略するが、流体処理装置３０は、取水した海水を砂濾過およびＵＦ膜濾過する前処理ユニットを備え、この前処理ユニットで処理された前処理済み海水１０１が高圧ポンプ１１に供給される。
　前処理済み海水１０１は、高圧ポンプ１１により例えば約５．５ＭＰａに加圧され、例えば水温２３℃の状態で、膜分離装置１２に導入される。本実施形態では、膜分離装置１２として、ポリアミド系複合分離膜を含むスパイラル型の分離膜エレメントが耐圧容器内に収容された逆浸透膜（ＲＯ膜）分離装置が用いられている。膜分離装置１２に供給されるＲＯ膜供給水１０２は、膜分離装置１２により透過水１０３と濃縮水１０４に分離される。濃縮水１０４からは、直後に圧力エネルギー回収装置２１により圧力エネルギーが回収される。具体的に、圧力エネルギー回収装置２１では、高圧ポンプ１１の上流側から取水した供給水に圧力エネルギーが転移され、これにより高圧となった供給水が高圧ポンプ１１から吐出されたＲＯ膜供給水１０２と混合する。一方、圧力エネルギー回収装置２１により減圧された濃縮水１０４は、太陽熱集熱装置２３（太陽追跡装置を備えた凹面鏡の焦点部にステンレスパイプを設置したもの）を通過することで例えば９０℃に加熱された後に、濃縮水槽２２に貯留される。濃縮水槽２２には、後述する温度差発電装置７０の蒸発器３２および太陽熱集熱装置２３を経由する循環流路が設けられており、濃縮水槽２２に貯留された濃縮水１０４は、高温流体送液ポンプ３１によって循環流路を循環させられることにより蒸発器３２で放熱した後に太陽熱集熱装置２３で再度加熱される。
　膜分離装置１２におけるスパイラル型の分離膜エレメントは、図２に示されるように、分離膜５２と供給側流路材５４と透過側流路材５３とが積層された状態で中心管（集水管）５１の周囲にスパイラル状に巻回され、端部材や外装材などで固定される。このとき、必要に応じて分離膜５２の各辺は接着され、供給水１０２と透過水１０３が混合しない構造になっている。
　ポリアミド系複合分離膜としては、多孔性支持体上にポリアミド系重合物からなる分離機能層を設けたものが挙げられる。
　前記多孔性支持体としては、分離機能層を形成しうるものであれば特に限定されず、不織布や織布等の基材上にポリスルホンからなる微多孔層を設けたものが好ましく用いられる。他には、ポリイミドやポリフッ化ビニリデン、エポキシ等の多孔性膜を単独で用いることもできる。このとき、多孔性支持体の分離機能層を設ける表面の平均孔径は０．０１μｍ以上１μｍ以下程度であり、多孔性支持体の厚さとしては、１０～１５０μｍ程度である。
　前記ポリアミド系の分離機能層は、公知の方法を用いて形成することができるが、例えば、多孔性支持体上に多官能アミン成分を含む水溶液被覆層を形成し、そこに多官能酸ハライド成分を含む溶液を接触させることで前記ポリアミド系分離機能層を形成することができる。接触時間としては、通常５秒～５分であり、余分な溶液を除去した後、接触により生じた界面で縮重合させる。さらに１５℃～３５℃の空気中で約１～１０分間乾燥させ、乾燥後に脱イオン水で膜面を洗浄することが好ましい。
　前記多官能アミン成分としては、芳香族、脂肪族、または脂環式の多官能アミンがあげられる。またこれらの多官能アミン成分は単独で用いてもよく、混合物としてもよい。前記多官能酸ハライド成分としては、芳香族、脂肪族、または脂環式の多官能酸ハロゲン化物を用いることができる。これらの多官能酸ハライド成分においても単独で用いてもよいが、混合物として用いてもよい。
　（温度差発電装置）
　温度差発電装置７０としては、流体処理装置６０から供給される濃縮水を高温流体１０５として用いるとともに、別に供給される低温流体１０６によって、これらの温度差を利用して発電する装置であれば限定されるものではない。温度差発電装置は一般に、オープンサイクルシステムとクローズドサイクルシステムに大別できる。オープンサイクルシステムは、減圧された系内において海洋表層水などの温海水を作動流体として蒸発器などで蒸発させ、この水蒸気によりタービンを回して発電するシステムであり、作動流体は循環されない。クローズドサイクルシステムは、アンモニアなどの作動流体が封入された状態で気化と液化を繰り返すシステムである。本実施形態では設置場所に制限が生じにくいクローズドサイクルシステムが採用されている。
　具体的に、温度差発電装置７０は、作動流体１０７を循環させる作動流体回路を有している。この作動流体回路は、蒸発器３２、気液分離器３３、発電機３５に直結されたタービン３４、凝縮器３７、貯留タンク３８およびポンプ３９がパイプでこの順に接続されることにより構成されている。本実施形態では、濃縮水槽２２に貯留された加熱濃縮水が高温流体送液ポンプ３１により高温流体１０５として蒸発器３２に送られ、ポンプ４０により汲み上げられた表層海水（例えば２０℃）が低温流体１０６として凝縮器３７に送られる。なお、低温流体１０６として用いられる表層海水が上述した流体処理装置６０の前処理ユニットで前処理する前の海水であり、凝縮器３７で使用された後の低温流体１０６が前処理水として流体処理装置６０の前処理ユニットに戻されてもよい。
　熱交換器としての蒸発器３２および凝縮器３７は、高温流体および低温流体と作動流体が混合せず、熱交換が適切に行なうことができ、さらに前記流体により腐食しないものであれば特に限定されるものではなく、種々の構成のものを用いることができる。なお、蒸発器３２内においては、気化しやすくするために、大気圧よりも減圧することが好ましい。また、蒸発器３２および凝縮器３７の大きさおよび形状については熱交換効率を考慮して適宜設計することが好ましい。タービン３４および発電機３５としても、作動流体蒸気により腐食しないものであれば、適宜市販のものを用いることができる。
　作動流体１０７としては、アンモニア、フロン化合物、炭化水素化合物、水や、これらの混合物が挙げられるが、動作効率の観点から、アンモニアと水の混合物であり、アンモニアを７０～９５重量％用いた物質を特に好ましく用いることができる。本実施形態では、作動流体１０７として、アンモニア９０重量％と純水１０重量％の混合物が用いられている。
　構成機器を連結するパイプとしては、特に限定されるものではなく、金属や樹脂パイプなどを用いることができるが、特に配管内での温度変化が少ない、断熱効果の高いものを好ましく用いることができる。必要に応じて、適宜断熱材を用いることが効率を高める上で好ましい。
　作動流体１０７は、蒸発器３２において高温流体１０５と熱交換を行う。熱交換後の高温流体１０５は濃縮水槽２２に戻り、熱交換後の作動流体１０７は気液分離器３３において作動流体蒸気と作動流体液体に分離される。前記作動流体蒸気はタービン３４に送られ、発電機３５を回転させて発電する。発電される電力は、例えば平均約７０ｋＷである。この電力は、例えば高圧ポンプ１１の動力として用いられる。タービン３４より排出された作動流体蒸気は凝縮器３７に送られ、低温流体１０６と熱交換を行って液体となり、貯留タンク３８に入る。一方、気液分離器３３で分離された作動流体液体は、貯留タンク３６に一旦貯められ、凝縮器３７に送られた後、貯留タンク３８に貯留される。この貯留タンク３８に溜められた作動流体はポンプ３９により蒸発器３２に送られる。この操作を繰り返すことで発電が行われる。
　（蒸発法純粋流体製造装置）
　濃縮水槽２２に貯留された加熱濃縮水は、濃縮水槽２２の貯水量が一定に保持されるように、膜分離装置１２から排出される濃縮水量と同等程度の流量（例えば１７ｍ3／ｈｒ）で蒸発法純粋流体製造装置８０に供給される。本実施形態では、蒸発法純粋流体製造装置８０として蒸発フラッシュ造水装置が用いられている。具体的に、加熱濃縮水は、スプレーノズル５２により装置内に噴霧され、濃縮水が有する熱エネルギーにより蒸発気化する。これと同時に、気化水を凝縮器５３において液体に再凝縮することで純水１０９を例えば１時間当たり１７ｍ3得ることができる。この純水１０９は膜分離装置１２で生成された透過水１０３と混合され、利用される。また、本装置の底部に沈殿した、純水取り出し後の固形分は埋設処分される。
　１１　　高圧ポンプ
　１２　　膜分離装置
　２１　　圧力エネルギー回収装置
　２２　　濃縮水槽（貯留部）
　２３　　太陽熱集熱装置（加熱装置）
　３１　　高温流体送液ポンプ
　３２　　蒸発器
　３３　　気液分離器
　３４　　タービン
　３５　　発電機
　３６，３８　貯留タンク
　３７　　凝縮器
　３９　　作動流体ポンプ
　４０　　低温流体送液ポンプ
　５２　　スプレーノズル
　５３　　凝縮器
　６０　　流体処理装置
　７０　　温度差発電装置
　８０　　蒸発法純粋流体製造装置
　１０１　　前処理済み海水
　１０２　　ＲＯ膜供給水
　１０３　　透過水
　１０４　　濃縮水
　１０５　　高温流体
　１０６　　低温流体
　１０７　　作動流体
　１０９　　純水

Claims (7)

  1. 　供給流体をクロスフロー方式の膜分離装置を用いて透過流体と濃縮流体に分離し、前記濃縮流体を加熱した後、この加熱した濃縮流体を、温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給して処理する、流体膜分離発電方法。
  2. 　前記濃縮流体の加熱に太陽エネルギーを用いる、請求項１記載の流体膜分離発電方法。
  3. 　前記濃縮流体を加熱中または加熱後に貯留部に貯留し、前記貯留部から前記濃縮流体を温度差発電装置および蒸発法純粋流体製造装置に供給する、請求項１または２記載の流体膜分離発電方法。
  4. 　クロスフロー方式の膜分離装置から得られた透過流体と、蒸発法純粋流体製造装置から得られた純粋流体を混合する、請求項１～３のいずれか一項に記載の流体膜分離発電方法。
  5. 　供給流体を透過流体と濃縮流体に分離するクロスフロー方式の膜分離装置、および前記膜分離装置で分離された濃縮流体を加熱する加熱装置、を含む流体処理装置と、
    　高温流体と低温流体の温度差を利用して発電を行う温度差発電装置であって前記流体処理装置から前記加熱装置によって加熱された濃縮流体が高温流体として供給される温度差発電装置と、
    　前記流体処理装置から前記加熱装置によって加熱された濃縮流体が供給され、この濃縮流体を蒸発させることにより純粋流体を製造する蒸発法純粋流体製造装置と、
    を備えた、流体膜分離発電システム。
  6. 　前記流体処理装置は、前記加熱装置で加熱された濃縮流体を貯留する貯留部をさらに含み、この貯留部から前記温度差発電装置および前記蒸発法純粋流体製造装置に濃縮流体が供給される、請求項５に記載の流体膜分離発電システム。
  7. 　前記加熱装置は、太陽エネルギーを用いて濃縮流体を加熱する太陽熱集熱装置である、請求項５または６に記載の流体膜分離発電システム。
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