循环型渗透压发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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)。
[0003] 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 dioxide forward(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】
[0004] 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。
[0005] 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，
[0006] 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，
[0007] 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：
[0008] ⑴容器；
[0009] (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；
[0010] (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；
[0011] (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
[0012] (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，
[0013] 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，
[0014] 罐构造为容置用于驱动涡轮的双组分混合溶液，
[0015] 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
[0016] 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】
[0017] 图1为示出了根据第一实施方式的渗透压发生器的框图；
[0018] 图2是具有下临界温度的工作介质的相图；
[0019] 图3是具有下临界温度的工作介质的相图；
[0020] 图4是具有下临界温度的工作介质的相图；
[0021] 图5是具有下临界温度的工作介质的相图；
[0022] 图6是具有下临界温度的工作介质的相图；
[0023] 图7是具有下临界温度的工作介质的相图；
[0024] 图8是根据第一实施方式的渗透压发电系统的示意图；
[0025] 图9为示出了渗透压发生器的剖视图；
[0026] 图10为示出了根据第二实施方式的渗透压发生器的框图；
[0027] 图11是具有上临界温度的工作介质的相图；
[0028] 图12是具有上临界温度的工作介质的相图；
[0029] 图13是具有上临界温度的工作介质的相图；
[0030] 图14是具有上临界温度的工作介质的相图；
[0031] 图15A是根据第二实施方式的渗透压发电系统的示意图；
[0032] 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；
[0033] 图16是根据第三实施方式的渗透压发电系统的示意图；
[0034] 图17是示出了渗透压发生器的一个实施例的示图；
[0035] 图18是根据第四实施方式的渗透压发电系统的示意图；
[0036] 图19A是根据第五实施方式的渗透压发电系统的示意图；
[0037] 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；
[0038] 图20A是根据第六实施方式的渗透压发电系统的示意图；
[0039] 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；
[0040] 图21为示出了注射器试验装置的示图；
[0041] 图22为示出了注射器测试结果的曲线图；以及
[0042] 图23为示出了注射器试验装置的示图。
【具体实施方式】
[0043] 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。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 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。
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 〈第一实施方式〉
[0051] 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IOOa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。
[0052] 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。
[0053] 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。
[0054] 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