循环型渗透压发电系统和方法、工作介质及其相控制方法
【专利说明】
[0001] 本申请基于2014年2月28日申请的日本专利申请No. 2014-038626要求优先权， 其全部内容可援引到本文中用于参考。
技术领域
[0002] 本发明的实施方式涉及用于循环型渗透压发电的工作介质、循环型渗透压发电系 统和方法以及工作介质的相控制方法。
【背景技术】
[0003]用渗透膜将低浓度的溶液与高浓度的溶液隔离时，低浓度的溶液的溶剂会透过渗 透膜向高浓度的溶液侧移动。已知通过利用该溶剂移动的现象，使涡轮机转动进行发电的 渗透压发电装置。
[0004]渗透压发电装置有在密闭的体系内使工作介质循环进行发电的循环型渗透压发 电装置。例如，已知利用碳酸铵水溶液作为工作介质的发电装置。该装置中，利用相互浓度 不同的2种碳酸铵水溶液之间的渗透压差产生的水流使涡轮机转动。使涡轮机转动后的碳 酸铵水溶液为了再利用而被加热，分离成二氧化碳和氨气、以及浓度非常低的碳酸铵水溶 液。分离的二氧化碳和氨气再次导入水中。然后，通过该导入得到浓度高的碳酸铵水溶液。 这样得到的浓度不同的2种碳酸铵水一起再循环而用于发电。
[0005]碳酸铵溶解性良好，其l〇〇g在常温下可溶解于100mL的水中。因此，可得到能从 海水（3. 5Wt%)中吸引淡水的程度的渗透压。然后，在仅仅60°C下分解，形成二氧化碳和 氨气。使用碳酸铵水的渗透压发电装置将利用正渗透压加压了的碳酸铵水溶液输送到涡轮 机进行发电。其压力可能要250个大气压，认为是利用海水的渗透压的渗透压发电的约10 倍的压力。
[0006] 另一方面，使用了碳酸铵的利用正渗透压的发电中，会产生有毒且具有腐蚀性的 氨气。氨气的产生会招致体系内部的劣化，大大影响运营成本。此外，碳酸铵容易析出，例 如，在以6M使用时，在低于50°C下会直接析出。因此，渗透膜附近的温度发生降低时，有析 出的晶体伤害渗透膜的风险。这是在室温下进行养护时等特别会发生的风险。为了减少析 出的风险，无奈只能在低浓度下运转。其结果是，变得难以得到充分的渗透压。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的课题为使能以低成本运转的循环型渗透压发电成为可能。
[0008] 根据一个实施方式，为利用工作介质进行发电的循环型渗透压发电系统，其具 备：
[0009] 所述工作介质：该工作介质含有水和诱导液，在温度为5°C~35°C及气压为1个 大气压的条件下，所述水或所述诱导液的浓度相对于所述水和所述诱导液的总量为10重 量％以下时为液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态，在所述浓度相对于所述水和所述 诱导液的总量大于10重量％时为相分离为水相和诱导液相的状态，
[0010] 渗透压发生器：该渗透压发生器具备：处理容器；将所述处理容器内部划分为第 一室和第二室的渗透膜；设置于所述第一室位于的所述处理容器上、且流入所述诱导液的 第一流入口；设置于所述第二室位于的所述处理容器上、且流入所述水的第二流入口；以 及，设置于所述第一室位于的所述处理容器上、且流出所述第一室内的含有所述诱导液和 所述水的液体的流出口，
[0011] 涡轮机：该涡轮机由从所述渗透压发生器的所述第一室经由所述流出口流出的所 述液体的流体进行驱动而发电，
[0012] 罐：该罐收纳驱动所述涡轮机后的所述液体，
[0013] 分离塔：该分离塔使从所述罐中流出的所述液体相分离为水相和诱导液相，
[0014] 第一送液管线：该第一送液管线将所分离的该诱导液相输送到所述处理容器的所 述第一流入口，以及，
[0015] 第二送液管线：该第二送液管线将所分离的该水相输送到所述处理容器的所述第 二流入口。
[0016] 根据一个实施方式，能以低成本运转的循环型渗透压发电成为可能。
【附图说明】
[0017] 图1为表示实施方式的渗透压发电装置的框图。
[0018] 图2为工作介质的一个例子的相图。
[0019] 图3为工作介质的一个例子的相图。
[0020] 图4为工作介质的一个例子的相图。
[0021] 图5为工作介质的一个例子的相图。
[0022] 图6为工作介质的一个例子的相图。
[0023] 图7为表示渗透压发生器的一个例子的内部状态的示意图。
[0024] 图8为表不实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。
[0025] 图9为实施方式的渗透压发生器的一个例子的截面图。
[0026] 图10为表不实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。
[0027] 图11为实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。
[0028] 图12为实施方式的渗透压发电系统的一个例子的略图。
[0029] 图13为表不实施方式的渗透压发生器的一个例子的图。
[0030] 图14为表示注射器试验装置的图。
[0031] 图15为表示注射器试验的结果的示意图。
[0032] 图16为表示注射器试验的结果的图表。
[0033] 图17为表示相控制试验的结果的图表。
[0034] 图18为表示相控制试验的结果的图表。
[0035] 图19为表示相控制试验的结果的图表。
[0036] 图20为表示相控制试验的结果的图表。
[0037] 图21为表示相控制试验的结果的图表。
[0038] 图22为参考用的相图。
[0039] 图23为表示相控制试验的结果的图表。
[0040] 图24为表示相控制试验的结果的图表。
【具体实施方式】
[0041] 以下参照添加的附图对各种实施方式进行说明。
[0042] 1.循环型渗透压发电用工作介质
[0043] 实施方式的循环型渗透压发电用工作介质为用于在循环型渗透压发电装置中使 用的工作介质（以下也记作"工作介质"）。
[0044] 首先，参照图1对循环型渗透压发电系统的一个例子进行说明。图1为循环型渗 透压发电系统的框图。渗透压发电装置l〇〇a具备渗透压发生器1、涡轮机2、罐3以及分离 塔4。以渗透压发生器1、涡轮机2、罐3以及分离塔4的顺序连接而构成环。工作介质在由 渗透压发生器1、涡轮机2、罐3以及分离塔4构成的环中循环。
[0045] 实施方式的工作介质含有水和诱导液。该工作介质依赖于温度和/或工作介质中 的水和诱导液的比例在第一相和第二相间进行相转变。工作介质的第一相为水和诱导液为 液-液相互溶解的2成分混合溶液的状态。换而言之，第一相中，工作介质为诱导液和水相 互溶解的均匀的1相的液体。工作介质的第二相为水和诱导液相分离为二相的状态。将 该工作介质在图1的循环型渗透压发电系统中使用时，对于相分离为二相的状态的工作介 质，使水相（或水）和诱导液相（或诱导液）隔着渗透膜收纳在渗透压发生器1内部。在 渗透压发生器1的内部，利用水与诱导液之间的渗透压差产生含有诱导液和水的液体的流 体。将该液体的流体输送到涡轮机2中来驱动（或转动）涡轮机2进行发电。驱动涡轮机 2后的所述液体输送到罐3中，进而输送到分尚塔4中。放置在分尚塔4中的该液体相分尚 为水相和诱导液相。由此使工作介质再生。将通过相分离所得到的水相和诱导液相输送到 渗透压发生器1中，重复与上述相同的操作，进行连续地发电。此外，在该循环中，为了快速 地进行在分离塔4中的分离，配置有罐3。驱动涡轮机2后的液体以不妨碍已经在分离塔4 中进行的分离工序的方式暂时收纳在罐3中。
[0046] 接着，对实施方式的工作介质进一步进行说明。工作介质具有临界浓度。即，在温 度为5°C~35°C及气压为1个大气压的条件下，工作介质中的水或诱导液的浓度相对于水 和诱导液的总量为10重量％以下时，工作介质为液-液相互溶解的1相的2成分混合溶液 的状态。另一方面，该浓度相对于水和诱导液的总量大于10重量％时，相分离为水相和诱 导液相的2相。即，在1个大气压的条件下，在5°C~35°C的任意温度下，只要工作介质在 其中的水或诱导液的所述浓度为10重量％以下时为液-液相互溶解的2成分混合溶液的 状态、所述浓度大于10重量％时相分离为水相和诱导液相即可。"水或诱导液的浓度相对 于水和诱导液的总量为10重量％以下"表示主要构成工作介质的任意一种成分、即水或