浓度差发电装置及其操作方法制造方法及图纸

一种浓度差发电装置，其中，使浓度不同的高浓度水与低浓度水通过包括半透膜的半透膜单元互相接触，以及，由正渗透压导致水自低浓度侧渗透至高浓度侧，导致高浓度水量增加，利用该高浓度水量增加来驱动发电机发电，其中，半透膜单元被分成多个子单元(8，12)，以及，浓度差发电装置包括压力改变机构(11)，该压力改变机构(11)布置于自前级子单元(8)延伸至下级子单元(12)的高浓度侧通道(L4)上、或低浓度侧通道(L3)上。

Concentration difference power generation device and operation method thereof

A concentration difference generating device, wherein the concentration of different high concentration water and low concentration of water through a semipermeable membrane unit includes a semipermeable membrane contact with each other, and by the osmotic pressure leading to water from the low concentration side penetration high concentration side, resulted in an increase in high concentration of water, the high concentration of water increased to drive the generator to generate electricity. The semipermeable membrane unit is divided into a plurality of sub units (8, 12), and the concentration difference generating device comprises a pressure changing mechanism (11), the pressure changing mechanism (11) is arranged on the front stage from the sub unit (8) extends to the subordinate unit (12) of high concentration (L4) on the side channel or low concentration (L3) on the side channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种装置，其中，使具有低渗透压的低浓度水与具有高渗透压的高浓度水通过置于其间的半透膜互相接触，并且，利用由于正渗透现象导致的渗透流动为能量，进行水力发电。本专利技术进一步涉及操作此装置的方法。
技术介绍
近年来，作为世界经济增长的结果，各种全球环境问题例如矿物燃料消耗、资源枯竭、以及二氧化碳排放增加，已经成为现实问题。在这种情况下，已经开发了包括光伏发电、风力发电、以及温差发电等的新颖无碳能源技术，作为能量产生措施，并且将其投入实际使用。这些技术之中，特别地，浓度差发电是以例如海水与河水之间的盐浓度差作为能源的技术，并且，因为这种发电利用了大体上取用不尽的自然能源而获得了高度期待。将盐浓度差转换成能量的代表性技术包括浓度差电池。此夕卜，作为利用浓度差发电的技术，Sidney Loeb提出了减压渗透法(pressure-retarded osmosis method),其中利用了通过半透膜所产生的渗透压(S.Loeb,Journal of Membrane Science,卷1,49页，1976)。当由半透膜使盐浓度不同的两种溶液(即:低浓度水和高浓度水)彼此隔开时，因正渗透现象，水从淡水侧向盐水侧移动。在减压渗透法中，利用这种移动来运转水力发电机。在提出这种技术的时代，从性价比的观点看，包括半透膜的性能以及水力发电机的效率，人们认为这种技术实际使用的可能性低。为此，很少研究有关这种技术的实际应用。然而，作为近年来能源成本、以及半透膜和发电机性能的新近改进的结果，开始重新考虑采用减压渗透法的浓度差发电的实际可能性。在日本Fukuoka县，正在进行一种尝试，在利用来自海水淡化厂的浓缩废水时，同时进行废水处理以及发电(非专利文献I和专利文献I)。在减压渗透法中，从淡水向盐水移动的水量越大，性价比越能够得到改善。然而，由于在这种利用海水和淡水的方法中渗透压差极大，将淡水中所含有的有机物质猛地推贴于半透膜的表面。结果，存在的问题是易于发生所谓的积垢，其中半透膜积垢而降低性能。考虑到这样的问题，开发了一种技术，其中对强加于半透膜的压力差进行控制，同时，通过应用能量回收单元，减少能量损失(专利文献2)。对于这种技术，加速了关于其实际使用的研究，并且，在挪威构建了设计用于实际使用的性能示范厂，而且，该厂已经投入运转。
技术介绍
文献专利文献专利文献1:日本专利N0.4166464专利文献2:国际公开W002 / 13955，单行本(pamphlet)非专利文献非专利文献1:TAN10KA Akihiko, New Membrane TechnologySymposium2010(S5-4-1)，2010 年 12 月
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题然而，常规技术具有下列问题。大量水从低浓度水侧向高浓度水侧移动，导致高浓度水的浓度显著减小。因此，即使在一个半透膜单元(其中使高浓度水与低浓度水通过半透膜接触)中，高浓度水在上游侧与下游侧之间具有较大浓度差。高浓度水的浓度差导致渗透压差。也就是，在半透膜单元中高浓度水(例如，海水)的进口附近，在位于半透膜表面的淡水与海水二者之间的浓度差较大，因此，每单位膜面积发生的正渗透流动(forward-osmosis permeation flow)较大。另一方面，在高浓度水的出口处，由于已经流进的淡水使高浓度水与低浓度水之间的浓度差减小，导致较小的正渗透流动。虽然能量回收单元能用来控制半透膜单元中高浓度水与低浓度水之间的压差，但这种构造不能调节在高浓度水的进口与出口之间发生的渗透压波动。结果，半透膜中发生较大渗透流动的那些部分易于积垢，以及，存在的问题是，努力抑制积垢导致总体渗透量减少，而这又导致发电量减少。存在这样的情况，其中，为了利用较大浓度差以高效发电的目的，使用高浓度盐水，例如通过海水脱盐得到的高浓度废水或死海盐水。然而，浓度越高，这种问题越严重。因此，难以得到稳定的高效发电。本专利技术的目的是提供一种装置，其中，使具有低渗透压的低浓度水与具有高渗透压的高浓度水通过置于其间的半透膜互相接触，并且，利用由正渗透现象所导致的渗透流动为能量，来高效并稳定地进行水力发电，以及，提供一种操作这种装置的方法。解决问题的措施为了解决上述问题，本专利技术的浓度差发电装置是这样一种浓度差发电装置，其中，使浓度不同的高浓度水与低浓度水通过包括半透膜的半透膜单元互相接触，以及，由正渗透压导致水自低浓度侧渗透至高浓度侧，得到高浓度水量增加，利用该高浓度水量增加来驱动发电机发电，其中，半透膜单元被分成多个子单元，并且包括连接子单元的高浓度侧中间通道和低浓度侧中间通道，以及，浓度差发电装置包括压力改变机构，该压力改变机构布置于高浓度侧中间通道和低浓度侧中间通道中的至少一个上。本专利技术的优点根据本专利技术，使具有低渗透压的低浓度水与具有高渗透压的高浓度水通过置于其间的半透膜而互相接触，并且利用由正渗透现象所导致的渗透流动为能量，借助于上述技术，能有效并稳定地进行水力发电。【附图说明】[图1]图1是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括位于使子单元连接的高浓度水用通道上的调压阀(有关本专利技术权利要求1的一种实施例)；[图2]图2是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括位于使子单元连接的高浓度水用中间通道上的中间能量回收单元(有关本专利技术权利要求2的一种实施例)；[图3]图3是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括位于使子单元连接的高浓度水用中间通道上的中间增压泵(有关本专利技术权利要求2的一种实施例);[图4]图4是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括位于使子单元连接的低浓度水用中间通道上的中间增压泵(有关本专利技术权利要求9的一种实施例);[图5]图5是图解流程，图示浓度差发电装置的另一实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括位于使子单元连接的低浓度水用中间通道上的中间增压泵(有关本专利技术权利要求9的另一实施例)；[图6]图6是图解流程，图示浓度差发电装置的另一实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括位于使子单元连接的低浓度水用中间通道上的中间增压泵、以及位于高浓度水用中间通道上的中间能量回收单元(有关本专利技术权利要求9的又一实施例)；[图7]图7是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括使要供至上游子单元的一部分低浓度水旁路、并供给至下游子单元的低浓度侧的通道(有关本专利技术权利要求4的实施例)；[图8]图8是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，除了图7中所示的旁路通道之外，其还包括使要供至上游子单元的一部分高浓度水旁路、并供给至下游子单元的高浓度侧的通道；[图9]图9是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，除了图8中所示的两个旁路通道之外，其还包括使要供至下游子单元的一部分高浓度水旁路、并供给至下游子单元的高浓度水用排出通道的通道；[图10]图10是图解流程，图示浓度差发电装置的一种实施例，其包括多个子单元，并且进一步包括将一部分从第一子单元高浓度侧排出的水供给至发电机的通道、以及将其余高浓度排出水供给至第二子单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浓度差发电装置，其中，使浓度不同的高浓度水与低浓度水通过半透膜单元互相接触，该半透膜单元包括半透膜，以及，由正渗透压导致水从低浓度侧渗透至高浓度侧，致使高浓度水量增加，利用该高浓度水量增加驱动发电机发电，其中，所述半透膜单元分成为多个子单元，并且包括连接所述子单元的高浓度侧中间通道和低浓度侧中间通道，以及所述浓度差发电装置包括压力改变机构，于所述高浓度侧中间通道和所述低浓度侧中间通道的至少之一上布置该压力改变机构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.30 JP 2011-0746391.一种浓度差发电装置，其中，使浓度不同的高浓度水与低浓度水通过半透膜单元互相接触，该半透膜单元包括半透膜，以及，由正渗透压导致水从低浓度侧渗透至高浓度侧，致使高浓度水量增加，利用该高浓度水量增加驱动发电机发电， 其中，所述半透膜单元分成为多个子单元，并且包括连接所述子单元的高浓度侧中间通道和低浓度侧中间通道，以及 所述浓度差发电装置包括压力改变机构，于所述高浓度侧中间通道和所述低浓度侧中间通道的至少之一上布置该压力改变机构。2.根据权利要求1所述的浓度差发电装置，其中，所述压力改变机构包括能量回收单元和脱盐单元的至少之一。3.根据权利要求2所述的浓度差发电装置，其中，所述压力改变机构包括等压式能量回收单元。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项权利要求所述的浓度差发电装置，其包括旁路通道，用于使要供给到位于低浓度水流动方向上游的子单元的一部分低浓度水，供给到位于下游的至少一个子单元。5.根据权利要求1至权利要求4中任一项权利要求所述的浓度差发电装置，其进一步包括这样一种通道，该通道用于使位于高浓度水流动方向上游的子单元排出的一部分高浓度水供给到所述发电机， 以及，包括这样一种通道，该通道用于使排出的其余高浓度水供给到位于下游的至少一个子单元。6.根据权利要求1至权利要求5中任一项权利要求所述的浓度差发电装置，该浓度差发电装置包括能量回收单元，该能量回收单元布置在所述高浓度水用中间通道上，位于至少一个子单元的出口处，以及· 所述能量回收单元使所述子单元或位于其上游的子单元增压。7.根据权利要求1至权利要求6中任一项权利要求所述的浓度差发电装置，其构造成使得所述高浓度水和所述低浓度水以彼此大致平行的方式供给到所述子单元。8.根据权利要求1至权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷口雅英，前田智宏，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：
国别省市：