[發(fā)明專利]濃度差發(fā)電裝置及其操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280015189.0
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN103547798A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 谷口雅英;前田智宏
• 申請（專利權(quán)）人: 東麗株式會社
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 宋丹氫;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種裝置，其中，使具有低滲透壓的低濃度水與具有高滲透壓的高濃度水通過置于其間的半透膜互相接觸，并且，利用由于正滲透現(xiàn)象導(dǎo)致的滲透流動為能量，進(jìn)行水力發(fā)電。本發(fā)明進(jìn)一步涉及操作此裝置的方法。

背景技術(shù)

近年來，作為世界經(jīng)濟(jì)增長的結(jié)果，各種全球環(huán)境問題例如礦物燃料消耗、資源枯竭、以及二氧化碳排放增加，已經(jīng)成為現(xiàn)實問題。在這種情況下，已經(jīng)開發(fā)了包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、以及溫差發(fā)電等的新穎無碳能源技術(shù)，作為能量產(chǎn)生措施，并且將其投入實際使用。

這些技術(shù)之中，特別地，濃度差發(fā)電是以例如海水與河水之間的鹽濃度差作為能源的技術(shù)，并且，因為這種發(fā)電利用了大體上取用不盡的自然能源而獲得了高度期待。將鹽濃度差轉(zhuǎn)換成能量的代表性技術(shù)包括濃度差電池。

此外，作為利用濃度差發(fā)電的技術(shù)，Sidney?Loeb提出了減壓滲透法(pressure-retarded?osmosis?method)，其中利用了通過半透膜所產(chǎn)生的滲透壓(S.Loeb，Journal?of?Membrane?Science，卷1，49頁，1976)。當(dāng)由半透膜使鹽濃度不同的兩種溶液(即：低濃度水和高濃度水)彼此隔開時，因正滲透現(xiàn)象，水從淡水側(cè)向鹽水側(cè)移動。在減壓滲透法中，利用這種移動來運轉(zhuǎn)水力發(fā)電機。

在提出這種技術(shù)的時代，從性價比的觀點看，包括半透膜的性能以及水力發(fā)電機的效率，人們認(rèn)為這種技術(shù)實際使用的可能性低。為此，很少研究有關(guān)這種技術(shù)的實際應(yīng)用。然而，作為近年來能源成本、以及半透膜和發(fā)電機性能的新近改進(jìn)的結(jié)果，開始重新考慮采用減壓滲透法的濃度差發(fā)電的實際可能性。在日本Fukuoka縣，正在進(jìn)行一種嘗試，在利用來自海水淡化廠的濃縮廢水時，同時進(jìn)行廢水處理以及發(fā)電(非專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)1)。

在減壓滲透法中，從淡水向鹽水移動的水量越大，性價比越能夠得到改善。然而，由于在這種利用海水和淡水的方法中滲透壓差極大，將淡水中所含有的有機物質(zhì)猛地推貼于半透膜的表面。結(jié)果，存在的問題是易于發(fā)生所謂的積垢，其中半透膜積垢而降低性能。考慮到這樣的問題，開發(fā)了一種技術(shù)，其中對強加于半透膜的壓力差進(jìn)行控制，同時，通過應(yīng)用能量回收單元，減少能量損失(專利文獻(xiàn)2)。對于這種技術(shù)，加速了關(guān)于其實際使用的研究，并且，在挪威構(gòu)建了設(shè)計用于實際使用的性能示范廠，而且，該廠已經(jīng)投入運轉(zhuǎn)。

背景技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利No.4166464

專利文獻(xiàn)2：國際公開WO02／13955，單行本(pamphlet)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：TANIOKA?Akihiko，New?Membrane?Technology?Symposium2010(S5-4-1)，2010年12月

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題

然而，常規(guī)技術(shù)具有下列問題。

大量水從低濃度水側(cè)向高濃度水側(cè)移動，導(dǎo)致高濃度水的濃度顯著減小。因此，即使在一個半透膜單元(其中使高濃度水與低濃度水通過半透膜接觸)中，高濃度水在上游側(cè)與下游側(cè)之間具有較大濃度差。高濃度水的濃度差導(dǎo)致滲透壓差。也就是，在半透膜單元中高濃度水(例如，海水)的進(jìn)口附近，在位于半透膜表面的淡水與海水二者之間的濃度差較大，因此，每單位膜面積發(fā)生的正滲透流動(forward-osmosis?permeation?flow)較大。另一方面，在高濃度水的出口處，由于已經(jīng)流進(jìn)的淡水使高濃度水與低濃度水之間的濃度差減小，導(dǎo)致較小的正滲透流動。

雖然能量回收單元能用來控制半透膜單元中高濃度水與低濃度水之間的壓差，但這種構(gòu)造不能調(diào)節(jié)在高濃度水的進(jìn)口與出口之間發(fā)生的滲透壓波動。結(jié)果，半透膜中發(fā)生較大滲透流動的那些部分易于積垢，以及，存在的問題是，努力抑制積垢導(dǎo)致總體滲透量減少，而這又導(dǎo)致發(fā)電量減少。存在這樣的情況，其中，為了利用較大濃度差以高效發(fā)電的目的，使用高濃度鹽水，例如通過海水脫鹽得到的高濃度廢水或死海鹽水。然而，濃度越高，這種問題越嚴(yán)重。因此，難以得到穩(wěn)定的高效發(fā)電。

本發(fā)明的目的是提供一種裝置，其中，使具有低滲透壓的低濃度水與具有高滲透壓的高濃度水通過置于其間的半透膜互相接觸，并且，利用由正滲透現(xiàn)象所導(dǎo)致的滲透流動為能量，來高效并穩(wěn)定地進(jìn)行水力發(fā)電，以及，提供一種操作這種裝置的方法。

解決問題的措施