特開 2024-110709 エネルギー蓄積装置、発電システム、及び発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110709

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】エネルギー蓄積装置、発電システム、及び発電方法

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/00 20060101AFI20240808BHJP

   F03B 17/06 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 63/08 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

F03G7/00 B

F03B17/06

B01D53/22

B01D63/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015450

(22)【出願日】2023-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 祐也

【テーマコード（参考）】

3H074

4D006

【Ｆターム（参考）】

3H074AA12

3H074BB09

3H074CC12

4D006GA13

4D006HA41

4D006JA14A

4D006JA18A

4D006JA32A

4D006JA66A

4D006JA66C

4D006JA67A

4D006JA67C

4D006KA14

4D006KA33

4D006KA62

4D006KA71

4D006KB30

4D006KD23

4D006KD24

4D006KD30

4D006KE30Q

4D006MA03

4D006MC18

4D006MC40

4D006MC54

4D006MC60

4D006MC62

4D006PA01

4D006PB02

4D006PB04

4D006PB05

4D006PB06

4D006PB08

4D006PC80

(57)【要約】

【課題】発電のためのエネルギーを簡易な構成で生成する。
【解決手段】エネルギー蓄積装置は、中空のタンクと、曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空のタンクと、
曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、
前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、
前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、
前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、
を備えるエネルギー蓄積装置。

【請求項2】

前記タンク内において前記半透膜から見て前記ドロー溶液側に配置され、前記ドロー溶液を撹拌する撹拌部
を備える請求項１に記載のエネルギー蓄積装置。

【請求項3】

前記ドロー溶液への水の移動を制御する制御部
を備える請求項１に記載のエネルギー蓄積装置。

【請求項4】

前記熱交換部は、前記タンクの中空部の上部から下部にわたって設けられ、前記ドロー溶液を加熱するときには、前記ドロー溶液を曇点以上の温度にする流体が内部へ供給されて下部から排出され、前記ドロー溶液を冷却するときには、前記ドロー溶液を曇点未満の温度にする流体が内部へ供給されて下部から排出される
請求項１に記載のエネルギー蓄積装置。

【請求項5】

前記熱交換部は、供給される流体により前記ドロー溶液を加熱及び冷却し、
前記ドロー溶液を加熱するときの流体は、設備から排出された排ガス又は温排水である
請求項１に記載のエネルギー蓄積装置。

【請求項6】

中空のタンクと、
曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、
前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、
前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、
前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、
を備えるエネルギー蓄積装置と、
前記排出部から排出された水を受けて回転するタービンと、
前記タービンの回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
を備える発電システム。

【請求項7】

中空のタンクと、
曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、
前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、
前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、
前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、
を備えるエネルギー蓄積装置と、
前記排出部から排出された水を受けて回転するタービンと、
前記タービンの回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
を備える発電システムにより発電を行う発電方法であって、
前記ドロー溶液に水を吸水させる吸水ステップと、
前記水を吸水した前記ドロー溶液から前記水を分離する分離ステップと、
前記分離ステップで分離された水を前記タンク内から排出する排出ステップと、
前記タンク内から排出された水を受けて回転する前記タービンの回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ステップと、
前記分離ステップで水と分離された前記ドロー溶液を冷却する冷却ステップと、
を備える発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エネルギー蓄積装置、発電システム、及び発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

浸透圧発電に係る発明として、例えば特許文献１、２に開示された発明がある。特許文献１に開示された浸透圧発電システムは、半透過膜の低濃度側に送り込まれた薄い海水又は淡水などの希釈水が半透過膜の高濃度側に送り込まれた濃縮海水側へ半透過膜を透過して流入する。この浸透圧発電システムでは、低濃度側の水分が流入することにより高濃度側の流量が増加し、この増加した流量によって水流発電機のタービンを回転させて発電を行う。なお、この浸透圧発電システムでタービンを回転させた水は、海などに放出される。特許文献２に開示された正浸透発電システムは、水を含むフィード溶液と、ドロー溶質を含みフィード溶液より高い浸透圧を有するドロー溶液とを半透膜を介して接触させ、フィード溶液中に含まれる水をドロー溶液中に移動させる。この正浸透発電システムでは、水の移動によって流量が増加したドロー溶液によりタービンを回転させて発電を行う。なお、この正浸透発電システムでは、タービンを回転させたドロー溶液から水を分離し、水が分離されたドロー溶液が循環経路とポンプを介して半透膜へ戻される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－１７６７７５号公報

【特許文献2】特開２０１７－２５８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された浸透圧発電システムでは、ドロー溶液として濃縮海水が用いられているが、濃縮海水の浸透圧が高くなく、タービンを回転させる高濃度側の流量を増やすことが困難であるため、得られる電力を大きくできないという課題がある。特許文献２に開示された正浸透発電システムでは、浸透圧が１．５ＭＰａ以上で１０ＭＰａ以下のドロー溶液を使用しており、特許文献１の浸透圧発電システムよりタービンを回転させるドロー溶液の流量を多くし、得られる電力を大きくすることができる。しかしながら、ドロー溶液の浸透圧を高くすると、ドロー溶液が通る配管を高圧に耐えうるものにする必要がある。また、特許文献２に開示された正浸透発電システムでは、発電を続けるためには造水装置で連続してドロー溶液を再生する必要がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電のためのエネルギーを簡易な構成で生成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るエネルギー蓄積装置は、中空のタンクと、曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、を備える。

【0007】

また、本発明に係るエネルギー蓄積装置においては、前記タンク内において前記半透膜から見て前記ドロー溶液側に配置され、前記ドロー溶液を撹拌する撹拌部を備えるようにしてもよい。

【0008】

また、本発明に係るエネルギー蓄積装置においては、前記ドロー溶液への水の移動を制御する制御部を備えるようにしてもよい。

【0009】

また、本発明に係るエネルギー蓄積装置においては、前記熱交換部は、前記タンクの中空部の上部から下部にわたって設けられ、前記ドロー溶液を加熱するときには、前記ドロー溶液を曇点以上の温度にする流体が内部へ供給されて下部から排出され、前記ドロー溶液を冷却するときには、前記ドロー溶液を曇点未満の温度にする流体が内部へ供給されて下部から排出されるようにしてもよい。

【0010】

また、本発明に係るエネルギー蓄積装置においては、前記熱交換部は、供給される流体により前記ドロー溶液を加熱及び冷却し、前記ドロー溶液を加熱するときの流体は、設備から排出された排ガス又は温排水としてもよい。

【0011】

また、本発明に係る発電システムは、中空のタンクと、曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、を備えるエネルギー蓄積装置と、前記排出部から排出された水を受けて回転するタービンと、前記タービンの回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備える。

【0012】

また、本発明に係るエネルギー蓄積方法は、中空のタンクと、曇点を有する温度感応性吸水剤を含み、前記タンクに格納されたドロー溶液と、前記ドロー溶液と、前記ドロー溶液に吸水される水との間に配置され、前記水を前記ドロー溶液に移動させる半透膜と、前記ドロー溶液を加熱及び冷却する熱交換部と、前記熱交換部により前記ドロー溶液から分離された水を前記タンク内から排出する排出部と、を備えるエネルギー蓄積装置と、前記排出部から排出された水を受けて回転するタービンと、前記タービンの回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備える発電システムにより発電を行う発電方法であって、前記ドロー溶液に水を吸水させる吸水ステップと、前記水を吸水した前記ドロー溶液から前記水を分離する分離ステップと、前記分離ステップで分離された水を前記タンク内から排出する排出ステップと、前記タンク内から排出された水を受けて回転する前記タービンの回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ステップと、前記分離ステップで水と分離された前記ドロー溶液を冷却する冷却ステップと、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、発電のためのエネルギーを簡易な構成で生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、発電システムの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、エネルギー蓄積装置の動作のフローチャートである。

【図3】図３は、エネルギー蓄積装置の状態の一例を示す図である。

【図4】図４は、エネルギー蓄積装置の状態の一例を示す図である。

【図5】図５は、エネルギー蓄積装置の状態の一例を示す図である。

【図6】図６は、エネルギー蓄積装置の状態の一例を示す図である。

【図7】図７は、タンクの下部の位置の変形例の概略構成を示す図である。

【図8】図８は、エネルギー蓄積装置の変形例を示す図である。

【図9】図９は、タンクの配置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る発電システム１０００の概略構成を示す図である。発電システム１０００は、エネルギー蓄積装置１、第１流体供給部１０１、第２流体供給部１０２、タービン２０１、発電機２０２、流体処理部２０３、及びバルブＢ１～Ｂ３を備える。エネルギー蓄積装置１は、タンク１１、ドロー溶液２１、正浸透膜３１、熱交換部４１、撹拌部５１、第１流体流入部６１、第２流体流入部６２、流体排出部６３、排出部７１、及び流通制御部８１を有する。

【0017】

タンク１１は、金属製又は樹脂製で中空円柱の形状のタンクである。タンク１１は、上端が開放されており、後述する温度感応性吸水剤を加熱した後の温度に耐えうる耐熱性を有している。タンク１１の下部には、タンク１１の下端の開口部を塞ぐように正浸透膜３１が設けられている。タンク１１の内部には、ドロー溶液２１が入れられている。タンク１１は、下端から所定の高さまでが例えば河川の水Ｗの水面より下に位置しており、正浸透膜３１が水Ｗの水面より下に位置する。タンク１１の高さは、例えば１００ｍであり、外径は５ｍである。タンク１１の高さは１００ｍに限定されるものではく、１００ｍを超える高さ、又は１００ｍ未満の高さであってもよい。また、タンク１１の外径は、５ｍに限定されるものではなく、５ｍを超える外径、又は５ｍ未満の外径であってもよい。例えば、タンク１１の高さを低くする場合には、タンク１１の外径を大きくする。また、タンク１１の形状についても、中心から外面の方向に沿った断面形状が円形に限定されるものではなく、楕円形又は多角形の形状であってもよい。

【0018】

タンク１１の下端から所定の高さの位置には、排出部７１が設けられている。排出部７１は、中空円柱形状のパイプである。排出部７１は、タンク１１内の水Ｗを排出する。排出部７１は、一端側の開口部がタンク１１の内部に通じており、他端側がバルブＢ３に接続されている。バルブＢ３は、図示省略した配管でタービン２０１に接続されている。タービン２０１は、排出部７１からバルブＢ３を介して送られる流体により回転する。タービン２０１に供給された流体は、例えば、タンク１１が浸かっている水Ｗへ排出される。発電機２０２は、タービン２０１に連結されており、タービン２０１の回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。

【0019】

ドロー溶液２１は、例えば、温度応答性を持つＬＣＳＴ（Lower Critical Solution Temperature）型の温度感応性吸水剤を含む水溶液である。温度感応性吸水剤とは、低温においては親水性で水によく溶けて吸水量が多くなる一方、温度の上昇に従って吸水量が低下して所定温度以上になると疎水性化し、溶解度が低下する物質である。温度感応性吸水剤において、水溶性と水不溶性とが変化する温度は曇点と呼ばれる。すなわち、温度感応性吸水剤は、曇点を有し、加温すると凝集し、吸水した水と分離する性質を有する吸水剤である。本実施形態において温度感応性吸水剤は、曇点以上に加温した場合に分離する物質であって、少なくとも疎水部および親水部を含む。温度感応性吸水剤としては、例えば直鎖のエチレンオキサイド（ＥＯ）と、プロピレンオキサイド（ＰＯ）又はブチレンオキサイド（ＢＯ）から選ばれた少なくとも１種類との重合体（ブロック共重合体、ランダム共重合体、またはブロック共重合体およびランダム共重合体をともに含む）からなるポリマーを挙げることができる。なお、ドロー溶液２１は、加熱されたときに水よりも比重が大きく、沈降するものであればよい。また、本実施形態では、ドロー溶液２１の温度を上昇させて水と分離させるときに排熱を利用するため、曇点が４０℃～８０℃の範囲内であるのが好ましい。またドロー溶液２１は、吸水力は高い方が良く、初期状態で保有する浸透圧が１０ＭＰａ以上であり、好ましくは１５ＭＰａ以上であると良い。ドロー溶液２１は、タンク１１内で水Ｗを吸水するための体積を残し、例えばタンク１１の１／４～１／３の高さまで入れられる。一例として、タンク１１の高さが１００ｍであると、ドロー溶液２１は、タンク１１内に例えば２５～３０ｍの高さまで入れられる。

【0020】

正浸透膜３１は、半透膜の一種であり、水Ｗを通し、ドロー溶液２１を通さない膜である。正浸透膜３１は、円形の平膜の形状であり、タンク１１の下側の開口部を塞ぐようにタンク１１に設置されている。正浸透膜３１の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、またはポリベンゾイミダゾール系などの材質を挙げることができる。

【0021】

流通制御部８１は、正浸透膜３１の上に設置されている。流通制御部８１は、多孔板と、多孔板の孔を開閉する図示省略した開閉機構を有する。流通制御部８１が有する開閉機構は、図示省略した駆動部により駆動され、多孔板の孔を開状態又は閉状態にする。なお、流通制御部８１は、正浸透膜３１の下側に配置されていてもよい。流通制御部８１は、ドロー溶液への水Ｗの移動を制御する制御部の一例である。

【0022】

撹拌部５１は、熱交換部４１の下端より下で流通制御部８１の近傍に配置されている。撹拌部５１は、撹拌翼５１ａと回転軸５１ｂとを有する。撹拌部５１は、回転軸５１ｂを中心に回転して撹拌翼５１ａでドロー溶液２１を撹拌する。撹拌部５１は、正浸透膜３１及び流通制御部８１を透過した水Ｗの流れにより回転する構成が好ましい。

【0023】

熱交換部４１は、例えば金属製のパイプをらせん状に成形したものである。熱交換部４１は、タンク１１の内部に設置されており、下端から所定の高さまでがドロー溶液２１に浸かっている。なお、熱交換部４１の形状は、らせん状に限定されるものではなく、例えば、パイプをつづら折りした形状であってもよい。熱交換部４１の形状は、タンク１１内で表面積を大きくとれる形状であるのが好ましい。熱交換部４１の上端には、第１流体流入部６１が接続されており、熱交換部４１の下端には、流体排出部６３が接続されている。また、熱交換部４１は、下端から所定の高さの位置に第２流体流入部６２が接続されている。

【0024】

第１流体流入部６１は、中空円柱形状のパイプであり、タンク１１の側面を貫通している。タンク１１において第１流体流入部６１が貫通する部分は、タンク１１内の液体が外部へ漏れないように封止されている。第１流体流入部６１は、一端が熱交換部４１の上端に接続され、他端がバルブＢ１に接続されている。第２流体流入部６２は、中空円柱形状のパイプであり、タンク１１の側面を貫通している。タンク１１において第２流体流入部６２が貫通する部分は、タンク１１内の液体が外部へ漏れないように封止されている。第２流体流入部６２は、一端が熱交換部４１に接続され、他端がバルブＢ２に接続されている。熱交換部４１において第２流体流入部６２が接続される位置は、後述する初期状態、分離状態、排出状態、冷却状態のときのドロー溶液２１の液面より下の位置である。流体排出部６３は、中空円柱形状のパイプであり、タンク１１の側面を貫通している。タンク１１において流体排出部６３が貫通する部分は、タンク１１内の液体が漏れないように封止されている。流体排出部６３は、一端が熱交換部４１の下端に接続され、他端が流体処理部２０３に接続されている。

【0025】

バルブＢ１には、第１流体供給部１０１から図示省略した配管を通って温水が供給される。この温水は、ドロー溶液２１を加熱するための熱源となる流体である。バルブＢ１は、開状態では第１流体流入部６１へ温水を流し、閉状態では温水の流れを遮断する。第１流体供給部１０１は、例えば温排水そのもの、又は排熱で水の温度を上昇させて所定温度以上となった温水をバルブＢ１へ供給する。第１流体供給部１０１において温排水又は水の温度を上昇させる排熱は、例えば、工場やゴミ焼却施設等の設備で生じる温排水又は排熱である。本実施形態では、ドロー溶液２１を加熱するための熱源となる流体を液体状態の温水としているが、この熱源となる流体は、例えば排ガスでも良い。また、本実施形態においては、水を加熱して所定温度以上の温水とするための熱源を排ガスにしてもよい。なお、第１流体供給部１０１において温排水又は水の温度を上昇させる熱は、地熱であってもよい。

【0026】

未利用熱エネルギー革新的活用技術組合の技術開発センターが２０１９年３月に発行した「産業分野の排熱実態調査 報告書」によれば、産業分野で設備から排出されて未利用の排ガスは、１００～１４９℃の温度帯で全体の４１％を占めている。また、この報告書によれば、産業分野で設備から出される温水排熱は排ガス排熱の３．６倍となっている。本実施形態では、これまで未利用であったこれらの排ガスや温水排熱を、ドロー溶液２１を加熱するための熱源となる流体又はドロー溶液２１を加熱するための温水を得るための熱源として使用できるため、エネルギーを有効に利用することができる。なお、温排水は、１００℃未満であるのが好ましく、排ガスは、１５０℃未満であるのが好ましい。

【0027】

バルブＢ２には、第２流体供給部１０２から図示省略した配管を通って冷水が供給される。バルブＢ２は、開状態では第２流体流入部６２へ冷水を流し、閉状態では冷水の流れを遮断する。第２流体供給部１０２は、例えば、水Ｗを冷水としてバルブＢ２へ供給する。第２流体供給部１０２は、バルブＢ２より高い位置から冷水を取水し、第２流体供給部１０２より低い位置にあるバルブＢ２へ冷水を供給するのが好ましい。第２流体供給部１０２が供給する冷水の温度は、ドロー溶液２１が吸水した水Ｗと分離する温度未満、すなわち曇点未満の温度である。

【0028】

流体処理部２０３は、熱交換部４１を流通して流体排出部６３から排出された温水又は冷水が流入する。流体処理部２０３は、流入した温水又は冷水を河川や海へ放流できるように処理する。なお、流体排出部６３から排出される温水又は冷水は、下水道へ送られるようにしてもよく、流体排出部６３から排出される温水又は冷水の水質が公共水域へ排出可能な水質であれば、そのまま河川や海へ放流しても良い。

【0029】

次にエネルギー蓄積装置１を用いて発電システム１０００で発電を行う方法について説明する。図２は、エネルギー蓄積装置１の動作のフローチャートである。本実施形態では、エネルギー蓄積装置１を用いて発電機２０２で発電を行うにあたり、図２に示すようにエネルギー蓄積装置１の状態を変化させる。

【0030】

（初期状態）
まず、初期状態（ステップＳ１）では、流通制御部８１の多孔板の孔が開閉機構により塞がれている状態である。この状態では、流通制御部８１の多孔板の孔が閉じているため、正浸透膜３１を透過する水Ｗがドロー溶液２１に接触していない。即ち、正浸透膜３１を透過する水がタンク１１内へ移動できない状態であり、ドロー溶液２１に水Ｗが吸水されていない状態である。初期状態では、ドロー溶液２１の液面の高さは、図１に示すように排出部７１の下端以下である。また、初期状態では、バルブＢ１及びバルブＢ２が閉状態であり、熱交換部４１の内部には流体が流通していない状態である。また、初期状態では、バルブＢ３が閉状態である。

【0031】

（吸水状態）
エネルギー蓄積装置１は、発電機２０２で発電を行うために、まず吸水状態（ステップＳ２）へ移行する。吸水状態では、流通制御部８１の開閉機構を駆動部で駆動して多孔板の孔が開いた状態とする。また、吸水状態では、バルブＢ１、バルブＢ２、及びバルブＢ３を閉状態とする。この状態では、流通制御部８１の多孔板の孔が開いているため、正浸透膜３１を透過した水Ｗが流通制御部８１の多孔板の孔を通ってタンク１１内へ移動し、ドロー溶液２１に吸水される。タンク１１の内部においては、タンク１１内への水Ｗの流れを受けて撹拌部５１が回転し、撹拌翼５１ａでドロー溶液２１が撹拌される。例えば、エネルギー蓄積装置１が撹拌部５１を有していない場合、正浸透膜３１の近傍でドロー溶液２１が撹拌されないため、水Ｗがタンク１１の下部に溜り、タンク１１の下部ではドロー溶液２１の濃度が薄くなる。タンク１１の下部でドロー溶液２１の濃度が薄くなると、ドロー溶液２１が水Ｗを吸水する速度が遅くなる。一方、本実施形態では、撹拌部５１によってドロー溶液２１が撹拌されるため、タンク１１の内部でドロー溶液２１の濃度が不均一となるのを抑え、ドロー溶液２１に水Ｗが吸水される速度の低下を抑えることができる。水Ｗがドロー溶液２１に吸水されることにより、ドロー溶液２１の液面が図３に示すように上昇する。

【0032】

（分離状態）
ドロー溶液２１が水Ｗの給水を続けると、吸水の速度が遅くなっていく。エネルギー蓄積装置１は、例えば、吸水状態で初期状態のドロー溶液２１の量の２倍の量の水Ｗがドロー溶液２１に吸水されると、分離状態へ移行する（ステップＳ３）。分離状態では、バルブＢ１を開状態とし、図４に示すように第１流体供給部１０１から供給される温水を第１流体流入部６１へ送る。第１流体流入部６１へ送られた温水は、熱交換部４１を上から下へ流通して流体排出部６３を通り、流体処理部２０３へ到達する。熱交換部４１内を流れる温水の温度は、ドロー溶液２１の曇点の温度より２０℃以上、好ましくは３０℃以上であるのが好ましい。例えば、ドロー溶液２１の曇点の温度が６０℃である場合、温水の温度は８０℃～９０℃であるのが好ましい。

【0033】

温水が熱交換部４１を流通すると、この流通する温水の熱により、熱交換部４１に接しているドロー溶液２１の温度が上昇する。ドロー溶液２１は、温度応答性を持つため、温水の熱により温度が上昇し、曇点以上の温度となると吸水した水Ｗと分離する。なお、分離状態においては、ドロー溶液２１が水Ｗと十分分離するように、温水を所定時間以上、熱交換部４１へ供給する。ドロー溶液２１と水Ｗとが十分に分離した後は、バルブＢ１を閉状態にして熱交換部４１への温水の供給を停止してもよいが、分離状態を保つためにバルブＢ１を開状態にして温水の供給を続けるのが好ましい。ドロー溶液２１の比重は、水Ｗより大きいため、図４に示すように分離した水Ｗがタンク１１内でドロー溶液２１の上に位置する。ドロー溶液２１と水Ｗとが分離した状態では、ドロー溶液２１と水Ｗとで水頭差が生じてドロー溶液２１に水Ｗから力が加わるが、ドロー溶液２１は正浸透膜３１を透過しないため、ドロー溶液２１がタンク１１の外部へ漏出することがない。なお、分離の過程でドロー溶液２１に水Ｗが吸水されてドロー溶液２１の液面の高さが変化するのを防ぐため、分離状態においては、流通制御部８１の開閉機構を駆動部で駆動して多孔板の孔を塞いだ状態としてもよい。多孔板の孔を塞ぐことにより、水Ｗとドロー溶液２１の接触がなくなり、水Ｗの移動が止まる。水Ｗの移動が止まることにより、水Ｗがさらにドロー溶液２１側へ移動しなくなり、吸水状態でドロー溶液２１に吸水されてから分離状態で分離した水Ｗがドロー溶液２１に水道（みずみち）を形成して水Ｗ側へ戻ることを防ぐことができる。

【0034】

（排出状態）
エネルギー蓄積装置１は、ドロー溶液２１が水Ｗと分離した後、発電機２０２で発電を行う場合、排出状態（ステップＳ４）へ移行する。排出状態では、バルブＢ３を開状態とし、バルブＢ２を閉状態とする。バルブＢ３が開状態となると、タンク１１内の水Ｗは、図５に示すようにタンク１１内から排出部７１とバルブＢ３を通ってタービン２０１へ送られる。ここで、タービン２０１へ送られる水Ｗの流速は、タンク１１内の水Ｗの位置エネルギーに応じた流速となる。タービン２０１は、バルブＢ３から配管を通って送られた水Ｗを受けて回転し、発電機２０２は、タービン２０１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。タービン２０１を回転させた水Ｗは、タービン２０１からタンク１１が浸かっている水Ｗへ排出される。

【0035】

（冷却状態）
エネルギー蓄積装置１は、タンク１１内の水Ｗがタンク１１外へ排出され、水Ｗがタービン２０１へ送られなくなると、冷却状態（ステップＳ５）へ移行する。冷却状態では、バルブＢ１とバルブＢ３を閉状態とし、バルブＢ２を開状態とする。この状態では、図６に示すように、第２流体供給部１０２から供給される冷水がバルブＢ２と第２流体流入部６２を通り、熱交換部４１の下部へ送られる。第２流体流入部６２へ送られた冷水は、熱交換部４１を流通して流体排出部６３を通り、流体処理部２０３へ到達する。熱交換部４１を流通する冷水の温度は、ドロー溶液２１の曇点の温度未満であるため、冷水が熱交換部４１を流通すると、熱交換部４１に接しているドロー溶液２１の温度が下降する。ドロー溶液２１の温度が下降して曇点の温度未満となると、ドロー溶液２１が水Ｗを吸水できる状態となる。ドロー溶液２１が水Ｗを吸水できる状態となると、バルブＢ２を閉状態とし、熱交換部４１への冷水の供給を停止する。なお、タンク１１の内部に温度計を設置してドロー溶液２１の温度を測定し、ドロー溶液２１の温度が曇点の温度未満である所定温度に到達したときにバルブＢ２を閉状態としてもよい。

【0036】

以上説明したように本実施形態によれば、前述の特許文献に開示されたシステムと比較すると、吸水したドロー溶液２１をタンク１１外へ移動させない簡易な構成で、タンク１１内において水Ｗとドロー溶液２１とに分離し、分離した水Ｗの位置エネルギーで発電を行うことができる。また、本実施形態では、ドロー溶液２１を移動させる配管がないため、高い浸透圧のドロー溶液２１であっても配管を高圧に耐えうるものにする必要がなく、製造のコストを抑えることができる。また、本実施形態では、吸水したドロー溶液２１から水Ｗを分離するときに、排熱を利用した温水を用いているため、他のシステムで発生したエネルギーを有効に利用することができる。

【0037】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態および以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態および各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【0038】

本発明においては、水Ｗは、河川の水に限定されるものではなく、例えば工業用水、水道水、井戸水、工場排水のいずれかであってもよい。また、タンク１１内に吸水される水Ｗは、膜によりろ過されて汚染物質が除去された水としてもよい。また、正浸透膜３１の材質が酢酸セルロース系の場合、微生物の繁殖防止のために水Ｗに塩素系殺菌剤を添加してもよい。

【0039】

上述した実施形態では、熱交換部４１の内部に液体を供給しているが、温水に替えて温水と同じ温度の流体としての気体を供給し、冷水に替えて冷水と同じ温度の流体としての気体を供給してもよい。

【0040】

上述した実施形態においては、タンク１１の下部は河川内に位置しているが、タンク１１の下部は、河川内に位置する構成に限定されるものでなく、他の構成であってもよい。図７は、タンク１１の下部の位置の変形例の概略構成を示す図である。貯水部３０１は、例えば中空円柱で上端と下端が密閉された形状であり、タンク１１の下部が上から挿入されている。貯水部３０１には、中空円柱形状の配管３０２の一端と、中空円柱形状の配管３０３の一端が接続されている。配管３０２の他端には、バルブＢ４が接続され、配管３０３の他端にはバルブＢ５が接続されている。バルブＢ４において配管３０２が接続されている側と反対側及びバルブＢ５において配管３０３が接続されている側と反対側は、例えば河川水や貯留水槽など水Ｗを多量に保有する部分へ接続されている。

【0041】

バルブＢ４には水Ｗが供給される。吸水状態においては、バルブＢ４が開状態にされ、バルブＢ５が閉状態にされる。バルブＢ４が開状態である場合、バルブＢ４から配管３０２を通って水Ｗが貯水部３０１へ供給される。貯水部３０１へ供給された水Ｗは、タンク１１内へ移動してドロー溶液２１に吸水される。また、初期状態、及び冷却状態においては、バルブＢ４及びバルブＢ５が閉状態にされる。この状態では、貯水部３０１が密閉されるため、ドロー溶液２１に水が吸水されるのを防ぐことができる。なお、初期状態及び冷却状態においては、バルブＢ４及びバルブＢ５を閉状態にする代わりに流通制御部８１の多孔板の孔を閉じるようにしても良い。また、分離状態、及び排出状態においては、バルブＢ４及びバルブＢ５が閉状態にされる。この状態では、貯水部３０１が密閉されるため、タンク１１内の水Ｗが貯水部３０１へ戻るのを防ぐことができる。なお、分離状態及び排出状態においては、バルブＢ４及びバルブＢ５を閉状態にする代わりに流通制御部８１の多孔板の孔を閉じるようにしても良い。貯水部３０１、配管３０２、３０３、及びバルブＢ４、Ｂ５は、ドロー溶液２１への水Ｗの移動を制御する制御部の一例である。

【0042】

上述した実施形態では、エネルギー蓄積装置１は、熱交換部４１へ温水と冷水を供給するために、温水が供給される第１流体流入部６１と、冷水が供給される第２流体流入部６２とを備えているが、熱交換部４１へ温水と冷水を供給する構成は実施形態の構成に限定されるものではない。図８は、エネルギー蓄積装置１の変形例を示す図である。図８に示すエネルギー蓄積装置１Ａは、温水流入部６１Ａと冷水流入部６１Ｂを有し、第２流体流入部６２を備えていない構成である。温水流入部６１Ａと冷水流入部６１Ｂは、第１流体流入部６１に接続されている。温水流入部６１ＡにはバルブＢ１ａが接続され、冷水流入部６１ＢにはバルブＢ１ｂが接続されている。バルブＢ１ａには、第１流体供給部１０１から図示省略した配管を通って温水が供給される。バルブＢ１ｂには、第２流体供給部１０２から図示省略した配管を通って冷水が供給される。

【0043】

エネルギー蓄積装置１Ａにおいては、初期状態、吸水状態、及び排出状態でバルブＢ１ａとバルブＢ１ｂを閉状態とする。また、エネルギー蓄積装置１Ａにおいては、分離状態では、バルブＢ１ａを開状態とし、バルブＢ１ｂを閉状態とする。この状態では、温水が温水流入部６１Ａと第１流体流入部６１を通って熱交換部４１へ供給され、冷水がバルブＢ１ｂで遮断される。また、エネルギー蓄積装置１Ａにおいては、冷却状態では、バルブＢ１ａを閉状態とし、バルブＢ１ｂを開状態とする。この状態では、冷水が冷水流入部６１Ｂと第１流体流入部６１を通って熱交換部４１へ供給され、温水がバルブＢ１ａで遮断される。このエネルギー蓄積装置１Ａでは、タンク１１を貫通して熱交換部４１へ接続される配管がエネルギー蓄積装置１より少なくなり、構成が簡素なものとなっている。

【0044】

上述した実施形態においては、タンク１１の上端は開放されているが、上端を閉じた構成としてもよい。タンク１１の上端を閉じた構成とした場合、吸水状態においては、ドロー溶液２１の液面が上昇し、液面の上昇に伴ってタンク１１内部の内圧が上昇する。ドロー溶液２１の液面の上昇が止まると、分離状態へ移行してドロー溶液２１と水Ｗとを分離する。分離状態においてタンク１１の内部で蓄積されているエネルギーは、水Ｗの位置エネルギーとタンク１１の内圧による圧力エネルギーとなるため、上述の実施形態で蓄積されるエネルギーと同等のエネルギーを密閉したタンク１１で蓄積する場合、タンク１１の上端を開放する実施形態よりタンク１１の高さを低くすることができる。

【0045】

本発明においては、熱交換部４１がドロー溶液２１の加熱と冷却を行っているが、ドロー溶液２１の加熱と冷却を行う方法は、熱交換部４１を用いる構成に限定されるものではない。例えば、タンク１１の内部に熱交換部４１を配置せず、水Ｗを吸水したドロー溶液２１をタンク１１の外部に設けられた熱交換器へ送るようにしてもよい。この場合、熱交換器では吸水したドロー溶液２１を加熱して水Ｗを分離し、分離した水Ｗとドロー溶液２１をタンク１１の内部へ送る。また、ドロー溶液２１を冷却する際には、熱交換器で加熱されてタンク１１へ戻されたドロー溶液２１を再び熱交換器へ送るようにしてもよい。この場合、熱交換器でドロー溶液２１を冷却し、冷却されたドロー溶液をタンク１１の内部へ送る。

【0046】

タンク１１は、直立させる構成に限定されるものではなく、斜面に沿って配置するようにしてもよい。図９は、タンク１１の配置の一例を示す図である。タンク１１は、図９に示すように例えば山の斜面ＳＬに配置するようにしてもよい。また、発電機２０２に長時間継続して発電を行わせるために、図９に示すように複数のタンク１１を配置し、タンク１１の内部で分離された水Ｗを複数のタンク１１から順次タービン２０１へ送るようにしてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ エネルギー蓄積装置
１１ タンク
２１ ドロー溶液
３１ 正浸透膜
４１ 熱交換部
５１ 撹拌部
６１ 第１流体流入部
６２ 第２流体流入部
６３ 流体排出部
７１ 排出部
８１ 流通制御部
１０１ 第１流体供給部
１０２ 第２流体供給部
２０１ タービン
２０２ 発電機
２０３ 流体処理部
３０１ 貯水部
３０２、３０３ 配管
１０００ 発電システム
Ｂ１～Ｂ５、Ｂ１ａ、Ｂ１ｂ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】