浸透圧発電システム
【課題】半透膜を介して淡水が海水に浸透して生じる流動によって水車を回転させて発電する浸透圧発電システムにおいて、安定した発電出力を得る。
【解決手段】半透膜１の両面に隔離形成された海水流路３１および淡水流路４１を有する浸透装置２と、海水流路３１に連通された海水給水路３２および海水排水路３３と、淡水流路４１に連通された淡水給水路４２および淡水排水路４３と、海水給水路３２に設けられた海水給水ポンプ５１と、淡水給水路４２に設けられた淡水給水ポンプ５２と、海水排水路３３に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機８と、を備えた浸透圧発電システムにおいて、淡水流路３１から海水流路４１に浸透する浸透量を維持調節する浸透量維持調節手段を設けた。
【解決手段】半透膜１の両面に隔離形成された海水流路３１および淡水流路４１を有する浸透装置２と、海水流路３１に連通された海水給水路３２および海水排水路３３と、淡水流路４１に連通された淡水給水路４２および淡水排水路４３と、海水給水路３２に設けられた海水給水ポンプ５１と、淡水給水路４２に設けられた淡水給水ポンプ５２と、海水排水路３３に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機８と、を備えた浸透圧発電システムにおいて、淡水流路３１から海水流路４１に浸透する浸透量を維持調節する浸透量維持調節手段を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半透膜を介して淡水が海水に浸透して生じる流動によって水車を回転させて発電する浸透圧発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半透膜を介して海水と淡水とを接触させると、淡水が半透膜を透過して海水中に浸透する。この現象は、半透膜の両面に接する海水と淡水との塩分濃度差による浸透圧が作用して生じるものであり、２５℃の海水と淡水との間では、約２．８ＭＰａの浸透圧が存在する。
【０００３】
この浸透圧を利用した浸透圧発電システムは、河川から淡水を取水するとともに、海から海水を取水し、半透膜を備えた浸透装置を用いて淡水を海水に浸透させ、淡水が浸透する過程で生じる流動によって水車を回転させて発電するように構成されている。
【０００４】
浸透圧発電システムにおける流動の利用形態として、浸透装置への淡水給水路上に水車発電機を設置し、浸透装置への淡水給水の流動に、浸透による流動が重畳された、淡水を利用して発電する方式（たとえば、特許文献１参照）が提案されている。また、浸透装置からの海水排水路上に水車発電機を設置し、浸透装置への海水給水の流動に、浸透による淡水の流動が重畳された、希釈海水を利用して発電する方式（たとえば、特許文献２参照）も提案されている。
【０００５】
このような浸透圧発電システムに用いられる浸透装置は、浸透圧によって淡水が海水側に吸引されることから、淡水側が負圧になった場合に、浸透装置内に空気が侵入することによって、また、淡水内の溶存気体が気化することによって、浸透装置内に気泡が発生するが、この気泡が半透膜面に付着すると、浸透が阻害されて浸透量が減少し、水車発電機の発電出力が低下するという課題があった。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するために、特許文献１においては、浸透装置を水深のある海底に設置して、河川との落差を給水圧力に変換することによって、淡水側を正圧に保つ方式が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５４−５７１１６号公報（図７）
【特許文献２】特開昭５８−５３６８４号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の浸透圧発電システムにおいては、特許文献１の構成では、浸透装置を海底に設置しているので、設置や維持管理が困難になるという課題があった。
【０００９】
また、特許文献１または特許文献２の構成では、淡水中に微量に存在する塩分のほとんどが浸透せずに浸透装置内の淡水中に残留することから、淡水中の塩分濃度が濃縮されて上昇するが、塩分が濃縮した淡水を適宜排水して淡水の塩分濃度を調節する機構を備えていないので、半透膜両面の塩分濃度差が減少して浸透圧が低下し、浸透量が減少して水車発電機の発電出力が低下するという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、安定した発電出力を維持することのできる浸透圧発電システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による浸透圧発電システムは、半透膜と、半透膜の一方の膜面側に形成された海水流路と、半透膜の他方の膜面側に形成された淡水流路とを有する浸透装置と、海水流路に海水を給水する海水給水路と、海水流路から海水を排水する海水排水路と、淡水流路に淡水を給水する淡水給水路と、淡水流路から淡水を排水する淡水排水路と、海水給水路に設けられた海水給水ポンプと、淡水給水路に設けられた淡水給水ポンプと、海水排水路に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機と、淡水流路から海水流路に浸透する浸透量を維持調節する浸透量維持調節手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、浸透量維持調節手段を用いて、淡水流路から海水流路に浸透する浸透量を維持調節することにより、水車発電機への流入量と流入圧力を安定した状態に維持することができるので、水車発電機を安定した発電出力で運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
図１において、浸透圧発電システムは、半透膜１を介して隔離形成された海水流路３１および淡水流路４１を有する浸透装置２と、海水流路３１に連通された海水給水路３２および海水排水路３３と、淡水流路４１に連通された淡水給水路４２および淡水排水路４３と、海水給水路３２に設けられた海水給水ポンプ５１と、海水排水路３３に設けられた水車発電機８と、淡水給水路４２に設けられた淡水給水ポンプ５２と、を備えるとともに、第１の浸透量維持調節手段として、淡水排水路４３内の淡水圧力を検出する淡水圧力計１０と、淡水給水ポンプ５２を制御する第１の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４と、を備えている。
【００１４】
各流路３１、４１および各水路３２、３３、４２、４３において、海水６および淡水７は、実線矢印および２点鎖線矢印で示す方向に流れる。
制御装置１４は、淡水圧力計１０の淡水圧力計測値１１に基づいて、淡水圧力（淡水流路４１内の圧力値）を正圧に維持するための操作量指令値１５を生成し、淡水給水ポンプ５２の流量を制御する。
【００１５】
浸透装置２において、海水６（２点鎖線参照）が流れる海水流路３１は、半透膜１の一方の膜面側に設けられ、淡水７（２点鎖線参照）が流れる淡水流路４１は、半透膜１の他方の膜面側に設けられている。また、淡水流路４１内の淡水７は、破線矢印で示すように、半透膜１を透過して、海水流路３１内の海水６に浸透する。
【００１６】
なお、半透膜１は、塩分阻止率の高い逆浸透膜が好ましいが、ナノ濾過膜、限外濾過膜であってもよく、また、濾過専用の膜でなくてもよい。半透膜１としては、たとえば、包装用フィルム（再生セルロース製の限外濾過膜や、ポリビニルアルコール製のナノ濾過膜と同じ材質からなる）などの、別の用途の膜を転用してもよい。また、その形状は、平膜を加工したものであっても、中空糸状であってもよい。
【００１７】
海水流路３１および淡水流路４１は、中空糸膜や袋状膜の内部のような膜構造またはスペーサなどの部材によって確保される。各流路３１、４１を形成する部材が、流れの乱流化を促進する機能を持っていれば、流路各部の塩分濃度に偏りができる濃度分極が起きにくくなるので好ましい。
【００１８】
また、各流路３１、４１内において、海水６は、海水流路３１の出口に近いほど、浸透した淡水７と混合して塩分濃度が低下し、一方、淡水７は、淡水流路４１の出口に近いほど、塩分が濃縮して塩分濃度が上昇するので、各位置で半透膜１の両面の塩分濃度差を確保するために、海水６および淡水７の流動方向は、図示したように、対向流となるように設計することが好ましい。
【００１９】
浸透装置２としては、各種形状（スパイラル形、中空糸形、平膜積層形など）の膜モジュールや膜モジュールを水槽に浸漬したものを使用することができるが、少なくとも、海水６および淡水７のそれぞれについて、給水部分と排水部分とを備えている必要がある。
浸透装置２における海水６および淡水７の給水部分および排水部分は、それぞれ、海水給水路３２、海水排水路３３、淡水給水路４２および淡水排水路４３と接続されている。
【００２０】
また、前述のように、海水給水路３２の途上には海水給水ポンプ５１が設けられ、淡水給水路４２の途上には淡水給水ポンプ５２が設けられ、海水排水路３３の途上には水車発電機８が設けられ、淡水排水路４３の途上には淡水圧力計１０が設けられている。
海水排水路３３は、浸透装置２との接続箇所と排水路末端との間で落差が設定されていなくてもよい。水車発電機８は、無落差または数ｍ程度の低落差で発電できるものが好ましい。
【００２１】
淡水圧力計１０で検出された淡水圧力計測値１１は、淡水給水ポンプ５２の流量を制御する制御装置１４に入力され、制御装置１４は、淡水圧力計測値１１が負圧となった場合に、流量を増やして淡水圧力計測値１１を正圧に戻すための操作量指令値１５を、淡水給水ポンプ５２に入力する。
【００２２】
図２は淡水流路４１の圧力分布を示す説明図であり、横軸は淡水流路４１の入口からの距離、縦軸は淡水流路４１内の淡水圧力である。
図２において、実線は制御装置１４の制御処理を実行した場合の圧力分布曲線、破線は制御装置１４の制御処理を実行しない場合の圧力分布曲線を示している。
【００２３】
図２から明らかなように、制御装置１４の制御処理を実行しない場合（破線参照）は、前述の理由から淡水流路４１内の淡水圧力は、各位置で負圧となり、淡水流路４１の出口に向かうにつれて、圧力値はさらに低下する。
仮に、淡水流路４１内が負圧の状態で、淡水流路４１の出口を開放すると、淡水排水路４３から水が逆流するので開放することはできない。
【００２４】
一方、制御装置１４の制御処理を実行した場合（実線参照）は、淡水給水ポンプ５２の流量が増えることにより、淡水流路４１内の圧力値が増すので、淡水流路４１内を正圧に維持することができる。
なお、淡水圧力計測値１１が、制御装置１４の上限圧力設定値よりも高い場合には、淡水流路４１への供給流量を減らす操作量指令値１５を、淡水給水ポンプ５２に与える。これにより、過剰に圧力を増大させて淡水給水ポンプ５２の動力（消費電力）を増大させて、システム全体で見た場合の発電効率の低下を回避することができる。
【００２５】
以上のように、この発明の実施の形態に係る浸透圧発電システムは、半透膜１と、半透膜１の一方の膜面側に形成された海水流路３１と、半透膜１の他方の膜面側に形成された淡水流路４１とを有する浸透装置２と、海水流路３１に海水６を給水する海水給水路３２と、海水流路３１から海水６を排水する海水排水路３３と、淡水流路４１に淡水７を給水する淡水給水路４２と、淡水流路４１から淡水７を排水する淡水排水路４３と、海水給水路３２に設けられた海水給水ポンプ５１と、淡水給水路４２に設けられた淡水給水ポンプ５２と、淡水排水路４３における淡水圧力を検出する淡水圧力計１０と、海水排水路３３に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機８と、淡水給水ポンプ５２を制御する制御装置１４と、を備えている。
【００２６】
また、制御装置１４は、淡水圧力計１０により検出された淡水圧力計測値１１に応じて、淡水給水ポンプ５２の流量を調節することにより、淡水流路４１における圧力値を正圧に維持する。具体的には、制御装置１４は、淡水圧力計測値１１が負圧を示す場合には、淡水圧力計測値１１が正圧となるように、淡水給水ポンプ５２の流量を増やすための操作量指令値１５を出力する。
【００２７】
このように、淡水流路４１内の淡水圧力を正圧に維持することにより、淡水流路４１への空気の侵入または溶存気体の気化が生じることがないので、気泡が半透膜１の膜面に付着して浸透が阻害される現象を回避し、淡水流路４１から海水流路３１への浸透量を維持して、安定した発電出力を得ることができる。
また、制御装置１４は、淡水圧力計測値１１が上限圧力設定値よりも高い場合には、淡水給水ポンプ５２の流量を減らすための操作量指令値１５を出力するので、発電効率の低下を回避することができる。
【００２８】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、淡水排水路４３における塩分濃度を考慮しなかったが、図３に示すように、第２の浸透量維持調節手段として、淡水排水路４３に淡水排水流量調節手段９および塩分濃度計１２を設けるとともに、塩分濃度計１２の塩分濃度計測値１３に応じて淡水排水流量調節手段９の流量を調節する第２の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４Ａを設けてもよい。
図３はこの発明の実施の形態２に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００２９】
図３において、浸透圧発電システムは、前述（図１参照）の構成に加えて、淡水排水路４３の途上に設けられた淡水排水流量調節手段９および塩分濃度計１２と、塩分濃度計１２により検出された塩分濃度計測値１３に応じて淡水排水流量調節手段９を制御する制御装置１４Ａと、をさらに備えている。
【００３０】
制御装置１４Ａは、塩分濃度計１２の塩分濃度計測値１３に基づいて、浸透装置２内の半透膜１における淡水流路４１から海水流路３１への浸透圧を正圧に維持するための操作量指令値１５Ａを生成し、淡水排水流量調節手段９の流量（淡水排水量）を調節する。
【００３１】
具体的には、制御装置１４Ａは、塩分濃度計測値１３が塩分濃度設定値よりも高ければ、淡水排水量を増やすための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力し、逆に塩分濃度計測値１３が塩分濃度設定値よりも低ければ、淡水排水量を減らすための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力する。なお、塩分濃度設定値は、１つの数値でも、上下限の幅をもたせた値であってもよい。
また、淡水排水流量調節手段９は、バルブまたはポンプであってもよい。
【００３２】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る浸透圧発電システムは、淡水排水路４３における淡水排水流量を調節する淡水排水流量調節手段９と、淡水排水路４３における淡水排水の塩分濃度を検出する塩分濃度計１２と、流量調節手段９を制御する制御装置１４Ａと、を備えている。
【００３３】
また、制御装置１４Ａは、塩分濃度計１２により検出された塩分濃度計測値１３に応じて、淡水排水流量調節手段９による淡水排水流量を調節することにより、半透膜１における淡水流路４１から海水流路３１への浸透圧を正圧に維持する。
具体的には、制御装置１４Ａは、塩分濃度計測値１３が所定の塩分濃度設定値よりも高ければ、淡水排水量を増やす（浸透によって塩分が濃縮した淡水を排水する）ための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力し、塩分濃度計測値１３が塩分濃度設定値よりも低ければ、淡水排水量を減らすための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力する。
【００３４】
このように、淡水排水の塩分濃度に応じて淡水排水量を調節することにより、浸透装置２内での浸透による淡水７の塩分濃度上昇（淡水７に微量に含まれる塩分の濃縮）による半透膜１での浸透圧の低下を回避して、淡水流路４１から海水流路３１への浸透量の減少を防ぎ、安定した発電出力を得ることができる。
また、前述と同様に、過剰な排水による淡水給水ポンプ５２の動力（消費電力）の増加を回避して、システム全体で見た場合の発電効率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図１、図３）では、海水流路３１側に関する流量制御について考慮しなかったが、図４に示すように、第３の浸透量維持調節手段として、海水排水路３３の水車発電機８の入力側に海水圧力計１０Ｂを設けるとともに、海水圧力計１０Ｂにより検出された海水圧力計測値１１Ｂに応じて海水給水ポンプ５１Ｂの流量を制御する第３の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４Ｂを設けてもよい。
図４はこの発明の実施の形態３に係る浸透圧発電システムを概略的に示すブロック構成図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００３６】
図４において、浸透圧発電システムは、前述（図２参照）の構成に加えて、海水排水路３３上で水車発電機８の入力側に設けられた海水圧力計１０Ｂと、海水圧力計１０Ｂの海水圧力計測値１１Ｂに応じて海水給水ポンプ５１Ｂの流量を制御する制御装置１４Ｂとを備えている。海水給水ポンプ５１Ｂは、前述の海水給水ポンプ５１に対応しており、流量調節可能に構成されている。
【００３７】
一般に、浸透装置２内の半透膜１における浸透量は、短期的には、海水６および淡水７の流量および圧力によって、または、海水６と浸透した淡水７との混合度合いが偏る濃度分極によって変化し、長期的には、半透膜１内に不純物が目詰まりすることによって、または、半透膜１の膜面に不純物（塩分など）が堆積することによって変化する。
このように、半透膜１における浸透量が変化することにより、海水６の排水流量および圧力が変化するが、これらの変動分を海水給水ポンプ５１Ｂが補うことが望ましい。
【００３８】
具体的には、海水給水ポンプ５１Ｂの流量を調節する制御装置１４Ｂは、海水圧力計測値１１Ｂが所定の圧力設定値よりも高ければ、流量を減らすための操作量指令値１５Ｂを海水給水ポンプ５１Ｂに出力し、海水圧力計測値１１Ｂが圧力設定値よりも低ければ、流量を増やすための操作量指令値１５Ｂを海水給水ポンプ５１Ｂに出力する。
【００３９】
これにより、海水排水路３３における海水圧力と、海水排水路３３および水車発電機８の抵抗とによって、海水流路３１から排水される海水６の流量が決定することから、海水排水路３３における海水圧力が一定であれば、海水流量も一定になるので、水車発電機８の発電出力を安定して運転することができる。
【００４０】
以上のように、この発明の実施の形態３に係る浸透圧発電システムは、海水排水路３３における水車発電機８の入力側の海水圧力を検出する海水圧力計１０Ｂと、海水給水ポンプ５１Ｂを制御する制御装置１４Ｂと、を備えている。
また、制御装置１４Ｂは、海水圧力計１０Ｂにより検出された海水圧力計測値１１Ｂに応じて、海水給水ポンプ５１Ｂの流量を調節することにより、海水排水路３３における海水圧力値を一定に維持する。
【００４１】
これにより、半透膜１の目詰まりや膜面堆積物によって浸透量が減少する場合や、海水６と浸透した淡水７との混合度合いによって塩分濃度が変化して浸透量が変化する場合においても、水車発電機８への流入圧力、流入量を一定に保つことができるので、水車発電機８の運転を安定して行うことができる。
また、水車発電機８の入力側の海水圧力を一定に保つことにより、浸透装置２における浸透量に左右されずに、水車発電機８の発電出力を安定して運転することができる。
【００４２】
さらに、図４に示したように、前述の実施の形態２（図３）の構成に海水圧力計１０Ｂおよび制御装置１４Ｂを追加することにより、前述の実施の形態１、２の効果に加えて、上記作用効果を奏することができる。
なお、図４においては、前述の実施の形態２の構成に海水圧力計１０Ｂおよび制御装置１４Ｂを追加した場合を示したが、前述の実施の形態１（図１）の構成に海水圧力計１０Ｂおよび制御装置１４Ｂを追加してもよい。
【００４３】
実施の形態４．
また、図５に示すように、上記実施の形態３（図４参照）に、第４の浸透量維持調節手段をさらに設けて、海水流路および淡水流路に供給する海水と淡水とを入れ替え可能に構成してもよい。
図５において、第４の浸透量維持調節手段は、海水給水路３２から分岐した海水給水分岐路３４と、淡水給水路４２から分岐した淡水給水分岐路４４と、海水排水路３３から分岐した海水排水分岐路３５と、淡水排水路４３から分岐した淡水排水分岐路４５と、海水給水路３２から海水給水分岐路３４に給水経路を切り替える海水給水切替手段６１と、淡水給水路４２から淡水給水分岐路４４に給水経路を切り替える淡水給水切替手段６２と、海水排水路３３から海水排水分岐路３５に排水経路を切り替える海水排水切替手段６３と、淡水排水路４３から淡水排水分岐路４５に排水経路を切り替える淡水排水切替手段６４と、を備えている。
【００４４】
図５はこの発明の実施の形態４に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図であり、前述の実施の形態１〜３に係る第１〜第３の浸透量維持調節手段については、図示を省略している。また、前述（図４参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００４５】
なお、図５の浸透装置２Ｃにおいては、海水流路３１と淡水流路４１とを「並行流」とした例を示しているが、前述の実施の形態１で述べたように「対向流」としてもよい。
また、浸透装置２Ｃ内の半透膜１Ｃは、単層構造で形成されるか、または、表裏のない対称構造で形成され、膜のどちらの面から水を透過させても、膜の強度を維持できる構造とすることが好ましい。
【００４６】
海水給水分岐路３４の路上には、海水給水切替手段６１が設けられており、海水給水分岐路３４は、海水給水路３２および淡水給水路４２に接続されている。
淡水給水分岐路４４の路上には、淡水給水切替手段６２が設けられており、淡水給水分岐路４４は、海水給水分岐路３４よりも浸透装置２Ｃに近い位置で海水給水路３２に接続され、海水給水分岐路３４よりも浸透装置２Ｃに遠い位置で淡水給水路４２に接続されている。
【００４７】
海水排水分岐路３５の路上には、海水排水切替手段６３が設けられており、海水排水分岐路３５は、海水排水路３３および淡水排水路４３に接続されている。
淡水排水分岐路４５の路上には、淡水排水切替手段６４が設けられており、淡水排水分岐路４５は、海水排水分岐路３５よりも浸透装置２Ｃに遠い位置で海水排水路３３に接続され、海水排水分岐路３５よりも浸透装置２Ｃに近い位置で淡水排水路４３に接続されている。
【００４８】
各切替手段６１〜６４は、たとえば三方弁が使用されており、これにより、各分岐路３４、３５、４４、４５に通水するときには、各水路３２、３３、４２、４３を閉じる構成となっている。なお、各水路３２、３３、４２、４３と各分岐路３４、３５、４４、４５と、のそれぞれに弁を設け、各水路３２、３３、４２、４３と各分岐路３４、３５、４４、４５との通水を排他的に行う構成としてもよい。
【００４９】
半透膜１Ｃは、長期間の使用によって、浸透せずに残った微量の塩分が淡水側膜面に付着して、堆積することにより、または膜内に目詰まりすることにより、浸透量が減少するが、この状態を解消する方法としては、浸透の向きに対して逆方向から水を流して、膜面に堆積（または、膜内に目詰まり）した物質を排除する「逆流洗浄操作」を行うことが有効である。
【００５０】
各給水切替手段６１、６２を操作すると、海水給水分岐路３４に海水を、淡水給水分岐路４４に淡水を給水して、浸透装置２Ｃの海水流路３１が海水から淡水に入れ替わり、また淡水流路４１が淡水から海水に入れ替わる。
この操作によって、浸透の向きが操作前とは反対となり、反対方向に淡水が浸透する過程で、半透膜１Ｃの膜面堆積物（または、目詰まりの原因物質）を剥離して浸透装置２Ｃから排除することができる。
【００５１】
淡水流路４１の海水は、淡水排水分岐路４５に通水することによって海水排水路３３に排水され、海水流路３１の淡水は、海水排水分岐路３５に通水することによって淡水排水路４３に排水される。
なお、この逆流洗浄操作が行われている間も、水車発電機８には海水が供給され続けるので、水車発電機８の運転を停止させることなく、発電を継続することができる。
【００５２】
流路切替操作の時期としては、膜面堆積物（または、目詰まり）によって浸透量が減少すると淡水給水ポンプ５２の流量が減少することに注目して、淡水給水ポンプ５２の流量が或る一定値を下回る時期を目安とすればよい。
【００５３】
以上のように、この発明の実施の形態４に係る浸透圧発電システムは、海水給水路３２から分岐した海水給水分岐路３４と、海水排水路３３から分岐した海水排水分岐路３５と、淡水給水路４２から分岐した淡水給水分岐路４４と、淡水排水路４３から分岐した淡水排水分岐路４５と、海水給水切替手段６１と、淡水給水切替手段６２と、海水給水切替手段６３と、海水排水切替手段６４と、を備えている。
【００５４】
また、海水給水分岐路３４を介して淡水流路４１に海水を給水し、また、淡水給水分岐路４４を介して海水流路３１に淡水を給水し、海水排水分岐路３５を介して海水流路３１から淡水を排水し、淡水排水分岐路４５を介して淡水流路４１から海水を排水することによって、反対方向の浸透を利用して逆流洗浄を行う。
【００５５】
これにより、半透膜１Ｃの目詰まりや膜面堆積物の除去（逆流洗浄操作）を、水車発電機８を停止させることなく、発電を継続しながら行うことができる。
なお、上述の構成による第４の浸透量維持装置は、前述の実施の形態１（図１）または実施の形態２（図３）に追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による制御実行時の淡水流路内の圧力分布を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１Ｃ 半透膜、２、２Ｃ 浸透装置、６ 海水、７ 淡水、８ 水車発電機、９ 淡水排水流量調節手段、１０ 淡水圧力計、１０Ｂ 海水圧力計、１１ 淡水圧力計測値、１１Ｂ 海水圧力計測値、１２ 塩分濃度計、１３ 塩分濃度計測値、１４ 第１の制御装置、１４Ａ 第２の制御装置、１４Ｂ 第３の制御装置、１５、１５Ａ 操作量指令値、３１ 海水流路、３２ 海水給水路、３３ 海水排水路、３４ 海水給水分岐路、３５ 海水排水分岐路、４１ 淡水流路、４２ 淡水給水路、４３ 淡水排水路、４４ 淡水給水分岐路、４５ 淡水排水分岐路、５１、５１Ｂ 海水給水ポンプ、５２ 淡水給水ポンプ、６１ 海水給水切替手段、６２ 淡水給水切替手段、６３ 海水排水切替手段、６４ 淡水排水切替手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半透膜を介して淡水が海水に浸透して生じる流動によって水車を回転させて発電する浸透圧発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半透膜を介して海水と淡水とを接触させると、淡水が半透膜を透過して海水中に浸透する。この現象は、半透膜の両面に接する海水と淡水との塩分濃度差による浸透圧が作用して生じるものであり、２５℃の海水と淡水との間では、約２．８ＭＰａの浸透圧が存在する。
【０００３】
この浸透圧を利用した浸透圧発電システムは、河川から淡水を取水するとともに、海から海水を取水し、半透膜を備えた浸透装置を用いて淡水を海水に浸透させ、淡水が浸透する過程で生じる流動によって水車を回転させて発電するように構成されている。
【０００４】
浸透圧発電システムにおける流動の利用形態として、浸透装置への淡水給水路上に水車発電機を設置し、浸透装置への淡水給水の流動に、浸透による流動が重畳された、淡水を利用して発電する方式（たとえば、特許文献１参照）が提案されている。また、浸透装置からの海水排水路上に水車発電機を設置し、浸透装置への海水給水の流動に、浸透による淡水の流動が重畳された、希釈海水を利用して発電する方式（たとえば、特許文献２参照）も提案されている。
【０００５】
このような浸透圧発電システムに用いられる浸透装置は、浸透圧によって淡水が海水側に吸引されることから、淡水側が負圧になった場合に、浸透装置内に空気が侵入することによって、また、淡水内の溶存気体が気化することによって、浸透装置内に気泡が発生するが、この気泡が半透膜面に付着すると、浸透が阻害されて浸透量が減少し、水車発電機の発電出力が低下するという課題があった。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するために、特許文献１においては、浸透装置を水深のある海底に設置して、河川との落差を給水圧力に変換することによって、淡水側を正圧に保つ方式が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５４−５７１１６号公報（図７）
【特許文献２】特開昭５８−５３６８４号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の浸透圧発電システムにおいては、特許文献１の構成では、浸透装置を海底に設置しているので、設置や維持管理が困難になるという課題があった。
【０００９】
また、特許文献１または特許文献２の構成では、淡水中に微量に存在する塩分のほとんどが浸透せずに浸透装置内の淡水中に残留することから、淡水中の塩分濃度が濃縮されて上昇するが、塩分が濃縮した淡水を適宜排水して淡水の塩分濃度を調節する機構を備えていないので、半透膜両面の塩分濃度差が減少して浸透圧が低下し、浸透量が減少して水車発電機の発電出力が低下するという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、安定した発電出力を維持することのできる浸透圧発電システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による浸透圧発電システムは、半透膜と、半透膜の一方の膜面側に形成された海水流路と、半透膜の他方の膜面側に形成された淡水流路とを有する浸透装置と、海水流路に海水を給水する海水給水路と、海水流路から海水を排水する海水排水路と、淡水流路に淡水を給水する淡水給水路と、淡水流路から淡水を排水する淡水排水路と、海水給水路に設けられた海水給水ポンプと、淡水給水路に設けられた淡水給水ポンプと、海水排水路に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機と、淡水流路から海水流路に浸透する浸透量を維持調節する浸透量維持調節手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、浸透量維持調節手段を用いて、淡水流路から海水流路に浸透する浸透量を維持調節することにより、水車発電機への流入量と流入圧力を安定した状態に維持することができるので、水車発電機を安定した発電出力で運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
図１において、浸透圧発電システムは、半透膜１を介して隔離形成された海水流路３１および淡水流路４１を有する浸透装置２と、海水流路３１に連通された海水給水路３２および海水排水路３３と、淡水流路４１に連通された淡水給水路４２および淡水排水路４３と、海水給水路３２に設けられた海水給水ポンプ５１と、海水排水路３３に設けられた水車発電機８と、淡水給水路４２に設けられた淡水給水ポンプ５２と、を備えるとともに、第１の浸透量維持調節手段として、淡水排水路４３内の淡水圧力を検出する淡水圧力計１０と、淡水給水ポンプ５２を制御する第１の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４と、を備えている。
【００１４】
各流路３１、４１および各水路３２、３３、４２、４３において、海水６および淡水７は、実線矢印および２点鎖線矢印で示す方向に流れる。
制御装置１４は、淡水圧力計１０の淡水圧力計測値１１に基づいて、淡水圧力（淡水流路４１内の圧力値）を正圧に維持するための操作量指令値１５を生成し、淡水給水ポンプ５２の流量を制御する。
【００１５】
浸透装置２において、海水６（２点鎖線参照）が流れる海水流路３１は、半透膜１の一方の膜面側に設けられ、淡水７（２点鎖線参照）が流れる淡水流路４１は、半透膜１の他方の膜面側に設けられている。また、淡水流路４１内の淡水７は、破線矢印で示すように、半透膜１を透過して、海水流路３１内の海水６に浸透する。
【００１６】
なお、半透膜１は、塩分阻止率の高い逆浸透膜が好ましいが、ナノ濾過膜、限外濾過膜であってもよく、また、濾過専用の膜でなくてもよい。半透膜１としては、たとえば、包装用フィルム（再生セルロース製の限外濾過膜や、ポリビニルアルコール製のナノ濾過膜と同じ材質からなる）などの、別の用途の膜を転用してもよい。また、その形状は、平膜を加工したものであっても、中空糸状であってもよい。
【００１７】
海水流路３１および淡水流路４１は、中空糸膜や袋状膜の内部のような膜構造またはスペーサなどの部材によって確保される。各流路３１、４１を形成する部材が、流れの乱流化を促進する機能を持っていれば、流路各部の塩分濃度に偏りができる濃度分極が起きにくくなるので好ましい。
【００１８】
また、各流路３１、４１内において、海水６は、海水流路３１の出口に近いほど、浸透した淡水７と混合して塩分濃度が低下し、一方、淡水７は、淡水流路４１の出口に近いほど、塩分が濃縮して塩分濃度が上昇するので、各位置で半透膜１の両面の塩分濃度差を確保するために、海水６および淡水７の流動方向は、図示したように、対向流となるように設計することが好ましい。
【００１９】
浸透装置２としては、各種形状（スパイラル形、中空糸形、平膜積層形など）の膜モジュールや膜モジュールを水槽に浸漬したものを使用することができるが、少なくとも、海水６および淡水７のそれぞれについて、給水部分と排水部分とを備えている必要がある。
浸透装置２における海水６および淡水７の給水部分および排水部分は、それぞれ、海水給水路３２、海水排水路３３、淡水給水路４２および淡水排水路４３と接続されている。
【００２０】
また、前述のように、海水給水路３２の途上には海水給水ポンプ５１が設けられ、淡水給水路４２の途上には淡水給水ポンプ５２が設けられ、海水排水路３３の途上には水車発電機８が設けられ、淡水排水路４３の途上には淡水圧力計１０が設けられている。
海水排水路３３は、浸透装置２との接続箇所と排水路末端との間で落差が設定されていなくてもよい。水車発電機８は、無落差または数ｍ程度の低落差で発電できるものが好ましい。
【００２１】
淡水圧力計１０で検出された淡水圧力計測値１１は、淡水給水ポンプ５２の流量を制御する制御装置１４に入力され、制御装置１４は、淡水圧力計測値１１が負圧となった場合に、流量を増やして淡水圧力計測値１１を正圧に戻すための操作量指令値１５を、淡水給水ポンプ５２に入力する。
【００２２】
図２は淡水流路４１の圧力分布を示す説明図であり、横軸は淡水流路４１の入口からの距離、縦軸は淡水流路４１内の淡水圧力である。
図２において、実線は制御装置１４の制御処理を実行した場合の圧力分布曲線、破線は制御装置１４の制御処理を実行しない場合の圧力分布曲線を示している。
【００２３】
図２から明らかなように、制御装置１４の制御処理を実行しない場合（破線参照）は、前述の理由から淡水流路４１内の淡水圧力は、各位置で負圧となり、淡水流路４１の出口に向かうにつれて、圧力値はさらに低下する。
仮に、淡水流路４１内が負圧の状態で、淡水流路４１の出口を開放すると、淡水排水路４３から水が逆流するので開放することはできない。
【００２４】
一方、制御装置１４の制御処理を実行した場合（実線参照）は、淡水給水ポンプ５２の流量が増えることにより、淡水流路４１内の圧力値が増すので、淡水流路４１内を正圧に維持することができる。
なお、淡水圧力計測値１１が、制御装置１４の上限圧力設定値よりも高い場合には、淡水流路４１への供給流量を減らす操作量指令値１５を、淡水給水ポンプ５２に与える。これにより、過剰に圧力を増大させて淡水給水ポンプ５２の動力（消費電力）を増大させて、システム全体で見た場合の発電効率の低下を回避することができる。
【００２５】
以上のように、この発明の実施の形態に係る浸透圧発電システムは、半透膜１と、半透膜１の一方の膜面側に形成された海水流路３１と、半透膜１の他方の膜面側に形成された淡水流路４１とを有する浸透装置２と、海水流路３１に海水６を給水する海水給水路３２と、海水流路３１から海水６を排水する海水排水路３３と、淡水流路４１に淡水７を給水する淡水給水路４２と、淡水流路４１から淡水７を排水する淡水排水路４３と、海水給水路３２に設けられた海水給水ポンプ５１と、淡水給水路４２に設けられた淡水給水ポンプ５２と、淡水排水路４３における淡水圧力を検出する淡水圧力計１０と、海水排水路３３に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機８と、淡水給水ポンプ５２を制御する制御装置１４と、を備えている。
【００２６】
また、制御装置１４は、淡水圧力計１０により検出された淡水圧力計測値１１に応じて、淡水給水ポンプ５２の流量を調節することにより、淡水流路４１における圧力値を正圧に維持する。具体的には、制御装置１４は、淡水圧力計測値１１が負圧を示す場合には、淡水圧力計測値１１が正圧となるように、淡水給水ポンプ５２の流量を増やすための操作量指令値１５を出力する。
【００２７】
このように、淡水流路４１内の淡水圧力を正圧に維持することにより、淡水流路４１への空気の侵入または溶存気体の気化が生じることがないので、気泡が半透膜１の膜面に付着して浸透が阻害される現象を回避し、淡水流路４１から海水流路３１への浸透量を維持して、安定した発電出力を得ることができる。
また、制御装置１４は、淡水圧力計測値１１が上限圧力設定値よりも高い場合には、淡水給水ポンプ５２の流量を減らすための操作量指令値１５を出力するので、発電効率の低下を回避することができる。
【００２８】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、淡水排水路４３における塩分濃度を考慮しなかったが、図３に示すように、第２の浸透量維持調節手段として、淡水排水路４３に淡水排水流量調節手段９および塩分濃度計１２を設けるとともに、塩分濃度計１２の塩分濃度計測値１３に応じて淡水排水流量調節手段９の流量を調節する第２の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４Ａを設けてもよい。
図３はこの発明の実施の形態２に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００２９】
図３において、浸透圧発電システムは、前述（図１参照）の構成に加えて、淡水排水路４３の途上に設けられた淡水排水流量調節手段９および塩分濃度計１２と、塩分濃度計１２により検出された塩分濃度計測値１３に応じて淡水排水流量調節手段９を制御する制御装置１４Ａと、をさらに備えている。
【００３０】
制御装置１４Ａは、塩分濃度計１２の塩分濃度計測値１３に基づいて、浸透装置２内の半透膜１における淡水流路４１から海水流路３１への浸透圧を正圧に維持するための操作量指令値１５Ａを生成し、淡水排水流量調節手段９の流量（淡水排水量）を調節する。
【００３１】
具体的には、制御装置１４Ａは、塩分濃度計測値１３が塩分濃度設定値よりも高ければ、淡水排水量を増やすための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力し、逆に塩分濃度計測値１３が塩分濃度設定値よりも低ければ、淡水排水量を減らすための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力する。なお、塩分濃度設定値は、１つの数値でも、上下限の幅をもたせた値であってもよい。
また、淡水排水流量調節手段９は、バルブまたはポンプであってもよい。
【００３２】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る浸透圧発電システムは、淡水排水路４３における淡水排水流量を調節する淡水排水流量調節手段９と、淡水排水路４３における淡水排水の塩分濃度を検出する塩分濃度計１２と、流量調節手段９を制御する制御装置１４Ａと、を備えている。
【００３３】
また、制御装置１４Ａは、塩分濃度計１２により検出された塩分濃度計測値１３に応じて、淡水排水流量調節手段９による淡水排水流量を調節することにより、半透膜１における淡水流路４１から海水流路３１への浸透圧を正圧に維持する。
具体的には、制御装置１４Ａは、塩分濃度計測値１３が所定の塩分濃度設定値よりも高ければ、淡水排水量を増やす（浸透によって塩分が濃縮した淡水を排水する）ための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力し、塩分濃度計測値１３が塩分濃度設定値よりも低ければ、淡水排水量を減らすための操作量指令値１５Ａを淡水排水流量調節手段９に出力する。
【００３４】
このように、淡水排水の塩分濃度に応じて淡水排水量を調節することにより、浸透装置２内での浸透による淡水７の塩分濃度上昇（淡水７に微量に含まれる塩分の濃縮）による半透膜１での浸透圧の低下を回避して、淡水流路４１から海水流路３１への浸透量の減少を防ぎ、安定した発電出力を得ることができる。
また、前述と同様に、過剰な排水による淡水給水ポンプ５２の動力（消費電力）の増加を回避して、システム全体で見た場合の発電効率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図１、図３）では、海水流路３１側に関する流量制御について考慮しなかったが、図４に示すように、第３の浸透量維持調節手段として、海水排水路３３の水車発電機８の入力側に海水圧力計１０Ｂを設けるとともに、海水圧力計１０Ｂにより検出された海水圧力計測値１１Ｂに応じて海水給水ポンプ５１Ｂの流量を制御する第３の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４Ｂを設けてもよい。
図４はこの発明の実施の形態３に係る浸透圧発電システムを概略的に示すブロック構成図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００３６】
図４において、浸透圧発電システムは、前述（図２参照）の構成に加えて、海水排水路３３上で水車発電機８の入力側に設けられた海水圧力計１０Ｂと、海水圧力計１０Ｂの海水圧力計測値１１Ｂに応じて海水給水ポンプ５１Ｂの流量を制御する制御装置１４Ｂとを備えている。海水給水ポンプ５１Ｂは、前述の海水給水ポンプ５１に対応しており、流量調節可能に構成されている。
【００３７】
一般に、浸透装置２内の半透膜１における浸透量は、短期的には、海水６および淡水７の流量および圧力によって、または、海水６と浸透した淡水７との混合度合いが偏る濃度分極によって変化し、長期的には、半透膜１内に不純物が目詰まりすることによって、または、半透膜１の膜面に不純物（塩分など）が堆積することによって変化する。
このように、半透膜１における浸透量が変化することにより、海水６の排水流量および圧力が変化するが、これらの変動分を海水給水ポンプ５１Ｂが補うことが望ましい。
【００３８】
具体的には、海水給水ポンプ５１Ｂの流量を調節する制御装置１４Ｂは、海水圧力計測値１１Ｂが所定の圧力設定値よりも高ければ、流量を減らすための操作量指令値１５Ｂを海水給水ポンプ５１Ｂに出力し、海水圧力計測値１１Ｂが圧力設定値よりも低ければ、流量を増やすための操作量指令値１５Ｂを海水給水ポンプ５１Ｂに出力する。
【００３９】
これにより、海水排水路３３における海水圧力と、海水排水路３３および水車発電機８の抵抗とによって、海水流路３１から排水される海水６の流量が決定することから、海水排水路３３における海水圧力が一定であれば、海水流量も一定になるので、水車発電機８の発電出力を安定して運転することができる。
【００４０】
以上のように、この発明の実施の形態３に係る浸透圧発電システムは、海水排水路３３における水車発電機８の入力側の海水圧力を検出する海水圧力計１０Ｂと、海水給水ポンプ５１Ｂを制御する制御装置１４Ｂと、を備えている。
また、制御装置１４Ｂは、海水圧力計１０Ｂにより検出された海水圧力計測値１１Ｂに応じて、海水給水ポンプ５１Ｂの流量を調節することにより、海水排水路３３における海水圧力値を一定に維持する。
【００４１】
これにより、半透膜１の目詰まりや膜面堆積物によって浸透量が減少する場合や、海水６と浸透した淡水７との混合度合いによって塩分濃度が変化して浸透量が変化する場合においても、水車発電機８への流入圧力、流入量を一定に保つことができるので、水車発電機８の運転を安定して行うことができる。
また、水車発電機８の入力側の海水圧力を一定に保つことにより、浸透装置２における浸透量に左右されずに、水車発電機８の発電出力を安定して運転することができる。
【００４２】
さらに、図４に示したように、前述の実施の形態２（図３）の構成に海水圧力計１０Ｂおよび制御装置１４Ｂを追加することにより、前述の実施の形態１、２の効果に加えて、上記作用効果を奏することができる。
なお、図４においては、前述の実施の形態２の構成に海水圧力計１０Ｂおよび制御装置１４Ｂを追加した場合を示したが、前述の実施の形態１（図１）の構成に海水圧力計１０Ｂおよび制御装置１４Ｂを追加してもよい。
【００４３】
実施の形態４．
また、図５に示すように、上記実施の形態３（図４参照）に、第４の浸透量維持調節手段をさらに設けて、海水流路および淡水流路に供給する海水と淡水とを入れ替え可能に構成してもよい。
図５において、第４の浸透量維持調節手段は、海水給水路３２から分岐した海水給水分岐路３４と、淡水給水路４２から分岐した淡水給水分岐路４４と、海水排水路３３から分岐した海水排水分岐路３５と、淡水排水路４３から分岐した淡水排水分岐路４５と、海水給水路３２から海水給水分岐路３４に給水経路を切り替える海水給水切替手段６１と、淡水給水路４２から淡水給水分岐路４４に給水経路を切り替える淡水給水切替手段６２と、海水排水路３３から海水排水分岐路３５に排水経路を切り替える海水排水切替手段６３と、淡水排水路４３から淡水排水分岐路４５に排水経路を切り替える淡水排水切替手段６４と、を備えている。
【００４４】
図５はこの発明の実施の形態４に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図であり、前述の実施の形態１〜３に係る第１〜第３の浸透量維持調節手段については、図示を省略している。また、前述（図４参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００４５】
なお、図５の浸透装置２Ｃにおいては、海水流路３１と淡水流路４１とを「並行流」とした例を示しているが、前述の実施の形態１で述べたように「対向流」としてもよい。
また、浸透装置２Ｃ内の半透膜１Ｃは、単層構造で形成されるか、または、表裏のない対称構造で形成され、膜のどちらの面から水を透過させても、膜の強度を維持できる構造とすることが好ましい。
【００４６】
海水給水分岐路３４の路上には、海水給水切替手段６１が設けられており、海水給水分岐路３４は、海水給水路３２および淡水給水路４２に接続されている。
淡水給水分岐路４４の路上には、淡水給水切替手段６２が設けられており、淡水給水分岐路４４は、海水給水分岐路３４よりも浸透装置２Ｃに近い位置で海水給水路３２に接続され、海水給水分岐路３４よりも浸透装置２Ｃに遠い位置で淡水給水路４２に接続されている。
【００４７】
海水排水分岐路３５の路上には、海水排水切替手段６３が設けられており、海水排水分岐路３５は、海水排水路３３および淡水排水路４３に接続されている。
淡水排水分岐路４５の路上には、淡水排水切替手段６４が設けられており、淡水排水分岐路４５は、海水排水分岐路３５よりも浸透装置２Ｃに遠い位置で海水排水路３３に接続され、海水排水分岐路３５よりも浸透装置２Ｃに近い位置で淡水排水路４３に接続されている。
【００４８】
各切替手段６１〜６４は、たとえば三方弁が使用されており、これにより、各分岐路３４、３５、４４、４５に通水するときには、各水路３２、３３、４２、４３を閉じる構成となっている。なお、各水路３２、３３、４２、４３と各分岐路３４、３５、４４、４５と、のそれぞれに弁を設け、各水路３２、３３、４２、４３と各分岐路３４、３５、４４、４５との通水を排他的に行う構成としてもよい。
【００４９】
半透膜１Ｃは、長期間の使用によって、浸透せずに残った微量の塩分が淡水側膜面に付着して、堆積することにより、または膜内に目詰まりすることにより、浸透量が減少するが、この状態を解消する方法としては、浸透の向きに対して逆方向から水を流して、膜面に堆積（または、膜内に目詰まり）した物質を排除する「逆流洗浄操作」を行うことが有効である。
【００５０】
各給水切替手段６１、６２を操作すると、海水給水分岐路３４に海水を、淡水給水分岐路４４に淡水を給水して、浸透装置２Ｃの海水流路３１が海水から淡水に入れ替わり、また淡水流路４１が淡水から海水に入れ替わる。
この操作によって、浸透の向きが操作前とは反対となり、反対方向に淡水が浸透する過程で、半透膜１Ｃの膜面堆積物（または、目詰まりの原因物質）を剥離して浸透装置２Ｃから排除することができる。
【００５１】
淡水流路４１の海水は、淡水排水分岐路４５に通水することによって海水排水路３３に排水され、海水流路３１の淡水は、海水排水分岐路３５に通水することによって淡水排水路４３に排水される。
なお、この逆流洗浄操作が行われている間も、水車発電機８には海水が供給され続けるので、水車発電機８の運転を停止させることなく、発電を継続することができる。
【００５２】
流路切替操作の時期としては、膜面堆積物（または、目詰まり）によって浸透量が減少すると淡水給水ポンプ５２の流量が減少することに注目して、淡水給水ポンプ５２の流量が或る一定値を下回る時期を目安とすればよい。
【００５３】
以上のように、この発明の実施の形態４に係る浸透圧発電システムは、海水給水路３２から分岐した海水給水分岐路３４と、海水排水路３３から分岐した海水排水分岐路３５と、淡水給水路４２から分岐した淡水給水分岐路４４と、淡水排水路４３から分岐した淡水排水分岐路４５と、海水給水切替手段６１と、淡水給水切替手段６２と、海水給水切替手段６３と、海水排水切替手段６４と、を備えている。
【００５４】
また、海水給水分岐路３４を介して淡水流路４１に海水を給水し、また、淡水給水分岐路４４を介して海水流路３１に淡水を給水し、海水排水分岐路３５を介して海水流路３１から淡水を排水し、淡水排水分岐路４５を介して淡水流路４１から海水を排水することによって、反対方向の浸透を利用して逆流洗浄を行う。
【００５５】
これにより、半透膜１Ｃの目詰まりや膜面堆積物の除去（逆流洗浄操作）を、水車発電機８を停止させることなく、発電を継続しながら行うことができる。
なお、上述の構成による第４の浸透量維持装置は、前述の実施の形態１（図１）または実施の形態２（図３）に追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による制御実行時の淡水流路内の圧力分布を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る浸透圧発電システムの水路構成を概略的に示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１Ｃ 半透膜、２、２Ｃ 浸透装置、６ 海水、７ 淡水、８ 水車発電機、９ 淡水排水流量調節手段、１０ 淡水圧力計、１０Ｂ 海水圧力計、１１ 淡水圧力計測値、１１Ｂ 海水圧力計測値、１２ 塩分濃度計、１３ 塩分濃度計測値、１４ 第１の制御装置、１４Ａ 第２の制御装置、１４Ｂ 第３の制御装置、１５、１５Ａ 操作量指令値、３１ 海水流路、３２ 海水給水路、３３ 海水排水路、３４ 海水給水分岐路、３５ 海水排水分岐路、４１ 淡水流路、４２ 淡水給水路、４３ 淡水排水路、４４ 淡水給水分岐路、４５ 淡水排水分岐路、５１、５１Ｂ 海水給水ポンプ、５２ 淡水給水ポンプ、６１ 海水給水切替手段、６２ 淡水給水切替手段、６３ 海水排水切替手段、６４ 淡水排水切替手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透膜と、前記半透膜の一方の膜面側に形成された海水流路と、前記半透膜の他方の膜面側に形成された淡水流路とを有する浸透装置と、
前記海水流路に海水を給水する海水給水路と、
前記海水流路から海水を排水する海水排水路と、
前記淡水流路に淡水を給水する淡水給水路と、
前記淡水流路から淡水を排水する淡水排水路と、
前記海水給水路に設けられた海水給水ポンプと、
前記淡水給水路に設けられた淡水給水ポンプと、
前記海水排水路に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機と、
を備えた浸透圧発電システムにおいて、
前記淡水流路から前記海水流路に浸透する浸透量を維持調節する浸透量維持調節手段を設けたことを特徴とする浸透圧発電システム。
【請求項２】
前記浸透量維持調節手段としての第１の浸透量維持調節手段は、
前記淡水排水路における淡水圧力を検出する淡水圧力計を備え、
前記淡水圧力計により検出された圧力計測値に応じて、前記淡水給水ポンプの流量を調節することにより、前記淡水流路における圧力を正圧に維持することを特徴とする請求項１に記載の浸透圧発電システム。
【請求項３】
前記浸透量維持調節手段としての第２の浸透量維持調節手段は、
前記淡水排水路における淡水排水流量を調節する淡水排水流量調節手段と、
前記淡水排水路における淡水排水の塩分濃度を検出する塩分濃度計と、
を備え、
前記塩分濃度計により検出された塩分濃度計測値に応じて、前記淡水排水流量調節手段による前記淡水排水流量を調節することにより、前記半透膜における前記淡水流路から前記海水流路への浸透圧を正圧に維持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浸透圧発電システム。
【請求項４】
前記浸透量維持調節手段としての第３の浸透量維持調節手段は、
前記海水排水路における前記水車発電機の入力側の海水圧力を検出する海水圧力計を備え、
前記海水圧力計により検出された海水圧力計測値に応じて、前記海水給水ポンプの流量を調節することにより、前記海水排水路における圧力値を一定に維持することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の浸透圧発電システム。
【請求項５】
前記浸透量維持調節手段としての第４の浸透量維持調節手段は、
前記海水給水路から分岐した海水給水分岐路と、
前記海水給水路から前記海水給水分岐路に給水経路を切り替える海水給水切替手段と、
前記淡水給水路から分岐した淡水給水分岐路と、
前記淡水給水路から前記淡水給水分岐路に給水経路を切り替える淡水給水切替手段と、
前記海水排水路から分岐した海水排水分岐路と、
前記海水排水路から前記海水排水分岐路に排水経路を切り替える海水排水切替手段と、 前記淡水排水路から分岐した淡水排水分岐路と、
前記淡水排水路から前記淡水排水分岐路に排水経路を切り替える淡水排水切替手段と、
を備え、
前記海水流路および前記淡水流路に供給する海水と淡水とを入れ替え可能に構成したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の浸透圧発電システム。
【請求項１】
半透膜と、前記半透膜の一方の膜面側に形成された海水流路と、前記半透膜の他方の膜面側に形成された淡水流路とを有する浸透装置と、
前記海水流路に海水を給水する海水給水路と、
前記海水流路から海水を排水する海水排水路と、
前記淡水流路に淡水を給水する淡水給水路と、
前記淡水流路から淡水を排水する淡水排水路と、
前記海水給水路に設けられた海水給水ポンプと、
前記淡水給水路に設けられた淡水給水ポンプと、
前記海水排水路に設けられて海水排水の流動により回転して発電する水車発電機と、
を備えた浸透圧発電システムにおいて、
前記淡水流路から前記海水流路に浸透する浸透量を維持調節する浸透量維持調節手段を設けたことを特徴とする浸透圧発電システム。
【請求項２】
前記浸透量維持調節手段としての第１の浸透量維持調節手段は、
前記淡水排水路における淡水圧力を検出する淡水圧力計を備え、
前記淡水圧力計により検出された圧力計測値に応じて、前記淡水給水ポンプの流量を調節することにより、前記淡水流路における圧力を正圧に維持することを特徴とする請求項１に記載の浸透圧発電システム。
【請求項３】
前記浸透量維持調節手段としての第２の浸透量維持調節手段は、
前記淡水排水路における淡水排水流量を調節する淡水排水流量調節手段と、
前記淡水排水路における淡水排水の塩分濃度を検出する塩分濃度計と、
を備え、
前記塩分濃度計により検出された塩分濃度計測値に応じて、前記淡水排水流量調節手段による前記淡水排水流量を調節することにより、前記半透膜における前記淡水流路から前記海水流路への浸透圧を正圧に維持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浸透圧発電システム。
【請求項４】
前記浸透量維持調節手段としての第３の浸透量維持調節手段は、
前記海水排水路における前記水車発電機の入力側の海水圧力を検出する海水圧力計を備え、
前記海水圧力計により検出された海水圧力計測値に応じて、前記海水給水ポンプの流量を調節することにより、前記海水排水路における圧力値を一定に維持することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の浸透圧発電システム。
【請求項５】
前記浸透量維持調節手段としての第４の浸透量維持調節手段は、
前記海水給水路から分岐した海水給水分岐路と、
前記海水給水路から前記海水給水分岐路に給水経路を切り替える海水給水切替手段と、
前記淡水給水路から分岐した淡水給水分岐路と、
前記淡水給水路から前記淡水給水分岐路に給水経路を切り替える淡水給水切替手段と、
前記海水排水路から分岐した海水排水分岐路と、
前記海水排水路から前記海水排水分岐路に排水経路を切り替える海水排水切替手段と、 前記淡水排水路から分岐した淡水排水分岐路と、
前記淡水排水路から前記淡水排水分岐路に排水経路を切り替える淡水排水切替手段と、
を備え、
前記海水流路および前記淡水流路に供給する海水と淡水とを入れ替え可能に構成したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の浸透圧発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−４７０１２（Ｐ２００９−４７０１２Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１１３７６（Ｐ２００７−２１１３７６）
【出願日】平成１９年８月１４日（２００７．８．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１４日（２００７．８．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
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