循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文所描述的實(shí)施方式總體上涉及一種循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)具有低濃度的溶液和另一具有高濃度的溶液借助滲透膜分隔時，低濃度溶液的 溶劑滲透穿過滲透膜，以移至具有高濃度的溶液一側(cè)。一種滲透壓發(fā)電設(shè)備已被提出，其利 用這種溶劑遷移現(xiàn)象旋轉(zhuǎn)渦輪，由此產(chǎn)生電力。（參見日本國家公布No. 2010-509540)。
[0003] 存在另一種類型的滲透壓發(fā)電設(shè)備，其通過在封閉系統(tǒng)（閉式環(huán)路）中循環(huán) 工作介質(zhì)而產(chǎn)生電力。例如，Jeffrey R.McCutcheona等人公開在《Desalination》 174(2005) 1-11 上的 "A novel ammonia-carbon dioxide forward(direct)osmosis desalination process"，以及PCT日本國家公布No. 2010-509540公開一種發(fā)電設(shè)備，其利 用碳酸銨水溶液作為工作介質(zhì)。在這個設(shè)備中，渦輪被水流旋轉(zhuǎn)，該水流由具有與彼此不同 濃度的兩種類型的碳酸銨水溶液之間的滲透壓差所生成。碳酸銨水溶液的用于旋轉(zhuǎn)渦輪的 部分被加熱以再次利用，并且被分離為氣體（二氧化碳和氨氣）和具有非常低的濃度的碳 酸銨水溶液。分離出的二氧化碳?xì)怏w和氨氣被再次引入水中，從而獲得具有非常低濃度的 碳酸銨水溶液和具有高濃度的碳酸銨水溶液。由此，所獲得的具有不同濃度的兩種類型的 碳酸銨水溶液被再循環(huán)和用于發(fā)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一些實(shí)施方式提供了能夠在低成本下驅(qū)動的一種循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。
[0005] 依據(jù)一種實(shí)施方式，一種循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)造為通過利用工作介質(zhì)產(chǎn)生電 力，其包括滲透壓發(fā)生器、渦輪、罐、分離塔、熱源和工作介質(zhì)，
[0006] 其中，工作介質(zhì)具有將第一溫度區(qū)和第二溫度區(qū)彼此區(qū)分的臨界溫度，并且具有 發(fā)生在臨界溫度處的向第一相或第二相的相轉(zhuǎn)移：a)在第一溫度區(qū)中，第一液體和第二液 體在液-液互溶狀態(tài)下溶解，形成雙組分混合溶液；以及b)在第二溫度區(qū)中，第一液體和第 二液體呈相分離狀態(tài)，
[0007] 滲透壓發(fā)生器置于工作介質(zhì)的第一溫度區(qū)內(nèi)的溫度下，并且包括：
[0008] ⑴容器；
[0009] (ii)滲透膜，其構(gòu)造為將容器內(nèi)部分隔為第一腔室和第二腔室；
[0010] (iii)第一進(jìn)口，其設(shè)置在容器的位于第一腔室的部分上，并且構(gòu)造為允許第一液 體流入第一腔室；
[0011] (iv)第二進(jìn)口，其設(shè)置在容器的位于第二腔室的部分上，并且構(gòu)造為允許第二液 體流入第二腔室；并且
[0012] (V)出口，其設(shè)置在容器的位于第二腔室內(nèi)的部分上，并且構(gòu)造為允許雙組分混合 溶液穿過該出口流出，所述雙組分混合溶液由第二液體和第一液體的一部分在第二腔室中 以液-液互溶的方式彼此溶解獲得，第一液體的所述部分為從第一腔室滲透穿過滲透膜至 第二腔室的液體，
[0013] 渦輪構(gòu)造為通過穿過出口從滲透壓發(fā)生器的第二腔室流出的雙組分混合溶液流 產(chǎn)生電力，
[0014] 罐構(gòu)造為容置用于驅(qū)動渦輪的雙組分混合溶液，
[0015] 熱源安裝在分離塔和滲透壓發(fā)生器中的一個上，并且構(gòu)造為將容置在分離塔或滲 透壓發(fā)生器中的液體加熱至高于臨界溫度的溫度，并且
[0016] 分離塔構(gòu)造為以在第二溫度區(qū)中的溫度下將從罐流出的雙組分混合溶液分離成 將返回第一腔室的第一液體和將返回第二腔室的第二液體。
【附圖說明】
[0017] 圖1為示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的滲透壓發(fā)生器的框圖；
[0018] 圖2是具有下臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0019] 圖3是具有下臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0020] 圖4是具有下臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0021] 圖5是具有下臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0022] 圖6是具有下臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0023] 圖7是具有下臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0024] 圖8是根據(jù)第一實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖9為示出了滲透壓發(fā)生器的剖視圖；
[0026] 圖10為示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的滲透壓發(fā)生器的框圖；
[0027] 圖11是具有上臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0028] 圖12是具有上臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0029] 圖13是具有上臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0030] 圖14是具有上臨界溫度的工作介質(zhì)的相圖；
[0031] 圖15A是根據(jù)第二實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0032] 圖15B是根據(jù)第二實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的另一方案的示意圖；
[0033] 圖16是根據(jù)第三實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0034] 圖17是示出了滲透壓發(fā)生器的一個實(shí)施例的示圖；
[0035] 圖18是根據(jù)第四實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0036] 圖19A是根據(jù)第五實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0037] 圖19B是根據(jù)第五實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的另一方案的示意圖；
[0038] 圖20A是根據(jù)第六實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0039] 圖20B是根據(jù)第六實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的另一方案的示意圖；
[0040] 圖21為示出了注射器試驗(yàn)裝置的示圖；
[0041] 圖22為示出了注射器測試結(jié)果的曲線圖；以及
[0042] 圖23為示出了注射器試驗(yàn)裝置的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 多種實(shí)施方式現(xiàn)在將參考附圖予以說明。所有實(shí)施方式中的共同結(jié)構(gòu)元件將被相 同的附圖標(biāo)記指代，并且由此不重復(fù)解釋。進(jìn)一步地，每幅附圖是示意性圖，以有協(xié)助讀者 容易地理解所述圖的方案，并且由此理解形狀、尺寸、比例等。所示的內(nèi)容可能與那些實(shí)際 設(shè)備有所區(qū)別，并且參考下述說明和公知技術(shù)，根據(jù)需求地在設(shè)計(jì)上做出改變。
[0044] 根據(jù)一個實(shí)施方式的一種循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)通過使用具有臨界溫度的工作 介質(zhì)產(chǎn)生電力。臨界溫度可為上或下臨界溫度。具有臨界溫度的工作介質(zhì)意味著具有上臨 界溫度或下臨界溫度的工作介質(zhì)，或者具有上臨界溫度和下臨界溫度的工作介質(zhì)。
[0045] 這樣的具有一個或數(shù)個臨界溫度的工作介質(zhì)包括兩種液體組分，也即第一液體和 第二液體，在臨界溫度處生向第一相或第二相轉(zhuǎn)移化的相轉(zhuǎn)移。第一和第二相分別被分到 第一溫度區(qū)和第二溫度區(qū)。工作介質(zhì)的第一相是一和第二液體彼此液-液互溶的雙組分混 合溶液狀態(tài)。工作介質(zhì)的第二相是雙組分混合溶液分離為第一和第二液體的相分離狀態(tài)。
[0046] 上述描述的具有下臨界溫度的工作介質(zhì)和具有上臨界溫度的工作介質(zhì)現(xiàn)在予以 詳細(xì)說明。
[0047] 對于具有下臨界溫度的工作介質(zhì)，當(dāng)工作介質(zhì)的溫度降低至低于下臨界溫度的溫 度時，該工作介質(zhì)呈現(xiàn)第一和第二液體彼此液-液互溶的雙組分混合溶液狀態(tài)，也即第一 相。第一相包括均勻的單相液體。同時，當(dāng)工作介質(zhì)的溫度上升至高于下臨界溫度的溫度 時，介質(zhì)呈現(xiàn)相分離狀態(tài)，也即其中雙組分混合溶液分離為第一和第二液體的第二相。
[0048] 在另一方面，對于具有上臨界溫度的工作介質(zhì)，當(dāng)該工作介質(zhì)的溫度上升至高于 上臨界溫度的溫度時，呈現(xiàn)第一和第二液體彼此液-液互溶的雙組分混合溶液狀態(tài)，也即 第一相。并且，還在具有上臨界溫度的工作介質(zhì)情況下，第一相包括均勻的單相液體。同 時，當(dāng)工作介質(zhì)的溫度降低至低于上臨界溫度的溫度時，介質(zhì)呈現(xiàn)相分離狀態(tài)，也即其中雙 組分混合溶液分離為第一和第二液體的第二相。
[0049] 在此描述的實(shí)施方式提供一種循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)造為通過采用執(zhí) 行這樣的相轉(zhuǎn)移的工作介質(zhì)來產(chǎn)生電力，并且還提供執(zhí)行這樣的相轉(zhuǎn)移的工作介質(zhì)。
[0050] 〈第一實(shí)施方式〉
[0051] 本實(shí)施方式的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)包括滲透壓發(fā)電設(shè)備和具有下臨界溫度的 工作介質(zhì)。圖1是示出了滲透壓發(fā)電設(shè)備的框圖。滲透壓發(fā)電設(shè)備IOOa包括滲透壓發(fā)生 器1、渦輪2、罐3、分離塔4以及熱源5。滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、罐3和分離塔4依次相互 連接，并且分離塔4連接至滲透壓發(fā)生器1，由此形成整體回路。熱源5與分離塔4結(jié)合。 工作介質(zhì)循環(huán)穿過包括滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、罐3和分離塔4的回路。
[0052] 具有下臨界溫度工作介質(zhì)會發(fā)生取決于溫度的兩狀態(tài)的相轉(zhuǎn)移，如前所述。更具 體地，在低于下臨界溫度的溫度下，工作介質(zhì)處于雙組分液體互溶的混合狀態(tài)。在高于下臨 界溫度的溫度下，工作介質(zhì)處于雙液體相分離狀態(tài)。由此，當(dāng)這個工作介質(zhì)被加熱至高于下 臨界溫度的溫度時，其呈現(xiàn)低濃度溶液與高濃度溶液的相分離狀態(tài)，反之，當(dāng)它被冷卻至低 于下臨界溫度的溫度時，其呈現(xiàn)兩種液體彼此液-液互溶的單相雙組分混合溶液。在此，修 飾相對濃度等級的措辭"低"和"高"是以同一種單一組分的相對濃度程度為基準(zhǔn)。當(dāng)通過 相分離而獲得的低濃度溶液和高濃度溶液借助滲透膜予以彼此接觸時，低濃度溶液的溶劑 移至高濃度溶液在側(cè)，從而產(chǎn)生水流。
[0053] 在循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)中，滲透壓發(fā)生器1容置低濃度溶液和高濃度溶液，并 且這些溶液借助滲透膜而隔離。在該狀態(tài)下，滲透壓差在低濃度溶液與高濃度溶液之間產(chǎn) 生，由此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦輪2的水流。在此，當(dāng)滲透壓發(fā)生器1被置于低于下臨界溫度的溫度時， 生成低濃度溶液溶劑的一部分和高濃度溶液彼此液-液互溶的單相雙組分混合溶液狀態(tài)。 由此，水流變成單相雙組分混合溶液的流束。滲透壓發(fā)生器1內(nèi)生成的水流被輸送至渦輪 2。渦輪2被輸送至渦輪的水流的壓力旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生電力。
[0054] 在旋轉(zhuǎn)渦輪2用于發(fā)電之后，雙組分混合溶液被輸送至分離塔4。在分離塔4中， 雙組分混合溶液被加熱，并且出現(xiàn)相分離返回至之前提及的低濃度溶液和高濃度溶液。雙 組分混合溶液在分離塔4中進(jìn)行