JP6159371B2 - エネルギー生成装置用の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、正浸透膜を利用してエネルギーを生成するエネルギー生成装置用の制御装置に関する。

近年、正浸透膜を利用してエネルギーを生成するエネルギー生成装置が使用され始めている。正浸透膜は、図１１、図１２のような構成を有しており、正浸透膜の塩水通路に塩水を供給し、正浸透膜の淡水通路に淡水を供給すると、淡水通路から塩水通路に淡水が浸透する。図１１は、正浸透膜の構成を示す模式図であり、図１２は、正浸透膜での浸透現象を説明する模式図である。

図１１に示されるように、正浸透膜１００は、塩水が供給されて塩水を通過させる塩水通路１０２と、淡水が供給されて淡水を通過させる淡水通路１０１とを備えている。塩水通路１０２には、塩水が供給される。同様に、淡水通路１０１には淡水が供給される。正浸透膜１００は、分離膜１０３を備えており、図１２の矢印のように、分離膜１０３を介して、淡水通路１０１から淡水が塩水通路１０２に浸透する。

この浸透現象によって、塩水通路１０２側は、供給された塩水に加えて浸透された淡水も加わった混合水を生じさせる。塩水通路１０２側は淡水通路１０１側よりも高い圧力を有している。混合水は塩水の高い圧力を維持しつつ、淡水によって水量が増えたものである。

一方で、淡水通路１０１側は、浸透されなかった淡水がそのまま通過して、未浸透水として流出される。この未浸透水は、放出されればよい。

混合水は、供給された塩水と同じ高い圧力を有している。淡水が浸透してきたことで高い圧力の水が増え、これによりエネルギーを生成することができる。例えば、相対的に水量が増えた混合水は、発電を行ったり、機械を動作させたりすることができる。すなわち、エネルギーを生成することができる。

このとき、塩水通路１０２に供給される段階での塩水に比較して、混合水は水量が多い。この水量の差分が、正浸透膜１００から得られる混合水によって得られるエネルギーである。すなわち、この水量差分に基づいて得られるエネルギーが、混合水によって新たに生成されるエネルギーである。

正浸透膜１００は、このように浸透現象によって生じる混合水によって、塩水だけである段階よりも高いエネルギーを生成することができる。

この正浸透膜１００での混合水によって生じるエネルギーは様々な用途に使用することができる。例えば、混合水をタービンの回転に使用すれば、電力を生成することができる。すなわち、供給前の塩水と混合水との流量差分によるエネルギー量の差分が、正浸透膜１００で生じたエネルギーであって、この生じたエネルギーで新たな電力量を生成できる。

あるいは、混合水をポンプや機械の動作に使用すれば、やはり流量差分によるエネルギー量の差分が、新たな動作を生じさせることができる。すなわち、正浸透膜１００を使用したエネルギー生成装置は、発電や機械動作などに対応する、差分のあるエネルギーを生成することができる。

正浸透膜１００は、このようにエネルギー生成装置として利用することができる。この結果、正浸透膜１００を使用したエネルギー生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方で、正浸透膜１００を使用したエネルギー生成装置で得られるエネルギーは、上述の通り正浸透膜１００に供給される前の塩水と、混合水との流量差分に基づく。流量差分が無ければ、元の塩水によるエネルギー量との差分が無く、新たなエネルギーを生み出しているとは言えないからである。

更にいえば、正浸透膜１００を使用したエネルギー生成装置では、塩水や淡水の供給、混合水や未浸透水の放出などに関わる使用エネルギーが必要である。すなわち、エネルギー生成装置で得られる純粋なエネルギー量は、混合水をエネルギーに変えた場合のエネルギーから使用エネルギーを差し引いた量である。混合水により得られるエネルギー量が大きくても、使用エネルギーが大きすぎれば、正浸透膜１００を使用したエネルギー生成装置の意味が没却する。

特開２０１４−３４９４６号公報 特開２００９−４７０１２号公報

特許文献１は、半透膜１３と、海水淡水化プラント３１で海水を淡水化時に生成された濃縮海水が供給される高濃度水区画１４と、海水が供給される低濃度水区画１５とを有する半透膜装置１２と、タービン１７を回転させて発電する発電機１６とを備える。高濃度水区画１４に供給される濃縮海水に、浸透圧を更に高めるための溶質２０を添加する。タービン１７を回転させた後の濃縮海水中に含まれる溶質２０を回収し、高濃度水区画１４において再利用可能とする高浸透液再生装置２１を備える浸透圧発電システムを開示する。

特許文献２は、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
手段を設けた浸透圧発電システムを開示する。

しかしながら、特許文献１は、正浸透膜を使用したエネルギー生成装置における、淡水・塩水の供給、未浸透水・混合水の放出などの制御を適切に行っていない。特に、淡水の供給、塩水の供給、未浸透水の放出、混合水放出のそれぞれを、関連付けたり、順序づけたりして制御していない。

淡水の供給、塩水の供給、未浸透水の放出、混合水放出のそれぞれは、相互に関連する動作である。このため、これらを関連付けたり順序づけたりせずに、制御を行うと、正浸透膜での動作が適切にならず、浸透現象が暴走したり浸透現象が生じにくくなったりする。浸透現象の不具合によって、エネルギー生成も不適切になってしまう問題がある。あるいは、淡水の供給、塩水の供給、未浸透水の放出、混合水放出のそれぞれを一斉に制御する場合にも、エネルギー生成が暴走したり生成されにくくなったりなどの問題が生じてしまう。

このような問題が生じてしまうと、エネルギー生成装置で得られるエネルギー量が、使用エネルギー量を十分に上回ることができなくなってしまい、エネルギー生成装置としての機能を十分に果たせなくなってしまう。

図１３は、正浸透膜での発電量と淡水供給圧との関係を示すグラフである。横軸が淡水供給圧であり、縦軸が発電量であり、正浸透膜での浸透量に比例している。発電量の値は、正浸透膜への淡水供給圧が増加するに従い増加する。しかしながら、正浸透膜の能力によって、図１３の曲線のように、次第にその値は一定に収束していく。図１３のグラフの比例直線は、エネルギー生成装置で必要となる使用エネルギーを示している。使用エネルギーは、ほぼ直線的に増加していく。

このグラフから分かるとおり、使用エネルギーが発電量曲線より高い状態は、エネルギー生成装置でのエネルギー生成が無駄な状態である。グラフ中の無駄との記載部分は、使用エネルギーが生成されるエネルギーよりも大きくなってしまっている状態を示している。このため、分岐点までが、正浸透膜を使用したエネルギー生成装置での意味のあるエネルギー生成状態を示している。

特許文献１は、このグラフに示されるような淡水供給などを他の供給や放出との関連性や優先順位を考慮していない。このため、グラフの分岐点を超えた、エネルギーの無駄を生じさせてしまう可能性がある。エネルギー生成装置を稼働している期間の一部に、この無駄が生じることもある。

図１３のグラフにおける分岐点の手前まででエネルギーを生成させることが、正浸透膜を使用したエネルギー生成装置では必要である。また、正浸透膜動作の暴走や停止などを生じさせないことも必要である。

従来技術では、これらの制御を十分に行えていない問題があった。

本発明は、このような問題を解決し、エネルギーの無駄をなくしつつ動作問題を生じさせない最適な制御を行う、エネルギー生成装置用の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明のエネルギー生成装置用の制御装置は、正浸透膜を用いるエネルギー生成装置用の制御装置であって、
正浸透膜からの未浸透水の放出を調節する第１調節部と、
正浸透膜への淡水の供給を調節する第２調節部と、
正浸透膜への塩水の供給を調節する第３調節部と、
正浸透膜からの混合水の放出を調節する第４調節部と、
第１調節部、第２調節部、第３調節部および第４調節部を制御する制御部と、を備え、
制御部は、第１調節部、第２調節部、第３調節部および第４調節部を、優先順位によって制御する。

本発明のエネルギー生成装置用の制御装置は、正浸透膜を使用するエネルギー生成装置での、使用エネルギーに対して得られるエネルギー量を最適化できる。特に、使用エネルギーが得られるエネルギーよりも大きくなってしまうことを防止できる。

また、本発明のエネルギー生成装置用の制御装置は、正浸透膜を使用したエネルギー生成において、正浸透膜での動作が暴走したり停止したりするなどの不適切な動作発生を低減できる。結果として、正浸透膜からの混合水を用いたエネルギー生成での不適切な状況発生を低減できる。

本発明の実施の形態１におけるエネルギー生成装置用の制御装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における正浸透膜の模式図である。 本発明の実施の形態１における第１制御信号〜第４制御信号の出力状態を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１における制御信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１における第１制御信号〜第４制御信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２における第１調節部のブロック図である。 本発明の実施の形態２における第２調節部のブロック図である。 本発明の実施の形態２における第３調節部のブロック図である。 本発明の実施の形態２における第４調節部のブロック図である。 本発明の実施の形態３におけるエネルギー生成装置のブロック図である。 正浸透膜の構成を示す模式図であり、図１２は、正浸透膜での浸透現象を説明する模式図である。 正浸透膜での浸透現象を説明する模式図である。 正浸透膜での発電量と淡水供給圧との関係を示すグラフである。

本発明の第１の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置は、正浸透膜を用いるエネルギー生成装置用の制御装置であって、
前記正浸透膜からの未浸透水の放出を調節する第１調節部と、
正浸透膜への淡水の供給を調節する第２調節部と、
正浸透膜への塩水の供給を調節する第３調節部と、
正浸透膜からの混合水の放出を調節する第４調節部と、
第１調節部、第２調節部、第３調節部および第４調節部を制御する制御部と、を備え、
制御部は、第１調節部、第２調節部、第３調節部および第４調節部を、優先順位によって制御する。

この構成により、制御装置は、使用エネルギーに対して生成されるエネルギーの効率を最適化できる。

本発明の第２の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第１の発明に加えて、正浸透膜は、第３調節部によって供給される塩水を通す塩水通路と、第２調節部によって供給される淡水を通す淡水通路を有し、正浸透膜での浸透現象によって、混合水を生成する。

この構成により、流量差分を有する混合水が、エネルギーを生成できる。

本発明の第３の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第１または第２の発明に加えて、制御部は、
第１調節部での調節を実行する第１制御信号と、
第２調節部での調節を実行する第２制御信号と、
第３調節部での調節を実行する第３制御信号と、
第４調節部での調節を実行する第４制御信号と、を出力可能である。

この構成により、制御部は、第１制御信号などを出力することで、第１調節部〜第４調節部の優先順位を定めて制御できる。

本発明の第４の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３の発明に加えて、優先順位は、一定時間の間において、制御部が出力する回数が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号である。

この構成により、制御信号の出力回数によって、第１調節部〜第４調節部の優先順位を決定できる。

本発明の第５の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３の発明に加えて、優先順位は、一定時間の間において、制御部が出力する時間量が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号である。

この構成により、制御信号の出力時間量によって、第１調節部〜第４調節部の優先順位を決定できる。

本発明の第６の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３の発明に加えて、優先順位は、一定時間の間において、制御部が出力する頻度が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号である。

この構成により、制御信号の出力頻度によって、第１調節部〜第４調節部の優先順位を決定できる。

本発明の第７の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３の発明に加えて、優先順位は、一定時間の間において、制御部が出力する順序が、
第１制御信号、第２制御信号、第３制御信号、第４制御信号の順である。

この構成により、制御信号の順序によって、第１調節部〜第４調節部の優先順位を決定できる。

本発明の第８の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３から第７のいずれかの発明に加えて、第１制御信号は、未浸透水の放出を略一定とするように、第１調節部を制御する。

この構成により、第１調節部は、未浸透水の放出を略一定に維持できる。加えて、第１調節部の優先順位が高いことにより、未浸透水の放出の一定性が実現でき、エネルギー生成の効率を最適化できる。

本発明の第９の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３から第８のいずれかの発明に加えて、第２制御信号は、正浸透膜への淡水の供給圧力を略一定とするように、第２調節部を制御する。

この構成により、第２調節部は、淡水供給の圧力を一定化できる。加えて、第２調節部の優先順位が２番目であることで、浸透量に関わる淡水供給が最適化され、エネルギー生成効率が高まる。

本発明の第１０の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第９の発明に加えて、第２制御信号は、混合水の放出量および放出圧力の少なくとも一方に基づいて、第２調節部を制御する。

この構成により、第２調節部は、混合水の放出量等をモニタリングしながら、淡水供給を最適化できる。結果として、浸透量に関わる淡水供給が、混合水の生成に基づいて最適化され、エネルギー生成効率が高まる。

本発明の第１１の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３から第１０のいずれかの発明に加えて、第３制御信号は、正浸透膜への塩水の供給を略一定とするように、第３調節部を制御する。

この構成により、第３調節部は、正浸透膜への塩水供給を一定化できて、エネルギー生成での影響度を低減できる。

本発明の第１２の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第３から第１１のいずれかの発明に加えて、第４制御信号は、混合水の放出圧力を略一定とするように、第４調節部を制御する。

この構成により、エネルギー生成効率が最適化される。

本発明の第１３の発明に係るエネルギー生成装置用の制御装置では、第１２の発明に加えて、第４制御信号は、混合水の塩分濃度に基づいて、混合水の放出圧力を略一定とするように、第４調節部を制御する。

この構成により、混合水の塩分濃度を一定に保ちつつ混合水の放出圧力を一定に維持できる。この結果、エネルギー生成効率を最適化できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）

（全体概要）
まず、本発明の実施の形態１におけるエネルギー生成装置用の制御装置の全体概要について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるエネルギー生成装置用の制御装置のブロック図である。図１の、エネルギー生成装置用の制御装置（以下、「制御装置」という）１は、正浸透膜２で生成される混合水によるエネルギー生成を行うエネルギー生成装置に使用される。エネルギー生成装置は、正浸透膜２で得られる混合水の増加圧力を利用して、エネルギーを取り出す。この取り出されたエネルギーは、発電機で利用されたり機械動作で利用されたりする。すなわち、制御装置１は、正浸透膜２を用いるエネルギー生成装置に使用される。

制御装置１は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５、第４調節部６、制御部７を備える。なお、制御部７は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５および第４調節部６に、必要な制御信号を出力する。このため、制御部７と第１調節部２等は、制御信号の授受が可能なように接続されている。ただし、図１では、図の見易さのために、この接続経路を省略して示している。

第１調節部３は、正浸透膜２からの未浸透水の放出を調節する。第２調節部４は、正浸透膜２への淡水の供給を調節する。第３調節部５は、正浸透膜２への塩水の供給を調節する。第４調節部６は、正浸透膜２からの混合水の放出を調節する。

制御部７は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５および第４調節部６のそれぞれに、各調節部での調節動作を制御する制御信号を出力する。更に、制御部７は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５および第４調節部６のそれぞれを、優先順位によって制御する。この優先順位によって制御することで、従来技術のように、使用エネルギーと得られるエネルギーとの不均衡や無駄を生じさせずに、エネルギー生成装置を動作させることができる。

図２は、本発明の実施の形態１における正浸透膜の模式図である。図２は、正浸透膜２の機能が分かるように示している。正浸透膜２は、内部に分離膜２３を備えている。分離膜２３は、正浸透膜２の内部を淡水通路２１と塩水通路２２とに分離する。淡水通路２１には、第２調節部４を介して淡水が供給される。塩水通路２２には、第３調節部５を介して塩水が供給される。

正浸透膜２は、分離膜２３の機能により、淡水通路２１の水分が、塩水通路２２に浸透する。この結果、塩水通路２２には、供給された塩水と分離膜２３から浸透した淡水とが供給されることになる。この結果、塩水通路２２には、これら塩水と浸透した淡水が混合した混合水が発生する。塩水通路２２は、この混合水を放出する。

なお、図２は理解の容易性のために正浸透膜２内部を淡水通路２１と塩水通路２２とに分けた状態の構造を示しているが、このような構造のみではなく、正浸透膜２内部に、複数の細管が格納されており、複数の細管のそれぞれの内部が淡水通路２１もしくは塩水通路２２であって、正浸透膜内部の細管の残部が、逆である淡水通路２１もしくは塩水通路２２である構造でもよい。

一方で、淡水通路２１に供給された淡水の全てが、分離膜２３を通じて塩水通路２１に浸透するわけではない。浸透しなかった淡水は、未浸透水として、淡水通路２１から放出される。

混合水は、正浸透膜２に供給された塩水よりも流量を大きくしており、この差分となる流量が、混合水が有する追加されたエネルギーとして提供される。

図１においては、第１調節部３は、正浸透膜２から放出される未浸透水を調節する。例えば、正浸透膜２から放出される未浸透水の体積、圧力、単位時間あたりの体積などを調節する。このとき、制御部７は、第１調節部３での調節を実行する第１制御信号を、第１調節部３に出力する。

図１において、第２調節部４は、正浸透膜２へ供給される淡水を調節する。正浸透膜２の淡水通路２１には、外部から淡水を供給する淡水供給路が接続されている。この淡水供給路での淡水の供給を、第２調節部４は、調節する。例えば、第２調節部４は、正浸透膜２へ供給される淡水の体積、圧力、単位時間当たりの体積などを調節する。ここで、制御部７は、第２調節部４での調節を実行する第２制御信号を、第２調節部４に出力する。

図１において、第３調節部５は、正浸透膜２へ供給される塩水を調節する。例えば、正浸透膜２の塩水通路２２には、外部から塩水を供給する塩水供給路が接続されている。この塩水供給路での塩水の供給を、第３調節部５は、調節する。例えば、第３調節部５は、正浸透膜２へ供給される塩水の体積、圧力、単位時間あたりの体積などを調節する。ここで、制御部７は、第３調節部５での調節を実行する第３制御信号を、第３調節部５に出力する。

図１において、第４調節部６は、正浸透膜２から放出される混合水を調節する。正浸透膜２では、淡水通路２１から塩水通路２２に淡水が浸透する。この浸透によって、塩水通路２２には、供給された塩水に加えて浸透した淡水が加わった混合水が生じる。正浸透膜２は、この混合水を放出する。上述の通り、この混合水は、正浸透膜２に供給された塩水との流量差分を有しており、この流量差分が、エネルギーを生成できる。第４調節部６は、この流量差分を有している混合水を放出する際の体積、圧力、単位時間当たりの体積などを調節する。ここで、制御部７は、第４調節部６での調節を実行する第４制御信号を出力する。

このように、制御装置１は、制御部７からの第１制御信号、第２制御信号、第３制御信号および第４制御信号を用いて、第１調節部３〜第４調節部６を制御できる。この制御において、第１調節部３〜第４調節部６を、優先順位をもって制御する。この優先順位に応じた制御により、得られるエネルギーが使用エネルギーに対して効率的であるエネルギー生成を実現できる。

特に、制御部７が、第１制御信号〜第４制御信号によって第１調節部３〜第４調節部６を、優先順位をもって（相互に関連性をもって）制御する。この優先順位（相互関連性）のある制御により、使用エネルギーに対して十分な効率をもったエネルギー生成を実現できる。

（優先順位）
次に、制御部７による第１調節部３〜第４調節部６の優先順位について説明する。

（制御信号の出力回数）
制御部７は、第１制御信号〜第４制御信号を出力することで、第１調節部３〜第４調節部６の制御を実行する。ここで、優先順位の一つとして、優先順位は、一定時間の間において、制御部７が出力する第１制御信号〜第４制御信号の回数が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号
である。

図３は、本発明の実施の形態１における第１制御信号〜第４制御信号の出力状態を示すタイミングチャートである。図３のタイミングチャートは、上から順に、第１制御信号、第２制御信号、第３制御信号、第４制御信号の出力を示している。信号が上方向エッジとなっている部分が、制御信号の出力タイミングである。

図３のタイミングチャートから明らかな通り、一定時間の間においては、第１制御信号が出力される回数が最も多い。次いで、第２制御信号が出力される回数が多い。次いで、第３制御信号が出力される回数が多い。第４制御信号が出力される回数が最も少ない。

このように、制御部７は、一定時間の間における出力回数の違いによって、第１制御信号〜第４制御信号の優先順位を決定している。すなわち、制御部７は、一定時間における出力回数の違いによって、第１調節部３〜第４調節部６での調節の優先順位を決定している。図３のような出力回数の相違によって、制御部７は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５、第４調節部６の順序での優先順位を決定できる。

制御装置１では、未浸透水の放出の流量が少なくなってしまうと正浸透膜２での浸透量が低下する問題がある。浸透量が低下すると、得られる混合水の流量がばらついてしまう。このため、未浸透水の放出は、常に略一定であることが好ましい。一方で、未浸透水の放出量は、淡水の供給量の影響を受けやすく、一定の放出を維持することは、非常にデリケートである。未浸透水の放出が変動すると、使用エネルギーに対しての生成エネルギー量の優位性が不十分となることもある。

これらのデリケートな未浸透水の放出が略一定に維持されることで、使用エネルギーに対して優位性のある生成エネルギーを得るために重要である。

このため、制御部７は、第１調節部３で混合水の放出を調節することを、最上位の優先度とする。これが、第１制御信号の出力回数になって表れる。

また、正浸透膜２へ供給される淡水によって、正浸透膜２での浸透量が変化し、合わせて、淡水を供給するためのエネルギーによる使用エネルギーが大きく変化する。このため、第２調節部４での淡水供給の調節によって、浸透量の変化（得られる生成エネルギーの量の変化に繋がる）と使用エネルギーの変化とが生じる。これら２つの変化を生じさせるために、第２調節部４での調節もデリケートである必要がある。

このため、制御部７は、第２調節部４で淡水の供給を調節することを、次の優先度とする。これが、第２制御信号の出力回数になって表れる。

正浸透膜２へ供給される塩水において、適正流量での制御が行われることで、エネルギー出力への影響力が小さくなる。このため、正浸透膜２への塩水供給を調節する第３調節部５の制御を、第１調節部３、第２調節部４での制御よりも抑えることが、生成エネルギーの適正化にとって好適である。

すなわち、制御部７は、第３調節部５で塩水の供給を調節することを、３番目の優先度とする。これが、第３制御信号の出力回数になって表れる。

また、混合水の放出は、供給される塩水の塩分濃度がある程度変化したときに調節すれば十分である。しかしながら、供給される塩水の塩分濃度の変動は小さく、混合水の放出の制御は頻繁に行われる必要性は少ない。すなわち、混合水の放出を調節する第４調節部６の制御は、他の調節部での制御よりも、その優先度は低くてよい。

すなわち、制御部７は、第４調節部６で混合水の放出を調節することを、４番目の優先度とする。これが第４制御信号の出力回数になって表れる。

（制御信号の時間量）
優先順位の一つとして、優先順位は、一定時間の間において、制御部７が出力する第１制御信号〜第４制御信号の時間量が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号
である。

制御部７は、第１制御信号〜第４制御信号のそれぞれを、第１調節部３〜第４調節部６のそれぞれに出力する。図３のタイミングチャートのように、制御部７は、第１制御信号〜第４制御信号のそれぞれを、複数もしくは単数の回数に渡って出力する。第１制御信号〜第４制御信号の出力時間量は、この回数によっても大小が異なる。例えば、図３のタイミングチャートのように一定時間の間での、出力回数の違いによって、出力時間量が異なってもよい。すなわち、出力回数が、第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号であることで、出力時間量も、第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号となる。

あるいは、制御部７による第１調節部３〜第４調節部６への制御の優先順位は、第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号であるおことで、個々の制御信号の出力時間が長いこともある。

図４は、本発明の実施の形態１における制御信号のタイミングチャートである。

図４のように、第１制御信号の出力時間が最も長い。次いで、第２制御信号の出力時間が長い。次いで、第３制御信号の出力時間が長い。第４制御信号が最も短い。すなわち、一定時間の間において、出力時間量は、第１制御信号〜第４制御信号の順序で短くなっていく。この出力時間量によって、制御部７は、第１調節部３〜第４調節部６の順序での優先度で制御する。

第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５、第４調節部６の順序で優先順位が制御されることで、上述した通り、エネルギー生成での最適化を実現することができる。

（制御信号の頻度）

優先順位の一つとして、優先順位は、一定時間の間において、制御部７が出力する第１制御信号〜第４制御信号の頻度が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号
である。

第１制御信号〜第４制御信号の出力回数と同様に、頻度が第１制御信号〜第４制御信号の順序であることで、制御部７は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５、第４調節部６の優先順位で、これらを制御できる。結果として、上述した通り、エネルギー生成での最適化を実現できる。

（出力順序）
優先順位の一つとして、一定時間の間において、制御部７が出力する第１制御信号〜第４制御信号の出力順序が、
第１制御信号 ≧ 第２制御信号 ≧ 第３制御信号 ≧ 第４制御信号
である。

図５は、本発明の実施の形態１における第１制御信号〜第４制御信号のタイミングチャートである。図５のように、制御部７は、第１制御信号、第２制御信号、第３制御信号、第４制御信号の順序で、出力する。一定時間の間において、出力順序がこのようになっていることで、制御装置１においては、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５、第４調節部６の順序で制御が行われる。

すなわち、制御部７は、第１調節部３、第２調節部４、第３調節部５、第４調節部６の優先順位で、これらを制御する。

この優先順位での制御によって、上述した通り、エネルギー生成での最適化を実現できる。

なお、これらの出力回数、出力時間量、頻度、出力順序のそれぞれが組み合されて、制御部７は、第１調節部３〜第４調節部６の優先順位を決定してもよい。また、他の基準によって、優先順位を決定してもよい。これらは、一例であり、これに限定されることなく、制御部７は、優先順位をもって制御することができる。

以上のように、実施の形態１における制御装置１は、第１調節部３〜第４調節部６を、所定の関連性と優先順位をもって制御することで、エネルギー生成装置でのエネルギー生成効率を最適化することができる。特に、使用エネルギーとの関係におけるエネルギー生成の効率を最適化できる。

（実施の形態２）

次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、各調節部と各制御信号との関係を説明する。

（第１調節部と第１制御信号）
第１調節部３は、正浸透膜２からの未浸透水の放出を調節する。実施の形態１で説明したように、第１調節部３での制御が、優先順位が高い。

第１制御信号は、この第１調節部３を制御する。制御部７から出力される第１制御信号は、第１調節部３での動作を制御する。第１調節部３は、例えば、図６のように制御弁３１を備えている。

図６は、本発明の実施の形態２における第１調節部のブロック図である。

制御弁３１は、第１制御信号に基づいて、その開放状態を変化させ（閉じることもある）、正浸透膜２からの未浸透水を、外部に放出することを調節できる。こおで、制御弁３１は、未浸透水の放出量を略一定とするように、調節する。すなわち、第１制御信号は、未浸透水の放出量を略一定とするように、第１調節部３の制御弁３１を制御する。

第１制御信号が、未浸透水の放出量を略一定とするように制御することで、上述したように、流量の変化による使用エネルギーの無駄を低減することができる。結果として、使用エネルギーに対する生成エネルギーの生成効率を向上させることができる。

第１制御信号によって、制御弁３１は、その開放状態を変化させて、未浸透水の放出量を略一定とするように調節できる。このとき、第１制御信号は、定常的に入力されて、未浸透水の放出が制御されてもよいし、一定間隔などで入力されて、未浸透水の放出が制御されてもよい。

（第２制御信号と第２調節部）
図７は、本発明の実施の形態２における第２調節部のブロック図である。第２調節部４は、正浸透膜２への淡水の供給を調節する。第２制御信号は、この第２調節部４を制御する信号である。

第２調節部４は、内部に制御弁４１を備えている。第２制御信号は、この制御弁４１の動作を制御する。ここで、第２制御信号は、正浸透膜２への淡水の供給圧力を略一定とするように、制御弁４１を調節する。この制御弁４１の調節により、第２調節部４は、正浸透膜２への淡水の供給圧力を略一定とするように、調節できる。または、制御弁ではなくポンプを使用して、ポンプ回転数をインバータで増減させ、それを制御することで淡水の供給圧力を一定にすることも可能である。

正浸透膜２へ供給される淡水は、正浸透膜２での浸透量の変化に大きくかかわる。更には、淡水の供給における使用エネルギーの大きさにも大きく関わる。このため、正浸透膜２へ供給される淡水の供給圧力が略一定に保たれることで、浸透量の変化を小さくすると共に、使用エネルギーの増加を防止できる。

また、第２制御信号は、混合水の放出量および放出圧力の少なくとも一方に基づいて、第２調節部４を調節することも好適である。

混合水は、第４調節部６を介して放出されて、エネルギー生成に用いられる。この混合水の放出量や放出圧力の変化が生じる場合には、淡水供給を調節する必要がある。十分な流量差分を有する混合水とするには、正浸透膜２への淡水の供給が調節される必要があるからである。

（第３制御信号と第３調節部）
第３制御信号は、正浸透膜２への塩水の供給を略一定とするように、第３調節部５を制御する。例えば、正浸透膜２への塩水の供給量が、一定レベルとなるように、制御する。

図８は、本発明の実施の形態２における第３調節部のブロック図である。第３調節部５は、制御弁５１を有している。第３制御信号は、この制御弁５１の動作を制御することで、第３調節部５の制御を実現する。例えば、制御弁５１の開放状態を変えたり、開放圧力を変えたりすることで、第３制御信号は、第３調節部５での塩水の供給量を制御する。または、制御弁ではなくポンプが使用され、ポンプ回転数をインバータで増減させ、それを制御することで淡水の供給量を一定にすることも可能である。

正浸透膜２へ供給される塩水の供給量が一定レベルとなるように調節されることで、生成エネルギーへの影響度を最小化できる。影響度を抑えることができれば、エネルギーの生成効率を向上させることができる。

特に、正浸透膜２への塩水の供給が一定に維持されることで、正浸透膜２での混合水の生成能力が一定に保たれて、混合水の流量差分が最大化されやすくなる。結果として、エネルギー生成効率が高まる。

（第４制御信号と第４調節部）
第４制御信号は、混合水の放出圧力を略一定とするように、第４調節部６を制御する。図９は、本発明の実施の形態２における第４調節部のブロック図である。第４調節部６は、正浸透膜２からの混合水を、エネルギー生成部２０に放出するのを調節する。

第４調節部６は、制御弁６１を備える。この制御弁６１は、その開放状態や加圧状態を変えることで、混合水の放出圧力や放出量を制御できる。

第４制御信号は、この制御弁６１を制御する信号であり、混合水の放出圧力を略一定とするように制御する。この制御弁６１が第４制御信号で制御されることで、第４調節部６は、放出圧力を略一定とするように、混合水を放出する。混合水の放出圧力が略一定に保たれることで、エネルギー生成部２０でのエネルギー生成効率が高まる。

また、第４制御信号は、混合水の塩分濃度に基づいて、混合水の放出圧力を略一定とするように、第４調節部６を制御してもよい。混合水は、エネルギー生成部２０に出力されて、エネルギーの生成を行う。混合水によるエネルギー生成において、塩分濃度の変動があると、そのときの浸透圧差が変動することであり、正浸透膜における浸透流量も変動することから、その流量差分が変動していることになる。

混合水は、流量差分によってエネルギーを生成するので、正浸透膜における浸透流量が多いことが好ましい。しかし、やみくもに浸透流量を上げるためにエネルギー生成部の圧力を下げてしまうと浸透流量は増えても、水圧が低くてエネルギー生成量が減ってしまう。よって、塩分濃度によって最適な圧力があり、その状態を調整、維持することで混合水の流量差分が最適化される。

このため、第４制御信号は、混合水の塩分濃度に基づいて、混合水の放出圧力を略一定とするように、第４調節部６を制御する。この制御によって、第４調節部６は、混合水を一定の圧力に維持した状態で放出し、エネルギーの生成効率を最適化できる。

なお、第１制御信号〜第４制御信号のそれぞれが、組み合わさって、上記の制御が行われてもよいし、個々に制御が行われてもよい。それぞれが適宜組み合わされつつ、制御部７が、第１制御信号〜第４制御信号を出力する。

実施の形態２における制御装置１は、第１調節部３〜第４調節部６のそれぞれを、所定のパラメータをモニタリングしながら調節できる。このモニタリングによる調節により、第１調節部３〜第４調節部６の関連性や優先度を最適化して、エネルギー生成効率を最適化できる。

（実施の形態３）

次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、実施の形態１、２
で説明した制御装置１を備えるエネルギー生成装置について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態３におけるエネルギー生成装置のブロック図である。図１０は、実施の形態１、２で説明した制御装置１を含んでいる。エネルギー生成装置５０は、実施の形態１，２で説明した制御装置１と、未浸透水放出部３２と、淡水供給部４２と、塩水供給部５２と、混合水放出部６２と、エネルギー生成部２０を備える。

未浸透水放出部３２は、第１調節部３により調節された未浸透水を放出する。この放出により、正浸透膜２で浸透しなかった未浸透水を外部に放出できる。

淡水供給部４２は、第２調節部４により調節された淡水を、正浸透膜２に供給する。この供給により、最適に調節された淡水が、正浸透膜２に供給される。

塩水供給部５２は、第３調節部５により調節された塩水を、正浸透膜２に供給する。この供給により、最適に調節された塩水が、正浸透膜２に供給される。

混合水放出部６２は、第４調節部６により調節された混合水を、エネルギー生成部２０に放出する。この供給により、最適に調節された混合水が、エネルギー生成部２０に供給される。

実施の形態１、２で説明したように、第１調節部３〜第４調節部６がそれぞれの調節を行う。この調節に基づいて、エネルギー生成装置５０は、使用エネルギーに対して最適なエネルギー生成を行うことができる。

ここで、未浸透水の放出や淡水の供給は、実施の形態１、２で説明したように、所定のモニタリングに基づいて圧力等が調節された状態で行われる。すなわち、調節された塩水等は、この圧力等が最適に調節されたことを言う。

以上のように、実施の形態３におけるエネルギー生成装置５０は、正浸透膜２での混合水を用いて、最適効率で、エネルギーを生成できる。

なお、実施の形態１〜２で説明された塩水淡水化装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１ 制御装置
２ 正浸透膜
３ 第１調節部
４ 第２調節部
５ 第３調節部
６ 第４調節部
７ 制御部
３１、４１、５１、６１ 制御弁
３２ 未浸透水放出部
４２ 淡水供給部
５２ 塩水供給部
６２ 混合水放出部
２０ エネルギー生成部
５０ エネルギー生成装置

Claims (14)

1. 正浸透膜を用いるエネルギー生成装置用の制御装置であって、
   前記正浸透膜からの未浸透水の放出を調節する第１調節部と、
   前記正浸透膜への淡水の供給を調節する第２調節部と、
   前記正浸透膜への塩水の供給を調節する第３調節部と、
   前記正浸透膜からの混合水の放出を調節する第４調節部と、
   前記第１調節部、前記第２調節部、前記第３調節部および前記第４調節部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１調節部、前記第２調節部、前記第３調節部および前記第４調節部を、優先順位によって制御する、エネルギー生成装置用の制御装置。
2. 前記正浸透膜は、前記第３調節部によって供給される塩水を通す塩水通路と、前記第２調節部によって供給される淡水を通す淡水通路を有し、
   前記正浸透膜での浸透現象によって、前記混合水を生成する、請求項１記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１調節部での調節を実行する第１制御信号と、
   前記第２調節部での調節を実行する第２制御信号と、
   前記第３調節部での調節を実行する第３制御信号と、
   前記第４調節部での調節を実行する第４制御信号と、を出力可能である、請求項１または２記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
4. 前記優先順位は、一定時間の間において、前記制御部が出力する回数が、
   前記第１制御信号 ≧ 前記第２制御信号 ≧ 前記第３制御信号 ≧ 前記第４制御信号である、請求項３記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
5. 前記優先順位は、一定時間の間において、前記制御部が出力する時間量が、
   前記第１制御信号 ≧ 前記第２制御信号 ≧ 前記第３制御信号 ≧ 前記第４制御信号である、請求項３記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
6. 前記優先順位は、一定時間の間において、前記制御部が出力する頻度が、
   前記第１制御信号 ≧ 前記第２制御信号 ≧ 前記第３制御信号 ≧ 前記第４制御信号である、請求項３記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
7. 前記優先順位は、一定時間の間において、前記制御部が出力する順序が、
   前記第１制御信号、前記第２制御信号、前記第３制御信号、前記第４制御信号の順である、請求項３記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
8. 前記第１制御信号は、未浸透水の放出を略一定とするように、前記第１調節部を制御する、請求項３から７のいずれか記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
9. 前記第２制御信号は、前記正浸透膜への淡水の供給圧力を略一定とするように、前記第２調節部を制御する、請求項３から８のいずれか記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
10. 前記第２制御信号は、前記混合水の放出量および放出圧力の少なくとも一方に基づいて、前記第２調節部を制御する、請求項９記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
11. 前記第３制御信号は、前記正浸透膜への塩水の供給を略一定とするように、前記第３調節部を制御する、請求項３から１０のいずれか記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
12. 前記第４制御信号は、前記混合水の放出圧力を略一定とするように、前記第４調節部を制御する、請求項３から１１のいずれか記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
13. 前記第４制御信号は、前記混合水の塩分濃度に基づいて、前記混合水の放出圧力を略一定とするように、前記第４調節部を制御する、請求項１２記載のエネルギー生成装置用の制御装置。
14. 請求項１から１３のいずれか記載のエネルギー生成装置用の制御装置と、
    正浸透膜と、
    前記第１調節部により、未浸透水の放出を行う未浸透水放出部と、
    前記第２調節部により、前記正浸透膜に淡水を供給する淡水供給部と、
    前記第３調節部により、前記正浸透膜に塩水を供給する塩水供給部と、
    前記第４調節部により、前記混合水の放出を行う混合水放出部と、を備える、エネルギー生成装置。