JPH0243915B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地下に存在する高温の地熱水を地上ま
で効率的に輸送する方法に関し、更に詳しくは地
熱水の存在する坑底に坑底ポンプを設け、この坑
底ポンプを二相流タービンによつて駆動して高温
の地熱水を蒸発を抑えながら地上にまで運搬する
方法を提供するものである。

〔従来の技術〕

地熱水の持つエネルギーを利用して地熱発電を
行う方法が開発されている。この場合重要なこと
は地熱水の蒸発を抑えることによつてその地熱水
の持つエネルギーの減少を抑制することである。

地熱水が自噴する状況は地下において地熱水が
蒸発して水蒸気となつてミスト状態で地上に噴出
するわけであるが、地熱水が水蒸気に変化する際
にその地熱水の持つエネルギーが消費され、地熱
水の温度より水蒸気の温度が10数％低下し、それ
に応じて圧力も低下し、その分だけエネルギーが
消費されることになる。

また、水蒸気になると、その体積は地熱水の体
積に比較して著しく増大するので、その輸送手段
が問題となる。

前記理由から地熱水の地下における蒸発を防ぐ
ことにより高温（高圧）の地熱水を得ることがで
き、その地熱水の持つエネルギーを最大限に利用
することが可能である。高温の地熱水を得る最も
有効な方法として、地熱井ケーシングの下端部
（坑底部）に坑底ポンプを設置する方法が既に知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

然し、前記のように坑底ポンプを設けたとして
も、地熱水が得られる場所は通常は電力の供給設
備がなく、また内燃機関を動力源とした場合には
その燃料の輸送方法やそれの保守保全が問題とな
る。

ところで、一般地熱発電設備において、地熱水
を回転分離式二相流タービンに導いて回転させ、
この回転分離式二相流タービンにより発電機を駆
動することが知られている。

この回転分離式二相流タービンは、熱水タービ
ンの一種であり、例えば、特開昭58−15702号公
報にも示されるように、ケーシング内に円筒体と
円板とよりなる回転分離器を回転軸で軸支したも
のであつて、前記円筒体の内壁面に対してノズル
から熱水を噴射することにより回転力を得るとと
もに、中央部に蒸気を、また円筒体内壁面には遠
心力により熱水が存在するようにして熱水と蒸気
とを分離するよう構成したものである。

本発明は、前記構成の回転分離式二相流タービ
ンに着目して得られたものであつて、その目的と
するところは、高温の地熱水をエネルギーの損失
をなるべく少なくしながら地上に運搬する方法及
び地熱水の汲上設備の保守・保全が容易な地熱水
の輸送方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するための本発明の構成は、 地熱井の坑底に坑底ポンプを、地表に回転分
離器を有する二相流タービンをそれぞれ設置す
る。

前記坑底ポンプにより地上に輸送された地熱
水を前記回転分離式二相流タービンの回転分離
器に導入して地熱水を蒸気と熱水とに分離す
る。

更に、前記回転分離器の動力によつて前記坑
底ポンプを駆動する。

具体的には、坑底ポンプの駆動軸を地上まで延
長し、回転分離器に取付けられた回転軸と前記駆
動軸を歯車機構に連結した装置によつて坑底ポン
プを駆動する。

また、別の方法として、坑底ポンプをモータ駆
動にし、回転分離器で発電機を駆動し、この発電
機で発生した電力を前記モータに供給して坑底ポ
ンプを駆動する方法を採用することができる。

〔実施例〕

次に図面を参照しながら本発明の構成を説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例を示す概略図で
あつて、地中１には地熱井２（地熱井ケーシン
グ）が設けられ、この地熱井２の坑底部（地熱井
ケーシングの下端部）に坑底ポンプ３が設けら
れ、この坑底ポンプ３の駆動軸４は地表面５の上
方にまで延長されている。地上には回転分離式二
相流タービン６（基本的な構成は特開昭58−
15702号公報に添付された第２図参照）が設けら
れ、前記坑底ポンプ３の駆動軸４をギヤボツクス
７等の動力伝達手段を介して駆動するように構成
されている。

回転分離式二相流タービン６は熱水と蒸気との
混合流体を動力源とするタービンであつて、ケー
シング１０内に回転分離器１１（タービンロータ
ー）が軸１２によつて回転自在に支持され、前記
ギヤボツクス７の動力源となつている。

なお、坑底ポンプ３がモータ駆動の場合には発
電機を付けることも可能であるが、この説明は省
略し、以下に直接ポンプ回転軸を駆動する場合に
ついて説明する。

前記ケーシング１０には坑底ポンプ３より吐出
される地熱水を輸送するポンプケーシング１３を
経由して地熱水がノズル１４より前記回転分離器
１１に噴射してこれを駆動する。この回転分離器
１１は第１図に示すように円筒体１５と、この円
筒体１５の中央部に設けた板体１６より構成され
ており、これが回転した際に熱水が前記円筒体１
５の内面に付着し、蒸気を分離し、熱水は円筒体
１５に接近して開口している熱水取出しノズル１
７より掬い出される。

駆動軸４は長いものでは数1000mのものがあ
り、可撓継手によつて接続されて地熱井２の内部
に延長されたポンプケーシング１３内に延長され
ている。

前記のように坑底ポンプ３より吐出された地熱
二相流が回転分離式二相流タービン６に供給され
ると回転分離器１１が駆動されるとともにその動
力の一部もしくは全部がギヤボツクス７を介して
駆動軸４を駆動し、その先端に設けた坑底ポンプ
３を駆動する。この坑底ポンプ３は地熱水を直接
吸入してポンプケーシング１３が経由して地表に
輸送する。

坑底に於ける地熱二相流はポンプケーシング１
３内をその温度に見合つた圧力の加圧状態で輸送
されるために蒸発が抑えられ、そのために坑底ポ
ンプ３の設置されている部分の坑底の温度で坑口
にまで上昇することになる。

一方、前記回転分離式二相流タービン６には地
熱水（地熱二相流）の一部もしくは全部が供給さ
れて蒸気と熱水とに分離され、それぞれの用途に
応じて輸送される。

この回転分離式二相流タービン６を駆動する際
に、地熱水の持つエネルギーの一部を消費する
が、このエネルギーの量は、地熱水がフラツシユ
して温度が降下するとともに圧力が低下する際に
消費（ロス）するエネルギーである10〜13％程度
より遥かに少なく、数％程度であり、両者の差は
10％前後となる。また、本発明によれば温度と圧
力とが坑底部の状態で取り出されるので高温の地
熱水を得ることが可能となる。

第２図は別の実施例に係る装置の概略図であつ
て、熱水の持つエネルギーを更に回収する装置を
示すものである。

坑底に存在する地熱水を坑口にまで輸送する場
合には、ポンプケーシング１３の摩擦による蒸発
を防ぐために二相流タービンに供給する熱水の必
要とする圧力よりも高い圧力に調整されている。

回転分離式二相流タービン６に供給する熱水は
飽和圧力であれば良いが、それ以上の圧力の地熱
水の有するエネルギーはこの回転分離式二相流タ
ービン６では回収されることがなく、飽和地熱水
の有するエネルギー以上のエネルギーが無駄なエ
ネルギーとして廃棄されることになる。この廃棄
されるエネルギーを回収するのが第２実施例の目
的である。

ポンプケーシング１３の上端部と回転分離式二
相流タービン６との間を結ぶ配管１８の途中に動
力回収タービン２０が設けられ、この動力回収タ
ービン２０によつて回収した動力によつてギヤボ
ツクス７への入力軸２１を駆動するように構成し
ている。

前記動力回収タービン２０によつて回転分離式
二相流タービン６に供給するのに必要な飽和地熱
水を保持するのに必要な圧力以上の圧力は回収さ
れ、配管２２内の熱水は飽和熱水となり、回転分
離式二相流タービン６に供給されることになる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は回転分離式二相
流タービンを地熱水（二相流）によつて駆動して
動力を得、この動力によつて坑底ポンプ３を駆動
して地熱二相水を汲み出すように構成したので、
次の如き効果を奏することが可能である。

(1) 坑底に存在する地熱水の状態で坑口まで地熱
水を輸送するので、地熱水の持つエネルギーの
損失が少ない状態で坑口にまで輸送することが
できる。

地熱水を地熱井ケーシングの途中において蒸
発させ、蒸気と熱水のミストとの混合体の状態
で地上にまで取り出す場合には前記混合体の持
つエネルギーは、地熱水の持つエネルギーに比
較して一般に10数％低下しているが、本発明に
係る方法によれば回転分離式二相流タービン６
を苦闘するために消費する地熱水のエネルギー
が減少するだけであつて数％の消費であり、前
記混合体とする場合のエネルギー消費に比較し
て著しく少ない。従つて地熱水の持つエネルギ
ーを効果的に回収することが可能である。

特に地熱水の温度が150〜200℃付近である場
合にこの地熱水の温度が低下すると、この地熱
水の利用価値が著しく低下するが、本発明によ
れば地熱水の温度を低下させることなく坑口に
まで輸送可能であるので、この地熱水の利用価
値は著しく向上する利点がある。

(2) 地熱水が存在する位置においては、電気が供
給できず、また物資の運搬が困難な場所が多い
が、回転分離式二相流タービンを使用すること
によつてこの地熱水によつて簡単に駆動するこ
とができ、このタービンで得られた動力によつ
て坑底ポンプ３を駆動することができ、地熱水
をエネルギーの損失が殆どないような状態で坑
口にまで輸送することができ、地熱水の持つエ
ネルギーを有効に回収することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すものであつて、第１
図は第１の実施例に係る地熱水の取出装置の概略
図、第２図は第２の実施例に係る地熱水の取出装
置の概略図である。 １……地中、２……地熱井、３……坑底ポン
プ、４……駆動軸、５……地表、６……回転分離
式二相流タービン、７……ギヤボツクス、１０…
…ケーシング、１１……回転分離器（ローター）、
１２……軸、１３……ポンプケーシング、１４…
…ノズル、２０……動力回収タービン、２１……
入力軸、２２……配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地熱井の坑底に坑底ポンプを設けるととも
   に、地表に回転分離器を有する二相流タービンを
   設置し、前記坑底ポンプにより地上に輸送された
   地熱水を前記回転分離式二相流タービンの回転分
   離器に導入して該回転分離器を回転させるととも
   に、蒸気と熱水とに分離し、かつ前記回転分離器
   の動力を利用して前記坑底ポンプを駆動するよう
   にしたことを特徴とする地熱水の輸送方法。 ２ 坑底ポンプの駆動軸を地上まで延長し、回転
   分離器に取付けられた回転軸と前記駆動軸を歯車
   機構に連結した第１項記載の坑底ポンプの駆動方
   法。 ３ 坑底ポンプをモータ駆動に構成するとともに
   回転分離器に取付けられた回転軸に発電機を連結
   し、該発電機により発生した電力を前記モータに
   供給して坑底ポンプを駆動するようにした第１項
   記載の坑底ポンプの駆動方法。