JPH03145577A - 熱水発電プラントの蒸発装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 地熱発電プラントにおいて、あるいはその他の原動所プ
ラントにおいて熱水との熱交換によって、作動流体を沸
騰蒸発させ、高い飽和圧から亜臨界圧まで達成させる装
置に関する。

従来までの技術 従来までの地熱発電プラントでは、火山活動地帯に極め
て近い周辺地域で地中深くにある熱水脈までのボーリン
グを行なっていた。その際噴出する水蒸気とガスと熱水
の混合物を水蒸気だけを分離し、これを蒸気クービンに
導き電気エネルギーに変換する。また、タービン翼には
、直接地中の酸性で鉱物とガスを含んだ蒸気をあて、高
い真空度を達成させるためには、高純度を必要とする復
水器にも直接導入している発明の解決しようとする課題 このために、現地熱発電プラントでは、主に熱水と水蒸
気を分離して水蒸気のみをタービンに導くのであるが、
日本の場合は、各地に広く散在する温泉の見られるよう
に地下資源に水が豊富で、ボーリングを行なっても熱水
混じりで出てくる場合が多く、この結果、飽和圧は低く
、しかも鉱物成分を多く含むため動翼内で凝縮しやすく
翼寿命を縮め、さらに圧力が下がると動力は急速に低下
してくる。しかも復水器内では、わずかでも非凝縮性ガ
スのため真空度は高まらず、その設備所用面積の割には
、これの力も十分ではない。これにより、本装置では、
熱エネルギー密度の高い熱水のみを利用し、完全な閉サ
イクルを目ざし、作動流体には人体には、影響の少ない
有機化合物を用いて熱水との間で高効率の熱交換を行な
わせ、沸騰蒸発により高い飽和圧の過熱蒸気を発生させ
、より広い温度範囲で作動能力を得るのを特徴とする。

課題を解決するための手段 地下の熱水脈からさく井管を通ってきた熱水とガス、水
蒸気は、蒸気混合器（４）に導かれ、容器内の飽和圧調
整によって、水蒸気は凝縮し飽和水となり熱水は温度が
高められて圧縮熱水となる。熱水は耐圧断熱容器（１２
、１３）に圧送され、ゆっくりとその内部を下から上へ
と含有気ほうを分離しつつ断熱壁（１８）をへだてて整
流板（１０）よりオーバフローし、さらに上から下へと
流れ、過熱管（９）と再熱管（１１）そして蒸発管（１
６）とこれらを加熱する。容器上部には、分離水蒸気と
ガスが蓄えられて圧力はバルブ（１４）で調整される。

耐圧断熱容市（１２、１３）を出口バルブ（２０）より
出た熱水は、給液加熱器（２０、２１、２２、２３）で
さらに温度を下げられ外部に放出される。

一方、作動流体の方は、給液加熱管（２３）にはいり、
ここど、温度が高められ、蒸発管（１６）に流入し、こ
こで熱水の大きな熱伝達係数と蒸発管内につけた微細な
ピット（７９）の作用で沸騰は促進され、急激に加熱さ
れ蒸気となる。それは、過熱管（９）をへて過熱蒸気と
なり、一次低圧タービン（２７）を駆動する。さらに再
熱管（１１）をへて二次低圧タービン（２８）を駆動し
、復水器（３０）内に導入され凝縮し、給液ポンプ（２
９）により再び給液加熱管（２３）へ圧送される。

発明の効果 上記説明のように、温泉の多い日本の地下熱資源のごと
く、その水脈において過熱度が家く水分を多く含むよう
な場合では、熱エネルギー密度が高く熱輸送量の大きい
熱水の方が好都合で、作動流体の熱力学的特性が低い温
度域でも高い蒸気圧を実現できる。耐食性ステンレス管
は、耐圧断熱容器内の各加熱管と給液加熱管のみに用い
るから取りかえ容易である。設計耐用年数を数十年にと
り、長期にわたり運転することができ、保守、点検、修
理や作動流体の人体への影響を考慮しても、大きな利益
を生み出すものである。

ちなみに、単基出力の大きい原子力発電プラントの濃縮
核燃料のようにその製造や運搬に対する費用効果の問題
よりも、その使用後の放射性物質の廃棄処理や、人体へ
の長期にわたる影響など安全管理は大きな問題であるに
対して、本装置は、熱エネルギー源とともにその種の問
題は全くなく、大深度の地下から熱水の熱エネルギーの
みを抽出するので地下地盤への影響は非常に少ない。

また、世界的かつ長期的展望に立たない近視眼的石炭エ
ネルギー政策と、円高黒字による自由競争という名を借
りた発展途上国などからの破格に安価な外国炭によって
国内炭価値が上昇し、高価であるはずの良質の外国炭が
安くなるという不合理な構造によって日本石炭エネルギ
ー史においての絶滅や企業の無責任な撤退という事態を
招いても、この本装置とそのプラントの長期運転の利益
により、無公害燃料である固型水素や、ガソリンにつぐ
液体化燃料への変換事業は多いに期待できる。

実施例 第５図は、本装置による熱水発電プラントの実施態様を
示すもので、活火山周辺地域に掘削された使用済炭鉱の
坑道を利用してボーリングを行ない、その坑道内を改造
して熱水発電プラントをすえつけるものであり、その発
電のエネルギーの一部は、無責任な企業などの排出した
有害産業廃棄物や、その社会的反響さえもかえりみず、
それに付随し公害を促進させ、一般国民への開かれた交
流を無視し未端の現実には、そぐわない権威とポーズだ
け、あるいは、勇気も熱意もない間に合せの研究職員ら
が残した、あとしまつのための技術に当てられ、汚染さ
れた海底の泥のしゅんせつ（３９）や海水の浄化と活性
化（４２）、地下センサー設置（５３）のために利用さ
れているものである。

第６図は、さらに具体化した例で一本の大きな石炭掘削
坑道をマグマ熱源に向って、掘削し熱水源に近づいたら
、その周囲にあみの目状に坑道を張りめぐらし、その内
部に熱水発電プラント（５９）を建設し、それの先端坑
道（６１）からボーリングを行ない、その掘削点（６０
）から断熱パイプで熱水を輸送する。

日本のように火山帯周辺に掘削された炭鉱の地下室資源
としては、石炭のほか、熱エネルギーも期待できる。こ
とに、大深度地下から採集される石炭は費用も高くなり
、高品質の外国炭に価格面で競争するには無理で、石炭
から燃焼エネルギーそして電気エネルギーと変換するよ
りも、坑道の一部から直接電気エネルギーに変換し、燃
焼の熱効率に対しての直接変換の利益差によって経費を
軽減するものである。

また、九州電力などの無責任に企業が建設した山腹にあ
る現地熱発電所と各実験プラントなどが、事故のためそ
の周囲が有害物質で汚染されかつそれが地下水脈に浸透
すれば、その下流の生活地域は重大な影響をこうむるが
、標高０以下に建設された本装置とそのプラントはこの
危険は極めて少ない。

第７図は、火山地域周辺での地下熱水脈と都市と近効地
の昼間の必要電力と自然の生態系バランスをとりながら
、熱水発電プラント（７２）を稼働させている。単蓄出
力の小さい、熱水発電プラントは、他の大陽熱発電（７
４）や周力発電（７０）、火力発電（７１）などと複合
し、きわめて地域型の発電を目ざし、むだの少ない、総
合的に高いエネルギー変換効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、この蒸発装置の断面図を示したもの
でサイクルをなしている。第３図は蒸発装置の組立図で
ある。第４図は微細ピットのついた蒸発管を示し、第５
図、第６図、第７図は実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地中深くから噴出する水蒸気と熱水を断熱加圧混合
   する気水混合器（４、５、６、７、８）によって、圧縮
   水の状態で取り出し、それを断熱壁（１８）で、仕切ら
   れた立型耐圧断熱容器内に流入させ、その中に配置され
   るアセトンを作動流体とし、低温部では気液分離ドラム
   （１５）と管よせ（１９）が付き、立型で等間隔に配置
   した自然循環を行なわせるステンレス製蒸発管群（１６
   、１７）と単管で貫流する給液加熱管（２３）とその容
   器（２１、２２）、高温部では単管の過熱器（９）と再
   熱器（１１）を加熱し、同時に耐圧断熱容器（１２、１
   ３、１０、１８）内で熱水の気ほうの除去を行なう装置 ２、作動流体アセトンがエタノールである請求項１記載
   の蒸発装置 ３、作動流体アセトンが、冷媒フロン系有機液体とほぼ
   同じ熱力学的物性値をもつ有機流体である請求項１記載
   の蒸発装置 ４、ステンレス製蒸発管（１６）の内面に人工的にラセ
   ン状に微細ピット（７９）をつけ、蒸発量を増し熱伝達
   を高め、さらに耐腐食性を高めるために外面にメッキ仕
   上（８０）を施した請求項１記載の蒸発装置 ５　管よせ（１９）にポンプ（７８）がつき、強制的に
   循環を行なわせる請求項１記載の蒸発装置 ６、気液分離ドラム（１５）と管よせ（１９）が付いた
   蒸発管群（１６、１７）が一本あるいは複数の貫流式の
   蒸発管（８１）である請求項１記載のの蒸発装置