JPH0362879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として蒸気を噴出する自噴地熱井、
主として熱水を湧出する熱水井を含んだ地熱利用
のプラントに用いられる熱水生産井のダウンホー
ルポンプに関する。

通常蒸気を多量に含んだ蒸気と熱水を噴出する
自噴地熱井（以下蒸気生産井と称す）を利用する
場合にはこの自噴した蒸気を地熱蒸気発電プラン
トに供給し蒸気タービンを駆動し発電機を回転さ
せて発電する。この様な発電プラントの場合蒸気
生産井は数％／年の割合でその能力が減衰するた
め、発電出力を確保するため常に新しい井戸が掘
られる。この蒸気の自噴しなくなつた井戸や、新
らたに掘られた井戸でも蒸気量が少く熱水量が多
い井戸（以下熱水生産井と称す）は蒸気発電に使
用できない。この様な井戸を利用するには熱水を
汲み上げその熱を利用した地熱バイナリー発電が
採用される。地熱バイナリー発電では前記したよ
うに熱水を汲み上げるダウンホールポンプが必要
であり、ラインシヤフト式や坑井内モータ駆動式
や坑井内蒸気タービン駆動式のダウンホールポン
プが使用される。この中でラインシヤフト式には
設置深度に限界があり、坑井内モータ駆動式には
電気絶縁の関係上使用温度に限界がある。

坑井内蒸気タービン駆動方式は深度、温度の制
約がなく、深部の高温使用にも適しており有効で
あるがプラント全体としてのエネルギー回収率が
悪い。

本発明は蒸気生産井及び熱水生産井を有する地
熱利用プラントでダウンホールポンプの駆動に坑
井内蒸気タービンを用いる場合の地熱利用プラン
トのエネルギー回収率の向上を計ることを目的と
する。

本発明は地下熱水を取出す坑井内蒸気タービン
駆動式ダウンホールポンプの駆動装置において、
熱水を多量に含んだ熱水生産井に前記ダウンホー
ルポンプを設置し、別の蒸気を多量に含んだ蒸気
生産井の蒸気を該ダウンホールポンプ駆動用の蒸
気タービンに導く配管及び機器を備えたことを特
徴とする坑井内蒸気タービン駆動式ダウンホール
ポンプの駆動装置である。

以下、本発明の実施例について説明する。第１
図は本発明の実施例のフローシートである。１は
主として蒸気よりなり蒸気と熱水を含む蒸気生産
井、２は蒸気生産井１から蒸気を供給された地熱
蒸気発電プラント３にて熱エネルギを回収された
熱水を地下に還元する還元井、４は主として熱水
を湧出し蒸気を含むこともある熱水生産井、５は
熱水生産井４から熱水を供給された地熱バイナリ
発電プラント６にて熱エネルギを回収され低温度
となつた熱水を地下に還元する還元井である。

地熱蒸気発電プラント３についてのべれば以下
のとおりである。

その蒸気入口７ａが自噴蒸気導入管１０を介し
て密閉された蒸気生産井１の蒸気出口１ａに連通
し、その分離熱水出口７ｂが分離水戻し管１０ａ
を介して還元井２に連通し、蒸気出口７ｃを備え
た気水分離器７と、その蒸気入口８ａが気水分離
器の蒸気出口７ｃに連通した蒸気タービン８と、
蒸気タービン８の出力軸に連結された発電機９
と、その排気取入口１１ａが蒸気タービンの排気
口８ｂに連通され、その内部の散水器１１ｃに通
ずる一つの冷却水入口が冷却水ポンプ１２の吐出
口に連通し、温水出口１１ｄを備えた凝縮器１１
と、吸込口が凝縮器１１の温水出口１１ｄに連通
した温水ポンプ１３と、その内部の散水器１４ａ
に通ずる入口が温水ポンプ１３の吐出口に連通
し、該散水器１４ａの散布する液体を冷却する送
風機１４ｂを備え、冷却した水の出口１４ｃが冷
却水ポンプ１２の吸込口に連通する冷却塔１４
と、冷却水ポンプ１２とからなる。

地熱蒸気発電プラントの気水分離器の蒸気出口
７ｃからは熱水生産井４のダウンホールポンプ２
４駆動用の蒸気タービン２５に蒸気を導く蒸気導
入管１５が配管されており、熱水生産井のダウン
ホールポンプ２４駆動用の蒸気タービン２５から
は凝縮器１１の排気取入口１１ａまで蒸気導入管
１５で熱水生産井４に送つた蒸気を地熱蒸気発電
プラント３へ戻す排気蒸気戻し管１６が配管され
ている。

地熱バイナリ発電プラント６は次のとおりであ
る。

熱水生産井４を密閉した蓋４ｂに設けた熱水出
口４ａから還元井５へ熱水を送液する熱水配管１
７中に熱交換要素１８ａを備えた熱交換器１８
と、熱交換器１８の熱媒体出口１８ｂにその蒸気
入口１９ａが連通する熱媒体蒸気タービン１９
と、該蒸気タービン１９の出力軸に連結された発
電機２１と、その排気入口が熱媒体蒸気タービン
１９の排気口１９ｂに連通する凝縮器２２と、吸
込口が凝縮器２２の出口に連通し吐出口が熱交換
器の熱媒体入口１８ｃに連通する熱媒体用ポンプ
２３とからなる。熱交換器１８、蒸気タービン１
９、凝縮器２２、ポンプ２３を結ぶ閉じた管路に
は熱媒体を封じてある。

蒸気生産井１は蒸気が自噴する井戸を地上にお
いて蓋１ｂにて密閉したものである。還元井２は
蒸気生産井１の蒸気自噴に影響のない位置におい
て蒸気生産井１の蒸気発生をする地層に地下でつ
ながる地層まで掘削した蒸気の噴出しない井戸で
地上において蓋２ａにて密閉してある。

熱水生産井４は高温の熱水を湧出する井戸であ
つて地上で蓋４ｂにより密閉されている。

熱水生産井４中にはダウンホールポンプ２４が
納められている。ダウンホールポンプ２４は上部
の蒸気タービン２５の出力軸が下部の熱水ポンプ
２６のポンプ軸に連結されて蒸気タービン２５と
熱水ポンプ２６のケーシングが締結されて全体は
細長い円筒状となつている。熱水ポンプ２６は下
部の吸込ストレーナ２７より吸込まれた熱水生産
井４中の地熱水が内部の羽根車により増速昇圧さ
れて熱水ポンプ２６の上部から熱水ポンプ２６と
蒸気タービン２５との連結部に通じてその外周で
開口する地熱水の吐出口２８から吐出されるもの
で熱水ポンプ２６のケーシング外周と熱水生産井
４の壁面間はパツカー２９により密閉されてい
る。

熱水生産井４のパツカー２９より下方は地熱水
の湧出部であり、パツカー２９より上部の熱水生
産井４の壁面と蒸気タービン２５、及び外筒３１
間は地熱水吐出通路３０となつており、前述した
熱水配管１７に連通している。

ダウンホールポンプ２４は上端が熱水生産井の
蓋４ｂに固定され、下端が蒸気タービン２５の上
端に固定された外筒３１により吊下げられてい
る。

外筒３１中には駆動蒸気入口通路３３を形成す
るように間〓をおいて内筒３２が挿入保持されて
おり、内筒３２は一端が排気蒸気戻し管１６に連
結され、他端は蒸気タービン２５の蒸気出口に連
通するように連結されており、内筒３２内は駆動
蒸気排気通路３４となつている。駆動蒸気入口通
路３３は地上の蒸気導入管１５と蒸気タービン２
５の蒸気入口を連通している。

還元井５は熱水生産井４の地熱水の産出に影響
のない位置において熱水生産井４の地熱水の産出
する地層に地下でつながる地層まで掘削した井戸
で地上において蓋５ａにて密閉してある。

以上の本発明の実施例の作用を説明すれば以下
のとおりである。

蒸気生産井１で自噴する蒸気は自噴蒸気導入管
１０を通じて蒸気入口７ａから気水分離器７中に
入り、自噴蒸気中の熱水が分離されて、分離熱水
は分離熱水出口７ｂから分離水戻し管１０ａを通
じて還元井２に戻され、残りの蒸気は蒸気出口７
ｃより出て蒸気入口８ａから蒸気タービン８に入
り蒸気タービン８を駆動すると共に蒸気導入管１
５、駆動蒸気入口通路３３を通じて蒸気タービン
２５を駆動する。蒸気タービン８は発電機９を駆
動して蒸気の熱、圧力を電気エネルギーに変換
し、該電力は地熱蒸気発電プラント３の出力とな
る。蒸気タービン２５は熱水ポンプ２６を回転
し、熱水ポンプ２６は吸込ストレーナ２７を通じ
て地熱水を吸込み、地熱水の吐出口２８から熱水
を送り出し、地熱バイナリ発電プラント６に供給
する。

蒸気タービン８の排気口８ｂから排出された排
気は排気取入口１１ａから凝縮器１１に入る。蒸
気タービン２５の排気は駆動蒸気排気通路３４を
とおり、排気蒸気戻し管１６を通じて排気取入口
１１ａから凝縮器１１に入る。凝縮器１１では
かゝる蒸気タービン８，２５の排気を散水器１１
ｃから散布される冷却水を直接混合冷却して液化
し、高温水化し槽底の温水出口１１ｄから配管を
通じて温水ポンプ１３に吸込まれて温水ポンプ１
３により冷却塔１４に送られ、冷却塔１４では送
り込まれた高温水を散水器１４ａにて散布し、散
布した高温水に送風機１４ｂにて外気を送り込み
冷却する。高温水が冷却する際に発生する蒸気は
送風器１４ｂと冷却塔１４の上部開口周壁との間
から大気中に放出され、冷却された冷却水は冷却
水の出口１４ｃから配管を通じて冷却水ポンプ１
２に吸込まれ、冷却水ポンプ１２の吐出口から配
管を通じて凝縮器１１の散水器１１ｃに送られ
る。

地熱水吐出通路３０から熱水出口４ａに至り、
熱水配管１７をとおる地熱水は熱交換器の熱交換
要素１８ａの外側をとおる熱媒体を加熱して蒸発
させ、自らは温度を下げて還元井５に戻り、地下
に還元される。

熱交換器１８では前述の熱交換要素１８ａを通
じて加熱された熱媒体は熱媒体出口１８ｂから蒸
気タービン１９の蒸気入口１９ａに至り、蒸気タ
ービン１９は熱媒体の熱、圧力エネルギーを回転
力に変換し、発電機２１を駆動する。発電機２１
の出力は地熱バイナリ発電プラント６の出力とな
るものである。蒸気タービン１９でエネルギーを
回収された熱媒体は排気口１９ｂから凝縮器２２
に流れ、凝縮器２２で凝縮する。凝縮器２２で凝
縮した熱媒体は熱媒体用ポンプ２３により熱交換
器１８の熱媒体入口１８ｃに送られ、熱交換器１
８を通じて循環する。

本発明は地熱蒸気発電プラントに供給される蒸
気生産井の蒸気の一部を熱水生産井に設置した坑
井内蒸気タービン駆動のダウンホールポンプの駆
動用蒸気タービンに導く配管及び機器を備えて該
蒸気タービンを駆動するようにしたから、蒸気生
産井の発生自噴蒸気が用いられ、地熱バイナリ発
電プラントの自家発電の電力により駆動される坑
井内又は地上からの電動機駆動よりも極めて効率
よく、又ダウンホールポンプの蒸気タービンを駆
動するために自己の地熱バイナリ発電プラントに
おいて熱水から熱交換器を用い熱媒体を加熱する
ことにより発生させた蒸気を用いていたような熱
交換に伴う効率の低下は全くないので地熱蒸気発
電プラントと地熱バイナリ発電プラントを総合し
た地熱発電プラントのエネルギー回収率が高い。

このようなダウンホールポンプ駆動用の蒸気タ
ービンに蒸気を給排するには地熱蒸気発電プラン
トの気水分離器の蒸気出口とタービンの駆動蒸気
入口通路を連通する蒸気導入管１５と散水器の排
気取入口とダウンホールポンプ駆動用の蒸気ター
ビンの駆動蒸気排気通路を連通する排気蒸気戻し
管１６を配管すればよいだけであり設備費用が少
い。

以上の説明において地熱バイナリ発電プラント
は一般的には熱水生産井４から地熱水の供給を受
け、熱交換を通じて熱媒を加熱するもので出力は
電気負荷、冷凍負荷、暖房負荷に対する地熱バイ
ナリプラントであればよいのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフローシートであ
る。 １……蒸気生産井、１ａ……蒸気出口、１ｂ…
…蓋、２……還元井、２ａ……蓋、３……地熱蒸
気発電プラント、４……熱水生産井、４ａ……熱
水出口、４ｂ……蓋、５……還元井、５ａ……
蓋、６……地熱バイナリ発電プラント、７……気
水分離器、７ａ……蒸気入口、７ｂ……分離熱水
出口、７ｃ……蒸気出口、８……蒸気タービン、
８ａ……蒸気入口、８ｂ……排気口、９……発電
機、１０……自噴蒸気導入管、１０ａ……分離水
戻し管、１１……凝縮器、１１ａ……排気取入
口、１１ｃ……散水器、１１ｄ……温水出口、１
２……冷却水ポンプ、１３……温水ポンプ、１４
……冷却塔、１４ａ……散水器、１４ｂ……送風
機、１４ｃ……出口、１５……蒸気導入管、１６
……排気蒸気戻し管、１７……熱水配管、１８…
…熱交換器、１８ａ……熱交換要素、１８ｂ……
熱媒体出口、１８ｃ……熱媒体入口、１９……蒸
気タービン、１９ａ……蒸気入口、１９ｂ……排
気口、２１……発電機、２２……凝縮器、２３…
…熱媒体用ポンプ、２４……ダウンホールポン
プ、２５……蒸気タービン、２６……熱水ポン
プ、２７……吸込ストレーナ、２８……吐出口、
２９……パツカー、３０……地熱水吐出通路、３
１……外筒、３２……内筒、３３……駆動蒸気入
口通路、３４……駆動蒸気排気通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地下熱水を取出す坑井内蒸気タービン駆動式
   ダウンホールポンプの駆動装置において、熱水を
   多量に含んだ熱水生産井に前記ダウンホールポン
   プを設置し、別の蒸気を多量に含んだ蒸気生産井
   の蒸気を該ダウンホールポンプ駆動用の蒸気ター
   ビンに導く配管及び機器を備えたことを特徴とす
   る坑井内蒸気タービン駆動式ダウンホールポンプ
   の駆動装置。