JPH0460720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、CaCO₃、SiO₂等の沈澱物を生じ
やすい地熱水または温泉水等の有圧液体（以下有
圧液体という。）を扱う次のような産業分野で利
用できる。

(1) 地熱発電所の気水分離装置 (2) 地熱水供給施設での気水分離装置 (3) 地熱水から沈澱する炭酸カルシウムまたは珪
酸沈澱物の回収用または除去 (4) 温泉水からの炭酸カルシウム分離 〔従来の技術〕 従来から使用されている有圧液体の気水分離装
置は、フジテクノシステム発行の1983年版地熱ハ
ンドブツク552頁に記載のボトム・アウトレツト
サイクロン・セパレータやトツプ・アウトレツト
サイクロン・セパレータとして知られている。こ
れを第４図及び第５図に示す。

第４図はボトム・アウトレツトサイクロン・セ
パレータを示し、１は円筒体の上下を鏡板で覆う
装置本体で、３は前記有圧液体２を導入する導入
管である。また、４は有圧液体２を流出する流出
管で、導入管３は流出管４より上方で、且つ流出
管４の反対側の位置で装置本体１に取付けられて
いる。そして５は装置本体１の底部から装置本体
１内部上方まで延び、その上端が開放された排気
管で、装置本体１内で発生した気体６を排気す
る。

また、第５図はトツプ・アウトレツトサイクロ
ン・セパレータを示し、１は円筒体の上端を鏡板
で覆い、円筒体の下端に頂部を下に向けた底のな
い中空円錐体を形成した装置本体で、３は装置本
体１上方に取付けた有圧液体２を導入する導入管
である。４は装置本体１の底部に取付けた有圧液
体２を流出する流出管である。

また、５は装置本体１上部から装置本体１内に
その先端が開放され、導入管３より下方まで延び
て取付けられた排気管である。そして、この排気
管５から装置本体１内で発生した気体６を排気す
るようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の地熱水に使用されている気水分離装置は
第４図、第５図に示すようにこの装置内へ導入さ
れた高圧の地熱水が減圧されて蒸気と熱水に分離
されている。その際、カルシウム（Ca）とヒド
ロ炭酸イオン（HCO₃ ^-）の多い地熱水では、炭
酸カルシウムの沈澱物（以下スケールと称する）
が発生し、装置の壁や接続配管に大量に沈積す
る。

また、珪酸分の多い地熱水では、減圧による蒸
気発生により熱水中の珪酸（SiO₂）が濃縮し、
沈澱物として折出しやすくなる。このような原因
により、従来の気水分離装置では、装置や配管内
のスケール除去を必要とし、熱水の導入を一時止
めなければならなかつた。または、このようなス
ケールによる障害を防止するため、地熱水中へ薬
品を注入して、PHの調整やその他の作用により、
スケールの沈澱防止をはかつたり、沈澱槽を設け
てから、あらかじめCaCO₃やSiO₂等のスケール
分を沈澱させてから、地熱水を使用する方法が使
われていた。

すなわち、従来のセパレータ（気水分離装置）
は装置本体１内に導入されたゲージ圧１〜15Kg／
cm²で比重が約１の有圧液体２（地熱水等）を装置
本体１内で減圧し、蒸気と熱水に分離する。その
際、有圧液体２に含有されていたCa⁺⁺（カルシウ
ムイオン）とHCO₃ ^-（ヒドロ炭酸イオン）とか
らスケールが折出すると共に、CO₂ガスも発生す
る。

これを以下に詳述すれば、有圧液体２中に溶解
しているCa⁺⁺とHCO₃ ^-は、次の(1)式のような形
でスケールを生成するものと考えられる。

Ca⁺⁺＋2HCO₃ ^-→CaCO₃(Q)＋H₂Ｏ＋CO₂↑
……(1) ここで、(Q)は折出を意味し、↑は気化を意味す
る。

前記セパレータの装置内を急激に減圧させるこ
とにより、圧力が減少してCO₂が発生する。そし
てCO₂が気化することによつて、(1)式の反応は右
辺側に進行してCaCO₃が折出する。

また、“American Jaurnal of Science
Vol.257”の354〜365頁に掲載されたCO₂の種々
圧力における各温度の水中でのCaCO₃の溶解度
のグラフ第６図から、CO₂の圧力が低下すると
CaCO₃の溶解度も低下し、この溶解度の差の分
だけCaCO₃が折出することが判る。この折出し
たCaCO₃は、懸濁物の沈澱と異なつて装置本体
１内に同心円状にCaCO₃の結晶が折出付着する。

このようなことで、有圧液体２中にCa⁺⁺と
HCO₃ ^-とが多く含有していると、装置本体１の
内壁や接続配管中に多量のスケールが付着・沈積
するので、しばしば気水分離装置の運転を停止し
て、装置や配管内のスケールの除去を行わなけれ
ばならない問題点があつた。

そこで、この発明は上記従来の問題点を解決す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

このような炭酸カルシウムスケールの処理対策
として、耐熱性で見掛比重を有圧液体よりもわず
かに小とした遊動体（球状）を多数気水分離装置
内に入れておき、その中へ有圧液体を導入すると
有圧液体は気水分離装置内で蒸気と熱水に分離す
る（第１，２，３図参照）際、熱水中に浮かんで
いる複数の遊動体（例えばフツ素樹脂で作つた球
体）に炭酸カルシウム沈澱物が沈着し、その重さ
が増大するため遊動体（球体）は沈降し、底部に
ある下降防止体または気水分離装置の壁体に衝突
して、球体に付着していたスケールを分離する。
スケールを分離した球体は見掛比重が小となり、
再び水面まで浮上してスケールの付着を繰り返
す。

分離された蒸気と熱水は、それぞれ排気管と流
出管を経て装置外へ排出される。排気管から排出
される熱水中に混合している遊動体や析出したス
ケールはストレーナにより補捉されるので、これ
らの固形物は装置内に残される。

このようにして熱水中のスケール分を気液固体
分離装置底部に集め、開閉可能な排出口を経てそ
れを装置外へ排出することにより分離装置を連続
的に運転することができる。また炭酸カルシウム
スケールを効率よく集め回収することによりその
資源化も可能となる。

耐熱性の遊動体は、フツ素樹脂のような耐熱性
の物質で作り、その離型性能により、スケールの
離脱がしやすいものとする。その見掛比重は内部
を多孔質の見掛比重の小さな構造とすることや中
空とすることなどにより有圧液体よりも見掛比重
の小さな0.9から0.99程度のものとすることが特
徴である。

〔作用〕

装置本体に有圧液体の導入管と、気体の排気管
と、液体の流出管と、固体のストレーナと、遊動
体と、遊動体の下降防止体と、沈澱物排出口とを
設けたこの発明による気液固体分離装置は、この
運転を停止することなく、前記装置本体内に導入
された前記有圧液体を蒸気とCO₂ガスとの気体と
熱水に分離し、分離する際に折出したCaCO₃等
を前記気液固体分離装置外に排出することができ
る。

即ち、前記装置本体に導入された前記有圧液体
は、前記装置本体内で圧力が開放され、前記有圧
液体から発生した気体は排気管から排出分離され
る。この際に、前記装置本体内に導入された前記
有圧液体から折出したCaCO₃は、前記装置本体
の内面と、前記下降防止体の表面と、前記遊動体
表面に付着する。特に、前記遊動体表面に
CaCO₃が付着すると、前記遊動の重量が増加し
て前記装置本体中の液体内を遊動しながら前記装
置本体下部に下降して行く。この過程で、
CaCO₃の付着した遊動体は、前記装置本体の内
面、前記下降防止体、前記液体内を遊動する他の
遊動体等に接触または衝突する。接触または衝突
した結果、それぞれに付着しているCaCO₃は剥
離し、剥離したCaCO₃（比重2.95）は有圧液体よ
り重いので、前記装置本体の底に設けられた排出
口に剥離したCaCO₃を沈積させることができる。
そして排出口に設けられた弁を開くことで、前記
気水分離装置の運転を停止することなく、前記気
水分離装置外にCaCO₃を排出することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図〜第３図は、この発明の一実施例を示す
図で、第２図は第１図の平面図である。第３図は
遊動体（見掛比重0.9〜0.99）にスケール分
（CaCO₃等）が沈積したものの断面図である。

この発明において、円筒体の上端を鏡板で覆
い、その下端に頂部を下に向けた底のない中空円
錐体で形成し、装置本体１はこれに地熱水の有圧
液体２を導入する導入管３と、有圧液体２から分
離された液体４を流出する流出管５と、有圧液体
２から分離された気体６を排出する排気管７とを
備えている。そして導入管３は前記円筒体上方に
当該円筒体の水平な接線方向と導入管３の取付方
向と同一となるように取付けられ、流出管５は前
記円筒体下方に当該円筒体の水平な接線方向と流
出管５の取付方向と同一となるように、且つ導入
管２と直角をなすように取付けられている。ま
た、前記鏡板に排気管７が取付けられている。そ
して、排気管７と導入管３の取付位置との間で前
記円筒体にデミスタ８を水平に設けている。この
デミスタ８は気体６と共に液体の飛沫が排気管７
に向かう際、この液体の飛沫を補集するためのフ
イルタであるが、気液分離効率が低下しても、実
用上許容される使用条件の技術分野においてはこ
れを省略しても差し支えない。また、前記中空円
錐体の頂部にスケールを排出する開閉可能な排出
口９を設けている。この排出口９の具体的な例と
してボール弁、バタフライ弁または仕切弁その他
の弁を用いている。そして流出管５を前記円筒体
に取付けた取付口を覆つて網状のストレーナ１０
を設けている。このストレーナ１０は流出管５か
ら流出する液体中に混合している遊動体（後記）
とスケール分とを分離し、流出管５への流入を防
いでいる。更に、装置本体内に導入された有圧液
体中を遊動するフツ素樹脂の中空球体である遊動
体１１を複数設けている。この遊動体１１の見掛
けの比重（以後嵩比重と称する）を有圧液体２で
ある地熱水の比重より小さな嵩比重に調整してあ
る。そして更に、前記中空円錐体に丸棒を格子状
に構成した下降防止体１２を水平に設け、下降防
止体１２を構成する丸棒と丸棒との〓間は遊動体
１１の直径より小さく構成している。

したがつて、上記のように構成された気液固体
分離装置１３によつて、気液固体分離装置１３内
に導入管３から導入された有圧液体２は、気体６
と熱水である液体４とに分離される。そして気体
６は排気管７から排出され、液体４は流出管５か
ら流出される。また、気体６と液体４とに有圧液
体２が分離される際に折出したCaCO₃は排出口
９に沈降し、排出口９を開くことで、気液固体分
離装置１３外に排出される。

即ち、装置本体１内に導入管３から導入された
有圧液体２は装置本体１内で有圧液体２の圧力が
開放され、それに伴つて有圧液体２からCaCO₃
が折出する。そして折出したCaCO₃は、装置本
体１の内面と、下降防止体１２の表面と遊動体１
１の表面に付着する。特に、遊動体１１の表面に
CaCO₃が付着すると（第３図）、遊動体１１の重
量が増加して装置本体１内の液体中を遊動しなが
ら装置本体１の下部に下降して行く。この遊動
は、有圧液体２が装置本体１の接線方向に取付け
られた導入管３から導入されるため、装置本体１
内を速い円運動をしながら装置本体１の下部に下
降して行く。この過程でCaCO₃の付着した遊動
体１１は、装置本体１の内面、下降防止体１２及
び遊動する他の遊動体１１等に接触または衝突す
る。接触または衝突した結果、それぞれに付着し
ているCaCO₃が剥離する。剥離したCaCO₃は比
重が理論値で2.95と、有圧液体２より重いので排
出口９に沈積する。この沈積したCaCO₃は、気
液固体分離装置１３の運転を停止することなく、
排出口９を開くことで気液固体分離装置１３外に
排出することができる。また、有圧液体２から分
離された液体４が流出管５を経て流出して行く際
に、液体４中に前記剥離したCaCO₃の小さな固
形物が浮遊していても、流出管５の取付口に設け
られたストレーナ１０によつて、CaCO₃の固形
物を捕捉し、流出する液体４中にCaCO₃を混入
するのを防止できる。

したがつて、この発明により連続的に分離でき
るようになつた液体４を、今まで有圧液体２を直
接利用していた設備と、不完全に分離されていた
液体を利用していた設備とに供給することによつ
て、維持管理を容易にすることができる。また、
有圧液体２から分離排出された気体６は発電機の
タービンに供給され発電に利用される。

なお、上記実施例において、装置本体１が円筒
形である例について説明したが、多角形であつて
もよく、要するに、導入管３と排気管７と流出管
５とを備えた容器状の装置本体であればよい。

更に、上記実施例において、遊動体１１がフツ
素樹脂製の中空球体である例について述べたが、
地熱水の有圧液体２の温度と圧力（例えば150℃
〜200℃前後、ゲージ圧で５〜16Kg／cm²前後）に
耐える材料で、嵩比重が有圧液体２（比重が約
１）より僅かに小さな比重となる構成であればよ
い。例えば、液体温度が低い場合は、フツ素樹脂
以外にポリエステル樹脂やシリコン樹脂等の樹脂
を材料とし、中空または多孔質体にして嵩比重を
0.9〜0.99に調整してもよく、またアルミニウム
等の金属を中空または多孔質体として、その表面
を上記樹脂でライニングし、嵩比重を0.9〜0.99
に調整してもよい。前記嵩比重を0.9〜0.99とす
るのは、遊動体１１の表面にCaCO₃が付着する
と有圧液体２より重くなり、装置本体１の底に遊
動沈降し、表面のCaCO₃が剥離すると遊動浮上
するという遊動が良好に行われる範囲であるから
である。また、遊動体１１は球形がこの発明の実
施に好適であるが、球形以外の多角形状の立体物
であつても、不規則な形状をした立体物であつて
もよい。また、遊動体１１の表面を構成する物質
は、付着したCaCO₃をフツ素樹脂のように離型
性の高いものが、この発明の実施に特に好適であ
る。

そして、上記実施例において、下降防止体１２
を丸棒を格子状に構成した例について説明した
が、他の棒材または板材にて格子状を構成しても
よく、更に、棒材または板材を水平並列あるいは
千鳥に配設した下降防止体としてもよい。

更に、上記実施例において、ストレーナを網状
のストレーナと説明したが、前記CaCO₃の固形
物を除去できるものであれば、網状でなくても板
材を孔抜きしたパンチングメタルのストレーナで
あつてもよく、更に前記パンチングメタルの内側
に前記網状の構成物を設けたストレーナであつて
もよい。

また、上記実施例において、流出管４が円筒体
の水平な接線方向で、且つ導入管３と直角をなし
て設けられている例について説明したが、これ以
外に、円筒体下方に水平姿勢で流出管５を取付け
てあつてもよい。

〔発明の効果〕

本発明により、 (1) 有圧液体の中で炭酸カルシウムスケールの発
生または珪酸スケールの発生により、その使用
が制約されていた地熱資源もスケール分の除去
により有効に利用できるようになる。

(2) 有圧液体中のスケール分を気水分離装置内で
連続的に分離して除去することができるので、
地熱生産設備の維持管理が容易になる。

(3) スケール分を連続的に除去でき、その資源化
が可能となる。

(4) 当方式は熱交換器のスケール対策にも応用で
きる。

等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、この発明の一実
施例を示す説明図、第４図及び第５図は従来例を
説明する説明図、第６図はCO₂の種々圧力におけ
る各温度の水中でのCaCO₃の溶解度を示すグラ
フである。 図中、１は装置本体、２は有圧液体、３は導入
管、４は液体、５は流出管、６は気体、７は排気
管、８はデミスタ、９は排出口、１０はストレー
ナ、１１は遊動体、１２は下降防止体、１３は気
水分離装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の遊動体を内在する容器状の装置本体に
   地熱水、温泉水等の有圧液体を噴出させて蒸気と
   熱水とに分離するとともに、その際に折出した
   CaCO₃，SiO₂等のスケール分を遊動体に付着さ
   せ、さらに前記有圧液体の運動エネルギにより遊
   動体を他の遊動体や装置本体内面に衝接させて前
   記付着物を剥離落下させ、以て地熱水、温泉水等
   の有圧液体を熱水と蒸気とスケール分とに分離す
   ることを特徴とする気液固体分離方法。 ２ 地熱水、温泉水等の有圧液体を導入する導入
   管と、気体を排出する排気管と、液体を流出する
   流出管と、流出する液体から固体を分離するスト
   レーナとを備えた容器状の装置本体に、液体中を
   遊動する複数の遊動体を内在させると共に、前記
   装置本体の底部近くに前記遊動体より小さい隙間
   をもつて当該遊動体の下降を防止する下降防止体
   を配置し、さらに、前記装置本体の前記下降防止
   体より下側に開閉可能な沈澱物排出口を設けたこ
   とを特徴とする気液固体分離装置。 ３ 遊動体は、内部を中空または多孔質とし、見
   掛比重を有圧液体の比重に近似させた特許請求の
   範囲第２項記載の気液固体分離装置。