JPS5846679B2 - 地熱蒸気タ−ビン原動所とその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 高い濃度の非凝縮性ガスで汚染された地熱蒸気で効果的
に運転することが出来る地熱蒸気タービン・サイクルを
説明する。

汚染蒸気を使って、ガス分のないきれいなタービン復水
を蒸発させ、これを復水器付き蒸気タービンに再び供給
する。

従来の地熱蒸気タービン・サイクルでは、液体源から１
又は２段階でフラッシュ蒸発によって蒸気を作り、分離
された蒸気を取入口が１つ又は２つの蒸気タービンで使
う。

源の非凝縮性ガスの濃度が高い場合、それを復水器から
除去するのに必要な機械的な仕事は、禁止的な程大きく
なる惧れがある。

この問題の１つの解決策は、汚染蒸気を使って、閉ラン
キン・サイクルで有機流体を蒸発させることである。

ガスは熱交換器から加圧状態で逃がし、サイクルの性能
低下は比較的少ない。

上に述べたことが米国特許第３８６２５４５号及び同第
３８４５６２７号に詳しく記載されている。

米国特許第３８６２５４５号には、その図面に示された
配管１４を介して、タービンの復水器から非凝縮性ガス
を除去することが記載されている。

このガスは硫化水素又は２酸化炭素であることがある。

閉ランキン・サイクルの一例が米国特許第３８４５６２
７号の第４図に示されている。

既に述べた様に、タービンの復水器から非凝縮性ガスを
除去するには、ポンプ・エネルギの点で、かなりの動力
消費を必要とすることがあり、その為、サイクルの性能
に悪影響を及ぼすことがある。

地熱用では、閉ランキン・サイクルには蒸気タービン技
術を使わない。

これは、有機化合物が最も良い作業流体になるからであ
る。

米国特許第３７８２４６８号には、地熱流体を高温の液
体と汚染蒸気とに分離することが記載されている。

汚染蒸気を更に処理してＣＯ２を解放し、これを地熱井
戸に再び注入して、有害な鉱床を形成せずに、地熱流体
を上昇させる助けとする。

高温の液体は非汚染蒸気を通じてタービンを駆動する為
に使われる。

米国特許第３９５３９７２号では、復水（蒸溜水）と地
熱流体を非接触形の熱交換に通して、復水を加熱するこ
とにより、蒸気タービンに対する蒸気を発生する。

この時、液体状の地熱流体を蒸発器でフラッシュ蒸発さ
せて、非凝縮性ガスをにがす。

米国特許第４０２６１１１号には、地熱液体を予じめフ
ラッシュ蒸発させ、残っている液相を使って非汚染蒸気
を発生することにより、タービンの動力流体から非凝縮
性ガスを除去する方法が記載されている。

最後に挙げた２つの米国特許は、米国特許第３９５３９
７２号では、タービンを駆動する動力流体を発生する為
に、地熱流体を直接的に使うことがないと云う点で、関
心が持たれる。

この意味で、この米国特許は、復水がタービンの駆動に
使われる唯一の流体なので、殆んど２元サイクルである
。

米国特許第４０２６１１１号では、この逆である。

即ち、唯一の動力流体は汚染されていない地熱流体であ
る。

ここで説明する解決策では、汚染蒸気を使って、タービ
ンのきれいな復水を蒸発させる。

やはりガスは熱交換器から加圧状態でにかすが、サイク
ルの性能低下は比較的少ない。

然し、実に重要なことは、このサイクルに普通の蒸気タ
ービンを使うことである。

この発明は、地熱流体を利用して蒸気タービンに対する
１つの汚染されていない蒸気源を作ると共に、加熱され
た復水を利用してタービンに対するもう１つの汚染され
ていない蒸気源を作る蒸気タービン用の地熱サイクルを
提供することにより、従来技術を改良する。

前記別の源は、汚染蒸気を復水と熱交換させることによ
って作る。

この発明の目的は、改良された地熱蒸気タービン・サイ
クルを提供することである。

次にこの発明の好ましい実施例を図面について説明する
。

図面にはこの発明の地熱蒸気タービン・サイクルが示さ
れている。

地熱資源、即ち、発生井戸１が配管２を介して１次液体
−気体分離器（フラッシュ蒸発槽）３に高温液体蒸気を
供給する。

この発明は任意の地熱資源イこ用いることが出来るが、
地熱資源が非凝縮性ガスを含む時、特に有利である。

液体と気体を分離する目的は、汚染蒸気として非凝縮ガ
スをブライン（ｂｒｉｎｅ ）から解放すると共に、ブ
ラインを保有することである。

この為、地熱資源からのブラインを１次フラッシュ蒸発
で高温の液相と、汚染蒸気を含む高温のガス相とに分離
する。

地熱サイクルの目的は、地熱資源から利用し得る動力を
発生することである。

蒸気タービン４を使って、蒸気のエネルギーを、負荷６
の駆動に使うことの出来る軸５の機械的な出力に変換す
ることである。

この負荷は例えば発電機であってよい。タービンが蒸気
を高圧部分７及び下流側の低圧部分８に受入れ、排気端
９から復水器１０に蒸気を排出する。

この図には、原動機の一例として、両向き流れ蒸気ター
ビンを示しである。

然し、他の形の蒸気タービンを使っても、この発明の範
囲を逸脱しないことは言うまでもない。

復水がポンプ１１によって圧送され、図示の様に、蒸気
を発生する為に使われる。

ポンプの復水の一部分を冷却塔１２で使うことが出来る
。

その反面、冷却塔の液体の一部分が復水器１０で使われ
る。

冷却塔の過剰の液体が配管１３を介して再注入井戸１４
に送られる。

フラッシュ蒸発槽３に於ける１次的な液体と気体の分離
により、液相部分（ブライン）１５と、ガス相で汚染さ
れた蒸気部分１６とが出来る。

この汚染蒸気は蒸気と非凝縮性ガスとから成る。

液相１５がフラッシュ蒸発槽１７に送られ、そこで２次
フラッシュ蒸発によって蒸発させられ、蒸気管寄せ１８
に対する汚染されていない蒸気を発生する。

フラッシュ蒸発しなかった液体は、導管１９を介して排
出される。

導管１９に入るブラインは冷却塔の液体１３と一緒にし
て、帯水層１４に再び注入することが出来る。

この代りに、立地条件に応じて、導管１９のブラインを
もう一度フラッシュ蒸発して、更に多くの蒸気を発生す
ることが出来る。

配管１８の汚染されていない蒸気が、低圧タービン部分
８に導入される。

配管１６の汚染蒸気が逆流湿熱交換器２０に導入される
。

復水器１０から取出した復水を熱交換器２０の反対側の
端に圧送する。

復水と汚染蒸気の間で熱伝達が行なわれ、汚染されてい
ない蒸気が熱交換器から配管２１に出力され、タービン
４の高圧部分７に対する高圧蒸気となる。

汚染蒸気は液体として熱交換器２０から出て行き、この
時、非凝縮性ガスを配管２２ににがし、残りの復水を配
管２３を介して復水器１０に戻すことが出来る。

表１に地熱蒸気タービン・サイクルの予想される性能と
して、資源の条件及び蒸気原動所の条件を示す。

以上説明したサイクルの利点は次の通りである。

明細書の冒頭に挙げた従来技術のように、１次フラッシ
ュ蒸発の程度がサイクルを左右するものではないので、
井戸のポンプ動作を必要としない。

これは、１次フラッシュ蒸発より下流側に、汚染しては
いるが解放された蒸気の熱を利用する蒸気発生用の熱交
換器があるからである。

タービンには、２つの汚染されていない蒸気の源を使う
。

即ち、フラッシュ蒸発槽１７からのフラッシュ蒸発によ
って得られた蒸気と、熱交換器２０からの高圧蒸気とで
ある。

非凝縮性ガスを切離すのにポンプ動作を必要とせず、こ
のガスは、汚染蒸気を熱交換器２０で凝縮させた後、に
がすことか出来る。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の地熱蒸気タービン・サイクルを示す略図
である。 主な符号の説明、３．１７：フラッシュ蒸発槽、４：蒸
気タービン、１０：復水器、２０：熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非凝縮性ガスで汚染された高温地熱ブラインを、利
   用し得る動力出力に変換する地熱蒸気タービン原動所に
   於て、少なくとも１台の蒸気タービンと、地熱ブライン
   を高温液体部分と汚染蒸気部分とに分離する手段と、前
   記高温液体部分を受取って前記蒸気タービンに対する汚
   染されていない低圧の第１の蒸気入力を作る第１の蒸気
   発生手段と、前記汚染蒸気部分を受取って、該蒸気部分
   をタービン給水と間接的に熱交換させて、前記蒸気ター
   ビンに対する汚染されていない高圧の第２の蒸気入力を
   作る第２の蒸気発生手段とを有する地熱蒸気タービン原
   動所。 ２、特許請求の範囲１に記載した地熱蒸気タービン原動
   所に於て、前記第１の蒸気発生手段が、前記高温液体部
   分を受取って蒸気タービンに対する前記汚染されていな
   い低圧の第１の蒸気入力を作るフラッシュ蒸気槽を含み
   、前記第２の蒸気発生手段が、前記汚染ガス部分を受取
   って前記蒸気タービンの復水と熱交換させ、前記蒸気タ
   ービンに対する前記汚染されていない高圧の第２の蒸気
   入力を作る非接触逆流形熱交換器を含んでいる地熱蒸気
   タービン原動所。 ３ 特許請求の範囲１に記載した地熱蒸気タービン原動
   所に於て、前記分離手段が、高温地熱ブラインを高温液
   体部分と汚染ガス部分とに分離する第１のフラッシュ蒸
   発部で構成され、前記低圧の第１の蒸気発生手段が、前
   記高温液体部分を受取って、前記蒸気タービンに対する
   汚染されていない第１の蒸気入力を作る第２のフラッシ
   ュ蒸発部で構成され、前記第２の蒸気発生手段が、前記
   第１のフラッシュ蒸発部に接続されていて前記汚染ガス
   部分を受取る非接触逆流湿熱交換装置で構成され、該熱
   交換装置がタービンの復水給水に接続されて該復水給水
   を前記汚染ガス部分と熱交換させて、前記蒸気タービン
   に対する前記汚染されていない高圧の第２の蒸気入力を
   作る地熱蒸気タービン原動所。 ４ 非凝縮性ガスで汚染された高温地熱ブラインを、利
   用し得る動力出力に変換する地熱蒸気原動所を運転する
   方法に於て、地熱ブラインを高温液体部分と汚染蒸気部
   分とに分離し、前記高温液体部分をフラッシュ蒸発させ
   て蒸気タービンに対する汚染されていない低圧の第１の
   動力蒸気を供給し、前記汚染蒸気をタービンの復水と非
   接触の間接的な逆流湿熱交換を行なわせて前記蒸気ター
   ビンに対する汚染されていない高圧の第２の動力蒸気を
   供給し、前記第１及び第２の動力蒸気で前記蒸気タービ
   ンを運転する工程から成る方法。