JPS6030794A - 停止中の地下熱水汲上げ用井戸の待機装置 - 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】 、本発明は地熱エネルギーを利用して動力に変換し例え
ば発電を行うものに関する。

地熱発電の開発は試験プラントから実用プラントに移行
する段階にある。地熱発電は熱水の湧出する生産井を密
閉しておくと、上部に気相、下部に液相が臨界圧力で平
衡して存在する。この液相中に高圧高温の熱水に耐え、
且つ高揚程のポンプ（以下単に熱水ポンプと称する）を
沈め、該ポンプ−により湧出する熱水を地上に導き熱交
換器を通して還元井へ戻し、該熱交換器で熱交換される
熱媒体を過熱蒸気として蒸気タービンに導き、蒸・気タ
ービンにより発電機を附勢して電力を生ずるものである
。このような方式は地熱発電において典型的なものであ
る。

地下熱水を汲上げる井戸において短期間該井戸中に設置
された熱水汲上げ用の熱水ポンプを停止した後、該ポン
プを再始動する場合、できるだけ短時間で定常運転を行
なう必要がある。

この除洗の二点が問題となる。

（１）　熱水ポンプを停止すると吐出管内の熱水は、ポ
ンプ吐出口近傍の吐出管に設けた逆止弁には漏れがある
ため吐出管から熱水が抜けてしまい、ポンプ再始動に当
ってはこの吐出管内を充満するための運転から入らなけ
ればならないので、その分だけ定常状態になるまでの時
間が遅くなる。熱水を湧出する井戸は深さ数百米に達す
るものもあり吐出管を満すだけでも長時間を要す。

（２）　熱水ポンプを停止したまま井戸を放置した場合
井戸上部での温度が低下するため再始動時井戸内温度を
安定させる運転が必要となる。

これらの結果、地上施設が定常状態になる時間が長い。

本発明は吐出管内に熱水を保持し且つ井戸内温度の防止
を低下することにより熱水ポンプの始動から定常状態に
到るまでの時間、いわゆる立上り時間を短縮する方法を
提供することを目的とする。

本発明は熱水を湧出する密閉した井戸に熱水汲み上げ用
のポンプを収容し該ポンプから逆止弁を介して地上の熱
交換関係に導く吐出管を備えたものにおいて、吐出管の
地上部分に他の熱水源からの熱水を吐出管に抽入して吐
出管内を加圧状態にすると共に前記熱水を湧出する密閉
した井戸に一端が連通し、他端が他の熱水源に通ずるウ
オーミング配管を設けて外部熱源からの熱水を吐出管に
抽入すると共に他の熱水をウオーミング配管を通じて井
戸に抽入して井戸の温度を高めて速かな始動ができるよ
うに待機するものである。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。／は生
産井、コは還元井である。生産井ｌは熱水の湧出する多
孔質地層３に達するようにパイプケーシングｔが低透過
性地層！をとおり挿入されており、地上附近はパイプケ
ーシングｌの周囲を例えばコンクリート６で固められて
いる。生産井ｌは内部の高圧に耐えるように蓋りにより
地上で密閉されている。

還元井コも同様な構造でＳはパイプケーシング、りはコ
ンクリート、１０は蓋である。還元井コは生産井ｌとつ
ながっている多孔質地層３に設けるが生産井ｌの熱水の
湧水蓋、熱水の温度番と影響がないような位置に配置さ
れる。

生産井ｌの多孔質地層３の位置であって湧出する熱水の
液相／／中に熱水ポンプ／、２が沈められる。熱水ポン
プトの形式は各種あるが下部にモータ、上部にポンプを
備える深井戸用ポンプを基に高温環境化において運転可
能としたものであり、一般的にはダウンホールポンプと
観念される。熱水ポンプトはその吐出口に連結した吐出
管／ｊが蓋７に固定されることにより懸吊支持されてい
る。熱水ポンプ／２からは逆止弁／’ｌを介して地上へ
のびる吐出管ｉｓが配され、吐出管／ｊは仕切弁１６を
介して地上に据付けた熱交換器／りの授熱側の一次配管
／ｒに通じており、該熱交換器１７の授熱側から蓋ＩＯ
をとおり該配管／ざが例えば絞り弁のような圧力保持手
段／？を介して還元井λ中に通ずる。

熱交換器／りの受熱側は凝縮器２１の液体を吸上げて送
出する熱媒体用ポンプ２−２から配管コ３がその入口に
連通し、その出口から出る配管２１Ｉが蒸気タービンλ
ｊの蒸気入口に連通し、蒸気タービン２ｊの蒸気出口は
凝縮器Ｊ／と配管２乙により連通している。

蒸気タービン２ｊは発電機２７に軸継手を介して連結さ
れ、発電機λりの出力の一部を取出すようにケーブル２
ｇが熱水ポンプ／コに組み込まれたモータその他熱媒体
用ポンプ駆動用のモータープに通じている。

逆止弁ｌダの下流側の吐出管ｉｓと生産井／の気相３θ
との間を連＼通するように仕切弁３１、流量調整弁３コ
を介してウオーミングバイパス用の配管、？３が設けで
ある。流量調整弁３コは流量調整が必要な場合に設ける
もので後述の抽入配管に設ける場合はこ＼に設けない。

吐出管／ｊには他の井戸からの吐出熱水又はその他の熱
水源、？４Ｉから圧力調整弁３ｊを介して熱水を導入す
るように熱水抽入配管Ｊ’７が設けられる。

図示されないが上述のような地下エネルギーを利用した
発電プラントの始動は例えば別の商用電源からの電力に
より熱水ポンプ／：１１モータ２ｑを始動し、定常状態
においては発電機コアから商用電源側へ電力を供給する
と共に発電機２７から熱水ポンプ１２、モータ、２９に
電力を供給するものである。

熱水ポンプ／：ｌにて汲み上げた熱水は熱水の温度に相
当する臨界圧力以上にて吐出される。

そして吐出管／ｋを通じて用いている仕切弁／６、配管
ｌざをとおり、熱交換器１７に到る。

熱交換器／？の受熱側は熱媒体用ポンプココにより凝縮
器２１から吸込んだ熱媒体を熱交換器／７の二次側に送
り込んでおり、−次側をとおる熱水にて加熱される。温
度の低下した熱水は圧力保持手段／９を通じて還元井コ
内圧力に見合う圧力に低下して還元井コに入る。か＼る
圧力保持手段／９により、熱水ポンプ／、２の吐出側か
ら圧力保持手段ｌ？までの熱水は臨界圧力以上に保たれ
、気化が生じないので熱水が含有する炭酸カルシウム等
の鉱物を析出することがないので配管類を閉塞すること
が防止される。

尚圧力保持手段１９から還元井２才では温度低下して熱
水は液旬となっており、又還元井コ内圧力により臨界圧
が保たれる。還元井コは気相を呈しないことが望ましく
、還元される熱水を臨界圧以上に保つような噴出圧力が
あることが望ましい。還元井コ中に還元された温度低下
した熱水は多孔質地層中に還元井コの噴出圧力に抗して
熱水を還元する。

熱媒体用ポンプー−により送り出され熱交換器／りにて
過熱蒸気となった熱媒体は配管コダを通して蒸気タービ
ンＪｊに供給されて蒸気タービンコ！にて保有する熱、
圧力エネルギーは動力に変換され蒸気タービン２ｓを回
転し、蒸気タービン、２ｔは発電機コアを回転し発電す
る。

蒸気タービンコ３を出た熱媒体は配管コｔをとおり、図
示されない熱媒体冷却手段を備えた凝縮器、２／にて液
化して熱媒体用ポンプ、２２１こ吸込まれ循環する。

以上のように地熱発電は生産井ｌから熱交換関係を通じ
て還元井−へ熱水を導く密閉ランキン熱機関サイクルで
は熱水の通過する一次側機器は圧力保持手段１９により
熱水が液相を保つように圧力を保持しているものである
。

今、ウオーミングバイパス配管３３、熱水抽入配管３７
かないものとすると熱水ポンプ１２を停止した場合に逆
止弁／ｌＩに洩れがあると吐出管ｌｓ内の熱水は逆止弁
／ダか゛ら洩れて熱水ポンプ／、２を逆流して液相／／
に戻る。吐出管／ｊからの熱水の逆流により吐出管／！
ｒ内の水位は下る。そして吐出管ｌｊ内は吐出管／ｊ内
の熱水が気化した気相となる。そして熱水ポンプ１２の
停止時間に従って生産井ｌは周囲の土壌、岩盤から熱を
奪われて冷却する。従って熱水ポンプ１２を再始動する
と吐出管／、ｌｔを満すまでは地上施設に熱水がくるの
に時間がか＼す、始動してからかなりの時間は熱水は途
中で冷却されるので定常状態になってタービン２ｇを運
転開始できる状態になるまでの時間が長い。

そこで本発明では熱水ポンプ／、２を停止すると仕切弁
３６を開放し、熱水源３１がら圧力調整弁Ｊまを介して
熱水抽入配管３りから吐出管１３に熱水を導入する。導
入された熱水は高温液相を呈しており、吐出管１５内は
熱水が充満する。こ＼で仕切弁３１を開き流量調整弁３
２を介してウオーミングバイパス配管、？３から生産井
７内に熱水を抽入する。これにより生産井／から周囲の
土壌、岩盤への放熱に打克って生産井／内は保温される
。

このような熱水ポンプ／、２の停止時にも操業が出来る
ようｌこするためには熱水源、？グは例えば他の生産井
からの熱水を導いて仕切弁／Ｊを開いて熱交換器ｌりを
動作させタービンコＳを運転する。熱水ポンプ／、２の
停止時には仕切弁／６を閉めて地上施設の運転を停止す
るときは生産井ｌへ抽入する熱水量は保温に必要な程度
であり、小量である。

熱水ポンプ／コを始動するには仕切弁３１゜３１を閉め
て仕切弁１６をあける。

実施例はウオーミング配管の一端を吐出管に連通して吐
出管へ一旦入った他の熱水源からの熱水を取り入れてい
るがこれに限るものではなく、直接熱水源から生産井内
と吐出管へ並列して熱水を供給するようにしてもよい。

更に又、熱交換器の保温を計るため熱交換器の一次側配
管の熱交換器の出口側に仕切弁を設けてこの仕切弁の上
流側手前から他の熱水源からの熱水を導入し、熱交換器
の一次側配管から該熱水を逆流させて吐出管と地上施設
間の仕切弁１６を開いておいて吐出管に熱水ポンプ停止
時他熱源を供給するようにしてもよい。

以上のように本発明では他の熱水が湧出する井戸等の熱
水源からの熱水を停止している熱水ポンプの地上吐出部
に抽入する抽入配管と、該熱水を生産井へ導くウオーミ
ング配管を設けることにより、 （１）停止している熱水ポンプ吐出管内を常に加圧状態
にて再始動時に幾何なる流量での定常（２）　ウオーミ
ング配管を通し他からの熱水が熱水ポンプの停止中生産
井へ抽入されているため井戸内は一定温度に保たれ井戸
の気相３゜が高圧臨界圧力に保たれ熱水ポンプの吸込圧
を確保する。

以上のことから再始動後すぐに一定流量で且つ熱水が吐
出されて定常運転が可能となる。

【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。 ／・・生産井　コ・・還元井　３・・多孔質地層　ｌ・
・パイプケーシング　！・・低透過性地層　６・・コン
クリート　７・・蓋　ざ・・パイプケーシング　タ・・
コンクリート／θ・・蓋　／ｌ・・液相　１２・・熱水
ポンプ　／Ｆ・・逆止弁　／、１・・吐出管　／６・・
仕切弁　／７・・熱交換器　７ｇ・・配管／９・・圧力
保持手段　コ／・・凝縮器　、２２・・熱媒体用ポンプ
　、２３．コグ・・配管、２！ｒ・・蒸気タービン　２
６・・配管　、２７・・発電機　２ｇ・・ケーブル　、
２ｑ・・モータ３０・・気相　３１・・仕切弁　３２・
・流量調整弁　３３・・配管　３’ｌ・・熱水源　３ｓ
・・圧力調整弁　３６・・仕切弁　３７・・熱水抽入配
管。 特許出願人　株式会社荏原製作所 代理人　新井　−部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　熱水を湧出する密閉した井戸に熱水汲み上げ用ポン
   プを収容し、該ポンプから逆止弁を介して地上の熱交換
   関係に導く吐出管を備えたものにおいて、ポンプの吐出
   管に他の熱水源からの熱水を抽入して吐出管内を常に加
   圧状態にする一端が他の熱水源に通じ、他端が吐出管に
   通ずる熱水供給用抽入配管と一端が他の熱水源に通じ他
   端が熱水を湧出する密閉した井戸に通ずるウオーミング
   配管を備えたことを特徴とする地下熱水汲上げ用井戸の
   待機装置。 ユ　他の熱水源が他の熱水を湧出する熱水弁である特許
   請求の範囲第１項記載の地下熱水汲み上げ用井戸の待機
   装置。 ３　ウオーミング配管のＴ端が吐出管に連通している特
   許請求の範囲第１項記載の地下熱水・　汲み上げ用井戸
   の待機装置。