JP2014173800A - 熱交換器、および、地熱発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】スケールが付着することを十分に抑制することができる、熱交換器等を提供する。
【解決手段】実施形態において、熱交換器は、熱交換部と重合剤供給部とを有する。熱交換部は、地熱熱水が供給されると共に、地熱熱水よりも温度が低い熱媒体が供給され、当該地熱熱水と当該熱媒体との間において熱交換が行なわれる。重合剤供給部は、地熱熱水に溶解しているスケール成分を重合させる重合剤を地熱熱水に供給する。ここでは、熱交換部は、複数であって、当該複数の熱交換部が直列に接続されている。重合剤供給部は、その複数の熱交換部のそれぞれにおいて地熱熱水が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤を供給する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、熱交換器、および、地熱発電システムに関する。

地熱熱水を用いて発電を行う地熱発電システムとして、バイナリサイクル発電方式が知られている。この方式では、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）などのフロンや、代替フロン（ＨＦＥ）、ブタンなどの炭化水素のように、水よりも沸点が低い低沸点媒体を、地熱熱水で加熱して気化させる。そして、その気化した低沸点媒体を作動媒体として用いて、媒体タービンを駆動させる。

また、バイナリサイクル発電方式とフラッシュサイクル発電方式との両者を組み合せたコンバインドサイクル発電方式が知られている。この方式では、地熱熱水から分離された蒸気（フラッシュ蒸気）を作動媒体として用いて蒸気タービンを駆動させる。この他に、この方式では、たとえば、蒸気タービンから排出された蒸気（排気蒸気）、及び、地熱流体から分離した熱水によって加熱され気化した低沸点媒体を、作動媒体として用いて媒体タービンを駆動させる。

上記の地熱発電システムは、熱交換器を有し、熱交換器において低沸点媒体と地熱熱水との熱交換が行われ、低沸点媒体が加熱される。

地熱熱水には、シリカ（ＳｉＯ_２）などのスケール成分が溶解している。泉質によるが、数百から数千ｍｇ／Ｌの濃度でシリカが溶解している。このため、熱交換器で地熱熱水の温度が低下し、シリカなどのスケール成分が地熱熱水中で過飽和状態になった場合には、スケールが析出して流路に付着する場合がある。その結果、低沸点媒体と地熱熱水との間の熱伝導率が低下するために、熱効率の低下が生ずる場合がある。また、地熱熱水の流路が閉塞される場合がある。

スケールの付着を抑制するために、「シリカ凝集法」等のさまざまな方法が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開2001-149953号公報 特開平11-285602号公報 特開平6-320169号公報

しかしながら、上記の地熱発電システムにおいては、熱交換器にスケールが付着することを十分に抑制することが容易でない。その結果、地熱エネルギーの利用効率が十分でなく、発電量の増加を十分に実現することが困難な場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、スケールが付着することを十分に抑制することができる、熱交換器、および、地熱発電システムを提供することである。

実施形態において、熱交換器は、熱交換部と重合剤供給部とを有する。熱交換部は、地熱熱水が供給されると共に、地熱熱水よりも温度が低い熱媒体が供給され、当該地熱熱水と当該熱媒体との間において熱交換が行なわれる。重合剤供給部は、地熱熱水に溶解しているスケール成分を重合させる重合剤を地熱熱水に供給する。ここでは、熱交換部は、複数段であって、当該複数の熱交換部が直列に接続されている。重合剤供給部は、その複数段の熱交換部のそれぞれにおいて地熱熱水が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤を供給する。

図１は、第１実施形態に係る地熱発電システムを示す系統図である。 図２は、第１実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器を模式的に示す図である。 図３は、第１実施形態に係る地熱発電システムにおいて、地熱熱水に重合剤が投入される前と後とを示す概念図である。 図４は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器を模式的に示す図である。 図５は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、地熱熱水に凝集剤が投入された後を示す概念図である。 図６は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、凝集剤供給部が供給する凝集剤の変形例を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、凝集剤供給部が供給する凝集剤の変形例を示す図である。 図８は、第３実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器を模式的に示す図である。 図９は、第４実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器を模式的に示す図である。 図１０は、第４実施形態に係る地熱発電システムにおいて、重合剤の添加量を説明するための図である。 図１１は、第４実施形態に係る地熱発電システムにおいて、重合剤の添加量を説明するための図である。 図１２は、第５実施形態に係る地熱発電システムを示す系統図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］地熱発電システムの構成
図１は、第１実施形態に係る地熱発電システムを示す系統図である。

本実施形態において、地熱発電システムは、バイナリサイクル発電方式であって、図１に示すように、熱交換器２０と、媒体タービン２１と、凝縮器２３と、媒体ポンプ２４と、冷却水供給部３０とを有する。

以下より、地熱発電システムを構成する各部について、順次、説明する。

［Ａ−１］熱交換器２０
熱交換器２０は、図１に示すように、生産井１から供給された地熱熱水Ｆ１を用いて、水よりも沸点が低い低沸点媒体Ｍ２４（熱媒体）を加熱する。熱交換器２０は、たとえば、フロン（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）など）、代替フロン（ＨＦＥ）、炭化水素（ブタンなど）などの低沸点媒体Ｍ２４を加熱する。

具体的には、熱交換器２０は、生産井１との間に配管が設けられており、その配管を介して、生産井１から地熱熱水Ｆ１が、加熱媒体として流入する。これと共に、熱交換器２０は、媒体ポンプ２４との間に配管が設けられており、その配管を介して、媒体ポンプ２４から低沸点媒体Ｍ２４が流入する。そして、熱交換器２０では、地熱熱水Ｆ１と低沸点媒体Ｍ２４との間において、熱交換が行われる。

熱交換器２０においては、地熱熱水Ｆ１が低沸点媒体Ｍ２４との熱交換によって冷却される。そして、熱交換器２０から地熱熱水Ｆ２０が排出されて、還元井２に還元される。

この一方で、熱交換器２０においては、低沸点媒体Ｍ２４が地熱熱水Ｆ１との熱交換によって加熱される。そして、熱交換器２０において加熱された低沸点媒体Ｍ２０が排出され、媒体タービン２１に供給される。

熱交換器２０の詳細な構成については、後述する。

［Ａ−２］媒体タービン２１
媒体タービン２１は、熱交換器２０によって加熱された低沸点媒体Ｍ２０が作動媒体として供給されて駆動する。

具体的には、媒体タービン２１は、主蒸気止め弁ＶＭ２０（ＭＳＶ）が設置された配管が、熱交換器２０との間に設けられており、その配管を介して、低沸点媒体Ｍ２０が作動媒体として流入する。そして、媒体タービン２１は、その低沸点媒体Ｍ２０の供給によって、ケーシング（図示省略）の内部に設置されたタービンロータ（図示省略）が回転する。

媒体タービン２１は、たとえば、多段式であって、静翼（ノズル翼）と動翼（タービン羽根）とによって構成されるタービン段落が、タービンロータの回転軸に沿って、複数段、設けられている。低沸点媒体Ｍ２０は、媒体タービン２１において一方の端部に位置する初段のタービン段落に供給された後に、各タービン段落において、順次、仕事を行ってタービンロータを回転させる。低沸点媒体Ｍ２０は、一方の端部から他方の端部へ流れるに従って、圧力および温度が低下し、他方の端部に位置する最終段のタービン段落を通過した後に排出される。

媒体タービン２１においてタービンロータの回転軸には、発電機２２が連結されており、タービンロータの回転によって発電機２２が駆動して、発電が行なわれる。

［Ａ−３］凝縮器２３
凝縮器２３は、媒体タービン２１から排出された低沸点媒体Ｍ２１（排気蒸気）を凝縮する。凝縮器２３は、冷却水供給部３０から供給される冷却水ｆ３２を用いて、その低沸点媒体Ｍ２１を冷却して凝縮する。

具体的には、凝縮器２３は、媒体タービン２１の排気口との間に配管が設けられており、その配管を介して、媒体タービン２１から低沸点媒体Ｍ２１が流入する。これと共に、凝縮器２３は、冷却水供給部３０との間に配管が設けられており、その配管を介して、冷却水供給部３０から冷却水ｆ３２が流入する。そして、凝縮器２３では、低沸点媒体Ｍ２１と冷却水ｆ３２との間において、熱交換が行われる。

凝縮器２３においては、低沸点媒体Ｍ２１が冷却水ｆ３２との熱交換によって冷却されて凝縮される。そして、その凝縮された液体の低沸点媒体Ｍ２３が、凝縮器２３から媒体ポンプ２４に排出される。

この一方で、凝縮器２３においては、冷却水ｆ３２が低沸点媒体Ｍ２１との熱交換によって加熱される。そして、その加熱された冷却水ｆ２３が凝縮器２３から排出される。

［Ａ−４］媒体ポンプ２４
媒体ポンプ２４は、凝縮器２３によって凝縮された低沸点媒体Ｍ２３を熱交換器２０に送る。

具体的には、媒体ポンプ２４は、凝縮器２３との間に配管が設けられており、その配管を介して、凝縮器２３から液体の低沸点媒体Ｍ２３が流入する。そして、媒体ポンプ２４は、その低沸点媒体Ｍ２３を昇圧し、その昇圧された低沸点媒体Ｍ２４が熱交換器２０に移送される。

［Ａ−５］冷却水供給部３０
冷却水供給部３０は、冷却塔３１と冷却水ポンプ３２とを含み、凝縮器２３に冷却水ｆ３２を供給する。

具体的には、冷却水供給部３０は、冷却塔３１において冷却された冷却水ｆ３１を、冷却水ポンプ３２が凝縮器２３に送る。そして、冷却水ポンプ３２によって凝縮器２３に移送された冷却水ｆ３２が、凝縮器２３において低沸点媒体Ｍ２１と熱交換がされた後に、凝縮器２３から排出される。凝縮器２３から排出された冷却水ｆ２３は、冷却塔３１において冷却される。

［Ａ−６］熱交換器２０の詳細構成
図２は、第１実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器２０を模式的に示す図である。

熱交換器２０は、図２に示すように、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０と、重合剤供給部３００と、スケール成分分離部４００とを含む。

熱交換器２０を構成する各部について、詳細に説明する。

［Ａ−６−１］第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０
熱交換器２０において、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれは、地熱熱水Ｆ１が供給されると共に、地熱熱水Ｆ１よりも温度が低い低沸点媒体Ｍ２４が供給され、地熱熱水Ｆ１と低沸点媒体Ｍ２４との間において熱交換が行なわれる。

ここでは、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０は、それぞれが直列に接続されており、地熱熱水Ｆ１が第１の熱交換部２１０と第２の熱交換部２２０と第３の熱交換部２３０とを順次流れると共に、低沸点媒体Ｍ２４が第３の熱交換部２３０と第２の熱交換部２２０と第１の熱交換部２１０とを順次流れる。そして、第１の熱交換部２１０と第２の熱交換部２２０と第３の熱交換部２３０とのそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１と低沸点媒体Ｍ２４との熱交換が行われる。第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれは、地熱熱水Ｆ１を加熱媒体（加熱源）として用いて、低沸点媒体Ｍ２４を加熱する。

第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれは、図２に示すように、伝熱管部２１１，２２１，２３１と、容器２１２，２２２，２２３とを有する。

第１の熱交換部２１０は、伝熱管部２１１が容器２１２の内部に収容されている。第１の熱交換部２１０において、伝熱管部２１１は、供給口部２１１Ａに配管ＰＦ１が設けられていると共に、排出口部２１１Ｂに配管ＰＦ２が設けられている。また、第１の熱交換部２１０において、容器２１２は、供給口部２１２Ａに配管ＰＭ３が設けられていると共に、排出口部２１２Ｂに配管ＰＭ４が設けられている。

第１の熱交換部２１０では、地熱熱水Ｆ１が生産井１（図１参照）から配管ＰＦ１を介して伝熱管部２１１の供給口部２１１Ａに流入し、伝熱管部２１１の内部を流れる。また、第１の熱交換部２１０では、低沸点媒体Ｍ２４が第２の熱交換部２２０から配管ＰＭ３を介して容器２１２の供給口部２１２Ａに流入し、容器２１２の内部を流れる。そして、第１の熱交換部２１０においては、伝熱管部２１１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１と、容器２１２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４との間において熱交換が行われる。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、低沸点媒体Ｍ２４との熱交換によって冷却された後に、配管ＰＦ２に排出され、第２の熱交換部２２０へ供給される。この一方で、低沸点媒体Ｍ２４は、地熱熱水Ｆ１との熱交換によって加熱された後に、配管ＰＭ４に排出される。配管ＰＭ４に排出された低沸点媒体Ｍ２０は、媒体タービン２１に作動媒体として供給される。

第２の熱交換部２２０は、第１の熱交換部２１０と同様に、伝熱管部２２１が容器２２２の内部に収容されている。第２の熱交換部２２０において、伝熱管部２２１は、供給口部２２１Ａに配管ＰＦ２が設けられていると共に、排出口部２２１Ｂに配管ＰＦ３が設けられている。また、第２の熱交換部２２０において、容器２２２は、供給口部２２２Ａに配管ＰＭ２が設けられていると共に、排出口部２２２Ｂに配管ＰＭ３が設けられている。

第２の熱交換部２２０では、地熱熱水Ｆ１が第１の熱交換部２１０から配管ＰＦ２を介して伝熱管部２２１の供給口部２２１Ａに流入し、伝熱管部２２１の内部を流れる。また、第２の熱交換部２２０では、低沸点媒体Ｍ２４が第３の熱交換部２３０から配管ＰＭ２を介して容器２２２の供給口部２２２Ａに流入し、容器２２２の内部を流れる。そして、第２の熱交換部２２０においては、伝熱管部２２１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１と、容器２２２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４との間において熱交換が行われる。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、低沸点媒体Ｍ２４との熱交換によって冷却された後に、配管ＰＦ３に排出され、第３の熱交換部２３０へ供給される。この一方で、低沸点媒体Ｍ２４は、地熱熱水Ｆ１との熱交換によって加熱された後に、配管ＰＭ３に排出され、第１の熱交換部２１０に供給される。

第３の熱交換部２３０は、第１の熱交換部２１０及び第２の熱交換部２２０と同様に、伝熱管部２３１が容器２３２の内部に収容されている。第３の熱交換部２３０において、伝熱管部２３１は、供給口部２３１Ａに配管ＰＦ３が設けられていると共に、排出口部２３１Ｂに配管ＰＦ４が設けられている。また、第３の熱交換部２３０において、容器２３２は、供給口部２３２Ａに配管ＰＭ１が設けられていると共に、排出口部２３２Ｂに配管ＰＭ２が設けられている。

第３の熱交換部２３０では、地熱熱水Ｆ１が第２の熱交換部２２０から配管ＰＦ３を介して伝熱管部２３１の供給口部２３１Ａに流入し、伝熱管部２３１の内部を流れる。また、第３の熱交換部２３０では、低沸点媒体Ｍ２４が媒体ポンプ２４から配管ＰＭ１を介して容器２３２の供給口部２３２Ａに流入し、容器２３２の内部を流れる。そして、第３の熱交換部２３０においては、伝熱管部２３１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１と、容器２３２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４との間において熱交換が行われる。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、低沸点媒体Ｍ２４との熱交換によって冷却された後に、配管ＰＦ４に排出され、スケール成分分離部４００へ供給される。この一方で、低沸点媒体Ｍ２４は、地熱熱水Ｆ１との熱交換によって加熱された後に、配管ＰＭ２に排出され、第２の熱交換部２２０に供給される。

［Ａ−６−２］重合剤供給部３００
重合剤供給部３００は、地熱熱水Ｆ１に重合剤を供給し、地熱熱水Ｆ１に溶解しているスケール成分を重合させる。

ここでは、重合剤供給部３００は、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給する。

重合剤供給部３００は、図２に示すように、重合剤タンク３０１と、重合剤供給管３０２と、第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃとを有する。

重合剤供給部３００において、重合剤タンク３０１は、内部に重合剤を貯蔵する。重合剤は、たとえば、ケイ酸高分子、可溶性ケイ酸塩化合物であって、地熱熱水Ｆ１に溶解しているモノシリカなどのスケール成分を重合させる。

重合剤供給部３００において、重合剤供給管３０２は、重合剤タンク３０１に貯蔵された重合剤を、地熱熱水Ｆ１に供給する。ここでは、重合剤供給管３０２は、第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃのそれぞれを介して、地熱熱水Ｆ１が流れる配管ＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３のそれぞれに連結されている。重合剤供給管３０２においては、重合剤タンク３０１から流入した重合剤が、第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃのそれぞれを介して、配管ＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３のそれぞれの内部に流出し、地熱熱水Ｆ１に添加される。

重合剤供給部３００において、第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃは、重合剤供給管３０２に設置されており、地熱熱水Ｆ１に重合剤を供給する量を調整する。第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃのそれぞれは、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置に設けられている。

つまり、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａは、流路の一端が重合剤供給管３０２に連結され、他端が配管ＰＦ１に連結されており、流路の開度を変えることで、流路を流れる重合剤の量を調整する。また、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂは、流路の一端が重合剤供給管３０２に連結され、他端が配管ＰＦ２に連結されており、流路の開度を変えることで、流路を流れる重合剤の量を調整する。そして、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃは、流路の一端が重合剤供給管３０２に連結され、他端が配管ＰＦ３に連結されており、流路の開度を変えることで、流路を流れる重合剤の量を調整する。

［Ａ−６−３］スケール成分分離部４００
スケール成分分離部４００は、固液分離器であって、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０から排出された地熱熱水Ｆ１において重合されたスケール成分を分離する。

スケール成分分離部４００は、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれを順次介して排出された地熱熱水Ｆ１が供給される。そして、スケール成分分離部４００は、その地熱熱水Ｆ１において、重合剤供給部３００から供給された重合剤によって重合されたスケール成分を分離する。分離器としては、膜式、サイクロン式、沈降式などのいずれの型式を用いても良いが、ここでは、処理時間の早さからサイクロン式を例として説明を行う。

具体的には、スケール成分分離部４００は、タンク４０１を有している。タンク４０１は、一般には、円柱形状であって、上方から下方に向かって内径が小さくなるように形成されている。また、タンク４０１は、地熱熱水供給口４０１Ａが側面に設けられていると共に、地熱熱水排出口４０１Ｂが側面において地熱熱水供給口４０１Ａよりも上方に地熱熱水排出口４０１Ｂが設けられている。また、タンク４０１は、底面に沈殿物排出口４０１Ｃが設けられている。

スケール成分分離部４００は、第３の熱交換部２３０から配管ＰＦ４に排出された地熱熱水Ｆ１が、タンク４０１の地熱熱水供給口４０１Ａから内部に供給される。そして、分離器内に流入した地熱熱水Ｆ１は、タンク４０１の内部を旋回しながら流動し、この過程において、凝集して粗大化した重いスケール粒子が、タンク４０１内で沈殿し、地熱熱水Ｆ１から分離される。スケール成分が分離された地熱熱水Ｆ２０は、タンク４０１の地熱熱水排出口４０１Ｂに設置された配管ＰＦ５に排出され、還元井２（図１参照）に還元される。この一方で、タンク４０１において沈殿したスケール成分Ｇ２０は、タンク４０１の沈殿物排出口４０１Ｃから外部へ排出される。

［Ｂ］動作
上記の熱交換器２０の動作について、図１，図２を参照して説明する。

ここでは、熱交換器２０の動作に関して、地熱熱水Ｆ１，Ｆ２０と、低沸点媒体Ｍ２０，Ｍ２１，Ｍ２３，Ｍ２４とのそれぞれに分けて、詳細に説明する。

［Ｂ−１］地熱熱水Ｆ１，Ｆ２０について
熱交換器２０においては、図１に示すように、生産井１から地熱熱水Ｆ１が流入する。そして、地熱熱水Ｆ１は、熱交換器２０において低沸点媒体Ｍ２４との熱交換がされた後に、熱交換器２０から排出される。その排出された地熱熱水Ｆ２０は、還元井２に還元される。

具体的には、地熱熱水Ｆ１は、まず、図２に示すように、生産井１から配管ＰＦ１を流れる。このとき、その配管ＰＦ１を流れる地熱熱水Ｆ１に、重合剤供給部３００から重合剤が供給される。ここでは、重合剤供給部３００において、重合剤タンク３０１に貯蔵された重合剤が、重合剤供給管３０２を流れた後に、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａによって流量が調整されて、地熱熱水Ｆ１に混入する。

図３は、第１実施形態に係る地熱発電システムにおいて、地熱熱水Ｆ１に重合剤が投入される前と後とを示す概念図である。図３（ａ）は、地熱熱水Ｆ１に重合剤が投入される前を示し、図３（ｂ）は、地熱熱水Ｆ１に重合剤が投入された後を示している。

図３（ａ）に示すように、重合剤が投入される前においては、地熱熱水Ｆ１に、たとえば、モノシリカＭＳ（シリカ単量体）がスケール成分として溶解している。これに対して、地熱熱水Ｆ１に重合剤が投入された後においては、図３（ｂ）に示すように、モノシリカＭＳが重合して、ポリシリカＰＳになる。

つぎに、上記のように、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａを介して重合剤が投入された後には、地熱熱水Ｆ１は、図２に示すように、配管ＰＦ１から第１の熱交換部２１０に流入する。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、第１の熱交換部２１０のうち、伝熱管部２１１の供給口部２１１Ａに流入し、伝熱管部２１１の内部を流れる。このとき、その伝熱管部２１１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１は、第１の熱交換部２１０の容器２１２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４との熱交換によって、冷却される。そして、その熱交換後の地熱熱水Ｆ１が、伝熱管部２１１の排出口部２１１Ｂから排出される。

つぎに、地熱熱水Ｆ１は、第１の熱交換部２１０から配管ＰＦ２を流れる。このとき、その配管ＰＦ２を流れる地熱熱水Ｆ１に、重合剤供給部３００から重合剤が、再度、供給される。具体的には、重合剤供給部３００において、重合剤タンク３０１に貯蔵された重合剤が、重合剤供給管３０２を流れた後に、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂによって流量が調整されて、地熱熱水Ｆ１に混入する。この場合においても、図３（ｂ）に示した場合と同様に、地熱熱水Ｆ１に溶解しているモノシリカＭＳの重合が生じて、ポリシリカＰＳの生成が生ずる。

つぎに、地熱熱水Ｆ１は、配管ＰＦ２から第２の熱交換部２２０に流入する。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、第２の熱交換部２２０のうち、伝熱管部２２１の供給口部２２１Ａに流入し、伝熱管部２２１の内部を流れる。このとき、その伝熱管部２２１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１は、第２の熱交換部２２０の容器２２２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４との熱交換により、冷却される。そして、その熱交換後の地熱熱水Ｆ１が、伝熱管部２２１の排出口部２２１Ｂから排出される。

つぎに、地熱熱水Ｆ１は、第２の熱交換部２２０から配管ＰＦ３を流れる。このとき、その配管ＰＦ３を流れる地熱熱水Ｆ１に、重合剤供給部３００から重合剤が更に供給される。具体的には、重合剤供給部３００において、重合剤タンク３０１に貯蔵された重合剤が、重合剤供給管３０２を流れた後に、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃによって流量が調整されて、地熱熱水Ｆ１に混入する。この場合においても、図３（ｂ）に示した場合と同様に、地熱熱水Ｆ１に溶解しているモノシリカＭＳの重合が生じて、ポリシリカＰＳの生成が生ずる。

つぎに、地熱熱水Ｆ１は、配管ＰＦ３から第３の熱交換部２３０に流入する。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、第３の熱交換部２３０のうち、伝熱管部２３１の供給口部２３１Ａに流入し、伝熱管部２３１の内部を流れる。このとき、その伝熱管部２３１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１は、第３の熱交換部２３０の容器２３２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４との熱交換により、冷却される。そして、その熱交換後の地熱熱水Ｆ１が、伝熱管部２３１の排出口部２３１Ｂから排出される。

つぎに、地熱熱水Ｆ１は、第３の熱交換部２３０から配管ＰＦ４を流れる。

つぎに、地熱熱水Ｆ１は、配管ＰＦ４からスケール成分分離部４００に流入する。ここでは、地熱熱水Ｆ１は、スケール成分分離部４００を構成するタンク４０１の地熱熱水供給口４０１Ａから、タンク４０１の内部に供給される。そして、タンク４０１の内部においては、地熱熱水Ｆ１において重合され粗大化したスケール成分が沈殿し、地熱熱水Ｆ１から分離される。

そして、スケール成分が分離された地熱熱水Ｆ２０は、タンク４０１の地熱熱水排出口４０１Ｂに設置された配管ＰＦ５に排出され、還元井２に還元される。この一方で、タンク４０１に沈殿したスケール成分Ｇ２０は、タンク４０１の沈殿物排出口４０１Ｃから外部へ排出される。

［Ｂ−２］低沸点媒体Ｍ２０，Ｍ２１，Ｍ２３，Ｍ２４について
低沸点媒体Ｍ２０，Ｍ２１，Ｍ２３，Ｍ２４は、図１に示すように、熱交換器２０と媒体タービン２１と凝縮器２３と媒体ポンプ２４とを順次循環する。つまり、低沸点媒体Ｍ２０，Ｍ２１，Ｍ２３，Ｍ２４は、バイナリサイクルにおいて用いられる。

具体的には、図１に示すように、熱交換器２０から排出された低沸点媒体Ｍ２０が、媒体タービン２１の内部に作動媒体として流入し、発電機２２を駆動させた後に、媒体タービン２１から排出される。

つぎに、媒体タービン２１から排出された低沸点媒体Ｍ２１は、凝縮器２３に流入し、凝縮器２３で凝縮される。

つぎに、凝縮器２３によって凝縮された低沸点媒体Ｍ２３は、媒体ポンプ２４に流入し、媒体ポンプ２４において昇圧されて移送される。

つぎに、媒体ポンプ２４で昇圧された低沸点媒体Ｍ２４は、媒体ポンプ２４から熱交換器２０に流入する。

図２に示すように、熱交換器２０においては、低沸点媒体Ｍ２４は、第３の熱交換部２３０と第２の熱交換部２２０と第１の熱交換部２１０とを順次流れる。そして、低沸点媒体Ｍ２４は、第３の熱交換部２３０と第２の熱交換部２２０と第１の熱交換部２１０とのそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１との熱交換が行われて、加熱される。

より詳細に説明すると、熱交換器２０では、まず、低沸点媒体Ｍ２４が、配管ＰＭ１を介して第３の熱交換部２３０の容器２３２の供給口部２３２Ａに流入し、容器２３２の内部を流れる。そして、第３の熱交換部２３０では、容器２３２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４が、伝熱管部２３１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１との熱交換により、加熱される。そして、その熱交換後の低沸点媒体Ｍ２４が、容器２３２の排出口部２３２Ｂから排出される。

つぎに、熱交換器２０では、低沸点媒体Ｍ２４が、配管ＰＭ２を介して第２の熱交換部２２０の容器２２２の供給口部２２２Ａに流入し、容器２２２の内部を流れる。そして、第２の熱交換部２２０では、容器２２２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４が、伝熱管部２２１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１との熱交換により、さらに加熱される。そして、その熱交換後の低沸点媒体Ｍ２４が、容器２２２の排出口部２２２Ｂから排出される。

つぎに、熱交換器２０では、低沸点媒体Ｍ２４が、配管ＰＭ３を介して第１の熱交換部２１０の容器２１２の供給口部２１２Ａに流入し、容器２１２の内部を流れる。そして、第１の熱交換部２１０では、容器２１２の内部を流れる低沸点媒体Ｍ２４が、伝熱管部２１１の内部を流れる地熱熱水Ｆ１との熱交換により、さらに加熱される。そして、その熱交換後の低沸点媒体Ｍ２４が、容器２１２の排出口部２１２Ｂから排出される。

このようにして、熱交換器２０において熱交換がされた低沸点媒体Ｍ２０は、上述したように、媒体タービン２１へ作動媒体として排出される。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態において、熱交換器２０は、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０を有し、その複数の熱交換部２１０，２２０，２３０が直列に接続されている。そして、熱交換器２０のうち、重合剤供給部３００は、その複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤を供給する。このため、本実施形態では、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれに流入するよりも前に、地熱熱水Ｆ１に溶解するスケール成分が重合する。したがって、本実施形態においては、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれに地熱熱水Ｆ１が流入する前に、モノシリカなどのスケール成分の濃度が低下するので、流路にスケールが析出して付着することを抑制することができる。

また、本実施形態では、重合剤供給部３００は、複数の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃを有する。複数の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃのそれぞれは、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置に設けられており、地熱熱水Ｆ１に重合剤を添加する量を調整する。このため、本実施形態では、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれを流れる地熱熱水Ｆ１の温度やスケール成分の濃度（たとえば、モノシリカの濃度）に応じて、重合剤の添加量を適正に調整することができる。そして、余分に重合剤を使用することを防止できるので、処理コストを低減することができる。

［Ｄ］変形例
上記したように、本実施形態では、スケール成分分離部４００は、第３の熱交換部２３０よりも下流の位置に１つが設置されているが、これに限らない。第１の熱交換部２１０と第２の熱交換部２２０との間、第２の熱交換部２２０と第３の熱交換部２３０との間に、スケール成分分離部４００を設置してもよい。

また、本実施形態では、熱交換器２０は、３つの熱交換部２１０，２２０，２３０を備えているが、これに限らない。２つの熱交換部、または、４つ以上の熱交換部を備えるように、熱交換器２０を構成してもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］構成
図４は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器２０を模式的に示す図である。

図４に示すように、本実施形態の地熱発電システムにおいて、熱交換器２０は、凝集剤供給部５００を更に有する。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

熱交換器２０において、凝集剤供給部５００は、凝集剤を地熱熱水Ｆ１に供給し、地熱熱水Ｆ１において重合剤により重合したスケール成分を凝集させる。凝集剤は、たとえば、固形シリカ、ケイ酸塩化合物であって、高温において安定な物質が好適である。

ここでは、凝集剤供給部５００は、熱交換器２０において、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれを順次介して排出された地熱熱水Ｆ１が、スケール成分分離部４００に流入する入口部分よりも上流側の位置から、凝集剤を供給する。

凝集剤供給部５００は、図４に示すように、凝集剤タンク５０１と、凝集剤供給管５０２と、凝集剤調整バルブ５０３とを有する。

凝集剤供給部５００において、凝集剤タンク５０１は、内部に凝集剤を貯蔵する。凝集剤タンク５０１は、たとえば、固形シリカの粒子などの凝集剤を水に分散させた状態で貯蔵する。

凝集剤供給部５００において、凝集剤供給管５０２は、凝集剤タンク５０１に貯蔵された凝集剤を、地熱熱水Ｆ１に供給する。ここでは、凝集剤供給管５０２は、凝集剤調整バルブ５０３を介して、地熱熱水Ｆ１が流れる配管ＰＦ４に連結されている。凝集剤供給管５０２においては、凝集剤タンク５０１から流入した凝集剤が、凝集剤調整バルブ５０３を介して、配管ＰＦ４の内部に流出し、地熱熱水Ｆ１に添加される。

凝集剤供給部５００において、凝集剤調整バルブ５０３は、凝集剤供給管５０２に設置されており、地熱熱水Ｆ１に凝集剤を供給する量を調整する。凝集剤調整バルブ５０３は、スケール成分分離部４００において、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置に設けられている。つまり、凝集剤調整バルブ５０３は、流路の一端が凝集剤供給管５０２に連結され、他端が配管ＰＦ４に連結されており、流路の開度を変えることで、流路を流れる凝集剤の量を調整する。

［Ｂ］動作
上記の熱交換器２０の動作について、図４を参照して説明する。

熱交換器２０においては、第１実施形態の場合と同様に、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤供給部３００が重合剤を供給する。これにより、地熱熱水Ｆ１において溶解しているモノシリカなどのスケール成分の重合が生ずる（図３参照）。

そして、本実施形態では、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれを順次介して排出された地熱熱水Ｆ１がスケール成分分離部４００に流入する入口部分よりも上流側の位置において、凝集剤供給部５００が凝集剤を供給する。つまり、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて熱交換が順次行われた後であって、スケール成分分離部４００に流入する前の地熱熱水Ｆ１に、凝集剤を供給する。

図５は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、地熱熱水Ｆ１に凝集剤が投入された後を示す概念図である。

図５に示すように、凝集剤として、たとえば、固形シリカＳＳの粒子を投入した後においては、その固形シリカＳＳの粒子を核として、ポリシリカＰＳが凝集し、粗大粒子になる。

その後、地熱熱水Ｆ１は、図４に示すように、配管ＰＦ４からスケール成分分離部４００に流入し、スケール成分分離部４００においてスケール成分が沈殿して、地熱熱水Ｆ１から分離される。そして、スケール成分が分離された地熱熱水Ｆ２０が還元井２に還元され、沈殿したスケール成分Ｇ２０が外部へ排出される。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の熱交換器２０において、凝集剤供給部５００は、地熱熱水Ｆ１において重合したスケール成分を凝集させる凝集剤を、地熱熱水Ｆ１に供給する。ここでは、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれを順次介して排出された地熱熱水Ｆ１がスケール成分分離部４００に流入する前に、凝集剤供給部５００が凝集剤を地熱熱水Ｆ１に添加する。このため、本実施形態では、スケール成分分離部４００においてスケール成分を分離する効率を向上することができる。したがって、本実施形態は、スケール成分分離部４００よりも下流側に位置する部材においてスケールが付着することを抑制することができる。

なお、本実施形態は、重合剤の使用によってスケール成分の粗大化が十分でなく、スケール成分分離部４００での分離が不十分である場合に、好適である。

［Ｄ］変形例
図６，図７は、第２実施形態に係る地熱発電システムにおいて、凝集剤供給部５００が供給する凝集剤の変形例を示す図である。

凝集剤としては、図６に示すように、たとえば、固形シリカＳＳの粒子の表面に金属粒子Ｍが担持されたものを用いてもよい。この場合には、凝集が早く生じ、粗大化が加速される。ここでは、金属粒子Ｍは、地熱熱水Ｆ１中での安定性および安全性などの観点から、たとえば、アルミニウム、鉄、または、ニッケルであり、これらの中から複数を選択して用いても良い。また、金属粒子Ｍの粒子径については、特に限定されないが、たとえば、固形シリカＳＳの粒子径が１μｍ以上であって１００μｍ以下の場合には、金属粒子Ｍの粒子径が１００ｎｍ以上であって１μｍ以下にすることが好ましい。金属粒子Ｍの粒子径が上記の上限値よりも大きい場合には、固形シリカＳＳの粒子の表面が金属粒子Ｍで覆われ、溶解シリカが析出する部分が小さくなるので、凝集率が低下する場合がある。この一方で、金属粒子Ｍの粒子径が上記の下限値よりも小さい場合には、金属イオンによる持続的な凝集効果が小さくなる場合がある。

この他に、図７に示すように、固形シリカＳＳの粒子の表面が樹脂層Ｒで覆われたものを、凝集剤として用いてもよい。この凝集剤を用いた場合には、凝集の進行と同時に、固形シリカＳＳなどの粒子を核とした粗大化が進むため、好適である。ここでは、樹脂層Ｒは、たとえば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルアミン、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸、または、ポリスチレンスルホン酸であり、これらの中から複数を選択して用いても良い。また、樹脂層Ｒの膜厚は、製造性の観点から、１００μｍ以下にすることが好ましい。

上記したように、本実施形態では、凝集剤供給部５００は、第３の熱交換部２３０よりも下流であって、スケール成分分離部４００よりも上流の位置から、地熱熱水Ｆ１に凝集剤を添加する場合について示しているが、これに限らない。地熱熱水Ｆ１の性状に応じて、適宜、他の位置から凝集剤を添加するように構成してもよい。たとえば、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれよりも下流の位置から地熱熱水Ｆ１に凝集剤を添加するように構成してもよい。また、たとえば、第２の熱交換部２２０の下流であって、第３の熱交換部２３０の上流の位置から、凝集剤を添加するように構成してもよい。

＜第３実施形態＞
［Ａ］構成等
図８は、第３実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器２０を模式的に示す図である。

図８に示すように、本実施形態の地熱発電システムにおいて、熱交換器２０は、重合剤供給部３００の構成が、第１実施形態の場合と異なる。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

重合剤供給部３００は、図８に示すように、第１の重合剤供給部３００Ａと、第２の重合剤供給部３００Ｂとを含む。

第１の重合剤供給部３００Ａと、第２の重合剤供給部３００Ｂとのそれぞれについて、順次、説明する。

［Ａ−１］第１の重合剤供給部３００Ａ
第１の重合剤供給部３００Ａは、上記の重合剤として、無機系重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給する。たとえば、無機系重合剤は、ポリシリカ鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウムである。

ここでは、第１の重合剤供給部３００Ａは、第１の熱交換部２１０と第２の熱交換部２２０とのそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、無機系重合剤を供給する。

第１の重合剤供給部３００Ａは、図８に示すように、第１の重合剤タンク３０１Ａと、第１の重合剤供給管３０２Ａと、第１および第２の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂとを有する。

第１の重合剤供給部３００Ａのうち、第１の重合剤タンク３０１Ａは、上記の無機系重合剤を内部に貯蔵する。

第１の重合剤供給部３００Ａのうち、第１の重合剤供給管３０２Ａは、第１の重合剤タンク３０１Ａに貯蔵された無機系重合剤を、地熱熱水Ｆ１に供給する。ここでは、第１の重合剤供給管３０２Ａは、第１および第２の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂのそれぞれを介して、地熱熱水Ｆ１が流れる配管ＰＦ１，ＰＦ２のそれぞれに連結されている。第１の重合剤供給管３０２Ａにおいては、第１の重合剤タンク３０１Ａから流入した無機系重合剤が、第１および第２の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂのそれぞれを介して、配管ＰＦ１，ＰＦ２のそれぞれの内部に流出し、地熱熱水Ｆ１に添加される。

第１の重合剤供給部３００Ａのうち、第１および第２の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂは、第１の重合剤供給管３０２Ａに設置されており、地熱熱水Ｆ１に無機系重合剤を供給する量を調整する。第１の重合剤調整バルブ３０３Ａは、流路の一端が第１の重合剤供給管３０２Ａに連結され、他端が配管ＰＦ１に連結されており、流路の開度を変えることで、その流路を流れる無機系重合剤の量を調整する。また、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂは、流路の一端が第１の重合剤供給管３０２Ａに連結され、他端が配管ＰＦ２に連結されており、流路の開度を変えることで、流路を流れる無機系重合剤の量を調整する。

［Ａ−２］第２の重合剤供給部３００Ｂ
第２の重合剤供給部３００Ｂは、上記の重合剤として、高分子系重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給する。

たとえば、高分子系重合剤は、ポリアクリルアミド、メラミン酸コロイドである。

ここでは、第２の重合剤供給部３００Ｂは、第３の熱交換部２３０において、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、高分子系重合剤を供給する。

第２の重合剤供給部３００Ｂは、図８に示すように、第２の重合剤タンク３０１Ｂと、第２の重合剤供給管３０２Ｂと、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃとを有する。

第２の重合剤供給部３００Ｂのうち、第２の重合剤タンク３０１Ｂは、上記の高分子系重合剤を内部に貯蔵する。

第２の重合剤供給部３００Ｂのうち、第２の重合剤供給管３０２Ｂは、第２の重合剤タンク３０１Ｂに貯蔵された高分子系重合剤を、地熱熱水Ｆ１に供給する。ここでは、第２の重合剤供給管３０２Ｂは、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃを介して、地熱熱水Ｆ１が流れる配管ＰＦ３に連結されている。第２の重合剤供給管３０２Ｂにおいては、第２の重合剤タンク３０１Ｂから流入した高分子系重合剤が、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃを介して、配管ＰＦ３の内部に流出し、地熱熱水Ｆ１に添加される。

第２の重合剤供給部３００Ｂのうち、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃは、第２の重合剤供給管３０２Ｂに設置されており、地熱熱水Ｆ１に高分子系重合剤を供給する量を調整する。第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃは、流路の一端が第２の重合剤供給管３０２Ｂに連結され、他端が配管ＰＦ３に連結されており、流路の開度を変えることで、その流路を流れる高分子系重合剤の量を調整する。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、第１の重合剤供給部３００Ａは、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のうち、地熱熱水Ｆ１が先に供給される前段の熱交換部２１０，２２０において、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、無機系重合剤を供給する。そして、第２の重合剤供給部３００Ｂは、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のうち、前段の熱交換部２１０，２２０よりも地熱熱水Ｆ１が後に供給される後段の熱交換部２３０において、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、高分子系重合剤を供給する。

すなわち、本実施形態では、熱交換器２０において地熱熱水Ｆ１が高温状態にある前段部分で、地熱熱水Ｆ１に無機系重合剤を供給する。そして、熱交換器２０の前段での熱交換によって地熱熱水Ｆ１の温度が前段よりも低下した状態にある後段部分で、地熱熱水Ｆ１に高分子系重合剤を供給する。

高分子系重合剤は、高温下では、無機系重合剤よりも重合の機能を発揮しにくい。しかし、本実施形態では、地熱熱水Ｆ１が低温になった状態のときに、高分子系重合剤を用いている。このため、地熱熱水Ｆ１の温度が異なる複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、スケール成分の重合を進めることができる。

したがって、本実施形態は、流路にスケールが付着することを十分に抑制することができる。

＜第４実施形態＞
［Ａ］構成
図９は、第４実施形態に係る地熱発電システムにおいて、熱交換器２０を模式的に示す図である。

図９に示すように、本実施形態の熱交換器２０は、第１から第３の温度計測部６１，６２，６３と、第１から第３の演算器７１，７２，７３とを、更に有する。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

［Ａ−１］第１から第３の温度計測部６１，６２，６３
各温度計測部６１，６２，６３は、各熱交換部２１０，２２０，２３０から排出された地熱熱水Ｆ１の温度を測定する。

具体的には、第１の温度計測部６１は、第１熱交換部２１０から排出され、配管ＰＦ２を流れる地熱熱水Ｆ１の温度を測定し、その測定によって得た温度データＳ６１を出力する。

また、第２の温度計測部６２は、第２熱交換部２２０から排出され、配管ＰＦ３を流れる地熱熱水Ｆ１の温度を測定し、その測定によって得た温度データＳ６２を出力する。

そして、第３の温度計測部６３は、第３熱交換部２３０から排出され、配管ＰＦ４を流れる地熱熱水Ｆ１の温度を測定し、その測定によって得た温度データＳ６３を出力する。

［Ａ−２］第１から第３の演算器７１，７２，７３
各演算器７１，７２，７３のそれぞれは、各温度計測部６１，６２，６３によって測定された温度に基づいて、各熱交換部２１０，２２０，２３０に流入する地熱熱水Ｆ１に、重合剤を供給する供給量を算出する。

具体的には、第１の演算器７１は、第１の温度計測部６１から出力された温度データＳ６１を用いて、第１の熱交換部２１０から排出された地熱熱水Ｆ１においてスケール成分が溶解する限界量、つまり、溶解度を求める。その後、第１の演算器７１は、第１の熱交換部２１０に流入する地熱熱水Ｆ１において溶解しているスケール成分の濃度が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度になるように、重合剤の供給量を算出する。そして、第１の演算器７１は、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７１を、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａに出力する。これにより、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａは、第１の演算器７１において算出された供給量で重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給するように、開度が制御される。

また、第２の演算器７２は、第２の温度計測部６２から出力された温度データＳ６２を用いて、第２の熱交換部２２０から排出された地熱熱水Ｆ１においてスケール成分が溶解する溶解度を求める。その後、第２の演算器７２は、第２の熱交換部２２０に流入する地熱熱水Ｆ１において溶解しているスケール成分の濃度が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度になるように、重合剤の供給量を算出する。そして、第２の演算器７２は、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７２を、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂに出力する。これにより、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂは、第２の演算器７２において算出された供給量で重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給するように、開度が制御される。

同様に、第３の演算器７３は、第３の温度計測部６３から出力された温度データＳ６３を用いて、第３の熱交換部２３０から排出された地熱熱水Ｆ１においてスケール成分が溶解する溶解度を算出する。その後、第３の演算器７３は、第３の熱交換部２３０に流入する地熱熱水Ｆ１において溶解しているスケール成分の濃度が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度になるように、重合剤の供給量を算出する。そして、第３の演算器７３は、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７３を、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃに出力する。これにより、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃにおいては、第３の演算器７３において算出された供給量で重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給するように、開度が制御される。

［Ｂ］動作
上記の熱交換器２０の動作について、図９を用いて詳細に説明する。

熱交換器２０においては、第１実施形態の場合と同様に、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤供給部３００が重合剤を供給する。

このとき、本実施形態の重合剤供給部３００において、第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃの各開度は、第１から第３の演算器７１，７２，７３のそれぞれにおいて算出された供給量で重合剤を地熱熱水Ｆ１に供給するように、制御される。

図１０，図１１は、第４実施形態に係る地熱発電システムにおいて、重合剤の添加量を説明するための図である。

ここで、図１０（ａ）は、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａを介して添加する重合剤の添加量を示している。図１０（ｂ）は、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂを介して添加する重合剤の添加量を示している。図１１は、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃを介して添加する重合剤の添加量を示している。図１０（ａ），（ｂ）および図１１においては、横軸が温度Ｔであって、縦軸がモノシリカの濃度Ｃであり、溶解度曲線Ｓを示している。

［Ｂ−１］第１の重合剤調整バルブ３０３Ａを介して添加する重合剤の添加量について
図１０（ａ）に示すように、第１熱交換部２１０から排出された地熱熱水Ｆ１の温度Ｔ１２（出口温度）を第１の温度計測部６１が測定した場合には、その温度Ｔ１２（出口温度）の地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの限度量、つまり、溶解度Ｃ１２を、第１の演算器７１が算出する。

ここでは、第１の演算器７１は、たとえば、モノシリカの溶解度曲線Ｓに対応する関数を用いて、温度Ｔ１２（出口温度）に対応する溶解度Ｃ１２を求める演算処理を行う。この他に、第１の演算器７１は、たとえば、温度Ｔとモノシリカの溶解度とを予め関連付けて記憶しているルックアップテーブルを用いて、その測定された温度Ｔ１２に対応する溶解度Ｃ１２を、算出してもよい。

つぎに、第１の熱交換部２１０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ１が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度Ｃ１２になる重合剤の供給量を、第１の演算器７１が算出する。

ここでは、第１の演算器７１は、第１の熱交換部２１０に流入する地熱熱水Ｆ１（温度Ｔ１１）に溶解するモノシリカの濃度の目標値を、測定した温度Ｔ１２（出口温度）での溶解度Ｃ１２に設定する。そして、第１の熱交換部２１０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ１について予め実測した実測値と、上記のように目標値として設定した溶解度Ｃ１２の値との差分値（Ｃ１−Ｃ１２）を算出する。その後、たとえば、その差分値と重合剤の供給量とを予め関連付けて記憶しているルックアップテーブルを用いて、その算出した差分値から重合剤の供給量を求める。

つぎに、第１の演算器７１は、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７１を、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａに出力する。これにより、その第１の演算器７１において算出された供給量の重合剤が、第１の重合剤調整バルブ３０３Ａを介して、地熱熱水Ｆ１に供給される。

このため、本実施形態では、第１の熱交換部２１０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度は、その流入時の温度Ｔ１１（入口温度）でのモノシリカの溶解度Ｃ１１よりも低い。そして、第１の熱交換部２１０の入口から出口の間を流れる地熱熱水Ｆ１に関しても、モノシリカの濃度は、モノシリカの溶解度よりも低い状態で推移する。したがって、本実施形態においては、第１の熱交換部２１０において地熱熱水Ｆ１が流れる流路（伝熱管部２１１）の内部にて、モノシリカが析出してスケールとして内壁に付着することを抑制することができる。

［Ｂ−２］第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂを介して添加する重合剤の添加量について
図１０（ｂ）に示すように、第２熱交換部２２０から排出された地熱熱水Ｆ１の温度Ｔ２２（出口温度）を第２の温度計測部６２が測定した場合には、その温度Ｔ２２（出口温度）の地熱熱水Ｆ１におけるモノシリカの溶解度Ｃ２２を、第２の演算器７２が算出する。

ここでは、第２の演算器７２は、第１の演算器７１の場合と同様な演算処理を行うことによって、その溶解度Ｃ２２を求める。

つぎに、第２の演算器７２は、第２の熱交換部２２０に流入する地熱熱水Ｆ１において溶解するモノシリカの濃度Ｃ２１（≒Ｃ１２）が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度Ｃ２２になる重合剤の供給量を算出する。

ここでは、第２の演算器７２は、第１の演算器７１の場合と同様な演算処理を行うことによって、重合剤の供給量を求める。すなわち、第２の演算器７２は、第２の熱交換部２２０に流入する地熱熱水Ｆ１（温度Ｔ２１≒Ｔ１２）に溶解するモノシリカの濃度の目標値を、測定した温度Ｔ２２（出口温度）での溶解度Ｃ２２に設定する。そして、第２の熱交換部２２０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ２１（≒Ｃ１２）の値と、上記のように目標値として設定した溶解度Ｃ２２の値との差分値（Ｃ２１−Ｃ２２）を算出する。この差分値の算出においては、第２の熱交換部２２０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ２１として、たとえば、第１の演算器７１が算出した溶解度Ｃ１２の値を用いる。その後、たとえば、その差分値と重合剤の供給量とを予め関連付けて記憶しているルックアップテーブルを用いて、その算出した差分値から重合剤の供給量を求める。

そして、第２の演算器７２は、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７２を、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂに出力する。これにより、その第２の演算器７２において算出された供給量の重合剤が、第２の重合剤調整バルブ３０３Ｂを介して、地熱熱水Ｆ１に供給される。

このため、本実施形態では、第２の熱交換部２２０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度は、その流入時の温度Ｔ２１（入口温度）でのモノシリカの溶解度Ｃ２１よりも低い。そして、第２の熱交換部２２０の入口から出口の間を流れる地熱熱水Ｆ１に関しても、モノシリカの濃度は、モノシリカの溶解度よりも低い状態で推移する。したがって、本実施形態においては、第２の熱交換部２２０において地熱熱水Ｆ１が流れる流路（伝熱管部２２１）の内部にて、モノシリカが析出してスケールとして内壁に付着することを抑制することができる。

［Ｂ−３］第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃを介して添加する重合剤の添加量について
図１１に示すように、第３熱交換部２２０から排出された地熱熱水Ｆ１の温度Ｔ３２（出口温度）を第３の温度計測部６３が測定した場合には、その温度Ｔ３２（出口温度）の地熱熱水Ｆ１におけるモノシリカの溶解度Ｃ３２を、第３の演算器７３が算出する。

ここでは、第３の演算器７３は、第１の演算器７１および第２の演算器７２と同様な演算処理を行うことによって、その溶解度Ｃ３２を求める。

つぎに、第３の演算器７３は、第３の熱交換部２３０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ３１（≒Ｃ２２）が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度Ｃ３２になる重合剤の供給量を算出する。

ここでは、第３の演算器７３は、第１の演算器７１および第２の演算器７２の場合と同様な演算処理を行うことによって、重合剤の供給量を求める。すなわち、第３の演算器７３は、第３の熱交換部２３０に流入する地熱熱水Ｆ１（温度Ｔ３１≒Ｔ２２）に溶解するモノシリカの濃度の目標値を、測定した温度Ｔ３２（出口温度）での溶解度Ｃ３２に設定する。そして、第３の熱交換部２３０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ３１（≒Ｃ２２）の値と、上記のように目標値として設定した溶解度Ｃ３２の値との差分値（Ｃ３１−Ｃ３２）を算出する。この差分値の算出においては、第３の熱交換部２３０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度Ｃ３１の値として、たとえば、第２の演算器７２が算出した溶解度Ｃ２２の値を用いる。その後、たとえば、その差分値と重合剤の供給量とを予め関連付けて記憶しているルックアップテーブルを用いて、その算出した差分値から重合剤の供給量を求める。

そして、第３の演算器７３は、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７３を、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃに出力する。これにより、その第３の演算器７３において算出された供給量の重合剤が、第３の重合剤調整バルブ３０３Ｃを介して、地熱熱水Ｆ１に供給される。

このため、本実施形態では、第３の熱交換部２３０に流入する地熱熱水Ｆ１に溶解するモノシリカの濃度は、その流入時の温度Ｔ３１（入口温度）でのモノシリカの溶解度Ｃ３１よりも低い。そして、第３の熱交換部２３０の入口から出口の間を流れる地熱熱水Ｆ１に関しても、モノシリカの濃度は、モノシリカの溶解度よりも低い状態で推移する。したがって、本実施形態においては、第３の熱交換部２３０において地熱熱水Ｆ１が流れる流路（伝熱管部２３１）の内部にて、モノシリカが析出してスケールとして内壁に付着することを抑制することができる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態において、第１から第３の演算器７１，７２，７３のそれぞれは、第１から第３の温度計測部６１，６２，６３のそれぞれによって測定された温度に基づいて、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれから排出された地熱熱水Ｆ１において溶解するスケール成分の溶解度を算出する。その後、第１から第３の演算器７１，７２，７３のそれぞれは、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれに流入する地熱熱水Ｆ１において溶解するスケール成分の濃度が、重合剤の供給によって、その算出した溶解度になるように、重合剤の供給量を算出する。そして、第１から第３の演算器７１，７２，７３のそれぞれは、その算出した供給量に対応する制御信号Ｓ７１，７２，７３のそれぞれを、第１から第３の重合剤調整バルブ３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃのそれぞれに出力する。

したがって、本実施形態は、第１から第３の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１の流路にスケールが付着することを十分に抑制することができる。

＜第５実施形態＞
［Ａ］構成等
図１２は、第５実施形態に係る地熱発電システムを示す系統図である。

図１２に示すように、本実施形態の地熱発電システムは、バイナリサイクル発電方式とフラッシュサイクル発電方式との両者を組み合せたコンバインドサイクル発電方式である。このため、本実施形態の地熱発電システムは、第１実施形態の場合と異なり（図１参照）、気液分離器１０と蒸気タービン１１とが更に設けられている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

［Ａ−１］気液分離器１０
気液分離器１０は、生産井１から供給された地熱熱水Ｆ１を、蒸気Ｆ１０Ａ（フラッシュ蒸気）と熱水Ｆ１０Ｂ（ドレン）とに分離する。

具体的には、気液分離器１０は、減圧弁ＶＦ１が設置された配管が生産井１との間に設けられており、その配管を介して、生産井１から地熱熱水Ｆ１が供給される。そして、気液分離器１０は、その供給された地熱熱水Ｆ１を減圧することによって、蒸気Ｆ１０Ａと熱水Ｆ１０Ｂとのそれぞれに分離する。

［Ａ−２］蒸気タービン１１
蒸気タービン１１は、気液分離器１０で分離された蒸気Ｆ１０Ａを作動媒体として用いて駆動する。

具体的には、蒸気タービン１１は、主蒸気止め弁ＶＦ１０Ａ（ＭＳＶ）が設置された配管が、気液分離器１０との間に設けられており、その配管を介して、気液分離器１０で分離された蒸気Ｆ１０Ａが流入する。蒸気タービン１１は、ケーシング（図示省略）の内部にタービンロータ（図示省略）が設置されており、蒸気Ｆ１０Ａの供給によって、ケーシングの内部においてタービンロータが回転する。

具体的には、蒸気タービン１１は、たとえば、媒体タービン２１と同様に多段式であって、静翼（ノズル翼）と動翼（タービン羽根）とによって構成されるタービン段落が、タービンロータの回転軸に沿って、複数段、設けられている。そして、蒸気タービン１１において、一方の端部に位置する初段のタービン段落に蒸気Ｆ１０Ａが作動媒体として供給された後に、その蒸気Ｆ１０Ａが各タービン段落において仕事を行ってタービンロータを回転させる。蒸気タービン１１は、タービンロータの回転軸に発電機１２が連結されており、タービンロータの回転によって発電機１２が駆動して、発電が行なわれる。

蒸気タービン１１に作動媒体として供給された蒸気Ｆ１０Ａは、一方の端部から他方の端部へ流れるに従って、温度および圧力が低下する。そして、蒸気タービン１１において他方の端部に位置する最終段のタービン段落を通過した後に、蒸気タービン１１から蒸気Ｆ１１（排気蒸気）が排出される。

蒸気タービン１１から排出された蒸気Ｆ１１（排気蒸気）は、気液分離器１０で分離された後に、減圧弁ＶＦ１０Ｂを介して流れる蒸気Ｆ１０Ａと合流する。そして、その合流した媒体（Ｆ１０Ｂ＋Ｆ１１）が、熱交換器２０に加熱媒体として流入する。

その後、熱交換器２０では、その合流した媒体（Ｆ１０Ｂ＋Ｆ１１）と、低沸点媒体Ｍ２４との間で熱交換が行われる。ここでは、上記の実施形態の場合と同様に、複数の熱交換部２１０，２２０，２３０のそれぞれにおいて、地熱熱水Ｆ１が流入する入口部分よりも上流側の位置から、重合剤が供給される（図２等を参照）。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の地熱発電システムにおいては、上記の実施形態の場合と同様に、重合剤の供給が行われる。

したがって、本実施形態は、地熱熱水Ｆ１の流路にスケールが付着することを十分に抑制することができる。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…生産井、２…還元井、１０…気液分離器、１１…蒸気タービン、１２…発電機、２０…熱交換器、２１…媒体タービン、２２…発電機、２３…凝縮器、２４…媒体ポンプ、３０…冷却水供給部、３１…冷却塔、３２…冷却水ポンプ、６１…第１の温度計測部、６２…第２の温度計測部、６３…第３の温度計測部、７１…第１の演算器、７２…第２の演算器、７３…第３の演算器、２１０…第１の熱交換部、２２０…第２の熱交換部、２３０…第３の熱交換部、２１１，２２１，２３１…伝熱管部、２１２，２２２，２２３…容器、３００…重合剤供給部、３００Ａ…第１の重合剤供給部、３００Ｂ…第２の重合剤供給部、３０１…重合剤タンク、３０１Ａ…第１の重合剤タンク、３０１Ｂ…第２の重合剤タンク、３０２…重合剤供給管、３０２Ａ…第１の重合剤供給管、３０２Ｂ…第２の重合剤供給管、３０３Ａ…第１の重合剤調整バルブ、３０３Ｂ…第２の重合剤調整バルブ、３０３Ｃ…第３の重合剤調整バルブ、４００…スケール成分分離部、４０１…タンク、５００…凝集剤供給部、５０１…凝集剤タンク、５０２…凝集剤供給管、５０３…凝集剤調整バルブ

Claims (11)

1. 地熱熱水が供給されると共に、前記地熱熱水よりも温度が低い熱媒体が供給され、当該地熱熱水と当該熱媒体との間において熱交換が行なわれる、熱交換部と、
   前記地熱熱水に溶解しているスケール成分を重合させる重合剤を前記地熱熱水に供給する、重合剤供給部と
   を有し、
   前記熱交換部は、複数であって、当該複数の熱交換部が直列に接続されており、
   前記重合剤供給部は、前記複数の熱交換部のそれぞれにおいて前記地熱熱水が流入する入口部分よりも上流側の位置から、前記重合剤を供給することを特徴とする、
   熱交換器。
2. 前記重合剤供給部は、
   前記重合剤を貯蔵する、重合剤タンクと、
   前記重合剤タンクにおいて貯蔵された重合剤を前記地熱熱水に供給する、重合剤供給管と、
   前記重合剤供給管に設置されており、前記地熱熱水に前記重合剤を供給する量を調整する、調整バルブと
   を有し、
   前記調整バルブは、複数であって、当該複数の調整バルブのそれぞれが、前記複数の熱交換部のそれぞれにおいて前記地熱熱水が流入する入口部分よりも上流側の位置に設けられている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱交換部から排出された地熱熱水において、前記重合剤によって重合されたスケール成分を分離する、スケール成分分離部
   を有する、
   請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記スケール成分分離部は、前記複数の熱交換部のそれぞれを順次介して排出された地熱熱水が供給され、当該地熱熱水において重合されたスケール成分を分離する、
   請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記地熱熱水において重合したスケール成分を凝集させる凝集剤を、前記地熱熱水に供給する、凝集剤供給部
   を有し、
   前記凝集剤供給部は、前記複数の熱交換部のそれぞれを順次介して排出された地熱熱水が前記スケール成分分離部に流入する入口部分よりも上流側の位置から、前記凝集剤を供給する、
   請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記重合剤供給部は、
   無機系重合剤を前記地熱熱水に供給する、第１の重合剤供給部と、
   高分子系重合剤を前記地熱熱水に供給する、第２の重合剤供給部と
   を含み、
   前記第１の重合剤供給部は、前記複数の熱交換部のうち前記地熱熱水が先に供給される前段の熱交換部において、前記地熱熱水が流入する入口部分よりも上流側の位置から、前記無機系重合剤を供給し、
   前記第２の重合剤供給部は、前記複数の熱交換部のうち、前記前段の熱交換部よりも前記地熱熱水が後に供給される後段の熱交換部において、前記地熱熱水が流入する入口部分よりも上流側の位置から、前記高分子系重合剤を供給する、
   請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記複数の熱交換部のそれぞれから排出された地熱熱水の温度を測定する、温度計測部と、
   前記温度計測部によって測定された温度に基づいて、前記複数の熱交換部のそれぞれに流入する地熱熱水に前記重合剤を供給する供給量を算出し、当該算出した供給量に対応する制御信号を前記複数の調整バルブのそれぞれに出力する、演算器と
   を有し、
   前記複数の調整バルブのそれぞれは、前記演算器で算出された供給量で前記重合剤を前記地熱熱水に供給するように、開度が制御される、
   請求項２に記載の熱交換器。
8. 前記演算器は、前記温度計測部によって測定された温度に基づいて、前記複数の熱交換部のそれぞれから排出された地熱熱水において溶解するスケール成分の溶解度を算出した後に、前記複数の熱交換部のそれぞれに流入する地熱熱水に溶解しているスケール成分の濃度が、前記重合剤の供給によって、当該算出した溶解度になるように、前記重合剤の供給量を算出する、
   請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記熱媒体は、水よりも沸点が低い、
   請求項１から８のいずれかに記載の熱交換器。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の熱交換器と、
    前記熱交換器において熱交換が行われた熱媒体が作動媒体として供給される媒体タービンと
    を備える、
    地熱発電システム。
11. 前記地熱熱水が供給され、当該供給された地熱熱水を、蒸気と熱水とに分離する、気液分離器と、
    前記気液分離器によって分離された蒸気が作動媒体として供給される蒸気タービンと
    を備え、
    前記熱交換器は、前記気液分離部によって分離された熱水と、前記熱媒体との間において、前記熱交換が行われる、
    請求項１０に記載の地熱発電システム。

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