JP2014227995A - Geothermal power generation method and device - Google Patents
Geothermal power generation method and device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014227995A JP2014227995A JP2013123138A JP2013123138A JP2014227995A JP 2014227995 A JP2014227995 A JP 2014227995A JP 2013123138 A JP2013123138 A JP 2013123138A JP 2013123138 A JP2013123138 A JP 2013123138A JP 2014227995 A JP2014227995 A JP 2014227995A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- temperature
- pressure
- working fluid
- refrigerant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明は地熱発電方法及び装置に関し、特に、地中残層部又は地層表面付近の地熱を利用した地熱発電方法及び装置に関する。 The present invention relates to a geothermal power generation method and apparatus, and more particularly, to a geothermal power generation method and apparatus using geothermal heat in the underground layer or in the vicinity of the formation surface.
近年、大気汚染防止と地球温暖化対策の有効な解決策として再生可能エネルギーが注目され、その中で、地熱の高温エネルギーを有効利用した地熱発電装置が注目されている。 In recent years, renewable energy has attracted attention as an effective solution for air pollution prevention and global warming countermeasures, and among them, a geothermal power generation apparatus that effectively uses geothermal high-temperature energy has attracted attention.
特許文献1には、高圧給水ポンプで加圧水注入管を介して地中深層部の地熱帯に処理水を圧送して熱水を発生させ、該熱水を蒸気発生器に供給することで蒸気を生成し、該蒸気でタービンを駆動することで発電を行うようにした地熱発電装置が提案されている。 In
特許文献2には、圧縮器により圧縮空気を生成し、該圧縮空気を地中深層部の地熱により加熱される加熱装置と接触させて加熱圧縮空気を生成してタービンを介して発電機を駆動することにより発電を行うようにした地熱発電装置が提案されている。 In
特許文献3には、圧縮器により二酸化炭素(CO2)を圧縮して、高圧CO2作動流体を地中深層部の地熱帯に設けたリサーバに供給して加熱し、高温高圧CO2作動流体を地上に取り出して膨張機を駆動することにより発電機を回転させるようにした地熱発電装置が提案されている。 In
ところで、これら特許文献1〜3で開示された地熱発電装置では、十分な地熱エネルギーを得るためには、必然的に環境破壊が生ずるだけでなく、景観が損なわれていた。しかも、地中深層部に対して数千メータの深度まで掘削しなければならず、工事期間が長くなるだけでなく、莫大な工事費用と設備費用がかかっていた。さらに、特許文献1〜3のように加圧水、圧縮空気又は二酸化炭素等を利用するシステムでは、地熱帯に含まれるシリカや腐食性ガスが熱水、加熱圧縮空気又は高温炭酸ガスに混入してタービンや膨張機の損傷原因となり、保守メンテナンスの頻度が増えて発電コストが上昇する原因となっていた。また、タービンを膨張機として利用した場合は、タービンとタービンハウジングとの間及びタービンブレード間に大きな隙間が存在していて未利用動力ガスがタービンブレードの隙間から逃げて遺棄される結果、発電効率を向上させることができなかった。太陽熱エネルギーにより、砂漠、荒野、南極大陸、北極大陸、草原、山間地帯及び大地等の地層表面や地中残層部には膨大な量の地熱エネルギーが蓄積されている。しかしながら、従来技術では、これら地熱エネルギーを有効活用して発電電力を得ることができなかった。 By the way, in the geothermal power generators disclosed in these
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、砂漠、大地、山間部等の地中残層部や地層表面付近の地熱エネルギーを有効活用して高効率に発電することが可能な地熱発電方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is possible to generate power with high efficiency by effectively utilizing geothermal energy near the underground layer and the surface of the formation such as deserts, the earth, and mountainous areas. An object of the present invention is to provide a simple geothermal power generation method and apparatus.
請求項1に記載された第1発明によれば、地熱発電方法が、密閉動力サイクルとヒートポンプとを熱的に結合し、該ヒートポンプで地熱回収熱交換器を介して地中残層部又は地層表面付近の地熱を利用して液化冷媒から冷媒蒸気を生成し、該冷媒蒸気を冷媒圧縮機により圧縮した後に膨張・蒸発させて冷熱を発生させ、低温低圧作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、該パルス電力により電気式動力ガス発生器を所定温度に加熱し、該高温高圧作動流体を該電気式動力ガス発生器と接触させることにより高温高圧動力ガスを生成し、当該高温高圧動力ガスにより該可動ピストンを作動させて機械エネルギーを発生させ、当該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を発生させ、該機械エネルギーの一部で該ヒートポンプを駆動し、該可動ピストンの膨張ガスを該冷熱により冷却することを特徴とする。 According to 1st invention described in
請求項2に記載された発明によれば、請求項1記載の構成に加えて、好ましくは、該発電電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに充電し、さらに、該高温高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に蓄圧し、当該電気式動力ガス発生器に供給される該高圧作動流体の供給タイミングを制御弁により制御し、該バッファアキュムレータと該制御弁とを該可動ピストンのスタータとして機能させることを特徴とする。 According to the invention described in
請求項3に記載された発明によれば、請求項1又は2記載の構成に加えて、該冷媒と該作動流体が該ヒートポンプと該密閉動力サイクルとにそれぞれ所定圧で封入された二酸化炭素を含み、該冷媒圧縮機と該流体圧縮機がCO2冷媒蒸気と低温低圧CO2作動流体をいずれも超臨界状態で圧縮することを特徴とする。 According to the invention described in
請求項4に記載された第2発明によれば、地熱発電装置が、密閉動力サイクルとヒートポンプとを熱的に結合し、該ヒートポンプで地熱回収熱交換器を介して地中残層部又は地層表面付近の地熱を利用して液化冷媒から冷媒蒸気を生成し、該冷媒蒸気を冷媒圧縮機により圧縮した後に膨張・蒸発させて冷熱を発生させ、低温低圧作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、該パルス電力により電気式動力ガス発生器を所定温度に加熱し、該高温高圧作動流体を該電気式動力ガス発生器と接触させることにより高温高圧動力ガスを生成し、当該高温高圧動力ガスにより該可動ピストンを作動させて機械エネルギーを発生させ、当該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を発生させ、該機械エネルギーの一部で該ヒートポンプを駆動し、該可動ピストンの膨張ガスを該冷熱により冷却することを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, the geothermal power generation apparatus thermally couples the sealed power cycle and the heat pump, and the underground residual layer or the geological layer through the geothermal recovery heat exchanger with the heat pump. Refrigerant vapor is generated from liquefied refrigerant using geothermal heat near the surface, the refrigerant vapor is compressed by a refrigerant compressor, then expanded and evaporated to generate cold heat, and a low-temperature and low-pressure working fluid is compressed by a fluid compressor. A high-temperature and high-pressure working fluid is generated, and pulsed power is generated by supplying the stored power of the power storage unit to the pulse power source. The electric power gas generator is heated to a predetermined temperature by the pulsed power, and the high-temperature and high-pressure working fluid is A high-temperature high-pressure power gas is generated by contact with the electric power gas generator, and the movable piston is operated by the high-temperature high-pressure power gas to generate mechanical energy. The supplied to the generator to generate electric power generated to drive the heat pump in a portion of the mechanical energy, characterized by cooling the inflation gas of the movable piston by the cold heat.
請求項5に記載された発明によれば、請求項4記載の構成に加えて、該冷媒と該作動流体が該ヒートポンプと該密閉動力サイクルとにそれぞれ所定圧で封入された二酸化炭素を含み、該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機がCO2冷媒蒸気と低温低圧CO2作動流体をいずれも超臨界状態で圧縮することを特徴とする。 According to the invention described in claim 5, in addition to the configuration of claim 4, the refrigerant and the working fluid include carbon dioxide sealed in the heat pump and the sealed power cycle at a predetermined pressure, respectively. The refrigerant compressor and the fluid compressor both compress CO2 refrigerant vapor and low-temperature low-pressure CO2 working fluid in a supercritical state.
請求項6に記載された発明によれば、請求項5記載の構成に加えて、該電気式動力ガス発生器が、ケーシングに形成された動力ガス発生室と、該動力ガス発生室に収納された管状通電加熱手段とを備え、該管状通電加熱手段が該パルス電力により通電して作動流体の分解温度以下の温度領域で発熱して当該高温高圧作動流体から当該高温高圧動力ガスを生成することを特徴とする。 According to the invention described in claim 6, in addition to the configuration described in claim 5, the electric power gas generator is housed in the power gas generation chamber formed in the casing and the power gas generation chamber. A tubular energization heating means, and the tubular energization heating means is energized by the pulse power and generates heat in the temperature region below the decomposition temperature of the working fluid to generate the high temperature high pressure working gas from the high temperature high pressure working fluid. It is characterized by.
本発明では、地中深層部の地熱の代わりに地中残層部や地層表面付近の地熱を利用して発電する。ヒートポンプは地熱回収熱交換器を介して地中残層部又は地層表面付近の地熱を利用して液化冷媒から冷媒蒸気を生成する。この時、冷媒の湿り蒸気は地熱を利用して過熱蒸気にされるため、冷媒圧縮機の耐久性が劣化することがない。密閉動力サイクルでは低温低圧作動流体が流体圧縮機により圧縮されて高温高圧作動流体を生成する。該高温高圧作動流体を電気式動力ガス発生器と接触させることにより高温高圧動力ガスを生成し、該高温高圧動力ガスにより可動ピストンを作動させて機械エネルギーを発生させる。この機械エネルギーを発電機に供給して発電を行う。このように、本発明では、これまで未利用のまま遺棄されていた地中又は地層表面付近の地熱エネルギーを有効活用して発電できる。したがって、膨大な費用と長期の工事期間を要する掘削工事も不要となり、公園その他の環境破壊も防止して、クリーンで低コストでの発電が可能となる。 In the present invention, power is generated by using the geothermal heat in the underground layer and the surface of the geological layer instead of the geothermal heat in the deep underground layer. The heat pump generates refrigerant vapor from the liquefied refrigerant using geothermal heat in the underground layer or near the surface of the formation through a geothermal recovery heat exchanger. At this time, since the wet steam of the refrigerant is converted into superheated steam using geothermal heat, the durability of the refrigerant compressor does not deteriorate. In the hermetic power cycle, the low temperature and low pressure working fluid is compressed by a fluid compressor to produce a high temperature and high pressure working fluid. A high-temperature high-pressure power gas is generated by bringing the high-temperature high-pressure working fluid into contact with an electric power gas generator, and a movable piston is operated by the high-temperature high-pressure power gas to generate mechanical energy. This mechanical energy is supplied to a generator to generate electricity. As described above, in the present invention, it is possible to generate power by effectively utilizing the geothermal energy in the underground or in the vicinity of the formation surface that has been abandoned without being used so far. Therefore, excavation work that requires enormous costs and a long construction period is unnecessary, and it is possible to generate power at a clean and low cost by preventing the destruction of the park and other environments.
また、蓄電ユニットには発電機の発電電力の一部を充電するため、小容量の蓄電ユニットを使用することができる。さらに、高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に蓄圧して制御弁により最適な供給タイミングで取り出すため、高圧作動流体の脈動が抑制され、可動ピストンの回転ムラが防止され、発電機の回転ムラを少なくして発電機の出力電圧をより安定化して発電電力の品質を向上させることができる。しかも、バッファアキュムレータと制御弁とが可動ピストンのスタータとして機能するため、簡単で信頼性が高い始動が可能となる。 Further, since a part of the power generated by the generator is charged in the power storage unit, a small capacity power storage unit can be used. Furthermore, since the high pressure working fluid is temporarily accumulated with a buffer accumulator and taken out at the optimal supply timing by the control valve, the pulsation of the high pressure working fluid is suppressed, the rotation unevenness of the movable piston is prevented, and the rotation unevenness of the generator is reduced. By reducing it, the output voltage of the generator can be further stabilized and the quality of the generated power can be improved. In addition, since the buffer accumulator and the control valve function as a starter for the movable piston, a simple and highly reliable start is possible.
以下、図面に基づき、本発明による地熱発電方法を実施するための地熱発電装置の実施例について詳細に説明する。図1に示した実施例において、地熱発電装置は地中残層部の地熱を利用する構造に適用したものとして説明するが、本発明はこの適用例に限定されず、屋内や屋外の地面における地熱やビル等の建築物の外壁等の熱エネルギーに対しても適用可能である。 Hereinafter, an embodiment of a geothermal power generation apparatus for carrying out a geothermal power generation method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment shown in FIG. 1, the geothermal power generation device will be described as applied to a structure that uses the geothermal heat of the underground underground layer portion, but the present invention is not limited to this application example, and is applied to indoor or outdoor ground. The present invention can also be applied to heat energy such as geothermal heat and building outer walls.
図1において、地熱発電装置10は、エネルギー変換装置12を備え、エネルギー変換装置12は密閉動力サイクル15と、地面又は地中残層部の地熱を汲み取って密閉動力サイクル15に熱移送を行うヒートポンプHPとを備える。エネルギー変換装置12は、後述のごとく、ヒートポンプHPから移送された地面又は地中残層部の地熱を利用して機械エネルギーを発生させ、出力軸132を介して該機械エネルギーを発電機16に供給して発電電力を生成する。地中熱は、夏場に32℃、冬場に−0.5℃の気温のときでも、地熱は平均15℃になる。本実施例では、後述の如く、ヒートポンプHPによりこの低温の地熱を汲み取って冷媒の湿り蒸気を過熱蒸気としてヒートポンプHPの運転条件を向上させ、一方、ヒートポンプHPにおける冷媒の熱を密閉動力サイクル15に伝達して密閉動力サイクル15の運転効率を向上させるものである。 In FIG. 1, a geothermal
密閉動力サイクル15は、低温低圧作動流体Wfを圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機(複合型圧縮機)27と、流体圧縮機27から吐出された高温高圧作動流体Wfpを逆止弁29を介して一時的に蓄圧する摺動ピストン及びバネ手段30aを内蔵した蓄圧室30bを有するバッファアキュムレータ30と、バッファアキュムレータ30のアウトレット30cから供給される高温高圧作動流体Wfpの供給タイミング(流通期間)を制御する電磁弁からなる制御弁32と、バッファアキュムレータ30から供給された高温高圧作動流体Wfpを加熱して瞬時に高温高圧動力ガスSCfを発生させる電気式動力ガス発生器42と、高温高圧動力ガスを作動室116内において爆発的に膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストン(ロータリピストン本体)200を備えていて出力軸132を介して該機械エネルギーを取り出すとともにその一部を流体圧縮機27に伝達する回転式流体機械40と、ヒートポンプHPで汲み取った地熱を利用して生成した冷熱により回転式流体機械40の膨張ガスを冷却する冷却器43とを備える。 The
本実施例において、密閉動力サイクル15の作動流体及びヒートポンプHPの冷媒としては、本発明を限定するものではないが、自然界に存在する安全な物質であり、極めて安価に手に入れることができる理由から、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数が1の自然冷媒である二酸化炭素(以下、CO2と略称する)を利用する。説明の便宜上、密閉動力サイクル15の作動流体をCO2作動流体、ヒートポンプHPの冷媒をCO2冷媒と称する。 In the present embodiment, the working fluid of the sealed
バッファアキュムレータ30のバネ手段30aは、蓄圧室30bのCO2作動流体が第1所定圧、例えば、20〜60MPaの圧力範囲に維持されるように選択される。したがって、密閉動力サイクル15において、逆止弁29と制御弁32との間の第一圧力経路における圧力は20〜60MPaに維持され、回転式流体機械40のアウトレット126と圧縮機27のインレット356bとの間の第二圧力経路は第2所定圧、例えば、3MPaに維持されるようにCO2作動流体が密閉動力サイクル15に充填される。ヒートポンプHPにおいて、低圧側経路のCO2冷媒は3MPaとなるように充填される。その目的は、圧縮機27がCO2作動流体及びCO2冷媒を圧縮する際に、容易にCO2作動流体及びCO2冷媒(後述する)が超臨界状態下で圧縮され、圧縮機27の駆動に必要な動力を大幅に低減するからである。しかしながら、第2所定圧は必ずしも3MPaに限定されず、ヒートポンプHPの冷熱により可動ピストンの膨張ガスが容易に液化する圧力に設定される。熱を汲み上げる対象となる地熱の温度を、例えば、10℃に設定したい場合には、液体CO2冷媒は4.49MPaでガス化するので、ヒートポンプHPの低圧側の圧力はこの値に設定される。密閉動力サイクル15の作動中にはバッファアキュムレータ30のバネ手段30aに抗して、蓄圧室30bに高温高圧作動流体が蓄圧される。 The spring means 30a of the
制御弁32は、本願発明者と同一発明者による特願2012−270756号(日本特許第○○○○○○○号)「超臨界エンジン及び超臨界エンジン駆動発電装置並びにこれを具備した次世代移動体」に記載されたものと同一の構造を有するため、詳細な説明を省略する。 The
ヒートポンプHPは、密閉動力サイクル15と熱的に結合するように配置される。ヒートポンプHPは、地中残層部Goに埋められていて地熱を汲み上げて低温低圧CO2液化冷媒から低温低圧蒸気(例えば、10℃;3MPa)Cmvを生成する蒸発器(熱交換器)2と、流体圧縮機27に組み込まれ(内蔵され)ていて低温低圧蒸気Cmvを超臨界点以上の圧力まで圧縮して超臨界流体からなる高温高圧冷媒Cmpを生成する冷媒圧縮機として機能する冷媒圧縮手段P2(図2参照)と、高温高圧冷媒Cmpの熱を低温低圧CO2作動流体Wfoに放熱して低温高圧冷媒Cmoを生成する放熱器として機能する第1熱交換器EV1と、低温高圧冷媒Cmoを減圧して蒸発・膨張させることにより低温低圧冷媒(−10℃;3MPa)CMcを生成する膨張器47と、該冷熱を利用して回転式流体機械40の膨張ガスを冷却しながら低温低圧液化冷媒を生成する冷却器43として機能する第2熱交換器Ev2とを備える。 The heat pump HP is arranged to be thermally coupled to the sealed
ヒートポンプHPの熱交換器2は、地中残層部Goに形成した収納部4に配置されたコイル状の金属性パイプを備える。パイプ熱交換器2に低温低圧液化CO2冷媒が流れると地熱を汲み上げて低温低圧冷媒蒸気Cmvが生成される。低温低圧冷媒蒸気Cmvは圧縮機27のインレット356Bに供給され、圧縮機27の冷媒圧縮手段P2により圧縮されて高温高圧(例えば、110℃、40MPa)となり、超臨界状態の高温高圧CO2冷媒Cmpが生成される。 The
第2熱交換器EV2において膨張ガスを冷却して得た低温低圧CO2作動流体は第1熱交換器EV1を介して高温高圧冷媒Cmpから熱移送をされ、CO2作動流体Wfとして圧縮機27のインレット356Aに循環される。以後、同一のヒートポンプサイクル及び動力サイクルが繰り返し実行される。なお、作動流体として低沸点(沸点15.3℃)のR245faHFC冷媒を使用しても良い。 The low-temperature and low-pressure CO2 working fluid obtained by cooling the expansion gas in the second heat exchanger EV2 is heat-transferred from the high-temperature and high-pressure refrigerant Cmp via the first heat exchanger EV1, and is supplied as the CO2 working fluid Wf to the inlet of the
図2より明らかなように、圧縮機27は、好ましくは、所定圧(例えば、3MPa)のCO2作動流体Wfを臨界圧力(例えば、20〜60MPa)まで圧縮して高圧CO2作動流体(CO2超臨界流体)Wfpを生成する流体圧縮手段P1と、低温低圧CO2冷媒Cmcを臨界圧まで圧縮して高温高圧CO2冷媒(超臨界冷媒)Cmpを生成する冷媒圧縮手段P2とを備えた複合型圧縮機から構成される。 As apparent from FIG. 2, the
図1及び図2に示すように、複合型圧縮機27は、電気式動力ガス発生器42に同心的に連結されたロータハウジング352と、密閉動力サイクル15に接続されて低温低圧CO2作動流体Wfを吸引する第1インレット356Aと、高温高圧CO2作動流体(超臨界流体)Wfpを吐出する第1アウトレット358Aと、低温低圧CO2冷媒Cmvを吸引する第2インレット356Bと、超臨界冷媒Cmpを吐出する第2アウトレット358Bと、インレット356A,356B及びアウトレット358A,358Bが開口するロータ作動室360と、回転式流体機械40の駆動軸132に圧入その他の連結手段で駆動連結されていてロータ作動室360に回転可能に収納された加圧ロータ362とを備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the
加圧ロータ362は、駆動軸132に形成されたメイン潤滑油供給通路132Lから径方向外側に延びる潤滑油通路362aと、潤滑油供給ポート362bと、潤滑油供給ポート362bからローブ364の外周端部に微量の潤滑油を供給可能な多孔質プラグ362cとを備える。メイン潤滑油供給通路132Lは、本願発明者と同一発明者による日本特許5103570号「回転式流体機械」に記載された潤滑油ポンプ等により潤滑油が供給される。 The pressurizing
複合型圧縮機27は、さらに、ロータ作動室360の内周面上を回転移動しながらインレット356A,356BからCO2作動流体Wf及び冷媒Cmをそれぞれ吸引すると共にこれら流体を超臨界圧まで圧縮しながらアウトレット358A,358Bから吐出する複数のローブ364と、ローブ364の径方向内側領域において周方向後縁部に形成された曲面摺動凹部366と、インレット356に隣接して加圧ロータ362に対して移動可能な可動弁368と、可動弁368と曲面摺動凹部366との間に形成された加圧チャンバ370とを備える。 The
可動弁368は、ロータハウジング352内に形成されたバルブ膨張室372に収納されて、ピボット軸374を介して回動するバルブエレメント376を備える。バルブエレメント376の先端部にはローブ364と曲面摺動凹部366とに接触しながら摺動する曲面シール部376aと連通開口部376bとを備える。ロータハウジング352に形成されたバネ収納部378には押圧バネ380がバルブエレメント376を加圧ロータ362側に押圧している。 The
回転式流体機械40の起動時に駆動軸132が、図2において、例えば、時計方向に回転駆動されると、複合型圧縮機27において、加圧チャンバ370にはインレット356A,356BからそれぞれCO2作動流体Wfと冷媒Cmが吸引され、それぞれ超臨界作動流体及び超臨界CO2冷媒としてアウトレット358A,358Bから吐出される。このように、圧縮機27の加圧ロータ362は流体圧縮手段P1と、冷媒圧縮手段P2の共通部品として機能する。 When the rotary
なお、複合型圧縮機27は本願発明者と同一発明者による特願2012−218058号「ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した機械装置」に記載されたロータリポンプと同一の構造を有するため、さらなる詳細な説明を省略する。 The
図3に示すように、電気式動力ガス発生器42は、回転式流体機械40に対してこれと同心的に連結された円筒状リアクタケーシング1100を備える。円筒状リアクタケーシング1100には、円筒状リアクタケーシング1100の内側とケーシング1100の中央内周部1114の径方向外側に形成されたセラミック等の絶縁耐熱層1116と、絶縁耐熱層1116の内側に形成されている動力ガス発生室1118が形成されている。円筒状リアクタケーシング1100の中央内周部1114は回転式流体機械40の出力軸132を通過可能にするための直径を有する内周壁部1114を備える。電気式動力ガス発生器42の吸入ポート1102は、径方向壁部1120に延びていて電磁弁32が装着されるとともに、径方向壁部1120には周方向に延びる複数の開口部1122を有する。動力ガス発生室1118のコーナー部1118a、1118bには対抗電極1124,1126がそれぞれ配置される。一対の電極1124,1126はパルス電源28に接続される。ケーシング1100には温度センサS2が装着され、温度信号Tがコントローラ60(図1参照)に供給され、パルス電力のパルス幅の制御用に利用される。 As shown in FIG. 3, the electric
動力ガス発生室1118には、対抗電極1124,1126の間に介在していて多数の管状通電加熱セグメント1134が充填される。パルス電力が供給されると、多数の管状通電加熱セグメント1134は通電発熱して作動流体の超臨界点以上の温度に昇温する。この温度は、パルス電源28によってパルス電力のデューティサイクルが所定値となるように制御されることによって調整される。これら管状通電加熱セグメント1134の隙間はアーク放電領域1136としても作用させることもできるが、超臨界領域が維持できれば、必ずしも、アーク放電を発生させる必要性はない。アーク放電を発生させる場合、管状通電加熱セグメント1134としては、例えば、外径6〜30mmの銅タングステンパイプを所定長さ(例えば、外形の0.5倍〜1.5倍の長さ)にカットした通電加熱パイプが挙げられる。図1において、管状通電加熱セグメント1134は動力ガス発生室1118において整列状態で配置されたものとして図示されているが、実際の適用例においては、所定圧力で圧接されて電気式接続関係に維持されていればランダム状態に配置されても良い。動力ガス発生室1118においてアーク放電を発生させない場合は、管状通電加熱セグメント1134として多数の所定長さにカットしたステンレスパイプやその他の高融点金属パイプを使用しても構わない。CO2超臨界流体は、管状通電加熱セグメント1134の隙間及び管状通電加熱セグメント1134の穴部を通過する。このとき、これら管状通電加熱セグメント1134の各部と衝突しながら加熱されて瞬時に高温高圧CO2超臨界流体からなる高温高圧動力ガスが生成される。したがって、CO2作動流体が利用された場合は、電気式動力ガス発生器42は瞬間超臨界流体発生器として機能する。 The power
導電性高融点加熱手段としてはその他の材料から構成しても良い。例えば、銅タングステンボール、カーボンボール、作動流体を通過させるための溝を配置したバルク状導電性金属体、バルク状導電性カーボン、多孔性高融点金属体や高融点ハニカム金属体等を利用しても良い。動力ガス発生室1118に隣接してフイルタ部1106が配置され、フイルタ部1106には耐熱性の金属ワイヤー等から形成されたフイルタ1110が充填される。電磁弁32が所定周期で開弁されると、フイルタ1110を通過した超臨界流体Scfはフィルター1142で濾過された後、アウトレット1140から回転式流体機械40のインレット124に供給される。 The conductive high melting point heating means may be composed of other materials. For example, using a copper tungsten ball, a carbon ball, a bulk conductive metal body in which a groove for allowing a working fluid to pass, a bulk conductive carbon, a porous refractory metal body, a refractory honeycomb metal body, etc. are used. Also good. A
回転式流体機械40としては、好ましくは、本願発明者と同一発明者による日本特許第5103570号(発明の名称:回転式流体機械)、特願2012−195513号(発明の名称:回転式流体機械)、及び日本特許第5218929号(発明の名称:ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した機械装置)に開示された回転式流体機械と同一構造のものやその他の公知の回転式流体機械でもよい。 The rotary
図1に戻って、エネルギー変換装置12において、発電機16は出力軸132に連結されて駆動されることにより発電電力を生成する。エネルギー変換装置12は、パルス電源28に蓄電電力を供給するための蓄電ユニット(蓄電システム)20を備える。発電電力の一部は変圧器22で所定電圧(例えば、12ボルト又は24ボルト)に降圧され、開閉器24を介して交直変換器26に送られて直流に変換された後、蓄電用電力として蓄電ユニット20に充電される。 Returning to FIG. 1, in the
発電機16のパワーラインPLにはパルストランス28及びカレントトランス50が接続されていて、電圧信号Vs及び電流信号Csがコントローラに出力される。パワーラインPLにはさらに電力計52、遮断器54及び系統連係装置56を介して商用電源(図示せず)に系統連係される。 A
蓄電ユニット20にはそれぞれ電圧及び電流を検出するための電圧センサ及び電流センサが接続される。これら電圧センサ及び電流センサの電圧検出値Vi及び電流検出値Iiはコントローラ60に出力され、コントローラ60はこれら入力信号に応答して残蓄電容量(SOC値:State of charge)を演算し、そのSOC値に基づいて遮断器24への指令信号を出力する。また、コントローラ60は、電圧信号Vs及び電流信号Isに基づいて遮断器54への出力信号を出力し、系統連係装置56の商用電源への系統連係タイミングを制御する。 The
コントローラ60は、例えば、所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、例えばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)を用いて構成される。コントローラ60は各種制御対象の制御パラメータを入力するための入力装置(図示せず)や装置始動用スイッチ等が接続されている。 The
蓄電ユニット20としては、望ましくは、パルス充放電サイクル用途に対応可能な市販のウルトラキャパシタモジュール(米国”Maxwell Technologies“社製)が挙げられる。その他の蓄電ユニットとしては、例えば、急速充放電型蓄電池(古河電池社製:商標名「ウルトラバッテリ」)、大容量電気二重層コンデンサからなるスーパーキャパシタ(トーキン製)、ナトリウムイオン電池、リチウムイオン電池やNi−MH電池(ニッケルー水素電池)やこれら電池と大容量電気二重層コンデンサを組み合わせたものから構成しても良い。 As the
蓄電ユニット20から供給された蓄電電力をパルス電源28に供給することで、パルス電源28は所定周期(例えば、50〜2000ヘルツ)のパルス電力を生成する。パルス電力において、パルス電圧は、好ましくは、12〜24ボルトの間で設定される。多数の管状通電加熱セグメント1134の間でアーク放電を発生させたい場合には、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電力が電気式動力ガス発生器42に供給されるように回路設計しても良い。この時、エネルギー変換装置12の容量に応じて、パルス電力は、好ましくは、ピーク電流通電期間内において流れる50〜200アンペアのピーク電流と、ピーク電流の約十分の一の電流値を有し、オフピーク電流通電期間内において流れるベース電流とを有するように構成しても良い。電気式動力ガス発生器42において、多数の管状通電加熱セグメント1134にパルス電力が供給されると、二酸化炭素の臨界温度374℃以上の温度、例えば、250〜1000℃の温度に昇温する。この温度は、運転条件に合わせてパルス電力の電圧やデューティ比を制御することにより自由に選択することができる。高温高圧作動流体が管状通電加熱セグメント1134の外表面に順次接触することで、高温高圧動力ガスは超臨界状態下で加熱されて高温の超臨界流体Scfとなる。 By supplying the stored power supplied from the
パルス電源28は、好ましくは、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電力を発生させるものであれば、直流パルス電源又は交流パルス電源のいずれでも良い。直流パルス電源としては、例えば、日本国特許第2587343号に開示されたようなパルスアーク溶接用電源装置に使用されるような回路構成が挙げられる。 The
図1において、バッファアキュムレータの圧力センサS1からの圧力信号PS、電気式動力ガス発生器42の温度センサS2からの温度信号T(図3参照)と、エネルギー変換装置12の出力軸132の回転数センサS3からの回転数信号SPがコントローラ60に送信される。入力装置(図示せず)からはカレンダー信号や、温度や圧力等のパラメータ設定信号が基準信号としてコントローラ60に入力される。コントローラ60には、蓄電ユニット20の電圧信号Viと電流信号Iiとが送信され、コントローラ60はこれら入力信号に応答して蓄電ユニット20の蓄電状態(State of Charge)を判別して開閉器24の接続状態を制御する。さらに、コントローラ60は、センサS1〜S3からの入力信号PS,T,SPに応答して電磁弁32を制御する。このとき、コントローラ60は、回転式流体機械40において膨張行程の全期間中に電磁弁32を開弁状態に維持するように制御する。したがって、回転式流体機械40のロータリピストン本体200には膨張行程の全期間中に高温高圧動力ガスが連続的に作用する。 In FIG. 1, the pressure signal PS from the pressure sensor S1 of the buffer accumulator, the temperature signal T (see FIG. 3) from the temperature sensor S2 of the electric
次に、本発明による地熱発電方法について地熱発電装置10の作動に関連して説明する。 Next, the geothermal power generation method according to the present invention will be described in relation to the operation of the geothermal
地熱発電装置10の作動において、始動用スイッチ(図示せず)が投入されると、コントローラ60によってパルス電源28が起動され、周期的なパルス電力が電気式動力ガス発生器(瞬間超臨界流体発生器)42に供給される。このとき、電気式動力ガス発生器42の管状通電加熱セグメント1134が通電して、例えば、800℃に達する。すると、電気式動力ガス発生器42の温度信号Tに応答してコントローラ60から電磁弁32に指令信号が出力され、電磁弁32は通電して開弁する。この時、バッファアキュムレータ30に蓄圧されていた高圧(例えば、40MPa)液体CO2Wfpが電気式動力ガス発生器42に高速流で供給される。そのとき、高圧液体CO2Wfpが高温の管状通電加熱セグメント1134の外表面に順次接触して撹拌されながら均一に昇温し、さらに、これら管状通電加熱セグメント1134の隙間や穴部を通過しながらさらに加温されて超臨界流体SCfが高温高圧動力ガスとして生成する。次に、超臨界流体SCfは回転式流体機械40のインレット124から膨張室116に流入して可動ピストン(ロータリピストン本体)200に作用して爆発的に膨張して機械エネルギーに変換されて出力軸132にトルクが発生する。 In the operation of the geothermal
エネルギー変換装置12の始動時及び始動完了後において、出力軸132に発生したトルクで複合型圧縮機27が起動し、複合型圧縮機27内の流体圧縮手段P1と冷媒圧縮手段P2が同時に作動し、密閉動力サイクル15とヒートポンプHPが互いに同期して起動する。この時、ヒートポンプHPにおいて、蒸発器2は地中残層部Goの地熱から冷媒に吸熱して冷媒の湿り蒸気を過熱蒸気Cmvとする。この過熱蒸気Cmvは冷媒圧縮手段P2により圧縮されて超臨界状態の高温高圧CO2冷媒が生成する。該高温高圧CO2冷媒Cmpは、熱交換器EV1で低温低圧作動流体に熱を移送して低温高圧CO2冷媒を生成する。低温高圧CO2冷媒は膨張器47で減圧されて膨張・蒸発して冷熱(例えば、−10℃:3MPa)Cmcを生成する。冷却器43(熱交換器EV2)はこの冷熱を利用して回転式流体機械40のアウトレット126から出た膨張ガスEgを冷却して液体CO2作動流体Wfoを生成する。液体CO2作動流体Wfoは熱交換器EV1を介してヒートポンプHPから熱を吸収して蒸発して気体状のCO2作動流体Wfを生成する。このとき、密閉動力サイクル15とヒートポンプHPの運転が同期して繰り返し実行され、地熱発電装置10は地熱を利用して効率的に発電することができる。 The
エネルギー変換装置12の運転中において、発電機16の発電電力の一部は変圧器22で降圧した後、開閉器24及び交直変換器26を介して蓄電ユニット20に供給される。コンロローラ60は蓄電ユニット(システム)20の電圧信号Viと電流信号Iiに基づいて蓄電ユニット20のSOCが所定値に達したと判断すると、開閉器24を開放して蓄電用電力の供給を停止する。このように、エネルギー変換装置12の運転中には、発電機16の発電電力の一部が蓄電用電力として蓄電ユニット20に選択的に供給されるため、蓄電ユニット20は大容量にする必要がない。 During operation of the
以上、本発明の実施例による地熱発電装置及び地熱発電方法が記載されたが、本発明はこの実施例に示された構成に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、圧縮機は、複合型圧縮機からなるものとして説明したが、複合型圧縮機をそれぞれの機能に合わせて分離独立させた複数の圧縮機からなるように構成しても良い。また、流体圧縮手段と冷媒圧縮手段は、それぞれ1段で媒体を圧縮するものとして記載されたが、複数段の圧縮工程を実行できるように複数段の圧縮機を備えても良い。さらに、作動流体としてはCO2以外の作動媒体、例えば、アンモニア水やアンモニアと二酸化炭素との混合媒体又はその他の媒体を利用しても良い。 As described above, the geothermal power generation apparatus and the geothermal power generation method according to the embodiment of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the configuration shown in this embodiment, and various modifications can be made. For example, although the compressor has been described as being composed of a composite compressor, the composite compressor may be composed of a plurality of compressors separated and independent in accordance with their respective functions. In addition, although the fluid compression unit and the refrigerant compression unit are described as compressing the medium in one stage, a plurality of stages of compressors may be provided so that a plurality of stages of compression steps can be performed. Further, as the working fluid, a working medium other than
2 地熱回収熱交換器;10 地熱発電装置;12 エネルギー変換装置;14 出力装置;15 密閉動力サイクル;16 発電機;20 蓄電ユニット(蓄電システム);22 変圧器;26 交直変換器;27 圧縮機(複合型圧縮機);28 パルス電源;30 バッファアキュムレータ;32 電磁弁;40 回転式流体機械;42 電気式動力ガス発生器(瞬間超臨界流体発生器);43 冷却器(熱交換器);47 膨張器;52 電力計;56 系統連係装置;60 コントローラ;HP ヒートポンプ;EV1 第1熱交換器;EV2 第2熱交換器2 Geothermal recovery heat exchanger; 10 Geothermal power generation device; 12 Energy conversion device; 14 Output device; 15 Sealed power cycle; 16 Generator; 20 Power storage unit (power storage system); 22 Transformer; 26 AC / DC converter; 27 Compressor (Combined compressor); 28 pulse power supply; 30 buffer accumulator; 32 solenoid valve; 40 rotary fluid machine; 42 electric power gas generator (instant supercritical fluid generator); 43 cooler (heat exchanger); 47 expander; 52 wattmeter; 56 system linkage device; 60 controller; HP heat pump; EV1 first heat exchanger; EV2 second heat exchanger
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013123138A JP2014227995A (en) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | Geothermal power generation method and device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013123138A JP2014227995A (en) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | Geothermal power generation method and device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014227995A true JP2014227995A (en) | 2014-12-08 |
Family
ID=52128057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013123138A Pending JP2014227995A (en) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | Geothermal power generation method and device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014227995A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105221363A (en) * | 2015-10-14 | 2016-01-06 | 东北电力大学 | Middle low temperature underground heat and biological fuel gas combined generating system and cost of electricity-generating computational methods |
-
2013
- 2013-05-24 JP JP2013123138A patent/JP2014227995A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105221363A (en) * | 2015-10-14 | 2016-01-06 | 东北电力大学 | Middle low temperature underground heat and biological fuel gas combined generating system and cost of electricity-generating computational methods |
CN105221363B (en) * | 2015-10-14 | 2017-12-19 | 东北电力大学 | Middle low temperature underground heat and biological fuel gas combined generating system and cost of electricity-generating computational methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4617808A (en) | Oil separation system using superheat | |
JP6605348B2 (en) | Compressed air storage generator | |
CN102549239A (en) | Engine waste heat recovery power-generating turbo system and reciprocating engine system provided therewith | |
US10711653B2 (en) | Process and system for extracting useful work or electricity from thermal sources | |
WO2013059497A1 (en) | Cooling devices and methods for use with electric submersible pumps | |
JP2014230477A (en) | Next-generation photovoltaic power generation method and device | |
JP2014227990A (en) | Clean energy generation device, clean energy generation method, and next-generation movable body equipped with clean energy generation device | |
WO2013088160A2 (en) | Heat absorption | |
AU2007255673A1 (en) | Refrigerating apparatus | |
JP2014227995A (en) | Geothermal power generation method and device | |
JP5299656B1 (en) | Thermal energy recovery system, thermal energy recovery method, and next generation solar power generation system using the same | |
KR20100042969A (en) | Generation system | |
JP2014227994A (en) | Heat source water utilizing power generation method and device | |
JP5440966B1 (en) | Building with net zero energy support system | |
JP2015028333A (en) | Net zero energy propulsion method for aircraft and net zero energy aircraft | |
JP2007023885A (en) | Stirling engine using liquefied substance for working gas | |
US20150139822A1 (en) | Cooling Devices And Methods For Use With Electric Submersible Pumps | |
JP5397719B1 (en) | Clean energy generator and moving body with clean energy generator | |
JP5413531B1 (en) | Next-generation solar power generation apparatus and next-generation natural energy power generation method | |
JP2015017598A (en) | Next-generation method and apparatus for photovoltaic power generation | |
JP2015017600A (en) | Net null energy ship | |
JP5403383B1 (en) | Clean energy generating device, clean energy generating method, and moving body equipped with clean energy generating device | |
JP2015017599A (en) | Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system | |
JP2006010301A (en) | Cold generating system, and cold generating method | |
JP5382562B1 (en) | Net Zero Energy Next Generation Ship |