JP2016164396A - 媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】施工作業が容易となるよう軽量化し、また圧力損出をできる限り少なくしながら媒体を移送することができる媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法を提供すること。
【解決手段】媒体移送管は、外側に地熱帯へ媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に地熱帯の熱によって熱せられた媒体を取り出す媒体取出管とを備え、媒体移送管は、媒体取出管２１の外周に媒体の流れる方向を制御する整流部を設け、整流部は、環状に形成された胴体部に媒体の流れる方向を制御する複数の板状の整流片４１を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、地熱帯を熱源として熱交換を行う地熱交換器に使用される媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法に関する。

従来から地熱発電装置では、地熱帯に存在する自然の蒸気を自然の圧力を利用して取り出し、気水分離して使用する方法であるため、取り出された蒸気には地熱帯特有の硫黄やその他の不純物が多量に含まれている。この不純物はスケールとなって、熱井戸や配管類、あるいはタービンの羽根等に付着する。スケールが付着すると、経年的に発電出力が減少し、長期間の使用が困難となる。このスケールによる問題を解決するために、地上から水を送り、加熱させて取り出す方式を採用した技術が提案されている。

その一例として特許文献１の地熱発電装置は、高圧給水ポンプによって加圧された処理水が供給される加圧水注入管と、加圧水注入管中を地熱帯まで下降する処理水に対して、地熱帯から熱が供給されて生成される熱水が上昇する熱水取出管とを有し、熱水取出管から取出された熱水が蒸気発生器に送られて生成される蒸気によって発電がなされる技術が提案されている。

この技術は、加圧水注入管に対して、高圧給水ポンプによって加圧された処理水が供給され、この処理水が加圧水注入管中を下降して地熱帯に達することにより、地熱帯から処理水に熱が供給されて熱水が生成され、この熱水が熱水取出管中を上昇して取出されて発電に使用されるため、発電に使用される蒸気に不純物が含まれておらず、地熱帯に存在する自然の蒸気を直接使用する場合のように、タービンや配管等にスケールが付着しないため、スケールを除去する必要がなく、メンテナンスが容易であり、発電装置を長時間稼働させることが可能となる。

また、特許文献２は、特許文献１の技術を利用し、高圧給水ポンプによって加圧された処理水が供給される加圧水注入管と、加圧水注入管中を地熱帯まで下降する処理水に対して、地熱帯から熱が供給されて生成される熱水が蒸気を含まない状態で上昇する熱水取出管とを有し、熱水取出管から取出された熱水が蒸気発生器に送られて、蒸気発生器内のみで蒸気として取り出し、その加圧水注入管が熱水取出管の外周側に配置されており、熱水は加圧水注水管の下部を通って熱水取出管に移る構造を有した地熱発電装置が提案されている。

更に、特許文献３は、地中熱交換促進用の螺旋流路を構成し、浅部恒温層や滞水層等の低温地中層では、媒体を螺旋流下させ地中への放熱冷却による凝縮液化を促進させ、さらに深部高温層や地熱層などの高温地中層では、地中からの吸熱加熱による昇温予熱を促進させることで、二重管坑底部での媒体昇温を容易にさせる螺旋流路構成型の同軸二重管熱交換器が提案されている。

これら技術は、地中深部にある熱源から得られる熱エネルギーを単相流の媒体によって熱交換し、熱源の熱を媒体、例えば水によって移送する装置である。そのため、加圧した単相流の熱水を蒸気発生器まで移送する際に、圧力損出をできる限りなくすことで、加圧水を移送するポンプの出力を低減することができ、ポンプのエネルギー消費を押さえる技術が望まれていた。

また、特許文献3の技術のように、流路を閉塞しながら長い経路に亘って螺旋形状に流路を形成することで、装置全体が重くなってしまうという問題があり、２重管のうち内管を設置する際に、内管を吊り下げながら管を繋いで深部まで延長して設置しなければならなく、管を吊り下げるのにかなりの重量がかかってくる。そのため、装置全体を軽量化するめの装置を軽量化し設置作業を容易にしたいという要望があった。また、取り出す管の軸上に沿って螺旋構造を形成することは、螺旋形状の製造が大変煩雑であると共に製造コストがかかってしまうという問題があった。

特開２０１１−０５２６２１号公報 特開２０１３−１６４０６２号公報 特開２０１４−２０２１４９号公報

本発明は、このような課題を鑑みされたものであり、製造コストを安価にし、また施工作業が容易となるように軽量化し、また圧力損出をできる限り少なくしながら媒体を移送することができる媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、前記媒体移送管は、外側に地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体取出管の外周に前記媒体の流れる方向を制御する整流部を設け、前記整流部は、環状に形成された胴体部に前記媒体の流れる方向を制御する複数の板状の整流片を設けたことを特徴とする。

このように構成することによって、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。更に、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、流路の一部に板状の整流片を複数設置することで軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。また製造作業や設置作業が簡単であり、製造コストが安価となる。

前記整流部は、前記媒体取出管の中心軸との垂線に対して４５度から７５度の間の傾斜を形成した前記整流片を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。更に、整流片の傾斜に沿って螺旋状に媒体を流入させることが可能である。

前記整流部は、前記媒体取出管の中心軸との垂線に対して６０度の傾斜を形成した前記整流片を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。更に、整流片の傾斜に沿って螺旋状に媒体を流入させることが可能である。

環状のリング部を上下に配置し、そのリング部同士の間は空間を設け、前記リング部同士を前記整流片で接続固定した前記胴体部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、軽量化が可能であると同時に前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。

前記媒体取出管の外周に沿って棒を螺旋状に巻き付け形成した前記整流部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、軽量化が可能であると同時に前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、整流部の傾斜に沿って螺旋状に媒体を流入させることが可能である。

前記媒体取出管の外径よりも大きな内径を設け、上方から前記媒体注入管に挿入可能に形成した前記胴体部を設けたことを特徴とする。
このように構成することによって、上方から媒体取出管に整流部を挿入するため施工が容易である。

前記媒体取出管同士を繋ぐ接続管を設け、前記胴体部は、前記接続管の外径よりも小さく形成した前記内径を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、固定具等を必要とせずに上方から媒体取出管に整流部を挿入固定するため施工が容易である。

前記胴体部は、前記媒体取出管同士を接続する螺合溝を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、固定具等を必要とせずに上方から媒体取出管に整流部を固定するため施工が容易である。また、軽量化が図られる。

地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体取出管の外周に棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする。

このように構成することによって、前記媒体取出管の外周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。更に、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。

地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、
前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体注入管の内周に溝を螺旋状に形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えた整流部を備えたことを特徴とする。

このように構成することによって、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。更に、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。

前記媒体注入管の外周に沿って棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、上記の効果に加え流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。

前記溝と前記棒とは対面して螺旋状を形成することを特徴とする。このように構成することによって、更に前記媒体注入管の内周や前記媒体取出管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。更に、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。

地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体注入管の内周に棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする媒体移送管。

このように構成することによって、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。更に、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。

前記棒は、先端に接続された環状の接続環が前記媒体注入管同士の接続部に固定されることを特徴とする。このように構成することによって、環状の接続リングが強固に固定されると共に、中に前記媒体取出管が容易に挿入可能となる。

図１は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の構成を示す概要図である。 図２は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。 図３は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の軸上の断面図である。 図４は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１を接続する接続管１２の斜視図である。 図５は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１の図２に示すＡ−Ａ部分で切断した断面の一部分を示す拡大断面図である。 図６は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。 図７は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。 図８は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の平面の中心を垂直に切断した断面図である。 図９は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の整流部４０の斜視図である。 図１０は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の媒体取出管１２１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。 図１１は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の軸上の断面図である。 図１２は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の媒体取出管１２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。 図１３は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の整流部５０の斜視図である。 図１４は、第３実施形態にかかる本発明の媒体移送管２１０の整流部２５０の斜視図である。 図１５は、第３実施形態にかかる本発明の媒体移送管２１０の整流部２５０の一部分の拡大図である。 図１６は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の軸上の断面図である。 図１７は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体注入管３１１を斜め上方から見た斜視図である。 図１８は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体取出管３２１の斜視図である。 図１９は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体注入管３１１を垂直方向に切断し、媒体取出管３２１を表した斜視図である。 図２０は、第５実施形態にかかる本発明の媒体移送管４１０の媒体注入管４１１を垂直方向に切断し、接続環４４６を表した斜視図である。 図２１は、第５実施形態にかかる本発明の整流部４４０を表した斜視図である。 図２２は、第２実施形態にかかる本発明の図１２の整流部５０の整流片５１のＺ−Ｚ断面図である。

本発明にかかる媒体移送管１０及び地熱発電装置１の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。

（第１実施形態）
第１実施形態にかかる媒体移送管１０及び地熱発電装置１が図１乃至図９に示されている。図１は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の構成を示す概要図である。図２は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。図３は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の軸上の断面図である。図４は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１を接続する接続管１２の斜視図である。図５は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１の図２に示すＡ−Ａ部分で切断した断面の一部分を示す拡大断面図である。図６は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の接続管３０を中心に拡大した斜視図である。図７は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。図８は、第１実施形態にかかる本発明の媒体取出管２１の平面の中心を垂直に切断した際の断面図である。図９は、第１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の整流部４０の斜視図である。

図１を参照して第１実施形態にかかる地熱発電装置１を説明すると、地熱発電装置１は、貯留タンクとしての循環サービスタンク５、媒体移送管１０、蒸気発生器６０、フラッシャー（気水分離器）７０、蒸気タービン８０、復水器９０、加圧給水ポンプ６、低圧循環ポンプ７で構成されている。

地熱発電装置１は、蒸気タービン８０に蒸気を供給することで、発電モータ８１を回転させて発電を行い、送電設備８２に電気を供給し送電網を介して電力会社等に電気を供給するものである。蒸気タービン８０は、タービン形式だけでなくスクリュー形式のもの等であってもよく、蒸気によって発電可能なものであればよい。
蒸気タービン８０に供給される蒸気は、熱水を減圧沸騰させて蒸気発生器６０で生成される。生成した蒸気は、熱水と共に汽水分離器７０に送られる。汽水分離器７０は、熱水と、発生した蒸気を分離させて、蒸気を蒸気タービン８０に供給する。

熱水は、すべて蒸気とされることがないため、汽水分離器７０からの還元水は、循環サービスタンク５に貯められる。また、復水器９０は、蒸気タービン８０で使用された蒸気を冷却水９１で再び水へ凝縮させる装置である。凝縮された温水は、低圧循環ポンプ７で循環サービスタンク５へ移送される。

循環サービスタンク５は、汽水分離器７０からの還元水と復水器９０から低圧循環ポンプ７で移送された温水を貯めている。貯められた温水は、再度地熱帯Ｓのある深部で熱水として熱交換されるように後述する媒体移送管１０へ加圧給水ポンプ６で移送される。

次に、図１乃至図９を参照して媒体移送管１０を説明する。地表Ｆから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｓまで媒体移送管１０が埋設されている。媒体移送管１０は、外側に円筒状の媒体注入管１１が埋設され、その媒体注入管１１の周囲は地表Ｆから地熱帯付近までは地熱セメントによって固められている。媒体注入管１１の内側には地熱帯Ｓで熱せられた水を移送する円筒状の媒体取出管２１が設けられている。

図２乃至図５を参照して媒体注入管１１を説明する。媒体注入管１１は、スチールやステンレス等の素材で形成されている。温度の高い地熱帯Ｓの領域では、媒体注入管１１は、外周に地熱帯Ｓの熱が伝わりやすいように、断面が円形の円柱状のフィン１３が溶接されており、図５に示すようにフィン１３の端部と中間に数カ所溶接した溶接塊１５が設けられている。その他の箇所は、耐腐食性や伝熱性を向上させるために溶射加工によってアルミ又はアルミと鉛を混合した材料で被膜層１６が設けられている。被膜層１６は、フィン１３の近傍の被膜層１６Ａと媒体注入管１１の被膜層１６Ｂとでは、被膜の厚みが異なり、伝熱性を高めるため被膜層１６Ｂは薄くされており、被膜層１６Ａは強度と表面積を向上させるため厚く形成されている。被膜層１６Ｂは、約０．１ｍｍとし、被膜層１６Ａは、約０．５ｍｍとしている。

フィン１３は、断面形状を円形で説明したが、三角形状、四角形状、多角形、楕円形状等であってもよく、表面積が増加する形状であれば良い。媒体注入管１１は、地表Ｆに近い温度の低い領域では、循環サービスタンク５から加圧されて注入される温水の熱が奪われないように断熱材や空気層を設けた断熱構造がとられている。

図２乃至図４を参照して接続管１２を説明する。接続管１２は、媒体注入管１１同士を接続するための管であり、媒体注入管１１の両端に設けられた図示しないネジ溝と螺合するように内側に螺合溝１４が形成されている。媒体注入管１１は、約１０ｍの長さで形成されており、約１０ｍ間隔で接続管１２を使用して連結されている。

次に、媒体取出管２１及び整流部４０を、図３及び図６乃至図９を参照して説明する。媒体取出管２１は、媒体注入管１１の内側であって同軸上に円筒状に形成されている。媒体取出管２１は、図８に示すように断面が外側部２４と中側部との間に空気層２３を形成する２重構造となっている。この２重構造により、断熱効果だけでなく、体積が増し密度を小さくし水に近づけることで、設置する際に媒体としての水を媒体注入管１１に注入した後、この２重構造を取った媒体取出管２１を水の中に沈めていくことで浮力が発生し、媒体取出管２１を吊る装置への荷重を軽減することが可能となる。

また、図８に示すように媒体注入管１１と同様に、接続管３０は媒体取出管２１同士を接続するための管であり、媒体取出管２１の両端に設けられたネジ溝２５と螺合するように内側に螺合溝３１が形成されている。媒体取出管２１は、約１０ｍの長さで形成されており、約１０ｍ間隔で接続管３０を使用して連結されている。

整流部４０は、図３、図６、図７及び図９に示すように、媒体取出管２１の同軸上に胴体部としての円形の環状のリング部４２を上下に設けている。リング部４２の間は、空間となっており、リング部４２は、整流片４１の上端を上方のリング部４２と溶接し、整流片４１の下端を下方のリング部４２と溶接することで固定されている。リング部４２は、内径が媒体取出管２１よりも大きく、接続管３０の外径よりも小さく形成されている。

リング部４２は、このような内径の寸法とすることで、媒体取出管２１の上方から挿入可能であり接続部３０の上端で止まる構造となる。このような構造とすることで、整流部４０は、媒体取出管２１の上方から挿入して落下させるのみの動作で、接続管３０が接続部３０に留まり施工が容易となる。整流部４０は、約１０ｍの間隔で接続管３０の上方に位置している。リング部４２は、平面からみて円形に形成したが、特に限定することなく四角形、三角形、多角形又は楕円形等であっても良い。

整流片４１は、ステンレス等の金属製の平板を、側端を媒体取出管２１の外周及び媒体注入管１１の内周に沿って切り出し、上下端は、リング部４２との上端と水平になるように切り出して形成されている。整流片４１は、平面から見てリング部４２の中心軸Ｙを中心として、略９０度の角度毎に配列し媒体注入管１１に向って４枚設けられている。

また、図７に示すように、整流片４１が傾斜して溶接されている角度αは、媒体取出管２１又はリング部４２の中心軸Ｙの垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。
この整流片４１は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を矢印に（逆時計回りに）沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。また、整流片４１は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数の整流片４１により防いでいる。更に、整流片４１は、媒体取出管２１の軸中心を偏らせない機能として振れ止めとなる機能を備えている。以下の実施例においても整流片４１は同様な作用効果を奏している。

整流部４０は、媒体取出管２１の外周に沿って断面円形の線状の棒が螺旋状に旋回された螺旋棒４３が設けられている。図７に示すように、螺旋棒４３が旋回されている螺旋の角度αは、媒体取出管２１又はリング部４２の中心軸Ｙの垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。螺旋棒４３を支持するために、媒体取出管２１の外周に沿って断面円形の線状の支持棒４４が、リング部４２から斜めに直線状に延設されており、螺旋棒４３は、支持棒４４と１カ所で溶接されている。螺旋棒４３は、螺旋の状態で媒体取出管２１の全長の約１／２の全長５ｍで形成されている。

また、螺旋棒４３又は支持棒４４は、リング部４２又は整流片４１の外周と溶接され整流部４０として一体構造となっている。螺旋棒４３は、媒体取出管２１の外周を螺旋状に旋回されているため、加圧された温水を矢印に（逆時計回りに）沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。また、螺旋棒４３は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。更に、重量を軽量化しながらも媒体の流下させる方向を制御することができる。螺旋棒４３又は支持棒４４は、断面形状を円形で説明したが、三角形状、四角形状、多角形又は楕円形状等であってもよく、内部は軽量化できるように空洞であってもよく媒体の流下させる方向を制御できる形状であれば良い。また、螺旋棒４３は、コイルスプリングを延ばして形成することも可能であり簡単に製造が可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態にかかる媒体移送管１０が図１０乃至図１３及び図２２に示されている。図１０は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の媒体取出管１２１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。図１１は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の軸上の断面図である。図１２は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の媒体取出管１２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。図１３は、第２実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の整流部５０の斜視図である。図２２は、第２実施形態にかかる本発明の図１２の整流部５０の整流片５１のＺ−Ｚ断面図である。
第１実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１実施形態と同様な個所の説明は省略する。

また、図１０に示すように媒体注入管１１と同様に、接続管１３０は媒体取出管１２１同士を接続するための管である。接続管１３０は、媒体取出管１２１の両端に設けられた図示しないネジ溝２５と螺合するように内側に図示しない螺合溝３１が形成されている。媒体取出管１２１は、約１０ｍの長さで形成されており、約１０ｍ間隔で接続管１３０を使用して連結されている。

整流部５０は、図１０乃至図１３に示すように、媒体取出管１２１と同軸上に胴体部として環状のリング部５２を設けている。リング部５２は、リング部５２の外周に沿って整流片５１の側面を溶接して固定されている。リング部５２は、内径が媒体取出管１２１よりも大きく、また接続管１３０の外径よりも小さく形成されている。リング部５２は、このような内径の寸法とすることで、媒体取出管１２１の上方から挿入可能であり接続部１３０の上端で止まる構造となる。このような構造とすることで、整流部５０は、媒体取出管１２１の上方から挿入して落下させることにより接続管１３０で留まり施工が容易となる。整流部５０は、約１０ｍ間隔で接続管１３０の上方に位置している。

整流片５１は、ステンレス等の金属製の平板を、上下端は、側端をリング部５２の外周及び媒体注入管１１の内周に沿って切り出し、上下端は、リング部５２の上端と水平になるように切り出して形成されている。整流片５１は、平面から見てリング部５２の中心軸Ｙを中心として、略６０度の角度毎に配列し媒体注入管１１に向って６枚設けられている。整流部５０は、平面から見ると整流片５１が隙間なく流路を閉塞した位置に配置されているので、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防ぎ、より逆流防止効果がある。

また、図１２に示すように、整流片５１が傾斜して溶接されている角度αは、媒体取出管１２１又はリング部５２の中心軸Ｙの垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。この整流片５１は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を矢印に（逆時計回りに）沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。

図２２に示すように、図２２（Ａ）は、整流片５１の別例としての図１２に示す整流片５１のＺ−Ｚの断面図である。整流片５１の整流先端５３は、流下する温水も抵抗を緩和して下流に導くため傾斜が設けられている。この整流先端５３は、渦流や乱流を低減している。
図２２（Ｂ）は、整流片５１の別例としての図１２に示す整流片５１のＺ−Ｚの断面図である。整流片５１の整流先端５４は、流下する温水の抵抗を緩和して下流に導くため飛行機の羽根のように先端が膨らみ下流が絞られている。この整流先端５３は、渦流や乱流を低減している。また直線上に絞られているが、片側に湾曲して飛行機の翼のように構成しても良い。図２２の構造は、以下の実施形態に適用することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態にかかる整流部２５０が図１４及び図１５に示されている。図１４は、第３実施形態にかかる本発明の媒体移送管２１０の整流部２５０の斜視図である。図１５は、第３実施形態にかかる本発明の媒体移送管２１０の整流部２５０の一部分の拡大図であり、図１４に示されるＣの点を拡大した側面図である。
第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１実施形態及び第２実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１実施形態と同様な個所の説明は省略する。

図示しない媒体取出管と同軸上に胴体部として環状の接続管２３０を設けている。接続管２３０は、内周に図示しない媒体取出管のネジ溝２５と螺合する螺合溝２３１が形成されている。接続管２３０は上下に媒体取出管１２１が接続される。また、接続管２３０は、外周に整流片２５１を溶接等によって固定され、取り付けられる角度及び枚数は実施形態２と同様である。
そして、これら整流片２５１は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を整流片２５１に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。また、整流片２５１は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。

図１５に示すように接続管２３０の上方には、所定の角度４５度から６０度の傾斜となった導入部２３３が設けられている。導入部２３３は、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降する際に、整流片２５１に乱流や渦流が形成されないように温水を導入している。このように導入部２３３によって温水を圧力損出が生じず下降させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態にかかる媒体移送管３１０が図１６乃至図１９に示されている。図１６は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の軸上の断面図である。図１７は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体注入管３１１を斜め上方から見た斜視図である。図１８は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体取出管３２１の斜視図である。図１９は、第４実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体注入管３１１を垂直方向に切断し、媒体取出管３２１を表した斜視図である。
第１実施形態乃至第３実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１実施形態乃至第３実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１実施形態と同様な個所の説明は省略する。

媒体移送管３１０は、媒体取出管３２１と媒体注入管３１１とで構成されている。媒体注入管３１１の内周には所定の幅と深さを持った螺旋溝３４５が螺旋状に先端から終端まで設けられている。
この螺旋の角度は第１実施形態と同様に正面から見て、媒体注入管３１１の中心軸との垂線となす角度は、略４５度から７５度が最適で、６０度が最も良い角度である。
螺旋溝３４５の個数や形状は、特に限定されず、軸上の周囲全体に渡って凹凸となるように設けても良い。
そして、これら螺旋溝３４５は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を螺旋溝３４５に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。また、螺旋溝３４５は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。

媒体移送管３１０は、媒体取出管３２１の外周に沿って断面円形の線状の棒を螺旋状に旋回した螺旋棒３４３を先端から終端まで設けている。第１実施形態と同様に螺旋棒３４３が旋回されている螺旋の角度は、媒体取出管３２１の中心軸の垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。
そして、これら螺旋棒３４３は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を螺旋棒３４３に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。

また、螺旋溝３４５と螺旋棒３４３とは、対面して配置され先端から終端まで螺旋状に旋回されている。螺旋溝３４５と螺旋棒３４３とは、各々で効果が認められるが、螺旋溝３４５と螺旋棒３４３とで、更に螺旋状に旋回させながらスムーズに下降させるという効果を奏している。螺旋溝３４５と螺旋棒３４３は、一対で複数設けられているが、特に限定されることなく１組であっても良い。

（第５実施形態）
第５実施形態にかかる媒体移送管４１０が図２０及び図２１に示されている。図２０は、第５実施形態にかかる本発明の媒体移送管４１０の媒体注入管４１１を垂直方向に切断し、接続環４４６を表した斜視図である。図２１は、第５実施形態にかかる本発明の整流部４４０を表した斜視図である。
第１実施形態乃至第４実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１実施形態乃至第４実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１実施形態と同様な個所の説明は省略する。

整流部４４０は、上端に環状の接続リング４４６が設けられており、接続リング４４６の下方には、媒体注入管４１０の内周に沿って断面円形の線状の棒を螺旋状に旋回された螺旋棒４４３が先端から終端まで設けられている。第１実施例と同様に螺旋棒４４３が旋回されている螺旋の角度は、媒体注入管４１０の中心軸の垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。
媒体注入管４１０と同軸上に環状の接続管４１２を設けている。接続管４１２は、内周に媒体注入管４１１のネジ溝４２５と螺合する螺合溝４１４が形成されている。接続管４１２は、上下に媒体注入管４１１を連結している。

接続リング４４６は、媒体注入管４１１同士の隙間に固定されている。このように固定することで強固に固定できると共に、媒体取出管３２１が容易に挿入可能である。また、螺旋棒４４３は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を螺旋棒４４３に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導いている。

（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで達している。
この地中には、媒体移送管１０が埋設されており、媒体移送管１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１は、媒体注入管１１の内側に媒体取出管２１が連結されて媒体注入管１１の底部まで達している。これら媒体移送管１０を地熱帯Ｓから得られる熱を吸収する熱交換器として利用し、媒体を蒸発させて蒸気タービンを介して発電を行っている。以下に発電する方法について詳述する。

循環サービスタンク５の温水は、加圧給水ポンプ６により１．６５Ｍｐａに加圧され媒体移送管１０の媒体注入管１１に流量３５．８ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。例えば、２３０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導性の良い媒体注入管１１から伝わり、最終的に２００℃の熱水となる。そして、媒体取出管２１から取り出された温度は１９０℃の熱水は、加圧給水ポンプ６により媒体取出管２１を介して１．２５Ｍｐａに加圧され蒸気発生器６０に移送される。

蒸気発生器６０は、温度１６２℃の熱水を、圧力０．６５Ｍｐａに減圧膨張させて蒸気流量の２．１４ｔ／ｈの蒸気を発生させる。汽水分離器７０は、蒸気を蒸気タービン８０に送り、蒸気タービン８０の回転により発電される。この蒸気量により発電される発電量は１０２ＫＷの出力が得られる。
また、汽水分離器７０は、蒸気にならずに残った水が温度１５７℃の還元水として、圧力０．５７Ｍｐａで循環サービスタンク５に移送され貯留される。また、蒸気タービン８０からの１０３℃蒸気は、復水器９０で冷却水９１によって再び温度８０℃の温水へ凝縮される。この温水は、低圧循環ポンプ７によって圧力０．４７Ｍｐａで循環サービスタンク５へ移送される。

そして、循環サービスタンク５に貯留された温水は、再び媒体移送管１０に加圧給水ポンプ６で送られる。これらシステムでは水を循環利用し、経路が閉塞型のシステムである。そのため、温泉水を汲み上げることなく発電が行われる環境に良いシステムである。
尚、この深度は地熱帯Ｓの熱源の温度に左右され、特に限定されるものではない。また、発電量も移送する熱水の量を調整することで、１ＭＷ等やそれ以上の出力を得ることも可能である。

（上記実施の形態から考えられるその他の技術的特徴）
尚、媒体取出管３２１の外周に、媒体注入管３１１の螺旋溝３４５と同様な螺旋状の螺旋溝を形成しても良い。その際、螺旋溝同士が対面するように設けると良い。そうすることによって、螺旋に沿って温水が導入されやすくなり加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損出が生じないように最下部まで温水を導くことができる。
尚、ここで媒体とは、熱水、温水、蒸気、不活性ガス又はバイナリー発電で利用される水より沸点が低い媒体（水とアンモニアの混合物等）が考えられる。
尚、本実施例では、整流部の機能として媒体注入管の媒体を流下させる構造で説明したが、整流部は媒体取出管から媒体を取り出す際の上昇流を制御することにも使用することが可能である。特に螺旋棒や螺旋溝を媒体取出管の内周に設けることも考えられる。
整流部は、媒体取出管の近傍に設置することで、圧力損失することなく媒体取出管への導入を容易にする事が可能となる。螺旋回転しながら媒体取出管への導入を補助することができる。

本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

上述した実施の形態で示すように、バイナリー発電や火力発電及び熱交換器等にも利用することができる。

１…地熱発電装置、５…循環サービスタンク、６…加圧給水ポンプ、
７…低圧循環ポンプ、１０・１１０・２１０・３１０・４１０…媒体移送管、
１１・１１１・３１１・４１１…媒体注入管、
１２・３０・１１２・１３０・２３０・４１２…接続管、１３・１１３…フィン、
１４・３１・２３１・４１４…螺合溝、１５…溶接塊、１６Ａ・１６Ｂ…被膜層、
２１・１２１・３２１・４２１…媒体取出管、２５・４２５…ネジ溝、
４０・５０・２５０・４４０…整流部、４１・５１・２５１…整流片、
４２・５２…胴体部としてのリング部、５３・５４…整流先端、
４３・３４３・４４３…整流部としての螺旋棒、４４…支持棒、
６０…蒸気発生器、７０…汽水分離器、８０…蒸気タービン、８１…発電モータ、
８２…送電設備、９０…復水器、９１…冷却水、２３３…導入部、
３４５…整流部としての螺旋溝、４４６…接続リング、
Ｆ…表面、Ｓ…地熱帯、Ｙ…中心軸。

Claims (16)

1. 地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、
   前記媒体移送管は、外側に地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、
   前記媒体移送管は、前記媒体取出管の外周に前記媒体の流れる方向を制御する整流部を設け、
   前記整流部は、環状に形成された胴体部に前記媒体の流れる方向を制御する複数の板状の整流片を設けたことを特徴とする媒体移送管。
2. 前記整流部は、前記媒体取出管の中心軸との垂線に対して４５度から７５度の間の傾斜を形成した前記整流片を備えたことを特徴とする請求項１記載の媒体移送管。
3. 前記整流部は、前記媒体取出管の中心軸との垂線に対して６０度の傾斜を形成した前記整流片を備えたことを特徴とする請求項２記載の媒体移送管。
4. 環状のリング部を上下に配置し、そのリング部同士の間は空間を設け、前記リング部同士を前記整流片で接続固定した前記胴体部を備えたことを特徴とする請求項１記載の媒体移送管。
5. 前記媒体取出管の外周に沿って棒を螺旋状に巻き付け形成した前記整流部を備えたことを特徴とする請求項１記載の媒体移送管。
6. 前記媒体取出管の外径よりも大きな内径を設け、上方から前記媒体注入管に挿入可能に形成した前記胴体部を設けたことを特徴とする請求項１記載の媒体移送管。
7. 前記媒体取出管同士を繋ぐ接続管を設け、前記胴体部は、前記接続管の外径よりも小さく形成した前記内径を備えたことを特徴とする請求項６記載の媒体移送管。
8. 前記胴体部は、前記媒体取出管同士を接続する螺合溝を備えたことを特徴とする請求項１記載の媒体移送管。
9. 地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、
   前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、
   前記媒体移送管は、前記媒体取出管の外周に棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体が流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする媒体移送管。
10. 地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、
    前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、
    前記媒体移送管は、前記媒体注入管の内周に溝を螺旋状に形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする媒体移送管。
11. 前記媒体注入管の外周に沿って棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする請求項１０記載の媒体移送管。
12. 前記溝と前記棒とは対面して螺旋状を形成することを特徴とする請求項１１記載の媒体移送管。
13. 地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、
    前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、
    前記媒体移送管は、前記媒体注入管の内周に棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする媒体移送管。
14. 前記棒は、先端に接続された環状の接続リングが前記媒体注入管同士の接続管に固定されることを特徴とする請求項１３記載の媒体移送管。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の前記媒体移送管を利用して前記媒体を蒸気化して発電することを特徴とする地熱発電装置。
16. 請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の前記媒体移送管を利用して前記媒体を蒸気化して発電することを特徴とする地熱発電方法。

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