JP2021004603A - 地熱発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】地熱帯から得られた熱量を地上で有効に利用して発電効率を高めることができる蒸気発生装置、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】地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（２００）であって、地熱帯により熱を吸収した高温の媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、媒体を熱源として熱交換器にて使用し、媒体よりも沸点の低い作動媒体（Ｍ１乃至Ｍ３）を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置（Ｂ）と、熱交換器で熱交換され冷やされた媒体の水位を系全体で一定に保つ貯留部（４）を備えたことを特徴とする。【選択図】 図１６
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気水分離装置及び、地熱帯を熱源として熱交換を行う地熱交換器を利用して発電を行う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、経年的に発電量が減少し、長期間の使用が困難となる。
特許文献１では、バイナリー発電システムにおいて、熱源流体が地熱流体または地熱との熱交換により 吸熱し、蒸発器で放熱して再び地熱流体または地熱との熱交換のために還流する閉ループ循環流路を構成するとともに、低沸点媒体を冷却する冷却流体についても、地中に放熱冷却を行う閉ループ流路を構成するか、蒸発器を通過した後の熱源流体を駆動熱源とする冷凍機と熱交換器を備え、凝縮器における低沸点媒体の凝縮液化を最適化できるよう、冷却流体の温度を制御して凝縮器への冷却流体供給を行う閉ループ流路を構成する地熱発電システムが提案されている。
上記のように、温泉水を汲み上げて利用する発電方法では、配管設備やタービン等の設備にスケールが付着して経年的には発電量が低下し、又はメンテナンスが必要である。環境面においても温泉水を汲み上げて利用するため、温泉水の吐出量等に影響することも考えられる。また、汲み上げて温泉水を発電に利用した後の水は、還元井から大地に戻すのであるが、スケールを除去するための化学物質等が含まれており環境に与える影響が少なからず発生する。
更に、特許文献１に見られるように地下の熱だけを利用して発電を行う方法は、環境によく温泉水への湯量や化学物質等への懸念も考慮する必要がないため有効である。
更に、特許文献１に見られるように地下の熱だけを利用して発電を行う方法は、環境によく温泉水への湯量や化学物質等への懸念も考慮する必要がないため有効である。
しかしながら、地下で熱せられた熱水は、地熱帯の温度にもよるが必ずしも高温でない場合がある。そのため、高温を必要とする場合には、深度を深く掘削する必要があるがコストが掛かってしまうという問題がある。
そのため、過度の深度を必要とせず地中から得られた蒸気や熱水を有効に利用するために、気水分離器から発生した蒸気を有効に活用し、また熱水からの蒸気量を増大させ、また熱水を有効に気水分離器まで移送するいずれかの課題を満たす技術が必要になってきた。
そのため、過度の深度を必要とせず地中から得られた蒸気や熱水を有効に利用するために、気水分離器から発生した蒸気を有効に活用し、また熱水からの蒸気量を増大させ、また熱水を有効に気水分離器まで移送するいずれかの課題を満たす技術が必要になってきた。
本発明は、このような課題を鑑みされたものであり、地熱帯から得られた熱量を地上において有効に利用し、発電効率を高めることができる気水分離装置、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熱源として発電する地熱発電装置であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、前記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た媒体移送管と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置と、
前記熱交換器で熱交換され冷やされた前記媒体の水位を系全体で一定に保つ貯留部を備えたことを特徴とする。
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、前記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た媒体移送管と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置と、
前記熱交換器で熱交換され冷やされた前記媒体の水位を系全体で一定に保つ貯留部を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、全系の圧力を一定に保つための要素として、貯留部を有効に活用することで、加圧給水ポンプの負荷の低減や水位を一定に保つことができる。
本発明にかかる地熱発電装置１、１００、２００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実施形態にかかる地熱発電装置１を、図１乃至図１４を参照して説明する。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地熱発電装置１の地上接続部３０を現した斜視図である。図３は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の気水分離器Ｆを切断し、内部を現した斜視図である。図４は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の気水分離器Ｆを切断し、内部を現した側面図による気水を分離する様子を現した説明図である。図５は、第１実施形態にかかる本発明の気水分離器Ｆに内蔵される分離装置６０の斜視図である。図６は、第１実施形態にかかる本発明の気水分離器Ｆに内蔵されるノズル５１に装着した状態を示す分離装置６０の斜視図である。図７は、第１実施形態にかかる本発明の気水分離器Ｆに内蔵されるノズル５１に装着した分離装置６０の隠線を現した斜視図である。図８は、第１実施形態にかかる本発明の分離装置６０による気水を分離する様子を現した説明図である。図９は、第１実施形態にかかる本発明の分離装置６０の変形例を斜視図により示し、気水を分離する様子を現した説明図である。図１０は、第１実施形態にかかる本発明の温水サービスタンク４内の気水の流れを現した説明図である。図１１は、第１実施形態にかかる本発明の温水サービスタンク４の変形例における温水サービスタンク４ａ内の気水の流れを現した説明図である。図１２は、第１実施形態にかかる本発明の温水サービスタンク４の変形例における温水サービスタンク４ｂ内の気水の流れを現した説明図である。図１３は、第１実施形態にかかる本発明の水の状態変化の概要図である。図１４は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の媒体移送管１０の深度と熱水の温度分布の関係を示す関係図である。
第１実施形態にかかる地熱発電装置１を、図１乃至図１４を参照して説明する。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地熱発電装置１の地上接続部３０を現した斜視図である。図３は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の気水分離器Ｆを切断し、内部を現した斜視図である。図４は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の気水分離器Ｆを切断し、内部を現した側面図による気水を分離する様子を現した説明図である。図５は、第１実施形態にかかる本発明の気水分離器Ｆに内蔵される分離装置６０の斜視図である。図６は、第１実施形態にかかる本発明の気水分離器Ｆに内蔵されるノズル５１に装着した状態を示す分離装置６０の斜視図である。図７は、第１実施形態にかかる本発明の気水分離器Ｆに内蔵されるノズル５１に装着した分離装置６０の隠線を現した斜視図である。図８は、第１実施形態にかかる本発明の分離装置６０による気水を分離する様子を現した説明図である。図９は、第１実施形態にかかる本発明の分離装置６０の変形例を斜視図により示し、気水を分離する様子を現した説明図である。図１０は、第１実施形態にかかる本発明の温水サービスタンク４内の気水の流れを現した説明図である。図１１は、第１実施形態にかかる本発明の温水サービスタンク４の変形例における温水サービスタンク４ａ内の気水の流れを現した説明図である。図１２は、第１実施形態にかかる本発明の温水サービスタンク４の変形例における温水サービスタンク４ｂ内の気水の流れを現した説明図である。図１３は、第１実施形態にかかる本発明の水の状態変化の概要図である。図１４は、第１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１の媒体移送管１０の深度と熱水の温度分布の関係を示す関係図である。
地熱発電装置１は、主に加圧給水ポンプ３、媒体移送管１０、温水サービスタンク４、復水ユニット１７、給水ユニット１８、気水分離器Ｆ、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ及び受電設備ＴＦとで構成されている。
地熱発電装置１は、蒸気タービンＴに蒸気Ｖ１を供給することで、発電機Ｇを回転させて発電を行い、受電設備ＴＦ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している。
蒸気タービンＴ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Ｔに供給される蒸気Ｖ１は、熱水Ｌ３を減圧沸騰させて気水分離器Ｆにて生成される。
地熱発電装置１は、蒸気タービンＴに蒸気Ｖ１を供給することで、発電機Ｇを回転させて発電を行い、受電設備ＴＦ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している。
蒸気タービンＴ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Ｔに供給される蒸気Ｖ１は、熱水Ｌ３を減圧沸騰させて気水分離器Ｆにて生成される。
気水分離器Ｆに供給される熱水Ｌ３の全量は、蒸気Ｖ１とされることがないため、気水分離器Ｆから多量の熱水Ｌ４いわゆるドレンが温水サービスタンク４に送られる。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気Ｖ３は、復水ユニット１７に送られ、復水ユニット１７に送られた蒸気Ｖ４は、復水器６に接続される冷却塔１５に送られる。送られた蒸気Ｖ４は、凝縮され水に戻され復水器６を経由し、復水タンク１４に一旦蓄えられてから復水ポンプ５によって温水サービスタンク４に送られる。
温水サービスタンク４の温水Ｌ８は、加圧給水ポンプ３で温水Ｌ１として媒体移送管１０へ移送される。加圧給水ポンプ３で移送される温水Ｌ１は、再度地熱帯Ｕのある深部で地中熱から熱を吸収し熱交換される。熱交換した熱水Ｌ２は、後述する媒体移送管１０により加圧給水ポンプ３で移送される。
（媒体移送管）
次に、媒体移送管１０を説明する。地表Ｓから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｕ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Ｓから地熱帯Ｕに至る領域の前まで、すなわち発電に必要な温度よりも低い温度の地中の領域は、地熱セメント等により固められており、崩落の危険がないように施されている。媒体移送管１０は、媒体移送管１０の媒体注入管１１の最深部に位置する地熱帯Ｕの流体又は岩盤からの熱を吸収する。媒体移送管１０の長さは、地熱帯Ｕの温度により全長が変化し、２００℃前後を熱として吸収できる地熱帯まで伸びている。
次に、媒体移送管１０を説明する。地表Ｓから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｕ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Ｓから地熱帯Ｕに至る領域の前まで、すなわち発電に必要な温度よりも低い温度の地中の領域は、地熱セメント等により固められており、崩落の危険がないように施されている。媒体移送管１０は、媒体移送管１０の媒体注入管１１の最深部に位置する地熱帯Ｕの流体又は岩盤からの熱を吸収する。媒体移送管１０の長さは、地熱帯Ｕの温度により全長が変化し、２００℃前後を熱として吸収できる地熱帯まで伸びている。
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Ｕの領域において、媒体注入管１１は、外周の表面積を多くし、地熱帯Ｕの熱を伝わりやくするために、断面が円形の円柱状のフィンが溶接されている。媒体注入管１１は、地表Ｓに近い温度の低い領域では、温水サービスタンク４から加圧されて注入される温水Ｌ１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。
媒体移送管１０は、媒体注入管１１の内側に、地熱帯Ｕで熱せられた水を移送する円筒状の媒体取出管１２を設けている。媒体取出管１２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１２は、管の内側を熱水Ｌ３が通過可能な円筒状とし、その外側は垂直方向に沿って真空断熱構造又は断熱材を付設した構造としている。
地熱帯Ｕで熱せられた熱水L３は、気水分離器Ｆで減圧沸騰し蒸気が生成される。ここで、気水分離器Ｆは、蒸気を発生させる際のノズルは、自吸により微小気泡となるマイクロバブルやナノバブルを生成することができるノズルを使用しても良い。この構成により蒸気発生効率を向上させることができるので、水を移送する速度を落としても充分な蒸気量を確保できるため、地熱帯Ｕの熱吸収領域での水の滞在時間を多くとることができ、水が熱を吸収する時間が取れ高温の熱水とすることができる。
本実施例では地熱帯Ｕで熱交換する媒体として水を使用しているが、媒体としては、油、ガス（不活性ガス（窒素、二酸化炭素等））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。また、媒体として水又は不活性ガスを使用した場合において、媒体移送管１０の破損等があり外部に流出したとしても、水又は不活性ガスであれば環境に害を与えることはなく、作業面においても安全に扱うことが可能である。
（地上接続部）
次に、媒体移送管１０に接続され、地上側に突出した地上接続部３０について図２を参照し説明する。
地上接続部３０は、地下に埋設される媒体移送管１０と地上側の気水分離器Ｆ及び加圧給水ポンプ３の設備とを接続する部分である。地上接続部３０の上部に設けられている断熱された上部接続管３５は、熱水Ｌ３を気水分離器Ｆまで移送するための接続部分である。上部接続管３５は、フランジ３６、３７を介して媒体取出管１２と連通している。
また、フランジ３６、３７を貫通したエアー配管３４は、媒体注入管１１内の空気を抜くために、図示しない弁が設けられている。エアー配管３４の弁を操作し、空気を抜く作業は、媒体注入管１１の上部にたまった空気により、加圧給水ポンプ３がエアー噛みを起こし、加圧給水ポンプ３が温水Ｌ１を送ることができなくなることを防いでいる。
次に、媒体移送管１０に接続され、地上側に突出した地上接続部３０について図２を参照し説明する。
地上接続部３０は、地下に埋設される媒体移送管１０と地上側の気水分離器Ｆ及び加圧給水ポンプ３の設備とを接続する部分である。地上接続部３０の上部に設けられている断熱された上部接続管３５は、熱水Ｌ３を気水分離器Ｆまで移送するための接続部分である。上部接続管３５は、フランジ３６、３７を介して媒体取出管１２と連通している。
また、フランジ３６、３７を貫通したエアー配管３４は、媒体注入管１１内の空気を抜くために、図示しない弁が設けられている。エアー配管３４の弁を操作し、空気を抜く作業は、媒体注入管１１の上部にたまった空気により、加圧給水ポンプ３がエアー噛みを起こし、加圧給水ポンプ３が温水Ｌ１を送ることができなくなることを防いでいる。
媒体注入管１１は、中間配管部３３に加圧給水ポンプ３と接続される注入配管部４１及びドレンを排出するためのドレン排出管４２・４３を備えている。ドレン排出管４２・４３は、緊急時や媒体取出管１２の交換時等にいて、中間配管部３３にある水を抜くための配管であり、通常運転時は図示しないバルブが閉じた状態である。
地上接続部３０は、地下に埋設される媒体移送管１０と地上側の気水分離器Ｆ及び加圧給水ポンプ３とを接続する部分である。地上接続部３０は、下端の地下接続管３２の内部にある媒体注入管１１と接続されコンクリート３１で固められている。コンクリート３１は、媒体注入管１１の外側から地下水が吹き上げてくるのを防止すると共に媒体移送管１０を支えるための強度を保持している。
（気水分離器）
次に、図３乃至図８を参照し、上部接続管３０からの熱水Ｌ３を減圧沸騰させ、蒸気を生成する気水分離器Ｆについて説明する。気水分離器Ｆは、円筒状の圧力容器となっており中間からやや下方の位置に、円形状の配管であるノズル５１が設けられている。ノズル５１は、先端から熱水Ｌ３を噴出し、容器内にて減圧沸騰させ蒸気を発生させている。また、気水分離器Ｆの内外のいずれかに圧力（蒸気発生量）を調整する図示しないコントロール弁が設けられている。
ノズル５１は、先端の内部に三点の支持軸６５により固定される分離装置６０を設けている。また、分離装置６０の下方は、板状の受け板５４を設け、その受け板５４の一部を切り欠き排出口５５を設けている。受け板５４は、排出口５５に向かって緩やかに傾斜して設けられており熱水Ｌ３を誘導している。
受け板５４の下方には、蒸気とならなかった所謂ドレンを温水サービスタンク４に移送する温水サービスタンク配管５２が設けられている。
次に、図３乃至図８を参照し、上部接続管３０からの熱水Ｌ３を減圧沸騰させ、蒸気を生成する気水分離器Ｆについて説明する。気水分離器Ｆは、円筒状の圧力容器となっており中間からやや下方の位置に、円形状の配管であるノズル５１が設けられている。ノズル５１は、先端から熱水Ｌ３を噴出し、容器内にて減圧沸騰させ蒸気を発生させている。また、気水分離器Ｆの内外のいずれかに圧力（蒸気発生量）を調整する図示しないコントロール弁が設けられている。
ノズル５１は、先端の内部に三点の支持軸６５により固定される分離装置６０を設けている。また、分離装置６０の下方は、板状の受け板５４を設け、その受け板５４の一部を切り欠き排出口５５を設けている。受け板５４は、排出口５５に向かって緩やかに傾斜して設けられており熱水Ｌ３を誘導している。
受け板５４の下方には、蒸気とならなかった所謂ドレンを温水サービスタンク４に移送する温水サービスタンク配管５２が設けられている。
分離装置６０は、蒸気量を増大させるために設けられており、特にノズル５１からの蒸気量が充分確保できる場合には分離装置６０を付けなくとも良いが、蒸気量を増大させる方法として最も良い。
分離装置６０は、ノズル５１から吹き出し方向に向かって円錐状に広がったホーン部６１が形成されている。また、ホーン部６１の円周上に沿って連続した誘導片６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄが円周方向に対して均等に４つ設けられている。誘導片６２は、図８に示すように側面から見て約３０度から６０度程度の傾斜を伴った一定の長さの片が連続してホーン部６１の円周を囲んでいる。誘導片６２は、主に熱水Ｌ３を誘導片６２に沿って螺旋状に旋回させている。
分離装置６０は、ノズル５１から吹き出し方向に向かって円錐状に広がったホーン部６１が形成されている。また、ホーン部６１の円周上に沿って連続した誘導片６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄが円周方向に対して均等に４つ設けられている。誘導片６２は、図８に示すように側面から見て約３０度から６０度程度の傾斜を伴った一定の長さの片が連続してホーン部６１の円周を囲んでいる。誘導片６２は、主に熱水Ｌ３を誘導片６２に沿って螺旋状に旋回させている。
ホーン部６１の先端６６は、通し孔となる複数の蒸気取入孔６８を設けている。この蒸気取入孔６８は、熱水Ｌ３を僅かしか通さないので、熱水Ｌ３はホーン部６１の内部に僅かしか侵入することなくホーン部６１の外周を通過する。
分離装置６０のホーン状に広がった径は、ノズル５１の外形の１．５倍から３倍程度が適しており、分離装置６０の全長は気水分離器Ｆの内径に合わせて設けても良い。
分離装置６０のホーン状に広がった径は、ノズル５１の外形の１．５倍から３倍程度が適しており、分離装置６０の全長は気水分離器Ｆの内径に合わせて設けても良い。
また、誘導片６２と誘導片６２との間のホーン部６１は、通し孔となる誘導孔６３が、誘導片６２に沿って複数個設けられている。誘導孔６３は、蒸気Ｖ１を分離装置６０の外から内部に誘導する孔である。そのため、誘導孔６３を設けることで、密度の小さい蒸気Ｖ１は誘導孔６３を通り抜けるが、密度の大きな熱水Ｌ３は通り抜けることが困難となり、誘導片６２に誘導されて放射状に散る。たとえ熱水Ｌ３が誘導孔６３を通り抜けたとしても、流速は落とされ液滴状になることが期待され、さらに蒸気化する可能性がある。
次に、図４及び図８を使用して気水が分離する作用を説明する。ノズル５１から気水分離器Ｆの内部に噴出した熱水Ｌ３は、減圧沸騰され蒸気Ｖ１が発生する。噴出した熱水Ｌ３は、上記した誘導片６２に沿って螺旋状に旋回しながら周囲に飛散する。また、蒸気Ｖ１も熱水Ｌ３と同様に旋回するが、一部は上記した誘導孔６３からホーン部６１に内部に誘導され、前方に吹きだされる。吹き出された蒸気Ｖ１及び旋回した蒸気Ｖ１は密度が小さいため上方の蒸気取出管５３に移送する。
しかし、蒸気Ｖ１とならなかった熱水Ｌ３は、重力により受け板５４に落下する。ここで、受け板５４に流れる途中であっても、熱水Ｌ３が蒸気Ｖ１となれば、蒸気Ｖ１は上昇し蒸気取出管５３に移送される。
尚、蒸気とならなかった熱水Ｌ４は、受け板５４の切り欠き口が形成された排出口５５から温水サービスタンク４に移送される。
しかし、蒸気Ｖ１とならなかった熱水Ｌ３は、重力により受け板５４に落下する。ここで、受け板５４に流れる途中であっても、熱水Ｌ３が蒸気Ｖ１となれば、蒸気Ｖ１は上昇し蒸気取出管５３に移送される。
尚、蒸気とならなかった熱水Ｌ４は、受け板５４の切り欠き口が形成された排出口５５から温水サービスタンク４に移送される。
そして、分離装置６０の誘導片６２は、熱水Ｌ３を旋回させることで熱水が分散し、熱水Ｌ３が気水分離器Ｆ内で停留する時間を稼ぐことで、蒸気Ｖ１に変化する時間を充分に得ることが可能である。このようにできる限り熱水Ｌ３が留まりやすい構造とすることにより蒸気量を多く取り出すことができる。
以上のように、本発明の分離装置６０は、所謂フラッシュ率を向上させることで蒸気量を増やし、発電能力を高めるための構造となっている。
以上のように、本発明の分離装置６０は、所謂フラッシュ率を向上させることで蒸気量を増やし、発電能力を高めるための構造となっている。
〈汽水分離器Ｆにおける分離装置の変形例１〉
次に、別例となる気水分離器Ｆａを、図９に沿って説明する。尚、上記した構造又は機能と同じ箇所には同じ符号が付してあり説明を省略し、異なる部分を説明する。
上記と主に異なる部分は、分離装置６０の噴き出し方向が上方に向かっている点と、天板８６が設けられている点である。
次に、別例となる気水分離器Ｆａを、図９に沿って説明する。尚、上記した構造又は機能と同じ箇所には同じ符号が付してあり説明を省略し、異なる部分を説明する。
上記と主に異なる部分は、分離装置６０の噴き出し方向が上方に向かっている点と、天板８６が設けられている点である。
分離装置６０自体は、上述した構造と同じであるが、上方に向けることによって蒸気Ｖ１の吸い込み量を増加させ、蒸気の全体の容量を増加させている。
また、気水分離器Ｆａの上方に設けた天板８６は、気水分離器Ｆａの天井に支持棒８３により吊り下げて設けられている。
天板８６は、分離装置６０の上方の位置し、蒸気取出管５３を覆うように上方の全領域に亘った円錐状のステンレス材等により形成されている。天板８６の至る所にパチングによって開けられた通し孔となる蒸気通過孔８７が複数設けられ、熱水Ｌ３が接する接触面積を多くしている。
また、気水分離器Ｆａの上方に設けた天板８６は、気水分離器Ｆａの天井に支持棒８３により吊り下げて設けられている。
天板８６は、分離装置６０の上方の位置し、蒸気取出管５３を覆うように上方の全領域に亘った円錐状のステンレス材等により形成されている。天板８６の至る所にパチングによって開けられた通し孔となる蒸気通過孔８７が複数設けられ、熱水Ｌ３が接する接触面積を多くしている。
分離装置６０自体は、上述と同じ作用効果を奏する。天板８６は、接触面積を多くすることによって、分離装置６０から噴出した熱水Ｌ３は、天板８６に当接すると、蒸気通過孔８７やそれ以外の板金に接し、落下する間に蒸気Ｖ１と変化する時間を稼いでいる。そのため、温水サービスタンク配管５２に熱水Ｌ３が落下するまでの時間を多く稼げるかによって、蒸気量が変わってくる。
分離装置６０及び天板８６は、熱水Ｌ３が滞在する時間を稼ぐことで、蒸気Ｖ１に変化する時間を設けることが可能である。以上の構造によって、できる限り熱水Ｌ３が留まり易い構造であるため蒸気量を多く取り出すことができる。本発明の分離装置６０及び天板８６は、所謂フラッシュ率を向上させることで蒸気量を増やし、発電能力を高めるための構造となっている。
分離装置６０及び天板８６は、熱水Ｌ３が滞在する時間を稼ぐことで、蒸気Ｖ１に変化する時間を設けることが可能である。以上の構造によって、できる限り熱水Ｌ３が留まり易い構造であるため蒸気量を多く取り出すことができる。本発明の分離装置６０及び天板８６は、所謂フラッシュ率を向上させることで蒸気量を増やし、発電能力を高めるための構造となっている。
（温水サービスタンク）
次に、温水サービスタンク４について図１及び図１０乃至図１２を参照して説明する。温水サービスタンク４は、円筒状の圧力容器となっている。温水サービスタンク４に接続される主な配管は、復水ユニット１７から送られる復水Ｌ６を取り入れる配管と、給水ユニットから補給される脱気水Ｌ７を取り入れる配管と、加圧給水ポンプ３に接続され温水サービスタンク４から温水Ｌ８を送るポンプ配管７６と、気水分離器Ｆから送られるドレンＬ４を取り入れるドレン注入管７４及び温水サービスタンク４にてプール沸騰により生成した蒸気Ｖ２を排出する蒸気排出管７５とが設けられている。
次に、温水サービスタンク４について図１及び図１０乃至図１２を参照して説明する。温水サービスタンク４は、円筒状の圧力容器となっている。温水サービスタンク４に接続される主な配管は、復水ユニット１７から送られる復水Ｌ６を取り入れる配管と、給水ユニットから補給される脱気水Ｌ７を取り入れる配管と、加圧給水ポンプ３に接続され温水サービスタンク４から温水Ｌ８を送るポンプ配管７６と、気水分離器Ｆから送られるドレンＬ４を取り入れるドレン注入管７４及び温水サービスタンク４にてプール沸騰により生成した蒸気Ｖ２を排出する蒸気排出管７５とが設けられている。
図１０に示すようにドレン注入管７４と蒸気排出管７５の間に、仕切り板７１が設けられている。ドレン注入管７４に近い仕切り板７１ａは、上端を温水サービスタンク４の上方に固定されており、また蒸気排出管７５に近い仕切り板７１ｂは、下端を温水サービスタンク４の底板に固定されている。また、蒸気排出管７５に近い仕切り板７１であってポンプ配管７６に近い仕切り板７１ｂは、ポンプ配管７６側にも温水Ｌ８を導くために切り欠き溝となる通し溝７３が形成されている。
温水サービスタンク４は、気水分離器Ｆから送られたドレンＬ４が、気液２相流で送られてくる。本発明では、温水サービスタンク４内に仕切り板７１を設け、ドレンＬ４を一
度液体の界面を通過した後の温水Ｌ８を、ポンプ配管７６に導くことで、気泡を含まない温水Ｌ８のみをポンプ配管７６に導くことができる構造となっている。以上のような構造により、気泡をポンプ配管７６に導くことがないため、加圧給水ポンプ３がキャビテーションを起こすことを防いでいる。
度液体の界面を通過した後の温水Ｌ８を、ポンプ配管７６に導くことで、気泡を含まない温水Ｌ８のみをポンプ配管７６に導くことができる構造となっている。以上のような構造により、気泡をポンプ配管７６に導くことがないため、加圧給水ポンプ３がキャビテーションを起こすことを防いでいる。
また、温水サービスタンク４は、高温のドレンＬ４が蒸気となり、温水サービスタンク４内で発生する蒸気Ｖ２を有効に利用できる構造にもなっており、発生した蒸気Ｖ２は、温水サービスタンク４から蒸気バイパスとしての蒸気排出管７５を経由して気水分離器Ｆの蒸気側に再投入される。このように、温水サービスタンク４も、有効に蒸気量を増やし、発電能力を高めるための構造となっている。
〈温水サービスタンクの変形例１〉
次に、別例となる温水サービスタンク４を、図１１に沿って説明する。
尚、上記した構造又は機能と同じ箇所には同じ符号が付してあり説明を省略し、異なる部分を説明する。
上記と主に異なる部分は、ドレン受け板７９が設けられている点である。ドレン受け板７９は、温水サービスタンク４の床板に固定される金属製の支持足８１により平板状の金属製のドレン受け板７９を支持している。ドレン受け板７９は、ドレンＬ４を一旦受け、気泡と液体を分離させるための構造である。
次に、別例となる温水サービスタンク４を、図１１に沿って説明する。
尚、上記した構造又は機能と同じ箇所には同じ符号が付してあり説明を省略し、異なる部分を説明する。
上記と主に異なる部分は、ドレン受け板７９が設けられている点である。ドレン受け板７９は、温水サービスタンク４の床板に固定される金属製の支持足８１により平板状の金属製のドレン受け板７９を支持している。ドレン受け板７９は、ドレンＬ４を一旦受け、気泡と液体を分離させるための構造である。
本発明では、温水サービスタンク４内に設けたドレン受け板７９でドレンＬ４を一旦受け、気泡と液体を分離させることにより、気泡を含まない温水Ｌ８のみをポンプ配管７６に導くことができる構造となっている。以上のような構造により、気泡をポンプ配管７６に導くことがないため、加圧給水ポンプ３がキャビテーションを起こすことを防いでいる。
〈温水サービスタンクの変形例２〉
次に、別例となる温水サービスタンク４を、図１２に沿って説明する。尚、上記した構造又は機能と同じ箇所には同じ符号が付してあり説明を省略し、異なる部分を説明する。
上記と主に異なる部分は、ドレン受け板７７が設けられている点である。ドレン受け板７７は、温水サービスタンク４の天井に固定される金属製の支持足７８により平板状の金属製のドレン受け板７９を支持している。ドレン受け板７７は、ドレンＬ４を一旦受け、気泡と液体を分離させるための構造である。
次に、別例となる温水サービスタンク４を、図１２に沿って説明する。尚、上記した構造又は機能と同じ箇所には同じ符号が付してあり説明を省略し、異なる部分を説明する。
上記と主に異なる部分は、ドレン受け板７７が設けられている点である。ドレン受け板７７は、温水サービスタンク４の天井に固定される金属製の支持足７８により平板状の金属製のドレン受け板７９を支持している。ドレン受け板７７は、ドレンＬ４を一旦受け、気泡と液体を分離させるための構造である。
本発明では、温水サービスタンク４内に設けたドレン受け板７７でドレンＬ４を一旦受け、気泡と液体を分離させることにより、気泡を含まない温水Ｌ８のみをポンプ配管７６に導くことができる構造となっている。以上のような構造により、気泡をポンプ配管７６に導くことがないため、加圧給水ポンプ３がキャビテーションを起こすことを防いでいる。
（給水ユニット）
次に、給水ユニット１８について図１を参照して説明する。給水ユニット１８は、川の水や水道水等の原水１６から工業用の軟水生成装置９を使用して軟水を生成する。そして、生成された軟水は補給水タンク８に貯留される。貯留された軟水は、脱酸装置又は脱酸剤を使用することで溶存酸素を除去している。
次に、給水ユニット１８について図１を参照して説明する。給水ユニット１８は、川の水や水道水等の原水１６から工業用の軟水生成装置９を使用して軟水を生成する。そして、生成された軟水は補給水タンク８に貯留される。貯留された軟水は、脱酸装置又は脱酸剤を使用することで溶存酸素を除去している。
酸素を除去した脱気水Ｌ７は、地熱発電装置１の初期の運転の際に、媒体移送管１０の洗った後、運転用の水に入れ替える際に温泉サービスタンクからの経由を利用して送られる。そして、酸素を除去することにより、媒体移送管１０内の錆止めとスケール発生を抑制することができる。特に媒体移送管１０は全長が長いため加圧給水ポンプ３のスケールの抑制を行えば圧力損失の低減が可能となり、所内電力の省エネルギー化につなげることができる。
また、脱酸剤の代表的な例では、ヒドラジン、タンニン又は植物直物由来の製品等様々にある。また、不活性ガスを利用した脱酸装置もあり、化学反応を起こしにくい不活性ガスが採用されている。不活性ガスの例には、害の少ない窒素やアルゴン等が採用されている。特に本発明のように、熱交換する媒体を高温下で圧力コントロールする必要があるため、作動流体の物性の変化を起こさない脱酸剤や脱酸装置が好ましい。
窒素等はマイクロバブル発生装置を利用して水に溶存し易くした後、その溶水を注入することにより酸素との置換が起こりやすくなる。
窒素等はマイクロバブル発生装置を利用して水に溶存し易くした後、その溶水を注入することにより酸素との置換が起こりやすくなる。
通常運転時には、給水ユニット１８は、脱気水Ｌ７の温度が低いため、温度の高い温水サービスタンク４には直接入れずに復水ユニット１８を経由して不足した水を補給する。また、復水ユニット１８を冷却するにも、原水１６を利用してする冷却することも可能である。
（復水ユニット）
次に、復水ユニット１７について説明する。復水ユニット１７は、タービンＴから排気された蒸気Ｖ３を凝縮させて水に戻す機能を持っており、主に復水器６、復水タンク１４及び冷却塔ＣＴから構成されている。復水器６で受けた蒸気Ｖ３は、冷却塔ＣＴで冷やされ、凝縮し温水Ｌ１０に戻り、復水器６を経由し復水タンク１４に貯留される。貯留された温水Ｌ６は、復水ポンプ５により温水サービスタンク４に送られ、温水サービスタンク４に貯留される。
尚、冷却塔ＣＴによる冷却方法は、空冷式、川の水や海水等を利用した水冷式又は地中にて熱交換を行う地中熱置換式等がある。
次に、復水ユニット１７について説明する。復水ユニット１７は、タービンＴから排気された蒸気Ｖ３を凝縮させて水に戻す機能を持っており、主に復水器６、復水タンク１４及び冷却塔ＣＴから構成されている。復水器６で受けた蒸気Ｖ３は、冷却塔ＣＴで冷やされ、凝縮し温水Ｌ１０に戻り、復水器６を経由し復水タンク１４に貯留される。貯留された温水Ｌ６は、復水ポンプ５により温水サービスタンク４に送られ、温水サービスタンク４に貯留される。
尚、冷却塔ＣＴによる冷却方法は、空冷式、川の水や海水等を利用した水冷式又は地中にて熱交換を行う地中熱置換式等がある。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１及び図１３乃至図１４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２０００ｍ程度までの深さに達している。この深さは深ければ深いほど高い温度が得られると考えられるが、掘削費用との兼ね合いにより決められ、地熱帯Ｕは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｕの最深部付近から得られる温度によって適宜以下の値も変化する。
図１及び図１３乃至図１４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２０００ｍ程度までの深さに達している。この深さは深ければ深いほど高い温度が得られると考えられるが、掘削費用との兼ね合いにより決められ、地熱帯Ｕは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｕの最深部付近から得られる温度によって適宜以下の値も変化する。
先ず、加圧水発電装置１の発電方法について説明すると、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１２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Ｕから得られる熱を吸収する熱交換部として利用されている。この加圧水発電装置Ａは、熱水を蒸発させて蒸気タービンＴを介して発電を行っている。以下に加圧水発電装置Ａによる発電方法について詳述する。
例えば、温水サービスタンク４の温水（Ｌ１）は、加圧給水ポンプ３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１０の媒体注入管１１に流量５５（ｔｏｎ（トン））／ｈ（時間）で送られ、地中深くの地熱帯Ｕまで移送される。２１０℃の地熱帯Ｕまで移送された温水は、地熱帯Ｕからの熱を有効熱伝導率の高い媒体注入管１１から吸収し、最終的に２００℃の熱水（Ｌ２）となる。そして、媒体取出管１２から取り出された熱水（Ｌ３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａで気水分離器Ｆに移送される。
気水分離器Ｆは、温度２００℃の熱水（Ｌ３）を、圧力を解放して約０．６ＭＰａに減圧沸騰させてフラッシュ率約１１％の蒸気を蒸気量６ｔ／ｈの蒸気を発生させる。気水分離器Ｆは、その生成した蒸気（Ｖ１）を蒸気タービンＴに送る。生成した蒸気（Ｖ１）は、温水サービスタンク４で生成された蒸気（Ｖ２）と気水分離器Ｆ内で合流する。合流した蒸気は（Ｖ１＋Ｖ２）は、蒸気タービンＴの回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気（Ｖ１＋Ｖ２）により発電される発電量は、効率を８０％とすると約１１２ｋＷｈの出力が得られる。
また、温水サービスタンク４と配管で接続される気水分離器Ｆは、蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｌ４）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａにより温水サービスタンク４へ流量４９ｔ／ｈで送る。
また、蒸気タービンＴから排気された蒸気（Ｖ３）は、復水器６に送られる。復水器６に送られた蒸気（Ｖ４）は、空冷式や水冷式の冷却塔７に送られ、冷却塔７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１００℃の温水（Ｌ１０）に戻される。戻された温水（Ｌ１０）は、流量６ｔ／ｈで復水タンク１４に貯留される。また、復水タンク１４の温水（Ｌ６）は、復水ポンプ５により温水サービスタンク４に送られる。
そして、温水サービスタンク４の１３０℃前後の温水（Ｌ１）は、再び加圧給水ポンプ３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１０の媒体注入管１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｕまで移送される。
また、蒸気タービンＴから排気された蒸気（Ｖ３）は、復水器６に送られる。復水器６に送られた蒸気（Ｖ４）は、空冷式や水冷式の冷却塔７に送られ、冷却塔７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１００℃の温水（Ｌ１０）に戻される。戻された温水（Ｌ１０）は、流量６ｔ／ｈで復水タンク１４に貯留される。また、復水タンク１４の温水（Ｌ６）は、復水ポンプ５により温水サービスタンク４に送られる。
そして、温水サービスタンク４の１３０℃前後の温水（Ｌ１）は、再び加圧給水ポンプ３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１０の媒体注入管１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｕまで移送される。
図１４は、加圧水発電装置１の媒体移送管１０の深度と熱水の温度分布の関係図２０である。破線は、地中の温度分布２１を示しており、実線は、媒体注入管１１及び媒体取出管１２の熱水Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の温度分布を示している。
一点鎖線を境界とし、上方の断熱領域２２は、媒体注入管１１の有効熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質を採用した断熱効果が優れた配管を使用している。また一点鎖線を境界とし、下方の吸収領域２６は、媒体注入管１１の有効熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質を採用した熱吸収が優れた配管を使用している。
一点鎖線を境界とし、上方の断熱領域２２は、媒体注入管１１の有効熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質を採用した断熱効果が優れた配管を使用している。また一点鎖線を境界とし、下方の吸収領域２６は、媒体注入管１１の有効熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質を採用した熱吸収が優れた配管を使用している。
また、媒体取出管１２は、断熱領域２２及び吸熱領域２６にかかわらず有効熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質を採用した断熱効果が優れた配管を使用している。断熱効果により、媒体注入管１１の途中の温度変化に影響されず、最深部の地熱帯Ｕの熱を吸収した熱水（Ｌ２）を気水分離器Ｆまで移送することができる。
図１３は、水の状態変化の概要図である。図１３には、水が固体・液体・気体と変化する際の温度と圧力が示されている。三重点から臨界点までの実線は蒸発曲線２６を示している。大気圧での沸点は１００℃であって０．１０１ＭＰａを示している。線上のＣ点では２００℃の温度の場合において、圧力が１．５５４ＭＰａの圧力より少ない場合には、水の状態から気体すなわち蒸気へと変化する境界ラインである。
線上のＤ点では２１０℃の温度の場合において、圧力が１．９０７ＭＰａより少ない場合には水の状態から気体すなわち蒸気へと変化する境界ラインとなる。
また、斜線で示す加圧領域２３は、熱水Ｌ３が蒸気とならない圧力の領域を示しており、加圧給水ポンプ３は、圧力損失を考慮して圧力値を設定する。
線上のＤ点では２１０℃の温度の場合において、圧力が１．９０７ＭＰａより少ない場合には水の状態から気体すなわち蒸気へと変化する境界ラインとなる。
また、斜線で示す加圧領域２３は、熱水Ｌ３が蒸気とならない圧力の領域を示しており、加圧給水ポンプ３は、圧力損失を考慮して圧力値を設定する。
温度分布２１は、地熱帯Ｕの深部に近づくにつれて温度が上昇し２２０℃に達している。媒体注入管１１及び媒体取出管１２の有効熱伝導率は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用しているため、媒体注入管１１に導かれる温水（Ｌ１）は、地中の温度分布２１に沿って温度分布２２が上昇する。
ここで、媒体取出管１２の有効熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・Ｋと小さく設定したとしても、媒体取出管１２の出口の熱水Ｌ３の圧力がＣ点より低い場合には、温度分布は、蒸発曲線２６よりも低くなっているため蒸気が発生し、沸点に近づくように温度低下が発生する。
媒体取出管１２内で水から蒸気へと変化すると、所謂気液２ 相流となり、水単相流の場合に比べて熱伝達率が数１０倍になるため、媒体取出管１２あるいは媒体注入管１１を流れる低温下降流Ｌ１に熱が奪われやすくなる。その熱損失を防ぎエネルギーを蓄えたまま移送するためには、熱水を冷め難くする必要がある。
そして、地熱帯Ｕで熱せられた沸点以上の熱水は、冷めないように蒸気を含まない状態で気水分離器Ｆまで運ぶことにより熱損失が少なくなる。熱損失を少なくするには、上述したように図１３の蒸発曲線２６よりも高い圧力を保つ必要がある。
媒体取出管１２内で水から蒸気へと変化すると、所謂気液２ 相流となり、水単相流の場合に比べて熱伝達率が数１０倍になるため、媒体取出管１２あるいは媒体注入管１１を流れる低温下降流Ｌ１に熱が奪われやすくなる。その熱損失を防ぎエネルギーを蓄えたまま移送するためには、熱水を冷め難くする必要がある。
そして、地熱帯Ｕで熱せられた沸点以上の熱水は、冷めないように蒸気を含まない状態で気水分離器Ｆまで運ぶことにより熱損失が少なくなる。熱損失を少なくするには、上述したように図１３の蒸発曲線２６よりも高い圧力を保つ必要がある。
特に、熱交換器となる媒体移送管１０内に温度差が生じ、これに伴って水の密度差に起因する浮力が発生する。加圧給水ポンプ３は、浮力だけの自然循環だけでは必要な流量を移送する圧力は足りず、媒体注入管１１及び媒体取出管１２の圧力損失等を考慮しなければならない。また、加圧給水ポンプ３は、蒸発曲線２６よりも高い圧力を保つために加圧給水ポンプ３によって圧力を高い状態に保ち、媒体移送管１０内で沸騰させない状態を保つことが重要である。地熱帯Ｕで吸収した熱量を保持した熱水Ｌ３の状態、所謂単相流の状態で気水分離器Ｆへ移送することが地下の熱を有効に利用することができる本発明の利点である。
以上のことから、本発明では図１４の網掛けに示すように媒体注入管１１及び媒体取出管１２の断熱領域を、熱伝達係数を０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする材料で形成した。最も良いのは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋから０．００１Ｗ／ｍ・Ｋの断熱性能を有するものがよい。断熱性能を保つことによって、出口での温度低下を防ぎ、結果加圧給水ポンプ３の圧力を高く設定しなくとも良くなるという利点となる。図１４において、破線は、地熱帯Ｕを含んだ地中の温度分布２１を示しており、実線は、熱水の温度分布２５を示している。
また、熱水Ｌ３の出口圧力は、媒体注入管１１及び媒体取出管１２の圧力損失を考慮して、加圧給水ポンプ３によって少なくとも図１３の蒸発曲線２６よりも大きい圧力範囲２３が望ましく、温度が沸点以上である熱水のまま移送できるように蒸気を発生させない圧力とした。
更に、地中の温度分布の高い領域すなわち発電に必要な吸熱領域において媒体注入管１１は、有効熱伝導率の高い５０Ｗ／ｍ・Ｋの材料で形成した。特に高ければ高い有効熱伝導率であればよいが、地中内での圧力や腐食を考慮すると金属製の材料で形成するのが望ましく、有効熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であればよい。
更に、地中の温度分布の高い領域すなわち発電に必要な吸熱領域において媒体注入管１１は、有効熱伝導率の高い５０Ｗ／ｍ・Ｋの材料で形成した。特に高ければ高い有効熱伝導率であればよいが、地中内での圧力や腐食を考慮すると金属製の材料で形成するのが望ましく、有効熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であればよい。
（第２実施形態）
第２実施形態にかかる地熱発電装置１００を、図１５を参照して説明する。図１５は、第２実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１００の構成を示す概要図である。尚、第２実施形態と同じ箇所には同じ符号が付してあり、上述した記載については省略する。
バイナリー発電装置Ｂを、図１５を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｂは、主に加圧水熱交換器１ａと接続される熱交換部１５０と、蒸気タービンＴ２と、発電機Ｇ２、受電設備ＴＦ２、冷却器１５４及び循環ポンプ１５５とで構成されている。
第２実施形態にかかる地熱発電装置１００を、図１５を参照して説明する。図１５は、第２実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１００の構成を示す概要図である。尚、第２実施形態と同じ箇所には同じ符号が付してあり、上述した記載については省略する。
バイナリー発電装置Ｂを、図１５を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｂは、主に加圧水熱交換器１ａと接続される熱交換部１５０と、蒸気タービンＴ２と、発電機Ｇ２、受電設備ＴＦ２、冷却器１５４及び循環ポンプ１５５とで構成されている。
本発明では、加圧水熱交換器１ａに設けられる媒体移送管１０から熱水Ｌ３を得られた地中熱を蒸気とせずに熱水Ｌ３のまま熱交換器１５１を通過する。このように気水分離器Ｆを設けていないため、地中熱を直接利用することで損出少なく地中熱を回収し発電に役立てることができる
この熱交換部１５０の部分で熱せられた作動媒体Ｍ１は、蒸発して蒸気タービンＴ２を回転させ、発電機Ｇ２により発電を行っている。
受電設備ＴＦは、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。ここで作動媒体Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、可燃性や毒性のない不活不活性ガスのＨＦＣ−２４５ｆａ、Ｒ２４５ｆａ等や沸点の低い媒体（水とアンモニアの混合物等、炭化水素（ペンタン））等が使用される。
この熱交換部１５０の部分で熱せられた作動媒体Ｍ１は、蒸発して蒸気タービンＴ２を回転させ、発電機Ｇ２により発電を行っている。
受電設備ＴＦは、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。ここで作動媒体Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、可燃性や毒性のない不活不活性ガスのＨＦＣ−２４５ｆａ、Ｒ２４５ｆａ等や沸点の低い媒体（水とアンモニアの混合物等、炭化水素（ペンタン））等が使用される。
蒸気タービンＴ２は、膨張タービン等が使用されている。蒸気タービンＴ２を通過した作動媒体Ｍ２は、冷却器１５６の冷却水１５７ａ、１５８ａによって冷却される。また、作動媒体Ｍ３を気体から液体等に凝縮させ循環ポンプ１５５によって再度、熱交換器１５２へ送られる。
冷却水１５７ａ、１５８ａを、深度の浅い領域で加圧水熱交換器１ａの媒体移送管１０付近に配管することで、媒体移送管１０の深度の浅い部分で地中を介して熱交換することができる。そのため、媒体移送管１０は冷めることなく、また冷却水１５７ａ、１５８ａを冷やすことができる。このように、同じ系内（地熱発電装置１００）にて熱の有効利用が実現できる。
冷却水１５７ａ、１５８ａを、深度の浅い領域で加圧水熱交換器１ａの媒体移送管１０付近に配管することで、媒体移送管１０の深度の浅い部分で地中を介して熱交換することができる。そのため、媒体移送管１０は冷めることなく、また冷却水１５７ａ、１５８ａを冷やすことができる。このように、同じ系内（地熱発電装置１００）にて熱の有効利用が実現できる。
このような作動媒体（Ｍ１乃至Ｍ３）を利用する事によって、７０℃から９５℃の温水であっても９（ｔｏｎ（トン））／ｈ（時間）から２４ｔ／ｈの流量が有れば発電が可能となる。このシステムにおいては、閉じられた系の中で作動媒体が熱交換を行うシステムとなっている。
また、加圧水熱交換器１ａに設けられるサービスタンク４は、熱交換器１５２で冷やされた熱水が貯留されるが、加圧水熱交換器１ａの全系の圧力を一定に保つための要素として、加圧給水ポンプ３と並び必要となる。特に、メンテナンス等で加圧給水ポンプ３が停止した場合には、全系容量の内、約２ｔ分の水の容量の上げ下げが起こるため、水位を一定に保ち、スムーズに運転を再開するためには、サービスタンク４の圧力を制御して水位を一定に保つことができる。
（第３実施形態）
第３実施形態にかかる地熱発電装置２００を、図１６を参照して説明する。図１６は、第３実施形態にかかる本発明の地熱発電装置２００の構成を示す概要図である。尚、第１実施形態及び第２実施形態と同じ箇所には同じ符号が付してあり、上述した記載については省略する。
バイナリー発電装置Ｂを、図１６を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｂは、主に加圧水発電装置１ｂと接続される熱交換部１５０と、蒸気タービンＴ２と、発電機Ｇ２、受電設備ＴＦ２、冷却器１５４及び循環ポンプ１５５とで構成されている。
第３実施形態にかかる地熱発電装置２００を、図１６を参照して説明する。図１６は、第３実施形態にかかる本発明の地熱発電装置２００の構成を示す概要図である。尚、第１実施形態及び第２実施形態と同じ箇所には同じ符号が付してあり、上述した記載については省略する。
バイナリー発電装置Ｂを、図１６を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｂは、主に加圧水発電装置１ｂと接続される熱交換部１５０と、蒸気タービンＴ２と、発電機Ｇ２、受電設備ＴＦ２、冷却器１５４及び循環ポンプ１５５とで構成されている。
本発明では、加圧水発電装置１ｂに設けられる媒体移送管１０から得られた熱水Ｌ３を気水分離器Ｆにて蒸気を生成し、蒸気とならなかったドレンＬ４を熱交換器１５１に通過させる。
この熱交換部１５０の部分で熱せられた作動媒体Ｍ１は、蒸発して蒸気タービンＴ２を回転させ、その回転により発電機Ｇ２が発電を行う。
受電設備ＴＦは、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。ここで作動媒体Ｍは、可燃性や毒性のない不活不活性ガスのＨＦＣ−２４５ｆａ、Ｒ２４５ｆａ等や沸点の低い媒体（水とアンモニアの混合物等、炭化水素（ペンタン））等が使用される。
この熱交換部１５０の部分で熱せられた作動媒体Ｍ１は、蒸発して蒸気タービンＴ２を回転させ、その回転により発電機Ｇ２が発電を行う。
受電設備ＴＦは、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。ここで作動媒体Ｍは、可燃性や毒性のない不活不活性ガスのＨＦＣ−２４５ｆａ、Ｒ２４５ｆａ等や沸点の低い媒体（水とアンモニアの混合物等、炭化水素（ペンタン））等が使用される。
蒸気タービンＴ２は、膨張タービン等が使用されている。蒸気タービンＴ２を通過した作動媒体Ｍ２は、冷却器１５６の冷却水１５７ａ、１５８ｂによって冷却される。また、作動媒体Ｍ３を気体から液体等に凝縮させ循環ポンプ１５５によって再度、熱交換器１５２へ送られる。
冷却水１５７ｂ、１５８ｂを、加圧水発電装置１ｂの給水ユニット１８に設けられる原水１６に配管し、熱交換することで、原水１６は温められ冷却水１５７ｂ、１５８ｂは冷やされるため地熱発電装置２００の全系において熱の有効な置換が行われる。原水１６は、暖められることで温水サービスタンク４に復水ユニット１７を介さず直接投入することが可能となる。
冷却水１５７ｂ、１５８ｂを、加圧水発電装置１ｂの給水ユニット１８に設けられる原水１６に配管し、熱交換することで、原水１６は温められ冷却水１５７ｂ、１５８ｂは冷やされるため地熱発電装置２００の全系において熱の有効な置換が行われる。原水１６は、暖められることで温水サービスタンク４に復水ユニット１７を介さず直接投入することが可能となる。
このような作動媒体（Ｍ１乃至Ｍ３）を利用する事によって、７０℃から９５℃の温水であっても９（ｔｏｎ（トン））／ｈ（時間）から２４ｔ／ｈの流量が有れば発電が可能となる。このシステムにおいては、媒体が閉じられた系の中で熱交換を行うシステムとなっている。作動媒体（Ｍ１乃至Ｍ３）は、熱交換する温度によって使用できる媒体が決まるため、バイナリー発電装置Ｂによって温度の制限が設けられる場合がある。その場合にも対応できるように加圧水発電装置１ｂは、復水ユニット１７の空冷塔ＣＴを利用した温度調整システム１６１が設けられている。特に、蒸気とならなかったドレンＬ４の温度が高い場合に、バイナリー発電装置Ｂの設定温度に合わせた領域まで温度を下げることが可能である。
（第４実施形態）
第４実施形態にかかる地熱発電装置３００を、図１７を参照して説明する。図１７は、第４実施形態にかかる本発明の地熱発電装置３００の構成を示す概要図である。尚、第１実施形態乃至第３施形態と同じ箇所には同じ符号が付してあり、上述した記載については省略する。
バイナリー発電装置Ｃを、図１７を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｃは、加圧水発電装置１ｂと接続される第１熱交換部１５０ｃ、第２熱交換部１５６ｃ、蒸気タービンＴ２、蒸気タービンＴ３と、発電機Ｇ２、発電機Ｇ３、受電設備ＴＦ２、冷却器１６４ｃ、第１循環ポンプ１５５ｃ及び第２循環ポンプ１６５ｃ、とで構成されている。
第４実施形態にかかる地熱発電装置３００を、図１７を参照して説明する。図１７は、第４実施形態にかかる本発明の地熱発電装置３００の構成を示す概要図である。尚、第１実施形態乃至第３施形態と同じ箇所には同じ符号が付してあり、上述した記載については省略する。
バイナリー発電装置Ｃを、図１７を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｃは、加圧水発電装置１ｂと接続される第１熱交換部１５０ｃ、第２熱交換部１５６ｃ、蒸気タービンＴ２、蒸気タービンＴ３と、発電機Ｇ２、発電機Ｇ３、受電設備ＴＦ２、冷却器１６４ｃ、第１循環ポンプ１５５ｃ及び第２循環ポンプ１６５ｃ、とで構成されている。
本発明では、加圧水発電装置１ｃに設けられる媒体移送管１０から得られた熱水Ｌ３を気水分離器Ｆにて蒸気を生成し、蒸気とならなかったドレンＬ４を第１熱交換器１５１ｃに通過させる。
この第１熱交換部１５０ｃの部分で熱せられた作動媒体Ｍ１は、蒸発して蒸気タービンＴ２を回転させ、発電機Ｇ２により発電を行っている。
この第１熱交換部１５０ｃの部分で熱せられた作動媒体Ｍ１は、蒸発して蒸気タービンＴ２を回転させ、発電機Ｇ２により発電を行っている。
受電設備ＴＦ２は、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。ここで作動媒体Ｍ（Ｍ１乃至Ｍ２３）は、可燃性や毒性のない不活不活性ガスのＨＦＣ−２４５ｆａ、Ｒ２４５ｆａ等や沸点の低い媒体（水とアンモニアの混合物等、炭化水素（ペンタン））等が使用される。また、本実施例では、バイナリー発電装置Ｃに使用される作動媒体（Ｍ１乃至Ｍ３）を高温の沸点領域を持つ作動媒体と、作動媒体（Ｍ１乃至Ｍ３）よりも沸点の低い作動媒体（Ｍ２１乃至Ｍ２３）の２種類の沸点領域を持つ作動媒体を使用することにより多段階における熱利用が可能となり、効率よく発電することができる。
蒸気タービンＴ２及びＴ３は、膨張タービン等が使用されている。蒸気タービンＴ２を通過した作動媒体Ｍ２は、第２熱交換部１５４ｃの第２熱交換器１５３ｃによって熱交換が行われ冷却される。また、作動媒体Ｍ３を気体から液体等に凝縮させ循環ポンプ１５５ｃによって再度、熱交換器１５２ｃへ送られる。
また、第２熱交換部１５４ｃの第２熱交換器１５３ｃによって熱交換が行われた第２熱交換器１５６ｃは、第２熱交換部１６４ｃで熱せられた作動媒体Ｍ２１は、蒸発して蒸気タービンＴ３を回転させ、発電機Ｇ３により発電を行っている。
また、第２熱交換部１５４ｃの第２熱交換器１５３ｃによって熱交換が行われた第２熱交換器１５６ｃは、第２熱交換部１６４ｃで熱せられた作動媒体Ｍ２１は、蒸発して蒸気タービンＴ３を回転させ、発電機Ｇ３により発電を行っている。
蒸気タービンＴ３を通過した作動媒体Ｍ２１は、冷却器１６４ｃの冷却水１５７ｃ、１５８ｃによって冷却される。また、作動媒体Ｍ２３を気体から液体等に凝縮させ循環ポンプ１６５ｃによって再度、第２熱交換部１５４ｃへ送られる。
冷却水１５７ｃ、１５８ｃを、加圧水発電装置１ｃの給水ユニット１８に設けられる原水１６に配管し、熱交換することで、原水１６は温められ冷却水１５７ｃ、１５８ｃは冷やされるため地熱発電装置３００の全系において熱の有効な置換が行われる。原水１６は、暖められることで温水サービスタンク４に復水ユニット１７を介さず直接投入することが可能となる。
冷却水１５７ｃ、１５８ｃを、加圧水発電装置１ｃの給水ユニット１８に設けられる原水１６に配管し、熱交換することで、原水１６は温められ冷却水１５７ｃ、１５８ｃは冷やされるため地熱発電装置３００の全系において熱の有効な置換が行われる。原水１６は、暖められることで温水サービスタンク４に復水ユニット１７を介さず直接投入することが可能となる。
尚、上述した熱交換器や復水器に接続される作動媒体又は水等の媒体を冷却する方法は、これらに限定する必要はなく、ペルチェ素子を利用した熱の交換方法により冷却する方法等の様々な方法が考えられる。
尚、本発明の実施形態全てにおいて、熱水Ｌ又は蒸気Ｖを入排出する圧力容器の前又は後に、熱水Ｌ又は蒸気Ｖの圧力を制御する図示しない制御弁を設け圧力制御を行っている。
尚、本発明の実施形態全てにおいて、熱水Ｌ又は蒸気Ｖを入排出する圧力容器の前又は後に、熱水Ｌ又は蒸気Ｖの圧力を制御する図示しない制御弁を設け圧力制御を行っている。
（上記実施形態から考えられるその他の技術的特徴）
以下に本実施形態の技術的特徴点の一例を括弧内に示すが、特に限定するものでもなく例示しているものであり、これら特徴から考えられる効果についても記載する。
＜第１の特徴点＞
高温及び高圧の媒体（例えば、主に熱水（Ｌ３））を減圧沸騰させることで蒸気を発生させ、前記蒸気及び前記媒体を分離する気水分離装置（例えば、主に気水分離器Ｆ）であって、噴出された前記媒体を受け、噴出方向に向かって徐々に径を広げた円錐状の筐体部（例えば、主にホーン部６１）と、前記筐体部の表面から突出して設け、前記媒体を旋回させる旋回誘導部（例えば、主に誘導片６２）を備えたことを特徴とする。
以下に本実施形態の技術的特徴点の一例を括弧内に示すが、特に限定するものでもなく例示しているものであり、これら特徴から考えられる効果についても記載する。
＜第１の特徴点＞
高温及び高圧の媒体（例えば、主に熱水（Ｌ３））を減圧沸騰させることで蒸気を発生させ、前記蒸気及び前記媒体を分離する気水分離装置（例えば、主に気水分離器Ｆ）であって、噴出された前記媒体を受け、噴出方向に向かって徐々に径を広げた円錐状の筐体部（例えば、主にホーン部６１）と、前記筐体部の表面から突出して設け、前記媒体を旋回させる旋回誘導部（例えば、主に誘導片６２）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、螺旋状に媒体が旋回し、散布されて媒体が落下するため媒体が分散されかつ蒸気化する時間を確保することができ、また媒体を微粒化することも可能であるので、蒸気量を増やすことが可能である。
＜第２の特徴点＞
前記旋回誘導部は、噴出された前記媒体を受ける先端から終端に亘って連続した螺旋状の複数の旋回誘導片（例えば、主に誘導片６２ａ・誘導片６２ｂ・誘導片６２ｃ・誘導片６２ｄ）を備えたことを特徴とする。
前記旋回誘導部は、噴出された前記媒体を受ける先端から終端に亘って連続した螺旋状の複数の旋回誘導片（例えば、主に誘導片６２ａ・誘導片６２ｂ・誘導片６２ｃ・誘導片６２ｄ）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、螺旋状に媒体が旋回し、散布されて媒体が落下するため媒体が分散されかつ蒸気化する時間を確保することができ、また媒体を微粒化することも可能であるので、蒸気量を増やすことが可能である。
＜第３の特徴点＞
前記筐体部は、複数の前記旋回誘導片との間に位置にし、貫通した孔を形成した複数の蒸気を誘導する誘導孔（例えば、主に誘導孔６３）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、誘導孔から蒸気が取り込まれ、蒸気と媒体とを更に分離することができる。
前記筐体部は、複数の前記旋回誘導片との間に位置にし、貫通した孔を形成した複数の蒸気を誘導する誘導孔（例えば、主に誘導孔６３）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、誘導孔から蒸気が取り込まれ、蒸気と媒体とを更に分離することができる。
＜第４の特徴点＞
前記気水分離装置に蒸気を取り出す蒸気取出管（例えば、温水サービスタンク配管５２）を設け、前記蒸気取出管の全面を覆う大きさであって、且つ円錐状に形成した天板（例えば、主に天板８６）を設け、前記天板は貫通した孔を形成した複数の蒸気を誘導する蒸気誘導孔（例えば、主に蒸気通過孔８７）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、媒体が蒸気化する時間を確保する事ができるので、蒸気量を増やすことが可能である。蒸気誘導孔から蒸気が取り込まれ、蒸気と媒体とを更に分離することができる。
前記気水分離装置に蒸気を取り出す蒸気取出管（例えば、温水サービスタンク配管５２）を設け、前記蒸気取出管の全面を覆う大きさであって、且つ円錐状に形成した天板（例えば、主に天板８６）を設け、前記天板は貫通した孔を形成した複数の蒸気を誘導する蒸気誘導孔（例えば、主に蒸気通過孔８７）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、媒体が蒸気化する時間を確保する事ができるので、蒸気量を増やすことが可能である。蒸気誘導孔から蒸気が取り込まれ、蒸気と媒体とを更に分離することができる。
＜第５の特徴点＞
前記気水分離器は、減圧沸騰させると共に微小気泡を含んだ蒸気を発生させる蒸気発生ノズルを備えたことを特徴とする。
以上の特徴によりマイクロバブルやナノバブルを含んだ熱水を前記気水分離器にて蒸気化することにより蒸気量を増大させることが可能となり、発電量の増加に繋げることができる。
前記気水分離器は、減圧沸騰させると共に微小気泡を含んだ蒸気を発生させる蒸気発生ノズルを備えたことを特徴とする。
以上の特徴によりマイクロバブルやナノバブルを含んだ熱水を前記気水分離器にて蒸気化することにより蒸気量を増大させることが可能となり、発電量の増加に繋げることができる。
＜第６の特徴点＞
請求項１乃至請求項５記載の前記気水分離器（例えば、主に気水分離器Ｆ）を使用し、地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００、地熱発電装置２００、地熱発電装置３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、を設け、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある前記気水分離器まで移送し、前記気水分離器にて減圧沸騰させることで蒸気を発生させ、前記蒸気によって発電を行うことを特徴とする。
請求項１乃至請求項５記載の前記気水分離器（例えば、主に気水分離器Ｆ）を使用し、地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００、地熱発電装置２００、地熱発電装置３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、を設け、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある前記気水分離器まで移送し、前記気水分離器にて減圧沸騰させることで蒸気を発生させ、前記蒸気によって発電を行うことを特徴とする。
以上の特徴により、地中から得られた熱を、水を媒体として熱変換するため、スケールによる熱の温度低下や管の詰まり等の機器への影響を考える必要もなく、またスケール除去等による汚染や地中からの有害物質による障害も考えることはない。
また、蒸気中の水滴が高速で回転するタービン動翼あるいは配管内壁に衝突することにより、エロージョンを受け、さらなる効率の低下のみならず機器損傷を引き起こす原因となる。
本発明では、地上の気水分離器（気水分離器）にて蒸気を生成するため、地中で蒸気を生成する場合に比較して熱効率よく地上に熱水を移送した後、減圧沸騰させ蒸気を発生させるため、エロージョンや効率低下という問題を解決することができる。
また、蒸気中の水滴が高速で回転するタービン動翼あるいは配管内壁に衝突することにより、エロージョンを受け、さらなる効率の低下のみならず機器損傷を引き起こす原因となる。
本発明では、地上の気水分離器（気水分離器）にて蒸気を生成するため、地中で蒸気を生成する場合に比較して熱効率よく地上に熱水を移送した後、減圧沸騰させ蒸気を発生させるため、エロージョンや効率低下という問題を解決することができる。
＜第７の特徴点＞
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電方法であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、を設け、
前記地熱発電装置を運転する最初に、前記媒体移送管を洗浄し、前記媒体の中に溶存する酸素を除去する酸素除去手段（例えば主に脱酸装置１９又は脱酸剤）を作用させ、
前記酸素を除去した後、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある気水分離器まで移送し、前記気水分離器にて減圧沸騰させることで蒸気を発生させ、前記蒸気によって発電を行うことを特徴とする。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電方法であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、を設け、
前記地熱発電装置を運転する最初に、前記媒体移送管を洗浄し、前記媒体の中に溶存する酸素を除去する酸素除去手段（例えば主に脱酸装置１９又は脱酸剤）を作用させ、
前記酸素を除去した後、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある気水分離器まで移送し、前記気水分離器にて減圧沸騰させることで蒸気を発生させ、前記蒸気によって発電を行うことを特徴とする。
以上の特徴により、酸素を除去することにより、媒体移送管内の錆止めとスケール発生を抑制することができる。特に媒体移送管は全長が長いため加圧給水ポンプのスケールの抑制を行えば圧力損失の低減が可能となり、所内電力の省エネルギー化につなげることができる。
＜第８の特徴点＞
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００、地熱発電装置２００、地熱発電装置３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある気水分離器まで移送し減圧沸騰させることで蒸気を発生させる前記気水分離器（例えば、主に気水分離器Ｆ）と、
前記気水分離器にて前記媒体のうち蒸気とならなかった前記媒体を貯留する貯留部（例えば、主に温水サービスタンク４）と、
前記貯留部から供給される前記媒体を前記地熱帯へ搬送及び加圧する加圧ポンプ（例えば、主に加圧給水ポンプ３）と、を備え、
前記貯留部の内部に、前記気水分離器から供給される前記媒体に含まれる気泡を分離し、前記加圧ポンプに前記媒体のみを供給する気泡分離部（例えば、主に仕切り板７１、ドレン受け板７７・７９）を備えたことを特徴とする。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００、地熱発電装置２００、地熱発電装置３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある気水分離器まで移送し減圧沸騰させることで蒸気を発生させる前記気水分離器（例えば、主に気水分離器Ｆ）と、
前記気水分離器にて前記媒体のうち蒸気とならなかった前記媒体を貯留する貯留部（例えば、主に温水サービスタンク４）と、
前記貯留部から供給される前記媒体を前記地熱帯へ搬送及び加圧する加圧ポンプ（例えば、主に加圧給水ポンプ３）と、を備え、
前記貯留部の内部に、前記気水分離器から供給される前記媒体に含まれる気泡を分離し、前記加圧ポンプに前記媒体のみを供給する気泡分離部（例えば、主に仕切り板７１、ドレン受け板７７・７９）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、気泡を含まない媒体をのみを加圧給水ポンプに導くことができる構造となっている。このように、気泡を加圧給水ポンプに導くことがないため、加圧給水ポンプはキャビテーションを起こすことを防ぐことができる。
＜第９の特徴点＞
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００、地熱発電装置２００、地熱発電装置３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある気水分離器（例えば、主に気水分離器Ｆ）まで移送し減圧沸騰させることで蒸気を発生させる前記気水分離器と、
前記気水分離器にて前記媒体のうち蒸気とならなかった前記媒体を貯留する貯留部（例えば、主に温水サービスタンク４）と、
前記貯留部は、前記気水分離器から供給された前記媒体から生成される蒸気を前記気水分離器へ供給するバイパス経路（例えば、主に蒸気排出管７５、蒸気Ｖ２の経路）を備えたことを特徴とする。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００、地熱発電装置２００、地熱発電装置３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある気水分離器（例えば、主に気水分離器Ｆ）まで移送し減圧沸騰させることで蒸気を発生させる前記気水分離器と、
前記気水分離器にて前記媒体のうち蒸気とならなかった前記媒体を貯留する貯留部（例えば、主に温水サービスタンク４）と、
前記貯留部は、前記気水分離器から供給された前記媒体から生成される蒸気を前記気水分離器へ供給するバイパス経路（例えば、主に蒸気排出管７５、蒸気Ｖ２の経路）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、貯留部内で発生する蒸気を有効に利用でき、発電能力を高めるための構造となっている。
＜第１０の特徴点＞
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置２００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体（例えば、主に作動媒体Ｍ１乃至Ｍ３）を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置（例えば、主にバイナリー発電装置Ｂ）と、
前記熱交換器で熱交換され冷やされた前記媒体の水位を系全体で一定に保つ貯留部（例えば）、主に温水サービスタンク４）を備えたことを特徴とする。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置２００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体（例えば、主に作動媒体Ｍ１乃至Ｍ３）を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置（例えば、主にバイナリー発電装置Ｂ）と、
前記熱交換器で熱交換され冷やされた前記媒体の水位を系全体で一定に保つ貯留部（例えば）、主に温水サービスタンク４）を備えたことを特徴とする。
以上の特徴により、全系の圧力を一定に保つための要素として、貯留部を有効に活用することで、加圧給水ポンプの負荷の低減や水位を一定に保つことができる。
＜第１１の特徴点＞
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００・２００・３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置（例えば、主にバイナリー発電装置Ｂ）と、を備え、
前記作動媒体を冷却するための冷却媒体を移送する作動媒体配管を前記媒体移送管の付近の地中に敷設し、地中熱と熱交換する前記作動媒体配管（例えば、主に冷却水１５７ａ、１５８ａを冷やすための配管）と、を備えたことを特徴とする。
尚、上記１乃至１１の特徴点については、方法の発明となる地熱発電方法であっても良く。また、上記１乃至５の特徴点は、方法の発明となる気水分離方法であっても良い。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置（例えば、主に地熱発電装置１００・２００・３００）であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管（例えば、主に媒体注入管１１）と、前記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（例えば、主に媒体取出管１２）とを備えた媒体移送管（例えば、主に媒体移送管１０）と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置（例えば、主にバイナリー発電装置Ｂ）と、を備え、
前記作動媒体を冷却するための冷却媒体を移送する作動媒体配管を前記媒体移送管の付近の地中に敷設し、地中熱と熱交換する前記作動媒体配管（例えば、主に冷却水１５７ａ、１５８ａを冷やすための配管）と、を備えたことを特徴とする。
尚、上記１乃至１１の特徴点については、方法の発明となる地熱発電方法であっても良く。また、上記１乃至５の特徴点は、方法の発明となる気水分離方法であっても良い。
以上の特徴により、同じ系内（例えば、主に地熱発電装置１００）にて熱の有効利用が実現できる。
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、温泉が湧き出る地熱帯だけでなく、火山地帯や海中での火山地帯等にも利用することができる。
１・１００・２００・３００…地熱発電装置、
３…加圧給水ポンプ、４…温水サービスタンク、
５…復水ポンプ、６…復水器、
１０…媒体移送管、
１１…媒体注入管、１２…媒体取出管、
２６…蒸発曲線、６０…分離装置、
Ｆ…気水分離器、１５０…熱交換部、１５１…熱交換器、
１５５…循環ポンプ、
Ｔ・Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３…蒸気タービン、Ｇ…発電機、
１ａ…加圧水発電装置、Ｂ…バイナリー発電装置、ＣＴ…冷却塔、
Ｆ…気水分離器、ＴＦ…受電設備、
Ｓ…地表、Ｕ…地熱帯。
３…加圧給水ポンプ、４…温水サービスタンク、
５…復水ポンプ、６…復水器、
１０…媒体移送管、
１１…媒体注入管、１２…媒体取出管、
２６…蒸発曲線、６０…分離装置、
Ｆ…気水分離器、１５０…熱交換部、１５１…熱交換器、
１５５…循環ポンプ、
Ｔ・Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３…蒸気タービン、Ｇ…発電機、
１ａ…加圧水発電装置、Ｂ…バイナリー発電装置、ＣＴ…冷却塔、
Ｆ…気水分離器、ＴＦ…受電設備、
Ｓ…地表、Ｕ…地熱帯。
Claims (2)
- 地熱帯の熱によって熱せられた媒体を熱源として発電する地熱発電装置であって、
外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、前記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た媒体移送管と、
低温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である前記地熱帯の領域では有効熱伝導率の高い吸熱構造を設けた前記媒体注入管と、
前記地熱帯により熱を吸収した高温の前記媒体を、蒸発曲線よりも高い圧力を加えて、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある熱交換器まで移送し、前記媒体を熱源として前記熱交換器にて使用し、前記媒体よりも沸点の低い作動媒体を蒸気化して発電を行うバイナリー発電装置と、
前記熱交換器で熱交換され冷やされた前記媒体の水位を系全体で一定に保つ貯留部を備えたことを特徴とする地熱発電装置。 - 前記作動媒体を冷却するための冷却媒体を移送する作動媒体配管を前記媒体移送管の付近の地中に敷設し、地中熱と熱交換する前記作動媒体配管と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地熱発電装置。
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