JP3166033B2 - 蒸気で作動する発電用動力装置及び発電方法 - Google Patents

蒸気で作動する発電用動力装置及び発電方法

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JP3166033B2 JP31229389A JP31229389A JP3166033B2 JP 3166033 B2 JP3166033 B2 JP 3166033B2 JP 31229389 A JP31229389 A JP 31229389A JP 31229389 A JP31229389 A JP 31229389A JP 3166033 B2 JP3166033 B2 JP 3166033B2
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アミール ナダヴ
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オーマットタービンス（１９６５）リミテッド
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、蒸気から動力を発生させる技術に関する。
より詳しくいうと、本発明は、統合されたユニットを
用いて、地熱流体から発電する方法、およびそのための
装置に関する。
［従来の技術］ 多年にわたり、発電には蒸気が用いられている。
特に近年では、エネルギー源として、地熱による蒸気
が、ますます活用されるようになっている。井戸から出
る地熱蒸気を電気に転化するには、蒸気タービンが一般
に用いられている。
最近、閉鎖式有機ランキンサイクルによるタービンの
使用によって、このエネルギー源の更に大規模な利用が
行われるようになり、また、蒸気タービンと閉鎖式有機
ランキンサイクルタービンとを併用して、環境に有害な
凝縮不能なガス、例えば二酸化炭素、硫化水素等を、往
々にして含むこれらの地熱源から、動力を発生させるこ
とも、しばしば行われている。
このような装置は、米国特許第4,542,625号明細書に
開示されており、その内容は、本発明理解の参考となる
ものであるが、それによると、大気圧より高い圧力で作
動する蒸気復水器を用い、有機流体をこれに通すことに
よって、蒸気タービンから出る除熱された蒸気の凝縮、
および凝縮不能なガスの回収を行い、気化した有機流体
を、閉鎖式有機ランキンサイクルタービンの作動に用い
ている。
次いで、復水された水を、圧縮された凝縮不能なガス
とともに再注入用の井戸にポンプで復帰させるので、外
気中にガスが排出されることはない。
このような場合には、従来から、１台またはそれ以上
の大型の蒸気タービンを用いて、井戸から出る地熱蒸気
から動力を発生させ、それとともに、より多数の独立し
た閉鎖式有機ランキンサイクルタービンを、蒸気タービ
ンから出る除熱された蒸気で作動させている。
したがって、この形式の動力装置には、大径の導管を
有する、非常に大規模かつ高価な分配装置系を用いて、
蒸気タービンから出る低圧の除熱蒸気を、閉鎖式有機ラ
ンキンサイクルタービンに供給する必要があり、かつ、
例えば、１台またはそれ以上の有機ランキンサイクルタ
ービンが、作動不良や作動停止の場合であっても、除熱
蒸気を処理しなければならないため、かなり複雑な制御
装置が必要となる。
更に、有機流体を蒸気復水器の冷却液として働かせて
いるため、１台またはそれ以上の有機ランキンサイクル
タービンの作動不良または作動停止はもとより、１台ま
たはそれ以上の有機ランキンサイクルタービンの出力低
下によってさえも、蒸気タービンの作動効率の低下を招
くのが普通である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、蒸気から動力を生じさせるための、
上記の欠点が緩和されるか、あるいは実質的に克服され
た、新規かつ改良された方法および装置を提供すること
にある。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明によれば、動力装
置は蒸気で作動し、この動力装置は、統合された複数の
動力装置ユニットモジュールへと蒸気源から蒸気を並列
的に供給する手段を備え、各モジュールは、蒸気に応答
して除熱された蒸気を生じる蒸気タービンと、蒸気ター
ビンに付随し、好ましくは大気圧以上で作動し、凝縮不
能なガスの回収、および、それに通された有機作業流体
の気化による除熱蒸気の凝縮を行なう蒸気復水器と、有
機作業流体で作動する閉鎖式有機ランキンサイクルター
ビンと、この蒸気タービンおよびランキンサイクルター
ビンを用いて駆動して電気を発生させるための、装置に
付随する、好ましくは単一である発電機が提供される。
熱源蒸気を動力装置ユニットモジュールへ供給する手
段は、各動力装置モジュールに付随する制御弁を備えて
いるのが好ましい。本発明は、動力装置ユニットモジュ
ールが１台だけのものに対しても、適用可能である。
また、各動力装置ユニットモジュールは、有機作業流
体を凝縮するための、好ましくは空冷式である有機作業
流体復水器と、凝縮された有機作業流体を蒸気復水器に
含まれる有機液気化器に復帰させる手段とを備えてい
る。
前記各動力装置ユニットモジュールにおける蒸気復水
器中に存在する凝縮不能なガスの圧縮手段を備えていて
もよく、それにより、圧縮された凝縮不能なガスは、蒸
気復水器内に生じた加圧蒸気凝縮物と共に、再注入用井
戸へ排出される。
この動力装置ユニットモジュールが備えている閉鎖式
有機ランキンサイクルタービンの作業流体は、ペンタン
であるのが好ましく、本発明は、地熱蒸気になる熱源ば
かりでなく、足の熱源、例えば工業的処理工程において
利用可能な蒸気によって作動するのにも適している。
本発明においては、熱源の蒸気は、実質的には蒸気発
生源自体の圧力で、各種動力装置ユニットモジュールへ
と分配されるので、分配用配管の口径は、比較的小さ
い。
また、その結果、制御弁の寸法も比較的小型であっ
て、結果的にその設置の経費が、かなり削減されること
になる。
更に、各動力装置モジュールは、蒸気タービン、閉鎖
式有機ランキンサイクルタービン、および好ましくは単
一である発電機を備えているので、経済性の向上、作動
制御の単純化、および、効率水準の向上がもたらされ
る。
［実施例］ 以下、添付の図面を参照して、本発明の好適実施例を
詳細に説明する。
第１図の符号（10）は、地熱蒸気から電気を発生させ
るための慣用の地熱動力装置を示し、井戸（11）からの
蒸気は、導管（12）および制御弁（13）を経由して、蒸
気タービン（15）へ流入する。
蒸気タービン（15）は、蒸気の作用により、制御手段
（14）を介して発電機（18）を駆動し、電気保護下位装
置系（17）を経由して、高圧送電線網へ電力を供給す
る。
通常、電気保護下位装置系（17）には、回路遮断器そ
の他の保護手段が含まれる。
また、高圧用開閉器も用いられる。
蒸気タービン（15）から出る除熱された蒸気を、制御
弁（22a）（22b）（22c）を用いて蒸気復水器（27a）
（27b）（27c）に供給するために、排気分配用導管（19
a）（19b）（19c）が取り付けられており、制御弁の制
御は、それぞれ、閉鎖式有機ランキンサイクル（ORC）
の動力装置モジュール（20a）（20b）（20c）が備える
制御手段（25a）（25b）（25c）を用いて行われる。
動力装置モジュールに通される蒸気は、蒸気タービン
（15）から排出された除熱蒸気であるから、圧力は相対
的に低く、通常、その値は、絶対圧約1.8kg/cm2（25psi
a）であり、かつ、導管（19a）（19b）（19c）の径は、
相当に大きく、例えば140cm程度であり、制御弁（22a）
（22b）（22c）もまた大型であるので、このような装置
は、非常に高価なものになる。
装置系から圧縮器（26）を経由して通される蒸気に含
まれる、凝縮不能なガスの抽出を促進するには、蒸気復
水器（27a）（27b）（27c）は、大気圧以上で作動する
のが好ましく、蒸気復水器によって生成された凝縮物、
および圧縮ガスは、ポンプ（42）を用い、配管を通じて
再注入用井戸へ導かれる。
復水器の冷却に用いられる有機流体を含有する蒸気復
水器内に取り付けたコイル（28a）（28b）（28c）もま
た、ORC動力装置モジュールの有機作業液の気化器とし
て作動し、コイル（28a）（28b）（28c）内に生じた気
化有機流体は、蒸気タービン（30a）（30b）（30c）に
通され、電気を発生させて、これを、高圧用開閉器、お
よび電気保護下位装置系（34a）（34b）（34c）を経由
して高圧送電線網へと供給するために設けられた発電機
（35a）（35b）（35c）を駆動させる。
タービン（30a）（30b）（30c）から出た有機作業流
体流体の蒸気は、有機作業流体復水器（36a）（36b）
（36c）に通され、凝縮が行われると、凝縮された有機
流体は、ポンプ（38a）（38b）（38c）によって、気化
器コイル（28a）（28b）（28c）へ戻され、ここに、有
機流体の循環過程が完了する。
これらの復水器の冷却には、冷却水手段（図示せず）
に含まれる冷却水を用いることができるが、所望によ
り、強制通風の空冷手段（図示せず）によって供給され
る空気を、復水器の冷却に用いることもできる。
モジュール制御手段（25a）（25b）（25c）は、動力
装置モジュール（20a）（20b）（20c）に到達する除熱
蒸気の量を制御するために取り付けられており、発電機
（35a）（35b）（35c）による出力、または気化器コイ
ル（28a）（28b）（28c）内の圧力の監視結果に応じ
て、制御弁（22a）（22b）（22c）の開放度を制御す
る。
これらの制御手段は、制御弁（13）を経由して蒸気タ
ービン（15）に到達する熱源蒸気の量の制御も行う。
したがって、例えば高圧送電線網に供給される電力を
減少させたい場合、制御手段は、制御弁（22a）（22b）
（22c）のその開放度を下げるような信号を送って、蒸
気復水器（27a）（27b）（27c）に供給される除熱蒸気
の量を減らし、気化器コイル（28a）（28b）（28c）内
の圧力を下げるのである。
その結果、有機蒸気タービン（30a）（30b）（30
c）、およびそれと連動する発電機の出力は低下する。
この場合、前記制御手段はまた、制御弁（13）の開放
度を調整することによって、蒸気タービン（15）に到達
する熱源蒸気の量をも適切に減少させて、その作動圧力
を下げ、蒸気タービンの出力をも低下させる。
それは、有機ランキンサイクルタービンモジュールの
それぞれに含まれる有機作業流体が、蒸気タービン（1
5）の蒸気復水器の冷却媒体として働くからである。
また、ORC動力装置モジュールの１台、例えばモジュ
ール（20a）が作動不良となり、停止させなければなら
ない場合、制御手段（25a）は、制御弁（22a）を閉鎖
し、かつ結果的に制御弁（13）をも適切に調整して、蒸
気タービン（15）に到達する熱源蒸気の量を変化させ、
このタービンを、その公称値と異なる圧力で、したがっ
て、より低い効率水準で、作動させることになる。
第２図における符号（50）は、蒸気から動力を発生さ
せるための本発明の装置を示し、分配用導管（51A）
は、統合された複数の動力装置ユニットモジュールが備
える蒸気タービンに、井戸（51）を発生源とする地熱蒸
気を並列的に供給するようになっている。
このようなモジュールのうちの３台を、（55a）（55
b）（55c）として図示してある。
しかし、本発明は、１台の動力装置モジュールにも適
用できる。
井戸（51）から出る地熱流体に含まれる蒸気から高温
地熱流体を分離するのに、セパレータ（53）を取り付け
ることができ、蒸気中の水分を確実に最小限に保つこと
ができるように、除湿器（52）を用いることもできる。
熱源蒸気の圧力は、絶対圧10.8kg/cm2程度であるのが
普通である。
簡便の旨として、動力装置ユニットモジュール（55
a）について説明する。
モジュール（55a）は、蒸気制御弁（57a）と、熱源蒸
気を受け入れ、かつ軸（61a）を介して発電機（65a）を
駆動することによって、蒸気に仕事をさせるための蒸気
タービン（60a）とを備えており、蒸気はタービン（60
a）内で膨張する。
制御弁（57a）は、制御手段（56a）によって制御され
る。
蒸気復水器（62a）は、大気圧より大きい圧力で作動
して、蒸気に含まれる凝縮不能なガスの分離を促進する
のが好ましく、その内部に取り付けられたコイル（67
a）内の、復水器に通された有機流体を用いて蒸気を冷
却することによって、蒸気タービン（60a）から出る除
熱蒸気を凝縮させるようになっている。
このような構成であるから、真空ポンプは不要となっ
ている。
圧縮器（59）は、蒸気復水器（62a）内に存在する凝
縮不能なガスを圧縮するために設けられており、圧縮ガ
スは、弁（77）の下流側に位置する排出用導管（79）に
流入し、そこから、復水器および存在するブースタポン
プ（76a）を用いて生成された凝縮物とともに、再注入
用井戸（80）へ導管により送られる。
コイル（67a）はまた、閉鎖式有機ランキンサイクル
タービンの気化器としても作動して、コイルに含まれる
有機作業流体を気化させる。この気化した流体は、有機
蒸気タービン（70a）へ通され、ここで膨張し、かつ好
ましくは軸（68a）を介して発電機（65a）を駆動し、有
効な仕事を発生させる。
適切な閉鎖式有機ランキンサイクルタービンの一例
は、米国特許第3,409,782号明細書に開示されており、
その内容は、本発明の理解上の参考となるものである。
有機流体コイル（67a）に供給される前に、ブースタ
ポンプ（54A）経由でセパレータ（53）から出た熱地熱
流体を予熱しうるように、予熱器（71a）を取り付ける
ことができる。
予熱器（71a）から出る除熱された地熱流体は、導管
（78）経由で弁（77）へと流れ、総排出管（79）を経由
して井戸（80）にて再注入される。
弁（77）は、導管（54）、および予熱器（71a）とポ
ンプ（54A）とを接続する導管における圧力はもとよ
り、予熱器出口に接続された導管における圧力をも相対
的な高圧に維持して、これらの導管中を流れる鹹水の洗
い流しの必要性を実質的に除去するのを助けている。
有機作業流体としては、ペンタンを用いるのが好まし
い。
しかし、他の有機流体、例えばフレオン等々を用いる
こともできる。
発電機（65a）は、蒸気タービン（60a）および有機蒸
気タービン（70a）の容量に比して過大であるのが好ま
しく、その発電量は、蒸気タービンおよび有機蒸気ター
ビンの個々の容量の合計に等しいのが好ましい。
例えば、蒸気タービン（60a）の容量が1.5メガワット
であり、有機蒸気タービン（70a）の容量も1.5メガワッ
トであっても良い。この場合、発電機（65a）の容量
は、３メガヘンリーとなり、蒸気タービンおよび有機蒸
気タービンの双方を最大容量で同時に作動させることが
可能となる。
図示してはいないが、所望の場合、発電機と蒸気ター
ビンおよび有機蒸気タービンとの間の軸（61a）および
（68a）にクラッチを取り付け、所望の際に別個に発電
機を装備することもできる。
有機流体復水器（72a）は、有機蒸気タービン（70a）
から出る有機蒸気を凝縮させるために設けられ、強制空
気通風手段を介して供給される空気を用い、あるいは所
望の場合、適切な手段を通じて復水器に供給される冷却
水を用いて冷却される。
ポンプ（74a）は、凝縮された有機流体をコイル（67
a）に復帰させ、ここに有機流体の循環過程が完了す
る。
このように、動力装置（50）は、地熱蒸気で作動する
部分と、有機流体で作動する部分とからなる混成の動力
装置であると言える。
したがって、第２図から明らかな通り、装置（50）の
作動に際しては、井戸（51）を発生源として、セパレー
タ（53）および除湿器（52）を出た後、導管（51A）経
由で供給される蒸気は、制御手段（56a）（56b）（56
c）によって制御される蒸気制御弁（57a）（57b）（57
c）の操作によって、各種の動力装置ユニットモジュー
ルへと分配される。
蒸気は、第１図にその一例を示した慣用の場合におけ
るような、蒸気タービン出口の相当に低い圧力ではな
く、井戸（51）における熱源蒸気に匹敵する圧力で動力
装置ユニットモジュールへ分配されるので、分配用導管
の口径は、相当に小さく、例えば絶対圧で10.8kg/cm2程
度の圧力が用いられる場合は、約50cmである。
このことから、制御弁（57a）（57b）（57c）の大き
さも相当に小型であり、したがって、価格は、かなり低
減される。
蒸気タービン（60a）（60b）（60c）に到達した蒸気
は、膨張し、仕事を行って、軸（61a）（61b）（61c）
が発電機（65a）（65b）（65c）を駆動する際に電気を
発生させる。
タービン（60a）（60b）（60c）から排出される除熱
蒸気は、蒸気復水器（62a）（62b）（62c）に供給され
ると、ここで凝縮され、蒸気復水器内で回収された凝縮
物、および凝縮不能なガスは、井戸（80）へと再注入さ
れるが、この際、凝縮物は、ブースタポンプ（76a）（7
6b）（76c）を経由して導管（75）を流れ、一方、凝縮
不能なガスは、圧縮器（59）を用いて圧縮される。
予熱器（71a）（71b）（71c）内でセパレータ（53）
から出た熱流体を用いて加熱された後に、コイル（67
a）（67b）（67c）内で形成された気化有機作業流体
は、有機蒸気タービン（70a）（70b）（70c）に供給さ
れて膨張し、タービンを回転させて、その出力もまた、
発電機（65a）（65b）（65c）に与えられる。
発生した電気は、保護回路および適当な高圧用開閉器
（66a）（66b）（66c）を経由して、高圧送電線網へ送
られる。
このように、有機蒸気タービン（70a）（70b）（70
c）もまた、発電機（65a）（65b）（65c）の発電容量に
寄与するので、発電機と、電気的構成要素、例えば高圧
用開閉器とを分有することによって、経済性の向上、お
よび作動の簡単化がもたらされる。
有機蒸気タービン（70a）（70b）（70c）から出る除
熱された有機蒸気は、有機流体復水器（72a）（72b）
（72c）に通されて凝縮し、形成された凝縮物は、ポン
プ（74a）（74b）（74c）を用いて、それぞれ気化器コ
イル（67a）（67b）（67c）に供給される。
予熱器（71a）（71b）（71c）から出た地熱流体は、
ブースタポンプ（76a）（76b）（76c）から出た凝縮物
と混合手段を用いて混合され、弁（77）経由で再注入用
井戸（80）へ廃棄される。
第２図に示した好適実施例においては、制御手段（56
a）（56b）（56c）は、発電機（65a）（65b）（65c）の
出力水準、および気化器コイル（67a）（67b）（67c）
における圧力の監視によって、モジュールが発生させる
電力の水準を制御し、これによって、蒸気制御弁（57
a）（57b）（57c）を用いて動力装置ユニットモジュー
ルに供給される蒸気の量をも制御する。
例えば、正常な運転において、高圧送電線網に供給さ
れる電流を減らすべきであると制御手段が表示した場合
は、動力装置モジュールの１台のみに、例えば（55a）
に供給される熱源蒸気の量を、その制御弁の適切な調整
によって減少させて、このモジュールによって高圧送電
線網に供給される電力を減少させることができる。一
方、他の動力装置モジュールは、正常な数値での運転を
続けて、その効率水準を維持することができる。
すなち、このような場合、モジュール（55a）におい
ては、制御手段（56）が、制御弁（57a）の開放度を減
少させて、蒸気タービン（60a）に供給される熱源蒸気
の量を減少させ、蒸気復水器（62a）が気化器コイル（6
7a）の作動圧力を減少させるようにする。
その結果、有機蒸気タービン（70a）および蒸気ター
ビン（60a）が生み出す仕事量は減少し、発電機（65a）
による発電量が結果的に減少するのである。
また、作動不良あるいは保守作業等々の理由で、ユニ
ットモジュールの１台が作動しない場合にも、作動しな
いモジュールの制御手段がその制御弁を閉鎖するのみで
あって、他のモジュールは、正常値での運転を続けるこ
とができる。
その結果、この場合にもまた、他のユニットモジュー
ルに含まれる蒸気タービンにおいては、その継続的運転
時の高い効率水準が維持されるのである。
このことは、第１図にその例を示した従来の動力装置
の場合とは対照的であって、この場合は、モジュール
（20a）（20b）（20c）の作動停止は、第１図示の蒸気
弁（13）の部分的な閉鎖を通じて、蒸気タービン（15）
に供給される蒸気量の減少をも生起させて、蒸気タービ
ンの作動圧をその公称値から逸脱させ、結果的には、そ
の効率水準を減少させる。
したがって、本発明においては、蒸気タービンを、閉
鎖式有機ランキンサイクルタービン、および好ましくは
単一である発電機とともに各動力装置モジュールに装備
することによって、効率的作動水準の相対的な向上、経
済性の向上、および動力装置制御の単純化までもが達成
されるが、それは、モジュールごとにただ１個の蒸気制
御弁が存在するのみとして、従来の技術におけるよう
な、蒸気タービンおよび有機ランキンサイクルタービン
から独立した制御弁の必要性を排除したからである。
また、閉鎖式有機ランキンサイクルタービンとともに
各動力装置モジュールに統合された蒸気タービンの存在
によって、このような動力装置の構築および保守は、更
に簡単化されている。
本発明によると、例えば、従来、蒸気タービンを格納
するために建造されていた大型の設備が必要となる。
更に、所望の場合、ポンプ（74a）（74b）（74c）を
蒸気タービンおよび有機蒸気タービンと共通の軸に取り
付けることができ、これによって、ORCタービンの自動
的な始動が可能となる。
所望により、補助装置に発電した電力を供給するため
に、モジュールを即時待機状態にさせておき、これらを
ほとんど瞬間的に高圧送電線網に接続できるようにする
ことも可能である。
本実施例においては、凝縮物、および、より少量の凝
縮不能なガスを地熱流体と混合して井戸（80）へ再注入
することによって、導管内の鹹水からの無機沈澱物の量
を減少させることができ、同時に井戸自体における再注
入を好都合に行うことができる。
これはもっぱら、凝縮物のpHが、例えば３〜５という
ように低いことによるのである。
このような作用は、再注入用井戸への流体の注入に付
随する各種配管、およびその他の構成部品が、二酸化ケ
イ素を主成分とする沈澱物によって閉塞されるのを抑え
るのに有益である。
本実施例においては、セパレータ（53）から出る鹹水
を、有機ランキンサイクルタービン内の有機流体を予熱
するのに用いているが、鹹水を、有機流体を予熱するこ
となく、凝縮物および凝縮不能なガスと混合して再注入
用井戸へ再注入するのみとして、このような無機沈澱物
を減少させることができる。
更に、本実施例では、セパレータおよび除湿器が装備
されているが、地熱源あるいは蒸気の性質によって、こ
のような種類の装置が不要となるような状況に対して
も、本発明を適用しうるのである。
本実施例は、地熱蒸気の利用に関するものであるが、
本発明は、その他の熱源、例えば工業的な流体および蒸
気、太陽熱温水池、および工業的処理工程からの廃熱、
例えば煙道ガスなどを用いて利用するのにも適してい
る。必要な場合、熱源から得られた熱を、蒸気を発生す
ることによって動力装置ユニットモジュールへと移送す
ることを目的として、介在的に熱交換器を組み込むこと
ができる。
このような使用法の一例を、第３図に示す。
蒸気は、高温煙道ガスの形態での熱源（107）と、ポ
ンプ（108）およびフラッシュチャンバ（110）を備えた
加圧水回路（106）とからなる蒸気発生源（105）から生
じる。
蒸気タービン（120）および閉鎖式有機ランキンサイ
クルタービン（130）を備える統合された動力装置モジ
ュールユニット（115）は、第２図を参照して前述した
モジュールの１台と、基本的には同様の仕組みで作動す
るが、通常、凝縮不能なガスは存在しないことから、こ
のようなガスを処理するための手段が含まれない点が異
なる。
蒸気復水器（122）もまた、大気圧以上の圧力で作動
するのが好ましい。
また、蒸気復水器（122）から出る凝縮した液相の水
の圧力を高めて、加圧水回路（106）に流入させるため
のブースタポンプ（119）も備えている。
所望の場合、ブースタポンプ（119）は、加圧水回路
内を流れる流体の高圧を利用したエジェクタポンプとす
ることも可能である。
統合された動力装置モジュールを、第３図に示した蒸
気発生源と併用することは、加圧水復熱装置と称するこ
とができ、主としてフラッシュチャンバ（110）の出口
から出て、蒸気タービン（120）へと入る蒸気が高温で
あることから、熱から電気への効率的、かつ経済的な転
化が可能となる。
更に、本実施例では、過熱器の使用が避けられる。
また、このような形態の熱源による動力装置の該当部
分に有機流体を使用することには、その熱力学的特性、
例えば、沸点が相当に低いこと、有機蒸気タービンでの
膨張の際の、蒸気による濡れを最小限にできること、ま
た、適当な有機流体を用いた場合に、相当に高い予熱度
（すなわち、作業流体を気化するのに必要な単位時間あ
たりの総熱量に対する、作業流体の温度を流体形態のま
まで復水器の温度から気化温度に上昇させるのに必要な
単位時間当りの熱量の比）が得られることなどによる際
立った利点がある。
可燃性材料が含まれる装置の使用が禁止されているよ
うな状況においては、本発明の利用は特に有利となる。
このような場合、ユニットモジュールの蒸気タービン
部分を禁止区域内に位置させて、このような状況下にお
いてさえ、電気を発生させることができる。
本発明の好適実施例に関する上記の説明から、本発明
の方法および装置がもたらす利点、および改善された結
果は、明白であると思われる。
特許請求の範囲に記載された本発明の精神、および範
囲から逸脱することなく、各種の変形および変更を行う
ことも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の技術による地熱を用いた動力装置の模
式的ブロック線図である。 第２図は、本発明による地熱を用いた動力装置の模式的
ブロック線図である。 第３図は、本発明の一実施例の模式図である。 （10）……地熱動力装置、（11）……地熱採取用井戸 （12）……導管、（13）……制御弁 （14）……制御手段、（15）……蒸気タービン （16）……発電機駆動軸、（17）……電気保護下位装置
系 （18）……発電機 （19a）（19b）（19c）……導管 （20a）（20b）（20c）……動力装置モジュール （21a）……凝縮不能ガス排気管 （22a）（22c）……制御弁 （25a）（25b）（25c）……制御手段 （26）……圧縮器、（27a）（27b）（27c）……復水器 （28a）（28b）（28c）……熱交換コイル （30a）（30b）（30c）……有機蒸気タービン （32a）（32b）（32c）……発電機駆動軸 （34a）（34b）（34c）……電気保護下位装置系 （35a）（35b）（35c）……発電機 （36a）（36b）（36c）……有機流体用復水器 （38a）（38b）（38c）……ポンプ （40）……排水管、（42）……再注入用ポンプ （45）……再注入用井戸、（50）……地熱動力装置 （51）……地熱採取用井戸、（51A）……導管 （52）……除湿器、（53）……セパレータ （54）……高温地熱流体導管、（54A）ブースタポンプ （55a）（55b）（55c）……動力装置ユニットモジュー
ル （56a）（56b）（56c）……制御手段 （57a）（57b）（57c）……制御弁 （58a）（58b）（58c）……凝縮不能ガス排気管 （59）……圧縮器 （60a）（60b）（60c）……蒸気タービン （61a）（61b）（61c）……発電機駆動軸 （62a）（62b）（62c）……復水器 （64a）（64b）（64c）……排水管 （65a）（65b）（65c）……発電機 （66a）（66b）（66c）……電気保護下位装置系 （67a）（67b）（67c）……熱交換コイル （68a）（68b）（68c）……発電機駆動軸 （69a）（69b）（69c）……高温地熱流体導管 （70a）（70b）（70c）……有機蒸気タービン （71a）（71b）（71c）……予熱器 （72a）（72b）（72c）……有機流体用復水器 （73a）（73b）（73c）……地熱流体排出管 （74a）（74b）（74c）……ポンプ （75）……高温地熱流体排出管 （76a）（76b）（76c）……再注入用ブースタポンプ （77）……排出制御弁、（79）……総排出管 （80）……再注入用井戸 （100）……本発明による別の動力装置 （105）……蒸気発生装置、（106）……加圧水回路 （107）……熱源、（108）……加圧水循環ポンプ （110）……フラッシュチャンバ （115）……動力装置モジュールユニット （116）……制御手段、（118）……制御弁 （119）……ブースタポンプ、（120）……蒸気タービン （122）……復水器、（124）……排水管 （125）……発電機、（126）……有機蒸気導管 （127）……発電機駆動軸、（130）……有機蒸気タービ
ン （132）……有機流体用復水器、（134）……ポンプ
フロントページの続き (72)発明者 ルシャン ワイ ブロニッキ イスラエル国 ヤヴン ブロッシュスト リート ５ (56)参考文献 特開 昭62−298668（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−76808（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−42128（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−2128（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4542625（ＵＳ，Ａ)

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発電用動力装置において： （ａ） 蒸気発生源と； （ｂ） 複数の動力装置ユニットモジュールと； （ｃ） 前記各ユニットモジュールと並列に前記蒸気発
    生源から蒸気を供給する装置と； （ｄ） 前記各モジュールは、動力を発生するために蒸
    気に応答する蒸気タービンと、当該蒸気タービンを作動
    する蒸気を凝縮させるため前記蒸気タービンに接続され
    た凝縮器と、前記凝縮器へ、例えばペンタンまたはフレ
    オン（商標）等の、自ら蒸発することにより、前記蒸気
    を冷却する有機流体を与える装置と； 動力を発生するために、前記気化された有機流体を循環
    させる閉鎖式有機ランキンサイクルタービンと； 前記閉鎖式有機ランキンサイクルタービンを作動する有
    機流体を凝縮するための有機流体凝縮器と； 前記蒸気凝縮器へ有機流体凝縮液を戻すための装置と； 電力を発生させるべく、前記蒸気タービンと前記ランキ
    ンサイクルタービンとの間に置かれ、前記蒸気タービン
    と前期ランキンサイクルタービンによって駆動される発
    電機とからなっており；更に （ｅ） 各モジュールに設けられ、モジュールの蒸気凝
    縮器へ有機流体が戻る前に、予め加熱する予熱器と； （ｆ） 蒸気発生源から派生した液体を前記各モジュー
    ルの前記予熱器に与えるための装置と； （ｇ） 前記各モジュールにおいて、モジュールの中の
    前記発電機の電力レベルをモニタするため、およびモジ
    ュールの中の前記蒸気タービンに加えられる蒸気の量を
    発電機の電力レベルに応じて制御するための制御手段と
    を備えている発電用動力装置。
  2. 【請求項２】各モジュールの制御手段は、前記蒸気ター
    ビンに接続され、かつその前に置かれている制御弁を備
    えており、当該モジュールが前記蒸気タービンに供給さ
    れる蒸気の量を制御するようになっていることを特徴と
    する特許請求の範囲第（１）項に記載の発電用動力装
    置。
  3. 【請求項３】各モジュールは、前記蒸気タービンへ前記
    発電機を接続するためのクラッチ装置と、前記発電機を
    前記ランキンサイクルタービンへ接続するためのクラッ
    チ装置を有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    （１）項または第（２）項に記載の発電用動力装置。
  4. 【請求項４】前記モジュールが待機して作動可能である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載の発
    電用動力装置。
  5. 【請求項５】前記蒸気凝縮器が大気圧以上の圧力で動作
    することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第
    （４）項のいずれかに記載の発電用動力装置。
  6. 【請求項６】前記蒸気発生源がフラッシュチャンバ、ポ
    ンプ、加圧水回路および例えば煙道ガスの様な高温流体
    源からなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
    乃至第（５）項のいずれかに記載の発電用動力装置。
  7. 【請求項７】前記各動力装置ユニットモジュールの中に
    含まれている前記有機流体凝縮器は、前記ランキンサイ
    クルタービンからの有機流体を凝縮するために、空冷式
    有機流体凝縮器を備えていることを特徴とする特許請求
    の範囲第（１）項乃至第（６）項のいずれかに記載の発
    電用動力装置。
  8. 【請求項８】発電用の動力装置において： （ａ） 地域蒸気を生じさせる井戸を有している地熱流
    体源と； （ｂ） 前記地熱流体を、地熱液と地熱蒸気とに分離さ
    せるための分離器と； （ｃ） 複数の動力装置ユニットモジュールと； （ｄ） 前記モジュールの各々に並列に前記分離装置か
    ら蒸気を供給するための手段と； （ｅ） 前記各モジュールは、動力を発生させかつ蒸気
    を生じさせるためにセパレータから供給される蒸気に応
    答する蒸気タービンと、蒸気タービンからの蒸気を受け
    取るためかつ凝縮不可能なガスを集めるために大気圧よ
    り大きい圧力で作動している前記蒸気タービンに接続さ
    れた蒸気凝縮器と、前記蒸気を冷却して凝縮するため、
    自ら蒸発するペンタンまたはフレオン（商標）の様な有
    機流体を、前記蒸気凝縮器に供給するための装置と、動
    力を発生するためおよび有機流体を気化させるために、
    前記有機流体に作用する閉鎖式有機ランキンサイクルタ
    ービンと、当該ランキンサイクルタービンから出ている
    有機流体を凝縮させるための有機凝縮器と、結果として
    生じた凝縮液を前記蒸気凝縮器に戻すための装置と、電
    力を発生させるために、前記蒸気タービン及び前記ラン
    キンサイクルタービンによって駆動される発電機とを備
    えており； さらに （ｆ） 各モジュールに設けられ、蒸気凝縮器へ有機流
    体が戻る前に、それを予め加熱する予熱器と、 （ｇ） 地熱流体源から派生した液体を前記各モジュー
    ルの前記予熱器に供給する手段と、 （ｈ） 各モジュールの前記蒸気凝縮器からの凝縮不可
    能なガスを圧縮し、この圧縮されたガスを注入井戸へ戻
    すための手段とを備えていることを特徴とする発電用動
    力装置。
  9. 【請求項９】前記各動力装置ユニットモジュールの中に
    含まれている前記有機流体凝縮器は、前記ランキンサイ
    クルタービンから出ている有機流体を凝縮するために、
    空冷式有機流体凝縮器を備えていることを特徴とする特
    許請求の範囲第（８）項に記載の発電用動力装置。
  10. 【請求項１０】前記発電機が前記蒸気タービンと前記ラ
    ンキンサイクルタービンとの間に置かれていることを特
    徴とする特許請求の範囲第（８）若しくは第（９）項に
    記載の発電用動力装置。
  11. 【請求項１１】前記発電機を前記蒸気タービンと前記ラ
    ンキンサイクルタービンに接続するためのクラッチ手段
    を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第（８）
    項乃至第（10）項のいずれかに記載の発電用動力装置。
  12. 【請求項１２】前記発電機が前記蒸気タービンと前記ラ
    ンキンサイクルタービンの間に置かれ、各モジュール
    は、前記発電機を前記蒸気タービンに接続するためのク
    ラッチ手段と、前記発電機を前記ランキンサイクルター
    ビンに接続するためのクラッチ手段とを含むことを特徴
    とする特許請求の範囲第（８）項若しくは第（９）項の
    記載の発電用動力装置。
  13. 【請求項１３】地熱蒸気中の湿気を最小にするための除
    湿器を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（８）項
    乃至第（12）項のいずれかに記載の発電用動力装置。
  14. 【請求項１４】各モジュールに設けられ、有機流体が、
    前記予熱器と接続された前記蒸気凝縮器へ戻る前に、地
    熱流体から分離された地熱液によって、前記有機流体を
    予熱する予熱器と 前記蒸気凝縮器の中の凝縮された凝縮液と、 再注入用井戸の中へ注入される前に、前記蒸気凝縮器の
    中で凝縮された凝縮液と、前記予熱器から出て行く熱を
    奪われた地熱液とを組み合わせる装置とを備えているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（８）項に記載の発電
    用動力装置。
  15. 【請求項１５】弁と、 当該弁の後に、前記蒸気凝縮器の中に集められた凝縮不
    可能なガスを、当該ガスを前記再注入用井戸の中へ注入
    する前に、前記熱を奪われた地熱液と前記蒸気凝縮器の
    中で凝縮された蒸気凝縮液との組み合わせの中へ排出さ
    せるための装置とを備えていることを特徴とする特許請
    求の範囲第（13）項に記載の発電用動力装置。
  16. 【請求項１６】前記蒸気供給用の装置が、複数の制御弁
    を有しており、各弁は、前記モジュールの１つと関連し
    ており、かつ前記蒸気タービンの前に配置されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（８）項乃至第（15）
    項のいずれかに記載の発電用動力装置。
  17. 【請求項１７】各モジュールの中に制御手段を有してお
    り、当該制御手段は、前記モジュールの中の発電機の電
    力レベルをモニターするため、及び前記発電機の電力レ
    ベルに応じて、前記関連制御弁を介して前記モジュール
    の中の前記蒸気タービンへ供給される蒸気の量を制御す
    るためのものである、ことを特徴とする特許請求の範囲
    第（16）項に記載の発電用動力装置。
  18. 【請求項１８】前記蒸気凝縮器の中で凝縮された凝縮液
    を加圧し、かつそれを再注入用井戸の中に注入するため
    の装置をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第
    （８）項乃至第（17）項のいずれかに記載の発電用動力
    装置。
  19. 【請求項１９】地熱発生井戸によって生じた凝縮不可能
    なガスを含む地熱流体から動力を発生させ、かつ当該凝
    縮不可能なガスが大気中に放出されないようにしている
    方法であって、 （ａ） 前記地熱流体を、蒸気と凝縮不可能なガスを含
    む地熱蒸気と地熱ブラインとに分離する段階； （ｂ） 発電機、蒸気凝縮器、発電機へ結合された蒸気
    タービン、有機蒸気タービン及び有機蒸気凝縮器を含む
    少なくとも１つの動力装置モジュールへ前記地熱蒸気を
    供給する段階； （ｃ） 動力と排出蒸気を発生させるための前記蒸気タ
    ービン中の前記地熱蒸気を膨張させ、かつ前記蒸気凝縮
    器の中で、前記排出蒸気を、自ら蒸発する有機流体で冷
    却して凝縮させることにより蒸気凝縮液を生成する段
    階； （ｄ） 前記蒸気凝縮器から凝縮不可能なガスを抽出
    し、かつ当該凝縮不可能なガスを加圧された凝縮不可能
    なガスを発生させるために加圧する段階； （ｅ） 前記有機蒸気タービンの中の前記有機流体蒸気
    を、動力と排出有機蒸気とを発生させるために膨張さ
    せ、かつ前記有機凝縮器の中の前記排出有機蒸気を、前
    記蒸気凝縮器へ供給される有機凝縮液を発生させるため
    に間接的に凝縮する段階； （ｆ） 前記蒸気タービンと前記有機蒸気タービンの間
    に１つの発電機を介在させる段階； （ｇ） 分離された地熱ブラインから追加の熱を取り出
    す段階； （ｈ） 前記加圧された凝縮不可能なガスを再注入用井
    戸に注入する段階；及び （ｉ） 前記有機流体凝縮液を、それが前記蒸気凝縮器
    に供給される前に予熱するために前記取り出される熱を
    利用する段階を含むことを特徴とする地熱流体から動力
    を発生させる方法。
  20. 【請求項２０】地熱流体から取り出された前記地熱ブラ
    インを、それから熱を取り出した後に再注入井戸の中へ
    注入する段階をさらに含むことを特徴とする特許請求の
    範囲第（19）項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】予熱する流体を地熱流体の発生源から取
    っており、かつ前記取り出された流体は、前記有機流体
    凝縮液が前記蒸気凝縮器に供給される前に前記有機流体
    凝縮液を予熱するために使用されることを特徴とする特
    許請求の範囲第（19）項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記熱を奪われた地熱ブラインを再注入
    用井戸に注入する段階を含むことを特徴とする特許請求
    の範囲第（21）項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記蒸気凝縮液を混合物を生成させるた
    めに前記熱が奪われた地熱ブラインを加える段階と、 排出物を生成するため前記混合物の中へ加圧された凝縮
    不可能なガスを導入する段階、及び前記排出物を再注入
    用井戸へ注入する段階をさらに含むことを特徴とする特
    許請求の範囲（22）項に記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記蒸気凝縮液を前記再注入用井戸の中
    へ注入する段階を含むことを特徴とする特許請求の範囲
    第（19）項に記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記蒸気凝縮液を、混合物を生成するた
    めに、前記地熱ブラインへ加える段階；前記加圧された
    凝縮不可能なガスを排出物を生成するために導入する段
    階、及び前記排出物を再注入用井戸へ注入する段階を含
    むことを特徴とする特許請求の範囲第（24）項に記載の
    方法。
  26. 【請求項２６】複数の動力装置モジュールのそれぞれが
    発電機へ結合されている蒸気タービンと、発電機へ結合
    されている有機蒸気タービン及び有機蒸気凝縮器を含む
    ものへ前記地熱蒸気を供給する段階； 動力と排出蒸気を発生させるための前記蒸気タービン中
    の前記地熱蒸気を膨張させ、かつ前記蒸気凝縮器の中の
    前記排出蒸気を、蒸気凝縮液と有機流体蒸気とを発生さ
    るために有機流体を使用して間接的に凝縮する段階； 前記蒸気凝縮器から凝縮不可能なガスを抽出し、かつ当
    該凝縮不可能なガスを加圧された凝縮不可能なガスを発
    生させるために加圧する段階； 前記有機蒸気タービンの中の前記有機流体蒸気を、動力
    と排出有機蒸気とを発生させるために膨張させ、かつ前
    記有機凝縮器の中の前記排出有機蒸気を、前記蒸気凝縮
    器へ供給される有機凝縮液を発生させるために間接的に
    凝縮する段階； 前記分離された地熱ブラインから追加の熱を取り出す段
    階；及び 前記加圧された凝縮不可能なガス再注入用井戸に注入す
    る段階とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第（1
    9）項に記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記蒸気タービンと前記有機蒸気タービ
    ンとの間に発電機を挿入したことを特徴とする特許請求
    の範囲第（19）項に記載の方法。
  28. 【請求項２８】前記地熱蒸気を複数の動力装置モジュー
    ルに並列に供する段階を含むことを特徴とする特許請求
    の範囲第（26）項に記載の方法。
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