JP3316847B2

JP3316847B2 - 地熱蒸気の浄化装置及び同浄化方法

Info

Publication number: JP3316847B2
Application number: JP23090699A
Authority: JP
Inventors: 多喜男園部; 秀徳野村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: JP2001046825A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地熱蒸気から不純物
を除去する浄化装置及び浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地熱発電所は、地熱利用蒸気原動所の略
称であり、地中の熱で暖められた蒸気を熱源としてター
ビンを廻し、発電機を廻して電気を得ることを基本原理
とする。ところで、蒸気は地中の岩石から溶け出した各
種の不純物を含み、タービン保護の上からはこの不純物
を除去する必要がある。その為の技術として、例えば特
許第２６２２８４３号公報「エネルギー損失を最小限と
した地熱蒸気の湿式清浄方法」が提案されている。

【０００３】上記公報の第１図には、蒸気洗浄用スプレ
ー塔４にて加圧熱水をスプレーすること並びに水をスプ
レーすることで、地熱蒸気に随伴されるダストを系外へ
除去し、次にミストセパレータ５で水分を除去してクリ
ーンで且つドライな蒸気をタービン９へ送るシステムが
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した通りに、上記
公報に記載の清浄方法は、スプレーするための「水」
が不可欠であり、この「水」は清浄水でなければなら
ず、スプレー塔が必要であり、さらに水を循環利用す
るためにミストセパレーターを外部に設ける必要があ
る。上記，を達成するためには、清浄水製造設備が
必要であり、上記により設備が大型となる。すなわ
ち、大量の清浄水を製造する設備と、スプレー塔と、ミ
ストセパレーターとをレイアウトする必要上、設備が大
規模となり且つ設備の建造費が嵩むことになる。そこ
で、本発明の目的は、大量の清浄水を供給する必要がな
く、コンパクトな地熱蒸気の浄化装置及び同浄化方法を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１では、不純物を含む地熱蒸気から不純物を除
去する浄化装置において、この浄化装置は、下部に蒸気
入口、上部に蒸気出口を備えた容器と、容器内の蒸気入
口より上に配置した充填物層と、この充填物層を通って
上昇した蒸気を冷却する冷却器と、この冷却器を経て上
昇する蒸気を除湿する除湿器と、を有することを特徴と
する。

【０００６】充填物層にて、充填物に付着した水に地熱
蒸気を接触させることで蒸気から不純物を除去する。こ
のときに、充填物に付着する水を、地熱蒸気から冷却器
で造ることを特徴とする。浄化装置は、容器に充填物
層、冷却器及び除湿器を有するものであり、ミストセパ
レータを外部に設ける必要がなく、装置のコンパクト化
が容易に達成できる。

【０００７】請求項２は、請求項１に記載の地熱蒸気の
浄化装置を用いて地熱蒸気から不純物を除去する地熱蒸
気の浄化方法であって、蒸気入口から充填物層を通って
上昇する湿った高温蒸気を冷却器にて熱交換し、結露し
て下方の充填物層に滴下した水と地熱蒸気とを接触させ
ることによって蒸気に含まれる不純物を除去することを
特徴とする。

【０００８】冷却水等の冷媒の流量や温度を調節するこ
とにより冷却器の温度を調節し、結露する水の量を調節
することができる。従って、地熱蒸気の圧力によらず効
率よく結露水を発生させ、地熱蒸気の浄化を促すことが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。また、本発明で述べた（述べる）「湿った
蒸気」は単に湿分を多く含む蒸気をさし、熱力学や蒸気
機関で厳密に定義されている湿り蒸気とは異なる。「乾
いた蒸気」も同様である。

【００１０】図１は本発明に係る地熱蒸気の浄化装置を
含む地熱発電所の原理図であり、地熱発電所１０では、
蒸気井１１から汲み上げた１５０〜１８０℃の地熱蒸気
を、先ず簡単な気液分離器１２で気体（地熱蒸気）と液
体（水、ドレーン）に分離し、水やドレーンを除去した
「地熱蒸気」を本発明の地熱蒸気の浄化装置３０に入
れ、この浄化装置３０で浄化し且つ湿分を除去して「乾
いた蒸気」とし、この乾いた蒸気をタービン１４に送
り、このタービン１４にて発電機１５を回して電力を得
るというものである。

【００１１】地熱発電所１０の運転制御の例を述べる
と、タービン１４に供給する蒸気の流量を流量調節弁１
６で所定の値に保つ。すなわち、流量制御部１７は流量
センサ１８の読みが所定の流量になるように流量調節弁
１６を開閉制御する。ただし、流量センサ１８の１次側
（上流側）の圧力が変動することは、流量制御の上で好
ましくない。そこで、次に述べる圧力制御を実施する。

【００１２】外部に配置した集水ピット２１からポンプ
２２で汲み上げた約３０℃の冷却水を送り、戻り水管２
３で集水ピット２１へ戻す水循環系を浄化装置３０に備
え、戻り水管２３に介設したコントロール弁２４を開閉
することにより、前記流量センサ１８の１次側の圧力を
一定にする。

【００１３】浄化装置３０における冷却水の作用は後述
するので、ここでは説明しないが、流量センサ１８の１
次側の圧力を圧力センサ２６で計測し、圧力センサ２６
で検出した圧が高過ぎるときには圧力制御部２７にてコ
ントロール弁２４をより開いて、浄化装置３０へ供給す
る冷却水を増す。そして、浄化装置３０を通る蒸気のド
レーン化を促して、乾いた蒸気の量を減少させる。ま
た、圧力センサ２６で検出した圧が低過ぎるときには圧
力制御部２７にてコントロール弁２４をより閉じて、浄
化装置３０へ供給する冷却水を減らす。そして、浄化装
置３０を通る蒸気のドレーン化を弱め、乾いた蒸気の量
を増加させる。

【００１４】一般に蒸気量の制御を実施するには、蒸気
井１１から浄化装置３０までの間の蒸気系にコントロー
ル弁を置く。この点、本実施例では、蒸気系にコントロ
ール弁を置かずに、冷却水系を制御することで、蒸気圧
力の制御を実施したので、地熱蒸気の圧力を損うことは
ない。従って、比較的低圧の地熱蒸気をも有効に活用す
ることができる。

【００１５】図２は本発明に係る地熱蒸気の浄化装置の
断面図であり、地熱蒸気の浄化装置３０は、底にドレー
ン口３１、下部に蒸気入口３２、上部に蒸気出口３３を
備えた縦長圧力容器状の容器３４と、表面積の大きな充
填物（図３参照）を充填したもので蒸気入口３２より上
にて容器３４内に配置した充填物層３５と、この充填物
層３５を通って上昇する湿った蒸気を急冷することで結
露させ、下方の充填物層３５に滴下させる冷却器３６
と、その上に配置した除湿器３７とからなる構造の装置
である。３８はマンホールであり、充填物層３５などの
保守点検時に使用する。

【００１６】前記冷却器３６は、Ｕ字管やＷ字管のよう
な水冷管や、プレートを渦状に巻いた冷却プレートなど
を用いることができ、冷媒供給ヘッド４１から冷却水や
空気等の冷媒を送り込み、冷媒回収水ヘッド４２で回収
する。従って、冷却器３６は、間接冷却式冷却器であっ
て、冷却水が容器３４内に洩れることはない。

【００１７】図３は図２の３部拡大図であり、充填物層
に充填する代表的な充填物４３の斜視図を示し、充填物
４３は表面積を増大するために大きな孔４４・・・を開け
た蓮の実状のリングである。この様なリングを不規則に
充填して充填物層を構成すれば、蒸気の通路が迷路構造
となり、下から上へ通過する蒸気は十分に充填物４３に
接触する。また、上から注いだ水は流下する間に充填物
４３に触れ、一部が付着水となって留る。なお、腐食を
考慮すると充填物４３はステンレス鋼、樹脂が好適であ
るが、アルミニウム合金や炭素鋼であっても差支えな
い。また、形状は任意のものを用いることができるが、
充填物４３は表面積ができるだけ大きなものを用いるこ
とが好ましい。

【００１８】以上の構成からなる地熱蒸気の浄化装置の
作用を次に説明する。図４（ａ），（ｂ）は地熱蒸気の
浄化装置の作動説明図（その１）である。（ａ）：先ず、湿った蒸気は上昇中に冷却器３６に触れ
る。蒸気は飽和蒸気温度以下では液化（凝縮）するた
め、冷却器３６で急冷されて露４５・・・となる。（ｂ）：露が成長すると水滴４６・・・となって落下し、
下方の充填物４３に至り、水滴の全部若しくは一部が付
着水４７として留る。

【００１９】図５（ａ），（ｂ）は地熱蒸気の浄化装置
の作動説明図（その２）である。（ａ）は、充填物４３
の外表面に付着水４７が付いていることを示す。この充
填物４３の周囲にある充填物４３・・・も同様である。
（ｂ）は、上記（ａ）のｂ部拡大図であり、白抜き矢印
の通りに地熱蒸気が付着水４７に接触すると、地熱蒸気
に含まれている不純物は付着水４７に吸収もしくは吸着
される。

【００２０】図６は本発明の浄化装置の浄化線図であ
り、幅ｍの蒸気と幅ｎの不純物とからなる地熱蒸気は、
充填物層３５で蒸気と不純物に分れて不純物のみが充填
物層３５に留る。一方、蒸気（ここではまだ湿った蒸気
である。）は、上昇し、冷却器３６で一部が凝縮する。
凝縮分だけ蒸気の乾燥が進み、幅ｍ１の乾いた蒸気が冷
却器３６から上へ流れ、除湿器３７（図２参照）を通過
して乾燥蒸気となる。一方、幅ｍ２（ｍ２＝ｍ−ｍ１）
の水滴が落下して、充填物層３５に至る。充填物層３５
では、上からの水滴の一部若しくは全部を付着水として
留め、この付着水に幅ｎの不純物が吸着されるため、水
は不純物を含む（ｎ＋ｍ２）の幅となって、落下する。

【００２１】この浄化線図から明らかなように、本発明
の特徴の一つは、地熱蒸気（幅ｍ＋ｎ）に含まれる水分
を浄化用水に充当するため、外部から浄化用水を供給す
る必要がないことである。しかも、冷却水などの冷媒の
流量や温度を調節することにより、冷却器３６の温度を
調節することができ、外部から清浄な水を供給すること
なく結露する蒸気の量を調節することができるので、地
熱蒸気の圧力によらず効率よく浄化することができる。

【００２２】尚、図１に示した集水ピット２１は冷却塔
に代えてもよい。また、容器３４は縦長の圧力容器が望
ましいが、内部の下に充填物層、上に冷却器を配置でき
れば球形タンク、円筒タンクであってもよい。従って、
容器３４の形状は任意である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１の浄化装置は、容器に充填物層、冷却器
及び除湿器を有するものであり、ミストセパレータを外
部に設ける必要がなく、装置のコンパクト化が容易に達
成できる。

【００２４】請求項２では、充填物層にて、充填物に付
着した水に地熱蒸気を接触させることで蒸気から不純物
を除去するが、充填物に付着する水を、地熱蒸気から冷
却器で造ることを特徴とし、外から清浄な水を供給する
ことを要しないから、清浄水製造設備が不要となり、地
熱蒸気の浄化装置をコンパクト化を容易に達成すること
ができる。さらには、冷却水等の冷媒の流量や温度を調
節することにより冷却器の温度を調節し、結露する水の
量を調節する。従って、地熱蒸気の圧力によらず効率よ
く結露水を発生させ、地熱蒸気の浄化を促すことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地熱蒸気の浄化装置を含む地熱発
電所の原理図

【図２】本発明に係る地熱蒸気の浄化装置の断面図

【図３】図２の３部拡大図

【図４】地熱蒸気の浄化装置の作動説明図（その１）

【図５】地熱蒸気の浄化装置の作動説明図（その２）

【図６】本発明の浄化装置の浄化線図

【符号の説明】

１０…地熱発電所、１４…タービン、１５…発電機、３
０…地熱蒸気の浄化装置、３２…蒸気入口、３３…蒸気
出口、３４…容器、３５…充填物層、３６…冷却器、３
７…除湿器、４３…充填物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 47/06 F01K 21/06 F03G 4/00 551

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】不純物を含む地熱蒸気から前記不純物を
除去する浄化装置において、この浄化装置は、下部に蒸気入口、上部に蒸気出口を備
えた容器と、前記容器内の前記蒸気入口より上に配置し
た充填物層と、この充填物層を通って上昇した蒸気を冷
却する冷却器と、この冷却器を経て上昇する蒸気を除湿
する除湿器と、を有することを特徴とする地熱蒸気の浄
化装置。
【請求項２】請求項１に記載の地熱蒸気の浄化装置を
用いて地熱蒸気から不純物を除去する地熱蒸気の浄化方
法であって、蒸気入口から充填物層を通って上昇する湿った高温蒸気
を冷却器にて熱交換し、結露して下方の充填物層に滴下
した水と地熱蒸気とを接触させることによって蒸気に含
まれる不純物を除去することを特徴とする地熱蒸気の浄
化方法。