JP6587118B1 - Geothermal recovery device - Google Patents
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Abstract
【課題】地熱により加熱された流体の温度低下を抑制して、加熱された流体を効率的に回収することができる地熱回収装置を提供すること。【解決手段】地中に埋設され下部において互いに連通する外管12と内管14とを備え、地上から流入する流体を外管12及び内管14を通過する間に地熱により加熱し、加熱した流体を再び地上に流出させて地熱を回収する地熱回収装置であって、内管14が、その下部を除く部分に断熱部22を有していること地熱回収装置10である。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a geothermal recovery device capable of efficiently recovering a heated fluid while suppressing a temperature drop of the fluid heated by the geothermal heat. An outer tube 12 and an inner tube 14 are embedded in the ground and communicated with each other at a lower portion, and a fluid flowing from the ground is heated by geothermal heat while passing through the outer tube 12 and the inner tube 14 and heated. The geothermal recovery apparatus 10 is a geothermal recovery apparatus that recovers geothermal heat by allowing the fluid to flow again to the ground, and the inner pipe 14 has a heat insulating portion 22 in a portion other than the lower part thereof. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、地熱回収装置に係り、例えば、地熱発電に用いられる地熱回収装置に関する。 The present invention relates to a geothermal recovery device, for example, a geothermal recovery device used for geothermal power generation.
地表面に降った雨や雪が地下深部まで浸透し高温の流体となった地熱流体を利用して発電を行う地熱発電は、化石燃料を必要とせず環境に与える影響が少ないことから再生可能エネルギーとして期待が高まっている。また、地熱発電は、日本に存在する多数の火山帯を利用できることや、天候の影響を受けないという点からも注目されている。 Geothermal power generation, which generates electricity using geothermal fluid that has become a high-temperature fluid by the rain and snow that has fallen on the ground surface penetrated deep underground, has no impact on the environment without requiring fossil fuels. Expectations are rising. Geothermal power generation is also attracting attention because it can use many volcanic zones in Japan and is not affected by the weather.
この地熱発電としては、地下の地熱流体の貯留層から汲み上げた熱水や蒸気により、タービンを回すことで発電するいわゆるフラッシュ方式やドライスチーム方式のほか、地下の地熱流体の貯留層から汲み上げた熱水や蒸気により沸点の低い有機媒体等を加熱して蒸気を作り出し、この蒸気によりタービンを回すことで発電するいわゆるバイナリー方式などがある。 This geothermal power generation includes the so-called flash method and dry steam method that generate electricity by rotating the turbine with hot water and steam pumped from the underground geothermal fluid reservoir, and heat pumped from the underground geothermal fluid reservoir. There is a so-called binary system that generates steam by heating an organic medium or the like having a low boiling point with water or steam, and rotating the turbine with the steam.
一方、地熱の回収方法としては、地下の貯留層から汲み上げた熱水や蒸気をそのまま利用するのではなく、地上から流入させた流体を地熱により加熱させ再び地上に流出することで地熱を回収する方法も提案されている。 On the other hand, as a geothermal recovery method, the hot water and steam pumped from the underground reservoir are not used as they are, but the geothermal heat is recovered by heating the fluid flowing in from the ground with geothermal heat and then flowing out to the ground again. A method has also been proposed.
このような地熱を回収する装置としては、例えば、地中に配置される外管であって、地上側又はその近傍の開口部以外は閉塞されており、底部及び底部から上方向に数十〜数百mの領域において流体が外部の地熱と熱交換可能な外管と、外管の内部に配置される内管であって、少なくとも底部又はその近傍部分が開放されており、底部が外管の底部から上方向に数十〜数百mの範囲内に位置している内管とを備える装置が提案されている(特許文献1参照)。 As an apparatus for recovering such geothermal heat, for example, it is an outer tube arranged in the ground, and is closed except for the opening on the ground side or the vicinity thereof, and several tens to upward from the bottom and the bottom. An outer tube in which fluid can exchange heat with external geothermal heat in an area of several hundred meters, and an inner tube disposed inside the outer tube, at least the bottom or its vicinity is open, and the bottom is the outer tube Has been proposed (see Patent Document 1), which includes an inner pipe positioned in the range of several tens to several hundreds of meters upward from the bottom of the base.
上記特許文献1に記載の地熱を回収する装置は、流体(以下、加熱用流体ということがある)が外管から流入し内管から流出するものであるが、内管が高い熱伝導性を有するステンレス鋼製であるため、内管内を通して地上に流出させる途中(上部の比較的低い温度域)で熱した流体が冷えてしまうという問題が生じていた。 In the apparatus for recovering geothermal heat described in Patent Document 1, a fluid (hereinafter sometimes referred to as a heating fluid) flows from the outer tube and flows out from the inner tube. However, the inner tube has high thermal conductivity. Since it is made of stainless steel, there has been a problem that the heated fluid is cooled while it flows out to the ground through the inside of the inner pipe (a relatively low temperature range in the upper part).
本発明の課題は、地熱により加熱された流体の温度低下を抑制して、地熱を効率的に回収することができる地熱回収装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the geothermal recovery apparatus which suppresses the temperature fall of the fluid heated by geothermal heat and can collect | recover geothermal efficiently.
本発明者らは、加熱用流体の温度低下を抑制して効率的に地熱を回収する手段を検討する中で、内管の一部(下部を除く部分)に断熱部を設けることにより、地熱により加熱された流体の温度低下を抑制して、地熱を効率的に回収することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In the study of means for efficiently recovering geothermal heat by suppressing the temperature drop of the heating fluid, the present inventors have provided a heat insulating part in a part of the inner pipe (part excluding the lower part), thereby It has been found that geothermal heat can be efficiently recovered by suppressing the temperature drop of the fluid heated by the above, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、以下の通りのものである。
[1]地中に埋設され下部において互いに連通する外管と内管とを備え、地上から流入する流体を外管及び内管を通過する間に地熱により加熱し、該加熱した流体を再び地上に流出させて地熱を回収する地熱回収装置であって、
前記内管が、その下部を除く部分に断熱部を有していることを特徴とする地熱回収装置。
[2]内管が、地中温度が100℃以下の範囲に断熱部を有していることを特徴とする上記[1]記載の地熱回収装置。
[3]内管が、その下部側部に、外管と連通する連通開口を有していることを特徴とする上記[1]又は[2]記載の地熱回収装置。
[4]内管の底部が閉塞されていることを特徴とする上記[3]記載の地熱回収装置。
[5]下部側部の連通開口が、内管の下端から0.5〜5mの範囲内に設けられていることを特徴とする上記[3]又は[4]記載の地熱回収装置。
[6]内管の下端が、外管の内部底面から0〜10mの範囲に位置することを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれか記載の地熱回収装置。
[7]内管の下端が、外管の内部底面と接触するよう位置することを特徴とする上記[6]記載の地熱回収装置。
That is, the present invention is as follows.
[1] An outer pipe and an inner pipe that are buried in the ground and communicate with each other at the lower part are provided. The fluid flowing in from the ground is heated by geothermal heat while passing through the outer pipe and the inner pipe, and the heated fluid is again returned to the ground. A geothermal recovery device that recovers geothermal heat by flowing into
The geothermal heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the inner pipe has a heat insulating portion in a portion excluding a lower portion thereof.
[2] The geothermal recovery apparatus according to the above [1], wherein the inner pipe has a heat insulating portion in a range where the underground temperature is 100 ° C. or lower.
[3] The geothermal recovery apparatus according to the above [1] or [2], wherein the inner pipe has a communication opening communicating with the outer pipe at a lower side portion thereof.
[4] The geothermal recovery apparatus according to the above [3], wherein the bottom of the inner pipe is closed.
[5] The geothermal recovery device according to the above [3] or [4], wherein the communication opening on the lower side is provided in a range of 0.5 to 5 m from the lower end of the inner tube.
[6] The geothermal recovery device according to any one of [1] to [5], wherein the lower end of the inner pipe is located in a range of 0 to 10 m from the inner bottom surface of the outer pipe.
[7] The geothermal recovery device according to the above [6], wherein the lower end of the inner tube is positioned so as to contact the inner bottom surface of the outer tube.
[8]地上から流入する流体が内管を通って外管から地上に流出する地熱回収装置であって、
外管が、地中温度が100℃以下の範囲に断熱部を有していることを特徴とする上記[1]〜[7]のいずれか記載の地熱回収装置。
[9]上記[1]〜[8]のいずれか記載の地熱回収装置と、
前記地熱回収装置から流出した流体を利用して発電する発電機と、
を備えたことを特徴とする地熱発電システム。
[10]発電機が、地熱回収装置から流出した流体によりタービンを回転させて発電することを特徴とする上記[9]に記載の地熱発電システム。
[11]発電機が、地熱回収装置から流出した流体によって加熱された作動用流体によりタービンを回転させて発電することを特徴とする上記[9]に記載の地熱発電システム。
[8] A geothermal recovery device in which a fluid flowing from the ground flows out from the outer tube to the ground through the inner tube,
The geothermal recovery apparatus according to any one of the above [1] to [7], wherein the outer tube has a heat insulating part in a range where the underground temperature is 100 ° C or lower.
[9] The geothermal recovery device according to any one of [1] to [8] above,
A generator for generating electricity using the fluid flowing out of the geothermal recovery device;
A geothermal power generation system characterized by comprising:
[10] The geothermal power generation system according to [9], wherein the power generator generates power by rotating the turbine with the fluid flowing out from the geothermal recovery device.
[11] The geothermal power generation system according to [9], wherein the power generator generates power by rotating the turbine with the working fluid heated by the fluid flowing out from the geothermal recovery device.
本発明の地熱回収装置によれば、地熱により加熱された流体の温度低下を抑制して、地熱を効率的に回収することができる。 According to the geothermal recovery device of the present invention, it is possible to efficiently recover geothermal heat while suppressing the temperature drop of the fluid heated by geothermal heat.
本発明の地熱回収装置は、地中に埋設され下部において互いに連通する外管と内管とを備え、地上から流入する流体を外管及び内管を通過する間に地熱により加熱し、加熱した流体を再び地上に流出させて地熱を回収する地熱回収装置であり、内管が、その下部を除く部分に断熱部を有していることを特徴とする。 The geothermal recovery apparatus of the present invention includes an outer pipe and an inner pipe that are buried in the ground and communicate with each other at the lower part, and heats the fluid flowing from the ground by geothermal heat while passing through the outer pipe and the inner pipe, A geothermal recovery device that recovers geothermal heat by causing a fluid to flow again to the ground, wherein the inner pipe has a heat insulating portion in a portion other than the lower portion thereof.
本発明の地熱回収装置においては、地熱により加熱された流体が地上に流出する際の温度低下を抑制することができ、地熱を効率的に回収することができる。また、本発明の地熱回収装置は、地中の熱水や蒸気を直接回収するものではないことから、温泉等の資源が枯渇することがなく、さらに、装置内に硫黄等のスケールが付着することがないため、メンテナンス等の費用も安価であると共に、長時間の使用が可能である。 In the geothermal recovery apparatus of this invention, the temperature fall at the time of the fluid heated with geothermal heat flowing out on the ground can be suppressed, and geothermal heat can be collect | recovered efficiently. Further, since the geothermal recovery apparatus of the present invention does not directly recover the underground hot water and steam, resources such as hot springs are not exhausted, and scales such as sulfur adhere to the apparatus. Therefore, the cost for maintenance and the like is low, and it can be used for a long time.
本発明の地熱回収装置は、地中に埋設した内管又は外管から加熱用流体を流入させ、少なくとも地中温度が100℃以上の地下の地熱流体の貯留層(高温部分)において加熱用流体を加熱して、外管又は内管を通じて再び地上へ流出させて地熱を回収する。すなわち、少なくとも外管が地熱流体の貯留層まで達する構造であるが、この地熱流体の貯留層としては、例えば、地中温度100℃以上が好ましく、120℃以上がより好ましく、150℃以上がさらに好ましい。本発明の地熱回収装置に用いる加熱用流体としては、水や、沸点が100℃以下の有機媒体などを好適に例示することができる。 The geothermal recovery device of the present invention allows a heating fluid to flow from an inner pipe or an outer pipe buried in the ground, and at least a heating fluid in a reservoir (high temperature portion) of an underground geothermal fluid having an underground temperature of 100 ° C. or higher. Is heated to flow out to the ground again through the outer tube or the inner tube to recover the geothermal heat. That is, at least the outer tube has a structure reaching the geothermal fluid reservoir. For example, the geothermal fluid reservoir is preferably an underground temperature of 100 ° C or higher, more preferably 120 ° C or higher, and further 150 ° C or higher. preferable. As the heating fluid used in the geothermal recovery apparatus of the present invention, water, an organic medium having a boiling point of 100 ° C. or less, and the like can be preferably exemplified.
(外管)
本発明の地熱回収装置における外管は、地中に埋設され下部において内管と連通する。外管の断面形状としては、例えば、正方形、長方形、円形等各種形状を挙げることができるが、円形であることが好ましい。この外管は、底部及び側部が閉塞されている。
(Outer pipe)
The outer pipe in the geothermal recovery apparatus of the present invention is buried in the ground and communicates with the inner pipe in the lower part. Examples of the cross-sectional shape of the outer tube include various shapes such as a square, a rectangle, and a circle. A circular shape is preferable. The outer tube is closed at the bottom and sides.
また、外管は、全部が地中に埋設されるものであってもよいが、一部が地上に設けられているものであってもよい。すなわち、外管が地中から地上に亘って設けられるものであってもよい。 Further, the outer tube may be entirely buried in the ground, but a part of the outer tube may be provided on the ground. That is, the outer pipe may be provided from the ground to the ground.
外管の材料としては、熱伝導性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、鉄、ステンレス鋼、炭素鋼を挙げることができ、熱伝導性、耐久性、コスト等の点から、ステンレス鋼が好ましい。また、外管の周囲は、一部又は全部がコンクリート等で覆われていてもよく、これにより耐久性を高めることができる。 The material of the outer tube is not particularly limited as long as it is a material having thermal conductivity, and examples thereof include iron, stainless steel, and carbon steel. Points such as thermal conductivity, durability, cost, etc. Therefore, stainless steel is preferable. Moreover, the periphery of the outer tube may be partially or entirely covered with concrete or the like, thereby improving durability.
また、外管の長さとしては、少なくとも地熱流体の貯留層(高温部分)に到達する長さであればよく、設置場所等により適宜決定することができる。外管の長さとしては、例えば、地中温度100℃以上の範囲に100m以上存在する長さであることが好ましく、地中温度120℃以上の範囲に100m以上存在する長さであることがより好ましく、地中温度150℃以上の範囲に100m以上存在する長さであることがさらに好ましい。 Further, the length of the outer tube may be any length as long as it reaches at least the reservoir (high temperature portion) of the geothermal fluid, and can be appropriately determined depending on the installation location. As the length of the outer tube, for example, it is preferable that the length is 100 m or more in the range of the underground temperature 100 ° C. or more, and the length is 100 m or more in the range of the underground temperature 120 ° C. or more. More preferably, the length is more than 100 m in the range of the underground temperature of 150 ° C. or more.
外管の径としては、少なくとも内管を収容できるものであり、設置場所等によって適宜設定することができる。外管の内径としては、例えば、50〜500mmであり、80〜300mmが好ましく、100〜300mmがより好ましく、150〜300mmがさらに好ましい。外管の内径がこの範囲にあることにより、地中の高温部において加熱用流体が十分に滞留され、加熱用流体を十分に加熱することができる。 The diameter of the outer tube can accommodate at least the inner tube and can be appropriately set depending on the installation location. The inner diameter of the outer tube is, for example, 50 to 500 mm, preferably 80 to 300 mm, more preferably 100 to 300 mm, and still more preferably 150 to 300 mm. When the inner diameter of the outer tube is within this range, the heating fluid is sufficiently retained in the high temperature portion in the ground, and the heating fluid can be sufficiently heated.
外管の上端は、地上において流体を流入又は流出可能な流入出口を有している。この流入出口は、流体を循環させるための循環ポンプや、熱交換器等の地熱発電システムの一部等に接続される。 The upper end of the outer pipe has an inlet / outlet through which fluid can flow in or out on the ground. This inlet / outlet is connected to a circulation pump for circulating fluid, a part of a geothermal power generation system such as a heat exchanger, and the like.
(内管)
本発明の地熱回収装置における内管は、地中に埋設される外管の内部に設けられており、その下部において外管と連通する。内管の断面形状としては、例えば、正方形、長方形、円形等各種形状を挙げることができるが、円形であることが好ましい。
(Inner pipe)
The inner pipe in the geothermal recovery apparatus of the present invention is provided inside the outer pipe buried in the ground, and communicates with the outer pipe at the lower part thereof. Examples of the cross-sectional shape of the inner tube include various shapes such as a square, a rectangle, and a circle. A circular shape is preferable.
内管の径としては、例えば、10〜400mmであり、30〜200mmが好ましく、30〜150mmがより好ましく、30〜100mmがさらに好ましい。また、内管の容積と内管を除く外管の容積との比としては、加熱用流体を効率よく加熱できる点から、1:1.5〜100が好ましく、1:2〜80がより好ましく、1:20〜50がさらに好ましい。 The diameter of the inner tube is, for example, 10 to 400 mm, preferably 30 to 200 mm, more preferably 30 to 150 mm, and still more preferably 30 to 100 mm. The ratio of the volume of the inner tube to the volume of the outer tube excluding the inner tube is preferably 1: 1.5 to 100, more preferably 1: 2 to 80, from the viewpoint that the heating fluid can be efficiently heated. 1: 20-50 is more preferable.
また、内管は、全部が地中に埋設されるものであってもよいが、一部が地上に設けられているものであってもよい。すなわち、内管が地中から地上に亘って設けられるものであってもよい。 Further, the inner pipe may be entirely buried in the ground, but a part thereof may be provided on the ground. That is, the inner pipe may be provided from the ground to the ground.
内管は、上記のように、その下部において外管と互いに連通するものであるが、その連通形態としては、例えば、内管の底面が開放されたものや、内管の下部に外管と連通する連通開口を有している形態が挙げられる。連通開口は、内管の底部及び/又は側部に設けることができる。具体的に、例えば、内管の閉塞された底部に孔及び/又はスリットを有する形態や、内管の下部側部に孔及び/又はスリットを有する形態(底部は閉塞又は開放)や、内管の閉塞された底部及び下部側部に孔及び/又はスリットを有する形態を挙げることができ、内管の底部が閉塞されると共に、内管の下部側部に孔及び/又はスリットを有する形態が好ましい。内管の底部を閉塞し、下部側部に孔及び/又はスリットを形成して流体を流通させることにより、内管内に汚物が流入することを防止できる。内管の下部側部に孔及び/又はスリットを有する形態の場合、孔及び/又はスリットは、例えば、内管の下端から0.5〜5mの範囲内に設けられていることが好ましく、0.8〜3mの範囲内に設けられていることがより好ましい。これにより、高熱の下部の耐久性を高めることができ、内管の変形を防止することができる。また、外管の底部に溜まった汚物の内管への流入をより防止することができる。 As described above, the inner pipe communicates with the outer pipe at the lower part thereof. As the communication form, for example, the inner pipe is open at the bottom, or the lower part of the inner pipe is connected to the outer pipe. The form which has the communication opening which connects is mentioned. The communication opening can be provided at the bottom and / or side of the inner tube. Specifically, for example, a form having a hole and / or a slit in the closed bottom of the inner pipe, a form having a hole and / or a slit in the lower side of the inner pipe (the bottom is closed or open), and the inner pipe The closed bottom portion and the lower side portion of the inner tube may be provided with holes and / or slits, and the inner tube bottom portion is closed and the inner tube lower side portion is provided with the holes and / or slits. preferable. By closing the bottom of the inner tube and forming a hole and / or slit in the lower side to allow fluid to flow, it is possible to prevent filth from flowing into the inner tube. In the case of a form having holes and / or slits on the lower side portion of the inner tube, the holes and / or slits are preferably provided within a range of 0.5 to 5 m from the lower end of the inner tube, for example. More preferably, it is provided within a range of 8 to 3 m. Thereby, durability of the lower part of high heat can be improved and a deformation | transformation of an inner pipe | tube can be prevented. Moreover, the inflow of the filth collected at the bottom of the outer tube to the inner tube can be further prevented.
また、内管の下端は、地熱流体の貯留層(高温部分)に位置することが好ましく、設置場所にもよるが、例えば、外管の内部底面から0〜150mの範囲に位置することが好ましく、外管の内部底面から0〜80mの範囲に位置することがより好ましく、0〜10mの範囲に位置することがさらに好ましく、0〜5mの範囲に位置することが特に好ましく、外管の内部底面と接触するよう位置することが最も好ましい。これにより、最も高温となる最深部(外管の下端内部)の加熱用流体を回収することができる。 The lower end of the inner pipe is preferably located in the geothermal fluid reservoir (high-temperature part), and is preferably located, for example, in the range of 0 to 150 m from the inner bottom surface of the outer pipe, depending on the installation location. More preferably, it is located in the range of 0 to 80 m from the inner bottom surface of the outer tube, more preferably in the range of 0 to 10 m, particularly preferably in the range of 0 to 5 m. Most preferably, it is located in contact with the bottom surface. Thereby, the fluid for heating of the deepest part (inside the lower end of an outer tube) which becomes the highest temperature is recoverable.
本発明の内管は、その下部を除く部分に断熱部を有している。断熱部は、内管自体の一部が断熱構造となった構成であってもよく、内管の周囲に断熱部材を設けた構成であってもよい。内管自体の一部が断熱構造となった構成としては、例えば、管の一部が断熱二重構造となったものや、管の一部が断熱性材料から構成されるものを挙げることができる。また、内管の周囲に設けられる断熱部材としては、例えば、グラスウール、耐熱性発泡ポリスチレン、耐熱性発泡ウレタン等を挙げることができる。 The inner pipe of the present invention has a heat insulating part in a portion excluding the lower part thereof. The heat insulating part may have a structure in which a part of the inner tube itself has a heat insulating structure, or may have a structure in which a heat insulating member is provided around the inner tube. Examples of the configuration in which a part of the inner pipe itself has a heat insulating structure include a structure in which a part of the pipe has a heat insulating double structure and a structure in which a part of the pipe is made of a heat insulating material. it can. Examples of the heat insulating member provided around the inner tube include glass wool, heat resistant foamed polystyrene, and heat resistant foamed urethane.
上記内管の断熱部は、地中温度が100℃以下の範囲に設けられていることが好ましく、120℃以下の範囲に設けられていることがより好ましい。これにより、加熱用流体が外管から流入して内管から地上に流出する方式の場合、周囲の外管を流れるより低温の流体からの伝熱を遮断し、内管を流れる流体の温度低下を抑制することができる。また、加熱用流体が内管から流入して外管から地上に流出する方式の場合、内管を流れるより低温の流体からの伝熱を遮断し、外管を流れる流体の温度低下を抑制することができる。例えば、加熱用流体を100℃以上に保つことが可能となることから、熱媒体に適した気体の状態で回収することも可能となる。 It is preferable that the heat insulation part of the said inner pipe is provided in the range whose underground temperature is 100 degrees C or less, and it is more preferable that it is provided in the range of 120 degrees C or less. As a result, when the heating fluid flows in from the outer pipe and flows out from the inner pipe to the ground, heat transfer from the lower temperature fluid flowing in the surrounding outer pipe is cut off, and the temperature of the fluid flowing in the inner pipe decreases. Can be suppressed. Also, in the case of a system in which the heating fluid flows in from the inner pipe and flows out from the outer pipe to the ground, heat transfer from a lower temperature fluid flowing in the inner pipe is cut off, and the temperature drop of the fluid flowing in the outer pipe is suppressed. be able to. For example, since the heating fluid can be maintained at 100 ° C. or higher, it can be recovered in a gas state suitable for the heat medium.
内管の断熱部以外の材料としては、熱伝導性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、鉄、ステンレス鋼、炭素鋼を挙げることができ、熱伝導性、耐久性、コスト等の点から、ステンレス鋼が好ましい。 The material other than the heat insulating portion of the inner pipe is not particularly limited as long as it has thermal conductivity, and examples thereof include iron, stainless steel, and carbon steel. Thermal conductivity, durability, Stainless steel is preferable from the viewpoint of cost and the like.
内管の下部(断熱部を有していない部分)の長さとしては、地中温度が100℃以上(好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上)の地熱流体の貯留層(高温部分)の範囲内で適宜決定することができる。その長さとしては、例えば、1〜200mである。長さの上限は、地熱流体の貯留層に存在する外管の長さに依存する。一方、長さの下限は、下部側部に連通開口を設ける領域を確保する長さがあればよい。内管の下部の長さが長いものほど、加熱用流体の地熱流体の貯留層からの熱を加熱用流体が吸収できることから、高温の加熱用流体を回収できる傾向にあるが、短いほど、ばらつきのない安定した温度の加熱用流体を回収することができる傾向にある。したがって、内管下部の長さとしては、5〜70m程度が好ましく、10〜60m程度がより好ましい。 The length of the lower part of the inner pipe (the part not having the heat insulation part) is a geothermal fluid reservoir (high temperature part) having an underground temperature of 100 ° C. or higher (preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher). ) Can be determined as appropriate. The length is, for example, 1 to 200 m. The upper limit of the length depends on the length of the outer tube present in the geothermal fluid reservoir. On the other hand, the lower limit of the length may be a length that secures a region in which the communication opening is provided in the lower side portion. The longer the lower part of the inner pipe is, the more the heating fluid can absorb the heat from the geothermal fluid reservoir of the heating fluid. It tends to be possible to recover a heating fluid having a stable temperature without any problems. Therefore, the length of the lower part of the inner tube is preferably about 5 to 70 m, and more preferably about 10 to 60 m.
内管の上端は、地上において流体を流入又は流出可能な流入出口を有している。この流入出口は、流体を循環させるための循環ポンプや、熱交換器等の地熱発電システムの一部等に接続される。 The upper end of the inner pipe has an inlet / outlet through which fluid can flow in or out on the ground. This inlet / outlet is connected to a circulation pump for circulating fluid, a part of a geothermal power generation system such as a heat exchanger, and the like.
また、本発明の地熱回収装置においては、加熱用流体が内管から流入して外管から地上に流出する方式の場合、外管が、地中温度が100℃以下の範囲に断熱部を有していることが好ましい。これにより、加熱された流体が外管を通る(地上に流出させる)際、低温の地中からの伝熱による温度低下を抑制することができる。外管の断熱部の構成は、内管の断熱部と同様である。 In the geothermal recovery apparatus of the present invention, when the heating fluid flows from the inner pipe and flows out from the outer pipe to the ground, the outer pipe has a heat insulating portion in the range where the underground temperature is 100 ° C. or less. It is preferable. Thereby, when the heated fluid passes through the outer pipe (flows out to the ground), a temperature drop due to heat transfer from the low temperature underground can be suppressed. The structure of the heat insulation part of the outer tube is the same as that of the heat insulation part of the inner tube.
続いて、上述した本発明の地熱回収装置を用いた地熱発電システムについて説明する。
本発明の地熱発電システムは、上述した地熱回収装置と、地熱回収装置から流出した流体を利用して発電する発電機とを備えている。
Subsequently, a geothermal power generation system using the above-described geothermal recovery apparatus of the present invention will be described.
The geothermal power generation system of the present invention includes the above-described geothermal recovery device and a generator that generates power using the fluid that has flowed out of the geothermal recovery device.
本発明の地熱発電システムとしては、加熱用流体を発電に直接利用する方式や、加熱用流体を発電に間接的に利用するいわゆるバイナリー方式等の種々の地熱発電に採用することができる。具体的に例えば、加熱用流体を発電に直接利用する方式を採用する場合、本発明の地熱発電システムは、上述した地熱回収装置と、地熱回収装置から流出した流体によりタービンを回転させて発電する発電機とを備えている発電システムである。また、バイナリー方式を採用する場合、本発明の地熱発電システムは、上述した地熱回収装置と、地熱回収装置から流出した流体によって加熱された作動用流体によりタービンを回転させて発電する発電機とを備えている発電システムである。 The geothermal power generation system of the present invention can be applied to various geothermal power generation such as a system that directly uses a heating fluid for power generation or a so-called binary system that indirectly uses a heating fluid for power generation. Specifically, for example, when adopting a method of directly using a heating fluid for power generation, the geothermal power generation system of the present invention generates power by rotating the turbine with the above-described geothermal recovery device and the fluid flowing out of the geothermal recovery device. A power generation system including a generator. When the binary system is adopted, the geothermal power generation system of the present invention includes the above-described geothermal recovery device and a generator that generates electricity by rotating the turbine with the working fluid heated by the fluid flowing out of the geothermal recovery device. It is a power generation system.
以下、図面を用いて本発明の地熱回収装置の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態に制限されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the geothermal recovery apparatus of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.
ここで、図1は、本発明の第1の実施形態に係る地熱回収装置を説明するための概略断面図である。図2は、本発明の第2の実施形態に係る地熱回収装置を説明するための概略断面図である。図3は、本発明の第3の実施形態に係る地熱回収装置を説明するための概略断面図である。 Here, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the geothermal recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a geothermal recovery apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a geothermal recovery apparatus according to the third embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る地熱回収装置10は、地中に埋設され下部において互いに連通する外管12と内管14とを備えている。地熱回収装置10は、加熱用流体が外管12から内管14に流れる方式の装置である。 As shown in FIG. 1, a geothermal recovery device 10 according to the first embodiment of the present invention includes an outer tube 12 and an inner tube 14 that are embedded in the ground and communicate with each other at a lower portion. The geothermal recovery device 10 is a device in which a heating fluid flows from the outer tube 12 to the inner tube 14.
外管12は、例えば、内径200mm程度、地上部からの長さ(深さ)450m程度の地上から地熱帯(高温部)まで延びるステンレス鋼製の円筒体である。外管12は、底部及び側部が閉塞されており、上端に流入口16を有している。流入口16は、地熱回収装置10内に流体を循環させるための循環ポンプ18等に接続されている。また、地中の外管12の周囲は、コンクリート材20で覆われている。 The outer tube 12 is, for example, a stainless steel cylindrical body that extends from the ground having an inner diameter of about 200 mm and a length (depth) of about 450 m from the ground to the tropics (high temperature portion). The outer tube 12 is closed at the bottom and sides, and has an inlet 16 at the upper end. The inflow port 16 is connected to a circulation pump 18 or the like for circulating a fluid in the geothermal recovery device 10. The periphery of the underground outer tube 12 is covered with a concrete material 20.
内管14は、外管12の内部に設けられており、地上から地熱帯(高温部)まで延びる円筒体である。内管14は、内径35mm程度であって、その上部から中央部(例えば400m程度)が断熱二重管22で構成されている(断熱部)。また、これに続く下部の底部までの50m程度が、ステンレス鋼製の鋼管24で構成される。 The inner pipe 14 is provided inside the outer pipe 12 and is a cylindrical body that extends from the ground to the earth tropics (high temperature part). The inner tube 14 has an inner diameter of about 35 mm, and a central portion (for example, about 400 m) from the upper portion is constituted by a heat insulating double tube 22 (heat insulating portion). Further, the steel pipe 24 made of stainless steel is constituted by about 50 m up to the bottom of the lower part.
断熱二重管22は、少なくとも地上から地中温度が100℃以下の範囲(低温部、中温部)に設けられており、この範囲の内管14の内外における伝熱を遮断することができる。鋼管24は、地中温度が100℃以上の範囲(高温部)に設けられ、高い熱伝導性を有することから、この範囲の内管14は、外部からの熱が伝わり易くなっている。 The heat insulation double pipe 22 is provided at least in the range where the underground temperature is 100 ° C. or less from the ground (low temperature part, middle temperature part), and can block heat transfer inside and outside the inner pipe 14 in this range. The steel pipe 24 is provided in a range where the underground temperature is 100 ° C. or higher (high temperature part) and has high thermal conductivity, and thus the inner pipe 14 in this range is easy to transmit heat from the outside.
内管14の下端は、底面が閉塞されており、外管12の内部底面26に接触して設けられている。また、内管14は、その下部側部の1m程度の範囲(下端から0.5〜1.5mの範囲)に外管12と連通する複数の孔28を有している。また、内管14は、その上端に流出口30を有している。流出口30は、地熱回収装置10の外部の発電機32等の発電システムに接続されている。 The bottom end of the inner tube 14 is closed at the bottom, and is provided in contact with the inner bottom surface 26 of the outer tube 12. The inner tube 14 has a plurality of holes 28 communicating with the outer tube 12 in a range of about 1 m on the lower side (a range of 0.5 to 1.5 m from the lower end). The inner pipe 14 has an outlet 30 at the upper end thereof. The outlet 30 is connected to a power generation system such as a power generator 32 outside the geothermal recovery device 10.
次に、第2の実施形態に係る地熱回収装置34について説明する。なお、上記第1の実施形態に係る地熱回収装置10と同様の構成の部材については、同一符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、内管36の下端の底面が開放され、内管36の下端が外管38の内部底面に接触していない点で上記実施例と異なる。 Next, the geothermal recovery device 34 according to the second embodiment will be described. In addition, about the member of the structure similar to the geothermal recovery apparatus 10 which concerns on the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, the bottom surface of the lower end of the inner tube 36 is opened, and the lower end of the inner tube 36 is different from the above example in that it does not contact the inner bottom surface of the outer tube 38.
図2に示すように、本発明の第2の実施形態に係る地熱回収装置34は、内管36を備えている。内管36は、その下部(断熱二重管以外の部分)が、例えば長さ11m程度のステンレス鋼製の鋼管40で構成される。また、内管36の下端は、底面が開放されており、外管38の内部底面42から例えば40m程度離れた位置に設けられている。 As shown in FIG. 2, the geothermal recovery device 34 according to the second embodiment of the present invention includes an inner tube 36. The lower part (parts other than the heat insulation double pipe) of the inner pipe 36 is constituted by a steel pipe 40 made of stainless steel having a length of about 11 m, for example. The bottom end of the inner tube 36 has an open bottom surface, and is provided at a position separated from the inner bottom surface 42 of the outer tube 38 by, for example, about 40 m.
次に、第3の実施形態に係る地熱回収装置44について説明する。なお、上記第1の実施形態に係る地熱回収装置10と同様の構成の部材については、同一符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、外管46が、地中温度が100℃以下の範囲に断熱部48を有しており、加熱用流体が内管14から流入して外管46から地上に流出する方式である点で上記第1の実施例と異なる。 Next, a geothermal recovery device 44 according to the third embodiment will be described. In addition, about the member of the structure similar to the geothermal recovery apparatus 10 which concerns on the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, the outer tube 46 has a heat insulating portion 48 in a range where the underground temperature is 100 ° C. or less, and the heating fluid flows from the inner tube 14 and flows out from the outer tube 46 to the ground. This is different from the first embodiment.
図3に示すように、本発明の第3の実施形態に係る地熱回収装置44は、外管46を備えている。外管46は、その上部から中央部(例えば400m程度)が断熱二重管48で構成されている(断熱部)。また、これに続く下部の底部までの50m程度が、ステンレス鋼製の鋼管50で構成される。これにより、外管を流れる地熱により加熱された流体の低温の地下部からの温度低下を抑制して効率的に回収することができる。 As shown in FIG. 3, the geothermal recovery device 44 according to the third embodiment of the present invention includes an outer tube 46. The outer tube 46 has a central portion (for example, about 400 m) from the upper portion, and is constituted by a heat insulating double tube 48 (heat insulating portion). Further, the steel pipe 50 made of stainless steel is formed about 50 m up to the bottom of the lower part. Thereby, the temperature fall from the low temperature underground part of the fluid heated by the geothermal heat which flows through an outer pipe | tube can be suppressed, and it can collect | recover efficiently.
上述した本発明の地熱回収装置を備えた地熱発電システムについて、図面を参照して具体的に説明する。図4は、本発明の地熱回収装置を備える加熱用流体を発電に直接利用する方式の地熱発電システムの構成の概略を示す説明図である。図5は、本発明の地熱回収装置を備えるいわゆるバイナリー方式地熱発電システムの構成の概略を示す説明図である。 A geothermal power generation system including the above-described geothermal recovery device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of a geothermal power generation system using a heating fluid including the geothermal recovery device of the present invention directly for power generation. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of a so-called binary type geothermal power generation system including the geothermal recovery device of the present invention.
図4に示すように、本発明の地熱発電システム100は、地熱回収装置10と、セパレータと、タービンと、発電機と、復水器と、貯水槽と、循環ポンプとを備えている。本発明の地熱発電システム100は、地熱回収装置10により回収される地熱により加熱された加熱用流体によりタービンを回転させて発電する。 As shown in FIG. 4, the geothermal power generation system 100 of the present invention includes a geothermal recovery device 10, a separator, a turbine, a generator, a condenser, a water storage tank, and a circulation pump. The geothermal power generation system 100 of the present invention generates electricity by rotating a turbine with a heating fluid heated by geothermal heat recovered by the geothermal recovery device 10.
図5に示すように、本発明の地熱発電システム200は、いわゆるバイナリー方式のシステムであり、地熱回収装置10の加熱用流体が循環する加熱用流体回路と、かかる加熱用流体により加熱され、タービンを回転させる作動用流体が循環する作動用流体回路備えている。本発明の地熱発電システム200においては、蒸発器により熱交換が行われ、例えば、加熱用流体よりも沸点の低い作動用流体を蒸気とし、タービンを回転させて発電を行う。 As shown in FIG. 5, the geothermal power generation system 200 of the present invention is a so-called binary system, a heating fluid circuit in which the heating fluid of the geothermal recovery device 10 circulates, and the heating fluid that is heated by the heating fluid. The working fluid circuit in which the working fluid that rotates the fluid circulates is provided. In the geothermal power generation system 200 of the present invention, heat exchange is performed by an evaporator. For example, the working fluid having a lower boiling point than the heating fluid is used as steam, and the turbine is rotated to generate power.
本発明の地熱回収装置は、地熱発電の地熱回収に用いることができるから、産業上有用である。 Since the geothermal recovery apparatus of the present invention can be used for geothermal recovery of geothermal power generation, it is industrially useful.
10 地熱回収装置
12 外管
14 内管
16 流入口
18 循環ポンプ
20 コンクリート材
22 断熱二重管(断熱部)
24 鋼管
26 内部底面
28 孔
30 流出口
32 発電機
34 地熱回収装置
36 内管
38 外管
40 鋼管
42 内部底面
44 地熱回収装置
46 外管
48 断熱二重管(断熱部)
50 鋼管
100 地熱発電システム
200 地熱発電システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Geothermal recovery apparatus 12 Outer pipe 14 Inner pipe 16 Inlet 18 Circulation pump 20 Concrete material 22 Heat insulation double pipe (heat insulation part)
24 Steel pipe 26 Internal bottom surface 28 Hole 30 Outlet 32 Generator 34 Geothermal recovery device 36 Inner tube 38 Outer tube 40 Steel tube 42 Internal bottom surface 44 Geothermal recovery device 46 Outer tube 48 Heat insulation double tube (heat insulation part)
50 Steel pipe 100 Geothermal power generation system 200 Geothermal power generation system
Claims (4)
前記内管が、
その下部を除く部分に断熱部を有すると共に、その断熱部以外の部分は熱伝導性を有しており、
その下端が、外管の内部底面と接触するよう位置しており、
その底部が閉塞されると共に、その下部側部に外管と連通する連通開口を有しており、
該連通開口は、内管の下端から0.5〜5mの範囲内に設けられている
ことを特徴とする地熱回収装置。 It has an outer pipe and an inner pipe that are buried in the ground and communicate with each other at the lower part. The fluid flowing in from the ground is heated by geothermal heat while passing through the outer pipe and the inner pipe, and the heated fluid is discharged to the ground again. A geothermal recovery device that collects geothermal heat,
The inner tube is
While have a heat insulating portion on the portion except the lower portion, the portion other than the heat-insulating portion has a thermal conductivity,
The lower end is positioned so as to contact the inner bottom surface of the outer pipe,
The bottom is closed, and the lower side has a communication opening communicating with the outer tube.
The geothermal recovery device , wherein the communication opening is provided within a range of 0.5 to 5 m from the lower end of the inner pipe .
前記地熱回収装置から流出した流体を利用して発電する発電機と、
を備えたことを特徴とする地熱発電システム。 A geothermal recovery device according to claim 1 ;
A generator for generating electricity using the fluid flowing out of the geothermal recovery device;
A geothermal power generation system characterized by comprising:
The geothermal power generation system according to claim 2 , wherein the generator generates electricity by rotating the turbine with the working fluid heated by the fluid flowing out from the geothermal recovery device.
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