JP6596494B2 - 地熱発電システム、地熱発電装置、地熱発電方法又は媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法並びに破砕帯に媒体移送管を設置する方法 - Google Patents

地熱発電システム、地熱発電装置、地熱発電方法又は媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法並びに破砕帯に媒体移送管を設置する方法 Download PDF

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Description

本発明は、地熱発電システム、地熱発電装置、地熱発電方法又は媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法並びに破砕帯に媒体移送管を設置する方法に関する。
地熱発電のような地熱エネルギーを利用してエネルギーを得る手法は、高温のマグマ層を熱源とすることから半永久的に熱エネルギーを取り出すことができ、かつ、発電の過程において温室効果ガスを発生しないことから、化石燃料の代替手段として近年注目されている。
従来の地熱発電は、地熱帯をボーリングし、地熱帯に存在する自然の蒸気、又は熱水を自然の圧力を利用して取り出し発電を行なう。それに対し、本権利者は、地熱帯に存在する蒸気及び熱水を直接取り出すことなく、熱のみを受領して発電可能な地熱交換器を提案している（特許文献１）。
かかる地熱交換器は地下に賦存する高温・高圧の熱水および蒸気そのほか熱伝導媒体が保持する熱を地上に輸送し、地上で蒸気を得ることができるため、地熱帯付近における環境に及ぼす影響がとても小さい地熱交換器を提供するものとして有効な発明である。
そこで、本発明は、従来技術にかかる熱交換器をさらに発展させ、さらに熱効率のよい地熱発電システム、地熱発電装置及び地熱発電方法を提供することを第１の目的とする。
また、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２では、水が地上から地熱帯まで下降して該地熱帯で熱を吸収して地上まで上昇する地熱吸収器と、地熱吸収器を経由した水が一次側に、水よりも沸点が低い液体が二次側に供給され、水から前記液体へ熱を移動させて該液体を蒸気化させる熱交換器と、熱交換器で生成された蒸気で回転する蒸気タービンとを備える地熱発電システムであって、地熱吸収器、熱交換器の一次側、及びポンプが流路中に設けられ、ポンプにより水が循環される第一の循環流路を備えた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。
さらに、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、低位熱での蒸気や熱水を有効に利用するための方法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で有効に利用して発電効率を高めることができる地熱発電装置及び地熱発電方法を提供することを第２の目的とする。
さらに、このスケールによる問題を解決するために、地上から水を送り、加熱させて取り出す方式を採用した別技術が、提案されている。
その一例として特許文献３の地熱発電装置は、高圧給水ポンプによって加圧された処理水が供給される加圧水注入管と、加圧水注入管中を地熱帯まで下降する処理水に対して、地熱帯から熱が供給されて生成される熱水が上昇する熱水取出管とを有し、熱水取出管から取出された熱水が蒸気発生器に送られて生成される蒸気によって発電がなされる技術が提案されている。
この技術は、加圧水注入管に対して、高圧給水ポンプによって加圧された処理水が供給され、この処理水が加圧水注入管中を下降して地熱帯に達することにより、地熱帯から処理水に熱が供給されて熱水が生成され、この熱水が熱水取出管中を上昇して取出されて発電に使用されるため、発電に使用される蒸気に不純物が含まれておらず、地熱帯に存在する自然の蒸気を直接使用する場合のように、タービンや配管等にスケールが付着しないため、スケールを除去する必要がなく、メンテナンスが容易であり、発電装置を長時間稼働させることが可能となる。
また、特許文献１は、特許文献３の技術を利用し、高圧給水ポンプによって加圧された処理水が供給される加圧水注入管と、加圧水注入管中を地熱帯まで下降する処理水に対して、地熱帯から熱が供給されて生成される熱水が蒸気を含まない状態で上昇する熱水取出管とを有し、熱水取出管から取出された熱水が蒸気発生器に送られて、蒸気発生器内のみで蒸気として取り出し、その加圧水注入管が熱水取出管の外周側に配置されており、熱水は加圧水注水管の下部を通って熱水取出管に移る構造を有した地熱発電装置が提案されている。
これら技術は、地中深部にある熱源から得られる熱エネルギーを単相流の媒体によって熱交換し、熱源の熱を媒体、例えば水によって移送する装置である。ここで、気液二相流の場合には、単相流に比べて、熱伝達率は１０倍から数１０倍と大きく、伝わる量が格段に大きい、すなわち熱を奪われやすいため、地下深部で受熱した地中熱を地上に運ぶ前に、地下熱交換器内あるいは地中に戻すことになり、熱効率が低下するかあるいは蒸気を取り出すことができなくなる可能性がある。
そのため、例えば単相流の水を採用し、地中で得られた熱を単相流の状態で蒸気発生器まで移送し、得られた熱水を効率よく蒸気化し、発電量を向上する更なる技術が望まれていた。
また、加圧した単相流の熱水を蒸気発生器まで移送する際に、圧力損失をできるだけ減らすことで、加圧水を移送するポンプの出力を低減することができるため、ポンプのエネルギー消費を押さえる技術も望まれていた。
本発明は、このような課題を鑑みされたものであり、単相流の状態で運ばれた熱水を効率よく蒸気化して発電量を向上させる装置及び方法を提供すること、また加圧した単相流の熱水を蒸気発生器まで移送する際に、圧力損失をできる限り少なくする装置及び方法を提供することを第３の目的とする。
さらに、特許文献４は、地中熱交換促進用の螺旋流路を構成し、浅部恒温層や滞水層等の低温地中層では、媒体を螺旋流下させ地中への放熱冷却による凝縮液化を促進させ、さらに深部高温層や地熱層などの高温地中層では、地中からの吸熱加熱による昇温予熱を促進させることで、二重管坑底部での媒体昇温を容易にさせる螺旋流路構成型の同軸二重管熱交換器が提案されている。
これら技術は、地中深部にある熱源から得られる熱エネルギーを単相流の媒体によって熱交換し、熱源の熱を媒体、例えば水によって移送する装置である。そのため、加圧した単相流の熱水を蒸気発生器まで移送する際に、圧力損失をできる限り少なくすることで、加圧水を移送するポンプの出力を低減することができ、ポンプのエネルギー消費を押さえる技術が望まれていた。
また、特許文献４の技術のように、流路を閉塞しながら長い経路に亘って螺旋形状に流路を形成することで、装置全体が重くなってしまうという問題があり、２重管のうち内管を設置する際に、内管を吊り下げながら管を繋いで深部まで延長して設置しなければならなく、管を吊り下げるのにかなりの重量がかかってくる。そのため、装置全体を軽量化するめの装置を軽量化し設置作業を容易にしたいという要望があった。また、取り出す管の軸上に沿って螺旋構造を形成することは、螺旋形状の製造が大変煩雑であると共に製造コストがかかってしまうという問題があった。
本発明は、このような課題を鑑みされたものであり、製造コストを安価にし、また施工作業が容易となるように軽量化し、また圧力損失をできる限り少なくしながら媒体を移送することができる媒体移送管、その媒体移送管を利用した地熱発電装置及び地熱発電方法を提供することを第４の目的とする。
特開２０１３−１６４０６２号公報 特開２０１４−１５６８４３号公報 特開２０１１−０５２６２１号公報 特開２０１４−２０２１４９号公報
本発明は、従来技術にかかる熱交換器をさらに発展させ、さらに熱効率のよい地熱発電システム、地熱発電装置及び地熱発電方法を提供することにある。
本発明は、第１の目的を達成するために、以下の手段を採った。
本発明にかかる地熱発電システムは、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
前記媒体移送管の周囲に形成されている地熱水を受領する生産井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
前記蒸気によって発電する発電機と、
を備えていることを特徴とする。
本発明にかかる地熱発電システムは、閉鎖循環型の媒体地熱井の周囲に生産井を有しているので、媒体移送管の周囲は、熱交換用地熱井近傍の媒体によって冷やされた地熱水が常に新しい加熱された地熱水と交換され常に地熱によって加熱された地熱水が媒体移送管に接触することになり、より効果的に媒体を加熱することができる。なお、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井を有していても良い。
本発明にかかる地熱発電システムは、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
前記蒸気によって発電する発電機と、
を備え、
前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする。
本発明にかかる地熱発電システムによれば、媒体移送管に送出する媒体の温度を加熱することによって、より高温、高圧の媒体を取水することができ、発電出力を向上させることができる。
本発明にかかる地熱発電システムは、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出して発電する媒体用発電設備と、を有する第１地熱発電設備と、
地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出して発電する地熱水用発電設備と、を有する第２地熱発電設備と、
を備え、
前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする。
かかる発明によれば、前述した発明の効果に加え、第１地熱発電設備の媒体は、第２地熱発電設備の地熱水とは全く異なる閉鎖系になるので、第１地熱発電設備によって取り出される媒体には、地熱帯特有の硫黄その他の不純物が含まれていないため、スケールとなって熱井戸、配管類又はタービン等に付着することがなく、長期間の使用が可能となる。
さらに、本発明にかかる地熱発電システムにおいて、前記生産井は、前記媒体移送管の周囲に形成されていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、媒体移送管の周囲の地熱水は、媒体移送管の周囲の地熱水が流れているため、熱交換用地熱井近傍の媒体によって冷やされた地熱水が常に新しい加熱された地熱水と交換され常に地熱によって加熱された地熱水が媒体移送管に接触することになり、より効果的に媒体を加熱することができる。
また、本発明にかかる地熱発電システムにおいて、前記気水分離器内には、前記気水分離器によって分離された地熱水の熱を前記媒体に交換するための熱交換器を備えていることを特徴とするものであってもよい。媒体を加熱する手段として、第２地熱発電設備の気水分離器によって気水分離された熱水を利用して媒体を加熱することにより、効果的に媒体を加熱することができる。
さらに、本発明にかかる地熱発電システムにおいて、前記地熱水用発電設備は、フラッシャーを備えており、前記フラッシャー内には、前記媒体に熱を交換するための熱交換器を備えていることを特徴とするものであってもよい。第２地熱発電設備として、ダブルフラッシュ方式を採用した場合に、フラッシャー内で熱交換することによって、効果的に媒体を加熱することができる。
さらに、本発明にかかる地熱発電システムにおいて、前記媒体用発電設備は、復水器を有し、前記復水器で冷却された媒体を前記第２地熱発電設備側に送出することを特徴とするものであってもよい。媒体を加熱するに際して、発電に使用した後の復水器の媒体を第２地熱発電設備側に送出して加熱することによって、媒体を循環させることができる。
さらに、本発明にかかる地熱発電システムにおいて、前記生産井は、前記媒体移送管の周囲に形成されていることを特徴とするものであってもよい。媒体移送管の周囲の地熱水は常に新しい加熱された地熱水と交換される上、媒体移送管の周囲の地熱水が流れているため、常に地熱によって加熱された地熱水が媒体移送管に接触することになり、より効果的に媒体を加熱することができる。
さらに、本発明は、以下の地熱発電方法をも提供する。
本発明にかかる地熱発電方法は、下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
前記媒体移送管の周囲に形成されている地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
前記蒸気によって発電する発電機と、
を備えており、
媒体移送管の周囲に設けられた生産井の地熱水から取水して、前記地熱水から蒸気を取り出し、
媒体移送管から媒体を取水して、前記媒体から蒸気を取り出し、
地熱水の蒸気及び媒体の蒸気によりタービンで発電することを特徴とする。
また、本発明にかかる地熱発電方法は、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
前記蒸気によって発電する発電機と、
を備えており、
前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする。
さらに、本発明にかかる地熱発電方法は、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出して発電する媒体用発電設備と、を有する第１地熱発電設備と、
地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出して発電する地熱水用発電設備と、を有する第２地熱発電設備と、
を備えており、
前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする。
さらに、本発明にかかる地熱発電方法は、
（１）媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管から加熱された媒体を取水する工程、
（２）取水した前記媒体から媒体の蒸気と媒体の液体に分離する工程、
（３）分離された蒸気を使用して発電する工程、
（４）生産井から地熱水を取水する工程、
（５）取水した地熱水を地熱水の蒸気と地熱水の液体に分離する工程、
（６）媒体の液体を地熱水の液体によって加熱する工程、
（７）加熱された媒体の液体を前記媒体移送管に送出する工程とを含むことを特徴とする。
さらに本発明は、第２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熱水を熱源として発電する地熱発電装置であって、外側に地熱帯へ前記熱水を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記熱水を取り出す媒体取出管とを備えた媒体移送管と、低温である地熱帯の領域では熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である地熱帯の領域では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、地熱帯により熱を吸収した高温の前記熱水を、蒸発曲線よりも高い圧力で移送されるように地上加圧ポンプによって圧力を制御し、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある蒸気発生器まで移送し、前記蒸気発生器にて減圧し沸騰させることで蒸気を発生させ、その蒸気によって発電を行う加圧水発電装置と、地上へ移送された前記熱水のうち蒸気とならなかった熱水を熱源として使用し、前記熱水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、前記加圧水発電装置に設けられる蒸気タービンへ送られる蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、前記バイナリー発電装置によって得られた電力によって駆動する加熱部と、を備えたことを特徴とする。
以上の構成によって、地中から得られた熱を、水を媒体として熱変換するため、スケールによる伝熱阻害あるいは熱交換性能の低下や管の詰まり等の装置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。
熱水および蒸気の凝縮水が混入すると、タービンの熱効率は、乾き蒸気で作動する場合に比べて、効率が著しく低下する、いわゆる湿り損失が生じることが知られている。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、地上の蒸気発生器（フラッシャー）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、蒸気とならなかった熱水を再利用して過熱蒸気を生成する加熱部を設けたことによって余剰の熱水を効率よく利用することができ、電力量をさらに増加させることが可能である。
地熱帯の熱によって熱せられた熱水を熱源として発電する地熱発電装置であって、外側に地熱帯へ前記熱水を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記熱水を取り出す媒体取出管とを備えた媒体移送管と、低温である地熱帯の領域では熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である地熱帯の領域では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、蒸発曲線よりも高い圧力で移送されるように地上加圧ポンプによって圧力を制御し、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある第１蒸気発生器まで移送し、前記第１蒸気発生器にて減圧し沸騰させることで高圧の第１蒸気を発生させ、その第１蒸気によって発電を行うと共に、前記熱水のうち蒸気とならなかった熱水を再度、第２蒸気発生器にて減圧し沸騰させることで低圧の第２蒸気を発生させ、その第２蒸気によって発電を行う加圧水発電装置と、地上へ移送された前記熱水のうち第２蒸気発生器で蒸気とならなかった熱水を熱源として使用し、前記熱水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、前記加圧水発電装置に設けられる蒸気タービンへ送られる蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、前記バイナリー発電装置によって得られた電力によって駆動する加熱部と、を備えたことを特徴とする。
以上の構成によって、地中から得られた熱を、水を媒体として熱変換するため、スケールによる伝熱阻害あるいは熱交換性能の低下や管の詰まり等の装置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。
熱水および蒸気の凝縮水が混入すると、タービンの熱効率は、乾き蒸気で作動する場合に比べて、効率が著しく低下する、いわゆる湿り損失が生じることが知られている。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、地上の蒸気発生器（フラッシャー）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、減圧し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、蒸気とならなかった熱水を再利用して過熱蒸気を生成する加熱部を設けたことによって余剰の熱水を効率よく利用することができ、電力量をさら増加させることが可能である。
さらに、熱水よりも沸点の低い作動媒体によって発電可能であるため、その作動媒体の沸点まで、地下から移送された高圧の熱水は蒸気とならなかった熱水を減圧することで複数回の蒸気を発生させることが可能であり、発電量を増やすことが可能である。
蒸気発生器は、減圧し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。
以上の構成によって、蒸気量を増やすことが可能である。蒸気量を増やすことによって、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Ｓ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。
また、地熱帯の熱によって熱せられた熱水を熱源として発電する地熱発電装置であって、外側に地熱帯へ前記熱水を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記熱水を取り出す媒体取出管とを備えた媒体移送管と、低温である地熱帯の領域では熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である地熱帯の領域では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、地熱帯により熱を吸収した高温の前記熱水を、蒸発曲線よりも高い圧力で移送されるように地上加圧ポンプによって圧力を制御し、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある蒸気発生器まで移送し、前記蒸気発生器にて減圧し沸騰させることで蒸気を発生させ、その蒸気によって発電を行う加圧水発電装置と、地上へ移送された前記熱水のうち蒸気とならなかった熱水を熱源として使用し、前記熱水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、を備えたことを特徴とする。
以上の構成によって、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装置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。
熱水および蒸気の凝縮水が混入すると、タービンの熱効率は、乾き蒸気で作動する場合に比べて、効率が著しく低下する、いわゆる湿り損失が生じることが知られている。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、地上の蒸気発生器（フラッシャー）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、蒸気とならなかった熱水を再利用することで発電量を増量させることが可能である。
地熱帯の熱によって熱せられた熱水を熱源として発電する地熱発電装置であって、外側に地熱帯へ前記熱水を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記熱水を取り出す媒体取出管とを備えた媒体移送管と、低温である地熱帯の領域では熱伝導率の低い断熱構造を設けた前記媒体取出管と、高温である地熱帯の領域では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、地熱帯により熱を吸収した高温の前記熱水を蒸発曲線よりも高い圧力で移送されるように地上加圧ポンプによって圧力を制御し、蒸気を発生しないように液体の状態で地上にある第１蒸気発生器まで移送し、前記第１蒸気発生器にて減圧し沸騰させることで高圧の第１蒸気を発生させ、その第１蒸気によって発電を行うと共に、前記熱水のうち蒸気とならなかった熱水を再度、第２蒸気発生器にて減圧し沸騰させることで低圧の第２蒸気を発生させ、その第２蒸気によって発電を行う加圧水発電装置と、地上へ移送された前記熱水のうち第２蒸気発生器で蒸気とならなかった熱水を熱源として使用し、前記熱水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、を備えたことを特徴とする。
以上の構成によって、地中から得られた熱を、水を媒体として熱変換するため、スケールによる伝熱阻害あるいは熱交換性能の低下や管の詰まり等の装置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。
熱水および蒸気の凝縮水が混入すると、タービンの熱効率は、乾き蒸気で作動する場合に比べて、効率が著しく低下する、いわゆる湿り損失が生じることが知られている。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、地上の蒸気発生器（フラッシャー）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、減圧し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、蒸気とならなかった熱水を、再利用することで発電量を増量させることが可能である。
さらに、熱水よりも沸点の低い作動媒体によって発電可能であるため、その作動媒体の沸点まで、地下から移送された高圧の熱水は、減圧することで複数回の蒸気を発生させることが可能であり、発電量を増やすことが可能である。
蒸気発生器は、減圧し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。
以上の構成によって、蒸気量を増やすことが可能である。蒸気量を増やすことによって、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Ｓ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を確保することができることで高温の熱水とすることができる。
本発明は、上述の第３の目的を達成するために、以下の手段を採った。
加圧ポンプによって液体を地熱帯から蒸気発生器まで移送する経路を備え、前記地熱帯まで移送され前記地熱帯の熱によって加熱された前記液体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置であって、前記地熱発電装置は、蒸気化するまでの間に微小気泡を生成する微小気泡生成装置を備え、前記微小気泡を溶存させた前記液体を蒸気化して発電することを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。
前記加圧ポンプ（加圧給水ポンプ）の圧力によって前記微小気泡を生成する前記微小気泡生成装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大している。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。また、微小気泡を乱流境界層中に注入することにより、壁面の摩擦抵抗を低減することも可能である。このため、経路の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そして、加圧ポンプの負担を少なくすることができる。
蒸気化した後に残った液体又は使用された蒸気を再び液体に戻した後の液体を貯留する貯留タンクを備え、前記貯留タンクに前記微小気泡生成装置を備えたことを特徴とする。このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。また、微小気泡を乱流境界層中に注入することにより，壁面の摩擦抵抗を低減することも可能である。このため、経路の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そして、加圧ポンプの負担を少なくすることができる。
熱せられた前記液体を減圧沸騰させることで蒸気化する前記蒸気発生器は、前記微小気泡生成装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、さらに蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。
前記蒸気発生器は、蒸気を発生するノズルに前記微小気泡生成装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。
地熱帯に前記液体を移送する前記加圧ポンプは、前記微小気泡生成装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を乱流境界層中に注入することにより，壁面の摩擦抵抗を低減することが可能である。このため、経路の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そして、加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。
使用された蒸気を再び液体に戻した後の前記液体を、前記貯留タンクに移送する循環ポンプの圧力によって前記微小気泡を生成する前記微小気泡生成装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を乱流境界層中に注入することにより，壁面の摩擦抵抗を低減することが可能である。このため、経路の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そして、加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。
前記微小気泡生成装置は、地熱帯へ移送する経路の前に設けられていることを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。また、微小気泡を乱流境界層中に注入することにより，壁面の摩擦抵抗を低減することが可能である。このため、経路の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そして、加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。
前記微小気泡生成装置は、地熱帯へ移送する加圧水注入管の上部に設けられ、前記加圧水注入管の内周に沿って設けられていることを特徴とする。
このように構成することによって、前記加圧水注入管の内周に沿って前記液体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。
加圧ポンプによって液体を地熱帯まで移送し、前記地熱帯の熱によって熱せられた前記液体を蒸気発生器まで移送し、蒸気化するまでの間に微小気泡を生成し、前記微小気泡を溶存させた前記液体を前記蒸気発生器で蒸気化して発電する方法を特徴とする。
このような方法を使用することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。
本発明は、第４の目的を達成するために、以下の手段を採った。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、前記媒体移送管は、外側に地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体取出管の外周に前記媒体の流れる方向を制御する整流部を設け、前記整流部は、環状に形成された胴体部に前記媒体の流れる方向を制御する複数の板状の整流片を設けたことを特徴とする。
このように構成することによって、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管（媒体注入管）を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管（媒体取出管）側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。また、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。さらに、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、流路の一部に板状の整流片を複数設置することで軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。また製造作業や設置作業が簡単であり、製造コストが安価となる。
前記整流部は、前記媒体取出管の中心軸との垂線に対して４５度から７５度の間の傾斜を形成した前記整流片を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、より効率良く、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。さらに、整流片の傾斜に沿って螺旋状に媒体を流入させることが可能である。
前記整流部は、前記媒体取出管の中心軸との垂線に対して６０度の傾斜を形成した前記整流片を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、さらに効率良く、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。さらに、整流片の傾斜に沿って螺旋状に媒体を流入させることが可能である。
環状のリング部を上下に配置し、そのリング部同士の間は空間を設け、前記リング部同士を前記整流片で接続固定した前記胴体部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによっても、前述した効果と同様の効果を得ることができる。また、軽量化が可能であると同時に前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。
前記媒体取出管の外周に沿って棒を螺旋状に巻き付け形成した前記整流部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、軽量化が可能であると同時に前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、整流部の傾斜に沿って螺旋状に媒体を流入させることが可能である。
前記媒体取出管の外径よりも大きな内径を設け、上方から前記媒体注入管に挿入可能に形成した前記胴体部を設けたことを特徴とする。このように構成することによって、上方から媒体取出管に整流部を挿入するため施工が容易である。
前記媒体取出管同士を繋ぐ接続管を設け、前記胴体部は、前記接続管の外径よりも小さく形成した前記内径を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、固定具等を必要とせずに上方から媒体取出管に整流部を挿入固定するため施工が容易である。
前記胴体部は、前記媒体取出管同士を接続する螺合溝を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、固定具等を必要とせずに上方から媒体取出管に整流部を固定するため施工が容易である。また、軽量化が図られる。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体取出管の外周に棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管（媒体注入管）を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管（媒体取出管）側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。また、前記媒体取出管の外周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。さらに、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、
前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体注入管の内周に溝を螺旋状に形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えた整流部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管（媒体注入管）を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管（媒体取出管）側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。また、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。さらに、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。
前記媒体注入管の外周に沿って棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする。
このように構成することによって、上記の効果に加え流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。
前記溝と前記棒とは対面して螺旋状を形成することを特徴とする。このように構成することによって、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管（媒体注入管）を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管（媒体取出管）側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。さらに前記媒体注入管の内周や前記媒体取出管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。さらに、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。
地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であって、前記媒体移送管は、外側に前記地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、前記媒体移送管は、前記媒体注入管の内周に棒を螺旋状に巻き付け形成し前記媒体の流れる方向を制御する整流部を備えたことを特徴とする媒体移送管。
このように構成することによって、旋回流が発生し、遠心力によって外側の流量が増えるので、外管（媒体注入管）を下降する際に、外管断面においてあまり熱交換をしたくない内管（媒体取出管）側には流量を少なくし、熱交換（受熱）したい外側（地中側）に流量が多く流れるようにすることができる。また、外管と内管との関係においても、旋回流を発生させることで、遠心力によって外管断面おいて、熱回収が必要な外管側の流量のほうが熱損失の生ずる内管側の流量より多くなって下降する。そのため旋回流を発生させない場合と比較して、媒体に回収した地中熱をより少ない損失で輸送することができ、地中エネルギー回収効率を上昇させることができる。また、前記媒体注入管の内周に沿って前記媒体が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ等の負担を少なくすることができる。また、地熱帯で熱せられた熱水の逆流を防いでいる。さらに、流路全体に螺旋状の経路を設ける場合に比較して、軽量化しながら媒体を流入させる方向を制御することが可能である。
前記棒は、先端に接続された環状の接続環が前記媒体注入管同士の接続部に固定されることを特徴とする。このように構成することによって、環状の接続リングが強固に固定されると共に、中に前記媒体取出管が容易に挿入可能となる。
さらに、本発明は、地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、媒体を移送する媒体移送管であって、
前記媒体移送管は、外側に地熱帯へ前記媒体を移送する媒体注入管と、その媒体注入管の内側に前記地熱帯の熱によって熱せられた前記媒体を取り出す媒体取出管とを備え、
前記媒体注入管の下端部に、両側端部開口が媒体注入管内に配置された前記媒体移送管より細い管からなる伝熱管が設けられていることを特徴とする媒体移送管を提供する。
このように構成することで、より細い管に媒体を通過させることができるので、地熱帯の熱を効率よく媒体に伝熱させることができる。
前記伝熱管は、一方端部が前記媒体取出管と媒体注入管の間に配置され、他方端部が前記媒体取出管の下方側に配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、一方端部近傍は、媒体が下方方向に流れているので正圧がかかり伝熱管内に媒体が流れやすくなり、他方端部近傍は、媒体が上昇しているので、開口付近が負圧となり媒体が取り出される方向に力がかかるため、効率よく媒体を伝熱管内に流すことができる
前記伝熱管の他方端部は、前記媒体取出管の中まで延設されていることを特徴とする。このような構成を採用することで、さらに効率よく媒体を伝熱管内に流すことができる。
前記伝熱管の一部は、前記媒体注入管の外周より外側に配置されていることを特徴とする。このように構成することでより伝熱管を長く設けることができ、伝熱効率を向上させることができる。
前記伝熱管の外周側に伝熱管を保護する保護壁を備えていることを特徴とする。このような構成を採用することにより、伝熱管を保護することができ、破損する可能性を低減することができる。
さらに、本発明は、媒体移送管設置方法を提供する。本発明にかかる媒体移送管設置方法は、地熱帯の熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管を少なくとも地熱帯に存在する乾燥破砕帯又は液体で充填していない破砕帯に設置する媒体移送管設置方法において、
前記乾燥破砕帯又は液体で充填していない前記破砕帯に水又は泥水等の液体を流入し、前記媒体移送管の設置領域周辺に破砕帯の岩石を含む貯水領域を形成し、
前記貯水領域に前記媒体移送管を設置してなることを特徴とする。
このように構成することで、地熱セメントＣの下方側の全部又は一部において、媒体移送管１１１０は液体に接することになるため、熱効率を高める。また、水又は泥水等の液体を破砕帯Ｆに流入することで破砕帯Ｆの地耐圧を向上させる効果を有する。
前記破砕帯に到達又は破砕帯に到達する手前から水掘削又は泥水掘削による掘削を行なうことによって、掘削とともに破砕帯に貯水領域を形成することを特徴とする。このような方法を採用することで、改めて液体を破砕帯に流入する手間を省くことができる。
ダイナマイト等の爆発物、水圧破砕その他の人工的破砕によって地熱帯の坑井に人工破砕帯を形成し、
前記人工破砕帯に水又は泥水等の液体を流入し、前記媒体移送管の注入領域周辺に破砕帯の岩石を含む貯水領域を形成してなることを特徴とする。
このような方法を採用することで、破砕帯が存在しない部位にも貯留領域も設けることができる。
また、前記乾燥破砕帯、液体で充填していない前記破砕帯又は人工破砕帯は、温度勾配のある地熱帯に形成されることを特徴とする。かかる構成を採用することによって、貯水領域を対流させ、熱回収の効率を向上させることができる。
図１は、第１実施形態にかかる地熱発電システム１００を示す模式図である。 図２は、第２実施形態にかかる地熱発電システム１００を示す模式図である。 図３は、第３実施形態にかかる地熱発電システム１００を示す模式図である。 図４は、第４実施形態にかかる地熱発電システム１００を示す模式図である。 図５は、第５実施形態にかかる地熱発電システム１００を示す模式図である。 図６は、比較例にかかる地熱発電システム１００を示す模式図である。 図７は、実施例１及び実施例２のデータを示す表である。 図８は、第６実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１０００の構成を示す概要図である。 図９は、第６実施形態にかかる本発明の加熱部１３０の概要図である。 図１０は、第６実施形態にかかる本発明の他の加熱部１３０の例を示す概要図である。 図１１は、従来の地熱発電装置１０００の媒体移送管１１０の深度と熱水の温度分布の 関係図である。 図１２は、水の状態変化の概要図である。 図１３は、水の状態変化による対流熱伝達係数の関係図である。 図１４は、第６実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１０００の媒体移送管１１０の深度と熱水の温度分布の関係図である。 図１５は、第７実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１１００の構成を示す概要図である。 図１６は、第８実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１２００の構成を示す概要図である。 図１７、第９実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１３００の構成を示す概要図である。 図１８は、第１０実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１４００の構成を示す概要図である。 図１９は、第１１実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１５００の構成を示す概要図である。 図２０は、第１２実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１６００の構成を示す概要図である。 図２１は、微小気泡２１３を表す作用図である。 図２２（Ａ）は、第１２実施形態及び第１３実施形態にかかる微小気泡生成ノズル２２１ａの構成を表す概要図である。図２２（Ｂ）は、第１４実施形態及び第１５実施形態にかかる微小気泡生成ノズル２２１ｂの構成を表す概要図である。 図２３は、第１３実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１７００の構成を示す概要図である。 図２４は、第１４実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１８００の構成を示す概要図である。 図２５は、第１４実施形態にかかる熱交換器２５０の上方部分における液体取出管２５２と微小気泡生成ノズル２２１ｂを示す斜視図である。 図２６は、第１５実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１９００の構成を示す概要図である。 図２７は、第１６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２８は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。 図２９は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の軸上の断面図である。 図３０は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１を接続する接続管１２の斜視図である。 図３１は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体注入管１１の図２に示すＡ−Ａ部分で切断した断面の一部分を示す拡大断面図である。 図３２は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。 図３３は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。 図３４は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の媒体取出管２１の平面の中心を垂直に切断した断面図である。 図３５は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０の整流部４０の斜視図である。 図３６は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の媒体取出管１２１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。 図３７は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の軸上の断面図である。 図３８は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の媒体取出管１２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。 図３９は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管１１０の整流部５０の斜視図である。 図４０は、第１８実施形態にかかる本発明の媒体移送管２１０の整流部２５０の斜視図である。 図４１は、第１８実施形態にかかる本発明の媒体移送管２１０の整流部２５０の一部分の拡大図である。 図４２は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の軸上の断面図である。 図４３は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体注入管３１１を斜め上方から見た斜視図である。 図４４は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体取出管３２１の斜視図である。 図４５は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管３１０の媒体注入管３１１を垂直方向に切断し、媒体取出管３２１を表した斜視図である。 図４６は、第２０実施形態にかかる本発明の媒体移送管４１０の媒体注入管４１１を垂直方向に切断し、接続環４４６を表した斜視図である。 図４７は、第２０実施形態にかかる本発明の整流部４４０を表した斜視図である。 図４８は、第１７実施形態にかかる本発明の図１２の整流部５０の整流片５１のＺ−Ｚ断面図である。 図４９は、第２１実施形態にかかる本発明の媒体移送管を示す模式図である。 図５０は、図４９のＡ−Ａ断面図である。 図５１は、第２１実施形態にかかる本発明の媒体移送管の別実施形態を示す模式図である。 図５２は、第２２実施形態にかかる本発明の媒体移送管の設置方法を説明するための説明図である。 図５３は、第２２実施形態にかかる本発明の媒体移送管の設置方法の工程図である。
本発明にかかる地熱発電システム１００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。また、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。なお、図１においてα、βは冷却水の流れを指し、γは補給水の流れを指す。
（第１実施形態）
第１実施形態にかかる地熱発電システム１００の概念図が図１に示されている。図１の実線の矢印は後述する熱交換用の媒体の液体の流れを示し、点線の矢印は蒸気の流れを示している。第１実施形態にかかる地熱発電システム１００は、主として、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯Ｓに開口を有さない二重管を有する媒体移送管２０と、媒体移送管２０に媒体を送出する圧力制御することが可能な高圧循環ポンプ３０と、地熱の熱によって加熱された媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器４１と、地熱水を受領する生産井６１と、熱交換の完了した地熱水の少なくとも一部を還元する還元井６２と、少なくとも１つの気水分離器７１を含んでなり、地熱水から蒸気を取り出す気水分離器７１と、蒸気によって発電する発電機４５と、を備えている。
媒体は、大気圧において沸点が１５０℃以下、例えば、水、アンモニアが溶解した水等の低沸点液体を使用することが好ましいが、これらに限定するものではない。
媒体移送管２０は、媒体を地熱帯Ｓまで運搬し、地熱帯Ｓで熱交換し加熱された媒体を地上まで運搬する機能を有する。媒体移送管２０は、媒体取出管２１とこの媒体取出管２１の外側に配置される媒体注入管２２とを有する二重管の地熱交換器で構成される。媒体注入管２２は、下端が閉塞して作製されている。媒体取出管２１は、最下端が媒体注入管２２の下方で開放して形成されており、最下端において媒体取出管２１の内側の内側領域と媒体取出管２１と媒体注入管２２の間の外側領域とが連通して形成されている。このため、内側領域又は外側領域のいずれかを下降してきた媒体を他方の外側領域又は内側領域に移動させて上昇させることができる。すなわち、外側領域を下降領域とした場合には、媒体は外側領域を加熱されながら下降していき、最下端で媒体取出管２１の内側領域内に導入されて、内側領域内を上昇して地上まで運ばれる。一方、内側領域を下降領域とした場合には、媒体は内側領域を加熱されながら下降していき、最下端で媒体取出管２１の外側領域内に導入されて、外側領域内でも加熱されながら上昇して地上まで運ばれる。地熱帯領域においては、媒体取出管２１と媒体注入管２２との間に空気や断熱材等による断熱層を設けとよい。地熱帯でない場所は、媒体取出管の外側に設けられた外側断熱層を構成するものとしてもよい。外側断熱管は三重管構造として空気層を設けても良いし、断熱材を設けても良い。
媒体移送管２０は、複数のパイプを接続して作製されている。使用するパイプとしては、油井管等の金属管の他、セラミック系複合材料、炭素系材料又は樹脂系材料等のパイプを使用することもできる。また、媒体注入管２２の外表面は、地熱帯Ｓから熱を受領しやすくするために、パイプの表面に凹凸を設けたり、銅等の金属をメッキ又は溶射したりして熱伝導面積を大きくしてもよい。また、媒体注入管２２の最下端は、媒体がスムーズに移動することができるように、半球体又は半楕円球体のように形成してもよい。
高圧循環ポンプ３０は、媒体を媒体移送管２０に送出するための装置である。好ましくは、高圧循環ポンプを使用するとよい。
生産井６１は、地熱水を取り出すための坑井であり、熱水と蒸気が混じって噴出する熱水卓越型のタイプを使用することが好ましい。発電に必要な地熱水を得ることができる坑井であれば、特にその構成は限定するものではない。生産井６１は、媒体移送管２０の外周に設けられる。
還元井６２は、地中から取り出した地熱水の一部又は全部、その他の水を地中に戻すための坑井である。この還元井６２の構成も特に限定するものではなく、種々の構成のものを使用することができる。
本地熱発電システムには、媒体移送管２０から取り出された媒体及び高温の蒸気を含む地熱水から電力を得るための設備を有しており、媒体を主として処理するための蒸気発生器（減圧器）４１、フラッシャー４２、高圧循環ポンプ３０による媒体を貯めておく高圧循環ポンプ用タンク４３等を備え、地熱水を処理するための気水分離器７１と、第２フラッシャー７２とを備え、これらから得られた蒸気によって発電するための第１タービン４４ａ及び第２タービン４４ｂからなる多段式のタービン４４、発電機４５及び発電が終わった蒸気、媒体及び地熱水を処理する復水器４６、復水器４６によって凝縮された凝縮水を貯水する貯水タンク４７等を備えている。
以上のように構成された設備は、以下のようにして使用される。まず、媒体移送管２０側で地熱の熱によって熱せられた媒体が取水され、蒸気発生器４１で減圧沸騰させて高温・高圧の蒸気を発生させる。分離された高温・高圧の蒸気は、第１タービン４４ａに送られ、気水分離された液体はフラッシャー４２に送られて気水分離された後、分離された高温、高圧の蒸気も第１タービン４４ａへ送られ、第１タービン４４ａの回転によって発電機４５で発電する。一方、高温の蒸気を含む地熱水は、気水分離器７１で蒸気と分離し、分離した蒸気は第２タービン４４ｂへ送られる。さらに任意に第２フラッシャー７２によって二次蒸気を得て同様に第２タービン４４ｂへ送られ、第２タービン４４ｂの回転によって発電機４５で発電する。タービン４４で消費された蒸気は復水器４６で復水され、復水された地熱水又は媒体は、冷却排水又は冷却されて復水器４６の冷却水として使用されたり、還元井６２によって地熱帯Ｓに還元されたり、再び高圧循環ポンプ用タンク４３へ貯められ、再度、高圧循環ポンプ３０によって媒体移送管２０へ送られて地熱を受領し、再度、発電に使用されたりする。なお、本実施形態にかかる地熱発電システム１００は、上述した構成に限定するものではなく、その他の構成機器を他の機器で置換しても構わないし、追加で設けても構わない。
かかる構成を採用することによって、閉鎖循環型の媒体移送管２０の周囲に生産井６１を有しているので、媒体移送管２０の周囲の地熱水は、媒体移送管の周囲の地熱水が流れているため、媒体移送管２０の近傍の媒体によって冷やされた地熱水が常に新しい加熱された地熱水と交換され常に地熱によって加熱された地熱水が媒体移送管２０に接触することになり、より効果的に媒体を加熱することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態にかかる地熱発電システム１００の概念図が図２に示されている。図２の実線の矢印は後述する熱交換液、地熱水の液体の流れを示し、点線の矢印は蒸気の流れを示している。第２実施形態にかかる地熱発電システム１００は、主として、媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯Ｓに開口を有さない二重管を有する媒体移送管２０と、媒体移送管２０に媒体を送出する高圧循環ポンプ３０と、地熱の熱によって加熱された媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器４１と、少なくとも１つのフラッシャー４２と、を含んでなり、また、地熱水を受領する生産井６１と、熱交換の完了した地熱水の少なくとも一部を還元する還元井６２と、地熱水から蒸気を取り出す気水分離器７１と、蒸気発生器４１及び気水分離器７１によって発生した蒸気によって発電する発電機４５と、を備えている。
媒体、媒体移送管２０及び高圧循環ポンプ３０は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
生産井６１は、地熱水を取り出すための坑井であり、熱水と蒸気が混じって噴出する熱水卓越型のタイプを使用することが好ましい。発電に必要な地熱水を得ることができる坑井であれば、特にその構成は限定するものではない。生産井６１は、前述した媒体移送管２０に隣接して又は近傍に設けられる。
還元井６２は、地中から取り出した地熱水の一部又は全部、その他の水を地中に戻すための坑井である。この還元井６２の構成も特に限定するものではなく、種々の構成のものを使用することができる。
媒体移送管２０から取り出された媒体及び高温の蒸気を含む地熱水から電力を得るための設備を有しており、媒体を主として処理するための蒸気発生器（減圧器）４１、フラッシャー４２、高圧循環ポンプによる媒体を貯めておく高圧循環ポンプ用タンク４３等を備え、地熱水を処理するための気水分離器７１と、第２フラッシャー７２とを備えている。さらに、これらから得られた蒸気によって発電するための第１タービン４４ａ及び第２タービン４４ｂ、発電機４５及び発電が終わった蒸気、媒体及び地熱水を処理する復水器４６，復水器４６によって凝縮された凝縮水を貯水する貯水タンク４７、凝縮された凝縮水を還元井に６２に送出する低圧循環ポンプ４８等を有している。
さらに、気水分離器７１及び第２フラッシャー７２内のいずれか又は両方には、フラッシャー４２によって分離された地媒体を加熱するため、媒体用の熱交換器７６が設けられている。熱交換器７６は、例えば、気水分離器７１又は第２フラッシャー７２によって分離された熱水側に細長いパイプを通して形成されている。媒体の一部又は全部は、この熱交換器７６を通ることによって加熱された状態で第１地熱発電設備１０側に戻される。なお、第２実施形態では、ダブルフラッシュ方式を図示しているが、シングルフラッシュ方式でも構わない。
以上の設備は、以下のようにして使用される。まず、媒体移送管２０側で地熱の熱によって熱せられた媒体を取水して、蒸気発生器４１で減圧沸騰させて高温・高圧の蒸気を発生させる。分離された高温・高圧の蒸気は、第１タービン４４ａに送られ、気水分離された液体はフラッシャー４２に送られて気水分離された後、分離された高温、高圧の蒸気も第１タービン４４ａへ送られ、第１タービン４４ａの回転によって発電機４５で発電する。フラッシャー４２で分離された液体の地媒体は、熱交換器７６に運ばれ加熱された後、媒体移送管２０に送出され、再度、発電に使用される。一方、高温の蒸気を含む地熱水は、気水分離器７１で蒸気と分離し、分離した蒸気は第２タービン４４ｂへ送られる。さらに任意に第２フラッシャー７２によって二次蒸気を得て同様に第２タービン４４ｂへ送られ、第２タービン４４ｂの回転によって発電機４５で発電する。タービン４４で消費された蒸気は復水器４６で復水され、復水された地熱水又は媒体は、冷却されて排水処理されたり、又は復水器４６の冷却水として使用されたり、還元井６２によって地熱帯Ｓに還元されたりするのに使用される。なお、地熱水用発電設備７０は、上述した構成に限定するものではなく、その他の構成機器を他の機器で置換しても構わないし、追加で設けても構わない。
かかる構成を採用することによって、媒体移送管２０に送出される熱交換液
は、あらかじめ、熱交換器７６によって加熱されているので、加熱されていない媒体を送出する場合と比較してより高温の媒体を取り出すことができ、エネルギー効率を向上させることができる。
なお、第２実施形態においては、フラッシャー４２で気水分離された媒体を熱交換器７６に送出しているが、図２の２点鎖線に示すように、復水器４６で復水された地熱水又は媒体を低圧循環ポンプ４８によって気水分離器７１内の熱交換器７６に送って、加熱された地熱水又は媒体を高圧循環ポンプ３０によって媒体移送管２０へ送って地熱を受領し、再度、発電に使用してもよい。
（第３実施形態）
第３実施形態にかかる地熱発電システム１００の概念図が図３に示されている。図３の実線の矢印は後述する熱交換液、地熱水の液体の流れを示し、点線の矢印は蒸気の流れを示している。第３実施形態にかかる地熱発電システム１００は、第１地熱発電設備１０と第２地熱発電設備５０とを備えている。第１地熱発電設備１０は、熱を地中から受領する媒体を地熱帯Ｓに放出したり、地熱帯Ｓの熱水を取水したりすることなく、媒体を略閉鎖系で循環させるタイプの地熱発電設備である。第２地熱発電設備５０は、地中の熱水を取水する生産井６１と、地熱帯Ｓから産出された熱水を発電に利用し、発電を終えた蒸気の凝縮水やその他の水を地下に戻す還元井６２とからなる地熱発電設備である。なお、第１実施形態と同様の設備には同様の符号が付されている。
第１地熱発電設備１０は、媒体を地熱帯Ｓとの間で循環させて熱エネルギーを取り出す設備であり、主として、媒体移送管２０と、高圧循環ポンプ３０と、媒体用発電設備４０と、を備えている。
媒体、媒体移送管２０及び高圧循環ポンプ３０は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
媒体用発電設備４０は、高温の圧力水として媒体移送管２０から取り出された媒体から電力を得るための設備であり、例えば、蒸気発生器（減圧器）４１、フラッシャー４２、高圧循環ポンプ３０による媒体を貯めておく高圧循環ポンプ用タンク４３、タービン４４、発電機４５、復水器４６、復水器４６によって凝縮された凝縮水を貯水する貯水タンク４７、凝縮された凝縮水を第２地熱発電設備５０に送出する低圧循環ポンプ４８等を備えている。これらの機器を有する媒体用発電設備４０は、地熱によって熱せられた媒体を媒体移送管２０から取水して、蒸気発生器４１で減圧沸騰させて高温・高圧の蒸気を発生させる。分離された高温・高圧の蒸気は、タービンに送られる。気水分離された液体の媒体はフラッシャー４２に送られて気水分離された後、分離された高温、高圧の蒸気もタービン４４へ送られ、タービン４４の回転によって発電機４５で発電する。タービン４４で消費された蒸気は復水器４６で復水され、熱交換器７６に運ばれ加熱された後、再度、媒体移送管２０に高圧循環ポンプ３０によって送出される。本実施形態においては、媒体と地熱水が混合することがないので再利用することが可能である。勿論、排水処理したり、又は、還元井に送出したりしてもよい。一方、フラッシャー４２で分離された液体の地媒体は、熱交換器７６に運ばれ加熱された後、媒体移送管２０に送出され、再度、発電に使用される。このように本発明にかかる第１地熱発電設備１０は、媒体を循環させて地熱を取り出す閉鎖循環型の地熱発電設備である。そのため、取り出された蒸気と熱水に地熱帯Ｓ特有の硫黄その他の不純物が含まれておらず、スケールの問題が解消され、不純物が装置に付着することがなく長期間の使用が可能にある。なお、媒体用発電設備４０は、上述した構成に限定するものではなく、その他の構成機器を他の機器で置換しても構わないし、追加で設けても構わない。例えば、発生した蒸気を加熱する加熱器をさらに設置したり、ダブルフラッシュ型のフラッシャーをさらに追加したりしても構わない。
次に第２地熱発電設備５０について説明する。第２地熱発電設備５０は、主として、地熱水を受領する生産井６１と、熱交換の完了した地熱水その他の水を還元する還元井６２と、地熱水から蒸気を取り出して発電する地熱水用発電設備７０と、を有している。
生産井６１及び還元井６２は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
地熱水用発電設備７０は、高温の蒸気を含む地熱水を取水して、この地熱水から電力を得るための設備であり、主として、気水分離器７１、第２フラッシャー７２、タービン７３、発電機７４、復水器７５等を備えている。なお、図３においては、地熱水用発電設備７０としてダブルフラッシュ方式を図示しているが、シングルフラッシュ方式でも構わない。地熱水用発電設備７０は、地熱によって熱せられた地熱水を取水して、気水分離器７１で蒸気を分離し、分離した蒸気はタービン７３へ送られる。さらに任意に第２フラッシャー７２によって二次蒸気を得て同様にタービン７３へ送られ、タービン７３の回転によって発電機６４で発電する。タービン７３で消費された蒸気は復水器７５で復水され、復水された地熱水は、冷却排水又は冷却されて復水器７５の冷却水として使用されたり、還元井６２によって地熱帯Ｓに還元されたりして使用される。シングルフラッシュ方式の場合における気水分離器７１で分離された熱水、ダブルフラッシュの場合におけるフラッシャーで分離された熱水は、還元井６２から地熱帯Ｓに還元される。なお、地熱水用発電設備７０は、上述した構成に限定するものではなく、その他の構成機器を他の機器で置換しても構わないし、追加で設けても構わない。
さらに、第２地熱発電設備５０は、第１地熱発電設備１０側の貯水タンク４７から低圧循環ポンプ４８によって送られた媒体を加熱するため、気水分離器７１及び第２フラッシャー７２内のいずれか又は両方に媒体用の熱交換器７６が設けられている。熱交換器７６は、例えば、気水分離器７１又は第２フラッシャー７２によって分離された熱水側に細長いパイプを通して形成されている。媒体の一部又は全部は、この熱交換器７６を通ることによって加熱された状態で第１地熱発電設備１０側に戻される。
かかる構成を採用することによって、第１地熱発電設備１０において媒体移送管２０に送出される媒体は、あらかじめ、熱交換器７６によって加熱されているので、加熱されていない媒体を送出する場合と比較してより高温の媒体を取り出すことができ、エネルギー効率を向上させることができる。
なお、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、復水器４６で復水された地熱水又は媒体を低圧循環ポンプ４８によって気水分離器７１内の熱交換器７６に送って、加熱された地熱水又は媒体を高圧循環ポンプ３０によって媒体移送管２０へ送って地熱を受領し、再度、発電に使用してもよい。
（第４実施形態）
第４実施形態にかかる地熱発電システム１００が図４に示されている。第４実施形態にかかる地熱発電システム１００は、第２地熱発電設備５０の生産井６１の位置が第３実施形態と異なる。その他の点は第３実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第４実施形態にかかる第２地熱発電設備５０の生産井６１は、第１地熱発電設備１０の媒体移送管２０の周囲に設けられている。すなわち、第１地熱発電設備１０の媒体移送管２０を加熱する地熱水と第２地熱発電設備で取り出す地熱水とは同じ領域の地熱水を使用している。
かかる構成を採用することによって、媒体移送管２０の周囲の地熱水は、第２地熱発電設備５０によって取水されるため、常に新しい加熱された地熱水が周囲の地熱帯Ｓから流れ込んでくることになる。そのため、常に地熱によって加熱された高温の地熱水が媒体移送管２０に接触することになるので、より効果的に地熱井の媒体を加熱することができる。また、第２地熱発電設備５０によって取水する地熱水の取水位置を媒体移送管２０の底面よりも上方に配置することによって、下方の高温の地熱水を上方に上昇させることができるので、生産井６１がない場合と比較して、上方側の地熱水の温度を高くすることができる。そのため、より効果的に媒体を加熱することができる。
なお、第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、復水器４６で復水された地熱水又は媒体を低圧循環ポンプ４８によって気水分離器７１内の熱交換器７６に送って、加熱された地熱水又は媒体を高圧循環ポンプ３０によって媒体移送管２０へ送って地熱を受領し、再度、発電に使用してもよい。
（第５実施形態）
第５実施形態にかかる地熱発電システム１００の概念図が図５に示されている。図５の実線の矢印は後述する熱交換液、地熱水の液体の流れを示し、点線の矢印は蒸気の流れを示している。第５実施形態にかかる地熱発電システム１００は、第１地熱発電設備１０と第２地熱発電設備５０とを備えている。第１地熱発電設備１０は、熱を地中から受領する媒体を地熱帯Ｓに放出したり、地熱帯Ｓの熱水を取水したりすることなく、媒体を略閉鎖系で循環させるタイプの地熱発電設備である。第２地熱発電設備５０は、地中の熱水を取水する生産井６１と、地熱帯Ｓから産出された熱水を発電に利用し、発電を終えた蒸気の凝縮水やその他の水を地下に戻す還元井６２とからなる地熱発電設備である。なお、第１実施形態と同様の設備には同様の符号が付されている。
第１地熱発電設備１０は、媒体を地熱帯Ｓとの間で循環させて熱エネルギーを取り出す設備であり、主として、媒体移送管２０と、高圧循環ポンプ３０と、媒体用発電設備４０と、を備えている。
媒体、媒体移送管２０及び高圧循環ポンプ３０は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
媒体用発電設備４０は、高温の圧力水として媒体移送管２０から取り出された媒体から電力を得るための設備であり、例えば、蒸気発生器（減圧器）４１、フラッシャー４２、高圧循環ポンプによる媒体を貯めておく高圧循環ポンプ用タンク４３、タービン４４、発電機４５、復水器４６、復水器４６によって凝縮された凝縮水を貯水する貯水タンク４７、凝縮された凝縮水を第２地熱発電設備５０に送出する低圧循環ポンプ４８等を備えている。これらの機器を有する媒体用発電設備４０は、地熱によって熱せられた媒体を媒体移送管２０から取水して、蒸気発生器４１で減圧沸騰させて高温・高圧の蒸気を発生させる。分離された高温・高圧の蒸気は、タービンに送られ、気水分離された液体の媒体はフラッシャー４２に送られて気水分離された後、分離された高温、高圧の蒸気もタービン４４へ送られ、タービン４４の回転によって発電機４５で発電する。タービン４４で消費された蒸気は復水器４６で復水され、熱交換器７６に運ばれ加熱された後、再度、媒体移送管２０に高圧循環ポンプ３０によって送出される。本実施形態においては、媒体と地熱水が混合することがないので再利用することが可能である。勿論、排水処理したり、又は、還元井に送出したりしてもよい。一方、フラッシャー４２で分離された液体の媒体は、熱交換器７６に運ばれ加熱された後、媒体移送管２０に送出され、再度、発電に使用される。タービン４４で消費された蒸気は復水器４６で復水されて排水処理されたり又は、還元井に送出されたりして使用される。
このように本発明にかかる第１地熱発電設備１０は、媒体を循環させて地熱を取り出す閉鎖循環型の地熱発電設備である。そのため、取り出された蒸気と熱水に地熱帯Ｓ特有の硫黄その他の不純物が含まれておらず、スケールの問題が解消され、不純物が装置に付着することがなく長期間の使用が可能にある。なお、媒体用発電設備４０は、上述した構成に限定するものではなく、その他の構成機器を他の機器で置換しても構わないし、追加で設けても構わない。例えば、発生した蒸気を加熱する加熱器をさらに設置したり、ダブルフラッシュ型のフラッシャーを、さらに追加したりしても構わない。
次に第２地熱発電設備５０について説明する。第２地熱発電設備５０は、主として、地熱水を受領する生産井６１と、熱交換の完了した地熱水その他の水を還元する還元井６２と、地熱水から蒸気を取り出して発電する地熱水用発電設備７０と、を有している。
生産井６１及び還元井６２は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
地熱水用発電設備７０は、高温の蒸気を含む地熱水を取水して、この地熱水から電力を得るための設備である。主として、生産井６１の地熱水が流れる第１流通経路と、第１地熱発電設備１０からの媒体が流れる第２流通経路と、地熱水の熱を受領して発電する発電用液体が流れる発電用経路と、を備えている。
第１流通経路は、主として、生産井６１から得られた地熱水を気水分離する気水分離器７１、気水分離器７１で得られた蒸気を使用して発電用液体に熱を交換する第１熱交換装置７７、気水分離器７１で分離された液体の熱を利用して発電用液体及び媒体に熱を交換する第２熱交換装置７８と、を有している。第１熱交換装置７７の構成は特に限定するものではないが、気水分離器７１で得られた蒸気雰囲気内に、発電用液体が通過する細いパイプを通すことで蒸気の熱を発電用液体に交換することができる。第２熱交換装置７８は、気水分離器７１で分離された高温の液体中に発電用液体が通過する細いパイプを通すことで蒸気の熱を発電用液体に交換することができる。熱交換の終了した地熱水は、還元井６２に送出される。
第２流通経路は、第２熱交換装置７８内にさらに媒体のパイプが設けられており、フラッシャー４２から送られた媒体は、第２熱交換装置７８で加熱された状態で再度、媒体移送管２０に送出される。
発電用経路は、第２熱交換装置７８、第１熱交換装置７７、タービン７３、発電機７４、復水器７５、循環ポンプ等を備えており、発電用液体は、第２熱交換装置７８で予熱がなされ、第１熱交換装置７７で気体にされ、この気体でタービン７３によって発電がされる。発電で消費された発電用液体は、復水器７５で液体に戻されて循環ポンプによって、再度、第２熱交換装置７８に戻される。
かかる構成を採用することによって、第１地熱発電設備１０において媒体移送管２０に送出される媒体は、あらかじめ、第２熱交換装置７８によって加熱されているので、加熱されていない媒体を送出する場合と比較してより高温の媒体を取り出すことができ、エネルギー効率を向上させることができる。
（実施例１）
実施例１の地熱発電システム１００は、第３実施形態にかかる地熱発電システム１００において第１地熱発電設備１０として、深度２５０で１２０℃〜１４０℃、深度１０００で１５０℃〜１７０℃、深度１５００ｍで１７０℃〜２２０℃、深度２０００ｍで２３０〜２７０℃の地熱帯Ｓに、１５００ｍボーリングして、外径が０，２４４５ｍで内径が０．２２４５ｍの媒体注入管、外径０．１３００ｍで内径が０．１０００ｍの媒体取出管からなるパイプからなる地熱交換器を１５００ｍ埋設された媒体移送管２０とした。第２地熱発電設備５０には、第１地熱発電設備１０の復水器で得られた凝縮水を低圧循環ポンプで第２地熱発電設備５０に送出し、第２フラッシャー７２に設けられた熱交換器７６を介して、約１６４℃に加熱された水として高圧循環ポンプ３０に戻した。なお、媒体として、水を使用した。計算すると、高圧循環ポンプで入口圧０．６１８ＭＰａ、吐出圧２．０１７ＭＰａ、流量４０．７３ｍ３／ｈ、出力３０．７ＫＷ、密度９０２．３０ｋｇ／ｍ３で媒体を送出した場合、取水される高温の媒体は、温度１９５℃、圧力２．０１７ＭＰａ、流量４４．８９ｍ３／ｈとなる。かかる値から媒体移送管２０の出力を以下の計算式で計算すると、１６５４ＫＷとなる。
出力＝（坑井出口のエンタルピー（ｋｊ）−坑井入り口のエンタルピー（Ｋｊ））×流量（ｋｇ／ｓ）×１０００
蒸気発生器４１及びフラッシャー４２によって得られる蒸気は、温度１６５℃、圧力０．７０℃、流量２．６０ｔ／ｈとなる。ＭＳＥＧ１３２ＫＷスチームスター（神鋼商事株式会社製）のスクリュー式子型発電機を使用した場合、発電出力は１１５ＫＷとなる。
（比較例１）
比較例１における地熱発電システムは、第２地熱発電設備５０を設けることなく、図６に示すように、フラッシャー４２で分離された媒体及び復水器４６で得られた冷却水及び補給水を低圧循環ポンプ４８で高圧循環ポンプ用タンク４３に送って、高圧循環ポンプ３０に送る単純循環方式の発電設備である。この比較例における高圧循環ポンプに送られる水の温度は１５６℃となる。この場合坑井から取り出される高温圧力水は、１９０℃で１．２５４ＭＰａとなる。この場合の生産井の出力は１４６６ＫＷで、発電出力は１００ＫＷとなる。
実施例１と比較例１のそれぞれの送出する媒体、取水される媒体、生産井出力、発電出力、熱効率、必要な高圧循環ポンプの出力、低圧循環ポンプの出力及び高圧循環ポンプの出力及び低圧循環ポンプを加味した総発電出力の表を図７Ａに示す。
この表によれば、取り出す熱水温度が１９０℃から１９５℃に上がることで、総発電出力が１１％アップすることがわかる。
次に、実施例１及び比較例１でいずれも発電出力１０２ＫＷとした場合における各高圧循環ポンプ及び低圧循環ポンプの出力とこれを加味した総出力の表を図７Ｂに示す。実施例１では、循環水量は３６％少なくすることができ、ポンプ出力を下げることができる。これにより、総出力は２８％アップする。
次に、本発明にかかる地熱発電装置１０００、１１００、１２００の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第６実施形態）
第６実施形態にかかる地熱発電装置１０００を、図８を参照して説明する。図８は、第６実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１０００の構成を示す概要図である。図８を参照して第１実施形態にかかる地熱発電装置１０００を説明する。大別すると地熱発電装置１０００は、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとに構成される。
加圧水発電装置Ａは、圧力制御することができる加圧給水ポンプ１０３、貯留タンク１０４、低圧循環ポンプ１０５、復水器１０６、媒体移送管１１０、フラッシャーＦ、加熱部１３０、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ、送電設備Ｈ及びバイナリー発電装置Ｂと接続される熱交換部１５０とで構成されている。
加圧水発電装置Ａは、蒸気タービンＴに蒸気を供給することで、発電機Ｇを回転させて発電を行い、送電設備Ｈに電気を供給し送電網を介して電力会社等に電気を供給するものである。
蒸気タービン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に供給される蒸気は、熱水を減圧し沸騰させてフラッシャーＦで生成される。
フラッシャーＦで蒸気となった熱水は、すべて蒸気とされることがないため、フラッシャーＦから多量の熱水が熱交換部１５０に送られる。熱交換部１５０で熱交換された熱水は低圧循環ポンプ１０５で貯留タンク１０４へ送られる。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され水に戻され貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の水は、再度地熱帯Ｓのある深部で熱水として熱交換されるように後述する媒体移送管１１０へ加圧給水ポンプ１０３で移送される。
次に、媒体移送管１１０を説明する。地表Ｋから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｓまで媒体移送管１１０が埋設されている。媒体移送管１１０は、外側に円筒状の媒体注入管１１１が埋設され、その媒体注入管１１１の周囲は地表Ｋから地熱帯手前までは地熱セメントによって固められている。媒体移送管１１０の媒体注入管１１１は、最深部が密閉されており、地熱帯Ｓの深部の温泉水等の流体や岩盤からの熱を吸収するものである。
媒体注入管１１１は、スチールやステンレス等の素材で形成されている。温度の高い地熱帯Ｓの領域では、媒体注入管１１１は、外周に地熱帯Ｓの熱が伝わりやすいように、断面が円形の円柱状のフィンが溶接されている。媒体注入管１１１は、地表Ｋに近い温度の低い領域では、貯留タンク１０４から加圧されて注入される水の熱が奪われないように断熱材や空気層を設けた断熱構造がとられている。
媒体注入管１１１の内側には地熱帯Ｓで熱せられた水を移送する円筒状の媒体取出管１１２が設けられている。媒体取出管１１２は、媒体注入管１１１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１１２は、垂直の断面は外側部と内側部との間に断熱材の繊維や樹脂や空気層を形成する２重構造となっている。この２重構造により、断熱効果だけでなく、体積が増し密度を小さくし水の密度に近づけることで、設置する際に媒体としての水を媒体注入管１１１に注入した後、この２重構造を取った媒体取出管１１２を水の中に沈めていくことで浮力が発生し、媒体取出管１１２を吊る装置への荷重を軽減することが可能となる。
地熱帯Ｓで熱せられた熱水は、フラッシャーＦで減圧し沸騰され蒸気を生成する。ここで、フラッシャー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量を増やすことが可能である。蒸気量を増やすことによって、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Ｓの熱吸収領域での水の滞在時間を多くとることで、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。
図９は、第６実施形態にかかる本発明の加熱部１３０の概要図である。図８及び図９を参照して加熱部１３０を説明する。加熱部１３０は、フラッシャーＦで生成した蒸気を蒸気タービンＴまで移送する配管内に、螺旋状の電熱ヒータ１３２を配置している。加熱部用電源ライン１６１から送られた電力により、加熱制御装置１３１を駆動し電熱ヒータ１３２により配管内に過熱蒸気Ｖが生成される。電熱ヒータ１３２は、７００〜１２００℃程度に熱せられ、３００℃程度の過熱蒸気Ｖを生成することも可能である。
ここで、過熱蒸気とは、飽和蒸気をさらに加熱することで、ある圧力における飽和蒸気温度以上の温度を持つ状態での蒸気である。また、加熱部によって過熱蒸気まで至らずとも湿り蒸気を乾き蒸気とする意味で使用しても良く、加熱蒸気としてもよい。いずれもエンタルピーを向上させることができる。
また、図１０は、加熱部１３０の他の例を示している。加熱部１３０は、フラッシャーＦで生成した蒸気を蒸気タービンＴまで移送する配管内に、棒状の電熱ヒータ１３６を配置している。加熱部用電源ライン１６１から送られた電力により、加熱制御装置１３１を駆動し電熱ヒータ１３２により配管内に過熱蒸気Ｖが生成される。電熱ヒータ１３２は、７００〜１２００℃程度に熱せられ、３００℃程度の過熱蒸気Ｖを生成することも可能である。
その他の加熱部１３０として、７００℃程度の熱風を生成することができる装置等を、蒸気タービンＴまで移送する配管内に配置することも考えられる。これらヒータは温風やニクロム線等に限定されず、蒸気を過熱できる装置であれば良い。
本実施例では、地熱帯Ｓで熱交換する媒体として水を使用しているが、媒体として不活性ガス又はバイナリー発電で利用される水より沸点が低い媒体（水とアンモニアの混合物等）が考えられる。媒体移送管１１０の破損等が有った場合であっても、水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。
本実施例で説明する加圧水発電装置Ａは、水が閉じられた状態で循環しており熱エネルギーの交換を行うシステムである。
次に、バイナリー発電装置Ｂを、図８を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｂは、加圧水発電装置Ａと接続される熱交換部１５０と、蒸気タービンＴ３と、発電機Ｇ、送電設備Ｈ、冷却器１５６及び循環ポンプ１５５とで構成されている。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦで蒸気と分離された熱水が、幾十にも折り曲げられた熱交換器１５１を通過する。この熱交換部１５０の部分で熱せられた作動媒体が蒸発して蒸気タービンＴ３を回転させて発電を行っている。送電設備Ｈは、加圧給水ポンプ用電源ライン１６５、低圧循環ポンプ用電源ライン１６６や循環ポンプ用電源ライン１６７を通して、加熱部１３０、加圧給水ポンプ１０３、低圧循環ポンプ１０５や循環ポンプ１５５に３相の交流２２０Ｖの電力を供給可能である。
ここで作動媒体は、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Ｔ３は、膨張タービン等が使用されている。蒸気タービンＴ３を通過した作動媒体は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、媒体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、熱交換部１５０へ送られる。
このような作動媒体を利用することによって、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。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図８を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで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Ｓは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｓ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Ａの発電方法について説明すると、地中には、媒体移送管１１０が埋設されており、媒体移送管１１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１１は、媒体注入管１１１の内側に媒体取出管１１２が連結されて媒体注入管１１１の底部まで達している。これら媒体移送管１１０は、地熱帯Ｓ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。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、貯留タンク１０４の水（Ｉ１）は、加圧給水ポンプ１０３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５（ｔｏｎ（トン））／ｈ（時間）で送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。２２０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導率の高い媒体注入管１１１から吸収し、最終的に２１０℃の熱水（Ｉ２）となる。そして、媒体取出管１１２から取り出された熱水（Ｉ３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａでフラッシャーＦに移送される。
フラッシャーＦは、温度２００℃の熱水を、圧力を解放して０．６１ＭＰａ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。フラッシャーＦは、その生成した蒸気を蒸気タービンＴに送る。送られた蒸気は、加熱部１３０によって加熱され３００℃の過熱蒸気Ｖとなって蒸気タービンＴの回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。蒸気のエンタルピーは、加熱しない場合では、約０．６１気圧で２７５７ｋＪ／ｋｇであるが、０．６１気圧、３００℃の過熱蒸気Ｖでは１０％増加し３０６１ｋＪ／ｋｇである。そのため、この蒸気により発電される発電量は、効率を８０％とすると少なくとも５２８ｋＷｈの出力が得られる。加熱しない場合と比較すると４．５倍の発電量が得られる。
また、フラッシャーＦは、蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ４）を、温度１８０℃前後の温度を保ったまま圧力１．０ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで送る。熱交換器１５１を通過した熱水（Ｉ５）は、熱交換されて作動媒体に熱を奪われ１６０℃前後に冷却され低圧循環ポンプ１０５によって圧力０．４７ＭＰａで貯留タンク１０４へ移送される。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は、復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１４０℃の熱水（Ｉ６）に戻され、流量６ｔ／ｈで貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の１６０℃前後の熱水（Ｉ１）は、再び加圧給水ポンプ１０３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。
ここで、図１１乃至図１４によって従来の加圧水発電装置Ａと本発明の比較を示す。図１１は、従来の加圧水発電装置Ａの媒体移送管１１０の深度と熱水の温度分布の関係図である。破線は、地中の温度分布１２１を示しており、実線は、媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用した場合の熱水の温度分布１２２・１２３を示している。２点鎖線は、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用し、図１２の蒸発曲線１２６の２００℃の温度でのＣ点となる１．５５４ＭＰａ以下の場合の温度分布１２１を示している。
図１２は、水の状態変化の概要図である。図１２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１２６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℃の温度の場合には１．５５４ＭＰａ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℃の温度の場合には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。
温度分布１２１は、地熱帯Ｓの深部に近づくにつれて温度は上昇し２２０℃に達している。媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用しているため、媒体注入管１１１に導かれる熱水（Ｉ１）は、地中の温度分布１２１に沿って温度分布１２２が上昇する。そして、２００℃に達した熱水（Ｉ２）を媒体取出管１１２から取り出すが、熱水（Ｉ２）は地表部Ｋまで上昇する際に、媒体取出管１１２の熱伝導率が高いため温度分布１２３に示すように熱水（Ｉ１）の温度に近づくように、熱水（Ｉ３）は、温度が低下する。
ここで、媒体取出管１１２の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・Ｋと小さく設定したとしても、媒体取出管１１２の出口の熱水Ｉ３の圧力が図１２に示すＣ点より低い場合を示しており、図１１に示す温度分布１２４は、蒸発曲線１２６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している。
また、図１３は、水の対流熱伝達係数１２７を示している。この熱伝達係数とは、流れている流体から、それに接する壁へいかに熱が伝わりやすいかを示す尺度である。図に示しように水から蒸気へと変化すると、数１０倍の熱伝達係数が大きくなるため、熱水に含まれる蒸気量が増えれば増えるほど、所謂気液２相流となり、熱しやすくまた冷めやすいという傾向となるので、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Ｓ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フラッシャーＦまで運べれば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１０の蒸発曲線１２６よりも高い圧力を保つ必要がある。特に、熱交換器内に温度差が生じ、これに伴って水の密度差に起因する重力水頭圧が発生するが、媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の圧力損失等を考慮すると蒸発曲線１２６よりも高い圧力を保つために加圧給水ポンプ１０３によって圧力を高いままに保って蒸気が発生しないように保つことが重要である。熱水のまま所謂単相流のままフラッシャーＦまで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こととなる。
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１１１及び媒体取出管１１２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０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以下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１０３の圧力を高く設定しなくとも良い。図１４において、破線は、地中の温度分布１２１を示しており、実線は、熱水の温度分布１２５を示している。
また、熱水（Ｉ３）の出口圧力は、媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の圧力損失を考慮して、加圧給水ポンプによって少なくとも図１２の蒸発曲線１２６よりも大きくし、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。
さら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１１１は、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、有効な熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であればよい。
このように形成することにより、地中の温度の高い吸熱領域において、地熱帯からの沸点を超えた熱水（Ｉ２）は、熱を吸収し、熱伝導率の低い媒体取出管１１２及び加圧給水ポンプ１０３により加圧しながら移送することによって、温度を低下することなく２００℃の熱水（Ｉ３）を圧力２．０ＭＰａで地上にあるフラッシャーＦまで移送することができる。
次に、バイナリー発電装置Ｂでの発電方法を説明する。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦで蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ４）を、温度１８０℃前後の温度を保ったまま圧力１．６ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで供給される。その際、熱水（Ｉ４）の流量が多ければバイパスを設けて貯留タンク１０４に余った熱水を分岐させても良い。熱交換器１５１は、熱交換部１５０にて低沸点である作動媒体（Ｊ１）を蒸発させており、その生成した蒸気を蒸気タービンＴ３に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ３の回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％で稼働させると少なくとも１１３〜１６０ｋＷｈの出力が得られる。
また、蒸気タービンＴ３から排出された蒸気（Ｊ２）は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、本発明で使用される作動媒体を気体から液体等に凝縮させている。循環ポンプ１５５によって、作動媒体（Ｊ３）は再び熱交換部１５０へ送られる。
これら、加圧水発電装置Ａで得られた電気は、送電設備Ｈを介して電力会社等へ供給される。バイナリー発電装置Ｂで生成された電気は、加熱部１３０での電力に使用される。また地熱発電装置１０００内で消費しても良く、ポンプ類（１０３、１０５、１５５）での電力に使用しても良い。また蓄電池等に蓄えてから使用することも考えられる。
（第７実施形態）
第７実施形態にかかる地熱発電装置１１００を、図１５を参照して説明する。図１５は、第７実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１１００の構成を示す概要図である。
図１５を参照して第７実施形態にかかる地熱発電装置１１００を説明する。大別すると地熱発電装置１１００は、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとに構成される。
加圧水発電装置Ａは、加圧給水ポンプ１０３、貯留タンク１０４、低圧循環ポンプ１０５、復水器１０６、媒体移送管１１０、加熱部１３０、フラッシャーＦ、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ、送電設備Ｈ及びバイナリー発電装置Ｂと接続される熱交換部１５０とで構成されている。第６実施形態と同様の構成を示す箇所は、第６実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第６実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第６実施形態と異なる点は、加圧水発電装置Ａは、ダブルフラッシュ（Ｆ１・Ｆ２）となっている点で異なっており、高圧側の蒸気タービンＴ１と低圧側の蒸気タービンＴ２に蒸気を供給している。
フラッシャーＦ１は、高圧の蒸気を蒸気タービンＴ１に供給し、フラッシャーＦ２は、低圧の蒸気を蒸気タービンＴ２に供給している。
また、加熱部１３０は、フラッシャーＦ１、Ｆ２で生成した蒸気を、高圧側と低圧側の両方の蒸気タービンＴ１、Ｔ２まで移送する配管内に電熱ヒータ１３２又は電熱ヒータ１３６を配置している。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１５を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで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Ｓは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｓ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。
また、第６実施形態で説明したように本発明は、地中の温度の高い吸熱領域において、地熱帯からの沸点を超えた熱水（Ｉ１２）は、熱を吸収する。熱伝導率の低い媒体取出管１１２及び加圧給水ポンプ１０３により、加圧しながら移送することによって、温度を低下することなく２００℃の熱水（Ｉ１３）を圧力２．０ＭＰａで地上にあるフラッシャーＦ１・Ｆ２まで移送することができる。
先ず、加圧水発電装置Ａによる発電方法について詳述する。地中には、媒体移送管１１０が埋設されており、媒体移送管１１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１１は、媒体注入管１１１の内側に媒体取出管１１２が連結されて媒体注入管１１１の底部まで達している。これら媒体移送管１１０を地熱帯Ｓから得られる熱を吸収する熱交換部として利用し、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。
例えば、貯留タンク１０４の水（Ｉ１１）は、加圧給水ポンプ１０３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。２２０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導率の高い媒体注入管１１１から伝わり、最終的に２１０℃の熱水（Ｉ１２）となる。そして、媒体取出管１１２から取り出された熱水（Ｉ１３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａでフラッシャーＦ１に移送される。
フラッシャーＦ１は、温度２００℃の熱水を、圧力を解放して１．０ＭＰａに減圧し沸騰させてフラッシュ率約７％の蒸気を蒸気量４ｔ／ｈで発生させる。フラッシャーＦ１は、その生成した蒸気を高圧側の蒸気タービンＴ１に送る。
送られた蒸気は、加熱部１３０によって加熱され３００℃の過熱蒸気となって蒸気タービンＴを回転させ、発電機Ｇによって発電する。蒸気のエンタルピーは、加熱しない場合では、約１気圧で２７７７ｋＪ／ｋｇであるが、１気圧、３００℃の過熱蒸気Ｖでは１１％増加し３０５１ｋＪ／ｋｇである。
そのため、この蒸気により発電される発電量は、効率を８０％とすると、３３３ｋＷｈの出力が得られる。加熱しない場合と比較すると３．７倍の発電量が得られる。
また、フラッシャーＦ１で蒸気にならずに残った約９３％の熱水（Ｉ１４）は、温度１８０℃前後の温度を保ったまま圧力１．０ＭＰａでフラッシャーＦ２に送られる。
フラッシャーＦ２は、温度１８０℃の熱水を、圧力を解放して０．６ＭＰａに減圧沸騰させてフラッシュ率約４％の蒸気を蒸気量２ｔ／ｈの蒸気を発生させる。フラッシャーＦ２は、その生成した蒸気を低圧側の蒸気タービンＴ２に送る。
送られた蒸気は、加熱部１３０によって加熱され３００℃の過熱蒸気Ｖとなって蒸気タービンＴの回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。蒸気のエンタルピーは、加熱しない場合では、約０．６１気圧で２７５７ｋＪ／ｋｇであるが、０．６１気圧、３００℃の過熱蒸気では１１％増加し３０６１ｋＪ／ｋｇである。
そのため、この蒸気により発電される発電量は効率を８０％で稼働させると少なくとも発電量は、１８３ｋＷｈの発電量が得られる。加熱しない場合と比較すると４．７倍の発電量が得られる。
フラッシャーＦ２は、最初汲み上げた熱水（Ｉ１３）のうち蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａで熱交換器１５１に、流量４９ｔ／ｈで送る。熱交換器１５１を通過した熱水（Ｉ１５）は、熱交換されて作動媒体に熱を奪われ１４０℃前後に冷却され低圧循環ポンプ１０５によって圧力０．４７ＭＰａで貯留タンク１０４へ移送される（Ｉ１６）。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は、復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１４０℃の熱水（Ｉ１７）に戻され、流量６ｔ／ｈで貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の１４０℃前後の熱水（Ｉ１１）は、再び加圧給水ポンプ１０３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。
次に、バイナリー発電装置Ｂでの発電方法を説明する。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦ２で蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．４７ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで供給される。その際、熱水（Ｉ１５）の流量が多ければバイパスを設けて貯留タンク１０４に余った熱水を分岐させても良い。熱交換器１５１は、熱交換部１５０にて低沸点である作動媒体（Ｊ１）を蒸発させており、その生成した蒸気を蒸気タービンＴ３に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ３の回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％で稼働させると少なくとも１１３〜１６０ｋＷｈの出力が得られる。
また、蒸気タービンＴ３から排出された蒸気（Ｊ２）は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、本発明で使用される作動媒体を気体から液体等に凝縮させている。循環ポンプ１５５によって、作動媒体（Ｊ３）は再び熱交換部１５０へ送られる。
これら、加圧水発電装置Ａで得られた電気は、送電設備Ｈから電力会社等へ供給される。また、バイナリー発電装置Ｂで生成された電気は、地熱発電装置１０００内で消費しても良く、加熱部１３０の電力に使用され、またポンプ類（１０３、１０５、１５５）での電力に使用しても良い。また、これら生成された電気は、蓄電池等に蓄えてから使用することも考えられる。
（第８実施形態）
第８実施形態にかかる地熱発電装置１２００を、図１６を参照して説明する。図１６は、第８実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１２００の構成を示す概要図である。図１６を参照して第８実施形態にかかる地熱発電装置１２００を説明する。大別すると地熱発電装置１２００は、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとに構成される。
加圧水発電装置Ａは、加圧給水ポンプ１０３、貯留タンク１０４、低圧循環ポンプ１０５、復水器１０６、媒体移送管１１０、加熱部１３０、フラッシャーＦ、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ、送電設備Ｈ及びバイナリー発電装置Ｂと接続される熱交換部１５０とで構成されている。
第６実施形態と同様の構成を示す箇所は、第６実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第６実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第６実施形態と異なる点は、加圧水発電装置Ａは、ダブルフラッシュ（Ｆ１・Ｆ２）となっている点で異なっており、フラッシャーに対して独立した蒸気タービン及び発電装置が設けられている。
フラッシャーＦ１は、高圧の蒸気を蒸気タービンＴ１に供給し、フラッシャーＦ２は、低圧の蒸気を蒸気タービンＴ２に供給している。
また、加熱部１３０は、フラッシャーＦ１、Ｆ２で生成した蒸気を、高圧側と低圧側の両方の蒸気タービンＴ１、Ｔ２まで移送する配管内に、各電熱ヒータ１３２又は電熱ヒータ１３６を配置している。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１６を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで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Ｓは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｓ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。
また、第６実施形態で説明したように本発明は、地中の温度の高い吸熱領域において、地熱帯からの沸点を超えた熱水（Ｉ１２）は、熱を吸収し、その吸収した熱は、熱伝導率の低い媒体取出管１１２及び加圧給水ポンプ１０３により加圧しながら移送することによって、温度を低下することなく２００℃の熱水（Ｉ１３）を圧力２．０ＭＰａで地上にあるフラッシャーＦ１・Ｆ２まで移送することができる。
先ず、加圧水発電装置Ａによる発電方法について詳述する。地中には、媒体移送管１１０が埋設されており、媒体移送管１１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１１は、媒体注入管１１１の内側に媒体取出管１１２が連結されて媒体注入管１１１の底部まで達している。これら媒体移送管１１０を地熱帯Ｓから得られる熱を吸収する熱交換部として利用し、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。
例えば、貯留タンク１０４の水（Ｉ１１）は、加圧給水ポンプ１０３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。２２０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導率の高い媒体注入管１１１から伝わり、最終的に２１０℃の熱水（Ｉ１２）となる。そして、媒体取出管１１２から取り出された熱水（Ｉ１３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａでフラッシャーＦ１に移送される。
フラッシャーＦ１は、温度２００℃の熱水を、圧力を解放して１．０ＭＰａに減圧し沸騰させてフラッシュ率約７％の蒸気を蒸気量４ｔ（トン）／ｈ（時間）で発生させる。フラッシャーＦ１は、その生成した蒸気を高圧側の蒸気タービンＴ１に送る。
送られた蒸気は、加熱部１３０によって加熱され３００℃の過熱蒸気Ｖとなって蒸気タービンＴに送られる。そして蒸気タービンＴの回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。蒸気のエンタルピーは、加熱しない場合では、約１気圧で２７７７ｋＪ／ｋｇであるが、１気圧、３００℃の過熱蒸気Ｖでは１０％増加し３０５１ｋＪ／ｋｇである。
そのため、この蒸気により発電される発電量は、効率を８０％とすると少なくとも３３３ｋＷｈの出力が得られる。加熱しない場合と比較すると３．７倍の発電量が得られる。
また、フラッシャーＦ１で蒸気にならずに残った約９３％の熱水（Ｉ１４）は、温度１８０℃前後の温度を保ったまま圧力１．０ＭＰａでフラッシャーＦ２に送られる。
フラッシャーＦ２は、温度１８０℃の熱水を、圧力を解放して０．６ＭＰａに減圧し沸騰させてフラッシュ率約４％の蒸気を蒸気量２ｔ／ｈで発生させる。フラッシャーＦ２は、その生成した蒸気を低圧側の蒸気タービンＴ２に送る。
送られた蒸気は、加熱部１３０によって加熱され３００℃の過熱蒸気Ｖとなって、蒸気タービンＴを回転させ、発電機Ｇを駆動させて発電に使用される。蒸気のエンタルピーは、加熱しない場合では、約０．６１気圧で２７５７ｋＪ／ｋｇであるが、０．６１気圧、３００℃の過熱蒸気Ｖでは１１％増加し３０６１ｋＪ／ｋｇである。
そのため、この蒸気により発電される発電量は、効率を８０％とすると１８３ｋＷｈの発電量が得られる。加熱しない場合と比較すると４．７倍の発電量が得られる。
フラッシャーＦ２は、最初汲み上げた熱水（Ｉ１３）のうち蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで送る。熱交換器１５１を通過した熱水（Ｉ１５）は、熱交換され、作動媒体に熱を奪われ１４０℃前後に冷却され、低圧循環ポンプ１０５によって圧力０．４７ＭＰａで貯留タンク１０４へ移送される（Ｉ１６）。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は、復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され、圧力０．１０１ＭＰａの１４０℃の熱水（Ｉ１７）に戻され、流量６ｔ／ｈで貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の１４０℃前後の熱水（Ｉ１１）は、再び加圧給水ポンプ１０３により６ＭＰａに加圧され、媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。
次に、バイナリー発電装置Ｂでの発電方法を説明する。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦ２で蒸気にならずに残った約９．０割の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．４７ＭＰａで熱交換器１５１に、流量５０．４ｔ／ｈで供給される。その際、熱水（Ｉ１５）は、流量が多ければバイパスを設けて貯留タンク１０４に分岐させても良い。熱交換器１５１は、熱交換部１５０にて低沸点である作動媒体（Ｊ１）を蒸発させており、その生成した蒸気を、蒸気タービンＴ３に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ３の回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％とすると１１３〜１６０ｋＷｈの出力が得られる。また、蒸気タービンＴ３から排出された蒸気（Ｊ２）は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、本発明で使用される作動媒体を気体から液体等に凝縮される。循環ポンプ１５５によって、作動媒体（Ｊ３）は、再び熱交換部１５０へ送られる。
これら、加圧水発電装置Ａで得られた電気は、送電設備Ｈから電力会社等へ供給される。また、バイナリー発電装置Ｂで生成された電気は、地熱発電装置１０００内で消費しても良く、ポンプ類（１０３、１０５、１５５）での電力に使用しても良い。また、これら生成された電気は蓄電池等に蓄えてから使用することも考えられる。
なお、バイナリー発電装置Ｂは、上記の発電装置に限定されず、バイナリー発電装置Ｂの条件として、飽和蒸気温度１３０℃、圧力０．１６９ＭＰの蒸気を１．８ｔ／ｈをバイナリー発電装置Ｂに供給し、冷却水等で冷却温度３５℃に冷却した場合に９２ｋＷｈの発電が可能である。また、他の条件として７０〜９５℃の熱水を１２〜２８ｔ／ｈの流量をバイナリー発電装置Ｂに供給し、冷却水等で冷却温度２０〜３０℃で２０〜４０ｔ／ｈの流量で冷却した場合に２０ＫＷの発電が可能である。
（上記第６実施形態から第８実施形態で考えられるその他の技術的特徴）
加圧水発電装置の蒸気タービンで排出された蒸気をバイナリー発電の熱源として使用し、前記蒸気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、前記加圧水発電装置に設けられる蒸気タービンへ送られる蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、前記バイナリー発電装置によって得られた電力によって駆動する加熱部と、を備えたことを特徴とする。
利用した蒸気を再利用して過熱蒸気を生成する加熱部を設けたことによって、再利用した蒸気を効率よく利用することができ、電力量をさらに増加させることが可能である。
次に、本発明にかかる地熱発電装置１３００、１４００、１５００の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第９実施形態）
第９実施形態にかかる地熱発電装置１３００を、図１７を参照して説明する。図１７は、第９実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１３００の構成を示す概要図である。
図１７を参照して第９実施形態にかかる地熱発電装置１３００を説明する。大別すると地熱発電装置１３００は、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとに構成される。
加圧水発電装置Ａは、圧力制御することができる加圧給水ポンプ１０３、貯留タンク１０４、低圧循環ポンプ１０１５５、復水器１０６、媒体移送管１１０、フラッシャーＦ、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ、送電設備Ｈ及びバイナリー発電装置Ｂと接続される熱交換部１５０とで構成されている。
加圧水発電装置Ａは、蒸気タービンＴに蒸気を供給することで、発電機Ｇを回転させて発電を行い、送電設備Ｈに電気を供給し送電網を介して電力会社等に電気を供給するものである。
蒸気タービン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に供給される蒸気は、熱水を減圧し沸騰させてフラッシャーＦで生成される。
フラッシャーＦで蒸気となった熱水は、すべて蒸気とされることがないため、フラッシャーＦからの多量の熱水が熱交換部１５０に送られる。熱交換部１５０で熱交換された熱水は低圧循環ポンプ１０５で貯留タンク１０４へ送られる。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され水に戻され貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の水は、再度地熱帯Ｓのある深部で熱水として熱交換されるように後述する媒体移送管１１０へ加圧給水ポンプ１０３で移送される。
次に、媒体移送管１１０を説明する。地表Ｋから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｓまで媒体移送管１１０が埋設されている。媒体移送管１１０は、外側に円筒状の媒体注入管１１１が埋設され、その媒体注入管１１１の周囲は地表Ｋから地熱帯手前まで地熱セメントによって固められている。媒体移送管１１０の媒体注入管１１１は、最深部が密閉されており、地熱帯Ｓの深部の温泉水等の流体や岩盤からの熱を吸収するものである。
媒体注入管１１１は、スチールやステンレス等の素材で形成されている。温度の高い地熱帯Ｓの領域では、媒体注入管１１１は、外周に地熱帯Ｓの熱が伝わりやすいように、断面が円形の円柱状のフィンが溶接されている。媒体注入管１１１は、地表Ｋに近い温度の低い領域では、貯留タンク１０４から加圧されて注入される水の熱が奪われないように断熱材や空気層を設けた断熱構造がとられている。
媒体注入管１１１の内側には地熱帯Ｓで熱せられた水を移送する円筒状の媒体取出管１１２が設けられている。媒体取出管１１２は、媒体注入管１１１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１１２は、垂直の断面は外側部と内側部との間に断熱材の繊維や樹脂や空気層を形成する２重構造となっている。この２重構造により、断熱効果だけでなく、体積が増し密度を小さくし水の密度に近づけることで、設置する際に媒体としての水を媒体注入管１１１に注入した後、この２重構造を取った媒体取出管１１２を水の中に沈めていくことで浮力が発生し、媒体取出管１１２を吊る装置への荷重を軽減することが可能となる。
地熱帯Ｓで熱せられた熱水は、フラッシャーＦで減圧し沸騰され蒸気を生成する。ここで、フラッシャー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量を増やすことが可能である。蒸気量を増やすことによって、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Ｓ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Ｓで熱交換する媒体として水を使用しているが、媒体として不活性ガス又はバイナリー発電で利用される水より沸点が低い媒体（水とアンモニアの混合物等）が考えられる。媒体移送管１１０の破損等が有った場合であっても、水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。
本実施例で説明する加圧水発電装置Ａは、水が閉じられた状態で循環しており熱エネルギーの交換を行うシステムである。
次に、バイナリー発電装置Ｂを、図１７を参照して説明すると、バイナリー発電装置Ｂは、加圧水発電装置Ａと接続される熱交換部１５０と、蒸気タービンＴ３と、発電機Ｇ、送電設備Ｈ、冷却器１５６及び循環ポンプ１５５とで構成されている。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦで蒸気と分離された熱水が、幾十にも折り曲げられた熱交換器１５１を通過する。この熱交換部１５０の部分で熱せられた作動媒体は、蒸発して蒸気タービンＴ３を回転させ発電を行っている。送電設備Ｈ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Ｔ３は、膨張タービン等が使用されている。蒸気タービンＴ３を通過した作動媒体は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、媒体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、熱交換部１５０へ送られる。
このような作動媒体を利用することによって、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。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１７を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで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Ｓは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｓ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Ａの発電方法について説明すると、地中には、媒体移送管１１０が埋設されており、媒体移送管１１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１１は、媒体注入管１１１の内側に媒体取出管１１２が連結されて媒体注入管１１１の底部まで達している。これら媒体移送管１１０を地熱帯Ｓ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、貯留タンク１０４の水（Ｉ１）は、加圧給水ポンプ１０３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５（ｔｏｎ（トン））／ｈ（時間）で送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。２２０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導率の高い媒体注入管１１１から吸収し、最終的に２１０℃の熱水（Ｉ２）となる。そして、媒体取出管１１２から取り出された熱水（Ｉ３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａでフラッシャーＦに移送される。
フラッシャーＦは、温度２００℃の熱水を、圧力を解放して約０．６ＭＰａに減圧し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。フラッシャーＦは、その生成した蒸気を蒸気タービンＴに送る。送られた蒸気は、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、フラッシャーＦは、蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ４）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで送る。熱交換器１５１を通過した熱水（Ｉ５）は、熱交換されて作動媒体に熱を奪われ１４０℃前後に冷却され低圧循環ポンプ１０５によって圧力０．４７ＭＰａで貯留タンク１０４へ移送される。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は、復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１００℃の熱水（Ｉ６）に戻され、流量６ｔ／ｈで貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の１３０℃前後の熱水（Ｉ１）は、再び加圧給水ポンプ１０３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。
ここで、図１１乃至図１４によって従来の加圧水発電装置Ａと本発明の比較を示す。図１１は、従来の加圧水発電装置Ａの媒体移送管１１０の深度と熱水の温度分布の関係図である。破線は、地中の温度分布１２１を示しており、実線は、媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用した場合の熱水の温度分布１２２・１２３を示している。２点鎖線は、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用し、図１２の蒸発曲線１２６の２００℃の温度でのＣ点となる１．５５４ＭＰａ以下の場合の温度分布１２１を示している。
図１２は、水の状態変化の概要図である。図１２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１２６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℃の温度の場合には１．５５４ＭＰａ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℃の温度の場合には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。
温度分布１２１は、地熱帯Ｓの深部に近づくにつれて温度は上昇し２２０℃に達している。媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの材質を採用しているため、媒体注入管１１１に導かれる熱水（Ｉ１）は、地中の温度分布１２１に沿って温度分布１２２が上昇する。そして、２００℃に達した熱水（Ｉ２）を媒体取出管１１２から取り出すが、熱水（Ｉ２）は地表部Ｋまで上昇する際、媒体取出管１１２の熱伝導率が高いため、温度分布１２３に示すように熱水（Ｉ１）の温度に近づくよう、熱水（Ｉ３）は温度が低下する。
ここで、媒体取出管１１２の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・Ｋと小さく設定したとしても、媒体取出管１１２の出口の熱水Ｉ３の圧力が図１２に示すＣ点より低い場合を示しており、図１１に示す温度分布１２４は、蒸発曲線１２６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している。
また、図１３は、水の対流熱伝達係数１２７を示している。この熱伝達係数とは、流れている流体から、それに接する壁へいかに熱が伝わりやすいかを示す尺度である。図に示しように水から蒸気へと変化すると、数１０倍の熱伝達係数が大きくなるため、熱水に含まれる蒸気量が増えれば増えるほど、所謂気液２相流となり、熱しやすくまた冷めやすいという傾向となるので、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Ｓ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フラッシャーＦまで運べれば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１２の蒸発曲線１２６よりも高い圧力を保つ必要がある。特に、熱交換器内に温度差が生じ、これに伴って水の密度差に起因する重力水頭圧が発生するが、媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の圧力損失等を考慮すると蒸発曲線１２６よりも高い圧力を保つために加圧給水ポンプ１０３によって圧力を高いままに保って蒸気が発生しないように保つことが重要である。熱水のまま所謂単相流のままフラッシャーＦまで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こととなる。
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１１１及び媒体取出管１１２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０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以下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１０３の圧力を高く設定しなくとも良い。図１４において、破線は、地中の温度分布１２１を示しており、実線は、熱水の温度分布１２５を示している。
また、熱水Ｉ３の出口圧力は、媒体注入管１１１及び媒体取出管１１２の圧力損失を考慮して、加圧給水ポンプによって少なくとも図１２の蒸発曲線１２６よりも大きくし、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。
さら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１１１は、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、有効な熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であればよい。
このように形成することにより、地中の温度の高い吸熱領域において、地熱帯からの沸点を超えた熱水（Ｉ２）は、熱を吸収し、熱伝導率の低い媒体取出管１１２及び加圧給水ポンプ１０３により加圧しながら移送することによって、温度を低下することなく２００℃の熱水（Ｉ３）を圧力２．０ＭＰａで地上にあるフラッシャーＦまで移送することができる。
次に、バイナリー発電装置Ｂでの発電方法を説明する。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦで蒸気にならずに残った８９％の熱水（Ｉ４）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで供給される。その際、熱水（Ｉ４）の流量が多ければバイパスを設けて貯留タンク１０４に余った熱水を分岐させても良い。熱交換器１５１は、熱交換部１５０にて低沸点である作動媒体（Ｊ１）を蒸発させており、その生成した蒸気を蒸気タービンＴ３に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ３の回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％で稼働させると少なくとも１１３〜１６０ｋＷｈの出力が得られる。フラッシャーＦからの余った熱水（Ｉ４）は、全てバイナリー発電装置Ｂに使用する必要はなく、バイナリー発電装置Ｂの特性や希望する発電量に応じて供給すれば良く。余剰の熱水（Ｉ４）は、熱を保ったまま再び地熱帯Ｓへ戻して熱交換をさせることも可能である。
また、蒸気タービンＴ３から排出された蒸気（Ｊ２）は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、本発明で使用される作動媒体を気体から液体等に凝縮させている。循環ポンプ１５５によって、作動媒体（Ｊ３）は再び熱交換部１５０へ送られる。
これら、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとで得られた電気は、送電設備Ｈから電力会社等へ供給される。また、バイナリー発電装置Ｂで生成された電気は、地熱発電装置１３００内で消費しても良く、乾き蒸気を生成する電力やポンプ類（１０３、１０５、１５５）での電力に使用しても良い。また蓄電池等に蓄えてから使用することも考えられる。
（第１０実施形態）
第１０実施形態にかかる地熱発電装置１４００を、図１８を参照して説明する。図１８は、第１０実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１４００の構成を示す概要図である。
図１８を参照して第２実施形態にかかる地熱発電装置１４００を説明する。大別すると地熱発電装置１４００は、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとに構成される。
加圧水発電装置Ａは、加圧給水ポンプ１０３、貯留タンク１０４、低圧循環ポンプ１０５、復水器１０６、媒体移送管１１０、フラッシャーＦ、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ、送電設備Ｈ及びバイナリー発電装置Ｂと接続される熱交換部１５０とで構成されている。
第９実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第９実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第９実施形態と異なる点は、加圧水発電装置Ａは、ダブルフラッシュ（Ｆ１・Ｆ２）となっている点で異なっており、高圧側の蒸気タービンＴ１と低圧側の蒸気タービンＴ２に蒸気を供給している。
フラッシャーＦ１は、高圧の蒸気を蒸気タービンＴ１に供給し、フラッシャーＦ２は、低圧の蒸気を蒸気タービンＴ２に供給している。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１８を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで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Ｓは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｓ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。
また、第９実施形態で説明したように本発明は、地中の温度の高い吸熱領域において、熱水（Ｉ１２）は、地熱帯Ｓから熱を吸収する。熱伝導率の低い媒体取出管１１２及び加圧給水ポンプ１０３により、加圧しながら移送することによって、温度を低下することなく２００℃の熱水（Ｉ１３）を圧力２．０ＭＰａで地上にあるフラッシャーＦ１・Ｆ２まで移送することができる。
先ず、加圧水発電装置Ａによる発電方法について詳述する。地中には、媒体移送管１１０が埋設されており、媒体移送管１１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１１は、媒体注入管１１１の内側に媒体取出管１１２が連結されて媒体注入管１１１の底部まで達している。これら媒体移送管１１０を地熱帯Ｓから得られる熱を吸収する熱交換部として利用し、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。
例えば、貯留タンク１０４の水（Ｉ１１）は、加圧給水ポンプ１０３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。２２０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導率の高い媒体注入管１１１から伝わり、最終的に２１０℃の熱水（Ｉ１２）となる。そして、媒体取出管１１２から取り出された熱水（Ｉ１３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａでフラッシャーＦ１に移送される。
フラッシャーＦ１は、温度２００℃の熱水を、圧力を解放して１．０ＭＰａに減圧し沸騰させてフラッシュ率約７％の蒸気を蒸気量約４ｔ／ｈで発生させる。フラッシャーＦ１は、その生成した蒸気を高圧側の蒸気タービンＴ１に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴを回転させ発電機Ｇによって発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％とすると９０ｋＷｈの出力が得られる。また、フラッシャーＦ１で蒸気にならずに残った約９３％の熱水（Ｉ１４）は、温度１８０℃前後の温度を保ったまま圧力１．０ＭＰａでフラッシャーＦ２に送られる。
フラッシャーＦ２は、温度１８０℃の熱水を、圧力を解放して０．６ＭＰａに減圧沸騰させてフラッシュ率約４％の蒸気を蒸気量２ｔ／ｈの蒸気を発生させる。フラッシャーＦ２は、その生成した蒸気を低圧側の蒸気タービンＴ２に送る。送られた蒸気は、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。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％で稼働させると少なくとも４０ｋＷｈの出力が得られる。
フラッシャーＦ２は、最初汲み上げた熱水（Ｉ１３）のうち蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａで熱交換器１５１に流量約４９ｔ／ｈで送る。熱交換器１５１を通過した熱水（Ｉ１５）は、熱交換されて作動媒体に熱を奪われ１４０℃前後に冷却され低圧循環ポンプ１０５によって圧力０．４７ＭＰａで貯留タンク１０４へ移送される（Ｉ１６）。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は、復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１４０℃の熱水（Ｉ１７）に戻され、流量６ｔ／ｈで貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク４の１４０℃前後の熱水（Ｉ１１）は、再び加圧給水ポンプ１０３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。
次に、バイナリー発電装置Ｂでの発電方法を説明する。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦ２で蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．４７ＭＰａで熱交換器１５１に流量４９ｔ／ｈで供給される。その際、熱水（Ｉ１５）の流量が多ければバイパスを設けて貯留タンク１０４に余った熱水を分岐させても良い。熱交換器１５１は、熱交換部１５０にて低沸点である作動媒体（Ｊ１）を蒸発させており、その生成した蒸気を蒸気タービンＴ３に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ３の回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％とすると１１３〜１６０ｋＷｈの出力が得られる。また、蒸気タービンＴ３から排出された蒸気（Ｊ２）は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、本発明で使用される作動媒体を気体から液体等に凝縮させている。循環ポンプ１５５によって、作動媒体（Ｊ３）は再び熱交換部１５０へ送られる。
これら、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとで得られた電気は、送電設備Ｈから電力会社等へ供給される。また、バイナリー発電装置Ｂで生成された電気は、地熱発電装置１４００内で消費しても良く、乾き蒸気を生成する電力やポンプ類（１０３、１０５、１５５）での電力に使用しても良い。また蓄電池等に蓄えてから使用することも考えられる。
（第１０実施形態）
第１０実施形態にかかる地熱発電装置１５００を、図１９を参照して説明する。図１９は、第９実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１５００の構成を示す概要図である。
図１９を参照して第１０実施形態にかかる地熱発電装置１５００を説明する。大別すると地熱発電装置１５００は、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとに構成される。
加圧水発電装置Ａは、加圧給水ポンプ１０３、貯留タンク１０４、低圧循環ポンプ１０５、復水器１０６、媒体移送管１１０、フラッシャーＦ、蒸気タービンＴ、発電機Ｇ、送電設備Ｈ及びバイナリー発電装置Ｂと接続される熱交換部１５０とで構成されている。
第８実施形態と同様の構成を示す箇所は、第８実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第８実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第８実施形態と異なる点は、加圧水発電装置Ａは、ダブルフラッシュ（Ｆ１・Ｆ２）となっている点で異なっており、フラッシャーに対して独立した蒸気タービン及び発電装置が設けられている。
フラッシャーＦ１は、高圧の蒸気を蒸気タービンＴ１に供給し、フラッシャーＦ２は、低圧の蒸気を蒸気タービンＴ２に供給している。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図１９を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで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Ｓは、１５０℃から３００℃の温度があれば最もよく、地熱帯Ｓ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。
また、第８実施形態で説明したように本発明は、地中の温度の高い吸熱領域において、地熱帯Ｓから熱を吸収した熱水（Ｉ１２）は、熱伝導率の低い媒体取出管１１２及び加圧給水ポンプ１０３により加圧しながら移送することによって、温度を低下することなく２００℃の熱水（Ｉ１３）を圧力２．０ＭＰａで地上にあるフラッシャーＦ１・Ｆ２まで移送することができる。
先ず、加圧水発電装置Ａによる発電方法について詳述する。地中には、媒体移送管１１０が埋設されており、媒体移送管１１０は、地中と接する外側に媒体注入管１１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管１１１は、媒体注入管１１１の内側に媒体取出管１１２が連結されて媒体注入管１１１の底部まで達している。これら媒体移送管１１０を地熱帯Ｓから得られる熱を吸収する熱交換部として利用し、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。
例えば、貯留タンク１０４の水（Ｉ１１）は、加圧給水ポンプ１０３により５ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。２２０℃の地熱帯Ｓまで移送された水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導率の高い媒体注入管１１１から伝わり、最終的に２１０℃の熱水（Ｉ１２）となる。そして、媒体取出管１１２から取り出された熱水（Ｉ１３）は、出口での温度が２００℃で、圧力が２．０ＭＰａでフラッシャーＦ１に移送される。
フラッシャーＦ１は、温度２００℃の熱水を、圧力を解放して１．０ＭＰａに減圧し沸騰させてフラッシュ率約７％の蒸気を蒸気量４ｔ（トン）／ｈ（時間）で発生させる。フラッシャーＦ１は、その生成した蒸気を高圧側の蒸気タービンＴ１に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ１の回転により発電機Ｇ１を駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％として９０ｋＷｈの出力が得られる。また、フラッシャーＦ１で蒸気にならずに残った９３％の熱水（Ｉ１４）は、温度１８０℃前後の温度を保ったまま圧力１．０ＭＰａでフラッシャーＦ２に送られる。
フラッシャーＦ２は、温度１８０℃の熱水の圧力を解放して０．６ＭＰａに減圧し沸騰させてフラッシュ率約４％の蒸気を蒸気量２ｔ/ｈで発生させる。フラッシャーＦ２は、その生成した蒸気を低圧側の蒸気タービンＴ２に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ２の回転により発電機Ｇ２を駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％として４０ｋＷｈの出力が得られる。
フラッシャーＦ２は、最初汲み上げた熱水（Ｉ１３）のうち蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．６ＭＰａで熱交換器１５１に流量約４９ｔ／ｈで送る。熱交換器１５１を通過した熱水（Ｉ１５）は、熱交換されて作動媒体に熱を奪われ１４０℃前後に冷却され低圧循環ポンプ１０５によって圧力０．４７ＭＰａで貯留タンク１０４へ移送される（Ｉ１６）。また、蒸気タービンＴで排気された蒸気は、復水器１０６で冷却水１０７によって凝縮され圧力０．１０１ＭＰａの１４０℃の熱水（Ｉ１７）に戻され、流量６ｔ／ｈで貯留タンク１０４に貯められる。
貯留タンク１０４の１４０℃前後の熱水（Ｉ１１）は、再び加圧給水ポンプ１０３により６ＭＰａに加圧され媒体移送管１１０の媒体注入管１１１に流量５５ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。
次に、バイナリー発電装置Ｂでの発電方法を説明する。
熱交換部１５０は、フラッシャーＦ２で蒸気にならずに残った約８９％の熱水（Ｉ１５）を、温度１６０℃前後の温度を保ったまま圧力０．４７ＭＰａで熱交換器１５１に流量約４９ｔ／ｈで供給される。その際、熱水（Ｉ１５）の流量が多ければバイパスを設けて貯留タンク１０４に余った熱水を分岐させても良い。熱交換器１５１は、熱交換部１５０にて低沸点である作動媒体（Ｊ１）を蒸発させており、その生成した蒸気を蒸気タービンＴ３に送る。送られた蒸気は、蒸気タービンＴ３の回転により発電機Ｇを駆動させ発電する。この蒸気により発電される発電量は効率を８０％とすると１１３〜１６０ｋＷｈの出力が得られる。また、蒸気タービンＴ３から排出された蒸気（Ｊ２）は、冷却器１５６の冷却水１５７によって冷却され、本発で使用される作動媒体を気体から液体等に凝縮される。循環ポンプ１５５によって、作動媒体（Ｊ３）は再び熱交換部１５０へ送られる。
これら、加圧水発電装置Ａとバイナリー発電装置Ｂとで得られた電気は、送電設備Ｈから電力会社等へ供給される。また、バイナリー発電装置Ｂで生成された電気は、地熱発電装置１３００内で消費しても良く、乾き蒸気を生成する電力やポンプ類（１０３、１０５、１５５）での電力に消費しても良い。またこれら電気は蓄電池等に蓄えてから使用することも考えられる。
尚、バイナリー発電装置Ｂは、上記の発電装置に限定されず、バイナリー発電装置Ｂの条件として、飽和蒸気温度１３０℃、圧力０．１６９ＭＰの蒸気を１．８ｔ／ｈをバイナリー発電装置Ｂに供給し、冷却水等で冷却温度３５℃に冷却した場合に９２ｋＷｈの発電が可能である。また、他の条件として７０〜９５℃の熱水を１２〜２８ｔ／ｈの流量をバイナリー発電装置Ｂに供給し、冷却水等で冷却温度２０〜３０℃で２０〜４０ｔ／ｈの流量で冷却した場合に２０ｋＷｈの発電が可能である。
尚、Ｔ１及びＴ２についても作動媒体を低沸点としたバイナリー発電Ｂであっても良い。蒸気や熱水が低い場合であっても発電が可能である。
（第８実施形態から第１０実施形態から考えられるその他の技術的特徴）
地熱帯の熱によって熱せられた熱水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熱水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熱水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熱水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蒸気発生器まで移送し、その蒸気発生器で蒸気とならなかった前記熱水をその後の複数の蒸気発生器によって蒸気を発生させて前記蒸気によって発電を行うことによって加圧水発電装置と、地上へ移送された前記熱水のうち蒸気発生器で蒸気とならなかった前記熱水を熱源として使用し、前記熱水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、を備えたことを特徴とする地熱発電装置及び地熱発電方法。
以上の構成によって、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。
熱水および蒸気の凝縮水が混入すると、タービンの熱効率は、乾き蒸気で作動する場合に比べて、効率が著しく低下する、いわゆる湿り損失が生じることが知られている。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、地上の蒸気発生器（フラッシャー）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、蒸気とならなかった熱水を再利用することで発電量を増量させることが可能である。
加圧水発電装置に設けられた複数の蒸気発生器で発生した蒸気又は蒸気とならなかった熱水を熱源として使用し、前記熱水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、を備えたことを特徴とする地熱発電装置及び地熱発電方法。
発電量を増量させることが可能であると共に地熱の熱を有効に利用することが可能である。
次に、本発明にかかる地熱発電装置１６００、１７００、１８００、１９００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。
図に示される白矢印は、媒体（温水、熱水及び還元水）が流れる方向を示している。ここで、本発明では使用される単相流の液体を水を例にとって説明しているが、特に限定されることはなく、アンモニア等のバイナリー発電等で使用される低沸点の媒体であっても良い。各白矢印の液体の流れる箇所は、配管が設けられている。また、各装置又はタンクの手前に減圧弁等が設けられており、流量の調整が可能なようになっている。
（第１２実施形態）
第１２実施形態にかかる地熱発電装置１６００が図２０乃至図２２に示されている。主に図２０を参照して説明すると、図２０は、第１２実施形態にかかる本発明の地熱発電装置１６００の構成を示す概要図である。図２１は、微小気泡２１３を表す作用図である。図２２３（Ａ）は、第１２実施形態にかかる微小気泡生成ノズル２２１ａの構成を表す概要図である。
第１２実施形態にかかる地熱発電装置１６００は、大別すると微小気泡生成装置４２０、貯留タンクとしての循環サービスタンク２３０、熱交換器２５０、蒸気発生器２６０、フラッシャー２７０、蒸気タービン２８０、復水器２９０、加圧給水ポンプ２４１、低圧循環ポンプ２４２で構成されている。
地熱発電装置１６００は、蒸気タービン２８０に蒸気を供給することで発電モータ２８１を回転させて発電を行い、受電設備２８２に電気を供給し送電網を介して電力会社等に電気を供給するものである。蒸気タービン２８０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２８０に供給される蒸気は、熱水を減圧沸騰させて蒸気発生器２６０で生成する。生成した蒸気は、配管２６１によって蒸気タービン２８０の高圧部に直接供給される。蒸気量が足りない場合は、蒸気発生器２６０で余った高温水をフラッシャー２７０で再度減圧沸騰させ、蒸気を発生させる。発生した蒸気は、配管２７１によって低圧部の蒸気タービン２８０へ供給される。熱水は、すべて蒸気とされることがないため、フラッシャー２７０からの還元水は、循環サービスタンク２３０に貯められる。また、復水器２９０は、蒸気タービン２８０で使用された蒸気を冷却水２９１で再び水へ凝縮させる装置である。凝縮された温水は低圧循環ポンプ２４２で循環サービスタンク２３０へ移送される。
循環サービスタンク２３０は、フラッシャー２７０からの還元水と復水器２９０から低圧循環ポンプ２４２で移送された温水を貯めている。貯められた水は、再度地熱帯Ｓで熱水として熱交換されるように加圧水注入管２５１へ加圧給水ポンプ２４１で移送される。
循環サービスタンク２３０は、微小気泡生成装置２２０を含んでおり、循環サービスタンク２３０の水の一部を液体搬送管２３１を介して微小気泡生成装置４２０に移送される。微小気泡生成装置４２０は、図２０及び図２２（Ａ）に示すように、動力部２２４と、微小気泡２１３を排出するノズル部としての微小気泡生成ノズル２２１ａとに分離されて設けられている。
微小気泡生成装置４２０に設けられた動力部２２４の図示しないポンプで加圧した水を圧力注入管２２３ａにより微小気泡生成ノズル２２１ａに供給する。微小気泡生成装置４２０は、動力部２２４の図示しないエアコンプレッサー等で気体注入管２２２ａを介して空気を微小気泡生成ノズル２２１ａに供給し、微小気泡生成ノズル２２１ａは空気と共に温水を排出するためのノズル２２５ａが設けられている。微小気泡生成ノズル２２１ａは、微小気泡生成ノズル２２１ａの中間部に位置し、微小気泡生成ノズル２２１ａの中に挿入された球状体２２７が嵌め込まれている。微小気泡生成ノズル２２１ａは、その球状体２２７の挿入中心から下流に微小気泡生成ノズル２２１ａの周上に穿設された小孔２２９が設けられている。微小気泡生成ノズル２２１ａは、小孔２２９の外側に大気又はエアコンプレッサーと連通している空気室２２６が設けられている。
そして、加圧した高圧水流を流すことで、自吸又はエアコンプレッサーで加圧した空気を伴って図２１に示すように微小気泡２１３が生成される。微小気泡生成ノズル２２１ａは、耐熱性のものが良く、少なくとも２００℃程度耐えるような樹脂や金属等を使用するとよい。
本発明で生成した微小気泡２１３は、マイクロバブルやナノバブルであり、粒径が２０マイクロ以下のマイクロバブルはナノバブルへと縮小し、最終的には消滅することが知られている。ヘンリーの法則によると、気体は圧力に比例して水の中に溶解する。そのため、小さな気泡ほど気体の溶解能力が高いことを意味している。そして、マイクロバブルやナノバブルを溶解した水は、以下のような効果を奏している。
微小気泡２１３を含んだ熱水をノズルでスプレー状に散布した場合に、マイクロバブルやナノバブルを多く含んでいるため、何も含んでいない水と比較すれば、粒子数で換算すると２倍から３倍の粒子数が確認されている。微小気泡２１３を含んだ熱水は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器２６０で熱水が蒸気となる場合に、少なくとも蒸気量が１割から２割増大することが確認されている。
マイクロバブルを乱流境界層中に注入することにより、壁面の摩擦抵抗を低減することも可能である。このため、管内の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そして、加圧給水ポンプ２４１や低圧循環ポンプ２４２の負担が少なくなる。
また、微小気泡２１３は、空気と水の気液界面２１４では静電摩擦が起こることにより、静電気により気液界面２１４を境にして水側に正の電位２１６が、空気側には負の電位２１５が発生し気液界面２１４に生じた負の電位２１５による静電摩擦の力により、液体中の不純物を集めながら移送される。これにより、移送路内の浄化効果もあり、さらに圧力損失の低減を行うことが可能である。
また、微小気泡２１３の生成方法には他にも考えられ、衝撃波や超音波やベンチュリー管を使用して圧壊を起こす方法、キャビテーションによる方法、剪断、電気分解や加圧溶解による方法等が考えられる。
次に、熱交換器２５０を説明すると、地表Ｆから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｓまで熱交換器２５０が埋設されている。熱交換器２５０は、外側に円筒状の加圧水注入管２５１が設けられ、その加圧水注入管２５１の周囲は地表Ｆから地熱帯Ｓ付近までは地熱セメントによって固められている。加圧水注入管２５１の内側には地熱帯Ｓで熱せられた水を移送する円筒状の液体取出管２５２が設けられている。加圧水注入管２５１は、スチールやステンレス等の素材で形成されており、温度の高い地熱帯Ｓの領域では、外周は地熱帯Ｓの熱が伝わりやすいように、フィン等が取り付けられている。
また、加圧水注入管２５１の外周は、耐腐食性や伝熱性を向上させるためにアルミやアルミと鉛を混合した材料で溶射加工が施されている。加圧水注入管２５１は、地表Ｆに近い温度の低い領域では、循環サービスタンク２３０から加圧された温水の熱が奪われないように断熱材や空気層を設けた断熱構造がとられている。図２０に示すように加圧水注入管２５１の最深部は、圧力損失が生じないように断面弧状に形成され、加圧された水がスムーズに液体取出管２５２へ移送される。
液体取出管２５２は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水を地上まで移送するために円筒状の管が、加圧水注入管２５１の内部に設けられている。液体取出管２５２は、ステンレス等の素材で形成されており最深部は、圧力損失が生じないように図示しない一部分が欠き切られた形状に形成され、加圧された水がスムーズに上昇する。
液体取出管２５２から取り出された熱水は、加圧された状態で蒸気発生器２６０まで到達する。蒸気発生器２６０では、加圧された熱水が減圧沸騰され、蒸気が発生する。通常、蒸気発生器２６０で熱水から蒸気として取得できる蒸気の重量割合は３０％であり、７０％は温水として戻される。しかしながら、微小気泡２１３を含んだ状態では、付加的な発泡核数及び気液界面の増大により蒸気の重量割合は４０％まで向上している。
（第１３実施形態）
第１３実施形態にかかる地熱発電装置１７００が図２３に示されている。図２３は、第１３実施形態にかかる本発明の実施形態に係る地熱発電装置１７００の構成を示す概要図である。第１２実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１２実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１２実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第１３実施形態にかかる地熱発電装置１７００は、大別すると微小気泡生成装置４３０、循環サービスタンク２３０、熱交換器２５０、蒸気発生器３６０、フラッシャー２７０、蒸気タービン２８０、復水器２９０、加圧給水ポンプ２４１、低圧循環ポンプ２４２で構成されている。
第１２実施形態と異なる点のみ説明すると、蒸気発生器３６０に微小気泡生成装置４３０が設けられている。微小気泡生成装置４３０は、図２２（Ａ）及び図２３に示すように、動力部２２４と、微小気泡２１３を排出するノズル部としての微小気泡生成ノズル２２１ａとに分離されて設けられている。
微小気泡生成装置４３０は、加圧給水ポンプ２４１で加圧した熱水を圧力注入管２２３ａで微小気泡生成ノズル２２１ａに供給し、動力部２２４の図示しないエアコンプレッサーで気体注入管２２２ａを介して空気を気泡生成ノズル２２１ａに供給している。微小気泡生成ノズル２２１ａは、空気と共に熱水を排出するためのノズル２２５ａが設けられている。微小気泡生成ノズル２２１ａの中間部に位置し、微小気泡生成ノズル２２１ａの中に挿入された球状体２２７が嵌め込まれている。その球状体２２７の挿入中心から下流に微小気泡生成ノズル２２１ａの周上に穿設された小孔２２９が設けられている。小孔２２９の外側には、エアコンプレッサーと連通している空気室２２６が設けられている。
そして、蒸気発生器３６０は、熱水を減圧沸騰させて蒸気を生成するが、蒸気を発生させるノズルが微小気泡生成ノズル２２１ａで構成されており、微小気泡２１３を発生させながら蒸気としているため、微小気泡２１３を含んだ熱水は、マイクロバブルやナノバブルを多く含んでいるため、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面の表面積が増大している。これにより、蒸気発生器３６０で熱水が蒸気となる場合に、蒸気量が増大する効果を奏している。
（第１４実施形態）
第１４実施形態にかかる地熱発電装置２１０が図２２（Ｂ）、図２４及び図２５に示されている。図２２（Ｂ）は、第１４実施形態にかかる微小気泡生成ノズル２２１ｂの構成を表す概要図である。図２４は、第１４実施形態にかかる本発明の実施形態に係る地熱発電装置１８００の構成を示す概要図である。図２５は、第１４実施形態にかかる熱交換器３５０の上方部分における液体取出管２５２と微小気泡生成ノズル２２１ｂを示す斜視図である。第１２実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１２実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１２実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第１４実施形態にかかる地熱発電装置１８００は、大別すると微小気泡生成装置４４０、循環サービスタンク２３０、熱交換器３５０、蒸気発生器２６０、フラッシャー２７０、蒸気タービン２８０、復水器２９０、加圧給水ポンプ２４１、低圧循環ポンプ２４２で構成されている。
第１２実施形態と異なる点のみ説明すると、微小気泡生成装置４４０が熱交換器３５０に設けられている。熱交換器３５０は、地表Ｆ近くに微小気泡生成装置４４０を設けている。微小気泡生成装置４４０は、加圧給水ポンプ２４１に接続される圧力注入管２２３ｂを、液体取出管２５２と加圧水注入管２５１の間にあって、加圧水注入管２５１の内周に沿って反時計回りの螺旋状に設けている。これは、加圧された水を加圧水注入管２５１の内周に沿って注入することで螺旋を描きながら圧力損失を低減しながらスムーズに水が降下するように設けられている。
微小気泡生成装置４４０は、図２４及び図２２（Ｂ）に示すように、気体注入管２２２ｂを介して空気を供給する動力部２２４に図示しないエアコンプレッサー等を備えている。また、加圧給水ポンプ２４１で加圧した水を圧力注入管２２３ｂで供給し、空気と共に排出するためのノズル２２５ｂが設けられている。
微小気泡生成ノズル２２１ｂは、微小気泡生成ノズル２２１ｂの中間部に位置し、微小気泡生成ノズル２２１ｂの中に挿入された螺旋状の気泡カッター２２８が内蔵されている。その気泡カッター２２８の挿入中心から下流に微小気泡生成ノズル２２１ｂの周上に穿設された小孔２２９が設けられている。小孔２２９の外側には、空気室２２６が設けられている。そして、加圧した高圧水流を流すことで、動力部２２４の図示しないエアコンプレッサーで加圧された空気を伴って図２１に示すように微小気泡２１３が生成される。
生成された微小気泡４４０は、加圧給水ポンプ２４１により、温水の中に溶存しながら熱交換器３５０の深部に移送された後、熱水となって蒸気発生器２６０に移送される。微小気泡２１３は、管内の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そのため、加圧給水ポンプ２４１や低圧循環ポンプ２４２の負担が少なくなる。微小気泡２１３を含んだ熱水は、マイクロバブルやナノバブルを多く含んでいるため、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面の表面積が増大している。これにより、蒸気発生器２６０で熱水が蒸気となる場合に、蒸気量が増大する効果を奏している。
（第１５実施形態）
第１５実施形態にかかる地熱発電装置１９００が図２６に示されている。図２６は、第１５実施形態にかかる本発明の実施形態に係る地熱発電装置１９００の構成を示す概要図である。第１２実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１２実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１２実施形態と同様な個所の説明は省略する。
第１５実施形態にかかる地熱発電装置１９００は、大別すると微小気泡生成装置４５０、循環サービスタンク２３０、熱交換器２５０、蒸気発生器２６０、フラッシャー２７０、蒸気タービン２８０、復水器２９０、加圧給水ポンプ３４１、低圧循環ポンプ２４２で構成されている。
第１２実施形態と異なる点のみ説明すると、微小気泡生成装置４５０が加圧給水ポンプ３４１に接続されている。加圧給水ポンプ３４１は、空気を取り入れながら攪拌して図２１の微細気泡２１３を生成する構造となっている。
微小気泡生成装置４５０は、動力部２２４に図示しないエアコンプレッサーを搭載し、コンプレッサーで圧縮した空気を気体注入管２２２ｂを介して加圧給水ポンプ３４１に供給する。供給された空気は、加圧給水ポンプ３４１内の図示しない気泡カッターによって微小に形成される。加圧給水ポンプ３４１は、循環サービスタンク２３０からの水を加圧し、微小気泡２１３を溶存させて、熱水を熱交換器２５０に移送する。生成された微小気泡２１３は、加圧給水ポンプ３４１により、水の中に溶存しながら熱交換器２５０に移送された後、熱水となって蒸気発生器２６０に移送される。
微小気泡２１３は、経路内の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能である。そのため、加圧給水ポンプ３４１や低圧循環ポンプ２４２の負担が少なくなる。微小気泡２１３を含んだ熱水は、マイクロバブルやナノバブルを多く含んでいるため、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面の表面積が増大している。これにより、蒸気発生器２６０で熱水が蒸気となる場合に、蒸気量が増大する効果を奏している。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図２０及び図２１を参照して発電方法を説明すると、温度２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで達している。循環サービスタンク２３０の微小気泡２１３を含んだ水は、加圧給水ポンプ２４１により１．６５Ｍｐａに加圧され熱交換器２５０の加圧水注入管２５１に流量３５．８ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。例えば、２３０℃の地熱帯Ｓまで移送された水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導性の良い加圧水注入管２５１から伝わり、最終的に２００℃の熱水となる。そして、液体取出管２５２から取り出された温度１９０℃の熱水は、加圧給水ポンプ２４１により１．２５Ｍｐａに加圧され蒸気発生器２６０に移送される。
蒸気発生器２６０で生成した蒸気は、配管２６１によって蒸気タービン２８０の高圧部に直接供給される。蒸気量が足りない場合は、蒸気発生器２６０で余った高温水をフラッシャー２７０で再度減圧沸騰させ、蒸気を発生させる。発生した蒸気は、配管２７１によって低圧部の蒸気タービン２８０へ供給される。
フラッシャー２７０に移送された温度１６２℃の熱水を、圧力０．６５Ｍｐａに減圧膨張させて蒸気流量２．１４ｔ／ｈの蒸気として蒸気タービン２８０に送り、蒸気タービン２８０の回転により発電される。この蒸気量により発電される発電量は１０２ＫＷの出力が得られる。
また、フラッシャー２７０から得られる温度１５７℃の還元水は、圧力０．５７Ｍｐａで循環サービスタンク２３０に移送され貯留される。蒸気タービン２８０からの温度１０３℃の蒸気は、復水器２９０で冷却水２９１によって再び温度８０℃の温水へ凝縮される。この温水は、低圧循環ポンプ２４２によって圧力０．４７Ｍｐａで循環サービスタンク２３０へ移送される。
そして、循環サービスタンク２３０に貯留された温水は、微小気泡生成装置４２０で生成され微小気泡２１３を含み再び熱交換器２５０に加圧給水ポンプ２４１で送られる。これらシステムでは水を循環利用し、経路が閉塞型のシステムである。そのため、温泉水を汲み上げることなく発電が行われる環境に良いシステムである。
尚、この深度は地熱帯Ｓの熱源の温度に左右され、特に限定されるものではない。また、発電量も移送する熱水の量や温度を調整することで、１ＭＷ等やそれ以上の出力を得ることも可能である。
（上記実施の形態から考えられるその他の技術的特徴）
微小気泡生成装置（４４０）は、螺旋状に形成し、液体を地熱帯へ移送する加圧水注入管（２２３ｂ）を備えたことを特徴とする。このように構成することによって、加圧水注入管の内周に沿って液体（熱水）が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、圧力損失なく移送され加圧ポンプ（２４１）等の負担を少なくすることができる。
微小気泡生成装置（４４０）は、加圧水注入管（２２３ｂ）の螺旋に沿って微小気泡（２１３）を伴った液体（熱水）を排出するノズル（２２１ｂ）を備えたことを特徴とする。このように構成することによって、加圧水注入管２５１の内周に沿って液体（熱水）が遠心力を伴って抵抗なく導入され深部に移送されるので、液体（熱水）が圧力損失なく移送され加圧給水ポンプ（２４１）等の負担を少なくすることができる。
地熱発電装置（１６００・１７００・１８００・１９００）は、蒸気化するまでの間に微小気泡（２１３）を生成する微小気泡生成装置（４２０、４３０、４４０、０）を備え、前記微小気泡を溶存させた液体を蒸気化して発電することを特徴とする。
このように構成することによって、微小気泡を含んだ液体（熱水）は、通常の水よりも付加的な発泡核数及び気液界面（蒸発界面）の表面積が増大する。これにより、蒸気発生器で液体（熱水）が蒸気となる場合に、蒸気量を増すことができるので発電量を向上させることが可能となる。
尚、上記実施の形態の中の微小気泡は、空気又は不活性ガス（窒素等）としても良く、窒素を使用することで安価であり、経路内の配管等の金属の酸化を防ぐことも可能である。また窒素は物性的に液体の流動抵抗をさらに低減することが可能である。以上のことから、経路内の抵抗が少なくなり圧力損失の低減を行うことが可能であるため、加圧給水ポンプ３４１や低圧循環ポンプ２４２の負担が少なくなる。
これら微小気泡２１３を生成する微小気泡生成装置（２０、１２０、２２０、４５０）は、様々な個所に設置することが考えられる。また、必ずしもエアコンプレッサー等の別の動力を使用しなければならないわけではなく、加圧給水ポンプ２４１や低圧循環ポンプ２４２の圧力を利用し温水や熱水を送り込み、各装置間の配管内やバイパス経路の配管の途中にベンチュリー管等を設置して、空気を自吸による送り込んで温水や熱水の中に微小気泡２１３を生成することも可能である。
本発明にかかる媒体移送管５１０及び地熱発電装置２０００の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１６実施形態）
第１６実施形態にかかる媒体移送管５１０及び地熱発電装置２０００が図２７乃至図３５に示されている。図２７は、第１６実施形態にかかる本発明の地熱発電装置２０００の構成を示す概要図である。図２８は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の媒体注入管５１１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。図２９は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の軸上の断面図である。図３０は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の媒体注入管５１１を接続する接続管５１２の斜視図である。図３１は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の媒体注入管５１１の図２８に示すＡ−Ａ部分で切断した断面の一部分を示す拡大断面図である。図３２は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の媒体取出管５２１の接続管５３０を中心に拡大した斜視図である。図３３は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の媒体取出管５２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。図３４は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体取出管５２１の平面の中心を垂直に切断した際の断面図である。図３５は、第１６実施形態にかかる本発明の媒体移送管５１０の整流部５４０の斜視図である。
図２７を参照して第１６実施形態にかかる地熱発電装置２０００を説明すると、地熱発電装置２０００は、貯留タンクとしての循環サービスタンク５０５、媒体移送管５１０、蒸気発生器５６０、フラッシャー（気水分離器）５７０、蒸気タービン５８０、復水器５９０、加圧給水ポンプ５０６、低圧循環ポンプ５０７で構成されている。
地熱発電装置２０００は、蒸気タービン５８０に蒸気を供給することで、発電モータ５８１を回転させて発電を行い、送電設備５８２に電気を供給し送電網を介して電力会社等に電気を供給するものである。蒸気タービン５８０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５８０に供給される蒸気は、熱水を減圧沸騰させて蒸気発生器５６０で生成される。生成した蒸気は、熱水と共に汽水分離器５７０に送られる。汽水分離器５７０は、熱水と、発生した蒸気を分離させて、蒸気を蒸気タービン５８０に供給する。
熱水は、すべて蒸気とされることがないため、汽水分離器５７０からの還元水は、循環サービスタンク５０５に貯められる。また、復水器５９０は、蒸気タービン５８０で使用された蒸気を冷却水５９１で再び水へ凝縮させる装置である。凝縮された温水は、低圧循環ポンプ５０７で循環サービスタンク５０５へ移送される。
循環サービスタンク５０５は、汽水分離器５７０からの還元水と復水器５９０から低圧循環ポンプ５０７で移送された温水を貯めている。貯められた温水は、再度地熱帯Ｓのある深部で熱水として熱交換されるように後述する媒体移送管５１０へ加圧給水ポンプ５０６で移送される。
次に、図２７乃至図３５を参照して媒体移送管５１０を説明する。地表Ｆから地中深部にある熱源となる地熱帯Ｓまで媒体移送管５１０が埋設されている。媒体移送管５１０は、外側に円筒状の媒体注入管５１１が埋設され、その媒体注入管５１１の周囲は地表Ｆから地熱帯付近までは地熱セメントによって固められている。媒体注入管５１１の内側には地熱帯Ｓで熱せられた水を移送する円筒状の媒体取出管５２１が設けられている。
図２８乃至図３１を参照して媒体注入管５１１を説明する。媒体注入管５１１は、スチールやステンレス等の素材で形成されている。温度の高い地熱帯Ｓの領域では、媒体注入管５１１は、外周に地熱帯Ｓの熱が伝わりやすいように、断面が円形の円柱状のフィン５１３が溶接されており、図３１に示すようにフィン５１３の端部と中間に数カ所溶接した溶接塊５１５が設けられている。その他の箇所は、耐腐食性や伝熱性を向上させるために溶射加工によってアルミ又はアルミと鉛を混合した材料で被膜層５１６が設けられている。被膜層５１６は、フィン５１３の近傍の被膜層５１６Ａと媒体注入管５１１の被膜層５１６Ｂとでは、被膜の厚みが異なり、伝熱性を高めるため被膜層５１６Ｂは薄くされており、被膜層５１６Ａは強度と表面積を向上させるため厚く形成されている。被膜層５１６Ｂは、約０．１ｍｍとし、被膜層５１６Ａは、約０．５ｍｍとしている。
フィン５１３は、断面形状を円形で説明したが、三角形状、四角形状、多角形、楕円形状等であってもよく、表面積が増加する形状であれば良い。媒体注入管５１１は、地表Ｆに近い温度の低い領域では、循環サービスタンク５０５から加圧されて注入される温水の熱が奪われないように断熱材や空気層を設けた断熱構造がとられている。
図２８乃至図３０を参照して接続管５１２を説明する。接続管５１２は、媒体注入管５１１同士を接続するための管であり、媒体注入管５１１の両端に設けられた図示しないネジ溝と螺合するように内側に螺合溝５１４が形成されている。媒体注入管５１１は、約１０ｍの長さで形成されており、約１０ｍ間隔で接続管５１２を使用して連結されている。
次に、媒体取出管５２１及び整流部５４０を、図２９及び図３２乃至図３５を参照して説明する。媒体取出管５２１は、媒体注入管５１１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５２１は、図３４に示すように断面が外側部５２４と中側部との間に空気層５２３を形成する２重構造となっている。この２重構造により、断熱効果だけでなく、体積が増し密度を小さくし水に近づけることで、設置する際に媒体としての水を媒体注入管５１１に注入した後、この２重構造を取った媒体取出管５２１を水の中に沈めていくことで浮力が発生し、媒体取出管５２１を吊る装置への荷重を軽減することが可能となる。
また、図３４に示すように媒体注入管５１１と同様に、接続管５３０は媒体取出管５２１同士を接続するための管であり、媒体取出管５２１の両端に設けられたネジ溝５２５と螺合するように内側に螺合溝５３１が形成されている。媒体取出管５２１は、約１０ｍの長さで形成されており、約１０ｍ間隔で接続管５３０を使用して連結されている。
整流部５４０は、図２９、図３２、図３３及び図３５に示すように、媒体取出管５２１の同軸上に胴体部としての円形の環状のリング部５４２を上下に設けている。リング部５４２の間は、空間となっており、リング部５４２は、整流片５４１の上端を上方のリング部５４２と溶接し、整流片５４１の下端を下方のリング部５４２と溶接することで固定されている。リング部５４２は、内径が媒体取出管５２１よりも大きく、接続管５３０の外径よりも小さく形成されている。
リング部５４２は、このような内径の寸法とすることで、媒体取出管５２１の上方から挿入可能であり接続部５３０の上端で止まる構造となる。このような構造とすることで、整流部５４０は、媒体取出管５２１の上方から挿入して落下させるのみの動作で、接続管５３０が接続部５３０に留まり施工が容易となる。整流部５４０は、約１０ｍの間隔で接続管５３０の上方に位置している。リング部５４２は、平面からみて円形に形成したが、特に限定することなく四角形、三角形、多角形又は楕円形等であっても良い。
整流片５４１は、ステンレス等の金属製の平板を、側端を媒体取出管５２１の外周及び媒体注入管５１１の内周に沿って切り出し、上下端は、リング部５４２との上端と水平になるように切り出して形成されている。整流片５４１は、平面から見てリング部５４２の中心軸Ｙを中心として、略９０度の角度毎に配列し媒体注入管５１１に向って４枚設けられている。
また、図３３に示すように、整流片５４１が傾斜して溶接されている角度αは、媒体取出管５２１又はリング部５４２の中心軸Ｙの垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。
この整流片５４１は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を矢印に（逆時計回りに）沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。また、整流片５４１は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数の整流片５４１により防いでいる。さらに、整流片５４１は、媒体取出管５２１の軸中心を偏らせない機能として振れ止めとなる機能を備えている。以下の実施例においても整流片５４１は同様な作用効果を奏している。
整流部５４０は、媒体取出管５２１の外周に沿って断面円形の線状の棒が螺旋状に旋回された螺旋棒５４３が設けられている。図３３に示すように、螺旋棒５４３が旋回されている螺旋の角度αは、媒体取出管５２１又はリング部５４２の中心軸Ｙの垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。螺旋棒５４３を支持するために、媒体取出管５２１の外周に沿って断面円形の線状の支持棒５４４が、リング部５４２から斜めに直線状に延設されており、螺旋棒５４３は、支持棒５４４と１カ所で溶接されている。螺旋棒５４３は、螺旋の状態で媒体取出管５２１の全長の約１／２の全長５ｍで形成されている。
また、螺旋棒５４３又は支持棒５４４は、リング部５４２又は整流片５４１の外周と溶接され整流部５４０として一体構造となっている。螺旋棒５４３は、媒体取出管５２１の外周を螺旋状に旋回されているため、加圧された温水を矢印に（逆時計回りに）沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。また、螺旋棒５４３は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。さらに、重量を軽量化しながらも媒体の流下させる方向を制御することができる。螺旋棒５４３又は支持棒５４４は、断面形状を円形で説明したが、三角形状、四角形状、多角形又は楕円形状等であってもよく、内部は軽量化できるように空洞であってもよく媒体の流下させる方向を制御できる形状であれば良い。また、螺旋棒５４３は、コイルスプリングを延ばして形成することも可能であり簡単に製造が可能である。
（第１７実施形態）
第１７実施形態にかかる媒体移送管６１０が図３６乃至図３９及び図４８に示されている。図３６は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管６１０の媒体取出管６２１の接続部分を中心に拡大した斜視図である。図３７は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管６１０の軸上の断面図である。図３８は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管６１０の媒体取出管６２１の接続部分を中心に拡大した正面図である。図３９は、第１７実施形態にかかる本発明の媒体移送管６１０の整流部５５０の斜視図である。図４８は、第１７実施形態にかかる本発明の図３８の整流部５５０の整流片５５１のＺ−Ｚ断面図である。第１６実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１６実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１６実施形態と同様な個所の説明は省略する。
また、図３６に示すように媒体注入管５１１と同様に、接続管６３０は媒体取出管６２１同士を接続するための管である。接続管６３０は、媒体取出管６２１の両端に設けられた図示しないネジ溝５２５と螺合するように内側に図示しない螺合溝５３１が形成されている。媒体取出管６２１は、約１０ｍの長さで形成されており、約１０ｍ間隔で接続管６３０を使用して連結されている。
整流部５５０は、図３６乃至図３９に示すように、媒体取出管６２１と同軸上に胴体部として環状のリング部５５２を設けている。リング部５５２は、リング部５５２の外周に沿って整流片５５１の側面を溶接して固定されている。リング部５５２は、内径が媒体取出管６２１よりも大きく、また接続管６３０の外径よりも小さく形成されている。リング部５５２は、このような内径の寸法とすることで、媒体取出管６２１の上方から挿入可能であり接続部６３０の上端で止まる構造となる。このような構造とすることで、整流部５５０は、媒体取出管６２１の上方から挿入して落下させることにより接続管６３０で留まり施工が容易となる。整流部５５０は、約１０ｍ間隔で接続管６３０の上方に位置している。
整流片５５１は、ステンレス等の金属製の平板を、上下端は、側端をリング部５５２の外周及び媒体注入管５１１の内周に沿って切り出し、上下端は、リング部５５２の上端と水平になるように切り出して形成されている。整流片５５１は、平面から見てリング部５５２の中心軸Ｙを中心として、略６０度の角度毎に配列し媒体注入管５１１に向って６枚設けられている。整流部５５０は、平面から見ると整流片５５１が隙間なく流路を閉塞した位置に配置されているので、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防ぎ、より逆流防止効果がある。
また、図３８に示すように、整流片５５１が傾斜して溶接されている角度αは、媒体取出管６２１又はリング部５５２の中心軸Ｙの垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。この整流片５５１は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を矢印に（逆時計回りに）沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。
図４８に示すように、図４８（Ａ）は、整流片５５１の別例としての図３８に示す整流片５５１のＺ−Ｚの断面図である。整流片５５１の整流先端５５３は、流下する温水も抵抗を緩和して下流に導くため傾斜が設けられている。この整流先端５５３は、渦流や乱流を低減している。
図４８（Ｂ）は、整流片５５１の別例としての図３８に示す整流片５５１のＺ−Ｚの断面図である。整流片５５１の整流先端５５４は、流下する温水の抵抗を緩和して下流に導くため飛行機の羽根のように先端が膨らみ下流が絞られている。この整流先端５５３は、渦流や乱流を低減している。また直線上に絞られているが、片側に湾曲して飛行機の翼のように構成しても良い。図４８の構造は、以下の実施形態に適用することができる。
（第１８実施形態）
第１８実施形態にかかる整流部７５０が図４０及び図４１に示されている。図４０は、第１８実施形態にかかる本発明の媒体移送管７１０の整流部７５０の斜視図である。図４１は、第１８実施形態にかかる本発明の媒体移送管７１０の整流部２５０の一部分の拡大図であり、図４０に示されるＣの点を拡大した側面図である。
第１６実施形態及び第１７実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１６実施形態及び第１７実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１６実施形態と同様な個所の説明は省略する。
図示しない媒体取出管と同軸上に胴体部として環状の接続管７３０を設けている。接続管７３０は、内周に図示しない媒体取出管のネジ溝５２５と螺合する螺合溝７３１が形成されている。接続管７３０は上下に媒体取出管６２１が接続される。また、接続管７３０は、外周に整流片７５１を溶接等によって固定され、取り付けられる角度及び枚数は第１６実施形態と同様である。
そして、これら整流片７５１は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を整流片７５１に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。また、整流片７５１は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。
図４１に示すように接続管７３０の上方には、所定の角度４５度から６０度の傾斜となった導入部７３３が設けられている。導入部７３３は、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降する際に、整流片７５１に乱流や渦流が形成されないように温水を導入している。このように導入部７３３によって温水を圧力損失が生じず下降させることができる。
（第１９実施形態）
第１９実施形態にかかる媒体移送管８１０が図４２乃至図４５に示されている。図４２は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管８１０の軸上の断面図である。図４３は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管８１０の媒体注入管８１１を斜め上方から見た斜視図である。図４４は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管８１０の媒体取出管８２１の斜視図である。図４５は、第１９実施形態にかかる本発明の媒体移送管８１０の媒体注入管８１１を垂直方向に切断し、媒体取出管３２１を表した斜視図である。
第１６実施形態乃至第１８実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１６実施形態乃至第１８実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１６実施形態と同様な個所の説明は省略する。
媒体移送管８１０は、媒体取出管８２１と媒体注入管８１１とで構成されている。媒体注入管８１１の内周には所定の幅と深さを持った螺旋溝８４５が螺旋状に先端から終端まで設けられている。
この螺旋の角度は第１６実施形態と同様に正面から見て、媒体注入管８１１の中心軸との垂線となす角度は、略４５度から７５度が最適で、６０度が最も良い角度である。
螺旋溝８４５の個数や形状は、特に限定されず、軸上の周囲全体に渡って凹凸となるように設けても良い。
そして、これら螺旋溝８４５は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を螺旋溝８４５に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。また、螺旋溝８４５は、地熱帯Ｓで熱せられた熱水の逆流を複数箇所で防いでいる。
媒体移送管８１０は、媒体取出管８２１の外周に沿って断面円形の線状の棒を螺旋状に旋回した螺旋棒８４３を先端から終端まで設けている。第１６実施形態と同様に螺旋棒８４３が旋回されている螺旋の角度は、媒体取出管８２１の中心軸の垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。
そして、これら螺旋棒８４３は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を螺旋棒８４３に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。
また、螺旋溝８４５と螺旋棒８４３とは、対面して配置され先端から終端まで螺旋状に旋回されている。螺旋溝８４５と螺旋棒８４３とは、各々で効果が認められるが、螺旋溝８４５と螺旋棒８４３とで、さらに螺旋状に旋回させながらスムーズに下降させるという効果を奏している。螺旋溝８４５と螺旋棒８４３は、一対で複数設けられているが、特に限定されることなく１組であっても良い。
（第２０実施形態）
第２０実施形態にかかる媒体移送管９１０が図４６及び図４７に示されている。図４６は、第２０実施形態にかかる本発明の媒体移送管９１０の媒体注入管９１１を垂直方向に切断し、接続環９４６を表した斜視図である。図４７は、第２０実施形態にかかる本発明の整流部９４０を表した斜視図である。
第１６実施形態乃至第１９実施形態と同様の構成を示す箇所は、第１６実施形態乃至第１９実施形態と同様の符号を付して表してあり、構成は第１６実施形態と同様な個所の説明は省略する。
整流部９４０は、上端に環状の接続リング９４６が設けられており、接続リング９４６の下方には、媒体注入管９１０の内周に沿って断面円形の線状の棒を螺旋状に旋回された螺旋棒９４３が先端から終端まで設けられている。第１実施例と同様に螺旋棒９４３が旋回されている螺旋の角度は、媒体注入管９１０の中心軸の垂線となす角度として、略４５度から７５度が最適であり、６０度が最も良い角度である。
媒体注入管９１０と同軸上に環状の接続管９１２を設けている。接続管９１２は、内周に媒体注入管９１１のネジ溝９２５と螺合する螺合溝９１４が形成されている。接続管９１２は、上下に媒体注入管９１１を連結している。
接続リング９４６は、媒体注入管９１１同士の隙間に固定されている。このように固定することで強固に固定できると共に、媒体取出管８２１が容易に挿入可能である。また、螺旋棒９４３は、特に地熱帯Ｓに設けられ、加圧された温水を螺旋棒９４３に沿って導くことによって、加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導いている。
（上記装置を利用して発電する発電方法）
図２７を参照して発電方法を説明すると、２００℃前後の熱を地中で得るためにボーリングにより開けられた穴の深度は、地中７００ｍから１５００ｍ程度まで達している。
この地中には、媒体移送管５１０が埋設されており、媒体移送管５１０は、地中と接する外側に媒体注入管５１１が連結されて地中深くまで達している。また、媒体注入管５１１は、媒体注入管５１１の内側に媒体取出管５２１が連結されて媒体注入管５１１の底部まで達している。これら媒体移送管５１０を地熱帯Ｓから得られる熱を吸収する熱交換器として利用し、媒体を蒸発させて蒸気タービンを介して発電を行っている。以下に発電する方法について詳述する。
循環サービスタンク５０５の温水は、加圧給水ポンプ５０６６により１．６５Ｍｐａに加圧され媒体移送管５１０の媒体注入管５１１に流量３５．８ｔ／ｈで送られ、地中深くの地熱帯Ｓまで移送される。例えば、２３０℃の地熱帯Ｓまで移送された温水は、地熱帯Ｓからの熱を熱伝導性の良い媒体注入管５１１から伝わり、最終的に２００℃の熱水となる。そして、媒体取出管５２１から取り出された温度は１９０℃の熱水は、加圧給水ポンプ５０６により媒体取出管５２１を介して１．２５Ｍｐａに加圧され蒸気発生器５６０に移送される。
蒸気発生器５６０は、温度１６２℃の熱水を、圧力０．６５Ｍｐａに減圧膨張させて蒸気流量の２．１４ｔ／ｈの蒸気を発生させる。汽水分離器５７０は、蒸気を蒸気タービン５８０に送り、蒸気タービン５８０の回転により発電される。この蒸気量により発電される発電量は１０２ＫＷの出力が得られる。
また、汽水分離器５７０は、蒸気にならずに残った水が温度１５７℃の還元水として、圧力０．５７Ｍｐａで循環サービスタンク５０５に移送され貯留される。また、蒸気タービン５８０からの１０３℃蒸気は、復水器５９０で冷却水５９１によって再び温度８０℃の温水へ凝縮される。この温水は、低圧循環ポンプ５０７によって圧力０．４７Ｍｐａで循環サービスタンク５０５へ移送される。
そして、循環サービスタンク５０５に貯留された温水は、再び媒体移送管５１０に加圧給水ポンプ５０６で送られる。これらシステムでは水を循環利用し、経路が閉塞型のシステムである。そのため、温泉水を汲み上げることなく発電が行われる環境に良いシステムである。
尚、この深度は地熱帯Ｓの熱源の温度に左右され、特に限定されるものではない。また、発電量も移送する熱水の量を調整することで、１ＭＷ等やそれ以上の出力を得ることも可能である。
（上記第１６実施形態〜第２０実施形態から考えられるその他の技術的特徴）
尚、媒体取出管８２１の外周に、媒体注入管８１１の螺旋溝８４５と同様な螺旋状の螺旋溝を形成しても良い。その際、螺旋溝同士が対面するように設けると良い。そうすることによって、螺旋に沿って温水が導入されやすくなり加圧された温水を螺旋状に旋回しながら下降させ、圧力損失が生じないように最下部まで温水を導くことができる。
尚、ここで媒体とは、熱水、温水、蒸気、不活性ガス又はバイナリー発電で利用される水より沸点が低い媒体（水とアンモニアの混合物等）が考えられる。
尚、本実施例では、整流部の機能として媒体注入管の媒体を流下させる構造で説明したが、整流部は媒体取出管から媒体を取り出す際の上昇流を制御することにも使用することが可能である。特に螺旋棒や螺旋溝を媒体取出管の内周に設けることも考えられる。
整流部は、媒体取出管の近傍に設置することで、圧力損失することなく媒体取出管への導入を容易にすることが可能となる。螺旋回転しながら媒体取出管への導入を補助することができる。
（第２１実施形態）
第２１実施形態にかかる媒体移送管１０１０が図２３に示されている。本第２１実施形態にかかる媒体移送管１０１０は、前述した第１実施形態から第２０実施形態に適用可能なものである。図２３は、第２１実施形態にかかる本発明の媒体移送管１０１０の構成を示す概要図である。
次に、図２３及び図２４を参照して媒体移送管１０１０を説明する。上述したように媒体移送管１０１０は、地表から地中深部にある熱源となる地熱帯までが埋設される。媒体移送管１０１０は、外側に円筒状の媒体注入管１０１１が埋設され、その媒体注入管１０１１の周囲は地表から地熱帯付近までは地熱セメントによって固められている。媒体注入管１０１１の内側には地熱帯で熱せられた水を移送する円筒状の媒体取出管１０１２が設けられている。
第２１実施形態にかかる媒体移送管１０１０は、図２３に示すように、媒体移送管１０１０の最下端に媒体移送管１０１０より細い管からなる伝熱管１０１３を備えている。伝熱管１０１３は、スチールやステンレス等の素材で形成されている。伝熱管１０１３は、両方の端部が媒体移送管１０１０内に配置されており、媒体移送管１０１０内を流れて来た媒体が伝熱管１０１３内を通過することによって、地熱をより高い効率で媒体に伝熱する機能を有する。伝熱管１０１３は、一方端部の開口が前記媒体取出管１０１２と媒体注入管１０１１の間に配置され、他方端部の開口が媒体取出管１０１２の下方側に配置されることが好ましい。かかる位置関係に配置されることによって、一方端部近傍は、媒体が下方方向に流れているので正圧がかかり、伝熱管１０１３内に媒体が流れやすくなり、他方端部近傍は、媒体が上昇しているので、開口付近が負圧となり媒体が取り出される方向に力がかかるため、効率よく媒体を伝熱管１０１３内に流すことができる。より好ましくは、図２３の点線で示したように、他方端部の伝熱管１０１３をさらに媒体取出管の内側まで上方に延設して設けてもよい。伝熱管１０１３の本数は、特に限定するものではない。例えば、図２４に示すように、放射状に伝熱管１０１３を複数本設けるとよい。伝熱管１０１３の形態は、特に限定するものではなく、図２３に示すようにＵ字状に設けても良いし、図２５に示すように、媒体注入管１０１１の外周より外側に配置されるように設けても良い。また、伝熱性をさらに向上させるために、螺旋状等に形成しても構わない。さらに、伝熱管１０１３を保護するために、伝熱管１０１３を取り囲むように保護壁を設けても良い。
（第２２実施形態）
第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法が図に示されている。本第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０は、前述した第１実施形態から第２０実施形態に適用可能なものである。
第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０に使用される媒体移送管は特に限定するものではなく、地熱帯Ｓの熱によって熱せられた媒体を蒸気化することによって発電する地熱発電装置に使用され、前記媒体を移送する媒体移送管であれば、どのような形態の媒体移送管であっても構わない。
第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法は、少なくとも一部が前記乾燥破砕帯Ｆ又は液体で充填していない前記破砕帯Ｆに水又は泥水等の液体を流入し、媒体移送管１１１０の周囲に貯水槽の機能を有する貯水領域を積極的に形成する方法である。かかる方法により媒体移送管１１１０を設置することによって、図５２に示すように、地熱セメントＣの下方側の全部又は一部において、媒体移送管１１１０は液体に接することになるため、熱効率を高める。また、水又は泥水等の液体を破砕帯Ｆに流入することで破砕帯Ｆの地耐圧を向上させる効果を有する。
破砕帯Ｆに水又は泥水を流入させる方法としては、坑井掘削終了後に水又は泥水等の液体を流入してもよいし、図５３に示すように、水掘削又は泥水掘削を行いビットから流出した水又は泥水をそのまま利用して破砕帯Ｆに流入させてもよい。最初はエアドリリングで掘削し、破砕帯Ｆに近づいてから水掘削又は泥水掘削に切り替えても良い。水掘削又は泥水掘削の場合は、削り屑がそのまま坑井の底部において破砕帯と同様の機能を有するので破砕帯Ｆ近傍においては削り屑を地上に回収しなくても構わない。泥水掘削に使用する泥水は、破砕帯Ｆに浸透させやすくすることと、削り屑は泥水中を沈降させても構わないため、低粘度の泥水を使用するとよい。
このように破砕帯Ｆに水又は泥水等の液体を流入し、媒体移送管１１１０の周囲に貯水領域を設けることによって、媒体移送管１１１０に対し熱せられた液体が媒体移送管１１１０に接するため、より効率よく媒体移送管１１１０に熱を伝熱することができる。また、貯水領域を設けることによって、貯水領域において液体の対流が起こりやすくなるため、媒体移送管１１１０の貯水領域を設けない場合と比較して、より遠くの熱源から熱を回収することができる。対流を起こし易くするために、温度勾配のある破砕帯領域で貯水領域を形成することが好ましい。また、破砕帯Ｆに水又は泥水等の液体を流入することで破砕帯Ｖの隙間が液体で満たされるため、地耐圧の向上を図ることもできる。
（第２３実施形態）
第２３実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法が図に示されている。本第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０は、前述した第１実施形態から第２０実施形態に適用可能なものである。
第２３実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法は、第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法は、前記乾燥破砕帯又は液体で充填していない前記破砕帯に媒体移送管１１１０を設置する方法であったのに対し、第２３実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法は、媒体移送管１１１０を設置する場所をダイナマイト等の爆発物、水圧破砕その他の方法によって人工的に破砕して地熱帯の坑井に人工破砕帯を形成するものである。人工的に破砕帯を形成した後に水又は泥水等の液体を流入することで媒体移送管１１１０の周囲に貯水領域を作製することができる。その他の点は第２２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第２１実施形態及び第２２実施形態にかかる媒体移送管１１１０の設置方法によって設置された媒体移送管１１１０は、第１実施形態から第２０実施形態と組み合わせて使用することができ、前述した発電装置又は発電方向に適用することによって効率的に熱を地熱から回収することができる。
本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
上述した実施の形態で示すように、地熱発電用の熱交換器として利用することができる。また、海中での火山地帯等にも利用することができる。さらに、バイナリー発電や火力発電及び熱交換器等にも利用することができる。
１０…第１地熱発電設備、２０…媒体移送管、２１…媒体取出管、２２…媒体注入管、３０…高圧循環ポンプ、４０…媒体用発電設備、４１…蒸気発生器、４２…フラッシャー、４３…高圧循環ポンプ用タンク、４４…タービン、４４ａ…第１タービン、４４ｂ…第２タービン、４５…発電機、４６…復水器、４７…貯水タンク、４８…低圧循環ポンプ、５０…第２地熱発電設備、６１…生産井、６２…還元井、６４…発電機、７０…地熱水用発電設備、７１…気水分離器、７２…第２フラッシャー、７３…タービン、７４…発電機、７５…復水器、７６…熱交換器、７７…第１熱交換装置、７８…第２熱交換装置、１００…地熱発電システム。
１０００・１１００・１２００…地熱発電装置、１０３…加圧給水ポンプ、１０４…貯留タンク、１０５…低圧循環ポンプ、１０６…復水器、１０７・１５７…冷却水、１１０…媒体移送管、１１１…媒体注入管、１１２…媒体取出管、１３０…加熱部、１３１…加熱制御装置、１２１・１２２・１２３・１２４・１２５…温度分布、１２６…蒸発曲線、１２７…対流熱伝達係数、１３２・１３６…電熱ヒータ、１５０…熱交換部、１５１…熱交換器、１５５…循環ポンプ、１５６…冷却器、１６１…加熱部用電源ライン、１６５…加圧給水ポンプ用電源ライン、１６６…低圧循環ポンプ用電源ライン、１６７…循環ポンプ用電源ライン、Ａ…加圧水発電装置、Ｂ…バイナリー発電装置、Ｆ・Ｆ１・Ｆ２…フラッシャー（蒸気発生器）、Ｇ・Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３…発電機、Ｈ・Ｈ１・Ｈ２・Ｈ３…送電設備、Ｔ・Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３…蒸気タービン、Ｋ…地表、Ｖ…過熱蒸気、Ｓ…地熱帯。
１６００・１７００・１８００・１９００…地熱発電装置、２１３…微小気泡、２１４…気液界面、２１５…負の電荷、２１６…正の電荷、４２０・４３０・４４０・４５０…微小気泡生成装置、２２１ａ・２２１ｂ…微小気泡生成ノズル、２２２ａ・２２２ｂ…気体注入管、２２３ａ・２２３ｂ…圧力注入管、２２４…動力部、２２５ａ・２２５ｂ…ノズル、２２６…空気室、２２７…球状体、２２８…気泡カッター、２２９…小穴、２３０…循環サービスタンク、２３１…液体搬送管、２４１・３４１…加圧給水ポンプ、２４２…低圧循環ポンプ、２５０・３５０…熱交換器、２５１…加圧水注入管、２５２…液体取出管、２６１・２７１…配管、２６０・３６０…蒸気発生器、２７０…フラッシャー、２８０…蒸気タービン、２８１…発電モータ、２８２…受電設備、２９０…復水器、２９１…冷却水、Ｆ…表面、Ｓ…地熱帯。
２０００…地熱発電装置、５０５…循環サービスタンク、５０６…加圧給水ポンプ、５０７…低圧循環ポンプ、５１０・６１０・７１０・８１０・９１０…媒体移送管、５１１・６１１・８１１・９１１…媒体注入管、５１２・５３０・６１２・６３０・７３０・９１２…接続管、５１３・６１３…フィン、５１４・５３１・７３１・９１４…螺合溝、５１５…溶接塊、５１６Ａ・５１６Ｂ…被膜層、５２１・６２１・８２１・９２１…媒体取出管、５２５・９２５…ネジ溝、５４０・５５０・７５０・９４０…整流部、５４１・５５１・７５１…整流片、５４２・５５２…胴体部としてのリング部、５５３・５５４…整流先端、５４３・８４３・９４３…整流部としての螺旋棒、５４４…支持棒、５６０…蒸気発生器、５７０…汽水分離器、５８０…蒸気タービン、５８１…発電モータ、５８２…送電設備、５９０…復水器、５９１…冷却水、７３３…導入部、８４５…整流部としての螺旋溝、９４６…接続リング

Claims (11)

  1. 媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
    前記媒体移送管の周囲に形成されている地熱水を受領する生産井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
    前記蒸気発生器から取り出された蒸気及び前記気水分離器から取り出された蒸気によって発電する発電機と、
    を備えていることを特徴とする地熱発電システム。
  2. 媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
    地熱水を受領する生産井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
    前記蒸気発生器から取り出された蒸気及び前記気水分離器から取り出された蒸気によって発電する発電機と、
    を備え、
    前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする地熱発電システム。
  3. 媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出して発電する媒体用発電設備と、を有する第１地熱発電設備と、
    地熱水を受領する生産井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出して発電する地熱水用発電設備と、を有する第２地熱発電設備と、
    を備え、前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする地熱発電システム。
  4. 前記生産井は、前記媒体移送管の周囲に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱発電システム。
  5. 前記気水分離器内には、前記気水分離器によって分離された地熱水の熱を前記媒体に交換するための熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱発電システム。
  6. 前記地熱水用発電設備はフラッシャーを備えており、前記フラッシャー内には、前記媒体に熱を交換するための熱交換器を備えていることを特徴とする請求項３に記載の地熱発電システム。
  7. 前記媒体用発電設備は復水器を有し、前記復水器で冷却された媒体を前記第２地熱発電設備に送出することを特徴とする請求項３に記載の地熱発電システム。
  8. 媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
    前記媒体移送管の周囲に形成されている地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
    前記蒸気発生器から取り出された蒸気及び前記気水分離器から取り出された蒸気によって発電する発電機と、
    を備えており、
    媒体移送管の周囲に設けられた生産井の地熱水から取水して、前記地熱水から蒸気を取り出し、
    媒体移送管から媒体を取水して、前記媒体から蒸気を取り出し、
    地熱水の蒸気及び媒体の蒸気によりタービンで発電することを特徴とする地熱発電方法。
  9. 媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出す蒸気発生器と、
    地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出す気水分離器と、
    前記蒸気発生器から取り出された蒸気及び前記気水分離器から取り出された蒸気によって発電する発電機と、
    を備えており、
    前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする地熱発電方法。
  10. 媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管と、前記媒体移送管に前記媒体を送出する高圧循環ポンプと、地熱の熱によって加熱された前記媒体から蒸気を取り出して発電する媒体用発電設備と、を有する第１地熱発電設備と、
    地熱水を受領する生産井と、熱交換の完了した前記地熱水の少なくとも一部を還元する還元井と、少なくとも１つの気水分離器を含んでなり、前記地熱水から蒸気を取り出して発電する地熱水用発電設備と、を有する第２地熱発電設備と、
    を備えており、
    前記媒体の少なくとも一部は、前記気水分離器で分離された地熱水によって熱交換され加熱された状態で前記高圧循環ポンプによって前記媒体移送管に送出されることを特徴とする地熱発電方法。
  11. （１）媒体を下降させる下降領域及び上昇させる上昇領域を有し、地熱帯に開口を有さない二重管を有する媒体移送管から加熱された媒体を取水する工程、
    （２）取水した前記媒体から媒体の蒸気と媒体の液体に分離する工程、
    （３）分離された蒸気を使用して発電する工程、
    （４）生産井から地熱水を取水する工程、
    （５）取水した地熱水を地熱水の蒸気と地熱水の液体に分離する工程、
    （６）媒体の液体を地熱水の液体によって加熱する工程、
    （７）加熱された媒体の液体を前記媒体移送管に送出する工程、
    とを含むことを特徴とする地熱発電方法。
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