JP6695561B1 - 地熱交換器および地熱発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の地熱交換器は、フラッシュ率を向上することができるため、大容量の発電が可能となる。
図1に、本発明の実施形態に係る地熱交換器と地熱発電装置の構成を示す。
地熱交換器1は、地中に設けられ地上から水が供給される外管2と、外管2の内側に配置された内管3とを備えた2重管構造であり、内管3は、その底部4に設けられた仕切弁6を備えている。
図2に、特許文献3におけるシステムフローを示す。
図2においては、特許文献3に記載の地熱交換器を用いて、160℃の熱水から145℃の飽和蒸気を発生させるフローを示している。この場合、
フラッシュ率(%)=(高温側熱水の潜熱-低温側の熱水の潜熱)/低温側の蒸発潜熱
=(675.55−610.63)÷2129.60=3.05%
である。
この計算において、表1に示す飽和蒸気表の数値を用いている。
このような課題設定のもとに、以下のような設計を行った。
表2に、過熱蒸気表を示す。
1.特許文献3の手法によって、160℃の熱水から100℃の飽和蒸気を生成する
2.1で生産した飽和蒸気を、加熱し、過熱蒸気とする
3.フラッシャー出口の圧力を下げることによって、圧力差を大きくし、フラッシュ率をアップさせる(地下の仕切弁の、入口と出口の圧力差を大きくする)
ことにある。
表4に、160℃の熱水を減圧沸騰させて、100℃の飽和蒸気を発生させる数値データを示す。
=(675.55−419.04)÷2257.0=11.37%
となり、160℃の熱水を100℃まで減圧沸騰することによって、循環水の11.37%の飽和蒸気を生成することができる。
表5に、潜熱の数値を示す。
C=蒸気流量×(高温側潜熱 - 低温側潜熱)
=0.3056 × (2746.6−2676.1)
=21.5kW
従って、100℃の飽和蒸気を135℃の過熱蒸気とするために必要な電力は、21.5kWとなる。この加熱のための熱源は、電力以外のものを用いることができる。
表6、表7に、増圧ファンの必要出力と、関連数値を示す。
表9、表10に、蒸気加熱器15と増圧ファン16を用いた場合と、これらを用いない場合との比較を示す。
損失水頭 Hl=f×L×V2/2G×D
摩擦損失係数 f=0.02+0.0005/D
表11に、計算に用いるL、D、Vを示し、表12に、配管用炭素鋼管(SGP)からなる2重管の径の数値を示す。外管は350mmの配管用炭素鋼鋼管(SGP)であり、内管は250mmのSGP鋼管である。重力加速度Gを9.8としている。
1 ポンプ容量=9.8×Q×H/η(Q:流量、H:高さ、η:効率)
2 小水量、高揚程循環ポンプとする。
3 加圧する圧力は、飽和圧力(沸騰圧)とする。
4 両システムとも、圧力弁に水圧分が作用する。(水圧分全揚程が減少する)
5 循環水量=タービン必要流量/フラッシュ率(%)とする。
表16に、特許文献3に記載のものと、本発明との性能比較を示す。表16において、合計欄は、発電数値−(加熱器+増圧ファン+ポンプ容量)で計算した。また、差は、(本発明方式−特許6176890)で計算した。
2 外管
3 内管
4 底部
5 高圧エリア
6 仕切弁
8 減圧エリア
9 加圧ポンプ
10 フラッシャー
11 蒸気槽
12 タービン
13 放散弁
14 発電機
15 蒸気加熱器
16 増圧ファン
17 水処理装置
18 復水器
19 補給水槽
20 断熱部
21 蒸気弁
22 補給水ポンプ
23 循環水槽
Claims (7)
- 地中に設けられ地上から水が供給される外管と、前記外管の内側に配置された内管とを備えた2重管構造であり、内管はその底部に設けられた仕切弁を備え、外管内の水に対して地熱帯から熱が供給されて、沸騰せずに高圧熱水が生成される高圧エリアが形成され、仕切弁が開いたときに高圧エリアの高圧熱水が内管内に流入し、内管内の減圧エリアの上部はタービンが必要とする圧力近くに減圧されて気液2相流に変換され、この気液2相流が地上に取出される地熱交換器であって、
減圧エリアでのフラッシュ率を向上させる第一のフラッシュ率向上手段を有し、第一のフラッシュ率向上手段は、仕切弁が設置された位置における高圧エリア内の高圧熱水の圧力と内管内の減圧エリアとの圧力差が設定基準値を超えたときに仕切弁が開いて、減圧エリアにおける圧力が、タービンが必要とする圧力近くに減圧されて気液2相流に変換されることによるものであり、外管に注入される水を加圧ポンプにより加圧する圧力を設定することによって、仕切弁が開くようになっており、
地上でのフラッシュ率を向上させる第二のフラッシュ率向上手段を有し、第二のフラッシュ率向上手段は、地上に配置されたフラッシャーと、フラッシャーに接続された蒸気加熱器と、蒸気加熱器の出口側に設けられた増圧ファンとによって構成され、フラッシャーで気水分離されて単相流となった蒸気を、蒸気加熱器で加熱して過熱蒸気とし、この過熱蒸気を増圧ファンによって蒸気加熱器出口において増圧するものであることを特徴とする地熱交換器。 - 前記仕切弁が設置された位置における高圧エリア内の高圧熱水の圧力を、地熱帯の温度条件から定められる水の飽和温度における飽和圧力として、前記圧力差の設定基準値を超えて前記仕切弁が開くようにしたことを特徴とする請求項1記載の地熱交換器。
- 前記仕切弁が設置された位置における高圧エリア内の高圧熱水の圧力を、水の臨界圧力付近として、前記圧力差の設定基準値を超えて前記仕切弁が開くようにしたことを特徴とする請求項1記載の地熱交換器。
- 前記蒸気加熱器による加熱は、高温の燃焼排気の排熱を用いてなされることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の地熱交換器。
- 前記蒸気加熱器と前記増圧ファンは、一体型の装置として製造され、現地工事前に、工場製作時に予め機能が確認されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の地熱交換器。
- 前記蒸気加熱器と前記増圧ファンとの組み合わせが、直列に複数配列されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の地熱交換器。
- 請求項1から6のいずれかに記載の地熱交換器を用いて発電を行うことを特徴とする地熱発電装置。
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JP2020019771A JP6695561B1 (ja) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | 地熱交換器および地熱発電装置 |
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