JP6831655B2 - ３重管を備えた地熱発電システム - Google Patents

Description

本発明は地熱発電システムに関する。

従来より、地熱貯留層まで掘削した生産井から地熱による蒸気や熱水を採取して地上での発電に利用する地熱発電システムが実用化されている。例えば、図４は特許文献１に開示されている従来のフラッシュ方式の地熱発電システムの一例を示す図である。この図４に示す例では、生産井１から取り出された地熱流体をセパレータ（気水分離器）３で地熱蒸気と熱水に分離する。分離された地熱蒸気は、タービン４に供給され、タービン４を駆動し、これにより発電機５での発電が行われる（なお、前記の地熱蒸気をタービン４に供給する配管などに関しては、配管での移送中に地熱蒸気が冷やされて液化することを防止するため、配管に加熱器を設置することなどが従来より行われている）。また、図示していないが、前記生産井１から取り出された地熱流体中からセパレータ３で地熱蒸気と分離された後の熱水を減圧装置で減圧等して蒸気を発生させ、この蒸気をタービン４に供給することも行われる。以上のようにして発電のために使用された後の地熱蒸気は、復水器６において冷却水により冷却されて復水され、前記セパレータ３からの熱水と一緒に還元井２から地中に還元される。

また、図５は同じ特許文献１に開示されている従来のバイナリー方式の地熱発電システムの例を示す図である。図５に示す例では、生産井１から取り出された地熱流体を蒸発器（熱交換機）８の一次側に供給することにより、蒸発器８の二次側において低沸点の熱媒体（例えばアンモニア、イソブタン、代替フロン）を加熱し蒸気化させる。この蒸気化された熱媒蒸気はタービン４に送られ、タービン４を駆動して発電機５での発電が行われる。前記タービン４の駆動のために使用された後の熱媒蒸気は、循環ポンプ９により凝縮器（復水器）６に送られて冷却塔７からの冷却水により液体に戻され、前記蒸発器８の前段のプレヒーター（予熱器）１０で予熱されてから、再び前記蒸発器８に送られる。また、前記蒸発器８において熱媒体の加熱及び蒸気化（熱交換）に使用された地熱流体（地熱蒸気と熱水）は前記プレヒーター１０を通って還元井２から地中に還元される。

特開２０１０−２７０６７９号公報 特許第４４８５４６５号公報

ところで、前述のような従来の地熱発電システムにおいては、地熱貯留層からの熱水又は蒸気を生産井１のストレーナ（多数のスリット又は穴を有する部分）を通して生産井１の内部に直接取り入れ、これを地上に汲み上げて発電に使用する（一部は還元井２で地中に戻す）ようにしていたので、近くの温泉を枯渇させるなど地熱貯留層周辺の地下水系に悪影響を与えてしまう、地熱発電の過程で地熱貯留層からの熱水又は蒸気中の硫黄等の成分が地熱発電に使用する装置にスケールとして固着・堆積し配管等が劣化したりスケールを取り除くために多額のメンテナンス費用が発生してしまうなどの問題があった。

そこで、このような問題点を解決するために、まだ公知ではないが図６に示すような循環型地熱発電システムが発明されている（本願の図６は、本出願人の出願に係る特願２０１４−２３９２３６に示された図を少し修正して示している）。図６において、１１は地中の約３００〜６００ｍ深さ、例えば約５００ｍ深さの地熱貯留層１３まで埋設された外管、１２は前記外管１１内に配置される内管、１０は外管１１と内管１２により構成される二重管構造の地熱回収管である。図６において、前記外管１１は、内径が例えば３０ｍｍに形成され側方及び下方部分は全て閉塞されている。前記内管１２は、内径が例えば１５ｍｍに形成され上端側開口部１２ｂと底部（下端部）１２ａ又はその近傍部分が共に開口部となっている。前記内管１２の底部１２ａは、前記外管１１の底部１１ａ（又は底部の上面１１ａａ）の近傍の位置（例えば約１００ｍだけ上方の位置）に配置されている。

図６の循環型地熱発電システム（フラッシュ方式を採用した場合の例）では、流体、例えば工業用水（熱媒体でもよい）が、循環ポンプ１９により、前記外管１１と内管１２との間の隙間１５内を下降させられ、前記内管１２の底部１２ａと前記外管１１の底部１１ａとの間の例えば約１００ｍの長さを有する底部近傍領域１４に送られて、この底部近傍領域１４の中を流動している間に、外部の地熱貯留層１３中の地熱と外管１１を介して熱交換されて高温流体（蒸気と熱水）となった後、前記内管１２内を地上方向へ上昇する。また図６において、１６は、セパレータ及び減圧等装置であって、前記内管１２から送られる高温流体から蒸気を分離する（及び前記高温流体から分離された熱水を減圧（及び／又は加熱等）して蒸気を発生させる）ための装置である。前記外管１１と内管１２との間の隙間１５中を下降した後に前記外管１１内の底部近傍領域１４において地熱と熱交換されて前記内管１２内を地上まで上昇した高温流体（蒸気と熱水）は、前記内管１２の上端側開口部１２ｂを介して前記セパレータ及び減圧等装置１６に供給される。１７は前記セパレータ及び減圧等装置１６からの蒸気により駆動される発電用タービン、１７ａは前記タービン１７により駆動される発電機、１８は前記タービン１７の駆動に使用された蒸気を水に戻す復水器、１９ａは前記復水器１８からの水（熱水）及び前記セパレータ及び減圧等装置１６において蒸気と分離された熱水をいったん貯留する貯水槽、１９は前記貯水槽１９ａからの熱水を外管１１と内管１２との間の隙間１５の上方の開口部１１ｂから前記隙間１５内に加圧注入する循環ポンプである。また図６において、２０は、前記内管１２と外管１１の隙間１５、前記外管１１内の底部近傍領域１４、前記内管１２、前記セパレータ及び減圧等装置１６、前記タービン１７、前記復水器１８、及び前記貯水槽１９ａを繋ぐ閉流路であって、前記循環ポンプ１９により前記蒸気と熱水が循環される閉流路又はこれを構成するパイプである。

なお、図６では、循環型地熱発電システムにおいてフラッシュ方式を採用した場合の例を示したが、同様の循環型地熱発電システムにおいてバイナリー方式を採用することもできることはもちろんである。

前述のような循環型地熱発電システム（図６）においては、地熱貯留層１３中の地熱流体（地熱蒸気及び熱水）そのものを地上に汲み上げることがないので近くの温泉を枯渇させるなど地熱貯留層１３周辺の地下水系に悪影響を与えることを避けることができる、地熱発電の過程で地熱貯留層１３からの地熱流体（地熱蒸気及び熱水）中に含まれている硫黄等の成分が装置にスケールとして固着・堆積してしまうことによる配管等の劣化やスケールを除去するためのランニングコストの増大化を防ぐことができるなどのメリットが存在する。

しかし、上記の循環型地熱発電システム（図６）においても、循環される水等が前記外管１１と内管１２との間の隙間１５と外管１１内の底部近傍領域１４とにおいて地熱と熱交換される際の熱交換効率をさらに大きく向上させることが強く要請されていた。

本発明はこのような課題に着目して為されたものであって、地熱との熱交換のために流通される水等の流体が地下パイプ中でより効率的に地熱と熱交換されるようにした３重管を備えた地熱発電システムを提供することを目的とする。

以上のような課題を解決するための本発明による３重管を備えた地熱発電システムは、「地下深部に存在する地熱貯留層の中を延びるように配置されており、地熱貯留層からの地熱が伝導される外管」であって少なくとも底部を含む下方部分が閉塞されている外管と、地熱が前記外管を介して伝導されるように前記外管の内壁面に近接又は当接して配置される保熱管と、前記保熱管内に配置され底部又はその近傍部分が開口部となっている内管とから成り、地熱と熱交換される流体が、前記保熱管と内管との間の隙間、前記外管又は保熱管の底部もしくはその近傍、前記内管の内部、並びに地上の負荷機器との間を循環的に流通するように構成されている３重管と、「前記３重管の中の保熱管の、地下深部に存在する地熱貯留層と対向する部分」の内壁面側に、前記内管の方向に突出するように配置された、複数の突部と、地上側に配置された発電用タービンであって、前記３重管により地上側に運ばれた流体からの熱エネルギーにより駆動される発電用タービンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明は、「地下深部に存在する地熱貯留層の中を延びるように配置されており、地熱貯留層からの地熱が伝導される外管」であって少なくとも底部を含む下方部分が閉塞されている外管と、地熱が前記外管を介して伝導されるように前記外管の内壁面に近接又は当接して配置される保熱管と、前記保熱管内に配置され底部又はその近傍部分が開口部となっている内管とから成り、地熱と熱交換される流体が、前記保熱管と内管との間の隙間、前記外管又は保熱管の底部もしくはその近傍、前記内管の内部、並びに地上の発電用タービンとの間を循環的に流通するように構成されている３重管と、前記３重管中の保熱管と外管との間の隙間に「コンクリート又はコンクリートよりも熱伝導性の良い材料」が充填されて成る熱伝導層と、地上側に配置された発電用タービンであって、前記３重管により地上側に運ばれた流体からの熱エネルギーにより駆動される発電用タービンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明においては、前記３重管中の保熱管の内部に、内管方向に突出する部分を一部に有するリング状部材が、複数個、重力方向に沿って並ぶように、且つ前記リング状部材の外管側の面が前記保熱管の内壁面と当接又は近接するように、配置されていてもよい。

また、本発明においては、前記リング状部材は、側断面の肉厚が大きく形成され内管方向に突出している突出部と、側断面の肉厚が小さく形成され且つ側断面が保熱管の内壁面に沿う略帯状となるように形成されている部分とから成り、それらの側断面が全体として略Ｌ字状に形成されていてもよい。

さらに、本発明においては、前記３重管中の内管を、内部に空気断熱層を含む二重構造に形成するようにしてもよい。

本発明においては、前記３重管中の保熱管には外管を介して地熱が伝導、保持されており、前記保熱管の前記外管の下方部分と対向又は当接する部分の内壁面側には、前記内管の方向（前記流体の流通方向と交差する方向）に突出する複数の突部が備えられている(取り付けられ又は形成されている)。よって、本発明によれば、前記保熱管と内管との間の隙間を流通する流体の前記保熱管（前記複数の突部を含む）と接触する面積が前記複数の突部により増大化される結果、前記保熱管と内管との間の隙間を流通する流体の地熱との熱交換の効率を大幅に向上させることができる。また、前記複数の突部により前記保熱管の肉厚が全体として増す結果、前記保熱管の地熱保持力が大きく高められるようになる。

また、本発明において、前記３重管中の保熱管の内部に、内管方向に突出する部分を一部に有するリング状部材を、複数個、重力方向に沿って並ぶように、且つ前記リング状部材の外管側の面が前記保熱管の内壁面と当接又は近接するように配置するようにしたときは、現場での単純な作業だけで且つ低コストで、保熱管の内部に前記複数の突部を備えることができる。

また、本発明において、前記３重管中の保熱管と外管との間の隙間に、例えばコンクリートなどの熱伝導性の良い物質を充填するようにしたときは、地熱を前記外管から前記隙間内に充填された物質を介して前記保熱管へと、効率的に伝導させることができる。

さらに、本発明においては、前記３重管中の内管を、内部に空気断熱層を含む二重構造に形成するようにしたときは、外管の底部近傍領域で地熱と熱交換された流体を内管中に入れて地上に向けて上昇させる過程で内管中を流れる流体が内管と外管との間の隙間を流れる流体により冷やされてしまうことを防止することができる。

本発明の実施形態１に係る３重管を備えた地熱回収装置を説明するための一部に断面を含む概略図である。 本実施形態１の製造に使用されるリング状部材を説明するための図である。 （ａ）は本発明の実施形態２に係る３重管を備えた地熱回収装置を説明するための一部に断面を含む概略図、（ｂ）はその一部である内管３１の平断面図である。 従来の地熱発電システム（フラッシュ発電方式）の一例を説明するための概略図である。 従来の地熱発電システム（バイナリー発電方式）の一例を説明するための概略図である。 まだ公知ではないが発明されている循環型地熱発電システム（特願２０１４−２３９２３６）を示す概略図である。

〔実施形態１〕
次に、本発明の実施形態１を説明する（なお図１において図４と共通する部分には同一の符号を付していてる）。本実施形態１においては、図１に示すように、前記外管１１の内部に保熱管２１が配置されている。この保熱管２１は、例えばステンレス鋼製である。前記保熱管２１は、その外壁面が前記外管１１の内壁面に近接（又は当接）するように配置されている。

他方、前記保熱管２１の内壁面には、前記内管１２の方向（外管１１と内管１２との隙間１５中を流通する流体の流通方向と交差する方向（例えば直交する方向）に突出する突出部２２ａが備えられている。この突出部２２ａは、前記保熱管２１中の前記地熱貯留層１３と対向する部分（例えば外管１１の底部１１ａから地上方向に約５０〜２００ｍ前後の範囲内の部分）の内壁面及びその近傍に備えられている。

また、本実施形態１では、前記外管１１と保熱管２１との間の隙間２７には、熱伝導性の良い物質（材料）、例えばコンクリートが充填されており、これにより、前記地熱貯留層１３からの地熱が前記外管１１及び前記隙間２７（コンクリートが充填された層）を介して前記保熱管２１に効率的に伝導されるようになっている。

本実施形態１では、前述のような突出部２２ａにより、前記外管１１と内管１２との間の隙間１５を流通する流体と前記保熱管２１との接触面積が大きく増大化される結果、流体と地熱との熱交換効率が大幅に向上される。また、前記突出部２２ａにより前記保熱管２１の厚さが全体として増大化される結果、前記保熱管２１の地熱保持力が大きく向上される。

次に図２は、前記保熱管２１内に前記複数の突出部２２ａを備えるための部材及び方法の一例を説明するための図である。図２（ａ）は図１中の保熱管２１及びその内部だけを取り出して示す断面図である。保熱管２１内には、その底部に、断面略半円形状の半球状部材２６が配置されている。そして、この半球状部材２６の上には、突出部２２ａを含むリング状部材２２が配置されている。

そして、このリング状部材２２の上には突出部２３ａを含む他のリング状部材２３が配置され、このリング状部材２３の上には突出部２４ａを含む他のリング状部材２４が配置され、さらにこのリング状部材２４の上には突出部２５ａを含む他のリング状部材２５が配置され、というように、各リング状部材の上に順次、他のリング状部材が図示下から上方向に並ぶように配置されている。

次に、前記各リング状部材（符号２２〜２５など）の構成を、図２（ｂ）及び（ｃ）を参照して説明する。図２（ｂ）は前記リング状部材２２の側断面図を、同（ｃ）は前記リング状部材２２の斜視図を、示している。

前記各リング状部材２２〜２５は、例えば鋳物などの素材により形成されている。前記各リング状部材２２〜２５は、前記内管１２の方向（保熱管２１の内部方向）に突出する各突出部２２ａ〜２５ａ（側断面において肉厚の大きい部分）と、この各突出部２２ａ〜２５ａの図示上方に配置された各接続部であってその側断面が図示上下方向に略帯状に延びる各接続部２２ｂ〜２５ｂ（側断面において肉厚の小さい部分）とが互いに一体的に、それらの側断面が全体として略Ｌ字状となるように、形成されている。また、前記各リング状部材２２〜２５の中央には、それぞれ前記内管１２を挿入・配置可能な各開口部２２ｃ〜２５ｃが形成されている。

なお、前記各リング状部材２２のサイズの一例を述べると、図２（ｂ）において、図示横方向の全体の長さが例えば約２００ｍｍ、縦方向の全体の長さが例えば約６０〜２００ｍｍである。また、図示下方の突出部２２ａの縦方向の長さは例えば約３０〜１００ｍｍ、その上方の接続部２２ｂの縦方向の長さは例えば約３０〜１００ｍｍである。さらに、図示下方の突出部２２ａの横方向の長さは例えば約５０ｍｍ、その上方の接続部２２ｂの横方向の長さは例えば約１０〜３０ｍｍである。

前記保熱管２１（前記各突出部２２ａ〜２５ａが内壁面側に備えられたもの）を前記外管１１内に配置する場合における施工手順は、次のとおりである。前記外管１１を例えば地下約５０〜１５００ｍ、例えば５００ｍ深さまで埋設した後、長さ約４〜６ｍ例えば４ｍのパイプ（保熱管２１の一部となるもの）を用意し、このパイプ内に最初に前記保熱管２１の底部となる半球状部材２６を配置した後、前記パイプ内に前記リング状部材２２〜２５を順次、下方から上方へと配置する。

すなわち、前記パイプ中の底部に前記半球状部材２６を配置し、その後、前記半球状部材２６の上に、上方からリング状部材２２を下降させて配置し、その後、前記リング状部材２２の上に、上方からリング状部材２３を下降させて配置し、以後、各リング状部材２４，２５などについて同様の作業を繰り返す。これにより、前記パイプの内壁面に複数の突出部２２ａ，２３ａ，２４ａが順次備えられたら、このパイプを前記保熱管２１の一部とすべく、前記外管１１中にその底部１１ａ側から順次、下方から上方へと（各パイプは互いにフランジ等で固定しながら）配置していく。このような動作を繰り返して、例えば前記パイプを数十個、順次下方から上方へと（各パイプは互いにフランジ等で固定しながら）配置していくことにより、前記保熱管２１が前記外管１１内に形成、配置される。

次に本実施形態１の動作を図１を参照して説明する。図１は、本実施形態１に係る地熱回収装置を循環型地熱発電システム（図４参照）に適用した場合の構成を示している。本実施形態１においては、前記循環ポンプ１９により、前記保熱管２１の上端側開口部２８から前記保熱管２１と内管１２との間の隙間１５中に、水が加圧注水される（図１の矢印Ａ参照）。この加圧注水された水は、前記保熱管２１内の底部近傍領域１４まで下降する。前記底部近傍領域１４まで下降しそこで流動する水（図１の矢印Ｂ参照）は、前記地熱貯留層１３から外管１１及び隙間２７（コンクリートが充填された層）を介して保熱管２１に伝導された地熱と熱交換されて、熱水となる。

この熱水は、その後、前記循環ポンプ１９の力により、前記内管１２の下端側開口部１２ａから内管１２内に入り込んでその中を上昇し（図１の矢印Ｃ参照）、内管１２の上端側開口部１２ｂから前記セパレータ及び減圧等装置１６に供給される。前記セパレータ及び減圧等装置１６に供給された熱水は、そこで蒸気に変換されて前記発電用タービン１７を回転させた後、前記復水器１８から前記貯水槽１９ａを経て循環ポンプ１９へと流通する。この熱水は、前記循環ポンプ１９により、さらに前記保熱管２１と内管１２との間の隙間１５中に加圧注水され、以後は前記の閉流路中を前記と同様に循環する。なお、本実施形態１では、前記のように熱水を連続的に循環させる場合、循環される熱水の温度は概ね５０〜６０℃となる。

以上のように、本実施形態１によれば、従来例（図６に示す地熱発電システムに使用されている地熱発電システム）のように地熱貯留層１３中の熱水又は蒸気を直接に地上に汲み上げることがないので、従来のように近くの温泉を枯渇させるなど地熱貯留層近傍の地下水系に悪影響を与えてしまうという不都合を避けることができる。また本実施形態１によれば、従来例のように地熱貯留層１３中の熱水又は蒸気を直接に地上に汲み上げることがないので、従来のように地熱発電などの過程で地熱貯留層からの熱水又は蒸気中に含まれている硫黄等の成分が地熱発電などに使用する装置にスケールとして固着・堆積して配管等が劣化したり前記スケールを取り除くために多額のメンテナンス費用が発生してしまうという不都合を避けることができる。

また本実施形態１では、外管１１、その内部の保熱管２１、及びその内部の内管１２から成る「３重管」を地中の例えば５００ｍ深さまで埋設しておき、地熱貯留層１３の地熱を、外管１１、及び外管１１と保熱管２１との間の隙間２７（熱伝導性の良いコンクリート層）を介して保熱管２１に伝導、保持させるようにし、前記保熱管２１中の「前記外管１１の下方部分（地熱貯留層１３と対向する部分）と対向又は当接する部分」の内壁面側に、前記内管１２の方向に突出する複数の突出部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ・・・を備えるようにしている。よって、本実施形態１によれば、前記保熱管２１と内管１２との間の隙間１５を流通する水（又は流体）の前記保熱管２１と接触する面積が前記複数の突出部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ・・・により増大化される結果、前記保熱管２１と内管１２との間の隙間１５を流通する水の地熱との熱交換の効率がより大きく向上するようになる。また、前記複数の突出部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ・・・により前記保熱管２１の肉厚が全体として増すので、前記保熱管２１の地熱保持力をより高めることができる。

また、本実施形態１においては、前記「３重管」中の保熱管２１の内部に、前記内管１２方向に突出する突出部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ・・・を有するリング状部材２２，２３，２４，２５・・・を、それらが下方から上方に向かって並ぶように、且つ前記各リング状部材２２，２３，２４，２５・・・の外管１１側の面が前記保熱管２１の内壁面と当接又は近接するように配置している。よって、本実施形態１によれば、現場での単純な作業だけで且つ低コストで、前記保熱管２１の内部に前記複数の突出部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ・・・を備えることができる。

さらに、本実施形態１においては、前記「３重管」中の保熱管２１と外管１１との間の隙間２７に、熱伝導性の良い物質（材料）、例えばコンクリートを充填するようにしている。よって、本実施形態１によれば、地熱貯留層１３の地熱を、前記外管１１、及び外管１１と保熱管２１との間の隙間２７（例えば熱伝導性の良いコンクリート層）を介して、前記保熱管２１に効率的に伝導させられるようになる。

〔実施形態２〕
次に、図３（ａ）は本発明の実施形態２に係る３重管を備えた地熱回収装置を説明するための一部に断面を含む概略図、同（ｂ）はその一部である内管３１の平断面図である。この実施形態２は、前記実施形態１と基本的構成が同一であるので、以下では異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、本実施形態２では、内管３１が外側の管３１ａと内側の管３１ｂとから成る二重構造となっており、前記外側の管３１ａと内側の管３１ｂとの間には空気断熱層３１ｃが形成されている（特に図３（ｂ）参照）。

よって、本実施形態２によれば、外管１１の底部近傍領域１４で地熱と熱交換された流体を内管３１中に入れて地上に向けて上昇させる過程で内管３１中を流れる（上昇する）流体が内管３１と外管１１との間の隙間１５を流れる（隙間１５を下降する比較的温度の低い流体）により冷やされてしまうことを、有効に防止することができる。

以上本発明の各実施形態１，２について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、前記実施形態１では、地中に対して直接に外管１１を埋設した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、地中の例えば５００ｍ以上の深さまで埋設された温泉井用管であって過去には温泉井用に使用されていたが現在は温泉井用として使用されていない温泉井用管（その下方部分には、外部の地熱貯留層１３中の熱水及び蒸気を自ら（温泉井用管）の内部に導入するための多数のスリット又は穴を有するストレーナが形成されている）の内部に、前記外管１１、保熱管２１及び内管１２から成る「３重管」を配置するようにしてもよい。

また、前記実施形態１が適用された地熱発電システムとして図１に示した例では、前記保熱管２１の底部近傍領域１４中で地熱貯留層１３の地熱と熱交換された熱水を地上に上昇させて蒸気化し、この蒸気により発電用タービンを駆動する方式を採用した例を示したが、本発明が適用可能な地熱発電システムはこれに限定されるものではなく、例えば、地熱貯留層１３の地熱と熱交換された熱水を地上に上昇させた後は、この熱水を低沸点の熱媒体を蒸気化する蒸発器の１次側に供給し、前記蒸発器の２次側から低沸点の熱媒体の蒸気を取り出し、この低沸点の熱媒体の蒸気により発電用タービンを駆動するバイナリー発電方式を採用することも可能である（この場合、前記の保熱管２１の底部近傍領域１４中で地熱貯留層１３の地熱と熱交換された熱水は、例えば内管１２中を地上まで上昇した後、前記内管１２の上端側開口部１２ｂを介して、蒸発器（熱交換器）に送られて熱媒体を蒸気化するために使用され、その後、循環ポンプにより例えば内管１２と保熱管２１との間の隙間１５中に圧入されるので、前記地熱と熱交換された後の熱水は、前記のような保熱管２１、内管１２、蒸発器及び循環ポンプなどが設けられた閉流路中を循環するだけで、発電用タービンの駆動には直接には利用されない。このようにした場合は、前記外管１１の外側の地熱貯留層１３中に存在する地熱エネルギーが弱いため前記熱水に含まれる地熱エネルギーが比較的小さなものに止まるような場合でも、蒸発器により低沸点の熱媒体を蒸気化させることにより発電用タービンを駆動して発電することが容易に可能になる）。

また、前記の図１に示す例では、前記セパレータ及び減圧等装置１６に供給される熱水を、前記保熱管２１と内管１２の間の隙間１５中を下降して保熱管２１の底部近傍領域１４で地熱と熱交換された後に内管１２内を上昇した後の熱水とした（図１の矢印Ａ，Ｂ，Ｃ参照）が、本発明では、前記セパレータ及び減圧等装置１６に供給される熱水を、内管１２中を下降して保熱管２１の底部近傍領域１４で地熱と熱交換された後に保熱管２１と内管１２との間の隙間１５中を上昇した後の熱水としてもよい（すなわち、前記熱水の流れる方向を、図１の矢印Ａ，Ｂ，Ｃに示す方向と逆の方向としてもよい）。

また、前記実施形態１では、前記循環ポンプ１９により圧入されて保熱管２１の底部近傍領域１４で地熱と熱交換される流体を水としたが、本発明では他の様々な種類の流体（熱媒体を含む）を使用することができる。また、前記実施形態１では、外管１１が地中の５０〜１５００ｍ、例えば５００ｍ程度まで埋設されている場合について説明したが、本発明においてはこのような場合に限られるものではなく、例えば外管１１が１００〜４００ｍ程度の深さに埋設される場合や６００〜１０００ｍの深さに埋設される場合でもよい。また、前記実施形態１では、前記保熱管２１内で水が外部の地熱貯留層１３内の地熱と熱交換される底部近傍領域１４を「外管１１の底部１１ａ（又は保熱管２１の底部）から地上方向に約１００ｍ前後の領域」としたが、本発明ではこれに限られるものではなく、前記外管１１（又は保熱管２１）が地中に埋設される深さ（百ｍ程度から数千ｍまであり得る）に応じて、前記底部近傍領域１４を「外管１１の底部１１ａ（又は保熱管２１の底部）から地上方向に数十〜数百ｍ前後の領域」としてもよい。また、本発明は、フラッシュ方式の地熱発電だけでなく、バイナリー方式の地熱発電にも、当然、適用することができる。

１１ 外管
１１ａ 外管の底部
１１ａａ 外管の底部の上面
１１ｂ 外管の地上側（上端側）開口部
１２，３１ 内管
１２ａ 内管の底部
１２ｂ 内管の 上端側開口部
１３ 地熱貯留層
１４ （外管又は保熱管内の）底部近傍領域
１５ （外管又は保熱管と内管との間の）隙間
１６ セパレータ及び減圧等装置
１７ 発電用タービン
１７ａ 発電機
１８ 復水器
１９ 循環ポンプ
１９ａ 貯水槽
２１ 保熱管
２２，２３，２４，２５ リング状部材
２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ 突出部
２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ 接続部
２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ 開口部
２６ 半球状部材
２７ 隙間（コンクリート層）
２８ 保熱管の上端側開口部
３１ａ 内管の外側の管
３１ｂ 内管の内側の管
３１ｃ 空気断熱層

Claims (4)

1. 「地下深部に存在する地熱貯留層の中を延びるように配置されており、地熱貯留層からの地熱が伝導される外管」であって少なくとも底部を含む下方部分が閉塞されている外管と、地熱が前記外管を介して伝導されるように前記外管の内壁面に近接又は当接して配置される保熱管と、前記保熱管内に配置され底部又はその近傍部分が開口部となっている内管とから成り、地熱と熱交換される流体が、前記保熱管と内管との間の隙間、前記外管又は保熱管の底部もしくはその近傍、前記内管の内部、並びに地上の発電用タービンとの間を循環的に流通するように構成されている３重管と、
   前記３重管中の保熱管と外管との間の隙間に「コンクリート又はコンクリートよりも熱伝導性の良い材料」が充填されて成る熱伝導層と、
   地上側に配置された発電用タービンであって、前記３重管により地上側に運ばれた流体からの熱エネルギーにより駆動される発電用タービンと、
   前記発電用タービンにより駆動される発電機と、
   を備えたことを特徴とする、３重管を備えた地熱発電システム。
2. 前記３重管中の保熱管の内部には、内管方向に突出する部分を一部に有するリング状部材が、複数個、重力方向に沿って並ぶように、且つ前記リング状部材の外管側の面が前記保熱管の内壁面と当接又は近接するように、配置されている、請求項１に記載の３重管を備えた地熱発電システム。
3. 前記リング状部材は、側断面の肉厚が大きく形成され内管方向に突出している突出部と、側断面の肉厚が小さく形成され且つ側断面が保熱管の内壁面に沿う略帯状となるように形成されている部分とから成り、それらの側断面が全体として略Ｌ字状に形成されている、請求項２に記載の３重管を備えた地熱発電システム。
4. 前記３重管中の内管は、外側の管と内側の管とから成る二重構造となっており、前記外側の管と内側の管との間には空気断熱層が形成されている、請求項１に記載の３重管を備えた地熱発電システム。
   

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