JPH02256803A - 蒸気で作動する発電用動力装置及び発電方法 - Google Patents

蒸気で作動する発電用動力装置及び発電方法

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JPH02256803A
JPH02256803A JP1312293A JP31229389A JPH02256803A JP H02256803 A JPH02256803 A JP H02256803A JP 1312293 A JP1312293 A JP 1312293A JP 31229389 A JP31229389 A JP 31229389A JP H02256803 A JPH02256803 A JP H02256803A
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、蒸気から動力を発生させる技術に関する。
より詳しくいうと、本発明は、統合されたユニットを用
いて、地熱流体から発電する方法、およびそのための装
置に関する。
［従来の技術］ 多年にわたり、発電には蒸気が用いられている。
特に、近年では、エネルギー源として、地熱による蒸気
が、ますます活用されるようになっている。井戸から出
る地熱蒸気を電気に転化するには、蒸気タービンが一般
に用いられている。
最近、閉鎖式有機ランキンサイクルによるタービンの使
用によって、このエネルギー源の更に大規模な利用が行
われるようになり、また、蒸気タービンと閉鎖式有機ラ
ンキンサイクルタービンとを併用して、環境に有害な凝
縮不能なガス、例えば二酸化炭素、硫化水素等を、往々
にして含むこれらの地熱源から、動力を発生させること
も、しばしば行われている。
このような装置は、米国特許節４，５４２，６２５号明
細書に開示されており、その内容は、本発明理解の参考
となるものであるが、それによると、大気圧より高い圧
力で作動する蒸気復水器を用い、有機流体をこれに通す
ことによって、蒸気タービンから出る除熱された蒸気の
凝縮、および凝縮不能なガスの回収を行い、気化した有
機流体を、閉鎖式有機ランキンサイクルタービンの作動
に用いている。
次いで、復水された水を、圧縮された凝縮不能なガスと
ともに再注入用の井戸にポンプで復帰させるので、外気
中にガスが排出されることはない。
このような場合には、従来から、１台またはそれ以上の
大型の蒸気タービンを用いて、井戸から出る地熱蒸気か
ら動力を発生させ、それとともに、より多数の独立した
閉鎖式有機ランキンサイクルタービンを、蒸気タービン
から出る除熱された蒸気で作動させている。
したがって、この形式の動力装置には、大径の導管を有
する、非常に大規模かつ高価な分配装置系を用いて、蒸
気タービンから出る低圧の除熱蒸気を、閉鎖式有機ラン
キンサイクルタービンに供給する必要があり、かつ、例
えば、１台またはそれ以上の有機ランキンサイクルター
ビンが、作動不良や作動停止の場合であっても、除熱蒸
気を処理しなければならないため、かなり複雑な制御装
置が必要となる。
更に、有機流体を蒸気復水器の冷却液として働かせてい
るため、１台またはそれ以上の有機ランキンサイクルタ
ービンの作動不良または作動停止はもとより、１台また
はそれ以上の有機ランキンサイクルタービンの出力低下
によってさえも、蒸気タービンの作動効率の低下を招く
のが普通である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、蒸気から動力を生じさせるための、上
記の欠点が緩和されるか、あるいは実質的に克服された
、新規かつ改良された方法および装置を提供することに
ある。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明によれば、動力装置
は蒸気で作動し、この動力装置は、統合された複数の動
力装置ユニットモジュールへと蒸気源から蒸気を並、列
的に供給する手段を備え、各モジュールは、蒸気に応答
して除熱された蒸気を生じる蒸気タービンと、蒸気ター
ビンに付随し、好ましくは大気圧以上で作動して、凝縮
不能なガスの回収、および、それに通された有機作業流
体の気化による除熱蒸気の凝縮を行う蒸気復水器と、有
機作業流体で作動する閉鎖式有機ランキンサイクルター
ビンと、この蒸気タービンおよびランキンサイクルター
ビンを用いて駆動して電気を発生させるための、装置に
付随する、好ましくは単一である発電機が提供される。
熱源蒸気を動力装置ユニットモジュールへ供給する手段
は、各動力装置モジュールに付随する制御弁を備えてい
るのが好ましい。本発明は、動力装置ユニットモジュー
ルが１台だけのものに対しても、適用可能である。
また、各動力装置ユニットモジュールは、有機作業流体
を凝縮するための、好ましくは空冷式である有機作業流
体復水器と、凝縮された有機作業流体を蒸気復水器に含
まれる有機液気化器に復帰させる手段とを備えている。
前記各動力装置ユニットモジュールにおける蒸気復水器
中に存在する凝縮不能なガスの圧縮手段を備えていても
よく、それにより、圧縮された凝縮不能なガスは、蒸気
復水器内に生じた加圧蒸気凝縮物と共に、再注入用井戸
へ排出される。
この動力装置ユニットモジュールが備えている閉鎖式有
機ランキンサイクルタービンの作業流体は、ペンタンで
あるのが好ましく、本発明は、地熱蒸気なる熱源ばかり
でなく、他の熱源、例えば工業的処理工程において利用
可能な蒸気によって作動するのにも適している。
本発明においては、熱源の蒸気は、実質的には蒸気発生
源自体の圧力で、各種動力装置ユニットモジュールへと
分配されるので、分配用配管の口径は、比較的小さい。
また、その結果、制御弁の寸法も比較的小型であって、
結果的にその設置の経費が、かなり削減されることにな
る。
更に、各動力装置モジュールは、蒸気タービン、閉鎖式
有機ランキンサイクルタービン、および好ましくは単一
である発電機を備えているので、経済性の向上、作動制
御の単純化、および、効率水準の向上がもたらされる。
［実施例］ 以下、添付の図面を参照して、本発明の好適実施例を詳
細に説明する。
第１図の符号（１０）は、地熱蒸気から電気を発生させ
るためら慣用の地熱動力装置を示し、井戸（１１）から
の蒸気は、導管（１２）および制御弁（１３）を経由し
て、蒸気タービン（１５）へ流入する。
蒸気タービン（１５）は、蒸気の作用により、制御手段
（１４）を介して発電機（１８）を駆動し、電気保護下
位装置系（１７）を経由して、高圧送電線網へ電力を供
給する。
通常、電気保護下位装置系（１７）には、回路遮断器そ
の他の保護手段が含まれる。
また、高圧用開閉器も用いられる。
蒸気タービン（１５）から出る除熱された蒸気を、制御
弁（２２ａ）　（２２ｂ）　（２２ｃ）を用いて蒸気復
水器（２７ａ）（２７ｂ）　（２７ｃ）に供給するため
に、排気分配用導管（１９ａ）　（１９ｂ）　（１９ｃ
）が取り付けられており、制御弁の制御は、それぞれ、
閉鎖式有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）の動力装置モジ
ュール（２０ａ）　（２０ｂ）　（２０ｃ）が備える制
御手段（２５ａ）　（２５ｂ）　（２５ｃ）を用いて行
われる。
動力装置モジュールに通される蒸気は、蒸気タービン（
１５）から排出された除熱蒸気であるから、圧力は相対
的に低く、通常、その値は、絶対圧約１．８ｋｇ／　ｃ
ｍ’（２５ｐｓｉａ）であり、かつ、導管（１９ａ）（
１９ｂ）（１９ｃ）の径は、相当に大きく、例えば１４
０ｃｍ程度であり、制御弁（２２ａ）　（２２ｂ）　（
２２ｃ）もまた大型であるので、このような装置は、非
常に高価なものになる。
装置系から圧縮器（２６）を経由して通される蒸気に含
まれる、凝縮不能なガスの抽出を促進するには、蒸気復
水器（２７ａ）　（２７ｂ）　（２７ｃ）は、大気圧以
上で作動するのが好ましく、蒸気復水器によって生成さ
れた凝縮物、および圧縮ガスは、ポンプ（４２）を用い
、配管を通じて再注入用井戸へ導かれる。
復水器の冷却に用いられる有機流体を含有する蒸気復水
器内に取り付けたコイル（２８ａ）　（２８ｂ）　（２
８ｃ）ちまた、ＯＲＣ動力装置モジュールの有機作業液
の気化器として作動し、コイル（２８ａ）　（２８ｂ）
　（２８ｃ）内に生じた気化有機流体は、蒸気タービン
（３０ａ）（３０ｂ）（３０ｃ）に通され、電気を発生
させて、これを、高圧用開閉器、および電気保護下位装
置系（３４ａ）（３４ｂ）（３４ｃ）を経由して高圧送
電線網へと供給するために設けられた発電機（３５ａ）
　（３５ｂ）　（３５ｃ）を駆動させる。
タービン（３０ａ）　（３０ｂ）　（３０ｃ）から出た
有機作業流体流体の蒸気は、有機作業流体復水器（３６
ａ）　（３６ｂ）（３６ｃ）に通され、凝縮が行われる
と、凝縮された有機流体は、ポンプ（３８ａ）　（３８
ｂ）　（３８ｃ）によって、気化器コイル（２８ａ）　
（２８ｂ）　（２８ｃ）へ戻され、ここに、有機流体の
循環過程が完了する。
これらの復水器の冷却には、冷却水手段（図示せず）に
含まれる冷却水を用いることができるが、所望により、
強制通風の空冷手段（図示せず）によって供給される空
気を、復水器の冷却に用いることもできる。
モジュール制御手段（２５ａ）　（２５ｂ）　（２５ｃ
）は、動力装置モジュール（２０ａ）　（２０ｂ）　（
２０ｃ）に到達する除熱蒸気の量を制御するために取り
付けられており、発電機＜３５ａ）　（３５ｂ）　（３
５ｃ）による出力、または気化器コイル（２８ａ）　（
２８ｂ）　（２８ｃ）内の圧力の監視結果に応じて、制
御弁（２２ａ）　（２２ｂ）　（２２ｃ）の開放度を制
御する。
これらの制御手段は１．制御弁（１３）を経由して蒸気
タービン（１５）に到達する熱源蒸気の量の制御も行う
。
したがって、例えば高圧送電線網に供給される電力を減
少させたい場合、制御手段は、制御弁（２Ｚａ）　（Ｚ
２ｂ）　（２Ｚｃ）にその開放度を下げるような信号を
送って、蒸気復水器（２７ａ）　（２７ｂ）　（２７ｃ
）に供給される除熱蒸気の量を減らし、気化器コイル（
２８ａ）（２８ｂ）　（２８ｃ）内の圧力を下げるので
ある。
その結果、有機蒸気タービン（３０ａ）　（３０ｂ）　
（３０ｃ）、およびそれと連動する発電機の出力は低下
する。
この場合、前記制御手段はまた、制御弁（１３）の開放
度を調整することによって、蒸気タービン（１５）に到
達する熱源蒸気の量をも適切に減少させて、その作動圧
力を下げ、蒸気タービンの出力をも低下させる。
それは、有機ランキンサイクルタービンモジュールのそ
れぞれに含まれる有機作業流体が、蒸気タービン（１５
）の蒸気復水器の冷却媒体として働くからである。
また、ＯＲＣ動力装置モジュールの１台、例えばモジュ
ール（２０ａ）が作動不良となり、停止させなければな
らない場合、制御手段（２５ａ）は、制御弁（２２ａ）
を閉鎖し、かつ結果的に制御弁（１３）をも適切に調整
して、蒸気タービン（１５）に到達する熱源蒸気の量を
変化させ、このタービンを、その公称値と異なる圧力で
、したがって、より低い効率水準で、作動させることに
なる。
第２図における符号（５０）は、蒸気から動力を発生さ
せるための本発明の装置を示し、分配用導管（５１Ａ）
は、統合された複数の動力装置ユニットモジュールが備
える蒸気タービンに、井戸（５１）を発生源とする地熱
蒸気を並列的に供給するようになっている。
このようなモジュールのうちの３台を、（５５ａ）（５
５ｂ）　（５５ｃ）として図示しである。
しかし、本発明は、１台の動力装置モジュールにも適用
できる。
井戸（５１）から出る地熱流体に含まれる蒸気から高温
地熱流体を分離するのに、セパレータ（５３）を取り付
けることができ、蒸気中の水分を確実に最小限に保つこ
とができるように、除湿器（５２）を用いることもでき
る。
熱源蒸気の圧力は、絶対圧１０．８ｋｇ／ｃｍ”程度で
あるのが普通である。
簡便を旨として、動力装置ユニットモジュール（５５ａ
）について説明する。
モジュール（５５ａ）は、蒸気制御弁（５７ａ）と、熱
源蒸気を受は入れ、かつ軸（６１ａ）を介して発電機（
６５ａ）を駆動することによって、蒸気に仕事をさせる
ための蒸気タービン（６０ａ）とを備えており、蒸気は
タービン（６０ａ）内で膨張する。
制御弁（５７ａ）は、制御手段（５６ａ）によって制御
される。
蒸気復水器（６２ａ）は、大気圧より大きい圧力で作動
して、蒸気に含まれる凝縮不能なガスの分離を促進する
のが好ましく、その内部に取り付けられたコイル（６７
ａ）内の、復水器に通された有機流体を用いて蒸気を冷
却することによって、蒸気タービン（６０ａ）から出る
除熱蒸気を凝縮させるようになっている。
このような構成であるから、真空ポンプは不要となって
いる。
圧縮器（５９）は、蒸気復水器（６２ａ）内に存在する
凝縮不能なガスを圧縮するために設けられており、圧縮
ガスは、弁（７７）の下流側に位置する排出用導管（７
９）に流入し、そこから、復水器および存在するブース
タポンプ（７６ａ）を用いて生成された凝縮物とともに
、再注入用井戸（８０）へ導管により送られる。
コイル（６７ａ）はまた、閉鎖式有機ランキンサイクル
タービンの気化器としても作動して、コイルに含まれる
有機作業流体を気化させる。この気化した流体は、有機
蒸気タービン（７０ａ）へ通され、ここで膨張し、かつ
好ましくは軸（６８ａ）を介して発電機（６５ａ）を駆
動し、有効な仕事を発生させる。
適切な閉鎖式有機ランキンサイクルタービンの一例は、
米国特許第３，４０９，７８２号明細書に開示されてお
り、その内容は、本発明の理解上の参考となるものであ
る。
有機流体がコイル（６７ａ）に供給される前に、ブース
タポンプ（５４Ａ）経由でセパレータ（５３）から出た
熱地熱流体を予熱しうるように、予熱器（７１ａ）を取
り付けることができる。
予熱器（７１ａ）から出る除熱された地熱流体は、導管
（７８）経由で弁（７７）へと流れ、総排出管（７９）
を経由して井戸（８０）にて再注入される。
弁（７７）は、導管（５４）、および予熱器（７１ａ）
とポンプ（５４Ａ）とを接続する導管における圧力はも
とより、予熱器出口に接続された導管における圧力をも
相対的な高圧に維持して、これらの導管中を流れる鍼水
の洗い流しの必要性を実質的に除去するのを助けている
。
有機作業流体としては、ペンタンを用いるのが好ましい
。
しかし、他の有機流体、例えばフレオン等々を用いるこ
ともできる。
発電機（６５ａ）は、蒸気タービン（６０ａ）および有
機蒸気タービン（７０ａ）の容量に比して過大であるの
が好ましく、その発電量は、蒸気タービンおよび有機蒸
気タービンの個々の容量の合計に等しいのが好ましい。
例えば、蒸気タービン（６０ａ）の容量が１．５メガワ
ツトであって、有機蒸気タービン（７０ａ）の容量も１
．５メガワツトであっても良い。この場合、発電機（６
５ａ）の容量は、３メガヘンリーとなり、蒸気タービン
および有機蒸気タービンの双方を最大容量で同時に作動
させることが可能となる。
図示してはいないが、所望の場合、発電機と蒸気タービ
ンおよび有機蒸気タービンとの間の軸（６１ａ）および
（６８ａ）にクラッチを取り付け、所望の際に別個に発
電機を装備することもできる。
有機流体復水器（７２ａ）は、有機蒸気タービン（７０
ａ）から出る有機蒸気を凝縮させるために設けられ、強
制空気通風手段を介して供給される空気を用い、あるい
は所望の場合は、適切な手段を通じて復水器に供給され
る冷却水を用いて冷却される。
ポンプ（７４ａ）は、凝縮された有機流体をコイル（６
７ａ）に復帰させ、ここに有機流体の循環過程が完了す
る。
このように、動力装置（５０）は、地熱蒸気で作動する
部分と、有機流体で作動する部分とからなる混成の動力
装置であると言える。
したがって、第２図から明らかな通り、装置（５０）の
作動に際しては、井戸（５１）を発生源として、セパレ
ータ（５３）および除湿器（５２）を出た後、導管（５
１Ａ）経由で供給される蒸気は、制御手段（５６ａ）（
５６ｂ）　（５６ｃ）によって制御される蒸気制御弁（
５７ａ）（５７ｂ）　（５７ｃ）の操作によって、各種
の動力装置ユニットモジュールへと分配される。
蒸気は、第１図にその一例を示した慣用の場合における
ような、蒸気タービン出口の相当に低い圧力ではなく、
井戸（５１）における熱源蒸気に匹敵する圧力で動力装
置ユニットモジュールへ分配されるので、分配用導管の
口径は、相当に小さく、例えば絶対圧でｔｏ　、８ｋｇ
／　ｃｍ”程度の圧力が用いられる場合は、約５０ｃｍ
である。
このことから、制御弁（５７ａ）　（５７ｂ）　（５７
ｃ）の大きさも相当に小型であり、したがって、価格は
、かなり低減される。
蒸気タービン（６０ａ）　（６０ｂ）　（６０ｃ）に到
達した蒸気は、膨張し、仕事を行って、軸（６１ａ）　
（６１ｂ）　（６１ｃ）が発電機（６５ａ）　（６５ｂ
）　（６５ｃ）を駆動する際に電気を発生させる。
タービン（６０ａ）　（６０ｂ）　（６０ｃ）から排出
される除熱蒸気は、蒸気復水器（６２ａ）　（６２ｂ）
　（６２ｃ）に供給されると、ここで凝縮され、蒸気復
水器内で回収された凝縮物、および凝縮不能なガスは、
井戸（８０）へと再注入されるが、この際、凝縮物は、
ブースタポンプ（７６ａ）　（７６ｂ）　（７６ｃ）を
経由して導管（７５）を流れ、一方、凝縮不能なガスは
、圧縮器（５９）を用いて圧縮される。
予熱器（７１ａ）　（７１ｂ）（７１ｃ）内でセパレー
タ（５３）から出た熱流体を用いて加熱された後に、コ
イル（６７ａ）　（６７ｂ）　（６７ｃ）内で形成され
た気化有機作業流体は、有機蒸気タービン（７０ａ）　
（７０ｂ）（７０ｃ）に供給されて膨張し、タービンを
回転させて、その出力もまた、発電機（６５ａ）　（６
５ｂ）　（６５ｃ）に与えられる。
発生した電気は、保護回路および適当な高圧用開閉器（
６６ａ）　（６６ｂ）　（６６ｃ）を経由して、高圧送
電線網へ送られる。
このように、有機蒸気タービン（７０ａ）　（７０ｂ）
　（７０ｃ）もまた、発電機（６５ａ）　（６５ｂ）　
（６５ｃ）の発電容量に寄与するので、発電機と、電気
的構成要素、例えば高圧用開閉器とを分有することによ
って、経済性の向上、および作動の簡単化がもたらされ
る。
有機蒸気９−　Ｌ’ン（７０ａ）（７０ｂ）（７０Ｃ）
カラ出６除熱された有機蒸気は、有機流体復水器（７２
ａ）　（７２ｂ）（７２ｃ）に通されて凝縮し、形成さ
れた凝縮物は、ポンプ（７４ａ）　（７４ｂ）　（７４
ｃ）を用いて、それぞれ気化器コイル（６７ａ）　（６
７ｂ）　（６７ｃ）に供給される。
予熱器（７１ａ）　（７１ｂ）　（７１ｃ）から出た地
熱流体は、ブースタポンプ（７６ａ）　（７６ｂ）　（
７６ｃ）から出た凝縮物と混合手段を用いて混合され、
弁（７７）経由で再注入用井戸（８０）へ廃棄される。
第２図に示した好適実施例においては、制御手段（５６
ａ）　（５６ｂ）　（５６ｃ）は、発電機（６５ａ）　
（６５ｂ）　（６５ｃ）の出力水準、および気化器コイ
ル（６７ａ）　（６７ｂ）　（６７ｃ）における圧力の
監視によって、モジュールが発生させる電力の水準を制
御し、これによって、蒸気制御弁（５７ａ）　（５７ｂ
）　（５７ｃ）を用いて動力装置ユニットモジュールに
供給される蒸気の量をも制御する。
例えば、正常な運転において、高圧送電線網に供給され
る電流を減らすべきであると制御手段が表示した場合は
、動力装置モジュールの１台のみに、例えば（５５ａ）
に供給される熱源蒸気の量を、その制御弁の適切な調整
によって減少させて、このモジュールによって高圧送電
線網に供給される電力を減少させることができる。一方
、他の動力装置モジュールは、正常な数値での運転を続
けて、その効率水準を維持することができる。
すなわち、このような場合、モジュール（５５ａ）にお
いては、制御手段（５６ａ）が、制御弁（５７ａ）の開
成度を減少させて、蒸気タービン（６０ａ）に供給され
る熱源蒸気の量を減少させ、蒸気復水器（６２ａ）が気
化器コイル（６７ａ）の作動圧力を減少させるようにす
る。
その結果、有機蒸気タービン（７０ａ）および蒸気ター
ビン（６０ａ）が生み出す仕事量は減少し、発電機（６
５ａ）による発電量が結果的に減少するのである。
また、作動不良あるいは保守作業等々の理由で、ユニッ
トモジュールの１台が作動しない場合にも、作動しない
モジュールの制御手段がその制御弁を閉鎖するのみであ
って、他のモジュールは、正常値での運転を続けること
ができる。
その結果、この場合にもまた、他のユニットモジュール
に含まれる蒸気タービンにおいては、その継続的運転時
の高い効率水準が維持されるのである。
このことは、第１図にその例を示した従来の動力装置の
場合とは対照的であって、この場合は、モジュール（２
０ａ）　（２０ｂ）　（２０ｃ）の作動停止は、第１図
示の蒸気弁（１３）の部分的な閉鎖を通じて、蒸気ター
ビン（１５）に供給される蒸気量の減少をも生起させて
、蒸気タービンの作動圧をその公称値から逸脱させ、結
果的には、その効率水準を減少させる。
したがって、本発明においては、蒸気タービンを、閉鎖
式有機ランキンサイクルタービン、および好ましくは単
一である発電機とともに各動力装置モジュールに装備す
ることによって、効率的作動水準の相対的な向上、経済
性の向上、および動力装置制御の単純化までもが達成さ
れるが、それは、モジュールごとにただ１個の蒸気制御
弁が存在するのみとして、従来の技術におけるような、
蒸気タービンおよび有機ランキンサイクルタービンから
独立した制御弁の必要性を排除したからである。
また、閉鎖式有機ランキンサイクルタービンとともに各
動力装置モジュールに統合された蒸気タービンの存在に
よって、このような動力装置の構築および保守は、更に
簡単化されている。
本発明によると、例えば、従来、蒸気タービンを格納す
るために建造されていた大型の設備が必要となる。
更に、所望の場合、ポンプ（７４ａ）　（７４ｂ）　（
７４ｃ）を蒸気タービンおよび有機蒸気タービンと共通
の軸に取り付けることができ、これによって、ＯＲＣタ
ービンの自動的な始動が可能となる。
所望により、補助装置に発電した電力を供給するために
、モジュールを即時待機状態にさせておき、これらをほ
とんど瞬間的に高圧送電線網に接続できるようにするこ
とも可能である。
本実施例においては、凝縮物、および、より少量の凝縮
不能なガスを地熱流体と混合して井戸（８０）へ再注入
することによって、導管内の鉱水からの無機沈澱物の量
を減少させることができ、同時に井戸自体における再注
入を好都合に行うことができる。
これはもっばら、凝縮物のｐｔｔが、例えば３〜５とい
うように低いことによるのである。
このような作用は、再注入用井戸への流体の注入に付随
する各種配管、およびその他の構成部品が、二酸化ケイ
素を主成分とする沈澱物によって閉塞されるのを抑える
のに有益である。
本実施例においては、セパレータ（５３）から出る鉱水
を、有機ランキンサイクルタービン内の有機流体を予熱
するのに用いているが・、鉱水を、有機流体を予熱する
ことなく、凝縮物および凝縮不能なガスと混合して再注
入用井戸へ再注入するのみとして、このような無機沈澱
物を減少させることができる。
更に、本実施例では、セパレータおよび除湿器が装備さ
れているが、地熱源あるいは蒸気の性質によって、この
ような種類の装置が不要となるような状況に対しても、
本発明を適用しうるのである。
本実施例は、地熱蒸気の利用に関するものであるが、本
発明は、その他の熱源、例えば工業的な流体および蒸気
、太陽熱温水油、および工業的処理工程からの廃熱、例
えば煙道ガスなどを用いて利用するのにも適している。
必要な場合、熱源から得られた熱を、蒸気を発生するこ
とによって動力装置ユニットモジュールへと移送するこ
とを目的として、介在的に熱交換器を組み込むことがで
きる。
このような使用法の一例を、第３図に示す。
蒸気は、高温煙道ガスの形態での熱源（１０７）と、ポ
ンプ（１０８）およびフラッシュチャンバ（１１０）を
備えた加圧水回路（１０６）とからなる蒸気発生源（１
０５）から生じる。
蒸気タービン（１２０）および閉鎖式有機ランキンサイ
クルタービン（１３０）を備える統合された動力装置モ
ジュールユニット（１１５）は、第２図を参照して前述
したモジュールの１台と、基本的には同様の仕組みで作
動するが、通常、凝縮不能なガスは存在しないことから
、このようなガスを処理するための手段が含まれない点
が異なる。
蒸気復水器（１２２）もまた、大気圧以上の圧力で作動
するのが好ましい。
また、蒸気復水器（１２２）から出る凝縮した液相の水
の圧力を高めて、加圧水回路（１０６）に流入させるた
めのブースタポンプ（１１９）も備えている。
所望の場合、ブースタポンプ（１１９）は、加圧水回路
内を流れる流体の高圧を利用したエジェクタポンプとす
ることも可能である。
統合された動力装置モジュールを、第３図に示した蒸気
発生源と併用することは、加圧水復熱装置と称すること
ができ、主としてフラッシュチャンバ（１１０）の出口
から出て、蒸気タービン（１２０）へと入る蒸気が高温
であることから、熱から電気への効率的、かつ経済的な
転化が可能となる。
更に、本実施例では、過熱器の使用が避けられる。
また、このような形態の熱源による動力装置の該当部分
に有機流体を使用することには、その熱力学的特性、例
えば、沸点が相当に低いこと、有機蒸気タービンでの膨
張の際の、蒸気による濡れを最小限にできること、また
、適当な有機流体を用いた場合に、相当に高い予熱度（
すなわち、作業流体を気化するのに必要な単位時間あた
りの総熱量に対する、作業流体の温度を流体形態のまま
で復水器の温度から気化温度に上昇させるのに必要な単
位時間当りの熱量の比）が得られることなどによる際立
った利点がある。
可燃性材料が含まれる装置の使用が禁止されているよう
な状況においては、本発明の利用は特に有利となる。
このような場合、ユニットモジュールの蒸気タービン部
分を禁止区域内に位置させて、このような状況下におい
てさえ、電気を発生させることができる。
本発明の好適実施例に関する上記の説明から、本発明の
方法および装置がもたらす利点、および改善された結果
は、明白であると思われる。
特許請求の範囲に記載された本発明の精神、および範囲
から逸脱することなく、各種の変形および変更を行うこ
とも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の技術による地熱を用いた動力装置の模
式的ブロック線図である。 第２図は、本発明による地熱を用いた動力装置の模式的
ブロック線図である。 第３図は、本発明の一実施例の模式図である。 （１０）地熱動力装置　　　（１１）地熱採取用井戸（
１２）導管　　　　　　　（１３）制御弁（１４）制御
手段　　　　　（Ｉ５）蒸気タービン（１６）発電機駆
動軸　　　（１７）電気保護下位装置系（１８）発電機 （１９ａ）　（１９ｂ）　（１９ｃ）導管（２０ａ）　
（２０ｂ）　（２０ｃ）動力装置モジュール（２１ａ）
凝縮不能ガス排気管 （２Ｚａ）　（２２ｃ）制御弁 （２５ａ）　（２５ｂ）　（２５ｃ）制御手段（２６）
圧縮器　　　　　　（２７ａ）　（２７ｂ）　（２７ｃ
）復水器（２３ａ）　（２８ｂ）　（２８ｃ）熱交換コ
イル（３０ａ）　（３０ｂ）　（３０ｃ）有機蒸気ター
ビン（３２ａ）　（３２ｂ）　（３２ｃ）発電機駆動軸
（３４ａ）　（３４ｂ）　（３４ｃ）電気保護下位装置
系（３５ａ）　（３５ｂ）　（３５ｃ）発電機（３６ａ
）　（３６ｂ）　（３６ｃ）有機流体用復水器（３８ａ
）　（３８ｂ）　（３８ｃ）ポンプ（４０）排水管　　
　　　　（４２）再注入用ポンプ（４５）再注入用井戸
　　　（５０）地熱動力装置（５１）地熱採取用井戸　
　（５１Ａ）導管（５２）除湿器　　　　　　（５３）
セパレータ（５４）高温地熱流体導管　（５４Ａ）ブー
スタポンプ（５５ａ）　（５５ｂ）　（５５ｃ）動力装
置ユニットモジュール（５６ａ）　（５６ｂ）　（５６
ｃ）制御手段（５７ａ）　（５７ｂ）　（５７ｃ）制御
弁（５８ａ）　（５８ｂ）　（５８ｃ）凝縮不能ガス排
気管（５９）圧縮器 （６０ａ）　（６０ｂ）　（６０ｃ）蒸気タービン（６
１ａ）　（６１ｂ）　（６１ｃ）発電機駆動軸（６２ａ
）　（６２ｂ）　（６２ｃ）復水器（６４ａ）　（６４
ｂ）　（６４ｃ）排水管（６５ａ）　（６５ｂ）　（６
５ｃ）発電機（６６ａ）　（６６ｂ）　（６６ｃ）電気
保護下位装置系（６７ａ）　（６？ｂ）　（６？ｃ）熱
交換コイル（６８ａ）　（６８ｂ）　（６８ｃ）発電機
駆動軸（６９ａ）　（６９ｂ）　（６９ｃ）高温地熱流
体導管（７０ａ）　（７０ｂ）　（７０ｃ）有機蒸気タ
ービン（７１ａ）　（７１ｂ）　（Ｔｉｃ）予熱器（７
２ａ）　（７２ｂ）　（７２ｃ）有機流体用復水器（７
３ａ）　（７３ｂ）　（７３ｃ）地熱流体排出管（７４
ａ）　（７４ｂ）　（７４ｃ）ポンプ（７５）高温地熱
流体排出管 （７６ａ）　（７６ｂ）　（７６ｃ）再注入用ブースタ
ポンプ（７７）排出制御弁　　　　（７９）給排出管（
８０）再注入用井戸 （１０Ｇ）本発明による別の動力装置 （１０５）蒸気発生装置　　（１０６）加圧水回路（１
０７）熱源　　　　　　　（１０８）加圧水循環ポンプ
（１１０）フラッシュチャンバ （１１５）動力装置モジュールユニット（１１６）制御
手段　　　　（１１８）制御弁（１１９）ブースタポン
プ　（１２０）蒸気タービン（１２２）復水器　　　　
　　（１２４）排水管（１２５）発電機　　　　　（１
２６）有機蒸気導管（１２７）発電機駆動軸　　（１３
０）有機蒸気タービン（１３２）有機流体用復水器（１
３４）ボンブ手続補正書、ヵ、） 平成２年４月２０日

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）蒸気で作動する発電用動力装置であって、（イ）
    前記蒸気に応答し、かつ除熱された蒸気生じる蒸気ター
    ビンと、前記蒸気タービンに付随し、大気圧以上で作動
    して、凝縮不能なガスの回収、および前記除熱された蒸
    気の凝縮を行い、かつそれに通された有機流体を気化す
    る蒸気復水器と、前記有機流体で作動する閉鎖式有機ラ
    ンキンサイクルタービンと、前記蒸気タービンおよび前
    記有機ランキンサイクルタービンによって駆動され、電
    気を発生する単一の発電機とを、それぞれが備える統合
    された複数の動力装置ユニットモジュールと、 （ロ）前記各モジュール内の蒸気タービンに前記蒸気を
    並列的に供給する手段 とを備えることを特徴とする蒸気で作動する発電用動力
    装置。
  2. （２）各動力装置モジュールに設けた蒸気復水器に回収
    された凝縮不能なガスを圧縮する手段と、圧縮された凝
    縮不能なガスを、再注入用井戸へ排出する手段とを備え
    ていることを特徴とする請求項（１）記載の発電用動力
    装置。
  3. （３）蒸気復水器内で凝縮された除熱蒸気を加圧し、か
    つこれを、再注入用井戸に注入する手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項（１）記載の発電用動力装置。
  4. （４）蒸気が、地熱蒸気であることを特徴とする請求項
    （１）記載の発電用動力装置。
  5. （５）蒸気が、工業的処理工程で生じた蒸気であること
    を特徴とする請求項（１）記載の発電用動力装置。
  6. （６）各蒸気タービンに蒸気を供給する手段が、各モジ
    ュールに付随し、かつ前記蒸気タービンの手前に位置す
    る制御弁を備えていることを特徴とする請求項（１）記
    載の発電用動力装置。
  7. （７）有機流体が、ペンタンである請求項（１）記載の
    動力装置。
  8. （８）各動力装置ユニットモジュールが、各モジュール
    に設けられた閉鎖式有機ランキンサイクルタービンから
    出る有機作業流体を凝縮するための有機流体復水器を備
    えていることを特徴とする請求項（１）記載の発電用動
    力装置。
  9. （９）復水器が、空冷式であることを特徴とする請求項
    （６）記載の発電用動力装置。
  10. （１０）蒸気で作動する発電用動力装置であって、（イ
    ）前記蒸気に応答し、かつ動力および除熱された蒸気を
    生じる蒸気タービンと、前記蒸気タービンに付随し、大
    気圧以上で作動して凝縮不能なガスの回収、および前記
    除熱された蒸気の凝縮を行い、かつそれに通された有機
    流体を気化する蒸気復水器と、前記有機作業流体で作動
    して動力を発生する閉鎖式有機ランキンサイクルタービ
    ンとを、それぞれが備える統合された複数の動力装置ユ
    ニットモジュールと、 （ロ）前記各モジュール内の蒸気タービンに、前記蒸気
    を並列的に供給する手段と、 （ハ）前記各モジュールに付随し、かつ前記各動力装置
    モジュールに設けられた前記蒸気タービンの手前に位置
    し、前記蒸気供給手段を介して前記蒸気タービンに供給
    される蒸気の量を制御する制御弁と、 （ニ）前記各動力装置モジュールに設けた蒸気凝縮器に
    回収された凝縮不能なガスを圧縮する手段、および圧縮
    された凝縮不能なガスを再注入用井戸へ排出する手段 とを備えることを特徴とする、蒸気で作動する発電用動
    力装置。
  11. （１１）統合された各動力装置モジュールが、各動力装
    置モジュールに設けた蒸気タービンおよび閉鎖式有機ラ
    ンキンサイクルタービンにより駆動されて、電気を発生
    する発電機を備えていることを特徴とする請求項（１０
    ）記載の発電用動力装置。
  12. （１２）蒸気で作動する統合された発電用動力装置ユニ
    ットモジュールであって、 （イ）蒸気を発生する蒸気源と、 （ロ）前記蒸気に応答し、動力および除熱された蒸気を
    生じる蒸気タービンと、 （ハ）前記蒸気タービンに蒸気を供給する手段と、（ニ
    ）前記蒸気タービンに付随し、大気圧以上で作動して、
    前記除熱された蒸気の凝縮、およびそれに通された有機
    流体の気化を行う蒸気復水器と、 （ホ）前記有機流体で作動し、動力を発生する閉鎖式有
    機ランキンサイクルタービンと、 （ヘ）前記蒸気タービンおよび前記有機ランキンサイク
    ルタービンにより駆動され、電気を発生する発電機 とを備えることを特徴とする発電用動力装置ユニットモ
    ジュール。
  13. （１３）蒸気を用いて電気を発生させる方法であって、
    （イ）前記蒸気に応答する蒸気タービンと、大気圧以上
    で作動して、凝縮不能なガスの回収、および前記蒸気タ
    ービンから出る除熱された蒸気の凝縮を行い、かつそれ
    に通された有機流体を気化する蒸気復水器と、前記有機
    流体で作動する閉鎖式有機ランキンサイクルタービンと
    をそれぞれが備えている、統合された複数の動力装置モ
    ジュールに、前記蒸気を並列的に供給する段階と、 （ロ）前記各動力装置モジュールに付随して電気を発生
    し、かつ前記各動力装置モジュールに設けた蒸気タービ
    ンおよび有機ランキンサイクルタービンの双方により作
    動させられる発電機を装備する段階と、 （ハ）前記各動力装置モジュールに設けた前記蒸気復水
    器からの凝縮不能なガスを圧縮し、かつ圧縮された凝縮
    不能なガスを、再注入用井戸へ排出させる段階と、 （ニ）前記蒸気復水器内に生成された凝縮物を加圧し、
    かつこれを再注入用井戸に注入する段階とからなること
    を特徴とする発電方法。
  14. （１４）地熱蒸気から地熱流体を分離するためのセパレ
    ータを備えていることを特徴とする請求項（４）記載の
    発電用動力装置。
  15. （１５）地熱蒸気中の水分を最小にするための除湿器を
    備えていることを特徴とする請求項（４）記載の発電用
    動力装置。
  16. （１６）蒸気源が、フラッシュチャンバと、ポンプと、
    加圧水回路と、高温流体源とを備えていることを特徴と
    する請求項（１２）記載の統合された動力装置ユニット
    モジュール。
  17. （１７）高温流体源が、煙道ガスである請求項（１２）
    記載の統合された動力装置ユニットモジュール。
  18. （１８）統合された各動力装置モジュールが、有機流体
    を予熱するための予熱器を備えていることを特徴とする
    請求項（４）記載の発電用動力装置。
  19. （１９）地熱蒸気から分離された地熱流体を、有機流体
    を予熱するための予熱器に通すようになっていることを
    特徴とする請求項（１８）記載の発電用動力装置。
  20. （２０）凝縮した蒸気を再注入用井戸に注入する前に、
    それを、セパレータから出た地熱流体と混合するための
    混合手段を備えていることを特徴とする請求項（４）記
    載の発電用動力装置。
  21. （２１）凝縮した蒸気を再注入用井戸に注入する前に、
    それを、予熱器から出た除熱された地熱流体と混合する
    ための混合手段を備えていることを特徴とする請求項（
    １９）記載の発電用動力装置。
  22. （２２）蒸気源が、工業的処理工程によって生成される
    蒸気であることを特徴とする請求項（１２）記載の統合
    された動力装置ユニットモジュール。
  23. （２３）弁と、圧縮不能なガスを再注入用の弁に注入す
    る前に、前記弁の後方で、それを地熱流体と凝縮物との
    混合物中に排出するための手段とを備えていることを特
    徴とする請求項（２２）記載の統合された動力装置ユニ
    ットモジュール。
  24. （２４）弁と、圧縮不能なガスを再注入用の弁に注入す
    る前に、前記弁の後方で、それを除熱された地熱流体と
    凝縮物との混合物中に排出するための手段を備えている
    ことを特徴とする請求項（２１）記載の統合された動力
    装置ユニットモジュール。
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