JPH0340199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地熱エネルギーを利用して動力に変換
し例えば発電を行うものに関する。

地熱発電の開発は試験プラントから実用プラン
トに移行する段階にある。地熱発電は熱水の湧出
する生産井を密閉しておくと、上部に気相、下部
に液相が臨界圧力で平衡して存在する。この液相
中に高圧高温の熱水に耐え、且つ高揚程のポンプ
（以下単に熱水ポンプと称する）を沈め、該ポン
プにより湧出する熱水を地上に導き熱交換器を通
して還元井へ戻し、該熱交換器で熱交換される熱
媒体を過熱蒸気として蒸気タービンに導き、蒸気
タービンにより発電機を附勢して電力を生ずるも
のである。このような方式は地熱発電において典
型的なものである。

地下熱水を汲上げる井戸において短期間該井戸
中に設置された熱水汲上げ用の熱水ポンプを停止
した後、該ポンプを再始動する場合、できるだけ
短時間で定常運転を行なう必要がある。この際次
の二点が問題となる。

(1) 熱水ポンプを停止すると吐出管内の熱水は、
ポンプ吐出口近傍の吐出管に設けた逆止弁には
漏れがあるため吐出管から熱水が抜けてしま
い、ポンプ再始動に当つてはこの吐出管内を充
満するための運転から入らなければならないの
で、その分だけ定常状態になるまでの時間が遅
くなる。熱水を湧出する井戸は深さ数百米に達
するものもあり吐出管を満すだけでも長時間を
要す。

(2) 熱水ポンプを停止したまま井戸を放置した場
合井戸上部での温度が低下するため再始動時井
戸内温度を安定させる運転が必要となる。

これらの結果、地上施設が定常状態になる時間
が長い。

本発明は吐出管内に熱水を保持し且つ井戸内温
度の防止を低下することにより熱水ポンプの始動
から定常状態に到るまでの時間、いわゆる立上り
時間を短縮する装置を提供することを目的とす
る。

本発明は熱水を湧出する密閉した井戸に熱水汲
上げ用ポンプを収容し、該ポンプから逆止弁を介
して地上の熱交換関係に導く吐出管を備えたもの
において、ポンプの吐出管に他の熱水源からの熱
水を抽入して吐出管内を常に加圧状態にする一端
が他の熱水源に通じ、他端が吐出管に通ずる熱水
供給用抽入配管と、一端が他の熱水源に通じ他端
が熱水を湧出する密閉した井戸に通ずるウオーミ
ング配管を備え、前記熱水供給用抽入配管とウオ
ーミング配管にそれぞれ仕切弁を介装し、ポンプ
停止時に両仕切弁を開いて熱水を吐出管内及び密
閉した井戸内に供給することを特徴とする地下熱
水汲上げ用井戸の待機装置である。

以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。１は生産井、２は還元井である。生産井１は
熱水の湧出する多孔質地層３に達するようにパイ
プケーシング４が低透過性地層５をとおり挿入さ
れており、地上附近はパイプケーシング４の周囲
を例えばコンクリート６で固められている。生産
井１は内部の高圧に耐えるように蓋７により地上
で密閉されている。

還元井２も同様な構造で８はパイプケーシン
グ、９はコンクリート、１０は蓋である。還元井
２は生産井１とつながつている多孔質地層３に設
けるが生産井１の熱水の湧水量、熱水の温度に影
響がないような位置に配置される。

生産井１の多孔質地層３の位置であつて湧出す
る熱水の液相１１中に熱水ポンプ１２が沈められ
る。熱水ポンプ１２の形式は各種あるが下部にモ
ータ、上部にポンプを備える深井戸用ポンプを基
に高温環境化において運転可能としたものであ
り、一般的にはダウンホールポンプと観念され
る。熱水ポンプ１２はその吐出口に連結した吐出
管１５が蓋７に固定されることにより懸吊支持さ
れている。熱水ポンプ１２からは逆止弁１４を介
して地上へのびる吐出管１５が配され、吐出管１
５は仕切弁１６を介して地上に据付けた熱交換器
１７の授熱側の一次配管１８に通じており、該熱
交換器１７の授熱側から蓋１０をとおり該配管１
８が例えば絞り弁のような圧力保持手段１９を介
して還元井２中に通ずる。

熱交換器１７の受熱側は凝縮器２１の液体を吸
上げて送出する熱媒体用ポンプ２２から配管２３
がその入口に連通し、その出口から出る配管２４
が蒸気タービン２５の蒸気入口に連通し、蒸気タ
ービン２５の蒸気出口は凝縮器２１と配管２６に
より連通している。

蒸気タービン２５は発電機２７に軸継手を介し
て連結され、発電機２７の出力の一部を取出すよ
うにケーブル２８が熱水ポンプ１２に組み込まれ
たモータその他熱媒体用ポンプ駆動用のモータ２
９に通じている。

逆止弁１４の下流側の吐出管１５と生産井１の
気相３０との間を連通するように仕切弁３１、流
量調整弁３２を介してウオーミングバイパス用の
配管３３が設けてある。流量調整弁３２は流量調
整が必要な場合に設けるもので後述の抽入配管に
設ける場合はこゝに設けない。吐出管１５には他
の井戸からの吐出熱水又はその他の熱水源３４か
ら圧力調整弁３５を介して熱水を導入するように
熱水抽入配管３７が設けられる。

図示されないが上述のような地下エネルギーを
利用した発電プラントの始動は例えば別の商用電
源からの電力により熱水ポンプ１２、モータ２９
を始動し、定常状態においては発電機２７から商
用電源側へ電力を供給すると共に発電機２７から
熱水ポンプ１２、モータ２９に電力を供給するも
のである。

熱水ポンプ１２にて汲み上げた熱水は熱水の温
度に相当する臨界圧力以上にて吐出される。そし
て吐出管１５を通じて用いている仕切弁１６、配
管１８をとおり、熱交換器１７に到る。熱交換器
１７の受熱側は熱媒体用ポンプ２２により凝縮器
２１から吸込んだ熱媒体を熱交換器１７の二次側
に送り込んでおり、一次側をとおる熱水にて加熱
される。温度の低下した熱水は圧力保持手段１９
を通じて還元井２内圧力に見合う圧力に低下して
還元井２に入る。かゝる圧力保持手段１９によ
り、熱水ポンプ１２の吐出側から圧力保持手段１
９までの熱水は臨界圧力以上に保たれ、気化が生
じないので熱水が含有する炭酸カルシウム等の鉱
物を析出することがないので配管類を閉塞するこ
とが防止される。常圧力保持手段１９から還元井
２までは温度低下して熱水は液相となつており、
又還元井２内圧力により臨界圧が保たれる。還元
井２は気相を呈しないことが望ましく、環元され
る熱水を臨界圧以上に保つような噴出圧力がある
ことが望ましい。還元井２中に還元された温度低
下した熱水は多孔質地層中に還元井２の噴出圧力
に抗して熱水を還元する。

熱媒体用ポンプ２２により送り出され熱交換器
１７にて過熱蒸気となつた熱媒体は配管２４を通
して蒸気タービン２５に供給されて蒸気タービン
２５にて保有する熱、圧力エネルギーは動力に変
換され蒸気タービン２５を回転し、蒸気タービン
２５は発電機２７を回転し発電する。蒸気タービ
ン２５を出た熱媒体は配管２６をとおり、図示さ
れない熱媒体冷却手段を備えた凝縮器２１にて液
化して熱媒体用ポンプ２２に吸込まれ循環する。

以上のように地熱発電は生産井１から熱交換関
係を通じて還元井２へ熱水を導く密閉ランキン熱
機関サイクルでは熱水の通過する一次側機器は圧
力保持手段１９により熱水が液相を保つように圧
力を保持しているものである。

今、ウオーミングバイパス配管３３、熱水抽入
配管３７がないものとすると熱水ポンプ１２を停
止した場合に逆止弁１４に洩れがあると吐出管１
５内の熱水は逆止弁１４から洩れて熱水ポンプ１
２を逆流して液相１１に戻る。吐出管１５からの
熱水の逆流により吐出管１５内の水位は下る。そ
して吐出管１５内は吐出管１５内の熱水が気化し
た気相となる。そして熱水ポンプ１２の停止時間
に従つて生産井１は周囲の土壤、岩盤から熱を奪
われて冷却する。従つて熱水ポンプ１２を再始動
すると吐出管１５を満すまでは地上施設に熱水が
くるのに時間がかゝり、始動してからかなりの時
間は熱水は途中で冷却されるので定常状態になつ
てタービン２５を運転開始できる状態になるまで
の時間が長い。

そこで本発明では熱水ポンプ１２を停止すると
仕切弁３６を開放し、熱水源３４から圧力調整弁
３５を介して熱水抽入配管３７から吐出管１５に
熱水を導入する。導入された熱水は高温液相を呈
しており、吐出管１５内は熱水が充満する。こゝ
で仕切弁３１を開き流量調整弁３２を介してウオ
ーミングバイパス配管３３から生産井１内に熱水
を抽入する。これにより生産井１から周囲の土
壤、岩盤への放熱に打克つて生産井１内は保温さ
れる。

このような熱水ポンプ１２の停止時にも操業が
出来るようにするためには熱水源３４は例えば他
の生産井からの熱水を導いて仕切弁１６を開いて
熱交換器１７を動作させタービン２５を運転す
る。熱水ポンプ１２の停止時には仕切弁１６を閉
めて地上施設の運転を停止するときは生産井１へ
抽入する熱水量は保温に必要な程度であり、小量
である。

熱水ポンプ１２を始動するには仕切弁３１，３
６を閉めて仕切弁１６をあける。

実施例はウオーミング配管の一端を吐出管に連
通して吐出管へ一旦入つた他の熱水源からの熱水
を取り入れているがこれに限るものではなく、直
接熱水源から生産井内と吐出管へ並列して熱水を
供給するようにしてもよい。

更に又、熱交換器の保温を計るため熱交換器の
一次側配管の熱交換器の出口側に仕切弁を設けて
この仕切弁の上流側手前から他の熱水源からの熱
水を導入し、熱交換器の一次側配管から該熱水を
逆流させて吐出管と地上施設間の仕切弁１６を開
いておいて吐出管に熱水ポンプ停止時他熱源を供
給するようにしてもよい。

以上のように本発明では他の熱水が湧出する井
戸等の熱水源からの熱水を停止している熱水ポン
プの地上吐出部に抽入する抽入配管と、該熱水を
生産井へ導くウオーミング配管を設け、熱水供給
用抽入配管とウオーミング配管にそれぞれ仕切弁
を介装し、ポンプ停止時にこれら仕切弁を開いて
熱水を吐出管内及び密閉した井戸内に供給するこ
とにより、 (1) 停止している熱水ポンプ吐出管内を常に加圧
状態にて再始動時に幾何なる流量での定常運転
をも可能にする。

(2) ウオーミング配管を通し他からの熱水が熱水
ポンプの停止中生産井へ抽入されているため井
戸内は一定温度に保たれ井戸の気相３０が高圧
臨界圧力に保たれ熱水ポンプの吸込圧を確保す
る。

以上のことから再始動後すぐに一定流量で且つ
熱水が吐出されて定常運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフローシートであ
る。 １……生産井、２……還元井、３……多孔質地
層、４……パイプケーシング、５……低透過性地
層、６……コンクリート、７……蓋、８……パイ
プケーシング、９……コンクリート、１０……
蓋、１１……液相、１２……熱水ポンプ、１４…
…逆止弁、１５……吐出管、１６……仕切弁、１
７……熱交換器、１８……配管、１９……圧力保
持手段、２１……凝縮器、２２……熱媒体用ポン
プ、２３，２４……配管、２５……蒸気タービ
ン、２６……配管、２７……発電機、２８……ケ
ーブル、２９……モータ、３０……気相、３１…
…仕切弁、３２……流量調整弁、３３……配管、
３４……熱水源、３５……圧力調整弁、３６……
仕切弁、３７……熱水抽入配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱水を湧出する密閉した井戸１に熱水汲上げ
   用ポンプ１２を収容し、該ポンプ１２かせ逆止弁
   １４を介して地上の熱交換関係に導く吐出管１５
   を備えたものにおいて、ポンプ１２の吐出管１５
   に他の熱水源３４からの熱水を抽入して吐出管１
   ５内を常に加圧状態にする一端が他の熱水源３４
   に通じ、他端が吐出管１５に通ずる熱水供給用抽
   入配管３７と、一端が他の熱水源３４に通じ他端
   が熱水を湧出する密閉した井戸１に通ずるウオー
   ミング配管３３を備え、前記熱水供給用抽入配管
   ３７とウオーミング配管３３にそれぞれ仕切弁３
   ７，３１を介装し、ポンプ１２停止時に両仕切弁
   ３７，３１を開いて熱水を吐出管１５内及び密閉
   した井戸１内に供給することを特徴とする地下熱
   水汲上げ用井戸の待機装置。 ２ 他の熱水源３４が他の熱水を湧出する熱水井
   である特許請求の範囲第１項記載の地下熱水汲上
   げ用井戸の待機装置。 ３ ウオーミング配管３３の一端が吐出管１５に
   連通している特許請求の範囲第１項記載の地下熱
   水汲上げ用井戸の待機装置。