JPH048631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は地熱バイナリーサイクルプラントにか
かわり、特にプラントの緊急停止時のプラントの
動作媒体の異常加熱を防止できる地熱バイナリー
サイクルプラントに関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

地熱エネルギーを利用する発電方式の一つにバ
イナリーサイクルがある。これは地熱水の熱で低
沸点媒体の蒸気タービンを駆動して発電するもの
で、地熱水の温度が低くてそれを減圧沸騰（フラ
ツシユ）させて得られる水蒸気では発電すること
が不都合な場合などに用いられる方式である。つ
まり、低沸点媒体を動作媒体することにより、従
来実用に供されて来た地熱蒸気サイクルでは利用
しにくい地熱源を利用可能にする方式である。

このバイナリーサイクルでは、動作媒体として
多くの低沸点媒体が候補になり得るが、不燃性で
かつ比較的安価なため有力な候補とされているフ
ロン類は高温で熱分解をするという問題点を有し
ている。

バイナリーサイクルプラントでは、通常運転時
は動作媒体の蒸気温度を所定の値に制御している
ので、動作媒体が問題となるような高温にまで異
常に加熱されることはないが、電気負荷側の事故
などでプラントが緊急停止をした場合には動作媒
体が異常加熱される可能性もある。これを第１図
により説明すると、図示していない地熱弁より供
給される地熱水は、一次配管系１を介して蒸発器
２に供給され蒸発器２で動作媒体を加熱し蒸発さ
せ、さらに予熱器４で動作媒体を予熱した後、図
示しない還元井により地下へ還元される。動作媒
体の蒸気が二次配管系３を通つてタービン５を回
転させ、タービン５と結合された発電機６により
発電が行われる。タービン５にエネルギーを与え
て圧力、温度の低下した動作媒体は、凝縮器７に
入り冷却水ポンプ８により冷却配管系９を介して
供給される冷却水で冷やされ、凝縮して液体に戻
り、媒体ポンプ１０で加圧されて予熱器４に送ら
れ、以降この系路を循環する。正常な運転状態下
では、蒸発器２出口の蒸発温度が所定の値となる
よう、動作媒体や地熱水の流量が制御されている
ので、動作媒体が異常な高温となることはない。
しかし、電気負荷の事故などでプラントが緊急停
止をする場合には、タービン５の入口に設けられ
ている主蒸気止め弁１１と蒸気加減弁１２が急速
に全閉状態になり、タービン５への動作媒体の供
給を停止して、タービン５を停止させる。この場
合、蒸発器２の手前にある熱水しや断弁１３も全
閉になり、蒸発器２への地熱水の流入も止まる
が、すでに蒸発器２内に入つている地熱水の保有
している残留熱で、蒸発器２内の動作媒体はしば
らく間加熱され続ける。この時点で蒸発した動作
媒体の蒸気は、バイパス弁１４ａを有するタービ
ンバイパス系統１４を通つて凝縮器７に逃げるこ
とができるが、タービンバイパス系統１４の容量
などの関係で、動作媒体の蒸発量に見合つた量の
蒸発が凝縮器７逃げられない場合には、蒸発器２
内の動作媒体の飽和温度が上昇することになり、
動作媒体の熱分解が問題となる温度にまで到達す
る危険性がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、プラントの緊急
停止時においても地熱バイナリーサイクルプラン
トの動作媒体の熱分解を防止できる地熱バイナリ
ーサイクルプラントを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は例えば冷却水ポンプの出口から蒸発器
の地熱水入口へ至る熱水冷却系統を設け、プラン
トの緊急停止時に凝縮器冷却水の一部を蒸発器に
供給することにより、蒸発器内の地熱水の温度を
動作媒体の熱分解が問題とならない温度にまで低
下させるものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第２図に示す。第１図の従
来技術と同じ機器は同じ番号で示している。

本発明では、冷却水ポンプ８の出口から蒸発器
２の地熱水入口に至る熱水冷却系統１５を設けて
いる。熱水冷却系統１５にある冷却水供給弁１６
は常時全閉となつているので、本発明のプラント
は従来技術のプラントとまつたく同様な機能のも
のとして運転される。タービン５が停止しプラン
トトリツプになつた場合には、冷却水供給弁１６
を開くことにより、冷却水の一部が熱水冷却系統
１５を通して蒸発器２の地熱水中に混入する。地
熱水の温度が高いプラントにおいては、地熱水の
飽和蒸気圧力が冷却水ポンプ８の吐出圧よりも一
般に高い。しかし地熱水は、予熱器４を出た後
は、図示していないオーブンピツトに放流される
か、もしくはやはり図示していない還元ポンプの
吸込口に流入するわけで、いずれにしろ予熱器４
の下流の圧力は低下しているのであるから、熱水
しや断弁１３が全閉となつて高温高圧の地熱水の
流入が途絶えれば、冷却水ポンプ８からの冷却水
の注入は可能である。

蒸発器２への冷却水の供給温度は、高温の地熱
水から低温の冷却水への急変で蒸発器２に過大な
熱応力が発生したりしない速度で、なおかつ動作
媒体の温度が異常に高くならないような速度とす
る必要があり、冷却水供給弁１６の開度を調節し
てそのような供給速度を得る。

以上のような冷却水供給弁１６の操作により、
本発明においては、プラントトリツプ直後たとえ
動作媒体の温度上昇があつても、それはわずかで
あり、冷却水が混入して来れば動作媒体の温度は
すぐ所定の蒸発温度もしくは希望する温度まで低
下するので、熱分解が問題となるような異常な温
度にまで上昇することはない。この効果が限れた
後、冷却水供給弁１６は必要に応じて全閉させ、
必要以上に蒸発器２内が低温になるのを防止する
のは当然のことである。

本発明は地熱バイナリーサイクルプラントを対
象として説明したが、液体状の熱源を利用する同
様なサイクル、たとえば廃熱回収プラント等にも
まつたく同様に適用可能であることは言うまでも
ない。また気体状の熱源であつても、その中に冷
却水をスプレーするようなことが不段合でなけれ
ば、同様に可能である。

〔発明の効果〕

以上の述べたように本発明は、従来技術のプラ
ントにごく簡単な配管系統とそれに関連するわず
かの装置を設けるだけで動作媒体の熱分解を防止
することを可能とし、分解生成物の発生に起因す
るプラント性能の低下、プラント機器の腐食、動
作媒体の補充というような諸問題を未然に解決す
る。

ところで、本発明が問題としているのは、プラ
ントの緊急停止時に蒸発器内の動作媒体蒸気がタ
ービンバイパスを通つて凝縮器に逃げ切らない場
合である。ここで、タービンバイパスの容量が充
分大きくて蒸発器内の動作媒体蒸気が自由に凝縮
器へ逃げられるプラントの場合にはタービンバイ
パスを通る蒸気はタービン排気よりも高エンタル
ピであるから、凝縮器の容量がそのような場合に
そなえた余裕をもつていない限り、凝縮器内での
凝縮がタービンバイパスからの流入に追いつか
ず、凝縮器の内圧が上昇することになる。凝縮器
はプラントの機器の中でも最も高価な部類に属す
るので、それに充分な余裕をもたせることは通常
不都合であるから、一般のプラントではこの内圧
の上昇を考えねばならない。地熱バイナリーサイ
クルでは、一般に動作媒体の蒸発圧力は10〜20
Kg／cm²ｇ、凝縮圧力は１〜３Kg／cm²ｇであるか
ら、タービンバイパスから高温・高圧の蒸気の流
入が始まると、凝縮器内圧は２〜３倍に上昇する
可能性もある。そのためこのような場合に対処す
るために、凝縮器やタービン排気管の設計圧力
は、タービンバイパスからの蒸気の流入による圧
力上昇がなければ５Kg／cm²ｇ級で良いところを、
10Kg／cm²ｇ級、場合によつてはそれ以上としなけ
ればならない。機器の設計圧力を高くすること
は、機器の価格の上昇をもたらす。特にタービン
排気管は圧力損失を少なくするため大口径の配管
となつており、設計圧力を上げることによる機器
代の上昇が大きい。もしこの圧力上昇分のため凝
縮器の設計に影響が及ぶようなら、機器代の上昇
は極めて大きなものとなる。

一方本発明は、熱水冷却系統として小口径の配
管を１本通し、簡単なインターロツクで弁の開閉
をするだけであるから、プラントの圧力・温度条
件によつては、タービンバイパスの容量を凝縮器
の容量以上に大きくするより本発明の方が簡単な
構成となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地熱バイナリーサイクルプラン
トの基本的な系統図、第２図は本発明を適用した
地熱バイナリーサイクルプラントの基本的な系統
図である。 ２……蒸発器、４……予熱器、５……タービ
ン、７……凝縮器、１５……熱水冷却系統、１６
……冷却水供給弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地熱流体を蒸発器に導き、この蒸発器で地熱
   流体の熱により動作媒体を蒸発させて原動機を駆
   動し、該原動機の排気は冷却水にて冷却する凝縮
   器へ通ずるように構成した地熱バイナリーサイク
   ルプラントにおいて、プラントの緊急停止時に冷
   却水を上記蒸発器の地熱流体側に供給することを
   特徴とする地熱バイナリーサイクルプラント。