JPH07280361A - ヒートパイプ式地熱抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱抽出能力の高く、かつケーシング管への着
脱性のよいヒートパイプ式地熱抽出装置を提供する。 【構成】 地下の地熱帯１５に向けて形成された穴１６
に、ケーシング管１７が挿入されるとともに、ケーシン
グ管１７内に、そのケーシング管１７よりも細いヒート
パイプ１９の蒸発部側２０が挿入された構成のヒートパ
イプ式地熱抽出装置において、ヒートパイプ１９のうち
ケーシング管１７内に挿入される部分に、その外面を覆
う袋体２１が設けられるとともに、その袋体２１とヒー
トパイプ１９との間に熱伝達媒体２３を注入・排出する
熱伝達媒体供給排出手段２４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヒートパイプにより
地熱を地上に汲み上げる地熱抽出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】地下のマグマによる高温の地熱を地上に
抽出し、その熱を融雪や発電等に利用する方法が知られ
ている。この場合に、熱伝達手段としてヒートパイプを
使用すると、作動流体の状態変化により熱だけを効率良
く抽出することできる。

【０００３】図３は従来の地熱抽出装置の一例を示す図
である。図において、地上から地下の地熱帯１に向けて
ほぼ垂直な穴２が掘られるとともに、この穴２に有底筒
状のケーシング管３がその底部を下方に配置した状態、
すなわち開口端部を地上側に向けた状態で嵌め込まれて
いる。そして、このケーシング管３には、ケーシング管
３よりも径の若干細いヒートパイプ４の蒸気管５が挿入
されている。すなわちケーシング管３とヒートパイプ４
との間には、若干の隙間（空間）６があり、この隙間６
があることによって交換や点検等の際にヒートパイプ４
を引抜くことが可能となる。さらに、地熱帯１からヒー
トパイプ４への熱伝達を促進するための熱伝達媒体７
が、ケーシング管３に注入されている。この熱伝達媒体
７としては、熱伝導性の良好なものが好ましく、例えば
水等が用いられている。

【０００４】一方、蒸気管５の地上に延出している端部
には、凝縮器８が取付けられており、この凝縮器８は流
量調整弁９が介設されている戻り管１０と接続してい
る。戻り管１０は、蒸気管５の途中でその内部に挿入さ
れ、蒸気管５の下端側の蒸発部１１に液化した作動流体
を導くように連通されている。すなわち、全体としてほ
ぼ閉じたループ状をなしている。そしてヒートパイプ４
の内部には、真空脱気した状態で水やアルコール等の目
的温度範囲内で蒸発・凝縮する作動流体が封入されてお
り、この作動流体により蒸発部１１から凝縮器８に熱輸
送する構成となっている。

【０００５】また、前記凝縮器８は、２本の管路１２を
介して発電装置１３と接続している。それらの一方の管
路１２にはポンプ１４が介設されている。すなわち、作
動流体によって凝縮器８に集められた熱によって水蒸気
を得、この水蒸気を発電装置１３に強制循環する構成と
なっている。

【０００６】したがって、上記のように構成された地熱
抽出装置によって地熱を汲み上げる場合には、まず、流
量調整弁９が所定開度に開かれる。凝縮器８内に滞留し
ている液相の作動流体が戻り管１０の内部を経由して、
蒸気管５内の蒸発部１１に供給される。その蒸気管５
は、地熱に加熱されて高温となっている熱伝達媒体７内
に配設されているので、蒸気管５の内部の液相作動流体
が速やかに蒸発して、蒸気流となる。その作動流体蒸気
は蒸気管５内を流動し、やがて凝縮器８に流入する。そ
の結果、砂利等の異物を含むことなく地熱のみが効率良
く輸送されて抽出される。そして、凝縮器８に集められ
た熱によって水が水蒸気に変換され、この水蒸気が管路
１２によって発電装置１３に導かれ、また発電装置１３
を経た温水は、ポンプ１４によって凝縮器８に戻され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の地熱抽出装置では、熱伝達媒体７とケーシング管３
とが直接接触する構成であるため、ケーシング管３の水
密性が不十分であれば熱伝達媒体７が漏洩してしまい、
また長期間に亘って使用するとケーシング管３が腐食し
て内部の熱伝達媒体７が地熱帯１に漏れ出すおそれがあ
った。さらに、熱伝達媒体７が漏れ出てしまえば、地熱
帯１から蒸気管５への熱伝達の効率が低下して、熱抽出
能力が低下するおそれがあった。

【０００８】さらに、熱伝達媒体７として土砂などの固
形物を使用したり、また水と共に砂利等の異物が入り込
んだ場合には、ケーシング管３からヒートパイプ４が引
抜けなくなる不都合もあった。

【０００９】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、高い熱抽出能力を確保することができ、かつケ
ーシング管への着脱性に優れたヒートパイプ式地熱抽出
装置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は地下の地熱帯に向けて形成された穴
に、ケーシング管が挿入されるとともに、前記ケーシン
グ管内に、該ケーシング管よりも細いヒートパイプの蒸
発部側が挿入された構成のヒートパイプ式地熱抽出装置
において、前記ヒートパイプのうちケーシング管内に挿
入される部分に、その外面を覆う袋体が設けられるとと
もに、その袋体と前記ヒートパイプとの間に熱伝達媒体
を注入・排出する熱伝達媒体供給排出手段を備えている
ことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】この発明によれば、熱伝達媒体供給排出手段を
動作させて所定量の熱伝達媒体が袋体に注入されること
により、袋体が膨張して、その外表面とケーシング管の
内面とが密着する。ケーシング管と袋体との隙間（空
間）が熱伝達媒体によって満されるため、地熱帯からヒ
ートパイプへの熱伝達が良好に行われる。また、熱伝達
媒体は袋体の内部に保持されてケーシング管と直接接触
するものではないので、ケーシング管自体の水密性の高
さに拘らず熱伝達媒体が漏洩することがなく、またケー
シング管が腐食することもない。さらに袋体内の熱伝達
媒体を排出させれば、袋体が収縮し、ケーシング管と袋
体との間に隙間が生じるので、ケーシング管からヒート
パイプを引き抜くことができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１は、この発明のヒートパイプ式地熱抽出装
置を利用して電気を得るように構成した例を示す概略図
である。

【００１３】図において、地上から地下の高温の岩石１
５に向けて例えば５００ｍ程度の穴１６が掘られてい
る。この穴１６には、穴１６と外径・全長共にほぼ等し
い金属製のケーシング管１７が緊密に嵌合されている。
ケーシング管１７は、穴１６の崩壊を防止するための部
材であり、常時高温の地熱１８に晒されるものであるか
ら耐熱性に優れることが好ましい。具体的には、強度の
点で鋼管が好ましいが、特に熱伝導性を優先する場合に
は銅製の有底筒状が用いられている。

【００１４】そしてケーシング管１７の内部には、その
ケーシング管１７よりも若干外径の細いヒートパイプ１
９の一端部分、すなわち蒸気管２０が地上側から挿入さ
れている。蒸気管２０のうちケーシング管１７内に装着
される部分の外表の全面は、シース状の袋体２１によっ
て覆われている。したがって、ケーシング管１７と袋体
２１との間には隙間（空間）２２が設けられている。な
お、袋体２１の上端開口部分は適宜の手段によって密封
されている。この袋体２１は後述するように、その内部
（蒸気管との間）に熱伝達媒体２３が注入されるもので
あるから、弾性に優れていることが好ましく、また高温
の地熱１８に晒されることから、耐熱性の高い材料から
形成されることが好ましい。さらに、熱伝達媒体２３と
長期間に亘って接触させても腐食しない材料が採用され
る。ここでは一例としてポリプロピレンが用いられてい
る。

【００１５】一方、地上のヒートパイプ１９の近傍には
熱伝達媒体供給排出手段２４が備えられている。この熱
伝達媒体供給排出手段２４は、熱伝達媒体２３を一時的
に貯溜するタンク２５と、そのタンク２５に連通する管
路２６と、ポンプ２７とにより構成されている。管路２
６の開口端部が蒸気管２０と袋体２１との間に挿入され
ており、それらの間に熱伝達媒体２３を任意に注入およ
び抽出できるようになっている。また、熱伝達媒体２３
は、岩石１５から蒸気管２０内の作動流体２８への熱伝
達を促進するためのものであるので、可及的に熱伝導性
が良好でかつ蒸気管２０を腐食させないものが好まし
い。ここでは一例として純水やポリエチレングリコール
が用いられている。

【００１６】また、地上側に延出している蒸気管２０の
他端には、凝縮器２９が取付けられている。この凝縮器
２９は流量調整弁３０が介設された戻り管３１と接続し
ている。戻り管３１は、蒸気管２０の途中でその内部に
挿入され、蒸気管２０の下端の蒸発部３２に液相作動流
体２８を供給するように連通されている。すなわち、全
体としてほぼ閉じたループ状をなしている。その内部に
は、真空脱気した状態で、目的温度内で蒸発および凝縮
する水やアルコール等の流体が作動流体２８として封入
されている。

【００１７】前記凝縮器２９は、２本の管路３３，３４
を介して発電装置３５と接続している。一方の管路３４
にはポンプ３６が介設されている。すなわち、作動流体
２８が凝縮器２９に輸送した熱によって水蒸気を得て、
この水蒸気を発電装置３５に強制循環する構成となって
いる。

【００１８】つぎに、上記のように構成されたこの発明
の作用について説明する。まず地上において、熱伝達媒
体供給排出手段２４を動作させ、タンク２５に溜められ
ている熱伝達媒体２３を蒸気管２０と袋体２１との間に
注入する。蒸気管２０と袋体２１との間に所定量の熱伝
達媒体２３が注入されることにより、袋体２１が蒸気管
２０の周方向および下端方向に次第に膨張する。そして
ついには、図２に示すように袋体２１の外面とケーシン
グ管１７の内壁面とが密接する。すなわち、ケーシング
管１７と袋体２１との間の隙間２２が熱伝達媒体２３に
よって満たされる。このように熱伝達媒体２３が袋体２
１の内部に保持されて、ケーシング管１７と間接的に接
触するものであるから、ケーシング管１７が水密性の低
いものであっても熱伝達媒体２３は漏出せず、また長期
間に亘って使用してもケーシング管１７が腐食するおそ
れもない。ケーシング管１７は、地熱１８に晒されて常
時温度が高い状態となっているため、ケーシング管１７
の保有する熱が袋体２１を介して熱伝達媒体２３が伝達
される。そして熱伝達媒体２３が加熱されて蒸気や温水
となる。

【００１９】なお、熱伝達媒体２３をポンプ２７によっ
て汲み上げれば、袋体２１がその弾性によって収縮し
て、袋体２１とケーシング管１７との間に隙間２２が生
じるので、ヒートパイプ１９を容易に取り出すことがで
きる。

【００２０】ついで、流量調整弁３０が所定開度に開か
れる。凝縮器２９に溜められている液相の作動流体２８
が、その自重によって戻り管３１の内部を流下して蒸発
部３２に流入する。蒸発部３２は高温の熱伝達媒体２３
内に直接に配設されているから、作動流体２８が熱伝達
媒体２３の熱によって加熱され、速やかに蒸発する。蒸
気となった作動流体２８は内部圧力の低い凝縮器２９に
向けて流動を開始する。その作動流体蒸気２８は凝縮器
２９に流入し、そこで熱を奪われて凝縮する。このよう
な経緯で凝縮器２９に集められた熱により水が暖められ
て水蒸気に変換される。そして、この水蒸気が管路３３
によって発電装置３５に導かれ、発電に利用される。な
お、凝縮器２９の内部で液化した作動流体２８は戻り管
３１を経由して再度蒸発部３２に供給され、加熱されて
蒸気となり、以降同様の熱輸送サイクルが継続される。

【００２１】なお、地熱１８の抽出を停止する場合に
は、ヒートパイプ１９に備えられた流量調整弁３０を全
閉すれば、液相作動流体２８の蒸気管２０への新たな供
給がストップするため、ヒートパイプ１９としての機能
が一時的に停止する。

【００２２】このように、袋体に熱伝達媒体を注入する
ことによって、地熱帯からヒートパイプへの熱伝達を促
進させ、しかも熱伝達媒体とケーシング管とを直接に接
触させないので、熱伝達媒体の漏出を防止することがで
きる。そして、その結果、高い熱抽出能力を継続的に得
ることができる。また、袋体内の熱伝達媒体を排出する
ことによって、ケーシング管内に挿入したヒートパイプ
を容易に抜取ることができる。

【００２３】なお上記の実施例では、いわゆるループ型
のヒートパイプを採用して抽出した熱を発電に利用する
構成としたが、この発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、ヒートパイプは単管タイプであってもよ
く、また抽出した熱を融雪などに利用する構成としても
よい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ヒートパイプのうちケーシング管内に挿入される部分
に、その外面を覆う袋体を設けるとともに、その袋体と
ヒートパイプとの間に熱伝達媒体を注入・排出する熱伝
達媒体供給排出手段を備えたので、ケーシング管から熱
伝達媒体の漏出を未然に防止するがことができる。ま
た、熱伝達媒体がケーシング管内から漏出しないことに
よって、優れた熱抽出能力を長期に亘って確保すること
ができる。さらに、袋体から熱伝達媒体を排出させれ
ば、ケーシング管内からヒートパイプを抜取ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒートパイプ式地熱抽出装置の示す
概略図である。

【図２】ヒートパイプと袋体との間に熱伝達媒体を注入
した状態を示す概略図である。

【図３】従来の地熱抽出装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１５…岩石、 １６…穴、 １７…ケーシング管、 １
９…ヒートパイプ、２０…蒸気管、 ２１…袋体、 ２
３…熱伝達媒体、 ２４…熱伝達媒体供給排出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 江口 勝夫 北海道千歳市泉沢1007番地151 株式会社 北海道フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下の地熱帯に向けて形成された穴に、
   ケーシング管が挿入されるとともに、前記ケーシング管
   内に、該ケーシング管よりも細いヒートパイプの蒸発部
   側が挿入された構成のヒートパイプ式地熱抽出装置にお
   いて、 前記ヒートパイプのうちケーシング管内に挿入される部
   分に、その外面を覆う袋体が設けられるとともに、その
   袋体と前記ヒートパイプとの間に熱伝達媒体を注入・排
   出する熱伝達媒体供給排出手段を備えていることを特徴
   とするヒートパイプ式地熱抽出装置。