JPS58150076A - 昇温式地熱バイナリ−発電システム - Google Patents

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】 本発明はバイナリ一方式地熱発電システムに係り、特に
、低い温度の地熱水による発電サイクルを効率よく運転
するに好適な昇温式地熱バイナリ−発電システムに関す
る。

地熱発電プラントは地熱水の熱エネルギーで発電するも
のであろうこの種の発電プラントで問題になるのは、熱
回収の効率（発電効率）、地熱水中のシリカ成分による
シリカスケール対策および硫化水素ガス対策等であり、
これは発電方式と密接に関連している。発電方式は大別
して２つあり、そのうち１つはフラッシュ方式である。

これは蒸発缶で地熱水をフラッシュ蒸発させ、発生させ
た蒸気を直接タービンに導入するようにしたもので、こ
の方式では、温度降下に制限があり、熱回収を十分に行
なうことが出来ないという問題がある。

また、発生蒸気中にはシリカ成分がほとんど含まれてい
ないが、非凝縮性ガス中の硫化水素が配管、タービン翼
等に悪影響を及ぼすことが心配される。

現在稼動している発電プラントは、この方式のものが多
い。

他の方式はバイナリ一方式であり、これは、低沸点熱媒
体を用いるよう圧したもので、地熱水との熱交換は直接
あるいは間接々触形の熱交換器を用いて行なう。この方
式には低温度まで熱回収できるという利点があるが、熱
媒体の循環のためのポンプを必要とし、しかも、そのた
めの所要−カが大きいことが峻点とされている。ま九、
シリカスケールと硫化水素ガスの発生量は熱交換の方法
で左右され、一般に、一方がよければ他方の対策が必要
忙なる。

このような状況のため、今後の地熱発電システムは、生
産井から良質の蒸気が噴出する場所はしだいに堀りつく
され、熱水が得られる場合が多く、さらに　その温度も
しだいに低くなると考えられる。したがって、発電方式
もバイナリ一方式が今後の主流どなると予想される。

従来のバイナリ−発電システムの基本は第１図に示すよ
うに、蒸気タービン１００、発電機１１０゜凝縮器１２
０、ポンプ１３０、熱交換器１４０及び生産井１０、環
元井２０とから成っている。熱媒体２００は熱交換器１
４０により地熱水３００の熱エネルギを回収して蒸発し
、蒸気となってタービン１００へ導びかれるつこの環気
はタービン１００で膨張後、凝縮器１２０＋：凝縮し、
ポンプ１３０により再び熱交換器１４０へ導びかれる。

一方、地熱水は顕熱を消費して温度が下り、環元井２０
へ戻される。

本方式では硫化水素ガスの発生は防止できるが熱５ｅ換
ａｘ　４０内の伝熱面へのシリカスケールの析出が問題
となる。

シリカスケールの析出機構はその溶Ｓ賓が第２図に示す
ように正であることに起因している。即ち、地中では飽
和状轢で溶解していたシリカ成分は生産井１０から取り
出され、熱交換４１４０で温度が低下するとしだいに過
飽和状啼となり析出する。ここで、析出したシリカ成分
は過飽和状蝉になる際の経過時間及び温度レベルによっ
て、離不着性のコロイダルシリカとして熱水中に！濁し
ている場合と、付着力の強い場合とに分れ、後者では伝
熱管、管路等を閉塞するほど強固に付着する。

第１図に示す従来型バイナリ−発電システムでは温度低
下に伴い、付着力の強固なスケールが伝熱管へ付着する
。

従来型の熱交換器１４０では熱水温度Ｔａｓよりもター
ビン駆動用熱媒体温度ＴＨけ低くなる。

（第４図参照） この種のランキンサイクｎ、Ｊ／（おける理論効率りη
：＝（ｊ＊　−ｉ、　）／（ｉ、　−ｔ、　）で表わさ
れる。

ここに、　　１ｖ　、　１ｇ　＋　Ｉｍは第１図に示す
点３，４゜５における蒸気のエンタルピで’ｔ＝ｆ（Ｔ
ｍｌ　＠　Ｐａ、）で温度Ｔｍと圧力Ｐｍが高いほど効
率ηが上がることを示している。

したがって、従来型は各種要因によるＴＧＩの低下によ
りＴ□が低下し、発電効率すが低下する。

前述の地熱水の取得予想から発電効率の低下は免れない
状況にあろう 本発明の目的は、低い温度の地熱水を用いてそれよりも
高い温度のタービン駆動用蒸気を造り出すことにより、
発電効率が高く、シリカスケールの析出が抑制できる地
熱バイナリ−発電システムを提供するにある。

本発明の特徴は高温源に地熱水を用い、これを駆−源と
した吸収式ヒートポンプサイクルの一部と従来のバイナ
リ−発電サイクルの一部を組み合わせ、さらにシリカス
ケールの析出防止用熱水滞溜槽を設置し死点にある。

以下、本発明の一実施例を第３図により説明する。

吸収式昇温システムは蒸発器】０１０、吸収器１０２０
より成る希釈部１０００、再生器１１１０、凝縮器１１
２０よね成る濃縮部１１００、熱交換器１２００゜１３
００から構成される。

生産井ｌＯから噴出した地熱水３００は希釈部１０００
の蒸発器１０１０の熱交換器管内へ導びかれ、熱媒体４
００を蒸発させ、熱水の温度が低下する、蒸発した熱媒
体は吸収！ｘｏ２ｏに導びかれ、濃吸収液５００に接触
して凝縮する。この際に、凝縮熱及び吸収液５００の希
釈に伴う希釈熱が発生し、吸収器１０２０内の濃吸収液
５００が昇温する、この時、吸収器１０２０の熱交換器
管内はタービン駆動用熱媒体２００が流れており、濃吸
収液５００の保有する熱エネルギにより加熱され、蒸気
となってタービン１００へ導びかれる、 地熱水は、その後、熱交換器１３００により熱媒体２０
０を加熱し、さら忙、再生器１１１０へ導びかれる。

再生器１１１０へは吸収器１０２０で希釈された吸収液
５１０が導びかれ、先述の地熱水により加熱され　吸収
液中の熱媒体が蒸発し、吸収液が濃縮する。蒸発した熱
媒体は凝縮器１１２０へ導びかれる。凝縮器１１２０の
伝熱管内はタービンを駆動し、復水器１２０で冷却され
た熱媒体２００が流れており、この低温熱媒体により蒸
気が凝縮されろう濃縮された吸収液は熱交換器１２００
を経て、吸収１）１０２０へ導びかれる。一方、蒸気の
凝縮熱を得て温度が高められた媒体２００は熱交換器１
３００により、さらに、加温され吸収器１０２０へ導入
され、先述した凝縮熱及び希釈熱により、さらに、加熱
され蒸気となってタービンへ導入される。

地熱水は各部で熱を放出した後、環元井２０へ戻される
。

第４図は本発明の圧力一温度特性線図を示す。

地熱水の温度よりも高い温度のタービン駆動用蒸気を取
り出すことができる、 さらに、本発明の効果は第５図の実施例で示すシリカス
ケール防止装置１４００を設置した際に顕著に現われる
。

シリカスケールの析出機構は先述した通りであり、これ
の析出防止に各種方式が検討されているが、峻不着性の
コロイダルシリカとする方法が最も効果的、且つ安価で
ある。本方式は熱水を滞溜槽に入れて温度降下速度を調
整することＫより離不着性コロイダルシリカに変換する
もので、熱水の温度がある程度降下することは回避でき
ない。

ために１従来型の熱交換！１４０ではタービン駆動蒸気
温度が低下し、発電効率を著しく低下させる。これに対
し、本発明を適用すれば、コロイダルシリカ析出後の地
熱水の温度よりもタービン駆動用蒸気温度は高く、発電
効率を低下させることは少ない。

本発明の他の実施列を第６図に示す。先述の実施例では
比較的高温の概念から地熱水と限定したが、本発明は比
較的温度の低い、いわゆる、温泉水にも適用できるもの
で、その時の系統を第５図に示す。構成は第１図及び第
２図と同様であるが、冷却水２１０を用いる点が先の実
施例と異なる。

この場合には、例えば、冷却水として河川水を吏用した
時、温泉水との温度差により吸収液の濃縮を高いレベル
にすることができ、タービン駆動蒸気として充分適用で
きる温度の蒸気が発生する１本発明によれば、生産井か
ら得られる熱水（又は温泉水）よりも高い温度のタービ
ン駆動用蒸気が得られ、発電効率の低下を少なくし、且
つ、シリカスケールを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型地熱・（イナリー発電システムの系統図
、第２図はシリカスケールの成分である３ｉＱ、の溶解
度＃Ｉ図、第３図は本発明の昇温式地熱バイナリ−発電
システムの系統図、第４図は熱媒体と吸収液との圧力一
温度特性４１図、第５図。 第６図は本発明の他の実施例を示す系統図である。 ｔｏｏｏ・・・希釈部、１１００・・・濃縮８部、１３
００・・・熱交第２凹 ＰＨ（−〕 ＄３０ 型　／ｆｔ 第５図 第６函 第１頁の続き ０発　明　者　神林剛 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号株式会社日立製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸気タービン、発電機、復水器からなるバイナリ−
   代地熱発電システムにおいて、生産井からの熱水を駆動
   源とする吸収式ヒートポンプと、バイナリ−発電熱媒体
   を、前記熱水の温度より高めるように構成した熱交換系
   統と、前記熱水の滞溜槽とからなることを特徴とする昇
   温式地熱バイナリ−発電システムう