JPS60148991A - 坑井内蒸気タ−ビン駆動式ダウンホ−ルポンプの駆動装置 - 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】 本発明は主として熱水を湧出する熱水生産井を含んだ地
熱利用のプラントに用いられる熱水生産井のダウンホー
ルポンプに関する。

蒸気の自噴しない熱水を多量に含んだ地熱井より熱水を
汲み上げる場合にはラインシャフト式、坑井内モータ駆
動式、坑井内タービン駆動式のダウンホールポンプが使
用される。

ラインシャフト式は設置深度に限界があり、坑井内モー
タ駆動式には電気絶縁の関係上使用温度に限界がある。

坑井内蒸気タービン駆動方式は深度、温度の制約がなく
、深部の高温使用にも適しており有効であるがエネルギ
ー回収率が悪い。

本発明はダウンホールポンプに坑井内蒸気タービンを用
いる場合のエネルギー回収率の向上を計ることを目的と
する。

本発明は、熱水生産井の地下熱水を取出す坑井内蒸気タ
ービン駆動式ダウンホールポンプの駆動装置において、
ダウンホールポンプが汲み上げた熱水の一部を用いて蒸
気を発生する手段が発生する蒸気により坑井内蒸気ター
ビンを駆動させるものである。

以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明の実施例のフローシートである。

／は主として熱水を湧出し蒸気を含むこともある熱水生
産井、コは熱水生産井／から熱水を供給された地熱バイ
ナリ−発電プラント３にて熱エネルギを回収され低温度
となった熱水を地下に還元する還元井である。ダは蒸気
発生装置、ｊは復水装置である。

熱水生産井ｌは高温の熱水を湧出する井戸であって地上
で蓋／１）により密閉されている。

熱水生産井／中にはダウンホールポンプ６が納められて
いる。ダウンホールポンプ６は上部の蒸気ターピンクの
出方軸が下部の熱水ポンプｔのポンプ軸に連結されて蒸
気タービン７と熱水ポンプｔのケーシングが締結されて
全体は細長い円筒状となっている。熱水ポンプｔは下部
の吸込ストレ←す９より吸込まれた熱水生産井ｌ中の地
熱水が内部の羽根車により増速昇圧されて熱水ボンブタ
の上部から熱水ポンプ９と蒸気タービン７との連結部に
通じてその外周で開口する地熱水の吐出口／ｌから吐出
されるもので熱水ポンプｔのケーシング外周と熱水生産
井／の壁面間はパッカーノコにより密閉されている０ 熱水生産井／のパッカー／、２より下方は地熱水の湧出
部であり、パッカーｌコより上部の熱水生産井ｌの壁面
と蒸気ターピンク、外筒／３間は地熱水吐出通路／グと
なっている。

ダウンホールポンプ６は上端が熱水生産井の蓋／ｂに固
定され、下端が蒸気タービン７の上端に固定された外筒
１３により吊下げられている。

外筒／３中には駆動蒸気入口通路／Ｓを形成するように
間隙をおいて内筒１６が挿入保持されており、内筒１６
は一端が排気管／りに連結され、他端は蒸気タービン７
の募気出口に連通ずるように連結されており、内筒／６
内は駆動蒸気排気通路１ｇとなっている。駆動蒸気入口
通路／３は地上の給気管／９と蒸気ターピンクの蒸気入
口を連通している。

還元井コは熱水生産井ｌの地熱水の産出に影響のない位
置において熱水生産井／の地熱水の産出する地層に地下
でつながる地層まで掘削した井戸で地上において蓋、２
ａにて密閉しである。

地熱バイナリ発電プラント３は次のとおりである。

熱水生産井／を密閉した蓋／１）に設けた熱水出口／ａ
から還元井コへ熱水を送液する熱水供給管、２　／　ａ
、熱水主管コｌｂ１熱水−次配管：１／Ｃが分岐イ、合
流点口でつながってなる熱水配管Ｊ／中に熱交換要素コ
コａを備えた熱交換器ココと、熱交換器−一の熱媒体出
口ココｂにその蒸気入０．２３ａが配管を介して連結さ
れた熱媒体蒸気タービンコ３と、該蒸気タービンコ３の
出力軸に連結された発電機−２グと、その排気入口が熱
媒体蒸気タービンコ３の排気口２ｏｂに連通ずる凝縮器
コ５と、吸込口が凝縮＼ 器、２よの出口に連通し、吐出口が熱交換器の熱媒体入
口−−〇に連通ずる熱媒体用ポンプ２６とからなる。熱
交換器２コ、蒸気タービン２３、凝縮器コＳ、ポンプコ
ロからなる閉管路中には熱媒体が封入しである。

蒸気発生装置は熱水供給管コ／ａから分岐イにて分れた
分岐管コアに吸込口が連結された給水ポンプｓｒと、そ
の熱水入ロー２９ａが給水ポンプλｇの吐出口に連通し
、その熱水出口４９に＋が出口配管３１により熱水配管
、２／に合流点口にて結合され、その蒸気出口２９０が
駆動蒸気入口通路ｌｌＩに連通ずる給気管／９に連結さ
れた蒸気発生器コ９とからなる。

蒸気発生器コｔには蒸気タービン７を始動させるため並
びに蒸気タービン７に供給する蒸気を乾かすために加熱
装置を附設する場合もある。

復水装置ｊは次のとおりである。

その排気取入ログ／ａが排気管／７に連結され、その内
部の散水器４ｔ／ｃに通ずる冷却水入口が冷却水ポンプ
４（Ｊの吐出口に連通し、温水出口４（／ｄを備えた凝
縮器Ｆ／と、吸込口が凝縮器４Ｚ／の温水出口４１／（
ｌに連通した温水ポンプグ３と、その内部の散水器タグ
＆に通ずる入口が温水ポンプダ３の吐出口に連通し、該
散水器１Ｉｐａの散布する液体を冷却する送風機１ＩＩ
Ｉｂを備え、冷却した水の出口ａ４ｔｃが冷却水ポンプ
１．２の吸込口に連通ずる冷却塔ｐ４ｔと、冷却水ポン
プクコとからなる。

以上の本発明の実施例の作用を説明すれば以下のとおり
である。

ダウンホールポンプ６の始動は給気管１９と駆動蒸気入
口通路１５を通じて蒸気発生器コ９に附設した加熱装置
にて系内の蒸気或はその他の系外の蒸気発生手段から蒸
気タービン７に供給される。

蒸気タービン７の回転により熱水ポンプｔにより汲み上
げられる地熱水は吸込ストレーナタから吸込まれ増速昇
圧されて地熱水吐出口ｌ／から地熱水吐出通路／４ｔを
通じて地上に送られる。

地熱水吐出−路／４（から熱水出口／ａに至り、熱水供
給管コ／ａ、熱水主管コ／ｂ１熱水−次配管、２／Ｑか
らなる熱水配管二）をとおる地熱水は熱交換器の熱交換
要素２コａの外側をとおる熱媒体を加熱して蒸発させ、
自らは温度を下げて還元井ユに戻り、地下に還元される
。

熱交換器、２コでは前述の熱交換要素−２Ｊａを通じて
加熱された熱媒体は熱媒体量０．２λｂから蒸気タービ
ンコ３の蒸気入０．２３ａに至り、蒸気タービン、２３
は熱媒体の熱、圧力エネルギーを回転力に変換し、発電
機２ダを駆動する。

発電機ｕ４Ｚの出力は地熱バイナリ発電プラント３の出
力となるものである。蒸気タービンコ３でエネルギーを
回収された熱媒体は排気ロー２，７ｂから凝縮器コ３に
流れ、凝縮器２３で凝縮する。

凝縮器２まで凝縮した熱媒体は熱媒体用ポンプコロによ
り熱交換器２コの入０．２．２０に送られ、熱交換器−
一を通じて循環する。

蒸気ターピンクの回転により、始動時及び定常状態にお
いて上述と同様の地熱水が流れると共に始動後及び定常
状態において以下のとおり分岐して地熱水は流れる。

熱水供給管ユ／ａを流れる熱水の一部は分岐イから分岐
管、２７をとおって給水ポンプ、２ｇに向い給水ポンプ
２ｔにて昇圧されて熱水人ロコ９ａから蒸気発生器ユデ
に入って減圧され、減圧に際して発生する蒸気は蒸気出
０．２９Ｃから送り出され、一方減圧され熱水のまＸ残
った液体は出口配管３１を流れて合流点口で熱水配管−
ｌに合流する。蒸気出口コ９０から給気管／９、駆動蒸
気入口通路ｌＳを通じて蒸気ターピングに蒸気は供給さ
れる。

かくして定常状態においては熱水生産井ｌの地熱水を蒸
気タービン７が附勢する熱水ポンプｇにより、汲み上げ
た地熱水を蒸気発生器、２９を通じて蒸気に変換して蒸
気ターピンクが運転される。尚、蒸気発生器ユタに加熱
装置を附設することにより高エンタルピの蒸気として蒸
気タービン７に供給すると蒸気タービン７は小型化し、
蒸気タービン７の効率は良好となる。

蒸気タービン７の排気は駆動蒸気排気通路／ｇをとおり
、排気管／７を通じて排気取入口ｐ７ａから凝縮器ダ／
に入る。凝縮器ダｌではか＼る蒸気タービン７の排気を
散水器ｌ／Ｃから散布される冷却水を直接混合冷却して
液化し、高温水化し槽底の温水出口ｐ／ｄから配管を介
して温水ポンプ４１３に吸込まれて温水ポンプダ３によ
り冷却塔＋＋に送られ、冷却塔４ｔｐでは送り込まれた
高温水を散水器１Ｉ４１ａにて散布し、散布した高温水
に送風器＋４Ｉｂにて外気を送り込み冷却する。高温水
が冷却する際に発生する蒸気は送風器ｌＩ弘すと冷却塔
ダダの上部開口周壁との間から大気中に放出され、冷却
された冷却水は冷却水の出口ｌＩ４＜ｃから配管を通じ
て冷却水ポンプダコに吸込まれ、冷却水ポンプダコの吐
出口から配管を通じて凝縮器＆／の散水器ｐ７ｃに入り
散布循環する。

本発明は熱水を多量に含んだ地熱生産井に蒸気タービン
と一体的のポンプを設置し取出された熱水の山部を用い
て蒸気を発生する手段を備え、該蒸気を発生する手段が
発生する蒸気を坑井内蒸気タービンに供給する配管を供
えたから、地上に電動機、蒸気タービンを備えてライン
シャフトで坑井内のポンプを駆動するのに比べて深い熱
水生産井に用いることができる。地熱バイナリ−発電プ
ラントの出力を用いて電動機でダウンホールポンプを駆
動する場合は熱媒体蒸気タービンの全効率η１とダウン
ホールポンプの蒸気タービンの全効率を等しいとして熱
交換器の効率ηい発電機の全効率ηいダウンホールポン
プを駆動する電動機の効率をη工とするとη１・η４・
ηユの効率となるが本発明ではわずかに給水ボンプコｔ
の効率η、が関係するだけであり、効率がよい。

【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。 ／・・熱水生産井　／ａ−φ熱水出口　／ｂ・・蓋　２
＃・還元井　コａ・−・蓋　３・・バイナリ−発電プラ
ント　ａ・φ蒸気発生装置ヨー争復水装置　ｌ−−・ダ
ウンホールポンプ７・・蒸気タービン　ｔ・・熱水ポン
プ　タ・・吸込ストレーナ　ｌ／・［相］吐出口　／Ｕ
・・パッカー　／３°・外筒　／４＜・・地熱水吐出通
路　１５・・駆動蒸気入口通路　／６・・内筒　１７・
φ排気管　１ｇ・・駆動蒸気排気通路　１９・・給気管
　、２／・・熱水配管　コ／ａ・・熱水供給管　、２１
ｂ・・熱水主管　！１０・・熱水−欠配管　２コ・・熱
交換器　コニａ・・熱交換要素　２コｂ・・熱媒体出口
　、２．２０・・熱媒体入口　２Ｊ・・熱媒体蒸気ター
ビン２ｊ　ａｅ　ｅ蒸気入口　、２Ｊ１）−−排気０．
２４１・・発電機　コ！・・凝縮器　コロ・・熱媒体用
ポンプ　２７０−分岐管　２１・・給水ポンプ　ユ？・
・蒸気発生器　Ｊ９ａ・・熱水入０．２９１）・・熱水
出口　２９ＣΦ・蒸気出口３／・・出口配管　ｔ／・舎
凝縮器　ダ／ａ・・排気取入口　Ｉｆ　／　Ｃ＋＋　書
散水器　＋／ｄ・・温水出口　ｌＩλ・・冷却水ポンプ
　弘３・・温水ポンプ　ダダ・−冷却塔　ダダ＆−・散
水器グダｂ・・送風器　ダ４Ｉｃ・・出口　イ・・分岐
　口・・合流点。 特許出願人　株式会社荏原製作所 代　理　人　新　井　−部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ　地下熱水を取り出す坑井内蒸気タービン駆動式ダウ
   ンホールポンプにおいて、熱水を多量に含んだ熱水生産
   井に前記ポンプを設置し、取出された熱水の一部を用い
   て蒸気を発生する手段を備え、該蒸気を発生する手段が
   発生する蒸気を坑井内蒸気タービンに供給する配管を供
   えたことを特徴とする坑井内蒸気タービン駆動式夕）ラ
   ンホールポンプの駆動装置。