JPS625577Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、減圧式間接熱交換装置に関し、と
くに、珪酸分等のスケールの発生量が多く、かつ
非凝縮性ガス分を多量に含む地熱水を減圧して得
られる蒸気を熱媒体として、受熱水との間で間接
的に熱交換を行なわせる熱交換装置に関するもの
である。

従来、地熱水を与熱水として多管式、またはプ
レート式の熱交換器により受熱水との間で間接的
に熱交換を行なう方式は、地熱水に含有される珪
酸分等のスケールが、熱交換部の表面に付着蓄積
して熱交換能力が急速に低下する。このため、定
期的なスケール除去作業が必要となつて、多大の
維持管理費を要する欠点がある。

そこで、この欠点を除去する装置として、たと
えば、地熱水から蒸気を分離するための分離器
を、直列に少なくとも２段設けて最終段の分離器
内の圧力を大気以下に保ち、それぞれの分離器を
凝縮器に接続して、分離器で得られた蒸気を凝縮
器に導入し、この蒸気を、凝縮器内でスプレーさ
れている清水と接触させて加熱するようにしたも
の（特公昭54−17176号公報）、あるいは、与熱水
を内在した与熱槽の上部と、受熱水を内在した受
熱槽の水面下とを連絡するとともに、受熱槽の上
部とトラツプ水を内在したトラツプ槽の水面下と
を連絡し、さらに、トラツプ槽の上部に減圧装置
を連絡して、この減圧装置によりトラツプ槽を減
圧するとともに、受熱槽および与熱槽を減圧する
ことにより、与熱槽内の与熱水が自己蒸発して発
生した蒸気を受熱槽内の受熱水に吸収させて加熱
するようにしたもの（特公昭56−11862号公報）
等が提案されている。これらの装置は、何れも地
熱水（与熱水）から分離された蒸気を熱源として
清水（受熱水）と直接接触させて加熱するもので
あるため、地熱水中に含まれる珪酸分等のスケー
ルが熱交換器に付着蓄積することがなく、熱交換
能力の低下を防止することができ、スケール除去
作業が不要となる利点がある。しかし、地熱水に
は、その地質構造その他の条件によつて、珪酸分
等のほかに非凝縮性ガスを多量含有するものがあ
るが、このような地熱水を、上記の直接接触型の
熱交換装置に使用すると、これらの装置では、地
熱水から分離された蒸気中に非凝縮性ガスが除去
されずにそのまま含まれた状態で移行するから、
この蒸気によつて熱交換された受熱水中にも非凝
縮性ガスが含有されることになり、受熱水の水質
が変化または汚染して、その用途が制限されると
いう欠点がある。

また、地熱水のフラツシユ蒸発による蒸気を熱
媒体とする間接熱交換器を利用した装置として、
多段フラツシユ式間接熱交換器を用いてフラツシ
ユ室に地熱水を、熱交換部に被加熱媒体としての
水を供給し、高温の地熱水と被加熱媒体としての
低温の水とを熱交換させる装置において、各フラ
ツシユ室の圧力を検出し、所定値以上の圧力とな
つた時に冷却水をフラツシユ室内に噴射してフラ
ツシユ室内圧力を所定値に保持するようにした装
置（特開昭57−55356号公報）、最終段または任意
の段で得られた蒸溜水の一部または全部を、被加
熱媒体としての水に加えて熱交換部を通すように
した装置（特開昭57−55357号公報）、および熱媒
高温水を、最高温部のフラツシユ室から該フラツ
シユ室の圧力よりもわずかに低い圧力に保持した
脱気室に導いて噴射し、溶存気体を放散させて系
外に排出するとともに、脱気室底部から熱媒高温
水を取出すようにした装置（特開昭57−55358号
公報）等が提案されている。これらの装置は、何
れも、フラツシユ室で発生した蒸気を熱媒体とす
る間接接触型の熱交換装置であるから、熱交換部
に地熱水中のスケールが付着蓄積したり、非凝縮
性ガスが被加熱媒体の水に含有されることはない
が、フラツシユ室内の蒸気中の非凝性ガスの排出
手段がないか、あるいはその手段が不適当である
ため、フラツシユ室内の圧力を所定の大気圧以下
の圧力に保持することが困難であり、地熱水を大
気圧以下に減圧して自己蒸発を起させて効率のよ
い熱交換を行なわせることができないという欠点
がある。

この考案は、上記の欠点を解消するためになさ
れたものであり、この考案の目的は、与熱水のス
ケールによる熱交換能力の低下と、与熱水の非凝
縮性ガスによる受熱水の水質汚染とが併せて防止
できる減圧式間接熱交換装置を提供することにあ
り、またこの考案の目的は、減圧槽（与熱槽）内
の気圧を、減圧槽に熱交換器を介して接続された
トラツプ槽内のトラツプ水中を通して減圧するこ
とにより、与熱水の効果的な自己蒸発が可能とな
る減圧式間接熱交換装置を提供することにあり、
さらにこの考案の目的は、地熱水を熱媒体として
使用する場合に最も好適な減圧式間接熱交換装置
を提供することにある。

すなわち、この考案は図示する実施例のよう
に、与熱水が導入される減圧槽１０と、与熱水か
ら分離された蒸気と受熱水とを間接的に熱交換さ
せる熱交換器２４と、トラツプ水３４が収容され
たトラツプ槽３２の水面下とを順次直列に接続
し、前記トラツプ槽３２の上部に減圧装置３８を
連結するとともに、トラツプ槽３２内の気圧を大
気圧未満の所定圧力に保持する圧力制御装置４
１，４２を設けたことを特徴とする減圧式間接熱
交換装置に係る。

以下、この考案の実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図は、この考案の実施例を示す平面図、第
２図はその縦断側面図である。

上図において、符号１０は、減圧槽であり、そ
の側壁に制御弁１１を有する導水管１２が連結さ
れ、該導水管１２により地熱水（与熱水）を導入
する。減圧槽１０内の地熱水１４の水位は、フロ
ートスイツチ１６により検出して、この検出信号
に基づきリレースイツチ１７を介して制御弁１１
の開度が自動的に調節され、一定の流量を導入す
るようにしてある。減圧槽１０の底壁には、排水
管１８がポンプ１９を介して連結され、該ポンプ
１９は必要に応じ運転して、減圧槽１０内に導入
された地熱水１４を図示しない還元井等に流出さ
せる。また、減圧槽１０内には気水分離器２０を
設けて、地熱水１４から蒸発した蒸気中に含まれ
る水滴を分離して除去する。

上記の減圧槽１０の上部は、蒸気導入管２２に
より間接接触型の熱交換器２４の蒸気流通部２５
の入口に接続されている。この熱交換器２４の清
水流通部２６は、波形プレート状に成形され、該
清水流通部２６の下端入口と上端出口には、それ
ぞれ清水入口管２７と清水出口管２８が接続して
ある。

上記の熱交換器２４の蒸気流通部２５の出口に
は、トラツプ２９を介在させて流出管３０を接続
し、該流出管３０の下部は、トラツプ槽３２に収
容されたトラツプ水３４の水面下に没入させてあ
る。符号３５はフロートスイツチである。

上記のトラツプ槽３２には、送水管３６がポン
プ３７を介して連結されている。このトラツプ槽
３２の上端部は、蓋３３を被せて密閉されてお
り、該蓋３３には、減圧装置（たとえば真空ポン
プ）３８が制御弁３９を介して配管４０により接
続されている。また、蓋３３には、トラツプ槽３
２内の気圧を検出するセンサー４１を取付け、該
圧力検出センサー４１と前記減圧装置３８、およ
び、制御弁３９とは、それぞれ圧力設定器４２と
電気的に接続してある。

この圧力検出センサー４１による検出信号は圧
力設定器４２に送られ、圧力設定器４２の設定圧
力に基づいて減圧装置３８の運転を制御するか、
あるいは制御弁３９の開度を調節して、トラツプ
槽３２内の気圧が大気圧未満の所定圧力を保つよ
うに減圧する。

かくして、トラツプ槽３２内を減圧することに
より、トラツプ槽３２内のトラツプ水３４の水面
下と流出管３０を介して接続されている熱交換器
２４の蒸気流通部２５が減圧され、さらに、該蒸
気流通部２５の減圧により蒸気流通部２５と蒸気
導入管２２を介して接続されている減圧槽１０内
が減圧されることになる。

上記構成の熱交換装置を用いて行なつた実施結
果について説明すると、減圧装置３８を運転して
トラツプ槽３２、および熱交換器２４を介して減
圧槽１０内の気圧を0.203Kg／cm²Abに減圧し、こ
の状態を保持して100℃の地熱水100t／ｈを導水
管１２から減圧槽１０内に導入した。減圧槽１０
内に導入された地熱水１４は、0.230Kg／cm²Abの
圧力に対応する飽和温度60℃となるまで自己蒸発
し、これによつて発生した60℃の蒸気１５6.4t／
ｈが、気水分離器２０を通り水分を分離して熱交
換器２４の蒸気流通部２５に導入された。熱交換
器２４の清水流通部２６には、15℃の清水100t／
ｈを清水入口管２７から供給して前記蒸気１５に
より熱交換させ、これにより、55℃に加熱された
清水が、清水出口管２８から流出した。この清水
は、地域暖房およびその他の給湯先に送つて利用
した。一方、熱交換器２４において清水との熱交
換により凝縮熱を放出した蒸気の凝縮水6.4t／ｈ
が、流出管３０を経てトラツプ槽３２に流出し
た。凝縮水の温度は約30℃であつた。トラツプ槽
３２内に流出した凝縮水は、その水位をフロート
スイツチ３５で検出して、一定水位を超えたとき
にポンプ３７を運転し、送水管３６により別途需
用先に送つて利用した。

この凝縮水には、塩分等の不純物がほとんど含
まれず、純度の高い温水として使用することがで
きる。

地熱水中に含まれている非凝縮性ガスは、蒸気
に随伴して熱交換器２４に入り、凝縮水とともに
トラツプ槽３２に排出されるが、トラツプ槽３２
内の上部に溜つた非凝縮性ガスは、減圧装置３８
により排出されるので、トラツプ槽３２内の減圧
状態の保持に支障を来すことはない。

熱交換させる清水は、地表水（河川水）を使用
したが、地下清水その他の清水を受熱水として適
宜使用することができる。

第３図ないし第５図は、この考案の他の実施例
であり、第１減圧槽１０ａと第２減圧槽１０ｂと
を連続して設置し、第１減圧槽１０ａには制御弁
１１を有する導水管１２が連結され、該制御弁１
１には水位検出用のフロートスイツチ１６がリレ
ースイツチ１７を介して接続してある。第２減圧
槽１０ｂには、排水管１８がポンプ１９を介して
連結してある。導水管１２から第１減圧槽１０ａ
に導入した地熱水１４ａは、第２減圧槽１０ｂと
の間の隔壁に設けられたオリフイス１３を通つて
第２減圧槽１０ｂに導入され、排水管１８および
ポンプ１９を経て図示しない還元井等に流出す
る。また、第１および第２減圧槽１０ａ，１０ｂ
には、それぞれ気水分離器２０ａ，２０ｂが設け
てある。この第１減圧槽１０ａと第２減圧槽１０
ｂの上部は、それぞれ蒸気導入管２２ａ，２２ｂ
により第２熱交換器２４ｂと第１熱交換器２４ａ
との蒸気流通部２５ｂ，２５ａの入口に接続さ
れ、蒸気流通部２５ａ，２５ｂの出口が、それぞ
れトラツプ２９ａ，２９ｂと流出管３０ａ，３０
ｂとを介して第１トラツプ槽３２ａと第２トラツ
プ槽３２ｂとに接続され、該流出管３０ａ，３０
ｂの下部は、それぞれトラツプ水３４ａ，３４ｂ
の水面下に没入させてある。符号３５ａは、トラ
ツプ水３４ａの水位を検出するフロートスイツチ
である。

第１トラツプ槽３２ａと第２トラツプ槽３２ｂ
との間には、ポンプ４４を介在させた流水管４５
が、第２トラツプ槽３２ｂには、送水管３６ｂ
が、それぞれ配設されている。

第１トラツプ槽３２ａの上端部には、密閉用の
蓋３３ａを被着し、この蓋３３ａには、制御弁３
９を有する配管４０により、減圧装置３８を接続
するとともに、圧力検出センサー４１を取付け、
減圧装置３８、制御弁３９および圧力検出センサ
ー４１を、それぞれ圧力設定器４２に電気的に接
続することにより、第１トラツプ槽３２ａ内の気
圧を減圧して大気圧未満の所定圧力に保持する圧
力制御装置を構成している。

また、前記第１熱交換器２４ａと第２熱交換器
２４ｂとの清水流通部２６ａ，２６ｂは、制御弁
４６を有する連結管４７によつて接続され、第１
熱交換器２４ａの清水流通部２６ａの入口には、
清水入口管２７が、第２熱交換器２４ｂの清水流
通部２６ｂの出口には、清水出口管２８が、それ
ぞれ接続してある。

上記の熱交換装置においては、減圧装置３８に
より第１トラツプ槽３２ａ内を減圧すると、第１
トラツプ槽３２ａ内のトラツプ水３４ａの水面下
と流出管３０ａを介して接続されている第１熱交
換器２４ａの蒸気流通部２５ａが減圧され、該蒸
気流通部２５ａの減圧により、蒸気流通部２５ａ
と蒸気導入管２２ｂを介して接続されている第２
減圧槽１０ｂ内が減圧され、さらに、第２減圧槽
１０ｂとオリフイス１３を介して連通している第
１減圧槽１０ａ内が減圧され、第１減圧槽１０ａ
の減圧により、蒸気導入管２２ａを介して接続さ
れている第２熱交換器２４ｂの蒸気流通部２５ｂ
が減圧されることになる。第２トラツプ槽３２ｂ
は密閉されていないので、設置個所の標高に対応
する大気圧に保たれている（この実施例では0.85
Kg／cm²Ab）。

上記の熱交換装置によると、第１トラツプ槽３
２ａ内の気圧を0.20Kg／cm²Abに減圧して、第２
減圧槽１０ｂ内を0.20Kg／cm²Ab、第１減圧槽１
０ａ内を0.86Kg／cm²Abとした場合、この減圧状
態の下で、第１減圧槽１０ａに導入する地熱水の
温度を130℃、圧力を2.75Kg／cm²Ab、流量を
100t／ｈとして、この地熱水を20℃の清水100t／
ｈと熱交換させることにより、90℃の清水100t／
ｈと57℃の凝縮水10.8t／ｈとを得ることができ
る。

すなわち、第１減圧槽１０ａ内に導入された
130℃、100t／ｈの地熱水１４ａは、0.86Kg／cm²
Abの圧力に対応する飽和温度95℃となるまで自
己蒸発して95℃の蒸気5.5t／ｈが発生し、95℃に
なつた残部の94.5t／ｈの地熱水１４ｂが、オリ
フイス１３を通つて第２減圧槽１０ｂに導入され
て、0.20Kg／cm²Abの圧力に対応する飽和温度60
℃となるまで再び自己蒸発して60℃の蒸気5.3t／
ｈが発生し、60℃になつた残部の89.2t／ｈの地
熱水は、図示しない還元井等に流出させる。

第１減圧槽１０ａで発生した95℃の蒸気１５
a5.5t／ｈは、第２熱交換器２４ｂに導入され、
第２減圧槽１０ｂで発生した60℃の蒸気１５
b5.3t／ｈは、第１熱交換器２４ａに導入され
る。

第１熱交換器２４ａに供給された20℃、100t／
ｈの清水は、第２減圧槽１０ｂから導入された蒸
気１５ｂにより55℃に加熱されて第２熱交換器２
４ｂに送られ、第２熱交換器２４ｂにおいて、第
１減圧槽１０ａから導入された蒸気１５ａにより
さらに90℃に加熱される。この90℃、100t／ｈの
清水は需要先の温水として各種用途に使用するこ
とができる。

また、第１熱交換器２４ａにおいて凝縮熱を放
出した蒸気は、40℃、5.3t／ｈの凝縮水となつて
第１トラツプ槽３２ａに流出し、第２熱交換器２
４ｂにおいて凝縮熱を放出した蒸気は、75℃、
5.5t／ｈの凝縮水となつて第２トラツプ槽３２ｂ
に流出する。

第１トラツプ槽３２ａに流出した凝縮水の水面
が一定水位を超えるとフロートスイツチ３５ａが
作動してポンプ４４が駆動され、第１トラツプ槽
３２ａ内の凝縮水が第２トラツプ槽３２ｂへ送ら
れて第２トラツプ槽３２ｂ内の凝縮水と混合し、
57℃の温水となる。この57℃の温水10.8t／ｈ
は、前記第１および第２熱交換器２４ａ，２４ｂ
で得られた清水とは別途の用途に使用することが
できる。

第６図は、上記の地熱水、清水、凝縮水の各部
における流量、圧力、温度、エンタルピの関係を
フローシートで示したものである。同図におい
て、Ｗ_Hは地熱水、Ｓは蒸気、Ｃは凝縮水、Ｗ_Cは
清水をそれぞれ示し、Ｑは流量（ｔ／ｈ）、Ｐは
圧力（Kg／cm²Ab）、Ｔは温度（℃）、i₁は地熱水の
エンタルピ（Kcal／Kg）、i₂は蒸気のエンタルピ
（Kcal／Kg）である。

上記各実施例において、清水の加熱温度は、減
圧槽に導入する地熱水と熱交換器に供給する清水
との温度および流量によつて、トラツプ槽内の圧
力を所定温度に対応する飽和圧力となるように減
圧することにより、任意に設定することができ
る。

以上説明したように、この考案は、地熱水（与
熱水）の減圧により自己蒸発した蒸気を熱媒体と
して、間接接触型の熱交換器を用いて清水（受熱
水）を加熱するものであるから、地熱水中に含ま
れている珪酸分等のスケールが熱交換部に付着蓄
積することがなく、高効率の熱交換が可能となる
だけでなく、地熱水中に含まれている非凝縮性ガ
スが清水に混入して水質を汚染させることもない
ので、清水の用途に制限を受けることなく、広範
囲の分野で利用することができる。

また、この考案は、減圧槽を熱交換器を介して
トラツプ槽の水面下に接続して、トラツプ槽内の
上部を減圧することにより、トラツプ槽内に凝縮
水に伴つて流出した非凝縮性ガスの排出が可能と
なるとともに、熱交換器と減圧槽との減圧がトラ
ツプ槽内のトラツプ水中を通して行なわれるか
ら、熱交換器と減圧槽との減圧状態を安定して維
持することができ、地熱水の減圧による自己蒸発
がきわめて効果的となる。

さらに、この考案によれば、地熱水から蒸発し
た蒸気の凝縮水を温水として各種用途に使用する
ことができるから、水資源の有効利用が可能とな
り、また、得られた凝縮水の分だけ還元井等に流
出させる地熱水の流量が減少するから、還元処理
が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の実施例を示す平面図、第
２図は、その縦断側面図、第３図は、この考案の
他の実施例を示す平面図、第４図は、第３図のＡ
−Ａ線断面図、第５図は、第３図のＢ−Ｂ線断面
図、第６図は、地熱水、清水、凝縮水のフローシ
ート図である。 図中、１０は減圧槽、２４は熱交換器、３２は
トラツプ槽、３４はトラツプ水、３８は減圧装
置、４１は圧力検出センサー、４２は圧力設定器
である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 与熱水が導入される減圧槽と、与熱水から分離
   された蒸気と受熱水とを間接的に熱交換させる熱
   交換器と、トラツプ水が収容されたトラツプ槽の
   水面下とを順次直列に接続し、前記トラツプ槽の
   上部に減圧装置を連結するとともに、トラツプ槽
   内の気圧を大気圧未満の所定圧力に保持する圧力
   制御装置を設けたことを特徴とする減圧式間接熱
   交換装置。