| 【発明の名称】 |
地熱発電装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】古栃 一夫
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| 【要約】 |
【課題】発電効率が良好であって、自然条件に左右されなく安定して電力を供給できる地熱発電装置を提供する。
【解決手段】上昇管を共通とし下降管をそれぞれ備えてなる熱水の循環系統と低沸点媒体の循環系統とを地下に埋設し、地上において、上昇管中に低沸点液体が気化した気泡と、気泡に随伴して揚水された熱水とを分ける分離装置を両循環系統の共通部中に設けるほか、分離された低沸点気体の液化装置を低沸点媒体の循環系統中に設け、熱水の下降管の中途に、熱水の落下により回転するタービンを設け、タービンの回転力により発電する地熱発電装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 上昇管を共通とし下降管をそれぞれ備えてなる熱水の循環系統と低沸点媒体の循環系統とを地下に埋設し、地上において、上昇管中に低沸点液体が気化した気泡と、気泡に随伴して揚水された熱水とを分ける分離装置を両循環系統の共通部中に設けるほか、分離された低沸点気体の液化装置を低沸点媒体の循環系統中に設け、熱水の下降管の中途に、熱水の落下により回転するタービンを設け、タービンの回転力により発電するように構成したことを特徴とする地熱発電装置。
【請求項２】 液化装置について、それと分離装置との間に、低沸点気体の圧力により回転するタービンを設け、タービンの回転力を液化に要する動力源としたことを特徴とする請求項１記載の地熱発電装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、火山地帯に設置される低沸点媒体を利用した地熱発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自然エネルギーの利用のうちでも、風力や太陽熱に比べると、地熱が変化なく比較的一定に得られやすい。しかも、日本は火山の分布が非常に多いことから、地熱発電が実施され、あるいはその提案が種々なされている。
【０００３】現在実施されている地熱発電は、水を地熱により気化させて水蒸気圧によってタービンを回転させて電力を得るものであるが、水を気化させる高温と共に多大な地熱エネルギーを要することから、余程恵まれた火山環境でない限り、恒常的な運転が保障されないため、フロリーナート等の低沸点媒体を利用する地熱発電装置が提案されている（特開昭５８−５４８５号公報）。
【０００４】同公報記載の地熱発電装置は、図４に示すように、低沸点媒体液を供給管５０により地下熱水層５１に送り込んで、熱水により揚水管５２の中で気化させ、その気泡を揚水管中に熱水を随伴させながら上昇することにより、気体の圧力を保たせ、地上によりその圧力でタービンを回転させ電気エネルギーに変換させるもので、地上に揚水された熱水は気泡と分離され下降管５５により地下に戻される。また、気化した低沸点媒体は、仕事が終ってから冷却装置５６により液化され、再度供給管５０により地下に気泡発生のため供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の地熱発電装置によれば、地熱により気化した低沸点媒体を回収後に再度利用することから、冷却装置により液化させるために、自然の冷媒を用いることができないならば、過大なエネルギー（主にコンプレッサーの運転電力）を要し、差引き期待する電力量が得られないという問題がある。ちなみに、この液化エネルギーを、例えば、風力、太陽熱で得ようとすれば自然条件に左右されるし、雪や水の冷媒を利用しようとすれば、火山地形上の条件からそれが困難な場合が多い。
【０００６】この発明は、上記のような実情に鑑みて、発電効率が良好であって、自然条件に左右されなく安定して電力を供給できる地熱発電装置を提供することを目的とした。
【０００７】
【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、上昇管を共通とし下降管をそれぞれ備えてなる熱水の循環系統と低沸点媒体の循環系統とを地下に埋設し、地上において、上昇管中に低沸点液体が気化した気泡と、気泡に随伴して揚水された熱水とを分ける分離装置を両循環系統の共通部中に設けるほか、分離された低沸点気体の液化装置を低沸点媒体の循環系統中に設け、熱水の下降管の中途に、熱水の落下により回転するタービンを設け、タービンの回転力により発電する地熱発電装置を構成した。
【０００８】上記の構成によれば、上昇管中を気泡と共に揚水された熱水は、分離装置を経て下降管に落下させ、その落差に伴うタービンの回転力により電力を得るものであるから、効率的に大きな電力が一定して得られる。また、分離装置から分離された低沸点気体の液化については、後記するように環境条件によって、液化装置の形態に様々の方式を採ることができるため、得られた電力を差引きすることなくそのままの量で送電できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明において、低沸点媒体とは、水の沸点よりも極低い温度で気化する液体であって、これには例えば常温近辺の温度（５〜３０℃）で沸騰するフッ素化合物としてのフロリナートを好適に使用することができる。また、低沸点液体の液化には、大気、積雪、川水等の自然条件を利用できれば、液化装置１１はその利用形態を採ることが望ましい。しかし、困難であれば、請求項２や後記実施例に示すように、気化圧力を利用する。また、これだけで不足する場合には自然条件と併用することもできる。
【００１０】また、地熱の循環系統１と低沸点媒体の循環系統２は、それぞれ配管により連続する形態（図１）と、火山の地下水としての熱水層２５を取り込む形態（図３）とがある。発電規模や火山地形的条件、使用目的等によりいずれの選定も可能である。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、低沸点媒体の気泡の上昇に随伴させて揚水した熱水を落下させて、水の位置エネルギーを電力に変換するものであるため、変換効率が良好であって、自然条件に関係なく安定して各種用途に必要な電力を供給できるという優れた効果がある。
【００１２】
【実施例】次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】図１および図２は、山小屋Ｈや一般家庭等の消費電力を賄える程度の小規模地熱発電装置Ｐａを示したもので、熱水の循環系統１と、低沸点媒体の循環系統２とを並列させ、その並列につき上昇管３を共通にさせ、地下において熱水の下降管５に発電器７のタービン８を設け、地上において熱水と低沸点気体６ｂとの分離装置９や液化装置１１等が装備される。
【００１４】熱水の循環系統１は、上昇管３と下降管５との間に地下の連結管１２と地上の分離装置９とを介在して構成されるもので、地下の縦寸法が約３ｍであって、地下２ｍ程度の箇所にタービン８が内装される。また、そのタービン８の回転軸１３が地上に出され、地上に発電器７が設けられる。なお、下降管５中の水位Ｌは、上昇管３中の熱水の上昇を助ける役目を果たす。
【００１５】低沸点媒体の循環系統２は、地下では下降管１５から上昇管３への導入管１７を設け、地上では分離装置９から液化装置１１への圧気管１９を設けてある。そして、圧気管１９の中にタービン１８を設けることにより、その動力を液化装置１１の駆動源としてある。２１が動力伝達軸を示す。
【００１６】液化装置１１により液化された低沸点液体６ａは、下降管５を流下して熱水の循環系統１の下端に注入されると、それまでに地熱により加熱されているので、上昇管３の熱水中を気泡となって上昇しそれからも熱を受けて気泡を増大させながら、熱水を随伴させて分離装置９に至り、そこで分離された熱水は下降管５中に落下してタービン８を回転させ、これで発電器７により電力が得られ、その電力が送電線２３を伝って小屋Ｈに供給される。
【００１７】図３は、地下の熱水層２５に至るまで配管する大規模な地熱発電装置Ｐｂを示したもので、前記実施例とは基本的には同じであるが、熱水の循環系統１と低沸点媒体の循環系統２とがそれぞれその熱水層２５を一部として取り込んでいる違いがある。また、熱水の下降管５の上端には、貯水池２７を設け、ここに一旦溜めてから落下させるようにして安定して電力が得られるようにしてある。さらに、下降管５が挿入されるケーシング２９の中に発電器７が内装される。また、別途ケーシング３０には上昇管３と低沸点液体６ａの下降管１５とが共に挿入されている。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９９０７７８５８
【氏名又は名称】古栃 一夫
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１５日（２０００．６．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３１２７
【弁理士】
【氏名又は名称】恒田 勇
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５６６（Ｐ２００１−３５５５６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１７９３２７（Ｐ２０００−１７９３２７） |
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