(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地熱生産井から蒸気と共に生産される熱水を、気水分離器により蒸気から分離した後、配管を通して下流側へ供給する地熱熱水処理装置において、
前記配管の内側に、該配管より小径のガイド管が軸方向に沿って配設され、
該ガイド管の上流端近傍の周縁部内側に、前記配管内を流れる熱水中に酸を注入する酸供給管の開口部が配設されると共に、
前記ガイド管が、前記酸供給管の開口部から注入される酸により発熱して発生する水蒸気泡が前記熱水に伴って移動する間に消滅する長さに設定されていることを特徴とする地熱熱水処理装置。
【請求項２】
前記ガイド管が、前記配管と同軸に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の地熱熱水処理装置。
【請求項３】
前記ガイド管が、耐食性材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱熱水処理装置。
【請求項４】
前記酸供給管の開口部が、前記ガイド管内に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地熱熱水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱熱水処理装置に係り、特に地熱発電に使用される地熱蒸気生産井から蒸気と共に生産される熱水を適切に処理する際に適用して好適な地熱熱水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱発電所において、地熱生産井から流出する熱水の処理に当たり、熱水中に含まれるシリカ成分が析出し、配管内にスケールとして付着して閉塞させることが問題となっている。
【０００３】
このようなシリカ成分の析出を抑制するために、例えば硫酸、硝酸等の無機酸を添加してｐＨを下げる調整が行われている。その調整に際しては、ｐＨを下げすぎると機器の酸腐食が問題となるので、シリカ成分析出の抑制効果と機器材料の耐食性とを勘案して酸の添加量が決められることになる。
【０００４】
ところが、添加した酸が完全に混合した場合の酸濃度（もしくはｐＨ）を想定して、その添加量が決められているため、添加した酸が十分に混合せずに高濃度のまま配管内壁面や機器表面に到達すると、結果的に酸腐食の問題が生じることになる。そのため、例えば配管に酸を注入する場合には管の中央部分に供給口を配設し、管の軸方向に流出させることが一般に行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１や２では、図１に特許文献１の例を示すように、生産井１より生産される地熱蒸気及び熱水は、配管２を介して気水分離器３に供給されて地熱蒸気と熱水とに分離された後、地熱蒸気は配管４から取り出されて図示しないタービンへ供給されると共に、熱水はレベルヘッダーＬ・Ｈを経て熱交換器７に供給され、ここで暖房等の熱源として利用された後、還元井８から地下に還元されるようになっている地熱蒸気生産設備において、前記気水分離器３で分離された熱水の配管５中に、酸容器６から酸を直接注入しｐＨを調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−５１３９３号公報（図１）
【特許文献２】特開平１０−２０５２６６号公報（図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、通常、酸を水中に添加すると希釈熱が発生する。又、地熱熱水には様々な成分が溶解していることから、酸がその成分と反応して反応熱を発生する場合もある。
【０００８】
一般に、気水分離器３から分離した熱水は沸点より少し温度の低い程度のほとんど気液飽和条件に近い状態にあるため、酸を注入した際の希釈熱や反応熱により、特に発熱量の大きい酸液と熱水の混合界面付近では、熱水温度が沸点に達し、沸騰して水蒸気泡が発生しやすい。このように発生した水蒸気泡は、浮力により配管内を鉛直上方に力を受けるため、図２に水平配管の場合を示す如く、発生した水蒸気泡Ｂに同伴される形で酸供給管１４の開口部１４Ａから注入された酸液Ａが上方に移動し、配管５の天部内壁に高濃度の酸液Ａが到達し、その表面を腐食するという問題が生じる。
【０００９】
この問題を避けるために、水平配管でなく鉛直配管に酸を供給することも考えられるが、この場合には設備上の高さの制約などから注入部前後の管長を長く確保することは困難であることが多いため、注入部近くの上流や下流にエルボ等の曲がり配管が配設されることになり易い。この場合には、図３に注入部下流側（図の上方）に曲がり配管１１がある場合を示すように、曲がり部で、熱水の流れる方向が管中心からずれる偏流Ｃが発生することになるため、曲がり配管内壁に高濃度の酸液が到達しやすくなり、同様の懸念が生じる。これは、図４に示すように、注入部上流側（図の下方）に曲がり配管１１がある場合でも、同様である。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、熱水を水平配管で供給する場合でも、該熱水中に酸を注入して均等に混合することができ、従って該酸により配管の内壁面が腐食されることを確実に防止することができる地熱熱水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、地熱生産井から蒸気と共に生産される熱水を、気水分離器により蒸気から分離した後、配管を通して下流側へ供給する地熱熱水処理装置において、前記配管の内側に、該配管より小径のガイド管を軸方向に沿って配設し、該ガイド管の上流端近傍の周縁部内側に、前記配管内を流れる熱水中に酸を注入する酸供給管の開口部を配設すると共に、前記ガイド管を、前記酸供給管の開口部から注入される酸により発熱して発生する水蒸気泡が前記熱水に伴って移動する間に消滅する長さに設定することにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
ここで、前記ガイド管を、前記配管と同軸に配設することができる。
【００１４】
又、前記ガイド管を、耐食性材料により形成することができる。
【００１５】
更に、前記酸供給管の開口部を、前記ガイド管内に位置するようにできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱水を流通させる配管内に、該配管より小径のガイド管を軸方向に沿って配設し、該ガイド管の上流端近傍の周縁部内側に配設した開口部から酸を注入できるようにしたので、注入された酸は熱水と共に該ガイド管内を案内されて流れることになり、その結果、酸混合による発熱に起因して熱水が沸騰し、水蒸気泡が発生したとしても、該水蒸気泡の上昇に伴って高濃度の酸が前記主配管の天部内壁に到達することを阻止できることから、該天部内壁が酸により腐食されることを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の地熱蒸気生産井の概要を示す模式図
【図２】従来の問題点を示す断面図
【図３】従来の他の問題点を示す断面図
【図４】従来の更に他の問題点を示す断面図
【図５】本発明に係る地熱熱水処理装置の第一実施形態の要部を示す断面図
【図６】第一実施形態の作用を示す線図
【図７】本発明に係る地熱熱水処理装置の第二実施形態の要部を示す断面図
【図８】本発明に係る地熱熱水処理装置の第三実施形態の要部を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図５は、本発明に係る地熱熱水処理装置の第一実施形態の要部を、作用と共に示す概略説明図である。
【００２０】
本実施形態の地熱熱水処理装置は、地熱生産井から蒸気と共に生産される熱水を、気水分離器により蒸気から分離した後、配管を通して下流側へ供給するものである。
【００２１】
前記図１の生産設備の場合であれば、気水分離器３より下流の配管５内を流れる熱水と、酸容器６に連結された酸供給管から注入される酸との合流位置に適用される。
【００２２】
本実施形態においては、前記配管５に相当する主配管１０の内側に該主配管１０より小径のガイド管１２が軸方向に沿って配設され、該ガイド管１２の上流端１２Ａ近傍の周縁部内側かつ上流端１２Ａより少し下流側に、前記主配管１０を流通する熱水Ｈ中に酸を注入する酸供給管１４の開口部１４Ａが配設されている。
【００２３】
この開口部１４Ａは、ガイド管１２の内側まで延ばした構造になっているため、水蒸気泡Ｂが真上に上昇してしまう場合でもその上昇を確実に防止できる。
【００２４】
前記ガイド管１２は、ステンレス管やフッ素樹脂管、フッ素樹脂コーティング管等の耐食性材料で形成された円筒状の直管からなり、その軸が前記主配管１０と概略同軸に配設されている。
【００２５】
また、前記ガイド管１２は、前記酸供給管１４の開口部１４Ａから注入される酸により発熱して発生する水蒸気泡Ｂが前記熱水Ｈに伴って移動する間に消滅する長さ、例えばガイド管の直径をＤとした場合、２Ｄ〜５Ｄ程度に設定されている。
【００２６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２７】
前述したように、ガイド管１２は主配管１０と概略同軸に配設されており、該主配管１０中を流れる熱水Ｈの一部がガイド管１２の上流端１２Ａから該ガイド管内を常に流れるようになっている。
【００２８】
前記酸供給管１４から供給された酸液Ａは、熱水Ｈの流れに伴ってガイド管１２内に流入し、ガイド管１２内を流れる熱水Ｈと接触し、混合される。この混合の際に、希釈熱や反応熱が発生し、熱水Ｈが沸騰して水蒸気泡Ｂが生じる。
【００２９】
この水蒸気泡Ｂは、浮力により鉛直上向き流速成分を持っているため、高濃度の酸液を同伴して上昇することになるが、ガイド管１２によりその上昇が制限されることから、ガイド管１２内を流れることになる。
【００３０】
その際に、ガイド管１２は酸耐食性を有する材料で構成されていることから、腐食の問題が生じることはない。
【００３１】
また、発生した水蒸気泡Ｂは、ガイド管１２内を流れるにしたがって、沸点より少し温度が低い熱水と接触することにより凝縮するため、気泡径は次第に小さくなっていき、最終的には消滅する。従って、ガイド管１２の下流端１２Ｂからは、少なくとも大きな水蒸気泡Ｂが確実に消滅した状態で熱水と酸液の混合液が流出することになる。より好ましくは、ガイド管１２の下流端１２Ｂから流出する熱水において、水蒸気泡Ｂがすべて消滅していることが望ましい。一般的な地熱熱水条件では、ガイド管１２の長さをその直径の２倍から５倍程度にすることで上記状態が達成される。
【００３２】
なお、このガイド管１２から流出する混合液は、完全に均一に混合している必要はなく、ある程度の濃度分布を有していても構わない。ガイド管１２から流出する混合液は、ガイド管１２の外側を流れる熱水（酸濃度ゼロ）と混合しつつ流れていくことになるが、水蒸気泡Ｂは消滅しているので、ガイド管がなくても鉛直上向きの浮力が生じることはない。ガイド管１２の下流端１２Ｂを主配管１０の概略中心軸近傍に配置することにより、ガイド管１２より下流の主配管１０内では、図６中に示したように、主配管１０の中心軸近傍から周辺部に向けて酸液濃度が低減していくような濃度分布が保たれる。従って、中央部が高濃度、周辺部が低濃度の状態を維持したまま、概略同心円状にガイド管１２の外側を流れてきた熱水Ｈと混合しつつ流れていくことになる。図６において、Ｒは主配管１０の半径である。ガイド管１２より下流の主配管１０の内壁は、図６中に示したように、常にその管軸法線断面における最低濃度の酸液と接しつつ、完全混合に至ることになる。従って、高濃度の酸液により、主配管１０の天部壁面が腐食することを確実に防止することが可能となる。
【００３３】
本実施形態においては、ガイド管１２を円筒状の直管で構成したので、製造が容易で安価である。ただし、ガイド管の形状は円筒状の直管に限定されない。例えば矩形管であっても構わない。
【００３４】
図７には、本発明に係る第二実施形態の要部を示す。
【００３５】
本実施形態は、ガイド管１２を、下流ほど拡径された拡大テーパ管にしたものであり、それ以外の構成は前記第一実施形態と同様である。
【００３６】
このように、ガイド管１２として拡大テーパ管を採用することにより、拡散混合促進効果が得られるため、特に該ガイド管の下流側で酸と熱水の混合を効率よく促進することが可能となる。
【００３７】
図８には、本発明に係る第三実施形態の要部を示す。
【００３８】
本実施形態は、ガイド管１２を、下流ほど小径となる縮小テーパ管にしたものであり、それ以外の構成は前記第一実施形態と同様である。
【００３９】
このようにガイド管として縮小テーパ管を採用することにより、混合促進効果が同様に得られる上に、ガイド管１２内の流れの方向と水蒸気泡Ｂに働く浮力の方向が逆向きとなるため、ガイド管１２内に水蒸気泡Ｂが留まりやすくなり、直管の場合より消泡を促進する効果が得られる。
【００４０】
なお、前記実施形態では、酸供給管１４がレベルヘッダーＬ・Ｈの下流側に連結されている例を示したが、酸供給管１４を連結する位置は、これに限定されず、例えば、特許文献２の図１に示されるように、主配管におけるレベルヘッダーＬ・Ｈの上流側であったり、特許文献２の図２に示されるように、気水分離器３の上流側の主配管へ熱水を戻す配管であってもよい。
【００４１】
また、水平配置の主配管１０とガイド管１２が同軸に配設されている例を示したが、これに限定されず、例えば下流に向かって上に傾斜させても、逆に上流に向かって下に傾斜させてもよい。
【００４２】
更に、主配管１０は水平配置に限らず、鉛直配置であってもよく、この場合にも、図４に示したような上流側（図４の下側）のエルボ等の曲がり配管１１により生じる酸注入部における偏流Ｃの影響をガイド管により抑制することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…主配管
１２…ガイド管
１２Ａ…上流端
１２Ｂ…下流端
１４…酸供給管
１４Ａ…開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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