(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケール生成成分を含有する熱水から蒸気を分離する蒸気分離部と、
該蒸気分離部で分離した蒸気が供給されて加熱される熱水を貯留する貯湯槽と、
前記貯湯槽の熱水を循環ポンプを介して循環熱水として循環させる循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記循環熱水により作動媒体を蒸発させる熱交換部と、
蒸発された前記作動媒体で駆動される発電部と
を備えたことを特徴とするバイナリー発電装置。
【請求項２】
前記蒸気分離部は、気水分離器で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイナリー発電装置。
【請求項３】
前記蒸気分離部は、低圧蒸発器で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイナリー発電装置。
【請求項４】
前記蒸気分離部は、前記熱水から第１蒸気を分離する気水分離器と、該気水分離器で分離された分離熱水から第２蒸気を分離する低圧蒸発器とを有し、前記第１蒸気及び前記第２蒸気を前記貯湯槽に供給することを特徴とする請求項１に記載のバイナリー発電装置。
【請求項５】
前記貯湯槽は、前記循環熱水を温泉設備又は還元井に供給する排出部を備えていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載のバイナリー発電装置。
【請求項６】
前記貯湯槽は、前記蒸気分離部から蒸気が供給される熱水貯湯部と、前記熱交換部から回収した前記循環熱水が供給される回収熱水貯湯部と、前記熱水貯湯部と前記回収熱水貯湯部とを分離するオーバーフロー堰とを備えることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載のバイナリー発電装置。
【請求項７】
前記熱交換部は、前記循環熱水が供給されて温水と熱交換する温水熱交換器と、該温水熱交換器の温水により作動媒体を蒸発させる蒸発器から構成されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載のバイナリー発電装置。
【請求項８】
前記熱交換部は、前記循環熱水が供給されて作動媒体を蒸発させる蒸発器から構成されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載のバイナリー発電装置。
【請求項９】
スケール生成成分を含有する熱水を蒸気と低圧熱水に分離する低圧蒸発器と、
該低圧蒸発器で分離した蒸気が供給されて加熱される熱水を貯留する貯湯槽と、
前記貯湯槽の熱水を循環ポンプを介して循環熱水として循環させる循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記循環熱水により作動媒体を蒸発させる熱交換部と、
蒸発された前記作動媒体で駆動される発電部とを有し、
前記貯湯槽は、前記循環熱水を前記低圧熱水に合流させて還元井へ供給する排出部を備え、
前記循環熱水の圧力を前記低圧熱水に合流する前に昇圧する昇圧ポンプ
を備えたことを特徴とするバイナリー発電装置。
【請求項１０】
スケール生成成分を含有する熱水から蒸気を分離する蒸気分離部と、
該蒸気分離部で分離した蒸気が供給されて加熱される熱水を貯留する貯湯槽と、
前記貯湯槽の熱水を循環ポンプを介して循環熱水として循環させる循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記循環熱水により熱せられた作動媒体を負荷に供給する熱交換部と
を備えたことを特徴とする熱源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温泉井から供給される温泉水や地熱発電の還元熱水等のスケール生成成分を含む熱水を利用して発電を行うバイナリー発電装置及び熱源供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイナリー発電装置としては、温泉の源泉からの熱水と水蒸気が混合した混合熱水を供給する混合熱水管路を気水分離器で温泉蒸気と温泉熱水とに分離し、分離した温泉蒸気を直接蒸気タービンの高圧部へ送るとともに、分離した温泉熱水をフラッシャーに導いて低圧蒸気を発生させて蒸気タービンの低圧部へ送り、蒸気タービンの回転力で発電機を駆動する熱水蒸気発電装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
他のバイナリー発電装置としては、温泉井から供給される温泉水を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、膨張機で膨張した作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、凝縮器から蒸発器に向かって作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えたバイナリー発電装置が提案されている（例えば、特許文献２および非特許文献１参照）。通常、温泉水は、蒸発器に直接供給するのではなく、非特許文献１に記載されているように、温泉水を熱交換器に供給して温水に熱交換し、熱交換した温水を蒸発器に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３３７０５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８１３９８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「小浜温泉のバイナリー発電について」ながさき経済２０１３年１０月号第１９頁〜第２６頁株式会社長崎経済研究所発行、インターネット(URL: http://www3.isweb.jp/nagasaki-keizai/phps/nsby0000.php?year=2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている従来例では、温泉水を気水分離し、分離した水蒸気と分離した熱水をフラッシャーに供給して発生させた低圧蒸気とを蒸気タービンの高圧部及び低圧部に供給するので、温泉水から高い蒸気圧を得ることは困難であり、発電効率が低下するという未解決の課題がある。
これに対して、特許文献２及び非特許文献１に記載されている従来例では、温泉水をバイナリー発電装置の蒸発器に直接供給して、作動媒体を蒸発させ、この蒸発した作動媒体を蒸気タービンとなる膨張機に供給するので、１００℃未満の温泉水を利用して効率の良い発電を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、非特許文献２に「バイナリー発電における課題について」と題して記載されているように、温泉水に含まれるカルシウムやシリカなどのスケール（湯の花）が熱交換器内部配管に付着し、熱交換の効率が低下してしまう。すなわち、熱交換器に使用される多数のプレートにスケールが予想より早く蓄積され、プレートを外して水圧による除去作業を行う必要がある。熱交換器１台にはプレートが１００枚近く設置されている場合が多く、スケール除去作業には多くの労力と時間を要する。また、スケールはプレート部に蓄積するだけでなく、長期間になると貯湯槽から温泉水を熱交換器に送るパイプの内側に付着・蓄積することになり、４ｍ〜５ｍで区切ったパイプを取り出してドリル等でスケールを取り除く作業をすることになる。
【０００８】
したがって、温泉水をそのまま使用する従来例では、スケール除去作業間隔が短くなるとともに作業時間が長くなり、この間バイナリー発電装置を停止させる必要があり、発電量が低下して、効率の良い発電を行うことができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、スケール生成成分を含む熱水を使用してバイナリー発電する場合に、スケールの付着量を低減して発電効率を向上させることができるバイナリー発電装置及び熱源供給装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るバイナリー発電装置は、スケール生成成分を含む熱水から蒸気を分離する蒸気分離部と、この蒸気分離部で分離した蒸気が供給されて加熱される熱水を貯留する貯湯槽と、この貯湯槽の熱水を循環ポンプを介して循環熱水として循環させる循環流路と、この循環流路に設けられ、循環熱水により作動媒体を蒸発させる熱交換部と、この蒸発された作動媒体で駆動される発電部とを備えている。
【００１０】
また、本発明に係る熱源供給装置は、スケール生成成分を含有する熱水から蒸気を分離する蒸気分離部と、この蒸気分離部で分離した蒸気が供給されて加熱される熱水を貯留する貯湯槽と、この貯湯槽の熱水を循環ポンプを介して循環熱水として循環させる循環流路と、この循環流路に設けられ、前記循環熱水により熱せられた作動媒体を負荷に供給する熱交換部とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スケールの蓄積量を抑制し、スケール除去作業間隔を長くしてバイナリー発電効率を向上させることができる。
同様に、スケール蓄積量を抑制しスケール除去作業間隔を長くして熱源供給効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るバイナリー発電装置の第１実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】第１の実施形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明に係るバイナリー発電装置の第２の実施形態を示すシステム構成図である。
【図４】本発明に係るバイナリー発電装置の第３の実施形態を示すシステム構成図である。
【図５】本発明に係る熱源供給装置の一実施形態を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係るバイナリー発電装置について図面を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施形態は、図１に示すように、バイナリー発電装置１０が、温泉井１１から温泉蒸気を含む温泉水が供給される温泉蒸気分離部としての気水分離器２０、貯湯槽３０、温水熱交換器４０及び発電部５０を有する。したがって、バイナリー発電装置１０は、バイナリー発電システムを構成している。
【００１４】
気水分離器２０は、温泉井１１から供給される温泉水を温泉蒸気と温泉熱水とに気水分離し、分離した温泉熱水が温泉設備に供給されるとともに、分離した温泉蒸気が蒸気配管２０ａを通じて貯湯槽３０に供給される。
本発明者等は、各地の温泉の温泉水を調査した結果、温泉井１１から供給される温泉水には、各地の温泉によって異なるが、温泉熱水７５ｔｏｎ／ｈと凝縮水換算で１５ｔｏｎ／ｈの温泉蒸気が含まれていることを知見した。また、温泉水には、各地の温泉によって異なるがスケール生成成分となるシリカ（二酸化珪素（ＳｉＯ２））の含有量が４００ｍｇ／Ｌ程度であるのに対し、温泉蒸気のシリカの含有量は１ｍｇ／Ｌ程度であり、温泉水の約４００分の１であることが知見された。
【００１５】
この知見をもとに、本発明では、気水分離器２０で分離した温泉蒸気を貯湯槽３０に供給し、気水分離器２０で分離した温泉熱水は温泉設備に供給する。この貯湯槽３０は、中央部に形成したオーバーフロー堰３１によって分離された熱水貯湯部３２及び回収熱水貯湯部３３が形成されている。熱水貯湯部３２には気水分離器２０で分離されたスケール生成成分の含有量が少ない温泉蒸気が供給されている。
【００１６】
この熱水貯湯部３２には、稼働開始時にスケール生成成分の少ない水道水などの低温水を貯留し、この低温水が気水分離器２０から水中に供給される温泉蒸気で加熱されて９０℃〜９５℃の循環熱水となって貯留される。そして、熱水貯湯部３２には、下部に熱水循環ポンプ３４を配置した熱水供給流路３５が接続され、この熱水供給流路３５を介して循環熱水が温水熱交換器４０に供給される。
【００１７】
一方、回収熱水貯湯部３３には、温水熱交換器４０から回収した循環熱水を水中に戻す熱水回収流路３６が接続されている。熱水供給流路３５及び熱水回収流路３６により、熱水循環流路３７が形成されている。また、回収熱水貯湯部３３には、オーバーフロー堰３１の高さより高い位置でオーバーフローする熱水排出部３８を備えている。
温水熱交換器４０は、貯湯槽３０から熱水循環ポンプ３４を介して循環熱水が供給される一次側と、真水が循環供給される二次側とを有し、二次側から真水が循環熱水と熱交換された温水を出力する。この温水熱交換器４０の二次側には、循環熱水と熱交換された温水を発電部５０に供給する温水供給流路４１が接続されている。また、温水熱交換器４０の二次側には発電部５０から回収された温水を循環させる温水循環ポンプ４２を有する温水回収流路４３が接続されて温水循環流路４４が形成されている。なお、温水熱交換器４０及び蒸発器５１により、熱交換部が形成されている。
【００１８】
発電部５０は、蒸発器５１、膨張機５２、発電機５３、凝縮器５４及び媒体循環ポンプ５５を備え、真水より低沸点の有機化合物などを用いた作動媒体を使用している。
蒸発器５１は、温水熱交換器４０から温水が供給されて媒体循環ポンプ５５から供給される作動媒体を蒸発させて膨張機５２に供給する。
膨張機５２は、蒸発器５１で蒸発された作動媒体の気体によって、ロータを回転駆動し、ロータの出力軸５２ａに連結されている発電機５３で発電する。
【００１９】
凝縮器５４は、膨張機５２から排気される作動媒体を外部から供給される冷却水によって凝縮し、凝縮した作動媒体が媒体循環ポンプ５５によって蒸発器５１に供給される。
なお、作動媒体の循環流量を制御することにより、発電機５３の発電量を調節することができる。
次に、第１の実施形態の動作を説明する。
【００２０】
バイナリー発電装置１０を稼働させるには、先ず、貯湯槽３０にスケール生成成分の少ない水道水等の低温水を供給して熱水貯湯部３２及び回収熱水貯湯部３３を満たしておく。この状態で、温泉井１１から気水分離器２０に温泉蒸気を含む温泉水を供給して気水分離し、分離した温泉熱水はそのまま温泉設備に供給され、分離した温泉蒸気は貯湯槽３０の熱水貯湯部３２の水中に供給される。
【００２１】
この状態で、熱水循環ポンプ３４を回転駆動して貯湯槽３０の熱水貯湯部３２から熱水供給流路３５を通じて温水熱交換器４０に温度上昇中の循環熱水を供給する。温水熱交換器４０から排出された循環熱水が熱水回収流路３６を介して回収熱水貯湯部３３に戻される熱水循環流路３７が形成される。そして、回収熱水貯湯部３３の水位が上昇し、オーバーフロー堰３１を越えると、熱水貯湯部３２にオーバーフローし、貯湯槽３０全体の水位がさらに上昇して熱水排出部３８の高さを越えると、熱水排出部３８から排出されて温泉設備に供給される。
【００２２】
この間に、気水分離器２０から熱水貯湯部３２への温泉蒸気の供給が継続されているので、熱水貯湯部３２内の熱水温度が徐々に上昇し、例えば温水熱交換器４０の出口側の熱水温度が所定温度例えば９０℃に達すると、温水循環ポンプ４２が回転駆動されるとともに、媒体循環ポンプ５５が回転駆動されて発電部５０が起動される。
このため、温水循環ポンプ４２から吐出される真水が温水熱交換器４０で熱水と熱交換されて温水が発電部５０の蒸発器５１に供給され、蒸発器５１から排出された温水が温水循環ポンプ４２に戻る温水循環系が確立される。
【００２３】
一方、発電部５０では、媒体循環ポンプ５５から吐出された低沸点の作動媒体が温水熱交換器４０から温水が供給された蒸発器５１で蒸発されて膨張機５２に供給されることにより、この膨張機５２のロータが回転開始される。このため、膨張機５２の出力軸５２ａに連結されている発電機５３のロータが回転されて発電が開始される。
そして、膨張機５２から排気された作動流体は、凝縮器５４で凝縮されてから媒体循環ポンプ５５で蒸発器５１に送られ、再度蒸発されて膨張機５２に供給される作動媒体循環系が確立される。
【００２４】
この第１の実施形態では、温泉井１１から噴出される温泉蒸気を含む温泉水が気水分離器２０に供給されて、温泉熱水と温泉蒸気とに気水分離される。このとき、温泉熱水は、そのまま温泉設備に供給されるとともに、貯湯槽３０の回収熱水貯湯部３３の熱水排出部３８からオーバーフローした熱水も温泉設備に供給される。
したがって、温泉井１１から噴出した温泉水の殆どが温泉設備に供給されることになり、温泉設備での温泉水使用量が低下することはないとともに、温泉設備では元々高温の温泉水を直接使用することはなく、温泉水を水道水等で温度を下げて使用するので、気水分離器２０から排出される温泉熱水と貯湯槽３０の回収熱水貯湯部３３側からオーバーフローされる排出熱水とを混合しても何ら問題を生じることはない。
【００２５】
しかも、第１の実施形態では、温泉井１１から噴出される温泉水を気水分離器２０で温泉熱水と温泉蒸気とに分離し、温泉蒸気のみを貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給するようにしている。そして、温泉蒸気に含まれるスケール生成成分となるシリカの含有量は、前述したように、温泉水のシリカの含有量に比較して約４００分の１程度であるので、気水分離器２０の温泉蒸気排出部から貯湯槽３０、熱水循環ポンプ３４を含む熱水供給流路３５、温水熱交換器４０及び熱水回収流路３６に付着するスケール付着量を従来例のように温泉水を直接使用する場合に比較して格段に少なくすることができる。したがって、従来例のようにスケールの除去作業を頻繁に行う必要がなく、バイナリー発電装置１０の稼働率を格段に向上させることができ、発電量も格段に向上させることができる。また、温泉水から気水分離された温泉蒸気が貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給され、熱水循環ポンプ３４の回転駆動により、貯湯槽３０の熱水貯湯部３２から熱水供給流路３５を通じて温水熱交換器４０に循環熱水が供給され、さらに、温水熱交換器４０から排出された循環熱水が熱水回収流路３６を介して回収熱水貯湯部３３に戻される熱水循環系を形成することができる。
【００２６】
特に、第１の実施形態では、温泉水から気水分離された温泉蒸気が貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給され、熱水循環ポンプ３４の回転駆動により、貯湯槽３０の熱水貯湯部３２から熱水供給流路３５を通じて温水熱交換器４０に循環熱水が供給され、さらに、温水熱交換器４０から排出された循環熱水が熱水回収流路３６を介して回収熱水貯湯部３３に戻される熱水循環系が形成されている。このため、第１の実施形態では、温泉蒸気を貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給するだけで、循環熱水の温度を低下させるおそれなく、温水熱交換器４０の温水循環系で必要な熱量に対して十分な量の循環熱水を効率的に維持することができる。
【００２７】
また、既存の温水熱交換器、蒸発器及び発電部を有するバイナリー発電装置に対しても、第１の実施形態の気水分離器及び熱水循環系の構成を追加的に付加するだけで、スケールの蓄積量を抑制し、スケール除去作業間隔を長くしてバイナリー発電効率を向上させたバイナリー発電装置を容易に実現することができる。
さらに、貯湯槽３０が気水分離器２０から温泉蒸気が供給される熱水貯湯部３２と温水熱交換器４０で熱交換した後の循環熱水を回収する回収熱水貯湯部３３とがオーバーフロー堰３１で分離されている。このため、熱水貯湯部３２の循環熱水温度は回収した循環熱水に影響されることがなく、常に９０℃〜９５℃の範囲に維持される。したがって、熱水循環ポンプ３４は、熱水貯湯部３２の温度に合わせた流量制御を行う必要がなく、熱水循環ポンプ３４の制御系を簡略化することができる。
【００２８】
また、貯湯槽３０と発電部５０の蒸発器５１との間に作動媒体として真水を使用した温水熱交換器４０を配置しているので、蒸発器５１にスケールの付着や腐食が生じることは全くなく、発電部５０側で温泉成分の影響によるスケール除去作業を行う必要は全くない。
なお、第１の実施形態においては、温水熱交換器４０の温水循環系において真水を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、液体であればよい。
【００２９】
また、第１の実施形態においては、貯湯槽３０及び発電部５０の蒸発器５１間に温水熱交換器４０を介在させた場合について説明した。本発明は、上記に限定されるものではなく、図２に示すように、蒸発器５１をスケールが付着しにくく、掃除がし易いシェルアンドチューブ式の構造とすることで、温水熱交換器４０を省略して熱水循環ポンプ３４から吐出される熱水を直接蒸発器５１に供給することができる。この場合には、温水熱交換器４０及び温水循環ポンプ４２を省略することができるので、全体の設備コストを低減することができる。
【００３０】
なお、温水熱交換器４０及び温水循環ポンプ４２を省略した場合でも、第１の実施形態では熱水循環系（循環流路）を備えているため、温泉蒸気を貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給するだけで、循環熱水の温度を低下させるおそれなく、蒸発器５１の作動媒体循環系で必要な熱量に対して十分な量の循環熱水を効率的に維持することができる。
そのほか、第１の実施形態においては、回収熱水貯湯部３３の水位が上昇し、オーバーフロー堰３１を超えると、熱水貯湯部３２にオーバーフローし、貯湯槽３０全体の水位がさらに上昇して熱水排出部３８の高さを超えると、熱水排出部３８から排出されて温泉設備に供給される場合について説明したが、これに限定されず、オーバーフローさせるのではなくポンプや孔を設けるなどその他の手段を使用して回収熱水貯湯部３３から熱水貯湯部３２への循環熱水の供給や排出を行うこともできる。
【００３１】
さらに、第１の実施形態においては、貯湯槽３０の中央部にオーバーフロー堰３１が配置される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、オーバーフロー堰３１の配置は、熱交換部で必要な熱量に応じて適宜定めることができる。
また、熱水循環流路３７の熱水循環ポンプ３４は熱水供給流路３５に設ける場合に限らず、熱水回収流路３６に設けるようにしてもよい。同様に、温水循環流路４４の温水循環ポンプ４２も温水供給流路４１に設けるようにしてもよい。要は、循環ポンプを熱水又は温水を循環可能な位置に配置すればよい。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について図３を伴って説明する。
この第２の実施形態では、地熱発電設備のスケール生成成分を含む還元熱水を利用してバイナリー発電を行うようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、前述した第１の実施形態における気水分離器２０を省略し、これに代えて蒸気分離部としての低圧蒸発器６０を適用している。この低圧蒸発器６０には、地熱発電設備６１から還元井６２に戻す高温の還元熱水が供給され、この低圧蒸発器６０で還元熱水の圧力を下げることによって低圧蒸気を発生させ、発生した低圧蒸気が蒸気配管６０ａを介して貯湯槽３０の熱水貯湯部３２の水中に供給されている。また、低圧蒸発器６０から排出される低圧熱水と貯湯槽３０の回収熱水貯湯部３３から熱水排出部３８にオーバーフローした排出熱水とが合流して還元井６２に戻される。
【００３３】
なお、貯湯槽３０の回収熱水貯湯部３３から熱水排出部３８にオーバーフローした排出熱水は、低圧熱水と合流する地点より前に設置された昇圧ポンプ８０によって、低圧熱水と合流する前に昇圧される。
その他の構成については図１と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００３４】
この第２の実施形態によると、地熱発電設備６１から排出される高温の還元熱水が低圧蒸発器６０に供給されることにより、この低圧蒸発器６０で還元熱水の圧力を低下させることにより、低圧熱水と低圧蒸気とを分離させる。分離した低圧蒸気は蒸気配管６０ａを通じて貯湯槽３０の熱水貯湯部３２の水中に供給されて、貯留水を熱水に加熱する。
その後の動作は、前述した第１の実施形態と同様に、貯湯槽３０の熱水を循環熱水として熱水循環ポンプ３４で温水熱交換器４０に供給し、この温水熱交換器４０で熱交換した温水を発電部５０の蒸発器５１に供給する。これにより、蒸発器５１で作動媒体を蒸発させて膨張機５２を回転させ、発電機５３で発電する。
【００３５】
なお、貯湯槽３０の回収熱水貯湯部３３から熱水排出部３８にオーバーフローした排出熱水は低圧蒸発器６０から排出される低圧熱水とともに還元井６２に戻される。このとき、排出熱水と低圧熱水とが合流する前に、排出熱水は昇圧ポンプ８０によって昇圧される。
この第２の実施形態でも、地熱発電設備６１から排出される還元熱水にはスケール生成成分であるシリカが多く含有されているが、この還元熱水を低圧蒸発器６０で圧力を低下させることにより発生する低圧蒸気にはシリカの含有量が還元熱水に比較して数百分の１程度に低減されており、この低圧蒸気を使用して貯湯槽３０における熱水貯湯部３２の貯留水を加熱して循環熱水とする熱水循環系を有する構成であることから、蒸気配管６０ａ、貯湯槽３０、熱水循環ポンプ３４を含む循環流路３５、温水熱交換器４０の内部配管、及び熱水回収流路３６のスケール付着量を従来例に比較して格段に減少させることができる。
【００３６】
したがって、第２の実施形態でもスケール除去作業を行う頻度を、還元熱水を直接使用する場合に比較して格段に減少させることができ、バイナリー発電装置１０の稼働率を向上させて発電量を増加させることができる。
なお、上記第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、発電部５０の蒸発器５１をシェルアンドチューブ構成とした場合には、温水熱交換器４０を省略することができ、貯湯槽３０の熱水貯湯部３２から循環熱水を蒸発器５１へ熱水循環ポンプ３４を介して直接供給することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態について図４を伴って説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１の実施形態において、気水分離器２０から排出された温泉熱水を利用して再度蒸気を発生させるようにしたものである。
すなわち、第３の形態では、前述した第１の実施形態における気水分離器２０で分離された分離熱水を低圧蒸発器７０に供給し、この低圧蒸発器７０で分離熱水の圧力を低下させることにより、低圧蒸気と低圧熱水とに分離し、分離した低圧蒸気が蒸気配管７０ａを介して貯湯槽３０の熱水貯湯部３２の水中に供給されるようにしている。
【００３８】
その他の構成は前述した第１の実施形態における図１と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
この第３の実施形態によれば、気水分離器２０で分離熱水と温泉蒸気（第１蒸気）とに分離し、分離した温泉蒸気（第１蒸気）を貯湯槽３０の熱水貯湯部３２の水中に供給する。これと同時に気水分離器２０で分離された分離熱水を低圧蒸発器７０に供給することにより、この低圧蒸発器７０でも低圧蒸気（第２蒸気）と低圧熱水に分離し、分離した低圧蒸気（第２蒸気）が蒸気配管７０ａを介して貯湯槽３０の熱水貯湯部３２の水中に供給される。
【００３９】
したがって、温泉井１１から供給される温泉水を気水分離器２０と低圧蒸発器７０との２段階で蒸気を分離することができ、気水分離器２０で分離する温泉蒸気量が少ない場合に、不足分を低圧蒸発器７０で分離する低圧蒸気で補って熱水温度を所定範囲に維持することができる。
また、気水分離器２０からの温泉蒸気量が少ない場合に、低圧蒸発器７０からの温泉蒸気を貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給して、熱水温度の低下を抑制することができる。
【００４０】
さらに、温泉水に含まれる温泉蒸気量が多い場合には、貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給する蒸気量が増加することから貯湯槽３０を大型化して貯湯量を増加させることができ、熱水の温度変動を抑制することができる。
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、蒸気分離部として気水分離器２０又は低圧蒸発器６０，７０を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、温泉水や還元熱水から蒸気を分離できる構成であれば、任意の構成の蒸気分離部を適用することができる。同様に、温泉水から蒸気を分離して温泉設備に供給する構成において、気水分離器に代えて低圧蒸発器を用いることもできる。また、地熱発電設備の高温の還元熱水から蒸気を分離して還元井に戻す構成において、低圧蒸発器に代えて気水分離器を用いることもできる。
【００４１】
また、上記第１〜第３の実施形態においては、蒸気分離部としての気水分離器２０又は低圧蒸発器６０，７０を１個ずつ設ける場合について説明したが、これら気水分離器２０又は低圧蒸発器６０，７０についてはスケール生成成分が多い温泉水又は還元熱水を扱うことから気水分離器２０又は低圧蒸発器６０，７０を並列に２組設けるようにして、一方の系統で温泉蒸気又は低圧蒸気を貯湯槽３０に供給し、この供給系統でスケール除去作業を行う場合に、他の系統に切換えてスケール除去作業中でも貯湯槽３０への蒸気供給を継続するようにしてもよい。この場合には、発電部５０の稼働率をより向上させることができる。
【００４２】
また、上記第１〜第３の実施形態においては、バイナリー発電装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、熱源供給装置９０に本発明を適用することができる。この熱源供給装置９０は、図２の構成において、発電部５０を熱源を必要とする負荷９５に置換するとともに、この負荷９５に熱水循環流路３７の循環熱水により熱せられた作動媒体を供給する熱交換部９１を設けた構成を有する。その他の構成は図２と同様の構成を有し、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００４３】
この熱源供給装置９０でも、温泉水からスケール成分の少ない温泉蒸気を分離し、この温泉蒸気を貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給して熱水循環流路３７に配置された熱交換部９１に熱水を供給するので、熱水循環系のスケール蓄積量を抑制することができる。このため、熱源供給装置９０における熱水循環系のスケール除去作業の作業間隔を長くして、熱源供給装置９０の稼働時間を長期化し負荷９５への熱源供給効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、図５に示す熱源供給装置９０でも、気水分離器２０で分離された温泉熱水を低圧蒸発器に供給して再度温泉蒸気を分離して貯湯槽３０の熱水貯湯部３２に供給するようにしてもよい。また、温泉井に代えて図３のように地熱発電設備６１から熱水が供給される場合には、気水分離器２０に代えて低圧蒸発器を適用すればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０…バイナリー発電装置、１１…温泉井、２０…気水分離器、２０ａ…蒸気配管、３０…貯湯槽、３１…オーバーフロー堰、３２…熱水貯湯部、３３…回収熱水貯湯部、３４…熱水循環ポンプ、３５…循環流路、３６…熱水回収流路、３７…熱水循環流路、３８…熱水排出部、４０…温水熱交換器、４２…温水循環ポンプ、４３…温水回収流路、４４…温水循環流路、５０…発電部、５１…蒸発器、５２…膨張機、５３…発電機、５４…凝縮器、５５…媒体循環ポンプ、６０，７０…低圧蒸発器、６０ａ，７０ａ…蒸気配管、８０…昇圧ポンプ、９０…熱源供給装置、９１…熱交換部、９５…負荷
【要約】
【課題】温泉井からの温泉水や地熱発電設備から排出される還元熱水のようにスケール生成成分の多い熱水を利用して発電する場合に、スケールの付着量を低減することができるバイナリー発電装置を提供する。
【解決手段】温泉井からの温泉水や地熱発電設備の還元熱水等のスケール生成成分を含有する熱水から蒸気を分離する蒸気分離部２０と、この蒸気分離部２０で分離した蒸気が供給されて加熱される熱水を貯留する貯湯槽３０と、この貯湯槽３０に貯留された熱水間接的に又は直接的に使用することにより作動媒体を蒸気に変換して膨張機５２を駆動する発電部５０とを備えている。
【選択図】図１【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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