(57)【要約】      （修正有）【課題】坑底温度が低い坑井や掘削深度が浅い坑井でも、また冷却水の確保が困難な場所でも利用可能で、周囲温泉やスケール付着の影響を軽減するとともに、媒体の冷却や圧送に係るコストを削減する、高効率で省スペース設置が可能な地熱発電システムを提供する。【解決手段】同軸二重管熱交換器１を用いる閉ループ循環型の地熱発電システムにおいて、発電媒体の地中吸熱による昇温予熱と、発電後媒体の地中放熱による凝縮液化を促進するため、同軸二重管熱交換器１の外側管内壁と内側断熱管との間に、地中熱交換促進用の螺旋流路を構成し、浅部恒温層や滞水層等の低温地中層では、媒体を螺旋流下させて地中への放熱冷却による凝縮液化を促進させ、さらに深部高温層や地熱層などの高温地中層では、地中からの吸熱加熱による昇温予熱を促進させることで、二重管坑底部での媒体昇温を容易にさせる、螺旋流路構成型の同軸二重管熱交換器を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水やペンタンなどの媒体を、高温の地熱または地熱流体からの吸熱により昇温上昇させ、地上で発電利用した後に冷却して凝縮液化させ、再び地熱または地熱流体から吸熱させる、閉ループ循環型の流路を構成する地中熱交換器のうち、
前記閉ループ循環流路の地中埋設部が、地中と熱交換を行う外側管と、昇温させた媒体を断熱しながら地上に上昇させる、内側断熱管とで構成された同軸二重管となっており、さらに前記外側管の内壁と内側断熱管の隙間に形成される二重管外側流路のうち、地中への放熱または地中からの吸熱を促進させる地中熱交換促進部分に、前記流路を螺旋化させる螺旋流路構成板を備えることで、媒体が地中を流下する際の地中との熱交換を促進させることを特徴とする、螺旋流路構成型同軸熱交換器
【請求項２】
請求項１に記載の螺旋流路構成板が、熱伝導性の高い材料で構成され、前記外側管内壁に接して挿入される熱交換促進管の内壁に固定されているか、前記の熱交換促進管と一体成型されていることで、媒体が螺旋流路を流下する際に、熱交換促進管の内壁だけでなく、螺旋流路構成板上でも熱交換できるようにしたことを特徴とする、螺旋流路構成板を利用した、地中熱交換の促進方法
【請求項３】
請求項１に記載の螺旋流路構成板が、熱伝導性の高い材料で構成され、前記内側断熱管の外壁に固定されるか、前記内側断熱管と一体成型された螺旋流路構成板付内側断熱管を、外側管の内壁に密着するよう挿入することで、媒体が螺旋流路を流下する際に、熱交換促進管の内壁だけでなく、螺旋流路構成板上でも熱交換できるようにしたことを特徴とする、螺旋流路構成板を利用した、地中熱交換の促進方法
【請求項４】
請求項２及び３に記載の螺旋流路において、螺旋流路構成板の設置位置と、設置間隔と、構成板の傾斜角度とを、前記外側管の内壁温度分布に基づいて調節した上で、固定または一体成型することにより、地熱または地熱流体からの吸熱位置及び吸熱量か、地中低温層または帯水層への放熱位置及び放熱量を制御することを特徴とする、螺旋流路構成型同軸熱交換器における、地中熱交換および熱交換量の制御方法
【請求項５】
請求項４に記載の地中熱交換量の制御法のうち、外側管の内壁温度が螺旋流路内を流下する媒体温度よりも高い領域において、螺旋流路構成板の板間垂直距離を狭めるか、板の傾斜角度を緩やかにすることの何れか、またはこれらの組み合せにより、螺旋流路を流下する媒体の加熱を促進させることを特徴とする、螺旋流路構成型同軸熱交換器における、媒体地中加熱の促進方法
【請求項６】
請求項４に記載の地中熱交換量の制御法のうち、外側管の内壁温度が螺旋流路内を流下する媒体温度よりも低い領域において、螺旋流路構成板の板間垂直距離を狭めるか、板の傾斜角度を緩やかにすることの何れか、またはこれらの組み合せにより、螺旋流路を流下する媒体の冷却を促進させることを特徴とする、螺旋流路構成型同軸熱交換器における、媒体地中冷却の促進方法
【請求項７】
請求項５に記載の地中加熱促進方法と、請求項６に記載の地中冷却促進方法の両方を、閉ループ循環流路を構成する螺旋流路構成型同軸熱交換器内に、外側管内壁の温度分布に応じて適用することで、発電後の媒体を直接、前記同軸熱交換器の螺旋流路内に圧入して、地下浅部の恒温層や地下帯水層で凝縮液化させた上で流下させ、さらに地下深部の高温層や地熱帯で昇温予熱を行った上で、深部地熱層の坑底に接する外側管の内底面に流下させて昇温させ、内側断熱管内を上昇させて地上で媒体蒸気により発電機を駆動し、発電後の媒体を再び地中に圧入させる、閉ループ循環型流路で地熱発電を行うことを特徴とする、螺旋流路構成型同軸熱交換器を含む閉ループ循環型の地熱発電システム
【請求項８】
請求項１に記載の閉ループ循環流路で得られる高温媒体か、前記の高温媒体を発電等に利用して温度低下した媒体を、温水または蒸気駆動型の吸着式または吸収式の冷凍機駆動熱源として供給して媒体温度を低下させるとともに、前記媒体を駆動熱源として得た冷却水を用いて、前記冷凍機駆動後の媒体を冷却することを特徴とする、媒体の追加冷却方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温泉や地熱蒸気を新規に、または増量して汲み上げることがなく、かつスケール付着の影響を受けることなく長期安定運用が可能な、同軸二重管熱交換器を利用する閉ループ循環型の地熱発電システムの技術分野に関する。
【０００２】
特に、発電用媒体の吸熱と放熱を、地中で効率よく行えるようにすることで、掘削深度が浅く、坑底温度が比較的低い坑井でも利用可能で、坑井掘削と冷却設備、および冷却水確保や補機動力のコストを削減しながら、効率よく発電を行う地熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
温泉熱や地熱蒸気、または地熱を熱源として発電を行う地熱発電は、地球の高温マグマ層を熱源とし、発電の過程で燃料消費や温室効果ガスの排出を伴わないことから、エネルギー自給率の向上や温暖化防止に資する発電手段として、近年注目されている。
【０００４】
従来の地熱発電システムでは、地熱帯を掘削して水を注入し、発生する地熱蒸気を利用して発電するフラッシュ方式のほか、温泉井戸からの源泉湯や地熱蒸気により低沸点媒体を加熱蒸発して蒸気タービンを駆動する、バイナリー発電方式が広く知られている。
【０００５】
しかしながら、温泉地帯で新たに坑井掘削を行って多量の地熱蒸気や温泉を生産したり、既存の蒸気や温泉量を汲み上げる場合には、周囲の源泉温度が低下したり、温泉湧出量や地下水量が減少する懸念が生じるため、新規の地熱蒸気生産や源泉汲み上げの増量を行うことなく、地下の高温地熱だけを効率よく利用する発電方式を確立する必要がある。
【０００６】
また、一般に温泉や地熱蒸気には炭酸カルシウムなどが多量に含まれ、温度変化や空気接触によって、源泉井戸や地熱蒸気の生産井内のほか、発電システム内の流路や構成機器内にスケールとして析出し、流路を閉塞して熱交換効率の低下や故障等を引き起こす。
【０００７】
近年、これらの課題解決に繋がる技術として、特許文献１に記載されている、閉ループ循環型の地熱発電が提案されている。本技術は加圧水を媒体とし、熱源となる地熱帯まで水を加圧注入して蒸気を得て発電するため、既存温泉への影響とスケール付着による故障発生という二つのリスクを同時に軽減できる、温泉共生型の優れた地熱発電技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−５２６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記の通り従来技術によれば、周囲温泉への影響やスケール付着のリスクを大幅に軽減できる、地熱直接利用での発電が可能となるものの、解決すべき５つの課題がある。
【００１０】
一つは高温地熱帯で集中的に地熱採取を行うため、地下数ｋｍの高温地熱層まで掘削を行って、この深度まで加圧水の注入管と熱水取出のための断熱管を挿入する必要があり、掘削深度や配管が長くなって地熱開発と地熱抽出のコストが増大するほか、熱交換を行う配管材料の耐熱強度や断熱性も高い性能が求められ、配管コストがさらに増大する。
【００１１】
また、一般的に地下数百ｍの範囲にある既存の源泉井戸などでは、本方式での地熱発電が実施困難であるほか、地下数百ｍの坑底温度が高い地熱層であっても、注水継続とともに地熱層の温度が低下し、時間経過とともに媒体温度が上昇し難くなるという課題がある。
【００１２】
このように、地下数ｋｍに及ぶ掘削や、注水継続による媒体温度低下が起こりやすくなる背景には、媒体を昇温させる熱交換面が、主として高温地熱層内の坑底部に限定される一方、この吸熱部分に向けて、加圧水が二重管外側を鉛直下方に直線的に流下するため、坑底部に至るまでに高温層があるにも関わらず、こうした地中高温層との熱交換を充分に行うことなく、低温の媒体が坑底部にそのまま流下してしまうことが挙げられる。
【００１３】
また従来技術では、発電後の媒体を地上で復水して加圧注水するため、地上部で充分に冷却して凝縮液化させた後に、加圧ポンプで昇圧して地下注水を行うことから、地上部の冷却システムに係る設置スペースと設備コストに加え、多量の冷却水が必要となるほか、加圧ポンプの昇圧動力が必要となり、正味の発電量が減少してしまうという課題がある。
【００１４】
特に、発電後媒体の凝縮液化において、地中低温層を有効活用する方法が明示されていないという課題がある。すなわち、地下数ｍから百ｍ前後までの恒温層は、季節によらず地中温度が約１０℃〜１５℃の一定となっているほか、恒温層の温度が高温化する地熱帯であっても、地下流水や海水が流れ込む帯水層では地中温度が低下するが、こうした地下浅部の恒温層や滞水層の地中冷熱を、媒体冷却に活用する方法が明示されていなかった。
【００１５】
加えて、発電後の媒体を効率良く冷却する手段として、発電後の媒体を吸着式あるいは吸収式の冷凍機熱源として利用して冷熱を取り出し、得られた冷熱を利用して冷凍機から出た媒体を更に冷却するといった具体策が明示されていないため、媒体の冷却や凝縮液化に多大な設備とコストを要するという課題があった。
【００１６】
特に地熱や地熱流体が豊富な地域では、多量の冷却水調達や冷熱生産が困難であるため、こうした場所で冷水を極力使用せずに、効率よく媒体を冷却する方法が必要となっていた。
【００１７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、掘削深度が浅く坑底温度が低い坑井でも、また多量の冷水調達が困難な場所においても利用可能で、周囲温泉への影響やスケール付着のリスクを大幅に軽減するとともに、地熱吸熱と地中放熱を効率的に行うことで、地熱開発と媒体冷却に係るコストも大幅に削減し、附帯設備の設置スペースや補機動力も削減することで、高効率かつ低コスト、さらに省スペースでの実施を可能とする、新たな地熱発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
水やペンタンなどの媒体を、高温の地熱または地熱流体からの吸熱により昇温上昇させ、地上で発電利用した後に冷却して凝縮液化させ、再び地熱または地熱流体から吸熱させる、閉ループ循環型の流路を構成する地中熱交換器のうち、
前記閉ループ循環流路の地中埋設部が、地中と熱交換を行う外側管と、昇温させた媒体を断熱しながら地上に上昇させる、内側断熱管とで構成された同軸二重管となっており、さらに前記外側管の内壁と内側断熱管の隙間に形成される二重管外側流路のうち、地中への放熱または地中からの吸熱を促進させる地中熱交換促進部分に、前記流路を螺旋化させる螺旋流路構成板を備えることで、媒体が地中を流下する際の地中との熱交換を促進させることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の螺旋流路構成板が、熱伝導性の高い材料で構成され、前記外側管内壁に接して挿入される熱交換促進管の内壁に固定されているか、前記の熱交換促進管と一体成型されていることで、媒体が螺旋流路を流下する際に、熱交換促進管の内壁だけでなく、螺旋流路構成板上でも熱交換できるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の螺旋流路構成板が、熱伝導性の高い材料で構成され、前記内側断熱管の外壁に固定されるか、前記内側断熱管と一体成型された螺旋流路構成板付内側断熱管を、外側管の内壁に密着するよう挿入することで、媒体が螺旋流路を流下する際に、熱交換促進管の内壁だけでなく、螺旋流路構成板上でも熱交換できるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、
請求項２及び３に記載の螺旋流路において、螺旋流路構成板の設置位置と、設置間隔と、構成板の傾斜角度とを、前記外側管の内壁温度分布に基づいて調節した上で、固定または一体成型することにより、地熱または地熱流体からの吸熱位置及び吸熱量か、地中低温層または帯水層への放熱位置及び放熱量を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の地中熱交換量の制御法のうち、外側管の内壁温度が螺旋流路内を流下する媒体温度よりも高い領域において、螺旋流路構成板の板間垂直距離を狭めるか、板の傾斜角度を緩やかにすることの何れか、またはこれらの組み合せにより、螺旋流路を流下する媒体の加熱を促進させることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、
請求項４に記載の地中熱交換量の制御法のうち、外側管の内壁温度が螺旋流路内を流下する媒体温度よりも低い領域において、螺旋流路構成板の板間垂直距離を狭めるか、板の傾斜角度を緩やかにすることの何れか、またはこれらの組み合せにより、螺旋流路を流下する媒体の冷却を促進させることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、
請求項５に記載の地中加熱促進方法と、請求項６に記載の地中冷却促進方法の両方を、閉ループ循環流路を構成する螺旋流路構成型同軸熱交換器内に、外側管内壁の温度分布に応じて適用することで、発電後の媒体を直接、前記同軸熱交換器の螺旋流路内に圧入して、地下浅部の恒温層や地下帯水層で凝縮液化させた上で流下させ、さらに地下深部の高温層や地熱帯で昇温予熱を行った上で、深部地熱層の坑底に接する外側管の内底面に流下させて昇温させ、内側断熱管内を上昇させて地上で媒体蒸気により発電機を駆動し、発電後の媒体を再び地中に圧入させる、閉ループ循環流路で地熱発電を行うことを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、
請求項１に記載の閉ループ循環流路で得られる高温媒体か、前記の高温媒体を発電等に利用して温度低下した媒体を、温水または蒸気駆動型の吸着式または吸収式の冷凍機駆動熱源として供給して媒体温度を低下させるとともに、前記媒体を駆動熱源として得た冷却水を用いて、前記冷凍機駆動後の媒体を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、同軸二重管で構成される熱交換器の地中および地熱部における熱交換効率が大幅に向上するため、掘削深度が浅く坑底温度が低い坑井であっても、また冷却水の確保が困難な場所においても、既存温泉への影響とスケール析出によるリスクを大幅に軽減しながら、高効率かつ省スペースで地熱発電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る第１実施形態の閉ループ循環型地熱発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の地熱発電システムを構成する螺旋流路構成型同軸熱交換器のうち、坑底に接続設置される媒体滴下ノズル付き先端管の詳細を示す模式図である。
【図３】図２の媒体滴下ノズル付き先端管のうち、媒体滴下ノズルの配置と、内側断熱管支持部の詳細を示す模式図である。
【図４】図１の地熱発電システムを構成する螺旋流路構成型同軸熱交換器のうち、地中での加熱促進部と冷却促進部に挿入する、螺旋流路構成板一体成型の熱交換促進管の詳細を示す模式図である。
【図５】図１の地熱発電システムを構成する螺旋流路構成型同軸熱交換器のうち、熱交換促進管を支持するために挿入する、スペーサー管の詳細を示す模式図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の閉ループ循環型地熱発電システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、本実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
（第１実施形態）
【００３０】
まず、本発明の第１実施形態に係る、螺旋流路構成型同軸熱交換器を利用した、閉ループ循環型地熱発電システムの概略構成および機能について、図に基づいて説明する。
【００３１】
図１に示すように、本発明の地熱発電システムは、水、またはペンタン等の発電用媒体が循環する閉ループ循環流路において、媒体が地中と熱交換を行う螺旋流路構成型の同軸二重管熱交換器１と、本熱交換器を介して地熱吸熱により得られる高温高圧の媒体蒸気により、蒸気タービンを介して発電を行う発電装置２とで構成される。
【００３２】
さらに前記熱交換器１は、坑底に挿入される媒体滴下ノズル付き先端管３と、前記先端管３に溶接接続されて坑井に挿入される外側管４と、前記先端管の接続面中央に配された内側断熱管支持ガイド部５によって、外側管と同軸に支持固定される内側断熱管６により、同軸二重管熱交換器の主要部が構成されている。
【００３３】
ここで媒体滴下ノズル付き先端管３は、図２に示すように、高温地熱層での耐久性と熱交換効率を高めるため、高い耐熱・耐食性と熱伝導性を有する炭化ケイ素等で製造された片側閉止管か、または炭化ケイ素等で外側面をコーティングした片側閉止管で構成されている。なお、この先端管上面は図３に示す通り、複数の媒体滴下ノズル７と、上部に同軸設置する内側断熱管を支持する、ガイド部５を有したノズル板８が溶接接続されている。
【００３４】
なお、前記ノズル板８は、同軸二重管熱交換器を介して地中熱によって媒体沸点より３〜１０℃程度低い温度にまで予熱昇温された媒体を、鉛直下方向に流路面積が小さくなる複数の絞り流路を介して、坑底接触部９の内壁、すなわち同軸二重管熱交換器の先端閉止底面に向けてシャワー状に流下させるもので、絞り流路形成による逆流防止と、複数流路からの媒体分散滴下によって、媒体の昇温気化を促進させる機能を有するものである。
【００３５】
さらに、前記ノズル板８の上面に支持され、かつ前記ノズル板に溶接接続された外側管の内壁に接する形で、図４に示す炭化ケイ素製の螺旋流路構成板１０を一体成した熱交換促進管１１が挿入設置されている。これは、深部高温層からの地中熱吸熱によって、媒体が先端管３に到達するまでの流下過程で、媒体の温度を沸点近くにまで充分に昇温予熱させておくことを目的として、設置するものである。
【００３６】
一方、地下浅部の恒温層や低温帯水層と接する領域では、外側管の内壁温度が地中との熱交換によって低下するため、前記地中熱吸熱促進部と同様に、炭化ケイ素製の螺旋流路構成板一体成型、熱交換促進管１２を挿入設置して、媒体の放熱冷却促進に活用する。
なお、前記吸熱促進部と放熱冷却促進部の間には、それぞれの場所に挿入する熱交換促進管を支持しつつ、熱交換促進管の間での熱伝導を抑制するため、図５に示す高断熱素材のスペーサー管１３が挿入設置されている。
【００３７】
こうして、地中との熱交換を促進する必要のない領域では、スペーサー管を用いた鉛直下方への直線的な流路として圧力損失を減らすことで、特に放熱冷却促進部で凝縮液化した媒体が、少ない圧力損失で速やかに吸熱促進部まで流下するように流路を構成しておき、吸熱促進部から上方で、媒体が液体状態で液面１４まで貯留するようにしておけば、圧力損失が高くなる吸熱促進部の螺旋流路を流下させるための圧力を高められ、よって媒体を圧送するためのポンプ動力を削減させることができる。
【００３８】
なお、この方法によっても凝縮液化した媒体の圧送が困難である場合には、スペーサー管１３の外側直線流路内に、媒体圧送を補助するための小型液中ポンプを設置しても良い。
【００３９】
以上の構成により、深部高温層および地熱層で効率良く吸熱を行って昇温した媒体が、内側断熱管内を上昇して、地上部で発電機に接続された蒸気タービンを駆動した後に低温低圧の蒸気となり、これが同軸二重管熱交換器を介して低温の浅部恒温層や滞水層に向けて直接圧入され、凝縮液化して再び深部高温層へ流下していくこととなる。
【００４０】
こうして、地上から直接圧入された低温低圧蒸気が、浅部恒温層や滞水層に放熱しながら流下する過程で凝縮液化するため、同軸二重管の冷却促進部で螺旋流路内が減圧状態となり、前記の低温低圧蒸気がさらに効率よく吸引され、螺旋流路内を流下するようになる。すなわち本システムにおいては、一般的な地熱発電で見られる冷却塔や復水器の機能が、螺旋流路構成型同軸二重管の地中埋設部内で行われる形態となるのである。
【００４１】
このように、閉ループの循環流路を構成する一つの同軸二重管熱交換器において、地中への放熱冷却による凝縮液化と、地中からの吸熱昇温による蒸発気化までの状態変化が、媒体の地中流下とともに行われるように、流路と地中熱交換のプロセスを構成することで、媒体の冷却装置や冷却水を不要化あるいは簡略化させ、同時に地中での熱交換促進と補機動力の削減による発電効率の向上と、附帯設備の省略による省スペース化が可能となる。
【００４２】
なお、地中における媒体の凝縮液化や効率的な昇温気化にあたっては、地中での熱交換促進が欠かせないが、これを実現する上では、同軸二重管熱交換器の外側管を挿入した後に、外側管内壁の温度分布を計測し、その結果に基づいて媒体を冷却促進すべき領域と、昇温促進すべき領域を特定し、それぞれの領域における螺旋流路構成板の設置間隔や設置角度を調整して、螺旋流路内における地中熱交換の最適化を図ることが望ましい。
【００４３】
また、前記の熱交換促進方法によってもなお、蒸気タービン等の駆動に必要な地熱抽出が困難である場合には、同軸二重管熱交換器を含む閉ループ循環流路内を、真空ポンプ等を用いて減圧することで、循環流路内の媒体沸点を低下させて、少ない吸熱量でも媒体が容易に気化できるようにすることが望ましい。
【００４４】
また、同軸二重管熱交換器の外側管については、地中での耐食性と熱交換効率の両方を高くするため、炭化ケイ素等の耐熱、耐食性材料で外側表面にコーティングを施すことが望ましいが、前記螺旋流路の最適化によって充分な熱交換量を確保でき、かつ地中腐食のリスクが少ない場合には、一般的な鋼管を用いて低コスト化を図ることも可能である。
【００４５】
加えて、前記内側断熱管についても、高い断熱性を保つために真空断熱管を用いることも可能であるが、真空断熱材を内包させた二重管のほか、耐圧、耐熱、耐水性の面で優れるエンジニアリングプラスチックで配管を構成し、これを溶着接続して利用しても良い。
【００４６】
なお、外側管と内側断熱管の接続方法については、溶接や溶着等の他に、ネジ配管接続やフランジ接続を行う方法も考えられ、これらは接続管の材料や配管仕様、使用環境などから適切な方法を選定すれば良い。
【００４７】
このように構成された本発明システムを活用すれば、掘削深度が浅く、坑底温度が低い地熱層においても、また冷却水の調達が困難な場所であっても、新規の蒸気生産や温泉の汲み上げ量を増加させることなく、またスケール析出による故障リスクを伴うことなく、高効率、低コスト、かつ省スペースで地熱発電を行うことが可能となる。
【００４８】
（第２実施形態）
【００４９】
図６は、本発明の第２実施形態に係る地熱発電システムにおける、効率的な冷却方法の概略構成および機能を示すものである。これは、冷却水の調達が困難で、さらに地熱等の影響で浅部恒温層が高温化している地域や、地下に滞水層が無いなど、媒体の凝縮液化を地中で行うことが困難な場合に、地上で冷却水の消費量を最小限に抑えながら、効率よく媒体冷却を行うためのシステム構成例である。以下、図に基づいて、その内容を説明する。
【００５０】
図２に示すように、本発明の地熱発電システムは、水、またはペンタン等の発電用媒体が循環する閉ループ循環流路において、発電後の媒体を駆動熱源とする吸着式冷凍機１５と、この冷凍機を駆動するための密閉式クーリングタワー１６と、この冷凍機から得られる冷却水を利用して、冷凍機駆動後の媒体を追加冷却する水冷式熱交換器１７と、この熱交換器で凝縮液化された媒体を地中に圧送する媒体圧送ポンプ１８から構成されている。なお、発電システム２の上流と、前記の媒体圧送ポンプ１８を通過した後の媒体循環流路は、前記の同軸二重管式熱交換器１に接続されて循環閉ループ型の流路を構成しているが、図ではこれを省略する。
【００５１】
本システムでは、発電後の媒体蒸気か液化した高温媒体を熱源として冷凍機を駆動し、媒体から熱を奪いながら冷熱を取り出しつつ、更にこの過程で得られる冷熱を、前記冷凍機を通過して温度低下した媒体の追加冷却に利用することで媒体冷却や凝縮液化をさらに促進し、媒体を地上で効率よく液化して、液送ポンプによる地中圧送を可能としている。
【００５２】
なお、前記の冷凍機駆動にあたっては冷却水を要するクーリングタワーが必要となるが、このクーリングタワーを開放式ではなく密閉式とすれば、冷却水補水量を抑えられるため、冷却水調達が困難な場所においても、効率よく媒体冷却を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、例えば地熱を効率良く抽出することで得られる高温媒体を利用した温室栽培や冬季のロードヒーティングなど、発電以外の温熱利用や、高温媒体を利用する吸着式冷凍機等を活用した冷熱利用でも適用が可能である。このように、前記実施形態は例示であり、本発明の特許請求範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・・螺旋流路構成型同軸二重管熱交換器
２・・・・蒸気タービン発電装置
３・・・・媒体滴下ノズル付き先端管
４・・・・同軸二重管熱交換器外側管
５・・・・内側断熱管支持ガイド 
６・・・・同軸二重管熱交換器内側断熱管
７・・・・媒体滴下ノズル
８・・・・ノズル板
９・・・・同軸二重管熱交換器の坑底接触部
１０・・・地中熱交換促進管の螺旋流路構成板
１１・・・地中吸熱促進用の熱交換促進管
１２・・・地中放熱促進用の熱交換促進管
１３・・・同軸二重管熱交換器のスペーサー管
１４・・・凝縮液化した発電用媒体の液面
１５・・・発電後媒体を駆動熱源とする吸着式冷凍機
１６・・・密閉式クーリングタワー
１７・・・発電後媒体の水冷式熱交換器
１８・・・媒体圧送ポンプ
【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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