(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地熱蒸気の導入噴出口と、造成温泉の取出口と、余剰蒸気の排出口を有する底面閉止型容器と、該容器の天面から熱交換器を挿入封止し、この熱交換器で地熱蒸気から吸熱して蒸発した発電用媒体蒸気を収集貯留させる発電媒体蒸気タンクと、該蒸気タンクから供給される発電媒体蒸気で駆動するタービン発電機と、該タービン発電機から排出される発電媒体を空冷または水冷により凝縮液化させ、液化した発電用媒体を前記の熱交換器内へと還流させる閉ループ循環型の温泉熱発電システムで構成され、容器内に挿入した熱交換器によって、地熱蒸気を凝縮液化させることで温泉を造成しながら、発電用媒体を昇温気化させ、蒸気タービンを駆動して発電電力も同時に得られるようにすることを特徴とした、温泉造成型温泉熱発電システム
【請求項２】
請求項１に記載の温泉造成型温泉熱発電システムを構成する、熱交換器を挿入した容器において、地熱蒸気の導入噴出口を該容器の天面近傍に配置する一方、造成温泉の取出口を該容器の底面付近に配置し、さらに余剰蒸気の排出口を造成温泉取出口の上部に配置させるとともに、容器内の垂直方向に複数の蒸気滞留層を形成できるよう、熱交換器の周囲に凝縮した造成温泉が流下する隙間流路を形成できる複数の隔板を配置させて、該隔板の隙間流路面積が、容器天面側から底面側に向かうに従って増加するよう構成することで、高温高圧の地熱蒸気が容器天面側から底面側に向かうに従い、低温低圧の蒸気や凝縮液化した造成温泉となって容器内の熱交換器表面を流下し、容器底面側から取り出せるようにしたことを特徴とする、温泉造成型温泉熱発電システム
【請求項３】
請求項１に記載の温泉造成型温泉熱発電システムにおいて、発電媒体を水冷して冷却を促進するとともに、媒体冷却後に温度上昇した冷却水を、容器から取り出された余剰蒸気と造成温泉に混合させることで、発電量と温泉の造成量の両方を増加させることを特徴とする、温泉造成型温泉熱発電システム
【請求項４】
地熱発電または地熱バイナリー発電システムにおいて、地熱蒸気かバイナリー発電用の媒体蒸気による発電用タービンの、タービン軸回転力を伝達する駆動力伝達機構を備え、この伝達機構を介して得られる駆動力を用いて稼働するポンプを設けることにより、発電後の熱水か、バイナリー発電用タービン出口の媒体か、発電用の冷却水のうち、何れか一つ以上を送液するように構成することで、発電システムの駆動に係る所内動力を低減し、正味の発電出力を増加させることを特徴とする、地熱発電システムの発電効率向上方法
【請求項５】
地熱蒸気の導入管と、造成温泉の取出口を有する天面開放型容器と、該容器天面の上部に配置され、容器天面から水を放射状に噴射供給する水噴出部と、該容器内の底面付近に配置され、容器中央下部から地熱蒸気を噴出供給する地熱蒸気噴出部と、該容器内に敷き詰められた凹凸を有する岩石から構成され、容器下部より地熱蒸気を噴出供給して容器内の岩石が形成する隙間流路を上方に流通させる一方、容器の天面から供給されて岩石間の隙間流路を流下する水と混合させ、岩石や水と熱交換を行わせて容器下部に温泉を造成し、容器下部の取出口から造成温泉を得られるようにしたことを特徴とする、温泉造成装置
【請求項６】
請求項５に記載の地熱蒸気噴出部が、複数の地熱蒸気噴出孔を有する二方向以上の分岐管で構成されていることを特徴とする、温泉造成装置
【請求項７】
請求項５に記載の温泉造成装置において、装置に供給する地熱蒸気の酸性度やアルカリ度と温度、供給量に応じて、容器内に敷き詰める岩石の性質や積層量のほか、容器の天面から噴射供給する冷却水の水質や供給量のうち、何れか一つ以上を制御することにより、造成装置から得られる造成温泉に含まれる含有成分と含有量を調整することを特徴とする、造成温泉の泉質制御方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型で簡素かつ低コストな温泉造成を行う温泉造成装置と、温泉を造成しながら高効率な温泉熱発電を実現できる、温泉造成型温泉熱発電システムの提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱蒸気は、河川水や地下水等と混合させる温泉造成を行って浴用等の温泉として利用するほか、蒸気の保有するエネルギーを活用した地熱発電や温泉熱発電などにも利用され、これらはいずれもエネルギーの利用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エネルギー利用形態となっている。
【０００３】
温泉造成については、高温高圧の地熱蒸気の噴出騒音を低減させながら、河川水や地下水等を効率よく混合させて温泉を造成することや、地熱蒸気の成分による造成装置の腐食劣化や装置内に析出するスケールによる閉塞故障の低減等を技術課題として、様々な工夫がなされている。
【０００４】
このうち、例えば地熱蒸気の噴出騒音を低減させながら温泉造成を行う装置としては、特許文献１に記載されている温泉噴気ドレーン抜き消音器が提案され、地熱蒸気と河川水等を効率よく混合させて温泉造成する装置としては、地熱蒸気と河川水を利用して温泉を造成し、地域に供給している企業が温泉造成の方法と装置を紹介している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６３１２２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「造成塔構造」、［平成２７年９月２２日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈａｋｏｎｅｏｎｓｅｎ．ｃｏｍ／ｔｏｕｋｏｕｚｏｕ．ｈｔｍｌ＞
【０００７】
また、小型で効率の高い温泉熱発電技術として、温泉貯湯槽内で高温源泉と発電用媒体との直接熱交換を行う、温泉貯湯槽活用型の温泉熱発電システムが提案されている。
【０００８】
【特許文献２】特開２０１４−２０２１５０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、特許文献１に示された従来技術によれば、比較的簡素な構造でありながら、周囲への騒音公害や温泉水の飛散による周囲家屋等への腐食被害を軽減しつつ、温泉水の取り出しや利用できるようになるものの、以下に示す３つの課題がある。
【００１０】
第一には、当該消音器を構成する第二空洞部材が、腐食やスケール析出により閉塞されて性能低下し、所期の性能を維持できなくなる恐れがあるほか、スケール析出による性能低下を防止すべく、定期的に清掃や交換等のメンテナンスを行う場合や、故障などの発生に伴って第二空洞部材の清掃や交換等の不定期メンテナンスを行う場合に、どちらも地熱蒸気で高温化している第一空洞部材の取り外しと一時撤去及び清掃作業後の再取付作業を必要とするため、メンテナンス作業に危険と時間、手間を要して大きな負担となるほか、作業期間中は造成温泉を得られなくなってしまうことが、課題として挙げられる。
【００１１】
また、本技術を用いて造成温泉を得る場合、ドレーン抜きから温泉を得ることができるが、蒸気卓越型の源泉である場合は、ほとんどが蒸気のまま消音器から出ていくために、得られる造成温泉の量が少なく、より多くの温泉を得ようとする場合には、蒸気出口から別途温泉造成装置や熱交換器に接続して追加の温泉を得る必要があり、装置の設置に係るスペースと費用が嵩むほか、これら設備の維持管理に係る費用も嵩むという課題がある。
【００１２】
さらに本技術では、温度や圧力と発生量によっては、発電や高温熱の有効利用も可能である高温高圧の地熱蒸気が保有するエネルギーが全く利用されることなく、衝撃緩和部材への衝突や容器内の空洞部材に構成された複数噴出口での圧力損失で消費され、有効利用されていないという課題がある。
【００１３】
また、非特許文献１の従来技術によれば、少ない設置面積で、比較的簡素な構造でありながら、効率よく多量の造成温泉水を得ることができるものの、前記の従来技術と同様、以下に示す３つの課題がある。
【００１４】
第一の課題としては、造成塔内に設置された複数の多孔隔板が、腐食やスケール析出により閉塞されて性能低下し、所期の性能を維持できなくなる恐れがあるほか、性能低下を防止すべく、定期的に清掃や交換等のメンテナンスを行う場合や、故障等の発生に伴って多孔隔板の清掃や交換等の不定期メンテナンスを行う場合に、どちらも地熱蒸気で高温化している造成塔を分解し、複数の多孔隔板を取り外して清掃作業を行い、清掃後の隔板を再び取り付けるなど、作業に危険と時間および手間を要して大きな負担となるほか、作業期間中は造成温泉を得られなくなってしまうことが挙げられる。
【００１５】
加えて本技術でも、温度や圧力と発生量によっては、発電や高温熱の有効利用も可能な高温高圧の地熱蒸気が保有するエネルギーが全く利用されることなく、造成塔内に設置された複数の多孔隔板における圧力損失と、造成塔上部から供給される水との熱交換で消費され、有効利用されていないという課題がある。
【００１６】
また、本技術では地熱蒸気と河川水の混合により温泉を造成するため、造成温泉に含有される成分の性質と含有量については、地熱蒸気と河川水に含まれる成分や含有量に依存し、これらに含まれない有効成分を積極的に含有させたり、造成温泉に含まれる成分量を能動的に増減制御できないという課題がある。
【００１７】
一方、特許文献２に示された従来技術によれば、高温の温泉水が保有する温泉熱を利用して発電を行い、温泉利用に加えて電力を得ることで、地熱エネルギーの有効利用が可能となっているものの、本技術にも解決すべき４つの課題がある。
【００１８】
一つは、本方式を高温高圧の地熱蒸気に適用する場合、余剰蒸気等の放出機構がなく、密閉式の貯湯槽内が高圧化する安全上のリスクがあるほか、この課題を解決しうる安全弁付きの耐圧容器とする場合は、貯湯槽の材料や構造上の要件を満たすために寸法や重量が増大するほか、装置の製造や設置および点検、維持管理に要するコストが増大してしまうことが挙げられる。
【００１９】
また、貯湯槽内での熱交換については、熱交換器の下部を低温とし、上部を高温化する成層化を図ることが望ましいものの、地熱蒸気を供給する場合は、貯湯槽内に蒸気が均一に充満することで、貯湯槽内で温度成層を実現することが困難となり、熱交換効率が低下して発電性能が低下する課題がある。
【００２０】
加えて、地熱蒸気の熱エネルギーを有効に活用するためには、熱交換器表面での熱交換を促し、蒸気を凝縮液化させることで、地熱蒸気が保有する顕熱だけではなく、蒸発潜熱も発電用媒体の昇温や気化に利用することが望ましいが、地熱蒸気を効率よく熱交換させ、凝縮液化させて温泉造成をしながら、蒸発潜熱を含めて発電用媒体の昇温気化に利用し、発電量を増加させるための具体的な方法が明示されていないという課題がある。
【００２１】
また、発電用媒体凝縮液の送液について、発電電力を利用してポンプを駆動する場合は、発電電力をポンプ駆動力として供給する過程で電力変換ロスが生じ、補機動力を考慮した発電システムの正味発電効率が低下するほか、装置が複雑化するという課題がある。
【００２２】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で簡素でありながら、地熱蒸気の噴出騒音を低減しつつ、地熱蒸気から効率よく多量の温泉を造成でき、維持管理も容易な温泉造成装置と、地熱蒸気の噴出騒音低減と多量の温泉造成を可能としつつ、さらに地熱蒸気の蒸発潜熱を有効利用することで高効率な温泉熱発電も可能とする、温泉造成型の温泉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】
【００２３】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
地熱蒸気の導入噴出口と、造成温泉の取出口と、余剰蒸気の排出口を有する底面閉止型容器と、該容器の天面から熱交換器を挿入封止し、この熱交換器で地熱蒸気から吸熱して蒸発した発電用媒体蒸気を収集貯留させる発電媒体蒸気タンクと、該蒸気タンクから供給される発電媒体蒸気で駆動するタービン発電機と、該タービン発電機から排出される発電媒体を空冷または水冷により凝縮液化させ、液化した発電用媒体を前記の熱交換器内へと還流させる閉ループ循環型の温泉熱発電システムで構成され、容器内に挿入した熱交換器によって、地熱蒸気を凝縮液化させることで温泉を造成しながら、発電用媒体を昇温気化させ、蒸気タービンを駆動して発電電力も同時に得られるようにすることを特徴とする。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の温泉造成型温泉熱発電システムを構成する、熱交換器を挿入した容器において、地熱蒸気の導入噴出口を該容器の天面近傍に配置する一方、造成温泉の取出口を該容器の底面付近に配置し、さらに余剰蒸気の排出口を造成温泉取出口の上部に配置させるとともに、容器内の垂直方向に複数の蒸気滞留層を形成できるよう、熱交換器の周囲に凝縮した造成温泉が流下する隙間流路を形成できる複数の隔板を配置させて、該隔板の隙間流路面積が、容器天面側から底面側に向かうに従って増加するよう構成することで、高温高圧の地熱蒸気が容器天面側から底面側に向かうに従い、低温低圧の蒸気や凝縮液化した造成温泉となって容器内の熱交換器表面を流下し、容器底面側から取り出せるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、          
請求項１に記載の温泉造成型温泉熱発電システムにおいて、発電媒体を水冷して冷却を促進するとともに、媒体冷却後に温度上昇した冷却水を、容器から取り出された余剰蒸気と造成温泉に混合させることで、発電量と温泉の造成量の両方を増加させることを特徴とする。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
地熱発電または地熱バイナリー発電システムにおいて、地熱蒸気かバイナリー発電用の媒体蒸気による発電用タービンの、タービン軸回転力を伝達する駆動力伝達機構を備え、この伝達機構を介して得られる駆動力を用いて稼働するポンプを設けることにより、発電後の熱水か、バイナリー発電用タービン出口の媒体か、発電用の冷却水のうち、何れか一つ以上を送液するように構成することで、発電システムの駆動に係る所内動力を低減し、正味の発電出力を増加させることを特徴とする。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、
地熱蒸気の導入管と、造成温泉の取出口を有する天面開放型容器と、該容器天面の上部に配置され、容器天面から水を放射状に噴射供給する水噴出部と、該容器内の底面付近に配置され、容器中央下部から地熱蒸気を噴出供給する地熱蒸気噴出部と、該容器内に敷き詰められた凹凸を有する岩石から構成され、容器下部より地熱蒸気を噴出供給して容器内の岩石が形成する隙間流路を上方に流通させる一方、容器の天面から供給されて岩石間の隙間流路を流下する水と混合させ、岩石や水と熱交換を行わせて容器下部に温泉を造成し、容器下部の取出口から造成温泉を得られるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の地熱蒸気噴出部が、複数の地熱蒸気噴出孔を有する二方向以上の分岐管で構成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、
請求項５に記載の温泉造成装置において、装置に供給する地熱蒸気の酸性度やアルカリ度と温度、供給量に応じて、容器内に敷き詰める岩石の性質や積層量のほか、容器の天面から噴射供給する冷却水の水質や供給量のうち、何れか一つ以上を制御することにより、造成装置から得られる造成温泉の泉質を制御できるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、小型で簡素でありながら、地熱蒸気の噴出騒音を低減して、効率よく多量の温泉を造成でき、地熱蒸気の顕熱と潜熱を有効利用した高効率な温泉熱発電も可能とすることで、クリーンな温泉熱発電電力と造成温泉の両方を供給できる、温泉造成型の温泉熱発電システムを提供することが可能となる。
また、小型で簡素でありながら、地熱蒸気の噴出騒音を低減して、効率よく多量の温泉を造成でき、得られる造成温泉に含まれる含有成分と含有量を制御できる温泉造成装置を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る第１実施形態である、温泉造成型温泉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の温泉造成型温泉熱発電システムを構成する、発電媒体凝縮液の還流流路の概略を示す模式図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態である、温泉造成装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図３の温泉造成装置を構成する、地熱蒸気噴出部の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
（第１実施形態）
【００３４】
まず、本発明の第１実施形態に係る、温泉造成型温泉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。
【００３５】
図１に示すように、本発明の温泉造成型温泉熱発電システムは、地熱蒸気の導入噴出管１と、造成温泉の取出口２と、余剰蒸気３の排出口４を有する底面閉止型の二重円筒容器５と、該容器天面に複数の熱交換器６を封止挿入し、前記二重円筒容器の内側円筒容器内での熱交換によって気化した発電用媒体蒸気７を収集貯留する発電用媒体蒸気タンク８と、該蒸気タンクから螺旋上昇させる汽水分離流路を経て上方噴出する発電用媒体蒸気で駆動するタービン発電機９と、タービンから排出される低圧発電媒体１０を、冷却水の導入管１１から供給されて、発電システム円筒筐体１２の筐体壁外周に構成された螺旋上昇流路１３を流れながら発電用媒体凝縮液化用の熱交換板１４を冷却した後に、冷却水の排水口１５から二重円筒容器５の内側円筒壁面上を流下しながら、円筒壁間を上昇する余剰蒸気３と混合して造成温泉１６の一部となる冷却水１７により凝縮液化され、液化した発電用媒体１８を前記熱交換器６の内部へ還流させるため、発電用媒体蒸気で駆動するタービン発電機９の回転軸の回転力を駆動源とし、歯車動力伝達機構１９を介して液化した発電用媒体１８を、前記熱交換器６の内部へと圧送還流させる発電用媒体液送ポンプ２０により、発電用媒体の還流ヘッダー２１を通じて熱交換器内へ還流させることで、閉ループ循環型の発電を行う温泉熱発電システム２２で構成され、内側円筒容器内に封止挿入された複数の熱交換器によって、地熱蒸気を凝縮液化させながら、発電用媒体を昇温気化させて温泉熱発電により電力を得ると同時に、地熱蒸気の凝縮液化と余剰蒸気と発電用媒体冷却水の混合によって得られる造成温泉を、外側円筒容器外周下部の造成温泉取出口２から取り出せるように構成されている。
【００３６】
ここで、地熱蒸気からの熱回収に伴う凝縮液化と、凝縮温泉水と発電用冷却水との混合により温泉造成を行う二重円筒容器５は、発電用媒体加熱用の熱交換器６を含む発電システム２２を容器天面上に設置する荷重に耐え、断熱性と耐腐食性も有するコンクリート製の底面閉止型二重円筒容器であることが望ましい。
【００３７】
なお、該容器の円筒容器内側壁面には、内側円筒容器内に複数の熱交換器挿入孔を有する、複数の多孔板を設置固定するための多孔板支持具を備え、内側円筒容器内部が複数の蒸気滞留層を形成するように構成するとともに、多孔板の孔径を熱交換器の外径より拡大させ、多孔板の内壁と熱交換器の外壁との間に隙間流路を形成して、熱交換器の表面上で地熱蒸気が凝縮液化した際に、熱交換器の表面を流下するように構成されている。
【００３８】
また、前記の隙間流路の流路面積は、多孔板で隔たれた内側円筒容器内部の複数の蒸気滞留層において、それぞれの滞留層内で地熱蒸気が効率的に熱交換するための滞留時間を確保できるように調整され、温度と圧力が高い地熱蒸気の導入噴出部を含む容器天面部側の多孔板流路面積は狭くして圧力損失を高くする一方、地熱蒸気の温度と圧力が低下する容器底面側に近くなるほど、多孔板の隙間流路面積を広くして圧力損失を低くし、凝縮液化した造成温泉が効率よく流下貯湯されるように構成することが望ましい。
【００３９】
一方、内側円筒容器５の内部に挿入する熱交換器６は、高温で腐食成分を含む地熱蒸気でも損傷することなく、効率よく熱交換を行えるよう、高い耐熱性と耐食性に、高い熱伝導率を兼ね備えた炭化ケイ素製の片端閉止型円筒容器で構成されており、図２に示す通り熱交換容器内では発電用媒体が昇温気化されて円筒容器５の天面にある発電用媒体タンク７へと上昇する一方、凝縮液化した発電用媒体液が、還流ヘッダー２１を経て媒体還流用の高断熱送液円筒管２３から流下供給されるような二重円筒構造となっている。
【００４０】
このように地熱蒸気と発電用媒体の熱交換器を円筒容器内で構成して、高温の地熱蒸気を凝縮液化させながら発電用媒体を昇温気化させることで、地熱蒸気の顕熱だけでなく、潜熱もあわせて発電用媒体に供給して温泉熱発電の発電量を増大させるともに、地熱蒸気に加水することなく、効率的に源泉１００％の造成温泉２５を得ることができる。
【００４１】
また、上記温泉造成の過程で発生する余剰蒸気３は、余剰蒸気の抽気管４から抽気され、二重円筒容器５の内側円筒容器と外側円筒容器の間に構成される隙間から上昇排出されるが、造成温泉の取出口２６を通じて得られる源泉１００％の造成温泉２５だけでは温泉の供給量が不足する場合や、源泉成分や温度低減のために源泉を加水希釈したい場合には、二重円筒容器壁間の造成温泉の貯湯部２７に溜まった造成温泉２５に、発電用媒体の冷却後に排出され、内側円筒容器壁を流下する発電用冷却水１７と、余剰蒸気３を混合させることで得られる造成温泉を混合して得られる希釈造成温泉２７を造成温泉の取出口２から取り出すことで、利用可能な造成温泉１６の取得量を増加させることも可能となる。
【００４２】
なお、閉ループ循環流による温泉熱発電システム２２を駆動する発電用媒体としては、水の他に、ペンタンや代替フロン、アンモニア水などの低沸点媒体も利用可能で、いずれの媒体についてもタービン出口の低圧低温蒸気を凝縮液化して熱交換器内へ送液する必要があるが、発電用媒体を効率的に熱交換板１４で凝縮液化させるためには、冷却水１７を用いた水冷を行うとともに、凝縮液化した媒体を効率的に還流送液させる際には、発電用媒体の高温高圧蒸気で駆動するタービン発電機の回転軸上に構成した歯車を介した動力の伝達機構１９により駆動する送液ポンプ２０を利用することで、発電用の媒体蒸気が保有するエネルギーの一部を直接的に利用して還流送液することにより、発電システム全体の効率を向上させることが望ましい。
【００４３】
なお、発電用媒体の蒸気は、熱交換器６の上部から蒸気タンク７へと上昇したのちに、蒸気タンクの中央上部に構成された螺旋構造の遠心分離流路を経て、蒸気タービン９へと供給することで、高温高圧の発電用媒体蒸気が選択的にタービン発電機へと供給されるように構成し、温泉熱発電システムを温泉造成塔上部に封止構成させることが望ましい。
【００４４】
以上のように、地熱蒸気を利用した温泉造成機能と温泉熱発電システムを一体型で構成することで、地熱蒸気の噴出に伴う騒音や蒸気の飛散による弊害を抑制しながら効率よく造成温泉を得られるだけでなく、地熱蒸気井から温泉熱発電システムを構成する熱交換器までの配管熱損失も低減して、高効率な温泉熱発電の電力を得ることが可能となる。
【００４５】
なお本システムは、地熱蒸気から電力と造成温泉の両方を地熱蒸気井の近傍で同時取得できるため、狭い設置面積でも適用が可能であり、配管施工のスペースやコストも削減できるほか、地熱蒸気を空気中の酸素に接触することなく、直接熱交換容器に導入することと、熱交換器表面で凝縮液化した地熱蒸気の熱水を速やかに流下させ続けることにより、熱交換器表面でのスケール析出を抑制し、効率の良い発電状態を維持できる特徴もある。
【００４６】
（第２実施形態）
【００４７】
次に、本発明の第２実施形態に係る、温泉造成装置の概略構成および機能について、図に基づいて説明する。
【００４８】
図３に示す通り、本発明の温泉造成装置は、地熱蒸気の導入管２８と、造成温泉の取出口２９を有する天面開放型容器３０と、該容器天面の上部に配置され、容器天面から水を放射状に噴射供給する水噴出部３１と、該容器内の下部に配置され、容器内中央下部から地熱蒸気を噴出供給する地熱蒸気噴出部３２と、該容器内に敷き詰められた凹凸を有する岩石３３から構成され、容器の下部より地熱蒸気を噴出供給して容器内の岩石が形成する隙間流路を上方に流出させる一方、地熱蒸気導入管２８から供給され、岩石間の隙間流路を流下する冷却水と前記地熱蒸気を混合させるとともに、前記地熱蒸気で加熱された岩石３３との熱交換により温泉を造成して貯湯し、容器下部の造成温泉の取出口２９から取り出す構成となっている。
【００４９】
ここで、地熱蒸気と冷却水を用いて温泉造成を行う天面開放型の容器３０は、容器内に敷き詰められる多量の岩石による荷重に耐え、断熱性と耐腐食性も有するコンクリート製の底面閉止型円筒容器であることが望ましい。
【００５０】
また、容器内に地熱蒸気を導入する地熱蒸気の導入管２８は、容器の下部で接続されて円筒容器の中心部分まで引き込まれたのち、多数の噴出口から均一に地熱蒸気が噴出されるよう、噴出口の径や噴口数を調整した、異径噴出口付きの十字管とすることが好ましい。
【００５１】
これは、高圧の地熱蒸気を円筒容器内の様々な方向に向けて噴出させ、広く拡散させながら上昇させていくことで、地熱蒸気の噴出に伴う騒音を抑制するとともに、容器天面側から流下する冷却水との混合による温泉造成を促進できるためである。
【００５２】
こうして、容器下部から多方向に噴出された地熱蒸気は、容器内に積層させた凹凸面を有する岩石層の隙間流路を上昇しながら、同じ岩石層の隙間流路を流下する冷却水や岩石と熱交換を行い、一部は凝縮液化して冷却水と混合した造成温泉として、容器下部の造成温泉取出口２９から容易に取り出せるようになる。
【００５３】
一方、岩石層の隙間流路で凝縮液化することなく上昇する地熱蒸気は、隙間流路を経て容器天面の開口端から放出されるが、隙間流路を通過する過程で、岩石層や冷却水との熱交換によって温度が低下しているとともに、圧力損失の高い隙間流路の流通に伴って圧力も大幅に低下しているため、放出時の温度や噴出速度が低減されており、蒸気放出に伴う騒音も大幅に軽減させることが可能となっている。
【００５４】
ここで、容器内に積層させる岩石３３は、個々の岩石が小さすぎると隙間流路が狭く、圧力損失が過剰となって蒸気噴出が滞り、岩石の表面にスケールが析出した際には隙間流路が閉塞して温泉造成が困難となる一方、岩石が大きすぎると隙間流路が広く蒸気放出の割合が多くなって温泉造成量が減少するほか、蒸気放出時の騒音も大きくなってしまうため、これらの兼ね合いから岩石の大きさは、縦横それぞれ１０〜５０ｃｍ程度、より適切には、１５〜２０ｃｍ程度の大きさで揃えた岩石を、容器内に偏りなく敷き詰めると良い。
【００５５】
また、容器内に積層させる岩石の性質や積層量を調整することで、得られる造成温泉の性質を制御することも可能である。例えば地熱蒸気が強酸性である場合、酸に溶けやすい成分を多く含有する岩石や材料の積層量を調整することで、含有成分を積極的に溶出させて造成温泉に混合させることができる。一方で、特定含有成分の溶出混合量を減らしたい場合には、この成分の含有量が少なく、同様な大きさの代替物質を積層すれば、蒸気噴出に伴う騒音軽減効果と簡易な手法で温泉を造成できる特長はそのままに、成分を調整した造成温泉を得ることが可能となる。
【００５６】
なお、容器内に積層させる岩石の表面には、地熱蒸気や造成温泉との接触によって徐々にスケールが析出し、隙間流路が閉塞して性能低下を起こしやすくなるが、このような時は一時的に地熱蒸気の容器内への供給を停止するとともに、速やかに多量の冷却水を容器天面から供給して、容器内の岩石を急冷させるとよい。
【００５７】
容器内の岩石を、多量の冷却水を利用して急冷すると、地熱蒸気や造成温泉で加熱され続けていた岩石の温度が急低下して収縮するため、この過程で表面に析出していたスケールが剥がれ、多量の冷却水とともに容器下部の造成温泉取出口から流出させることが可能となり、既存の温泉造成装置を分解清掃することなく、隙間流路を形成する岩石の表面上に析出したスケールを簡便な方法で、速やかに剥離排出させることが可能となる。
【００５８】
さらに、本方法で供給する多量の冷却水も、岩石を急冷する際に岩石に蓄熱された熱を奪って高温の造成温泉として継続的に取り出すことができるため、必要に応じて剥離排出されたスケール成分を除去すれば、そのまま造成温泉として継続利用できる。このため、従来のように温泉供給を長期間停止させることなく、温泉の造成供給を継続しながら造成装置のメンテナンスを行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、例えばバイオマス燃焼のボイラから得られる蒸気を利用した発電や温水造成のほか、熱交換によって得られる加熱媒体を利用した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。
【００６０】
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】
【００６１】
１・・・・地熱蒸気の導入噴出管
２・・・・造成温泉の取出口
３・・・・余剰蒸気
４・・・・余剰蒸気の排出口
５・・・・底面閉止型の二重円筒容器
６・・・・温泉熱発電媒体の熱交換器
７・・・・発電用媒体蒸気
８・・・・発電媒体蒸気タンク
９・・・・発電媒体蒸気タービン発電機
１０・・・タービンから排出される低圧発電媒体
１１・・・冷却水の導入管
１２・・・発電システム円筒筐体
１３・・・冷却水の螺旋上昇流路
１４・・・発電用媒体の凝縮液化用熱交換板
１５・・・冷却水の排水口
１６・・・液化した発電用媒体
１７・・・発電用媒体の凝縮液化用冷却水
１８・・・液化した発電用媒体
１９・・・発電用媒体送液ポンプの動力伝達機構
２０・・・発電用媒体の送液ポンプ
２１・・・発電用媒体液の還流ヘッダー
２２・・・閉ループ循環型の温泉熱発電システム
２３・・・発電用媒体液還流供給用の円筒管
２４・・・蒸気滞留用の円筒熱交換器挿入用の多孔付き隔板
２５・・・源泉１００％の造成温泉
２６・・・造成温泉の取出口
２７・・・二重円筒容器壁間の造成温泉の貯湯部
２８・・・第二実施形態の温泉造成装置における地熱蒸気の導入口
２９・・・造成温泉の取出口
３０・・・天面開放型容器
３１・・・温泉造成用の冷却水噴出部
３２・・・地熱蒸気噴出部
３３・・・岩石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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