(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤内に設けた貯槽に熱水を貯蔵し、該貯槽から熱水を払い出して発電等に利用する岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の周囲の岩盤中に、そこで発生した地下水の蒸気を集めて地表に放出するためのボーリング孔を前記貯槽を取り囲むように多数設けてなることを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【請求項２】
請求項１記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽に至るアクセス坑道を設け、該アクセス坑道から前記貯槽の周囲に前記ボーリング孔を設け、該ボーリング孔に集めた地下水の蒸気を前記アクセス坑道を通して地表に放出する構成としたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【請求項３】
請求項２記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道を平面視において貯槽を中心とする螺旋状の斜坑として設けたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【請求項４】
請求項２記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道の先端部を前記貯槽の上方に位置せしめ、該アクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて前記ボーリング孔を斜め下向きの放射状に多数設けたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【請求項５】
請求項１，２，３または４記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の下方の岩盤中に地下水集水用のボーリング孔を設けたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【請求項６】
請求項５記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽の下方に至るアクセス坑道を設けて、そのアクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて地下水集水用のボーリング孔を斜め上向きの放射状に多数設け、該ボーリング孔により集水した地下水を該アクセス坑道を通して排水する構成としたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【請求項７】
請求項２，３，４，５または６記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道と前記貯槽との接続部をプラグにより封止するとともに、該プラグの貯槽と反対側の端部を岩盤により支持することで、該プラグに作用する貯槽内圧を該プラグからそれを支持する周囲の岩盤に伝達せしめることを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤内に設けた貯槽に熱水を貯蔵して発電等に利用する岩盤内熱水貯蔵施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、岩盤内に設けた貯槽に高温高圧の熱水を貯蔵するというエネルギー貯蔵施設の検討が進められつつある。これは、火力発電所における低負荷時の余剰エネルギーや、廃棄物・ゴミ焼却施設等からの廃熱エネルギーを熱水の形態で岩盤内の貯槽に貯蔵し、高負荷時に貯槽から熱水や蒸気を取り出して発電等に利用しようというものである。
【０００３】
そのような岩盤内熱水貯蔵施設における熱水の貯蔵温度は２００〜３００゜Ｃ程度、貯蔵圧力は２〜２０ＭＰａ程度とすることが考えられている。また、貯槽の形態としてはサイロ状あるいはトンネル状とすることが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように２００〜３００゜Ｃ、２〜２０ＭＰａもの高温高圧の熱水を岩盤内の貯槽に貯蔵する場合、貯槽が比較的浅い深度に設けられると、貯槽周囲の岩盤が地下水の沸点温度以上の高温になって岩盤中の地下水が沸騰して蒸気化してしまうことが想定される。そして、地下水の蒸気が岩盤の割れ目や亀裂を通って地表に不用意に噴出してしまうことも想定されるが、そのようなことは施設周辺地域の安全性を確保する上で支障を来すので、そのような事態を未然に防止するための対策が必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、岩盤内に設けた貯槽に熱水を貯蔵し、該貯槽から熱水を払い出して発電等に利用する岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の周囲の岩盤中に、そこで発生した地下水の蒸気を集めて地表に放出するためのボーリング孔を前記貯槽を取り囲むように多数設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽に至るアクセス坑道を設け、該アクセス坑道から前記貯槽の周囲に前記ボーリング孔を設け、該ボーリング孔に集めた地下水の蒸気を前記アクセス坑道を通して地表に放出する構成としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道を平面視において貯槽を中心とする螺旋状の斜坑として設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項２の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道の先端部を前記貯槽の上方に位置せしめ、該アクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて前記ボーリング孔を斜め下向きの放射状に多数設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１，２，３または４の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の下方の岩盤中に地下水集水用のボーリング孔を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項５の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽の下方に至るアクセス坑道を設けて、そのアクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて地下水集水用のボーリング孔を斜め上向きの放射状に多数設け、該ボーリング孔により集水した地下水を該アクセス坑道を通して排水する構成としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項２，３，４，５または６の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道と前記貯槽との接続部をプラグにより封止するとともに、該プラグの貯槽と反対側の端部を岩盤により支持することで、該プラグに作用する貯槽内圧を該プラグからそれを支持する周囲の岩盤に伝達せしめることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の第１実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す図である。本第１実施形態の施設は熱水を貯蔵するためのサイロ状の貯槽１を岩盤Ｇ中の比較的浅い深度に設けたものであり、地表よりこの貯槽１に至るアクセス坑道２が平面視において貯槽１を中心とする螺旋状の斜坑として設けられているものである。
【００１３】
アクセス坑道２は貯槽１を施工する際に工事用通路として設けられ、また貯槽１に対して保守点検を行う際にも使用することが可能なものであるが、この施設においては、通常の操業時にはアクセス坑道２の始端（地表での入り口）および終端（貯槽１との接続点）をそれぞれプラグ３により閉鎖しておいて、このアクセス坑道２を周辺の岩盤Ｇ中において発生する地下水の蒸気を地表に放出するための放出路として機能せしめるようにしている。
【００１４】
すなわち、上記のアクセス坑道２からはその上下に多数のボーリング孔４が密に設けられていて、それらボーリング孔４が貯槽１の周囲を取り囲んでおり、貯槽１周囲の岩盤Ｇ中で発生した地下水の蒸気は自ずとそれらボーリング孔４に集められるようになっている。そしてボーリング孔４に集められた地下水の蒸気は、アクセス坑道２を通って地表に向かって上昇していき、最終的には図２に示すようにアクセス坑道２の始端に接続されている放出塔５から大気中に安全に放出されるようになっている。なお、アクセス坑道２の全長が十分に長いような場合には、地下水の蒸気がそのアクセス坑道２を上昇していく間に自然冷却されて復水し、地下水として岩盤Ｇ中に戻ることも考えられる。
【００１５】
したがって、本第１実施形態の施設にあっては、貯槽１周囲の岩盤Ｇ内で発生した地下水の蒸気が岩盤Ｇの割れ目や亀裂を通って不用意に地表に噴出してしまうような事態を未然に回避でき、施設周辺地域の安全性を確保することができるし、地下水の蒸気を回収して有効に活用することも可能となる。
【００１６】
なお、上記第１実施形態ではアクセス坑道２を角形螺旋状に設けたが、円形螺旋状に設けても勿論良い。また、上記第１実施形態ではボーリング孔４をアクセス坑道２から上下方向にのみ設けたが、上下方向のボーリング孔に加えて、あるいはそれに代えて、貯槽１の上部や下部を横断するような水平方向のボーリング孔を設けても良い。そして、岩盤Ｇの状況等によっては多数のボーリング孔を網目を巡らすように十分に密に設ければ設けるほど、貯槽１周囲の岩盤Ｇ全体から地下水の蒸気を確実に集めることができ、十分な信頼性を確保することができる。
【００１７】
また、上記第１実施形態はサイロ状の貯槽１に適用した場合の例であるが、球状やトンネル状の貯槽の場合にも同様に適用できるものであり、その場合も貯槽全体を取り囲むようにその周囲に多数のボーリング孔を密に設ければ良い。
【００１８】
さらに、上記第１実施形態のように貯槽１を施工する際に設けられる螺旋状のアクセス坑道２を蒸気の主たる放出路として利用することが好ましくかつ現実的であるが、必ずしもそれに限るものでもなく、たとえば地表から多数のボーリング孔を蒸気井のように貯槽周囲の岩盤中に向けて直接的に掘削することも考えられるし、あるいは地表から立坑を設けてその立坑から貯槽の周囲にボーリング孔を設けることも考えられる。
【００１９】
図４〜図５は本発明の第２実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す図である。本第２実施形態における貯槽１１は球形とされ、地表からこの貯槽１１に至るアクセス坑道１２の先端部が貯槽１１の上方に位置しており、そのアクセス坑道１２の先端部から貯槽１１の周囲に向かって多数のボーリング孔１３が、開いた傘の骨の如く斜め下向きの放射状に設けられ、貯槽１１の周囲で発生した蒸気Ｓがそれらボーリング孔１３により効率的に集められてアクセス坑道１２を通して地表に導かれるようになっている。
【００２０】
また、本第２実施形態では、貯槽１１の下方に至る他のアクセス坑道１４も設けられ、そのアクセス坑道１４の先端部から貯槽１１の周囲に向かって多数のボーリング孔１５が斜め上向きに放射状に、すなわち上記のボーリング孔１３と対称的に設けられている。これらボーリング孔１５は貯槽１１周囲の岩盤Ｇ内の地下水Ｗを集水するためのもので、これらボーリング孔１５に集水された地下水Ｗはアクセス坑道１４を通して地表に揚水されて排水されるようになっている。したがって、本第２実施形態では、ボーリング孔１５によって貯槽１１周囲から地下水が効率的に集水されて排水されることにより、貯槽１１周囲での蒸気Ｓの発生を十分に抑制することができ、僅かに発生した蒸気Ｓもボーリング孔１３により効率的に集められて確実に地表に導くことができるものである。
【００２１】
なお、図５に示すように、本第２実施形態における貯槽１１は、岩盤Ｇに形成した空洞２０の表面に裏込め材２１を介してライニング材２２を敷設することで形成されている。ライニング材２２はそれ自体で液密性と気密性を有するもので、たとえば薄肉鋼板等の金属板が好適に採用可能である。裏込め材２１はライニング材２２を背面から支持補強するもので、無筋コンクリートが好適に採用可能である。
【００２２】
また、本第２実施形態では、上下のアクセス坑道１２，１４の先端部と貯槽１１との接続部を封止するプラグ２３として無筋コンクリートが採用され、図５（ａ）に示すように上部側のプラグ２３には熱水や蒸気等の配管２４が通され、同図（ｂ）に示すように下部側のプラグ２３にはマンホール２５が形成されている。この場合、上記のプラグ２３は自ずと周囲の岩盤Ｇに付着して一体化し、かつ岩盤Ｇの温度が上昇することで生じる圧縮応力によりプラグ２３の耐圧性能とそれによる貯槽１１の封止性能は自ずと確保されるが、図示しているようにプラグ２３の後端部を岩盤Ｇに対して直接支持することとすれば、図中に矢印で示すようにプラグ２３に作用する貯槽内圧Ｐがプラグ２３を介して岩盤Ｇに伝達されるから、プラグ２３の耐圧性能と封止性能をより高めることができる。なお、符号２６は裏込め材２１中に設けられた補強鉄筋、２７は岩盤Ｇを掘削する際に補強のために設けられるロックボルトである。
【００２３】
以上のように、本第２実施形態の岩盤内熱水貯蔵施設は、貯槽１１の周囲に蒸気Ｓおよび地下水Ｗを集めるためのボーリング孔１３，１５をそれぞれ放射状に多数設けたので、貯槽１１の周囲での蒸気Ｓの発生を抑制できかつ発生した蒸気Ｓを安全に処理することができることはもとより、球形の貯槽１１を採用したことで最小表面積で最大容積を確保できるので最も効率的であり、かつ、その貯槽１１の上下にそれぞれアクセス坑道１２，１４を設けたことで貯槽１１および各ボーリング孔１３，１５を効率的に施工することが可能であり、しかもアクセス坑道１２，１４と貯槽１１との接続部を封止するプラグ２３を岩盤Ｇに支持せしめて設けたことからそのプラグ２３の耐圧性能と封止性能を自ずと確保できるものであり、したがって本第２実施形態の岩盤内熱水貯蔵施設はこの種の施設として最も合理的かつ効率的な形態であるといえる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、貯槽の周囲の岩盤中にそこで発生した地下水の蒸気を集めて地表に放出するためのボーリング孔を貯槽を取り囲むように多数設けたため、貯槽周囲の岩盤中で発生した地下水の蒸気が不用意に地表に噴出してしまうような事態を未然に回避でき、施設周辺地域の安全性を確保することができるし、地下水の蒸気を回収して有効に活用することも可能である。
【００２５】
請求項２の発明は、地表から貯槽に至るアクセス坑道を設けてそのアクセス坑道から貯槽の周囲にボーリング孔を設け、ボーリング孔に集めた地下水の蒸気をアクセス坑道を通して地表に放出する構成としたので、貯槽を施工する際に設けるアクセス坑道を主放出路として利用することができるし、貯槽周囲に対する多数のボーリング孔の施工もアクセス坑道から容易に行うことができるので合理的である。
【００２６】
請求項３の発明は、アクセス坑道を平面視において貯槽を中心とする螺旋状の斜坑として設けたので、そのアクセス坑道から貯槽の周囲を取り囲むような多数のボーリング孔を施工し易く、最も合理的である。
【００２７】
請求項４の発明は、アクセス坑道の先端部を貯槽の上方に位置せしめて、そのアクセス坑道の先端部から貯槽の周囲に向けてボーリング孔を斜め下向きの放射状に多数設けたので、貯槽周囲で発生した蒸気をそれらボーリング孔により効率的に集めることができる。
【００２８】
請求項５の発明は、貯槽の下方の岩盤中に地下水集水用のボーリング孔を設けたので、貯槽周囲から地下水を排出することでそこでの蒸気発生を抑制することができる。
【００２９】
請求項６の発明は、地表から貯槽の下方に至るアクセス坑道を設けて、そのアクセス坑道の先端部から貯槽の周囲に向けて地下水集水用のボーリング孔を斜め上向きの放射状に多数設け、ボーリング孔により集水した地下水をアクセス坑道を通して排水する構成としたので、貯槽周囲から地下水を効率的に集水し排水することができる。
【００３０】
請求項７の発明は、アクセス坑道と貯槽との接続部を封止するプラグの貯槽と反対側の端部を岩盤により支持して、プラグに作用する貯槽内圧を周囲の岩盤に伝達せしめるので、プラグの耐圧性能とプラグによる封止性能を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す斜視図である。
【図２】  同、正断面図である。
【図３】  同、平断面図である。
【図４】  本発明の第２実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す図である。
【図５】  同、要部拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｇ  岩盤
Ｓ  蒸気
Ｗ  地下水
Ｐ  貯槽内圧
１  貯槽
２  アクセス坑道
４  ボーリング孔
５  放出塔
１１  貯槽
１２  アクセス坑道
１３  ボーリング孔
１４  アクセス坑道
１５  ボーリング孔
２０  空洞
２１  裏込め材
２２  ライニング材
２３  プラグ
２４  配管
２５  マンホール
２６  補強鉄筋
２７  ロックボルト
【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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