(57)【要約】      （修正有）【課題】多量の地熱を長期安定的に抽出して利用できる地熱抽出の促進方法と、当該地熱抽出促進方法を応用した閉ループ循環型の地熱発電システムを提供する。【解決手段】高温岩体１または高温地層中を水圧破砕してフラクチャー１４を形成した後に、熱伝導促進用プロパント１４を混入させてフラクチャー１４の支持と、フラクチャー１４内への熱伝導促進用プロパント１５の圧入浸透による地熱伝熱経路の構成を行った後に、熱伝導率の高い耐熱材で構成された熱交換促進用多孔体１０または複数の熱交換板の集合体を有する地熱抽出促進用熱交換器３を挿入して、地熱伝熱経路と密着させることで、地熱抽出面積の増大と高温岩体１または高温地層中から地熱抽出用熱交換器３までの地熱の熱伝導向上を図り、地熱抽出と熱交換を促進する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井を通して流体を高温岩体または高温の地層中に圧入し、高温岩体を破砕してフラクチャーを形成するか、高温の地層中に流体を浸透させて地熱抽熱経路を形成する工程と、
形成されたフラクチャーまたは地層中の地熱抽熱経路を半永久的に支持しながら、坑井までの地熱伝導経路を確保するとともに、地熱伝導経路における地熱の熱伝導率を高めるため、地熱抽出促進用プロパントを流体中に混合して圧入浸透させる工程と、
地熱抽出促進用プロパントが充填されたフラクチャーまたは地層中の地熱抽熱経路と、坑井内に設置する地熱抽出促進用熱交換器との間に熱伝導経路を形成するよう、流体圧入後の坑井内に地熱抽出促進用熱交換器を挿入設置して、フラクチャーまたは地層中の地熱抽熱経路と密着させる工程により、
高温岩体または高温の地層中から地熱を抽出する際の熱交換面積を拡大させて地熱抽熱量を増大させるとともに、形成した地熱抽熱経路内の熱伝導率と、個々の地熱抽熱経路と坑井内に設置した地熱抽出促進用熱交換器との間の熱伝導率を高めることで、
地熱抽出量の増大と地熱抽出効率の向上を実現する地熱抽出ネットワークを地中に構成することを特徴とする、地熱抽出の促進方法
【請求項２】
請求項１に記載の地熱抽出促進用プロパント粒子の少なくとも一部が、地熱層内の岩石や地層よりも高い熱伝導性と耐熱性を有する、炭化ケイ素、金属、または黒鉛を含んでいることを特徴とする、地熱抽出促進用プロパント
【請求項３】
請求項１に記載の地熱抽出促進用熱交換器の一部または全部が、高い熱伝導性と耐熱性を有する炭化ケイ素、金属、または黒鉛を含む多孔体か、これらの材料で構成された複数の熱交換板の集合体で構成されていることを特徴とする、地熱抽出促進用熱交換器
【請求項４】
請求項１に記載の地熱抽出促進用プロパントを含む流体中に、請求項２に記載の地熱抽出促進用プロパントと、フラクチャー内または地熱抽熱経路内の地熱抽出促進用プロパントの固定化と、請求項３に記載の地熱抽出促進用熱交換器との固着または接触を促進するための熱硬化剤を混入させることを特徴とする、地熱抽出促進用プロパント輸送流体
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一つ以上の地熱抽出促進方法を用いて抽出した地熱で発電媒体を加熱上昇させて地上の発電装置で発電させた後に、発電後の媒体を凝縮液化させて同一の坑井内に還元流下させて再び加熱する、同軸二重管を利用した閉ループ循環流路を構成し、地熱抽出を促進させた地中熱交換系で閉ループ循環型の地熱発電を行うことを特徴とする、地熱抽出促進型閉ループ循環地熱発電システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱発電の発電出力増大や適用箇所の拡大につながる、地熱抽出の促進方法に関する。
【０００２】
特に、高温岩体発電に代表されるＥＧＳ発電（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｐｏｗｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）における、高温岩体からの地熱抽出方法及び、当該地熱抽出方法を利用した閉ループ循環型の高温岩体発電システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
温泉熱や地熱蒸気、または高温岩体などの地熱を利用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注目されている。
【０００４】
従来の地熱発電システムでは、地熱地帯を掘削して地熱貯留槽から得られる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、ペンタンや代替フロン、アンモニア水といった低沸点の発電用媒体を加熱蒸発させ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、既存の蒸気や温泉の汲み上げ量を増量する場合には、温泉の湧出量や地下水量が減少する懸念が生じるほか、地熱地帯でコストと時間をかけて掘削を行っても、亀裂や流体の不足により、地熱は得られても充分な地熱蒸気や温泉湧出が得られない、いわゆるカラ井戸を掘削するリスクもあるため、新規の地熱蒸気生産や汲み上げ増量を行うことなく、また、地熱は得られても蒸気や温泉が得られないカラ井戸であっても地熱発電を可能とする技術、すなわち地下の高温地熱だけを効率よく抽出して利用する地熱発電技術が期待されている。
【０００６】
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、既存温泉への影響懸念とスケール付着による故障発生リスクを同時に軽減できるほか、蒸気や温泉が得られなかったカラ井戸の有効活用にもつながる、温泉地域共生型の地熱発電技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２０２１４９号公報
【０００８】
また、カラ井戸のように亀裂や流体といった地熱発電要素の一部が充分でない場合に、不足要素を工学的な手法によって克服することで実現する地熱発電の手法として、ＥＧＳ発電（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｐｏｗｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）が期待されている。
【０００９】
このＥＧＳ発電の代表例として高温岩体発電が挙げられるが、これは地下の高温岩体を水圧破砕して人工亀裂システムを構築するとともに、地上の注入井から人工亀裂システムに多量の注水を行って地熱蒸気を発生させ、これを生産井から回収して発電を行った後に、再び注水利用することで、熱水循環系を人工的に構築して地熱発電を行うものである。
【００１０】
また、前記の高温岩体発電に係る課題である、注入水の地下逸水による損失と、注水に伴う誘発地震の発生を抑制しながら効率よく発電を行う方法として、特許文献２に示された発電方法が提案されている。本技術は、人工注水の逸水に伴う蒸気回収量の減少による発電出力低下や、多量の注水により地下が刺激されて誘発される地震のリスクを抑制できる、新たなＥＧＳ発電技術である。
【００１１】
【特許文献２】特開２０１４−５１８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記の通り、特許文献１に示された従来技術によれば、周囲温泉への影響懸念やスケール付着によるリスクを大幅に軽減しながら、地熱蒸気や温泉湧出を伴わないカラ井戸でも地熱発電が可能となるものの、解決すべき３つの課題がある。
【００１３】
一つは坑井に挿入された熱交換器のうち、高温地熱を抽出する坑底付近の高温地熱層や高温岩体と接する熱交換面積が小さいため、深部地熱帯から熱交換器への熱流束が限定的となって地熱の抽熱量が限定され、大きな発電出力が得られ難いという課題がある。
【００１４】
また、仮に深部地熱帯と接する熱交換面積が充分であったとしても、地中や岩石内の熱伝導率が１．３〜７Ｗ／ｍ・Ｋ程度と、炭化ケイ素（純度に応じ、１００〜３５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度）や黒鉛（純度に応じ、１１９〜１６５Ｗ／ｍ・Ｋ程度）、金属（元素に応じて、１３〜３８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度）などの工業的な熱交換器用材料より低いため、地下の深部から伝わる地熱を、坑底に設置した熱交換器の外壁に伝熱する際の地熱の抽熱効率が低く、安定的に抽熱できる地熱量が限定され、大きな発電出力が得られ難いという課題がある。
【００１５】
加えて、深部地熱帯内に挿入された地中熱交換器の先端内部は、円筒壁面のみで充分な熱交換面積を有していないため、熱交換器管の外壁から充分な熱流束が得られたとしても、熱交換器管の内部に流下する発電媒体の昇温や気化を効率よく行えず、循環流体が充分であっても発電利用できる地熱量が限定され、発電出力が限定されてしまう課題がある。
【００１６】
以上３つの課題により、特に高温岩体発電において最も重要となる、長期間に渡り多量かつ安定的に地熱を抽出して効率良く発電に利用する、という課題のうち、多量に地熱を抽出して効率よく発電に利用する課題に充分な対応ができず、地熱の抽出量と、抽出した地熱の利用量が限定されることで、大きな発電出力が得られ難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、逸水による発電出力の減少や注水に伴う誘発地震の発生リスクを抑制できるものの、本技術にも解決すべき３つの課題がある。
【００１８】
一つは、本方式では注入井と生産井の２つの坑井を掘削する必要があり、特許文献１に示された１つの坑井で実現可能な方式よりも坑井掘削コストが上昇し、開発期間も長期化するという課題がある。
【００１９】
さらに、前記注入井の掘削深度は２〜５ｋｍまでの深度であり、２ｋｍを超える大深度での掘削を要することから、坑井一本あたりの掘削コストが高く、掘削期間も長期化するという課題がある。
【００２０】
また、深度３〜４ｋｍの掘削により本方式を実現しうる火山帯が、東日本、フィリピン、インドネシアおよびカムチャッカなどの短縮テクトニクス場の火山帯に限定されるため、本件技術を適用できる地域が限定的されるという課題もある。
【００２１】
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、高温岩体発電をはじめとするＥＧＳ発電において、最重要課題とされている多量地熱の長期安定的抽出と、得られた地熱を効率よく利用して発電出力を高めることにより、掘削深度が浅く、亀裂などによる逸水リスクのある地熱帯であっても、また坑底温度が高くても流体不足で従来型の地熱発電が困難なカラ井戸であっても、坑井一本で高効率な地熱発電を実現できるようにすることで、地熱発電のコスト削減と適用範囲の拡大を可能とする、新たな地熱の抽出方法と、本抽熱方法を応用した閉ループ循環型の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】
【００２２】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
坑井を通して流体を高温岩体または高温の地層中に圧入し、高温岩体を破砕してフラクチャーを形成するか、高温の地層中に流体を浸透させて地熱抽熱経路を形成する工程と、
形成されたフラクチャーまたは地層中の地熱抽熱経路を半永久的に支持しながら、坑井までの地熱伝導経路を確保するとともに、地熱伝導経路における地熱の熱伝導率を高めるため、地熱抽出促進用プロパントを流体中に混合して圧入浸透させる工程と、
地熱抽出促進用プロパントが充填されたフラクチャーまたは地層中の地熱抽熱経路と、坑井内に設置する地熱抽出促進用熱交換器との間に熱伝導経路を形成するよう、流体圧入後の坑井内に地熱抽出促進用熱交換器を挿入設置して、フラクチャーまたは地層中の地熱抽熱経路と密着させる工程により、
高温岩体または高温の地層中から地熱を抽出する際の熱交換面積を拡大させて地熱抽熱量を増大させるとともに、形成した地熱抽熱経路内の熱伝導率と、個々の地熱抽熱経路と坑井内に設置した地熱抽出促進用熱交換器との間の熱伝導率を高めることで、
地熱抽出量の増大と地熱抽出効率の向上を実現する地熱抽出ネットワークを地中に構成することを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の地熱抽出促進用プロパント粒子の少なくとも一部が、地熱層内の岩石や地層よりも高い熱伝導性と耐熱性を有する、炭化ケイ素、金属、または黒鉛を含んでいることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の地熱抽出促進用熱交換器の一部または全部が、高い熱伝導性と耐熱性を有する炭化ケイ素、金属、または黒鉛を含む多孔体か、これらの材料で構成された複数の熱交換板の集合体で構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の地熱抽出促進用プロパントを含む流体中に、請求項２に記載の地熱抽出促進用プロパントと、フラクチャー内または地熱抽熱経路内の地熱抽出促進用プロパントの固定化と、請求項３に記載の地熱抽出促進用熱交換器との固着または接触を促進するための熱硬化剤を混入させることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４の何れか一つ以上の地熱抽出促進方法を用いて抽出した地熱で発電媒体を加熱上昇させて地上の発電装置で発電させた後に、発電後の媒体を凝縮液化させて同一の坑井内に還元流下させて再び加熱する、同軸二重管を利用した閉ループ循環流路を構成し、地熱抽出を促進させた地中熱交換系で閉ループ循環型の地熱発電を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、閉ループ循環型地熱発電における最大の課題である地熱の抽出・利用量の増大を実現し、坑底温度が高いものの、多量の地熱蒸気や温泉湧出が得られず、従来型の地熱発電が困難な高温岩体や高温の地層中でも、既存温泉への影響や注水に伴う地震誘発への懸念と、坑井内へのスケール析出や注入水の逸水損失による性能低下リスクを軽減しながら、高効率かつ低コストで、適用範囲の広い地熱発電を実施できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る第１実施形態である、地熱抽出促進型閉ループ循環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の地熱抽出促進領域を構築する作業手順のうち、フラクチャー形成支持用の熱交換促進用粗粒プロパントを圧入して水圧破砕を行う工程を示す模式図である。
【図３】図１の地熱抽出促進領域を構築する作業手順のうち、フラクチャー浸透充填用の熱交換促進用細粒プロパントを圧入した後に、多段水圧破砕装置を坑井から引き出した後の地熱抽出促進領域の状態を示す模式図である。
【図４】図１の地熱抽出促進領域を構築する作業手順のうち、坑底に地熱抽出促進用熱交換器を圧入してフラクチャー内に熱交換促進用細粒プロパントを再び浸透充填させつつ、個々のフラクチャー内に形成された地熱抽出経路と地熱抽出促進用熱交換器とを密着固定化させる工程を示す模式図である。
【図５】図１の発電用媒体の加熱促進用多孔体および発電用媒体の媒体分離ガイド板が一体化された地熱抽出促進用熱交換器を、上面から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
（第１実施形態）
【００３１】
まず、本発明の第１実施形態に係る、地熱抽出促進型閉ループ循環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。
【００３２】
図１に示すように、本発明の地熱発電システムは、本発明の地熱抽出促進方法によって、高温岩体１中に構成された地熱抽出促進領域２と、当該地熱抽出促進領域内に挿入された、地熱抽出促進用熱交換器３と、当該熱交換器に接続して地熱流体の閉ループ循環を行う同軸二重管４と、当該同軸二重管が挿入された坑井５と、当該坑井の地上近傍に設置され、前記熱交換器を介して地熱吸熱により得られる高温の地熱流体により、蒸気タービン等を利用して発電を行う発電装置６と、発電後の媒体を冷却凝縮する発電媒体の凝縮液化装置７と、液化した発電媒体を還元する循環ポンプ８を利用して、前記の同軸二重管を通じて地熱抽出促進用熱交換器へと発電媒体を還流させる還元流路９で構成されている。
【００３３】
ここで、地熱抽出促進用熱交換器３は、高温岩体内または高温地熱層内での耐久性と熱交換効率を高めるため、高い耐熱性と耐食性に、高い熱伝導率を兼ね備えた、純度の高い炭化ケイ素で製造された片側閉止管で構成されている。
【００３４】
また、この先端管の内部には、片側閉止管の内壁と一体化した高純度炭化ケイ素の熱交換促進用多孔体１０が内蔵されており、片側閉止管外壁からの多量の地熱を先端管内部の多孔体に効率良く伝えるとともに、同軸二重管を介して流下した発電用媒体の接触面積を増大し、熱伝導率を高めることで、発電用媒体を効率よく加熱させるよう構成されている。
【００３５】
加えて、前記多孔体による発電用媒体加熱部の上部には、加熱された発電用媒体を同軸二重管の内側断熱管に集める一方、還元された加熱前の発電媒体を同軸二重管内壁に沿う円弧状スリット１１から前記多孔体に流下させる、高純度炭化ケイ素製の発電媒体流下用スリット付き媒体分離ガイド板１２が設けられ、このガイド板の中央上部に挿入された、同軸二重管を構成する内側断熱管内を、加熱された発電用媒体が上昇する構成としている。
【００３６】
なお、前記の先端閉止管と管内部の多孔体および媒体分離ガイド板で構成される地熱抽出促進用熱交換器は、近年開発された炭化ケイ素材料の３次元印刷技術（３Ｄプリンタ技術）を利用することで、複雑な形状の多孔体や媒体分離ガイド板を含む全ての構成要素を、耐熱性と耐食性が高く、かつ熱伝導率の高い、高純度の炭化ケイ素で一体成形させている。
【００３７】
ただし、前記の先端閉止管の管壁には充分な緻密性が必要となるため、高い緻密性を有する先端閉止円管を３次元印刷技術で製造できない場合には、公知の技術で製造された高純度炭化ケイ素材料で製造された先端閉止管を利用し、この閉止管内部の底面に、公知の技術で製造された、高純度炭化ケイ素製の多孔体と、多孔体上部に配置するスペーサー管と、このスペーサー管で支持される媒体分離ガイド板を挿入し、それぞれを前記の閉止管内部に固定することで、従来技術を用いた成形品の組み合わせで構成してもよい。
【００３８】
次に、公知の技術で地下の高温岩体まで掘削し、ケーシング施工された坑井５と、前記の地熱抽出促進用熱交換器３、および地熱流体の閉ループ循環を行う同軸二重管４を利用して地熱抽出促進領域２を構成し、当該地熱抽出促進領域と前記の地熱抽出促進用熱交換器を密着固定して地熱伝熱経路を構成する、地熱抽出促進方法を図２〜４にて示す。
【００３９】
はじめに、高温岩体や高温地熱層を有する地熱地帯において、公知の技術によって掘削とケーシングを行って仕上げる坑井５を施工する。当該坑井は、閉ループ循環発電を行うことから地熱蒸気や温泉湧出を伴う必要はないが、地熱抽出を行う坑底部に挿入する地熱抽出促進用熱交換器３の外径を極力拡大し、その周囲に形成する地熱抽出促進領域２の範囲を広げるため、極力大きなケーシング内径を有する大口径の坑井であることが望ましい。
【００４０】
なお、前記の通り、当該坑井は地熱蒸気や温泉の湧出を伴う必要がないことから、既存の温泉掘削井などで亀裂や流体がなく、地熱蒸気や温泉湧出が得られなかった、いわゆるカラ井戸をそのまま利用したり、カラ井戸を拡大掘削したり増掘して利用しても良い。
【００４１】
次に、前記の坑井５に水圧破砕を行うための多段水圧破砕装置１３を挿入し、当該水圧破砕装置を介して高粘性流体であるジェルを圧入して高温岩体を破砕し、高温岩体中に複数のフラクチャー１４を形成させる。
【００４２】
ここで、高温岩体中へのフラクチャー形成方法としては、公知の方法を利用すれば良いが、フラクチャーの形成方向としては、地下深部の地熱を効率よく抽熱するため、坑底から鉛直下方向のほか、鉛直斜め下の方向に向けて、複数個所でジェル圧入を行うことで、高温岩体内の幅広い範囲に複数のフラクチャーを形成させるとともに、個々のフラクチャーの長さや幅を大きくすることが望ましい。
【００４３】
また、前記の方法で形成するフラクチャーの長さや幅が充分でない場合には、必要に応じて公知の方法による傾斜・水平掘削技術や多段水圧破砕技術を利用して、高温岩体内の広範囲にフラクチャーを形成させても良いし、フラクチャーの形成方法として、水圧破砕よりもＬＰＧ破砕を行う方が好適であれば、ジェルに替えてＬＰＧを使用してもよい。
【００４４】
次に、図３に示す通り、形成したフラクチャーを半永久的に支持するため、熱伝導促進用プロパント１５をジェルに混ぜて圧入を継続する。ここで熱伝導促進用プロパントとは、フラクチャー支持だけでなく、フラクチャーから地熱抽出促進用熱交換器３への熱伝導を促進するため、一般的に利用されている砂粒やアルミナといったプロパント粒子ではなく、耐熱性や耐食性のほかに、高い熱伝導性も有する材料で構成されたプロパント粒子である。
【００４５】
具体的には、炭化ケイ素や黒鉛、金属などの粒子が好適であるが、このうち最適なものは、高い耐熱性と耐食性および熱伝導率を兼ね備えた高純度の炭化ケイ素である。また、粒子の径としては、プロパント混入初期はフラクチャーの拡大と支持を主目的とすることから、平均粒子径が１０００μｍ程度で球形度が０．８以上の球形であることが望ましいが、これらの要件を満たす目的やプロパント混入流体の随伴性等を向上させるため、必要に応じて公知の技術による樹脂コーティングを行ったり、ゲル化剤や溶剤等の公知技術による添加剤とあわせて混入することが望ましい。
【００４６】
続いて、前記の熱伝導促進用プロパントの粒子径を、平均粒子径５０〜１００μｍ程度の小さなものに変更しながら、プロパントの混入濃度を高めていくことで、熱伝導促進用プロパントをフラクチャー全体に浸透させて地熱抽出促進領域２を形成し、規定量のプロパント圧入を終えた段階で圧入ポンプを停止して、挿入した水圧破砕装置１３を坑井から引き出す。
【００４７】
この時、圧入されたジェルは地熱により分解されて高温岩体内に浸み込むか、フラクチャーを通じて坑井内に逆流して滞留するため、予めジェル内に緩効性で高い熱伝導率を有する熱硬化剤を添加しておくことで、フラクチャー内に熱伝導促進用プロパントを固定化させ、地熱抽熱経路を形成することができる。
【００４８】
次に、坑井最下部のケーシング内径に合わせた外径を有する地熱抽出促進用熱交換器３を坑底部まで挿入して固定する。この時、前記の通り、一部の熱伝導促進用プロパントを含む圧入ジェルが坑井内に逆流して滞留していることも考えられるが、地熱抽出促進用熱交換器を圧入固定する過程で、坑底に逆流滞留したジェルが再びフラクチャー内へと圧入浸透されるとともに、地熱抽出促進用熱交換器と熱伝導促進用プロパントが浸透した個々のフラクチャーとが密着固化することで、形成した個々のフラクチャーを介して抽出する地熱を効率よく地熱抽出用熱交換器に伝えることが可能となる。
【００４９】
すなわち本方法によって、高温岩体中に幅広く形成された地熱抽出面から得られた地熱が、高温岩体よりも高い熱伝導率を有する地熱抽出経路を通じて、坑井内に設置した地熱抽出促進用熱交換器に集中して安定的に伝わり続ける、地熱抽熱ネットワークを形成することで、高温岩体からの地熱抽熱を促進し、抽熱量を大幅に増加させることが可能となる。
【００５０】
次に、前記の地熱抽出促進用熱交換器３の内部に構成された媒体分離ガイド板１２の上部に、断熱性の高い内管１５を挿入接続し、坑井壁を利用して内管を途中支持しながら地上まで延長することで、熱交換器内で加熱された発電用媒体を、前記の内側断熱管を通じて上昇させ、蒸気タービン発電装置６に導入して発電を行うとともに、発電後に凝縮液化した発電用媒体を、坑井内壁と前記内管との間に構成される管路内に還流させる還元流路９を設け、還元された発電用媒体が、前記媒体分離ガイド板１２の外周部にあるスリット１１から流下させるように構成することで、発電用媒体の閉ループ循環流路を構成させる。
【００５１】
なお、前記の内管１６には、高温高圧の発電媒体を常時連続的に流通させるための耐熱性や強度に加え、発電媒体上昇過程での温度低下を極力低減させるために断熱性が高く、また耐スチーム性に優れた材料で製造された円管を利用することが好ましい。これら要件を満たす内管材料としては、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂やポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂などのエンジニアリングプラスチックが考えられる。
【００５２】
こうして、構築した地熱抽熱ネットワークを利用して発電媒体を継続的に加熱する地熱抽出促進型閉ループ循環流路の地上部に、前記の発電装置６や発電用媒体の凝縮液化装置７および液化した発電用媒体を圧入還流させる循環ポンプ８を構成することで、地熱抽出促進型閉ループ循環地熱発電システムを構築することができる。
【００５３】
なお、本システムで発電を行う方法としては、循環させる発電用媒体を純水にして蒸気タービンを駆動させる方法のほか、地熱の抽熱量が少ない場合には、閉ループ循環流路内を減圧して純水の気化を促す方法のほか、循環させる発電用媒体をペンタンや代替フロン、アンモニア水などの低沸点媒体とするなど、公知の発電技術を利用することができる。
【００５４】
また、前記の地熱抽出促進方法により得られる地熱流体の量が少ない場合には、同様な閉ループ循環坑井を地熱地域に複数施工し、得られる地熱流体を集約して発電装置に供給した上で個々の坑井に還元することで、より規模の大きな発電を行うことも可能である。
【００５５】
このように構成された本発明システムを活用すれば、閉ループ循環型地熱発電における最大の課題である地熱の抽出・利用量の増大を実現し、坑底温度が高いものの、多量の地熱蒸気や温泉湧出が得られず、従来型の地熱発電が困難な高温岩体や高温の地層中でも、既存温泉への影響や注水に伴う地震誘発への懸念と、坑井内へのスケール析出や注入水の逸水損失による性能低下リスクを軽減しながら、高効率かつ低コストで、適用範囲の広い地熱発電を実施できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、例えば蒸気生産量が減少または停止した坑井を再利用して実施する地熱発電をはじめ、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といっ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。
【００５７】
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】
【００５８】
１・・・・高温岩体
２・・・・地熱抽出促進領域
３・・・・地熱抽出促進用熱交換器
４・・・・同軸二重管
５・・・・坑井
６・・・・発電装置 
７・・・・発電媒体の凝縮液化装置
８・・・・循環ポンプ
９・・・・還元流路
１０・・・熱交換促進用多孔体
１１・・・発電媒体流下用スリット
１２・・・発電媒体流下用スリット付き媒体分離ガイド板
１３・・・多段水圧破砕装置
１４・・・フラクチャー
１５・・・熱伝導促進用プロパント
１６・・・内管
【図１】
2016118078.tif 000003
【図２】
2016118078.tif 000004
【図３】
2016118078.tif 000005
【図４】
2016118078.tif 000006
【図５】
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