(57)【要約】      （修正有）【課題】地下から実際に回収できる地熱エネルギー量に最適にマッチングする容量（エネルギー消費量）を有する一台又は複数台の発電用機器等の負荷装置を設置することが容易にできる、独立配置型地熱回収装置及びこれを備えた地熱発電システムを提供する。【解決手段】地上又は地上近傍に設置された大型タンクと、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管と、前記大型タンク内の流体が有する地熱エネルギーを消費する１つ又は複数の熱交換機、発電用タービンその他の負荷装置とを備えた、負荷装置とは独立に設けられる独立配置型地熱回収装置、及びこれを備えた地熱発電システムである。【選択図】図１
2017227130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上又は地上近傍に設置された少なくとも１つの大型タンクと、
地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管と、
前記大型タンク内又は前記大型タンクの外に配置される１つ又は複数の発電用機器などの負荷装置であって前記大型タンク内の流体からの熱エネルギーを消費する発電用機器などの負荷装置と、
を備え、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けられる、独立配置型地熱回収装置。
【請求項２】
地上又は地上近傍に設置された少なくとも１つの大型タンクと、
地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管と、
前記大型タンク内に配置される１つ又は複数の熱交換機であって自らの内部を流通する熱媒を前記大型タンク内の流体からの熱により蒸発させる熱交換器と、
を備え、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けられる、独立配置型地熱回収装置。
【請求項３】
地上又は地上近傍に設置された少なくとも１つの大型タンクと、
地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管と、
前記大型タンクの外に配置される１つ若しくは複数の気水分離器又は減圧による蒸気発生装置であって前記大型タンクからの流体の少なくとも一部を蒸気として発電用機器などの負荷装置に移送する気水分離器又は減圧による蒸気発生装置と、
を備え、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けられる、独立配置型地熱回収装置。
【請求項４】
前記地熱回収管は、地下において地熱が伝導される外管であって少なくとも底部を含む下方部分が閉塞されている外管と、前記外管内に配置された内管であって上端部及び底部又はそれらの近傍部分に開口が形成されている内管又は各上端部又はその近傍部分が開口された略Ｕ字状の内管とを含み、流体が地中の前記の外管及び／又は内管の内部と前記大型タンクとの間を循環的に流通されるように構成されている、請求項１，２又は３に記載の独立配置型地熱回収装置。
【請求項５】
請求項２に記載の独立配置型地熱回収装置を備え、前記熱交換器において蒸発された熱媒蒸気を発電機を駆動するタービンに供給するようにした、独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システム。
【請求項６】
請求項３に記載の独立配置型地熱回収装置を備え、前記気水分離器又は減圧による蒸気発生装置により得られた蒸気を発電機を駆動するタービンに供給するようにした、独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用機器などの負荷装置とは独立に配置可能な独立配置型の地熱回収装置、及びこれを備えた地熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地下深部の地熱貯留層の地熱を利用して発電を行う地熱発電システムが実用化されている。図４は特許文献１に開示されている従来のバイナリー方式の地熱発電システムの例を示す図である。図４に示す例では、生産井１から取り出された地熱流体を蒸発器（熱交換機）８の一次側に供給することにより、蒸発器８の二次側において低沸点の熱媒体（例えばアンモニア、イソブタン、代替フロン）を加熱し蒸気化させる。この蒸気化された熱媒蒸気はタービン４に送られ、タービン４を駆動して発電機５での発電が行われる。前記タービン４の駆動のために使用された後の熱媒蒸気は、循環ポンプ９により凝縮器（復水器）６に送られて冷却塔７からの冷却水により液体に戻され、前記蒸発器８の前段のプレヒーター（予熱器）１０で予熱されてから、再び前記蒸発器８に送られる。また、前記蒸発器８において熱媒体の加熱及び蒸気化（熱交換）に使用された地熱流体（地熱蒸気と熱水）は前記プレヒーター１０を通って還元井２から地中に還元される。
【０００３】
また、図５は同じ特許文献１に開示されている従来のフラッシュ方式の地熱発電システムの一例を示す図である。この図５に示す例では、生産井１から取り出された地熱流体をセパレータ（気水分離器）３で地熱蒸気と熱水に分離する。分離された地熱蒸気は、タービン４に供給され、タービン４を駆動し、これにより発電機５での発電が行われる（なお、前記の地熱蒸気をタービン４に供給する配管などに関しては、配管での移送中に地熱蒸気が冷やされて液化することを防止するため、配管に加熱器を設置することなどが従来より行われている）。また、図示していないが、前記生産井１から取り出された地熱流体中からセパレータ３で地熱蒸気と分離された後の熱水を減圧装置で減圧（及び／又は加熱）等して蒸気を発生させ、この蒸気をタービン４に供給することも行われる。以上のようにして発電のために使用された後の地熱蒸気は、復水器６において冷却水により冷却されて復水され、前記セパレータ３からの熱水と一緒に還元井２から地中に還元される。
【０００４】
ところで、上記の図４，５に示すような従来の地熱回収装置（生産井と還元井を使用するもの）に関しては、近くの温泉を枯渇させるなど地熱貯留層周辺の地下水系に悪影響を与えてしまう、地熱発電の過程で地熱貯留層から取り出した熱水又は蒸気中の硫黄等の成分が地熱発電装置中にスケールとして固着・堆積し配管等が劣化したりスケールを取り除くために多額のメンテナンス費用が発生してしまうなどの問題点が存在していた。そこで、このような問題点を解決するものとして、図６に示すような循環型地熱回収装置を備えた循環型地熱発電システムが提案されている（特許文献２参照）。図６において、１１は地中の約３００〜６００ｍ深さ、例えば約５００ｍ深さの地熱貯留層１３まで埋設された外管、１２は前記外管１１内に配置される内管、１０は外管１１と内管１２により構成される二重管構造の地熱回収管である。図６において、前記外管１１は、内径が例えば３０ｍｍに形成され側方及び下方部分は全て閉塞されている。前記内管１２は、内径が例えば１５ｍｍに形成され上端側開口部１２ｂと底部（下端部）１２ａ又はその近傍部分が共に開口部となっている。前記内管１２の底部１２ａは、前記外管１１の底部１１ａ（又は底部の上面１１ａａ）の近傍の位置（例えば約１００ｍだけ上方の位置）に配置されている。
【０００５】
図６の循環型地熱発電システム（フラッシュ方式を採用した場合の例）では、流体、例えば工業用水（熱媒体でもよい）が、循環ポンプ１９により、前記外管１１と内管１２との間の隙間１５内を下降させられ、前記内管１２の底部１２ａと前記外管１１の底部１１ａとの間の例えば約１００ｍの長さを有する底部近傍領域１４に送られて、この底部近傍領域１４の中を流動している間に、外部の地熱貯留層１３中の地熱と外管１１を介して熱交換されて高温流体（蒸気と熱水）となった後、前記内管１２内を地上方向へ上昇する。また図６において、１６は、セパレータ及び減圧等装置であって、前記内管１２から送られる高温流体から蒸気を分離する（及び前記高温流体から分離された熱水を減圧（及び／又は加熱等）して蒸気を発生させる）ための装置である。前記外管１１と内管１２との間の隙間１５中を下降した後に前記外管１１内の底部近傍領域１４において地熱と熱交換されて前記内管１２内を地上まで上昇した高温流体（蒸気と熱水）は、前記内管１２の上端側開口部１２ｂを介して前記セパレータ及び減圧等装置１６に供給される。１７は前記セパレータ及び減圧等装置１６からの蒸気により駆動される発電用タービン、１７ａは前記タービン１７により駆動される発電機、１８は前記タービン１７の駆動に使用された蒸気を水に戻す復水器、１９ａは前記復水器１８からの水（熱水）及び前記セパレータ及び減圧等装置１６において蒸気と分離された熱水をいったん貯留する貯水槽、１９は前記貯水槽１９ａからの熱水を外管１１と内管１２との間の隙間１５の上方の開口部１１ｂから前記隙間１５内に加圧注入する循環ポンプである。
【０００６】
また図６において、２０は、前記内管１２と外管１１の隙間１５、前記外管１１内の底部近傍領域１４、前記内管１２、前記セパレータ及び減圧等装置１６、前記タービン１７、前記復水器１８、及び前記貯水槽１９ａを繋ぐ閉流路であって、前記循環ポンプ１９により前記蒸気と熱水が循環される閉流路又はこれを構成するパイプである。このような循環型地熱発電システム（図６）においては、地熱貯留層１３中の地熱流体（地熱蒸気及び熱水）そのものを地上に汲み上げることがないので近くの温泉を枯渇させるなど地熱貯留層１３周辺の地下水系に悪影響を与えることを避けることができる、地熱発電の過程で地熱貯留層１３からの地熱流体（地熱蒸気及び熱水）中に含まれている硫黄等の成分が装置にスケールとして固着・堆積してしまうことによる配管等の劣化やスケールを除去するためのランニングコストの増大化を防ぐことができるなどのメリットが存在する。なお、図６では、循環型地熱発電システムにおいてフラッシュ方式を採用した場合の例を示したが、同様の循環型地熱発電システムにおいてバイナリー方式を採用することもできることはもちろんである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２７０６７９号公報
【特許文献２】特開２０１６−９８８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の図４〜６に示すような従来の地熱発電システムにおいては、バイナリー方式（図４）かフラッシュ方式（図５，６）か、及び生産井を使う方式（図４，５）か循環方式（図６）かを問わず、地熱エネルギーを取り込み回収する装置（図４，５では生産井、還元井及び循環ポンプなど。図６では地熱回収管１０と循環ポンプ１９など）と前記地熱エネルギーを活用又は消費する負荷装置（例えば、発電用のタービン、バイナリー方式における蒸発器など）とが施工前から密接に（いわば表裏一体的に）組み合わせられているため、循環方式（図６）において地熱と熱交換されて取り出された高温流体（又は生産井を使う方式（図４，５）において取り出された地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つエネルギー総量と地上の負荷装置（発電用の機器など）が消費するエネルギー量とがミスマッチを生じてしまい、地熱と熱交換されて取り出された高温流体（又は地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギー量の全部を負荷装置で消費することができないままとなり地熱エネルギーの一部が無駄になってしまう、又は逆に負荷装置の消費するエネルギー量を取り出した地熱エネルギー量だけでは賄えないため負荷装置を部分的にしか稼働できなくなってしまう、などの不都合が存在していた。
【０００９】
すなわち、地下から取り出される地熱エネルギーの大きさは、もともと、図４〜６に示すような生産井１又は地熱回収管１０が設置されるエリア（地熱貯留層１３との距離等）により様々にバラツキが生じるものであるが、地熱エネルギーを回収する装置と地熱エネルギーを消費する装置とが施工前から密接に（表裏一体的に）組み合わせられている従来のシステムでは、実際にどの程度の地熱エネルギーが地下から得られるのかは実際にシステムを施工し稼動してみなければ分からないため、もともとバラツキのある地熱エネルギーの回収量を適切に予測してそれにマッチする大きさの消費エネルギー量を有する発電用機器等の負荷装置を当初から設置することは、実際上極めて難しかった。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目して為されたものであって、もともとエリア（地熱貯留層１３との距離等）などにより様々にバラツキが存在する「地下から実際に回収できる地熱エネルギー量」にマッチした最適な容量（エネルギー消費量）を有する一台又は複数台の発電用機器等の負荷装置を設置することが容易にできる、独立配置型地熱回収装置及びこれを備えた地熱発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上のような課題を解決するための本発明による独立配置型地熱回収装置は、地上又は地上近傍に設置された少なくとも１つの大型タンクと、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管（より望ましくは、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送すると共に前記大型タンク内の流体を地下に移送するように、前記流体を地下と地上との間で相互に移送させる１つ又は複数の地熱回収管）と、前記大型タンク内又は前記大型タンクの外に配置される１つ又は複数の発電用機器などの負荷装置であって前記大型タンク内の流体からの熱エネルギーを消費する発電用機器などの負荷装置とを備えた、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けられる、独立配置型地熱回収装置である。
【００１２】
また、本発明による独立配置型地熱回収装置は、地上又は地上近傍に設置された少なくとも１つの大型タンクと、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管（より望ましくは、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送すると共に前記大型タンク内の流体を地下に移送するように、前記流体を地下と地上との間で相互に移送させる１つ又は複数の地熱回収管）と、前記大型タンク内に配置される１つ又は複数の熱交換機であって自らの内部を流通する熱媒を前記大型タンク内の流体からの熱により蒸発させる熱交換器とを備え、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けられるものである。
【００１３】
また、本発明による独立配置型地熱回収装置は、地上又は地上近傍に設置された少なくとも１つの大型タンクと、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する１つ又は複数の地熱回収管（より望ましくは、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送すると共に前記大型タンク内の流体を地下に移送するように、前記流体を地下と地上との間で相互に移送させる１つ又は複数の地熱回収管）と、前記大型タンク外に配置される１つ若しくは複数の気水分離器又は減圧による蒸気発生装置であって前記大型タンクからの流体の少なくとも一部を蒸気として負荷装置に移送する気水分離器又は減圧による蒸気発生装置とを備え、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けられるものである。
【００１４】
また、本発明による独立配置型地熱回収装置において、前記地熱回収管は、地下において地熱が伝導される外管であって少なくとも底部を含む下方部分が閉塞されている外管と、前記外管内に配置された内管であって上端部及び底部又はそれらの近傍部分に開口が形成されている内管又は各上端部又はその近傍部分が開口された略Ｕ字状の内管とを含み、流体が地中の前記の外管及び／又は内管の内部と前記大型タンクとの間を循環的に流通されるように構成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明は、前記独立配置型地熱回収装置を備え、前記熱交換器において蒸発された熱媒蒸気を発電機を駆動するタービンに供給するようにした、独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システムである。
【００１６】
さらに、本発明は、前記独立配置型地熱回収装置を備え、前記気水分離器又は減圧による蒸気発生装置により得られた蒸気を発電機を駆動するタービンに供給するようにした、独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の独立配置型地熱回収装置においては、前述のように、地上又は地上近傍に設置された大型タンクと、地熱で加熱された流体又は地熱貯留層からの流体を地下から前記大型タンク内に移送する地熱回収管とを、発電用機器などの負荷装置とは独立に設けるようにしている。このような本発明によるときは、（ａ）前記大型タンク内に配置される負荷装置、例えば発電装置の一部を構成する熱交換機（例えば二次媒体を蒸気化する蒸発器）の台数や１台毎の消費エネルギー量を、又は（ｂ）前記大型タンクの外に配置される１つ若しくは複数の負荷装置（例えば発電装置の一部を構成するタービンなど）の台数や１台毎の容量（消費エネルギー量）を、前記大型タンク内に移送・回収される地熱エネルギーの総量が判明した後に、それに最適にマッチングするように設計及び施工することができるようになる。
【００１８】
よって、本発明によれば、もともとエリア（地下の地熱貯留層との距離等）などにより様々にバラツキが存在する「地下から取り出される地熱エネルギーの総量」に最適にマッチングする容量（エネルギー消費量）を有する一台又は複数台の発電用機器などの負荷装置を設置すること、すなわち、発電用機器などの負荷装置を、地熱回収装置と独立に設計し設置することが、容易にできるようになる。その結果、本発明によれば、従来技術における問題点、すなわち、地熱と熱交換された後に回収される高温流体（又は地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギー総量と地上の負荷装置（発電用機器など）が消費するエネルギー量とがミスマッチを生じてしまい、地熱と熱交換された後に回収される高温流体（又は地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギーの全部を負荷装置で消費することができないまま地熱エネルギーの一部が無駄になってしまう、又は上記とは逆に負荷装置の消費するエネルギー量を回収した地熱エネルギーだけでは賄えないため負荷装置を部分的にしか稼働できなくなってしまうなどの問題点を、解決することができる（なお、従来は、地熱貯留層からの地熱流体又は地熱で加熱された流体を取り出しその後地下に戻す部分（図４，５では生産井、還元井及び循環ポンプなど。図６では地熱回収管１０と循環ポンプ１９など）と前記地熱エネルギーを活用又は消費する負荷装置（例えば、二次媒体を蒸気化する蒸発器、発電用タービンなど）とが施工前から密接に（いわば表裏一体的に）組み合わせられていたため、前述のような問題点を解決することはできなかった）。
【００１９】
また、本発明による地熱発電システムにおいて、前記独立配置型地熱回収装置を備え、前記大型タンク内に、１つ若しくは複数の熱交換器（二次媒体を蒸気化する蒸発器）を配置するようにしたとき（バイナリー発電方式の場合）は、前記大型タンク内に配置される蒸発器の１台当たりの容量（消費エネルギー量）及び／又は台数を、前記大型タンク内に移送される流体の持つ地熱エネルギー総量が判明した後に、それに最適にマッチングするように設置することができるようになる。
【００２０】
さらに、本発明による地熱発電システムにおいて、前記独立配置型地熱回収装置を備え、前記大型タンクの外に、１つ若しくは複数の気水分離器又は減圧等による蒸気発生装置を配置するようにしたとき（フラッシュ発電方式の場合）は、前記気水分離器又は減圧等による蒸気発生装置からの蒸気で駆動される発電用タービン等の負荷機器の容量（消費エネルギー量）及び／又は台数を、前記大型タンクに移送される流体の持つ地熱エネルギー総量が判明した後に、それに最適にマッチングするように設置することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係る独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システム（バイナリー発電方式）を示す概略図である。
【図２】本実施形態１における大型タンク及び蒸発器などを説明するための概略斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システム（フラッシュ発電方式）を示す概略図である。
【図４】従来の地熱発電システム（バイナリー発電方式）の一例を示す概略図である。
【図５】従来の地熱発電システム（フラッシュ発電方式）の一例を示す概略図である。
【図６】従来の、外部の温泉等に影響を与えない循環型地熱回収装置とこれを備えた循環型地熱発電システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔実施形態１〕
図１は本発明の実施形態１による独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システム（バイナリー発電方式）を示す概略図、図２は本実施形態１における大型タンクと熱交換器を説明するための斜視図である。図１において、１１は図６で説明したような循環型地熱回収装置に使用される外管、１２は前記外管１１の中に挿入・配置される内管である。外管１１は例えば地上から約５０〜１５００ｍの深さの地中まで挿入されている。上記外管１１及び内管１２により、地熱を回収するための二重管構造の地熱回収管１０が構成されている。
【００２３】
本実施形態では、前記地熱回収管１０中の外管１１の上端側開口部１１ｂが前記大型タンク２１内の下方部分（底部近傍部分）２１ａに配置されている。また前記地熱回収管１０中の内管１２の上端側開口部１２ｂが前記大型タンク２１内の上方部分２１ｂに配置されている。これにより、前記地熱回収管１０と前記大型タンク２１との間では、循環ポンプ（図示省略）により、熱水が循環するように構成されている。すなわち、前記大型タンク２１内の下方部分（底部近傍部分）２１ａの熱水は、循環ポンプにより、外管１１の上端側開口部１１ｂから、外管１１と内管１２との間の隙間１５内に流入される(図１の矢印Ａ参照)。この熱水は、前記隙間１５内を下降するが、その過程で、及び前記熱水が前記隙間１５内を下降した後に外管１１の底部１１ａの近傍の領域１４内を流動する過程で、地熱と熱交換され、高温流体（蒸気と熱水）となる。この高温流体は、内管１２中を上昇してその上端側開口部１２ａから前記大型タンク２１の上方部分２ｂに吐出される(図１の矢印Ｂ参照)。
【００２４】
また、図１，２において、２１は地上に設置された大型タンク、２２はこの大型タンク２１内に配置される熱交換器である。本実施形態１では、図１，２に示すように、前記大型タンク２１内に例えば４個の熱交換器（蒸発器）２２が配置されている。前記熱交換器２２内では、循環ポンプ（図示省略）により、低沸点の熱媒体（二次媒体。例えばアンモニア、イソブタン、代替フロンなど）が配管２６’（図２参照）中を流通させられている。前記熱媒体は、前記熱交換器２２内の配管２６’中を流れる過程で、前記大型タンク２１の上方部分２１ｂに吐出された高温流体（蒸気と熱水）により加熱され蒸気化される。この蒸気化された熱媒蒸気は、循環ポンプ（図示省略）により、配管２６（図２参照）を介してタービン２３に送られ、タービン２３を駆動して発電機２４を駆動させる。前記タービン２３の駆動のために使用された後の熱媒蒸気は、凝縮器（復水器）２５に送られて液体に戻され、再び前記熱交換器２２内に送られる。
【００２５】
以上のように、本実施形態１では、地上に設置された大型タンク２１と地下まで延びる地熱回収管１０との間で流体を循環させながら当該流体を地熱と熱交換して高温流体（蒸気と熱水）として前記大型タンク２１内に貯留する地熱回収装置を備えるようにした。また本実施形態では、これと共に、前記大型タンク２１内に、低沸点の熱媒体（二次媒体）を蒸気化するための熱交換器（蒸発器）２２であって任意の容量（エネルギー消費量）を有する熱交換器（蒸発器）２２を、任意の台数だけ、地熱回収装置とは独立に、配置できるようにした。
【００２６】
このように、本実施形態１では、前記大型タンク２１内に配置する熱交換器（蒸発器）２２の１台当たりのエネルギー消費量（発電量に対応）及びその台数を、前記大型タンク２１内に移送される高温流体の持つ地熱エネルギーの総量が判明した後に、それに最適にマッチングするように、前記地熱回収装置とは別個に任意に設計し設置することができる。よって、本実施形態１によれば、もともとエリア等により様々にバラツキが存在する「地下から取り出され回収される地熱エネルギーの総量」に最適にマッチングする容量（エネルギー消費量）を有する一台又は複数台の熱交換器２２（負荷装置である発電用機器）を設置することが、容易にできるようになる。その結果、本実施形態１によれば、従来技術における問題点、すなわち、地熱と熱交換された後に回収される高温流体（又は地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギー総量と地上の負荷装置（発電用機器など）が消費するエネルギー量とがミスマッチを生じてしまい、地熱と熱交換された後に回収される高温流体（又は地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギーの全部を負荷装置で消費することができないまま地熱エネルギーの一部が無駄になってしまう、又は逆に負荷装置の消費するエネルギー量を回収した地熱エネルギーだけでは賄えないため負荷装置を部分的にしか稼働できなくなってしまうなどの問題点を、解決することができる。
【００２７】
〔実施形態２〕
次に、本発明の実施形態２による独立配置型地熱回収装置を備えた地熱発電システム（フラッシュ発電方式）を、図３を参照して説明する。本実施形態２では、地熱発電の方式としてフラッシュ発電方式を採用している点を除いては、前記実施形態１（バイナリー発電方式）と基本的構成が同様であるので、以下では、異なる部分を中心に説明する。
【００２８】
本実施形態２でも、循環ポンプ（図示省略）により、地熱回収管１０と大型タンク２１との間で熱水が循環するように構成されていることは前記実施形態１と同様である。すなわち、前記大型タンク２１内の下方部分（底部近傍部分）２１ａの熱水は、循環ポンプ（図示省略）により、外管１１と内管１２との間の隙間１５内に流入され(図１の矢印Ａ参照)、その熱水が前記隙間１５内を下降する過程で、及び前記水が前記隙間１５内を下降した後に外管１１の底部１１ａの近傍の領域１４内を流動する過程で、地熱と熱交換され高温流体（蒸気と熱水）となる。この高温流体は、内管１２中を上昇して上端側開口部１２ａから前記大型タンク２１の上方部分２ｂに吐出される(図１の矢印Ｂ参照)。
【００２９】
よって、前記大型タンク２１内では、概ね、その上方部分２１ｂには高温の高温流体（蒸気と熱水）が存在し、その下方部分２１ａにはそれよりも低い温度の流体（熱水）が存在している。前記大型タンク２１内の上方部分２１ｂ中にある高温流体（蒸気と熱水）は、循環ポンプ３６により大型タンク２１内から引き上げられ(図１の矢印Ｃ参照)、セパレータ３１で蒸気と熱水に分離される。この分離された蒸気はタービン３２に供給されてタービン３２を駆動し、これにより発電機３３での発電が行われる。また、前記セパレータ３１で分離された熱水（少なくともその一部）については、減圧等装置により減圧して蒸気を発生させるようにし、この蒸気を前記タービン３２に供給して前記タービン３２を駆動させることも可能である。
【００３０】
このようにして前記タービン３２を駆動するために使用された後の蒸気は、復水器３４において冷却水により冷却されて復水され、いったん貯留槽３５に貯留された後、循環ポンプ３６により前記大型タンク２１の下方部分２１ａに吐出される(図１の矢印Ｄ参照)。この吐出された水は、地熱回収管１０に設置された循環ポンプ（図示省略）により、前記外管１１の上端側開口部１１ｂから、外管１１と内管１２との間の隙間１５内に流入され、その中を下降しながら地熱と熱交換されさらに外管１１の底部１１ａ近傍部分１４で地熱と熱交換されて高温流体（蒸気と熱水）になった後、再び前記内管１２中を上昇して前記大型タンク２１の上方部分２１ｂに吐出される。
【００３１】
よって、この実施形態２によっても、前記実施形態１におけると同様の作用効果を奏することができる。すなわち、本実施形態２においては、前記大型タンク２１の上方部分２１ｂの高温流体（蒸気と熱水）中の蒸気（高温流体からセパレータにより熱水と分離された地熱蒸気、及び／又は高温流体が減圧されて発生した蒸気）により発電用タービン３２（負荷装置）を駆動するようにしたので、前記発電用タービン３２（負荷装置）の１台毎の容量（消費エネルギー量）や台数を、前記大型タンク２１内に移送される高温流体の持つ地熱エネルギー総量が判明した後に、それに最適にマッチングするように設置することができる。よって、本実施形態２によれば、もともとエリア等により様々にバラツキが存在する「地下から取り出され回収される地熱エネルギーの総量」に最適にマッチングする容量（エネルギー消費量）を有する一台又は複数台の発電用タービン３２（負荷装置）などを設置することが容易に可能となる。このように、本実施形態２によれば、高温流体を大型タンク２１に移送しその後大型タンク２１から地下に戻す部分（図６では地熱回収管１０と循環ポンプ１９など）と前記高温流体の持つ地熱エネルギーを活用又は消費する負荷装置の部分（発電用タービン３２など）とを互いに独立に設計・設置することが可能となった。よって、本実施形態２によれば、従来技術において問題点とされていた、地熱と熱交換された後に取り出された高温流体（又は取り出された地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギーの総量と地上の負荷装置（発電用機器など）が消費するエネルギー量とがミスマッチを生じてしまい、地熱と熱交換された後に取り出された高温流体（又は取り出された地下深部の地熱貯留層からの地熱流体）の持つ地熱エネルギーの全部を負荷装置で消費することができないまま高温流体の持つエネルギーの一部が無駄になってしまう、又は逆に負荷装置の消費するエネルギー量を高温流体の持つエネルギー量だけでは賄えないため負荷装置を部分的にしか稼働できなくなってしまうなどの問題点を、有効に解決することができる。
【００３２】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、前記実施形態１では、前記大型タンク２１内に配置（水没）する負荷装置としての熱交換器（蒸発器）２２を計４台として図示したが、本発明においては、地熱と熱交換されて大型タンク２１内に流入される高温流体の持つ地熱エネルギーの総量に合わせて、前記熱交換器（蒸発器）２２の１台当たりの容量（エネルギー消費量）や台数を任意に設定することができる。また同様に、前記実施形態２では、前記大型タンク２１の外にそれに対応して配置する負荷機器としての発電用タービン３２を計３台として図示したが、本発明においては、地熱と熱交換されて大型タンク内に流入される高温流体の持つ地熱エネルギーの総量に合わせて、前記発電用タービン３２（負荷装置）の１台当たりの容量（エネルギー消費量）や台数を任意に設定することができる。
【００３３】
また前記各実施形態１，２では、前記外管１１内に配置される内管１２の形状を、図１，３に示すような１本の直線状のパイプとしたが、本発明ではこれに限られるものではなく、例えば、前記外管１１内に配置される内管を、（ａ）その内壁面に凹凸があるもの（内壁面の表面積が増大化されたもの）、（ｂ）１つ又は複数のＵ字状内管であって各上端部又はその近傍が開口されているもの、などとしてもよい。また、本発明においては、前記外管１１と内管１２との間の外管１１の内壁面側に複数の細管を配置し、その各細管中を水が流通するとき外管及び当該細管を介して前記水が効率的に地熱と熱交換されるように構成してもよい。
【００３４】
また、前記各実施形態１，２では、地中に対して直接に外管１１を埋設した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、地中の例えば５００ｍ以上の深さまで埋設された温泉井用管であって過去には温泉井用に使用されていたが現在は温泉井用として使用されていない温泉井用管（その下方部分には、外部の地熱貯留層１３中の熱水及び蒸気を自ら（温泉井用管）の内部に導入するための多数のスリット又は穴を有するストレーナが形成されている）の内部に、前記外管１１などを配置するようにしてもよい。
【００３５】
また、前記各実施形態１，２では、循環ポンプ（図示省略）により前記外管１１及び内管１２内で流通されながら地熱と熱交換される流体を水としたが、本発明では他の様々な種類の流体（熱媒体を含む）を使用することができる。また、前記各実施形態１，２では、前記外管１１が地中の５０〜１５００ｍ、例えば５００ｍ程度まで埋設されている典型的な場合を想定して説明したが、本発明においてはこのような場合に限られるものではなく、例えば外管１１が５０〜４００ｍ程度の深さに埋設される場合や６００〜１５００ｍの深さに埋設される場合でもよい。
【００３６】
また、前記各実施形態１，２では、いずれも、循環ポンプにより閉流路中を循環する水を地熱と熱交換して高温流体としたものを大型タンク２１内に吐出する循環方式の例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、生産井を使って地下深部の地熱貯留槽から直接取り出した地熱流体を前記大型タンク２１内に吐出するようにしてもよい。また、本発明による地熱回収装置は、典型的には図１，３に示すような地熱発電システムに適用されることを予定しているが、これに限られるものではなく他の用途、例えば住宅の暖房システムなどにも適用することができる。さらに、本発明では、前記大型タンク２１内の流体が戸外の気温等の影響で必要以上に冷めないように、前記発電機２４，３３での発電により得られた電力（地熱発電で得られた電力）の一部を使用して前記大型タンク２１の底部及び／又は側面を加温するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  地熱回収管
１１  外管
１１ａ 外管の底部
１１ａａ     外管の底部の上面
１１ｂ 外管の上端側開口部
１２  内管
１２ａ 内管の底部
１２ａ 内管の上端側開口部
１３  地熱貯留層
１４  底部近傍領域
１５  隙間
１６，３１  セパレータ及び減圧等装置
２１  大型タンク
２１ａ 大型タンクの下方部分（底部近傍部分）
２１ｂ 大型タンクの上方部分
２２  熱交換器（蒸発器）
２３，３２   タービン
２４，３３   発電機
２６，２６’      配管
３４  復水器
３５  貯留槽
３６  循環ポンプ
【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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