(57)【要約】【課題】各種の地熱利用システムにおいて従来発生していたスケールによってもたらされていた種々の問題点を解決する。【解決手段】蒸気タービンに付着するシリカスケールの生成を抑制する方法であって、前記蒸気タービンに導入される蒸気中にスケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加することを特徴とするスケール抑制方法、並びにイ）地中から地熱流体を採取する装置、ロ）地熱流体からエネルギーを取り出す蒸気タービン、ハ）地熱流体を地中へ戻す装置、ニ）前記蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤及び水を霧状で添加する装置、及びホ）前記各装置の間に配設された流通路を具備することを特徴とする、スケール抑制装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに付着するシリカスケールの生成を抑制する方法であって、
前記の蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加することを特徴とする、スケール抑制方法。
【請求項２】
前記のスケール抑制剤が、水溶性化合物である、請求項１に記載のスケール抑制方法。
【請求項３】
前記のスケール抑制剤が、カルボキシル基を有する化合物を含むものである、請求項１または２に記載のスケール抑制方法。
【請求項４】
前記のスケール抑制剤が、ビニルピロリドン重合体を含むものである、請求項１または２に記載のスケール抑制方法。
【請求項５】
前記のスケール抑制剤が、カルボキシル基を有する化合物とビニルピロリドン重合体との任意の割合の混合物である、請求項１または２に記載のスケール抑制方法。
【請求項６】
前記のスケール抑制剤の添加量が、前記の蒸気タービンに導入される蒸気中に存在するシリカ量に対して１〜５０重量％の割合である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスケール抑制方法。
【請求項７】
前記の水の添加量が、前記の蒸気タービンに供給される蒸気の湿り度に対して０．００１〜５％の割合である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスケール抑制方法。
【請求項８】
前記の蒸気タービンが、地熱発電システムの一部を構成するものである、請求項１〜７いずれか１項に記載のスケール抑制方法。
【請求項９】
（イ）地中から地熱流体を採取する装置、（ロ）地熱流体からエネルギーを取り出す蒸気タービン、（ハ）地熱流体を地中へ戻す装置、（ニ）前記の蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加する装置、および（ホ）前記の各装置の間に配設された流通路を具備することを特徴とする、スケール抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービン、およびその周辺に存在するケーシングや配管等の設備などに付着するスケールを抑制する方法、およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボイラや冷却塔、地熱発電等の分野においては、カルシウム、鉄、シリカ成分などを含有する流体を配管に通水する必要があり、長時間連続運転を行ううちに、配管内壁にスケールが発生することが知られている。
【０００３】
カルシウムスケールや鉄スケールについては清缶剤が開発されており、条件を整えて薬剤注入することで、ある程度スケールを防止したり、発生したスケールを洗浄・除去することができる。
【０００４】
しかし、シリカスケールについては有効な方法が少なく、現在までのところ、広く実用化されるに到っていない。例えば、シリカ成分が低濃度であればイオン交換樹脂を用いてケイ酸を除去することで対応されているが、イオン交換樹脂は高価であり、使用できる状況は限られている。また、ボイラ・冷却塔など循環系の運用では、濃縮による濃度上昇を監視して、一部排水と注水による希釈を行うことで、スケール析出を抑制している。
【０００５】
また、地熱発電所のような、数１００ｍｇ／Ｌの高濃度のシリカを含有し、時間あたり数百ｍ３以上の大水量の地熱流体を運用する環境においては、析出するシリカも膨大な量になって、蒸気流路断面積の低下、蒸気・熱水配管の閉塞、還元井の閉塞へと至る。結果として、蒸気通過量の低下、通水量の低下および圧力損失の増大により発電量の低下が引き起こされる為、電力事業者にとっての重要な課題である。
【０００６】
地熱発電所の蒸気タービンに於いては、蒸気の流路が狭くなるノズル部分に、スケールが付着することが知られている。原因は、汽水分離における飛沫の発生と後段への持ち込み、飛沫が地熱水に含まれる高濃度のシリカをそのまま含むことである。通常、汽水分離後の蒸気を凝縮させると、地熱水の数〜数十分の一のシリカ濃度となるが、これではまだ濃度が高いと言わざるを得ない。
【０００７】
従来のスケール抑制技術としては、フラッシュ（汽水分離）後の蒸気をデミスタに通すことで、シリカ持ち込みの原因となる飛沫（湿り分）を削減することでスケール発生量を削減したり、タービン前段に注水して長期間かけて溶解・エロージョンを狙う手段などがある。しかし、湿り分を削減してもスケールが発生すること、タービン前の注水は付着後の手段であり発電効率が低下することなどの課題がある。
【０００８】
図２は、一般的なフラッシュ方式の地熱発電の概要を示す図面である。  
地熱流体Ａは、生産井１から噴出する際には１５０〜２５０℃程度の温度があることが多いが、生産井１からは蒸気のみが噴出するもの、蒸気と熱水が噴出するもの、熱水が噴出するものの三通りの形態に分類することができる。
【０００９】
このうち、生産井１から蒸気と熱水とが噴出する形態においては、図２に示されるように、汽水分離機２を設置されるのが一般的である。この汽水分離器２においては、そこでの急速な減圧により熱水の沸騰およびそれによる蒸気が生じ、これらは汽水分離器２で熱水Ｃと蒸気Ｂとに分離される。汽水分離器２から抽出された蒸気Ｂ１は、デミスタ３によって湿り分が低減された後、蒸気Ｂ２として蒸気タービン４へ送られる。
【００１０】
通常、蒸気タービン４は、一対の静翼（ノズル）（図示せず）と動翼（回転羽根）４１とが多段階に配列されてなり、各静翼は蒸気タービンのケース側に固定され、一方、各動翼４１は共通の１本のタービン軸４２に固定されている。蒸気タービン４に導入された蒸気Ｂ２は、前段（蒸気上流側）の静翼および動翼から、後段（蒸気下流側）の静翼および動翼に向けて、温度および圧力を低下させながら順次衝突して、各段の動翼４１と共にタービン軸４２を回転させる。このタービン軸４２の回転エネルギーは、発電機６で電気エネルギーへ変換される。
【００１１】
蒸気タービン４においてエネルギーを放出した蒸気Ｂ４は、復水器５へ送られて冷却され、凝縮された後、還元井７から地中へ戻される。前記の蒸気Ｂ４を復水器５で凝縮させることで、復水器５の内部ならびに蒸気タービン４の後段の圧力を低下させ、蒸気タービン４の蒸気入口と蒸気出口との間の圧力差を大きくすることで、蒸気Ｂ２から、より大きいエネルギーを蒸気タービン４で効率よく取り出せるようになり、その結果、発電量を増大させることが可能になる。
【００１２】
さて、個々の生産井に応じて異なるものの、生産井１から噴出する地熱流体Ａには、多くの場合、シリカ成分、鉄、カルシウム等が含まれる。これらの成分の大部分は、汽水分離機２を通過後は、熱水Ｃと共に最終的には還元井７から地中へ戻されることになる。前記成分の一部は、汽水分離後の蒸気Ｂ１中に小さな飛沫として混入されることがあるが、デミスタ３でのミスト捕集の際に更にその一部が捕捉される結果、蒸気Ｂ２における前記成分の濃度は更に低下する。しかしながら、飛沫の粒子径が数ミクロン以下程度に細かくなると、低圧損のデミスタでは分離することが難しくなり通過してしまう。通過した飛沫にも上記成分が含まれており、結果として、蒸気タービン４へのシリカ等の持ち込みを完全に防ぐことは困難であった。蒸気タービン４へに持ち込まれたシリカ等は、蒸気タービンの蒸気流通部分にスケールと呼ばれる析出物を生じさせる。
【００１３】
すなわち、蒸気タービン４においては、蒸気の通過の際にタービン翼表面等に衝突した飛沫は、翼表面で温度低下するとともに塩の濃縮やシリカの重合が起こり、スケール析出へと至る。特に、スケールは最前段のノズルに偏って析出しやすく、閉塞しやすいことが知られていおり、タービンの高速回転により飛沫との衝突が促されているものと考えられる。
【００１４】
析出したスケールに対しては、蒸気量に対して数％程度の水をタービンに噴霧することで、付着したスケールを除去する手法が知られている。液滴による溶解、衝突によるエロージョンを狙うものであるので、水はなるべく清澄なものが望ましく、復水器で凝縮された水を用いることができる。しかしながら、この手法は、数週間かけて付着したスケールを数週間注水して緩やかに除去するために、時間がかかること、除去する間は発電量が抑えられてしまう為、発電量に変動が生じることなどの課題がある。
【００１５】
蒸気タービンにおいては、蒸気中にシリカ成分等が含まれる場合、蒸気の接触部分（例えば、静翼や動翼等）にスケールが析出することが知られている。蒸気の通過と同時にタービン翼表面に衝突した飛沫は、翼表面で温度低下するとともに塩の濃縮やシリカの重合が起こり、スケール析出へ至る。特に最前段のノズルに偏って析出しやすく、閉塞しやすいことが知られているが、タービンの高速回転により飛沫との衝突が促されているものと考えられる。
【００１６】
析出したスケールに対しては、蒸気量に対して数％程度の水をタービンに噴霧することで、付着したスケールを除去する手法がある。液滴による溶解、衝突によるエロージョンを狙うものであるので、水はなるべく清澄なものが望ましく、復水器で凝縮された水を用いることができる。しかしながら、数週間かけて付着したスケールを数週間注水して緩やかに除去する手法であり時間がかかること、付着したり除去する間は発電量が抑えられてしまう為、発電量に変動が生じることなどの課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特願平２０１５−５０７０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した地熱発電におけるスケール抑制技術においては、効率よく十分にスケール防止ができないことが課題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、上述した課題を解決するためになされたものであり、蒸気タービン周辺において、スケールが発生しにくい状態を形成することで、スケール抑制を図ることを目的とする。
【００２０】
したがって、本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、蒸気タービンに付着するシリカスケールの生成を抑制する方法であって、前記の蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加すること、を特徴とするものである。
【００２１】
ここで、「シリカスケール」とは、シリカのみからなるスケールだけを意味するものではな、シリカと他のスケール形成成分とからなるスケールをも意味する。一般にシリカは地熱熱水水中でケイ酸として陰イオンの状態で存在し、温度降下などにより析出しやすい状態となった時に陽イオンであるカルシウム、鉄、アルミニウム、ナトリウムなどと結合しながら、分子量を増大させ、やがて析出しスケール化する。スケール中の各元素の存在比率は、水酸化物の存在やシリカがケイ酸の重合物であることなどから様々である。炭酸カルシウムを主成分とするものをカルシウムスケール、シリカを主成分とするものをシリカスケールと一般には呼ぶが、明確な定義があるわけではない。すなわち本願が対象とするのは、主にシリカや多価の金属元素（カルシウム、鉄、アルミニウムなど）を主成分とするスケールである。
【００２２】
そして、本発明の実施形態によるスケール抑制装置は、（イ）地中から地熱流体を採取する装置、（ロ）地熱流体からエネルギーを取り出す蒸気タービン、（ハ）地熱流体を地中へ戻す装置、（ニ）前記の蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加する装置、および（ホ）前記の各装置の間に配設された流通路を具備すること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によるスケール抑制方法によれば、スケール抑制剤またはその溶液を蒸気タービンに霧状で添加することで、スケール抑制剤をタービンの内部（例えば、タービンノズル等）に付着させることができるので、シリカ重合反応ならびにスケール発生を抑制し、結果として、発電効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
そして、析出してしまったスケールも強固に固着することがないので、水洗で容易に洗浄することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態によるスケール抑制方法およびスケール抑制装置の好ましい一具体例の概要を示す図面。
【図２】従来の一般的なフラッシュ方式の地熱発電の概要を示す図面。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態によるスケール抑制方法および装置の好ましい一具体例について、必要に応じて図面を参照しながら説明する。
【００２７】
＜スケール抑制方法＞
図１は、本発明の好ましい実施形態の概要を示す図面である。  
地熱流体Ａは、生産井１から噴出する際には１５０〜２５０℃程度の温度があることが多いが、生産井１からは蒸気のみが噴出するもの、蒸気と熱水が噴出するもの、熱水が噴出するものの三通りの形態に分類することができる。
【００２８】
このうち、生産井１から蒸気と熱水とが噴出する形態においては、図２に示されるように、汽水分離機２を設置されるのが一般的である。この汽水分離器２においては、そこでの急速な減圧により熱水の沸騰およびそれによる蒸気が生じ、これらは汽水分離器２で熱水Ｃと蒸気Ｂとに分離される。汽水分離器２から抽出された蒸気Ｂ１は、デミスタ３によって湿り分が低減された後、蒸気Ｂ２として蒸気タービン４へ送られる。なお、生産井１が蒸気のみを噴出するものであるときは、汽水分離機２を小型化または省略することができる。
【００２９】
デミスタ３は、図１に示されるように、汽水分離機２と蒸気タービン４との間の蒸気流路の途中に設けることが好ましい。このデミスタ３を配置することによって、汽水分離機２から抽出した蒸気Ｂ１中に含まれる液滴を除去し、この水滴中に含まれるシリカその他のスケール原因物質を蒸気Ｂ１から取り除くことができる。蒸気Ｂ１から水滴を除去する能力、特に粒径２０μｍ以下の微小の水滴をも除去する能力が高い方が、スケール原因物質の除去能力も高くなる点では好ましいものの、そのようなデミスタ３は、蒸気圧力の損失（圧損）が高くなる傾向があって、発電量の低下が避けがたい。このことから、デミスタ３は、例えばスケール原因物質の除去能力と蒸気圧力の損失とのバランスや、地熱流体Ａの物理的性状・化学的性状や蒸気タービン４での具体的なスケール発生状況等を考慮して、最適な物を選択することができる。なお、本発明の実施形態では、デミスタを配置することなく、汽水分離機２で分離された蒸気Ｂ１を蒸気タービン４に導入させることもできる。
【００３０】
本発明の実施形態では、蒸気タービン４に導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加することが行われる。
【００３１】
スケール抑制剤自体が液相である場合、蒸気タービン４に導入される蒸気中に、その液相のスケール抑制剤を霧状で添加することができるし、スケール抑制剤を水で希釈して溶液とし、蒸気タービン４に導入される蒸気中に霧状で添加することができる。また、スケール抑制剤が液相でない場合は、スケール抑制剤を水に溶解させて溶液とし、蒸気タービン４に導入される蒸気中に霧状で添加することができる。スケール抑制剤の溶液は、スケール抑制剤の全量が水に完全に溶解していることが好ましいが、水に溶解していないスケール抑制剤が存在していてもよい。従って、「スケール抑制剤の溶液」とは、水に溶解していないスケール抑制剤が水中に分散している物をも意味する。
【００３２】
本発明の実施形態によるスケール抑制方法では、好ましくは、図１に示されるように、蒸気タービン４への蒸気流路の途中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加するため噴霧装置８を配置する。スケール抑制剤および水は、できるだけ均一にかつ微細に蒸気中に分散させることが好ましく、かつ長期間、安定的に添加できるようにすることが好ましい。そのために、図１に示されるように、薬剤貯留室９に貯留されたスケール抑制剤Ｅを、薬剤希釈装置１０において水に溶解ないし分散させ、このスケール抑制剤および水を含む溶液Ｄ２を、噴霧装置８を用いて、蒸気Ｂ２中に霧状にして添加することが好ましい。ここで霧状とは、スケール抑制剤および水を含む溶液Ｄ２（あるいは、少なくともスケール抑制剤および水のどちらか片方）が、液相状態にある粒子（液滴）であることを意味する。この液相状態にある粒子（液滴）の平均粒経は、好ましくは０．１〜１００μｍ、特に好ましくは１０〜５０μｍ、である。このことによって、スケール抑制剤またはその溶液が、気相状態ではなく、細かい液相状態で蒸気タービン４内部のスケール生成領域ないし固着部位等に効果的に衝突および付着することで、本発明によるスケール抑制効果が更に良好に達成される。
【００３３】
上記の通りに、スケール抑制剤またはその溶液は出来るだけ均一にかつ微細に蒸気中に分散させることが好ましいことから、スケール抑制剤としては水溶性であるものが望ましいが、エマルション状の液剤を用いてもよい。図１のように、薬剤希釈装置１０において、スケール抑制剤Ｅを水Ｄ１に予め溶解もしくは希釈分散させた後、このスケール抑制剤の溶液もしくは分散液を蒸気タービン４に導入される蒸気中に霧状で添加することが好ましい。
【００３４】
本発明の実施形態のスケール抑制方法において、スケール抑制剤として好適な化合物は、シリカを分散させたり流動性を向上させる作用をもつ化合物、あるいはセラミクス粒子の流動性向上などの作用を有するものとして、一般的に捉えられているものである。しかしながら、本発明の実施形態は、地熱流体中に含まれるスケール原因物資によるシリカを主体とするスケールの生成を抑制するものであるので、シリカ粒子の分散や流動性向上とは、作用機構が異なる。なお、シリカがタービンノズル上で析出する詳細なメカニズムについては完全に解明されているわけではない。しかし、湿り蒸気全体で平均すると過飽和となるほどのシリカ量の持ち込みはないため、シリカが局所的に高濃度化するとためと推定されている。湿り蒸気中に含まれるシリカを含む液滴がタービンに衝突することで、タービン表面にシリカ濃度の高い領域が発生するものと考えられる。管壁に付着する、液中のシリカスケール発生メカニズムは研究が進んでおり、シリカが過飽和となった際に重合が進行してスケールとして析出する。その際に、地熱流体中に含まれるカルシウムや鉄などの陽イオンが介在して重合が進行する。タービン表面で同様の現象が進行しているかは明確には解明されていない。しかしながら、タービンノズル上にシリカが析出する現象は現実に発生しており、タービンノズル表面で上記シリカの重合が進行しているものと考えられる。
【００３５】
本発明の実施形態において使用されるスケール抑制剤としては、カルボキシル基を有する化合物を含むもの、およびビニルピロリドン重合体を含むものが好ましい。
【００３６】
本発明の実施形態において使用されるスケール抑制剤のうち、カルボキシル基を有する化合物は、カルボン酸の作用で、上記スケール析出の要因となるカルシウムや鉄のイオンと結合する作用があり、スケール析出を遅らせる効果を持つ。さらに、ビニルピロリドン重合体は、ケイ酸やシリカを分散させ、重合を遅らせる効果を持ち、結果としてスケールの発生を遅らせることができる。カルボキシル基を有する化合物の好ましい具体例としては、例えば、アクリル酸やアクリル酸を含む共重合体、ポリアクリル酸やその塩類、アクリル酸とマレイン酸の共重合体やその塩類、アクリル酸とスルホン酸の共重合体やその塩類を挙げることができる。ビニルピロリドン重合体の好ましい具体例としては、例えば、ビニルピロリドンの単独重合体および共重合体、ビニルピロリドンと酢酸ビニルの共重合体、ビニルピロリドンとスチレンの共重合体を挙げることができる。
【００３７】
スケール抑制剤は、一種類の化合物を単独で用いることができ、また、複数種類の化合物を併用することができる。例えば、前記のカルボキシル基を有する化合物と前記のビニルピロリドン重合体との任意の割合で混合して用いることが好ましい。
【００３８】
本発明の実施形態では、スケール抑制剤を汽水分離後、蒸気タービンに導入される前の蒸気に、水とともに噴霧することで、スケール抑制剤をスケール発生個所（例えば、タービンノズル）に付着させることができ、結果としてタービンノズル表面でシリカ重合反応を抑制し、スケール発生を抑制し、発電効率の低下を抑制することができる。また、表面に析出してしまったスケールに関しても、流動性を向上する薬剤を混合しているため固着することなく、水洗で容易に洗浄することが可能となる。
【００３９】
スケール抑制剤とともに添加される水は、地熱発電システム外から供給される物でも差し支えないが、好ましくは、復水器５において凝縮した水Ｄ１を用いることができる。復水器５において凝縮した水Ｄ１は、比較的高温（例えば、１２０〜１８０℃）であることから、スケール抑制剤の溶解を迅速かつ効果的に行うことができ、そして、蒸気Ｂ２中に霧状にして導入しても、蒸気Ｂ３の温度および圧力を低下させることが少ないので、蒸気タービン４の運転効率の低下が防止される。
【００４０】
前記のスケール抑制剤の添加量は、前記の蒸気タービン４に導入される蒸気Ｂ２中に存在するシリカ量に対して、好ましくは１〜５０重量％とするのがよく、流動性改善の観点から、望ましくは１０〜２０重量％がよい。
【００４１】
水の添加量は、前記の蒸気タービンに供給される蒸気Ｂ２の湿り度に対して、好ましくは０．００１〜５％であり、少ないほど発電効率へ与える影響が少ない為よいが、スケール抑制剤の噴霧が容易である希釈率を予め剤に応じて選定し、上記添加量との兼ね合いで決定するのが良い。
【００４２】
なお、スケール抑制剤および水の添加は、連続的に行うことができるし、また間欠的に行うことができる。薬剤費節約のためには間欠運転としてもよいが、スケール発生が連続的な反応であることから、常時少量を噴霧し続けることが望ましい。
【００４３】
蒸気タービン４は、一対の静翼（ノズル）（図示せず）と動翼（回転羽根）４１とが多段階に配列されてなり、各静翼は蒸気タービンのケース固定され、一方、各動翼４１は共通の１本のタービン軸４２に固定されている。蒸気タービン４に供給された蒸気は、前段（蒸気上流側）の静翼、動翼から後段（蒸気下流側）の静翼、動翼に向けて、温度および圧力を低下させながら順次衝突して、各段の動翼４１と共にタービン軸４２を回転させる。このタービン軸４２の回転エネルギーは、発電機６にて電気エネルギーへ変換することができる。
【００４４】
蒸気タービン４においてエネルギーを放出した蒸気Ｂ４は、復水器５へ送られて冷却され凝縮される。復水器５で、蒸気タービン４から排出された蒸気Ｂ４を凝縮させることで復水器５内ならびに蒸気タービン４の後段の圧力を低下させ、蒸気タービン４の蒸気入口と蒸気出口と間の圧力差を大きくすることで、蒸気Ｂ３から、より大きいエネルギーを蒸気タービン４で効率よく取り出せるようになる。
【００４５】
復水器５で発生した凝縮水の一部は、前記のスケール抑制剤を溶解ないし分散させる水Ｄ１として利用するために、薬剤希釈装置１０に供給される。残りの凝縮水Ｄは、汽水分離器２で分離された熱水Ｃと合流したあと、還元井７から地中へ戻すことができる。
【００４６】
前記のスケール抑制剤を溶解ないし分散させる水として利用するため取り出された凝縮水Ｄ１は、必要に応じて、濾過装置（図示せず）等を用いて清澄化した後、薬剤希釈装置１０に供給することが好ましい。
【００４７】
本発明の実施形態によるスケール抑制方法によれば、単にスケールの析出速度の低下や、スケールの蓄積速度が抑制されるだけでなく、発生するスケールの性状についても改良することができる。その結果、一旦タービン内部に生成、付着ないし固着したスケールの分解や除去作業等が容易になる。
【００４８】
すなわち、本発明の実施形態によるスケール抑制方法によれば、蒸気タービンに導入される蒸気中にスケール抑制剤および水を霧状で添加することによって、スケールの発生速度が遅く、蓄積量が少なくできることに加えて、僅かに発生するスケールについてもスケール付着物自体の強度ならびに固着強度等をも同時に低下させることができる。
【００４９】
すなわち、本発明の実施形態によるスケール抑制方法においては、霧状のスケール抑制剤と湿り空気中の水滴が混合されてタービンに接触するので、スケール抑制剤がタービン表面に付着し、その上にスケール成分が付着し、更にスケール抑制剤が付着するといった形になる。ここで、スケール抑制剤は、スケール成分が粒子化する際に粒子表面に存在し粒子に付着するので、スケール粒子は近接する粒子との接触を妨げられ、さらには重合を妨げられるので、粗粒化することができない。更に粒子表面に存在するスケール抑制剤は、粒子の滑りを良くする効果が知られている。そのため、粒子同士の固着が妨げられるので、タービン上へ固着したスケールの生成は抑制されるし、生成されても水洗で容易に洗浄することができる。すなわち、本発明を適用した場合、従来のタービン上に固着したスケールとは性状が異なるものとなる。
【００５０】
＜スケール抑制装置＞
本発明による実施形態によるスケール抑制装置は、（イ）地中から地熱流体を採取する装置、（ロ）地熱流体からエネルギーを取り出す蒸気タービン、（ハ）地熱流体を地中へ戻す装置、（ニ）前記の蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加する装置、および（ホ）前記の各装置の間に配設された流通路を具備すること、を特徴とするものである。
【００５１】
このようなスケール抑制装置の好ましい具体例としては、例えば図１に示されるような、（イ）「地中から地熱流体を採取する装置」として「生産井１」を、（ロ）「地熱流体からエネルギーを取り出す蒸気タービン」として「蒸気タービン４」を、（ハ）「地熱流体を地中へ戻す装置」として「還元井７」を、（ニ）「蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤またはその溶液を霧状で添加する装置」として「噴霧装置８」を、「薬剤貯留室９」および「薬剤希釈装置１０」を、（ホ）「前記の各装置の間に配設された流通路」として、例えば、「地熱流体Ａが流通する流路」、「蒸気Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が流通する流路」、「熱水Ｃが流通する流路」、「タービン４から排出された蒸気Ｂ４や水Ｄ１等が流通する流路」、「スケール抑制剤Ｅが流通する流路」、「スケール抑制剤および水を含む溶液Ｄ２が流通する流路」を、具備するものを例示することができる。
【００５２】
二種種以上のスケール抑制剤Ｅを用いるとき等は、一つの薬剤貯留室９中に二種類以上のスケール抑制剤の混合物を貯留することができるし、また、スケール抑制剤の種類に応じ複数個の薬剤貯留室９を設けることができる。また、スケール抑制剤ごとに、それぞれ独立した複数系統の「蒸気タービンに導入される蒸気中に、スケール抑制剤および水を霧状で添加する装置」を設けることができる。
【００５３】
なお、「汽水分離機２」、「デミスタ３」および「復水器５」等は、本発明による実施形態によるスケール抑制装置において常に必要とされる物ではなく、必要に応じてあるいは更なる効果の向上等を目的として配置することが出来るものである。したがって、本発明による実施形態によるスケール抑制装置は、上記（イ）〜（ホ）に加えて、「汽水分離機２」、「デミスタ３」、「復水器５」の少なくとも１つ以上を更に具備することが好ましい。
【００５４】
例えば、汽水分離機２を配置することによって、地熱流体Ａを蒸気Ｂと熱水Ｃとに分離して、熱水（ここで、この熱水は水滴状の熱水も包含する）ならびに地熱流体Ａ中に含まれるスケール原因物質が蒸気タービン４に導入されることを抑制できる。デミスタ３は、汽水分離機２で分離された蒸気Ｂ１に含まれることがある、小粒径の水滴ならびにスケール原因物質等を捕集することで、蒸気タービン４の運転効率を向上させると共に、スケール生成を更に抑制することができる。復水器５は、蒸気タービン４から排出された蒸気Ｂ４を凝縮させることで復水器５内ならびに蒸気タービン４の後段の圧力を低下させ、蒸気タービン４の蒸気入口と蒸気出口と間の圧力差を大きくすることで、蒸気Ｂ３から、より大きいエネルギーを蒸気タービン４で効率よく取り出せるようにする。さらに、復水器５から凝縮水Ｄ１を取得し、これを利用してスケール抑制剤Ｅを含む溶液Ｄ２を調製することができる。
【００５５】
なお、本発明による実施形態によるスケール抑制装置は、図１に示される（イ）〜（ホ）および「汽水分離機２」、「デミスタ３」、「復水器５」以外の装置、設備、器具等を必要に応じて具備することができる。そのような装置、設備、器具等としては、例えば、低沸点媒体の循環経路、熱交換器、もう一組の蒸気タービンならびに発電機（いずれも図示せず）等を備えたバイナリーサイクル発電設備を挙げることができる。
【００５６】
したがって、本発明による実施形態によるスケール抑制装置は、図１に示されるスケール抑制装置に、バイナリーサイクル発電設備を追設した地熱複合サイクル発電設備を、好ましい一つの具体例として包含する。
【実施例】
【００５７】
＜実施例１＞
スケール模擬物質として破砕シリカ（粒径１〜１００μｍ）を用いた。ビーカー内で破砕シリカ１０ｇを純水で分散させ、静置・沈降させた。上澄を除去し、放置して乾燥させたところ、シリカの固形物が得られた。すなわち、シリカの微粒子は、水を介して接触した後に乾燥させると、強固に固着する性質を持つ。得られた固形物に再び水を添加しても、密に容易には水は浸透しない。再び分散させるには、スターラーで２分間程度の撹拌が必要であった。
【００５８】
ここで、スケール抑制剤として、ポリビニルピロリドンを用いた場合の固着について記載する。  
上記と同様に、破砕シリカ１０ｇを純水で分散させた後に、ポリビニルピロリドンをシリカ重量比で１０％添加し撹拌してよく混合した。更にシリカ粒子を沈降させ、上澄みを除去し、乾燥させた。結果、水だけの場合よりも強固に固着した固形物が得られた。しかしながら、再び水を添加した際には容易に形が崩れ、１０秒程度の撹拌で再び分散した。すなわち、シリカ粒子は水が存在しない環境下では薬剤混合により強固な固形物となるが、水が存在する環境下では流動性を高く保つことが示された。而してタービン表面においては、湿り空気中の水滴およびスケール抑制剤の希釈水によってタービン表面は濡れた状態に保たれるので、スケール抑制剤の添加によりスケール成分は表面に固着することなく排出される。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の実施形態よるスケール抑制方法およびスケール抑制装置によれば、スケール抑制剤を水とともに蒸気タービンに霧状で添加することで、スケール抑制剤をスケール発生個所であるタービンノズル等に付着させることができ、結果としてシリカ重合反応ならびにスケール発生を抑制し、発電効率の低下を抑制することができる。そして、表面に析出してしまったスケールに関しても、スケールが強固に固着していないので、水洗で容易に洗浄することが可能である。
【００６０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１：生産井、２：汽水分離機、３：デミスタ、４：蒸気タービン、５：復水器、６：発電機、７：還元井、８：噴霧装置、９：薬剤貯留室、１０：薬剤希釈装置、Ａ：地熱流体、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４：蒸気、Ｃ：熱水、Ｄ、Ｄ１：凝縮水、Ｅ：スケール抑制剤
【図１】
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【図２】
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