(57)【要約】  内蔵型地熱発電機は、ボイラ、タービン車室、発電機、コンデンサ、および電気ケーブルを含む。コンデンサは、ディストリビュータ室、周囲室、および室の間に配置された複数の管を含む。コンデンサの周囲室は、タービン、発電機、およびコンデンサ部門のセレクタを包囲し冷却する。コンデンサは、排気された蒸気を冷却し液体状態に変換し、それを再加熱するためにボイラ内に戻す。地熱発電機の使用方法では、ボイラ内に含まれた水が、地表面下に予め掘削した井戸に含まれる高温岩体からの熱によって高圧過熱蒸気に変換される。蒸気を使用して電気エネルギを生成し、電気ケーブルによって地表面に輸送する。複数の地熱発電機を幾つかの熱交換器のシステムによって「バイナリ」発電所で使用することができる。
2012500925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵型地熱発電機の使用方法であって、
前記地熱発電機を地表面から所望の深さまで下降させるステップであって、前記所望の深さが周囲の高温岩体の所望の温度のところであるステップと、
前記内蔵型地熱発電機中に含まれた水量から蒸気を生成するステップと、
前記蒸気から電気エネルギを生成するステップと、
前記電気エネルギを前記所望の深さから前記地表面に輸送するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記蒸気を前記内蔵型地熱発電機のボイラ室から前記内蔵型地熱発電機のタービン車室に流すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蒸気を前記タービン車室から変換器および発電機を通してコンデンサに流すステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記蒸気を凝縮し、前記凝縮した蒸気をコンデンサから前記ボイラ室に流すステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記凝縮した蒸気を流すステップが、前記凝縮した蒸気を複数の管を通して流し、前記管が前記内蔵型地熱発電機内部の閉ループ内に構成されるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の管が前記コンデンサ内に配置され、前記コンデンサが内部シリンダと外部シリンダの間の空間内に形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
冷却した水を前記内部シリンダと前記外部シリンダの間の前記空間に循環させて、前記地熱発電機の前記コンデンサを冷却するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記水の循環が水ポンプの作動に応答して生じる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ボイラ以外の前記内蔵型地熱発電機の全ての構成要素を断熱するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気エネルギを輸送する前記ステップが電気ケーブルを前記内蔵型地熱発電機に結合し、前記電気ケーブルが前記所望の深さから前記地表面まで延びるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記電気エネルギを生成する前記ステップが前記蒸気を使用してタービンを回転させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記地熱発電機の閉ループ・パイプの使用によって前記地表面で熱を交換するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
熱を伝達して外部で使用するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
水を含むボイラと、
タービン軸を備える少なくとも１つのタービンを有するタービン車室と、
発電機と、
ディストリビュータ室および周囲室を有するコンデンサであって、複数の管が前記ディストリビュータ室に結合され、前記周囲室内に含まれる、コンデンサと、
電気ケーブルとを含む地熱発電機であって、
前記ボイラが前記水から高圧過熱蒸気を生成するように構成され、前記蒸気が弁を通過して前記タービン車室内に入り、
前記少なくとも１つのタービンが前記蒸気が前記タービン車室を通過するのに応答して回転し、
前記発電機が前記少なくとも１つのタービンの回転に応答して作動し、
前記電気ケーブルが前記発電機の作動に応答して電気を送り、
前記蒸気が前記コンデンサの前記ディストリビュータ室内に通り、前記ディストリビュータ室が、前記蒸気が前記周囲室内の前記複数の管を通過するときに、前記蒸気を水に凝縮し、前記ボイラ内に貯留されるように構成される、地熱発電機。
【請求項１５】
断熱材をさらに含み、前記断熱材が前記ボイラ以外の前記地熱発電機の全ての構成要素を包囲する、請求項１４に記載の地熱発電機。
【請求項１６】
前記タービンの前記タービン軸と前記発電機の間に機械的に結合された歯車箱をさらに含み、前記歯車箱が前記発電機を前記タービンの回転方向と反対方向に回転させて、前記タービンの運動量が前記発電機の運動量によって相殺される、請求項１４に記載の地熱発電機。
【請求項１７】
前記地熱発電機の各セグメント上の複数の保持ピンをさらに含み、前記複数の保持ピンが複数の別個の周辺ケーブルに結合され、前記複数の周辺ケーブルが前記地熱発電機の下降または上昇中に主ケーブル上の張力を低減するように構成される、請求項１４に記載の地熱発電機。
【請求項１８】
水を前記ボイラ内に流すように構成された第１の管、および空気を前記ボイラから外に流すように構成された第２の管をさらに含み、前記ボイラ内の水位が前記第１の管を通る前記ボイラ内への前記水の流れおよび前記第２の管を通る前記ボイラから外への前記空気の流れに応答して調節可能であり、前記ボイラを井戸内に下降させた後に前記ボイラに充填することができる、請求項１４に記載の地熱発電機。
【請求項１９】
前記ディストリビュータ室と前記周囲室の間に結合された構造リブをさらに含み、高圧環境で前記地熱発電機の構造的完全性を向上させる、請求項１４に記載の地熱発電機。
【請求項２０】
前記システムに機械的に結合されて、エネルギを生成する追加の手段を与える風車をさらに含む、請求項１４に記載の地熱発電機。
【請求項２１】
閉ループ管であって、
前記地熱発電機内部の地下熱交換器、および
地表面熱交換器を備える閉ループ管と、
前記閉ループ管を通して水を流すように構成されたポンプとを含む、地熱発電機。
【請求項２２】
前記地下熱交換器がコイル管である、請求項２１に記載の地熱発電機。
【請求項２３】
前記地表面熱交換器がコイル管である、請求項２１に記載の地熱発電機。
【請求項２４】
前記地表面熱交換器内部のバイナリの液体をさらに含み、前記バイナリの液体が前記水の沸騰温度よりも低い沸騰温度を有する、請求項２１に記載の地熱発電機。
【請求項２５】
前記発電機がバイナリ地熱発電機所に結合されるように構成される、請求項２４に記載の地熱発電機。
【請求項２６】
各発電機が井戸内に可動に保持される複数の地熱発電機と、
前記複数の地熱発電機に連結された複数のバイナリ電力ユニットとを含み、各バイナリ電力ユニットが幾つかの地熱発電機に対応する、地熱発電所であって、各バイナリ電力ユニットが、
複数の熱交換器を有するボイラ、
タービン、
コンデンサ、および
発電機を含む、地熱発電所。
【請求項２７】
前記複数の熱交換器が前記複数の地熱発電機のコンデンサに結合され、前記熱交換器が、熱を交換し、冷却した水を前記コンデンサに戻すように構成される、請求項２６に記載の発電所。
【請求項２８】
前記複数のタービンが前記複数の熱交換器によって交換された熱に応答して回転する、請求項２７に記載の発電所。
【請求項２９】
前記複数の発電機が前記複数のタービンの前記回転に応答して発電するように動作する、請求項２８に記載の発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００７年６月２８日に出願された、レイキック  ニコラの「内蔵型地下地熱発電機」という名称の米国特許出願通し番号第１１／７７０，５４３号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般に、内蔵型地下地熱発電機に関する。本発明は、地熱エネルギの有効な使用方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
地熱は、局地地震および山の隆起を引き起こすのと同じ造構活動によって可能になる再生可能なエネルギ源である。地熱は電力を生成することができるエネルギを無限に供給するものである。地球を覆う外殻である岩石圏は、地殻および上部マントルで構成され、岩流圏と呼ばれる地殻の下の上部マントルの比較的熱く比較的塑性的な領域上に横たわる。地球の地殻の厚さは数マイルから約１５０マイルまで変化する。表面下深部のマグマによって加熱された岩体は、地下貯水池に捕捉された水を沸騰させ、７００度Ｆに至らせることもある。この熱い地熱水の一部は、断層および亀裂を通って戻り、温泉または間欠泉として地表面に到達するが、地熱水の大部分は地下深部に留まり、亀裂および多孔質岩体中に捕捉される。この温水が自然に収集されたものは、地熱貯留層と呼ばれる。この活動の一部は自然の温泉によって既に享受されている。
【０００４】
現在は、地熱貯留層中に井戸を掘削して、温水を地表面に運搬する。地熱発電所では、この温水が地表面にパイプで送られる。次いで、シリカを除去した後、蒸気が生成され、その蒸気を使用してタービンを回転させて、機械的エネルギが生成される。タービンから発電機までの軸が機械的エネルギを電気エネルギに変換する。次いで、使用した地熱水が注入井から貯留層内に戻されて、再加熱され、圧力が維持され、貯留層が保持される。
【０００５】
３種類の地熱発電所がある。建設される種類は貯留層の温度および圧力による。
１．「乾燥」蒸気貯留層では蒸気が生成されるが、水分が非常に少ない。蒸気は「乾燥」蒸気発電所にパイプで直接送られて、タービン発電機を回転させる力を供給する。世界最大の乾燥蒸気の領域はサンフランシスコの約９０マイル北にあるＴｈｅ  Ｇｅｙｓｅｒｓである。Ｔｈｅ  Ｇｅｙｓｅｒｓで１９６０年に開始された電気の生成は、史上、最も成功した代替エネルギ事業になった。
２．温水の大部分を生成する地熱貯留層は、「温水貯留層」と呼ばれ、「フラッシュ（ｆｌａｓｈ）」発電所で使用される。温度３００〜７００度Ｆの水が生産井を通って地表面まで運搬され、地表面で深部の貯留層の圧力から解放されると、「分離器」でシリカが除去された後、水の一部が急速に蒸気になる。そのとき、蒸気がタービンに動力を供給する。
３．温度２５０〜３６０度Ｆの貯留層は、急速に十分な蒸気になるほど十分熱くないが、なお「バイナリ（ｂｉｎａｒｙ）」発電所で電気の生成に使用することができる。バイナリ・システムでは、地熱水を熱交換器に通過させ、そこで地熱水の熱が、水より低い温度で沸騰するイソペンタンなど第２の（バイナリの）液体に伝達される。バイナリの液体は、加熱されると、急速に水蒸気になり、蒸気と同様にタービン・ブレード中に膨張し、タービン・ブレードを回転させる。次いで、水蒸気は液体に凝縮され、繰り返し再使用される。この閉ループ・サイクルでは、空気中への排気がない。
【０００６】
また、判明しているように、これは比較的クリーンなエネルギ源である。地震および火山地帯に存在する３０より多い国家が何十年もの間地熱パワーを広範に使用してきた。
【０００７】
現在の地熱エネルギの使用は局地に限定されている。地熱源は、地殻プレートの境界にある「浅い」熱水貯留層に限定されている。世界の大部分の下（３〜６マイル下）には、水を含まないが大量の熱を含む高温乾燥岩体が横たわっている。
【０００８】
現在、世界中の多くの国は、将来のエネルギ需要のために高温岩体の熱に注目している。間欠泉のように蒸気が地表面近くに存在しない世界の地域では、技術者達は「高温乾燥岩体技術」と呼ばれる方法を試行している。
【０００９】
高温乾燥岩体地熱技術では、地殻の下に存在する高温岩体中に蒸気が閉じ込められていないために、合衆国、日本、イギリス、フランス、ドイツ、ベルギー、およびオーストラリアの科学者が、この深部の高温岩体中に水をパイプで送り、より大量の熱水源を生成して、地熱発電所で使用することを試行している。最も簡単な高温岩体発電所は、１つの注入井および２つの生産井を備える。
【００１０】
試行されることは、岩体中に注入井を掘り下げ、次いで、地表面でたまたま有する任意の水源をその井戸の中に圧力下で注入し、それが地下熱交換器として熱い花崗岩中の亀裂および割れ目を通って移動し、地下貯留層を形成することを望み、次いで、さらに多くの生産井を周辺に掘削し、その水および蒸気を回収し、ポンプで地表面に戻し、次いで従来または「バイナリ」の発電所で使用することである。
【００１１】
石炭燃焼蒸気機関の発明は、１８世紀の工業生産に革命を起こし、線路および海の機械化輸送の開発への道を切り開いた。高圧過熱蒸気を使用する現代の蒸気機関は、依然として電力の主な供給源であり、舶用推進の手段であるが、多くの装置で燃料として石油が石炭に取って代わり、蒸気タービンが往復機関に取って代わった。
【００１２】
現代の井戸は、主に石油産業および地熱発電所で使用され、回転ドリルを使用して掘削されるが、３８，０００フィート（１２０００メートル）を超える長さに及ぶことができる。井戸は直径５から３０インチ（１３〜７６ｃｍ）の穴を地中に掘削して作製される。掘削技術は日々向上されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願第１１／７７０，５４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、地熱エネルギの分野では、現在の掘削技術を使用してアクセス可能な地球の地殻の巨大熱源を有効に使用するための装置および方法が求められているところ、本願発明は、そのような要請に応えることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、有効な無尽蔵の地熱エネルギ供給を使用する新規の方法である。本発明は、再生可能な地熱源から電気エネルギを連続的に生成する内蔵型の地下地熱発電機に関する。発電機は、現在の地熱発電所で今日作動している「浅い」熱水貯留層に限定されない。
【００１６】
ケーブルを有するユニットを予め掘削した井戸中の所望の深さおよび温度のところまで下降させることによって、地熱エネルギが制御可能になり、電気エネルギの生成が可能になる。電気は、地下ユニットにある発電機によって生成され、次いで電気ケーブルによって地表面に輸送される。
【００１７】
地熱の再生可能な源から連続的に生成される比較的低コストかつクリーンな電気エネルギを、家庭および企業での一般的使用の他に、自動車産業を含む多くの用途でのクリーンなエネルギ源として使用することができ、または電気自動車の電池の再充電に使用することができ、電気の生成に使用される枯渇していく高コストの汚染する石油、石炭、および他の化石燃料にいずれは取って代わることができる水素の生成に使用することができる。非常に有毒な廃棄物を有する原子力発電所に取って代わることもできる。
【００１８】
内蔵型地下地熱発電機は、垂直に配置して、予め掘削した井戸内の地下深部にケーブルのシステムで下降させることができる細い円筒形状を有する。内蔵型発電機は、水を有するボイラ、タービン、歯車箱、発電機、水をボイラに戻すための管システムを有するコンデンサ、電気エネルギを地表面に輸送するための電気ケーブル、および冷却システムを含む。冷却システムは、別個の閉ループ管システムを備え、地表面上の熱交換器に連結される。
【００１９】
内蔵型地下地熱発電機は内部および外部の構造シリンダも含む。外部と内部のシリンダの間に形成された空間、およびその中の複数の管は、排気された蒸気を冷却し、液体状態に変換し、再加熱するために給水としてボイラに戻すコンデンサの一部である。
【００２０】
地熱発電機を使用するこの方法では、ボイラ内に含まれた水は、地表面の下に予め掘削した井戸内に含まれる高温岩体からの熱のために、高圧過熱蒸気に変換される。この蒸気を使用して、電気エネルギを生成し、電気ケーブルによって地表面に輸送する。
【００２１】
冷却システムは閉ループ管であり、外部と内部のシリンダの間に形成されたコンデンサの周囲室を通して水を循環させることによってコンデンサを冷却し、次いで熱を地表面に伝達する。次いで、地表面上の熱を使用して、幾つかの熱交換器のシステムを通して「バイナリ」発電所で追加の電気を生成する。コンデンサの周囲室はタービンおよび発電機部門を包囲し冷却する。別法として、地表面上の熱交換器を個々の建築物の暖房に使用することもできる。
【００２２】
内蔵型地熱発電機のための冷却システムは、独立した閉ループ管システムであり、代替システムとして変更することができ、熱交換器として独立して動作することができる。すなわち、外部と内部のシリンダの間に形成されたコンデンサを通して水を循環させる代わりに、コイル管を通して水を循環させることができる。コイル管は、地下深部の熱交換器として機能し、次いで熱交換器システムを通して地表面上の熱を交換する。この２つの閉ループ・システムの双方（内蔵型地下地熱発電機用冷却システムおよび独立した地下熱交換器）は、少なくとも１つの水ポンプを有して、パイプ管路を通して液体を循環させ、閉ループ・システムの下部の静水圧を低下させる。
【００２３】
地震および火山地帯を有する多くの国の多くの地域があり、そこでは地表面から比較的短距離で高温岩体に到達することができる。
【００２４】
内蔵型地熱発電機を高温岩体まで地下深部に下降させる。ボイラの底部は、幾つかの垂直の凹み（溝）を有して、ボイラの伝導面を増加させ、それによって高温岩体からボイラ内部の水への熱伝導性を向上させ、高圧過熱蒸気を生成し、それによってタービンを回転させることができる。
【００２５】
タービンの回転軸は固体軸であり、発電機の回転子の軸に連結される。回転子の軸は発電機内部で回転して電気を生成する円筒形の軸である。回転子軸が円筒形状であることによって、蒸気がコンデンサのディストリビュータを通過することができるようになる。円筒形状の回転子は第２のタービンとしても機能する。回転子は、内部壁に取り付けられて回転子の回転を増加させるように位置付けられた第２組の小さいブレードを有する。排気された蒸気は、次いで、管システムを通ってコンデンサに到達し、そこで蒸気が凝縮され、給水タンクを通る給水としてボイラに戻される。この工程が繰り返され、２組の蒸気制御弁およびボイラ給水ポンプで調節される。蒸気制御弁およびボイラ給水ポンプを圧力あるいは熱によって自動的に、または地表面上の制御室内のセンサおよびコンピュータによって電子的に作動させることができる。
【００２６】
タービンと発電機の間に配置される歯車箱または変換器の目的は、発電機の回転子の方向を変えることによって、回転するタービンにより生成される運動量を相殺することである。したがって、発電機の回転子は主タービンと反対方向に回転する。
【００２７】
全てのアセンブリが井戸の底部に下降された後に、内蔵型地下地熱発電機のボイラに別個の組の管を通して水を充填して、下降工程中のアセンブリ全体の重量を低減する。同じ管が、ボイラ内の必要とされる水位になるまで給水し、それを維持し、調節するためにも使用される。
【００２８】
ボイラ以外のタービンおよび電磁発電機を包囲し冷却するコンデンサは、耐熱断熱材の厚い層で高温岩体の外部熱から断熱される。断熱材の追加の周辺層はアルミニウム箔でもよい。内蔵型地下地熱発電機のアセンブリ全体をさび止め材料の特別の被覆で処理してもよい。
【００２９】
アセンブリのボイラに、水の他に、水よりも低い温度で沸騰するイソペンタンなど液体を充填して、ユニットがあまり深くない所で比較的低温で機能するようにすることもできる。
【００３０】
また、水の他に、コンデンサ用冷却材を水よりも高い沸点を有する他の液体と共に充填することもできる。
【００３１】
昇圧変圧器をユニットの頂部に加えることができ、またはアセンブリから分離し、別個のケーブルで運搬して、アセンブリの重量を低減することができる。必要に応じて、幾つかの変圧器を加え、必要な距離（深さ）だけ間隔をおいて配置することができる。（変圧器は図面に示されていない）。変圧器内で、電力が地表面に送られる前に電圧を上げて、電線で家庭および企業に電気を送るようにする。
【００３２】
ボイラ内に、制御弁が機能不全の場合など緊急時に必要に応じて蒸気を解放するための安全逆止弁が存在する。
【００３３】
各アセンブリ・セグメント上に１組の突き出た保持ピンが存在するため、アセンブリを１組の別個のケーブルで運搬して、アセンブリの下降または上昇中に主ケーブルへの張力を低減することができる。
【００３４】
内部と外部のシリンダの間に、高圧環境でアセンブリの構造的完全性を向上させるための構造リブが存在する。
【００３５】
下降工程中に、地表面上で全てのセグメントを溶接またはボルト締めすることができる。
【００３６】
全ての運搬ケーブル、供給管、冷却材管、制御ケーブル、および電気ケーブルは簡単に取り付け、再取り付けできるように適切な長さに分割される。
【００３７】
井戸が掘削された後、持ち運び可能な、または永久的なタワーを、アセンブリを下降または上昇させるための追歯車システムで建設することができる。
【００３８】
地熱エネルギの可能性は非常に大きい。地球は無尽蔵のエネルギ供給を有する。これまでの課題は、その熱を効果的に使用する方法であった。
【００３９】
本明細書に開示する本発明、内蔵型地下地熱発電機では、地球の地殻の大量の熱源の真の可能性を引き出すことができる。
【００４０】
本発明の一目的は、「浅い」熱水貯留層に限定されない、地熱の再生可能な源から連続的に生成される比較的低コストかつクリーンな電気エネルギを供給する方法である。家庭および企業での一般的な使用の他に、自動車産業を含む多くの用途でのクリーンなエネルギ源として使用することができ、電気の生成に使用される枯渇していく高コストの汚染する石油、石炭、および他の化石燃料にいずれは取って代わることができる水素の生成に使用することができる。非常に有毒な廃棄物を有する原子力発電所に取って代わることもできる。
【００４１】
本発明の他の目的は、内蔵型地下地熱発電機を提供することである。
【００４２】
本発明の他の目的は、水を有するボイラ、タービン、発電機、給水をボイラに戻すパイプ・システムを有するコンデンサを備える、垂直位置で組み立てられる地熱発電機を提供することである。
【００４３】
本発明の他の目的は、タービンと発電機の間に配置される歯車箱（変換器）を設けて、発電機の回転子の方向を主タービンと反対方向に回転するように変えることによって、回転するタービンにより生成される運動量を相殺することである。
【００４４】
本発明の他の目的は、冷却システムが、少なくとも２つの熱交換器、井戸内の深部にある第１の熱交換器、および地表面上の第２の熱交換器を有する独立した閉ループ管であることである。第１の熱交換器は、外部と内部のシリンダの間に形成されたコンデンサの周囲室を通して冷水を循環させることによってコンデンサから熱を吸収し、次いでその熱を地表面上に伝達し、そこで熱が、コイル管である第２の熱交換器を通って交換され、次いで、冷却された水がコンデンサに再び戻される。
【００４５】
本発明の他の目的は、独立した閉ループ管が少なくとも１つのポンプを有して、システムを通して水を循環させ、静水圧を低減することである。
【００４６】
本発明の他の目的は、代替の独立した閉ループ管システムが、少なくとも２つの熱交換器、井戸内深部のコイル管である第１の熱交換器、および地表面上のコイル管である第２の熱交換器を有することである。第１の熱交換器は、熱交換器（コイル管）を通して冷水を循環させることによって周囲の高温岩体から熱を吸収し、次いでその熱を地表面上に伝達し、そこで熱が、第２の熱交換器（やはりコイル管）を通して交換される。
【００４７】
本発明の他の目的は、独立した閉ループ管が少なくとも１つのポンプを有して、システムを通して水を循環させ、静水圧を低減することである。（管内部の速度および圧力は一定である。Ｐ（圧力）×Ｖ（速度）＝一定。速度が速くなる＝圧力が下がる。）
【００４８】
本発明の他の目的は、それぞれこの２つの閉ループ・システム（内蔵型地下地熱発電機用冷却システムおよび独立した地下熱交換器）が単一井戸として機能することができる細い円筒形の設計を提供することである。
【００４９】
本発明の他の目的は、冷却室を有する構造的外部および構造的内部のシリンダ、その間に形成され、タービンおよび発電機部門を包囲し冷却するコンデンサを提供することである。
【００５０】
本発明の他の目的は、内部と外部のシリンダの間に、高圧環境でアセンブリの構造的完全性を向上させる構造リブを存在させることである。
【００５１】
本発明の他の目的は、運搬ケーブル、供給管、冷却材管、制御ケーブル、および電気ケーブルが全て、ケーブル・コネクタ・プラットホームに簡単に取り付け、再取り付けできるように適切な長さに分割されることである。
【００５２】
本発明の他の目的は、ボイラの外部の構造シリンダが外側および内側の凹みを有して、伝導面を増加させ、ボイラ内部の水への熱伝導率を向上させることである。
【００５３】
本発明の他の目的は、アセンブリ全体が井戸の底部に下降された後に、内蔵型地下地熱発電機のボイラに別個のホースを通して水を充填して、下降工程中のアセンブリ全体の重量を低減することである。
【００５４】
本発明の他の目的は、内蔵型地下地熱発電機のボイラ内の必要とされる水位を地表面上の制御室から給水し調節できるようにすることである。
【００５５】
本発明の他の目的は、ボイラ以外のユニット全体を包囲し冷却するコンデンサが、耐熱断熱材の厚い層で高温岩体の外部熱から断熱されることである。
【００５６】
本発明の他の目的は、各アセンブリ・セグメント上に１組の突き出た保持ピンを配置して、アセンブリを別個の組の周辺ケーブルで運搬して、アセンブリの下降または上昇中に主ケーブルへの張力を低減することである。
【００５７】
また、本発明の他の目的は、ケーブルを有するユニットを予め掘削した井戸内に所望の深さおよび温度のところまで下降させることによって、地熱エネルギを制御可能にし、比較的低コストの電気エネルギの生成を可能にすることである。
【００５８】
本発明の他の目的は、電気が地下ユニットにある発電機によって生成され、電気ケーブルによって地表面に輸送されることである。
【００５９】
本発明の他の目的は、地熱発電所が風の強い地域に配置される場合、組立タワーを風車のプラットホームとして使用することができることである。
【００６０】
また、本発明の他の目的は、この電気エネルギ生成方法を、氷河期など、起こり得る世界的気候危機に対して使用することができることであり、そのときに、人工の光および熱が与えられる温室菜園で農業を継続することができる。
【００６１】
本発明の他の目的は、内蔵型地下地熱発電機で電気を生成する方法を、地熱の可能性があり、太陽光が不十分な他の惑星および月に適用できることである。
【００６２】
本発明の上記その他の特徴および利点が、添付の図面で示した本発明の特定の実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【００６３】
図を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による主なセグメントを有する内蔵型地下地熱発電機を示す断面図である。
【図２】本発明による内蔵型地下地熱発電機を示す図３の線２−２’に沿って切り取られた断面図である。
【図３】本発明による、図２の線３−３’に沿って切り取られたコンデンサ・ディストリビュータを示す断面図である。
【図４】本発明による、図２の線４−４’に沿って切り取られたコンデンサおよび発電機を示す断面図である。
【図５】本発明によるコンデンサおよび歯車箱を示す図２の線５−５’に沿って切り取られた拡大断面図である。
【図６】本発明による、図５の線６−６’に沿って切り取られた断面図である。
【図７】本発明による、図５の線７−７’に沿って切り取られた断面図である。
【図８】本発明による、図５の線８−８’に沿って切り取られた断面図である。
【図９】本発明による、図２の線９−９’に沿って切り取られたコンデンサおよびタービンを示す断面図である。
【図１０】本発明による、図２の線１０−１０’に沿って切り取られた給水貯蔵タンクおよびタービンを示す断面図である。
【図１１】本発明による、図２の線１１−１１’に沿って切り取られたボイラを示す断面図である。
【図１２】本発明による、地表面上の熱交換器を含む主なセグメントを有する内蔵型地下地熱発電機を示す概略断面図である。
【図１３】本発明による、閉ループ管、地下深部にある１つの熱交換器、および地表面上の１つの熱交換器を含む主なセグメントを有する代替の独立した熱交換システムを示す概略断面図である。
【図１４】本発明による、地表面上のバイナリ地熱発電所を示す概略断面図である。
【図１５】本発明による、地表面上の代替の地熱発電所を示す概略断面図である。
【図１６】２４個の井戸および制御センターを有する地熱発電所を示す平面図である。図を明瞭かつ簡単にするために、本発明による、発電所の４分の１だけ（６個の井戸）の概略図が示されている。
【図１７】本発明による、図１６で示した地熱発電所の１セクションを示す拡大概略図である。
【図１８】本発明による、図１６および１７で示した１つの熱交換タンクを示す拡大平面図である。
【図１９】本発明による、図１８の線１９−１９’に沿って切り取られた熱交換タンクを示す拡大断面図である。
【図２０】本発明による内蔵型地下地熱発電機を組み立て、上昇、または下降させるための代替タワーを示す断面図である。
【図２１】本発明による、風車がその上に設置された内蔵型地下地熱発電機を組み立て、上昇、または下降させるための代替タワーを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
次に図１を参照すると、内蔵型地下地熱発電機は、細い円筒形状を有し、垂直に位置付けて、予め掘削した井戸内の地下深部にケーブルのシステムで下降させることができる。主なセグメントを有する本発明の内蔵型地下地熱発電機１００の断面図が示されている。アセンブリ１００の主な要素は、ボイラ１２０、タービン車室１３０、歯車箱または変換器１４０、発電機１５０、コンデンサ／ディストリビュータ１６０、および電気エネルギを地表面まで輸送するための電気ケーブルを含むケーブルおよび管のシステム１７０である。
【００６６】
次に図２を参照すると、図３の線２−２’に沿って切り取られた、図１で示した内蔵型地下地熱発電機１００の拡大断面図が示されている。アセンブリ１００の主な要素は、ボイラ１２０、タービン車室１３０、歯車箱または変換器１４０、発電機１５０、ボイラ内に戻す給水として排気凝縮蒸気を戻すための管システム６２を有するディストリビュータ室６１および周囲室６８を備えるコンデンサ１６０、並びにケーブルおよび管のシステム１７０である。
【００６７】
ケーブルおよび管のシステム１７０は、周辺保護ケーブル７４、主保護ケーブル７５、制御ケーブル７６、ボイラ供給管１２１、冷却システム管７２、および電気エネルギを地表面まで輸送するための主電気ケーブル７７を含む。
【００６８】
ボイラ１２０は、水タンク領域１２２を有する下部、および蒸気領域１２４を有する上部を含む。アセンブリ１００はフック・アイ７１を有し、フック７３およびケーブル７５によって、または滑車およびケーブルのシステムで取り付けることができ、次いで、地下深くまで予め掘削した井戸内に、地表面下の深部のマグマによって加熱された岩体がボイラ１２０の下部の水タンク領域１２２内の水を沸騰させる深さまで下降させることができる。ボイラ１２０の上部の蒸気領域１２４内の蒸気も過熱蒸気を生成する周囲の高温岩体によって加熱される。高圧過熱蒸気は１組の蒸気制御弁８８を通過して、固体軸３４に取り付けられた１組のブレード３２を有するタービン車室１３０内に入り、それを回転させる。タービンの固体軸３４は、歯車箱または変換器１４０によって発電機１５０の円筒形軸５２に連結される。タービン車室からの蒸気は、１組の開口部３６を通り、発電機１５０の円筒形軸５２を通って撹拌されて、コンデンサ１６０のディストリビュータ室６１内に入る。そのとき排気された蒸気が凝縮し始め、１組の開口部６３を通って複数の管６２内に撹拌され、給水タンク１１０に戻り、次いでボイラ１２０内にボイラ供給ポンプ１１２およびボイラ供給パイプ１１４を通るようにポンプで送られる。
【００６９】
この図には、構造外部シリンダ９０および構造内部シリンダ８０も示されている。コンデンサ１６０の周囲室６８は外部シリンダ９０と内部シリンダ８０の間の空間に形成される。周囲室６８は、上記のように、その中に複数の管６２を有する。内部と外部のシリンダの間に、高圧環境でアセンブリの構造的完全性を向上させるための構造リブ８５が存在する。リブ８５は水循環用の穴８７を有する（図を明瞭かつ簡単にするためにリブ８５は図１および２に示されていない）。
【００７０】
冷却システムは、少なくとも２つの熱交換器、井戸内に下降させた第１の熱交換器および地表面上にある第２の熱交換器を有する独立した閉ループ管である。第１の熱交換器は、外部と内部のシリンダの間に形成されたコンデンサの周囲室を通して冷水を循環させることによってコンデンサから熱を吸収し、次いでその熱を地表面上に伝達し、そこで熱が、コイル管である第２の熱交換器を通って変換され、次いで、冷却された水がコンデンサに再び戻される。
【００７１】
冷却システムは、閉ループ管７２、コンデンサ１６０の周囲室６８であり、地下深部にある１つの熱交換器、および地表面上のコイル管１８２である第２熱交換器で構成される（地表面上のコイル管１８２は図１２に示されている）。
【００７２】
閉ループ管７２は、冷却水ポンプ１７２および１７４を経由してコンデンサ１６０の周囲室６８に取り付けられる。冷却水ポンプ１７２は、パイプ１７８を通して周囲室６８の底部に冷水を注入する。水はコンデンサ１６０の周囲室６８を通って循環することによってコンデンサを冷却する。周囲室６８の上部に自然に上昇する温水は、次いで水ポンプ１７４によって管７２の他端内に注入され、地表面まで汲み上げられ、そこで熱が熱交換器１８４の一部であるコイル管１８２を通って交換され、次いで冷却された水がコンデンサ１６０の周囲室６８に戻される。地表面の熱は、次いで、（図１２〜１９で説明するように）幾つかの熱交換器のシステムを通って、「バイナリ」発電所内で追加の電気の生成に使用される。
【００７３】
コンデンサ１６０の一部である周囲室６８は、コンデンサ１６０を冷却する他に、タービン１３０、歯車箱／変換器１４０、および発電機１５０を包囲し冷却し、過熱を防ぐように戦略的に位置付けられる。
【００７４】
閉ループ管７２は少なくとも１つの（好ましくは幾つかの）直列の水ポンプ１７２を有して、管路を通して水を循環させ、閉ループ・システムの下部の静水圧を低減させる。必要に応じて幾つかの閉ループ管７２を合体させて設置し、冷却および熱交換の工程の速度を速めることができる。管内部の速度および圧力は一定である。Ｐ（圧力）×Ｖ（速度）＝一定。速度が速くなる＝圧力が下がる。
【００７５】
代替解決法として、コンデンサ１６０の周囲室６８に、図１３で示したのと同様の追加の独立したコイル管（熱交換器）および閉ループ・システムを加え、それで冷却することもできる。
【００７６】
ボイラ１２０の周囲壁は、凹みを有して、伝導面を増加し、ボイラ内の水への熱伝導率を上げることができる（図を簡単にするために示していない）。
【００７７】
内蔵型地下地熱発電機１００のアセンブリ全体を井戸の底部まで下降させた後、管１２１のセットを通してボイラ１２０に水を充填することによって、下降工程中のアセンブリの重量が低減される。ユニットに取り付けられた２つの管１２１が図に示されている。１つはボイラ１２０に給水するための管であり、他方は充填工程中に空気を逃がすための管である。管１２１の重要な目的は、ボイラ１２０内の必要とされる水位まで給水し、維持し、調節することでもある。
【００７８】
アセンブリ１００の全ての主要素、ボイラ１２０、タービン車室１３０、歯車箱または変換器１４０、発電機１５０、およびコンデンサ／ディストリビュータ１６０を同じ種類の複数のセクションの結合によって所望の長さおよび容量に下降工程中に組み立てることができる。結合方法は、ボルト締めまたは溶接でもよい。
【００７９】
各アセンブリ・セグメントに１組の突き出た保持ピン６６があり、別個の組の周辺ケーブル７４で運搬して、アセンブリの下降または上昇中に主ケーブル７５への張力を低減することができる。
【００８０】
周囲室６８は、構造外部シリンダ９０と構造内部シリンダ８０の間に形成され、ボイラ１２０以外のユニット全体を包囲かつ冷却し、耐熱断熱材９２の厚い層で高温岩体の外部熱から断熱される。
【００８１】
ボイラ１２０は、安全逆止弁１２６を有して、制御弁が機能不全の場合など緊急時に必要に応じて蒸気を解放する。
【００８２】
タービン１３０と発電機１５０の間に配置された歯車箱または変換器１４０の目的は、発電機１５０の回転子５４の方向を変えることによって、回転するタービン３３により生成される運動量を相殺することである。したがって、発電機１５０の回転子５４は主タービン３３と反対方向に回転する。
【００８３】
次に図５〜８を参照すると、タービン軸３４の上端は、歯車箱１４０の周囲シリンダ４１まで延びるディスク／プラットホーム３５にしっかり連結される。ディスク／プラットホーム３５に軸受４２および歯車４３のシステムが固定されて係合する。歯車箱は主構造シリンダ８０に固定される。ディスク／プラットホーム３５は、蒸気がタービン車室から出るための幾つかの開口部３６を有する。ディスク／プラットホーム３５は、じょうご３９の形状で上方にも延びて、蒸気が発電機１５０の円筒形軸５２内にじょうごを通って送られるように形成される。回転子５４の円筒形軸５２は第２のタービンとしても機能する。円筒形軸５２は第２組の小さいブレード５８を有する。第２組の小さいブレード５８は、内側壁に取り付けられ、蒸気が通過するときに回転子の回転を増加させるように配置される。
【００８４】
ディスク／プラットホーム３５は、１組の歯車４３によって上方ディスク・プラットホーム３７と係合する。１組の歯車４３は、歯車４３の軸／ピン４４で歯車箱１４０の周囲シリンダ４１に固定される。上方ディスク・プラットホーム３７は、軸受４６によってじょうご３９の上部３８と、軸受４７によって歯車箱１４０の周囲シリンダ４１とも係合し、発電機１５０の円筒形軸５２にもしっかり連結される。ディスク／プラットホーム３５およびディスク・プラットホーム３７は、歯車４３と係合して対応する湾曲した溝４５を有する。
【００８５】
図３は、図２の線３−３’に沿って切り取られたコンデンサ／ディストリビュータ１６０の断面図である。図３は、主構造内部シリンダ８０、外部構造シリンダ９０、コンデンサ／ディストリビュータ６１、およびコンデンサ／ディストリビュータ６１を包囲するコンデンサ１６０の周囲室６８を示している。この図には、周囲室６８の周囲に広がる管６２も示されている。排気された蒸気は開口部６３を通過する。開口部６３は管６２に通じ、管６２は凝縮水をボイラ１２０に戻す。この図には、発電機１５０をコンデンサ１６０から分離する固体ディスク／プラットホーム９４も示されている。円筒形軸５２の上端は軸受９６によってディスク／プラットホーム９４に固定され、係合する。
【００８６】
この図には、周囲室６８の底部にある冷却された水を運搬するパイプ１７８も示されている。また、アセンブリが井戸内に下降された後に、ボイラに水を充填するためのボイラ供給管１２１も図に示されている。また、高圧環境でアセンブリの構造的完全性を向上させる内部と外部のシリンダの間の構造リブ８５も図に示されている。また、１組の周辺ケーブル７４でアセンブリの各セグメントを保護して、アセンブリの下降または上昇中に主ケーブル７５の張力を低減するための突き出た保持ピン６６も示されている（保護ケーブルは図に示されていない）。
【００８７】
この図には、電気を発電機１５０から地表面まで、さらに電線まで輸送する電線管７７も示されている。また、ボイラ１２０以外のアセンブリ全体を取り囲む耐熱断熱材９２も図に示されている。
【００８８】
図４は、図２の線４−４’に沿って切り取られた発電機１５０の断面図である。図４は、主構造内部シリンダ８０、外部構造シリンダ９０、周囲室６８の周囲に広がる管６２を有するコンデンサ１６０の周囲室６８も示している。この図には、円筒形軸５２、軸５２に固定された発電機１５０の回転子５４、および主構造内部シリンダ８０に固定された発電機１５０の固定子５６も示されている。また、各セグメントを保護するための突き出た保持ピン６６も示されているが、保持ピン６６は隣接するセグメントに対してオフセットされて、周辺ケーブル７４がアセンブリの周囲全てに広がることができるようになされる。また、送り穴８７を有する構造リブ８５、電線管７７、ボイラ供給管１２１、パイプ１７８、および断熱材９２も図に示されている。
【００８９】
図９は、図２の線９−９’に沿って切り取られたコンデンサおよびタービンの断面図である。
【００９０】
図９は、主構造内部シリンダ８０、外部構造シリンダ９０、周囲室６８の周囲に広がる管６２を有するコンデンサ１６０の周囲室６８も示している。また、送り穴８７を有する構造リブ８５も図に示されている。
【００９１】
この図には、ブレード３２を有する固体タービン軸３４、ボイラ供給管１２１、パイプ１７８、および断熱材９２も示されている。また、各セグメントを保護するための突き出た保持ピン６６も示されているが、保持ピン６６は隣接するセグメントに対してオフセットされている。
【００９２】
図１０は、図２の線１０−１０’に沿って切り取られた給水貯蔵タンクおよびタービンの断面図である。図１０は、主構造内部シリンダ８０、およびこの位置で給水貯蔵タンク１１０を形成する延長された外部構造シリンダ９０も示している。この図には、ボイラ１２０に注入し給水する、給水貯蔵タンク１１０内に配置されたボイラ供給ポンプ１１２も示されている。また、タービン３３内への蒸気の流れを制御する蒸気制御弁８８も図に示されている。また、タービン車室１３０の底部にあるディスク・プラットホーム８２上に配置された水ポンプ１１６も図に示されている。水ポンプ１１６の目的は、過剰な水がタービン車室１３０の底部にたまった場合に除去し、その過剰な水を給水貯蔵タンク１１０内にパイプ１１７を通して放出することである（図を明瞭かつ簡単にするために水ポンプ１１６は図２に示されていない）。この図には、ボイラ１２０内の必要とされる水位まで給水し、維持し、調節する水ポンプ／弁１２５および管１２１も示されている。また、その上に軸３４が着座し、ディスク・プラットホーム８２上に固定される１組の軸受８４および９６を有するタービン３３の固体軸３４も図に示されている。また、断熱材９２も図に示されている。
【００９３】
図１１は、図２の線１１−１１’に沿って切り取られたボイラ１２０の断面図である。この図には、ボイラ１２０の周囲壁／シリンダ１２８も示されている。また、前述したように、１組の周辺ケーブルを有するアセンブリの各セグメントを保護するための突き出た保持ピン６６も示されている。この図では、保持ピン６６がロッド６５の延長部として示されている。ロッド６５は、供給パイプ１１４をボイラ１２０の下部１２２に案内するための開口部１１８を有する。
【００９４】
この図には、安全放出弁１２６および補強プレート１２９も示されている。
【００９５】
図１２は、地表面上の熱交換器を含む主セグメントを有する、内蔵型地下地熱発電機の概略断面図である。図１２は、ボイラ１２０、タービン１３０、歯車箱１４０、発電機１５０、およびコンデンサ１６０を示している。この図には、周囲室６８内に広がる冷却管６２によって熱交換器として機能するコンデンサ１６０の周囲室６８も示されている（図を明瞭かつ簡単にするために管６２はこの図に示されていない）。また、熱交換器１８４の熱を交換して地表面に伝達する、図１４で説明するバイナリ地熱発電所１８０の一部である、コイル管１８２も図に示されている。ユニット内の深部の熱交換器として機能するコンデンサ１６０の周囲室６８、および熱交換器１８４の熱を交換して地表面に伝達するコイル管１８２は、閉ループ管７２で連結される。閉ループ管７２は、輸送中の熱の損失を防止するように断熱される。この図には、閉ループ・システムを通して水を循環させる幾つかの水ポンプ１７２および１７４も示されている。また、管とケーブルのセグメントを連結するケーブル・コネクタ・プラットホーム１７６も図に示されている。また、主ケーブル７５および断熱材９２も図に示されている。
【００９６】
図１３は、代替の独立した熱交換システムの概略断面図である。主セグメントは、閉ループ管、地下深部にある１つの熱交換器、および地表面上にある１つの熱交換器を含む。図１３には、図１２で示した冷却システムと同じ要素が示されている。すなわち、地下深部にある１つの熱交換器、および地表面上にある１つの熱交換器、並びに、閉ループ・システムを通して水を循環させる幾つかの水ポンプを有する１つの閉ループ管である。
【００９７】
この実施形態では、熱交換器として機能する周囲室６８の代わりに、熱交換器として機能するコイル管１６８が使用される。熱交換器１６８は、真直ぐな管１８９、コイル管１８８、構造パイプ１８７、およびプラットホーム１８６で構成される。ユニットに強度を与える構造パイプ１８７はプラットホーム１８６に取り付けられる。構造パイプ１８７は、真直ぐな管１８９が出るための１つの開口部を底部に、真直ぐな管１８９が入るための１つの開口部を頂部に有する。構造パイプ１８７は、必要に応じてより多くの送り穴を有して、構造パイプ１８７の重量を減少し、より多くの熱を真直ぐな管１８９に与えることができる。この図には、その上にアセンブリ全体が担持される構造パイプ１８７のベース１８５も示されている。
【００９８】
地下深部の熱交換器として機能するコイル管１６８、および地表面上の熱交換器として機能するコイル管１８２は閉ループ管７２で連結される。この図には、閉ループ・システムを通して水を循環させる幾つかの水ポンプ１７２および１７４も示されている。井戸の深部の高温岩体からの熱は、熱交換器１６８によって吸収され、ハウス７２で地表面上の熱交換器１８４まで輸送され、そこでその熱が水よりも低い温度で沸騰するイソペンタンなど第２の（バイナリの）液体に伝達される。熱交換器１８４は、図１４で説明する、バイナリ地熱発電所１８０の一部である。
【００９９】
この図には、管７２とケーブル７５のセグメントを連結するケーブル・コネクタ・プラットホーム１７６も示されている。
【０１００】
図１３で説明した熱交換システムは、内蔵型地下地熱発電機の代替冷却システムであり、代替の独立した熱交換システムとして機能することもでき、いわゆる「高温乾燥岩体技術」の実験方法をかなり向上させるものである。
【０１０１】
最も簡単な「高温乾燥岩体技術」の発電所は１つの注入井および２つの生産井を備える。科学者は、岩体中に注入井を掘り下げ、次いで、地表面上でたまたま有する任意の水源をその井戸の中に圧力下で注入することを試みて、水が熱い高温岩体中の亀裂および割れ目を通って移動し、地下貯留層を形成することを望み、次いで、周辺に生産井を掘削しようとし、その水および蒸気をポンプで地表面に戻すことによって回収し、次いで従来または「バイナリ」の発電所で使用することを試みる。
【０１０２】
バイナリ発電所では、低温であるがより一般的な温水源（１００°Ｆ〜３００°Ｆ）が使用される。温水は、比較的低い沸点を有する第２（したがって「バイナリ・プラント」）の液体（通常、イソブタンまたはイソペンタンなど炭化水素）と併せて熱交換器を通される。第２の液体が気化し、それによってタービンが回転され、それによって発電機が駆動される。残りの第２の液体は、熱交換器を通して単に再循環される。地熱液体は凝縮され、貯留層に戻される。
【０１０３】
現在の実験的な「高温乾燥岩体技術」が予想通りに機能し、特定の課題を解決するかどうかはまだ不明である。
１．自然に水がたまらない場所に、大量の水が地下深部の人工の熱水貯留層を形成する必要がある。
２．大量の水が様々な方向に岩体中に失われ、吸収されるであろうか？
３．あるとすれば、どれだけ多くの水が高温岩体中の亀裂および割れ目を通って生産井に到達することができるか？
４．あるとすれば、どれだけ多くの水を回収し、地表面にポンプで送って、従来または「バイナリ」の発電所で使用することができるか？
５．また、生産井を通して水を地表面にポンプで送る間、水は岩体の層を通過するが、その熱さは徐々に低下し、最終的に地表面近くでは冷たい岩体になる。どれだけ多くの熱が失われ、どれだけ多くの水が移動中に岩体中に失われ、吸収されるか？
【０１０４】
図１３で説明した熱交換システムは、地表面上のバイナリ部分の他に地下深部の部分の文字通りの閉ループ・システムであるため、常に同量の水を使用する単純なシステムである。分離器で地熱液体からシリカおよび鉱物を除去する処理をしないものである。
【０１０５】
このシステムは、コイル・パイプおよびハウスを通して水を循環させるため、高温岩体の亀裂および割れ目に水が失われることがない。ハウスが断熱されているため、移動中の熱の損失は限られている。幾つかの井戸（注入井および幾つかの生産井）を機能させる必要はなく、むしろユニットごとに単一の井戸が使用される。
【０１０６】
図１４は、バイナリ地熱発電所１８０の概略断面図である。この図には、熱交換器１８４、タービン２３０、コンデンサ２６０、および発電機２５０が示されている。地下深部からの温水は閉ループ管７２を通過して熱交換器１８４内部のコイル１８２内に入り、そこでその熱が水よりも低い温度で沸騰するイソペンタンなど第２の（バイナリの）液体に伝達される。バイナリの液体は、加熱されると急速に水蒸気になり、蒸気と同様に、蒸気パイプ２２２および制御弁２８８中に膨張し、それらを通過して、タービン２３０を回転させる。排気水蒸気は、次いで、コンデンサ２６０内で液体に凝縮され、次いで供給パイプ２１４およびボイラ供給ポンプ２１２を通ってボイラ２２０内に戻される。この閉ループ・サイクルでは、水蒸気は繰り返し再使用され、空気中への排気がない。タービン２３０の軸は、発電機２５０の軸に連結される。発電機２５０は、回転し、電気を生成する。次いで、電気は電気ケーブル２７７を通ってユーザへの変圧器およびグリッド線に輸送される。（変圧器およびグリッド線は図に示されていない）。
【０１０７】
図１５は、管７２から来る水が蒸気を生成する十分な熱さである場合の代替解決法としての地熱発電所１９０（バイナリ発電所ではない）の概略断面図である。（図１３で示した代替の独立した熱交換システムに適用可能である）。この図には、ボイラ２２０、タービン２３０、コンデンサ２６０、および発電機２５０が示されている。地下深部からの温水は閉ループ管７２を通過してボイラ２２０内に入り、そこで気化する。次いで、蒸気は蒸気パイプ２２２および制御弁２８８を通過し、タービン２３０を回転させる。次いで、排気水蒸気は、コンデンサ２６０内で液体に凝縮され、次いで前述のように井戸に通じる閉ループ管７２にポンプで戻される。この図には、閉ループ・システムの一部である供給パイプ２１４および水ポンプ２１２も示されている。また、回転して電気を生成する発電機２５０の軸に連結されたタービン２３０の軸も図に示されている。次いで、電気は電気ケーブル２７７を通ってユーザへの変圧器およびグリッド線に輸送される。（変圧器およびグリッド線は図に示されていない）。
【０１０８】
図１６および１７は、本発明による、２４個の井戸および制御センター２００を有する地熱発電所３００を示す平面図である。図を明瞭かつ簡単にするために、ここでは、発電所の４分の１、６個の井戸１９〜２４、および３つのバイナリ電力ユニット１３２、１４２、１５２だけの概略図が示されている。発電所の他の４分の３は同一である。
【０１０９】
前述のように、内蔵型地下地熱発電機１００の冷却システムは、閉ループ管システムであり、外部と内部のシリンダ９０と８０の間に形成されたコンデンサ１６０の周囲室６８を通して水を循環させることによって、コンデンサを冷却し、次いで熱を地表面に伝達する。次いで、地表面の熱を使用して、幾つかの熱交換器のシステムによって「バイナリ」発電所で追加の電気を生成し、次いで、冷却した水として関連するコンデンサ１６０の周囲室６８に戻す。
【０１１０】
この図には、井戸１９〜２４内部の６つの内蔵型地下地熱発電機に接続された３つの「バイナリ」電力ユニット１３２、１４２、および１５２が示されている。
【０１１１】
それぞれこの３つのバイナリ電力ユニット１３２、１４２、および１５２は、ボイラ１３３、１４３、および１５３、タービン１３４、１４４、および１５４、並びに発電機１３５、１４５、および１５５で構成される。
【０１１２】
バイナリ生産ユニット１３２のボイラ１３３は、井戸１９、２０、２１、２２、２３、および２４の内部の関連する内蔵型地下地熱発電機のコンデンサ１６０に閉ループ・システムの管の一端で連結された６つの熱交換コイル３１９、３２０、３２１、３２２、３２３、および３２４を有する。
【０１１３】
閉ループ・システムの管の他端が井戸１９、２０、２１、２２、２３、および２４の内部の関連する内蔵型地下地熱発電機のコンデンサ１６０に到達し、閉ループ・サイクルが完了する前に、その他端は、バイナリ生産ユニット１４２および１５２のボイラ１４３および１５３も通過する。その目的は、熱を交換し、その熱を地表面上のバイナリ生産ユニットでできるだけ多く使用し、冷却した水をコンデンサ１６０に戻すことである。図を明瞭かつ簡単にするために、放射状の管は全て図に示しておらず、管路を通る流れの方向が矢印で印を付けられている。
【０１１４】
バイナリ生産ユニット１４２のボイラ１４３も、６つの熱交換コイル４１９、４２０、４２１、４２２、４２３、および４２４を有する。
【０１１５】
バイナリ生産ユニット１５２のボイラ１５３も６つの熱交換コイル５１９、５２０、５２１、５２２、５２３、および５２４を有する。
【０１１６】
バイナリ生産ユニット１３２のボイラ１３３は、熱がコイル３１９、３２０、３２１、３２２、３２３、および３２４を通って交換される第１のステーションであるため、最も熱い蒸気を生成する。
【０１１７】
バイナリ生産ユニット１４２のボイラ１４３は、熱がコイル４１９、４２０、４２１、４２２、４２３、および４２４を通して交換され、蒸気の温度がボイラ１３３よりも低い第２のステーションである。
【０１１８】
バイナリ生産ユニット１５２のボイラ１５３は、熱がコイル５１９、５２０、５２１、５２２、５２３、および５２４を通して交換され、蒸気の温度がボイラ１４３よりも低い第３のステーションである。
【０１１９】
バイナリ電力ユニット１３２、１４２、および１５２は、様々な蒸気温度および圧力で作動するように設計される。
【０１２０】
代替解決法として、様々な温度および圧力に対処するボイラ１３３、１４３、および１５３からの蒸気を単一のタービンおよび発電機を有する単一のバイナリ電力ユニットにじょうごで送ることができる。
【０１２１】
代替解決法として、水がバイナリ生産ユニット１５２のコイル５１９、５２０、５２１、５２２、５２３、および５２４を出た後に、水がまだ熱い場合、使用可能な場合は管７２を流水で冷却し、または建築物の暖房に使用することができる。
【０１２２】
図１７は、図１６で示した地熱発電所３００の１つのセクションの拡大概略図である。
【０１２３】
図１８は、図１６および１７で示したバイナリ生産ユニット１３２のボイラ１３３の拡大平面図である。この図には、熱交換コイル３１９、３２０、３２１、３２２、３２３、３２４、および主蒸気パイプ２２２が示されている。
【０１２４】
図１９は、図１８の線１９−１９’に沿って切り取られたバイナリ生産ユニット１３２のボイラ１３３の拡大断面図である。この図には、熱交換コイル３２２、３２３、および３２４も示されており、この熱交換コイルからその熱が、水よりも低い温度で沸騰するイソペンタンなど第２の（バイナリの）液体に伝達される。バイナリの液体は、加熱されると、急速に水蒸気になり、蒸気と同様に、蒸気パイプ２２２中に膨張し、それを通過する。（この工程は図１４でバイナリ発電所で前述される）。この図には、供給パイプ２１４も示されており、この供給パイプ２１４を通って排気水蒸気がボイラ１３３内に戻されて、再加熱される。
【０１２５】
図２０は、内蔵型地下地熱発電機１００を組み立て、下降または上昇させるための代替タワー２４０の断面図である。この図には、タワー２４０の構造骨組２４９も示されている。また、井戸１９、井戸のライニング２４７、基礎プラットホーム２４８、並びに主ケーブル７５および周辺ケーブル７４用の追歯車システム２４２および２４６も図に示されている。（ケーブルは図に示されていない）。
【０１２６】
図２１は、地熱発電所が風の強い地域に配置された場合に追加のエネルギ源として風車２４５がその上に設置された内蔵型地下地熱発電機１００を組み立て、下降または上昇させるための代替タワー２４１の断面図である。タワー２４１は図２０で示したタワー２４０と同様であり、追加の延長要素２３５を有する。この図には、構造骨組２４９、井戸１９、井戸のライニング２４７、基礎プラットホーム２４８、並びに、主ケーブル７５および周辺ケーブル７４用の追歯車システム２４２および２４６も示されている。（ケーブルは図に示されていない）。また、歯車箱２４４およびブレード２４３を有する従来の発電機も図に示されている。この追加の目的は、組立タワーを風車のプラットホームとしても使用することである。理解されるように、タワー２４１は永久的、または一時的なものでもよい。
【０１２７】
本発明では、今はこのように使用されていない無尽蔵の地熱エネルギ源を使用する方法を説明する。本発明では、地球の内部熱を使用し、地下深部で電気を生成し、それをケーブルで地表面に輸送する方法を説明する。本発明では、内蔵型地熱発電機の基本的な要素、その形状、その形態、および相互作用、並びにその機能について説明する。
【０１２８】
この説明では、タービン、発電機、ポンプ、制御弁、および安全放出弁について詳細に示していないが、本発明の実施形態に適用可能な、発電所、蒸気機関、船舶業界などで使用される多くの信頼性のある耐熱で自動の迅速作動ポンプ、および制御弁、タービン、並びに発電機が存在する。さらに、本発明の特定の実施形態によれば、室の長さは、本開示の作図で示した代表的な大きさに限定されず、むしろ任意の所望の長さでもよい。
【０１２９】
径など本発明の要素の大きさは、その時点の掘削技術、井戸の径、およびアセンブリの実際の重量によって限定される。
【０１３０】
さらに、本発明の特定の実施形態は、地熱発電機を予め掘削した穴の中に下降させるためのケーブル、鎖、または他の適した手段を使用することができる。
【０１３１】
本明細書に前述した実施形態および例は、本発明および本発明の特定の適用例を最も良く説明し、それによって当業者が本発明を実施し、使用することができるようにするために記載したものである。しかし、当業者には理解されるように、上記の説明および例は単に例示および例を挙げるために記載したものである。記載の説明は、網羅的ではないものとし、または本発明を開示の正確な形態に限定しないものとする。上記の教示を考慮して、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および変形が可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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