JPS5915832Y2 - 地熱発電プラントの混合流体輸送合流管 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は地殻内の地熱を取り出し、作動流体として蒸気
タービンに送給するための地熱発電プラントの混合流体
輸送合流管に関する。

〔考案の技術的背景〕

坑井から取り出した蒸気または熱水を作動流体に使用す
る地熱発電設備は、実用化当初、天然過熱蒸気のみを作
動流体に使用するのが一般的であった。

しかしながら、天然過熱蒸気が存する地域分布は限られ
ており、このため低品位であっても比較的多くの地域に
存する蒸気および地熱水を含む混合流体を積極的に蒸気
タービンの作動流体として利用することが試みられてお
り、現在のところ前述混合流体の使用が大部分占めてい
る。

上記混合流体は、天然過熱蒸気に比較し、熱エネルギ的
にも劣っており、また不純物たとえば硫化水素、砒素等
が多く含まれている。

このため、混合流体は、蒸気と熱水とにそれぞれ分離せ
しめ、不純物を取り除き、さらに分離した前述熱水を再
活用するためにフラッシャ等で再蒸発せしめており、蒸
気は蒸気タービンの入口に直接送給し、また再蒸発後の
蒸気は蒸気タービンの途中段落に送給せしめられるよう
になっている。

ところで、蒸気タービンの作動流体として混合流体が多
く使用されるようになったといえども、−個所に無限に
存するわけではなく、多くの地域から取り出して一個所
に集めなければならず、このため輸送の主体をなす母管
が蒸気タービンに至るまでには支流管が付設され、複雑
な管路網を構成している。

第１図は、地殻の坑井から蒸気タービン設備に至るまで
の代表的な混合流体の輸送経路を示し、坑井１ａ、ｌｂ
から取り出された混合流体（混合流体は気体と液体とが
混在しているので以下気液２相流と記す）は、取り出し
管２ａ、２ｂを通して輸送母管３に寄せ集められている
。

この輸送母管３は蒸気タービン設備１１に至る迄、つぎ
つぎに他の坑井１ｄ、１ｅからの取り出し支流管２ｄ。

２ｅを通して気液２相流が集められており、この管口径
はその都度太くなり、太くなった輸送母管４、５．６と
してセパレータ７に接続されている。

上記セパレータフに送給された気液２相流は、ここで蒸
気と熱水とに互に分離せしめられ、蒸気は１次蒸気管９
を通して蒸気タービン設備１１の入口に、また熱水はフ
ラッシャ８にそれぞれ送られ、ここで再蒸発後、第２次
蒸気管１０を通して蒸気タービン１１の途中段落に送給
されるようになつている。

したがって、蒸気タービンにとっては比較的良質の作動
流体が得られることになり、その分だけタービン内部効
率向上の一部に寄与している。

なお、上記フラッシャ８で熱エネルギを失った水は、熱
水管１２を通して坑井１３に戻されている。

〔背景技術の問題点〕

ところで、気液２相流が管内を流れる場合、噴霧流、環
状噴霧流、スラグ流、気泡流、層状流となって複雑に交
差しながら流れることが経済的に良く知られている。

地熱タービン設備における気液２相流を例に採ってみる
と、大部分が管壁に沿って液膜を形成しながら流れる環
状噴霧流でありながら、時には、蒸気のかたまり群と熱
水のかたまり群とが互に交差し、いわゆるスラグ流等に
なることもあり、管路にとってウォータハンマの要因に
なっており、また圧力損失の素因になって流れが悪くな
ることが経験されている。

すなわち、第２図は、上述現象を今少し詳述するための
概略図であって、この図には輸送母管６取り出し支流管
２ｅとの合流部を示し、輸送母管６は管壁に液膜２０を
形成し、その内部は気液２相流Ｓ２が流れており、また
取り出し支流管２ｅも前述と同じように気液２相流Ｓ１
が流れている。

ところが、合流部にさしかかると、輸送母管６の液膜２
０がその慣性によって管壁の一部を延長して形成されて
いるため、この液膜２０が一種のバリア２１となり、支
流管の流れを阻害し、圧力損失を増加させる。

特に、取り出し支流管を輸送母管の下管壁から上に向っ
て接続する場合には、バリアが戒長し熱水の一部が、取
り出し支流管２ｅに逆流して、管を塞ぐ状態になり、次
に支流管の気液２相流Ｓ１が、この熱水のかたまりを、
輸送母管６に押し出すので、支流管内の流れは、上述し
たスラッグ流となり、間欠的不安定流動を呈する可能性
があった。

かかる原因を考察すると、気液２相流が、環状噴霧流の
場合、管壁に付着する液膜は、重力の作用によってその
下管壁の方が厚くなっていると考えられるからである。

さらに、坑井１ａ、１ｂからの熱水は、数多くの不純物
を含んでおり、これらが、管壁に付着、堆積するため、
合流部の通路面積を小さくし、圧力損失をさらに増加さ
せている。

また、支流管内の気液２相流Ｓ１の流速が、輸送母管６
内の流速より、かなり速い場合には、取り出し支流管２
ｅからの気液２相流Ｓ１が一見ジエツト噴流を呈し、こ
れと対向する輸送母管６の管壁を直撃し、長年の使用の
結果、管壁のエロージョンを生起することがあった。

〔考案の目的〕

本考案は、上記の点に鑑み、坑井から蒸気タービン設備
に至るまでの気液２相流を良好に輸送できるようにした
地熱発電プラントの混合流体輸送合流管を提供するもの
である。

〔考案の概要〕

上記目的を遠戚するために、本考案は、坑井から取り出
した蒸気および熱水を含む混合流体が取り出し支流管を
介して輸送母管に集められ、この輸送母管の途中経路に
多くの取り出し支流管を通して上記混合流体が集められ
、その都度管口径を太くして蒸気タービン設備に接続す
る地熱発電プラントの混合流体輸送合流管において、上
記取り出し支流管は輸送母管の上管壁から貫通して接続
されるとともに、取り出し支流管の先端部は上記輸送母
管の管軸とほぼ一致せしめることを特徴とするものであ
る。

〔考案の実施例〕

以下本考案の実施例について第３図を参照して説明する
。

第３図は、輸送母管６と取り出し支流管２ｅとの合流部
を示す概略図であり、輸送母管６には、その上管壁２ｆ
を介して取り出し支流管２ｅが貫通接続されており、こ
の取り出し支流管２ｅの先端部は、輸送母管６の管軸と
ほぼ一致するように短管２２が接続されている。

上記実施例によれば、輸送母管６の管壁に沿って形成さ
れている液膜２０によって、取り出し支流管２ｅからの
気液２相流Ｓ１の流れが阻害されることがないので取り
出し支流管２ｅの流れが、間歇的な不安定流になること
は無い。

また、仮に取り出し支流管２ｅからの気液２相流Ｓ１が
より速い流速で、輸送母管６内に流出したとしても、取
り出し支流管２ｅの出口は、輸送母管６の管軸とほぼ一
致させであるから、上述ジェット噴流による輸送母管６
の下管壁２ｇを直撃することもないから、その損傷も生
起することもない。

さらに、管内壁に付着した不純物により流動特性が悪く
なり、プラント効率が、低下するようなことはない。

なお、取り出し支流管２ｅを輸送母管６に接続するにあ
たっては、この輸送母管６の管口径は最初の時点からく
らべるとかなり太くなっているものの、それでも輸送母
管６を通る気液２相流Ｓ２に圧力損失を与えないよう、
輸送母管６の上管壁２ｆに対し、傾斜させて接続するこ
とが望ましい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、取り出し支流管
を輸送母管の上管壁を介して貫通接続し、その出口は輸
送母管の管軸とほぼ一致させであるから、合流部におけ
る流体の相互干渉、管壁の損傷等の問題は解消され、こ
の種の分野において実用的に供し得ることが期待できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の坑井から蒸気タービン設備に至るまでの
概略系統図、第２図は取り出し支流管と輸送母管とで構
成される合流部における気液２相流の作動説明図、第３
図は本考案による合流部の構成を示す概略図。 ２ｅ・・・取り出し支流管、２ｆ・・・上管壁、６・・
・輸送母管、２０・・・液膜、２２・・・短管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 坑井から取り出した蒸気および熱水を含む混合流体が取
   り出し支流管を介して輸送母管に集められ、この輸送母
   管の途中経路に多くの取り出し支流管を通して上記混合
   流体が集められ、その都度管口径を太くして蒸気タービ
   ン設備に接続する地熱発電プラントの混合流体輸送合流
   管において、上記取り出し支流管は輸送母管の土管壁か
   ら貫通して接続されるとともに、取り出し支流管の先端
   部は上記輸送母管の管軸とほぼ一致せしめるよう配設し
   たことを特徴とする地熱発電プラントの混合流体輸送合
   流管。