WO2017141645A1 - 地熱回収装置及び地熱回収装置の運転方法 - Google Patents

地熱回収装置及び地熱回収装置の運転方法 Download PDF

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WO2017141645A1
WO2017141645A1 PCT/JP2017/002450 JP2017002450W WO2017141645A1 WO 2017141645 A1 WO2017141645 A1 WO 2017141645A1 JP 2017002450 W JP2017002450 W JP 2017002450W WO 2017141645 A1 WO2017141645 A1 WO 2017141645A1
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heat medium
heat exchanger
heat
circulation
geothermal
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和雄 高橋
成人 足立
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株式会社神戸製鋼所
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    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the present invention relates to a geothermal recovery device and a method for operating the geothermal recovery device.
  • the geothermal recovery apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a heat exchanger installed in the ground and a heat medium flow path connected to the heat exchanger and circulating the heat medium.
  • the heat medium flow path is provided with a turbine driven by the heat medium vaporized by the heat exchanger, a cooling system that condenses the heat medium that has driven the turbine, and a pump that pressurizes the liquid heat medium.
  • a generator is connected to the turbine. The generator generates power by driving the turbine with a gaseous heat medium.
  • Patent Document 1 the turbine is driven by a gaseous heat medium. That is, the heat energy of the gaseous heat medium is recovered as electric energy. For this reason, there is a limit to the amount of power generation.
  • An object of the present invention is to increase the amount of power generation in a power generation system using geothermal heat energy.
  • a geothermal recovery device is provided with a circulation pump, a circulation channel in which a heat medium pressurized by the circulation pump circulates in a state of hot water, and installed in the ground,
  • a geothermal heat recovery device comprising: a heat exchanger that heats the heat medium flowing through the circulation flow path; and a binary power generation device that recovers heat energy from the heat medium heated by the heat exchanger as electric energy. is there.
  • An operation method of a geothermal recovery apparatus is an operation method of a geothermal recovery apparatus that includes a heat exchanger that is installed in the ground and heats a heat medium that flows through a circulation flow path with underground heat.
  • the operation method of the geothermal recovery apparatus is a start-up operation that gradually increases the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger while monitoring the pressure and temperature on the outlet side of the heat exchanger.
  • a geothermal recovery device 10 is a device that recovers geothermal energy as electric energy, a circulation channel 12 through which a heat medium circulates, and a heat exchanger installed in the ground. 14, a binary power generation device 16, and a controller 20. Water is used as the heat medium, but is not limited thereto.
  • the circulation flow path 12 is a flow path that forms a closed loop by connecting the heat exchanger 14 and the binary power generation device 16, and a heat medium is enclosed therein.
  • a circulation pump 22 In the circulation flow path 12, a circulation pump 22, a buffer tank 24, a flash tank 26, and a mixing tank 28 are provided.
  • the circulation pump 22 circulates a liquid heat medium in the circulation flow path 12, and can pressurize the heat medium so that the heat medium is maintained in a hot water state.
  • the heat medium sent out from the circulation pump 22 flows toward the heat exchanger 14.
  • the buffer tank 24 is provided on the upstream side of the circulation pump 22. One end of a portion connecting the buffer tank 24 and the circulation pump 22 in the circulation channel 12 is connected to the buffer tank 24 at the bottom of the buffer tank 24. Therefore, the head pressure of the liquid heat medium stored in the buffer tank 24 is applied to the suction port of the heat medium in the circulation pump 22. For this reason, it is possible to prevent cavitation from occurring when the heat medium is sucked into the circulation pump 22.
  • the buffer tank 24 In the buffer tank 24, a heat medium is stored.
  • the buffer tank 24 is provided with a replenisher 30 that replenishes the circulation channel 12 with a heat medium.
  • the replenisher 30 is configured to supply a heat medium to the buffer tank 24 by opening the on-off valve VW5.
  • the replenisher 30 may be configured to manually open and close the on-off valve VW5, or may be configured to open and close the on-off valve VW5 according to a detection value of a fourth pressure detector P4 described later.
  • the flash tank 26 is disposed on the downstream side of the heat exchanger 14 in the circulation flow path 12.
  • the flash tank 26 flushes the heat medium heated by the heat exchanger 14 and can be separated into a liquid heat medium and a gaseous heat medium.
  • a heat medium in the state of hot water is stored during normal operation.
  • the liquid heat medium in the flash tank 26 is led out to the circulation channel 12 from the bottom.
  • the discharge mechanism 32 is provided in the flash tank 26.
  • the discharge mechanism 32 is provided in the upper part of the flash tank 26, and the discharge mechanism 32 can be switched between an open state and a closed state by the on-off valve VW1. When the discharge mechanism 32 is opened, the gaseous heat medium in the flash tank 26 can be discharged to the outside.
  • the mixing tank 28 is disposed at a position between the flash tank 26 and the binary power generator 16 in the circulation flow path 12.
  • the circulation channel 12 is provided with an opening / closing mechanism VW2 at a position between the flash tank 26 and the mixing tank 28.
  • the mixing tank 28 is provided with a degassing mechanism 34 having an on-off valve VW3.
  • the bypass channel 36 is connected to the circulation channel 12.
  • One end portion (inflow end) of the bypass passage 36 is connected between the circulation pump 22 and the heat exchanger 14 in the circulation passage 12.
  • the bypass passage 36 joins the heat medium discharged from the circulation pump 22 to the downstream side of the flash tank 26 in the circulation passage 12, bypassing the heat exchanger 14.
  • bypass path 36 is directly connected to the mixing tank 28, but is not limited to this, and is upstream of the mixing tank 28 and downstream of the heat exchanger 14. It may be connected to the circulation channel 12 in FIG.
  • a three-way valve VW4 that functions as an adjustment mechanism 38 that adjusts the flow medium splitting ratio is provided.
  • the three-way valve VW4 is configured such that the ratio of the flow rate of the heat medium that bypasses the heat exchanger 14 to the flow rate of the heat medium that flows from the circulation pump 22 to the heat exchanger 14 can be adjusted. ing.
  • the heat exchanger 14 is a double tube heat exchanger, and includes an outer tube 14a and an inner tube 14b disposed in the outer tube 14a. One end (lower side) and the other end (upper side) of the outer tube 14a are closed. One end (lower side) of the inner tube 14b is opened in the outer tube 14, and the other (upper) end is closed. For this reason, the inner space of the inner tube 14b communicates with the inner space of the outer tube 14a (that is, the outer space of the inner tube 14b) through the lower end of the inner tube 14b.
  • An inlet for introducing a heat medium from the circulation channel 12 is formed at the upper end of the outer tube 14a, and heat is supplied to the circulation channel 12 from the inner space of the inner tube 14b at the upper end of the inner tube 14b.
  • a lead-out port for leading the medium is formed.
  • the outer peripheral surface of the outer tube 14a functions as a heat transfer surface that receives geothermal heat. For this reason, in the heat exchanger 14, the heat medium flowing through the outer tube 14a receives geothermal heat and is heated. The heat medium heated in the outer tube 14 a flows into the inner tube 14 b and is then led out to the circulation channel 12.
  • the geothermal heat may be about 250 ° C., for example, and may be a higher temperature.
  • the heat exchanger 14 may be completely buried in the ground, and the upper part may protrude on the ground.
  • the binary power generation device 16 has a working medium circulation circuit 16e provided with a working pump 16a, an evaporator 16b, an expander 16c, and a condenser 16d.
  • a working medium circulation circuit 16e provided with a working pump 16a, an evaporator 16b, an expander 16c, and a condenser 16d.
  • the working medium is a low boiling point refrigerant such as R245fa.
  • the working pump 16a is configured by a pump whose rotation speed can be adjusted.
  • the evaporator 16b is configured to heat the working medium with a heat medium, and evaporates the working medium.
  • the expander 16c expands the gaseous working medium obtained by the evaporator 16b.
  • a power generator 16f is connected to the expander 16c, and power is generated by the power generator 16f by the operation of the expander 16c.
  • the condenser 16d cools the working medium expanded by the expander 16c with a cooling medium (cooling water or the like) flowing through the cooling circuit 40 when the pump 40a is driven. In the condenser 16d, the gaseous working medium is condensed.
  • the cooling circuit 40 is connected to the cooler 40b.
  • the geothermal recovery device 10 includes temperature detectors T1 to T5 and pressure detectors P1 to P5.
  • the temperature detectors T1 to T5 detect the temperature of the heat medium and output a signal corresponding to the detected temperature.
  • the pressure detectors P1 to P5 detect the pressure of the heat medium and output a signal corresponding to the detected pressure.
  • the first temperature detector T1 arranged in the flow path between the heat exchanger 14 and the flash tank 26 in the circulation flow path 12 and the flash tank 26 in the circulation flow path 12 are mixed.
  • An arranged fifth temperature detector T5 is provided.
  • the first pressure detector P1 disposed in the flow path between the heat exchanger 14 and the flash tank 26 in the circulation flow path 12 and the flash tank 26 in the circulation flow path 12 are mixed.
  • positioned is provided.
  • the first temperature detector T1 and the first pressure detector P1 detect the temperature or pressure of the heat medium on the outlet side of the heat exchanger 14.
  • the second temperature detector T2 and the second pressure detector P2 detect the temperature or pressure of the liquid heat medium flowing out from the flash tank 26.
  • the third temperature detector T3 and the third pressure detector P3 detect the temperature or pressure of the heat medium introduced into the binary power generation device 16.
  • the fourth temperature detector T4 and the fourth pressure detector P4 detect the temperature or pressure of the heat medium on the suction side of the circulation pump 22.
  • the fifth temperature detector T5 and the first pressure detector P5 detect the temperature or pressure of the heat medium on the discharge side of the pump.
  • the controller 20 is configured to receive signals output from the first to fifth temperature detectors T1 to T5 and the first to fifth pressure detectors P1 to P5.
  • the controller 20 includes a storage unit, a calculation unit, and the like, and exhibits a predetermined function by executing a control program stored in the storage unit. This function includes at least a start-up operation control unit 20a, a normal operation control unit 20b, and a stop control unit 20c.
  • the start-up operation control unit 20a controls the operation performed when starting the geothermal recovery device 10, and before starting the binary power generator 16, the first preliminary operation, the second preliminary operation, and the third Control for performing the preliminary operation in this order is executed.
  • the start-up operation control unit 20a drives the circulation pump 22, while closing the on-off valve VW2, and closing the heat exchanger side port in the three-way valve VW4. For this reason, the heat medium circulates in the circulation flow path 12 through the bypass path 36 so as to bypass the heat exchanger 14.
  • the open / close valve VW3 of the gas vent mechanism 34 is opened to perform gas venting.
  • the pump 40 a of the cooling circuit 40 is driven, and the cooling medium flows through the cooling circuit 40.
  • the first preliminary operation is performed for a predetermined time, and when a preset time elapses, the operation proceeds to the second preliminary operation.
  • the start-up operation control unit 20a opens the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32 and slightly opens the heat exchanger side port in the three-way valve VW4. For this reason, a small amount of heat medium is introduced into the heat exchanger 14.
  • the gaseous heat medium vaporized by the heat exchanger 14 is discharged to the outside from a discharge mechanism 32 provided in the flash tank 26.
  • the third preliminary operation is performed.
  • the start-up operation control unit 20a circulates the heat medium in the circulation channel 12 with the opening / closing mechanism VW2 opened.
  • the third preliminary operation is performed until the heat medium supplied to the binary power generation device 16 reaches a preset temperature. When the temperature reaches that temperature, the start-up operation is terminated and the operation is switched to the normal operation.
  • the normal operation control unit 20b activates the binary power generator 16 based on the fact that the detected value by the third temperature detector T3 has reached a preset temperature. That is, the working pump 16a of the binary power generator 16 is activated. As a result, the working medium circulates in the circulation circuit 16e, and normal operation is performed in which power generation is performed.
  • the stop control unit 20c executes control for emergency stop of the geothermal recovery device 10. Specifically, when the stop control unit 20c receives a command (emergency cutoff signal) for emergency stop of the geothermal recovery device 10, the stop control unit 20c fully opens the discharge mechanism 32 and closes the heat exchanger side port of the three-way valve VW4. Further, the opening / closing mechanism VW2 is closed. Therefore, the heat medium discharged from the circulation pump 22 is prevented from flowing toward the heat exchanger 14. On the other hand, since the amount of the heat medium flowing into the heat exchanger 14 decreases and the heat medium rapidly vaporizes in the heat exchanger 14, the open / close mechanism VW2 is closed and the open / close valve VW1 of the discharge mechanism 32 is fully opened. The vaporized gas is discharged outside.
  • the closed port of the three-way valve VW4 is drawn in black, and the opened port is drawn in white. Further, regarding the on-off valves VW1, VW3, VW5 and the on-off mechanism VW2, the closed state is drawn in black, and the open state is drawn in white.
  • the start-up operation control unit 20a first performs a first preliminary operation. As shown in FIGS. 2 and 3, in the first preliminary operation, the on-off valve VW2 is closed, and the bypass-side port and the pump-side port in the three-way valve VW4 are in communication (step ST1). As a result, the heat exchanger side port of the three-way valve VW4 is closed.
  • the start-up operation control unit 20a activates the circulation pump 22 (step ST2), the heat medium sent from the circulation pump 22 is mixed through the bypass path without passing through the heat exchanger 14 and the flash tank 26. It is introduced into the tank 28. Note that the heat medium at this time is in a pressurized state, but is not in the state of hot water because it flows through the circulation flow path 12 without being heated by the heat exchanger 14.
  • the on-off valve VW3 of the degassing mechanism 34 provided in the mixing tank 28 is opened, and the mixing tank 28 is degassed (step ST3). Therefore, the mixing tank 28 is degassed while circulating the heat medium in the circulation flow path 12 via the bypass path 36.
  • the pump 40 a of the cooling circuit 40 is driven, and the cooling medium flows through the cooling circuit 40. Note that the pump of the binary power generator 16 has not been activated yet.
  • the first preliminary operation is performed for a predetermined time, and when a preset time has elapsed, the start-up operation control unit 20a executes the second preliminary operation.
  • the on-off valve VW3 of the gas venting mechanism 34 is closed, while the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32 is fully opened, and the heat exchanger side port of the three-way valve VW4 is slightly opened.
  • Step ST4 That is, the three-way valve VW4 is in a state where the pump side port communicates with the bypass path side port and the heat exchanger side port. Thereby, although a small amount of heat medium is introduced into the heat exchanger 14.
  • the start-up operation control unit 20a opens and closes the on-off valve VW5 of the replenisher 30 according to the detection value of the fourth pressure detector P4. Thereby, an amount of the heat medium corresponding to the amount discharged from the flash tank 26 is replenished, and the amount of the heat medium stored in the buffer tank 24 is stabilized.
  • the start-up operation control unit 20a performs control to gradually increase the opening degree of the heat exchanger side port every predetermined time in the second preliminary operation. In other words, the start-up operation control unit 20a performs control to maintain the opening degree of the heat exchanger side port for a predetermined time (step ST5), and is provided on the outlet side of the heat exchanger 14 when the predetermined time has elapsed. Based on the detected values t1 and p1 of the first temperature detector T1 and the first pressure detector P1, it is determined whether or not to increase the opening degree of the heat exchanger side port (step ST6).
  • the start-up operation control unit 20a monitors the detection values t1 and p1 of the first temperature detector T1 and the first pressure detector P1, and the first temperature detector T1. It is determined whether or not the detected value t1 of the first pressure detector P1 is greater than the threshold value a and the detected value p1 of the first pressure detector P1 is greater than the threshold value c. When this condition is not satisfied, the start-up operation control unit 20a increases the opening degree of the heat exchanger side port in the three-way valve VW4 by a preset opening degree (b%) (step ST7). . After increasing the opening degree of the heat exchanger side port, the process returns to step ST5 again to maintain the opening degree for a predetermined time.
  • the reason for waiting for a predetermined time is that even if the flow rate of the heat medium introduced into the heat exchanger 14 is increased, the temperature and pressure on the outlet side of the heat exchanger 14 do not increase immediately. This is because the temperature and pressure on the outlet side of the heat exchanger 14 that has risen due to an increase in the flow rate of the heat medium introduced into the heat exchanger 14 are detected. In this way, while waiting for a predetermined time, the opening degree of the heat exchanger side port is repeatedly increased by a predetermined opening degree, and the introduction amount of the heat medium to the heat exchanger 14 is gradually increased. Thereby, it can prevent that the pressure in the exit side of the heat exchanger 14 rises rapidly.
  • step ST6 When the condition that the heat medium on the outlet side of the heat exchanger 14 is higher than a predetermined specific temperature a and higher than a predetermined specific pressure c is satisfied (step ST6). As shown in FIG. 5, the start-up operation control unit 20a shifts to the third preliminary operation and opens the opening / closing mechanism VW2 (step ST8). This condition is used to determine whether or not the heat medium on the outlet side of the heat exchanger 14 is in the state of hot water. When the opening / closing mechanism VW2 is opened, the heat medium heated by the heat exchanger 14 is also introduced into the mixing tank 28.
  • the heat medium in a supercooled state in a pressurized state, a liquid state having a temperature lower than the saturation temperature, that is, a state of hot water
  • This supercooled heat medium is introduced into the mixing tank 28. Even at the beginning of the third preliminary operation, the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32 is maintained in the fully open state.
  • the start-up operation control unit 20a determines whether or not the detected value t2 by the second temperature detector T2 has become higher than a preset temperature d (step ST9). If the detected value t2 is equal to or lower than the temperature d, it waits for a predetermined time (e minutes) (step ST10), and again determines whether or not the detected value t2 is higher than the temperature d. When the detected value t2 becomes higher than the temperature d, the start-up operation control unit 20a activates the binary power generation device 16 (step ST11). At this time, the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32 is fully closed in a certain time (step ST12). Then, as shown in FIG.
  • the three-way valve VW4 fully closes the bypass path side port, and brings the pump side port and the heat exchanger side port into communication (step ST13).
  • the normal operation control unit 20b starts normal operation.
  • the geothermal recovery device 10 shifts to normal operation (step ST14), and the pressurized heat medium discharged from the circulation pump 22 is introduced into the heat exchanger 14 without flowing through the bypass path 36, and the heat Heated in the exchanger 14.
  • the heat medium flowing out from the heat exchanger 14 is in the form of hot water and is introduced into the flash tank 26.
  • the heat medium in the state of hot water in the flash tank 26 is introduced into the evaporator 16 b of the binary power generator 16 via the mixing tank 28.
  • the working medium is evaporated by the heat medium in the evaporator 16b, and the evaporated working medium drives the expander 16c.
  • Electric power is generated in the generator by driving the expander 16c. That is, the heat energy of the heat medium is recovered as electric energy.
  • the working medium that has driven the expander 16c is condensed by the cooling water in the condenser 16d, and is sent to the evaporator 16b by the working pump 16a.
  • Such operations are performed in the binary power generation device 16.
  • the heat medium stored in the flash tank 26 is in a saturated liquid state, but during normal operation, the heat medium in the state of hot water is introduced into the flash tank 26. become. Accordingly, during normal operation, the heat medium in the hot water state is stored in the flash tank 26.
  • the temperature of the heat medium introduced into the evaporator 16b of the binary power generator 16 is almost stable after shifting to normal operation.
  • the temperature of the heat medium introduced into the evaporator 16b of the binary power generation device 16 is monitored by the third temperature detector T3, and the three-way valve is set according to the detected value of the third temperature detector T3. You may make it adjust the opening degree of the bypass road side port in VW4.
  • the stop control unit 20c fully opens the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32.
  • the bypass side port of the three-way valve VW4 and the pump side port are in communication with each other (step ST22). Thereby, the heat exchanger side port of the three-way valve VW4 is closed. Accordingly, the heat medium discharged from the circulation pump 22 flows through the bypass path 36 and is introduced into the mixing tank 28 without being introduced into the heat exchanger 14.
  • the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32 when the on-off valve VW1 of the discharge mechanism 32 is fully opened, the gaseous heat medium vaporized by the heat exchanger 14 is released from the discharge mechanism 32 to the outside. Thereby, it can suppress that the heat exchanger 14 and the piping of the outgoing side become high voltage
  • the binary power generator 16 is urgently stopped.
  • the heat medium heated by the heat exchanger 14 flows through the circulation channel 12 in the state of hot water, and the heat energy of the heat medium is recovered as electric energy by the binary power generator 16.
  • the amount of heat input from the heat medium can be increased, and the amount of power generation can be increased, compared to the case where electric energy is recovered by driving the turbine with a gaseous heat medium.
  • the heat medium since the heat medium is prevented from boiling, the heat of the heat medium can be efficiently transmitted to the binary power generator 16.
  • the boiling of the heat medium is suppressed and maintained in the state of hot water, measures are taken not only to ensure sufficient power generation but also to be able to cope with a rise in pressure in the pipe such as in a heat exchanger. There is no need to keep it.
  • an adjustment mechanism 38 that adjusts the branching ratio between the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger 14 and the flow rate of the heat medium that bypasses the heat exchanger 14 is provided. For this reason, when the heat medium may suddenly be heated in the heat exchanger 14 such as when the heat medium starts to flow into the heat exchanger 14 during start-up operation or the like, the heat flowing into the heat exchanger 14 The flow rate of the medium can be reduced. Thereby, it is possible to prevent a large amount of steam from being generated in the heat exchanger 14.
  • the temperature of the heat medium flowing toward the binary power generation device 16 can be adjusted by adjusting the diversion ratio of the heat medium by the adjusting mechanism 38.
  • the liquid is separated into a liquid heat medium and a gaseous heat medium in the flash tank 26. can do. For this reason, it is possible to prevent the gaseous heat medium from being introduced into the binary power generation device 16.
  • the vaporized heat medium flows out of the heat exchanger 14. In that case, at least a part of the heat medium can be liquefied by flushing the vaporized heat medium with the flash tank 26.
  • the discharge mechanism 32 and the replenisher 30 are provided, and while the gaseous heat medium is exhausted, the reduced heat medium can be replenished. Thereby, it can prevent that the quantity of a heat medium reduces gradually. In addition, it is not necessary to provide means for liquefying the gaseous heat medium.
  • the heat medium heated by the heat exchanger 14 and the heat medium bypassing the heat exchanger 14 are mixed in the mixing tank 28. Therefore, the temperature of the heat medium in the mixing tank 28 can be adjusted by adjusting the proportion of the heat medium divided by the adjusting mechanism 38. As a result, the temperature of the heat medium flowing toward the binary power generator 16 can be adjusted.
  • the geothermal recovery device 10 when the geothermal recovery device 10 is started up, the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger 14 is gradually increased, so that a large amount of steam is prevented from being generated in the heat exchanger 14. Can do. Moreover, since it can prevent that a rapid temperature change and pressure change occur, it can prevent that the heat exchanger 14 and the piping of the outgoing side are damaged.
  • the heat medium When the circulation pump 22 is stopped, the heat medium may be rapidly gasified in the heat exchanger 14 due to a rapid decrease in the flow rate of the circulation flow path 12.
  • the gasified heat medium can be discharged to the outside by fully opening the discharge mechanism 32. Thereby, it can prevent that the heat exchanger 14 and its outgoing side piping are damaged. Further, in order to prevent the heat medium from flowing from the flash tank 26 to the binary power generation device 16, it is possible to prevent the gaseous heat medium from being introduced into the binary power generation device 16.
  • the heat medium amount in the buffer tank 24 is stabilized by opening and closing the on-off valve VW5 according to the detection value of the fourth pressure detector P4.
  • the present invention is not limited to this.
  • a liquid level detector 24a may be provided in the buffer tank 24 because the liquid level changes depending on the amount of the heat medium enclosed in the circulation flow path 12. .
  • the fourth temperature detector T4 and the fourth pressure detector P4 can be omitted.
  • the start-up operation control unit 20a is configured to open and close the on-off valve VW5 based on the signal received from the liquid level detector 24a. There may be.
  • the adjustment mechanism 38 that adjusts the diversion ratio between the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger 14 and the flow rate of the heat medium that bypasses the heat exchanger 14 is configured by the three-way valve VW4 will be described.
  • the configuration of the adjustment mechanism 38 is not limited to this.
  • the adjustment mechanism 38 is disposed in the bypass flow path 36 and the first flow rate adjustment valve 38 a disposed between the connection portion of the bypass flow path 36 in the circulation flow path 12 and the heat exchanger 14.
  • the second flow rate adjusting valve 38b may be used.
  • the heat exchanger 14 may be configured with a heat exchanger 14 formed of a U-shaped tube.
  • the mixing tank 28 is provided, but the present invention is not limited to this.
  • the mixing tank 28 is omitted, and one end (outflow end) of the bypass passage 36 is directly connected to a portion of the circulation passage 12 between the flash tank 26 and the binary power generator 16. Also good.
  • a circulation pump is provided, a circulation channel in which a heat medium pressurized by the circulation pump circulates in a state of hot water, and the circulation by being installed in the ground and the underground heat. It is a geothermal recovery apparatus provided with the heat exchanger which heats the heat medium which flows through a flow path, and the binary electric power generating apparatus which collect
  • the heat medium heated by the heat exchanger flows through the circulation channel in the form of hot water, and the heat energy of the heat medium is recovered as electric energy by the binary power generator. For this reason, the amount of heat input from the heat medium can be increased, and the amount of power generation can be increased, compared to the case where electric energy is recovered by driving the turbine with a gaseous heat medium. Further, since the heat medium is prevented from boiling, the heat of the heat medium can be efficiently transmitted to the binary power generator. In addition, since the boiling of the heat medium is suppressed and maintained in the state of hot water, measures are taken not only to ensure sufficient power generation but also to be able to cope with a rise in pressure in the pipe such as in a heat exchanger. There is no need to keep it.
  • a bypass path that bypasses the heat exchanger may be connected to the circulation flow path.
  • the geothermal recovery device includes an adjustment mechanism that adjusts a branching ratio between the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger and the flow rate of the heat medium that bypasses the heat exchanger through the bypass path. It may be.
  • the heat medium flowing into the heat exchanger The flow rate can be reduced. Thereby, it is possible to prevent a large amount of steam from being generated in the heat exchanger. Moreover, it becomes possible to adjust the temperature of the heat medium which flows toward a binary electric power generating apparatus by adjusting the shunt rate of a heat medium with an adjustment mechanism.
  • the geothermal recovery device includes a flash tank that is disposed between the outflow end of the bypass passage in the circulation passage and the heat exchanger, and flushes the heat medium heated by the heat exchanger. May be.
  • the heat medium even if a part of the heat medium is vaporized in the heat exchanger to be in a gas-liquid two-phase state, it can be separated into a liquid heat medium and a gaseous heat medium in the flash tank. . Therefore, it is possible to prevent the gaseous heat medium from being introduced into the binary power generation device. For example, when a small amount of heat medium is introduced into the heat exchanger at the beginning of the start-up operation or the like, the vaporized heat medium flows out of the heat exchanger. In that case, at least a part of the heat medium can be liquefied by flushing the vaporized heat medium with a flash tank.
  • the geothermal recovery device may include a discharge mechanism that discharges the gaseous heat medium separated by the flash tank, and a replenisher that replenishes the circulation channel with the heat medium.
  • the geothermal recovery device may include a mixing tank that mixes the heat medium that has passed through the heat exchanger and the heat medium that has bypassed the heat exchanger.
  • the heat medium heated by the heat exchanger and the heat medium bypassing the heat exchanger are mixed in the mixing tank. Therefore, the temperature of the heat medium in the mixing tank can be adjusted by adjusting the flow medium splitting ratio by the adjusting mechanism, and as a result, the temperature of the heat medium flowing toward the binary power generator can be adjusted. it can.
  • the geothermal recovery device is a start-up operation control for performing a start-up operation for gradually increasing the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger while monitoring the pressure and temperature on the outlet side of the heat exchanger. May have a part.
  • the geothermal recovery device includes an opening / closing mechanism disposed on the outlet side of the flash tank in the circulation channel, and a control for opening the discharge mechanism and closing the opening / closing mechanism when the circulation pump is stopped. And a stop control unit to perform.
  • the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path may rapidly decrease, and the heat medium may be rapidly gasified in the heat exchanger.
  • the gasified heat medium can be discharged to the outside by opening the discharge mechanism when the circulation pump is stopped. Thereby, it can prevent that a heat exchanger and its outgoing side piping are damaged.
  • the heat medium is prevented from flowing from the flash tank to the binary power generation apparatus, it is possible to prevent the gaseous heat medium from being introduced into the binary power generation apparatus.
  • the embodiment described above is an operation method of a geothermal recovery apparatus that includes a heat exchanger that is installed in the ground and heats a heat medium that flows through the circulation flow path with heat in the ground. It is the operating method of the geothermal recovery apparatus which performs the starting operation which gradually increases the flow rate of the heat medium flowing into the heat exchanger while monitoring the pressure and temperature on the side.
  • the power generation amount can be increased in the power generation system using geothermal heat energy.

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Abstract

地熱回収装置（１０）は、循環ポンプ（２２）が設けられ、循環ポンプ（２２）によって加圧された熱媒体が熱水の状態で循環する循環流路（１２）と、地中に設置され、地中の熱で循環流路（１２）を流れる熱媒体を加熱する熱交換器（１４）と、熱交換器（１４）で加熱された熱媒体から熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するバイナリ発電装置（１６）と、循環流路に接続されたバイパス路（３６）と、熱交換器（１４）に流入する熱媒体の流量と、バイパス路（３６）を通って熱交換器（１４）を迂回する熱媒体の流量との分流割合を調整する調整機構（３８）と、を備えている。

Description

地熱回収装置及び地熱回収装置の運転方法
　本発明は、地熱回収装置及び地熱回収装置の運転方法に関する。
　従来、特許文献１に開示されているように、地中に設置された熱交換器を通して地熱を回収する地熱回収装置が知られている。具体的には、特許文献１に開示された地熱回収装置は、地中に設置された熱交換器と、熱交換器に接続され、熱媒体が循環する熱媒体流路とを備えている。熱媒体流路には、熱交換器で気化した熱媒体によって駆動されるタービンと、タービンを駆動した熱媒体を凝縮させる冷却システムと、液状の熱媒体を加圧するポンプとが設けられている。タービンには発電機が接続されている。タービンがガス状の熱媒体によって駆動されることによって、発電機は発電を行う。
　特許文献１では、ガス状の熱媒体によってタービンを駆動している。すなわち、ガス状の熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収している。このため、発電量には限界がある。
特表２０１４－５００４２０号公報
　本発明の目的は、地熱の熱エネルギーを利用した発電システムにおいて、発電量を増大させることである。
　本発明の一局面に従う地熱回収装置は、循環ポンプが設けられ、前記循環ポンプによって加圧された熱媒体が熱水の状態で循環する循環流路と、地中に設置され、地中の熱で前記循環流路を流れる熱媒体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器で加熱された前記熱媒体から熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するバイナリ発電装置と、を備えている地熱回収装置である。
　本発明の他の一局面に従う地熱回収装置の運転方法は、地中に設置され、地中の熱で循環流路を流れる熱媒体を加熱する熱交換器を備えた地熱回収装置の運転方法であって、熱交換器の出側での圧力及び温度の監視しつつ、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量を徐々に増やす立ち上げ運転を行う地熱回収装置の運転方法である。
本発明の実施形態に係る地熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 前記地熱回収装置の立ち上げ運転における運転動作を説明するフロー図である。 前記地熱回収装置が第１予備運転にある状態を説明するための図である。 前記地熱回収装置が第２予備運転にある状態を説明するための図である。 前記地熱回収装置が第３予備運転にある状態を説明するための図である。 前記地熱回収装置が通常運転にある状態を説明するための図である。 前記地熱回収装置の緊急停止時における運転動作を説明するフロー図である。 前記地熱回収装置が緊急停止時の運転状態を説明するための図である。 本発明のその他の実施形態に係る地熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 本発明のその他の実施形態に係る地熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 本発明のその他の実施形態に係る地熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 本発明のその他の実施形態に係る地熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態に係る地熱回収装置１０は、地熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する装置であり、熱媒体が循環する循環流路１２と、地中に設置される熱交換器１４と、バイナリ発電装置１６と、コントローラ２０と、を備えている。熱媒体としては、水が用いられているが、これに限られるものではない。
　循環流路１２は、熱交換器１４及びバイナリ発電装置１６が接続されることにより閉ループを構成する流路であり、熱媒体が封入されている。循環流路１２には、循環ポンプ２２と、バッファタンク２４と、フラッシュタンク２６と、混合タンク２８とが設けられている。
　循環ポンプ２２は、循環流路１２内で液状の熱媒体を循環させるものであり、熱媒体が熱水の状態に維持されるように熱媒体を加圧することができる。循環ポンプ２２から送り出された熱媒体は熱交換器１４に向かって流れる。
　バッファタンク２４は、循環ポンプ２２の上流側に設けられている。循環流路１２におけるバッファタンク２４と循環ポンプ２２とを接続する部位の一端は、バッファタンク２４の底部においてバッファタンク２４に接続されている。このため、循環ポンプ２２における熱媒体の吸い込み口には、バッファタンク２４内に貯留された液状の熱媒体のヘッド圧がかかっている。このため、熱媒体が循環ポンプ２２に吸入される際に、キャビテーションを起こすことを防止することができる。
　バッファタンク２４には、熱媒体が貯留されている。バッファタンク２４には、循環流路１２に熱媒体を補給する補給器３０が設けられている。補給器３０は、開閉弁ＶＷ５が開放されることによって、バッファタンク２４に熱媒体を供給する構成となっている。補給器３０は、手動で開閉弁ＶＷ５を開閉する構成であってもよく、後述する第４圧力検出器Ｐ４の検出値に応じて開閉弁ＶＷ５を開閉する構成であってもよい。
　フラッシュタンク２６は、循環流路１２における熱交換器１４の下流側部に配置されている。フラッシュタンク２６は、熱交換器１４で加熱された熱媒体をフラッシュさせるものであり、液状の熱媒体とガス状の熱媒体とに分離することができる。フラッシュタンク２６の下部には、通常運転時においては熱水の状態の熱媒体が貯留されることになる。フラッシュタンク２６内の液状の熱媒体は、底部から循環流路１２に導出される。
　フラッシュタンク２６には、排出機構３２が設けられている。排出機構３２は、フラッシュタンク２６の上部に設けられており、開閉弁ＶＷ１によって排出機構３２を開放状態及び閉鎖状態に切り換えることができる。排出機構３２が開放状態にすることにより、フラッシュタンク２６内のガス状の熱媒体を外部に排出することができる。
　混合タンク２８は、循環流路１２におけるフラッシュタンク２６とバイナリ発電装置１６との間の位置に配置されている。また、循環流路１２には、フラッシュタンク２６と混合タンク２８との間の位置に開閉機構ＶＷ２が設けられている。混合タンク２８には、開閉弁ＶＷ３を備えたガス抜き機構３４が設けられている。
　循環流路１２には、バイパス路３６が接続されている。バイパス路３６の一端部（流入端）は、循環流路１２における循環ポンプ２２と熱交換器１４との間に接続されている。バイパス路３６は、循環ポンプ２２から吐出された熱媒体を、熱交換器１４を迂回して循環流路１２におけるフラッシュタンク２６の下流側に合流させる。
　バイパス路３６の他端部（流出端）は、混合タンク２８に直接接続されているが、これに限られるものではなく、混合タンク２８の上流側であって、熱交換器１４よりも下流側において循環流路１２に接続されていてもよい。
　バイパス路３６の流入端には、熱媒体の分流割合を調整する調整機構３８として機能する三方弁ＶＷ４が設けられている。三方弁ＶＷ４は、循環ポンプ２２から送り出された熱媒体が、熱交換器１４に流入する熱媒体の流量に対して、熱交換器１４を迂回する熱媒体の流量の比を調整可能に構成されている。
　熱交換器１４は、二重管式の熱交換器であり、外管１４ａと、外管１４ａ内に配置された内管１４ｂとを備えている。外管１４ａの一側（下側）の端部及び他側（上側）の端部はそれぞれ塞がれている。内管１４ｂの一側（下側）の端部は外管１４内で開放され、他側（上側）の端部は塞がれている。このため、内管１４ｂの内部空間は、内管１４ｂの下端を通じて外管１４ａの内側空間（すなわち、内管１４ｂの外側空間）と連通している。
　外管１４ａの上端部には、循環流路１２から熱媒体が導入される導入口が形成され、また、内管１４ｂの上端部には、内管１４ｂの内部空間から循環流路１２に熱媒体を導出させる導出口が形成されている。外管１４ａの外周面は、地熱を受ける伝熱面として機能する。このため、熱交換器１４では、外管１４ａ内を流れる熱媒体が地熱を受けて加熱される。外管１４ａ内で加熱された熱媒体は、内管１４ｂ内に流入し、その後、循環流路１２に導出される。地熱は、例えば２５０℃程度あればよく、もっと高温であってもよい。なお、熱交換器１４は地中に完全に埋まっていてもよく、上部が地上に突出していてもよい。
　バイナリ発電装置１６は、作動ポンプ１６ａと蒸発器１６ｂと膨張機１６ｃと凝縮器１６ｄとが設けられた作動媒体の循環回路１６ｅを有している。作動ポンプ１６ａが駆動することにより、作動媒体が循環回路１６ｅ内を循環する。作動媒体はＲ２４５ｆａ等の低沸点冷媒である。作動ポンプ１６ａは、回転数を調整可能なポンプによって構成されている。
　蒸発器１６ｂは、熱媒体によって作動媒体を加熱するように構成されており、作動媒体を蒸発させる。膨張機１６ｃは、蒸発器１６ｂで得られたガス状の作動媒体を膨張させる。膨張機１６ｃには、発電機１６ｆが接続されていて、膨張機１６ｃの動作によって発電機１６ｆによる発電が行われる。凝縮器１６ｄは、膨張機１６ｃで膨張した作動媒体を、ポンプ４０ａが駆動されることによって冷却回路４０を流れる冷却媒体（冷却水等）によって冷却する。凝縮器１６ｄにおいて、ガス状の作動媒体が凝縮する。冷却回路４０は冷却器４０ｂに接続されている。
　地熱回収装置１０は、温度検出器Ｔ１～Ｔ５及び圧力検出器Ｐ１～Ｐ５を備えている。温度検出器Ｔ１～Ｔ５は、熱媒体の温度を検出し、検出した温度に応じた信号を出力する。圧力検出器Ｐ１～Ｐ５は、熱媒体の圧力を検出し、検出した圧力に応じた信号を出力する。
　温度検出器Ｔ１～Ｔ５としては、循環流路１２における熱交換器１４とフラッシュタンク２６との間の流路に配置された第１温度検出器Ｔ１と、循環流路１２におけるフラッシュタンク２６と混合タンク２８との間の流路に配置された第２温度検出器Ｔ２と、循環流路１２における混合タンク２８とバイナリ発電装置１６との間の流路に配置された第３温度検出器Ｔ３と、循環流路１２におけるバッファタンク２４と循環ポンプ２２との間の流路に配置された第４温度検出器Ｔ４と、循環流路１２における循環ポンプ２２と調整機構３８との間の流路に配置された第５温度検出器Ｔ５と、が設けられている。
　圧力検出器Ｐ１～Ｐ５としては、循環流路１２における熱交換器１４とフラッシュタンク２６との間の流路に配置された第１圧力検出器Ｐ１と、循環流路１２におけるフラッシュタンク２６と混合タンク２８との間の流路に配置された第２圧力検出器Ｐ２と、循環流路１２における混合タンク２８とバイナリ発電装置１６との間の流路に配置された第３圧力検出器Ｐ３と、循環流路１２におけるバッファタンク２４と循環ポンプ２２との間の流路に配置された第４圧力検出器Ｐ４と、循環流路１２における循環ポンプ２２と調整機構３８との間の流路に配置された第５圧力検出器Ｐ５と、が設けられている。
　第１温度検出器Ｔ１及び第１圧力検出器Ｐ１は、熱交換器１４の出側での熱媒体の温度又は圧力を検出する。第２温度検出器Ｔ２及び第２圧力検出器Ｐ２は、フラッシュタンク２６から流出した液状の熱媒体の温度又は圧力を検出する。第３温度検出器Ｔ３及び第３圧力検出器Ｐ３は、バイナリ発電装置１６に導入される熱媒体の温度又は圧力を検出する。第４温度検出器Ｔ４及び第４圧力検出器Ｐ４は、循環ポンプ２２の吸入側での熱媒体の温度又は圧力を検出する。第５温度検出器Ｔ５及び第１圧力検出器Ｐ５は、ポンプの吐出側での熱媒体の温度又は圧力を検出する。
　コントローラ２０は、第１～第５温度検出器Ｔ１～Ｔ５及び第１～第５圧力検出器Ｐ１～Ｐ５から出力された信号を受信するように構成されている。コントローラ２０は、記憶部、演算部等を備え、記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。この機能には、立ち上げ運転制御部２０ａと、通常運転制御部２０ｂと、停止制御部２０ｃと、が少なくとも含まれている。
　立ち上げ運転制御部２０ａは、地熱回収装置１０を起動するときに行う運転を制御するものであり、バイナリ発電装置１６を起動するまでに、第１予備運転と、第２予備運転と、第３予備運転とをこの順に行うための制御を実行する。
　第１予備運転では、立ち上げ運転制御部２０ａは、循環ポンプ２２を駆動する一方で、開閉弁ＶＷ２を閉鎖し、三方弁ＶＷ４における熱交換器側ポートを閉じる。このため、熱媒体は熱交換器１４を迂回するようにバイパス路３６を通して循環流路１２を循環する。また、第１予備運転では、ガス抜き機構３４の開閉弁ＶＷ３が開放されて、ガス抜きが行われる。また、第１予備運転では、冷却回路４０のポンプ４０ａが駆動されて、冷却媒体が冷却回路４０を流れる。
　第１予備運転は、所定時間だけ行われ、予め設定された時間が経過すると、第２予備運転に移行する。第２予備運転では、立ち上げ運転制御部２０ａは、排出機構３２の開閉弁ＶＷ１を開放するとともに、三方弁ＶＷ４における熱交換器側ポートを少し開放する。このため、熱媒体は、少量ではあるが熱交換器１４に導入される。熱交換器１４で気化したガス状の熱媒体は、フラッシュタンク２６に設けられた排出機構３２から外部に排出される。第２予備運転において、所定の条件が満たされると、第３予備運転に移行する。
　第３予備運転では、立ち上げ運転制御部２０ａは、開閉機構ＶＷ２を開放した状態で、循環流路１２内の熱媒体を循環させる。第３予備運転では、バイナリ発電装置１６に供給される熱媒体が予め設定された温度になるまで行われ、その温度に達すると、立ち上げ運転を終了して、通常運転に切り換えられる。
　通常運転制御部２０ｂは、第３温度検出器Ｔ３による検出値が予め設定された温度に到達したことに基づいてバイナリ発電装置１６を起動する。すなわち、バイナリ発電装置１６の作動ポンプ１６ａを起動する。これにより、作動媒体が循環回路１６ｅ内を循環し、発電が行われる通常運転となる。
　停止制御部２０ｃは、地熱回収装置１０を緊急停止させるための制御を実行する。具体的に、停止制御部２０ｃは、地熱回収装置１０を緊急停止させるための指令（緊急遮断信号）を受けると、排出機構３２を全開とし、また三方弁ＶＷ４の熱交換器側ポートを閉鎖し、また、開閉機構ＶＷ２を閉じる。したがって、循環ポンプ２２から吐出された熱媒体が熱交換器１４に向かって流れることが防止される。一方、熱交換器１４に流入する熱媒体の量が減って、熱交換器１４において熱媒体が急激に気化するため、開閉機構ＶＷ２を閉じるとともに排出機構３２の開閉弁ＶＷ１を全開にすることにより、気化したガスを外部に排出するようにしている。
　ここで、図２～図６を参照しつつ、本実施形態に係る地熱回収装置１０の立ち上げ運転動作について説明する。なお、図３～図６においては、三方弁ＶＷ４のうち、閉じられたポートは黒塗りで描かれ、開放されたポートは白抜きで描かれている。また、開閉弁ＶＷ１，ＶＷ３，ＶＷ５及び開閉機構ＶＷ２については、閉じられた状態が黒塗りで描かれ、開放した状態が白抜きで描かれている。
　立ち上げ運転においては、立ち上げ運転制御部２０ａは、まず、第１予備運転を行う。図２及び図３に示すように、第１予備運転では、開閉弁ＶＷ２が閉鎖され、三方弁ＶＷ４におけるバイパス路側ポートとポンプ側ポートが連通した状態となる（ステップＳＴ１）。これにより、三方弁ＶＷ４の熱交換器側ポートが閉じられた状態となる。そして、立ち上げ運転制御部２０ａが循環ポンプ２２を起動する（ステップＳＴ２）と、循環ポンプ２２から送り出された熱媒体は、熱交換器１４及びフラッシュタンク２６を経由することなく、パイパス路を通して混合タンク２８に導入される。なお、このときの熱媒体は、加圧された状態ではあるが、熱交換器１４で加熱されることなく循環流路１２を流れるため、熱水の状態ではない。
　第１予備運転においては、混合タンク２８に設けられたガス抜き機構３４の開閉弁ＶＷ３が開放されて、混合タンク２８のガス抜きが行われる（ステップＳＴ３）。したがって、バイパス路３６を経由した循環流路１２での熱媒体の循環を行いながら、混合タンク２８内のガス抜きが行われる。また、第１予備運転では、冷却回路４０のポンプ４０ａが駆動されて、冷却媒体が冷却回路４０を流れる。なお、バイナリ発電装置１６のポンプは未だ起動されていない。
　第１予備運転は所定時間だけ行われ、予め設定された時間が経過すると、立ち上げ運転制御部２０ａは第２予備運転を実行する。第２予備運転では、ガス抜き機構３４の開閉弁ＶＷ３が閉じられる一方で、排出機構３２の開閉弁ＶＷ１が全開状態に開放されるとともに、三方弁ＶＷ４における熱交換器側ポートが少し開放される（ステップＳＴ４）。すなわち、三方弁ＶＷ４は、ポンプ側ポートがバイパス路側ポートと熱交換器側ポートとに連通した状態となる。これにより、熱媒体は、少量ではあるが熱交換器１４に導入される。このとき、熱媒体は熱交換器１４において急激に気化するが、熱交換器１４に導入される熱媒体の量がまだ少ないため、熱交換器１４の出側において管内圧力が急激に上昇することはない。そして、熱交換器１４で気化したガス状の熱媒体は、フラッシュタンク２６に設けられた排出機構３２から外部に排出される。
　このとき、立ち上げ運転制御部２０ａは、第４圧力検出器Ｐ４の検出値に応じて補給器３０の開閉弁ＶＷ５を開閉する。これにより、フラッシュタンク２６から排出された量に相当する量の熱媒体が補給され、バッファタンク２４内に貯留される熱媒体の量が安定する。
　立ち上げ運転制御部２０ａは、第２予備運転において、熱交換器側ポートの開度を所定時間毎に徐々に大きくする制御を行う。すなわち、立ち上げ運転制御部２０ａは、熱交換器側ポートの開度を所定時間だけ維持する制御を行った上で（ステップＳＴ５）、所定時間が経過すると、熱交換器１４の出側に設けられた第１温度検出器Ｔ１及び第１圧力検出器Ｐ１の検出値ｔ１，ｐ１に基づいて、熱交換器側ポートの開度を増加させるか否かの判断を行う（ステップＳＴ６）。具体的には、第２予備運転において、立ち上げ運転制御部２０ａは、第１温度検出器Ｔ１及び第１圧力検出器Ｐ１の検出値ｔ１，ｐ１を監視しており、第１温度検出器Ｔ１の検出値ｔ１が閾値ａよりも大きく、かつ、第１圧力検出器Ｐ１の検出値ｐ１が閾値ｃよりも大きくなったかどうかを判断する。そして、この条件が満たされない場合には、立ち上げ運転制御部２０ａは、予め設定された開度（ｂ％）だけ、三方弁ＶＷ４における熱交換器側ポートの開度を大きくする（ステップＳＴ７）。熱交換器側ポートの開度を大きくした後は、再度、ステップＳＴ５戻って、所定時間だけ、その開度を維持する。ここで、所定時間だけ待機するのは、熱交換器１４に導入される熱媒体の流量を増大させたとしても、熱交換器１４の出側での温度及び圧力がすぐに上がる訳ではないため、熱交換器１４に導入される熱媒体の流量が増加したことにより上昇した熱交換器１４の出側での温度及び圧力を検出するためである。このように所定時間待機しながら、熱交換器側ポートの開度を所定開度だけ大きくすることを繰り返して、熱交換器１４への熱媒体の導入量を徐々に増加させる。これにより、熱交換器１４の出側における圧力が急激に上昇するのを防止することができる。
　そして、熱交換器１４の出側での熱媒体が予め設定された特定の温度ａよりも高くなり、かつ予め設定された特定の圧力ｃよりも高くなった、という条件が成立すると（ステップＳＴ６においてＹＥＳ）、図５にも示すように、立ち上げ運転制御部２０ａは、第３予備運転に移行し、開閉機構ＶＷ２を開放する（ステップＳＴ８）。この条件は、熱交換器１４の出側での熱媒体が熱水の状態にあるか否かを判断するものである。そして、開閉機構ＶＷ２が開放されると、熱交換器１４で加熱された熱媒体も混合タンク２８に導入されるようになる。すなわち、熱交換器１４に導入される熱媒体の流量が増大するのに伴い、熱交換器１４からガスの状態で導出される熱媒体の量が次第に減る一方で、液状態のまま熱交換器１４から導出される熱媒体の量が次第に増える。そして、過冷却の状態（加圧状態下において、飽和温度よりも低い温度の液状態すなわち熱水の状態）の熱媒体が熱交換器１４から流出するようになる。この過冷却状態の熱媒体が混合タンク２８に導入される。なお、第３予備運転の当初においても、排出機構３２の開閉弁ＶＷ１は、全開状態に維持されている。
　続いて、立ち上げ運転制御部２０ａは、第２温度検出器Ｔ２による検出値ｔ２が予め設定された温度ｄよりも高くなったか否かを判断する（ステップＳＴ９）。検出値ｔ２が温度ｄ以下であれば、所定時間（ｅ分）待機し（ステップＳＴ１０）、再度、検出値ｔ２が温度ｄよりも高くなったか否かを判定する。そして、検出値ｔ２が温度ｄよりも高くなると立ち上げ運転制御部２０ａは、バイナリ発電装置１６を起動する（ステップＳＴ１１）。このとき、排出機構３２の開閉弁ＶＷ１を一定時間で全閉とする（ステップＳＴ１２）。そして、図６に示すように、三方弁ＶＷ４は、バイパス路側ポートを全閉とし、ポンプ側ポートと熱交換器側ポートとが連通した状態とする（ステップＳＴ１３）。これにより、通常運転制御部２０ｂが通常運転を開始する。これにより、地熱回収装置１０は通常運転に移行し（ステップＳＴ１４）、循環ポンプ２２から吐出された加圧状態の熱媒体は、バイパス路３６を流れることなく、熱交換器１４に導入され、熱交換器１４において加熱される。熱交換器１４から流出する熱媒体は熱水の状態であり、フラッシュタンク２６に導入される。フラッシュタンク２６内の熱水の状態の熱媒体は、混合タンク２８を経由して、バイナリ発電装置１６の蒸発器１６ｂに導入される。バイナリ発電装置１６では、蒸発器１６ｂにおいて、作動媒体が熱媒体によって蒸発し、蒸発した作動媒体は膨張機１６ｃを駆動する。膨張機１６ｃの駆動によって発電機において発電が行われる。つまり、熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する。膨張機１６ｃを駆動した作動媒体は、凝縮器１６ｄにおいて冷却水によって凝縮し、作動ポンプ１６ａによって蒸発器１６ｂに送られる。バイナリ発電装置１６においては、このような動作が行われている。なお、立ち上げ運転当初においては、フラッシュタンク２６内に貯留された熱媒体は、飽和液の状態であるが、通常運転時には、熱水の状態の熱媒体がフラッシュタンク２６内に導入されるようになる。したがって、通常運転時には、熱水の状態の熱媒体がフラッシュタンク２６に貯留されることになる。
　地熱の温度はほぼ安定しているため、通常運転に移行した後は、バイナリ発電装置１６の蒸発器１６ｂに導入される熱媒体の温度はほぼ安定している。ただし、通常運転において、第３温度検出器Ｔ３により、バイナリ発電装置１６の蒸発器１６ｂに導入される熱媒体の温度を監視するとともに、第３温度検出器Ｔ３の検出値に応じて、三方弁ＶＷ４におけるバイパス路側ポートの開度を調整するようにしてもよい。
　次に、地熱回収装置１０の緊急停止時の運転動作について、図７及び図８を参照しつつ説明する。緊急停止時、すなわち、コントローラ２０が、地熱回収装置１０を緊急停止させるための指令（緊急遮断信号）を受けると（ステップＳＴ２１）、停止制御部２０ｃは、排出機構３２の開閉弁ＶＷ１を全開状態とするとともに、三方弁ＶＷ４のバイパス路側ポートとポンプ側ポートとが連通した状態とする（ステップＳＴ２２）。これにより、三方弁ＶＷ４の熱交換器側ポートが閉じられる。したがって、循環ポンプ２２から吐出された熱媒体は、熱交換器１４に導入されることなく、バイパス路３６を流れ、混合タンク２８に導入される。また、排出機構３２の開閉弁ＶＷ１が全開状態となることにより、熱交換器１４で気化したガス状の熱媒体は排出機構３２から外部に放出される。これにより、熱交換器１４及びその出側の配管が高圧になることを抑制できる。なお、バイナリ発電装置１６は緊急停止される。
　以上説明したように、本実施形態では、熱交換器１４によって加熱された熱媒体が循環流路１２を熱水の状態で流れ、バイナリ発電装置１６によって熱媒体の熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。このため、ガス状の熱媒体によってタービンを駆動して電気エネルギーを回収するものに比べ、熱媒体からの入熱量を大きくすることができ、発電量を増大させることができる。また、熱媒体が沸騰するのが防止されるため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置１６に伝達することができる。また、熱媒体の沸騰が抑制されて熱水の状態に維持されるため、十分な発電を確保できるだけでなく、熱交換器内等の管内の圧力が上昇した場合に対処できるための対策を施しておく必要がなくなる。
　また本実施形態では、熱交換器１４に流入する熱媒体の流量と、熱交換器１４を迂回する熱媒体の流量との分流割合を調整する調整機構３８が設けられている。このため、立ち上げ運転時等の熱交換器１４に熱媒体が流入し始めるとき等、熱交換器１４において熱媒体が急激に加熱される場合があるときに、熱交換器１４に流入する熱媒体の流量を減らすことができる。これにより、熱交換器１４で大量の蒸気が生成されることを防止することができる。また、調整機構３８によって熱媒体の分流割合を調整することにより、バイナリ発電装置１６に向かって流れる熱媒体の温度を調整することができる。
　また本実施形態では、熱交換器１４において熱媒体の一部が気化して気液二相の状態になったとしても、フラッシュタンク２６において、液状の熱媒体とガス状の熱媒体とに分離することができる。このため、ガス状の熱媒体がバイナリ発電装置１６に導入されることを防止することができる。例えば、立ち上げ運転時の始めは、少量の熱媒体を熱交換器１４に導入させると、気化した熱媒体が熱交換器１４から流出する。その場合、気化した熱媒体をフラッシュタンク２６でフラッシュさせることにより、少なくともその一部の熱媒体を液化させることができる。
　また本実施形態では、排出機構３２及び補給器３０が設けられており、ガス状の熱媒体を排気する一方で、減った分の熱媒体を補給することができる。これにより、熱媒体の量が次第に減っていくことを防止することができる。しかも、ガス状の熱媒体を液化させる手段を設ける必要がない。
　また本実施形態では、熱交換器１４で加熱された熱媒体と、熱交換器１４を迂回した熱媒体とが混合タンク２８で混合される。したがって、調整機構３８によって熱媒体の分流割合を調整することによって、混合タンク２８内の熱媒体の温度を調整することができる。この結果、バイナリ発電装置１６に向かって流れる熱媒体の温度を調整することができる。
　また本実施形態では、地熱回収装置１０の立ち上げ時において、熱交換器１４へ流入させる熱媒体の流量を徐々に増やすため、熱交換器１４で大量の蒸気が生成されることを防止することができる。また、急激な温度変化及び圧力変化が起こることを防止することができるため、熱交換器１４及びその出側の配管が損傷することを防止することができる。
　循環ポンプ２２を停止するときに、循環流路１２の流量が急激に低下することによって、熱交換器１４において熱媒体が急激にガス化することがある。本実施形態では、排出機構３２を全開にすることにより、ガス化した熱媒体を外部に排出することができる。これにより、熱交換器１４及びその出側の配管が損傷することを防止することができる。また、フラッシュタンク２６からバイナリ発電装置１６に熱媒体が流れることを防止するため、バイナリ発電装置１６にガス状の熱媒体が導入されるのを防止することができる。
　なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、第４圧力検出器Ｐ４の検出値に応じて開閉弁ＶＷ５を開閉することによって、バッファタンク２４内の熱媒体量を安定させる構成としたが、これに限られるものでない。循環流路１２内に封入されている熱媒体の量に応じて液面高さが変わるため、例えば、図９に示すように、バッファタンク２４に液面検出器２４ａが設けられていてもよい。この場合、第４温度検出器Ｔ４及び第４圧力検出器Ｐ４を省略することができる。液面検出器２４ａが液面に応じた信号を出力する構成の場合には、立ち上げ運転制御部２０ａは、液面検出器２４ａから受け取った信号に基づいて、開閉弁ＶＷ５を開閉する構成であってもよい。
　前記実施形態では、熱交換器１４に流入する熱媒体の流量と、熱交換器１４を迂回する熱媒体の流量との分流割合を調整する調整機構３８が三方弁ＶＷ４によって構成された例を説明したが、調整機構３８の構成はこれに限られない。例えば、図１０に示すように、調整機構３８は、循環流路１２におけるバイパス路３６の接続部位と熱交換器１４との間に配置された第１流量調整弁３８ａと、バイパス路３６に配置された第２流量調整弁３８ｂとを有する構成としてもよい。
　前記実施形態では、熱交換器１４が、二重管式の熱交換器１４で構成された例を説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１１に示すように、熱交換器１４は、Ｕ字管からなる熱交換器１４で構成されていてもよい。
　前記実施形態では、混合タンク２８が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、図１２に示すように、混合タンク２８が省略され、バイパス路３６の一端（流出端）が循環流路１２におけるフラッシュタンク２６とバイナリ発電装置１６との間の部位に直接接続されていてもよい。
　ここで、前記実施形態について概説する。
　（１）前記実施形態は、循環ポンプが設けられ、前記循環ポンプによって加圧された熱媒体が熱水の状態で循環する循環流路と、地中に設置され、地中の熱で前記循環流路を流れる熱媒体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器で加熱された前記熱媒体から熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するバイナリ発電装置と、を備えている地熱回収装置である。
　前記実施形態では、熱交換器によって加熱された熱媒体が循環流路を熱水の状態で流れ、バイナリ発電装置によって熱媒体の熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。このため、ガス状の熱媒体によってタービンを駆動して電気エネルギーを回収するものに比べ、熱媒体からの入熱量を大きくすることができ、発電量を増大させることができる。また、熱媒体が沸騰するのが防止されるため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置に伝達することができる。また、熱媒体の沸騰が抑制されて熱水の状態に維持されるため、十分な発電を確保できるだけでなく、熱交換器内等の管内の圧力が上昇した場合に対処できるための対策を施しておく必要がなくなる。
　（２）前記循環流路には、前記熱交換器を迂回するバイパス路が接続されていてもよい。この場合、前記地熱回収装置は、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量と、前記バイパス路を通って前記熱交換器を迂回する熱媒体の流量との分流割合を調整する調整機構を備えていてもよい。
　この態様では、立ち上げ運転時等の熱交換器に熱媒体が流入し始めるとき等、熱交換器において熱媒体が急激に加熱される場合があるときに、熱交換器に流入する熱媒体の流量を減らすことができる。これにより、熱交換器で大量の蒸気が生成されることを防止することができる。また、調整機構によって熱媒体の分流割合を調整することにより、バイナリ発電装置に向かって流れる熱媒体の温度を調整することが可能となる。
　（３）前記地熱回収装置は、前記循環流路における前記バイパス路の流出端と前記熱交換器との間に配置され、前記熱交換器で加熱された熱媒体をフラッシュさせるフラッシュタンクを備えていてもよい。
　この態様では、熱交換器において熱媒体の一部が気化して気液二相の状態になったとしても、フラッシュタンクにおいて、液状の熱媒体とガス状の熱媒体とに分離することができる。このため、ガス状の熱媒体がバイナリ発電装置に導入されることを防止することができる。例えば、立ち上げ運転時の始め等において、少量の熱媒体を熱交換器に導入させると、気化した熱媒体が熱交換器から流出する。その場合、気化した熱媒体をフラッシュタンクでフラッシュさせることにより、少なくともその一部の熱媒体を液化させることができる。
　（４）前記地熱回収装置は、前記フラッシュタンクで分離されたガス状の熱媒体を排出する排出機構と、前記循環流路に熱媒体を補給する補給器と、を備えていてもよい。
　この態様では、ガス状の熱媒体を排気する一方で、減った分の熱媒体を補給することにより、熱媒体の量が次第に減っていくことを防止することができる。しかも、ガス状の熱媒体を液化させる手段を設ける必要がない。
　（５）前記地熱回収装置は、前記熱交換器を通過した熱媒体と、前記熱交換器を迂回した熱媒体とを混合させる混合タンクを備えていてもよい。
　この態様では、熱交換器で加熱された熱媒体と、熱交換器を迂回した熱媒体とが混合タンクで混合される。したがって、調整機構によって熱媒体の分流割合を調整することによって、混合タンク内の熱媒体の温度を調整することができ、この結果、バイナリ発電装置に向かって流れる熱媒体の温度を調整することができる。
　（６）前記地熱回収装置は、前記熱交換器の出側での圧力及び温度の監視しつつ、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量を徐々に増やす立ち上げ運転を行う立ち上げ運転制御部を有していてもよい。
　この態様では、地熱回収装置の立ち上げ時において、熱交換器へ流入させる熱媒体の流量を徐々に増やすため、熱交換器で大量の蒸気が生成されることを防止することができる。また、熱交換器の出側での圧力及び温度の監視を行うことにより、急激な温度変化及び圧力変化が起こることを防止することができるため、熱交換器及びその出側の配管が損傷することを防止することができる。
　（７）前記地熱回収装置は、前記循環流路における前記フラッシュタンクの出側に配置された開閉機構と、前記循環ポンプの停止時に、前記排出機構を開放するとともに前記開閉機構を閉鎖する制御を行う停止制御部と、を有していてもよい。
　循環ポンプを停止するときに、循環流路を流れる熱媒体の流量が急激に低下することによって、熱交換器において熱媒体が急激にガス化することがある。前記実施形態では、循環ポンプの停止時に排出機構を開放にすることにより、ガス化した熱媒体を外部に排出することができる。これにより、熱交換器及びその出側の配管が損傷することを防止することができる。また、フラッシュタンクからバイナリ発電装置に熱媒体が流れることを防止するため、バイナリ発電装置にガス状の熱媒体が導入されるのを防止することができる。
　（８）前記実施形態は、地中に設置され、地中の熱で循環流路を流れる熱媒体を加熱する熱交換器を備えた地熱回収装置の運転方法であって、熱交換器の出側での圧力及び温度の監視しつつ、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量を徐々に増やす立ち上げ運転を行う地熱回収装置の運転方法である。
　（９）前記地熱回収装置の運転方法において、前記循環流路に設けられた循環ポンプの停止時に、フラッシュタンクで分離されたガス状の熱媒体を排出する排出機構を開放するとともに、前記フラッシュタンクとバイナリ発電装置との間に配置された開閉機構を閉鎖してもよい。
　以上説明したように、前記実施形態によれば、地熱の熱エネルギーを利用した発電システムにおいて、発電量を増大させることができる。

Claims (10)

  1. 　循環ポンプが設けられ、前記循環ポンプによって加圧された熱媒体が熱水の状態で循環する循環流路と、
    　地中に設置され、地中の熱で前記循環流路を流れる熱媒体を加熱する熱交換器と、
    　前記熱交換器で加熱された前記熱媒体から熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するバイナリ発電装置と、
    を備えている地熱回収装置。
  2. 　前記循環流路には、前記熱交換器を迂回するバイパス路が接続されており、
    　前記地熱回収装置は、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量と、前記バイパス路を通って前記熱交換器を迂回する熱媒体の流量との分流割合を調整する調整機構を備えている請求項１に記載の地熱回収装置。
  3. 　前記循環流路における前記バイパス路の流出端と前記熱交換器との間に配置され、前記熱交換器で加熱された熱媒体をフラッシュさせるフラッシュタンクを備えている請求項２に記載の地熱回収装置。
  4. 　前記フラッシュタンクで分離されたガス状の熱媒体を排出する排出機構と、
    　前記循環流路に熱媒体を補給する補給器と、を備えている請求項３に記載の地熱回収装置。
  5. 　前記熱交換器を通過した熱媒体と、前記熱交換器を迂回した熱媒体とを混合させる混合タンクを備えている請求項２から４の何れか１項に記載の地熱回収装置。
  6. 　前記熱交換器の出側での圧力及び温度の監視しつつ、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量を徐々に増やす立ち上げ運転を行う立ち上げ運転制御部を有する請求項１から４の何れか１項に記載の地熱回収装置。
  7. 　前記熱交換器の出側での圧力及び温度の監視しつつ、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量を徐々に増やす立ち上げ運転を行う立ち上げ運転制御部を有する請求項５に記載の地熱回収装置。
  8. 　前記循環流路における前記フラッシュタンクの出側に配置された開閉機構と、
    　前記循環ポンプの停止時に、前記排出機構を開放するとともに前記開閉機構を閉鎖する制御を行う停止制御部と、を有する請求項４に記載の地熱回収装置。
  9. 　地中に設置され、地中の熱で循環流路を流れる熱媒体を加熱する熱交換器を備えた地熱回収装置の運転方法であって、
    　熱交換器の出側での圧力及び温度の監視しつつ、前記熱交換器に流入する熱媒体の流量を徐々に増やす立ち上げ運転を行う地熱回収装置の運転方法。
  10. 　前記循環流路に設けられた循環ポンプの停止時に、フラッシュタンクで分離されたガス状の熱媒体を排出する排出機構を開放するとともに、前記フラッシュタンクとバイナリ発電装置との間に配置された開閉機構を閉鎖する請求項９に記載の地熱回収装置の運転方法。
     
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