特許 7666771 不凝縮ガス還元システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-14

(45)【発行日】2025-04-22

(54)【発明の名称】不凝縮ガス還元システム

(51)【国際特許分類】

   F03G 4/00 20060101AFI20250415BHJP

【ＦＩ】

F03G4/00 541

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2025018086

(22)【出願日】2025-02-06

【審査請求日】2025-02-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】岡野 ひろ乃

(72)【発明者】

【氏名】宇井 慎弥

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開平９－１７７５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－９８８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－３２１７７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｇ ４／００

Ｆ２４Ｔ ５０／００

Ｆ０１Ｋ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生産井から湧き出る地熱流体を第１気体と第１液体とに分離する気液分離器と、前記第１気体と作動媒体との間で熱交換を行う蒸発器と、前記蒸発器から排出された前記作動媒体により回転するタービンと、前記タービンを回転させた前記作動媒体を冷却し、前記作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、を備える地熱発電所に用いられる不凝縮ガス還元システムであって、
還元井に送られる第３液体を加圧するポンプと、
前記第３液体により駆動され、前記第１気体に含まれ、前記蒸発器において凝縮されずに残る不凝縮ガスを誘引し、前記第３液体と前記不凝縮ガスとが混合した第４液体を吐出するエゼクタと、
を備え、
前記第１液体と前記第４液体とが混合され前記還元井に送られる、
不凝縮ガス還元システム。

【請求項2】

前記第３液体は、前記蒸発器において前記第１気体が凝縮した凝縮液である、
請求項１に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項3】

前記第３液体は、前記凝縮器に送られる冷却液の一部である、
請求項１に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項4】

前記第３液体は、前記第１液体の一部である、
請求項１に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項5】

前記地熱発電所は、前記第１液体を貯蔵する還元ピットを更に備え、
前記第３液体は、前記還元ピットに貯蔵された前記第１液体の一部である、
請求項１に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項6】

前記エゼクタは、地上に設置される、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項7】

前記エゼクタの下流に接続されるタンクと、
前記タンクに貯蔵される液体のレベルを計測する第１レベル計と、
制御装置と、を更に備え、
前記制御装置は、前記第１レベル計により計測したレベルに応じて、前記不凝縮ガスの前記第４液体における溶解判定を実行する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項8】

前記制御装置は、前記不凝縮ガスが前記第４液体において溶解していないと判断した場合、前記エゼクタから前記タンクに溜まった前記不凝縮ガスを排出するように制御する、
請求項７に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項9】

前記制御装置は、前記不凝縮ガスが前記第４液体において溶解していないと判断した場合、前記エゼクタと異なる別のエゼクタから前記タンクに溜まった前記不凝縮ガスを前記還元井に排出するように制御する、
請求項７に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項10】

前記制御装置は、前記不凝縮ガスが前記第４液体において溶解していないと判断した場合、前記タンクに薬剤を注入するように制御する、
請求項７に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項11】

前記第１液体の圧力を計測する第１圧力計と、
前記第３液体の圧力を計測する第２圧力計と、
前記蒸発器と前記エゼクタとの間の流路に設けられるバルブと、
制御装置と、を更に備え、
前記制御装置は、前記第１圧力計により測定した前記第１液体の圧力が、前記第２圧力計により測定した前記第３液体の圧力より高い場合、前記バルブを遮断する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不凝縮ガス還元システム。

【請求項12】

前記蒸発器において前記第１気体が凝縮した凝縮液の液位を計測する第２レベル計と、
前記蒸発器と前記エゼクタとの間の流路に設けられるバルブと、
制御装置と、を更に備え、
前記制御装置は、前記第２レベル計により計測したレベルに応じて、前記バルブの開閉を制御する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不凝縮ガス還元システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、不凝縮ガス還元システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、蒸気タービンの下流側に設けた復水器にて発生する非凝縮性ガスを、熱水還元用還元井内に注入することにより、該還元熱水と共に地下還元する、地熱発電設備において発生する非凝縮性ガスの処分方法が開示されている。

【0003】

特許文献２には、還元水を還元井に搬送する還元水流路と、復水器からガスを抽出するガス抽出装置と、復水器から抽出されたガスを還元水流路に供給し、還元水に混入させるガス流路と、を備える地熱発電プラントが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－１７７５０７号公報

【文献】特開２０１８－０１７１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

地熱発電において二酸化炭素又は硫化水素等の不凝縮ガスが含まれると、蒸発器の上部にガスが溜まり、蒸発器内の接液面積が減少し熱交換効率が低下する。熱交換効率の低下を防ぐために、不凝縮ガスを自らの圧力を利用した抽出経路もしくは抽出機などで除去する。例えば、蒸発器から冷却塔へ送られ空気と混ぜて大気放出されている。

【0006】

本開示は、メンテナンス性の高い地熱流体に含まれる不凝縮ガスを還元井に戻す不凝縮ガス還元システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、生産井から湧き出る地熱流体を第１気体と第１液体とに分離する気液分離器と、前記第１気体と作動媒体との間で熱交換を行う蒸発器と、前記蒸発器から排出された前記作動媒体により回転するタービンと、前記タービンを回転させた前記作動媒体を冷却し、前記作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、を備える地熱発電所に用いられる不凝縮ガス還元システムであって、還元井に送られる第３液体を加圧するポンプと、前記第３液体により駆動され、前記第１気体に含まれ、前記蒸発器において凝縮されずに残る不凝縮ガスを誘引し、前記第３液体と前記不凝縮ガスとが混合した第４液体を吐出するエゼクタと、を備え、前記第１液体と前記第４液体とが混合され前記還元井に送られる不凝縮ガス還元システムを提供する。

【発明の効果】

【0008】

本開示は、メンテナンス性の高い地熱流体に含まれる不凝縮ガスを還元井に戻す不凝縮ガス還元システムを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所の構成の概略を示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムが備えるエゼクタの構成の概略を示す図である。

【図3】図３は、第２実施形態に係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所の構成の概略を示す図である。

【図4】図４は、第３実施形態に係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所の構成の概略を示す図である。

【図5】図５は、第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所の構成の概略を示す図である。

【図6】図６は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおける不凝縮ガスの溶解判定について説明する図である。

【図7】図７は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおける不凝縮ガスの溶解判定について説明する図である。

【図8】図８は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて不凝縮ガスが溶解していない場合の処理の第１例について説明する図である。

【図9】図９は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて不凝縮ガスが溶解していない場合の処理の第２例について説明する図である。

【図10】図１０は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて不凝縮ガスが溶解していない場合の処理の第３例について説明する図である。

【図11】図１１は、第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所の構成の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0011】

なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

【0012】

≪第１実施形態≫
第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて説明する。第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムは、地熱発電所に用いられる。第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムが用いられる地熱発電所は、生産井から湧き出る地熱流体を第１気体と第１液体とに分離する気液分離器と、第１気体と作動媒体との間で熱交換を行う蒸発器と、を備える。また、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムが用いられる地熱発電所は、蒸発器から排出された作動媒体により回転するタービンと、タービンを回転させた作動媒体を冷却し、作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、を備える。そして、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムは、還元井に送られる第３液体を加圧するポンプと、エゼクタと、を備える。第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおけるエゼクタは、第３液体により駆動され、第１気体に含まれ、蒸発器において凝縮されずに残る不凝縮ガスを誘引し、第３液体と不凝縮ガスとが混合した第４液体を吐出する。さらに、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、第１液体と第４液体とが混合され還元井に送られる。また、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、第３液体は、蒸発器において第１気体が凝縮した凝縮液である。

【0013】

次に、図面を参照しながら、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて、詳細を説明する。図１は、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム５０を備える地熱発電所１の構成の概略を示す図である。

【0014】

地熱発電所１は、気液分離器１０と、発電部２０と、凝縮器３０と、蒸発器３５と、冷却部４０と、不凝縮ガス還元システム５０と、制御部６０と、を備える。地熱発電所１は、いわゆるバイナリ式地熱発電方式の地熱発電所である。また、地熱発電所１は、バルブ８１及びバルブ８２と、ポンプ９１及びポンプ９３と、を備える。

【0015】

［気液分離器１０］
気液分離器１０は、生産井ＰＷＬから噴出する地熱流体ＧＦを、蒸気ＳＴと、熱水ＨＷと、に分離する。生産井ＰＷＬから噴出する地熱流体ＧＦは、バルブ８１により、通流又は遮断される。気液分離器１０から排出される蒸気ＳＴは、蒸発器３５に送られる。気液分離器１０から排出される熱水ＨＷは、還元井ＲＷＬに排出される。後述する圧力計７１は、熱水ＨＷの圧力を計測する。

【0016】

ここで、蒸気ＳＴは、純粋な水蒸気ではなく、生産井ＰＷＬから排出されるガス、例えば、二酸化炭素、硫化水素等が含まれる。

【0017】

［発電部２０］
発電部２０は、蒸気ＳＴにより加熱されて気体となった作動媒体ＲＦを用いて発電する。発電部２０は、タービン２１と、発電機２２と、を備える。タービン２１は、作動媒体ＲＦにより回転される。より具体的には、タービン２１は、蒸発器３５において、蒸気ＳＴと熱交換して、液体から気体になった作動媒体ＲＦと、凝縮器３０において、冷却液ＣＷ１により冷却されて気体から液体になった作動媒体ＲＦとの圧力差によって回転する。発電機２２は、タービン２１に接続される。タービン２１が回転すると、発電機２２の回転軸が回転して発電する。発電機２２が発電した電力は、外部に供給される。

【0018】

作動媒体ＲＦは、水より沸点の低い媒体、例えば、アンモニア、ペンタン、代替フロン等である。作動媒体ＲＦは、凝縮器３０において冷却されることにより、気体から液体に凝縮する。また、作動媒体ＲＦは、蒸発器３５において加熱されることにより、液体から気体に蒸発する。作動媒体ＲＦは、ポンプ９１により、蒸発器３５、タービン２１及び凝縮器３０の順で循環される。

【0019】

［凝縮器３０］
凝縮器３０は、冷却部４０から供給される冷却液ＣＷ１により、タービン２１から排出された作動媒体ＲＦを冷却する。作動媒体ＲＦは、凝縮器３０において冷却されることにより、凝縮して気体から液体に変化する。凝縮器３０は、例えば、多管式熱交換器、プレート式熱交換器等である。

【0020】

［蒸発器３５］
蒸発器３５は、気液分離器１０から供給される蒸気ＳＴにより、作動媒体ＲＦを加熱する。蒸発器３５が作動媒体ＲＦを加熱することにより、作動媒体ＲＦは蒸発して、液体から気体に変化する。蒸発器３５は、例えば、多管式熱交換器等である。蒸発器３５において、蒸気ＳＴと作動媒体ＲＦとの間で熱交換を行うことにより、蒸気ＳＴは冷却される。蒸気ＳＴが冷却されると、蒸気ＳＴは凝縮して凝縮液ＨＷａになる。

【0021】

蒸気ＳＴに含まれる二酸化炭素や硫化水素等の不凝縮ガスＮＣＧは、蒸発器３５の上部に溜まる。不凝縮ガスＮＣＧが溜まると、蒸発器３５において蒸気ＳＴが凝縮した凝縮液ＨＷａの液面が下降する。蒸発器３５において蒸気ＳＴが凝縮した凝縮液ＨＷａの液面が下降すると、蒸発器３５における蒸気ＳＴと作動媒体ＲＦとの熱交換効率が低下する。したがって、蒸発器３５において溜まった不凝縮ガスＮＣＧは、蒸発器３５から排出させることが望ましい。

【0022】

地熱発電所１において、蒸発器３５に溜まる不凝縮ガスＮＣＧは、不凝縮ガス還元システム５０により誘引されて、還元井ＲＷＬに排出される。

【0023】

蒸発器３５にレベル計８４が設けられる。レベル計８４は、蒸発器３５において凝縮した凝縮液ＨＷａの液位を計測する。例えば、蒸発器３５に不凝縮ガスＮＣＧが溜まると、レベル計８４で測定した液位が下がる。

【0024】

［冷却部４０］
冷却部４０は、凝縮器３０において作動媒体ＲＦを冷却するために、冷却液ＣＷを供給する。冷却部４０は、例えば、冷却塔である。冷却部４０において冷やされた冷却液ＣＷ１は、ポンプ９３により、凝縮器３０に送られる。凝縮器３０において、蒸気ＳＴと熱交換して温度が上昇した冷却液ＣＷ２は、冷却部４０に戻って冷却される。

【0025】

［不凝縮ガス還元システム５０］
不凝縮ガス還元システム５０は、蒸発器３５から不凝縮ガスＮＣＧを誘引して排出する。不凝縮ガス還元システム５０は、エゼクタ５４と、制御装置５８と、圧力計７１、圧力計７２及び圧力計７３と、バルブ８３と、ポンプ９２と、を備える。エゼクタ５４は、蒸発器３５において凝縮した凝縮液ＨＷａにより駆動される。凝縮液ＨＷａは、ポンプ９２により圧送される。エゼクタ５４は、不凝縮ガスＮＣＧと凝縮液ＨＷａを混合した混合液ＭＷを吐出する。

【0026】

エゼクタ５４から吐出された混合液ＭＷは、熱水ＨＷと混合されて還元井ＲＷＬに送られる。還元井ＲＷＬに送られる混合液ＭＷ及び熱水ＨＷは、バルブ８２により、通流又は遮断される。

【0027】

エゼクタ５４の構造について説明する。図２は、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム５０が備えるエゼクタ５４の構成の概略を示す図である。

【0028】

エゼクタ５４は、誘引部５１と、駆動ノズル５２と、拡管部５３と、を備える。誘引部５１は、誘引ポート５１ａを有する。誘引ポート５１ａから不凝縮ガスＮＣＧが吸引される。また、誘引部５１に、駆動ノズル５２が挿入される。駆動ノズル５２の駆動ポート５２ａに、ポンプ９２により加圧された凝縮液ＨＷａが供給される。駆動ノズル５２の先端から、高速の凝縮液ＨＷａが排出されることにより、凝縮液ＨＷａに混合しながら誘引部５１に存在する不凝縮ガスＮＣＧが排出される。不凝縮ガスＮＣＧが排出されることにより、エゼクタ５４は、不凝縮ガスＮＣＧを吸引する。

【0029】

エゼクタ５４は、不凝縮ガスＮＣＧと凝縮液ＨＷａとを混合して、拡管部５３を通って、混合液ＭＷを吐出する。

【0030】

エゼクタ５４において不凝縮ガスＮＣＧと凝縮液ＨＷａとが混合され吐出された混合液ＭＷは、熱水ＨＷと混合されて、還元井ＲＷＬに送られる。

【0031】

エゼクタ５４は、地上に設けられる。エゼクタ５４が地上に設けられることにより、エゼクタ５４のメンテナンスを容易にできる。

【0032】

制御装置５８は、例えば、プロセッサ、メモリ等の記憶装置、補助記憶装置及び外部との入出力インターフェイス装置を含むコンピュータを中心に構成される。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等である。制御装置５８は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）でもよい。

【0033】

制御装置５８は、レベル計８４により測定した液位が下がると、不凝縮ガスＮＣＧが蒸発器３５に溜まっているとして、バルブ８３を開放して、ポンプ９２を動作させて、エゼクタ５４から不凝縮ガスＮＣＧを排出する。

【0034】

具体的には、レベル計８４は、蒸発器３５において蒸気ＳＴが凝縮した凝縮液ＨＷａの液位を計測する。そして、制御装置５８は、レベル計８４により計測したレベルに応じて、バルブ８３の開閉を制御する。より具体的には、制御装置５８は、レベル計８４により計測した蒸発器３５における凝縮液ＨＷａの液位が、予め定められた液位より低くなった場合、バルブ８３を開放するとともに、ポンプ９２を起動する。バルブ８３を開放し、ポンプ９２を起動することにより、不凝縮ガスＮＣＧがエゼクタ５４により蒸発器３５から排出される。また、制御装置５８は、レベル計８４により計測した蒸発器３５における凝縮液ＨＷａの液位が、予め定められた液位より高くなった場合、バルブ８３を閉塞して、ポンプ９２を停止する。バルブ８３を閉塞して、ポンプ９２を停止することにより、不凝縮ガスＮＣＧの蒸発器３５からの排出を停止する。

【0035】

制御装置５８は、発電中において、圧力計７１における圧力Ｐ１が、圧力計７３における圧力Ｐ２より高くなった場合、蒸発器３５に熱水ＨＷが流れないようにするために、バルブ８３を閉じるように制御する。バルブ８３は、蒸発器３５とエゼクタ５４との間の不凝縮ガスＮＣＧが流れる流路に設けられる。なお、圧力計７１における圧力Ｐ１は熱水ＨＷの圧力、圧力計７３における圧力Ｐ２はポンプ９２の吐出圧である。

【0036】

また、制御装置５８は、圧力計７２を用いて、不凝縮ガスＮＣＧの圧力を監視してもよい。

【0037】

［制御部６０］
制御部６０は、地熱発電所１の全体を制御する。制御部６０は、例えば、プロセッサ、メモリ等の記憶装置、補助記憶装置及び外部との入出力インターフェイス装置を含むコンピュータを中心に構成される。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ又はＭＰＵ等である。制御部６０は、例えば、プログラマブルロジックコントローラでもよい。

【0038】

制御部６０は、ポンプ９１及びポンプ９３のそれぞれを制御する。制御部６０は、発電を行う場合、ポンプ９１及びポンプ９３のそれぞれを起動するように制御する。制御部６０は、発電を停止する場合、ポンプ９１及びポンプ９３のそれぞれを停止するように制御する。

【0039】

地熱発電において、火力発電による発電よりはるかに少ないが、不凝縮ガスとして主に二酸化炭素が排出される。例えば、生産井から吐出する地熱流体に含まれる不凝縮ガスの９０％は二酸化炭素である。海外において、例えば、ニュージーランドでは、既に地熱発電から排出される二酸化炭素に対して、炭素税の負担が発生する。日本においても、同様に、不凝縮ガスに含まれる二酸化炭素によって、地熱発電のコストが増える可能性がある。

【0040】

第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、不凝縮ガスを還元井に戻すことにより、地熱発電から大気に排出される二酸化炭素等の不凝縮ガスを削減できる。

【0041】

また、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、蒸発器において第１気体が凝縮した凝縮液により駆動して、不凝縮ガスを誘引するエゼクタを用いることより、例えば、不凝縮ガスに含まれる硫化水素の人体への毒性や周辺植物及び土壌の汚染といった自然環境への影響を少なくできる。

【0042】

なお、圧力計７１が第１圧力計の一例、圧力計７３が第２圧力計の一例、レベル計８４が第２レベル計の一例、である。

【0043】

≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて説明する。第２実施形態に係る不凝縮ガス還元システムは、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、第３液体が蒸発器において第１気体が凝縮した凝縮液であるのに換えて、第３液体が凝縮器に送られる冷却液の一部である。

【0044】

次に、図面を参照しながら、第２実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて、詳細を説明する。図３は、第２実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム１５０を備える地熱発電所２の構成の概略を示す図である。

【0045】

地熱発電所２は、気液分離器１０と、発電部２０と、凝縮器３０と、蒸発器３５と、冷却部４０と、不凝縮ガス還元システム１５０と、制御部１６０と、を備える。また、地熱発電所２は、バルブ８１及びバルブ８２と、ポンプ９１及びポンプ９３と、を備える。制御部１６０は、制御部６０と同様の機能を有する。

【0046】

地熱発電所２において、地熱発電所１と共通の構成については、地熱発電所１の説明を参照することとして、ここでは、詳細な説明は省略する。

【0047】

不凝縮ガス還元システム１５０は、冷却液ＣＷの一部である冷却液ＣＷａをポンプ９２により加圧して、エゼクタ１５４に供給する。不凝縮ガス還元システム１５０は、エゼクタ１５４と、制御装置１５８と、圧力計７１、圧力計７２及び圧力計７３と、バルブ８３と、ポンプ９２と、を備える。エゼクタ１５４は、エゼクタ５４と同じ構成を有する。また、制御装置１５８は、制御装置５８と同じ機能、構成を有する。

【0048】

エゼクタ１５４は、冷却液ＣＷの一部である冷却液ＣＷａにより駆動される。冷却液ＣＷａは、ポンプ９２により圧送される。エゼクタ１５４は、不凝縮ガスＮＣＧと冷却液ＣＷａを混合した混合液ＭＷを吐出する。

【0049】

エゼクタ１５４は、不凝縮ガスＮＣＧと冷却液ＣＷａとを混合して、混合液ＭＷを吐出する。エゼクタ１５４において不凝縮ガスＮＣＧと冷却液ＣＷａとが混合され吐出された混合液ＭＷは、熱水ＨＷ及び凝縮液ＨＷａと混合されて、還元井ＲＷＬに送られる。

【0050】

第２実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムと同様に、不凝縮ガスを還元井に戻すことにより、地熱発電から大気に排出される二酸化炭素等の不凝縮ガスを削減できる。

【0051】

≪第３実施形態≫
第３実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて説明する。第３実施形態に係る不凝縮ガス還元システムは、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、第３液体が蒸発器において第１気体が凝縮した凝縮液であるのに換えて、第３液体が第１液体の一部である。

【0052】

次に、図面を参照しながら、第３実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて、詳細を説明する。図４は、第３実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム２５０を備える地熱発電所３の構成の概略を示す図である。

【0053】

地熱発電所３は、気液分離器１０と、発電部２０と、凝縮器３０と、蒸発器３５と、冷却部４０と、不凝縮ガス還元システム２５０と、制御部２６０と、を備える。また、地熱発電所３は、バルブ８１及びバルブ８２と、ポンプ９１及びポンプ９３と、を備える。制御部２６０は、制御部６０と同様の機能を有する。

【0054】

地熱発電所３において、地熱発電所１と共通の構成については、地熱発電所１の説明を参照することとして、ここでは、詳細な説明は省略する。

【0055】

不凝縮ガス還元システム２５０は、気液分離器１０から排出される熱水ＨＷの一部である熱水ＨＷｂをポンプ９２により加圧して、エゼクタ２５４に供給する。不凝縮ガス還元システム２５０は、エゼクタ２５４と、制御装置２５８と、圧力計７１、圧力計７２及び圧力計７３と、バルブ８３と、ポンプ９２と、を備える。エゼクタ２５４は、エゼクタ５４と同じ構成を有する。また、制御装置２５８は、制御装置５８と同じ機能、構成を有する。

【0056】

エゼクタ２５４は、気液分離器１０から排出される熱水ＨＷの一部である熱水ＨＷｂにより駆動される。熱水ＨＷｂは、ポンプ９２により圧送される。エゼクタ２５４は、不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｂを混合した混合液ＭＷを吐出する。

【0057】

エゼクタ２５４は、不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｂとを混合して、混合液ＭＷを吐出する。エゼクタ２５４において不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｂとが混合され吐出された混合液ＭＷは、熱水ＨＷ及び凝縮液ＨＷａと混合されて、還元井ＲＷＬに送られる。

【0058】

第３実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムと同様に、不凝縮ガスを還元井に戻すことにより、地熱発電から大気に排出される二酸化炭素等の不凝縮ガスを削減できる。

【0059】

≪第４実施形態≫
第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて説明する。第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所は、第１液体を貯蔵する還元ピットを更に備える。そして、第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムは、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、第３液体が蒸発器において第１気体が凝縮した凝縮液であるのに換えて、第３液体が還元ピットに貯蔵された第１液体の一部である。

【0060】

次に、図面を参照しながら、第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて、詳細を説明する。図５は、第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム３５０を備える地熱発電所４の構成の概略を示す図である。

【0061】

地熱発電所４は、気液分離器１０と、発電部２０と、凝縮器３０と、蒸発器３５と、冷却部４０と、不凝縮ガス還元システム３５０と、制御部３６０と、を備える。また、地熱発電所４は、バルブ８１及びバルブ８２と、ポンプ９１及びポンプ９３と、を備える。さらに、地熱発電所４は、還元ピット３１１と、ポンプ３９３と、を備える。制御部３６０は、制御部６０と同様の機能を有する。

【0062】

地熱発電所４において、地熱発電所１と共通の構成については、地熱発電所１の説明を参照することとして、ここでは、詳細な説明は省略する。

【0063】

地熱発電所４は、気液分離器１０から排出される熱水ＨＷを貯蔵する還元ピット３１１を備える。還元ピット３１１において貯蔵された熱水ＨＷは、ポンプ３９３によって、還元井ＲＷＬに送られる。また、還元ピット３１１に貯蔵されている熱水ＨＷの一部である熱水ＨＷｃは、ポンプ９２により加圧されて、エゼクタ３５４に供給される。還元ピット３１１は、タンク又はプールでもよい。

【0064】

エゼクタ３５４は、不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｃとを混合して、混合液ＭＷを吐出する。エゼクタ３５４において不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｃとが混合され吐出された混合液ＭＷは、熱水ＨＷと混合されて、還元井ＲＷＬに送られる。

【0065】

不凝縮ガス還元システム３５０は、還元ピット３１１に貯蔵された熱水ＨＷの一部である熱水ＨＷｃをポンプ９２により加圧して、エゼクタ３５４に供給する。不凝縮ガス還元システム３５０は、エゼクタ３５４と、制御装置３５８と、圧力計３７１、圧力計７２及び圧力計７３と、バルブ８３と、ポンプ９２と、を備える。不凝縮ガス還元システム３５０は、不凝縮ガス還元システム５０における圧力計７１に換えて、圧力計３７１により熱水ＨＷの圧力Ｐ１を測定する。エゼクタ３５４は、エゼクタ５４と同じ構成を有する。また、制御装置３５８は、制御装置５８と同じ機能、構成を有する。

【0066】

エゼクタ３５４は、還元ピット３１１に貯蔵された熱水ＨＷの一部である熱水ＨＷｃにより駆動される。熱水ＨＷｃは、ポンプ９２により圧送される。エゼクタ３５４は、不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｃを混合した混合液ＭＷを吐出する。

【0067】

エゼクタ３５４は、不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｃとを混合して、混合液ＭＷを吐出する。エゼクタ３５４において不凝縮ガスＮＣＧと熱水ＨＷｃとが混合され吐出された混合液ＭＷは、熱水ＨＷと混合されて、還元井ＲＷＬに送られる。

【0068】

第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムと同様に、不凝縮ガスを還元井に戻すことにより、地熱発電から大気に排出される二酸化炭素等の不凝縮ガスを削減できる。

【0069】

≪本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおける不凝縮ガスの溶解判定≫
本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、エゼクタにより吐出された混合液における不凝縮ガスの溶解判定について説明する。エゼクタから吐出される混合液において、不凝縮ガスは、第３液に完全に溶解されていることが望ましい。そこで、不凝縮ガスが第３液に溶解されているかどうかを判定する方法について説明する。

【0070】

図６及び図７のそれぞれは、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおける不凝縮ガスの溶解判定について説明する図である。以下の説明では、エゼクタ５４を用いて説明する。エゼクタ５４に換えて、エゼクタ１５４、エゼクタ２５４又はエゼクタ３５４のいずれかを用いても同様である。

【0071】

エゼクタ５４の下流に、タンク４５５が設けられる。タンク４５５には、レベル計４７４が設置される。レベル計４７４は、タンク４５５に貯蔵される液体のレベルを計測する。計測した結果は、制御装置４５８に出力される。制御装置４５８は、不凝縮ガスＮＣＧの溶解判定を実行する。

【0072】

図７（Ａ）に示すように、混合液ＭＷにおいて、不凝縮ガスＮＣＧが完全に溶解していると、タンク４５５の内部は、混合液ＭＷにより満たされる。一方、図７（Ｂ）に示すように、混合液ＭＷにおいて、不凝縮ガスＮＣＧが完全に溶解していないと、タンク上部に不凝縮ガスＮＣＧが溜まる。したがって、不凝縮ガスＮＣＧが溜まると、レベル計４７４により測定する高さが高さΔＬだけ低くなる。したがって、レベル計４７４を用いて、タンク４５５における混合液ＭＷのレベルを計測することにより、混合液ＭＷにおいて、不凝縮ガスＮＣＧの溶解判定ができる。

【0073】

ここで、不凝縮ガスＮＣＧが溶解していない場合の処理について説明する。図８は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて不凝縮ガスが溶解していない場合の処理の第１例について説明する図である。制御装置５５８は、レベル計４７４におけるレベルの測定結果に基づいて、不凝縮ガスＮＣＧが溶解していないと判断した場合、タンク４５５とエゼクタ５４とを接続する配管に設けられるバルブ５５６を開く。バルブ５５６を開くことにより、エゼクタ５４から不凝縮ガスＮＣＧを吸引するようにする。

【0074】

また、別の例について説明する。図９は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて不凝縮ガスが溶解していない場合の処理の第２例について説明する図である。第２例では、更に追加のエゼクタ６５０を備える。そして、エゼクタ６５０に駆動流を供給するポンプ６５７を備える。タンク４５５に溜まった不凝縮ガスＮＣＧは、エゼクタ５４とは別のエゼクタ６５０から排出される。制御装置６５８は、レベル計４７４におけるレベルの測定結果に基づいて、不凝縮ガスＮＣＧが溶解していないと判断した場合、バルブ６５６を開放し、ポンプ６５７を起動して、エゼクタ６５０を用いて、タンク４５５の不凝縮ガスＮＣＧを吸引するようにする。エゼクタ６５０は、還元井ＲＷＬに不凝縮ガスＮＣＧを混合した混合液ＭＷを吐出する。

【0075】

さらに、別の例について説明する。図１０は、本開示の実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて不凝縮ガスが溶解していない場合の処理の第３例について説明する図である。第３例では、薬剤を貯蔵するタンク７５６を備える。薬剤は、例えば、アルカリ剤である。制御装置７５８は、レベル計４７４におけるレベルの測定結果に基づいて、不凝縮ガスＮＣＧが溶解していないと判断した場合、タンク４５５とタンク７５６との間のバルブ７５９を開いて、薬剤をタンク４５５に注入する。薬剤は、例えば、タンク４５５の上部から噴霧又は投入することにより行う。

【0076】

上述の例は、第１から第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムのそれぞれにおいて、適宜組み合わせてもよい。

【0077】

また、制御装置４５８、制御装置５５８、制御装置６５８及び制御装置７５８は、第１から第４実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおける制御装置の機能を有する。

【0078】

なお、レベル計４７４は、第１レベル計の一例である。

【0079】

≪第５実施形態≫
第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて説明する。第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムは、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、複数のエゼクタを備える。

【0080】

次に、図面を参照しながら、第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムについて、詳細を説明する。図１１は、第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム８５０を備える地熱発電所５における構成の概略を示す図である。

【0081】

地熱発電所５は、気液分離器１０と、発電部２０と、凝縮器３０と、蒸発器３５と、冷却部４０と、不凝縮ガス還元システム８５０と、制御部８６０と、を備える。また、地熱発電所５は、ポンプ９１及びポンプ９３を備える。

【0082】

地熱発電所５において、地熱発電所１と共通の構成については、地熱発電所１の説明を参照することとして、ここでは、詳細な説明は省略する。

【0083】

不凝縮ガス還元システム８５０は、複数のエゼクタ５４と、制御装置８５８と、圧力計７１、圧力計７２及び圧力計７３と、バルブ８３と、ポンプ９２と、を備える。不凝縮ガス還元システム８５０は、複数のエゼクタ５４を備えることにより、エゼクタ５４を含むラインを複数並行して備える。不凝縮ガス還元システム８５０は、エゼクタ５４を含むラインを複数並行して備えることにより、一部のラインを稼働させることにより、不凝縮ガス還元システム８５０全体を停止することなく、エゼクタ５４のメンテナンスを実施できる。

【0084】

第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムと同様に、不凝縮ガスを還元井に戻すことにより、地熱発電から大気に排出される二酸化炭素等の不凝縮ガスを削減できる。また、第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムによれば、複数のエゼクタを備えることにより、例えば、切り換えて操業することにより、メンテナンス性を高めることができる。

【0085】

なお、図１１の例では、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムの一例である不凝縮ガス還元システム５０を備える地熱発電所１と同様の構成を有する地熱発電所５を例として用いて説明したが、第１実施形態に係る不凝縮ガス還元システムに限らない。第２実施形態から第４実施形態のいずれかに係る不凝縮ガス還元システムを備える地熱発電所において同様にエゼクタを含むラインを複数備えてもよい。また、第５実施形態に係る不凝縮ガス還元システムにおいて、上述の不凝縮ガスの溶解していない場合の処理を行うようにしてもよい。

【0086】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0087】

１、２、３、４、５ 地熱発電所
１０ 気液分離器
２０ 発電部
２１ タービン
２２ 発電機
３０ 凝縮器
３５ 蒸発器
４０ 冷却部
５０、１５０、２５０、３５０、８５０ 不凝縮ガス還元システム
５１ 誘引部
５１ａ 誘引ポート
５２ 駆動ノズル
５２ａ 駆動ポート
５３ 拡管部
５４、１５４、２５４、３５４、６５０ エゼクタ
５８、１５８、２５８、３５８、４５８、５５８、６５８、７５８、８５８ 制御装置
６０、１６０、２６０、３６０、８６０ 制御部
７１、７２、７３、３７１ 圧力計
８１、８２、８３、５５６、６５６、７５９ バルブ
９１、９２、９３、３９３、６５７ ポンプ
３１１ 還元ピット
４５５、７５６ タンク
８４、４７４ レベル計
ＣＷ、ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷａ 冷却液
ＧＦ 地熱流体
ＨＷａ 凝縮液
ＨＷ、ＨＷｂ、ＨＷｃ 熱水
ＭＷ 混合液
ＮＣＧ 不凝縮ガス
ＰＷＬ 生産井
ＲＷＬ 還元井
ＳＴ 蒸気

【要約】

【課題】本開示は、メンテナンス性の高い地熱流体に含まれる不凝縮ガスを還元井に戻す不凝縮ガス還元システムを提供する。
【解決手段】生産井から湧き出る地熱流体を第１気体と第１液体とに分離する気液分離器と、前記第１気体と作動媒体との間で熱交換を行う蒸発器と、前記蒸発器から排出された前記作動媒体により回転するタービンと、前記タービンを回転させた前記作動媒体を冷却し、前記作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、を備える地熱発電所に用いられる不凝縮ガス還元システムであって、還元井に送られる第３液体を加圧するポンプと、前記第３液体により駆動され、前記第１気体に含まれ、前記蒸発器において凝縮されずに残る不凝縮ガスを誘引し、前記第３液体と前記不凝縮ガスとが混合した第４液体を吐出するエゼクタと、を備え、前記第１液体と前記第４液体とが混合され前記還元井に送られる不凝縮ガス還元システム。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】