特許 7688959 発電用掘削方法および発電用掘削装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-28

(45)【発行日】2025-06-05

(54)【発明の名称】発電用掘削方法および発電用掘削装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 1/06 20060101AFI20250529BHJP

   F24T 50/00 20180101ALI20250529BHJP

   F03G 4/00 20060101ALI20250529BHJP

【ＦＩ】

E21D1/06

F24T50/00

F03G4/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023080617

(22)【出願日】2023-05-16

(65)【公開番号】P2024164901

(43)【公開日】2024-11-28

【審査請求日】2024-12-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523154714

【氏名又は名称】清田 憲正

(73)【特許権者】

【識別番号】523145837

【氏名又は名称】清田 昌弘

(73)【特許権者】

【識別番号】523154725

【氏名又は名称】藤田 芳博

(74)【代理人】

【識別番号】100090538

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 恵三

(72)【発明者】

【氏名】清田 憲正

(72)【発明者】

【氏名】清田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】藤田 芳博

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１５０７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１３７３４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１１６０４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１２００９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００３１６５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／０６

Ｆ２４Ｔ ５０／００

Ｆ０３Ｇ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機を用いて前記立坑を掘削する発電用掘削方法であって、
前記縦型掘削機と前記懸架部材の間に、横方向に地殻を掘削する伸縮可能なカッターアームを備える接続ボックスを一体的に接続し、
前記カッターアームが縮み、前記懸架部材で前記接続ボックスを介した前記縦型掘削機を支える第１のステップと、
前記カッターアームが伸び、前記カッターアームの先端側が地殻に保持された前記接続ボックスで前記縦型掘削機を支えて前記立坑を掘削する第２のステップと、
を有することを特徴とする発電用掘削方法。

【請求項2】

上記第２のステップの後、前記カッターアームを縮ませ、前記懸架部材で前記接続ボックスを介した前記縦型掘削機を降下させる第３のステップと、
前記カッターアームが伸び、前記カッターアームの先端側が地殻に保持された前記接続ボックスで前記縦型掘削機を支えて前記立坑を掘削する第４のステップを有することを特徴とする請求項1に記載の発電用掘削方法。

【請求項3】

前記第１のステップにおいて、前記懸架部材で前記接続ボックスを介した前記縦型掘削機を支えて前記立坑を掘削することを特徴とする請求項１または２に記載の発電用掘削方法。

【請求項4】

前記深層地殻熱が熱媒と共に流れる熱媒管を中継する蓄熱室、および液体空気を気化することで冷却する設備を備える作業員室および作業設備室の少なくとも一方を各階に形成するための横坑を掘削するステップを更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の発電用掘削方法。

【請求項5】

前記作業員室および作業設備室の少なくとも一方をドーム形状に沿った屋根膜を備えるドーム室とし、
前記ドーム形状に対応するように、前記横坑の一部上面をドーム形状に無人掘削機を用いて掘削することを特徴とする請求項４に記載の発電用掘削方法。

【請求項6】

前記屋根膜を支えるため前記ドーム室の内部を正圧に保つよう前記ドーム室の内部に新鮮空気を取り入れると共に、前記屋根膜から空気を漏出させて前記ドーム形状に沿った前記ドーム室の外側の空気を冷却するために用いられる、新鮮空気を搬入するための第１の立坑と、空気を排出するための第２の立坑とを掘削するステップを更に有することを特徴とする請求項５に記載の発電用掘削方法。

【請求項7】

前記第１の立坑と前記第２の立坑とが、掘削される排土を搬出するためのエレベータを昇降させるエレベータ立坑として兼用されることを特徴とする請求項６に記載の発電用掘削方法。

【請求項8】

前記懸架部材はチェーンであることを特徴とする請求項１または２に記載の発電用掘削方法。

【請求項9】

深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機と前記懸架部材の間に一体的に接続する発電用掘削装置であって、
横方向に地殻を掘削可能な伸縮自在のカッターアームを備え、
前記カッターアームが縮んだとき、前記縦型掘削機が前記懸架部材で支えられる第１の状態と、
前記カッターアームが伸びたとき、前記カッターアームの先端側が地殻に保持されて前記縦型掘削機が前記カッターアームおよび前記地殻で支えられて前記立坑を掘削する第２の状態と、
を設定可能としたことを特徴とする発電用掘削装置。

【請求項10】

請求項９に記載される前記発電用掘削装置であって、前記縦型掘削機と接続し一体化したことを特徴とする発電用掘削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非火山性地域の地熱資源を利用した発電に用いられる立坑を掘削するのに好都合な、改良された掘削方法および掘削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な地熱発電は、タービンで電力を得るものとして知られており（特許文献１）、火山系の溶岩マグマが水と接触して発生する高温蒸気を発電所に導き、タービンで電力を得る。このマグマ水蒸気による発電も貴重な自然エネルギーに拠るものであるが、規模が小さく、大規模な電力事業に対して基幹技術とはなり難い。また、マグマが移動することもあるため、長期安定的な発電事業は期待し難い。

【0003】

これに対し、非火山性地域の地熱資源として深層地殻熱を利用し、温度差発電方式またはタービン発電方式で発電することが提案され、深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削する必要がある。このような立坑は、一般に上下方向位置が変更可能となるように懸架部材（チェーン、ワイヤ、ロープ等）で支持可能な縦型掘削機を用いて掘削する（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６５８７１１８号公報

【文献】特開平０５‐０１００８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、深い立坑を掘削するとき、懸架部材が長くなることで懸架部材に過度な力がかかり、懸架部材の劣化・切断といった問題が生ずる。

【0006】

本発明の目的は、火山性マグマに依存せず、非火山性地域の地熱資源を発電に利用するにあたり、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機を用いて、懸架部材の劣化・切断といった問題を回避しつつ、立坑を掘削することができる発電用掘削方法および発電用掘削装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る発電用掘削方法は、深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機を用いて前記立坑を掘削する発電用掘削方法であって、前記縦型掘削機と前記懸架部材の間に、横方向に地殻を掘削する伸縮可能なカッターアームを備える接続ボックスを一体的に接続し、前記カッターアームが縮み、前記懸架部材で前記接続ボックスを介した前記縦型掘削機を支える第１のステップと、前記カッターアームが伸び、前記カッターアームの先端側が地殻に保持された前記接続ボックスで前記縦型掘削機を支えて前記立坑を掘削する第２のステップと、を有することを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る発電用掘削装置は、深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機と前記懸架部材の間に一体的に接続する発電用掘削装置であって、横方向に地殻を掘削可能な伸縮自在のカッターアームを備え、前記カッターアームが縮んだとき、前記縦型掘削機が前記懸架部材で支えられる第１の状態と、前記カッターアームが伸びたとき、前記カッターアームの先端側が地殻に保持されて前記縦型掘削機が前記カッターアームおよび前記地殻で支えられて前記立坑を掘削する第２の状態と、を設定可能としたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、火山性マグマに依存せず、非火山性地域の地熱資源を発電に利用するにあたり、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機を用いて、懸架部材の劣化・切断といった問題を回避しつつ、立坑を掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る発電用掘削装置を用いた発電用掘削方法の説明図

【図2】本発明の実施形態に係る発電用掘削装置を用いる場合の懸架部材としての鎖の保持に関する説明図

【図3】本発明の実施形態に係る発電用掘削方法を用いた発電システムにおける海洋地殻内に設けられる発電所を示す説明図

【図4】立坑および横坑の掘削に関する概略図

【図5】サテライト立坑がセンター立坑の両側に対称的に掘削される場合の説明図

【図6】（ａ）は熱媒管のサテライト立坑を介した蓄熱室への引き込みと配管ユニットを介した熱媒管の連結を説明する図、（ｂ）は蓄熱室とサテライト立坑の関係図

【図7】（ａ）はセンター立坑とサテライト立坑を連結する連結立坑の説明図、（ｂ）は連結立坑のＡ－Ａ視図

【図8】立坑掘削による排土の排出の説明図

【図9】（ａ）は作業床面に蓄熱室および作業用のドーム室を設けるための横坑の掘削に関する説明図、（ｂ）はドーム室の説明図、（ｃ）はドーム形状に掘削するための無人掘削機の説明図

【図10】ドーム室への新鮮空気の取り入れ用の第１の立坑と、ドーム室からの空気排出用の第２の立坑とをエレベータ立坑で兼用する場合の説明図

【図11】（ａ）は発電所階における折り畳んだ熱媒管を蓄熱室へ設置する説明図、（ｂ）は蓄熱室と熱媒管の関係図、（ｃ）は蓄熱室の構造図

【図12】熱媒を気体状態で使用する最下層の熱媒管の説明図

【図13】（ａ）は熱媒管の断面構成並びに最下層の構成を示す説明図、（ｂ）は深さ方向で隣り合う階の間における熱媒の流れを示す図

【図14】蓄熱室における温度の高い熱媒αと温度の低い熱媒βとの熱の授受を示す図

【図15】（ａ）は発電所階における長い熱媒管の組立場のイメージ図、（ｂ）は熱媒管を束ねる小フランジを用いた熱媒管の地下への搬入を示す図、（ｃ）は小フランジのサイズを示す図

【図16】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ熱媒管、熱媒管ユニット、熱媒管グループのサテライト立坑内配置に関する説明図

【図17】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ配管ユニットの平面図、縦断面図、斜視図

【図18】熱電発電素子ユニットをトロッコ上に積載してトンネルに格納するイメージ図

【図19】（ａ）はそれぞれのトンネル内に複数熱電発電素子ユニットを設けたものを積層した巨大発電所のイメージ図、（ｂ）は各階床面における側線の役割を説明する図

【図20】（ａ）は熱電発電素子が２次元状に配置される説図、（ｂ）は素子盤、熱媒管、冷水管の交差状態イメージ図

【図21】非火山性の深層地殻熱域からの地殻熱をタービン方式により発電するブロック図

【図22】深層地殻熱を用いた発電により水素を生成（製造）するブロック図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0012】

（第１の実施形態）
（発電所）
図３に、本発明の実施形態に係る発電用掘削方法を用いた発電システムにおける海洋地殻内に設けられる発電所を示す。発電所９は海底の下側にある海洋地殻内（より好ましくは沿岸地域の海洋地殻内）の発電所階１０に設けられる。

【0013】

大陸地殻が３０～５０Ｋｍであるのに対し、海洋地殻は５～１０ｋｍしかない。より具体的には、海の中は堆積層と安山岩層と上部マントルが一体となり、大陸プレートとしてゆっくりと動いている。安山岩層は厚さが５～１０ｋｍしかなく、その下にはもう上部マントルがある。上部マントルはかんらん岩からできている。

【0014】

下部マントルは地殻熱のため柔らかくなり、固体であるがゆっくり対流を起こし動いている一方、上部マントルはすぐ上の安山岩層と固く結びついており、極めて安定的な部分（アセノスフェア）である。

【0015】

安山岩層もかんらん岩層も密度が高く、頑丈で、熱伝導率も高い。従って、掘削深さが小さくても、求める高温帯（４００～５００℃）に早く到達できる。つまり、垂直方向の熱勾配が高く、少し掘ればどんどん地熱が高くなるということで、陸地側（陸地部）を掘るよりずっと浅い深度で高い温度域に達することができる。すなわち、発電所９を海底の下側にある海洋地殻内に設ける場合、発電所を陸地（例えば山の中）に設ける場合に比べ、深層地殻高温帯１に対し掘削開始面の高さ位置を低くできる。これにより、掘削のコストダウンが期待できる。

【0016】

また本実施形態では、発電所階１０の発電所をドーム７０で覆われるドーム型とし、発電所階１０を海底から０．１～０．２Ｋｍに設置したものである。

【0017】

玄武岩やかんらん岩などの固い岩盤をドーム型に掘削する必要があるが、巨大なリフターに専用の掘削機を搭載し、コンピューターからの指示に従い無人で掘削できるロボットシステムを開発、使用することにより、きれいに、早く掘削でき、コストも大幅に削減できる。

【0018】

ドーム７０の効用は、以下の通りである。ドーム内に山の新鮮空気をふんだんに送り込み、内部を正圧に保つことにより、ドームを形造る帆布（屋根膜）の隙間からどんどん空気が漏れ、内部の空気が常に新鮮な状態に保てる。漏れた空気を外部に排出することで、掘削されたドームと内部空気により膨らんだ帆布との間にある空気がドーム建屋から排出される。これにより、ドーム外壁から受ける輻射熱が移動する空気によりドーム内から排出され、ドーム外壁とドームの帆布との間の空気温度が下がる。

【0019】

更にドーム帆布の外面を反射性の高いものにすることで、外壁が放つ輻射熱を跳ね返し、ドーム内への伝達熱を大幅に減じることができる。

【0020】

ドーム内の地面からくる輻射熱を遮断する方法としては、先ずドーム内の地面に形の大きい掘削の結果できた大粒の砕石を分厚く（２～５ｍ）敷き詰め、その上に不織布を２層被せ、その上に中程度の大きさの砕石を分厚く（２～５ｍ）敷き詰める。そして、その上に不織布を２層被せ、その上に小粒の砕石を敷き詰める。そして、その上に山の排土用埋め立て地で得られる表土（戻りのダンプカーで運搬される）を分厚く敷き詰める（１０～１５ｍ）。これにより、空気を多く含んだ土壌となり、空気による断熱効果が大きい。

【0021】

このようなドームの地面に掘削で出る排土を分厚く敷き詰め、表面には山の表土を分厚く覆い、ここに植樹をし、木や草が茂るように、人口太陽光を発する照明灯を設けたり、ビオトープを設けて、自然に近い環境を創り出すこともできる。これにより、緑陰を設け、木やビオロープの持つ空気冷却効果が期待できる。

【0022】

ドームの円周縦面の断熱対策としては、岩綿を中心とした断熱材を分厚く（２～５ｍ）壁面に張り付け、鉄骨で仕切られた壁面をＡＬＣ板など断熱効果の高い建築材でカバーする。

【0023】

なお、発電所には熱媒を使って沸かした温泉設備を設けたり、宿泊所を設けるて 見学者等が泊まれる旅館を設けたりすることもできる。

【0024】

そして、発電所９の位置として都市に近い場所にできれば、送電ロスを大幅に抑えることができる。更に、発電所から最寄りの変電所までトンネルを掘り、送電設備を設けることで送電ロスを最小限に抑えることもできる。例えば、発電所の下方側であって、地下２００～４００ｍの深さ位置に変電所を設けると、送電ロスが大きく抑えられる。

【0025】

このように需要地至近の沿岸海底下に発電所を設ける場合、現在のように需要地から遠く離れた場所に発電所が設けられる場合に比べ、送電ロスを抑えられる。また、送電網の維持、メンテナンスに多大の出費がかかることが回避される。更に、雷や台風、塩害などにより突然停電が発生するのを防ぐための過大な設備仕様を余儀なくされることも回避できる。そして、地上では大きなスペースを必要とする場合、土地代が膨大なものとなるが、地下では土地代がかからないといった利点がある。

【0026】

ここで、本実施形態では、図３に示すように、発電所９は陸地側から所定角度で斜め下向きに傾斜するトンネルＴを介して陸地側と接続する。すなわち、発電所に至る方法として、海岸近くの山からトンネルＴを掘削して道路が形成される。

【0027】

そして、本実施形態では、トンネルＴを介して陸地側と発電所建設現場が陸路で接続することで、排土搬出にはトンネルＴを通過する大型のダンプカーやトラックでの搬送（更には無人運搬）が可能となる。すなわち、大量に出る排土を無人で運搬し、山中に設ける埋め立て地までピストン輸送させることができる。

【0028】

また排土を近くの山中に新設する排土保存施設に埋め立てることで、排土搬出に係る運搬費用を大幅に節減できる。

【0029】

より具体的に説明すれば、海岸に近い山中から掘り始め、ロータリーを介して発電所９手前の資材工場へ陸地側から斜め下向きに１度程度の傾斜で１０Ｋｍ程のトンネルＴを掘り、発電所階（海洋地殻内）１０に発電所９を設ける。資材工場では、この事業で用いる資材を、加工工場を含めて、全てを備蓄する。

【0030】

なお、図３では、資材工場と発電所９を同じ高さ位置（水平）としているが、陸地側から資材工場までの傾斜と同じ傾斜で資材工場と発電所９を結ぶトンネルＴとすることもできる。

【0031】

そして、図３で１は深層地殻高温帯、３は蓄熱室、４は熱電発電素子ユニットである。また、２０は熱媒管で、資材工場で所定の長さに切り出される。

【0032】

ここで、このような非火山性地域においては、１Ｋｍ深くなるごとに約３０℃温度が上昇すると考えられ、海洋の底が１０℃、発電所階（海洋地殻内）１０を海洋の底から０．１ｋｍ（１００ｍ）～０．２Ｋｍ（２００ｍ）の位置とすると、発電所階（海洋地殻内）１０の温度は１３℃～１６℃程度と考えられる。

【0033】

（立坑および横坑の掘削）
図４に示すように、発電所階１０から立坑および横坑が掘削される。立坑は、図４に示す直径８ｍ又は９ｍのセンター立坑１１、直径９ｍのサテライト立坑１２、直径８ｍ又は９ｍのエレベータ立坑１３と、図７に示す連結立坑３３（センター立坑１１とサテライト立坑１２を連結）が掘削される。

【0034】

また、横坑は、立坑の深さ方向２００～５００ｍ毎の各階で掘削され、各階に蓄熱室３が設けられる（図６（ｂ））。蓄熱室３が各階に設けられる理由は、深層地殻熱は熱媒と共に立坑内（具体的にはサテライト立坑１２内）に配置固定される、後述の熱媒管を通して発電所階へ持ち上げられるが、熱媒管の長さが所定値以上に長くなると、熱媒管の内部の熱媒の圧力が高まって熱媒管が破裂してしまうため、熱媒管を所定の長さに制限し、各蓄熱室３で中継させる必要があるからである。

【0035】

センター立坑１１が発電所階１０から深層地殻熱域の近くまで一直線に貫く一方、サテライト立坑１２、連結立坑３３は上下に隣り合う各階の間に設けられる。この理由は、サテライト立坑１２内の熱媒管の設置工程に関し、発電所階１０から熱媒管を下端部が各階の深さとなる位置までセンター立坑１１の内部を降下させ、熱媒管を連結立坑３３を介してサテライト立坑１２へ横移動させるためである。なお、エレベータ立坑１３も上下に隣り合う各階の間に設けられる。

【0036】

図４、図６では、便宜的にセンター立坑１１の片側に、サテライト立坑１２、エレベータ立坑１３が示されているが、実際には図５に示すように、サテライト立坑１２，エレベータ立坑１３がセンター立坑１１に対し対称的に設けられる。これにより、各階の蓄熱室３は複数（２個）設けられる。

【0037】

なお、図５においては、便宜上センター立坑１１とサテライト立坑１２が隣接し、またエレベータ立坑１３とサテライト立坑１２が隣接するように描かれているが、実際にはセンター立坑１１とサテライト立坑１２は離間し、またエレベータ立坑１３とサテライト立坑１２も離間している（図４、図６）。

【0038】

図５をより具体的に示せば、上述したようにセンター立坑１１に対しサテライト立坑１２－１－ａとサテライト立坑１２－１－ｂが線対称の関係で形成され、９０度位相が備わるようにサテライト立坑１２－２－ａとサテライト立坑１２－２－ｂが線対称の関係で形成される。そして、センター立坑１１に対し、サテライト立坑１２－３－ａとサテライト立坑１２－３－ｂが線対称の関係で、サテライト立坑１２－１－ａとサテライト立坑１２－１－ｂと同様の配置で形成される。

【0039】

そして、サテライト立坑１２－１の下端部と、サテライト立坑１２－２の上端部とは、余裕分として深さ方向で重なりを持つように掘削される（図５）。

【0040】

ここで、図７に示す連結立坑３３は、上述したように熱媒管を発電所階１０から蓄熱室３に引き込むとき、センター立坑１１からサテライト立坑１２へ熱媒管を横方向へ変位させことができるようにするためのものである。そして、深さ方向に関し、図７（ｂ）に示すように、Ａ－Ａ矢視で中間部が幅３０００ｍｍ（後述する図１５（ｃ）の小フランジ１３２の直径２０００ｍｍより大きい）、最上部側と最下部側でそれぞれ幅９５００ｍｍの横坑となっている。

【0041】

最上部側で幅９５００ｍｍの横坑となっている理由は、立坑（縦坑）用掘削装置Ｙ１（図４）をセンター立坑１１からサテライト立坑１２へ移動させるために必要であるからである。また、最下部側で幅９５００ｍｍの横坑となっている理由は、立坑（縦坑）用掘削装置（図４）をサテライト立坑１２からセンター立坑１１へ移動させるために必要であるからである。

【0042】

なお、連結立坑３３に関し、最上部、通関部、最下部を全て幅９５００ｍｍで統一することもできる。

【0043】

図４で、Ｙ１は立坑（縦坑）用掘削装置、Ｙ２は横坑用掘削装置であり、Ｙ３は土砂等回収装置で、図８に示すようにエレベータ立坑の内部に設けられるエレベータケージ１４へ排土などを作業床面１６上で運搬する排土運搬車１５を含む。

【0044】

なお、エレベータ立坑１３の位置は、サテライト立坑１２に対しセンター立坑１１と反対側に示されているが、これに限られず、サテライト立坑１２の位置と共にセンター立坑の周りに設けられれば良い。

【0045】

サテライト立坑１２は、発電所階（海洋地殻内）１０で組み立てた長大な熱媒管を連絡立坑３３を通して蓄熱室３に引き込むための開放空間として重要である。

【0046】

蓄熱室３に持ち込む物は主にエレベータ立坑１３に設けられるエレベータで運び込むが、長尺の熱媒管はセンター立坑１１、連絡立坑３３、サテライト立坑１２を通して蓄熱室３に引き込むこととなる。

【0047】

蓄熱室３に引き込んだ後の熱媒管に関しては、最下階から下側の部分（図７（ａ））を除き、図６（ａ）に示すようにセンター立坑１１に存在せず、サテライト立坑１２に存在することとなる。

【0048】

ここで、センター立坑１１の意義に関しては、上述したように発電所階から蓄熱室が設けられる各階へ熱媒管を降下させることの他、深層地殻熱を熱媒管を介して最下階へ引き上げること（図１２、図１３）、最下階から上方部分においてサテライト立坑１２や蓄熱室３などのメンテナンスに必要なものである。特に長尺物の配管類、ポンプ、吸収式冷凍機（液体空気生産用）、大型送風機など、大型設備の搬出、搬入に無くてはならないものである。また、新鮮空気を下階へ送り込む風洞を設置するスペースとなる。

【0049】

（陸地側からの全体的な掘削方法）
ここで、陸地側からの全体的な掘削方法を以下に説明する。先ず陸地側から所定角度で斜め下向きに傾斜するトンネルＴを介して発電所階（海洋地殻内）と接続するようにする（第１の掘削ステップ）。次に、発電所階（海洋地殻内）１０から所定の深さまで、センター立坑と共にサテライト立坑と、サテライト立坑とセンター立坑を連結する連結立坑と、エレベータ立坑をセンター立坑の周りに掘削する（図４（ａ）に示す第２の掘削ステップ）。

【0050】

そして、これら立坑のいずれかから搬入された、もしくは搬入され組み立てられた掘削装置を用いて、第２の掘削ステップで形成されたセンター立坑に交差する第１の横坑を掘削する（第３の掘削ステップ）。

【0051】

そして、第３の掘削ステップで掘削された排土をエレベータ立坑より発電所階（海洋地殻内）１０へ排出すると共に、第１の横坑に作業員室および作業設備室の少なくとも一方、並びに蓄熱室（２５０℃乃至５００℃の深層地殻熱をポンプにより移動される熱媒を介して発電所階（海洋地殻内）１０に向け伝搬するための熱媒管を連結立坑を介してサテライト立坑に引き込んで中継する）を設置可能なスペースを備える第１の作業床面１６ａを形成する（図４（ｂ）に示す第４の掘削ステップ）。

【0052】

そして、発電所階（海洋地殻内）１０の作業床面を第１の作業床面に置き換えて、センター立坑の位置をずらさないようにして、第２の横坑に第２の作業床面１６ｂを形成するように（図４（ｃ）、（ｄ））、第２乃至第４のステップを深層地殻熱域に近づくまで順次行い、発電所階（海洋地殻内）１０から最も離れた作業床面からセンター立坑を深層地殻熱域に近づく位置まで掘削する（第５の掘削ステップ）。

【0053】

ここで、それぞれの作業床面に形成される蓄熱室３のサイズは、図１１（ａ）に示すように縦方向、横方向、高さ方向にそれぞれ２ｍである。また、それぞれの作業床面に形成される作業員室、作業設備室のそれぞれのサイズは、縦横が１０ｍ、高さが１０ｍである。

【0054】

このようにして、それぞれの作業床面における図４に示すスペースＸ１、Ｘ２の大きさは、それぞれ少なくとも縦横が３０ｍ以上、高さが２０ｍ以上となる。

【0055】

横坑を掘削する第２のステップにおいては、固い岩盤の場合はドリリング装置で穴を開け、ダイナマイトを差し込んで爆破し、ショベルローダーで砕石を運び出す。なお、より大きなスペースを確保する場合、シールドマシンを用いることもできる。

【0056】

また、特表２０２２－５４２９１０号公報に記載される低温破砕ドリルヘッドを用いることもできる。すなわち、高温岩体に冷水など低温流体を噴射して亀裂を形成し、次いでドリルヘッドの回転運動または打撃力を使用して亀裂の入った岩体を破壊することができる。

【0057】

（縦型掘削機を用いた立坑の掘削）
ここで、図１、図２を用いて、本発明の実施形態に係る縦型掘削機を用いた立坑の掘削について説明する。深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように鎖（チェーン）等の懸架部材で支持可能な縦型掘削機（縦型シーリングマシン）を用いるが、本実施形態においては、図1に示すように縦型掘削機と懸架部材の間に、横方向に地殻を掘削する伸縮可能なカッターアームを備える接続ボックスを一体的に接続する。

【0058】

図１（ａ）に示すように、接続ボックスには複数のカッターアームが備わり、送り出し装置のＯＮ、ＯＦＦで夫々のカッターアームが横方向に伸びたり、縮んだりできる。すなわち、送り出し装置がＯＦＦの場合はカッターアームが縮んだ状態で、懸架部材（具体的には鎖（チェーン））で縦型掘削機を接続ボックスと共に支える。一方、送り出し装置がＯＮの場合はカッターアームが横方向に伸び、カッターアームの先端側に設けられるカッターヘッドが安山岩、かんらん岩を削りながら進む。そのとき、切削屑は圧縮エアで吹き飛ばし、真空掃除機に吸込み捕捉する。このようにして、安山岩、かんらん岩にカッターヘッドが食い込んだ状態（カッターアームが伸びた状態）で、鎖（チェーン）ではなく、接続ボックスで縦型掘削機が支持される。安山岩、かんらん岩は緻密で固く、超重量を支えることができる。

【0059】

このような本実施形態に係る発電用掘削方法は、以下のようにまとめられる。

【0060】

深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機を用いて立坑を掘削する発電用掘削方法であって、縦型掘削機と懸架部材の間に、横方向に地殻を掘削する伸縮可能なカッターアームを備える接続ボックスを一体的に接続し、カッターアームが縮み、懸架部材で接続ボックスを介した縦型掘削機を支える第１のステップと、カッターアームが伸び、カッターアームの先端側が地殻に保持された接続ボックスで縦型掘削機を支えて立坑を掘削する第２のステップと、を有する。

【0061】

ここで、第２のステップにおいて、縦型掘削機で立坑を掘削することになるが、第１のステップにおいては、縦型掘削機で立坑を掘削する前提であっても良いし、縦型掘削機で立坑を掘削しない前提であっても良い。

【0062】

また、本実施形態に係る発電用掘削装置は、以下のようにまとめられる。

【0063】

深層地殻熱を発電に用いるための立坑を掘削するとき、上下方向位置が変更可能となるように懸架部材で支持可能な縦型掘削機と前記懸架部材の間に一体的に接続する発電用掘削装置であって、横方向に地殻を掘削可能な伸縮自在のカッターアームを備え、前記カッターアームが縮んだとき、前記縦型掘削機が前記懸架部材で支えられる第１の状態と、
前記カッターアームが伸びたとき、前記カッターアームの先端側が地殻に保持されて前記縦型掘削機が前記カッターアームおよび前記地殻で支えられて前記立坑を掘削する第２の状態と、を設定可能である。そして、上記発電用掘削装置としての接続ボックスと縦型掘削機とを一体化した発電用掘削装置とすることもできる。

【0064】

このような本実施形態によれば、懸架部材としての鎖（チェーン）の張力を緩め、懸架部材としての鎖（チェーン）の寿命を延ばすことができる。また、縦型掘削機の切削の反力として生ずるトルクもカッターアームが支えることができる。

【0065】

懸架部材である鎖（チェーン）の先端側は、上述した接続ボックスに取り付けられるが、懸架部材である鎖（チェーン）の後端側に関しては、先ず中間部において鎖駆動滑車に設けられた凹み溝に嵌り込むので、鎖（チェーン）が円周角で９０度程度巻き込むことで、鎖（チェーン）の位置が固定される鎖駆動滑車を介し、後端部では鎖（チェーン）が自重で降りてきて、鎖駆動滑車の真下のドラム缶の半割容器に緩んだ状態で入れられる。なお、鎖駆動滑車は減速機を介して小さなモータに接続し、小さなモータで鎖駆動滑車が回動可能である。

【0066】

そして、鎖駆動滑車を正回転あるいは逆回転させることで、接続ボックスに取り付けた鎖を、巻き上げたり、巻き降ろしたりして、縦型掘削機を上げたり、下げたり出来る。

【0067】

鎖駆動滑車の位置としては、センター立坑を掘る場合は、図２（a）に示すように、センター立坑に隣り合う一方のサテライト立坑との間にある連結立坑３３の床の上方と、反対側のサテライト立坑の床の上方に設けられる。

【0068】

また、サテライト立坑を掘る場合は、図２（ｂ）に示すように、センター立坑と反対側のサテライト立坑との間にある連結立坑３３の床の上方と、センター立坑の床の上方に設けられる。

【0069】

なお、連結立坑に関しては、センター立坑を掘ったら連結立坑もつかず離れずの高さで、掘削されるものである。また、鎖は希望する長さで納入され、必要があれば専用の接続リンクで繋ぎ長くすることが出来るものである。

【0070】

ここで、発電用掘削方法に関し、上記第２のステップの後、カッターアームを縮ませ、懸架部材で接続ボックスを介した縦型掘削機を降下させ（第３のステップ）、カッターアームが再び伸び、カッターアームの先端側が地殻に保持された接続ボックスで縦型掘削機を支えて立坑を掘削する（第４のステップ）ようにすることもできる。

【0071】

これにより、深い立坑を掘り下げていくことができると共に、懸架部材としての鎖（チェーン）の張力を緩め、鎖（チェーン）の寿命を延ばすことができる。また、縦型掘削機の切削の反力として生ずるトルクもカッターアームが支えることができる。

【0072】

（無人掘削機を用いたドーム形状含む横坑の掘削）
図９（a）に示すように、各階の作業床面には蓄熱室と共にドーム室が設けられる。ドーム室は作業員室および作業設備室の少なくとも一方を構成する。このドーム室は、図３のドーム７０と同様で、図９（b）に示すようにドーム内に山の新鮮空気をふんだんに送り込み、内部を正圧に保つことにより、ドームを形造る帆布（屋根膜）の隙間からどんどん空気が漏れ、内部の空気が常に新鮮な状態に保てる。そして、漏れた空気を外部に排出することで、掘削されたドーム形状の地殻と、内部空気により膨らんだ帆布（屋根膜）との間にある空気がドーム建屋から排出される。これにより、ドーム外壁から受ける輻射熱が移動する空気により排出され、ドーム外壁とドームの帆布（屋根膜）との間の空気温度が下がる。

【0073】

更にドーム帆布（屋根膜）の外面を反射性の高いものにすることで、外壁が放つ輻射熱を跳ね返し、ドーム内への伝達熱を大幅に減じることができる。

【0074】

ドーム内の地面からくる輻射熱を遮断する方法としては、先ずドーム内の地面に形の大きい掘削の結果できた大粒の砕石を分厚く（２～５ｍ）敷き詰め、その上に不織布を２層被せ、その上に中程度の大きさの砕石を分厚く（２～５ｍ）敷き詰める。そして、その上に不織布を２層被せ、その上に小粒の砕石を敷き詰める。そして、その上に山の排土用埋め立て地で得られる表土（戻りのダンプカーで運搬される）を分厚く敷き詰める（１０～１５ｍ）。これにより、空気を多く含んだ土壌となり、空気による断熱効果が大きい。

【0075】

ドームの円周縦面の断熱対策としては、岩綿を中心とした断熱材を分厚く（２～５ｍ）壁面に張り付け、鉄骨で仕切られた壁面をＡＬＣ板など断熱効果の高い建築材でカバーする。

【0076】

本実施形態において、横坑の一部上面をドーム形状に掘削する必要があるが、図９（ｃ）に示すように無人掘削機を用いて掘削することができる。この無人掘削機は、キャタピラ台車で移動可能であり、掘削機にはカメラが備わり、ＡI（人工知能）を活用してカメラ映像に応じた３次元位置へ掘削機を設置できる。

【0077】

ここで、図９（a）に関し、ドーム室の内部を正圧に保つようドーム室の内部に新鮮空気を取り入れるための第１の立坑と、ドーム室の帆布（屋根膜）から空気を漏出させてドーム室の外側の空気を冷却するための第２の立坑が必要となる。このような第１の立坑と第２の立坑とを別々に設けることができ、例えば第１の立坑にエレベータ立坑を用い、第２の立坑をドーム室の近く、あるいはドーム室の上方に設けることができる。

【0078】

また、第１の立坑と第２の立坑とを別々に設けるのでなく、第１の立坑と第２の立坑を同じエレベータ立坑で兼用することもできる。すなわち、図１０にエレベータ立坑を風洞用立坑として用いる場合の水平断面構造を示すが、エレベータケージサポートレールで保持されるエレベータケージの外周部に、ＡＬＣ板保持鋼で保持されるＡＬＣ板外筒とＡＬＣ板内筒を設ける。そして、３つの空間（ＡＬＣ板外筒の外側、ＡＬＣ板外筒とＡＬＣ板内筒の間、ＡＬＣ板内筒の内側）を適宜第１の立坑と第２の立坑とに区分けする。

【0079】

すなわち、ドーム室の内部に新鮮空気を取り入れるための第１の立坑としては、図１０のスペースＳ０、Ｓ１が該当し、空気を排出するための第２の立坑としては、図１０の中間スペースＳ２を介したスペースＳ３が該当する。エレベータは各階に止まっていることが多く、スペースＳ０はスペースＳ１と共に新鮮空気を取り入れるための第１の立坑として機能し得る。中間スペースＳ２では、ＡＬＣ板内筒から漏れた空気が圧力差でＡＬＣ板外筒に流れ、ＡＬＣ板外筒から漏れる空気がスペースＳ３から排風ファンを用いて外部へ排出される。

【0080】

このような軽量気泡コンクリートであるＡＬＣを材質に用いた風洞とすることで、エレベータケージ内の冷房冷却がなされ得る。そして、このような風洞を用いることは、エレベータケージ内の冷房冷却に対し図９（ｂ）に関して後述する液体空気を用いる代わりとなることで、液体空気の節約が可能となる。

【0081】

図１０では、中間スペースＳ２を設けるようにＡＬＣ板内筒およびＡＬＣ板外筒を用いるが、中間スペースＳ２を設けずＡＬＣ板内筒およびＡＬＣ板外筒を兼用した単一のＡＬＣ板筒を用いることもできる。また、階に応じて中間スペースＳ２を設けるか設けないかを決めるようにすることもできる。例えば、地中深さが浅い階の間では中間スペースＳ２を設けず、地中深さが深い階の間では中間スペースＳ２を設ける構造とすることもできる。

【0082】

ここで、図９（ｂ）に示すドーム室に関しては、作業員室の場合には冷房設備を備え、作業設備室の場合には冷却設備を備える。このような冷房もしくは冷却に関しては、電気で自家生産できる液体空気（空気を低温にして得られる液体）が気化器に送られ、気体の空気（気体空気）と混合すると、液体空気が気化し蒸発熱を奪い、気体空気の温度を下げることができる。

【0083】

この原理を用い、図９（ｂ）に示すものは、液体空気の替わりに人工液体空気を用いる。すなわち、酸素ボンベ４４と窒素タンク４５を設置し、人工空気として酸素と窒素をそれぞれ７９％、２１％の割合で混合する。液体酸素ボンベ４４は液体酸素供給弁を介して混合気化器４６に連結し、液体窒素タンク４５は液体窒素供給弁を介して混合気化器４６に連絡している。そして、混合気化器４６は外気吸入調整弁などを通して常温空気（気体空気）を取り入れることが可能である。液体が気体となって蒸発熱を奪うことにより、温度が下がった低温空気（冷却空気）４７は、混合気化器４６から供給される。

【0084】

図９（ｂ）で、低温空気４７により冷房が効き、またヒートパイプシステム５１で更なる冷房や暖房も効き、作業員が休息できる作業員室として、ゆっくり休息室５０が設置される。また、掘削機５２、ＡＩロボットおよび地中服４８、搬送装置としてのエアベアリング等４９等が冷却保管される作業設備室が配置されている。

【0085】

地中服４８に関しては、耐熱服（耐火服）として１０００度までの放射熱に耐えれる服（ＪＵＴＥＣ／ユーテック社製）や、耐熱温度が５００℃～６００℃の消防士着用の防火
服を利用できる。さらに、少し長い時間作業する場合には、３層構造の服を着て、中央層に、液化空気を注入し、その気化した空気が内層に入り、最後に外層に移っていくような特殊作業服を用いる。これにより、外層に入り込んだ空気により、人体が高温空気にさらされることなく、安心してして作業が出来る。

【0086】

（熱媒管を用いた深層地殻熱の利用）
１）熱媒管
熱媒管とは、深層地殻熱域からの地殻熱を熱媒を介して発電所階（海洋地殻内）１０に向け伝搬するための管をいう。

【0087】

図３において、熱源としては、火山性のマグマでなく、深層地殻熱域を用い、地球の外核に含まれる放射性同位元素が崩壊する際に発する熱が、マントル、地殻を通じて流れる伝導熱を利用して発電（より好ましくは温度差発電（ゼーペック効果を利用）を行うものである。

【0088】

深層地殻高温帯１の近くにまで位置する熱媒管２０の内部を移動する（ポンプによって引き上げられる）流体としての熱媒を介して、深層地殻高温帯１の熱が発電所へ引き上げられ、発電に利用される。具体的な発電として、好ましくは温度差発電が考えられ、深層地殻高温帯１の熱は温度差発電における高温部側に供される。

【0089】

２）深さが異なる各作業床面に設置される蓄熱室
ここで、熱媒管２０は、２００～５００ｍの深さ毎に設けられる蓄熱室３を中継する（図６（ｂ））。熱媒管２０を各蓄熱室３で中継させる理由は、熱媒管２０の長さが所定値以上に長くなると、熱媒管２０の内部の熱媒の圧力が高まって熱媒管２０が破裂してしまうからであり、これを回避するため２００～５００ｍの深さ毎に設けられる蓄熱室３を中継するように、熱媒管３０の長さが設定されている。

【0090】

そして、熱媒管２０を発電所階（海洋地殻内）１０からセンター立坑１１内を降下させ、発電所階（海洋地殻内）１０から最も近い深さの蓄熱室３の階に合わせる。そして、図７（ｂ）に示すように、センター立坑１１から連結立坑３３を介してサテライト立坑１２へ熱媒管２０を横移動させる（引き込む）ことで、発電所階（海洋地殻内）１０に最も近い深さの蓄熱室３から発電所階側への深層地殻熱の引き上げが可能となる。

【0091】

同様に、発電所階（海洋地殻内）１０から、更に下の階の蓄熱室３へ熱媒管２０を引き込んでおくことで、下の階の蓄熱室３から上の階の蓄熱室（発電所階（海洋地殻内）１０に最も近い深さの蓄熱室）を介した深層地殻熱の引き上げが可能となる。

【0092】

このようにして、各階の蓄熱室３（図６（ｂ）））へ熱媒管２０を引き込んでおくことで、各階の蓄熱室３を介して発電所階（海洋地殻内）１０への深層地殻熱の引き上げが可能となる。

【0093】

そして、発電所階（海洋地殻内）１０から最も深い位置に設けられる蓄熱室３からの熱媒管２０は、深層地殻域近くにまで伸びて、深層地殻熱が発電所階（海洋地殻内）１０から最も深い位置に設けられる蓄熱室３への深層地殻熱の引き上げが可能となる。このようにして、深層地殻熱はそれぞれの蓄熱室３を中継して発電所に引き上げられる。

【0094】

そして、それぞれの蓄熱室３の内部では、図１４に示すように温度の高い熱媒α（図の左側のポンプPにより移動）と、温度の低い（温度が低下した）熱媒β（図の右側のポンプPにより移動）との効率的な熱の授受が行われ、熱損失を抑える。

【0095】

図１１（ａ）は、発電所階１０の資材工場（図３）で、折り畳んだ熱媒管３８を横長の穴３９から蓄熱室へ設置する説明図である。蓄熱室３の内部には、水平面内で縦方向に配置される熱媒Ａ配管が４０本、水平面内で横方向に配置される熱媒Ｂ配管が４０本、計８０本が配管される。

【0096】

図１４と同様であるが、図１１（ｂ）は、蓄熱室３の内部を示すと共に、それぞれの熱媒管２０の内部において熱媒がポンプＰによって上の階の蓄熱室３へ引き上げられることを示している。ポンプＰを作動させる駆動源としては、例えばスターリングエンジンを用いることができる。

【0097】

図１１（ｃ）に示す蓄熱室３は、蓄熱煉瓦（耐熱煉瓦として比熱を高める素材を混入）のブロックで下層、中間層、上層として複数層が積み上げられ、下層および上層に断熱材を設け、中間層においてブロックに設けられる穴部を介して第１群の熱媒管（熱媒Ａ配管２８）と第２群の熱媒管（熱媒Ｂ配管２９）が互いに交差（直交）するように交互に積層配置されている。

【0098】

各階の蓄熱室３は、発電所階（海洋地殻内）１０において組み立てられ、エレベータ立坑１３から各階に降下され、各階の作業床面に設置される。そして、各階において蓄熱室３が後述する配管ユニット１００（図６（a））と接続される。

【0099】

蓄熱室３のより具体的な組立に関しては、発電所階（海洋地殻内）１０において、縦、横、高さがそれぞれ２ｍの立方体状の蓄熱煉瓦で造ったブロックを大量に造り、それらブロックの横壁に熱媒管が入る横長の穴を開けておく。そして、ブロックをフォークリフトで横持ちし、積み上げる。

【0100】

ブロックの低層階（例えば１階、２階）には断熱材を詰め込み、中層階（例えば３階～６階）には、図１１（ａ）に示すように複数回折り畳んだ熱媒管３８として上述した横長の穴３９から横方向、その上の階では縦方向、更にその上の階では横方向と交互に差し込む。

【0101】

そして、高層階（例えば７階）のブロックにも断熱材を詰め込む。そして、蓄熱室の周りと上部にも断熱材で分厚く覆い、断熱効果を高めるとより好ましい。

【0102】

図１１（ｃ）の左側に示す半円状の小窓からは、一番下に差し込まれた熱媒管が見える。

【0103】

なお、図１１（ｃ）において、２５は蓄熱材壁部、２６は蓄熱材梁部、２７は蓄熱材仕切り壁部を示す。蓄熱材仕切り壁部２７は、熱媒Ａ配管２８、熱媒Ｂ配管２９を貫通する壁となっている。

【0104】

ここで、図１２に発電所階（海洋地殻内）１０から最も深い蓄熱室３の様子を示す。図１２において、発電所階（海洋地殻内）１０から最も深い蓄熱室（最下段の蓄熱室）３が設置される作業床面より下側に掘削されるセンター立坑の内部にある熱媒管２０が深層地殻熱域の近くまで伸びており、深層地殻熱が当該蓄熱室並びにその上方の蓄熱室を経由して発電所階（海洋地殻内）１０に持ち上げられる。

【0105】

図１２では、冷水塔１８に備わる液体の熱媒２を気体（蒸気）１７とし、熱媒を液体でなく気体として使用する場合を示している。高温のため液体であった熱媒２が忽ち気体（蒸気）１７となり、比重が小さくなることで熱媒管を長く設定しても内部にかかる圧力を小さく抑えられ、熱媒管２０の破裂を回避できる。最下段の作業床面では、高熱に晒され作業が困難となることが考えられるため、最下段の作業床面を深層地殻熱域から離す（より長い熱媒管を用いる）というこの方法を採用するメリットがある。

【0106】

発電所階（海洋地殻内）１０から深層地殻帯近くに至る熱媒管の断面構成は、図１３（ａ）に示すように、中央の熱回収管２２（管の内部を熱媒がポンプＰの作用で移動）の周りに熱媒で集熱する集熱管２１（高圧に耐える特殊配管材料を使わなくても安価なＳＵＳ一般鋼管を使用可能）を円周状に複数設け、その外側に全体を保護する保護管２３を設ける。

【0107】

このような３層構造で、高温になった熱媒の温度が下がらないように、熱回収管の周りを集熱管が取り囲み、周りの地殻に熱を放熱し難いよう保温の役割を担わせることができる。

【0108】

そして、このような熱媒管の長手方向の構成として、最下層においては２００～５００ｍ程度の集中集熱管を付けるようにし、集中集熱管の内部に集熱効果を上げるため多重螺旋管を内蔵させる（図１３（ａ））。

【0109】

そして、最下層においては、図１２に関して上述した構成（高温のため液体であった熱媒２が忽ち気体（蒸気）１７となり、比重が小さくなることで熱媒管を長く設定しても内部にかかる圧力を小さく抑えられ、熱媒管の破裂を回避できる）を用いるが、その液体熱媒としては、水または水銀を用いる。

【0110】

ここで、図１３（ｂ）は、深さ方向で隣り合う階の間における熱媒の流れを示す。深さ方向で下側から上がってくる温度の高い熱媒αと、上側から降りてくる温度が下がった熱媒βが、同じ熱媒管の内部で熱の授受が行われ発電の効率化に供するようにできる。すなわち、熱媒αと熱媒βは、蓄熱室の内部において、また蓄熱室の外部において熱の授受が行われる。図１３（ｂ）では、蓄熱室の外部において、熱媒管を構成する熱回収管２２とその周りの集熱管２１との間で熱の授受が行われることを示す。

【0111】

（熱媒管の組立と各階への横移動による引き込み）
先ず、図１５（ａ）に示すように、発電所階（海洋地殻内）１０においてセンター立坑
１１の上に櫓（ヤグラ）を組み、素管を熔接しながら地下１階用含め各階用の熱媒管を組立て、地下１階用の熱媒管に関しては、センター立坑１１から降ろして第１のサテライト立坑１２－１（図６）へ横移動させて地下１階用の作業床面に形成される地下１階用の蓄熱室へ引き込む。

【0112】

同様に、地下２階用の熱媒管に関しては、センター立坑１１から降ろして第２のサテライト立坑１２－２（図４）へ横移動させて地下２階用の作業床面に形成される地下１階用の蓄熱室へ引き込む。

【0113】

そして、最下層用の熱媒管に関しては、センター立坑１１から降ろして第ｎのサテライト立坑１２－ｎへ横移動させて最下層用の作業床面に形成される最下層用の蓄熱室へ引き込む。

【0114】

そして、それぞれの作業床面に配管ユニット１００（図６（ａ）が設けられ、配管ユニット１００を介して下階からの熱媒管と上階への熱媒管と蓄熱室が連結される。ここで、蓄熱室を大きな熱水プールに例えるならば、配管ユニットは小さな熱水プールに例えられる。深層地殻熱は下側から上側に向かうが、下階からの熱媒管と上階への熱媒管の間の中間スペースでは、小さな熱水プールとしての配管ユニットと、大きな熱水プールとしての蓄熱室にプールされる。

【0115】

この中間スペースにある配管ユニットおよび蓄熱室においても、図１３（ｂ）で説明した熱媒管の構成上の工夫がされている（熱媒管を構成する熱回収管２２とその周りの集熱管２１）ことで、深層地殻熱の冷却が進まないこととなる。すなわち、深さ方向で下側から上がってくる温度の高い熱媒αと、上側から降りてくる温度が下がった熱媒βが、同じ熱媒管の内部で熱の授受が行われる。

【0116】

ここで、蓄熱室を設ける意義については、上述した熱媒管の内部環境による熱の授受だけでは不十分なためである。すなわち、熱媒管の外部環境による熱の授受（熱媒管の周辺環境を暖気とすると共に、隣接する異なる熱媒管からの熱を受ける）のため、蓄熱室を設ける意義がある。

【0117】

このような熱媒管２０は、図１５（ｂ）に示すように小フランジ１３２で束ねられ、熱媒管２０を１０本程の回転する鎖（チェーン）６３に支持された円盤に載せて、回転する滑車６２を介して徐々に下していき、目的階に達したらセンター立坑１１からサテライト立坑１２に横移動させて蓄熱室３と連結（接続）する。

【0118】

（熱媒管のユニット化）
上述したように小フランジ１３２（図１５（c）、更には後述の図１６（b）に相当）で束ねられ、サテライト立坑に横移動される熱媒管（断面中央部が熱回収管、断面周辺部が複数の集熱管、断面外側部が保護管を備える）を熱媒管ユニットとしてユニット化し、サテライト立坑内の熱媒管の本数を増やすと共に、横移動ための連結立坑３３の幅を小さく抑えることができる。

【0119】

具体的には、サテライト立坑内に横移動される熱媒管の本数を９０本とすることができる。なお、センター立坑の直径は８０００φ（８ｍ）（又は９０００φ（９ｍ））であるが、サテライト立坑の直径は９０００φ（９ｍ）である。

【0120】

サテライト立坑の内部に配置される熱媒管に関しては、小フランジ１３２で規制された複数の熱媒管を時系列的に順次サテライト立坑１２に横移動させる。

【0121】

すなわち、図１６（ａ）に示すように構成した直径が４１５ｍｍの熱媒管ａ（断面中央部が直径２１６．３ｍｍの熱回収管２２、断面周辺部が直径８９．１ｍｍの複数の集熱管２１、断面外側部が保護管２３を備える）をａ１乃至ａ８として用い、図１６（ｂ）に示すように直径が２０００ｍｍの熱媒管ユニットＡとしてユニット化する。ユニット化することで、溶接ロボットを使った自動溶接方式で大量生産が可能となり大幅なコストダウンとなる。

【0122】

そして、図１６（ｃ）に示す直径が９０００ｍｍの熱媒管グループとして、サテライト立坑１２内に熱媒管ユニットＡを９個（Ａ１乃至Ａ９）配置する。より具体的には、図１６（ｃ）に示す板厚１０ｍｍで直径２０００ｍｍの小フランジ１３２（熱媒管ユニットａ１乃至ａ８に対応した開口を備える）で規制しながら、図１７（ｃ）に示すサテライト立坑１２内の配置となるようにそれぞれの熱媒管ユニットＡ１乃至Ａ１０の位置へ時系列的に順次配置する。すなわち、最初に熱媒管ユニットＡ１を図１７（ｃ）の位置に配置し、次に熱媒管ユニットＡ２を図１７（ｃ）の位置に配置し、同様に熱媒管ユニットＡ３乃至Ａ８を順次図１７（ｃ）の位置に配置し、最後に熱媒管ユニットＡ９を図１７（ｃ）の位置に配置する。

【0123】

このような構成により、本実施形態では図７（ｂ）に示すように、連結立坑３３の幅を３０００ｍｍ程度（小フランジ１３２の直径２０００ｍｍより大）と小さくできる。本実施形態では、サテライト立坑の直径を９０００φ（９ｍ）とする前提で、図７（ｂ）における上下の立坑掘削機長さ＋５０００ｍｍの領域は幅が９５００ｍｍと大きくなるが、幅が９５００ｍｍとなる領域に比べ、幅が３０００ｍｍとなる領域の上下方向長さが長いことで、掘削工程のコストダウンとなる。

【0124】

（配管ユニット）
ここで、図１７において、本実施形態における配管ユニットを示す、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本実施形態における配管ユニットの平面図、縦断面図、斜視図である。

【0125】

図１７（a）は、サテライト立坑内に配置される配管ユニットの平面図で、図１６（ｃ）の熱媒管グループ（熱媒管ユニットＡ１～Ａ９）に対応する。中心部には集合チャンバーが設けられ、放射状にそれぞれの熱媒管ユニットと、太い黒線で示すフランジにより配管接続される。

【0126】

この配管ユニットは、図１７（ｂ）に示すように上部チャンバーと下部チャンバーが接合面に対し対称配置となるような構造で接合されている。そして、上部チャンバーと下部チャンバーは、周辺部がリング状に形成される周辺土手部と、中心位置が最も高い中心土手部と、その間の窪み部を備える。

【0127】

上部チャンバーの周辺土手部には熱媒管ユニットＡ１～Ａ９がそれぞれ接続し、熱回収管２２は上部チャンバーから接合面を越えて下部チャンバーに達する一方、集熱管２１は上部チャンバーに留まる。

【0128】

そして、集合チャンバーの内部と当該階の蓄熱室の内部とは、下部チャンバーの周辺土手部の下側を潜るように配管接続される。具体的には、下部チャンバーにおける集合チャンバー部の位置Ｐと当該階の蓄熱室が、下部チャンバーの周辺土手部の下側を潜るように配管接続される。

【0129】

また、上部チャンバーにおける集合チャンバー部の位置Ｑと当該階の蓄熱室が以下のように配管接続される。すなわち、位置Ｑと窪み部の位置Ｒが配管接続の一部として結ばれ、位置Ｒから真下に折り曲げられて降下し、更に折り曲げられて下部チャンバーの周辺土手部の下側を潜るようにして配管接続される。これにより、熱媒管ユニットとの物理的干渉を回避することができる。

【0130】

階下の蓄熱室および階下からの熱媒管を経由した熱媒αは、当該階の蓄熱室に向かう配管の内部および下部チャンバーの周辺土手部の内部を満たす。また、階上の蓄熱室および階上からの熱媒管を経由した熱媒βは、当該階の蓄熱室に向かう配管の内部および上部チャンバーの周辺土手部の内部を満たす。

【0131】

このような本実施形態の構造によれば、深さ方向で下側から上がってくる温度の高い熱媒αと、上側から降りてくる温度が下がった熱媒βが、当該階の蓄熱室の内部だけでなく、配管ユニットである集合チャンバーにおいても熱の授受が行われ、発電の効率化に供するようにできる。

【0132】

（深層地殻熱の温度差発電への利用のためのトンネル横坑の掘削）
本実施形態では、発電所９は、例えば図１９に示すように底面が３５００ｍ四方で高さが３０ｍといったサイズのユニットをＸＹ面内で１０個程互いに接続させる。

【0133】

そして、発電部として深層地殻熱を利用した温度差発電を行う熱電発電素子ユニットを多数用いた巨大発電所を形成するため、多数のトンネル横坑を更に掘削する。なお、既存のトンネルが利用できる場合は、それを利用する。

【0134】

図１８に示すトンネル４２に関して、より具体的には、図１９（ａ）に示すように、それぞれの直径が８ｍで、第１の方向（Ｘ方向）に互いに所定の間隔（例えば１６ｍ）を空けて複数形成するステップと、第１トンネル横坑に対し深さ方向（Ｚ方向）で所定の間隔（例えば１６ｍ）を空けた第２トンネル横坑を第１の方向に交差する第２の方向（Ｙ方向）に互いに所定の間隔（例えば１６ｍ）を空けて形成するステップと、を順に備える。

【0135】

このようにして、第１群のトンネルと第２群のトンネルが互いに交差（直交）するように配置される（図１９（ａ））。

【0136】

図１８、図１９（ｂ）に示す側線５３は、各トンネル横坑の内部で移動車両が移動できるように敷かれる線路（レール）とは別に設けられる各トンネル横坑への引き込み線路もしくは操車用の線路をいう。図１９（ｂ）の下床面では、トンネル横坑に引き込まれた後の状態を示し、図１９（ｂ）の上床面では、保守交換用の車両により熱電素子ユニット４が新たにトンネル横坑に引き込まれる前の状態を示す。

【0137】

そして、それぞれのトンネル４２の全体配置スペースとしては、Ｘ方向、Ｙ方向がそれぞれ３５００ｍ、Ｚ方向が３０ｍのユニットをＸＹ平面内で１０個程互いに接続するようにする。

【0138】

それぞれのトンネル４２内においては、互いに間隔が１６ｍの複数の熱電発電素子ユニット４が互いに接続された状態で、図１８に示すトロッコなど移動車両７２で搬入設置される。そして、異なるトンネル４２の熱電発電素子が互いに側線５３で接続される。

【0139】

（熱電発電素子ユニット）
一般に熱電発電素子（温度差発電素子）としては、以下の文献に知られている。

【0140】

・ ２０２１年１月１３日号Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｄ； Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｐｐ．１１５５０３
Ｍｉｘｅｄ－Ｐｈａｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ Ｓｅｅｂｅｃｋ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ Ａｇ２Ｓ
２）２０１９年８月２１日 日本経済新聞 ＮＥＤＯ、アイシン精機、茨城大学は、ありふれた材料のみで構成し、体温などわずかな温度差を使って発電する技術の開発に成功したと発表した。鉄とアルミニウム、シリコンから構成し、従来のような希少元素や毒性のある元素は含まず、材料コストは５分の１以下に削減可能。

【0141】

このような熱電発電素子は、今後更なる研究開発が進められるものとして期待される。本実施形態では、ゼーペック効果を用いた熱電発電素子を熱電発電素子ユニット（素子ユニット）としてユニット化し、熱媒管によって発電所階（海洋地殻内）１０に伝搬される地殻熱を高温部側に流す一方、低温部側に冷水を流して両者の温度差で発電させ、この素子ユニットを多数用いることで数百万ＫＷのレベルの巨大発電所を構成する。

【0142】

また、図２０（ａ）では、素子盤３７は２次元状に配置され、熱媒流路と冷水流路とは直交して配置される。図２０（ａ）、（ｂ）の３８は温度の高い熱媒αの流れ、３９は冷水の流れ、４０は排水、４１は温度の下がった熱媒βの蓄熱室への戻りを示す。

【0143】

このような熱電発電素子を多数（温度差が１００℃では、例えば１０００億個）設け、図１８、図１９に示した巨大発電所において高い電力（例えば２００万ｋＷ）を出力することができる。

【0144】

（水素の生成）
以上、深層地殻熱を用いた発電について説明したが、発電により電力を得ることに限らず、発電を用い水素（グリーン水素）を生成（製造）することも含む。図２２は、電解槽に深層地殻熱を用いた発電と水が加わることで、水素（グリーン水素）が生成（製造）されることを示す。

【0145】

水素の用途は、燃料電池、船舶等用のエンジン、工業炉等における熱利用、還元製鉄（コークス代替）、化学品合成など多様であり、ＣＯ_２削減に大きく貢献できる。

【0146】

そして重要なことは、石炭や石油に依存することなく深層地殻熱を用いる（燃料費がタダ）ことで、低コストな水素生成が可能となる。そして、温度差発電方式により発電することを用いる場合には、ＣＯ_２を全く排出することが無くなり、地球環境にとって最も好ましい形態となる。

【0147】

以上、述べた本発明の実施形態によれば、マグマが移動することもあって不安定となるマグマ水蒸気を利用する発電と異なり、超長期安定的な発電、更には大規模発電が期待できる。

【0148】

そして、本実施形態に係る掘削方法を用いることにより、石炭や天然ガスなどの化石燃料を用いない無燃料発電が可能となるため、燃料輸入が不要（自前のエメルギー源）となる。そして、郊外の発電所から首都圏の需要を満たすことができるため、送電距離が近くなることで送電ロスが少なくなる。また、殆どの設備において可動部が無く、長寿命でメンテナンス費用も抑えられる。

【0149】

更に、火山地帯や地殻変動の起き易い場所を除けば、世界中の殆どの場所で利用でき、
砂漠においても発電を行い、大河や湖から水を引き込んで緑化し、大規模な発電でオアシス都市を建設することもできる。そして、砂漠を耕地に加えることで、世界の食料不足を解消するように食料の増産にもつなげられる。

【0150】

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【0151】

上述した実施形態では、図５に示したようなサテライト立坑がセンター立坑に対し両側に対称的に設けられる場合を前提にしたが、本発明はこれに限定されず、サテライト立坑がセンター立坑に対し片側に設けられる場合であっても良い。懸架部材である鎖（チェーン）が所定の本数あれば、接続ボックスと一体化した縦坑掘削機を支えることができるからである。

【0152】

上述した実施形態では、センター立坑は発電所階（海洋地殻内）１０から深層地殻熱域に近づく位置まで貫通して設けられるものとして説明したが、熱媒管が深層地殻熱域に近づく位置から複数の蓄熱室を中継して発電所階（海洋地殻内）１０に至る連続した軌跡に適宜沿うようにセンター立坑が設けられれば良い。例えば、蓄熱室の数を多くして、深さ方向で隣り合う蓄熱室をつなぐ熱媒管を短くして、作業床面の高さをもたせることで、作業床面に熱媒管を立てるようにして、センター立坑１１が異なる作業床面の間で平行にずれて設けられるものであっても良い。

【0153】

また、上述した各立坑は発電所階（海洋地殻内）１０から同時に掘削されるものであっても良いし、非同時に掘削されるものであっても良い。

【0154】

また、サテライト立坑１２がセンター立坑１１とエレベータ立坑１３の間に形成される（図５）ものに限られず、センター立坑１１がサテライト立坑１２とエレベータ立坑１３の間に形成されるものであっても良い。

【0155】

また、上述した実施形態では、非火山性の深層地殻熱域からの地殻熱を温度差発電方式により発電することを説明したが、非火山性の深層地殻熱域からの地殻熱を図２１に示す公知のタービン方式により発電するようにしても良い。また、非火山性の深層地殻熱域からの地殻熱を温度差発電方式とタービン方式とに分担し、例えば主として温度差発電方式により発電する一方、従として残りをタービン方式により発電するようにしても良い。

【0156】

また、上述した実施形態では、陸地側から発電所に向かうトンネルとして、陸地側から斜め下向きに傾斜する領域を備えるものであったが、発電所の設置面まで垂直のトンネルと発電所の設置面内での水平のトンネルをつなげたものであっても良い（直角三角形の斜辺の替わりに直角を形成する二つの辺を用いる）。

【0157】

なお、発電所に関し、海洋地殻の内部（海底の下方）の発電所階に設けることを説明したが、発電所を地上階（例えば山の内部）に設けるものであっても良い。

【符号の説明】

【0158】

１・・深層地殻高温帯、３・・蓄熱室、４・・熱電発電素子ユニット、９・・発電所（海洋地殻内）、１０・・発電所階（海洋地殻内）、１１・・センター立坑、１２・・サテライト立坑、１３‥エレベータ立坑、１６‥作業床面、２０・・熱媒管、２８・・熱媒Ａ配管、２９・・熱媒Ｂ配管、３３・・連結立坑、５０・・ゆっくり休息室、Ｐ・・ポンプ、
Ｔ・・トンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】