(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧搾ボンベ（１）の中の液体（１a）は、圧力を加えることで液体になり、大気圧のときは気体になる該圧搾ボンベ（１）を逆さにして、
該圧搾ボンベ（１）の中の液体（１ａ）を、該圧搾ボンベ（１）の圧力で原子炉（２）圧力容器の、下部に付いた枝管（２ａ）から注入し、
該枝管（２ａ）は、原子炉（２）圧力容器を貫通して、オリフィス（２ｂ）を具備しており、
該オリフィス（２ｂ）は小さい穴が開いており、その穴を該液体（１a）が通過すると大気圧になり、
該オリフィス（２ｂ）を介して冷却管（２ｃ）が、該原子炉（２）圧力容器の上部を貫通して、その上部から放出し、
前記液体（１a）は気体になるとき、気化熱を吸収して冷却管（２ｃ）を介し、原子炉（２）圧力容器内の水を冷やすことを特徴とする原子炉冷却装置。
【請求項２】
圧搾ボンベ（１）の中の液体（１a）は、圧力を加えることで液体になり、大気圧のときは気体になる該圧搾ボンベ（１）を逆さにして、
該圧搾ボンベ（１）の中の液体（１ａ）を、該圧搾ボンベ（１）の圧力で原子炉（２）圧力容器の下部に付いたドレン管（２ｄ）から注入し、
該液体（１a）は、該原子炉（２）圧力容器内の水より沸点が低いため沸騰し、
該原子炉（２）圧力容器内の、冷却水を冷やし、
該原子炉（２）圧力容器内の過剰な圧力は、該原子炉（２）圧力容器の上部に具備した安全弁（２e)から放出することを特徴とする原子炉冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧搾ボンベの液体窒素を冷却に使用することで、動力が不要な原子炉冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２０１１年３月１１日午後２時に地震があり、津波により福島原子力発電所は、停電になり、発電機は海水に浸かり動かないため、大きな事故を起こしてしまった。ところが、その後の対応が、全くお粗末としか言えない。それは、電気を作るところが停電で、緊急冷却装置も発電機が動かないと、言って何もしない。
そして、原子炉の燃料棒が熱をもったからと、海水を注入したから、燃料棒のジルコニューム制の金属が錆びて、水のＨ２Ｏの酸素と化合して、水素のＨだけが残り、爆発してしまった。
【０００３】
その建物も、水素が溜まったときのことを考えて、天井に穴を開けていれば、爆発することもなたった。そして、屋根が無くなったことを良いことに、そこから放水車で海水を撒き、使用済み核燃料の冷却タンクに、海水を注ぐ。
すると放水した海水は溢れだし、その海水は放射能に汚染されているため、その海水の処理が問題になっている。この事故を教訓に、津波が来たときの堤防を高くしてもよいが、停電になっても事故が起こらない、根本的なアイデアが求められる。
【０００４】
そこで、特許文献１の特開平１０−１４８６９２の、原子炉の冷却水緊急注入装置は、炉心冷却に必要な大量の非常用冷却水を原子炉一次冷却系配管に、確実に緊急注水することができる物である。その、原子炉の冷却水緊急注入装置は、蓄圧注水タンクに窒素ガスで加圧し、非常用冷却水は加圧ガスの力で、原子炉の中を冷却する装置であった。この方法は、電気を使用しないため、発電機の電気が要らないため確実な冷却方法であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４８６９２
【特許文献２】特開平１０−３１９１６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最初の冷却は、炉心冷却に必要な大量の非常用冷却水を原子炉一次冷却系配管に、確実に緊急注水することができる物である。その、原子炉の冷却水緊急注入装置は、蓄圧注水タンクに窒素ガスで加圧し、非常用冷却水は加圧ガスの力で原子炉の中を冷却する装置で最初は上手く冷却できた。しかし、その後、原子炉の冷却水緊急注入装置はも底を突き、冷却も発電機が使用できないため、大事故につながった。
【０００７】
そこで、本発明の原子炉冷却装置は、圧搾ボンベ（１）の液体窒素を、冷却水の変わりに使用することで、全国何処にでも圧搾ボンベ（１）があり、ヘリコプターで簡単に運べるから無尽蔵にあり、動力は気体を圧縮しているので電気は要らないし、加圧したときに凝縮熱を冷却しているので、そのまま冷却できる原子炉冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の原子炉冷却装置は、圧搾ボンベ（１）を逆さにして、その圧搾ボンベ（１）の内容物の液体（１ａ）を、原子炉（２）の下部に付いた枝管（２ａ）から注入し、その枝管（２ａ）には、オリフィス（２ｂ）を介して冷却管（２ｃ）が原子炉（２）の上部を貫通することで目的を達成した。
【０００９】
請求項２の原子炉冷却装置は、圧搾ボンベ（１）を逆さにして、その圧搾ボンベ（１）の内容物の液体（１ａ）を、直接原子炉（２）の下部に付いたドレン管（２ｄ）から注入することで目的を達成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の原子炉冷却装置は、次のような効果がある。
（イ）圧搾ボンベは、何処にでもあるため容易に手配できる。
（ロ）圧搾ボンベは、容器内にその気体を詰めるとき、大量のエネルギーを使用しているので、圧搾ボンベを使用するとき動力は要らない。
（ハ）圧搾ボンベは、容器内にその気体を詰めるとき、大量の凝縮熱を放出しているので、液体がら気体に変わるとき、気化熱を周りから取る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】原子炉冷却装置の模式図である。
【図２】請求項２の原子炉冷却装置の模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の原子炉冷却装置は、冷却水の変わりに圧搾ボンベ（１）を使用するものである。その圧搾ボンベ（１）の液体（１a)を作るときは、空気を圧縮し、そのとき出た熱を冷まし、さらに圧縮して、出た熱を冷ます工程を行っているので、圧搾ボンベ（１）には膨大なエネルギーが蓄えてられている。そして冷却水と比べ、圧搾ボンベ（１）は無料ではないが、非常時には、それを使って冷却する。その圧搾ボンベ（１）は、全国何処にでもあるガスを販売している所にあるので、交通手段が無いときにも、ヘリコプターで輸送できるものである。
【００１３】
それでは、原子炉（２）が地震などで、緊急に止まったときの説明をする。原子炉（２）の燃料棒（２ｇ）は、制御棒が入ることで核分裂は停止するが、崩壊熱の余熱を冷却するために、電気が通電していて、そのまま海水を通した復水器で冷却するが、電源が全て無い状態になった場合は、原子炉（２）の中へ冷却水を緊急注入する。しかし、その手段が、何らかの原因で作動しなかった場合は、原子炉冷却装置を使用する、最後の手段である。
【００１４】
その原子炉冷却装置は、圧搾ボンベ（１）を使用しているため費用はかかるが、非常時には仕方が無いので、圧搾ボンベ（１）を使用する。その圧搾ボンベ（１）の気体を液体にするまでの、圧縮するのにはエネルギーを使い、また圧縮するときに出た凝縮熱も、工場で冷却しているた。例えば、クーラーに置き換えると、ポンプの働きと、外部熱交換機を通した冷媒と同じで、クーラーの冷えたところだけを利用するのと同じことである。しかも、その圧搾ボンベ（１）は簡単に手に入る物であるため、使用しない方がおかしい。また、圧搾ボンベ（１）はマイナス２００度前後に冷やす能力をもち、従来のように海水の１５度で、何が月もかかって冷却していた場合でも、原子炉冷却装置では短時間に冷却できる。
【００１５】
そこで、請求項１の原子炉冷却装置は、原子炉（２）の下部に枝管（２ａ）を取り付け、その枝管（２ａ）にオリフィス（２ｂ）を介して冷却管（２ｃ）が取り付けてあり、その冷却管（２ｃ）は原子炉（２）の上部を貫通している。
【００１６】
そして、枝管（２ａ）に圧搾ボンベ（１）を取り付け、液体（１ａ）になった内容物を出すため、圧搾ボンベ（１）はひっくり返して、液体（１ａ）を注入する。すると、オリフィス（２ｂ）は小さい穴が開いており、そのオリフィス（２ｂ）を通過することで、オリフィス（２ｂ）まで運ばれた液体（１ａ）は、オリフィス（２ｂ）が小さい穴のため、圧搾ボンベ（１）の気圧がそのまま残り、狭い穴を通って広い冷却管（２ｃ）に達したとき、今までの圧力が大気圧になり、急に膨脹するため、液体（１ａ）は大気圧になり、周りの熱を気化熱として吸収し、さらに膨脹するので周りの冷却管（２ｃ）の熱を取る。
【００１７】
冷却された冷却管（２ｃ）は、原子炉（２）の中の水を冷やし、下へ流れる方向に対流が起こり、原子炉（２）全体が冷える。したがって、冷却管（２ｃ）は原子炉（２）内部を冷やすため、原子炉（２）内部の冷却管（２ｃ）の長さが短いと判断できるときには、冷却管（２ｃ）を圧縮コイルバネ状にして、冷却管（２ｃ）の長さを長くする。また、オリフィス（２ｂ）と冷却管（２ｃ）を多数取り付けて、冷やす能力を増すこともできる。
【００１８】
請求項２の原子炉冷却装置は、原子炉（２）の下部に付いている配管ならば、何でもよく、それをドレン管（２ｄ）と呼ぶ。そのドレン管（２ｄ）は、バルブ（５）を介しているところから、ドレン管（２ｄ）に直接、圧搾ボンベ（１）の液体（１ａ）を注入して、原子炉（２）内部の冷却水を冷やし、原子炉（２）上部に取り付けた安全弁（２ｅ）より放出される。安全弁（２ｅ）は、原子炉（２）を守るために取り付けているものであるが、原子炉（２）内部の気圧を調節するバルブがあれば、そのバルブを調節して行う。
【００１９】
なお、ドレン管（２ｄ）は原子炉（２）下部に取り付けている配管ならば良いため、設置に費用が掛からない。また、現在使用している原子炉（２）にも使用できるため、圧搾ボンベ（１）を用意するだけでよい。
【実施例１】
【００２０】
本発明の原子炉冷却装置を、図面を参照して説明する。
図１は、原子炉（２）と圧搾ボンベ（１）の、横から見た断面の模式図である。最初に、圧搾ボンベ（１）をひっくり返して液体（１ａ）の窒素が出るようにし、枝管（２ａ）に繋ぐ。その圧搾ボンベ（１）は、原子炉（２）の近くに設置する必要がなく、原子炉（２）から１キロメートル離れたところに、圧搾ボンベ（１）を置く建屋を作り、直射日光を避ける。
【００２１】
そして、圧搾ボンベ（１）から枝管（２ａ）までは、φ１０の配管で設置し、バルブ（５）を介して枝管（２ａ）は、原子炉（２）の外板を貫通している。そしてバルブ（５）は、原子炉（２）内を通る冷却管（２ｃ）が破損したとき、そのバルブ（５）を閉めて、ラインをカバーするものである。したがって、この発明には関係ないが、冷却管（２ｃ）が１ミリと薄いため、取り付けた方がよいと思い取り付けたので、普段は解放している。
【００２２】
そして枝管（２ａ）は、オリフィス（２ｂ）を介して冷却管（２ｃ）に取り付けてあり、冷却管（２ｃ）は原子炉（２）の上部を貫通して、バルブ（５）を介して、大気に逃がす。また、オリフィス（２ｂ）は圧搾ボンベ（１）が１本φ１の出口から放出していて、集合体が９本であるから、オリフィス（２ｂ）の径はφ３の以下の放出口である。
【００２３】
したがって、オリフィス（２ｂ）の内径はφ３以下にしないと、１キロメートルの道中で配管が冷えて、配管の中を通過する液体（１ａ）が熱をもたないように、保冷をしなければならない。それは、オリフィス（２ｂ）が抵抗になる程しか、穴の大きさが開いていないため、圧搾ボンベ（１）から冷却管（２ｃ）の間で、最も狭い抵抗になっており、そのオリフィス（２ｂ）を通過するまでは、圧力が加わっているので、液体（１ａ）でオリフィス（２ｂ）を通過する。
【００２４】
そしてオリフィス（２ｂ）を通過することで、圧力は大気圧になるため、気体になり、周りの温度を吸収して冷却管（２ｃ）を冷やす。そして原子炉（２）の上部の、外側にバルブ（５）を取り付けた理由は、原子炉（２）内部の冷却管（２ｃ）が薄いため、漏れた時のことを考えてのことである。したがって、普段は解放している。そのバルブ（５）から出たガスは、リリース管（２ｆ）を介して大気に放出される。
【００２５】
その圧搾ボンベ（１）は、１本で４０リットルの液体（１ａ）窒素を溜めており、その圧搾ボンベ（１）を解放すると、１ｃｃで最初液体（１ａ）が気化するのに１６０カロリーの熱を周りから吸収する。次に、原子炉（２）内部の温度が３００度として、リリース管（２ｆ）から出た窒素ガスの温度が１４０度として、３００カロリーの熱量を取り、４０リットルで１２００万カロリーの熱を取ることができる。この１２００万カロリーのは、水を注水したときの４０リットルで１４４０万カロリーの熱を取るのと比べ多少劣るが、何もしないよりはましである。
【００２６】
原子炉（２）がφ４０００として、深さ６メートルの３００度の温度で、全体の燃料棒（２ｇ）も水とすると２，２６０，８００万カロリーの熱量を持っている。そして、１個の窒素の集合体では１０，８００万カロリーであるから、２０９個の集合体で０度になる。しかし、０度にする必要はないので、崩壊熱の１％は毎秒２０万カロリーであるため、集合体１個で５４０秒間、その状態を保つ。したがって、１時間では集合体６個が必要で、８時間分の集合体５０個は、用意しておく。
【００２７】
そうすれば、集合体は何処のガス屋にもおいているので、県内が被災にあっても、他県から８時間以内に、ヘリコプターで運ぶことができる。また、集合体がなければ、１本づつでよく、使用するガスは炭酸ガス、アルゴン、フロンなど何でもよい。また、圧搾ボンベ（１）の気体を空気にして、空気を圧縮すると液体になり、その圧搾ボンベ（１）を使用すると、動力以外は無料である。
なお、枝管（２ａ）を原子炉（２）の下部に取り付けたが、上部から噴出させても、冷却管（２ｃ）と原子炉（２）とは、冷却管（２ｃ）の薄い管で分離しているため、何ら障害はないし、その方が良いかも知れない。
【実施例２】
【００２８】
図２は、請求項２の原子炉冷却装置で、沸騰水型（ＢＷＲ）の原子炉（２）と、圧搾ボンベ（１）の模式図である。最初に圧搾ボンベ（１）をひっくり返して液体（１ａ）の窒素が出るようにし、ドレン管（２ｄ）に繋ぐ。ドレン管（２ｄ）は、原子炉（２）の下部に繋がっている配管なら何でも使用できるため、原子炉（２）が急に冷却するときにも、余分な設備をしなくてよい。
【００２９】
そして、原子炉（２）の下部に液体（１ａ）窒素を入れると、窒素は沸点マイナス１９５度であるため、周りの水よりは早く沸騰し、原子炉（２）内部を７０気圧より上げて、原子炉（２）上部に付いた安全弁（２ｅ）から放出して、大気に逃がす。安全弁（２ｅ）は、通常フィルターを通し、大気に放出するものであるから、汚染の心配はない。そして、原子炉（２）の下部に、液体（１ａ）窒素を入れるとき、最初は徐々に液体（１ａ）窒素を入れ、原子炉（２）内部の圧力を上げ、窒素の泡が原子炉（２）上部に達したとき、水蒸気より気体となった窒素が軽いため、安全弁（２ｅ）から大気に放出され、それを確認してから徐々に圧搾ボンベ（１）の液体（１ａ）を多量に放出させ、原子炉（２）の温度を冷やす。
【００３０】
このとき、原子炉（２）がφ４０００として、深さ６メートルの３００度の温度で、全体の燃料棒（２ｇ）も水とすると２，２６０，８００万カロリーの熱量を持っている。そして、１個の窒素の集合体では１０８００万カロリーであるから、２０９個の集合体で０度になる。しかし、０度にする必要はないので、崩壊熱の１％は毎秒２０万カロリーであるため、集合体１個で５４０秒間、その状態を保つ。したがって、１時間では集合体６個が必要で、８時間分の集合体５０個は用意しておく。
【００３１】
そうすれば、集合体は何処のガス屋にも販売しているので、県内が被災にあっても、他県から８時間以内に、ヘリコプターで運ぶことができる。また、集合体がなければ、１本づつでよく、使用するガスは炭酸ガス、アルゴンなどでもよい。
【００３２】
このとき、窒素ガスよりもヘリウムの方が、沸点がマイナス２６８度と低いので、圧搾ボンベ（１）は４０リットルの液体（１ａ）ヘリウムを溜めており、その圧搾ボンベ（１）を解放すると、１ｃｃで４６８カロリーの熱量を取り、４０リットルで１８７２万カロリーの熱を取ることができる。この１８７２万カロリーのは、水を注水したときの４０リットルで１４４０万カロリーの熱を取るのと比べ、同じである。
【００３３】
そのヘリウムを使用した場合、安全弁（２ｅ）から放出して、大気に逃がす場合、空気より軽いので発生した水素と混ざり、水素は燃える性質があるが、ヘリウムはものを燃やす性質が無いため、爆発はしない。
【００３４】
その圧搾ボンベ（１）を９本セットにした集合体を用いれば、１６８４８万カロリーの冷却ができ、圧搾ボンベ（１）の集合体は、何処のガス屋にもおいている。
【実施例３】
【００３５】
図２は、請求項２の原子炉冷却装置で、加圧水型（ＰＷＡ）の原子炉（２）と、圧搾ボンベ（１）の模式図で、沸騰水型（ＢＷＲ）の原子炉（２）とは、原子炉（２）の内圧が違うだけであるので、その図で説明する。最初に圧搾ボンベ（１）をひっくり返して、液体（１ａ）の窒素が出るようにし、ドレン管（２ｄ）に繋ぐ。ドレン管（２ｄ）は、原子炉（２）の下部に繋がっている配管なら、何でも使用できるため、原子炉（２）が急に冷却するときにも、余分な設備をしなくてよい。
【００３６】
そして、原子炉（２）の下部に液体（１ａ）窒素を入れると、窒素は沸点マイナス１９５度であるため、周りの水よりは早く沸騰し、原子炉（２）内部を１６０気圧より上げて、原子炉（２）上部に付いた安全弁（２ｅ）から放出して、大気に逃がす。この時、圧搾ボンベ（１）の窒素では１６０気圧であるため、窒素が注入できない時は、圧搾ボンベ（１）を暖めて注入するか、安全弁（２ｅ）を作動させ、原子炉（２）の圧力を下げてから注入する。
【００３７】
このとき、窒素ガスよりもヘリウムの方が、沸点がマイナス２６８度と低いので、圧搾ボンベ（１）は４０リットルの液体（１ａ）ヘリウムを溜めており、その圧搾ボンベ（１）を解放すると、１ｃｃで４６８カロリーの熱量を取り、４０リットルで１８７２万カロリーの熱を取ることができる。この１８７２万カロリーのは、水を注水したときの４０リットルで１４４０万カロリーの熱を取るのと比べ、同じである。
【００３８】
そのヘリウムを使用した場合、安全弁（２ｅ）から放出して、大気に逃がす場合、空気より軽いので発生した水素と混ざり、水素は燃える性質があるが、ヘリウムはものを燃やす性質が無いため、爆発はしない。
【００３９】
その圧搾ボンベ（１）を９本セットにした集合体を用いれば、１６８４８万カロリーの冷却ができ、圧搾ボンベ（１）の集合体は、何処のガス販売店にもおいている。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
原子炉（２）の外側から冷却することもできる。原子炉（２）の外側と、原子炉格納容器の内側にある間、全体を冷却する。この圧搾ボンベ（１）の窒素の液体を原子炉（２）に直接噴射して、冷却すると大変非効率的ではあるが、何もしないよりはましである。その原子炉格納容器の上部に、オリフィス（２ｂ）に変わるように先を搾ったノーズルを取り付け、原子炉（２）上部をマイナス１９０度の冷風で冷やし、プラス２００度になったガスは、原子炉格納容器の下部より大気に放出される。
【００４１】
原子炉冷却装置は、窒素の圧搾ボンベ（１）を冷却に使用することで、使用済燃料棒の貯蔵タンクの冷却もできる。冷却する方法は、請求項１の原子炉冷却装置と同じく、冷却管（２ｃ）で冷やす方法と、請求項２の原子炉冷却装置と同じく、直接ガスで冷却する方法がある。その冷却も、使用済燃料棒の貯蔵タンクから１キロメートル離れた所に設置する。
【００４２】
また、物を冷やす場合、圧搾ボンベ（１）と銅管だけで、その銅管の冷やしたい場所の銅管を潰し、適度に開いた所をオリフィス（２ｂ）代わりにして、オリフィス（２ｂ）から先を冷却管（２ｃ）にすることができる。そして、２００リットルの３０度の水を、圧搾ボンベ（１）１本で、０度にまで冷やすことができる。したがって、使用済燃料棒の貯蔵タンクの、容量が５００トンとして、１００度に沸騰した水を０度にするのは、圧搾ボンベ（１）を４５００本必要であり、集合体では５００個必要である。
【符号の説明】
【００４３】
１  圧搾ボンベ          １ａ  液体            ２  原子炉        ２ａ  枝管
２ｂ  オリフィス        ２ｃ  冷却管          ２ｄ  ドレン管
２ｅ  安全弁            ２ｆ  リリース管      ２ｇ  燃料棒
３  蒸気配管            ４  復水配管
５  バルブ              ５ａ  ポンプ          ５ｂ  タービン    ５ｃ  復水器
【図１】
0005529797.tif 000002
【図２】
0005529797.tif 000003