(57)【要約】      （修正有）【課題】一般人にも原子力利用についての合理的な理解を深める。【解決手段】近未来で実現できる（多くの人に分かり易く、理解され易い）将来型原子力エネルギー高度利用システムの提示が極めて有用であるという前提に立って、原子炉は水素生成を主たる目的に設計・運用され、電力は副産物と看做すので、何時でも、すぐにでも、その運転停止が実務的に可能である。原子炉は、あらゆる危険の予測でブレーキを踏める自動車のように運用するので、言われもなき疑義が及び課題は何ら生じない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
将来型原子力利用システム
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
原子力の平和的利用と、それを実施する将来技術の導入の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力の平和利用技術の進展により、様々な形態のシステムで、主として電力の供給に原子力が大きな役割を担ってきている。軍事用を除き、平和利用に当たっては、原子力による許容できない放射線被爆や万一の原子炉安全保持機能の低下と機能の喪失事象の防止などに重大な責務が負わされるので、いわゆる原子力の設備の安全性確保に大きな経済的負担が伴う。それでも原子力による電力には経済性があるので、広く利用されている。しかし、当今の日本では、その電力利用者（一般人）から事実以上の安全への不信・不安や疑義があって、電力供給者は更なる経済的負担が強いられかねない状況にある。
【０００３】
特に電力供給においては、安全性における機能強化だけでなく、安定かつ良質の電力供給を継続するために機器・システムともに最新で、かつ高度の技術の活用と、日常的にも確実な機能維持への配慮が、膨大な経済的負担を伴っていても、しかも重複して整備されているにも拘わらず、その電力利用者（一般人）から事実以上の安全への不信・不安や疑義を払拭できない状態である。このため、特に新設の原子力利用プラントの建設は先行き不透明な事態も想定される。
さらに、最近の地球環境維持の要求に極めて効果的に対応できる大型システムとしては、原子力の活用システムが極めて現実的であるのに、原子力による電力の利用者（一般人）はこれに注目せず、これを重視していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
当面は、主として軽水炉技術による原子力発電システム（その本質は、恒常的に最新のまたは先行技術の集大成により安全である）の活用が注力されるであろうが、前述のような原子力利用への一般人の不信・不安や疑義（課題）への対応として、原子力利用者（一般人）に、現状から将来に亘って長期的で、かつ、原子力の役割に大きな期待と待望を与える具体的な方策の提示が必要である。これにより、一般の多くの人々が、原子力利用に対して大きな将来展望を持つことができるようになり、それが、一般人の場合における現状の原子力への不信や疑義（課題）の解消に大きく寄与することが出来る。本発明は、このための具体的提示の一つである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
原子力利用者（一般人）の不安を解消するためには、原子炉は何時でも、すぐにでも安全停止が可能であることを具体的に理解して貰えることが最短の方策として必須である。現状の原子力発電システムでも、このことは実現可能であるが、電力の良質で長期安定的な供給のために、また経済的電力の供給のために、安易に原子炉停止を行わないことが安全上で可及的に許容される範囲で実行されている。それにも拘わらず、このことが、つまり、原子炉停止をできるだけ行わないと言うことが「原子炉は安全上に問題があっても停止しない」と言われもなき誤解となり、一般人による原子力利用に対する安全と信頼とに深い理解を得ることが極めて困難になっている。
【０００６】
また、原子力が広範なエネルギー利用システムの根幹となる可能性を明示すれば、原子力への期待と待望により、また地球環境維持への大きな貢献についての高い評価とともに、原子力利用への一般人の正当な理解も容易に得ることができる。
【０００７】
どのような場合でも原子力の利用においては、量の多少はあっても放射化された物質の生成は避けられないので、これの管理、処分については、現状と同様に厳格なる対応が将来においても必要なことは言うまでもない。このことは、本発明と同一の目的に適うものであるが、本発明の範疇とはしていない。
【０００８】
前記に述べたような課題を解決するための手段の一つとして、本発明による原子力利用システムは、原子炉を発電だけを主体の目的として利用するのではなく、どちらかと言えば、水素製造を主体の目的に利用し、この水素を用いて燃料電池や水素タービンなどを作動させて電力や動力を発生させるような総合システムを構築することで成立するものである。更に、本発明のシステムは様々なエネルギー・リサイクル・システムを包含しているので、その一部分の運転停止が全体システムの機能を阻害する場合はほとんどない。
このような原子力利用システムでは、複数段階でエネルギー形態の変換が必要なので、その際に伴うエネルギーの損失を考慮した上で、全体でのエネルギー利用効率を最大に確保するように勘案することが必要である。
このようなシステム運用についても、この場合は、一般人の理解を容易に得ることができる。
【０００９】
このようにして、本発明では、電力は様々な形態で発生または貯蔵された上で、直接または間接的に利用されるので、電力の長期安定供給に様々な担保を確保することが出来る。従って、原子炉は、何時でも、すぐにでも、停止することが出来る。このことが、本発明による効果の根幹の一つである。これにより、一般人との協議によって許容されるような運転停止判断基準（現状でも、この種の基準があるが、一般人には理解が困難である）を定めて、その基準以内で運転を継続する方法の採用が容易に出来る。
【００１０】
電力の質的安定は、基本的には最終的発電手段である燃料電池や水素タービンに依存すれば十分であるから、原子炉システムの運転継続については、上記のような比較的狭い柔軟性が求められても問題は軽減出来る。これにより、例えば、原子炉燃料の燃焼度の確保に必要となるような経済的な運転基準の設定に対しても、一般人の理解と妥協を得ことが出来る。このような期待の基本は、エネルギーの生産コストを低減することが、一般人にも（文明の合理的維持のためにも）共有されるべき利益であることに柔軟な理解が得られる筈だからである。
【００１１】
このように運転に柔軟性のある原子炉、つまり何時でも、すぐにでも停止しても良い原子炉であるなら、現状で採用されている多重防護やフェール・セイフの機器・システムを可なりの程度で簡略化出来る。極端に言えばＭＰＡ（ｔｈｅＭａｘｉｍｕｍ  Ｐｒｏｂａｂｌｅ  Ａｃｃｉｄｅｎｔ、日本なら想定事故）の発生確率を低減したり、また事故の規模を軽減する対応も充分に可能である。さらに、ＨＡ（ｔｈｅ  Ｈｙｐｏｔｈｅｔｉｃａｌ／ｔｈｅ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｓｓｉｂｌｅ  Ａｃｃｉｄｅｎｔ、日本なら想定外事故）は、設計の対象とする必要はまったく無い。これは、本特許の本質と言うだけでなく、ＨＡは、原子炉安全に過大な担保を求める過去の技術への信頼度に関わる遺産に過ぎないと考慮してもよいほどに、技術思想や技術そのものの充実と進歩が確実に実用化され／できるとの現在認識でもある。戦車のような自家用車である現在の原子炉を、開発された技術的手法により安全が強化された比較的高級な通常の乗用車なみ（それでも、原子力の場合は、人命の損耗率は、自動車よりも遥かに、極めて低い）にしても良いのである。こうすれば、余剰となる研究開発費や建設資金は、本発明のようなシステムよりも、更に効能的なシステム（核燃料のリサイクルなど）の構築に投資でき、電力エネルギーの長期で更に経済的でしかも良質で安定な供給を多様に実現出来る。
【００１２】
また、本発明のシステムにおける各部の要素である機器システムは、今日よりも、技術的にも経済的にも更に改良するための開発の要素が多いので、本発明のシステムが、近未来の原子力利用システムに望ましい姿であると認識されるならば、各要素の技術開発にも望ましい進捗を見るべく、計画的な投資や財政が必要となる。
【００１３】
【実施例】
図１に示す如くである。原子炉では、そこで発生する各種のエネルギーを利用して、水素の豊富な含有体である原料（０１）から、熱や放射能、或いは触媒で促進される反応などにより、水素を生成することが必要である。この原料は、結果として原子炉冷却の役割も担うであろうから、原子炉冷却材と同一か、それに混合されていることが望ましい。材質的な問題がなければ、海水も利用出来る。一般に、水素は腐食を発生させるので、この点にも留意することが求められる。このような原料と冷却材の混合材は、それから生成された水素を分離抽出する処理を行う前に、特定の回数以上に原子炉を経由してリサイクル（一部はバイパスし、水素を分離しながらでも良い）させて、水素の含有率を増大させ、水素分離が効率的に行えるようにすることが望ましい。勿論、このリサイクル中でも熱エネルギーは、毎サイクルで行うようにする。
【００１４】
原子炉から排出される冷却ガスが、高温、高圧であれば（である筈だが）、先ず高温ガス・タービンにより、次いで蒸気発生器による蒸気の生成によった蒸気タービンにより複合的な発電（１０）を行う。冷却されたガスが燃料電池に腐食などの悪害を与えない場合においては（その除去が簡単な場合は除去しながら）、このガスをそのまま燃料電池（１１）に導き、そこに含まれる水素を利用して発電を行うことが出来る。この燃料電池は、原子炉の近辺に設置するのが当然であるから、原子力・燃料電池複合システム発電所が形成されることが出来る。さらに、後に述べるが、原子力、燃料電池、水素貯蔵の完全総合発電所も実現出来る。
【００１５】
原子炉の全部或いは一部の冷却に軽水または重水の類を用いる場合は、そこで蒸発した蒸気、或いは蒸気発生器で生成する蒸気によっても発電（１０）が可能である。このようにして、原子炉で発生したエネルギーを、極めて効率的に（水素の発生も伴うので）利用するシステムとすることが出来る。前記を含み、このような効率の高い原子力エネルギーの利用は、それ自体で発電コストの低下を促すことが出来る。
【００１６】
原子炉からの排出（冷却）ガスに含まれる水素（０３）は、塩化材に吸収させるような化学的方法や透過膜法などの物理的方法、ナノ・カーボンなどによる貯蔵との兼任法などで、水素を分離して、これを高圧ガス・タンク、液化貯蔵装置、水素吸収合金、ナノ・カーボンなどにより貯蔵（０４）することが出来る。この水素は燃料電池に利用するものであるから、電池のタイプによるが、水素と共存する筈の燃料電池に好ましくない不純物（特に一酸化炭素）を除去、或いは活用（一酸化ガスは反応熱を供給すれば、水と反応して水素を生成できる）する必要がある。
【００１７】
炭酸ガスや窒素などの不活性ガスを一部や全部で原子炉の冷却材（ガス）に利用する場合は、冷却ガスから水素を分離することで、冷却材として再利用できるようになるので、これに放射性ガスが含まれていても、それが強い腐食性も持たないならば何らの処理も必要でなく利用することが出来る。いずれにせよ、原料（０１）が原子炉を通過した時に、その１００％が水素に転換される場合を除き、原料（０１）のリサイクルが当然の要求となるので、原料（０１）が水素の分離において滅失しない冷却ガスの選択や水素分離法が必要である。
【００１８】
原子炉冷却にガス体を用いて、かつ発生した水素を液化貯蔵する場合は、原料のリサイクルは緩慢になる（バイパス法なら問題は軽減する）が、冷却ガスを低温・圧縮液化する段階で、水素以外のガス体が自動的に除去できるので、この液化装置と、できれば水素の一時貯留装置を原子炉に近接して設置すれば、関連のプロセスに大きなメリットを提供出来る。原子力発電所は、更に巨大な総合エネルギー生成プラントになる。このことは前にも触れた。
【００１９】
この原子炉では、軽水を冷却材に用いるのが最も理想的である。水は冷却材である（水の蒸発事象まで冷却に利用すれば高性能の冷却材である）ばかりか、原料（１０）でもありうるからである。但し、生成される水素が、炉内での中性子やガンマー線によった水の分解で発生する活性度の高い水酸基や活性酸素によって滅失しない方策が求められる。原子炉で発生したエネルギーを蒸気の形態で搬出し、蒸気の形態でこのエネルギーを利用し、その後に冷却し復水とすれば、その時点で、水素と冷却材の分離（復水器が水素分離器であり、廃棄ガスが高濃度の水素含有ガスとなる）が出来る。但し、この場合、分離された水素に含まれる有害な不純物がある時には、その除去が必要ではあるが、水素分離のプロセスの負担を極めて簡略化することが出来る。
【００２０】
水素は、その貯蔵法に依存して異なるが、その利用者への搬送（０５）が必要となる。この方法には解決すべき種々の問題があるが、都市ガスに混合して、その配管を用いて頒布する事が出来る。この場合は、混合された水素の大部分を燃料電池への燃料とする方法もある（この場合は燃料電池で利用した後に、燃料としての都市ガスの利用がなされる）が、本来の都市ガスの主体（天然ガスなど）から燃料電池のための水素を反応炉で生成させる場合に、必要となる反応熱の供給のため部分的だが水素を燃焼させることも出来るので、このようにすれば燃料電池が、これも本来の姿に近似して（都市ガスだけから水素を生成させる場合に対比して）活用できるので望ましい。
【００２１】
水素の活用システム機器（０６）は、現状ならば燃料電池や水素タービンが有望である。水素は、地域・分散の電熱併給システムへの利用（０７）が期待される。本発明において、水素を含むガスを分離、貯蔵、頒布、利用するときには、ガス形態の水素であっては、水素の含有量により、爆発の可能性が高くなるので、十分に留意する。
【００２２】
このような原子力利用システム（本発明）の各要素で利用されるシステムや機器は、いずれも一般には高価であり設備償却負担が大きいので、可能な限り稼働率を高くするのが本来のあるべき姿となるので、そのためには、各要素の稼働率を明示し、それを尊守する必要がある。
ある原子力設備（発電所）の稼働率が低くなる（定期点検や補修）と予測される時に備えて、その原子力設備の稼働率を計画的に高め、その電力により電力の蓄電システム（０８）、または水分解による電力の蓄備を行うことが出来る。特に、この原子力利用システム（本発明）では、原子炉運転停止を比較的容易に容認することが前提であるから、上記のような電力の直接的または間接的な蓄備を十分に考慮する必要がある。更に、その他の場合でも、余剰の電気がある場合は、この電気で水の電気分解（０９）を行い、実質として、電力のリサイクルを行うことも出来る。
【００２３】
上記のよう「課題を解決するための手段」や「本発明の実施例」で述べたことの全部が、本発明ではない。また、本発明のシステムが独立に構成される必要もない。連携の関係を明確にするだけで構成出来る。
【００２４】
以上の本発明の説明（解決手段や実施例）において、前後の文章に関係して、「出来る。」、「必要である、または、必要がある。」、「ようにする。」、「求められる。」及び「望まれる、または、望ましい。」の表現で終了する文章で指摘している能力、機能、運用法、及び利用法についての経済性や機能の計画手段並びに設計法の提示は現在または近未来で実現または実現が確実な範囲内にあり、本発明のシステムを構築するのに必須、不可欠であるから、本発明に含まれる。そして、本発明で指摘されるような能力、機能、運用性などを保有する機器やシステム設備を要素として構成される高度な原子力利用システムが本発明でもある。
【００２５】
【発明の効果】
従来の原子力利用システムは、図１の０２原子炉と１０発電（装置）による単一機能のシステムであり、安全機能を中心とした発電機能との調和による設計、建設、及び運転がなされている。つまり、電力供給で求められる量と質の担保のための要求といわゆる安全の確保と言う要求の狭間にあって、一般人には理解が困難な設計や運転法が、原子力の活用において求められてきた。このような要求の調和を実現している現状の原子力発電システムに対しての、一般人の不理解（その理解のための教育や理解しようとする意思の高揚の不足もある、また意図的に原子力の本質に誤解を与えようとする人達がいるためであるが）は、これを放置すれば、エネルギー資源に乏しい日本において、あるべき原子力利用の将来に悲劇的な結果をもって波及する恐れがある。
【００２６】
この状態を解決する手段としては、今すぐには完全な実現が容易ではないが、近い将来をも視野に入れれば、一般人にも現実性を持って、原子力の本質への理解を増長できる提案が必要とされる。その一つとして、本発明が有用である。
この原子力利用システム（本発明）は、人間社会でのあらゆる文明活動において必要とみなされる、あらゆるエネルギー形態に対して、原子力が根幹のエネルギー供給源となる可能性を実際的に示すものであり、しかも、このようなシステム体系では、今日の地球環境問題で削減が求められている温暖化ガス（炭酸ガス）は一切発生しないことの可能性も存在することを提示しているから、一般人にも理解と協力が容易に求められるようになる。
原子力利用において発生が避けられない放射性廃棄物に対して、その利用法の開発や処分・管理について現状かそれ以上の推進が望まれるのは当然である。この分野についての一般人の理解促進にも、同じく原子力利用の「輝く未来や期待と可能性」への一般人の理解が先行すべきであるから、本発明はこの意味でも重要である。
【００２７】
さらに、いわゆる安全問題についても一般人の理解が得られる故に、原子力利用の将来に大きな待望の展開が容易になり、増殖炉やプルトニュムの重要性にも一般人の理解が得られる。大げさに言えば、国家エネルギー保障においても今後注力すべきポイントを一般人に明らかにして、全社会的に必然の効果的な投資と機器システム実現化が推進、促進されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】将来型原子力利用システム（水素時代の原子力利用システム）
【符号の説明】
０１  ．．．．．．．  （水素生成の）原料（原子炉冷却材でもあることが望ましい）
０２．．．．．．．    原子炉（水素生成を主目的に設計される）
０３．．．．．．．    水素（の分離と不純物除去の装置）
０４．．．．．．．    水素貯蔵システム（電力の蓄備効果もある）
０５．．．．．．．    水素搬送（水素利用者への水素供給のシステム）
０６．．．．．．．    水素の活用システム（電力や動力の生成）
０７．．．．．．．    電気・動力（利用するシステム）
０８．．．．．．．    蓄電（余剰の電気は蓄電しておく）
０９．．．．．．．    水電解（余剰の電気で水を電解し水素を生成）
１０．．．．．．．    発電（高温ガスや蒸気を利用して発電する）
１１．．．．．．．    燃料電池（原子炉に近接して用いる燃料電池）
【図１】
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