(57)【要約】【課題】原発1基で100万kWの電力を得るためには1日東京ドーム5杯分の海水を7℃上昇させて海洋放棄する。この大量の高温水が魚貝類や気象に与える影響は計り知れないし、豊富な蓄熱された媒体を利用しないのも非経済的である。そこで、冷却効果は維持しながら、廃水海水に蓄熱されたエネルギーを利用して、化石燃料の代替エネルギーと成る金属ナトリウムの製造を行うことが、本発明が解決しようとする課題である。【解決手段】 冷却海水が貫流する腹水器の中の細管を上部と下部の2系統に分け、上部細管中を流れる塩水の速度を遅くして海水への蓄熱量を多くして高温海水を作り蒸留水と濃縮塩水とを効率良く回収する。他方、下部細管では流れる海水の速度を早くして循環排水量を多くして効率の良い冷却を行い海洋放棄する。これにより腹水器の役目と資源回収の役目を同時に満たすことができる。 【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉又は火力発電用ボイラーからの熱源により得られた水蒸気若しくは加圧水型原子炉の水蒸気発生器から発生した水蒸気を発電用タービンに還流させ、タービンを回転させ電力を得る手段において、タービンを回転させた後、腹水器内で水蒸気を水に還元させる機能において、腹水器内で冷却水としての海水が還流される冷却用細管系統が、冷却水の温度により腹水器内略中央部上下で低温冷却水が移送される下部細管部と高温冷却水が移送される上部細管部に二分割させ、前記下部細管部を貫流する冷却海水は冷却のみの目的に供し、腹水器内での使用後は排水とし、前記上部細管部を貫流される温海水は、50℃-100℃に冷却された温塩水を多段式フラッシュ蒸留缶に移送し、ここで得られた濃縮塩水を電気分解工場に移送し、該電気分解工場で苛性ソーダ及び金属ナトリウムを得ることを特徴とする腹水器内の細管系統を二分割させ細管内を貫流させる海水冷却水の利用方法。
【請求項２】
前記腹水器内に敷設された冷却水貫流用の細管若しくは水蒸気発生機器内の細管の損傷を修復する手段が前記腹水器若しくは前記水蒸気発生機器の外壁の任意の位置に設けたNd・YAGレーザー光が透過する合成石英ガラスからなるレーザー入射窓からNd・ＹＡＧレーザー光を腹水器内部若しくは水蒸気発生内部の細管の損傷箇所に集光照射可能とする任意の位置及び角度、かつ、複数の損傷箇所に万遍なくNd・YAGレーザー光が照射するように煽り可能な複数個の水中溶接用反射鏡または凹面鏡を配備させ、該水中溶接用反射鏡のNd・YAGレーザー光が反射する反射鏡表面は、シリコーンオイル光酸化膜で被覆されたことを特徴とする腹水器内又は加圧水型原子炉の水蒸気発生器に配備されることを特徴とする損傷した細管のNd・YAGレーザー光による修復方法。
【請求項３】
火力発電又は原子力発電において貫流する冷却水を必要としない発電手段が、発電機と直結したタービンを回転させる駆動力となる圧縮空気を得る手段で、予め洋上若しくは沿岸又は陸上に設けられた複数基からなる風車タワー部の風車の回転と連動させたナセル部で圧縮された空気をタワー内部の圧縮空気タンクに導き、夫々の風車タワーの圧縮空気タンクからの圧縮空気を圧縮空気輸送配管で一堂に集め、集められた圧縮空気で該タービンを回転させることを特徴とする圧縮空気により電力を得る方法。
【請求項４】
前記請求項1記載の腹水器内の温塩水を更に濃縮塩水とし、電解工場に移送し、得られた副産物としての金属ナトリウムは、備蓄用として火力発電所に移送され、電力消費量の多い時に火力発電所において水素燃焼方式による発電に供することを特徴とする請求項1の腹水器内貫流冷却用海水を電解工場において利用したことを特徴とする金属ナトリウムにより電力を得る方法。
【請求項５】
原子力発電において原子炉の運転停止時、定期点検時及び／又は収束時に原子炉の代替可能となる電力量を得る装置が、水蒸気となる熱源を獲得し、かつ、発電用タービンの回転数を稼動時と同一又はそれ以上の回転数に維持させる機能を有し、請求項4記載の備蓄用金属ナトリウムを水素発生容器内で真水を滴下させ、容器上部から発生した水素を燃料に伴うガス圧でガスタービンを、同時に水素燃焼エネルギーによりボイラーで高温・高圧の水蒸気を発生させた水蒸気で蒸気タービンを、夫々回転させたガス圧と水蒸気圧の両方で駆動するコンバインドサイクル発電により発電機と直結したタービンの回転軸を回転させることにより原子炉による発電量と同一量あるいはそれ以上の電力を得ることを特徴とする水素燃焼方式による発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
原発の温排海水を利用して金属ナトリウムを分離回収する方法に関する。    
【背景技術】
【０００２】
我が国の原発や火力発電所は沿岸に設備されている。理由は、海水を冷却水として使うからである。その量は“超莫大”で、原発1基（100万kW）あたり、1秒間に70トン、1日で東京ドーム約5杯分である。火力発電所でも1秒間に40万トン必要である。これら発電所で冷却水としてくみ上げた海水が約７℃上昇したのち海に戻される。この排海水に蓄熱されたエネルギーの有効利用が必要であることは勿論であるが、休み無く莫大な量の高温水が海に戻されることは、海の生態系や地球の温暖化に重大な影響を与えていると考える。
【０００３】
温排水の熱を直接利用する試みとして、株式会社日立エンジニアリングサービスの金子らは特許文献１「発電所の融雪装置」（特許公開２００３−３２８３０９）において、発電施設から出る温排水を、海水ポンプで、発電所施設内に敷設された融雪配管に圧送して除雪を行うことを開示している。鹿島建設株式会社の小山らは特許文献２「土壌加温緑化法」（特許公開平１０−２９５−１９７）において、非透水性の断熱性発泡資材で囲まれた植栽エリア内の下層部を廃熱水を循環させて、土壌を加温することにより、冬季の公園やグリーンベルト、花壇、屋上、水辺などを緑化することが開示されている。株式会社日立製作所の千野らは特許文献３「凝縮器」（特許公開平５−６４７０３）において、発電所の腹水器からの温排水を減圧して凝縮させ、純水製造する方法を開示している。株式会社東芝の伊藤らは特許文献４「養殖システム」（特許公開２００３−２８４４４９）において、原発の腹水器からの温排水で、別途汲みあげた海洋深層水を加温して、海洋水産物を養殖育成することを開示している。株式会社東芝の伊藤らは特許文献５「風力発電プラント」（特許公開２００４−４４５０８）において、原子力発電プラントの外部電源が喪失した場合にも、風力発電を非常用電源として機能させることが開示されている。本願発明者は、特許文献６「オンサイト統合工場」（WO 2008/142995）および非特許文献１「“風力よ”エタノール化からトウモロコシを救え＜風力発電による海洋資源回収と洋上工場」と非特許文献２の「Climate Change and sustainable Development (第19章)」において、海水から化石燃料の代替エネルギー源としての金属ナトリウムを回収する製造工程で、真水、塩酸、硫酸、マグネシウムを副産物として得、かつ主製造物の金属ナトリウムに水を注ぎ、発生させた水素で、水素燃焼発電を行い、この加水分解で生成する副産物の苛性ソーダを化学工業薬品とし、あるいはこの苛性ソーダを再度溶融塩電気分解してナトリウムを再生産することにより、核燃料サイクルと同じように燃料の再供給の必要が無い、水素/ナトリウム燃料サイクルについて開示している。
【０００４】
原子炉内の補修に水中溶接に関し、株式会社東芝の岡田らは特許文献７「遠隔溶接装置および遠隔溶接方法」（特許公開２０１１−８５５０８）において、原子炉のような人の立ち入りが困難で複雑な場所に設置された炉内構造物に対して水中作業を行うことが開示されている。石川島播磨重工業株式会社の佐藤らは特許文献８「水中溶接装置」（特許公開平１１−２１６５８６）において、原子炉圧力容器内壁面を遠隔操作で水中溶接する装置を開示している。レーザーを用いた原子炉内での水中溶接に関しては、株式会社東芝の牧野らは特許文献９「ジェットポンプ計測配管の水中レーザー溶接補修方法およびレーザー溶接装置」（特許公開２００４−２０９５１５）において、レーザー光を原子炉内配管の周方向に照射して水中溶接する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】「発電所の融雪装置」（特許公開２００３−３２８３０９）
【特許文献２】「土壌加温緑化法」（特許公開平１０−２９５−１９７）
【特許文献３】「凝縮器」（特許公開平５−６４７０３）
【特許文献４】「養殖システム」（特許公開２００３−２８４４４９）
【特許文献５】「風力発電プラント」（特許公開２００４−４４５０８）
【特許文献６】「オンサイト統合工場」（WO 2008/142995）
【特許文献７】「遠隔溶接装置および遠隔溶接方法」（特許公開２０１１−８５５０８）
【特許文献８】「水中溶接装置」（特許公開平１１−２１６５８６）
【特許文献９】「ジェットポンプ計測配管の水中レーザー溶接補修方法およびレーザー溶接装置」
【特許文献１０】「深海資源掘削・回収統合工場」（特許公開２０１０−１８０５２８）
【特許文献１１】「光学材料のガラスコーティング方法」（特願2003-298124）、
【特許文献１２】「透明光酸化層薄膜形成方法」（特願2009-256644）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】村原正隆・関和市  「“風力よ”エタノール化からトウモロコシを救え」パワー社出版（２００７年１２月発行）
【非特許文献２】「Climate Change and sustainable Development (Chapter 19)」Edited by Ruth A. Reck, Ph.D. , Linton Atlantic Books, Ltd.（２０１０年３月発行）
【非特許文献３】村原正隆「Hard protective waterproof coating for high powe laser optical elements」Opticals Letters, 30(24),3416-3418 (2005)
【非特許文献４】村原正隆「石英ガラス室温で接着」（日経産業新聞  2005年4月4日）
【非特許文献５】村原正隆「エキシマランプを用いた石英ガラスの室温接着と    コーティング」セラミック、41[6]、440-443(2006)
【非特許文献６】村原正隆「紫外線レーザーやランプによる光表面改質」光アライアンス；Vol.22(8) 19-26頁(2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
1基の発電機で100万kWの電力を得るために必要とする海水量は、原発で70トン/秒、火力発電で40トン/秒。したがって、原発では1日約600万トンは東京ドーム5杯分、火力発電所の346万トンは東京ドームの3杯分に相当する。しかもその廃水に蓄熱された温度は7℃以上。この大量な高温水が魚貝類や気象に与える影響は計り知れないし、豊富な蓄熱された媒体を利用しないのも非経済的である。本発明が解決しようとすることは、廃水量を減らし、かつ廃水温度を下げ、しかも廃水海水に蓄熱されたエネルギーを化石燃料の代替エネルギーと成る金属ナトリウム製造に利用することである。
【０００８】
原発1基から廃出される温熱海水は、1日600トンあり、その排水には760万キロカロリーの熱エネルギーが蓄熱されている。この熱を利用しなければならない。さらに、600トンの海水には、単純計算すると真水540万トン、ナトリウム6.5万トン、硫酸1.7万トン、マグネシウム7.7千トンが含まれている。この温排水のエネルギーを有効利用して、金属ナトリウムを製造することが本発明の最大の課題である。金属ナトリウムは水を注げば瞬時に大量の水素を発生する固体であるから、本願発明では“水素の元”と命名する。この水素の元を原発や火力発電から廃棄される海水から製造し、この水素の元を火力発電所で水素燃焼発電に供することにより海に廃棄する温排水を極減させ、かつそれを電力エネルギーである“水素の元”を低価格で生産しなければならない。
【０００９】
原発の場合には、地震の振動で冷却管に亀裂ができ放射能が海に流失する危険性がある。原発の心臓は原子炉内の核燃料。この核燃料は2000℃以上の熱を出して暴走する。この暴走エネルギーは、1秒間に約3トンの水を沸騰させるエネルギーを持っている。そこで暴走を抑制するために、核燃料に直接、約300トンの軽水（真水：1次冷却水）を接触させて、熱を奪い、核燃料表面の温度を約300℃に保つ。同時に、吸熱して高温高圧に成った軽水（水蒸気）で原子炉外の発電用タービンを回転させた後、水蒸気を腹水器の中に張り巡らされた細管の中に冷却水（2次冷却水）を通す。この細管は直径2cmのパイプが1万本も連結され、その中を高圧海水が1秒間に約70トン流れる。火力発電の場合でもボイラーで得られた水蒸気でタービンを回転させた後、腹水するのに1秒間に約40トンの海水が必要である。この冷却のための細管の数は約1万本である。地震の振動で、その内1本でも亀裂が入ると原発では放射能の汚染水が海水に漏洩する。もしここで海水注入を止めると、原子炉の暴走が始まる。この細管の亀裂を未然に発見し、軽水中で補修することが必要である。
【００１０】
温排水を海に大量に放水すことは、生物環境や地球の温暖化に重大な影響を与える。もし冷却水を全く使わない発電方式があれば、停止中の原子力発電や火力発電の水蒸気タービンを回転させて連動した発電機で電力発生させることができる。圧縮空気でタービンを回転させる方法も選択肢の一つである。再生可能エネルギーで圧縮空気を作るには、風力発電装置を利用することが最も簡便な方法であると考える。本願発明者の村原は特許文献１０「深海資源掘削・回収統合工場」（特許公開２０１０−１８０５２８）において、ナセル内に設置したコンプレッサーで圧搾空気を作りタワーに蓄圧し、これを集めて発電する方法が開示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
海水を濃縮し、食塩を30％にすると水溶液電気分解で苛性ソーダを製造することができる。このためには腹水器からの温排水の温度を100℃にすれば、減圧せずに蒸留水を回収し、かつ高濃度の濃縮塩を回収することができる。一般に海水を煮詰めると108℃で硫酸カルシウムの析出が始まり、180℃で塩が析出し、塩化マグネシウムがろ液として分離できる。したがって、温排水の温度を100℃にすれば海水中の水は蒸留水として、食塩は濃縮食塩として別途エネルギーを使わずに回収ができる。一方、腹水器のタービン側では水蒸気の圧力は70気圧で温度は280℃であるが、腹水器を出て原子炉に戻る水の気圧は極端に低く、温度は50℃以下である。したがって、腹水器の下部の出口では温度を下げる必要がる。そこで本発明では、腹水器内の海水冷却管を上部と下部に分割して、上部を高温域、下部を低温域として、それぞれ別系統とし、上部と下部の入り口からは海から汲み上げた海水を入れるが、夫々の出口の温排水の利用法が異なる。上部の出口から出た温排水は、その蓄熱温度を利用して蒸留水と濃縮塩水を効率良く回収する冷却水管であり、下部の出口から出た排水は海に戻される。このように冷却管を2系統に分ける事により、上部細管中を流れる塩水の速度を遅くして海水への蓄熱量を多くして高温海水を作り、下部細管中を流れる海水の速度を早くして循環排水量を多くして効率の良い冷却を行う。
【００１２】
とくにこの細管内部には高い水圧がかっている溜め、亀裂の発生が懸念される。従って、この亀裂が誘因する事故を未然に防止するためには、冷却水を抜き、溶接補修しなければならない。しかし、冷却水をその都度抜いて、溶接作業をやることは時間の浪費だ。そこ腹水器の外からレーザー光を入射して、細管を水中溶接すれば遠隔操作での溶接ができると考える。ただし高温水中で耐性を持つレーザー反射鏡は市販されていない。そこで本願発明者村原による特許文献１１「光学材料のガラスコーティング方法」（特願2003-298124）、特許文献１２「透明光酸化層薄膜形成方法」（特願2009-256644）、非特許文献３「Hard protective waterproof coating for high power laser optical elements」Opticals Letters, 30(24),3416-3418 (2005)、非特許文献４「石英ガラス室温で接着」（日経産業新聞  2005年4月4日）、非特許文献５「エキシマランプを用いた石英ガラスの室温接着とコーティング」セラミック、41[6]、440-443(2006)、非特許文献６「紫外線レーザーやランプによる光表面改質」光アライアンス；Vol.22(8) 19-26頁(2011)に開示してあるシリコーンオイルの光酸化を利用した膜を施した鏡を用いれば水中溶接が可能になる。
【００１３】
風は、向や速度が絶えず変わり風車の回転も変わり、必然的に発電電力は波打つ。従来、風車タワー上部のナセル内に設置していた発電機を地上に降ろし、その代りに周囲の空気を圧縮して体積を小さくするための圧縮装置（コンプレッサー）を取り付ける。そして、従来空洞だったタワー（塔）内部を圧縮空気貯蔵容器（タンク）に置き換え、圧縮空気を貯蔵すれば、風車の回転エネルギーを圧縮空気の形で長時間、保存できる。そして、電力の需要時に、圧縮空気は輸送配管で原発や火力発電所のタービンを回転させて発電を行うことができる。
【００１４】
請求項1に記載の発明は、沸騰水型原子炉の燃料棒又は火力発電用ボイラーで発生した熱により得られた水蒸気、または加圧水型原子炉の水蒸気発生器から発生した水蒸気は、発電用タービンを回転させた後、水蒸気を水に戻す役割を持つ腹水器に導入され、腹水器の中で冷却されて水に変換された後、腹水器の出口から出て、夫々の発熱源に戻る。一般に、
水が100℃で気体に成ると体積は約1200倍膨張し、さらに高温になれば、さらに膨張する。ところが、その水蒸気を100℃以下に冷やせば水に変わり、体積は1/1200以下に戻る。この気圧差がタービンを回し、その水蒸気が水に戻った後、原子炉やボイラーに戻します。このタービンは1個で約100万kWの電力を生み出します。このタービンを回すための水蒸気は、「液体＋熱→水蒸気→タービンの回転運動に変換→水蒸気＋冷却→液体」を繰り返すのが1次冷却水です。この「“＋熱”」が燃料棒やボイラーで、「“＋冷却”」が腹水器（2次冷却水）が担っています。この２次冷却水に海水を用いるため日本の原発や火力発電所は海岸に隣接しています。本発明はこの腹水器の中に冷却水として海水を貫流される冷却用細管系統が、冷却水の温度により腹水器内の中央部上下で低温冷却水が移送される下部細管部と高温冷却水が移送される上部細管部に二分割させた位置に設備され、下部細管部を貫流する冷却海水は冷却のみの目的に供し、腹水器内での使用後は排水として海に放水します。  一方、上部細管部を貫流される温海水は、50℃-100℃に蓄熱された後、多段式フラッシュ蒸留缶で減圧蒸留して蒸留水と、濃縮海水に分離回収し、回収された濃縮塩水からCa分を分離する目的で、蓚酸ソーダ((COONa)2)あるいは蓚酸((COOH)2)を注ぎ、蓚酸カルシウム（CaC2O4）として沈殿除去する。Ca分が除去された濾液からマグネシウム(Mg)を遊離させるために苛性ソーダ(NaOH)を注ぎ、水酸化マグネシウム((Mg(OH)2)を沈殿除去する。これに塩酸(HCl)を注ぎ塩化マグネシウム(MgCl2)にした後、熔融塩電気分解を行い、マグネシウム(Mg)を製造する。一方、脱マグネシウムされた濾液の中から硫酸(H2SO4)を取り出すために、その濾液を塩酸(HCl)で中和し、イオン交換膜法（電気透析）により透過分離する。ここで30％まで濃縮された濃縮海水を水溶液電気分解を行い、苛性ソーダ(NaOH)を製造する。この苛性ソーダの大部分は、さらに熔融塩電気分解を行い、ナトリウム(Na)を製造する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、原子力発電又は火力発電用腹水器内に敷設された冷却水貫流用の細管若しくは加圧水型原発の水蒸気発生機器内の細管に亀裂が生じた際に、軽水中または水中でレーザーを用いて水中溶接を行い、亀裂部の損傷を修復するもので、被修復細管が格納されている腹水器や水蒸気発生装置外壁にNd/YAGレーザー光を導入する合成石英ガラス製入射窓を固着し、腹水器や水蒸気発生装置の内部の軽水又は水の中にはレーザー光を任意の場所に走査可能な反射鏡又は被溶接部分にレーザー光を集光できる凹面鏡を配置して、複数の損傷箇所に万遍なくNd・YAGレーザー光を走査・集光できるように煽り可能な複数個の水中溶接用反射鏡を配備させ、該水中溶接用反射鏡のYAGレーザー光が反射する反射鏡又は凹面鏡の表面は、シリコーンオイル光酸化させた石英ガラス膜で被覆されて耐水・耐熱性を持つ保護膜を備えた腹水器内又は加圧水型原子炉の水蒸気発生器に配備された光学系を有する損傷した細管の修復方法に関するものである。
【００１６】
請求３に記載の発明は、火力発電又は原子力発電において冷却水を必要としない発電手段として、発電機と直結したタービンを回転させる駆動力が圧縮空気であり、その圧縮空気を得る手段が、複数の風車で得られた圧縮空気を用いている。従来の風力発電施設は1基につき発電機1基が常識であった。しかも発電機は風車タワーの最上部のナセル内に備えられていた。この発電機を全てコンプレッサーに替え、風力による回転エネルギーを圧縮空気に変換し、体積を小さくしてタワー内部の圧縮空気タンクに貯蔵する。これらの風車群を洋上、沿岸又は陸上に設け、それら複数基からなる風車タワー内部の圧縮空気タンクからの圧縮空気を圧縮空気輸送配管で一堂に集め、集められた圧縮空気で原子力又火力発電用タービンを回転させて電力を得る方法である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、腹水器内の温塩水から得られた濃縮塩水を水溶液電気分解して水酸化ナトリウムを製造し、これをさらに溶融塩電気分解して金属ナトリウムを製造し、これを備蓄して、電力消費量の多い時に火力発電所において水素燃焼方式による発電に供する方法に関するものである。すなわち揚水発電の代替案である。従って、原発で得られた電力の一部は現地でナトリウムを製造し、国産ナトリウムを火力発電所用燃料として備蓄することが地域の活性化に直接役立つと考える。さらに、一般に原発は夜間には必要も無い電力を作り、電力需要が少ない23時から7時までの8時間に、1基当たり東京ドーム1.5杯分の温排水を海に流し、周囲の海水温度を7〜10℃上昇させている。さらにこの原発で得た電力を首都圏まで約200 km輸送し、その電力をさらに約100 km遠方の揚水発電所まで輸送して揚水発電を行っている。しかし、その送電ロスは9.6%に及ぶ。これが、送電線から熱として放出され、“大気を暖める”だけではなく、同時に原発からの温排水は“海水をも温め”、地球の温暖化の一因を作っていることは申し開きができない事実である。そこで、せめても、必要も無い時期の発電分だけは、原発発電所に隣接したナトリウム製造工場で、温排水と電力を用い、“揚水発電ならぬナトリウム製造”を行えば、一石二鳥であるというのが本請求項の骨子である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、原子力発電において原子炉の運転停止時、定期点検時及び／又は収束時に原子炉の代替可能となる電力量を得るために、原子炉建屋に隣接して、耐熱温度が1,700℃以上のタービンを有する建屋を建設し、備蓄金属ナトリウムに真水を滴下して発生した水素を燃料にしたコンバインドサイクル発電方式による水素燃焼発電を行うものである。一般に、原発の発電機と火力発電所の発電機は回転子の極の数が異なり、原発では4極、火力発電用発電機は2極である。したがって、火力発電では原発の2倍の回転数が必要になる。さらに、火力発電では、回転数を2倍にするために、タービンの耐熱温度も、耐圧気圧も高くしなければならない。したがって、それらの諸条件を総合的に判断し、かつ改良を加え、原発の熱効率の30%の2倍以上の60％で運転する。原発1基の出力は100万kW、沸騰水型軽水炉では原子炉内の約300トンの水が、約70気圧、280℃で暖められ、直接タービンに送られる。一方、加圧水型軽水炉では350トンの水が、一旦約160気圧、320℃で蒸気発生器に入り、そこで熱交換が行われ、約60気圧、280℃の水蒸気になって間接的にタービンに送られる。したがって、いずれの方式の原子炉においても、温度は280℃で60から70気圧の水蒸気により発電用タービンを高速回転させる。ここで必要な回転数は、発電周波数が50Hzの地域では1分間に1,500回転、60Hzでは1,800回転である。火力発電用タービン発電機の回転数は、発電周波数が50Hzの地域では1分間に3,000回転、60Hzでは3,600回転である。この高速回転を得るために、石炭火力発電用水蒸気の温度は、原発の約2倍の600℃、気圧は約4倍の250気圧だ。したがって、火力発電の効率は温度が高い分だけ高くなり、原発の効率が30％と低いのに対し、火力では50％と高い。一般に水蒸気の温度が高くなれば水蒸気圧も上がる。しかし原発では、炉心の安全を考慮すると、280℃が限界だ。ところが火力発電では、燃焼温度が高くなれば成るほど効率が上がる。液化天然ガス（LNG）火力発電所のコンバインドサイクル発電方式の中部電力川越火力発電所の4号機の熱効率は48.5%で、1基で原発1基の出力100万kW以上の170.1万kWを出力している。  このように燃焼温度によって、熱効率は高くなり、1100℃で43〜50%、1500℃で53〜60％です。ここで、燃料をLNGから水素に替えれば1700℃で熱効率60%以上が期待できる。 
【発明の効果】
【００１９】
上記のように、本発明によれば、原子力発電や火力発電で冷却のために汲み上げた海水の有効利用の方法として、海に戻される莫大な量の温熱海水に蓄熱された熱エネルギーを廃熱すること無く、その熱で蒸留水と濃縮海水を回収し、その濃縮海水を、発電で得られた電力を用い、電気分解して、化石燃料の代替エネルギーと成り得る金属ナトリウムを製造することができる。そして金属ナトリウムを備蓄して、火力発電所で加水分解により発生させた水素で水素燃焼発電を行い、廃棄物として得られる苛性ソーダは化学工業用薬品として供給する。さらに金属ナトリウム製造過程で得られる副産物の真水、塩酸、硫酸、マグネシウムは従来大電力を用いて製造していた製品である。これが只同然で得られるのだから経済効果大である。とくに海水の濃縮物から得られる金属ナトリウムは石油の代替エネルギーとして、枯渇の心配もなく、地域偏存も無いエネルギー資源として、資源戦争の無い世界建設に貢献すると考える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】腹水器内で冷却海水が貫流する上部細管（真水・濃縮海水回収用）と下部細管（冷却に特化した海水還流用）の2組の冷却用細管系統概略図(請求項1の説明図)。
【図２】原発の電力で、ナトリウムを製造し、火力発電所用燃料として備蓄する構想図  (請求項１及び請求項４の説明図)。
【図３】冷却水用細管のレーザー水中溶接と軽水中の耐水・耐熱性反射鏡の外略図である（請求項2の説明図）。
【図４】風車頭部（ナセル）から発電機を外し、圧縮空気コンプレッサーに替えた風力エネルギー貯蔵システム概念図（請求項３の説明図）。
【図５】風力・圧縮空気発電所構想概念図 （請求項３の説明図）。
【図６】原子炉およびタービンを止め、水素燃焼タービンに交換して水蒸気の温度を6倍の1,700℃にして、現有原発発電効率を2倍以上の「水素燃焼コンバインドサイクル発電」として生まれ変わらせる構想概念図である（請求項５の説明図）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の効果的な実施の形態を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
図1は腹水器内で冷却海水が貫流する上部細管（真水・濃縮海水回収用）と下部細管（冷却に特化した海水還流用）の2組の冷却用細管系統概略図である (請求項1の説明図)。
本願発明は、沸騰水型原子炉の燃料棒又は火力発電用ボイラーで発生した熱により得られた水蒸気、または加圧水型原子炉の水蒸気発生器から発生した水蒸気は、発電用タービンを回転後、水蒸気入り口１から腹水器２に入り低温水出口３から出て、夫々の発熱源に戻る1次冷却水４のループと、海から汲みあげた海水（2次冷却水）５は上部細管６と下部細管７の2方向に分かれ、下部細管7を貫流した冷たい海水（2次冷却水）５は温排水８となり海に放水される。他方、真水と濃縮海水を回収するための海水（2次冷却水）５は上部細管６に入る前に、フラッシュ減圧蒸留缶９の中の凝縮用コイル10を通り、上部細管６に入り、1次冷却水４で加熱され50〜100℃の高温海水11に蓄熱されてフラッシュ減圧蒸留缶９に入る。このフラッシュ減圧蒸留缶９は、高温海水11の温度に応じた飽和水蒸気圧に対応し減圧され、50℃では100mmHg、80℃では350mmHg、90℃では510mmHg、100℃では760mmHg(1気圧)の気圧で発生した水蒸気（濃縮塩水からの水蒸気）12はコイル10で冷却され、凝縮して露結した蒸留水13は真水受け皿14で集められ真水回収容器15に回収される。一方減圧蒸留により脱水された高温海水11は約20〜30%の高濃度濃縮塩水16になり、電気分解工場17に送られる。この20〜30%濃縮塩水は脱Ca,脱Mg,イオン交換膜で硫酸分離後、30%塩水を水溶液電気分解し、苛性ソーダを製造し、この苛性ソーダを熔融塩電気分解してナトリウム22を製造する。
【００２３】
図２は原発の電力で、ナトリウムを製造し、火力発電所用燃料として備蓄する構想図である(請求項1及び請求項4の説明図)。
本願発明は沸騰水型原子炉18の燃料棒19又は火力発電用ボイラーで発生した熱により得られた水蒸気１、または加圧水型原子炉の水蒸気発生器から発生した水蒸気１は、発電用タービン20を回転させて発電機21を回した後、水蒸気４を水に戻す役割を持つ腹水器２に導入され、腹水器２の中で冷却されて水に変換された後、腹水器の出口３から出て、夫々の発熱源18に戻る。一方、腹水器の中に冷却水として海水を貫流される冷却用細管系統が、冷却水の温度により腹水器内の中央部上下で低温冷却水が移送される下部配管７と高温冷却水が移送される上部細管６に二分割させた位置に設備し、下部細管７を貫流する冷却海水は冷却のみの目的として腹水器内で熱交換されて蓄熱された温排水８は海に放水する。  一方、上部細管６を貫流した温海水は、50℃-100℃に蓄熱された後、多段式フラッシュ蒸留缶で減圧蒸留して蒸留水と、濃縮海水に分離回収し、回収された濃縮塩水16は電気分解工場17に送られ、そこでCa分を分離する目的で、蓚酸ソーダ((COONa)2)あるいは蓚酸((COOH)2)を注ぎ、蓚酸カルシウム（CaC2O4）として沈殿除去する。Ca分が除去された濾液からマグネシウム(Mg)を遊離させるために苛性ソーダ(NaOH)を注ぎ、水酸化マグネシウム((Mg(OH)2)を沈殿除去する。これに塩酸(HCl)を注ぎ塩化マグネシウム(MgCl2)にした後、熔融塩電気分解を行い、マグネシウム(Mg)を製造する。一方、脱マグネシウムされた濾液の中から硫酸(H2SO4)を取り出すために、その濾液を塩酸(HCl)で中和し、イオン交換膜法（電気透析）により透過分離する。ここで30％まで濃縮された濃縮海水を水溶液電気分解を行い、苛性ソーダ(NaOH)を製造する。この苛性ソーダの大部分は、さらに熔融塩電気分解を行い、金属ナトリウム(Na)22を製造して備蓄し、火力発電所に送る。
【００２４】
図３は冷却水用配管のレーザー水中溶接と軽水中の耐水・耐熱性反射鏡の外略図である（請求項2の説明図）。原子力発電又は火力発電用腹水器内２に敷設された冷却水貫流用の細管６，７若しくは加圧水型原発の水蒸気発生機器内の細管に亀裂が生じた際に、軽水４中または水中で、Nd・YAGレーザー23を用いて水中溶接を行い、亀裂部25の損傷を修復するもので、被修復細管が格納されている腹水器２や水蒸気発生装置外壁にNd/YAGレーザー光23を導入する合成石英ガラス製入射窓24を装着し、腹水器２や水蒸気発生装置の内部の軽水４又は水の中にはレーザー光を任意の場所に走査可能な反射鏡26又は被溶接部（亀裂部）25にレーザー光を集光できる凹面鏡26を配置して、複数の損傷箇所（亀裂部）25に万遍なくNd・YAGレーザー光23を走査・集光できるように煽り可能な複数個の水中溶接用反射鏡26を配備させ、その反射鏡26又は凹面鏡26の表面は、シリコーンオイル光酸化させた石英ガラス膜で被覆されて耐水・耐熱性を持つ保護膜を備えた腹水器内又は加圧水型原子炉の水蒸気発生器に配備された光学系を有する損傷した細管の修復方法に関するものである。シリコーンオイルの代表であるジメチルシロキサンシリコーンオイルは天然石英と同じ無機質のシロキサン結合（Si-O-Si）と有機質のメチル基（-CH3）とから成る。図の(A)に示すように、珪素(Si)原子に結合した原子が酸素(O)原子の場合は硬質な石英であり、メチル基の場合は粘性のある油である。このメチル基を紫外線の光化学反応により酸素に置き換えれば有機シリコーンオイルを無機石英ガラスに変質できる。シリコーンオイルを構成するSi-Oの結合エネルギーは802[kJ/mol]でありSi-Cは441[kJ/mol]である。さらにこの吸収スペクトルは300nm以下である。一方紫外線源としてのXe2エキシマランプの波長は157nm（光子エネルギー：693kJ/mol）、あるいはArFエキシマレーザーの波長は193nm（光子エネルギー：617kJ/mol）である。このようにシリコーンオイルも紫外線を吸収し、かつ、Si-C結合を光解離するのに十分な光子エネルギーを持っている。他方 メチル基を構成するC-Hの結合エネルギーは340[kJ/mol]と低いため光解離される。しかしSi-O結合はXe2エキシマランプの光子エネルギーよりも大きいため光解離されない。そこでジメチルシロキサンシリコーンオイルを鏡26に塗布し、空気中でXe2エキシマランプ光を照射すると、表面に吸着した酸素が光照射によって励起され、  O2+hν→O(1D)+O(3P)  のように活性酸素O(1D)を生成する。この活性酸素は光励起されたシリコーンオイルと  [SiO(CH3)2]n+ nO(1D) + hν→(SiO2)n+CO2+H2O  のように反応し、無機ガラスSiO2を形成し、解離したメチル基は残りの酸素と反応してCO2とH2Oを系外に排出する。この光酸化の過程で石英ガラスは無機ガラス化する。 この保護膜は紫外から近赤外線域まで透明で、収縮応力に伴う歪も亀裂の発生もなく、耐熱性、不燃性、耐水性を満し、かつ光散乱も無く、真空紫外線から近赤外線までの全波長を透過するコーティング剤であるため、高温水の中で耐性があり、高温・高圧の水蒸気や熱水中での水中溶接が可能になる。とくにこの細管6,7の内部には高い水圧がかった海水が貫流しているため、この亀裂が誘因する事故を未然に防止するためには、軽水４を抜き、溶接補修するのが従来の方法であるが、軽水４をその都度抜いて、溶接作業をや��ことは時間の浪費だと考える。そこ腹水器２の外部からレーザー光23を入射して、細管６,７の亀裂部25を水中溶接すれば遠隔操作での水中溶接ができると考える。
【００２５】
図４は風車頭部（ナセル）から発電機を外し、圧縮空気コンプレッサーに替えた風力エネルギー貯蔵システム概念図である（請求項３の説明図）。一般に空気は圧縮すると体積が小さくなり大容量を貯蔵でき、圧搾空気を開放すると大出力放出する。正に風力電池（蓄圧）である。空気の取出し口は風車タワー27上部が望ましく、プロペラ型風車28の回転軸29に連動した空気コンプレッサー30を取り付けて、ナセル31内で圧搾空気を製造し、風車タワー27内部の圧搾空気貯蔵庫容器（タンク）32に貯蔵する。この圧縮空気を圧縮空気輸送配管33で圧力調整弁34を介して発電所35内の空気タービン36を回し、発電機37で発電する。
【００２６】
図５は風力・圧縮空気発電所構想概念図である（請求項３の説明図）。洋上若しくは沿岸又は陸上に設けられた複数基(１００基以上)のプロペラ型風車28の圧搾空気貯蔵庫32に蓄圧された圧搾空気は、圧縮空気輸送配管（高圧ホース）33により、原子力発電所や火力発電所の1基の大型空気タービン36に集められ、大型発電機（三相交流）37を回転させて電力を得ることができる。
【００２７】
図６は原子炉およびタービンを止め、水素燃焼タービンに交換して水蒸気の温度を6倍の1,700℃にして、現有原発発電効率を2倍以上の「水素燃焼コンバインドサイクル発電」として生まれ変わらせる構想概念図である（請求項５の説明図）。原子力発電において原子炉の運転停止時、定期点検時及び／又は収束時に原子炉の代替可能となる電力量を得るために、原子炉建屋に隣接して、耐熱温度が1,700℃以上のタービンを有する水素燃焼コンバインドサイクル発電施設38を建設し、水素発生施設39で備蓄金属ナトリウム22に真水40を滴下して発生した水素41を、水素燃焼コンバインドサイクル発電施設38に送り、酸素42と共に燃焼器43で燃焼させる。コンバインドサイクル発電の特徴は、同じ出力の蒸気タービンより始動時間が短く、かつガスタービンの排気からも熱を回収するため、熱効率が高い。燃焼器43で燃焼した水素41と酸素42の高温ガスはガスタービン44を回転させ、同時にボイラー45で作られた水蒸気で水蒸気タービン20を回転させて発電機21を回転させ電力を得る。水蒸気タービン20を回した後の水蒸気は腹水器２において細管６の中を貫流する海水で冷却され、水になってボイラー45に戻る。一方、細管６を出た高温海水11は電気分解工場17で減圧蒸留され、真水、と濃縮海水が回収され、この濃縮海水を水溶液電気分解して、苛性ソーダ46が製造される。他方、水素発生装置で副産物として苛性ソーダ46が生成するが、これら苛性ソーダ46は苛性ソーダ貯蔵庫47に貯蔵され、余剰電力で溶融塩電気分解して金属ナトリウムを製造する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
石油や石炭が燃料として君臨できた理由は、それらが軽く、かつ長期貯蔵や長距離輸送ができたからである。しかし、石油も石炭も可採年数は限られ、しかも二酸化炭素を排出する。これとは対照的に、水素は可採年数が無限で、二酸化炭素を出さず、クリーンで環境にも優しい燃料である。ところが、水素自身は軽いにも拘らず、水素を貯蔵する容器（ボンベ）や吸蔵合金が重過ぎて運搬には不向きである。そこで、“水素”を“水素の元（ナトリウム）”に変換した。このナトリウムは、海水や岩塩として世界中に広く分布し、枯渇の心配も偏存の心配も無い。一方、原子力発電や火力発電では、冷却のために汲み上げた莫大な量の海水が、高温のまま海洋放棄されている。この蓄熱された熱エネルギーを利用し、蒸留水と濃縮海水を回収し、その濃縮海水を、電気分解して、化石燃料の代替エネルギーとしての金属ナトリウムを製造備蓄して、電力需要時に火力発電所で発生させた水素で水素燃焼発電を行う。廃棄物として得られる苛性ソーダは化学工業用薬品として供給する。さらに金属ナトリウム製造過程で得られる副産物の真水、塩酸、硫酸、マグネシウムは従来大電力を用いて製造していた製品である。これが只同然で得られため経済効果大である。とくに海水から得られる金属ナトリウムは石油の代替エネルギーとして、枯渇の心配もなく、地域偏存も無い電力を生み出す資源として、我が国の産業へ多大の貢献ができ
【符号の説明】
【００２９】
１  水蒸気入り口
２  開腹水器 
３  低温水出口
４  夫々の発熱源に戻る1次冷却水
５  海から汲みあげた海水（2次冷却水）
６  上部細管
７  下部細管
８  温排水
９  フラッシュ減圧蒸留缶
１０  凝縮用コイル
１１  50〜100℃の高温海水
１２  水蒸気（濃縮塩水からの水蒸気）
１３  凝縮して露結した蒸留水
１４  真水受け皿
１５  真水回収容器
１６  20〜30%の高濃度濃縮塩水
１７  電気分解工場
１８  原子炉
１９  仰燃料棒
２０  発電用タービン
２１  発電機
２２  金属ナトリウム(Na)
２３  Nd・YAGレーザー
２４  合成石英ガラス製入射窓
２５  亀裂部（被溶接部）
２６  レーザー光を任意の場所に走査可能な反射鏡（集光できる凹面鏡）
２７  風車タワー
２８  プロペラ型風車
２９  回転軸
３０  空気コンプレッサー
３１  ナセル
３２  圧搾空気貯蔵庫容器（タンク）
３３  圧縮空気輸送配管
３４  圧力調整弁
３５  発電所
３６  空気タービン
３７  発電機
３８  水素燃焼コンバインドサイクル発電施設
３９  水素発生施設
４０  真水
４１  水素
４２  酸素
４３  燃焼器
４４  ガスタービン
４５  ボイラー
４６  苛性ソーダ
４７  苛性ソーダ貯蔵庫
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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