JP6311089B2 - 廃炉または運転休止中の原子力発電所の圧縮空気発電方法 - Google Patents
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Description
水素燃焼の廃熱でボイラーの中を循環する水を熱し、ここで作られた水蒸気で原発用タービンに連動した発電機を回転させ電力を得るのである。水蒸気タービンを回した後の水蒸気は復水器において細管の中を環流する海水で冷却され、水になってボイラーに戻る。一方、細管を出た高温海水は電気分解工場で減圧蒸留され、真水と濃縮海水として分離回収。この濃縮海水を水溶液電気分解して、苛性ソーダを製造する。水素発生装置でも副産物として苛性ソーダが生成されるため、これら苛性ソーダは苛性ソーダ貯蔵庫に貯蔵された後、余剰電力で溶融塩電気分解を行い、ナトリウムを再生産し発電用“水素の元”を製造する。そして、原発が繋ぎ期間を全うする2025年頃にはタービンの耐熱材料も開発され、2,000℃以上、いや2,500℃に近い温度での発電も可能に成っているかもしれない。
さらに廃炉または運転休止中の原子力発電所を圧縮空気で駆動することは、核燃料でも化石燃料でもない発電方法であり、しかも廃炉後の原子力発電所を再生させる方法でもあり
産業に貢献すると考える。
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から復水器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を環流した冷たい海水(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。これら復水器内の海水冷却用細管を上下細管に2分して金属ナトリウムを製造する施設は無人島または孤島、島嶼または船舶にも適用することができる。
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復水器2に導入され、復水器2の中で冷却されて水に変換された後、復水器の出口3から出て、夫々の発熱源18に戻る。一方、復水器の中に冷却水として海水を環流される冷却用細管系統が、冷却水の温度により復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を環流する冷却海水は冷却のみの目的として復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を環流した温海水は、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。
さらに全く冷却水を使わない発電方式として原子力発電所の水蒸気タービンを風力で得られた圧縮空気で駆動することは、核燃料や化石燃料に頼らない発電として、とくに廃炉後の原子力発電所の水蒸気タービンや発電機を再利用するため、産業に貢献すると考える。
2 開復水器
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 圧縮空気貯蔵庫容器(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
48 熱電子半導体温度差発電管
49 熱電子発電素子(ゼーベック素子)
50 表層海水(冷却)
51 熱電子半導体温度差発電管排水出口
Claims (1)
- プロペラ型風車の回転軸と連動したナセル内の空気コンプレッサーで作られた圧縮空気を、風車のタワー内部に備えた圧縮空気貯蔵容器に蓄圧する風力エネルギー貯蔵システム装置において、洋上若しくは沿岸又は陸上に設けた100基以上の該プロペラ型風車からなる該風力エネルギー貯蔵システム装置から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廃炉後の原子力発電所の水蒸気タービンと発電機を再利用して稼動させて電力を得ることを特徴とする圧縮空気発電方法。
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