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課題

火力発電所では100万kWの電力を得るためには1秒間40トン海水を7℃上昇させて海洋放棄する。この大量の高温水魚貝類気象に与える影響は計り知れないし、豊富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、発電所の約50%に及ぶ廃熱を利用して、化石燃料代替エネルギーと成る金属ナトリウム製造を行うことが、本発明が解決しようとする課題である。

解決手段

冷却海水貫流する復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濃縮塩水とを効率良く回収する。この濃縮海水を発電所の廃熱と余剰電力深夜電力を使って金属ナトリウムを製造し、エネルギー資源を回収することができる。

概要

背景

我が国の原発火力発電所沿岸設備されている。理由は、海水冷却水として使うからである。その量は“超莫大”で、2008年度の統計によると、原子力発電量を除いた火力発電量は1.79億kWすなわち、100万kWの発電機が179基在ることに匹敵する。この火力発電所で冷却水として海水を1秒間に40トン必要であるから、約7,200トン/秒が使われ、1日で約6億トンが海に捨てられていることになる。東京ドーム容積が120万トンであるから、日本中で1日で東京ドーム約500杯分の海水が利用されずに海に捨てられていることに成る。これら火力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。

原子力発電所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循環させて、土壌を加温することにより、冬季公園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、発電所の復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。株式会社東の伊らは特許文献4「養殖システム」(特許公開2003−284449)において、原発の復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外部電源喪失した場合にも、風力発電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。

概要

火力発電所では100万kWの電力を得るためには1秒間40トンの海水を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、発電所の約50%に及ぶ廃熱を利用して、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。冷却海水貫流する復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濃縮塩水とを効率良く回収する。この濃縮海水を発電所の廃熱と余剰電力深夜電力を使って金属ナトリウムを製造し、エネルギー資源を回収することができる。 1

目的

本発明が解決しようとすることは、原子力発電所も火力発電所であるからこれら火力発電所の廃水量を減らし、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

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

火力発電所表面復水器から廃棄される温海水あるいは鉄鋼スラグ中消石灰または貝殻などを、火力発電所のタービン駆動の廃熱または余熱を用いて該温海水に溶存する周期表1属および2属元素から成る金属または水素化金属電解生成するに際し、火力発電所のガスタービン前段を流れる超高温ガスまたは後段から排気される高温ガスあるいは高温鉄鋼スラグなどを巡回パイプ内の熱媒を介して溶融塩電気分解炉を加熱させ、or/and火力発電所の蒸気タービンの後段から排気される中高温ガスを巡回パイプ内の熱媒を介して、海洋塩の脱水分離を行うことを特徴とする廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法

請求項2

請求項1記載の超高温ガスは水素酸素燃焼にかかわる1700℃以上を意味し、該タービンの前段に備えた熱媒に吸熱させて該タービンの熱風緩和して熱破壊を回避させ、かつ、その吸熱による800℃以上の高温を利用して食塩を直接溶融した状態で電気分解して卑金属または水素化卑金属を製造することを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項3

請求項1記載の卑金属がナトリウムまたはカルシウム或はマグネシウムであることを特徴とする請求項1および請求項2記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項4

請求項1記載の高温ガスは、該タービンの後段に備えた熱媒の吸熱による300℃〜800℃の範囲の高温であり、食塩と塩化カルシウム混合塩または苛性ソーダあるいは消石灰や貝殻などを直接融解した状態で電気分解して金属ナトリウムまたは水素化ナトリウムあるいは金属カルシウム又は水素化カルシウムを製造することを特徴とする請求項1および請求項2および請求項3記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項5

請求項1記載の中高温ガスは、蒸気タービンの後段から排気される300℃内外の中高温ガスを巡回パイプ内の熱媒(油)を介して、海洋塩の脱水分離、濃縮塩水の電気分解による苛性ソーダの製造、海洋水から製塩苛性ソーダの脱水、希硫酸の脱水などを行うことを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項6

請求項1記載の熱媒として鉛(Pb)を使用するに際し、鉛が液体である温度範囲が350〜900(1,750)℃だから、熱媒ヒータのパイプを、2または3重管構造にして、始動段階では、内管にPbを流し、中管HTS(NaNO2, NaNO3,KNO3 などの混合物:200〜500℃)を流し、外管に油を循環させることを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項7

請求項1記載の製法で生成した金属や水素化金属を冷却する際に、冷却のための廃熱を熱媒パイプ食塩水に伝達して製塩を行うことを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項8

津波災害を受けた地域の原子力発電所地域復興に役立たせるために、復水器から排出された温海水から得た蒸留水昼夜となく広範囲塩害土壌洗浄を行い、夜間は昼間製造した食塩を深夜電力原子炉の廃熱とで溶融塩電気分解を行い金属ナトリウムを生産し、昼間は電力首都圏に送配電する一方、原子炉の廃熱を用い食塩を製造することを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

請求項9

津波災害や放射能汚染地域から出た木材や伐採された樹木チップ無人島に設置したバイオマス火力発電所に輸送し、当該発電所の復水器から排出される温海水から得た蒸留水は飲料水工業用水として輸出し、得られた電力と廃熱とを製塩と備蓄用金属ナトリウム製造に用いる出稼ぎ発電所であることを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水や産業廃棄物からのエネルギー資源回収方法。

技術分野

背景技術

0002

我が国の原発や火力発電所は沿岸設備されている。理由は、海水冷却水として使うからである。その量は“超莫大”で、2008年度の統計によると、原子力発電量を除いた火力発電量は1.79億kWすなわち、100万kWの発電機が179基在ることに匹敵する。この火力発電所で冷却水として海水を1秒間に40トン必要であるから、約7,200トン/秒が使われ、1日で約6億トンが海に捨てられていることになる。東京ドーム容積が120万トンであるから、日本中で1日で東京ドーム約500杯分の海水が利用されずに海に捨てられていることに成る。これら火力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

原子力発電所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循環させて、土壌を加温することにより、冬季公園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、発電所の復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。株式会社東の伊らは特許文献4「養殖システム」(特許公開2003−284449)において、原発の復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外部電源喪失した場合にも、風力発電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

「発電所の融雪装置」(特許公開2003−328309)
「土壌加温緑化法」(特許公開平10−295−197)
「凝縮器」(特許公開平5−64703)
「養殖システム」(特許公開2003−284449)
「風力発電プラント」(特許公開2004−44508)
「オンサイト統合工場」(WO 2008/142995)

先行技術

0005

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」パワー出版(2007年12月発行
Masataka Murahara「Climate Change and sustainable Development (Chapter 19)」Edited by Ruth A. Reck, Ph.D. , Linton Atlantic Books, Ltd.(2010年3月発行)
Masataka Murahara「Fuelling the Future/ New energy source manufactured from warm seawater discharge at nuclear power plant 」Edited by A.Mendez-Vilas, Brown Walker Press Boca Raton, 429-433p (2012)

発明が解決しようとする課題

0006

原発を海岸に建設する理由は原子炉の冷却水が得やすいためである。一般に、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、原子力発電所も火力発電所であるからこれら火力発電所の廃水量を減らし、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。

0007

原発1基から廃出される温熱海水は、1日600万トンあり、その温排水には760万キロカロリー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、600万トンの海水には、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。さらに海水を7℃上昇させるための蓄熱エネルギーは420億kcalである。非特許文献3によると、現在の市価を考慮して夫々の資源を単純計算すると、真水5.4億円、ナトリウム975億円、硫酸12億円、マグネシウム31億円および海水の蓄熱エネルギーは石油換算すると3.4億円と、合計原発1基で1日約1,000億円が利用されず、海に棄てられていることになる。原発50基ならばその50倍である。原発を除いた火力発電所は180倍である。従って、日本全国の火力発電所で、1日10兆円が利用されずに海に棄てられている計算に成る。したがって、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”を低価格で生産することである。

0008

原発や火力発電所が海岸に建設される理由は、冷却海水が得られるためである。しかし電力を都市圏電力消費地に送るためには送電線が必要である。これを、原発の目的を“ナトリウムの製造”に限定すれば、発生した電力を首都圏の電力消費地に送る送電線の必要はない。従って、冷却海水が得られる場所ならば無人島でも孤島でも良い。原発の立地居住地域とは隔離し、そこで海水からナトリウムを製造し、陸地の電力消費地に輸送し、ナトリウムに水を加え、水素を発生させ、電力消費地の火力発電所で水素発電を行えば、二酸化炭素放射能もないクリーン生活環境創成することができる。

0009

火力発電所や原発で温排水を海に大量に放水することは、生物環境や地球の温暖化に重大な影響を与える。原発の復水器を冷却するために使われた排海水の放水口での温度は7℃以上である。そこで出来うることなら、この温度差を“ゼロ”に収斂させて、生物環境や地球の温暖化防止することが必要である。

課題を解決するための手段

0010

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。このためには復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℃で硫酸カルシウム析出が始まり、180℃で塩が析出し、塩化マグネシウム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。そこで復水器内水蒸気を水に還元させる手段と冷却水としての海水を濃縮する手段とに役割分担させるために、復水器内で冷却水としての海水を貫流させる冷却用細管系統を、冷却水の排出温度により復水器内の中央部上下で、低温冷却水が排出される下部細管部と高温冷却水が排出される上部細管部に二分割し、上部細管部を貫流される温海水はタービン回転後の水蒸気と復水器内で熱交換した後50℃-100℃の高温海水として排出される。更に、この高温海水を減圧蒸留して真水及び濃縮塩水(20-30%)を得る。この濃縮塩水を電気分解工場に移送し、不純物としてのカルシウムイオンマグネシウムイオン及びイオン交換膜硫酸イオンを分離した後、そのろ液を水溶液電解して苛性ソーダを製造する。この苛性ソーダを脱水後、溶融塩電解して金属ナトリウムを製造する。一方、復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、復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、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、復水器内での使用後は温排水として海に放水される。

0011

請求項1記載の発明は、石炭火力石油火力、LNG火力、バイオマス火力あるいは原子力などの火力発電所の燃焼ボイラーの中を循環する水を蒸発させて、水蒸気を作りこの水蒸気の力でタービンを回すために、復水器で水蒸気を冷却して気圧差を発生させ、その気圧差でタービンの回転で発電機を駆動するのが火力発電である。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復水器に導入され、復水器の中で冷却されて水に変換された後、復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、ボイラーに戻す。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」の工程を繰り返す。この「“+熱”」が燃料棒やボイラーである。「“+冷却”」が復水器(2次冷却水)の役目である。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る。この冷却水としての海水の量が発電量100kW当たり40トン/秒が必要である。1日あたり345万トンである。この海水には単純計算すると真水310万トン、ナトリウム3.7万トン、硫酸0.98万トン、マグネシウム4.4千トンが含まれている。さらに海水を7℃上昇させるための蓄熱エネルギーは241億kcalが蓄えられている。これらミネラルを回収する目的で、本発明ではこの復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復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、復水器内での使用後は温排水として海に放水する。一方、上部細管部を貫流される高温海水は、50℃-100℃に蓄熱された後、減圧蒸留して、望ましくは多段式フラッシュ蒸留で減圧蒸留して蒸留水として回収する。同時に脱水された温海水は、20〜30%の濃縮海水として回収され、この濃縮海水は苛性ソーダ製造用に供される。一般に火力発電所の発電効率は40〜50%で、50%以上の熱エネルギーが棄てられている。そこで本発明では、火力発電所のガスタービン前段を流れる超高温ガス(800℃以上)または後段から排気される高温ガス(800〜600℃)あるいは蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス(600〜300℃)の温度雰囲気内に熱媒充填されたパイプを備え、そのパイプの中の熱媒を介して卑金属塩を融解して、極力ジュール熱発生のための電力供給を抑制し、その分廃熱を利用して溶融塩を形成させている。本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず発電用蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス(600〜300℃)の廃熱で製塩を行い備蓄し、発電所の深夜電力余剰電力とガスタービンの前段を流れる超高温ガス(800℃以上)または後段から排気される高温ガス(800〜600℃)で直接食塩を融解させて、金属ナトリウム、水素化ナトリウム金属マグネシウムなどを製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩は、格好なエネルギー源金属カルシウム水素化カルシウム原料である。これらの炭酸カルシウムは、石灰岩として、廃材としては鉄鋼スラグ貝殻甲殻類あるいは温泉水に含有する。とくに鉄鋼スラグの廃熱はこれらの融解熱としても使用できる。これら鉄鋼スラグや火力発電所の廃熱を熱媒ヒーターで融解させるために、溶融塩炉廃熱源とをパイプで繋ぎこのパイプの中に熱倍を循環させて熱媒を介して、卑金属溶融塩を作り、少ない電力でエネルギー資源を回収することが本発明の特徴である。

0012

請求項2記載の発明は、請求項1記載の超高温ガスとは水素酸素燃焼にかかわる1700℃以上を意味する。火力発電所の熱効率は、世界で、日本が最も高く、45% である。原子力発電の場合は、30%と低い。木材チップを燃やして発電する木質バイオマス発電では更に低い20%である。一方、発電効率向上努力も続けられ、2007年には1500℃級のLNGコンバインドサイクル発電で約59%が達成され、2016年には燃焼室の温度を1600℃級にして効率61%を目指している。ただこれでも、燃料がLNGだから二酸化炭素排出は免れない。ところが、水素の燃焼温度は3,000℃と高く、燃焼エネルギーは水素2gで、286 kJ(H2+1/2O2=H2O+286 kJ)、化石燃料を代表する炭素(C)の燃焼エネルギーは炭素12gで394 kJ(C+O2=CO2+394 kJ)なので、同じ重さで比較すると水素は炭素の4.4倍のエネルギーを有し、かつ、炭素の燃焼のように二酸化炭素(CO2)は発生せず、廃棄物は水(H2O)のみである。これが地球環境にやさしいクリーンエネルギーとして脚光を浴びる理由である。我が国では、NEDO新エネルギー産業技術総合開発機構)が水素の効率的利用およびガスタービン発電システムの効率向上を目指し、田県田代の三菱重工ロケットエンジン試験場において、1,700℃級ガスタービンの燃焼試験成功している。この水素燃焼タービンは燃焼系に水素ガス酸素ガスを入れるため、発生するガスは水蒸気のみで窒素酸化物は発生しない。ガスタービン入り口のガス温度を1,700℃まで上げることで発電効率を70%もでない。しかし温度が1700℃以上に成るとガスタービンの熱耐性がそこまで追いつかない。そこで水素ガスとLNGの混合などで燃焼温度を低く抑える試みが行われている。
そこで本発明では、水素—酸素燃焼室とガスタービンの間に熱緩衝域として熱媒ヒーターを配備して該タービンの熱風緩和して熱破壊を回避させ、かつ、その吸熱による800℃以上の高温を利用して食塩を直接溶融した状態で電気分解して卑金属または水素化卑金属を製造している。

0013

請求項3記載の発明は、請求項1記載の卑金属がナトリウムまたはカルシウム或はマグネシウムであるが、この理由は、本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず中高温ガス(600〜300℃)の廃熱で製塩を行い備蓄し、発電所の深夜電力や余剰電力とガスタービンの前段を流れる超高温ガス(1600〜1200℃)または後段から排気される高温ガス(1200〜600℃)で直接食塩を融解させて、金属ナトリウム、水素化ナトリウム、金属マグネシウムなどを製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩は、格好なエネルギー源金属カルシウムや水素化カルシウムの原料である。これら石灰石中には約56%の炭酸カルシウム(CaCO3)が含まれているが、更に、多い95〜98%以上含まれているのが貝殻である。この貝殻は石灰岩のような鉄分やアルミニウムなどの不純物は全く無く至って純粋な炭酸カルシウムである。例えば帆立貝を例に取ると、国内では年間21万トンが廃棄物として出るが、水素化カルシウム(CaH2)製造として有望である。

0014

請求項4に記載の発明は、請求項1記載の高温ガスは、該タービンの後段に備えた熱媒の吸熱による300℃〜800℃の範囲の高温であり、食塩を直接融解するには800℃以上必要であるが、融解温度を下げる目的で、塩化ナトリウム(NaCl)を約60%と塩化カルシウム(CaCl2)を約40%の混合塩にすると融点が200℃降下して600℃で溶融塩ができるために、、該タービンの後段に備えた熱媒の吸熱による300℃〜800℃の範囲の廃熱を利用する。

0015

請求項5に記載の発明は、請求項1記載の中高温ガスは、蒸気タービンの後段から排気される300℃内外の中高温ガスは比較的低温排ガスのため、熱媒も油でよく、海洋塩の脱水分離、塩水の電気分解により生成した苛性ソーダの脱水、希硫酸の脱水など化合物の脱水用に好都合な温度である。

0016

請求項6に記載の発明は、高温用熱媒としての易融金属としてHg、Na、Na-K、Li、Pb、Pb-Biなどがあうが、鉛(Pb)以外は危険性を伴う金属である。この鉛はこれら易融金属の中で最も価格が安く、扱いも楽である。ただし、鉛が液体である温度範囲が350〜900(1,750)℃であるから、予め加熱を施し、溶融状態にしておかねば熱媒ヒーターとして働かない。そこで請求項1記載の熱媒として鉛(Pb)を使用するに際し、熱媒ヒーターのパイプを、2または3重管構造にして、始動段階では、内管にPbを流し、中管にはHTS(NaNO2, NaNO3,KNO3 などの混合物:200〜500℃)を流し、外管に油を循環させる。

0017

請求項7に記載の発明は、請求項1記載の製法で生成した第2属金属または第1属及び2属金属の水素化物は高融点であるため自然冷却を余儀なくされる。しかし、この廃熱が勿体無い。そこでこれらの熱を熱媒ヒーターで吸熱し、この廃熱で食塩水の脱水を行い製塩を行う。

0018

請求項8に記載の発明は、福島県や県などの津波災害を受けた地域の休眠中の原子力発電所を地域復興に役立たせるための提案である。原発1基から廃出される温熱海水は、1日600万トンあり、その温排水には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、600万トンの海水には、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。さらに海水を7℃上昇させるための蓄熱エネルギーは420億kcalである。非特許文献3によると、現在の市価を考慮して夫々の資源を単純計算すると、真水5.4億円、ナトリウム975億円、硫酸12億円、マグネシウム31億円および海水の蓄熱エネルギーは石油換算すると3.4億円と、合計原発1基で1日約1,000億円が利用されず、海に棄てられていることになる。これが福島第2原発では4基(440万kW)、川原発では3基(217.4万kW)が休眠中で有る。とくに福島第2原発は、福島第1原発の廃炉作業用電力供給にも役立つと考える。そこで地域で復興に利用できる発電量を考慮して、復水器から廃棄される温排水の一部をフラッシュ減圧蒸留して得られた蒸留水を地区割り壁仕切り、昼夜となく広範囲塩害土壌洗浄を行い、夜間は昼間製造した食塩を深夜電力と原子炉の廃熱とで溶融塩電気分解を行い金属ナトリウムを生産し備蓄又は電池用販売し、昼間は電力を首都圏に送配電する一方、原子炉の廃熱を用い、深夜電力で製造する金属ナトリウム用原料としての食塩を製造する。

0019

請求項9に記載の発明は、津波災害や放射能汚染地域から出た木材や伐採された樹木チップを処理するバイオマス火力発電所を無人島に設立することを提案する。バイオマス発電所の立地場所は原発と異なり火山島でも良い。一般には発電所は生産した電力を消費地に輸送するために、送電線を必要とした。ところが発電所の設置目的を“ナトリウムの備蓄”に限定すれば、電力を首都圏の電力消費地に輸送する送電線の必要はない。また島であれば原料の海水に事欠かない。木材チップの放射能汚染心配も問題にならない。当該発電所の復水器から排出される温海水から得た蒸留水は飲料水工業用水として近隣諸国にタンカーで移送すれば国際貢献に繋がる。またナトリウムは電力用燃料として備蓄することができる。 一般に、バイオマス発電の効率は高々20%であり、80%が廃熱として大気中に捨てられている。この廃熱を金属ナトリウムや苛性ソーダあるいは製塩に利用して効率を90%にあげることが、福島の出稼ぎ発電所であると考える。

発明の効果

0020

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

0021

火力発電所の廃棄温海水および廃熱を利用するための系統概略図。

0022

以下、本発明の効果的な実施の形態を図1に基づいて詳細に説明する。

実施例

0023

図1は火力発電所の廃棄温海水および廃熱を利用するための系統概略図である(請求項1の説明図)。
本願発明は、火力発電の水素燃焼コンバインドサイクル発電で得られた熱風でガスタービンを回転し、かつボイラーで発生した熱により得られた水蒸気で水蒸気タービンを回転して発電機を駆動して発電するものである。先ず、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は、水素発生施設25で備蓄金属ナトリウム22に真水15を滴下して発生した水素25を、水素燃焼コンバインドサイクル発電施設23に送り酸素26と共に燃焼器27で燃焼させる。この水素発生施設24の中に石油(軽油又は灯油)30は金属ナトリウム22の加水分解を制御するための触媒としての働きも有している。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27で燃焼した水素25と酸素26の高温ガスはガスタービン28を回転させて発電機21を駆動させてガスタービン発電を行った後、ボイラーを加熱した後、排ガス圧縮機29で圧縮された後再び燃焼室に戻る。他方、ボイラー19で作られた水蒸気で、蒸気タービン20を回転させて発電機21を回転させて水蒸気タービン発電を行う。水蒸気タービン20を駆動させた水蒸気は、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(蒸留水)15が得られる。一方減圧蒸留により脱水された高温海水(50〜100℃)11は約20〜30%の高濃度濃縮塩水16になり、硫酸製造工場(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を分離して希硫酸18を製造する。
火力発電での発電効率は高々50%で、40〜50%の熱が廃棄されている。そこで本発明では、火力発電所のガスタービンの前段を流れる超高温ガス(800℃以上)または後段から排気される高温ガス(800〜600℃)あるいは蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス(600〜300℃)の温度雰囲気内に熱媒が充填されたパイプを備え、そのパイプの中の熱媒を介して卑金属塩を融解して、極力ジュール熱発生のための電力供給を抑制し、その分廃熱を利用して溶融塩を形成させている。本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず発電用蒸気タービン20の後段から排気される中高温ガス(600〜300℃)の廃熱を中高温熱媒ヒーター35で吸収した熱を製塩工場36に送り、熱媒ヒーター37で濃縮海洋塩38を脱水してNaCl、CaCl2、MgCl2を分別回収する。この製塩工場で製造した食塩は備蓄され、必要に応じて金属ナトリウムや苛性ソーダ用原料として供給する。同時に中高温熱媒ヒーター35の廃熱は苛性ソーダ製造工場(食塩水の電気分解)39において、製塩工場36で製造した食塩に水15を加えて調合した30%食塩水を80℃内外で水溶液電気分解を行い苛性ソーダ32を製造する。一般に深夜は電力が余る。そこで深夜電力や余剰電力を用い、ガスタービンの前段を流れる超高温ガス(800℃以上)を用いるために、超高温熱媒ヒーター33で吸熱した熱媒(Pb)を介して高温溶融塩電気分解工場40に送り、製塩工場36で製造した食塩を超高温溶融塩熱媒ヒーター33により溶融塩電気分解炉42を加熱して金属ナトリウム22を製造する。他方ガスタービン28の後段から排気される高温ガス(800〜600℃)の廃熱を高温熱媒ヒーター34で吸収して高温溶融塩電気分解工場41に送り、苛性ソーダ32を溶融塩電気分解するか食塩と塩化カルシウムの混合塩を溶融塩電気分解して共に金属ナトリウム22を製造する。またこの工場で製造した金属ナトリウム22に水素25を化合させて水素化金属43を製造する。同様に金属マグネシウムも製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩から、金属カルシウムや水素化カルシウムを製造する。

0024

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る。

0025

1水蒸気入り口
2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高温海水(50〜100℃)
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
16高濃度濃縮塩水(20〜30%)
17硫酸製造工場(電気分解工場)
18希硫酸
19ボイラー
20蒸気タービン
21発電機
22金属ナトリウム(Na)
23水素燃焼コンバインドサイクル発電施設
24水素発生施設
25水素
26酸素
27燃焼器
28ガスタービン
29圧縮機
30軽油
31苛性ソーダ
32 苛性ソーダ貯蔵庫
33超高温熱媒ヒーター
34高温熱媒ヒーター
35中高温熱媒ヒーター
36 製塩工場
37 製塩用熱媒ヒーター
38濃縮海洋塩
39 苛性ソーダ製造工場(食塩水の電気分解)
40 超高温溶融塩電気分解工場
41高温溶融塩電気分解工場(NaOH or食塩塩化カルシウム混合塩)
42 溶融塩電気分解炉
43水素化金属
44塩酸
36 製塩工場
37 製塩用熱倍ヒーター
38 濃縮海洋塩
39 苛性ソーダ製造工場(食塩水の電気分解)
40 高温溶融塩電気分解工場
41中温溶融塩電気分解工場(NaOH or 食塩塩化カルシウム混合塩)
42 電気分解炉
43 水素化金属
44 塩酸

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