煙管ボイラーと水管ボイラーと原発のデブリ

こんにちは、落雷抑制システムズの松本です。

ボイラーとは水をボイルすら、すなわち沸騰させるもので、どのように水を熱するかで、煙管式と水管式があります。　

蒸気機関車では、電気はなく、電気式のポンプは使えませんから水のタンクに熱気(煙)が通る多数のパイプを通し、この煙の熱で水を沸騰させ、蒸気を得ます。汽車を上から見たら線路に挟まれた形で配置された水タンク内の大量の水は移動することなく(重心も大きく変動することなく）、熱水から水蒸気に代わるので、走行していることを考えると大量の水が移動するより、水タンクは固定で、水が移動することなくその中を煙で熱する方が理にかなっています。　ですから、蒸気機関車のボイラーは、煙管式が用いられています。

これに対し、大きな高温の燃焼室の中に多数のパイプを張り巡らし、そのパイプの中に水を通して水を温める方式が水管ボイラーと呼ばれ、火力発電所での蒸気タービンを回す蒸気は、大きな燃焼室の中に張り巡らされたパイプの中の水が移動しながら熱せられ、水蒸気になります。この方が、煙管式より効率は良いのです。

これと異なる第三の方式が原子力発電です。　灼熱した石を具材と水が入った木製の桶の中に入れて温度を上げ、料理をする方法と同じで、格納容器の中で水が核燃料で直接、熱せられ、水蒸気となって外部に取り出され、タービンを経由して、復水器で水に戻され、再度、格納容器の中に戻ります。　パイプの中の水を加熱するのではなく、直接燃料棒の熱で水を加熱するのですから効率が良さそうに見えますが、燃料棒（ジルコニア）自体の温度制限で300℃までしか上げられないのに対し、火力発電では600℃まで上げられるので、熱効率は火力発電の方が良いのです。

沸騰水型では、直接、この放射性物質を含む水蒸気で発電タービンを回しますが、加圧水型ではさらにもう一度熱交換器を通じて、放射性物質を含まないキレイな水蒸気を作り、タービンを回しています。　原子力艦船はみなこの形式です。　なぜ、わざわざ２段階の熱交換をするのか？　艦船は動いているだけでなく、停止したり、長時間の停止をしたりします。　その間、原子炉の運転は、停泊する時以外はほぼ一定出力で熱を出し続けますから、その熱をどこかで処理しなければならない。　そんな時に放射線汚染されていない水蒸気であれば、海中に逃がせばよいのですから、艦艇用の原子炉は加圧水型を使用しています。

乗り物という範疇では、水蒸気を利用して走行している点で汽車も原子力空母も同じですが、蒸気を発生させる方法が異なるというのは面白いことです。　原子炉の底に溜まったデブリをどのように取り出すのか？　東京電力の撮影したデブリの写真を見ながら、汽車のボイラーも火力発電のボイラーも安全なのに、核燃料で直接、水を温める方式は事故のあった場合の復旧が難しいと改めて、汽車の安全性を思い浮かべました。 技術も材料も今から見れば不足していた中で、安全で丈夫な汽車を作り上げた昔のエンジニアに敬意を表します。

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