猛暑対策に適したエコロジカルな道路

ヒートアイランド現象による都市部の高温化は毎年の社会問題ですが、このようなヒートアイランド対策として、「透水性舗装路」が活用されてきました。

舗装した道路に水を透過できるようにすることで、例えば降雨時に水を透過させ、舗装の下に埋設した基盤材層に水を浸透させて貯留しておき、夏場の暑い日には毛細管作用によって基盤材層から水が地上の方へ移動して蒸発することで、舗装面の温度上昇を抑制させるというものです。しかしながら、従来の透水性舗装路は、基盤材層の保水能力が低く、長時間にわたって水を蒸発させ続けることが困難でした。

保水能力を向上させつつ、環境への負荷も少なく、また、交通量の多い道路や重い車両の通行がある場所でも舗装の劣化や破損を防止するためにはどのようにすればよいのでしょうか。今回紹介する発明は、このような問題点に鑑みた、保水性を有する舗装路についての発明です。

発明の背景

ヒートアイランド対策のひとつとして、透水性舗装が知られています。この種の透水性舗装は、透水性舗装の下方に透水性および保水性を有する基盤材層を配置して、透水性舗装に降った雨水を下方の基盤材層に浸透させて貯留します。そして、夏場の暑い日には貯留された水を（毛管作用により）地上の方へ移動させて透水性舗装面から蒸発させます。蒸発させるときの気化熱を利用して、透水性舗装面の温度上昇を抑制できます。

この種の透水性舗装構造では、基盤材層の保水能力が低いため、長時間にわたって水を蒸発させ続けることが困難です。したがって、吸収した水の一部が蒸発するにとどまり、短時間の日射で乾燥状態となり、透水性舗装表面の温度がすぐに上昇し始めます。

これに対して、保水性能を高めるため、保水性に優れた様々な高保水性骨材が提案されています。しかし、高保水性骨材は、一般的な骨材と比べて高額であり、しかも、舗装面の冷却持続効果が比較的短いという欠点を有します。

また、透水性舗装には、温度上昇の抑制作用だけでなく、ゲリラ豪雨にも耐えうる高透水性および高排水性が要求されています。透水性を高めるためには、透水性舗装に含まれる骨材の間隙を大きく（粒子同士の間隔を広げる）すればよいのですが、その反面、水の吸上げ性能（毛管作用）が低下してしまい、その結果、透水性舗装面の冷却効果が低下します。

以上の理由により、ヒートアイランド対策のための舗装面の冷却効果と、ゲリラ豪雨対策のための保水性能を両立できる透水性舗装が切望されています。

どんな発明？

発明の目的

本発明は上記問題等を考慮して考えられました。本発明の目的は、高い保水性能を備えつつ、舗装面の冷却効果を持続できる、保水性舗装路の構造を提供することにあります。以下に、本発明の概要を説明します。

本発明の保水性舗装路の構造は、例えば、歩道として適用されます。
本発明の保水性舗装路の構造は、全体として連続的に間隙を有し、連続間隙を通じて地中に浸透した水が毛管上昇作用によって地表から蒸発できます。
本発明の保水性舗装路の構造は、雨水の貯留浸透施設として機能する透水基盤材層、および、透水基盤材層の上方に配置された透水舗装層を備えます。

上記の透水基盤材層は、透水基盤材層の骨格をなす下位基盤層、および、
下位基盤層の上に隣接して配置されて下位基盤層の代替層として機能する上位代替基盤層を有します。

上記の上位代替基盤層は、降雨等によっても劣化せず長期間にわたって一定の間隙を維持できる鉱物粒または人工粒を含み、
上位代替基盤層を構成する鉱物粒が真砂土または赤土の何れか一種であり、
上位代替基盤層を構成する人工粒が焼却灰の造粒体です。

下位基盤層を構成する骨材は、角粒体、および、角粒体の表面を被覆するコーティング層で構成され、コーティング層は、酸性官能基を有する自然由来の湿潤物質（アロフェンまたは腐植）を含みます。

さらに、本発明の保水性舗装路では、透水基盤材層から透水舗装層へ向けた毛管上昇作用を高めるように、透水基盤材層から透水舗装層へ向けて徐々に透水性能が小さくなっています。

好ましくは、下位基盤層と上位代替基盤層との間の隣接境界が、貯留水の予想最高水位付近に位置します。
好ましくは、透水基盤材層上に隣接して透水路盤層が配置され、透水路盤層上に透水下地層が配置され、透水下地層上に透水舗装層が配置されています。

発明の詳細

本発明の保水性舗装路の構造の具体例について図面を参照しつつ説明します。図１は、保水性舗装路のモデル図です。

【図１】

保水性舗装路の構造

＜１＞概要

本発明の保水性舗装路１０は、全体的に連続間隙を有し、毛管上昇作用によって水が上へ移動できる構造体です。本発明の保水性舗装路１０は、路床２０上に配置された透水基盤材層３０、基盤材層３０上に配置された透水路盤層４０、透水路盤層４０上に配置された透水下地層５０、および、透水下地層５０上に配置された透水舗装層６０の積層構造を有します。

＜２＞透水基盤材層３０

透水基盤材層３０は、多孔質構造を有し、雨水の貯留浸透施設として機能します。透水基盤材層３０は、透水性が異なる二種類の天然骨材を組み合せて構成され、基盤材層の骨格をなす下位基盤層３１、および、下位基盤層３１の一部を代替して機能する上位代替基盤層３５を有します。

下位基盤層３１に含まれる粒子の方が、上位代替基盤層３５に含まれる粒子よりも粒径が大きく、また、下位基盤層３１の方が上位代替基盤層３５より透水性能も大きくなっています。

上位代替基盤層３５は、下位基盤層３１の上面と接しています。両層３１，３５の間で連続的に通水が可能であり、また、毛管現象による水の上昇も可能です。

＜２．１＞下位基盤層３１

下位基盤層３１は、角粒体３２の表面をコーティング層３３で被覆した骨材群を含みます。角粒体３２は、リサイクル骨材などであり、例えば、粒の大きさがそろった再生砕石です。コーティング層３３は、自然由来の湿潤物質を含みます。

＜２．１．１＞角粒体

角粒体は、耐圧性に優れた角張った形状の粒体であり、例えばさまざまな産業廃棄物を組み合わせて使用できます。産業廃棄物としては、再生砕石（コンクリートガラ、インターロッキングレンガ等）、レンガ類（タンデッシュレンガ、耐火レンガ、高炉スラグ、赤レンガ等）、ＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）、または瓦類などです。

リサイクル骨材としては、１０ｍｍ～６０ｍｍの範囲の所定の大きさで篩分けしたもの（大きさをそろえたもの）を使用できます。

素材や使途などを考慮して、粒径サイズを適宜調整した角粒体１１を使用します。

＜２．１．２＞自然由来の湿潤物質

コーティング層３３に含まれる自然由来の湿潤物質とは、酸性官能基を有する自然由来の物質です。例えばアロフェン、腐植物質等が挙げられます。

自然由来の湿潤物質は、下位基盤層３１内において浮遊物質を吸着できるだけでなく、毛管現象による水の吸上げ高さの向上にかなり貢献します。

上記のアロフェンは、粘土鉱物の一種です。火山灰由来の土壌が風化することによって生成した多孔質・非結晶性のシリカ・アルミナ系鉱物です。成分の組成はＡｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏです。非常に微細な気孔が存在し、比表面積が大きいため、微小物質を物理的に吸着し、また吸湿も可能です。

上記の腐植物質は、土壌中の動植物の遺体が微生物によって分解される過程でできた酸性官能基を有する自然由来の物質です。コロイド状有機高分子化合物となり、微小物質を物理的に吸着でき、リサイクル骨材として再生砕石を用いた場合には、腐植物質が再生砕石の「アルカリ性」を中和します。

好ましくは以下の介在物質を介して、角粒体３２の表面に自然由来の湿潤物質を付着させます。その介在物質は、例えば、湿潤性を有する高吸水性樹脂や高分子吸収体であり、具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、デンプングラフト重合系、ポリビニルアルコール系、カルボキシメチルセルロース系（ＣＭＣ）、酢酸ビニル樹脂、でんぷん糊、水等です。これらの物質は湿潤すると粘性を有するため、この粘性を利用して角粒体３２の表面に、上記の自然由来の湿潤物質を付着させます。

＜２．１．３＞下位基盤層３１の例示

下位基盤層３１としては、例えば製品名「Ｊ－ミックス（東邦レオ株式会社製）」をそのまま用いることができます。Ｊ－ミックスの具体的な組成および製法は特開２０１４－１７７７６１号に開示されています。

Ｊ－ミックスは、一般的な単粒度砕石よりも、貯水能力を約１．４倍に高めることができます。

＜２．２＞上位代替基盤層３５

上述した下位基盤層３１は、リサイクル骨材に自然由来の湿潤物質を被覆した構造であるため比較的高価です。

そこで、下位基盤層３１の使用量を抑制するために、下位基盤層３１と同等の毛管上昇作用を有する代替骨材を使用します。代替骨材として、安価な上位代替基盤層３５を使用します。

＜２．２．１＞上位代替基盤層３５の組成

上位代替基盤層３５は、降雨等によっても劣化せず、長期間にわたって一定の間隙を維持できる鉱物粒または人工粒を含みます。例えば真砂土または赤土等を使用できます。好ましくは真砂土を使用します。

真砂土は、花崗岩が風化したものであり、粗砂や砕砂成分を多く含む安価な土です。真砂土は市販されています。

赤土は、関東ローム層のような風化した火山灰層からできた土です。シルトや粘土成分を多く含んだ安価な土砂です。

人工粒としては、例えば安価な焼却灰の造粒体等を使用できます。

＜２．２．２＞真砂土または赤土が好ましい理由

舗装路は、踏圧等の加重を繰り返し受けます。上位代替基盤層３５として一般土砂や黒土等を用いた場合には、施工当初には透水性作用及び毛管上昇作用を期待できますが、繰り返しの加重によって、経時的にその性能が低下していきます。

この原因は、一般土砂や黒土等が粘土粒子を多く含み、加重によって土粒子間の隙間が減少するためと推測されます。

この点に着目し、上位代替基盤層３５の原料として、公知の各種骨材や土壌等を用い、加重を繰り返し与える試験を行って検討しました。その結果、真砂土または赤土は、下位基盤層３１と近い透水性作用および毛管上昇作用（機能）を有すること、しかも、長期間にわたって良好な透水性作用および毛管上昇作用を持続できることを確認しました。

真砂土または赤土は、一般土砂や黒土等と比べて粘土粒子が少ないため、加重を繰り返し受けても土粒子間の隙間が減少しにくい性質を有します。

特に、岩石が風化してできた真砂土は、赤土と比べて土粒子間の隙間が減少しにくいことを確認できました。

このように、下位基盤層３１として真砂土または赤土を用いることで、下位基盤層３１との相性が最も良いだけでなく、下位基盤層３１の透水性作用および毛管上昇機能を長期間にわたって維持できます。

さらに現実的な問題があります。昨今の建設現場において、透水性作用および毛管上昇機能に優れた「良質土」を入手することが困難という問題です。しかし、赤土は関東であれば比較的容易に入手でき、真砂土は関西であれば比較的容易に入手できます。

＜２．２．３＞下位基盤層３１と上位代替基盤層３５の境界位置

保水性舗装路１０を構成する各層の層厚は、現場の状況等に応じて適宜調整されます。好ましくは地表から下位基盤層３１の上面までの高さ、すなわち下位基盤層３１と上位代替基盤層３５の隣接境界は、貯留水の予想最高水位付近の高さとします。

一般的には、歩道の直下地盤の浸透水が一定の水位に達したときに、周辺の側溝等に浸透水を逃がすように構成されています。「貯留水の予想最高水位」とは、浸透水を周囲へ逃がすときの浸透水の水位を指します。

最高水位をはるかに超える高さまで下位基盤層３１を形成することも可能ですが、下位基盤層３１の資材コストが高くなります。

そこで、下位基盤層３１の高さを必要最低の高さに抑え、下位基盤層３１の高さの不足分を上位代替基盤層３５で補います。これにより、透水基盤材層３０全体としての雨水の貯留作用および水の毛管上昇作用を低コストで実現できます。

＜２．３＞透水シート３６

上位代替基盤層３５を構成する土粒子の粒径は、下位基盤層３１の骨材の粒径よりも極端に小さい場合があります。この場合、下位基盤層３１上に上位代替基盤層３５を直接敷き詰めると上位代替基盤層３５の土粒子が雨水と一緒に下方へ流れ落ちるおそれがあります。

これに対して、上位代替基盤層３５の土粒子の透過を規制する不織布等の透水シート３６を設置することで、上位代替基盤層３５の土粒子の流下を規制できます。ただし、透水シート３６は、必ずしも設置する必要はありません。

【図１】

＜３＞透水路盤層４０

透水路盤層４０は、クラッシャーラン等の粒状材料を用いた一般的な路盤です。クラッシャーランとは、岩石などを破砕機（クラッシャー）で砕いたものです。大きさをそろえずに作られた分、安価です。透水路盤層４０には、砕石や砂利などの自然骨材の他、廃棄物の適用も可能です。

＜４＞透水下地層５０

透水下地層５０は、透水舗装層６０の下地材です。本例の透水下地層５０は、透水路盤層４０上に敷設され透水性を有するアスファルトコンクリート製の耐圧下地層５１、および、耐圧下地層５１上に敷設された砂製のクッション層５２を有します。

なお、透水下地層５０は、耐圧下地層５１またはクッション層５２のいずれかのみを有する場合もあります。

透水下地層５０がクッション層５２を有する場合、必要に応じて、透水シートによって砂の流下を防ぎます。

＜５＞透水舗装層６０

本例の透水舗装層６０は、透水・保水性を有する硬質のブロック６１で構成されています。

＜６＞保水性舗装路の透水係数の例示

透水基盤材層３０から上方向への毛管上昇作用を高めるために、保水性舗装路１０での透水性能は、透水基盤材層３０で最も大きく、上へ行くほど透水下地層５０、透水舗装層６０の順で徐々に小さくなっています。

保水性舗装路の作用

続いて、保水性舗装路１０の各作用について説明します。

保水性舗装路１０を構成する各層６０～３０は、連続的な通水性を有します。

したがって、舗装面に降り注いだ雨水等は、透水舗装層６０、透水下地層５０、透水路盤層４０、上位代替基盤層３５を順に浸透して下方へ移動し、上位代替基盤層３５の直下にある下位基盤層３１に貯留されます。

雨水は、透水基盤材層３０を構成する下位基盤層３１だけでなく上位代替基盤層３５にも貯留されます。

透水基盤材層３０内に浸透した水を周囲に浸透させずに貯留させておく場合もあれば、水の一部を路床２０や側壁地山を通じて外部へ逃がす場合もあります。

下位基盤層３１は、骨材群（角粒体３２の表面を自然由来の湿潤物質を含むコーティング層３３で被覆したもの）で構成されています。ＳＳ物質（水中を浮遊する物質）を含む雨水が下位基盤層３１の内部を流下するときに、自然由来の湿潤物質を含むコーティング層３３と接触すると、雨水中を浮遊するＳＳ物質が捕捉されます。

捕捉されたＳＳ物質は、自然由来の湿潤物質と同様に湿潤しているため、捕捉されたＳＳ物質にさらに新たなＳＳ物質が捕捉されます。

雨水の浸透速度は極めて遅いため、捕捉したＳＳ物質が角粒体３２から分離して流出することはなく、長期間にわたって捕捉状態を維持できます。

このように下位基盤層３１の流下途中でＳＳ物質が捕捉されるため、下位基盤層３１の最底部におけるＳＳ物質の沈降および堆積を抑制できます。

水の貯留能力

雨水は、透水基盤材層３０を構成する下位基盤層３１および上位代替基盤層３５の両方に貯留されます。

特に下位基盤層３１の間隙率は、粒サイズがそろった一般的な砕石と比べて高いため、下位基盤層３１は、大量の水を貯留できます。

したがって、長時間にわたって保水性舗装路１０内に水を貯留できます。よって、透水舗装層６０の表面に水溜まりができにくく、優れた排水性が発揮され、ゲリラ豪雨対策に有効です。

大気の冷却

夏場の気温上昇に伴って透水舗装層６０の表面温度が高まると、下位基盤層３１中に貯留された水が毛管現象により透水舗装層６０へ向けて上昇し、さらに透水舗装層６０の上面から蒸発します。

水が大気中へ蒸発するときに気化熱を奪うため、透水舗装層６０の周囲の温度を下げて効果的な冷却が可能です。

特に、浸透基盤層３０を構成する下位基盤層３１および上位代替基盤層３５中に大量の水が貯留されているため、水の毛管上昇作用を長時間にわたって持続できます。

したがって、透水舗装層６０の周囲の冷却効果を長時間にわたって持続でき、都市部のヒートアイランド対策にきわめて有効です。

冷却効果の実証実験

本発明の保水性舗装路を適用した歩道路と、舗装層をアスファルトで覆った通常の歩道路を比べるために、８月の９日間にわたって実証実験を行い、歩道路の表面温度を測定しました。

本発明では、透水舗装層６０として６０ｍｍ厚の保水ブロックまたは透水性アスファルト舗装を用い、透水下地層５０として４０ｍｍ厚のクッション層５２を用い、透水路盤層４０として１００ｍｍ厚の再生砕石を用い、上位代替基盤層３５に３５ｍｍ厚の真砂土を用い、下位基盤層３１に４５ｍｍ厚のＪ－ミックス（東邦レオ株式会社製）を用いました。

その結果、アスファルトで覆った通常の歩道路では、表面最高気温の平均は５４℃でした。これに対して、本発明の保水性舗装路を適用した歩道路では、表面最高気温の平均が３８℃でした。本発明の保水性舗装路が－１６℃の冷却効果を有していました。

上記の実証実験によって、本発明における優れた冷却効果は、水の蒸発時間、すなわち冷却時間の持続性に起因することを確認できました。

他の具体例

上述した例では、透水基盤材層３０（下位基盤層３１、上位代替基盤層３５）、透水路盤層４０、透水下地層５０（耐圧下地層５１、クッション層５２）、および透水舗装層６０を積層させて保水性舗装路１０を構成しました。一方、保水性舗装路１０は、以下の複数層の組み合せによって構成される場合もあります。

（１）透水基盤材層３０、および透水舗装層６０
（２）透水基盤材層３０、透水路盤層４０、および透水舗装層６０
（３）透水基盤材層３０、透水下地層５０、および透水舗装層６０

いずれの例でも、保水性舗装路１０は、少なくとも透水基盤材層３０および透水舗装層６０を備えます。組み合わせは、周辺環境や日照環境等を考慮して適宜選択されます。

ここがポイント！

以上説明しましたように、本発明は、歩道、公園・広場、車道等で利用できる保水性舗装路の構造に関します。本発明は、高い保水性能を維持しつつ、地表の冷却効果を経済的に持続できます。

本発明の保水性舗装路は、雨水の貯留機能、および、水の毛管上昇作用による冷却機能を併せ持ちます。本発明の保水性舗装路は、地中に配置された透水基盤材層、および、透水基盤材層の上に配置された透水舗装層（吸水・保水ブロックまたは透水アスファルト）を備えます。

透水基盤材層は、透水基盤材層の主体となる下位基盤層、および、下位基盤層の代替材として機能させる上位代替基盤層を有し、下位基盤層と上位代替基盤層の間で連続的な通水が可能であり、また、毛管現象による水の上昇作用も可能です。

上位代替基盤層では、鉱物粒（真砂土または赤土）または人工粒を使用することができ、これにより、降雨後でも劣化せず長期間にわたって粒の間隙を維持できます。

本発明では、下位基盤層に含まれる骨材は、角粒体および角粒体の表面に付着したコーティング層で構成されています。コーティング層は、酸性官能基を有する自然由来の湿潤物質（アロフェンまたは腐植）を含みます。

本発明によって、高価な下位基盤層の使用量を削減できます。また、下位基盤層を削減した分の代替材として上位代替基盤層を利用して透水基盤材層を形成することにより、高い保水性能を備えつつ、舗装面の冷却効果を持続できます。したがって、従来困難であったヒートアイランド対策とゲリラ豪雨対策の両立が可能です。

未来予想

本特許は、東邦レオ社から出願されました。東邦レオ社は、環境問題に配慮したさまざまな“グリーン”事業を手掛けている会社です。さまざまな事業のうちの１つが、グリーンインフラ事業であり、ヒートアイランド対策に関わる事業もグリーンインフラ事業の１つです。

本特許発明は、電力などのエネルギーを使わなくてもヒートアイランド対策に寄与できるアイデアです。上述した「Ｊ－ミックス」という製品はすでに販売されており、本発明は、この製品を利用した発明に相当すると考えられます。今後ますます地球温暖化が進み、夏季の猛暑対策をエコロジカルな方法で実施しようとした場合に、本発明の技術は利用価値を有すると思われます。

特許の概要

飲みやすさを向上させたストロー式携帯型浄水ボトル

暑い夏は楽しい季節ではありますが、最近の日本の猛暑は身体の水分が急速に奪われるため、脱水症状や熱中症のリスクが非常に高まっています。

外出先やアウトドア活動中には特に水分補給が重要となりますが、その水源には不安要素があります。特に自然水源や公共の水源は、細菌や汚染物質にさらされている可能性があるからです。

このような環境下、手軽に持ち運べる携帯型の浄水ボトルは脱水症状や健康上の問題を回避するために非常に有用です。今回紹介する発明は、ストロー式で飲みやすさを向上させた携帯用浄水ボトルについてです。

発明の背景

従来から、携帯用浄水ボトルは種々の態様が採用されています。例えば、文献１に示されているような、ノズルヘッドの上下動で作動するポンプ機構を用いて浄水を供給するタイプなどが挙げられます。

（例）実開平７−３４９９２号

しかし、使用者が口で吸い出し可能な中空の吸口（いわゆるストロー型）を携帯用浄水ボトルに適用することについては、これまであまり検討されてきませんでした。

どんな発明？

発明の目的

本発明は、従来の携帯用浄水ボトルと比較して、吸口部材から水を吸い出すために必要な吸引力の軽減を図ることを目的としています。

発明の詳細

では、図を参照しながら、本発明の詳細を説明していきます。

図１は、携帯用浄水ボトル１０の分解斜視図です。携帯用浄水ボトル１０は、濾過材を用いて浄水を供給可能に構成された水筒です。携帯用浄水ボトル１０は、ボトル本体１００と、浄水カバー２００と、浄水カートリッジ３００と、キャップ本体４００と、接続パッキン５００と、吸口部材６００とを備えます。

【図１】

本発明の携帯用浄水ボトル１０のボトル本体１００は、一端に開口部１８０を有する円筒状です。ボトル本体１００における開口部１８０側の外周面には、キャップ本体４００に嵌り合う雄ネジ１７０が形成されています。ボトル本体１００は、ポリエチレンテレフタレート（PET）を主成分とする樹脂成形品です。

ボトル本体１００からキャップ本体４００が取り外されることによって、ボトル本体１００の開口部１８０からボトル本体１００の内部へと水ＷＴを受け入れ可能に構成されてます。

図２に示すように、キャップ本体４００に吸口部材６００が収納された状態にある携帯用浄水ボトル１０は、ボトル本体１００の内部に水ＷＴを密閉状態で貯留可能に構成されています。

【図２】

携帯用浄水ボトル１０の浄水カバー２００は、浄水カートリッジ３００を覆う筒状のカバーです。浄水カバー２００は、ポリプロピレンを主成分とする樹脂成形品です。浄水カバー２００は、浄水カートリッジ３００に取り付けられていて、浄水カバー２００は、浄水カートリッジ３００と共にボトル本体１００の内部に保持されています。

【図３】

図３および図４に示すように、キャップ本体４００から吸口部材６００が引き起こされた状態では、携帯用浄水ボトル１０は、携帯用浄水ボトル１０の使用者が口で吸口部材６００から水ＷＴを吸い出し可能に構成されています。

図３に示すように、ボトル本体１００の貯留されている水ＷＴは、浄水カバー２００および浄水カートリッジ３００によって形成される流路ＦＰ１を通過した後、接続パッキン５００を介して、吸口部材６００から外部へと吸い出されます。

携帯用浄水ボトル１０の浄水カバー２００は、浄水カートリッジ３００を覆う筒状のカバーです。浄水カバー２００は、ポリプロピレンを主成分とする樹脂成形品です。浄水カバー２００は、浄水カートリッジ３００に取り付けられており、浄水カバー２００は、浄水カートリッジ３００と共にボトル本体１００の内部に保持されています。浄水カバー２００は、筒状部２１０と、筒状部２２０とを有します。

【図４】

浄水カバー２００の筒状部２１０は、筒状部２２０より細い円筒状を成します。筒状部２１０の下方は、ボトル本体１００の内部に開放されています。筒状部２１０の上方は、筒状部２２０に接続されています。筒状部２１０は、水ＷＴを流通可能な流路２９２を内側に形成する。流路２９２は、流路ＦＰ１の一部を構成します。

浄水カバー２００の筒状部２２０は、上方に開口部２５０を有する円筒状を成し、筒状部２２０は、浄水カートリッジ３００よりも一回り太く構成されます。筒状部２２０の下方は、筒状部２１０に接続され、筒状部２２０の上方には、開口部２５０から浄水カートリッジ３００が嵌め込まれています。開口部２５０側における筒状部２２０の内側には、浄水カートリッジ３００に嵌り合う雌ネジ部２４０が形成されています。筒状部２２０の内側には、浄水カートリッジ３００が保持されています。筒状部２２０は、水ＷＴを流通可能な流路２９４を浄水カートリッジ３００との間に形成し、流路２９４は、流路ＦＰ１の一部を構成します。

浄水カバー２００に形成される流路２９２と流路２９４との間には、フィルタ２６０が設けられています。このフィルタ２６０は、流路２９２から流路２９４へと通過する水ＷＴからゴミを除去するものです。さらに、浄水カートリッジ３００は、ボトル本体１００の内部から吸口部材６００へと流通する水ＷＴを浄化可能に構成されています。浄水カートリッジ３００は、濾過部３１０と、保持部３３０とを有します。

浄水カートリッジ３００の濾過部３１０の濾過材は、活性炭を含みます。そして保持部３３０は、濾過部３１０を保持する円筒状を成し、ポリプロピレンを主成分とする樹脂成形品でできています。保持部３３０の下方側の外周には、浄水カバー２００の雌ネジ部２４０に嵌り合う雄ネジ部３２０が形成されており、雄ネジ部３２０の上端部において、浄水カバー２００の開口部２５０と、浄水カートリッジ３００の保持部３３０との間には、ニトリルゴム製のＯリング８１０が挟み込まれています。このＯリング８１０により、開口部２５０と保持部３３０との間を密閉します。

浄水カートリッジ３００の保持部３３０は、濾過部３１０を通過して浄化された水ＷＴを吸口部材６００へと流通可能な流路３９０を形成します。流路３９０は、流路ＦＰ１の一部を構成し、流路３９０の中心軸ＡＸ１は、ボトル本体１００、浄水カバー２００および浄水カートリッジ３００の中心軸上に位置します。

浄水カートリッジ３００の保持部３３０は、上方へと円筒状に延びた出口部３７０を有します。出口部３７０は、流路３９０の出口となります。出口部３７０の外周には、キャップ本体４００および接続パッキン５００に嵌り合う雄ネジ部３８０が形成され、雄ネジ部３８０の下端部において、浄水カートリッジ３００の保持部３３０と、キャップ本体４００との間に、ニトリルゴム製のＯリング８２０が挟み込まれています。Ｏリング８２０は、浄水カートリッジ３００の保持部３３０とキャップ本体４００との間を密閉します。

携帯用浄水ボトル１０のキャップ本体４００は、ボトル本体１００の開口部１８０に嵌り合うことによって開口部１８０を密閉可能に構成されています。キャップ本体４００は、ポリプロピレンを主成分とし、貝殻由来の水酸化カルシウムを含有する樹脂成形品です。貝殻由来の水酸化カルシウムは、ホタテ貝殻を焼成した粉末で構成することができます。

キャップ本体４００の凹部４５０には、雌ネジ部４２０が形成されています。雌ネジ部４２０は、浄水カートリッジ３００の雄ネジ部３８０に嵌り合う第１の雌ネジ部です。

キャップ本体４００の凹部４５０は、吸口部材６００を回転可能に軸支する軸支部４５６を有します。キャップ本体４００の凹部４５０は、接続パッキン５００に嵌り合うとともに吸口部材６００を収容可能な形状となっています。

キャップ本体４００の凹部４５０には、シリコンゴム製の逆止弁４６０が設けられています。この逆止弁４６０は、ボトル本体１００の外部から内部への空気の流通を許容するとともに、ボトル本体１００の内部から外部への流体の流通を阻止するものです。

携帯用浄水ボトル１０の接続パッキン５００は、シリコンゴム製の樹脂成形品です。接続パッキン５００は、浄水カートリッジ３００で浄化された水ＷＴを吸口部材６００へと流通する流路５９０を形成し、浄水カートリッジ３００の流路３９０と吸口部材６００の吸口流路６９０との間を接続する第２の流路となります。流路５９０の入口部５９２は、浄水カートリッジ３００の出口部３７０に隣接します。流路５９０の出口部５９８は、吸口部材６００に隣接します。流路５９０の中心軸ＡＸ２は、流路３９０の中心軸ＡＸ１に対して傾斜しています。一例としては、中心軸ＡＸ２は、中心軸ＡＸ１に対して３５°の角度で傾斜しています。

接続パッキン５００は、雌ネジ部５１０を有します。雌ネジ部５１０は、浄水カートリッジ３００の雄ネジ部３８０に嵌り合う第２の雌ネジ部です。キャップ本体４００に接続パッキン５００が嵌り合った状態において、接続パッキン５００の雌ネジ部５１０は、キャップ本体４００の雌ネジ部４２０と中心軸ＡＸ１上において同軸上に隣接します。

接続パッキン５００は、吸口部材６００に隣接する凹部５６０を有します。凹部５６０には、流路５９０の出口部５９８が形成されています。図２に示すように、キャップ本体４００に吸口部材６００が収納された状態では、流路５９０の出口部５９８は、吸口部材６００によって密閉されます。また、図３および図４に示すように、キャップ本体４００から吸口部材６００が引き起こされた状態では、流路５９０の出口部５９８は、吸口部材６００の流路５９０に連通します。

吸口部材６００の回転軸６２０は、キャップ本体４００の軸支部４５６に嵌り合います。これによって、吸口部材６００は、接続パッキン５００の流路５９０を密閉する第１の位置（図２）と、接続パッキン５００の流路５９０に吸口流路６９０が連通する第２の位置（図３および図４）との間を移動可能となります。

吸口部材６００の突起部６３０は、第１の位置（図２）において上方に突出しています。突起部６３０は、第２の位置（図３および図４）においてキャップ本体４００に当接します。これによって、携帯用浄水ボトル１０の使用者は、突起部６３０に指を引っ掛けることによって、第１の位置（図２）と第２の位置（図３および図４）との間で、吸口部材６００の位置を容易に変更できます（ストローを片手で突出させることができるということです）。

吸口部材６００の円弧部６５０は、円弧状に突出した部位です。円弧部６５０は、第１の位置（図２）において、接続パッキン５００における流路５９０の出口部５９８を密閉します。

吸口キャップ６８０は、携帯用浄水ボトル１０の使用者によって咥えられる部位です。吸口キャップ６８０は、シリコンゴム製の樹脂成形品です。吸口部材６００のうち吸口キャップ６８０以外の部位は、ポリプロピレンを主成分とし、貝殻由来の水酸化カルシウムを含有する樹脂成形品です。

ここがポイント！

本発明によれば、浄水カートリッジ３００の雄ネジ部３８０が、キャップ本体４００の雌ネジ部４２０と接続パッキン５００の雌ネジ部５１０とに嵌り合うため、浄水カートリッジ３００の流路３９０と接続パッキン５００の流路５９０との間の密閉性を向上させることができます。その結果、吸口部材６００から水ＷＴを吸い出すために必要な吸引力の軽減を図ることができます。

また、接続パッキン５００の流路５９０が吸口部材６００の吸口流路６９０と同軸上で連通するため、これらの流路が同軸上ではない場合と比較して、吸口流路６９０から浄水カートリッジ３００の出口部３７０までの流路抵抗を軽減できます。その結果、使用者にとって飲み易い吸口流路６９０の向きを採用しながら、吸口部材６００から水ＷＴを吸い出すために必要な吸引力の軽減を図ることができます。

さらに、吸口部材６００およびキャップ本体４００は、貝殻由来の水酸化カルシウムを含有する樹脂からできているため、水酸化カルシウムによって抗菌性を向上させることができます。

未来予想

浄水機能のついたハンディタイプ（水筒タイプ）の製品は、有名どころではDAFIやBRITA®など、いくつか挙げられますが、本発明はストロータイプである点が他との違いといえそうです。また、構造上、浄水カートリッジと水とが触れる容量が多いため、より浄水性能が優れているように思えます（浄水性能については特許明細書中に記載はありませんでした）。

一方、浄水タイプの水筒は、据置型の浄水器と違って、毎日コンスタントに使うものではないため、浄水カートリッジの交換頻度がユーザーによって大きく異なることが考えられます。よって、今後はより適切なタイミングでカートリッジを交換できるような工夫が加えられるとより便利な製品になると思われます。

特許の概要

核融合炉の発電効率を向上させる冷却材の活用法とは

核融合炉の開発は、世界的なエネルギー問題の解決において急務です。化石燃料の使用に伴う気候変動やエネルギー需給の安定性の懸念が高まる中、持続可能なエネルギー源の開発が喫緊の課題となっています。

核融合炉は、安定した核融合反応によってクリーンでほぼ無尽蔵のエネルギーを供給する可能性を持ち、二酸化炭素の排出を削減しながら持続可能なエネルギー供給を実現できます。

そのため、核融合炉の開発は、地球温暖化の緩和やエネルギー需要の増大に対応するために不可欠な技術の一つとされています。このような核融合炉の発電効率をより向上させるための発明が日本の企業により特許出願されましたので、詳説していきます。

発明の背景

核融合炉では、重水素と三重水素（トリチウム）を含む混合燃料を真空容器内でプラズマ化して保持し、核融合反応で生じる１４．１ＭｅＶの一次中性子からエネルギーを取り出して発電を行います。

トリチウムは自然界に存在しないため、炉を継続的に運転するにはトリチウムの消費分を補いつつ、増殖する必要があります。このため、核融合炉では、核融合反応により生成される中性子の捕獲によるトリチウム生成と、核融合反応により生じる熱の回収とを行うために、真空容器の内面にブランケットが取り付けられます。

従来のブランケットとしては、特別に成分調整された低放射化フェライト鋼（例えば、Ｆ８２Ｈ）で構成された箱形状の金属容器（筐体）に、リチウムを含むトリチウム増殖材、ベリリウムを含む中性子増倍材の層を交互に設けたものがあります。これは、筐体内部に冷却水が流通する流路が形成されて、発生した熱が回収されるものです。

しかし、発生した熱を回収するために冷却水を使用する場合、冷却水が構造材の破損により高温部に吹き込んだ場合には、水素発生などのリスクが避けられません。特に、冷却水を循環させる配管や、精製したトリチウムを回収するための配送ガスを供給・回収するための配管が複雑になると、プラント全体の安全上の懸念及び潜在的なリスクの一つになってしまいます。

どんな発明？

発明の目的

本発明は、上述の課題に鑑み、炉設計をシンプル且つ軽量なものとすることによって、プラント全体の構造的な健全性を維持しつつ、高いトリチウム増殖性能を実現する核融合炉用ブランケットを提供することを目的とします。

発明の詳細

では、本発明の詳細を説明していきます。

本発明の核融合炉用ブランケット、複数のブランケットモジュールからなり、それぞれのモジュールは、

• 核融合プラズマに臨ませて配置される第一壁
• 第一壁の背後に配置されＳｉＣ又はＳｉＣ複合材を含む構造材料により形成された内部が中空の筐体
• 筐体内部の中空内において核融合プラズマから離れる方向に複数連設された内部槽
• 筐体内において第一壁側の構造材料と最前列に位置する内部槽との間に形成された前面側流路
• 前面側流路と最前列に位置する内部槽とを連通させる流入孔
• 隣接された内部槽同士を相互に連通させる連通孔
• 筐体の外部から前面側流路に冷却材を供給する供給路
• 最後尾の内部槽から筐体の外部に冷却材を排出する排出路

を備えるものです。

上記冷却材は、増殖材の機能を有するリチウム鉛或いはベリリウム、又はこれら配合して含有する流体であり、第一壁はタングステン薄膜を含みます。

本発明によれば、核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って複数配置される核融合炉用ブランケットにおいて、炉設計をシンプル且つ軽量なものとし、プラント全体の構造的な健全性を維持しつつ、高いトリチウム増殖性能を実現できます。

詳しく述べると、本発明では、筐体をＳｉＣ又はＳｉＣ複合材を含む構造材料により形成するとともに、筐体内部に内部槽を複数連設する構造としたため、内部槽のサイズや配置を最適化することができ、核発熱分布に応じた流路の制御ができ、熱の回収率及びトリチウムの増殖性能を適正に向上させることができます。

また、従来のブランケットでは、ベリリウムの充填層が設置できず、また、リチウム鉛が垂直方向に流動する構造になっているものもあり、例えば10m以上の揚程があるようなときには、非常に大きなポンプ動力や電力消費が伴います。これに対して本発明のブランケットモジュールでは、供給路及び排出路が水平方向に配置可能であり、小さいポンプ動力で冷却材を流動させることができます。

さらに、本発明において冷却材としてベリリウムを配合する場合には、ベリリウム増倍反応（Be + n →2He +2n）を誘発する高速中性子束の高い位置に必要量のベリリウムを配置できるため、トリチウム増殖比が調整できます。特に、本発明では、自然比のリチウム鉛やベリリウムを配合することにより、非常にコストが高い高濃縮リチウム鉛（6Li 濃縮度：90%程度）を不要とするか、或いは使用量を低減することができ、コストの低減が可能となります。

図１は、いわゆるトカマク型の核融合炉の構成を一部切り欠いて示したものです。

図１

核融合炉１では、重水素とトリチウムを含む混合燃料を真空容器３の内部でプラズマ化します。発生した高温のプラズマは、各超伝導コイル５１〜５３などによる磁界によって真空容器３の内部に保持されます。そして、プラズマ内部では、重水素とトリチウムの核融合反応が発生します。なお、ダイバータ６は、核融合反応により生じたヘリウムと燃料粒子の排気を行うとともに、ダイバータ６に流れてきた熱エネルギーの排出を行います。

センターソレノイドコイル５３は、真空容器３のドーナツの中心の空間に設けられています。トロイダルコイル５１は、真空容器３の大径に沿って互いに間隔をあけて複数が配置されています。これら複数のトロイダルコイル５１のそれぞれは、真空容器３のドーナツ状の筒部分を囲むように配されています。それぞれのトロイダルコイル５１においては、真空容器３の大径に沿って互いに同一方向の電流が流れるように構成されています。また、ポロイダルコイル５２は、真空容器３の大径に沿って形成された環状をなしていて、ドーナツ状の大径と同心に、複数本が垂直方向に互いに間隔をあけて配されています。

図２

重水素とトリチウムを含む混合燃料を真空容器３の内部でプラズマ化し、発生した高温の核融合プラズマＰ（上図に示すコアプラズマＰｃ及びソルプラズマＰｓ）は、トロイダルコイル５１及びポロイダルコイル５２などによる全体合成磁場によって、真空容器３の内部に保持されます。この核融合プラズマの内部では、重水素とトリチウムの核融合反応が発生し、ヘリウムと中性子が生成されます。

真空容器３の内側には、ダイバータ６の他に、核融合プラズマにエネルギーを付与するための電子サイクロトロン共鳴加熱（ECH:Electron Cyclotron Heating）装置や、プラズマ中に高エネルギー粒子を注入する中性粒子ビーム入射加熱（NBI: Neutral Beam Injectionheating）装置などの一部も、設けられています。

ブランケットの構成

真空容器３内には、真空容器３の内面に沿って、核融合プラズマを囲むように核融合炉用ブランケット４が設けられています。核融合炉用ブランケット４は、複数のブランケットモジュール４ａによって構成された核融合炉用ブランケットであり、それぞれのブランケットモジュール４ａは、筐体４０の前面の第一壁４１を核融合プラズマＰに対向させるようにして、核融合プラズマＰの周囲を囲んで配置されています。

ブランケットモジュール４ａは真空容器３の内側に配置され、冷却材（液体リチウム鉛）が供給管４４から筐体４０内部へ供給されて、筐体４０内において発生した熱及びトリチウムを冷却材により回収し、排出管４７を通じて真空容器３の外部へ排出された冷却材を介して熱交換機（IHX = Intermediate Heat Exchanger）２０１及びＶＳＴ(Vacuum Sieve Tray)装置２０２により熱及びトリチウムが回収され、電磁ポンプ（EM Pump：Electro Magnetic Pump）２０３により冷却材は再びブランケットモジュール４ａに供給されます。

図３

図３に示すものは、本発明のブランケットモジュールの模式図です。各ブランケットモジュール４ａは、外観的に、立方体状の筐体４０を基体とした構造物であり、供給管４４から供給された冷却材を筐体４０内部で循環させ、排出管４７から外部へ送出する構成を備えています。

図４

内部的には、図４に示すように、筐体４０内部に形成された内部槽４２と、筐体４０外部から冷却材を供給する供給管４４に連通された供給路４６及び前面側流路４５と、内部槽４２から筐体４０の外部へ連通された排出管４７とを備えています。

筐体４０は、第一壁４１の背後に配置され、密度3.21g/cm3の炭化ケイ素複合材料（SiCf/SiC：ＳｉＣ又はＳｉＣ複合材）を含む構造材料により六面が形成された内部が中空の立方体状の函体です。この第一壁４１は、核融合プラズマに臨ませて配置される四角形状のプレートであり、核融合プラズマＰに対向する面にタングステン薄膜が塗布されています。なお、タングステン薄膜は０．１ｍｍの厚さとなっています。

内部槽４２は、筐体４０を構成する炭化ケイ素複合材料と同様の材料によって筐体４０の内部に隔成された水密性の空間であり、筐体４０内部の中空内において核融合プラズマから離れる方向に複数連設されています。

この内部槽４２のプラズマ側前面４２ａには、内部槽４２１の内外に連通する流入孔４５ａが多数穿設されており、内部槽４２１の外側から内側へ冷却材が流入されるように構成されています。一方、隔壁４３にも、隣接する内部槽４２１，４２２同士を相互に連通させる連通孔４３ａが多数穿設されており、プラズマ側の内部槽４２１から後方の内部槽４２２へと冷却材が流通されるようになっています。

内部槽４２の周囲は、筐体４０の内壁との間隙部分が冷却材の供給路となっています。筐体４０の下部に接続された供給管４４が、内部槽４２周囲に形成された供給路４６に連通され、この供給路４６は、筐体４０内において第一壁４１側の構造材料４０ａと最前列に位置する内部槽４２１との間に形成された前面側流路４５と連通されており、供給路４６及び前面側流路４５から、内部槽４２１の構造材４２ａに穿設された流入孔を通じて、内部槽４２１内へ冷却材が供給されます。

供給管４４及び排出管４７は、炭化ケイ素複合材料（SiCf/SiC：ＳｉＣ又はＳｉＣ複合材）で形成された厚み１ｍｍ、長さ１０ｃｍの鉛管が採用されています。供給管４４は、筐体４０の背面側下部において筐体４０背面の構造材４０ｄを貫通させて筐体４０内部の供給路４６に連通されています。この筐体４０内部の供給路４６と供給管４４とが、筐体４０の外部から冷却材を供給する供給路となります。一方、排出管４７は、筐体４０背面側下部において筐体４０背面の構造材４０ｄ及び内部槽４２２背面の構造材４２ｄを貫通させて内部槽４２２内部に連通されています。この排出管４７が、最後尾の内部槽４２２から筐体４０の外部に冷却材を排出する排出路となります。

上記ブランケットモジュール４ａ内で循環される冷却材は、増殖材の機能を有するリチウム鉛を含有する流体です。このリチウム鉛（LiPb）は、冷却材と増殖材の機能を併せ持つ流体であり、本実施形態では、核融合反応により生じた一次中性子の照射を受けて、冷却材であるリチウム鉛に含まれる質量数６のリチウムの核反応を発生させてトリチウムが生成されます。同時に、冷却材に含まれるリチウム鉛と一次中性子との核反応が発生して二次中性子が生成されます。

この二次中性子も核融合炉用ブランケット４内の冷却材と核反応してトリチウム生成に寄与します。なお、冷却材としてベリリウムを充填することで天然Ｌｉ比のリチウム鉛（６Ｌｉ比率：７．８％）でもトリチウム増殖比＞１を達成可能です。同時に、核融合炉用ブランケット４では、筐体４０の内部に供給され流通する冷却材であるリチウム鉛を介して、プラズマから生じる熱が回収されます。

核融合炉の動作

まず、重水素とトリチウムを含む混合燃料を真空容器３の内部でプラズマ化します。発生した高温のプラズマは、各超伝導コイル５１〜５３などのコイルの磁界によって真空容器３の内部に保持されます。そして、プラズマ内部では、重水素とトリチウムの核融合反応が発生し、ヘリウムと中性子が生成されます。粒子及び熱的エネルギーの一部は、ダイバータ６によって真空容器３の内部で捕獲され、ダイバータ６により核融合反応により生じたヘリウム等の排気が行われるとともにダイバータ６に流れてきた熱エネルギーが排出・回収されます。

一方、核融合炉用ブランケット４では、各ブランケットモジュール４ａにおいて、電磁ポンプ２０３により供給管４４を通じて筐体４０内部へ冷却材（液体リチウム鉛）が供給され、供給された冷却材によって筐体４０内において発生した熱及びトリチウムが回収され、排出管４７を通じて真空容器３の外部へ排出されます。この各ブランケットモジュール４ａから排出された冷却材を介して熱交換機２０１及びＶＳＴ装置２０２により熱及びトリチウムが回収されます。そして、電磁ポンプ２０３により冷却材は再びブランケットモジュール４ａに供給されます。

詳述すると、電磁ポンプ２０３により供給管４４を通じて筐体４０内部へ冷却材（液体リチウム鉛）が供給され、筐体４０内に供給された冷却材は、内部槽４２の周囲に形成された供給路４６を通じて、第一壁４１側の構造材料４０ａと最前列に位置する内部槽４２１との間に形成された前面側流路４５へと流入され、次いで前面側流路４５から、内部槽４２１の構造材４２ａに穿設された流入孔を通じて、内部槽４２１内へ供給されます。

また、内部槽４２内において冷却材は、隔壁４３に多数穿設された連通孔４３ａを通じて、プラズマ側の内部槽４２１から後方の内部槽４２２へと流通します。このように、冷却材は、供給管４４から供給路４６、前面側流路４５を経て、内部槽４２１，４２２を通過する間に、筐体４０内において発生した熱及びトリチウムを捕捉します。

この間、液体リチウム鉛の冷却材は、増殖材の機能を有することから、核融合反応により生じた一次中性子の照射を受けて、リチウム鉛に含まれる質量数６のリチウムの核反応を発生させてトリチウムが生成されるとともに、同時に、冷却材に含まれるリチウム鉛と一次中性子との核反応が発生して二次中性子が生成されます。この二次中性子も核融合炉用ブランケット４内の冷却材と核反応してトリチウム生成に寄与します。

その後、冷却材は、熱及びトリチウムを捕捉した状態で、最後尾の内部槽４２２から排出管４７を通じて、筐体４０の外部に排出され、これら各ブランケットモジュール４ａから排出された冷却材を介して熱交換機２０１及びＶＳＴ装置２０２により熱及びトリチウムが回収されます。

ここがポイント！

本発明の核融合炉用ブランケット４によれば、炭化ケイ素複合材料（SiCf/SiC）及び自己冷却リチウム鉛増殖材を用いた高温運転可能なブランケット設計が可能となります。具体的には、核融合炉用ブランケット４は、第一壁４１にタングステン薄膜、ブランケットモジュール４ａの構造材として炭化ケイ素複合材料（SiCf/SiC）を採用し、液体リチウム鉛は増殖材と冷却材を兼ねることから、核融合により発生した熱の取り出し、トリチウムの生産及び放射線の遮蔽の役割を果たすこととなります。

また、リチウム鉛は非圧縮性流体であり、空気や水との化学反応性が低いため、漏洩等の想定しうる事故シナリオにおいても安全です。さらにはリチウム鉛を循環させて冷却するため、加圧水やヘリウムガスといった冷却材をブランケット内部に入れる必要がなく、シンプルなブランケット構造が可能となります。

また、筐体４２内部に内部４２槽を複数連設する構造とするとともに、筐体４０、内部槽４２，各流路をＳｉＣ又はＳｉＣ複合材を含む構造材料により形成するため、内部槽４２のサイズや配置を最適化することができ、核発熱分布に応じた冷却材の流路を制御することができ、熱の回収率及びトリチウムの増殖性能を適正に向上させることができます。

筐体４０の各構造材や配管に密度3.21g/cm3のSiCf/SiC構造材を使用する利点として他に、軽量性に優れ、鉄鋼材（約8 g/cm3）に比べて遥かに軽いうえ、鉄鋼材料の構造材と比較して水素同位体の透過が極めて少ないことが挙げられます。SiCf/SiCを構造材とするブランケットではトリチウム透過による燃料損失や放射性物質の漏洩による問題がほとんど生じません。

さらに、SiCf/SiCは、高温・中性子照射下においても、熱化学的安定性と損傷回復性に優れており、従来材料よりも交換の頻度を下げることができ、メンテナンスコストも低減できます。また、SiCf/SiCは、他の鉄鋼材料と比較して中性子の反射・吸収が非常に少ないことから、高いトリチウム増殖比を達成できます。

加えて、SiCf/SiCは、1000°Cを超える温度においても安定しているので、冷却材を高い温度で循環させることができ、鋼構造材にとって重大な課題である化学的な腐食を引き起こしません。高温耐久性を利用して、高効率ブレイトンサイクルを用いると、５５％を超える発電効率が達成されます。

なお、冷却材に加圧水を用いる場合、熱効率は３３％程度にしかなりません。また、加圧冷却水を使用する場合、加圧冷却水が構造材の破損により高温部に吹き込んだ場合に冷却水損失事故時の水素発生など、事故のリスクが避けられないという問題もあります。これに対して、本実施形態に係るブランケットモジュールでは、自己冷却で冷却水を使用しないため、この冷却水損失事故が原理的に生じません。

未来予想

エネルギー問題は、現代社会が直面する最も重要な課題の一つです。地球温暖化の影響や化石燃料の枯渇により、持続可能なエネルギー源の開発が喫緊の課題となっています。その中で、核融合炉の発電効率向上は、エネルギー革命の可能性をもたらす画期的な技術として注目されています。

本発明を活用することにより得られる核融合炉の発電効率向上は、産業の発展と経済成長に大きなインパクトをもたらすでしょう。エネルギーは経済活動の基盤であり、エネルギー供給の安定性とコストの面での改善は、産業の発展を促進します。さらに、エネルギー費用の削減によって、企業の競争力が高まり、新たなビジネスモデルや産業クラスターが生まれる可能性があります。

さらには、発電効率向上は、環境へのポジティブな影響ももたらすと考えられます。化石燃料による発電は大気汚染や温室効果ガスの排出を引き起こしますが、核融合炉はほとんどの環境負荷を排除することができます。また、廃棄物の処理に関する問題も少なく、地球への負荷を軽減することが期待できます。これによって、持続可能な環境を築くための重要な一歩を踏み出すことができるでしょう。

特許の概要