(57)【要約】【課題】反応物の出し入れが容易で且つ反応作業を繰り返し行う際の効率を高めることができる太陽熱反応炉を提供する。【解決手段】反応室６の上部には透明窓７が形成され、そこから太陽光Ｌを導入することができる。反応炉本体１１自体を上下動させることにより、反応室６の密閉及び開放を容易に行うことができる。また反応炉本体１１を下降させ、そのまま水平にスライドさせることにより、反応炉本体１１を反応室６から離れた位置にすることもできる。そのため反応物１３の出し入れが容易で、反応作業を繰り返し行う際の効率を高めることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリオスタットにより反射された太陽光が入光する耐熱性の透明窓が上部に形成され且つ下部が開放された反応室と、
上部に反応室内に位置する反応物用の収納部が形成されて且つ周囲に反応室の下面部と当接して該反応室を密閉化するフランジ部が形成された反応炉本体とを備え、
該反応炉本体が反応室に対して少なくとも上下動自在に支持されていることを特徴とする太陽熱反応炉。
【請求項２】
反応炉本体が下降時に反応室から離間する方向へスライド自在であることを特徴とする請求項１記載の太陽熱反応炉。
【請求項３】
反応室に気体の供給通路と排出通路が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽熱反応炉。
【請求項４】
地上よりも高い位置に設置され下面に反射面を有するセンターミラーと、前記センターミラーの周囲の地上領域に設置されて太陽光を前記センターミラーに向けて反射する複数のヘリオスタットとを有し、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで下向きに反射させるビームダウン式太陽集光装置により地上位置に集光される構造で、
センターミラーが、断面が回転楕円体に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、
上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた筒型集光鏡を前記第２焦点付近に設置し、
反応室の透明窓は前記筒型集光鏡の下部開口付近に設置されており、
前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱反応炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境に負荷を与えることのないクリーンエネルギーとしての太陽光を集光し、その集光した太陽光を熱エネルギーに変換することで非常に高い温度を作り出し、高温の反応環境が必要とされる所定の反応物の化学反応を進行させる太陽熱反応炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０-１４４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、一般に酸素を遮断した真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気中に反応物を置く必要があるため、反応炉全体を密閉化する必要があり、反応物の出し入れが困難であった。また反応炉が非常に高温になるため作業員が近づける程度まで温度まで下げる必要があり、一定の反応作業を繰り返し行う場合の効率が悪かった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、反応物の出し入れが容易で且つ反応作業を繰り返し行う際の効率を高めることができる太陽熱反応炉を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、ヘリオスタットにより反射された太陽光が入光する耐熱性の透明窓が上部に形成され且つ下部が開放された反応室と、上部に反応室内に位置する反応物用の収納部が形成されて且つ周囲に反応室の下面部と当接して該反応室を密閉化するフランジ部が形成された反応炉本体とを備え、該反応炉本体が反応室に対して少なくとも上下動自在に支持されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、反応炉本体が下降時に反応室から離間する方向へスライド自在であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、反応室に気体の供給通路と排出通路が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、地上よりも高い位置に設置され下面に反射面を有するセンターミラーと、前記センターミラーの周囲の地上領域に設置されて太陽光を前記センターミラーに向けて反射する複数のヘリオスタットとを有し、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで下向きに反射させるビームダウン式太陽集光装置により地上位置に集光される構造で、センターミラーが、断面が回転楕円体に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた筒型集光鏡を前記第２焦点付近に設置し、反応室の透明窓は前記筒型集光鏡の下部開口付近に設置されており、記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、反応炉本体自体を上下動させることにより、反応室の密閉及び開放を容易に行うことができるため、反応物の出し入れが容易である。従って、反応作業を繰り返し行う際の効率を高めることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、反応炉本体が下降時に反応室から離間する方向へスライド自在であるため、反応室から離れた位置で反応物の交換や回収を行うことができ、反応室の温度が低下するまで作業を待つ必要がなく、反応作業を繰り返し行う際の効率を更に高めることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、反応室に気体の供給通路と排出通路が形成されているため、反応室内を容易に真空雰囲気や不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、集光装置がビームダウン型で、センターミラーは断面が楕円に合致した湾曲面を有した形状であって、ヘリオスタットで反射した太陽光がセンターミラーの第１焦点を通過すれば、その太陽光は幾何光学的に必ず第２焦点に集光する。そのため、ヘリオスタットは反射光が常に第１焦点へ向かうように制御すれば良く、ヘリオスタットの制御が容易である。また、第２焦点の周囲に筒型集光鏡が位置するため、第２焦点から外れた太陽光も筒型集光鏡内に取り入れて内面で反射しながら確実に反応室の透明窓に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽熱反応炉を示す斜視図。
【図２】太陽熱反応炉の平面図。
【図３】太陽熱反応炉の側面図。
【図４】太陽熱反応炉の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図４は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１６】
まず、太陽熱を得るためのビームダウン式太陽集光装置の説明をする。この実施形態では日本のような北半球の中緯度の地域の場合を例にして説明する。
【００１７】
ビームダウン式太陽集光装置の中心にはセンターミラー１が３本のタワー１ａにより支持されている。センターミラー１は、日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた部分回転楕円体形状をしている。センターミラー１は断面が楕円に合致した湾曲面を有し、図３に示すように下方に共焦点としての第１焦点Ａと第２焦点Ｂが存在する。
【００１８】
センターミラー１は図２に示すように、平面視で、半円よりも東側及び西側に所定の角度範囲だけ張り出した状態になっている。センターミラー１の北側及び東西両側には複数のヘリオスタット２が放射状に設置されている。
【００１９】
ヘリオスタット２は図示せぬセンサーにより太陽の動きに連動して向きを変化させる構造となっており、常に太陽光Ｌを第１焦点Ａへ向けて反射するように制御される。第１焦点Ａを通過した太陽光Ｌはセンターミラー１で反射されて第２焦点Ｂに集光する。
【００２０】
第２焦点Ｂ付近の地上には太陽熱反応炉３が設置されている。太陽熱反応炉３の矩形のハウジング４の上部には円形の開口４ａが形成されている。
【００２１】
開口４ａの上部には筒型集光鏡５が設置されている。筒型集光鏡５は上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた構造をしている。この筒型集光鏡５の上部開口の中心付近に第２焦点Ｂが位置しており、太陽光Ｌが上部開口から筒型集光鏡５内に取り入れられる。
【００２２】
ハウジング４内には円柱空間状の反応室６が形成されている。反応室６は上部が開口４ａに対応する円形の透明窓７となっている。この透明窓７は耐熱性を有する石英硝子で形成されている。
【００２３】
反応室６は下方が開放されており、反応室６の下方以外の部分はハウジング４との間に断熱材８が設けられている。反応室６の両端には断熱材８を貫通する供給通路９と排出通路１０がそれぞれ形成されている。この供給通路９と排出通路１０は開閉自在で、両方を開けて気体を反応室６内に流通させることもできるし、一方を閉じて他方から反応室６内の気体を吸引することもできる。
【００２４】
反応室６の下方には反応炉本体１１が設けられている。この反応炉本体１１は中央が反応室６より小径の円柱形状で、その頂部に反応物１２を収納するための収納部１３が凹設されている。また下方には大径のフランジ１４が一体形成されている。この反応炉本体１１は全体が超耐熱金属で形成されている。
【００２５】
更にこの反応炉本体１１はレール１５に沿って水平方向へスライド自在なリフト１６に固定されており、リフト１６により上下動自在で且つレール１５に沿ってリフト１６ごと水平方向へスライド自在である。ハウジング４の一方の側面には反応炉本体１１のための出入口１７が形成されている。
【００２６】
従って、ハウジング４内で反応炉本体１１を上昇させると反応炉本体１１のフランジ１４が反応室６の周辺の下面に当接し、反応室６内を密閉化することができる。また反応炉本体１１を下降させ、下降させた状態で水平方向へスライドさせることにより、反応炉本体１１をハウジング４外へ取り出すことができる。
【００２７】
次に金属酸化物（例えば酸化マグネシウム）を還元する場合を例に作用を説明する。まず反応炉本体１１の収納部１３内に酸化マグネシウムと還元剤材を混合した反応物１２を収納する。次に反応炉本体１１を上昇させて反応室６を密閉化する。次に供給通路９を閉塞し、排出通路１０から図示せぬ冷却部を介して真空ポンプにより反応室６内の空気を吸引する。
【００２８】
その状態で上方より太陽光Ｌを筒型集光鏡５内に取り入れる。太陽光Ｌは開口４ａから透明窓７を経て反応室６内に照射され、反応物１２に当たって熱エネルギーに変わり、反応物１２を高温で加熱する。
【００２９】
約１２００°Ｃになると還元反応が進み反応物１２のから金属マグネシウムだけが気化して反応室６から排出通路１０側へ流出し、図示せぬ冷却部で固化し高純度の金属マグネシウムとして回収される。
【００３０】
一定の反応が終了したら反応室６内の圧力を元に戻し、反応炉本体１１を下降させた後、水平方向にスライドさせて反応炉本体１１を出入口１７からハウジング４外へ取り出す。ある程度温度が下がった後、反応物１２を交換して同様の還元作業を繰り返し行う。
【００３１】
このような真空雰囲気での金属酸化物の還元反応の他に、供給通路９からアルゴン等の不活性ガスを供給して、反応室６を不活性ガス環境にして反応作業を行っても良い。
【００３２】
例えば、反応炉本体１１の収納部１３に反応物１２として金属酸化物（ＭｍＯｎ）と炭素（Ｃ）の混合物を入れる。そして供給通路９よりアルゴン等の不活性ガスをキャリアガスとして供給する。
【００３３】
そして太陽光Ｌにより反応物１２が所定の温度条件に至ると、反応物１２中の金属酸化物（ＭｍＯｎ）の炭素（Ｃ）による還元反応が進行して、反応生成物として単体の金属（ｍＭ）と一酸化炭素（ＣＯ）が生成されるようになる。単体の金属（ｍＭ）は収納部１３内に残る一方、一酸化炭素（ＣＯ）は、供給通路９より反応室６内に供給されるキャリアガスの流れに同伴されて排出通路１０おり反応室６外へ排出される。このような反応作業を行っても良い。
【００３４】
以上説明したように本発明によれば、反応炉本体１１を筒型集光鏡５や太陽熱反応炉３に対して上下方向に相対移動させることにより、反応室６の密閉及び開放を容易に行うことができるため、反応物１２の出し入れが容易である。従って、反応作業を繰り返し行う際の効率を高めることができる。
【００３５】
また、反応炉本体１１が下降時に反応室６から離れる方向へスライド自在であるため、反応室６から離れた位置で反応物１２の交換や回収を行うことができ、反応室６の温度が低下するまで作業を待つ必要がなく、反応作業を繰り返し行う際の効率を更に高めることができる。
【００３６】
更に、反応室６に気体の供給通路９と排出通路１０が形成されているため、反応室６内を容易に真空雰囲気や不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００３７】
加えて、集光装置がビームダウン型で、センターミラー１は断面が楕円に合致した湾曲面を有した形状であって、ヘリオスタット２で反射した太陽光Ｌがセンターミラー１の第１焦点Ａを通過すれば、その太陽光Ｌは幾何光学的に必ず第２焦点Ｂに集光する。そのため、ヘリオスタット２は反射光が常に第１焦点Ａへ向かうように制御すれば良く、ヘリオスタット２の制御が容易である。また、第２焦点Ｂの周囲に筒型集光鏡５が位置するため、第２焦点Ｂから外れた太陽光Ｌも筒型集光鏡５内に取り入れて内面で反射しながら確実に反応室の透明窓７に導くことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  センターミラー
２  ヘリオスタット
３  太陽熱反応炉
５  筒型集光鏡
６  反応室
７  透明窓
９  供給通路
１０  排出通路
１１  反応炉本体
１２  反応物
１３  収納部
１４  フランジ
１５  レール
１６  リフト
Ａ  第１焦点
Ｂ  第２焦点
Ｌ  太陽光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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