(57)【要約】【課題】反応器の周辺で受光した太陽光も反応熱として利用できる太陽熱反応装置を提供する。【解決手段】反応器１１の周辺の蓄積容器１６内の金属酸化物１９の上面でも太陽光Ｌを受光するため、金属酸化物１９全体が高温になる。その蓄積容器１６の高温を反応器１１の側面を介して反応器１１側へ伝達することができ、結果的に、反応器１１の上面に受光する太陽光Ｌだけでなく、反応器１１の周辺で受光した太陽光Ｌも、反応器１１のための反応熱として利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環する固体粒子の上面で太陽光を受光する流動層型の反応器と、
該反応器の側面と接した状態でその周囲を取り囲むように設けられ、内部に蓄積された粒状の金属酸化物の上面で太陽光を受光すると共に底面に気体排出口が形成された上部開放型の蓄積容器と、
該蓄積容器の周囲を取り囲むように設けられ、底面に気体導入口が形成された上部開放型の空気循環路と、
前記該反応器と蓄積容器と気体循環路の全体を取り囲むように設けられ、下向きに集光された太陽光を取り入れる耐熱性の透明窓が上部に形成された外枠体と、を備えた太陽熱反応装置であって、
前記気体導入口と気体排出口の間には耐熱ピストン式の気体ポンプが設けられ、該気体ポンプにより蓄積容器内に蓄積されている粒体の空隙に存在する気体を蓄積容器から気体循環路へ向けて循環することを特徴とする太陽熱反応装置。
【請求項２】
蓄積容器の底面の異なる位置に複数の気体排出口が形成され、気体循環路の底面の異なる位置に複数の気体導入口が形成され、
気体ポンプが、往復動するシャフトの先端に固定されたピストンと、該ピストンを内部に有するシリンダとから構成され、該シリンダの両側の端部のうち、一端が対となる気体排出口と気体導入口に接続され、他端が他の対となる気体排出口と気体導入口に接続され、
更に各気体排出口には蓄積容器から排出する方向でのみ開となる逆止弁が設けられ、気体導入口には気体循環路へ導入する方向でのみ開となる逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の太陽熱反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱反応装置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、その熱で高温の反応環境が必要とされる化学反応を進行させる太陽熱反応装置が知られている。
【０００３】
太陽熱反応装置としては、上向きに噴出させた気体により循環する固体粒子の上面に太陽光を集光させる流動層型の反応器が用いられる。太陽光により循環する固体粒子全体が高温となり、その中に分散させた物質を高温により反応させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７３９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような関連技術にあっては、下向きに集光する太陽光のうち、反応器で循環している固体粒子の上面で受光した太陽光のみを利用して反応熱を得ているが、反応器の周辺でも下向きの太陽光を受光することはできる。
【０００６】
そのため反応器の周辺で受光した太陽光により作り出した熱も、反応器のための反応熱として利用できる太陽熱反応装置の提案が望まれている。
【０００７】
本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、反応器の周辺で受光した太陽光も反応熱として利用できる太陽熱反応装置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】
【０００８】
本発明の第１の技術的側面によれば、循環する固体粒子の上面で太陽光を受光する流動層型の反応器と、該反応器の側面と接した状態でその周囲を取り囲むように設けられ、内部に蓄積された粒状の金属酸化物の上面で太陽光を受光すると共に底面に気体排出口が形成された上部開放型の蓄積容器と、該積層容器の周囲を取り囲むように設けられ、底面に気体導入口が形成された上部開放型の空気循環路と、前記該反応器と蓄積容器と気体循環路の全体を取り囲むように設けられ、下向きに集光された太陽光を取り入れる耐熱性の透明窓が上部に形成された外枠体と、を備えた太陽熱反応装置であって、前記気体導入口と気体排出口の間には耐熱ピストン式の気体ポンプが設けられ、該気体ポンプにより蓄積容器内に蓄積されている粒体の空隙に存在する気体を蓄積容器から気体循環路へ向けて循環することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の技術的側面によれば、蓄積容器の底面の異なる位置に複数の気体排出口が形成され、気体循環路の底面の異なる位置に複数の気体導入口が形成され、気体ポンプが、往復動するシャフトの先端に固定されたピストンと、該ピストンを内部に有するシリンダとから構成され、該シリンダの両側の端部のうち、一端が対となる気体排出口と気体導入口に接続され、他端が他の対となる気体排出口と気体導入口に接続され、更に各気体排出口には蓄積容器から排出する方向でのみ開となる逆止弁が設けられ、気体導入口には気体循環路へ導入する方向でのみ開となる逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の技術的側面によれば、反応器の周辺の蓄積容器に蓄積されている金属酸化物の空隙内に存在する気体を気体ポンプにより下向きに移動させながら、その気体を蓄積容器の周辺に存在する気体循環路を利用して金属酸化物の上面に戻して循環しているため、太陽光を受けて金属酸化物の上面で作り出された熱を金属酸化物全体に分散させることができ、金属酸化物が全体的に高温になる。そのため蓄積容器の高温を反応器の側面を介して反応器側へ伝達することができ、結果的に、反応器の上面で受光する太陽光だけでなく、反応器の周辺で受光した太陽光も、反応器のための反応熱として利用できる。
【００１１】
本発明の第２の技術的側面によれば、シリンダ内におけるピストンの往復動により気体ポンプの両端部から気体の送出と吸引が相互に繰り返されるが、その両端部が逆止弁を介してそれぞれ別の対の気体排出口と気体導入口に接続されるため、気体をそれぞれ異なる位置の複数の気体排出口から気体導入口側へ向けて送ることができ、気体を効果的に蓄積容器と気体循環路との間で循環させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】太陽熱反応装置を示す縦断面図。
【図２】気体ポンプを示す横断面図。
【図３】気体導入口と気体排出口を示す拡大断面図。
【図４】ピストンを示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図４は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１４】
太陽熱反応装置１は最も外側が外枠体２により形成されている。外枠体２は内側に耐熱レンガ３が設置されたステンレス金属製で、全体として概略円柱形状をしている。外枠体２の上面中央には円形の開口４が形成され、そこには耐熱性を有する石英硝子製の透明窓５が設けられている。外枠体２の上部には外部へ向けて第１回収路６と第２回収路７が形成されている。
【００１５】
この開口４の真上には筒型集光鏡８が図示せぬ支持フレームにより設置されている。筒型集光鏡８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８には例えばビームダウン式の太陽集光装置などにより下向きに集光された太陽光Ｌが入光するようになっている。
【００１６】
この筒型集光鏡８の底部にも石英硝子製の透明窓９が設けられており、上下２枚の透明窓５、９の間に冷却空気を送風できるようになっている。また夜間にはこの２枚の透明窓５、９の間に断熱プレート１０を挿入して、外枠体２内の熱を翌日まで保つこともできる。
【００１７】
外枠体２の内部の開口４の真下には反応器１１が設置されている。この反応器１１は高温により水Ｗを水素Ａと酸素Ｂに分離する反応を起こさせるものである。反応器１１は内部に内筒１２と外筒１３を設けた三重筒構造で、その底部は気体のみ通過可能な分散板１４により形成されている。底部の中央からは内筒１２へ向けて窒素Ｎを上向きに噴射することができる。
【００１８】
反応器１１内には耐熱金属製の反応触媒としての固体粒子１５が収納されており、内筒１２内で上向きに流れる窒素Ｎにより固体粒子１５が内筒１２で上昇した後に外筒１３で下降して再度内筒１２に戻る流動層となる。繰り返し循環する固体粒子１５の流れの上面には開口４から取り入れられた太陽光Ｌが照射される。循環する固体粒子１５の上面に太陽光Ｌが当たるため、太陽光Ｌにより固体粒子１５全体が加熱されて高温になる。
【００１９】
高温となった固体粒子１５に対して下側から水Ｗが供給される。この水Ｗが高温により水素Ａと酸素Ｂに分離され、酸素Ｂは窒素Ｎと一緒に第１回収路６から回収され、水素Ａは第２回収路７から回収される。
【００２０】
反応器１１の周囲には上部開放型の蓄積容器１６が設けられている。蓄積容器１６は反応器１１と側壁を共有した状態で接しており、底面の上部には少し間隔を開けて気体のみ通過させる分散板１８が設けられている。そしてこの分散板１８の上には金属酸化物１９としてアルミナの粒体が蓄積されている。この金属酸化物１９はある程度の径のボール形状を有し、金属酸化物１９の空隙に存在する窒素Ｎが金属酸化物１９間を流通できるようになっている。金属酸化物１９の上面は内側に向けて下がるように傾斜した蓄積状態とされている。この金属酸化物１９の上面にも透明窓５から導入された太陽光Ｌは照射される。金属酸化物１９の上面が傾斜しているため、太陽光Ｌを広い面積で受光することができる。
【００２１】
蓄積容器１６の底面には反応器１１を挟んで対向する２箇所に気体排出口２０が形成されている。気体排出口２０の下方には気体排出口２０を囲む弁室２１が形成されている。弁室２１の下面は分散板２２で形成され、内部には気体排出口２０を閉塞自在なボール２３が収納されている。弁室２１とボール２３により、気体排出口２０において窒素Ｎが蓄積容器１６から排出する方向でのみ開となる逆止弁が形成される。
【００２２】
蓄積容器１６の周囲には外枠体２の耐熱レンガ３との間に気体循環路２４が形成されている。この気体循環路２４も上部開放型である。気体循環路２４の底面には反応器１１を挟んで対向する２箇所に気体導入口２５が形成されている。気体導入口２５の上方には気体導入口２５を囲む弁室２６が形成されている。弁室２６の上面は分散板２７で形成され、内部には気体導入口２５を閉塞自在なボール２８が収納されている。弁室２６とボール２８により、気体導入口２５において窒素Ｎが気体循環路２４へ導入する方向でのみ開となる逆止弁が形成される。
【００２３】
反応器１１の下方には、耐熱ピストン式の気体ポンプ２９が設けられている。気体ポンプ２９は円筒状のシリンダ３０を有し、シリンダ３０の内部には図示せぬ駆動部により往復動するシャフト３１がシール部３２を介して挿入されている。そのシャフト３１の先端にはシリンダ３０に内接するピストン３３が固定されている。ピストン３３は耐熱製に優れたモリブデンで形成されている。
【００２４】
このシリンダ３０の一端３４は通路３５を介して一対の気体排出口２０及び気体導入口２５に接続され、他端３６は別の通路３７を介して別の対の気体排出口２０及び気体導入口２５に接続されている。各通路３５、３７の内部には窒素Ｎの流れを邪魔しない状態でヒーター（ガスバーナー）３８が設けられている。
【００２５】
シリンダ３０内のピストン３３を図１中の矢印方向に移動させると、シリンダ３０の一端３４からは窒素Ｎが送出され、他端からは窒素Ｎが吸入される。送出側では、前述の逆止弁により、気体排出口２０が閉となり、気体導入口２５が開となる。吸引側では、逆に気体排出口２０が開となり、気体導入口２５が閉となる。ピストン３０を逆側に移動させると逆の状態が生じる。
【００２６】
シリンダ３０内におけるピストン３３の往復動により気体ポンプ２９の両端３４、３６から窒素Ｎの送出と吸引が相互に繰り返されるため、反応器１１の周辺の蓄積容器１６に蓄積されている金属酸化物１９の空隙内に存在する窒素Ｎを下向きに移動させながら、その窒素Ｎを蓄積容器１６の周辺に存在する気体循環路２４を利用して金属酸化物１９の上面に戻して循環させることができる。
【００２７】
このように蓄積容器１６と気体循環路２４との間で、加熱された窒素Ｎを内側から外側へと連続的に循環するサイクルが形成されるため、蓄積容器１６全体が高温になる。
【００２８】
図２に示すように、特に窒素Ｎをそれぞれ異なる位置の複数の気体排出口２０から気体導入口２５へ向けて送ることができため、高温の窒素Ｎを効果的に蓄積容器１６内の金属酸化物１９へ循環させることができる。
【００２９】
このように蓄積容器１６が全体的に高温になるため、その高温を反応器１１の側面を介して反応器１１側へ伝達することができ、結果的に、反応器１１の上面に受光する太陽光Ｌだけでなく、金属酸化物１９の上面で受光した太陽光Ｌも、反応器１１のための反応熱として利用できる。
【００３０】
尚、反応作業の途中で太陽が雲に遮られたりして、太陽熱反応装置１内に十分な太陽光Ｌを導入できない場合は、バックアップ用のヒーター３８を作動させて、循環している窒素Ｎを加熱することにより蓄積容器１６を必要な温度まで高めることができる。
【００３１】
一日の反応作業が終わり、次の日の作業に備える夜間は断熱プレート１０を２枚の透明窓５、９の間に挿入する。そうすることで外枠体２に蓄積された熱の放出を防止することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  太陽熱反応装置
２  外枠体
１１  反応器
１５  固体粒子
１６  蓄積容器
１９  金属酸化物
２０  気体排出口
２１  弁室（逆止弁）
２３  ボール（逆止弁）
２４  気体循環路
２５  気体導入口
２６  弁室（逆止弁）
２８  ボール（逆止弁）
２９  気体ポンプ
Ａ  水素
Ｂ  酸素
Ｌ  太陽光
Ｎ  窒素（気体）
Ｗ  水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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