(57)【要約】【課題】狭い領域でも太陽光導入口を確実に開閉することができる粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造を提供する。【解決手段】開閉構造をカメラの絞りのように可動する複数の絞り羽根板７により構成したため、各絞り羽根板７は回転軸８を中心としてそれ自体の幅寸法分だけしか回転しないが、その分の回転だけでも太陽光導入口Ａを確実に開閉できる。従って太陽光導入口Ａと外側周辺範囲Ｃの間の狭い中間周辺範囲Ｂ内にも設置することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に金属酸化物の粒体が蓄積された円柱形状のタンク本体を備え、
該タンク本体の上面部において、中心には下向きに集光された太陽光が入光する円形の太陽光導入口が形成され、該太陽光導入口の周辺には太陽光導入口を取り囲むリング状の中間周辺範囲が設定され、該中間周辺範囲の周辺には中間円弧範囲を取り囲むリング状の外側周辺範囲が設定され、
外側周辺範囲の上面部から複数のレトルトが頭部のみを上面部から突出させた垂直状態でタンク本体内部に設置され、太陽光導入口から導入された太陽光によりタンク本体内の粒体を加熱すると共に粒体間の空気を循環して加熱し、該加熱空気により複数のレトルトを加熱する粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造であって、
前記中間周辺範囲に、該中間周辺範囲の最外位置における等角度間隔位置に回転軸を有し且つ互いに重なり合わないでタンク本体の上面部上をスライドしながら前記回転軸を中心に回転自在な絞り羽根板を複数設け、
各絞り羽根板の太陽光導入口内へ向けた閉回転時に太陽光導入口が遮蔽され、太陽光導入口から離反する開回転時に太陽光導入口が開放されることを特徴とする粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造。
【請求項２】
絞り羽根板が４枚で、各絞り羽根板がそれぞれ直角部分を太陽光導入口側に臨ませ且つ回転軸の対向辺の長さが中間周辺範囲の幅以下である直角三角形であり、絞り羽根板の閉回転時に各絞り羽根板の直角の角部が太陽光導入口の中心で一致することを特徴とする請求項１記載の粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造。
【請求項３】
絞り羽根板が２枚で、各絞り羽根板が太陽光導入口の半円部分を遮蔽可能な形状で且つ最大幅が中間周辺範囲の幅以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造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炉が知られている。
【０００３】
一方でマグネシウム金属を利用したマグネシウム電池が知られている。マグネシウム金属を負極として電解液中に浸漬させることにより起電力を発生させる一次電池である。このマグネシウム電池では使用後に不溶酸化物（水酸化マグネシウム）が生じる。その不溶酸化物を太陽熱により還元して再度マグネシウム金属に復元することで電池として繰り返し利用することが望まれている。
【０００４】
酸化物の還元にはレトルトという筒型の鋼製容器が使用される。このレトルト内にマグネシウムの酸化物と還元材とを入れた後、減圧下において高温に加熱することにより還元する。そうするとマグネシウムだけが気化するためレトルトの一端の冷却部においてその気化したマグネシウムを凝固させて回収することができる。
【０００５】
そこでレトルトを太陽熱で加熱するために、レトルトを粒体層の中に設置し、その粒体層内の配管に太陽光で加熱された空気を循環することにより粒体を加熱し、加熱された粒体を介して粒体に接しているレトルトを加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−６１４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような関連技術にあっては、レトルトに接している粒体を介して加熱する方法で、レトルトに接している粒体が静止しており、また配管内の空気は流れるが粒体間に存在している空気は静止しており、どちらも流れていないため、レトルトに不均一な温度分布が発生しやすく、複数のレトルトを均一に加熱することができない。
【０００８】
そこでレトルトをタンク本体に蓄積した粒体層の外側に配置し、粒体層の内側をタンク本体の太陽光導入口から導入した太陽光で加熱し、粒体間の空気を内側から外側に循環させながら加熱し、レトルトをその循環する加熱空気で加熱する方式が検討されている。
【０００９】
そうした時に夜間に粒体の熱が太陽光導入口から放出するのを防止するため、太陽光導入口を閉じる必要があるが、中心には太陽光導入口があり且つ外側にはレトルトがあるため、開閉構造を設置できる領域は非常に狭い。そのためレトルトの効率的な加熱方式は確立されていながら、それに用いる有効な開閉構造が提案されずにいた。
【００１０】
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、狭い領域でも太陽光導入口を確実に開閉することができる粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造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】
【００１１】
本発明の第１の技術的側面によれば、内部に金属酸化物の粒体が蓄積された円柱形状のタンク本体を備え、該タンク本体の上面部において、中心には下向きに集光された太陽光が入光する円形の太陽光導入口が形成され、該太陽光導入口の周辺には太陽光導入口を取り囲むリング状の中間周辺範囲が設定され、該中間周辺範囲の周辺には中間円弧範囲を取り囲むリング状の外側周辺範囲が設定され、外側周辺範囲の上面部から複数のレトルトが頭部のみを上面部から突出させた垂直状態でタンク本体内部に設置され、太陽光導入口から導入された太陽光によりタンク本体内の粒体を加熱すると共に粒体間の空気を循環して加熱し、該加熱空気により複数のレトルトを加熱する粒体加熱式太陽熱還元炉の太陽光導入口開閉構造であって、前記中間周辺範囲に、該中間周辺範囲の最外位置における等角度間隔位置に回転軸を有し且つ互いに重なり合わないでタンク本体の上面部上をスライドしながら前記回転軸を中心に回転自在な絞り羽根板を複数設け、各絞り羽根板の太陽光導入口内へ向けた閉回転時に太陽光導入口が遮蔽され、太陽光導入口から離反する開回転時に太陽光導入口が開放されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の技術的側面によれば、絞り羽根板が４枚で、各絞り羽根板がそれぞれ直角部分を太陽光導入口側に臨ませ且つ回転軸の対向辺の長さが中間周辺範囲の幅以下である直角三角形であり、絞り羽根板の閉回転時に各絞り羽根板の直角の角部が太陽光導入口の中心で一致することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の技術的側面によれば、絞り羽根板が２枚で、各絞り羽根板が太陽光導入口の半円部分を遮蔽可能な形状で且つ最大幅が中間周辺範囲の幅以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の技術的側面によれば、開閉構造をカメラの絞りのように可動する複数の絞り羽根板により構成したため、各絞り羽根板は回転軸を中心としてそれ自体の幅寸法分だけしか回転しないが、その分の回転だけでも太陽光導入口を確実に開閉できる。従って太陽光導入口と外側周辺範囲の間の狭い中間周辺範囲内にも設置することができる。
【００１５】
本発明の第２の技術的側面によれば、絞り羽根板が単純な直角三角形状のため絞り羽根板の製造が容易である。
【００１６】
本発明の第３の技術的側面によれば、絞り羽根板の数が最小の２枚で済むため、絞り羽根板のタンク本体に対する取付作業工数が少なくても済む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る太陽光導入口が開いた状態の粒体加熱式太陽熱還元炉を示す断面図。
【図２】太陽光導入口が閉じた状態の粒体加熱式太陽熱還元炉を示す断面図。
【図３】太陽光導入口が開いた状態の粒体加熱式太陽熱還元炉を示す平面図。
【図４】太陽光導入口が閉じた状態の粒体加熱式太陽熱還元炉を示す平面図。
【図５】太陽光導入口と中間周辺範囲と外側周辺範囲を示す図３相当の平面図。
【図６】タンク本体の下部空間の構造を示す平面図。
【図７】第２実施形態に係る太陽光導入口の開いた状態を示す平面図。
【図８】第２実施形態に係る太陽光導入口の閉じた状態を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図６は本発明の第１実施形態を示す図である。
【００１９】
粒体加熱式太陽熱還元炉はタンク本体１を備えている。タンク本体１は内側に耐熱レンガが設置されたステンレス金属製で、それぞれ上下に円形の上面部２と下面部３を有する概略円柱形状をしている。下面部３の下方には下部空間４も形成されている。
【００２０】
タンク本体１の内部には蓄熱材としてアルミナの粒体Ｐが蓄積されている。この粒体Ｐはある程度の径のボール形状を有し、粒体Ｐの空隙に存在する空気Ｆが粒体Ｐ間を流通できるようになっている。
【００２１】
太陽光Ｌの上面部２の中心には円形の太陽光導入口Ａが形成されている。この太陽光導入口Ａの真上には筒型集光鏡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。
【００２２】
筒型集光鏡５内に取り入れられた太陽光Ｌは筒型集光鏡５の下部から集光された状態で取り出され、太陽光導入口Ａからタンク本体１内に導入される。太陽光導入口Ａから導入された太陽光Ｌは粒体Ｐの上面における中心範囲に照射される。粒体Ｐの上面の太陽光Ｌが当たる部分は予め凹部６として凹ませている。そのため太陽光Ｌが当たる面積が増し、太陽光Ｌにより加熱される範囲を広げることができる。
【００２３】
タンク本体１の上面部２は中心から外側へ向けて３つのエリアに区分されている（図５参照）。最も中心側が太陽光導入口Ａで、その外側がリング状の中間周辺範囲Ｂで、更にその外側が同様にリング状の外側周辺範囲Ｃとなっている。
【００２４】
太陽光導入口Ａと外側周辺範囲Ｃの間の狭い中間周辺範囲Ｂには４枚の絞り羽根板７が設けられている。この絞り羽根板７は太陽光導入口Ａを開閉するもので、それぞれ中間周辺範囲Ｂの最外位置における等角度間隔位置に回転軸８を有する直角三角形をしている。絞り羽根板７が単純な直角三角形状のため絞り羽根板７の製造が容易である。
【００２５】
それぞれ直角部分を太陽光導入口Ａ側に臨ませ且つ回転軸８の対向辺の長さ（幅）Ｄが中間周辺範囲Ｂの幅Ｅ（図５参照）に相当している。絞り羽根板７はその長さＤの分だけ回転軸８を中心に回転する。従って最も外側へ回転させた際に太陽光導入口Ａを完全に開放する。このように４枚の絞り羽根板７によりカメラの絞りのような開閉構造が形成されるため、絞り羽根板７の全体を狭い中間周辺範囲Ｂ内に収納することができる。
【００２６】
回転軸８を中心に絞り羽根板７を図示せぬ駆動手段により太陽光導入口Ａ側へ回転させた際には、各絞り羽根板７の直角の角部が太陽光導入口Ａの中心で一致し、太陽光導入口Ａを閉じることができる。絞り羽根板７は互いに重なり合わないでタンク本体１の上面部２上をスライドしながら回転するもので、太陽光導入口Ａを閉じた際に絞り羽根板７と上面部２との間に隙間が生じない。外側に回転させて太陽光導入口Ａを開放した際も絞り羽根板７は中間周辺範囲Ｂ内において上面部２と接触した状態で安定している。
【００２７】
上面部２の外側周辺範囲Ｃには、複数のレトルト９が垂直状態で上側から設置されている。上面部２には複数の孔部が形成され、そこからレトルト９が挿入される。レトルト９の大部分はタンク本体１の粒体Ｐ内に埋設された状態となるが、頭部１０は上面部２から突出した状態なる。上方に突出した頭部１０には冷却装置１１が組み合わされて、頭部１０だけ冷却される。
【００２８】
頭部１０には図示せぬ開閉蓋が設けられており、そこを開けてレトルト９の内部に金属酸化物としてのマグネシウム酸化物と還元材を混練したブリケットが原料として投入される。頭部１０の蓋は原料投入後に閉じられ、その後にレトルト９の内部は真空装置により減圧される。
【００２９】
下面部３には太陽光導入口Ａの真下相当位置に４つの空気導入口１２が円周方向に沿って形成されている。また下面部３の外側周辺範囲Ｃの真下相当位置には４つの空気排出口１３が同様に円周方向に沿って形成されている。空気導入口１２及び空気排出口１３には粒体Ｐが入り込まないように耐熱性の金属製フィルター（図示省略）が設けられている。
【００３０】
空気導入口１２と空気排出口１３の間には耐熱式の空気ポンプ１４が設けられている。空気導入口１２と空気ポンプ１４の間は耐熱性金属により形成された加熱通路１５となっており、その下方にガスバーナー１６が設置されている。
【００３１】
次に作用を説明する。
【００３２】
まず絞り羽根板７を全て外側へ回転させて太陽光導入口Ａを開放状態にしておく。開いた太陽光導入口Ａから下向きに集光された太陽光Ｌがタンク本体１内に導入され、太陽光Ｌが粒体Ｐの上面の凹部６に当たる。太陽光Ｌが当たる部分に凹部６が形成されているため、太陽光Ｌの受光面積が増し、太陽光Ｌの熱を効率良くタンク本体１内に取り入れることができる。太陽光Ｌが当たる凹部６の周辺が高温になる。
【００３３】
この凹部６が位置するタンク本体１の中心部における粒体Ｐでは、その空隙内に存在する空気Ｆが下面部３の中央付近に形成された空気導入口１２から下向きに吸引される。吸引された空気Ｆは空気導入口１２から空気ポンプ１４により外側の空気排出口１３に送られ、そこから粒体Ｐ内に排出される。
【００３４】
空気排出口１３は外側周辺範囲Ｃに対応しているため、空気排出口１３から排出された空気Ｆはレトルト９が存在する粒体Ｐ付近を上昇しながら凹部６へ流れる。このように高温になる凹部６を含んだ状態で、タンク本体１内において空気Ｆが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。空気Ｆは凹部６を通過することにより加熱されるため、加熱された空気Ｆが循環することになり、タンク本体１の内部において大きな熱の流れが生まれる。
【００３５】
レトルト９はこの高温の空気Ｆの流れに接して加熱されるため、粒体Ｐ内に位置するレトルト９は全体が均一に加熱されることとなる。レトルト９は加熱され且つ内部が減圧されているため、原料からマグネシウム金属だけが還元されて気化し、その気化したマグネシウム金属が冷却装置１１により冷却されて頭部１０内で凝固する。
【００３６】
レトルト９内での還元作業が終了すると、頭部１０の内部には凝固した金属マグネシウムが結晶体（クラウン）として付着する。それを頭部１０から回収すると共に、レトルト９内に残っている廃棄物を排出する。廃棄物を排出した後に再度新しい原料（ブリケット）が充填されて、マグネシウムの還元回収が繰り返し行われる。
【００３７】
還元作業の途中で太陽が雲に遮られたりして、タンク本体１内に十分な太陽光Ｌを導入できない場合は、バックアップ用のガスバーナー１６を作動させて空気ポンプ１４の加熱通路１５を加熱し、そこを流れる空気Ｆを加熱することにより空気Ｆの温度を必要な温度まで高めることができる。
【００３８】
一日の還元作業が終わり、次の日の作業に備える夜間は絞り羽根板７を内側に回転させて太陽光導入口Ａを閉じた状態にする。そうすることでタンク本体１内に蓄積された熱の放出を防止することができる。
【００３９】
図７及び図８は本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それらと同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００４０】
この実施形態では、絞り羽根板１７を２枚で構成し、それぞれ回転軸１８が太陽光導入口Ａの対向位置に設置されている。絞り羽根板１７は先の実施形態の直角三角形に太陽光導入口Ａの四分の１の扇形状１７ａを追加した形状をしており、この各絞り羽根板１７で太陽光導入口Ａの半円部分を遮蔽することができる。絞り羽根板１７の最大幅Ｄは先の実施形態の対向辺に相当するもので、中間周辺範囲Ｂの幅Ｅに相当している。従って各絞り羽根板１７が回転軸１８を中心にその幅Ｄだけ回転することにより太陽光導入口Ａを開閉することができる。
【００４１】
この実施形態によれば、絞り羽根板１７の数が最小の２枚で済むため、絞り羽根板１７の取付作業工数が少なくても済む。
【００４２】
以上の各実施形態では、最大径の太陽光導入口Ａを確保するために、絞り羽根板７、１７の幅Ｄを中間周辺範囲Ｂの幅Ｅに相当させる例を示したが、小さい太陽光導入口でも十分に太陽光を導入できれば、絞り羽根板７、１７の幅Ｄが幅Ｅより小さくても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１  タンク本体
２  上面部
７、１７  絞り羽根板
８、１８  回転軸
９  レトルト
１０  頭部
Ａ  太陽光導入口
Ｂ  中間周辺範囲
Ｃ  外側周辺範囲
Ｄ  絞り羽根板の最大幅
Ｅ  中間周辺範囲の幅
Ｌ  太陽光
Ｐ  粒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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