JPH10332209A - 太陽熱溶解炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有限の地球資源を消費することなく被溶解
物25を高純度で簡単確実に溶解する。 【解決手段】 太陽と被溶解物25との間に集束（収
束）レンズ35を配置すると、太陽光は該集束レンズ35に
よって集束されながら光透過体21を通って被溶解物25に
導かれ、該被溶解物25を次第に溶解する。このように無
限に近いクリーンエネルギー源である太陽光を用いて溶
解を行うようにしているため、石油等の地球資源を消費
することなく、しかも、不純物を混入させることなく簡
単確実に溶解を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光の集束熱
を用いて被溶解物を溶解する溶解炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶解炉としては、例えば、るつぼ
内に収納された被溶解物を重油、コークス、ガス等の燃
焼ガスを用いて加熱溶解するるつぼ炉が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなるつぼ炉にあっては被溶解物を溶解させるために、
炉自身も高温に加熱する必要があるため、大量の重油等
を消費してしまい、また、燃焼ガスが被溶解物に接触吸
収され不純物として混入してしまうという問題点があ
る。

【０００４】この発明は、有限の地球資源を消費するこ
となく被溶解物を高純度で簡単確実に溶解することがで
きる太陽熱溶解炉を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的は、太陽
光が通過する窓が形成された炉本体と、前記窓を閉止す
るよう炉本体に取り付けられることで該炉本体内に密閉
空間を形成する光透過体と、前記密閉空間に設置され内
部に溶解される被溶解物が収納された溶解容器と、炉本
体の外側に設置され、太陽光を集束しながら窓を通じて
溶解容器内の被溶解物に導き、該被溶解物に太陽光の集
束熱を付与する大口径集束レンズとを備えることにより
達成することができる。

【０００６】太陽と溶解容器内の被溶解物との間に集束
レンズを配置すると、太陽光は該集束レンズによって集
束されながら光透過体が設けられた炉本体の窓を通って
被溶解物に導かれ、該被溶解物近傍において焦点を結
ぶ。これにより、被溶解物には太陽光の集束熱が付与さ
れるが、前記集束レンズは大口径であるため、被溶解物
には大量の熱が与えられて溶解する。このように無限に
近いクリーンな太陽光を用いて溶解を行うようにしてい
るため、石油等の地球資源を消費することなく、しか
も、不純物を混入させることなく簡単確実に被溶解物の
溶解を行うことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１、２において、11は床面12
の直上に設置された水平なベースであり、このベース11
の中央部下面には軸受13が取り付けられ、この軸受13に
は床面12上に固定された垂直な支点軸14が回転可能に挿
入されている。15はベース11の他端部直下に配置された
ガイドレールであり、このガイドレール15は前記床面12
上に敷設されるとともに、前記支点軸14を中心とする弧
状を呈している。16はベース11の下面に回転可能に支持
された複数の車輪であり、これらの車輪16は前記ガイド
レール15上を転動することができる。そして、いずれか
の車輪16が図示していないモータにより駆動回転される
と、ベース11は支点軸14を中心として水平面内を旋回す
る。また、前記ベース11の一端は支点軸14を中心とする
円弧状に成形されている。

【０００８】19は前記ベース11の中央部に設置された炉
本体であり、この炉本体19の底壁19ａ、側壁19ｂおよび
頂壁19ｃはいずれもが断熱作用を有する耐火物、例えば
耐火レンガで構成されている。この炉本体19の頂壁19ｃ
には太陽光が通過する窓20が形成されているが、この窓
20は炉本体19に外縁部が取り付けられた板状の透明耐熱
ガラスからなる光透過体21によって閉止されており、こ
の結果、前記炉本体19の内部には密閉空間22が形成され
る。23は前記窓20の直下の底壁19ａ上に設置された支持
体であり、この支持体23には密閉空間22内に位置するる
つぼ等の溶解容器24が揺動可能に支持されている。この
溶解容器24の内部には鉄、アルミニウム等の被溶解物25
が収納され、この被溶解物25は集束された太陽光の熱に
よって溶解される。なお、26は炉本体19の側壁19ｂに形
成され耐熱ガラス27が嵌め込まれた観察窓である。

【０００９】28は前記炉本体19を囲むようベース11の他
端部に取り付けられたフレームであり、このフレーム28
には前記被溶解物25の中央部表面を中心とする弧状の案
内レール29が複数本取り付けられている。30は移動フレ
ームであり、この移動フレーム30には前記案内レール29
を両側から挟持する複数のローラ31が回転可能に支持さ
れている。そして、この移動フレーム30は、該移動フレ
ーム30に連結された図示していないチェーンがモータの
作動によって走行することにより、案内レール29に沿っ
て炉本体19の周囲を垂直面内において弧状に移動するこ
とができる。32は前記移動フレーム30に敷設された半径
方向に延びる複数のガイドレールであり、これらのガイ
ドレール32には可動台33に取り付けられたスライドベア
リング34が摺動可能に係合している。この結果、前記可
動台33はガイドレール32にガイドされながら半径方向に
移動することができるとともに、図示していないロック
機構によって適宜位置で移動フレーム30にロックされ
る。この可動台33には炉本体19の外側に位置する大口
径、例えば長、短軸が数ｍ程度の楕円状集束（収束）レ
ンズ35が取り付けられており、この集束レンズ35は炉本
体19に対向する下面が円弧状に突出し、上面が平坦であ
る。また、この集束レンズ35は軽量化のために、中心に
向かうに従い徐々に深くなった楕円リング状の溝が複数
形成され、中心部には楕円状の凹みが形成されている。
なお、このような楕円状集束レンズ35は、例えば特公平
７ー９２５３８号公報に記載されている。そして、この
集束レンズ35は太陽光を集束しながら窓20を通じて溶解
容器24内の被溶解物25に導き、該被溶解物25に太陽光の
集束熱を付与するのである。ここで、太陽は天空上を時
間の経過と共に移動するため、この太陽の移動に合わせ
てベース11の旋回および移動フレーム30の移動を行い、
これにより、集束レンズ35を太陽に追従移動させて太陽
光が常に溶解物25に導かれるようにする。また、前記被
溶解物25の種類が異なると、溶解温度が異なるため、被
溶解物25の種類に変更があったときには、可動台33をガ
イドレール32に沿って半径方向に移動させることで太陽
光の焦点と被溶解物25の表面との間の距離を調節、即
ち、被溶解物25の溶解温度が高い場合には前記距離を零
に近付け、一方、被溶解物25の溶解温度が低い場合には
前記距離を大きくし、被溶解物25に付与される温度の調
節を行う。前述したベース11、軸受13、支点軸14、ガイ
ドレール15、車輪16、フレーム28、案内レール29、移動
フレーム30、ローラ31は全体として、前記集束レンズ35
を太陽に追従移動させる追従移動手段36を構成する。ま
た、前述したガイドレール32、可動台33、スライドベア
リング34は全体として、集束レンズ35を被溶解物25に接
近離隔させることにより被溶解物25に付与する温度を調
節する調節手段37を構成する。

【００１０】41は前記炉本体19の一端側壁19ｂに形成さ
れた一対の出入り口であり、これらの出入り口41には該
出入り口41を開閉する外側扉42がそれぞれ設けられ、こ
れらの外側扉42は上端が前記一端側壁19ｂに揺動可能に
連結されている。前記炉本体19の一端部には該炉本体19
とともにトンネル状の通路43を形成する一対の仕切り壁
44が取り付けられ、これらの通路43の一端は前記出入り
口41にそれぞれ連通している。また、前記通路43の他端
には該通路43を開閉する内側扉45がそれぞれ取り付けら
れ、これらの内側扉45は上端が前記仕切り壁44に揺動可
能に連結されている。ここで、前記外側、内側扉42、45
間の距離は、後述する移動台車54の長さに外側扉42ある
いは内側扉45の上下方向長さを加えた長さより大きく、
この結果、通路43を通じて移動台車54が炉本体19に出入
りする際、外側扉42あるいは内側扉45のいずれか一方は
常に閉止しており、これにより、炉本体19内の熱の逃げ
が防止される。

【００１１】46は前記炉本体19の底壁19ａ上およびベー
ス11上に敷設された案内レールであり、この案内レール
46は通路43内を通りながら一側、他側方向に延びるとと
もに、その長手方向中央部が溶解容器24の一側において
折り返され、長手方向両端がベース11の一端において終
了している。前記ベース11より一側方の床面12上には支
持台47が設置され、この支持台47上には一側、他側方向
に延びる一対の案内レール48が敷設されている。前記支
持台47とベース11との間の床面12上にはベース11の一端
に沿って円弧状に延びる受け台49が設けられ、この受け
台49上には支点軸14を中心とする円弧状の案内レール50
が敷設されている。51は前記案内レール50上を転動する
複数の車輪52が回転可能に支持された一対の移載台車で
あり、これらの移載台車51は車輪52が図示していないモ
ータにより駆動回転されることで案内レール50に沿って
走行する。これら移載台車51上には前記案内レール46、
50に連結可能な案内レール53が敷設されている。54は溶
解された被溶解物25を収容することができる複数台の移
動台車であり、各移動台車54の下面に回転可能に支持さ
れた車輪55は、図示していないモータにより駆動回転さ
れたとき、前記案内レール46、48、53上を転動して移動
台車54を移動させる。

【００１２】56は前記溶解容器24に取り付けられた歯車
であり、この歯車56には支持体23に支持された歯車57が
噛み合っている。そして、前記溶解容器24内の被溶解物
25が太陽光の集束熱によって溶解されると、図示してい
ないモータが作動して歯車57が駆動回転され、これによ
り、歯車56、溶解容器24が一体的に揺動する。このと
き、前記移動台車54が案内レール48、53、46に案内され
ながら一方の通路43内を通って溶解容器24の近傍まで移
動されているため、溶解容器24内の被溶解物25は該移動
台車54に流し込まれる。その後、該移動台車54は案内レ
ール46、53、48に案内されながら他方の通路43内を通っ
て次工程に搬出される。

【００１３】次に、この発明の一実施形態の作用につい
て説明する。前述のような溶解炉を用いて、例えば鉄屑
等の被溶解物25を溶解する場合には、図示していないシ
ューターを通じて被溶解物25を溶解容器24内に所定量だ
け投入する。次に、現時点における太陽の位置に合わせ
てベース11を支点軸14を中心として旋回させるととも
に、移動フレーム30を案内レール29に沿って弧状に移動
させ、集束レンズ35によって集束された太陽光が常に溶
解物25に導かれるようにする。ここで、前述したベース
11の旋回は、いずれかの車輪16を図示していないモータ
により駆動回転させることで、一方、移動フレーム30の
移動は、図示していないモータを作動し移動フレーム30
に連結されているチェーンを走行させることで行う。ま
た、この際、可動台33をガイドレール32に沿って半径方
向に移動させるとともに、適宜位置においてロック機構
により可動台33を移動フレーム30にロックし、これによ
り、太陽光の焦点と被溶解物25の表面との間の距離を調
節して該被溶解物25に付与される温度を該被溶解物25の
溶融温度に合わせて調節する。このようにして太陽と被
溶解物25との間に集束レンズ35を配置すると、太陽光は
該集束レンズ35によって集束されながら光透過体21を通
って被溶解物25に導かれ、該被溶解物25近傍において焦
点を結ぶ。これにより、被溶解物25には太陽光の集束熱
が付与されるが、集束レンズ35は前述のように大口径で
あるため、被溶解物25には大量の熱が与えられて次第に
溶解する。このように、この実施形態においては無限に
近いクリーンエネルギー源である太陽光を用いて溶解を
行うようにしているため、石油等の地球資源を消費する
ことなく、しかも、不純物を混入させることなく簡単確
実に被溶解物25の溶解を行うことができる。なお、前述
のように被溶解物25を太陽光の集束熱によって溶解して
いるときも太陽は天空上を移動するので、その移動に合
わせて前述と同様にベース11を旋回させるとともに、移
動フレーム30を移動させ、集束レンズ35によって集束さ
れた太陽光が常に溶解物25に導かれるようにする。

【００１４】このような溶解作業時に空の移動台車54を
溶解容器24の近傍まで移動させるが、この場合には、ま
ず、モータを作動して移載台車51の車輪52を回転させ、
該移載台車51を案内レール50に沿って案内レール53が案
内レール48の延長線上に位置する連結位置まで移動させ
る。次に、モータを作動して車輪55を回転させ、移動台
車54を案内レール48に沿ってベース11に接近するよう移
動させた後、移載台車51の案内レール53上に乗り移らせ
る。次に、移載台車51を案内レール53が案内レール46の
延長線上に位置する連結位置まで移動させた後、移動台
車54を移載台車51の案内レール53からベース11上の案内
レール46に乗り移らせる。次に、移動台車54を溶解容器
24に向かって移動させるが、このとき、該移動台車54は
側壁19ｂから垂れ下がって出入り口41を閉止している外
側扉42を押し開きながら一方の通路43内に進入する。そ
して、該移動台車54が内側扉45近傍まで移動すると、外
側扉42は移動台車54から外れて下方に揺動し出入り口41
を再び閉止する。その後、移動台車54は内側扉45を押し
開きながら通路43から密閉空間22に進入し、溶解容器24
の近傍に到達したとき停止して待機する。このとき、内
側扉45は移動台車54から外れて下方に揺動し通路43の他
端を閉止する。

【００１５】そして、被溶解物25が太陽熱によって完全
に溶解すると、モータを作動して歯車57、56を回転し溶
解容器24を揺動させる。この結果、溶解容器24内の被溶
解物25は移動台車54に流し込まれ該移動台車54に収容さ
れる。このとき、被溶解物25の熱が周囲に逃げて密閉空
間22内の温度が上昇するが、炉本体19、光透過体21をそ
れぞれ耐火レンガ、耐熱ガラスから構成しているので、
問題はない。その後、前記移動台車54を案内レール46に
沿って他方の通路43内を通過させながら一側に向かって
移動させる。このときも内側、外側扉45、42が開閉する
が、前述と同様に内側、外側扉45、42のいずれか一方は
常に閉止しているので、密閉空間22内の熱の逃げが防止
される。また、このとき、移載台車51を案内レール53が
案内レール46の延長線上に位置する連結位置まで移動さ
せておく。次に、移動台車54を案内レール46から移載台
車51の案内レール53上に乗り移らせた後、移載台車51を
案内レール53が案内レール48の延長線上に位置する連結
位置まで移動させ、その後、移動台車54を移載台車51か
ら案内レール48に乗り移らせる。次に、移動台車54を一
側に移動させ、溶解している被溶解物25とともに次工程
に搬出する。なお、溶解容器24内に溶解している被溶解
物25が残っているときには、繰り返し移動台車54を密閉
空間22に搬入して被溶解物25を収容した後、次工程に搬
出する。

【００１６】なお、前述の実施形態においては、集束レ
ンズ35を太陽に追従移動させるためにベース11、炉本体
19、フレーム28を支点軸14を中心として旋回させるよう
にしたいが、この発明においては、ベース、炉本体を床
面に固定するとともにフレームを支点軸を中心として旋
回させるようにしてもよい。この場合には、移載台車51
が不要となる。また、この発明においては集束レンズと
溶解容器との間に集束光の進路を変更する反射鏡を設
け、低い位置における太陽光をも利用できるようにして
もよい。さらに、この発明においては、被溶解物25の加
熱溶解時に発生する水分、蒸気によって集束光が散乱、
吸収されるような場合には、これら水分、蒸気を広く分
散させるために、炉本体の密閉空間に空気を攪拌する攪
拌手段を設けたり、外気を供給する供給手段を設ければ
よい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、有限の地球資源を消費することなく被溶解物を高純
度で簡単確実に溶解することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す正面断面図であ
る。

【図２】一部が破断された平面図である。

【符号の説明】

19…炉本体 20…窓 21…光透過体 22…密閉空間 24…溶解容器 25…被溶解物 35…集束レンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽光が通過する窓が形成された炉本体
   と、前記窓を閉止するよう炉本体に取り付けられること
   で該炉本体内に密閉空間を形成する光透過体と、前記密
   閉空間に設置され内部に溶解される被溶解物が収納され
   た溶解容器と、炉本体の外側に設置され、太陽光を集束
   しながら窓を通じて溶解容器内の被溶解物に導き、該被
   溶解物に太陽光の集束熱を付与する大口径集束レンズと
   を備えたことを特徴とする太陽熱溶解炉。