太陽炉

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フランス国立太陽エネルギー研究所の超大型太陽炉。直径約50mで焦点位置の温度は最大3,000度に達する

太陽炉(たいようろ、solar furnace /Solar thermal collector)は、レンズや反射鏡等を用いて太陽光を集光し高温を作り出す装置である。

概要[編集]

集光により太陽光を高温の熱として利用する。レンズで屈折させ集光する方式と反射板または反射鏡で反射させ集光する方式がある。

方式[編集]

屈折集光方式と反射集光方式があり、反射集光方式には数種類に分かれる。

屈折集光方式[編集]

凸レンズ等に光を通すことで光を屈折させ集光する。

大型レンズは製造コストが非常に高価となるため教育目的の実験以外ではあまり利用されていない。アルキメデスが利用したとされる方式である[要出典]

反射集光方式[編集]

平面鏡または凹面反射板を用いて放物面を形成し集光する。凹面反射鏡は天体望遠鏡のもの同様高価であるためほぼ用いられない。用途によって適した方式が分かれる。

既存の平面鏡を転用できるほか反射板や鏡の製作が容易で製造コストが低い。太陽熱発電所から小型着火器までさまざまな用途に利用される。発電所では鏡を用いるものが多いが、小型のものでは金属をそのまま反射板として利用するものが多い。大型のものでは多数の小さな平面鏡を放物面の形に並べる方式が多い。長時間連続使用するには太陽を追尾する必要がある。

ディッシュ型(皿型)
皿型の凹面反射板で集光して加熱する方式。一般に小型であるため大きな熱量は得られないが野外での調理など移動を伴う利用に適している。
トラフ型(雨樋型)
凹面反射板を雨樋状に長く伸ばし、凹面の集光部分に水を通す管を設置して加熱する方式。建設維持費用が安い。低い位置に密集させて設置できるため砂漠や海上など強風地域に適している。狭い面積でも距離があれば設置できるため比較的地形を選ばない。
タワー型(塔型)
放物面の中心部分に建てたタワーの一部に集光する方式。反射板または鏡が多く設置できる程熱量が得られるため大型になるほど平地に適している。
ビームダウン型(下方照射型)
タワー型の発展形態である。カセグレン式天体望遠鏡に似た構造であり、放物面の中心部分の空中に凹面の二次反射板を設置して地上部分に再反射させ集光する方式。大型になるほど高い位置に二次反射板を設置する必要があり、山岳地帯や谷間など高さが容易に確保できる地形に適している。[要出典]

用途[編集]

発電[編集]

太陽熱発電の熱源として用いられる。

調理[編集]

ソーラーオーブン英語版として太陽炉が調理に利用される。直接的に熱源として調理する場合が多い。インドブラマクマリスセンターアナダナム複合施設[1]のように調理用の蒸気の熱源として大規模施設で利用される場合もある。反射板は非常に眩しいため視覚障害を防ぐ目的で利用の際にはサングラスが必要である。

着火[編集]

オリンピック聖火ギリシャオリンピアで最初に点火する時に使われる。

ソーラーライターと呼ばれるタバコの着火器がある。

水の蒸留[編集]

発展途上国では太陽炉を用いて水を蒸発させ衛生的な蒸留水を作る試みがなされている。

熔融実験・還元[編集]

太陽光の収束度によっては幾千度の高温に達するため、物質の熔融実験にも用いられる。

また、超高熱を利用し物質の還元にも利用される。

歴史[編集]

古代には第二次ポエニ戦争シュラクサイアルキメデスが鏡に反射させた太陽光を大型レンズで集光しローマの軍船を焼いたとされているが事実かどうか確認されていない。2005年に行われたマサチューセッツ工科大学の実験チームによる実験では、停止中には発火させることが可能なものの、移動する船への集光は困難という結果が出ている。[2]

日本では産業技術総合研究所中部センターの前身である名古屋工業技術試験所(名古屋工業技術研究所)で高温での物質科学研究に使われてきたが、現在はその研究は行われていない。かつて海軍の艦船に使用されていた探照灯の放物面鏡の予備品が反射鏡として利用された。若狭湾エネルギー研究センターは研究を続けており、2008年には二酸化炭素を分解する研究が成果として発表された。2011年には、戦艦大和の部品を用いた、新燃料電池に使用するマグネシウムの再利用施設が公開された。

近年実用化が進んでいる。太陽熱発電で用いられるほか、発展途上国を中心に高度な技術や材料のほか燃料を必要としないため調理加熱用の道具として利用される。インドではヒンドゥー寺院が太陽熱発電所を建設し経費を削減している。[3]

小型のものは手のひらに載る数センチのタバコの着火用からトランク程度の調理用まで市販されており、持ち運びが容易であるため海外では調理用としてキャンプ等で広く利用されている。小型であっても非常に眩しくなるため視覚障害を防ぐ目的でサングラスの利用が必要である。

ソーラーパネルによる発電と同様にエコなエネルギー利用法である事が見直されている。

脚注[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]