(57)【要約】【課題】複数のレトルトを均一に加熱することができる粒体加熱式太陽熱還元炉を提供する。【解決手段】複数のレトルト９を垂直状態でタンク本体１の外側周辺範囲Ｃに設置し、タンク本体１内の粒体Ｐの空隙内に存在する空気Ｆを加熱しながら内側から外側に向けて循環させるため、レトルト９が粒体Ｐ間を流れる加熱空気Ｆにより均一に加熱される。【選択図】図１
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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概略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囲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囲には中間周辺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状態でタンク本体内部に設置され、
タンク本体の下面部において、太陽光導入口の真下相当位置には複数の空気導入口が形成され、外側周辺範囲の真下相当位置には複数の空気排出口が形成され、
空気導入口と空気排出口の間には耐熱式の空気ポンプが設けられ、該空気ポンプによりタンク本体内に蓄積されている粒体の空隙に存在する空気がタンク本体の中心側から外側へ向けて循環することを特徴とする粒体加熱式太陽熱還元炉。
【請求項２】
タンク本体内に蓄積されている粒体の上面における太陽光が当たる部分に凹部を形成した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。
【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】
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、複数のレトルトを均一に加熱することができる粒体加熱式太陽熱還元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】
【０００９】
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概略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囲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囲には中間周辺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状態でタンク本体内部に設置され、タンク本体の下面部において、太陽光導入口の真下相当位置には複数の空気導入口が形成され、外側周辺範囲の真下相当位置には複数の空気排出口が形成され、空気導入口と空気排出口の間には耐熱式の空気ポンプが設けられ、該空気ポンプによりタンク本体内に蓄積されている粒体の空隙に存在する空気がタンク本体の中心側から外側へ向けて循環することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の技術的側面によれば、タンク本体内に蓄積されている粒体の上面における太陽光が当たる部分に凹部を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の技術的側面によれば、複数のレトルトを垂直状態でタンク本体の外側周辺範囲に設置し、タンク本体内の粒体の空隙内に存在する空気を加熱しながら内側から外側に向けて循環させるため、レトルトが粒体間を流れる加熱空気により均一に加熱される。
【００１２】
本発明の第２の技術的側面によれば、粒体の上面における太陽光が当たる部分に凹部を形成したため、太陽光の受光面積が増し、太陽光の熱を効率良くタンク本体内に取り入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図６は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。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の対向辺の長さが中間周辺範囲Ｂの幅に略相当している。最も外側へ回転させた際に絞り羽根板７の全体が中間周辺範囲Ｂ内に収納される。
【００２１】
そして回転軸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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に作用を説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【符号の説明】
【００３４】
１  タンク本体
２  上面部
６  凹部
７  絞り羽根板
８  回転軸
９  レトルト
１０  頭部
１２  空気導入口
１３  空気排出口
１４  空気ポンプ
Ａ  太陽光導入口
Ｂ  中間周辺範囲
Ｃ  外側周辺範囲
Ｆ  空気
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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