(57)【要約】【課題】多くのレトルトを同時に加熱することができる太陽熱マグネシウム還元炉を提供する。【解決手段】集光された太陽光Ｌが熱交換部材７に当たることにより高温の熱が発生する。更に加熱室２の周囲に拡張室３を形成し、そこにレトルト１０を収納し、加熱室２で生成された高温の気体を拡張室３に循環するようにしたため、多くのレトルト１０を同時に加熱することができる。そのためマグネシウムの還元を効率的に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下向きに集光した太陽光を受光する位置に加熱室を形成すると共に該加熱室に上下方向で通気可能な耐熱材料製の熱交換部材を設け、
加熱室の熱交換部材より下方空間の周囲を遮蔽壁により区画し、
加熱室の周囲に加熱室と上部空間同士が連通し且つ複数のレトルトが熱交換部材と同等又はそれよりも低い位置で水平に挿入される拡張室を形成し、
加熱室の下部空間と拡張室のレトルトよりも下部空間との間に気体を循環させる送風通路を設けたことを特徴とする太陽熱マグネシウム還元炉。
【請求項２】
送風通路の途中にバックアップ用の加熱手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱マグネシウム還元炉。
【請求項３】
循環される気体が不活性ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽熱マグネシウム還元炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱マグネシウム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、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（例えば、特許文献１参照）。
【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。マグネシウム電池は、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期待されている。
【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剤とを入れて高温（約１２００℃）に加熱することにより還元されて、マグネシウムだけが気化してレトルトの一端の冷却部で固化して回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０-１４４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、集光した太陽光を当てて高温の加熱室を形成し、そこにレトルトを収納して加熱するようにしても、加熱室内に収納できるレトルトの数には限りがあり、一度に多くのレトルトを加熱することができない。
【０００７】
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、多くのレトルトを同時に加熱することができる太陽熱マグネシウム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】
【０００８】
請求項１記載の発明は、下向きに集光した太陽光を受光する位置に加熱室を形成すると共に該加熱室に上下方向で通気可能な耐熱材料製の熱交換部材を設け、加熱室の熱交換部材より下方空間の周囲を遮蔽壁により区画し、加熱室の周囲に加熱室と上部空間同士が連通し且つ複数のレトルトが熱交換部材と同等又はそれよりも低い位置で水平に挿入される拡張室を形成し、加熱室の下部空間と拡張室のレトルトよりも下部空間との間に気体を循環させる送風通路を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、送風通路の途中にバックアップ用の加熱手段が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、循環される気体が不活性ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、集光された太陽光が熱交換部材に当たることにより高温の熱が発生する。更に加熱室の周囲に拡張室を形成し、そこにレトルトを収納し、加熱室で生成された高温の気体を送風通路により拡張室側に循環するようにした。そのため高温の気体により多くのレトルトを同時に加熱することができ、マグネシウムの還元を効率的に行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、送風通路の途中にバックアップ用の加熱手段が設けられているため、夜間や雨天でもマグネシウムの還元作業を行うことができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、加熱室に循環される気体が不活性ガスであるため、気体が接する設備の金属を酸化させない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽熱マグネシウム還元炉を示す縦断面図。
【図２】太陽熱マグネシウム還元炉を示す横断面図。
【図３】太陽熱マグネシウム還元炉の送風通路を示す横断面図。
【図４】図２中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。
【図５】熱交換部材を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図５は本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１６】
本実施形態の太陽熱マグネシウム還元炉１は、例えば、ビームダウン式の太陽集光装置に設置される。この場合は上から下向きに太陽光が集光する。従って、その集光点付近に太陽熱マグネシウム還元炉１を設置する。太陽熱マグネシウム還元炉１は矩形の加熱室２の四方に更に矩形の拡張室３を形成した概略十字形状をしている。太陽熱マグネシウム還元炉１の外壁は耐熱レンガと断熱材料から形成されている。加熱室２及び拡張室３の内部には不活性ガスが充填されている。不活性ガスは、加熱室２や拡張室３の酸化に寄与しないガスであり、例えば窒素ガスや希ガスなどである。
【００１７】
加熱室２の上部に円形の開口４が形成されている。この開口４の上部には筒型集光鏡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内に太陽光Ｌが取り入れられる。
【００１８】
開口４には同じく円形の透明窓６が設けられている。この透明窓６は耐熱性を有する石英硝子製で二重に形成されており、その間の空間に冷却空気が循環するようになっている。
【００１９】
加熱室２の内部には熱交換部材７が設けられている。熱交換部材７は複数個から構成され、黒色で炭化珪素膜（ＳｉＣ）製の多貫通孔構造をしている（図５参照）。熱交換部材７は、優れた耐熱性を有していると共に多貫通孔構造のため上下方向での通気性を有している。従って上部空間２Ａと下部空間２Ｂとは熱交換部材７を介して連通している。また熱交換部材７の集合体の周囲には同様に炭化珪素膜（ＳｉＣ）製の遮蔽壁８が熱交換部材７を取り囲むように設けられている。遮蔽壁８は加熱室２の底面まで延びており、熱交換部材７の下部空間２Ｂを区画している。
【００２０】
加熱室２の四方に形成されている拡張室３にはぞれぞれ４本のレトルト１０が水平に挿入できるようになっている。レトルト１０は拡張室３内に設けられた図示せぬ台座の上で、ちょうど熱交換部材７の上部に対応する位置に水平に載置されている。レトルト１０同士の間及びレトルト１０と拡張室３の内壁との間には隙間が形成されている（図４参照）。従って、拡張室３のレトルト１０で区切られた下部空間３Ｂと上部空間３Ａとは上述の隙間を介して気体が通過できるようになっている。
【００２１】
レトルト１０の内部には酸化マグネシウムと還元剤が収納され且つ内部が減圧されている。レトルト１０の拡張室３から外部に突出した基端部は水冷により冷却されている。
【００２２】
拡張室３の上部には図１に示す金属パイプ１１が蛇行状態で配置されており、そこに水を通すことで付加的に水蒸気も得られる構造になっている。
【００２３】
加熱室２内における熱交換部材７の下部空間２Ｂの底面と、拡張室３内におけるレトルト１０の下部空間３Ｂの側面との間には、送風通路１２が形成されている。送風通路１２の途中には耐熱ファン装置１３が設けられ、加熱室２の下部空間２Ｂの底面に形成された吸引孔１５から空気を吸引して、拡張室３の下部空間３Ｂの側面に形成された排出孔１４から気体を排出できるようになっている。送風通路１２の下部にはガスバーナー（加熱手段）１６設けられている。
【００２４】
以上のような構造のため、上部から導入された太陽光Ｌが熱交換部材７に当たると、そこで光エネルギーが熱エネルギーに変換され、熱交換部材７自体が加熱されて高温になる。送風通路１２により内部の気体が加熱室２の下部空間２Ｂの底面から吸引され、それが拡張室３の下部空間３Ｂの側面に排出されるため、熱交換部材７を通過した高温気体Ｈは拡張室３の下部空間３Ｂに排出された後、レトルト１０部分を通過して上部空間３Ａに至り、そこから加熱室２の上部空間２Ａに移動して、再度熱交換部材７に導入される。すなわち高温気体Ｈが加熱室２と拡張室３の間を循環しながらレトルト１０部分を通過しながら全てのレトルト１０を均一に加熱することができる。従ってレトルト１０内で酸化マグネシウムは還元されて金属マグネシウムとして気化し、拡張室３から突出した温度の低い基端部で固化して金属マグネシウムに戻る。
【００２５】
雨天など太陽光Ｌがない場合は、バックアップ用のガスバーナー１６で気体を加熱する。加熱室２及び拡張室３に循環される気体が窒素ガスなどの不活性ガスであるため、この気体が接する設備の金属を酸化させない。
【００２６】
尚、以上の説明では、内部の気体を加熱室２の下部空間２Ｂから拡張室３の下部空間３Ｂへ循環する例を示したが逆でも良い。
【符号の説明】
【００２７】
１  太陽熱マグネシウム還元炉
２  加熱室
２Ａ  上部空間
２Ｂ  下部空間
３  拡張室
３Ａ  上部空間
３Ｂ  下部空間
７  熱交換部材
８  遮蔽壁
１０  レトルト
１２  送風通路
１６  ガスバーナー（加熱手段）
Ｌ  太陽光
Ｈ  高温空気
【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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