(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を保持する反応容器と、
前記反応容器に水蒸気を間歇的に供給するための供給ラインと、
前記金属材料と水との初期燃焼を生じさせ、前記金属材料と水との反応を持続させるための活性化手段である、スパークギャップまたはレーザと、
前記金属材料と前記水蒸気との反応により生成した水素ガスを回収するための排出ラインと、
前記水蒸気を生成させるため前記反応容器からの熱を交換する熱交換ジャケットと、
を備え、前記供給ラインは、前記反応容器からの熱により生成した前記水蒸気を前記反応容器の内部に供給する、
水素生成装置。
【請求項２】
前記金属元素は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛またはそれらの混合物を含む群から選択される、請求項１の水素生成装置。
【請求項３】
前記水素生成装置は、前記回収された水素ガスを貯蔵する水素貯蔵装置を含み、
前記水素貯蔵装置は、水素吸蔵合金を備える、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成装置により生成された金属酸化物を、レーザ光線を使用して金属酸化物を金属に還元するレーザ還元装置であって、
前記金属酸化物を供給するためのラインと、
ケイ化鉄を供給する第２のラインと、
前記金属酸化物および前記ケイ化鉄を収容し、照射窓を備える真空容器と、
前記真空容器内部に前記照射窓を介して減圧下でレーザ光線を照射して前記金属酸化物を還元するレーザと
を備える、レーザ還元装置。
【請求項５】
前記金属酸化物は、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛またはこれらの混合物から選択される、請求項４に記載のレーザ還元装置。
【請求項６】
前記レーザは、太陽光励起レーザである、請求項４または５に記載のレーザ還元装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置が生成した水素ガスを用いてエネルギー変換を行うエネルギー変換装置と、
請求項４〜６のいずれか１項に記載のレーザ還元装置と、
前記レーザ還元装置により再生された金属材料を回収するための回収装置と、
を含む再生型水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛などの元素から反応エネルギーを回収すると共に、水素ガスを発生させる技術に関し、より詳細には、金属を用いて水を水素に還元する水素生成装置、および生成された金属酸化物または化学物質を、レーザを使用して還元するレーザ還元、エネルギー変換方法、水素生成および発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスは、酸化剤により酸化しても水を生成するので、燃料電池の燃料などクリーンな燃焼として注目されており、また近年、化石燃焼の枯渇や、地球温暖化の観点から基幹エネルギー・インフラ基盤を、化石燃料からクリーンなエネルギーへと切換える必要もあり、注目されている燃料である。これまで、水素は、水の電気分解反応により生成され、高圧容器に充填された後、各所に運搬されて使用されている。このため、運搬において重量が増え、また可燃性であるが故にその取り扱いにも注意を必要とし、また、長期保存性という点から見ても充分なものではなかった。
【０００３】
このため、今後、水素ガスを運搬するのではなく、簡便に、かつクリーンなエネルギーで生成する装置および方法が必要とされるものと考えられる。また、水素ガスの生成についても、水の電気分解といった膨大な化石燃料を使用して生成された電気を大量に使用する方法ではなく、より再生可能エネルギーを有効に利用しつつ、水素ガスを発生させる技術が必要となるものと考えられる。また、水素生成装置およびそのための方法もできるだけ原料を再利用することが好ましい。
【０００４】
従来、含マグネシウム酸化物（酸化マグネシウム、ドロマイト）などの酸化物資源を約１０００℃の高温とするアーク放電を使用して熱的に還元する方法が知られており、このようなシステムに水を添加しても水素ガスを得ることができると考えられる。しかしながら、水素ガスを得る目的がＣＯ２などの削減を行うためのクリーンエネルギー生成ということに鑑みれば、アーク放電を生成するための電力は、多くの場合に環境負荷を増大させる原因となると考えられる。
【０００５】
また、水素生成装置およびそのための方法が種々提案されている。例えば、特開２００３−３１３００１号公報（特許文献１）では、密閉可能な本体容器内で、水素化物を加水分解させて水素を発生させる水素発生方法において、水素化物と水とを、少なくとも一部が水蒸気透過性を有する撥水性水蒸気透過材で形成されている部材によって隔離すると共に、該撥水性水蒸気透過材を透過してくる水分子と水素化物と反応させて水素を発生させる水素発生方法が開示されている。
【０００６】
また、特開２００３−２２６５０２号公報（特許文献２）では、アルミニウムとアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属とからなる水素発生用燃料を収容する容器と、該容器に収容された水素発生用燃料を加熱溶融して合金化する加熱手段と、前記容器内の水素発生用燃料に水を供給する水供給手段とを備え、水素回収手段により発生した水素を回収する水素発生装置を開示している。
【０００７】
また、特開２００２−６９５５８号公報（特許文献３）にはアルミニウムとアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属との合金からなる水素発生用燃料を使用し、容器の内部を冷却する冷却手段を備える水素発生装置および該装置を用いる水素発生方法を開示している。
【０００８】
さらに、特開平８−１０９００１号公報（特許文献４）では、反応金属体を熱源を介して溶融し、この溶融した溶融反応金属体を前記容器の底部に貯めると共にこの溶融反応金属体に水を供給し熱化学反応を発生させ、得られた水素を外部に導出し、酸化金属体を排出手段を介して容器外に排出する水素発生方法を開示している。
【０００９】
また、特開平８−５９２０１号公報（特許文献５）および特開平７−１０９１０２号公報（特許文献６）では、容器内に設けられ水と電熱化学反応する反応金属体とを用い、反応金属体の上部から水を供給し、反応金属体と水とによる電熱化学反応によって水素ガスを発生する水素発生方法およびそのための装置が開示されている。
【００１０】
また、特開２００４−２３１４６６号公報（特許文献７）では、水素を水から生成させるためにアルミニウム粉末と酸化カルシウム粉末とを含み、アルミニウム粉末の配合比が８５質量％以下である水素発生材料および該材料を使用する水素発生方法、装置を開示している。
【００１１】
上述した水素発生装置および水素発生方法は、金属を使用して水を還元することができる高温状態にするために水素発生材料を混合物とし、この混合物を加熱するため、電気炉、電気化学反応、または高水素原子含有物質を使用することにより水素ガスを生成することを目的とするものである。この際、金属元素は、水素を発生させた後、酸化されて金属酸化物となるが、金属酸化物を廃棄してしまったり、他の用途に使用したりするのでは、水素を生成するため、際限なく金属元素を必要とすることになり、例えばアルミニウムを使用する場合などは、電力消費およびそのための化石燃料の使用などを含めたトータルな環境コストは、必ずしも低いものと言うことはできない。
【００１２】
一方、金属元素の酸化および還元は、湿式の電気化学的方法を使用する以外に、いずれも高温下で進行する。この場合、最小の装置コストで金属元素の酸化を生じさせて水素を生成し、同時に処理対象を変更し、最小の装置構成の変更で金属酸化物を還元して金属を生成することが可能な水素発生装置が提供できれば、水素発生に対して原材料を含めた環境コストを著しく低減することが可能となると考えられる。
【００１３】
さらに、近年では、化学物質に関連する環境的な問題が知られており、例えばＮＯｘにより発生した酸性雨による自然破壊や構造物劣化といった点で、窒素酸化物ＮＯｘの低減が求められており、また二酸化炭素、ＣＯ２については、地球温暖化の大きな要因として全世界的に削減を行う必要がある。さらに、これ以外でも、ダイオキシン、環境ホルモンなどの特定化学物質についてもその低コストの分解・変換方法が必要とされている。
【００１４】
一方、レーザ装置は、主に電気エネルギーを光(ランプ点灯)や放電の形態に変換し、レーザ媒体を励起することによりレーザ光を発生している。この手法には、複数段のエネルギー変換過程が含まれており、エネルギー効率が低い(効率数％以下)ことが知られている。この理由としては、もともと品質の良い電気エネルギーを、低効率エネルギー変換を経て光に変換して利用することを挙げることができる。また、この点を改良したものとして、半導体レーザ励起の固体レーザが提案されており、光電変換効率としては、約５０％程度のものが得られるようになってきており、その汎用性もますます向上すると考えられる。
【００１５】
一方では、光源として太陽光を使用する太陽光励起レーザも知られている。太陽光を励起光源として使用すれは、化石燃料により生成された電気を直接使用した電気−光変換プロセスを使用することなく、レーザ発振のための光源とすることができ、水素発生装置、レーザ還元装置といった工業的装置に対して、レーザ装置をより容易、かつ低コスト、さらに低い環境負荷のもとで使用することができると考えられる。加えて、風力発電、潮力発電、地熱発電など化石燃料に依存しない発電方式も実用化されつつある。例えば、近年では、風力発電は、条件により発電量が著しく変動するという特徴はあるものの、ピーク発電量では、２０００ｋＷｈを超える電力を提供することが可能とされているが、条件により発電量が著しく変化するという大きな問題を抱えている。この電力によって発振するレーザを使用するレーザ還元装置を用いることにより、マグネシウムの形でエネルギーを蓄えることができ、環境負荷を低減したエネルギー供給が可能となる。
【００１６】
また、レーザ還元を行う場合、金属酸化物などの分解の初期プロセスにおいては、金属イオンが生成することが見出された。レーザ還元により発生する金属イオンは、局所的なプラズマを形成するので、既存の磁気閉じこめ装置を使用することにより制御可能であり、また磁場方向に垂直な方向に金属イオンおよび負イオンは互いに逆方向に運動するため、系外に電流として取り出すことにより、光電変換によるエネルギー変換が可能となるものと期待される。
【特許文献１】特開２００３−３１３００１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６５０２号公報
【特許文献３】特開２００２−６９５５８号公報
【特許文献４】特開平８−１０９００１号公報
【特許文献５】特開平８−５９２０１号公報
【特許文献６】特開平７−１０９１０２号公報
【特許文献７】特開２００４−２３１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した金属元素を用いて水から水素を製造する場合、酸化物が副生物として得られ、高いアルカリ性の故に、その処理・廃棄などが困難であった。さらに、金属元素の酸化物は高温で分解すれば、再度アルカリ金属またはアルカリ土類金属に変換することができ、このため、再生可能エネルギーを使用して高温環境を生成することができれば、環境に対して最も負荷の少ない方法で水素ガスを生成することができるということができる。
【００１８】
また、従来の汎用レーザは、電力を消費し、また電気−光エネルギー変換効率が低く、一方、太陽光励起レーザは、大学・研究機関などにおける実験的研究がなされるにすぎず、工業用途に適用することができないという問題があった。
【００１９】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、再生可能なエネルギーを効率的に使用し、反応エネルギーを回収すると共に、水素ガスを生成する、水素生成装置を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、生成した金属酸化物を再生可能エネルギーを使用して再度アルカリ金属またはアルカリ土類元素に還元することを可能とするレーザ還元装置を提供することを目的とする。
【００２１】
さらに、本発明は上述した水素生成装置およびレーザ還元装置を用いた水素生成方法を提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、ＮＯｘ、ＣＯ２、ダイオキシン、環境ホルモンなどの含酸素化学物質の還元による分解または他の化合物への変換することを可能とするレーザ還元装置を提供することを目的とする。
【００２３】
さらに、本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属などをレーザ還元する場合に金属陽イオンが生成することを見出し、このときに発生する荷電粒子を使用し、磁場閉じこめにより生成プラズマを制御することによる、エネルギー変換装置および発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、金属元素は、燃焼して高温となって水の還元能力を得るか、または水と接触させるだけで水を水素ガスへと還元でき、生成した酸化物は、熱分解により再度、金属元素を与えることに着目し、本発明に至ったものである。本発明では、アルカリ金属元素またはアルカリ土類元素を、まず燃焼させ、高温下に保持された状態の下で水を供給する。供給された水は、金属元素の還元作用により水素を発生し、発生した水素を回収する。
【００２５】
その後、副生物として得られた酸化物が、レーザ光線を使用して高温に加熱され、酸化物を熱分解して、再度金属元素を再生する。本発明における加熱は、太陽光励起レーザを使用して行い、加熱のために化石燃料に由来するエネルギーの使用を最小限とすることができる。再生された金属元素は、再度水素の生成のために使用される。
【００２６】
また、本発明では、アルカリ金属、アルカリ土類金属または、ＮＯｘ、ＣＯ２などの特定化学物質は、太陽光励起レーザなどのレーザ光源を使用して、効率的かつ低コストに分解または変換され、プラズマ中で生成した荷電粒子を使用して、エネルギー変換を行うことが可能となる
【００２７】
すなわち、本発明によれば、
金属元素を保持する反応容器と、
前記反応容器に水を供給するための貯水槽と、
前記金属元素が前記水に接触する部分を加熱して前記金属元素を加熱するレーザと、
前記金属元素と前記水との反応により生成した水素ガスおよび反応エネルギーを回収する水素取出管と、
を含む水素生成装置を提供することができる。
【００２８】
本発明では、前記金属元素は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛またはそれらの混合物を含む群から選択することができる。前記水素生成装置は、前記回収された水素ガスを貯蔵する水素貯蔵装置を含み、前記水素貯蔵装置は、水素吸蔵合金を備えていてもよい。
【００２９】
本発明の第２の構成によれば、レーザ光線を使用して金属酸化物を金属に還元するレーザ還元装置であって、
金属酸化物を収容し、照射窓を備える真空容器と、
前記真空容器内部に前記照射窓を介してレーザ光線を照射して前記金属酸化物を還元するレーザと
を備える、レーザ還元装置が提供される。
【００３０】
本発明では、前記金属酸化物は、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛またはこれらの混合物から選択することができる。前記レーザは、太陽光励起レーザとすることができる。
【００３１】
本発明の第３の構成によれば、金属により水を還元して水素ガスを生成する水素生成方法であって、前記方法は、
金属元素を高温下で水と接触させて水素ガスに還元して、金属酸化物または金属水酸化物を生成する工程と、
前記生成した水素ガスを回収する工程と、
前記生成した金属酸化物または金属水酸化物をレーザ還元して金属を再生する工程と
を含む水素生成方法が提供できる。
【００３２】
本発明では、前記金属が、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛またはこれらの混合物を含む群から選択することができる。前記方法は、前記生成した水素ガスを回収する工程を含み、前記回収された水素ガスを貯蔵する工程は、前記水素ガスを水素吸蔵合金に吸収させる工程を含むことができる。前記レーザ還元は、太陽光励起レーザを使用して金属酸化物または金属水酸化物を還元することができる。
【００３３】
本発明の第４の構成では、
レーザ光線を使用して含酸素化学物質を還元するレーザ還元装置であって、
前記化学物質を収容し、照射窓を備える真空容器と、
前記真空容器内部に前記照射窓を介してレーザ光線を照射して前記化学物質を還元する太陽光励起レーザと
を備える、レーザ還元装置が提供される。
【００３４】
本発明の第５の構成では、
レーザ光線を使用して酸素含有化合物を還元するレーザ還元によりエネルギー変換を行う装置であって、
前記化学物質を収容する容器と、
前記化学物質からプラズマを生成させるためのレーザと、
前記プラズマを偏向する磁場を生成する磁場発生装置と、
前記容器内に配置され、前記容器内の前記プラズマから電流を取り出すためのグリッドと、
前記プラズマにより発生した電荷を前記容器外で蓄積するキャパシタとを含むエネルギー変換装置が提供される。
【００３５】
本発明の第６の構成によれば、
金属元素を反応させる反応容器と、
前記反応容器に水を供給するための貯水槽と、
前記水と接触するように前記金属元素の成形体を前記反応容器内に供給するフィーダと、
前記金属元素と前記水との反応により生成した水素ガスおよび反応エネルギーを回収する水素取出管と、
前記反応容器内で前記金属の酸化反応が持続する状態に活性化する活性化手段と
を備える水素生成装置が提供できる
さらに、本発明によれば、前記反応容器を冷却するための冷媒ジャケットを備える、水素生成装置を提供することができる。本発明では、前記反応容器から篩いで分離され、前記金属元素の酸化物粉体を回収する回収容器を備えることができる。
【００３６】
さらに、本発明の第７の構成では、上記いずれか１項に記載の水素生成装置を備える発電システムを提供することができる。
【００３７】
また、本発明の第８の構成によれば、含金属物質を保持する反応容器と、
前記反応容器に水を供給するための貯水槽と、
前記含金属物質が前記水に接触する部分を加熱して前記含金属物質を酸化させ、前記含金属物質と前記水との反応により生成した水素ガスおよび反応エネルギーを回収する水素取出管と、
前記水素取出管からの前記水素ガスを用いてエネルギー変換を行うエネルギー変換装置と、
前記含金属物質が酸化されて生成した含酸素化合物を還元して前記含金属物質を再生する還元装置と、
前記還元装置により再生された含金属物質を回収するための回収装置と、
を含む再生型水素生成装置が提供できる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、再生可能なエネルギーを効率的に使用することで水素ガスを生成する、水素生成装置を提供することができる。
【００３９】
また、本発明によれば、生成した金属酸化物を、再生可能エネルギーを使用して再度金属に還元することを可能とするレーザ還元装置を提供することができる。
【００４０】
さらに、本発明によれば、上述した水素生成装置およびレーザ還元装置を用いた水素生成方法を提供することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、ＮＯｘやＣＯ２など、大きな環境負荷を与える化学物質を効率的、かつ還元のために、さらにＮＯｘやＣＯ２の発生を伴うエネルギー消費を伴うことなく、除去することを可能とする、レーザ還元装置を提供することができ、さらには、上述した有害物質などを含む特定化学物質の分解を行うレーザを使用した物質変換装置および分解の際の荷電粒子を有効に利用して光電変換を可能とする、エネルギー変換装置を提供することが可能となる。
【００４２】
また、本発明によれば、含金属物質といった生成するに多大なエネルギーを使用する材料を効率的に再生利用することを可能とし、海水まで考慮すればほとんど無尽蔵に地球上に存在する水だけを消費し、含金属物質の消費を最低限に抑制することを可能とする、環境負荷の小さな水素生成システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
＜セクション１：水素生成装置−第１の実施の形態−＞
図１は、本発明の水素生成装置の概略的構成を示した図である。本発明の水素生成装置１０は、概ね、反応容器１２と、発生した水素を系外に取り出すための水素取出管１４と、反応容器に水を供給するための貯水槽１６とを含んでいる。反応容器１２と貯水槽１６との間には、開口２０が設けられていて、水を供給しない場合には、バルブ１８が閉じられている。バルブ１８は、反応容器１２内に水を供給する場合には、手作業または電気的アクチュエータ２２により駆動されて、貯水槽１６に蓄えられた水を反応容器１２へと供給する。反応容器１２の下部には、金属マグネシウムといった金属元素を含む材料２４が蓄積されている。本発明における金属とは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛、またはこれらの混合物を意味する。また、本発明においてはより広く、アルカリ金属元素、またはアルカリ土類元素を含むことができ、さらに、本発明により分解可能な化合物としては、酸素を含有する化学物質であるＮＯｘおよびＣＯ２、ダイオキシン、環境ホルモンなどを挙げることができる。
【００４４】
さらに図１に示した実施の形態を説明すると、金属マグネシウムといった材料２４は、反応容器１２内でまず点火され、酸素の存在下燃焼し、高温状態にされる。また本発明では、「高温」とは、常温を含まず、本発明で使用する材料が水を還元することができる温度を意味する。この段階で、手動、または電気的アクチュエータによりバルブ１８を開き、反応容器１２の内部に水をシャワリングさせる。このとき金属マグネシウムは、本発明の特定の実施の形態では高温で燃焼しており、高温に加熱されたマグネシウムは、供給された水を還元して、水素ガスを生成させる。発生した水素ガスは、反応容器１２の上側に配設された水素取出管１４を介して系外へと取り出され、熱交換器（図示せず）などによりその反応エネルギーを回収した後、例えば燃料電池を搭載した自動車などの水素消費装置により直接消費される。回収した反応エネルギーは、反応容器１２の加熱などに再利用することができる。また、本発明では、生成した水素ガスの全部または一部を水素吸蔵合金などを備えた水素貯蔵装置２６に貯蔵しておき、必要に応じて水素ガスを放出させて使用することもできる。なお、本発明においては、金属ナトリウム、金属リチウムなど、常温で水を還元して水素ガスを発生させる場合には、特に材料を高温に加熱する必要はない。
【００４５】
本発明では、水素吸蔵合金としては、例えば、La0.8Nb0.2Ni2.5Co2.4Al0.1、La0.8Nb0.2Zr0.03Ni3.8Co0.7Al0.5、MmNi3.65Co0.75Mn0.4Al0.3、MmNi2.5Co0.7Al0.8、Mm0.85Zr0.15Ni1.0Al0.8V0.2（上記一般式中、Mmは、ミッシュメタルで、Ce(40〜50％)，La(20〜40％)、Pr、Nd
を主要構成元素とした希土類の混合物である。）を挙げることができる。この他にも、本発明においては、水素吸蔵合金として、ラーベス相（AB2型）合金、具体的には、Ti-Mn 系、Ti-Cr 系、Zr-Mn系の合金も用いることができ、より具体的には、(Tiz-xZrxV4-yNiy)1-zCr2、ZrV0.41Ni1.6、ZrMn0.6Cr0.2Ni1.2などがあるが、これらに限定されるものではない。水素を発生させた反応後のマグネシウムは、酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムなどの酸化物または水酸化物に変換され、反応容器１２の内部に蓄積される。蓄積した酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムは、その後反応容器１２の外に取り出され、金属マグネシウムなどの再生のための原料として使用することもできる。
【００４６】
＜セクション２：レーザ還元装置＞
図２は、金属マグネシウムの再生に用いるレーザ還元装置を示した図である。図２に示される装置３０は、概ね真空容器３２と、金属酸化物を供給するライン３４と、本発明の特定の実施の形態で還元のために使用されるケイ化鉄を供給するライン３６と、レーザ光線を導入して局所的に高温を生成するための真空容器に配設された照射窓を含む光学系３８とを含んでいる。まず、金属酸化物は、図示しないキルンで加熱され、水酸化物を酸化物に変換した後に、ライン３４およびホッパを介して真空容器３２内に供給される。なお、本発明の他の実施の形態では、ケイ素（Ｓｉ）元素を単独で使用することもでき、また還元のためのケイ素元素を使用しなくともよい。
【００４７】
同時にケイ化鉄がライン３６を介して供給された後、真空容器３２が減圧され、その後光学系３８を介してレーザ光線を照射して還元反応を生じさせる。この場合、本発明では、フラッシュランプ励起、半導体レーザ励起などの、ルビー、Ｎｄ３＋：ＹＡＧ、ガーネット、サファイア、エメラルド、アレキサンドライトなどにＣｒ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ，Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどのランタノイド元素、またはそれらのイオンや、遷移金属元素または遷移金属イオンがドーピングされたレーザ媒体を使用するレーザを使用することができる。また、本発明の他の実施の形態では、還元を促進させるため触媒を使用することもできる。さらに、本発明では、より効率的にレーザ光線を照射するため、光学系３８に光走査機構を設け、できるだけ均一にレーザ光を酸化マグネシウムなどの対象物質に照射することもできる。
【００４８】
また、本発明では、上述したレーザと共に、または上述したレーザに変えて、太陽光励起レーザを使用して、還元反応を生じさせることができる。図３は、本発明の太陽光励起レーザ４０の概略的構成を示した図である。本発明の太陽光励起レーザ４０は、レーザ媒体４２と、レーザ媒体４２を収容する収容装置４４と、レーザ媒体４２の一端に配設された全反射ミラー４６と、他端に配設されたハーフ・ミラー４８とを含んで構成されている。収容装置４４は、さらに太陽光５０をレーザ媒体４２へと集光する光学要素５２を含んでいて、レーザ媒体４２を光学的に励起させ、反転分布を形成させている。光学要素５２は反射要素、レンズ要素などを含んで構成されていて、収容装置４４に保持された水などの冷却液体により冷却され、効率的な冷却の下で高い効率のレーザ発振を可能としている。
【００４９】
図３に示した収容装置４４の両端は、収容装置４４の端部を形成する材料、または、レーザ媒体４２が収容装置４４の端部に直接露出している場合にはレーザ媒体４２と空気とにより規定されるブリュースター角度を与えている。なお、本発明において特にブリュースター角を設けることが必要でない場合には、他の角度の端部を使用することができる。収容装置４４は、レーザ媒体４２と一体として形成されていても良いし、収容装置４４の端面に、適切なフランジ、Ｏ−リングなどを使用して固定されていてもよい。また、収容装置４４の端部には、反射防止膜ＡＲＣがコーティングされていて、効率を向上させている。なお、本発明で反射防止膜ＡＲＣを使用することが必要ではない場合や、構造的に使用できない場合には、特に反射防止膜ＡＲＣを設ける必要はない。収容装置４４の内部には、水などの冷却液体が満たされていて、レーザ発振に伴うレーザ媒体４２を冷却し、熱衝撃によるレーザ媒体の損傷を防止している。収容装置４４の形状は、断面が円形、楕円形、放物線形などを使用することができ、円形断面の収容装置を使用する場合には、収容装置の曲率と冷却冷媒の屈折率に応答した位置にレーザ媒質が配置される。また、収容装置が楕円形の場合には、レーザ媒質を一方の焦点に配置し、他方の焦点に太陽光を集光した配置とすることができ、これらの形状を組み合わせてレーザ媒質に集光させることができる。
【００５０】
本発明では、収容装置４４は、レーザ媒体４２へと太陽光を集光させる機能を有しており、また内部に冷却液体を保持しているのでレーザ媒体の冷却と共に冷却液体による冷却を受けることができる。冷却液体としては水を使用することが、コストおよび操作性の点から好ましく、また、冷却冷媒は、太陽光線を透過させ、同時にレーザ媒体に太陽光を集光させることが可能な形状またはレンズを含む収容装置内に密閉または流通させることもできる。
【００５１】
また、本発明ではレーザを適切にトリガすることができるように、レーザ波長に対応する波長のレーザ光を発生させる発光ダイオードや半導体レーザを使用することができる。さらに、レーザ発振をトリガする目的で、外部からの電気的なトリガで偏光角度を偏光する光カー効果を使用する材料と偏光板とを使用することができるし、また過飽和色素を使用してレーザ発振をＱスイッチ・モードでトリガすることもできる。
【００５２】
レーザ媒体は、数ｍｍ〜数ｃｍの径を有する光学的に透明なロッドとして形成されている。本発明で使用することができるレーザ媒体としては、例えば、ルビー（Ｃｒ３＋：Ａｌ２Ｏ３）、ＹＡＧ（Ｎｄ３＋：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、アレキサンドライト（Ｃｒ３＋：ＢｅＡｌ２Ｏ４）、エメラルド（Ｃｒ３＋：Ｂｅ３Ａｌ２（ＳｉＯ３））６）、一般式がＡ３Ｂ２Ｃ３Ｏ１２で与えられ、サイトＡには、ＧａまたはＡｌからなる群から選択される元素が使用され、サイトＢには、Ｇａ、Ｓｃ、Ｌｕからなる群から選択される元素が使用され、サイトＣには、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群から選択される元素が用いられる、所謂ガーネットにＣｒ３＋、Ｎｄ３＋を添加したレーザ媒体、サファイア（Ｔｉ３＋：Ａｌ２Ｏ３）、Ｃｏ２＋：ＭｇＦ２、Ｃｒ３＋：ＳｃＢＯ３、Ｎｄ３＋：ＧＧＧ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）、Ｃｒ，Ｎｄ：ＧＳＧＧ（Ｇｄ３（ＧａＳｃ）５Ｏ１２）などを挙げることができるが、太陽光の範囲に適切な結晶場による吸収バンドを形成することができる限り、いかなるレーザ媒体でも用いることができる。また、本発明では、レーザ媒体４２には、さらに他の希土類元素、例えば、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ，Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどのランタノイド元素、またはそれらのイオンや、遷移金属元素または遷移金属イオンがドーピングされた異なる特性のレーザ媒体を使用することができる。
【００５３】
全反射ミラー４６は、Ａｌ蒸着などの金属コーティングを使用したミラー、誘電体多層膜コーティングによりレーザ発振波長を選択的に反射するコーティングを含むミラー、または全反射を使用したプリズム系などを使用して構成することができ、ハーフ・ミラー４８は、好ましくは、誘電体多層膜コーティングを含む、透過率が１０％〜９０％程度のミラーとすることができる。また、本発明に使用することができる光学要素５２についても、誘電体多層膜コーティング、または金属コーティングなど、これまで知られたいかなるコーティングでも使用することができる。
【００５４】
再度図２を使用して本発明を説明すると、加熱され、還元されて生成された金属は、コンデンサ５４により冷却された後、回収され、鋳造装置５６により鋳造されて、地金５８として回収される。また、真空容器３２内に蓄積したケイ化鉄も回収され、可溶性成分を分離した後、スラグとして回収される。回収された地金５８は、本発明の水素生成装置に再度供給することもできるし、また他の用途に使用することもできる。さらに、本発明においては、必ずしもケイ化鉄などの触媒を使用しなくともよい。
【００５５】
また、本発明に従い、ＮＯｘ、ＣＯ２、ダイオキシン、環境ホルモンなどを還元する場合には、例えば、図１に示した水素発生装置で生成した水素ガスをチャンバ内に導入して還元性雰囲気を生成させ、太陽光励起レーザによる照射により還元反応を生成させ、分解または他の化学物質への変換を行うことができる。また、本発明においてレーザ光線だけで効率的な還元を行うことができる場合には、必ずしも水素ガスを供給する必要はない。
【００５６】
＜セクション３：レーザ還元を使用するエネルギー変換装置＞
図４は、本発明のエネルギー変換装置の他の実施の形態を示した図である。図４に示したエネルギー変換装置６０は、トロイダル状に形成されたトロイダル容器６２内に、グリッド６８と、酸素含有化学物質７４とが配置されている。酸素含有化学物質７４としては、本発明の特定の実施の形態では、ＭｇＯを使用できるが本発明では、ＭｇＯに限定されるものではない。酸素含有化学物質７４には、光透過性ウィンドウ７６から、レーザ光線ＬＢが照射されている。この際に用いることができるレーザ光線は、上述したレーザを使用して生成させることができる。レーザ光線ＬＢは、レンズといった集光光学系６４を通して酸素含有化学物質７４へと集光されていて、酸素含有化学物質７４を分解してプラズマ７８を生成させている。プラズマ７８は、本発明の特定の実施の形態では、Ｍｇ＋を含んでいて、対応する電荷バランスを与える負イオンが形成されている。
【００５７】
また、エネルギー変換装置６０のトロイダル容器６２には、生成したプラズマ７８を磁気閉じこめが可能なように、磁場がトロイダル容器６２の周方向に沿って印加されている。このため、プラズマ７８内の荷電粒子は、（∇Ｂ／Ｂ）ＲｓＵで与えられる速度でドリフト運動する。上記式中、Ｂは、磁場強度、∇Ｂは、磁場の空間勾配、Ｒｓは、ラーモア半径（磁場中の旋回半径）、Ｕは、荷電粒子の旋回速度である。このため、図４の構成において、グリッド６６に電位を生成させることにより、正負の荷電粒子は、ラーモア半径で互いに反対方向にドリフト運動を行いながら移動して電流を生成する。図４に示したエネルギー変換装置６０は、この電流を、ハーメチック・シールなどを使用してトロイダル容器６２の外へと導出し、キャパシタ７０に蓄積している。
【００５８】
本発明において使用される磁場の強度は、概ね１０Ｔ以下とすることができ、一定時間キャパシタに蓄積された電荷は、負荷７２へと供給され、負荷を駆動させる。このため、本発明のレーザ還元を行う際に生成する荷電粒子を使用することにより、化学−光エネルギーを、電気エネルギーへと変換することが可能となる。また、トロイダル容器６２には、カチオンを与える金属を回収する回収容器６８が形成されていて、Ｍｇといった金属を回収し、同時にアニオンから生成した気体が、排気ライン８０を介してトロイダル容器６２の外部へと排出されている。
【００５９】
図５は、グリッド６６の間をドリフト運動する荷電粒子の様子を示した模式図である。グリッド６６は、上側がグランドに接地されており、プラズマ７８において発生した陽イオンが下側へと、ラーモア半径のドリフト運動を行いながら移動し、陰イオンがラーモア半径のドリフト運動を行ないながら、上側へと移動しており、グリッド間に電流を生成させている。グリッド６６は、適切なメッシュとして形成されていて、陽イオンの放電および通過を可能としている。なお、本発明では、グリッド６６に適切な電位差を設定することもできる。
【００６０】
図６は、本発明により形成されたプラズマ中で観測された陽イオン種の発光スペクトルを示す。図６では、Ｎｄ３＋：ＹＡＧレーザ（パルス出力０．３Ｊ、パルス幅５ｎｓ）をＭｇＯターゲットに照射して形成された、約１００００Ｋ程度に相当するプラズマについて得られたＭｇ＋の発光スペクトル（ＭｇＩＩ、４４８．１１３０ｎｍ、２Ｐ６  ４ｆ−２ｐ６  ３ｄ、およびＭｇＩ、５１８．３６０４２ｎｍ、３ｓ４ｓ−３ｓ３ｐ）である。図６に示されるように本発明によりトロイダル容器内に封じ込めたプラズマから、Ｍｇ＋の発光が明確に観測され、レーザ照射により生成したプラズマ中に荷電粒子を生成させることができることが示された。
【００６１】
＜セクション４：水素生成装置−第２の実施の形態＞
図７は、本発明の水素発生装置の第２の実施の形態の本質的な構成を示した図である。図７に示した水素発生装置９０は、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）またはこれらのいかなる混合物などをＨ２Ｏにより酸化、逆にＨ２ＯをＨ２に還元することで水素を発生させる点では、図１などに示した水素発生装置と共通する。特に、図７に示した第２の実施例では、粉末状のＭｇなどの材料ではなく、フィルム状、プレート状、フレーク状、切片状の材料を連続的に水素発生装置内に導入し、水素を発生させる。
【００６２】
より詳細に図７を説明すると、図７に示した水素発生装置９０は、反応容器９２と、反応容器９２内に挿通され、Ｈ２Ｏを反応容器９２内に導入するための導入管９４とＭｇといった材料を導入するためのフィーダ９６とを備えている。反応容器９２などは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３２９、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４１０などの材料から形成することができ、Ｏ−リング、メタルシールなどの適切なシール手段を使用して外界からの密閉性を確保することができる。Ｈ２Ｏは、好ましくは高温・高圧の水蒸気の状態で反応容器９２の内部へと導かれ、導入管９４から排出された位置で図７に示した実施の形態では、フィルム状に形成されたＭｇと接触して酸化反応を生じさせている。
【００６３】
酸化反応の結果としてＭｇＯとＨ２とが生成する。生成したＨ２は、排気管１１４を介して反応容器９２の外部へと導出され、燃料電池へと直接、または水素吸蔵合金などに蓄積するために供給されている。一方、図７に示した水素発生装置９０は、内部を通して延び、互いに重合したメッシュから形成された篩い１０８を備えている。篩い１０８は、反応容器９２の外部に配置されたモータ１１０などにより紙面左右方向に往復運動されていて、生成した塊状のＭｇＯを解砕して所定の粒径の粉体１１２として反応容器９２の下側に蓄積させる。
【００６４】
また、Ｍｇといった材料のフィルム、プレート、フレーク、切片などは、フィーダ９６を通して反応容器９２内に導入されるが、フィーダ９６は、フィルム、フレークなどの形状に適合した供給能力を有している限り、いかなるものでも用いることができる。例えば、Ｍｇなどをフィルムまたはプレートとして反応容器９２内に導入する場合には、フィーダ９６としては、ダイを使用することができる。また、本発明では、ダイに導入される前にＭｇなどが空気酸化されてしまわないようにフィルム、プレート、フレーク、切片状のＭｇなどの材料は、供給室９８に別に収容しておくことができる。
【００６５】
収容室９８の内部は、Ｎ２、Ａｒなどの適切な不活性ガスにより置換することが好ましい。本発明で使用することができる材料は、フィルムまたはプレートとする場合には、０．１〜数ｍｍ厚とすることができ、フレークとする場合には、長径を数ｍｍ〜数ｃｍとすることができる。本発明では、供給するＨ２Ｏの量と材料フィルムなどの供給量とを制御することにより発熱量の他、生成させるＨ２の量を制御することが可能となる。また、発熱量を制御する目的で酸化反応が吸熱または発熱量がＭｇよりも小さい材料、例えば亜鉛を混合することもできる。
【００６６】
収容室９８の内部には、材料ロール１０４と、搬送ローラ１０２とが配置されていて、反応容器９２内での材料の酸化・消耗の程度に応答して、フィルム状またはプレート状の材料１００を反応容器９２内に供給している。なお、本発明のさらに別の実施の形態では、材料ロール１０４を回動させ、常にフレッシュな表面を有する材料を提供するため、切削刃を収容室９８内に配置し、材料ロール１０４の回動力を、反応容器９２から排出されるＨ２または熱を使用して得ることもできる。生成したＭｇＯなどの酸化物の粉体１１２は、図示しない排出口から定期的または所定量蓄積するごとに回収され、レーザ還元によるエネルギー変換などに提供される。
【００６７】
図８は、本発明の水素生成装置の第２の実施の形態のより詳細な構成を示した図である。図８に示した水素生成装置１２０は、反応容器１２４と、反応容器１２４を包囲して反応容器１２４からの熱を交換するための熱交換ジャケット１２２とを備えている。熱交換ジャケット１２２には、冷媒（水）の供給ライン１３０がバルブ１２８を介して連結されている。バルブ１２８は、例えば３方バルブとすることができ、その停止位置に応答して冷媒の供給モードと、供給ライン１３２を接続して熱交換−水蒸気供給モードとを相互に切り換えることができる。供給ライン１３２の先端は、反応容器１２４の内部へと導入され、熱交換により生成した水蒸気（〜２００℃）を反応容器１２４の内部へと導入している。
【００６８】
また、図８に示した実施の形態では、反応容器１２４の内側壁に沿ってＭｇといった材料のプレートまたはフィルムが、上部に設けられた導入スリット（図示せず）およびフィード機構（図示せず）を用いて供給されている。なお、本発明では、材料のプレート、フィルム、またはフレークなどは、処理を妨げない配置でいかなる方法を使用しても導入することができ、内側壁に沿って材料を導入することは必ずしも必要とされない。一方、反応容器１２４には、タングステン（Ｗ）製などのスパークギャップ１３４が反応を持続させる温度を提供する初期燃焼を与えるための活性化手段として挿入されていて、初期の反応容器１２４内での材料の燃焼を生じさせることが可能とされている。
【００６９】
本発明のさらに別の実施の形態では、スパークギャップ１３４の代わりに、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、太陽光励起レーザなどを、活性化手段として使用することができる。また、本発明は、高温下で水の還元反応が発熱反応として生成する金属を使用することが好ましく、この際、亜鉛といった水の還元反応に際して吸熱または発熱量の小さい材料を生成する材料を、反応制御添加物として使用することもできる。
【００７０】
反応容器１２４の上部には、締結手段の形成されたキャップ１３８が連結されている。キャップ１３８は、キャップ１３８から生成したＨ２を外部に排出させるための排出ライン１４０が延ばされている。キャップ１３８は、高温・高圧に耐えられる締結手段を使用して反応容器１２４に連結されている。このような締結手段としてはこれまで知られたいかなる手段でも用いることができるものの、具体的にはカクラ式ジョイントを挙げることができる。反応容器１２４の下側には、生成した酸化物を粉砕するための篩い１２６が形成されており、解砕された酸化物の粉体１４６は、篩い１２６の下側に形成された回収容器１４２に蓄積される。なお、本発明では、反応容器１２４と回収容器１４２との間は、フランジを使用して連結されていて、例えば、回収容器１４２に形成された観測窓から生成した粉体料をモニタして、所定料が蓄積した後に、ボルト・ナットにより締結された反応容器１２４と回収容器１４２とを分離して、粉体を回収することができる。
【００７１】
回収されたＭｇＯなどの酸化物は、再度、図２などに示したレーザ還元法に供給されて、Ｍｇなどの再生に使用することができる。また、図８の水素発生装置１２０により生成したＨ２は、燃料電池のための燃料に直接使用することができる。生成したＨ２は、より取扱性を向上させるため、水素吸蔵合金などに蓄積させ、燃料電池の燃料として使用することができる。本発明のさらに別の実施の形態では、余剰の水蒸気を蒸気タービンへと供給することにより、発電を行うことができる。蒸気タービンにより冷却された水は、再度供給ライン１３０へと循環され、反応容器１２４内で発生する熱の熱交換媒体として使用してもよい。
【００７２】
本発明では、反応容器１２４の熱交換を行う媒体として直接水を使用することができるが、冷却媒体として代替フロン、超臨界流体などの冷媒を水とは別に使用することにより、冷却効率の制御を可能とし、反応の制御性を高めることが可能となる。上述したように、本発明の図８に示した水素発生装置１２０は、水素供給源としてばかりではなく、無公害型内燃機関、無公害型発電機などに適用することが出来、環境負荷を著しく低減することが可能となる。
【００７３】
また、本発明は、災害時における都市緊急ライフラインのために使用することができる。大震災の災害時には、ライフラインの確保と消火が重要であり、特に、東京、大阪、名古屋、福岡などの大都市でＭ７クラスの地震が起きれば、損壊家屋７７％は、火災により失われると推定されている。このため、東京都などでは、１万２千箇所に防災用水を確保しているものの、災害時、消防車がここに到達するのは不可能と考えられる。
【００７４】
本発明は、水と、自発燃焼性のないＭｇと、水との反応を利用した緊急ライフライン復旧装置としても使用することができる。本発明は以下の通り、緊急ライフライン復旧装置として機能する。
【００７５】
（１）消火：Ｍｇと水で発生する熱と、水素による熱とにより、ガスタービンを起動させ、防火用水からのポンプにより、自治体で消火活動にあたる。概ね、３５ｃｍ角のＭｇの量で本発明生成した水素を燃焼させたガスタービン、ロータリーエンジン、レシプロエンジン、スターリング・エンジンなどを使用するとすれば、消防車の６〜８時間分の動力が確保できることになる。
【００７６】
（２）飲料水：Ｍｇと水との反応時に発生する熱は、水を蒸発させることができるので、これにより、蒸留水を確保し、飲料水を提供する。例えば、防火用水を使用して、３５ｃｍ角のＭｇの反応時の発熱により、水素の他、水蒸気が発生し、この水蒸気を凝集させることで、安全な飲料水８００ｋｇが生成可能となる。
【００７７】
（３）電気：ガスタービン、ロータリーエンジン、レシプロエンジンの動力として水素を用いて発電を行い、電気を確保することができる。この場合、３５ｃｍ角のＭｇで、１家庭の電気、１−２週間〜約1ヶ月分確保できると考えられる。
【００７８】
（４）温水：上述した蒸留水の凝縮課程の熱を再生的に使用し、防火用水を沸かし風呂などの温水を確保することができる。本発明において、Ｍｇのメリットは、ガソリンや重油のような引火性がないので、地中表面近くに埋めておき、簡単な遮蔽処理によって安全に貯蔵することができ、大災害時にも漏洩・爆発・安全衛生的な問題を生じさせることがないことにある。
【００７９】
＜セクション５：レーザアブレーションを使用する還元装置＞
図９は、本発明のレーザ還元装置のさらに他の実施の形態を示す。図９に示したレーザ還元装置１５０は、レーザ光線を入射させるウィンドウ１６０を備える容器１５２と、容器１５２内に、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスを噴射するノズル１５６とを備えている。容器１５２の下部には、塊状、粒状、ペレット状のＭｇＯ１４８が蓄積される。また、容器１５２の上部からは、レーザ光線１６２が、ＭｇＯへと照射され、ＭｇＯの適切な位置に集光されていて、レーザアブレーションによりＭｇＯを溶融させている。
【００８０】
一方、ノズル１５６からは、高速の不活性ガスが、レーザ光線１６２により溶融したＭｇＯ１４８へと噴射されていて、２ＭｇＯ→２Ｍｇ＋Ｏ２として分解・生成したＭｇとＯ２とが再結合しないように分離している。生成した固体Ｍｇは、不活性ガスの圧力により、容器１５２の内壁に付着し、以後に回収される。一方、生成したＯ２は、容器１５２の上部に配置された排気管およびバルブを通して容器１５２の外部へと導出される。なお、図９に示す本発明のレーザ還元装置１５０では、レーザ光線１６２を、矢線Ａの方向に移動させて、ＭｇＯの溶融面積を増加させ、効率を向上させることができる。また、本発明では、不活性ガスの噴射により冷却させることがないように、不活性ガスを、高温としてから、容器１５２内に噴射させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、環境に対して最小限の負荷を与えつつ、水素を必要に応じて生成し、貯蔵することを可能とするので、水素エネルギーのより汎用的な供給を可能とし、エネルギー・インフラ基盤を大きく変更することを可能とし、地球温暖化、化石燃焼の枯渇化といった問題に対して大きな貢献をなす、極めて産業上価値の高い水素生成装置、レーザ還元装置、エネルギー変換装置、および水素生成方法を提供することができる。また、本発明により生成された水素は、燃料電池用に提供することもできるが、発生した水素を直接内燃機関の燃料として適用することもでき、緊急ライフライン提供用にも適切に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の水素生成装置の概略図。
【図２】本発明のレーザ還元装置の概略図。
【図３】本発明で使用する太陽光励起レーザの概略側面図。
【図４】本発明のエネルギー変換装置の概略図。
【図５】本発明のエネルギー変換装置内での荷電粒子のドリフト運動の概略図。
【図６】本発明のエネルギー変換装置を使用して生成されたプラズマからの陽イオンの発光スペクトルを示した図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の水素発生装置の本質的な構成を示した図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の水素発生装置の詳細な構成を示した図。
【図９】本発明のレーザ還元装置の他の実施の形態を示した図。
【符号の説明】
【００８３】
１０…水素生成装置、１２…反応容器、１４…水素取出管、１６…貯水槽、１８…バルブ、２０…開口、２２…アクチュエータ、２４…材料、２６…水素貯蔵装置、３０…レーザ還元装置、３２…真空容器、３４…ライン、３６…ライン、３８…光学系、Ｌａ…レーザ、４０…太陽光励起レーザ、４２レーザ媒体、４４…収容装置、４６…全反射ミラー、４８…ハーフ・ミラー、５０…太陽光、５２…光学要素、ＡＲＣ…反射防止膜、５４…コンデンサ、５６…鋳造装置、５８…地金、６０…エネルギー変換装置、６２…トロイダル容器、６４…集光光学系、６６…グリッド、６８…回収容器、７０…キャパシタ、７２…負荷、７４…ターゲット、７６…光透過性ウィンドウ、７８…プラズマ、８０…排気ライン、ＬＢ…レーザ光
【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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【図９】
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