JP2017003154A - 太陽熱マグネシウム還元炉 - Google Patents

Abstract

【課題】回転式でない高温ガスの送風手段を用いた太陽熱マグネシウム還元炉を提供する。
【解決手段】耐熱送風手段１０が耐熱製材料により形成されたダイアフラムポンプ構造であるため、回転機構がなく、耐熱製材料によるストローク運動だけで送風できるため、水冷が不要である。簡単な構造であるため故障が少なくメンテナンスも容易である。
【選択図】 図１

Description

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。

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、その熱により高温の反応環境が必要とされる所定の反応物の化学反応を進行させるようにした太陽熱反応炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。

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。

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に凝固し回収される。この太陽炉を太陽熱マグネシウム還元炉という。

太陽熱マグネシウム還元炉内の高温ガスは循環する必要があり、回転するタービン或いは回転することにより高温ガスを送出するポンプが用いられる。このような高温ガスのポンプでは高温ガスに直接接触するインペラを回転軸の一端に固定し、その回転軸を転がり軸受により回転自在に支持した構造が一般的に採用されている。転がり軸受の高温化を防止するため、回転軸の周囲には水冷ジャケットが形成され、冷却水を循環することで回転軸周辺を冷却している

特開２０１０-１４４９５６号公報

しかしながら、このような関連技術にあっては、水冷ジャケット構造により回転軸周辺を冷却する構造になっているものの、装置の構造によっては大きな面積の水冷ジャケット構造を設けられない場合がある。

また近年太陽熱利用技術分野において太陽集光により１０００℃以上の高温ガスを作りだし、その高温ガスを必要な場所に送るために高温に耐えられるポンプが必要となるが、このようなタイプのポンプの場合、全ての冷却に水冷ジャケットを採用すると構造が複雑になりすぎるため、水冷に頼らない新規な耐熱送風手段が求められる。

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、回転式でない高温ガスの送風手段を用いた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。

本発明の第１の側面によれば、ヘリオスタットにより反射された太陽光が入光する耐熱性の透明窓が上部に形成され且つ複数のレトルトの加熱部を挿入可能な加熱室と、加熱室に気体を循環可能な送風通路と、送風通路の途中に設けられた耐熱送風手段とから成ることを特徴とする太陽熱マグネシウム還元炉であって、前記耐熱送風手段が耐熱製材料により形成されたダイアフラムポンプ構造であることを特徴とする。

本発明の第２の側面によれば、耐熱送風手段が、駆動部により往復動するストローク板を内部に有するシリンダ部と、一方への逆止弁を有する吐出口と吸込口を備えた構造であることを特徴とする。

本発明の第３の側面によれば、加熱室に循環される気体が不活性ガスであることを特徴とする。

本発明の第１の側面によれば、耐熱送風手段が耐熱製材料により形成されたダイアフラムポンプ構造であるため、回転機構がなく、耐熱製材料によるストローク運動だけで送風できるため、水冷の必要がない。

本発明の第２の側面によれば、駆動部により往復動するストローク板を内部に有するシリンダ部と、一方への逆止弁を有する吐出口と吸込口を備えた簡単な構造であるため、故障が少なくメンテナンスも容易である。

本発明の第３の側面によれば、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。

本発明の実施形態に係る太陽熱マグネシウム還元炉を示す断面図。 加熱室を示す斜視図。 耐熱送風手段の吸入状態を示す断面図。 耐熱送風手段の吐出状態を示す断面図。

図１及〜図４は本発明の好適な実施形態を示す図である。

ビームダウン式の太陽集光装置の場合上から下向きに太陽光が集光する。その集光点付近に太陽熱マグネシウム還元炉１が設置されている。太陽熱マグネシウム還元炉１自体は矩形状で、その上部に円形の開口２が形成されている。

開口２上部には筒型集光鏡３が設置されている。筒型集光鏡３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３内に太陽光Ｌが取り入れられる。

太陽熱マグネシウム還元炉１内には基本的に矩形の加熱室４が形成されている。この加熱室４の底部はロート状に傾斜している。加熱室４は上部が開口２に対応する円形の透明窓５となっている。この透明窓５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。

加熱室４の内壁は耐熱レンガ６で形成され、その外側は断熱材料７にて形成されている。加熱室４の上部と底部との間には送風通路８が形成されている。送風通路８の途中には耐熱送風手段１０とガスバーナー（加熱手段）９が設けられている。

この送風通路８及び加熱室４には、耐熱粒子（炭化ケイ素）を混合した窒素ガス（不活性ガス）１１が循環される。

太陽熱マグネシウム還元炉１には側面から６本のレトルト１２が挿入できるようになっている。レトルト１２は先端側の主要部が加熱部１３で、基端側が冷却部１４である。冷却部１４は加熱室４内に挿入されず水冷等により冷却される。レトルト１２内には酸化マグネシウムと還元剤が入れられている。

耐熱粒子が混合された窒素ガス１１は加熱室４内で上から下向きに循環する。その下向きに循環する耐熱粒子に対して透明窓５から入射した太陽光Ｌが当たり、耐熱粒子自体が加熱される。そのためその耐熱粒子が混合された窒素ガス１１も高温化する。１２００℃程度まで加熱される。

６本のレトルト１２は高温で循環する窒素ガス１１内に臨まされているため、全体が均一に加熱される。従ってレトルト１２の加熱部１３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、基端側の冷却部１４で凝固して金属マグネシウムに戻る。耐熱粒子が炭化ケイ素粒子であるため、加熱室４内を必要に応じて高温雰囲気（最高１５００℃程度まで）にすることができる。

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９で窒素ガス１１を加熱する。加熱室４に循環される気体が窒素ガス（不活性ガス）１１であるため、気体が接する設備の金属を酸化させない。

次に図３及び図４を用いて耐熱送風手段１０の構造を説明する。

耐熱送風手段１０はダイアフラムポンプ構造で、駆動部１５により往復動するストローク板１６を内部に有するシリンダ部１７を備えている。耐熱送風手段１０は送風通路８の途中に介在しており、上下に吐出口１８と吸込口１９を有する。それぞれ全ての構成部品が耐熱製材料に形成されている。

吐出口１８と吸込口１９には上方への流れだけを許容する逆止弁２０、２１がそれぞれ設けられている。従って、ストローク板１６を往復動させることにより、窒素ガス１１は上方だけに流れる。

耐熱送風手段１０が耐熱製材料により形成されたダイアフラムポンプ構造であるため、回転機構がなく、耐熱製材料によるストローク運動だけで送風できるため、水冷が不要である。また簡単な構造であるため故障が少なくメンテナンスも容易である。

１ 太陽熱マグネシウム還元炉
４ 加熱室
８ 送風通路
９ ガスバーナー
１０ 耐熱送風手段）
１１ 窒素ガス（不活性ガス）
１２ レトルト
１５ 駆動部
１６ ストローク板
１７ シリンダ部
１８ 吐出口
１９ 吸込口
２０、２１逆止弁
Ｌ 太陽光

Claims (3)

1. ヘリオスタットにより反射された太陽光が入光する耐熱性の透明窓が上部に形成され且つ複数のレトルトの加熱部を挿入可能な加熱室と、加熱室に気体を循環可能な送風通路と、送風通路の途中に設けられた耐熱送風手段とを具備する太陽熱マグネシウム還元炉であって、
   前記耐熱送風手段が耐熱製材料により形成されたダイアフラムポンプ構造であることを特徴とする太陽熱マグネシウム還元炉。
2. 耐熱送風手段が、駆動部により往復動するストローク板を内部に有するシリンダ部と、一方への逆止弁を有する吐出口と吸込口を備えた構造である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。
3. 加熱室に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。

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