特許 6032015 マグネシウム精錬装置およびマグネシウム精錬方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6032015

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】マグネシウム精錬装置およびマグネシウム精錬方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 26/22 20060101AFI20161114BHJP

   F24J 2/02 20060101ALI20161114BHJP

   F24J 2/06 20060101ALI20161114BHJP

   C22B 5/16 20060101ALI20161114BHJP

   C22B 9/02 20060101ALI20161114BHJP

   F27B 5/14 20060101ALI20161114BHJP

【ＦＩ】

   C22B26/22

   F24J2/02

   F24J2/06

   C22B5/16

   C22B9/02

   F27B5/14

【請求項の数】37

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-2068(P2013-2068)

(22)【出願日】2013年1月9日

(65)【公開番号】特開2014-133918(P2014-133918A)

(43)【公開日】2014年7月24日

【審査請求日】2015年10月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(74)【代理人】

【識別番号】100078189

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆男

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 達雄

(72)【発明者】

【氏名】川辺 憲一

(72)【発明者】

【氏名】明田 文孝

【審査官】 酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５０４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４９３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８４５０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｂ ２６／２２

Ｃ２２Ｂ ５／１６

Ｃ２２Ｂ ９／０２

Ｆ２４Ｊ ２／０２

Ｆ２４Ｊ ２／０６

Ｆ２７Ｂ ５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、
前記収容容器は、前記集光装置により前記所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、前記マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、
前記収容容器の筐体表面には、前記集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、
前記反応部は、前記収容容器の内部に保持され、前記反応部の内部に前記試料が搬入され、
前記収容容器は、熱還元反応により発生した前記マグネシウム蒸気が前記太陽光透過部材に付着することを防止するためのシールド部を内部に有し、
前記シールド部の表面には、前記集光装置により集光され、前記太陽光透過部材を透過した太陽光を通過させる通過領域が設けられ、
前記反応部は、前記シールド部の内部に保持されるマグネシウム精錬装置。

【請求項2】

請求項１に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記シールド部は、透明材料によって構成された筐体の内面または外面のうち前記通過領域を除いて反射材料をコーティングして構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項3】

請求項２に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記シールド部の前記通過領域には所定波長の光を透過させる膜を設けるマグネシウム精錬装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記反応部と前記コンデンサー部とは一体に形成されて前記収容容器の内部に保持され、
前記収容容器の長手方向の一方の端部は他方の端部より低い高度となるように保持され、
前記コンデンサー部の内部には、前記マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが前記収容容器の前記一方の端部の方向へ、前記長手方向に沿って流れるように案内する案内部材が設けられるマグネシウム精錬装置。

【請求項5】

請求項４に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器の前記一方の端部の下方に設けられ、前記コンデンサー部で凝結した前記液体マグネシウムを液体の状態で回収する回収部をさらに備え、
前記回収部は、前記コンデンサー部から重力の作用によって滴下した前記液体マグネシウムを回収するマグネシウム精錬装置。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、
前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口と、
前記収容容器の内部に設けられ、前記搬入口から前記搬出口までを結ぶ搬送路に沿って、前記試料を搬送する搬送手段と、をさらに備え、
前記搬送路の少なくとも一部は、前記反応部の内部を通過して前記試料を熱還元反応させるための反応用搬送路により構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項7】

請求項６に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記搬送路は、
前記搬入口から第１搬送方向へ前記試料が搬送される第１部分搬送路と、
前記第１搬送方向と逆方向の第２搬送方向へ前記試料が搬送される第２部分搬送路と、
前記第１部分搬送路と、前記第２部分搬送路とを連結し、前記第１部分搬送路で搬送された前記試料を前記第２部分搬送路へ搬送させるため第１屈曲搬送路と、
前記第２部分搬送路と、前記第１部分搬送路とを連結し、前記第２部分搬送路で搬送された前記試料を前記第１部分搬送路へ搬送させるための第２屈曲搬送路とを有し、
前記第２部分搬送路の一部は、前記反応用搬送路により構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項8】

請求項６または７に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は円柱状であって、前記試料の中心軸は前記試料の搬送方向と一致し、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を前記円柱の軸回りに回転させながら搬送するマグネシウム精錬装置。

【請求項9】

請求項６または７に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は角柱状であって、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を所定の平面上で二次元移動させるマグネシウム精錬装置。

【請求項10】

請求項６乃至９の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料が使用可能か否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記搬送手段は、前記判定手段により前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出するマグネシウム精錬装置。

【請求項11】

請求項１０に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記判定手段は、前記試料が前記反応用搬送路を通過した回数が所定回数を超えた場合には、前記試料は使用可能ではないと判定するマグネシウム精錬装置。

【請求項12】

マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、
前記収容容器は、前記集光装置により前記所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、前記マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、
前記収容容器の筐体表面には、前記集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、
前記反応部は、前記収容容器の内部に保持され、前記反応部の内部に前記試料が搬入され、
前記反応部と前記コンデンサー部とは一体に形成されて前記収容容器の内部に保持され、
前記収容容器の長手方向の一方の端部は他方の端部より低い高度となるように保持され、
前記コンデンサー部の内部には、前記マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが前記収容容器の前記一方の端部の方向へ、前記長手方向に沿って流れるように案内する案内部材が設けられるマグネシウム精錬装置。

【請求項13】

請求項１２に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器の前記一方の端部の下方に設けられ、前記コンデンサー部で凝結した前記液体マグネシウムを液体の状態で回収する回収部をさらに備え、
前記回収部は、前記コンデンサー部から重力の作用によって滴下した前記液体マグネシウムを回収するマグネシウム精錬装置。

【請求項14】

請求項１２または１３の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、
前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口と、
前記収容容器の内部に設けられ、前記搬入口から前記搬出口までを結ぶ搬送路に沿って、前記試料を搬送する搬送手段と、をさらに備え、
前記搬送路の少なくとも一部は、前記反応部の内部を通過して前記試料を熱還元反応させるための反応用搬送路により構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項15】

請求項１４に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記搬送路は、
前記搬入口から第１搬送方向へ前記試料が搬送される第１部分搬送路と、
前記第１搬送方向と逆方向の第２搬送方向へ前記試料が搬送される第２部分搬送路と、
前記第１部分搬送路と、前記第２部分搬送路とを連結し、前記第１部分搬送路で搬送された前記試料を前記第２部分搬送路へ搬送させるため第１屈曲搬送路と、
前記第２部分搬送路と、前記第１部分搬送路とを連結し、前記第２部分搬送路で搬送された前記試料を前記第１部分搬送路へ搬送させるための第２屈曲搬送路とを有し、
前記第２部分搬送路の一部は、前記反応用搬送路により構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項16】

請求項１４または１５に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は円柱状であって、前記試料の中心軸は前記試料の搬送方向と一致し、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を前記円柱の軸回りに回転させながら搬送するマグネシウム精錬装置。

【請求項17】

請求項１４または１５に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は角柱状であって、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を所定の平面上で二次元移動させるマグネシウム精錬装置。

【請求項18】

請求項１４乃至１７の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料が使用可能か否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記搬送手段は、前記判定手段により前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出するマグネシウム精錬装置。

【請求項19】

請求項１８に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記判定手段は、前記試料が前記反応用搬送路を通過した回数が所定回数を超えた場合には、前記試料は使用可能ではないと判定するマグネシウム精錬装置。

【請求項20】

マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、
前記収容容器は、前記集光装置により前記所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、前記マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、
前記収容容器の筐体表面には、前記集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、
前記反応部は、前記収容容器の内部に保持され、前記反応部の内部に前記試料が搬入され、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、
前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口と、
前記収容容器の内部に設けられ、前記搬入口から前記搬出口までを結ぶ搬送路に沿って、前記試料を搬送する搬送手段と、をさらに備え、
前記搬送路の少なくとも一部は、前記反応部の内部を通過して前記試料を熱還元反応させるための反応用搬送路により構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項21】

請求項２０に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記搬送路は、
前記搬入口から第１搬送方向へ前記試料が搬送される第１部分搬送路と、
前記第１搬送方向と逆方向の第２搬送方向へ前記試料が搬送される第２部分搬送路と、
前記第１部分搬送路と、前記第２部分搬送路とを連結し、前記第１部分搬送路で搬送された前記試料を前記第２部分搬送路へ搬送させるため第１屈曲搬送路と、
前記第２部分搬送路と、前記第１部分搬送路とを連結し、前記第２部分搬送路で搬送された前記試料を前記第１部分搬送路へ搬送させるための第２屈曲搬送路とを有し、
前記第２部分搬送路の一部は、前記反応用搬送路により構成されるマグネシウム精錬装置。

【請求項22】

請求項２０または２１に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は円柱状であって、前記試料の中心軸は前記試料の搬送方向と一致し、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を前記円柱の軸回りに回転させながら搬送するマグネシウム精錬装置。

【請求項23】

請求項２０または２１に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は角柱状であって、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を所定の平面上で二次元移動させるマグネシウム精錬装置。

【請求項24】

請求項２０乃至２３の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料が使用可能か否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記搬送手段は、前記判定手段により前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出するマグネシウム精錬装置。

【請求項25】

請求項２４に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記判定手段は、前記試料が前記反応用搬送路を通過した回数が所定回数を超えた場合には、前記試料は使用可能ではないと判定するマグネシウム精錬装置。

【請求項26】

マグネシウム化合物を含む試料を収容容器に収容し、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱し、
前記収容容器が備える反応部の内部で、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させ、
前記収容容器が備えるコンデンサー部の内部で、前記マグネシウム蒸気を凝結させ、
前記反応部と前記コンデンサー部とを一体に形成して前記収容容器の内部に保持し、
前記収容容器の長手方向の一方の端部が他方の端部より低い高度となるように保持し、
前記コンデンサー部の内部において、前記マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが前記収容容器の一方の端部の方向へ、前記長手方向に沿って流れるように案内するマグネシウム精錬方法。

【請求項27】

請求項２６に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記収容容器の前記一方の端部において、重力の作用によって前記コンデンサー部から滴下した前記液体マグネシウムを回収するマグネシウム精錬方法。

【請求項28】

請求項２６または２７に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口とを結び、少なくとも一部が前記反応部の内部を通過する搬送路に沿って、前記試料を搬送するマグネシウム精錬方法。

【請求項29】

請求項２８に記載のマグネシウム精錬方法において、
円柱状であって、中心軸が搬送方向と一致する前記試料を、少なくとも前記反応部においては、前記円柱の軸回りに回転させながら搬送するマグネシウム精錬方法。

【請求項30】

請求項２８に記載のマグネシウム精錬方法において、
角柱状の前記試料を、少なくとも前記反応部においては、所定の平面上で二次元移動させるマグネシウム精錬方法。

【請求項31】

請求項２８乃至３０の何れか一項に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記試料が使用可能か否かを判定し、
前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出するマグネシウム精錬方法。

【請求項32】

請求項３１に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記試料が前記反応部を通過した回数が所定回数を超えた場合に、前記試料は使用可能ではないと判定するマグネシウム精錬方法。

【請求項33】

マグネシウム化合物を含む試料を収容容器に収容し、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱し、
前記収容容器が備える反応部の内部で、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させ、
前記収容容器が備えるコンデンサー部の内部で、前記マグネシウム蒸気を凝結させ、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口とを結び、少なくとも一部が前記反応部の内部を通過する搬送路に沿って、前記試料を搬送するマグネシウム精錬方法。

【請求項34】

請求項３３に記載のマグネシウム精錬方法において、
円柱状であって、中心軸が搬送方向と一致する前記試料を、少なくとも前記反応部においては、前記円柱の軸回りに回転させながら搬送するマグネシウム精錬方法。

【請求項35】

請求項３３に記載のマグネシウム精錬方法において、
角柱状の前記試料を、少なくとも前記反応部においては、所定の平面上で二次元移動させるマグネシウム精錬方法。

【請求項36】

請求項３３乃至３５の何れか一項に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記試料が使用可能か否かを判定し、
前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出するマグネシウム精錬方法。

【請求項37】

請求項３６に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記試料が前記反応部を通過した回数が所定回数を超えた場合に、前記試料は使用可能ではないと判定するマグネシウム精錬方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネシウム精錬装置およびマグネシウム精錬方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、自然エネルギーである太陽光のエネルギーを用いて、金属酸化物を還元させる技術が知られている（たとえば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１０−５３５３０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、太陽光のエネルギーを用いてマグネシウムを加熱によって精錬する場合、加熱温度を一定に保持する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１に記載のマグネシウム精錬装置は、マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、太陽光を集光して収容容器に照射して、収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、収容容器は、集光装置により所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、収容容器の筐体表面には、集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、反応部は、収容容器の内部に保持され、反応部の内部に試料が搬入され、収容容器は、熱還元反応により発生したマグネシウム蒸気が太陽光透過部材に付着することを防止するためのシールド部を内部に有し、シールド部の表面には、集光装置により集光され、太陽光透過部材を透過した太陽光を通過させる通過領域が設けられ、反応部は、シールド部の内部に保持される。
請求項１２に記載のマグネシウム精錬装置は、マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、収容容器は、集光装置により所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、収容容器の筐体表面には、集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、反応部は、収容容器の内部に保持され、反応部の内部に前記試料が搬入され、反応部とコンデンサー部とは一体に形成されて収容容器の内部に保持され、収容容器の長手方向の一方の端部は他方の端部より低い高度となるように保持され、コンデンサー部の内部には、マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが収容容器の一方の端部の方向へ、長手方向に沿って流れるように案内する案内部材が設けられる。
請求項２０に記載のマグネシウム精錬装置は、マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、太陽光を集光して収容容器に照射して、収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、収容容器は、集光装置により所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、収容容器の筐体表面には、集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、反応部は、収容容器の内部に保持され、反応部の内部に試料が搬入され、収容容器に試料を搬入する搬入口と、収容容器から試料を搬出する搬出口と、収容容器の内部に設けられ、搬入口から搬出口までを結ぶ搬送路に沿って、試料を搬送する搬送手段と、をさらに備え、搬送路の少なくとも一部は、反応部の内部を通過して試料を熱還元反応させるための反応用搬送路により構成される。
請求項２６に記載のマグネシウム精錬方法は、マグネシウム化合物を含む試料を収容容器に収容し、太陽光を集光して収容容器に照射して、収容容器の内部が所定温度となるように加熱し、収容容器が備える反応部の内部で、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させ、収容容器が備えるコンデンサー部の内部で、マグネシウム蒸気を凝結させ、反応部と前記コンデンサー部とを一体に形成して収容容器の内部に保持し、収容容器の長手方向の一方の端部が他方の端部より低い高度となるように保持し、コンデンサー部の内部において、マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが収容容器の一方の端部の方向へ、長手方向に沿って流れるように案内する。
請求項３３に記載のマグネシウム精錬方法は、マグネシウム化合物を含む試料を収容容器に収容し、太陽光を集光して収容容器に照射して、収容容器の内部が所定温度となるように加熱し、収容容器が備える反応部の内部で、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させ、収容容器が備えるコンデンサー部の内部で、マグネシウム蒸気を凝結させ、収容容器に試料を搬入する搬入口と、収容容器から試料を搬出する搬出口とを結び、少なくとも一部が反応部の内部を通過する搬送路に沿って、試料を搬送する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、集光装置により太陽光を集光させて収容容器を照射することにより、収容容器内の試料を熱還元反応に必要な所定温度にて加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第１の実施の形態によるマグネシウム精錬装置の一例を示す構成図

【図2】第１の実施の形態によるレトルトの構成を模式的に示す図

【図3】マグネシウム合金の発火温度に対するカルシウムの添加量の影響を示す図

【図4】難燃性マグネシウム合金を生成する系と、リサイクルの系とを示すシステム系統図

【図5】第２の実施の形態によるマグネシウム精錬装置の一例を示す構成図

【図6】第２の実施の形態のレトルト内部の一例を示す構成図

【図7】第２の実施の形態のレトルト内部の一例を示す構成図

【図8】コンデンサシールドに設けられた開口の大きさを説明する図

【発明を実施するための形態】

【0008】

従来からマグネシウムの精錬方法の一例としてピジョン法が知られている。ピジョン法では、ドロマイト鉱石（ＣａＭｇ(ＣＯ_３)_２）を焼成し酸化物としたものとフェロシリコンとを混合してブリケットを生成する。生成したブリケットを反応炉（レトルト）内に収容し、真空下にて１２００℃程度の高温で約８時間一定に加熱することによる熱還元反応によりマグネシウムの蒸気が発生する。このマグネシウムの蒸気を凝集させてマグネシウムを結晶として取り出している。純度の高いマグネシウムは燃焼しやすく、搬送に危険を伴うことから、別の元素を加えてマグネシウム合金として難燃化することがなされている。すなわち、マグネシウム合金を生成するために、必要な物質を添加し、再度加熱を行うことにより、所望の合金を得ている。

【0009】

上記のピジョン法による熱還元工程で難燃化されたマグネシウム合金を得ようとすると、１２００℃よりも更に高温の１４００℃程度の温度まで上昇させる必要がある。その結果、二酸化炭素が更に多量に発生し環境への更なる悪影響が及ぶことと、１４００℃の高温加熱によりガス炉やレトルトの寿命は短くなり、マグネシウムを生成するための製造コストも上昇することとにより、実現が不可能である。また、後工程にてマグネシウム合金を生成する際にも、装置に多大な負担をかけるとともに、二酸化炭素の発生を伴うことになる。

【0010】

−第１の実施の形態−
本発明の第１の実施の形態は、上記した二酸化炭素の発生を防ぎ、高温かつ長時間の加熱に対して耐久性が高く環境負荷の小さいマグネシウム精錬装置に関するものである。本実施の形態のマグネシウム精錬装置は、太陽炉によって集光させた太陽光のエネルギーを利用して、試料（ブリケット）を所定の温度で加熱して熱還元反応によりマグネシウムを精錬する。その際、熱還元反応により精錬されたマグネシウムには所定量のカルシウムが含まれることにより、難燃性を有するマグネシウムが生成される。この場合、熱還元反応中のマグネシウムの蒸気圧に対して、カルシウムの蒸気圧が所定パーセントとなる温度まで加熱される。すなわち、従来のピジョン法を用いて熱還元反応によるマグネシウム生成温度をより高温とすることで、カルシウムを含有させた難燃性のマグネシウムを得るものである。以下、詳細に説明する。

【0011】

図１は、マグネシウム精錬装置１の構成の一例を示す図である。マグネシウム精錬装置１は、集光部１０と、レトルト２０と、制御部３０とを備えている。本実施の形態の集光部１０は、主鏡１０１と、直達光センサ１０４と、駆動機構１０５とを有している。

【0012】

主鏡１０１は、たとえば凹面鏡や平面鏡を複数枚組み合わせて放物面（パラボラ面）を有するように構成される。主鏡１０１は、レトルト２０内で局所的に、たとえば１４００℃程度の高温を得るために、２０００倍以上の集光度を有し、レトルト２０内の試料が搬入される位置に焦点を結ぶように構成される。その結果、太陽光のエネルギーは、集光部１０の主鏡１０１によりレトルト２０内の試料を加熱する。

【0013】

主鏡１０１は、公知の技術を用いて、太陽の移動に応じて水平方向および／または俯仰方向に駆動して、太陽と対向するように追尾駆動を行う。この場合、制御部３０は、時刻や集光部１０の設置位置（たとえば緯度、経度情報）に基づいて算出される太陽の位置と、直達光センサ１０４から入力した太陽からの直達光の日射量に応じた信号（直達日射量信号）とに応じて、主鏡１０１が太陽と対向するための駆動量を算出する。駆動機構１０５は、制御部３０により算出された駆動量を示す駆動信号を入力して、主鏡１０１を水平方向および／または俯仰方向に駆動させる。

【0014】

レトルト２０は、主鏡１０１に着脱可能に構成され、内部にブリケットＢ（試料）を収容する収容容器として機能するとともに、ブリケットＢを太陽光のエネルギーで加熱することにより、熱還元反応にてマグネシウムを析出させるための反応炉として機能する。

【0015】

図２に、レトルト２０の構造を模式的に示す。レトルト２０は、耐熱性の高い材料により形成される中空の筒状部材である。レトルト２０は図示しない真空ポンプ等に接続されて、内部を真空に維持することが可能である。後述するように、ブリケットＢには少なくともＭｇＯとＣａＯとが含まれている。

【0016】

レトルト２０は、集光された太陽光が照射されてブリケットＢから熱還元反応によりマグネシウム蒸気を発生させるための反応部２１と、発生したマグネシウム蒸気を回収するコンデンサー２２と、コンデンサー２２を冷却するための冷却部２３と、反応部２１からの熱を遮断する遮熱板２４とを有し、冷却部２３側で主鏡１０１に装着される。反応部２１の内部には、ブリケットＢが配置され、集光部１０にて集光された太陽光により照射される。太陽光により照射されたブリケットＢはマグネシウムの沸点（１１０７℃）を超える温度（たとえば１４００℃程度）まで局所的に加熱される。その結果、ブリケットＢが還元反応を行うことによりマグネシウムは蒸気として発生し、図示しない吸引装置により吸引され、コンデンサー２２へ至る。なお、カルシウムの沸点は１４８７℃であるため、少量のカルシウムも蒸気となり、コンデンサー２２へ至る。本実施の形態では、一例として、マグネシウムの蒸気圧に対してカルシウムの蒸気圧が１パーセント〜５パーセントとなるようにブリケットＢを加熱する温度を設定している。

【0017】

コンデンサー２２は、内部の温度が所定温度、たとえばマグネシウムの融点以下の適当な温度で保持されるように、冷却部２３により冷却される。本実施の形態では、冷却部２３は、一例として海水等を用いた冷却水の作用によりコンデンサー２２を冷却する水冷式の冷却装置であるものとする。コンデンサー２２が冷却部２３により冷却されることによって、反応部２１で蒸気となったマグネシウムとカルシウムとが吸引装置により吸引され、コンデンサー２２内で凝結し、マグネシウムに数パーセントのカルシウムが混入した合金として析出する。析出したマグネシウム合金をコンデンサー２２から取り出すことによって、難燃性を有するマグネシウム合金を得る。

【0018】

ブリケットＢの生成方法としては、従来からの技術（たとえばピジョン法）のように採掘されたドロマイトを原料とする方法と、海水を精製して得られたにがり等から得られた水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２や、マグネシウムを電極材とした燃料電池等の使用後の電極材から取り出した水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２を原料とする方法とを採り得る。

【0019】

ドロマイトを原料とする場合には、採掘したドロマイト（ＣａＣＯ_３・ＭｇＣＯ_３）を粉砕し、加熱することにより以下の（１）の反応式により焼成ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）が生成される。
ＣａＣＯ_３・ＭｇＣＯ_３→ＣａＯ・ＭｇＯ＋２ＣＯ_２ …（１）

【0020】

一方、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の還元剤として機能する、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、カルシウム（Ｃａ）、炭素（Ｃ）の金属およびその酸化物、すなわちフェロシリコン（ＦｅＳｉ_２）を、以下の（２）の反応式により生成する。
Ｆｅ_２ＣＯ_３＋４ＳｉＯ_２＋１１Ｃ→２ＦｅＳｉ_２＋１１ＣＯ …（２）
上記（１）、（２）のようにして生成された焼成ドロマイトとフェロシリコンとを混合し、所定の大きさ、形状を有するブリケットＢを得る。

【0021】

水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２を原料とする場合には、水酸化カルシウムＣａ(ＯＨ)_２を加えて加熱脱水することにより、以下の（３）の反応式により酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を生成する。
Ｍｇ(ＯＨ)_２＋Ｃａ(ＯＨ)_２→ＭｇＯ＋ＣａＯ＋２Ｈ_２Ｏ …（３）
そして、（２）により生成されたフェロシリコンを、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と混合して、所定の大きさ、形状を有するブリケットＢを得る。

【0022】

上述したマグネシウム精錬装置１を用いることによって、以下に説明する精錬工程を実現して、難燃性マグネシウム合金を生成する。上述した方法により生成されたブリケットＢをレトルト２０内に収容して、１４００℃程度の高温にて加熱すると、以下の（４）の反応式に示す熱還元反応を行う。
２（ＭｇＯ＋ＣａＯ）＋Ｓｉ→２Ｍｇ＋２ＣａＯ＋ＳｉＯ_２ …（４）

【0023】

上記の（４）式に示す反応により、マグネシウムが蒸気として発生し、コンデンサー２２内に凝結する。このとき、少量のカルシウムも蒸気となり、マグネシウム蒸気に混入するため、少量のカルシウムを含むマグネシウムがコンデンサー２２に凝結する。本実施の形態では、マグネシウムの蒸気圧に対してカルシウムの蒸気圧が１パーセント以上となるようにブリケットＢを加熱しているので、コンデンサー２２に析出する合金にも、マグネシウムに対してカルシウムが１パーセント以上添加される。

【0024】

図３は、マグネシウム合金の発火温度に対するカルシウムの添加量の関係を示す図である。図３に示すように、カルシウムの添加量が１パーセントを超えると、発火温度を１０００Ｋ以上とすることができる。これは、純マグネシウムの発火温度が８００Ｋ以下であることに比べてかなり高い。本実施の形態のマグネシウム精錬装置１により生成されるマグネシウム合金では、上述したようにマグネシウムに対してカルシウムの添加量が１パーセント以上となる。したがって、マグネシウム精錬装置１により生成されたマグネシウム合金は難燃性を示す。これにより、搬送時の安全性を確保できる。

【0025】

図４に、上述のようにして難燃性マグネシウム合金を生成する系と、リサイクルの系とを示す。図４に示すように、難燃性マグネシウム合金を生成し、燃料材や燃料電池等の電極材等の用途に用いることができる。マグネシウム合金を燃料材として使用すると、ＭｇＯが残留する。このＭｇＯに反応式（２）により得られたフェロシリコンを混合してブリケットＢを生成し、再びマグネシウム精錬装置１のレトルト２０内に搬入する。そして、反応式（４）で示す熱還元反応を行わせることにより、再び難燃性マグネシウム合金を生成することができる。また、燃料電池の電極材として使用するとＭｇ(ＯＨ)_２が残留する。このＭｇ(ＯＨ)_２に対して反応式（３）に示す反応を行わせることによりＭｇＯを生成させる。そして、同様にしてブリケットＢを生成し、レトルト２０内に搬入して熱還元反応を行わせることにより、再び難燃性マグネシウム合金を生成することができる。この結果、マグネシウム精錬装置１により、マグネシウムを循環利用することができる。さらに、反応式（４）の熱還元反応の際に生成するＳｉＯ_２等のスレッジを、還元剤として再び利用することができる。

【0026】

上述した第１の実施の形態によるマグネシウム精錬装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）マグネシウム精錬装置１は、マグネシウム化合物を含む試料としてブリケットＢを収容するレトルト２０と、太陽光を集光してレトルト２０に照射して、レトルト２０の内部が所定温度となるように加熱する集光部１０とを備えている。レトルト２０は、集光部１０により所定温度に加熱されることにより、熱還元反応によりブリケットＢからマグネシウム蒸気を発生させる反応部２１を有する。したがって、太陽光のエネルギーを用いてマグネシウムを熱還元反応により析出させることができる。その結果、ガス炉等にて化石燃料を燃焼させて長時間の高温加熱による二酸化炭素の発生を伴うことなくなり、環境へ悪影響を及ぼすことがなくなる。

【0027】

特に、集光部１０により太陽光を集光するので、レトルト２０を１４００℃の高温まで加熱することができる。したがって、１４００℃程度まで加熱してマグネシウムを熱還元反応させることにより、カルシウムを混入させて、難燃性の高いマグネシウム合金を得ることができる。従来の技術では、析出したマグネシウムを再度加熱することにより、他の物質を添加させた合金を得ていた。これに対して、本実施の形態では、集光部１０を用いて太陽光を加熱用のエネルギーとして用いることにより、１回の工程で１４００℃の高温での加熱を実現できるので、難燃性マグネシウムの製造工程を簡略化できる。さらに、従来の技術のように、再加熱によって合金を得る必要が無くなるので、二酸化炭素の排出を抑制して、環境へ悪影響を及ぼすことがなくなる。

【0028】

（２）レトルト２０は、マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー２２を更に有する。したがって、反応部２１で熱還元反応により発生したマグネシウム蒸気から効率良くマグネシウム合金を得ることができるので、生産性の低下を抑制できる。

【0029】

第１の実施の形態によるマグネシウム精錬装置を、次のように変形できる。
（１）集光部１０による集光度を変更し、加熱温度を変えることにより、マグネシウム合金を生成するための原料を生成するためにマグネシウム精錬装置１を用いることができる。この場合、上記の反応式（３）に示す焼成によりＭｇＯを生成する工程や、反応式（２）に示すフェロシリコンを加熱により生成する工程に利用することができる。この結果、マグネシウム合金の生成に加えて、原料となるＭｇＯの焼成やフェロシリコンの加熱の際にも化石燃料を燃焼させる必要がなくなるので、マグネシウム合金を生成するシステム全体として二酸化炭素の発生を抑制し環境への悪影響を与えることがなくなる。

【0030】

（２）レトルト２０の加熱方法は、主鏡１０１を有する集光部１０を用いるものに限定されない。太陽光を集光してレトルト２０を照射して、レトルト２０の内部温度が１４００℃となるように加熱し、レトルト２０内に収容されたマグネシウム化合物を含むブリケットＢから熱還元反応によりマグネシウム蒸気を発生させることが可能なあらゆる方法を用いることができる。たとえば、集光部１０は複数の平面鏡のそれぞれから反射された反射光を一点に重ね合わせて集光するヘリオスタット方式を用いてもよい。

【0031】

−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施の形態による材料処理装置を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、集光路の構造とレトルトの構造と精錬されたマグネシウム合金の回収方法とが、第１の実施の形態と異なる。

【0032】

図５〜８に第２の実施の形態のマグネシウム精錬装置１の構造を模式的に示す。図６は、図５に示すレトルト２０のＡ１−Ａ１断面図であり、図７は、図５に示すレトルト２０のＡ２−Ａ２断面図である。なお、説明の都合上、図５〜７に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる座標軸を設定する。

【0033】

第２の実施の形態による集光部１０は、凹面鏡からなる主鏡１０１と凸面鏡からなる副鏡１０２とを有するカセグレン光学系により構成され、放物面による主鏡１０１に加えて、双曲面による凸面鏡からなる副鏡１０２と、副鏡１０２を駆動する駆動機構１０２ａとを更に有する。主鏡１０１の表面あるいは裏面は耐腐食加工したアルミや銀の膜が用いられ、副鏡１０２の表面あるいは裏面は、たとえばエネルギー吸収の小さい誘電体多層膜ミラーが用いられる。集光部１０は、太陽光は主鏡１０１で反射されて副鏡１０２へ進み、後述するレトルト２０内に搬入されるブリケットＢの上面（ｚ軸＋側）で副鏡１０２により集光する。なお、副鏡１０２は、ブリケットＢに効率よく太陽光を集光させ、かつ主鏡１０１の裏面にレトルト２０を配置するために、太陽光がブリケットＢ上で集光する際の開き角（ＮＡ）が小さくなるように設計されているものとする。駆動機構１０２ａは、後述する制御部３０からの駆動信号により副鏡１０２を駆動させて、ブリケットＢの表面にて太陽光が集光する集光度を変更する。

【0034】

レトルト２０は、制御部３０により、長手方向（ｘ軸方向＋側）の一方の端部が他方の端部（ｘ軸方向−側）よりも高度が低くなるように、図５にて破線で示す水平面に対して所定の角度θだけ傾いた状態で、図示しない姿勢制御機構を介して支持される。すなわち、ｘ軸は水平面に対して所定の角度θだけ傾いた方向に設定される。なお、上記の所定の角度θは、後述するように還元反応により液体となったマグネシウムがマグネシウム回収部２０４内に流入、滴下するのに最適な角度として、実験等によって決定されるものとする。

【0035】

レトルト２０は、窓材２０１と、コンデンサシールド２０２と、第２シールド２０３と、マグネシウム回収部２０４と、送り装置２０５と、温度センサ２０６と、圧力センサ２０７と、ポンプ２０８と、ブリケット搬入口２１０と、ブリケット搬出口２１１と、搬送路２１２とを備えている。窓材２０１は、レトルト２０の上部（ｚ軸＋側、太陽炉１０側）に設けられた開口を覆い、集光部１０にて集光された太陽光をレトルト２０の内部に透過させる。窓材２０１は、後述するコンデンサシールド２０２からの輻射熱を反射する、透明電極ＩＴＯ膜（インジウム錫酸化膜）等のなどの可視光（太陽光）を透過し赤外光を反射する膜（太陽光透過赤外反射膜）を備えて構成される。窓材２０１は交換可能に設けられ、レトルト２０内に導かれる太陽光の光束の範囲よりも広い。窓材２０１は、制御部３０から出力される駆動信号に応じて、図示しない駆動機構により、設けられた場所でｘｙ平面に平行な面上を２次元移動可能に構成されている。

【0036】

コンデンサシールド２０２は、レトルト２０の内部に設けられ、普通鋼を材料とする中空の部材である。コンデンサシールド２０２には、集光部１０からの太陽光がブリケットＢを照射可能となるように、開口２０２ｈが設けられている。コンデンサシールド２０２の内部には、後述する送り装置２０５によって搬送路２１２上をブリケットＢが搬送され、ブリケットＢはコンデンサシールド２０２の内部で開口２０２ｈを通して太陽光の照射を受ける。また、コンデンサシールド２０２の底部（ｚ軸−側）のｙ軸＋側端部には下方に設けられたマグネシウム回収部２０４と連通する連通部２０２ｂが設けられている。

【0037】

図８を参照して、開口２０２ｈの直径について説明する。図８では、ブリケットＢの上面（ｚ軸＋側）とコンデンサシールド２０２の内壁とのｚ軸方向の距離をＺとし、集光部１０からの太陽光の光束がブリケットＢの上面で結ぶ径（スポット径）をＤとする。太陽光の開き角をθ１とすると、開口２０２ｈの直径Ｈは、以下の式（５）を満たすように形成される。
２（Ｄ＋２Ｚｔａｎθ１）≧Ｈ＞Ｄ＋２Ｚｔａｎθ１ …（５）

【0038】

コンデンサシールド２０２の内部は次のような構成を有している。図６に示すように、コンデンサシールド２０２の内部には、マグネシウムが液体の状態で連通部２０２ｂを介してマグネシウム回収部２０４に導かれるように、複数のガイド部材２０２ｇが設けられている。なお、以後の説明では、複数のガイド部材２０２ｇのうち、開口２０２ｈの開口端部に沿って設けられるガイド部材には符合２０２ｇ１を付し、コンデンサシールド２０２の底部（ｚ軸−側）に設けられるガイド部材には符合２０２ｇ２を付し、上記以外のガイド部材には符合２０２ｇ３を付す。

【0039】

ガイド部材２０２ｇ１は、開口２０２ｈの開口端部からｚ軸−方向に突設している。ガイド材２０２ｇ１は、窓材２０１を介して入射する太陽光の光束を遮らない方向に向かって突設している。すなわち、ガイド部材２０２ｇ１は、析出したマグネシウム液体が窓材２０１の方向にはみ出さないように、窓材２０１を覆う形状となるように形成されている。ガイド部材２０２ｇ２は、コンデンサシールド２０２の底部内壁にｘ軸方向に沿って延在するように設けられる。ガイド部材２０２ｇ３は、コンデンサシールド２０２の内壁からｚ軸方向に沿って突設し、ｘ軸方向に沿って延在するように設けられる。なお、ガイド部材２０２ｇ１〜２０２ｇ３の厚みはコンデンサシールド２０２を構成する部材厚よりも厚くなるように形成されている。なお、ガイド部材２０２ｇ１〜２０２ｇ３は、コンデンサシールド２０２の中心付近に置かれた焦点面の方向に突出していてもよい。また、ガイド部材２０２ｇ１〜２０２ｇ３は、断面が矩形のものではなく、たとえば三角状に突出していてもよい。上述したように、ガイド部材２０２ｇ１〜２０２ｇ３を有することにより、コンデンサシールド２０２の内面の表面積が増加するので、多量のマグネシウムの析出を可能にする。

【0040】

コンデンサシールド２０２の内部は、マグネシウムの融点（６５１℃）を超える温度、たとえば７００℃程度〜８００℃程度に保たれ、かつ、コンデンサシールド２０２のマグネシウム蒸気以外による内部圧力は、１Ｐａ以下に調節される。このため、熱還元反応によって蒸気となったマグネシウムは、酸化することなくコンデンサシールド２０２の内壁に到達して凝結し、液体となって内壁に付着する。換言すると、コンデンサシールド２０２は、ブリケットＢが熱還元反応するための反応部と、熱還元反応によって発生したマグネシウム蒸気が凝結するためのコンデンサー部とが一体に形成されたものである。上述したようにレトルト２０は、水平面に対して所定の角度θだけ傾いているので、液体となってコンデンサシールド２０２の内壁に付着したマグネシウムは、重力の影響を受け、ガイド部材２０２ｇ２、２０２ｇ３が延在する方向、すなわちｘ軸に沿って案内される。そして、コンデンサシールド２０２のｘ軸＋側の端面に到達した液体のマグネシウムは、連通部２０２ｂを介して、マグネシウム回収部２０４へ流入、あるいは滴下する。

【0041】

第２シールド２０３は、コンデンサシールド２０２を内部に保持するように設けられる。第２シールド２０３は、コンデンサシールド２０２からの輻射熱によってレトルト２０の筐体外壁を通して熱が外部に散逸することを防ぐために設けられ、集光部１０からの太陽光は透過するが、コンデンサシールド２０２からの輻射熱を反射する材料によって形成される。本実施の形態では、第２シールド２０３として、石英やガラス等の透明材料によって円筒形に形成された部材の内面に、アルミをコーティングしたものを用いる。ただし、集光部１０からの太陽光がブリケットＢへ向けて通過する範囲２０３ａ、すなわち窓材２０１に対応する範囲にはコーティングを施さない。なお、第２シールド２０３として、鏡面加工したステンレスを用いてもよい。また、石英やガラス等の透明材料による第２シールド２０３の範囲２０３ａに対して誘電体多層膜を設けてもよいし、ＩＴＯ（インジウム錫酸化膜）膜などの太陽光透過赤外反射膜で被覆してもよい。また、ステンレスによる第２シールド２０３に透明材料による窓部を組み合わせてもよい。レトルト２０の内部に上記の構造を有する第２シールド２０３が設けられることにより、第２シールド２０３とレトルト２０との間の空間は、２００℃程度の温度に保持される。この結果、レトルト２０の筐体外壁が高温になることを防ぐことができる。

【0042】

図７に示すように、レトルト２０の内部には、ｘ軸−側端部に設けられたブリケット搬入口２１０およびブリケット搬出口２１１と、ブリケット搬入口２１０からブリケット搬出口２１１までを結ぶ搬送路２１２とが設けられている。搬送路２１２は、搬入されたブリケットＢをｘ軸＋方向へ搬送する第１搬送路２１２ａと、第１搬送路２１２ａと連結され第１搬送路２１２ａから搬送されたブリケットＢの搬送方向をｘ軸−方向へ変更するための第１屈曲搬送路２１２ｂと、第１屈曲搬送路２１２ｂと連結され第１屈曲搬送路２１２ｂから搬送されたブリケットＢをｘ軸−方向へ搬送する第２搬送路２１２ｃと、第２搬送路２１２ｃと連結され第２搬送路２１２ｃから搬送されたブリケットＢの搬送方向をｘ軸＋方向へ変更するための第２屈曲搬送路２１２ｄとが設けられている。第２搬送路２１２ｃの一部はコンデンサシールド２０２の内部を通過する反応用搬送路２１２ｃ１であり、窓材２０１を通過した太陽光によりブリケットＢを照射させて熱還元反応させるために設けられている。

【0043】

送り装置２０５は、搬送路２１２に沿って設けられた、たとえばベルトや複数のローラー等によって構成されている。送り装置２０５は、所定の形状を有するブリケットＢを連続的に順次、コンデンサシールド２０２に搬送する。なお、本実施の形態では、ブリケットＢは円柱状に形成され、ブリケットＢの中心軸が搬送方向と一致するように搬送路２１２上で搬送される。送り装置２０５は、後述するように制御部３０からの駆動信号に応じて、ｘ軸−側端部のブリケット搬入口２１０と第１搬送路２１２ａとを連結し、ブリケット搬入口２１０から搬入されたブリケットＢをｘ軸＋方向へ搬送する。ブリケットＢが第１搬送路２１２ａに導かれると、送り装置２０５は、第１搬送路２１２ａのｘ軸−側端部を第２屈曲搬送路２１２ｄと連結させて、搬送路２１２上にブリケットＢが必要量以上搬入されないようにする。搬送路２１２上に搬入されたブリケットＢは、第１搬送路２１２ａ、第１屈曲搬送路２１２ｂ、第２搬送路２１２ｃ、第２屈曲搬送路２１２ｄの順序で搬送され、再び第１搬送路２１２ａに搬送され、上記の順序で搬送路２１２上にて搬送される。

【0044】

第２搬送路２１２ｃの一部の反応用搬送路２１２ｃ１では、ブリケットＢは、図示しない回転機構により、ブリケットＢのｘ軸方向の中心軸を中心として回転しながらｘ軸−方向に沿って移動する。これにより、ブリケットＢの表面の広い範囲に太陽光が照射されるので、ブリケットＢの利用効率が向上する。副鏡１０２は駆動機構１０２ａにより微小駆動して、太陽光の光軸方向に沿って集光位置を移動させる。これにより、熱還元反応に伴ってブリケットＢの表面形状が変形し、図８に示すブリケットＢの上面（ｚ軸＋側）とコンデンサシールド２０２の内壁とのｚ軸方向の距離Ｚとの間に変動が生じても、ブリケットＢの表面温度は実質的に一定の高温度で推移する。

【0045】

制御部３０によってブリケットＢが使用可能ではないと判定されるまで、ブリケットＢは送り装置２０５により搬送路２１２上で搬送され続ける。その結果、同一のブリケットＢは、反応用搬送路２１２ｃ１上を複数回搬送される。制御部３０は、たとえば、同一のブリケットＢが反応用搬送路２１２ｃ１を所定回数搬送された場合や、最初に反応用搬送路２１２ｃ１を通過してから所定時間が経過した場合等に、ブリケットＢが使用可能ではないと判定する。この場合、ブリケットＢが反応用搬送路２１２ｃ１を搬送される回数をカウントするカウンタや、時間計測をするためのタイマ等を備えていればよい。なお、上記の所定回数や所定時間は、予め実験等に基づいて、ブリケットＢが熱還元反応によってマグネシウム蒸気を発生するのに適した形状が保持可能となるように決定されている。

【0046】

制御部３０によりブリケットＢが使用可能ではないと判定されると、送り装置２０５は、第２搬送路２１２ｃを第２屈曲搬送路２１２ｄから切り離し、ブリケット搬出口２１１と連結させる。このため、熱還元反応に使用された使用済のブリケットＢは、第２搬送路２１２ｃからブリケット搬出口２１１に搬送され、レトルト２０の外部に排出される。上述の動作を繰り返すことにより、所定量のブリケットＢが搬送路２１２上にて搬送される。

【0047】

送り装置２０５は、制御部３０からの速度指示信号に応じて、ブリケットＢの移動速度を制御する。熱還元反応によりマグネシウムが発生するために十分な期間、ブリケットＢが集光部１０からの太陽光により照射されるように、移動速度が決定される。

【0048】

温度センサ２０６は、コンデンサシールド２０２内の温度を計測して、計測した温度を示す温度信号を制御部３０へ出力する。圧力センサ２０７は、コンデンサシールド２０２内の圧力を計測する第１圧力センサ２０７ａと、コンデンサシールド２０２の外部のレトルト２０内の圧力を計測する第２圧力センサ２０７ｂとによって構成される。第１圧力センサ２０７ａおよび第２圧力センサ２０７ｂは、計測した圧力を示す圧力信号を制御部３０へそれぞれ出力する。ポンプ２０８は、制御部３０による駆動信号に応じて駆動することで、図示しない注排気系統を介して、コンデンサシールド２０２の内部、およびコンデンサシールド２０２の外部のレトルト２０内の圧力を所定の圧力となるように調整する。なお、第１圧力センサ２０７ａにより計測されるコンデンサシールド２０２内部の圧力は、ブリケットＢが熱還元反応を起こしている最中には、析出したマグネシウム蒸気の圧力を示す。コンデンサシールド２０２内の圧力は、マグネシウム蒸気が存在しないときには、上述したように、蒸気となったマグネシウムが酸化しないように１Ｐａ以下に調整される。また、コンデンサシールド２０２の外部のレトルト２０内の圧力は、熱の対流による伝達を防止するために、１００Ｐａ以下に調整される。

【0049】

制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、各種のデータ処理を実行する演算装置である。制御部３０は、上述した直達光センサ１０４、温度センサ２０６、圧力センサ２０７等の各種センサからの信号を入力して、太陽炉１０を照射する太陽光の光量、コンデンサシールド２０２内の温度、コンデンサシールド２０２およびレトルト２０内の圧力を監視する。監視結果に応じて、制御部３０は、集光部１０の駆動制御、送り装置２０５の駆動制御、窓材２０１の駆動制御等の処理を実行する。以下、制御部３０による各種駆動制御の処理の詳細について説明する。

【0050】

上記の各種駆動制御の処理を実行するため、制御部３０は、判定部３０１と、集光部駆動制御部３０２と、送り装置駆動制御部３０３と、窓材駆動制御部３０４とを備えている。判定部３０１は、直達光センサ１０４、温度センサ２０６、圧力センサ２０７から入力した信号に基づいて、集光部１０の駆動、送り装置２０５の駆動、窓材２０１の駆動の何れを行うかを判定する。判定部３０１は、上述したように、ブリケットＢが使用可能か否かを判定する。集光部駆動制御部３０２は、判定部３０１の判定結果に応じて、集光部１０を水平方向および／または俯仰方向に駆動させる駆動量を算出し、駆動信号として集光部１０の駆動機構１０５へ出力する。

【0051】

送り装置駆動制御部３０３は、判定部３０１の判定結果に応じて、ブリケットＢのレトルト２０内部への搬入またはレトルト２０からの搬出を指示する信号や、ブリケットＢの搬送速度を算出し、算出した搬送速度にてブリケットＢを搬送するように指示する速度指示信号を送り装置２０５へ出力する。窓材駆動制御部３０４は、判定部３０１の判定結果に応じて、窓材２０１の駆動方向と駆動量とを指示する駆動信号を出力して、窓材２０１をｘｙ平面に平行な面上で二次元駆動させる。判定部３０１と、集光部駆動制御部３０２と、送り装置駆動制御部３０３と、窓材駆動制御部３０４との処理の詳細について、以下で説明を行う。

【0052】

−送り装置の駆動−
直達光センサ１０４からの直達日射量信号が示す日射量が第１閾値未満の場合には、判定部３０１は雲や大気の状態等の要因により太陽光の強度が弱く、ブリケットＢへの加熱が不十分になると判定し、ブリケットＢに太陽光が照射される時間を長くする必要があると判定する。この場合、送り装置駆動制御部３０３は、送り装置２０５によるブリケットＢの搬送速度が低速となるように、日射量に応じて新たな搬送速度を算出する。そして、送り装置駆動制御部３０３は、算出した搬送速度でブリケットＢが搬送されるように、送り装置２０５へ速度指示信号を出力する。その結果、太陽光の強度が弱くなった場合であっても、ブリケットＢへの太陽光の照射時間を長くすることで、ブリケットＢを熱還元反応に必要な温度まで加熱することができる。なお、再び日射量が強くなった場合には、すなわち日射量が第１閾値以上の場合には、判定部３０１はブリケットＢへの太陽光の照射時間を短くする必要があると判定し、送り装置駆動制御部３０３は、ブリケットＢの搬送速度が高速となるように送り装置２０５へ速度指示信号を出力する。

【0053】

第１圧力センサ２０７ａからの圧力信号が示すコンデンサシールド２０２内の圧力が第２閾値未満の場合には、判定部３０１は熱還元反応により析出したマグネシウム蒸気の量が少ないと判定し、ブリケットＢに対してより長時間の熱還元反応が必要であると判定する。すなわち、判定部３０１は、ブリケットＢがより長い時間をかけてコンデンサシールド２０２を通過する必要があると判定する。この場合も、送り装置駆動制御部３０３は、送り装置２０５によるブリケットＢの搬送速度が低速となるように、コンデンサシールド２０２内の圧力に応じて新たな搬送速度を算出する。そして、送り装置駆動制御部３０３は、算出した搬送速度でブリケットＢが搬送されるように、送り装置２０５へ速度指示信号を出力する。その結果、ブリケットＢがコンデンサシールド２０２内を低速で通過するため、太陽光による照射時間を長くすることができるので、より多くのマグネシウム蒸気を析出させることができる。

【0054】

なお、温度センサ２０６により検出されたコンデンサシールド２０２内の温度が７００℃以上に保持されるように、制御部３０は、駆動機構１０２ａに駆動信号を出力して、副鏡１０２を微駆動させる。その結果、太陽光の集光度が変更されて、コンデンサシールド２０２内の温度低下を抑制できる。また、太陽光の一部をコンデンサシールド２０２に照射させることにより、適切な温度が保持された状態でブリケットＢを加熱できる。また、第１圧力センサ２０７ａにより計測されたコンデンサシールド２０２内の圧力が、所定の圧力に保持されるように、制御信号３０は、駆動機構１０２ａに駆動信号を出力して、副鏡１０２を微駆動させる。その結果、太陽光の集光度が変更されて、ブリケットＢから析出するマグネシウム蒸気の量が不足とならないように制御できるので、マグネシウム合金の生産性低下を抑制できる。

【0055】

−窓材の駆動−
判定部３０１は、マグネシウム精錬装置１が起動してから所定の時間が経過するごとに、窓材２０１を所定方向に所定量駆動するように窓材駆動制御部３０４へ駆動信号を出力する。窓材２０１にマグネシウムの蒸気が付着して、太陽光の透過率が低下している領域を避けて、窓材２０１の透過率が高い領域を通ってブリケットＢの表面に太陽光を導くことを目的としている。このため、上記の窓材２０１が駆動する所定方向と所定量は、これまで窓材２０１がレトルト２０の内部に対面していた領域とは異なる領域がレトルト２０の内部に面するように予め決定されている。

【0056】

−ポンプの駆動−
判定部３０１は、圧力センサ２０７から入力した圧力信号が示す圧力値に基づいて、コンデンサシールド２０２の内部、およびコンデンサシールド２０２の外部のレトルト２０内の圧力を一定に保持する。本実施の形態では、第２圧力センサ２０７ｂから入力した圧力信号が示す圧力値が１００Ｐａを超えることがないような排気速度を有するポンプ２０８が配置されている。

【0057】

上述した第２の実施の形態によるマグネシウム精錬装置によれば、第１の実施の形態により得られる作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
（１）レトルト２０の筐体表面には、集光部１０により集光された太陽光を透過させる窓材２０１が設けられ、コンデンサシールド２０２はレトルト２０の内部に保持され、コンデンサシールド２０２の内部にブリケットＢが搬入される。この結果、太陽光のエネルギーロスを抑制してブリケットＢを加熱できるので、マグネシウム精錬効率を向上できる。

【0058】

（２）レトルト２０は、熱還元反応により発生したマグネシウム蒸気が窓材２０１に付着することを防止するための第２シールド２０３を内部に有し、第２シールド２０３の表面には、集光部１０により集光され、窓材２０１を透過した太陽光を通過させる範囲２０３ａが設けられ、コンデンサシールド２０２は、第２シールド２０３の内部に保持される。したがって、第２シールド２０３を設けることにより、熱還元反応により高温となったコンデンサシールド２０２からの熱輻射の影響による熱損失を抑制できるので、マグネシウムの熱還元反応を高温下で継続して行うことができる。さらに、熱輻射の影響によるレトルト２０の高温化を抑制することができるので、レトルト２０の劣化速度を抑え耐久性を長期に渡って維持することができる。さらに、熱還元反応で生成したマグネシウム蒸気が、レトルト２０に設けられた窓材２０１に付着して、太陽光の透過率を低下させることを抑制できるので、コンデンサシールド２０２の内部を高温に維持して、マグネシウムの精錬効率を維持することができる。

【0059】

（３）第２シールド２０３は、透明材料によって構成された筐体の内面または外面のうち範囲２０３ａを除いて反射材料をコーティングして構成される。したがって、コンデンサシールド２０２からの熱輻射の影響による熱損失を抑制し、マグネシウムの熱還元反応を高温下で継続して行うことができるので、マグネシウム合金の精錬効率を向上させることができる。さらに、熱輻射の影響によるレトルト２０の高温化を抑制することができるので、レトルト２０の劣化速度を抑え耐久性を長期に渡って維持して、マグネシウム合金の製造コストを低減できる。さらに加えて、レトルト２０の筐体表面が高温になることが抑制されるので、作業員による保守、点検、整備等の作業が容易に行える。

【0060】

（４）第２シールド２０３の範囲２０３ａには所定波長の光を透過させる膜を設けた。この結果、太陽光のエネルギーロスを抑制してブリケットＢを高温で長時間加熱できるので、マグネシウム精錬効率を向上できる。

【0061】

（５）レトルト２０の長手方向の一方の端部（ｘ軸方向＋側）は他方の端部（ｘ軸方向−側）より低い高度となるように保持され、コンデンサシールド２０２の内部には、マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムがレトルト２０のｘ軸方向＋側の端部の方向へ、長手方向に沿って流れるように案内するガイド部材２０２ｇ（２０２ｇ１〜２０２ｇ３）が設けられる。レトルト２０を水平方向に対して角度θだけ傾けて重力の作用を利用するとともに、複数のガイド部材２０２ｇをｘ軸方向に沿って延伸させているので、液体マグネシウムを所望の位置に集めることができ、凝結したマグネシウムの回収効率を向上させることができる。

【0062】

（６）レトルト２０のｘ軸方向＋側の端部の下方に設けられ、コンデンサシールド２０２で凝結した液体マグネシウムを液体の状態で回収するマグネシウム回収部２０４をさらに備え、マグネシウム２０４は、コンデンサシールド２０２から重力の作用によって滴下した液体マグネシウムを回収する。液体となったマグネシウムを重力の作用を利用してマグネシウム回収部２０４に滴下させることができ、工程の自動化に寄与する。

【0063】

（７）レトルト２０にブリケットＢを搬入するブリケット搬入口２１０と、レトルト２０からブリケットＢを搬出するブリケット搬出口２１１と、レトルト２０の内部に設けられ、ブリケット搬入口２１０からブリケット搬出口２１１までを結ぶ搬送路２１２に沿って、ブリケットＢを搬送する送り装置２０５とをさらに備え、搬送路２１２の少なくとも一部は、コンデンサシールド２０２の内部を通過してブリケットＢを熱還元反応させるための反応用２１２ｃ１により構成される。したがって、送り装置２０５によりブリケットＢを連続的にコンデンサシールド２０２内部に搬入できるので、工程の自動化に寄与することができる。

【0064】

（８）ブリケットＢは円柱状であって、ブリケットＢの中心軸はブリケットＢの搬送方向であるｘ軸方向と一致し、送り装置２０５は、少なくともコンデンサシールド２０２内部においてはブリケットＢを円柱の軸回りに回転させながら搬送する。これにより、ブリケットＢの表面の広い範囲に太陽光が照射されるので、ブリケットＢの利用効率が向上する。

【0065】

（９）制御部３０の判定部３０１は、ブリケットＢが使用可能か否かを判定し、送り装置２０５は、判定部３０１によりブリケットＢが使用可能ではないと判定されると、ブリケットＢをブリケット搬出口２１１を介してレトルト２０から外部に搬出する。この結果、ブリケットＢの使用適不適の判定と、使用不適と判定されたブリケットＢの搬出とを自動で行うことができるので、マグネシウム合金の精錬工程の自動化に寄与する。

【0066】

（１０）集光部１０は、凹面鏡により構成される主鏡１０１と、凸面鏡により構成される副鏡１０２とを有し、太陽光を主鏡１０１で反射した反射光を副鏡１０２へ導き、反射光を副鏡１０２で反射してレトルト２０内のブリケットＢの表面に集光させるカセグレン光学系により構成される。この結果、集光部１０の裏面にレトルト２０を配置することができるので、マグネシウム精錬装置１は作業員が集光部１０で集光される太陽光に曝されることのなくレトルト２０の交換や整備等の作業が容易に行える構造をとることができる。

【0067】

（１１）駆動機構１０２ａは、副鏡１０２を駆動させて、太陽光が集光する位置をブリケットＢの表面上または太陽光の光軸上の少なくとも一方で移動させる。したがって、ブリケットＢの上面にて太陽光が集光する集光度を変更することにより、ブリケットＢに効率よく太陽光を集光させて、熱還元反応を所望の温度で長時間継続的に行わせることができる。

【0068】

（１２）太陽から集光部１０へ到達する直達光を検出する直達光センサ１０４と、レトルト２０のコンデンサシールド２０２の内部の圧力を検出する第１圧力センサ２０７ａと、コンデンサシールド２０２の内部の温度を検出する温度センサ２０６と、を備え、駆動機構１０２ａは、直達光センサ１０４による検出結果と第１圧力センサ２０７ａによる検出結果と温度センサ２０６による検出結果との少なくとも一つ、または組み合わせに連動させて、副鏡１０２を駆動させる。したがって、太陽が雲で隠れている等の太陽光の光量が少ない場合やコンデンサシールド２０２内部の状態に応じて、太陽光の集光度を変更することができるので、太陽光の多少によらず、ブリケットＢを高温で継続的に加熱して、マグネシウム合金の精錬効率の低下を抑制できる。

【0069】

（１３）直達光センサ１０４による検出結果と第１圧力センサ２０７ａによる検出結果と温度センサ２０６による検出結果との少なくとも一つ、または組み合わせに連動させて、送り装置駆動部３０３は、送り装置２０５によるブリケットＢの搬送速度を決定する。この結果、太陽が雲で隠れている等の太陽光の光量が少ない場合やコンデンサシールド２０２内部の状態に応じて、送り装置２０５を制御してブリケットＢの搬送速度を低速に変更できるので、太陽光の多少によらずブリケットＢを所望の温度にて加熱して、生産性を維持できる。

【0070】

上述した第２の実施の形態によるマグネシウム精錬装置を、次のように変形できる。
（１）マグネシウム回収部２０４に重力の作用を利用して、連通部２０２ｂを介して液体のマグネシウムを流入、滴下させるものに代えて、レトルト２０を振動させて、振動の衝撃により液体のマグネシウムをマグネシウム回収部２０４に滴下させてもよい。この場合、レトルト２０を振動させるための振動機構をさらに有する。ただし、振動によりブリケットＢ上で太陽光が集光する位置が一定とならずに、所望の加熱温度が得られないことがないように、振幅や振動時間や振動のタイミング等を制御することが必要となる。

【0071】

（２）ブリケットＢの形状が円柱状であるものに限定されず、搬送路２１２上を搬送可能な形状に形成されていればよい。たとえば、ブリケットＢの形状が角柱状に形成されていてもよい。この場合、第２搬送路２１２ｃの一部の反応用搬送路２１２ｃ１では、送り装置２０５はブリケットＢをｘｙ平面上で二次元移動させる。これにより、ブリケットＢの上面の広い範囲に太陽光が照射されるので、ブリケットＢの利用効率が向上する。

【0072】

（３）集光部１０による集光度を変更し、加熱温度を変えることにより、マグネシウム合金を生成するための原料を生成するためにマグネシウム精錬装置１を用いることができる。この場合、上記の反応式（３）に示す焼成によりＭｇＯを生成する工程や、反応式（２）に示すフェロシリコンを加熱により生成する工程に利用することができる。この結果、マグネシウム合金の生成に加えて、原料となるＭｇＯの焼成やフェロシリコンの加熱の際にも化石燃料を燃焼させる必要がなくなるので、マグネシウム合金を生成するシステム全体として二酸化炭素の発生を抑制し環境への悪影響を与えることがなくなる。さらには、加熱温度を１４００℃程度ではなく、１２００℃程度まで加熱することにより、マグネシウム精錬装置１では、カルシウムが含有されたマグネシウム合金に代えて、純度の高いマグネシウムを得ることができる。

【0073】

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0074】

１…マグネシウム精錬装置、１０…集光部、
２０…レトルト、２１…反応部、
２２…コンデンサー、３０…制御部、
１０１…主鏡、１０２…副鏡、１０２ａ…駆動機構、
１０４…直達光センサ、２０１…窓材、
２０２…コンデンサシールド、２０３…第２シールド、
２０４…マグネシウム回収部、２０５…送り装置、２０２ｈ…開口、
２０２ｇ、２０２ｇ１、２０２ｇ２、２０２ｇ３…ガイド部材、２０６…温度センサ、
２０７、２０７ａ、２０７ｂ…圧力センサ、第１圧力センサ、第２圧力センサ、
２１０…ブリケット搬入口、２１１…ブリケット搬出口、２１２…搬送路、
３０１…判定部、３０２…集光部駆動制御部、
３０３…送り装置駆動制御部、３０４…窓材駆動制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】