JP5615842B2 - 太陽エネルギ集中器に使用する太陽受熱器 - Google Patents

Description

本発明は、物質をオプションとして８００℃を超える温度まで加熱するために使用することが可能な高温太陽エネルギ集中器に関する。本発明は、特には、太陽エネルギ集中器に使用するための窓、及び太陽エネルギ集中器に使用するための太陽受熱器に関する。

太陽エネルギは、家庭用の温水生成のため又は大きな放物溝状設備において蒸気を生成するために中規模で使用されている。これらの応用例において、太陽光は、暗色基体上に直接的に入射するか又は放物溝状ミラーを介して吸収チューブ上に収束され、チューブ内の水又は油を加熱する。放物溝状収集器は蒸気を過熱することができるが、一般的には、約５００℃未満の温度までである。

約８００℃を超える温度まで物質を加熱するための高温太陽エネルギ集中器が知られている。このような太陽エネルギ集中器の一例が、Journal of Solar Energy Engineering、２００６年、１２８、第２６５〜２７４頁のRoger他による文献及びヨーロッパ特許出願公開第EP1610073号に開示されている。これらの文献には、放物面鏡を有する太陽エネルギ吸収器が開示されており、該放物面鏡は入射太陽光を石英ガラス窓を介してチェンバ内に集中させる。上記チェンバ内の気体は、該集中された光により加熱される。石英ガラス窓は、高い太陽束（solar flux）、高温及び高圧に耐えることができるが故に、斯様な太陽エネルギ集中器に使用される。

Journal of Solar Energy Engineering、２００６年、１２８、第２６５〜２７４頁において、Roger他は、高温太陽エネルギ集中器に関連する問題を克服するように試みている。従来技術の太陽エネルギ集中器に使用される石英ガラス窓は、約８００℃の安全上限動作温度を有することが分かっている。これが、当該装置内の気体及び他の物質を加熱することができる温度を制限する。Roger他は、この問題を、多空気ジェット窓冷却システムを有する太陽エネルギ集中器を製造することにより克服しようとしている。このシステムを用いて、Roger他は、太陽エネルギ集中器内の気体の温度を１０００℃以上に上昇させる一方、８００℃未満の窓温度を維持することができることを見出した。

Roger他により記載された文献は、気体を１０００℃を超えて加熱するために太陽エネルギ集中器を使用することを可能にしているが、例えば、一層効率的な太陽エネルギ集中器等の、代替的太陽エネルギ集中器又は改善された太陽エネルギ集中器を製造することが望ましいであろう。物質を高い温度、例えば８００℃以上の温度まで加熱することができるが、窓冷却システムの使用は回避することができるような太陽エネルギ集中器を製造することが有利であろう。

発明者は、高ＯＨ含有量（OH content）を持つ石英ガラス（vitreous silica）を有する窓を使用することに驚くべき利点が存在することを見出した。特に、石英ガラス含有窓のＯＨ含有量を増加させることにより赤外線放射率（infra-red emissivity）が増加される一方、当該窓の太陽光吸収には殆ど又は何の変化もないことを見出した。このことは、窓上の所与の光強度に対して、高ＯＨ含有量石英ガラス窓の温度は、低ＯＨ含有量石英ガラス窓のものより低くなることを意味している。

本発明の第１態様によれば、太陽エネルギ集中器に使用する太陽受熱器であって、ハウジングと、該ハウジングの壁内又は壁上に配置される窓とを有し、該窓が重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有するような太陽受熱器が提供される。

一実施例において、上記窓は、好ましくは、重量で４０ppm以上の、好ましくは５０ppm以上の、好ましくは１００ppm以上の、好ましくは３００ppm以上の、好ましくは６００ppm以上の、好ましくは８００ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する。

一実施例において、上記窓は少なくとも１つの凹状面又は凸状面を有する。

一実施例において、上記窓は、石英融解炉内で形成され、所望の形状に整形するためにオプションとして後処理される石英ガラスを有する。この実施例において、上記石英ガラスは、融解した結晶石英から形成され、次いで、これを既知の技術を用いて凝固させ、石英ガラスを形成する。

一実施例において、上記窓は、後続の高密度化（densification）を伴うゾルゲル法で形成された、３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する。石英ガラスの製造のための斯様なゾルゲル法は既知である。この実施例において、石英ガラスは、好ましくは、高密度化工程において当該窓の所望の形状に形成される。この構成は、例えば研削（grinding）等の機械的手段による、当該石英ガラスの大幅な更なる処理の必要性を回避する。この実施例で形成される石英ガラスの表面は、該石英ガラスの透明度を高めるために、オプションとして研磨され及び／又は必要に応じて処理される。

一実施例において、前記ハウジングは空洞（cavity）を画定し、光は上記窓を介して該空洞へと通過することができる。

本発明の第２の態様によれば、（ｉ）前記第１態様の太陽受熱器と、(ii)前記ハウジングの外部に配置された光集中装置とを有する太陽エネルギ集中器であって、上記光集中装置が光を上記窓上に集中させるように配置された太陽エネルギ集中器が提供される。

本発明の第３態様によれば、物質を加熱する方法であって、
（ｉ）前記第２態様の太陽エネルギ集中器を設けるステップであって、当該物質が前記窓の前記ハウジングの内部側に配置されるようなステップと、
(ii)光を、前記光集中装置上に、該光が集中されると共に上記窓を介して当該物質へと通過し、該物質を加熱するように入射させるステップと、
を有する方法が提供される。

該第３態様の一実施例において、前記物質は流体物質であり、前記太陽受熱器のハウジングは空洞を画定し、光は前記窓を介して該空洞内へと通過し、上記物質は該空洞内に配置される。

一実施例において、前記石英ガラス窓は、凹状又は凸状である少なくとも１つの面を有し、好ましくはゾルゲル法で形成されたものである。

本発明の第４態様によれば、重量で３０ppmのＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する窓の、太陽エネルギ集中器における使用が提供される。

該第４態様の一実施例において、当該太陽エネルギ集中器内の物質は、８００℃以上の、オプションとして８００℃以上の、オプションとして１２００℃以上の温度まで加熱される。

本発明の第５態様によれば、太陽受熱器に使用するための窓であって、重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有すると共に、凹状又は凸状の何れかである１以上の表面を有する窓が提供される。

該第５態様の一実施例において、上記石英ガラスは後続の高密度化を伴うゾルゲル法で形成されたもので、該ゾルゲル法及び高密度化は本明細書に記載されるようなものとすることができる。

上記第５態様の一実施例において、上記窓は、石英融解炉内で形成され、所望の形状に整形するためにオプションとして後続処理される石英ガラスを有する。

図１は、太陽エネルギ集中器の一実施例の一部の断面図を示す。 図２は、重量ＯＨで０.２（実線）及び１４１（グレイ）ppmのＯＨ含有量を持つ１mm厚に正規化されたタイプＶ石英ガラス材料の測定された透過スペクトルを示す。 図３は、０.２及び１４１ppmのＯＨ含有量を持つタイプＶ石英ガラスの測定された透過スペクトル、並びに１００、２００、４００及び８００ppmＯＨのＯＨ含有量を持つタイプＶ石英ガラスに対する計算された透過スペクトルを示し、全てのスペクトルは１mmの材料厚に正規化されている。 図４は、図３に示す放射スペクトルを計算するために使用された、１４１ppmのＯＨ含有量を持つタイプＶの石英ガラス試料の２５００〜３０００nmの範囲にわたるＯＨ吸収の吸収率αを示す。

以下、本発明を、図面を参照して、例示としてのみ説明する。

本発明は、発明の概要の欄に述べた態様を提供するものである。

当該窓は、重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する。該窓は、重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有することができ、斯かる石英ガラスから実質的になることができ、又は斯かる石英ガラスからなることができる。該窓が重量で３０ppmのＯＨ含有量を持つ石英ガラスから実質的になる場合、該石英ガラスには好ましくは１％未満の他の物質が存在し、好ましくは該石英ガラスには０.５％未満の他の物質が存在する。一実施例において、当該窓は、好ましくは、重量で４０ppm以上の、好ましくは５０ppm以上の、好ましくは１００ppm以上の、好ましくは３００ppm以上の、好ましくは６００ppm以上の、好ましくは８００ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する。該窓は、典型的には、２６８０〜２８００nmの領域内に吸収ピークを有する。

石英ガラスにおけるＯＨ含有量を測定する方法は、当業者により既知である。石英ガラスにおけるＯＨ含有量は、分光手段により２７２０nmにおける吸収強度を測定することにより測定される。この確立された技術は、多年にわたり使用されている。例えば、Journal of Applied Physics 51(5), May 1980のShelbyによる文献を参照されたい。石英ガラスにおける２７２０nmにおける吸収と重量によるppmでのＯＨの濃度との間の相関関係は、下記の実施例に示されている。

石英ガラスは、当業者により知られている。石英ガラスは、時には、溶融石英（fused silica）、シリカガラス又は溶融石英（fused quartz）とも称される。石英ガラスはアモルファス（非結晶）形態の石英であり、該石英ガラスの種々のタイプを、後述するように、種々の方法で形成することができる。石英ガラス窓は、高い太陽束（solar flux）、高い温度及び高い圧力に耐えることができる故に、太陽エネルギ集中器に使用されている。一般的に、多くの応用例に関しては、高純度の石英ガラスが好まれる。石英ガラスの、当該石英ガラスの製造段階から存在する例えばＡｌ、Ｎａ、ＯＨ及びＣｌ等の微量成分の多くは、しばしば、不純物と見なされる。

種々のタイプのシリカが、種々の分野で使用されている。下記の表１は種々のタイプの石英ガラス、これらの製造方法及び典型的なＯＨ含有量を示している。

表１の情報に関する多くは、Encyclopedia of Applied Physics, vol. 18のR. Brucknerにより著されたSilicon Dioxideなる題名の節から引用された（頁１０１〜１３１参照）。上記Encyclopediaは、１９９７年にVCH Publishers, Inc.により出版されたものである。上記ＯＨの含有量に関する値は指針に過ぎず、種々のタイプの石英ガラスは、製造条件に依存して、上に示されたものより一層多く又は少なくを含み得る。石英ガラスのタイプ及びこれらタイプの製造に関する更なる情報は、この文献及び他の従来技術で見付けることができる。

本発明において、石英ガラスは、好ましくは、タイプII、III、IIIa、Ｖa、Ｖb及びVIIの石英ガラスから選択される。本発明に使用する石英ガラスは、市販されている。例えば、約１５０ppmのＯＨ含有量を持つタイプＶの石英ガラスは、フィリップス社から入手することができる。タイプII及びIIの石英ガラスは、例えば、Heraeus Quarzglas社等の会社から入手することができる。

従来技術における石英ガラスを形成する幾つかの方法は、窓の主要面の一方又は両方が平らでない（例えば、少なくとも１つの面が凹状又は凸状である）整形された窓の効率的製造には一般的に適していない。切断、開口形成、折曲、研削又は石英ガラスチューブの接続等の物理的方法による、既に形成された石英ガラスの整形を含むような、整形された石英ガラス窓を形成する方法は、相対的に費用が掛かる。石英ガラスを、形成された石英ガラスが例えば太陽エネルギ集中器における窓（例えば、少なくとも１つの凹状又は凸状面を有する窓）として使用するのに適した所望の形状となるように形成する方法を提供することが有利であろう。本発明において、石英ガラスは、好ましくは、後続の高密度化を伴うゾルゲル法を用いて形成される。何故なら、この方法は所望の形状での窓の形成を可能にするからである。

当該石英ガラスがタイプVIIである場合、該石英ガラスは後続の高密度化を伴うゾルゲル法を用いて製造されたものとし、該石英ガラスは３０ppm以上のＯＨ含有量を有する。好適なゾルゲル及び高密度化工程は当業者により既知である。一般的なゾルゲル及び高密度化方法はヨーロッパ特許出願公開第EP0705797号に記載されており、該文献は参照により本明細書に組み込まれるものとする。ヨーロッパ特許出願公開第EP0705797号は、
適切な化学前駆物質から形成された液体コロイド状分散物（ゾルと称される）による適切な鋳型の低温充填（cold filling）；
上記ゾルからゲルを得る（ゲル化）ための該ゾルの重縮合；
使用された鋳型に対応する寸法でエーロゲルが得られるまでの、上記ゲルの超臨界乾燥；
等方性縮小（縮小化）による上記エーロゲルの高密度化、
により石英ガラス物体を製造するゾルゲル及び高密度化方法を記載している。

ゾルゲル及び高密度化方法は、国際特許出願公開第WO02/04370号に記載されたようなものとすることができる。この出願におけるゾルゲル法が好ましい。何故なら、この方法は、高ＯＨ含有量を持つ石英ガラスを製造し、所望の形状及び相対的に大きなサイズの物体を効率的に形成するために使用することができることが分かったからである。該ゾルゲル法は、
− 焼成シリカ（pyrogenic silica）及び酸の水溶液を有する組成物Ａを、該組成物Ａにおけるモル比H₂O/SiO₂が２０以下であり、該組成物のｐＨが１.５以下となるように準備するステップと、
− シリカ及び金属カチオンを含まない塩基の水溶液を有する組成物Ｂを、該組成物Ｂにおけるモル比H₂O/SiO₂が６と４０との間に含まれ、該組成物のｐＨが１０.５と１３との間に含まれるように準備するステップと、
− 組成物Ｃを、組成物Ａ及び組成物Ｂを、組成物Ａからのシリカと組成物Ｂからのシリカとの間のモル比が約１：２と３：１との間に含まれ、組成物ＣのｐＨが１と５との間に含まれ、且つ、モル比H₂O/SiO₂が約５と１５との間に含まれるように混合することにより形成するステップと、
− 組成物Ｃのゲル化を可能にするステップと、
− 上記ゲルの孔内及び該ゲルが収容された容器内に存在する水を、水と混和性のある非プロトン性液体（non-protic liquid）により置換するステップと、
− 上記ゲルを、上記非プロトン性液体の蒸発又は超臨界的抽出により乾燥するステップと、
を含む。

上記ゾルゲル法から得られた乾燥されたシリカゲルは、次いで、例えば熱処理を用いる等による既知の技術により高密度化される。このような処理の更なる詳細は、国際特許出願公開第WO02/04370号及び従来技術に見付けることができる。

ゾルゲル法の種々の態様は、国際特許出願公開第WO02/04370号に開示されたようなものであり得る。太陽受熱器用の窓として使用するための適切な形状の石英ガラス物体は、国際特許出願公開第WO02/04370号の実施例１に記載されるゾルゲル法及び実施例２における高密度化方法により形成することができる。

上記ゾルゲル法において、ゲル化は、好ましくは、レンズの所望の形状に対応する鋳型内で実施される。通常、寸法の縮小は高密度化において生じ、これは当業者であれば理解するので、当該ゲル化が発生する上記鋳型の寸法は、高密度化の間における当該石英ガラスの寸法の減少を見越すために適切な寸法のものとなるであろう。このことは、当業者の決まり切った実験により決定することができる。

従って、本発明は、太陽受熱器用の窓の製造方法であって、後続の高密度化を伴うゾルゲル法を用いて、窓として使用するのに適した形状の石英ガラス物体を形成するステップを有し、該石英ガラスが重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を有するような方法を提供する。この方法は、太陽エネルギ集中器用の窓の製造のために適切な規模で、典型的にはタイプVIIの高ＯＨ含有石英ガラスを製造することができる点で有利である。この方法は、種々の形状の窓を作製するために使用することもできる。

本発明に使用する上記窓は、太陽エネルギ集中器の太陽受熱器に使用するのに適した如何なる形状又は寸法のものとすることもできる。該窓は２つの主要面を有することができ、これら面の一方は、使用時に、上記太陽受熱器のハウジングの外部に位置され、これら面の他方は該ハウジングの内部に位置される。該窓は、例えば、２つの端面を有する概ね円柱状の形状のものとすることができ、これら端面の一方又は両方は所望に応じて平ら又は湾曲したものであり得る。該窓は、概ね切頭円錐形状を有することができる。該窓の少なくとも１つの面又は側は、凹状又は凸状であり得る。該窓は、レンズの形状とすることができる。該窓の寸法は、制限されるものではなく、如何なる適切なサイズのものとすることもできる。該窓は、５cmから５０cmまでの、好ましくは２０cmから４０cmまでの主要面間の最大寸法を有することができる。該窓の形状が円形である場合（例えば、平らな円形形状又はドーム状であり得る）、該窓の直径は５cmから５０cmまで、好ましくは２０cmから４０cmまでとすることができる。ドームの形状の場合、該窓は５cmから５０cmまで、好ましくは２０cmから４０cmまでの、当該ドームの軸に沿って該ドーム形状の基部から該ドームの頂部まで測った高さを有することができる。

前記太陽受熱器のハウジングは、太陽エネルギ集中器に使用するための如何なるタイプのものとすることもできる。好ましくは、上記ハウジングは、該ハウジング内の物質を８００℃以上の温度まで、より好ましくは１０００℃以上の温度まで加熱するのに適したものとする。このようなハウジングは、従来技術において既知である。該太陽受熱器のハウジングは、空洞（cavity）又はチェンバを画定することができ、該ハウジングは、光が前記窓を介して該空洞内に通過することができるように構成することができる。該空洞は、気体又は液体等の流体媒体の受容に適したものとすることができる。上記ハウジングは、該ハウジングの壁に1以上の開口を備えることができ、斯かる1以上の開口は入口及び／又は出口として作用することができる。上記ハウジングは少なくとも２つの開口、及びオプションとして、これらに取り付けられた導管を有することができ、これら開口の１つは、使用時に、入口として作用し、これら開口の他のものは使用時に出口として作用する。使用時において、上記ハウジングの空洞を介して流体媒体を通過させることができる。

上記ハウジングは、加圧することが可能な空洞又はチェンバ、例えば少なくとも約２気圧、オプションとして少なくとも約３気圧、オプションとして少なくとも５気圧の圧力まで加圧することが可能な空洞又はチェンバを画定することができる。

上記ハウジング及び該ハウジングの構成部品は、当業者により理解されるように、当該太陽受熱器の所望の用途に応じて、如何なる好適な材料又は複数の材料を有することもできる。

前記太陽エネルギ集中器は、（ｉ）前記第１態様の太陽受熱器と、(ii)前記ハウジングの外部に配置された光集中装置とを有し、該光集中装置は光を前記窓上に集中させるように配置される。上記太陽エネルギ集中器は、物質を加熱する場合に使用するための従来技術に開示された如何なるタイプのものとすることもできる。上記太陽受熱器のハウジング及び上記光集中装置は、従来技術において使用されたタイプのもの、好ましくは物質を８００℃以上、より好ましくは１０００℃以上の温度まで加熱することが可能なタイプのものとすることができる。上記光集中装置は、入射光、例えば太陽光を上記太陽受熱器の窓上に集中させる１以上のミラー、及び／又は入射太陽光の反射及び集中のための１以上のヘリオスタットを有することができる。該光集中装置は、太陽光又は集中された太陽光を受けるための広い端部と、上記太陽受熱器の窓に隣接して配置するための狭い端部とを有する概ね円錐状のミラーを有することができる。好ましくは、上記光集中装置は軸対称な放物面鏡を有し、この放物面鏡は、該放物面鏡の狭端部に開口を有すると共に、該開口が前記窓に隣接して、集中された光が当該放物面鏡から当該窓へ及び前記太陽受熱器のハウジング内へと通過するように前記太陽エネルギ集中器内に配置される。上記光集中装置（太陽集中装置）は、１０００以上、好ましくは５０００以上の集中度を有するようなものとすることができる。好適な太陽集中装置が従来技術において知られており、例えば、Progress in Energy and Combustion Science 29 (2003)の第567〜597頁におけるKodama他による文献に記載されている。

以下、本発明の一実施例を、図１を参照して説明する。

図１は、太陽エネルギ集中器１の一実施例の一部の断面図を示す。該太陽エネルギ集中器は、ハウジング２と、該ハウジング２の壁４上に配置された窓３とを有している。ハウジング２の外部に配置された軸対称な放物面鏡５（部分的に示されている）は２つの開口を有し、これら開口の一方は広端部６にあり、中央の開口７は狭端部８にある。該中央開口７は、窓３に隣接して配置される。上記放物面鏡は、より大きな光集中装置の一部を形成することができ、該光集中装置は、例えば、光を集中するための１以上の他のミラー、及び／又は１以上のヘリオスタットを有することができる。

窓３は、凹状外部表面９と凸状内部表面１０とを有するドーム形状を有している。

ハウジング２は空洞（キャビティ）１１を画定し、この空洞は該空洞への流体媒体の吸入及び排出のための入口１２及び出口１３を有している。

記ハウジングの壁１６の内側面１５の１以上に、基体１４が配置されている。該基体１４は暗い色調（例えば、黒）のもので、集中された光の吸収及び上記空洞内の流体媒体の加熱を補助する。好適な基体は、当業者により知られている。

上記太陽エネルギ集中器１は、下記のように使用することができる。該太陽エネルギ集中器は、太陽光を受光する位置に配置される。流体媒体が、入口１２を介して空洞１１１内へ通過される。太陽光が光集中装置に入射すると、この太陽光は放物面鏡５に向けられ、該放物面鏡は窓３に向かって通過する際に該光を更に集中させる。該集中された光は、窓３を通過すると共に、基体１４に入射するまで上記流体媒体を通過する。該流体媒体を経ての光の通過、及び加熱された基体１４からの放射が、該流体媒体を加熱する。

上記太陽エネルギ集中器及び／又は太陽受熱器の１以上の実施例は、気体又は液体であり得る流体物質を、オプションとして８００℃以上の温度まで加熱するために使用することができる。上記気体は空気を有することができる。一実施例において、当該ハウジング内には導管（コンジット）を配置することができ、該導管は上記窓を介して該ハウジング内へと通過する集中された入射太陽放射により加熱することができる。使用時において、気体又は液体等の流体媒体を、当該ハウジング内の上記導管を介して通過させることができ、かくして、該導管は該媒体を加熱し、該導管内の流体媒体は所望に応じて使用するために当該ハウジングから排出することができる。本発明において使用するための導管は、当業者により既知であり、効率的な光放射の吸収及び当該導管の加熱のために、例えば黒色等の暗色を有することが可能な外側表面をオプションとして持つパイプを有することができる。

上記太陽受熱器及び／又は太陽エネルギ集中器の１以上の実施例は、（ｉ）空気等の気体を８００℃以上の温度まで加熱するために（該気体は、次いで、更なるエネルギ変換工程で使用することができる）、又は（ii）例えば８００℃以上で実行される反応等の、種々の高温化学反応を実行するために使用することができる。このような反応は、これらに限定されるものではないが、（ｉ）オプションとして１以上の適切な触媒を用いる水の分解（H₂O → H₂ + 1/2O₂）、（ii）オプションとして、後続の、合成ガスからの水素の分離を伴う、合成ガス（CO及びH₂）を生成するための石炭の蒸気及び／又はCO₂によるガス化、（iii）オプションとして、後続の、合成ガスからの水素の分離を伴う、メタン及び二酸化炭素からの合成ガス（CO及びH₂）の生成、（iv）メタンの脱水素的結合（2CH₄ → C₂H_8-2n + nH₂）を含むことができる。これらの反応は、従来技術に、例えば、Progress in Energy and Combustion Science 29 (2003)の第567〜597頁におけるKodama他による文献に更に詳細に記載されている。本発明の太陽受熱器において実行することが可能な他の反応は、これらに限定されるものではないが、Al₂O₃ + CのAlへの炭素熱還元、CaC + CのCaC₂への炭素熱還元、SiO₂ + CのSiへの炭素熱還元、石炭の熱分解、バイオマスの熱分解、重油の加熱分解、CaSO₄.nH₂Oの熱解離、CaCO₃の熱解離、及びCa(OH)₂の熱解離を含む。

本発明の特定の態様を、以下の限定するものではない例において解説する。

下記の例は、高ＯＨ含有量を持つ石英ガラスの吸収特性を示す。

０.２ppm及び１４１ppmなる既知のＯＨ含有量を各々有する２つの１mm厚の石英試料が取得された（前者はフィリップス社製石英製品PH300XDであり、後者はフィリップス社製石英製品PH409生（unbaked）であり、これらの両者はタイプＶの石英ガラスである）。各試料を経る光の透過率（透過された光の％として測定された）が、赤外線波長の範囲にわたりフーリエ変換赤外線分光計で測定された。その結果が、図２に示されている。石英内のＯＨ基が２６８０〜２８００nm領域において吸収し、２７２０nmにおいて最大吸収を有することが分かる。

１００ppm、２００ppm、４００ppm及び８００ppmなるＯＨ含有量を持つ石英試料の光の透過率に関する更なる値が計算された。図３は、１００ppm、２００ppm、４００ppm及び８００ppmのＯＨ基を持つ石英の計算された透過スペクトルを示す。

図３の透過スペクトルは下記の式（１）及び（２）を用いて計算された：
Ｔ＝(１００−Ｒ)＊ｅ^−Ａ （１）
ここで、
Ｒ＝反射率損失（２つの石英／空気境界の各々で３.５％）、
Ａ＝ランベルト・ベールの法則により計算された吸収度；
Ａ＝α＊ｎ＊ｌ （２）
ここで、
α＝実施例１における実験結果から計算された、図４に示されるＯＨ基の吸収率（mm^-1ppmOH^-1）、
ｎ＝ＯＨ基の濃度（重量によるppm）、
ｌ＝石英の厚さ（mm）。

８００℃の黒体は赤外線スペクトルの全体にわたり光を放出し、放出される光の約３％は２６８０〜２８００ｎｍの領域内である。石英ガラスは黒体ではないが、高ＯＨ含有量を持つ石英ガラスが２６８０〜２８００ｎｍの範囲内で大きな吸収を示す場合、この物質は、８００℃に加熱された場合、この範囲内で大量の赤外線放射を放出する（キルヒホッフの法則）。太陽光は、典型的には、２６８０〜２８００ｎｍの赤外線領域では非常に小さな強度を有する。従って、本発明者は、本発明の状況において、高ＯＨ含有量を持つ石英ガラスが８００℃以上の温度にある場合（当該石英ガラスを介しての高度に集中された太陽放射の通過により）、該石英ガラスは低ＯＨ含有量の石英ガラスよりも２６８０〜２８００ｎｍ領域において一層多くの赤外線放射を放出する一方、入射太陽光の吸収は如何なる大きな程度にも増加させないことを見出した。前記窓に入射する光の所与の強度に対して、高ＯＨ含有量の窓は、低ＯＨ含有量の窓よりも一層多くの赤外線エネルギを放出し、従って、高ＯＨ含有量の石英ガラスの使用は、太陽受熱器のハウジングの内部における温度を増加させる一方、当該石英ガラス窓の温度を適切な低い（即ち、低ＯＨ含有量を持つ石英ガラスの窓よりも低い）温度に維持するのを可能にする。

以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、このような図示及び説明は解説的又は例示的であって、限定するものではないと見なされたい。即ち、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。

当業者であれば、請求項に記載された発明を実施する場合に、図面、開示及び添付請求項の精査から、開示された実施例に対する変形を理解し及び実行することができる。尚、請求項において、"有する"なる用語は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も、範囲を限定すると見なしてはならない。

Claims (15)

1. 太陽エネルギ集中器において使用するための太陽受熱器であって、ハウジングと、該ハウジングの壁内に又は壁上に配置される窓とを有し、前記窓が重量で３０ppm以上のＯＨ含有量をもつ石英ガラスを有する太陽受熱器。
2. 前記窓が重量で１００ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する請求項１に記載の太陽受熱器。
3. 前記窓が重量で３００ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する請求項２に記載の太陽受熱器。
4. 前記窓が重量で６００ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有する請求項３に記載の太陽受熱器。
5. 前記石英ガラスが、下記表１で示すタイプII、III、IIIa、Ｖa、Ｖb及びVIIの石英ガラスから選択される請求項１ないし４の何れか一項に記載の太陽受熱器。
   

   

   
   
6. 前記石英ガラスが、後続の高密度化を伴うゾルゲル法で形成されており、該石英ガラスが３０ppm以上のＯＨ含有量を有する請求項１ないし４の何れか一項に記載の太陽受熱器。
7. 前記窓が少なくとも１つの凹状又は凸状の面を有する請求項１ないし６の何れか一項に記載の太陽受熱器。
8. 前記ハウジングが空洞を画定し、光が前記窓を介して該空洞内へ通過することができる請求項１ないし７の何れか一項に記載の太陽受熱器。
9. （ｉ）請求項１ないし８の何れか一項に記載の太陽受熱器と、（ii）前記ハウジングの外部に配置された光集中装置とを有し、該光集中装置が光を前記太陽受熱器の前記窓上に集中させるように配置された太陽エネルギ集中器。
10. 物質を加熱する方法であって、
    （ｉ）請求項９に記載された太陽エネルギ集中器を設けるステップであって、前記物質が前記窓における前記ハウジングの内部の側に配置されるステップと、
    （ii）光を前記光集中装置上に、該光が集中されると共に、前記物質を加熱するために前記窓を介して該物質まで通過するように入射させるステップと、
    を有する方法。
11. 前記物質が流体物質を有し、前記太陽エネルギ集中器における前記太陽受熱器が請求項８に記載されたものであり、前記物質が前記空洞内に配置される請求項１０に記載の方法。
12. 重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを、太陽エネルギ集中器における窓に使用する方法。
13. 前記太陽エネルギ集中器内の物質が８００℃以上の温度まで加熱される請求項１２に記載の使用する方法。
14. 太陽受熱器に使用するための窓であって、重量で３０ppm以上のＯＨ含有量を持つ石英ガラスを有すると共に、凹状又は凸状の何れかである1以上の表面を有する窓。
15. 前記石英ガラスが、後続の高密度化を伴うゾルゲル法で形成されている請求項１４に記載の窓。

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