FI67267C - PHOTOTHERMAL ABSORBER - Google Patents
PHOTOTHERMAL ABSORBER Download PDFInfo
- Publication number
- FI67267C FI67267C FI772634A FI772634A FI67267C FI 67267 C FI67267 C FI 67267C FI 772634 A FI772634 A FI 772634A FI 772634 A FI772634 A FI 772634A FI 67267 C FI67267 C FI 67267C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- reflection
- photon
- reflectivity
- coating
- wavelength
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S70/00—Details of absorbing elements
- F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
- F24S70/25—Coatings made of metallic material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
I55FH M m)KUU.LUtusjulkaisu 67267 JHa l J 1 ' utlAggningsskmft u ' (^) PatenL i;: idc lr. t, ^ ^ (51) /h«.ct3 G 02 B 1/10 SUOMI—FINLAND <”> 77263¾ (22) HrifihpIhH-*ΐϋίΙηΐΗ»<Μ 06.09.77 (23) GWrtghitwItf 06.09.77 (41) T«N«|»*lMfcX-MMteffMdH 17.03.78I55FH M m) KUU.LUtusjumelistus 67267 JHa l J 1 'utlAggningsskmft u' (^) PatenL i ;: idc lr. t, ^ ^ (51) /h eng.ct3 G 02 B 1/10 FINLAND — FINLAND <”> 77263¾ (22) HrifihpIhH- * ΐϋίΙηΐΗ» <Μ 06.09.77 (23) GWrtghitwItf 06.09.77 (41) T « N «|» * lMfcX-MMteffMdH 17.03.78
Patentti- ja rekisteri halUtut M|> MMuMmUmioii |s fc—Hufluiw >Im1Patent and Register Desired M |> MMuMmUmioii | s fc — Hufluiw> Im1
Patent)· och registerstyraben ' ' AmMm ock «u»a« pAfani 31.10.8¾ (32)(33)(31) P|rr»«**r ·βΝΛηι·—es*«rd prtorttst 16.09.76 USA(US) 723857 (71) International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 1050¾.Patent) · och registerstyraben '' AmMm ock «u» a «pAfani 31.10.8¾ (32) (33) (31) P | rr» «** r · βΝΛηι · —es *« rd prtorttst 16.09.76 USA (US ) 723857 (71) International Business Machines Corporation, Armonk, NY 1050¾.
USA(US) (72) Jerome John Cuomo, New York, N.Y., Thomas Herman DiStefano,USA (US) (72) Jerome John Cuomo, New York, N.Y., Thomas Herman DiStefano,
Bronxville, New York, Jerry MacPherson Woodall, Mt. Kisco, New York, USA(US) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Fototerminen absorboi ja - Fototermisk absorberareBronxville, New York, Jerry MacPherson Woodall, Mt. Kisco, New York, USA (US) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Photothermal absorbs and - Photothermal absorbers
Keksinnön kohteena on fototerminen absorboija, jolla on minimoitu heijastuskyky valitulla aallonpituuskaistalla, joka käsittää fotoneja absorboivan kappaleen, jolla on sellainen pintarakenne, edullisesti kivikasa- tai dendriittirakenne, että siihen osuva valo heijastuu siinä moninkertaisesti.The invention relates to a photothermal absorber having a minimized reflectivity in a selected wavelength band comprising a photon absorbing body having a surface structure, preferably a rock pile or dendritic structure, so that the light hitting it is reflected many times.
Muunnettaessa fotonienergiaa lämpöenergiaksi on tehokkuus riippuvainen fotonienergian absorboidun osan suhteesta lämmön säteilevään tai heijastuvaan osaan. Metallit, joilla on hyvät lämpö-ominaisuudet, absorboivat tai ovat läpinäkymättömät oleellisesti kaikilla aallonpituuksilla, samalla kun ne myöskin heijastavat suuren osan energiasta, joka niihin kohdistuu. Paljon heijastavilla pinnoilla on yleensä sekä alhainen absorptiokyky että alhainen emissio-kyky. Koska absorptiokyky ja emissiokyky ovat keskinäisessä suhteessa, on alalla tähän asti kehitelty monikerrosrakenteita, joissa yhdellä kerroksella on eräs suotava ominaisuus ja toisella kerroksella on toinen suotava ominaisuus. Eräs esimerkki tällaisesta rakenteesta on esitetty US-patenttijulkaisussa nro 3 920 413. Tällaiset rakenteet ovat kuitenkin alttiit rakenteellisille rajoituksille sikäli, 2 67267 että toisen kerroksen vaikutus saattaa häiritä toisesta saatavaa parasta etua. Lisäksi monikerrosrakenteiden valmistukseen sisältyy usein paljon käsittelyjä valmistuksen aikana.When converting photon energy into thermal energy, the efficiency depends on the ratio of the absorbed part of the photon energy to the radiating or reflecting part of the heat. Metals with good thermal properties absorb or are opaque at substantially all wavelengths, while also reflecting much of the energy applied to them. Highly reflective surfaces generally have both low absorbency and low emissivity. Because of the interrelationship of absorbency and emissivity, multilayer structures have hitherto been developed in the art in which one layer has one desirable property and the other layer has another desirable property. An example of such a structure is disclosed in U.S. Patent No. 3,920,413. However, such structures are subject to structural limitations in that the effect of one layer may interfere with the best advantage of the other. In addition, the fabrication of multilayer structures often involves a lot of processing during fabrication.
Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan fototerminen absorboi ja, jolla on olennaisesti suurempi hyötysuhde fotonienergian muuntamisessa lämpöenergiaksi kuin aiemmin tunnetuilla laitteilla.The object of the invention is to provide a photothermal absorber which has a substantially higher efficiency in the conversion of photon energy into thermal energy than previously known devices.
Tähän on päästy keksinnön mukaisen fototermisen absorboijan avulla, joka on tunnettu mainitun kappaleen heijastuspintapäällys-teestä, joka on yhdenmukainen mainitun pintarakenteen kanssa, jolloin mainitulla päällysteellä on ensimmäinen heijastuskyky ja mainitun kappaleen ja päällysteen välissä olevalla rajakerroksella on toinen heijastuskyky ja jolloin mainittu päällyste on ainetta, jolla on erityinen taitekertoimen arvo ja fotoneja absorboivalla kappaleella on taitekerroin ja sammutuskerroin, jotka molemmat ovat arvoltaan sellaisia, että kolmen arvon yhdistelmä antaa pääasiallisesti samat arvot mainituille ensimmäiselle ja toiselle heijastuskyvylle.This is achieved by a photothermal absorber according to the invention characterized by a reflective surface coating of said body consistent with said surface structure, said coating having a first reflectivity and the boundary layer between said body and the coating having a second reflectivity and wherein said coating has has a specific refractive index value and the photon-absorbing body has a refractive index and an extinction coefficient, both of which have a value such that the combination of the three values gives essentially the same values for said first and second reflectivities.
Muita keksinnön olennaisia piirteitä on esitetty vaatimuksissa 2-4.Other essential features of the invention are set out in claims 2-4.
Keksintöä selvitetään seuraavassa oheisten piirustusten avulla, jolloin kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön optisesta toiminnasta, kuvio 2 esittää valomikrokuvaa kivikasatyyppisestä volframi-pinnasta, kuvio 3 esittää valomikrokuvaa dendriittityyppisesti volframi-pinnasta, kuvio 4 esittää kaaviota valon aallonpituudesta ja heijastuksesta näyttäen keksinnön vaikutuksen kolmeen eri pintatyyppiin, kuvio 6 esittää kaaviota volframioksidin tai volframin pinta-alueen paksuudesta ja aallonpituudesta suurimman absorption yhteydessä.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a schematic view of the optical operation of the invention, Figure 2 shows a photomicrograph of a rock pile type tungsten surface, Fig. 3 shows a photomicrograph of dendritic Figure 6 shows a diagram of the thickness and wavelength of the surface area of tungsten oxide or tungsten at maximum absorption.
Muunnettaessa valoenergiaa lämmöksi voidaan tehokkuus ilmais- ta näin:When converting light energy into heat, the efficiency can be expressed as:
Yhtälö 1Equation 1
Tehokkuus - aksorkoitu energia - toistosäteilevä energia energia-inEfficiency - accented energy - repetitive energy energy-in
Kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön vaikutuksesta valon absorptioon ja heijastukseen. Siinä näytetään heijastuksen 3 67267 säätävä pinta-alue 1 optisesti läpinäkyvänä aineena haluttua aallonpituutta varten, jonka pinta 2 on yhdensuuntainen fotoneja absorboivan aineen pinnan 3 kanssa ja jonka paksuus 4 on suhteessa tulovalon aallonpituuteen. Heijastuksen säätävän pinta-alueen optiset ja fysikaaliset ominaisuudet ovat keskinäisessä suhteessa, kunte seuraa-vasta käy ilmi.Figure 1 shows a schematic view of the effect of the invention on light absorption and reflection. It shows the surface area 1 adjusting the reflection 3 67267 as an optically transparent material for the desired wavelength, the surface 2 of which is parallel to the surface 3 of the photon absorbing material and the thickness 4 of which is proportional to the wavelength of the input light. The optical and physical properties of the reflection adjusting surface area are interrelated, as will become apparent.
Tässä tarkoitetaan heijastuksella energiaa, joka iskee ja tulee palautetuksi tunkeutumatta aineeseen vastakohtana toistosä-teilylle, jossa energia menee aineeseen ja johtuen aineen lämpötilan muuttumisesta aine säteilee energian.By reflection is meant energy that strikes and becomes restored without penetrating the substance as opposed to repetition radiation, where the energy enters the substance and due to the change in the temperature of the substance the substance radiates energy.
Kuviossa 1 pintaan 2 iskevällä valolla on heijastuskykykom-ponentti 5 ja sarja pieneneviä perättäisiä komponentteja, joista kolme on näytetty osina 6, 7 ja 8. Toiminnassa pinnasta 3 heijastuva valo vahvistuu tai heikkenee, kun siihen osuu valo, joka palaa pinnasta 2 aikaisemmasta heijastuksesta.In Fig. 1, the light impinging on the surface 2 has a reflectivity component 5 and a series of decreasing successive components, three of which are shown as parts 6, 7 and 8. In operation, the light reflected from the surface 3 increases or decreases when it hits the light returning from the surface 2.
Seuraavassa kuvauksessa käytetään metallisen fotoneja absorboivan aineen oksidia esimerkkinä, vaikka kuvattavien periaatteiden valossa on selvää, että muita päällysteitä kuin oksideja sekä aineita, joilla on eri koostumus kuin pohjametallilla, voidaan käyttää haluttujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi.In the following description, the oxide of a metallic photon-absorbing substance is used as an example, although in the light of the principles described, it is clear that coatings other than oxides as well as substances with a different composition than the base metal can be used to achieve the desired properties.
Kuviossa 1 ensimmäinen heijastuskerroin (osa 5) voidaan ilmaista näin:In Figure 1, the first reflection coefficient (part 5) can be expressed as follows:
Yhtälö 2 .Equation 2.
1/2 ~ "1/2 ~ "
Alkuheijastuskerroin (osa 5) = (R^) ' ^——— o jossa R.j on ilman ja oksidin välinen heijastuskyky ja N on oksidin taittokerroin.Initial reflectance (part 5) = (R ^) '^ ——— o where R.j is the reflectance between air and oxide and N is the refractive index of the oxide.
Samoin voidaan heijastuskerroin (osa 6) ilmaista yhtälöllä 3:Similarly, the reflection coefficient (part 6) can be expressed by Equation 3:
Yhtälö 3: „ „ . „Equation 3: “„. "
1 ij -N + N - i K1 ij -N + N - i K
(Osan 6) heijastuskerroin = (R„) ' ~ TJ.m(Part 6) reflection coefficient = (R „) '~ TJ.m
λ N+N+iKλ N + N + iK
m o m jossa R2 on oksidin ja metallin välinen heijastuskyky, N on metallin taittokerroin, K on oksidien ekstinktiokerroin ja i on "V-l .m o m where R2 is the reflectivity between the oxide and the metal, N is the refractive index of the metal, K is the extinction coefficient of the oxides and i is "V-1.
m Näin ollen on osien 5, 6, 7 ja 8 jne. heijastuskertoimien suhde tämä: 67267 s = γί 6 = r2 Π - τλ2) 7 = τ2τλ (1 - τ2) 8 = r23ri2 (1 - r,2) Täten säätöpinnan 1 heijastuskyky ilmaistaan yhtälössä 4: Yhtälö 4 47/e 2 2 kokonais ~ r1 + r2 e 1~r1 ’-r1r2 jossa d on paksuus 4 ja λ on aallonpituus, ja J J osoittaa itseisarvoja.m Thus, the ratio of the reflection coefficients of parts 5, 6, 7 and 8, etc. is: 67267 s = γί 6 = r2 Π - τλ2) 7 = τ2τλ (1 - τ2) 8 = r23ri2 (1 - r, 2) Thus, the control surface 1 the reflectivity is expressed in Equation 4: Equation 4 47 / e 2 2 total ~ r1 + r2 e 1 ~ r1 '-r1r2 where d is the thickness 4 and λ is the wavelength, and JJ indicates absolute values.
Yhtälö 5 1 2 2 I *r ' r^ - r2 1 £ haluttu heijastuskyky pienimmällä ^ r1r2 λ :n arvolla Tämä on suunnilleen Yhtälö 6 2 £ haluttu heijastuskyky pienimmällä r1 Γ2 λ:n arvollaEquation 5 1 2 2 I * r 'r ^ - r2 1 £ desired reflectance with the smallest value of ^ r1r2 λ This is approximately Equation 6 2 £ desired reflectance with the smallest value of r1 Γ2 λ
Jos sovellutukseen sisältyy auringon energian muuttamista lämmöksi, tulisi halutun heijastuskyvyn pienimmällä aallonpituudella (pienin λ) olla pienempi kuin 0,05.If the application involves the conversion of solar energy into heat, the desired reflectance at the lowest wavelength (minimum λ) should be less than 0.05.
Haluttu tavoite on, että on mahdollisimman pieni ja pinnan 2 heijastuskyky on lähes sama kuin pinnan 3 heijastuskyky.The desired goal is that it is as small as possible and the reflectivity of surface 2 is almost the same as the reflectivity of surface 3.
Säteilyn säätävän pinta-alueen 1 kriteerit haluttua aallonpituutta varten voidaan ilmaista näin:The criteria for the radiation regulating surface area 1 for the desired wavelength can be expressed as:
Yhtälö 7 2 1-Nq Nm”No~^ Km ^ haluttu heijastuskyky pienim- 1+No Nn+No_i Km mällä λ:η arvollaEquation 7 2 1-Nq Nm ”No ~ ^ Km ^ desired reflectance with the smallest 1 + No Nn + No_i Km with λ: η
Yhtälön 7 mukaisesti heijastuksen säätävän pinta-alueen kriteerit toimivat siten, että pinnan 3 heijastuskomponenttien vai- 5 67267 kutus tulee samaksi kuin pinnasta 2 tulevan tulovalon alkuheijas-tuksen.According to Equation 7, the criteria for the reflection-adjusting surface area work so that the effect of the reflection components of the surface 3 becomes the same as the initial reflection of the input light from the surface 2.
Paksuus d (osa 4 kuviossa 1) vaikuttaa kahdella tavalla.The thickness d (part 4 in Fig. 1) acts in two ways.
Se on osa yhtälön 4 laskelmista määräten halutun heijastuskyvyn pienimmällä aallonpituudella/ ja kuten kuvion 6 yhteydessä kuvataan, se sallii pienimmän aallonpituuden siirtämisen.It is part of the calculations of Equation 4 determining the desired reflectance at the lowest wavelength / and, as described in connection with Figure 6, it allows the minimum wavelength to be shifted.
Tällaisessa suhteessa on ilmeistä, että eräs haluttu tavoite on kaiken säteilyn absorbointi halutussa aallonpituuskaistassa, kaikkien ei-haluttujen aallonpituuksien heijastaminen ja suotavan, heijastuvan aallonpituusenergian pitäminen mahdollisimman pienenä.In such a relationship, it is apparent that one desired goal is to absorb all radiation in the desired wavelength band, to reflect all unwanted wavelengths, and to keep the desired reflected wavelength energy to a minimum.
Tämä tehdään keksinnön mukaisesti käyttämällä aallonpituuden valikoivaa, heijastuksen säätävää pinta-aluetta fotoneja absorboivan aineen pinnalla, niin että ilman ja alueen 1 välinen heijastuskyky, paksuus ja ääriviiva; alueen 1 taittokerroin; ja fotoneja absorboivan aineen indeksi ja ekstintiokerroin kaikki yhdessä vaikuttavat siten, että fotoneja absorboivasta aineesta heijastuva valo tulee lyhennetyksi.This is done according to the invention by using a wavelength-selective, reflection-adjusting surface area on the surface of the photon-absorbing substance, so that the reflectivity, thickness and contour between the air and the region 1; the refractive index of area 1; and the photon-absorbing material index and the extinction coefficient all work together so that the light reflected from the photon-absorbing material becomes shortened.
Paras valittava pinnan muoto on karhea tai muotoiltu niin, että valon, joka tulee kohtisuorasti pintaa kohden, on heijastuttava oleellisesti useammin kuin kerran, ennen kuin se voi paeta pinnasta. Tämän karhean tai muotoillun pinnan ja heijastuksen säätävän pinnan avulla saadaan aikaan absorptio, joka on suurempi ja kattaa suuremman aallonpituuskaistan kuin yksinkertainen, heijastamaton päällyste sileällä metallilla. Esim. jälkimmäisen hei jastuskyky on » joka vaihtelee aallonpituuden mukana, kun taas karhennetulla pinnalla olevan heijastuspäällysteen heijastuskyky, jossa valo heijastuu 2 kahdesti ennen paluuta, on ^]ζ0]^0η3ΐ5 r j°ka on pienempi kuin g kokonais"The best surface shape to choose is rough or shaped so that light that comes perpendicular to the surface must be reflected substantially more than once before it can escape the surface. This rough or shaped surface and the reflection adjusting surface provide an absorption that is greater and covers a larger wavelength band than a simple, non-reflective coating with smooth metal. For example, the reflectivity of the latter is "which varies with wavelength, while the reflectance of a reflective coating on a roughened surface, where light is reflected 2 twice before return, is ^] ζ0] ^ 0η3ΐ5 r j ° ka is less than g total"
Heijastuksen säätävän alueen erottaa passivoivista päällysteistä se seikka, että jälkimmäisissä on päätarkoituksena inerttis-ten ominaisuuksien suojaaminen kemiallisesti ja aineet valitaan tätä silmälläpitäen.The reflection control area is distinguished from the passivating coatings by the fact that the main purpose of the latter is to chemically protect the inert properties and the substances are selected with this in mind.
Kuviot 2 ja 3 esittävät valomikrokuvio volframipinnoista, joil-laon vastaavasti suurenevat absorptiokykyasteet. Kuvion 2 mukaista pintaa kutsutaan kivikasapinnaksi, joka on alalla hyvin tunnettu, ja kuvion 3 mukaista pintaa kutsutaan dendrlittipinnaksi. Molemmat pinnat valmistetaan alalla hyvin tunnetulla kemiallisella höyrykäsittelyl-lä. Kivikasarakenne on paljon ohuempi kuin dendriittirakenne, joten se on halvempi. Valomikrokuva näyttää suurennusasteen. Kun keksinnön 6 67267 mukainen, heijastuksen säätävä pinta-alue valmistetaan yhdessä kuvioiden 2 ja 3 mukaisten pintojen kanssa ja ei-näytetyn, litteän pinnan kanssa, on tuloksena kokonaisheijastuskyvyn äkillinen pienennys määrättyä aallonpituutta varten, joka on valittavissa edellä mainittujen kriteerien mukaisesti.Figures 2 and 3 show a light micrograph of tungsten surfaces with correspondingly increasing absorption rates. The surface of Figure 2 is called a rock pile surface, which is well known in the art, and the surface of Figure 3 is called a dendritic surface. Both surfaces are made by chemical steam treatment well known in the art. The stone pile structure is much thinner than the dendritic structure, so it is cheaper. The light micrograph shows the magnification. When the reflection adjusting surface area according to the invention 6 67267 is manufactured together with the surfaces of Figs. 2 and 3 and a flat surface (not shown), a sudden reduction in the total reflectance for a given wavelength is selectable according to the above criteria.
Tämä on näytetty kuvion 4 kaaviossa, jossa on piirretty koh-tisuorasti tulevan valon kokonaisheijastus suhteessa aallonpituuteen mikroneissa. Kolme käyrää on näytetty. Pisteviiva tarkoittaa litteää volframia, katkoviiva kivikasa-ainetta kuviossa 2 ja ehyt käyrä dendriittiainetta kuviossa 3. On huomattava, että keksinnön mukainen, heijastuksen säätävä pinta-alue saa aikaan absorptiohuipun, joka on noin 0,62 mikronia läheisyydessä. Tämä aallonpituus on alalla vallitsevan käsityksen mukaan auringon emissiokyvyn huipulla tai lähellä huippua.This is shown in the diagram of Figure 4, which plots the total reflection of the incoming light perpendicular to the wavelength in microns. Three curves are shown. Dotted line means flat tungsten, dashed line rock aggregate in Figure 2 and intact curved dendritic material in Figure 3. It should be noted that the reflection adjusting surface area of the invention provides an absorption peak in the vicinity of about 0.62 microns. This wavelength is considered by the industry to be at or near the peak of the sun's emissivity.
Kuvion 4 logaritmisesta asteikosta nähdään, että kun kuvion 3 dendriittiaine varustetaan keksinnön mukaisella, heijastuksen säätävällä pinta-alueella, se absorboi 99,94 % tulovalosta aallonpituudella 0,55 mikronia.It can be seen from the logarithmic scale of Figure 4 that when the dendritic material of Figure 3 is provided with a reflection adjusting surface area according to the invention, it absorbs 99.94% of the incoming light at a wavelength of 0.55 microns.
Kuvio 5 näyttää keksinnön vaikutuksen dendriittipinnalle tulevan valon vaihtelevilla suunnilla. Siinä on kokonaisheijastuskyky piirretty suhteessa aallonpituuteen nanometreissä tulovalon kulman ollessa vastaavasti 0°, 20°, 40°, 60° ja 80°. Jokaisessa tapauksessa absorptiohuippu esiintyy suunnilleen samalla aallonpituudella.Figure 5 shows the effect of the invention on varying directions of light entering the dendritic surface. It has the total reflectance plotted relative to the wavelength in nanometers with an incident light angle of 0 °, 20 °, 40 °, 60 ° and 80 °, respectively. In each case, the absorption peak occurs at approximately the same wavelength.
Keksinnön mukaisesti suoritetaan kuvion 1 mukaisen, heijastuksen säätävän pinta-alueen valmistus varustamalla alueen 1 aine, joka on muotoiltu fotonia absorboivan aineen pintamuodon mukaan, suotavilla parametreillä, jotka ovat: heijastuskerroin alueen 1 aineen pinnasta 2 on suunnilleen sama kuin fotonia absorboivan aineen ja alueen 1 välisen jakopinnan 3 heijastuskerroin. Nämä heijastus-kertoimet ovat suhteessa alueen 1 aineen taittokertoimeen, fotonia absorboivan aineen taittokertoimeen ja jälkimmäisen ekstinktioker-toimeen. Nämä ovat alalla tarkoin määriteltyjä parametrejä ja ne löytyvät useimmista alan käsikirjoista. Jotta alan asiantuntija kuitenkin voisi vähentää kokeilua, on taulukossa 1 annettu yhtälöille 2-7 määrätyt arvot aineelle W0^ käytettynä heijastuksen säätävänä pinta-alueena 1 dendriitillä W, kuten kuvio 3 näyttää.According to the invention, the production of the reflection-adjusting surface area according to Fig. 1 is carried out by providing the region 1 material shaped according to the surface shape of the photon absorbing material with desirable parameters which are: the reflection coefficient from the surface 2 material surface 2 is approximately the same as between the photon absorbing material and the region 1 the reflectance of the dividing surface 3. These reflection coefficients are proportional to the refractive index of the substance in region 1, the refractive index of the photon absorbing substance, and the extinction coefficient of the latter. These are well-defined parameters in the art and can be found in most industry manuals. However, in order for one skilled in the art to reduce the experiment, Table 1 gives the values determined for Equations 2 to 7 for the substance W0 ^ used as the reflection adjusting surface area 1 with dendritic W, as shown in Fig. 3.
7 672677 67267
Taulukko 1 w wo3 W - wo3 n 3,43 2,26 --- k 2,96 0,0 --- --- --- 0,386 r2 --- --- 0,496 2 UI - Ir21 — I — °'°12Table 1 w wo3 W - wo3 n 3.43 2.26 --- k 2.96 0.0 --- --- --- 0.386 r2 --- --- 0.496 2 UI - Ir21 - I - ° '12 °
Heijastuksen säätävän pinta-alueen 1 valmistus voidaan erityisen hyvin soveltaa prosesseihin, joissa muodostetaan kemiallisia yhdisteitä fotoneja absorboivasta aineesta. Näissä käytetään fotoneja absorboivaa «ainetta yhtenä aineosana, niissä muotoillaan sama ääriviiva kuin pinnan ääriviiva ja ne ovat yleensä helposti säädettävissä pinnan säätöalueen halutulla paksuusalueella. Tällaisia prosesseja ovat esim. anodinen käsittely tai hapetus, nitridointi ja karburointi. Eräs helposti säädettävä valmistusmenetelmä on anodinen käsittely, milloin fotoneja absorboiva aine ja muodostettu alue sen sallivat keksinnön mainittujen kriteerien mukaisesti. Tässä menetelmässä muodostuu usein oksidi, joka rajoittaa virran kulkua, niin että alueen paksuus vastaa tarkasti jännitettä. Keksinnön mukaisesti käyttökelpoisia metalleja, jotka muodostavat edullisia oksideja, ovat esim.: W, Mo, Hf, V, Ta ja Nb.The fabrication of the reflection adjusting surface area 1 is particularly well applicable to processes in which chemical compounds are formed from a photon absorbing material. These use a photon absorber as a single component, form the same contour as the surface contour, and are generally easily adjustable over the desired thickness range of the surface adjustment range. Such processes include, for example, anodic treatment or oxidation, nitriding and carburization. One easily adjustable manufacturing method is anodic treatment, where the photon absorbing agent and the formed region allow it according to the said criteria of the invention. In this method, an oxide is often formed which limits the flow of current so that the thickness of the region corresponds exactly to the voltage. Metals useful according to the invention which form preferred oxides include, for example: W, Mo, Hf, V, Ta and Nb.
Keksinnön toteuttamisen helpottamiseksi on taulukossa 2 ilmoitettu kuvion 1 mukaisen paksuusmitan 4 ja anodikäsittelyn jännitteen välinen suhde aineelle W03 aineen W päällä.In order to facilitate the implementation of the invention, the relationship between the thickness gauge 4 according to Fig. 1 and the anode treatment voltage for the substance W03 on the substance W is indicated in Table 2.
Taulukko 2 Jännite Paksuus voltteja ^,um_ 20 0,035 25 0,045 30 0,055 35 0,065 40 0,075 8 67267Table 2 Voltage Thickness in volts ^ μm_ 20 0.035 25 0.045 30 0.055 35 0.065 40 0.075 8 67267
Erään määrätyn toteutusmuodon seuraavat koetulokset valaisevat keksinnöllä saavutettavia, suuria etuja. Kuvion 2 mukainen kivi-kasavolframipinta käsiteltiin anodisesti fosforihappohauteessa jännitteellä 30 V. Tällöin WO^ alue pysäyttää anodisen reaktion määrätyllä paksuudella, joka säädetään syötetyllä jännitteellä. Tämän pinnan osalta 150°C lämpötilassa on "absorptiokyvyn" suhde tulosä-teilyyn "verrattuna” "puolipallon emissiokykyyn", t.s.p. ( aL/ζ ) 3,9. Seuraavassa taulukossa yhtälön 1 mukaan laskettua tehokkuutta on verrattu tavallisen mustan kappaleen tehokkuuteen eri lämpötiloissa .The following experimental results of a particular embodiment illustrate the great advantages of the invention. The rock-stack tungsten surface according to Figure 2 was treated anodically in a phosphoric acid bath at a voltage of 30 V. In this case, the WO 2 region stops the anodic reaction at a certain thickness, which is adjusted by the applied voltage. For this surface at 150 ° C, the ratio of "absorbency" to output radiation "compared to" "hemispherical emissivity", i.e. (aL / ζ) 3.9, The efficiency calculated in Equation 1 in the following table compares the efficiency of a plain black body at different temperatures.
Taulukko 3Table 3
Tehokkuus, % Toistosäteily, watteja T_Volframi Musta kappale_Volframi Musta kappale 50°C 80 % 32 % 0,015 0,063 75°C 75 % 13 % 0,020 0,083 100°C 68 % 0 0,027 0,1125 150°C 51 % 0 0,044 > 0,1 200°C 26 % 0 0,069 > 0,1Efficiency,% Repeat radiation, watts T_Tungsten Black body_Tungsten Black body 50 ° C 80% 32% 0.015 0.063 75 ° C 75% 13% 0.020 0.083 100 ° C 68% 0 0.027 0.1125 150 ° C 51% 0 0.044> 0.1 200 ° C 26% 0 0.069> 0.1
Taulukosta ilmenee, että enintään 150°C lämpötiloissa saavutetaan yli 50 % tehokkuudet.The table shows that efficiencies of more than 50% are achieved at temperatures up to 150 ° C.
Eräs tärkeä etu on se, että keksinnön menetelmä tekee mahdolliseksi uuden fotoneja absorboivan aineen aikaansaamisen, koska heijastamattoman päällysteen edut voidaan nyt antaa substraateille, joilla on pinnan epäsäännöllisyyksistä saatuja fotoniabsorbointi-ominaisuuksia.An important advantage is that the method of the invention makes it possible to provide a new photon-absorbing agent, since the advantages of an anti-reflective coating can now be applied to substrates having photon absorption properties due to surface irregularities.
Useimmissa aurinkoenergian muuttamiseen käytettävissä sovellutuksissa halutaan käyttää sellaisia fotoneja absorboivia aineita, jotka absorboivat enemmän kuin 90 % auringon spektristä. Tähän tulokseen ei voi päästä litteällä metallilla, karhealla metallilla eikä näiden päällä olevilla, yksinkertaisilla, heijastamattomilla päällysteillä. Kun sitä vastoin käytetään keksinnön mukaista heijastuksen säätävää pinta-aluetta yhdessä määrätynlaisten, muotoiltujen tai karheiden metallipintojen, kuten volframin, kanssa, voidaan saavuttaa alhainen heijastus laajalla spektrialueella. On todettu, että auringon spektrin suhteen saavutetaan haluttu absorptio muotoiltujen tai karhennettujen pintojen avulla, joissa kohtisuorasti tuleva 9 67267 valo heijastuu moninkertaisesti heijastuksen säätävän kerroksen pinnasta. Sitä vastoin siteillä metalleilla olevilla, heijastamattomil-la päällysteillä on absorptio, joka kattaa vain pienen osan auringon spektristä.Most applications for converting solar energy want to use photon absorbers that absorb more than 90% of the solar spectrum. This result cannot be achieved with flat metal, rough metal, or simple, non-reflective coatings on top of these. In contrast, when the reflection-adjusting surface area according to the invention is used in combination with certain types of shaped or rough metal surfaces, such as tungsten, low reflection over a wide spectral range can be achieved. It has been found that with respect to the solar spectrum, the desired absorption is achieved by means of shaped or roughened surfaces in which the incident light 9 67267 is reflected many times over the surface of the reflection-adjusting layer. In contrast, non-reflective coatings on bonded metals have an absorption that covers only a small portion of the solar spectrum.
Vaikka keksintö on esitelty erään määrätyn, anodisesti käsiteltyä volfrämiä käyttävän toteutusmuodon yhteydessä, on alan asiantuntijalle selvää, että esiteltyjen periaatteiden valossa ovat monet erilaiset toteutusmuodot mahdollisia.Although the invention has been presented in connection with a particular embodiment using anodically treated tungsten, it will be apparent to one skilled in the art that many different embodiments are possible in light of the principles presented.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US72385776A | 1976-09-16 | 1976-09-16 | |
US72385776 | 1976-09-16 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI772634A FI772634A (en) | 1978-03-17 |
FI67267B FI67267B (en) | 1984-10-31 |
FI67267C true FI67267C (en) | 1985-02-11 |
Family
ID=24907980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI772634A FI67267C (en) | 1976-09-16 | 1977-09-06 | PHOTOTHERMAL ABSORBER |
Country Status (22)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5337924A (en) |
AR (1) | AR222144A1 (en) |
BE (1) | BE857699A (en) |
BR (1) | BR7706187A (en) |
CA (1) | CA1083867A (en) |
CH (1) | CH620287A5 (en) |
DE (1) | DE2734544C2 (en) |
DK (1) | DK151079C (en) |
ES (1) | ES462375A1 (en) |
FI (1) | FI67267C (en) |
FR (1) | FR2365135A1 (en) |
GB (1) | GB1532338A (en) |
GR (1) | GR66047B (en) |
IL (1) | IL52540A (en) |
IT (1) | IT1114123B (en) |
MX (1) | MX143717A (en) |
NL (1) | NL7710100A (en) |
NO (1) | NO147431C (en) |
OA (1) | OA05764A (en) |
PL (1) | PL119116B1 (en) |
PT (1) | PT66954B (en) |
SE (1) | SE431909B (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58177354A (en) * | 1982-04-10 | 1983-10-18 | 永大産業株式会社 | Decorative material |
DE3219989A1 (en) * | 1982-05-27 | 1983-12-01 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | SELECTIVE ABSORBING LAYER FOR SOLAR COLLECTORS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3176679A (en) * | 1963-10-09 | 1965-04-06 | Engelhard Ind Inc | Solar energy collector |
JPS4910438A (en) * | 1972-05-30 | 1974-01-29 | ||
US3920413A (en) * | 1974-04-05 | 1975-11-18 | Nasa | Panel for selectively absorbing solar thermal energy and the method of producing said panel |
JPS5125843A (en) * | 1974-08-29 | 1976-03-03 | Hitachi Ltd |
-
1977
- 1977-07-07 CH CH841577A patent/CH620287A5/en not_active IP Right Cessation
- 1977-07-13 FR FR7722464A patent/FR2365135A1/en active Granted
- 1977-07-15 IL IL52540A patent/IL52540A/en not_active IP Right Cessation
- 1977-07-30 DE DE2734544A patent/DE2734544C2/en not_active Expired
- 1977-08-05 GB GB32958/77A patent/GB1532338A/en not_active Expired
- 1977-08-11 BE BE180091A patent/BE857699A/en not_active IP Right Cessation
- 1977-08-24 JP JP10068477A patent/JPS5337924A/en active Granted
- 1977-08-24 PT PT66954A patent/PT66954B/en unknown
- 1977-08-26 IT IT26989/77A patent/IT1114123B/en active
- 1977-09-01 SE SE7709842A patent/SE431909B/en not_active IP Right Cessation
- 1977-09-01 CA CA285,966A patent/CA1083867A/en not_active Expired
- 1977-09-06 FI FI772634A patent/FI67267C/en not_active IP Right Cessation
- 1977-09-09 OA OA56278A patent/OA05764A/en unknown
- 1977-09-09 NO NO773128A patent/NO147431C/en unknown
- 1977-09-14 PL PL1977200836A patent/PL119116B1/en unknown
- 1977-09-14 GR GR54350A patent/GR66047B/el unknown
- 1977-09-15 DK DK409377A patent/DK151079C/en active
- 1977-09-15 ES ES462375A patent/ES462375A1/en not_active Expired
- 1977-09-15 MX MX170606A patent/MX143717A/en unknown
- 1977-09-15 NL NL7710100A patent/NL7710100A/en not_active Application Discontinuation
- 1977-09-15 AR AR269218A patent/AR222144A1/en active
- 1977-09-15 BR BR7706187A patent/BR7706187A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AR222144A1 (en) | 1981-04-30 |
BR7706187A (en) | 1978-07-04 |
OA05764A (en) | 1981-05-31 |
IL52540A (en) | 1980-01-31 |
FR2365135A1 (en) | 1978-04-14 |
CH620287A5 (en) | 1980-11-14 |
NO773128L (en) | 1978-03-17 |
PT66954B (en) | 1979-02-07 |
FI772634A (en) | 1978-03-17 |
IL52540A0 (en) | 1977-10-31 |
JPS5337924A (en) | 1978-04-07 |
MX143717A (en) | 1981-06-26 |
ES462375A1 (en) | 1978-12-16 |
DE2734544C2 (en) | 1987-05-14 |
IT1114123B (en) | 1986-01-27 |
NL7710100A (en) | 1978-03-20 |
GR66047B (en) | 1981-01-14 |
GB1532338A (en) | 1978-11-15 |
JPS577333B2 (en) | 1982-02-10 |
FI67267B (en) | 1984-10-31 |
FR2365135B1 (en) | 1982-01-08 |
PT66954A (en) | 1977-09-01 |
DK409377A (en) | 1978-03-17 |
PL119116B1 (en) | 1981-11-30 |
SE431909B (en) | 1984-03-05 |
NO147431B (en) | 1982-12-27 |
DK151079C (en) | 1988-05-09 |
DK151079B (en) | 1987-10-26 |
DE2734544A1 (en) | 1978-03-23 |
NO147431C (en) | 1983-04-06 |
PL200836A1 (en) | 1978-04-10 |
BE857699A (en) | 1977-12-01 |
CA1083867A (en) | 1980-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6692836B2 (en) | Composite material | |
CA1139596A (en) | Multilayer mirror with maximum reflectance | |
JP2659809B2 (en) | Laser reflection mirror | |
JP2005523870A5 (en) | ||
US4082413A (en) | Selective radiation absorption devices for producing heat energy | |
US9746206B2 (en) | Heat-absorbing material and process for producing same | |
Seraphin | Spectrally selective surfaces and their impact on photothermal solar energy conversion | |
JP6566041B2 (en) | Heat-light conversion member | |
Van Mechelen et al. | Mg–Ni–H films as selective coatings: Tunable reflectance by layered hydrogenation | |
EP1776550A1 (en) | Solar absorber | |
US4448487A (en) | Photon energy conversion | |
FI67267C (en) | PHOTOTHERMAL ABSORBER | |
TWI487618B (en) | Laserschweissbares verbundmaterial | |
Kitagawa et al. | Photoinduced phase transition of metallic SmS thin films by a femtosecond laser | |
JP2002279809A (en) | Cover parts for light source | |
US4437455A (en) | Stabilization of solar films against hi temperature deactivation | |
US4037014A (en) | Semiconductor absorber for photothermal converter | |
CN111587349B (en) | Composite material for solar collectors | |
Golomb | Diffraction gratings and solar selective thin film absorbers: an experimental study | |
Wood et al. | Stabilization of absorber stacks containing Zr or Ti compounds on Ag | |
KR820001485B1 (en) | Absorbing surface of solar collecting | |
CN100457973C (en) | Solar energy selective absorption film | |
JPS5911828B2 (en) | A device that obtains thermal energy by absorbing radiation of a selected wavelength. | |
Seraphin | Thin films in photothermal solar energy conversion | |
Chkhalo et al. | Al/Al2O3: new type of mirrors for intense synchrotron radiation beams |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES |