DE1467734A1

DE1467734A1 - Sonnenenergiekollektor

Info

Publication number: DE1467734A1
Application number: DE19641467734
Authority: DE
Inventors: Langley Robert C
Original assignee: Engelhard Industries Inc
Current assignee: Engelhard Industries Inc
Priority date: 1963-10-09
Filing date: 1964-10-08
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3176679A; GB1060788A; DE1467734B2

Description

8. Oktober 1964 B-802-A

BNOEUiARD INDUSTRIES, IHC,
113 Aetor Street, Newark 14, N.J«, V.St.A.

Sonnenenergiekollektor

Die Erfindung betrifft Sonnenenergiekollektoren und insbesondere solche Kollektoren, die flir den Betrieb bei hohen Temperaturen und in einem Hochvakuum geeignet sind, wie es im Weltraum vorhanden ist·

Sie Energie elektrischer Systeme in Raumfahrzeugen wird von Batterien oder von Silicium-Sonnenzellen geliefert. Die Bakterien wurden in den lotsten Jahren weitgehend verbessert, jedoch besitzen sie fUr viele Anwendungszwecke im Vieltraum zwei Nachteile, ihre Lebensdauer ist begrenzt und ihr Gewicht ist gross. Sillciua~Sonnenzellen nützen den. Sperrschichteffekt aus und beziehen ihre Energie von

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einer unerschöpflichen Energiequelle, der Sonne. Diese Zellen nutzen nur etwa 1/3 der Sonneneinstrahlung in eines schmalen Bandbereich aus. Der Heat der Sonnenenergie muss reflektiert werden, um eine Beschädigung der Zellen zu verhindernο Da Sillclum-Soanenzellen bei hohen Temperaturen unstabil sind, ist es nicht möglich, durch optische ?okusierung der Sonnenenergie die Ausgangsleistung zu vergrössern.

Wenn energiereiche Sonnenstrahlung auf einen "kühlen" Gegenstand auftrifft, wird die Strahlung teilweise reflek tiert und geht verloren, während der Rest entweder absorbiert oder durchgelassen wird. Die absorbierte Energie kann mit grösserer Wellenlänge wieder abgestrahlt werden. Es 1st bekannt, dass schwarze Körper mehr Wärme abeorbie ren als weisse und dass sie heisser werden. Schwarze Körper sind ebenfalls wirksame Wärmestrahler, sie absorbieren die sichtbare Sonnenstrahlung und strahlen einen grossen Teil der absorbierten Energie wieder als Infrarotstrahlung ab. Deshalb sind sie unwirksame Sonnenenergiekollektoren, das holest ihre Umwandlungβtemperatur im Weltraum let gering.

Metalle, wie zum BeJBpIeI Silber, Kupier, Gold und Alumlnium,besitzen ein sehr geringes Emissionsvermögen, insbesondere wenn sie hochpoliert sind. Ein geringes Erniesionever-

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mögen ist notwendig, wenn ein Sonnenkollektor eine hohe Umwandlungstemperatur erreichen soll, jedoch Silber, Kupfer, Gold und Aluminium absorbieren sehr wenig Sonnenenergie und Sonnenkollektoren, in denen diese Metalle in reinem Zustand verwendet werden, würden keine für den Verwendungszweck ausreichend grosse Umwandlungstemperatur erreichen. Aluminium besitzt darüber hinaus einen niederen Schmelzpunkt. Silber und Kupfer laufen an, wodurch das Emissionsvermögen stark zunimmt.

Die Verwendung von Glas als Basis in Sonnenstrahlungskollektoren hat sich für die meisten Anwendungszwecke im Weltraum nicht alβ günstig erwiesen, da Glas leicht bricht und «inen relativ niederen Erweichungspunkt besitzt. "Pyrex"-GlB8 let Im allgemeinen nicht für die Verwendung über etwa 600 - 65O⁰O geeignet und weiche Glassorten haben sogar noch niederere Erweichungstemperaturen. Glassorten mit hohem Siliciuadioxyd Gehalt können bei wesentlich höheren Temperaturen verwendet werden, jedoch sind diese Glassorten zu brüchig.

Es ist bereite versucht worden, die Absorption von Sonnenenergie im Wellenlängenbereich des Sonnenspektrums zu vergröaeern, indem dunkle Spiegel oder Antireflexionsschicht ttn verwendet wurden, deren Stärken nicht grosser als 1/4 der Wellenlänge der Strahlung, deren Reflexion vermindert

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werden soll, betragen. Hingegen sind solche reflexionsver~ mindernde Schichten und andere im Vakuum niedergeschlagene überzüge bei Temperaturen Über 200⁰C thermieoh unstabil und mUseen in Form von mehreren überzügen, oft in einer Vielzahl, angewandt werden und bei solchen MehrfaohübersUgen dürfen die Stärkentoleranzen der einzelnen Überzüge nur relativ klein sein. Sohlieselloh erfordert das Aufdampfen im Vakuum die Verwendung Ton Überzügen mit kleiner Ausdehnung und einfacher Form. '

Die meiste Sonnenenergie wird in einem Wellenlängenbereioh unter 1,5 Mikron emittiert und nur ein kleiner Teil der Sonnenstrahlung liegt ausβerhalb des Wellenbereiche ron 0,25 Mikron bis 1,5 Mikron. Eine Oberfläche, die in dem Bereich der Sonnenstrahlung absorbiert, heizt sich auf, vorausgesetzt, dass die Oberfläche nicht die gesamte Bner-₍ gie wieder zurückstrahlt oder emittiert. Die Zurückstrahlung der Energie eines Körpers bei Temperaturen von 10O⁰C ble 80O⁰C erfolgt weitgehend in einem Bereich zwischen 1,5 und 20 Mikron. Eine zum Sammeln von Sonnenenergie geeignete Oberfläche muss deshalb ein grosses Absorptionsvermögen, ein geringes Reflexionsvermögen bei Wellenlängen unterhalb 1,5 Mikron und -ein geringes Emissionsvermögen besitzen.

Es sind bereits Sonnenenergiekollektoren vorgeschlagen worden, die für den Betrieb bei hohen Temperaturen und bei hohem

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Partialvakuum geeignet sind, wie es in Weltraum vorhanden ist. Bin solcher Sonnenenergiekollektor beeitet eine wärmeleitfähige Grundlage, eine dünne, Sonnenenergie absorbierende Empfängerschicht über der Metallbasis, die der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, und eine dünne Sperrschicht aus hitsebeständigem Material, die zwisohen der Basis und der Empfängeraohicht angeordnet ist. Die Sperrschicht verhindert die Diffusion des Goldes der Empfängerschicht in das Metall der Basis· Die Empfängersohioht besteht aus einer innigen geschmolzenen Mischung aus Gold und einer Glassorte, vorzugsweise einer Silikat enthaltenden Glassorte. Da8 Glas wird erhalten, indem die Bestandteile, aus denen das Glas besteht, in situ während des Einbrennens but Abscheidung des Goldes gebildet und zusammengeschmolzen werden und die Metallschmelze danach abgekühlt wirdο

Gemäss der Erfindung wird ein Sonnenenergiekollektor geschaffen, der wesentlich besser ist als die bisherigen, indem man auf die Sonnenenergie absorbierende Schicht der vorstehend vorgeschlagenen Kollektoren eine dünne optische Interferenzschioht aus einen sonnenenergiedurohläseigen, thermisch beständigen Material aufträgt. Die optische Interferenzschioht bewirkt, dass die Sonnenenergiewellen aus der Phase kommen. Aufgrund dessen, dass die Energiewellen bei einer besonderen Wellenlänge aus der Phase kommen, wird das Reflexionsvermögen der Energie absorbierenden Schicht wesentlich vermindert und das Absorptionsver-

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mögen einer solchen Schicht wesentlich erhöht. Darüber hinaus ist die erfindungsgemässe Empfängerschicht und der Übrige Kollektor bei hohen Temperaturen, zum Beispiel über 500⁰C und bis zu 800⁰C und darüber, sowie im Hochvakuum, zum Beispiel bei einem Vakuum von 0,3 χ 10~⁵ mm Hg innerhalb β ehr langer Zeiten stabil.

Die Sonnenenergie, die durch die äussere, energiedurchläsaige, hitzebeständige Schicht auf die Empfängerschicht auffällt, wird dort in Wärme umgewandelte Die Wärme wird durch Wärmeleitung durch die dünne Diffusionssperrschicht su der Metallbasis fortgeleitet.

Der Sonnenenergiesaiamler nach dieser Erfindung ist ausgezeichnet zur Erzeugung eines thermoelektrischen Stromes geeignet. Wenn er für diesen Zweck verwendet wird, kann der Kollektor als Platte t oder Einheit in einem Raumfahrzeug oder einer Rakete installiert werden, wobei die Empfängerschicht der Sonnenstrahlung ausgesetzt und seine Metallbasis mit der helesen Verbindungsstelle eines Thermoelements oder Thermopaars in Kontakt gebracht wirdο Der Kollektor kann ebenfalls zum Erhitzen von lasser und zum Erzeugen von Wasserdampf verwendet werden. Zu diesem Zweck wird das Wasser oder eine metallische Leitung oder ein Behälter, der das Wasser enthält, mit der Uetallbasis des Kollektors in Kontakt gebracht.

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Die die optlache Interferone bewirkende» energiedurchläasige äuasere Schicht hat vorzugsweise eine Dicke, die ein Viertel der Wellenlänge der Sonnenenergie ausmacht und von der gewünscht wird, dass sie das ReflexionsveraOjcen vermindert und dadurch die Absorption durch die Sonnenenergie absorbierende Schicht erhöht. Daher hat die die optisch· Interferone bewirkende, äussere Schicht Torsugsweise eine Dicke swlsohen etwa 0,1 und etwa 0,4 Mikron, da die Bonnenenergie haupteäohlioh bei Wellenlängen von 0,4 bis 1,5 Mikron emitiert wird.

Die ftussere Schicht, welche die optische Interferons ergibt, 1st aus einem Material, das den Durchgang von Energiewellen mit · einer Wellenlänge von 0,4 bis 15 Mikron ermöglicht. Zwar ist der TTellenlängenbereioh von 0,4 bis 1,3 slikron aua dem oben angegebenen Grunde von besonderes Interesse, aber es ist auch wichtig, dass die äussere Schicht die höheren Wellenlängen von 1,5 bis 15 Mikron durchläset, da sie, wenn sie die höheren Energiewellen innerhalb des eben erwähnten Wellenlängenbereiches nicht durchläset, diese Wellenlängen absorbieren würde und eine stark •■1tierende Oberfläche darstellen würde, was unerwünscht ist. Su Materialien die but Herstellung der energie durchlässigen, au··tree optischen Interferensaohloht, welche die optisch· Interferons ergeben, gehören beispielsweise Aluminiumoxid, Billolumdioxyd, Geroxyd (OeO₂) und Mischungen derselben.

Aluminiumoxid wird aus dem Grunde bevoraugt, well Aluminiumoxyd-

o filme mit einer Dicke von etwa 1 000 bis 2 000 A gegenüber

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Energien mit Wellenlängen von 0,4 bis 15,0 Mikron sehr transparent sind. Sie energiedurchlässige, die optische Interferone bewirkende * äussere Sohioht ist eine transparente Schicht. Der eur Beschreibung der energiedurchlassigen Sohioht verwendete Ausdruck "transparent", wird hier im breitesten Sinne but Kennseiohnung einer Sohioht aus einem Material gebraucht, die entweder in Ροζ« einer verhältnismässig dicken oder dünnen Sohioht die Eigenschaft hat,Liohtstrahlen durchzulassen, so dass ein Gegenstand, der βion auf der anderen Seite oder hiqter der Sohioht befindet, gesehen werden kann« oder die aus einem Material ist, welches durch sein· eigene Hatür oder Eigenschaften in Fora einer verhältnismässig. dioken Sohioht Lichtstrahlen nicht durchläset, und es nioht ermHglioht, dass man einen Gegenstand, der eich hinter oder auf der anderen Seite der Schicht befindet, sieht, das aber in Form einer yerhältnismäasig dünnen Schicht gemäse der Erfindung Liohtstrahlen durchläset, so dass man Gegenstände hinter oder auf der anderen 8eite davon sehen kann.

Sie erforderlichen optischen Eigenschaften der Empfängersohioht sind, ausser von dem Material und dem GefUge dieser Sohioht, welche eine innige geschmoleene Mischung von Gold und einer Glassorte ist, von der Stärke der Sohioht abhängig. Aus diesem Grund ist diese Schicht eine dünne Schicht, deren Stärke vorzugsweise etwa 2000 Angetröm-Einheiten und insbesondere etwa 800 bis 1800 Angströu-Einheiten nicht überschreitet. Es ist ein wichtiges Merkmal der Empfängersohicht, dass die höchste

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Absorption bei Energien mit Wellenlängen von etwa 0,4 bis 0,55 Mikron stattfindet, da ein Maximum der Sonnenstrahlung in diesem Wellenlängenbereloh liegt_o

Die Diffuelonssperrschicht ist vorzugsweise eine dünne Schicht,, da diese eine bessere Bindung der Empfängerachioht mit der Basis ermöglicht, wenn die drei Sohichten sieh bei Temperaturänderungen verschieden ausdehnen und kontrahieren. Die dünnen Schichten beein-. trächtigen die Wärmeleitung zu der Metallbasis nicht wesentlich. Biese Sperrschicht besitzt zweckmässig eine Stärke zwieone» etwa 200 und etwa 1000 Angström-Einheiten und vorzugsweise zwischen etwa 400 und etwa 800 Angetröm-Einheiten.

Das Verfahren zum Herstellen des Sonnenenergiekollektors nach dieser Erfindung besteht ganz allgemein darin, dass man eine dünne Schicht aus hitzebeständigem, dielektrischem Material auf einer wärmeleitfähigen Basis, zum Beispiel eine Metallbasis einer Nickel enthaltenden Legierung, wie "Inoonel", aufbringt und dann über die Diffusionesperrschicht einen dünnen Überzug aus einer "flüssiges Gold" enthaltenden Zusammensetzung aufträgt, dl· eine lösliche thermisch zersetzbare Organo-Goldverbindung, verträglich· Flussmittelverbindungen, von denen wenigstens zwei aus glaserzeugenden Bestandteilen in Oxydform bestehen, ein organischeβ Lösungsmittel für die Organo-Goldverblndung und zwei oder mehrere weitere verträgliche Verbindungen von Blementen, die glaserzeugende Bestandteile in ihrer Oxydform enthalten, wobei vorzugsweise eine

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dieser Verbindungen eine Sillclum-Verbindung ist, aufweist. Die Gold enthaltende Zueammenaetzung wird auf der Diffusionssperrsohioht bei einer Temperatur eingebrannt, die hinreichend gross ist, um die Organo-ßoldverbindung zu zersetzen und die Verbindungen der Elemente, welche glaserzeugende Bestandteile in ozydisoher Form enthalten, in ihre entsprechenden Oxyde umzuwandeln. Das Erhitzen wird bei noch grösserer Temperatur fortgesetzt, wodurch die Oxyde der glaserzeugenden Bestandteile zusammenschmelzen. Die erhitzte, Gold enthaltende Zusammensetzung wird dann auf der Diffusionssperrschicht abgekühlt, um eine dünne, die Sonnenenergie absorbierende Empfängerschicht zu erhalten, die aus einer innigen geschmolzenen Mischung von Gold und einer Glassorte besteht.

Ansohliessend trägt man die dünne optische Interferenzschicht des energiedurchlässigen, thermisch beständigen Materials gemäss der Erfindung auf die Empfängerschicht auf. Vorzugsweise trägt man Aluminiumoxyd, Silioiumdioxyd, Ceroxyd oder andere solcher energiedurchlässigen, optischen Interferenzmaterialen auf die Smpfängerschicht in Form einer organischen Verbindung auf, die Io einem organischen Lösungsmittel gelöst ist, beispielsweise a3e Aluminium-, Silicium- oder Cerresinat. Vorzugsweise sprüht'man die Lösung auf die Oberfläche der Empfängerschicht, wobei man 2 oder mehr Überzüge aufträgt, die man teilweise oder vollständig zwisohen den einzelnen BeSchichtungen trocknen lässt. Man kann aber auch die Lösung auf die Oberfläche der Empfängerschicht

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aufbürsten, obwohl diea weniger bevorsugt wird, da man durch Aufsprühen einen gleiohmäasigeren überrag erhält. Die aufgetragene Lösung brennt man dann an Luft bei Temperaturen von etwa 500 bis 800⁰O, um die organischen Subatansen su vertreiben und um auf der sBmpfUngersohioht eine dünne Sohloht von Aluminiumoxyd, SiIiclumdloxyd oder Cerosyd (OeO₂) absusoheiden. Das lösliche Aluminlumrealnat «teilt man her, indem man ein löeliohes Aluminium-•al·, beispielsweise Alumlniumaoetat, mit Kolophonium bei einer Temperatur von etwa 150⁰C sur Umsetstung bringt. Daa lösliohe Slllolumresinat stellt man her, indem man eine Mischung aus Silioiumtetrachlorid und Kiefemhar· auf 120 bis 130⁰O erkitat (vergl. USA-Ptttentechrift 2 842 457, Spalte 7, Zeilen 1 bis 47), Die lösliohen Cerreslnate stellt man her, indem man Oerhydroaqrd mit dem Vatriumaals von Kolophonium bei einer Temperatur von etwa 75°0 umeetst. Geeignete Lösungsmittel sur Herstellung ' der Lösungen sum Auftragen sind beispielsweise eine Mischung aus ätherisohen ölen, Terpentinöl, und einer Mischung aus . RosmarinOl, Hitrobensol und Toluol. *

Geeignete Maaaen sur Bildung der die optische Interferenz bewirkenden, energiedurchlässigen, äuseeren Schicht sind beispielsweise die folgendent

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Masse I

Alumlniumresinat, dae in einer Misohung

au« Bosmarinöl, Vitrotoensol und Toluol

gelöst let (5 * Al₂O₃) 33,3

Kolophonium, geluvt in Spiköl

(50 % Kolophonitui) 33,3

LaYendelöl 11,1 ,

Kaapferöl 11,1

Petltgrainöl 11,2

Iteeae II

Cerresinat, das in einem Oemieoh aus RoesarinOl, Nitrobenzol und Toluol

gelöit iet (5 t OeO₂) 40

Kolophonium, gelöst in Spiköl

(50 £ Kolophonium) 30

Larendelöl 10

Kampferöl 10

Petitgrainöl 10

Maaae III

Silioiumresinat, das in einem Gemisch aus Hoemarinöl, Hitrobensol und Toluol gelöst ist (20 * SiO₂) 20

Kolophonium, gelöst in Spiköl

(50 Jt Kolophonium) 15

Larendelöl 15 Petitgrainöl 25

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Temperaturen im Bereich von etwa 250 bis 95O⁰C «erden zum Erhitzen der flüssiges Gold enthaltenden Zusammensetzung angewandt. Die Verbindungen der Elemente, die glaserBeugen« de Bestandteile in ihrer Oxydform sind, sum Beispiel Organoverbindungen von Silicium, Barium, Wismuth und Chrom, wie 'die Resinate dieser vier Elemente, werden in die entsprechenden Oxyde SiO₂* BaO, Bi₂O, und Cr₂O, bei Temperaturen von etwa 250⁰C bis etwa 35O⁰O umgewandelt, die Organo-Goldverbindung wird zersetzt und die Oxyde werden bei einer höheren Temperatur von etwa 35O⁰C bis 600⁰C zusammenge-

. schmolzen.

Die geschmolzene Empfängerschioht nach dieser Erfindung enthält vorzugsweise von etwa 80 bis 92 Gew.-# Gold und von etwa 8 bis 20 Gew.^ insgesamt Oxyde, beispielsweise Bi₂O,, Cr₃O₅, SiO₂ und BaO. Diese Oxyde bilden zusammen das Glas. Eine bevorzugte eingebrannte Schicht, die die gewünschten optischen Eigenschaften besitzt, hat folgend· Zusammensetzung:

Gewichta-*

Au 89,5

Hh 0,4

Bi₂O* 4,5

ZI 0,2

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BaO* 3,7

Die flüssiges Gold enthaltende Zusammensetzung, die auf die

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Sperrschicht aufgebracht wird« um die Empfängerschioht SU bilden, 1st vorzugsweise eine flüssige Glansgold enthaltende Zusammensetzung (liquid bright gold), zu der verträgliche Verbindungen der Elemente, welche in Oxy df ore, das heisst als Oxyde, die glaserzeugenden Bestandteile sind, zugesetzt werden. "Liquid bright gold" ist als Lösung einer Organo-Goldverblndung bekannt, zum Beispiel

als Goldeulforesinat in einer organischen Ziermasse, die ätherische öle und ebenfalls kleinere Mengen von vertrag= liehen Flussmittelverbindungen von Elementen, wie zum Bei= spiel Rhodium, Wlsmuth und Chrom, enthält. Ein Goldmercaptid kann anstelle des Goldsulforeainats verwendet werden. Das flüssige Glanzgold (liquid bright gold) ergibt eine glänzende dünne Schicht, wenn es auf eine hitzebeständige Unterlage oder Oberfläche aufgebracht und eingebrannt wird, um das organische Material auszutreiben oder auszubren-

, nen. "Liquid bright gold" 1st beschrieben von Chemnitius in J. Frakt. Chem. 117. 245 (1927) und von Ballard in den US-Patent 2 490 399.

"Liquid bright glaszusammensetzungen enthalten die Organo Goldverbindung im allgemeinen in einer Menge, die etwa 7 bla 20 Gew.-^ Gold entspricht, wobei die verträglichen Verbindungen der anderen Plussmittelelemente oder Metalle, beispielsweise von Rhodium, Chrom und Wieauth, normalerweise in dieser Zusammensetzung in relativ geringeren Men-

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gen enthalten sind. Die Organoverbindung dee Rhodiums let gewöhnlich In einer Menge In der Zusammensetzung enthalten· die etwa 0,03 bia 0,10 Gew.-?C Hhodlum äquivalent let. Die Organorerblndung de· Chrome lat In einer Menge, die etwa 0,02 bia 0,06 Gew.-jt Or₂O. äquivalent iat und die Organo* Ttrbindung dee Vlaamth let in einer Menge in der Zusaameneetsung vorhanden, die etwa 0,10 bia Q, 50 Gew.-^ ^Bi2°j äquivalent let, wobei der Seat aua Trägeraubatanz besteht. Organorerblndungen dea Niokele oder dee Kobalts können, wenn gewünscht, die Verbindungen τοη Chrom und Wismuth ale Hueemlttel in der Eueaoneneetaung ersetzen. Das flüssige Qlansgöld let YoreugSWeise alt den Terträgllohen Verbindungen τοη Sllloiua und dem Baaiaaetall, wie «im Beispiel Silleluareelnat oder üariuareeinat, in folgenden Ctowlohta-TerhKltnlaeen Temlsoht: flttaaige Glenagoldauaaiimeneeteung ▼on etwa 93 bia 97 £_f 811ioltt«rerbindung_v berechnet als SiO₂# ▼on etwa 0,5 ble 2,0 j· und Baaleaietallverbindung, berechnet als Ox/d, τοη etwa 2,5 bia 5,0 Gew.-^. Anstelle der löslichen Organoverbindungen dee Rhodiums, Chroms, Wieauthe oder anderer Flusemitteleleaente in des flüssigen Olanzgold, können rerträgllche anorganiaohe Verbindungen elneohlieeellch Rhodiumohlorld, Chrosiohlorld und Wismuthtrlohlorid oder , Wlsmuthnltrat verwendet werden. Anstelle der löeliohen OrganoTerbindungen dee Silicium« und dee Bariums können andere Verbindungen dieser Elemente, sum Beiepiel Tetrabenzylalllcan und Bariumaoetat,zugesetzt werden.

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Die Sperrschicht, die auf die Metallbaaia ror Aufbringung der Empfängerschioht aufgetragen wird, iat wesentlich» ua daa Ineinanderdiffundieren des Gold·· und dea Metallee der Basis mi verhindern. Wenn eine solche Diffueionssperrsöhioht nioht vorhanden iat, diffundiert daa Gold der Empfängeraohioht in die Mftallbaais, bia die Eajpfängeraoh^oht Töllig goldfrei ist· Das Material der Diffusionseperreohicht iat ein hitzebeetändige· Material. Beiapiele für solche Materialien sind hitsebeständige Oxyde, cua Beispiel Oeroxyd, Aluminiumoxyd, Hiekeloxyd und Porzellanemaille-fritten.

Das Material der Dlffueionaeperrsohloht ist vorzugsweise ein dielektrisches Material, das heieet ein Material, daa den elektrischen Strom nioht leitet oder einen spezifischen " elektrischen Widerstand von wenigstens 50 000 0ha besitst.

Der Grund hierfUr ist, dass Metalle nicht in dielektrische Feststoffe diffundieren oder die Diffusionsgesohwindigkeiten in diesen Stoffen sehr viel geringer sind als die Diffuslonsgeschwindigkeiten von Metallen in nicht dielektrischen Materialien.

Dae Cerozyd kann auf der Hetallbasls durch Niederschlagen im Vakuum, dae Aluminiumoxyd durch Flammenspritzen und das Kickeloxyd durch Elektrogalvanieieren und nachfolgendes Erhitzen der mit Nickel Überzogenen Basis in Luft aufgebracht werden. Diese Verfahren zum Aufbringen der Oxyde

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sind bekannt. Eine bevorzugte Weise des Aufbringens von Aluminiumoxyd, Oeroxyd oder Nlokeloxyd bestellt darin, eine Lösung einer Organoverbindung dee Aluminiums, Cere oder Nickels in einem organischen Lösungsmittel herzustellen, dann die Lösung Über die Uetallbasis in Form eines dünnen Films zu versprühen und nachher die aufgesprühte Schicht bei Anwesenheit von Luft und bei Temperaturen von etwa 300 bis 800⁰G einzubrennen, um die organischen Stoffe auszutreiben und das Ceroxyd, Aluminiumoxyd oder Nickeloxyd niederzuschlagen. Hit dieser AufsprUhmethode werden dünne Sperrschichtfilme erhalten, die aus den oben aufgeführten Gründen bevorzugt werden. Fritten werden durch Aufsprühen der Emaille-Fritten, die in einer flüssigen Trägersubetanz suspendiert sind, auf die Metall« basis angewandt, wonach die aufgebrachten Fritten eingeh brannt werden. Dies ist ein übliches Verfahren. Alternativ können die Fritten als trookenes Pulver ohne eine Trägersut) a tanz aufgebracht werden, wobei die trockene, pulverisierte Porzellanemaille auf die Metallbasis aufgesiebt und dann eingebrannt wird. Die Verwendung von Poreellanemaille-Fritten für die Sperrschicht wird in zweiter Linie angewandt, da es schwierig ist, die gewünschten kleinen Stärken mit den Fritten zu erhalten.

Die Metalle der Basis sind solche, die bei Arbeitsbedingungen des Sonnenkollektor* stabil sind, wobei Tempe-

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raturen bia zu 800⁰C und höher auftreten und sich diese Metalle im Hochvakuum, wie ee im WeltenrauH vorhanden iat, befinden. Beispiele solcher Metalle sind eine Hiokelverbindung, die unter dem Warenseichen "Inconel" verkauft wird, Nickel selbst, korrosionsbeständiger Stahl, Fiatin und Palladium. Diese Metalle haben gute Festigkeiten, sind korrosionsbeständig und laufen bei hohen Temperaturen im Hochvakuum nicht an.

Das Gold der Smpfängersohicht muss notwendigerweise mit Glas gemischt sein, da ohne, das Glas die gewünschten optischen Eigenschaften der Empfangerschient nicht erhalten werden. In der geschmolzenen Mischung ist das Glas gleichförmig oder im wesentlichen gleichförmig in dem Gold verteilt. Es ist zwar nicht absolut sicher, jedoch wird angenommen, daaa das Glas hauptsächlich für die relativ starke . Absorption der Sonnenenergien bei Wellenlängen unter 1,5 Mikron verantwortlich ist, während das Gold hauptsächlich das geringe oder niedere Emissionsvermögen des Filmes bestimmt. Das Gold liegt gewöhnlich in geschmolzenem Zustand vor und ist mit Rhodium oder anderen Flussmitteln legiert.

Es sind vorzugsweise die glaserzeugenden Bestandteile, die zusammen schmelzen, um das Glas der Empfängerschicht, das das Siliciumdioxid enthält, zu bilden. Eine besonders bevorzugte flüssige Goldzusammensetzung weist zusätzlich zu

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Silioiumdioxyd Bariuaoxyd, die beide Beetandteile eind, die normalerveiae nioht in "liquid bright gold" rorllegen, und ebenfalls Chromoxyd und Vismuthtrioxyd auf, welche Beetandteile sieh normalerweise in "liquid bright gold" befinden· Diese Tier Beetandteile eind ron Anfang an in dem "liquid bright gold" ale rertragliohe Verbindungen, Yoreugsweiee al· Organoverbindungen, sum Beispiel ale Reeinate, rorhanden und «erden in die entsprechenden Oxyde bein Einbrennen umgewandelt. Diese Oxyde sohmelssen nusarnaen und bilden da« Glas nach dem Abkühlen. In sweiter Linie kann Bariuaoxyd duroh einen oder mehrere andere glaserseugende Beetandteile eubstituiert «erden· Beiepiele tür diese anderen glaaeraeugenden Bestandteile sind die basischen Metalloxyde, Caloiumoxyd, Magaeaiumoxyd, Berylliumoxyd, Lithiumoxyd und 8trontiumoxyd· Anstelle τοη Silioiumdioxyd kann Germaniurnoxyd als glaaeraeugender Bestandteil rerwendet «erden. Di· oben aufgeführten glaaerseugenden Bestandteile, die ebenfalle normalerweiee nioht Bestandteile der "liquid bright gold"-ZU8ammeneetsung sind, werden ale rerträgliohe Verbindungen, voraugaweiee als Organoverbindungen der besonderen Elemente, «um Beispiel als Resinats derselben, eugesetst. Diese Resinate ebenso wie die Reeinate dee Silioiume, Bariums und der Fluesmittelelemente, die normalerweiee in dem "liquid bright gold" Torliegen, «erden duroh Reaktion anorganischer Verbindungen, die diese BIe-

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mente enthalten, mit einem organieohen Material, wie sum Beispiel Kolophonium (rosin), erseugt· Die Herstellung der Resinate ist ausführlicher in der ÜS-Patenteohrift 2 $42 beschrieben.

Die geechmoleene Hisohung aus Gold und Gift· der Bapfltagersohioht besitzt nicht nur die optieohen Eigenschaften hin« sichtlich des gewünschten Absorptions- und Reflexionsvermttgens, sondern die Kombination ist ebenfalls bei erhöhten Temperaturen bis zu 800⁰C und darüber und im Hochvakuum stabil..

Beispiele von "liquid gold^N-Zueamaeneetzungen, die gut geeignet sind, um auf die Sperrschicht durch Einbrennen aufgetragen zu werden und um die Empfängerechioht eu bilden, werden nachfolgend aufgeführt. Beide Zueammeneeteungen ent·* halten Siliciumresinat und Bariumresinat als Organeverbindungen, die Üblicherweise in einer "liquid bright gold"-Zusammensetzung nicht vorhanden sind und als besondere Beetandteile zugesetzt werden. -

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Glanzgold ("liquid gold"i-Zusammenset«und A QewlohteanteilC

Goldaulforeeinat, das In einer Mischung aus Roemarinöl, Hitrobenzol und Toluol (24 # Au) gelöst ist

Rhodiumsulforesinat, das in einer Misohung aus Roemarinöl, Nitrobenzol und Toluol (1 ^ Rh) gelöst ist

Wismuthresinat, das in einer Misohung von

ätherisohen ölen

(5 $ Bi₂O₃) gelöst ist

Chromresinat, das in einer Mischung von Cyclohexanon und Terpentinöl (3 # Cr₉O-.) gelöst ist * ■* .

Siliciumreeinat, das in einer Mischung von flüchtigen ölen (20 # SiO₂) gelöst ist

Bariumreeinat, das in einer Mischung von ätherischer ölen (13 # BaO) gelöst ist

Asphalt, der in Terpentinöl gelöst ist, (30 # Asphalt)

Kolophonium, das in Terpentinöl gelöst ist, (50 JO Kolophonium)

Hexalln Toluol

Äthylacetat

15,49 1,45 3,23

0,25 0,31 1,04 1,3

1,3
1,77 0,43 0.43

25,00

"liquid gold^w-Zusammen8etgung B

Goldsulforesinat, das in einer Misohung von Roemarinöl, Nitrobenzol und Toluol (24 # Au) gelöst ist

Rhodiumsulforesinat, das in einer Misohung von Rosmarinöl, Nitrobenzol und Toluol (1 # Rh) gelöst 1st

Gewichtsanteile

8,99 0,97

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"liquid gold"-Zusammensetzung B (Fortsetzung) Gewiohteanteile

Wismuthreslnat, das in einer Mischung τοη

ätherisohen Ölen (5 # Bi₂O₃) gelöst ist 2,15

Chromresinat_f, das in einer Mischung von Cyclohexanon und Terpentinöl (3 £ Cr₂O.) gelöst 1st 0,165

Siliciumresinat· das In einer Mischung von

ätherischen ölen (20 £ SiO₂) gelöst ist 0,209

Barlumreslnat, das in einer Mischung von

ätherischen ölen (13 * BaO) gelöst ist 0,692

»Asphalt, der in Terpentinöl gelöst ist (30 i» Asphalt) 2,95

Kolophonium, das in Terpentinöl (50 # Kolophonium) gelöst ist 2,95

Hexalin 3,924

Toluol 1,0

Äthylacetat 1.0

25,000

Mit dem Ausdruck "Glas" als Bestandteil der Empfängerschicht, wie er in dieser Beschreibung gebraucht wird, wird eine geschmolzene, nicht kristalline Masse verstanden, die aus Siliciumdioxyd oder Germaniumoxyd und den anderen, oben aufgeführten Oxyden besteht, die in situ während des Einbrennens gebildet werden. Unter dem Ausdruck "Silikat«· Glas" wird ein Glas der oben definierten Art verstanden, das Siliciumdioxyd als einen der glasbildenden Bestandteile enthält. Unter dem Ausdruck "glasbildende Bestandteile oder glaserzeugende Bestandteile" werden Siliciumdioxyd oder Germaniumoxyd und die anderen Oxyde verstanden* CIu, in situ während des Einbrennens gebildet werden, die zusamaen-

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w 22-

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«3

sohmelsen und dae Glas naoh dem Abkühlen bilden. Unter den Auedruck "baeieohe Metalloxyde" werden die Metalloxyde Yerstanden» die in der Lage sind, mit Silloiumdioxyd oder GermanluBOxyd kombiniert su werden, um ein Glas su bilden.

experimentell festsustellen, ob glaeenthaltende GoIde oh lohten ale Oberflächen für Sonnenkollektoren brauchbar sind, lat es notwendig, daa Reflexionsvermögen Über den ' Wellenlängenbereioh von 0,4 bie 15 Mikron su messen. Sa die Durchlässigkeit dieser Pllme sehr gering ist, etwa 1 + bei jeder Wellenlänge, ist der Unterschied swlsohen dsr gemessenen reflektierten Energie und 100 Jt der eingestrahlten Energie eine Annäherung an die Energiemenge, die bei einer besonderen Wellenlänge absorbiert wird. Da 90 Jt dsr Sonnenenergie in den Wellenlängenbereloh von 0,4 bis 1,5 Mikron fällt, muss ein Glas enthaltender Go idf ilm, tun eich ale brauchbar su erweisen, in diesem Bereich wenig Energie reflektieren, daa heisst in diesem Bereich gut absorbleren. Um su bestimmen, ob ein solcher Film das dem puren Gold eigene geringe Emissionsvermögen besitzt, wird das Reflexionsvermögen Über den Bereich von 1,5 bis 15 Mikron gemeeeen. Wenn die Werte für dae Reflexionsvermögen in diesem Bereich hoch sind, ist daa Emissionsvermögen notwendigerweise gering, da sich diese beiden Eigenschaften gegenseitig aueschllessen.

- ²³ - 009816/0477 BAD OR/G,_NAL

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Ea wurden Versuche durchgeführt, us die erwUneohten Abeorptione~ und Reflexions eigene ohaf ten einer Vieleahl von Schichten darzueteilen-, die duroh Einbrennen organischer Lösungen von βinβeinen Elementen erhalten wurden, die al· Zueätee Eu organischen Edelaetalieeungen verwendet werden können. Diese Elemente wurden in organischen Lösungen 10s-

lieh gemaoht, indem zuerst geeignete Carboxylate, Alkoholate oder Meroaptide in bekannter Weise hergestellt wurden. Sie Ausgangssäure, der Alkohol oder das Mercaptan wurden eo gewählt, dass eine hohe Löslichkeit des Elemente, eine geringe Flüchtigkeit, vollständige Zereetsung der or-. ganischen Bestandteile beim Erhiteen und eine Verträglichkeit mit den Lösungen anderer Metalle erhalten wurden·

Ee wurden Lösungen der nachfolgenden Elemente hergestellt und die daraus erhaltenen Filme wurden dann getestet.

Gold	Aluminium	Cadmium	Lanthan
Silber	Lithium	Zinn	Magneeium
Platin	Kalium	Antimon	Wolfram
Palladium	Yttrium	Barium	Germanium
Rhodium	Chrom	Gallium	Kupfer
Ruthenium	Mangan	Heodym	Rhenium
Iridium	Eisen	Praseodym	Uran
Bor	Nickel	Hob	Molybdän
Kobalt	Zink	Car	Indium
Silicium	Tantal	Blei	Phosphor
Calcium	Strontium	Wismuth	Natrium
Vanadium	Zirkon	Titan

- 24-

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fr

Die Herstellung der Lösungen umfasst die Verdünnung mit aromatischen Lösungemitteln und flüchtigen ölen sowie den Zusatz von Lösungen aus Asphalt* Kolophonium und geechwefeltem Kolophonium. 26 cm Natronkalkglas mit einer Stärke von 1,59 mm wurden mit einer Reinigungslösung in ,einer Haushaltswaschmasohine gewaschen. Das Olas wurde in der Maechine getrocknet und nicht an der Oberfläche, die beschichtet werden sollte, berührt. Das Olas wurde dann in eine Zentrifuge in einem staubfreien Raum gebracht, In welchem ein Überdruck aufrecht erhalten wurde, indem Luft durch ein Filter in diesen Raum geblasen wurde. Das Glas wurde dann mit einer Kamelhaarbürste leicht abgestaubt. Die aufzubringende Lösung wuide etwa auf die Mitte des Glases getropft während dieses sich mit 1 550 Umdrehungen pro Minute drehte. Ss war lediglioh nötig zu beobachten, dass überschüssige Lösung von den Kanten abgeschleudert wurde. Das Glas wurde hierauf aus der Zentrifuge herausgenommen und in dem staubfreien Raum belassen, um zu verhindern, dass der Staub der Luft die nooh klebrige Sohioht berührt·. Wenn eine Anzahl Proben Überzogen worden war, wurden sie abgedeckt und in einen elektrischen Ofen gebracht« Dann wurden sie auf flache, hitzebeständige Träger gelegt und in luft auf eine Spitaentemperatur von 600° G gebrannt. Der gesamte Zyklus in dem Ofen betrug 1,5 Stunden, wobei das Glas auf der Spitzentempexatur 10 Minuten lang belassen wurde.

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B-802-A ft

Unter Einbrehnbedlngungen, die bei diesen Vereuohen an/je wendet werden, wurden von allen Elenenten, die Oxyde bilden, die stabilsten Oxyde erhalten. Bei Verwendung von Sold und Platin wurden spiegelnde Schichten bei Temperaturen von 300 bia 400° C erhalten» die jedoch sswischen der letztgenannten Temperatur und 600° C wieder zerstört wurden Diese Zerstörung führte zu einem Verlust der spiegelnden Oberfläche und su einen Verlust an elektrischer Leitfähigkeit Unter Vergröaserung in Mikroskop zeigte sich_B dass die glätten Schichten in diskrete Metallbereiche zerbrachen und hochtransparent wurden Von den Schichten» die aus den 4? Lösungen erhalten wurden, zeigten nur die Schichten die Kobalt, Mangan, Eisen, Kupfer, Uran und Palladium enthielten eine genügende Zunahme der Absorption bei unterhalb 1,5 Mikron, was durch eine Abnahme der Durchlässigkeit

bei 1,9 Mikron, die nit einem Beokman-DU-Instruiaent gemessen

wurde, festgestellt wurde, um eine direkte Messung des Reflexions· t Vermögens zu vermeiden Die restlichen vierzig Schichten, einsohlieeolich derjenigen aus Sold und Platin, zeigten nicht das erforderliche Absorptionsvermögen bei und unterhalb 1,5 Mikron Die Schichten jedoch, die aus Kobalt, Mangan, Elsen·, Kupfer, Uran und Palladium erhalten wurden, zeigten nicht das gewünschte, gute Reflexionsvermögen über 1,5 Mikron, sondern .sum' grössten Teil ein abnehmendes Reflexionevermögen, wie aus , der folgenden Tabelle Z hervorgeht.

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BAD OFUGINAL

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	1ft⁴	1 · B <	ι 1 Ii	ft	H Be flexion	V	ι
	9	besogen BlnsH	r ι	Ott	14	polierten Aluai-
	8			12	11
	It			5	6	Pd
Spiegelreflexion	6	* 12	auf einen ebenen ipiegeli	3	6	17
Wellenläne	9	10		3	8	20
ta Mikron	16	11		6	10	25
0,4	22	9	14	9	10	25
, 0,5	22	11	13	9	10	25
0,6	21	14	16	9	10	19
0,8	20	16	6	9	10	15
no	19	17	11	9	9	13
i.2	19	15	14	8	7	11
1*4	17	14	17	8	7	10
1.6	12	13	17	8	6	10
1,8	14	12	17	7	4	9
2.0	14	11	16	5	4	β
2,2	7	9	15	5	3	6
^,4	12	8	15	5	5	5
*.6	10	7	15	6	3	5
«»8		7 *	12	5	1	5
JItO	7	10	6		4
3,2	6	10	6 -
3,4	5	11	5
		9
3,8	9
AtO	7

Ee norden nun die Om Äde der Beschreib«ng angeführten
Zeichnungen erläutert.

Figur 1 selgt einen aohematischen Querschnitt eines Sonnenenergiekollektors moh dieser Erfindung.

Figur 2 Teranaohaulicht graphisch die Wirkung der die optische Interferena bewirkenden, liusseren Schicht dea S onn en energiekoll^·store -,ach der Brflcdttng (wesentliche verminJerong der

^- _?7 ^BAD OFUGlNAL

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Ü-ÖÜ2-A

Figur 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt der die optisch· Interferenz bewirkenden, äussoren Schicht des Sonnenenergie* kollektore nach der Erfindung, wobei die Empfängersohieht nur teilweise zu sehen ist.

Figur 4 veranschaulicht, wie sich die Energiewellen untereinander gemäss der Erfindung aufheben.

Der in Figur 1 dargestellte Sonnenenergiekollektor 5 besitzt eine Metallbaeis 6, die eine Blatte oder Schioht aus der Nickellegierung "Inconel" ist. Die Abmessungen dieser Platte sind: Stärke 1,59 mm, Länge: 5,08 cm und Breite: 5,08 gib· Eine Sperrschicht 7 aus hitzebeständigem dielektrischem Material, wie zum Beispiel Ceroxyd, befindet sich auf der Basis 6 und ist mit dieser fest verbunden« Die Sperrschicht 7 hat eine Länge und ein· Breite, die den entsprechenden Ausmassen der Basis 6 entspricht. Die Stärke der Sperrschicht ist 1 000 Angstrum-Einheiten, so dass ein guter Wärmeübergang von der Empfängersohioht zu der Metallbasis nicht verhindert wird. Die Enpfängersohicht 8 befindet sich auf der Sperrschicht 7 und ist mit dieser fest verbunden. Diese Schioht ist ununterbrochen und besteht aus einem geschmolzenen homogenen innigen Gemisch von metallischem Gold und einem Silikatglas. Das Glas ist gleichförmig in dem Gold verteilt oder mit diesem homogen gemischt. Die Enpfängerschioht 8 besitzt eine gleichmäesige gelbe Farbe, die sich ganz durch die Schioht erstreckt und von dem Gold herrührt. Das Silikatglas ist aus glaserseugenden Oxyden hergestellt« die in situ während des Einbrennens gebildet werden, wie oben beschrieben wurde. Die Eapfängersohicht 8

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im-., ' ■

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besitzt eine Stärke von 1 800 Angström-Einheiten und ihre Länge sowie Breite entsprechen den gleichen Abmessungen der Sperrschicht 7. Die optische Interferenssohioht 9 aus Aluminiumoxyd (Al₂O,) wird auf die Empfängereohicht 8 aufgetragen und damit verbunden. Schicht 9, welche die Sonnenenergie durchläset, aber welche die aufhebende optisohe Interferenz ergibt, ist eine dünne Sohioht mit einer Sicke von etwa 1 250 A und stellt eine transparente Sohioht darο Aufgrund der durch die Sohioht 9 bedingte optische Interferenz ergibt sich eine wie oben beschriebene Anti- Reflexionswlrkung , wobei die Sohioht 8 eine wesentlich erhöhte Absorption zeigt, wie durch Kurve A im Gegensatz zu Kurve B in Figur 2, uuf die nachstehend eingegangen wird, zum Ausdruck kommt ο Die innere Oberfläche 10 von Schicht 9 ist eine ebene Oberfläche, die parallel zur Oberfläche 11 dieser Schicht verläuft. Die vier Schichten haften durch starke Bindungen aneinander und bilden eine integrale Einheit. Wenn der Sonnenenergiekollektor 5 zur Erzeugung von thermoelektrische!» Strom beispielsweise in einem Raumschiff oder einer Rakete verwendet wird, befindet sich die heisse Verbindungsetelle eines Thermopaare oder Thermoelements in Berührung mit der Metallbasis 6. Geeignete Thermoelemente für eine solche thermoelektrische Betriebewelse besitzen beispielsweise Thermopaare, deren zwei Schenkel aus leicht unterschiedlichen Wisiauth-Tellurid-Zueammeneetsungen bestehen, oder Theraopaare, deren zwei Schenkel leicht unterschiedliche Blei-Tellurid-Zusammensetsungen aufweisen·

Bas überragend geringe Reflexioneveruögea da« duroh den erfindungsgem&teen, die optische Interferone bewirkenden Übereog

~²⁹ " oottis/om

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erreicht wird, wird durch die Kurven der Figur 2 veranschaulicht. Die Kurve A in Figur 2 leitet eich von den Reflexionewer ten ab, die man unter Verwendung des gemäße Beispiel VIII hergestellten Sonnenenergiekollektors erhalten hat. Der die optische Interferenz bewirkende Überzug dieses Kollektors 1st aus Aluminiumoxyd« Das Aluminiumoxyd wird auf die Gold-Glaa-Auesenschicht aufgetragen, indem man diese Schicht durch Aufsprühen einer Lösung aus Aluminiumresinat zweimal Überzieht, wobei man das Aufgesprühte zwischen

J den BeSchichtungen teilweise trooknet und ansehliessend brennte

Die Kurve B leitet sich von den Reflexionewerten ab, die man unter Verwendung des nach Beispiel IV hergestellten Sonnenenergiekollektors erhält, der auf der Gold-Glas-Empfängerschicht keinen, die optische Interferenz bewirkenden Überzug hat. Den Kollektor, von welchem man die Werte für die Kurve B erhalten hat, hat man duroh viermaliges Auftra^an einer Lösung aus Aluminiumresinat auf das Substrat Überzogen und anschliesaend gebrannt. Das überragende gerinne Reflexionsvermögen , das man mit dem Kollektor gemäss der Erfindung erreicht, wie duroh Kurve A gegenüber Kuve B zum Ausdruck kommt, stellt eine bedeutende und wertvolle Verbesserung dar, da dadurch eine damit verbundene überragende Energieadsorption durch die Empfängerschicht des Kollektors gemäss der Erfindung (Kurve A) stattfindet, im Gegensatz zu den Kollektor, von deu sich die Kurve B ableitet. Die optische Interferenz, die man durch die äuaaere Schicht 9 von Figur 1 erreicht, wird Ib Hinbliok auf die Figuren 3 und 4 leichter verständlich. T7enn die Sonnenstrahlenenergie auf die äusaere

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Sohioht 11 der die optische Interferone bewirkenden Sohioht 9 auftrifft, wird eine bestimmte Energiemenge in gleioher tfelee Ton der äueeeren und inneren Oberfläohe 11 bsw. mit der jeweiligen Wellenlänge reflektiert. Sie Einfalleenergiewelle IM wird teilweise von der äusseren Oberfläche 11 reflektiert, der Hauptanteil der Energie dringt in Sohioht ein und ein kleiner Anteil wird bei N reflektiert» Entepreohenderweise wird ein Teil der Energiewelle OF bei F reflektiert, der verbleibende Teil der Welle geht in die Sohioht 9 hinein, und ein kleiner Anteil davon wird bei Q reflektiert. Wenn Bnerglewellen parallel su JM und OF auf die äuesere Oberfläche 11 der Sohioht 9 auftreffen, werden parallele Wellen FR, ST usw. von der äuoaeren OberflHohe 11 der Sohioht 9 reflektiert, Ee sind über auch Wellen vorhanden, die parallel su FR, ST usw. sind, die von der inneren Oberfläohe 10 der Sohioht 9 reflektiert wurden. Die '.Teilen, die von der inneren Oberfläohe 10 reflektiert werden, Überlagern eich mit solchen, die von der äueeeren Oberfläohe 11 der Sohioht 9 reflektiert werden. Die Ewei Bündel der reflektierten Strahlen oder Wellen, unterscheiden eioh in der Fhase, da die, welche von der inneren Oberfläohe 10 der Schicht 9 reflektiert wurden, sweiuttl die Dloke der Schicht 9 durchlaufen mussten, und «war susätzlich su der Streoke, die von den Strahlen oder Wellen durchlaufen wurden, die von der äueeeren Oberfläohe 11 reflektiert wurden. Diese wellen unter-

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scheiden eich in der Phase um eine halbe Periode oder Wellenlänge, mit dem Ergebnis, dass sich die !Teilen untereinander aufheben· Diese aufhebende Interferenz ergibt eine wesentlich veruinderte Reflexion und folglioh eine weeentlioh erhöhte Energieabsorption durch die Empfängeraohioht 8. Figur 4 zeigt die Reflexion der Energiewelle 13 an der äusseren Oberfläche 11 der Schicht 9 von Figur 3 und der Energiewelle 14 an der Inneren Oberfläche 10 der Schloht 9* Die Wellen 13 und 14 unterscheiden sich in der Phase tun eine halbe Periode infolge der vorstehend diskutierten optischen Interferone und heben sich demzufolge untereinander auf.

Die in Tabelle II zusammengestellten Werte sseigen die optischen Eigenschaften in dem zur Diskussion stehenden Wellenbereich Ton Schichten auf Probegläsern, die durch Aufbringen dieser Schichten und Einbrennen der "liquid gold"-Zusammensetzung A, die oben näher bezeichnet wurde, erhalten wurden. Die Schicht hat eine Stärke von etwa 1 800 Angstrttm-Einheiten.

Tabellen Spiegelreflexion, bezogen auf einen ebenen polierten Aluai-

niumspiegel in Prozenten

Wellenlänge in Mikron	jC Reflexion	* Absorption
0,4	55,6	44,4
0,5	29,4	70,4
0,6	47,5	52,5
0,8	49,2	50,8

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Tabelle IX (Fortsetzung)

Wellenlänge in	% Reflexion	% Absorption	36,7
Mikron		■	25,3
1.0	63,3	14,0
1,2	74,7
1.4	86,0
1,6	88,5
1.8	89,2
2,0	91,8
2,2	93,5
2,4	93,8
2,6	97,0
2,8	90,0
3,0	93,0
3,2	94,5
3,4	90*8
3,6	95,6
3,8	93,5
4,0	97 ,*2
5,0	98
6,0	99
8,0	98
10,0	98
12,0	99
14,0	99
15,0	100

Die in Tabelle II aufgeführten Werke Beigen, daas die Schicht am meisten Energie in Wellenlängenbereiohen unter 1,5 Mikron absorbiert, wobei die stärket« Absorption bei 0,5 Mikron erfolgt, was die Wellenlange der maxiaen Sonnenstrahlung ist. Die Tabelle II seigt ebenfalls» dass der

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B-SO₂-*

PiIm bei Wellenlängen grosser als 1,5 Mikron wesentlich mehr Energie reflektiert als bei Wellenlängen unter 1,5 Mikron. Dieses Ergebnis wird angestrebt.

Die optischen Eigenschaften in dem zur Biskussion stehen= den Wellenlängenbereich, die Schichten zeigen, die auf Probegläser aufgebracht und eingebrannt wurden, wobei die "liquid gold"~Zusammensetzung B, die oben näher definiert wurde, verwendet wurde, sind in Tabelle III unten dargestellt. Diese Schichten besessen eine Stärke von etwa 1 250 Angström-Einheiten.

Tabelle III Spiegelreflexion in Prozenten, bezogen auf einen ebenen,

polierten Aluminiumspiegel

Wellenlänge in	% Reflexion	% Absorption
Mikron
0,4	57,0	43
0,5	31,0	69
0,6	33,7	66,3
0,8	52,2	46,8
1,0	61,2	38,8
1.2	72,7	27,3
1.4	82,0	18,0
1,6	96,0
1.8	96,7
2,0	96,6
2,2	95,5

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Tabelle III (Fortsetzung)

WellenläneeCMil	eron) % Reflexion > Absorption
2,4	95,0
2,6	97,8
2,8	94,5
3,0	81,7
3,2	81,0
3,4	91,8
3,6	91,6
3,8	87,2
4,0	84,2
5,0	99
6,0	100
8,0	102
10,0	102
12,0	103
14,0	103
15,0	103

Aus den Werten in Tabelle III geht hervor, dass die Sohioht wesentlich mehr Energie bei Wellenlängen unter 1,5 Mikron als bei Wellenlängen Über 1,5 Mikron absorbiert und dass das Maximum der Absorption bei Wellenlängen von 1,5 Mikron liegt. Dies ist die Wellenlänge der maximalen Sonnenstrahlung. Die Tabelle III eeigt ebenfalls, dass die Schicht, wie gewünscht, ein höheres Reflexionsvermögen bei Wellenlängen Über 1,5 besitst als unterhalb dieses Wertes.

Anband der Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

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Beispiel I

ο
Eine 26 om groese Platte aus "Inconel" mit einer Stärke von 1,59 mm wurde geschliffen, bis die Oberfläche eine Rauhheit von 5 Mikroinch besase. Geroxyd wurde im Vakuum auf die geschliffene Oberfläche in einer Menge aufgedampft, die durchschnittlich 5,*2 mg/om betrug. Sie "liquid gold"-Zusammensetzung B wurde so auf d.ie Oeroxydfläche mit einer kleinen Kamelhaarbiirste aufgebracht, dass die Goldlösung nicht mit den freien Kanten der ⁿlnconelⁿ-Unterlage in Berührung kam. Der Goldfilm wurde in Luft eingebrannt, wobei nach und nach eine Temperatur von 60O⁰C angewandt und diese Temperatur 10 Hinuten lang beibehalten wurde. Hierauf wurde die Schicht langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Abkühlen erfolgte in einem elektrischen Kühlofen während einer Geeamtdauer von 1 1/2 Stunden. Das Reflexionsvermögen des Glases, das den Goldfilm enthielt, wurde gemessen und mit ) dem Reflexionsvermögen von Magnesiumoxyd in Beziehung gesetzt, indem ein Registrierphotometer von General Electric verwendet wurde. Die Probe wurde dann auf 700⁰G in einem Vakuum von 0,3 x 10 mm Hg 50 Stunden lang erhitzt und erneut gemessen. Es wurde kein wesentlicher Unterschied des

Ί Reflexionsvermögens in dem Bereich festgestellt, in dem

die Sonnenstrahlung ein Maximum beträgt.

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Wellenlänge In	Naoh dem Einbrennen
Mikron	in luft
0,430	17,5
0,500	18,0
0,550	31,0
0,600	37,5
0,650	41,0
0,700	44,0
0,750	48,0
0,800	52,0
0,850	54,0
0,900	57,0
0,950	60,0
1,000	62,5

Nach dem Erhitzen auf 700⁰C im Vakuum

17,5

19,0

33,0

41,0

46,0

50,0

53,0

56,0

58,0

60,0

61,0 ·

63,5

Beispiel II

Die Massnahmen von Beispiel I wurden wiederholt, mit Ausnahme, dass Ceroxyd in einer anderen Weise aufgebracht wurde, die wesentlich einfacher als das Aufdampfen im Vakuum ist. Es wurde dabei die nachfolgend beschriebene organische Lösung Ton Cer verwendet.

Gerreslnat, das in einer Mischung von Rosmarinöl, Hitrobenzol und Toluol

(5 $> CeO₂) gelöst war 36,0

Kolophonium, das in Terpentinöl (50 ?C
Kolophonium) gelöst war 27,0

Roemarinöl 9,0

Hexalin 9,0

Toluol 9.0

90*00

- 37 -j-

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Die sich ergebende klare braune Lösung enthielt 2 ^ Ger, berechnet als CeO₂* Diese Lösung wurde auf die geschliffene ^rtInconel"-Unterlage mit einer kleinen Luftbürste und einem Luftdruck von etwa 1,4 kg/cm aufgetragen. Der organische Überzug wurde darauf in einen dünnen, fest haftenden irisierenden oder schillernden Ceroxydfilm umgewandelt, indem das in Beispiel I oben beschriebene Einbrennverfahren durchgeführt wurde. Sechs sehr dünne Überzüge wurden auf diese Welse aufgebracht, um eine vollständig sperrende Ceroxyddiffusioneschicht von etwa 800 Angström Stärke zu erhalten. Die Gold-Zusammensetzung B wurde dann aufgebracht und in der oben beschriebenen Weise eingebrannt. Der auf diese Weise erhaltene Sonnenkollektor wurde gemessen, 50 Stunden lang in einem Vakuum von 0,3 x 10~⁵ mm Hg, einer Temperatur von 700⁰C ausgesetzt und erneut gemessen. Der Bnergiesammelwirkungsgrad der Zusammensetzung war nach dem Erhitzen im Vakuum etwas grosser, wie aus nachfolgender Tabelle hervorgeht.

Wellenlänge in	Nach	dem Einbrennen	Nach dem Erhitzen
Mikron		in Luft	auf 700⁰C im Vakuum
0,430		19,0	7,0
0,500		20,0	11,0
0,550		32,0	20,0
0,600		38,5	30,0
0,650		43,0	38,5
0,700		45,0	45,0
0,750		47,5	50,0
0,800		*9,0	53,0
0,850		52,0	56,0

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β βο2 a U67734

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Wellenlänge in Haoh dem Einbrennen Nach dem Erhitzen Mikron in Luft auf 70O⁰C im Vakuum

0,900 54,0 58,5

0,950 5$,5 60,0

1,000 59,0 61,5

Beispiel III

Die in Beispiel II beschriebenen Massnahmen wurden wiederholt, mit Ausnahme, dass statt 6 Überzügen, die aus der f organischen Cerlosung hergestellt wurden, nur 2 aufgebracht wurden. Dadurch ergab-sich sine Sperrschicht von etwa 300. Angetröm-Einheiten. Es wurde gefunden, dass ein auf diese Weise hergestellter Sonnenkollektor eine gute Stabilität seigte, naohdem er 50 Stunden lang in einem Vakuum von 0,3 χ 10~⁵ mm Hg einer Temperatur von 600⁰C ausgesetzt wurde. Bs wurde im wesentlichen keine Änderung des Reflexionsvermögen· nach dieser Behandlung festgestellt. Diese dünne DIffusionssperrsohioht konnte keine merkliche Änderung des Reflexionsvermögens der glasenthaltenden Goldsohicht verhindern, wenn sie.auf 700⁰C 50 Stunden lang unter demselben Vakuum erhitzt wurde. Diese Versuche zeigen, dass extrem dünne Ceriuaoxyd-Diffueioneschichten, die aus organischen Lösungen niedergeschlagen werden, bei einer Erhitzung auf 600⁰C längere Zeit lang wirksam bleiben und dasB bei einer Erhitzung auf 700⁰C etwas mehr Ceriumoxydschichten erforderlich sind, um diese Wirksamkeit zu erhalten. Infolg* der leiohten Aufbringbarkeit der organischen Lösungen können die

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to

riohtige Anzahl von Überzügen aufgebracht und damit die Vorrichtung den besonderen Betriebsbedingungen angepasst werden·

Beispiel IV

Um sehr dünne Aluminiumoxyd-Diffusionssperrechichten eu erhalten, wurde folgende Lüsung hergestellt»

" Aluminiumresinat, das in einer Mischung von

Rosmarinöl, Nitrobenzol· und Toluol (5 y> Al₅Oa) gelöst war ^p 33_f3

Kolophonium, das in Terpentinöl (50 # Kolophonium) gelöst war 33»3

Rosmarinöl 11,1

Hexalin 11,1

Toluol 1.1.2

100,0

Die dunkle braune flUsnige Lösung, die sich nach dem Mischen ergab, enthielt ί ,67 Ί» Aluminium, berechnet als AIgO*. Versuche mit 2, 4 und 6 Überzügen, die aus dieser organischen Aluminiumlösung hergestellt wurden, indem diese Lösung aufgebracht und in wesentlichen wie in Beispiel II beschrieben wird, eingebrannt wurde, ergaben, dass Aluminiumoxydeperrschichten vor. etwa 300 Angström-Einheiten Stärke wirksam eine Änderung des Reflexionsvermögens einer glasen thai tenden Gold -Sonnenkollektorachicht bei einer Erhitzung auf 60O⁰C 30 Stunden lang im Hochvakuum verhinderten. Etwas

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dickere Aluminiumoxyddifj'ua ions schicht en waren notwendig, um eine merkHohe Änderung der optischen Eigenschaften des Sonnenkollektor bei einar Erhitzung auf 700⁰C 50 Stunden lang im Hochvakuum zu verhindern. In diesem Fall wurde gefunden, dass 4 und 6 überzüge der oben beschriebenen organischen Aluminium!öeung genügten. Es ergab eich dabei eine

Diffusionssperrschicht nlt einer Stärke von etwa 500 bis 800 Angström-Einheiteno

Bei spiel V

Sin Sonnenkollektor wurJa durch Aufgalvanisieren von Nickel auf eine Platinfolie vom 0,102 mm Stärke hergestellt. Das -aufgebrachte Nickel hat sine Stärke von 0,025 mm und wurde danach ganz in Nickeloxid umgewandelt, indem es in Luft auf 800⁰C 48 Stunden lang erhitzt wurde. Die "liquid gold"-Zusammensetzung A wurde auf das Nickeloxyd aufgebürstet. flach dem Einbrennen in Luft ergab sich ein glas enthalt end er loldfilm mit einer Starte von etwa 1 800 Angström-Einheiten. Die sich daraus ergebende Zusammensetzung war für einen kontinuierlichen Betrieb bei 700⁰C geeignet.

Beispiel YI

Sin Sonnenkollektor unter Verwendung von Porzellanemaille-Frltten als Diffuaioneeperreohicht wurde auf folgend· Weiee

.- 41 -

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4!

hergestellt: Gehoneteo "Inconel" mit einer Oberflächenfeinheit von 2 Mikroinchea wurde mit einer Wassersuspension von Porzellanemaille-iPritten, eine "National Bureau of Standards Pritte Nr. A 418", beaprüht. Die Fritten wurden auf das ¹¹ Inconel" durch Einbrennen bei 1 010⁰C 3 Minuten lang aufgeschmolzen. 2 dünne Schichten wurden in zwei Stufen aufgebrannt, um eine Gesam⁺.«Pritten8tärke von etwa 0,051 mm zu erhalten. Die "liquid gold"~Zusammenaetzung B wurde aufgebürstet und bei Anwesenheit von Luft nach und nach auf 600⁰C erhitzt und 10 Minuten auf dieser Temperatur belassen. Ein spiegelnder, fest haftender glasenthaltender Goldfilm entstand. Dieser Sonnenkollektor änderte sein Reflexionsvermögen nach 50 Stunder Erhitzung auf 600⁰C in einem Vakuum von 0,3 χ 10 ^J mm Hg r.icht«

E e 1 s ρ i e 1 VII

Ein Sonnenkollektor wurde hergssteilt wie in Beispiel VI, wobei anstelle von "Ir.conel" korrosionsbeständiger Stahl ale Unterlage verwendet wurde. In diesem Jtelle wurde Fritte A 418 bei 900⁰C 3 Minuten lang eingebrannte Die resultierende Zusammersetzung war für kontinuierlichen Betrieb bei 700⁰C geeignet.

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BAD ORIGINAL

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Beispiel VIII
Man stellt folgende Aluminiumresinat-Löeung her:

Aluminiumresinat, gelöst in einer Mischung aus Rosmarienöl, Nitrobenzol

und Toluol (5# Al₂O₅) -_ _

Kolophoeiutt, gelöst in Spifcöl
(50# Kolophonium)

Lavendelöl

Caapheröl

Petitgraioöl

In der Alumlniui&reslnat-Lösung liegen Roamarienöl, Nitrobensol und Toluol in einem Gewichtsverhültnie ν^Λη 2:1:1 vor. Die Lösung sprüht man in Form von zwei Überzügen unter teilv/eiaem Trocknen zwischen dem Beschichten auf die Oberfläche der aus GoId-GrLas bestehenden Auasensclilcht des nach Beispiel IV hergestellten Sonnenenergiekollektors auf, der eine Diffusionssperrschicht aus 4 Aluminiuinoxydtiberzügen besitzt« Ebenso überzieht man die Oberfluche der UU3 Gold-Glas bestehenden iiusseren Scliicht des Kollektors nach Beispiel IV, der aber sechs Aluminiumoxyd-UberzUge als Siffusionetrennschicht besitzt, durch zweimaliges

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Aufsprühen der Alumini iuureeinat-Lösung. Haoh allmählichem Erhitzen an Luft auf 600⁰C hat dae erhitzte Gefüge eine dünne äuesere Schicht aus Aluminiumoxyd auf der aus Gold-Glasbestehenden Schicht« Sie Alumlniumoxydeohioht ist transparent irisierend und etwa 1250 Angstrom diok. Die so alt Aluminiuaoxyd überzogenen Gefüge stellen wesentlich verbesserte Sonnenenergie'kollektoren gegenüber den nach Beispiel IV hergestellten Kollektoren dar, da sie ein wesentlich vermindertes Reflexionsvermögen Ib Vergleich EU den Kollektoren nach Beispiel IV und ein wesentlich erhöhtes Absorptionsvermögen, insbesondere bei einer Wellenlänge von etwa 0,50 Mikron, einem Bereich maximaler Sonnenintensität, besitzen.

Beispiel

Das Auftragen der Aluminiumresinat-Lösung durch Aufsprühen und die anschliessenden Erhitzungsstufen nach Beispiel VIII werden unter Verwendung der Aluminiumresinat-Lösung dee Beispiele VIII wiederholt und der Kollektor gemäss Beispiel II hergestellt. Sas erhaltene, mit Aluminiumoxyd überzogene Gefüge stellt einen wesentlich verbesserten Sonnenenergiekollektor gegenüber dem nach Beispiel II hergestellten Kollektor dar, da er ein wesentlich vermindertes Reflexionsvermögen und ein wesentlich erhöhtes Absorptionsvermögen im Vergleich zu dem Kollektor

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U67734

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HS

naoh Beiepiel II seigt, insbesondere in einem Bereich maximaler Sonneninteneität, d.h. bei einer Wellenlänge von 0,30 liikron.

Im Rahmen der Erfindung liegen weitere AuBführungeformen·

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Claims

Hö/734 B-802-A Patentansprüche

1. Sonnenenergiekollektor, gekennzeichnet durch eine thermisch leitfähige Basis, einer Sonnenenergie absorbierenden Empfängerschicht über der Basis, wobei die Empfängerschioht aus einer innigen geschmolzenen Mischung aus Gold und einem Glas besteht, einer * Sperrschicht aus einem thermisch beständigen Material zwischen der Basis und der Empfängerschicht, und einer die optische Interferenz bewirkenden dünnen Schicht aus einem Sonnenenergie durchlassenden, thermisch beständigen Material auf der Empfängerschicht₀

2» Energiekollektor nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass die die optische Interferenz bewirkende dünne Schicht eine Sicke zwischen etwa 0,1 und etwa 0,4 Mikron hat«
)

5· Energiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die optische Interferenz bewirkende Schicht aus Aluminiumoxyd ist.

, 4· Bnergiekollektor naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, das« die die optische Interferenz bewirkende Schicht au· Silioiumdioxyd ist.

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