DE3135080A1 - Solarenergiekollektor mit differentiellem emissionsvermoegen - Google Patents

Solarenergiekollektor mit differentiellem emissionsvermoegen

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DE3135080A1
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Louis 3035 Toledo Ohio Spanoudis
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Description

Solarenergiekollektor mit different!ellem Emissionsvermögen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die Energie aus Solarstrahlung sammelt und die gesammelte Wärmeenergie mittels differentiellem Emissionsvermögen innerhalb der gleichen Vorrichtung auf ein wärmeabsorbierendes Medium überträgt, das vorzugsweise ebenfalls zur Wärmeübertragung dient.
Die Erkenntnis, daß die Vorräte an fossilen Brennstoffen der Welt begrenzt sind und bei dem gegenwärtigen Energieverbrauch sehr rasch verbraucht sein können, hat zu einer Suche nach anderen Energiequellen geführt. Die Nutzbarmachung der Solarstrahlung stellt eine Möglichkeit dar, um eine saubere und zuverlässige Energiequelle zur Verfügung zu stellen.
Solarenergie stellt eine umfassende, konstante Energiequelle dar, deren wirtschaftlicher Nutzen von einer wirksamen Sammlung, Zurückbehaltung und Nutzbarmachung abhängt. Der Wirkungsgrad von einigen Solarenergiekollektorsystemen ist aufgrund von übermäßigen Wärmeverlusten niedrig gewesen. Man hat daher versucht, Verbesserungen durchzuführen, wobei ein Gebiet Solarenergie-selektive Absorberbeschichtungen betrifft, d.h. Beschichtungen, die Energie besonders gut im Solarspektrum absorbieren. Beispielsweise sind derartige Beschichtungen so ausgebildet, daß sie thermische Energie sammeln, wenn sie Solarstrahlung ausgesetzt sind,und die gesammelte Energie danach über andere Medien übertragen, um über Wärmetauscher Häuser und Gebäude zu erhitzen oder zu kühlen.
Beim Auftreffen von Strahlungsenergie der Sonne auf einen kühleren Gegenstand wird normalerweise ein Teil der Energie reflektiert und ist somit verloren, während der Rest entweder absorbiert oder weitergeleitet wird. Die absor-
• * Ö W 41 * * β ft ft % · · · *
bierte Energie kann mit einer längeren Wellenlänge wieder abgestrahlt werden. Ein Überzug bzw. eine Beschichtung, der bzw. die im Bereich der Solarstrahlung absorbiert, wird daher erhitzt, wenn die Oberfläche nicht den größten Teil oder die gesamte angesammelte Energie wieder abstrahlt oder emittiert.
Die die Oberfläche der Erde erreichende Solarstrahlung ist nahezu vollständig auf den Bereich von 0,3 bis 2,5 #m begrenzt. Es wird angenommen, daß etwa 90 fo der Solarstrahlung Wellenlängen von etwa 0,4 um bis etwa 1,5 /um besitzt. Der Strahlungsanteil über 2,5/im ist vernachlässigbar. Solarenergie-selektive Beschichtungen sind daher dazu bestimmt, in ihrem Absorptions-, Reflektions- oder Übertragungsvermögen zwischen Wellenlängen über etwa 2,5/um und Wellenlängen unter etwa 2,5/um zu differenzieren. Somit kann Solarenergie mit Wellenlängen unter etwa 2,5/um gesammelt und die gesammelte Energie dann bei Wellenlängen über etwa 2,5/um zu einem nützlichen Verwendungszweck weitergeleitet werden.
Das bedeutet daher, daß zur Erzielung einer wirksamen Sammlung und Zurückbehaltung der Energie ein Solarkollektor bei Wellenlängen unter etwa 2,5/um stark absor- · bieren und bei Wellenlängen über 2,5/um nicht abstrahlen sollte. Eine Beschichtung, die ein hohes Absorptionsvermögen, normalerweise als Alpha bezeichnet, im Solarspektrum, jedoch ein niedriges Emissionsvermögen Epsilon bei der Temperatur besitzt, bei der der Kollektor arbeitet, wird daher als Solarenergie-selektive Beschichtung bezeichnet. Obwohl ein hohes Verhältnis Alpha/Epsilon wünschenswert ist, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der Alpha-Wert nahe bei 1 liegen sollte, um so viel wie möglich der zur Verfügung stehenden Energie zu sammeln.
Solarenergie-selektive Beschichtungen stellen daher einen wichtigen Weg dar, um den Wirkungsgrad von Solarenergiekollektoren zu verbessern, und zwar in erster Linie durch Maximierung der Absorption der Solarenergie und Minimierung
der durch Strahlung verlorengehenden Energie.
Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Energieübertragungsvorrichtung zu schaffen. Ein weiteres Ziel besteht darin, einen Solarenergiekollektor unter Verwendung von Solarenergie-kollektions- und emissionsfähigen Beschichtungen zur Verfügung zu stellen, der für seine Punktionsweise auf dem differentieilen Emissionsvermögen der Beschichtungen basiert. Ziel der Erfindung ist es auch, einen integralen Solarenergiekollektor mit unterschiedlichen Abschnitten zur Absorption von Solarstrahlung und zum Abstrahlen der absorbierten Energie zu schaffen.
Diese und andere Ziele werden bei einer Ausführungsform durch eine integral ausgebildete Energieübertragungs-
vorrichtung, wie beispielsweise einen evakuirten rohrförmigen Solarkollektor, realisiert, der einen Längsabschnitt aufweist, der Solarenergie-selektiv und ab- sorptiv ist und der in der Lage ist, Solarenergie ausgesetzt zu werden, sowie einen zugehörigen Längsabschnitt der gleichen Vorrichtung, der ein relativ größeres Emissionsvermögen besitzt und einem wärmeabsorbierenden Medium ausgesetzt werden kann. Die beiden Abschnitte der Übertragungsvorrichtung sind mit Materialien beschichtet, mit denen die gewünschten Ergebnisse erzielt werden können.
Genauer gesagt kann der vorliegende Solarenergiekollektor eine unter unteratmosphärischem Druck stehende geschlossene Umfassung enthalten, von der ein Längsabschnitt Solarstrahlung und ein anderer Längsabschnitt einem wärmeabsorbierenden Medium ausgesetzt sein kann. Ein thermisch leitendes Element ist elastisch innerhalb der Umfassung gelagert und besitzt eine Beschichtung eines relativ niedrigen Emissionsvermögens und eines hohen Solarenergie-Absorptionsvermögens innerhalb desjenigen
Abschnittes der Umfassung, der Solarstrahlung ausgesetzt sein kann, und eine Beschichtung eines relativ hohen Emissionsvermögens, und zwar innerhalb desjenigen Abschnittes der Umfassung, der einem wärmeabsorbierenden Medium ausgesetzt sein kann, das vorzugsweise ebenfalls wärmeübertragende Eigenschaften besitzt. Die Beschichtungen können auf dem thermisch leitenden Element durch, verschiedenartige Mittel bzw. Verfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise Vakuumabscheidung.
Bei Betrieb der Vorrichtung wird, wenn sie Solarstrahlung ausgesetzt wird, derjenige Abschnitt des thermisch, leitenden Elementes, der mit dem Solarenergie-selektiven und absorbierenden Überzug versehen ist, aufgrund seines hohen Absorptionsvermögens und niedrigen Emissionsvermögens heißer. Die gesammelte Wärmeenergie wird durch Leitung über das thermisch leitende Element auf den zugehörigen Abschnitt übertragen, der ein viel höheres Emissionsvermögen besitzt, von dem die gesammelte Wärmeenergie abgestrahlt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Solarenergiekollektor; und
die Figuren
2 und 3 Querschnitte entlang den Linien 2-2 und 3-3
in Figur 1.
313SÜ8U
Der Aufbau des erfindungsgemäß ausgebildeten Solarenergiekollektors sowie die Art und Weise zur Herstellung einer Ausführungsform desselben werden nachfolgend im Detail beschrieben, wonach eine Beschreibung der Wirkungsweise des Kollektors, wenn er So.larstrahlung ausgesetzt ist, folgt. Schließlich wird ein Beispiel eines speziellen Solarenergiekollektors wiedergegeben.
Der erfindungsgemäße Solarkollektor basiert auf dem differentiellen Emissionsvermögen von zwei !eilen oder Abschnitten einer einzigen Energieübertragungseinheit, wobei diese Teile oder Abschnitte entgegengesetzte Rollen spielen. Ein Abschnitt ist so ausgebildet, daß er Wärmeenergie absorbiert, wenn er Solarstrahlung ausgesetzt ist, und ein relativ niedriges Emissionsvermögen besitzt. DieserAbschnitt leitet seine Wärmeenergie auf einen anderen Abschnitt des Kollektors, der ein relativ hohes Emissions-•vermögen besitzt. Aufgrund des Unterschiedes im Emissionsgrad ist der zweite Abschnitt in der Lage, die empfangene Wärmeenergie unmittelbar auf einen gewünschten Rezeptor zu emittieren oder abzustrahlen.
In der Zeichnung ist ein bevorzugter rohrförmiger Solarenergiekollektor der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es versteht sich, daß zur Herstellung des Solarkollektors auch andere geometrische Formen Anwendung finden können.
Die dargestellte Ausführungsform weist eine äußere Umfassung oder ein Gehäuse 10 auf, das transparent oder durchlässig gegenüber Solarstrahlung ist. Idealer Weise läßt das Gehäuse 10 die gesamte Solarstrahlung durch, der es ausgesetzt ist. Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendte Begriff "Durchlässigkeit" wird ■ als das Verhältnis zwischen der Energie, die von einem speziellen Gegenstand durchgelassen wird, und der hierfür zur Verfügung stehenden Gesamtenergie angesehen. Es ist jedoch normalerweise unmöglich, einen Durchlässigkeitswert von 100 zu erhalten, da immer enige Verluste vor-
• ♦
- 44-
die
handen sind,/beispielsweise auf Reflektion zurückzuführen sind. Glas ist gegenüber Solarenergie besonders durchlässig, so daß daher das Gehäuse 10 vorzugsweise aus Glas hergestellt ist. Die Zusammensetzung des Glases ist nicht kritisch. Es können beispielswiese Kalksilikat-,oder Borsilikatgläser "Verwendung finden.
Ein thermisch leitendes Element ist in geeigneter Weise innerhalb des Gehäuses 10.gelagert. Zur Konstruktion dieses Elementes kann irgendein Material, das ein guter Wärmeleiter ist, Verwendung finden. Metalle sind gute Wärmeleiter, so daß das leitende Element vorzugsweise aus Metallen besteht. Es können dabei gebräuchliche Metalle Verwendung finden, wie beispielsweise Kupfer, Eisen, Zink, Molybdän, verträgliche Metallegierungen u.a.. Gold und Silber sind ebenfalls ausgezeichnete Wärmeleiter, wobei jedoch deren hohe Kosten einer Verwendung im Wege stehen.
Das thermisch leitende Element kann darüber hinaus auch eine beliebige Form besitzen, solange wie es sich nur sowohl in den Absorptionsabschnitt und den Emissionsabschnitt des Solarkollektors erstreckt. Bei dem thermisch leitenden Element kann es sich daher um einen flachen Streifen, einen gekrümmten Streifen, um mehrere Streifen, die Ende an Ende zur Ausbildung eines hohlen Elementes mit polygonalem Querschnitt miteinander verbunden sind, u.a. handeln. Das wünschenswerte thermisch leitende Element sollte einen möglichst großen Oberflächenbereich besitzen, so daß daher ein Rohr oder ein anderes Hohl— element mit kreisförmigem Querschnitt bevorzugt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet ein aus Metall hergestelltes Rohr 11 das thermisch leitende Element und erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses 10 zum anderen, wobei es kurz vor den Enden des Gehäuses 10 aufhört.
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Irgendwelche geeignete Mittel können dazu verwendet werden, um das Rohr 11 innerhalb des Gehäuses 10 zu montieren. Vorzugsweise sollten die Montageeinrchtungen eine Expansion und Kontraktion des Rohres 11 relativ zum Gehäuse ermöglichen, da das Metallrohr 11 ein vom Glasgehäuse 10 verschiedenes Expansions- und Kontraktionsvermögen während des Erhitzens und Abkühlens des Kollektors besitzt. Wie man aus Figur 1 entnehmen kann, ist in jedes Ende des Gehäuses 10 eine elastische Montägeeinheit 12 engepaßt, die in das benachbarte Ende des Rohres 11 elastisch eingreift. Jede Montageeinheit 12 umfaßt eine kreisförmige Endplatte 13 mit einer Vielzahl von Fingern 14, die sich von der Endplatte 13 in Längsrichtung des Kollektors zwischen dem Gehäuse 10 und dem Rohr 11 erstrecken und eine futterähnliche Konstruktion bilden, die ein Ende des Rohres 11 umgibt. Die Finger 14 sind gewellt ausgebildet, wie gezeigt, um eine elastische Lagerung zu erreichen und das Rohr 11 lose zu umgreifen, damit sich dieses zusammenziehen und ausdehnen kann.
Obgleich dies nicht kritisch ist, liegt es im Bereich der Erfindung, die elastischen Montageeinheiten 12 mit einem sogenannten "Getter", beispielsweise einer Bariumlegierung, zu beschichten. Bei Verdampfung innerhalb des Gehäuses 10, das normalerweise unter unteratmosphärischem Druck steht, verdampft die "Getter-Beschichtung" und spült die innerhalb des Gehäuses enthaltenen Restgase aus.
Das Gehäuse 10 ist in einen Absorptionsabschnitt, der in Figur 1 durch den umklammert en Abschnitt 15 verdeutlicht ist, und einen Emissionsabschnitt, der durch den umklammerten Abschnitt 16 gekennzeichnet ist, aufgeteilt. Die relativen Längen der Abschnitte 15 und 16 sind nicht kritisch und können entsprechend variiert werden, um eine Anpassung an die vor Ort anzutreffenden Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Als Regel ist ein größerer Oberflächen-
Μ« ·
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bereich zur Absorptions von Solarstrahlung wünschenswert als zur Emission von Energie, so daß daher der Absorptionsabschnitt 15 normalerweise länger ausgebildet ist als der Emissionsabschnitt 16, wenn die Außendurchmesser dieser Abschnitte über ihre Länge einheitlich sind. Jeder Abschnitt 15 oder 16 kann in Radialrichtung relativ zu dem anderen Abschnitt vergrößert werden, falls dies gewünscht wird, und zwar je nach dem in diesen Abschnitten gewünschten Gesamtabsorptions- oder Emissionsvermögen.
Der Abschnitt 15 kann Solarstrahlung und der Abschnitt einem wärmeabsorbierenden Medium ausgesetzt werden. In der Praxis kann der Abschnitt 16 in eine wärmeabsorbierende Umfassung eingetaucht werden, die zum Teil bei 17 dar— gestellt ist und ein wärmeabsorbierendes Medium 18, wie bespielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, enthält. Das wärmeabsorbierende Medium 18 überträgt die vom Abschnitt 16 empfangene Wärmeenergie in einer durch die Pfeile 20 angedeuteten Richtung über die Umfassung 17 auf eine geeignete Stelle, wie beispielsweise einen Wärmetauscher. Beispielsweise kann die wärmeabsorbierende Umfassung 17 ein Verteiler sein, in den eine Anzahl von Solarenergiekollektoren, die dem Kollektor der Figur 1 entsprechen, eingetaucht sind. Der Einsatz eines Verteilers als solcher mit einem unterschiedlichen Typ eines rohrförmigen Solarkollektors ist in der US-PS 4 016 860 offenbart.
Damit die Abschnitte 15 und 16 ihre entsprechenden Aufgaben übernehmen können, ist das Rohr 11 mit einem Überzug 21 mit hohem Absorptionsvermögen und relativ niedrigem Emissionsvermögen im Abschnitt 15 des Solarkollektors und einem Überzug 22 mit relativ hohem Emissionsvermögen im Abschnitt 16 versehen. Diese Überzüge können auf das Rohr 11 durch beliebige bekannte Techniken aufgebracht werden, wie beispielsweise galvanische Abscheidung, Vakuumabscheidung, Bedampfen, Aufbringen mittels Elektronenstrahl, thermische Bedampfung u.a.. Zum Zwecke einer besseren Darstellung sind die Überzüge 21 und 22
in Figur 1 mit geringfügigem Abstand voneinander dargestellt. Die Überzüge können jedoch Ende an Ende aneinander stoßen oder auch geringfügig überlappen, falls dies gewünscht wird.
Bei dem Überzug 21 handelt es sich vorzugsweise um ein Halbleitermaterial, das im Solarspektrum stark absorbiert und im Infrarotspektrum im wesentlichen transparent ist. Die hier verwendeten Begriffe "Halbleiter" und'halbleitend" sollen ein Material bezeichnen, wie es im American Institute of Physics Handbook, 2. Ausgabe, 1963 auf den Seiten 9-31 beschrieben ist, nämlich ein Material, bei dem das höchste gesetzte Energieband (Valenzband) auf absolut Null vollständig gefüllt ist und bei dem die Energielücke zwischen dem Valenzband und dem nächst höheren Band (Leitungsband) in der Größenordnung von 0,4 bis 5 Elektronenvolt liegt.
Normalerweise liefern die unvollständig oxydierten Oxide der Übergangsmetallelemente die besten Ergebnisse, so daß daher diese Materialien als Halbleitermaterialien bevorzugt werden. Spezielle Halbleitermaterialien, die für den Überzug 21 geeignet sind, umfassen Schwarzchrom, Schwarznickel, Schwarzplatin, Schwarzmolybdän, Schwarzkupfer, Schwarzeisen, Schwarzkobalt, Schwarzmangan und deren verträgliche Legierungen. Bei Schwarzchrom handelt es sich um ein Gemisch der Chromoxide. Die Substanz wird als CrO dargestellt. In ähnlicher Weise handelt es sich bei Schwarznickel um ein Gemisch der Nickeloxide. Schwarzplatin, Schwarzmolybdän, Schwarzkupfer, Schwarzeisen, Schwarzkobalt und Schwarzmangan sind Oxide dieser Metalle.
sich Bei dem Halbleitermaterial kann es/jedoch auch um ein anderes Metrial als ein Metalloxid handeln. Beispielsweise können Karbide der vorstehend erwähnten oder anderer Metalle Verwendung finden, die Halbleitereigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Kupferkarbid, Hafniumkarbid, Nickelkarbid, Molybdänkarbid u.a.. Desweiteren können Sulfide dieser oder anderer Metalle mit Halbleitereigenschaften
eingesetzt werden, wie Silbersulfid, Eisensulfid, Mangansulfid, Kupfersulfid u.a.. Schließlich können auch elementare Metalle, wie beispielsweise Silizium und Germanium, als Halbleitermaterial Verwendung finden. 5
Das Absorptionsvermögen kann durch die Gleichung A = 1 - R ausgedrückt werden, bei der A das Absorptionsvermögen und R das Reflexionsvermögen darstellen. Bei dem Absorptionsvermögen handelt es sich somit um eine Zahlengröße, obgleich es auch manchmal als Prozentsatz, wie beispielsweise 70 $, angegeben wird, was bedeutet, daß 70 io der Energie, der das Material ausgesetzt ist, absorbiert wird. Der Überzug 21 hat normalerweise ein Absorptionsvermögen innerhalb eines Bereiches von etwa 70 J6 bis etwa 95 $.
Der emissionsfähige'Überzug.22 kann irgendein Material enthalten, das ein relativ hohes Emissionsvermögen im InfrarotSpektrum besitzt. Materialien für diesen Einsatzzweck sind beispielsweise pulverisiertes Glas, Siliziumoxid, Ruß und Graphit. Das Emissionsvermögen eines Materials ist ein Maß für die von dem Material abgestrahlte Energie. Der Überzug 22 kann ein Emissionsvermögen innerhalb eines Bereiches von etwa 80 $ bis etwa 96 fo aufweisen.
Die Dicken des Kollektorüberzuges 21 und des emissionsfähigen Überzuges 22 sind nicht kritisch. Als Regel sollte die Dicke eines jeden Überzuges in einem Bereich von etwa 0,05 bis 5 mil liegen.
Zur Herstellung eines Solarkollektoxs des in den Figuren dargestellten Typs werden der Solarenergie-selektive Überzug 21 und der emissionsfähige Überzug 22 nacheinander durch bekannte· Standardtechniken, wie beispielsweise Vakuumbedampfung, elektrische Widerstandserhitzung des Überzugsmaterials, Aufbringung mittels Elektronenstrahl, Bedampfen u.a., auf dem Rohr 11 abgeschieden,
wonach eine Kondensation am Rohr 11 zur Herstellung des | gewünschten Überzuges folgt. Beispielsweise ksnn ein kleiner Vorrat des Überzugsmaterials im Vakuum durch elektrische Widerstandskreise erhitzt werden, um das Material zu verdampfen und auf dem Rohr 11 abzuscheiden. Die elastischen Montageeinheiten 12, die vorzugsweise aus Metall bestehen, werden dann auf das Rohr 11 gepaßt, und die Einheit wird in das Gehäuse 10 eingebracht. Das Gehäuse wird durch Standardeinrichtungen auf einen unteratmosphärischen Druck, wie beispielsweise 10 bis 10 Torr, evakuiert, wonach das Glasgehäuse 10 mittels einer gemeinsamen Schweißnaht 21 der Seiten des Gehäuses in bekannter Weise abgedichtet wird.
Der Kollektor macht die Solarenergie in der folgenden Weise nutzbar./in Figur 1 durch, die Pfeile 23 dargestellte Solarstrahlung dringt durch das Gehäuse 10 und den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 10 und dem Rohr 11. Die um die vom Gehäuse 10 absorbierte und reflektierte Menge verringerte Solarenergie trifft auf den Überzug 21 im Abschnitt 15 auf und erhitzt diesen aufgrund des hohen Absorptionsvermögens und des niedrigen Emissionsvermögens des Überzuges. Die hierbei entstehende Wärmeenergie wird durch, das Metallrohr 11 auf den Abschnitt 16 geleitet, der innerhalb der Umfassung 17 liegt, von wo aus sie zu dem emissionsfähigen Überzug 22 gelangt. Da der Überzug 22 in hohem Maße emissionsfähig ist, strahlt er die empfangene Wärmeenergie nach außen auf denjenigen Abschnitt des Gehäuses ab, der sich in der unmittelbaren Nachbarschaft befindet.
Das wärmeabsorbxerende Medium 18, das das Gehäuse 10 umgibt, wird daher sowohl durch Konduktion als auch durch. Konvexion erhitzt und kann in irgendeiner bekannten gewünschten Weise, wie beispielsweise durch Hindurch— schicken durch Wärmetauscher, zum Erhitzen oder Kühlen des Inneren eines Gehäuses verwendet werden.
Das folgende Beispiel dient zur Verdeutlichung der Erfindung, begrenzt jedoch diese in keiner Weise.
Ein Metallrohr mit einer Länge von etwa 12 Zoll und einem Außendurchmesser von etwa 2 Zoll wurde durch Reaktiwerdampfung von Chrom mit Schwarzchrom beschichtet. Bei dieser Technik wird reines Chrom verdampft, das jedoch beim Übergang auf das Rohr zur Bildung des Oxides reagiert. Dieser Überzug erstreckte sich über etwa 8 Zoll entlang einem Ende des Rohres. Der restliche Teil des Rohres wurde mit einer ultraflachen schwarzen Emaille sprühbeschichtet, die 50 Gew.-$ Ruß und 50 Gew.-$ AlkaliSilikate als Bindemittel aufwies. Jeder Überzug besaß eine Dicke von etwa 0,05 bis etwa 0,25 mil.
Eine Endlagerklammer des in Figur 1 dargestellten Typs wurde um jedes Ende des Metallrohres herum angeordnet, und die entstandene Einheit würde in ein rohrförmiges Glasgehäuse eingebracht. Das Gehäuse war an einem Ende geschlossen und besaß einen Innendurchmesser einer Größe, der eine elastische Aufnahme und Halterung des Rohres sowie seiner Endklammern ermöglichte. Das Glas des Gehäuses besaß eine Durchlässigkeit von mindestens 90 fi oder mehr. Das Rohr wurde dann in dem Glasgehäuse mit Ausnahme einer Öffnung zum Evakuieren abgedichtet, 16 Stunden bei 75O0P während der Evakuierung vakuumgebrannt und schließlich an der Öffnung zum Evakuieren zur Ausbildung eines Solarkollektors abgedichtet. Der Kollektor war dann zur Installation in einem Verteiler bereit.
Der erfindungsgemäß hergestellte Solarenergiekollektor ist relativ billig und macht kein mittleres, längliches Speiserohr erforderlich, um ein wärmeabsorbierendes Medium durch den Kollektor zu leiten. Da der Kollektor überhaupt kein Strömungsmittel enthält, muß er niemals im Gebrauch wie andere rohrförmige Solarkollektoren "entwässert" werden. Als Wärmeübetragungsmedium kann entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit Verwendung finden.

Claims (20)

  1. Patentansprüche
    Energieübertragungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein thermisch leitendes Element (11) enthält, welches Abschnitte mit differentiellem Emissionsvermögen aufweist, von denen ein Abschnitt (15) ein relativ niedriges Emissionsvermögen, jedoch ein hohes Absorptionsvermögen besitzt und Solarstrahlung ausgesetzt werden kann,- und von denen ein anderer Abschnitt (16) ein höheres Emissionsvermögen als der eine Abschnitt
    (15) aufweist und einem wärmeabsorbierenden Medium (18) ausgesetzt werden kann.
  2. 2. Solarenergiekollektor, gekennzeichnet durch ein umschlossenes Gehäuse (10), das gegenüber Solarstrahlung transparent ist, ein thermisch leitendes Element (11),' das innerhalb des Gehäuses (10) gelagert ist, wobei ein Längsabschnitt (15) des Gehäuses Solarstrahlung ausgesetzt werden kann und ein anderer Längsabschnitt
    (16) einem wärmeabsorbierenden Medium (18) ausgesetzt werden kann, einen Solarenergie-selektiven Überzug (21) mit relativ niedrigem Emissionsvermögen, jedoch relativ hohem Absorptionsvermögen auf dem thermisch leitenden Element (11) innerhalb desjenigen Längsabschnittes (15) des Gehäuses, der der Solarstrahlung ausgesetzt werden kann, und einen Überzug (22) mit relativ hohem Emissionsvermögen auf dem thermisch leitenden Element innerhalb desjenigen Längsabschnittes (16) des Gehäuses, der dem wärmeabsorbierenden Medium (18) ausgesetzt werden kann.
  3. 3· Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das umschlossene Gehäuse (10) unter unteratmosphärischem Druck steht.
  4. 4. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das umschlossene Gehäuse (10) aus Glas
    besteht.
  5. 5· Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch leitende Element (11) aus Metall besteht.
  6. 6. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch leitende Element (11)
    rohrförmig ausgebildet ist.
  7. 7. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Überzug (21) mit relativ niedrigem Emissionsvermögen jedoch relativ hohem
    Absorptionsvermögen um ein Halbleitermaterial handelt.
  8. 8. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Überzug (21) mit relativ niedrigem Emissionsvermögen jedoch relativ hohem
    Absorptionsvermögen um ein unvollständig oxydiertes
    Oxid eines Übergangmetallelementes handelt.
  9. 9. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (21) mit relativ niedrigem
    Emissionsvermögen jedoch relativ hohem Absorptionsvermögen aus einem Material der nachfolgenden Gruppe
    ausgewählt ist: Schwarzchrom, Schwarznickel, Schwarzplatin, Schwarzmolybdän, Schwarzkupfer, Schwarzeisen, Schwarzkobalt, Schwarzmangan, Molybdänkarbid, Kupfersulfid,
    Kupferkarbid, Hafniumkarbid, Nickelkarbid und verträgliche Legierungen dieser Substanzen.
  10. 10. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (22) mit relativ hohem
    Emissionsvermögen aus einem Material der nachfolgenden Gruppe besteht: pulverisiertes Glas, Siliziumdioxid,
    Ruß und Graphit.
  11. 11. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er elastische Einrichtungen (12) zur Lagerung des thermisch leitenden Elementes (11) relativ zu dem umschlossenen Gehäuse (10) aufweist.
  12. 12. Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabsortierende Medium (ΐδ) einen Teil eines Wärmeübertragungssystems darstellt.
  13. 13· Solarenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzüge (21, 22) mit relativ niedrigem und relativ hohem Emissionsvermögen eine Dicke von etwa 0,05 bis etwa 5 mil aufweisen.
  14. 14. Solarenergiekollektor mit different!ellem Emissionsvermögen, gekennzeichnet durch:
    (a) eine geschlossene, gegenüber Solarstrahlung transparente Glasumhüllung (10), die unter unteratmosphärischem Druck steht und von der ein Längsabschnitt (15) Solarstrahlung und ein anderer Längsabschnitt (16) einem wärmeabsorbierenden und wärmeübertragenden Medium (18) ausgesetzt werden kann,
    (b) ein metallisches Rohr (11), das in der Nähe seiner Enden innerhalb der Umhüllung (10) gelagert ist,
    (c) einen Überzug (21) mit relativ niedrigem Emissionsvermögen und relativ hohem Absorptionsvermögen von Solarenergie auf dem metallischen Rohr (11), der innerhalb desjenigen Abschnittes (15) der Umhüllung angeordnet ist, der der Solarstrahlung ausgesetzt werden kann, und
    (d) ein Überzug (22) mit relativ hohem Emissionsvermögen auf dem metallischen Rohr (11, der innerhalb desjenigen Abschnittes (16) der Umhüllung angeordnet ist, der einem wärmeabsorbierenden und wärmeübertragenden Medium (ΐδ) ausgesetzt werden kann.
    3135D80
  15. 15· Verfahren zur Herstellung einer Energieübertragungsvorrichtung mit differentiellem Emissionsvermögen, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte: Beschichten eines Abschnittes eines thermisch leitenden Elementes mit einem Material, das ein relativ niedriges Emissionsvermögen und ein relativ hohes Absorptionsvermögen von Solarenergie aufweist, Beschichten eines anderen Abschnittes des thermisch leitenden Elementes mit einem Material, das ein relativ hohes Emissionsvermögen aufweist, und Einbringen des thermisch leitenden Elementes in ein umschlossenes Gehäuse, das gegenüber Solarstrahlung transparent ist, wobei der eine Abschnitt des thermisch leitenden Elementes und der entsprechende Abschnitt des Gehäuses eine Zone bilden, die Solarstrahlung ausgesetzt werden kann, und der andere Abschnitt des thermisch leitenden Elementes und der entsprechende Abschnitt des Gehäuses eine andere Zone bilden, die einem wärmeabsorbierenden Medium ausgesetzt werden kann.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf unteratmosphärischen Druck evakuiert wird.
  17. 17· Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Glas besteht.
  18. Ιδ. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch leitende Element aus Metall besteht.
  19. 19· Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit relativ niedrigem Emissionsvermögen und relativ hohem Absorptionsvermögen aus der nachfolgenden Gruppe ausgewählt ist: Schwarzchrom, Schwarznickel·, Schwarzplatin, Schwarzmolybdän, Schwarzkupfer, Schwarzeisen, Schwarzkobalt, Schwarmangan, Molybdänkarbid, Kupfersulfid, Kupferkarbid, Hafniumkarbid, Nickelkarbid und verträgliche Legierungen dieser Substanzen.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit relativ hohem Emissionsvermögen aus dernachfolgenden Gruppe ausgewählt ist: pulverisiertes Glas, Siliziumdioxid, Ruß und Graphit.
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