DE3212283A1 - Waermestrahler - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Wärmestrahler Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmestrahler mit einer Oberflächenstrukturierung, die bezüglich der geometrischen Abmessungen auf die Wellenlänge der abzustrahlenden Strahlung abgestimmte Resonanzelemente in Form von länglichen Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist.
• Neben den klassischen Methoden mit Kohlenstoff geschwärzte Oberfläche, mit Metalloxiden oder Halbleitern beschichtete Oberfläche, mit Interferenzschichten beschichtete Oberfläche und aufgerauhte Oberfläche zur Beeinflussung der thermischen Emission und Adsorption von Oberflächen ist auch die Methode der Resonanzemission bzw. -adsorption bekannt (z. B. Appl.
• Phys. Letters, Vol. 26, No. 10, 15. Mai 1975, Seiten 557 bis 559).
• zur Wärme abgabe vorgesehene Die/Oberfläche ist bei dieser Methode mit einer regelmäßigen Feinstruktur versehen, z. B. in Gestalt von Nadeln von etwa der Größe der Lichtwellenlänge (FIG. 1). Dabei wirkt jedes Einzelelement für die elektromagnetische Strahlung als Antenne, die sowohl adsorbieren als auch emittieren kann. Die Länge jedes Einzelelements bestimmt also den Frequenzbereich für den Energieaustausch, so daß durch Wahl der geometrischen Abmessungen Selektivität erzielt werden kann.
• Bei Adsorberflächen für Solarstrahlung besitzen die auf der Oberfläche senkrecht stehenden Nadeln dem Solarmaximum entsprechend eine Länge von ca. 0,5 um. Der Adsorptionseffekt wird verstärkt dadurch, daß jedes Photon, das an einem Antennenelement nicht adsorbiert wurde, zum gegenüberliegenden Antennenelement reflektiert wird usw (FIG. 2).
• Durch diesen Effekt wird sogar an schlecht adsorbierenden Materialien eine extrem hohe Effektivadsorption von bis zu 98 , erhalten.
• Dieser Reflexionseffekt erschwert aber andererseits die Ausbildung von Oberflächen, wenn es gilt, durch derartige Struturierung eine hohe Wärmeabstrahlung (k = 5 ... 10 /um) zu erzielen und zugleich den Solarbereich auszuklammern. Ein von einem Antennenelement abgestrahltes Photon gelangt nämlich im allgemeinen nicht direkt in den freien Raum, sondern tritt vorzugsweise mit dem gegenüberliegenden resonanzfähigen Antennenelement in Wechselwirkung, d. h. wird adsorbiert und wieder abgestrahlt, wodurch der Wirkungsgrad dieses Prozesses erheblich eingeschränkt wird.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Wärmehaushalt von Körpern zu verbessern, die im Infrarotbereich möglichst viel Wärme abstrahlen sollenzugleich aber einer anderen, Wärme zuführenden Strahlung, wi dem Sonnenlicht, ausgesetzt sind.
• Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Resonanzelemente mit ihrer Längsachse im wesentlichen parallel zur allgemeinen Oberfläche angeordnet sind Bevorzugt bilden die Längsachsen benachbarter Resonanzelemente im wesentlichen einen rechten Winkel.
• Durch die beschriebene Ausbildung der Oberfläche des Wärmestrahlers wird erreicht, daß die Vorzugsrichtung der Abstrahlung von der allgemeinen Oberfläche weggerichtet ist und zugleich die Wechselwirkung benachbarter Antennenelemente ein Minimum wird. Ferner gestatten die exponiert auf der Oberfläche liegenden Elemente eine fabrikationsmäßige Einengung der Längentoleranz und somit eine Verbesserung der Wellenlängenselektion. Außerhalb des Resonanzbereichs wirkt die Oberfläche reflektierend.
• Anhand der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungs beispiele wird die Erfindung näher erläutert.
• Die FIG. 3 zeigt einen Kühlkörper 1, auf dessen freier Oberfläche 2 eine Vielzahl von Resonanzelementen 3 in Form von rechteckigen Erhöhungen angeordnet sind, deren Länge etwa der Wellenlänge X der abzustrahlenden Strahlung -im Falle einer Wärmestrahlung also etwa 5 /um- entspricht.
• Zur weiteren Optimierung wird vorgeschlagen, die Antennenelemente 3 dipolartig auszubilden, so daß sie nicht mit der ganzen Fläche aufliegen (FIG. 4), sondern über Stege 4 mit der Oberfläche 2 des Körpers 1 verbunden sind.
• Zur Herstellung derartiger Oberflächenstrukturen können bekannte Verfahren benutzt werden, z. B. Fotolithografie- und Ätzprozesse (subtraktives Verfahren) bzw. Galvanisierung einer entsprechend strukturierten Kunststoffolie, die anschließend entfernt wird (additives Verfahren).

Claims (3)

1. Patentansprüche kO .

   Wärmestrahler mit einer Oberflächenstrukturierung, die bezüglich der geometrischen Abmessungen auf die Wellenlänge der abzustrahlenden Strahlung abgestimmte Resonanzelemente in Form von länglichen Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzelemente mit ihrer Längsachse im wesentlichen parallel zur allgemeinen Oberfläche angeordnet sind.
2. 2. Wärmestrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen benachbarter Resonanzelemente im wesentlichen einen rechten Winkel bilden.
3. 3. Wärmestrahler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Kühlkörper für Elektronenröhren, insbesondere als Kollektoranordnung für Wanderfeldröhren.