DE3444153A1 - Strahlungsabsorber - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Strahlungsabsorber Die Erfindung betrifft einen Strahlungsabsorber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Strahlungsabsorber, der als sogenannter Sonnenenergiekollektor bekannt ist und der z.B. geeignet ist, um über einen Wärmetauscher das Brauchwasser für ein Ein- oder Mehrfamilienhaus zu erzeugen.
• Ein solcher Sonnenenergiekollektor besteht im allgemeinen aus geschwärzten Absorberplatten, von welchen die Energie in Form von Wärme durch eine Flüssigkeit abgeführt wird z.B. zu dem Wärmetauscher. Der Sonnenkollektor hat nur dann einen hohen Wirkungsgrad, wenn die Sonnenstrahlung möglichst vollständig in Wärme umgewandelt wird und der Wärmeverlust durch Rückstrahlung, Konvektion und/oder Leitung vernachlässigbar ist. Dazu sollte die geschwärzte Oberfläche des Absorbers besonders wirksam sein für die kürzeren Wellenlängen der Sonnenstrahlung Dabei wird ein Absorptionskoeffizient von größer 0,9 als brauchbar angesehen. Strahlungsverluste sollen durch Verwendung sogenannter selektiv wirkender Absorberschichten möglichst gering gehalten werden. D.h. die Oberflächen sollen Sonnenlicht ohne die längeren infraroten Wellenlängen absorbieren, da diese Wärmestrahlung gemäß dem Kirchhoffschen Gesetz ebenso leicht emittiert wird. Absorberschichten können aufgrund verschiedener Mechanismen selektiv wirken.
• So wird z.B. durch eine geeignete Schichtdicke der Absorberschicht die unerwünschte Emission durch Interferenz unterdrückt. Desweiteren können sogenannte dendritische Schichten als sogenannt-e Strahleneinfangoberflächen für solare Wellenlängen wirken.
• Alle diese Maßnahmen können aber die Absorption in der Regel nur wenig erhöhen und haben zudem oft den Nachteil, daß gleichzeitig die Emission, ausgedrückt durch den Emissionskoeffizienten 6 , größer wird. Erst ein Emissionskoeffizient von 6 < 0,2 ist jedoch brauchbar.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Strahlungsabsorber dahingehend zu verbessern, daß lediglich Strahlung kürzerer Wellenlängen absorbiert wird, daß eine Emission längerer Wellenlängen vermieden wird und daß eine kostengünstige Herstellung möglich ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: Der Strahleneinfang von Absorberoberflächen, und somit deren Wirksamkeit, läßt sich insbesondere durch die Schaffung einer großen Flächendichte von Kavernen in der Oberfläche erhöhen. Die durch jede einzelne Kavernenöffnung von außen eintretenden Strahlen werden im Inneren des Hohlraums vielfach reflektiert oder gestreut und erleiden bei jeder Reflexion eine Absorption, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß ein merklicher Bruchteil wieder zur Öffnung herauskommt, außerordentlich gering ist. Dadurch wird gleichzeitig ein sehr kleiner Emissionskoeffizient, also sehr geringer Energieverlust durch Abstrahlung gewährleistet. Solche Absorber können beispielsweise auf der Basis glasartiger Materialien wie folgt hergestellt werden Beispiel 1: Eine Glaskeramikplatte mit einer Dicke von ungefähr 2mm wird durch Sägen und Schleifen auf die für den Trägerkörper gewünschte Abmessung gebracht und durch milde Ätzung der später als Absorberfläche fungierenden Oberfläche in der Gasphase über einer 40%igen Flußsäure so lange behandelt, bis durch das selektive Herausätzen der Glasphase aus der Oberfläche eine große Anzahl von Poren mit ungefähr lum bis lOum Durchmesser und 3m bis Sum Tiefe entstanden ist. Die solchermaßen vorbehandelte Oberfläche wird nun in derzeit handelsüblichen Bädern für eine stromlos-chemische Nickelabscheidung aus einem ebenfalls derzeit handelsüblichen Nickbl-Hypophosphitbad aktiviert. Es wird eine mittlere Schichtdicke von 200nm NiP abgeschieden und diese Schicht abschließend in einer 5%igen Salpetersäure bei 250C 40 Sekunden lang behandelt, gründlich in demineralisiertem Wasser gespült und bei 130°C getrocknet. Diese NiP-Schicht ist a-ls Absorberschicht gesignet für einen Wellenläng-enbereich von 0,3pm bis 2,0µm.
• Beispiel 2: Ein plattenförmiger Trägerkörper aus Borsilikatglas mit einer Dicke von ungefähr 3mm wird in einem derzeit handelsüblichen Sandstrahlgerät mit Korundpulver der mittleren Korngröße von 50pm bestrahlt. Nach einer gründlichen Spülun.g in mit einem Netzmittel v8rsehen-en Spülwasser wird die aufgerauhte Glasoberfläche 15 min lang in einer Lösung von 20 g/l Ammoniumhydrogenfluorid bei 400C behandelt und sorgfältig in demineralisiertem Wasser mit Ultraschallunterstützung gespült. Die Oberfläche ist bei einer mikroskopischen Betrachtung von ung-efähr 2pm breiten und 20 bis 50pm langen Spalten durchzogen. Nach einer Aktivierung in einem derzeit handelsüblichen Zinn-Palladium-Aktivator und einer -stromlos-ohem-ischan Verkupferung auf ungefähr 0,5 jim Dicke in -einem ebenfalls derzeit -handelsüblichen chem-ischen Kupferbad wird die entstandene Kupferschicht nach einer an sich bekannten Methode mit alkalischer Kaliumpermanganatlösung oxidiert, so daß die Absorptionsschicht entsteht.
• Die in den Beispielen beschriebenen Trägerkörper mit den erzeugten Absorptionsflächen werden anschließend auf Grundkörpern, z.B. Metallkörper, befestigt, z.B. durch Kleben, welche von einem Kühlmittel durchflossen werden.
• Dieses Kühlmittel, z.B. Wasser mit einem Gefrierschutzzusatz, transportiert die in dem Strahlungsabsorber aufgenommene Wärmemenge zu den gewünschten Verbrauchern, z.B.
• Heizkörpern und/oder Wärmetauschern Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, die erwähnten glasartigen Trägerkörper rohrförmig auszubilden, so daß damit eine Umhüllung eines metallischen Kühlrohres ermöglicht wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche W Strahlungsabsorber, insbesondere zur Absorption von Sonnenlicht, bestehend aus einem zumindest teilweise von einem Kühlmittel durchflossenem Körper, dessen Außenfläche zumindest teilweise als Absorberfläche ausgebildet ist für die zu absorbierende Strahlung, dadurch gekennzeichnet, - daß zumindest die Absorberfläche aus einem glasartigen Trägerkörper entstanden ist, dessen der Strahlung auszusetzende Oberfläche durch darin angebrachte Vertiefungen vergrößert ist, - daß die derart vergrößerte Oberfläche mit mindestens einer Absorberschicht überzogen ist für die zu absorbierende Strahlung und - daß die Absorberschicht für kurzwellige Strahlung ein größeres Absorptionsvermögen besitzt als für langwellige Strahlung.
2. 2. Strahlungsabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen durch eine mechanische und/oder chemische Behandlung der Oberfläche des Trägerkörpers entstanden ist.
3. 3. Strahlungsabsorber nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägerkörper ein selektiv herausätzbares Material eingelagert ist, durch welches die Vertiefungen entstehen.
4. 4. Strahlungsabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägerkörper feinst verteilte Gasblasen und/oder Hohlräume vorhanden sind und daß die Vertiefungen durch Aufbrechen der Gasblasen und/oder Hohlräume entstanden sind.
5. 5. Strahlungsabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht ein Metall und/oder dessen Oxid und/oder dessen Sulfid enthält.
6. 6. Strahlungsabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht eine Zellenstruktur besitzt.
7. 7. Strahlungsabsorber nach einem. der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht im Wellenlängenbereich von O,3m bis 2,0m ein wesentlich größeres Absorptionsvermögen besitzt als in den übrigen Wellenlängenbereichen.