FI67267B - PHOTOTHERMAL ABSORBER - Google Patents

PHOTOTHERMAL ABSORBER Download PDF

Info

Publication number
FI67267B
FI67267B FI772634A FI772634A FI67267B FI 67267 B FI67267 B FI 67267B FI 772634 A FI772634 A FI 772634A FI 772634 A FI772634 A FI 772634A FI 67267 B FI67267 B FI 67267B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reflection
photon
reflectivity
coating
wavelength
Prior art date
Application number
FI772634A
Other languages
Finnish (fi)
Other versions
FI772634A (en
FI67267C (en
Inventor
Jerome John Cuomo
Thomas Herman Distefano
Jerry Macpherson Woodall
Original Assignee
Ibm
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibm filed Critical Ibm
Publication of FI772634A publication Critical patent/FI772634A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI67267B publication Critical patent/FI67267B/en
Publication of FI67267C publication Critical patent/FI67267C/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00Details of absorbing elements
    • F24S70/20Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/25Coatings made of metallic material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

I55FH M m)KUU.LUtusjulkaisu 67267 JHa l J 1 ' utlAggningsskmft u ' (^) PatenL i;: idc lr. t, ^ ^ (51) /h«.ct3 G 02 B 1/10 SUOMI—FINLAND <”> 77263¾ (22) HrifihpIhH-*ΐϋίΙηΐΗ»<Μ 06.09.77 (23) GWrtghitwItf 06.09.77 (41) T«N«|»*lMfcX-MMteffMdH 17.03.78I55FH M m) KUU.LUtusjumelistus 67267 JHa l J 1 'utlAggningsskmft u' (^) PatenL i ;: idc lr. t, ^ ^ (51) /h eng.ct3 G 02 B 1/10 FINLAND — FINLAND <”> 77263¾ (22) HrifihpIhH- * ΐϋίΙηΐΗ» <Μ 06.09.77 (23) GWrtghitwItf 06.09.77 (41) T « N «|» * lMfcX-MMteffMdH 17.03.78

Patentti- ja rekisteri halUtut M|> MMuMmUmioii |s fc—Hufluiw >Im1Patent and Register Desired M |> MMuMmUmioii | s fc — Hufluiw> Im1

Patent)· och registerstyraben ' ' AmMm ock «u»a« pAfani 31.10.8¾ (32)(33)(31) P|rr»«**r ·βΝΛηι·—es*«rd prtorttst 16.09.76 USA(US) 723857 (71) International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 1050¾.Patent) · och registerstyraben '' AmMm ock «u» a «pAfani 31.10.8¾ (32) (33) (31) P | rr» «** r · βΝΛηι · —es *« rd prtorttst 16.09.76 USA (US ) 723857 (71) International Business Machines Corporation, Armonk, NY 1050¾.

USA(US) (72) Jerome John Cuomo, New York, N.Y., Thomas Herman DiStefano,USA (US) (72) Jerome John Cuomo, New York, N.Y., Thomas Herman DiStefano,

Bronxville, New York, Jerry MacPherson Woodall, Mt. Kisco, New York, USA(US) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Fototerminen absorboi ja - Fototermisk absorberareBronxville, New York, Jerry MacPherson Woodall, Mt. Kisco, New York, USA (US) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Photothermal absorbs and - Photothermal absorbers

Keksinnön kohteena on fototerminen absorboija, jolla on minimoitu heijastuskyky valitulla aallonpituuskaistalla, joka käsittää fotoneja absorboivan kappaleen, jolla on sellainen pintarakenne, edullisesti kivikasa- tai dendriittirakenne, että siihen osuva valo heijastuu siinä moninkertaisesti.The invention relates to a photothermal absorber having a minimized reflectivity in a selected wavelength band, comprising a photon absorbing body having a surface structure, preferably a rock pile or dendritic structure, so that the light hitting it is reflected many times.

Muunnettaessa fotonienergiaa lämpöenergiaksi on tehokkuus riippuvainen fotonienergian absorboidun osan suhteesta lämmön säteilevään tai heijastuvaan osaan. Metallit, joilla on hyvät lämpö-ominaisuudet, absorboivat tai ovat läpinäkymättömät oleellisesti kaikilla aallonpituuksilla, samalla kun ne myöskin heijastavat suuren osan energiasta, joka niihin kohdistuu. Paljon heijastavilla pinnoilla on yleensä sekä alhainen absorptiokyky että alhainen emissio-kyky. Koska absorptiokyky ja emissiokyky ovat keskinäisessä suhteessa, on alalla tähän asti kehitelty monikerrosrakenteita, joissa yhdellä kerroksella on eräs suotava ominaisuus ja toisella kerroksella on toinen suotava ominaisuus. Eräs esimerkki tällaisesta rakenteesta on esitetty US-patenttijulkaisussa nro 3 920 413. Tällaiset rakenteet ovat kuitenkin alttiit rakenteellisille rajoituksille sikäli, 2 67267 että toisen kerroksen vaikutus saattaa häiritä toisesta saatavaa parasta etua. Lisäksi monikerrosrakenteiden valmistukseen sisältyy usein paljon käsittelyjä valmistuksen aikana.When converting photon energy into thermal energy, the efficiency depends on the ratio of the absorbed part of the photon energy to the radiating or reflecting part of the heat. Metals with good thermal properties absorb or are opaque at substantially all wavelengths, while also reflecting much of the energy applied to them. Highly reflective surfaces generally have both low absorbency and low emissivity. Because of the interrelationship of absorbency and emissivity, multilayer structures have hitherto been developed in the art in which one layer has one desirable property and the other layer has another desirable property. An example of such a structure is disclosed in U.S. Patent No. 3,920,413. However, such structures are subject to structural limitations in that the effect of one layer may interfere with the best advantage of the other. In addition, the fabrication of multilayer structures often involves a lot of processing during fabrication.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan fototerminen absorboi ja, jolla on olennaisesti suurempi hyötysuhde fotonienergian muuntamisessa lämpöenergiaksi kuin aiemmin tunnetuilla laitteilla.The object of the invention is to provide a photothermal absorber which has a substantially higher efficiency in the conversion of photon energy into thermal energy than previously known devices.

Tähän on päästy keksinnön mukaisen fototermisen absorboijan avulla, joka on tunnettu mainitun kappaleen heijastuspintapäällys-teestä, joka on yhdenmukainen mainitun pintarakenteen kanssa, jolloin mainitulla päällysteellä on ensimmäinen heijastuskyky ja mainitun kappaleen ja päällysteen välissä olevalla rajakerroksella on toinen heijastuskyky ja jolloin mainittu päällyste on ainetta, jolla on erityinen taitekertoimen arvo ja fotoneja absorboivalla kappaleella on taitekerroin ja sammutuskerroin, jotka molemmat ovat arvoltaan sellaisia, että kolmen arvon yhdistelmä antaa pääasiallisesti samat arvot mainituille ensimmäiselle ja toiselle heijastuskyvylle.This is achieved by a photothermal absorber according to the invention characterized by a reflective surface coating of said body consistent with said surface structure, said coating having a first reflectivity and the boundary layer between said body and the coating having a second reflectivity and wherein said coating has has a specific refractive index value and the photon-absorbing body has a refractive index and an extinction coefficient, both of which have a value such that the combination of the three values gives essentially the same values for said first and second reflectivities.

Muita keksinnön olennaisia piirteitä on esitetty vaatimuksissa 2-4.Other essential features of the invention are set out in claims 2-4.

Keksintöä selvitetään seuraavassa oheisten piirustusten avulla, jolloin kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön optisesta toiminnasta, kuvio 2 esittää valomikrokuvaa kivikasatyyppisestä volframi-pinnasta, kuvio 3 esittää valomikrokuvaa dendriittityyppisesti volframi-pinnasta, kuvio 4 esittää kaaviota valon aallonpituudesta ja heijastuksesta näyttäen keksinnön vaikutuksen kolmeen eri pintatyyppiin, kuvio 6 esittää kaaviota volframioksidin tai volframin pinta-alueen paksuudesta ja aallonpituudesta suurimman absorption yhteydessä.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a schematic view of the optical operation of the invention, Figure 2 shows a photomicrograph of a rock pile type tungsten surface, Fig. 3 shows a photomicrograph of dendritic Figure 6 shows a diagram of the thickness and wavelength of the surface area of tungsten oxide or tungsten at maximum absorption.

Muunnettaessa valoenergiaa lämmöksi voidaan tehokkuus ilmais- ta näin:When converting light energy into heat, the efficiency can be expressed as:

Yhtälö 1Equation 1

Tehokkuus - aksorkoitu energia - toistosäteilevä energia energia-inEfficiency - accented energy - repetitive energy energy-in

Kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön vaikutuksesta valon absorptioon ja heijastukseen. Siinä näytetään heijastuksen 3 67267 säätävä pinta-alue 1 optisesti läpinäkyvänä aineena haluttua aallonpituutta varten, jonka pinta 2 on yhdensuuntainen fotoneja absorboivan aineen pinnan 3 kanssa ja jonka paksuus 4 on suhteessa tulovalon aallonpituuteen. Heijastuksen säätävän pinta-alueen optiset ja fysikaaliset ominaisuudet ovat keskinäisessä suhteessa, kunte seuraa-vasta käy ilmi.Figure 1 shows a schematic view of the effect of the invention on light absorption and reflection. It shows the surface area 1 adjusting the reflection 3 67267 as an optically transparent material for the desired wavelength, the surface 2 of which is parallel to the surface 3 of the photon absorbing material and the thickness 4 of which is proportional to the wavelength of the input light. The optical and physical properties of the reflection adjusting surface area are interrelated, as will become apparent.

Tässä tarkoitetaan heijastuksella energiaa, joka iskee ja tulee palautetuksi tunkeutumatta aineeseen vastakohtana toistosä-teilylle, jossa energia menee aineeseen ja johtuen aineen lämpötilan muuttumisesta aine säteilee energian.By reflection is meant energy that strikes and becomes restored without penetrating the substance as opposed to repetition radiation, where the energy enters the substance and due to the change in the temperature of the substance the substance radiates energy.

Kuviossa 1 pintaan 2 iskevällä valolla on heijastuskykykom-ponentti 5 ja sarja pieneneviä perättäisiä komponentteja, joista kolme on näytetty osina 6, 7 ja 8. Toiminnassa pinnasta 3 heijastuva valo vahvistuu tai heikkenee, kun siihen osuu valo, joka palaa pinnasta 2 aikaisemmasta heijastuksesta.In Fig. 1, the light impinging on the surface 2 has a reflectivity component 5 and a series of decreasing successive components, three of which are shown as parts 6, 7 and 8. In operation, the light reflected from the surface 3 increases or decreases when it hits the light returning from the surface 2.

Seuraavassa kuvauksessa käytetään metallisen fotoneja absorboivan aineen oksidia esimerkkinä, vaikka kuvattavien periaatteiden valossa on selvää, että muita päällysteitä kuin oksideja sekä aineita, joilla on eri koostumus kuin pohjametallilla, voidaan käyttää haluttujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi.In the following description, the oxide of a metallic photon-absorbing substance is used as an example, although in the light of the principles described, it is clear that coatings other than oxides as well as substances with a different composition than the base metal can be used to achieve the desired properties.

Kuviossa 1 ensimmäinen heijastuskerroin (osa 5) voidaan ilmaista näin:In Figure 1, the first reflection coefficient (part 5) can be expressed as follows:

Yhtälö 2 .Equation 2.

1/2 ~ "1/2 ~ "

Alkuheijastuskerroin (osa 5) = (R^) ' ^——— o jossa R.j on ilman ja oksidin välinen heijastuskyky ja N on oksidin taittokerroin.Initial reflectance (part 5) = (R ^) '^ ——— o where R.j is the reflectance between air and oxide and N is the refractive index of the oxide.

Samoin voidaan heijastuskerroin (osa 6) ilmaista yhtälöllä 3:Similarly, the reflection coefficient (part 6) can be expressed by Equation 3:

Yhtälö 3: „ „ . „Equation 3: “„. "

1 /7 - + - 1 K1/7 - + - 1 K

(Osan 6) heijastuskerroin = (R„) ' ~ TJ.m(Part 6) reflection coefficient = (R „) '~ TJ.m

λ N+N+iKλ N + N + iK

m o m jossa R2 on oksidin ja metallin välinen heijastuskyky, N on metallin taittokerroin, K on oksidien ekstinktiokerroin ja i on "V-l .m o m where R2 is the reflectivity between the oxide and the metal, N is the refractive index of the metal, K is the extinction coefficient of the oxides and i is "V-1.

m Näin ollen on osien 5, 6, 7 ja 8 jne. heijastuskertoimien suhde tämä: 67267 s = γί 6 = r2 Π - τλ2) 7 = τ2τλ (1 - τ2) 8 = r23ri2 (1 - r,2) Täten säätöpinnan 1 heijastuskyky ilmaistaan yhtälössä 4: Yhtälö 4 47/e 2 2 kokonais ~ r1 + r2 e 1~r1 1_rlr2 jossa d on paksuus 4 ja λ on aallonpituus, ja J J osoittaa itseisarvoja.m Thus, the ratio of the reflection coefficients of parts 5, 6, 7 and 8, etc. is: 67267 s = γί 6 = r2 Π - τλ2) 7 = τ2τλ (1 - τ2) 8 = r23ri2 (1 - r, 2) Thus, the control surface 1 the reflectivity is expressed in Equation 4: Equation 4 47 / e 2 2 total ~ r1 + r2 e 1 ~ r1 1_rlr2 where d is the thickness 4 and λ is the wavelength, and JJ indicates the absolute values.

Yhtälö 5 1 2 2 I *r ' r^ - r2 1 £ haluttu heijastuskyky pienimmällä ^ r1r2 λ :n arvolla Tämä on suunnilleen Yhtälö 6 2 £ haluttu heijastuskyky pienimmällä r1 Γ2 λ:n arvollaEquation 5 1 2 2 I * r 'r ^ - r2 1 £ desired reflectance with the smallest value of ^ r1r2 λ This is approximately Equation 6 2 £ desired reflectance with the smallest value of r1 Γ2 λ

Jos sovellutukseen sisältyy auringon energian muuttamista lämmöksi, tulisi halutun heijastuskyvyn pienimmällä aallonpituudella (pienin λ) olla pienempi kuin 0,05.If the application involves the conversion of solar energy into heat, the desired reflectance at the lowest wavelength (minimum λ) should be less than 0.05.

Haluttu tavoite on, että on mahdollisimman pieni ja pinnan 2 heijastuskyky on lähes sama kuin pinnan 3 heijastuskyky.The desired goal is that it is as small as possible and the reflectivity of surface 2 is almost the same as the reflectivity of surface 3.

Säteilyn säätävän pinta-alueen 1 kriteerit haluttua aallonpituutta varten voidaan ilmaista näin:The criteria for the radiation regulating surface area 1 for the desired wavelength can be expressed as:

Yhtälö 7 2 1-Nq Nm”No~^ Km ^ haluttu heijastuskyky pienim- 1+No Nn+No_i Km mällä λ:η arvollaEquation 7 2 1-Nq Nm ”No ~ ^ Km ^ desired reflectance with the smallest 1 + No Nn + No_i Km with λ: η

Yhtälön 7 mukaisesti heijastuksen säätävän pinta-alueen kriteerit toimivat siten, että pinnan 3 heijastuskomponenttien vai- kutus tulee samaksi kuin pinnasta 2 tulevan tulovalon alkuheijas- tuksen.According to Equation 7, the criteria for the reflection-adjusting surface area work so that the effect of the reflection components of the surface 3 becomes the same as the initial reflection of the input light coming from the surface 2.

5 672675 67267

Paksuus d (osa 4 kuviossa 1) vaikuttaa kahdella tavalla.The thickness d (part 4 in Fig. 1) acts in two ways.

Se on osa yhtälön 4 laskelmista määräten halutun heijastuskyvyn pienimmällä aallonpituudella/ ja kuten kuvion 6 yhteydessä kuvataan, se sallii pienimmän aallonpituuden siirtämisen.It is part of the calculations of Equation 4 determining the desired reflectance at the lowest wavelength / and, as described in connection with Figure 6, it allows the minimum wavelength to be shifted.

Tällaisessa suhteessa on ilmeistä, että eräs haluttu tavoite on kaiken säteilyn absorbointi halutussa aallonpituuskaistassa, kaikkien ei-haluttujen aallonpituuksien heijastaminen ja suotavan, heijastuvan aallonpituusenergian pitäminen mahdollisimman pienenä.In such a relationship, it is apparent that one desired goal is to absorb all radiation in the desired wavelength band, to reflect all unwanted wavelengths, and to keep the desired reflected wavelength energy to a minimum.

Tämä tehdään keksinnön mukaisesti käyttämällä aallonpituuden valikoivaa, heijastuksen säätävää pinta-aluetta fotoneja absorboivan aineen pinnalla, niin että ilman ja alueen 1 välinen heijastuskyky, paksuus ja ääriviiva; alueen 1 taittokerroin; ja fotoneja absorboivan aineen indeksi ja ekstintiokerroin kaikki yhdessä vaikuttavat siten, että fotoneja absorboivasta aineesta heijastuva valo tulee lyhennetyksi.This is done according to the invention by using a wavelength-selective, reflection-adjusting surface area on the surface of the photon-absorbing substance, so that the reflectivity, thickness and contour between the air and the region 1; the refractive index of area 1; and the photon-absorbing material index and the extinction coefficient all work together so that the light reflected from the photon-absorbing material becomes shortened.

Paras valittava pinnan muoto on karhea tai muotoiltu niin, että valon, joka tulee kohtisuorasti pintaa kohden, on heijastuttava oleellisesti useammin kuin kerran, ennen kuin se voi paeta pinnasta. Tämän karhean tai muotoillun pinnan ja heijastuksen säätävän pinnan avulla saadaan aikaan absorptio, joka on suurempi ja kattaa suuremman aallonpituuskaistan kuin yksinkertainen, heijastamaton päällyste sileällä metallilla. Esim. jälkimmäisen hei jastuskyky on » joka vaihtelee aallonpituuden mukana, kun taas karhennetulla pinnalla olevan heijastuspäällysteen heijastuskyky, jossa valo heijastuu 2 kahdesti ennen paluuta, on ^]ζ0]^0η3ΐ5 r j°ka on pienempi kuin g kokonais"The best surface shape to choose is rough or shaped so that light that comes perpendicular to the surface must be reflected substantially more than once before it can escape the surface. This rough or shaped surface and the reflection adjusting surface provide an absorption that is greater and covers a larger wavelength band than a simple, non-reflective coating with smooth metal. For example, the reflectivity of the latter is "which varies with wavelength, while the reflectance of a reflective coating on a roughened surface, where light is reflected 2 twice before return, is ^] ζ0] ^ 0η3ΐ5 r j ° ka is less than g total"

Heijastuksen säätävän alueen erottaa passivoivista päällysteistä se seikka, että jälkimmäisissä on päätarkoituksena inerttis-ten ominaisuuksien suojaaminen kemiallisesti ja aineet valitaan tätä silmälläpitäen.The reflection control area is distinguished from the passivating coatings by the fact that the main purpose of the latter is to chemically protect the inert properties and the substances are selected with this in mind.

Kuviot 2 ja 3 esittävät valomikrokuvio volframipinnoista, joil-laon vastaavasti suurenevat absorptiokykyasteet. Kuvion 2 mukaista pintaa kutsutaan kivikasapinnaksi, joka on alalla hyvin tunnettu, ja kuvion 3 mukaista pintaa kutsutaan dendrlittipinnaksi. Molemmat pinnat valmistetaan alalla hyvin tunnetulla kemiallisella höyrykäsittelyl-lä. Kivikasarakenne on paljon ohuempi kuin dendriittirakenne, joten se on halvempi. Valomikrokuva näyttää suurennusasteen. Kun keksinnön 6 67267 mukainen, heijastuksen säätävä pinta-alue valmistetaan yhdessä kuvioiden 2 ja 3 mukaisten pintojen kanssa ja ei-näytetyn, litteän pinnan kanssa, on tuloksena kokonaisheijastuskyvyn äkillinen pienennys määrättyä aallonpituutta varten, joka on valittavissa edellä mainittujen kriteerien mukaisesti.Figures 2 and 3 show a light micrograph of tungsten surfaces with correspondingly increasing absorption rates. The surface of Figure 2 is called a rock pile surface, which is well known in the art, and the surface of Figure 3 is called a dendritic surface. Both surfaces are made by chemical steam treatment well known in the art. The stone pile structure is much thinner than the dendritic structure, so it is cheaper. The light micrograph shows the magnification. When the reflection adjusting surface area according to the invention 6 67267 is manufactured together with the surfaces of Figs. 2 and 3 and a flat surface (not shown), a sudden reduction in the total reflectance for a given wavelength is selectable according to the above criteria.

Tämä on näytetty kuvion 4 kaaviossa, jossa on piirretty koh-tisuorasti tulevan valon kokonaisheijastus suhteessa aallonpituuteen mikroneissa. Kolme käyrää on näytetty. Pisteviiva tarkoittaa litteää volframia, katkoviiva kivikasa-ainetta kuviossa 2 ja ehyt käyrä dendriittiainetta kuviossa 3. On huomattava, että keksinnön mukainen, heijastuksen säätävä pinta-alue saa aikaan absorptiohuipun, joka on noin 0,62 mikronia läheisyydessä. Tämä aallonpituus on alalla vallitsevan käsityksen mukaan auringon emissiokyvyn huipulla tai lähellä huippua.This is shown in the diagram of Figure 4, which plots the total reflection of the incoming light perpendicular to the wavelength in microns. Three curves are shown. The dotted line means flat tungsten, the dashed line the rock pile material in Figure 2 and the solid curve dendritic material in Figure 3. It should be noted that the reflection adjusting surface area of the invention provides an absorption peak in the vicinity of about 0.62 microns. This wavelength is considered by the industry to be at or near the peak of the sun's emissivity.

Kuvion 4 logaritmisesta asteikosta nähdään, että kun kuvion 3 dendriittiaine varustetaan keksinnön mukaisella, heijastuksen säätävällä pinta-alueella, se absorboi 99,94 % tulovalosta aallonpituudella 0,55 mikronia.It can be seen from the logarithmic scale of Figure 4 that when the dendritic material of Figure 3 is provided with a reflection adjusting surface area according to the invention, it absorbs 99.94% of the incoming light at a wavelength of 0.55 microns.

Kuvio 5 näyttää keksinnön vaikutuksen dendriittipinnalle tulevan valon vaihtelevilla suunnilla. Siinä on kokonaisheijastuskyky piirretty suhteessa aallonpituuteen nanometreissä tulovalon kulman ollessa vastaavasti 0°, 20°, 40°, 60° ja 80°. Jokaisessa tapauksessa absorptiohuippu esiintyy suunnilleen samalla aallonpituudella.Figure 5 shows the effect of the invention on varying directions of light entering the dendritic surface. It has the total reflectance plotted relative to the wavelength in nanometers with an incident light angle of 0 °, 20 °, 40 °, 60 ° and 80 °, respectively. In each case, the absorption peak occurs at approximately the same wavelength.

Keksinnön mukaisesti suoritetaan kuvion 1 mukaisen, heijastuksen säätävän pinta-alueen valmistus varustamalla alueen 1 aine, joka on muotoiltu fotonia absorboivan aineen pintamuodon mukaan, suotavilla parametreillä, jotka ovat: heijastuskerroin alueen 1 aineen pinnasta 2 on suunnilleen sama kuin fotonia absorboivan aineen ja alueen 1 välisen jakopinnan 3 heijastuskerroin. Nämä heijastus-kertoimet ovat suhteessa alueen 1 aineen taittokertoimeen, fotonia absorboivan aineen taittokertoimeen ja jälkimmäisen ekstinktioker-toimeen. Nämä ovat alalla tarkoin määriteltyjä parametrejä ja ne löytyvät useimmista alan käsikirjoista. Jotta alan asiantuntija kuitenkin voisi vähentää kokeilua, on taulukossa 1 annettu yhtälöille 2-7 määrätyt arvot aineelle W0^ käytettynä heijastuksen säätävänä pinta-alueena 1 dendriitillä W, kuten kuvio 3 näyttää.According to the invention, the production of the reflection-adjusting surface area according to Fig. 1 is carried out by providing the region 1 material shaped according to the surface shape of the photon absorbing material with desirable parameters which are: the reflection coefficient from the surface 2 material surface 2 is approximately the same as between the photon absorbing material and the region 1 the reflectance of the dividing surface 3. These reflection coefficients are proportional to the refractive index of the substance in region 1, the refractive index of the photon absorbing substance, and the extinction coefficient of the latter. These are well-defined parameters in the art and can be found in most industry manuals. However, in order for one skilled in the art to reduce the experiment, Table 1 gives the values assigned to Equations 2 to 7 for the substance W0 ^ used as the reflection adjusting surface area 1 with dendritic W, as shown in Fig. 3.

7 672677 67267

Taulukko 1 w wo3 W - wo3 n 3,43 2,26 --- k 2,96 0,0 --- --- --- 0,386 r2 --- --- 0,496 2 lril" I r21 — I — °-°12Table 1 w wo3 W - wo3 n 3.43 2.26 --- k 2.96 0.0 --- --- --- 0.386 r2 --- --- 0.496 2 lril "I r21 - I - ° - 12 °

Heijastuksen säätävän pinta-alueen 1 valmistus voidaan erityisen hyvin soveltaa prosesseihin, joissa muodostetaan kemiallisia yhdisteitä fotoneja absorboivasta aineesta. Näissä käytetään fotoneja absorboivaa «ainetta yhtenä aineosana, niissä muotoillaan sama ääriviiva kuin pinnan ääriviiva ja ne ovat yleensä helposti säädettävissä pinnan säätöalueen halutulla paksuusalueella. Tällaisia prosesseja ovat esim. anodinen käsittely tai hapetus, nitridointi ja karburointi. Eräs helposti säädettävä valmistusmenetelmä on anodinen käsittely, milloin fotoneja absorboiva aine ja muodostettu alue sen sallivat keksinnön mainittujen kriteerien mukaisesti. Tässä menetelmässä muodostuu usein oksidi, joka rajoittaa virran kulkua, niin että alueen paksuus vastaa tarkasti jännitettä. Keksinnön mukaisesti käyttökelpoisia metalleja, jotka muodostavat edullisia oksideja, ovat esim.: W, Mo, Hf, V, Ta ja Nb.The fabrication of the reflection adjusting surface area 1 is particularly well applicable to processes in which chemical compounds are formed from a photon absorbing material. These use a photon absorber as a single component, form the same contour as the surface contour, and are generally easily adjustable over the desired thickness range of the surface adjustment range. Such processes include, for example, anodic treatment or oxidation, nitriding and carburization. One easily adjustable manufacturing method is anodic treatment, where the photon absorbing agent and the formed region allow it according to the said criteria of the invention. In this method, an oxide is often formed which limits the flow of current so that the thickness of the region corresponds exactly to the voltage. Metals useful according to the invention which form preferred oxides include, for example: W, Mo, Hf, V, Ta and Nb.

Keksinnön toteuttamisen helpottamiseksi on taulukossa 2 ilmoitettu kuvion 1 mukaisen paksuusmitan 4 ja anodikäsittelyn jännitteen välinen suhde aineelle W03 aineen W päällä.In order to facilitate the implementation of the invention, the relationship between the thickness gauge 4 according to Fig. 1 and the anode treatment voltage for the substance W03 on the substance W is indicated in Table 2.

Taulukko 2 Jännite Paksuus voltteja ^,um_ 20 0,035 25 0,045 30 0,055 35 0,065 40 0,075 8 67267Table 2 Voltage Thickness in volts ^ μm_ 20 0.035 25 0.045 30 0.055 35 0.065 40 0.075 8 67267

Erään määrätyn toteutusmuodon seuraavat koetulokset valaisevat keksinnöllä saavutettavia, suuria etuja. Kuvion 2 mukainen kivi-kasavolframipinta käsiteltiin anodisesti fosforihappohauteessa jännitteellä 30 V. Tällöin WO^ alue pysäyttää anodisen reaktion määrätyllä paksuudella, joka säädetään syötetyllä jännitteellä. Tämän pinnan osalta 150°C lämpötilassa on "absorptiokyvyn" suhde tulosä-teilyyn "verrattuna” "puolipallon emissiokykyyn", t.s.p. ( aL/ζ ) 3,9. Seuraavassa taulukossa yhtälön 1 mukaan laskettua tehokkuutta on verrattu tavallisen mustan kappaleen tehokkuuteen eri lämpötiloissa .The following experimental results of a particular embodiment illustrate the great advantages of the invention. The rock-stack tungsten surface according to Figure 2 was treated anodically in a phosphoric acid bath at a voltage of 30 V. In this case, the WO 2 region stops the anodic reaction at a certain thickness, which is adjusted by the applied voltage. For this surface at 150 ° C, the ratio of "absorbency" to output radiation "compared to" "hemispherical emissivity", i.e. (aL / 3) 3.9, is the following.

Taulukko 3Table 3

Tehokkuus, % Toistosäteily, watteja T_Volframi Musta kappale_Volframi Musta kappale 50°C 80 % 32 % 0,015 0,063 75°C 75 % 13 % 0,020 0,083 100°C 68 % 0 0,027 0,1125 150°C 51 % 0 0,044 > 0,1 200°C 26 % 0 0,069 > 0,1Efficiency,% Repeat radiation, watts T_Tungsten Black body_Tungsten Black body 50 ° C 80% 32% 0.015 0.063 75 ° C 75% 13% 0.020 0.083 100 ° C 68% 0 0.027 0.1125 150 ° C 51% 0 0.044> 0.1 200 ° C 26% 0 0.069> 0.1

Taulukosta ilmenee, että enintään 150°C lämpötiloissa saavutetaan yli 50 % tehokkuudet.The table shows that efficiencies of more than 50% are achieved at temperatures up to 150 ° C.

Eräs tärkeä etu on se, että keksinnön menetelmä tekee mahdolliseksi uuden fotoneja absorboivan aineen aikaansaamisen, koska heijastamattoman päällysteen edut voidaan nyt antaa substraateille, joilla on pinnan epäsäännöllisyyksistä saatuja fotoniabsorbointi-ominaisuuksia.An important advantage is that the method of the invention makes it possible to provide a new photon-absorbing agent, since the advantages of an anti-reflective coating can now be applied to substrates having photon absorption properties due to surface irregularities.

Useimmissa aurinkoenergian muuttamiseen käytettävissä sovellutuksissa halutaan käyttää sellaisia fotoneja absorboivia aineita, jotka absorboivat enemmän kuin 90 % auringon spektristä. Tähän tulokseen ei voi päästä litteällä metallilla, karhealla metallilla eikä näiden päällä olevilla, yksinkertaisilla, heijastamattomilla päällysteillä. Kun sitä vastoin käytetään keksinnön mukaista heijastuksen säätävää pinta-aluetta yhdessä määrätynlaisten, muotoiltujen tai karheiden metallipintojen, kuten volframin, kanssa, voidaan saavuttaa alhainen heijastus laajalla spektrialueella. On todettu, että auringon spektrin suhteen saavutetaan haluttu absorptio muotoiltujen tai karhennettujen pintojen avulla, joissa kohtisuorasti tuleva 9 67267 valo heijastuu moninkertaisesti heijastuksen säätävän kerroksen pinnasta. Sitä vastoin siteillä metalleilla olevilla, heijastamattomil-la päällysteillä on absorptio, joka kattaa vain pienen osan auringon spektristä.Most applications for converting solar energy want to use photon absorbers that absorb more than 90% of the solar spectrum. This result cannot be achieved with flat metal, rough metal, or simple, non-reflective coatings on top of these. In contrast, when the reflection-adjusting surface area according to the invention is used in combination with certain types of shaped or rough metal surfaces, such as tungsten, low reflection over a wide spectral range can be achieved. It has been found that with respect to the solar spectrum, the desired absorption is achieved by means of shaped or roughened surfaces in which the incident light 9 67267 is reflected many times over the surface of the reflection-adjusting layer. In contrast, non-reflective coatings on bonded metals have an absorption that covers only a small portion of the solar spectrum.

Vaikka keksintö on esitelty erään määrätyn, anodisesti käsiteltyä volfrämiä käyttävän toteutusmuodon yhteydessä, on alan asiantuntijalle selvää, että esiteltyjen periaatteiden valossa ovat monet erilaiset toteutusmuodot mahdollisia.Although the invention has been presented in connection with a particular embodiment using anodically treated tungsten, it will be apparent to one skilled in the art that many different embodiments are possible in light of the principles presented.

Claims (4)

10 6726710 67267 1. Fototerminen absorboija, jolla on minimoitu heijastuskyky valitulla aallonpituuskaistalla, joka käsittää fotoneja absorboivan kappaleen, jolla on sellainen pintarakenne, edullisesti kivikasa-tai dendriittirakenne, että siihen osuva valo heijastuu siinä moninkertaisesti, tunnettu mainitun kappaleen heijastuspinta-päällysteestä joka on yhdenmukainen mainitun pintarakenteen kanssa, jolloin mainitulla päällysteellä on ensimmäinen heijastuskyky ja mainitun kappaleen ja päällysteen välissä olevalla rajakerroksella on toinen heijastuskyky ja jolloin mainittu päällyste on ainetta, jolla on erityinen taitekertoimen arvo ja fotoneja absorboivalla kappaleella on taitekerroin ja sammutuskerroin jotka molemmat ovat arvoltaan sellaisia, että kolmen arvon yhdistelmä antaa pääasiallisesti samat arvot mainituille ensimmäiselle ja toiselle heijastuskyvylle.A photothermal absorber having minimized reflectivity in a selected wavelength band, comprising a photon absorbing body having a surface structure, preferably a rock pile or dendritic structure, so that light impinging thereon is reflected multiple thereof, characterized by a coating surface of said body uniform with wherein said coating has a first reflectivity and the boundary layer between said body and the coating has a second reflectivity, and wherein said coating is a substance having a specific refractive index value and the photon absorbing body has a refractive index and an extinction coefficient both of which have a value such that values for said first and second reflectivities. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen fototerminen absorboija, tunnettu siitä, että mainittujen ensimmäisen ja toisen hei-jastuskyvyn eron vaihtelut ovat suuruusluokkaa 0,05.A photothermal absorber according to claim 1, characterized in that the variations of said first and second reflectances are of the order of 0.05. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen fototerminen absorboi ja, tunnettu siitä, että fotoneita absorboiva aine on volframi ja heijastusta säätävä pinta-alue on volframioksidi.Photothermal absorber according to Claim 1 or 2, characterized in that the photon absorber is tungsten and the reflection-adjusting surface area is tungsten oxide. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen fototerminen absorboi ja, tunnettu siitä, että heijastusta säätävä pinta-alue on anodioksidoitua volframioksidia.Photothermal absorber according to Claim 1 or 2, characterized in that the reflection-adjusting surface area is anodized oxidized tungsten oxide.
FI772634A 1976-09-16 1977-09-06 PHOTOTHERMAL ABSORBER FI67267C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US72385776A 1976-09-16 1976-09-16
US72385776 1976-09-16

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI772634A FI772634A (en) 1978-03-17
FI67267B true FI67267B (en) 1984-10-31
FI67267C FI67267C (en) 1985-02-11

Family

ID=24907980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI772634A FI67267C (en) 1976-09-16 1977-09-06 PHOTOTHERMAL ABSORBER

Country Status (22)

Country Link
JP (1) JPS5337924A (en)
AR (1) AR222144A1 (en)
BE (1) BE857699A (en)
BR (1) BR7706187A (en)
CA (1) CA1083867A (en)
CH (1) CH620287A5 (en)
DE (1) DE2734544A1 (en)
DK (1) DK151079C (en)
ES (1) ES462375A1 (en)
FI (1) FI67267C (en)
FR (1) FR2365135A1 (en)
GB (1) GB1532338A (en)
GR (1) GR66047B (en)
IL (1) IL52540A (en)
IT (1) IT1114123B (en)
MX (1) MX143717A (en)
NL (1) NL7710100A (en)
NO (1) NO147431C (en)
OA (1) OA05764A (en)
PL (1) PL119116B1 (en)
PT (1) PT66954B (en)
SE (1) SE431909B (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58177354A (en) * 1982-04-10 1983-10-18 永大産業株式会社 Decorative material
DE3219989A1 (en) * 1982-05-27 1983-12-01 Maschf Augsburg Nuernberg Ag SELECTIVE ABSORBING LAYER FOR SOLAR COLLECTORS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3176679A (en) * 1963-10-09 1965-04-06 Engelhard Ind Inc Solar energy collector
JPS4910438A (en) * 1972-05-30 1974-01-29
US3920413A (en) * 1974-04-05 1975-11-18 Nasa Panel for selectively absorbing solar thermal energy and the method of producing said panel
JPS5125843A (en) * 1974-08-29 1976-03-03 Hitachi Ltd

Also Published As

Publication number Publication date
FI772634A (en) 1978-03-17
GB1532338A (en) 1978-11-15
PL200836A1 (en) 1978-04-10
GR66047B (en) 1981-01-14
BE857699A (en) 1977-12-01
CH620287A5 (en) 1980-11-14
MX143717A (en) 1981-06-26
PT66954B (en) 1979-02-07
AR222144A1 (en) 1981-04-30
ES462375A1 (en) 1978-12-16
CA1083867A (en) 1980-08-19
PL119116B1 (en) 1981-11-30
DK151079B (en) 1987-10-26
FI67267C (en) 1985-02-11
JPS577333B2 (en) 1982-02-10
IT1114123B (en) 1986-01-27
IL52540A (en) 1980-01-31
PT66954A (en) 1977-09-01
FR2365135B1 (en) 1982-01-08
DK409377A (en) 1978-03-17
NO773128L (en) 1978-03-17
DE2734544C2 (en) 1987-05-14
NO147431B (en) 1982-12-27
IL52540A0 (en) 1977-10-31
SE431909B (en) 1984-03-05
NO147431C (en) 1983-04-06
JPS5337924A (en) 1978-04-07
DE2734544A1 (en) 1978-03-23
BR7706187A (en) 1978-07-04
OA05764A (en) 1981-05-31
FR2365135A1 (en) 1978-04-14
NL7710100A (en) 1978-03-20
DK151079C (en) 1988-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6692836B2 (en) Composite material
JP2659809B2 (en) Laser reflection mirror
JP2005523870A5 (en)
Khamlich et al. Annealing effect on the structural and optical properties of Cr/α-Cr2O3 monodispersed particles based solar absorbers
EP1776550A1 (en) Solar absorber
JP6566041B2 (en) Heat-light conversion member
US9746206B2 (en) Heat-absorbing material and process for producing same
GB2065913A (en) Multilayer mirror for reflecting radiation at preselected wavelenght
US4082413A (en) Selective radiation absorption devices for producing heat energy
Van Mechelen et al. Mg–Ni–H films as selective coatings: Tunable reflectance by layered hydrogenation
US4448487A (en) Photon energy conversion
FI67267B (en) PHOTOTHERMAL ABSORBER
TWI487618B (en) Laserschweissbares verbundmaterial
GB1569809A (en) Selective solar absorber
Kitagawa et al. Photoinduced phase transition of metallic SmS thin films by a femtosecond laser
US4437455A (en) Stabilization of solar films against hi temperature deactivation
US4037014A (en) Semiconductor absorber for photothermal converter
US20210348023A1 (en) Solar receiver, selectively absorbing material, and associated fabrication methods
CN111587349A (en) Composite material for solar collectors
CN100457973C (en) Solar energy selective absorption film
Golomb Diffraction gratings and solar selective thin film absorbers: an experimental study
KR820001485B1 (en) Absorbing surface of solar collecting
Seraphin Thin films in photothermal solar energy conversion
Trotter Jr et al. Spectral selectivity of high-temperature solar absorbers II. Effects of interface
Chkhalo et al. Al/Al2O3: new type of mirrors for intense synchrotron radiation beams

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES