Wie funktioniert der refraktive sekundäre Saphirkonzentrator des Glenn Research Center?

Nachdem ich diese Referenz (in der Frage zitiert) überprüft habe, ist hier meine Meinung zu diesem Gerät.

Die allgemeine Idee besteht darin, konzentrierte Sonnenenergie von einem Primärkonzentrator, wie einem Primärspiegel, in eine Kammer (sie nennen es einen "Hohlraum") zu übertragen, um sie in Anwendungen wie solarthermischer Stromerzeugung, solarthermischem Antrieb usw. zu verwenden ein Sonnenofen. Diese Anwendungen erfordern im Allgemeinen, dass die Kammer einen höheren Druck als die Umgebung hat, sodass die Sonnenenergie durch eine Art transparente Wand oder Fenster strömen muss, die es ermöglichen, den Kammerdruck aufrechtzuerhalten. Selbst wenn der Kammerdruck dem Umgebungsdruck entspricht, würde eine nicht blockierte Öffnung in der Kammer viel Wärme entweichen lassen, sowohl durch Strahlung als auch durch Konvektion, sodass eine Art Wand oder Fenster benötigt wird.

Das typische quasiplanare Fenster leidet unter erheblichen Reflexionsverlusten. Das Papier gibt an, dass bis zu 50 % des einfallenden Lichts nutzlos zurückreflektiert werden. Das gezeigte Gerät reduziert diese Reflexionsverluste auf nahezu Null, indem es ein Material mit hohem Brechungsindex und eine angepasste Geometrie verwendet, die an allen Grenzflächen Totalreflexionen erzeugt , mit Ausnahme derjenigen, die Licht direkt in die Kammer übertragen sollen. Der Brechungsindex des Materials bestimmt die Winkel der Facetten und anderer Oberflächen.

Die Idee ist, die Energie auf das Maximum zu konzentrieren, das der Primärkonzentrator erzeugen kann, begrenzt durch Dinge wie die Brennweite des Primärs, die Winkelgröße der Sonne vom Standort des Geräts usw., und sie weiter zu konzentrieren, um höhere Temperaturen zu erhalten. Höhere Temperaturen sind zum Beispiel für Carnot-Zyklus- Geräte immer von Vorteil.

Es scheint, dass das sekundäre Konzentrationsverhältnis im Wesentlichen das Verhältnis der Fläche der Eingangsseite des Kegels zur Fläche der Ausgangsseite ist, wenn die Übertragung verlustfrei wäre. Angesichts der in der obigen Referenz angegebenen Abmessungen wäre dieses Verhältnis ~ 22: 1. Wäre diese Ausgangsseite am kleinen Ende des konischen Abschnitts nur eine ebene Fläche, würde es dort zu einer starken Reflexion kommen und Energie würde verloren gehen. Der Zweck des Flussextraktors besteht darin, diese flache Oberfläche am Ende des sekundären Konzentrators (dem konischen Abschnitt) zu vermeiden und die Energie durch die Facetten mit großem Einfallswinkel in den Hohlraum zu übertragen und den Nettoreflexionskoeffizienten zu minimieren.

Abbildung 2 der Referenz zeigt, wie es in einem solarthermischen Raketentriebwerk verwendet wird. In dieser Figur tritt Licht von links ein und wird über den Flussextraktor in einen Hohlraum innerhalb einer größeren Kammer geleitet. Der Hohlraum absorbiert das Licht und wandelt alles in Wärme um, die durch die Hohlraumwände geleitet wird. Ein Arbeitsfluid (das Treibmittel) fließt innerhalb der Kammer nach rechts, um die Außenseite des Hohlraums herum, absorbiert die Wärme aus dem Hohlraum und wird dann durch eine Standard- de-Laval-Düse ausgestoßen . In dem gezeigten fiktiven Triebwerk befindet sich der Konzentrator in einer Position, die normalerweise von dem Injektor eines standardmäßigen chemischen Raketentriebwerks eingenommen wird.

Bei einer eingestellten Kammertemperatur ergeben Treibmittel mit niedrigeren durchschnittlichen Molekül- (oder Atom-) Massen einen höheren spezifischen Impuls. Molekularer Wasserstoff wäre ein guter Kandidat für das Treibmittel.