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Infrarot-Langwellen-Hohlraumstrahler für therapeutische Zwecke
Nach den bei der medizinischen Anwendung von sogenannten Tiefbestrahlungsapparaten gesammelten praktischen Erfahrungen kann mit grosser Wahrscheinlichkeit angenommen werden, dass auch den langwelligen infraroten Strahlen spezifische biologische Wirkungen auf den lebenden Organismus zukommen.
In der deutschen Patentschrift Nr. 662786 z. B. ist auf solche neueren Untersuchungen hingewiesen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einerlangwelligen Ultrarotstrahlung beschrieben. Dieses Gerät wurde aber-wohl infolge seines grossen und kostspieligen Apparateaufwandes-nicht in grösserem Umfange eingeführt.
Hingegen haben die eingangs erwähnten Tiefbestrahlungsapparate-wie sie z. B. unter dem Namen"Profundus"populär geworden sindallgemeine Verbreitung gefunden. Diese verhältnismässig einfachen Geräte bestehen im allgemeinen aus einem niedrig belasteten Heizkörper, dessen Strahlen durch einen entsprechend geformten Reflektor und allenfalls durch einen Tubus gesammelt werden. Als Strahler dient gewöhnlich ein handelsüblicher keramischer Heiz- körper mit einer freistrahlenden Heizspirale, die nur so niedrig belastet ist, dass sie noch nicht merklich glüht, im wesentlichen also nur infrarote Strahlen aussendet. Es sind auch Ausführungen bekannt, bei welchen ein derartiger Heizkörper mit einer glatten, geschwärzten Metallhülse verkleidet ist, die durch den Heizkörper erwärmt wird und gleichzeitig als Berührungsschutz dient.
Die Leistung dieser Strahler ist wegen ihrer verhältnismässig kleinen Oberfläche nur auf zirka 150-200 Watt beschränkt.
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Heizkörper mit eingebetteten Heizspiralen, wobei der aussen glatte Körper mit einem schwarzen Anstrich überzogen ist. Diese Strahler haben aber den Nachteil, dass sie wegen ihrer grossen Wärmekapazität eine längere Anheizzeit benötigen, bis sich konstante Strahlungsverhältnisse einstellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Verbesserung eines derartigen Infrarotstrahlers für therapeutische Zwecke mit dem Ziele, mit einfachen Mitteln eine energiereiche Infrarot- strahlung zu erzeugen, deren Strahlungsmaximum bei einer grösseren Wellenlänge liegt, als bei den vorher erwähnten Tiefbestrahlungsapparaten, da nach dem Urteil medizinischer Kapazitäten gerade die langwelligen Strahlen bei niedriger Temperatur therapeutisch besonders günstig erscheinen.
Erreicht wird dieses Ziel dadurch, dass ein dünnwandiger Rippenkörper aus geschwärztem Metall oder keramischer Masse von guter Wärmeleitfähigkeit, dessen Rippen nach aussen zu offene, enge Hohlräume bilden, von innen her durch einen Heizkörper oder eine Glühlampe aus temperaturbeständigem Glas oder eine sonstige Heiz-oder Strahlenquelle bekannter Art auf die für das gewünschte Strahlungsmaximum notwendige Temperatur erwärmt wird, wobei durch besondere Formgebung und Dimensionierung der Rippen der Strahlung der Charakter der "schwarzen Hohlraumstrahlung"aufgedrückt und gleichzeitig ein Wärmeverlust durch Konvektion möglichst eingedämmt wird.
Einrichtungen, bei welchen ein elektrischer Heizkörper in einem mit Rippen versehenen Gehäuse eingeschlossen ist, sind an sich bekannt (Z. B. USA.-Patent Nr. 2,051. 930, Joung). Es handelt sich dabei aber um Raumheizgeräte,
Radiatoren und sonstige Wärmeaustauschvor- richtungen, bei welchen die Rippen nicht nur zur Vergrösserung der abstrahlenden Oberfläche, sondern in erster Linie zurErwärmung eines Luft- stromes dienen und deshalb als gerade Querrippen ausgebildet sind, damit sie der durchströmenden
Luft möglichst wenig Widerstand bieten.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung handelt es sich hingegen um einen Infra- rotstrahler für therapeutische Zwecke, welcher stets in Zusammenwirkung mit einem Reflektor und allenfalls einem Tubus verwendet wird.
Die
Rippen sind dabei schräg gestellt oder in sich gekrümmt bzw. abgewinkelt oder abgestuft oder auch kreuzweise angeordnet und ihr Abstand so eng und ihre Tiefe so gross bemessen, dass ein
Zustandekommen einer Konvektionsströmung möglichst unterbunden wird und die Mehrzahl der Strahlen erst nach ein-bis mehrmaliger
Reflexion an den geschwärzten, von den Rippen gebildeten Hohlraumwänden austreten kann.
Schräg gestellte Rippen sind an sich an Wärme- austauschvorrichtungen ebenfalls bekannt (s.
Schweizer Patent Nr. 208826, Beck). Dabei
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handelt es sich jedoch um Wärmeaustauschplatten mit Schlitzen und jalousieartigen Ansätzen, durch welche das zu erwärmende Medium hindurchströmt. Die schräg herausgepressten Rippen besitzen dabei in der Strömungsrichtung des zu erwärmenden Mediums nur eine geringe Abmessung, um die Entstehung einer entlang der Wärmeübertragungsfläche an dieser anhaftenden wärmeisolierenden Luftschicht (Prandtl'sche Grenzschicht) möglichst einzudämmen, weil diese Grenzschicht, die nach Massgabe der Länge der Austauschfläche stärker wird, die Wärmeübergangszahl bedeutend vermindert.
Beim Infrarotstrahler nach vorliegender Erfindung hingegen wird dieser Effekt der Entstehung einer wärmeisolierenden Luftschicht gerade ausgenutzt und gefördert, weil eine Wärmeübertragung an die Luft durch Konvektion einen Energieverlust bedeuten würde und deshalb nach Möglichkeit vermieden werden muss. Die Schrägstellung der Rippen verfolgt dabei den Zweck - wie aus Fig. 7 und 8 zu ersehen-die wirkliche Tiefe t der Rippen im Verhältnis zu ihrer radialen Tiefe t R zu vergrössern und gleichzeitig ihren Normalabstand a zu verkleinern, um ein reibungsloses Durchstreichen der Luft wie bei den geraden Rippen nach Fig. 7 möglichst zu verhindern und die Bildung einer ruhenden, wärmeisolierenden Luftschicht zu begünstigen.
Durch diese besondere Formgebung und Dimensionierung der Rippen wird gleichzeitig erreicht, dass die Mehrzahl der Strahlen S nach Fig. 8 erst nach ein-bis mehrmaliger Reflexion an den geschwärzten Rippenwandungen austreten kann.
Die Strahlung erhält dadurch den Charakter der"schwarzen Hohlraumstrahlung"bzw. der
Strahlung des schwarzen Körpers", die bekannt- lich in jedem Spektralbereich stärker ist als die- jenige irgendeines anderen Körpers von gleicher
Temperatur. Das Öffnungsverhältnis des Rippen- abstandes a zur Rippentiefe t braucht dabei relativ gar nicht so klein gewählt zu werden.
Bei einem Öffnungsverhältnis von a : t = 1 : 2 z. B. wird bereits der überwiegende Teil der
Strahlung mindestens einmal, der grösste Teil aber mehrmals reflektiert. Bei einem Absorptions- vermögen von beispielsweise 90% erreicht man nach einmaliger Reflexion bereits eine Annäherung von 99u und bei zweimaliger Reflexion bereits eine solche von 99-9SO an das Emissionsvermögen des absolut schwarzen Strahlers.
Schwarze Hohlraumstrahler sind an sich auch bereits bekannt. Derartige sogenannte schwarze Hohlraumkörper", wie sie für wissenschaftliche Untersuchungen im Laboratorium benutzt werden, bestehen beispielsweise aus ausgebohrten Kupferklötzen oder für höhere Temperaturen auch aus keramischen Hohlkörpern mit einer ausgeblendeten Öffnung für den Strahlenaustritt. Die Erwärmung erfolgt durch aussen herumgelegt Heizwicklungen ; die Energieausnutzung ist dabei selbstverständlich nur gering.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung hingegen wird der Rippenkörper, dessen Rippen nach aussen zu offene Hohlräume bilden, von innen her erwärmt und dadurch eine bestmögliche Ausnutzung der zugeführten Energie erreicht.
Es sind auch bereits Vorrichtungen zur Umwandlung von Licht bekannt, bei denen wenigstens eine Lichtquelle derart zwischen reflektierenden Flächen angeordnet ist, dass die Mehrzahl der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen durch diese Flächen mindestens einmal reflektiert werden, bevor sie h1 den Raum ausstrahlen (s. z. B. Schweizer Patent Nr. 185517, Brenner).
Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich aber vorwiegend um Beleuchtungsarmaturen zur Erzeugung möglichst tageslichtähnlicher, diffuser Beleuchtung oder sonstiger Beleuchtungseffekte.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung soll im folgenden an Hand der Fig. 1-12 näher erläutert werden :
Fig. l zeigt eine beispielsweise Ausführung mit einem keramischen Heizkörper H und mit gegen die Strahlerachse X-X geneigten und in sich gekrümmten Querrippen R. Die Mehrzahl der Strahlen S kann aus den ringförmigen Hohlräumen erst nach ein-bis mehrmaliger Reflexion an den Rippenwandungen in den Raum austreten, wie gestrichelt eingezeichnet. Der Strahler kann mit einem Edisonsockel E oder auf eine andere Art in den Reflektor einer Bestrahlungslampe eingesetzt werden. Die obere Hälfte der Fig. l ist im Schnitt, die untere in Ansicht von vorne dargestellt, Fig. 2 zeigt den Strahler im Schnitt von vorne betrachtet.
Fig. 3 und 4 zeigt Seiten-und Vorderansicht im Schnitt einer beispielsweisen Ausführung mit einer Glühlampe G aus hitzebeständigem Glas und einem Rippenkörper mit Längsrippen R, die gegenüber den Radien-Vektoren V geneigt und spiralförmig gebogen sind.
Fig. 5 und 6 zeigt in Seiten-und Vorder- ansicht im Schnitt schliesslich eine Ausführung, bei der z. B. ein Kohle- oder Metalifaden K nach
Art der Ganzmetall-Radioröhren im Innern eines evakuierten und allenfalls mit einem inerten Gas gefüllten, mit Rippen versehenen Metallgefässes untergebracht ist. Die Rippen sind dabei bei- spielsweise kreuzförmig angeordnet, so dass waben- förmige, enge Hohlräume entstehen, wodurch eine
Konvektion ebenfalls möglichst unterbunden wird.
Die Fig. 7-12 sollen schliesslich an einigen
Beispielen von Rippenformen zeigen, wie gegen- über den üblichen geraden Querrippen nach Fig. 7 durch Schrägstellung, Abwinkelung, Krümmung und Abstufung bei gleicher radialer Tiefe tR die wirkliche Tiefe t vergrössert und der Normal- abstand a vermindert wird.
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weichen, so dass ihre wirkliche Tiefe grösser wird als ihre radiale oder dass Rippen kreuzweise angeordnet werden, so dass beliebig geformte, wabenartige Hohlräume entstehen.
An Stelle eines Heizkörpers oder einer Glühlampe aus hitzebeständigem Glas kann natürlich auch eine andere Heiz-oder Strahlenquelle benutzt werden, z. B. eine Gasentladungsröhre oder Silitstäbe. Auch besteht die Möglichkeit, den Rippenkörper auswechselbar über eine Strahlenquelle zu schieben, so dass diese wahlweise sowohl als Langwelleninfrarotstrahler, als Kurzwellenstrahler und allenfalls sogar als Ultraviolettstrahler benutzt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE : l. Infrarot-Langwellen-Hohlraumstrahler für therapeutische Zwecke, bestehend aus einer Heizoder Strahlenquelle bekannter Art (z. B. elektrischer Heizkörper oder Glühlampe oder Gasentladungsröhre), die von einem mit Rippen versehenen oder aus Rippenelementen zusammen- gesetzten Gehäuse umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung enger Hohl- räume, die der Konvektionsströmung der Luft einen grossen Widerstand bieten und die Mehrzahl der Strahlen erst nach ein-oder mehrmaliger
Reflexion nach aussen treten lassen, die Rippen schräg gestellt werden, so dass ihre gestreckte Tiefe (t) grösser als ihre radiale Tiefe (tn) wird oder dass die Rippen kreuzweise angeordnet werden, so dass beliebig geformte, nach aussen zu offene, wabenartige Hohlräume entstehen,
wobei in jedem Falle der kleinste Normalabstand (a) der Rippen kleiner als 1 cm und ihre gestreckte Tiefe (t) mindestens gleich ihrem kleinsten Normalabstand (a) ist.