DE102011103357A1

DE102011103357A1 - Wechselreflektor

Info

Publication number: DE102011103357A1
Application number: DE102011103357A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gaus
Original assignee: Thermprotec Asia Ug (haftungsbeschrankt); THERMPROTEC ASIA UG HAFTUNGSBESCHRAENKT
Current assignee: THERMPROTEC GMBH, DE
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-29
Also published as: CN103842716A; CN103842716B; EP2715219A1; WO2012163333A1; HUE041748T2; EP2715219B1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine neue Art von Wechselreflektoren, die einen schnellen Austausch von Reflektoreinsätzen (2) ermöglicht, ohne die Kühlwirkung der integrierten Reflektorkühlung (3) zu reduzieren. Der Austausch dieses Reflektoreinsatzes (2) kann zudem ohne Ausbau der Halogenlampen (5) erfolgen. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Erwärmung (6) des Reflektoreinsatzes (2) und die damit verbundene thermische Ausdehnung zu einem Formschluss (4) mit einem Luft- oder wassergekühlten Reflektorträger (1, 3) führt. Der Prinzipielle Aufbau ist in 1 dargestellt.

Description

Aufgabenstellung und Stand der Technik:
In der thermischen Prozesstechnik werden vielfach NIR bzw. Infrarot Heizsysteme eingesetzt. Bei diesen Systemen werden langestreckte Halogenstrahler verwendet, die auch teilweise an den Enden bzw. Kontaktstellen um 90° gewinkelt sind, um dadurch die thermische Belastung an den Kontaktstellen zu reduzieren. Die Halogenlampen sind i. d. R. parallel angeordnet und weisen mitunter eine relativ hohe Leistung aus. Um die ausgestrahlte Leistung in eine Richtung zu fokussieren, werden i. d. R. hinter den Lampen Reflektoren eingesetzt, die die Strahlung nach vorne bündeln. Diese Reflektoren weisen auch in vielen Fällen eine geometrische Form auf, um die Strahlung in einer bestimmten Form zu bündeln. Diese Strahlermodule sind auch in vielen Fällen groß, d. h. es werden sehr viele Strahler, nicht selten mehr als 50 Stück nebeneinander angeordnet. Diese Strahlermodule weisen mithin, abhängig von der Strahlerdichte und Strahlerleistung, eine hohe Leistung aus. Typischerweise liegt die spezifische Strahlungsdichte zwischen 50 kW/m² und 500 kW/m².
Diese Strahlungsintensität trifft mit der Hälfte der Leistung auch auf die Reflektoren auf, die deshalb i. d. R. aus poliertem Metall bestehen und somit für die Strahlung eine hohe Reflexion aufweisen. Die Strahlungssysteme werden häufig in rauen industriellen Umgebungen eingesetzt und verschmutzen daher sehr schnell. Dies wiederum reduziert den Reflexionsgrad erheblich und somit den Wirkungsgrad des Strahlungssystems. Zudem unterliegt dadurch der Reflektor einer hohen thermischen Belastung und muss zum Betrieb i. d. R. mit Wasser oder Luft aktiv gekühlt werden, um eine Zerstörung zu vermeiden. Um diese Strahlermodule zu warten, muss der Reflektor häufig geputzt und poliert werden, um den Reflexionsgrad wieder zu erhöhen. Dies ist sehr aufwendig, da typischerweise alle Halogenlampen ausgebaut werden müssen und anschließend die Reflektoroberfläche aufwendig aufbereitet werden muss.
Erfindung:
Die Erfindung beschreibt eine neue Art von Wechselreflektoren, die einen schnellen Austausch von Reflektoreinsätzen (2) ermöglicht, ohne die Kühlwirkung der integrierten Reflektorkühlung (3) zu reduzieren. Der Austausch dieses Reflektoreinsatzes (2) kann zudem ohne Ausbau der Halogenlampen (5) erfolgen. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Erwärmung (6) des Reflektoreinsatzes (2) und die damit verbundene thermische Ausdehnung zu einem Formschluss (4) mit einem luft- oder wassergekühlten Reflektorträger (1, 3) führt. Der prinzipielle Aufbau ist in 1 dargestellt und im Folgenden ausführlich beschrieben.
Das IR/NIR Strahlermodul besitzt einen gekühlten Reflektorträger (1, 3), der eine konkave Oberfläche besitzt und zusätzliche Führungsleisten (8) zur Reflektorblechaufnahme besitzt. Als Reflektormaterial (2) wird vorzugsweise ein poliertes Aluminiumblech verwendet welches gegebenenfalls zur Reflexionsverbesserung eine oder mehrere Beschichtungen aus Aluminium, Silber oder Gold besitzt, welches u. U. zusätzlich mit einer Silikatschicht geschützt wird. Solche Materialien sind handelsüblich im Fachhandel zu beziehen und werden auch vielfach in der Beleuchtungstechnik eingesetzt. Dieser Reflektoreinsatz ist geometrisch so ausgebildet, dass er sich im kalten Zustand einfach in die Führungsleisten einbringen lässt, evtl. unter Erzeugung einer leichten Vorspannung in Richtung des konkaven Reflektorträgers. Es besteht zu diesem Zeitpunkt noch kein Formschluss (4), und das Reflektorblech (2) ist dadurch auch einfach wieder zu entfernen. Dies ist zum Austausch bzw. zur Wartung notwendig.
Wird nun das Strahlungssystem (6) eingeschaltet, erwärmt sich das Reflektorblech (2) aufgrund der geringen Masse sehr schnell und dehnt sich dabei aus. Der gekühlte Reflektorträger (1, 3) erwärmt sich aufgrund der Masse und der Kühlung nicht oder nur wenig und bleibt deshalb formstabil. Die Ausdehnung des Reflektorbleches führt dadurch zu einem Formschluss (4) zwischen Reflektorblech (2) und Reflektorträger (1, 3) und dadurch wird nun auch das Reflektorblech (1) ausreichend gekühlt. Dieses ist jedoch kontinuierlich der Strahlung ausgesetzt und dadurch bleibt dieser Formschluss und damit auch die Kühlwirkung während des Strahlung immer erhalten. Dieses Prinzip ist bei fast allen Strahlungsquellen einsetzbar.
Es besteht eine Einschränkung in der Art, dass die Reflektorform immer konkav sein muss um einen Formschluss zu gewährleisten. Diese Einschränkung kann aber dadurch kompensiert werden, dass mehrere Reflektoreinsätze verwendet werden, die somit eine einhüllende Geometrie bilden.
Eine andere Ausführungsart ist durch einen Aufbau Form in Form gegeben. Hierbei gibt es einen gekühlten (1, 3) und einen ungekühlten (7) Träger. Die Reflektorbleche werden wie oben beschrieben in diesen ungekühlten Träger (7) eingesetzt. Vorzugsweise werden in diesem Falle mehrere Reflektorbleche (2) verwendet, die eine gewollte Abbildungsgeometrie erzeugen. Die Rückseite dieses ungekühlten Trägers (7) ist konvex ausgeführt und wird in den konkav ausgeführten wassergekühlten Träger (1, 3) eingesetzt. Auch hier existiert im kalten Zustand kein Formschluss. Dadurch ist der Wechsel dieses ungekühlten Trägers (7) mit den eingesetzten Reflektorblechen einfach möglich. Bei dieser Bauart bietet sich noch ein zusätzlicher Fixierungsstab an, der im kalten Zustand zwischen der Führungsleiste (8) des wasser- oder luftgekühlten Reflektorträgers (1, 3) und dem Gegenprofil des ungekühlten Reflektorträgers (7) eingesetzt werden kann. Dadurch wird eine bessere Fixierung auch im kalten Zustand erreicht.
Wird nun das Strahlermodul eingeschaltet, so erwärmen sich zuerst die Reflektorbleche (2) und erzeugen einen Formschluss (4) mit dem ungekühlten Reflektorträger, der sich aufgrund der höheren Masse und der nicht direkten Bestrahlung nur langsam erwärmt. Ist der Formschluss mit den Reflektorblechen (2) erfolgt, so erwärmt sich der ungekühlte Reflektor (7) schneller und dehnt sich dadurch ebenfalls aus. Dies wiederum führt zu einem Formschluss mit dem wasser- oder luftgekühlten Reflektorträger (1, 3) und somit zu einer effektiven Kühlung des gesamten Reflektoraufbaus.
Im kalten Zustand ist der Wechsel schnell, kostengünstig und ohne den Ausbau der Lampen möglich.
Bezugszeichenliste

1: Gekühlter Reflektorträger
2: Reflektorblech
3: Luft- oder Wasserkühlung
4: Formschluss zwischen Reflektor und Träger
5: Halogenstrahler
6: Wärmestrahlung der Halogenlampen
7: Ungekühlter Reflekorträger
8: Führungsleiste

Claims

Verfahren und Anordnung für ein Wechselreflektorkonzept für halogenstrahlerbasierte Heizsysteme, wobei die Strahlung von mehreren parallel angeordneten Halogenstrahlern, deren Strahlung rückseitig von einem metallischen, reflektierenden Reflektor nach vorne reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselreflektor von einem konkaven wasser- oder luftgekühlten Reflektorträger aufgenommen wird, derart, dass durch die Erwärmung des Reflektors und die resultierende Ausdehnung und Ausdehnungsbehinderung durch Führungsleisten am Reflektorträger ein Formschluss mit dem konkaven Reflektorträger entsteht, der in der Folge die Kontaktkühlung des Reflektorträgers erzeugt, jedoch einen Schnellwechsel im Kaltzustand ermöglicht.
Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorträger derart ausgeführt ist, dass er mehrere Reflektorbleche nebeneinander aufnehmen kann.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem gekühlten Reflektorträger ein weiterer ungekühlter Reflektorträger vorhanden ist, der die Reflektorbleche wie in Anspruch 1 beschrieben aufnimmt, bei Erwärmung einen Formschluss mit dem Reflektorblech eingeht, in der Folge dadurch erwärmt wird, sich ausdehnt und wiederum in der Folge einen Formschluss mit dem konkaven gekühlten Träger erzeugt und dadurch gekühlt wird.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorblech eine Dicke zwischen 0,2 mm und 2 mm hat, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 mm.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass dass der ungekühlte Reflektorträger mehrere Reflektorbleche aufnehmen kann, die derart angeordnet sind, dass die reflektierte Strahlung eine gewünschte und gerichtete Strahlungsverteilung erzeugt.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorblechanordnung parallel zu den Strahlern ist und dadurch eine bessere Ausrichtung der resultierenden, reflektierten Strahlung ermöglicht.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Halogenstrahler ein Strahlungsmaximum zwischen 0,8 μm und 2 μm haben.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmodul eine Vielzahl von Strahlern aufnimmt und die Reflektorblechlänge bis zu mehr als 1 m aufweist.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reflexionsfläche aus mehreren einzelnen Reflektorblechen zusammensetzt.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Halogenstrahler eine Strahlungsdichte zwischen 10 kW/m² und 1000 kW/m² aufweisen, vorzugsweise eine Strahlungsdichte zwischen 50 kW/m² und 250 kW/m².