DE102014001175A1 - Infrared flat radiator and method for its efficient operation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Flachstrahler mit einer erwärmbaren Schicht aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik, die auf der strahlenden Seite mit einer Funktionskeramik beschichtet und auf der Rückseite thermisch isoliert ist, Die Funktionskeramikschicht ist durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet:30 bis 40 Masse-% Cr2O2, 30 bis 40 Masse-% Fe2O2, 2 bis 5 Masse-% MgO, 3 bis 7 Masse-% Ca(OH), 10 bis 20 Masse-% SiO2, 3 bis 8 Masse-% Ho2O3. Darüber hinaus sind weitere apparative Merkmale angegeben. Erfindungsgegenständlich ist, dass der Infrarot-Flachstrahler mit seiner Funktionskeramikschicht in einem Abstand von kleiner/gleich 4 cm zur Oberfläche des Bestrahlungsobjekts aufgestellt wird.The invention relates to an infrared flat radiator with a heatable layer of metal, plastic, glass or ceramic, which is coated on the radiating side with a functional ceramic and thermally insulated on the back, the functional ceramic layer is characterized by the following composition: 30 to 40 mass % Cr2O2, 30 to 40 mass% Fe2O2, 2 to 5 mass% MgO, 3 to 7 mass% Ca (OH), 10 to 20 mass% SiO2, 3 to 8 mass% Ho2O3. In addition, other apparatus features are given. The object of the invention is that the infrared flat radiator with its functional ceramic layer is placed at a distance of less than or equal to 4 cm from the surface of the object to be irradiated.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Flachstrahler zur Trocknung von Bauwerken, zur Trocknung von Farb- bzw. Lackschichten und zur Raumheizung. Weitere Einsatzgebiete sind beispielsweise die thermische Bearbeitung von Kunststoff, das Trocknen von Gütern und weitere geeignete Anwendungen. Zum effizienten Betrieb des erfindungsgemäßen Infrarot-Flachstrahlers sind Verfahrensmerkmale angegeben.The invention relates to an infrared flat radiator for drying buildings, for drying paint or paint layers and for space heating. Further fields of application include, for example, the thermal processing of plastics, the drying of goods and other suitable applications. For the efficient operation of the infrared flat radiator according to the invention, process features are specified.

Stand der TechnikState of the art

Infrarot-Flachstrahler an sich sind seit geraumer Zeit bekannt und im Praxiseinsatz.Infrared flat radiators are known for quite some time and in practical use.

Eine erwärmbare Schicht aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik ist auf der strahlenden Seite mit einer Funktionskeramik beschichtet und auf der Rückseite thermisch isoliert. Zur Erwärmung wird zum Einen Elektroenergie genutzt, indem elektrische Widerstände in Wirkverbindung mit der Funktionskeramikschicht stehen. Zum anderen sind warme Rauchgase aus Abwärme von Verbrennungsprozessen sowie warme Flüssigkeiten oder thermosolare Energie, sofern vorhanden, nutzbar.A heatable layer of metal, plastic, glass or ceramic is coated on the radiating side with a functional ceramic and thermally insulated on the back. For heating, electric energy is used on the one hand, in that electrical resistances are in operative connection with the functional ceramic layer. On the other hand, warm flue gases from waste heat from combustion processes as well as warm liquids or thermosolar energy, if available, can be used.

Ein derartige Merkmale aufweisendes Flächenelement zur thermischen Bearbeitung von Stoffen, Gütern und Objekten ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 011 910 beschrieben. Hier enthält ein flächig ausgebildetes Substrat wenigstens ein strukturiertes elektrisch leitfähiges Gewirke, wobei durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Widerstandsheizung realisiert ist. Das Substrat ist mit Funktionskeramiken dotiert und/oder beschichtet, die in der Lage sind, selektiv transformierte Infrarotstrahlung zu emittieren und zu absorbieren. Optional können zusätzliche Schichten aus Funktionskeramik integriert bzw. aufgebracht werden.Such features exhibiting surface element for the thermal processing of materials, goods and objects is for example in the German patent application DE 10 2009 011 910 described. Here, a flat substrate formed at least one structured electrically conductive knitted fabric, wherein by applying an electrical voltage, a resistance heating is realized. The substrate is doped and / or coated with functional ceramics capable of emitting and absorbing selectively transformed infrared radiation. Optionally, additional layers of functional ceramics can be integrated or applied.

Aufgabenstellungtask

Aufgabengemäß ist ein Infrarot-Flachstrahler mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkprinzip und daraus resultierenden höheren Wirkungsgrad zu entwickeln.In accordance with the object, an infrared flat radiator is to be developed with an improved mode of action and higher efficiency compared to the prior art.

Lösung der AufgabenstellungSolution of the task

Die Lösung der Aufgabenstellung ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Die untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen.The solution of the problem is specified in the protection claim 1. The subordinate claims contain expedient embodiments.

Zunächst besitzt der in Rede stehende Infrarot-Flachstrahler gattungsgemäß einen schichtartigen Aufbau. Eine Grundplatte aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik ist wie im Stand der Technik angegeben, auf der strahlenden Seite mit einer Funktionskeramikschicht versehen und auf der Rückseite thermisch isoliert. Die Grundplatte ist elektrisch erwärmbar indem eine Wirkverbindung zu einer Elektroflächenheizung besteht. Vorzugsweise sind Widerstandsdrähte in ein die Grundplatte bildendes Carbonvlies oder ein textiles Gewebe eingearbeitet. Alternativ sind Lösungen, die warme Rauchgase aus Abwärme von Verbrennungsprozessen sowie warme Flüssigkeiten oder thermosolare Energie als Wärmequelle nutzen, einsetzbar.First of all, the infrared flat radiator in question has a layered structure. A base plate of metal, plastic, glass or ceramic, as indicated in the prior art, provided on the radiating side with a functional ceramic layer and thermally insulated on the back. The base plate is electrically heated by an operative connection to a Elektroflächenheizung. Resistance wires are preferably incorporated in a carbon fiber mat forming the base plate or a textile fabric. Alternatively, solutions that use warm flue gases from waste heat from combustion processes as well as warm liquids or thermosolar energy as a heat source can be used.

Der Flachstrahler mit seinem gesamten Schichtaufbau ist in der Regel gerahmt, wobei der Rahmen Befestigungselemente für Füße zur Aufstellung auf einer Bodenfläche bzw. solche zum Einhängen in ein Gerüst oder an eine Wand oder Decke enthält. Dabei ist die vorrichtungsseitige Gestaltung der Befestigungselemente in Verbindung mit den Füßen bzw. dem Gerüst so gelöst, dass ein Abstand der Funktionskeramikschicht zur zu bestrahlenden Oberfläche von kleiner/gleich 4 cm erreichbar ist, was nicht ausschließt, dass auch größere Abstände realisierbar sind.The flat radiator with its entire layer structure is usually framed, wherein the frame includes fasteners for feet for installation on a floor surface or those for mounting in a scaffold or on a wall or ceiling. The device-side design of the fasteners in conjunction with the feet or the framework is solved so that a distance between the functional ceramic layer to be irradiated surface of less than / equal to 4 cm can be reached, which does not exclude that even larger distances can be realized.

Erfindungsgemäß ist der Infrarot-Flachstrahler für einen Temperaturarbeitsbereich von 25 bis 630°C konzipiert. Die strahlende zweidimensionale Fläche ist mit einer speziellen Funktionskeramik beschichtet, die folgende Zusammensetzung aufweist: 30 bis 40 Masse-% Cr2O2, 30 bis 40 Masse-% Fe2O2, 2 bis 5 Masse-% MgO, 3 bis 7 Masse-% Ca(OH), 10 bis 20 Masse-% SiO2, 3 bis 8 Masse-% Ho2O3. According to the invention, the infrared flat radiator is designed for a temperature working range of 25 to 630 ° C. The radiating two-dimensional surface is coated with a special functional ceramic, which has the following composition: 30 to 40% by mass Cr 2 O 2 , 30 to 40% by mass Fe 2 O 2 , 2 to 5 mass% MgO, 3 to 7 mass% Ca (OH) 10 to 20% by mass SiO 2 , 3 to 8% by mass Ho 2 O 3 .

Aus der genannten erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Funktionskeramik des Infrarot-Flachstrahlers und der verfahrensseitigen Bedingung, dass der Infrarot-Flachstrahler mit seiner Funktionskeramikschicht in einem Abstand von kleiner/gleich 4 cm zur Oberfläche des Bestrahlungsobjekts aufgestellt wird, ergeben sich im Wesentlichen zwei miteinander kombinierte positive Wirkungen, nämlich eine Emissions- und eine Absorptionswirkung.From the stated inventive composition of the functional ceramic of the infrared flat radiator and the procedural condition that the infrared flat radiator is placed with its functional ceramic layer at a distance of less than or equal to 4 cm to the surface of the object to be irradiated, there are essentially two combined positive effects, namely an emission and an absorption effect.

Die Funktionskeramik emittiert ein sehr hohes Maß an Energie, beispielsweise auf feuchtes Mauerwerk, und führt zu ansteigender Erwärmung. Das Mauerwerk erwärmt sich relativ schnell. Dabei wird die Feuchte auf der Oberfläche verdunstet.The functional ceramic emits a very high level of energy, for example on damp masonry, and leads to increasing warming. The masonry heats up relatively quickly. The moisture is evaporated on the surface.

Die tiefer liegende Feuchtigkeit wird auf Grund der ansteigenden Temperatur im Mauerwerk durch dessen Kapillaren an die Oberfläche befördert und ebenfalls verdunstet. The underlying moisture is transported to the surface due to the rising temperature in the masonry through its capillaries and also evaporated.

Gleichzeitig absorbiert die Funktionskeramik des Infrarot-Flachstrahlers Infrarotwärme in Rückkopplung aus dem warmen Objekt, hier beispielsweise Mauerwerk. Auf Grund der Temperaturbegrenzung des Strahlers tritt der positive Effekt ein, dass die Objekttemperatur relativ konstant bleibt und die sonst üblichen externen elektrischen oder optischen Regler nicht benötigt werden.At the same time, the functional ceramic of the infrared flat radiator absorbs infrared heat in feedback from the warm object, here, for example, masonry. Due to the temperature limitation of the radiator, the positive effect occurs that the object temperature remains relatively constant and the usual external electrical or optical controller are not needed.

Die Oberflächentemperatur des Bestrahlungsobjekts wird mittels einer intelligenten Regelung konstant gehalten. Der Durchschnittsenergieverbrauch liegt bei zirka 300 Wh/h.The surface temperature of the object to be irradiated is kept constant by means of intelligent regulation. The average energy consumption is about 300 Wh / h.

Die Gefahr der Objektüberhitzung ist somit gebannt.The risk of object overheating is thus banned.

Außerdem reduziert sich der Energieverbrauch beträchtlich, und zwar in dem in dem Maße, wie sich das Objekt, zum Beispiel feuchtes Bauwerk, erwärmt. Der Energiebedarf ist von etwa 750 Wh/h bei herkömmlichen Verfahrensweisen auf zirka 300 Wh/h absenkbar. Der Bedarf an Verdunstungswärme zur Abnahme der Feuchtigkeit verringert sich ebenfalls.In addition, energy consumption decreases considerably, as the object heats up, such as a damp structure. The energy requirement is from about 750 Wh / h in conventional procedures to about 300 Wh / h lowered. The need for heat of evaporation to reduce moisture is also reduced.

Bei anderen Einsatzfällen läuft der Prozess analog ab.In other applications, the process is analogous.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Trocknung von Mauerwerk, der Trocknung von Lack und der Raumheizung näher erläutert.The invention is explained in more detail below using the example of the drying of masonry, the drying of paint and the space heating.

Trocknen von feuchten BauwerkenDrying of damp structures

Ein elektrischer Infrarot-Flachstrahler besitzt eine Funktionskeramik mit folgender Zusammensetzung: 33 Masse-% Cr2O2, 34 Masse-% Fe2O2, 3 Masse-% MgO, 6 Masse-% Ca(OH), 20 Masse-% SiO2, 4 Masse-% Ho2O3. An electric infrared flat radiator has a functional ceramic with the following composition: 33% by mass Cr 2 O 2 , 34 mass% Fe 2 O 2 , 3% by mass MgO, 6% by mass Ca (OH) 20% by mass SiO 2 , 4% by mass Ho 2 O 3 .

Die Strahlerfläche beträgt 60 dm2, die Nennleistung 750 W und der Abstand der Funktionskeramik Wandoberfläche zirka 4 cm.The radiator surface is 60 dm 2 , the nominal power 750 W and the distance of the functional ceramic wall surface about 4 cm.

Eine vollständig durchnässte 12 cm dicke Hohlziegelwand mit 15 Masse-% Feuchte trocknete innerhalb von 24 Stunden auf eine Restfeuchte von kleiner 1% aus. Der Energieaufwand dafür betrug im Durchschnitt nur 388 W/h, anfangs 700 W/h und am Ende nahe 0 W/h. Die Wandtemperatur blieb konstant bei 65°C. Ausnahmen sind das relativ energieintensive Hochfahren in den ersten etwa drei Stunden von 15 auf 65°C und das nahezu energiefreie Herunterfahren in den letzten drei Stunden von 65°C auf etwa 30°C. Neben der Trocknung reichten die erzielten 65°C aus, um auf der Oberfläche des Bauwerkes vorhandene Schimmelpilze weitestgehend zu liquidieren.A completely soaked 12 cm thick hollow brick wall with 15% by mass of moisture dried within 24 hours to a residual moisture content of less than 1%. The energy expenditure for this was on average only 388 W / h, initially 700 W / h and at the end close to 0 W / h. The wall temperature remained constant at 65 ° C. Exceptions are the relatively energy-intensive ramp-up in the first three hours from 15 to 65 ° C and the almost energy-free shutdown in the last three hours from 65 ° C to about 30 ° C. In addition to the drying, the achieved 65 ° C were enough to liquidate existing mold on the surface of the building as far as possible.

Trocknen von LackDrying of paint

Ein elektrischer Infrarot-Flachstrahler mit gleicher Ausstattung wie im vorgenannten Beispiel trocknet wasserlöslichen Lack auf Holz, Metall oder Kunststoff mit einer Schichtdicke von 80 μm in etwa vier Minuten. Bei marktüblicher konvektiver Lacktrocknung sind dafür etwa 16 Minuten und das Vierfache an Energie erforderlich. Die Lackqualität wird besser, weil praktisch von innen heraus getrocknet wird.An electric infrared flat radiator with the same equipment as in the above example dries water-soluble paint on wood, metal or plastic with a layer thickness of 80 microns in about four minutes. For commercially available convective paint drying it takes about 16 minutes and four times more energy. The paint quality is better, because it is practically dried from the inside out.

Bei der niedrigen Strahlertemperatur von 80°C können auch lösungsmittelhaltige Lacke hocheffizient auf Grund des niedrigen Energieaufwands für die Verdunstung und gefahrlos, weil die Oberflächentemperatur mit 80°C weit unter dem Explosionsgrenzwert von 300°C liegt, getrocknet werden. Die Lacktemperatur kann einfach und sicher über die Absorption der Funktionskeramikschicht konstant gehalten werden.At the low radiator temperature of 80 ° C, solvent-based paints can also be dried very efficiently due to the low energy expenditure for evaporation and without danger because the surface temperature of 80 ° C is far below the explosion limit of 300 ° C. The paint temperature can be kept constant easily and safely via the absorption of the functional ceramic layer.

Heizen in Räumen von BauwerkenHeating in rooms of buildings

Ein elektrischer Infrarot-Flachstrahler mit gleicher Ausstattung wie in den vorgenannten Beispielen heizt in einen 16 m2 großen Büroraum mit zwei Außenwänden und einem Volumen von 40 m3 bei einer Außentemperatur von etwa 0°C so auf, dass sich Personen bei angenehmen Temperaturen und Raumfeuchten sehr wohl fühlen. Der durchschnittliche Energieverbrauch liegt bei weniger als 400 Wh/h. Wird der Raum im Vergleich dazu klassisch konvektiv beheizt, so werden etwa 1.600 Wh/h benötigt.An electric infrared flat radiator with the same equipment as in the aforementioned examples heats up in a 16 m 2 office space with two outer walls and a volume of 40 m 3 at an outside temperature of about 0 ° C so that people at pleasant temperatures and room humidities feel very well. The average energy consumption is less than 400 Wh / h. If the room is heated convectionally by comparison, then about 1,600 Wh / h are needed.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten im Temperaturbereich von 63 bis 160°C ergeben sich beispielsweise beim

  • – Trocknen von Holz (Bretter), Textilen und Leder (Bahnen),
  • – Trocknen von Obst, Gemüse, Reis, Getreide und dgl.,
  • – Abtrocknen von Frischeprodukten wie Salat, Spinat u. ä.,
  • – Trocken von Schlämmen und Abfällen,
sowie beim Heizen in der Tier und Pflanzenproduktion.Further applications in the temperature range of 63 to 160 ° C, for example, in
  • - drying of wood (boards), textiles and leather (webs),
  • - drying of fruit, vegetables, rice, cereals and the like.,
  • - Drying of fresh products such as salad, spinach and. ä.,
  • - dry sludge and waste,
as well as heating in animal and plant production.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009011910 [0004] DE 102009011910 [0004]

Claims (5)

Infrarot-Flachstrahler mit einer erwärmbaren Schicht aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik, die auf der strahlenden Seite mit einer Funktionskeramik beschichtet und auf der Rückseite thermisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskeramikschicht folgende Zusammensetzung aufweist: 30 bis 40 Masse-% Cr2O2, 30 bis 40 Masse-% Fe2O2, 2 bis 5 Masse-% MgO, 3 bis 7 Masse-% Ca(OH), 10 bis 20 Masse-% SiO2, 3 bis 8 Masse-% Ho2O3,
Infrared flat radiator with a heatable layer of metal, plastic, glass or ceramic, which is coated on the radiating side with a functional ceramic and thermally insulated on the back, characterized in that the functional ceramic layer has the following composition: 30 to 40% by mass Cr 2 O 2 , 30 to 40% by mass Fe 2 O 2 , 2 to 5 mass% MgO, 3 to 7 mass% Ca (OH) 10 to 20% by mass SiO 2 , 3 to 8% by mass Ho 2 O 3 ,
Infrarot-Flachstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskeramikschicht wie folgt zusammengesetzt ist: 33 Masse-% Cr2O2, 34 Masse-% Fe2O2, 3 Masse-% MgO, 6 Masse-% Ca(OH), 20 Masse-% SiO2, 4 Masse-% Ho2O3.
Infrared flat radiator according to claim 1, characterized in that the functional ceramic layer is composed as follows: 33% by mass Cr 2 O 2 , 34 mass% Fe 2 O 2 , 3% by mass MgO, 6% by mass Ca (OH) 20% by mass SiO 2 , 4% by mass Ho 2 O 3 .
Infrarot-Flachstrahler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen gerahmten Schichtaufbau, wobei der Rahmen Befestigungselemente für Füße zur Aufstellung auf einer Bodenfläche bzw. solche zum Einhängen in ein Gerüst oder an eine Wand oder Decke enthält bzw. aufnehmen kann und die Befestigungselemente oder der Rahmen selbst konstruktiv so ausgebildet sind, dass ein Abstand der Funktionskeramikschicht zur zu bestrahlenden Oberfläche von kleiner/gleich 4 cm realisierbar ist.Infrared flat radiator according to claim 1 or 2, characterized by a framed layer structure, wherein the frame contains fasteners for feet for installation on a floor surface or those for hanging in a scaffold or on a wall or ceiling and can accommodate the fasteners or the Frame themselves are constructively designed so that a distance of the functional ceramic layer to be irradiated surface of less than or equal to 4 cm can be realized. Verfahren zum effizienten Betrieb eines Infrarot-Flachstrahlers, der Merkmale der Ansprüche 1 und 3 bzw. 2 und 3 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit seiner Funktionskeramikschicht in einem Abstand von kleiner/gleich 4 cm zur Oberfläche des Bestrahlungsobjekts aufgestellt wird.A method for the efficient operation of an infrared flat radiator, the features of claims 1 and 3 or 2 and 3, characterized in that it is placed with its functional ceramic layer at a distance of less than or equal to 4 cm to the surface of the object to be irradiated. Verfahren zum Betrieb eines Infrarot-Flachstrahlers nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur des Bestrahlungsobjekts mittels einer intelligenten Regelung konstant gehalten wird, wobei der durchschnittliche Energieverbrauch beim Erwärmen des Bestrahlungsobjekts, beispielsweise einer Wand, von anfangs 750 Wh/h auf bis zu 300 Wh/h sinkt.Method for operating an infrared flat radiator according to claim 4, characterized in that the surface temperature of the irradiation object is kept constant by means of an intelligent control, wherein the average energy consumption when heating the irradiation object, for example a wall, from initially 750 Wh / h to up to 300 Wh / h sinks.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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