DE10343860A1

DE10343860A1 - Systemstrahlungselement und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10343860A1
Application number: DE2003143860
Authority: DE
Inventors: Dietmar Löwe
Original assignee: OESTERWITZ KARL HEINZ
Current assignee: OESTERWITZ KARL HEINZ
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Systemstrahlungselement mit wärmeabstrahlender Folie und dessen Verwendung für den stationären und mobilen Einsatz im privaten und gewerblichen Bereich. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes sowohl stationär als auch mobil einsetzbares Systemstrahlungselement vorzuschlagen, das als Wärmequelle für die Erwärmung von Räumen, Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen, technischen Vorrichtungen, Gewerbe- und Industrieanlagen, in der Landwirtschaft und im Gartenbau einsetzbar ist. Mit der vorgeschlagenen Lösung wird ein hoher Wirkungsgrad für die eingesetzte elektrische Energie erzielt. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird ein Systemstrahlungselement mit wärmeabstrahlenden Folien vorgeschlagen, wobei mindestens zwei wärmeabstrahlende Folien in einem Teil ihres wärmestrahlenden Bereiches gegenüberliegend angeordnet sind. Diese gegenüberliegend angeordneten Folien bilden eine Wärmequelle, die in einer geeigneten Vorrichtung angeordnet ist. Die Wärmequelle besteht aus mindestens zwei Strahleraufbauten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Systemstrahlungselement mit wärmeabstrahlender Folie und dessen Verwendung für den stationären und mobilen Einsatz im privaten und gewerblichen Bereich nach den Merkmalen des Anspruches 1.

Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Erwärmung von Körpern und Medien über Wärmeleitung, Konvektion und über Temperaturstrahlung bekannt. So wird in der DE 44 30 582 C2 eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Materials, das eine molekulare Eigenfrequenz aufweist, beschrieben. Mit einem Strahler, mit dem eine elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz abstrahlbar ist, die in der Größenordnung der molekularen Eigenfrequenz des für eine Erwärmung in den Strahlungsbereich des Strahlers einbringbaren Materials ist, erfolgt eine Raumerwärmung. Der Strahler ist großflächig ausgebildet, mit elektrischen Zuleitungen versehen, die beabstandet parallel zueinander angeordnet sind. Das Verfahren soll auf dem Prinzip beruhen, dass in dem angestrahlten und zu erwärmenden Material eine Resonanz der molekularen Eigenschwingungen erzeugt wird.

Weiterhin ist eine Heizung mittels Parabolstrahler aus der US 4,434,345 A bekannt, die als Frostschutzeinrichtung insbesondere für Pflanzen Verwendung findet, wobei ein solcher Parabolstrahler direkt auf die Pflanzen gerichtet wird.

Eine Vorrichtung zur Aufheizung von gefrorenem Boden mittels stabförmiger Elektronenröhren, die magnetische Energie verwenden (Magnetronsonden), wird gemäß US 4,590,348 A in den Boden eingesetzt. Mikrowellen werden in den Boden abgestrahlt und bewirken somit ein Auftauen von gefrorenem Boden.

Eine weitere Vorrichtung zur Erwärmung von Personen durch eine vorgesehene Raumheizung erfolgt mittels einer Antenne und elektromagnetischer Strahlung gemäß US 2,370,161 A . Eine spezielle Antennenanordnung gewährleistet eine Resonanz unter Verwendung von ultrahochfrequenten Wellen. Dazu werden mindestens zwei Antennenteile räumlich von einander getrennt angeordnet und jeweils mit einer elektrischen Zuleitung verbunden.

Eine ferne Infrarotstrahlung (FIR) erzeugende Flachstrahlungsfolie aus Kohle-Glasfaser-Vliesstoff wird in der DE 101 51 307 A1 beschrieben. Sie dient der physikalischen Therapie und Wärmeerzeugung in Räumlichkeiten und wird dazu im Raum nebeneinander oder untereinander als verschieden lange oder breite Bahn oder gleich lange Bahn an Wänden, Decken, Böden, Dächern, Raumteilern, Trennwänden und anderen Begrenzungen befestigt.

In den deutschen Patentschriften DE 100 16 259 C2 und DE 100 16 261 C2 werden kompakte millimeterwellentechnische bzw. mikrowellentechnische Einrichtungen zum Enteisen oder Vorbeugen einer Vereisung, insbesondere der äußeren Oberflächen von meteorologischen Einflüssen ausgesetzten Hohlraum- oder Schalenstrukturen, beschrieben. Die Quelle zur Erzeugung von Millimeterwellen bzw. Mikrowellen ist ein Magnetron bzw. ein Klystron.

Die Wärme- oder Temperaturstrahlung, bei der ein System innere Energie in Form der elektromagnetischen Wellen emittiert oder aus der Umgebung absorbiert, hängt von der absoluten Temperatur des Körpers bzw. des Materials und nicht von der Temperaturdifferenz von Körpern, Material und Medien, wie bei der Wärmeleitung und Konvektion ab. Es wird also beim Auftreffen der Wärmestrahlung auf einen Körper diese zu einem Teil absorbiert und wieder als Wärme abgestrahlt.

Je nach Beschaffenheit und Anordnung eines Systemsstrahlers und der die Strahlen empfangenden Körper, insbesondere der Oberflächenbeschaffenheit der Körper, wird die Temperaturstrahlung verschieden stark reflektiert, absorbiert oder durchgelassen. Für die Praxis des Erwärmens von Räumlichkeiten und angestrahlten Flächen ist dabei von Bedeutung, dass nur Körper die Strahlung absorbieren können, diese oder zumindest einen Teil davon emittieren können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes sowohl stationär als auch mobil einsetzbares Systemstrahlungselement vorzuschlagen, das als Wärmequelle für die Erwärmung von Räumen, Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen, technischen Vorrichtungen, Gewerbe- und Industrieanlagen, in der Landwirtschaft und im Gartenbau einsetzbar ist. Mit der erfindungsgemäß vorzuschlagenden Lösung soll ein hoher Wirkungsgrad für die eingesetzte elektrische Energie erzielt werden. Darüber hinaus soll das Systemstrahlungselement im Bedarfsfall mit der Wärmetransportmöglichkeit, der Konvektion, kombinierbar sein. Die verschiedenartigsten Verwendungsmöglichkeiten eines vorzuschlagenden Systemstrahlungselementes sollen mit dieser Erfindung verdeutlicht werden.

Bei der nachstehend zu erläuternden Erfindung wurde von der verschieden starken Reflexion, Absorption und Durchlässigkeit elektromagnetischer Strahlung des Materials als Trägermaterial und/oder Beschichtungsmaterial wie z. B. Stahlblech, Aluminiumblech, Keramik, Kunststoff, Glas und Glasgranulate, Epoxydharze, Alkydharze, ölhaltige Lacke und Spiegelfolien ausgegangen und eine entsprechende Konstruktion und Beschaffenheit des erfindungsgemäßen Systemsstrahlungselements entwickelt.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass ein Systemstrahlungselement mit wärmeabstrahlenden Folien vorgeschlagen wird, wobei mindestens zwei wärmeabstrahlende Folien in einem Teil ihres wärmestrahlenden Bereiches gegenüberliegend angeordnet sind. Diese gegenüberliegend angeordneten Folien bilden eine Wärmequelle, die in einem Gehäuse oder geeigneten Vorrichtung mit Öffnungen für die Abgabe von Strahlungswärme und Konvektionswärme angeordnet ist. Die Wärmequelle besteht aus mindestens zwei Strahleraufbauten. Die Strahleraufbauten sind in einem Rahmen mit entsprechenden Abstandhaltern zueinander angeordnet und über Halterungen an dem Gehäuse befestigt.

Ein Strahleraufbau besteht aus einer oder mehreren Trägerplatten, einer oder mehreren Isolierungen oder Kaschierungen und einer wärmeabstrahlenden Folie. Gegenüberliegend zu diesem Strahleraufbau ist mindestens ein weiterer solcher Strahleraufbau angeordnet, der ebenfalls aus einer oder mehreren Trägerplatten, einer oder mehreren Isolierungen oder Kaschierungen und einer wärmeabstrahlenden Folie besteht.

Es liegt im Bereich der Erfindung, an mindestens einem der Strahleraufbauten einen Reflektor anzuordnen. Zweckmäßiger Weise wird ein solcher Reflektor im äußeren Bereich eines Strahleraufbaus angebracht, um eine Reflexion der von den Folien abgegebenen Wärmestrahlung in eine Richtung zu erzielen. Alternativ kann je nach gewünschtem Verwendungszweck und damit verändertem Aufbau einer Wärmequelle der Reflektor zwischen einer Strahlerfolie und einer Schicht aus Isolierung oder Kaschierung oder zwischen einer Schicht aus Isolierung oder Kaschierung und einer Trägerplatte angeordnet sein. Bei dieser veränderten Anordnung des Reflektors ist zwischen den Schichten ein- bzw. beidseitig auf dem Reflektor eine Kleberschicht aufzutragen. Es liegt auch im Bereich der Erfindung, eine Isolierung oder Kaschierung durch einen entsprechenden Reflektor mit aufzutragender Kleberschicht zu ersetzen.

Die Wärmequelle, die aus mindestens zwei Strahleraufbauten mit darin angeordneten wärmeabstrahlenden Folien besteht, bildet mit einem Gehäuse oder einer geeigneten Tragekonstruktion, in welcher die Wärmequelle angeordnet wird, das erfindungsgemäße Systemstrahlungselement. Die von den Folien abgegebene Wärmestrahlung wird über großflächig angeordnete Öffnungen aus dem Gehäuse bzw. der geeigneten Tragekonstruktion abgegeben. Da die wärmeabstrahlenden Folien gegenüberliegend angeordnet sind und sich damit zumindest teilweise gegenseitig bestrahlen, entsteht auch eine Eigenerwärmung der Wärmequelle innerhalb des Gehäuses bzw. in Richtung Tragekonstruktion. Diese durch Eigenerwärmung entstandene Wärme wird als Konvektionswärme in den Umgebungsraum abgegeben.

Die Trägerplatten der Strahlungsaufbauten sind vorzugsweise Metallplatten, die aus Stahl- oder Aluminiumblech bestehen können. Die Trägerplatten können ein- oder beidseitig mit einer Keramikbeschichtung versehen sein. Auf einer Trägerplatte ist eine Isolierung oder Kaschierung, die aus hitzebeständigem Alkydharz oder einem ölhaltigen Lack oder einer Epoxidharzbeschichtung oder aus hitzebeständigen sonstigen Isolieranstrichen besteht und ganzflächig eine wärmeabstrahlende Folie aufnimmt. Diese Folie besteht aus einem Graphit-Ruß-Folienaufbau oder sonstigen handelsüblichen wärmeabstrahlenden Folien und weist eine obere und untere oder rechte und linke oder zentrale und periphere gut leitende Kontaktierung für die Stromversorgung auf. Diese Kontaktierungen sind vorzugsweise streifbandförmig großflächig über die wärmeabstrahlenden Folien angeordnet.

Wie eingangs erwähnt, sind die Strahleraufbauten an einem Rahmen angeordnet. Dieser Rahmen beabstandet zugleich die einzelnen Strahleraufbauten zueinander, wobei der dadurch entstehende Zwischenraum an seinen größten Ausdehnungsflächen von wärmeabstrahlenden Folien begrenzt wird.

Um eine Wärmeabstrahlung in eine bestimmte Richtung zu erzielen, wird mindestens ein Strahleraufbau, bestehend aus Trägerplatte, Isolierung oder Kaschierung und wärmeabstrahlender Folie mit einem Reflektor versehen. Als geeignete Reflektoren haben sich Aluminiumfolien, Spiegelfolien, Glas, Glasgranulate bewährt. Die Isolierungen oder Kaschierungen können auch entfallen, wenn entsprechende gut isolierende Kleber zwischen den Schichten der Strahleraufbauten verwendet werden.

Wird ein erfindungsgemäßes Systemstrahlungselement mit einer oder mehreren darin angeordneter Wärmequellen und diese wiederum bestehend aus mindestens zwei Strahleraufbauten an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen, so wird über die wärmeabstrahlenden Folien Elektroenergie in Strahlungsenergie umgewandelt. Der Vorteil des konstruktiven Aufbaus im Systemstrahlungselement besteht in einer erheblichen Energieeinsparung durch Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber konventionellen elektrischen Heizungen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen mobilen und stationären Einsatz. Sie erspart das großflächige Anbringen von Folien auf Decken, Wänden und in Fußböden und nutzt darüber hinaus gegenüber großflächigen Folienheizungen insbesondere auch die Wärmeabstrahlung, die bei großflächigen Folienheizungen nicht in den gewünschten Raum, sondern in rückseitige Wände abgestrahlt wird.

Diese Vorteile nutzend liegt es im Bereich der Erfindung, Strahleraufbauten und damit die Wärmequellen in ihrer flächenmäßigen Ausdehnung unterschiedlich zu dimensionieren und in ihrer Geometrie unterschiedlich zu gestalten. Auch werden die Strahleraufbauten bzw. ihre Strahlerfolien mit einer unterschiedlichen Leistungsaufnahme für Elektroenergie versehen, so dass mit ihrer unterschiedlichen Dimensionierung, geometrischen Gestaltung und unterschiedlichen Leistungsaufnahme auch unterschiedliche Oberflächentemperaturen auf den Strahlerfolien erzielt werden.

So liegt es nahe, die Strahleraufbauten zylinderförmig ineinanderliegend und definiert beabstandet anzuordnen oder die Strahleraufbauten zueinander plan- und konkav gegenüberliegend und definiert beabstandet oder zueinander plan- und konvex gegenüberliegend und definiert beabstandet anzuordnen. Es ist auch denkbar, einzelne Strahleraufbauten zueinander konvex oder zueinander konkav gegenüberliegend und definiert beabstandet anzuordnen.

Aus den vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Wärmequelle mit den darin angeordneten Strahleraufbauten ergeben sich auch Anordnungen der Strahleraufbauten zueinander in konkaver/konvexer oder konvexer/konkaver Form. Auch kreuzförmig zueinander diagonal und definiert beabstandet angeordnete Strahleraufbauten liegen im Bereich der Erfindung.

Um den verschiedenen Verwendungszwecken zu entsprechen sind ein oder mehrere Reflektoren in ein oder mehreren Strahleraufbauten oder in einem diese umgebenden Gehäuse oder an einem Rahmen oder an einer Ummantelung oder einer Tragekonstruktion des Systemstrahlungselementes angeordnet.

Die Strahlerfolien geben ganzflächig oder nur zu einem Teil gegeneinander gerichtet Wärmestrahlen ab. Dazu sind die Strahleraufbauten zueinander durch einen Zwischenraum beabstandet.

Wie in den anschließenden Ausführungsbeispielen näher zu erläutern ist, ist erfindungsgemäßes Systemstrahlungselement als Raumheizung für die private und gewerbliche Nutzung zur Erwärmung von festen, flüssigen und gasförmigen Körpern und Medien, zum Auftauen gefrorener Stoffe und Medien und zur Eisfreihaltung von Strukturen, Konstruktionen und Oberflächen einsetzbar. Aus diesen Einsatzmöglichkeiten ergeben sich zahlreiche Kombinationen, insbesondere aus der geometrischen Gestaltung der Wärmequellen, der Energieeinspeisung bzw. Leistungsaufnahme, der Oberflächengestaltung und Schichtanordnung innerhalb der Strahleraufbauten sowie der Anordnung verschiedenartig gestalteter Wärmequellen innerhalb eines Systemstrahlungselementes.

Der Vorteil des konstruktiven Aufbaus des Systemstrahlungselements besteht in einer erheblichen Energieeinsparung durch Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber konventionellen elektrischen Heizungen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben. Die den Zeichnungen und der Beschreibung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Anwendung finden.
Die Zeichnungen zeigen in
1 zwei Gestaltungsvarianten eines Grundelements einer Wärmequelle des Systemstrahlungselementes im Vertikalschnitt,
1a mit Reflektor,
1b ohne Reflektor,
2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Systemstrahlungselementes mit vier Wärmequellen im Horizontalschnitt,
3 einen Schnitt durch eine Rektifikator einer Kühlanlage mit Ummantelung durch Systemstrahlungselement,
4 ein plankonkaves Grundelement einer Wärmequelle eines Systemstrahlungselementes im Vertikalschnitt,
5 kreuzförmig angeordnete Grundelemente eines Systemstrahlungselementes im Horizontalschnitt,
6 ein plankonkaves Grundelement einer Wärmequelle des Systemstrahlungselementes mit Reflektor,
7 ein zylinderförmiges Grundelement einer Wärmequelle des Systemstrahlungselementes mit Reflektor.
Belspiel 1
In der 1 sind zwei Ausführungsvarianten eines Grundelementes einer Wärmequelle 31; 32 für ein Systemstrahlungselement im Vertikalschnitt dargestellt. Die Wärmequelle 31 besteht aus einem Strahleraufbau 33 und einem Strahleraufbau 34. Beide Strahleraufbauten sind an einem Rahmen 35 arretiert, wobei der Rahmen 35 so beschaffen ist, dass der Strahleraufbau 33 von dem Strahleraufbau 34 durch einen Zwischenraum 36 beabstandet ist. Der Strahleraufbau 33 besteht aus einer Trägerplatte 37, einer ersten Isolierung oder Kaschierung 38 und einer Strahlerfolie 39. An die Strahlerfolie 39 schließt sich der Zwischenraum 36 an. Vom Zwischenraum 36 aus gesehen, schließt sich der Strahleraufbau 34, bestehend aus einer Strahlerfolie 40, einer Isolierung oder Kaschierung 41, einer Trägerplatte 42 und ein Reflektor 43 an. Diese in der 1a dargestellte und soeben beschriebene Wärmequelle 31 ist für ein Systemstrahlungselement mit vorwiegend einseitiger Wärmeabstrahlung vorgesehen. Die Wärmequelle 31 wird dazu in ein in der Figur nicht dargestelltes Gehäuse in der Bauart herkömmlicher Heizgeräte für eine elektrische Widerstandsheizung eingebaut.
In der 1b ist eine Wärmequelle 32 gezeigt, die aus zwei Strahleraufbauten 33 besteht. Die Strahleraufbauten 33 haben den gleichen Schichtaufbau, wie unter 1a beschrieben. Die beiden Strahleraufbauten 33 werden von dem Rahmen 35 getragen, der gleichzeitig durch den Zwischenraum 36 die beiden Strahleraufbauten 33 voneinander beabstandet. Die in 1b abgebildete Wärmequelle 32 ist im Gegensatz zu der in 1a dargestellten Wärmequelle 31 ohne Reflektor 43 hergestellt. Diese Wärmequelle 32 nach 1b ist für ein Systemstrahlungselement mit vorwiegend mindestens zweiseitiger Wärmeabstrahlung vorgesehen.
Beide Wärmequellen 31; 32 werden über Halterungen 44 in einem Gehäuse bzw. entsprechenden Aufnahmevorrichtungen arretiert. In den Halterungen 44 befinden sich auch die Elektroanschlüsse für die Energiespeisung der Strahlerfolien 39; 40. Die Stromanschlüsse führen zu den in den Figuren nicht dargestellten Kontaktierungen auf den Strahlerfolien 39; 40. Diese Kontaktierungen bzw. Zuleitungen sind streifbandförmig jeweils über die gesamte Breite bzw. Höhe der Strahlerfolien 39; 40 oben und unten bzw. links und rechts angeordnet.
Die Trägerplatte 37 im Strahleraufbau 33 ist eine Metallplatte, vorzugsweise aus Stahl- oder Aluminiumblech und kann zusätzlich in Wärmeabstrahlrichtung mit einer Keramikbeschichtung versehen sein. Die dem Zwischenraum 36 zugewandte Seite der Trägerplatte 37 trägt die Isolierung oder Kaschierung 38. Diese besteht aus einem für den jeweils erforderlichen Temperaturbereich hitzebeständigen Alkydharz oder einem ölhaltigen Lack oder einer Epoxydharzbeschichtung oder aus hitzebeständigen Isolieranstrichen. Wird eine Wärmequelle 31; 32 für ein Systemstrahlungselement verwendet, welches zur konventionellen Raumheizung benutzt wird, so sind die Wärmequellen 31; 32 für einen Temperaturbereich von 80°C bis 130°C konzipiert. Werden die Wärmequellen 31; 32 für noch zu beschreibende Verwendungen vorgesehen, können andere im Niedrigtemperaturbereich oder im höheren Temperaturbereich liegende Temperaturen erforderlich werden.
Die Isolierung oder Kaschierung 38 kann auch aus einem hitzebeständigen Klebstoff bestehen. Auf diesem oder auf der Isolierung oder Kaschierung 38 ist ganzflächig die Strahlerfolie 39 aufgebracht. Die Strahlerfolie 39 besteht aus einem Graphit-Ruß-Folienaufbau mit erwähnter oberer und unterer oder beidseitiger Kontaktierung für die Stromversorgung. Der Graphit-Ruß-Folienaufbau kann bereits mit einer handelsüblichen Isolierung oder Kaschierung versehen sein, so dass eine zusätzliche Isolierung oder Kaschierung 38 entfallen kann.
Der zwischen den beiden Strahleraufbauten 33; 34 vorhandene Zwischenraum 36 wird von dem Rahmen 35 oder als Teil dessen von angeordneten Abstandhaltern gebildet. Die Abstandhalter (in den Figuren nicht dargestellt) bilden also den Zwischenraum 36 zwischen den Strahleraufbauten 33; 34. Die Abstandhalter bestehen entweder aus elektrisch nicht leitenden Teilen des Rahmens 35 oder sind Bestandteile des metallischen Rahmens 35, wobei dann die horizontal und vertikal umlaufenden Abstandhalter zu den Strahlerfolien 39; 40 bzw. zu deren Kontaktierungen gut isoliert sind.
Der Strahleraufbau 34 besteht – wie erwähnt – aus der Strahlerfolie 40, der Isolierung oder Kaschierung 41, der Trägerplatte 42 und einem Reflektor 43. In diesem Beispiel bestehen die einzelnen Elemente des Strahleraufbaus 34 aus den gleichen Materialen, wie sie in dem Strahleraufbau 33 beschrieben wurden. Zusätzlich ist als äußere Begrenzung des Strahleraufbaus 34 der Reflektor 43 angeordnet. Als geeignete Reflektoren finden Aluminiumfolien, Spiegelfolien, Glas, Glasgranulate und dergleichen Anwendung. Es liegt im Bereich der Erfindung anstelle einer Isolierung oder Kaschierung 41 aus Alkydharz oder einem ölhaltigen Lack oder einer Epoxydharzbeschichtung eine Trägerplatte 42 mit entsprechendem isolierenden Kleber zu verwenden. Als Trägerplatte kann dann beispielsweise eine genoppte Aluminiumplatte Verwendung finden. In diesem Fall kann auf den Reflektor 43 verzichtet werden.
Werden nun die Wärmequellen 31; 32 mit ihren Strahlerfolien 39; 40 bzw. nur die Strahlerfolien 39 über die entsprechenden Kontaktierungen an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen, erfolgt über die Strahlerfolien 39; 40 eine sehr starke Wärmeabstrah lung in den Zwischenraum 36 und durch die jeweiligen Strahleraufbauten 33; 34 hindurch. Wie Eingangs erwähnt, erfolgt die Wärmeabstrahlung nach 1a vorwiegend in eine Richtung, während die Wärmeabstrahlung nach 1b vorwiegend nach zwei Richtungen erfolgt. Die Wärmeabstrahlung der Strahleraufbauten 33; 34 führt auch zu einer Eigenerwärmung der Wärmequellen 31; 32 und wird als Konvektionswärme in den Umgebungsraum abgegeben.
Bei Anschluss an eine Stromversorgung wird auf den Strahlerfolien 39; 40 Elektroenergie in Strahlungsenergie umgewandelt. Der Vorteil des geschilderten konstruktiven Aufbaus der Wärmequellen besteht in einer erheblichen Energieeinsparung durch Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber konventionellen elektrischen Heizungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen vielseitigen mobilen und stationären Einsatz. Sie erspart das großflächige Anbringen von Folien an Umgebungswänden und nutzt gegenüber großflächigen Folienheizungen insbesondere auch die Wärmeabstrahlung, die bei großflächigen Folienheizungen nicht in den gewünschten Raum bzw. in die gewünschte Richtung abstrahlt. Auch hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass sie – wie noch zu beschreiben ist – in vielfältigen Vorrichtungen auch Verwendung finden kann.
Es liegt im Bereich der Erfindung, mehrere Wärmequellen 31; 32 und/oder mehr als ein Paar Strahleraufbauten 33; 34 oder Strahleraufbauten 33 oder Strahleraufbauten 34 zu einem Systemstrahlungselement anzuordnen. Die in diesem und den folgenden Beispielen beschriebenen Varianten finden in den verschiedensten Ausführungsformen Anwendung zur Raumbeheizung, zur Erwärmung von Stoffen und Medien, zum Trocknen und Auftauen von Stoffen und Medien sowie zur Eisfreihaltung von Konstruktionen, Vorrichtungen und Oberflächen.
Beispiel 2
In 2 wird eine vereinfachte schematische Darstellung eines Systemstrahlungselementes mit vier Wärmequellen im Horizontalschnitt dargestellt. In einem Gehäuse 45 sind Strahleraufbauten 33; 33a jeweils gegenüberliegend angeordnet. Der Schichtaufbau der Strahleraufbauten 33; 33a ist ein solcher wie er für den Strahleraufbau 33 im Beispiel 1 beschrieben ist. Die gegenüber angeordneten Strahleraufbauten 33; 33a sind jeweils beabstandet durch den Zwischenraum 36. Die Wärmeabstrahlung der Strahleraufbauten 33 erfolgt sowohl in den Zwischenraum 36 als auch nach außerhalb des Gehäuses 45. Bei den Strahleraufbauten 33a ist jeweils zum Zwischenraum 36 hin ein Reflektor 46 im Gehäuse 45 angeordnet. Von den beiden Strahleraufbauten 33a wird deshalb Wärme vorwiegend nach außerhalb des Gehäuses 45 abgestrahlt.
Auf Grund dieser vorgeschlagenen Konstruktion und bei getrennter Inbetriebnahme der Strahleraufbauten 33 sowie der Strahleraufbauten 33a ist eine unterschiedliche Wärmeabstrahlung in den Umgebungsraum möglich. Dieses Systemstrahlungselement gibt demzufolge über den Zwischenraum 36 und einer darüber liegenden Konvektionsöffnung Konvektionswärme auf Grund der Eigenerwärmung zwischen den Strahleraufbauten 33; 33a ab. Erfolgt eine separate Stromeinspeisung nur an den Strahleraufbauten 33a wird vorwiegend Wärme auf Grund des hinter den Strahleraufbauten 33a im Gehäuse 45 angeordneten Reflektors 43 in den Umgebungsraum abgestrahlt.
Beispiel 3
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Systemstrahlungselementes wird in der Kältetechnik gesehen. Anhand einer einfachen, einstufigen Absorptionsanlage wird in 3 ein Schnitt durch einen Rektifikator 47 mit einer Ummantelung durch ein Systemstrahlungselement dargestellt. Im Betrieb eines Kühlsystems werden in bekannter Weise z. B. Wasser und Ammoniak aus einem Reservoir über eine Steuereinrichtung in einen Rektifikator 47 eingespeist und durch Wärmezufuhr zum Sieden gebracht. Der dadurch ausgetriebene NH₃-Dampf wird im Kondensator niedergeschlagen und die entstehende Flüssigkeit durch Entspannen in einem Verdampfer stark abgekühlt, um den gewünschten Kühleffekt hervorzurufen.
Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Verwendung des Systemstrahlungselementes in der Kältetechnik besteht darin, dass eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen über einen Strahleraufbau 48 und einen Strahleraufbau 49 auf bzw. um den Rektifikator 47 erfolgt. Dazu ist der Strahleraufbau 48 mit einer äußeren Ummantelung in Form eines Reflektors 50 umgeben. Bei Inbetriebnahme des Systemstrahlungselementes werden die Strahleraufbauten 48 und 49 über die Zuleitungen 51 mit Elektroenergie versorgt, d. h. das Systemstrahlungselement ist aktiviert und die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen bringen Wasser und Ammoniak zum Sieden, indem gezielt elektrische Energie eingesetzt wird. Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Bedarf an Elektroenergie wesentlich gesenkt werden.
Beispiel 4
Mit einem wie in den vorangegangenen Beispielen beschriebenen Schichtaufbau zeigt 4 ein plankonkaves Grundelement einer Wärmequelle für ein Systemstrahlungselement im Vertikalschnitt. An Halterungen 44 ist ein Rahmen 35 befestigt und dieser Rahmen 35 nimmt, wie in den vorangegangenen Beispielen, Strahleraufbauten 33b; 33c vom Typ des Strahleraufbaus 33 auf. Während der Strahleraufbau 33b planflächig im Rahmen 35 angeordnet ist, ist der Strahleraufbau 33c konkav im Rahmen 35 angeordnet. Die Strahleraufbauten 33b; 33c sind wiederum beabstandet am Rahmen 35 arretiert, so dass ein Zwischenraum 52 entsteht. Auf der dem Zwischenraum 52 abgewandten Seite – also auf der Rückseite des Strahleraufbaus 33b – ist am Rahmen 35 oder an einem Gehäuse ein Reflektor 53 angeordnet.
Die Wärmeabstrahlung erfolgt demzufolge – wie aus 4 ersichtlich – vorwiegend in Pfeilrichtung. Eine derartige Vorrichtung findet zur kleinflächigen Bestrahlung von Flächen und Gegenständen, wie zum Beispiel zum Auftauen gefrorener Wasserleitungen oder gefrorener Bodenschichten, Anwendung. Dazu wird eine derartige Wärmequelle – wie in den vorangegangenen Beispielen bereits beschrieben – über die Halterungen 44 mit einer Stromversorgung verbunden und in einem Gehäuse zu einem Systemstrahlungselement installiert.
Beispiel 5
In 4 sind kreuzförmig angeordnete Grundelemente eines Systemstrahlungselementes im Horizontalschnitt dargestellt. Die kreuzförmig angeordneten Grundelemente bzw. Wärmequellen bestehen wiederum aus Strahleraufbauten 33, können aber auch je nach gewünschtem Verwendungszweck Strahleraufbauten 34 mit einem Reflektor aufnehmen. Diese Anwendungsform findet vordergründig Verwendung als Raumheizelement, wobei aus dem Gehäuse 54 in Abstrahlrichtung von den Strahleraufbauten 33 Strahlungswärme in den umgebenden Raum über entsprechende Öffnungen im Gehäuse 54 und über obere Öffnungen im Gehäuse 54 Konvektionswärme in den Umgebungsraum abgegeben wird.
Beispiel 6
Es ist bekannt, dass vereisungsgefährdete Fronten an Vorflügeln und Tragflächen und anderen Strukturen von Flugzeugen mit unterschiedlichsten Vorrichtungen und Verfahren vor einer Eisbildung bewahrt werden bzw. schon gebildete Eisflächen entfernt werden können. Im Nachfolgenden soll anhand der 6 und 7 der Einsatz des erfindungsgemäßen Systemstrahlungselementes im Bereich der Vorderkante einer Tragfläche erläutert werden.
In den 6 und 7 ist jeweils ein Teilschnitt durch den vorderen Bereich einer Flugzeugtragfläche dargestellt. In der 6 ist im vorderen Bereich einer Tragfläche eine plankonvexe Wärmequelle mit Reflektor als ein Systemstrahlungselement und in der 7 ist eine zylinderförmige Wärmequelle mit Reflektor als ein Systemstrahlungselement angeordnet.
Im Beispiel 1 wurde anhand zweier Gestaltungsvarianten von Wärmequellen der Aufbau einer Wärmequelle mit und ohne Reflektor erläutert. Überträgt man diesen Schichtaufbau auf die 6, so entspricht der Strahleraufbau 55 dem Strahleraufbau 33 aus dem Beispiel 1 und der Strahleraufbau 56 dem Strahleraufbau 34 aus Beispiel 1, wobei der Reflektor 57 unmittelbar mit dem Strahleraufbau 56 verbunden ist oder separat in Verbindung mit der Tragflächenkonstruktion angeordnet sein kann. Die Wärmeabstrahlung erfolgt, wie aus 6 ersichtlich, in die besonders vereisungsgefährdeten Frontabschnitte der Hohl- bzw. Schalenkörperkonstruktionen einer Tragfläche.
Eine andere Ausführungsform sieht eine zylinderförmige Wärmequelle vor. Hier sind zylinderförmig ineinander geschobene Strahleraufbauten 58; 59 angeordnet. Die Strahleraufbauten 58; 59 entsprechen dem Strahleraufbau 33 aus dem Beispiel 1. Die wärmeabstrahlenden Folien können wahlweise im äußeren oder inneren Bereich der jeweiligen zylinderförmigen Strahleraufbauten 58; 59 angeordnet sein, so dass eine Wärmestrahlung mit unterschiedlicher Intensität erfolgen kann. Der Reflektor 60 verhindert eine Wärmeabstrahlung in die Tragflächenkonstruktion und bewirkt damit eine höhere Konzentration der Wärmestrahlung in die besonders vereisungsgefährdeten Fronten.
Es liegt im Bereich der Erfindung, anstelle einer wie in 6 dargestellten plankonvexen Wärmequelle oder der in 7 zylinderförmigen Wärmequelle auch Flachelemente zu verwenden, wie sie in den vorangegangenen Beispielen beschrieben wurden. Eine Kombination verschieden gestalteter geometrischer Formen der Strahleraufbauten oder Wärmequellen zu einem Systemstrahlungselement ist insbesondere für den Flugzeugeinsatz von Vorteil, weil der Schalenkörper einer Tragfläche oder eines Vorflügels nur einen sehr geringen Platz für die zusätzliche Anbringung von Systemstrahlungselementen zulässt. Außerdem sind die einzelnen Außenstrukturen unterschiedlich vereisungsgefährdet.

Claims

Systemstrahlungselement mit wärmeabstrahlenden Folien und an diesen angeordneten elektrischen Zuleitungen, wobei mindestens zwei wärmeabstrahlende Folien mindestens in einem Teil ihres wärmeabstrahlenden Bereiches gegenüberliegend angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei wärmeabstrahlende Folien eine Wärmequelle (31; 32) bilden und diese vorwiegend Strahlungswärme abgibt.
Systemstrahlungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (31; 32) aus mindestens einem Strahleraufbau (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) und einem Strahleraufbau (34; 48; 56) besteht.
Systemstrahlungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahleraufbau (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) aus einer Trägerplatte (37;), einer Isolierung oder Kaschierung (38) und einer Strahlerfolie (39) als wärmeabstrahlende Folie und der Strahleraufbau (34; 48; 56) aus einer Strahlerfolie (40) als wärmeabstrahlende Folie, einer Isolierung oder Kaschierung (41), einer Trägerplatte (42) und einem Reflektor (43; 46; 50; 53; 57; 60) besteht.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) in ihrer flächenmäßigen Ausdehnung unterschiedlich dimensioniert sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerfolien (39; 40) eine unterschiedliche Leistungsaufnahme für Elektroenergie haben und/oder im Betrieb eine unterschiedliche Oberflächentemperatur aufweisen.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33e; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander parallel gegenüberliegend und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33e; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander zylinderförmig ineinanderliegend und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33e; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander plan und konkav gegenüberliegend und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33e; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander plan und konvex gegenüberliegend und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander konvex oder zueinander konkav gegenüberliegend und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33e; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander konkav/konvex oder konvex/konkav gegenüberliegend und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33e; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander kreuzförmig oder zueinander diagonal und definiert beabstandet angeordnet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) abgestrahlte Wärme von einem in einem Gehäuse (45; 54), an einem Rahmen (35), an einer Ummantelungen oder an einer Konstruktion angeordneten Reflektor (46; 50; 53; 57; 60) teilweise reflektiert wird.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) zueinander durch einen Zwischenraum (36; 52) beabstandet sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Strahleraufbauten (34; 48; 56) Strahlungswärme vorwiegend in eine Richtung abgegeben wird.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleraufbauten (33; 33a; 33b; 33c; 49; 55; 58; 59) und die Strahleraufbauten (34; 48; 56) in ihrer Gestalt, flächenmäßigen Ausdehnung, Leistungsaufnahme und Wärmeabstrahlung unterschiedliche Parameter aufweisen und ihre einzelnen Schichten untereinander austauschbar sind.
Systemstrahlungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerfolien (39; 40) gegeneinander gerichtet Wärme abstrahlen.
Verwendung des Systemstrahlungselements nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 in einem Gehäuse (45; 54) als Raumheizung für die private und gewerbliche Nutzung.
Verwendung des Systemstrahlungselements nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 zur Erwärmung von festen, flüssigen und gasförmigen Körpern bzw. Medien.
Verwendung des Systemstrahlungselements nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 zum Auftauen gefrorener Stoffe und Medien und/oder Trocknen von Stoffen und Medien.
Verwendung des Systemstrahlungselements nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 zur Eisfreihaltung von Strukturen, Konstruktionen und Oberflächen.