EP2931023A1 - Irradiation device for irradiating plants - Google Patents

Irradiation device for irradiating plants

Info

Publication number
EP2931023A1
EP2931023A1 EP13802595.2A EP13802595A EP2931023A1 EP 2931023 A1 EP2931023 A1 EP 2931023A1 EP 13802595 A EP13802595 A EP 13802595A EP 2931023 A1 EP2931023 A1 EP 2931023A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiator
infrared
reflector
irradiation device
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13802595.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Weiss
Sven Linow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight GmbH filed Critical Heraeus Noblelight GmbH
Publication of EP2931023A1 publication Critical patent/EP2931023A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • A01G7/04Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249Lighting means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14Measures for saving energy, e.g. in green houses

Definitions

  • Irradiation device for irradiation of plants
  • the present invention relates to an irradiation device for irradiating plants, comprising a support element defining a cultivation plane E for cultivating the plants, a plurality of radiation sources for irradiating the plants with visible and / or ultraviolet radiation and a plurality of infrared radiators for irradiating the plants with infrared radiation. Furthermore, the present invention relates to a radiator module for the irradiation of plants with infrared radiation for use in an irradiation device.
  • chlorophyll and carotene summarizes several natural dyes that are involved in photosynthesis.
  • the absorption spectra of these dyes dissolved in solvents have two pronounced absorption maxima, namely an absorption maximum in the violet and blue spectral range between 400 nm and 500 nm and a further absorption maximum lying in the red spectral range between 600 nm and 700 nm of the visible light.
  • the emission spectrum of artificial light sources for the irradiation of plants has large radiation components in the two above-mentioned wavelength ranges.
  • gas discharge lamps or light emitting diodes are used.
  • Gas discharge lamps consist of one with a filling gas filled discharge chamber in which two electrodes are arranged. Depending on a voltage applied to the electrodes, a gas discharge takes place in the discharge chamber, which is connected to the emission of optical radiation.
  • the wavelength of the emitted radiation can be influenced by a selection of the filling gas and adapted to the absorption spectrum of the chlorophyll, for example by a corresponding doping of the filling gas.
  • LEDs on the other hand, only emit light in a limited spectral range, so that several LEDs of different wavelengths have to be combined to produce an emission spectrum adapted to the absorption spectrum of the chlorophyll.
  • US 2009/0251057 A1 discloses an artificial light source with a plurality of LEDs, in which light emitting diodes with different emission spectra are combined to produce artificial sunlight.
  • the opening width of the stomata can be regulated by a number of factors including, for example, temperature, availability of water, carbon dioxide concentration in the leaf interior and absorption of light.
  • the gap opening width and thus the effectiveness of photosynthesis can be regulated.
  • WO 2010/044662 A1 proposes an irradiation device for plants with a chamber in which, in addition to radiation sources for irradiating the plants with visible or ultraviolet radiation, a plurality of infrared radiators arranged on a side wall of the chamber are provided for irradiating the plants with infrared radiation.
  • the infrared heaters heat the leaves of the plants in such a way that the stomata open, so that a stimulation of the exchanges of the plant with its environment is achieved.
  • the individual plants depending on their planting position on the cultivation level, each have a different distance from the infrared radiators and are therefore irradiated unevenly.
  • the outer areas of the cultivated area are exposed to higher irradiation intensities compared with the inner areas of the acreage.
  • a uniform growth of the plants and thus a homogeneous irradiation of all plants are basically desirable.
  • infrared radiators With a lateral arrangement of the infrared radiators, a large number of radiators is required in addition with respect to the cultivated area, which in order not to damage the plants in the outer area of the acreage by excessive heating, must have a low power.
  • infrared radiators typically have high power; Spotlights low power are expensive to produce and have only a limited life.
  • the lateral arrangement of the infrared radiator also contributes to an irradiation and heating of the other components provided in the irradiation device, for example the electric lines and mounting elements for the radiation sources, as well as the radiation sources provided in the irradiation device, wherein the lifetime of the latter is due to the irradiation Components is shortened.
  • a lateral arrangement of the infrared radiator is therefore associated with high operating costs.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an irradiation device for the irradiation of plants, which has a long life and, in addition to irradiation of the plants with ultraviolet and / or visible radiation uniform irradiation of the plants with infrared radiation guaranteed without the irradiation with ultraviolet and / or visible To unnecessarily affect radiation, and which also requires a small number of infrared radiators in relation to the acreage.
  • the object of the invention is to provide a radiator module for irradiating plants with infrared radiation, which is designed for optimum use in an irradiation device for irradiating plants.
  • the invention is based on the object of minimizing losses in the conversion of the electrical energy into infrared radiation, losses in the steering of the infrared radiation to the plants to be irradiated, mutual shading of light sources and other energy losses.
  • the infrared radiators are designed for a temperature of 800 ° C to 1800 ° C and each have a cylindrical radiator tube with a radiator tube length in the range of 50 mm 500 mm, and that the radiator tubes extend parallel to one another in a radiator zone Z located above the cultivation plane E, wherein the infrared radiator occupancy density relative to the surface of the mounting plane E in the range between 0.2 m "2 and 1, 0 m " 2 is located, and irradiation areas of adjacent infrared radiators on the mounting plane E overlap such that the average irradiance on the mounting plane E between 10 watts / m 2 and 100 watts / m 2 with a maximum variation of 50%, and that a top of the Radiator pipe to a space B assigned associated with the reflector.
  • Sunlight which plants need to grow under natural conditions, has radiation components of ultraviolet, visible, and infrared radiation.
  • the artificial irradiation device also has infrared radiators in addition to radiators for generating ultraviolet and / or visible radiation (hereinafter also referred to as UV and VIS radiators for short).
  • UV and VIS radiators for short.
  • the infrared radiators are arranged in a radiator zone Z situated above the cultivation plane E. It is important that the infrared radiators produce an overall uniform irradiation surface on the cultivation plane E. On the side of the irradiation surface arranged infrared radiator can thus be dispensed with.
  • the infrared radiators in the radiator zone Z are arranged relative to one another and uniformly distributed so that their radiator tube longitudinal axes run parallel to one another. Due to the parallel arrangement of the radiator tubes is a areal radiation of the infrared radiation ensures, which is particularly suitable for the uniform irradiation of a plane, such as a defined plant growth by the plant level or the cultivation level.
  • the UV and VIS emitters Due to the uniform distribution of the infrared radiators in the emitter zone Z, it should not be accepted that the UV and VIS emitters experience shading at the cultivation level.
  • the aim is thus not only a uniform infrared radiation, but also a minimization of shading of the UV and VIS radiation at the cultivation level E.
  • the irradiation device has a construction space B.
  • a plurality of components are arranged, which are required for the operation of the irradiation device, such as electric cables or mounting elements for the infrared radiator or other radiation sources. It is therefore basically desirable to avoid excessive heating of the components of the installation space by infrared / thermal radiation.
  • the radiator tube has on its upper side a reflector which reduces the propagation of the emitted infrared radiation in the direction of the installation space.
  • a reflector could at the same time adversely affect the radiation propagation of the UVA / IS radiation emanating, for example, from the UV and VIS emitters in the emitter zone Z, the greatest possible radiation propagation of the UV and VIS emitters is ensured by the fact that based on the Mounting level E as small as possible number of infrared radiators is used, and that the reflector is formed so that a shading of the UVA / IS radiation is reduced.
  • the radiation characteristic of the infrared radiator plays an important role. Its purpose is to ensure that the infrared radiation is not simply reflected downwards but distributed over a wide irradiation area.
  • a uniform irradiation of the cultivation plane E with at the same time the smallest possible number of infrared radiators is inventively achieved in that the reflector above the radiator tube is shaped so that the infrared radiation emitted from the region above the horizontal through the center of the heating coil in areas further away from the radiation module is distracted.
  • infrared radiators With a number of less than 0.2 infrared radiators per square meter, a uniform radiation distribution can only be achieved with great difficulty, for example with large reflectors, which then obstruct the radiation of the UV and VIS radiators also located in the radiator zone Z. With a number of more than 1.0 infrared radiators per square meter, there is a reduced efficiency of IR irradiation because very small infrared radiators have a significantly lower conversion efficiency of electric energy into infrared radiation. In addition, the assembly and maintenance costs increase with the number of units.
  • the length of the cylindrical radiator tubes is in the range of 50 mm to 500 mm.
  • the use of a few emitters requires an overlap of the irradiation areas of adjacent emitters, so that the average irradiation intensity has a maximum fluctuation range of 50%.
  • the fluctuation range is the maximum deviation of the actual irradiance at a point of the cultivation level E from the average irradiance.
  • the actual irradiance deviates by a maximum of ⁇ 50% from the mean irradiance at the cultivation level E.
  • the deviation from the average irradiance at the cultivation level is preferably 20%, particularly preferably 10%.
  • the emission spectrum of the infrared radiators continues to be essential.
  • the absorption spectrum of plants is characterized by high absorptions in the wavelength range below 700 nm and above 2.5 ⁇ . In the range between 0.7 ⁇ and 2.5 ⁇ a basic absorption of about 5% and a nearly undirected scattering are observed. Radiation with wavelengths in this range is suitable for penetrating the uppermost layers of leaves of a plant; In principle, it is also available for irradiation of the lower leaf layers, but is absorbed only to small proportions. It has been found that optimum plant growth is achieved when the heating filament is designed for a temperature of 800 ° C to 1, 800 ° C, preferably for a temperature in the range of 850 ° C to 1, 500 ° C. Spotlights, which at nominal voltage have a filament temperature in the above
  • the use of medium-wave thermal shear infrared radiators is advantageous if almost all the radiation is to be absorbed or reflected at the uppermost sheet layer.
  • Such radiators have at nominal voltage a filament temperature in the range between 800 ° C and 1 .000 ° C.
  • Short-wave thermal infrared radiators with a filament temperature at nominal voltage in the range between 1 .400 ° C and 2200 ° C, preferably between 1 .400 and 1 .800 ° C, are particularly suitable for penetrating the upper layers of sheets.
  • the necessary average irradiance at the cultivation level depends on the crop to be cultivated as well as other environmental conditions. It has been shown that, for many plant species, an irradiance in the range of 20 10 watt / m 2 to 50 watt / m 2 leads to accelerated growth and thus to a shorter average residence time of the plants in the rearing chamber.
  • a plurality of infrared radiators are arranged one behind the other in the direction of their longitudinal axes, and that adjacent infra-red radiators are spaced apart in the direction of their longitudinal axis
  • the infrared radiators are arranged in parallel rows, with adjacent rows extending in such a way that the infrared radiators of adjacent rows are arranged next to one another.
  • the infrared radiator adjacent rows are just not offset from each other, set "gap", but they start and end - at the same length - at the same longitudinal positions of the illumination field within the radiator plane Z. In conjunction with the shape of the reflectors, this results in a less mutual interference and an optimal homogeneous irradiance on the plant level.
  • adjacent infrared radiators arranged parallel to one another have a distance from one another of between 1 m and 3 m, preferably between 1.3 m and 2.5 m, particularly preferably between 1.5 m and 1 m , 8 m.
  • the infrared radiators from the mounting plane have a distance in the range of 1, 0 m ⁇ 0.5 m. For larger distances, all dimensions and performance data must be scaled accordingly.
  • the distance between the infrared radiators and the cultivation level influences the irradiance and its distribution on the cultivation level E.
  • a distance of the infrared radiators from the cultivation level of 0.5 m to 1.5 m has proven to be effective.
  • At a distance of less than 0.5 m only plants can grow up to be irradiated to a low stature height.
  • a distance of the infrared radiators of more than 1.5 m affects a compact design of the irradiation device.
  • the reflector has-seen in the direction of the longitudinal axis-a length in the range between 70 mm and 650 mm, preferably between 250 mm and 450 mm and a width in the range between 50 mm and 160 mm, preferably in the range between 80 mm and 130 mm, on.
  • the length of the reflector is adapted to the length of the radiator tube.
  • a reflector length of less than 70 mm with a radiator tube length of the infrared radiator of at least 50 mm is only conditionally suitable for reducing an emission of infrared radiation in the direction of the installation space. In such short emitter tubes, a large number of infrared emitters is also necessary, which increases the probability of failure, the installation costs and the operating costs.
  • a reflector with a length of more than 650 mm with a maximum radiator tube length of 500 mm leads to an increased shielding of ultraviolet and / or visible radiation.
  • the reflector width between 50 mm and 160 mm represents for the same reasons a suitable compromise between the shielding of the infrared radiation upward and obstruction of the irradiation of the cultivation level with ultraviolet and / or visible radiation.
  • the reflector has a diffusely reflecting surface.
  • a diffuse reflection of light occurs when light is rough Surface meets, which has several surface elements with different orientations.
  • a light beam incident on a diffusely reflecting surface is reflected by the surface structure in many different directions, so that stray light is obtained.
  • Scattered light is particularly suitable for generating uniform irradiation intensities, since maxima in the irradiance are attenuated and the difference between minimum and maximum irradiance on the cultivation plane E is reduced.
  • the surface has a mechanically embossed structuring, that is, for example, made of hammered aluminum.
  • a mechanically embossed structuring that is, for example, made of hammered aluminum.
  • the MIRO ® -DESSIN materials ALANOD would be suitable for this purpose aluminum finishing GmbH.
  • a hammered aluminum surface has a diffuse reflective effect, low radiation losses due to its coarse surface structure, and is also easy and inexpensive to manufacture.
  • a first reflector strip extending in the direction of the longitudinal axis to be applied on a lateral region of the lateral surface of the emitter tube.
  • a reflector strip applied to the lateral surface of the emitter tube prevents radiation of infrared radiation in this area of the lateral surface.
  • the radiation in the direction of the installation space is reduced, depending on the size of the coverage angle.
  • the application of reflector strips directly to the radiator tube allows a reduction of the reflectors above the radiator tubes with the same effectiveness, as far as the reduction of the propagation of the infrared radiation in the direction of the installation space is concerned.
  • the reflector strip is made of gold, opaque quartz glass (silicon dioxide) or ceramic (for example aluminum oxide).
  • Reflective strips made of these materials are characterized by a high IR reflectance, good chemical resistance and, in some cases, high temperature resistance. They can also be easily applied to the spotlight tube.
  • the emitter tube has a circular cross-section, wherein the reflector strip covers a circular arc of the emitter tube having a horizontal angle through the filament midpoint between a -40 ° and + 40 °, preferably -30 ° and + 30 °.
  • a reflector strip with such a cover angle covers the radiator tube in the lateral direction above and below the horizontal.
  • the coverage angle may be different above and below the horizontal, wherein optionally the amount of the coverage angle below the horizontal is preferably smaller than that above the horizontal.
  • a further reflector strip is applied to the lateral surface, which is arranged mirror-symmetrically to a vertical line extending through a filament center to the first reflector strip.
  • a mirror-symmetrical to the first reflector strip applied further Re- FlektorstMail contributes to a symmetrical and uniform irradiation of the cultivation level.
  • the reflector strip has a diffusely reflecting surface. Such a reflector strip contributes to a homogeneous irradiation of the cultivation plane E.
  • additional reflectors are arranged in a respective reflector plane laterally of the radiator tube, wherein the reflector planes with the horizontal angle between 25 ° to 70 ° include and their dimensions and distance from the radiator tube are set such that They prevent a direct radiation of the infrared radiation emitted by the infrared radiation in a spatial region which is described starting from a filament center of the radiator tube by two planes, the len each len an angle between -40 ° and + 40 °, preferably between -30 ° and + 30 °.
  • the two side of the radiator tube arranged additional reflectors are straight or formed as a conic.
  • the lateral reflectors reflect the radiation from the region of a circular arc of the radiator tube, which forms an angle between -40 ° and + 40 °, preferably -30 ° and + 30 ° with a horizontal extending through the center of the filament.
  • the side reflectors are at an angle between 25 ° to 70 ° to the horizontal.
  • the coverage angle may be different above and below the horizontal, wherein optionally the amount of the coverage angle below the horizontal is preferably smaller than that above the horizontal.
  • the lateral, downward radiation of infrared radiation can be regulated by adjusting the reflector angle to the horizontal, or by the type and shape of the conic section.
  • the lateral reflectors have a diffusely reflecting surface.
  • two side wings are connected to the reflector, wherein the side wings with the horizontal in each case enclose an angle in the range between 20 ° to 40 °.
  • the side wings reduce in particular a radiation of infrared radiation in the direction of the installation space.
  • the side wings can also reduce lateral radiation of infrared radiation in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone. They therefore contribute - as stated above - to a high energy efficiency of the irradiation device.
  • the reflector has a mirror symmetry to a reflector mirror plane, wherein the shape of a symmetry half of the reflector is described by a conic section in sectional view perpendicular to the reflector mirror plane, wherein the reflector towards the center tapers towards the radiator tube ,
  • a conic section is a section of the surface of a circular cone or double circle cone with a plane.
  • the surface of the radiator tube acts as a diffuser and scatters incident radiation diffusely.
  • An incident radiation diffusely scattering surface basically leads to a more uniform, non-directional radiation propagation.
  • a diffuser therefore contributes to a uniform irradiation of the plants in the irradiation device.
  • the entire surface of the radiator tube is formed as a diffuser.
  • the emitter tube preferably has a roughened surface Ra which acts as a diffuser and has a mean roughness Ra, the average roughness Ra being in the range between 0.3 ⁇ m and 10 ⁇ m, preferably between 0.8 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • Roughened surfaces act as a diffuser, with their diffuser properties depending on the average roughness of the surface.
  • the average roughness Ra is determined as a vertical measured quantity according to DIN EN ISO 4288: 1988.
  • Roughened surfaces with such a roughness have a nearly Lambertian scattering. The rate of backward scattering of the radiation impinging on them is between 0% and 6%.
  • a surface with an average roughness of less than 0.3 ⁇ has a large proportion of backscattered radiation.
  • the irradiation device comprises a housing with side walls, wherein a reflector foil, for example of aluminum, is applied to at least one of the side walls.
  • a reflective inner lining by means of a reflector film applied to the side walls of the irradiation device primarily reduces radiation losses and can contribute to a uniform distribution of the irradiation intensity relative to the cultivation plane.
  • a particularly symmetrical, homogeneous radiation distribution is obtained if a reflector foil is applied to two opposite or all four side walls.
  • a reflective inner lining it is possible, in particular, to use infrared radiation modules whose reflector is designed in such a way that a portion of the radiation is generated in a horizontal plane in relation to the horizontal. Downwards in areas further away from the irradiation module is radiated, which contributes to an overlap of the irradiation areas, even with beyond the nearest neighbor extending parallel modules, and a uniform distribution of the irradiation intensity with respect to the cultivation level.
  • irradiation modules whose reflector is designed so that the predominant part of the radiation is emitted into areas below the irradiation module, so that an overlapping of the irradiation areas is mainly associated with the next neighboring module arranged parallel thereto given is.
  • the infrared radiator is a cylindrical radiator tube with a radiator longitudinal axis, a radiator tube length of 50 mm to 500 mm, preferably 150 mm 350 mm and arranged therein, designed for a temperature of 800 ° C to 1 .800 ° C heating filament, wherein one side of the radiator tube is associated with a reflector.
  • the radiator module is intended for use in an inventive Bestahlungsvor- device.
  • this irradiation device reference is made to the above explanations.
  • the radiator module is designed for the irradiation of plants.
  • infrared radiators with a cylindrical radiator tube with a radiator tube length of 50 mm to 500 mm, preferably 150 mm to 350 mm have a good size ratio, with the good results are achieved with respect to a uniform irradiance on the cultivation level. They are capable of achieving a mean irradiance at the cultivation level of 10 W / m 2 to 100 W / m 2 .
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the irradiation device according to the invention for irradiating plants with a radiator zone
  • FIG. 2 shows a raytracing simulation of the irradiation intensity for a second embodiment of the irradiation device according to the invention
  • FIG. 3 shows an embodiment of a radiator module according to the invention for use in an irradiation device according to the invention
  • FIG. 4 shows a side view of a further radiator module according to the invention for use in an irradiation device according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross-section of a further embodiment of the radiator module according to the invention with an infrared radiator, on the radiator tube to reduce the radiation emission in an angular range two reflector strips are applied
  • Figure 6 shows in cross section a further embodiment of the radiator module according to the invention for use in an inventive radiating device with two additional reflectors at the side of the radiator tube, and
  • FIG. 7 shows in cross section a further embodiment of the radiator module according to the invention for use in an irradiation device according to the invention with a reflector, in which two side wings are connected to the reflector.
  • FIG. 1 shows an irradiation device for the irradiation of plants, to which the reference numeral 1 is assigned overall.
  • the irradiation device 1 is intended for floor cultivation and comprises a housing 15 with five plant modules (floors) arranged above one another for growing plants, of which only two plant modules 10, 20 are shown in FIG. 1 for the purpose of simplification.
  • the plant modules, not shown, are identical to the plant modules 10, 20 formed.
  • the plant modules 10, 20 comprise a carrier element 2 and a space B arranged above the carrier element 2, which has electric lines and mounting elements, and the emitter zone Z arranged below the installation space.
  • the carrier element 2 is filled with soil and planted with several plants 3.
  • the surface of the planted support element defines an attachment level E.
  • the radiator zone Z is located above the mounting plane E.
  • LED strips 4a, 4b, 4c are arranged, which emit substantially optical radiation 5 with wavelengths in the visible and in the ultraviolet range.
  • a plurality of radiator modules 7 for irradiating the plants with infrared radiation 6 are likewise provided.
  • the radiator modules 7 have an infrared radiator 8, wherein each infrared radiator 8 is assigned an irradiation area F on the cultivation plane, which is indicated by dashed lines 6, which symbolize the infrared radiation.
  • the infrared radiators 8 are each designed for a nominal power of 100 watts at a nominal voltage of 15 volts.
  • radiator tubes of quartz glass with an outer diameter of 13.7 mm and a radiator tube length of 240 mm.
  • the mounting plane E facing side of the radiator tube has an average roughness of 3.5 ⁇ on; it acts as a diffuser.
  • a Wienfilament is arranged, which is operated at nominal power at a temperature of 900 ° C.
  • a reflector 9 is arranged, which reduces the propagation of the infrared radiation emitted by the respective infrared radiator 8 upwards in the direction of the installation space B and laterally in the direction of the LED strips 4a, 4b, 4c.
  • the reflectors 9 each extend parallel to their associated infrared radiator 8 and have a length of 390 mm and a width of 120 mm.
  • the reflector 9 has a mirror-symmetrical reflector base body, wherein the surface shape of a symmetry half is described in section through a parabola. With the reflector 9, two side wings 9a, 9b are connected.
  • Both side wings 9a, 9b each enclose an angle of 30 ° with the horizontal.
  • the surface of the side facing the infrared radiator 8 of the reflector 9 and the side wings 9a, 9b is made of hammered aluminum; it has a diffuse reflective effect.
  • a reflector strip of gold running in the direction of the longitudinal axis is applied to a lateral region of the lateral surface of the emitter tube, as well as another reflector strip being mirror-symmetrical thereto.
  • These reflector strips reduce the radiation of infrared radiation 6 in the direction of the installation space and of the other radiation sources in the emitter zone.
  • the reflector strip in each case covers a circular arc of the radiator tube cross-section which, with a horizontal line passing through the center of the filament, covers a coverage angle between 2 ° and + 25 °, wherein the smaller angular amount is assigned to the occupancy below the horizontal.
  • infrared radiator 8 In the direction of the longitudinal axes of the infrared radiator 8 a plurality of identical radiator modules 7 are arranged one behind the other (not shown). Adjacent infra-red radiators 8 have a distance of 1.54 m in the direction of their longitudinal axis. The distance parallel, adjacent infrared radiators perpendicular to the direction of their longitudinal axes is 1.65 m. To the cultivation level E, the infrared radiators at a distance of 1, 0 m.
  • the infrared radiator 8 are in the emitter zone Z so ordered to each other, 10 that their radiator tube longitudinal axes parallel to each other; they are arranged side by side, in the sense that they begin and end on the same longitudinal position of the illumination field.
  • the number of infrared radiators with respect to the surface of the cultivation plane amounts to 0.4 m 2.
  • the infrared radiators 8 are arranged in the emitter zone Z such that their areas of irradiation F laterally overlap so that the average irradiance on the cultivation plane 30 watts / m 2 .
  • FIG. 2 shows a raytracing simulation of the irradiation intensity with infrared radiation of a second embodiment of the irradiation device 200 according to the invention for the irradiation of plants.
  • FIG. 2 shows the irradiation intensity at the plant level at a distance of 1 m from the infrared radiators in W / mm 2 .
  • 25 plant tables 201, 202, 203, 204 has a length of 6 m and a width of
  • each plant table 201, 202, 203, 204 five radiator modules 205 each having an infrared radiator are arranged in a radiator zone Z.
  • the number of infrared radiators is about 0,5 m "2.
  • the nominal power of the infrared radiator (at a nominal voltage of
  • the infrared radiator is characterized by a radiator tube length of 260 mm, a radiator tube outer diameter of 10 mm and by a disposed within the radiator tube heating filament.
  • the distance between the infrared radiators and the cultivation level is 1, 0 m.
  • the side of the radiator tube facing away from the mounting plane E is assigned a reflector according to FIG.
  • a plurality of LED strips are arranged for emitting radiation in the ultraviolet and visible range (not shown).
  • a reflective inner lining 206, 207 are respectively provided on two side walls of the irradiation device 200.
  • Diagram 209 also shows, as viewed in the longitudinal direction of plant table 202, the course of the irradiation intensity in W / mm 2 along a center axis 208 of plant table 202.
  • Diagram 21 1 shows the course of the irradiation intensity along a center axis 210 of irradiation device 202.
  • the mean irradiation intensity based on the total cultivation level E is 27 W / m 2 , with a minimum irradiation intensity of 20 W / m 2 and a maximum irradiation intensity of 32 W / m 2 .
  • FIG. 3 shows an embodiment of a radiator module 300 for irradiating plants with infrared radiation for use in an irradiation device according to the invention.
  • the radiator module 300 comprises an infrared radiator 301 with a radiator longitudinal axis 305 and a reflector 302.
  • the infrared radiator 301 has a cylindrical radiator tube 303 made of quartz glass and a heating filament 304 arranged inside the radiator tube 303.
  • the infrared radiator features a radiator tube length of 270 mm and an outside diameter of 10 mm.
  • the heating filament 304 is made of tungsten wire.
  • the length of the heating filament 304 is 240 mm.
  • Nominal power of the radiator is 96 W, at a nominal voltage of 1 15 V.
  • the reflector 302 has a length of 350 mm in the direction of the longitudinal axis of the radiator 305 and a width of 94 mm perpendicular thereto.
  • the reflector 302 is mirror-symmetrical.
  • the distance B of the reflector to the central axis of the radiator tube 303 is 7.5 mm 6 are the same reference numerals as used in Figure 3, so are identically constructed or equivalent components and components referred to, as explained in more detail above with reference to the description of the embodiment of the lamp unit according to the invention according to FIG.
  • the radiator module 400 comprises an infrared radiator 301 with a radiator tube 303 and a heating filament 304 disposed therein, and a reflector 302.
  • the length A of the heating filament 304 is 240 mm.
  • the radiator tube 303 has a roughened surface an average roughness Ra of 3.5 ⁇ on.
  • Figure 5 shows a cross section of a radiator module 500 according to the invention with an infrared radiator 501, on the radiator tube two reflector strips 503a, 503b are additionally applied.
  • the infrared radiator 501 has a cylindrical radiator tube 503 made of quartz glass and a heating filament arranged inside the radiator tube 503 (not shown).
  • the nominal power of the infrared radiator (at a nominal voltage of 1 15 V) is 96 W. It has a radiator tube length of 260 mm and an outside diameter of 10 mm.
  • On the radiator tube 503 two reflector strips are applied in the form of a gold coating, which extends in the direction of the radiator tube longitudinal axis.
  • the width of the reflector strip 503b is designed so that it covers a circular arc, which is described by an angle range ⁇ between - 5 ° and + 22 °, starting from a horizontal axis 510, which is associated with the angle 0 °.
  • the reflector strip 503a is arranged mirror-symmetrically to the reflector strip 503b; it covers a circular arc with an angular range ⁇ between 158 ° and 185 °.
  • the radiation is infrared Reduces radiation in the direction of the installation space and laterally in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone, which, for example, a longer life of the radiation sources arranged there is ensured.
  • FIG. 6 shows a cross section of a radiator module 600 according to the invention with an infrared radiator 601 with two additional reflectors 603a, 603b mounted on the side of the radiator tube.
  • the infrared radiator has a cylindrical radiator tube of quartz glass and an inside, disposed at the bottom of the radiator tube heating filament 604 on.
  • the nominal power of the infrared radiator (at a nominal voltage of 1 15 V) is 96 W. It has a radiator tube length of 260 mm and an outside diameter of 10 mm.
  • the two lateral reflectors 603a, 603b are arranged so that they cover with a horizontal through the center of the filament an angle ⁇ of 28 ° above the horizontal and thus minimize the radiation upward in the non-covered by the upper reflector 602 angle range.
  • the angle of the lateral reflectors 603a, 603b to the horizontal is 55 °
  • the distance of the side reflectors 603a, 603b from the radiator tube is at the shortest point 3 mm.
  • the distance from the central axis of the radiator tube to the upper reflector 602, whose outer dimensions are 120 x 390 mm 2 , is 15 mm.
  • the shape of the upper reflector is described by a parabolic conic, with a radius of curvature of 1 15 mm.
  • FIG. 7 illustrates in cross section a further embodiment of a radiator module 700 according to the invention for use in an irradiation device according to the invention.
  • the emitter module 700 comprises an infrared emitter 301 and a reflector 702, wherein two reflective side wings 703a, 703b are connected to the reflector 702.
  • the two side wings 703a, 703b are arranged so as to enclose an angle of 30 ° with a horizontal. They have a width C of 84 mm.
  • the width D of the reflector is 88 mm.
  • Both the side wings 603a, 603b and the reflector 702 have a Length of 338 mm.
  • the arrangement of the side wings 703a, 703b reduces the radiation of infrared radiation upward in the direction of the construction space and laterally in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the emission zone

Abstract

Known irradiation devices (1) for irradiating plants (3) have a carrier element (2) for cultivating the plants, said carrier element defining a cultivation plane (E), a plurality of radiation sources (4a, 4b, 4c) for irradiating the plants with visible and/or ultraviolet radiation (5) and a plurality of infrared emitters (8) for irradiating the plants with infrared radiation (6). In order, proceeding therefrom, to specify an irradiation device for irradiating plants which ensures uniform irradiation of the plants with infrared radiation alongside irradiation of the plants with ultraviolet and/or visible radiation, and which furthermore requires a small number of infrared emitters relative to the cultivation area, the invention proposes that the infrared emitters are designed for a temperature of 800°C to 1800°C and each have a cylindrical emitter tube (303) having an emitter tube length in the range of 50 mm to 500 mm, and that the emitter tubes extend parallel to one another in an emitter zone (Z) located above the cultivation plane (E), wherein the infrared emitter occupation density relative to the area of the cultivation plane is in the range of between 0.2 m-2 and 1.0 m-2, and irradiation regions of adjacent infrared emitters on the cultivation plane overlap in such a way that the average irradiance on the cultivation plane is between 10 watt/m2 and 100 watt/m2 with a variation range of a maximum of 50%, and that a reflector (302) facing a structural space (B) is assigned to a top side of the emitter tube.

Description

Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen  Irradiation device for irradiation of plants
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Strahlermodul zur Bestrahlung von Pflanzen mit Infrarotstrahlung zum Einsatz in einer Bestrahlungsvorrichtung. The present invention relates to an irradiation device for irradiating plants, comprising a support element defining a cultivation plane E for cultivating the plants, a plurality of radiation sources for irradiating the plants with visible and / or ultraviolet radiation and a plurality of infrared radiators for irradiating the plants with infrared radiation. Furthermore, the present invention relates to a radiator module for the irradiation of plants with infrared radiation for use in an irradiation device.
Stand der Technik State of the art
Bei der Aufzucht und Kultivierung von Pflanzen, beispielsweise in Gewächshäusern und im Etagenanbau werden künstliche Lichtquellen eingesetzt. Das Emissi- onsspektrum dieser Lichtquellen ist in der Regel an das Absorptionsspektrum des grünen Blattfarbstoffes des Chlorophylls und der Carotine angepasst. In the rearing and cultivation of plants, for example in greenhouses and in the cultivation of floors artificial light sources are used. The emission spectrum of these light sources is usually adapted to the absorption spectrum of the green leaf pigment of chlorophyll and carotene.
Unter der Bezeichnung Chlorophyll und Carotin sind mehrere natürliche Farbstoffe zusammengefasst, die wesentlich an der Photosynthese beteiligt sind. Die Absorptionsspektren dieser in Lösungsmitteln gelösten Farbstoffe weisen zwei aus- geprägte Absorptionsmaxima auf, nämlich ein Absorptionsmaximum im violetten und blauen Spektralbereich zwischen 400 nm und 500 nm sowie ein weiteres Absorptionsmaximum, das im roten Spektralbereich zwischen 600 nm und 700 nm des sichtbaren Lichts liegt. The term chlorophyll and carotene summarizes several natural dyes that are involved in photosynthesis. The absorption spectra of these dyes dissolved in solvents have two pronounced absorption maxima, namely an absorption maximum in the violet and blue spectral range between 400 nm and 500 nm and a further absorption maximum lying in the red spectral range between 600 nm and 700 nm of the visible light.
Um eine effiziente Bestrahlung der Pflanzen zu gewährleisten, weist das Emissi- onsspektrum künstlicher Lichtquellen zur Bestrahlung von Pflanzen große Strahlungsanteile in den beiden oben genannten Wellenlängenbereichen auf. In order to ensure efficient irradiation of the plants, the emission spectrum of artificial light sources for the irradiation of plants has large radiation components in the two above-mentioned wavelength ranges.
Als Lichtquellen werden beispielsweise Gasentladungslampen oder Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt. Gasentladungslampen bestehen aus einer mit einem Füllgas gefüllten Entladungskammer, in der zwei Elektroden angeordnet sind. In Abhängigkeit einer an den Elektroden angelegten Spannung findet in der Entladungskammer eine Gasentladung statt, die mit der Emission optischer Strahlung verbunden ist. Die Wellenlänge der emittierten Strahlung kann durch eine Auswahl des Füllgases beeinflusst werden und an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepasst werden, beispielsweise durch eine entsprechende Dotierung des Füllgases. LEDs hingegen emittieren nur Licht in einem begrenzten Spektralbereich, so dass zur Erzeugung eines an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepassten Emissionsspektrums mehrere LEDs unterschiedlicher Wellen- länge miteinander kombiniert werden müssen. So ist beispielsweise aus der US 2009 / 0251057 A1 eine künstliche Lichtquelle mit mehreren LEDs bekannt, bei der zur Erzeugung von künstlichem Sonnenlicht Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren kombiniert werden. As light sources, for example, gas discharge lamps or light emitting diodes (LEDs) are used. Gas discharge lamps consist of one with a filling gas filled discharge chamber in which two electrodes are arranged. Depending on a voltage applied to the electrodes, a gas discharge takes place in the discharge chamber, which is connected to the emission of optical radiation. The wavelength of the emitted radiation can be influenced by a selection of the filling gas and adapted to the absorption spectrum of the chlorophyll, for example by a corresponding doping of the filling gas. LEDs, on the other hand, only emit light in a limited spectral range, so that several LEDs of different wavelengths have to be combined to produce an emission spectrum adapted to the absorption spectrum of the chlorophyll. Thus, for example, US 2009/0251057 A1 discloses an artificial light source with a plurality of LEDs, in which light emitting diodes with different emission spectra are combined to produce artificial sunlight.
Allerdings hängt eine effiziente Aufzucht der Pflanzen nicht nur von der Anregung der Photosynthese, sondern auch vom Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze und von der Kohlendioxid-Assimilation ab. Sowohl der Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze als auch die Kohlendioxid-Assimilation werden vom Spaltöffnungsapparat der Pflanze beeinflusst. Durch die Spaltöffnungen (Stomata) der Pflanze reguliert die Pflanze den Gasaustausch mit der Umge- bungsluft, insbesondere die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft und die Abgabe von Sauerstoff an die Luft. Darüber hinaus wird auch der Wasserhaushalt der Pflanze durch die Öffnungsweite der Stomata beeinflusst. So führen geöffnete Stomata zu einer verstärkten Wasserverdunstung, die einen Transpirationssog erzeugt, so dass insgesamt der Wasser- und Nährstofftransport (Saftfluss) von der Wurzel zu den Blättern gesteigert wird. However, efficient rearing of plants depends not only on the stimulation of photosynthesis, but also on the transport of water and nutrients in the plant and on carbon dioxide assimilation. Both water and nutrient transport in the plant and carbon dioxide assimilation are affected by the plant's stomata. Through the stomata of the plant, the plant regulates the gas exchange with the ambient air, in particular the absorption of carbon dioxide from the air and the release of oxygen into the air. In addition, the water balance of the plant is influenced by the opening width of the stomata. Thus opened stomata lead to an increased evaporation of water, which generates a transpiration suction, so that overall the water and nutrient transport (sap flow) is increased from the root to the leaves.
Die Öffnungsweite der Stomata kann durch mehrere Faktoren reguliert werden, zu denen beispielsweise die Temperatur, die Verfügbarkeit von Wasser, die Kohlendioxid-Konzentration im Blattinneren und die Absorption von Licht zählen. Durch eine gezielte Bestrahlung mit Infrarotstrahlung kann die Spaltöffnungsweite und damit die Effektivität der Photosynthese reguliert werden. ln der WO 2010/044662 A1 ist eine Bestrahlungsvorrichtung für Pflanzen mit einer Kammer vorgeschlagen, bei der neben Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer oder ultravioletter Strahlung mehrere an einer Seitenwand der Kammer angeordnete Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infra- rotstrahlung vorgesehen sind. Durch die Infrarotstrahler werden die Blätter der Pflanzen derart erwärmt, dass sich die Stomata öffnen, so dass eine Stimulation der Austauschvorgänge der Pflanze mit ihrer Umgebung erreicht wird. The opening width of the stomata can be regulated by a number of factors including, for example, temperature, availability of water, carbon dioxide concentration in the leaf interior and absorption of light. By targeted irradiation with infrared radiation, the gap opening width and thus the effectiveness of photosynthesis can be regulated. WO 2010/044662 A1 proposes an irradiation device for plants with a chamber in which, in addition to radiation sources for irradiating the plants with visible or ultraviolet radiation, a plurality of infrared radiators arranged on a side wall of the chamber are provided for irradiating the plants with infrared radiation. The infrared heaters heat the leaves of the plants in such a way that the stomata open, so that a stimulation of the exchanges of the plant with its environment is achieved.
Infolge der seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler haben die einzelnen Pflanzen in Abhängigkeit von ihrer Pflanzposition auf der Anbauebene jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu den Infrarotstrahlern und werden deshalb ungleichmäßig bestrahlt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die äußeren Bereiche der Anbaufläche verglichen mit den inneren Bereichen der Anbaufläche höheren BeStrahlungsintensitäten ausgesetzt sind. Um eine effiziente Aufzucht der Pflanzen zu gewährleisten, sind ein gleichmäßiges Wachstum der Pflanzen und damit eine homogene Bestrahlung aller Pflanzen aber grundsätzlich wünschenswert. Due to the lateral arrangement of the infrared radiators, the individual plants, depending on their planting position on the cultivation level, each have a different distance from the infrared radiators and are therefore irradiated unevenly. In particular, it has been found that the outer areas of the cultivated area are exposed to higher irradiation intensities compared with the inner areas of the acreage. In order to ensure an efficient rearing of the plants, a uniform growth of the plants and thus a homogeneous irradiation of all plants are basically desirable.
Bei einer seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler wird darüber hinaus bezogen auf die Anbaufläche eine große Anzahl von Strahlern benötigt, die, um die Pflanzen im äußeren Bereich der Anbaufläche nicht durch übermäßige Erwärmung zu schädigen, eine geringe Leistung aufweisen müssen. Infrarotstrahler haben aber typischerweise eine hohe Leistung; Strahler geringer Leistung sind aufwendig zu fertigen und weisen nur eine eingeschränkte Lebensdauer auf. With a lateral arrangement of the infrared radiators, a large number of radiators is required in addition with respect to the cultivated area, which in order not to damage the plants in the outer area of the acreage by excessive heating, must have a low power. However, infrared radiators typically have high power; Spotlights low power are expensive to produce and have only a limited life.
Darüber hinaus trägt die seitliche Anordnung der Infrarotstrahler auch zu einer Bestrahlung und Erwärmung der weiteren in der Bestrahlungsvorrichtung vorge- sehen Bauteile, beispielsweise der Elektroleitungen und Montageelemente für die Strahlungsquellen, sowie auch der in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen Strahlungsquellen bei, wobei durch die Bestrahlung die Lebensdauer dieser Bauteile verkürzt wird. Eine seitliche Anordnung der Infrarotstrahler geht daher mit hohen Betriebskosten einher. Technische Aufgabe In addition, the lateral arrangement of the infrared radiator also contributes to an irradiation and heating of the other components provided in the irradiation device, for example the electric lines and mounting elements for the radiation sources, as well as the radiation sources provided in the irradiation device, wherein the lifetime of the latter is due to the irradiation Components is shortened. A lateral arrangement of the infrared radiator is therefore associated with high operating costs. Technical task
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist und neben einer Bestrahlung der Pflanzenmit ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleistet ohne die Bestrahlung mit ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung unnötig zu beeinträchtigen, und die darüber hinaus bezogen auf die Anbaufläche eine geringe Anzahl von Infrarotstrahlern erfordert. The invention is therefore based on the object of specifying an irradiation device for the irradiation of plants, which has a long life and, in addition to irradiation of the plants with ultraviolet and / or visible radiation uniform irradiation of the plants with infrared radiation guaranteed without the irradiation with ultraviolet and / or visible To unnecessarily affect radiation, and which also requires a small number of infrared radiators in relation to the acreage.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Strahlermodul zur Be- Strahlung von Pflanzen mit Infrarotstrahlung bereitzustellen, das für einen optimalen Einsatz in einer Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen ausgelegt ist. Furthermore, the object of the invention is to provide a radiator module for irradiating plants with infrared radiation, which is designed for optimum use in an irradiation device for irradiating plants.
Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Verluste bei der Umwandlung der elektrischen Energie in infrarote Strahlung, Verluste bei der Lenkung der Infrarotstrahlung auf die zu bestrahlenden Pflanzen, gegenseitige Abschattungen von Lichtquellen und andere Energieverluste zu minimieren. Finally, the invention is based on the object of minimizing losses in the conversion of the electrical energy into infrared radiation, losses in the steering of the infrared radiation to the plants to be irradiated, mutual shading of light sources and other energy losses.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung General description of the invention
Hinsichtlich der Bestrahlungsvorrichtung wird diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Infrarotstrahler für eine Temperatur von 800 °C bis 1800 °C ausgelegt sind und jeweils ein zylinderförmiges Strahlerrohr mit einer Strahlerrohr-Länge im Bereich von 50 mm bis 500 mm aufweisen, und dass sich die Strahlerrohre parallel zueinander in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstrecken, wobei die Infrarotstrahler-Belegungsdichte bezogen auf die Fläche der Anbauebene E im Bereich zwischen 0,2 m"2 und 1 ,0 m"2 liegt, und sich Be- strahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% beträgt, und dass einer Oberseite des Strahlerrohrs ein einem Bauraum B zuge- wandter Reflektor zugeordnet ist. With regard to the irradiation device, this object is achieved, starting from a device of the type mentioned in the present invention that the infrared radiators are designed for a temperature of 800 ° C to 1800 ° C and each have a cylindrical radiator tube with a radiator tube length in the range of 50 mm 500 mm, and that the radiator tubes extend parallel to one another in a radiator zone Z located above the cultivation plane E, wherein the infrared radiator occupancy density relative to the surface of the mounting plane E in the range between 0.2 m "2 and 1, 0 m " 2 is located, and irradiation areas of adjacent infrared radiators on the mounting plane E overlap such that the average irradiance on the mounting plane E between 10 watts / m 2 and 100 watts / m 2 with a maximum variation of 50%, and that a top of the Radiator pipe to a space B assigned associated with the reflector.
Sonnenlicht, das Pflanzen unter natürlichen Bedingungen zu ihrem Wachstum benötigen, weist Strahlungsanteile ultravioletter, sichtbarer und infraroter Strahlung auf. Für die Nachbildung natürlicher Wachstumsbedingungen weist die künstliche Bestrahlungsvorrichtung daher neben Strahlern zur Erzeugung ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung (im Folgenden auch kurz als UV- und VIS- Strahler bezeichnet) auch Infrarotstrahler auf. Durch den Einsatz dieser Strahlertypen werden die Pflanzen unter künstlichen Aufzuchtbedingungen einerseits mit der für die Photosynthese benötigten Strahlung versorgt und andererseits kann über die Infrarotstrahlung die Öffnungsweite der Spaltöffnungen der Blätter so reguliert werden, dass sich ein optimaler Wasser- und Stofftransport innerhalb der Pflanze einstellt. Durch diese Maßnahmen werden ein schnelles Pflanzenwachstum und eine hohe Produktivität gewährleistet. Sunlight, which plants need to grow under natural conditions, has radiation components of ultraviolet, visible, and infrared radiation. For simulating natural growth conditions, therefore, the artificial irradiation device also has infrared radiators in addition to radiators for generating ultraviolet and / or visible radiation (hereinafter also referred to as UV and VIS radiators for short). Through the use of these types of radiators, the plants are supplied under artificial rearing conditions on the one hand with the required for photosynthesis radiation and on the other hand, via the infrared radiation, the opening width of the stomata of the leaves are regulated so that adjusts an optimal water and mass transfer within the plant. These measures ensure rapid plant growth and high productivity.
Um ein möglichst gleichmäßiges Pflanzenwachstum zu gewährleisten, ist es al- lerdings notwendig, die Pflanzen möglichst gleichmäßig, das heißt mit einer nahezu konstanten Bestrahlungsstärke, zu bestrahlen. Dies gilt insbesondere auch für die Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung. Eine lokal zu hohe Infrarot- Bestrahlungsstärke führt zu einer Schädigung der betroffenen Pflanzen. Bei einer zu niedrigen Bestrahlungsstärke verliert sich hingegen der Effekt der Infrarot- Strahlung auf die Öffnungsweite der Spaltöffnungen; sie führt zu einem geringen Pflanzenwachstum . In order to ensure the most uniform possible plant growth, it is, however, necessary to irradiate the plants as uniformly as possible, that is to say with an almost constant irradiation intensity. This applies in particular to the irradiation of the plants with infrared radiation. A locally too high infrared irradiance leads to damage of the affected plants. At too low irradiance, however, loses the effect of infrared radiation on the opening width of the stomata; it leads to low plant growth.
Bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung sind die Infrarotstrahler in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z angeordnet. Wichtig ist dabei, dass die Infrarotstrahler eine insgesamt gleichmäßige Bestrahlungsflä- che auf der Anbauebene E erzeugen. Auf ausschließlich seitlich der Bestrahlungsfläche angeordnete Infrarotstrahler kann somit verzichtet werden. In the case of the irradiation device according to the invention, the infrared radiators are arranged in a radiator zone Z situated above the cultivation plane E. It is important that the infrared radiators produce an overall uniform irradiation surface on the cultivation plane E. On the side of the irradiation surface arranged infrared radiator can thus be dispensed with.
Um eine insgesamt gleichmäßige Bestrahlungsfläche auf der Anbauebene E zu erreichen, sind die Infrarotstrahler in der Strahlerzone Z derart zueinander angeordnet und gleichmäßig verteilt, dass ihre Strahlerrohr-Längsachsen parallel zu- einander verlaufen. Durch die parallele Anordnung der Strahlerrohre wird eine flächenhafte Abstrahlung der Infrarotstrahlung gewährleistet, die insbesondere zur gleichmäßigen Bestrahlung einer Ebene, beispielsweise einer durch den Pflanzenwuchs festgelegten Pflanzenebene oder der Anbauebene geeignet ist. In order to achieve an overall uniform irradiation surface on the cultivation plane E, the infrared radiators in the radiator zone Z are arranged relative to one another and uniformly distributed so that their radiator tube longitudinal axes run parallel to one another. Due to the parallel arrangement of the radiator tubes is a areal radiation of the infrared radiation ensures, which is particularly suitable for the uniform irradiation of a plane, such as a defined plant growth by the plant level or the cultivation level.
Durch die gleichmäßige Verteilung der Infrarotstrahler in der Strahlerzone Z soll nicht in Kauf genommen werden, dass die UV- und VIS-Strahler eine Abschattung auf der Anbauebene erfahren. Angestrebt wird somit nicht nur eine gleichmäßige Infrarot-Bestrahlung, sondern auch eine Minimierung der Abschattung der UV- und VIS-Strahlung auf der Anbauebene E. Due to the uniform distribution of the infrared radiators in the emitter zone Z, it should not be accepted that the UV and VIS emitters experience shading at the cultivation level. The aim is thus not only a uniform infrared radiation, but also a minimization of shading of the UV and VIS radiation at the cultivation level E.
Oberhalb des Strahlerrohrs weist die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung einen Bauraum B auf. In diesem Bauraum sind eine Vielzahl von Bauteilen angeordnet, die für den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung benötigt werden, beispielsweise Elektroleitungen oder Montageelemente für die Infrarotstrahler oder weitere Strahlungsquellen. Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, eine übermäßige Erwärmung der Bauteile des Bauraumes durch Infrarot- /Wärmestrahlung zu vermeiden. Above the radiator tube, the irradiation device according to the invention has a construction space B. In this space, a plurality of components are arranged, which are required for the operation of the irradiation device, such as electric cables or mounting elements for the infrared radiator or other radiation sources. It is therefore basically desirable to avoid excessive heating of the components of the installation space by infrared / thermal radiation.
Eine übermäßige Erwärmung des Bauraums und der darin befindlichen Bauteile wird erfindungsgemäß dadurch verringert, dass das Strahlerrohr auf seiner Oberseite einen Reflektor aufweist, der die Ausbreitung der emittierten Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraumes verringert. Da ein solcher Reflektor allerdings gleichzeitig die Strahlungsausbreitung der von beispielsweise in der Strahlerzone Z angeordneten UV- und VIS-Strahlern ausgehenden UVA/IS-Strahlung beeinträchtigen könnte, wird eine möglichst große Strahlungsausbreitung der UV- und VIS-Strahler dadurch gewährleistet, dass bezogen auf die Anbauebene E eine möglichst geringe Anzahl von Infrarotstrahlern eingesetzt wird, und dass der Re- flektor so geformt ist, dass eine Abschattung der UVA/IS-Strahlung verringert wird. An excessive heating of the installation space and the components therein is inventively reduced in that the radiator tube has on its upper side a reflector which reduces the propagation of the emitted infrared radiation in the direction of the installation space. However, since such a reflector could at the same time adversely affect the radiation propagation of the UVA / IS radiation emanating, for example, from the UV and VIS emitters in the emitter zone Z, the greatest possible radiation propagation of the UV and VIS emitters is ensured by the fact that based on the Mounting level E as small as possible number of infrared radiators is used, and that the reflector is formed so that a shading of the UVA / IS radiation is reduced.
Neben einer geringen Abschirmung der UVA/IS-Strahlung spielt die Abstrahlcharakteristik der Infrarotstrahler eine wichtige Rolle. Sie soll dafür sorgen, dass die Infrarotstrahlung nicht einfach nur nach unten reflektiert, sondern auf einen brei- ten Bestrahlungsbereich verteilt wird. Eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E bei gleichzeitig möglichst geringer Anzahl von Infrarotstrahlern wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Reflektor oberhalb des Strahlerrohrs so geformt ist, dass die aus dem Bereich oberhalb der Horizontalen durch den Mittelpunkt der Heizwendel ausgesendete Infrarotstrahlung in weiter vom Strahlungsmodul entfernte Bereiche hin ablenkt wird. In addition to a low shielding of the UVA / IS radiation, the radiation characteristic of the infrared radiator plays an important role. Its purpose is to ensure that the infrared radiation is not simply reflected downwards but distributed over a wide irradiation area. A uniform irradiation of the cultivation plane E with at the same time the smallest possible number of infrared radiators is inventively achieved in that the reflector above the radiator tube is shaped so that the infrared radiation emitted from the region above the horizontal through the center of the heating coil in areas further away from the radiation module is distracted.
Konventionelle Reflektoren, beispielsweise Parabol- oder Hyperbol-Reflektoren, erfüllen diese Funktion nicht, da sie die Strahlung insbesondere in Bereiche direkt unterhalb des Strahlerrohrs zurückwerfen. Eine geringe Strahler-Anzahl geht mit einer geringen Anzahl an Reflektoren einher. Diese können bei gleich niedriger Strahlungsabschirmung größer dimensioniert sein, so dass sie besser zu einer gleichmäßigen Bestrahlung in der Anbauebene E beitragen können. Ein optimaler Bereich für die Anzahl der Infrarotstrahler bezogen auf die Anbaufläche liegt zwischen 0,2 m"2 und 1 ,0 m"2. Bei einer An- zahl von weniger als 0,2 Infrarotstrahlern pro Quadratmeter ist eine gleichmäßige Strahlungsverteilung nur aufwendig zu erreichen, beispielsweise mit großen Reflektoren, die dann die Strahlung der ebenfalls in der Strahlerzone Z befindlichen UV- und VIS-Strahler behindern. Bei einer Anzahl von mehr als 1 ,0 Infrarotstrahlern pro Quadratmeter ergibt sich eine verringerte Effizienz der IR-Bestrahlung da sehr kleine Infrarotstrahler eine deutlich geringere Umwandlungseffizienz von elektrischer Energie in Infrarotstrahlung aufweisen. Darüber hinaus steigt der Montage- und Wartungsaufwand mit der Zahl der Einheiten. Conventional reflectors, such as parabolic or hyperbolic reflectors, do not fulfill this function, since they reflect the radiation in particular in areas directly below the radiator tube. A small number of emitters is associated with a small number of reflectors. These can be dimensioned larger at the same low radiation shield, so that they can contribute better to a uniform irradiation in the cultivation level E. An optimal range for the number of infrared radiators in relation to the cultivated area is between 0.2 m "2 and 1, 0 m " 2 . With a number of less than 0.2 infrared radiators per square meter, a uniform radiation distribution can only be achieved with great difficulty, for example with large reflectors, which then obstruct the radiation of the UV and VIS radiators also located in the radiator zone Z. With a number of more than 1.0 infrared radiators per square meter, there is a reduced efficiency of IR irradiation because very small infrared radiators have a significantly lower conversion efficiency of electric energy into infrared radiation. In addition, the assembly and maintenance costs increase with the number of units.
Eine geringe Strahler-Anzahl bezogen auf die Anbauebene ermöglicht darüber hinaus den Einsatz kleiner, aber leistungsstarker Infrarotstrahler, die im Vergleich zu größeren und leistungsschwächeren Infrarotstrahlern eine höhere Umwandlungseffizienz, damit geringere Verlustwärme sowie eine längere Lebensdauer aufweisen. Aus diesem Grund liegt die Länge der zylinderförmigen Strahlerrohre im Bereich von 50 mm bis 500 mm. In addition, a small number of emitters relative to the cultivation level enables the use of small but powerful infrared emitters, which have a higher conversion efficiency compared with larger and less powerful infrared emitters, thus lower heat loss and a longer service life. For this reason, the length of the cylindrical radiator tubes is in the range of 50 mm to 500 mm.
Die längere Lebensdauer solcher Strahler wird erreicht, indem die einzelnen Strahler mit möglichst hohen Spannungen etwa im Bereich 24 V bis Netzspan- nung betrieben werden. Hierdurch wird beispielsweise nur eine geringe Anzahl an Transformatoren benötigt, so dass Transformator-bedingte Wärmeverluste gering gehalten werden. In diesem Spannungsbereich können größere, aber leistungsschwächere Strahler jedoch nur mit geringen Stromstärken betrieben werden, was eine Verwendung von geraden Filamenten mit sehr geringen Drahtdurchmessern (kleiner 0,4 mm) notwendig macht, welche typischerweise eine geringe mechanische Stabilität, inhomogene Temperaturverteilung und eine geringe Lebensdauer aufweisen. The longer service life of such lamps is achieved by the individual radiators with the highest possible voltages, for example in the range 24 V to mains voltage. operated. As a result, for example, only a small number of transformers is required, so that transformer-related heat losses are kept low. In this voltage range, however, larger but less powerful spotlights can only be operated at low currents, which necessitates the use of straight filaments with very small wire diameters (less than 0.4 mm), which typically have low mechanical stability, inhomogeneous temperature distribution and a short service life exhibit.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene zu erreichen, ist beim Ein- satz weniger Strahler eine Überlappung der Bestrahlungsbereiche benachbarter Strahler erforderlich, so dass die mittlere Bestrahlungsstärke eine Schwankungsbreite von maximal 50% aufweist. Unter der Schwankungsbreite wird die maximale Abweichung der tatsächlichen Bestrahlungsstärke in einem Punkt der Anbauebene E von der mittleren Bestrahlungsstärke verstanden. Gemäß der Erfindung weicht die tatsächliche Bestrahlungsstärke um höchsten ± 50% von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E ab. Die Abweichung von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene beträgt vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 10%. Für ein optimales Wachstum der Pflanzen ist weiterhin das Emissionsspektrum der Infrarotstrahler wesentlich. Das Absorptionsspektrum von Pflanzen ist durch hohe Absorptionen im Wellenlängenbereich unterhalb von 700 nm sowie oberhalb von 2,5 μιτι gekennzeichnet. Im Bereich zwischen 0,7 μιτι und 2,5 μιτι werden eine Grundabsorption von etwa 5% und eine nahezu ungerichtete Streuung beobachtet. Strahlung mit Wellenlängen in diesem Bereich ist geeignet, die obersten Blattschichten einer Pflanze zu durchdringen; sie steht grundsätzlich auch für eine Bestrahlung der unteren Blattschichten zur Verfügung, wird jedoch nur zu geringen Anteilen absorbiert. Es hat sich gezeigt, dass ein optimales Pflanzenwachstum erzielt wird, wenn das Heizfilament für eine Temperatur von 800 °C bis 1 .800 °C, vorzugsweise für eine Temperatur im Bereich von 850°C bis 1 .500°C, ausgelegt ist. Strahler, die bei Nennspannung eine Filament-Temperatur im oben genanntenIn order to achieve uniform irradiation of the growing plane, the use of a few emitters requires an overlap of the irradiation areas of adjacent emitters, so that the average irradiation intensity has a maximum fluctuation range of 50%. The fluctuation range is the maximum deviation of the actual irradiance at a point of the cultivation level E from the average irradiance. According to the invention, the actual irradiance deviates by a maximum of ± 50% from the mean irradiance at the cultivation level E. The deviation from the average irradiance at the cultivation level is preferably 20%, particularly preferably 10%. For optimal plant growth, the emission spectrum of the infrared radiators continues to be essential. The absorption spectrum of plants is characterized by high absorptions in the wavelength range below 700 nm and above 2.5 μιτι. In the range between 0.7 μιτι and 2.5 μιτι a basic absorption of about 5% and a nearly undirected scattering are observed. Radiation with wavelengths in this range is suitable for penetrating the uppermost layers of leaves of a plant; In principle, it is also available for irradiation of the lower leaf layers, but is absorbed only to small proportions. It has been found that optimum plant growth is achieved when the heating filament is designed for a temperature of 800 ° C to 1, 800 ° C, preferably for a temperature in the range of 850 ° C to 1, 500 ° C. Spotlights, which at nominal voltage have a filament temperature in the above
Bereich aufweisen, emittieren Strahlung mit einem Intensitätsmaximum bei Wel- lenlängen im Bereich zwischen 0,7 μιτι und 3,5 μιτι. Have radiation, emit radiation having an intensity maximum in Wel- lenlängen in the range between 0.7 μιτι and 3.5 μιτι.
Dabei ist zu unterscheiden zwischen Anwendungen, die auf eine optimale Bestrahlung nur der oberen Blattebenen abzielen, und solchen, bei denen auch die unteren Blattebenen bestrahlt werden sollen. Der Einsatz mittelwelliger thermi- 5 scher Infrarotstrahler ist vorteilhaft, wenn nahezu die gesamte Strahlung an der obersten Blattschicht absorbiert oder reflektiert werden soll. Derartige Strahler weisen bei Nennspannung eine Filament-Temperatur im Bereich zwischen 800 °C und 1 .000 °C auf. Kurzwellige thermische Infrarotstrahler mit einer Filament- Temperatur bei Nennspannung im Bereich zwischen 1 .400 °C und 2.200 °C, vor- 10 zugsweise zwischen 1 .400 und 1 .800 °C, sind insbesondere zur Durchdringung der oberen Blattschichten geeignet. A distinction must be made between applications aimed at optimal irradiation of only the upper leaf levels and those at which the lower leaf levels are to be irradiated. The use of medium-wave thermal shear infrared radiators is advantageous if almost all the radiation is to be absorbed or reflected at the uppermost sheet layer. Such radiators have at nominal voltage a filament temperature in the range between 800 ° C and 1 .000 ° C. Short-wave thermal infrared radiators with a filament temperature at nominal voltage in the range between 1 .400 ° C and 2200 ° C, preferably between 1 .400 and 1 .800 ° C, are particularly suitable for penetrating the upper layers of sheets.
Strahlung die bei Filament-Temperaturen im Übergangsbereich zwischen 1000 °C und 1400 °C erzeugt wird, erzielt eine Mischung aus beiden Mechanismen. Radiation generated at filament temperatures in the transition region between 1000 ° C and 1400 ° C achieves a mixture of both mechanisms.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist 15 vorgesehen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 10 In a first advantageous embodiment of the device according to the invention 15 is provided that the average irradiance on the cultivation level 10th
Watt/m2 bis 50 Watt/m2 beträgt. Watt / m 2 to 50 watts / m 2 .
Die notwendige mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene hängt von der zu kultivierenden Pflanzenart sowie weiteren Umgebungsbedingungen ab. Es hat sich gezeigt, dass für viele Pflanzenarten eine Bestrahlungsstärke im Bereich von 20 10 Watt/m2 bis 50 Watt/m2 zu einem beschleunigten Wachstum und somit zu einer kürzeren mittleren Verweildauer der Pflanzen in der Aufzuchtkammer führt. The necessary average irradiance at the cultivation level depends on the crop to be cultivated as well as other environmental conditions. It has been shown that, for many plant species, an irradiance in the range of 20 10 watt / m 2 to 50 watt / m 2 leads to accelerated growth and thus to a shorter average residence time of the plants in the rearing chamber.
In einer weiteren ebenso bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass mehrere Infrarotstrahler in Richtung ihrer Längsachsen hintereinander angeordnet sind, und dass benachbarte Infra- 25 rotstrahier in Richtung ihrer Längsachse einen Abstand zueinander zwischen In another equally preferred embodiment of the irradiation device according to the invention, it is provided that a plurality of infrared radiators are arranged one behind the other in the direction of their longitudinal axes, and that adjacent infra-red radiators are spaced apart in the direction of their longitudinal axis
0,9 m bis 2,3 m, bevorzugt zwischen 1 ,1 m bis 1 ,7 m, aufweisen.  0.9 m to 2.3 m, preferably between 1.1 m to 1.7 m.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene sowohl mit ultravioletter/sichtbarer Strahlung als auch mit Infrarotstrahlung möglichst kostengünstig zu gewährleisten, sind zueinander im Widerstreit stehende oder sich gegenseitig beeinflussende Eigenschaften zu optimieren, wie etwa die Strahlerleistung, Strahlergröße und Strahler-Belegungsdichte. Grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Infrarotstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Infrarotstrahler von weniger als 0,9 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strah- lerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Infrarotstrahler in Richtung ihrer Längsachsen einen Abstand von mehr als 2,3 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen. Vorzugsweise sind die Infrarotstrahler in parallelen Reihen angeordnet, wobei benachbarte Reihen derart verlaufen, dass die Infrarotstrahler benachbarter Reihen nebeneinander angeordnet sind. In order to ensure uniform irradiation of the cultivation level with both ultraviolet / visible radiation and infrared radiation as inexpensively as possible, standing in conflict with each other or each other to optimize influencing properties, such as the radiator power, radiator size and radiator occupancy density. Basically, a low radiator density of the infrared radiator is desirable. However, a distance of neighboring infrared radiators of less than 0.9 m leads to a comparatively high radiation density, together with a low nominal power per radiator and high installation and operating costs. If adjacent infrared radiators have a distance of more than 2.3 m in the direction of their longitudinal axes, uniform irradiation of the cultivation plane with infrared radiation can only be achieved with great difficulty. Preferably, the infrared radiators are arranged in parallel rows, with adjacent rows extending in such a way that the infrared radiators of adjacent rows are arranged next to one another.
Das heißt, die Infrarotstrahler benachbarter Reihen sind gerade nicht versetzt zueinander,„auf Lücke" gesetzt, sondern sie beginnen und enden - bei gleicher Länge - an denselben Längspositionen des Beleuchtungsfeldes innerhalb der Strahlerebene Z. In Verbindung mit der Form der Reflektoren ergibt sich dadurch eine geringere gegenseitige Beeinflussung und eine optimal homogene Bestrahlungsdichte auf der Pflanzenebene. That is, the infrared radiator adjacent rows are just not offset from each other, set "gap", but they start and end - at the same length - at the same longitudinal positions of the illumination field within the radiator plane Z. In conjunction with the shape of the reflectors, this results in a less mutual interference and an optimal homogeneous irradiance on the plant level.
In diesem Zusammenhang hat es hat sich auch bewährt, wenn parallel zueinan- der angeordnete, benachbarte Infrarotstrahler einen Abstand zueinander zwischen 1 m bis 3 m, vorzugsweise zwischen 1 ,3 m bis 2,5 m, besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 m bis 1 ,8 m, aufweisen. In this connection, it has also proven useful if adjacent infrared radiators arranged parallel to one another have a distance from one another of between 1 m and 3 m, preferably between 1.3 m and 2.5 m, particularly preferably between 1.5 m and 1 m , 8 m.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Infrarotstrahler von der Anbauebene einen Abstand im Bereich von 1 ,0 m ± 0,5 m aufweisen. Für größere Abstände sind alle Maß- und Leistungsangaben entsprechend zu skalieren. It has proved to be advantageous if the infrared radiators from the mounting plane have a distance in the range of 1, 0 m ± 0.5 m. For larger distances, all dimensions and performance data must be scaled accordingly.
Der Abstand der Infrarotstrahler und der Anbauebene beeinflusst die Bestrahlungsstärke und deren Verteilung auf der Anbauebene E. Je nach Pflanzenart hat sich ein Abstand der Infrarotstrahler von der Anbauebene von 0,5 m bis 1 ,5 m bewährt. Bei einem Abstand von weniger als 0,5 m können nur Pflanzen bis zu einer geringen Wuchshöhe bestrahlt werden. Ein Abstand der Infrarotstrahler von mehr als 1 ,5 m beeinträchtigt eine kompakte Bauform der Bestrahlungsvorrichtung. The distance between the infrared radiators and the cultivation level influences the irradiance and its distribution on the cultivation level E. Depending on the plant species, a distance of the infrared radiators from the cultivation level of 0.5 m to 1.5 m has proven to be effective. At a distance of less than 0.5 m, only plants can grow up to be irradiated to a low stature height. A distance of the infrared radiators of more than 1.5 m affects a compact design of the irradiation device.
In einer bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrich- tung weist der Reflektor - in Richtung der Längsachse gesehen - eine Länge im Bereich zwischen 70 mm und 650 mm, bevorzugt zwischen 250 mm und 450 mm und eine Breite im Bereich zwischen 50 mm und 160 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 80 mm und 130 mm, auf. In a preferred modification of the irradiation device according to the invention, the reflector has-seen in the direction of the longitudinal axis-a length in the range between 70 mm and 650 mm, preferably between 250 mm and 450 mm and a width in the range between 50 mm and 160 mm, preferably in the range between 80 mm and 130 mm, on.
Die Länge des Reflektors ist an die Länge des Strahlerrohrs angepasst. Eine Re- flektorlänge von weniger als 70 mm ist bei einer Strahlerrohrlänge des Infrarotstrahlers von mindestens 50 mm nur bedingt geeignet, eine Emission von Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraums zu verringern. Bei derart kurzen Strahlerrohren ist zudem eine hohe Anzahl von Infrarotstrahlern nötig, womit die Ausfallwahrscheinlichkeit, der Installationsaufwand und die Betriebskosten steigen. Ein Reflektor mit einer Länge von mehr als 650 mm bei einer Strahlerrohrlänge von maximal 500 mm führt zur einer vermehrten Abschirmung ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung. Zudem ist die Verwendung größerer Reflektoren nachteilig, da dann auch größere, jedoch leistungsschwächere, mit geringen Stromstärken betriebe Strahler verwendet werden müssten, was wiederum die Verwendung von geraden Filamenten mit sehr geringen Drahtdurchmessern (kleiner 0,4 mm) notwendig macht, welche typischerweise eine schlechte mechanische Stabilität, inhomogene Temperaturverteilungen und geringe Lebensdauern aufweisen. The length of the reflector is adapted to the length of the radiator tube. A reflector length of less than 70 mm with a radiator tube length of the infrared radiator of at least 50 mm is only conditionally suitable for reducing an emission of infrared radiation in the direction of the installation space. In such short emitter tubes, a large number of infrared emitters is also necessary, which increases the probability of failure, the installation costs and the operating costs. A reflector with a length of more than 650 mm with a maximum radiator tube length of 500 mm leads to an increased shielding of ultraviolet and / or visible radiation. In addition, the use of larger reflectors is disadvantageous because then larger, but low-power, with low amperage lamp emitter would have to be used, which in turn makes the use of straight filaments with very small wire diameters (less than 0.4 mm) necessary, which is typically a poor have mechanical stability, inhomogeneous temperature distributions and short lifetimes.
Die Reflektor-Breite zwischen 50 mm und 160 mm stellt aus denselben Gründen einen geeigneten Kompromiss zwischen der Abschirmung der Infrarotstrahlung nach oben und Behinderung der Bestrahlung der Anbauebene mit ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung dar. The reflector width between 50 mm and 160 mm represents for the same reasons a suitable compromise between the shielding of the infrared radiation upward and obstruction of the irradiation of the cultivation level with ultraviolet and / or visible radiation.
In einer ebenso bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung weist der Reflektor eine diffus reflektierende Oberfläche auf. In an equally preferred modification of the irradiation device according to the invention, the reflector has a diffusely reflecting surface.
Eine diffuse Reflektion von Licht tritt beispielsweise auf, wenn Licht auf eine raue Oberfläche trifft, die mehrere Flächenelemente mit unterschiedlichen Orientierungen aufweist. Ein auf eine diffus reflektierende Oberfläche auftreffender Lichtstrahl wird durch die Oberflächenstruktur in viele verschiedene Richtungen zurückgeworfen, so dass Streulicht erhalten wird. Streulicht ist insbesondere für ei- ne Erzeugung gleichmäßiger BeStrahlungsintensitäten geeignet, da Maxima in der Bestrahlungsstärke abgeschwächt werden und der Unterschied zwischen minimaler und maximaler Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E verringert wird. For example, a diffuse reflection of light occurs when light is rough Surface meets, which has several surface elements with different orientations. A light beam incident on a diffusely reflecting surface is reflected by the surface structure in many different directions, so that stray light is obtained. Scattered light is particularly suitable for generating uniform irradiation intensities, since maxima in the irradiance are attenuated and the difference between minimum and maximum irradiance on the cultivation plane E is reduced.
Hierbei hat es hat sich bewährt, wenn die Oberfläche eine mechanisch geprägte Strukturierung aufweist, also beispielsweise aus gehämmertem Aluminium gefer- tigt ist. Geeignet wären hierzu beispielsweise die MIRO®-DESSIN Materialien der ALANOD Aluminium-Veredlung GmbH. Here, it has proven to be useful if the surface has a mechanically embossed structuring, that is, for example, made of hammered aluminum. For example, the MIRO ® -DESSIN materials ALANOD would be suitable for this purpose aluminum finishing GmbH.
Eine Oberfläche aus gehämmertem Aluminium wirkt diffus reflektierend, führt aufgrund ihrer groben Oberflächenstruktur zu geringen Strahlungsverlusten und ist darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass auf einem seitlichen Bereich der Mantelfläche des Strahlerrohrs ein in Richtung der Längsachse verlaufender erster Reflektorstreifen aufgebracht ist. A hammered aluminum surface has a diffuse reflective effect, low radiation losses due to its coarse surface structure, and is also easy and inexpensive to manufacture. In a further preferred embodiment of the irradiation device according to the invention, provision is made for a first reflector strip extending in the direction of the longitudinal axis to be applied on a lateral region of the lateral surface of the emitter tube.
Ein auf die Mantelfläche des Strahlerrohrs aufgebrachter Reflektorstreifen verhin- dert in diesem Bereich der Mantelfläche eine Abstrahlung von Infrarotstrahlung. Dadurch wird nicht nur die seitliche Abstrahlung in Richtung der ebenfalls in der Strahlerzone Z befindlichen UV-A/IS-Strahlungsquellen, sondern auch die Abstrahlung in Richtung des Bauraums verringert, und zwar je nach der Größe des Bedeckungswinkels. Das Aufbringen von Reflektorstreifen direkt auf das Strahler- rohr ermöglicht eine Verkleinerung der Reflektoren oberhalb der Strahlerrohre bei gleicher Effektivität, was die Verringerung der Ausbreitung der Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraums anbelangt. Kleinere Reflektoren oberhalb der Strahlerrohre beeinträchtigen darüber hinaus die von in der Strahlerzone Z montierten UV/Vis-Strahlern emittierte optische Strahlung weniger, so dass eine gleichmäßi- gere Bestrahlung mit ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung ermöglicht wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Reflektorstreifen aus Gold, opakem Quarzglas (Siliziumdioxid) oder aus Keramik (beispielsweise Aluminiumoxid) gefertigt ist. A reflector strip applied to the lateral surface of the emitter tube prevents radiation of infrared radiation in this area of the lateral surface. As a result, not only the lateral radiation in the direction of the UV-A / IS radiation sources, which are also located in the emitter zone Z, but also the radiation in the direction of the installation space is reduced, depending on the size of the coverage angle. The application of reflector strips directly to the radiator tube allows a reduction of the reflectors above the radiator tubes with the same effectiveness, as far as the reduction of the propagation of the infrared radiation in the direction of the installation space is concerned. Smaller reflectors above the radiator tubes, moreover, less affect the optical radiation emitted by the UV / Vis radiators mounted in the radiator zone Z, so that a more uniform irradiation with ultraviolet and / or visible radiation is made possible. It has proved to be advantageous if the reflector strip is made of gold, opaque quartz glass (silicon dioxide) or ceramic (for example aluminum oxide).
Reflektorstreifen aus diesen Materialien zeichnen sich durch eine starke Reflekti- on im IR-Bereich, eine gute chemische Beständigkeit und teilweise eine hohe Temperaturbeständigkeit aus. Sie können darüber hinaus einfach auf dem Strahlerrohr aufgebracht werden. Reflective strips made of these materials are characterized by a high IR reflectance, good chemical resistance and, in some cases, high temperature resistance. They can also be easily applied to the spotlight tube.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Strahlerrohr einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der Reflektorstreifen einen Kreisbogen des Strahler- rohrs bedeckt, der mit einer durch den Filamentmittelpunkt verlaufenden Horizontalen einen Bedeckungswinkel zwischen -40° und +40°, vorzugsweise -30° und +30° einschließt. It has proved to be advantageous if the emitter tube has a circular cross-section, wherein the reflector strip covers a circular arc of the emitter tube having a horizontal angle through the filament midpoint between a -40 ° and + 40 °, preferably -30 ° and + 30 °.
Ein Reflektorstreifen mit einem derartigen Bedeckungswinkel bedeckt das Strahlerrohr in seitlicher Richtung oberhalb und unterhalb der Horizontalen. Der Bede- ckungswinkel kann oberhalb und unterhalb der Horizontalen unterschiedlich sein, wobei gegebenenfalls der Betrag des Bedeckungswinkels unterhalb der Horizontalen bevorzugt kleiner ist als der oberhalb der Horizontalen. Dadurch, dass der Reflektorstreifen im Bedeckungswinkelbereich oberhalb und unterhalb der Horizontalen angeordnet ist, kann einerseits eine Abstrahlung von Infrarotstrahlung mit einem auf die Horizontale bezogenen flachen Abstrahlwinkel in Richtung des Bauraums und der UV-A/IS-Strahlungsquellen in der Strahlerzone und andererseits eine seitliche, nach unten gerichtete Abstrahlung von Infrarotstrahlung mit flachem Abstrahlwinkel verringert werden. A reflector strip with such a cover angle covers the radiator tube in the lateral direction above and below the horizontal. The coverage angle may be different above and below the horizontal, wherein optionally the amount of the coverage angle below the horizontal is preferably smaller than that above the horizontal. The fact that the reflector strip is arranged in the cover angle range above and below the horizontal, on the one hand, a radiation of infrared radiation with a horizontal relative to the flat radiation angle in the direction of space and the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone and on the other hand, a lateral, Downward radiation of infrared radiation with a flat angle of radiation can be reduced.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der zuletzt beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist ein weiterer Reflektorstreifen auf die Mantelfläche aufgebracht, der spiegelsymmetrisch zu einer durch einen Filamentmittelpunkt verlaufenden Vertikalen zum ersten Reflektorstreifen angeordnet ist. In a preferred embodiment of the last-described embodiment of the irradiation device according to the invention, a further reflector strip is applied to the lateral surface, which is arranged mirror-symmetrically to a vertical line extending through a filament center to the first reflector strip.
Ein spiegelsymmetrisch zum ersten Reflektorstreifen aufgebrachter weiterer Re- flektorstreifen trägt zu einer symmetrischen und gleichmäßigen Bestrahlung der Anbauebene bei. A mirror-symmetrical to the first reflector strip applied further Re- Flektorstreifen contributes to a symmetrical and uniform irradiation of the cultivation level.
Es hat sich bewährt, wenn der Reflektorstreifen eine diffus reflektierende Oberfläche aufweist. Ein solcher Reflektorstreifen trägt zu einer homogenen Bestrahlung der Anbauebene E bei. It has proven useful if the reflector strip has a diffusely reflecting surface. Such a reflector strip contributes to a homogeneous irradiation of the cultivation plane E.
In einer bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass seitlich des Strahlerrohrs zusätzliche Reflektoren in jeweils einer Reflektorebene angeordnet sind, wobei die Reflektorebenen mit der Horizontalen einen Winkel zwischen 25° bis 70° einschließen und deren Abmessungen und Entfernung vom Strahlerrohr derart eingestellt sind, dass sie eine direkte Abstrahlung der vom Infrarotstrahler emittierten Infrarotstrahlung in einen Raumbereich verhindern, der ausgehend von einem Filamentmittelpunkt des Strahlerrohrs durch zwei Ebenen beschrieben wird, die jeweils mit der Horizonta- len einen Winkel zwischen -40° und +40°, vorzugsweise zwischen -30° und +30°, einschließen. In a preferred modification of the irradiation device according to the invention it is provided that additional reflectors are arranged in a respective reflector plane laterally of the radiator tube, wherein the reflector planes with the horizontal angle between 25 ° to 70 ° include and their dimensions and distance from the radiator tube are set such that They prevent a direct radiation of the infrared radiation emitted by the infrared radiation in a spatial region which is described starting from a filament center of the radiator tube by two planes, the len each len an angle between -40 ° and + 40 °, preferably between -30 ° and + 30 °.
Die beiden seitlich des Strahlerrohrs angeordneten zusätzlichen Reflektoren sind gerade oder als Kegelschnitt geformt. Die seitlichen Reflektoren reflektieren die Strahlung aus dem Bereich eines Kreisbogens des Strahlerrohrs, der mit einer durch den Mittelpunkt des Filaments verlaufenden Horizontalen einen Winkel zwischen -40° und +40°, vorzugsweise -30° und +30° einschließt. Die seitlichen Reflektoren stehen in einem Winkel zwischen 25° bis 70° zu der Horizontalen. The two side of the radiator tube arranged additional reflectors are straight or formed as a conic. The lateral reflectors reflect the radiation from the region of a circular arc of the radiator tube, which forms an angle between -40 ° and + 40 °, preferably -30 ° and + 30 ° with a horizontal extending through the center of the filament. The side reflectors are at an angle between 25 ° to 70 ° to the horizontal.
Der Bedeckungswinkel kann oberhalb und unterhalb der Horizontalen unterschiedlich sein, wobei gegebenenfalls der Betrag des Bedeckungswinkels unter- halb der Horizontalen bevorzugt kleiner ist als der oberhalb der Horizontalen. Dadurch, dass die seitlichen Reflektoren den Winkelbereich oberhalb und unterhalb der Horizontalen abdecken, kann einerseits eine Abstrahlung von Infrarotstrahlung mit einem auf die Horizontale bezogenen flachen Abstrahlwinkel in Richtung des Bauraums und der UV-A/IS-Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringert werden und andererseits die seitliche, nach unten gerichtete Abstrah- lung von Infrarotstrahlung durch die Einstellung des Reflektorwinkels zur Horizontalen, oder durch die Art und Form des Kegelschnitts reguliert werden. The coverage angle may be different above and below the horizontal, wherein optionally the amount of the coverage angle below the horizontal is preferably smaller than that above the horizontal. The fact that the lateral reflectors cover the angular range above and below the horizontal, on the one hand, a radiation of infrared radiation with a relative to the horizontal flat beam angle in the direction of space and the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone On the other hand, the lateral, downward radiation of infrared radiation can be regulated by adjusting the reflector angle to the horizontal, or by the type and shape of the conic section.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der zuletzt beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung weisen die seitlichen Reflektoren eine diffus reflektierende Oberfläche auf. In a preferred embodiment of the last-described embodiment of the irradiation device according to the invention, the lateral reflectors have a diffusely reflecting surface.
In einer anderen bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass mit dem Reflektor zwei Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel im Bereich zwischen 20° bis 40° einschließen. In another preferred modification of the irradiation device according to the invention it is provided that two side wings are connected to the reflector, wherein the side wings with the horizontal in each case enclose an angle in the range between 20 ° to 40 °.
Die Seitenflügel verringern insbesondere eine Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraums. Darüber hinaus können die Seitenflügel auch eine seitliche Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung der UV-A/IS- Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringern. Sie tragen daher - wie oben ausgeführt - zu einer hohen Energieeffizienz der Bestrahlungsvorrichtung bei. The side wings reduce in particular a radiation of infrared radiation in the direction of the installation space. In addition, the side wings can also reduce lateral radiation of infrared radiation in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone. They therefore contribute - as stated above - to a high energy efficiency of the irradiation device.
Es hat sich bewährt, wenn der Reflektor eine Spiegelsymmetrie zu einer Reflektor-Spiegelebene aufweist, wobei in Schnittdarstellung senkrecht zur Reflektor- Spiegelebene die Form einer Symmetriehälfte des Reflektors durch einen Kegelschnitt beschrieben wird, wobei der Reflektor zur Mitte hin spitz in Richtung auf das Strahlerrohr zuläuft. It has proven useful if the reflector has a mirror symmetry to a reflector mirror plane, wherein the shape of a symmetry half of the reflector is described by a conic section in sectional view perpendicular to the reflector mirror plane, wherein the reflector towards the center tapers towards the radiator tube ,
Ein Kegelschnitt ist ein Schnitt der Oberfläche eines Kreiskegels bzw. Doppelkreiskegels mit einer Ebene. Kegelschnitte sind beispielsweise Ellipsen, Parabeln oder Hyperbeln und durch die Gleichung y2=2Rx-(k+1 )x2 definiert, wobei R der Krümmungsradius, und k die konische Konstante des Kegelschnittes darstellen. Es hat sich gezeigt, dass mit einem derartigen Reflektor, insbesondere bei einer Bestrahlung eines großen Bestrahlungsbereichs, eine gleichmäßige Bestrahlungsverteilung auf der Anbauebene erzielt werden kann. A conic section is a section of the surface of a circular cone or double circle cone with a plane. Conic sections are for example ellipses, parabolas or hyperbolas and defined by the equation y 2 = 2Rx- (k + 1) x 2 , where R is the radius of curvature, and k is the conic constant of the conic. It has been found that a uniform irradiation distribution on the cultivation plane can be achieved with such a reflector, in particular when irradiating a large irradiation area.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn mindestens ein Teil der Oberfläche des Strahlerrohrs als Diffusor wirkt und auftreffende Strahlung diffus streut. Eine auftreffende Strahlung diffus streuende Oberfläche führt grundsätzlich zu einer gleichmäßigeren, ungerichteten Strahlungsausbreitung. Ein Diffusor trägt daher zu einer gleichmäßigen Bestrahlung der Pflanzen in der Bestrahlungsvorrichtung bei. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gesamte Oberfläche des Strahlerrohrs als Diffusor ausgebildet. It has proved to be advantageous if at least a part of the surface of the radiator tube acts as a diffuser and scatters incident radiation diffusely. An incident radiation diffusely scattering surface basically leads to a more uniform, non-directional radiation propagation. A diffuser therefore contributes to a uniform irradiation of the plants in the irradiation device. In a preferred embodiment, the entire surface of the radiator tube is formed as a diffuser.
Im Hinblick darauf weist das Strahlerrohr vorzugsweise eine als Diffusor wirkende, aufgeraute Oberfläche mit einer mittleren Rauheit Ra auf, wobei die mittlere Rauheit Ra im Bereich zwischen 0,3 μιτι und 10 μιτι, vorzugsweise zwischen 0,8 μιτι und 3 μιτι, liegt. Aufgeraute Oberflächen wirken als Diffusor, wobei deren Diffusor-Eigenschaften von der mittleren Rauheit der Oberfläche abhängen. Die mittlere Rauheit Ra wird als Senkrechtmessgröße nach DIN EN ISO 4288:1988 bestimmt. Aufgeraute Oberflächen mit einer derartigen Rauheit weisen eine nahezu lambertsche Streuung auf. Die Rate der Rückwärtsstreuung der auf sie auftreffenden Strahlung be- trägt zwischen 0% und 6%. Eine Oberfläche mit einer mittleren Rauheit von weniger als 0,3 μιτι weist einen großen Anteil rückwärtsgestreuter Strahlung auf. In view of this, the emitter tube preferably has a roughened surface Ra which acts as a diffuser and has a mean roughness Ra, the average roughness Ra being in the range between 0.3 μm and 10 μm, preferably between 0.8 μm and 3 μm. Roughened surfaces act as a diffuser, with their diffuser properties depending on the average roughness of the surface. The average roughness Ra is determined as a vertical measured quantity according to DIN EN ISO 4288: 1988. Roughened surfaces with such a roughness have a nearly Lambertian scattering. The rate of backward scattering of the radiation impinging on them is between 0% and 6%. A surface with an average roughness of less than 0.3 μιτι has a large proportion of backscattered radiation.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Bestrahlungsvorrichtung ein Gehäuse mit Seitenwänden umfasst, wobei auf mindestens eine der Seitenwände eine Reflektorfolie, beispielsweise aus Aluminium, aufgebracht ist. Eine reflektierende Innenauskleidung durch eine auf die Seitenwände der Bestrahlungsvorrichtung aufgebrachte Reflektorfolie verringert in erster Linie Bestrahlungsverluste und kann zu einer gleichmäßigen Verteilung der Bestrahlungs- intensität bezogen auf die Anbauebene beitragen. Eine besonders symmetrische, homogene Strahlungsverteilung wird erhalten, wenn auf zwei gegenüberliegen- den beziehungsweise auf allen vier Seitenwänden eine Reflektorfolie aufgebracht ist. It has proved favorable if the irradiation device comprises a housing with side walls, wherein a reflector foil, for example of aluminum, is applied to at least one of the side walls. A reflective inner lining by means of a reflector film applied to the side walls of the irradiation device primarily reduces radiation losses and can contribute to a uniform distribution of the irradiation intensity relative to the cultivation plane. A particularly symmetrical, homogeneous radiation distribution is obtained if a reflector foil is applied to two opposite or all four side walls.
Bei Verwendung einer reflektierenden Innenauskleidung können insbesondere Infrarot-Bestrahlungsmodule verwendet werden, deren Reflektor so gestaltet ist, dass ein Teil der Strahlung in einem auf die Horizontale bezogenen flachen Win- kel nach unten, in weiter vom Bestrahlungsmodul entfernte Bereiche abgestrahlt wird, was zu einem Überlappen der Bestrahlungsbereiche, auch mit über den nächsten Nachbarn hinausgehenden, parallel angeordneten Modulen, und einer gleichmäßigen Verteilung der BeStrahlungsintensität bezogen auf die Anbauebe- ne beiträgt. If a reflective inner lining is used, it is possible, in particular, to use infrared radiation modules whose reflector is designed in such a way that a portion of the radiation is generated in a horizontal plane in relation to the horizontal. Downwards in areas further away from the irradiation module is radiated, which contributes to an overlap of the irradiation areas, even with beyond the nearest neighbor extending parallel modules, and a uniform distribution of the irradiation intensity with respect to the cultivation level.
Wird keine reflektierende Innenauskleidung verwendet, können insbesondere Bestrahlungsmodule verwendet werden, deren Reflektor so gestaltet ist, dass der überwiegende Teil der Strahlung in Bereiche unterhalb des Bestrahlungsmoduls abgestrahlt wird, so dass eine Überlappung der Bestrahlungsbereiche hauptsäch- lieh mit dem nächsten, parallel dazu angeordneten, Nachbarmodul gegeben ist. If no reflective inner lining is used, it is possible, in particular, to use irradiation modules whose reflector is designed so that the predominant part of the radiation is emitted into areas below the irradiation module, so that an overlapping of the irradiation areas is mainly associated with the next neighboring module arranged parallel thereto given is.
Hinsichtlich des Strahlermoduls wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von einem Strahlermodul der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Infrarotstrahler ein zylinderförmiges Strahlerrohr mit einer Strahlerrohr-Längsachse, einer Strahlerrohr-Länge von 50 mm bis 500 mm, vorzugs- weise von 150 mm bis 350 mm und einem darin angeordneten, für eine Temperatur von 800 °C bis 1 .800 °C ausgelegten Heizfilament aufweist, wobei einer Seite des Strahlerrohrs ein Reflektor zugeordnet ist. With regard to the radiator module, the abovementioned object is achieved on the basis of a radiator module of the type mentioned in the introduction in that the infrared radiator is a cylindrical radiator tube with a radiator longitudinal axis, a radiator tube length of 50 mm to 500 mm, preferably 150 mm 350 mm and arranged therein, designed for a temperature of 800 ° C to 1 .800 ° C heating filament, wherein one side of the radiator tube is associated with a reflector.
Das Strahlermodul ist zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestahlungsvor- richtung vorgesehen. Hinsichtlich dieser Bestrahlungsvorrichtung wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. The radiator module is intended for use in an inventive Bestahlungsvor- device. With regard to this irradiation device, reference is made to the above explanations.
Das Strahlermodul ist auf die Bestrahlung von Pflanzen ausgelegt. Insbesondere Infrarotstrahler mit einem zylinderförmigen Strahlerrohr mit einer Strahlerrohr- Länge von 50 mm bis 500 mm, vorzugsweise von 150 mm bis 350 mm, weisen ein gutes Größenverhältnis auf, mit dem gute Ergebnisse hinsichtlich einer gleichmä- ßigen Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene erzielt werden. Sie sind geeignet, eine mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene von 10 W/m2 bis 100 W/m2 zu erzielen. The radiator module is designed for the irradiation of plants. In particular, infrared radiators with a cylindrical radiator tube with a radiator tube length of 50 mm to 500 mm, preferably 150 mm to 350 mm, have a good size ratio, with the good results are achieved with respect to a uniform irradiance on the cultivation level. They are capable of achieving a mean irradiance at the cultivation level of 10 W / m 2 to 100 W / m 2 .
Darüber hinaus hat es sich gezeigt, dass ein optimales Pflanzenwachstum erzielt wird, wenn das Heizfilament für eine Temperatur von 800 °C bis 1 .800 °C ausge- legt ist. Strahler, die bei Nennspannung eine Filament-Temperatur im oben genannten Bereich aufweisen, emittieren Strahlung mit einem Intensitätsmaximum bei Wellenlängen im Bereich zwischen 0,7 μιτι und 3,5 μιτι. Die emittierte Strahlung steht daher sowohl eine Bestrahlung der oberen als auch der unteren Blatt- schichten zur Verfügung. In addition, it has been shown that optimum plant growth is achieved when the heating filament for a temperature of 800 ° C to 1 .800 ° C ausge- is laying. Emitters which have a filament temperature in the above-mentioned range at rated voltage emit radiation with an intensity maximum at wavelengths in the range between 0.7 μm and 3.5 μm. The emitted radiation is therefore both an irradiation of the upper and the lower leaf layers available.
Geeignete Modifikationen ergeben sich aus den obigen Erläuterungen zu der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung. Suitable modifications can be found in the above explanations concerning the irradiation device according to the invention.
Ausführungsbeispiel embodiment
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher be- schrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung: The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. In detail shows in a schematic representation:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen mit einer Strahlerzone, FIG. 1 shows a first embodiment of the irradiation device according to the invention for irradiating plants with a radiator zone,
Figur 2 eine Raytracing-Simulation der BeStrahlungsintensität für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung, FIG. 2 shows a raytracing simulation of the irradiation intensity for a second embodiment of the irradiation device according to the invention,
Figur 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlermoduls zum Einsatz in einer erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung FIG. 3 shows an embodiment of a radiator module according to the invention for use in an irradiation device according to the invention
Figur 4 eine Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Strahlermoduls zum Einsatz in einer erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung, FIG. 4 shows a side view of a further radiator module according to the invention for use in an irradiation device according to the invention,
Figur 5 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlermoduls mit einem Infrarotstrahler, auf dessen Strahlerrohr zur Verringerung der Strahlungsemission in einem Winkelbereich zwei Reflektorstreifen aufgebracht sind, und Figur 6 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlermoduls zum Einsatz in einer erfindungsgemäße Be- strahlungsvorrichtung mit zwei zusätzlichen Reflektoren seitlich des Strahlerrohrs, und 5 shows a cross-section of a further embodiment of the radiator module according to the invention with an infrared radiator, on the radiator tube to reduce the radiation emission in an angular range two reflector strips are applied, and Figure 6 shows in cross section a further embodiment of the radiator module according to the invention for use in an inventive radiating device with two additional reflectors at the side of the radiator tube, and
Figur 7 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlermoduls zum Einsatz in einer erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung mit einem Reflektor, bei der mit dem Reflektor zwei Seitenflügel verbunden sind. 7 shows in cross section a further embodiment of the radiator module according to the invention for use in an irradiation device according to the invention with a reflector, in which two side wings are connected to the reflector.
Figur 1 zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, der insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist. Die Bestrahlungsvorrichtung 1 ist für den Etagenanbau vorgesehen und umfasst ein Gehäuse 15 mit fünf darin überei- nander angeordneten Pflanzmodulen (Etagen) zum Anbau von Pflanzen, von denen in Figur 1 zum Zwecke der Vereinfachung nur zwei Pflanzmodule 10, 20 dargestellt sind. Die nicht dargestellten Pflanzmodule sind identisch zu den Pflanzmodulen 10, 20 ausgebildet. Auf beide Seitenwände 16, 17 des Gehäuses ist jeweils eine Reflektorfolie 18a, 18b aufgebracht. Die Pflanzmodule 10, 20 umfassen ein Trägerelement 2 sowie einen oberhalb des Trägerelements 2 angeordneten Bauraum B, der Elektroleitungen und Montageelemente aufweist, sowie die unterhalb des Bauraums angeordnete Strahlerzone Z. Das Trägerelement 2 ist mit Erde gefüllt und mit mehreren Pflanzen 3 bepflanzt. Die Oberfläche des bepflanzten Trägerelements legt eine Anbauebene E fest. Die Strahlerzone Z befindet sich oberhalb der Anbauebene E. In der Strahlerzone Z sind LED-Leisten 4a, 4b, 4c angeordnet, die im Wesentlichen optische Strahlung 5 mit Wellenlängen im sichtbaren und im ultravioletten Bereich emittieren. In der Strahlerzone Z sind ebenfalls mehrere Strahlermodule 7 zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung 6 vorgesehen. Die Strahlermodule 7 weisen einen Infrarotstrahler 8 auf, wobei jedem Infrarotstrahler 8 ein Bestrahlungsbereich F auf der Anbauebene zugeordnet ist, der durch gestrichelt eingezeichnete Linien 6 angedeutet ist, welche die Infrarot- Bestrahlung symbolisieren. Die Infrarotstrahler 8 sind jeweils für eine Nominalleistung von 100 Watt bei einer Nominalspannung von 1 15 Volt ausgelegt. Sie weisen ein zylinderförmiges Strahlerrohr aus Quarzglas mit einem Außendurchmesser von 13,7 mm und einer Strahlerrohr-Länge von 240 mm auf. Die der Anbauebene E zugewandte Seite des Strahlerrohrs weist eine mittlere Rauheit von 3,5 μιτι auf; sie wirkt als Diffusor. Innerhalb des Strahlerrohrs ist ein Heizfilament angeordnet, das bei Nominalleistung mit einer Temperatur von 900 °C betrieben wird. FIG. 1 shows an irradiation device for the irradiation of plants, to which the reference numeral 1 is assigned overall. The irradiation device 1 is intended for floor cultivation and comprises a housing 15 with five plant modules (floors) arranged above one another for growing plants, of which only two plant modules 10, 20 are shown in FIG. 1 for the purpose of simplification. The plant modules, not shown, are identical to the plant modules 10, 20 formed. On both side walls 16, 17 of the housing in each case a reflector foil 18a, 18b is applied. The plant modules 10, 20 comprise a carrier element 2 and a space B arranged above the carrier element 2, which has electric lines and mounting elements, and the emitter zone Z arranged below the installation space. The carrier element 2 is filled with soil and planted with several plants 3. The surface of the planted support element defines an attachment level E. The radiator zone Z is located above the mounting plane E. In the radiator zone Z LED strips 4a, 4b, 4c are arranged, which emit substantially optical radiation 5 with wavelengths in the visible and in the ultraviolet range. In the radiator zone Z, a plurality of radiator modules 7 for irradiating the plants with infrared radiation 6 are likewise provided. The radiator modules 7 have an infrared radiator 8, wherein each infrared radiator 8 is assigned an irradiation area F on the cultivation plane, which is indicated by dashed lines 6, which symbolize the infrared radiation. The infrared radiators 8 are each designed for a nominal power of 100 watts at a nominal voltage of 15 volts. They have a cylindrical radiator tube of quartz glass with an outer diameter of 13.7 mm and a radiator tube length of 240 mm. The mounting plane E facing side of the radiator tube has an average roughness of 3.5 μιτι on; it acts as a diffuser. Within the radiator tube, a Heizfilament is arranged, which is operated at nominal power at a temperature of 900 ° C.
Auf der der Anbauebene E abgewandten Seite der Infrarotstrahler 8 ist ein Re- flektor 9 angeordnet, der die Ausbreitung der vom jeweiligen Infrarotstrahler 8 emittierten Infrarotstrahlung nach oben in Richtung des Bauraums B und seitlich in Richtung der LED-Leisten 4a, 4b, 4c verringert. Die Reflektoren 9 erstrecken sich jeweils parallel zu dem ihnen zugeordneten Infrarotstrahler 8 und haben eine Länge von 390 mm und eine Breite von 120 mm. Der Reflektor 9 weist einen spiegelsymmetrischen Reflektorgrundkörper auf, wobei die Oberflächenform einer Symmetriehälfte in Schnittdarstellung durch eine Parabel beschrieben wird. Mit dem Reflektor 9 sind zwei Seitenflügel 9a, 9b verbunden. Beide Seitenflügel 9a, 9b schließen mit der Horizontalen jeweils einen Winkel von 30 ° ein. Die Oberfläche der dem Infrarotstrahler 8 zugewandten Seite des Reflektors 9 und der Sei- tenflügel 9a, 9b ist aus gehämmertem Aluminium gefertigt; sie wirkt diffus reflektierend. On the side of the infrared radiator 8 facing away from the mounting plane E, a reflector 9 is arranged, which reduces the propagation of the infrared radiation emitted by the respective infrared radiator 8 upwards in the direction of the installation space B and laterally in the direction of the LED strips 4a, 4b, 4c. The reflectors 9 each extend parallel to their associated infrared radiator 8 and have a length of 390 mm and a width of 120 mm. The reflector 9 has a mirror-symmetrical reflector base body, wherein the surface shape of a symmetry half is described in section through a parabola. With the reflector 9, two side wings 9a, 9b are connected. Both side wings 9a, 9b each enclose an angle of 30 ° with the horizontal. The surface of the side facing the infrared radiator 8 of the reflector 9 and the side wings 9a, 9b is made of hammered aluminum; it has a diffuse reflective effect.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf einem seitlichen Bereich der der Mantelfläche des Strahlerrohrs ein in Richtung der Längsachse verlaufender Reflektorstreifen aus Gold sowie spiegelsymmetrisch dazu ein weite- rer Reflektorstreifen aufgebracht ist. Diese Reflektorstreifen verringern eine Ab- strahlung von Infrarotstrahlung 6 in Richtung des Bauraums und der anderen Strahlungsquellen in der Strahlerzone. Der Reflektorstreifen bedeckt dabei jeweils einen Kreisbogen des Strahlerrohrquerschnitts, der mit einer durch den Fila- mentmittelpunkt verlaufenden Horizontalen einen Bedeckungswinkel zwischen - 2° und + 25° einschließt, wobei der kleinere Winkelbetrag der Belegung unterhalb der Horizontalen zuzuordnen ist. In an alternative embodiment it is provided that a reflector strip of gold running in the direction of the longitudinal axis is applied to a lateral region of the lateral surface of the emitter tube, as well as another reflector strip being mirror-symmetrical thereto. These reflector strips reduce the radiation of infrared radiation 6 in the direction of the installation space and of the other radiation sources in the emitter zone. The reflector strip in each case covers a circular arc of the radiator tube cross-section which, with a horizontal line passing through the center of the filament, covers a coverage angle between 2 ° and + 25 °, wherein the smaller angular amount is assigned to the occupancy below the horizontal.
In Richtung der Längsachsen der Infrarotstrahler 8 sind mehrere baugleiche Strahlermodule 7 hintereinander angeordnet (nicht dargestellt). Benachbarte Inf- 5 rarotstrahler 8 weisen in Richtung ihrer Längsachse einen Abstand zueinander von 1 ,54 m auf. Der Abstand parallel zueinander angeordneter, benachbarter Infrarotstrahler senkrecht zur Richtung ihrer Längsachsen beträgt 1 ,65 m. Zur Anbauebene E weisen die Infrarotstrahler einen Abstand von 1 ,0 m auf. In the direction of the longitudinal axes of the infrared radiator 8 a plurality of identical radiator modules 7 are arranged one behind the other (not shown). Adjacent infra-red radiators 8 have a distance of 1.54 m in the direction of their longitudinal axis. The distance parallel, adjacent infrared radiators perpendicular to the direction of their longitudinal axes is 1.65 m. To the cultivation level E, the infrared radiators at a distance of 1, 0 m.
Die Infrarotstrahler 8 sind in der Strahlerzone Z derart zueinander angerordnet, 10 dass ihre Strahlerrohr-Längsachsen parallel zueinander verlaufen; sie sind nebeneinander angeordnet, in dem Sinne, dass sie auf derselben Längsposition des Beleuchtungsfeldes beginnen und enden. Die Anzahl der Infrarotstrahler bezogen auf die Fläche der Anbauebene beträgt 0,4 m"2. Darüber hinaus sind die Infrarotstrahler 8 in der Strahlerzone Z so angeordnet, dass sich ihre Bestrahlungsberei- 15 che F seitlich so überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 30 Watt/m2 beträgt. The infrared radiator 8 are in the emitter zone Z so ordered to each other, 10 that their radiator tube longitudinal axes parallel to each other; they are arranged side by side, in the sense that they begin and end on the same longitudinal position of the illumination field. The number of infrared radiators with respect to the surface of the cultivation plane amounts to 0.4 m 2. In addition, the infrared radiators 8 are arranged in the emitter zone Z such that their areas of irradiation F laterally overlap so that the average irradiance on the cultivation plane 30 watts / m 2 .
Figur 2 zeigt eine Raytracing-Simulation der BeStrahlungsintensität mit Infrarotstrahlung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung 200 zur Bestrahlung von Pflanzen. In Figur 2 ist die Bestrahlungsin- 20 tensität auf der Pflanzenebene in einem Abstand von 1 m von den Infrarotstrahlern in W/mm2 angegeben. FIG. 2 shows a raytracing simulation of the irradiation intensity with infrared radiation of a second embodiment of the irradiation device 200 according to the invention for the irradiation of plants. FIG. 2 shows the irradiation intensity at the plant level at a distance of 1 m from the infrared radiators in W / mm 2 .
Die der Raytracing-Simulation zugrundeliegende Bestrahlungsvorrichtung 200 weist vier nebeneinander angeordnete Pflanzentische 201 , 202, 203, 204 auf, die zusammen die Anbauebene der Bestrahlungsvorrichtung festlegen. Jeder derThe raytracing simulation on which the irradiation device 200 has four juxtaposed plant tables 201, 202, 203, 204, which together define the cultivation level of the irradiation device. Everyone who
25 Pflanzentische 201 , 202, 203, 204 hat eine Länge von 6 m und eine Breite von25 plant tables 201, 202, 203, 204 has a length of 6 m and a width of
1 ,65 m. Oberhalb jedes Pflanzentischs 201 , 202, 203, 204 sind in einer Strahlerzone Z fünf Strahlermodule 205 mit jeweils einem Infrarotstrahler angeordnet. Bezogen auf die Anbauebene beträgt die Anzahl der Infrarotstrahler etwa 0,5 m"2. Die Nominal-Leistung des Infrarotstrahlers (bei einer nominalen Spannung von1, 65 m. Above each plant table 201, 202, 203, 204, five radiator modules 205 each having an infrared radiator are arranged in a radiator zone Z. In relation to the cultivation level, the number of infrared radiators is about 0,5 m "2. The nominal power of the infrared radiator (at a nominal voltage of
30 1 15 V) beträgt 96 W. Der Infrarotstrahler zeichnet sich durch eine Strahlerrohr- länge von 260 mm, einen Strahlerrohr-Außendurchmesser von 10 mm und durch ein innerhalb des Strahlerrohrs angeordnetes Heizfilament aus. Der Abstand der Infrarotstrahler zur Anbauebene beträgt jeweils 1 ,0 m. Der der Anbauebene E abgewandten Seite des Strahlerrohrs ist ein Reflektor gemäß Figur 3 zugeordnet. Auf selber Höhe der Strahlerzone Z sind zur Emission von Strahlung im ultravioletten und sichtbaren Bereich mehrere LED-Leisten angeordnet (nicht dargestellt). Um eine homogene BeStrahlungsintensität zu gewährleisten, sind an zwei Seitenwänden der Bestrahlungsvorrichtung 200 jeweils eine reflektierende Innenauskleidung 206, 207 vorgesehen. Das Diagramm 209 zeigt darüber hinaus - in Längsrichtung des Pflanzentisches 202 gesehen - den Verlauf der BeStrahlungsintensität in W/mm2 entlang einer Mittenachse 208 des Pflanzentischs 202. Das Diagramm 21 1 gibt den Verlauf der Bestrahlungsintensität entlang einer Mittenachse 210 der Bestrahlungsvorrichtung 202 wieder. Die mittlere Bestrahlungsintensität auf die gesamte Anbauebene E bezogen beträgt 27 W/m2, mit einer minimalen Bestrahlungsintensität von 20 W/m2 und einer maximalen Bestrahlungsintensität von 32 W/m2. 30 1 15 V) is 96 W. The infrared radiator is characterized by a radiator tube length of 260 mm, a radiator tube outer diameter of 10 mm and by a disposed within the radiator tube heating filament. The distance between the infrared radiators and the cultivation level is 1, 0 m. The side of the radiator tube facing away from the mounting plane E is assigned a reflector according to FIG. At the same height of the emitter zone Z, a plurality of LED strips are arranged for emitting radiation in the ultraviolet and visible range (not shown). In order to ensure a homogeneous irradiation intensity, a reflective inner lining 206, 207 are respectively provided on two side walls of the irradiation device 200. Diagram 209 also shows, as viewed in the longitudinal direction of plant table 202, the course of the irradiation intensity in W / mm 2 along a center axis 208 of plant table 202. Diagram 21 1 shows the course of the irradiation intensity along a center axis 210 of irradiation device 202. The mean irradiation intensity based on the total cultivation level E is 27 W / m 2 , with a minimum irradiation intensity of 20 W / m 2 and a maximum irradiation intensity of 32 W / m 2 .
In Figur 3 ist eine Ausführungsform eines Strahlermoduls 300 zur Bestrahlung von Pflanzen mit Infrarotstrahlung zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung dargestellt. Das Strahlermodul 300 umfasst einen Infrarot- strahier 301 mit einer Strahler-Längsachse 305 sowie einen Reflektor 302. FIG. 3 shows an embodiment of a radiator module 300 for irradiating plants with infrared radiation for use in an irradiation device according to the invention. The radiator module 300 comprises an infrared radiator 301 with a radiator longitudinal axis 305 and a reflector 302.
Der Infrarotstrahler 301 weist ein zylinderförmiges Strahlerrohr 303 aus Quarzglas sowie ein innerhalb des Strahlerrohrs 303 angeordnetes Heizfilament 304 auf. Der Infrarotstrahler zeichnet sich durch eine Strahlerrohrlänge von 270 mm und durch einen Außendurchmesser von 10 mm aus. Das Heizfilament 304 ist aus Wolfram-Draht gefertigt. Die Länge des Heizfilaments 304 beträgt 240 mm. DieThe infrared radiator 301 has a cylindrical radiator tube 303 made of quartz glass and a heating filament 304 arranged inside the radiator tube 303. The infrared radiator features a radiator tube length of 270 mm and an outside diameter of 10 mm. The heating filament 304 is made of tungsten wire. The length of the heating filament 304 is 240 mm. The
Nominal-Leistung des Strahlers beträgt 96 W, bei einer nominalen Spannung von 1 15 V. Nominal power of the radiator is 96 W, at a nominal voltage of 1 15 V.
Der Reflektor 302 weist in Richtung der Strahlerlängsachse 305 eine Länge von 350 mm und senkrecht dazu eine Breite von 94 mm auf. Der Reflektor 302 ist spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die Reflektoroberfläche einer Spiegelhälfte weist eine Krümmung auf, deren Verlauf durch einen Kegelschnitt mit der Gleichung y2=2Rx-(k+1 )x2 beschrieben werden kann. (Die Kegelschnittkonstante k beträgt - 1 ; der Krümmungsradius R beträgt 132 mm. Der Abstand B des Reflektors zur Mittelachse des Strahlerrohrs 303 beträgt 7,5 mm. Figur 4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlermoduls 400 in einer Seitenansicht. Sofern in den Figuren 4 bis 6 dieselben Bezugsziffern wie in Figur 3 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschreibung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampeneinheit gemäß Figur 3 näher erläutert sind. The reflector 302 has a length of 350 mm in the direction of the longitudinal axis of the radiator 305 and a width of 94 mm perpendicular thereto. The reflector 302 is mirror-symmetrical. The reflector surface of a mirror half has a curvature whose course can be described by a conic with the equation y 2 = 2Rx- (k + 1) x 2 . (The conic constant k is -1, the radius of curvature R is 132 mm.) The distance B of the reflector to the central axis of the radiator tube 303 is 7.5 mm 6 are the same reference numerals as used in Figure 3, so are identically constructed or equivalent components and components referred to, as explained in more detail above with reference to the description of the embodiment of the lamp unit according to the invention according to FIG.
Das Strahlermodul 400 umfasst einen Infrarotstrahler 301 mit einem Strahlerrohr 303 und einem darin angeordneten Heizfilament 304, sowie einen Reflektor 302. Die Länge A des Heizfilaments 304 beträgt 240 mm. Das Strahlerrohr 303 weist eine aufgeraute Oberfläche eine mittlere Rauheit Ra von 3,5 μιτι auf. Figur 5 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Strahlermoduls 500 mit einem Infrarotstrahler 501 , auf dessen Strahlerrohr zusätzlich zwei Reflektorstreifen 503a, 503b aufgebracht sind. The radiator module 400 comprises an infrared radiator 301 with a radiator tube 303 and a heating filament 304 disposed therein, and a reflector 302. The length A of the heating filament 304 is 240 mm. The radiator tube 303 has a roughened surface an average roughness Ra of 3.5 μιτι on. Figure 5 shows a cross section of a radiator module 500 according to the invention with an infrared radiator 501, on the radiator tube two reflector strips 503a, 503b are additionally applied.
Der Infrarotstrahler 501 weist ein zylinderförmiges Strahlerrohr 503 aus Quarzglas sowie ein innerhalb des Strahlerrohrs 503 angeordnetes Heizfilament (nicht dar- gestellt) auf. Die Nominal-Leistung des Infrarotstrahlers (bei einer nominalen Spannung von 1 15 V) beträgt 96 W. Er zeichnet sich durch eine Strahlerrohrlänge von 260 mm und durch einen Außendurchmesser von 10 mm aus. Auf das Strahlerrohr 503 sind zwei Reflektorstreifen in Form einer Goldbeschichtung aufgebracht, die sich in Richtung der Strahlerrohr-Längsachse erstreckt. Die Breite des Reflektorstreifens 503b ist so ausgelegt, dass er ausgehend von einer horizontalen Achse 510, der der Winkel 0° zugeordnet ist, einen Kreisbogen bedeckt, der durch einen Winkelbereich α zwischen - 5° und + 22° beschrieben ist. Der Reflektorstreifen 503a ist spiegelsymmetrisch zum Reflektorstreifen 503b angeordnet; er bedeckt einen Kreisbogen mit einem Winkelbereich α zwischen 158° und 185°. Durch die beiden Reflektorstreifen 503a, 503b wird die Abstrahlung infraroter Strahlung nach oben in Richtung des Bauraums und seitlich in Richtung der UV- A/IS- Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringert, wodurch beispielsweise eine längere Lebensdauer der dort angeordneten Strahlungsquellen gewährleistet wird. Figur 6 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Strahlermoduls 600 mit einem Infrarotstrahler 601 mit zwei zusätzlichen, seitlich des Strahlerrohrs angebrachten Reflektoren 603a, 603b. The infrared radiator 501 has a cylindrical radiator tube 503 made of quartz glass and a heating filament arranged inside the radiator tube 503 (not shown). The nominal power of the infrared radiator (at a nominal voltage of 1 15 V) is 96 W. It has a radiator tube length of 260 mm and an outside diameter of 10 mm. On the radiator tube 503 two reflector strips are applied in the form of a gold coating, which extends in the direction of the radiator tube longitudinal axis. The width of the reflector strip 503b is designed so that it covers a circular arc, which is described by an angle range α between - 5 ° and + 22 °, starting from a horizontal axis 510, which is associated with the angle 0 °. The reflector strip 503a is arranged mirror-symmetrically to the reflector strip 503b; it covers a circular arc with an angular range α between 158 ° and 185 °. By the two reflector strips 503a, 503b, the radiation is infrared Reduces radiation in the direction of the installation space and laterally in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone, which, for example, a longer life of the radiation sources arranged there is ensured. FIG. 6 shows a cross section of a radiator module 600 according to the invention with an infrared radiator 601 with two additional reflectors 603a, 603b mounted on the side of the radiator tube.
Der Infrarotstrahler weist ein zylinderförmiges Strahlerrohr aus Quarzglas sowie ein innerhalb, am Boden des Strahlerrohrs angeordnetes Heizfilament 604 auf. Die Nominal-Leistung des Infrarotstrahlers (bei einer nominalen Spannung von 1 15 V) beträgt 96 W. Er zeichnet sich durch eine Strahlerrohrlänge von 260 mm und durch einen Außendurchmesser von 10 mm aus. Die beiden seitlichen Reflektoren 603a, 603b sind derart angeordnet, dass sie mit einer Horizontalen durch den Mittelpunkt des Filaments einen Winkel α von 28° oberhalb der Hori- zontalen abdecken und somit die Abstrahlung nach oben in den nicht vom oberen Reflektor 602 abgedeckten Winkelbereich minimieren. Der Winkel der seitlichen Reflektoren 603a, 603b zur Horizontalen beträgt 55°, der Abstand der seitlichen Reflektoren 603a, 603b vom Strahlerrohr beträgt an der kürzesten Stelle 3 mm. Der Abstand von der Mittelachse des Strahlerrohrs zum oberen Reflektor 602, dessen äußere Abmessungen 120 x 390 mm2 betragen, beträgt 15 mm. Die Form des oberen Reflektors wird durch einen parabelförmigen Kegelschnitt beschrieben, mit einem Krümmungsradius von 1 15 mm. The infrared radiator has a cylindrical radiator tube of quartz glass and an inside, disposed at the bottom of the radiator tube heating filament 604 on. The nominal power of the infrared radiator (at a nominal voltage of 1 15 V) is 96 W. It has a radiator tube length of 260 mm and an outside diameter of 10 mm. The two lateral reflectors 603a, 603b are arranged so that they cover with a horizontal through the center of the filament an angle α of 28 ° above the horizontal and thus minimize the radiation upward in the non-covered by the upper reflector 602 angle range. The angle of the lateral reflectors 603a, 603b to the horizontal is 55 °, the distance of the side reflectors 603a, 603b from the radiator tube is at the shortest point 3 mm. The distance from the central axis of the radiator tube to the upper reflector 602, whose outer dimensions are 120 x 390 mm 2 , is 15 mm. The shape of the upper reflector is described by a parabolic conic, with a radius of curvature of 1 15 mm.
In Figur 7 ist im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlermoduls 700 zum Einsatz in eine erfindungsgemäße Bestrahlungs- Vorrichtung dargestellt. Das Strahlermodul 700 umfasst einen Infrarotstrahler 301 und einen Reflektor 702, wobei mit dem Reflektor 702 zwei reflektierende Seitenflügel 703a, 703b verbunden sind. Die beiden Seitenflügel 703a, 703b sind derart angeordnet, dass sie mit einer Horizontalen einen Winkel von 30° einschließen. Sie weisen eine Breite C von 84 mm auf. Die Breite D des Reflektors beträgt 88 mm. Sowohl die Seitenflügel 603a, 603b als auch der Reflektor 702 weisen eine Länge von 338 mm auf. Durch die Anordnung der Seitenflügel 703a, 703b wird die Abstrahlung infraroter Strahlung nach oben in Richtung des Bauraums und seitlich in Richtung der UV-A/IS- Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringert FIG. 7 illustrates in cross section a further embodiment of a radiator module 700 according to the invention for use in an irradiation device according to the invention. The emitter module 700 comprises an infrared emitter 301 and a reflector 702, wherein two reflective side wings 703a, 703b are connected to the reflector 702. The two side wings 703a, 703b are arranged so as to enclose an angle of 30 ° with a horizontal. They have a width C of 84 mm. The width D of the reflector is 88 mm. Both the side wings 603a, 603b and the reflector 702 have a Length of 338 mm. The arrangement of the side wings 703a, 703b reduces the radiation of infrared radiation upward in the direction of the construction space and laterally in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the emission zone

Claims

Patentansprüche Patent claims
Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler für eine Temperatur von 800 °C bis 1 .800 °C ausgelegt sind und jeweils ein zylinderförmiges Strahlerrohr mit einer Strahlerrohr-Länge im Bereich von 50 mm bis 500 mm aufweisen, und dass sich die Strahlerrohre parallel zueinander in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstrecken, wobei die Infrarotstrahler-Belegungsdichte bezogen auf die Fläche der Anbauebene E im Bereich zwischen 0,2 m"2 und 1 ,0 m"2 liegt, und sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% beträgt, und dass einer Oberseite des Strahlerrohrs ein einem Bauraum B zugewandter Reflektor zugeordnet ist. Irradiation device for irradiating plants, comprising a support element defining a cultivation plane E for cultivating the plants, several radiation sources for irradiating the plants with visible and / or ultraviolet radiation and several infrared radiators for irradiating the plants with infrared radiation, characterized in that the infrared radiators for a temperature from 800 ° C to 1,800 ° C and each have a cylindrical radiator tube with a radiator tube length in the range of 50 mm to 500 mm, and that the radiator tubes extend parallel to one another in a radiator zone Z located above the mounting level E, whereby the infrared radiator occupancy density based on the area of the cultivation level E is in the range between 0.2 m "2 and 1.0 m "2 , and irradiation areas of neighboring infrared radiators on the cultivation level E overlap in such a way that the average irradiance on the cultivation level E between 10 watts/m 2 and 100 watts/m 2 with a fluctuation range of a maximum of 50%, and that a reflector facing an installation space B is assigned to an upper side of the radiator tube.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 10 Watt/m2 bis 50 Watt/m2 beträgt. Irradiation device according to claim 1, characterized in that the average irradiance on the cultivation level is 10 watts/m 2 to 50 watts/m 2 .
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler Heizfilamente für eine Temperatur von 850 °C bis 1 .500 °C ausgelegt sind. Irradiation device according to claim 1 or 2, characterized in that the infrared radiator heating filaments are designed for a temperature of 850 °C to 1,500 °C.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Infrarotstrahler in Richtung ihrer Längsachsen hintereinander angeordnet sind, und dass benachbarte Infra- rotstrahler in Richtung ihrer Längsachse einen Abstand zueinander zwischen 0,9 m bis 2,3 m, bevorzugt zwischen 1 ,1 m bis 1 ,7 m, aufweisen. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that several infrared radiators are arranged one behind the other in the direction of their longitudinal axes, and that adjacent infrared Red radiators have a distance from one another between 0.9 m and 2.3 m, preferably between 1.1 m and 1.7 m, in the direction of their longitudinal axis.
5. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass parallel zueinander angeordnete, benach- barte Infrarotstrahler einen Abstand zueinander zwischen 1 m bis 3 m, vorzugsweise zwischen 1 ,3 m bis 2,5 m, besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 m bis 1 ,8 m aufweisen. characterized in that adjacent infrared radiators arranged parallel to one another are at a distance from one another between 1 m to 3 m, preferably between 1.3 m to 2.5 m, particularly preferably between 1.5 m to 1.8 m.
6. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler von der Anbauebene ei- nen Abstand im Bereich von 1 ,0 m ± 0,5 m aufweisen. characterized in that the infrared radiators are at a distance from the cultivation level in the range of 1.0 m ± 0.5 m.
7. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor - in Richtung der Längsachse gesehen - eine Länge im Bereich zwischen 70 mm und 650 mm, bevorzugt zwischen 250 mm und 450 mm und eine Breite im Bereich zwischen 50 mm und 160 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 80 mm und 130 mm, aufweist. characterized in that the reflector - viewed in the direction of the longitudinal axis - has a length in the range between 70 mm and 650 mm, preferably between 250 mm and 450 mm and a width in the range between 50 mm and 160 mm, preferably in the range between 80 mm and 130 mm.
8. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine diffus reflektierende Oberfläche aufweist. characterized in that the reflector has a diffusely reflecting surface.
9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche aus gehämmertem Aluminium gefertigt ist. 9. Irradiation device according to claim 8, characterized in that the surface is made of hammered aluminum.
10. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass auf einem seitlichen Bereich der Mantelfläche des Strahlerrohrs ein in Richtung der Längsachse verlaufender erster Reflektorstreifen aufgebracht ist. characterized in that a first reflector strip running in the direction of the longitudinal axis is applied to a lateral area of the lateral surface of the radiator tube.
1 1 . Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorstreifen aus Gold, aus opakem Quarzglas oder aus Keramik gefertigt ist. 1 1 . Irradiation device according to claim 10, characterized in that the reflector strip is made of gold, opaque quartz glass or ceramic.
12. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerrohr einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der erste Reflektorstreifen einen Kreisbogen des Strahlerrohrs bedeckt, der mit einer durch den Filamentmittelpunkt verlaufenden Horizontalen einen Bedeckungswinkel zwischen -40° und +40°, vorzugsweise zwischen -30° und +30° einschließt. 12. Irradiation device according to one of the preceding claims 10 or 1 1, characterized in that the radiator tube has a circular cross section, wherein the first reflector strip covers a circular arc of the radiator tube, which has a coverage angle between -40 ° and + with a horizontal running through the filament center 40°, preferably between -30° and +30°.
13. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Reflektorstreifen auf die Mantelfläche aufgebracht ist, der spiegelsymmetrisch zum ersten Reflektorstreifen zu einer durch einen Fila- mentmittelpunkt verlaufenden Vertikalen angeordnet ist. 13. Irradiation device according to claim 12, characterized in that a further reflector strip is applied to the lateral surface, which is arranged mirror-symmetrically to the first reflector strip to a vertical running through a filament center.
14. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorstreifen eine diffus reflektierende Oberfläche aufweist. 14. Irradiation device according to one of the preceding claims 10 to 13, characterized in that the reflector strip has a diffusely reflecting surface.
15. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich des Strahlerrohrs zusätzliche Reflektoren in jeweils einer Reflektorebene angeordnet sind, wobei die Reflektorebenen mit der Horizontalen einen Winkel zwischen 25° bis 70° einschließen und deren Abmessungen und Entfernung vom Strahlerrohr derart eingestellt sind, dass sie eine direkte Abstrahlung der vom Infrarotstrahler emittierten Infrarotstrahlung in einen Raumbereich verhindern, der ausgehend von einem Filamentmittelpunkt des Strahlerrohrs durch zwei Ebenen beschrieben wird, die jeweils mit der Horizontalen einen Winkel zwischen -40° und +40°, vorzugsweise zwischen -30° und +30°, einschließen. 15. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that additional reflectors are arranged on the side of the radiator tube, each in a reflector plane, the reflector planes enclosing an angle of between 25 ° to 70 ° with the horizontal and their dimensions and distance from the radiator tube are set in this way that they prevent direct radiation of the infrared radiation emitted by the infrared radiator into a spatial area which, starting from a filament center of the radiator tube, is described by two planes, each of which forms an angle between -40° and +40°, preferably between -30°, with the horizontal and +30°.
16. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Reflektor zwei Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel im Bereich zwischen 20° bis 40° einschließen. 16. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that two side wings are connected to the reflector, the side wings each enclosing an angle in the range between 20° to 40° with the horizontal.
17. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 17. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine Spiegelsymmetrie zu ei- ner Reflektor-Spiegelebene aufweist, wobei in Schnittdarstellung senkrecht zur Reflektor-Spiegelebene die Form einer Symmetriehälfte des Reflektors durch einen Kegelschnitt beschrieben wird, wobei der Reflektor zur Mitte hin spitz in Richtung auf das Strahlerrohr zuläuft. characterized in that the reflector achieves mirror symmetry ner reflector mirror plane, with the shape of a symmetry half of the reflector being described by a conic section in a sectional view perpendicular to the reflector mirror plane, with the reflector tapering towards the center in the direction of the radiator tube.
18. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 18. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Oberfläche des Strahlerrohrs als Diffusor wirkt und auftreffende Strahlung diffus streut. characterized in that at least part of the surface of the radiator tube acts as a diffuser and diffusely scatters incident radiation.
19. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerrohr eine als Diffusor wirkende, aufgeraute Oberfläche mit einer mittleren Rauheit Ra aufweist, wobei die mittlere Rauheit Ra im Bereich zwischen 0,3 μιτι und 10 μιτι, vorzugsweise zwischen 0,8 μιτι und 3 μητι, liegt. 19. Irradiation device according to claim 16, characterized in that the radiator tube has a roughened surface acting as a diffuser with an average roughness Ra, the average roughness Ra in the range between 0.3 μm and 10 μm, preferably between 0.8 μm and 3 μητι, lies.
20. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 20. Irradiation device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsvorrichtung ein Gehäuse mit Seitenwänden umfasst, wobei auf mindestens eine der Seitenwände eine Reflektorfolie aufgebracht ist. characterized in that the irradiation device comprises a housing with side walls, with a reflector film being applied to at least one of the side walls.
21 . Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüpche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite maximal 20%, vorzugsweise maximal 10%, der mittleren Bestrahlungsstärke beträgt. 21. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that the fluctuation range is a maximum of 20%, preferably a maximum of 10%, of the average irradiance.
22. Strahlermodul zur Bestrahlung von Pflanzen mit Infrarotstrahlung zum Einsatz in eine Bestahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, aufweisend einen Infrarotstrahler, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler ein zylinderförmiges Strahlerrohr mit einer Strahlerrohr- Längsachse, einer Strahlerrohr-Länge von 50 mm bis 500 mm, vorzugswei- se von 150 mm bis 350 mm, und einem darin angeordneten, für eine Temperatur von 800 °C bis 1 .800 °C ausgelegten Heizfilament aufweist, wobei einer Seite des Strahlerrohrs ein Reflektor zugeordnet ist. 22. Radiator module for irradiating plants with infrared radiation for use in a radiation device according to one of claims 1 to 18, comprising an infrared radiator, characterized in that the infrared radiator has a cylindrical radiator tube with a radiator tube longitudinal axis, a radiator tube length of 50 mm to 500 mm, preferably from 150 mm to 350 mm, and a heating filament arranged therein and designed for a temperature of 800 ° C to 1,800 ° C, with a reflector being assigned to one side of the radiator tube.
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