WO2022112306A1 - Infrarotstrahler und infrarotstrahlung emittierendes bauelement - Google Patents

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WO2022112306A1
WO2022112306A1 PCT/EP2021/082788 EP2021082788W WO2022112306A1 WO 2022112306 A1 WO2022112306 A1 WO 2022112306A1 EP 2021082788 W EP2021082788 W EP 2021082788W WO 2022112306 A1 WO2022112306 A1 WO 2022112306A1
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radiation
infrared
layer
wave
infrared radiator
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PCT/EP2021/082788
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French (fr)
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Holger Zissing
Oliver Weiss
Daniel AMBS
Simone GANZ
Thomas Piela
Frank Diehl
Jürgen Weber
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Heraeus Noblelight Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2023523200A priority patent/JP2023548025A/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating

Definitions

  • the invention relates to an infrared emitter with a shaped body that has a radiation surface that emits short-wave or medium-wave infrared radiation with a first peak emission wavelength.
  • the invention also relates to a component that emits infrared radiation, with a base body made of a base body material, having an absorption surface for absorbing short-wave or medium-wave infrared primary radiation with a first peak emission wavelength, and an emission surface for emitting infrared secondary radiation with a second peak Emission wavelength longer than the first peak emission wavelength.
  • IR-A 780-1400nm (corresponding to a temperature between 1800 and 3450°C),
  • the working radiation of long-wave infrared radiators is usually absorbed particularly well and quickly by the heating material, so that the heating takes place with a high level of efficiency.
  • the heating and cooling behavior is slow, so that rapid temperature changes cannot be managed.
  • Medium-wave infrared emitters show a broadband infrared spectrum in the wavelength range from about 1400nm to 3000nm and are typically operated in the temperature range up to 1100°C.
  • Medium-wave radiation is already absorbed in the upper layer of the material to be heated and primarily heats its surface.
  • Medium-wave infrared emitters typically have an open cladding tube made of temperature-stable glass, metal or ceramics, which surrounds a heating filament made of an oxidation-stable resistance material.
  • a disadvantage of medium wave radiators is their limited electrical power density of about 15W/cm and their thermal inertia and the associated slow response.
  • a heating filament made of carbon or tungsten in the form of a helix or ribbon is enclosed in an inert gas-filled emitter tube, which is usually made of quartz glass.
  • the heating filaments are connected to electrical terminals that are inserted through one or both ends of the radiant tube.
  • the heating filaments themselves have a low thermal mass and therefore a fast response time in the range of 1 to 2 seconds.
  • a special feature of SWIR emitters is their high optical power density of up to 120 watts per centimeter of heating filament (hereinafter referred to as W/cm).
  • SWIR emitters are used in particular for heating powder coatings, adhesive bonds or for rapid preheating.
  • DE 29905385 U1 describes a device for the homogeneous heating of semi-transparent and/or transparent glasses and/or glass ceramics with the aid of infrared radiation.
  • a proportion of more than 50% of the short-wave infrared primary radiation with a color temperature greater than 1500°K that is not absorbed by the heating material is reflected or scattered by means of reflectors or diffusers and contributes to indirect heating.
  • DE 4202944 C2 describes a surface emitter consisting of several infrared radiators for the rapid heating of material to be heated, which has a high absorption above 2500 nm.
  • a so-called radiation converter is arranged in the main propagation direction of the primary radiation emitted by the panel radiator ceramic fibers.
  • the radiation converter serves as a secondary radiator, which, stimulated by the medium-wave or short-wave IR radiation of the surface radiator, emits secondary radiation in a longer-wave range, which overlaps more strongly with the optical absorption of the heating material. This enables rapid temperature changes with good efficiency.
  • DE 102015 119763 A1 discloses a tile-shaped infrared surface radiator in which a substrate is in contact with a conductor track made of a resistance material.
  • the substrate material is preferably quartz glass, in which an additional component that absorbs infrared radiation is embedded in fine distribution.
  • the additional component is preferably elemental silicon.
  • Thermal radiation with a temperature of about. 700°C - corresponding to a medium-wave peak emission wavelength of around 2700nm - is particularly well absorbed by many plastics, glass and above all water and converted directly into heat.
  • Medium-wave infrared radiation in this wavelength range is particularly well suited for drying applications in the printing industry, as the usual color selectivity when drying the different printing inks is avoided.
  • IR radiation in this wavelength range also avoids color selectivity when welding or heating and joining different plastics in the wavelength range of approx. 2700nm.
  • the heating rates of different colored plastics are almost identical.
  • the heating of glasses - for example for thermally supported joining or forming - can be carried out quickly and homogeneously with infrared heaters with high emissivity.
  • SWIR and MWIR emitters can be considered for these applications.
  • Increasing the electrical connection power increases the optical output from the infrared heater Power density, but this can also lead to a shift in the peak emission wavelength of the emitted radiation in the direction of the short-wave spectral range.
  • the peak emission wavelength is desirable for the peak emission wavelength to match the absorption characteristics of the material to be heated, for example the printing inks, plastics or glasses, ie at around 2750 nm, for example.
  • the previous commercial infrared emitters either have an emission spectrum adapted to it (MWIR emitters); but then they have a low electrical connected load and require a comparatively large radiation surface for a sufficiently high optical radiation output and accordingly a large thermal capacity, which in turn requires comparatively long heating and cooling times of the infrared radiator and thus inertness of the dryer system.
  • the infrared emitters have a high electrical connected load and low reactivity (SWIR emitters); but then their emission spectrum is not optimally adapted to the absorption characteristics of the heating material.
  • the object of the invention is to provide an infrared emitter with an emission spectrum that is well adapted to heating material with an absorption characteristic in the medium-wave wavelength range, and which is also operated with a high electrical power density (e.g. with more than 50W/cm), and with which the Heating time can be reduced in industrial applications such as drying inks, joining plastics or bending glass.
  • a high electrical power density e.g. with more than 50W/cm
  • the invention is based on the object of specifying a passive component which emits infrared radiation and whose emission spectrum is well adapted to a material to be heated with an absorption characteristic in the medium-wave range
  • this object is achieved according to the invention, starting from an infrared radiator of the type mentioned at the outset, in that at least part of the radiating surface is covered with a radiation converter material, which, as a result of being heated by the infrared radiation of the first peak emission wavelength, emits infrared radiation with a second peak emission wavelength which is longer in wavelength than the first peak emission wavelength.
  • Typical shaped infrared radiator bodies have a cylindrical shape, for example a tube or tile shape.
  • Tubular infrared radiators can be stretched or bent, for example in a U or ring shape.
  • Plate-shaped moldings have two opposing plate sides, which can be flat or curved.
  • the radiating surface is the surface facing the meat product; it is part of the infrared radiator molding.
  • the infrared emitter has an electrical connection and generates medium-wave or preferably short-wave infrared radiation with the first peak emission wavelength, for example by thermally exciting an emitter that emits infrared radiation, such as a flexible coil, flexible ribbon or elemental silicon embedded in a quartz glass matrix.
  • Short wave emitters have a slightly faster response time than medium wave emitters, but they are less expensive.
  • the short-wave or medium-wave infrared radiation of the first peak emission wavelength emerges from the radiating surface of the infrared radiator, is absorbed by the radiation converter material deposited there, which subsequently heats up and emits longer-wave infrared radiation.
  • Their peak emission wavelength also referred to below as “secondary radiation” is preferably in the range from 2200 to 3100 nm, particularly preferably in the range from 2400 to 3000 nm and very particularly preferably in the range from 2600 to 2800 nm.
  • the wavelength range around 2700 nm is also referred to below as the "relevant" wavelength range.
  • the portion of the primary radiation that is diffusely or directionally transmitted by the radiation converter material is as small as possible and is preferably less than 20%, particularly preferably less than 10% of the emitted primary radiation.
  • the radiation converter material is a coating material that contains a colored pigment or a precursor substance therefor.
  • the coating material is, for example, a paste or a paint.
  • the colored pigment is thermally stable and becomes, for example, by baking on the deposition surface fixed.
  • the colored pigment can also be formed by thermal decomposition or chemical reaction of a precursor substance during or before baking.
  • the color pigment emits infrared radiation at least in the relevant wavelength range around 2750 nm with an emissivity of 0.8 or more, preferably at least 0.9.
  • This emissivity is particularly adapted to a medium with high absorption in this wavelength range.
  • a color pigment can also be advantageous that has a high emissivity with an emissivity of, for example, 0.75 or higher, preferably at least 0.8, even in a broader wavelength range of, for example, 2000 nm to 8000 nm, in particular from 2000 nm to 4700 nm having.
  • Color pigments that appear black in the visible wavelength range usually also absorb (and emit) light in the relevant infrared wavelength range. It has proven useful if the color pigment contains black mineral particles, such as copper chromite black spinel or manganese ferrite black pigment, and if it is alkali-free.
  • black mineral particles such as copper chromite black spinel or manganese ferrite black pigment
  • the coating material is alkali-free has the advantage that a radiating surface made of glass; made of quartz glass in particular, does not devitrify when heated in contact with the coating material, i.e. does not crystallize and thus lose its optical quality.
  • the radiation converter material comprises an at least partially opaque quartz glass.
  • Such at least partially opaque quartz glass is described in DE 102004051 846 A1 and has become known under the name “QRC” (Quartz Reflective Coating). To date, it has primarily been used as a material for producing diffusely reflecting reflector layers.
  • the QRC reflector layer is produced using a slip process in which a highly filled, castable, aqueous Si0 2 slip containing amorphous Si0 2 particles is produced. This is applied as a layer of slip on a substrate, and then the layer of slip is dried and vitrified to form a more or less opaque layer of quartz glass.
  • the shaped body is designed as a cladding tube made of quartz glass, with the cladding tube having a power connection provided radiation emitter in the form of a heating coil or a heating strip surrounds, and wherein the radiating surface forms at least a part of the pipe jacket surface.
  • the cladding tube has, for example, a round, oval or polygonal cross section or it is designed as a so-called twin tube emitter, which has a cross section in the shape of a horizontal figure eight.
  • the outer wall of the cladding tube is smooth, for example, or it is roughened.
  • short-wave infrared emitters have a bulb-shaped enveloping tube that is closed on both sides, with the power supply coming out at one end or at both ends.
  • the cladding tube has a radiating surface, which is usually located on the outer surface of the tube.
  • the cladding tube material is quartz glass, for example, and has a comparatively low inherent emissivity for infrared radiation, particularly in the wavelength range from 2200 to 3100 nm.
  • the coating with a radiation converter material modifies the radiating surface with regard to a higher emissivity of, for example, more than 80%, preferably more than 90% in this wavelength range.
  • At least some of the infrared radiation emitted by the radiating surface reaches the radiation converter material and from there directly or indirectly—via a reflector—to the material to be heated.
  • the radiating surface extends, for example, over a circumferential angle of between 20 and 360 degrees, preferably between 60 and 200 degrees, and particularly preferably between 90 and 180 degrees of the pipe jacket surface.
  • the proportion of the emission surface covered with the radiation converter material can be up to 100%; However, the area covered with the radiation converter material particularly preferably extends over a circumferential angle of between 20 and 360 degrees, preferably between 60 and 200 degrees, and particularly preferably between 90 and 180 degrees of the outer surface of the cladding tube.
  • the radiation converter material comprises a lower layer made of opaque quartz glass and an upper layer made of the coating material containing color pigments applied to the lower layer, with at least part of the outer surface of the tube being cladding tube, preferably the entire outer tube surface of the cladding tube is covered by the lower layer, and at least a first peripheral section of the lower layer is covered by the upper layer.
  • the lower layer of opaque quartz glass can itself act as a radiation converter material and, on the other hand, it contributes to improving the adhesion of the upper layer of the coating material.
  • the quartz glass cladding tube and the lower layer of opaque quartz glass applied to it absorb a portion of the short-wave or medium-wave primary radiation, it takes some time to bring the infrared radiator up to operating temperature.
  • the additional upper layer of the coating material causes an increase in the emissivity in the relevant wavelength range.
  • it also causes a higher absorption of the short-wave or medium-wave primary radiation and thus enables the infrared heater to heat up more quickly (and thus make it ready for use earlier).
  • the energy efficiency of the infrared radiator is increased, since a larger part of the electrical energy supplied is converted into infrared radiation in the relevant wavelength range.
  • the upper layer with the coating material is suitable for absorbing at least 80% of the primary radiation in the wavelength range from 1000 to 2500 nm.
  • the thickness of the top layer is less than 0.1 mm, preferably in the range of 30-50 ⁇ m.
  • the lower layer of opaque quartz glass shows a certain transmission for the short-wave or medium-wave primary radiation and, on the other hand, it can also act as a diffuse reflector for the primary radiation.
  • the lower layer made of the opaque quartz glass is advantageously covered in a second peripheral section by a specularly reflecting reflector layer, preferably with a gold-containing reflector layer.
  • the lower layer of opaque quartz glass is first thermally compacted at least in the contact area of the specularly reflecting reflector layer in order to reduce or avoid open porosity there. It is advantageous if the first circumferential section and the second circumferential section do not overlap and preferably complement each other to form a circumferential angle of 360 degrees.
  • the disgruent surface portion of the outer surface of the pipe left free by the upper layer of the coating material containing color pigments is covered with the specularly reflecting reflector layer.
  • At least part of the outer surface of the cladding tube has a surface roughness—defined as the arithmetic mean roughness R a , with R a in the range from 0.5 to 5 ⁇ m , preferably in the range from 0.8 to 3.2 pm, of which a first peripheral section forms the emission surface covered with the radiation converter material.
  • the roughness with an R a value of 0.8 pm corresponds to roughness class 6 and typically occurs during rough grinding, and the R a value of 3.2 pm corresponds to roughness class 8, which defines roughed surfaces.
  • the outer surface of the cladding tube is preferably only roughened where the coating material is to be applied, ie in the area of the radiating surface.
  • the radiation converter material is applied to the roughened part of the outer surface of the tube.
  • the roughening improves the adhesion of the radiation converter material, in particular in the case of a radiation converter material in the form of a coating material containing colored pigments, such as, for example, a lacquer or a paste.
  • the surface is roughened, for example, mechanically or chemically, in particular by grinding,
  • a second peripheral section of the tubular surface of the cladding tube is covered by a reflector layer, the first peripheral section and the second peripheral section of the tubular surface not overlapping and preferably adding up to a circumferential angle of 360 degrees.
  • the second peripheral section which is left free by the radiation converter material, in particular a coating material containing color pigments, is covered with the reflector layer.
  • the reflector layer preferably comprises a layer of opaque quartz glass and/or a specularly reflecting, metal-based reflector layer, preferably a gold-containing layer.
  • the layer of opaque quartz glass forms the lower layer, on which the metal-based layer is applied as the upper layer.
  • the lower layer of the opaque quartz glass is first thermally compacted at least in the contact area of the specularly reflecting reflector layer in order to reduce or avoid open porosity there.
  • the molded body is in the form of a tile made of a material that emits infrared radiation when heated, the tile having opposing flat sides, one flat side of which comprises the radiation surface at least partially covered with the radiation converter material, and on the On the other side of the plane, a heating conductor track made of a resistance material and connected to an electrical contact for the supply of a heating current is applied.
  • Tile-shaped infrared heaters are surface heaters with a predominantly two-dimensional radiation characteristic.
  • the predominantly radiating plan side is also referred to as the front and the opposite plan side as the back.
  • at least the front side is completely or partially covered with the radiation converter material, for example at least 80%, at least 60% or at least 40%.
  • the radiation converter material is, for example, opaque quartz glass or a pigment-containing coating material or a combination of the two radiation converter materials, with the opaque quartz glass forming a lower layer and the coating material forming an upper layer.
  • the tile material is preferably ceramic, in particular Al2O3 or ZrC>2, or it comprises a composite material, in particular a quartz glass matrix in which elementary silicon or carbon is embedded.
  • the possible size of the tile surface depends on the properties of the material and the required dimensional stability.
  • the emissivity changes less or not at all when the temperature increases.
  • the pigment-containing coating material and the opaque quartz glass lose little or no emissivity even at high temperatures up to, for example, 1100.degree.
  • the above-mentioned technical object is achieved according to the invention in that at least part of the radiating surface is covered with a radiation converter material which comprises a coating material containing colored pigments.
  • the component emitting infrared radiation acts as a radiation converter. It is not an active, electrically operated fleizer element, but the base body is heated by the absorption of short or medium-wave infrared radiation from an active fleizer.
  • the short- or medium-wave primary radiation allows comparatively rapid temperature changes.
  • the component emits infrared secondary radiation in the longer-wave range, which is better adapted to the absorption characteristics of the material to be processed.
  • the base body is present, for example, in the form of a tube, piston, chamber, flask, spherical or ellipsoid segment, plate or the like.
  • the absorption surface for the absorption of short-wave or medium-wave infrared primary radiation can differ from the emission surface for the emission of infrared secondary radiation, or these surfaces can completely or partially coincide. Since color pigments that appear black in the visible wavelength range usually also absorb (and emit) light in the relevant infrared wavelength range, the color pigment-containing coating material of the radiation converter material preferably contains a color pigment with black mineral particles, such as copper chromite black spinel or manganese ferrite black pigment , and it is alkaline free.
  • black mineral particles such as copper chromite black spinel or manganese ferrite black pigment
  • a component in which the radiation converter material comprises opaque quartz glass in addition to the coating material containing color pigments is particularly advantageous.
  • the two radiation converter materials complement each other in terms of their emissivity, and the opaque quartz glass can act as an adhesion promoter for the coating material, particularly in the case of a base body made of quartz glass.
  • the radiation converter material is a combination of the two radiation converter materials, with the opaque quartz glass forming a lower layer and the coating material forming an upper layer.
  • the base body and the lower layer of opaque quartz glass applied to it absorb a portion of the short-wave or medium-wave primary radiation, it takes some time to bring the component up to operating temperature.
  • the additional upper layer of the coating material causes an increase in the emissivity in the relevant infrared wavelength range. In addition, it also causes a higher absorption of the short-wave or medium-wave primary radiation and thus enables the component to heat up more quickly (and thus make it ready for use earlier).
  • the upper layer with the coating material is suitable for absorbing at least 80% of the primary radiation in the wavelength range from 1000 to 2500 nm.
  • the thickness of the top layer is less than 0.1 mm, preferably in the range of 30-50 ⁇ m. definitions
  • the arithmetic mean roughness R a is determined according to EN ISO 25178. It is a line roughness parameter. To determine the measured value R a , the surface of a defined measuring section is scanned (with a fine needle) and all differences in height and depth of the surface are recorded. After calculating the specific integral of this roughness curve on the measuring section, the result is divided by the length of the measuring section
  • the useful radiation reaches the heating material directly or indirectly - via a reflector.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a short-wave quartz raw radiator, the enveloping tube of which is covered on the outside with a radiation converter material, in cross section and in a schematic representation,
  • FIG. 2a shows a further embodiment of a short-wave quartz raw radiator, based on the basic form shown in FIG. 1 in a schematic representation
  • FIG. 2b shows a photo of the embodiment of the short-wave quartz raw radiator according to FIG. 2a
  • FIGS. 3 to 5 further embodiments of a short-wave quartz raw radiator based on the basic form shown in FIG.
  • FIGS. 6 and 7 show further embodiments of a short-wave quartz raw radiator, the cladding tube of which is covered on the outside with a radiation converter material, in cross section and in a schematic representation,
  • FIG. 8 shows an embodiment of a tile-shaped infrared radiator whose radiating surface is covered with a radiation converter material, in cross section and in a schematic representation
  • FIG. 9 shows a diagram of the radial radiation of a short-wave quartz raw radiator according to FIG. 7,
  • FIG. 10 shows a diagram of the diffuse and directional transmission of a short-wave quartz raw radiator according to FIG. 1, and
  • FIG. 11 shows a diagram with the result of measurements over time
  • FIG. 1 schematically shows a first basic variant of the infrared radiator according to the invention.
  • This is a short-wave infrared radiator with a lamp tube 1 made of quartz glass.
  • the lamp tube 1 is closed on both sides and surrounds a tungsten heating wire (not shown), which is provided with an electrical connection and can be heated to temperatures of up to 2300°C.
  • the outer surface of the lamp tube is covered completely (360 degrees) with a QRC layer 2 made of opaque quartz glass, which acts as a radiation converter material.
  • the QRC layer 2 is produced on the outer lateral surface of the lamp tube 1 using the known slip method described in DE 102004051 846 A1.
  • the castable, aqueous SiO 2 slip is applied to the lamp tube 1 as a slip layer, the slip layer is then dried and vitrified to form the QRC layer 2 .
  • This consists of porous, opaque quartz glass. It has a density of about 2.15 g/cm 3 and an average layer thickness in the range from 0.5 to 2 mm. Their surface is open-pored, as a dye penetration test shows.
  • the QRC layer 2 converts the short-wave primary radiation of the infrared radiator into longer-wave secondary radiation with a peak emission wavelength of about 2750 nm.
  • the electrical power density in the unit “electrical power per heated length” is almost 100% converted into optical power (W/m 2 ).
  • a power density of a short-wave infrared radiator with, for example, 120W/cm is converted into primary radiation with a first peak emission wavelength and through the use of the radiation converter material, such as the QRC layer 2, into medium-wave infrared radiation with a longer-wave peak emission wavelength, for example coming at a distance of 200mm (from the heating filament) at the detector approx. 12kW/m 2 in total.
  • the entire outer surface of the cladding tube acts as a radiation surface, resulting in a three-dimensional radiation characteristic of the infrared radiator.
  • FIGs 2 to 5 show modifications of the basic variant of Figure 1 with additional layers.
  • the illustrations are not to scale; in particular, the thicknesses of the additional layers can be shown thicker for reasons of better visibility.
  • half (front) of the QRC layer 2 (180 degrees) is blackened by being covered with a lacquer layer 3 made of a temperature-stable black lacquer.
  • the radiating surface corresponds to the outer surface of the lamp tube covered with the blackened lacquer layer 3 .
  • the paint layer retains its black color - and thus also its emission spectrum - even when heated to 800°C and beyond.
  • the lacquer layer 3 is produced by spraying or brushing on a thermal paint.
  • the thermal paint is alkali-free. It contains an aluminosilicate solution (10 to 20% by weight), Copper chromite black spinel as a mineral color pigment (25 to 35% by weight) and water (40 to 60% by weight).
  • Suitable thermal paints are offered as oven paints, for example, by the companies ULFALUX Lackfabrikation GmbFI and Aremco Products Inc., with the following organic ingredients being specified: xylene, ethyl acetate, butyl acetate, ethylbenzene.
  • the paint layer 3 gets its final state. This heating can take place when the infrared radiator is started up.
  • ceramic components are sintered onto the surface of the lamp tube or onto the surface of the QRC layer and a firm, materially bonded connection is created, so that the layer of lacquer 3 is largely scratch-resistant.
  • the thickness of the lacquer layer 3 is approximately 40 ⁇ m.
  • the emissivity of the lacquer layer 3 at 800° C. is stated by the publisher to be over 90%.
  • the QRC layer 2 lying under the lacquer layer 3 generally shows open porosity and acts as a flattening agent. Fire polishing of the surface of the QRC layer 2 can prevent the paint from penetrating into the porous surface structure, as a result of which a more visually appealing surface structure is achieved.
  • the fire polishing is carried out by heating the QRC layer 2 with an oxyhydrogen burner. This generates very high local temperatures of around 1800 °C, which makes it possible to create the thinnest possible glass film within a few seconds, which seals the porous surface.
  • the thin black lacquer layer 3 heats up to 700-750° C. in a few seconds and thus emits infrared radiation in a medium-wave range (preferably in the wavelength range from 2500 to 3500 nm).
  • "Absorption emission” applies, so that the short-wave radiation emitted by the lamp tube 1 and quickly absorbed in the lacquer layer 3 emits almost the same energy with high intensity just as quickly, but at a lower temperature (i.e. medium-wave).
  • the black lacquer layer 3 acts as a radiation converter by converting high-energy short-wave radiation into high-intensity medium-wave radiation converts.
  • the short-wave tungsten heating filament enables fast switching times of the energy supply in the range of seconds.
  • FIG. 2b shows the embodiment of the infrared radiator from FIG. 2a in a three-dimensional view.
  • the electrical connections 1a brought out at one end of the lamp tube 1 can also be seen here.
  • the gold layer 4 is produced by applying a gold-containing emulsion (gold resinate) with a brush to the surface of the QRC layer 2 that is open-pored or sealed by thermal treatment. The emulsion is then burned in by heating. During firing, the gold resinate breaks down into metallic gold and resin acid, which in turn, like the other components of the paste, are volatilized by the high firing temperature. What remains is a closed, reflective gold layer 4, which acts as a reflector and whose thickness is preferably in the range from 50 to 300 nm, depending on the degree of reflection required. The thicker the layer, the higher the degree of reflection. In this case, the radiating surface corresponds to half (180 degrees) of the lateral surface of the lamp tube, which is covered by the QRC layer 2 but not by the gold layer 4 .
  • gold resinate gold resinate
  • the gold layer 4 reduces the emissivity in the area of the back of the lamp tube and causes very good reflection of the radiation, which is reflected forwards onto the lacquer layer 3 and absorbed there. This proportion of radiation contributes significantly to the rapid heating of the black paint layer 3 .
  • the entire QRC layer 2 (360 degrees) is covered with a 0.04 mm thick layer 3 of thermal paint (manufacture and properties are explained with reference to FIG. 2).
  • the entire enveloping surface acts as a radiation surface, resulting in a three-dimensional radiation characteristic of the infrared radiator.
  • one half of the surface of the QRC layer 2 (180 degrees) is covered with a 0.04 mm thick lacquer layer 3 Thermal paint covered (manufacture and properties are explained with reference to FIG. 2) and the disgruent half of the surface (180 degrees) with a 0.1 mm thick layer of gold 4 (manufacture and properties are explained with reference to FIG. 3).
  • the radiating surface corresponds to half (180 degrees) of the outer surface of the lamp tube, which is covered by the lacquer layer 3 but not by the gold layer 4 .
  • FIG. 6 schematically shows a second basic variant of the infrared radiator according to the invention.
  • This is also a short-wave infrared radiator with a lamp tube 1 made of quartz glass.
  • the lamp tube 1 is closed on both sides and surrounds a tungsten heating wire (not shown), which is provided with an electrical connection and can be heated to temperatures of up to 2300° C., with halogen lamps up to 3000° C., and emits mainly short waves.
  • one half of the outer surface of the lamp tube 1 is blackened by being covered with a layer of lacquer 3 made of a temperature-stable black lacquer (manufacture and properties are explained with reference to FIG. 2).
  • the radiating surface corresponds to the outer surface of the lamp tube covered with the blackened lacquer layer 3 .
  • the entire lateral surface of the lamp tube 1 is blackened.
  • the black paint layer 3 can flake off over several hundred hours at high temperatures.
  • the lamp tube surface is roughened.
  • the area of the roughening 6 is symbolized by a dashed line.
  • Roughening is done mechanically by sandblasting or grinding, or chemically: by treatment with an etching solution.
  • a suitable etching solution (NH 4 + HF + acetic acid) and its use to roughen a quartz glass surface is in DE 197 13014 C2.
  • the average peak-to-valley height R a is preferably in the range from 0.8 to 3.2 ⁇ m; in the exemplary embodiment it is 3pm.
  • the roughening 6 causes not only better adhesion of the paint layer 3 on the lamp tube surface, but also an even more homogeneous distribution of the medium-wave radiation by scattering the radiation on the roughened surface.
  • the radial distribution of the converted radiation is very evenly distributed forwards over half the circumference of the quartz tube (see radial distribution according to FIG. 9).
  • the black lacquer layer 3 acts as a radiation converter and emits medium waves at temperatures in the range from 700 to 750.degree. Lifetime tests have shown that the paint layer or the infrared radiator can achieve a service life of up to 10,000 hours without visual or functional impairments.
  • the half of the lamp tube surface (180 degrees) not covered by the lacquer layer 3 has a 0.1 mm thick gold layer 4 (manufacture and properties are explained with reference to FIG. 3).
  • the radiating surface corresponds to half (180 degrees) of the outer surface of the lamp tube, which is covered by the lacquer layer 3 but not by the gold layer 4 .
  • FIG. 8 shows a schematic of a flat, tile-shaped infrared radiator 8 made from a grain posit material made from quartz glass and elemental silicon embedded therein, as is described in DE 102015 119763 A1.
  • the tile-shaped base body 9 of the infrared surface radiator 8 is covered with a heating conductor (not shown), which heats up the base body when current flows through it, so that it emits infrared radiation.
  • a heating conductor not shown
  • the radiating surface is covered with a layer 10 made of a radiation converter material.
  • this is a QRC layer 2.
  • a lacquer layer 3 Its production and properties are explained with reference to FIG.
  • it is a combination of a lower layer, which is a QRC layer 2, and an upper layer, which is a lacquer layer 3. In FIG. 8, these possible combinations are symbolized by the combined reference number 2/3.
  • the coating of the emission surface with a layer of radiation converter material makes it possible for a high emissivity to be maintained independently of the temperature of the base body 9 . In this way, the already high efficiency of the tile-shaped infrared radiator is increased even further, since the emissivity is high even at low temperatures and the energy transfer can therefore take place in the best possible way.
  • the tile 9 has plate sizes of up to 400x400mm 2 with a thickness of up to 2mm.
  • the tile 9 is made of a ceramic material, such as aluminum oxide or zirconium oxide.
  • the thermal stimulation of the ceramic is made possible by means of a resistance heater.
  • the radiating surface of the tile 9 is covered with a layer of lacquer 3 (manufacture and properties are explained with reference to FIG. 3).
  • the lacquer layer 3 emits most of the absorbed energy by radiation.
  • the temperature of the ceramic tile 8 determines the peak emission wavelength. Temperatures up to 1100 °C can be reached. Larger dimensions than those specified above, as well as curved geometries, are also particularly easy to implement with ceramic tiles.
  • a radial measurement was performed. This is done in the usual way using an infrared emitter mounted on a rotatable bracket, which rotates 360 degrees in 5 degree increments. A thermopile sensor mounted at a distance of 25 cm records the radiation emitted by the infrared heater.
  • the normalized irradiance (relative unit) is plotted against the circumferential angular position (in degrees) of the measurement points on the circle radius.
  • the measurement curve shows this Result of the radial measurement for an infrared radiator according to FIG. 7 with a lacquer layer 3 on the front (radiating surface) and a mirror-reflecting gold layer 4 on the back.
  • the measurement curve shows a small portion of the radiation intensity. This is made up of transmitted primary radiation and secondary radiation, which can be attributed to the heating of the gold layer 4 .
  • the measurement curve shows a high irradiance and a homogeneous distribution of the medium-wave radiation. The radial distribution of the converted radiation is evenly distributed over half the circumference of the quartz tube towards the front.
  • the total transmission T (in %) determined using an integrating sphere is plotted against the wavelength l (in nm).
  • the integrating sphere allows the measurement of the directional hemispheric spectral transmittance, which includes diffuse and directional transmittance.
  • the infrared radiator After the infrared radiator has been switched on, a significant portion of the primary radiation is emitted by transmission through the QRC layer 2 due to multiple reflections.
  • the non-transmitted radiation heats up the quartz glass jacket tube 1 together with the QRC layer 2 over time and thus additionally generates secondary radiation in the medium-wave range. After a few minutes of operation, thermal equilibrium is reached and the infrared heater emits a broad spectrum consisting of short-wave primary and medium-wave secondary radiation.
  • the diagram in FIG. 11 shows measurements over time for an infrared radiator according to FIG. 1 compared to an infrared radiator according to FIG the x-axis.
  • FIG. 1 A measurement of the irradiance over time shows that the infrared radiator (FIG. 1), which is only coated with a QRC layer 2, already generates about 50% of the maximum irradiance immediately after it is switched on. It then takes about 4 minutes until the full optical performance is reached.
  • the additional coating layer 3 With a completely blackened infrared radiator ( Figure 4), the irradiance increases more slowly, but due to the higher absorption, it reaches the maximum output earlier, after approx. 3 minutes. Above all, the rapid availability of part of the total optical power is advantageous for use in the printing industry, because the use of shutter systems to shade the paper web from the infrared radiators, which are still hot despite being switched off, can be dispensed with.
  • a heating conductor track is provided on one of the plate sides of the tile, which generates heat when current flows and transfers it to the tile by thermal conduction, causing it to heat up.
  • the tiles described without the heating conductor can be used as passive—currentless—heating elements if, instead of the heating conductor, they are heated by an external heat source that emits medium-wave or short-wave infrared radiation.
  • the coatings with the radiation converter material may have the same effect as explained above, for example with reference to FIG.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Infrarotstrahler und Infrarotstrahlung emittierendes Bauelement Bekannte Infrarotstrahler haben einen Formkörper, der eine Abstrahlfläche aufweist, die kurzwellige oder mittelwellige Infrarotstrahlung mit einer ersten Peak-Emissionswellenlänge emittiert. Um davon ausgehend einen Infrarotstrahler mit einem Emissionsspektrum bereitzustellen, das an eine Absorptionscharakteristik mit einem Maximum um 2750nm gut angepasst ist, und der außerdem mit hoher elektrischer Leistungsdichte betrieben, und mit dem die Erwärmungszeit in industriellen Anwendungen, wie beispielsweise zum Trocknen von Tinten, Fügen von Kunststoffen oder Biegen von Glas, verkürzt werden kann, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Teil der Abstrahlfläche mit einem Strahlungswandlermaterial belegt ist, das infolge Erhitzung durch die Infrarotstrahlung der ersten Peak-Emissionswellenlänge Infrarotstrahlung mit einer zweiten Peak-Emissionswellenlänge emittiert, die langwelliger ist als die erste Peak-Emissionswellenlänge.

Description

BESCHREIBUNG
Infrarotstrahler und Infrarotstrahlung emittierendes Bauelement
Technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler, mit einem Formkörper, der eine Abstrahlfläche aufweist, die kurzwellige oder mittelwellige Infrarotstrahlung mit einer ersten Peak-Emissionswellenlänge emittiert.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Infrarotstrahlung emittierendes Bauelement, mit einem Basiskörper aus einem Basiskörper-Werkstoff, aufweisend eine Absorptionsfläche zur Absorption kurzwelliger oder mittelwelliger Infrarot- Primärstrahlung mit einer ersten Peak-Emissionswellenlänge, sowie eine Abstrahlfläche zur Emission von Infrarot-Sekundärstrahlung mit einer zweiten Peak- Emissionswellenlänge, die langwelliger ist als die erste Peak-Emissionswellenlänge.
Stand der Technik
Zum Erwärmen eines Heizguts werden in den verschiedensten industriellen Fertigungsprozessen kurzwellige, mittelwellige und langwellige Infrarotstrahler eingesetzt. Gemäß der IEC 62798:2014 (S.11, Table 1) wird unterschieden zwischen den Wellenlängenbereichen
IR-A = 780-1400nm (entsprechend einer Temperatur zwischen 1800 und 3450°C),
IR-B = 1400-3000nm (entsprechend einer Temperatur zwischen 690°C und 1800°C), IR-C = 3000nm bis 1mm (entsprechend einer Temperatur niedriger als 690°C)
Die Arbeitsstrahlung langwelliger Infrarotstrahler wird vom Heizgut in der Regel besonders gut und schnell absorbiert, so dass die Erwärmung mit hohem Wirkungsgrad erfolgt. Jedoch ist das Aufheiz- und Abkühlverhalten langsam, so dass schnelle Temperaturwechsel nicht zu bewerkstelligen sind.
Mittelwellige Infrarotstrahler (kurz: MWIR -Strahler) zeigen ein breitbandiges Infrarotspektrum im Wellenlängenbereich von etwa 1400nm bis 3000nm und werden typischerweise im Temperaturbereich bis 1100°C betrieben. Mittelwellige Strahlung wird bereits in der oberen Schicht des Heizguts absorbiert und erwärmt vor allem dessen Oberfläche. Mittelwellige Infrarotstrahler haben typischerweise ein offenes Hüllrohr aus einem temperaturstabilen Glas, aus Metall oder einer Keramik, das ein Heizfilament aus einem oxidationsstabilen Widerstandsmaterial umgibt. Ein Nachteil von Mittelwellenstrahlern ist ihre begrenzte elektrische Leistungsdichte von etwa 15W/cm und ihre thermische Trägheit und die damit einhergehende langsame Reaktion.
Kurzwellige Strahlung mit Emissionswellenlängen zwischen 780nm und 1400nm dringt tief in massive Materialien ein und sorgt für eine gleichmäßige Durchwärmung. Bei kurzwelligen Infrarotstrahlern (kurz: SWIR -Strahler) ist ein Heizfilament aus Carbon oder Wolfram in Wendel- oder Bandform in ein inertgasgefülltes Strahlerrohr eingeschlossen, das meist aus Quarzglas gefertigt ist. Die Heizfilamente sind mit elektrischen Anschlüssen verbunden, die über ein Ende oder beide Enden des Strahlerrohres eingeführt werden. Die Heizfilamente selbst haben eine geringe thermische Masse und damit eine schnelle Reaktionszeit im Bereich von 1 bis 2 Sekunden. Eine Besonderheit von SWIR-Strahlern ist ihre hohe optische Leistungsdichte von bis zu 120 Watt pro Zentimeter Heizfilament (im Folgenden kurz: W/cm). SWIR-Strahler werden insbesondere zum Erwärmen von Pulverbeschichtungen, Klebeverbindungen oder zur schnellen Vorwärmung eingesetzt.
Aus der US 102013 104577 B3 ist beispielsweise die Verwendung von kurzwelligen Infrarotstrahlern für das Trocknen und Sintern metallhaltiger Tinte bekannt.
Die DE 29905385 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum homogenen Erwärmen von semitransparenten und/oder transparenten Gläsern und/oder Glaskeramiken mit Hilfe von Infrarot-Strahlung. Ein Anteil von mehr als 50 % der vom Heizgut nicht absorbierten kurzwelligen Infrarot-Primärstrahlung mit einer Farbtemperatur größer als 1500°K wird mittels Reflektoren oder Diffusoren reflektiert oder gestreut und trägt zur indirekten Beheizung bei.
Die DE 4202944 C2 beschreibt einen aus mehreren Infrarotstrahlern bestehenden Flächenstrahler zum schnellen Erwärmen von Heizgut, das oberhalb von 2500nm eine hohe Absorption aufweist. In Hauptausbreitungsrichtung der vom Flächenstrahler emittierten Primärstrahlung ist ein sogenannter Strahlungswandler angeordnet, der aus Keramikfasern besteht. Der Strahlungswandler dient als Sekundärstrahler, der angeregt durch die mittelwellige oder kurzwellige IR-Strahlung des Flächenstrahlers, Sekundärstrahlung in einem langwelligeren Bereich emittiert, welcher stärker mit der optischen Absorption des Heizguts überlappt. Dadurch werden schnelle Temperaturwechsel bei gutem Wirkungsgrad ermöglicht.
Aus der DE 102015 119763 A1 ist ein kachelförmiger Infrarot-Flächenstrahler bekannt, bei dem ein Substrat in Kontakt mit einer Leiterbahn aus einem Widerstandsmaterial steht. Das Substrat-Material ist vorzugsweise Quarzglas, in das in feiner Verteilung eine Infrarotstrahlung absorbierende Zusatzkomponente eingelagert ist. Die Zusatzkomponente ist bevorzugt elementares Silizium.
Technische Aufgabenstellung
Thermische Strahlung mit einer Temperatur von etwa. 700°C - entsprechend einer mittelwelligen Peak-Emissionswellenlänge um 2700nm - wird von vielen Kunststoffen, Glas und vor allem Wasser besonders gut absorbiert und direkt in Wärme umgesetzt. Mittelwellige Infrarotstrahlung in diesem Wellenlängenbereich ist besonders gut für Trocknungsanwendungen in der Druckindustrie geeignet, da die sonst übliche Farbselektivität bei der Trocknung der verschiedenen Druckfarben vermieden wird.
Neuerdings wurde nachgewiesen, dass IR-Strahlung in diesem Wellenlängenbereich auch die Farbselektivität beim Schweißen beziehungsweise beim Erhitzen und Fügen im Wellenlängenbereich von ca. 2700nm unterschiedlicher Kunststoffe vermeidet. Insbesondere sind die Aufheizraten von verschiedenfarbiger Kunststoffe nahezu identisch.
Zudem kann das Erwärmen von Gläsern - beispielsweise zum thermisch unterstützen Fügen oder Formen - mit Infrarotstrahlern mit hoher Emissivität schnell und homogen durchgeführt werden.
Für diese Anwendungen kommen grundsätzlich SWIR- als auch MWIR-Strahler in Betracht. Je höher die elektrische Anschlussleistung der Infrarotstrahler ist, umso schneller erreichen sie die Solltemperatur. Das Erhöhen der elektrischen Anschlussleistung erhöht die vom Infrarotstrahler abgegebene optische Leistungsdichte, was aber auch zu einer Verschiebung der Peak-Emissionswellenlänge der emittierten Strahlung in Richtung des kurzwelligen Spektralbereichs führen kann.
Es ist jedoch wünschenswert, dass die Peak-Emissionswellenlänge zur Absorptionscharakteristik des Heizguts passt, beispielsweise der Druckfarben, Kunststoffe oder Gläser, also beispielsweise bei etwa 2750nm liegt. Die bisherigen kommerziellen Infrarotstrahler weisen entweder ein daran angepasstes Emissionsspektrum auf (MWIR-Strahler); dann haben sie aber eine geringe elektrische Anschlussleistung und benötigen für eine hinreichend große optische Strahlungsleistung eine vergleichsweise große Abstrahlungsfläche und dementsprechend eine große Wärmekapazität, welche wiederum vergleichsweise lange Aufheiz- und Abkühlzeiten des Infrarotstrahlers und somit Reaktionsträgheit des Trocknersystems bedingt. Oder die Infrarotstrahler haben eine hohe elektrische Anschlussleistung und eine geringe Reaktionsträgheit (SWIR-Strahler); dann ist ihr Emissionsspektrum aber nicht optimal an die Absorptionscharakteristik des Heizguts angepasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Infrarotstrahler mit einem Emissionsspektrum bereitzustellen, das an ein Heizgut mit einer Absorptionscharakteristik im mittelwelligen Wellenlängenbereich gut angepasst ist, und der außerdem mit hoher elektrischer Leistungsdichte (beispielsweise mit mehr als 50W/cm) betrieben, und mit dem die Erwärmungszeit in industriellen Anwendungen, wie beispielsweise zum Trocknen von Tinten, Fügen von Kunststoffen oder Biegen von Glas, verkürzt werden kann.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein passives, Infrarotstrahlung emittierendes Bauelement anzugeben, dessen Emissionsspektrum an ein Heizgut mit einer Absorptionscharakteristik im mittelwelligen Bereich gut angepasst ist
Kurzbeschreibung der Erfindung
Hinsichtlich des Infrarotstrahlers wird diese Aufgabe ausgehend von einem Infrarotstrahler der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Teil der Abstrahlfläche mit einem Strahlungswandlermaterial belegt ist, das infolge Erhitzung durch die Infrarotstrahlung der ersten Peak-Emissionswellenlänge Infrarotstrahlung mit einer zweiten Peak-Emissionswellenlänge emittiert, die langwelliger ist als die erste Peak-Emissionswellenlänge.
Typische Infrarotstrahler-Formkörper haben Zylinderform, beispielsweise Rohr- oder Kachelform. Rohrförmige Infrarotstrahler können gestreckt oder gebogen sein, beispielsweise in U- oder Ringform. Plattenförmige Formkörper haben zwei sich gegenüberliegende Plattenseiten, die eben oder gebogen sein können.
Die Abstrahlfläche ist die dem Fleizgut zugewandte Fläche; sie ist Bestandteil des Infrarotstrahler-Formkörpers.
Der Infrarotstrahler verfügt über einen elektrischen Anschluss und erzeugt mittelwellige oder bevorzugt kurzwellige Infrarotstrahlung mit der ersten Peak-Emissionswellenlänge beispielsweise durch thermisches Anregen eines Infrarotstrahlung abgebenden Emitters, wie etwa einer Fleizwendel, einem Fleizband oder von elementarem Silizium, das in einer Quarzglasmatrix eingelagert ist. Kurzwellige Emitter haben eine etwas schnellere Reaktionszeit als mittelwellige Emitter, die jedoch kostengünstiger sind.
Die kurzwellige oder mittelwellige Infrarotstrahlung der ersten Peak- Emissionswellenlänge (im Folgenden auch als „Primärstrahlung“ bezeichnet) tritt aus der Abstrahlfläche des Infrarotstrahlers aus, wird von dem dort abgelagerten Strahlungswandlermaterial absorbiert, das sich in der Folge erhitzt und längerwelligere Infrarotstrahlung abgibt. Deren Peak-Emissionswellenlänge (im Folgenden auch als „Sekundärstrahlung“ bezeichnet) liegt vorzugsweise im Bereich von 2200 bis 3100nm, besonders bevorzugt im Bereich von 2400 bis 3000nm und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2600 bis 2800nm. Der Wellenlängenbereich um 2700nm wird im Folgenden auch als „maßgeblicher“ Wellenlängenbereich bezeichnet. Der vom Strahlungswandlermaterial diffus oder gerichtet transmittierte Anteil der Primärstrahlung ist möglichst gering und beträgt bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% der emittierten Primärstrahlung.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlungswandlermaterial ein Beschichtungsstoff, der ein Farbpigment oder eine Vorläufersubstanz dafür enthält. Der Beschichtungsstoff ist beispielsweise eine Paste oder ein Lack. Das Farbpigment ist thermisch stabil und wird beispielsweise durch Einbrennen auf der Ablagerungsfläche fixiert. Das Farbpigment kann auch durch thermische Zersetzung oder chemische Reaktion einer Vorläufersubstanz beim oder vor dem Einbrennen gebildet werden.
Das Farbpigment emittiert Infrarotstrahlung mindestens im maßgeblichen Wellenlängenbereich um 2750nm mit einem Emissionsgrad von 0,8 oder mehr, vorzugsweise von mindestens 0,9. Diese Emissivität ist besonders angepasst an ein Fleizgut mit hoher Absorption in diesem Wellenlängenbereich. Je nach Anwendung und Fleizgut kann auch ein Farbpigment vorteilhaft sein, das auch in einem breiteren Wellenlängenbereich von beispielsweise 2000nm bis 8000nm, insbesondere von 2000nm bis 4700nm, eine hohe Emissivität mit einem Emissionsgrad von beispielsweise 0,75 oder höher, vorzugsweise von mindestens 0,8 aufweist.
Farbpigmente, die im sichtbaren Wellenlängenbereich schwarz erscheinen, absorbieren (und emittieren) in der Regel auch Licht im maßgeblichen infraroten Wellenlängenbereich. Es hat sich bewährt, wenn das Farbpigment schwarze Mineralpartikel enthält, wie beispielsweise Kupferchrom itschwarzspinell oder Mangan- Ferrit-Schwarz-Pigment und wenn es alkalifrei ist. Die Alkali-Freiheit des Beschichtungsstoffes hat den Vorteil, dass eine Abstrahlfläche aus Glas; insbesondere aus Quarzglas, beim Erhitzen in Kontakt mit dem Beschichtungsstoff nicht entglast, also nicht kristallisiert und dadurch ihre optische Qualität einbüßt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst das Strahlungswandlermaterial ein mindestens teilweise opakes Quarzglas.
Ein derartiges mindestens teilweise opakes Quarzglas ist in der DE 102004051 846 A1 beschrieben und unter der Bezeichnung „QRC“ (Quartz Reflective Coating) bekannt geworden. Es wird bisher in erster Linie als Werkstoff zur Herstellung diffus reflektierender Reflektorschichten eingesetzt. Die Herstellung der QRC-Reflektorschicht erfolgt mittels eines Schlickerverfahrens, bei dem ein hoch gefüllter, gießfähiger, wässriger Si02-Schlicker erzeugt wird, der amorphe Si02-Teilchen enthält. Dieser wird als Schlickerschicht auf einer Unterlage aufgetragen, und anschließend wird die Schlickerschicht getrocknet und unter Ausbildung einer mehr oder weniger opaken Quarzglasschicht verglast.
Bei einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper als Hüllrohr aus Quarzglas ausgebildet, wobei das Hüllrohr einen mit einem Stromanschluss versehenen Strahlungsemitter in Form einer Heizwendel oder eines Heizbandes umgibt, und wobei die Abstrahlfläche mindestens einen Teil der Rohrmantelfläche bildet.
Das Hüllrohr hat beispielsweise einen runden, ovalen oder polygonalen Querschnitt oder es ist als sogenannter Zwillingsrohrstrahler ausgebildet, das einen Querschnitt in Form einer horizontal liegenden Acht hat. Die Außenwandung des Hüllrohres ist beispielsweise glatt oder sie ist aufgeraut. Insbesondere kurzwellige Infrarotstrahler haben ein beidseitig geschlossenes, kolbenförmiges Hüllrohr, wobei die Stromversorgung an einem Ende oder an beiden Enden herausgeführt ist.
Das Hüllrohr hat eine Abstrahlfläche, die sich in der Regel an der Rohrmantelfläche befindet. Das Hüllrohr-Material ist beispielsweise Quarzglas und hat eine vergleichsweise geringe eigene Emissivität für Infrarotstrahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich um 2200 bis 3100nm. Durch die Beschichtung mit einem Strahlungswandlermaterial wird die abstrahlende Fläche im Hinblick auf eine höhere Emissivität von beispielsweise mehr als 80%, bevorzugt mehr 90% in diesem Wellenlängenbereich modifiziert.
Die von der Abstrahlfläche emittierte Infrarotstrahlung gelangt mindestens zum Teil in das Strahlungswandlermaterial und von dort unmittelbar oder mittelbar - über einen Reflektor - auf das Heizgut. Die Abstrahlfläche erstreckt sich beispielsweise über einen Umfangswinkel zwischen 20 und 360 Grad, bevorzugt zwischen 60 und 200 Grad, und besonders bevorzugt zwischen 90 und 180 Grad der Rohrmantelfläche.
Der mit dem Strahlungswandlermaterial belegte Anteil der Abstrahlfläche kann bis zu 100% betragen; besonders bevorzugt erstreckt sich die mit dem Strahlungswandlermaterial belegte Fläche jedoch über einen Umfangswinkel zwischen 20 und 360 Grad, bevorzugt zwischen 60 und 200 Grad, und besonders bevorzugt zwischen 90 und 180 Grad der Rohrmantelfläche des Hüllrohres.
Bei einer besonders bevorzugten ersten Modifikation der Ausführungsform des Infrarotstrahlers mit einem Formkörper in Form eines Hüllrohres aus Quarzglas umfasst das Strahlungswandlermaterial eine untere Lage aus dem opaken Quarzglas und eine auf der unteren Lage aufgebrachte obere Lage aus dem farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff, wobei mindestens ein Teil der Rohrmantelfläche des Hüllrohres, bevorzugt die gesamte Rohrmantelfläche des Hüllrohres, von der unteren Lage bedeckt ist, und mindestens ein erster Umfangsabschnitt der unteren Lage von der oberen Lage belegt ist.
Die untere Lage aus opakem Quarzglas kann einerseits selbst als Strahlungswandlermaterial wirken, und sie trägt andererseits zur Verbesserung der Haftung der oberen Lage aus dem Beschichtungsstoff bei.
Das Quarzglas-Hüllrohr und die darauf aufgebrachte untere Lage aus opakem Quarzglas absorbieren zwar einen Anteil der kurzwelligen oder mittelwelligen Primärstrahlung, jedoch wird einige Zeit benötigt, um den Infrarotstrahler auf Betriebstemperatur zu bringen. Die zusätzliche obere Lage aus dem Beschichtungsstoff bewirkt zum einen eine Erhöhung des Emissionsgrades im maßgeblichen Wellenlängenbereich. Darüber hinaus bewirkt sie auch eine höhere Absorption der kurzwelligen oder mittelwelligen Primärstrahlung und ermöglicht dadurch ein schnelleres Aufheizen des Infrarotstrahlers (und damit eine frühere Einsatzbereitschaft). Zudem wird die Energie-Effizienz des Infrarotstrahlers erhöht, da ein größerer Teil der zugeführten elektrischen Energie in Infrarotstrahlung im maßgeblichen Wellenlängenbereich umgewandelt wird.
Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die obere Lage mit dem Beschichtungsstoff geeignet ist, mindestens 80% der Primärstrahlung im Wellenlängenbereich von 1000 bis 2500nm zu absorbieren. Die Dicke der oberen Lage beträgt weniger als 0,1mm, bevorzugt liegt sie im Bereich von 30-50pm.
Die untere Lage aus opakem Quarzglas zeigt einerseits eine gewisse Transmission für die kurzwellige oder mittelwellige Primärstrahlung und sie kann andererseits auch als diffuser Reflektor für die Primärstrahlung wirken. Um den transmittierten Anteil zu reduzieren, ist die untere Lage aus dem opaken Quarzglas vorteilhafterweise in einem zweiten Umfangsabschnitt von einer spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht, vorzugsweise mit einer goldhaltigen Reflektorschicht, belegt.
Um die Qualität der spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht zu verbessern, hat es sich bewährt, wenn die untere Lage aus dem opaken Quarzglas mindestens im Auflagebereich der spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht vorab thermisch verdichtet wird, um dort offene Porosität zu vermindern oder zu vermeiden. Es ist vorteilhaft, wenn der erste Umfangsabschnitt und der zweite Umfangsabschnitt nicht überlappen und sich vorzugsweise zu einem Umfangswinkel von 360 Grad ergänzen.
Der von der oberen Lage aus dem farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff freigelassene disgruente Flächenanteil der Rohrmantelfläche ist bei dieser Ausführungsform mit der spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht belegt.
Bei einer besonders bevorzugten zweiten Modifikation der Ausführungsform des Infrarotstrahlers mit einem Formkörper in Form eines Hüllrohres aus Quarzglas weist mindestens ein Teil der Rohrmantelfläche des Hüllrohres eine Oberflächenrauheit - definiert als arithmetische mittlere Rauheit Ra auf, mit Ra im Bereich von 0,5 bis 5pm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 3,2pm, von der ein erster Umfangsabschnitt die mit dem Strahlungswandlermaterial belegte Abstrahlfläche bildet.
Die Rauheit mit einem Ra-Wert von 0,8pm entspricht der Rauheitsklasse 6 und stellt sich typischerweise beim Grobschleifen ein, und der Ra-Wert von 3,2pm entspricht der Rauheitsklasse 8, die geschruppte Oberflächen definiert. Die Rohrmantelfläche des Hüllrohres ist vorzugsweise nur dort aufgeraut, wo der Beschichtungsstoff aufgebracht werden soll, also im Bereich der Abstrahlfläche. Auf dem aufgerauten Teil der Rohrmantelfläche ist das Strahlungswandlermaterial aufgebracht. Die Aufrauhung verbessert die Haftung des Strahlungswandlermaterials, insbesondere bei einem Strahlungswandlermaterial in Form eines farbgigmenthaltigen Beschichtungsstoffes, wie beispielsweise einem Lack oder einer Paste. Die Aufrauhung der Oberfläche erfolgt beispielsweise mechanisch oder chemisch, insbesondere durch Schleifen,
Sandstrahlen oder Ätzen. Bei einer hohen Oberflächenrauheit Ra von mehr als 5pm leidet die optische Qualität der Abstrahlfläche ohne nennenswerten Zugewinn an Haftvermittlungswirkung. Bei einer geringen Oberflächenrauheit Ra von weniger als 0,5pm ergibt sich kein nennenswerter Beitrag an Haftvermittlungswirkung.
Bei dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn ein zweiter Umfangsabschnitt der Rohrmantelfläche des Hüllrohres von einer Reflektorschicht belegt ist, wobei der erste Umfangsabschnitt und der zweite Umfangsabschnitt der Rohrmantelfläche nicht überlappen und sich vorzugsweise zu einem Umfangswinkel von 360 Grad ergänzen. Auch bei dieser Ausführungsform ist der zweite Umfangsabschnitt, der vom Strahlungswandlermaterial, insbesondere einem farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff, freigelassen wird, mit der Reflektorschicht belegt. Die Reflektorschicht umfasst vorzugsweise eine Schicht aus opakem Quarzglas und/oder eine spiegelnd reflektierende, metallbasierte Reflektorschicht, vorzugsweise eine goldhaltige Schicht.
Bei einer Reflektorschicht aus einer Schicht aus opakem Quarzglas und einer metallbasierten Schicht, bildet die Schicht aus opakem Quarzglas die untere Lage auf der die metallbasierte Schicht als obere Lage aufgebracht ist. Um die Qualität der oberen Lage aus der spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht zu verbessern, wird die untere Lage aus dem opaken Quarzglas mindestens im Auflagebereich der spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht vorab thermisch verdichtet, um dort offene Porosität zu vermindern oder zu vermeiden.
Bei einer anderen besonders bevorzugten Modifikation des Infrarotstrahlers ist der Formkörper in Form einer Kachel aus einem bei Erhitzung Infrarotstrahlung emittierenden Werkstoff ausgebildet, wobei die Kachel sich gegenüberliegende Planseiten aufweist, von denen die eine Planseite die mit dem Strahlungswandlermaterial mindestens teilweise belegte Abstrahlfläche umfasst, und auf der anderen Planseite eine mit einer elektrischen Kontaktierung für die Zufuhr eines Heizstroms verbundene Heizleiterbahn aus einem Widerstandsmaterial aufgebracht ist.
Kachelförmige Infrarotstrahler sind Flächenstrahler mit in der Regel überwiegend zweidimensionaler Abstrahlcharakteristik. Die überwiegend abstrahlende Planseite wird im Folgenden auch als Vorderseite bezeichnet und die gegenüberliegende Planseite als Rückseite. Beim erfindungsgemäßen Infrarotstrahler ist mindestens die Vorderseite vollständig oder teilweise, beispielsweise zu mindestens 80%, mindestens 60% oder zu mindestens 40%, mit dem Strahlungswandlermaterial belegt. Das Strahlungswandlermaterial ist beispielsweise opakes Quarzglas oder ein pigmenthaltiger Beschichtungsstoff oder eine Kombination der beiden Strahlungswandlermaterialien, wobei das opake Quarzglas eine untere Lage und der Beschichtungsstoff eine obere Lage bildet. Der Kachel-Werkstoff ist vorzugsweise eine Keramik, insbesondere AI2O3 oder ZrC>2, oder er umfasst einen Kompositwerkstoff, insbesondere eine Matrix aus Quarzglas, in die elementares Silicium oder Kohlenstoff eingebettet ist.
Die mögliche Größe der Kachelfläche richtet sich dabei nach den Eigenschaften des Werkstoffs und der geforderten Formstabilität.
Bei Temperaturerhöhung verändern manche Kachel-Werkstoffe ihre Farbe. Das bedeutet, ihre Emissivität und damit die Peak-Emissionswellenlänge der Primärstrahlung wird kurzwelliger. Durch die Beschichtung mit dem Strahlungswandlermaterial verändert sich die Emissivität bei Temperatur-Erhöhung weniger oder nicht. Insbesondere der pigmenthaltiger Beschichtungsstoff und das opake Quarzglas verlieren auch bei hoher Temperatur bis beispielsweise 1100 °C ihre Emissivität nicht oder wenig.
Hinsichtlich des Infrarotstrahlung emittierenden Bauelements wird ausgehend von einem Bauelement der eingangs genannten Gattung die oben genannte technische Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Teil der Abstrahlfläche mit einem Strahlungswandlermaterial belegt ist, das einen farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff umfasst.
Das Infrarotstrahlung emittierende Bauelement wirkt als Strahlungswandler. Es ist kein aktives, elektrisch betriebenes Fleizelement, sondern der Basiskörper wird durch Absorption von kurz- oder mittelwelliger Infrarotstrahlung eines aktiven Fleizers aufgeheizt. Die kurz- oder mittelwellige Primärstrahlung erlaubt vergleichsweise schnelle Temperaturwechsel. Andererseits emittiert das Bauelement infolge der Erwärmung des Basiskörpers Infrarot-Sekundärstrahlung im längerwelligeren Bereich, die besser an die Absorptionscharakteristik des Fleizguts angepasst ist.
Der Basiskörper liegt beispielsweise in Form eines Rohres, Kolbens, einer Kammer, Flalbschale, Kugel- oder Ellipsoid-Segment, Platte oder dergleichen vor.
Die Absorptionsfläche zur Absorption kurzwelliger oder mittelwelliger Infrarot- Primärstrahlung kann sich von der Abstrahlfläche zur Emission von Infrarot- Sekundärstrahlung unterscheiden oder diese Flächen können vollständig oder teilweise zusammenfallen. Da Farbpigmente, die im sichtbaren Wellenlängenbereich schwarz erscheinen, in der Regel auch Licht im maßgeblichen infraroten Wellenlängenbereich absorbieren (und emittieren), enthält der farbpigmenthaltige Beschichtungsstoff des Strahlungswandlermaterials vorzugsweise ein Farbpigment mit schwarzen Mineralpartikeln, wie beispielsweise Kupferchrom itschwarzspinell oder Mangan-Ferrit- Schwarz-Pigment, und er ist alkalifrei.
Die Alkalifreiheit hat Vorteile insbesondere bei einem Basiskörper aus Glas, beziehungsweise aus Quarzglas, da dadurch die Veränderung und Schädigung der Basiskörper-Oberfläche durch Entglasen verhindert wird.
Besonders vorteilhaft ist ein Bauelement, bei dem das Strahlungswandlermaterial zusätzlich zum farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff opakes Quarzglas umfasst.
Die beiden Strahlungswandlermaterialien ergänzen sich in ihrer Emissivität, und das opake Quarzglas kann insbesondere bei einem Basiskörper aus Quarzglas als Haftvermittler zum Beschichtungsstoff wirken. Das Strahlungswandlermaterial ist hierbei eine Kombination der beiden Strahlungswandlermaterialien, wobei das opake Quarzglas eine untere Lage und der Beschichtungsstoff eine obere Lage bildet.
Der Basiskörper und die darauf aufgebrachte untere Lage aus opakem Quarzglas absorbieren zwar einen Anteil der kurzwelligen oder mittelwelligen Primärstrahlung, jedoch wird einige Zeit benötigt, um das Bauelement auf Betriebstemperatur zu bringen. Die zusätzliche obere Lage aus dem Beschichtungsstoff bewirkt zum einen eine Erhöhung des Emissionsgrades im maßgeblichen infraroten Wellenlängenbereich. Darüber hinaus bewirkt sie auch eine höhere Absorption der kurzwelligen oder mittelwelligen Primärstrahlung und ermöglicht dadurch ein schnelleres Aufheizen des Bauelements (und damit eine frühere Einsatzbereitschaft).
Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die obere Lage mit dem Beschichtungsstoff geeignet ist, mindestens 80% der Primärstrahlung im Wellenlängenbereich von 1000 bis 2500nm zu absorbieren. Die Dicke der oberen Lage beträgt weniger als 0,1mm, bevorzugt liegt sie im Bereich von 30-50pm. Definitionen
Mittlere Rauheit Ra
Die arithmetische mittlere Rauheit Ra wird nach EN ISO 25178 ermittelt. Es handelt sich um einen Linienrauheitsparameter. Zur Ermittlung des Messwertes Ra wird die Oberfläche einer definierten Messstrecke (mit einer feinen Nadel) abgetastet und sämtliche Höhen- und Tiefenunterschiede der Oberfläche aufgezeichnet. Nach der Berechnung des bestimmten Integrals dieses Rauheitsverlaufes auf der Messstrecke wird das Ergebnis durch die Länge der Messstrecke dividiert
Abstrahlfläche
Von der Abstrahlfläche gelangt die Nutzstrahlung direkt oder indirekt - über einen Reflektor - auf das Heizgut.
Peak-Emissionswellenläncie
Sie definiert das Maximum der spektralen Verteilung der emittierten Strahlung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer eichnung näher erläutert. Dabei zeigt im Einzelnen:
Figur 1 eine Ausführungsform eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers, dessen Hüllrohr außen mit einem Strahlungswandlermaterial belegt ist, im Querschnitt und in schematischer Darstellung,
Figur 2a eine weitere Ausführungsform eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers, basierend auf der in Figur 1 gezeigten Basisform in schematischer Darstellung,
Figur 2b ein Foto der Ausführungsform des kurzwelligen Quarzrohstrahlers gemäß Figur 2a,
Figuren 3 bis 5 weitere Ausführungsformen eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers basierend auf der in Figur 1 gezeigten Basisform. Figuren 6 und 7 weitere Ausführungsformen eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers, dessen Hüllrohr außen mit einem Strahlungswandlermaterial belegt ist, im Querschnitt und in schematischer Darstellung,
Figur 8 eine Ausführungsform eines kachelförmigen Infrarotstrahlers, dessen Abstrahlfläche mit einem Strahlungswandlermaterial belegt ist, im Querschnitt und in schematischer Darstellung,
Figur 9 ein Diagramm zur Radial-Abstrahlung eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers gemäß Figur 7,
Figur 10 ein Diagramm zur diffusen und gerichteten Transmission eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers gemäß Figur 1 , und
Figur 11 ein Diagramm mit dem Ergebnis von Zeitverlaufsmessungen der
Bestrahlungsstärke bei einem kurzwelligen Quarzrohstrahler gemäß Figur 1 im Vergleich zu einem kurzwelligen Quarzrohstrahler gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt schematisch eine erste Basisvariante des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers. Es handelt sich hierbei um einen kurzwelligen Infrarotstrahler mit einem Lampenrohr 1 aus Quarzglas. Das Lampenrohr 1 ist beidseitig geschlossen und umgibt einen Wolfram-Heizdraht (nicht dargestellt), der mit einem elektrischen Anschluss versehen ist und auf Temperaturen bis zu 2300°C erhitzt werden kann.
Die Lampenrohr-Mantelfläche ist vollständig (360 Grad) mit einer QRC-Schicht 2 aus opakem Quarzglas belegt, die als Strahlungswandlermaterial wirkt.
Die Herstellung der QRC-Schicht 2 auf der Außenmantelfläche des Lampenrohres 1 erfolgt nach dem bekannten, in der DE 102004051 846 A1 beschriebenen Schlickerverfahren. Dabei wird der gießfähige, wässriger Si02-Schlicker als Schlickerschicht auf das Lampenrohr 1 aufgetragen, die Schlickerschicht anschließend getrocknet und unter Ausbildung der QRC-Schicht 2 verglast. Diese besteht aus porenhaltigem, opakem Quarzglas. Sie hat eine Dichte von etwa 2,15 g/cm3 und eine mittlere Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 2mm. Ihre Oberfläche ist offenporig, wie ein Farbeindringtest zeigt. Die QRC-Schicht 2 wandelt die kurzwellige Primärstrahlung des Infrarotstrahlers in längerwelligere Sekundärstrahlung mit einer Peak-Emissionswellenlänge von etwa 2750nm um.
Dadurch gelingt es, den kurzwelligen Infrarotstrahler mit einem an die Heizanwendung bei 700 bis 800°C gut angepassten Emissionsspektrum zu betreiben, und dabei schnelle Temperaturwechsel zu ermöglichen und dennoch eine hohe elektrische Leistungsdichte von mehr als 50W/cm zu erzielen, beispielsweise von mindestens 120W/cm.
Die elektrische Leistungsdichte in der Einheit „elektrische Leistung pro beheizter Länge“ (W/cm) wird zu nahezu 100% in optische Leistung (W/m2) umgesetzt. Eine Leistungsdichte eines kurzwelligen Infrarotstrahlers mit beispielsweise 120W/cm wird in Primärstrahlung mit einer ersten Peak-Emissionswellenlänge und durch den Einsatz des Strahlungswandlermaterials, wie beispielsweise der QRC-Schicht 2, in mittelwellige Infrarotstrahlung mit einer langwelligeren Peak-Emissionswellenlänge umgewandelt, beispielsweise kommen in einem Abstand von 200mm (vom Heizfilament) am Detektor ca. 1 2kW/m2 insgesamt an.
Die gesamte Hüllrohr-Mantelfläche wirkt als Abstrahlfläche, so dass sich eine dreidimensionale Abstrahlcharakteristik des Infrarotstrahlers ergibt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen Modifikationen der Basisvariante von Figur 1 mit zusätzlichen Schichten. Die Darstellungen sind nicht maßstäblich; insbesondere können die Dicken der zusätzlichen Schichten aus Gründen der besseren Erkennbarkeit dicker dargestellt sein.
Bei der in Figur 2a gezeigten Modifikation der Basisvariante ist die Hälfte (Vorderseite) der QRC-Schicht 2 (180 Grad) geschwärzt, indem sie mit einer Lackschicht 3 aus einem temperaturstabilen schwarzen Lack belegt wird. Die Abstrahlfläche entspricht hierbei der mit der geschwärzten Lackschicht 3 belegten Lampenrohr-Mantelfläche. Die Lacksicht behält ihre schwarze Farbe - und damit auch ihr Emissionsspektrum - auch beim Erhitzen auf 800°C und darüber hinaus.
Die Lackschicht 3 wird durch Aufsprühen oder Aufpinseln einer Thermofarbe erzeugt. Die Thermofarbe ist alkalifrei. Sie enthält eine Aluminosilikatlösung (10 bis 20 Gew.-%), Kupferchromitschwarzspinell als mineralisches Farbpigment (25 bis 35 Gew.-%) und Wasser (40 bis 60 Gew.-%). Geeignete Thermofarben werden als Ofenfarben beispielsweise von den Firmen ULFALUX Lackfabrikation GmbFI und Aremco Products Inc. angeboten, wobei als weitere organische Inhaltstoffe angegeben werden: Xylol, Ethylacetat, Butylacetat, Ethylbenzol.
Mehrfaches Lackieren gewährleistet eine vollständig geschlossene Schicht. Nach dem Aufsprühen wird die Thermofarbe bei 250°C getrocknet und ist danach berührtest.
Durch ein Erhitzen auf 1200°C bekommt die Lackschicht 3 ihren endgültigen Zustand. Dieses Erhitzen kann bei der Inbetriebnahme des Infrarotstrahlers erfolgen. Dabei werden keramische Bestandteile auf die Lampenrohr-Oberfläche beziehungsweise auf die Oberfläche der QRC-Schicht aufgesintert und es entsteht eine feste, stoffschlüssige Verbindung, so dass die Lacksicht 3 größtenteils kratzfest ist. Die Dicke der Lackschicht 3 beträgt etwa 40pm. Die Emissivität der Lackschicht 3 bei 800°C wird vom Fiersteller mit über 90% angegeben.
Die unter der Lackschicht 3 liegende QRC-Schicht 2 zeigt in der Regel offene Porosität und wirkt als Flaftvermittler. Durch Feuerpolieren der Oberfläche der QRC-Schicht 2 kann das Eindringen des Lackes in die poröse Oberflächenstruktur verhindert werden, wodurch eine optisch ansprechendere Oberflächenstrukturierung erzielt wird. Das Feuerpolieren erfolgt durch Erhitzen der QRC-Schicht 2 mit einem Knallgasbrenner. Dadurch werden lokal sehr hohe Temperaturen um 1800 °C erzeugt, was die Fierstellung eines möglichst dünnen Glasfilms innerhalb weniger Sekunden ermöglicht, der die poröse Oberfläche versiegelt.
Im Betrieb erwärmt sich die dünne schwarze Lackschicht 3 in wenigen Sekunden auf bis zu 700-750°C und emittiert somit Infrarotstrahlung in einem mittelwelligen Bereich (bevorzugt im Wellenlängenbereich von 2500 bis 3500nm). Es gilt „Absorption = Emission“, so dass die auf vom Lampenrohr 1 emittierte und in der Lackschicht 3 schnell absorbierte kurzwellige Strahlung ebenso schnell, aber bei einer geringeren Temperatur (also mittelwellig) die nahezu gleiche Energie mit hoher Intensität wieder abgibt. Die schwarze Lackschicht 3 fungiert dabei als Strahlungswandler, indem sie hochenergetische kurzwellige Strahlung in mittelwellige Strahlung hoher Intensität umwandelt. Durch das kurzwellige Wolfram-Heizfilament sind schnelle Schaltzeiten der Energiezufuhr im Sekundenbereich möglich.
Das Foto von Figur 2b zeigt die Ausführungsform des Infrarotstrahlers von Figur 2a in einer dreidimensionalen Ansicht. Erkennbar sind hier außerdem die an einem Ende des Lampenrohres 1 herausgeführten elektrischen Anschlüsse 1a.
Bei der in Figur 3 gezeigten Modifikation der Basisvariante ist die Hälfte der QRC- Schicht 2 (180 Grad) mit einer rückseitigen Reflektorschicht in Form einer Goldschicht 4 belegt.
Die Goldschicht 4 wird erzeugt, indem auf die offenporige oder durch thermische Behandlung versiegelte Oberfläche der QRC-Schicht 2 eine goldhaltige Emulsion (Goldresinat) mit einem Pinsel aufgetragen wird. Die Emulsion wird anschließend durch Erhitzen eingebrannt. Beim Einbrennen zerfällt das Goldresinat in metallisches Gold und Harzsäure, die ihrerseits, wie auch die übrigen Komponenten der Paste, durch die hohe Einbrenntemperatur verflüchtigt werden. Zurück bleibt eine geschlossene, spiegelnde Goldschicht 4, die als Reflektor wirkt und deren Dicke je nach Anforderung an den Reflexionsgrad vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300nm liegt. Je dicker die Schicht ist, umso höher ist der Reflexionsgrad. Die Abstrahlfläche entspricht hierbei der Hälfte (180 Grad) der Lampenrohr-Mantelfläche, die von der QRC-Schicht 2 aber nicht von der Goldschicht 4 belegt ist.
Die Goldschicht 4 vermindert die Emissivität im Bereich der Lampenrohr-Rückseite, und bewirkt eine sehr gute Reflexion der Strahlung, die nach vorne auf die Lackschicht 3 reflektiert und dort absorbiert wird. Dieser Strahlungsanteil trägt zur schnellen Erwärmung der schwarzen Lackschicht 3 erheblich mit bei.
Bei der in Figur 4 gezeigten Modifikation der Basisvariante ist die gesamte QRC- Schicht 2 (360 Grad) mit einer 0,04mm dicken Lackschicht 3 aus Thermofarbe belegt (Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 2 erläutert). Die gesamte Hüllroh- Mantelfläche wirkt als Abstrahlfläche, so dass sich eine dreidimensionale Abstrahlcharakteristik des Infrarotstrahlers ergibt.
Bei der in Figur 5 gezeigten Modifikation der Basisvariante ist eine Hälfte der Oberfläche der QRC-Schicht 2 (180 Grad) mit einer 0,04mm dicken Lackschicht 3 aus Thermofarbe belegt (Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 2 erläutert) und die disgruente Oberflächenhälfte (180 Grad) mit einer 0,1mm dicken Goldschicht 4 (Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 3 erläutert). Die Abstrahlfläche entspricht hierbei der Hälfte (180 Grad) der Lampenrohr-Mantelfläche, die von der Lackschicht 3 aber nicht von der Goldschicht 4 belegt ist.
Figur 6 zeigt schematisch eine zweite Basisvariante des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers. Auch hier handelt sich um einen kurzwelligen Infrarotstrahler mit einem Lampenrohr 1 aus Quarzglas. Das Lampenrohr 1 ist beidseitig geschlossen und umgibt einen Wolfram-Heizdraht (nicht dargestellt), der mit einem elektrischen Anschluss versehen ist und auf Temperaturen bis zu 2300°C, bei Halogenstrahlern bis zu 3000°C, erhitzt werden kann und überwiegend kurzwellig emittiert.
Übliche Infrarotstrahler mit Quarzrohr besitzen einen Goldreflektor oder einen diffusen Reflektor aus QRC oder aus Keramik auf ihrer Rückseite, um die Strahlungsenergie nach vorne über die Abstrahlfläche des transparenten Quarzglas-Lampenrohres 1 in das Heizgut zu bringen.
Bei dieser Ausführungsform des Infrarotstrahlers ist eine Hälfte der Mantelfläche des Lampenrohres 1 (180 Grad) geschwärzt, indem sie mit einer Lackschicht 3 aus einem temperaturstabilen schwarzen Lack belegt wird (Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 2 erläutert). Die Abstrahlfläche entspricht hierbei der mit der geschwärzten Lackschicht 3 belegten Lampenrohr-Mantelfläche. Bei einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform des Infrarotstrahlers ist die gesamte Mantelfläche des Lampenrohres 1 (360 Grad) geschwärzt.
Auf einer glatten Lampenrohr-Mantelfläche kann die schwarze Lackschicht 3 unter Umständen bei hoher Temperatur über einige hundert Stunden abblättern. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Lackschicht 3 wird die Lampenrohr-Oberfläche aufgeraut. Der Bereich der Aufrauhung 6 ist anhand einer gestrichelten Linie symbolisiert.
Das Aufrauen erfolgt mechanisch durch Sandstrahlen oder Schleifen oder chemisch: durch Behandlung mit einer Ätzlösung. Eine geeignete Ätzlösung (NH4 + HF+ Essigsäure) und deren Anwendung zur Aufrauhung einer Quarzglas-Oberfläche ist in der DE 197 13014 C2 beschrieben. Die mittlere Rautiefe Ra liegt bevorzugt im Bereich von 0,8 - 3,2pm; im Ausführungsbeispiel sind es 3pm.
Die Aufrauhung 6 bewirkt nicht nur eine bessere Haftfähigkeit der Lackschicht 3 auf der Lampenrohr-Oberfläche, sondern auch eine noch homogenere Verteilung der mittelwelligen Strahlung durch Streuung der Strahlung an der aufgerauten Oberfläche. Die Radialverteilung der gewandelten Strahlung ist sehr gleichmäßig über den halben Umfang des Quarzrohres nach vorne verteilt (siehe Radialverteilung gemäß Figur 9).
Die schwarze Lackschicht 3 wirkt als Strahlungswandler und emittiert bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 750°C mittelwellig. Lebensdauertests haben gezeigt, dass die Lackschicht beziehungsweise der Infrarotstrahler ohne visuelle oder funktionelle Beeinträchtigungen eine Betriebsdauer bis zu 10.000h erreichen kann.
Die Erwärmung der Lackschicht 3 auf etwa 700°C, also bis zur mittelwelligen Emission bei ca. 3pm, dauert etwa 10 s. Im Vergleich dazu benötigen Standard-Mittelwelle- Infrarotstrahler ca. 5min bis zum thermischen Gleichgewicht.
Bei der in Figur 7 gezeigten Modifikation der zweiten Basisvariante gemäß Figur 6 ist die nicht von der Lackschicht 3 belegte Hälfte der Lampenrohr-Oberfläche (180 Grad) mit einer 0,1mm dicken Goldschicht 4 (Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 3 erläutert). Die Abstrahlfläche entspricht hierbei der Hälfte (180 Grad) der Lampenrohr-Mantelfläche, die von der Lackschicht 3 aber nicht von der Goldschicht 4 belegt ist.
Figur 8 zeigt schematisch einen flächigen, kachelförmigen Infrarotstrahler 8 aus einem Korn positwerkstoff aus Quarzglas und darin eingelagertem elementarem Silizium, wie er in der DE 102015 119763 A1 beschrieben ist. Der kachelförmige Basiskörper 9 des Infrarot-Flächenstrahlers 8 ist mit einer (nicht dargestellten Heizleiterbahn) belegt, die den Basiskörper bei Stromdurchfluss aufheizt, so dass dieser Infrarotstrahlung emittiert. Derartige Infrarotstrahler 8 erreichen bei einer Temperatur von 1000°C eine Emissivität von etwa 0,82 bei einer Wellenlänge von 2,75pm. Diese Wellenlänge stellt die Peak- Wellenlänge bei dieser Temperatur dar. Mit fallender Temperatur verliert der Korn positwerkstoff seine hohe Emissivität. Um dem entgegen zu wirken, ist die Abstrahlfläche mit einer Schicht 10 aus einem Strahlungswandlermaterial belegt. Dabei handelt es sich bei einer Ausführungsform um eine QRC-Schicht 2. Deren Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 1 erläutert. Bei einer anderen Ausführungsform handelt es sich um eine Lackschicht 3. Deren Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 3 erläutert. Oder es handelt es sich bei einer dritten Ausführungsform um eine Kombination aus einer unteren Lage, die eine QRC-Schicht 2 ist, und einer oberen Lage, die eine Lackschicht 3 ist. In Figur 8 sind diese möglichen Kombination durch die kombinierte Bezugsziffer 2/3 symbolisiert.
Die Beschichtung der Abstrahlfläche mit einer Schicht aus Strahlungswandlermaterial ermöglicht es, dass unabhängig von der Temperatur des Basiskörpers 9 eine hohe Emissivität aufrecht erhalten werden kann. Auf diese Weise wird die ohnehin hohe Effizienz des kachelförmigen Infrarotstrahlers noch weiter gesteigert, da die Emissivität auch bei niedrigeren Temperaturen hoch ist und somit die Energieübertragung bestmöglich erfolgen kann.
Die Kachel 9 hat Plattengrößen bis zu 400x400mm2, bei einer Dicke bis zu 2mm.
Alternativ dazu besteht die Kachel 9 aus keramischem Werkstoff, wie beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkonoxid. Das thermische Anregen der Keramik wird mittels Widerstandsheizer ermöglicht. Die Abstrahlfläche der Kachel 9 ist mit einer Lackschicht 3 belegt (Herstellung und Eigenschaften sind anhand Figur 3 erläutert). Die Lackschicht 3 gibt den größten Teil der absorbierten Energie per Strahlung ab. Die Temperatur der Keramik-Kachel 8 bestimmt dabei die Peak-Emissionswellenlänge. Temperaturen bis zu 1100 °C sind erreichbar. Mit keramische Kacheln sind auch größere Abmessungen als die oben angegebenen sowie gekrümmte Geometrien besonders einfach zu realisieren.
Um die Wirkung des Strahlungswandlermaterials auf die radiale Verteilung der emittierten optischen Leistungsdichte (Bestrahlungsstärke) zu ermitteln, wurde eine Radialmessung durchgeführt. Diese erfolgt in üblicher Weise unter Einsatz eines auf einer drehbaren Halterung montierten Infrarotstrahlers, der in 5 Grad-Schritten um 360 Grad rotiert. Ein im Abstand von 25cm montierter Thermopile-Sensor erfasst dabei die vom Infrarotstrahler emittierte Strahlung. Im Diagramm von Figur 9 ist auf dem Kreisradius die normierte Bestrahlungsstärke (rel. Einheit) gegen die Umfangswinkelposition (in Grad) der Messpunkte aufgetragen. Die Messkurve zeigt das Ergebnis der Radialmessung bei einem Infrarotstrahler gemäß Figur 7 mit einer Lackschicht 3 auf der Vorderseite (Abstrahlfläche) und einer spiegelnd reflektierenden Goldschicht 4 auf der Rückseite.
Im rückwärtigen Strahlerraum 90 zeigt die Messkurve einen geringen Anteil an Bestrahlungsintensität. Diese setzt sich zusammen aus transmittierter Primärstrahlung und aus Sekundärstrahlung, die auf die Aufheizung der Goldschicht 4 zurückzuführen ist. Im eigentlichen Bestrahlungsfeld 91 zeigt die Messkurve hingegen eine hohe Bestrahlungsstärke und eine homogene Verteilung der mittelwelligen Strahlung. Die Radialverteilung der gewandelten Strahlung ist gleichmäßig über den halben Umfang des Quarzrohres nach vorne verteilt.
Im Diagramm von Figur 10 zur Transmission eines kurzwelligen Quarzrohstrahlers gemäß Figur 1 ist die per Ulbrichtkugel ermittelte Gesamt-Transmission T (in %) gegen die Wellenlänge l (in nm) aufgetragen. Die Ulbrichtkugel erlaubt die Messung des gerichtet-hemisphärischen spektralen Transmissionsgrades, der die diffuse und die gerichtete Transmission umfasst.
Es zeigt sich, dass nach dem Einschalten des Infrarotstrahlers aufgrund von Mehrfachreflexionen ein signifikanter Anteil der Primärstrahlung durch Transmission durch die QRC-Schicht 2 hindurch abgegeben wird. Die nicht transmittierte Strahlung erwärmt das Quarzglas-Mantelrohr 1 mitsamt der QRC-Schicht 2 mit der Zeit und erzeugt so zusätzlich Sekundärstrahlung im mittelwelligen Bereich. Nach wenigen Minuten Betrieb ist der thermische Gleichgewichtszustand erreicht und der Infrarotstrahler emittiert ein breitbandiges Spektrum, bestehend aus kurzwelliger Primär- und mittelwelliger Sekundärstrahlung.
Das Diagramm von Figur 11 zeigt Zeitverlaufsmessungen bei einem Infrarotstrahler gemäß Figur 1 im Vergleich zu einem Infrarotstrahler gemäß Figur 4. Dabei ist auf der y-Achse die optische Leistung P (in W/m2) aufgetragen gegen die Anschaltdauer t (in s) auf der x-Achse.
Eine Zeitverlaufsmessung der Bestrahlungsstärke zeigt, dass der nur mit einer QRC- Schicht 2 beschichtete Infrarotstrahler (Figur 1 ) bereits direkt nach dem Einschalten ca. 50% der maximalen Bestrahlungsstärke erzeugt. Im Anschluss dauert es ca. 4 Minuten bis die volle optische Leistung erreicht ist. Bei dem zusätzlich mittels Lackschicht 3 vollständig geschwärzten Infrarotstrahler (Figur 4) steigt die Bestrahlungsstärke langsamer an, erreicht aber aufgrund der höheren Absorption früher, nach ca. 3min., die maximale Leistung. Vor allem die schnelle Verfügbarkeit eines Teils der gesamten optischen Leistung ist für die Anwendung in der Druckindustrie vorteilhaft, weil auf die Verwendung von Shuttersystemen zur Abschattung der Papierbahn vor den trotz Abschaltung noch heißen Infrarotstrahlern verzichtet werden kann.
Bei den anhand von Figur 8 erläuterten kachelförmigen Infrarotstrahlern der Erfindung ist auf einer der Plattenseiten der Kachel eine Heizleiterbahn vorgesehen, die bei Stromfluss Wärme erzeugt und diese durch Wärmeleitung an die Kachel abgibt, wodurch sich diese erwärmt. Die beschriebenen Kacheln ohne die Heizleiterbahn sind als passive - stromlose - Wärmeelemente einsetzbar, wenn sie anstelle der Heizleiterbahn von einer externen Heizquelle erwärmt werden, die mittelwellige oder kurzwellige Infrarotstrahlung emittiert. Die Beschichtungen mit dem Strahlungswandlermaterial wirken sich gegebenenfalls in gleicherweise aus, wie dies oben erläutert ist, zum Beispiel anhand der Figur 8.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Infrarotstrahler, mit einem Formkörper, der eine Abstrahlfläche aufweist, die kurzwellige oder mittelwellige Infrarotstrahlung mit einer ersten Peak- Emissionswellenlänge emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Abstrahlfläche mit einem Strahlungswandlermaterial (2; 3) belegt ist, das infolge Erhitzung durch die Infrarotstrahlung der ersten Peak- Emissionswellenlänge Infrarotstrahlung mit einer zweiten Peak- Emissionswellenlänge emittiert, die langwelliger ist als die erste Peak- Emissionswellenlänge.
2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungswandlermaterial (3) einen Farbpigment enthaltenden Beschichtungsstoff umfasst.
3. Infrarotstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbpigment schwarze Mineralpartikel enthält und alkalifrei ist.
4. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungswandlermaterial (2) opakes Quarzglas umfasst.
5. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper als Hüllrohr (1) aus Quarzglas ausgebildet ist, das einen mit einem Stromanschluss versehenen Strahlungsemitter in Form einer Heizwendel oder eines Heizbandes umgibt, wobei die Abstrahlfläche mindestens einen Teil der Rohrmantelfläche bildet.
6. Infrarotstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abstrahlfläche über einen Umfangswinkel zwischen 20 und 360 Grad, bevorzugt zwischen 60 und 200 Grad, und besonders bevorzugt zwischen 90 und 180 Grad der Rohrmantelfläche erstreckt.
7. Infrarotstrahler nach den Ansprüchen 2 oder 3 und 4 und nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Strahlungswandlermaterial (2; 3) eine untere Lage (2) aus dem opaken Quarzglas und eine auf der unteren Lage (2) aufgebrachte obere Lage (3) aus dem farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff umfasst, und dass mindestens ein Teil der Rohrmantelfläche des Hüllrohres (1) von der unteren Lage (2) bedeckt ist, und mindestens ein erster Umfangsabschnitt der unteren Lage (2) von der oberen Lage (3) belegt ist.
8. Infrarotstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Lage (2) aus dem opaken Quarzglas in einem zweiten Umfangsabschnitt von einer spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht (4), vorzugsweise mit einer goldhaltigen Reflektorschicht (4), belegt ist.
9. Infrarotstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umfangsabschnitt und der zweite Umfangsabschnitt nicht überlappen und sich vorzugsweise zu einem Umfangswinkel von 360 Grad ergänzen.
10. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Rohrmantelfläche des Hüllrohres (1) eine Oberflächenrauheit - definiert als arithmetische mittlere Rauheit Ra - mit Ra im Bereich von 0,5 bis 5pm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 3,2pm - aufweist, von der ein erster Umfangsabschnitt die mit dem Strahlungswandlermaterial belegte Abstrahlfläche bildet.
11. Infrarotstrahler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Umfangsabschnitt der Rohrmantelfläche des Hüllrohres (1) von einer Reflektorschicht (4) belegt ist, wobei der erste Umfangsabschnitt und der zweite Umfangsabschnitt der Rohrmantelfläche nicht überlappen und sich vorzugsweise zu einem Umfangswinkel von 360 Grad ergänzen.
12. Infrarotstrahler nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (4) von einer Schicht aus opakem Quarzglas und/oder von einer metallhaltigen Schicht, vorzugsweise einer goldhaltigen Schicht, gebildet wird.
13. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper in Form einer Kachel (9) aus einem bei Erhitzung Infrarotstrahlung emittierenden Werkstoff ausgebildet ist, wobei die Kachel (9) sich gegenüberliegende Planseiten aufweist, von denen die eine Planseite die mit dem Strahlungswandlermaterial (2; 3) mindestens teilweise belegte Abstrahlfläche umfasst, und auf der anderen Planseite eine mit einer elektrischen Kontaktierung für die Zufuhr eines Fleizstroms verbundene Fleizleiterbahn aus einem Widerstandsmaterial aufgebracht ist.
14. Infrarotstrahler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kachel- Werkstoff eine Keramik, insbesondere AI2O3 oder Zr02, oder dass der Kachel- Werkstoff einen Kompositwerkstoff umfasst, insbesondere eine Matrix aus Quarzglas, in die elementares Silicium oder Kohlenstoff eingebettet ist.
15. Infrarotstrahlung emittierendes Bauelement, mit einem Basiskörper (1; 9) aus einem Basiskörper-Werkstoff, aufweisend eine Absorptionsfläche zur Absorption kurzwelliger oder mittelwelliger Infrarot-Primärstrahlung mit einer ersten Peak- Emissionswellenlänge, sowie eine Abstrahlfläche zur Emission von Infrarot- Sekundärstrahlung mit einer zweiten Peak-Emissionswellenlänge, die langwelliger ist als die erste Peak-Emissionswellenlänge, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Abstrahlfläche mit einem Strahlungswandlermaterial (2; 3) belegt ist, das einen farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff umfasst.
16. Bauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbpigment schwarze Mineralpartikel enthält und alkalifrei ist.
17. Bauelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungswandlermaterial opakes Quarzglas umfasst.
18. Bauelement nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper-Werkstoff Quarzglas ist.
PCT/EP2021/082788 2020-11-26 2021-11-24 Infrarotstrahler und infrarotstrahlung emittierendes bauelement WO2022112306A1 (de)

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CN202180075603.6A CN116438924A (zh) 2020-11-26 2021-11-24 红外线辐射器和发射红外线辐射的部件
US18/254,102 US20230413391A1 (en) 2020-11-26 2021-11-24 Infrared radiator and component emitting infrared radiation
JP2023523200A JP2023548025A (ja) 2020-11-26 2021-11-24 赤外線放射器及び赤外線放射構成要素

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DE (1) DE102020131324A1 (de)
WO (1) WO2022112306A1 (de)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1599452A (en) * 1978-02-02 1981-10-07 Thorn Emi Ltd Infra-red heating device
GB2081245A (en) * 1980-07-23 1982-02-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Infrared radiator
EP0336436A2 (de) * 1988-04-08 1989-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Zusammensetzung zur Herstellung einer im weiten Infrarotbereich emittierenden Schicht und ein im weiten Infrarotbereich emittierendes Heizelement
EP0465766A1 (de) * 1990-07-11 1992-01-15 Heraeus Quarzglas GmbH Infrarot-Flächenstrahler
DE4202944C2 (de) 1992-02-01 1994-07-14 Heraeus Quarzglas Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen eines Materials
DE19713014C2 (de) 1997-03-27 1999-01-21 Heraeus Quarzglas Bauteil aus Quarzglas für die Verwendung bei der Halbleiterherstellung
US5905269A (en) * 1997-05-23 1999-05-18 General Electric Company Enhanced infrared energy reflecting composition and method of manufacture
DE29905385U1 (de) 1999-03-23 2000-08-03 Schott Glas Vorrichtung zum homogenen Erwärmen von Gläsern und/oder Glaskeramiken mit Hilfe von Infrarot-Strahlung
DE102004051846A1 (de) 2004-08-23 2006-03-02 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Bauteil mit einer Reflektorschicht sowie Verfahren für seine Herstellung
DE102013104577B3 (de) 2013-05-03 2014-07-24 Heraeus Noblelight Gmbh Vorrichtung zum Trocknen und Sintern metallhaltiger Tinte auf einem Substrat
DE102015119763A1 (de) 2015-11-16 2017-05-18 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Infrarotstrahler
DE102017004264A1 (de) * 2017-05-03 2018-07-19 Daimler Ag Flächige Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19822829A1 (de) * 1998-05-20 1999-11-25 Heraeus Noblelight Gmbh Kurzwelliger Infrarot-Flächenstrahler
US7563512B2 (en) * 2004-08-23 2009-07-21 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Component with a reflector layer and method for producing the same
JP7162491B2 (ja) * 2018-10-17 2022-10-28 信越石英株式会社 多層構造シリカガラス体の製造方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1599452A (en) * 1978-02-02 1981-10-07 Thorn Emi Ltd Infra-red heating device
GB2081245A (en) * 1980-07-23 1982-02-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Infrared radiator
EP0336436A2 (de) * 1988-04-08 1989-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Zusammensetzung zur Herstellung einer im weiten Infrarotbereich emittierenden Schicht und ein im weiten Infrarotbereich emittierendes Heizelement
EP0465766A1 (de) * 1990-07-11 1992-01-15 Heraeus Quarzglas GmbH Infrarot-Flächenstrahler
DE4202944C2 (de) 1992-02-01 1994-07-14 Heraeus Quarzglas Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen eines Materials
DE19713014C2 (de) 1997-03-27 1999-01-21 Heraeus Quarzglas Bauteil aus Quarzglas für die Verwendung bei der Halbleiterherstellung
US5905269A (en) * 1997-05-23 1999-05-18 General Electric Company Enhanced infrared energy reflecting composition and method of manufacture
DE29905385U1 (de) 1999-03-23 2000-08-03 Schott Glas Vorrichtung zum homogenen Erwärmen von Gläsern und/oder Glaskeramiken mit Hilfe von Infrarot-Strahlung
DE102004051846A1 (de) 2004-08-23 2006-03-02 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Bauteil mit einer Reflektorschicht sowie Verfahren für seine Herstellung
DE102013104577B3 (de) 2013-05-03 2014-07-24 Heraeus Noblelight Gmbh Vorrichtung zum Trocknen und Sintern metallhaltiger Tinte auf einem Substrat
DE102015119763A1 (de) 2015-11-16 2017-05-18 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Infrarotstrahler
DE102017004264A1 (de) * 2017-05-03 2018-07-19 Daimler Ag Flächige Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

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