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Dokumentenidentifikation DE10250798A1 19.05.2004
Titel Infrarotstrahler zur thermischen Behandlung von Gütern, nämlich Baukörpern, Bauelementen und Baustoffen
Anmelder IBT InfraBio Tech GmbH, 09599 Freiberg, DE
Erfinder John, Peter, Dr., 09599 Freiberg, DE;
Naumann, Rocco, 09623 Frauenstein, DE;
Pritulla, Anatoli, 09112 Chemnitz, DE
Vertreter Kraft, W., Dipl.-Ing. (FH), Pat.-Anw., 04600 Altenburg
DE-Anmeldedatum 30.10.2002
DE-Aktenzeichen 10250798
Offenlegungstag 19.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2004
IPC-Hauptklasse F24C 7/04
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft Infrarotstrahler zur thermischen Behandlung von Gütern nach Patentanmeldung DE 10163087 mit selektivem transformierten Infrarot (STIR) zum Trocknen, Heizen, Entkeimen und Sterilisieren von Baukörpern, Bauelementen und Baustoffen.
Es kommen Stabstrahler mit Reflektoren oder als Flachstrahler ohne Reflektor zum Einsatz, die durch hohe Emissionswerte an Infrarot bis zu 95%, durch gezielte und eingeengte Bandbreite der Emission, durch differenzierte Anwendung, insbesondere bei Anwesenheit von Lebewesen und leicht verderblichen Gütern, durch große Bandbreite der STIR-Intensität zwischen 1 und 100 kW/m2, durch große Bandbreite der möglichen Emittertemperatur von 100 bis 1500°C und schließlich durch erzielbare Oberflächentemperaturen des Behandlungsmaterials von 0 bis 1000°C gekennzeichnet sind.

Beschreibung[de]

Infrarotstrahler zur thermischen Behandlung von Gütern, nämlich Baukörpern, Bauelementen und Baustoffen

Die Erfindung betrifft Infrarotstrahler mit selektiven transformierten Infrarot (STIR) für die thermische Behandlung von Baukörpern, Bauelementen und Baustoffen, nämlich zum Trocknen, Heizen, Entkeimen und Sterilisieren.

Nach DE 101 63 087 sind Infrarotstrahler in Modulbauweise ausgeführt, und zwar als Stabstrahler mit Reflektor oder als Flachstrahler ohne Reflektor.

Stabstrahler besitzen einen Keramikträger mit innenliegenden Kern, der Kapillaren für die Aufnahme mindestens einer Heizeinrichtung aufweist. Auf dem Keramikträger ist eine Keramikschicht als Funktionskeramik befindlich. Stabstrahler sind sinnvollerweise mit einem Reflektor ausgestattet.

Je nach Einsatzaufgabe und Verwendungszweck sind bestimmte Werte für Emitterdurchmesser, Reflektoröffnung, Reflektorhöhe, Emitterlänge, Emitterleistung im Verhältnis zur Emitterlänge und Emitterleistung im Verhältnis zur Fläche realisiert.

Ein Flachstrahler besteht aus einem Gehäuse mit Seitenflächen und einem Boden. Das Gehäuse ist von der Bodenseite aus betrachtet schichtweise mit einer thermischen Isolierung, einem Energiesystem, einem Keramikträger und einer Funktionskeramik ausgefüllt. Es nimmt somit alle erforderlichen Baugruppen sicher und stabil auf. Die Infrarotstrahlen treten an der dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite aus.

Ursprünglich war vorgesehen, diese Strahler in Maschinen, Geräten und Anlagen der Lebensmitteltechnik einzusetzen und somit zum Garen, Backen, Rösten, Trocknen und anderweitigen thermischen Behandeln von Lebensmitteln zu verwenden.

Durch unerwartet eingetretene Naturereignisse in Form von Starkregen und Hochwasser bestimmter Flüsse ist der Bedarf an Sanierungs- bzw. Werterhaltungskapazitäten für Bauwerke, Bauelemente und Baustoffe sprunghaft angestiegen. Zur Befriedigung dieses Bedarfs standen im Wesentlichen nur konventionelle Trocknungsverfahren mittels Konvektionswärmegeräten, Ventilatoren und Luftentfeuchtern zur Verfügung. Daneben sind im geringen Maße seltene Verfahren und Techniken mit Mikrowellen, Infrarot und Radiowellen bekannt. Die klassischen Verfahren und die Verfahren mit Radiowellen haben den Nachteil, dass die Trocknung in der Regel außerordentlich zeitaufwendig ist. Die Trocknungszeiten liegen im Bereich von 100 bis 1000 Tagen. Der Nachteil der Mikrowellentechnik liegt in der Gefahr der Zerstörung des Bauwerks, der Schädigung von im Mauerwerk verlegten Kabeln, Rohrleitungen und dgl. sowie in der Gesundheitsgefahr für den Bediener. Vereinzelt bekannt gewordene Infrarotlösungen sind wenig effektiv.

Daher wäre ein Trocknungsverfahren wünschenswert, das diese Nachteile nicht aufweist.

Aufgabenhaft waren daher verfahrens- und vorrichtungsseitig schnell praxisverfügbare Lösungen zu finden und entsprechend wirksam umzusetzen.

Erfindungsgemäß werden Verwendungsmöglichkeiten der erwähnten Stab- und Flachstrahler nach DE 101 63 087, die selektiv transformiertes Infrarot (STIR) emittieren, für die thermische Behandlung von Baukörpern, Bauelementen und Baustoffen gemäß Hauptanspruch 1 vorgeschlagen. In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen angegeben.

Unter thermischer Behandlung wird Trocknen, Heizen, Entkeimen und Sterilisieren verstanden, und zwar je nach Bedarf bezogen auf frische, dauerfeuchte bzw. durch Wassereinbruch geschädigte Baukörper und die darin verwendeten Bauelemente und Baustoffe, gegebenenfalls auch Lebewesen und leicht verderbliche Güter.

Unter die Anwendungsstoffe fallen auch jeweils frisch verarbeitete Estriche, Mörtel, Putze und Farben, wie auch Beton.

Im Wesentlichen werden Strahler eingesetzt, die den Konstruktionsprinzipien nach DE 101 63 087 folgen und den technologischen Prinzipien für das Trocknen im Allgemeinen gemäß DE 101 32 535 genügen, wobei hier von biologischen Trocknungsmaterial ausgegangen wird. Die eingesetzten Strahler basieren in Bezug auf die Werkstoffprinzipien auf einen Emitter zur Infrarotbestrahlung von biologischen Material nach der deutschen Patentanmeldung 102 17 011.8.

Aus der Verwendung im Bausektor, wie oben beschrieben, ergeben sich gegenüber der bisher üblichen Praxis folgende kennzeichnende Merkmale:

  • – Hohe Emissionswerte an Infrarot bis 95 %;
  • – Gezielte und eingeengte Bandbreite der Emission auf die beabsichtigte Absorption der zu behandelnden Güter (OH-Gruppen, CH-Gruppen, Andere);
  • – Differenzierte Anwendung, beispielsweise bei Lebensmitteln und Futter;
  • – Große Bandbreite der STIR- Intensität von 1 bis 100 kW/m2;
  • – Große Bandbreite der möglichen Emittertemperatur von 100 bis 1.500 °C;
  • – Große Bandbreite der möglichen Oberflächentemperatur des Behandlungsmaterials von 0 bis 1.000 °C.

Zum Trocknen ist der Strahler vorzugsweise im Abstand 20 bis 400 mm vertikal, horizontal oder in einen definierten Winkel auf die feuchten Flächen des Behandlungsmaterials ausgerichtet, wobei ein ausreichend großes Partialdruckgefälle einzustellen ist.

Unter dem im Folgenden Begriff verwendeten Begriff Behandlungsmaterial werden, wie bereits erwähnt, insbesondere feuchte Bauwerke und die darin befindlichen bzw. einzusetzenden Elemente und Stoffe verstanden, beispielsweise ganze Gebäude, Räume, Wände, Fußböden, Balken, Türen, Treppen, wie auch Estrich, Mörtel, Putz oder Beton in ausgehärteter und frischer Form, gegebenenfalls auch Lebewesen und leicht verderbliche Güter.

Die Trockenzeit hängt ab vom Grad der Durchfeuchtung, der Art der Behandlungsmaterialien, deren Dicke, der Intensität des Infrarots und vom Partialdruckgefälle zwischen der Feuchte auf der Oberfläche des Behandlungsmaterials und der Feuchte der umgebenden Luft.

Das mit speziellen Keramikemittern erzeugte selektiv transformierte Infrarot mit einer Energiedichte von 1 bis 10 kW/m2 dringt in die äußere Schicht des Behandlungsmaterials ein. Dort wandelt es sich in Wärme im Temperaturbereich von 30 bis 120 °C um. Im Bereich des Eindringens erfolgt die Liquidierung von Pilzen und Bakterien.

Die erzeugte Wärme wird auf Grund der Wärmeleitfähigkeit des Wassers und des Behandlungsmaterials weiter in die Tiefe fortgeleitet.

Eindringtiefe und -geschwindigkeit sind von folgenden Faktoren abhängig:

  • – Feuchtegrad des Behandlungsmaterials;
  • – Art und Beschaffenheit, insbesondere Dicke, des Behandlungsmaterials;
  • – Temperatur auf der Außenseite des Behandlungsmaterials;
  • – Wassermenge auf der Außenseite des Behandlungsmaterials, zum Beispiel von außen anliegender Grundwasserspiegel.

Die erhöhte Temperatur im Inneren des Behandlungsmaterials führt zur beschleunigten Verdampfung des Wassers. Der Wasserdampf wird über die vorhandenen Kapillaren, Risse o.ä. in Richtung des Strahlers nach außen abgeführt und von Umgebungsluft aufgenommen.

Die Aufnahmefähigkeit ist um so größer, je größer das Gefälle des Partialdrucks ist. Bei Kombination von STIR in Verbindung mit Elektroosmose, beispielsweise mit dem System AQUAMAT®, oder mit Entfeuchtern, kalter und trockener Luft oder anderen geeigneten Techniken kann die Wirksamkeit noch verstärkt werden.

Beim Trocknen des Behandlungsmaterials, insbesondere auch von Estrich, Mörtel, Putz, Farben oder Beton, ist ein energiesparendes, schonendes und beschleunigtes Verfahren mit Entkeimungs- und Sterilisierungseffekt realisierbar, das bis in tiefere Schichten wirkt. Somit sind wesentlich kürzere Bauzeiten möglich.

Außerdem sind bereits verlegte Kabel, Leitungen, elektrische und sanitäre Bauelemente nicht gefährdet.

Zum Heizen sind die verwendeten Strahler nicht direkt gegen eine Fläche, sondern in das Innere eines zu erwärmenden Raumes oder in Richtung des Aufenthalts- bzw. Bewegungsbereiches von Personen, Tieren und/oder Objekten gerichtet, und zwar mit vertikaler, horizontaler oder winkliger Ausrichtung.

Die eingesetzten keramischen Infrarot- Heizstrahler wirken ähnlich wie ein konventioneller Kachelofen. STIR dringt rasch und effektiv in die Oberfläche des Subjekts oder Objektes ein und sorgt so für Mensch oder Tier für ein wohltuendes gesundheitsförderndes Wärmeempfinden. Gegebenenfalls kann die Erwärmung noch zusätzlich mit Konvektionswärme unterstützt werden.

Die empfohlene STIR- Leistung beträgt zweckmäßigerweise 0,2 bis 8 kW/m2. Die Strahlertemperatur liegt zwischen 50 und 500 °C. Der Aufstellungsabstand zum Subjekt oder Objekt sollte wenigstens 0,2 m betragen und auf maximal 8 m erweiterbar.

Das Verfahren besitzt eine hohe Wirtschaftlichkeit gegeben, die darin begründet ist, dass die Strahler ohne lange Vorheizzeit bereits kurz nach dem Einschalten aktiv sind und dass diese nur die gewünschten partiellen Bereiche und nicht das gesamte Luftvolumen des Raumes erwärmen. Gegenüber konventionellen Verfahren sind dadurch Energiekosteneinsparungen erzielbar.

Beim Entkeimen von Räumen mittels spezieller keramischer Infrarotstrahler mit selektiv transformierten Infrarot nach DE 101 63 087 werden Pilze und Bakterien, die in der umgebenden Luft vorhanden sind, liquidiert. Dazu ist der Infrarotstrahler vorteihafterweise unter der Decke mit Strahlrichtung nach oben angebracht. Die meisten in der Luft befindlichen Pilze und Bakterien werden auf Grund der natürlichen oder durch geeignete Maßnahmen herbeigeführten Luftzirkulation in die Nähe des Infrarotstrahlers gebracht und durch erhöhter Wärmeeinwirkung vernichtet.

Der Einsatz empfiehlt sich insbesondere in Räumen mit hohen Konzentrationen an Menschen, Tieren, Lebensmitteln und anderen Bioprodukten. In der Regel sind hier die Möglichkeiten der Entstehung, Ausbreitung und Übertragung von Keimen sehr hoch. STIR verringert Ansteckungs- und Infektionsgefahren für Mensch und Tier beispielsweise in Klassenräumen, Wartezimmern, Operationsräumen, Personentransportmitteln aller Art, Ställen und dgl. und dämmt die Entstehung und Ausbreitung von Fäulnis und Keimen in Lagerräumen für Obst, Gemüse, Kartoffeln oder Futtermitteln ein.

Schließlich sind Infrarotstrahler nach DE 101 63 087 zum Trocknen und thermischen Bearbeiten, unter anderem Aufschäumen, von Baustoffen aller Art, beispielsweise Gipserzeugnissen, Fliesen, Holz und Holzerzeugnissen, Spezialbaustoffen oder Spezialkeramiken, einsetzbar.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

1: Trocknung einer ebenen feuchten Wand 2 mittels Infrarotstrahler 5

2: Trocknung im Bereich einer Raumecke mittels Infrarotstrahler 5

3: Trocknung eines Fußbodens 1 und einer Raumdecke 3 mittels Infrarotstrahler 5

4: Heizen von einer festen Wand 2 aus in das Rauminnere mittels Infrarotstrahler 5;

5: Heizen von einem beliebigen und veränderlichen Standort aus mit einem Infrarotstrahler 5;

6: Heizen von einer Raumdecke 3 aus mit einem separatem Infrarotstrahler 5;

7: Heizen von der Raumdecke 3 aus mit einem in eine Lichtquelle 4 integrierten Infrarotstrahler 5.

Zur näheren Erläuterung wird auf den Beschreibungstext verwiesen.


Anspruch[de]
  1. Infrarotstrahler zur thermischen Behandlung von Gütern nach Patentanmeldung DE 101 63 087 mit selektiven transformierten Infrarot, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Trocknen, Heizen, Entkeimen und Sterilisieren von Baukörpern, Bauelementen und Baustoffen, wobei die einzusetzenden Strahler durch hohe Emissionswerte an Infrarot bis zu 95 %, durch gezielte und eingeengte Bandbreite der Emission, durch differenzierte Anwendung, insbesondere bei Anwesenheit von Lebewesen und leicht verderblichen Gütern, durch große Bandbreite der STIR- Intensität zwischen 1 und 100 kW/m2, durch große Bandbreite der möglichen Emittertemperatur von 100 bis 1.500 °C und schließlich durch erzielbare Oberflächentemperaturen des Behandlungsmaterials von 0 bis 1.000 °C gekennzeichnet sind.
  2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Baukörper, Bauelemente bzw. Baustoffe entweder im dauerfeuchten bzw. durch Wassereinbruch geschädigten aber ausgehärteten Zustand befinden oder frisch verarbeitete Massen, wie beispielsweise Estriche, Mörtel, Putze, Beton und Farben sind.
  3. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Selbige bei der Verwendung als Trockner vorzugsweise im Abstand von 20 bis 400 mm vertikal, horizontal oder in einem definierten Winkel auf das zu trocknende feuchte Objekt, zum Beispiel eine Fläche, ausgerichtet sind, wobei ein ausreichend großes Partialdruckgeiälle einzustellen ist, dass das selektiv transformierte Infrarot eine Energiedichte von 1 bis 10 kW/m2 aufweist und dass die Temperatur in der äußeren Schicht des Behandlungsmaterials zwischen 30 und 120 °C liegt.
  4. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Heizen Strahler mit einer STIR- Leistung von 0,2 bis 8 kW/m2 verwendet werden, wobei die Strahlertemperatur im Bereich zwischen 50 und 500 °C liegt und der Aufstellungsabstand zum zu beheizenden Subjekt oder Objekt wenigstens 0,2 m bis maximal 8 m beträgt.
  5. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zweck des Entkeimens von Räumen, d. h. der Liquidierung von Pilzen, schädlichen Keimen und Bakterien, Deckenstrahler mit Strahlrichtung nach oben Verwendung finden.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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