DE102011012363A1

DE102011012363A1 - Infrared surface radiator for infrared radiation with high radiating power per unit area, has pipes whose outer surfaces are provided on side with reflector and fixation layer made of opaque quartz glass, where side faces toward surface

Info

Publication number: DE102011012363A1
Application number: DE201110012363
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Frank Diehl
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-08-30

Abstract

The radiator (1) has mid-wave infrared (IR) radiators (3) provided with round pipes (3a) made of quartz glass, where the radiators surround a heating filament (4). Outer surfaces of the pipes are provided on a side with a reflector and fixation layer (10), where the side faces toward a radiation surface (11). The reflector and fixation layer is made of opaque quartz glass. The pipes are elongated and arranged parallel to each other. A diffuser plate (5) is associated to a radiator arrangement, and comprises a heat accumulator layer made from porous quartz glass. The heat accumulator layer is designed as a porous silicon dioxide surface layer. An independent claim is also included for a method for manufacturing a surface radiator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flächenstrahler für Infrarotstrahlung mit hoher Strahlungsleistung pro Flächeneinheit, mit einer flächigen Strahleranordnung von zwei oder mehr Heizstrahlern und einem gegenüberliegend einer Abstrahlseite vorgesehenen Reflektor, wobei die Heizstrahler jeweils ein Strahlerrohr aus Quarzglas aufweisen, das ein Heizfilament umgibt, und wobei die Strahlerrohe nebeneinander angeordnet und mittels eines Fixierungsmittels in dieser Anordnung fixiert sind.The invention relates to a surface radiator for infrared radiation with high radiation power per unit area, with a flat radiator arrangement of two or more radiant heaters and a reflector provided opposite a radiating side, wherein the radiant heaters each have a radiator tube of quartz glass surrounding a Heizfilament, and wherein the Strahlerrohe side by side are arranged and fixed by means of a fixing agent in this arrangement.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Infrarot-Flächenstrahlers.Furthermore, the invention relates to a method for producing such an infrared panel radiator.

Zum Erwärmen einer Heizguts in den verschiedensten industriellen Produktionsprozessen werden kurzwellige, mittelwellige und langwellige Infrarotstrahler eingesetzt.For heating a Heizguts in various industrial production processes short-wave, medium-wave and long-wave infrared radiators are used.

Die Arbeitsstrahlung von langwelligen Infrarotstrahlern liegt typischerweise im Wellenlängenbereich oberhalb von 2800 nm und wird vom Heizgut in der Regel besonders gut absorbiert, so dass die Erwärmung mit hohem Wirkungsgrad erfolgt. Jedoch ist das Aufheiz- und Abkühlverhalten von langwelligen Infrarotstrahler langsam; sie liegen im Minutenbereich, so dass schnelle Temperaturwechsel nicht zu bewerkstelligen sind.The working radiation of long-wave infrared radiators is typically in the wavelength range above 2800 nm and is absorbed by the heating material usually very well, so that the heating takes place with high efficiency. However, the heating and cooling behavior of long-wave infrared radiators is slow; they are in the minute range, so that rapid temperature changes can not be accomplished.

Demgegenüber haben kurzwellige Infrarotstrahler eine Arbeitswellenlänge bis etwa 1000 nm und sie zeichnen sich durch hohe Energiekonzentration auf engem Raum und großer Eindringtiefe der Strahlung in das Heizgut aus. Kurzwellige Infrarotstrahler ermöglichen ein schnelles Aufheizen und Abkühlen, jedoch erweist sich der Wirkungsgrad der vom Strahler abgegebenen Energie wegen geringer Absorption im Heizgut als relativ niedrig. Die verschlechterte Energieausnutzung erfordert wiederum längere Aufheizdauern.In contrast, short-wave infrared radiators have a working wavelength up to about 1000 nm and they are characterized by high energy concentration in a small space and large penetration depth of the radiation in the Heizgut. Short-wave infrared heaters allow for rapid heating and cooling, but the efficiency of the energy emitted by the radiator proves to be relatively low due to low absorption in the heating material. The deteriorated energy utilization in turn requires longer heating periods.

Im Vergleich zu punkt- oder linienförmiger Bestrahlung ermöglichen Infrarot-Flächenstrahler eine flächige homogene Bestrahlung. Dabei bildet eine Vielzahl von Infrarot-Heizstrahlern eine Bestrahlungseinheit, deren Geometrie an diejenige des Heizguts angepasst ist. Es stellt sich grundsätzlich das Problem, eine möglichst homogene Bestrahlungsintensität auf dem oder im Heizgut zu gewährleisten. Diese hängt vom Abstand zwischen dem Heizgut und den einzelnen Heizstrahlern des Flächenstrahlers ab. Eine empirische Faustformel besagt, dass der für eine homogene Bestrahlung erforderliche Mindestabstand etwa dem 1,5-fachen des Mittenabstands der einzelnen Heizstrahler entspricht. Demnach sind für eine homogene Bestrahlung ein geringer Abstand zwischen den Heizstrahlern des Flächenstrahlers und ein großer Abstand zwischen Flächenstrahler und Heizgut förderlich. Der erst genannten Alternative sind physikalische und technologische Grenzen gesetzt und sie zieht höhere Fertigungskosten für den Flächenstrahler nach sich; die zweitgenannte Alternative führt zu einem geringeren Wirkungsgrad der eingesetzten Bestrahlungsenergie.In comparison to point or line irradiation, infrared surface radiators enable homogeneous homogeneous surface irradiation. In this case, a plurality of infrared radiant heaters forms an irradiation unit whose geometry is adapted to that of the material to be heated. In principle, there is the problem of ensuring the most homogeneous possible irradiation intensity on or in the heating material. This depends on the distance between the material to be heated and the individual radiant heaters of the surface radiator. An empirical rule of thumb states that the minimum distance required for homogeneous irradiation is approximately 1.5 times the center distance of the individual radiant heaters. Accordingly, for a homogeneous irradiation, a small distance between the radiant heaters of the surface radiator and a large distance between the surface radiator and the heating material are conducive. The first mentioned alternative is subject to physical and technological limits and entails higher manufacturing costs for the surface radiator; the second alternative leads to a lower efficiency of the irradiation energy used.

Stand der TechnikState of the art

Aus der US 4,789,771 A ist ein Reaktor zur axial-symmetrischen Beschichtung von Substraten unter Wärmeeinwirkung bekannt. Als Heizquellen sind innerhalb des Reaktors mehrere, parallel zueinander verlaufende rohrförmige, kurzwellige Heizstrahler angeordnet, die jeweils in der Kammerwandung fixiert sind. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperatur-Beaufschlagung des Substrates sind die Reaktor-Innenwände mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Der Reaktor besteht bevorzugt aus einem oberen Kammerbereich, in dem die Heizstrahler angeordnet sind, die das Substrat erwärmen, wobei die vom Substrat nicht absorbierte Strahlung in einem unteren Kammerbereich reflektiert wird. Hierfür sind die Innenflächen des Reaktors mit einer spiegelnd reflektierenden Schicht versehen, deren Reflektivität größer als 95% ist. Im Bodenbereich des Reaktors ist eine kreisförmige, diffus reflektierende Fläche mit einer relativen Reflektivität um 80% vorgesehen, die durch diffuse Reflexion eine punktförmige oder eine andere bevorzugte Erhitzung von Bereichen innerhalb des Reaktors vermeidet und die Strahlungsenergie im Reaktor-Innenraum gleichmäßig verteilt.From the US 4,789,771 A is a reactor for axially symmetric coating of substrates under heat known. As heating sources, a plurality of mutually parallel tubular, short-wave radiant heaters are arranged within the reactor, which are each fixed in the chamber wall. To achieve a uniform temperature-loading of the substrate, the reactor inner walls are provided with a reflective coating. The reactor preferably consists of an upper chamber region, in which the radiant heaters are arranged, which heat the substrate, wherein the radiation not absorbed by the substrate is reflected in a lower chamber region. For this purpose, the inner surfaces of the reactor are provided with a specularly reflective layer whose reflectivity is greater than 95%. In the bottom region of the reactor, a circular, diffusely reflecting surface is provided with a relative reflectivity of 80%, which avoids a punctiform or other preferred heating of areas within the reactor by diffuse reflection and evenly distributes the radiant energy in the reactor interior.

Aus der EP 0 133 847 A2 ist ein Durchlaufofen zum kontinuierlichen Erwärmen einer Materialbahn unter Einsatz eines Flächenstrahlers bekannt. Der Flächenstrahler weist eine Vielzahl rohrförmiger, parallel zueinander verlaufender Heizstrahler auf, denen ein plattenförmiger Reflektor auf ihrer der Hauptabstrahlrichtung abgewandten Seite zugeordnet ist. Der Reflektor besteht aus keramischem Fasermaterial und weist eine Reflektivität von ca. 85% auf.From the EP 0 133 847 A2 is a continuous furnace for continuously heating a web using a surface radiator known. The surface radiator has a multiplicity of tubular heating radiators running parallel to one another, to which a plate-shaped reflector is assigned on its side facing away from the main emission direction. The reflector consists of ceramic fiber material and has a reflectivity of about 85%.

Aus der DE 42 02 944 A1 ist ein Flächenstrahler mit hoher Strahlungsleistung pro Flächeneinheit mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung bekannt. Der Flächenstrahler besteht aus einem Ensemble aus mehreren mittelwelligen Infrarotstrahlern, die in Form eines so genannten Zwillingsrohres ausgeführt sind. Hierbei ist ein Quarzglas-Hüllrohr durch einen Längssteg in zwei parallel zueinander verlaufende Teilräume unterteilt, wobei in einem oder in beiden Teilräumen eine Heizwendel verläuft. Mehrere dieser Zwillingsrohrstrahler sind mit parallel zueinander verlaufenden Längsachsen angeordnet und an einer als Reflektor dienenden Gehäusewand befestigt. In Hauptausbreitungsrichtung der von den Zwillingsrohrstrahlern ausgehenden Strahlung ist ein so genannter Strahlungswandler vorgesehen, der aus miteinander verfilzten Keramikfasern besteht. Der Strahlungswandler dient als Sekundärstrahler, der – angeregt durch die mittelwellige IR-Strahlung des Flächenstrahlers – Sekundärstrahlung in einem langwelligeren Bereich emittiert, der stärker mit der optischen Absorption des Heizguts überlappt. Dadurch werden schnelle Temperaturwechsel bei gutem Wirkungsgrad ermöglicht.From the DE 42 02 944 A1 is a surface radiator with high radiation power per unit area with the features of the aforementioned type known. The surface radiator consists of an ensemble of several medium-wave infrared radiators, which are designed in the form of a so-called twin tube. Here, a quartz glass cladding tube is divided by a longitudinal web into two mutually parallel subspaces, wherein in one or both subspaces a heating coil runs. Several of these twin tube radiators are arranged with mutually parallel longitudinal axes and attached to a serving as a reflector housing wall. In Hauptausbreitungsrichtung emanating from the twin tube emitters Radiation is a so-called radiation converter provided, which consists of mutually entangled ceramic fibers. The radiation converter serves as a secondary radiator, which - excited by the medium-wave IR radiation of the surface radiator - emits secondary radiation in a longer wavelength range, which overlaps more strongly with the optical absorption of the heating material. This allows fast temperature changes with good efficiency.

Die Oberflächen hochwertiger Reflektoren, die in chemisch aggressiver Umgebung eingesetzt werden können, ohne dass das Reflektormaterial Schaden nimmt und der Reflexionsgrad merkbar nachlässt, bestehen aus Gold. Reflexionsschichten aus Gold sind jedoch teuer und nur eingeschränkt temperatur- und temperaturwechselbeständig.The surfaces of high-quality reflectors, which can be used in chemically aggressive environments without the reflector material being damaged and the reflectance noticeably deteriorating, are made of gold. Reflection layers of gold, however, are expensive and only limited temperature and temperature change resistant.

In jüngster Zeit sind diffus reflektierende Reflektoren für Infrarotstrahler bekannt geworden, die als Schichten aus opakem Quarzglas ausgeführt sind. Derartige Reflektoren und ihre Herstellung sind beispielsweise in der DE 10 2004 051 846 A1 beschrieben. Zur Herstellung einer Reflektorschicht auf einem Zwillingsrohr eines Infrarotstrahlers wird eine wässrige Suspension mit SiO₂-Partikeln eingesetzt. Diese wird auf der der Hauptabstrahlrichtung abgewandten Oberseite des Zwillingsrohres aufgesprüht, daraufhin getrocknet und die getrocknete Suspensionsschicht anschließend in einem Sinterofen unter Luftatmosphäre zu opakem Quarzglas verglast. Die so erhaltene Reflektorschicht zeichnet sich durch hohe chemische und thermische Beständigkeit aus und zeigt im infraroten Wellenlängenbereich einen Reflexionsgrad um 80%.Recently, diffuse reflecting reflectors have been known for infrared radiators, which are designed as layers of opaque quartz glass. Such reflectors and their preparation are for example in the DE 10 2004 051 846 A1 described. To prepare a reflector layer on a twin tube of an infrared radiator, an aqueous suspension with SiO ₂ particles is used. This is sprayed on the top of the twin tube facing away from the main radiation, then dried and then the dried suspension layer vitrified in a sintering oven under an air atmosphere to opaque quartz glass. The reflector layer thus obtained is characterized by high chemical and thermal resistance and shows a reflectance of 80% in the infrared wavelength range.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Infrarot-Flächenstrahler mit hoher Strahlungsleistung pro Flächeneinheit bereitzustellen, der sich durch kompakte und einfache Bauweise, eine lange Lebensdauer sowie durch Montage- und Wartungsfreundlichkeit auszeichnet.The invention has for its object to provide an infrared panel radiator with high radiation power per unit area, which is characterized by compact and simple design, a long life and ease of installation and maintenance.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kostengünstigen und reproduzierbaren Herstellung eines Infrarot-Flächenstrahlers mit hoher Strahlungsleistung pro Flächeneinheit anzugeben.In addition, the invention has for its object to provide a method for cost-effective and reproducible production of an infrared panel radiator with high radiation power per unit area.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Hinsichtlich des Infrarot-Flächenstrahlers wird diese Aufgabe ausgehend von einem Infrarot-Flächenstrahler der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mantelflächen der Strahlerrohre auf ihrer der Abstrahlfläche abgewandten Seite mit einer zusammenhängenden Masse aus opakem Quarzglas versehen sind, die gleichzeitig als Reflektor und als Fixierungsmittel dient.With regard to the infrared panel radiator, this object is achieved on the basis of an infrared panel radiator of the type mentioned above, that the lateral surfaces of the radiator tubes are provided on its side facing away from the radiating surface with a continuous mass of opaque quartz glass, at the same time as a reflector and as a fixative serves.

Beim erfindungsgemäßen Infrarot-Flächenstrahler sind mindestens zwei Strahlerrohre über die zusammenhängende Masse aus opakem Quarzglas miteinander verbunden, so dass das Ensemble aus Reflektor und flächiger Strahleranordnung eine Baueinheit bildet. Die Strahlerrohre sind teilweise in die zusammenhängende Masse aus opakem Quarzglas eingebettet, die somit eine Fügemasse zur Fixierung der Strahlerrohre untereinander und gleichzeitig einen Reflektor für diffuse Reflexion darstellt.In the infrared panel radiator according to the invention, at least two radiator tubes are connected to one another via the coherent mass of opaque quartz glass, so that the ensemble of reflector and planar radiator arrangement forms a structural unit. The radiator tubes are partially embedded in the coherent mass of opaque quartz glass, which thus represents a bonding mass for fixing the radiator tubes with each other and at the same time a reflector for diffuse reflection.

Die Masse aus opakem Quarzglas ist beispielsweise als zusammenhängende Schicht ausgebildet, die die Strahlerrohre etwa gleichmäßig im Bereich der Reflektorseite bedeckt: Sie kann mittels des aus dem Stand der Technik ( DE 10 2004 051 846 A1 ) Verfahrens erzeugt werden, wobei die zusätzliche Funktion als mechanische Fügemasse nicht nur die teilweise Umhüllung der Strahlerrohre, sondern auch die Ausbildung einer zusammenhängenden Schicht zwischen den nebeneinander angeordneten Strahlerrohren erfordert.The mass of opaque quartz glass is formed, for example, as a continuous layer, which covers the radiator tubes approximately uniformly in the region of the reflector side: it can be produced by means of the prior art (US Pat. DE 10 2004 051 846 A1 ) Method, wherein the additional function as a mechanical joining mass not only requires the partial covering of the radiator tubes, but also the formation of a coherent layer between the adjacent radiator tubes.

Da in der Baueinheit die Strahlerrohre und der dazugehörige Reflektor fest zueinander fixiert sind, entfallen Arbeiten für die Justage und Ausrichtung der einzelnen Bauteile, was die Handhabung, Montage und Wartung des erfindungsgemäßen Infrarot-Flächenstrahlers vereinfacht.Since the spotlight tubes and the associated reflector are firmly fixed to each other in the unit, eliminates work for the adjustment and alignment of the individual components, which simplifies the handling, installation and maintenance of the infrared panel radiator according to the invention.

Der erfindungsgemäße Infrarot-Flächenstrahler ist für hohe Leistungen und Temperaturen über 600°C geeignet, da er vollständig – abgesehen von den Heizfilamenten und deren Stromzuführungen – aus Quarzglas besteht. Die Lebensdauer der kompletten Baueinheit wird durch ein Versagen der Heizfilamente bestimmt, welche gegen neue Filamente ausgetauscht werden können.The infrared panel radiator according to the invention is suitable for high powers and temperatures above 600 ° C., since it consists entirely of quartz glass, apart from the heating filaments and their power supply lines. The life of the complete assembly is determined by a failure of the heating filaments, which can be replaced with new filaments.

Der Rohrquerschnitt der Strahlerrohe ist in der Regel rund, kann aber auch jede andere Geometrie aufwiesen, wie etwa rechteckig, polygonal, oval und insbesondere auch 8-förmig, wie bei den oben erwähnten Zwillingsrohren. Die Geometrie der Anordnung der Strahlerrohre richtet sich im Wesentlichen nach der gewünschten Geometrie des Infrarot-Flächenstrahlers; im einfachsten Fall sind die Strahlerrohre lang gestreckt ausgebildet und mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordnet; sie können aber beispielsweise auch in Mäander-, Halbkreis- oder Kreisform gebogen sein.The tube cross section of the Strahlerrohe is usually round, but may also have any other geometry, such as rectangular, polygonal, oval and in particular also 8-shaped, as in the above-mentioned twin tubes. The geometry of the arrangement of the radiator tubes depends essentially on the desired geometry of the infrared panel radiator; in the simplest case, the radiator tubes are elongated long and arranged with their longitudinal axes parallel to each other; but they can also be bent, for example, in meandering, semicircular or circular.

Die Strahlungsleistung pro Flächeneinheit hängt unter anderem von der Flächenbelegung mit beheizbaren Heizfilamenten und damit vom seitlichen Abstand der Strahlerrohre zueinander ab. Im Idealfall liegen die Strahlerrohre unmittelbar aneinander, sind also im Kontakt miteinander. Im Hinblick hierauf hat es sich bewährt, wenn zwischen benachbarten Strahlerrohren ein Spalt mit einer Spaltweite von weniger als 1 mm verbleibt.The radiant power per unit area depends, inter alia, on the area occupation with heatable heating filaments and thus on the lateral spacing of the radiator tubes from one another. Ideally, the radiator tubes are located directly to each other, so are in contact with each other. In view of this, it has proven useful if a gap with a gap width of less than 1 mm remains between adjacent radiator tubes.

Im Vergleich zu einem konventionellen Flächenstrahler, bei dem die Strahlerrohre zum Hitzeschutz des metallischen Reflektors einen seitlichen Abstand im Bereich von typischerweise 30 bis 50 mm haben müssen, ermöglicht beim erfindungsgemäßen Flächenstrahler die höhere Temperaturstabilität des Reflektors aus Quarzglas einen Betrieb mit eng benachbarten oder sogar unmittelbar aneinander liegenden Strahlerrohren. Ein geringer verbleibender Spalt kann einfach und kostengünstig mit der zusammenhängenden, opaken Quarzglasmasse aufgefüllt werden, was dann zur mechanischen Stabilität des Ensembles zusätzlich beiträgt.Compared to a conventional surface radiator, in which the radiator tubes for heat protection of the metallic reflector must have a lateral distance in the range of typically 30 to 50 mm, the higher temperature stability of the quartz glass reflector allows operation with closely adjacent or even directly to each other in the surface radiator invention lying radiator tubes. A small remaining gap can be easily and inexpensively filled with the coherent, opaque quartz glass mass, which then additionally contributes to the mechanical stability of the ensemble.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarot-Flächenstrahlers ist vorgesehen, dass die Strahlerrohre und die Heizfilamente für mittelwellige Infrarot-Strahlungsemission ausgelegt sind.In a particularly preferred embodiment of the infrared panel radiator according to the invention, it is provided that the radiator tubes and the heating filaments are designed for medium-wave infrared radiation emission.

Im Gegensatz zu Infrarotstrahlern für den kurzwelligen IR-Wellenlängenbereich, die zum Schutz des Heizfilaments mit einem Inertgas gefüllt und daher verschlossen sind, kann das Strahlerrohr eines mittelwelligen Heizstrahlers offen sein. Bei einem einseitig oder beidseitig offenen Strahlerrohr ist das Heizfilament unmittelbar zugänglich und kann deshalb besonders leicht und kostengünstig ausgetauscht werden. Diese Ausführungsform erleichtert somit Montage und Wartung des Flächenstrahlers.In contrast to infrared radiators for the short-wave IR wavelength range, which are filled to protect the heating filament with an inert gas and therefore sealed, the radiator tube of a medium-wave radiant heater can be open. In the case of a radiator tube which is open on one or both sides, the heating filament is directly accessible and can therefore be exchanged particularly easily and inexpensively. This embodiment thus facilitates installation and maintenance of the surface radiator.

Eine zusätzliche Erhöhung der Leistungsdichte ergibt sich, wenn die der Abstrahlfläche zugewandte Seite der Strahlerrohre mit einer länglichen Aussparung, insbesondere einem Längsschlitz versehen ist.An additional increase in the power density results when the radiating surface facing side of the radiator tubes is provided with an elongated recess, in particular a longitudinal slot.

In der Aussparung ist das Quarzglas des Strahlerrohres entfernt, so dass der Temperaturwiderstand in Richtung auf die Abstrahlfläche geringer ist als bei einem rundum geschlossenen Strahlerrohr. So ergibt sich eine um etwa 20% höhere Leistungsdichte. Die Aussparung kann vor den Stirnseiten enden; im einfachsten Fall ist sie aber durchgehender Längsschlitz ausgeführt. Die Breite ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser der Heizfilament-Wicklung, so dass dieses nicht durch den Längsschlitz rutschen kann.In the recess, the quartz glass of the radiator tube is removed, so that the temperature resistance in the direction of the radiating surface is lower than in a completely enclosed radiator tube. This results in an approximately 20% higher power density. The recess can end in front of the end faces; in the simplest case, however, it is designed as a continuous longitudinal slot. The width is preferably smaller than the diameter of the heating filament winding so that it can not slip through the longitudinal slot.

Im Hinblick auf eine besonders homogene Bestrahlung des Heizguts hat es sich bewährt, wenn der Strahleranordnung ein Diffusorbauteil zugeordnet ist, auf das aus der Abstrahlfläche emittierte Infrarot-Strahlung auftrifft.With regard to a particularly homogeneous irradiation of the material to be heated, it has proven useful if the radiator arrangement is associated with a diffuser component to which infrared radiation emitted from the emission surface impinges.

Das Diffusorbauteil dient zur „Homogenisierung” der vom Infrarot-Flächenstrahler emittierten Infrarotstrahlung und es dient gleichzeitig als „Strahlungswandler” in dem Sinne, dass es durch die vom Infrarot-Flächenstrahler emittierte Primärstrahlung erwärmt wird, und ihrerseits eine Sekundärstrahlung emittiert, deren Wellenlängenbereich gegenüber demjenigen der Primärstrahlung zu längeren Wellenlängen hin verschoben ist.The diffuser component serves to "homogenize" the infrared radiation emitted by the infrared area radiator and at the same time serves as a "radiation converter" in the sense that it is heated by the primary radiation emitted by the infrared area radiator and in turn emits secondary radiation whose wavelength range is opposite that of FIG Primary radiation is shifted towards longer wavelengths.

Die Geometrie des Diffusorbauteils ist – im Vergleich zum Flächenstrahler – relativ einfach auch an komplexere Formen des Heizguts beziehungsweise an die Geometrie der zu beheizenden Fläche anpassbar. Im einfachsten Fall ist es plattenförmig ausgebildet; kann aber auch andere Geometrien haben, wie etwa gewölbt oder rohrförmig.The geometry of the diffuser component is - relative to the surface radiator - relatively easy to adapt to more complex forms of the material to be heated or to the geometry of the surface to be heated. In the simplest case, it is plate-shaped; but can also have other geometries, such as curved or tubular.

Durch die Anordnung des Diffusorbauteils zwischen den Heizstrahlern und dem Heizgut kann der Abstand zwischen Strahler und Heizgut verringert werden, ohne die Qualität der Homogenität der Bestrahlungsintensität zu beeinträchtigen. Die Verringerung des Abstandes bedeutet eine Erhöhung des Niveaus der Bestrahlungsintensität im oder auf dem Heizgut, was wiederum eine schnellere Aufheizung auf die Zieltemperatur ermöglicht.The arrangement of the diffuser component between the radiant heaters and the heating material, the distance between the radiator and Heizgut can be reduced without affecting the quality of the homogeneity of the irradiation intensity. The reduction of the distance means an increase in the level of irradiation intensity in or on the material to be heated, which in turn allows a faster heating to the target temperature.

Das Diffusorbauteil kann aus miteinander verfilzten Keramikfasern, wie oben zum Stand der Technik erläutert, oder auch aus opakem dichtem Quarzglas bestehen. Seine beiden Hauptfunktionen, also „Homogenisierung” und „Wandlung” der vom Infrarot-Flächenstrahler emittierten Infrarotstrahlung, erfüllt das Diffusorbauteil aber dann besonders gut, wenn es eine Wärmespeicherschicht aus porösem Quarzglas aufweist, die mit einem Füllstoff imprägniert ist, der eine auf das Volumen bezogene spezifische Wärmekapazität aufweist, die höher ist als die von Quarzglas.The diffuser component can consist of ceramic fibers entangled with one another, as explained above for the prior art, or also of opaque dense quartz glass. Its two main functions, that is, "homogenization" and "conversion" of the infrared radiation emitted by the infrared panel radiator fulfill the diffuser component but particularly well if it has a heat storage layer of porous quartz glass, which is impregnated with a filler, which is related to the volume has specific heat capacity higher than that of quartz glass.

Die Wärmespeicherschicht aus porösem Quarzglas verläuft quer, beispielsweise senkrecht zur Richtung der auf das Diffusorbauteil auftreffenden Infrarotstrahlen.The heat storage layer of porous quartz glass runs transversely, for example perpendicular to the direction of the incident on the diffuser infrared rays.

Für ein effizientes Aufheizen des Diffusorbauteils ist einerseits eine große Oberfläche hilfreich, die durch eine offenporige, schwammähnliche Wärmespeicherschicht bereitgestellt wird. Andererseits trägt auch eine gewisse Wärmespeicherfähigkeit, also eine hohe Wärmekapazität zur Vergleichmäßigung der emittierten Wärmestrahlung bei. Quarzglas hat eine relativ geringe spezifische Wärmekapazität (bezogen auf ein Einheitsvolumen). Deswegen werden die Poren der Wärmespeicherschicht mit einem Füllstoff mit höherer Wärmekapazität imprägniert. Bei dem Füllstoff kann es sich um metallische oder keramische Partikel handeln, die beispielsweise über eine Dispersion oder eine Lösung in die Poren der Wärmespeicherschicht eingetragen werden.For an efficient heating of the diffuser component, on the one hand, a large surface is helpful, which is provided by an open-pore, sponge-like heat storage layer. On the other hand, also contributes a certain heat storage capacity, ie a high heat capacity for equalization of the emitted heat radiation. Quartz glass has a relatively low specific heat capacity (in terms of a unit volume). Therefore, the pores of the heat storage layer are impregnated with a filler having a higher heat capacity. The filler may be metallic or ceramic particles, for example, via a Dispersion or a solution can be entered into the pores of the heat storage layer.

Quarzglas hat eine spezifische Wärmekapazität von etwa 0,8 J/g K und eine spezifische Dichte von etwa 2,2 g/cm³. Somit beträgt die auf das Volumen bezogene spezifische Wärmekapazität von Quarzglas etwa 1,8 J/cm³ K. Für Kupfer liegt dieser Wert bei 4,5 J/cm³ K (spezifische Wärmekapazität: 0,387 J/g·K; spezifische Dichte: 8,95 g/cm³) und für Gold bei etwa 2,5 J/cm³ K (spezifische Wärmekapazität etwa: 0,13 J/g K; spezifische Dichte: 19,3 g/cm³). Die metallischen Füllstoffe ergeben somit bei gegebenem Porenvolumen eine im Vergleich zu Quarzglas höhere Wärmekapazität und tragen so zu einem günstigen thermischen Verhalten des Diffusorbauteils in Bezug auf einen effektiven und homogenen Heizprozess bei.Quartz glass has a specific heat capacity of about 0.8 J / g K and a specific gravity of about 2.2 g / cm ³ . Thus, the volume specific specific heat capacity of quartz glass is about 1.8 J / cm ³ K. For copper, this value is 4.5 J / cm ³ K (specific heat capacity: 0.387 J / g · K; specific gravity: 8) , 95 g / cm ³ ) and for gold at about 2.5 J / cm ³ K (specific heat capacity about: 0.13 J / g K, specific gravity: 19.3 g / cm ³ ). The metallic fillers thus result in a given pore volume a higher heat capacity compared to quartz glass and thus contribute to a favorable thermal behavior of the diffuser component with respect to an effective and homogeneous heating process.

Außerdem wird die Wärmestrahlung von den Partikeln des Füllstoffs reflektiert oder absorbiert, was zu einer raschen Aufheizung der Partikel und des Diffusorbauteils führt. Außerdem erzeugt der Füllstoff Streuzentren innerhalb des Diffusorbauteils und bewirkt so eine gleichmäßigere Verteilung der Wärmestrahlung innerhalb des Diffusorbauteils. Je nach Chemie oder Zusammensetzung des Füllstoffs können verschiedene Temperaturen und damit verschiedene Wellenlängen zur Erwärmung des Heizguts selektiv eingestellt werden.In addition, the heat radiation is reflected or absorbed by the particles of the filler, resulting in a rapid heating of the particles and the diffuser component. In addition, the filler generates scattering centers within the diffuser component and thus causes a more even distribution of heat radiation within the diffuser component. Depending on the chemistry or composition of the filler, different temperatures and thus different wavelengths for heating the heating material can be selectively adjusted.

Die Wärmespeicherschicht aus porösem Quarzglas kann sich über das gesamte Diffusorbauteil erstrecken oder sie kann als Zwischenschicht innerhalb des Diffusorbauteils ausgebildet sein, die sandwichartig von Quarzglasschichten umgeben ist. Im Hinblick auf eine einfache Fertigung und ein möglichst effizientes und homogenes Aufheizen des Diffusorbauteils ist die Wärmespeicherschicht jedoch als Oberflächenschicht mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1 m²/g, vorzugsweise mindestens 3 m²/g, ausgebildet.The heat storage layer of porous quartz glass may extend over the entire diffuser component or it may be formed as an intermediate layer within the diffuser component, which is sandwiched by quartz glass layers. However, in view of a simple production and the most efficient and homogeneous heating of the diffuser component, the heat storage layer is formed as a surface layer having a specific surface area of at least 1 m ² / g, preferably at least 3 m ² / g.

Der Flächenstrahler gemäß der Erfindung besteht – abgesehen von den Heizfilamenten – ausschließlich aus Quarzglas und zeichnet sich daher durch Robustheit und Beständigkeit in aggressiver Umgebung aus. Die Heizfilamente sind einfach austauschbar und durch eine enge Anordnung der Strahlerrohre wird eine hohe Bestrahlungsintensität pro Flächeneinheit bei gleichzeitig hoher Homogenität erreicht.The surface radiator according to the invention consists - apart from the heating filaments - exclusively of quartz glass and is therefore characterized by robustness and resistance in an aggressive environment. The Heizfilamente are easily replaceable and by a close arrangement of the radiator tubes, a high irradiation intensity per unit area is achieved at the same time high homogeneity.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines Infrarot-Flächenstrahlers wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das folgende Verfahrensschritte umfasst:

(a) Bereitstellen einer flächigen Strahleranordnung von zwei oder mehr Strahlerrohren aus Quarzglas, die eine Abstrahlseite und eine der Abstrahlseite gegenüberliegende Verbindungs- und Reflektorseite aufweist,
(b) Bedecken der Verbindungs- und Reflektorseite mit einer Suspension, die amorphe SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich bis maximal 500 μm in einer Flüssigkeit enthält, unter Ausbildung einer zusammenhängenden Grünkörperschicht, die die Abstrahlseite freilässt,
(c) Trocknen und Sintern der Grünkörperschicht unter Bildung einer Masse aus opakem Quarzglas, die gleichzeitig als Reflektor der Strahleranordnung und als Fixierungsmittel für die Strahlerrohre dient, und
(d) Einziehen von Heizfilamenten in die Strahlerrohranordnung.

With regard to the method for producing an infrared panel radiator, the object indicated above is achieved according to the invention by a method comprising the following method steps:

(a) providing a planar radiator arrangement of two or more emitter tubes made of quartz glass, which has an emission side and a connection side and reflector side opposite the emission side,
(b) covering the connection and reflector side with a suspension containing amorphous SiO ₂ particles with particle sizes in the range up to a maximum of 500 μm in a liquid, with the formation of a coherent green-body layer which exposes the emission side,
(C) drying and sintering of the green body layer to form a mass of opaque quartz glass, which also serves as a reflector of the radiator arrangement and as a fixing means for the radiator tubes, and
(d) drawing heating filaments into the radiator tube assembly.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine flächige Strahleranordnung aus mindestens zwei Strahlerrohren aus Quarzglas über eine zusammenhängende Masse aus opakem Quarzglas miteinander verbunden. Eine derartige Methode zur Verbindung von Quarzglasbauteilen mittels SiO₂-haltiger Verbindungsmassen ist aus der DE 2005 025 796 A1 grundsätzlich bekannt.By means of the method according to the invention, a planar radiator arrangement of at least two radiator tubes made of quartz glass is connected to one another via a coherent mass of opaque quartz glass. Such a method for connecting quartz glass components by means of SiO ₂ -containing bonding compounds is known from DE 2005 025 796 A1 basically known.

Die flächige Strahleranordnung definiert eine ebene oder eine gebogene Abstrahlseite, die an die Geometrie des Heizgut oder der zu bestrahlenden Oberfläche angepasst sein kann. Auf der der Abstrahlseite gegenüberliegende Seite der Strahleranordnung befindet sich eine opake Quarzglasmasse, die als diffuser Reflektor und gleichzeitig als Verbindungsmittel dient, mittels der die Strahlerrohre untereinander verbunden sind.The planar radiator arrangement defines a plane or a curved emission side, which can be adapted to the geometry of the material to be heated or the surface to be irradiated. On the side opposite the emission side of the radiator arrangement is an opaque quartz glass mass, which serves as a diffuse reflector and at the same time as a connecting means, by means of which the radiator tubes are interconnected.

Zur Herstellung der opaken SiO₂-haltigen Verbindungsmasse wird die Verbindungs- und Reflektorseite der Strahleranordnung mit einer Suspension bedeckt, die amorphe SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich bis maximal 500 μm in einer Flüssigkeit enthält. Das Bedecken mit der Suspension erfolgt beispielsweise durch Einbetten oder Eintauchen der Strahleranordnung in die Suspension oder durch Beschichten der Strahleranordnung mit der Suspension, wie etwa durch Aufsprühen, Aufrakeln, Aufstreichen, Aufgießen. Wichtig ist dabei, dass eine zusammenhängende Grünkörperschicht erzeugt wird, die die Abstrahlseite freilässt und die Verbindungs- und Reflektorseite derart abdeckt, dass sie gleichzeitig zu einer mechanischen Umfassung der Strahlerrohre kommt.To produce the opaque SiO ₂ -containing bonding compound, the connecting and reflector side of the radiator arrangement is covered with a suspension containing amorphous SiO ₂ particles with particle sizes in the range of up to 500 μm in a liquid. The suspension with the suspension takes place, for example, by embedding or immersing the radiator arrangement in the suspension or by coating the radiator arrangement with the suspension, such as by spraying, knife coating, brushing on, pouring on. It is important that a coherent green body layer is produced, which leaves the emission side and covering the connection and reflector side so that it comes at the same time to a mechanical enclosure of the radiator tubes.

Nach dem Trocknen der Grünkörperschicht erfolgt ein Sintern unter Temperatur- und Zeitbedingungen, die für eine mechanische Verfestigung ausreichen, jedoch ein Verglasen zu transparentem Quarzglas verhindern. So wird die gewünschte Masse aus opakem Quarzglas erhalten, die gleichzeitig als Reflektor der Strahleranordnung und als Fixierungsmittel für die Strahlerrohre dient. Die Masse aus opakem Quarzglas ist beispielsweise als zusammenhängende Schicht ausgebildet, die die Strahlerrohre etwa gleichmäßig im Bereich der Reflektorseite bedeckt.After the green body layer has dried, it is sintered under conditions of temperature and time sufficient for mechanical solidification but preventing vitrification to transparent quartz glass. So will the desired Obtained mass of opaque quartz glass, which also serves as a reflector of the radiator arrangement and as a fixative for the radiator tubes. The mass of opaque quartz glass is formed, for example, as a continuous layer, which covers the radiator tubes approximately uniformly in the region of the reflector side.

Abschließend werden in den Strahlerrohren Heizfilamente fixiert und mit einem elektrischen Anschlusselement versehen.Finally, heating filaments are fixed in the radiator tubes and provided with an electrical connection element.

Auf diese Weise wird ein Flächenstrahler gemäß der Erfindung erhalten, wie oben erläutert. Die Strahlerrohre sind hierbei lediglich einmalig vor dem oder beim Beschichten mit der Suspension auszurichten und zu fixieren, wofür beispielsweise ein Gestell oder eine Schablone eingesetzt werden kann. Nachdem die Strahlrohre und der Reflektor durch die thermisch verfestigte Quarzglasmasse zueinander fixiert sind, bilden diese Teile eine fest gefügt Baueinheit, so dass eine Ausrichtung oder Justierung einzelner Heizstrahler oder des Reflektors weder möglich noch erforderlich ist. Somit entfallen Arbeiten für die Justage und Ausrichtung der einzelnen Bauteile, was die Handhabung, Montage und Wartung des erfindungsgemäß hergestellten Infrarot-Flächenstrahlers vereinfacht.In this way, a surface radiator according to the invention is obtained, as explained above. In this case, the emitter tubes are to be aligned and fixed only once before or during coating with the suspension, for which purpose, for example, a frame or a template can be used. After the jet tubes and the reflector are fixed to each other by the thermally solidified quartz glass mass, these parts form a firmly joined structural unit, so that alignment or adjustment of individual radiant heater or the reflector is neither possible nor necessary. This eliminates work for the adjustment and alignment of the individual components, which simplifies the handling, installation and maintenance of the inventively manufactured infrared panel radiator.

Besonders bevorzugt wird eine Verfahrensweise, bei der das Bedecken der Verbindungs- und Reflektorseite erfolgt, indem die flächige Strahleranordnung in einer Form in die Suspension eingebettet wird.Particularly preferred is a procedure in which the covering of the connection and reflector side takes place by the planar radiator arrangement is embedded in a form in the suspension.

Die Strahlerrohre werden dabei entweder in die mit der Suspension vorab gefüllte Form eingelegt, oder die Heizstrahler werden in der Form fixiert und anschließend wird die Suspension eingefüllt. Die Innengeometrie der Form bestimmt die Außengeometrie der Grünkörperschicht beziehungsweise der SiO₂-Verbindungsmasse. Bei der Form kann es sich um eine saugende Form handeln, so dass das Trocknen der Suspension beschleunigt wird. Wichtig ist, dass zwischen der Formunterseite und den flächig angeordneten Strahlerrohren ein Spalt von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm verbleibt.The radiator tubes are either inserted into the pre-filled with the suspension mold, or the radiant heaters are fixed in the mold and then the suspension is filled. The internal geometry of the mold determines the outer geometry of the green body layer or the SiO ₂ compound mass. The mold can be a sucking mold so that the drying of the suspension is accelerated. It is important that a gap of at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, remains between the bottom of the mold and the areally arranged radiator tubes.

Im Hinblick auf eine besonders homogene Bestrahlung des Heizguts hat es sich bewährt, wenn der Strahleranordnung ein Diffusorbauteil zugeordnet wird, das eine Wärmespeicherschicht aus porösem Quarzglas aufweist, die mit einem Füllstoff imprägniert wird, der eine auf das Volumen bezogene spezifische Wärmekapazität aufweist, die höher ist als die von Quarzglas.With a view to a particularly homogeneous irradiation of the material to be heated, it has proven useful to associate the radiator arrangement with a diffuser component comprising a heat storage layer of porous quartz glass which is impregnated with a filler having a volumetric specific heat capacity which is higher as that of quartz glass.

Das Diffusorbauteil dient zur „Homogenisierung” der vom Infrarot-Flächenstrahler emittierten Infrarotstrahlung und sie gleichzeitig als „Strahlungswandler” in dem Sinne, dass es durch die vom Infrarot-Flächenstrahler emittierte Primärstrahlung erwärmt wird, und ihrerseits eine Sekundärstrahlung emittiert, deren Wellenlängenbereich gegenüber demjenigen der Primärstrahlung zu längeren Wellenlängen hin verschoben ist.The diffuser component is used to "homogenize" the infrared radiation emitted by the infrared panel radiator and at the same time as "radiation converter" in the sense that it is heated by the primary radiation emitted by the infrared panel radiator, and in turn emits a secondary radiation whose wavelength range relative to that of the primary radiation shifted to longer wavelengths.

Die Wärmespeicherschicht wird als poröse SiO₂-Oberflächenschicht mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1 m²/g, vorzugsweise mindestens 3 m²/g, erzeugt, indem ein Basisbauteil aus opakem Quarzglas mit einer Suspension, die amorphe SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich bis maximal 500 μm in einer Flüssigkeit enthält, beschichtet, die Schicht getrocknet und bei einer Temperatur von weniger als 1250°C zu einer porösen, schwammartigen SiO₂-Schicht verdichtet wird.The heat storage layer is produced as a porous SiO ₂ surface layer having a specific surface area of at least 1 m ² / g, preferably at least 3 m ² / g, by exposing a base component made of opaque quartz glass with a suspension containing amorphous SiO ₂ particles having particle sizes in the Coated area to a maximum of 500 microns in a liquid coated, the layer is dried and compacted at a temperature of less than 1250 ° C to form a porous, sponge-like SiO ₂ layer.

Für ein effizientes Aufheizen des Diffusorbauteils ist einerseits eine große Oberfläche hilfreich, die durch eine offenporige, schwammähnliche Wärmespeicherschicht mit hoher Oberfläche bereitgestellt wird.For efficient heating of the diffuser component, on the one hand, a large surface area provided by an open-pore, sponge-like heat storage layer with a high surface area is helpful.

Außerdem wird die Wärmestrahlung von den Partikeln eines Füllstoffs in den Poren der Wärmespeicherschicht reflektiert oder absorbiert, was zu einer raschen Aufheizung der Partikel und des Diffusorbauteils führt. Außerdem kann der Füllstoff Streuzentren innerhalb des Diffusorbauteils erzeugen und so eine gleichmäßigere Verteilung der Wärmestrahlung innerhalb des Diffusorbauteils bewirken.In addition, the heat radiation is reflected or absorbed by the particles of a filler in the pores of the heat storage layer, resulting in a rapid heating of the particles and the diffuser component. In addition, the filler can generate scattering centers within the diffuser component and thus cause a more uniform distribution of heat radiation within the diffuser component.

Im Hinblick darauf wird die poröse, schwammartige SiO₂-Schicht vorzugsweise mit einer Edelmetall-Emulsion getränkt und die Emulsion durch Erhitzen in den Poren der SiO₂-Schicht zu Edelmetallschichten umgesetzt.In view of this, the porous, spongy SiO ₂ layer is preferably soaked with a noble metal emulsion and the emulsion is converted to noble metal layers by heating in the pores of the SiO ₂ layer.

Die so erzeugten Edelmetallschichten finden sich auf den Porenoberflächen der porösen SiO₂-Schicht. Sie tragen zur Vergleichmäßigung der emittierten Wärmestrahlung bei, indem sie Wärmestrahlung reflektieren oder absorbieren, als Streuzentren wirken und die Wärmespeicherfähigkeit der Diffusorplatte verbessern, wie oben anhand der Beschreibung des erfindungsgemäßen Flächenstrahlers bereits erläutert.The noble metal layers thus produced are found on the pore surfaces of the porous SiO ₂ layer. They contribute to the homogenization of the emitted heat radiation by reflecting or absorbing thermal radiation, acting as scattering centers and improving the heat storage capacity of the diffuser plate, as already explained above with reference to the description of the surface radiator according to the invention.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and a drawing. It shows in a schematic representation in detail:

1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarot-Flächenstrahlers in einer Seitenansicht im Schnitt, und 1 an embodiment of the infrared panel radiator according to the invention in a side view in section, and

2 ein Diagramm, das einen Vergleich des Aufheizverhaltens von Diffusorplatten aus verschiedenen Werkstoffen unter Einsatz des erfindungsgemäßen Flächenstrahlers zeigt. 2 a diagram showing a comparison of the heating behavior of diffuser plates made of different materials using the surface radiator according to the invention.

Beispiel 1example 1

In 1 ist schematisch ein kompakter Flächenstrahler gemäß der Erfindung dargestellt, dem insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist. Dieser ist in einem metallischen Gehäuse 2 angeordnet, dessen Innenseite mit einer Isolationsmatte 12 ausgekleidet ist. Der Flächenstrahler 1 besteht aus einer flächigen Anordnung von zehn mittelwelligen IR-Heizstrahlern 3 mit rundem Querschnitt (Rundrohre 3a) und einem Durchmesser von jeweils 10 mm. In jedem der Heizstrahler 3 sind mittelwellige Heizfilamente 4 in Form von Kanthal-Heizwendeln eingezogen.In 1 schematically a compact surface radiator according to the invention is shown, the total reference numeral 1 assigned. This one is in a metallic housing 2 arranged, the inside with an insulation mat 12 is lined. The surface radiator 1 consists of a flat arrangement of ten medium-wave IR radiant heaters 3 with round cross-section (round tubes 3a ) and a diameter of 10 mm each. In each of the radiant heaters 3 are medium-wave heating filaments 4 retracted in the form of Kanthal heating coils.

Die Rundrohre 3a der Heizstrahler 3 sind so angeordnet, dass sie mit ihren Längsachsen parallel zueinander verlaufen und aneinander liegen. Die stirnseitigen Enden sind offen. Jeder Heizstrahler 3 hat eine beheizte Länge von 350 mm. Die beheizte Gesamtfläche des Flächenstrahlers 1 beträgt also 350 × 100 mm² = 0,035 m². Die Anordnung der Heizstrahler 3 definiert somit eine in erster Näherung eine ebene Bestrahlungsfläche 11 mit der genannten Größe, die einem ebenen bahnförmigem Heizgut 6 zugewandt ist, das kontinuierlich durch seitliche Öffnungen 13 des Gehäuses 2 transportiert wird.The round tubes 3a the radiant heater 3 are arranged so that they extend with their longitudinal axes parallel to each other and lie against each other. The front ends are open. Every radiant heater 3 has a heated length of 350 mm. The total heated area of the surface radiator 1 So is 350 × 100 mm ² = 0.035 m ² . The arrangement of radiant heaters 3 thus defines, in a first approximation, a planar irradiation surface 11 with the said size, the a flat sheet-shaped Heizgut 6 facing, which is continuously through lateral openings 13 of the housing 2 is transported.

Auf der der Bestrahlungsfläche 11 abgewandten Seite ist die Anordnung der Heizstrahler 3 mit einer Fixierungs- und Reflektorschicht 10 aus opakem Quarzglas belegt. Die Fixierungs- und Reflektorschicht 10 bedeckt die gesamte Rückseite des Heizstrahler-Anordnung (1) und sie ist im Zwickelbereich zwischen benachbarten und aneinander liegenden Rundrohren (3a) dicker als auf den Rundrohren (3a), wo sie eine Schichtdicke um 1 mm hat. Die Reflektor- und Fixierungsschicht 10 auf der Rückseite der Heizstrahler 3 bewirkt einerseits eine diffuse Rückstrahlung und damit eine nennenswerte Verbesserung der Energieeffizienz und der Bestrahlungsstärke auf dem Heizgut 6 und andererseits eine einfach und kostengünstige Fixierung der Heizstrahler 3 des Flächenstrahlers 1.On the irradiation surface 11 opposite side is the arrangement of the radiant heater 3 with a fixation and reflector layer 10 made of opaque quartz glass. The fixation and reflector layer 10 covers the entire back of the heater assembly ( 1 ) and it is in the gusset area between adjacent and adjacent round tubes ( 3a ) thicker than on the round tubes ( 3a ), where it has a layer thickness of 1 mm. The reflector and fixation layer 10 on the back of the radiant heater 3 on the one hand causes a diffuse reflection and thus a significant improvement in energy efficiency and the irradiance on the Heizgut 6 and on the other hand, a simple and inexpensive fixation of the radiant heater 3 of the surface radiator 1 ,

Die Mantelfläche der Rundrohre ist im Ausführungsbeispiel geschlossen. Bei einer alternativen, in der 1 nicht dargestellten Ausführungsform, weist die der Bestrahlungsfläche 11 zugewandte Seite der Heizstrahler 3 einen durchgängigen Längsschlitz 13 mit einer Breite von 5 mm auf, die dem halben Durchmesser Heizfilament-Wendel entspricht.The lateral surface of the round tubes is closed in the embodiment. In an alternative, in the 1 not shown embodiment, that of the irradiation surface 11 facing side of the radiant heater 3 a continuous longitudinal slot 13 with a width of 5 mm, which corresponds to half the diameter filament filament.

Jeder Heizstrahler 3 besitzt eine elektrische Anschlussleistung von 400 W, insgesamt also 4 kW. Die Flächenleistung beträgt 4 kW/0,035 m² = 114 kW/m². Zur Ermittlung der Aufheizgeschwindigkeit wurde ein geschwärztes Stahlblech (Dicke: 0.8 mm; seitliche Abmessungen: 50 × 100 mm; Emissivität ε ~ 0,9) in einem Abstand von ca. 90 mm von der ebene Bestrahlungsfläche 11 angeordnet und beheizt.Every radiant heater 3 has an electrical power of 400 W, for a total of 4 kW. The area coverage is 4 kW / 0.035 m ² = 114 kW / m ² . To determine the heating rate, a blackened steel sheet (thickness: 0.8 mm, lateral dimensions: 50 × 100 mm, emissivity ε ~ 0.9) at a distance of about 90 mm from the flat irradiation surface 11 arranged and heated.

Unter Verwendung des anhand Beispiel 1 beschriebenen mittelwelligen Flächenstrahlers (jedoch ohne Diffusorplatte 5, die weiter unten noch erörtert wird) ergibt sich auf der Oberfläche des Stahlblechs eine nominale Flächenleistung von 50 kW/m², und es wird nach 90 s eine Temperatur von 500°C auf der Oberfläche des Stahlblechs erreicht. Bei einem konventionellen Flächenstrahler mit Goldreflektor und einem Abstand zwischen den Strahlerrohren und ansonsten gleichen Abmessungen und Leistungsdaten wäre auf der Oberfläche des Stahlblechs eine nominale Flächenleistung von lediglich 25 kW/m² und eine dementsprechend niedrigerer Maximaltemperatur innerhalb der angegebenen Aufheizdauer erreichbar.Using the medium-wave surface radiator described in Example 1 (but without diffuser plate 5 , which will be discussed later) results in a nominal area performance of 50 kW / m ² on the surface of the steel sheet, and a temperature of 500 ° C on the surface of the steel sheet is reached after 90 s. In a conventional surface radiator with gold reflector and a distance between the radiator tubes and otherwise the same dimensions and performance data would be on the surface of the steel sheet, a nominal area performance of only 25 kW / m ² and a correspondingly lower maximum temperature within the specified heating time achievable.

Der erfindungsgemäße Flächenstrahler 1 besteht ausschließlich aus Quarzglas. Relativ schnelle Temperaturwechsel beeinträchtigen die Funktionsweise und die Lebensdauer des Flächenstrahlers 1 nicht. Demzufolge ist der Flächenstrahler 1 nicht nur in einem kontinuierlichen Betrieb, sondern auch im Batchbetrieb einsetzbar.The surface radiator according to the invention 1 consists exclusively of quartz glass. Relatively rapid temperature changes affect the operation and life of the surface radiator 1 Not. Consequently, the surface radiator 1 not only in continuous operation, but also in batch mode.

Im Folgenden wird die Herstellung des Flächenstrahlers 1 nach Beispiel 1 anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The following is the production of the surface radiator 1 according to Example 1 using an exemplary embodiment explained in more detail.

Es wird ein homogener SiO₂-Grundschlicker hergestellt. Für einen Ansatz von 10 kg Grundschlicker (SiO₂-Wasser-Schlicker) werden in einer mit Quarzglas ausgekleideten Trommelmühle mit ca. 20 Liter Volumeninhalt, 8,2 kg einer amorphen Quarzglaskörnung aus natürlichem Rohstoff mit Korngrößen im Bereich zwischen 250 μm und 650 μm mit 1,8 kg deionisiertem Wasser mit einer Leitfähigkeit von weniger als 3 μS vermischt. Die Quarzglaskörnung wurde vorab in einem Heißchlorierverfahren gereinigt; es wird darauf geachtet, dass kein Cristobalit enthalten ist.A homogeneous SiO _{2 base} slip is produced. For a batch of 10 kg of basic slurry (SiO ₂ -water slurry) 8,2 kg of an amorphous silica grain of natural raw material with grain sizes ranging between 250 microns and 650 microns are in a lined with quartz glass drum mill with approximately 20 liters capacity, with 1.8 kg of deionized water mixed with a conductivity of less than 3 μS. The quartz glass grain was previously cleaned in a Heißchlorierverfahren; Care is taken not to contain cristobalite.

Diese Mischung wird mittels Mahlkugeln aus Quarzglas auf einem Rollenbock bei 23 U/min während einer Dauer von 3 Tagen soweit vermahlen, dass sich ein homogener Grundschlicker mit einem Feststoffgehalt von 79% bildet. Im Verlauf des Vermahlens kommt es infolge des in Lösung gehenden SiO₂ zu einer Absenkung des pH-Werts auf etwa 4.This mixture is ground by means of balls of quartz glass on a roller block at 23 U / min for a period of 3 days so far that forms a homogeneous Grundschlicker with a solids content of 79%. In the course of milling, the pH drops to about 4 as a result of the SiO ₂ going into solution.

Dem so erhaltenen homogenen, stabilen Grundschlicker wird weitere amorphe SiO₂-Körnung in Form sphärischer Teilchen mit einer Korngröße um 5 μm zugemischt, bis ein Feststoffgehalt von 84 Gew.-% erreicht ist. Die Mischung wird 12 Stunden lang in einer Trommelmühle bei einer Drehzahl von 25 U/min homogenisiert. Der so erhaltene Schlicker hat einen Feststoffgehalt von 84% und eine Dichte von etwa 2,0 g/cm³. Die nach dem Vermahlen der Quarzglaskörnung erhaltenen SiO₂-Teilchen im Schlicker 14 zeigen eine Teilchengrößenverteilung, die durch einen D₅₀-Wert von etwa 8 μm und durch einen D₉₀-Wert von etwa 40 μm gekennzeichnet ist.The amorphous SiO ₂ grain in the form of spherical particles having a particle size of about 5 μm is admixed to the homogeneous, stable base slip obtained in this way until a solids content of 84% by weight has been reached. The mixture is 12 hours homogenized in a drum mill at a speed of 25 rpm. The slip thus obtained has a solids content of 84% and a density of about 2.0 g / cm ³ . The SiO ₂ particles obtained in the slurry after milling the quartz glass grains 14 show a particle size distribution characterized by a D ₅₀ value of about 8 μm and by a D ₉₀ value of about 40 μm.

Der Schlicker wird in eine Gipsform gegossen, die ein Gestell zu Aufnahme der 10 Quarzglas-Rundrohre 3a des Flächenstrahlers 1 aufweist. Unmittelbar folgend werden die vorab in Alkohol und durch chemisches Ätzen gereinigten Rundrohre 3a in die Aufnahmen eingelegt. Die Enden sind dabei mit Stopfen verschlossen. Das Gestell und die Füllhöhe des Schlickers in der Form sind so aufeinander abgestimmt, dass die in die Aufnahmen eingelegten Rundohre 3a mit etwas mehr als ihrem halben Durchmesser aus dem Schlicker herausragen.The slurry is poured into a plaster mold, which is a frame for holding the 10 quartz glass round tubes 3a of the surface radiator 1 having. Immediately following are the pre-cleaned in alcohol and by chemical etching round tubes 3a inserted into the recordings. The ends are closed with plugs. The frame and the filling level of the slurry in the form are coordinated so that the inserted into the receptacles round tubes 3a sticking out of the slip with just over half its diameter.

Auf der Unterseite der Anordnung der Rundrohre 3a wird eine geschlossene Schlicker-Schicht ausgebildet, die zunächst ca. 5 Stunden bei Raumtemperatur und anschließend mittels eines IR-Strahlers an Luft getrocknet wird. Die getrocknete Schlicker-Schicht ist rissfrei und wird anschließend unter Luft in einem Sinterofen bei einer Heiztemperatur bis zu 1350°C erhitzt. Danach ist die Schlicker-Schicht vollständig gesintert und opak.On the bottom of the arrangement of the round tubes 3a a closed slip layer is formed, which is first dried for about 5 hours at room temperature and then by means of an IR radiator in air. The dried slip layer is crack-free and is then heated under air in a sintering furnace at a heating temperature up to 1350 ° C. After that, the slip layer is completely sintered and opaque.

In die Rundrohre 3a wird jeweils ein Heizfilament 4 mit Anschlüssen für dessen Stromversorgung eingebaut. Die rückseitige SiO₂-Schicht 10 bewirkt eine diffuse, ungerichtete Reflexion der von den Heizstrahlern 3 ausgehenden IR-Strahlung und sie dient gleichzeitig der Fixierung der Heizstrahler 3 zueinander. Die Baueinheit aus Heizstrahlern 3 und Reflektor 10 wird im Gehäuse 2 montiert.In the round tubes 3a each becomes a heating filament 4 installed with connections for its power supply. The backside SiO ₂ layer 10 causes a diffuse, non-directional reflection of the radiant heaters 3 emanating IR radiation and it also serves to fix the radiant heater 3 to each other. The assembly of radiant heaters 3 and reflector 10 will be in the case 2 assembled.

Der erfindungsgemäße Flächenstrahler 1 ist optional mit einer Diffusorplatte 5 ausgerüstet, deren Ausführungsformen, Eigenschaften und Wirkungen im Folgenden näher erläutert werden.The surface radiator according to the invention 1 is optional with a diffuser plate 5 equipped, whose embodiments, properties and effects are explained in more detail below.

Optionale DiffusorplatteOptional diffuser plate

1 zeigt in einem Abstand von 25 mm zum Flächenstrahler 1 zwischen diesem und dem zu beheizenden Gut 6 eine Diffusorplatte 5, die sich in Hauptabstrahlrichtung 7 über die beheizte Gesamtfläche des Flächenstrahlers 1 erstreckt und die ebenfalls im Gehäuse 2 gehalten wird. Die Diffusorplatte 5 setzt sich aus einer Basisplatte 8 aus opakem Quarzglas mit einer Dicke von 2 mm und einer integral mit ihr verbundenen und dem Flächenstrahler 1 zugewandten Oberflächenschicht 9 aus offenporigem Quarzglas mit einer Dicke von 0,5 mm zusammen. Die Poren der Oberflächenschicht 9 sind mit einer Goldschicht belegt. 1 shows at a distance of 25 mm to the surface radiator 1 between this and the property to be heated 6 a diffuser plate 5 , which are in the main emission direction 7 over the heated total area of the surface radiator 1 extends and also in the housing 2 is held. The diffuser plate 5 is made up of a base plate 8th made of opaque quartz glass with a thickness of 2 mm and one integral with it and the surface radiator 1 facing surface layer 9 made of open-pore quartz glass with a thickness of 0.5 mm. The pores of the surface layer 9 are covered with a gold layer.

Die Diffusorplatte 5 wird aus demselben SiO₂-Grundschlicker hergestellt wie der Reflektor 10. Je nach Grad der gewünschten Homogenisierung der Infrarotstrahlung wird sie in unterschiedlichen Ausführungsformen eingesetzt, deren Herstellung nachfolgend anhand mehrerer Verfahrensweisen beispielhaft beschrieben wird.

(a) Bei einer ersten Ausführungsform der Diffusorplatte 5 – wie schematisch in 1 dargestellt – wird zunächst die 2 mm dicke Basisplatte 8 aus dichtem aber opakem Quarzglas durch Auftragen, Trocknen und Sintern einer entsprechenden SiO₂-Schlickerschicht erzeugt. Auf die gesinterte Basisplatte 8 wird eine weitere dünne Schlickerschicht aus demselben Schlicker aufgetragen und diese durch Trocknen und Sintern bei niedriger Temperatur um 1100°C zu einem porösen, schwammartigen Material mit einer spezifischen Oberfläche (nach BET) von etwa 6 m²/g verfestigt. Die schwammartige Oberflächenschicht wird mit einer Goldemulsion (Resinat GP Q3-15% der W. C. Heraeus GmbH) getränkt und anschließend das Gold bei 800°C im Durchlaufofen umgesetzt. Dabei schlagen sich dünne Goldschichten auf den Oberflächen der offenen Poren der schwammartigen Oberflächenschicht nieder. Durch die hohe spezifische Wärmeleitfähigkeit von Gold in Verbindung mit der großen Oberfläche ergibt sich eine schnelle Aufheizung der Diffusorplatte 5.
(b) Bei einer zweiten, in 1 nicht dargestellten Ausführungsform der Diffusorplatte wird eine 2 mm dicke Platte aus opakem Quarzglas durch Auftragen, Trocknen und Sintern einer entsprechenden SiO₂-Schlickerschicht erzeugt. Das Sintern erfolgt durch eine Temperbehandlung bei einer Temperatur um 1250°C. Es wird eine porenhaltige Quarzglasplatte erhalten.
(c) Bei einer dritten, ebenfalls in 1 nicht dargestellten Ausführungsform der Diffusorplatte wird eine 2 mm dicke Platte aus offenporigem Quarzglas durch Auftragen, Trocknen und thermisches Verfestigen einer entsprechenden SiO₂-Schlickerschicht erzeugt. Das thermische Verfestigen erfolgt durch eine Temperbehandlung bei niedriger Temperatur um 1100°C. Es wird eine poröse, schwammartige Schicht mit einer spezifischen Oberfläche (nach BET) von etwa 6 m²/g erhalten.

The diffuser plate 5 is made of the same SiO _{2 base} slip as the reflector 10 , Depending on the degree of desired homogenization of the infrared radiation, it is used in various embodiments, the preparation of which will be described below by way of example with reference to several methods.

(a) In a first embodiment of the diffuser plate 5 - as shown schematically in 1 shown - is first the 2 mm thick base plate 8th produced from dense but opaque quartz glass by applying, drying and sintering a corresponding SiO ₂ -Schlickerschicht. On the sintered base plate 8th Another thin slurry layer of the same slurry is applied and solidified by drying and sintering at low temperature around 1100 ° C to form a porous, sponge-like material having a BET specific surface area of about 6 m ² / g. The sponge-like surface layer is impregnated with a gold emulsion (Resinat GP Q3-15% of WC Heraeus GmbH) and then the gold is reacted at 800 ° C. in a continuous furnace. In the process, thin gold layers are deposited on the surfaces of the open pores of the spongy surface layer. Due to the high specific thermal conductivity of gold in conjunction with the large surface results in a rapid heating of the diffuser plate 5 ,
(b) At a second, in 1 not shown embodiment of the diffuser plate is a 2 mm thick plate made of opaque quartz glass by applying, drying and sintering a corresponding SiO ₂ -Schlickerschicht produced. The sintering is carried out by an annealing treatment at a temperature around 1250 ° C. There is obtained a porous quartz glass plate.
(c) In a third, also in 1 not shown embodiment of the diffuser plate is a 2 mm thick plate made of open-pore quartz glass by applying, drying and thermally solidifying a corresponding SiO ₂ -Schlickerschicht produced. The thermal solidification is carried out by a tempering treatment at low temperature around 1100 ° C. A porous spongy layer having a BET specific surface area of about 6 m ² / g is obtained.

Die Baueinheit aus Heizstrahlern 3 und Reflektor 10 wird im Gehäuse 2 montiert, ebenso die optionale Diffusorplatte 5.The assembly of radiant heaters 3 and reflector 10 will be in the case 2 mounted, as well as the optional diffuser plate 5 ,

Beispiel 2Example 2

Ein mittelwelliger Flächenstrahler wie anhand Beispiel 1 beschrieben, wird zusätzlich mit einer Diffusorplatte 5 ausgestattet, die im Abstand von 25 mm zur Unterseite der Heizstrahler 3 angeordnet ist. Die Diffusorplatte 5 hat eine Dicke von 2 mm und besteht aus opakem Quarzglas der Qualität „OM100” der Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG. Sie wird anhand eines Verfahrens erhalten, wie anhand obiger Verfahrensweise (b) erläutert.A medium-wave surface radiator as described in Example 1, in addition to a diffuser plate 5 equipped at a distance of 25 mm to the bottom of the radiant heater 3 is arranged. The diffuser plate 5 has a thickness of 2 mm and consists of opaque quartz glass of quality "OM100" from Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG. It is obtained by a method as explained by the above procedure (b).

Beim Betrieb des Flächenstrahlers 1 wird nach etwa 2 Minuten auf dem geschwärzten Stahlblech (mit Abmessungen und Abstand zum Flächenstrahler wie bei Beispiel 1) eine Temperatur von 450°C erreicht. Die Diffusorplatte selbst besitzt dabei eine Temperatur von ca. 820°C. Aufgrund der Diffusorplatte wird zwar eine geringere Maximaltemperatur auf dem Stahlblech, dafür aber ein homogeneres Bestrahlungsfeld realisiert.When operating the surface radiator 1 After about 2 minutes on the blackened steel sheet (with dimensions and distance to the surface radiator as in Example 1) a temperature of 450 ° C is reached. The diffuser plate itself has a temperature of about 820 ° C. Due to the diffuser plate, although a lower maximum temperature on the steel sheet, but a more homogeneous irradiation field is realized.

Beispiel 3Example 3

Für den kompakten mittelwelligen Flächenstrahler, wie oben anhand Beispiel 1 beschrieben werden zehn Rundrohre mit einem Durchmesser von jeweils 10 mm verwendet. In jedem Rundrohr sind mittelwellige Heizfilamente eingezogen und dienen somit als Heizstrahler. Jeder Heizstrahler hat eine beheizte Länge von 520 mm, die beheizte Gesamtfläche beträgt also 520 × 100 mm² = 0,052 m². Jeder Heizstrahler besitzt eine elektrische Anschlussleistung von 800 W, insgesamt also 8 kW. Die Temperatur der Filamente der Heizstrahler beträgt ca. 965°C. Die Flächenleistung des Flächenstrahlers beträgt 8 kW/0,052 m² = 154 kW/m².For the compact medium wave surface radiator, as described above with reference to Example 1 ten round tubes are used with a diameter of 10 mm. Medium-wave heating filaments are inserted in each round tube and thus serve as radiant heaters. Each radiant heater has a heated length of 520 mm, the heated total area is therefore 520 × 100 mm ² = 0.052 m ² . Each radiant heater has an electrical connection power of 800 W, for a total of 8 kW. The temperature of the filaments of the radiant heaters is approx. 965 ° C. The area coverage of the area radiator is 8 kW / 0.052 m ² = 154 kW / m ² .

In einem Abstand von 50 mm befindet sich das Heizgut, in diesem Fall eine Scheibe aus unbeschichtetem Floatglas. An der Oberfläche der Glasscheibe ergibt sich eine nominale Bestrahlungsintensität von 100 kW/m², die zu einem raschen Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunkts (520°C) des Glases führt.At a distance of 50 mm is the heating material, in this case a pane of uncoated float glass. At the surface of the glass sheet there results a nominal irradiation intensity of 100 kW / m ² , which leads to a rapid heating to a temperature above the softening point (520 ° C) of the glass.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Ein konventionelles Infrarotstrahlermodul für kurzwellige Infrarotstrahlung umfasst neun parallel zueinander angeordnete Zwillingsrohrstrahler mit einer elektrischen Anschlussleistung von jeweils 3 kW, einer Breite von 34 mm und einer Länge von 1000 mm und einem rückseitig angebrachten Goldreflektor. Der Längsachsen-Abstand der Zwillingsrohrstrahler beträgt etwa 55 mm, und die Gesamtbreite eines Strahlermoduls demnach ca. 500 mm. Nach Anwendung der Faustformel (Abstand Strahler zum Substrat = 1.5 × Längsachsenabstand) beträgt der Mindest-Strahlerabstand zum Heizgut etwa 80 mm. Aus der Strahlerleistung 9 × 3 = 27 kW ergibt sich in diesem Abstand eine Strahlungsintensität auf dem Substrat von ca. 50 kW/m².A conventional infrared radiator module for short-wave infrared radiation comprises nine parallel twin radiators with an electrical power of 3 kW, a width of 34 mm and a length of 1000 mm and a rear-mounted gold reflector. The longitudinal axis distance of the twin tube radiator is about 55 mm, and the total width of a radiator module therefore about 500 mm. After applying the rule of thumb (distance between radiator and substrate = 1.5 × longitudinal axis distance), the minimum radiator distance to the heating material is about 80 mm. From the radiator power 9 × 3 = 27 kW results in this distance, a radiation intensity on the substrate of about 50 kW / m ² .

Beispiel 4Example 4

In ein 500 mm breites konventionelles Flächenmodul gemäß Vergleichsbeispiel 1 passen 14 Zwillingsrohr-Heizstrahler mit einem Längsachsen-Abstand von etwa 35 mm. Damit ergibt sich gemäß obiger Faustformel bei gleicher Bestrahlungsintensität über das Heizgut ein optimaler Abstand zwischen Flächenstrahler und Heizgut von nur 54 mm.In a 500 mm wide conventional area module according to Comparative Example 1 fit 14 twin-tube radiant heaters with a longitudinal axis distance of about 35 mm. This results in accordance with the above rule of thumb at the same irradiation intensity on the Heizgut an optimal distance between surface radiator and Heizgut of only 54 mm.

Bei einer elektrischen Anschlussleistung von jeweils 3 kW ergibt sich somit 14 × 3 = 42 kW und unter Berücksichtigung des Abstandes auf dem Substrat eine Bestrahlungsintensität von ca. 80 kW/m².With an electrical connection power of 3 kW each, this results in 14 × 3 = 42 kW and taking into account the distance on the substrate, an irradiation intensity of about 80 kW / m ² .

2 zeigt das Aufheizverhalten verschiedener Diffusorplatten bei Einsatz eines Flächenstrahlers gemäß Beispiel 1 und bei jeweils gleichen seitlichen Abmessungen und gleichem Abstand zum Flächenstrahler. Auf der y-Achse ist die Temperatur „T” auf der Oberfläche der Diffusorplatte in °C und auf der x-Achse ist die Bestrahlungsdauer „t” in s aufgetragen. 2 shows the heating behavior of different diffuser plates when using a surface radiator according to Example 1 and each with the same lateral dimensions and the same distance to the surface radiator. On the y-axis, the temperature "T" on the surface of the diffuser plate in ° C and on the x-axis, the irradiation time "t" in s is plotted.

Die Kurve „A” zeigt das Aufheizverhalten einer Diffusorplatte 5 gemäß Beispiel 1. Diese heizt sich schnell – innerhalb etwa 120 s auf die Maximaltemperatur auf, die bei etwa 900°C liegt.The curve "A" shows the heating behavior of a diffuser plate 5 according to Example 1. This heats up quickly - within about 120 s to the maximum temperature, which is about 900 ° C.

Demgegenüber wird bei Kurve „B”, die das Aufheizverhalten einer Platte aus opaker Glas-Keramik zeigt, ein langsameres Aufheizen auf die Maximaltemperatur beobachtet, die zudem etwa 125°C niedriger liegt als bei Kurve „A”. Die Maximaltemperatur von 775°C wird nach etwa 210 s erreicht.On the other hand, in curve "B", which shows the heating behavior of an opaque glass-ceramic plate, a slower heating to the maximum temperature is observed, which is also about 125 ° C lower than in curve "A". The maximum temperature of 775 ° C is reached after about 210 s.

Kurve „C” zeigt das Aufheizverhalten derselben Platte aus opaker Glas-Keramik, wenn diese zusätzlich mit Gold beschichtet ist (zur Herstellung einer gewissen Analogie zur goldhaltigen Oberflächenschicht 9 der Diffusorplatte 5 von Beispiel 1). Dabei zeigt sich ein noch langsameres Aufheizen der Diffusorplatte; das Maximum der Temperatur wird innerhalb der Heizdauer von 270 s praktisch nicht erreicht. Die innerhalb der Aufheizdauer erreichte Temperatur ist mit etwa 525°C außerdem relativ niedrig.Curve "C" shows the heating behavior of the same plate of opaque glass-ceramic, if it is additionally coated with gold (to produce a certain analogy to the gold-containing surface layer 9 the diffuser plate 5 of Example 1). This shows an even slower heating of the diffuser plate; the maximum of the temperature is practically not reached within the heating time of 270 s. The temperature reached within the heating time is also relatively low at about 525 ° C.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4789771 A [0007]
EP 0133847 A2 [0008]
DE 4202944 A1 [0009]
DE 102004051846 A1 [0011, 0016]
DE 2005025796 A1 [0038]

Claims

Area radiator for infrared radiation with high radiation power per unit area, with a flat radiator arrangement ( 1 ) of two or more radiant heaters ( 3 ) and one opposite a radiation side ( 11 ) reflector ( 10 ), whereby the radiant heaters ( 3 ) each a radiator tube ( 3a ) of quartz glass containing a heating filament ( 4 ) and where the emitters ( 3a ) are arranged side by side and fixed by means of a fixing means in this arrangement, characterized in that the lateral surfaces of the radiator tubes ( 3a ) on its the radiating surface ( 11 ) facing away with a coherent mass ( 10 ) are made of opaque quartz glass, which also serves as a reflector and as a fixing agent.

Surface radiator according to claim 1, characterized in that the radiator tubes ( 3a ) Long stretched and arranged with their longitudinal axes parallel to each other.

Surface radiator according to claim 1 or 2, characterized in that between adjacent radiator tubes ( 3a ) a gap with a gap width of less than 1 mm remains.

Surface radiator according to one of the preceding claims, characterized in that the radiator tubes ( 3a ) and the heating filaments ( 4 ) are designed for medium-wave infrared radiation emission.

Surface radiator according to claim 4, characterized in that the radiating surface ( 11 ) facing side of the radiator tubes with an elongated recess, in particular a longitudinal slot, is provided.

Panel radiator according to one of the preceding claims, characterized in that the radiator arrangement is a diffuser component ( 5 ) is assigned, from the radiating surface ( 11 ) emitted infrared radiation impinges.

Surface radiator according to claim 6, characterized in that the diffuser component ( 5 ) a heat storage layer ( 9 ) of porous quartz glass impregnated with a filler having a volume-specific specific heat capacity higher than that of quartz glass.

Surface radiator according to claim 7, characterized in that the heat storage layer as a surface layer ( 9 ) having a specific surface area of at least 1 m ² / g, preferably at least 3 m ² / g.

Method for producing a surface radiator for infrared radiation, comprising the following method steps: (a) providing a flat radiator arrangement ( 1 ) of two or more radiator tubes ( 3a ) made of quartz glass, which has a radiation side ( 11 and (b) covering the connection and reflector side with a suspension containing amorphous SiO ₂ particles with particle sizes in the range up to a maximum of 500 μm in a liquid to form a coherent green body layer, exposing the radiating side, (c) drying and sintering the green body layer to form a mass ( 10 ) of opaque quartz glass, which also serves as a reflector of the radiator arrangement and as a fixing means for the radiator tubes, and (d) drawing heating filaments into the radiator tubes.

A method according to claim 9, characterized in that the covering of the connection and reflector side takes place by the planar radiator arrangement ( 1 ) is embedded in a form in the suspension.

Method according to claim 9 or 10, characterized in that the radiator arrangement ( 1 ) a diffuser component ( 5 ) having a heat storage layer of porous quartz glass impregnated with a filler having a volume-specific specific heat capacity higher than that of quartz glass.

A method according to claim 11, characterized in that the heat storage layer as a porous SiO ₂ surface layer ( 9 ) having a specific surface area of at least 1 m ² / g, preferably at least 3 m ² / g, by using a base component ( 8th ) of opaque quartz glass with a suspension containing amorphous SiO ₂ particles with particle sizes in the range of up to 500 μm in a liquid, coated, dried and at a temperature of less than 1250 ° C to a porous, spongy SiO ₂ - Layer is compressed.

A method according to claim 12, characterized in that the porous, spongy SiO ₂ layer ( 9 ) is impregnated with a noble metal emulsion and the emulsion is converted by heating in the pores of the SiO ₂ layer to noble metal layers.