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Die
Erfindung betrifft einen primären
Wärmestrahlungserzeuger
unter Verwendung einer Folie, welche elektrische Energie in direkte
Strahlungsenergie umwandelt, wobei dieser Wärmestrahlungserzeuger insbesondere
in Wohnhäusern,
Fertigwohnhäusern,
Wohnungen, Büros,
Hallen, Fabrikgebäuden,
im mobilen Bereich von Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Anhängern, Bussen,
Bahnen, Booten, Schiffen, Flugzeugen, Hubschraubern, Zeppelinen,
Ballons, Wohnwagen, Wohnmobilen und Ähnliches angewandt werden kann.
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Es
sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Erwärmung von
Körpern
und Medien über Wärmeleitung,
Konvektion und über
Temperaturstrahlung bekannt. So wird in der
DE 44 30 582 C2 eine Vorrichtung
zur Erwärmung
eines Materials, das eine molekulare Eigenfrequenz aufweist, beschrieben.
Mit einem Strahler, mit dem eine elektromagnetische Strahlung mit
einer Frequenz abstrahlbar ist, die in der Größenordnung der molekularen
Eigenfrequenz des für
eine Erwärmung
in den Strahlungsbereich des Strahlers einbringbaren Materials ist,
erfolgt eine Raumerwärmung.
Der Strahler ist großflächig ausgebildet,
mit elektrischen Zuleitungen versehen, die beabstandet parallel
zueinander angeordnet sind. Das Verfahren soll auf dem Prinzip beruhen, dass
in dem angestrahlten und zu erwärmenden
Material eine Resonanz der molekularen Eigenschwingungen erzeugt
wird.
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Weiterhin
ist eine Heizung mittels Parabolstrahler aus der
US 4,434,345 A bekannt, die
als Frostschutzeinrichtung insbesondere für Pflanzen Verwendung findet,
wobei ein solcher Parabolstrahler direkt auf die Pflanzen gerichtet
wird.
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Eine
Vorrichtung zur Aufheizung von gefrorenem Boden mittels stabförmiger Elektronenröhren, die
magnetische Energie verwenden (Magnetronsonden), wird gemäß
US 4,590,348 A in
den Boden eingesetzt. Mikrowellen werden in den Boden abgestrahlt
und bewirken somit ein Auftauen von gefrorenem Boden.
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Eine
weitere Vorrichtung zur Erwärmung
von Personen durch eine vorgesehene Raumheizung erfolgt mittels
einer Antenne und elektromagnetischer Strahlung gemäß
US 2,370,161 A .
Eine spezielle Antennenanordnung gewährleistet eine Resonanz unter Verwendung
von ultrahochfrequenten Wellen. Dazu werden mindestens zwei Antennenteile
räumlich voneinander
getrennt angeordnet und jeweils mit einer elektrischen Zuleitung
verbunden.
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Eine
ferne Infrarotstrahlung (FIR) erzeugende Flachstrahlerfolie aus
Kohle-Glasfaser-Vliesstoff wird in der
DE 101 51 307 A1 beschrieben.
Sie dient der physikalischen Therapie und Wärmeerzeugung in Räumlichkeiten
und wird dazu im Raum nebeneinander oder untereinander als verschieden
lange oder breite Bahn oder gleich lange Bahn an Wänden, Decken,
Böden,
Dächern,
Raumteilern, Trennwänden und
anderen Begrenzungen befestigt.
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In
den deutschen Patentschriften
DE 100 16 259 C2 und
DE 100 16 261 C2 werden
kompakte millimeterwellentechnische bzw, mikrowellentechnische Einrichtungen
zum Enteisen oder Vorbeugen einer Vereisung, insbesondere der äußeren Oberflächen, von
meteorologischen Einflüssen
ausgesetzten Hohlraum- oder
Schalenstrukturen beschrieben. Die Quelle zur Erzeugung von Millimeterwellen
bzw. Mikrowellen ist ein Magnetron bzw. ein Klystron.
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Des
Weiteren sind bekannt die
DE
203 14 654 sowie
DE
203 14 653 und dazugehörige
Patentanmeldungen, wobei ein Systemstrahlungselement mit Strahlerfolie
beschrieben wird, welches für
den stationären
und mobilen Einsatz im privaten und gewerblichen Bereich gekennzeichnet
ist. Hierbei werden zwei Wärme
abstrahlende Folien parallel gegenüberliegend angeordnet.
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Von
den drei Wärmetransportmöglichkeiten, der
Wärmeleitung,
der Konvektion und der Temperaturstrahlung findet die Konvektionsheizung
die häufigste
Anwendung zur Beheizung von Räumlichkeiten.
Das Heizsystem zur Wärmeübertragung
mittels Wärmestrahlung,
d. h. mittels elektromagnetischer Wellen, findet seit den siebziger
Jahren des vergangenen Jahrhunderts zunehmend an Bedeutung. Typische
Strahlungsheizungen sind die Infrarotstrahlungsheizung und die Flächenstrahlungsheizung (Strahlplattenheizung,
Deckenheizung, Fußbodenheizung).
Im Gegensatz zur Konvektionsheizung ist bei der Strahlungsheizung
die Mitwirkung eines stofflichen Übertragungsmediums nicht erforderlich.
Die elektromagnetischen Wellen der Wärmestrahlung werden durch die
Wärmebewegung
der Moleküle (molekulare
Frequenzen) des strahlenden Körpers erzeugt.
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Die
Wärme-
oder Temperaturstrahlung, bei der ein System innere Energie in Form
der elektromagnetischen Wellen emittiert oder aus der Umgebung absorbiert,
hängt von
der absoluten Temperatur des Körpers
bzw. des Materials und nicht von der Temperaturdifferenz von Körpern, Material
und Medien, wie bei der Wärmeleitung
und Konvektion, ab. Es wird also beim Auftreten der Wärmestrahlung
auf einen Körper
diese zu einem Teil absorbiert und wieder als Wärme abgestrahlt. Je nach Beschaffenheit
und Anordnung eines Wärmestrahlungserzeugers
und der die Strahlen empfangenden Körper, insbesondere der Oberflächenbeschaffenheit
der Körper,
wird die Temperaturstrahlung verschieden stark reflektiert, absorbiert
oder durchgelassen. Für
die Praxis des Erwärmens
von Räumlichkeiten
ist dabei von Bedeutung, dass nur Körper, die Strahlung absorbieren können, diese
oder zumindest einen Teil davon emittieren können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten sowohl stationär als auch
mobil einsetzbaren primären
Wärmestrahlungserzeuger
zu finden, der durch Umwandlung von elektrischer Energie in direkte
Strahlungsenergie somit als Wärmequelle
für die
Erwärmung
von Räumen,
Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen, technischen Vorrichtungen, Gewerbe- und Industrieanlagen,
in der Landwirtschaft und im Gartenbau einsetzbar ist. Mit der erfindungsgemäß vorzuschlagenden
Lösung
soll ein hoher Wirkungsgrad für
die eingesetzte elektrische Energie erzielt werden, womit dadurch
eine erhöhte Kosteneinsparung
entsteht.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein primärer
Wärmestrahlungserzeuger unter
Verwendung eines Grundstoffes, der hauptsächlich aus Graphitteilchen
und Rußteilen
besteht und in einer Folie eingearbeitet ist, welche elektrische Energie
in direkte Strahlungsenergie umwandelt, eingesetzt wird. Dabei sind
mindestens zwei elektrische Leiterschleifen, die sich gegenüber stehen,
in direkter elektrischer Verbindung mit einer Folie gegeben, in
der die zwei gegenüber
stehenden elektrischen Leiterschleifen eingearbeitet sind.
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Dabei
wird beim Anliegen von elektrischem Strom über den elektrischen Leiter
und der Folie eine Eigenfrequenz erzeugt, welche als elektromagnetische
Strahlung abgestrahlt wird. Es ist gewährleistet, dass zwischen den
elektrischen Leiterschleifen und der Folie eine gute elektrisch
leitende Verbindung gegeben ist. Durch die Spannungsanlegung der
elektrischen Leiterschleifen und der elektrischen Verbindung über die
Folie werden die eingebundenen Graphitteilchen in der Folie in Schwingungen
versetzt. Durch diese Schwingungstätigkeit der Graphitteilchen
in der Folie wird eine Frequenz hergestellt, die einen Frequenzbereich
ausübt,
welcher dem langwelligen Infrarotlicht entspricht. Zwischen den
elektrischen Leiterschleifen entsteht somit ein magnetisch induktives
Feld, welches als Trägerfeld
mit einer Frequenz vorhanden ist.
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Des
Weiteren ist es möglich,
dass primäre Wärmestrahlungserzeuger
unter Verwendung von Folien hergestellt werden, wobei sich mehrere
Leiterschleifenpaare des elektrischen Leiters in Verbindung mit
der jeweiligen Folie gegenüber
stehen.
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Außerdem ist
eine Anwendungsmöglichkeit gegeben,
dass die jeweiligen elektrischen Leiterschleifen in Verbindung mit
der gegenüber
liegenden zweiten elektrischen Leiterschleife und der Verbindungsfolie
eine unterschiedliche Größe haben
können,
dass zum Beispiel die obere elektrische Leiterschleife einen geringeren
Umfang darstellt, wie die untere elektrische Leiterschleife. Grundsätzlich ist immer
eine elektrotechnische Verbindung zwischen den jeweiligen elektrischen
Leiterschleifen und der Folie gegeben. Generell kann davon ausgegangen werden,
dass dieser primäre
Wärmestrahlungserzeuger
unter Verwendung von Folien, welche elektrische Energie in direkte
Strahlungsenergie umwandeln, als stationäre bzw. flexible Raumheizungen
genutzt werden. Dazu wird die elektrotechnische Anordnung der elektrischen
Leiterschleifen in Verbindung mit der Folie und, wenn erforderlich,
mit deren Trägerflächen zu
einem geschlossenen Gehäuse
zusammen gefügt.
Dieses kann zum Beispiel in ein Reflektorgehäuse, was ein Heizkörper ähnliches
Gehäuse
sein kann und hauptsächlich
aus Lochblech besteht, integriert werden.
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Bei
der erfinderischen Lösung
können
verschiedene Trägerflächen mit
oder ohne Beschichtungen, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlich
gut reflektieren oder absorbieren oder ein gutes Emissionsvermögen aufweisen,
eingesetzt werden. Es können
Trägerflächen vorzugsweise
aus Stahl-, Kupfer- oder
Aluminiumblech, Keramik, Kunststoffen und Glas bestehen und mit
einer ein- oder beidseitigen Keramikschicht, Kaschierung oder Isolierung aus
hitzebeständigem
Alkydharz, einem ölhaltigen Lack,
einer Epoxydharzbeschichtung oder aus hitzebeständigen sonstigen Isolieranstrichen
versehen sein.
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Die
Trägerflächen, wenn
erforderlich, die elektrischen Leiterschleifen und die Folie oder
der Grundstoff selbst, sind vorzugsweise Metallflächen, die
aus Stahl-, Kupfer-, Aluminiumblech usw. bestehen können. Die
Trägerflächen, die
aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, können mit
ein- oder beidseitiger Keramikschicht, Kaschierung oder Isolierung
aus hitzebeständigem
Alkydharz, einem ölhaltigen
Lack, einer Epoxydharzbeschichtung oder aus hitzebeständigen sonstigen
Isolieranstrichen versehen sein, die nach gegebenem Anspruch eine gute
Reflektion, Absorptionen und ein gutes Emissionsvermögen von
elektromagnetischen Strahlungen aufweisen und den Grundstoff selbst
oder eine Folie, in der dieser eingearbeitet wurde, zusammen mit
den elektrischen Leiterschleifen, gut haftend trägt. Dieser Grundstoff besteht
hauptsächlich
aus einem Graphit-Ruß-Gemisch,
der in einer handelsüblichen
Folie eingearbeitet oder auf eine Trägerfläche aufgetragen ist. Dabei
hat der Grundstoff die Eigenschaft, bei Durchfluss einer elektrischen
Spannung in einem eigens bestimmten Frequenzbereich zu schwingen und
diese in Form von elektromagnetischer Strahlung abzugeben.
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An
den elektrischen Leiterschleifen befinden sich großflächige elektrische
Anschlussleiter mit Kontaktanschlüssen, die – wenn Trägerflächen Verwendung finden – aus oder
durch die Trägerflächen gut
isoliert herausgeführt
werden und für
die Verschaltung und Stromversorgung bestimmt sind. Die jeweiligen
Trägerflächen können an
den Außenkanten
so abgekantet sein, dass beim Zusammenfügen der abgekanteten Flächen gleichzeitig
die Schleifengröße bzw.
der Durchmesser und die Form der elektrischen Leiterschleifen fixiert
werden. Des Weiteren werden statt der abgekanteten Flächen rahmenähnliche
Einsätze
verwendet, um die Trägerflächen zu
beabstanden und zu verbinden.
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Grundsätzlich muss
ausgeführt
werden, dass alle Abstände
und Größen des
primären
Wärmestrahlungserzeugers
variabel herstellbar sind und/oder durch rahmenähnliche Einsätze oder
Abkantungen der Trägerflächen realisiert
werden.
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Um
eine Wärmeabstrahlung
in eine bestimmte Richtung lenken zu können, werden eine oder mehrere
Trägerflächen ganz
oder zum Teil vom primären
Wärmestrahlungserzeuger
mit einem beabstandeten Reflektor versehen, welcher als Fläche in dem
Reflektorgehäuse
angeordnet ist und bewirkt, dass die Wärmeabstrahlung auf die abstrahlende Trägerfläche des
primären
Wärmestrahlungserzeugers
zurück
reflektiert wird und es zu einem Ansteigen der Strahlungsenergie
in diesen Trägerflächen kommt.
Auf dieser Trägerfläche oder
diesen Trägerflächen befinden
sich ein Teilabschnitt oder mehrere Teilabschnitte von elektrischen
Leiterschleifen und weitere Teilabschnitte davon auf den Trägerflächen, die
Strahlungsenergie abgeben können
und über eine
geringere Strahlungsenergie verfügen. Über die elektrischen
Leiterschleifen und dem induktiven Feld findet ein Ausgleich statt,
was zur Folge hat, dass die Strahlungsenergie ansteigt, wo sie abstrahlen
kann.
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Als
geeignete Reflektoren haben sich helle beschichtete oder hoch polierte
Metalle, Spiegelfolien, helle Lasuren aus Glas usw. bewährt. Beschichtungen
der Trägerflächen können entfallen,
wenn die Trägerflächen selbst
aus einem Material bestehen, welches elektromagnetische Strahlung
gut absorbiert und emitiert, wie zum Beispiel Keramik, oder Materialien,
die Keramik oder Glas enthalten oder aus speziellen Kunststoffen
bestehen, was auch gleichzeitig den Grundstoff oder eine Folie,
in der dieser eingearbeitet ist, gut haftend trägt.
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Es
besteht je nach Forderung die Möglichkeit,
zwischen (auf den Innenseiten) oder auch auf den Außenseiten
der Trägerflächen die
elektrischen Leiterschleifen und den Grundstoff selbst oder eine Folie,
in der dieser eingearbeitet ist, aufzubringen.
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Eine
bestehende Folie aus dem Grundstoff kann gleichzeitig auch als Trägermaterial
dienlich sein, wenn sie die notwendige Stabilität aufweist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, wobei
folgende Zeichnungen gegeben sind:
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1 primärer Wärmestrahlungserzeuger
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1a Ausführungsform
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1b Ausführungsform
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1c Ausführungsform
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1d Ausführungsform
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2 Querschnitt
eines Heizkörpers
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3 Wärmestrahlungserzeuger
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3a Ausführung des
Wärmestrahlungserzeugers
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3b Ausführung des
Wärmestrahlungserzeugers
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1 zeigt
den erfindungsgemäßen primären Wärmestrahlungserzeuger
unter Verwendung der Folie C, welche elektrische Energie in direkte Strahlungsenergie
umwandelt, wobei mindestens zwei elektrische Leiterschleifen A und
B in elektrotechnischer Verbindung mit der Folie C gegeben sind.
Dabei ist eine einfache Darstellung dieser elektrischen Leiterschleife
in Verbindung mit der Folie ausgeführt. Wie man aus der 1 und
den nachfolgenden 1a bis 1d erkennen
kann, sind jeweils immer Zwischenräume 4 zwischen den
elektrischen Leiterschleifen A und B gegeben. Wie aus den 1a, 1b, 1c und 1d ersichtlich
ist, sind hier verschiedene Möglichkeiten
der Anordnung der elektrischen Leiterschleifen A und B in Verbindung
mit der Folie C ausführbar.
Dabei ist auch ersichtlich, dass gerade ein Unterschied in den Querschnitten
der Anordnung der elektrischen Leiterschleifen A und B möglich ist.
Diese Anordnung der elektrischen Leiterschleifen A und B in Verbindung mit
der Folie C wird in einer Trägerfläche 2 integriert.
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Die 3 zeigt
wie die 1 einen erfindungsgemäßen primären Wärmestrahlungserzeuger unter
Verwendung der Folie C, welche elektrische Energie in direkte Strahlungsenergie
umwandelt, wobei mindestens zwei elektrische Leiterschleifen A und
B in elektrotechnischer Verbindung mit der Folie C gegeben sind.
Dabei sind entsprechende Ausführungsformen
der Anordnung der elektrischen Leiterschleifen A und B gegeben,
wobei in der 3a unterschiedliche elektrische
Leiterschleifen in einer trapezförmigen
Folie in quadratischer oder rechteckiger Form ausgeführt sein
können.
Die 3b zeigt eine Anordnung von verschiedenen elektrischen
Leiterschleifen A und B mit der Folie C, wobei hier ersichtlich
ist, dass zwei Foliensysteme mit den entsprechenden elektrischen
Leiterschleifen A und B angeordnet sind.
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Die 2 zeigt
eine Anordnung eines Reflektorgehäuses 1 mit beinhaltetem
primären
Wärmestrahlungserzeuger.
Dabei ist ein Reflektorgehäuse 1 mit
der darin angeordneten Trägerfläche 2 und
beinhalteter Anordnung der elektrischen Leiterschleifen A und B
in Verbindung mit der Folie C und einer Abstrahlungsöffnung 5 gegeben.
In dem Reflektorgehäuse 1 ist
eine Trägerfläche 2 angeordnet,
die in ihrem oberen und unteren Bereich über eine entsprechende Verbindung
der Trägerfläche 3 mit
dem Reflektorgehäuse 1 ausgeführt ist.
Das Reflektorgehäuse 1 weist
nach einer Seite großflächig eine
entsprechende Abstrahlungsöffnung 5 auf.
Wie der integrierte primäre
Wärmestrahlungserzeuger
in der Trägerfläche 2 zeichnerisch
dargestellt ist, ist dabei ein Zwischenraum 4 der elektrischen
Leiterschleifen A und B gegeben. Dieser Zwischenraum 4 wird
durch die Ausführung
der Trägerflächen 2 miteinander
erzeugt. Es besteht natürlich
die Möglichkeit,
um die entsprechende Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen
des primären
Wärmestrahlungserzeugers
zu steuern, dass bestimmte Reflektoren 6 an der Innenseite
des Reflektorgehäuses 1 angeordnet
sind, um somit die Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen der
Reflektorstrahlung 8 in eine bestimmte Richtung zu leiten.
Dazu treten die Wärmewellen über die Strahlungsrichtung 7 an
einer Seite des Reflektorgehäuses 1 aus.
Dieser Reflektor 6 erstreckt sich gegebenenfalls über die
gesamte zu reflektierende Fläche an
der Innenseite des Reflektorgehäuses 1.
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- A
- elektrische
Leiterschleifen
- B
- elektrische
Leiterschleifen
- C
- Folie
- 1
- Reflektorgehäuse
- 2
- Trägerfläche
- 3
- Verbindung
der Trägerflächen
- 4
- Zwischenraum
- 5
- Abstrahlungsöffnung
- 6
- Reflektor
- 7
- Strahlungsrichtung
- 8
- Reflektorstrahlung