[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erwärmung einer Matrix
(GM 20201550055279.7 v.24.7.2015) die eine molekulare Eigenfrequenz aufweist. Sie
kann bei allen technischen Vorgängen, deren Prozeß mit einer Temperaturänderung verbunden
ist, Anwendung finden. Dabei können die bei bekannten Vorrichtungen und Verfahren
auftretenden Energieverluste und der Materialaufwand verringert werden. Die üblicherweise
in vielen gewerblichen Anlagen verwendeten Quarzstrahler oder andere Hochtemperatursysteme
mit hohem Energiebedarf können damit ersetzt oder ergänzt werden.
[0002] Die Erfindung basiert auf den klassischen Gesetzen der Strahlung schwarzer Körper
nach STEFAN/BOLTZMANN. Entsprechend diesem T
4 Gesetz beträgt die abgestrahlte Leistung ca 90% der zugeführten elektrischen Energie.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wandelt die zugeführte elektrische Energie in infrarote
Temperaturstrahlung um. Die emittierte Strahlung entspricht in ihrer spektralen Verteilung
völlig dem Wellenlängenbereich von 7ym bis 50ym je nach gewähltem ohmschen Widerstand
und dem jeweiligen Einsatzzweck.
[0003] Die molekulare Eigenfrequenz der verwendeten Materialien bestimmt den Wirkungsgrad
der Vorrichtung, der mit relativ einfachen Mitteln realisierbar ist. Dies betrifft
insbesondere Prozesse, für deren Wirksamkeit hohe Temperaturen erforderlich sind und
deren Energieverbrauch relativ hoch ist.
Die Vorrichtung umfasst einen, beidseitig durch versilberte Kupferelektroden begrenzten,
in unterschiedlichen Dimensionen und geometrischen Mustern auszuführenden Flächenstrahler.
Die beidseitig parallel zueinander angeordneten Elektroden befinden sich in einem
Abstand zueinander der dem ganzzahligem Vielfachen der vom Strahler abgestrahlten
Wellenlänge entspricht. Das führt zu einer nahezu trägheitslosen Erwärmung der leitenden
Matrix, weil nur geringe Spannungsverluste beim Energietransport auftreten und die
Matrix sich durchdurch die verstärkte molekulare Eigenschwingung erhitzt. Konstruktiv
durch den Verwendungszweck bestimmt, kann eine mittig angeordnete dritte Elektrode
auf die in zwei gleiche Teilflächen aufgeteilte Strahlerfläche aufgebracht werden
um dadurch
Veränderungen im ohmschen Widerstand und der Leistung zu erzielen. Träger der elektrisch
leitenden Matrix aus Graphenen und anderen mineralischen Kohlenstoff Material sind
temperaturfeste Mineralfaserplatten oder Glasfasergewebe wie auch andere mineralische
oder keramische elektrich isolierende Trägermaterialien. Die ungewöhnliche physikalische
Eigenschaft der Matrix ist eine sehr hohe Mobilität der Ladungsträger und ihre wärmeleitende
Struktur. Die erreichbaren hohen Temperaturen verbessern die Qualtät der behandelten
Produkte und Materialien, senken deren Kosten und sparen erheblich Energie. Mit infraroter
Wärmestrahlung kann die thermische Leistungsfähigkeit ganzer Produktgruppen verbessert
und kostengünstig verbessert werden.
[0004] Damit gebackene oder getrocknete Lebensmittel haben einen unvergleichlich besseren
Geschmack. Bei der Anwendung im Agrar-oder Vetrinärbereich kommt die gesundheitsfördernde
Wirkung der Infrarotstrahlung im Besonderen zur Geltung. Die hier beschriebene Technologie
basiert auf dem Einsatz von GNP-Materialien. (Graphen Nano Platelets) Dieses zweidimensionale
Kohlenstoffmaterial ist Hauptbestanteil der Matrix. Dank ihrer extrem hohen elektrischen
Leitfähigkeit können sich Elektronen etwa 200 Mal schneller bewegen als z.B. in Silizium.
Die dadurch erreichten Temperaturen von 400-500°C auf definierten Flächen von Temperaturstrahlungsheizungen
bei geringen Energieeinsatz führen in vielen Industriesparten zu einem Umdenken gegenüber
herkömmlichen Heiz-und Wärmesystemen.
Die EU und Korea investieren in entsprechende Forschungsprojekte jeweils
1.5 Milliarden Doller. Dies zeigt die Bedeutung und den Wert des hier beschriebenen
Thermo-Management-Systems.
1. Vorrichtung zur Erwärmung von Materialien, die eine molekulare Eigenfrequenz aufweisen
gekennzeichnet
durch ein Strahlungsmodul, mit dem eine elektromagnetische Strahlung in einer Frequenz
abstrahlbar ist, die in der Größenordnung der molekularen Eigenfrequenz des für eine
Erwärmung des in den Strahlungsbereich des Moduls einzubringenden Materials liegt,
wobei das Modul flächig ausgebildet ist und von stromführenden Zuleitungen begrenzt
wird, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Abstand voneinander aufweisen,
der einem ganzzahligen Vielfachen der vom StrahlungsModul emittierten Wellenlänge
entspricht.
Träger der elektrisch leitenden Matrix, bestehend aus Graphen Nano Platelets, weiteren
Kohlenstoffbestandteilen, mineralischen und keramischen Partikeln sowie speziellen
Tensiden sind Glasfasergewebe in differenzierten Maschengrößen, andere temperaturfeste
Materialien wie Glimmer, Keramik und spezielle Silikategläser in definierter Größenordnung
je nach Verendungszweck.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die leitfähige Strukturschicht aus einem oder mehreren gleichen oder unterschiedlichen
Ohmschen Widerständenbesteht, die sowohl parallel, seriell oder kombiniert geschaltet
werden können, unterschiedliche Leistungsparameter im Gleich-oder Wechselstrombereich
aufweisen, die durch differenzierte Mischungen der Matrix mit mineralischen und/oder
metallischen konduktiven Partikeln, Graphen Platelets und anderen Kohlenstoffbestandteilen
hervorgerufen werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, das die Emissionsfläche des Strahlungsmoduls mit funktionaler Keramik oder Nanokeramik
in unterschiedlicher Weise wie Handauflegeverfahren, Siebdruck, Sprühen oder Streichen
beschichtet wird oder durch Verwendung bioelektrischer Matrialien wie Sandstein- oder
Naturschieferpanelen ausgerüstet wird, deren Emissionsverhalten die anwendungsgemäße
Strahlungstemperatur und spezifizierte molekulare infrarote Wellenlänge in vorgegebener
Mikrometerskalierung auf das zu erwärmende Medium oder Räume oder andere Objekte übertragen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, das die elektrisch leitende Matrix durch Beimischung von spezifischen keramischen,
chemischen , mineralischen Bestandteilen mit eigener Bioelektrik und gleichgearteten
molekularen Schwingungsverhalten einen positiven Temperaturkoeffizienten erzielen,
der durch die Veränderung der Positionsstruktur der positiven Partikel zueinander
entsteht und damit eine Minderung der aufzuwendenden elektrischen Energie und eine
selbständige Eigenregelung der Betriebstemperatur der Strahlungsquelle erzielt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, das durch den spezifischen konstruktiven Aufbau des Infrarotstrahlungsmoduls in
Form von liquider, pastöser oder festen Beschaffenheit der leitenden Matrix, Strahlerelemente
in unterschiedlicher geometrischer Form, flächig ,zylindrisch, rund oder zweckdienlicher
Beschaffenheit mit DC-Niederspannung als auch mit AC-Spannungen unterschiedlicher
Voltagen betrieben werden können. Definierte Flächen als Standart wie auch Sonder-Module
oder Kombination von Beiden.