DE10217011A1

DE10217011A1 - Emitter zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material

Info

Publication number: DE10217011A1
Application number: DE2002117011
Authority: DE
Inventors: Peter John
Original assignee: IBT INFRABIO TECH GmbH
Current assignee: IBT INFRABIO TECH GmbH
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-11-13
Also published as: WO2003088309A2; AU2003227634A1; WO2003088309A3; AU2003227634A8

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Emitter zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material, der bei seiner Erwärmung Infrarotstrahlung emittiert, umfassend einen den von dem Infrarot-Emitter emittierten Spektralbereich der Infrarotstrahlung beeinflussenden Funktionalkörper aus einem Keramikmaterial und einem Träger aus einem Trägermaterial, wobei das Keramikmaterial mindestens eine Komponente aus der folgenden Gruppe enthält: DOLLAR A Al¶2¶O¶3¶, B¶2¶O¶3¶, CaO, CaCO¶3¶, CaZrO¶3¶, CeO¶2¶, Cr¶2¶O¶3¶, CuO, FeO, Fe¶2¶O¶3¶, Fe¶3¶O¶4¶, Gd¶2¶O¶3¶, LaAl¶2¶O¶4¶, MgAl¶2¶O¶4¶, MgCr¶2¶O¶4¶, MgO, SiO¶2¶, YCr¶2¶O¶3¶ und ZrO¶2¶.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Infrarot-Emitter zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material, von Wasser, organischem Material oder Lebensmitteln.
Die moderne thermische industriemäßige oder gewerbliche Bearbeitung von derartigen Gütern biologischen Ursprungs zum Zwecke des Trocknens, Röstens, Backens, Garens, Sterilisierens u. a. erfolgt weltweit überwiegend mit Konvektionswärme sowie zu einem geringen Teil mit anderen Verfahren. Eines dieser anderen Verfahren ist die Infrarottechnologie.
Aus WO 99/01401 sind beispielsweise keramische Materialien bekannt, die die Erzeugung von selektiver Infrarotstrahlung ermöglichen. Diese werden verwendet, um Dinge zu trocknen oder zu sterilisieren, zu heilen und für diverse andere Zwecke.
Die im Stande der Technik bekannten Infrarotlösungen für die thermische Bearbeitung z. B. von landwirtschaftlichen Produkten oder Lebensmitteln weisen wenigstens einen der folgenden Nachteile auf:

a) zu hohe Temperaturen der Emitter, damit zu hohe thermische Belastung der empfindlichen Biogüter in Verbindung mit einer drastischen Qualitätsreduzierung oder deswegen zu große erforderliche räumliche Entfernungen zwischen Emitter und Gut in Verbindung mit unwirtschaftlichen Bauhöhen,
b) zu geringe Effizienz der erzeugten Infrarotstrahlung, insbesondere im niedrigen Temperaturbereich,
c) zu geringe sterilisierende Wirkung in bezug auf Pilze und Bakterien und
d) zu geringe Sicherheit und Zuverlässigkeit der verwendeten Materialien (z. B. Bruchgefahr von glasartigen Quarzgutröhren) im Vergleich zu Anforderungen des modernen Verbraucherschutzes oder z. B. der Food and Drug Administration in den USA.

Der unter d) genannte Nachteil trifft z. B. auch auf die in der oben erwähnten WO 99/01401 offenbarten Infrarot-Emitter zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Infrarot-Emitter zur Verfügung zu stellen, der die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Emitter zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material, der bei seiner Erwärmung Infrarotstrahlung emittiert, gelöst. Der erfindungsgemäß Infrarot-Emitter umfasst einen den von dem Emitter emittierten Spektralbereich der Infrarotstrahlung beeinflussenden Funktionalkörper aus einem Keramikmaterial und einen Träger aus einem Trägermaterial, wobei das Keramikmaterial mindestens eine Komponente aus der folgenden Gruppe enthält:
Al₂O₃, B₂O₃, CaO, CaCO₃, CaZrO₃, CeO₂, Cr₂O₃, CuO, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Gd₂O₃, LaAl₂O₄, MgAl₂O₄, MgCr₂O₄, MgO, SiO₂, YCr₂O₃ und ZrO₂.
Die erfindungsgemäße Lösung geht mit einer Vielzahl von Vorteilen einher, wie beispielsweise dem Umstand, dass der erfindungsgemäße hocheffiziente und sichere Infrarot- Emitter für den Einsatz im Lebensmittelbereich auch z. B. im Sinne der Food and Drug Administration in den USA unbedenklich ist. Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Infrarot-Emitter in einem niedrigen Temperaturbereich eine thermische Bearbeitung von Biogütern schnell, energiesparsam, schonend und damit wertstofferhaltend und gegebenenfalls entkeimend erfolgen.
Der Funktionalkörper dient zur Emission von Infrarotstrahlung in einem bestimmten anwendungsbezogenen Spektralbereich. Er absorbiert Wärmeenergie und/oder transformiert diese in Infrarotstrahlung, die entsprechend seinen Werkstoffeigenschaften in einem definierten Spektralbereich liegt.
Der Spektralbereich ist für die thermische Bearbeitung von biologischem Material von großer Bedeutung, da die Frequenz der emittierten Infrarotstrahlung zur effizienten thermischen Bearbeitung in einem Bereich liegen sollte, für den das bestrahlte Material eine hohe Absorptionsfähigkeit aufweist.
Die Übertragung von Wärmeenergie auf den Infrarot-Emitter erfolgt beispielsweise durch einen separaten Emitter, der durch Zufuhr von elektrischer, chemischer oder Wärmeenergie Infrarotstrahlung erzeugt. Diese erwärmt Träger und Funktionskörper des erfindungsgemäßen Infrarot-Emitters, so dass diese ebenfalls Infrarotstrahlung emittieren, jedoch in . einem anwendungsbezogenen Frequenzbereich. Ebenso wie der Funktionalkörper kann der Träger ein selbständiger Emitter sein, der Infrarotstrahlung des separaten Emitters absorbiert und/oder transformiert in Infrarotstrahlung in einem materialspezifischen Spektralbereich mit einer materialabhängigen Intensität, die wiederum teilweise den Funktionskörper erwärmt und teilweise von dem Infrarot-Emitter emittiert wird. Die Temperaturerhöhung des Funktionalkörpers bzw. die auf ihn pro Zeiteinheit übertragene Wärmeenergie resultiert aus Wärmeleitung und Wärmestrahlung von dem Träger bzw. dem separaten Emitter. Die materialspezifische und temperaturabhängige, von dem Emitter emittierte Strahlung ist gegebenenfalls noch mit Anteilen der von ihm absorbierten und/oder transformierten Infrarotstrahlung des separaten Emitters überlagert. Der erwärmte Funktionalkörper emittiert Infrarotstrahlung mit einem definierten, auf die Anwendung abgestimmten Spektralbereich, die gegebenenfalls wiederum von Anteilen der Infrarotstrahlung sowohl des separaten Emitters als auch des Trägers überlagert ist. Die Intensität der von dem Funktionalkörper emittierten Infrarotstrahlung ist charakteristisch für das Keramikmaterial und abhängig von der Temperatur des Funktionalkörpers.
Der Träger verleiht dem erfindungsgemäßen Infrarot-Emitter in vorteilhafter Weise sehr gute mechanische Eigenschaften, z. B. eine hohe Bruchsicherheit. Des weiteren besitzt er sehr gute thermische Eigenschaften, so dass er einer dauernden hohen und wechselnden thermischen Beanspruchung standhält. Seine elektromagnetischen Eigenschaften ermöglichen in vorteilhafter Weise die Übertragung von Wärmeenergie auf den Funktionskörper. Der erfindungsgemäße Infrarot-Emitter ist bei der vorliegenden Erfindung im wesentlichen gasdicht und wasserdicht ausgeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Funktionalkörper eine mittels Plasmabeschichtung auf den Träger aufgebrachte Schicht. Die Plasmabeschichtung ist ein im Stand der Technik bekanntes Beschichtungsverfahren. Der Plasmastrahl wird dabei z. B. durch Verbrennen eines Gases und durch einen elektrischen Lichtbogen erzeugt. In diesen dosierten heißen Gasstrahl wird das pulverige Keramikmaterial des Funktionalkörpers mit einer bevorzugten Korngröße zwischen 10 und 50 µm eingebracht und dabei erwärmt, in der Regel bis zu einer Temperatur zwischen 1700°C und 2500°C, je nach Schmelz- und Siedepunkt des verwendeten Keramikmaterials. Die Oberfläche des mit dem Keramikmaterial zu beschichtenden Trägers wird entsprechend vorbehandelt, so dass dünne, sehr fest haftende Schichten darauf abgeschieden werden können.
Eine mittels Plasmabeschichtung auf den Träger des erfindungsgemäßen Infrarot-Emitters aufgebrachte Schicht aus Keramikmaterial hat den Vorteil, dass sie sich ohne sonst übliche Bindemittel dauerhaft mit dem Träger verbindet. Dadurch lässt sich vermeiden, dass der . als Schicht vorliegende Funktionalkörper im Bindemittel enthaltene und das Emissionsverhalten störende Komponenten enthält. Beispiele für solche störend auf die Emission wirkenden Bestandteile von Bindemitteln sind Na₂O und K₂O.
Ein weiterer Vorteil einer mittels Plasmabeschichtung auf den Träger aufgebrachten Schicht aus Keramikmaterial ist, dass sich die Beschaffenheit der Oberfläche einer solchen Schicht positiv auf das Infrarot-Emissionsverhalten des als Schicht vorliegenden Funktionalkörpers auswirkt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Funktionalkörper eine mittels Vakuumbedampfung auf den Träger eines erfindungsgemäßen Infrarot- Emitters aufgebrachte Schicht. Die Vakuumbedampfung ist ein im Stand der Technik bekanntes Beschichtungsverfahren. Die Vakuumbedampfung erfolgt in einem elektromagnetischen Spannungsfeld. Üblicherweise werden die relevanten Metalle von einem Target bei etwa 10^-2 mbar verdampft, zerstäubt und auf den Emitter aufgebracht und dort gezielt oxidiert und kristallisiert. Dadurch können dünne, zum Teil kristalline und sehr fest haftende Schichten auf dem Träger erzeugt werden.
Eine Keramikschicht, die durch Vakuumbedampfung aufgebracht wird, weist ebenfalls die oben für die Plasmabeschichtung genannten Vorteile auf. Ferner kann das Keramikmaterial durch Vakuumbedampfung in kristalliner Form auf die Trägeroberfläche aufgebracht werden. In kristalliner Form vorliegende Funktionalkörpermaterialien weisen ein besonders gutes Infrarot-Emissionsverhalten auf
Bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Funktionalkörper je nach Verwendungszweck eine Schicht auf dem Träger,

a) die im wesentlichen aus einer Komponente (z. B. nur aus Cr₂O₃) besteht, oder
b) mit mindestens zwei aneinander grenzenden Einzelschichten, die im wesentlichen aus je einer Komponente bestehen (z. B. zuerst eine Einzelschicht aus Cr₂O₃, dann eine aus Al₂O₃), oder
c) die aus einer Legierung aus mindestens zwei Komponenten besteht, oder
d) mit mindestens zwei aneinander grenzenden Einzelschichten, die jeweils aus verschiedenen Legierungen mindestens zweier Komponenten bestehen.

Ein als Schicht auf dem Träger vorliegender Funktionalkörper besitzt vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 mm. Besonders bevorzugt ist eine Dicke der Schicht zwischen 5 µm und 40 µm. Sehr dünne Schichten mit einer Schichtdicke < 40 µm haben folgende Vorteile:

- Sie weisen eine hohe Haftung auf dem Trägermaterial und damit eine hohe Verschleißfestigkeit auf. Dies ist insbesondere bei Maschinen zur Infrarotbehandlung von Lebensmitteln wichtig.
- Sie besitzen eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetischen Wellen, die von darunter liegenden Materialien emittiert werden. Dies ist vorteilhaft, wenn die darunter liegenden Materialien für die entsprechende Anwendung gewünschte Spektren emittieren.

Schichten mit einer Dicke zwischen ca. 100 µm und 1000 µm besitzen den Vorteil, dass sie eine geringe oder gar keine Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen aufweisen, die von darunter liegenden Materialien emittiert werden. Somit kann die Emission elektromagnetischer Strahlung mit unerwünschten Spektren zumindest weitgehend verhindert werden.
Vorzugsweise enthält der Träger des erfindungsgemäßen Infrarot-Emitters mindestens eine Komponente aus der folgenden Gruppe:
Al₂O₃, B₂O₃, CaO, CaCO₃, CaZrO₃, CeO₂, Cr₂O₃, CuO, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Gd₂O₃, LaAl₂O₄, MgAl₂O₄, MgCr₂O₄, MgO, SiO₂, YCr₂O₃ und ZrO₂ und Stahl.
Der Träger besteht folglich aus Materialien, die in vorteilhafter Weise sehr gute elektromagnetische, mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen, die u. a. an einer effizienten Infrarot-Emission in einem nützlichen Spektralbereich, einer hohen mechanischen Stabilität und einer hohen Resistenz gegen wechselnde thermische Beanspruchung erkennbar sind. Ferner eignet sich das Trägermaterial vorteilhafterweise für eine Beschichtung mit dem Keramikmaterial des Funktionalkörpers. Das Trägermaterial enthält die oben genannten Komponenten einzeln bzw. in Form von Legierungen aus zwei oder mehreren der Oxyde und/oder Mischoxyde. Er kann folglich aus hochfesten Keramiken oder Stahl bestehen.
Das Trägermaterial, das u. a. die oben genannten Komponenten enthält, kann in seiner Zusammensetzung dem Funktionalkörpermaterial entsprechen. Voraussetzung dafür ist u. a., dass das Keramikmaterial des Funktionalkörpers z. B. eine ausreichende mechanische Stabilität und Resistenz gegen wechselnde thermische Beanspruchung besitzt, so dass ein zusätzliches anderes Trägermaterial nicht benötigt wird.
Die Komponenten des Funktionalkörpermaterials und/oder des Trägermaterials besitzen bevorzugt eine Reinheit von > 98%. Je höher die Reinheit der eingesetzten Komponenten ist, um so geringer ist der Anteil an Verunreinigungen in dem die Komponenten enthaltenden Material, die die Infrarotstrahlungs-Emission stören und somit z. B. die Effizienz der Infrarotbestrahlung von biologischem Material reduzieren.
Die Beschichtung des Trägers mit dem Funktionskörpermaterial kann je nach Verwendungszweck nach unterschiedlichen Verfahren erfolgen. Möglich ist beispielsweise ein mechanisches Auftragen des Keramikmaterials im pasteförmigen Zustand mit Wasserglas- Emulsion auf den Träger. Anschließend wird die Beschichtung durch Sintern und Brennen mit dem Trägermaterial dauerhaft verbunden.
Um eine Funktionskörperschicht ohne die bei diesem Beschichtungsverfahren benötigten Bindemittel herzustellen, wird der Träger bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Funktionalkörperschicht beschichtet, indem das Keramikmaterial mittels Plasmabeschichtung auf den Träger aufgebracht wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Träger mit einer Funktionalkörperschicht beschichtet, in dem das gasförmig vorliegende Keramikmaterial mittels Vakuumaufdampfen auf den Träger aufgebracht wird. Vorteile der Plasmabeschichtung und des Vakuumaufdampfens wurden bereits oben genannt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material mit folgenden Verfahrensschritten:

A) Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung in einem primären Emitter durch Zufuhr von elektrischer Energie, chemischer Energie oder Wärmeenergie,
B) Erwärmung eines erfindungsgemäßen Infrarot-Emitters durch Bestrahlung mit der elektromagnetischen Bestrahlung des primären Emitters und
C) Bestrahlung des biologischen Materials mit Infrarotstrahlung, die der erwärmte Infrarot-Emitter emittiert, bei einer Temperatur des biologischen Materials je nach Verträglichkeit zwischen 25°C und 120°C.

Der primäre Emitter gibt folglich Energie an den Träger des erfindungsgemäßen Infrarot- Emitters ab, der wiederum Energie an den Funktionalkörper abgibt. Die Energie besteht zum Teil aus Konvektionswärme und zum Teil aus Infrarotstrahlung. Der den Träger und den Funktionalkörper umfassende Emitter ist in vorteilhafter Weise technisch nutzbar, da er eine resutierende Infrarotstrahlung z. B. an zu bestrahlendes Biogut in einem engen gefragten Spektrum abgibt. Die Bestrahlung des biologischen Materials kann aufgrund der Materialzusammensetzung des erfindungsgemäßen Infrarot-Emitters schon in dem niedrigen Temperaturbereich von 25°C bis 120°C effizient erfolgen, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren energiesparsam, schonend und folglich wertstofferhaltend gearbeitet werden kann. In diesem Temperaturbereich kann Biomaterial z. B. schonend (bei Temperaturen zwischen 25°C und 60°C) getrocknet und (bei Temperaturen zwischen 25 und 120°C) gebacken, gegart oder geröstet werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen, Rösten, Backen, Garen, Erwärmen, Fermentieren, Sterilisieren, Veränderung der Zellstruktur oder Reifen von biologischem Material verwendet. Das Sterilisieren des biologischen Materials bedeutet z. B., dass Biogüter wie Saatgut in Bezug auf Pilze oder Bakterien keimfrei gemacht werden. Möglich ist auch ein Sterilisieren von Räumlichkeiten, in denen biologisches Material lagert, durch den erfindungsgemäßen Emitter.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Funktionalelement 15 bis 35 Gew.-% Al₂O₃, 5 bis 55 Gew.-% Cr₂O₃ und 30 bis 60 Gew.-% SiO₂. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Funktionalelement 25 bis 35 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis 35 Gew.-% Cr₂O₃ und 40 bis 55 Gew.-% SiO₂, ganz besonders bevorzugt 28 bis 32 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis 25 Gew.-% Cr₂O₃ und 45 bis 55 Gew.-% SiO₂.
Der Funktionalkörper wird dabei vorzugsweise (ohne Bindemittel) durch Plasmabeschichtung als Schicht auf einen Träger aufgetragen. Das Trägermaterial enthält 0 bis 100 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 100 Gew.-% SiO₂ oder es besteht im wesentlichen aus Stahl. Vorzugsweise enthält das Trägermaterial 50 bis 100 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 50 Gew.-% SiO₂, besonders bevorzugt 65 bis 75 Gew.-% Al₂O₃ und 25 bis 35 Gew.-% SiO₂ oder es besteht im wesentlichen aus Stahl.
Durch die Plasmabeschichtung wird vorzugsweise eine Keramikschicht mit einer Dicke von 5 bis 40 µm und einer Rauhtiefe von 10 bis 100 µm auf den Träger aufgebracht. Mit diesem Emitter kann im Temperaturbereich von 150 bis 650°C eine Emissionszahl von mehr als 85% erreicht werden. Die Emissionszahl ε drückt das Verhältnis der Emission des betrachteten Strahlers zu der Emission eines idealen schwarzen Körpers bei einer jeweils gleichen Emittertemperatur in % aus. Strahlemitter im Stand der Technik weisen eine Emissionszahl von nur ca. 30 bis 40% auf. Es kann mit dem erfindungsgemäßen Emitter eine hohe Intensität der Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 2 bis 6 µm erzielt und damit dem Absorptionsvermögen von Wassers beim Trocknen sowie dem Absorptionsvermögen von Kohlenwasserstoffen beim Stoffumwandeln von Bioprodukten durch Backen, Garen, Rösten usw. sehr gut entsprochen werden. Mit einem Emitter dieser Zusammensetzung wird z. B. beim Trocknen von sensiblen Biogütern im Temperaturbereich der Güter von 25 bis 60°C eine um 15% höhere Leistung beim Verdampfen von Wasser erzielt, als mit herkömmlichen Keramikstrahlen. Die so mit einem Funktionalkörper beschichteten Träger sind bruchfest, sie haben eine sehr hohe Lebensdauer von mehreren Jahren und thermischen Wechselbelastungen und sie können ohne Verschleißerscheinungen zu zeigen, mechanisch und mit chemischen Mitteln gereinigt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Funktionalelement 2 bis 7 Gew.-% CaO, 30 bis 50 Gew.-% Cr₂O₄, 30 bis 40 Gew.-% Fe₂O₃, 3 bis 7 Gew.-% MgO und 10 bis 20 Gew.-% SiO₂. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Funktionalelement 4 bis 6 Gew.-% CaO, 35 bis 45 Gew.-% Cr₂O₄, 33 bis 39 Gew.-% Fe₂O₃, 4 bis 6 Gew.-% MgO und 13 bis 17 Gew.-% SiO₂.
Dabei weisen die Komponenten vorzugsweise eine Reinheit von 99,9% oder besser auf.
Das Keramikmaterial wird dabei vorzugsweise nicht mit sonst üblichen störenden chemischen Bindemitteln wie K₂O, Na₂O usw. (in der Regel 5 bis 8%) versetzt und wird als Legierung durch Plasmabeschichtung auf einen Träger aufgetragen. Das Trägermaterial enthält beispielsweise 0 bis 100 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 100 Gew.-% SiO₂ oder es besteht im wesentlichen aus Stahl. Vorzugsweise enthält das Trägermaterial 50 bis 100 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 50 Gew.-% SiO₂, besonders bevorzugt 65 bis 75 Gew.-% Al₂O₃ und 25 bis 35 Gew.-% SiO₂ oder es besteht im wesentlichen aus Stahl. Es entsteht eine Keramikschicht mit einer Dicke von 5 bis 40 µm und einer Rauhtiefe von 10 bis 100 µm auf dem Träger. Mit diesem erfindungsgemäßen Emitter kann im Temperaturbereich von 150 bis 900°C eine Emissionszahl von mehr als 95% erreicht werden. Strahlemitter weisen im Stand der Technik nur eine Emissionszahl von ca. 30 bis 40% auf. Es kann mit dem erfindungsgemäßen Emitter eine hohe Intensität der Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 2 bis 6 µm erzielt und damit dem Absorptionsvermögen von Wasser beim Trocknen sowie dem Absorptionsvermögen von Kohlenwasserstoffen beim Stoffumwandeln von Bioprodukten durch Backen, Garen, Rösten usw. sehr gut entsprochen werden. Beim Trocknen von sensiblen Biogütern im Temperaturbereich der Güter von 25 bis 60°C wird dabei eine um 25% höhere Leistung zum Verdampfen von Wasser erzielt, als mit herkömmlichen Keramikstrahlern. Mit diesem erfindungsgemäßen Emitter wird eine wesentlich höhere Entkeimung bzw. Sterilisation in bezug auf Pilze und Bakterien erzielt, als mit herkömmlichen keramischen Emittern. Die so mittels Plasmabeschichtung beschichteten Träger sind bruchfest, sie haben eine sehr hohe Lebensdauer von mehreren Jahren und thermischen Wechselbelastungen und sie können ohne Verschleißerscheinungen zu zeigen, mechanisch und mit chemischen Mitteln gereinigt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Funktionalkörper im wesentlichen SiO₂. Dabei wird vorzugsweise kristallines SiO₂ auf einen Träger durch Vakuumaufdampfen als Schicht aufgebracht. Das eingesetzte kristalline SiO₂ weist eine Reinheit von bevorzugt > 99,99% auf. Als Träger dient dabei vorzugsweise Stahl oder das Trägermaterial enthält Al₂O₃ und SiO₂. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass eine gute Ausprägung von Emissionen im Bereich von 3 µm und im Bereich von 6 µm erreicht werden kann.
Anhand von Beispielen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.

Beispiel 1

Der Funktionalkörper eines erfindungsgemäßen Infrarot-Emitters enthält folgende Komponenten:

a) 4,5 ± 2 Gew.-% CaO,
b) 38,7 ± 8 Gew.-% Cr₂O₃,
c) 37,0 ± 3 Gew.-% Fe₂O₃,
d) 4,8 ± 1 Gew.-% MgO und
e) 15,0 ± 1,8 Gew.-% SiO₂.

Die Komponenten wurden in einer Reinheit von > 99,9% als Legierung durch Plasmabeschichtung auf einen Träger aus 70 Gew.-% Al₂O₃ und 30 Gew.-% SiO₂ aufgetragen. Die Schichtdicke betrug 10 bis 20 µm. Dabei resultierte insbesondere aus den hohen Anteilen an Cr₂O₃ und Fe₂O₃ ein gutes Infrarotemissionsverhalten des Funktionalkörpers. Mit diesem Emitter wurde im Temperaturbereich von 150 bis 900°C eine Emissionszahl von 90% erreicht. Die erzielte Leistung beim Verdampfen von Wasser aus zu trocknenden Biogütern war dabei um ca. 20 bis 40% höher als bei herkömmlichen Keramikstrahlen

Beispiel 2

Es wurde kristallines SiO₂ mit einer Reinheit > als 99,99% als Funktionalkörper verwendet, das einen OH-Anteil zwischen 200 und 1000 ppm aufwies. Das SiO₂ diente sowohl als Träger als auch als Funktionalkörper. Mit diesem Emitter konnte im Temperaturbereich von 150 bis 950°C eine Emissionszahl von durchschnittlich mehr als 90% erreicht werden. Strahlenemitter im Stand der Technik weisen nur eine Emissionszahl von ca. 30 bis 40% auf. Es konnte eine hohe Intensität der Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 2,5 bis 3,2 µm und im Bereich 4,5 bis 6 µm erzielt und damit dem Absorptionsvermögen von Wasser beim Trocknen sowie dem Absorptionsvermögen anderer spezieller Stoffe optimal entsprochen werden. Mit diesem Emitter wurde beim Trocknen bzw. thermischen Bearbeiten relevanter Güter eine bis zu 50% höhere Leistung als mit herkömmlichen Keramikstrahlern erzielt.

Claims

1. Emitter zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material, der bei seiner Erwärmung Infrarotstrahlung emittiert, umfassend einen den von dem Infrarot-Emitter emittierten Spektralbereich der Infrarotstrahlung beeinflussenden Funktionalkörper aus einem Keramikmaterial und einem Träger aus einem Trägermaterial, wobei das Keramikmaterial mindestens eine Komponente aus der folgenden Gruppe enthält:
Al₂O₃, B₂O₃, CaO, CaCO₃, CaZrO₃, CeO₂, Cr₂O₃, CuO, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Gd₂O₃, LaAl₂O₄, MgAl₂O₄, MgCr₂O₄, MgO, SiO₂, YCr₂O₃ und ZrO₂.

2. Emitter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalkörper eine mittels Plasmabeschichtung auf den Träger aufgebrachte Schicht ist.

3. Emitter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalkörper eines mittels Vakuumbedampfung auf den Träger aufgebrachte Schicht ist.

4. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalkörper eine Schicht auf dem Träger ist, die im wesentlichen aus einer Komponente besteht.

5. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalkörper eine Schicht auf dem Träger mit mindestens zwei Einzelschichten ist, wobei die Einzelschichten im wesentlichen aus je einer Komponente bestehen.

6. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalkörper eine Schicht auf dem Träger ist, die aus einer Legierung aus mindestens zwei Komponenten besteht.

7. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalkörper eine Schicht auf dem Träger mit mindestens zwei Einzelschichten ist, wobei die Einzelschichten jeweils aus verschiedenen Legierungen mindestens zweier Komponenten bestehen.

8. Emitter gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Dicke < 1 mm besitzt.

9. Emitter gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Dicke zwischen 5 und 40 µm besitzt.

10. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial mindestens eine Komponente aus der folgenden Gruppe enthält:
Al₂O₃, B₂O₃, CaO, CaCO₃, CaZrO₃, CeO₂, Cr₂O₃, CuO, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Gd₂O₃, LaAl₂O₄, MgAl₂O₄, MgCr₂O₄, MgO, SiO₂, YCr₂O₃ und ZrO₂ und Stahl.

11. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten eine Reinheit > 98% besitzen.

12. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionalmaterial 15 bis 35 Gew.-% Al₂O₃, 5 bis 55 Gew.-% Cr₂O₃ und 30 bis 60 Gew.-% SiO₂ enthält.

13. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionalmaterial 2 bis 7 Gew.-% CaO, 30 bis 50 Gew.-% Cr₂O₄, 30 bis 40 Gew.-% Fe₂O₃, 3 bis 7 Gew.-% MgO und 10 bis 20 Gew.-% SiO₂ enthält.

14. Emitter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionalmaterial im wesentlichen SiO₂ enthält.

15. Emitter gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial im wesentlichen Al₂O₃ und SiO₂ enthält.

16. Emitter gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial im wesentlichen Stahl enthält.

17. Verfahren zur Herstellung eines Emitters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit einer Funktionalkörperschicht beschichtet wird, indem das Keramikmaterial mittels Plasmabeschichtung auf den Träger aufgebracht wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines Emitters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit einer Funktionalkörperschicht beschichtet wird, indem das gasförmig vorliegende Keramikmaterial mittels Vakuumaufdampfen auf den Träger aufgebracht wird.

19. Verfahren zur Infrarotbestrahlung von biologischem Material mit folgenden Verfahrensschritten:

A) Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung in einem primären Emitter durch Zufuhr von elektrischer Energie, chemischer Energie oder Wärmeenergie,

B) Erwärmung eines Emitters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 durch Bestrahlung mit der elektromagnetischen Bestrahlung des primären Emitters und

C) Bestrahlung des biologischen Materials mit Infrarotstrahlung bei einer Temperatur des biologischen Materials zwischen 25 und 120°C, die der erwärmte Infrarot-Emitter emittiert.

20. Verwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 19 zum Trocknen, Rösten, Backen, Garen, Erwärmen, Fermentieren, Sterilisieren, Veränderung der Zellstruktur oder Reifen von biologischem Material.