L'invention concerne un dispositif pour la production et la réflexion d'un rayonnement se composant d'une source émettrice de forme cylindrique rectiligne et d'un réflecteur concave rectiligne ayant une section soit parabolique, soit elliptique.
De tels dispositifs sont connus et utilisés par exemple dans les industries de la papeterie, du textile, de la matière plastique, dans l'industrie alimentaire l'industrie automobile, l'imprimerie, notamment pour la polymérisation de film (par exemple le séchage d'encre et vernis), etc...
Jusqu'à présent l'homme du métier n'a pas envisagé une miniaturisation du couple émetteur/réflecteur. Les émetteurs utilisés par la profession dans le cas le plus spécifique des rayonnements ultra-violet ont une longueur d'arc variable de 30 mm à 2500 mm et un diamètre extérieure de l'enveloppe cylindrique translucide, généralement en verre de quartz, variant entre 19 mm et 35 mm.
Par le EP 127 496 est connu un ensemble émetteurs/réflecteurs constitué par des cannes émettrices à égale distance l'une de l'autre et parallèles l'une par rapport à l'autre, derrière lesquelles se trouvent des moyens réflecteurs. Le réflecteur est constitué d'une succession de gouttières concaves, chaque gouttière étant située derrière une canne émettrice. Une circulation d'air est assurée à travers une interstice au sommet de la gouttière, derrière laquelle se trouve un écran protecteur pour éviter l'échappement indésirable de rayons. Le maintien du réflecteur à de basses températures est assuré par un second système de refroidissement situé entre les doubles parois du réflecteur. Cet émetteur nécessite une place assez importante.
Par le EP 597 162 est connu un système permettant de maintenir le film à des températures raisonnables lors d'arrêt de défilement de celui-ci. L'ensemble émetteur/récepteur est refermé sur lui-même lors d'arrêt de défilement du film. Cela implique cependant un mécanisme supplémentaire qui complique et renchérit la fabrication de l'émetteur/récepteur et son utilisation.
L'invention a pour but de proposer un dispositif permettant un gain de place, et étant tel que lors d'arrêt intempestif ou autre du défilement du film à rayonner, le couple émetteur/réflecteur ne doit être ni fermé, ni éloigné du film à rayonner, ni éteint, pour éviter une trop grande élévation de température du film à rayonner.
Allant à l'encontre des préjugés de l'homme du métier, l'inventeur a entrepris la construction d'un couple émetteur/réflecteur de dimension impensable pour ce même homme du métier.
Le dispositif selon l'invention est un dispositif pour la production et la réflexion d'un rayonnement se composant d'une source émettrice cylindrique rectiligne et d'un réflecteur concave rectiligne ayant une section soit parabolique soit elliptique, caractérisé en ce que le rayon extérieur r de l'émetteur est inférieur à 7 mm, que l'émetteur est centré au foyer du réflecteur, que la distance du sommet du réflecteur à son foyer est égale à r + a, a étant compris entre 1 et 4 mm, le réflecteur est muni d'ouvertures disposées de part et d'autre de sa génératrice située au sommet, placées de telle façon que deux ouvertures ne sont jamais face à face, destinées au passage d'un fluide de ventilation,
le débit de ce fluide envoyé par ces ouvertures étant tel que la température de l'enveloppe extérieure de l'émetteur reste inférieure à la température la plus haute supportée par l'enveloppe.
Les avantages de l'invention sont les suivants: la diminution de la taille de l'émetteur/réflecteur sans devoir diminuer la puissance d'alimentation et ceci grâce aux ouvertures conçues pour favoriser la formation de courants de fluide croisés et de ce fait de zones de turbulence qui permettent un meilleur transfert de chaleur et donc un meilleur refroidissement du dispositif. La circulation de fluide est choisie très importante afin de restreindre l'échauffement du verre de l'émetteur, étant préférable que la température de celui-ci ne dépasse pas 850 DEG C, et afin de refroidir le réflecteur. Cette circulation de fluide permet aussi de maintenir le film à rayonner à basses températures, ainsi lors d'arrêt de défilement du film à rayonner il n'est pas nécessaire de fermer, d'éteindre ou d'éloigner du film le couple émetteur/réflecteur.
La forme du réflecteur, parabolique ou elliptique, est choisie selon que l'objet à rayonner est plan ou courbe.
Etonnamment, contrairement à toute attente ce nouveau couple émetteur/réflecteur a un rendement beaucoup plus grand que ceux construits jusqu'à présent car la puissance reçue par unité de surface rayonnée est supérieure à celle d'un dispositif conventionnel à même puissance linéique. A titre d'exemple on peut mentionner qu'avec un émetteur/réflecteur comme ceux développés jusqu'à présent d'une puissance de 9 kW on peut atteindre une vitesse de défilement de 12 000 feuilles/heure lors du séchage de feuilles imprimées. Avec l'émetteur/réflecteur selon l'invention on a obtenu à partir d'une puissance de 4,5 KW une vitesse de défilement de 16 500 feuilles/heure.
Plusieurs variantes d'exécution sont possibles dans l'esprit de l'invention. Un exemple de réalisation sera décrit à l'aide des dessins annexés.
La fig. 1 est une vue extérieure d'un sécheur UV.
La fig. 2 montre le détail d'un réflecteur de ce sécheur.
La fig. 3 est une coupe transversale de ce sécheur.
A la fig. 1 est représenté l'extérieur d'un sécheur UV. Ce sécheur comprend un manteau extérieur 1, disposant de deux ouvertures concentriques 2 et 3 permettant la circulation de fluide de ventilation. Le fluide entre à l'intérieur du sécheur par l'ouverture 2 et ressort par l'ouverture 3. Ce sécheur comporte plusieurs couples émetteur/réflecteur (5/4) disposés parallèlement les uns par rapport aux autres et en quinconce de manière à obtenir un flux constant sur la largeur.
Le détail d'un émetteur/réflecteur est représenté à la fig. 2. Le réflecteur est constitué de la juxtaposition de deux éléments longitudinaux 4. Un élément 4 est constitué d'une tôle métallique pliée selon un profil en V, chaque branche du V ayant une forme parabolique. La partie supérieure des branches de l'élément 4 est munie d'ouvertures 6 permettant l'accès du fluide de ventilation à l'intérieur du réflecteur. Les ouvertures oblongues 6 de deux éléments 4 adjacents ne sont jamais face à face. L'arête du V est également munie d'ouvertures circulaires 7 favorisant l'évacuation des calories du réflecteur sur le dos de celui-ci. Ce profil en V permet une plus grande rigidité mécanique des réflecteurs, ainsi qu'une homogénéité de rayonnement: le dernier rayon primaire ou secondaire d'un réflecteur est le même que le premier rayon primaire ou secondaire du réflecteur adjacent.
L'émetteur 5 est un émetteur rectiligne formé d'une canne émettrice cylindrique centrée au foyer du réflecteur. Le rayon de l'émetteur est choisi tel que son enveloppe extérieure est éloignée au plus de 1 à 4 mm de la surface du réflecteur (ici 2 mm). Emetteurs et réflecteurs sont dimensionnés de telle façon que le rayon de l'émetteur est inférieur à 7 mm.
La fig. 3 est une vue en coupe du sécheur UV. Les éléments 4 sont fixés sur une tôle-support 8, mécaniquement rigide et optiquement réfléchissants, de telle façon que les deux branches adjacentes de deux éléments adjacents soient jointives à leur extrémité. Cette tôle 8 réfléchissante a pour but d'arrêter et de renvoyer les rayons s'échappant par les ouvertures 6 des éléments 4. Cette tôle 8 est également munie d'ouvertures 9 disposées verticalement au-dessus des ouvertures 7 à la pointe des éléments 4. Ces ouvertures 9 sont destinées au passage de la ventilation.
Les ouvertures 6 au sommet du réflecteur peuvent être oblongues, comme fig. 2, mais elles ne sont pas limitées à cette forme: elles peuvent également être circulaires. De même pour les ouvertures 7 situées à l'arête des éléments 4 du réflecteur: elles ne sont pas limitées à la forme circulaire de la fig. 2, elles peuvent également être oblongues.
Le fluide de ventilation utilisé est de l'air. Dans ce cas son débit est choisi de l'ordre de 100 m<3>/h par KW.
S'il est nécessaire qu'il n'y ait aucune oxydation, on peut utiliser un gaz inerte comme fluide de ventilation.
Selon une autre forme d'exécution, la hauteur du réflecteur est choisie de telle manière que les rayons primaires ont un angle d'incidence maximal de 60 DEG sur le film rayonné. Par rayon primaire on entend un rayon émis par la source et atteignant le film sans atteindre préalablement le réflecteur. L'angle d'incidence est l'angle formé par un tel rayon et la perpendiculaire au plan du film.
La présente invention concerne essentiellement des émetteurs ultra-violets, mais peut s'étendre aux émetteurs infra-rouges et aux émetteurs utilisant le phénomène du rayonnement en général pour transporter l'énergie d'une source émettrice à un point récepteur ou par extension à une surface réceptrice.
The invention relates to a device for producing and reflecting radiation consisting of an emitting source of rectilinear cylindrical shape and of a concave rectilinear reflector having a section either parabolic or elliptical.
Such devices are known and used for example in the stationery, textile, plastic materials, in the food industry, the automotive industry, the printing industry, in particular for the polymerization of film (for example the drying of 'ink and varnish), etc ...
Up to now, the person skilled in the art has not envisaged a miniaturization of the emitter / reflector couple. The emitters used by the profession in the most specific case of ultraviolet radiation have a variable arc length from 30 mm to 2500 mm and an outside diameter of the translucent cylindrical envelope, generally made of quartz glass, varying between 19 mm and 35 mm.
EP 127 496 discloses a transmitter / reflector assembly consisting of transmitter rods equidistant from one another and parallel to one another, behind which there are reflector means. The reflector consists of a succession of concave gutters, each gutter being located behind a transmitter rod. Air circulation is ensured through a gap at the top of the gutter, behind which is a protective screen to prevent unwanted escape of rays. Maintaining the reflector at low temperatures is ensured by a second cooling system located between the double walls of the reflector. This transmitter requires a fairly large space.
EP 597 162 discloses a system making it possible to maintain the film at reasonable temperatures when it stops running. The transmitter / receiver unit is closed in on itself when the film stops running. However, this implies an additional mechanism which complicates and makes the manufacture and use of the transceiver more expensive.
The object of the invention is to propose a device which saves space, and being such that during untimely or other halting of the travel of the film to be radiated, the emitter / reflector pair must be neither closed nor distant from the film to be radiate, nor extinguished, to avoid too great a rise in temperature of the film to be radiated.
Going against the prejudices of a person skilled in the art, the inventor undertook the construction of a transmitter / reflector pair of dimensions unthinkable for this same person skilled in the art.
The device according to the invention is a device for producing and reflecting a radiation consisting of a straight cylindrical emitting source and a straight concave reflector having a section either parabolic or elliptical, characterized in that the outside radius r of the emitter is less than 7 mm, that the emitter is centered at the focal point of the reflector, that the distance from the top of the reflector to its focal point is equal to r + a, a being between 1 and 4 mm, the reflector is provided with openings arranged on either side of its generator located at the top, placed in such a way that two openings are never facing each other, intended for the passage of a ventilation fluid,
the flow rate of this fluid sent through these openings being such that the temperature of the external envelope of the transmitter remains lower than the highest temperature supported by the envelope.
The advantages of the invention are as follows: the reduction in the size of the transmitter / reflector without having to reduce the power supply, and this thanks to the openings designed to promote the formation of crossed fluid currents and therefore of zones turbulence which allow better heat transfer and therefore better cooling of the device. The circulation of fluid is chosen very high in order to limit the heating of the glass of the emitter, being preferable that the temperature of the latter does not exceed 850 DEG C, and in order to cool the reflector. This circulation of fluid also makes it possible to keep the film to be radiated at low temperatures, so when the film to be radiated stops running, it is not necessary to close, switch off or move the emitter / reflector couple away from the film. .
The shape of the reflector, parabolic or elliptical, is chosen depending on whether the object to be radiated is flat or curved.
Surprisingly, contrary to all expectations, this new transmitter / reflector couple has a much higher efficiency than those built so far because the power received per unit of radiated area is greater than that of a conventional device with the same linear power. By way of example, it can be mentioned that with a transmitter / reflector like those developed so far with a power of 9 kW, it is possible to reach a running speed of 12,000 sheets / hour when drying printed sheets. With the transmitter / reflector according to the invention, a running speed of 16,500 sheets / hour was obtained from a power of 4.5 KW.
Several variant embodiments are possible within the spirit of the invention. An exemplary embodiment will be described using the accompanying drawings.
Fig. 1 is an exterior view of a UV dryer.
Fig. 2 shows the detail of a reflector of this dryer.
Fig. 3 is a cross section of this dryer.
In fig. 1 shows the outside of a UV dryer. This dryer comprises an outer jacket 1, having two concentric openings 2 and 3 allowing the circulation of ventilation fluid. The fluid enters the interior of the dryer through the opening 2 and exits through the opening 3. This dryer has several emitter / reflector pairs (5/4) arranged parallel to each other and staggered so as to obtain a constant flow across the width.
The detail of a transmitter / reflector is shown in fig. 2. The reflector consists of the juxtaposition of two longitudinal elements 4. An element 4 consists of a metal sheet folded according to a V profile, each branch of the V having a parabolic shape. The upper part of the branches of the element 4 is provided with openings 6 allowing access to the ventilation fluid inside the reflector. The oblong openings 6 of two adjacent elements 4 are never face to face. The edge of the V is also provided with circular openings 7 promoting the evacuation of calories from the reflector on the back of the latter. This V-profile allows greater mechanical rigidity of the reflectors, as well as a uniformity of radiation: the last primary or secondary ray of a reflector is the same as the first primary or secondary ray of the adjacent reflector.
The transmitter 5 is a rectilinear transmitter formed by a cylindrical transmitter rod centered at the focus of the reflector. The radius of the emitter is chosen such that its outer envelope is at most 1 to 4 mm from the surface of the reflector (here 2 mm). Emitters and reflectors are dimensioned so that the radius of the emitter is less than 7 mm.
Fig. 3 is a sectional view of the UV dryer. The elements 4 are fixed to a support plate 8, mechanically rigid and optically reflective, so that the two adjacent branches of two adjacent elements are joined at their ends. The purpose of this reflective sheet 8 is to stop and return the rays escaping through the openings 6 of the elements 4. This sheet 8 is also provided with openings 9 arranged vertically above the openings 7 at the tip of the elements 4 These openings 9 are intended for the passage of ventilation.
The openings 6 at the top of the reflector can be oblong, as in fig. 2, but they are not limited to this shape: they can also be circular. Similarly for the openings 7 located at the edge of the elements 4 of the reflector: they are not limited to the circular shape of FIG. 2, they can also be oblong.
The ventilation fluid used is air. In this case its flow rate is chosen to be around 100 m <3> / h per KW.
If there is a need for no oxidation, an inert gas can be used as the ventilation fluid.
According to another embodiment, the height of the reflector is chosen so that the primary rays have a maximum angle of incidence of 60 DEG on the radiated film. By primary ray is meant a ray emitted by the source and reaching the film without first reaching the reflector. The angle of incidence is the angle formed by such a radius and perpendicular to the plane of the film.
The present invention relates essentially to ultraviolet emitters, but may extend to infrared emitters and to emitters using the phenomenon of radiation in general to transport energy from a transmitting source to a receiving point or by extension to a receiving surface.