CN109688648A - 一种红外发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能大幅度提升中红外线的辐射系数和并能提高辐射的定向性的红外发生器，其特征在于，包括：石英容器，具有内部空腔；两个外部电极，相对应地分别设置在石英容器的壁的两个端面上；红外辐射件；以及两个内部电极，分别与两个外部电极分别对应，其中，红外辐射件包括辐射本体，该辐射本体的至少一个表面为具有多个通过表面凹陷形成的且均匀分布的凹坑的辐射面，凹坑具有设置在底端的坑底、环绕坑底并沿坑底向外延伸形成的坑壁以及在该坑壁顶端的坑口，每个凹坑满足：D/R1≧1，D为一个凹坑的深度，R1为该凹坑的坑口的半径，一个坑口的半径为能刚好覆盖住该坑口时的圆的半径。

Description

一种红外发生器
技术领域
本发明涉及一种红外发生器，特别是涉及一种能大幅度提升中红外线的辐射系数和并能提高辐射的定向性的红外发生器。
背景技术
中远红外线的产生是一个比较麻烦的事情，通常采用加热物体的方法，使物体产生热辐射的方法来获得中长波红外线。
常用的方法是用电通过一段电热丝、钼丝或者钨丝，使得电热丝、钼丝或者钨丝发热，温度上升到2000℃-2700℃，直接使得电热丝或钨丝产生热致辐射，从而发射出红外线。
但是这种方式来获得红外线，由于发热材料的红外辐射特性效率不高，这种方式做的红外源效率是比较低下的；而且通常发热体温度较高，容易着火或者产生烫伤，安全性不高；而且往往还伴随着比较强的可见光辐射，可见光辐射在有的应用里面是不希望有的。
为了照顾安全性，这类产品往往就需要把发热体的温度降到比较低的程度，这样一来，红外辐射源辐射的红外线的功率和功率密度又往往会很大的下降，使得应用效果大打折扣。
另外，而且，目前通常的热致红外辐射源，在热致辐射红外线时，通常是同时向辐射源的四面八方360度辐射，对板状的，又会同时向板的六个面辐射红外线，红外辐射能量无方向性，使得向某一特定方向范围内的能量不集中而分散，辐射功率能量密度会大幅度的降低。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能大幅度提升中红外线的辐射系数和并能提高辐射的定向性的红外发生器。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
本发明提供了一种红外发生器，其特征在于，包括：石英容器，具有内部空腔；两个外部电极，相对应地分别设置在石英容器的壁的两个端面上，外部电极的一端用于与供电线路的电连接；红外辐射件，安装在内部空腔内，用于通过加热而向外辐射产生的红外线；以及两个内部电极，分别与两个外部电极分别对应，内部电极的一端与相应的外部电极的另一端电连接，内部电极的另一端与红外辐射件电连接，其中，红外辐射件包括辐射本体，该辐射本体的至少一个表面为具有多个通过表面凹陷形成的且均匀分布的凹坑的辐射面，凹坑具有设置在底端的坑底、环绕坑底并沿坑底向外延伸形成的坑壁以及在该坑壁顶端的坑口，每个凹坑满足：D/R1≧1，D为一个凹坑的深度，R1为该凹坑的坑口的半径，一个坑口的半径为能刚好覆盖住该坑口时的圆的半径。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，两个相邻坑口之间的边线距离满足：L≤R2/2，R2为所有坑口的半径的平均值，L为两个相邻坑口各自对应的圆的中心连线的距离再减去这两个坑口各自的半径。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，当辐射面的最长边长的尺寸大于10mm时，各个坑口的尺寸小于等于该最长边长的尺寸的10％，当该最长边长的尺寸小于等于10mm的，各个坑口的尺寸小于等于该最长边长的尺寸的30％，坑口的尺寸为能刚好覆盖住该坑口时的圆的直径。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，制备辐射本体的材质中含有三氧化二铝、二氧化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石以及莫来石中的一种或多种。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，辐射本体为陶瓷材料制备而成。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，凹坑的坑底尺寸大于坑口的尺寸，或坑底的尺寸小于等于坑口的尺寸，坑底的尺寸为能刚好覆盖住该坑底时的圆的直径，坑口的尺寸为能刚好覆盖住该坑口时的圆的直径。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，坑口的形状为圆形或多边形。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，坑口的形状为三角形、四边形、五边形以及六边形中的任意一种或多种组合。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，辐射面上覆盖有含有有助提高红外辐射率的材料的辐射层。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，辐射层的材料为石墨烯、三氧化二铝、二氧化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石以及莫来石、铁及其化合物、锰及其化合物以及稀土及其化合物中的一种或两种。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征：其中，凹坑以外的辐射面上镀上含有金属的金属反光层，该金属反光层的粗糙度小于等于1.6。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，辐射本体的至少一个表面为光滑的光滑面，该光滑面的粗糙度小于等于1.6，或该光滑面上镀上含有金属的金属反光层，该金属反光层的粗糙度小于等于1.6。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，辐射本体的至少一个表面为光滑面，光滑面上覆盖含有隔热材料的隔热层。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征：其中，隔热材料为纳米空心陶瓷管、毛细空心陶瓷管、纳米空心陶瓷球、毛细空心陶瓷球、纳米空心碳素管、毛细空心碳素管、纳米空心硅素管、毛细空心硅素管、气凝胶、耐高温且热导率大于3W/(m.K)的塑料材料中的一种或几种，气凝胶为纳米空心陶瓷管、毛细空心陶瓷管、纳米空心陶瓷球、毛细空心陶瓷球、纳米空心碳素管、毛细空心碳素管、纳米空心硅素管、毛细空心硅素管中的任意一种或几种制成。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，隔热层的外表面上还镀有含有金属的金属反光层，该金属反光层用于降低隔热层的表面辐射系数或能力，该金属反光层的粗糙度小于等于1.6。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，金属反光层中的金属为镍、铬、钛、铝、铜、银以及金中的任意一种或多种。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，制备石英容器的石英纯度大于等于99.99％，即达到w(SiO2)≥99.99％(4N)的标准。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，制备石英容器的石英为无色透明水晶，或制备石英容器的石英中，含有的气泡的直径小于等于100μm。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，制备石英容器的石英中，其含有的杂质含量不小于等于30×10-6mg/g。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，其含有的羟基的浓度根据GB/T 12442-1990检测到的浓度低于50μg/g。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，石英容器为管状。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外辐射件分别通过两个支撑件支撑固定在石英容器的设置两个外部电极的两个端面上，支撑件为弯曲条状。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，石英容器的分别设置有两个外部电极的两个端面分别为对石英容器进行封口后得到的两个封口端，支撑件的另一端与相应的封口端进行固定的接触的面为契形。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，支撑件可以为钼片、不锈钢片、铜片以及铁片中的任意一种。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，内部电极的形状为契形。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，内部空腔的真空度的范围为小于等于1托(1torr)。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，石英容器的壁上设置有将内部空腔与石英容器的外部相连通的排气管，排气管采用与制备石英容器相同的材料制备而成。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，辐射本体为板式，辐射本体的正面为辐射面，与该正面对应的背面以及四个侧面为光滑面，辐射本体的两端的两个侧面分别与相应的两个内部电极分别电连接。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，还包括：红外反射件，安装在内部空腔中且位于辐射本体的背面的光滑面的一侧并能完全遮盖该光滑面，且红外反射件对波长范围为1.3um-9.7um的红外线的反射系数大于等于0.7。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外反射件的厚度范围为小于等于2mm。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外反射件的厚度范围为0.4-2mm。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外反射件采用高纯铝、高纯铜、高纯铁、不锈钢以及耐高温塑料材质中的一种或多种制备而成。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外反射件的内表面和/或外表面上镀膜铜、铬、钛、铝、银以及金中的一种，或者，红外反射件的内表面和/或外表面上涂敷氧化铟、氧化锡以及氧化镝中的任意一种的纳米薄层。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，石英容器正对辐射本体的背面的光滑面的内表面上覆盖有红外反射层，该红外反射层对波长范围为1.3um-9.7um的红外线的反射系数大于等于0.7。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外反射层的材质为镍、铬、钛、铝、铜、银以及陶瓷中的一种或多种。
本发明提供的红外发生器，还具有这样的特征，其中，红外线为的波长为1.3-9.7um。
发明作用与效果
本发明提供的红外发生器，由于包括的用于通过加热而向外辐射产生的红外线的红外辐射件，包括辐射本体，由于该辐射本体的至少一个表面为具有多个通过表面凹陷形成的且均匀分布的凹坑的辐射面，而且每个凹坑满足：D/R1≧1，D为一个凹坑的深度，R1为该凹坑的坑口的半径，所以能提高红外辐射件对红外的辐射效果，特别是能大幅度提高波长范围为1.3um-9.7um的红外线的辐射效果，同时，还能大大提高向外辐射的红外线的聚集效果，也即能将向外辐射的方向，向一个方向聚拢辐射，从而能实现对接收红外辐射的目标物的定向辐射，这样避免了向不同方向发散辐射造成的不必要的浪费，从而能减小红外辐射件的整体尺寸，进而整体减小红外发生器的整体尺寸，并降低需要的辐射器的整体功率。
附图说明
图1为实施例中涉及的红外发生器的结构示意图；
图2为实施例所涉及的红外发生器的爆炸分解图；
图3为实施例中涉及的红外辐射件的部分局部结构放大结构示意图；
图4为实施例中涉及的内部电极的结构示意图；
图5为实施例中涉及的红外辐射件的支撑件的结构示意图；
图6为实施例涉及的红外发生器的一种工况下的红外辐射能谱曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。对于实施例中所用到的具体方法或材料，本领域技术人员可以在本发明技术思路的基础上，根据已有的技术进行常规的替换选择，而不仅限于本发明实施例的具体记载。
实施例
图1为实施例中涉及的红外发生器的结构示意图；
图2为实施例所涉及的红外发生器的爆炸分解图。
本实施例提供的红外发生器1包括：石英容器100、两个外部电极200、红外辐射件300、两个内部电极400以及红外反射件500。
石英容器100具有内部空腔110，且内部空腔110呈真空，本实施例中，内部空腔110的真空度的范围小于等于1托(torr)，此时，可以认为内部空腔110的热对流消失了，从而减少热量损失，以主要产生需要的红外辐射。石英容器100的外观可以为各种形状，只要壁密封，以让内部空腔110形成真空的空间即可，本实施例中，石英容器100为管状。
另外，制备石英容器100的石英纯度最好大于等于99.99％，在该前提下，可以选用无色透明水晶进行制备，也即二氧化硅的含量达到w(SiO2)≥99.99％(4N)的标准的石英(重量比)，也采用具有含有直径小于等于100um的气泡石英进行制备，这些都能较好地透过目标红外线其确保其透过率。
另外，石英容器100的壁上还设置有将内部空腔110与石英容器的外部相连通的排气管120，通过该排气管120对内部空腔110进行真空处理。排气管120采用与制备石英容器相同的材料制备而成。
两个外部电极200，相对应地分别设置在石英容器100的壁的两个端面130上，且外部电极200的一端用于与供电线路的电连接。本实施例中，两个端面130分别为对石英容器100进行封口后得到的两个封口端，所以该每个外部电极200的一端设置在相应的封口端130的外部。
红外辐射件300安装在内部空腔110内，用于通过电加热而向外辐射产生的红外线。
图3为实施例中涉及的红外辐射件的局部放大结构示意图。
如图3所示，红外辐射件300包括辐射本体310，该辐射本体310的内部具有发热电路，连接电后进行发热。辐射体310的至少一个表面为具有多个通过表面凹陷形成的且均匀分布的凹坑311的辐射面312，也即至少一个表面是辐射面312，而且这个辐射面312是具有多个通过表面凹陷形成的均匀分布的凹坑311的。通过均匀分布的凹坑311，能够将原本辐射面312上的180度辐射，变成在法向方向加强的会聚辐射或者有一定定向的辐射，且提高其辐射系数。
凹坑311具有坑底311a、坑壁311b以及坑口311c。
坑底311a设置在凹坑311凹陷的底端，坑壁311b为环绕坑底311a并沿坑底311a向外，也即向上延伸形成，坑壁311b的顶端的开口即为坑口311c。
本实施例中，每个凹坑311满足：D/R1≧1，
其中，D为一个凹坑311的深度，也即从坑底311a到坑口311c的高度；
R1为该凹坑311的坑口311c的半径，这里，这个半径为：能刚好覆盖住该坑口311c时的圆的半径。也即用一个圆来覆盖这个坑口311c，当刚好能覆盖住时的圆的半径，即视为这个凹坑311的半径R1。
当上述凹坑311满足D/R1≧1时，能提高红外辐射件300对红外的辐射效果，特别是能大幅度提高波长范围为1.3um-9.7um的红外线的辐射效果，同时，还能大大提高向外辐射的红外线的聚集效果，也即能将向外辐射的方向，向一个方向聚拢辐射，从而能实现对接收辐射目标物的定向辐射，这样避免了向不同方向发散辐射造成的不必要的浪费，从而能减小红外辐射件300的整体尺寸，进而整体减小红外发生器1的整体尺寸，并降低需要的辐射器的整体功率。
另外，本实施例中，两个相邻坑口311c之间的边线距离满足：L≤R2/2，
其中，R2为所有坑口311c半径R1的平均值，
L为两个相邻坑口311c各自对应的圆的中心连线的距离再减去这两个坑口311c各自的半径R1，中心连线距离也即为能分别刚好各自覆盖住两个相邻凹坑311的坑口311c两个圆的中心之间的距离，例如，两个相邻的凹坑311分别为凹坑a和凹坑b，能刚好覆盖住凹坑a的圆为A，能刚好覆盖住凹坑b的圆为B，圆A和圆B各自的半径分别为ra和rb，它们的中心之间的距离为LA-B，则上述L＝LA-B-ra-rb。
本发明人发现，当两个相邻坑口311c之间的边线距离满足L≤R2/2时，能进一步大大提高向外辐射红外的效率，只要能加工，而且L越小L越小，辐射效率越高，方向性越集中。
本发明人还发现，当D/R2和R2/L都取较大的数值时，即此时坑比较深，且未被坑覆盖的平面，也即坑与坑之间的间隙面积较小时，在凹坑内产生的辐射红外线，必须通过坑口才能发射出来，这样，坑口半径R2及坑的深度D配合，将对辐射方向产生限制，可以得到在辐射面法向上的较尖锐的能量分布。当D/R2取较大且可加工可实施的值时，且R/L取较大的数值且可加工时，可以使得本发明的红外辐射源的红外法向辐射系数接近理论极限1。
“当D/R2取较大且可加工可实施的值时，且R/L取较大的数值且可加工时”具体解释是：即相当于L接近0时，即几乎没有未做坑结构的表面，所有的辐射能量都只能从坑口内部射出，由于坑及坑内涂敷的辐射增强材料的联合作用，此时未被坑口结构限制方向的能量占比很小。若此时D/R达到一定程度的时候，即坑比较深且坑口比较小，此时辐射面对1.3-9.7um的反射系数将逼近0，根据辐射系数＝1-反射系数，此时辐射系数将逼近1。
另外，为了能进一步提高向外辐射红外线的效率，本实施例中，对各个凹坑311的坑口的尺寸，也即能刚好覆盖住该坑口时的圆的直径2R，提出了限制，具体为：相对于辐射面312的边长中最长边长的尺寸，当该最长边长的尺寸大于10mm时，坑口的尺寸优先地小于等于该最长边长尺寸的10％，当该最长边长的尺寸小于10mm的，优选地坑口的尺寸小于等该最长边长的尺寸的于30％。该限制范围，能最大地提高辐射面312的向外辐射红外的效率。
另外，坑底311a的尺寸可以大于坑口311c的尺寸，此时最有利于对辐射的红外的定向性；坑底311a的尺寸也可以小于坑口311c的尺寸，此时生产工艺相对简单，生产成本较低。同样地，这里的坑底311a的尺寸为能刚好覆盖住该坑底时的圆的直径，坑口311c的尺寸为能刚好覆盖住该坑口时的圆的直径。
另外，坑口311c的形状可以圆形或多边形等任意的形状，但优选地，为三角形、四边形、五边形以及六边形中的任意一种或多种组合，对红外辐射的集拢效果更好，特别是为正六边形时，能更好地控制红外辐射的定向性,且方便加工。
另外，当制备辐射本体310的材料中含有三氧化二铝、二氧化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石以及莫来石中的一种或多种，能提高电热转换效率，而且由于这些材料发热时耗散率低，所以能大大提高辐射本体的使用寿命。为了能达到类似的效果，制备辐射本体310的材料可以为陶瓷材料。
另外，辐射面312上覆盖有含有有助提高红外辐射率的材料的辐射层，其中，辐射层的材料优选地，为石墨烯、三氧化二铝、二氧化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石以及莫来石、铁及其化合物、锰及其化合物以及稀土及其化合物中的一种或两种，这些材料能通过改变辐射面312的灰度，从而提高红外辐射率。
另外，所有凹坑311以外的辐射面上，也即各个凹坑311之间间隔的间隙上，镀上含有金属的金属反光层，该金属反光层的粗糙度小于等于1.6。此时，该金属反光层中的金属优选地为镍、铬、钛、铝、铜、银以及金中的任意一种或多种。
另外，为了能进一步加强对红外辐射的定向性，辐射本体310的至少一个表面为光滑的光滑面313，也即不设置任何凹坑，而且，最佳地，让该光滑面313的粗糙度小于等于1.6，这样能让辐射本体310向外辐射红外线的能力降低，即灰度减小，减少能量从该光滑面313散发出来，从而提高了红外从辐射面312进行辐射的定向性。
或者，通过在光滑面313上也镀上含有金属的金属反光层，且该金属反光层的粗糙度也小于等于1.6，也能达到同样地定向效果，此时光滑面313的粗糙度可以不考虑。此时，金属反光层中的金属也优选地为镍、铬、钛、铝、铜、银以及金中的任意一种或多种。
也或者，可以在光滑面313上覆盖含有隔热材料的隔热层，通过隔热材料进行隔热，使得加热产生的热量，少从光滑面313散发出去，从而能让能量主要从辐射面312发射，进而提高了系统的辐射面312进行辐射的定向的红外线辐射效率。
隔热材料为纳米空心陶瓷管、毛细空心陶瓷管、纳米空心陶瓷球、毛细空心陶瓷球、纳米空心碳素管、毛细空心碳素管、纳米空心硅素管、毛细空心硅素管、气凝胶、耐高温且热导率大于3W/(m.K)的塑料材料中的一种或几种，而气凝胶为纳米空心陶瓷管、毛细空心陶瓷管、纳米空心陶瓷球、毛细空心陶瓷球、纳米空心碳素管、毛细空心碳素管、纳米空心硅素管、毛细空心硅素管中的任意一种或几种制成。
其中，耐高温且热导率大于3W/(m.K)的塑料材料的热导率的单位W/(m.K)，即为瓦/(米.开)。
为了能达到更好的效果，还可以在隔热层的外表面也镀上上述的金属反光层，用于降低隔热层外表面的红外辐射灰度，以降低隔热层的表面辐射系数或能力，减少隔热层外表面辐射出的红外线能量。这样，通过金属反光层，又将能够使得通过隔热层将温度极大降低的光滑面312的红外辐射系数由通常的0.6-0.8，直接降低到0.1-0.15，进一步的降低了光滑面312的红外辐射能量损失，从而极大的提高了系统的定向的红外线辐射效率.
两个内部电极400，分别与两个外部电极200分别对应，每个内部电极400的一端与相应的外部电极200的另一端电连接，且内部电极的另一端与红外辐射件300电连接，以给红外辐射件300通电加热。图4为实施例中涉及的内部电极的结构示意图。
由于与内部电极400电连接的外部电极200设置在封口端130处，所以本实施例中，如图4所示，内部电极400为截面积尺寸小的细长结构，优选为契形：该形状能减少传导热损失，从而增加热传导路径的热阻，进而减少整个红外发生器1的传导能量损耗，提高红外辐射的效率；且在红外辐射件100工作时，高温产生的机械形变将不会对石英容器100的封口端130形成很大的应力，从而避免损坏石英容器1，进而能保证石英容器100内的真空度。且能够确保内部电极400与石英容器100封接时，不会产生慢漏气的微孔通道，降低内部空腔110的真空度。
另外，内部电极400的材质一般优选钼材质，且通常采用钼片。
另外，本实施例中，辐射本体310为板式，辐射本体310的正面为辐射面312，与该正面对应的背面以及四个侧面为光滑面313。此时，辐射本体的两端的两个侧面，分别与相应的两个内部电极400分别电连接，此时的该两个侧面也可叫电极面。本实施例中，由于电极面与内部电极400连接，所以不对为电极面的光滑面313进行上述的镀上含有金属的金属反光层。
红外反射件500安装在石英容器100的内部空腔110中，且位于辐射本体310的背面的光滑面313的一侧，并能完全遮盖该光滑面313。本实施例中，红外反射件500套在红外辐射件300的光滑面313上，然后再一起封装在石英容器100的内部空腔110中。并且，该红外反射件500对波长范围为1.3um-9.7um的红外线的反射系数大于等于0.7。这样，通过红外反射件500的反射，能将从辐射本体310的背面的光滑面313辐射出的红外线再次反射回去，从而能进一步提高红外线向外辐射的定向性。该红外反射件采用高纯铝、高纯铜、高纯铁、不锈钢以及耐高温塑料材质中的一种或多种制备而成。
另外，由于红外辐射件300有一定的质量，该质量若直接加载在的内部电极400，将损伤和塌陷内部电极400，从而造成短路或者红外辐射件300偏移位置，也不利于产品运输和使用。所以本实施例中，红外辐射件300分别通过两个支撑件320支撑固定在石英容器100的设置两个外部电极200的两个端面上，本实施例中该两个端面也即两个封口端130，同时，红外反射件500也是通过两个支撑件320做支撑固定。这样，两个支撑件320能够在对红外辐射件300以及红外反射件500起到支撑作用，防止它们偏移位置并与内部空腔110表面接触。
图5为实施例中涉及的红外辐射件的支撑件的结构示意图。
并且，本实施例中，支撑件320为弯曲条状，也即被弯曲呈类似于弹簧片的弯曲结构，这个弯曲结构可以吸收红外辐射件300工作时高温对各部件产生的热膨胀直接对石英容器100的封口端130造成的应力，也能吸收运输过程中对红外辐射件300和红外反射件500的振动冲击。
另外，本实施例中，红外反射件500为半圆形形状，且紧靠内部空腔110，这样，在较大振动振幅过程中，能确保该红外反射件500与内部空腔110呈较大面接触，有利于保护内部空腔110受到较小的压强冲击而不被破坏。此外，由于红外反射件500紧靠内部空腔110，所以在将红外辐射件300和红外反射件500一起被安装进内部空腔110时，能够起到一定的定位和支撑作用。
红外反射件500的厚度范围为小于等于2mm，这样是由于，小于等于2mm，越小越能降低红外反射件500的热容，而超过2mm后，质量过重，会对支撑件320及其他支撑结构造成压力。另外，优选地，该厚度范围为0.4-2mm，是因为这个红外反射件500还能对对红外辐射件300起支撑保护作用，所以也是需要一定的机械强度的，所以厚度最好能大于0.4mm。
另外，为了让红外反射件500对1.3um-9.7um的红外线有较强的反射特性，同时而且还能将吸收的那部分能量变成材料的本征辐射而被辐射出去，可以如下：在红外反射件500的内表面或外表面，或者同时在其内表面和外表面上，镀膜铜、铬、钛、铝、银以及金中的一种；或者，在红外反射件的内表面或外表面，或者同时在其内表面和外表面上，涂敷氧化铟、氧化锡以及氧化镝中的任意一种的纳米薄层(纳米薄膜即指指由尺寸为纳米数量级(1-100nm)的组元镶嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性)。
这里的本征辐射，就是物体达到一定的温度，在此温度下会发出的红外辐射，所以通过对红外反射件500的上述镀膜或者涂覆，能够降低反射件500上的辐射能量强度，进一步优化辐射面的辐射效率及其定向辐射性能。
另外，石英容器100正对光滑面313的内表面，也即内部空腔110正对光滑面313的内表面上，覆盖有红外反射层140，该红外反射层140对波长范围为1.3um-9.7um的红外线的反射系数大于等于0.7，这样，进一步将可能从内部辐射出来的红外线反射回去，从而进一步提高了红外辐射的定向性。
另外，红外反射层140的材质为镍、铬、钛、铝、铜、银以及陶瓷中的一种或多种。
另外，为了能在使用中保证内腔空腔110的真空度要求，制备石英容器100的石英中，其含有的杂质含量小于等于30×10-6mg/g，这样才能保证使用时，最大程度地能避免高温下挥发物挥发过多而导致内部空腔110的真空度下降。
另外，制备石英容器100的石英中，其含有的羟基的浓度也要求低于50μg/g(根据GB/T 12442-1990检测)，这样能最大地提高红外线的透过率，从而提升从辐射面312辐射的红外线在石英腔内的透过率。
工作过程：
以下具体说明本发明提供的红外发生器1的工作过程。
首先，外部电流通过外部电极200，流经内部电极400，以给红外辐射件300通电加热，从而将电能转换成热能，驱动辐射本体310温度上升至400-1300K(开尔文温度)。
然后，热能传递到辐射本体310的各个表面，之后如下：
在辐射面312上，通过均匀布置的多个凹坑311和覆盖的辐射层的作用，提升其辐射面312的红外辐射系数至0.96-0.98，所以传向辐射面312的能量被变成波长在1.3um-9.7um的红外线，并且通过凹坑311的作用，提升了辐射面312辐射方向的定向性；
对于光滑面313(本实施例中不包括作为电极面的光滑面)，若表面镀有上述的金属反光层而得到的光滑光亮的表面，或者为粗糙度能小于等于1.6的光滑光亮的表面，则热量也将达到此处，且其温度虽然与辐射面312几乎相等，但由于其表面的光滑光亮，会使得该光滑面313上的红外辐射系数降低到0.1-0.15左右，大大降低了从光滑面313上辐射出去的红外能量，从而使更多的能量主要从辐射面312发射出去，从而提高了整个红外辐射源的辐射效率，也即提高了辐射的定向性；
对于光滑面313，若光滑面313上覆盖隔热层，则很少热量能达到此处，且其温度比辐射面312大大降低，所以从光滑面313上辐射出去的红外能量将会极大的减少，这使更多的能量只能从辐射面312发射出去，从而提高了整个红外辐射源的辐射效率，也提高了辐射的定向性；
对于光滑面313(本实施例中不包括作为电极面的光滑面)，若覆盖隔热层并在该隔热层上面镀上上述的金属反光层，则一方面通过隔热层降低该光滑面313上的温度大大的降低了从该光滑面313红外辐射能量密度，另一方面，通过金属反光层，又将能够使得通过隔热层使得温度极大降低的光滑面313的红外辐射系数由通常的0.6-0.8，直接降低到0.1-0.15，从而进一步的降低了光滑面313的红外辐射能量损失，从而极大的提高了系统的定向的红外线辐射效率。
然后，从光滑面313，特别是背面的光滑面313还是会辐射出一部分红外线能量。此时，当从背面的光滑面313射出来的红外线在向外辐射的过程中，大部分能量将不可避免的遇到在辐射本体310背面一侧的红外反射件500。此时红外反射件500再次将70％以上的准备逃逸红外线再次反射到辐射本体310上面，使其继续发热。当然一部分能量将会再次的反射回红外反射件500，并继续被红外反射件500反射回辐射本体310上。如此反复，这样下来，准备逃逸的红外线能量将只有一小部分能够在红外反射件500上变成热量加热红外反射件500，所以红外反射件500上面的温度相比于光滑面313的表面温度将进一步降低很多，比如，光滑面313的表面温度是600度，而红外反射件500上面的温度可以降低到200度。加热红外反射件500的能量，一部分将通过该红外反射件500的内表面形成红外辐射，返回到红外辐射件300上对其进行加热，而另一部分能量将会在红外反射件500的外表面对外辐射。此时，由于红外反射件500上面的温度已经大大的低于辐射本体310的光滑面313，所以红外反射件500的红外辐射功率密度会很小，而且，红外反射件500外表面也是对波长范围为1.3um-9.7um的红外线有较强的反射特性，所以红外反射件500外表面红外辐射能力非常弱，这样又进一步的降低了红外反射件500外表面的红外辐射能量及其能量占比。
通过红外反射件500向外辐射的红外线，将在石英容器100内表面红外反射层140，大部分再次被反射回红外反射件500，对其加热，加热后的能量一部分通过红外反射件500的内表面辐射到红外辐射件300上对其进行加热，大部分能量继续通过辐射面312进行辐射，这样又进一步的降低了从红外反射层140外表面的红外辐射能量及其能量占比，从而降低辐射管向后的辐射能力，使得更多的能量只能通过辐射面312进行辐射，增加了辐射的定向能力。
由此，通过上述的过程，可以使通常的热致辐射的方向性由红外辐射件300正反两面的全周辐射(即通常所说的360度辐射)变成单面辐射(即通常所说的180度方向辐射)，就是红外线大部分主要从辐射本体310的正面，也即辐射面312射出来，而背面的光滑面313的方向几乎很少红外能量能够出来。
图6为实施例涉及的红外发生器一种工况下的红外辐射能谱曲线。
从图6中可以看出，实施例提供的红外发生器1在一种工况下，红外辐射能谱曲线很接近于黑体的辐射曲线，可见，本专利对辐射面的处理措施，极大地提高了辐射面的红外辐射灰度，提高了该面上的红外辐射的能力。
实施例作用与效果
本实施例提供的红外发生器，由于包括的用于通过加热而向外辐射产生的红外线的红外辐射件，包括辐射本体，由于该辐射本体的至少一个表面为具有多个通过表面凹陷形成的且均匀分布的凹坑的辐射面，而且每个凹坑满足：D/R1≧1，D为一个凹坑的深度，R1为该凹坑的坑口的半径，所以能提高红外辐射件对红外的辐射效果，特别是能大幅度提高波长范围为1.3um-9.7um的红外线的辐射效果，同时，还能大大提高向外辐射的红外线的聚集效果，也即能将向外辐射的方向，向一个方向聚拢辐射，从而能实现对接收红外辐射的目标物的定向辐射，这样避免了向不同方向发散辐射造成的不必要的浪费，从而能减小红外辐射件的整体尺寸，进而整体减小红外发生器的整体尺寸，并降低需要的辐射器的整体功率。

Claims (36)

1.一种红外发生器，其特征在于，包括：
石英容器，具有内部空腔；
两个外部电极，相对应地分别设置在所述石英容器的壁的两个端面上，所述外部电极的一端用于与供电线路的电连接；
红外辐射件，安装在所述内部空腔内，用于通过加热而向外辐射产生的红外线；以及
两个内部电极，分别与两个所述外部电极分别对应，所述内部电极的一端与相应的所述外部电极的另一端电连接，所述内部电极的另一端与所述红外辐射件电连接，
其中，所述红外辐射件包括所述辐射本体，该辐射本体的至少一个表面为具有多个通过表面凹陷形成的且均匀分布的凹坑的辐射面，
所述凹坑具有设置在底端的坑底、环绕所述坑底并沿所述坑底向外延伸形成的坑壁以及在该坑壁顶端的坑口，
每个所述凹坑满足：D/R1≧1，
D为一个凹坑的深度，R1为该凹坑的所述坑口的半径，
一个坑口的所述半径为能刚好覆盖住该坑口时的圆的半径。
2.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，两个相邻所述坑口之间的边线距离满足：L≤R2/2，
R2为所有坑口的所述半径的平均值，
L为两个相邻所述坑口各自对应的所述圆的中心连线的距离再减去这两个坑口各自的半径。
3.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，当所述辐射面的最长边长的尺寸大于10mm时，各个所述坑口的尺寸小于等于该最长边长的尺寸的10％，
当该所述最长边长的尺寸小于等于10mm的，各个所述坑口的尺寸小于等于该最长边长的尺寸30％，
所述坑口的尺寸为能刚好覆盖住该坑口时的圆的直径。
4.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，制备所述辐射本体的材质中含有三氧化二铝、二氧化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石以及莫来石中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述辐射本体为陶瓷材料制备而成。
6.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述凹坑的坑底尺寸大于所述坑口的尺寸，或所述坑底的尺寸小于等于所述坑口的尺寸，
所述坑底的尺寸为能刚好覆盖住该坑底时的圆的直径，
所述坑口的尺寸为能刚好覆盖住该坑口时的圆的直径。
7.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述坑口的形状为圆形或多边形。
8.根据权利要求7所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述坑口的形状为三角形、四边形、五边形以及六边形中的任意一种或多种组合。
9.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述辐射面上覆盖有含有有助提高红外辐射率的材料的辐射层。
10.根据权利要求9所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述材料为石墨烯、三氧化二铝、二氧化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石以及莫来石、铁及其化合物、锰及其化合物以及稀土及其化合物中的一种或两种。
11.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所有所述凹坑以外的辐射面上镀上含有金属的金属反光层，该所述金属反光层的粗糙度小于等于1.6。
12.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述辐射本体的至少一个表面为光滑的光滑面，
该光滑面的粗糙度小于等于1.6，或该光滑面上镀上含有金属的金属反光层，该所述金属反光层的粗糙度小于等于1.6。
13.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述辐射本体的至少一个表面为光滑面，
所述光滑面上覆盖含有隔热材料的隔热层。
14.根据权利要求13所述的红外发生器，其特征在于：
其中，隔热材料为纳米空心陶瓷管、毛细空心陶瓷管、纳米空心陶瓷球、毛细空心陶瓷球、纳米空心碳素管、毛细空心碳素管、纳米空心硅素管、毛细空心硅素管、气凝胶、耐高温且热导率大于3W/(m.K)的塑料材料中的一种或几种，
所述气凝胶为纳米空心陶瓷管、毛细空心陶瓷管、纳米空心陶瓷球、毛细空心陶瓷球、纳米空心碳素管、毛细空心碳素管、纳米空心硅素管、毛细空心硅素管中的任意一种或几种制成。
15.根据权利要求13所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述隔热层的外表面上还镀有含有金属的金属反光层，所述金属反光层用于降低所述隔热层的表面辐射系数或能力，该所述金属反光层的粗糙度小于等于1.6。
16.根据权利要求11、12以及15中任意一项所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述金属反光层中的金属为镍、铬、钛、铝、铜、银以及金中的任意一种或多种。
17.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，制备所述石英容器的石英纯度大于等于99.99％。
18.根据权利要求17所述的红外发生器，其特征在于：
其中，制备所述石英容器的石英为无色透明水晶，
或制备所述石英容器的石英中，含有的气泡的直径小于等于100μm。
19.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，制备所述石英容器的石英中，其含有的杂质含量小于等于30×10-6mg/g。
20.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，制备所述石英容器的石英中，其含有的羟基的浓度根据GB/T 12442-1990检测到的浓度低于50μg/g。
21.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述石英容器为管状。
22.根据权利要求1所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外辐射件分别通过两个支撑件支撑固定在所述石英容器的设置两个所述外部电极的两个端面上，
所述支撑件为弯曲条状。
23.根据权利要求22所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述石英容器的分别设置有两个所述外部电极的两个端面分别为对所述石英容器进行封口后得到的两个封口端，
所述支撑件的另一端与相应的封口端进行固定的接触的面为契形。
24.根据权利要求22所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述支撑件可以为钼片、不锈钢片、铜片以及铁片中的任意一种。
25.根据权利要求1-15、17-24中任意一项所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述内部电极的形状为契形。
26.根据权利要求1-15、17-24中任意一项所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述内部空腔的真空度的范围为小于等于1托。
27.根据权利要求1-15、17-24中任意一项所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述石英容器的壁上设置有将所述内部空腔与所述石英容器的外部相连通的排气管，所述排气管采用与制备所述石英容器相同的材料制备而成。
28.根据权利要求1-15、17-24中任意一项所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述辐射本体为板式，所述辐射本体的正面为所述辐射面，
与该正面对应的背面以及四个侧面为所述光滑面，
所述辐射本体的两端的两个侧面分别与相应的两个所述内部电极分别电连接。
29.根据权利要求28所述的红外发生器，其特征在于，还包括：
红外反射件，安装在所述内部空腔中且位于所述辐射本体的背面的所述光滑面的一侧并能完全遮盖该光滑面，且所述红外反射件对波长范围为1.3um-9.7um的红外线的反射系数大于等于0.7。
30.根据权利要求29所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外反射件的厚度范围为小于等于2mm。
31.根据权利要求30所的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外反射件的厚度范围为0.4-2mm。
32.根据权利要求29所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外反射件采用高纯铝、高纯铜、高纯铁、不锈钢以及耐高温塑料材质中的一种或多种制备而成。
33.根据权利要求29所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外反射件的内表面和/或外表面上镀膜铜、铬、钛、铝、银以及金中的一种，
或者，所述红外反射件的内表面和/或外表面上涂敷氧化铟、氧化锡以及氧化镝中的任意一种的纳米薄层。
34.根据权利要求28所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述石英容器正对所述辐射本体的背面的所述光滑面的内表面上覆盖有红外反射层，该红外反射层对波长范围为1.3um-9.7um的红外线的反射系数大于等于0.7。
35.根据权利要求33所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外反射层的材质为镍、铬、钛、铝、铜、银以及陶瓷中的一种或多种。
36.根据权利要求1-15、17-24中任意一项所述的红外发生器，其特征在于：
其中，所述红外线为的波长为1.3-9.7um。
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