CN1229852C

CN1229852C - 辐射源和照射装置

Info

Publication number: CN1229852C
Application number: CN01815644.4A
Authority: CN
Inventors: R·高斯; K·K·O·贝尔; G·格泽尔; T·贝格
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: AU2001291856A1; US7820991B2; US20030183785A1; WO2002023590A1; EP1319240A1; EP1319240B1; DE50112130D1; CN1457501A; ATE355611T1; DE20020148U1

Abstract

用于电磁辐射的辐射源(11)，其主要作用成分位于近红外区，特别是在0.8μm至1.5μm之间的波长范围内，为了形成拉长的照射区，此辐射源具有一拉长的卤素灯(11)和一拉长的反射器(12)，卤素灯具有一带至少一条灯丝(15)的、在末端处做成灯座的管状玻璃体(14)，其中卤素灯的接头(13)设置在反射器表面区域内或相对于卤素灯的位置设在反射器表面后面，其中卤素灯的末端向反射器方向折弯，并且这些或至少一根灯丝在玻璃体的折弯区域内做得这样地加粗，使得在灯座的最外点之间辐射源沿其纵向的辐射流密度基本上是恒定的。

Description

辐射源和照射装置

技术领域

本发明涉及一种辐射源以及用这种辐射源制造的照射装置。

背景技术

由本发明的申请人早先的专利申请，例如DE 19736462A1、WO99/42774或P10024731.8(未公开)已知应用电磁辐射的表面处理、材料加工和复合材料制造的方法，其主要的有效成分在近红外区内，特别是在0.8μm至1.5μm的波长范围内。在一系列这种应用中实现较宽的照射区对于提高各种方法的生产率是重要的。因此已知采用一种带一拉长的反射器的拉长卤素灯作为辐射源，该卤素灯具有一管状的、端部做成灯座的、至少带一个灯丝的玻璃体。

在已知辐射源或带有拉长的两端制成灯座的灯管的照射装置中-例如用于医疗或照明技术-灯管具有接头或灯座，它们与玻璃体同心地设置在其末端上；例如参见US 4,287,544或DE 3,317,812A1。此外这些资料介绍了带有多个辐射源的照射装置，这些辐射源相互平行设置。

用这种辐射源可以实现具有在其宽度上几乎保持不变的辐射流密度的宽的照射区，保持不变的辐射流密度又提供在工作区的相应宽度上一致的工艺条件。然而在卤素灯的末端，亦即灯座的附近，辐射流密度下降，使得在这个区域内适用其他数值的工艺参数。因此在应用于在其整个产品宽度上要求恒定的辐射流密度时这些区域原则上不能利用，因此照射区的工艺上可利用的宽度小于辐射源的长度。

可以用在近红外区域内的辐射(“NIR-Strahlung”)实现的一些工业工艺过程原则上可以用非常大的材料宽度实现。但是相应的非常长的卤素灯的具体制作碰到技术困难，并且成本非常高。因此对于这种过程力求，将多个标准长度的拉长卤素灯沿其纵向相互衔接，以便叠加成相应照射区的长度。但是这里上面提到的各个卤素灯的玻璃体在灯座附近的末端处辐射流密度下降的问题起非常严重的影响。因此对于严格要求工作区的整个宽度上辐射流密度的一致性的应用场合这种照射装置用目前的辐射源结构是无法实现的。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种这一类型的改进的辐射源，它允许产生基本具有相当于辐射源长度的宽度的照射区，在这个宽度上辐射流密度基本上是一个常数。

这个目的通过这种用于电磁辐射的辐射源来实现，其主要作用成分位于近红外区，特别是在0.8μm到1.5μm之间的波长范围内，为了形成一个拉长的照射区，辐射源具有一拉长的卤素灯和一拉长的反射器，卤素灯具有一带至少一条灯丝的、在末端处做成灯座的管状玻璃体，其中卤素灯的接头设置在反射器表面区域内或相对于卤素灯的位置设置在反射器表面后面，其中，玻璃体的末端向反射器方向折弯。

本发明一方面包括这样的基本设想，即在其长度上本来可以不发出辐射的灯管末端在相对于待加工原料或半成品的玻璃体后面铺设灯丝，通过此灯丝发出NIR射线。其次本发明还包括这样的设想，即末端或管接头的这种向后铺放通过在末端附近区域内玻璃体的折弯实现。

此外属于本发明的想法还有，灯丝或(在玻璃体内存在多个灯丝的情况下)至少一个灯丝在所述末端附近区域内加粗，从而使那里发射比较多的近红外区域内的辐射能。由此补偿由于末端的向后铺放而会引起的在玻璃体的折弯的末端处的所述辐射流密度下降。灯丝加粗或加密的程度根据具体结构或玻璃体的折弯半径确定-这取决于专业人员的设计推断，并且此外为此用不同模型进行的对比试验可以提供足够的引导。

在一因为其简单性而优选的结构中卤素灯的至少一个末端相对于其纵向长度通过一弯曲半径基本上折弯成直角形。也就是说这里灯接头相对于玻璃体和灯丝基本上成直角形分布，由此可以用简单的方法实现顺次设置的卤素灯的灯管接头的成行排列。

在此外的另一种可供选择的结构中卤素灯的至少一个末端具有一C形弯曲区，并做成这样，使得与这个末端的最外点相配的灯座相对于在这个末端处玻璃体的最外点略微向内偏移。

卤素灯的结构也可以做成这样，即其玻璃体在一端具有后述的一种几何形状，而在另一端上实现前面所述的直角形折弯。后述结构使得可以(即使相对于卤素灯用较高的费用)用更加改进的方法将辐射源“无接缝”地顺序排列，以实现非常宽的具有几乎完全恒定的辐射流密度的辐射场，因为这里有更多的位置将电流引入灯座。

卤素灯的末端适宜于设置得与反射器导热接触和/或给灯座配设用来散热的冷却结构，由此可以实现玻璃体弯曲区和各相邻连接区之间的陡的温度(T)梯度，从而产生特别是从600℃以上的玻璃体温度到明显低于300℃，尤其是低于200℃的接头或末端温度的温度下降，从而考虑灯管末端的热敏感度。

所述冷却结构在第一种具体结构中包括在灯管末端的热辐射表面(“筋片”)。附加地或者作为另一种选择在(通常基本上全金属的、因此散热性很好的)反射器上设置带有专门用来散热的导热结构的插塞接触插座作为接头。

采用压力冷却流体以排出灯管末端的热量更加有效-虽然工艺复杂一些。为此冷却结构包含冷却流体流动通道，以便将冷却流体引到卤素灯的末端和末端附近区域和/或配设的反射器的与此相邻的区域。

特别是在反射器内设置至少一条带有对准卤素灯末端的开口(“喷嘴”)的加压空气流动通道，通过此通道向这个区域输送低温加压空气-或者其他冷却气体。在这种设想的一种优选的实施形式中在反射器内设有多条加压空气流动通道，它们分别具有这样地设置和设计的出口，使得输入的加压空气环绕玻璃体的末端或末端附近区域形成涡流，这种涡旋气流保证所有待冷却表面区域可靠的散热。

另一种优选的结构在反射器内具有水通道作为冷却流体流动通道，此通道穿过反射器在灯座附近的区域。通过水通道引入冷却水，冷却水一方面用来冷却(直接经受灯丝的辐射的)反射器，另一方面-间接地通过反射器和灯管末端之间的热传导-也用来冷却灯管末端。

做成由具有高导热性的材料，特别是铝或铝合金制成的实心挤压型材的反射器可以以特别有利的方式方法散热。也就是说在这种类型的反射器中冷却流体流动通道(既可以按加压空气通道的结构，也可以按水通道的结构)特别容易加工，并且反射器的实心结构赋予它大的热容量，从而即使在灯丝的主要辐射轮廓略微不均匀或在电源电压略有波动时有利于由辐射源发出的热辐射的均匀化。

这种类型的具有特别优良的有利于延长卤素灯使用寿命的反射性能以及具有特别方便的可操作性的按模块化制作的照射系统中的反射器型材具有一在横截面内基本上矩形的外轮廓和一在横截面内基本上W形的反射面，其中特别是在“W”和矩形外轮廓之间的根部区域内加工出两或三条冷却流体流动通道。

采用按本发明的方案的照射装置包括多个所推荐类型的辐射源，其中至少两个辐射源顺序排列在一条直线上。这里在排在第一个和最后一个辐射源的相互背向的最外部点之间辐射流密度在整个纵向长度上基本上是一个常数。在顺序排列的辐射源的冷却流体流动通道相互对准并连接成一贯通的流动通道的适宜的结构中有利地实现整个冷却系统。这些通道分别具有一与顺序排列的辐射源中的第一个辐射源上的冷却流体输入管连接的接头件。

这种类型的照射装置特别是可以用于油漆或塑料涂层-尤其是粉末油漆-的近红外线干燥，以制造层合塑料，或者用于尤其是在半导体技术和显示器技术领域内的热敏性基质上的薄层结构的热处理(尤其是干燥和/或交联)，以及应用于其他应用场合，其中实现具有几乎理想地保持不变的辐射流密度的宽的照射区得到本方法高的生产率。

此外由从属权利要求以及以下借助于附图对优选实施例的说明得到本发明的优点和适宜性。附图表示：

附图说明

图1 用纵剖视表示具有一按本发明第一种实施形式的辐射源的照射装置的一个局部，

图2 用纵剖视表示具有一按本发明第二种实施形式的辐射源的照射装置的一个局部。

图3 沿按图1或2的照射装置的纵向的辐射流密度与位置的关系的示意图。

具体实施方式

图1表示一用于技术目的NIR-照射装置10的一部分，它具有多个相互沿纵向顺序排列并对齐的卤素灯丝灯11，各个灯分别带一相配的拉长反射器12，反射器由挤压铝型材制成。

反射器的基本结构由本发明申请人的EP0999724A2已知，因此这里不再加以说明。下面仅仅考虑特殊的冷却装置，它们设置在反射器内部或附近。

由图可见，卤素灯丝灯11具有一管状的、在两端分别具有一接线柱/接头13的玻璃体14，在玻璃体中央分布一拉长的灯丝15。灯丝在高的电压从而以2500K，特别是2900K以上的高工作温度运行，因此提供其主要辐射成分在近红外区域内，尤其是在0.8μm至1.5μm之间的波长范围内的射线。玻璃体14在其末端附近这样地近似于成直角地折弯，使得一相对于其中间部分大致成直角延伸的末端部分最终分别带有接头13。还可以看到，灯丝15朝“折弯”区域越来越加粗，或者其螺旋线结构做得越来越密。

通过玻璃体14向反射器和各个接头折弯并结合灯丝15加粗或加密的结构达到，卤素灯丝灯11直至其侧面的末端区域为止提供基本上恒定的NIR-射线的辐射流密度。

在此参见图3，图3中两个普通的相互顺序排列的NIR-灯的辐射流密度曲线用虚线表示，而在按图1的装置中得到的沿照射装置10(示意的)纵向辐射流密度与位置关系的曲线用点划线表示。因此所推荐的结构可以使多个辐射源顺序排列形成一直线延伸的照射装置，而在拼接部位辐射流密度没有明显的中断。

在反射器12内部设有一作为冷却流体流动通道的冷却水通道16，以使用冷却水W冷却反射器。在反射器表面附近分布一带有在携带接头的玻璃体14末端附近的空气喷嘴形式的出口18的加压空气管17，玻璃体的这个区域通过空气喷嘴形式的出口通入低温加压空气A。通过灯管末端的这种冷却-结合实心金属反射器的热传导能力-实现陡的温度梯度。这确保，尽管玻璃体温度在600℃以上，仍可达到对于辐射源的使用寿命十分重要的200℃左右或以下的最终温度。

图2表示一照射装置20的另一个实施例，其中与图1功能相同的元件还用图1中所用的附图标记。

可以看到，这里反射器22只到玻璃体24或灯丝25中心线之下并且-不同于按图1的装置-具有一穿过顺序排列的反射器22的冷却水通道26作为冷却流体流动通道。

在卤素灯丝灯21方面灯管末端区域内经过改变的折弯的几何结构存在明显的不同。也就是说这里折弯基本上做成C形，从而达到，接头23相对于玻璃体24的最外点略微向内偏移。这一方面可以使卤素灯21更紧密地相互拼接，另一方面使得可以在接头23上设置面积比较大的热辐射表面(筋片)29。此外在灯管末端穿过反射器体的区域内设有可平衡应力和导热的套管形式的接头件30，它们用来将热量很好地传到反射器体上。

通过这些措施共同地-在不用用于一个有效的加压空气冷却的装置的情况下-同样达到灯管末端区域内比较陡的温度梯度。

通过用按图2的玻璃体结构可以达到的卤素灯的紧密顺序排列，结合折弯区的C形结构可以实现在多个相互拼接的辐射源的纵向分布内辐射流密度非常好的恒定性，如图3中实线所示(同样是示意的)。甚至在灯管折弯区内灯丝25不附加地加粗或加密时也在一定程度上达到这种恒定性。

本发明的结构不局限于上述例子和所表明的方面，而是在权利要求范围内也可以有许多变型，这些变型也属于专业处理的范围之内。

附图标记表

10；20 NIR-照射装置 11；21 卤素灯丝灯

12；22 反射器 13；23 接线柱

14；24 玻璃体 15；25 灯丝

16；26 冷却水通道 17 加压空气管

18 出口 29 热辐射表面(筋片)

30 接头件 A 加压空气

W 冷却水

Claims

1.用于电磁辐射的辐射源，其主要作用成分位于近红外区，为了形成一个拉长的照射区，辐射源具有一拉长的卤素灯(11；21)和一拉长的反射器(12；22)，卤素灯具有一带至少一条灯丝(15；25)的、在末端处做成灯座的管状玻璃体(14；24)，其中卤素灯的接头(13；23)设置在反射器表面区域内或相对于卤素灯的位置设置在反射器表面后面，

其特征为：

玻璃体的末端向反射器方向折弯，

所述这些或至少一根灯丝在玻璃体的折弯区内加粗或加密，使得在灯座的最外点之间辐射源在其纵向的辐射流密度基本上是恒定的。

2.按权利要求1所述的辐射源，

其特征为：

玻璃体(14)的至少一个末端通过一弯曲半径相对于其纵长方向基本上折弯成直角。

3.按权利要求1或2所述的辐射源，

其特征为：

玻璃体(24)的至少一个末端具有一C形弯曲区，它做成这样，使得配设于这个末端的接头(23)的最外点相对于在这个末端处玻璃体(24)的最外点略微向内偏移。

4.按权利要求1所述的辐射源，

其特征为：

卤素灯(11；21)的末端设置成与反射器(12；22)导热接触，和/或给末端这样地配设用来散热的冷却结构(16，17、18；26，29、30)，使得在玻璃体(14；24)的折弯区和各相邻接头(13；23)之间产生陡的从600℃以上的玻璃体温度下降到300℃以下的灯座温度的温度梯度。

5.按权利要求4所述的辐射源，

其特征为：

在玻璃体(14；24)的折弯区和各相邻接头(13；23)之间产生陡的从600℃以上的玻璃体温度下降到200℃以下的灯座温度的温度梯度。

6.按权利要求4所述的辐射源，

其特征为：

冷却结构包含在卤素灯(21)末端上的热辐射表面(29)。

7.按权利要求4所述的辐射源，

其特征为：

冷却结构包含用来将压力冷却流体输送到卤素灯(11)末端或末端附近区域和/或反射器(12)的与上述区域相邻的区域内的冷却流体流动通道(16，17)。

8.权利要求7所述的辐射源，

其特征为

在反射器(12)内或附近的带有对准玻璃体的末端的出口(18)的至少一条加压空气流动通道(17)。

9.按权利要求8所述的辐射源，

其特征为

在反射器(12)内的多条加压空气流动通道(17)，它们各自具有对准卤素灯(11)末端的出口(18)，其中出口这样设置和设计，使得输入的加压空气在卤素灯的玻璃体(14)的末端或末端附近区域周围形成涡流。

10.按权利要求7所述的辐射源，

其特征为

反射器(12；22)内的冷却流体流动通道(16；26)，它们穿过反射器的与灯管末端相邻的区域。

11.按权利要求1所述的辐射源，

其特征为

接头(23)，它配设用来将热量传送到反射器(22)上的导热结构。

12.按权利要求1或7所述的辐射源，

其特征为：

反射器(22)做成由一种具有高导热能力的材料特别是铝或铝合金制成的实心挤压型材。

13.按权利要求12所述的辐射源，

其特征为：

在挤压型材内压制出冷却流体流动通道(26)。

14.按权利要求12所述的辐射源，

其特征为：

挤压型材外轮廓的横截面基本上是矩形，反射器表面的横截面基本上是W形，其中特别是在“W”的根部区域内压制出两条或三条冷却流体流动通道。

15.按权利要求1所述的辐射源，

其特征为：所述辐射源的波长在0.8μm到1.5μm之间的范围内。

16.具有多个辐射源的照射装置(10；20)，所述辐射源主要作用成分位于近红外区，为了形成一个拉长的照射区，辐射源具有一拉长的卤素灯(11；21)和一拉长的反射器(12；22)，卤素灯具有一带至少一条灯丝(15；25)的、在末端处做成灯座的管状玻璃体(14；24)，其中卤素灯的接头(13；23)设置在反射器表面区域内或相对于卤素灯的位置设置在反射器表面后面，其中所述玻璃体的末端向反射器方向折弯，并且所述这些或至少一根灯丝在玻璃体的折弯区内加粗或加密，使得在灯座的最外点之间辐射源在其纵向的辐射流密度基本上是恒定的，其中至少两个辐射源顺序排列在一条直线上，

其特征为：

在排在第一个和最后一个辐射源的相互背向的最外点之间的相互顺序排列的辐射源的整个纵向长度上的辐射流密度基本上是恒定的。

17.按权利要求16所述的照射装置，

其特征为：

顺序排列的辐射源的冷却流体流动通道(16；26)相互对齐，并连接成贯通的流动通道，流动通道分别具有一用来将冷却流体输送到排成行的辐射源的第一个上的接头件(30)。

18.按权利要求16所述的照射装置，

其特征为：所述辐射源的波长在0.8μm到1.5μm之间的范围内。