EP1216383A1 - Dispositif d'irradiation electromagnetique - Google Patents

Dispositif d'irradiation electromagnetique

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Publication number
EP1216383A1
EP1216383A1 EP00962577A EP00962577A EP1216383A1 EP 1216383 A1 EP1216383 A1 EP 1216383A1 EP 00962577 A EP00962577 A EP 00962577A EP 00962577 A EP00962577 A EP 00962577A EP 1216383 A1 EP1216383 A1 EP 1216383A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflectors
irradiation device
reflector
cooling
fluid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00962577A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Lumpp
Antoine Carroy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lumpp and Consultants
Original Assignee
Lumpp and Consultants
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lumpp and Consultants filed Critical Lumpp and Consultants
Publication of EP1216383A1 publication Critical patent/EP1216383A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F21V29/67—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/40—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic irradiation device comprising:
  • a source of electromagnetic radiation comprising:
  • a radiation emitter "at least two lateral reflectors located at a distance from the emitter on either side of it, and each comprising a reflective front face facing the emitter, and a rear face, l the emitter and the reflectors being arranged so as to direct the radiation towards an exhibition space having a central part, the two reflectors being separated from each other by a slot,
  • Means for cooling the reflectors allowing the passage of a cooling fluid on the side of the rear face of the reflectors on the one hand, and through the slot on the side of the front face of the reflectors on the other hand,
  • Apparatuses with visible and / or ultraviolet and / or infrared radiation are known for applications such as drying of paints, varnishes, inks, baking of powders such as epoxy, Rilsan (registered trademark), etc., and such that the sterilization of solid products in sheets, fluids of a food nature, syrup, water, etc ...
  • the reflectors consist of concave metal sheets, one side of which is reflective. They form two portions of the same ellipse, the slit occupying the top of the ellipse.
  • the emitter tube is located parallel to the slit, and its axis is placed at the focal point of the ellipse closest to the slit.
  • the thermal energy released by the radiation source simultaneously with the photochemical energy tends to dry out the product subjected to radiation. If we take the example of an application to the printing press, the source may very well irradiate areas of the paper on which the product to be polymerized has not been printed, in which case the substrate (for example paper) being exposed, air and heat cause a local drop in humidity, which will change the structural behavior of the substrate. This constraint limits the power of the device in certain applications.
  • An objective of the invention is to allow sufficient cooling of a radiating device of the above type, in a restricted space confined in a casing. Another objective is to allow ventilation and, if necessary, sufficient cooling of the space subjected to radiation without reducing the photonic energy released. Another objective is to increase the power of the radiation source, in a given volume, without subjecting the radiation source itself and / or the object subjected to the radiation to excessive heating, by simple means. According to the invention, these objectives are achieved by means of an irradiation device comprising:
  • the middle part of the exhibition space is that which is subjected to the highest temperatures. Thanks to the invention, it is swept by the cooling fluid opening both through the expulsion orifices and through the slot, which contributes to its cooling.
  • the circulation of the cooling fluid between the rear face of the reflectors and the support structure allows increased heat exchange, and in particular limits heating of the support structure.
  • the coolant can be the ambient air in the room or a neutral gas, such as nitrogen, for the products to be inerted. Alternatively, it can also be air with a high relative humidity rate, favoring the temperature drop by the use of latent heat of vaporization, or cold air at a temperature below 20 ° C or below 0 ° C, or even demineralized liquid water at room temperature.
  • the reflectors are provided, on the side of their face posterior, of a multitude of cooling streaks, such that the exchange surface formed by the rear face of the reflectors is significantly greater than the reflecting surface formed by the front face of the reflectors.
  • the housing has shaped walls, so that the cavity which they constitute with the rear face of each reflector is a sinuous cavity to considerably increase the heat exchange capacity.
  • the reflector will be subjected to a surface treatment by a nickel deposit increasing by about 10 times the thermal emissivity capacity on the back of the reflector compared to bare aluminum.
  • the small ridges and the complementary conformation of the support structure allow an increase in the exchange surfaces both on the reflector side and on the support structure side, hence a greater cooling capacity.
  • the sinuous cavity has a substantially constant thickness.
  • the support structure comprises a pipe for distributing the coolant disposed parallel to the slot.
  • the device comprises at least one path connecting each sinuous cavity to the pipe.
  • the pipe is separated from the cavity by an intermediate wall comprising one or more communication orifices constituting the fluid path connecting the sinuous cavity to the pipe.
  • the section of the expulsion port (s) is substantially smaller than the section of the communication port (s).
  • the intermediate wall has at least one orifice connecting the pipe to the slot.
  • This orifice can moreover be one of the preceding communication orifices.
  • the rear face of the reflector comprises at minus a stop bearing on a complementary stop formed in the structure, the result of the forces due to the pressure exerted by the fluid on the rear face of the reflector tending to increase the force exerted by the stop on the opposite stop.
  • the device thus allows a good distribution of mechanical and thermal stresses between the reflectors and the support structure.
  • the device comprises motorized means normally external to the irradiation device, imposing a forced circulation of the fluid in the pipe.
  • motorized means can be integrated into the supporting structure or separated from the latter by a fluid supply pipe.
  • the device comprises a nebulizer projecting into the fluid a liquid in fine droplets.
  • the nebulizer is preferably placed between the motorized means and the fluid distribution pipe.
  • the nebulized liquid vaporizes, on the one hand in contact with the emitting tube which it bypasses while flowing towards the anterior face, and on the other hand when passing through the cavity formed between the reflectors and the supporting structure, thus absorbing a considerable heat corresponding to its own latent heat of vaporization, and contributing to the cooling of the emitter and the walls.
  • the vaporized liquid is demineralized water, which makes it possible to control the humidity level in the exhibition space and to avoid drying out of the objects subjected to radiation, or to accelerate the polymerization of certain inks or varnish.
  • the source of electromagnetic radiation constitutes a unitary unit assembled slidingly and in support according to two orthogonal axes in the aeraulic carrying structure by means of bearing surfaces sliding on supports, and sliding rails sliding on bosses.
  • Figure 1 shows a cross section of a device according to the invention
  • Figure 2 shows an exploded and cutaway perspective of the device of Figure 1;
  • Figure 3 shows a side view of the device of Figure 1;
  • Figure 4 shows a section of the part of the device shown in Figure 2; • Figure 5 shows a detail of an alternative embodiment of the invention.
  • a radiating device 10 comprises a supporting structure 12 constituted by an A-shaped profile of aluminum or steel protected by an insulating coating, and an intermediate wall 14 delimiting a posterior volume constituting a longitudinal pipe 16 of rectangular section and an anterior volume constituting a housing 18 approximately in the shape of an inverted U, open on one of its sides.
  • One end of the pipe 16 is provided with an air outlet 20 allowing a supply of cooling fluid.
  • the aluminum profile was subjected to a hard anodic oxidation treatment of approximately 50 ⁇ , the surface protection layer thus formed making it possible to resist on the one hand to all mechanical shocks, and on the other hand give the part a high electrical resistance to leakage currents from the environment of the machine on which the radiating device is mounted, as well as to possible short-circuit currents circuit inside this same radiating device.
  • the earth connection of the irradiation device is separate from the earth connection of the machine.
  • the intermediate wall 14 includes orifices 22 of variable sections staggered on either side of a median plane 24 of the support structure, these orifices 22 providing as many openings between the pipe 16 and the anterior housing 18 of the structure 12.
  • the intermediate wall 14 is provided with two supports 26 placed on either side of the median plane 24 and projecting towards the inside of the anterior volume 18.
  • the two lateral walls delimiting the front volume 18 of the structure each have on their external face a longitudinal groove 28 of circular section, corresponding to a boss 30 formed inside the front volume 18.
  • the front volume 18 of the structure 12 is occupied by radiating means comprising a transmitter 32 located in the median plane of the structure, and two lateral reflectors 34 located on either side of the transmitter 32 and at a distance therefrom ci, symmetrically with respect to the median plane.
  • the emitter 32 is a Xenon or Krypton, or neon, or other gas lamp with comparable properties, composed of a cylindrical tube 36 made of transparent quartz, inside which is placed a plasma cylinder emitting in the ultraviolet and / or visible and / or infrared.
  • the interest of such an emitter is its impulse nature.
  • the variation of the electrical power supply parameters of the generator makes it possible to simultaneously mix UV wavelengths with those of infrared IR in desired proportions, and this at each flash on the same radiated surface.
  • first UV flash followed by a second IR flash, or the reverse, or alternatively, a first UV flash combined with a certain amount of IR in less proportion, then followed another IR flash combined with a lesser amount of UV on the same radiated surface.
  • a first UV flash combined with a certain amount of IR in less proportion
  • another IR flash combined with a lesser amount of UV on the same radiated surface.
  • Each of the axial ends of the tube is provided with a ceramic tip 38 provided with an external electrical connector 40 connected to an electrode 42 inserted in the tube.
  • the transmitter 32 can also advantageously consist of a Mercury lamp or its derived metal iodides.
  • a positioning flange 44 At each longitudinal end of the front volume 18 of the supporting structure 12 is disposed a positioning flange 44, visible in FIGS. 2 and 4, and comprising lateral slides 46 which are positioned by sliding on the two lateral bosses 30.
  • Each flange has a notch 48 in U whose opening is turned towards the intermediate wall, and an internal reflecting surface 48a of the flange 44 bringing the radiation from the source 36 towards the radiated plane to eliminate the effects of edges.
  • This notch has a shoulder 47 visible in FIG. 4, and a wider part allowing the positioning of an openwork holding part 49.
  • This retaining part 49 can also advantageously be replaced by a part made of Teflon or similar material of a thickness and a diameter sufficient to accommodate the O-ring of the ceramic end piece 38 having the same geometrical outline as the part. 44 thus ensuring symmetry with respect to the axis 54.
  • the retaining piece 44 can advantageously be replaced in the outer plug 72 by a blind hole positioned in the axis of symmetry of the lamp.
  • the outer 72 and inner 74 caps form a single molded piece of insulating material.
  • the ceramic tip of the lamp can then be held in the blind hole of the plug 74, either by an O-ring or by an elastomeric binder insensitive to UV and resistant to temperature.
  • the intermediate wall 14 comprises, at the height of the connection between the tail of the electrode and the ceramic end piece, a large opening 50.
  • the flange is itself perforated by openings 41.
  • Each of the reflectors 34 is constituted by a metal profile, in particular of aluminum or steel, comprising a concave reflecting front face 52. Viewed in section in a plane perpendicular to the axis 54 of the cylindrical tube 36, the reflection surfaces 52 of the two reflectors 34 conform to the envelope of the same ellipse, the focus of which would be located on the axis 54 of the cylindrical tube.
  • Each of the reflectors 34 is provided, on the side of its rear face 56, with a main fin 58 of large dimension, and cooling grooves 60 forming asperities of smaller dimensions.
  • a bearing surface 62 contributes to the positioning of the reflector in the carrying structure 12 and abuts against the corresponding support 26 of the intermediate wall 14.
  • Two edges 64 adjacent to the two reflectors 34 delimit a longitudinal slot 66 parallel to the axis 54 of the tube 36.
  • a space is formed between the slot 66 and the intermediate wall 14, which opens laterally on the orifices 22.
  • air speed in line 16 is faster than at the other opposite end at the level of the electrical connection socket 78, where the speed tends to be zero.
  • the orifices 22 are of passage section larger where the pressure is lower. The passage section of these orifices 22 gradually decreases to the other opposite end 78 where the pressure is greater, so as to make the transverse air flow after the intermediate wall 14 homogeneous.
  • the two flanges 44 receive the ends of the lateral reflectors 34 so as to position them longitudinally in the front housing 18.
  • the cooling air is conveyed on the back of the reflectors 34 with a pressure greater than the pressure drop due to the flow of air in the air passage 17.
  • the presence of the rib 58 and the hooked end flange 59 increases the moment of inertia of the reflector 34 relative to the thrust axis of the air pressure on the back of the reflector, so as to avoid any deformation of the reflector 34 in extruded profile.
  • the rigorous rectilinear maintenance of the reflector 34 for irradiation devices of great lengths (up to 4 meters), in particular in industries producing cardboard or textile webs, is guaranteed by the rib 58, the reflector being supported. 34 on the stop 26 of the intermediate wall 14.
  • the two reflectors 34 remain perfectly symmetrical and immobile with respect to the axis 24, since the opposite thrusts cancel each other out.
  • each reflector 34 is shaped according to a very efficient heat exchanger. To do this, the whole of the reflector 34 is covered with a layer of nickel allowing the emissivity coefficient to be multiplied by 10. heat compared to a bare aluminum surface. In addition, wherever the cooling air licks the back of the reflector 34, the radiative surface has been increased by small streaks 60 staggered in three places: the top of the reflector, on the rib 58 and on the slope at 15 ° in middle and bottom of reflector 34.
  • the intermediate wall 14 retains in its central part by the housing 15 a longitudinal reflective aluminum strip 68, retained by two supports 15 'and facing the tube 36 through the slot 66.
  • Each end of the supporting structure 12 is further provided with an outer plug 72 and an inner plug 74, visible in FIGS. 2 and 4.
  • the outer plug 72 ensures the closing of the pipe 16. It is provided with four pins 76 coming to be inserted in circular grooves of the supporting structure.
  • the internal plug 74 achieves in a rounded shape the 90 ° change of direction of the cooling fluid and, by construction, sufficient electrical insulation to seal off the electrical connection point of the lamp with its supply cable.
  • the plugs 72, 74 are made of plastic, so as to match the shapes of the profile by embedding, while strengthening the electrical insulation.
  • the end of the structure opposite the air outlet is provided with a multi-pin electrical outlet 78, shown in FIG. 5, for lamp supply voltages less than or of the order of 3000 volts. Beyond these values, that is to say up to 10,000 volts or more, the electrical conductors pass through the ventilation duct which provides additional isolation security with regard to people.
  • the air outlet 20 is connected by a tube 99 downstream of a ventilator 96, shown diagrammatically in FIG. 3.
  • the device is further provided with a vaporizer 98 situated at the outlet of the ventilator, which makes it possible to discharge towards the air outlet 20 and the air duct 16 containing a mist of fine suspended water droplets.
  • the vaporizer 98 can be arranged directly in the vicinity of the air outlet 20.
  • the assembly of the device is carried out as follows:
  • the longitudinal ends of the reflectors 34 are integral with the flanges 44 by means of eight pins 53 housed in the holes 55 formed in the end returns 59, and passing through holes 45 in the two flanges 44.
  • the electrical connection of the transmitter 32 s 'effecting at one end of the radiating device, the electrical supply wire on the other side of the lamp is brought back to the electrical connection side by housing it in the hole 57 of the reflector 34.
  • the hole 57 on the other reflector 34 is used to house a bare ground conductor wire.
  • the two end flanges 44, the two reflectors 34 and the emitter 32 constitute a unitary sub-assembly, mechanically and electrically integral, which can be inserted by sliding along the bosses 30 in the anterior volume 18 of the structure 12, the bearing surfaces 62 sliding on the supports 26.
  • This sub-assembly is therefore largely dissociated, from a mechanical, electrical, thermal and a (2015) point of view, from the supporting structure 12.
  • a continuous space is formed between each lateral reflector 34 and the side wall opposite the support structure 12, this space opening on the anterior side by a slot 80 located between the front edge of each reflector and the corresponding edge of the wall of the support structure 12, and, on the side posterior, through the orifices 22 made in the side wall.
  • the pins 53 which hold the reflectors 34 integral with the flange 44 protrude on the rear face of the latter of a length such that they abut on the internal face 73 of the inner plug 74, the plastic material of which is sufficiently elastic to absorb the expansion of the reflectors 34.
  • the external grooves 28 of the supporting structure make it possible to introduce the device 10 like a drawer into a machine element provided with complementary parallel slides.
  • the compactness, maneuverability and unity of the unit make it possible to envisage in standard exchange the total replacement of the device during maintenance or interventions, rather than a repair or partial replacement of one of the components of the 'apparatus.
  • a cooling fluid is introduced into the pipe through the mouth 20.
  • the orifices 22 have a variable section from the end comprising the mouth 20 towards the opposite end, so as to compensate for the pressure variation along the pipe 16 and to produce a flow of fluid of substantially constant flow at the passage of the orifices 22.
  • a part of the fluid flow passes through the slot 66 towards the space exposed to the radiation, where it participates in a heat exchange with the reflecting faces 52 of the reflectors and with the tube 36.
  • Another part of the flow follows the sinuous path formed between the side walls of the structure 12 and the rear faces 56 of the reflectors 34 and emerging through the slots 80, which orient the outgoing flow approximately towards the median plane 24 of the irradiated space.
  • This part of the fluid performs a heat exchange with the rear face 56 of the reflectors, which is important due to the length of the path 17 traveled which contributes both to increasing the exchange surface and slow down the fluid.
  • the small streaks 60 and the nickel coating also contribute to increasing this heat exchange.
  • the openings 50 and 41 allow a flow of the fluid, and therefore cooling.
  • the reflective strip 68 allows a reflection of the radiation which escapes from the slot 66. It also isolates the intermediate wall 14 from any contact with infrared radiation which would be liable to cause a localized rise in temperature of the profile constituting the support structure 12, and to generate heterogeneous deformations of the elements.
  • the supports 26 oppose the mechanical thrust generated by the pressurized fluid along the rear faces of the reflectors 34, and thus guarantee the existence of a slot 66 of constant and homogeneous width between the adjacent edges 64 of the two reflectors 34, whatever the airflow thrust.
  • the expression cooling used hitherto is a deliberately generic expression.
  • the radiation emitter comprises plasmas sensitive to thermal shocks, such as for example the lighting of the lamp, or a strong temperature gradient of the quartz envelope, which essentially concerns the plasmas formed by Mercury, Gallium and / or Lead, Iron and / or Cobalt, and / or other metallic iodides of the same nature, then the cooling of the emitter will be limited to the use of ambient air in the room or neutral gases, such as nitrogen, for the products to be inerted.
  • the radiation emitter comprises plasmas almost insensitive to thermal shocks, such as those formed by xenon, krypton, or by other associated ionizing gases of the same kind
  • a neutral gas by nature antioxidant insofar as the emitter is cold plasma
  • the hot plasma emitter is provided with a jacket of demineralized cooling water as it has previously described, either air at a relative humidity level thanks to the water vaporizer, preferably demineralized water, favoring the temperature drop by the use of latent heat of vaporization, or air at temperature below 20 ° C or below 0 ° C, or even demineralized water at room temperature, in which the radiating element is immersed.
  • Demineralized water offers electrical resistivity allowing the conductive ends of the lamp to be in contact with the cooling water without the risk of electrical faults.
  • the vaporization of water through the slot 66 makes it possible to obtain a strong temperature gradient between the internal wall of the quartz tube 36 which is in contact with the plasma at approximately 5000 ° K to 7000 ° K, and the external wall which can be in direct contact with water at 20 ° C without causing any modification of the plasma either in its spectrum or in the amount of energy released in the wavelengths considered.
  • the thermal energy released simultaneously with the photochemical energy tends to dry out the product subjected to radiation. If we take the example of an application to the printing press, radiant device
  • the 10 may very well irradiate areas of the paper on which the product to be polymerized has not been printed, in which case the substrate (for example paper) being exposed, the air and the heat are the cause of a localized fall humidity, which will modify the structural behavior of the substrate.
  • the substrate for example paper
  • the expulsion slots 80 formed between the side reflectors and the edges of the side walls of the support structure 12 are shaped so as to direct the air expelled from the sinuous path formed between the side walls towards the median plane 24 of the support structure 12 of the structure 12 and the rear face 56 of the reflectors.
  • FIG. 5 An alternative embodiment is presented in FIG. 5.
  • a certain length for example 1 meter
  • the thrust exerted by the air leaving the slot 66 and arriving on the cylindrical tube 36 can cause a deformation of the tube 36.
  • the wire 94 of the loop 90 is of a very small diameter to show flexibility (1 / 10th of a mm up to about 10 ⁇ m). It is capable of withstanding temperatures above 900 ° C.
  • the wire can be made of chrome / molybdenum, or better made of quartz fibers which are of the same nature as the lamp tube, transparent and with a low rate of expansion. .
  • the pipe 16 constituting the posterior volume of the supporting structure can be of rectangular section, as indicated in the embodiment, but also of any geometric shape, for example circular, ovoid, or square.
  • the supporting structure 12 can be made of any metallic or composite material having the desired mechanical, electrical and thermal behavior characteristics.
  • the pipe 16 can be separated from the support structure 12 and attached thereto, which makes it possible to constitute the pipe 16 in a material different from that of the structure 12.
  • the support structure can thus have for example a d-shaped section 'H, with a housing for the radiating means, and a housing for an attached tubular pipe made of thermosetting plastic material. In such a configuration, it is useful to provide flanges for holding the pipe which do not constitute excessive thermal bridges between the structure and the pipe.
  • the shape of the concave reflection surface formed by the two reflectors 34 can be, seen in a plane perpendicular to the axis of the tube, a parabola whose focal point would be the axis of the cylindrical tube.
  • the tube 36 can be slightly offset from the focus on the concave surface.
  • Reflectors 34 can also take a form approaching that of an ellipse or a parabola, for example a broken form constituted by arcs of circles and / or segments of straight lines.
  • the length of the reflectors 34 cannot exceed a certain dimension.
  • a large structure 12 for example several meters, it is possible to have end to end sections of reflectors thus producing a longitudinal surface of homogeneous reflection.
  • the radiation emission method can be arbitrary.
  • the emitter lamp can either be filled with a low-pressure neon-type gas, or fitted with an axial filament aligned with the focal line and emitting in the infrared and / or the visible, replacing the plasma cylinder.
  • the quartz tube can be replaced by a glass tube.
  • the tube may not be strictly cylindrical.
  • the mouth 20 for supplying the pipe with fluid can be placed in one of the external plugs, in the longitudinal axis of the support structure. It can also be arranged on a lateral face. It can also be positioned halfway between the longitudinal ends of the pipe, which naturally requires in this case a different distribution of the orifices.
  • the emitter 32 can be cooled with water, and the cooling fluid through the slot 66 is an inert antioxidant gas, in particular nitrogen.

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Abstract

Un dispositif d'irradiation (10) comporte une source de rayonnement électromagnétique ayant un émetteur de rayonnement (32) et deux réflecteurs (34) latéraux. Une ailette (58) en forme de nervure saillante s'étend du côté de la face postérieure (56) de chaque réflecteur (34) en constituant à la fois une surface de refroidissement, et un moyen pour augmenter le moment d'inertie du profil dudit réflecteur. Un rebord (59) en forme de crochet est prévu à chaque extrémité de l'ailette (58) pour le passage de goupilles (55) autorisant la fixation des réflecteurs (34) à des flasques (44) de positionnement. Une cavité (17) sinueuse canalise le fluide de refroidissement débouchant du côté de l'espace d'exposition par un ou plusieurs orifices d'expulsion (80) aptes à diriger le fluide vers la partie médiane de l'espace d'exposition. Applications: séchage de tout revêtement sur des supports en papier, carton, plastique, métal.

Description

DISPOSITIF D'IRRADIATION ELECTROMAGNETIQUE
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un dispositif d'irradiation électromagnétique comportant :
• une source de rayonnement électromagnétique comportant :
• un émetteur de rayonnement, « au moins deux réflecteurs latéraux situés à distance de l'émetteur de part et d'autre de celui-ci, et comportant chacun une face antérieure réfléchissante faisant face à l'émetteur, et une face postérieure, l'émetteur et les réflecteurs étant disposés de manière à diriger le rayonnement vers u n espace d'exposition ayant une partie médiane, les deux réflecteurs étant séparés l'un de l'autre par une fente,
• des moyens de refroidissement des réflecteurs permettant le passage d'un fluide de refroidissement du côté de la face postérieure des réflecteurs d'une part, et au travers de la fente d u côté de la face antérieure des réflecteurs d'autre part,
• et une structure porteuse muni d'un logement pour la source de rayonnement.
On connaît des appareils à rayonnements visibles et/ou ultraviolets et/ou infrarouges pour les applications telles que le séchage des peintures, vernis, encres, cuisson des poudres telles que l'époxy, le Rilsan (marque déposée), etc., et telles que la stérilisation des produits solides en nappes, fluides à caractère alimentaire, sirop, eau etc.... et, plus spécialement pour la polymérisation des encres et/ou vernis, radicalaires et/ou cationiques et/ou polymérisation des encres et/ou vernis, radicalaires et/ou cationiques et/ou adhésifs et/ou tout autre changement d'état généré principalement par les rayonnements, dans le domaine des Arts Graphiques et pour le traitement des revêtements en continu ou au feuille à feuille des supports tel que papier, carton, coton ou autres produits de synthèse, plastique, PVC, PVB ou bandes métalliques d'aluminium ou d'acier ou d'autres métaux, ou tous autres produits utilisés dans l'imprimerie, les papiers fiduciaires, la papeterie, la cartonnerie, la plasturgie, la sacherie, l'emballage, le textile, l'automobile, la manufacture des bois, l'électronique , cartes de crédit, disques compacts CD, etc.
Etat de la technique
Les documents US 5861633, JP 07256190, WO98/01700 et WO99/36939 décrivent une source de rayonnement électromagnétique comportant des moyens rayonnants constitués d'un émetteur de rayonnement et de deux réflecteurs latéraux situés à distance de l'émetteur de part et d'autre de celui- ci. Chaque réflecteur comporte une face antérieure réfléchissante faisant face à l'émetteur et une face postérieure. L'émetteur et les réflecteurs sont disposés de manière à diriger le rayonnement vers un espace d'exposition. Les deux réflecteurs sont séparés l'un de l'autre par une fente et des moyens de refroidissement des réflecteurs permettent le passage d'un fluide de refroidissement du côté de la face postérieure des réflecteurs d'une part, et au travers de la fente du côté de la face antérieure des réflecteurs d'autre part. Les réflecteurs sont constitués par des tôles métalliques concaves dont une face est réfléchissante. Ils forment deux portions d'une même ellipse, la fente occupant le sommet de l'ellipse. Le tube émetteur est situé parallèlement à la fente, et son axe est placé au foyer de l'ellipse le plus proche de la fente. L'énergie thermique libérée par la source de rayonnement simultanément avec l'énergie photochimique tend à dessécher le produit soumis au rayonnement. Si l'on prend l'exemple d'une application à l'imprimerie, la source peut très bien irradier des zones du papier sur lesquelles le produit à polymériser n'a pas été imprimé, auquel cas le substrat ( par exemple du papier) étant à découvert, l'air et la chaleur sont la cause d'une chute localisée du taux d'humidité, qui modifiera le comportement structurel du substrat. Cette contrainte limite dans certaines applications la puissance du dispositif.
Par ailleurs, les contraintes thermiques sur le dispositif lui-même sont considérables. Les déformations thermiques des différents éléments, comme le risque de dévitrification de l'enveloppe de l'émetteur, doivent être prises en compte lors du dimensionnement. Il est en particulier difficile de concevoir un carter qui puisse contenir les éléments du dispositif dans un espace restreint tout assurant la ventilation de manière satisfaisante.
Objet de l'invention
Un objectif de l'invention est de permettre un refroidissement suffisant d'un dispositif rayonnant du type précédent, dans un espace restreint confiné dans un carter. Un autre objectif est de permettre une ventilation et, le cas échéant, un refroidissement suffisant de l'espace soumis au rayonnement sans diminuer l'énergie photonique libérée. Un autre objectif est d'augmenter la puissance de la source de rayonnement, dans un volume donné, sans soumettre la source de rayonnement elle-même et/ou l'objet soumis au rayonnement à un échauffement trop considérable, par des moyens simples. Selon l'invention, ces objectifs sont atteints grâce à un dispositif d'irradiation comportant :
- une cavité ménagée dans ledit logement pour canaliser le fluide de refroidissement débouchant du côté de l'espace d'exposition par un ou plusieurs orifices d'expulsion aptes à diriger le fluide vers la partie médiane de l'espace d'exposition,
- une ailette en forme de nervure saillante s'étendant du côté de la face postérieure de chaque réflecteur en constituant à la fois une surface de refroidissement, et un moyen pour augmenter le moment d'inertie du profil dudit réflecteur, - et un rebord en forme de crochet à chaque extrémité de ladite ailette pour le passage de moyens de fixation des réflecteurs à des flasques de positionnement.
La partie médiane de l'espace d'exposition est celle qui est soumise aux plus hautes températures. Grâce à l'invention, elle est balayée par le fluide de refroidissement débouchant à la fois par les orifices d'expulsion et par la fente, ce qui contribue à son refroidissement. La circulation du fluide de refroidissement entre la face postérieure des réflecteurs et la structure porteuse permet un échange thermique accru, et limite notamment réchauffement de la structure porteuse.
Le fluide de refroidissement peut être l'air ambiant du local ou un gaz neutre, comme l'azote, pour les produits à inertiser. Alternativement, ce peut être également de l'air à taux d'humidité relative élevé, favorisant la chute de température par l'utilisation de la chaleur latente de vaporisation, ou de l'air froid à température inférieure à 20°C ou inférieure à 0°C, voire de l'eau liquide déminéralisée à température ambiante.
Avantageusement, les réflecteurs sont munis, du côté de leur face postérieure, d'une multitude de stries de refroidissement, telles que la surface d'échange constituée par la face postérieure des réflecteurs soit significativement plus importante que la surface réfléchissante constituée par la face antérieure des réflecteurs. Le logement comporte des parois conformées, de telle manière que la cavité qu'elles constituent avec la face postérieure de chaque réflecteur soit une cavité sinueuse pour augmenter considérablement la capacité d'échange thermique. Le réflecteur sera soumis à un traitement de surface par un dépôt de nickel augmentant d'environ 10 fois la capacité d'émissivité thermique au dos du réflecteur par rapport à l'aluminium nu. Les petites stries et la conformation complémentaire de la structure porteuse permettent un accroissement des surfaces d'échange à la fois du côté réflecteur et du côté structure porteuse, d'où une capacité de refroidissement plus importante.
Selon un mode de réalisation, la cavité sinueuse a une épaisseur sensiblement constante.
Avantageusement, la structure porteuse comporte une conduite de distribution du fluide de refroidissement disposée parallèlement à la fente. Le dispositif comporte au moins une voie reliant chaque cavité sinueuse à la conduite. La conduite est séparée de la cavité par une paroi intermédiaire comportant un ou plusieurs orifices de communication constituant la voie de fluide reliant la cavité sinueuse à la conduite. La section du ou des orifices d'expulsion est sensiblement plus faible que la section du ou des orifices de communication.
Avantageusement, la paroi intermédiaire comporte au moins un orifice reliant la conduite à la fente. Cet orifice peut d'ailleurs être l'un des orifices de communication précédents.
Selon un mode de réalisation, la face postérieure du réflecteur comporte au moins une butée portant sur une butée complémentaire constituée dans la structure, la résultante des forces dues à la pression exercée par le fluide sur la face postérieure du réflecteur tendant à accroître la force exercée par la butée sur la butée opposée. Le dispositif permet ainsi une bonne répartition des contraintes mécaniques et thermiques entre les réflecteurs et la structure porteuse.
Préférentiellement, le dispositif comporte des moyens motorisés normalement extérieurs au dispositif d'irradiation, imposant une circulation forcée du fluide dans la conduite. Ces moyens motorisés peuvent être intégrés à la structure porteuse ou séparés de celle-ci par une conduite d'amenée du fluide.
Avantageusement, le dispositif comporte un nébuliseur projetant dans le fluide un liquide en fines gouttelettes. Le nébuliseur est préférentiellement placé entre les moyens motorisés et la conduite de distribution du fluide. Le liquide nébulisé se vaporise, d'une part au contact du tube émetteur qu'il contourne en s'écoulant vers la face antérieure, et d'autre part au passage dans la cavité constituée entre les réflecteurs et la structure porteuse, absorbant ainsi une chaleur considérable correspondant à sa propre chaleur latente de vaporisation, et contribuant au refroidissement de l'émetteur et des parois. Avantageusement, le liquide vaporisé est de l'eau déminéralisée, ce qui permet de contrôler le taux d'humidité dans l'espace d'exposition et d'éviter un assèchement des objets soumis au rayonnement, ou pour accélérer la polymérisation de certaines encres ou vernis.
La source de rayonnement électromagnétique constitue un ensemble monobloc unitaire monté à glissement et en appui selon deux axes orthogonaux dans la structure porteuse aéraulique au moyen de portées coulissant sur des appuis, et de glissières coulissant sur des bossages. Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de divers modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
• la figure 1 représente un coupe transversale d'un dispositif selon l'invention ; « la figure 2 représente une perspective éclatée et écorchée du dispositif de la figure 1 ;
• la figure 3 représente une vue de côté du dispositif de la figure 1 ;
• la figure 4 représente une coupe de la partie du dispositif représentée sur la figure 2 ; • la figure 5 représente un détail d'une variante de réalisation de l'invention.
Description de modes de réalisation préférentiels
En référence aux figures 1 à 4, un dispositif rayonnant 10 comporte une structure porteuse 12 constituée par un profilé en forme de A en aluminium ou en acier protégé par un revêtement isolant, et une paroi intermédiaire 14 délimitant un volume postérieur constituant une conduite longitudinale 16 de section rectangulaire et un volume antérieur constituant un logement 18 approximativement en forme d'U renversé, ouvert sur l'un de ses côtés. Une des extrémités de la conduite 16 est munie d'une embouchure aéraulique 20 permettant une alimentation en fluide de refroidissement.
Le profilé d'aluminium a été soumis à un traitement d'oxydation anodique dur d'environ 50 μ, la couche de protection de surface ainsi formée permettant de résister d'une part à tous les chocs mécaniques, et conférant d'autre part à la pièce une résistance électrique élevée aux courants de fuite de l'environnement de la machine sur laquelle le dispositif rayonnant est monté, comme aux éventuels courants de court-circuit à l'intérieur de ce même dispositif rayonnant. Le raccordement à la terre du dispositif d'irradiation est séparé du raccordement à la terre de la machine.
La paroi intermédiaire 14 comporte des orifices 22 de sections variables disposés en quinconce de part et d'autre d'un plan médian 24 de la structure porteuse, ces orifices 22 assurant autant d'ouvertures entre la conduite 16 et le logement antérieur 18 de la structure 12. La paroi intermédiaire 14 est munie de deux appuis 26 placés de part et d'autre du plan médian 24 et faisant saillie vers l'intérieur du volume antérieur 18.
Les deux parois latérales délimitant le volume antérieur 18 de la structure comportent sur leur face extérieure chacune une gorge longitudinale 28 de section circulaire, correspondant à un bossage 30 formé à l'intérieur du volume antérieur 18.
Le volume antérieur 18 de la structure 12 est occupé par des moyens rayonnants comprenant un émetteur 32 situé dans le plan médian de la structure, et deux réflecteurs 34 latéraux situés de part et d'autre de l'émetteur 32 et à distance de celui-ci, de manière symétrique par rapport au plan médian.
L'émetteur 32 est une lampe au Xénon ou au Krypton, ou au néon, ou autre gaz ayant des propriétés comparables, composée d'un tube cylindrique 36 en quartz transparent, à l'intérieur duquel est disposé un cylindre plasmatique émettant dans l'ultraviolet et/ou dans le visible et/ou dans l'infrarouge. L'intérêt d'un tel émetteur est son caractère impulsionnel. La variation des paramètres électriques d'alimentation du générateur permet de mélanger simultanément et dans des proportions recherchées des longueurs d'ondes UV avec celles de l'infrarouge IR, et ceci à chaque flash sur la même surface rayonnée. Dans la succession des flashs, il est également possible de prévoir un premier flash UV, suivi d'un deuxième flash IR, ou l'inverse, ou bien encore, un premier flash UV combiné avec en proportion moindre une certaine quantité IR, puis suivi d'un autre flash IR combiné avec en proportion moindre une certaine quantité UV sur la même surface rayonnée. Chacune des extrémités axiales du tube est munie d'un embout en céramique 38 pourvu d'un connecteur électrique extérieur 40 relié à une électrode 42 insérée dans le tube.
L'émetteur 32 peut aussi être avantageusement constitué par une lampe au Mercure ou ses iodures métalliques dérivés.
A chaque extrémité longitudinale du volume antérieur 18 de la structure porteuse 12 est disposé un flasque de positionnement 44, visible sur les figures 2 et 4, et comportant des glissières latérales 46 venant se positionner en coulissant sur les deux bossages latéraux 30. Chaque flasque présente une échancrure 48 en U dont l'ouverture est tournée vers la paroi intermédiaire, et une surface interne réfléchissante 48a du flasque 44 ramenant le rayonnement de la source 36 vers le plan rayonné pour supprimer les effets de bords. Cette échancrure comporte un épaulement 47 visible sur la figure 4, et une partie plus large permettant le positionnement d'une pièce de maintien ajourée 49 . Cette pièce de maintien 49 peut être aussi avantageusement remplacée par une pièce en Téflon ou matériau similaire d'une épaisseur et d'un diamètre suffisant au logement du joint torique de l'embout céramique 38 ayant pour contour géométrique extérieur le même dessin que la pièce 44 assurant ainsi une symétrie par rapport à l'axe 54.
En variante, la pièce de maintien 44 peut être avantageusement remplacée dans le bouchon extérieur 72 par un trou borgne positionné dans l'axe de symétrie de la lampe. Les bouchons extérieurs 72 et intérieurs 74 forment une même pièce moulée en matériau isolant. L'embout céramique de la lampe peut être alors maintenu dans le trou borgne du bouchon 74, soit par un joint torique, soit par un liant élastomère insensibles aux UV et résistant à la température.
La paroi intermédiaire 14 comporte, à la hauteur du raccordement entre la queue de l'électrode et l'embout en céramique, une large ouverture 50. Le flasque est lui-même ajouré par des ouvertures 41.
Chacun des réflecteurs 34 est constitué par un profilé métallique, notamment d'aluminium ou d'acier, comportant une face antérieure 52 concave réfléchissante. Vues en coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe 54 du tube cylindrique 36, les surfaces de réflexion 52 des deux réflecteurs 34 épousent l'enveloppe d'une même ellipse dont le foyer serait situé sur l'axe 54 du tube cylindrique. Chacun des réflecteurs 34 est muni, du côté de sa face postérieure 56, d'une ailette principale 58 de dimension importante, et de stries de refroidissement 60 formant des aspérités de plus faibles dimensions . Une portée 62 contribue au positionnement du réflecteur dans la structure porteuse 12 et vient en butée contre l'appui 26 correspondant de la paroi intermédiaire 14.
Deux arêtes 64 adjacentes des deux réflecteurs 34 délimitent une fente longitudinale 66 parallèle à l'axe 54 du tube 36. Un espace est constitué entre la fente 66 et la paroi intermédiaire 14, qui débouche latéralement sur les orifices 22. Au voisinage de l'embouchure aérolique 20, la vitesse de l'air dans la conduite 16 est plus rapide qu'à l'autre extrémité opposée au niveau de la prise de raccordement électrique 78, où la vitesse tend à être nulle. Ainsi, pour obtenir une distribution d'air uniforme dans la longueur de l'embouchure aérolique 20, la pression d'air étant de plus en plus grande là où la vitesse est de plus en plus faible, les orifices 22 sont de section de passage plus grande là où la pression est plus faible. La section de passage de ces orifices 22 diminue progressivement jusqu'à l'autre extrémité opposée 78 où la pression est plus grande, de manière à rendre homogène le flux d'air transversal après la paroi intermédiaire 14.
Les deux flasques 44 reçoivent les extrémités des réflecteurs latéraux 34 de manière à positionner ceux-ci longitudinalement dans le logement antérieur 18.
L'air de refroidissement est véhiculé au dos des réflecteurs 34 avec une pression supérieure à la perte de charge due au cheminement de l'air dans le couloir d'air 17. La présence de la nervure 58 et du rebord d'extrémité 59 crocheté augmente le moment d'inertie du réflecteur 34 par rapport à l'axe de poussée de la pression d'air au dos du réflecteur, de manière à éviter toute déformation du réflecteur 34 en profil extrudé. De plus, le maintien rigoureux rectiligne du réflecteur 34 pour des dispositifs d'irradiation de grandes longueurs ( jusqu'à 4 mètres ), notamment dans les industries produisant des laizes de carton ou textile, est garantit par la nervure 58, le réflecteur prenant appui 34 sur la butée 26 de la paroi 14 intermédiaire. Les deux réflecteurs 34 restent parfaitement symétriques et immobiles par rapport à l'axe 24, étant donné que les poussées opposées s'annulent.
Le dos de chaque réflecteur 34 est conformé selon un échangeur thermique très efficace. Pour ce faire, l'ensemble du réflecteur 34 est recouvert d'une couche de nickel permettant de multiplier par 10 le coefficient d'émissivité calorifique par rapport à une surface d'aluminium nue. De plus, partout où l'air de refroidissement lèche le dos du réflecteur 34, on a augmenté la surface radiative par les petites stries 60 échelonnées à trois endroits : le haut du réflecteur, sur la nervure 58 et sur la pente à 15° en partie médiane et basse du réflecteur 34.
La paroi intermédiaire 14 retient dans sa partie médiane par le logement 15 une lame longitudinale 68 réfléchissante en aluminium, retenue par deux appuis 15' et faisant face au tube 36 au travers de la fente 66.
Chaque extrémité de la structure porteuse 12 est pourvue en outre d'un bouchon extérieur 72 et d'un bouchon intérieur 74, visibles sur les figures 2 et 4. Le bouchon extérieur 72 assure la fermeture de la conduite 16. Il est pourvu de quatre pions 76 venant s'insérer dans des gorges circulaires de la structure porteuse. Le bouchon intérieur 74 réalise en forme arrondie le changement de direction à 90° du fluide de refroidissement et, par construction, l'isolement électrique suffisant pour étancher le point de raccordement électrique de la lampe avec son câble d'alimentation. Les bouchons 72, 74 sont réalisés en matière plastique, de manière à épouser les formes du profilé par encastrement, tout en renforçant l'isolation électrique.
L'extrémité de la structure opposée à l'embouchure aéraulique est munie d'une prise électrique multibroches 78, représentée sur la figure 5, pour des tensions d'alimentation de la lampe inférieures à ou de l'ordre de 3000 volts. Au delà de ces valeurs, c'est-à-dire jusqu'à 10 000 volts ou plus, les conducteurs électriques passent par la gaine de ventilation qui assure une sécurité d'isolement supplémentaire vis à vis des personnes.
L'embouchure aéraulique 20 est branchée par une tubulure 99 en aval d'un ventilateur 96, représenté schématiquement sur la figure 3. De manière optionnelle, le dispositif est pourvu en outre d'un vaporisateur 98 situé au refoulement du ventilateur, ce qui permet de refouler vers l'embouchure aéraulique 20 et la conduite 16 de l'air contenant un brouillard de fines gouttelettes d'eau en suspension. Selon une variante, le vaporisateur 98 peut être disposé directement au voisinage de l'embouchure aéraulique 20.
Le montage du dispositif s'effectue de la manière suivante :
Les extrémités longitudinales des réflecteurs 34 sont solidaires des flasques 44 au moyen de huit goupilles 53 logées dans les trous 55 ménagés dans les retours d'extrémités 59, et traversant des trous 45 des deux flasques 44. Le raccordement électrique de l'émetteur 32 s'effectuant à l'une des extrémités du dispositif rayonnant, le fil d'alimentation électrique de l'autre côté de la lampe est ramené du côté raccordement électrique en le logeant dans le trou 57 du réflecteur 34. Le trou 57 de l'autre réflecteur 34 est utilisé pour loger un fil conducteur nu de masse.
Ainsi, les deux flasques d'extrémités 44, les deux réflecteurs 34 et l'émetteur 32 constituent un sous-ensemble unitaire, mécaniquement et électriquement solidaire, qui peut être inséré par coulissement le long des bossages 30 dans le volume antérieur 18 de la structure 12, les portées 62 venant coulisser sur les appuis 26. Ce sous-ensemble est donc largement dissocié, d'un point de vue mécanique, électrique, thermique et aéraulique, de la structure porteuse 12. Un espace continu est constitué entre chaque réflecteur latéral 34 et la paroi latérale en regard de la structure porteuse 12, cet espace débouchant du côté antérieur par une fente 80 située entre l'arête frontale de chaque réflecteur et l'arête correspondante de la paroi de la structure porteuse 12, et, du côté postérieur, par les orifices 22 pratiqués dans le paroi latérale. Une fois ce sous-ensemble inséré et positionné dans la structure porteuse 12, les goupilles 53 qui maintiennent solidaires les réflecteurs 34 au flasque 44 débordent en face arrière de ceux-ci d'une longueur telle qu'elles viennent en butée sur la face interne 73 du bouchon intérieur 74 dont le matériau plastique est suffisamment élastique pour absorber la dilatation des réflecteurs 34.
Les gorges extérieures 28 de la structure porteuse permettent d'introduire le dispositif 10 comme un tiroir dans un élément de machine pourvu de glissières parallèles complémentaires. La compacité, la maniabilité et l'unité de l'ensemble permettent d'envisager en échange standard le remplacement total de l'appareil lors des maintenances ou des interventions, plutôt qu'une réparation ou le remplacement partiel d'un des composants de l'appareil.
En fonctionnement, le comportement thermique et aéraulique du dispositif est le suivant :
Un fluide de refroidissement est introduit dans la conduite par l'embouchure 20. Les orifices 22 ont une section variable de l'extrémité comportant l'embouchure 20 vers l'extrémité opposée, de manière à compenser la variation de pression le long de la conduite 16 et à produire un écoulement de fluide de débit sensiblement constant au passage des orifices 22. Une partie de l'écoulement fluidique traverse la fente 66 vers l'espace exposé au rayonnement, où il participe à un échange thermique avec les faces réfléchissantes 52 des réflecteurs et avec le tube 36. Une autre partie de l'écoulement suit le chemin sinueux formé entre les parois latérales de la structure 12 et les faces postérieures 56 des réflecteurs 34 et débouchant par les fentes 80, qui orientent le flux sortant approximativement vers le plan médian 24 de l'espace irradié. Cette partie du fluide effectue un échange thermique avec la face postérieure 56 des réflecteurs, important du fait de la longueur du chemin 17 parcouru qui contribue à la fois à augmenter la surface d'échange et à ralentir le fluide. Les petites stries 60 et le revêtement de nickel contribuent également à augmenter cet échange thermique.
Au niveau des extrémités de l'émetteur 32, les ouvertures 50 et 41 permettent un écoulement du fluide, et donc un refroidissement.
La lame réfléchissante 68 permet une réflexion du rayonnement qui s'échappe de la fente 66. Elle isole également la paroi intermédiaire 14 de tout contact avec les rayonnements infrarouges qui seraient susceptibles de susciter une montée en température localisée du profilé constituant la structure porteuse 12, et d'engendrer des déformations hétérogènes des éléments.
Les dilatations thermiques différentes des réflecteurs 34 et de la structure 12 amènent à un coulissement des flasques 44 par rapport aux bossages 30, et des portées 62 par rapports aux appuis 26, le déplacement des extrémités de l'ensemble rayonnant étant absorbé par l'élasticité des bouchons intérieurs.
Les appuis 26 s'opposent à la poussée mécanique engendrée par le fluide sous pression longeant les faces postérieures des réflecteurs 34, et garantissent ainsi l'existence d'une fente 66 de largeur constante et homogène entre les arêtes adjacentes 64 des deux réflecteurs 34, quelle que soit la poussée aéraulique.
L'expression de refroidissement employé jusqu'ici est une expression volontairement générique. De fait, si l'émetteur à rayonnement comporte des plasmas sensibles aux chocs thermiques, comme par exemple l'allumage de la lampe, ou un fort gradient de température de l'enveloppe quartz, ce qui concerne essentiellement les plasmas formés par le Mercure, le Gallium et/ou Plomb, le Fer et/ou Cobalt, et/ou autres iodures métalliques de même nature, alors le refroidissement de l'émetteur sera limité à l'utilisation de l'air ambiant du local ou de gaz neutres, comme l'azote, pour les produits à inertiser.
Par contre, si l'émetteur à rayonnement comporte des plasmas quasiment insensibles aux chocs thermiques, comme ceux formés par le xénon, le krypton, ou par d'autres gaz associés ionisant du même genre, alors, outre l'air ambiant, on peut utiliser en remplacement soit un gaz neutre, par nature antioxydant dans la mesure où l'émetteur est à plasma froid , ou bien dans la mesure où l'émetteur à plasma chaud est muni d'une jaquette d'eau déminéralisée de refroidissement comme il a été précédemment décrit, soit de l'air à taux d'humidité relative grâce au vaporisateur d'eau, eau de préférence déminéralisée, favorisant la chute de température par l'utilisation de la chaleur latente de vaporisation, ou de l'air à température inférieure à 20°C ou inférieure à 0°C, voire même de l'eau déminéralisée à température ambiante, dans laquelle est immergé l'élément rayonnant. L'eau déminéralisée offre une résistivité électrique permettant aux extrémités conductrices de la lampe d'être en contact avec l'eau de refroidissement sans risque de défauts électriques.
La vaporisation d'eau au travers de la fente 66 permet d'obtenir un fort gradient de température entre la paroi interne du tube en quartz 36 qui est au contact du plasma à environ 5000°K à 7000°K, et la paroi extérieure qui peut être au contact direct de l'eau à 20°C sans entraîner de modification du plasma ni dans son spectre, ni dans la quantité d'énergie libérée dans les longueurs d'onde considérées. On utilisera donc la chaleur latente de l'eau en suspension dans l'air de refroidissement à température prédéterminée, notamment ambiante, au contact du tube quartz de l'émetteur. Par ailleurs, il faut souligner que l'énergie thermique libérée simultanément à l'énergie photochimique tend à dessécher le produit soumis au rayonnement. Si l'on prend l'exemple d'une application à l'imprimerie, dispositif rayonnant
10 peut très bien irradier des zones du papier sur lesquelles le produit à polymériser n'a pas été imprimé, auquel cas le substrat ( par exemple du papier) étant à découvert, l'air et la chaleur sont la cause d'une chute localisée du taux d'humidité, qui modifiera le comportement structurel du substrat.
11 est alors possible d'éviter l'assèchement en augmentant le taux d'humidité de l'air de refroidissement qui se propulse sur la face irradiée du produit. On a alors intérêt à diriger l'air expulsé vers la partie médiane de la zone soumise au rayonnement. L'air traversant la fente 66 se dirige naturellement dans cette région. Les fentes d'expulsion 80 constituées entre les réflecteurs latéraux et les rebords des parois latérales de la structure porteuse 12 sont conformées de manière à diriger vers le plan médian 24 de la structure porteuse 12 l'air expulsé du chemin sinueux constitué entre les parois latérales de la structure 12 et la face postérieure 56 des réflecteurs.
Naturellement diverses variations sont possibles sans sortir du cadre de l'invention.
Une variante de réalisation est présentée sur la figure 5. Quand la structure dépasse une certaine longueur (par exemple 1 mètre), la poussée exercée par l'air sortant de la fente 66 et arrivant sur le tube cylindrique 36 peut entraîner une déformation du tube 36. Pour éviter le déplacement intempestif du foyer d'émission, on peut disposer à intervalles réguliers une boucle 90 de maintien à une ou plusieurs spires. Cette boucle fait le tour du tube 36 et passe par l'arête 64 arrondie des réflecteurs 34 et dans l'épaisseur de ceux- ci où elle est maintenue par un bouchon de colle 92 (type haute température, type céramique ).
Le fil 94 de la boucle 90 est d'un diamètre très petit pour accuser de la souplesse (1/10ème de mm jusqu'à environ 10 μm). Il est de nature à résister à des températures supérieures à 900° C. Le fil peut être en chrome / molybdène, ou mieux en fibres de quartz qui sont de même nature que le tube de la lampe, transparentes et avec un faible taux de dilatation.
La conduite 16 constituant le volume postérieur de la structure porteuse peut être de section rectangulaire, comme indiquée dans l'exemple de réalisation, mais également de forme géométrique quelconque, par exemple circulaire, ovoïdale, ou carrée.
La structure porteuse 12 peut être constituée en toute matière métallique ou composite présentant les caractéristiques de tenue mécanique, électrique et thermique recherchées.
La conduite 16 peut être séparée de la structure porteuse 12 et rapportée sur celle-ci, ce qui permet de constituer la conduite 16 en un matériau différent de celui de la structure 12. La structure porteuse peut ainsi avoir par exemple une section en forme d'H, avec un logement pour les moyens rayonnants, et un logement pour une conduite tubulaire rapportée en matériau plastique thermodurcissable. Dans une telle configuration, il est utile de prévoir des brides de maintien de la conduite qui ne constituent pas des ponts thermiques trop importants entre la structure et la conduite.
La forme de la surface de réflexion concave constituée par les deux réflecteurs 34 peut être, vue dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube, une parabole dont le foyer serait l'axe du tube cylindrique. Le tube 36 peut être légèrement décalé par rapport au foyer la surface concave. Les réflecteurs 34 peuvent également prendre une forme approchant celle d'une ellipse ou d'une parabole, par exemple une forme brisée constituée par des arcs de cercles et/ou des segments de droites.
Par ailleurs, pour des raisons de fabrication (traitements de surfaces), la longueur des réflecteurs 34 ne peut pas dépasser une certaine dimension. Pour obtenir une structure 12 de grande dimension (par exemple plusieurs mètres), il est possible de disposer bout à bout des tronçons de réflecteurs réalisant ainsi une surface longitudinale de réflexion homogène.
Le procédé d'émission du rayonnement peut être quelconque. Par exemple, la lampe de l'émetteur peut être soit remplie d'un gaz basse pression type néon, soit munie d'un filament axial aligné sur la ligne focale et émettant dans l'infrarouge et/ou le visible, remplaçant le cylindre plasmatique. Le tube en quartz peut être remplacé par un tube en verre. Le tube peut ne pas être rigoureusement cylindrique.
L'embouchure 20 pour l'alimentation de la conduite en fluide peut être placée dans l'un des bouchons extérieurs, dans l'axe longitudinal de la structure porteuse. Elle peut également être disposée sur une face latérale. Elle peut encore être positionnée à mi-chemin entre les extrémités longitudinales de la conduite, ce qui impose naturellement dans ce cas une distribution différentes des orifices.
Selon une autre variante, l'émetteur 32 peut être refroidi à l'eau, et le fluide de refroidissement à travers la fente 66 est un gaz inerte antioxydant, notamment de l'azote.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'irradiation (10) comportant :
• une source de rayonnement électromagnétique comportant :
• un émetteur de rayonnement (32),
• au moins deux réflecteurs (34) latéraux situés à distance de l'émetteur (32) de part et d'autre de celui-ci, et comportant chacun une face antérieure réfléchissante (52) faisant face à l'émetteur (32), et une face postérieure (56), l'émetteur (32) et les réflecteurs (34) étant disposés de manière à diriger le rayonnement vers un espace d'exposition ayant une partie médiane, les deux réflecteurs (34) étant séparés l'un de l'autre par une fente (66),
• des moyens de refroidissement des réflecteurs (34) permettant le passage d'un fluide de refroidissement du côté de la face postérieure (56) des réflecteurs d'une part, et au travers de la fente (66) du côté de la face antérieure (52) des réflecteurs d'autre part,
• et une structure porteuse (12) muni d'un logement (18) pour la source de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une cavité (17) ménagée dans ledit logement (18) pour canaliser le fluide de refroidissement débouchant du côté de l'espace d'exposition par un ou plusieurs orifices d'expulsion (80) aptes à diriger le fluide vers la partie médiane de l'espace d'exposition,
- une ailette (58) en forme de nervure saillante s'étendant du côté de la face postérieure (56) de chaque réflecteur (34) en constituant à la fois une surface de refroidissement, et un moyen pour augmenter le moment d'inertie du profil dudit réflecteur,
- et un rebord (59) en forme de crochet à chaque extrémité de ladite ailette (58) pour le passage de moyens de fixation (55) des réflecteurs (34) à des flasques (44) de positionnement.
2. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la face postérieure (56) des réflecteurs (34) est munie d'une multitude de stries (60) de refroidissement, et d'un revêtement superficiel ayant un coefficient d'émissivité calorifique supérieur à celui des réflecteurs (34) de manière à obtenir une surface d'échange thermique plus importante que la surface réfléchissante constituée par la face antérieure (52) des réflecteurs.
3. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1 , caractérisé et ce que la cavité (17) est sinueuse, et présente une épaisseur sensiblement constante.
4. Dispositif d'irradiation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure porteuse (12) comporte une conduite de distribution (16) du fluide de refroidissement disposée parallèlement à la fente (66), et en ce que le dispositif (10) comporte au moins une voie reliant chaque cavité sinueuse (17) à la conduite (16).
5. Dispositif d'irradiation selon la revendication 4, caractérisé et ce que la conduite (16) est séparée de la cavité (17) par une paroi intermédiaire
(14) comportant un ou plusieurs orifices de communication (22) constituant ladite voie de fluide reliant la cavité sinueuse (17) à la conduite (16).
6. Dispositif d'irradiation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la section du ou des orifices d'expulsion (80) est sensiblement plus faible que la section du ou des orifices de communication.
7. Dispositif d'irradiation selon la revendication 5, caractérisé et ce que la paroi intermédiaire (14) comporte au moins un orifice (22) reliant la conduite à la fente (66).
8. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1 , caractérisé et ce que la face postérieure (56) comporte au moins une butée (62) portant sur une butée complémentaire (26) de ladite structure (12), la résultante des forces dues à la pression exercée par le fluide sur la face postérieure (56) du réflecteur tendant à accroître la force exercée par la butée (62) sur l'autre butée (26).
9. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un nébuliseur (98) projetant dans le fluide un liquide en fines gouttelettes.
10. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1 , caractérisé en ce l'émetteur (32) est refroidi à l'eau, et le fluide de refroidissement à travers la fente (66) est un gaz inerte antioxydant, notamment de l'azote.
1 1 . Dispositif d'irradiation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la source de rayonnement électromagnétique constitue un sous-ensemble unitaire mécaniquement, électriquement solidaire, lequel est monté à glissement et en appui selon deux axes orthogonaux dans la structure porteuse (12) aéraulique au moyen de portées (62) coulissant sur d es appuis (26), et de glissières (46) coulissant sur des bossages (30).
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