ES2633447T3

ES2633447T3 - Radiador de infrarrojos con reflector opaco y su fabricación

Info

Publication number: ES2633447T3
Application number: ES08715655.0T
Authority: ES
Inventors: Volker Reith; Sven Linow
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: DE102007008696B3; WO2008101573A2; EP2122666B1; US8210889B2; JP5537953B2; KR101368537B1; PL2122666T3; KR20090114403A; CN101617386B; CN101617386A; WO2008101573A3; US20100117505A1; EP2122666A2; JP2010519155A

Abstract

Procedimiento para fabricar un radiador de infrarrojos a partir de un cuerpo continuo de vidrio de cuarzo, en el que se aplica parcialmente una capa reflectora sobre la superficie del cuerpo de vidrio de cuarzo, caracterizado por que se divide el cuerpo de vidrio de cuarzo en secciones individuales de tubo de radiador después de aplicar la capa reflectora, y por que se aplastan los extremos de las secciones del tubo del radiador por medio de dos quemadores que giran alrededor de un eje de rotación, estando las secciones del tubo del radiador decaladas con su eje de simetría respecto del eje de rotación de tal manera que su lado revestido con la capa reflectora esté dispuesto más cerca de los quemadores rotativos que su lado no revestido, o por que los dos quemadores rotativos presentan una alimentación de gas con la cual se activan los quemadores independientemente uno de otro y en función de su posición.

Description

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DESCRIPCION

Radiador de infrarrojos con reflector opaco y su fabricacion

La invencion concierne a un procedimiento para fabricar un radiador de infrarrojos a partir de un cuerpo de cuarzo conformado de manera continua, en el que se aplica al menos parcialmente una capa reflectora sobre la superficie del cuerpo de vidrio de cuarzo, asf como a un radiador de infrarrojos fabricado de este modo.

Se utilizan componentes de vidrio de cuarzo para un gran numero de usos, tal como, por ejemplo, en la fabricacion de lamparas para tubos envolventes, placas de cubierta de ampollas o portarreflectores para lamparas y radiadores en el dominio espectral ultravioleta, infrarrojo y visible. En este caso, se dopa el vidrio de cuarzo con otras sustancias para generar propiedades especiales.

El vidrio de cuarzo se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatacion, por una transparencia optica a lo largo de otro dominio de longitudes de onda y por una alta estabilidad qmmica y termica.

En la fabricacion de lamparas juegan un papel importante la constancia temporal, la orientacion espacial y el rendimiento de la radiacion de trabajo emitida. Para minimizar las perdidas de radiacion u orientar deliberadamente la radiacion se proveen los radiadores opticos con un reflector. El reflector esta unido para ello firmemente con el radiador o bien se trata de un componente reflector dispuesto por separado del radiador.

El documento US 2.980.820 describe un radiador de infrarrojos de onda corta.

En el documento DE 198 22 829 A1 se revela un radiador de infrarrojos en el que el tubo de la lampara esta construido en forma de un llamado tubo gemelo. En este caso, un tubo envolvente de vidrio de cuarzo esta subdividido por un tabique longitudinal en dos recintos parciales que discurren paralelos uno a otro, discurriendo una helice de calentamiento en uno o ambos recintos parciales. El lado del tubo gemelo que queda alejado de la direccion de radiacion principal del radiador de infrarrojos esta recubierto con una capa de oro que sirve de reflector. Esta capa de oro presenta en estado nuevo una reflectividad >95% en todo el infrarrojo y soporta permanentemente una temperatura de un maximo de 600°C; a temperaturas mas altas las perdidas de adherencia y la evaporacion del oro conducen ya al cabo de un breve tiempo a una perdida de la propiedad reflectiva. En el documento DE 102 11 249 A1 se describe un preparado de oro brillante que puede operar permanentemente hasta una temperatura maxima de 750°C y a corto plazo hasta bastante mas alla de esta, sin que se produzcan los efectos anteriormente descritos. Sin embargo, debido a la composicion este oro presenta una deficiente reflexion de menos de un 70%, con lo que la efectividad de este reflector no satisface los requisitos impuestos al mismo.

Las capas de reflexion de oro con alta reflectividad de mas de un 90% tienen generalmente el inconveniente de que son solo limitadamente estables frente a la temperatura o bien tienen una baja tasa de reflexion.

El documento DE 10 2004 051 846 A1 describe un componente de vidrio de cuarzo con una capa reflectora. En este caso, la capa reflectora consiste en vidrio de cuarzo al menos parcialmente opaco. Para fabricar un componente de esta clase con una capa reflectora es necesario aplicar el reflector sobre el tubo vacfo del radiador, ya que se necesitan temperaturas de proceso de 1250° y mas para el proceso de fabricacion a fin de conseguir la sinterizacion de la capa. A temperaturas superiores a 1100°C se reblandece ya apreciablemente el vidrio de cuarzo. En particular, una sobrepresion en un recipiente de cuarzo conduce a un inflado del recipiente. Los radiadores de IR se llenan usualmente de argon a una presion de 800 mbar a 1 bar, por lo que los radiadores fabricados se destruinan con toda seguridad al aplicar la capa reflectora.

En los procedimientos conocidos hasta ahora para fabricar radiadores con una capa reflectora no es posible revestir primeramente el cuerpo de cuarzo o el tubo de cuarzo y realizar seguidamente el aplastamiento. El reflector puede aplicarse solamente sobre el tubo vacfo del radiador, ya que las temperaturas del proceso sobrepasan los 1250°C. Por tanto, debido al procedimiento, el reflector tiene que aplicarse sobre el tubo del radiador antes del comienzo de la fabricacion del radiador hasta alcanzar el tamano posteriormente necesario. El reflector no puede penetrar en la zona del aplastamiento. Esto es necesario debido a que los tubos del radiador se calientan homogeneamente durante el aplastamiento con quemadores rotativos. Debido a la diferente cantidad de cuarzo en el lado delantero y en el lado trasero se tiene que en tubos con la capa reflectora descrita el lado revestido no se calentana lo suficiente para poder deformarlos, o bien la zona no revestida del tubo se calienta demasiado, con lo que el tubo de cuarzo se vuelve demasiado viscoso y se rompe.

Las maquinas de aplastamiento tfpicas para lamparas de incandescencia consisten en dos quemadores de gas opuestos que giran alrededor del tubo de cuarzo que se debe aplastar. Cuando el tubo de cuarzo esta lo suficientemente caliente para el aplastamiento, se detienen entonces los dos quemadores en su posicion de reposo, con lo que las dos mordazas de aplastamiento pueden confluir por delante de los quemadores sobre el tubo de cuarzo y comprimen asf el tubo de cuarzo y se cierran en torno a la pelfcula de molibdeno. La tecnica del aplastamiento y de la pelfcula de molibdeno se ha presentado en el documento DE 29 47 230 A1.

Ambos quemadores se alimentan conjuntamente por una tubena de alimentacion y tienen asf sustancialmente la misma potencia de quemador. El aplastamiento puede ponerse en marcha unicamente cuando todo el tubo este

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suficientemente calentado. Sin embargo, en este caso esta ya fuertemente con^da la parte no cubierta con material reflector, de modo que ciertamente se puede cerrar en general el radiador, pero la forma del aplastamiento es aleatoria e insuficiente. Ademas, se observan con mucha frecuencia faltas de estanqueidad en el aplastamiento que pueden atribuirse a una temperatura no homogenea del vidrio o a unos cortes transversales de tubo fuertemente deformados directamente antes del aplastamiento. No se ha podido fabricar una cantidad de radiadores suficientes para un proceso de produccion. Asimismo, la tasa de desechos es muy alta, por lo que aumentan tambien los costes de produccion.

Cuando deban fabricarse radiadores de igual forma en un alto numero de unidades, puede ser entonces tolerable en el aspecto de los costes de produccion revestir individualmente con el reflector las secciones de tubo ya cortadas a medida y transformarlas unicamente despues en radiadores. La transicion de la zona revestida a la zona no revestida sigue siendo entonces y en verdad casi independiente del procedimiento de aplicacion con el atractivo de una calidad de menor valor, ya que dicha transicion no puede configurarse directa y claramente como barata - los engrosamientos, las salpicaduras, las fisuras, los hilos, etc. perjudican la impresion visual.

Por el contrario, para una fabricacion de radiadores visualmente satisfactorios o en la fabricacion de pequenos numeros de unidades de radiadores de iguales dimensiones el procedimiento descrito es complicado, resulta muy lento debido al trabajo de repasado frecuentemente necesario y sale caro debido al gran numero de herramientas y a series pequenas.

El problema de la invencion consiste en proporcionar un procedimiento con el cual se puedan fabricar radiadores de infrarrojos con reflector opaco en cualquier longitud y en pequenas series.

Este problema se resuelve ya con las caractensticas de la reivindicacion independiente.

Perfeccionamientos ventajosos pueden deducirse de las respectivas reivindicaciones subordinadas.

El procedimiento segun la invencion para fabricar un radiador de infrarrojos a partir de un cuerpo de cuarzo continuo, en el que se aplica al menos parcialmente una capa reflectora sobre la superfine del cuerpo de vidrio de cuarzo, preve que se divida el cuerpo de cuarzo en secciones individuales despues de la aplicacion de la capa reflectora. Este procedimiento hace posible que se puedan fabricar radiadores de infrarrojos en cualquier longitud. El radiador de infrarrojos presenta asf un revestimiento continuo.

Ventajosamente, se aplica como capa reflectora una capa de SiO2. El SO2 se caracteriza por una excelente estabilidad qmmica y termica y por una buena resistencia mecanica. Asimismo, el SO2 presenta una alta estabilidad frente a cambios de temperatura. Ademas, se ha comprobado que es barato aplicar una capa reflectora de SiO2. La fabricacion de capas reflectoras de SiO2 a base de vidrio de cuarzo se describe, por ejemplo, en el documento DE 10 2004 051 846 A1, el cual queda abarcado con esta mencion en toda su extension.

Asimismo, es ventajoso a este respecto que la capa reflectora sea una capa reflectora opaca de dispersion difusa.

El procedimiento segun la invencion preve que las distintas secciones del cuerpo de cuarzo sean aplastadas en sus extremos por medio de al menos un quemador. En este caso, las distintas secciones del cuerpo de cuarzo se calientan en posicion vertical u horizontal con dos quemadores opuestos que se mueven de preferencia en el plano perpendicular al eje del radiador y al eje de union entre los quemadores.

Es asf ventajoso que los extremos de las secciones sean aplastados por medio de dos quemadores rotativos.

Se ha visto que es ventajoso que los dos quemadores presenten una corriente de gas diferente. Esta corriente de gas debe bastar para que se caliente suficientemente bien al mismo tiempo toda la zona a aplastar de las secciones, sin recalentar ninguna parte de ella. Al mismo tiempo, la presion interior del radiador puede ajustarse por medio de una regulacion adecuada del gas inerte que circula por el tubo de modo que no se infle el cuerpo de cuarzo en la zona deformable. Es ventajoso a este respecto que la velocidad de circulacion de la llama inferior durante un aplastamiento horizontal se elija de modo que la zona deformable del cuerpo de cuarzo experimente justamente una fuerza que actue en contra de la fuerza de la gravedad.

La invencion preve tambien un radiador de infrarrojos que se ha fabricado con el procedimiento anteriormente citado. Un radiador de esta clase puede ser llevado a una longitud deseada segun las necesidades, incluso despues de la aplicacion del revestimiento y, por tanto, del reflector. Por consiguiente, es imaginable un radiador de esta clase en cualquier longitud.

Se explica seguidamente la invencion con mas detalle ayudandose de figuras y formas de realizacion preferidas.

La figura 1 muestra una realizacion preferida con quemadores excentricamente rotativos;

La figura 2 muestra una realizacion preferida con dos quemadores rotativos opuestos y un flujo de gas individualmente regulado; y

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La figura 3 muestra una realizacion preferida con cuatro quemadores estacionarios, dos de los cuales se regulan siempre conjuntamente.

Ejemplo de realizacion 1

En la figura 1 se representa la instalacion con quemadores excentricamente rotativos.

A diferencia del estado de la tecnica, el tubo de radiador (10) con su revestimiento (11) aplicado sobre medio lado se monta para su aplastamiento no centrado sobre el eje (20) alrededor del cual giran los quemadores (21, 22), sino decalado con su eje de simetna (12) de tal manera que el lado revestido este dispuesto claramente mas cerca de los quemadores rotativos que el lado no revestido. La magnitud de la excentricidad a elegir depende aqrn de la relacion entre la capa aplicada y el espesor del tubo del radiador, asf como de las propiedades de la llama, especialmente del campo de temperatura media.

En el caso de una llama con un fuerte arrastre, es suficiente una excentricidad menor, ya que la temperatura de la llama desciende mas rapidamente que en una llama laminar estable de amplio alcance.

Se ha reformado una maquina de aplastamiento de ampollas envolventes con dos quemadores rotativos opuestos (21, 22) dotados de una distancia entre ellos de 65 mm para aplastar tubos redondos revestidos de 13,7 * 1,5 mm con una capa reflectora de 1,0 mm. Los quemadores poseen en una superficie de 10 * 30 mmA2 cinco tubos paralelos de toberas de las cuales salen llamas de una premezcla pobre de H2/O2. Los frentes de llama (23) que se forman de este modo son bastantes estables, por lo que ya una excentricidad de 5 mm es suficiente aqrn para generar un aplastamiento visualmente excelente y denso.

Se aplasta el tubo por medio de las dos mordazas de aplastamiento (30, 31) que se trasladan directamente una hacia otra al alcanzar la temperatura adecuada del vidrio de cuarzo y cuando los quemadores (21, 22) no suponen un estorbo. A continuacion, se cierran los dos mordazas auxiliares (32, 33) una sobre otra, con lo que se origina un aplastamiento en forma de H.

Ejemplo de realizacion 2

En la figura 2 se representa un fragmento de una instalacion con quemadores rotativos.

En una maquina de aplastamiento para quemadores rotativos se ha optimizado la alimentacion de gas de modo que ambos quemadores sean activados independientemente uno de otro y en funcion de su posicion. La potencia de los quemadores se aumenta en la zona de la capa reflectora adicionalmente aplicada de tal manera que el aumento corresponda aproximadamente a la masa adicional que allf se encuentra.

En este caso, la mesa rotativa (50) de los quemadores se ha provisto de dos ranuras de alimentacion de gas separadas (51) y (52), de las cuales salen unas respectivas tubenas de alimentacion (53) y (54) que van a los dos quemadores (55) y (56). Se acciona la mesa por medio de un motor (no representado) que, a traves de ruedas dentadas, acciona la rueda dentada (57) fresada en la mesa redonda de los quemadores. A ambos lados de las ranuras de alimentacion de gas (51, 52) se encuentran otras ranuras (58) en las que estan dispuestas unas juntas de anillo torico (59).

La mesa esta montada en un alojamiento (60) que, aparte del mecanismo de accionamiento (no representado), proporciona tambien las dos alimentaciones de gas (61) y (62). A traves de estas alimentaciones de gas se pueden anadir, independientemente entre ellas, otras mezclas de gas o cantidades de gas. Las cantidades de gas o las mezclas de gas se controlan por medio de una regulacion de gas, representada, por ejemplo, en la figura 3, en funcion de la posicion de la mesa de quemadores.

El tubo (10) a aplastar con la capa reflectora aplicada (11) esta dispuesto en este caso de modo que la pelfcula (12) de Mo a aplastar se encuentra a la altura de los quemadores. Los componentes de los quemadores se inmovilizan aqrn, por ejemplo, a traves de sujetadores (13) asentados sobre el tubo, en los cuales esta enganchada la varilla de molibdeno exterior (14), mientras que la helice (15) en el interior del radiador mantiene a todos los componentes en posicion por medio de su fuerza elastica.

Durante el aplastamiento se sopla argon a traves del tubo para proteger los componentes interiores contra la oxidacion.

Concretamente, se ha aplastado un tubo redondo con un diametro de 19 mm y con 1,6 mm de espesor de pared y con un revestimiento de 0,8 mm de espesor y una densidad >95% de la densidad del material del tubo de la lampara, aplicado sobre 180° del penmetro del tubo. A este fin, los quemadores giran describiendo 1 revolucion cada 2 s. En el rango de 30° antes de que el quemador apunte hacia el reflector, se aumenta la potencia de los quemadores en un 50% y se reduce esta nuevamente 30° antes de alcanzar el extremo de la capa reflectora.

A este fin, se conmuta la relacion de oxfgeno a hidrogeno entre una llama de premezcla pobre y una llama de premezcla cercana a la rotura de la mezcla estequiometrica. El punto de mezcla de las dos corrientes de gas se coloca directamente delante de la entrada de los gases en el cabezal de quemadores rotativos, con lo que se

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materializan recorridos lo mas cortos posible. No obstante, se puede observar una inercia bastante alta de las llamas, por lo que se observa en todo el penmetro una evolucion sustancialmente sinusoidal de la potencia de la llama.

Debido al amplio despliegue en abanico de la llama y a la conduccion calonfica es posible calentar el tubo homogenea y rapidamente, con lo que, despues de un tiempo usual, y sin que se observe una contraccion del tubo, se puede ejecutar el aplastamiento. Los radiadores asf fabricados presentan una tasa de desechos despreciable junto con un aplastamiento ejecutado limpiamente en el aspecto optico y mecanico.

Ejemplo de realizacion 3

Instalacion con quemadores rotativos como en el ejemplo de realizacion 3:

En una maquina de aplastamiento con quemadores rotativos se ha optimizado la alimentacion de gas de modo que ambos quemadores sean activados independientemente uno de otro y en funcion de su posicion. La potencia de los quemadores se aumenta entonces en el rango angular de la capa reflectora adicionalmente aplicado de tal manera que el aumento corresponda aproximadamente a la masa adicional que allf se encuentra.

Concretamente, se aplasta un tubo redondo de un diametro de 19 mm con un espesor de pared de 1,6 mm y con un revestimiento de 0,8 mm de espesor y una densidad >95% de la del tubo de la lampara sobre 200° del penmetro del tubo. A este fin, los quemadores giran a razon de 1 revolucion por cada 2 s.

Para regular la potencia de los quemadores se deja sin influenciar la estequiometna de la llama, pero se vana la potencia a traves de la velocidad de salida de los gases combustibles. La alimentacion de gas combustible se aumenta en un 30% para ambos quemadores 10° antes de alcanzar el reflector y se reduce nuevamente 10° antes de alcanzar el extremo del reflector. Esta actuacion muestra una velocidad de reaccion mas alta, ya que no solo tiene que circular la variacion estequiometrica hasta el interior de los quemadores, sino que unicamente la onda de presion tiene que desplazarse desde los reguladores hasta el quemador.

Debido al amplio despliegue en abanico y a la conduccion calonfica se logra calentar el tubo de manera homogenea y rapida, con lo que despues de un tiempo usual, y sin que se observe una contraccion del tubo, se puede ejecutar el aplastamiento. Tampoco se presentan aqrn fallos.

Ejemplo de realizacion 4

Instalacion con quemadores rotativos:

En una maquina de aplastamiento para quemadores rotativos se optimiza la alimentacion de gas de modo que se activen ambos quemadores independientemente uno de otro y en funcion de su posicion. La potencia de los quemadores se aumenta entonces en la zona de la capa reflectora adicionalmente aplicada de tal manera que el aumento corresponda aproximadamente a la masa adicional que allf se encuentra.

Concretamente, se ha aplastado un tubo gemelo con las dimensiones de 33 x 14 mm y con un espesor de pared medio de 1,8 mm y un revestimiento de 0,9 mm de espesor y una densidad >95% de la del tubo de la lampara sobre 180° del penmetro del tubo. A este fin, los quemadores giran a razon de 1 revolucion por cada 2 s.

Para regular la potencia se deja sin influenciar la estequiometna de la llama, pero se vana la potencia por medio de la velocidad de salida de los gases combustibles. La alimentacion de gas combustible se aumenta en un 40% para ambos quemadores 10° antes de alcanzar el reflector y se reduce nuevamente 10° antes de alcanzar el extremo del reflector. Ademas, en la zona del tabique, es decir, cuando la llama incide en el lado plano del tubo gemelo, se realiza en ambos lados un breve aumento de potencia de un 30% adicional.

Debido al amplio despliegue en abanico de la llama y a la conduccion calonfica se logra calentar el tubo de manera homogenea y rapida, con lo que despues de un tiempo usual, y sin que se observe una contraccion del tubo, se puede ejecutar el aplastamiento. Se logra asf producir aplastamientos con solamente un pequeno estrechamiento. Las tasas de fallos son de menos de un 3%.

Ejemplo de realizacion 5

En la figura 3 se representa la instalacion con quemadores verticales:

En una maquina de aplastamiento para cuatro quemadores fijamente posicionados (20, 21, 22, 23) se ha optimizado la alimentacion de gas de modo que se activen conjuntamente siempre dos quemadores de un lado. La potencia de los quemadores se aumenta entonces en la zona de la capa reflectora (11) aplicada adicionalmente sobre el tubo (10) de tal manera que el aumento corresponda aproximadamente a la masa adicional que allf se encuentra.

En este caso, se toma gas combustible de botellas de presion, aqrn hidrogeno y oxfgeno. Sin embargo, la invencion no queda limitada a la seleccion exacta del gas combustible ni a la forma exacta del almacenamiento o alimentacion del gas.

A traves de tubenas adecuadas se distribuye entonces la corriente de gas sobre los dos grupos de quemadores y poco antes de los puntos de mezcla se ajusta dicha corriente por medio de reguladores, en este caso controladores de caudal masico (MFC), a los caudales y estequiometnas deseados. Sin embargo, la invencion no se constrine al empleo de MFC, sino que tambien pueden utilizarse exactamente igual reguladores de caudal de cuerpos en 5 suspension o cualquier otra forma adecuada de regulacion de cantidades de gas.

Se utilizan para cada grupo de quemadores sendos reguladores para oxfgeno (40, 41) y para hidrogeno (42, 43). En principio, cada quemador puede ser activado naturalmente tambien de forma individualizada.

Concretamente, se ha aplastado un tubo redondo de un diametro de 19 mm con 1,6 mm de espesor de pared y un revestimiento de 0,8 mm de espesor y una densidad >95% de la del tubo de la lampara sobre 200° del penmetro del 10 tubo.

Para conseguir una presion dinamica aproximadamente homogenea sobre el tubo se elige de manera diferente la estequiometna de las llamas. En el lado del reflector se hace que las llamas operen cerca de la relacion estequiometrica. En el lado opuesto se elige una llama pobre de igual impulso, pero de potencia reducida en un 30%.

15 Cuando el vidrio de cuarzo alcanza su temperatura adecuada para el proceso de aplastamiento, las dos mordazas de aplastamiento (30, 31) se trasladan entonces rapidamente una hacia otra y forman el aplastamiento. Para reforzar mecanicamente el aplastamiento se fresan en las mordazas unas estnas (32) que generan resaltos sobre el aplastamiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para fabricar un radiador de infrarrojos a partir de un cuerpo continuo de vidrio de cuarzo, en el que se aplica parcialmente una capa reflectora sobre la superficie del cuerpo de vidrio de cuarzo, caracterizado por que se divide el cuerpo de vidrio de cuarzo en secciones individuales de tubo de radiador despues de aplicar la capa

5 reflectora, y por que se aplastan los extremos de las secciones del tubo del radiador por medio de dos quemadores que giran alrededor de un eje de rotacion, estando las secciones del tubo del radiador decaladas con su eje de simetna respecto del eje de rotacion de tal manera que su lado revestido con la capa reflectora este dispuesto mas cerca de los quemadores rotativos que su lado no revestido, o por que los dos quemadores rotativos presentan una alimentacion de gas con la cual se activan los quemadores independientemente uno de otro y en funcion de su 10 posicion.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se aplica una capa reflectora de SiO2.
3. Procedimiento segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se aplica una capa reflectora opaca de dispersion difusa.
4. Radiador de infrarrojos fabricado segun un procedimiento de las reivindicaciones 1 a 3.

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