WO1999036939A1 - Tube, dispositif et procede emetteur de rayonnements electromagnetiques - Google Patents

Tube, dispositif et procede emetteur de rayonnements electromagnetiques Download PDF

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WO1999036939A1
WO1999036939A1 PCT/FR1999/000074 FR9900074W WO9936939A1 WO 1999036939 A1 WO1999036939 A1 WO 1999036939A1 FR 9900074 W FR9900074 W FR 9900074W WO 9936939 A1 WO9936939 A1 WO 9936939A1
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Christian Lumpp
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Lumpp & Consultants
Christian Lumpp
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Definitions

  • the present invention relates to a tube emitting electromagnetic radiation, made of a transparent non-fluorescent material, in particular based on glass or quartz, and having a rectilinear structure pierced from end to end with a bore elongated around an axis so to delimit a housing suitable for containing a filament or a plasma beam emitting radiation.
  • the invention finds a particularly important, although not exclusive, application in the field of photochemical treatment of materials by ultraviolet radiation with emitting tubes containing an ionized gas, the pressure of which is a function of the concentration of plasma inside the tube.
  • an ionized gas the pressure of which is a function of the concentration of plasma inside the tube.
  • the sterilization field in the paper industry, in the textile industry, in the wood and plastic industry, in the industry food, automotive as well as in the printing field, in particular for the polymerization of inks or varnishes on films, for example constituted by widths as support in paper, cardboard material, even support in metallic material , such as aluminum, copper or steel strip, or even support in synthetic material such as plastic products, PVC, polyethylene or other, or even support in natural wood, recomposed or synthetic, even electronic circuits or 'any other support.
  • Another application is in the field of infrared.
  • the invention is not limited to the types of products to be treated. It can for example be used for the drying of products in plate, for the drying of certain varnishes and adhesives, for the drying of wired products elongated around an axis, or even for the sterilization of liquid products in sheet or column around of an axis.
  • Glass tubes emitting ultraviolet or infrared radiation are already known, comprising a cylindrical bore.
  • the primary radiations therefore do not have the same optimized trajectory, and consequently the same efficiency as the secondary radiations.
  • Document US-A-3885181 describes a high-pressure sodium lighting lamp intended to emit lines in the visible range. It comprises a tubular discharge envelope, made of a polycrystalline material loaded with alumina. It has a non-circular section for an asymmetrical polar distribution of the light emitted by the lamp.
  • the emissive source is diffuse from a light surface, and its plasma section is imposed by the internal geometry of the envelope.
  • the radiating source is not point-like, and the lamp does not have a reflector or a transmitter / reflector monoblock. Such a lamp is used for public lighting, or signaling lights.
  • Document US-A-2254962 relates to an optical device composed of a cylindrical lens having a central refractive surface, and a reflector with additional elliptical surfaces for reflection and same virtual focus refraction.
  • the light source is distinct, and is housed in a semi-open notch, being dissociated from the reflector, which cannot restore all of the radiation.
  • the walls of the notch are arranged so as to obtain in the lens, divergent fluxes on the passage of the dioptric planes formed by the edges delimiting the notch.
  • Such a device does not constitute a monobloc transmitter / longitudinal reflector assembly capable of recovering 360 ° all of the radiation emitted.
  • the present invention aims to provide a radiation emitting tube, a device and a method implementing such a tube, meeting better than those previously known the requirements of practice.
  • a first object of the invention consists in producing a compact and space-saving tube, capable of rendering homogeneous, complementary, and in the same direction towards the irradiated product, the primary and -secondary radiations, to optimize the photochemical, photothermal radiant energy. and / or photoluminous, usable
  • a second object of the invention consists in recovering all of the spatial radiation emitted by an electromagnetic emitter tube to increase the focusing and the energy efficiency.
  • the invention is based on the idea of giving the bore a substantially square cross section or rectangular, at least two opposite sides of which have a cross section in the form of a convex curve, so as to obtain fluxes parallel to the passage of the dioptric planes formed by said sides.
  • convex is meant here an inner convex curve, the apex of which is directed towards the axis of the bore.
  • substantially square or rectangular he 'means a figure four sides placed in a square or rectangle, said sides being arcuate at large radii of curvature, that is to say for example R> 10 mm.
  • the center of the plasma beam, or the irradiating filament is arranged to be at the center of the geometric optics of said dioptric surfaces.
  • the convex dioptric surfaces of the bore modify the divergent radiating flux from the geometric center of the convex curves, to form a parallel, or substantially parallel, flux in the transparent solid medium, then parallel or even converging towards the plane to be irradiated, in combination with the dioptric exit surface of the tube and / or a surface reflecting the emitted radiation situated on the sides, on either side, for example symmetrically with respect to the axial plane of the bore.
  • the tube according to the invention is characterized in that the bore is of cross section of substantially square or rectangular shape, at least two opposite sides of which are in the form of convex curves, said sides forming dioptric surfaces arranged to modify the direction of the rays. emitted from the filament or from the axis of the emitting beam to make them parallel or substantially parallel in the solid transparent medium of the glass.
  • the subsequent treatment of radiation is considerably facilitated.
  • the proliferation of radiation is also reduced, in particular allowing, in the case of focusing, an excellent power density and in the case of irradiation in parallel flux, a limitation of diverging radiation.
  • the sides of the bore are respectively symmetrical with respect to the planes of symmetry of the square or of the rectangle, the direction of the radii being substantially parallel to that of a plane of symmetry of the square or of the rectangle of the bore.
  • the present invention implements a • straight transmitter tube whose geometric center emission coincides with the focus of a corresponding reflector, also rectilinear and cross-section at least in part planar or substantially planar to treat flat surfaces, or of cross section at least partially parabolic reverse to focus the radiation, the generator at the top of the curve of the reflector being parallel to the axis coincident with the focal line, and the end edges straight or reverse parabolic portions being located below the axis of the bore, on the other side of the latter relative to said generator at the top.
  • inverse parabola is understood to mean the reflection curve which transforms the parallel flux into a convergent flux focused on a line.
  • the transmitters with ultraviolet, and / or visible, and / or infrared radiation of the invention more particularly described here are tubes comprising electrodes at very high temperature (above 1000 ° C.) called hot electrodes generating a plasma arc with continuous or discontinuous photonic emission.
  • the electric arc generated by the two electrodes, respectively located on each side of the non-fluorescent transparent tube, generates a luminous cylinder of constant cross section generally formed by one or more metal iodides in the plasma state, or by xenon or a mercury / xenon mixture or other gases or rare earths
  • the light cylinder has a total length consisting of the distance between the two electrodes, for example between a few mm for short arc transmitters and more generally between 30 mm and 2500 mm, or even several meters, for example ten or fifteen meters, and also has a section of the light zone with a high plasma concentration which is less than the internal section of the transparent tube which contains it.
  • the plasma concentration promotes an electronic and gaseous plasma vacuum in the vicinity of the internal walls which slows down the heat transfer to the outside, resulting in colder envelope walls.
  • the metal iodide (s) can come from pure metals or from alloys, namely, for example, pure mercury, pure iron, pure gallium, iron / cobalt
  • the gas or gases used may be pure (for example xenon) or in the form of a mixture (for example mercury / xenon), subjected as it is known to frequencies other than 50 Hz, either alternating current, or pulsed current or not , of constant polarity and of variable intensity.
  • the sides of the bore are arranged to form dioptric surfaces for, in combination with the dioptric exit surface of the tube or with a reflective surface associated with the dioptric exit surface of the tube, directing the radiation in parallel or convergent flux towards a surface or a line to be irradiated;
  • the four sides of the bore are convex, for example the opposite sides being identical two by two;
  • the convex shape of the internal walls of the bore is a portion of a circle whose radius of curvature is determined by a conventional calculation of the radius of curvature of thick biconvex lenses.
  • the radius of the circle Ri with the value 10 mm is, for a distance from the opposite convex surfaces of 12.6 mm to focus the radiation at the virtual focus F ', at a distance of 50 mm from the external surface of the bottom wall .
  • the tube comprises an upper external wall, called the upper face, of external surface arranged to return radiation toward the axis of the bore, said external wall being covered, with a reflective material to function in a form so-called radiation reverse.
  • the external surface is symmetrical relative to the longitudinal axial plane of the bore, vertical or perpendicular to the plane to be irradiated, and for example in an arc of a circle or plane;
  • the tube has a reflective surface integral with said tube; - It comprises a reflecting surface of the emitted radiations situated on one side of said tube, comprising two longitudinal lateral wings symmetrical with respect to an axial plane of the bore, the portion of dioptric or metallic reflecting surface of said lateral wings being part of a section area straight transverse or reverse parabolic, or even substantially straight or substantially parabolic reverse;
  • the reflecting surface is formed at least in part by the internal faces of the wings, by dioptric refraction
  • the reflecting surface is formed at least in part by a reflecting material;
  • the tube has a lower external junction of the wings, located on the side opposite the generator at the top of the tube relative to the bore.
  • the face is convex in the center and substantially straight at the ends, along a curve symmetrical with respect to the axial plane containing the generatrix at the top, so as to direct the rays emitted towards a line of focus situated on the irradiation plane.
  • the generatrix is replaced by the line of intersection of the planar faces inscribing in a "Chinese hat" the upper edge of which is the said intersection line;
  • the tube is symmetrical with respect to an axial plane of the bore parallel to the irradiation plane.
  • the irradiation plane is generally a surface perpendicular to the longitudinal axial plane of symmetry of the tube;
  • the external wall, or upper face, of the tube is partially cylindrical on the side of the generator at the top of the tube between the external faces of the lateral wings;
  • the upper face of the tube is truncated, forming a flat outer face between the outer faces of the lateral wings;
  • the tube is of substantially cylindrical shape and has two attached wings made of glass, symmetrical or not with respect to the axial plane of the bore perpendicular to the irradiation plane.
  • the tube and the wings are joined for example simply in contact or glued with synthetic or ceramic glue, or welded by fusion of quartz, or else mechanically fixed with one another;
  • -the bore is formed by four radially distributed glass quarters, joined by their ends and embedded in a peripheral glass cylinder or a cylindrical bore made in the tube;
  • the tube comprises a second tube, cylindrical, internal to the bore capable of containing the plasma beam and / or containing an emitting filament; the space between the outer tube and the inner tube, whether joined to the outer tube or not, can be favorably used for the circulation of a gaseous or liquid cooling fluid;
  • the second tube cylindrical, can be in contact with the generator at the top of the convex internal surfaces
  • the second cylindrical tube may not be in contact with the convex internal surfaces insofar as the Archimedes thrust created by the internal space of the envelope bathing in a liquid medium is equal or substantially equal to the weight of the envelope, the second cylindrical tube, carried at its two ends, then self-centering over its entire length;
  • the bore has an upper surface of concave cross section.
  • the upper side of the cross section of the bore is concave, that is to say having a radius of curvature whose center is located on the side of the bore or the apex in the opposite direction to this one;
  • the bore is arranged to contain an ionized gas normally under medium or high pressure, the radiation emitted being ultraviolet, and / or visible, and / or infrared radiation;
  • medium or high pressure is meant absolute gas pressures greater than 2 kg / cm2 for example 3 kg / cm2 for medium pressure and greater than 5 kg / cm2 for high pressure, which can for example reach 15 kg / cm2 .
  • the tube has electrode chambers with an internal section greater than or equal to the internal section of the radiating emitting part of the tube;
  • the tube includes a filament emitting infrared radiation.
  • a third object of the invention consists in making a transmitter / reflector device using one or more tubes as described above.
  • the device comprises, located in the focal plane of concentration of the emitted radiation, a blade with parallel or substantially parallel lateral faces in the form of a funnel, comprising a dioptric surface for input of the radiation capable of transforming the convergent radiation received into a parallel flow. of radiation.
  • the device comprises reflecting surfaces separated from the tube and constituted by reflective plates, which can advantageously be flat.
  • a fourth object of the invention also relates to a method of applying radiation to a product in sheet form or arranged on a flat or curved surface. It consists in irradiating the product with an element (plasma beam or electric filament) emitting radiation and having a very weak cylindrical or substantially cylindrical sedtion, that is to say of diameter less than around 10 mm, by example of the order of 4 mm, of the order of 2 mm, or even up to 1 mm, or even 0.5 mm (by of the order of, should be understood ⁇ 1 mm and / or 10 to 15 %), centered in the bore of a straight glass tube, elongated around an axis, said bore being of cross section of substantially square or rectangular shape with at least two opposite sides in the form of convex curves, said sides forming dioptric surfaces arranged to modify the direction of the radiation emitted from the axis of the bore to make them parallel or substantially parallel in the solid transparent medium of the glass, before being deflected by metallic or dioptric reflecting surfaces worm
  • the bore has four convex sides, the opposite sides being identical two by two.
  • the emitting element is a plasma tubular beam of ultraviolet, and / or visible, and / or infrared photonic radiation.
  • the plasma tubular bundle of ultraviolet radiation is of section having a maximum radial dimension less than or equal to of the order of 4 mm.
  • the emitting element can be constituted by an electric filament, emitting infrared radiation.
  • two irradiation planes located symmetrically on either side of said emitter tube are irradiated with the same tube.
  • Figures 1 and 2 are cross-sectional views of two variants of a first embodiment of the emitter / reflector tube according to the invention, monobloc, having an upper face forming the reflecting surface and comprising two lateral portions having a parabolic section reverse or substantially parabolic reverse.
  • Figures 3 and 4 are cross-sectional views of two other variants of the one-piece tube according to the invention with an upper portion of the truncated, flat tube covered with a reflective material.
  • - Figure 5 shows another embodiment of the invention with a one-piece tube, of the head-to-tail type with respect to the axial plane of the bore parallel to the irradiation planes, and with two symmetrical virtual foci or not symmetrical, irradiated, and arranged at an angle of 180 °.
  • FIG. 6 and 6A show cross-sectional views of two other embodiments of the tube according to the invention, provided with planar faces on either side of the bore.
  • FIGS 7, 8 and 9 are cross-sectional views of other embodiments of the tube according to the invention, substantially cylindrical, without and with added wings, asymmetrically or symmetrically.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a device comprising the tube of Figure 1 and a parallel flow straightening blade disposed at the focus, accompanied by partial views on a large scale showing two positions of the blade according to the focus .
  • FIGS 11 and 12 are cross-sectional views of a variant of another embodiment of the tube according to the invention of Figure 1, comprising a second cylindrical tube emitting radiation internal to the bore of a tube either monobloc, or made up of four elements assembled to be similar to a monobloc, said second tube being able to be centered by contact with the generatrices of the four convex curves, or centered without contact.
  • FIG. 13 and 14 are sectional views of another embodiment of the tube 1 according to the invention with bore comprising a concave upper face.
  • FIGS. 15 and 15A show another embodiment of a tube according to the invention with a bore formed by four quarters in the form of biconvex longitudinal lenses, enclosed in a cylindrical tube.
  • FIG. 16 is a sectional view of another variant of the tube according to the invention, of the type shown in Figures 1 and 2, the bore being formed by the assembly of biconvex lenses.
  • FIGS 17 to 20 are schematic sectional views of several embodiments of a device according to the invention with a tube of substantially cylindrical shape and lateral reflecting walls dissociated from the tube, in planar shape or in cross-sectional portions reverse parabolic.
  • Figures 1 and 2 show a tube 1 in cross section, straight glass, for example extruded quartz.
  • the tube 1 is drilled end to end by a bore 2, for example obtained by spinning.
  • the sides 4 form dioptric surfaces which modify the direction of the rays 5 emitted from the axis 3, or substantially from the axis 3, for example by the plasma beam or the infrared filament with an axis coincident with axis 3 and shown at 6 in the figures, to make them parallel or substantially parallel (5 'radiation) in the solid transparent medium 7 of the glass.
  • the tube is closed at each end by plugs carrying electrodes (not shown), and contains an ionized gas, for example an iodide, or mercury, or xenon , or krypton, capable of emitting either ultraviolet or infrared radiation, or essentially in the visible light spectrum, when the tube is energized and that it creates a plasma arc between the electrodes, in a manner known in itself. even.
  • an ionized gas for example an iodide, or mercury, or xenon , or krypton, capable of emitting either ultraviolet or infrared radiation, or essentially in the visible light spectrum, when the tube is energized and that it creates a plasma arc between the electrodes, in a manner known in itself. even.
  • the surface 9 of the central portion 11 in cylindrical part C3, symmetrical with respect to the plane 12, is covered, for example by sputtering under vacuum or any other known means of a person skilled in the art allowing the adhesion to quartz, of a film 13 (in broken lines in FIG. 1) of a material reflecting ultraviolet (UV) emitted, for example consisting of a metallic layer of aluminum with a thickness of the order of a micron, for UV of wavelength from 100 nm to 500 nm, for example of 360 nm.
  • UV ultraviolet
  • the reflective layer of aluminum can advantageously be replaced by a reflective layer of gold or silver or enamel.
  • the tube 1 closes on the other side of the portion 11 relative to the bore 2 by a solid wall 14, extending between the ends 15 of the solid lateral wings 16 formed by the sections of inverse parabola symmetrical with respect to the axial plane 12.
  • the wall 14 has an external face 17, transparent to radiation, for the passage of rays 5 'emitted directly or rays 5 "reflected by the reverse parabola.
  • the radiant energy (total or almost total) which irradiates from the source 10 of emission is constituted by the sum of two radiant energies, comprising the primary radiant energy, which irradiates directly into a closed prismatic space 18, angle at the top oc 'for example 7 °, and the
  • limits are substantially the ends 19 of the lateral points 20 forming acute angles for example less than 40 °, for example between 35 ° and 10 °, of the bore 2, and the secondary radiant energy, which irradiates in a substantially parallel manner on the reflection curve of the reflector to be reflected there and return to the external face 17 of junction between the ends of the wings towards the product located in the irradiated plane 21 perpendicular to the axial plane 12,
  • the invention therefore optimizes the yield
  • the intensity radiated in any direction is equal to the product of the intensity radiated in the direction of the normal to the surface irradiated by the cosine of the angle that this direction makes with the normal to the irradiated plane (Lambert law).
  • the external face 17 of FIGS. 1 and 2 is convex in the center along a curve Cl forming a portion of cylinder of radius RI and substantially straight C6 towards the ends, from or substantially from the point of the curve Cl situated in the extension of the radius passing through the end 19 of the lateral points 20 of the bore located on the side of the plane to be irradiated.
  • the emitter / reflector device is a one-piece entity, made of extruded quartz glass material, of very high quality of transparency in the pass band from 180 nm to 2000 nm and with a very low level of fluorescence, in which the transmitter and its reflector are intimately linked, confused and inseparable.
  • the other part, facing the irradiated product is transparent and arranged to direct all of the radiation emitted towards the product, so that all or most of the primary and secondary radiation, with parallel or substantially parallel flows perpendicularly to the irradiated product, according to Lambert's law, or in the direction of the axial plane 12 towards the focal point F ′ of the inverse parabola in the focused case.
  • the geometric shape of the dioptric surfaces of the sides of the bore is designed with reference to the geometric focus of the device comprising a tube according to invention, hearth generally confused with the axis of the bore, which will therefore be called the focal axis below.
  • any light point of the beam situated outside the focal axis, only partially responds to this mode of radial irradiation corresponding to the design of the dioptric surfaces. Only the radiations emitted in the plane passing through the focal axis correspond to this conception.
  • FIG. 2 shows a tube 1, comprising a bore 2 and a cross section similar to those described with reference to FIG. 1. Only the angle of incidence / reflection of the rays 5, ⁇ l ⁇ 2 x 42 ° is different here, requiring covering the external surface 9 with a reflective layer 13, for example obtained by metallization of the entire curve reflection represented in broken lines by C3 and C5.
  • dioptric curve C6 of the external face 17 of the bottom wall 14, unlike that of FIG. 1, is here at all points perpendicular to the secondary rays 5 'which pass through it (therefore the radiation is not deflected) ) to find with the primary radiation crossing the curve Cl, the virtual focus F '.
  • Figure 3 shows a variant of Figure 2 with the upper face 8 'of the tube truncated by a flat horizontal surface C3 covered with a reflective film 13', shown in broken lines.
  • the rays 5 pass through the transparent solid medium 7, in strictly parallel flow, and meet a dioptric reflection curve C5 in reverse parabola in which the angles of incidence / reflection of the rays 5 are such that oc 3>o2>oci> 2- X 42 °.
  • the metallic reflection curve C3 of planar shape responds to the inverse light image.
  • the limiting angle oc h of refraction taken here equal to 42 ° is a function of the wavelength used.
  • the secondary radiant energy coming from the inscribed angle ⁇ is added to the primary radiant energy inscribed in the angle of re-emission of the radiations towards the focal point F 'inside which the rays are all directed towards the plane 21 located at the front of the transmitter / reflector.
  • FIG. 5 shows a monoblock transmitter / reflector tube 22 called "head-to-tail" with two opposite irradiated virtual focal points and arranged at an angle of 180 °, F 'and F' ', characterized in that the reflected radiation 5' does not pass again never through the plasma focus.
  • the tube comprises two wings 23 symmetrical with respect to the axial planes 24 and 25 perpendicular, and has on either side an external face 26 of the type described with reference to FIGS. 1 and 2 and two reflecting surfaces 27 and 28 in shape portion of symmetrical inverse parabola, forming an obtuse angle between them 2.
  • the rays 5 here pass through the transparent solid medium 32 with strictly parallel flow.
  • the tube 30 has an upper external face 33 comprising two surfaces 34 symmetrical with respect to the axial plane 35 perpendicular to the irradiated plane 36, of dioptric reflection, plane, inclined at 45 ° relative to the axial plane 35 in which ocl is equal to 90 ° (therefore> 2 x 42 °).
  • the upper face of the tube also comprises a rectangular, flat central part 37, covered with a reflective layer 38 with an inverse image, the lower face 39 being flat, rectangular and parallel to the face 37 and to the plane 36 to be irradiated.
  • This type of embodiment of the monoblock transmitter / reflector allows irradiation by primary and secondary radiation fully restored perpendicularly or substantially perpendicularly to the irradiated plane 36.
  • the curve C3 of the central part 37 is identical to that of FIG. 3 covered with a reflective material.
  • FIG. 6A relates to the same principle of design, construction and use upside down as that of FIG. 5.
  • the tube 40 comprises two identical parts 41, symmetrical with respect to the axial plane 42, centered on the geometric center 43 bore 44 with four convex sides of the type described in FIG. 1.
  • Such a device comprises four rectangular exit planes, two by two parallel, making it possible to attack the irradiation planes 47 with the rays 46 perpendicularly.
  • FIG. 7 describes a tube 50, formed by spinning, with a bore 51 with four convex faces 52 in portion of cylinder of radii R2 and R4, with R2 ⁇ R4, or R4> R2, as described with reference to the previous figures.
  • the outer dioptric circle is "notched" on its periphery at 53, so as to receive (see FIGS. 8 and 9) elements of right and left wings in the form of a parabolic inverse curve 54 or plane at 45 °, with a surface of dioptric or metallic reflection or on the same principle, head-to-tail wings 55 as previously described.
  • the radius R3 can have an infinitely large dimension, the axial origin of which is distant and located on the vertical axis, in such a way that the curve C3, initially constituted by a portion of cylinder, then becomes a portion of plane characterizing the reverse light image.
  • Figure 9 shows a tube 50, composite, finding in all points the characteristics and advantages of the monoblock of Figure 1, and formed by assembling the tube 50 of Figure 7 with wings 61 similar to those described with reference to Figure 1 , which have ends 62 adapted to come into contact cooperate and snap into place with the notches 53 of the tube 50, and an internal face 63 cooperating in contact and of complementary shape to the partly cylindrical face 64 of the tube 50.
  • FIG. 10 shows a device 70 comprising a tube 1 identical to that described with reference to FIG. 1, and a blade element or blade 71, transparent, with parallel side faces 72.
  • Such a device has the following advantages: high power density of the focused radiation obtained by focusing the radiation 73 of a reverse parabolic system, - focused radiation made perpendicular in accordance with teaching the law of Lambert by the element of blade 71, said radiating collector or "C. R.
  • the transparent blade 71 with a thickness Lcr has on the upper edge 75 a concave shape with a radius of curvature R'3, and located at a distance dFl from the virtual focus F ', so that the rays 76 arriving on this concave dioptric plane are straightened in parallel radiating flux shown in the drawing by the width Luv.
  • the plate 71 or radiating collector, can have a length D comprised: - between a few millimeters, and several meters, in a rectilinear or curvilinear manner, conducting the luminous flux in the thickness according to the same method and the same quality of performance restitution brighter than those of optical fiber.
  • the blade 71 has on the lower edge 77, an edge machined in three forms:
  • the mechanical link between the monoblock emitter / reflector and the radiating collector can for example be produced by two sheets 78, or index T, shown in strong phantom in FIG. 10.
  • FIGS. 11 and 12 show a tube 80 of shape corresponding to the embodiment described in FIG. 1.
  • a cylindrical tube 81 Inside the tube of the conventional form of the monoblock drawn in a single element for FIG. 11, and in several elements for FIG. 12, there is provided a cylindrical tube 81, an ultraviolet emitter, and / or visible, and / or infrared, the outside diameter of the cylindrical quartz envelope is:
  • FIGS. 13 and 14 show tubes 84 and 85 of the same external shape as that of the tubes represented in FIGS. 11 and 12, adapted to a different form of bore 86 comprising an upper side 87 concave, of cylindrical shape but reversed from that of three other identical convex sides 88 and 89.
  • the radii of curvature of the upper 87 concave and lower 88 convex faces are for example identical, the sides 89 being identical.
  • the ends 90 of the bore are tangent to the surfaces of the upper and lower faces, which eliminates the blind spots 91 (cf. FIG. 13) shown in hatched lines in the figures.
  • the tubes 84 and 85 further comprise a transparent internal cylindrical tube made of glass 92 which makes it possible to center the emitting beam 93 at the geometric center of the cylinder 94 (in dashed lines in the figures).
  • FIGS. 15 and 15 A there is shown a tube 95, 95 'formed by four biconvex lenses 96, 96' inserted into a quartz tube 97 of cylindrical or substantially cylindrical external shape according to FIGS. 7 and 8.
  • Each lens 96 has an external surface of shape complementary to that of the cylindrical internal face of the tube 97, and is arranged in contact to form with its convex internal part 98 the bore 99 according to the invention.
  • a lens 96 ′ may be smaller (see FIG. 15A) and leave a dioptric space 100 between its ' convex external face 101, and the internal face of the tube 97.
  • the tube 95 ′ in FIG. 15A also includes an internal cylindrical tube 102 for retaining the plasma centered on its axis, as described above.
  • FIG. 16 shows a tube 105 relating to the same principle of formation of the bore, with a transmitter / reflector with wings, of monobloc shape, with or without internal tube 102.
  • the tube comprises a cylindrical bore 110 provided with the four biconvex elements 96 as described above to form the bore 99 in a four-pointed star.
  • FIGS. 17 to 19 show a one-piece transmitter 120 or 120 ′ with a symmetrical bore 121 in a star with four convex walls.
  • the tubes 120 have a circular cross-sectional shape and the tube 120 ′ crushed on top with a large radius of curvature associated with planar reflecting walls 122 at 45 °.
  • the curve C3 becomes a plane when the radius R3 tends towards 1 infinity.
  • the radiation passes through the transparent solid medium with a flow of divergent shape, the value of the angle of divergence of which is compatible with the dioptric refraction curve of the outer cylinder, so that the refracted rays 123 form a parallel flow leaving the tube. 120.
  • cylindrical emitter associated with two symmetrical and planar reflection faces 122, inclined at 45 ° gives a low construction cost, an irradiating light effect identical to that of the best parabolic reflector.
  • FIG. 17 Furthermore, provision is made (FIG. 17) for a horizontal flat sheet metal 124 or a metallization C3 on the external upper face (cf. FIG. 19) allowing the effect of the reverse light image to be obtained.
  • the tube 120 of FIG. 18 has an upper face 125 covered with a film, of curved shape, of metallization C3. which allows a return of the reflected radiation elsewhere than on the focal point 126 of emission.
  • FIG. 20 shows a tube 130 similar to that of FIG. 19 with two sheets 131 extending longitudinally along the tube, symmetrical with respect to the axial plane 132, in the form of inverse parabolas, the radii of curvature being such that all the primary and secondary radiation are found in the irradiated virtual focus F '.
  • the convex curves of the bore modify the divergent radiating flux from the focal point located in the plasma gas medium, by a parallel flow, or substantially parallel in the transparent solid quartz medium.
  • quartz tube according to the invention from a tube inside which biconvex lenses are slid in order to then produce assemblies as shown in FIGS. 15 to 16.
  • the linear tension has a value greater than or equal to 50 Volts / cm, advantageously greater than or equal to 100 Volts / cm. Even more advantageously, a combination of a plasma beam length greater than lm50 and a linear voltage greater than 20 volts / cm is combined.
  • the radius of the cross section of the cylindrical plasma beam, with respect to the diameter d of the circle inscribed at the apices of the bore, is such that l / 100d ⁇ r ⁇ l / 2d, for example l / 50d ⁇ r ⁇ l / 4d or r ⁇ l / 8d, r ⁇ l / 10d, and / or r> l / 20d.
  • the invention also relates to devices which allow in particular the sterilization of water, either for the reflector with reverse parabola around an axis, or in sheet form for the reflector with 45 ° plane, and the drying of ink and varnish to polymerize on wire or circular products around an axis such as the marking of electrical wires, cables, rubber hoses, PVC tube, etc.
  • an ultraviolet emitter / reflector according to the invention can be mounted on a sterilization or polymerization chamber, for example in opposition around a transparent cylinder serving as a sterilization or polymerization chamber, or even, for example, in opposition on either side of a liquid sheet contained between the two transparent walls formed by the planar faces of the planar emitter / reflector thereby producing a sterilization chamber.

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)
  • Road Signs Or Road Markings (AREA)

Abstract

Un tube émetteur de rayonnements électromagnétiques, réalisé en verre ou quartz transparent non fluorescent, est doté d'un alésage allongé propre à contenir un filament ou un faisceau émetteur de rayonnements. L'alésage présente une section transversale sensiblement carré ou rectangulaire, dont au moins deux côtés opposés forment des surfaces dioptriques convexes agencées pour modifier la direction des rayonnements émis à partir du filament ou de l'axe du faisceau émetteur pour les rendre parallèles ou sensiblement parallèles dans le milieu transparent solide du verre.

Description

TUBE, DISPOSITIF ET PROCEDE EMETTEUR DE RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un tube émetteur de rayonnements électromagnétiques, réalisé en une matière transparente non fluorescente, notamment à base de verre ou de quartz, et ayant une structure rectiligne percée de bout en bout d'un alésage allongé autour d'un axe de manière à délimiter un logement propre à contenir un filament ou un faisceau plasmatique émetteur de rayonnements .
Elle concerne également un dispositif et un procédé mettant en oeuvre un tel tube.
L ' invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine du traitement photochimique de matériaux par rayonnements ultraviolets avec des tubes émetteurs contenant un gaz ionisé, dont la pression est fonction de la concentration du plasma à l'intérieur du tube, par exemple utilisés dans le domaine de la stérilisation, dans l'industrie papetière, le textile, l'industrie du bois et des matières plastiques, l'industrie alimentaire, l'automobile ainsi que dans le domaine de l'imprimerie, notamment pour la polymérisation d'encres ou de vernis sur des films, par exemple constitués par des laizes en tant que support en matériau papier, carton, voire support en matériau métallique, tel que feuillard d'aluminium, de cuivre ou d'acier, voire support en matériau de synthèse tel que les produits plastiques, PVC, polyéthylène ou autre, voire support en bois naturel, recomposé ou synthétique, voire les circuits électroniques ou 'tout autre support.
Une autre application est dans le domaine de 1 ' infrarouge.
L'invention n'est pas limitée aux types de produits à traiter. Elle peut par exemple être utilisée pour le séchage de produits en plaque, pour le séchage de certains vernis et adhésifs, pour le séchage de produits filaires allongés autour d'un axe, ou encore pour la stérilisation de produits liquides en nappe ou en colonne autour d'un axe.
Etat de la technique antérieure
On connaît déjà des tubes en verre émetteur de rayonnements ultraviolets ou infrarouges comprenant un alésage cylindrique.
Ces tubes en général associés à des réflecteurs concaves de sections transversales paraboliques ou elliptiques présentent des inconvénients. Ils présentent un encombrement important, et ne sont pas d'une efficacité optimisée. En effet la plupart des dispositifs de l'art antérieur décrivent essentiellement des émetteurs/réflecteurs séparés, mettant en oeuvre une distribution du rayonnement émis par un faisceau ou un filament selon deux modes de réalisation, à savoir des rayonnements primaires qui partent de la source selon un flux divergent, et des rayonnements secondaires qui, partant de la source, sont réfléchis sur une surface présentant une section transversale selon une courbe mathématique pour arriver au plan irradié selon un flux convergent ou parallèle.
Dans tous les cas, et par défaut structurel du système, les rayonnements primaires n'ont donc pas la même trajectoire optimisée, et par voie de conséquence la même efficacité que les rayonnements secondaires.
Le document US-A-3885181 décrit une lampe d'éclairage au sodium à haute pression destinée à émettre des raies dans le domaine du visible. Elle comporte une enveloppe tubulaire de décharge, réalisée en un matériau polycristallin chargé d'alumine. Elle possède une section non circulaire pour une distribution polaire asymétrique de la lumière émise par la lampe . La source émissive est diffuse à partir d'une surface lumineuse, et sa section plasmatique est imposée par la géométrie interne de l'enveloppe. La source rayonnante n'est pas ponctuelle, et la lampe est dépourvue de réflecteur ou d'un monobloc émetteur/réflecteur. Une telle lampe est utilisée pour l'éclairage public, ou les feux de signalisation.
Le document US-A-2254962 se rapporte à un dispositif optique composé d'une lentille cylindrique ayant une surface de réfraction centrale, et un réflecteur à surfaces additionnelles elliptiques de réflexion et de réfraction de même foyer virtuel. La source lumineuse est distincte, et est logée dans une encoche semi- ouverte en étant dissociée du réflecteur, lequel ne peut restituer l'intégralité du rayonnement. Les parois de l'encoche sont agencées de façon à obtenir dans la lentille, des flux divergents au passage des plans dioptriques formés par les arêtes délimitant l'encoche. Un tel dispositif ne constitue pas un ensemble monobloc émetteur/réflecteur longitudinal susceptible de récupérer sur 360° l'intégralité du rayonnement émis.
Objet de l'invention
La présente invention vise à fournir un tube émetteur de rayonnements, un dispositif et un procédé mettant en oeuvre un tel tube, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique.
Un premier objet de l'invention consiste à réaliser un tube compact et peu encombrant, propre à rendre homogènes, complémentaires, et dans la même direction vers le produit irradié, les rayonnements primaires et -secondaires, pour optimiser l'énergie rayonnante photochimique, photothermique et/ou photolumineuse, utilisable
Un deuxième objet de l'invention consiste à récupérer l'intégralité du rayonnement spatial émis par un tube émetteur électromagnétique pour augmenter la focalisation et le rendement énergétique.
L ' invention part de 1 ' idée de donner à 1 ' alésage une section transversale sensiblement carrée ou rectangulaire, dont au moins deux côtés opposés, sont de section transversale en forme de courbe convexe, de façon à obtenir des flux parallèles au passage des plans dioptriques formés par lesdits côtés.
Par convexe il faut entendre ici une courbe convexe intérieure, dont le sommet est dirigé vers l'axe de 1 ' alésage .
Par sensiblement carré ou rectangulaire il 'faut entendre une figure à quatre côtés inscrite dans un carré ou un rectangle, lesdits côtés étant en arc de cercle à grands rayons de courbure, c'est-à-dire par exemple R > 10 mm.
Pour ce faire le centre du faisceau plasmatique, ou le filament irradiant, est agencé pour être au centre de l'optique géométrique desdites surfaces dioptriques.
Ainsi les surfaces dioptriques convexes de l'alésage modifient le flux rayonnant divergent à partir du centre géométrique des courbes convexes, pour former un flux parallèle, ou sensiblement parallèle, dans le milieu solide transparent, puis parallèle ou encore convergent vers le plan à irradier, en combinaison avec la surface dioptrique de sortie du tube et/ou une surface réflectrice des rayonnements émis située sur les côtés, de part et d'autre, par exemple symétriquement par rapport au plan axial de 1 ' alésage .
Le tube selon l'invention est caractérisé en ce que l'alésage est de section transversale de forme sensiblement carré ou rectangulaire dont au moins deux côtés opposés sont en forme de courbes convexes, lesdits côtés formant des surfaces dioptriques agencées pour modifier la direction des rayonnements émis à partir du filament ou de l'axe du faisceau émetteur pour les rendre parallèles ou sensiblement parallèles dans le milieu transparent solide du verre.
En obtenant des rayonnements parallèles dans le milieu transparent, on facilite considérablement le traitement ultérieur des rayonnements . On réduit également le foisonnement des rayonnements en permettant notamment, dans le cas de la focalisation, une excellente densité de puissance et dans le cas de l'irradiation en flux parallèle, une limitation des rayonnements divergents .
Dans un cas avantageux, les côtés de l'alésage sont respectivement symétriques par rapport aux plans de symétrie du carré ou du rectangle, la direction des rayons étant sensiblement parallèle à celle d'un plan de symétrie du carré ou du rectangle de l'alésage.
Dans les modes de réalisation plus particulièrement décrits , la présente invention met en oeuvre un • tube émetteur rectiligne dont le centre géométrique d'émission est confondu avec le foyer d'un réflecteur correspondant, également rectiligne et de section transversale au moins en partie plane ou sensiblement plane pour traiter des surfaces planes, ou de section transversale au moins en partie parabolique inverse pour focaliser le rayonnement, la génératrice au sommet de la courbe du réflecteur étant parallèle à l'axe confondu avec la ligne focale, et les arêtes d'extrémité des portions droites ou paraboliques inverses étant situées en dessous de l'axe de l'alésage, de l'autre côté de celui-ci par rapport à ladite génératrice au sommet. On entend par parabole inverse la courbe de réflexion qui transforme le flux parallèle en flux convergent focalisé sur une ligne.
Plus précisément les émetteurs à rayonnements ultraviolets, et/ou visibles, et/ou infrarouges de l'invention plus particulièrement décrits ici, sont des tubes comportant des électrodes à très haute température (supérieures à 1000°C) dites électrodes chaudes générant un arc plasmatique à émis'sion photonique continue ou discontinue.
L'arc électrique généré par les deux électrodes, respectivement situées de chaque côté du tube transparent non fluorescent, engendre un cylindre lumineux de section transversale constante généralement formé par un ou des iodures métalliques à l'état plasmatique, ou encore par du xénon ou un mélange mercure/xénon ou autres gaz ou terres rares
Le cylindre lumineux présente une longueur totale constituée par la distance entre les deux électrodes, par exemple comprise entre quelques mm pour les émetteurs à arc court et plus généralement entre 30 mm et 2500 mm, voire plusieurs mètres, par exemple dix ou quinze mètres, et présente également une section de la zone lumineuse à haute concentration plasmatique inférieure à la section intérieure du tube transparent qui la renferme .
Une tension entre électrodes comprise entre 20 volts /cm et 150 volts/cm, par exemple 30 volts/cm ou 100 volts/cm entraîne en effet une section transversale de faisceau sensiblement cylindrique extrêmement réduite, formant un pinceau lumineux apparaissant comme entièrement décollé des parois de l'alésage, créant un espace d'un vide relatif qui génère une pression réduite sensiblement égale à la pression atmosphérique au niveau de la paroi interne du tube cylindrique ou du tube monobloc émetteur/réflecteur.
Par ailleurs, la concentration plasmatique favorise un vide électronique et gazeux plasmatique au voisinage des parois internes qui freine le transfert thermique vers l'extérieur, entraînant des parois de l'enveloppe plus froides .
Le ou les iodures métalliques peuvent être issus de métaux purs ou d'alliages à savoir et par exemple, un mercure pur, un fer pur, un gallium pur, un fer/cobalt
(mélange) , un gallium/plomb (mélange) , un mercure/gallium (mélange), etc.
Le ou les gaz utilisés peuvent être purs (par exemple du xénon) ou sous forme de mélange (par exemple mercure/xénon) , soumis comme il est connu à dee fréquences autres que 50Hz, soit de courant alternatif, soit de courant puisé ou non, de polarité constante et d'intensité variable.
La liste des mélanges de métaux, terres rares et/ou gaz mentionnés ci-dessus n'est bien entendu pas limitative. Par ailleurs leurs proportions respectives, comme celles du choix de la fréquence, de la pulsation ou de la modulation, sont déterminées en fonction des longueurs d'onde spécifiques des rayonnements.
Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- les côtés de l'alésage sont agencés pour former des surfaces dioptriques pour, en combinaison avec la surface dioptrique de sortie du tube ou avec une surface réflectrice associée avec la surface dioptrique de sortie du tube, diriger les rayonnements en flux parallèle ou convergent vers une surface ou une ligne à irradier; - les quatre côtés de l'alésage sont de forme convexe, par exemple les côtés opposés étant identiques deux à deux;
- la forme convexe des parois internes de l'alésage est une portion de cercle dont le rayon de courbure est déterminé par un calcul classique de rayon de courbure de lentille épaisses biconvexe . Par exemple, le rayon du cercle Ri de valeur 10 mm est, pour une distance des surfaces convexes opposées de 12,6 mm pour focaliser le rayonnement au foyer virtuel F', à une distance de 50 mm de la surface externe de la paroi inférieure.
- le tube comporte une paroi externe supérieure, dite face supérieure, de surface externe agencée pour renvoyer les rayonnements vers l'axe de l'alésage, ladite paroi externe étant recouverte, d'une matière réfléchissante, pour fonctionner sous une forme dite en rayonnement inverse .
La surface externe est symétrique par rapport au plan axial longitudinal de l'alésage, vertical ou perpendiculaire au plan à irradier, et par exemple en arc de cercle ou plane;
- le tube comporte une surface réflectrice solidaire dudit tube ; - il comporte une surface réflectrice des rayonnements émis située d'un côté dudit tube, comportant deux ailes latérales longitudinales symétriques par rapport à un plan axial de l'alésage, la portion de surface réflectrice dioptrique ou métallique desdites ailes latérales s ' inscrivant dans une surface de section transversale droite ou parabolique inverse, ou encore sensiblement droite ou sensiblement parabolique inverse;
- la surface réflectrice est formée au moins en partie par les faces internes des ailes, par réfraction dioptrique ;
- la surface réflectrice est formée au moins en partie par un matériau réfléchissant ; le tube comporte une face externe inférieure de jonction des ailes, située du côté opposé à la génératrice au sommet du tube par rapport à l'alésage. La face est convexe au centre et sensiblement droite aux extrémités, selon une courbe symétrique par rapport au plan axial contenant la génératrice au sommet, de manière à diriger les rayons émis vers une ligne de focalisation située sur le plan d'irradiation.
Dans le cas où la surface réflectrice est formée au moins en partie de deux plans symétriques par rapport au plan axial vertical de l'alésage, la génératrice est remplacée par la droite d'intersection des faces planes s ' inscrivant dans un « chapeau chinois » dont l'arête supérieure est ladite droite d'intersection ;
- le tube est symétrique par rapport à un plan axial de l'alésage parallèle au plan d'irradiation. - le plan d'irradiation est en général une surface perpendiculaire au plan axial longitudinal de symétrie du tube ;
- la paroi externe, ou face supérieure, du tube est partiellement cylindrique du côté de la génératrice au sommet du tube entre les faces externes des ailes latérales ;
- la face supérieure du tube est tronquée, formant une face externe plane entre les faces externes des ailes latérales ; - le tube est de forme sensiblement cylindrique et comporte deux ailes rapportées en verre, symétriques ou non par rapport au plan axial de 1 ' alésage perpendiculaire au plan d'irradiation.
Dans ce cas, le tube et les ailes sont jointifs par exemple simplement en contact ou collés par une colle de synthèse ou céramique, ou soudés par fusion du quartz, ou encore fixés mécaniquement l'un avec 1 ' autre; -l'alésage est formé par quatre quartiers en verre répartis radialement, jointifs par leurs extrémités et s 'encastrant dans un cylindre en verre périphérique ou un alésage cylindrique effectué dans le tube ; le tube comporte un deuxième tube, cylindrique, interne à l'alésage propre à contenir le faisceau plasmatique et/ou contenant un filament émetteur ; -l'espace entre le tube externe et le tube interne, jointif ou non au tube externe, peut être favorablement utilisé pour la circulation d'un fluide de refroidissement gazeux ou liquide ;
- le deuxième tube, cylindrique, peut être en contact avec la génératrice au sommet des surfaces internes convexes ;
- le deuxième tube cylindrique peut ne pas être en contact avec les surfaces internes convexes dans la mesure où la poussée d'Archimède créée par l'espace interne de l'enveloppe baignant dans un milieu liquide est égale ou sensiblement égale au poids de l'enveloppe, le deuxième tube cylindrique, porté à ses deux extrémités, s ' autocentrant alors sur toute sa longueur ;
- 1 ' alésage comporte une surface supérieure de section transversale concave. En d'autres termes, le côté supérieur de la section transversale de l'alésage est concave, c'est-à-dire présentant un rayon de courbure dont le centre est situé du côté de l'alésage ou le sommet dans le sens opposé à celui-ci ; - l'alésage est agencé pour contenir un gaz ionisé normalement sous moyenne ou forte pression, les rayonnements émis étant des rayonnements ultraviolets, et/ou visibles, et/ou infrarouges;
Par moyenne ou forte pression, on entend des pressions absolues de gaz supérieure à 2 kg/cm2 par exemple de 3 kg/cm2 pour une moyenne pression et supérieure à 5 kg/cm2 pour une haute pression, pouvant par exemple atteindre 15 kg/cm2. - le tube comporte des chambres d'électrode de section interne supérieure ou égale à la section interne de la partie rayonnante émettrice du tube ;
- le tube comporte un filament émetteur de rayonnement infrarouge .
Un troisième objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif émetteur/réflecteur mettant en oeuvre un ou plusieurs tubes tels que décrits précédemment.
Avantageusement le dispositif comporte, situé au plan focal de concentration des rayonnements émis, une lame à faces latérales parallèles ou sensiblement parallèles en forme d'entonnoir, comportant une surface dioptrique d'entrée des rayonnements propre à transformer les rayonnements convergents reçus en un flux parallèle de rayonnements .
Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte des surfaces réflectrices séparées du tube et constituées par des plaques réfléchissantes, pouvant être avantageusement planes .
Un quatrième objet de l'invention se rapporte également à un procédé d'application de rayonnements à un produit en nappe ou disposé sur une surface plane ou courbe. Il consiste à irradier le produit avec un élément (faisceau plasmatique ou filament électrique) émetteur de rayonnements et présentant une sedtion cylindrique ou sensiblement cylindrique très faible, c'est-à-dire de diamètre inférieur à de l'ordre de 10 mm, par exemple de 1 ' ordre de 4 mm, de 1 ' ordre de 2 mm, ou encore jusqu'à 1 mm, voire 0,5 mm (par de l'ordre de, il faut entendre ± 1 mm et/ou 10 à 15%), centré dans l'alésage d'un tube en verre, rectiligne, allongé autour d'un axe, ledit alésage étant de section transversale de forme sensiblement carré ou rectangulaire dont au moins deux côtés opposés sont en forme de courbes convexes, lesdits côtés formant des surfaces dioptriques agencées pour modifier la direction des rayonnements émis à partir de 1 ' axe de l'alésage pour les rendre parallèles ou sensiblement parallèles dans le milieu transparent solide du verre, avant d'être déviés par des surfaces réflectrices métalliques ou dioptriques vers le produit.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'alésage comporte quatre côtés convexes, les côtés opposés étant identiques deux à deux.
Avantageusement l'élément émetteur est un faisceau tubulaire plasmatique de rayonnements photoniques ultraviolets, et/ou visibles, et/ou infrarouges. Préférentiellement, le faisceau tubulaire plasmatique de rayonnements ultraviolets est de section présentant une dimension radiale maximale inférieure ou égale à de l'ordre de 4 mm.
L'élément émetteur peut être constitué par un filament électrique, émetteur de rayonnements infrarouges.
Dans un mode de réalisation avantageux, on irradie avec un même tube deux plans d'irradiation situés symétriquement de part et d'autre dudit tube émetteur.
Description sommaire des dessins
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs.
La description se réfère aux dessins qui 1 ' accompagnent dans lesquels :
Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe transversale de deux variantes d'un premier mode de réalisation de tube émetteur/réflecteur selon l'invention, monobloc, comportant une face supérieure formant la surface réflectrice et comportant deux portions latérales présentant une section parabolique inverse ou sensiblement parabolique inverse.
Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale de deux autres variantes du tube monobloc selon 1 ' invention avec une portion supérieure du tube tronquée, plane recouvert d'un matériau réfléchissant. - La figure 5 montre un autre mode de réalisation de l'invention avec tube monobloc, du type tête-bêche par rapport au plan axial de 1 ' alésage parallèle aux plans d'irradiation, et à deux foyers virtuels symétriques ou non symétriques, irradiés, et disposés selon un angle de 180°.
- Les figures 6 et 6A montrent des vues en coupe transversale de deux autres modes de réalisations du tube selon l'invention, muni de faces planes de part et d'autre de l'alésage.
- Les figures 7, 8 et 9 sont des vues en coupe transversale d'autres modes de réalisation de tube selon l'invention, sensiblement cylindriques, sans et avec ailes rajoutées, dissymétriquement ou symétriquement.
- La figure 10 est une vue en coupe transversale d'un dispositif comprenant le tube de la figure 1 et une lame de redressement à flux parallèle disposée au foyer, accompagnée de vues partielles à grande échelle montrant deux positionnements de la lame en fonction du foyer .
- Les figures 11 et 12 sont des vues en coupe transversale d'une variante d'un autre mode de réalisation du tube selon l'invention de la figure 1, comprenant un second tube cylindrique émetteur de rayonnements interne à l'alésage d'un tube soit monobloc, soit constitué de quatre éléments assemblés pour être semblables à un monobloc, ledit second tube pouvant être centré par contact aux génératrices des quatre courbes convexes , ou centré sans contact .
- Les figures 13 et 14 sont des vues en coupe d'un autre mode de réalisation du tube selon 1 ' invention avec alésage comprenant une face supérieure concave .
- Les figures 15 et 15A montrent un autre mode de réalisation d'un tube selon l'invention avec un alésage formé par quatre quartiers en forme de lentilles longitudinales biconvexes, enfermées dans un tube cylindrique.
- La figure 16 est une vue en coupe d'une autre variante de tube selon l'invention, du type représenté aux figures 1 et 2, l'alésage étant formé par l'assemblage de lentilles biconvexes.
- Les figures 17 à 20 sont des vues schématiques en coupe de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention avec un tube de forme sensiblement cylindrique et des parois réflectrices latérales dissociées du tube, de forme planes ou en portion de section transversale parabolique inverse.
Dans la suite de la description, on utilisera de préférence les mêmes numéros de référence pour désigner des éléments identiques ou de même type.
Description détaillée de divers modes de réalisation préférentiels de l'invention
Les figures 1 et 2 montrent un tube 1 en coupe transversale, rectiligne en verre, par exemple en quartz extrudé .
Le tube 1 est percé de bout en bout par un alésage 2, par exemple obtenu par filage.
L'alésage est allongé autour d'un axe 3, de section sensiblement carrée, dont les quatre côtés 4 identiques deux à deux sont en forme de courbe convexe (C2,C4,), en l'espèce en portion de cercle de rayon R2 et R4, dont le centre est situé à l'extérieur de l'alésage, avec R4 > R2 , par exemple R4 = 1,2 R2.
Les côtés 4 forment des surfaces dioptriques qui modifient le direction des rayonnements 5 émis à partir de l'axe 3, ou sensiblement à partir de l'axe 3, par exemple par le faisceau plasmatique ou le filament infrarouge d'axe confondu avec l'axe 3 et représenté en 6 sur les figures, pour les rendre parallèles ou sensiblement parallèles (rayonnements 5') dans le milieu 7 transparent solide du verre.
Dans le mode de réalisation d'un émetteur à rayonnement ultraviolet, le tube est fermé à chaque extrémité par des bouchons porteurs d'électrodes (non représentés) , et contient un gaz ionisé, par exemple un iodure, ou du mercure, ou du xénon, ou du krypton, propre à émettre des rayonnements 5 soit ultraviolets, soit infrarouges, soit essentiellement dans le spectre de lumière visible, lorsque le tube est sous tension et qu'il crée un arc plasmatique entre les électrodes, de façon connue en elle-même.
Le tube 1 comporte une paroi externe supérieure 8, dite face supérieure, de surface externe 9 de section au moins en partie parabolique inverse, d'équation Y=x2/4f, f étant la distance focale de la parabole entre le foyer 21 qui est confondu avec le point F' irradié situé sur le plan axial de symétrie 12 de l'alésage, et le sommet P de la parabole qui est le prolongement de la paroi latérale à 1 ' aplomb ou l'intersection avec l'axe focal horizontal de F' et qui réalise la distance focale PF' de telle manière que PF' = f.
Selon le mode de réalisation de 1 ' invention de la figure 1, la surface 9 de la portion centrale 11 en partie cylindrique C3 , symétrique par rapport au plan 12, est recouverte, par exemple par pulvérisation cathodique sous vide ou tout autre moyen connu de l'homme du métier permettant l'adhésion sur le quartz, d'une pellicule 13 (en trait interrompu sur la figure 1) d'un matériau réfléchissant les ultraviolets (U.V.) émis, par exemple constitué d'une couche métallique d'aluminium d'épaisseur de l'ordre du micron, pour des U.V. de longueur d'onde de 100 nm à 500 nm, par exemple de 360 nm. Ce même matériau de réflexion peut être utilisé pour des émissions rayonnantes dans la spectre du visible ou celui de l'infrarouge. Pour ces longueurs d'ondes, on peut avantageusement remplacer la couche réfléchissante d'aluminium par une couche de réflexion en or ou en argent ou en émail.
Le tube 1 se referme de l'autre côté de la portion 11 par rapport à l'alésage 2 par une paroi pleine 14, s 'étendant entre les extrémités 15 des ailes latérales pleines 16 formées par les sections de parabole inverse symétriques par rapport au plan axial 12.
La paroi 14 comporte une face externe 17 , transparente aux rayonnements, de passage des rayons 5' émis directement ou des rayons 5" réfléchis par la parabole inverse. On rappelle ici, pour mémoire :
- que l'énergie rayonnante (totale ou quasi totale) qui irradie à partir du foyer 10 d'émission, est constituée par la somme de deux énergies rayonnantes, comprenant l'énergie rayonnante primaire, qui irradie directement dans un espace prismatique fermé 18, d'angle au sommet oc ' par exemple de 7°, et dont les
limites sont sensiblement les extrémités 19 des pointes latérales 20 formant des angles aigus par exemple inférieurs à 40°, par exemple compris entre 35° et 10°, de l'alésage 2, et l'énergie rayonnante secondaire, qui irradie de façon sensiblement parallèle sur la courbe de réflexion du réflecteur pour y être réfléchie et revenir vers la face externe 17 de jonction entre les extrémités des ailes vers le produit situé dans le plan irradié 21 perpendiculaire au plan axial 12 ,
- que le rendement énergétique d'un faisceau divergent dépend de la distance qu'il parcourt de son point d'émission à son point de réception; en raccourcissant cette distance du point d'émission au plan de réflexion d'une part, et du plan de réflexion au produit irradié d'autre part, l'invention optimise donc le rendement,
- qu'une meilleure pénétration du produit à irradier dépend d'une forte densité de puissance rayonnante.
L'intensité rayonnée dans une direction quelconque est égale au produit de 1 ' intensité rayonnée dans la direction de la normale à la surface irradiée par le cosinus de l'angle que fait cette direction avec la normale au plan irradié (loi de Lambert) .
La face externe 17 des figures 1 et 2 est convexe au centre selon une courbe Cl formant une portion de cylindre de rayon RI et sensiblement droite C6 vers les extrémités, à partir ou sensiblement à partir du point de la courbe Cl située dans le prolongement du rayon passant par 1 ' extrémité 19 des points latéraux 20 de l'alésage située du côté du plan à irradier.
Dans les modes de réalisation plus particulièrement décrits ici, le dispositif émetteur/réflecteur est une entité monobloc, en matériau de verre quartz extrudé, de très haute qualité de transparence dans la bande passante de 180 nm à 2000 nm et avec un très bas niveau de fluorescence, dans lequel sont intimement liés, confondus et indissociables, l'émetteur et son réflecteur .
L'autre partie, faisant face au produit irradié, est transparente et agencée pour diriger l'intégralité des rayonnements émis vers le produit, de telle manière que la totalité ou l'essentiel des rayonnements primaires et secondaires, à flux parallèles ou sensiblement parallèles perpendiculairement au produit irradié, selon la loi de Lambert, ou en direction du plan axial 12 vers le foyer F' de la parabole inverse dans le cas focalisé.
La forme géométrique des surfaces dioptriques des côtés de l'alésage, mises en oeuvre et élaborées structurellement dans le cadre des modes de réalisation de 1 ' invention plus particulièrement décrits ici, est conçue en référence au foyer géométrique du dispositif comprenant un tube selon l'invention, foyer en général confondu avec l'axe de l'alésage, que l'on appellera donc ci-après l'axe focal .
Ainsi tout point lumineux issu de l'axe focal irradie radialement comme représenté ultérieurement sur les figures .
Par contre, on notera que tout point lumineux du faisceau, situé en-dehors de l'axe focal, ne répond que partiellement à ce mode d'irradiation radiale correspondant à la conception des surfaces dioptriques . Seuls les rayonnements issus dans le plan passant par 1 ' axe focal correspondent à cette conception. En concentrant de façon importante le faisceau plasmatique émetteur de rayonnements photoniques ou avec un filament émetteur infrarouge, et avec la forme de l'alésage selon l'invention, on concentre pratiquement ou sensiblement pratiquement la totalité du flux lumineux émetteur sur l'axe focal, ce qui permet d'obtenir des résultats considérablement améliorés par rapport à l'art antérieur, par exemple la densité lumineuse est multipliée par dix par rapport à l'art antérieur.
Dans le cas de la figure 1 les rayons traversant le milieu solide transparent 5' sont sensiblement parallèles et sont réfléchis sur une courbe à réflexion dioptrique C5, dans laquelle l'angle o 1 d'incidence/réflexion des rayons 5 est _> 2 x 42°, avec comme hypothèse, la longueur d'onde λ = 360 nm, ce qui détermine un angle d'incidence limite oc de réfraction dioptrique.
On remarque que les rayons primaires 5 et secondaires 5' qui traversent les courbes dioptriques Cl, en face du côté inférieur de l'alésage carré, et C6 sont réfractées (donc déviées) pour être focalisées intégralement au foyer virtuel F' sur le plan 21.
La figure 2 montre un tube 1, comprenant un alésage 2 et une section transversale similaires à ceux décrits en référence à la figure 1. Seul l'angle d'incidence/réflexion des rayons 5, βl < 2 x 42° est ici différent, nécessitant de recouvrir la surface externe 9 d'une couche réfléchissante 13, par exemple obtenue par métallisation de toute la courbe de réflexion représentée en traits discontinus par C3 et C5.
On notera également que la courbe dioptrique C6 de la face externe 17 de la paroi inférieure 14, contrairement à celle de la figure 1, est ici en tout point perpendiculaire aux rayons secondaires 5 ' qui la traversent (donc le rayonnement n'est pas dévié) pour retrouver avec le rayonnement primaire traversant la courbe Cl, le foyer virtuel F' .
La figure 3 montre une variante de la figure 2 avec la face supérieure 8 ' du tube tronqué par une surface plane C3 horizontale recouverte d'une pellicule réfléchissante 13 ' , représentée en traits discontinus .
Les rayonnements 5 traversent le milieu 7 solide transparent, en flux rigoureusement parallèle, et rencontrent une courbe de réflexion dioptrique C5 en parabole inverse dans laquelle les angles d'incidence/réflexion des rayons 5 sont tels que oc3 > o2 > oci > 2-X 42° .
On remarque ici que la courbe de réflexion métallique C3 de forme plane répond à 1 ' image lumineuse inverse . Rappelons que 1 ' angle limite oc h de réfraction pris ici égal à 42° est fonction de la longueur d'onde utilisée.
Ainsi, l'énergie rayonnante secondaire provenant de l'angle inscrit δ s'ajoute à l'énergie rayonnante primaire inscrite dans l'angle de réemission des rayonnements vers le foyer F' à l'intérieur duquel les rayons sont tous dirigés vers le plan 21 situé à l'avant de l'émetteur/réflecteur. A ce niveau, toute l'énergie rayonnante normalement inscrite sur 360° se trouve donc ramenée dans l'angle ≈=6.
La figure 4 est du même type que la figure 3, mais β ≠ o=, et βl < β2 < β3 < 2 x 42° imposant une couche de réflexion métallique 13" sur la totalité de la surface externe 9 de la paroi supérieure 8' caractérisée en C'3 et C'5, avec R' # R et donc les courbes C de la figure différentes des courbes C de la figure 3.
La figure 5 montre un tube 22 émetteur/réflecteur monobloc dit " tête-bêche " à deux foyers virtuels irradiés opposés et disposés selon un angle de 180°, F' et F'', caractérisé en ce que le rayonnement réfléchi 5' ne repasse jamais par le foyer plasmatique.
Le tube comprend deux ailes 23 symétriques par rapport aux plans axiaux 24 et 25 perpendiculaires, et présente de part et d'autre une face externe 26 du type de celle décrite en référence aux figures 1 et 2 et deux surfaces réflectrices 27 et 28 en forme de portion de parabole inverse symétriques, formant entre elles un angle obtus 2 .
Dans le même esprit que précédemment, on pourrait avoir quatre foyers virtuels irradiés opposés selon un angle de 90°, F' , F' ' , F' ' 'et F' ' ' ' (non représenté) .
Sur la figure 6 on a représenté un tube rectiligne 30 avec alésage 31 comme décrit en référence à la figure 1 et selon le mode de réalisation de 1 ' invention plus particulièrement décrit ici.
Les rayonnements 5' traversent ici le milieu 32 solide transparent à flux rigoureusement parallèle. Le tube 30 comporte une face supérieure 33 externe comportant deux surfaces 34 symétriques par rapport au plan axial 35 perpendiculaire au plan irradié 36, de réflexion dioptrique, planes, inclinées à 45° par rapport au plan axial 35 dans laquelle ocl est égal à 90° (donc > 2 x 42°) .
La face supérieure du tube comporte également une partie centrale rectangulaire, plane 37, recouverte d'une couche réflectrice 38 à image inverse, la face inférieure 39 étant plate, rectangulaire et parallèle à la face 37 et au plan 36 à irradier.
Ce type de réalisation de l'émetteur/réflecteur monobloc, à pente de 45°, permet une irradiation par rayonnement primaire et secondaire intégralement restitué perpendiculairement ou sensiblement perpendiculairement, au plan irradié 36.
On obtient ainsi un émetteur/réflecteur monobloc du type " fer à repasser " permettant, par exemple notamment dans le cas de la stérilisation, de traiter des plans irradiés solides ou liquides 36 pouvant être directement au contact de l'élément rayonnant, ce qui est entièrement nouveau.
La courbe C3 de la partie centrale 37 est identique à celle de la figure 3 recouverte d'un matériau réfléchissant. Par des modifications des courbes dioptriques convexes de l'alésage, les flux 5' traversant le milieu transparent solide peuvent être rendus légèrement divergents, de telle manière que o=l devienne < 2 x 42°. Dans ce cas, on accepte une tolérance dans la divergence de plus ou moins 5°.
Les faces externes correspondant aux courbes C3 et C5 des figures précédentes, sur les côtés 34, sont alors prévus entièrement recouvert d'une couche de réflexion par exemple métallique, comme celles représentées aux figures 2 et 4.
La figure 6A relèvent du même principe de conception, de construction et d'utilisation en tête-bêche que celle de la figure 5. Le tube 40 comporte deux parties 41 identiques , symétriques par rapport au plan axial 42, centré sur le centre géométrique 43 de l'alésage 44 à quatre côtés convexes du type décrit à la figure 1.
Dans le même esprit que précédemment, on pourrait avoir quatre faces planes irradiantes et disposées selon un angle de 90°. Un tel dispositif comporte quatre plans de sortie rectangulaires, parallèles deux à deux, permettant d'attaquer perpendiculairement les plans d'irradiation 47 avec les rayons 46.
La figure 7 décrit un tube 50, formé par filage, avec un alésage 51 à quatre faces convexes 52 en portion de cylindre de rayons R2 et R4, avec R2 < R4, ou R4 > R2 , comme décrit en référence aux précédentes figures. Le cercle dioptrique extérieur est " encoche " sur sa périphérie en 53, de façon à recevoir (Cf. figures 8 et 9) des éléments d'ailes droites et gauches en forme de courbe parabolique inverse 54 ou plane à 45°, à surface de réflexion dioptrique ou métallique ou sur le même principe, des ailes tête-bêche 55 comme décrites précédemment. Le rayon R3 peut avoir une dimension infiniment grande, dont l'origine axiale est éloignée et située sur l'axe vertical, de telle manière que la courbe C3 , initialement constituée par une portion de cylindre, devienne alors une portion de plan caractérisant l'image lumineuse inverse.
La figure 9 montre un tube 50, composite, retrouvant en tous points les caractéristiques et avantages du monobloc de la figure 1, et constitué par assemblage du tube 50 de la figure 7 avec des ailes 61 similaires à celles décrites en référence à la figure 1, qui comportent des extrémités 62 propres à venir au contact coopérer et s ' encliqueter avec les encoches 53 du tube 50, et une face interne 63 coopérant à contact et de forme complémentaire à la face en partie cylindrique externe 64 du tube 50.
L'avantage d'une telle construction réside dans la réalisation d'un émetteur/réflecteur " virtuellement " monobloc à partir d'un tronc commun caractérisé par un tube de forme correspondant à la figure 7 auquel on rattachera suivant les cas 1 ' élément 54 répondant aux flux divergents ou convergents, ou l'élément 55 répondant au principe tête-bêche des figures 5 et 6.
La figure 10 montre un dispositif 70 comportant un tube 1 identique à celui décrit en référence à la figure 1, et un élément de lame ou lame 71, transparente, à faces latérales 72 parallèles.
Un tel dispositif présente les avantages suivants : haute densité de puissance des rayonnements focalisés obtenue par la focalisation du rayonnement 73 d'un système parabolique inverse, - rayonnements focalisés rendus perpendiculaires conformément à 1 ' enseignement de la loi de Lambert par l'élément de lame 71, dit collecteur rayonnant ou " C . R .
La lame transparente 71 d'une épaisseur Lcr possède sur la tranche supérieure 75 une forme concave de rayon de courbure R'3, et située à une distance dFl par rapport au foyer virtuel F' , de telle manière que les rayons 76 arrivant sur ce plan dioptrique concave soient redressés en flux rayonnant parallèle représenté sur le dessin par la largeur Luv.
La lame 71, ou collecteur rayonnant, peut avoir une longueur D comprise : - entre quelques millimètres, et plusieurs mètres, de manière rectiligne ou curviligne, conduisant le flux lumineux dans l'épaisseur selon la même méthode et la même qualité de restitution des performances lumineuse que celles de la fibre optique.
La lame 71 possède sur la tranche inférieure 77, un bord usiné selon trois formes :
- soit coupé droit pour traverser le plan dioptrique sans être dévié,
- soit usiné de forme concave pour sortir en flux divergent, ,
- soit usiné de forme convexe pour sortir en flux convergent .
On notera par ailleurs qu'il n'y a qu'une seule distance dFl associée à la forme concave de rayon R3 identique qui permet un rayonnement réfracté dans le milieu solide transparent du CR, selon un flux rigoureusement parallèle. Toute variation de dFl entraîne une divergence ou une convergence du flux qui restera canalisé entre les parois dioptriques internes, correspondant aux faces latérales 72, de la lame transparente 71 tant que le premier rayon limite incident à ces mêmes parois ne dépassera pas la valeur de 42° pour λ=360 nm.
De fait, la variation mécanique de dFl, entraîne une variation de densité de puissance et a fortiori, une variation de puissance. On obtient ainsi un variateur de puissance à longueur d'onde constante.
Le lien mécanique entre l'émetteur/réflecteur monobloc et le collecteur rayonnant peut être par exemple réalisé par deux tôles 78, ou indice T, représentées en trait fort mixte sur la figure 10.
Les figures -11 et 12 montrent un tube 80 de forme correspondant au mode de réalisation décrit à la figure 1.
A 1 ' intérieur du tube de la forme conventionnelle du monobloc dessiné en un seul élément pour la figure 11, et en plusieurs éléments pour la figure 12, il est prévu un tube cylindrique 81, émetteur ultraviolet, et/ou visible, et/ou infrarouge, dont le diamètre extérieur de 1 ' enveloppe cylindrique en quartz est :
- soit de dimension quasiment identique à la distance minimum entre les courbes convexes 82 de 1 ' alésage 83 (Cf. figure 11), avec lesquelles il est tangent,
- soit de dimension inférieure à cette même distance (Cf. figure 12). Au quel cas des moyens de fixation et de centrage du tube 81 dans l'alésage sont prévus de façon connue en elle-même (non représentés) , ou tel que décrit précédemment en ce qui concerne l'exemple d'un liquide de refroidissement circulant dans l'espace libre 83 entre le tube extérieur 80 et le tube intérieur 81 pour lequel le poids de l'enveloppe du tube intérieur par unité de longueur, serait égal ou sensiblement égal à la poussée d'Archimède.
Les figures 13 et 14 montrent des tubes 84 et 85 de même forme extérieure que celle des tubes représentés aux figures 11 et 12, adaptés à une forme d'alésage 86 différente comprenant un côté supérieur 87 concave, de forme cylindrique mais inversée de celle des trois autres côtés convexes identiques 88 et 89. Les rayons de courbure des faces supérieure 87 concave et inférieure 88 convexe sont par exemple identiques, les côtés 89 étant identiques.
Dans le mode de réalisation de la figure 14, les extrémités 90 de l'alésage sont tangentes aux surfaces des faces supérieures et inférieures, ce qui supprime les angles morts 91 (Cf. figure 13) représenté en traits hachurés sur les figures.
Les tubes 84 et 85 comportent de plus un tube cylindrique interne transparent en verre 92 qui permet de centrer le faisceau émetteur 93 au centre géométrique du cylindre 94 (en trait mixte sur les figures) .
Bien entendu et de la même manière, ces configurations avec tube interne à l'alésage d'un émetteur ultraviolet ou infrarouge de forme cylindrique conventionnelle se présente selon le même principe, pour les formes des figures 3, 4, 5, 6 et 6A.
Sur les figures 15 et 15 A on a représenté un tube 95, 95' formé par quatre lentilles biconvexes 96, 96' insérées dans un tube 97 en quartz de forme extérieure cylindrique ou sensiblement cylindrique selon les figures 7 et 8.
Chaque lentille 96 présente une surface externe de forme complémentaire à celle de la face interne cylindrique du tube 97, et est agencée au contact pour former avec sa partie intérieure convexe 98 l'alésage 99 selon l'invention.
Une lentille 96' peut être plus petite (Cf. figure 15A) et laisser un espace dioptrique 100 entre sa 'face externe 101 convexe, et la face interne du tube 97.
Le tube 95' de la figure 15A comporte également un tube cylindrique interne 102 de rétention du plasma centré sur son axe, comme décrit précédemment..
La figure 16 montre un tube 105 relevant du même principe de formation de l'alésage, avec un émetteur/réflecteur avec ailes, de forme monobloc, avec ou sans tube interne 102.
Plus précisément le tube comprend un alésage cylindrique 110 muni des quatre éléments biconvexes 96 comme décrits précédemment pour former l'alésage 99 en étoile à quatre branches.
Les figures 17 à 19 montrent un émetteur monobloc 120 ou 120' avec alésage 121 symétrique en étoile à quatre parois convexes.
Les tubes 120 présentent une forme de section circulaire et le tube 120' écrasé sur le dessus avec un fort rayon de courbure associé avec des parois réflectrices planes 122 à 45°. La courbe C3 devient un plan quand le rayon R3 tend vers 1 ' infini . Le rayonnement traverse le milieu solide transparent avec un flux de forme divergente, dont la valeur de 1 ' angle de divergence est compatible avec la courbe de réfraction dioptrique du cylindre extérieur, de telle manière que les rayons réfractés 123 forment un flux parallèle sortant du tube 120.
En effet une telle disposition est équivalente à prévoir des parois convexes de l'alésage agencées pour rendre le flux de rayonnements parallèle dans la masse du verre, réfléchi vers le plan à irradier par les parois mêmes dudit tube tel que décrit précédemment.
Ainsi, l'émetteur cylindrique associé à deux faces 122 de réflexion symétriques et planes, inclinées à 45°, donne à faible coût de construction, un effet lumineux irradient identique à celui du meilleur réflecteur parabolique.
Par ailleurs, il est prévu (figure 17) une tôle plane horizontale 124 ou une métallisation C3 sur la face supérieure externe (Cf. figure 19) permettant d'obtenir l'effet de l'image lumineuse inverse.
A contrario, le tube 120 de la figure 18, présente une face supérieure 125 recouverte d'une pellicule, de forme courbe, de métallisation C3. qui permet un retour du rayonnement réfléchi ailleurs que sur le foyer 126 d'émission.
Sur les figures 17 à 19, on profite des zones d'absence de rayonnement pour agencer des ouvertures entre les réflecteurs 122 autorisant le passage d'un flux d'air entre l'émetteur et le réflecteur sans perte de rayonnement . La figure 20 montre un tube 130 similaire à celui de la figure 19 avec deux tôles 131 s ' étendant longitudinalement le long du tube, symétriques par rapport au plan axial 132, en forme de paraboles inverses, les rayons de courbure étant de telle manière que l'ensemble des rayonnements primaires et secondaires se retrouvent au foyer virtuel irradié F' .
Ainsi les courbes convexes de l'alésage modifient le flux rayonnant divergent à partir du foyer situé 'dans le milieu gazeux plasmatique, par un flux parallèle, ou sensiblement parallèle dans le milieu transparent solide en quartz.
L'effet résultant plus généralement du réflecteur à courbe elliptique ou parabolique est obtenu à partir de courbes de réflexion dont la forme mathématique, en tant que réflecteur, est donc nouvelle.
C'est à partir d'une émission à flux parallèle (et non plus divergent) que l'on va réaliser une forme de parabole inverse d'une surface dioptrique ou métallique qui réfléchit le rayonnement secondaire, à flux convergent en remplacement de 1 ' ellipse habituelle.
Ainsi la totalité des rayonnements primaires et secondaires se retrouvent sur le foyer irradié homogène et focalisée dans le cas des figures 1, 2, 3 et 4.
De même c'est à partir d'une émission à flux parallèle
(et non plus divergent) que l'on va réaliser une forme de plan incliné à 45° d'une surface dioptrique ou métallique qui réfléchit le rayonnement secondaire, à flux parallèle en remplacement de la parabole habituelle. Ainsi la totalité des rayonnements primaires et secondaires arrive sur le plan irradié de façon homogène, parallèle et perpendiculaire, dans le cas des figures 6 et 6A.
De manière générale on obtient dans le milieu solide transparent : pour les flux correspondant aux rayonnements primaires, des rayons sensiblement parallèles,
- et, pour des flux correspondant aux rayonnements secondaires, des rayons parallèles. Ceci s'obtient en jouant sur les rayons de courbures des courbes convexes dioptriques opposées haute et basse C2 différentes de celles opposées droite et gauche C4.
C'est ainsi (Cf. figure 1) que la correction appropriée des plans dioptriques traversés en Cl et C6 permet de retrouver le flux convergent focalisé en F' selon les figures 1 à 5 ou le flux parallèle perpendiculaire au plan selon les figures 6 et 6A.
Enfin, on notera que sur certaines figures, il existe des zones d'ombre créées par la déviation des rayons réfractés, dont on peut avantageusement profiter de l'existence avec l'invention selon le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici :
- soit pour positionner quatre conducteurs électriques susceptibles de créer suivant les cas, un champ magnétique ou un effet capacitif autour du plasma qui va encore mieux favoriser sa concentration au foyer géométrique et permettra d'aider à l'amorçage plus rapide de l'arc de la lampe,
- soit pour servir de lieu de fixation à des supports mécaniques dans le cas d ' émetteurs de grandes longueurs , - soit pour réaliser une distribution aéraulique longitudinale, avec un gaz neutre ou de l'air de refroidissement par exemple,
- soit pour créer par filage, d'une part deux pièces quartz haute (côté bouclier) et basse (côté rayonnement primaire), et d'autre part une pièce quartz unique (gauche et droite) comme on l'a vu en référence aux figures 12 et 14.
On peut également réaliser le tube quartz selon l'invention à partir d'un tube à l'intérieur duquel on glisse des lentille biconvexes pour ensuite réaliser des montages comme montrés sur les figures 15 à 16.
Les fixations de l'ensemble du tube émetteur, entretoises en forme de lentille convexe et enveloppe extérieure sont quant à elles simples à réaliser.
En effet, à chaque extrémité de l'émetteur à rayonnements, derrière l'électrode, on peut soit sertir à chaud les différentes pièces quartz, soit les souder, soit réaliser un scellement en pâte céramique réfractaire, soit, plus simplement, réaliser une fixation mécanique.
Comme il va de soi, et comme il précède, la présente invention résulte d'ailleurs de ce qui ne se limite pas aux modes de réalisation plus particulièrement décrits, mais en embrasse au contraire toutes les variantes, et notamment celles où la section du disque lumineux est encore plus réduite.
Avantageusement la tension linéique a une valeur supérieure ou égale à 50 Volts/cm, avantageusement supérieure ou égale à 100 Volts/cm. Encore plus avantageusement, on associe en combinaison une longueur de faisceau plasmatique supérieure à lm50 et une tension linéique supérieure à 20 Volts/cm.
Dans un mode de réalisation avantageux, le rayon de la section transversale du faisceau plasmatique cylindrique, par rapport au diamètre d du cercle inscrit aux sommets de l'alésage, est tel que l/100d < r < l/2d, par exemple l/50d < r <l/4d ou r < l/8d, r < l/10d, et/ou r > l/20d.
L'invention concerne également des appareils qui permettent notamment la stérilisation de l'eau, soit pour le réflecteur à parabole inverse autour d'un axe, soit en nappe pour le réflecteur à plan de 45°, et le séchage d'encre et vernis à polymériser sur des produits filaires ou circulaires autour d'un axe tel que le marquage de fils électriques, câbles, tuyaux de caoutchouc, tube P.V.C., etc.
Ainsi, un émetteur/réflecteur ultraviolet selon 1 ' invention peut être monté sur une chambre de stérilisation ou de polymérisation par exemple en opposition autour d'un cylindre transparent servant de chambre de stérilisation ou de polymérisation, ou encore, également et par exemple, en opposition de part et d'autre d'une nappe liquide contenue entre les deux parois transparentes formées par les faces planes de l'émetteur/réflecteur plan en réalisant ainsi une chambre de stérilisation.

Claims

REVENDICAT IONS
1. Tube émetteur de rayonnements électromagnétiques, réalisé en une matière transparente non fluorescente, notamment à base de verre ou de quartz, et ayant une structure rectiligne percée de bout en bout d'un alésage (2, 44, 51) allongé autour d'un axe, délimitant un logement propre à contenir un filament ou un faisceau plasmatique émetteur de rayonnements, caractérisé en ce que l'alésage (2, 44, 51) est de section transversale de forme sensiblement carré ou rectangulaire dont au moins deux côtés (4) opposés sont en forme de courbes convexes, lesdits côtés formant des surfaces dioptriques agencées pour modifier la direction des rayonnements (5) émis à partir du filament ou de l'axe (3) du faisceau émetteur pour les rendre parallèles ou sensiblement parallèles dans le milieu (7) transparent solide du verre.
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits côtés sont agencés pour former des surfaces dioptriques pour, en combinaison avec la surface dioptrique de sortie du tube (1, 40, 80, 120) ou avec une surface réflectrice associée avec la surface dioptrique de sortie du tube, diriger les rayonnements en flux parallèle ou convergent vers une surface ou une ligne à irradier.
3. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les quatre côtés (4) de l'alésage (2) sont de formes convexes.
4. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme convexe des parois internes de l'alésage est une portion de cercle.
5. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comporte une paroi externe (8, 9) supérieure, dite face supérieure, de surface externe agencée pour renvoyer les rayonnements émis vers l'axe de l'alésage, ladite paroi externe étant recouverte d'une matière réfléchissante (13).
6. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une surface réflectrice solidaire dudit tube.
7. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est doté d'une surface réflectrice des rayonnements émis située d'un côté dudit tube, comportant deux ailes (16) latérales longitudinales symétriques par rapport à un plan axial (12) de l'alésage (2), la portion de surface réflectrice desdites ailes latérales s ' inscrivant dans une surface de section transversale droite ou parabolique inverse, ou encore sensiblement droite ou sensiblement parabolique inverse.
8. Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface réflectrice est formée au moins en partie par les faces internes des ailes, par réfraction dioptrique.
9. Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface réflectrice est formée au moins en partie par un matériau réfléchissant.
10. Tube selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le tube comporte une face externe
(17) de jonction des extrémités des ailes, dite face inférieure, située du côté opposé à la génératrice au sommet du tube, par rapport à l'alésage, convexe au centre, et sensiblement droites aux extrémités, selon' une courbe symétrique par rapport au plan axial contenant la génératrice au sommet, ladite face inférieure étant agencée pour diriger les rayons émis vers le plan axial (12) de l'alésage (2), vers : tme ligne de focalisation située sur le plan d'irradiation.
11. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est symétrique par rapport à un plan axial de l'alésage parallèle au plan d'irradiation.
12. Tube selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la face supérieure du tube est partiellement cylindrique du côté de la génératrice au sommet du tube entre les faces externes des ailes latérales (16) .
13. Tube selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la face supérieure (8') du tube est tronquée, formant une face externe plane entre les faces externes des ailes latérales .
14. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est de forme sensiblement cylindrique.
15. Tube selon la revendication 14, caractérisé en ce que il comporte deux ailes (23) rapportées en verre, symétriques ou non par rapport au plan axial de 1 ' alésage perpendiculaire au plan d'irradiation.
16. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alésage est formé par quatre quartiers en verre répartis radialement, jointifs par leurs extrémités et s 'encastrant dans un cylindre en verre périphérique ou un alésage cylindrique effectué 'dans le tube.
17. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième tube (81) cylindrique interne à l'alésage, et propre à contenir le faisceau plasmatique et/ou contenant un filament émetteur.
18. Tube selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte un espace (83) intermédiaire ménagé entre le tube interne (81) et le tube externe pour autoriser la circulation d'un fluide de refroidissement gazeux ou liquide
19. Tube selon la revendication 14, caractérisé en ce que 1 ' alésage comporte une face supérieure de section transversale concave.
20. Tube selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comporte des chambres d'électrodes de section interne supérieure ou égale à la section interne de la partie rayonnante émettrice du tube .
21. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alésage ( 2, 4, 51, 121) est agencé pour contenir un gaz ionisé excité à des fréquences variables, les rayonnements émis étant du type ultraviolet, et/ou visible, et/ou infrarouge.
22. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que il comporte un filament émetteur de rayonnement infrarouge.
23. Dispositif émetteur/réflecteur de rayonnements électromagnétiques comprenant un tube en verre rectiligne selon l'une quelconque des revendications précédentes' 1 à 22.
24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comporte au plan focal de concentration des rayonnements émis, une lame (71) à faces latérales parallèles ou sensiblement parallèles en forme d'entonnoir, comportant une surface dioptrique d'entrée des rayonnements propre à transformer les rayonnements convergents reçus en un flux parallèle de rayonnements.
25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 23 ou 24, caractérisé en ce qu'il comporte des surfaces réflectrices séparées du tube et constituées par des plaques réfléchissantes.
26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que les plaques sont planes .
27. Procédé d'application de rayonnements à un produit en nappe ou disposé sur une surface plane ou courbe, caractérisé en ce qu'on irradie le produit avec un élément émetteur de rayonnements présentant une section cylindrique ou sensiblement cylindrique très faible de rayon centré dans l'alésage ( 2, 44, 51,) d'un tube ( 1, 40, 80, 95) en verre, rectiligne, allongé autour d'un axe, ledit alésage étant de section transversale de forme sensiblement carré ou rectangulaire dont au moins deux côtés (4) opposés sont en forme de courbes convexes, lesdits côtés formant des surfaces dioptriques agencées pour modifier la direction des rayonnements émis à partir de l'axe de l'alésage pour les rendre parallèles ou sensiblement parallèles dans le milieu transparent solide du verre, avant d'être déviés par des surfaces réflectrices vers le produit.
28. Procédé selon la revendication 27 caractérisé en ce que l'élément émetteur est un faisceau tubulaire plasmatique de rayonnements ultraviolets, et/ou visibles , et/ou infrarouges.
29. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que le faisceau tubulaire plasmatique de rayonnements photoniques ultraviolets, et/ou visibles, et/ou infrarouges, est de section présentant une dimension radiale maximale inférieure ou égale à de l'ordre de 4 mm.
30. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'émetteur est un filament électrique, émetteur de rayonnements infrarouges .
31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 27 à 30, caractérisé en ce qu'on irradie avec un même tube au moins deux plans d'irradiation situés symétriquement de part et d'autre dudit tube émetteur.
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