FR2996720A1

FR2996720A1 - IMPROVED INFRARED HALOGEN TRANSMITTER

Info

Publication number: FR2996720A1
Application number: FR1259540A
Authority: FR
Inventors: Olivier Demangeon; Benoit Didier
Original assignee: DIRTECH
Current assignee: DIRTECH
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-04-11
Anticipated expiration: 2032-10-08
Also published as: WO2014057215A1; FR2996720B1

Abstract

L'invention a trait à un émetteur halogène infrarouge comportant un filament (1) et une enveloppe (2) de protection. Il comporte un dispositif de commande conçu de sorte que ledit filament (1) émette à une température inférieure à 2000K, de préférence comprise entre 1 500 et 1800K. Ladite enveloppe (2) de protection peut présenter une forme de tube, et ledit filament (1) être disposé à l'intérieur de ladite enveloppe de protection, et il peut être formé par une succession de courbures en forme de quasi-demi-cercle et de segments droits, formant des spires ovoïdes, se décalant les unes par rapport aux autres et ayant un diamètre extérieure légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube de sorte qu'il présente en vue dans l'axe du tube une forme en étoile.The invention relates to an infrared halogen transmitter comprising a filament (1) and a protective casing (2). It comprises a control device designed so that said filament (1) emits at a temperature below 2000K, preferably between 1500 and 1800K. Said protective envelope (2) may have a tube shape, and said filament (1) may be arranged inside said protective envelope, and it may be formed by a succession of quasi-semicircular curvatures. and straight segments, forming ovoid turns, offset from each other and having an outer diameter slightly less than the inner diameter of the tube so that it has a star-shaped view in the axis of the tube.

Description

L'invention concerne le domaine des émetteurs halogènes infrarouges pour le chauffage par rayonnement, par exemple pour le chauffage d'espace, sur une terrasse de restaurant, ou toute autre application nécessitant le chauffage d'une cible par rayonnement infrarouge. Elle concerne plus particulièrement un émetteur halogène infrarouge amélioré, et qui n'éblouit pas. Les émetteurs halogène infrarouge court sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels pour les avantages suivants : Possibilité d'avoir une forte densité de puissance Faible encombrement Faible inertie (à l'allumage et au refroidissement) Facilité de mise en oeuvre Un des inconvénients majeurs est l'éblouissement (forte intensité lumineuse) avec ce type d'émetteur. Étant donné que ces émetteurs halogène infrarouge émettent entre 300 et 8000nm (avec un pic d'émission variant entre 850 et 1850nm, en fonction de la température du filament), le début du spectre émet toujours dans le spectre visible, ce qui produit un éblouissement. La réduction de cet éblouissement fait l'objet de nombreux modèles d'émetteurs permettant de filtrer une partie de la lumière visible comme suit : Utilisation de tube quartz dopé dans la masse (aux oxydes de cuivre par exemple) Utilisation d'un double tube dopé dans la masse (aux oxydes de cuivre par exemple) - Utilisation de filtre (dépôt de couches successives de Sio2 et Fe03) sur la paroi externe du tube quartz Tous ces différents modèles d'émetteur réduisent l'intensité lumineuse par rapport à un émetteur réalisé avec un tube quartz transparent mais ne parviennent pas à éviter l'éblouissement. La présente invention se propose de remédier à au moins une partie des inconvénients précités et propose une solution qui 35 permette d'éviter complètement, ou du moins en très grande partie, l'éblouissement. Le nouvel émetteur a pour objet la réduction totale, ou du moins en grande partie, de l'éblouissement d'un émetteur halogène infrarouge sans perte de densité de puissance et de rendement.The invention relates to the field of infrared halogen emitters for radiant heating, for example for space heating, on a restaurant terrace, or any other application requiring the heating of a target by infrared radiation. It relates more particularly to an improved infrared halogen transmitter, which does not dazzle. The short infrared halogen emitters are used in many industrial sectors for the following advantages: Possibility of having a high power density Small size Low inertia (on ignition and cooling) Ease of implementation One of the major drawbacks is the glare (high luminous intensity) with this type of transmitter. Since these infrared halogen emitters emit between 300 and 8000nm (with an emission peak varying between 850 and 1850nm, depending on the temperature of the filament), the beginning of the spectrum still emits in the visible spectrum, which produces a glare . The reduction of this glare is the subject of many models of emitters for filtering part of the visible light as follows: Use of quartz tube doped in the mass (with copper oxides for example) Use of a double doped tube in the mass (with copper oxides for example) - Use of filter (deposition of successive layers of Sio2 and Fe03) on the outer wall of the quartz tube All these different transmitter models reduce the luminous intensity compared to a realized transmitter with a transparent quartz tube but fail to avoid glare. The present invention proposes to overcome at least some of the aforementioned drawbacks and proposes a solution which makes it possible to avoid glare completely or at least in a very large part. The purpose of the new transmitter is to reduce, or at least largely reduce, the glare of an infrared halogen transmitter without loss of power density and efficiency.

A cet effet, l'invention concerne un émetteur halogène infrarouge comportant un filament et une enveloppe de protection. Cet émetteur est particulier en ce qu'il comporte un dispositif de commande conçu de sorte que ledit filament émette à une température inférieure à 2000K, de préférence comprise entre 1500 et 1800K. On obtient ainsi une émission bien plus ciblée dans l'infrarouge, et avec très peu de lumière visible, permettant ainsi d'éviter l'éblouissement, tout en optimisant le rendement énergétique. Selon d'autres caractéristiques : - ladite enveloppe de protection peut présenter une forme de tube, et ledit filament être disposé à l'intérieur de ladite enveloppe de protection, et il peut être formé par une succession de courbures en forme de quasi-demi-cercle et de segments droits de sorte qu'il présente en vue dans l'axe du tube une forme en étoile ; une telle forme permet de loger d'avantage de fil dans un tube donné, et permet d'avoir peu de surface de contact entre le filament et le tube, - ladite enveloppe peut être revêtue d'un filtre formé de couches successives de silice et d'oxyde de fer, permettant un filtrage complémentaire de la lumière émise, - ledit filtre peut être composé de cinq couches d'oxyde de fer et quatre couches de silice disposées entre les couches d'oxyde de fer, proposant ainsi un filtre particulièrement efficace de la lumière émise, - ledit filtre peut être composé de quatre couches d'oxyde de fer et quatre couches de silice disposées entre les couches d'oxyde de fer, une des couches de silice étant disposée directement sur ladite enveloppe, proposant ainsi un autre filtre particulièrement efficace de la lumière émise.For this purpose, the invention relates to an infrared halogen transmitter comprising a filament and a protective envelope. This emitter is particular in that it comprises a control device designed such that said filament emits at a temperature below 2000K, preferably between 1500 and 1800K. This gives a much more targeted emission in the infrared, and with very little visible light, thus avoiding glare, while optimizing energy efficiency. According to other features: said protective envelope may have a tube shape, and said filament may be disposed inside said protective envelope, and it may be formed by a series of quasi-half-curvatures. circle and straight segments so that it has in view in the axis of the tube a star shape; such a shape makes it possible to house more wire in a given tube, and makes it possible to have a small contact surface between the filament and the tube, - said envelope can be coated with a filter formed of successive layers of silica and of iron oxide, allowing a complementary filtering of the emitted light, - said filter may be composed of five layers of iron oxide and four layers of silica arranged between the iron oxide layers, thus providing a particularly effective filter of the emitted light, said filter may be composed of four layers of iron oxide and four layers of silica arranged between the layers of iron oxide, one of the silica layers being disposed directly on said envelope, thus proposing another particularly efficient filter of the emitted light.

L'avantage de l'émetteur selon la présente invention réside en particulier en ce qu'il n'émet que très peu, idéalement pas du tout, dans le domaine visible. Ainsi il n'éblouit pas les usagers, et par ailleurs l'intégralité de l'énergie rayonne dans le spectre infrarouge, ce qui en améliore le rendement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre se rapportant à un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif.The advantage of the transmitter according to the present invention resides in particular in that it emits only very little, ideally not at all, in the visible range. Thus, it does not dazzle the users, and moreover all the energy radiates in the infrared spectrum, which improves its performance. Other features and advantages of the invention will emerge from the following detailed description relating to an exemplary embodiment given by way of indication and not limitation.

La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins joints, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un filament de l'état de la technique ; - la figure 2 représente une vue de face du filament de la fig. 1 ; - la figure 3 représente une vue en perspective d'un tube émetteur muni du filament de la fig. 1 ; - la figure 4 représente une vue de face d'un filament selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente une vue de face d'un tube émetteur muni du filament de la fig. 4 ; Le filament 1 de ce type d'émetteur de l'état de la technique peut avoir une température et une forme différente. Le fil de tungstène peut être plus ou moins chargé électriquement et peut donc varier jusqu'à environ 3300K. Moins le fil tungstène est chargé électrique (moins il est chaud) plus le pic émission de l'émetteur va se décaler vers les infrarouges moyens, et à l'inverse plus le filament est chaud, plus le pourcentage d'énergie émis dans le spectre visible est important (donc plus 30 l'émetteur éblouit). Ce filament 1 présente généralement une forme de bobine, de diamètre très inférieur au diamètre du tube 2 dans lequel il est logé, avec des anneaux support 3 à espacement régulier, permettant de conserver le reste de la bobine éloignée de la face interne du tube 2.The understanding of this description will be facilitated with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows a perspective view of a filament of the state of the art; FIG. 2 represents a front view of the filament of FIG. 1; FIG. 3 represents a perspective view of an emitter tube provided with the filament of FIG. 1; FIG. 4 represents a front view of a filament according to one embodiment of the invention; FIG. 5 represents a front view of an emitter tube provided with the filament of FIG. 4; The filament 1 of this type of transmitter of the state of the art may have a different temperature and shape. The tungsten wire can be more or less electrically charged and can therefore vary up to about 3300K. The less electric wire the tungsten wire is charged (the hotter it is), the higher the emission peak of the emitter will shift towards the average infrared, and the more the filament is hot, the higher the percentage of energy emitted in the spectrum. visible is important (so more the transmitter dazzles). This filament 1 generally has a coil shape, much smaller in diameter than the diameter of the tube 2 in which it is housed, with support rings 3 spaced regularly, to keep the rest of the coil away from the inner face of the tube 2 .

Un filament 1 selon l'invention est développé avec une température de fil tungstène basse, entre 1500 et 1800K, ce qui permet de garder un temps de réponse court en termes d'allumage et de refroidissement, et de décaler le pic d'émission vers les infrarouges moyens et donc de diminuer le pourcentage émis dans le spectre visible. Diminuer la température de filament vers 1500 à 1800K permet de conserver une inertie faible d'allumage et de refroidissement. La plage de température retenue permet également d'obtenir un 10 pic d'émission entre 1600 et 1850nm et donc de diminuer le pourcentage émis dans le visible, qui peut être réduit à 20% à 800nm de sa valeur au pic. A titre de comparaison, avec un émetteur à 2450K, on obtient un pic d'émission vers 1180nmn et le pourcentage émis à 800nm est encore supérieur à 60% de la valeur 15 de ce pic. Avec un émetteur à 2750K, le pic d'émission est vers 1060nm, et le pourcentage émis à 800nm est supérieur à 80% de la valeur de ce pic. Comme le pourcentage émis dans le visible est plus faible, la part émise dans les infrarouges d'un émetteur selon l'invention est plus importante que pour les émetteurs 20 standards (température de filament standard compris entre 2000 et 2500K), donc l'efficacité et le rendement, sont améliorés sur des cibles ayant une bonne absorption des infrarouges, comme les produits à base d'eau, en particulier les corps humains. Pour permettre au filament selon l'invention d'émettre selon 25 une puissance équivalente à un filament de l'état de la technique, avec une température plus faible, il faut une plus grande quantité de fil tungstène. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, pour pouvoir placer dans un tube 2, la quantité de fil tungstène 30 nécessaire pour ce filament 1, on donne audit filament 1 une forme de bobinage en « étoile ». Une telle forme est obtenue en pratiquant une succession de courbures en forme de quasi-demicercle et de segments droits formant des spires ovoïdes, se décalant les unes par rapport aux autres et ayant un diamètre 35 extérieure légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube. Le filament présente en vue dans l'axe du tube une forme en étoile.A filament 1 according to the invention is developed with a low tungsten wire temperature, between 1500 and 1800K, which makes it possible to keep a short response time in terms of ignition and cooling, and to shift the emission peak towards the average infrared and therefore to decrease the percentage emitted in the visible spectrum. Decreasing the filament temperature to 1500 to 1800K makes it possible to maintain a low inertia of ignition and cooling. The chosen temperature range also makes it possible to obtain an emission peak between 1600 and 1850 nm and thus to reduce the percentage emitted in the visible range, which can be reduced to 20% at 800 nm of its peak value. By way of comparison, with a transmitter at 2450K, an emission peak is obtained around 1180 nm and the percentage emitted at 800 nm is still greater than 60% of the value of this peak. With a transmitter at 2750K, the peak emission is around 1060nm, and the percentage emitted at 800nm is greater than 80% of the value of this peak. Since the percentage emitted in the visible is smaller, the part emitted in the infrared of a transmitter according to the invention is greater than for the standard emitters (standard filament temperature between 2000 and 2500K), therefore the efficiency and the yield, are improved on targets having good infrared absorption, such as water-based products, especially human bodies. To allow the filament according to the invention to emit at a power equivalent to a filament of the state of the art, with a lower temperature, a larger quantity of tungsten wire is required. According to a preferred embodiment of the invention, to be able to place in a tube 2, the amount of tungsten wire 30 required for this filament 1, said filament 1 is given a form of "star" winding. Such a shape is obtained by practicing a series of curvatures in the form of quasi-half circle and straight segments forming ovoid turns, shifting with respect to each other and having an outer diameter slightly smaller than the inside diameter of the tube. The filament has in view in the axis of the tube a star shape.

La forme en quasi-demi-cercle doit ici être comprise comme une courbure d'un angle légèrement inférieure à 180°, pour permettre au fil après la courbure de s'éloigner légèrement du fil avant la courbure, pour aller vers un point du diamètre de l'étoile qui soit légèrement décalé par rapport à l'opposé de la courbure, de sorte qu'une succession de telles courbures séparées par des segments droits permette de décrire peu à peu toute la circonférence de l'étoile, tout en se décalant de proche en proche selon l'axe de l'étoile. Ainsi, une « étoile » à 13 branches selon les fig. 4 et 5 sera formée de 13 « quasi-demi-cercles », et présentera une profondeur de l'ordre de 13 épaisseurs de fil le long de l'axe du tube. Chaque quasi demi-cercle présente un angle de courbure de 180° moins environ un treizième de 180°, donc environ 166°, séparés par des segments droits. Pour une forme en étoile avec moins de branches, l'angle des quasi-demi-cercles sera plus petit. Un filament complet sera constitué d'une succession de telles « étoiles », la dernière pouvant n'être que partielle, pour s'ajuster à la longueur du tube, ou à la longueur du fil qui a été déterminé pour obtenir la puissance de chauffage souhaitée.The quasi-semicircle shape here must be understood as a curvature of an angle slightly less than 180 °, to allow the wire after the curvature to move slightly away from the wire before the curvature, to go to a point of the diameter of the star which is slightly offset from the opposite of the curvature, so that a succession of such curvatures separated by straight segments can gradually describe the entire circumference of the star, while shifting step by step along the axis of the star. Thus, a "star" with 13 branches according to FIGS. 4 and 5 will be formed of 13 "quasi-semicircles", and will have a depth of about 13 thicknesses of wire along the axis of the tube. Each quasi-semicircle has an angle of curvature of 180 ° minus one thirteenth of 180 °, so about 166 °, separated by straight segments. For a star shape with fewer branches, the angle of the quasi-semicircles will be smaller. A complete filament will consist of a succession of such "stars", the last of which may be only partial, to fit the length of the tube, or the length of the wire that has been determined to obtain the heating power desired.

Une telle forme en étoile apporte en plus les avantages suivants : la surface de contact avec l'enveloppe (tube) quartz est faible, et donc les échanges de chaleur sont faibles également, ce qui permet de ne pas trop chauffer le tube ; on peut ainsi minimiser les pertes d'énergie, tout en maîtrisant mieux la température du filament, le diamètre extérieur apparent de l'ensemble formé par le filament peut être égal au diamètre intérieur du tube moins environ 8-10%, ce qui permet un bon compromis entre le volume utile pour le filament, et la distance entre le filament et l'intérieur du tube, la tenue mécanique du filament est améliorée par rapport à un boudinage « classique », du fait de sa forme.Such a star shape also provides the following advantages: the contact surface with the envelope (tube) quartz is low, and therefore the heat exchange is also low, which allows not to heat the tube too much; the energy losses can thus be minimized, while better controlling the temperature of the filament, the apparent outer diameter of the assembly formed by the filament may be equal to the inside diameter of the tube minus about 8-10%, which allows a good compromise between the useful volume for the filament, and the distance between the filament and the inside of the tube, the mechanical strength of the filament is improved compared to a "classical" extrusion, because of its shape.

Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention, on ajoute un filtre 4 à l'extérieur du tube (représenté partiellement sur la fig. 5). Deux procédés d'application d'un tel filtre sont possibles, 5 un procédé par trempage, et un procédé par vaporisation. Pour le procédé par trempage, le tube en quartz, constituant l'enveloppe de l'émetteur, est dépoli en surface (sablé) puis revêtu par couches successives de produit SiO2 et Fe2O3. Le dépolissage de la surface permet l'accroche de la lére 10 couche. Les couches sont appliquées par immersion avec un total de 5 à 13 couches. SiO2 est appliqué sur les couches à numéro impaires.According to another preferred embodiment of the invention, a filter 4 is added outside the tube (shown partially in FIG. Two methods of applying such a filter are possible, a dip process, and a spray method. For the soaking process, the quartz tube, constituting the envelope of the emitter, is frosted on the surface (sandblasted) and then coated by successive layers of product SiO2 and Fe2O3. The frosting of the surface makes it possible to grip the liner 10. The layers are immersed with a total of 5 to 13 layers. SiO2 is applied on odd-numbered layers.

15 Fe2O3 est appliqué sur les couches à numéro paires. Un chauffage à 750°C permet de cuire chaque couche avant la pose de la suivante et permet ainsi de former le filtre. La couleur émise par l'émetteur est située à x=0,57+/-0.048 20 et y=0.397+/-0.027 Pour le procédé par vaporisation, le tube en quartz constituant l'enveloppe de l'émetteur est revêtu de couches successives de produits SiO2 et Fe03. Le filtre est obtenu par dépôt après décomposition de 25 composés à l'état de vapeur (CVD). Au total 2 à 8 couches sont déposées la lére couche étant du SiO2. La couleur émise par l'émetteur est située à x=0,698+/-0.05 et y=0.318+/-0,033 30 L'association de ces deux techniques, filament avec une température inférieure à 1800K et filtre à base de SiO2 et Fe03, permet d'obtenir un émetteur avec un très faible éclairement. L'avantage de l'émetteur selon la présente invention réside en particulier en ce qu'il n'émet que très peu, idéalement pas du 35 tout, dans le domaine visible. Ainsi il n'éblouit pas les usagers, et par ailleurs l'intégralité de l'énergie est diffusée sous forme de rayonnement infrarouge, ce qui améliore le rendement. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre de l'invention.Fe2O3 is applied to even numbered layers. Heating at 750 ° C allows each layer to be cooked before laying the next layer and thus makes it possible to form the filter. The color emitted by the emitter is located at x = 0.57 +/- 0.048 and y = 0.397 +/- 0.027 For the vaporization process, the quartz tube constituting the envelope of the emitter is coated with layers successive products of SiO2 and Fe03. The filter is obtained by deposition after decomposition of compounds in the vapor state (CVD). In total 2 to 8 layers are deposited the 1st layer being SiO2. The color emitted by the emitter is located at x = 0.698 +/- 0.05 and y = 0.318 +/- 0.033 The combination of these two techniques, filament with a temperature below 1800 K and filter based on SiO 2 and FeO 3, allows to obtain a transmitter with a very low illumination. The advantage of the transmitter according to the present invention resides in particular in that it transmits only very little, ideally not at all, in the visible range. Thus, it does not dazzle the users, and moreover all the energy is diffused in the form of infrared radiation, which improves the efficiency. Although the invention has been described with respect to a particular embodiment, it is understood that it is in no way limited and that various modifications of shapes, materials and combinations thereof can be made. various elements without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Infrared halogen transmitter comprising a filament (1) and a protective casing (2), characterized in that it comprises a control device designed such that said filament (1) emits at a temperature below 2000K, preferably between 1500 and 1800K.

2. Emitter according to the preceding claim, wherein said protective casing (2) has a tube shape, and said filament (1) is disposed inside said protective casing, and is formed by a succession of curvatures. in the form of quasi-half-circle and straight segments so that it has in view in the axis of the tube (2) a star shape.

3. Emitter according to one of the preceding claims, wherein said casing (2) is coated with a filter (4) formed of successive layers of silica and iron oxide.

4. Emitter according to the preceding claim, wherein said filter (4) is composed of five layers of iron oxide and four layers of silica disposed between the iron oxide layers.

5. Emitter according to claim 3, wherein said filter (4) is composed of four layers of iron oxide and four layers of silica arranged between the iron oxide layers, one of the silica layers being disposed directly on said Envelope (2).