Brevet FR2732181A1 — publié le 19960927

PROJECTEUR DE RAYONNEMENT ET PANNEAU RADIANT L'invention concerne un projecteur de rayonnement ainsi que le panneau fait de l'assemblage de plusieurs projecteurs. Le projecteur possède comme source de rayonnement notamment des lampes en verre de silice et à halogène, des lampes à UV, des tubes de silice à température moyenne, etc... Les projecteurs de rayonnement sont destinés à répartir sur une surface opposée au projecteur l'essentiel du rayonnement émis par la source. Ils associent le plus souvent un réflecteur avec la source de rayonnement. Les panneaux radiants regroupent plusieurs projecteurs, ils sont destinés d'une manière générale, à irradier de grandes surfaces, de souvent plusieurs mètres carrés, dans le but de les chauffer, les sécher, provoquer une polymérisation, etc... La fonction des panneaux radiants du type de ceux de l'invention est d'obtenir une répartition uniforme de l'énergie émise, dans le domaine de longueurs d'onde caractéristique de la source choisie. Les projecteurs de l'invention sont plus particulièrement du type utilisant des sources de forme allongée avec branchement électrique aux deux extrémités. Des panneaux du type précédent ont été décrits par exemple dans la demande de brevet français FR 1 509 642. On y voit décrits plusieurs tubes en verre de silice à l'intérieur desquels une résistance électrique est la source de rayonnement infrarouge. Plusieurs tubes rectilignes sont associés parallèlement les uns aux autres pour former une plaque radiante, celle-ci comporte deux faces planes en verre de silice reliées par des cloisons perpendiculaires aux faces et faites du même matériau. Les tubes chauffants sont insérés entre deux cloisons parallèles. De telles plaques radiantes faites d'une seule pièce ont forcément des dimensions limitées et la technique de réalisation de panneaux de l'invention permettra de les associer. Dans un autre document, le brevet US 3 627 989 dont la cessionnaire est la Société déposante, on présente un ensemble de tubes radiants actifs (avec à l'intérieur des résistances chauffantes) associés avec des tubes passifs chauffés indirectement par les premiers dans des caissons qui comprennent moins d'une dizaine de tubes. Le but est d'élargir la gamme des longueurs d'ondes émises par le caisson, les tubes actifs qui émettent l'infrarouge de plus courte longueur d'onde chauffant les tubes inactifs qui - restant à température plus basse émettent un rayonnement de plus grande longueur d'onde. Des caissons du type précédent fournissent un rayonnement assez uniformément réparti sur la surface irradiée et qui possède un large spectre de longueurs d'ondes mais un inconvénient majeur de ce type de caisson est la difficulté à nettoyer l'installation lorsqu'elle a été salie par un usage industriel. En effet, les projecteurs et les panneaux radiants sont utilisés souvent dans des environnements polluants : cabines de peinture, étuves de séchage de solvants divers, laboratoires de l'industrie alimentaire, etc.. Dans ces environnements, les tubes radiants ou leur plaque transparente protectrice se salissent et leur surface externe devient absorbante pour le rayonnement émis ce qui les rend de moins en moins efficaces. L'invention se donne pour tâche de fournir des projecteurs de rayonnement qui soient faciles à fabriquer, dont la focalisation soit simple à régler ou ne nécessite aucun réglage et qui soient d'un entretien aisé. C'est également un but de l'invention que de fournir des panneaux radiants associant plusieurs projecteurs, qui émettent une énergie uniformément répartie et qui soient d'un entretien facile. L'invention propose un projecteur de rayonnement comportant au moins une source de rayonnement de forme allongée, notamment une lampe du type verre de silice-halogène, une surface réfléchissante à l'arrière de la source de rayonnement et une face avant transparente aux rayonnements dans lequel la face avant est sensiblement plane ou légèrement convexe avec ses bords rectilignes et dans lequel le matériau transparent qui constitue cette face avant s'étend jusqu'aux dits bords rectilignes. De préférence, la face avant et le support de la surface réfléchissante à l'arrière constituent un ensemble étanche, dans ce cas, avantageusement, la face avant et le support de la surface réfléchissante à l'arrière sont constitués du même matériau en une seule pièce de forme tubulaire. Une manière simple de réaliser l'invention consiste à ce que la face avant, le support de la surface réfléchissante ainsi que les supports d'alimentation électrique constituent un ensemble étanche scellé, avec un filament nu situé à l'intérieur, le filament constituant la source de rayonnement. Dans une variante de l'invention, la source de rayonnement est une lampe en verre de silice à halogène et le matériau de la forme tubulaire, également en verre de silice. De préférence, la surface réfléchissante à l'arrière est une couche d'or déposée sur le matériau transparent. Ainsi le produit de l'invention est un projecteur de rayonnement qui est simple à réaliser avec un réglage facile ou même superflu de la focalisation et facile à entretenir. L'invention propose également un procédé pour fabriquer un projecteur de rayonnement, il comporte les étapes suivantes fabrication d'un élément tubulaire en matériau transparent dont la section a sensiblement la forme d'un demi-ovale, * revêtement sur la partie courbe de l'élément tubulaire, d'une couche réfléchissante, découpe de l'élément tubulaire en tronçons, * installation aux extrémités des tronçons de douilles qui supportent et alimentent électriquement la source de rayonnement de forme allongée, I'ordre des étapes du procédé pouvant être modifié. Dans une variante, on associe deux sources de rayonnement dans le prolongement l'une de l'autre, la douille de l'une étant associée à la douille de l'autre. Le procédé de l'invention est particulièrement économique car très simple à mettre en oeuvre. L'invention propose également d'utiliser le projecteur de rayonnement en l'associant à d'autres structures, notamment à des projecteurs identiques pour constituer des panneaux dans lesquels la face avant transparente sensiblement plane ou légèrement convexe d'un projecteur forme avec la face avant de la ou des structure(s) voisine(s) une surface continue sans changement de niveau. De préférence, les projecteurs comportent des douilles qui supportent et alimentent électriquement les sources de rayonnement et ce sont celles-ci qui servent à assembler mécaniquement, au moins partiellement, des projecteurs voisins pour former le panneau radiant. Avantageusement, lorsque deux ou plusieurs projecteurs sont dans le prolongement l'un de l'autre, ils possèdent une face avant en une seule pièce. Les panneaux de l'invention sont très faciles à nettoyer puisque leur face avant est continue, présente pas ou peu de relief. Ils sont également faciles à monter grâce à l'utilisation de douilles à fonctions multiples, électriques et mécaniques. Les dessins et la description qui suivent permettront de comprendre l'invention et d'en apprécier les avantages. La figure 1 représente un panneau de l'invention vu de face, la figure 2 une coupe perpendiculaire à l'axe d'un projecteur de rayonnement, la figure 3 la jonction de deux projecteurs, les figures 4 et 5, deux autres exemples d'association de projecteurs la figure 6 présente une coupe d'une douille alimentant une source de rayonnement, la figure 7 représente deux projecteurs constituant des ensembles scellés avec filament nu et, la figure 8, une coupe au travers d'un des projecteurs de la figure 7. Souvent, on a besoin de sources de rayonnement qui puissent irradier uniformément une surface. C'est le plus souvent le cas pour des opérations de séchage, par exemple dans l'industrie papetière. Selon les cas, selon l'énergie à fournir par unité de surface et par unité de temps, selon la nature (caractéristiques spectrales) du matériau, on utilise pour le séchage des sources de rayonnement infrarouge variées. Pour les plus grandes longueurs d'onde, supérieures à 1,5 lim (infrarouge moyen) on utilise des tubes de quartz avec des filaments à l'air libre à l'intérieur. Ces sources ont en général leur maximum d'énergie à 2,7 lim. On a vu que le document US 3 627 989 dont la Société déposante est titulaire propose une technique pour étendre le domaine vers les longueurs d'ondes plus grandes grâce à l'utilisation de radiateurs passifs chauffés indirectement par les tubes actifs et donc à des températures plus basses. L'invention concerne entre autres les panneaux radiants utilisant des tubes dont l'émission se produit dans l'infrarouge moyen. Pour les longueurs d'ondes plus courtes avec leur maximum spectral vers 1,2 i,m et, avec donc une partie de l'énergie dans le domaine visible (8 % dessous de 0,7 hum), on utilise des lampes à filament et à atmosphère d'halogène dans une enveloppe de verre de silice. Ces lampes sont très puissantes et permettent donc des actions de chauffage et de séchage très rapides. L'invention est applicable aux sources qui sont des lampes à halogène de forme allongée, celles qui ont en général une liaison électrique à chaque extrémité. Mais elle s'applique également à des lampes scellées intégrant leurs réflecteurs et dont la source est le filament nu. En plus des sources de rayonnement infrarouge ou visible précédentes, I'invention s'applique également à toutes les sources de rayonnement de forme allongée tels que par exemple des tubes émettant des ultraviolets. Des sources UV sont utilisées pour de multiples applications, en particulier pour produire des réactions chimiques comme par exemple la polymérisation. Si l'on désire obtenir une polymérisation rapide sur une grande surface comme par exemple d'un film recouvrant un tissu, une répartition régulière du rayonnement est importante. La technique de l'invention s'applique dans tous les cas où, en plus d'une répartition uniforme du rayonnement, on souhaite pouvoir nettoyer facilement la surface du projecteur ou panneau radiant. Sur la figure 1 on voit en 1 un tel panneau. Sa face avant est composée de plaques planes ou légèrement bombées 2 dont les bords 3, 4 sont jointifs. Ces plaques 2 sont les faces avant de projecteurs individuels 5 représentés figure 2 qui comprennent chacun, au moins une source de rayonnement 6. Sur la figure on a représenté un tube halogène-quartz avec le tube 7 en verre de silice et le filament 8. L'essentiel du projecteur 5 est constitué par l'enveloppe en verre de silice. Celle-ci est tubulaire, elle possède, on l'a vu, une face avant 2, plane ou légèrement bombée et une face arrière 9 en forme de gouttière dont la section est un demi-ovale et qui est revêtue, en général extérieurement d'une couche 10 qui réfléchit les rayonnements émis par la source 6. Dans l'exemple, il s'agit d'une couche d'or qui est un bon réflecteur pour les rayonnements d'une lampe à halogène.Une variante de l'invention prévoit que le réflecteur puisse être rapporté. C'est alors une tôle qui entoure la partie arrière du projecteur 5. Ou bien c'est la tôle elle-même qui est polie et qui réfléchit le rayonnement, ou bien elle est revêtue superficiellement d'une couche réfléchissante telle qu'en or. L'enveloppe tubulaire en silice est fabriquée en très grandes longueurs qui sont découpées à la taille des projecteurs. Sur la figure 1, les éléments constitutifs du panneau sont tous des projecteurs juxtaposés. Les panneaux de l'invention comportent d'une manière générale des projecteurs qui jouxtent d'autres éléments de structure, encadrements, surfaces de remplissage entre projecteurs, etc... dont la caractéristique est d'avoir une face avant en continuité avec celles des projecteurs ou des structures voisins. On voit figure 3 un exemple de découpe inclinée pour réaliser le bord 3 de la face avant 2 de deux projecteurs alignés. Pour réaliser les branchements des tubes 6, on a installé, à cheval sur deux tubes, une douille 11 qui est une pièce à fonctions multiples. Une telle douille 11 est présentée en coupe figure 6. Cette pièce assemble mécaniquement les différents éléments, la face avant 2 et le support 9 de la surface réfléchissante 10 s'ils ne forment pas un ensemble d'une seule pièce.. Cette douille 11 supporte également en général un carter de protection arrière 12, de préférence en métal. Celui-ci comporte en général des pattes de fixation non représentées pour immobiliser le projecteur et l'ensemble du panneau. L'utilisation d'une enveloppe tubulaire et d'une douille qui fixe la position des différents éléments en présence garantit que le projecteur de rayonnement fournira exactement le faisceau qu'on souhaite. Pour garantir la qualité d'un faisceau réfléchi, il convient en effet de maîtriser deux choses : la forme de la surface réfléchissante et la position de la source de rayonnement. Aujourd'hui les techniques de fabrication des tubes même dans des matériaux réfractaires comme la silice fournissent des formes très précises. On peut ainsi donner à la surface 10 (figure 2) la forme voulue pour que les rayonnements émis par le filament 8 soient réfléchis dans la direction voulue. En effet, la position précise du filament 8 par rapport au réflecteur est garantie par la forme de la douille 11, forme stable grâce au choix du matériau, céramique de préférence. La douille 11 assure également l'alimentation électrique de la source de rayonnement 6. On voit sur la figure un ressort 13 relié à une cosse 14 qui permet le raccordement du circuit d'alimentation électrique. La douille représentée figure 6 est située à l'extrémité libre d'un projecteur 5. Lorsque la douille est située entre deux éléments 5 comme sur la figure 3 elle est double.Le plus souvent, à l'arrière, la douille 11 se termine par une partie 1 5 en forme de cylindre de révolution qui simplifie l'usinage des tubes de quartz puisqu'un simple perçage circulaire suffit. II est également prévu lorsqu'aucun problème de refroidissement des extrémités des sources de rayonnement ne se pose (ce qui n'est malheureusement pas le cas aujourd'hui avec les tubes à quartz-halogène), qu'un même élément tubulaire puisse s'étendre à deux projecteurs situés bout à bout. La face avant est alors - contrairement à la figure 3 - continue et le perçage arrière permet l'introduction d'une douille double 11 qui est fixée rigidement à la face arrière de l'élément tubulaire par exemple par clipage et qui donne ainsi aux sources de rayonnement 6 une position précise par rapport au réflecteur 10. Sur les figures 4 et 5 sont représentées, vues de face, d'autres techniques d'assemblage de projecteurs 5 pour constituer des éléments de panneaux radiants 1. Dans les deux cas, représentés, les tubes de verre de silice n'ont pas des faces avant jointives. II est donc possible ici de fixer le panneau radiant 1 depuis la face avant par l'intermédiaire des douilles 11 au travers desquelles sont percés des trous pour y introduire des vis, pitons ou rivets. Avec la configuration de la figure 4, il est également possible de découper les tubes 5 pour que leurs faces avant 2 se rejoignent et alors le nettoyage de la face avant de tout le panneau 1 est grandement facilité. En revanche sur la figure 4, on voit que l'efficacité du système réflecteur à l'arrière du tube est moins grande. Le système représenté figure 5 évite que la zone centrale moins éclairée, dans l'espace correspondant à la jonction des extrémités des modules, ne soit trop large. Les figures 7 et 8 concernent un type de projecteur dont la particularité est de ne posséder qu'une seule enveloppe à l'intérieur de laquelle se trouve la source de rayonnement, en général thermique. Dans le cas d'un filament chauffé par effet Joule comme en tungstène par exemple, celui-ci en 30 est nu, soutenu par les moyens habituels non représentés. L'atmosphère de l'ensemble est de préférence à base de gaz halogène. Le projecteur est fait d'une seule enceinte scellée. La face avant 31 s'inscrit de préférence dans un rectangle, elle est légèrement bombée, de forme cylindrique comme on peut le voir sur la figure 8, elle est avantageusement en silice vitreuse transparente. La face arrière 32 est également cylindrique, la section droite du cylindre 33 étant de préférence parabolique. On voit sur la figure 7 que la face avant 31 est plus longue que toutes les autres parties du projecteur. Ainsi quand les projecteurs sont associés pour former un panneau radiant, les faces avant des projecteurs constituent une surface continue. Aux extrémités du projecteur on voit en 34 un culot qui constitue de préférence à la fois le scellement du tube constituant le projecteur et la sortie électrique du projecteur. Ce culot se termine par une bague métallique 35 qui a non seulement une fonction électrique mais également celle de tenir et d'assembler les projecteurs grâce à des pièces non représentées qui jouent le même rôle que les douilles 11 des figures 3 à 6. Sur la figure 8, on a représenté deux rayons lumineux 36 qui après avoir été émis par le filament 30 sont réfléchis par la surface réfléchissante 37, de préférence à base d'or. Cette surface est représentée du côté interne de la face arrière 33. Elle y est protégée, à l'abri des rayures et de toute dégradation. Mais il est évident que l'effet optique est peu différent si la couche réfléchissante se trouve du côté externe de la face arrière 33 du projecteur. Cette configuration peut être préférée, notamment pour des raisons de fabrication. Dans le cas des lampes à halogène qui émettent une partie de leur énergie dans le visible il peut être intéressant de diminuer cette émission. Dans ce cas, les faces avant 2 et 31 des éléments modulaires 5 sont recouvertes, de préférence intérieurement, d'un revêtement absorbant la lumière visible par exemple de couleur rouge sombre. On peut obtenir le même effet en utilisant pour la face avant, un matériau coloré dans la masse. La description qui précède est axée principalement sur des sources de rayonnement du proche infrarouge qui sont des tubes en quartz à atmosphère d'halogènes. Dans ce cas le matériau du tube 5 et de la face 31 s'impose, il doit être transparent aux rayonnements émis, ce sera par exemple du verre de silice. Mais il est évident qu'avec d'autres sources de rayonnements, d'autres matériaux comme du verre ordinaire ou certains plastiques (polycarbonate, polystyrène-choc) peuvent également être utilisés pour réaliser l'invention. Les projecteurs de l'invention avec leurs propriétés optiques : précision de la surface réfléchissante et bonne focalisation grâce à la position précise de la source, éloignée du réflecteur permettent de répartir uniformément le rayonnement sur une grande surface avec un nombre réduit de projecteurs. S'il s'agit par exemple avec un panneau comme celui de la figure 1, de chauffer modérément une surface vis à vis, on aura le choix entre deux solutions : ou bien équiper tous les projecteurs du panneau avec des tubes IR de grande longueur d'onde et d'énergie moyenne, ou bien équiper une rangée de projecteurs sur trois, 21, 22, 23 avec des tubes quartz-halogène plus puissants et laisser les espaces intermédiaires 24, 25, 26, 27 sans projecteur, avec seulement une plaque pour assurer la continuité de la face avant. La conception optique du système source-miroir cylindrique-surface à éclairer étant étudiée pour assurer un chauffage uniforme. La conception des projecteurs unitaires avec des bords rectilignes sur leur face avant qui définissent une surface dont aucun élément matériel du projecteur ne déborde permet de raccorder facilement la face avant du projecteur à d'autres surfaces planes ou faiblement bombées comme celles d'une structure porteuse du projecteur ou comme les surfaces des faces avant des autres projecteurs d'un panneau. Cette conception permet de prévoir que l'espace entre deux bords rectilignes soit rempli d'un joint étanche, par exemple en mastic silicone ou du même genre. On obtient alors un projecteur ou un panneau rassemblant plusieurs projecteurs dont la façade est parfaitement étanche et facile à nettoyer. L'étanchéité est en effet assurée, non seulement entre la face avant et le réflecteur dans le cas où ils sont faits d'une seule pièce, mais également entre la face avant et la structure qui la jouxte : autre face avant ou élément support du projecteur. REVENDICATIONS 1. Projecteur de rayonnement comportant au moins une source de rayonnement de forme allongée, notamment une lampe du type verre de silicehalogène, une surface réfléchissante à l'arrière de la source de rayonnement et une face avant transparente aux rayonnements, caractérisé en ce que sa face avant est sensiblement plane ou légèrement convexe, en ce que ses bords sont rectilignes et en ce que le matériau transparent qui la constitue s'étend jusqu'aux dits bords rectilignes. 2. Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face avant et le support de la surface réfléchissante à l'arrière constituent un ensemble étanche. 3. Projecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face avant et le support de la surface réfléchissante sont constitués du même matériau en une seule pièce de forme tubulaire. 4. Projecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face avant, le support de la surface réfléchissante ainsi que des supports d'alimentation électrique constituent un ensemble étanche scellé, en ce qu'un filament nu est situé à l'intérieur et en ce qu'il constitue la source de rayonnement. 5. Projecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source de rayonnement est une lampe en verre de silice à halogène, et en ce que le matériau de la forme tubulaire est également en verre de silice. 6. Projecteur selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la surface réfléchissante à l'arrière est une couche d'or déposée sur le matériau transparent. 7. Procédé pour réaliser des projecteurs de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - fabrication d'un élément tubulaire en matériau transparent dont la section a sensiblement la forme d'un demi-ovale, - revêtement sur la partie courbe de l'élément tubulaire, d'une couche réfléchissante - découpe de l'élément tubulaire en tronçons - installation aux extrémités des tronçons de douilles qui supportent et alimentent électriquement la source de rayonnement de forme allongée. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on associe deux sources de rayonnement dans le prolongement l'une de l'autre, la douille de l'un étant associée à la douille de l'autre. 9. Utilisation du projecteur selon l'une des revendications 1 à 6 à la réalisation d'un panneau radiant dans lequel la face avant transparente sensiblement plane ou légèrement convexe d'un projecteur forme avec la face avant de la ou des structure(s) voisine(s) une surface continue sans changement de niveau. 10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les projecteurs comportent des douilles qui supportent et alimentent électriquement les sources de rayonnement et en ce que ce sont celles-ci qui servent à assembler mécaniquement des projecteurs voisins pour former le panneau radiant. 11. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que deux ou plusieurs projecteurs dans le prolongement l'un de l'autre possèdent une face avant en une seule pièce.