红外辐射器制造技术

本发明专利技术涉及一种红外辐射器，该红外辐射器具有由石英玻璃构成的套管，该套管包围作为发出红外辐射的元件的热丝，该热丝通过电流通路在套管外与电联接部连接。为了改善寿命和功率密度，根据本发明专利技术提出，热丝包括载体板，该载体板具有由电绝缘材料构成的表面，所述表面被敷设有由在电流流经时发热的材料构成的导体线路。

Infrared Radiator

The present invention relates to an infrared radiator. The infrared radiator has a sleeve made of quartz glass. The sleeve surrounds a hot wire used as an element to emit infrared radiation. The hot wire is connected with an electric connection part outside the sleeve through a current circuit. In order to improve service life and power density, according to the present invention, the hot wire includes a carrier plate, which has a surface composed of an electrical insulating material, and the surface is coated with a conductor circuit composed of a material heated by current flowing through it.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】红外辐射器
本专利技术涉及一种红外辐射器，该红外辐射器具有由石英玻璃构成的套管，该套管包围作为发出红外辐射的元件的热丝，该热丝通过电流通路在所述套管外与电联接部连接。在本专利技术范畴中的红外辐射器呈现出二维或三维辐射特性；该红外辐射器例如用于塑料的聚合或漆的硬化或使被加热物品上的颜料干燥，还用于在半导体或光伏产业中的半导体晶片的热处理。
技术介绍
已知的红外辐射器在由玻璃构成的套管中具有作为热导体或热丝的螺旋形的电阻丝或电阻带。该电阻丝或电阻带不与套管接触、或基本上不与套管接触。从电阻丝至套管的热传递主要通过热辐射实现。也被称为热丝的热导体作为被电流流过的灯丝、热丝或螺旋形丝用在白炽灯、红外辐射器或炉子中，并且通常以长形延伸的形状作为平的或围绕其纵轴线扭转或螺旋卷曲的带材存在。基于碳纤维的热丝在同时具有较高电阻的情况下呈现出良好的机械稳定性，并且该热丝允许较快的温度变化。在这种类型的红外辐射器中，由电阻材料构成的电阻元件形成辐射器的发出实际的红外辐射的元件。由石英玻璃构成的套管对于红外辐射来说基本上是可穿透的，使得由电阻元件发出的辐射在无大的辐射损失的情况下被传递到被加热物品。在电特性方面应当特别重视热丝的电阻。一方面，电阻应当即使在负荷下也随时间的推移而保持恒定，另一方面，电阻应当尽可能地高，以便短的热丝长度同样能在常规电压(例如230V)下运行。对于带状热丝，名义电阻原则上可通过横截面来调节，尤其可通过带材的厚度来调节。然而，由于机械强度和预定的最低寿命，带材厚度的减小是有限制的。尤其当热丝在使用中被施加高机械负载时，例如对于1m或更长的长辐射长度，这种限制便很明显了。例如由DE10029437A1已知具有带状的碳热丝的红外辐射器。螺旋形的碳带与由石英玻璃构成的套管的壁间隔开并且沿着该套管的中轴线布置。在碳带的端部处设置有具有端子接线片的接触部，其穿过套管的夹紧区域延伸至外部的电联接部。套管的内部在装配时被抽真空，以避免由于氧化引起的加热元件电阻变化。由于螺旋形碳带的表面积大，所以碳辐射器的功率密度比具有金属加热元件的红外辐射器更高。就此而言，该碳辐射器原则上还适合于其中辐射器长度被限制为小于一米的应用。然而问题在于，由于所述带呈螺旋形而使辐射特性并不是完全均匀的，而是存在有功率密度更高的区域(所谓的热点)和功率密度更低的区域(冷点)。这一点在其尤其被用于面辐射器时必须通过以下方式被加以考虑：通过与被辐射物品的更大的间距实现更高的辐射均匀性。然而，该措施影响到到辐射器的效率成本。除了具有碳热丝的红外辐射器之外，还已知具有所谓的(康泰尔)加热元件的辐射器。该辐射器显示出宽带的红外光谱并且一般在直至1000℃的温度下运行。辐射特性中缺乏均匀性的缺点类似于针对具有碳热丝的辐射器描绘的缺点。例如，由US3699309已知具有康泰尔丝的红外加热器。康泰尔丝位于由玻璃构成的套管中，并且支撑到由陶瓷纤维材料(Al2O3–SiO2)构成的具有半圆形横截面的柱状杆上。通过该支撑避免康泰尔丝的“热点”。其缺点在于，红外辐射器的辐射区域不再与套管周向相对应地沿周向延伸360°，而是减少了与支撑杆的康泰尔丝接触的区域。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种红外辐射器，该红外辐射器具有单位面积的高辐射功率，尤其具有高表面比电阻/表面电阻，使得该红外辐射器还可在1m或更短的短辐射长度的情况下以工业上通常的230V的电压运行，并且在此情况下具有长的寿命。基于开头所述类型的红外辐射器，上述目的根据本专利技术以如下方式实现：热丝包括载体板，该载体板具有由电绝缘材料构成的表面，所述表面敷设有由在电流流经时发热的材料构成的导体线路。本专利技术所基于的专利技术思想是：提出一种在由石英玻璃构成的套管中的红外辐射器，其中热丝由具有由电绝缘材料构成的表面的载体板形成。在此，或者是载体板本身由电绝缘材料形成，使得其整个表面是电绝缘的。载体板借助于至少在一侧施加在载体板的表面上的、在电流流经时发热的导体线路发射出在红外光谱范围中的激发的辐射。载体板的光特性和热特性引起在红外光谱范围中的吸收，该红外光谱范围是在780nm和1mm之间的波长范围。因此，载体板的由导体线路加热的部分形成实际的发出红外辐射的元件。替代地也可以是，仅仅表面的部分区域电绝缘地形成，例如通过电绝缘材料形成，该电绝缘材料以表面层的形式施加到载体板上。在这种情况下，导体线路仅仅被敷设在表面的或者说表面层的电绝缘的区域中。以这种方式可局部优化作为发出红外辐射的元件的载体板的辐射特性。由于与载体板相结合的导体线路直接接触其表面，所以得到特别紧凑的红外辐射器。由于发出红外辐射的元件的紧凑的结构方式，能以高的辐射密度对小面积进行局部的针对性照射。与根据现有技术的、其中由电阻材料构成的电阻元件形成辐射器的实际热丝的红外辐射器不同，在根据本专利技术的红外辐射器中，在此呈导体线路形式的电阻元件用于加热另一构件，该另一构件在此被称为“基板”或“载体板”。从导体线路至载体板的传热首选通过热传导实现；但传热也可以基于对流和/或热辐射实现。由于被安装到套管中，根据本专利技术的红外辐射器在其使用时得到保护从而不受其环境、例如氧化氛围的影响。在辐射特性相对均匀的情况下得到高的辐射功率，该辐射特性基本上不受环境影响。此外，具有套管的该实施方式使得辐射器的安装以及可能的维护更为容易。根据本专利技术的红外辐射器的一优选实施方式在于，被敷设在载体板上的导体线路的材料是非贵金属。由非贵金属材料构成的导体线路的材料的特征在于，在小的面积上提供高的电阻率，这样便在相对小的电流流经时引起高的温度。与具有大份额的贵金属——例如铂、金或银——的导体线路相比，由非贵金属构成的导体线路材料明显成本更低，并且不会由此带来在导体线路的电特性方向的损失。载体板连同施加在其上的热导体被安装到由石英玻璃构成的套管中，由此通过以下方式延长导体线路的寿命：避免了由于局部的环境条件而对导体线路造成的基于化学和/或机械的侵蚀作用。由非贵金属或非贵金属合金构成的导体线路对这些侵蚀作用特别敏感。有利地，导体线路的材料含有以下物质中的一种或多种：钨(W)、钼(Mo)、碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)、硅化三铬(Cr3Si)、多晶硅(Si)、铝(Al)、钽(Ta)、铜(Cu)和耐高温钢。这种类型的导体线路材料具有在50欧姆/sq(Ohm/□)至约100欧姆/sq(Ohm/□)的范围中的方块电阻/膜电阻(也称为表面比电阻)。这一组材料由于其相应的电学性质和热学性质而能实现其用于根据本专利技术的红外辐射器的载体板的热激发的功能，并且能成本有利地制成。此外，已被证明可行的是，载体板包括至少两个材料层。在此，载体板可包括基底材料层和表面材料层，其中，这两个材料层可在其电阻方面彼此不同，或在电阻相同的情况下具有不同的辐射发射率。因此，可以针对作为发出红外辐射的元件的载体板的使用对其光学性质和热学性质、因此对其辐射特性进行优化。当然，有利的实施方式不限于上下堆叠的双层系统。同样，材料层也可以相邻布置或并排布置。关于载体板的材料已经证实可行的是，该材料包括复合材料，所述复合材料包括基质组分以及呈半导体材料形式的额外组分/添加组分。载体板的材料可被热激发，并且包括复合材料，该复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外辐射器，该红外辐射器具有由石英玻璃构成的套管(101)，该套管包围作为发出红外辐射的元件的热丝，该热丝通过电流通路在所述套管外与电联接部连接，其特征在于，所述热丝包括载体板(102)，该载体板具有由电绝缘材料构成的表面，所述表面被敷设有导体线路(103)，所述导体线路由在电流流经时发热的材料构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.22 DE 102016117857.81.一种红外辐射器，该红外辐射器具有由石英玻璃构成的套管(101)，该套管包围作为发出红外辐射的元件的热丝，该热丝通过电流通路在所述套管外与电联接部连接，其特征在于，所述热丝包括载体板(102)，该载体板具有由电绝缘材料构成的表面，所述表面被敷设有导体线路(103)，所述导体线路由在电流流经时发热的材料构成。2.根据权利要求1所述的红外辐射器，其特征在于，所述导体线路(103)的材料是非贵金属。3.根据权利要求1或2所述的红外辐射器，其特征在于，所述导体线路(103)的材料含有以下物质中的一种或多种：钨(W)、钼(Mo)、碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)、硅化三铬(Cr3Si)、铝(Al)、钽(Ta)、多晶硅(Si)、铜(Cu)和耐高温钢。4.根据上述权利要求中任一项所述的红外辐射器，其特征在于，所述载体板(102)包括至少两个材料层。5.根据上述权利要求中任一项所述的红外辐射器，其特征在于，所述载体板(102)包括复合材料，所述复合材料包括基质组分以及呈半导体材料形式的额外组分。6.根据权利要求5所述的红外辐射器，其特征在于，所述基质组分为石英玻璃，优选地，所述基质组分具有至少99.99％的SiO2化学纯度及不超过1％的方英石含量。7.根据权利要求5所述的红外辐射器，其特征在于，所述额外组分含有呈元素形式的半导体材料，所述额外组分优选含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·齐辛，M·霍尼格，L·加布，J·韦伯，
申请(专利权)人：贺利氏特种光源有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE