DE2620007A1 - Verfahren und einrichtung zur unterdrueckung der sichtbaren strahlung einer infrarotstrahlungsquelle - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur unterdrueckung der sichtbaren strahlung einer infrarotstrahlungsquelleInfo
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Description
PAT E. N T ANWÄLTE ' .. · : -"
Dr. V. P-USSc · r.!;T.!-Ι,-φ. D.'-'.i.SSE Osnabrück, deri b- Mai 1976
Qmi'cLtücL . tävzi&züii zO24 Dß/Ka
Mario Posnansky 3072 Ostermundigen / BE , Pappelweg 4
Schweiz
Verfahren und Einrichtung zur Unterdrückung der sichtbaren Strahlung einer Infrarotstrahlungsquelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Unterdrückung des sichtbaren Anteils der Strahlung einer
Infrarotstrahlungsquelle und eine Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Infrarotstrahlungsquellen finden vielseitige Anwendung, z.B. zum Trocknen, Beheizen oder zum Beschleunigen von chemischen
Reaktionen etc.
Meist stört der sichtbare Strahlungsanteil in keiner Weise, oft ist er sogar erwünscht. In einem besonderen Anwendungsfall
werden Infrarotstrahler dazu eingesetzt, Nebel auf Flugpisten zu beseitigen. Da der Nebel günstige Absorptionseigenschaften
für sehr kurzwellige Infrarotstrahlung besitzt, werden sogenannte Hellstrahler eingesetzt. Da der Wendel dieser Strahler auf
sehr hohe Temperaturen gebracht wird (ca. 3500° C), fällt zwangsläufig (gemäss der Planckschen Strahlungsformel) ein gewisser
Energieanteil in Form von sichtbarer Strahlung an. Je nach Wendeltemperatur kann dieser Anteil mehrere Prozente der Gesamtstrahlung
betragen.
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Diese sichtbare Strahlung ist nun im vorerwähnten Anwendungsfall in dem Sinne störend, als sich das menschliche Auge
wegen dem auftretenden starken Beleuchtungseffekt der umgebenden Helligkeit anpasst, so dass z.B. dunklere Gegenstände
im Hintergrund nicht mehr gesehen werden können. Die SichtVerhältnisse
werden daher trotz der Beseitigung von Nebel noch stark beeinträchtigt.
Es ergibt sich somit die Notwendigkeit, eine Einrichtung zu finden, die es ermöglicht, den sichtbaren Anteil möglichst
vollständig zu unterdrücken, ohne jedoch die Infrarotstrahlung zu schwächen.
Bisher ist es lediglich gelungen, mit einer sehr grossen Anzahl von dünnen Schichten, die auf die Deckscheibe des Infrarotstrahlers
im Vakuum aufgedampft werden, dieses Ziel nahezu zu erreichen.
Die Komplexität des Verfahrens und der hohe Preis für eine solche Einrichtung sind dabei nachteilig. Wegen der grossen thermischen
Belastung müssen grosse Glasscheiben vorgesehen werden, die teuer sind, insbesondere wenn sie auf Quarzglas gefertigt
werden müssen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben und eine Einrichtung zu schaffen, die gestatten die
Unterdrückung des sichtbaren Strahlungsanteiles auf eine einfachere und billigere Weise durchzuführen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
die von der Strahlenquelle emittierte Strahlung durch ein Gas oder ein Gasgemisch hindurchgeleitet wird, welches ein Absorptionsspektrum
im sichtbaren Wellenlängenbereich besitzt.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung mit einer Infrarotstrahlungsquelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle zumindest
teilweise durch ein Gas oder Gasgemisch umgeben ist, welches Gas bzw. Gasgemisch ein Absorptionsspektrum im sichtbaren
Wellenlängenbereich aufweist.
Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig.
Fig. JJ eine rohrförmige Infrarotstrahlungsquelle, welche durch
ein weiteres Gasrohr umgeben ist, im Längsschnitt, und
Fig. 5 die graphische Darstellung des Absorptionsspektrums von gasförmigem Jod.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Infrarotstrahlers, bestehend aus einem Wendel 1 mit einer
Glasumhüllung 2 und einem Reflektor 3. Im Bereich der austretenden Strahlung ist nun die eine die sichtbaren Strahlen unterdrückende
Anordnung 4, die gleichzeitig als Abdeckung wirkt, untergebracht. Die Anordnung besteht dabei aus zwei Glasscheiben
5, zwischen denen sich ein "schwarzes" Gas oder Gasgemisch 6 befindet
.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem das "schwarze" Gas oder Gasgemisch 6 zwischen
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der Glasumhüllung des Wendeis 2 und einer Abdeckscheibe 7 untergebracht ist.
Die Fig. 3 und 1J zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei
dem eine durchsichtige Hülle 8 die Hülle 2 des Wendeis 1 vollständig umgibt. Das "schwarze" Gas ist dabei im Hohlraum
zwischen den beiden Hüllen 2 und 8 untergebracht. Die durchsichtige Hülle 8 ist ein äusseres Rohr, z.B. aus Quarzglas,
welches Rohr die rohrförmige Hülle 2 des Wendeis umgibt, wobei die beiden Rohre fest miteinander verschweisst sind. Das
"schwarze" Gas 6 befindet sich dabei im Bereich der Strahlung.
Es ist denkbar, dass ein Teil der äusseren Umhüllung 8 mit dem Gas derart verlagert wird, dass ein nicht mehr in den
Bereich der Strahlung gelangt und derart gefüllt bzw. gestaltet wird, dass ein Wärmeaustausch mit der Umgebung erfolgen
kann. Dies kann erwünscht sein, wenn man eine übermässige Erhitzung des Gases, die sich durch die Absorption ergibt, vermeiden
will. Das "schwarze" Gas kann auch innerhalb der Hülle des Wendeis 1 eingebracht werden.
Die Suche nach einem geeigneten "schwarzen" Gas führte zu einer Auswahl von verschiedener Möglichkeiten. Ein bevorzugtes
Gas ist Jodgas (I?) und nachstehend näher erläutert.
Fig. 5 zeigt das Absorptionsspektrum von Jodgas. Es liegt
fast vollständig im sichtbaren Wellenlängenbereich (0,4 - 0,7 μ)
Mit Ausnahme weniger Prozentanteile, die im sichtbaren Bereich liegen, emittiert dagegen ein Hellstrahler hauptsächlich im
Wellenlängenbereich zwischen 0,9 * 3 U, also in einem Bereich in welchem Jod keine Absorptionsbanden mehr aufweist. Jod eignet
sich daher gut, um wie gewünscht, nur den sichtbaren Anteil der Strahlung des Hellstrahlers zu absorbieren.
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Um. nun beurteilen zu können, welche Schichtdicke des Gases
notwendig ist, um beispielsweise 33% der sichtbaren Energie zu
absorbieren, kann man die Beersche Formel benützen:
I - E . C · d γ = e η η
Hierin sind:
γ das Verhältnis Restintensität I zu Anfangsintensität I ,
ο
E der molare Extinksionskoeffizient,
η 3
C die molare Konzentration des Gases und η
d die Schichtdicke
Bei Normaldruck (C = ol/e) ergibt sich somit eine
η cd, η
Schichtdicke: d = 3 mm
Jodgas kann nun auch ohne weiteres beispielsweise mit Luft verdünnt werden, will man über eine grössere Schichtdicke
absorbieren als 3 nun. Auch lässt sich Jod unter Druck setzen, wenn man über geringere Schichtdicken als 3 nun absorbieren will.
Jod liegt bei Raumtemperaturen in festem Zustand vor. Erwärmt es sich jedoch, beispielsweise durch die Bestrahlung nach
der Inbetriebsetzung des Strahlers, entsteht automatisch das gewünschte "schwarze" Gas.
Ist der Raum, in dem das Jod eingeschlossen ist, dicht verschlossen,
so entsteht mit steigender Temperatur ein Druck gemäss der Dampfdruckkurve von Jod. Um höhere Drücke zu vermeiden,
muss daher die Menge Jod, die beispielsweise anfänglich in festem Zustand eingebracht wird, entsprechend dosiert werden.
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Damit wird erreicht, dass wenn sämtliches Jod verdampft ist, die weitere Druckerhöhung als Folge von weiterem Temperaturanstieg
nur noch nach der Gasgleichung erfolgt.
Da Jod sehr aggressiv gegen allerlei Werkstoffe ist, nicht jedoch gegen Glas, empfiehlt es sich, eine Einrichtung zu
wählen, bei der das Jod nur durch Glaswände eingeschlossen wird. Das ist in den Beispielen nach Fig. 1, 3 und 4 technisch
gut möglich.
Andere "schwarze" Gase, die sich zu oben beschriebenem Zweck
eignen, sind Br, bzw. ein Gemisch aus Jod + Br, Np <X bzw. NOp
NOCl, ClF, S2Cl2, ClF * NBr, BrF, PCI , BrF.
Einige dieser Gase haben aber je nach Anwendungsfall gewisse Nachteile, z.B. dass die bei zu niedriger Temperatur zerfallen,
andere, beispielsweise NO2, den Vorteil, auch bei Raumtemperatur
gasförmig zu sein.
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Claims (11)
- PATENTANSPRUECHE\1J Verfahren zur Unterdrückung des sichtbaren Strahlungsanteils einer Infrarotstrahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlenquelle emittierte Strahlung durch ein Gas oder ein Gasgemisch hindurchgeleitet wird, welches ein Absorptionsspektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich besitzt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas bzw. Gasgemisch gewählt wird, das Ip, Br, N0?, N O1., NOCl, PCI , S2Cl2, BrP, ClP oder IF enthält.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch mit einem zusätzlichen transparenten Gas oder Gasgemisch verwendet wird.
- k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas oder Gasgemisch Stickstoff bzw. Luft verwendet wird.
- 5. Einrichtung zur Unterdrückung des sichtbaren Strahlungsanteils einer Infrarotstrahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle zumindest teilweise durch ein Gas oder Gasgemisch umgeben ist, welches Gas bzw. Gasgemisch ein Absorptionsspektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zwischen zwei Gasscheiben eingebracht ist und dass die Glasscheiben als Abdeckung für die Strahlenquelle dienen.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 5 > dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle durch wenigstens eine durchsichtige Hülle umgeben ist und dass das Gas bzw. Gasgemisch sich im Zwischenraum zwischen der Strahlenquelle und der Hülle befindet.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle rohrförmig und mit dem Glasrohr, das die Strahlenquelle umgibt, verschweisst ist..609.848/0620
- 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eingeschlossene Gas Jod enthält.
- 10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreislauf zum Kühlen des Gases bzw. Gasgemisches vorgesehen ist.
- 11. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die Strahlenquelle in einem Reflektor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor gasdicht verschlossen ist und dass sich das Gas bzw. Gasgemisch innerhalb des Reflektors befindet.609848/0620
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