CN101216162A - 带冷却系统的高功率光源灯室 - Google Patents

Abstract

一种带冷却系统的高功率光源灯室，包括灯室外壁；一被冷却汞灯；一底部开口可安放汞灯的椭球反射镜；一底部开口外表面围绕冷却水管的金属外壳；金属外壳形状与椭球反射镜相同，椭球反射镜安装在金属外壳内，两者之间留有空隙形成风道，底部开口吻合形成进风口；灯室内部所产生热量由进风口气流以及冷却水管的中的水流带走，达到冷却效果。本发明结合了风冷，水冷的方式，大大提高了高功率光源灯室的散热性能，并且能使灯室内各部位均匀的得到冷却。

Description

带冷却系统的高功率光源灯室

技术领域

本发明属于高功率光源冷却领域，尤其涉及一种带冷却系统的高功率光源灯室。

背景技术

在半导体制造技术中，常常需要使用达上千瓦或更高功率的汞灯光源，更高功率的光源意味着更大的曝光产率，有利于提高半导体器件的制造效率。例如集成电路，液晶显示器件等。为了保证光源的正常工作温度，需要对灯室进行冷却。

在现有的高功率灯室冷却系统中，大多数采用风冷和被动散热相结合的方式，或采用液冷方式。所谓风冷或液冷是指利用流动的空气或液体带走热量。所谓被动散热是指利用散热片把热量自然的散发到空气当中。对于一般功率的灯室，采用风冷和被动散热相结合的方式能有效散热，如专利CN183905，US5626416，JP062156等都是利用简单的风机产生气流再加以简单的风道设置而构成强制对流冷却功能的，他们的散热效能都不大，只能用于一般几百瓦的灯室。

在更高功率的灯室中，比较流行的冷却技术是液冷和喷嘴风冷。如专利CN1613136，其特点是具有围绕灯泡的密封透明套管，充满循环流动的冷却液，属于液冷方式。该专利能用于400瓦到7000瓦的高压气体放电灯泡，冷却效果好且冷却较均匀，但其缺点也很明显：制作难度高，流动的冷却液可能会对光强减弱和产生不稳定影响，不利于曝光剂量准确。喷嘴风冷专利CN1788329，US6031320都具有喷气嘴，局部冷却效果佳，但对于整个灯室的冷却效果很低。

发明内容

为解决以上常见的缺陷，提高高功率光源灯室的散热性能，本发明提供了一种带冷却系统的高功率光源灯室，包括灯室外壁，一被冷却汞灯；一椭球反射镜，底部设有开口可安放汞灯；一底部开口外表面围绕有冷却水管的金属外壳；椭球反射镜与金属外壳形状相同，并对应安装在金属外壳内，两者之间留有空隙形成风道，底部开口吻合形成进风口；汞灯与椭球反射镜由底座和固定支架固定在灯室内；另外还设有一水冷循环系统用于冷却水管的供水和一冷光镜冷却模块。

椭球反射镜、金属外壳之间的底部开口处设有由螺纹旋杆旋动控制位置的风冷分流块，可调节进入椭球反射镜内部以及其与金属外壳之间间隙的风量大小。

冷光镜冷却模块设于汞灯上方，包括冷光镜，散热片和冷却水管，与灯室外壁具有相同的倾斜角度形成风道，顶部设有出风口，冷却水管分布在散热片的散热翅间，并在顶部出风口设置成曲回状。散热片底部与冷光镜背部相结合，之间涂有硅胶，散热翅沿风道气流方向设置。冷光镜还带有一微调旋钮，用于精确调整光轴。

在灯室的进风口与出风口外均设有风机，用于形成冷却风流。

本发明结合了被动散热和风冷，水冷的方式，大大提高了高功率光源灯室的散热性能，并且能使灯室内的各部位置均匀冷却。

附图说明

图1为带冷却系统的高功率光源灯室的整体结构图；

图2为灯室汞灯电极冷却的局部示意图；

图3为冷光镜冷却模块的结构示意图；

具体实施方式

先结合说明书附图介绍本发明一个具体实施例的结构：

如图1，灯室底部有开口1，底座2正对开口处有圆孔3，用于安放汞灯4和作为进风口，进风口外设有风机23。底座2用于固定与椭球反射镜5有相同形状的金属外壳6，金属外壳6与椭球反射镜5之间间隙形成风道7，8。XYZ位置调节器9固定于底座2下，并与汞灯4的一个电极10连接。利用XYZ位置调节器9可以微调汞灯4在椭球反射镜5中的位置。支架11用于固定椭球反射镜5。冷光镜12带有一个微调旋钮13，用于精确调整光轴。与冷光镜模块对应的灯室外壁14具有相同的倾斜角度，之间形成一个风道15。出风口16位于冷光镜12顶部，风道15的末端，此处的冷却水管呈曲回形设置。外部设有风机29。

如图2，椭球反射镜底部的风冷分流块30，其形状是围绕着电极10的圆环，上下两端具有尖锐形状，在分气流的同时有利于减少对气流的阻力，材料可用良导热性金属或绝热橡胶。螺纹旋杆31与分流块连接，通过旋动螺纹旋杆31带动分流块30上下移动。通过分流块的上下移动能够改变气流量在风道7，8和24，25的分配比例。

如图3，冷光镜12背部与一个铝制散热片20的底部相结合，由于两表面不能充分接触，须在它们之间涂以一层硅胶21，使冷光镜12与散热片20传热面积大大增加，提高散热效果。散热片20的散热翅22与风道15的气流方向一致，冷却水管18分布于散热翅间。

下面详细阐述本发明所述灯室的冷却原理：

如图1，标号17所框定结构为椭球反射镜冷却部分，送风机23将气流从进风口1送入，通过底座开孔2进入灯室。气流被风道7，8，24，25分开。风道7，8中的气流带走椭球反射镜5的热量和铝制外壳6内表面接受椭球反射镜5透过波段的热量(椭球反射镜5只反射特定的紫外波段而透过其他波段，铝制外壳6接受了椭球反射镜透过的波段热量)。

同时，铝制外壳6外表面围绕数圈水冷水管18，外围的水冷循环系统26将冷水流从进水口27流入，冷水流在围绕铝制外壳6外表面流动过程中将铝制外壳6外表面热量带走，最后从出水口28流回水冷循环系统26。

风道7，8具有比较圆滑的表面，且形状流畅，因此风道7，8呈流线型结构，能减少对冷却气流的阻力，冷却气流在风道7，8主要表现为层流放热，冷却气流带走热量的速度不受阻，加强冷却效果。

风道24，25中的气流对汞灯4两电极进行冷却。可以旋动螺纹旋杆31以移动分流块使风道7，8和24，25的气流量比例改变。当需要加强对汞灯两电极10和32冷却时，可以向下移动分流块使其完全堵住风道7和8，让冷气流全部通过风道24，25，使汞灯电极冷却效果加强。当需要对铝制外壳6加强冷却时，可以向上移动分流块使风道7，8获得更大的冷却气流量。

风道7的气流进入风道15，对冷光镜散热片20进行散热。传统的散热片与冷光镜结合方式不能使散热片底部与冷光镜背部充分接触，中间充满热导性差的空气，热量传递面积没有充分利用，散热效果受限。故在冷光镜背部先涂一层良热导性的硅脂21，再与散热片20底部相结合，硅脂可以参杂铝或铜等良导热性金属，这样的硅脂传热系数一般能达到2.4W/m*K，而空气只有0.08W/m*K左右。这样，冷光镜向散热片传递热量的效率大大加大，冷却效果得到加强。如此设计是必要的，因为大多数工作状态下需对汞灯电极加强冷却，风道24，25被分流块堵住，因而风道15没有冷气流，如果散热片和冷光镜之间不涂硅脂，而只是自然对流的空气，放热效果无法满足需求。

散热片的散热翅22方向与气流方向一致，以便不阻碍气流运动。其间安放冷却水管18，用水流带走散热片20的部分热量。由于风道15呈直线型且散热翅22与气流方向一致，能减少对冷却气流的阻力，加强了气流冷却效果。

出风口16位于风道15的末端，有利于风道15中气流的排放。风道7，8，24，25，15中的气流于出风口处被抽风机29抽出。从冷光镜散热片引出的水冷出水管在出风口迂回安置，充分与排出的气流接触，再引出灯室外。这样能有效使水流和气流相互冷却。由于冷光镜散热片承受比较小的热量，所以一般情况下，从冷光镜散热片引出的水冷出水管温度比出风口的气流要低，这样可以使冷却灯室的空气在排出灯室前得到冷却。

以上介绍的仅仅是基于本发明的一个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的机制作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (10)

1.一种带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于包括灯室外壁；一被冷却汞灯；一底部开口可安放汞灯的椭球反射镜；一底部开口外表面围绕冷却水管的金属外壳；金属外壳形状与椭球反射镜相同，椭球反射镜安装在金属外壳内，两者之间留有空隙形成风道，底部吻合形成进风口。

2.如权利要求1所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于所述椭球反射镜、金属外壳之间的底部开口处设有一风冷分流块，可调节进入椭球反射镜内部以及其与金属外壳间隙风道的风量。

3.如权利要求2所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于所述分流块由螺纹旋杆旋动控制位置。

4.如权利要求1所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于设有一水冷循环系统用于冷却水管的供水。

5.如权利要求1所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于包括底座和固定支架用于汞灯与椭球反射镜的固定。

6.如权利要求1所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于在汞灯上方还设有一冷光镜冷却模块，包括冷光镜，散热片和冷却水管，与具有相同倾斜角度的灯室外壁形成风道，顶部设有出风口。

7.如权利要求6所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于冷却水管分布在散热片的散热翅间，并在出风口处呈曲回状。

8.如权利要求6所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于散热片底部与冷光镜背部相结合，之间涂有硅胶，散热翅沿风道气流方向。

9.如权利要求6所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于所述冷光镜带有一微调旋钮，用于精确调整光轴。

10.如权利要求1和6所述的带冷却系统的高功率光源灯室，其特征在于进风口与出风口外设有风机。

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