CN103292282B - 用于椭球反射镜的冷却系统及应用其的高功率光源灯室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于椭球反射镜的冷却系统及应用其的高功率光源灯室。冷却系统用于冷却椭球反射镜，其包括中空冷却水套。中空冷却水套设置于椭球反射镜的外表面，中空冷却水套具有进水口与出水口，进水口位于中空冷却水套的底部，出水口位于中空冷却水套的顶部。本发明可大大提高冷却效能，有效控制椭球反射镜表面温度，从而降低整个灯室的内部温度。

Description

用于椭球反射镜的冷却系统及应用其的高功率光源灯室

技术领域

[0001]本发明涉及一种冷却系统，尤其涉及一种用于椭球反射镜的冷却系统及应用其的高功率光源灯室。

背景技术

[0002]在现有的高功率光源灯室中，对于一般功率的光源，其椭球反射镜采用风冷能有效散热，如专利CN183905、US5626416和JP062156等都是利用风机产生气流，加以风道设置，达到冷却目的。然而，上述方法的散热效能都很有限，一般只用于千瓦以下的光源。

[0003] 例如，在专利US5626416中，如图1所示，其冷却系统包括:汞灯50、上倒流罩51和下倒流罩52、椭球反射镜53、汞灯固定座54、风机55。冷却风通过倒流罩对灯室及汞灯电极进行冷却。然而，该装置仅采用风冷，冷却效果有限，且有大量冷却风吹到灯泡表面，导致汞灯光源运行不稳。

[0004]在更高功率的灯室中，椭球反射镜冷却会采用风冷加液冷的形式。例如，在专利CN100587330C中，如图2所示，其冷却系统包括:风机61和62、汞灯63、椭球反射镜64、冷却水套65。椭球反射镜64与冷却水套65之间留有一定的间隙，冷却风从该间隙中吹过，在风冷液冷共同作用下达到散热目的。冷却水套65由水管焊接到金属罩壳而成，故换热面积仅是水管掠过的狭长条，若焊接工艺不佳，造成虚焊，将会减小实际换热面积。同时，该种方法易将冷风直接吹到灯泡表面。实践表明，汞灯两级需要强迫冷却到200°以下，汞灯灯泡则必须维持在700°以上才能将汞灯激发到高功率工作状态。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种用于椭球反射镜的冷却系统及应用其的高功率光源灯室，能够解决上述技术问题。

[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的用于椭球反射镜的冷却系统，用于冷却椭球反射镜，其包括中空冷却水套。中空冷却水套设置于椭球反射镜的外表面，中空冷却水套具有进水口与出水口，进水口位于中空冷却水套的底部，出水口位于中空冷却水套的顶部。

[0007]在本发明的一实施例中，冷却系统还包括导热胶，中空冷却水套通过导热胶设置于椭球反射镜的外表面。

[0008]在本发明的一实施例中，中空冷却水套由两层椭球状金属罩壳焊接而成。

[0009]在本发明的一实施例中，中空冷却水套包括内壁、外壁、连接件以及密封件。内壁设置于椭球反射镜的外表面，连接件可拆卸地连接内壁与外壁，密封件位于内壁与外壁的连接处。

[0010]在本发明的一实施例中，中空冷却水套还具有多个肋片，分别设置于中空冷却水套的中空层内。

[0011 ]在本发明的一实施例中，多个肋片成辐射状排列。

[0012]在本发明的一实施例中，进水口与出水口对应设置。

[0013]在本发明的一实施例中，进水口与出水口交错设置。

[0014]在本发明的一实施例中，冷却系统还包括冷却风源与挡风板。挡风板围绕中空冷却水套的底部设置且与中空冷却水套之间形成风道。冷却风源位于挡风板的下方，且椭球反射镜、中空冷却水套以及挡风板的底部分别具有通孔。冷却风源吹出的风经挡风板分流后进入风道与椭球反射镜形成的容置空间。

[0015]在本发明的一实施例中，冷却系统还包括热源夹持块，其设置于挡风板底部，并位于冷却风源的上方。热源夹持块具有进风孔，挡风板相对热源夹持块为可旋转，以调节挡风板的通孔相对于进风孔的位置。

[0016]本发明还提供了一种高功率光源灯室，包括汞灯、椭球反射镜以及前述任一实施例提供的冷却系统。椭球反射镜形成容置空间以容置汞灯。

[0017]本发明提供的冷却系统采用中空冷却水套，将其设置于椭球反射镜的外表面，冷却水充斥其间，故换热面几乎覆盖整个椭球反射镜。中空冷却水套顶部设置出水口，底部设置进水口，冷却水自下而上流动带走热量。由此，可大大提高冷却效能，有效控制椭球反射镜表面温度，从而降低整个灯室的内部温度，减少从灯室外壁传递出的热量，进而消除对整机精密工作台的影响。

附图说明

[0018]图1是一种现有的风冷冷却系统装置的示意图；

[0019]图2是一种现有的风冷和水冷结合的冷却系统装置的示意图；

[0020]图3是本发明第一实施例的高功率光源灯室的剖面示意图；

[0021]图4是图3的热场分析；

[0022]图5是本发明第二实施例的高功率光源灯室的示意图；

[0023]图6是本发明第三实施例的中空冷却水套的示意图；

[0024]图7是本发明第四实施例的中空冷却水套的截面示意图。

具体实施方式

[0025]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

[0026]图3是本发明第一实施例的高功率光源灯室的剖面示意图。请参考图3。在本实施例中，高功率光源灯室I包括汞灯1、椭球反射镜11以及冷却系统12 ο椭球反射镜11形成容置空间以容置汞灯10。冷却系统12用于冷却椭球反射镜11。

[0027]在本实施例中，冷却系统12包括中空冷却水套120、导热胶121、热源夹持块122以及冷却风源123。中空冷却水套120可通过导热胶121设置于椭球反射镜11的外表面。然而本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，也可不设置此导热胶121，中空冷却水套120可通过螺合或卡合等方式直接设置于椭球反射镜11的外表面。在此，换热面几乎覆盖整个椭球反射镜11，极大地提高了冷却系统12的换热能力。

[0028]在本实施例中，中空冷却水套120可由两层椭球状金属罩壳焊接而成，以形成中空结构，而冷却水则充斥于两层椭球状金属罩壳之间。在此，中空冷却水套120里外两层椭球罩壳采用工艺已成熟的数控旋压加工，面型精度高，壁厚可控，开模费用和加工费用较低，较之之前的水冷套费用大幅减少，无论大批生产还是小批试制皆适合。由于焊接缝为环形，焊接应力周向均布而互相抵消，故焊接变形量小。焊接完后辅以退火处理，可消除内应力，减小焊缝开裂等潜在安全隐患。然而，本发明对此不作任何限制。

[0029]在本实施例中，中空冷却水套120的底部具有进水口 1200，顶部具有出水口 1201。在此，以4个进水口 1200和4个出水口 1201为例进行说明。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，也可仅包括I个进水口 1200和I个出水口 1201，或者包含不同数量的进水口 1200 和出水口 1201。

[0030] 在本实施例中，4个进水口 1200和4个出水口 1201分别均匀布置，且——对应设置。冷却水通过一路引入灯室的管路分流后，从进水口 1200同时注入，再从出水口 1201同时流出，最后集中为一路流出灯室，水流方向自下而上，适应椭球反射镜11表面的温度分布，由于在本实施例中，4个进水口 1200和4个出水口 1201为均匀布置，因此，整个中空冷却水套120内温度分布均匀。由于换热面大，因此，水压和水流无需太大，确保在一定范围内可调即可。

[0031]在本实施例中，热源夹持块122可位于中空冷却水套120下方，用于夹持汞灯10，以确保汞灯10在椭球反射镜11形成的容置空间中的定位。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，也可采用其它方式来定位汞灯10。

[0032] 在本实施例中，冷却风源123可位于热源夹持块122的下方。在此，冷却风源123可为风扇，其出风口位于上方。在对应冷却风源123出风口的位置，椭球反射镜11和中空冷却水套120可对应设置通孔。冷却风源123吹出的风一部分经由通孔进入容置汞灯10的容置空间，另一部分沿着中空冷却水套120的外壁面向上吹，由此可避免冷却风源123直吹汞灯10带来的不稳定隐患。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，也可不设置冷却风源123，而仅对椭球反射镜11采用水冷方式。

[0033]图4是图3的热场分析。请参考图3与图4。本实施例中是针对5500W热源下(热源作用在中空冷却水套120的内壁，假设汞灯10的功率为5500W，并且全部转换为热量并传递到椭球反射镜11)的热场分析图。

[0034]在本实施例中，假设中空冷却水套120的内壁与椭球反射镜11紧密贴合，中空冷却水套120底部均布4个进水口 1200，中空冷却水套120顶部均布4个出水口 1201，水流速度及压力按自来水标准取值，则可以看到水套温度为76.03°，已经达到椭球反射镜11的使用要求(在此，椭球反射镜11的预设使用温度为150°以下)。

[0035]图5是本发明第二实施例的高功率光源灯室的示意图。请参考图5。在本实施例中，高功率光源灯室2包括汞灯20、椭球反射镜(图未示)以及冷却系统22 ο椭球反射镜形成容置空间以容置汞灯20。冷却系统22用于冷却椭球反射镜。

[0036]在本实施例中，冷却系统22包括中空冷却水套220、导热胶(图未示)、热源夹持块222、冷却风源(图未示)以及挡风板224。在此，中空冷却水套220与导热胶皆与第一实施例中的中空冷却水套120与导热胶121相同，故在此不再赘述。

[0037]在本实施例中，挡风板224围绕中空冷却水套220的底部设置，且与中空冷却水套220之间形成风道。在此，椭球反射镜、中空冷却水套220以及挡风板224的底部可分别具有通孔。

[0038]在本实施例中，热源夹持块222设置于挡风板224的底部，而冷却风源则可位于热源夹持块222的下方。在此，热源夹持块222除用于夹持汞灯20以确保汞灯20在椭球反射镜形成的容置空间中的定位外，其可具有进风口 2220，对应椭球反射镜与中空冷却水套220底部的通孔设置，以使下部冷却风源吹出的风进入上部空间。

[0039]在本实施例中，挡风板224相对热源夹持块222为可旋转。当挡风板224相对热源夹持块222旋转时，挡风板224底部的通孔相对于热源夹持块222的进风口 2220的位置会发生变化，从而达到调节风量的目的。

[0040] 在本实施例中，冷却风源吹出的风遇到挡风板224后分流，大部分进入挡风板224与中空冷却水套220形成的风道，沿中空冷却水套220外壁面向上吹，小部分向上直接吹向汞灯20。这种结构能有效地对汞灯20的电极强迫风冷，并避免了直吹汞灯20带来的不稳定隐患，确保汞灯20在高功率下运行稳定。这种以水冷为主，风冷辅之的冷却方式，冷却效能大大提高，有效地控制了椭球反射镜的表面温度，耗散大部热量，减少从灯室外壁传递出去的热量，进而最大限度消除对整机精密工作台的热变形影响。

[0041]图6是本发明第三实施例的中空冷却水套的示意图。请参考图6。在本实施例中，高功率光源灯室的其它结构可采用第一实施例或第二实施例的对应部分，唯差别仅在于中空冷却水套的不同。

[0042] 在本实施例中，中空冷却水套320为可拆卸结构。具体而言，中空冷却水套320可包括内壁3201、外壁3202、连接件3203以及密封件3204。内壁3201可直接或通过导热胶设置于椭球反射镜的外表面。连接件3203可拆卸地连接内壁3201与外壁3202，密封件3204位于内壁3201与外壁3202的连接处。在此，连接件3203可为螺钉组件。然而，本发明对此不作任何限制。

[0043]图7是本发明第四实施例的中空冷却水套的截面示意图。在本实施例中，高功率光源灯室的其它结构可采用第一实施例或第二实施例的对应部分，唯差别也仅在于中空冷却水套的不同。

[0044] 在本实施例中，为改善冷却水在中空冷却水套420中的流通性能，中空冷却水套420可具有多个肋片4203，分别设置于中空冷却水套420的中空层内，且成辐射状排列。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，多个肋片4203也可为螺旋式。

[0045] 在本实施例中，进水口 4200的数目可为4个，成均匀布置，而出水口 4201的数目可为8个，亦称均匀布置。并且，进水口 4200与出水口 4201交错设置，起到避免局部“死水区”形成及均匀中空冷却水套420温度的作用。然而，本发明对此不作任何限制。

[0046]综上所述，本发明实施例提供的冷却系统采用中空冷却水套，将其设置于椭球反射镜的外表面，冷却水充斥其间，故换热面几乎覆盖整个椭球反射镜。中空冷却水套顶部设置出水口，底部设置进水口，冷却水自下而上流动带走热量。由此，可大大提高冷却效能，有效控制椭球反射镜表面温度，从而降低整个灯室的内部温度，减少从灯室外壁传递出的热量，进而消除对整机精密工作台的影响。

[0047]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于椭球反射镜的冷却系统，用于冷却椭球反射镜，其特征是，所述冷却系统包括: 中空冷却水套，设置于所述椭球反射镜的外表面，所述中空冷却水套具有进水口与出水口，所述进水口位于所述中空冷却水套的底部，所述出水口位于所述中空冷却水套的顶部;所述中空冷却水套还具有多个肋片，分别设置于所述中空冷却水套的中空层内，用于改善冷却水在所述中空冷却水套中的流通性能;所述冷却系统还包括冷却风源与挡风板，所述挡风板围绕所述中空冷却水套的底部设置且与所述中空冷却水套之间形成风道，所述冷却风源位于所述挡风板的下方，且所述椭球反射镜、所述中空冷却水套以及所述挡风板的底部分别具有通孔，所述冷却风源吹出的风经所述挡风板分流后进入所述风道与所述椭球反射镜形成的容置空间;所述冷却系统还包括热源夹持块，其设置于所述挡风板底部，并位于所述冷却风源的上方，所述热源夹持块具有进风孔，所述挡风板相对所述热源夹持块为可旋转，以调节所述挡风板的通孔相对于所述进风孔的位置。

2.根据权利要求1所述的用于椭球反射镜的冷却系统，其特征是，所述冷却系统还包括导热胶，所述中空冷却水套通过所述导热胶设置于所述椭球反射镜的外表面。

3.根据权利要求1所述的用于椭球反射镜的冷却系统，其特征是，所述中空冷却水套由两层椭球状金属罩壳焊接而成。

4.根据权利要求1所述的用于椭球反射镜的冷却系统，其特征是，所述中空冷却水套包括内壁、外壁、连接件以及密封件，所述内壁设置于所述椭球反射镜的外表面，所述连接件可拆卸地连接所述内壁与所述外壁，所述密封件位于所述内壁与所述外壁的连接处。

5.根据权利要求1所述的用于椭球反射镜的冷却系统，其特征是，所述多个肋片成辐射状排列。

6.根据权利要求1所述的用于椭球反射镜的冷却系统，其特征是，所述进水口与所述出水口对应设置。

7.根据权利要求1所述的用于椭球反射镜的冷却系统，其特征是，所述进水口与所述出水口交错设置。

8.一种高功率光源灯室，其特征是，包括: 汞灯； 椭球反射镜，所述椭球反射镜形成容置空间以容置所述汞灯；以及 如权利要求1至7中任意一项所述的冷却系统。