DE69627947T2

DE69627947T2 - Einrichtung zum Kühlen eines Lichtbündels

Info

Publication number: DE69627947T2
Application number: DE69627947T
Authority: DE
Inventors: Byron J. Ziegler; Richard S. Belliveau
Original assignee: High End Systems Inc
Current assignee: High End Systems Inc
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: US5857768A; US5647662A; DE69627947D1; EP0767398A1; EP0767398B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Lichtbündeleinstrahler für Bühnen-, Theater- und Studioeinsatz und genauer auf eine Vorrichtung zur Kühlung des Lichtbündels so, dass es eine Bilderzeugungsvorrichtung, die Wärmeempfindlichkeitsgrenzen hat, nicht beschädigt.
Hintergrund der Erfindung
Es werden bereits verschiedene Vorrichtungen in dem Versuch verwendet, ein verhältnismäßig kühles Lichtbündel zu schaffen, um so einige der Wärmeprobleme zu begrenzen, die mit Beleuchtungsvorrichtungen und insbesondere Bühnenbeleuchtungsvorrichtungen einhergehen. Der größte Teil der Wärme wird durch den Infrarotanteil des Bündels erzeugt. Ein solcher Versuch beinhaltet einen Reflektor aus wärmebeständigem Glas, das auf der einen der Lampe zugekehrten Seite mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm beschichtet ist, und einen "kalten Spiegel" bildet. Diese Vorrichtung reflektiert sichtbares Licht und läßt Wärmestrahlung durch den Film hindurchgehen. Ein solcher kalter Spiegel ist in WO 94/03758 beschrieben.
In der Vergangenheit wurde ein Reflektor, wie etwa der oben beschriebene, thermisch mit einem Kühlkörper verbunden. Auf diese Weise verläuft auf den Reflektor gerichtete Strahlung durch den Film und das Glas oder anderes geeignetes Substrat des Reflektors und trifft auf den Kühlkörper, welcher die Strahlung als Wärme absorbiert.
Ein weiterer Versuch benutzt ein mehrschichtiges dielektrisches Interferenzfilter, d. h., einen dichroitischen "heißen Spiegel" und eine im Lichtbündel angeordnete Flüssigkeitszel le, um im Infrarotbereich Energie aus dem Bündel zu entfernen. Der heiße Spiegel wirkt dahingehend, "nahe" Infrarotenergie zu reflektieren, während er Licht in anderen Bereichen durchlässt. Das Wasser in der Flüssigkeitszelle ist hinsichtlich einer Absorption der "fernen" Infrarotenergie wirksam, die durch das dichroitische Filter nicht reflektiert wird.
Diese Kombination beseitigt Infrarotstrahlung aus dem Bündel, bevor sie beispielsweise eine gewöhnlich benutzte Spezialeffektvorrichtung, wie etwa eine Bildprojektionsvorrichtung, die als Gegen- oder Seitenlichtschirm bekannt ist, oder eine LCD, erreicht. In dieser Flüssigkeitszelle wird Wasser verwendet, es wurden aber auch Kohlenwasserstoffe, d. h. Glykol und Wasser-Glykolgemische verwendet. Diese Flüssigkeiten unterliegen jedoch durch ihre Tendenz, nach längerem Einsatz chemisch zu zerfallen und so ihre Farbe zu ändern, Einschränkungen. Diese Farbänderung kann das projizierte Bild störend beeinflussen.
Das Vorstehende veranschaulicht Einschränkungen des Standes der Technik. Es liegt also auf der Hand, dass es von Vorteil sein würde, eine Alternative zu schaffen, die darauf gerichtet ist, eine oder mehrere der Einschränkungen, wie sie oben dargelegt wurden, zu überwinden. Dementsprechend wird eine geeignete Alternative geschaffen, die Merkmale und Vorteile enthält, die nachstehend genauer beschrieben werden.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dies erzielt, indem eine Vorrichtung zur Kühlung eines Lichtbündels, wie in Anspruch 1 definiert, vorgesehen wird.
Die vorstehenden und weitere Aspekte werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren deut lich werden. Es soll jedoch ausdrücklich zum Ausdruck gebracht werden, dass die Figuren keine Definition der Erfindung, sondern nur zum Zwecke der Erläuterung dienen sollen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
1 ist eine schematische Darstellung, welche eine Ausführungsform eines in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Systems zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform einer Kühlkammer der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform einer gekühlten Lampe der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine weitere schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der gekühlten Lampe der Erfindung zeigt;
5 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Vorrichtung zur Kühlung des Lichtbündels ist in 1 in einem System dargestellt, welches eine Lichtquelle, wie etwa eine Lampe 10 mit einem Reflektor 12 zur Richtung eines Lichtbündels, bezeichnet mit B, auf eine Bildprojektionsvorrichtung 14, wie etwa eine LCD, oder modifiziert zur Verwendung einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD) enthält, die geeignet in einer Kühlkammer 16 angebracht ist. Ein bekanntes Infrarotfilter 18 mit einer dichroitischen Dünnschicht 19 kann in dem Bündel B angeordnet werden, um, indem Infrarot reduziert wird, d. h., durch Reflektieren des nahen Infrarot bei gleichzeitigem Durchlassen kürzerer Wellenlängen, Wärme aus dem Bündel zu beseitigen. Ähnlich kann ein geeigneter Film an einer Oberfläche der Kammer 16 angeordnet sein.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der 1 enthält die Vorrichtung zur Lichtbündelkühlung 8 einen geschlossenen Kühlkreislauf 30. Die Kühlkammer 16 ist so angeschlossen, dass sie ein sich durch den Kreislauf 30 bewegendes Kühlfluid führt. Die Bildprojektionsvorrichtung 14 ist in der Kammer 16 angebracht, siehe auch 2. Die Kammer 16 hat infolge der Zirkulation des Kühlfluids, wie etwa von wärmeleitendem Gas, eine thermisch geschützte Umgebung, was unten noch diskutiert wird. Eine Antriebsvorrichtung 32, z. B. ein Kompressor, wie etwa ein geeigneter, kommerziell verfügbarer Membrankompressor, ist so betreibbar, dass er das wärmeleitende Gas 34, vorzugsweise Helium, im Kreislauf 30 in Richtung von mit G bezeichneten Pfeilen umlaufen lässt. Der Kompressor 32 kann sich bezüglich der Bewegung des Heliums sowohl strömungsoberhalb als auch strömungsunterhalb der Kammer 16 befinden.
Ein Kühlaustauschturm 26 enthält einen Wasservorrat 36. Das Wasser 36 wird mit einer geeigneten Niederdruckpumpe 38 über eine Leitung 41 eines Wasserkühlkreises 40 durch einen Wärmetauscher 42 gepumpt, wo Wärme entfernt und das gekühlte Wasser 36 zum Turm 26, wie durch die mit W bezeichneten Richtungspfeile angegeben, zurückgeführt wird. Gleichzeitig wird das Helium 34 durch die Antriebsvorrichtung 32 durch den Turm 26 bewegt. Wenn das Helium 34 den Turm 26 durchläuft, wird das Helium 34 durch das Wasser 36 gekühlt. Zur Verstärkung der Kühlung des Heliums 34 wird bevorzugt, so viele Heliumblasen im Wasser zu verteilen, wie möglich. Dies wird durch Vorsehen eines Plenums 43 erreicht, welches das Helium 34 aus einer Leitung 44 des Kreises 30 erhält und das Helium 34 durch das Wasser 36 über mehrere Auslassdüsen 46 abgibt, welche die Heliumblasen 34 mit für ein Kühlen des Heliums 34 ausreichender Kontaktzeit im Wasser 36 verteilen. Das gekühlte Helium 34 wird aus dem Turm 26 durch die Leitung 44 bewegt und in die Kühlkammer 16 zurückgeführt, wo es der Bildprojektionsvorrichtung Wärme entzieht und so eine thermisch geschützte Umgebung für die Vorrichtung 14 in der Kammer 16 liefert. Das erwärmte Helium 34 wird dann durch den Kompressor 32 rezirkuliert und der Zyklus wiederholt.
Alternativ kann, wie in den 3 und 4 gezeigt, eine Wasserkühlvorrichtung in der Lampe 10 integriert sein, um Wärme durch ein Wasserumwälzverfahren zu beseitigen, wodurch Wasser 36 aus dem Austauschturm 26, wie durch die Richtungspfeile W bezeichnet, durch eine durch eine Glaskuppel 22 definierte Kammer 39, benachbart zur Lampe 10 ist, umgewälzt wird. Ferner kann eine dichroitische Beschichtung 24 ähnlich der auf dem Filter 18 benutzten Dünnschicht 19 an einer geeigneten Oberfläche der Kuppel 22 für eine zusätzliche Wärmeverminderung angeordnet sein. Dies arbeitet als ein heißer Spiegel, der "nahes" Infrarot in das Wasser reflektiert, das sich durch die Kammer 39 bewegt. Eine weitere Beschichtung 25 aus einem dichroitischen Film kann auf einer geeigneten Oberfläche der Kuppel 22 benachbart zur Basis 27 der Lampe 10 verwendet werden, um sichtbares Licht zu reflektieren und Infrarot zur Kühlung durch das durch die Kammer 39 sich bewegende Wasser durchzulassen. Durch die Kuppel 22 umgewälztes Wasser kann mit einer geeigneten Niederdruckpumpe 21 angetrieben und aus dem Kühlaustauschturm 26 über eine Leitung 28, die einen Wärmetauscher 29 enthält, geführt werden. Das Filter 18 und/oder die Kuppel-22-Wasserumwälzvorrichtung kann zur Kühlung des Bündels B in Kombination mit irgendeiner der hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, unter der Annahme, dass geeignete Modifikationen vorgesehen werden.
In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, enthält die Vorrichtung zur Kühlung eines Lichtbündels B einen geschlossenen Kühlkreislauf 130. Eine Kühlkammer 116 ist so angeschlossen, dass sie durch den Kreis 130 sich bewegendes Fluid führt. Eine Bildprojektionsvorrichtung 114 ist in der Kammer 116 angebracht. Die Kammer 116 weist infolge des Umlaufs eines wärmeleitenden Gases 134, das sich durch den Kreis 130, wie durch die mit G bezeichneten Richtungspfeile angegeben, bewegt, eine thermisch geschützte Umgebung auf. Ein Kompressor 132 arbeitet so, dass er das wärmeleitende Gas 134, das vorzugsweise ein Fluor enthaltendes Kühlmittel, wie etwa Octafluorpropan (C₃F₈), bei dieser Ausführungsform ist, so bewegt, dass es im Kreis 130 umgewälzt wird, wobei der Wärmetauscher 142 beim Umlauf des Kühlmittels im Kreis 130 Wärme aus dem Kühlmittel 134 entfernt. Das gekühlte Kühlmittel 134 wird aus dem Wärmetauscher 142 durch den Kreis 130 bewegt und zur Kühlkammer 116 zurückgeführt, wo es der Bildprojektionsvorrichtung 114 Wärme entzieht und so eine thermisch geschützte Umgebung für die Vorrichtung 114 in der Kammer 116 schafft. Das erwärmte Kühlmittel 134 wird dann durch den Kompressor 132 rezirkuliert und der Zyklus wiederholt.
Die thermisch geschützte Umgebung in der Kammer 216, 6, enthält eine Atmosphäre aus einem zerstäubten wärmeleitenden Fluid. Dies wird durch einen zusätzlichen Kreis 240, der mit dem Kreis 230 verbunden ist und durch eine geeignete Niederdruckflüssigkeitspumpe 238 betrieben wird, einen Trennturm 252, der eine wärmeleitendes Fluid 254, wie etwa Wasser oder alternativ einen Fluorkohlenstoff, wie etwa Perfluorhexan (C₆F₁₄) enthält, und einen Aerosolerzeuger 256, wie etwa Modell 646 Jet Nebulizer, hergestellt von DeVilbiss, erreicht. Der Aerosolerzeuger 256 erhält das vom Kompressor angetriebene wärmeleitende Gas, d. h. Helium 234, aus der Leitung 244 und erhält auch das wärmeleitende Fluid 254 aus der Leitung 241 des Kreises 240. Das wärmeleitende Fluid 254 wird vernebelt, d. h. in dem Aerosolerzeuger 256 zerstäubt und wird mit dem wärmeleitenden Gas 234 in dem Erzeuger 256 vereinigt. Diese Kombination wird, unterstützt durch einen Kompressor 232, in die Kühlkammer 216 geführt, wo sie der Bildprojektionsvorrichtung 214 Wärme entzieht. Die erwärmte Kombination wird über die Leitung 244 einem Wärmetauscher 242 zugeführt, wo die Wärme entfernt wird. Die gekühlte Kombination, d. h. Helium 234 und das wärmeleitende Fluid 254, wird dann über die Leitung 244 zum Trennturm 252 geführt, wo sich das wärmeleitende Fluid 254 und das Helium 234 trennen, das wärmeleitende Fluid 254 wird über die Leitung 241 zum Aerosolerzeuger 256 zurückgepumpt, das Helium 234 wird komprimiert und über die Leitung 244 zum Erzeuger 256 zurückgeführt, und der Zyklus wird wiederholt.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die thermisch geschützte Umgebung in einer Kammer 316, 7, eine Atmosphäre aus zerstäubtem wärmeleitenden Fluid. Dies wird durch einen zusätzlichen Kreis 340, der mit dem Kreis 330 verbunden ist und durch eine geeignete Niederdruckflüssigkeitspumpe 338 betrieben wird, einen Trennturm 352, der ein wärmeleitendes Fluid 354, wie etwa Wasser oder alternativ einen Fluorkohlenstoff, wie Perfluorhexan (C₆F₁₄) enthält, und einen Aerosolerzeuger 356 erreicht.
Der Aerosolerzeuger 356 erhält das komprimierte wärmeleitende Gas, d. h. Helium 334, aus der Leitung 344 und auch die wärmeleitende Flüssigkeit 354 aus der Leitung 341 des Kreises 340. Das wärmeleitende Fluid 354 wird vernebelt, d. h., in dem Aerosolerzeuger 356 zerstäubt, und vereinigt sich mit dem Helium 334 im dem Erzeuger 356. Diese Kombination wird in eine Kühlkammer 316 geführt, wo sie der Bildprojektionsvorrichtung 314 Wärme entzieht. Die erwärmte Kombination wird über die Leitung 344 einem Wärmetauscher 342 zugeführt, wo Wärme ent fernt wird. Die gekühlte Kombination, d. h., das Helium 334 und das wärmeleitende Fluid 354 werden dann über die Leitung 344 einem Trennturm 352 zugeführt, wo das wärmeleitende Fluid 354 und das Helium 334 getrennt werden, und das Helium 334 wird komprimiert und dann über den Kompressor 332 und die Leitung 344 zum Erzeuger 356 zurückgeführt. Das wärmeleitende Fluid 354 wird zu einem Kühlturm 360 geleitet, wo eine zusätzliche Kühlung stattfindet. Der Kühlturm 360 befindet sich in einem zusätzlichen Kühlkreis 370, der einen Wärmetauscher 372, einen Kompressor 374 und einen Hydrofluorkohlenstoff (HFC) 376, wie etwa ein kommerziell verfügbares Fluor enthaltendes Kühlmittel, bezeichnet mit R-404A, enthält, welches durch den Kühlturm 360 gepumpt wird, um das wärmeleitende Fluid 354 zusätzlich zu kühlen. Das wärmeleitende Fluid 354 wird dann über die Pumpe 338 zum Aerosolerzeuger 356 zurückgepumpt, und der Zyklus wird wiederholt. Dieser zusätzliche Kühlschritt senkt die Temperatur des wärmeleitenden Fluid 354 unter Umgebungstemperatur, um eine bessere Wärmeentfernung in der Kühlkammer zu erzielen.
Die Erfindung wurde gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben, es ist aber anerkannt, dass Abwandlungen und Änderungen darin vorgenommen werden können, ohne die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

Vorrichtung zum Kühlen eines Lichtbündels, welche aufweist: eine Lichtbündelquelle (10, 12); einen geschlossenen Gaskühlkreis (44, 130, 230, 330); eine mit dem Gaskreis verbundene Kühlkammer (16, 116, 216, 316) ; eine Bildprojektionsvorrichtung (14, 114, 214, 314), die in der Kammer angebracht ist und so eingerichtet ist, dass sie durch das Lichtbündel beleuchtet wird, wobei die Kammer eine thermisch geschützte Umgebung für die Bildprojektionsvorrichtung liefert, ein den Gaskreis und die Kammer füllendes wärmeleitendes Gas, und eine Antriebsvorrichtung, die so betreibbar ist, dass sie das wärmeleitende Gas so bewegt, dass es in dem Kreis zirkuliert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist: einen Kühlaustauschturm (26) mit einem Kühlflüssigkeitsvorrat darin, einen Flüssigkeitskühlkreis (41) zum Kühlen der in dem Turm enthaltenen Flüssigkeit, wobei der Turm auch mit dem Gaskühlkreis verbunden ist, und eine Pumpenvorrichtung (38), welche die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskühlkreis bewegt, wodurch das wärmeleitende Gas in dem Kühlaustauschturm gekühlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Antriebsvorrichtung das Gas durch den Turm bewegt, wodurch das Gas ansprechend auf die Bewegung durch den Kühlbehälter hindurch gekühlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner aufweist: ein wärmeextrahierendes dichroitisches Filter (11, 19), das in dem Lichtbündel benachbart zur Kühlkammer angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner aufweist: ein wärmeextrahierendes Fluidfilter, welches in dem Lichtbündel angebracht ist, wobei das Fluidfilter ein Glaskuppel (22) -Gehäuse benachbart zur Lichtbündelquelle aufweist, wobei die Kuppel darin eine Leitung zum Leiten von Flüssigkeit aus dem Turm durch die Kuppel enthält, und eine Pumpe zum Bewegen der Flüssigkeit durch die Kuppel.
Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner aufweist: eine dichroitische Beschichtung (24) auf der Oberfläche der Kuppel benachbart zur Lichtbündelquelle.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist: einen mit dem Gaskreis verbundenen Fluidkreis (240), wobei der Fluidkreis eine Pumpe zum Durchbewegen von Fluid durch ihn aufweist, einen Trennturm (252) , der mit dem Gaskreis (230) und dem Fluidkreis (240) verbunden ist, wobei der Trennturm einen Vorrat an wärmeleitendem Fluid enthält, und einen Aerosolerzeuger (256), der mit dem Gaskreis und mit dem Fluidkreis verbunden ist, wodurch der Aerosolerzeuger das wärmeleitende Fluid zerstäubt, das zerstäubte Fluid mit dem wärmeleitenden Gas kombiniert und die Kombination aus wärmeleitendem Gas und zerstäubtem Fluid zu der Kühlkammer für ein Herausziehen von Wärme aus der Bildprojektionsvorrichtung bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist: einen mit dem Gaskreis (330) verbundenen Fluidkreis (340), wobei der Fluidkreis eine Pumpe (338) zum Durchbewegen von Fluid durch ihn aufweist; einen Kühlkreis (370), der für ein Kühlen des Fluids in dem Fluidkreis angeschlossen ist, einen mit dem Gas- und dem Fluidkreis verbunden Trennturm (352), wobei der Trennturm, einen Vorrat an wärmeleitendem Fluid enthält, und einen Aerosolerzeuger (356), der mit dem Gas- und dem Flüssigkeitskreis verbunden ist, wodurch der Aerosolerzeuger das wärmeleitende Fluid zerstäubt, das zerstäubte Fluid mit dem wärmeleitenden Gas kombiniert und die Kombination aus wärmeleitendem Gas und zerstäubtem Fluid zu der Kühlkammer für ein Herausziehen von Wärme aus der Bildprojektionsvorrichtung (314) bewegt.