KR101946108B1 - 램프 작동 온도의 조절 및 제어에 의해 열응력을 감소시키는 방법 및 장치 - Google Patents

램프 작동 온도의 조절 및 제어에 의해 열응력을 감소시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

유체 입력 매니폴드는 전구를 임계값 아래로 냉각시키기 위해, 주입된 유체를 전구의 본체의 둘레로 분포시킨다. 또한, 주입된 유체는 열응력을 감소시키기 위해 전구의 표면을 따라 열을 더욱 균일하게 분포시킨다. 유체 입력 매니폴드는 실질적인 층류 유체 흐름을 전구의 표면을 따라 지향시키기 위해 하나 이상의 에어포일을 포함할 수 있거나, 또는 유체 입력 매니폴드는 실질적인 층류 유체 흐름을 생산하도록 지향된 복수의 주입 노즐을 포함할 수 있다. 출력 부분은 주입된 유체가 전구로부터의 열을 흡수한 후 용이하게 탈출할 수 있게 함으로써, 또는 주입된 유체를 전구의 표면을 따라 능동적으로 드로잉하도록 음압을 적용함으로써, 전구의 표면을 따라 유체 흐름을 촉진시키도록 구성될 수 있다.

Description

램프 작동 온도의 조절 및 제어에 의해 열응력을 감소시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS TO REDUCE THERMAL STRESS BY REGULATION AND CONTROL OF LAMP OPERATING TEMPERATURES}
본 출원은 35 U.S.C. 119조(e) 하에서 여기에 참조 인용된, 2012년 8월 28일자 출원된 미국 가특허출원 제61/693,886호의 이점을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 아크(arc) 램프에 관한 것이며, 특히 아크 램프 전구의 냉각에 관한 것이다.
아크 램프 및 다른 고출력 전구에 있어서, 열적 크리이프(thermal creep)로 인한 잔류 응력은 전구 파손의 주된 요인이다. 열적 크리이프는 아크 램프로부터의 높은 자외선(UV) 출력에서, 증가된 작동 온도로 이어지는 유리에서의 UV 광의 높은 흡수로 인해, 통상적인 DC 방출 작업 모드에서 또는 램프에서의 레이저 지속형 플라즈마(laser sustained plasma)로 악화된다.
전형적으로, 전구는 냉각을 위해 자연 대류(natural convection)에 의존한다. 자연 대류 냉각은 램프 상에 상당히 비대칭적인 온도 프로필로 나타난다. 또한, 750 ℃보다 낮은, 일반적으로 허용되는 작동 램프 온도 한계치는 과도하며 또한 잔류 응력의 신속한 축적으로 나타난다. 600 ℃보다 낮은 피크(peak) 온도가 더 지속될 것이다.
결과적으로, 고출력 전구를 600 ℃ 아래의 작동 온도로 능동적으로 냉각시키기에 적합한 장치가 존재한다면 유리할 것이다.
따라서 본 발명은 고출력 전구를 600 ℃ 아래의 작동 온도로 능동적으로 냉각시키기 위한 신규한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체 입력 매니폴드는, 전구를 임계치 아래로 냉각하기 위해, 주입된 유체를 전구의 본체 둘레로 분포시킨다. 또한 주입된 유체는, 열응력을 감소시키기 위해, 전구의 표면을 따라 열을 균일하게 분포시킨다.
일 실시예에 있어서, 유체 입력 매니폴드는 전구의 표면을 따라 실질적인 층류 유체 흐름을 지향시키기 위해 하나 이상의 에어포일(airfoil)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 유체 입력 매니폴드는 실질적인 층류 유체 흐름을 생산하도록 배향되는 복수의 유체 주입 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 출력 부분은 주입된 유체가 전구로부터 열을 흡수한 후 용이하게 탈출하는 것을 허용함으로써, 또는 주입된 유체를 전구의 표면을 따라 능동적으로 빨아들이도록 음압(negative pressure)을 적용함으로써, 전구의 표면을 따라 유체 흐름을 촉진시키도록 구성될 수 있다.
전술한 일반적인 설명과 하기의 상세한 설명 모두는 예시적이고 설명적이며, 또한 청구된 발명을 제한하지 않음을 인식해야 한다. 명세서에 통합되고 또한 명세서의 일부를 구성하는 첨부의 도면은, 발명의 실시예를 도시하고 있으며, 또한 일반적인 설명과 함께 원리를 설명하는데 사용된다.
본 발명의 많은 이점은 첨부의 도면을 참조하여 본 기술분야의 숙련자에 의해 더욱 잘 이해될 수 있다.
도 1은 에어포일을 갖는 본 발명의 일 실시예의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 입력 부분의 주변도(environmental view)를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 입력 부분의 상세한 횡단면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 입력 부분의 다른 상세한 횡단면도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 입력 부분을 위로부터 본 상세한 횡단면도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿(pilot) 제트 조립체의 상세한 사시도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 입력 부분의 상세한 횡단면도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 입력 부분의 상세한 횡단면도를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환형 노즐의 상세한 사시도를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예의 출력 부분의 상세한 횡단면도를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 출력 부분의 사시도를 도시하고 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 슬립클램프(slipclamp)의 상세한 사시도를 도시하고 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 통기형(vented) 전구 고정 요소의 상세한 사시도를 도시하고 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력캡의 상세한 사시도를 도시하고 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예의 사시 횡단면도를 도시하고 있다.
첨부한 도면에 도시된 바를 참조하여, 개시된 대상에 대해 상세히 설명될 것이다. 발명의 범위는 청구범위에 의해서만 제한되며; 많은 대안, 수정, 및 등가물이 포함된다. 명확함을 위해, 실시예와 관련된 본 기술분야에 알려진 기술적 자료는 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 설명되지 않았다.
열적 크리이프로 인한 잔류 응력은 전구 파손의 주된 요인이다. 이 효과는 아크 램프로부터의 높은 자외선(UV) 출력에서, 증가된 작동 온도로 이어지는 유리에서의 UV 광의 높은 흡수로 인해, 통상적인 DC 방출 모드에서 또한 램프 내의 레이저 지속형 플라즈마로 악화된다. 본 발명은 램프 작동 온도를 더욱 잘 제어하고 그리고 최적화하는 방법을 제공하며, 따라서 크리이프 유도된 응력 레벨을 안전 한계치로 감소시키며 또한 전구 파손을 방지한다. 모델링 접근법을 사용하여, 600 ℃보다 낮은 안전 작동 온도 한계치는, 그 점도 특성에 기초하여 다양한 유리 재료로 구성되는 램프를 위해, 응력 레벨이 과도하게 증가하지 못하게 한다.
도 1에 있어서, 에어포일을 갖는 본 발명의 일 실시예의 횡단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 적어도 일 실시예에 있어서, 아크 램프 유지 노드(node)(104)는 유체 입력부(100)를 포함할 수 있다. 유체 입력부(100)는 유체 매니폴드(128)에 의해 형성된 공간 내로 유체가 흐르게 한다. 적어도 일 실시예에 있어서, 유체 매니폴드(128)는 유체 흐름을 포함하거나, 또는 유체 흐름을 에어포일 요소(106)를 향하게 한다. 에어포일 요소(106)는 전구(108)의 표면 위로 실질적인 층류 유체 흐름을 형성할 수 있다. 전구(108)의 표면 위로의 유체 흐름은 전구(108)의 온도를 감소시키고 또한 전구(108)의 표면을 가로질러 열을 더욱 균일하게 분포시킬 수 있어서, 감소된 열응력으로 나타난다.
에어포일 구조는 레이저 저출력 작동을 위해 램프 온도를 제어하는데 효과적이지만, 그러나 이것은 레이저 고출력 작동 중 램프 온도 제어의 원형 균일성에 도달하기 위해 원하는 유량보다 더 많은 유량을 소비한다.
도 2에 있어서, 본 발명의 일 실시예의 입력 부분의 주변도가 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에 있어서, 램프는 전달 와이어(202)를 통해 전구(208)의 하나의 노드를 전원(206)에 연결하는 전구 고정 로크너트(locknut)(204)를 포함한다. 전구 고정 로크너트(204)는 전구(208)와 관련하여 파일럿 제트 조립체(228)를 유지할 수 있다. 파일럿 제트 조립체(228)는 입력부(200)를 통해 유체 흐름을 수용하며, 또한 유체 흐름을 전구(208) 위로 지향시킨다.
도 3에 있어서, 본 발명의 일 실시예의 입력 부분의 다른 상세한 횡단면도가 도시되어 있다. 입력 부분은, 전구(308)와 관련하여 직선형의 파일럿 제트 조립체(328)를 유지하고 또한 전달 와이어(302)를 전구(308)의 노드에 접촉시키는, 전구 고정 로크너트(304)를 포함한다. 직선형의 파일럿 제트 조립체(328)는 입력부(300)를 통해 유체 흐름을 수용하며, 또한 복수의 직선형의 유체 지향 제트(310)를 통해 유체 흐름을 전구(308) 위로 지향시킨다.
직선형의 파일럿 제트 조립체(328)는 공기, 질소, 또는 다른 적절한 가스와 같은 냉각액을 복수의 직선형의 유체 지향 제트(310)로 분포시키기 위한 매니폴드일 수 있다. 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 일부 실시예에 유용한 유체는 액체를 포함할 수도 있음을 인식할 수 있다. 복수의 직선형의 유체 지향 제트(310)는 직선형의 파일럿 제트 조립체(328)의 둘레로 실질적으로 균일하게 분포될 수 있다. 직선형의 유체 지향 제트(310)는 전구(308)의 표면에 고착하려는 경향의 고속 플룸(plume)을 생산할 수 있다. 직선형의 유체 지향 제트(310)는 유체 흐름의 방향성에 대해 좋은 제어를 제공하며, 또한 감소된 출력 노즐(예를 들어, 0.45 mm)은 유체가 낮은 대기압 내로 노즐을 빠져나올 때 주울-톰슨(Joule-Thomson) 냉각을 통해 추가적인 냉각 효과를 제공할 수 있다. 본 발명의 내용에 있어서, "직선형의" 유체 지향 제트(310)는 각각의 직선형의 유체 지향 제트(310)를 위해, 직선형의 유체 지향 제트(310)에 의해 형성된 축선과 전구(308)에 의해 형성된 축선이 평면을 형성한다는 점에서 직선형일 수 있다. 각각의 직선형의 유체 지향 제트(310)는 유체 흐름을 전구(308)의 표면을 향해 지향시키도록 배향될 수 있다. 적어도 일 실시예에 있어서, 직선형의 유체 지향 제트(310)는 유체 흐름을 전구(308)의 "힙(hip)"[구형부(bulbous)가 실질적인 직선형 부분과 교차하는 전구(308)의 일부]을 향해 지향시키도록 배향될 수 있다. 직선형의 유체 지향 제트(310)는 안정 상태 구배(gradient)를 생산할 수 있다.
도 4에 있어서, 본 발명의 일 실시예의 입력 부분의 상세한 횡단면도가 도시되어 있다. 입력 부분은, 전구(408)와 관련하여 경사진 파일럿 제트 조립체(428)를 유지하고 또한 전달 와이어(402)를 전구(408)의 노드와 접촉시키는, 전구 고정 로크너트(404)를 포함한다. 경사진 파일럿 제트 조립체(428)는 입력부(400)를 통해 유체 흐름을 수용하며, 또한 하나 이상의 경사진 유체 지향 제트(410)를 통해 전구(408) 위로 유체 흐름을 지향시킨다.
경사진 파일럿 제트 조립체(428)는 냉각액을 경사진 유체 지향 제트(410)로 분포시키기 위한 매니폴드일 수 있다. 복수의 경사진 유체 지향 제트(410)는 경사진 파일럿 제트 조립체(428)의 둘레로 실질적으로 균일하게 분포될 수 있다. 경사진 유체 지향 제트(410)는 전구(408)의 표면에 고착하려는 경향의 고속 플룸을 생산할 수 있다. 경사진 유체 지향 제트(410)는 유체 흐름의 방향성에 대해 좋은 제어를 제공하며, 또한 감소된 출력 노즐(예를 들어, 0.45 mm)은 유체가 낮은 대기압 내로 노즐을 빠져나올 때 주울-톰슨 냉각을 통해 추가적인 냉각 효과를 제공할 수 있다. 본 발명의 내용에 있어서, "경사진" 유체 지향 제트(410)는 각각의 경사진 유체 지향 제트 조립체(410)를 위해, 경사진 유체 지향 제트 조립체(410)에 의해 형성된 축선과 전구(408)에 의해 형성된 축선이 평면을 형성하지 않는 점에서 경사질 수 있으며, 또한 경사진 유체 지향 제트(410)는 전구(408)의 둘레에 유체 흐름 소용돌이를 유도한다. 각각의 경사진 유체 지향 제트 조립체(410)는 유체 흐름을 전구(408)의 표면을 향해 지향시키도록 배향될 수 있다. 적어도 일 실시예에 있어서, 경사진 유체 지향 제트(410)는 일반적으로 유체 흐름을 전구(308)의 힙을 향해 지향시키도록 배향될 수 있다. 경사진 유체 지향 제트(310)는 국부적인 구배를 감소시키며, 또한 비-원통형 엔빌로프(envelope) 상에 충돌각(impingement angle)을 낮춘다.
도 5에 있어서, 본 발명의 일 실시예의 입력 부분을 위로부터 본 상세한 횡단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 입력 부분은 냉각액을 수용하고 그리고 냉각액을 복수의 유체 지향 제트(510)로 분포시키는 매니폴드로서 구성된 파일럿 제트 조립체(528)를 포함할 수 있으며, 상기 각각의 유체 지향 제트(510)는 유체가 전구(508)의 표면에 고착되어 전구(508)를 냉각할 수 있도록, 또는 열을 전구(508)의 둘레로 재분포시키도록, 또는 이 모두를 실행하도록, 유체를 전구(508)를 향해 또는 전구(508)의 둘레로 지향시키도록 구성된 노즐(550)을 형성한다. 적어도 일 실시예에 있어서, 유체 지향 제트(510)는 냉각액을 전구(508)의 힙 부분(548)을 향해 지향시킨다.
작동 중 전구(508) 상의 열부하(heat load)는, (유리의 복사선 흡수로 인해) 전구(508) 적도(equator)에 또한 (대류로 인해) 전구(508)의 상부 부분에 적용된다. 전구(508)의 바닥 부분은 더 차가운 경향이 있으며, 또한 내부 가스 순환을 위한 정체 지역을 갖는 경향이 있다. 외부 냉각액 흐름을 전구(508)의 고온 부분으로부터 전구(508)의 베이스로 지향시키는 것은, 베이스의 온도를 상승시키는 것을 허용하여, 전구(508)를 위해 더욱 균일한 온도 프로필을 형성하며, 열응력을 감소시키고, 솔라리제이션(solarization)을 감소시키며, 또한 전구(508)의 모든 부분을 원하는 온도 범위로 유지시키는 것을 돕는다. 예를 들어 Hg 또는 H2O 함유 전구(508)를 위해, 전구(508)의 내측의 종(species)의 휘발을 요구하는 적용 시, 전구(508)의 베이스 부분을 위한 온도의 제어도 중요하다.
도 6에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 제트 조립체(628)의 상세한 사시도가 도시되어 있다. 파일럿 제트 조립체(628)는 냉각액을 수용하기 위해 입력 부분(614)을 형성한다. 파일럿 제트 조립체(628)는 냉각액을, 파일럿 제트 조립체(628)의 표면의 둘레로 규칙적으로 배치되는 복수의 유체 지향 제트(610)로 분포시킨다. 작동 중, 기계적 구조로 인해 상당한 압력 레벨이 파일럿 제트 조립체의 내측에 설정되며, 또한 유체가 각각의 유체 지향 제트(610)로부터 균일하게 흐를 것이다. 유체 지향 제트(610)는 냉각액을 전구를 향해 지향시킨다. 전구는 파일럿 제트 조립체(628)에 의해 형성된 전구 접근 부분(612)을 통해 전구의 노드를 통과함으로써 전원에 연결될 수 있다. 복수의 유체 지향 제트(610)는 전구의 둘레에 소용돌이를 생산하기 위해 직선형이거나 또는 경사질 수 있다.
적어도 일 실시예에 있어서, 파일럿 제트 조립체(628)는 다른 구조적 변형예에서 전구의 베이스에 설치될 수 있다. 전구의 둘레에는, 냉각액 흐름의 지향 및/또는 전구 근처의 과열된 수증기와 같은 냉각 제트의 추가적인 종의 포함을 허용하는, 외부의 투명한 차폐물(shield)이 있을 수 있다.
도 7에 있어서, 본 발명의 다른 실시예의 입력 부분의 상세한 횡단면도가 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에 있어서, 램프는 전달 와이어(702)를 통해 전구(708)의 하나의 노드를 전원(706)에 연결하는 전구 고정 로크너트(704)를 포함한다. 전구 고정 로트너트(704)는 전구(708)와 관련하여 환형 노즐(728)을 유지한다. 환형 노즐(728)은 입력부(700)를 통해 유체 흐름을 수용하고, 또한 유체를 전구(708) 위로 지향시킨다.
도 8에 있어서, 본 발명의 다른 실시예의 입력 부분의 상세한 횡단면도가 도시되어 있다. 입력 부분은 전구(808)와 관련하여 환형 노즐(828)을 유지하기 위해 전구 고정 로크너트(804)를 포함한다. 환형 노즐(828)은 입력부(800)를 통해 유체 흐름을 수용하며, 또한 전구(808) 및 상기 전구(808)의 둘레에 원주방향으로 냉각액의 외피(mantle)를 형성하도록 구성된 하나 이상의 유체 챔버를 형성하는 유체 지향 칼라(830) 위로 유체를 지향시킨다.
도 9에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 환형 노즐의 상세한 사시도가 도시되어 있다. 환형 노즐은 전구의 둘레에 원주방향으로 냉각액의 외피를 형성하도록 구성된 하나 이상의 유체 챔버(932, 934)를 형성하는 유체 지향 칼라(930)를 포함할 수 있다. 상부 유체 챔버(932) 및 하부 유체 챔버(934)는 유체 압력 및 흐름을 조절하도록 구성되는 갭(gap)에 의해 분리될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 갭은 0.100 mm 일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 갭은 0.075 mm 일 수 있다. 갭의 크기는 상부 유체 챔버(932)와 하부 유체 챔버(934) 사이에, 그리고 그에 따라 전구의 둘레에, 유체 흐름을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 전구의 베이스에 위치되는 냉각 가스를 위한 배출부를 포함할 수 있다. 배출부는 유체 흐름을, 전구의 둘레로 그리고 베이스로 지향시키는 것을 돕는다. 배출부는 배출 라인에 음압을 형성함으로써 증가 및/또는 제어될 수 있다.
도 10에 있어서, 본 발명의 일 실시예의 출력 부분의 상세한 횡단면도가 도시되어 있다. 출력 부분은 전구(1008)의 노드를 유지하도록 구성되는 통기형 전구 고정 요소(1020)를 포함할 수 있다. 통기형 전구 고정 요소(1020)는 슬립클램프(1018)에 의해 제 위치에 유지될 수 있다. 슬립클램프(1018)는 물 채널로의 도전성 경로를 포함할 수 있다. 또한, 슬립클램프(1018)는 자외선을 지향시키도록 구성되는 배플(baffle)을 포함할 수 있다. 통기형 전구 고정 요소(1020) 및 슬립클램프(1018)는 실질적으로 출력캡(1016) 내에 포함될 수 있다. 출력캡(1016)은 유체 흐름을 출력부로 지향시키기 위해 하나 이상의 편향기(deflector)(1024)를 포함할 수 있다. 편향기(1024)는 전구(1008)로의 전기 접속을 허용할 수 있으며, 전구(1008)에 의해 발생된 열 및 이런 열의 흡수 후의 유체 흐름으로부터 이런 전기 접속을 보호한다.
도 11에 있어서, 본 발명의 일 실시예의 출력 부분의 사시도가 도시되어 있다. 전구(1108)의 표면 위로 흐르는 유체는 통기형 전구 고정 요소(1120)에 의해 형성되는 하나 이상의 통기부(1124)를 통과할 수 있다. 통기형 전구 고정 요소(1120)는 출력 슬립클램프(1118)에 의해 제 위치에 유지될 수 있다.
도 12에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 슬립클램프(1218)의 상세한 사시도가 도시되어 있다. 슬립클램프(1218)는 냉각액을 슬립클램프(1218)의 둘레로 지향시키기 위해 하나 이상의 유체 채널(1222)을 포함할 수 있다. 슬립클램프(1218)는 통기형 전구 고정 요소를 단단히 유지하도록 구성될 수 있다.
도 13에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 통기형 전구 고정 요소(1320)의 상세한 사시도가 도시되어 있다. 통기형 전구 고정 요소(1320)는 상기 통기형 전구 고정 요소(1320)에 의해 고정된 전구 위로 흐르는 유체가 통과할 수 있도록 하나 이상의 통기부(1324)를 형성할 수 있다. 또한, 통기형 전구 고정 요소(1320)는 열전쌍(thermocouple)과 같은 하나 이상의 열감지 요소(1340)를 포함할 수 있다. 열감지 요소(1340)는 전구 냉각 시스템이 전구의 온도에 기초하여 냉각액의 유동 속도를 변경하는 것을 허용한다. 열감지 요소(1340)로부터의 온도 기반 피드백은, 램프 제조에 사용되는 대부분의 유리 재료를 위해, 온도를 600 ℃보다 작은 안전 한계치로 감소시키는 수단을 제공한다.
도 14에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력캡(1416)의 상세한 사시도가 도시되어 있다. 출력캡(1416)은 슬립클램프 및 통기(venter) 전구 고정 요소를 수용할 수 있다. 통기형 전구 고정 요소의 통기부를 통해 흐르는 유체는, 출구(1426)를 통해 빠져나갈 수 있다.
도 15에 있어서, 본 발명의 다른 실시예의 횡단면도가 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에 있어서, 램프 유지 노드(1504)는 전구(1508)의 하나의 노드와의 전기 접촉을 허용한다. 램프 유지 노드(1504)는 전구(1508)를, 냉각액 입력부(1500)를 갖는 냉각액 매니폴드(1528)에 고정한다. 냉각액은 일부 압력 하에서 냉각액 입력부(1500)를 통해 냉각액 매니폴드(1528) 내로 흐른다. 거기로부터, 냉각액은 전구(1508)의 일부를 둘러싸는 냉각액 재킷(1536)에 의해 형성되는 유체 공간(1552) 내로 흐를 수 있다. 냉각액 재킷(1536)은, 냉각액 재킷(1536)에 의해 둘러싸이지 않는 전구(1508)의 부분을 냉각하기 위해, 지향된 실질적인 층류 흐름을 전구(1508)의 표면 위로 형성할 수 있다. 램프 유지 노드(1504) 또는 냉각액 매니폴드(1528) 또는 램프 유지 노드(1504) 냉각 및 유체 매니폴드(1528) 모두는 냉각을 추가로 강화시키기 위해 히트 싱크 부분을 포함할 수 있다.
도 16에 있어서, 본 발명의 다른 실시예의 횡단면도가 도시되어 있다. 램프 유지 장치는 램프(1604)의 노드를 유지하고 또한 노드와의 전기 접촉을 허용하도록 구성되는 램프 유지 노드(1604)를 포함할 수 있다. 또한, 램프 유지 노드(1604)는 히트 싱크(1628)를 램프(1608)에 고정할 수 있으며, 또한 냉각액 재킷(1636)을 제 위치에 유지할 수 있다. 냉각액 재킷(1636)은 냉각액 공간(1652)을 형성할 수 있다. 또한, 냉각액 재킷(1636)은 사용되지 않은 UV 복사선과 같은 임의의 복사선을 흡수하기 위한 재료를 포함할 수 있다. 냉각액 재킷(1636)의 일 실시예는 전구(1608)의 둘레로 튜브 형태로 말린 얇은 가요성 유리 시트일 수 있다. 냉각액 재킷(1636)은 내부 표면 또는 외부 표면 또는 내부 표면 및 외부 표면 모두에 침착되는 반사방지 코팅을 가질 수 있다.
냉각액은 입력부(1600)를 통해 흐르며, 또한 전구(1608)의 둘레에 실질적인 층류 유체 흐름을 형성한다. 또한, 냉각액은 냉각액 공간(1652) 내로 흐를 수 있다.
도 17에 있어서, 본 발명의 다른 실시예의 사시 횡단면도가 도시되어 있다. 램프는 전구(1708)의 노드를 유지하고 그리고 공급 전류가 전구(1708)에 적용되게 하는, 전구 고정 로크너트(1704)를 포함할 수 있다. 냉각액 공급 튜브(1700)가 냉각액을 공급한다. 적어도 일 실시예에 있어서, 냉각액은 열적 끼워맞춤(thermally fit) 노즐(1746)에 의해 형성되는 공간 내로 흐를 수 있다.
열적 끼워맞춤 노즐(1746)은 냉각액의 전달을 제한할 수 있다. 열적 끼워맞춤 노즐(1746)은 유체 공급 튜브(1700) 횡단면의 약 70 % 를 포함할 수 있는 제트를 형성할 수 있다. 제트 형태의(jetted) 주입은 유체를 히트 싱크 위로 당길 수 있다. 용융된 석영 절연 스페이서와 같은, 절연 스페이서(1744)는 유체 흐름을 지향시키는 유체 공간을 형성할 수 있다. 적어도 일 실시예에 있어서, 전구 냉각 장치는 절연 스페이서(1744)에 의해 형성된 공간을 통해 유체 흐름(1738)을 촉진시키도록 구성되는 히트 싱크(1728)를 포함할 수 있다.
따라서 본 발명은 이들 램프에 유용한 작동 수명의 연장으로 나타나는 통상적인 연속적인 DC 방전 모드나 또는 레이저 펌핑 및 지속형 플라즈마 모드로 작동되는 아크 램프의 작동 중 그리고 작동 후, 잔류 응력을 감소시킨다.
본 발명의 실시예의 전술한 설명에 의해 본 발명과 그리고 그 수반되는 많은 이점이 이해될 것으로 여겨지며, 또한 본 발명의 정신 및 범위로부터의 일탈 없이 또는 그 재료의 모든 이점의 희생 없이, 그 부품의 형태, 구성, 및 배치에 다양한 변화가 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 여기에서 전술한 형태는 단지 그 설명적인 실시예에 불과하며, 하기의 청구범위의 의도는 이런 변화를 아우르고 또한 포함하는 것이다.

Claims (20)

  1. 전구를 냉각시키는 장치로서:
    냉각액을 수용하고 또한 상기 냉각액을 전구의 주변의 둘레로 실질적으로 균일하게 분포시키도록 구성되는 냉각액 매니폴드; 및
    상기 냉각액 매니폴드 상에 배치되는 하나 이상의 냉각액 분포 요소로서, 상기 하나 이상의 냉각액 분포 요소 중 적어도 하나는 축소 공간(restricted space)에 의해 연결된 상부 챔버와 하부 챔버를 형성하는 환형 노즐을 포함하며, 상기 상부 챔버는 냉각액을 수용하도록 구성되고, 상기 하부 챔버는 냉각액을 냉각액 매니폴드로부터 전구의 표면을 따라 분포시키도록 구성되며, 상기 하나 이상의 냉각액 분포 요소는 전구의 표면을 따라 실질적인 층류 냉각액 흐름을 생성하도록 배향된 에어포일을 포함하는 것인 하나 이상의 냉각액 분포 요소
    를 포함하며, 상기 축소 공간은 상부 챔버로부터 하부 챔버로의 냉각액의 흐름을 제어하도록 구성되는 한편, 상기 냉각액의 주울-톰슨 냉각을 생성하도록 구성되는 것인 전구 냉각 장치.
  2. 제1항에있어서,
    하나 이상의 냉각액 분포 요소는, 냉각액을 전구의 힙(hip) 부분을 향해 지향시키기 위해, 냉각액 매니폴드의 표면을 따라 실질적으로 균일하게 분포되는 복수의 직선형의 파일럿 제트를 포함하는 것인 전구 냉각 장치.
  3. 제1항에있어서,
    하나 이상의 냉각액 분포 요소는, 전구의 표면을 따라 그 둘레에 냉각액 소용돌이(cooling fluid vortex)를 생성하기 위해, 냉각액 매니폴드의 표면을 따라 실질적으로 균일하게 분포되는 복수의 경사진 파일럿 제트를 포함하는 것인 전구 냉각 장치.
  4. 제1항에있어서,
    하나 이상의 냉각액 분포 요소는 냉각액을 지향시키는 에어포일을 포함하는 것인 전구 냉각 장치.
  5. 제1항에있어서,
    전구의 표면 위로 그리고 배출 출구를 통한 냉각액의 흐름을 촉진시키도록 구성되는 배출 요소를 더 포함하는 것인 전구 냉각 장치.
  6. 제5항에있어서,
    배출 요소는 전구의 온도를 측정하도록 구성되는 열전쌍을 포함하는 것인 전구 냉각 장치.
  7. 제6항에있어서,
    열전쌍에 연결되는 프로세서를 더 포함하며,
    상기 프로세서는,
    열전쌍으로부터 온도 데이터를 수신하고; 및
    상기 온도 데이터에 기초하여, 냉각액 매니폴드로의 냉각액의 흐름을 변경하도록 구성되는 것인 전구 냉각 장치.
  8. 제1항에있어서,
    냉각액 매니폴드는, 정상 작동 중 아크 램프 전구의 표면 온도를 600 ℃보다 낮게 유지하기에 충분한 속도로 냉각액을 수용 및 분포시키도록 구성되는 것인 전구 냉각 장치.
  9. 전구의 표면을 따라 열을 분포시키는 장치로서:
    냉각액을 수용하도록 구성된 한편, 하나 이상의 환형 노즐에 의해 상기 냉각액을 전구의 주변의 둘레로 실질적으로 균일하게 분포시키도록 구성되는 냉각액 매니폴드로서, 각 환형 노즐은 냉각액을 수용하도록 구성되는 상부 챔버 및 전구의 표면을 따라 냉각액을 투사하도록 구성되는 하부 챔버를 형성하며, 상기 상부 챔버와 하부 챔버는 상부 챔버로부터 하부 챔버로의 냉각액의 흐름을 제어하도록 구성되는 축소 공간에 의해 연결되는 것인 냉각액 매니폴드; 및
    상기 냉각액 매니폴드에 연결되며, 상기 전구의 제1 노드에 대응하는 상기 전구의 부분을 둘러싸도록 구성되는 냉각액 재킷
    을 포함하며, 상기 냉각액 재킷은 자외선 광을 흡수하도록 처리된 유리를 포함하는 것인 열 분포 장치.
  10. 제9항에있어서,
    냉각액 매니폴드는 냉각액 재킷과 전구의 힙 부분 사이에 배치되도록 구성되는 것인 열 분포 장치.
  11. 제9항에있어서,
    상기 전구의 제2 노드에 연결되며 또한 냉각액을 배출 영역으로 통과시키도록 구성되는 통기형 출구 요소를 더 포함하는 것인 열 분포 장치.
  12. 제11항에있어서,
    통기형 출구 요소는 전구의 온도를 측정하도록 구성되는 열전쌍을 포함하는 것인 열 분포 장치.
  13. 제12항에있어서,
    열전쌍에 연결되는 프로세서를 더 포함하며,
    상기 프로세서는,
    열전쌍으로부터 온도 데이터를 수신하고; 및
    상기 온도 데이터에 기초하여, 냉각액 매니폴드로의 냉각액의 흐름을 변경하도록 구성되는 것인 열 분포 장치.
  14. 제9항에있어서,
    냉각액 매니폴드는, 정상 작동 중 아크 램프 전구의 표면 온도를 600 ℃보다 낮게 유지하기에 충분한 속도로 냉각액을 수용 및 분포시키도록 구성되는 것인 열 분포 장치.
  15. 전구를 냉각하는 방법으로서:
    냉각액을 냉각액 분포 매니폴드 내로 주입하는 단계;
    하나 이상의 환형 노즐에 의해 냉각액을 전구의 주변의 둘레로 분포시키는 단계로서, 각 환형 노즐은 냉각액을 수용하도록 구성되는 상부 챔버 및 전구의 표면을 따라 냉각액을 투사하도록 구성되는 하부 챔버를 형성하며, 상기 상부 챔버와 하부 챔버는 상부 챔버로부터 하부 챔버로의 냉각액의 흐름을 제어하도록 구성되는 축소 공간에 의해 연결되는 것인 단계; 및
    전구의 표면 위로 실질적인 층류 냉각액 흐름을 생성하는 단계
    를 포함하며, 상기 실질적인 층류 냉각액 흐름은 전구의 제1 노드와 전구의 제2 노드에 의해 형성되는 축선을 따라 지향되는 것인 전구 냉각 방법.
  16. 제15항에있어서,
    주울-톰슨 냉각을 생성하기 위해 냉각액을 축소 개구(restricted opening)를 통과시키는 단계를 더 포함하는 것인 전구 냉각 방법.
  17. 제15항에있어서,
    전구의 노드에 음압 영역을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 음압 영역은 전구의 표면 위에서 배출 영역으로의 냉각액 흐름을 촉진시키도록 구성되는 것인 전구 냉각 방법.
  18. 제15항에있어서,
    전구의 적어도 일부와 관련된 온도를 검출하는 단계, 및
    상기 온도에 기초하여 주입 속도를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 것인 전구 냉각 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
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