DE3510021A1

DE3510021A1 - Projektionsfernsehbildroehre

Info

Publication number: DE3510021A1
Application number: DE19853510021
Authority: DE
Inventors: Albert Dr. Comberg; Johann Dr. 5100 Aachen Schröder
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1986-09-25
Also published as: EP0196699A1; US4678961A; ES8703061A1; DE3666310D1; ES553076A0; KR940001018B1; JPS61218041A; CA1265572A; EP0196699B1; KR860007699A; JPH0824036B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsfernsehbildrohre mit einer evakuierten Hülle mit einem Bildfenster, das an der Innenseite mit einem Bildschirm versehen ist und vor dem auf der Außenseite ein lichtdurchlässiges zweites Fenster angeordnet ist, wobei durch den Raum zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster eine lichtdurchlässige Kühlflüssigkeit strömt, die die am Bildfenster aufgenommene Wärme über einen Kühlkörper an die Umgebung abgibt.

Eine derartige Bildrohre ist aus der DE-OS 30 21 431 bekannt. Mit Hilfe eines Elektronenstrahles wird an dem Bildschirm, der meistens eine Phosphorschicht oder ein Muster unterschiedlicher Phosphore aufweist, ein Raster beschrieben. Durch den Elektronenbeschuß nimmt die Temperatur des Phosphors zu, wodurch der Lichtertrag des Bildschirms abnimmt ("thermal quenching"). Diese Erscheinung tritt insbesondere bei Bildrohren für Projektionsfernsehen auf, wobei zum Erhalten der erforderlichen großen Leuchtdichten der Bildschirm durch Elektronenstrahlen mit großen Strahlstromen abgetastet wird. Zugleich nimmt die Temperatur des Bildfensters zu und es entsteht ein Temperaturgradient an dem Bildfenster. Dieser Gradient verursacht eine mechanische Spannung in dem z.B. aus Glas bestehenden Bildfenster. Bei hohem Elektronenstrahlstrom und folglich hoher thermischer Belastung kann dies zu einem Bruch des Bildfensters führen. Um diese mechanischen Spannungen in dem Bildfenster durch Temperaturunterschiede ("thermal stress") zu verringern und die Verringerung des Lichtertrags zu

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vermeiden, ist es aus der bereits genannten DE-OS 30 21 431 bekannt, das Bildfenster und den damit verbundenen Bildschirm zu kühlen. Der mit Kühlflüssigkeit gefüllte Raum zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster ist bei einer ersten beschriebenen Ausführungsform oben, unten und seitlich von einem als Distanzglied dienenden und als Wärmestrahler wirkenden metallenen Kühlkörper umgeben. Durch den Temperaturanstieg des Bildfensters bewegt sich die durch das Bildfenster angewärmte Kühlflüssigkeit am Bildfenster entlang nach oben und am zweiten Fenster entlang nach unten, wodurch auch die Wärme von der Mitte des Bildfensters über den Kühlkörper abgeführt wird. Bei geringer Belastung, beispielsweise weniger als 5 W, wird die Wärme hauptsächlich durch Leitung zu dem zweiten Fenster abgeführt. Bei höherer Belastung tritt die oben beschriebene Flüssigkeitsströmung auf, mit einer damit einhergehenden, aber wenig wirksamen zusätzlichen Kühlung durch den Kühlkörper.

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Mit einem derartigen geschlossenen Kühlsystem lassen sich Kathodenstrahlröhren bis etwa 40 W Strahlstromleistung im Dauerbetrieb betreiben. Ein schwerwiegender Nachteil der bekannten Bildröhre ist jedoch, daß keine Maßnahmen für den Fall vorgesehen sind, daß die Röhre für einen bestimmten Zeitraum oberhalb der erlaubten Belastung von etwa 40 W betrieben wird. Die thermische Dynamik der bekannten Bildröhre wird nämlich im wesentlichen nur durch die zur Verfügung stehende Wärmekapazität von Kühlflüssigkeit, Kühl- und Röhrenkörper bestimmt. Die Folge ist ein mehr oder weniger schneller Temperaturanstieg der Kühlflüssigkeit und damit des Bildfensters über die erlaubte Temperatur hinaus.

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In der bereits genannten DE-OS 30 21 431 ist außerdem eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Kühlflüssigkeit außerhalb des Raumes einer Kühlung ausgesetzt wird. Dazu wird die Kühlflüssigkeit von der Oberseite des Raumes durch Rohre oder Schläuche und durch eine Kühlkammer der Unterseite des Raumes zugeführt, und zwar durch Strömung infolge von Temperaturunterschieden in der Kühlflüssigkeit. Mit einem derartigen offenen Kühlsystem kann bis zu 100 W und mehr Strahlstromleistung vom Bildfenster abgeführt werden, doch sind diese offenen Systeme technisch sehr aufwendig, da sie einen externen Kuhlflussigkeitskreislauf und einen von den Röhren getrennten Wärmeaustausch benotigen. Wegen des hohen Fertigungsaufwandes eignen sich die offenen Systeme nicht besonders gut für Farbfernsehprojektionsgeräte im Hausbereich. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Rohre ist, daß bei Ersatz der Rohre in einem Projektor die Kühlflüssigkeit entfernt werden muß und die Schläuche bzw. Rohre von der Bildrohre gelost werden müssen.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, eine Bildrohre mit einem wirksameren Kühlsystem zu schaffen, so daß sich eine wirksame Kühlung auch bei Spitzenbelastungen von mehr als 40 W ergibt.

Die Erfindung hat ferner noch die Aufgabe, eine Bildrohre mit einer Kühlung ohne zusätzliche Rohre und gesonderte Wärmeaustauscher zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgaben weist eine Bildröhre der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß die Kühlflüssigkeit außerdem in wärmeleitender Berührung mit einem Latentwärmespeicher steht.

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Latentwärmespeicher nutzen die Latentwärme von chemischen Verbindungen (z.B. Glaubersalz, Natriumthiosulfat oder Lithiumfluorid) aus, die abgegeben wird, wenn diese Verbindungen kristallisieren, bzw. aufgenommen wird, wenn sie schmelzen (Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik, Band 3 (München 1980) S. 2525). Derartige chemische Verbindungen werden in diesem Zusammenhang als Latentwärmespeichermittel bezeichnet. Zur Kühlung von elektrischen Systemen oder Systemteilen, deren Betrieb mit einer nachteiligen Wärmeentwicklung verbunden ist, steht ein derartiges Latentwärmespeichermittel mit einem solchen System oder Systemteil in Berührung. Das Latentwärmespeichermittel nimmt zufolge seiner Wärmekapazität und seines Überganges vom festen in den flüssigen Zustand die aus dem System oder Systemteil abzuführende Wärme auf und gibt diese Wärme durch Wärmeleitung und Konvektion an die Umgebung des Systems oder Systemteiles ab (DE-AS 10 54 473, DE-PS 20 03 393, AT-PS 310 811), wobei das wärmeentwickelnde Systemteil gegebenenfalls vom Latentwärmespeieher getrennt ist und die Wärme zwischen den getrennten Teilen durch eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, übertragen wird, die sich in einem geschlossenen Kreislauf bewegt (US-PS 40 57 101).

Nach der Erfindung wird der Latentwärmespeicher zur Bewältigung von etwaigen Spitzenbelastungen im Kühlsystem von Kathodenstrahlröhren eingesetzt. Der Grundgedanke ist dabei, diese Spitzenbelastungen mit der Umwandlungsenthalpie des Latentwärmespeichermittels am Phasenübergang aufzufangen. Die Regeneration des Latentwärmespeichers erfolgt dann beim Betrieb der Kathodenstrahlröhre unter geringer Belastung, bzw. im abgeschalteten Zustand.

Wegen ihrer günstigen thermodynamisehen Eigenschaften werden Salzhydrate und Hydroxid-Hydrate als Latentwärmespeichermittel bevorzugt. In manchen Fällen ist es

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zweckmäßig, diesen Latentwärmespeichermitteln einen Keimbildner zuzusetzen, um ein Unterkühlen zu verhindern.

Besonders geeignete Latentwärmespeichermittel sind Calciumchlorid-Hexahydrat, Natriumacetat-Trihydrat und Natriumhydroxid-Monohydrat. Das letztgenannte Latentwärmespeichermittel hat den zusätzlichen Vorteil, daß es keinen Keimbildner benötigt.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und einiger AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine graphische Darstellung der abzuführenden Wärmeleistung einer Kathodenstrahlröhre als Funktion der Betriebszeit nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Temperatur der

Kuhlflüssigkeit als Funktion der Betriebszeit nach der Erfindung und
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Fig. 3 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Kathodenstrahlröhre mit Kühlsystem.

Die Wirkungsweise des Latentwärmespeichers wird in Fig. 1 und 2 verdeutlicht. In Fig. 1 ist die abzuführende Wärmeleistung P der Kathodenstrahlröhre als Funktion der Betriebszeit t dargestellt. P_K ist die kritische Wärmeleistung, bei der in bekannten Kühlsystemen die Temperatur des Bildfensters den erlaubten Wert überschreitet. Bei herkömmlich gekühlten Kathodenstrahlröhren ist ein sicheres Betreiben nur in den Zeitintervallen tQ bis t-j und t2 bis t3 möglich. In Fig. 2 ist dargestellt, wie sich die Temperatur der Kühlflüssigkeit und damit auch die Temperatur des Bildfensters bei einer erfindungsgemäß gekühlten Kathodenstrahlröhre verhält. Bei Erreichen der Schmelztemperatur Tg des Latentwärme-

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Speichermittels wird die in der Kühlflüssigkeit anfallende Wärme zum Erschmelzen des Latentwarmespeichermittels verwendet. Thermodynamisch gesehen bedeutet das Erreichen von Tg eine plötzliche Vergrößerung der Wärmekapazität des gesamten Kühlsystems. Der weitere Temperaturanstieg wird somit stark gedämpft, unabhängig vom Wärmeübergangskoeffizienten Kühlkörper/Luft. Die Kapazität des Latentwärmespeichers wird zweckmäßigerweise so groß gewählt, daß die im Zeitintervall t2 bis t-j durch P^ anfallende Mehrleistung aufgefangen werden kann.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele soll nun das Prinzip der Kathodenstrahlröhrenkühlung mit einem Latentwärmespeicher näher erläutert werden.

Beispiel 1

Es wird die in Fig. 3 schematisch dargestellte Anordnung aus einer Kathodenstrahlröhre 1 und einem Kühlkörper verwendet. Die Röhre ist mit einem Bildfenster 3 abgeschlossen, auf dessen Innenseite ein Bildschirm 4 angeordnet ist. Im wesentlichen parallel zur Außenseite des Bildfensters 3 ist ein lichtdurchlässiges zweites Fenster 5 vorgesehen. 600 g des mit 6 bezeichneten Latentwärmespeichermittels Calciumchlorid-Hexahydrat CaCl₂.6H₂O, dem laut DE-PS 27 31 572 und DE-OS 32 40 ein Keimbildner zugesetzt wurde, sind in die Rippen des Kühlkörpers 2 eingebettet. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den relevanten Teil des Kühlkörpers. Der Kühlkörper 2 und seine Rippen bestehen aus 0,5 mm dickem Edelstahl, sie können aber auch aus Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem Aluminium bestehen. Verbindungen aus dem gleichen Material verleihen der Konstruktion Stabilität und dienen als Wärmebrücke im Latentwärmespeichermittel 6. Als Kühlflüssigkeit 8 dient Wasser, dessen Strömung durch Pfeile angedeutet ist. Die Erzeugung

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von Strömungen der Kühlflüssigkeit ist in den europäischen Patentanmeldungen 84 200 784.1 und 84 200 785.8 vorgeschlagen worden. Anstelle von Wasser können auch andere, in diesem Zusammenhang bekannte Wärmetransportmittel gewählt werden. Zur Wärmeübertragung vom Bildfenster an den Kühlkörper kann auch das sogenannte Heat-pipe-Prinzip ausgenutzt werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kathoden-Strahlrohre für eine Dauerbelastung von 30 W vorgesehen. Bei einem solchen Dauerbetrieb ist mit einer Kühlflüssigkeitstemperatur von etwa 30⁰C (abhängig von der Kühlrippenoberfläche) zu rechnen. Das Latentwärmespeichermittel CaCl2-6H2O wurde deshalb ausgewählt, weil sein Schmelzpunkt bei T_s = 29,6^eC liegt. Wird die Kathodenstrahlröhre mit einer Leistung P > 30 W betrieben, wird der Temperaturanstieg der Kühlflüssigkeit bei Tg gestoppt und die zusätzliche Energie zum Erschmelzen des CaCl2.6H2O benutzt.

Da die Schmelzenthalpie von CaC^.öE^O ΔΗ_£ = 188 kJ/kg beträgt, kann das Kühlsystem somit eine Überlast von 113 . 10·^ Wsec auffangen. Mit anderen Worten, eine Überlastung der Rohre von z.B. 33% der Grundlast kann selbst bei einer Öberlastungsdauer von gut 3 Stunden kompensiert werden.

Beispiel 2

Die konstruktive Anordnung entspricht der von Ausführungsbeispiel 1. Als Latentwärmespeichermittel wird aber Natriumacetat-Trihydrat C^COONa . 3E^O verwendet. Nach der DE-Patentanmeldung P 34 11 399.1 ist der Zusatz eines Keimbildners vorgesehen. Die technisch relevanten

Eigenschaften von Natriumacetat-Trihydrat sind

= 289 kJ/dm³

	= 58°	C
Δ Hf	= 226	kJ/kg
CPfest	= 2,79	kJ/kgK
^cPflüssig	= 4,58	kJ/kgK

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die maximale Bildfenstertemperatur der Kathodenstrahlröhre bei etwa 6O⁰C liegt. In bezug auf Ausführungsbeispiel 1 profitiert man hier in besonderer Weise von der Tatsache, daß sich die spezifische Wärme Cp des Latentwärmespeichermittels CH3COONa . 3H2O beim Erschmelzen verdoppelt.

Beispiele 3 und 4

Die konstruktive Anordnung entspricht der von Beispiel Als Latentwarmespeichermittel wird aber Natriumhydroxid-Monohydrat verwendet, und zwar entweder in Form der kongruent schmelzenden Zusammensetzung (NaOH.H20)_con von 68,5 Gew.% NaOH und 31,5 Gew.% H2O oder in Form der eutektischen Zusammensetzung (NaOH.H2O)_eut mit 74,2 Gew.% NaOH. Die technisch relevanten Eigenschaften dieser Latentwarmespeichermittel sind

(NaOH.H₂O)_con (NaOH.H₂O)_eut

T_s 64,3⁰C 61,O⁰C

£ H_f 227,6kJ/kg=378,0kJ/dm³ 195,6kJ/kg=335,8kJ/dm³ CPfest !'" WkgK 1/51 kJ/kgK

CPflüssig ²'⁴⁸ kJ/kgK 4,58 kJ/kgK

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- Leerseite -

Claims

3510CÜ1 )

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PATENTANSPRÜCHE

η/. Projektionsfernsehbildröhre mit einer evakuierten Hülle mit einem Bildfenster, das an der Innenseite mit einem Bildschirm versehen ist und vor dem auf der Außenseite ein lichtdurchlässiges zweites Fenster angeordnet ist, wobei durch den Raum zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster eine lichtdurchlässige Kühlflüssigkeit strömt, die die am Bildfenster aufgenommene Wärme über einen Kühlkörper an die Umgebung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit außerdem in wärmeleitender Berührung mit einem Latentwärmespeicher steht.
2. Bildröhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, däß^der Latentwärmespeicher ein Salzhydrat als Latentwarmespeichermittel enthält.
3. Bildröhre nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher Calciumchlorid-Hexahydrat als Latentwarmespeichermittel enthält.
4. Bildröhre nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher Natriumacetat-Trihydrat als Latentwarmespeichermittel enthält.
5. Bildröhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher ein Hydroxid-Hydrat als Latentwarmespeichermittel enthält. 30

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6. Bildröhre nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher Natriumhydroxid-Monohydrat als Latentwärmespeichermittel enthält.
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7. Bildrohre nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher Natriumhydroxid-Monohydrat in Form der bei 64,3⁰C kongruent schmelzenden Zusammensetzung von 68,5 Gew.% NaOH und 31,5 Gew.% H₂O enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher Natriumhydroxid-Monohydrat in Form der bei 61,0^eC schmelzenden eutektischen Zusammensetzung mit 74,2 Gew.% NaOH enthält.
9. Bildröhre nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Latentwärmespeichermittel einen Keimbildner enthält.
10. Bildröhre nach Anspruch 1, 2, 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentwärmespeichermittel (6) in die Rippen des Kühlkörpers (2) eingebettet ist.