CN110720020B - 热输送器件和投射型影像显示装置 - Google Patents

热输送器件和投射型影像显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明的热输送器件(1)包括：中空构造的壳体(2)；封入在壳体(2)的密闭空间中的工作液(3)；和配置在该密闭空间中的毛细管构造的多孔质构造部件(4)，壳体(2)能够以电动机作为驱动源绕旋转轴线(P)旋转。壳体(2)具有：利用来自发热体(5)的热使工作液(3)气化的蒸发部(S1)；和使气化了的蒸气冷凝而恢复为工作液(3)的冷凝部(S2)，相对于旋转轴线(P)，蒸发部(S1)设置在比冷凝部(S2)靠径向外侧的位置。

Description

热输送器件和投射型影像显示装置
技术领域
本发明涉及利用了由沸腾和蒸发、冷凝产生的相变传热的热输送器件，和使用这样的热输送器件的投射型影像显示装置。
背景技术
在该技术领域中，提案有一种投射型影像显示装置，其将从固体光源射出的激励光通过荧光体转换为可见光并效率良好地进行发光。在专利文献1中公开了下述结构：通过驱动电动机使形成有荧光体的圆板状的荧光体轮旋转，将从激励光照射装置射出的激励光(蓝色激光)照射到荧光体轮，由此发出多种荧光(红色光、绿色光)作为照明光使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-57375号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
形成在荧光体轮的荧光体膜获取激励光并将其转换为规定波段的荧光，将该荧光从荧光体膜表面输出，伴随进行波长转换时的发热而温度上升。因此，如果不对成为发热部的荧光体膜进行冷却，荧光体膜的发光效率就会降低。在专利文献1中，在荧光体轮的周围配置冷却风扇，利用该冷却风扇来冷却荧光体轮，但是空冷方式的冷却风扇难以将进行旋转动作的荧光体轮的发热部充分地冷却。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提高进行旋转动作的热输送器件的冷却效果。另外，本发明的另一目的在于提供一种投射型影像显示装置，其能够抑制荧光体轮的温度上升。
用于解决课题的技术手段
为了解决上述课题，本发明具有申请请求保护的范围中所记载的结构。举其一例，本发明是一种热输送器件，其在中空构造的壳体中封入有工作液，所述壳体包括：利用来自发热部的热使所述工作液气化的蒸发部；和使气化了的蒸气冷凝而恢复为所述工作液的冷凝部，所述热输送器件的特征在于：所述壳体以能够绕旋转轴线旋转的方式被支承，相对于所述旋转轴线，所述蒸发部设置在比所述冷凝部靠径向外侧的位置。
发明效果
依据本发明，利用进行旋转动作的热输送器件的离心力能够提高冷却效果。关于上述以外的本发明的目的、结构、效果能够通过以下的实施方式明确。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的热输送器件的外观立体图。
图2是沿着图1的A-A线的截面图。
图3是使用了另一多孔质构造部件的热输送器件的截面图。
图4是使用了又一多孔质构造部件的热输送器件的截面图。
图5是本发明的第二实施方式的热输送器件的外观立体图。
图6是沿着图5的B-B线的截面图。
图7是本发明的第三实施方式的热输送器件的外观立体图。
图8是沿着图7的C-C线的放大截面图。
图9是第三实施方式的热输送器件的分解立体图。
图10是第三实施方式的热输送器件所具有的多孔质构造部件的平面图。
图11是表示多孔质构造部件的变形例的平面图。
图12是关于图11中所示的多孔质构造部件的开口形状的说明图。
图13是表示多孔质构造部件的变形例的平面图。
图14是表示多孔质构造部件的变形例的平面图。
图15是表示设置在第一壳体的散热翼片的立体图。
图16是表示设置在第二壳体的散热翼片的立体图。
图17是表示设置在第二壳体的送风翼的立体图。
图18是表示本发明的实施方式的投影仪的功能模块的说明图。
图19是本实施方式的投影仪所具有的光源装置的示意图。
图20是本实施方式的投影仪所具有的另一光源装置的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，用于说明实施方式的全部附图中，原则上对于相同的部分标注相同的附图表标记而省略重复的说明。另一方面，对于在某个图中标注了附图标记并进行了说明的部分，在其它附图的说明时将不再次进行图示但也有标注相同的附图标记而提及的情况。
(热输送器件)
基于附图对本发明的热输送器件的实施方式进行说明。图1是第一实施方式的热输送器件的外观立体图，图2是沿着图1的A-A线的截面图。
如图1和图2所示，第一实施方式的热输送器件1包括：在内部具有密闭空间的中空构造的壳体2；封入在壳体2的密闭空间中的工作液3；和配置在壳体2的密闭空间内的毛细管构造的多孔质构造部件4。壳体2由铝或铜等的热传导性良好的金属材料等形成，整体上形成为圆板形状。在壳体2的中心部设置有轴孔2a，将未图示的电动机的旋转轴压入并固定于该轴孔2a中，由此壳体2能够以电动机作为驱动源绕旋转轴线P旋转。另外，在壳体2的外表面安装有发热体5，该发热体5沿着壳体2的下表面外周部圆环状地延伸。
多孔质构造部件4是利用毛细管现象使工作液3移动的部件，在本实施方式中，多孔质构造部件4在壳体2的密闭空间中的与发热体5对应的外周侧配置为截面L字状。在此，配置有多孔质构造部件4的壳体2内的外周侧区域，成为利用来自发热体5的热使工作液3气化的蒸发部S1，没有配置多孔质构造部件4的壳体2内的内周侧区域成为使气化的蒸气冷凝而恢复为工作液3的冷凝部S2。即，相对于旋转轴线P，蒸发部S1设置在比冷凝部S2靠径向外侧的位置。
在这样构成的热输送器件1中，来自发热体5的热经由壳体2的下表面部传导到多孔质构造部件4，被加热了的多孔质构造部件4中含有的工作液3沸腾而蒸发，该蒸气通过密闭空间的内周侧的冷凝部S2冷凝而恢复为工作液3。通过冷凝而液化了的工作液3利用进行旋转动作的壳体2的离心力和多孔质构造部件4的毛细管力，从内周侧的冷凝部S2向外周侧的蒸发部S1移动，再次反复进行在多孔质构造部件4的蒸发和在冷凝部S2的冷凝的循环。
如以上所说明的，依据第一实施方式，封入有工作液3的壳体2能够绕旋转轴线P旋转，相对于旋转轴线P，利用来自发热体5的热使工作液3气化的蒸发部S1设置在比使气化了的蒸气冷凝而恢复为工作液3的冷凝部S2靠径向外侧的位置，因此利用旋转动作时的离心力能够使冷凝了的工作液3循环，能够实现冷却效果高的热输送器件1。
另外，在第一实施方式中，蒸发部S1由毛细管构造的多孔质构造部件4构成，该多孔质构造部件4包括：配置在壳体2的密闭空间中的最外周且在竖直方向上延伸的竖直部4a；和与竖直部4a的一端相连续地向内周方向延伸的水平部4b，因此能够良好地促进工作液3的沸腾。
此外，在上述第一实施方式中，举例了使用竖直部4a和水平部4b呈L字状相连续的多孔质构造部件4的例子，但是多孔质构造部件4的结构并不限定于此，根据热输送器件1的旋转速度等，也能够采用其它结构的多孔质构造部件4。例如，在高速旋转的热输送器件1的情况下，如图3所示，也可以省略水平部4b而使用仅竖直部4a的多孔质构造部件4，在低速旋转的热输送器件1的情况下，如图4所示，也可以省略竖直部4a而使用仅水平部4b的多孔质构造部件4。
另外，在上述第一实施方式中，举例了热输送器件的旋转轴线P设定在壳体的中心的例子，如图5和图6所示，旋转轴线P也可以设定在通过壳体的外侧面的位置。
图5是第二实施方式的热输送器件10的外观立体图，图6是沿着图5的B-B线的截面图，在第二实施方式的热输送器件10中，用未图示的电动机驱动固定于方形平板状的壳体11的一侧面的支承部件12，由此壳体11能够绕沿着支承部件12的延伸方向的旋转轴线P旋转。工作液3被封入到壳体11内的密闭空间中，在与支承部件12最远离的密闭空间的外周部设置有毛细管构造的多孔质构造部件4。另外，以与多孔质构造部件4对应的方式在壳体11的下表面外周部安装有发热体5。
在第二实施方式的热输送器件10中也是，配置有多孔质构造部件4的壳体11内的外周侧区域成为利用来自发热体5的热使工作液3气化的蒸发部S1，没有配置多孔质构造部件4的壳体11内的内周侧区域成为使气化了的蒸气冷凝而恢复为工作液3的冷凝部S2。即，相对于壳体11的旋转轴线P，蒸发部S1设置在比冷凝部S2靠径向外侧的位置。
在像这样构成的热输送器件10中，来自发热体5的热经由壳体11的下表面部传导到多孔质构造部件4，被加热的多孔质构造部件4中包含的工作液3沸腾而蒸发，其蒸气通过密闭空间的内周侧的冷凝部S2冷凝而恢复为工作液3。通过冷凝而液化的工作液3利用绕旋转轴线P进行旋转动作的壳体11的离心力和多孔质构造部件4的毛细管力，从内周侧的冷凝部S2向外周侧的蒸发部S1移动，再次反复进行在多孔质构造部件4中的蒸发和在冷凝部S2中的冷凝的循环。
如以上所述，在旋转轴线P设定在通过壳体的外侧面的位置的第二实施方式中，与旋转轴线P设定在壳体的中心的第一实施方式同样地，由于能够利用旋转动作时的离心力使冷凝了的工作液3循环，因此能够实现冷却效果高的热输送器件10。此外，在第二实施方式中，壳体11的外观形状并不限定于方形，也可以是圆形等其它形状，另外，关于多孔质构造部件4的构造，也可以采用截面L字形等的其它构造。
图7是第三实施方式的热输送器件20的外观立体图，图8是沿着图7的C-C线的放大截面图，图9是热输送器件20的分解立体图。
如图7～图9所示，第三实施方式的热输送器件20包括：构成壳体(箱体)21的第一壳体22和第二壳体23；封入在壳体21内的密闭空间中的工作液24；配置在该密闭空间内的毛细管构造的多孔质构造部件25；和安装在第一壳体22的上表面外周部的发热体26。第一壳体22和第二壳体23使用铝或铜等形成为圆板状，这些第一壳体22和第二壳体23利用焊接等的方法而被接合/一体化，构成中空构造的壳体21。在壳体21的中心部设置有轴孔21a，通过将未图示的电动机的旋转轴压入并固定在该轴孔21a中，壳体21能够绕通过轴孔21a的中心的旋转轴线旋转。
多孔质构造部件25是利用毛细管现象使工作液24移动的部件，在本实施方式中，能够使用由铝或铜等构成的多孔质构造部件25。如图10所示，多孔质构造部件25形成为在圆环部25b的内侧具有圆形的开口25c的环状，在圆环部25b利用蚀刻加工等形成有大量的微细孔25a。多孔质构造部件25的外径尺寸设定为与壳体21的密闭空间的外径尺寸大致相同，通过将这样的多孔质构造部件25重叠多个而配置在密闭空间的外周侧，配置有圆环部25b的壳体21内的外周侧区域成为利用来自发热体26的热使工作液24气化的蒸发部。另外，与多孔质构造部件25的开口25c对应的壳体21内的内周侧区域成为使气化了的蒸气冷凝而恢复为工作液24的冷凝部。即，相对于壳体21的旋转轴线，蒸发部设置在比冷凝部靠径向外侧的位置。
在像这样构成的热输送器件20中，来自发热体26的热经由第一壳体22传递到多孔质构造部件25，被加热的多孔质构造部件25中包含的工作液24沸腾而蒸发，该蒸气通过密闭空间的内周侧的冷凝部冷凝而恢复为工作液24。通过冷凝而液化了的工作液24利用进行旋转动作的壳体21的离心力和多孔质构造部件25的毛细管力，从内周侧的冷凝部向外周侧的蒸发部移动，再次反复进行在多孔质构造部件25中的蒸发和在冷凝部中的冷凝的循环。
多孔质构造部件25的形状并不限定于上述的环状，优选考虑壳体21的旋转速度等来决定。在图11所示的变形例中，多孔质构造部件27形成有非圆形的开口28，在除了开口28以外的部位形成有大量的微细孔27a。这里，开口28的外边缘部具有4个曲线a～d，关于这样的开口28的形状参照图12进行说明。
如图12(a)所示，在t＝0，设在以圆板的中心为原点的X-Y坐标的半径位置r0，粒子发生了脱离(粒子的速度为r0ω是一定的速度)。如图12(b)所示，在时刻t＝T，当从X′-Y′坐标系看时，粒子的从旋转轴起的径向距离r和相对角度Θ如以下所述。
[式1]
Figure BDA0002298381320000071
Θ＝π-(Ψ+π-θ)＝θ-Ψ
由此，在X′-Y′坐标系中的粒子的位置为：
[式2]
x＝r cosΘ
y＝r sinΘ
由此，能够求得式3：
[式3]
Figure BDA0002298381320000072
开口28的曲线a按照式(1)形成即可，其余的曲线b～d通过将曲线a以旋转轴为中心而点对称地移动地形成即可。
在图13所示的变形例中，在多孔质构造部件29中以内径侧为顶点向径向外侧扩展的三角形形状的开口30沿着旋转方向形成有多个，在除了开口30以外的部位形成有大量的微细孔29a。开口30的扩展角度根据壳体21的旋转速度决定即可，具有这样的开口30的多孔质构造部件29在以较低的速度进行旋转的热输送器件中使用是合适的。
在图14所示的变形例中，在多孔质构造部件31中以内径侧为顶点向径向外侧扩展的弯曲形状的开口32沿着旋转方向形成有多个，在除了开口32以外的部位形成有大量的微细孔31a。具有这样的弯曲状的开口32的多孔质构造部件29在以较高的速度进行旋转的热输送器件中使用是合适的。
在第三实施方式的热输送器件20中，构成壳体21的第一壳体22和第二壳体23的表面成为平坦状，如图15所示，也可以在第一壳体22的表面设置散热翼片22a来提高冷却效果。该散热翼片22a形成为带有倾斜的梳齿状翼片，能够利用离心力使由于第一壳体22的热而上升的空气向外径侧逸散。此外，散热翼片22a的形状并不限定于带有倾斜的梳齿状翼片，也可以是圆筒状或没有倾斜的梳齿状。
另外，如图16所示，在第二壳体23的表面设置同样的散热翼片23a，如图17所示，在第二壳体23的中心部设置向径向外侧延伸的送风翼23b，由此也能够提高冷却效果。而且，虽然未图示，也可以在第一壳体22和第二壳体23的表面形成微细的凹凸，利用该凹凸来促进散热。
此外，在上述的各实施方式中，可以将成为壳体的冷凝部的中心部的至少一部分用比其它部分的导热率小的材质形成。具体而言，将壳体的大部分用导热率大的铝或铜等材料形成，将成为冷凝部的壳体的中心部的至少一部分用比铝和铜的导热率小的不锈钢等材料形成时，能够使气化了的蒸气高效地冷凝而恢复为工作液。
(投射型影像显示装置)
接着，作为本发明的投射型影像显示装置的实施方式以投影仪为例进行说明。图18是表示本实施方式的投影仪的功能模块的说明图，图19是本实施方式的DMD方式的投影仪中具有的光源装置的示意图，图20是本实施方式的LCD方式的投影仪中具有的光源装置的示意图。
如图18所示，投影仪包括控制部40、光源驱动部41、电动机42、荧光体轮43、光源44、照明光学系统统45等。控制部40控制光源驱动部41，光源驱动部41进行使光源44的波段光发光的独立的控制，以使得从光源44射出在画像生成时要求的规定波段的光。从光源44射出的光入射到照明光学系统统45，最终由投射光学系统放大并投影到未图示的屏幕上。
荧光体轮43是照明光学系统45的构成部件之一，该荧光体轮43以电动机42作为驱动源而旋转动作。电动机42可以使荧光体轮43以一定的速度旋转，但在本实施方式中，由未图示的温度传感器进行荧光体轮43的温度检测，控制部40根据其温度检测的结果来控制电动机42的旋转速度。
对于包括照明光学系统45的光源装置的结构进行说明，如图19所示，在该光源装置中，从分别配置在不同位置的多个光源44(例如蓝色激光)发出的照射光通过对应的聚光透镜形成为光束，其一部分透过偏振分色镜，入射到扩散板而生成蓝色的照明光束，其余部分由偏振分色镜反射而入射到涂敷于荧光体轮43的荧光体膜50，生成黄色的照明光束。最后，将前者的蓝色的照明光束与后者的黄色的照明光束混合而生成白色的照明光束。
该白色的照明光束由中继透镜聚光并入射到TIR棱镜，在TIR棱镜的内部发生全反射，照射到生成了要投射的影像的DMD面板。由DMD面板反射的光透过TIR棱镜入射到投射光学系统，通过投射光学系统放大，向未图示的屏幕等投射影像。
另外，如图20所示，在LCD方式的投影仪具有的光源装置中，从荧光体轮43入射到偏振分色镜的荧光透过偏振分色镜，其与由扩散板生成的蓝色的照明光束合成。所合成的白色的照明光束经由透镜阵列、PBS、透镜以使偏振方向一致的方式被聚光。之后，由分色镜分解为蓝色、绿色和红色的照明光束，分别透过面板，经由正交棱镜再次合成，由投射棱镜投射。
在此，在图19和图20所示的光源装置中，形成于荧光体轮43的荧光体膜50获取从激励光源射出的激励光并转换为规定波段的荧光，将该荧光从荧光体膜50的表面输出，因引伴随波长转换时的发热而温度上升。在本实施方式中，通过在该荧光体轮43采用上述的各实施方式的热输送器件的结构，能够将成为发热部的荧光体膜50冷却。
即，采用下述结构：将荧光体轮43的外壳形成为如图1所示的中空构造的壳体2，在该壳体2的密闭空间中封入工作液3，并且在壳体2的密闭空间中设置毛细管构造的多孔质构造部件4。此外，成为发热部的荧光体膜50可以直接形成为壳体2，但也可以在壳体2以外的其它基板形成荧光体膜50，将该基板与壳体2一体化。另外，根据荧光体轮43的旋转速度可以采用如图2～图4所示的多孔质构造部件4的配置构造、或者使用图10～图14所示的构造的多孔质构造部件25、27、29、31。
如以上所说明的，依据本实施方式的投影仪(投射型影像显示装置)，接收激励光源的激励光而射出规定波段的荧光的荧光体轮43，构成为第一至第三实施方式的热输送器件的结构，即相对于壳体的旋转轴线，蒸发部设置在比冷凝部靠径向外侧的结构，因此能够利用进行旋转动作的荧光体轮43的离心力使工作液在密闭空间内循环，与使用冷却风扇的冷却方式相比，能够显著提高荧光体轮43的冷却效果。另外，由于利用离心力使工作液在壳体的密闭空间内循环，因此能够维持高的冷却效果并且能够实现荧光体轮43的薄型化和轻量化。
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，而包含各种各样的变形例。例如，上述的实施方式是为了便于理解地说明本发明而进行的详细说明，但并不限定必须具有所说明的全部的结构。
附图标记的说明
1、10、20 热输送器件
2、11、21 壳体(箱体)
2a、21a 轴孔
3、24 工作液
4、25、27、29、31 多孔质构造部件(毛细管构造)
4a 竖直部
4b 水平部
5、26 发热体
12 支承部件
22 第一壳体
22a 散热翼片
23 第二壳体
23a 散热翼片
23b 送风翼
28、30、32 开口
25a、27a、29a、31a 微细孔
40 控制部
41 光源驱动部
42 电动机
43 荧光体轮
44 光源
45 照明光学系统
50 荧光体膜(发热部)
P 旋转轴线
S1 蒸发部
S2 冷凝部。

Claims (9)

1.一种热输送器件，其在中空构造的壳体中封入有工作液，所述壳体包括：利用来自发热部的热使所述工作液气化的蒸发部；和使气化了的蒸气冷凝而恢复为所述工作液的冷凝部，所述热输送器件的特征在于：
所述壳体以能够绕旋转轴线旋转的方式被支承，相对于所述旋转轴线，所述蒸发部设置在比所述冷凝部靠径向外侧的位置，
所述壳体在内部具有毛细管构造，相对于所述旋转轴线，所述毛细管构造设置在比所述冷凝部靠径向外侧的位置，
所述毛细管构造包括具有大量的孔的多孔质构造部件，所述多孔质构造部件的一部分或者全部为所述蒸发部，
在所述多孔质构造部件，以内径侧为顶点地向径向外侧扩展的开口沿着旋转方向形成有多个，
所述开口具有弯曲状的外缘部，
所述开口的所述外缘部的形状是考虑所述壳体的旋转速度而决定的。
2.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
所述旋转轴线设定在通过所述壳体的中心的位置。
3.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
所述旋转轴线设定在通过所述壳体的外侧面的位置。
4.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
相对于所述旋转轴线，进而在比所述蒸发部靠径向内侧的位置也设置有所述毛细管构造。
5.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
所述多孔质构造部件以包围所述冷凝部的方式形成为环状。
6.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
相对于所述旋转轴线，在径向的最外侧部位以层叠状态配置有所述多孔质构造部件。
7.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
所述壳体包括隔着中空部形成为一体化的第一壳体和第二壳体，在所述第一壳体和所述第二壳体的任一者或者两者的表面设置有散热翼片。
8.如权利要求1所述的热输送器件，其特征在于：
所述冷凝部的至少一部分由比其它部分的导热率小的材质形成。
9.一种投射型影像显示装置，其包括：射出激励光的光源；荧光体轮，其具有接收所述激励光而射出规定波段的荧光的荧光体膜；和使所述荧光体轮进行旋转动作的驱动电动机，该投射型影像显示装置的特征在于：
荧光体轮具有权利要求1所记载的热输送器件。
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