JP2005331928A - 液冷式プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液にて冷却対象を冷却する手段を内蔵し、冷却対象を規定の温度以下に抑えることを可能とする。
【解決手段】冷却対象である光学偏光素子およびコールドミラーまたはどちらか一方の液冷ジャケットと、一個または複数のラジエータと、一個または複数のリザーブタンクとを一個または複数の循環ポンプで連結し、カプラにて任意の位置にて分離可能にした系の中に冷却液を循環させることにより冷却対象を規定温度以下に保持し、リザーブタンクに冷却系で発生した気体を集合させることにより循環ポンプの空転を防ぎ、冷却液の体積の増減による影響を緩和させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環する冷却液により冷却対象を冷却する機構を内蔵するプロジェクタに関する。

プロジェクタ内部には複数の発熱部があり、この発熱部を冷却することは構成する部品の寿命を延ばしてプロジェクタの信頼性を高めるために不可欠な技術的な課題である。特に光学偏光素子やコールドミラーについては、規定の温度以下に冷却する必要がある。このため、放熱フィンを持ったヒートシンクを光学偏光素子に直接取り付けたり（特許文献１参照）、光学素子との間にペルチェ素子を介在させたりして（特許文献２参照）、そのヒートシンクを空冷ファンにて空冷することが行われている。コールドミラーについても、裏面にヒートシンクを配置することで赤外光を吸収させ、これを空冷ファンにて空冷することが行われている。しかしながら、最近の画像の高輝度化を求める要求によりランプの高電力化が進み、それに伴って光学偏光素子やコールドミラーの発熱量も増加し、空冷方式では空冷ファンの大型化が必要となり、それに伴って騒音の増大といった不都合が生じてきている。また、循環器を設け、リフレクタ等の発熱体と一体化している冷却容器に冷却媒体を循環させて冷却を行う画像表示装置が開示されている（特許文献３参照）。
特開２００４−７７８８３号公報 特開２０００−７７５８５号公報 特開平１１−２８２３６１号公報

高輝度プロジェクタにおいて、空冷方式を用いた場合には上述のように空冷ファンの大型化が必要となり、それに伴う騒音の増大といった不都合が常に発生している。また、特許文献３に開示された冷却媒体を使用する冷却方法では、循環経路内における温度変化に基づく冷却媒体の体積変動が生ずるがこれに対する対応方法の記載はない。

本発明の目的は、冷却液で冷却対象を冷却する手段を内蔵し、かつ冷却対象を規定の温度以下に抑えることのできる液冷式プロジェクタを提供することにある。

本発明の液冷式プロジェクタは、
プロジェクタの冷却対象に設けられた液冷ジャケットと、冷却液を循環させる循環ポンプと、昇温した冷却液を冷却するラジエータと、循環する冷却液の所定量を保持するリザーブタンクと、液冷ジャケットと循環ポンプとラジエータとリザーブタンクとを接続する配管とを有する液冷ユニットを、プロジェクタ内部に備えたことを特徴とする。

リザーブタンクには冷却液の体積膨張を吸収するための気体空気層が設けられていてもよく、冷却液の補充の際に気体層と接していることが可能な冷却液注入口を有していてもよく、所定の量以上の冷却液がそのリザーブタンクに保持されているときには、そのリザーブタンクに設けられた冷却液の流入ノズルと流出ノズルの先端の開口端がそのリザーブタンク内の冷却液と接するようにそのリザーブタンクの中心部まで伸びていてもよい。リザーブタンクは、タンクが球体状となっていてもよく、タンクが円筒形となっていてもよい。また、リザーブタンクは冷却液の液量を確認できる液量確認部を有していてもよく、液量確認部がリザーブタンクの表面に直接設けられていてもよく、リザーブタンクに接続された液量表示部として設けられていてもよく、ラジエータがリザーブタンクと一体に形成されてもよい。配管中の所定の位置に設けられて連結と取り外しが可能なカプラが設けられていてもよく、カプラと循環ポンプとラジエータとがそれぞれ複数設けられていてもよい。

本発明は、プロジェクタ内部の冷却対象である光学偏光素子および／またはコールドミラーに設けられた液冷ジャケットと一個または複数のラジエータと一個または複数のリザーブタンクと一個または複数の循環ポンプとを連結し、カプラにて任意の位置にて分離可能にした冷却系の中に冷却液を循環させることによりプロジェクタ内部の冷却対象を規定温度以下に保持し、またリザーブタンクに気体を集合させるような構造をもつことを特徴とする。

本発明によれば、液冷ユニットによりプロジェクタ内の冷却対象を冷却液で冷却し、かつ安定して連続した冷却液の循環が可能な構造となっているので、プロジェクタ内の冷却対象を規定温度以下に保持することができ、空冷式におけるファンの巨大化、騒音の増大の問題点を解決できるという効果がある。

本発明の液冷式プロジェクタは、プロジェクタ本体に対して構成要素が取り外し可能な液冷ユニットを有し、液冷ユニットは、プロジェクタ内部にあって冷却対象となる光学偏光素子およびコールドミラーの少なくとも一方を循環する冷却液で冷却するための液冷ジャケットと、配管で連結された一個または複数のラジエータと、一個または複数のリザーブタンクと、一個または複数の循環ポンプとを有して冷却系を構成しており、その冷却系の内部に冷却液を循環させることによって、ラジエータでは冷却対象で加熱された冷却液の冷却を行って冷却対象の温度を規定温度以下に維持し、リザーブタンクでは周囲の温度変化や冷却液自身の温度上昇による冷却液の体積膨張を吸収するのに充分な気体層を保持しており、各部品の連結部等からの液の蒸発に対しても充分対応できる量の冷却液が保持されているので、連結された冷却液の系のなかに発生する気泡がリザーブタンク内に留まることによって循環ポンプの空転を防ぐことができ、安定して連続した冷却液の循環が行われる。ここでは冷却対象を光学素子およびコールドミラーとして説明するがこれに限定されるものではなく、例えば光源ランプのリフレクタのような発熱部分に対して液冷ジャケットを設けてもよい。

また、冷却系全体の冷却液の容量が十分であるかどうかが判定できる表示部をもち、冷却液の容量が不十分な場合は補充ができる構造となっている。さらに、液冷ジャケットを含む冷却系の中には２つ以上の連結取り外し可能なカプラが備えられており、プロジェクタの製造時およびメインテナス時においてこの冷却系に対する冷却液の補充、冷却液の容量の確認、不具合部品の取替えが容易となっている。

本発明の液冷ユニットを備えた液冷式プロジェクタの１実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の液冷ユニットを備えた液冷式プロジェクタの１実施例の模式的構成図である。本実施例のプロジェクタ１は、反射鏡を備えたランプである光源１１と、光源１１から発生する光線中の赤外光線を照明系より取り除くコールドミラー１２と、複数の光源像を作るロッドインテグレータ１３と、光学偏光素子１７に光を導くリレーレンズ１４、反射ミラー１５と、色分離合成を行うプリズム１６と、光学偏光素子１７と、スクリーン５に光を投影する投射レンズ１８と、光学偏光素子１７とコールドミラー１２とを冷却するための液冷ユニット２とを備えている。

液冷ユニット２は、光学偏光素子１７とコールドミラー１２の裏に配置されてこれらの冷却対象からの熱を冷却液により吸熱するための液冷ジャケット２１と、冷却液を冷却系内で循環させる循環ポンプ２２と、冷却液の放熱のために外部から冷却するラジエータ２３と、冷却液を貯留して循環させるリザーブタンク２４と、これらの液冷ジャケット２１、循環ポンプ２２、ラジエータ２３、リザーブタンク２４を連結する配管２５と、配管２５の任意の個所に装備されたカプラ２６とを備えている。

この液冷ユニット２は、コールドミラー１２および光学偏光素子１７から発生した熱を液冷ジャケット２１で吸熱し、液冷ジャケット２１の中を循環ポンプ２２の圧力により冷却液を通過させて熱を奪い、昇温した冷却液をラジエータ２３にて冷却し、リザーブタンク２４を経由して再度、液冷ジャケット２１に向かわせるという循環を行っている。

リザーブタンク２４では、冷却液の温度変化や冷却液の液体の蒸発に伴って起こるこの系全体の冷却液の体積膨張および収縮に対応するための気体層を保持し、また、系全体で発生する気泡をこのリザーブタンク２４で捕捉して閉じ込め、再度循環させないような構造となっている。この気体層の気体は空気であってもよいが、接触する冷却液の劣化を抑制するような例えば窒素のような気体を用いることもできる。

図１に示す本実施例１では、冷却対象である光学偏光素子１７とコールドミラー１２の液冷ジャケット２１を冷却系内で直列に連結している。また、循環ポンプ２２を２個、ラジエータ２３を１個、リザーブタンク２４を１個を直列に連結しているが、冷却対象、循環ポンプ、ラジエータ、リザーブタンクの個数、順序、直列に配置するか並列に配置するかは、使用条件に従って任意に選択でき、本実施例に限定されるものではない。例えばラジエータ２３の後に循環ポンプ２２を設ければ、循環ポンプ２２が吸入する冷却液の温度を低下させることができる。また、リザーブタンクの外面に放熱板を設けることでリザーブタンクとラジエータを一体とすることもできる。また、カプラの取付場所と個数も任意に選択でき、仮に設けなくても液冷ユニット２の基本的な機能には影響がない。また、本実施例１においては、冷却対象を光学偏光素子１７とコールドミラー１２で示しているが、冷却対象はこの２点に限定されるものではなく、プロジェクタ内部にある図示していない発熱体にも適用できることは容易に類推できる。反射型画像形成部も光学偏光素子１７に限定されるものではない。

リザーブタンク２４としては種々な形態が考えられるが実施例２ではリザーブタンクの一つの実施例を示す。図２は本発明のリザーブタンクの一つの実施例の模式的断面図を示す。本実施例のリザーブタンク３０は、タンク３１が球体状となっており、その球体状のタンク３１には流入ノズル３２、流出ノズル３３、常時は閉鎖されている注入口３４が設けられており、タンク３１自体に設けられた目視可能な液量表示部３５に図２に示されるような最大液量目盛り３６と最小液量目盛り３７とを備えている。流入ノズル３２と流出ノズル３３が最小液量目盛り３７よりも中心部側に開口端を持つことにより、気泡がこの液冷ユニット２内部で発生し循環する場合であってもリザーブタンク３０内で液面３９より上部にある気体層に気泡が合体されることになり、同様に流出ノズル３３が最小液量目盛り３７よりも中心部にあることにより、気泡が無い冷却液のみをリザーブタンク３０から流出させることになる。これによって循環ポンプ２２の空転を防ぐことができ、安定して連続した冷却液の循環が可能となる。最大液量目盛り３６は、この冷却液循環系内にある冷却液の温度上昇による体積膨張に対応するのに十分な量の気体層を確保するために必要な気体量を最大液量目盛り３６として示す目盛りであり、最小液量目盛り３７は、流入ノズル３２、および流出ノズル３３の開口部が冷却液に浸っていることができるような液量を表示している。

注入口３４は、蒸発等により冷却液循環系内部の冷却液の液面３９が最小液量目盛り３７よりも内部となったときに冷却液を補充するための補給口であり、注入口３４より冷却液を補充する際は、最大液量目盛り３６以下の液量とすることが、液量表示部３５により可能となる。以上に説明したようにタンク３１が球体状となっているので、仮にプロジェクタ１が天井に倒立するように設置されても冷却液循環系内部の気泡をリザーブタンク３０上部の空気層に集合させることができ、循環する冷却液には気泡を含まないようにすることができる。また、リザーブタンク３０は、球体が最適であるが、プロジェクタ１の設置状態の制限（例えば、ランプの向き制限）により、設置方向が固定される軸を中心とした円筒形であっても所望の機能を達成することができることは容易に推察される。流入ノズル３２と流出ノズル３３が一体となり最小目盛り１７より内側に開口を設けることによっても、上述の機能を有することも容易に推察される。

実施例３ではリザーブタンクの他の実施例を示す。図３は本発明のリザーブタンクの他の実施例の模式的断面図を示す。本実施例のリザーブタンク４０は、目視可能な液量表示部４５をリザーブタンク４０の冷却液保管部であるタンク４１に直接表示できない場合の実施例である。液量表示部４５を目視可能なパイプとし、このパイプに最大液量目盛り４６と最小液量目盛り４７を表示する。液量を確認する際は、注入口４４が空気層と接した状態となるように注入口４４が上側に来るようなリザーブタンク２４の向きにすることで、液面４９によって液量が確認できる。

本発明の液冷ユニットを備えた液冷式プロジェクタの１実施例の模式的構成図である。 本発明のリザーブタンクの一つの実施例の模式的断面図を示す。 本発明のリザーブタンクの他の実施例の模式的断面図を示す。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ 液冷ユニット
５ スクリーン
１１ 光源
１２ コールドミラー
１３ ロッドインテグレータ
１４ リレーレンズ
１５ 反射ミラー
１６ プリズム
１７ 光学偏光素子
１８ 投射レンズ
２１ 液冷ジャケット
２２ 循環ポンプ
２３ ラジエータ
２４、３０、４０ リザーブタンク
２５ 配管
２６ カプラ
３１、４１ タンク
３２、４２ 流入ノズル
３３、４３ 流出ノズル
３４、４４ 注入口
３５、４５ 液量表示部
３６、４６ 最大液量目盛り
３７、４７ 最小液量目盛り
３９、４９ 液面

Claims (14)

1. 画像を形成してスクリーンに投影するプロジェクタにおいて、
   前記プロジェクタの冷却対象に設けられた液冷ジャケットと、冷却液を循環させる循環ポンプと、昇温した前記冷却液を冷却するラジエータと、循環する前記冷却液の所定量を保持するリザーブタンクと、前記液冷ジャケットと前記循環ポンプと前記ラジエータと前記リザーブタンクとを接続する配管とを有する液冷ユニットを、前記プロジェクタ内部に備えたことを特徴とする液冷式プロジェクタ。
2. 前記リザーブタンクには冷却液の体積膨張を吸収するための気体層が設けられている、請求項１に記載の液冷式プロジェクタ。
3. 前記リザーブタンクは冷却液の補充の際に前記気体層と接していることが可能な冷却液注入口を有する、請求項２に記載の液冷式プロジェクタ。
4. 所定の量以上の冷却液が前記リザーブタンクに保持されているときには、該リザーブタンクに設けられた冷却液の流入ノズルと流出ノズルの先端の開口端が該リザーブタンク内の冷却液と接するように該リザーブタンクの中心部まで伸びている、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の液冷式プロジェクタ。
5. 前記リザーブタンクは、タンクが球体状となっている、請求項４に記載の液冷式プロジェクタ。
6. 前記リザーブタンクは、タンクが円筒形となっている、請求項４に記載の液冷式プロジェクタ。
7. 前記リザーブタンクは冷却液の液量を確認できる液量確認部を有する、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の液冷式プロジェクタ。
8. 前記液量確認部が前記リザーブタンクの表面に直接設けられている、請求項７に記載の液冷式プロジェクタ。
9. 前記液量確認部が前記リザーブタンクに接続された液量表示部として設けられている、請求項７に記載の液冷式プロジェクタ。
10. 前記ラジエータが前記リザーブタンクと一体に形成されている請求項１から請求項９の何れか１項に記載の液冷式プロジェクタ。
11. 前記配管中の所定の位置に連結と取り外しが可能なカプラが設けられている、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の液冷式プロジェクタ。
12. 前記カプラが複数設けられている、請求項１１に記載の液冷式プロジェクタ。
13. 前記循環ポンプが複数設けられている、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の液冷式プロジェクタ。
14. 前記ラジエータが複数設けられている、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の液冷式プロジェクタ。

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