JP2006073447A - ランプの冷却装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプに接触させずに熱電変換素子を配置した上で、ランプからの熱が効率よく熱電変換素子の高温部に伝わるようにしたランプの冷却装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】 高温部１１と低温部１２との間に生じる温度差により発電し、高温部１１をランプ５に向け且つランプ５との間に間隙を隔てて配置される熱電変換素子１０ａ〜１０ｄと、この熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの高温部１１とランプ５との間に介在され、ランプ５から高温部１１への伝熱を促進する伝熱促進手段として、高温部１１に塗布された熱放射性塗料１４や、高温部１１に接触して設けられた熱伝導部材２１、２２を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱電変換素子がランプから熱を奪って電気に変えることによりランプを冷却するランプの冷却装置及び電子機器に関し、詳しくは、ランプから熱電変換素子の高温部への伝熱効率を高めて熱電変換素子における高温部と低温部との温度差を大きくして熱電変換効率の増大を図ったランプの冷却装置及び電子機器に関する。

例えばプロジェクタなどの電子機器に内蔵されるランプは、図１３に示すように、一般に、２つの電極７ａ、７ｂの端部が挿入された発光管と、その発光管内での放電により生じた光を効率良く集光するためのリフレクタ６を備える。リフレクタ６の表面の温度はランプの種類にもよるが１００℃〜３００℃になるため、他の部品への熱の影響を防ぐために、図１４のようにランプ５は断熱用のランプボックス８で囲まれる。

また、ランプボックス８の温度が上がり過ぎてランプボックス８の材料が軟化することがないようにファン９を用いることもある。例えば、特許文献１参照。図１４の例では、ランプボックス８の側面に開口８ａ、８ｂをあけて、その開口８ａ、８ｂを通して、ファン９の回転駆動によって生じた風がランプ５の表面を流れるようにしてランプ５を空冷する。
特開平１０−２３３５５号公報

近年、プロジェクタはより明るい投影画像を得たいという要望が高まり、ランプが高出力になってきている。これに伴って、ランプの発熱量も多くなってきておりファンによる空冷では限界がきている。他の冷却方法として、高温部と低温部との温度差によって発電するゼーベック効果を利用した熱電変換素子を用いてランプからの熱を奪うことが考えられる。この熱電変換素子の使用例としては、人間の体表の熱を電気に変換して発電する腕時計が商品化されている。ただし、人間の体表の熱と大気との間の温度差は小さく、熱電変換効率が悪く、数十μＷ程度の電力しか得られない。

しかし、ランプの場合は発生する熱量が数十Ｗ以上と大きいため、ランプ表面の温度は１００℃以上になる。そのため、ランプの表面に熱電変換素子を取り付けると熱電変換素子における高温部と低温部との温度差を大きくとれるために、熱電変換効率を２、３〜８％程度まで上げることができ、その分、ランプからの熱の吸熱作用を高めることができる。このようなことから、ランプの冷却用に熱電変換素子を用いることは有効である。

しかし、ランプは消耗品であり、使用寿命に達すると交換しなければならない。したがって、その交換を妨げないために熱電変換素子を直接ランプに取り付けることは望ましくない。そこで、熱電変換素子を、ランプから離間させて配置する構成が考えられるが、この場合には、ランプと熱電変換素子との間に熱伝導率の小さい空気の層が介在するため、ランプから熱電変換素子に十分に熱が伝わりにくい。熱電変換素子の熱電変換効率は高温部と低温部との間に生じる温度差が大きいほど大きくなるので、ランプから熱電変換素子を離して配置した場合にはランプから熱電変換素子の高温部への伝熱を促進して、低温部に対して高温部をより高温にする必要がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、ランプに接触させずに熱電変換素子を配置した上で、ランプからの熱が効率よく熱電変換素子の高温部に伝わるようにしたランプの冷却装置及び電子機器を提供することにある。

本発明は前記課題を解決するため以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のランプの冷却装置は、高温部と低温部との間に生じる温度差により発電し、高温部をランプに向け且つランプとの間に間隙を形成して配置される熱電変換素子と、ランプと高温部との間に介在され、ランプから高温部への伝熱を促進する伝熱促進手段とを備える。

また、本発明の電子機器は、ランプと、高温部と低温部との間に生じる温度差により発電し、高温部をランプに向け且つランプとの間に間隙を形成して配置される熱電変換素子と、ランプと高温部との間に介在され、ランプから高温部への伝熱を促進する伝熱促進手段とを備える。

ここで、熱電変換素子は、ゼーベック効果により、高温部と低温部との間に温度差が生じることで発電する。すなわち、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。そして、高温部と低温部との間の温度差が大きければ大きいほど熱電変換効率及び得られる電力は大きくなる。

その熱電変換素子は、ランプの交換を妨げないようにランプに接触せずにランプとの間に間隙を形成して高温部をランプに向き合わせており、高温部がランプから受けた熱を電気に変換することによりランプから熱を奪ってランプを冷却する。そして、ランプと高温部との間に介在された伝熱促進手段は、ランプから高温部への伝熱効率を高める役割を担い、高温部の温度上昇に寄与する。

高温部が低温部に対してより高温になって、高温部と低温部との温度差が大きくなればなるほど熱電変換素子の熱電変換効率は向上し、その分、ランプから熱を奪う効率も良くなるのでランプの冷却効果が高まる。

上記伝熱促進手段として、高温部に形成された熱放射性塗料を用いることができる。この熱放射性塗料によって、ランプが電磁波（光）の形態で放出する放射熱を高温部が効率よく吸収でき、ランプから高温部への伝熱を促進する。また、熱放射性塗料は、高温部に塗布や印刷などによって形成するだけであるので設置スペースをとらず小型化に向いている。

また、伝熱促進手段として、高温部に接触して設けられ、ランプからの熱を効率良く受けて高温部に伝える熱伝導部材を用いることもできる。例えば、熱電変換素子の高温部が、上記熱放射性塗料との相性が悪く熱放射性塗料の形成が困難な材料から構成される場合に有効である。

特に、その熱伝導部材として、柔軟性を有し、ランプと高温部の両方に接触してランプと高温部との間隙を埋めるものを用いれば、ランプ及び高温部との密着性を高めて空気層を排除して、より伝熱効率を高めることができる。

さらに、熱伝導部材が、高温部に接触する部分からランプのまわりを囲むように広がっている構成であれば、ランプにおける高温部に向き合わされていない部分からの熱損失を少なくして、高温部により多くの熱を導くことができる。

また、熱電変換素子の低温部を冷却する冷却手段を備える構成とすれば、高温部に対して低温部の温度をより低下させることができ、高温部と低温部との温度差をより大きくできる。特に、冷却手段として液冷式冷却手段を用いれば、ファンによる空冷やヒートシンクによる放熱に比べて、低温部をより低温にすることができ、高温部と低温部との温度差をよりいっそう大きくできる。

また、熱電変換素子が発電する電力を充電する充電器を備え、上記冷却手段はその充電器から電力を受ける構成、すなわち、充電器を冷却手段の駆動電源として機能させるようにすれば、冷却手段の駆動用に、別の電源からの電力を不要にでき省電力化が図れる。熱電変換素子が発電する電力の出力は不安定であるが、充電器に一旦充電した上で冷却手段に供給するので、冷却手段の安定した駆動を行える。

また、熱電変換素子の出力に応じて、冷却手段の駆動を制御する駆動制御部を備える構成とすれば、ランプ温度の変動により熱電変換素子の高温部の温度が変動して、高温部と低温部との温度差、さらには熱電変換素子の出力が変動するので、ランプに温度センサを取り付けなくても熱電変換素子の出力に基づいてランプを希望温度に自動制御することが可能となる。温度センサが不要になるばかりか、ランプ交換時に、温度センサをランプから取り外したり、取り付けたりする煩わしさもない。

本発明のランプの冷却装置によれば、ランプの冷却に用いる熱電変換素子はランプに非接触で配置されているのでランプ交換の妨げにならず、さらに、その熱電変換素子の高温部とランプとの間に、ランプから高温部への伝熱を促進する伝熱促進手段を介在させているので、高温部がランプに対して非接触であってもランプから高温部への伝熱効率を高めて、熱電変換素子がランプから奪う熱を大きくしてランプ冷却効果を高めることができる。この結果、ランプの過熱を防いで、ランプ自体、あるいはランプ周辺に配置された部品の熱によるダメージを抑制できる。

本発明の電子機器によれば、ランプの冷却に用いる熱電変換素子はランプに非接触で配置されているのでランプ交換の妨げにならず、さらに、ランプと熱電変換素子の高温部との間に介在され、ランプから高温部への伝熱を促進する伝熱促進手段を備えるので、高温部がランプに対して非接触であってもランプから高温部への伝熱効率を高めて、熱電変換素子がランプから奪う熱を大きくしてランプ冷却効果を高めることができる。この結果、ランプの過熱を防いで、ランプ自体、あるいはランプ周辺に配置された部品の熱によるダメージを抑制できる。さらに、電子機器の筐体表面の過熱も抑制できる。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るランプ冷却装置が組み込まれる電子機器１の外観斜視図を示す。本実施形態では電子機器１の一例としてプロジェクタを示すが、これに限らず、スキャナ、プリンタ、複写機など、その他のランプを備えた電子機器に対しても本発明のランプ冷却装置を適用することができる。

電子機器１は略直方体形状の筐体２を有し、その筐体２の内部に、ランプ５（図１３参照）と、光学ユニット（インテグレータ、ダイクロイックミラー、液晶パネル、投写レンズ４（図１参照）など）が収容されている。筐体２の正面部２ａには窓孔３が開口され、その窓孔３から投写レンズ４が筐体外部に臨んでいる。

ランプ５から発せられた光は光学ユニットに導かれ、ダイクロイックミラーによって赤、緑、青に色分解され、それぞれの色の画像を形成する液晶パネルを透過した後、再び色合成用ダイクロイックミラーあるいはプリズムによって色合成されカラー画像が形成される。そのカラー画像は投写レンズ４を介してスクリーンなどの被投写体に拡大投影される。

ランプ５としては、発光管１３（図５参照）の中に金属ガスが封入され、両電極７ａ、７ｂの間で放電を起こして強い光を出すメタルハライドランプや、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプなどを用いることができる。

発光管１３の周囲を椀状のリフレクタ６が囲んでいる。リフレクタ６は、耐熱及び耐紫外線性を有するガラス部材に光反射膜を付けた楕円鏡または放物面鏡であり、発光管１３から出た光を効率よく集めて光学ユニット側に導く役目をする。

ランプ５のまわりには図２に示すように、４つの熱電変換素子１０ａ〜１０ｄが配置されている。熱電変換素子１０ｃはランプ５の上方に配置され、熱電変換素子１０ｄはランプ５の下方に配置され、熱電変換素子１０ｂはランプ５の側方に、熱電変換素子１０ａはその側方の反対側の側方に配置されている。なお、熱電変換素子の数は４つに限ることはない。

ランプ５及び熱電変換素子１０ａ〜１０ｄは図５に示すランプボックス８内に収容されている。図５はランプボックス８内の模式平面図を示す。なお、図５では、図２に示す４つの熱電変換素子１０ａ〜１０ｄのうちランプ５の側方に配置された２つの熱電変換素子１０ａ、１０ｂのみを示すが、ランプ５の上方と下方に配置された熱電変換素子１０ｃ、１０ｄについても、ランプ５に対する位置関係は側方に配置された熱電変換素子１０ａ、１０ｂと同じである。すなわち図５を縦にして見れば、熱電変換素子１０ａ、１０ｂをランプ５の上方と下方に配置された熱電変換素子１０ｃ、１０ｄに置き換えて見ることができる。

熱電変換素子１０ａ、１０ｂは、それぞれの高温部１１をランプ５のリフレクタ６の外表面に向き合わせ、且つその高温部１１とリフレクタ６外表面との間に間隙を隔てて配置され、熱電変換素子１０ａ、１０ｂはランプ５に接触していない。各熱電変換素子１０ａ、１０ｂの高温部１１は、前側（ランプ５の光出射方向側）の半分ほどがリフレクタ６のフラットな部分に平行に向き合わされている。ランプ５の中で最も高温になる発光管１３は、２つの熱電変換素子１０ａ、１０ｂの略中央を結ぶ線上に位置する。

次に、図３、４を参照して熱電変換素子１０ａについて説明する。なお、他の熱電変換素子１０ｂ〜１０ｄについても熱電変換素子１０ａと同じ構成であるため説明は省略する。

熱電変換素子１０ａは、Ｐ型半導体素子１７ａとＮ型半導体素子１７ｂとを１対とする半導体素子対の一方を高温、他方を低温とすることで、それらの温度差により熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。そして、そのような半導体素子対が多数互いに電極１８で接続されて２つの基板１１、１２間に配置されている。半導体素子対の一方（高温側）を接続する電極１８は基板１１に形成され、他方（低温側）を接続する電極１８は基板１２に形成されている。基板１１、１２は、アルミナやＡＩＮなどの絶縁性を有するセラミックス材料からなる。また、電極１８にはリード線１６ａ、１６ｂが接続されている。このリード線１６ａ、１６ｂを介して、熱電変換素子１０ａの出力、すなわち熱から変換された電力が取り出される。

Ｐ型、Ｎ型半導体素子１７ａ、１７ｂの材料としては、例えば、Ｓｂ₂Ｔｅ₃−Ｂｉ₃Ｔｅ₃、Ｂｉ₂Ｔｅ₃−Ｂｉ₂Ｓｅ₃、Ｓｉ−Ｇｅ、ＣｏＳｂ₃、ＦｅＳｉ₂、Ｆｅ−Ａｌ、ＹｂＡｌ₃、ＮａＣｏ₂Ｏ₄、その他、酸化物、導電性ポリマーなどの有機物などが用いられる。

そして、半導体素子対の一方（高温側）に位置する高温側基板１１の表面は、図５に示すようにランプ５のリフレクタ６に非接触で向き合わされ、熱電変換素子１０ａがランプ５からの熱を受けて高温とされる高温部として機能し、その基板１１表面には、図３に示すように熱放射性塗料１４が塗布形成されている。

熱放射性塗料１４は、赤外線領域における光の吸収性に優れ、ランプ５から高温部（高温側基板）１１への伝熱を促進する伝熱促進手段として機能する。すなわち、熱放射性塗料１４がランプ５からの光を効率良く吸収することで、ランプ５が熱を光の形態で放出する放射によって行われるランプ５から高温部１１への伝熱が促進される。

熱放射性塗料１４としては放射率の高い塗料を用いることができる。また、高温部１１が向き合わされるリフレクタ６の外表面近傍の高温に耐える耐熱性にも優れている必要がある。

例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、炭酸カルシウム、酸化鉄、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ₄、ＳｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、ＴｉＣ、ＴｉＢ、ＭｇＯ、ＭｇＯ₂、ＺｒＯ₂、その他セラミックス粒子、炭素、ホウ素、ガラスの粉末、あるいはアルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、亜鉛、鉄、コバルト、クロム、チタン、スズや、それらの合金の粉末などを単独であるいは複数組み合わせて含む塗料を挙げることができる。

さらに具体的には、２００℃以上の耐熱温度を有し、その温度範囲において放射率が０.８以上である熱放射性塗料として、オキツモ社の商品「クールテックＣＴ−４００」を挙げることができる。

ランプ５からの熱は、ランプ５と熱電変換素子１１ａ高温部１１との間に介在する空気の自然対流による伝熱と、放射による伝熱とによって、熱電変換素子１０ａの高温部１１に伝わる。熱電変換素子１０ａはその受けた熱を電気に変換することによりランプ５から熱を奪ってランプ５を冷却する。そして、ランプ５に向いている高温部１１には上述したように熱放射性塗料１４が形成されているので、ランプ５からの放射による伝熱を促進することができ、これは高温部１１の温度上昇に寄与する。

高温部１１が低温部（低温側基板）１２に対してより高温になって、高温部１１と低温部１２との温度差が大きくなればなるほど熱電変換素子１０ａの熱電変換効率は向上し、その分、ランプ５から熱を奪う効率も良くなるのでランプ５の冷却効果が高まる。

また、本実施形態では、熱電変換素子１０ａの低温部（低温側基板）１２の表面には、図５に示すように、低温部１２の冷却手段として、ヒートシンク１５が取り付けられている。ヒートシンク１５は、図２に示すように、四角い板状のベース部１５ａに複数の角柱状のピン１５ｂが一体に立設されてなる。ヒートシンク１５の材料は、放熱性に優れたアルミニウムや銅からなる。

ヒートシンク１５は、そのベース部１５ａの裏面（ピン１５ｂ立設面の反対面）と、熱電変換素子１０ａの低温部（低温側基板）１２の表面との間に、シリコングリースや熱伝導性エポキシ樹脂などを介在させてネジ止めあるいは接着により取り付けられている。

なお、ピン１５ｂの断面形状は、丸型、翼型、星型であってもよい。さらに、ピン型ヒートシンクに限らず、プレート型、タワー型のヒートシンクを用いてもよい。

このように、熱電変換素子１０ａの低温部１２にヒートシンク１５を取り付けることで低温部１２の放熱性を高めることができ、高温部１１と低温部１２との温度差をより大きくできる。

さらに、図５に示すように、ファン１９を低温部１２の冷却手段として設けてもよい。ファン１９がヒートシンク１５に吹き付ける風、あるいはファン１９の回転駆動によって生じる空気の強制対流によって、ヒートシンク１５の放熱効果を高めることができ、高温部１１と低温部１２との温度差をよりいっそう大きくできる。

本実施形態に係るランプ冷却装置は、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄと、その高温部１１に形成された伝熱促進手段である熱放射性塗料１４と、低温部１２の冷却手段であるヒートシンク１５やファン１９を備えているが、何れの構成要素もランプ５には接触していない。したがって、冷却装置に拘束されずにランプ５の取り外しや取り付けを行え、ランプ交換の作業性を容易にする。また、ランプ５と熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの高温部１１とが交換時にぶつかり合うなどしてランプ５あるいは熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの高温部１１が破損してしまうことも防げる。特に、高温部１１を構成する基板は耐熱性を考慮してセラミックス材料からなり、脆いのでランプ５とは接触しない方がよい。高温部１１とランプ５との間の間隙は小さければ小さいほどランプ５から高温部１１への伝熱効率は高まるが、ランプ５の交換に邪魔にならない大きさに設定する必要がある。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、ランプ５から熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの高温部１１への伝熱を促進する伝熱促進手段として、高温部１１に接触して設けられた熱伝導部材２１を用いている。熱伝導部材２１は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などからなる板状の部材である。あるいは、グラファイトシート、さらには金属板にグラファイトシートを貼り付けた構成でもよい。

熱伝導部材２１の一端部は熱電変換素子１０ｂの高温部１１に接着され、その一端部からランプ５の後方を迂回するように熱伝導部材２１は湾曲されて、他端部が熱伝導部材１０ａの高温部１１に接着されている。熱伝導部材２１は、ランプ５が光学ユニットへと光を出射する方向を遮らないようにランプ５を囲んでいる。

この熱伝導部材２１は、ランプ５のまわりの高温の空気が、熱電変換素子１０ａ、１０ｂの高温部１１に向き合わされていないランプ後方側へと逃げてしまうことを抑制する。熱電変換素子１０ａ、１０ｂの高温部１１付近に、より高温の空気を滞留させることができ、高温部１１とランプ５との間の間隙に生じる空気の流れによる高温部１１の温度低下を防いで、高温部１１の高温を安定して維持できる。

また、上記第１の実施形態では、ランプ５における高温部１１に向き合わされていない部分からの放射熱は、熱変換素子１０ａ、１０ｂの高温部１１が受けることができないが、本実施形態ではその放射熱を熱伝導部材２１においてランプ後方部分に向き合わされた部分で受けることができ、その熱は熱伝導部材２１中を伝わって高温部１１に伝わる。このことによっても、ランプ５から高温部１１への伝熱効率を高めることができる。

さらに、熱伝導部材２１においてランプ５に向き合わされている面に、上記第１の実施形態で用いた熱放射性塗料１４を形成すれば、ランプ５からの放射熱による高温部１１への伝熱促進を図れ、高温部１１のよりいっそうの高温化を達成できる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、ランプ５から熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの高温部１１への伝熱を促進する伝熱促進手段として、ランプ５と高温部１１との間の間隙を埋めるようにして配設される柔軟性のある熱伝導部材２２を用いている。

リフレクタ６の材料であるガラスの熱膨張係数は３.０〜４.０×１０^-6［１／Ｋ］であり、高温部（高温側基板）１１の材料である例えばアルミナの熱膨張係数は６〜８×１０^-6［１／Ｋ］であるため、これらの間の熱膨張係数を持つ材料を熱伝導部材２２として用いれば、高温部１１との接触部及びリフレクタ６との接触部の熱変形を抑制して、高温部１１及びリフレクタ６との密着力を高めることができ、熱伝導部材２２を介してのランプ５から高温部１１への伝熱効率を高めることができる。

その他、熱伝導部材２２に要求される条件としては、２００℃以上の耐熱性を有し、熱伝導率が１［Ｗ／ｍＫ］以上であることが望ましい。また、熱伝導部材２２がゴム系材料からなり弾性を有すれば、熱応力を緩和できるため、高温部１１及びリフレクタ６との良好な密着力を得られる。

熱伝導部材２２の一例として、シリコン、シリル基含有ポリマー、エポキシなどの基材に、熱伝導性のフィラーとしてアルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛などのセラミックス粒子や、銅、鉄などの金属粒子の何れかもしくは複数を含む材料を挙げることができる。

また、ランプ５が発光すると紫外線も放出されることから、紫外線に対する耐性も有していることが望ましい。このような材料として、例えば、スリーボンド社の商品「Three Bond 2955C」が挙げられる。

本実施形態に係る熱伝導部材２２は柔軟性を有するので、ランプ５のリフレクタ６外表面が曲面形状であっても、その形状に沿って熱伝導部材２２をリフレクタ６外表面に密着させることができ、ランプ５から熱伝導部材２２への伝熱効率を高めることできる。

なお、高温部１１と熱伝導部材２２とは接着させてもよいが、ランプ５の交換作業の容易性を確保するため、熱伝導部材２２とリフレクタ６とは接着剤を用いて接着させないようにする。熱伝導部材２２が弾性を有するものであれば、その弾性復元力を利用してリフレクタ６に密着させることができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について図８を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、熱電変換素子１０ａ、１０ｂの低温部１２を冷却するための冷却手段として、液冷ジャケット２４、ポンプ２３、チューブ２５、ラジエータ２６などから構成される液冷式の冷却手段を用いている。

すなわち、低温部（低温側基板）１２の表面に液冷ジャケット２４を取り付け、ポンプ２３を駆動させることで、チューブ２５を介して液冷ジャケット２４とラジエータ２６との間で冷却液を循環させることにより低温部２４を冷却する。低温部１２から熱を奪った冷却液は、銅やアルミニウムなどの放熱性に優れた材料からなるラジエータ２６で放熱される。冷却液は、例えば、水、プロピレングリコールの水溶液、プロピレングリコールの水溶液などを用いることができるがそれらに限られるものではない。

このような構成により、ヒートシンクによる放熱やファンによる空冷に比べて、低温部１２をより低温とすることができる。高温部１１と低温部１２との温度差が大きくなればなるほど熱電変換素子１０ａ、１０ｂの熱電変換効率は向上するので、その分、ランプ５から熱を奪う効率も良くなり、ランプ５の冷却効果が高まる。

なお、図８の例では、ラジエータ２６に運ばれてきた熱は自然対流によりラジエータ２６から放熱されるが、図９に示すように、ラジエータ２６の近くにファン２７を設け、そのファン２７による強制対流によってラジエータ２６からの放熱効率をさらに高めてもよい。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について図１０を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、熱電変換素子１０ａ、１０ｂの低温部１２の冷却手段として、蒸発冷却現象によって銅の数十倍以上の熱輸送能力を持つヒートパイプ３１を用いている。すなわち、熱電変換素子１０ａ、１０ｂの低温部（低温側基板）１２の表面に、ヒートスプレッダと呼ばれるＣｕ、Ａｌ、Ｃｕ−Ｗ合金などからなる金属板を取り付け、低温部１２からヒートスプレッダ２８に伝わった熱をヒートパイプ３１でラジエータ２９に運び、ラジエータ２９から放熱する。さらに、ラジエータ２９の放熱効果を高めるためファン３０によってラジエータ２９の表面に強制対流を生じさせている。

本実施形態においても、ヒートシンクによる放熱やファンによる空冷に比べて、低温部１２をより低温とすることができる。高温部１１と低温部１２との温度差が大きくなればなるほど熱電変換素子１０ａ、１０ｂの熱電変換効率は向上するので、その分、ランプ５から熱を奪う効率も良くなり、ランプ５の冷却効果が高まる。

［第６の実施形態］
本実施形態は、図１１に示すように、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄで熱から変換された電力を充電する充電器３３を備え、さらにその充電器３３を、上述したファン１９、２７、３０やポンプ２３の駆動電源として用いている。

熱電変換素子１０ａ〜１０ｄでは、高温部１１と低温部１２との温度差が大きくなればなるほど熱電変換効率が高まり出力される電力も大きくなる。上述したように、上記各実施形態では、ランプ５と高温部１１との間には伝熱促進手段を設けて、ランプ５から高温部１１への伝熱効率を高め、さらに、低温部１２は、ヒートシンクやファン、あるいは液冷式の冷却手段により冷却されているので、ファン１９、２７、３０やポンプ２３の駆動に必要な電力を出力させるのに十分な温度差を高温部１１と低温部１２との間に生じさせることができる。

また、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄから出力される電力は不安定であるが、その電力を一旦充電器３３に充電して、その充電器３３からファン１９、２７、３０やポンプ２３に安定した電力が供給されるので、１９、２７、３０やポンプ２３の安定した駆動を行える。

ファン１９、２７、３０は、例えば、間欠駆動される。あるいは、充電器３３からの電力が数百ｍＷ以上ある場合には連続運転も可能である。

ポンプ２３の消費電力は扱う冷却液の種類や流量などにもよるが大きくとも数Ｗ程度であるため、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄで発電した電力によって動作させることが可能である。

このような本実施形態の構成によれば、低温部１２を冷却する冷却手段を駆動させるために別に用意された電源を用いないため、そのための配線などを不要とでき、筐体２内の省スペースを図れ、結果として電子機器１の小型化を図れる。また、冷却手段の駆動用に余分な電力を投入しなくて済み、省エネルギー化も図れる。

特に、近年、プロジェクタは明るい投写画像を得るためにランプの高出力化が図られており、その分、ランプからの熱を受ける高温部もより高温になりやすく、熱電変換素子における高温部と低温部との温度差を大きくでき、熱から変換されて出力される電力も大きなものが得られる。

［第７の実施形態］
本実施形態では、図１１に示すように、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄが発電した電力の出力を受けて、その出力に応じて、ファン１９、２７、３０やポンプ２３などの駆動を制御する駆動制御部３４、３５を備えている。

熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの出力は高温部１１と低温部１２との温度差に相関している。したがって、ランプ５からの発熱量が大きくなり高温部１１の温度が上昇すると高温部１１と低温部１２との温度差が大きくなり、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの出力が大きくなる。逆に、ランプ５からの発熱量が小さくなり高温部１１の温度が低下すると高温部１１と低温部１２との温度差が小さくなり、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの出力が小さくなる。

したがって、ランプ５の温度と、このときの高温部１１と低温部１２との温度差と、このときの熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの出力との相関関係を予め求めておけば、ランプ５に温度センサを取り付けなくても、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄの出力からランプ５の温度を知ることができ、この結果に基づいてランプ５を希望温度に自動的に制御することが可能となる。

例えば、ランプ５の温度が希望温度より高いか低いかに応じて、ランプ５周辺の対流をファンにより制御したり、低温部１２を冷却する冷却手段の駆動を制御することで熱電変換素子１０ａ〜１０ｄにおける熱電変換効率を制御して、ランプ５の過熱を防いだり、あるいは必要以上に冷却手段を駆動させることによる電力の無駄や冷却手段の動作音を抑制できる。

もちろん温度センサを用いてもよいが、温度センサをランプ５に取り付けるとなるとランプ交換の際にランプ５に対する温度センサの取り外し、取り付けが必要となり面倒である。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

本発明のランプ冷却装置は電子機器に組み込まれることに限らず、例えば、劇場用の照明装置、半導体製造用の露光装置、車両などに具備されたランプの冷却用にも適用できる。本発明では熱電変換素子はランプに対して接触しないため、既に使われているランプであってもそのまわりにスペースさえあれば簡単に組み込むことができる。

また、図１２に示すように、熱電変換素子１０ａ、１０ｂの高温部１１を、リフレクタ６の後方側の湾曲している部分に向き合わせてもよい。リフレクタ６においては、その湾曲している部分が、発光部である発光管１３との距離が最も近く、より高温となりやすい部分であるので、図１２のような配置は高温部１１の高温化に効果的である。

上述した各実施形態は単独で実施されることに限らず複数の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、熱電変換素子１０ａ〜１０ｄが発電する電力を冷却手段の駆動に用いる第６の実施形態や、その電力の出力を受けて冷却手段などの駆動を制御する第７の実施形態は、第１〜第５のすべての実施形態に組み合わせることができる。

本発明の電子機器の一例であるプロジェクタの外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るランプの冷却装置要部の分解斜視図である。 図２に示す熱電変換素子の高温部側から見た斜視図である。 図３の反対面である低温部側から見た熱電変換素子の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るランプの冷却装置の模式平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るランプの冷却装置の模式平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るランプの冷却装置の模式平面図である。 本発明の第４の実施形態に係るランプの冷却装置の模式平面図である。 図８に示す構成にファンを加えた図である。 本発明の第５の実施形態に係るランプの冷却装置の模式平面図である。 熱電変換素子が発電する電力を冷却手段の駆動に用いる構成を示すブロック図である。 ランプに対する熱電変換素子の配置位置の変形例を示す図である。 ランプの斜視図である。 従来例におけるファンの空冷のみによるランプの冷却を示す斜視図である。

符号の説明

１…電子機器、４…投写レンズ、５…ランプ、６…リフレクタ、８…ランプボックス、１０ａ〜１０ｄ…熱電変換素子、１１…高温部、１２…低温部、１４…熱放射性塗料、１５…ヒートシンク、１９…ファン、２１…熱伝導部材、２２…熱伝導部材、２３…ポンプ、２４…液冷ジャケット、２５…チューブ、２６…ラジエータ、２７…ファン、２８…ヒートスプレッダ、２９…ラジエータ、３０…ファン、３１…ヒートパイプ、３３…充電器、３４…駆動制御部、３５…駆動制御部。

Claims (18)

1. 高温部と低温部との間に生じる温度差により発電し、前記高温部をランプに向け且つ前記ランプとの間に間隙を形成して配置される熱電変換素子と、
   前記ランプと前記高温部との間に介在され、前記ランプから前記高温部への伝熱を促進する伝熱促進手段と、
   を備えることを特徴とするランプの冷却装置。
2. 前記伝熱促進手段は、前記高温部に形成された熱放射性塗料である
   ことを特徴とする請求項１に記載のランプの冷却装置。
3. 前記伝熱促進手段は、前記高温部に接触して設けられた熱伝導部材である
   ことを特徴とする請求項１に記載のランプの冷却装置。
4. 前記熱伝導部材は柔軟性を有し、前記ランプと前記高温部の両方に接触して前記間隙を埋める
   ことを特徴とする請求項３に記載のランプの冷却装置。
5. 前記熱伝導部材は、前記高温部に接触する部分から前記ランプのまわりを囲むように広がっている
   ことを特徴とする請求項３に記載のランプの冷却装置。
6. 前記熱電変換素子の前記低温部を冷却する冷却手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のランプの冷却装置。
7. 前記冷却手段は、液冷式冷却手段である
   ことを特徴とする請求項６に記載のランプの冷却装置。
8. 前記熱電変換素子が発電する電力を充電する充電器を備え、
   前記冷却手段は前記充電器から電力の供給を受ける
   ことを特徴とする請求項６に記載のランプの冷却装置。
9. 前記熱電変換素子の出力に応じて、前記冷却手段の駆動を制御する駆動制御部を備える
   ことを特徴とする請求項６に記載のランプの冷却装置。
10. ランプと、
    高温部と低温部との間に生じる温度差により発電し、前記高温部を前記ランプに向け且つ前記ランプとの間に間隙を形成して配置される熱電変換素子と、
    前記ランプと前記高温部との間に介在され、前記ランプから前記高温部への伝熱を促進する伝熱促進手段と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
11. 前記伝熱促進手段は、前記高温部に形成された熱放射性塗料である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
12. 前記伝熱促進手段は、前記高温部に接触して設けられた熱伝導部材である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
13. 前記熱伝導部材は柔軟性を有し、前記ランプと前記高温部の両方に接触して前記間隙を埋める
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電子機器。
14. 前記熱伝導部材は、前記高温部に接触する部分から前記ランプのまわりを囲むように広がっている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電子機器。
15. 前記熱電変換素子の前記低温部を冷却する冷却手段を備える
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
16. 前記冷却手段は、液冷式冷却手段である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電子機器。
17. 前記熱電変換素子が発電する電力を充電する充電器を備え、
    前記冷却手段は前記充電器から電力の供給を受ける
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電子機器。
18. 前記熱電変換素子の出力に応じて、前記冷却手段の駆動を制御する駆動制御部を備える
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電子機器。

Images