JP2007103820A - 冷却装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの駆動音及び振動を低減させる。
【解決手段】 液体の冷却媒体を介して冷却対象物Ｙから吸熱することによって上記冷却対象物Ｙを冷却する冷却装置であって、上記冷却媒体の流路１と、該流路１の途中部位に配置されるリザーバタンク２と、上記リザーバタンク２内に配置されるとともに上記冷却媒体を流動させるポンプ３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却装置及びプロジェクタに関するものである。

近年、発熱するデバイスや加温されたデバイスの熱量を液体の冷却媒体によって吸熱することによってデバイス等の冷却対象物を冷却する小型の冷却装置が提案されている。
そして、このような冷却装置は、冷却媒体が流れるための流路と冷却媒体に対して流れを与えるためのポンプとを備えて構成されている。

このような冷却装置においては、低騒音化という観点から一般的には回転式の遠心ポンプが用いられているが、遠心ポンプは、内部に空気が入ることで動作不良を引き起こすため、その対策が必要となる。特に、冷却媒体が循環使用される循環式の冷却装置においては、冷却媒体が揮発して徐々に減少することで、流路内に空気が入り込むため、その対策が重要となる。
例えば、特許文献１には、ポンプの吸込口の端部を、冷却媒体が減少した場合であっても水面から露出しない位置に配置することによって、ポンプ内に空気が入り込むことを防止する技術が開示されている。
また、特許文献２には、冷却媒体が揮発しやすい部材同士の接続部位を減らすために、冷却媒体を貯留するタンクと同等の機能を有する冷媒容器とポンプとを直結する技術が開示されている。
特開２００３−７８２７１号公報 特開２００５−４５０３１号公報

ところで、上述のように冷却装置においては、低騒音化という観点から回転式の遠心ポンプが用いられているが、遠心ポンプは低出力であるため、高出力の往復動ポンプ等を使用したいという要求が高まっている。また、このような往復動ポンプは、空気が入り込んだ場合であっても駆動が可能であるため、流路内に空気が入り込むことを防止する対策を施す必要性が減る。
しかしながら、現状においては、遠心ポンプの変わりに高出力の往復動ポンプ等を設置した場合には、当然大きな音が生じるとともに振動も大きくなる。このため、ポンプの駆動音及び振動を低減させる技術が望まれている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ポンプの駆動音及び振動を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、液体の冷却媒体を介して冷却対象物から吸熱することによって上記冷却対象物を冷却する冷却装置であって、上記冷却媒体の流路と、該流路の途中部位に配置されるリザーバタンクと、上記リザーバタンク内に配置されるとともに上記冷却媒体を流動させるポンプとを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の冷却装置によれば、ポンプがリザーバタンク内に配置される。
このため、ポンプの駆動音及び振動が外部に伝達され難くなり、ポンプの駆動音及び振動を低減させることが可能となる。
また、ポンプをリザーバタンク内に貯留される上記冷却媒体中に配置することによって、ポンプの駆動音及び振動をより低減させることが可能となる。

また、本発明の冷却装置においては、上記ポンプが往復動ポンプであるという構成を採用することができる。
また、本発明の冷却装置においては、上記ポンプが、吐出弁を備えずかつ吸入側の流路より吐出側の流路の慣性効果が大きいものであるという構成を採用することもできる。
これらのような構成を採用することによって、従来の冷却装置と比較して大きな出力を発揮することが可能となる。

また、本発明の冷却装置においては、上記ポンプを上記リザーバタンク内に貯留される上記冷却媒体中に支持する支持部が、上記ポンプの吐出側の流路であるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、別途支持部を設置することなくポンプをリザーバタンク内に貯留される冷却媒体中に支持することができる。
なお、上記吐出側の流路が柔軟性を有するチューブであるという構成を採用することが好ましい。
このような構成を採用することによって、支持部（吐出側の流路）を介して外部に伝達される音及び振動を低減させることができるため、ポンプの駆動音及び振動をより低減させることが可能となる。

また、本発明の冷却装置においては、上記ポンプを上記リザーバタンク内に貯留される上記冷却媒体中に支持する支持部が、ポンプ駆動用ケーブルあるいはその保護チューブであるという構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、別途支持部を設置することなくポンプをリザーバタンク内に貯留される冷却媒体中に支持することができるとともに、支持部（ポンプ駆動用ケーブルあるいは保護チューブ）を介して外部に伝達される音及び振動を低減させることができるため、ポンプの駆動音及び振動をより低減させることが可能となる。

次に、本発明のプロジェクタは、本発明の冷却装置を備えることを特徴とする。

本発明の冷却装置によれば、ポンプの駆動音及び振動を低減させることが可能となる。したがって、このような本発明の冷却装置を備えるプロジェクタは、低騒音化及び低振動化されたものとなる。

以下、図面を参照して、本発明に係るの冷却装置及びプロジェクタ一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態の冷却装置Ｓ１の概略構成を示した模式図である。この図に示すように、本実施形態の冷却装置Ｓ１は、液体の冷却媒体Ｘを介して冷却対象物Ｙを冷却するためのものであり、図１に示すように、チューブ１、リザーバタンク２、ポンプ３、受熱部４及び放熱部５を備えて構成されている。

チューブ１は、冷却媒体Ｘの循環流路を形成するものであり、環状に形状設定されている。そして、チューブ１の途中部位にリザーバタンク２、ポンプ３、受熱部４及び放熱部５が配置されている。

リザーバタンク２は、冷却媒体Ｘを一時的に貯留するものであり、その内部に所定の容積の空間を有している。ポンプ３は、チューブ１内の冷却媒体Ｘに対して流れを付与するものであり、本実施形態の冷却装置Ｓ１においては、リザーバタンク２に貯留された冷却媒体Ｘ中に配置されている。

図２は、本実施形態の冷却装置Ｓ１におけるリザーバタンク２及びポンプ３の詳細な縦断面図である。

リザーバタンク２は、タンク本体２１、タンク下板２２で構成され、液冷用の冷却媒体Ｘが漏れないように両者が接合されている。
タンク下板２２には冷却媒体Ｘがリザーバタンク２内に流入するための吸入口２３が形成さている。この吸入口２３は図１におけるチューブ１に接続される。

ポンプ３は、ポンプ上ケース３１とポンプ下ケース３２、及びその内部の部材で構成されている。
中板３３はポンプ上ケース３１との間にダイヤフラム３４を挟みこみ固定し、ポンプ下ケース３２との間には吸入弁３６、吐出弁３７を挟み込み固定している。中板３３とダイヤフラム３４によって、ポンプ室３９が形成される。ダイヤフラム３４のポンプ室３９の逆側には、圧電素子３５が固着されている。
吸入弁３６及び吐出弁３７はそれぞれの弁部の大きさと、中板３３及びポンプ下ケース３２の穴との大きさの関係から、吸入弁３６が冷却媒体Ｘ流入時にポンプ室３９内側へ開放可能とされ、吐出弁３７が冷却媒体Ｘ流出時にポンプ室３９外側へ開放可能とされている。
吐出弁３７の下流側は、吐出口３８（吐出側の流路）が形成されている。この吐出口３８は図１におけるチューブ１に接続される。また、吐出口３８はタンク下板２２を貫通しているが、貫通部は組立て時に冷却媒体Ｘの漏洩が無いように堅固に接着されている。以上の構造において、ポンプ３はリザーバタンク２内部に吐出口３８で支持された状態で冷却媒体Ｘ中に浸漬されることになる。すなわち、本実施形態の冷却装置Ｓ１においては、ポンプ３を冷却媒体Ｘ中に支持する支持部として吐出口３８が用いられている。このため、別途支持部を設置することなくポンプ３をリザーバタンク２内に貯留される冷却媒体Ｘ中に支持することができる。
なお、吐出口３８は柔軟性を有するチューブによって構成されていることが好ましい。このような構成を採用することによって、吐出口３８を介して外部に伝達される音及び振動を低減させることができる。

このようなポンプ３においては、圧電素子３５の両面に交流電圧を印加することにより、圧電素子３５の径方向の伸縮が発生し、その結果、ダイヤフラム３４は撓みを繰り返すことになる。そして、ダイヤフラム３４が上方向に撓むとポンプ室３９の体積が大きくなり、ポンプ室３９内に冷却媒体Ｘが流入する。このとき吸入弁３６が開き、吐出弁３７が閉じるため、タンク本体２１内の冷却媒体Ｘがポンプ室３９に流れ込む。
逆に、ポンプ室３９の体積が縮小するようにダイヤフラム３４が変形するときは、ポンプ室３９内の冷却媒体Ｘが吐出される。このとき吸入弁３６が開き、吐出弁３７が閉じるため、吐出口３８から冷却媒体Ｘが吐出される。また、本ポンプの構造上、空気でも送出が可能であるため、様々な要因によってポンプ内に気泡等が入っても、速やかに排出されるため安定した動作が可能である。
以上の動作において、ポンプはダイヤフラム３４に動作に起因する振動と騒音を発生するが、冷却媒体Ｘに浸漬されているため、その振動と騒音は外部には漏れない。さらに、空気溜まり２４によって、振動がさらに抑制できる。

図１に戻り、受熱部４は、冷却対象物Ｙに対して接触配置されるものであり、金属等の熱伝達率の高い材料によって形成されている。そして、この受熱部４において冷却対象物Ｙの熱量が冷却媒体Ｘに吸熱されることで、冷却対象物Ｙが冷却される。
放熱部５は、冷却対象物Ｙの熱量を吸熱することによって高温化された冷却媒体Ｘを放熱させるためのものであり、本実施形態においては、ラジエタとして構成されている。

そして、本実施形態の冷却装置Ｓ１においては、ポンプ３が一定駆動され、一定の流速で冷却媒体Ｘがチューブ１内を循環する。
そして、冷却媒体Ｘは、チューブ１内を循環する過程で、受熱部４において冷却対象物Ｙから熱量を吸熱し、放熱部５において冷却対象物Ｙから吸熱した熱量を放熱することによって冷却された後、再び循環して、受熱部４において冷却対象物Ｙから熱量を吸熱する。

このような本実施形態の冷却装置Ｓ１においては、ポンプ３がリザーバタンク２内に配置される。
このため、ポンプ３の駆動音及び振動が外部に伝達され難くなり、ポンプ３の駆動音及び振動を低減させることが可能となる。
よって、本実施形態の冷却装置Ｓ１のように、出力の大きな往復動ポンプをポンプ３として採用することが可能となる。
なお、ポンプ３はリザーバタンク内２において貯留された冷却媒体Ｘ中に必ずしも配置される必要はないが、本実施形態の冷却装置Ｓ１のようにポンプ３をリザーバタンク２内に貯留される冷却媒体Ｘ中に配置することによって、ポンプ３の駆動音及び振動をより低減させることが可能となる。

さらに、吐出口３８を柔軟性を有するチューブによって構成することによって、吐出口３８を介して外部に伝達される音及び振動を低減させることができ、ポンプ３の駆動音及び振動をより低減させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態として説明する冷却装置Ｓ２は、上記第１実施形態として説明した冷却装置Ｓ１と、備えるポンプの構成が大きく異なる。このため、その他、同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態の冷却装置Ｓ２が備えるリザーバタンク６及びポンプ７の詳細な縦断面図である。

本実施形態の冷却装置Ｓ２が備えるポンプ７は、吐出弁を備えずかつ吸入側の流路より吐出側の流路の慣性効果が大きいものである。なお、本ポンプの基本原理は、特開２００４−１１５３５号公報、及び、日本機械学会誌 2003.10 Vol.106 No1019の８２３ページ等に記載されている。

詳細には、タンク本体６１の上部縁部はタンク上板６２と漏れの無いように図示しないネジで境界のシール部材を押圧して固着されている。
タンク本体６１には吸入口６３が固着され、タンク上板６２には吐出口６４が形成されている。

ポンプ７は、ポンプケース７１とポンプ下板７２及び内部の部材で構成されている。ポンプ下板７２には積層型圧電素子７３の一面が固着され、他方の面はダイヤフラム７４に固着されている。ポンプケース７１のポンプ室７５に向き合う面には、タンク本体６１からポンプ室７５へ流体を流す吸入弁７６が固定されている。
ポンプ室７５下流の吐出側には、管路要素７７が形成され、さらにその下流には柔軟な樹脂チューブ７８が接続されている。樹脂チューブ７８の他端は吐出口６４に接続している。
積層型圧電素子７３は、柔軟な保護チューブ７９で冷却媒体Ｘから隔離されたポンプ駆動用ケーブル２５２によって駆動される。保護チューブ７９内部には、ポンプの音を外部に漏らさないように、発泡ウレタン等の吸音材を充填しても良い。

このようなポンプ７においては、積層型圧電素子７３に電位がかかると、積層型圧電素子７３は伸張し、ダイヤフラム７４を押圧することでポンプ室７５の体積が減少するため、吸入弁７６が閉じポンプ室７５内の圧力が上昇する。そして、管路要素７７の大きな慣性効果によって、その圧力は数十気圧に達する。その結果、管路要素７７内に速い流れが形成されるため、次に圧電素子７３が収縮に移行しても、慣性効果によって管路要素７７内の流れが継続する。このため、吸入弁７６は開きつづける。したがって、ダイヤフラム７４によるポンプ室７５の体積変化の数倍の流量を一行程で流すことができる。

このようなポンプ７の駆動周波数は数キロヘルツであるため、従来の冷却装置に搭載した場合には、この音や振動がポンプ本体や流路を経由して伝達される。しかしながら、本実施形態においても、冷却媒体Ｘ中にポンプ７が配置されているため、ポンプ本体からの振動や騒音が外部に出ることを抑止することができる。また、流路を経由して伝達される音も、樹脂チューブ７８が柔軟であるため外部に伝達されることを抑止することができる。
また、本ポンプの動作原理上、吸入側流路の慣性効果は小さいほど好ましいが、タンク内の冷却媒体Ｘがすぐにポンプに入る構造になっているため、極めて慣性効果を小さくできる。

次に、上記実施形態の冷却対象物Ｙとして光源を備え、この光源を冷却するための冷却装置として上記実施形態の冷却装置を備えるプロジェクタについて説明する。

図４は、プロジェクタ５００の説明図である。図中、符号５１２、５１３、５１４は光源、５２２、５２３、５２４は液晶ライトバルブ、５２５はクロスダイクロイックプリズム、５２６は投写レンズを示している。

図４のプロジェクタ５００は、本実施形態のように構成した３個の光源５１２、５１３、５１４を備えている。各光源５１２、５１３、５１４には、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光するＬＥＤ（固体発光光源）が採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源の後方にロッドレンズやフライアイレンズを配置してもよい。

赤色光源５１２からの光束は、重畳レンズ５３５Ｒを透過して反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射する。また、緑色光源５１３からの光束は、重畳レンズ５３５Ｇを透過して緑色光用液晶ライトバルブ５２３に入射する。
また、青色光源５１４からの光束は、重畳レンズ５３５Ｂを透過して反射ミラー５１６で反射され、青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射する。なお、各光源からの光束は重畳レンズを介することにより液晶ライトバルブの表示領域において重畳され、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。

また、各液晶ライトバルブの入射側および出射側には、偏光板（図示せず）が配置されている。そして、各光源からの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブに入射する。また、入射側偏光板の前方に偏光変換手段（図示せず）を設けてもよい。この場合、入射側偏光板で反射された光束をリサイクルして各液晶ライトバルブに入射させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。

各液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ５２６により投写スクリーン５２７上に投写され、拡大された画像が表示される。

そして、本実施形態のプロジェクタ５００においては、光源５１２，５１３，５１４に対して上記実施形態の冷却装置が設置されている。
上記実施形態の冷却装置によれば、ポンプの駆動音及び振動を低減させることが可能となる。したがって、このような上記実施形態の冷却装置を備えるプロジェクタは、低騒音化及び低振動化されたものとなる。なお、冷却装置は光源毎に設置されていても良いし、複数の光源に対して共通の冷却装置を用いても良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る冷却装置及びプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態の冷却装置において、ポンプの吸入口端部が空気溜まり２４に位置されないように、ポンプの吸入口端部が常に冷却媒体Ｘ中に位置するような機構を採用しても良い。
例えば、図５に示すように、吸入口端部を柔軟性を有するチューブ９０として構成し、さらにチューブ９０の端部に重り９１を設置することによって、吸入口端部すなわちチューブ９０の端部が重力によって、常に下方に位置することとなるため、ポンプの吸入口端部を常に冷却媒体Ｘ中に位置させることができる。

また、上記実施形態においては、冷却対象物Ｙの具体例としてプロジェクタの光源を挙げて説明した。しかしながら、本発明の冷却装置はプロジェクタの光源を冷却するためのものとして限定されるものではなく、ＣＰＵ等の発熱体を冷却する冷却装置として用いることができる。

また、上記実施形態においては、プロジェクタの光源をＬＥＤ光源として説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、プロジェクタの光源としては、超高圧水銀ランプ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）や半導体レーザ等を用いることもできる。

また、上記実施形態においては、光変調素子として液晶ライトバルブを採用したが、光変調素子として微小ミラーアレイデバイス等を採用することも可能である。
また、上記実施形態においては、投写レンズを用いて画像光を投写スクリーン上に投写することによって画像を表示したが、投写レンズの代わりに投写ミラーを用いることも可能である。

本発明の第１実施形態における冷却装置の概略構成を示した模式図である。 本発明の第１実施形態における冷却装置が備えるリザーバタンク及びポンプの詳細な断面図である。 本発明の第２実施形態における冷却装置が備えるリザーバタンク及びポンプの詳細な断面図である。 本発明の冷却装置を備えるプロジェクタの一実施形態を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態における冷却装置の変形例を示した図である。

符号の説明

Ｓ１，Ｓ２……冷却装置、Ｘ……冷却媒体、Ｙ……冷却対象物、１……チューブ（流路）、２……リザーバタンク、３……ポンプ、５００……プロジェクタ

Claims (8)

1. 液体の冷却媒体を介して冷却対象物から吸熱することによって前記冷却対象物を冷却する冷却装置であって、
   前記冷却媒体の流路と、
   該流路の途中部位に配置されるリザーバタンクと、
   前記リザーバタンク内に配置されるとともに前記冷却媒体を流動させるポンプと
   を備えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記ポンプが前記リザーバタンク内に貯留される前記冷却媒体中に配置されることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記ポンプが往復動ポンプであることを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
4. 前記ポンプが、吐出弁を備えずかつ吸入側の流路より吐出側の流路の慣性効果が大きいものであることを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
5. 前記ポンプを前記リザーバタンク内に貯留される前記冷却媒体中に支持する支持部が、前記ポンプの吐出側の流路であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の冷却装置。
6. 前記吐出側の流路が柔軟性を有するチューブであることを特徴とする請求項５記載の冷却装置。
7. 前記ポンプを前記リザーバタンク内に貯留される前記冷却媒体中に支持する支持部が、ポンプ駆動用ケーブルあるいはその保護チューブであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の冷却装置。
8. 請求項１〜７いずれかに記載の冷却装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
   
   
   

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