JP2008300661A - 通風ダクト型温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の予熱時の加熱量を少なくし、発光素子の待機時におけるヒータの消費電力を少なくする通風ダクト型温度制御装置を提供すること。
【解決手段】発光素子１の温度を所定の範囲に制御する通風ダクト型温度制御装置であって、発光素子１を予熱するヒータ１０と、発光素子１と伝熱的に接続されるヒートシンク５と、重力方向に対して略逆Ｕ字状となる通風路を有するダクト６とを備え、ヒートシンク５は、ダクト６内の上方に設置されることを特徴としている。
【選択図】 図１−１

Description

本発明は、予熱駆動が行われる発光素子を発光素子が動作中に冷却するためのヒートシンクをダクト内に設け、このダクト内に設けたヒートシンクを強制通風によって冷却する通風ダクト型温度制御装置に関するものである。

近年、従来からの放電管などに加えて、レーザ発光素子を用いた画像投写装置が民生用の大型テレビや業務用の大型ディスプレイとして開発されている。この画像投写装置は、光源からの光を照明光学系によって変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）などに照射して画像光を形成し、この画像光をレンズやミラーなどの光学系によってスクリーンに背面などから投影することで、画像を表示する構造となっている。

このような画像投写装置の光源にレーザ発光素子を用いた場合、レーザ光は位相がそろったコヒーレントな光であることと、それぞれ独立したレーザ発光素子がＲ、Ｇ、Ｂの波長帯のレーザ光を放つことなどから、従来の放電管などを用いた画像投写装置よりも鮮明な画像を表示できるという利点がある。

ただし、レーザ発光素子には所定の動作温度範囲があり、この動作温度範囲を維持しないと、所望の波長のレーザ光を発生しないので、環境温度が変化してもこの動作温度範囲に維持するための温度制御が必要になる。すなわち、この種の画像投写装置では、スイッチオン後の迅速な画像表示を可能とするために待機時はヒータなどで素子を予熱するプリヒート機能を設けるとともに、レーザ動作時に発生した過剰な熱は強制通風によって排出して素子の温度を所定の範囲に維持している。

特許文献１においては、表示管群を閉ループダクト内に納め、ヒータで温めた空気を循環用ファンによって閉ループダクト内を上下に循環させて、表示管の温度が最適温度になるまで表示管を予熱し、最適温度に達した時点でヒータを停止し、表示管群が過熱した場合には排気ファンで閉ループダクト内の高温空気の一部を低温の外気と入れ替えることで表示管群を冷却し、表示管群の温度の一様性を確保している。

特開平８−３２８４８９号公報

しかしながら、上記特許文献１では、ヒータで温めた空気を循環用ファンによって閉ループダクト内を上下に循環させるとともに、閉ループダクト内の上側に排気ファンを設けているので、閉ループダクトと外気とは排気ファンを介するものの、ほとんど開放状態となっている。このため、ヒータで予熱されて常温時よりも軽くなった空気は、上側に配置された排気ファンの開口部を通じて閉ループダクト内から容易に外気側に漏れ出てしまう。この結果、適温維持のためにはヒータを多用せざるを得ず、待機時（予熱時）の消費電力が増大しやすいという問題点があった。また、上記特許文献１では、各表示管毎に温調機能を持たないために、閉ループダクト内の循環空気を止めると各表示管の温度バランスが崩れ、各表示管の温度を所定の範囲に保ち得ないという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光素子の待機時の予熱量を少なくし、待機時の電力を削減することができる通風ダクト型温度制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光素子の温度を所定の範囲に制御する通風ダクト型温度制御装置であって、前記発光素子を予熱するヒータと、前記発光素子と伝熱的に接続されるヒートシンクと、重力方向に対して略逆Ｕ字状となる通風路を有するダクトとを備え、前記ヒートシンクは、前記ダクト内の上方に設置されることを特徴とする。

この発明によれば、発光素子と伝熱的に接続されるヒートシンクを、重力方向に対して略逆Ｕ字状となる通風路を有するダクトの上方に設置するようにしたので、発光素子の予熱に要する待機時の加熱量が小さくなって待機時の電力を削減することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通風ダクト型温度制御装置の実施の形態を図面にもとづいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１−１、図１−２、図１−３は、本発明にかかる通風ダクト型温度制御装置をレーザ素子を光源として用いた画像投写装置に適用した場合の実施の形態１の構造を示す図である。図１−１は通風ダクト型温度制御装置を上から見た平面図であり、図１−２は図１−１のＡ−Ａ断面、図１−３は図１−１のＢ−Ｂ断面を示す。

図１−１〜図１−３に示す通風ダクト型温度制御装置は、発光素子１などが収容される素子収容室２０と、この素子収容室２０の横に隣接されるダクト６を備える。素子収容室２０はダクト６の上方側に併設されている。素子収容室２０は、壁体２１によって囲繞された閉鎖空間を形成し、その内部には支持台２２が水平に設置されている。支持台２２上には、３つのヒートパイプブロック２が配置され、これら３つのヒートパイプブロック２上には、発光素子（半導体レーザ）１と、発光素子１を予熱するヒータ１０とがそれぞれ設けられている。発光素子１とヒートパイプブロック２とは伝熱的に接続されている。３つの発光素子１は、それぞれ赤、緑、青の単色光を発光する。発光素子１には、外部へレーザ光を出力するための光ファイバ１１が接続されている。

ヒートパイプブロック２には、水平に延びるヒートパイプ３の一端が接続されており、ヒートパイプ３の他端側には多数のフィン４を有するヒートシンク５が設けられている。ダクト６は、下方に設けられた吸気口１３と、この吸気口１３から高さ方向に延在する第１の縦通風路６ａと、この縦通風路６ａから横方向に延在する横通風路６ｂと、この横通風路６ｂから下側に設けられた排気口１４まで高さ方向に延在する第２の縦通風路６ｃとから構成される。すなわち、ダクト６は、重力方向に対して略逆Ｕ字状となる通風路形状を有し、３つのヒートシンク５はダクト６の内部上方部に位置する横通風路６ｂを横切るように並設されている。この場合、ダクト６の吸気口１３には、２つの送風ファン８が設置されている。また、ダクト６の壁面のうちのヒートシンク５が配置される横通風路６ｂには、断熱材が巻回されており、ダクト壁の断熱効果を高めている。勿論、ダクト６の全壁面に断熱材を設けるようにしてもよい。

つぎに、送風ファン８およびヒータ１０の制御手順を説明する。図２は、送風ファン８およびヒータ１０の制御手順を示すフローチャートである。ここで、この通風ダクト型温度制御装置は、発光素子１の温度あるいは発光素子１の近傍の雰囲気温度を計測する温度センサ（図示せず）と、送風ファン８およびヒータ１０の動作を制御する制御装置（図示せず）とを別途備えるものとする。図２は、制御装置による制御手順を示すものである。

まず、画像投写装置の電源コンセントプラグが電源コンセントに接続されて、画像投写装置が電源に接続されると（ステップＳ１）、画像投写装置は待機状態になり、制御装置は、ヒータ１０をオンにしてヒータ１０による発光素子の予熱（プリヒート）制御を開始する（ステップＳ２）。この予熱制御においては、温度センサの検出値をフィードバックし、発光素子１が所定の動作温度範囲（例えば７０℃程度）より少し低い所定の目標温度になるようにヒータ１０がオンオフ制御される。この予熱制御の際には、送風ファン８は停止させている。

前述したように、レーザ発光素子１は所定の動作温度にならないと所望の波長のレーザ光を発光しない。レーザ発光素子１には排熱に必要なヒートパイプブロック２やヒートパイプ３、それにヒートシンク５などの大きな熱容量が熱的に接続されており、動作開始時には、これらの熱容量が災いして温度立ち上がり時間を長くしている。このため、上記のようなプリヒートを行って発光素子１の温度立ち上がり時間を短くしているが、プリヒートに必要な加熱量は小さい方が望ましい。

ここで、本実施の形態１の通風ダクト型温度制御装置においては、ヒータ１０による予熱制御による発光素子１の熱は、ヒートパイプブロック２、ヒートパイプ３およびヒートシンク５（複数のフィン４）を介してダクト６の内部の空気にも拡散するが、暖められた空気１２は常温の空気に比して軽いため、高温空気１２は、図１−２に示すようにヒートシンク５が設置されたダクト６内部の上方（横通風路６ｂ）に滞留する。ヒートシンク５の周囲に暖められた空気１２が滞留することで、ヒートシンク５とヒートシンク５に伝熱的に接続しているレーザ発光素子１との温度低下を防止でき、結果としてプリヒートに必要な加熱量が少なくなり、待機時におけるヒータ１０の消費電力を少なくする事ができる。

その後、画像投写装置の電源スイッチが投入されると（ステップＳ３）、制御装置は、発光素子１をオンにし、ヒータ１０をオフにし、代わりに送風ファン８をオンにする（ステップＳ４）。発光素子１のオンによって発光素子１自身の温度は予熱制御による温度から急激に上昇するが、送風ファン８がオンになるので、ダクト６の一端である吸気口１３から外気を吸引して、ダクト６の他端である排気口１４から排気することで、ヒートシンク５を冷却し、発光素子１を冷却する。この後、制御装置は、温度センサの検出値をフィードバックし、発光素子１が所定の動作温度範囲（例えば７０℃程度）を維持するように送風ファン８を駆動制御する（ステップＳ５）。この送風ファン８の駆動制御においては、例えば、発光素子１の温度が高めの場合には送風ファン８を高速で回転させ、レーザ発光素子１の温度が低めの場合には送風ファン８を低速で回転させるといった速度制御処理を行う。このような送風ファン８の駆動制御は、電源スイッチがオフされるまで繰り返される。

この後、電源スイッチがオフされると（ステップＳ６）、制御装置は、発光素子１をオフにし、送風ファン８をオフにし、代わりにヒータ１０をオンにし（ステップＳ７）、これ以降、前記同様、待機時における予熱制御が行われる（ステップＳ２）。

以上説明したように、実施の形態１の通風ダクト型温度制御装置によれば、略逆Ｕ字状をしたダクト６の内部上方に暖められて軽くなった空気を滞留させることにより、プリヒートに必要な加熱量が少なくなり、待機時におけるヒータ１０の消費電力を少なくする事ができる。また、発光素子１の動作時には、送風ファン８による強制通風によって通常の冷却能力を得ることができる。また、ダクト６の壁が断熱材を備えている場合、待機時にヒータ１０が予熱に要する電力をさらに低減することができる。

なお、実施の形態１では、ダクト６の吸気口１３に送風ファン８が設置されているが、通風ファンをダクト６の内部の任意の箇所に設置してもよい。

実施の形態２．
図３−１、図３−２、図３−３は、本発明にかかる通風ダクト型温度制御装置の実施の形態２の構造を示す図である。図３−１は本発明にかかる通風ダクト型温度制御装置を上から見た図であり、図３−２は図３−１のＡ−Ａ断面、図３−３は図３−１のＢ−Ｂ断面を示す。

実施の形態２においては、上下方向に延びる複数の板状の放熱フィン１５を有する３つのヒートシンク１６を略逆Ｕ字状をしたダクト６の上方（横通風路６ｂ）に嵌め込んでおり、ヒートシンク１６の上部面は、ダクト６の上側外部に露出させている。３つのヒートシンク１６の上面には、光ファイバ１１が接続された発光素子１およびヒータ１０が夫々設けられている。また、ダクト６の吸気口１３には、この場合１個の送風ファン８が設けられている。この実施の形態２においても、ヒータ１０および送風ファン８は、制御装置によって先の実施の形態１で説明した手順と同様に制御される。なお、図１に示す実施の形態１の各構成要素と同じ機能を達成する構成要素に関しては同一符号を付して示している。

この実施の形態２においても、予熱時には、放熱フィン１５は、ダクト６の上部に滞留する高温空気１２に晒されることになるため、予熱時の加熱量が少なくなり、待機時におけるヒータ１０の消費電力を少なくする事ができる。また、実施の形態２では、ヒートパイプ３を介さずにレーザ発光素子１がヒートシンク１６に取り付けられているので装置がコンパクトになる。

なお、実施の形態２において、発光素子１およびヒータ１０を閉鎖空間に収容して、より予熱時の加熱効率を上げるようにしてもよい。

本発明にかかる通風ダクト型温度制御装置は、所定の温度範囲で動作し、自らの動作によって発熱する発光素子の温度制御に有用であり、特にレーザテレビなどの光源の温度制御に適している。

本発明の実施の形態１にかかる通風ダクト型温度制御装置を上から見た状態を示す図である。 図１−１におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図１−１におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 送風ファンおよびヒータの制御手順をフローチャートである。 本発明の実施の形態２にかかる通風ダクト型温度制御装置を上から見た状態を示す図である。 図３−１におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図３−１におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。

符号の説明

１ レーザ発光素子（発光素子）
２ ヒートパイプブロック
３ ヒートパイプ
４ フィン
５ ヒートシンク
６ ダクト
８ 送風ファン
１０ ヒータ
１１ 光ファイバ
１３ 吸気口
１４ 排気口
１５ 放熱フィン
１６ ヒートシンク
２０ 素子収容室
２１ 壁体
２２ 支持台

Claims (4)

1. 発光素子の温度を所定の範囲に制御する通風ダクト型温度制御装置であって、
   前記発光素子を予熱するヒータと、
   前記発光素子と伝熱的に接続されるヒートシンクと、
   重力方向に対して略逆Ｕ字状となる通風路を有するダクトと、
   を備え、
   前記ヒートシンクは、前記ダクト内の上方に設置されることを特徴とする通風ダクト型温度制御装置。
2. 前記ダクトは、下方一端が吸気口であり、下方他端が排気口であり、
   前記ダクト内に配置される通風ファンと、
   前記発光素子が待機中のときには前記通風ファンを停止するとともに前記ヒータを温度制御し、前記発光素子が動作中のときには前記ヒータを停止するとともに前記通風ファンを駆動制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の通風ダクト型温度制御装置。
3. 前記ダクトは、少なくともダクト上方のダクト壁に断熱材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の通風ダクト型温度制御装置。
4. 前記発光素子は、複数個あり、
   前記ヒータおよびヒートシンクは、複数の発光素子に対応してそれぞれ複数個有り、
   前記複数のヒートシンクを前記ダクトの上方に設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の通風ダクト型温度制御装置。

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