JP2009031557A

JP2009031557A - 液冷システム

Info

Publication number: JP2009031557A
Application number: JP2007195760A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Sawairi; 弘也澤入; Akira Sekiguchi; 晃関口
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】異なる発熱量の複数の熱源の温度差が拡大せず、全ての熱源の温度を均一化する方向に制御できる液冷システムを得る。
【解決手段】発熱量の異なる複数の熱源に熱的にそれぞれ接触する熱伝導部に対し、ポンプ及びラジエータを含む単一の流路により冷却用液体を順次供給して冷却する液冷システムにおいて、ラジエータによって冷却された冷却用液体を、最初に発熱量の最も大きい熱源の熱伝導部に供給する液冷システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱量の異なる複数の熱源を冷却する液冷システムに関する。

発熱量の異なる複数の熱源を有するシステムとして、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源を用いる三板式カラープロジェクタが知られている。これらのＬＥＤ光源には、色毎に許容温度が存在し、それぞれ適温に保持することが所定波長の光を発するために必須である（特許文献２）。また、ＬＥＤ光源は、許容温度を超えると光量が低下すると指摘されている（特許文献８）。

特許文献５は、ＬＥＤ光源を用いる三板式カラープロジェクタに適用した液冷システムを提案している。より具体的には、この特許文献５では、発熱量が異なるＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源に対し、発熱量の大小の観点から、発熱量の小さいＬＥＤ光源から大きいＬＥＤ光源、つまり、Ｒ、Ｇ、Ｂの順に、ラジエータから出た低温の冷却用液体を供給することを提案している。
特開2004-266247号公報特開2004-287190号公報特開2006-38302号公報特開2006-47914号公報特開2006-139245号公報特開2006-201792号公報特開2006-337835号公報特開2007-24939号公報特開2007-52226号公報

しかしながら、本発明者らの解析によると、発熱量の小さいＬＥＤ光源から大きいＬＥＤ光源の順に低温の冷却用液体を流すと、発熱量の小さいＬＥＤ光源（Ｂ又はＧ）は十分冷却されるものの、発熱量の大きいＬＥＤ光源（Ｒ）は十分冷却されず、その結果、３色のＬＥＤ光源の温度差が拡大してしまう傾向のあることが分かった。そして、温度差が拡大してしまうと、Ｂ又はＧ光源は低温すぎ、Ｒ光源は高温すぎて、発振波長が所望のものとならない。

本発明は、以上の技術認識に基づき、異なる発熱量の複数の熱源の温度差が拡大せず、全ての熱源の温度を均一化する方向に制御できる液冷システムを得ることを目的とする。

本発明は、発熱量の異なる複数の熱源に熱的にそれぞれ接触する熱伝導部に対し、ポンプ及びラジエータを含む単一の流路により冷却用液体を順次供給して冷却する液冷システムにおいて、ラジエータによって冷却された冷却用液体を、最初に発熱量の最も大きい熱源の熱伝導部に供給することを特徴としている。

光源（熱源）としてＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源を用いる三板式カラープロジェクタでは、ＬＥＤ光源の発熱量は、Ｇ、Ｂ、Ｒの順に大きいことが分かっている。そこで、本発明を三板式カラープロジェクタに適用する場合には、ラジエータによって冷却された冷却用液体を、最初に発熱量の最も大きいＧ色ＬＥＤ光源に供給する。すると、Ｇ色ＬＥＤ光源を冷却して昇温した冷却用液体が次にＢ色ＬＥＤ光源またはＲ色光源を冷却するため、Ｇ色ＬＥＤ光源は十分冷却されるのに対し、元々発熱量がＧ色ＬＥＤ光源ほど多くないＢ色ＬＥＤ光源またはＲ色ＬＥＤ光源はそれ程冷却されず、結果として、複数の熱源の温度が均一化する方向となる。

Ｇ色ＬＥＤ光源を冷却した冷却用液体は、次にＢ色ＬＥＤ光源、Ｒ色ＬＥＤ光源の順に流して冷却するのがよい。

本発明の液冷システムによれば、異なる発熱量の複数の熱源の温度差が拡大せず、全ての熱源の温度を均一化する方向に制御できる。このため、発熱量が異なるＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源を用いた三板式カラープロジェクタに適用して好適である。

図１は、本発明による液冷システムの一実施形態を示す概念図である。この実施形態は、発生熱量が大、中、小に異なる３つの熱源Ａ、熱源Ｂ及び熱源Ｃを水冷するシステムである。大熱量熱源Ａ、中熱量熱源Ｂ及び小熱量熱源Ｃにはそれぞれ、これらと熱的に接触し、内部を冷却用液体（冷媒）が流れる熱伝導部（ウォータジャケット、ヒートスプレッダ等）１１、１２、１３が備えられている。ポンプ２０を出た冷媒は、液溜タンク２１を出た後、熱伝導部１１、１２、１３の順に通過し、ラジエータ２２を経てポンプ２０に戻る。ラジエータ２２は、冷却ファン２３の冷却風を得て、熱伝導部１１、１２、１３を流れる間に昇温した冷媒を冷却する。ポンプ２０、液溜タンク２１、ラジエータ２２の順番は変更できる。いずれの順番にしても、ラジエータ２２を出た冷媒の温度が最も低い。

以上の液冷システムによると、ラジエータ２２を出た最も低温の冷媒は、まず最も発熱量の大きい大熱量熱源Ａと熱的に接触している熱伝導部１１内に入って大熱量熱源Ａから熱を奪い、次に中間の発熱量の中熱量熱源Ｂと熱的に接触している熱伝導部１２内に入って中熱量熱源Ｂから熱を奪い、最後に最も発熱量の小さい小熱量熱源Ｃと熱的に接触している熱伝導部１３内に入って小熱量熱源Ｃから熱を奪う。

図２は、以上のように、３つの大熱量熱源Ａ、中熱量熱源Ｂ、小熱量熱源Ｃの順に冷媒を流すときの各熱源の温度分布の傾向（実線）と、逆に小熱量熱源Ｃ、中熱量熱源Ｂ、大熱量熱源Ａの順に冷媒を流すときの各熱源の温度分布の傾向（従来例、一点鎖線）とを示している。本実施形態によれば、大熱量熱源Ａ、中熱量熱源Ｂ、小熱量熱源Ｃの熱源の温度を均一化する方向の制御ができるのに対し、従来例では、温度差が拡大する傾向となる。

本液冷システムを、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源を用いる三板式カラープロジェクタに適用すると、大熱量熱源Ａは発熱量の最も大きいＧ色ＬＥＤ光源であり、小熱量熱源Ｃは発熱量の最も小さいＲ色ＬＥＤ光源であり、中熱量熱源Ｂは両者の中間の発熱量のＢ色ＬＥＤ光源である。

次に、本発明を三板式カラープロジェクタに適用したより具体的な実施形態を図３、図４について説明する。三板式カラープロジェクタ１００は、３つの光源として、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢ、及びＲ色ＬＥＤ光源ＣＲを備えている。各ＬＥＤ光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）がアレイ状に配置された構造を有する。Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧは緑色光を出射し、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢは青色光を出射し、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲは赤色光を出射する。発熱量は、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢ、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲの順に大きい。

Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢは、クロスダイクロイックミラー２を挟んでレンズ３の光入射面に対面して設けられ、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲとＧ色ＬＥＤ光源ＡＧはクロスダイクロイックミラー２を挟んで互いに対面して配置されている。すなわち、３つのＬＥＤ光源ＡＧ、ＢＢ、ＣＲは略コ字状をなすように配置されている。

各ＬＥＤ光源から出射された光はクロスダイクロイックミラー２によってレンズ３の光入射面に導かれる。クロスダイクロイックミラー２は、第１クロスダイクロイックミラー部２ａと第２クロスダイクロイックミラー部２ｂとをクロス配置に備えている。第１クロスダイクロイックミラー部２ａは、赤色光を反射し赤色光以外の光を透過する。第２クロスダイクロイックミラー部２ｂは、緑色光を反射し緑色光以外の光を透過する。

各ＬＥＤ光源の光出射側には、出射光を液晶表示パネル５へインテグレートして導く第１フライアイレンズ４ａが設けられている。そして、第２フライアイレンズ４ｂは、クロスダイクロイックミラー２の光出射側（レンズ３の光入射側）に配置されている。各第１フライアイレンズ４ａと第２フライアイレンズ４ｂとによって各光源用のインテグレータレンズが構成される。すなわち、フライアイレンズ４ａ、４ｂの個々のレンズ対は、各ＬＥＤ光源から出射された光を液晶表示パネル５の全面へ導く。

液晶パネル５は、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いは前記カラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の液晶パネル５を用いる場合には、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲ、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢを同時点灯して白色光を液晶パネル５に導く。前記カラーフィルタを備えない構造の液晶パネル５を用いる場合には、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲ、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢを時分割で点灯させると共に、この点灯のタイミングに同期させて液晶パネル５に各色の映像信号を供給する。

液晶パネル５を透過することで変調された光（フルカラー映像光）は、投写レンズ６によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

各ＬＥＤ光源ＡＧ、ＢＢ、ＣＲの背面側には、それぞれこれらＬＥＤ光源と熱的に接触する熱伝導部１１、１２、１３が設けられている。この熱伝導部１１、１２、１３は、図４に示すように、内部に冷却用液体が通過する伝熱流路１１ａ、１２ａ、１３ａを有している。そして、これらの熱伝導部１１、１２、１３は、図１で説明したのと同様に、ポンプ２０、液溜タンク２１、ラジエータ２２に接続され、ラジエータ２２で冷却された最も低温の冷媒が、最初に熱伝導部１１に流入し、次に熱伝導部１２、１３の順に流れる。

以上の三板式カラープロジェクタ１００の液冷システムによれば、最も発熱量の大きいＧ色ＬＥＤ光源ＡＧの熱伝導部１１に、ラジエータ２２を出た低温の冷媒が最初に流入してＧ色ＬＥＤ光源ＡＧから熱を奪い、次に中間の発熱量のＢ色ＬＥＤ光源ＢＢと熱的に接触している熱伝導部１２内に入ってＢ色ＬＥＤ光源ＢＢから熱を奪い、最後に最も発熱量の小さいＲ色ＬＥＤ光源ＣＲと熱的に接触している熱伝導部１３内に入ってＲ色ＬＥＤ光源ＣＲから熱を奪う。このため、図２に実線で示すように、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢ、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲの温度を均一化する方向の制御ができ、各光源を適当な温度に保持することができる。なお、図２の縦軸の温度は、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢ、Ｒ色ＬＥＤ光源ＣＲの温度の例である。

三板式カラープロジェクタは、各種の構成が知られており、図示例は一例である。本発明は、Ｇ色ＬＥＤ光源ＡＧ、Ｂ色ＬＥＤ光源ＢＢ、及びＲ色ＬＥＤ光源ＣＲの３つの光源を備えたプロジェクタに広く適用できる。

本発明による液冷システムの一実施形態を示すブロック図である。図１の液冷システムによる各熱源の温度分布と従来例の温度分布を示すグラフ図である。本発明による液冷システムを三板式カラープロジェクタに適用した一実施形態を示す図である。図３のIV矢視図である。

符号の説明

１１１２１３熱伝導部
１１ａ１２ａ１３ａ伝熱流路
２０ポンプ
２１液溜タンク
２２ラジエータ
２３冷却ファン
Ａ大熱量熱源
Ｂ中熱量熱源
Ｃ小熱量熱源
ＡＧＧ色ＬＥＤ光源（大熱量熱源）
ＢＢＢ色ＬＥＤ光源（中熱量熱源）
ＣＲＲ色ＬＥＤ光源（小熱量熱源）

Claims

発熱量の異なる複数の熱源に熱的にそれぞれ接触する熱伝導部に対し、ポンプ及びラジエータを含む単一の流路により冷却用液体を順次供給して冷却する液冷システムにおいて、
上記ラジエータによって冷却された冷却用液体を、最初に発熱量の最も大きい熱源の熱伝導部に供給することを特徴とする液冷システム。
請求項１記載の液冷システムにおいて、上記複数の熱源は、三板式カラープロジェクタのＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源であり、ラジエータを出た冷却用液体は、最初にＧ色ＬＥＤ光源の熱伝導部に供給される液冷システム。
請求項１または２記載の液冷システムにおいて、Ｇ色ＬＥＤ光源の熱伝導部に供給された冷却用液体は、次にＢ色ＬＥＤ光源、Ｒ色ＬＥＤ光源の熱伝導部の順に流れる液冷システム。