JP2010026134A - 冷却装置、光源装置、プロジェクタ及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く熱源を冷却させるための冷却装置、その冷却装置を用いる光源装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】冷却装置１は、熱源からの熱を液相冷媒に吸収させるコールドプレート８と、液相冷媒が吸収した熱を放熱させるラジエータ１０とを備え、コールドプレートとラジエータとが液相冷媒の循環を可能に接続された冷却装置であって、ラジエータの液相冷媒の流出側とコールドプレートの液相冷媒の流入側との間に設けられるともに、液相冷媒を収容する内部空間３において液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒にする蒸発器２と、蒸発器の内部空間を減圧するとともに、コールドプレートを介さずに気相冷媒をラジエータに送り込む減圧器４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置、光源装置及びプロジェクタ、特に、熱源に接触させて用いられる液冷方式の冷却装置の技術に関する。

近年、プロジェクタは高輝度化が求められており、供給可能な光量の増加に伴って光源装置の発熱量も増大する傾向にある。光源装置の放熱効率を高めるには、従来の空冷方式に代えて、冷媒である液体を流動させる液冷方式を採用することが望ましい。液冷方式によりプロジェクタの光源装置を冷却するための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。

特開２００６−１３９２４５号公報

近年、プロジェクタの光源装置への適用が検討されているレーザダイオード、ＬＥＤ等の半導体素子は、パッケージの底面を例えば室温のプラス２０度程度以下にまで冷却することが要求される。特に、プロジェクタの高輝度化が求められていることから、レーザダイオードやＬＥＤの総発熱量は例えば２００Ｗ程度にまでなり得る。この場合、冷却装置は、全体として例えば０．１Ｋ／Ｗ程度の低い熱抵抗であることが要求されることとなる。このように低い熱抵抗の冷却装置を構築するためには、冷媒の放熱のためのラジエータにおける放熱面積を大きくする必要が生じる。大きな放熱面積を確保するためにラジエータを大型にすると、冷却装置、さらにその冷却装置を用いるプロジェクタが大型になるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、効率良く熱源を冷却させるための冷却装置、その冷却装置を用いる光源装置、プロジェクタ及び冷却方法を提供す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、本発明に係る冷却装置は、熱源からの熱を液相冷媒に吸収させるコールドプレートと、液相冷媒が吸収した熱を放熱させるラジエータとを備え、コールドプレートとラジエータとが液相冷媒の循環を可能に接続された冷却装置であって、ラジエータの液相冷媒の流出側とコールドプレートの液相冷媒の流入側との間に設けられるともに、液相冷媒を収容する内部空間において液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒にする蒸発器と、蒸発器の内部空間を減圧するとともに、コールドプレートを介さずに気相冷媒をラジエータに送り込む減圧器と、を有する。

蒸発器の内部空間で液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒とするので、気相冷媒に気化熱が奪われて液相冷媒が冷却される。コールドプレートに送り込まれる液相冷媒が、蒸発によってラジエータ流出時よりも冷却されるので、効率よく熱源からの熱を吸収することができる。また、蒸発器の内部空間が減圧器によって減圧されるので、液相冷媒の沸騰温度を低くすることができ、液相冷媒の蒸発量、すなわち液相冷媒が吸収する熱量をより大きくすることができる。

蒸発時に気化熱を奪った気相冷媒が、コールドプレートを介さずにラジエータに送り込まれるので、ラジエータへ流入させる冷媒の温度を高くすることができる。すなわち、ラジエータには、コールドプレートにおいて熱を吸収した液相冷媒と、蒸発器において気化熱として熱を奪った気相冷媒とが流入するので、この両方の熱によってラジエータに流入させる冷媒の温度を高くすることができる。これにより、ラジエータに流入させる冷媒の温度とラジエータの周囲の温度（外気温）との差を大きくすることができ、冷媒の熱を効率よく放熱させることができる。したがって、ラジエータを小型に構成しても十分に冷媒の熱を放熱をさせることができ、冷却装置自体の小型化に寄与することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、蒸発器の内部空間を、気相冷媒を収容する気相冷媒収容部と液相冷媒を収容する液相冷媒収容部とに分割し、気体を通過させかつ液体の通過を遮断する気液分離膜をさらに有し、減圧器は、気相冷媒収容部を減圧することが望ましい。

気液分離膜によって蒸発器の内部空間が、気相冷媒収容部と液相冷媒収容部とに分割されており、気液分離膜は気体を通過させかつ液体の通過を遮断するので、内部空間における気相冷媒の存在領域と液相冷媒の存在領域とを区別することができる。また、液相冷媒が気液分離膜を越えて気相冷媒収容部に移動することはないため、減圧器で気相冷媒収容部を減圧しても、液相冷媒収容部に収容された液相冷媒が減圧器側に流れこんでしまうことがなく、液相冷媒を確実にコールドプレートに送り込むことができる。

気液分離膜を越えた液相冷媒の移動がないため、蒸発器の内部空間における気相冷媒が収容される領域と液相冷媒が収容される領域とが、冷却装置の設置姿勢によって変化することがない。さらに、減圧器は気相冷媒収容部を減圧しているため、冷却装置の設置姿勢にかかわらず、気相冷媒収容部が減圧されて液相冷媒の蒸発が促進される。したがって、冷却装置の設置姿勢にかかわらず、液相冷媒を冷却することができるとともに冷却された液相冷媒のコールドプレートへ送り込んで熱源を冷却することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、減圧器は、エジェクターポンプであることが望ましい。エジェクターポンプにより蒸発器の内部空間を減圧するので、コンプレッサー等を備えることなく冷却装置を構成することができ、製造コストの低下に寄与することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、コールドプレートから流出した液相冷媒をエジェクターポンプ内に通過させ、液相冷媒がエジェクターポンプ内を通過することによって生じる圧力低下によって、蒸発器の内部空間を減圧することが望ましい。

コールドプレートから流出した液相冷媒を利用して蒸発器の内部空間を減圧するので、コンプレッサー等の特別の動力部を備えることなく冷却装置を構成することができることに加えて、エジェクターポンプ内に流体を通過させるための特別の系統を構成する必要がないため、より一層の低コスト化及び小型化に寄与することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、コールドプレートと蒸発器とが一体となっていることが望ましい。コールドプレートと蒸発器とが一体となっているので、冷却装置のより一層の小型化に寄与することができる。また、部品点数の削減によるコスト低下を図ることもできる。

さらに、本発明に係る光源装置は、光を射出する光源部と、上記冷却装置を有し、熱源は、光源部であることを特徴とする。上記の冷却装置を用いることにより、効率良く光源部を冷却可能とし、高い信頼性、かつ高い効率で光を供給可能な光源装置を得られる。さらに、光源装置の小型化、低コスト化にも寄与することができる。

さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記光源装置から射出した光を用いて画像を表示することを特徴とする。これにより、高い信頼性、かつ高い効率で明るい画像を表示可能なプロジェクタを得ることができる。さらに、小型かつ低コストであるプロジェクタを得ることができる。

さらに、本発明に係る冷却方法は、液相冷媒が収容された蒸発器の内部空間を減圧して、液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒とするステップと、一部が蒸発した液相冷媒をコールドプレートに送り込むステップと、熱源からの熱をコールドプレートで液相冷媒に吸収させるステップと、熱を吸収した液相冷媒をラジエータに送り込むステップと、気相冷媒を、コールドプレートを介さずにラジエータに送り込むステップと、ラジエータで、気相冷媒と液相冷媒とが混合された冷媒から熱を放熱させるステップと、ラジエータで放熱した冷媒を蒸発器に送り込むステップと、を含むことを特徴とする。

蒸発器の内部空間で液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒とするステップにより、気相冷媒に気化熱が奪われて液相冷媒が冷却される。コールドプレートに送り込まれる液相冷媒が、蒸発によってラジエータ流出時よりも冷却されるので、効率よく熱源からの熱を吸収することができる。また、蒸発器の内部空間が減圧器によって減圧されるので、液相冷媒の沸騰温度を低くすることができ、液相冷媒の蒸発量、すなわち液相冷媒が吸収する熱量をより大きくすることができる。

蒸発時に気化熱を液相冷媒から奪った気相冷媒が、コールドプレートを介さずにラジエータに送り込まれるステップにより、ラジエータに流入させる液相冷媒と気相冷媒とが混合された冷媒の温度を高くすることができる。すなわち、ラジエータには、コールドプレートにおいて効率よく熱を吸収した液相冷媒と、蒸発時に気化熱として液相冷媒から熱を奪った気相冷媒とが流入するので、この両方の熱によってラジエータに流入させる冷媒の温度を高くすることができる。これにより、ラジエータ内の冷媒の温度とラジエータの周囲の温度（外気温）との差を大きくすることができ、冷媒の熱を効率よく放熱させることができる。したがって、この冷却方法によれば、ラジエータを小型に構成しても十分に冷媒の熱を放熱させることができ、冷却装置自体の小型化にも寄与することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る冷却装置の概略構成を示す。冷却装置１は、蒸発器２、圧縮機４、ポンプ６、コールドプレート８、ラジエータ１０を有して大略構成される。

図２は、蒸発器の内部構造の概略構成を示す断面図である。蒸発器２には、液相冷媒を収容する内部空間３が形成されている。蒸発器２は、内部空間３に収容した液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒とする。液相冷媒の一部が蒸発する際に気化熱が奪われるため、蒸発器２の内部空間３において液相冷媒は冷却される。なお、気相冷媒と液相冷媒を含む概念又は気相冷媒と液相冷媒とが混合されたものを示す概念として単に冷媒の語を用いる。冷媒としては、水の他、フッ素系不活性液体等、従来知られているものを用いる。

内部空間３は気液分離膜１２によって分割されており、その分割された一方の空間が液相冷媒を収容する液相冷媒収容空間（液相冷媒収容部）３ａ、他方の空間が気相冷媒を収容する気相冷媒収容空間（気相冷媒収容部）３ｂとなっている。気液分離膜１２は、気体を通過させ、液体の通過を遮断する特質を有する。したがって、液相冷媒収容空間３ａに収容されている液相冷媒が気液分離膜１２を通過して気相冷媒収容空間３ｂ側に移動することがない。液相冷媒が蒸発して気体となった気相冷媒は、気液分離膜１２を通過して気相冷媒収容空間３ｂに移動する。気液分離膜１２は、例えば、防水透湿性素材である多孔質膜を備える。

蒸発器２には、液相冷媒収容空間３ａに冷媒を流入させるための流入口２ａと、液相冷媒収容空間３ａから冷媒を流出させるための流出口２ｂが形成されている。また、蒸発器２には、気相冷媒収容空間３ｂを減圧するための減圧口２ｃが形成されている。蒸発器２は減圧口２ｃを介して圧縮機４と接続され、その圧縮機４によって気相冷媒収容空間３ｂを含めた内部空間３が減圧される。

内部空間３が減圧されることで、冷媒の沸騰温度が下がる（例えば３０℃）。冷媒の沸騰温度が下がることで、液相冷媒が蒸発しやすくなり、液相冷媒がより一層冷却される。このように、冷媒の沸騰温度が下がることで、室温程度の温度でも十分に冷媒を蒸発させることができる。また、内部空間３が減圧されても、気液分離膜１２によって液相冷媒は気相冷媒収容空間３ｂに移動できないため、減圧口２ｃに液相冷媒が流入することがない。したがって、気液分離膜を内部空間３に設けない場合に比べて、液相冷媒を円滑にコールドプレート８に送り込むことができる。

圧縮機４は、蒸発器２の減圧口２ｃを介して蒸発器２の内部空間３を減圧するものであって、小型のコンプレッサー等が用いられる。圧縮機４は、蒸発器２の気相冷媒収容空間３ｂから気相冷媒を吸い込んで、内部空間３を減圧する。圧縮機４は、吸い込んだ気相冷媒を圧縮して、コールドプレート８を介さずに直接ラジエータ１０に送り込む。

ポンプ６は、冷却装置１内に冷媒を循環させる動力源である。ポンプ６は、矢印Ｐで示すように冷媒を循環させる。これにより、蒸発器２で冷却された液相冷媒がコールドプレート８に流入し、コールドプレート８から流出した冷媒がラジエータ１０に流入する。また、ラジエータ１０から流出した冷媒が蒸発器２に流入し再度冷却される。

コールドプレート８は、熱源（例えば、レーザダイオード。図示せず。）を冷却するためのものである。コールドプレート８は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム等の金属材料で構成されている。

図３は、コールドプレート８の内部構造を説明するためのＡ−Ａ断面図である。コールドプレート８の内部には、蒸発器２で冷却された液相冷媒が流れるための流路８ａが形成されている。コールドプレート８には、例えば、熱源が接触配置され、その熱源から発生した熱がコールドプレート８を介して、流路８ａを流れる冷媒に伝わって吸収される。

流路８ａには、波板形状の板部材である波状板部１４が配置されている。波状板部１４は、その形状により流路８の内壁に多数の箇所で接触している。また、波状板部１４によって、流路８ａ内部に複数の冷媒流路が形成されて液相冷媒との接触面積が広くなっている。したがって、波状板部１４を流路８に配置することで、熱源からの熱を効率よく液相冷媒に吸収させることができる。流路８を流れる過程で熱を吸収した液相冷媒は、ラジエータ１０に送り込まれる。なお、流路８に複数の冷媒流路が形成されていればよく、その構成は波状板部１４を有するものに限られない。熱源からの熱を効率よく液相冷媒に吸収させることができるものであればよく、例えば、流路８が複数の流路から構成されていてもよい。

ラジエータ１０は、冷媒の熱を外気に放熱させるためのものである。ラジエータ１０の内部にも冷媒が流れる流路（図示せず）が形成されている。圧縮機４に圧縮された気相冷媒とコールドプレート８で熱を吸収した液相冷媒とがラジエータ１０に流入する前に合流して混合される。混合された冷媒の熱はラジエータ１０の流路を流れる過程で外気に放熱される。ラジエータ１０での放熱効率を高めるため、ラジエータ１０に対してファン（図示せず）から風が送り込まれている。

ラジエータ１０から流出した冷媒は再度蒸発器２に送り込まれる。蒸発器２に送り込まれた冷媒は、一部は液相冷媒として再度コールドプレート８に送り込まれ、一部は蒸発して気相冷媒となり圧縮機４を介してラジエータ１０に送り込まれる。

次に、冷却装置１における冷媒の循環の流れを図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、蒸発器２の内部空間が減圧されて液相冷媒の一部が蒸発して気相冷媒となる（Ｓ．１）。一部が蒸発した液相冷媒がコールドプレート８に送り込まれて（Ｓ．２）、流路８ａを流れる過程で熱源からの熱を吸収する（Ｓ．３）。熱を吸収した液相冷媒がラジエータ１０に送り込まれる（Ｓ．４）。この液相冷媒に対して蒸発器２で蒸発した気相冷媒が合流されて混合される（Ｓ．５）。この混合された冷媒がラジエータ１０で放熱して（Ｓ．６）、再度蒸発器２に送り込まれる（Ｓ．７）。

以上に説明したように、コールドプレート８に送り込まれる液相冷媒は蒸発器２において冷却されるため、ラジエータ１０流出時の冷媒の温度よりも蒸発器２流出時の冷媒の温度を低くすることができる。これにより、冷媒と熱源との温度差を大きくすることができ、コールドプレート８において、効率よく熱源からの熱を冷媒に吸収させることができる。

また、ラジエータ１０に流入する冷媒は、圧縮機４に圧縮された気相冷媒とコールドプレート８で熱を吸収した液相冷媒とが混合されたものである。したがって、この混合された冷媒は、コールドプレート８において熱源から吸収した熱に加えて、蒸発器２において気相冷媒が液相冷媒から気化熱として奪った熱を有している。すなわち、ラジエータ１０の内部を流れる冷媒の温度を高いものとすることができる。これにより、ラジエータ１０の内部を流れる冷媒と外気との温度差を大きくすることができ、冷媒の熱を効率よく放熱させることができる。

したがって、ラジエータ１０を小型に構成しても、冷媒が吸収した熱源からの熱を十分に放熱させることができ、冷却装置１自体の小型化に寄与することができる。

図５は、本実施例１の変形例１に係る蒸発器２の概略構成を示す。本変形例１に係る蒸発器２は、内部空間３を複数有し、それぞれの内部空間３が気液分離膜１２によって液相冷媒収容空間３ａと気相冷媒収容空間３ｂとに分割されて構成される。この構成により、液相冷媒の蒸発面積を増やすことができ、より効率よく液相冷媒の冷却ができるようになる。

図６は、本実施例１の変形例２に係る蒸発器２の横断面図である。本変形例２に係る蒸発器２は、内部空間３内にチューブ状に形成された気液分離膜１２を複数有し、そのチューブ内に液相冷媒が収容されるようになっている。つまり、チューブの内部領域が液相冷媒収容空間３ａとして機能し、チューブの外部領域が気相冷媒収容空間３ｂとして機能する。この構成により、液相冷媒の蒸発面積を増やすことができ、より効率よく液相冷媒の冷却ができるようになる。

図７は、本発明の実施例２に係る冷却装置２１の概略構成を表す。本実施例２は、減圧器がエジェクターポンプ１６であることを特徴とする。なお、上記実施例１と同様の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

エジェクターポンプ１６は、主ノズル１６ａの周囲を副ノズル１６ｂが囲む同軸の二重ノズル形状を呈している。また、主ノズル１６ａの壁面には、主ノズル１６ａと副ノズル１６ｂとを連通する連通孔１６ｃが形成されている。エジェクターポンプ１６の主ノズル１６ａは、コールドプレート８と接続されている。コールドプレート８から流出した液相冷媒はエジェクターポンプ１６の主ノズル１６ａの内部を通過してラジエータ１０に送り込まれる。また、エジェクターポンプ１６の副ノズル１６ｂと蒸発器２の減圧口２ｃとが接続されている。

主ノズル１６ａの内部を液相冷媒が通過すると、連通孔１６ｃを介して副ノズル１６ｂ内の流体つまり気相冷媒が主ノズル１６ａ内に引き込まれる。主ノズル１６ａ内に引き込まれた気相冷媒は液相冷媒と混合されて、ラジエータ１０に送り込まれる。副ノズル１６ｂ内の気相冷媒が主ノズル１６ａ内に引き込まれることで、副ノズル１６ｂ内に圧力低下が生じる。これにより、減圧口２ｃを介して副ノズル１６ｂに接続された気相冷媒収容空間３ｂを減圧することができる。

このように、減圧器としてエジェクターポンプ１６を用いることで、蒸発器２の気相冷媒収容空間３ｂを減圧するための特別の動力部を備えることなく冷却装置を構成することができ、製造コストの低下に寄与することができる。また、コンプレッサー等の圧縮機を用いる場合に比べて消費電力を抑えることができる。

本実施例２では、蒸発器２の気相冷媒収容空間３ｂを減圧するために、エジェクターポンプ１６の主ノズル１６ａに通過させる流体を、コールドプレート８から流出した液相冷媒としているが、これに限られない。例えば、ラジエータ１０から流出した冷媒を分岐させて主ノズル１６ａに直接接続させて構成してもよい。この系統に冷媒を循環させるためのポンプを別途設けることで、主ノズル１６ａ内を流れる冷媒の流速を調整しやすくなり、これに伴って、蒸発器２の気相冷媒収容空間３ｂの圧力も所望の圧力に調整しやすくなる。

図８は、本発明の実施例３に係る冷却装置３１の概略構成を表す。本実施例３は、減圧器とコールドプレートが一体化された蒸発冷却器１８を用いることを特徴とする。なお、上記実施例１と同様の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図９は、蒸発冷却器１８の平面図である。蒸発冷却器１８の表面領域は、蒸発領域１８ａと吸熱領域１８ｂとを有している。蒸発冷却器１８における蒸発領域１８ａの内部には、蒸発流路１９が形成されている。蒸発流路１９は、細い流路が蛇行した形状で形成されている。

図１０は、蒸発冷却器１８のＢ−Ｂ断面図である。蒸発流路１９は気液分離膜１２によって、液相冷媒収容空間（液相冷媒収容部）１９ａと気相冷媒収容空間（気相冷媒収容部）１９ｂとに分割されている。気相冷媒収容空間１９ｂには減圧口１８ｃが形成されており、圧縮機４によって気相冷媒収容空間１９ｂが減圧される。気相冷媒収容空間１９ｂが減圧されることで、液相冷媒の蒸発が促進され、液相冷媒がより一層冷却される。

蒸発冷却器１８における吸熱領域１８ｂの内部には、吸熱空間２０が形成されている。吸熱空間２０は蒸発流路１９とつながっており、蒸発流路１９で冷却された液相冷媒が吸熱空間２０に流入する。吸熱領域１８ｂには熱源（図示せず）が配置され、熱源からの熱が液相冷媒に吸収される。また、吸熱空間２０は、気液分離膜１２によって液相冷媒収容空間２０ａと気相冷媒収容空間２０ｂとに分割されており、吸熱領域１８ｂ側が液相冷媒収容空間２０ａとなっている。

蒸発冷却器１８は、蒸発領域１８ａが蒸発器として機能し、吸熱領域１８ｂがコールドプレートとして機能している。このように、蒸発器とコールドプレートとが一体化した蒸発冷却器１８を用いることで、蒸発器とコールドプレートとの配管等を省略することができ、冷却装置３１自体の小型化を図ることができる。

また、蒸発冷却器１８の蒸発流路１９は、細い流路が蛇行した形状で形成されているので、液相冷媒がよどみなく流れるとともに、蒸発面積も大きく確保できるため、効率よく液相冷媒を蒸発・冷却させることができる。

また、蒸発冷却器１８の吸熱空間２０は、気液分離膜１２によって液相冷媒収容空間２０ａと気相冷媒収容空間２０ｂとに分割されているため、蒸発冷却器１８の姿勢にかかわらず吸熱領域側に液相冷媒を流すことができる。したがって、冷却装置３１の設置姿勢によって冷却性能が左右されることがない。

図１１は、本発明の実施例４に係るプロジェクタ５０の概略構成を示す。プロジェクタ５０は、スクリーン５５に光を供給し、スクリーン５５で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ５０は、赤色（Ｒ）光用光源部（熱源）５１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源部（熱源）５１Ｇ、及び青色（Ｂ）光用光源部（熱源）５１Ｂを有する。Ｒ光用光源部５１Ｒは、Ｒ光を供給する光源部である。Ｇ光用光源部５１Ｇは、Ｇ光を供給する光源部である。Ｂ光用光源部５１Ｂは、Ｂ光を供給する光源部である。

Ｒ光用光源部５１Ｒは、固体光源であるＬＥＤを備える。Ｒ光用空間光変調装置５２Ｒは、Ｒ光用光源部５１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置５２Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５３へ入射する。Ｇ光用光源部５１Ｇは、固体光源であるＬＥＤを備える。Ｇ光用空間光変調装置５２Ｇは、Ｇ光用光源部５１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置５２Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５３へ入射する。

Ｂ光用光源部５１Ｂは、固体光源であるＬＥＤを備える。Ｂ光用空間光変調装置５２Ｂは、Ｂ光用光源部５１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置５２Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５３へ入射する。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High Temperature Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。クロスダイクロイックプリズム５３は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ５４の方向へ出射させる。投写レンズ５４は、クロスダイクロイックプリズム５３からの光をスクリーン５５へ投写させる。

光源装置５７は、Ｒ光用光源部５１Ｒ、Ｇ光用光源部５１Ｇ、Ｂ光用光源部５１Ｂ、冷却装置４１を有して構成されている。冷却装置４１は実施例１に記載のものと略同様の構成であり、同様の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。冷却装置４１のコールドプレート８は、熱源であるＲ光用光源部５１Ｒ、Ｇ光用光源部５１Ｇ、Ｂ光用光源部５１Ｂのそれぞれを冷却するために、Ｒ光用コールドプレート８Ｒ、Ｇ光用コールドプレート８Ｇ、Ｂ光用コールドプレート８Ｂを有して構成される。

冷却装置４１を用いることで、Ｒ光用光源部５１Ｒ、Ｇ光用光源部５１Ｇ、Ｂ光用光源部５１Ｂを効率よく冷却でき、信頼性が高く、かつ高い効率で明るい画像を表示可能なプロジェクタ５０とすることができる。さらに、ラジエータ１０等の小型化も可能であるので、プロジェクタ５０を小型かつ低コストなものとすることができる。

本実施例４では、Ｒ光用光源部５１Ｒ、Ｇ光用光源部５１Ｇ、Ｂ光用光源部５１Ｂのそれぞれを１つの冷却装置４１で冷却するように光源装置５７を構成したが、各光源部ごとに冷却装置を設けて、別個独立の光源装置を３つ備えるように構成してもよい。各色光用光源部５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、ＬＥＤを用いる構成に限られず、他の固体光源、例えば半導体レーザ等を用いる構成としても良い。さらに、プロジェクタ５０は、固体光源以外の光源、例えば超高圧水銀ランプ等のランプを用いる構成であっても良い。

プロジェクタ５０は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。空間光変調装置として反射型液晶表示装置を用いた場合には、反射型液晶表示装置の反射面の裏側にコールドプレートを配置して、反射型液晶表示装置で発生する熱を放熱するように構成してもよい。

プロジェクタ５０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ５０は、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタ５０は、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタ５０は、ガルバノミラー等の走査手段により光源部からのレーザ光を走査することで被投写面へ画像を投写する、レーザースキャン型のプロジェクタとしても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。

本発明の冷却装置は、プロジェクタ５０に用いる場合に限られず、効果的な放熱が求められる電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、ネットワークルーター、ゲーム機等に対して適用することができる。

以上のように、本発明に係る冷却装置は、プロジェクタに用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係る冷却装置の概略構成を示す図。 蒸発器の内部構造の概略構成を示す断面図。 コールドプレートの内部構造を説明するためのＡ−Ａ断面図。 冷却装置における冷媒の循環の流れを説明するためのフローチャート。 本実施例１の変形例１に係る蒸発器の概略構成を示す図。 本実施例１の変形例２に係る蒸発器の横断面図。 本発明の実施例２に係る冷却装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例３に係る冷却装置の概略構成を示す図。 蒸発冷却器の平面図。 蒸発冷却器のＢ−Ｂ断面図。 本発明の実施例４に係るプロジェクタの概略構成を示す図。

符号の説明

Ｐ 矢印、１，２１，３１，４１ 冷却装置、２ 蒸発器、２ａ 流入口、２ｂ 流出口、２ｃ 減圧口、３ 内部空間、３ａ 液相冷媒収容空間（液相冷媒収容部）、３ｂ 気相冷媒収容空間（気相冷媒収容部）、４ 圧縮機（減圧器）、６ ポンプ、８ コールドプレート（伝熱部）、８ａ 流路、８Ｒ Ｒ光用コールドプレート、８Ｇ Ｇ光用コールドプレート、８Ｂ Ｂ光用コールドプレート、１０ ラジエータ、１２ 気液分離膜、１４ 波状板部、１６ エジェクターポンプ（減圧器）、１６ａ 主ノズル、１６ｂ 副ノズル、１６ｃ 連通孔、１８ 蒸発冷却器、１８ａ 蒸発領域、１８ｂ 吸熱領域、１８ｃ 減圧口、１９ 蒸発流路、１９ａ 液相冷媒収容空間（液相冷媒収容部）、１９ｂ 気相冷媒収容空間（気相冷媒収容部）、２０ 吸熱空間、２０ａ 液相冷媒収容空間、２０ｂ 気相冷媒容空間、５０ プロジェクタ、５１Ｒ 赤色（Ｒ）光用光源部（熱源）、５１Ｇ 緑色（Ｇ）光用光源部（熱源）、５１Ｂ 青色（Ｂ）光用光源部（熱源）、５２Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、５２Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、５２Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、５３ クロスダイクロイックプリズム、５４ 投写レンズ、５５ スクリーン、５７ 光源装置

Claims (8)

1. 熱源からの熱を液相冷媒に吸収させるコールドプレートと、前記液相冷媒が吸収した熱を放熱させるラジエータとを備え、前記コールドプレートと前記ラジエータとが前記液相冷媒の循環を可能に接続された冷却装置であって、
   前記ラジエータの液相冷媒の流出側と前記コールドプレートの液相冷媒の流入側との間に設けられるともに、前記液相冷媒を収容する内部空間において前記液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒にする蒸発器と、
   前記蒸発器の内部空間を減圧するとともに、前記コールドプレートを介さずに前記気相冷媒を前記ラジエータに送り込む減圧器と、を有することを特徴とする冷却装置。
2. 前記蒸発器の内部空間を、前記気相冷媒を収容する気相冷媒収容部と前記液相冷媒を収容する液相冷媒収容部とに分割するとともに、気体を通過させ液体の通過を遮断する気液分離膜をさらに有し、
   前記減圧器は、前記気相冷媒収容部を減圧することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記減圧器は、エジェクターポンプであることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記コールドプレートから流出した前記液相冷媒を前記エジェクターポンプ内に通過させ、
   前記液相冷媒が前記エジェクターポンプ内を通過することによって生じる圧力低下によって、前記蒸発器の内部空間を減圧することを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記コールドプレートと前記蒸発器とが一体となっていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 光を射出する光源部と、
   請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の冷却装置と、を有し、
   前記熱源は、前記光源部であることを特徴とする光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置から射出した光を用いて画像を表示することを特徴とするプロジェクタ。
8. 液相冷媒が収容された蒸発器の内部空間を減圧して、前記液相冷媒の一部を蒸発させて気相冷媒とするステップと、
   一部が蒸発した前記液相冷媒をコールドプレートに送り込むステップと、
   熱源からの熱を前記コールドプレートで前記液相冷媒に吸収させるステップと、
   熱を吸収した前記液相冷媒をラジエータに送り込むステップと、
   前記気相冷媒を、前記コールドプレートを介さずに前記ラジエータに送り込むステップと、
   前記ラジエータで、前記気相冷媒と前記液相冷媒とが混合された冷媒から熱を放熱させるステップと、
   前記ラジエータで放熱した前記混合された冷媒を前記蒸発器に送り込むステップと、を含むことを特徴とする冷却方法。

Images