JP2018046036A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能の向上を実現可能な冷却装置を提供すること。【解決手段】熱源からの熱を磁性流体７に伝える受熱部１と、磁性流体の熱を放熱する放熱部２と、同極が対向するように配置され、受熱部から熱を受熱した磁性流体および放熱部に熱を放熱した磁性流体に磁場を与える磁石５と、磁性流体を循環させるポンプ（駆動部）４と、を有する。磁性流体は、磁石により発生する磁場に基づく駆動力と、磁石により発生する磁場に基づく駆動力および駆動部から与えられる駆動力と、のうちいずれかに基づいて循環する。【選択図】図２

Description

本発明は、冷却装置に関する。

近年、高輝度化および長寿命化への要求により、従来のランプ光源ではなく、レーザー（ＬＤ）光源を使用する液晶プロジェクタが開発されている。レーザー光源を使用した液晶プロジェクタは従来のランプ光源を使用したものと比べて光源部や光学素子の発熱量が大きくなってしまうおそれがあるため、液冷システム等を用いて発熱部材を冷却する必要がある。一般的な液冷システムは、ポンプを用いて冷媒液を循環させることで発熱部材を冷却するが、ポンプを駆動させるため、消費電力が大きく、耐久性にも問題がある。特許文献１では、磁気体積力により冷媒液である磁性流体を循環させる自己循環機関を有し、低消費電力で光源部や光学素子を冷却するポンプレスの冷却装置が提案されている。

特開昭６４−１２８５２号公報

特許文献１の冷却装置では、光源部や光学素子の発熱量の増加に応じて、磁性流体の循環量を増加させる必要がある。しかしながら、特許文献１の冷却装置は、自己循環機関の磁性流体を循環させる力が小さいため、大流量の磁性流体を循環させることができない。

このような課題に鑑みて、本発明は、冷却性能の向上を実現可能な冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての冷却装置は、熱源からの熱を磁性流体に伝える受熱部と、前記磁性流体の熱を放熱する放熱部と、同極が対向するように配置され、前記受熱部から熱を受熱した前記磁性流体および前記放熱部に熱を放熱した前記磁性流体に磁場を与える磁石と、前記磁性流体を循環させる駆動部と、を有し、前記磁性流体は、前記磁石により発生する磁場に基づく駆動力と、前記磁石により発生する磁場に基づく駆動力および前記駆動部から与えられる駆動力と、のうちいずれかに基づいて循環することを特徴とする。

本発明によれば、冷却性能の向上を実現可能な冷却装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る冷却装置を有する液晶プロジェクタの構成図である。 冷却装置の模式図である。 磁性流体を循環させる駆動原理の説明図である。 冷却処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、本発明の実施形態に係る冷却装置２００を有する液晶プロジェクタ（画像投射装置）１００の構成について説明する。図１は、液晶プロジェクタ１００の構成図である。なお、本実施形態では、冷却装置２００が液晶プロジェクタ１００に搭載される例について説明するが、本発明はこれに限定されない。本実施形態の冷却装置２００は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の基板を冷却するために使用してもよい。

液晶プロジェクタ１００は、光源１０１、照明光学系１０２、色分離合成光学系１０３、Ｇ、Ｂ、Ｒ用の反射型の液晶パネル１０６、１０７、１０８、投射光学系（投射レンズ）１０４、および液晶プロジェクタ１００全体の制御を行う制御部１０５を有する。

照明光学系１０２は、光源１０１からの光を色分離合成光学系１０３に導く。色分離合成光学系１０３は、照明光学系１０２からの白色光をＲＧＢに分離し、液晶パネル１０６、１０７、１０８に導く。また、色分離合成光学系１０３は、液晶パネル１０６、１０７、１０８からの画像光を合成して投射光学系１０４に導く。投射光学系１０４は、液晶パネル１０６、１０７、１０８の表示画像をスクリーン（不図示）に向けて投射する。光源１０１から出射された光は無偏光であるが、照明光学系１０２に含まれる偏光変換素子（不図示）によりＰ偏光となる。色分離合成光学系１０３は、３つのプリズム形状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を、すなわち、Ｇ−ＰＢＳ１１０、ＲＢ−ＰＢＳ１１１、および、合成ＰＢＳ１１２を備える。

色分離合成光学系１０３は、照明光学系１０２からの白色光のうち、ダイクロイックミラー１０９により、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光を反射させ、緑（Ｇ）の光は透過させることで、ＲＢ光路とＧ光路を分離する。また、ＲＢ光路において、ダイクロイックミラー１０９で反射されたＲＢ成分の光を赤（Ｒ）と青（Ｂ）に分離するために、波長選択性位相板１１５が設けられている。波長選択性位相板１１５により、赤（Ｒ）の光はＰ偏光からＳ偏光へ偏光状態を変化させるが、青（Ｂ）の光はＰ偏光のままである。

波長選択性位相板１１５を透過した後の赤（Ｒ）の光はＳ偏光であり、ＲＢ−ＰＢＳ１１１により反射され、Ｒ用の液晶パネル１０８に入射する。Ｒ用の液晶パネル１０８に入射した光は、液晶パネル１０８で画像変調されてＰ偏光となり、ＲＢ−ＰＢＳ１１１を透過し、合成ＰＢＳ１１２に至る。一方、青（Ｂ）の光はＰ偏光でＲＢ−ＰＢＳ１１１に入射し、ＲＢ−ＰＢＳ１１１を透過してＢ用の液晶パネル１０７に入射する。液晶パネル１０７に入射した光は、液晶パネル１０７で画像変調されてＳ偏光となり、ＲＢ−ＰＢＳ１１１により反射し、合成ＰＢＳ１１２に至る。

合成ＰＢＳ１１２は、赤（Ｒ）の光に対して偏光ビームスプリッタの機能を有し、青（Ｂ）と緑（Ｇ）の光に対してダイクロ膜の機能を有するプリズム形状の光学素子である。合成ＰＢＳ１１２とＲＢ−ＰＢＳ１１１の間には、青（Ｂ）の光を検光する偏光板１１６が配置されている。青（Ｂ）の光は偏光板１１６で検光された後、合成ＰＢＳ１１２に入射して透過し、投射光学系１０４に至る。また赤（Ｒ）の光は、合成ＰＢＳ１１２の検光特性により検光されて透過し、投射光学系１０４に至る。

一方、ダイクロイックミラー１０９を透過した緑（Ｇ）の光は、Ｐ偏光であり、Ｇ−ＰＢＳ１１０を透過して１用の液晶パネル１０６に入射する。Ｇ用の液晶パネル１０６に入射した光は、液晶パネル１０６で画像変調されてＳ偏光となり、Ｇ−ＰＢＳ１１０で反射されて、合成ＰＢＳ１１２に至る。合成ＰＢＳ１１２とＧ−ＰＢＳ１１０との間には、緑（Ｇ）の光を検光する偏光板１１７が配置されている。緑（Ｇ）の光は、偏光板１１７で検光された後、合成ＰＢＳ１１２により反射し、投射光学系１０４に至る。

液晶プロジェクタ１００では、駆動モードに応じて映像の明るさを調節することが可能であるが、高輝度モード、すなわち消費電力が大きくなるモードの場合、各液晶パネルや光源１０１の発熱量が増加してしまう。そのため、各液晶パネルおよび光源１０１の発熱を抑制するために、冷却装置２００が各液晶パネルおよび光源１０１の近傍に配置される。

以下、冷却装置２００について説明する。図２（ａ）は、冷却装置２００の模式図である。冷却装置２００は、受熱部材１、放熱部材２、チューブ（循環部）３、ポンプ（駆動部）４、磁石５、およびヨーク６を有する。チューブ３には、加熱すると磁化が下がる感温磁化特性を有する磁性流体７が封入されている。受熱部材１は、熱源で発生した熱を受熱し、受熱した熱を磁性流体７に伝える。受熱部材１から熱を受熱した磁性流体７は、Ａ方向へ移動する。放熱部材２は、冷却ファンにより送風された冷却風を用いて磁性流体７の熱を放熱する。熱を放熱した磁性流体７は、Ｂ方向へ移動し、再び受熱部材１に到達する。

図３は、磁性流体７を循環させる駆動原理の説明図である。表面に２極着磁された磁石５は、チューブ３を挟んで同極が対向するように配置される。磁石５およびヨーク６によって、図に示されるように、磁界（磁場）Ｅが発生する。磁石５に挟まれた磁性流体７の流路の一方では、磁性流体７は、受熱部材１から熱を受熱し、暖められている。また、他方では、磁性流体７は、放熱部材に熱を放熱し、冷却されている。磁性流体７には、磁束をＭ、温度差をΔＨとすると、磁気体積力ｆ（＝Ｍ×ΔＨ）が作用する。本実施形態では、受熱側の磁気体積力Ｆ１に比べて放熱側の磁気体積力Ｆ２が大きくなる。そのため、矢印Ｃ方向に沿って磁性流体７が循環する。すなわち、本実施形態では、受熱部材１、磁石５およびヨーク６により構成される自己循環機関により磁性流体７を受熱部材１と放熱部材２との間で循環させることができる。

本実施形態では、磁性流体７の循環路内に磁性流体７を循環させる駆動部として、ポンプ４が配置されている。前述したように、液晶プロジェクタ１００の高輝度モードでは、液晶パネルや光源の発熱量が大きくなるため、磁性流体７の循環量を大きくして熱輸送量を増加させる必要がある。しかしながら、本実施形態の自己循環機関は、大流量の磁性流体７を循環させることができない、そこで、本実施形態では、高輝度モードでは、ポンプ４を駆動させることで磁性流体７の循環量を増加させる。また、高輝度モード以外のモードでは、ポンプ４への通電を止め、自己循環機関だけで磁性流体７を循環させる。なお、高輝度モードとは、所定の照度より大きいモードの総称である。

また、図２（ｂ）に示されるように、駆動部としてポンプ４を設ける代わりに、コイル８およびバックヨーク９を磁石５およびヨーク６の周囲を囲むように配置してもよい。このとき、これらの部材を電磁石として機能させることで、磁性流体７を循環させることができる。このように構成することで、ポンプ４を配置する場合に比べて省スペース化を図ることができる。

以下、図４を参照して、本実施形態の冷却処理について説明する。図４は、冷却処理のフローチャートである。本実施形態では、冷却処理は、液晶プロジェクタ１００の電源がＯＮされることで開始される。また、冷却処理の開始と同時に、自己循環機関による磁性流体７の循環も開始される。本実施形態の冷却処理は、制御部１０５によりプログラムにしたがって実行される。なお、プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。

ステップＳ１では、制御部１０５は、選択された明るさモードを確認する。ステップＳ２では、制御部１０５は、ステップＳ１で確認された明るさモードが高輝度モードであるか否かを判定する。具体的には、確認された明るさモードの照度があらかじめ設定された閾値より大きいか否かを判定する。高輝度モードでない場合、フローを終了する。この場合、自己循環機関の駆動力のみを用いて磁性流体７を循環させる。高輝度モードである場合、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ポンプ４を駆動させる。この場合、自己循環機関の駆動力およびポンプ４の駆動力を用いて磁性流体７を循環させる。

なお、本実施形態では高輝度モードであるか否かを判定することで、駆動部を駆動させるか否かを決定しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御部１０５は、各液晶パネルや光源１０１の温度を計測する温度センサ（不図示）の検出結果に基づいて、駆動部を駆動させるか否かを決定してもよい。また、制御部１０５は、光源の明るさを計測する測光センサ（不図示）の検出結果に基づいて、駆動部を駆動させるか否かを決定してもよい。

以上説明したように、本実施形態の冷却装置２００は、状況に応じて異なる冷却方法により冷却対象を冷却する。冷却装置２００は、駆動部が駆動する場合は冷却性能を向上させることが可能である。また、駆動部が駆動しない場合、すなわち通常時は低消費電力化および高耐久性を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 受熱部材（受熱部）
２ 放熱部材（放熱部）
４ ポンプ（駆動部）
５ 磁石
７ 磁性流体
２００ 冷却装置

Claims (8)

1. 熱源からの熱を磁性流体に伝える受熱部と、
   前記磁性流体の熱を放熱する放熱部と、
   同極が対向するように配置され、前記受熱部から熱を受熱した前記磁性流体および前記放熱部に熱を放熱した前記磁性流体に磁場を与える磁石と、
   前記磁性流体を循環させる駆動部と、を有し、
   前記磁性流体は、前記磁石により発生する磁場に基づく駆動力と、前記磁石により発生する磁場に基づく駆動力および前記駆動部から与えられる駆動力と、のうちいずれかに基づいて循環することを特徴とする冷却装置。
2. 前記駆動部は、ポンプを備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記駆動部は、電磁石を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記磁石の周囲を囲むように配置されたコイルを更に有することを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置と、
   前記駆動部の駆動を制御する制御部と、を有することを特徴とする画像投射装置。
6. 前記制御部は、前記画像投射装置の駆動モードに基づいて前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
7. 液晶パネルを更に有し、
   前記制御部は、前記液晶パネルの温度に基づいて前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
8. 前記制御部は、光源の温度または明るさに基づいて前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。