JP5130549B2 - フィルタ、冷却用噴射部材および冷却風噴射方法 - Google Patents

Description

本発明は、気体を噴射する噴射口の目詰まりを防止する技術に関する。

プロジェクターなどの電子機器の冷却システムにおいて、冷却ポンプを使用すると、冷却ファンを使用した場合に比べ、冷却システムは、コンパクトな構成で非常に風速の大きな冷却風を送風することができる。冷却風の風速を大きくすることは、冷却ポンプからの低流量であるが高圧の冷却風を、非常に小さい噴射口から噴射することにより実現されている。

冷却システムの噴射口は非常に小さいため、噴射口において、細かいゴミによる目詰まりが生じることがある。そこで、冷却システムは、図１に示すように、目詰まりを防止するための各種のフィルタＭを設け、フィルタで集塵した後の冷却風を噴射口Ｎへ送風する構成としている。

目詰まり防止用のフィルタとしては、例えば、特開昭６０−１２５２２１号公報（以下、文献１という）や図２に記載されているように、メッシュ状のフィルタＭが使用される。また、特開２００２−１１９８１０号公報（以下、文献２という）に開示されているように、多孔質の金属製のフィルタや、発泡体のフィルタが使用される。

これらのフィルタの各孔、例えば、図２における孔Ｈの径は噴射口Ｎの口径より小さいので、冷却システムは、噴射口径より大きなゴミを取り除くことができる。

しかしながら、噴射口径より小さな微細なゴミは、文献１または文献２に記載のフィルタの孔もすり抜けてしまうことがある。このため、これらのフィルタを使用しても、微細なゴミが噴射口に堆積することよる目詰まりの防止は困難である。

目詰まりの防止効果をより高めるために、微細なゴミを取り除けるように孔を小さくしすぎると、フィルタによる圧力損失が大きくなり、エネルギー効率が低くなる。

このため、文献１または文献２に記載のフィルタによっても、冷却システムは、微細なゴミの堆積による噴射口の目詰まりを十分に防止できないという問題があった。

本発明の目的は、噴射口の目詰まりを効率的に防止する技術を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のフィルタは、送風機と、該送風機より供給された冷却風を噴射する噴射口との間に設けられる、複数の開口部が形成されたフィルタであって、前記フィルタの面積は前記噴射口の面積より大きく、前記複数の開口部のそれぞれの面積は前記噴射口の面積より小さく、前記複数の開口部の合計の面積は前記噴射口の面積に対して１乃至５倍である。

本発明の冷却用噴射部材は、複数の開口部が形成され、冷却ポンプより供給された冷却風を通過させるためのフィルタと、前記フィルタを通過した前記冷却風を噴射する噴射口と、を有し、前記フィルタの面積は、前記噴射口の面積より大きく、前記複数の開口部のそれぞれの面積は前記噴射口の面積より小さく、且つ、前記複数の開口部の合計の面積は前記噴射口の面積に対して１乃至５倍である。

本発明の冷却風噴射方法は、冷却ポンプと、該冷却ポンプより供給された冷却風を噴射する噴射口との間に、複数の開口部が形成されたフィルタを設け、前記フィルタの面積を前記噴射口の面積より大きく、前記複数の開口部のそれぞれの面積を前記噴射口の面積より小さく、且つ、前記複数の開口部の合計の面積を前記噴射口の面積に対して１乃至５倍とする。

従来の噴射部材の構成を示す斜視図である。 文献１に開示されたフィルタの正面図である。 第1の実施形態の冷却システムの構成を示す全体図である。 第１の実施形態のランプユニットおよび噴射部材の構成を示す全体図である。 第1の実施形態の噴射部材の構成を示す斜視図である。 第1の実施形態の噴射部材の断面図である。 第1の実施形態の噴射部材の正面図である。 第1の実施形態の金属フィルタと文献１のフィルタとの特性を比較した表である。 第１の実施の形態のパンチ孔周辺の冷却風の流れを示す図である。 文献１のフィルタのパンチ孔周辺の冷却風の流れを示す図である。 第1の実施形態において、微粒子が堆積した金属フィルタを示す図である。 第２の実施の形態の噴射部材の構成を示す斜視図である。 第２の実施の形態の金属フィルタの固定方法を説明するための図である。 第２の実施形態において、微粒子が堆積した金属フィルタを示す図である。 第３の実施形態の噴射部材の構成を示す斜視図である。 第３の実施形態の遮蔽板の正面図である。 第３の実施形態において、微粒子が堆積した遮蔽板を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図３は、第1の実施形態の冷却システム１の構成を示す全体図である。冷却システム１は、プロジェクターなどの電子機器を冷却するためのシステムであり、電子機器の内部に組み込まれて使用される。同図を参照すると、冷却システム１は、送風機１０、シリコンチューブ２０、および噴射部材３０を有する。そして、この冷却システム１は、ランプユニット４０に取り付けられている。

送風機１０は、例えば、ダイヤフラム型ポンプであり、シリコンチューブ２０を通じて、ランプユニット４０を冷却するための気体を冷却風として噴射部材３０へ送風する。

シリコンチューブ２０は、送風機１０と噴射部材３０とを接続する、シリコン製のチューブである。

図４は、噴射部材３０およびランプユニット４０の拡大図である。同図を参照すると、噴射部材３０は、送風機１０からの冷却風をランプユニット４０に噴射することにより、ランプユニット４０を冷却する。

ランプユニット４０は、電子機器において光源として使用され、冷却システム１が冷却対象とする部品である。

なお、冷却システム１は、電子機器において、ランプユニット４０以外の部位を冷却対象としてもよいのは勿論である。

図５は、噴射部材３０の構成を示す斜視図である。同図を参照すると、噴射部材３０は、本体３０１、噴射口３０２、スぺーサ３０３、金属フィルタ３０４、止め輪３０５、および発泡フィルタ３０６を有する。同図における矢印は、冷却風が送風される方向を示している。

本体３０１は、送風機１０からの冷却風を通過させるための円筒状の部材であり、この円筒の内径（例えば、φ６ｍｍ）より小さな口径（例えば、φ０．５ｍｍ）の噴射口３０２を側部に有する。噴射口３０２の口径を、本体３０１の円筒の内径より小さくするのは、高い風圧（例えば、２０ｋＰａ）を利用し、所定値（例えば、１３０ｍ／ｓ）以上の高速の冷却風を噴射口３０２から噴射するためである。噴射口３０２は、送風機１０により送風された冷却風を所定値以上の風速で噴射する。

なお、本体３０１の内径より噴射口３０２の口径が小さく、噴射口３０２から噴射される冷却風の風速を所定値以上に維持できるのであれば、本体３０１の円筒の内径、送風機１０が送風する冷却風の風圧、および噴射口３０２の口径の値は任意に変更できる。

スぺーサ３０３および止め輪３０５は、金属フィルタ３０４を本体３０１内部に固定するリング状の部品である。金属フィルタ３０４は、送風機１０からの冷却風が含む微粒子を集塵するための円盤状の部品である。発泡フィルタ３０６は、集塵用の多孔質の部品である。

なお、金属フィルタ３０４は、金属製に限らず、プラスチック製など、他の材料で形成されたものであってもよい。

噴射部材３０は、スぺーサ３０３、金属フィルタ３０４、止め輪３０５、および発泡フィルタ３０６の順に、これらの部品を本体３０１に収納する。図６は、スぺーサ等（３０３、３０４、３０５、および３０６）が収納された本体３０１を側面から見た断面図である。同図を参照すると、送風機１０からの冷却風に含まれる微粒子は、まず、発泡フィルタ３０６により集塵され、次いで金属フィルタ３０４により集塵され、集塵後の冷却風は噴射口３０２から噴射される。

図７は、金属フィルタ３０４の正面図である。同図を参照すると、金属フィルタ３０４には、複数のパンチ孔３０４１が開口されている。金属フィルタ３０４の面積は、噴射口３０２より大きな本体３０１の内径にほぼ等しい。そして、これらのパンチ孔３０４１のそれぞれの面積は、噴射口３０２より小さな微粒子を集塵するため、噴射口３０２の面積より小さくする。

そして、パンチ孔３０４１の総面積は、射出口３０２の面積に対して１〜５倍とする。１倍以上とするのは、比率が１より小さいと、金属フィルタ３０による圧力損失が大きくなりすぎるためである。５倍以下とするのは、比率が５より大きいと、パンチ孔３０４１を通過する冷却風の風速が所定の値（例えば、２６ｍ／ｓ）に達しなくなるためである。

図８は、本実施形態のフィルタ３０４の構成と、文献１に開示されたメッシュ状のフィルタとの特性を比較した表である。同図において、「射出口」は、噴射口３０２、「従来品メッシュ」は、文献１または図２に記載のフィルタＭ、「実施例１」および「実施例２」は、金属フィルタ３０４の一例である。「直径比」は、噴射口３０２の直径に対する、フィルタに開口された孔の直径の比率である。「開口倍率」は、噴射口３０２の面積に対する、フィルタに開口された孔の合計面積の比率である。「孔数」は、フィルタに開口された孔の数である。「周長比」は、噴射口３０２の円周に対する、フィルタに開口された孔の円周の合計の比率である。「出口流速比」は、噴射口３０２から噴射される冷却風の風速に対する、フィルタに開口された孔から噴射される冷却風の風速の比率である。

「実施例１」では、各パンチ孔３０４１の面積を、噴射口３０２の面積の約３０％程度（直径比０．３）とし、パンチ孔３０４１の総数は、３３個とする。この構成によれば、これらのパンチ孔３０４１の総面積は、噴射口３０２の面積の約２．７倍（開口倍率２．７）となり、出口流速比が約０．４となるので、パンチ孔３０４１を通過する冷却風の風速は、噴射口の風速が１３０ｍ／ｓ以上の場合、約５２ｍ／ｓ以上となる。このため、金属フィルタ３０は、圧力損失を所定のレベル以下に抑え、且つ、所定値（２６ｍ／ｓ）以上の風速を得ることができる。

また、「実施例２」では、各パンチ孔３０４１の面積を、噴射口３０２の面積の約３０％程度とし、パンチ孔３０４１の総数は、６２個とする。この構成によれば、開口倍率は約５．０、出口流速比は約０．２となるので、金属フィルタ３０は、圧力損失を所定のレベル以下に抑え、且つ、所定値（２６ｍ／ｓ）以上の風速を得ることができる。

なお、パンチ孔３０４１それぞれの面積が、射出口３０２より小さく、且つ、パンチ孔３０４１の総面積が、射出口３０２の面積の１〜５倍となるのであれば、パンチ孔３０４１の大きさ、形状、または孔の数は、任意に変更してもよい。

十分な風速を得ることの利点について、図９を参照して説明する。同図は、パンチ孔３０４１を通過する気体の風速が噴射口３０２を通過する気体の風速（１３０ｍ／ｓ）の２０％、即ち２６ｍ／ｓ以上である場合の、パンチ孔３０４１付近の冷却風の流れを示す図である。同図において、矢印の経路は、冷却風の流れの経路を示し、矢印の長さは、気体の流速の大きさを示す。同図を参照すると、パンチ孔３０４１の中央部を通過する冷却風の流速が所定値以上である場合、パンチ孔３０４１を通過する冷却風の流れが、その周辺の冷却風の流れより速くなり、ベルヌーイの定理により流れが遅い周辺と流れの速い孔の部分との間の圧力差が大きくなる結果、パンチ孔３０４１の周辺から、パンチ孔３０４１へ向けて急なカーブを描いて気体が引き込まれる流れが生じる。この流れの経路に沿って微粒子がパンチ孔３０４１に引き込まれるとき、パンチ孔３０４１の周辺の面に微粒子が接して付着し、堆積する。

これに対して、パンチ孔３０４１の総面積を、射出口３０２の面積の５倍より大きくした場合、例えば、図８に示した「従来品メッシュ」においては、開口倍率が６４．８、出口流速比は、０．０となり、風速は２６ｍ／ｓより小さくなる。その場合、図１０に示すように、孔と、その周辺部とを通過する風速にあまり差が生じず、孔と、その周辺との間の圧力差が小さいので、周辺から孔へ気体が引き込まれる流れのカーブは緩やかである。このため、気体中の微粒子は、孔の周囲に堆積しないで孔を通過してしまい、フィルタは効率的に集塵できない。

図１１は、冷却システム１を所定時間稼働させたときの、冷却風を送風する側から見た、金属フィルタ３０４の正面図である。同図を参照すると、所定値以上の風速の気体がパンチ孔３０４１を通過した結果、気体中の微粒子が、パンチ孔３０４１の周囲に付着している。

発泡フィルタ３０６および金属フィルタ３０４によっても集塵しきれなかった微粒子は、噴射口３０２の周辺部に堆積する。噴射口３０２から噴射される気体の風速は例えば、１３０ｍ／ｓ以上で十分に大きく、図９に示した場合と同様に、孔の中央部の流速と周辺部の圧力差が大きくなるためである。

噴射口３０２に堆積した微粒子が一定量以上に達すると、噴射口３０２は目詰まりを起こす。この目詰まりが生じるまでの時間は、所定値以上の風速の気体が通過する孔の周長に依存する。冷却システム１においては、噴射口３０２のほか、パンチ孔３０４１の周辺部にも、微粒子が堆積するので、金属フィルタ３０４を設けた場合、設けない場合と比較して、パンチ孔３０４１の周長の合計の分、目詰まりが生じるまでの時間が長くなる。

例えば、図８の「実施例１」に示したように、噴射口３０２の０．３倍の面積のパンチ孔３０４１を３３個、設けた場合、パンチ孔３０４１の周長の合計は、噴射口３０２の周長の９．４倍となり、目詰まりが生じるまでの時間は、１０倍以上となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、送風機１０と、送風機１０より供給された冷却風を噴射する噴射口３０２との間に、複数のパンチ孔３０４１が形成された金属フィルタ３０４を設けて、金属フィルタ３０４の面積を噴射口３０２の面積より大きく、複数のパンチ孔３０４１のそれぞれの面積を噴射口３０２の面積より小さく、且つ、複数のパンチ孔３０４１の合計の面積を噴射口３０２の面積に対して１乃至５倍としているので、噴射口３０２より小さな微粒子を集塵でき、かつ、圧力損失を所定値以下におさえつつ、パンチ孔３０４１を通過する冷却風の風速を所定値以上にできる。その結果、パンチ孔３０４１の周辺部に微粒子が堆積するので、冷却システム１は、微粒子による目詰まりを効率的に防ぐことができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図１２〜図１４を参照して説明する。第２の実施形態は、噴射部材３０ａに、金属フィルタ３０４と同様のフィルタを複数枚設けた点で、第１の実施形態と異なる。

図１２は、本実施形態の噴射部材３０ａの構成を示す斜視図である。同図を参照すると、噴射部材３０ａは、スぺーサ３０３ａおよび金属フィルタ３０４ａを更に有する以外は、第１の実施形態の噴射部材３０と同様の構成である。噴射部材３０ａは、スぺーサ３０３、金属フィルタ３０４、スぺーサ３０３ａ、金属フィルタ３０４ａ、止め輪３０５、および発泡フィルタ３０６の順に、これらの部品を本体３０１に収納する。

スぺーサ３０３ａおよび金属フィルタ３０４ａの構成は、スぺーサ３０３および金属フィルタ３０４の構成と同様である。但し、金属フィルタ３０４および３０４ａは、図１３に示すように、中央部の孔を除き、パンチ孔３０４１を通過する冷却風の風路と、金属フィルタ３０４ａに開口されたパンチ孔３０４１ａを通過する冷却風の風路とを、ずらして、噴射部材３０ａに固定される。同図における矢印は、冷却風の送風される方向を示している。このように、金属フィルタ３０４、３０４ａを固定することにより、パンチ孔３０４１ａを通過した冷却風は、金属フィルタ３０４の孔の空いていない面に衝突する。このため、図１４に示すように、金属フィルタ３０４において、パンチ孔３０４１ａを通過した冷却風が衝突する部分に微粒子が堆積する。

以上、説明したように、本実施形態によれば、噴射部材３０ａは、複数の金属フィルタ３０４、３０４ａを有するので、微粒子をより確実に除去することができる。

そして、金属フィルタ３０４、３０４ａは、パンチ孔３０４１ａを通過する風路と、パンチ孔３０４１を通過する風路とをずらして、固定されるので、パンチ孔３０４１ａを通過した冷却風は、金属フィルタ３０４のパンチ孔３０４１以外の面に衝突し、パンチ孔３０４１ａの周辺部に堆積しなかった微粒子が衝突部分に微粒子が堆積するので、噴射部材３０ａの集塵力が増す。

なお、噴射部材３０ａに、金属フィルタ３０４と同様のフィルタを２枚に限らず、３枚以上設けてもよいのは勿論である。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図１５〜図１７を参照して説明する。第３の実施形態は、噴射部材３０ｂに、遮蔽板３０７を更に枚設けた点で、第１の実施形態と異なる。

図１５は、本実施形態の噴射部材３０ｂの構成を示す斜視図である。同図を参照すると、噴射部材３０ｂは、遮蔽板３０７およびスぺーサ３０３ｂを更に有する以外は、第１の実施形態の噴射部材３０と同様の構成である。噴射部材３０ｂは、スぺーサ３０３ｂ、遮蔽板３０７、スぺーサ３０３、金属フィルタ３０４、止め輪３０５、および発泡フィルタ３０６の順に、これらの部品を本体３０１に収納する。

スぺーサ３０３ｂは、スぺーサ３０３と同様のものである。図１６は、遮蔽板３０７の正面図である。同図を参照すると、遮蔽板３０７は、外周部に複数の切欠き３０７１が形成された円盤状の部材である。パンチ孔３０４１を通過した冷却風は遮蔽板３０７の面に衝突し、切欠き３０７１を通過して噴射口３０２から噴射される。このため、図１７に示すように、遮蔽板３０７において、パンチ孔３０４１を通過した冷却風が衝突する部分に微粒子が堆積する。

以上、説明したように、本実施形態によれば、パンチ孔３０４１を通過した冷却風が、遮蔽板３０７に遮蔽され、パンチ孔３０４１ａの周辺部に堆積しなかった微粒子が遮蔽板３０７に堆積するので、噴射部材３０ｂの集塵力が増す。

なお、微粒子を堆積させるための部品は、上述の第２の実施形態、第３の実施形態に示したフィルタ３０４や遮蔽板３０７に限らず、噴射口とフィルタの間に設けられ、本発明のフィルタを通過した冷却風を衝突させる壁面を有する部品であればよく、その形状は問わない。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。クレームに定義された本発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

Claims (11)

1. 送風機と、該送風機より供給された冷却風を噴射する噴射口との間に設けられる、複数の開口部が形成されたフィルタであって、
   前記フィルタの面積は前記噴射口の面積より大きく、前記複数の開口部のそれぞれの面積は前記噴射口の面積より小さく、前記複数の開口部の合計の面積は前記噴射口の面積に対して１乃至５倍である、フィルタ。
2. 複数の開口部が形成され、送風機より供給された冷却風を通過させるためのフィルタと、
   前記フィルタを通過した前記冷却風を噴射する噴射口と、を有し、
   前記フィルタの面積は、前記噴射口の面積より大きく、前記複数の開口部のそれぞれの面積は前記噴射口の面積より小さく、且つ、前記複数の開口部の合計の面積は前記噴射口の面積に対して１乃至５倍である、冷却用噴射部材。
3. 前記開口部を通過する冷却風が衝突する壁面を有する部品を前記フィルタと前記噴射口との間に更に有する、請求項２に記載の冷却用噴射部材。
4. 外周に切欠き部が形成され、前記開口部を通過する前記冷却風の風路を遮蔽する遮蔽板を更に有する、請求項２に記載の冷却用噴射部材。
5. 複数の前記フィルタを有する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の冷却用噴射部材。
6. 複数の前記フィルタは、１のフィルタに形成された前記開口部を通過する前記冷却風の風路と、他のフィルタに形成された前記開口部を通過する前記冷却風の風路とをずらして前記冷却用噴射部材に固定される、請求項５に記載の冷却用噴射部材。
7. 送風機と、該送風機より供給された冷却風を噴射する噴射口との間に、複数の開口部が形成されたフィルタを設け、前記フィルタの面積を前記噴射口の面積より大きく、前記複数の開口部のそれぞれの面積を前記噴射口の面積より小さく、且つ、前記複数の開口部の合計の面積を前記噴射口の面積に対して１乃至５倍とする、冷却風噴射方法。
8. 前記開口部を通過する冷却風が衝突する部品を前記フィルタと前記噴射口との間に更に設けた、請求項７に記載の冷却風噴射方法。
9. 外周に切欠き部が形成され、前記開口部を通過する前記冷却風の風路を遮蔽する遮蔽板を更に設けた、請求項７に記載の冷却風噴射方法。
10. 複数のフィルタを設けた、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の冷却風噴射方法。
11. 複数の前記フィルタは、１のフィルタに形成された前記開口部を通過する前記冷却風の風路と、他のフィルタに形成された前記開口部を通過する前記冷却風の風路とをずらして前記冷却用噴射部材に固定される、請求項１０に記載の冷却風噴射方法。

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