JP5455175B2 - Cooling device, electronic apparatus equipped with cooling device, and liquid crystal projector - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器内にある発熱体の冷却に関するものである。 The present invention relates to cooling of a heating element in an electronic device.
従来から電子機器内の発熱体を冷却するための手段が多数開発され、そのうちのいくつかは実用化されている。それら冷却手段の一つである空冷方式の冷却手段は、簡易かつ安価な冷却手段として、多くの電子機器に採用されている。例えば、業務用及び一般家庭用に広く普及している投写型表示装置(プロジェクタ)においても、空冷方式、特に強制空冷方式の冷却手段が採用されている。 Conventionally, many means for cooling a heating element in an electronic device have been developed, some of which have been put into practical use. An air cooling type cooling means, which is one of these cooling means, is adopted in many electronic devices as a simple and inexpensive cooling means. For example, even in a projection display device (projector) that is widely used for business use and general home use, air-cooling, particularly forced air-cooling cooling means is employed.
投写型表示装置は、画像表示素子上に生成された画像をスクリーンに拡大投影する表示装置である。かかる投写型表示装置のうち、画像表示素子に液晶パネルを用いた液晶プロジェクタは、次のような構成と動作によってスクリーン上に画像を拡大投影する。 The projection display device is a display device that enlarges and projects an image generated on an image display element onto a screen. Among such projection display devices, a liquid crystal projector using a liquid crystal panel as an image display element enlarges and projects an image on a screen with the following configuration and operation.
液晶プロジェクタは、光源を備えている。該光源から発せられた白色光は、リフレクタで反射され、PBS(Polarization Beam Splitter:偏光ビームスプリッタ)により偏光変換された後に、R/G/Bの各色光に分離される。分離された各色光は、各色ごとに用意された液晶パネルに導かれ、対応する液晶パネルに入射する。液晶パネルに入射した各色光は、液晶パネルによってビデオ信号に従った光変調を受ける。光変調された各色光は、色合成プリズムにより合成され、投写光学系を介してスクリーン上に投写される。 The liquid crystal projector includes a light source. White light emitted from the light source is reflected by a reflector, and after polarization conversion by a PBS (Polarization Beam Splitter), the light is separated into R / G / B color lights. Each separated color light is guided to a liquid crystal panel prepared for each color, and enters a corresponding liquid crystal panel. Each color light incident on the liquid crystal panel undergoes light modulation according to the video signal by the liquid crystal panel. The light-modulated color lights are synthesized by a color synthesis prism and projected onto a screen via a projection optical system.
ここで、TN(Twisted Nematic)モードで動作する液晶パネルは、特定の直線偏光成分しか扱えない。そこで、各液晶パネルの入射側には偏光板が配置され、液晶パネルに入射する色光の偏光方向が所定方向に統一される(ここでは、S偏光に統一されるものとする。)。さらに、液晶パネルの出射側にも偏光板が配置され、液晶パネルで光変調を受けた光のS偏光成分が該偏光板によってカットされ、P偏光成分のみが抽出される。ここで、液晶パネル及びその前後に配置される偏光板は、一体化されてユニット(液晶ユニット)を形成しているのが通常である。また、以下の説明では、液晶パネルの入射側に配置された偏光板を「入射側偏光板」、出射側に配置された偏光板を「出射側偏光板」と呼ぶ場合がある。 Here, the liquid crystal panel operating in the TN (Twisted Nematic) mode can handle only a specific linearly polarized light component. Accordingly, a polarizing plate is disposed on the incident side of each liquid crystal panel, and the polarization direction of the color light incident on the liquid crystal panel is unified to a predetermined direction (here, it is assumed that the polarization is unified to S-polarized light). Further, a polarizing plate is also disposed on the exit side of the liquid crystal panel, and the S-polarized component of the light modulated by the liquid crystal panel is cut by the polarizing plate, and only the P-polarized component is extracted. Here, it is normal that the liquid crystal panel and the polarizing plates arranged before and after the liquid crystal panel are integrated to form a unit (liquid crystal unit). In the following description, the polarizing plate disposed on the incident side of the liquid crystal panel may be referred to as “incident side polarizing plate”, and the polarizing plate disposed on the output side may be referred to as “exit side polarizing plate”.
このように、液晶パネルの前後に、光軸に沿って配置される入射側偏光板及び出射側偏光板は、各々1軸方向の偏光光のみを通過させ、他の偏光光を遮蔽する。入射側偏光板及び出射側偏光板によって遮蔽された光は熱に変換される。すなわち、入射側偏光板及び出射側偏光板は発熱する。また、液晶パネルにおいても、各画素境界にあるブラックマトリクスによって入射光の一部が遮蔽され、遮蔽された光は熱に変換される。従って、液晶パネルも入射側偏光板及び出射側偏光板と同様に発熱する。換言すれば、液晶ユニットは、プロジェクタという電子機器内の発熱体である。 As described above, the incident-side polarizing plate and the outgoing-side polarizing plate arranged along the optical axis before and after the liquid crystal panel allow only polarized light in one axis direction to pass through and shield the other polarized light. The light shielded by the incident side polarizing plate and the outgoing side polarizing plate is converted into heat. That is, the incident side polarizing plate and the outgoing side polarizing plate generate heat. Also in the liquid crystal panel, a part of incident light is shielded by a black matrix at each pixel boundary, and the shielded light is converted into heat. Therefore, the liquid crystal panel generates heat similarly to the incident side polarizing plate and the outgoing side polarizing plate. In other words, the liquid crystal unit is a heating element in an electronic device called a projector.
一方で、液晶パネルや偏光板には有機材料が用いられることが多い。従って、長時間にわたって波長の短い光が照射されたり、高温に曝されたりすると、液晶パネルの配向膜がダメージを受けたり、偏光板の偏光選択特性が低下したりするなど、その機能が著しく損なわれてしまう。そこで、液晶プロジェクタには、液晶ユニットを冷却するための冷却手段が設けられている。以下、液晶プロジェクタに設けられている冷却手段について詳しく説明する。 On the other hand, organic materials are often used for liquid crystal panels and polarizing plates. Therefore, when irradiated with light having a short wavelength for a long time or exposed to a high temperature, the alignment film of the liquid crystal panel is damaged, or the polarization selection characteristic of the polarizing plate is deteriorated. It will be. Therefore, the liquid crystal projector is provided with a cooling means for cooling the liquid crystal unit. Hereinafter, the cooling means provided in the liquid crystal projector will be described in detail.
図19(a)は、一般的な液晶プロジェクタ1の外観斜視図であり、同図(b)は内部構造を示す斜視図である。また、図20は、図19(b)に示す内部構造を模式的に示した平面図である。
FIG. 19A is an external perspective view of a general
主に図20に示すように、液晶プロジェクタ1の筐体内には、液晶ユニット2を強制空冷するための冷却ファン3と空冷ダクト4とが設けられている。また、光源5を強制冷却するための冷却ファン7が設けられている。さらに、筐体内の空気を強制的に排気して電源ユニット6等を冷却するための排気ファン8も設けられている。
As shown mainly in FIG. 20, a
図21を参照して、冷却ファン3及び空冷ダクト4による液晶ユニット2の冷却作用について具体的に説明する。図21(a)は、冷却ファン3及び空冷ダクト4の分解斜視図、同図(b)は冷却風の流れを示す模式図である。
With reference to FIG. 21, the cooling effect | action of the
図21(a)(b)に示すように、入射側偏光板10、液晶パネル11及び出射側偏光板12から構成される液晶ユニット2は、R/G/Bの色光ごとに設けられており、それら液晶ユニット群の下方に、空冷ダクト4の吐出口15が配置されている。
As shown in FIGS. 21A and 21B, the
主に図21(b)に示すように、冷却ファン3によって生み出された冷却風14は、空冷ダクト4内を通って吐出口15から吹き出す。吐出口15から吹き出した冷却風14は、各液晶ユニット2の下方から各液晶ユニット2に供給される。各液晶ユニット2に供給された冷却風14は、各ユニット2の入射側偏光板10、液晶パネル11及び出射側偏光板12の間の空間を通過して上方に抜ける。
As shown mainly in FIG. 21 (b), the
ここで、近年のプロジェクタの利用形態の多様化に応じて、小型化・高輝度化の要求が高まっている。このような要求に応えるために、ランプ出力の向上と表示デバイス(液晶ユニット)の小型化が進められている。その結果、液晶ユニットへ入射する光の光束密度が増大し、液晶ユニットを構成する液晶パネル、入射側偏光板及び出射側偏光板の熱負荷は上昇の一途をたどっている。 Here, with the recent diversification of projector usage, there is an increasing demand for miniaturization and high brightness. In order to meet such demands, improvements in lamp output and downsizing of display devices (liquid crystal units) are being promoted. As a result, the light flux density of light incident on the liquid crystal unit is increased, and the thermal loads of the liquid crystal panel, the incident-side polarizing plate, and the outgoing-side polarizing plate constituting the liquid crystal unit are constantly increasing.
一方で、環境負荷の低減とランニングコストの削減を目的に、プロジェクタの長寿命化の要求も次第に高まりつつある。ランプ交換部品を除けば、液晶プロジェクタの寿命は、主に液晶ユニットの寿命に依存する。液晶ユニットの冷却手段の冷却能力を高めて液晶ユニットの寿命を延ばすことができれば、液晶プロジェクタ自体の寿命を延ばすことができる。 On the other hand, for the purpose of reducing the environmental load and running cost, there is a growing demand for longer projector life. Except for the lamp replacement part, the life of the liquid crystal projector mainly depends on the life of the liquid crystal unit. If the life of the liquid crystal unit can be extended by increasing the cooling capacity of the cooling means of the liquid crystal unit, the life of the liquid crystal projector itself can be extended.
一般に、液晶ユニットの冷却手段として空冷方式を採用する場合、その冷却能力を高めるためには、冷却ファンの送風量を増加させて、冷却風の風速を上げる必要がある。しかしながら、冷却ファンの回転数を上昇させて送風量を増加させると、冷却ファンの動作騒音も増加する。また、冷却ファンを大径化して送風量を増加させると、装置が大型化してしまう。 In general, when an air cooling method is employed as a cooling means for a liquid crystal unit, in order to increase the cooling capacity, it is necessary to increase the air flow rate of the cooling fan and increase the air velocity of the cooling air. However, when the rotational speed of the cooling fan is increased to increase the air flow rate, the operation noise of the cooling fan also increases. Further, when the diameter of the cooling fan is increased to increase the air flow rate, the size of the device is increased.
また、冷却風が冷却対象に沿って平行に流れる層流である場合、平均熱伝達率は風速の平方根に比例し、冷却対象の温度上昇は風速の平方根に反比例する。従って、冷却対象の温度がある程度まで低下すると、風速増加に対する冷却対象の温度低下の感度が鈍くなる。 Further, when the cooling air is a laminar flow flowing in parallel along the cooling target, the average heat transfer coefficient is proportional to the square root of the wind speed, and the temperature rise of the cooling target is inversely proportional to the square root of the wind speed. Therefore, when the temperature of the cooling target is reduced to a certain level, the sensitivity of the temperature reduction of the cooling target with respect to the increase in the wind speed becomes dull.
図22に、0.8"サイズの液晶パネル(5000lm-25℃環境)の動作温度の風速依存曲線の一例を示す。図22より、液晶パネル動作温度を70℃から60℃まで下げる場合には、冷却風の風速を4.5m/sから8.0m/sへ増速させるだけでよいが、60℃から50℃まで下げる場合には、冷却風の風速を8.0m/sから18.0m/sまで増速させなければならないことがわかる。 Fig. 22 shows an example of the wind speed dependence curve of the operating temperature of a 0.8 "size liquid crystal panel (5000lm-25 ° C environment). From Fig. 22, when the liquid crystal panel operating temperature is lowered from 70 ° C to 60 ° C, cooling is performed. It is only necessary to increase the wind speed from 4.5 m / s to 8.0 m / s. However, when the temperature is decreased from 60 ° C to 50 ° C, the cooling wind speed is increased from 8.0 m / s to 18.0 m / s. I understand that I have to do it.
従って、液晶ユニットの長寿命化を図るために、液晶ユニットの動作温度(特に液晶パネルの動作温度)のさらなる低減を目指す場合、冷却風の風速を極めて高速化しなければならない。しかし、冷却風の風速を高速化すると、冷却ファンの動作騒音の増大や装置の大型化を招く虞があることは上述のとおりである。さらには、冷却ファンの動作騒音の増大や装置の大型化を許容したとしても、冷却能力の向上には限界(空冷限界)がある。 Therefore, in order to extend the life of the liquid crystal unit, when aiming to further reduce the operating temperature of the liquid crystal unit (particularly the operating temperature of the liquid crystal panel), it is necessary to extremely increase the speed of the cooling air. However, as described above, when the speed of the cooling air is increased, the operation noise of the cooling fan may increase and the size of the apparatus may increase. Furthermore, even if an increase in the operating noise of the cooling fan and an increase in the size of the apparatus are allowed, there is a limit (air cooling limit) in improving the cooling capacity.
さらに、液晶パネルに関しては、画質の観点から冷却に対する別の要求も存在する。液晶パネルにおける光変調では、入力信号に対する光変調効果の温度依存性が高い。よって、パネル面に温度ムラが生じると、輝度ムラや色ムラが生じて画質が悪化する。従って、液晶パネルの冷却に関しては、パネル面に生じる温度勾配や温度ムラを極力小さくする冷却方法が望まれる。 Further, regarding the liquid crystal panel, there is another requirement for cooling from the viewpoint of image quality. In the light modulation in the liquid crystal panel, the temperature dependency of the light modulation effect on the input signal is high. Therefore, when temperature unevenness occurs on the panel surface, brightness unevenness and color unevenness occur, and image quality deteriorates. Therefore, regarding the cooling of the liquid crystal panel, a cooling method that minimizes the temperature gradient and temperature unevenness generated on the panel surface is desired.
これまでは、プロジェクタ、特に液晶プロジェクタを例にとって電子機器の冷却に関して説明してきた。しかし、プロジェクタ以外にも発熱体を持った電子機器は多数存在しており、当該電子機器の性能向上や使用態様の多様化に伴って効率的な冷却手段が求められている。例えば、近年のパーソナルコンピュータは高性能な中央演算処理装置を内蔵しており、その中央演算処理装置は、その動作中に熱を発する。一方、中央演算処理装置の安定した動作を確保するためには、該処理装置を冷却して動作温度を所定範囲内に維持する必要がある。 Until now, cooling of electronic devices has been described by taking a projector, particularly a liquid crystal projector as an example. However, in addition to projectors, there are a large number of electronic devices having heating elements, and efficient cooling means are required as performance of the electronic devices is improved and usage modes are diversified. For example, a recent personal computer incorporates a high-performance central processing unit, and the central processing unit generates heat during its operation. On the other hand, in order to ensure stable operation of the central processing unit, it is necessary to cool the processing unit and maintain the operating temperature within a predetermined range.
以上のような状況の下、電子機器の発熱体を高効率で冷却するための手段の開発が急務となっている。そこで、特許文献1には、液晶パネルへ送風される冷却風の向きを調整して、液晶パネルの冷却効率を改善することを目的とした構造が開示されている。具体的には、図23に示すように、色合成プリズム16の下部に風向板17が設けられ、該風向板17によって冷却ファン3から送り出された冷却風14の向き制御する構造が開示されている。特許文献1によれば、風向板17によって冷却風14の向きが最適化される、とのことである。
Under the circumstances as described above, there is an urgent need to develop a means for cooling the heating element of the electronic device with high efficiency. Therefore,
特許文献2には、液晶パネルを冷却するための冷却風を無駄なく液晶パネルに供給することを目的とした構造が開示されている。具体的には、図24に示すように、液晶パネル11を保持する保持枠18であって、液晶パネル11の下方に設けられたダクト吐出口20から送り出される冷却風を液晶パネル11に案内する突片部19を備えた保持枠18が開示されている。特許文献2によれば、ダクト吐出口20から送り出された冷却風が突片部19によって略漏れなく液晶パネル11に導かれるので、冷却効率が向上する、とのことである。
特許文献3には、液晶パネルを保持している保持枠と偏光板との間隔が狭い場合においても、十分な通風面積を確保することを目的とした構造が開示されている。具体的には、図25に示すように、液晶パネル11の保持枠18の通風路に切欠部21を設けて、液晶パネル11と出射側偏光板12との間の通風路幅(図中:X部とY部)を変更した構造が開示されている。特許文献3によれば、上記構造によって送風速度が向上する、とのことである。
特許文献4には、液晶パネルの入射側面と出射側面で送風方向を逆にして、パネル温度ムラの緩和を図ることを目的とした構造が開示されている。具体的には、図26に示すように、色合成プリズム16の周囲に配置された液晶パネル11と偏光板10との間にU字溝形状の導風路22を設けて冷却風をUターンさせることにより、液晶パネル11の入射側面と出射側面で送風の方向を逆向きにする構造が開示されている。また、特許文献4には、図27に示すように、液晶パネル11の上下に一対の冷却ファン3a、3bを設け、液晶パネル11を間に挟んで、出射側は下方から上方へ、入射側は上方から下方へ送風を通風させる構造が開示されている。
特許文献1に開示されている構造によれば、液晶パネルの出射面に当たる冷却風の量を増加させることはできる。しかし、液晶パネルの出射面と対向する出射側偏光板に当たる冷却風の量は逆に抑制され、出射側偏光板の冷却効率は悪化してしまう。
According to the structure disclosed in
特許文献2に開示されているように、液晶パネルの保持枠に設けた突片部によって冷却風の漏れを抑制すると、通風抵抗の増加による風速低下や下流域(液晶パネル上部)における排熱の澱み(排気の抜けの悪化)によるパネル温度の上昇を招く。よって、冷却効率の改善は相殺され、全体として十分な効果を得ることは難しい。
As disclosed in
特許文献3に開示されているように、通風路の下流側に切欠部を設けて通風面積を拡大したとしても、被冷却部(液晶パネルや偏光板の光透過面)の風速は低下するため、冷却効率の向上は望めない。また、通風路の流入側端部の間隔(各ユニットの間の間隔)が狭い場合、そこが通風抵抗となって通風量が低下してしまうので、やはり冷却効率の向上は望めない。
As disclosed in
特許文献4に開示されているように、U字溝形状の通風路によって冷却風を折り返すと、通風面積は半分になり、通風距離は2倍になる。よって、通風抵抗が増大し、通風量が抑制される。また、U字溝形状の通風路の前半においてパネル出射側面を冷却した冷却風の温度は、熱交換によって上昇しており、冷却能力が著しく低下している。従って、そのような冷却風をUターンさせてパネル入射側面に導いても、高い冷却効率は期待できない。
As disclosed in
また、1対の冷却ファンによって、液晶パネルの入射側面と出射側面に逆向きに流れる冷却風を供給した場合(図27の場合)、パネル面の発熱分布(冷却作用)が入射側と出射側とで上下逆になる。従って、図27に示す構造は、パネル内部の均温化を図るといった観点からは一定の効果が期待できる。しかし、発熱面に平行流を当てて冷却するという点では従来の冷却方法を踏襲しており、ファン1つ当たりの放熱負荷は減る一方で、各通風面積が半分になっているため、通風抵抗が増大し、十分な冷却効率は得られない。 When cooling air flowing in opposite directions is supplied to the incident side surface and the output side surface of the liquid crystal panel by a pair of cooling fans (in the case of FIG. 27), the heat generation distribution (cooling action) on the panel surface is the incident side and the output side. And upside down. Therefore, the structure shown in FIG. 27 can be expected to have a certain effect from the viewpoint of achieving uniform temperature inside the panel. However, the cooling method follows the conventional cooling method in that it is cooled by applying a parallel flow to the heat generation surface, and the heat radiation load per fan is reduced while each ventilation area is halved. However, sufficient cooling efficiency cannot be obtained.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記課題の少なくとも一つを解決することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to solve at least one of the above problems.
偏光板や液晶パネル、電子部品が実装された基板などの平坦な発熱体(発熱平板)の強制空冷において、熱伝達率を改善して伝熱の促進を図る方法には、薄膜化法と置換法の2つのアプローチが考えられる。 In forced air cooling of flat heating elements (heating plates) such as polarizing plates, liquid crystal panels, and substrates with electronic components mounted, the method of improving heat transfer and promoting heat transfer is replaced with the thin film method. Two approaches of law are conceivable.
薄膜化法は、発熱体表面に形成される温度境界層を薄く(薄膜化)することで熱伝達率を改善する方法である。この場合、温度境界層の厚さは主流方向速度(平板に沿った流速)の平方根に逆比例する。すなわち、先に述べたような、風速を上げて発熱体の温度を下げるというやり方は、薄膜化法に基づくものである。 The thinning method is a method of improving the heat transfer coefficient by thinning (thinning) the temperature boundary layer formed on the surface of the heating element. In this case, the thickness of the temperature boundary layer is inversely proportional to the square root of the velocity in the main flow direction (flow velocity along the flat plate). That is, as described above, the method of increasing the wind speed and decreasing the temperature of the heating element is based on the thinning method.
置換法は、固体表面近傍の流体と、少し離れた位置にある流体との交換(温度置換)を助長することで熱伝達率を改善する方法であり、非定常的な渦の生成/消失を伴う乱流を利用して伝熱の促進を図る。 The replacement method is a method that improves the heat transfer coefficient by facilitating the exchange (temperature replacement) between the fluid near the solid surface and the fluid at a slightly distant position. Use turbulent flow to promote heat transfer.
本発明は、上記2つのアプローチのうち置換法に基づくアプローチによって上記目的を達成しようとするものである。本発明の一つは、一つの発生源から送り出された冷却風を2以上に分岐させ、発熱体が存在している空間内に異なる方向から流入させる手段を備えていることを特徴とする。具体的には、冷却風を発生させる冷却風発生手段と、前記冷却風発生手段によって発生された前記冷却風を吐出し、吐出された前記冷却風の一部である第一の冷却風を前記空間内へ流入させる供給手段と、前記供給手段によって吐出された前記冷却風の他の一部である第二の冷却風の向きを変えて、前記第一の冷却風とは異なる向きで前記空間内へ流入させる転向手段と、を有する。 The present invention aims to achieve the above object by an approach based on a substitution method among the above two approaches. One aspect of the present invention is characterized by comprising means for branching the cooling air sent out from one generation source into two or more and flowing it into the space where the heating element exists from different directions. Specifically, cooling air generating means for generating cooling air, the cooling air generated by the cooling air generating means is discharged, and the first cooling air that is part of the discharged cooling air is discharged The direction of the second cooling air that is another part of the cooling air discharged by the supplying means and the supply means that flows into the space is changed, and the space is different from the first cooling air. Turning means for flowing in.
本発明によれば、小型でありながら冷却効率の高い冷却装置及びそれを備えた電子機器を低コストで実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling device with high cooling efficiency although it is small, and an electronic device provided with it can be implement | achieved at low cost.
(実施形態1)
以下、本発明の冷却装置の実施形態の一例について、冷却対象が液晶プロジェクタに内蔵された液晶ユニットである場合を例にとって説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an example of an embodiment of a cooling device according to the present invention will be described by taking as an example a case where a cooling target is a liquid crystal unit built in a liquid crystal projector.
本実施形態に係る冷却装置は、衝突噴流を利用して冷却対象を冷却する。ここで、衝突噴流冷却とは、図1に示すように、ノズルAから出射される噴流Bを発熱平板Cに対して垂直に当てて、発熱面を冷却する方法である。衝突噴流冷却では、
(1)噴流の衝突による発熱面の温度境界層の破壊(剥離)
(2)衝突部で発生する旋回流による流体交換(温度置換)
(3)コアンダ効果による噴流の壁面滑り
といったプロセスを経て放熱が行われる。従って、発熱平板に沿って冷却風を送風する冷却方法に比べて、5倍〜10倍の冷却性能を発揮する。尚、上記コアンダ効果とは、流体中に物体を置くと、流体と固体壁との間の圧力が低下し、流れが壁面に吸い寄せられ、その物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質をいう。
The cooling device according to the present embodiment cools an object to be cooled using a collision jet. Here, the impinging jet cooling is a method of cooling the heat generating surface by applying the jet B emitted from the nozzle A perpendicularly to the heat generating flat plate C as shown in FIG. In impinging jet cooling,
(1) Destruction of the temperature boundary layer on the heating surface due to jet collision (separation)
(2) Fluid exchange by swirl flow generated at the impingement part (temperature replacement)
(3) The heat is dissipated through a process such as wall surface slippage of the jet due to the Coanda effect. Therefore, the cooling performance is 5 to 10 times that of the cooling method in which the cooling air is blown along the heat generating flat plate. The Coanda effect is a property of a fluid in which when an object is placed in a fluid, the pressure between the fluid and the solid wall decreases, the flow is sucked to the wall surface, and the flow direction changes along the object. Say.
ところで、上記のような衝突噴流冷却を面内方向が同じになるように並設された複数の発熱平板に対して適用する場合、噴流の衝突方法が課題となる。例えば、図2(a)(b)に示すように、入射側偏光板21、液晶パネル22及び出射側偏光板23が光軸に沿って並設された液晶ユニット20の場合、偏光板21、23及び液晶パネル22の各発熱面は光透過面24とほぼ一致する。従って、各色光の透過を阻害しないように、発熱面への垂直空気流れを生成する必要がある。
By the way, when the above-described collision jet cooling is applied to a plurality of heat generating flat plates arranged in parallel so that the in-plane directions are the same, the jet collision method becomes a problem. For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, in the case of the
そこで本実施形態に係る冷却装置には、図3(a)(b)に示すように、一つの冷却ファン(不図示)から送り出された冷却風に基づいて、液晶ユニット20の面内方向に沿って流れる第一の冷却風31と、液晶ユニット20の面内方向に沿って第一の冷却風31とは異なる方向に流れる第二の冷却風32とを生成する手段を備えている。かかる手段によって生成された2つの冷却風31、32は、液晶パネル22と入射側偏光板21との間の空間(入射側空間)内及び液晶パネル22と出射側偏光板23との間の空間(出射側空間)内で衝突する。すると、対向する発熱面へ垂直に向かう旋回流が発生して垂直噴流が形成され、熱伝達率が増大して伝熱促進が図られる。
(実施形態2)
次に、本発明の冷却装置の実施形態の他例について、冷却対象が液晶ユニットである場合を例にとって説明する。尚、本実施形態に係る冷却装置の冷却対象である液晶ユニットの構造は、実施形態1に係る冷却装置の冷却対象である液晶ユニット20(図2)と同一である。よって、液晶ユニットに関しては同一の符号を用いる。
Therefore, in the cooling device according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, in the in-plane direction of the
(Embodiment 2)
Next, another example of the embodiment of the cooling device according to the present invention will be described by taking as an example the case where the cooling target is a liquid crystal unit. The structure of the liquid crystal unit that is the cooling target of the cooling device according to the present embodiment is the same as the liquid crystal unit 20 (FIG. 2) that is the cooling target of the cooling device according to the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are used for the liquid crystal unit.
本実施形態に係る冷却装置は、図4に示すように、一つの冷却ファン(不図示)から送り出され、入射側空間および出射側空間を通過した冷却風40の風向を流入方向と異なる方向に強制的に転向させる手段を備えている。かかる手段により冷却風40の風向を転向させることによって、転回位置近傍において速度ベクトルの変化量に応じた旋回流が生成され、液晶パネル22と偏光板との間の各空間における乱流効果が高まり伝熱が促進される。また、コアンダ効果による壁面滑りを利用した冷却風の排気も行われる。
As shown in FIG. 4, the cooling device according to the present embodiment sends the cooling
以下、実施形態1及び実施形態2に係る冷却装置について、いくつかの実施例を挙げてより詳細に説明する。尚、以下の実施例1〜8は実施形態1に係る冷却装置の実施例であり、実施例9及び10は実施形態2に係る冷却装置の実施例である。尚、全ての実施例において、冷却対象は、液晶プロジェクタが備える3つの液晶ユニットであり、各液晶ユニットの構造は図2に示したとおりである。但し、以下の説明中で参照する図面には、便宜上一つの液晶ユニットのみが図示されている。
(実施例1)
図5、図6は、本例の冷却装置を備えた液晶プロジェクタの内部構造の一部を示す模式図である。具体的には、図5(a)は冷却装置及びその近傍の構造を示す断面図であり、図5(b)は同図(a)の部分拡大図、(c)は冷却風の流れを示す断面図である。また、図6(a)(b)は液晶ユニット及びその近傍の構造を示す斜視図であり、(c)は導風板の斜視図である。
Hereinafter, the cooling device according to
Example 1
5 and 6 are schematic views showing a part of the internal structure of a liquid crystal projector provided with the cooling device of this example. Specifically, FIG. 5A is a cross-sectional view showing the cooling device and the structure in the vicinity thereof, FIG. 5B is a partially enlarged view of FIG. 5A, and FIG. 5C shows the flow of cooling air. It is sectional drawing shown. FIGS. 6A and 6B are perspective views showing the liquid crystal unit and the structure in the vicinity thereof, and FIG. 6C is a perspective view of the air guide plate.
主に図5(a)、図6(a)に示されているように、本例の冷却装置は、冷却ファン50と、空冷ダクト51と、導風板52とを有する。冷却ファン50及び空冷ダクト51は、図示されている液晶ユニット20を含む液晶ユニット群よりも下方に配置されており、導風板52は液晶ユニット20を含む各液晶ユニットの側方に配置されている。また、空冷ダクト51には、液晶ユニット群の下方において開口する2つの吐出口51a、51bが設けられている。さらに、導風板52には、対応する液晶ユニットに近接する方向に傾斜する斜面52aが設けられている。
As shown mainly in FIGS. 5A and 6A, the cooling device of this example includes a cooling
冷却ファン50によって生み出された冷却風53の一部は、空冷ダクト51の吐出口51aから液晶ユニット20を含む各液晶ユニットに向けて吐出される。一方、冷却ファン50によって生み出された冷却風53の他の一部は、空冷ダクト51の吐出口51bから導風板52を含む各液晶ユニットに対応する導風板に向けて吐出される。すなわち、冷却ファン50によって生み出された冷却風53は、空冷ダクト51によって、各液晶ユニットに向けて吐出される第一の冷却風53aと、各導風板に向けて吐出される第二の冷却風53bとに分岐される。換言すれば、空冷ダクト51は、冷却ファン50によって生み出された冷却風53を第一の冷却風53aと第二の冷却風53bとに分岐させる分岐手段として機能する。
A part of the cooling
次いで、図5(b)、(c)を参照して、本例の冷却装置による冷却作用について説明する。ここでは、液晶ユニット20を例にとって冷却作用について説明するが、他の液晶ユニットに対する冷却作用も同様である。
Next, with reference to FIGS. 5B and 5C, the cooling action by the cooling device of this example will be described. Here, the cooling action will be described by taking the
上述のようにして分岐された第一の冷却風53aは、入射側空間Aおよび出射側空間Bの下端の開口面(第一の開口面)から各空間A、Bへ流入し、同空間A、B内を図5(b)(c)の紙面下方から上方に向かって流れる。一方、第二の冷却風53bは、入射側空間Aおよび出射側空間Bの側方の開口面(第二の開口面)と対向する位置に配置されている導風板52(特に、導風板52に設けられている斜面52a)によって風向が90度転換される。風向が転向された第二の冷却風53bは、第二の開口面から入射側空間Aおよび出射側空間Bへ流入する。すなわち、導風板52は、第二の冷却風53bの風向を変えて、液晶パネルの表面と平行であって、かつ、第一の冷却風53aと異なる向きで入射側空間Aおよび出射側空間Bへ流入させる転向手段として機能する。
The
導風板52の作用によって入射側空間Aおよび出射側空間Bへ流入した第二の冷却風53bは、それら空間A、B内を図5(b)の紙面右側から左側に向かって流れる。尚、導風板52に設けられている斜面52aの両側には、第二の冷却風53bの漏洩を防止するために、一対の側壁52bが対向するように設けられており、導風板52は全体としてフード状の形態を有する(図6(c))。
The
以上のようにして、入射側空間Aおよび出射側空間Bに、互いに直交する方向から流入した第一の冷却風53aと第二の冷却風53bとは、各空間の略中央位置において直交状態で衝突する。このとき、互いに直交する方向から衝突した第一の冷却風53aと第二の冷却風53bは、その衝突位置において、入射側偏光板21、液晶パネル22および出射側偏光板23のそれぞれの光透過面24(図2)へ垂直に向かう旋回流を発生させる(図5(c)参照)。その結果、発熱面(光透過面24)への垂直噴流が形成され、発熱体近傍の熱伝達率が大幅に増加する。従って、従来の平行平板流れによる冷却方法に比べて、放熱効率が大幅に向上する。
(実施例2)
図7(a)は、本例の冷却装置の構造を模式的に示す縦断面図、同図(b)は横断面図である。また、図8は液晶ユニット及びその近傍の構造を示す斜視図である。
As described above, the
(Example 2)
FIG. 7A is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the cooling device of this example, and FIG. 7B is a transverse sectional view. FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the liquid crystal unit and its vicinity.
本例の冷却装置の基本構成は、実施例1の冷却装置と同一である。相違点の一つは、各液晶ユニットの左右にそれぞれ導風板が設けられている点である。相違点の他の一つは、導風板の増設に伴って、空冷ダクトの吐出口が増設されている点である。以下、具体的に説明する。 The basic configuration of the cooling device of this example is the same as that of the cooling device of the first embodiment. One of the differences is that air guide plates are provided on the left and right of each liquid crystal unit. Another one of the differences is that the discharge port of the air cooling duct is added along with the addition of the air guide plate. This will be specifically described below.
図7(a)に示されているように、液晶ユニット20の縦中心軸Y-Yを対称軸として、一対の導風板62a、62bが線対称に配置されている。各導風板62a、62bの形状や寸法は、実施例1で説明した導風板52と同一である。具体的には、図8に示すように、導風板62a、62bは、流入した冷却風の風向をスムーズに転向させるための斜面と、冷却風の漏洩を防止するための側壁とを備えたフード状の形態を有する。また、導風板62a、62bの幅(W)は、液晶ユニット20の光軸方向の長さ(L)と同程度であり、かつ、一定である。尚、図8では、一方の導風板62bの図示は省略されている。以下の説明では、図7(a)において、液晶ユニット20の右側(上記第二の開口面と対向する位置)に配置されている導風板62aを「右側導風板62a」、左側(上記第二の開口面の反対側の第三の開口面と対向する位置)に配置されている導風板62bを「左側導風板62b」と呼んで区別する。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
As shown in FIG. 7A, the pair of
空冷ダクト61には、不図示の冷却ファンによって生み出された冷却風を3つに分岐するために、3つの吐出口61a、61b、61cが設けられている。不図示の冷却ファンによって生み出された冷却風の一部は、吐出口61aから液晶ユニット20に向けて吐出される。また、冷却風の他の一部は、吐出口61bから右側導風板62aに向けて吐出される。また、冷却風の他の一部は、吐出口61cから左側導風板62bに向けて吐出される。すなわち、冷却ファンによって生み出された冷却風は、液晶ユニット20に向けて吐出される第一の冷却風63aと、右側導風板62aに向けて吐出される第二の冷却風63bと、左側導風板62bに向けて吐出される第三の冷却風63cとに分岐される。
The
図7(a)(b)に示すように、第一の冷却風63aと、右側導風板62aによって風向が転向させられた第二の冷却風63bとが、入射側空間Aおよび出射側空間Bの略中央において直交状態で衝突する。また、第一の冷却風63aと、左側導風板62bによって風向が転向された第三の冷却風63cとが、やはり入射側空間Aおよび出射側空間Bの略中央において直交状態で衝突する。さらに、第二の冷却風63bと第三の冷却風63cとが、入射側空間Aおよび出射側空間Bの略中央において対向状態で衝突する。
As shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the
相互に直交或いは対向する方向から衝突した第一〜第三の冷却風63a、63b、63cは、その衝突位置において、入・出射側の偏光板21、23や液晶パネル22の光透過面へ垂直に向かう旋回流を発生させ、発熱面(光透過面)への垂直噴流を形成する。
The first to third cooling winds 63 a, 63 b, 63 c that collide with each other in a direction orthogonal to or opposite to each other are perpendicular to the light transmission surfaces of the
本実施例の冷却装置では、3方向からの冷却風を衝突させるので、実施例1の冷却装置に比べて、より乱流性の高い旋回流が形成され、冷却効率がさらに改善される。
(実施例3)
図9は、本例の冷却装置の構造を模式的に示す縦断面図である。本例の冷却装置の基本構成は、実施例2の冷却装置と同一である。本例の冷却装置が実施例2の冷却装置と異なるのは、図7(a)(b)に示す左右の導風板62a、62bの一方を液晶ユニット20のパネル横中心軸X-Xを基準として異なる高さに配置した点である。本例では、図7(a)(b)に示す左側導風板62bに相当する左側導風板72bを下方へ、右側導風板62aに相当する右側導風板72aを上方へ変位させた。さらに、具体的には、左側導風板72bは、その上端がパネル横中心軸X-Xと一致する位置まで下方へ変位させた。一方、右側導風板72aは、斜面下の垂直部分をパネル横中心軸X-Xが横切る位置まで上方へ変位させた。
In the cooling device of the present embodiment, cooling air from three directions is caused to collide, so that a swirl flow with higher turbulence is formed and the cooling efficiency is further improved as compared with the cooling device of the first embodiment.
(Example 3)
FIG. 9 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the cooling device of this example. The basic configuration of the cooling device of this example is the same as that of the cooling device of the second embodiment. The cooling device of this example is different from the cooling device of Example 2 in that one of the left and right
このとき、空冷ダクト71の第一の吐出口71aから吐出されて液晶ユニット20の入射側空間内および出射側空間内をその下方から上方へ流れる第一の冷却風73aと、第三の吐出口71cから吐出され、左側導風板72bの作用によって入射側空間内および出射側空間内をその左側から右側へ流れる第三の冷却風73cとは、パネル横中心軸X-Xよりも下方の位置において直交状態で衝突する。この結果、第一の冷却風73aと第三の冷却風73cとの衝突により生成された合成流74と、第二の吐出口71bから吐出され、右側導風板72aの作用によって入射側空間内および出射側空間内をその右側から左側へ流れる第二の冷却風73bとが、パネル横中心軸X-Xよりも上方の位置において鈍角で衝突する。
At this time, the
この場合においても、第一の冷却風73aと第三の冷却風73cとの衝突位置、およびその合成流74と第二の冷却風73bとの衝突位置、のそれぞれにおいて、入・出射側の偏光板や液晶パネルの光透過面へ垂直に向かう旋回流が発生し、発熱面(光透過面)への垂直噴流が形成される。
Also in this case, the polarized light on the input / exit side at each of the collision position between the
本例の冷却装置は、大型(≧0.8”)の液晶パネルや左右に広いワイド液晶パネル(16:9)を採用する液晶ユニットにおける温度ムラの解消に有効である。具体的には、液晶ユニットの入射側空間内および出射側空間内のパネル横中心軸X-Xを挟んで左下と右上の2箇所において冷却風が衝突する。従って、実施例1の冷却装置に比べて、より広範囲において乱流性の高い旋回流が形成され、放熱能力が向上するとともに、温度分布が均一されて色ムラが解消され、画像品質が改善される。 The cooling device of this example is effective in eliminating temperature unevenness in a liquid crystal unit that employs a large (≧ 0.8 ”) liquid crystal panel and a wide liquid crystal panel (16: 9) on both sides. Specifically, the liquid crystal unit Cooling air collides at two locations, the lower left and the upper right, with the panel horizontal center axis XX in the incident side space and the outgoing side space sandwiched between the cooling device of the first embodiment. A swirling flow having high fluidity is formed, heat dissipation capability is improved, temperature distribution is made uniform, color unevenness is eliminated, and image quality is improved.
尚、左右の導風板72a、72bのパネル横中心軸X-Xに対する変位方向や変位量は上記作用が得られる範囲内で任意に変更することができる。
(実施例4)
図10は、本例の冷却装置の構造を模式的に示す縦断面図である。本例の冷却装置の基本構成は、実施例2の冷却装置と同一である。本例の冷却装置が実施例2の冷却装置と異なるのは、実施例2の冷却装置を構成する空冷ダクト61には、3つの吐出口61a、61b、61c(図7(a))が設けられているのに対し、本例の冷却装置を構成する空冷ダクト81には、吐出口61b、61cに相当する吐出口81b、81cのみが設けられている点である。換言すれば、本例の冷却装置を構成する空冷ダクト81では、実施例2の冷却装置を構成する空冷ダクト61の吐出口61aが塞がれている。
It should be noted that the displacement direction and displacement amount of the left and right
Example 4
FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the cooling device of this example. The basic configuration of the cooling device of this example is the same as that of the cooling device of the second embodiment. The cooling device of this example is different from the cooling device of Example 2 in that the
本例の冷却装置を用いた場合、空冷ダクト81の吐出口81bから吐出され、右側導風板82aにより風向が転向された第一の冷却風83aは図10の紙面右側から左側へ、吐出口81cから吐出され、左側導風板82bにより風向が転向された第二の冷却風83bは左側から右側へ流れ、各空間の略中央において斜向状態で衝突する。この結果、各空間内に液晶ユニット20の発熱面(光透過面)へ垂直に向かう旋回流が発生し、光透過面への垂直噴流が形成される。
When the cooling device of the present example is used, the
本例の冷却装置では、一つ冷却ファンによって生み出された冷却風を2系統に分岐して十分な風量と風速を確保しつつ、それを概略180度の対向方向から発熱面上で衝突させることにより、噴流の乱流生成効果をより高め、冷却能力の向上を図っている。 In the cooling device of this example, the cooling air generated by one cooling fan is branched into two systems to ensure sufficient air volume and air speed, and collide with it on the heat generation surface from the opposite direction of approximately 180 degrees. Thus, the turbulent flow generation effect of the jet flow is further enhanced, and the cooling capacity is improved.
尚、本例の冷却装置が備える導風板82a、82bは、これまで説明した実施例における斜面に相当する面を曲面としてある。もっとも、かかる相違は本発明における本質的相違点ではない。導風板の形状は、冷却風の方向を所定の方向へ転向させることができる形状であればよく、特定の形状に限定されるものではないことは、これまでの説明及び今後の説明によって理解できるはずである。
(実施例5)
図11は、本例の冷却装置の構造を模式的に示す縦断面図である。本例の冷却装置の基本構成は、実施例3の冷却装置と同一である。異なるのは、実施例3の冷却装置を構成する空冷ダクト71には、3つの吐出口71a、71b、71c(図9)が設けられているのに対し、本例の冷却装置を構成する空冷ダクト91には、吐出口71b、71cに相当する吐出口91b、91cのみが設けられている点である。換言すれば、本例の冷却装置を構成する空冷ダクト91では、実施例3の冷却装置を構成する空冷ダクト71の吐出口71aが塞がれている。
Note that the
(Example 5)
FIG. 11 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the cooling device of this example. The basic configuration of the cooling device of this example is the same as that of the cooling device of the third embodiment. The difference is that the
本例の冷却装置では、液晶ユニット20の入射側空間および出射側空間において、右側導風板92aにより風向が転向された第一の冷却風93aが図11の紙面右下から左上へ、左側導風板92bにより風向が転向された第二の冷却風93bが左下から右上へ流れる。さらに、右側導風板92aと左側導風板92bの高さを異ならせてあるので(本例では、パネル横中心軸X-Xを基準として、右側導風板92aが左側導風板92bよりも高い位置に設けられている。)、入射側空間および出射側空間内を左下から右上へ流れる第二の冷却風93bが、同空間内を右下から左上へ流れる第一の冷却風93aに垂直に衝突する。この結果、各空間内の上記衝突位置において、液晶ユニット20の発熱面(光透過面)へ垂直に向かう旋回流が発生し、光透過面への垂直噴流が形成される。換言すれば、第一の冷却風93aは、第二の冷却風93bに対する障壁となっている。
In the cooling device of this example, in the incident side space and the emission side space of the
第一の冷却風93aの、第二の冷却風93bに対する障壁としての機能を高めるためには、第一の冷却風93aの送風量を第二の冷却風93bの送風量よりも多くすることが効果的である。そこで本例では、空冷ダクト91の吐出口91bの開口面積を吐出口91cよりも大きくして、第一の冷却風93aの送風量を第二の冷却風93bの送風量よりも多くしてある。
In order to enhance the function of the
ここで、本例の冷却装置においても、他の実施例の冷却装置においても、導風板の斜面の傾斜角や曲面の曲率といった冷却風の転向方向を決定するパラメータを適宜調整することが好ましい。
(実施例6)
図12は、本例の冷却装置の構造を模式的に示す縦断面図である。既述の実施例に係る冷却装置を構成する空冷ダクトには2以上の吐出口が設けられていたのに対し、本例の冷却装置を構成する空冷ダクト101には、1つの吐出口101aのみが設けられている。
Here, in the cooling device of this example as well as in the cooling devices of other embodiments, it is preferable to appropriately adjust parameters for determining the turning direction of the cooling air, such as the inclination angle of the inclined surface of the air guide plate and the curvature of the curved surface. .
(Example 6)
FIG. 12 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the cooling device of this example. The air cooling duct constituting the cooling device according to the embodiment described above was provided with two or more discharge ports, whereas the
但し、本例の空冷ダクト101の吐出口101aの開口面積は、これまで説明した空冷ダクトの各吐出口の開口面積よりも大きく、開口中心がパネル縦中心軸Y-Yよりも導風板102寄りに位置している。従って、吐出口101aから吐出された冷却風の一部は導風板102に当たって風向が転向され、入射側空間および出射側空間に流入し、他の一部は直接入射側空間および出射側空間に流入する。この結果、既述の各実施例に係る冷却装置と同様に、入射側空間内および出射側空間内を下方から上方に流れる冷却風と右から左に流れる冷却風とを直交状態で衝突させることができる。すなわち、空冷ダクト101は、冷却ファンによって生み出された冷却風の一部を入射側空間および出射側空間へ流入させる供給手段として機能する。一方、導風板102は、冷却ファンによって生み出された冷却風の他の一部の風向を変えて、液晶パネルの表面と平行であって、かつ、直接入射側空間および出射側空間へ流入する上記冷却風の一部とは異なる向きでそれら空間内へ流入させる転向手段として機能する。
However, the opening area of the
本実施例の冷却装置は、小型の液晶パネル(≦0.6”)が採用され、それに伴って液晶ユニットやその冷却装置が小型化される場合に有効である。すなわち、液晶ユニットが小型化して発熱体がより「点熱源」に近づく場合、空冷ダクトもそれに合わせて小型化される。このような場合には、冷却風を2系統以上に分岐するよりも一括して送風し、その一部の風向を導風板で制御する構造の方が好ましい。かかる構造によれば、「点熱源」全体に対して衝突効果が得られ、より速い風速で発熱体全体を高乱流化できるため、冷却効率を高めるのに有利となる。 The cooling device of this embodiment is effective when a small liquid crystal panel (≦ 0.6 ”) is adopted and the liquid crystal unit and its cooling device are downsized accordingly. That is, the liquid crystal unit is downsized to generate heat. When the body is closer to the “point heat source”, the air cooling duct is also reduced in size accordingly. In such a case, it is preferable to use a structure in which cooling air is blown all at once rather than branching into two or more systems, and a part of the wind direction is controlled by a baffle plate. According to such a structure, a collision effect can be obtained with respect to the entire “point heat source”, and the entire heating element can be made highly turbulent at a higher wind speed, which is advantageous in increasing the cooling efficiency.
尚、空冷ダクトの内部に冷却ファンを配置し、そこから発生した冷却風を空冷ダクトの内部において直角に屈曲させて、吐出口から上方へ向けて吐出させる構造を採用する場合、吐出口から吐出される冷却風のうち、空冷ダクト内の屈曲部の外周側を通過した冷却風の方が内周側を通過した冷却風よりも風速が高くなる。そこで本例では、導風板102を空冷ダクト101内の屈曲部の外周側を通過した冷却風が吐出される先に設けることによって高い衝突効果が得られるようにしてある。
(実施例7)
図13は、本例の冷却装置の構造を模式的に示す縦断面図である。本例の冷却装置も実施例6に係る冷却装置と同様に、空冷ダクトに設けられている吐出口の数は1つである。本例の冷却装置と実施例6に係る冷却装置との相違点は、本例の冷却装置を構成する空冷ダクト111に設けられている吐出口111aの開口幅が液晶ユニット20の幅よりも広い点と、液晶ユニット20の両側方に右側導風板112a及び左側導風板112bが設けられている点である。尚、右側導風板112a及び左側導風板112bは、実施例3(図9)に係る冷却装置を構成する右側導風板72a及び左側導風板72bと同様に、上下方向に位置をずらして配置されている。
If a cooling fan is arranged inside the air cooling duct and the cooling air generated from it is bent at right angles inside the air cooling duct and discharged upward from the discharge port, the discharge is discharged from the discharge port. Of the cooling air to be generated, the cooling air passing through the outer peripheral side of the bent portion in the air cooling duct has a higher wind speed than the cooling air passing through the inner peripheral side. Therefore, in this example, a high collision effect is obtained by providing the
(Example 7)
FIG. 13 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the cooling device of this example. Similarly to the cooling device according to the sixth embodiment, the cooling device of this example has one discharge port provided in the air cooling duct. The difference between the cooling device of this example and the cooling device according to Example 6 is that the opening width of the
従って、吐出口111aから吐出された冷却風の一部は右側導風板112aに当たって風向が転向され、入射側空間および出射側空間に流入し、他の一部は直接入射側空間および出射側空間に流入し、他の一部は左側導風板112bに当たって風向が転向され、入射側空間および出射側空間に流入する。
Therefore, a part of the cooling air discharged from the
以上により、実施例3に係る冷却装置と同様に、入射側空間内および出射側空間内を下方から上方に流れる冷却風と左から右に流れる冷却風との衝突位置、およびその合成流と入射側空間内および出射側空間内を右から左に流れる冷却風との衝突位置、のそれぞれにおいて、入・出射側の偏光板や液晶パネルの光透過面へ垂直に向かう旋回流が発生し、発熱面(光透過面)への垂直噴流が形成される。 As described above, similarly to the cooling device according to the third embodiment, the collision position between the cooling air flowing from the lower side to the upper side in the incident side space and the outgoing side space and the cooling air flowing from the left to the right, and the combined flow and the incident In each of the collision positions with the cooling air flowing from the right to the left in the side space and the exit side space, a swirl flow perpendicular to the light transmission surface of the entrance and exit side polarizing plates and the liquid crystal panel is generated, generating heat. A vertical jet to the surface (light transmission surface) is formed.
本例の冷却装置も、実施例6に係る冷却装置と同様に、小型の液晶パネル(≦0.6”)が採用され、それに伴って液晶ユニットやその冷却装置が小型化される場合に有効であり、その理由も実施例6の説明中で述べた理由と同様である。
(実施例8)
図14は、本例の冷却装置を構成する導風板122の斜視図である。本例の冷却装置の基本構成は、実施例2(図7)に係る冷却装置と同一である。尚、図14では、1つの導風板122のみが図示されているが、実際には、導風板122と対をなす導風板が液晶ユニット20を挟んで反対側に配置されている。すなわち、導風板の数及び配置関係は、図7(a)に示した例と共通である。
The cooling device of this example is also effective when a small liquid crystal panel (≦ 0.6 ”) is adopted and the liquid crystal unit and its cooling device are miniaturized in the same manner as the cooling device according to the sixth embodiment. The reason is the same as the reason described in the description of the sixth embodiment.
(Example 8)
FIG. 14 is a perspective view of the air guide plate 122 constituting the cooling device of this example. The basic configuration of the cooling device of this example is the same as that of the cooling device according to the second embodiment (FIG. 7). In FIG. 14, only one air guide plate 122 is shown, but actually, the air guide plate that forms a pair with the air guide plate 122 is disposed on the opposite side of the
しかし、本例の冷却装置を構成する導風板122は、冷却風の流出側の幅(W2)が流入側の幅(W1)よりも狭くなるように、その上部が絞られている。具体的には、対向する側壁122bの一方の上部を他方に近接するように傾斜させてある。尚、流入側の幅(W1)は、液晶ユニット20の光軸方向の長さ(L)と同程度である。
However, the upper part of the air guide plate 122 constituting the cooling device of the present example is narrowed so that the width (W2) on the cooling air outflow side is narrower than the width (W1) on the inflow side. Specifically, one upper part of the opposing
図15(a)は、本例の冷却装置によって入射側空間Aおよび出射側空間Bに送り込まれる冷却風の流れを模式的に示す断面図である。同図に示すように、入射側空間Aの冷却は、不図示の空冷ダクトの吐出口から吐出され、直接空間Aにその下方から流入する第一の冷却風123aのみよって行われる。一方、出射側空間Bの冷却は、第一の冷却風123aと、導風板122a、122bによって風向が転向された第二の冷却風123b及び第三の冷却風123cとによって行われる。ここで、上記3つの冷却風123a〜123cが互いに直交状態或いは対向状態で衝突して旋回流が形成される点は、実施例2と同様である(図7(b)参照)。しかし、実施例2の冷却装置を構成している導風板62a、62bの幅(W)は一定である(図8参照)。これに対し、本例の冷却装置を構成している導風板122a、122bの幅は上記のように絞られている。この結果、導風板122a、122bによって風向が転向された第二の冷却風123b及び第三の冷却風123cの量及び速度は、実施例2の導風板62a、62bによって風向が転向された第二の冷却風63b及び第三の冷却風63c(図7(b))よりも増加する。よって、出射側空間B内に、より高い乱流性を持った旋回流が生成され、同空間Bにおける発熱面の冷却性能が飛躍的に向上する。
FIG. 15A is a cross-sectional view schematically showing the flow of cooling air sent into the incident side space A and the emission side space B by the cooling device of this example. As shown in the figure, the incident side space A is cooled only by the first cooling air 123a that is discharged from an outlet of an air cooling duct (not shown) and flows directly into the space A from below. On the other hand, the cooling of the emission side space B is performed by the first cooling air 123a, and the second cooling air 123b and the third cooling air 123c whose directions are turned by the
ここで、図15(b)に示すように、2つの導風板122a、122bの絞りの向きを逆転させることもできる。この場合、入射側空間Aおよび出射側空間Bの双方において、より高い乱流性を持った旋回流が生成される。
Here, as shown in FIG. 15B, the directions of the apertures of the two
上記のような構成によれば、入射側空間A内または出射側空間B内において衝突する冷却風の量を個別に調整することができる。従って、空冷ダクトの屈曲に起因する風速の内・外周差により、各導風板に流入する冷却風の量が不均衡となる場合や、液晶ユニットを構成する各部材(入射側偏光板、液晶パネル、出射側偏光板)の発熱量がそれぞれ異なる場合などに、要求される冷却性能と実現できる冷却性能とを容易にマッチングさせることが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to individually adjust the amount of cooling air colliding in the incident side space A or the emission side space B. Therefore, when the amount of cooling air flowing into each baffle plate becomes unbalanced due to the difference between the inner and outer circumferences of the wind speed caused by the bending of the air cooling duct, or when each member constituting the liquid crystal unit (incident side polarizing plate, liquid crystal It is possible to easily match the required cooling performance with the cooling performance that can be realized when the amount of heat generated by the panel and the output side polarizing plate is different.
尚、ここでは実施例2に係る冷却装置との対比において本例の冷却装置の利点について述べた。しかし、既述の各実施例に係る冷却装置を構成する導風板に上記のような絞りを設けることによって上記と同様の作用効果が得られる。
(実施例9)
図16(a)は、本例の冷却装置を備えた液晶プロジェクタの内部構造の一部を示す模式的断面図であり、図16(b)は、同図(a)の部分拡大図である。また、図16(c)は、本例の冷却装置による冷却の原理を示す説明図である。
Here, the advantages of the cooling device of this example are described in comparison with the cooling device according to the second embodiment. However, the same effect as described above can be obtained by providing the above-described diaphragm on the air guide plate constituting the cooling device according to each of the embodiments described above.
Example 9
FIG. 16A is a schematic cross-sectional view showing a part of the internal structure of the liquid crystal projector provided with the cooling device of this example, and FIG. 16B is a partially enlarged view of FIG. . FIG. 16C is an explanatory diagram showing the principle of cooling by the cooling device of this example.
図16(a)に示されているように、本例の冷却装置は、冷却ファン130と、空冷ダクト131と、遮風板132とを有する。空冷ダクト131は、略L字形の断面形状を有し、液晶ユニット20に冷却風を供給するための吐出口131aは、液晶ユニット20の側方に配置されている。一方、遮風板132は、略L字形の断面形状を有し、液晶ユニット20を挟んで空冷ダクト131の吐出口131aと反対側に配置されている。より具体的には、図16(b)に示すように、遮風板132は、水平な一面(底面132a)が液晶ユニット20の下端を閉塞し、底面132aと直交する一面(ブロック面132b)が空冷ダクト131の吐出口131aと対向する液晶ユニット20の側面と反対側の側面を閉塞するように配置されている。尚、図16には、空冷ダクト131の吐出口131aが紙面左側、遮風板132が紙面右側に配置された例が図示されているが、空冷ダクト131の吐出口131aと遮風板132の位置関係を左右逆転させてもよい。
As shown in FIG. 16A, the cooling device of this example includes a cooling
次に、本例の冷却装置による液晶ユニット20の冷却動作について説明する。図16(a)に示すように、冷却ファン130によって生み出された冷却風133は、液晶ユニット20の側方に用意された空冷ダクト131の吐出口131aから液晶ユニット20に向けて吐出される。吐出された冷却風133の一部は、入射側空間に流入し、同空間内を図16の紙面左側から右側に向かって流れる。一方、吐出された冷却風133の他の一部は、出射側空間に流入し、同空間内を図16の紙面左側から右側に向かって流れる。空冷ダクト131は、冷却風133を液晶パネルの表面に対して平行な向きで入射側空間内および出射側空間内へ流入させる供給手段として機能する。尚、以下の説明では、液晶ユニット20の入・出射側空間内を上記のように流れる冷却風を「横断送風」と呼ぶ。
Next, the cooling operation of the
入・出射側空間内を通過した横断送風は、遮風板132のブロック面132bに衝突し、その風向をブロック面132bの表面に沿って変える。すなわち、遮風板132は、横断送風の進行を阻害し、該横断送風の風向を入・出射側空間内への冷却風の流入方向とは異なる方向に変える遮風手段として機能する。以下の説明では、ブロック面132bに衝突して風向を変えた冷却風(横断送風)を「壁面送風」と呼ぶ。
Crossing airflow that has passed through the entrance / exit side space collides with the
冷却風の挙動を、図10(c)を参照して説明する。空冷ダクト131の吐出口131aに相当するノズル200から吐出された噴流201(横断送風)が壁面202(遮風板132のブロック面132b)に衝突した場合、その衝突部において澱み領域が形成される。また、その衝突部の周辺領域では、壁面202に沿って風向を変える壁面噴流領域が形成される。これは、先に説明したコアンダ効果による壁面滑りに相当する。具体的には、壁面202への衝突により強制的に速度ベクトルを転向させられて、壁面(固体境界)に沿って流れる噴流(いわゆる壁面噴流)は、澱み点近傍で最大の乱れ強さを示しつつ、そこから離れるにしたがって、その流速(UX)と乱れエネルギーを弱めながら、自由せん断層(壁面噴流による自由空間側の速度分布の作用領域)を拡大して流れていく。また、壁面との衝突によって方向を変えて壁面噴流領域を形成する壁面噴流(壁面送風)は、送風ベクトルの転向位置近傍において、乱流性と拡散性の高い旋回流を発生させる。以上により、先に説明した衝突噴流冷却のプロセス(2)(3)が実行され、高い冷却性能が得られる。
The behavior of the cooling air will be described with reference to FIG. When the jet 201 (cross air blow) discharged from the
さらに、壁面滑りによって遮風板132のブロック面132bにガイドされた冷却風は、発熱体(入射側偏光板、液晶パネル及び出射側偏光板)を冷却したあと、そのまま液晶ユニット20の外部へ送り出されるので、効率的な排熱処理を行うことができる。このとき、液晶ユニット20の下方へ向かう壁面滑りの流れは、遮風板132の底面132aによって遮られるため、冷却風は、主に液晶ユニット20の上方へ向けて排気(排熱)される。
Further, the cooling air guided to the
ここまでの説明からわかるように、本例の冷却装置では、冷却風が遮風板と衝突する位置の近傍において、その冷却風に乱流性を持たせて熱伝達率を改善し、高い冷却性能を得ている。従って、本例の冷却装置は、主に、小型の液晶パネルを採用して発熱体が「点熱源」に近いような液晶ユニットの冷却に対して適用するのが望ましく、そのような小型の構成機器に対して、低コストかつコンパクトでシンプルな構成の高効率冷却システムを提供することができる。
(実施例10)
図17、図18は、本例の冷却装置を備えた液晶プロジェクタの内部構造の一部を示す模式図である。具体的には、図17(a)は冷却装置及びその近傍の構造を示す断面図であり、図17(b)は同図(a)の部分拡大図、(c)は冷却風の流れを示す説明図である。また、図18(a)(b)は液晶ユニット及びその近傍の構造を示す斜視図であり、(c)は遮風板の斜視図である。
本例の冷却装置の基本構成は、実施例9に係る冷却装置と同一である。異なるのは、遮風板142の断面形状を略J字形とした点と、遮風板142に対向する側壁を設けた点である。具体的には、図16に示す遮風板132の底面132aに相当する底面142aと、ブロック面132bに相当するブロック面142bとを有する。しかし、本例における遮風板142のブロック面142bは、曲面によって構成されている。また、底面142aとブロック面142bとの間には、冷却風の漏洩を防ぐための側壁142cが対向状態で設けられている。
As can be seen from the above description, in the cooling device of this example, in the vicinity of the position where the cooling air collides with the wind shielding plate, the cooling air is made turbulent to improve the heat transfer coefficient, and high cooling is achieved. Has gained performance. Therefore, it is desirable that the cooling device of this example is mainly applied to cooling of a liquid crystal unit in which a small liquid crystal panel is adopted and the heating element is close to a “point heat source”. It is possible to provide a high-efficiency cooling system with a low-cost, compact and simple configuration for equipment.
(Example 10)
17 and 18 are schematic views showing a part of the internal structure of the liquid crystal projector provided with the cooling device of this example. Specifically, FIG. 17 (a) is a cross-sectional view showing the cooling device and the structure in the vicinity thereof, FIG. 17 (b) is a partially enlarged view of FIG. 17 (a), and FIG. It is explanatory drawing shown. FIGS. 18A and 18B are perspective views showing the liquid crystal unit and the structure in the vicinity thereof, and FIG. 18C is a perspective view of the wind shielding plate.
The basic configuration of the cooling device of this example is the same as that of the cooling device according to the ninth embodiment. The difference is that the cross-sectional shape of the
次に、本例の冷却装置による液晶ユニット20の冷却動作について説明する。図17(a)に示すように、冷却ファン140によって生み出された冷却風143は、液晶ユニット20の側方に用意された空冷ダクト141の吐出口141aから液晶ユニット20に向けて吐出される。吐出された冷却風143の一部は、入射側空間に流入し、同空間内を図17の紙面左側から右側に向かって流れる。一方、吐出された冷却風143の他の一部は、出射側空間に流入し、同空間内を図17の紙面左側から右側に向かって流れる。以下の説明では、液晶ユニット20の入・出射側空間内を上記のように流れる冷却風を「横断送風」と呼ぶ。
Next, the cooling operation of the
入・出射側空間内を通過した横断送風は、遮風板142のブロック面142bに衝突し、その風向をブロック面142bの表面(曲面)に沿って鋭角(θ)に変える。以下の説明では、ブロック面142bに衝突して風向を変えた冷却風を「壁面送風」と呼ぶ。
Crossing airflow that has passed through the entrance / exit side space collides with the
この場合も、ブロック面142bに衝突して風向を変えた壁面送風は、その風向転回位置の近傍において旋回渦を発生させ、温度置換効果による高い冷却性能を示す。この点は、実施例9に係る冷却装置と同様である。しかし、遮風板142のブロック面142bに曲率が与えられている本例の冷却装置では、冷却風の挙動が実施例9に係る冷却装置と異なる点がある。
Also in this case, the wall surface air blown by colliding with the
冷却風の挙動を、図17(c)を参照して説明する。空冷ダクト141の吐出口141aに相当するノズル210から吐出された噴流211(横断送風)が湾曲した壁面212(遮風板142のブロック面142b)に衝突した場合、壁面噴流領域における壁面滑りによって形成される噴流(壁面送風)は、ノズル210から吐出される噴流(横断送風)に対してより鋭角に転回する(図16(c)と図17(c)とを対比)。
The behavior of the cooling air will be described with reference to FIG. When the jet 211 (transverse air blow) discharged from the
ところで、曲率を有する壁面上の流れ(曲がりチャネル乱流)は、その曲率の増大に伴って半径方向の乱流強度が増加する流動特性を示す(壁乱流における運動量の流線曲率の効果)。 By the way, the flow on the wall with curvature (curved channel turbulence) shows the flow characteristics that the turbulent intensity in the radial direction increases with the increase of the curvature (effect of streamline curvature of momentum in wall turbulence). .
従って、本例のように、遮風板142のブロック面142bを曲面とすることによって風向を急角度で転回させると、その風向転回位置の近傍の流れ(壁面送風)において乱流強度が増大し、高い熱伝達特性が得られることが期待できる。
Therefore, when the wind direction is turned at a steep angle by making the
また本例においても、実施例9と同様に、壁面送風のうち液晶ユニット20の下方へ向かう送風は、遮風板142の底面142aによって遮られる。よって、主に液晶ユニット20の左上方へ向けてその送風ベクトルは転回され排気(排熱)される。
Also in this example, as in the ninth embodiment, the air blowing toward the lower side of the
20 液晶ユニット
21 入射側偏光板
22 液晶パネル
23 出射側偏光板
51、61、71、81、91、101、111、131、141 空冷ダクト
51a、61a、71a 第一の吐出口
51b、61b、71b 第二の吐出口
81b、81c、91b、91c、101a、111a、131a、141a 吐出口
52、102 導風板
62a、72a、82a、92a、112a 右側導風板
62b、72b、82b、92b、112b 左側導風板
132、142 遮風板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記冷却風を発生させる冷却風発生手段と、
前記冷却風発生手段によって発生された前記冷却風を少なくとも第一の冷却風、第二の冷却風及び第三の冷却風に分岐させ、前記第一の冷却風を前記空間内へ流入させる分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記第一の冷却風を前記空間内へ流入させる供給手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記第二の冷却風の向きを変えて、前記第一の冷却風とは異なる向きであって、かつ、前記発熱体が設けられている前記面に対して平行な向きで前記空間内へ流入させる第一の転向手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記第三の冷却風の向きを変えて、前記第一の冷却風及び前記第二の冷却風とは異なる向きであって、かつ、前記発熱体が設けられている前記面に対して平行な向きで前記空間内へ流入させる第二の転向手段と、を有し、
前記供給手段は、前記冷却風を前記空間へ向けて吐出する吐出口を有するとともに、前記第一の冷却風を前記発熱体が設けられている前記面に対して平行な向きで前記空間内へ流入させ、
前記第一の転向手段は、前記第二の転向手段よりも、前記吐出口に近い位置に配置され、
前記第一の冷却風は、前記第二の冷却風および前記第三の冷却風と前記空間内で衝突することを特徴とする冷却装置。 A cooling device for supplying cooling air to a space between two opposing surfaces to cool a heating element provided in at least one of the two surfaces,
Cooling air generating means for generating the cooling air;
Branching means for branching the cooling air generated by the cooling air generating means into at least a first cooling air, a second cooling air, and a third cooling air, and allowing the first cooling air to flow into the space. When,
Supply means for flowing the first cooling air branched by the branching means into the space;
The direction of the second cooling air branched by the branching means is changed to be different from the first cooling air and parallel to the surface on which the heating element is provided. First turning means for flowing into the space in a direction;
The direction of the third cooling air branched by the branching means is changed to be different from the first cooling air and the second cooling air, and the heating element is provided. Second turning means for flowing into the space in a direction parallel to the surface,
The supply means has a discharge port for discharging the cooling air toward the space, and the first cooling air into the space in a direction parallel to the surface on which the heating element is provided. Inflow,
The first turning means is disposed at a position closer to the discharge port than the second turning means,
The cooling device according to claim 1, wherein the first cooling air collides with the second cooling air and the third cooling air in the space .
前記冷却装置は、
前記冷却風を発生させる冷却風発生手段と、
前記冷却風発生手段によって発生された前記冷却風を少なくとも第一の冷却風、第二の冷却風及び第三の冷却風に分岐させ、前記第一の冷却風を前記入射側空間内及び前記出射側空間内へ流入させる分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記第一の冷却風を前記入射側空間内及び前記出射側空間内へ流入させる供給手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記第二の冷却風の向きを変えて、前記第一の冷却風とは異なる向きで前記入射側空間内及び前記出射側空間内へ流入させる第一の転向手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記第三の冷却風の向きを変えて、前記第一の冷却風及び前記第二の冷却風とは異なる向きで前記入射側空間内及び前記出射側空間内へ流入させる第二の転向手段と、を有し、
前記供給手段は、前記第一の冷却風を前記入射側空間及び前記出射側空間へ向けて吐出する吐出口を有し、
前記第一の転向手段は、前記第二の転向手段よりも、前記吐出口に近い位置に配置され、
前記第一の冷却風は、前記第二の冷却風および前記第三の冷却風と前記空間内で衝突することを特徴とする液晶プロジェクタ。 A liquid crystal unit in which an incident-side polarizing plate and an outgoing-side polarizing plate are arranged opposite to each other with a liquid crystal panel interposed therebetween, an incident-side space between the liquid crystal panel and the incident-side polarizing plate, and the liquid crystal panel and the outgoing-side polarizing plate A cooling device provided with a cooling device for cooling the liquid crystal unit by supplying cooling air to the exit side space between
The cooling device is
Cooling air generating means for generating the cooling air;
The cooling air generated by the cooling air generating means is branched into at least a first cooling air, a second cooling air, and a third cooling air, and the first cooling air is emitted into the incident side space and the exit. Branching means for flowing into the side space;
Supply means for causing the first cooling air branched by the branch means to flow into the incident side space and the exit side space;
A first turning means for changing the direction of the second cooling air branched by the branching means to flow into the incident side space and the outgoing side space in a direction different from the first cooling air; ,
The direction of the third cooling air branched by the branching means is changed to flow into the incident side space and the emission side space in a direction different from the first cooling air and the second cooling air. Second turning means for causing
The supply means has a discharge port for discharging the first cooling air toward the incident side space and the emission side space;
The first turning means is disposed at a position closer to the discharge port than the second turning means,
Said first cooling air, a liquid crystal projector, wherein you collision by the second cooling air and said space and said third cooling air.
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