冷却装置、及び画像表示装置
【課題】作動液の循環が滞ることを低減できる冷却装置及び画像表示装置を得ること。
【解決手段】冷却装置は、冷却ブロックと、作動液が内部に封入され、外壁の一端側が熱源に接続され前記外壁の他端側が前記冷却ブロックに接続されたヒートパイプと、前記冷却ブロックを介して前記ヒートパイプを冷却するように、前記ヒートパイプの長手方向に沿って配された複数のペルチェ素子ユニットと、前記ヒートパイプの前記熱源側から前記冷却ブロック側への熱輸送量に応じて、前記複数のペルチェ素子ユニットを前記熱源に近い側から順次に駆動するように前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動を制御する制御部とを備えている。
【解決手段】冷却装置は、冷却ブロックと、作動液が内部に封入され、外壁の一端側が熱源に接続され前記外壁の他端側が前記冷却ブロックに接続されたヒートパイプと、前記冷却ブロックを介して前記ヒートパイプを冷却するように、前記ヒートパイプの長手方向に沿って配された複数のペルチェ素子ユニットと、前記ヒートパイプの前記熱源側から前記冷却ブロック側への熱輸送量に応じて、前記複数のペルチェ素子ユニットを前記熱源に近い側から順次に駆動するように前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動を制御する制御部とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のペルチェ素子を用いて冷却を行う冷却装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、熱交換装置において、入口配管から供給された熱媒を、直列に接続された複数の熱交換器によって冷却（又は加熱）し所定の温度の熱媒を出口配管から出力することが記載されている。各熱交換器では、中心に熱媒を通すプレート型熱交換器の両側面に複数のペルチェ素子が設置されている。プレート型熱交換器に面した側が吸熱（又は放熱）となるように各ペルチェ素子へ供給する電流の向きを制御することにより、各熱交換器を流れる熱媒が冷却（又は加熱）される。また、ペルチェ素子に電力を供給する直流電源回路を熱交換器ごとに設け、制御部は、熱負荷に応じて、各直流電源回路をオンオフ制御し有効となる熱交換器の台数を制御する。これにより、特許文献１によれば、熱媒の温度制御のために稼動する直流電源回路の数を少なくすることが可能となり、直流電源回路に起因する電力損失を少なくすることができるとされている。
【０００４】
特許文献２には、複数のサーモ・モジュールを制御する温度制御装置が記載されている。具体的には、各サーモ・モジュールには、ペルチェ素子が用いられている。温度制御装置は、１つのサーモ・モジュールを選択してその温度を検出し、そのサーモ・モジュールの温度が設定温度より上昇（又は下降）したとき、冷却（又は加熱）する方向のパルス電圧を可変電源ユニットからサーモ・モジュールのペルチェ素子へ供給する。これにより、特許文献２によれば、複数のサーモ・モジュールを単一の可変電源でパルス駆動するようにしたので、装置の小型軽量化を図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８３２８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２には、作動液が内部に封入されたヒートパイプを設けることに関して記載がない。
【０００７】
一方、ヒートパイプを設けた冷却装置においては、ヒートパイプの熱輸送量の限界に近い熱量を熱源側から冷却部側へ輸送した場合に、ヒートパイプ内部に封入された作動液が冷却部側の先端部に溜まる現象が発生することがある。この現象はヒートパイプの複数の冷却部が水平に近い姿勢又は熱源より下方にあると発生しやすい。この現象が発生した場合、ヒートパイプ内部の作動液の循環が滞り、熱源側に作動液が還流しなくなる。さらに作動液が溜まった部分（先端部）は、蒸気が到達しなくなるために熱流が供給されない状態で先端部側の冷却部により冷却され、他の冷却部が冷却している部分より低温になる。この部分（先端部）は熱源の冷却に寄与せずに過剰に冷却される為にペルチェ素子の電力効率は著しく低下する。低温になった先端部で蒸気の凝縮が促進されるために作動液がさらに戻らなくなる悪循環が発生し、最終的に熱源付近の作動液が枯渇することで熱源の温度が急激に上昇する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動液の循環が滞ることを低減できる冷却装置及び画像表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる冷却装置は、冷却ブロックと、作動液が内部に封入され、外壁の一端側が熱源に接続され前記外壁の他端側が前記冷却ブロックに接続されたヒートパイプと、前記冷却ブロックを介して前記ヒートパイプを冷却するように、前記ヒートパイプの長手方向に沿って配された複数のペルチェ素子ユニットと、前記ヒートパイプの前記熱源側から前記冷却ブロック側への熱輸送量に応じて、前記複数のペルチェ素子ユニットを前記熱源に近い側から順次に駆動するように前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数のペルチェ素子ユニットによる冷却側の吸熱量がヒートパイプの最大熱輸送量に近い場合に、ヒートパイプの内部における冷却側の先端部が過剰に冷却されることが低減される。これにより、ヒートパイプの内部における冷却側の先端部に作動液が滞留する現象が抑制され、作動液の循環が滞ることを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる冷却装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる冷却装置の熱輸送量に対するペルチェ素子ユニットの駆動状態の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、実施の形態２にかかる冷却装置を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態３にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態４にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態５にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態６にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態７及び実施の形態８にかかる画像表示装置を示す図である。
【図９】図９は、比較例にかかる冷却装置の熱輸送量に対するペルチェ素子ユニットの駆動状態の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる冷却装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる冷却装置１００の構成を、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１にかかる冷却装置１００の構成（断面構成又は機能構成）を示す図である。
【００１４】
冷却装置１００は、ヒートパイプ１、冷却部ブロック（冷却ブロック）３、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、放熱部ブロック５、制御装置（制御部）７、及び温度センサ８、９を備える。
【００１５】
ヒートパイプ１は、その一方に熱源２が設けられ、その他方に冷却部ブロック３が取り付けられている。すなわち、ヒートパイプ１は、外壁１ａ及び内部流路１ｂを有する。外壁１ａは、図１における横方向に延びている。外壁１ａの一端側１ａ１は、熱源２に接続されている。外壁１ａの他端側１ａ２は、冷却部ブロック３に接続されている。内部流路１ｂは、外壁１ａに囲まれた閉じた空間となっている。内部流路１ｂには、作動液が封入されている。作動液は、熱源２の温度と冷却部ブロック３の温度とに応じた所定の温度範囲内で蒸発と凝縮とを行い内部流路１ｂ内を循環する液体である。
【００１６】
冷却部ブロック３は、ヒートパイプ１の長手方向に沿って延びている。冷却部ブロック３の１つの主面は、外壁１ａの一端側１ａ１に接続されている。冷却部ブロック３における１つの主面と反対側の主面には、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄが接続されている。これにより、冷却部ブロック３は、ヒートパイプ１をそれぞれ冷却するための複数の冷却部３ａ〜３ｄを有する。
【００１７】
複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄは、冷却部ブロック３を介してヒートパイプ１を冷却するように、ヒートパイプ１の長手方向に沿って配されている。すなわち、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの吸熱面には、冷却部ブロック３が取り付けられている（接続されている）。各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの放熱面には、放熱部ブロック５が取り付けられている（接続されている）。なお、図１においてはペルチェ素子ユニットが４個配置されているが、２個以上であれば個数は限定されない。
【００１８】
放熱部ブロック５は、ヒートパイプ１の長手方向に沿って延びている。放熱部ブロック５の１つの主面には、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄが接続されている。
【００１９】
制御装置７は、複数の制御線６ａ〜６ｄを介して複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄに接続されている。制御装置７は、各制御線６ａ〜６ｄを介して対応するペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄへ電力を供給することにより、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを駆動する。
【００２０】
具体的には、制御装置７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを熱源２に近い側から優先して順次に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。また、制御装置７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを熱源２から遠い側から優先して順次に駆動し終えるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。
【００２１】
温度センサ８は、ヒートパイプ１の例えば冷却部３ａ近辺の温度を測定し、その測定結果を制御装置７へ供給する。温度センサ９は、ヒートパイプ１の熱源２近辺の温度を測定し、その測定結果を制御装置７へ供給する。これにより、制御装置７は、温度センサ８又は９の測定結果から各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄへ供給する電力を決定し、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。
【００２２】
なお、温度センサ８および温度センサ９は、少なくとも一方が取り付けられていれば制御装置７による制御が可能である。例えば、レーザ素子を使用した投射型の画像表示装置の場合、ヒートパイプ１とレーザ素子（熱源２）との間の熱抵抗が一定であれば、レーザ素子（熱源２）に温度センサ９を取り付けずに、例えば冷却部３ａ近辺に温度センサ８を配置しても良い。
【００２３】
ここで、仮に、制御装置７が複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを同時に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する場合について考える。この場合、制御装置７による駆動の開始後、ヒートパイプ１の内部流路１ｂに封入された作動液による外壁１ａの一端側１ａ１から他端側１ａ２への熱輸送量が徐々に増えていく。このとき、図９に示すように、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによる吸熱量Ｑａ１〜Ｑｄ１は、同時に増加していく。そして、ヒートパイプ１の熱輸送量の限界に近い（例えば、図９に示す熱輸送量８０〜１００％の領域Ｒ１の）熱量を熱源側から冷却部側へ輸送した場合に、ヒートパイプ１内部に封入された作動液が内部流路１ｂ内における冷却部３ｄ側の先端部１ｂ１に溜まる現象が発生することがある。この現象はヒートパイプ１の複数の冷却部３ａ〜３ｄが水平に近い姿勢又は加熱部が上方にあると発生しやすい。この現象が発生した場合、ヒートパイプ１内部の作動液の循環が滞り、熱源２側に作動液が還流しなくなる。さらに作動液が溜まった部分（先端部１ｂ１）は、蒸気が到達しなくなるために熱流が供給されない状態で先端部１ｂ１側の冷却部３ｄにより最大電力近傍（例えば、吸熱量８０〜１００％に対応した電力）で冷却され、他の冷却部３ａ〜３ｃが冷却している部分より低温になる。この部分（先端部１ｂ１）は熱源２の冷却に寄与せずに過剰に冷却される為にペルチェ素子の電力効率は著しく低下する。低温になった先端部１ｂ１で蒸気の凝縮が促進されるために作動液がさらに戻らなくなる悪循環が発生し、最終的に熱源２付近の作動液が枯渇することで熱源２の温度が急激に上昇する可能性がある。
【００２４】
それに対し、実施の形態１では、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを熱源２に近い側から順次に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。この場合、制御装置７による駆動の開始後、ヒートパイプ１の内部流路１ｂに封入された作動液による外壁１ａの一端側１ａ１から他端側１ａ２への熱輸送量が徐々に増えていく。このとき、図２に示すように、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによる吸熱量Ｑａ〜Ｑｄは、順次に増加していく。
【００２５】
例えば、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの設計上の最大吸熱量を１００％とした場合、冷却に必要なヒートパイプ１の熱輸送量が増大するに従い、ペルチェ素子ユニット４ａの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｂの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｃの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｄの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。このように、熱源２に近いペルチェ素子ユニットから順次に駆動電力を増やす。
【００２６】
なお、最大駆動電力の状態から電力を減らす場合は、ペルチェ素子ユニット４ａの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｂの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｃの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｄの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。このように、熱源２から遠いペルチェ素子ユニットから順次に駆動電力を減らす。
【００２７】
図２に示すように、ペルチェ素子ユニット４ｄの電力を制御することによりヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける先端部１ｂ１近辺が最大電力近傍（例えば、吸熱量８０〜１００％に対応した電力）で駆動されるのは、ペルチェ素子ユニット４ｄの設計上の最大熱輸送量近傍（例えば、図２に破線で示す熱輸送量９５〜１００％の領域Ｒ）に達した時に限定される。従って、最大電力近傍を下回る電力（すなわち、他のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｃが最大吸熱量近傍に達した時）においては、先端部１ｂ１近辺が過剰に冷却されることが低減される。すなわち、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによる冷却側の吸熱量がヒートパイプ１の最大熱輸送量に近づいていった場合でも、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却側の先端部１ｂ１が過剰に冷却されることが低減される。これにより、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却側の先端部１ｂ１に作動液が滞留する現象が抑制され、作動液の循環が滞ることを低減できる。
【００２８】
したがって、作動液の滞留が無い状態で各ペルチェ素子ユニットを駆動することで、ヒートパイプ１の内部流路１ｂ内の蒸気が冷却部３ａ〜３ｄに対応した外壁１ａの他端側１ａ２の全体に均等に行き渡り、過剰に冷却される部分が発生しにくいため、作動液は容易に還流して熱源２を冷却する。これにより、ペルチェ素子ユニットの表裏の温度差が少なくなり、ペルチェ素子ユニットの電力効率が改善される。この結果、比較例に比べて冷却装置の熱輸送量の限界が増大し、電力効率も改善される。
【００２９】
なお、図２に示す制御は一例であり、熱輸送量とペルチェ素子の吸熱量との関係は任意の曲線で構成してもよく、各ペルチェ素子ユニットが動作を開始する熱輸送量も自由に決定できる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる冷却装置２００について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２にかかる冷却装置２００の構成の一部を示す斜視図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３１】
冷却装置２００は、複数のヒートパイプ２０１−１〜２０１−３、及び冷却部ブロック２０３を備える。複数設けられたヒートパイプ２０１−１〜２０１−３は、互いに（例えば、互いに平行に）並んでいる。各ヒートパイプ２０１−１〜２０１−３は、冷却部ブロック２０３の内部を貫通するように延びている。すなわち、冷却部ブロック２０３は、各ヒートパイプ２０１−１〜２０１−３の長手方向に垂直な断面で見た場合に、各ヒートパイプ２０１−１〜２０１−３の外壁を囲むように接続されている。
【００３２】
実施の形態２では、ヒートパイプの本数の増加により熱輸送量を増やすことができると共に、ペルチェ素子ユニットの冷却面及び熱源に対して熱流を分散させ、冷却効率を向上させることができる。
【００３３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる冷却装置３００について図４を用いて説明する。図４は、実施の形態３にかかる冷却装置３００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３４】
冷却装置３００は、冷却部ブロック（冷却ブロック）３０３、複数のペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄ、放熱部ブロック３０５、制御装置３０７を備える。２つの冷却ブロック３、３０３は、ヒートパイプ１を挟むように配されている。複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄは、２つの冷却ブロック３、３０３、及びヒートパイプ１を挟むように配されている。
【００３５】
放熱部ブロック３０５は、ヒートパイプ１の長手方向に沿って延びている。放熱部ブロック３０５の１つの主面には、複数のペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄが接続されている。
【００３６】
制御装置３０７は、複数の制御線３０６ａ〜３０６ｄを介して複数のペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄに接続されている。制御装置３０７は、各制御線３０６ａ〜３０６ｄを介して対応するペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄへ電力を供給することにより、各ペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄを駆動する。
【００３７】
具体的には、制御装置３０７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３、３０３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄを熱源２に近い側から優先して順次に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄの駆動を制御する。また、制御装置３０７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３、３０３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄを熱源２から遠い側から優先して順次に駆動し終えるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄの駆動を制御する。
【００３８】
実施の形態３では、ヒートパイプ１の単位長さ当りに対してペルチェ素子ユニットの個数をより多く取り付けることができるので、ヒートパイプ１の熱輸送量を容易に増やすことができる。
【００３９】
実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる冷却装置４００について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態４にかかる冷却装置４００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４０】
冷却装置４００は、複数のペルチェ素子ユニット４０４ａ〜４０４ｄ、及び制御装置４０７を備える。複数のペルチェ素子ユニット４０４ａ〜４０４ｄのそれぞれは、複数の冷却回路を有する。例えば、ペルチェ素子ユニット４０４ａは、複数の冷却回路４０４ａ１〜４０４ａ４を有する。制御装置４０７は、複数のペルチェ素子ユニット４０４ａ〜４０４ｄのそれぞれにおける複数の冷却回路を個別に駆動する。例えば、制御装置４０７は、複数の制御線４０６ａ１〜４０６ａ４を介して複数の冷却回路４０４ａ１〜４０４ａ４に接続されている。これにより、制御装置４０７は、ペルチェ素子ユニット４０４ａにおける複数の冷却回路４０４ａ１〜４０４ａ４を個別に駆動する。なお、各冷却回路は、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが交互に電気的に直列に接続されたものである。
【００４１】
実施の形態４では、各ペルチェ素子ユニットにおける複数の冷却回路を個別に駆動するので、ペルチェ素子ユニット内の任意の位置を部分的に冷却することが容易になる。また、ひとつのペルチェ素子ユニットが複数の位置に分解して制御されることで、冷却領域を細分化して制御することが可能になる。すなわち、ペルチェ素子ユニットの個数より多くの自由度で冷却回路の位置に応じた冷却領域を制御することが可能になる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる冷却装置５００について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態５にかかる冷却装置５００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
冷却装置５００は、温度センサ５１１及び制御装置５０７を備える。温度センサ５１１は、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの吸熱面の温度を検出する複数の検出端子（複数の検出部）５１１ａ〜５１１ｄを有する。各検出端子５１１ａ〜５１１ｄは、例えば、対応する冷却部３ａ〜３ｄの温度を検出することにより、対応するペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの吸熱面の温度を検出する。温度センサ５１１は、検出端子５１１ａ〜５１１ｄにより検出された温度の情報を制御装置５０７へ供給する。
【００４４】
制御装置５０７は、温度センサ５１１の検出端子５１１ａ〜５１１ｄにより検出された温度に基づき、他のペルチェ素子ユニットと比較して温度が低下したペルチェ素子ユニットの冷却を抑制する。すなわち、制御装置５０７は、各検出端子５１１ａ〜５１１ｄにより検出された温度のうち閾値以下の温度があるか否かを判断する。制御装置５０７は、閾値以下の温度がある、すなわちいずれかの検出端子により閾値以下の温度が検出された場合、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄのうち閾値以下の温度を検出した検出端子に対応したペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する。これにより、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却が抑制された部分では過剰に作動液が凝縮することが抑制される。
【００４５】
実施の形態５では、ヒートパイプ１の各冷却部３ａ〜３ｄの温度を監視し、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける液溜まりが発生した部分の冷却を停止するといった制御が可能になる。このように制御することでヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却部分全体で最適な蒸気凝縮が維持され、ヒートパイプ１の最大熱輸送能力が向上する。
【００４６】
実施の形態６．
次に、実施の形態６にかかる冷却装置６００について図７を用いて説明する。図７は、実施の形態６にかかる冷却装置６００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
冷却装置６００は、起電力測定装置６１２、制御装置６０７、及び温度センサ６０９を備える。複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによりヒートパイプ１の冷却を一定時間行った後に瞬間的に複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの動作を停止させると、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄでは、外部からの電力供給（電圧印加）が無い状態において、表裏の温度差に応じた起電力が発生する。起電力測定装置６１２はこの起電力を測定する。すなわち、起電力測定装置６１２は、制御装置６０７により複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動が同時に停止された場合に、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄにおける起電力を検出する複数の検出ノード（複数の第２の検出部）６１２ａ〜６１２ｄを有する。各検出ノード６１２ａ〜６１２ｄは、例えば、対応する制御線６ａ〜６ｄの電圧を検出することにより、対応するペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄにおける起電力を検出する。起電力測定装置６１２は、検出ノード６１２ａ〜６１２ｄにより検出された起電力の情報を制御装置６０７へ供給する。温度センサ６０９は、熱源２の温度を計測する。
【００４８】
制御装置６０７は、温度センサ６０９により計測された熱源２の温度と目標温度との差に応じてペルチェ素子への出力を設定する。さらに、制御装置６０７は、起電力測定装置６１２の複数の検出ノード６１２ａ〜６１２ｄにより検出された起電力から、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの表裏（吸熱面と放熱面と）の温度差を推計する。制御装置６０７は、この推計した値により冷却再開時の各ペルチェ素子ユニットの駆動電力（駆動電圧）を決定する。すなわち、制御装置６０７は、各検出ノード６１２ａ〜６１２ｄにより検出された起電力から推計された温度差のうち閾値以上の温度差があるか否かを判断する。複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄは共通の放熱ブロック５と接触しており、ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの放熱面の温度はほぼ同じである。したがって、吸熱面と放熱面との温度差が閾値以上と推計されたペルチェ素子ユニットでは、吸熱面の温度が所定の下限以下に低下していると考えられる。制御装置６０７は、閾値以上の温度差が推計された場合、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄのうち閾値以上の温度差が推計されたペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する。これにより、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却が抑制された部分では過剰に作動液が凝縮することが抑制される。
【００４９】
実施の形態６では、温度センサ５１１（図６参照）を用いずに、すなわちペルチェ素子ユニット近辺の温度測定のためのセンサ及びその配線を省略し、ヒートパイプ１の各冷却部３ａ〜３ｄの温度を監視し、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける液溜まりが発生した部分の冷却を停止するといった制御が可能になる。このように制御することによっても、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却部分全体で最適な蒸気凝縮が維持され、ヒートパイプ１の最大熱輸送能力が向上する。
【００５０】
実施の形態７．
次に、実施の形態７として、実施の形態１〜実施の形態６にかかる冷却装置を画像表示装置に適用した例について図８を用いて説明する。図８は、一例として、実施の形態２の冷却装置２００を画像表示装置７００のレーザ素子の冷却に用いた例を示す。
【００５１】
画像表示装置７００は、レーザ素子７１４、画像投影装置７１５、スクリーン７１６、及び冷却装置２００を備える。画像表示装置７００では、レーザ素子７１４より出射された光は画像投影装置７１５内の画像変調装置（図示せず）及び光学装置（図示せず）を経てスクリーン７１６に画像として投射される。スクリーン７１６には、投射された画像（例えば、動画像）が表示される。レーザ素子７１４は、例えば、半導体レーザ素子が用いられる。これら半導体レーザ素子には、熱源となる冷却装置が取り付けられている。レーザ素子７１４は、例えば、カラー表示を目的として複数（７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂ）配置される。
【００５２】
冷却装置２００では、目標温度に対して現在の（冷却部３ａ近辺及び／又は熱源２近辺の）温度が大幅に高い場合、その能力（駆動電力）を上げ、目標温度に近づくに従い能力（駆動電力）を下げるように制御される。この制御の調整量は制御装置７（図１参照）により決定される。
【００５３】
実施の形態７では、この冷却装置２００に、実施の形態１〜実施の形態６の何れか構成を用いることで冷却装置２００の最大熱輸送能力が向上する。レーザ素子７１４の近傍にその駆動回路を配置する必要が有る場合、レーザ素子７１４に、ヒートパイプの熱輸送能力を高めた冷却装置２００を接続することにより、設計自由度が向上する。また、ペルチェ素子ユニットの電力効率改善がされ、画像表示装置７００全体の消費電力を低減できる。
【００５４】
なお、図８においては温度センサの図示を省略したが、温度センサの各種配置又は実施の形態６の起電力検出回路は画像表示装置の設計に応じて最適なものを選択すれば良い。また、実施の形態２のように複数のヒートパイプを用いてもよい。さらに、放熱部ブロック５における、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄが接続されている１つの主面と反対側の主面には、放熱の効率を高めるために、放熱フィン７１３が接続されていてもよい。
【００５５】
実施の形態８．
次に、実施の形態８として、実施の形態１〜実施の形態６にかかる冷却装置を画像表示装置に適用した他の例について図８を用いて説明する。以下では、実施の形態７と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
図８の画像表示装置７００において、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂをそれぞれの出力を投射される画像（例えば、動画像）の色バランスに応じて動的に制御し、表示画像を改善する機能を持たせることがある。すなわち、レーザ制御部（図示せず）は、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂによりスクリーン（表示画面）７１６に投射される画像の色バランスに応じて、すなわち適正な色バランスを有する画像がスクリーン７１６に表示されるように、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂのそれぞれの出力を動的に制御する。このとき、画像表示装置７００においては、その動作状態に応じて、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂによる発熱量が変化する。
【００５７】
実施の形態８では、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂの冷却に実施の形態１〜実施の形態６の何れかの構成を用いることで、ヒートパイプ本数とペルチェ素子の個数とが等しい構成の場合と比較して、レーザ素子の最大出力制御範囲をより広く取ることができる。また、出力が低い状態から高い状態に変化した場合においてもヒートパイプの冷却部分の温度が均一に保たれる為、熱輸送量の増大に伴うペルチェ素子の効率の低下幅が改善し、画像表示装置の消費電力を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかる冷却装置、及び画像表示装置は、複数のペルチェ素子を用いて冷却を行う装置に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２０１−１〜２０１−３ ヒートパイプ
２ 熱源
３、２０３、３０３ 冷却部ブロック
４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄ、４０４ａ〜４０４ｄ ペルチェ素子ユニット
５、３０５ 放熱部ブロック
６ａ〜６ｄ、３０６ａ〜３０６ｄ、４０６ａ１〜４０６ａ４ 制御線
７、３０７、４０７、５０７、６０７ 制御装置
８ 温度センサ
９ 温度センサ
４０４ａ１〜４０４ａ４ 冷却回路
５１１ 温度センサ
５１１ａ〜５１１ｄ 検出端子
６１２ 起電力測定装置
６１２ａ〜６１２ｄ 検出ノード
７１３ 放熱フィン
７１４、７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂ レーザ素子
７１５ 画像投影装置
７１６ スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のペルチェ素子を用いて冷却を行う冷却装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、熱交換装置において、入口配管から供給された熱媒を、直列に接続された複数の熱交換器によって冷却（又は加熱）し所定の温度の熱媒を出口配管から出力することが記載されている。各熱交換器では、中心に熱媒を通すプレート型熱交換器の両側面に複数のペルチェ素子が設置されている。プレート型熱交換器に面した側が吸熱（又は放熱）となるように各ペルチェ素子へ供給する電流の向きを制御することにより、各熱交換器を流れる熱媒が冷却（又は加熱）される。また、ペルチェ素子に電力を供給する直流電源回路を熱交換器ごとに設け、制御部は、熱負荷に応じて、各直流電源回路をオンオフ制御し有効となる熱交換器の台数を制御する。これにより、特許文献１によれば、熱媒の温度制御のために稼動する直流電源回路の数を少なくすることが可能となり、直流電源回路に起因する電力損失を少なくすることができるとされている。
【０００４】
特許文献２には、複数のサーモ・モジュールを制御する温度制御装置が記載されている。具体的には、各サーモ・モジュールには、ペルチェ素子が用いられている。温度制御装置は、１つのサーモ・モジュールを選択してその温度を検出し、そのサーモ・モジュールの温度が設定温度より上昇（又は下降）したとき、冷却（又は加熱）する方向のパルス電圧を可変電源ユニットからサーモ・モジュールのペルチェ素子へ供給する。これにより、特許文献２によれば、複数のサーモ・モジュールを単一の可変電源でパルス駆動するようにしたので、装置の小型軽量化を図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８３２８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２には、作動液が内部に封入されたヒートパイプを設けることに関して記載がない。
【０００７】
一方、ヒートパイプを設けた冷却装置においては、ヒートパイプの熱輸送量の限界に近い熱量を熱源側から冷却部側へ輸送した場合に、ヒートパイプ内部に封入された作動液が冷却部側の先端部に溜まる現象が発生することがある。この現象はヒートパイプの複数の冷却部が水平に近い姿勢又は熱源より下方にあると発生しやすい。この現象が発生した場合、ヒートパイプ内部の作動液の循環が滞り、熱源側に作動液が還流しなくなる。さらに作動液が溜まった部分（先端部）は、蒸気が到達しなくなるために熱流が供給されない状態で先端部側の冷却部により冷却され、他の冷却部が冷却している部分より低温になる。この部分（先端部）は熱源の冷却に寄与せずに過剰に冷却される為にペルチェ素子の電力効率は著しく低下する。低温になった先端部で蒸気の凝縮が促進されるために作動液がさらに戻らなくなる悪循環が発生し、最終的に熱源付近の作動液が枯渇することで熱源の温度が急激に上昇する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動液の循環が滞ることを低減できる冷却装置及び画像表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる冷却装置は、冷却ブロックと、作動液が内部に封入され、外壁の一端側が熱源に接続され前記外壁の他端側が前記冷却ブロックに接続されたヒートパイプと、前記冷却ブロックを介して前記ヒートパイプを冷却するように、前記ヒートパイプの長手方向に沿って配された複数のペルチェ素子ユニットと、前記ヒートパイプの前記熱源側から前記冷却ブロック側への熱輸送量に応じて、前記複数のペルチェ素子ユニットを前記熱源に近い側から順次に駆動するように前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数のペルチェ素子ユニットによる冷却側の吸熱量がヒートパイプの最大熱輸送量に近い場合に、ヒートパイプの内部における冷却側の先端部が過剰に冷却されることが低減される。これにより、ヒートパイプの内部における冷却側の先端部に作動液が滞留する現象が抑制され、作動液の循環が滞ることを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる冷却装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる冷却装置の熱輸送量に対するペルチェ素子ユニットの駆動状態の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、実施の形態２にかかる冷却装置を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態３にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態４にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態５にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態６にかかる冷却装置を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態７及び実施の形態８にかかる画像表示装置を示す図である。
【図９】図９は、比較例にかかる冷却装置の熱輸送量に対するペルチェ素子ユニットの駆動状態の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる冷却装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる冷却装置１００の構成を、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１にかかる冷却装置１００の構成（断面構成又は機能構成）を示す図である。
【００１４】
冷却装置１００は、ヒートパイプ１、冷却部ブロック（冷却ブロック）３、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、放熱部ブロック５、制御装置（制御部）７、及び温度センサ８、９を備える。
【００１５】
ヒートパイプ１は、その一方に熱源２が設けられ、その他方に冷却部ブロック３が取り付けられている。すなわち、ヒートパイプ１は、外壁１ａ及び内部流路１ｂを有する。外壁１ａは、図１における横方向に延びている。外壁１ａの一端側１ａ１は、熱源２に接続されている。外壁１ａの他端側１ａ２は、冷却部ブロック３に接続されている。内部流路１ｂは、外壁１ａに囲まれた閉じた空間となっている。内部流路１ｂには、作動液が封入されている。作動液は、熱源２の温度と冷却部ブロック３の温度とに応じた所定の温度範囲内で蒸発と凝縮とを行い内部流路１ｂ内を循環する液体である。
【００１６】
冷却部ブロック３は、ヒートパイプ１の長手方向に沿って延びている。冷却部ブロック３の１つの主面は、外壁１ａの一端側１ａ１に接続されている。冷却部ブロック３における１つの主面と反対側の主面には、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄが接続されている。これにより、冷却部ブロック３は、ヒートパイプ１をそれぞれ冷却するための複数の冷却部３ａ〜３ｄを有する。
【００１７】
複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄは、冷却部ブロック３を介してヒートパイプ１を冷却するように、ヒートパイプ１の長手方向に沿って配されている。すなわち、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの吸熱面には、冷却部ブロック３が取り付けられている（接続されている）。各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの放熱面には、放熱部ブロック５が取り付けられている（接続されている）。なお、図１においてはペルチェ素子ユニットが４個配置されているが、２個以上であれば個数は限定されない。
【００１８】
放熱部ブロック５は、ヒートパイプ１の長手方向に沿って延びている。放熱部ブロック５の１つの主面には、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄが接続されている。
【００１９】
制御装置７は、複数の制御線６ａ〜６ｄを介して複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄに接続されている。制御装置７は、各制御線６ａ〜６ｄを介して対応するペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄへ電力を供給することにより、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを駆動する。
【００２０】
具体的には、制御装置７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを熱源２に近い側から優先して順次に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。また、制御装置７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを熱源２から遠い側から優先して順次に駆動し終えるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。
【００２１】
温度センサ８は、ヒートパイプ１の例えば冷却部３ａ近辺の温度を測定し、その測定結果を制御装置７へ供給する。温度センサ９は、ヒートパイプ１の熱源２近辺の温度を測定し、その測定結果を制御装置７へ供給する。これにより、制御装置７は、温度センサ８又は９の測定結果から各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄへ供給する電力を決定し、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。
【００２２】
なお、温度センサ８および温度センサ９は、少なくとも一方が取り付けられていれば制御装置７による制御が可能である。例えば、レーザ素子を使用した投射型の画像表示装置の場合、ヒートパイプ１とレーザ素子（熱源２）との間の熱抵抗が一定であれば、レーザ素子（熱源２）に温度センサ９を取り付けずに、例えば冷却部３ａ近辺に温度センサ８を配置しても良い。
【００２３】
ここで、仮に、制御装置７が複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを同時に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する場合について考える。この場合、制御装置７による駆動の開始後、ヒートパイプ１の内部流路１ｂに封入された作動液による外壁１ａの一端側１ａ１から他端側１ａ２への熱輸送量が徐々に増えていく。このとき、図９に示すように、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによる吸熱量Ｑａ１〜Ｑｄ１は、同時に増加していく。そして、ヒートパイプ１の熱輸送量の限界に近い（例えば、図９に示す熱輸送量８０〜１００％の領域Ｒ１の）熱量を熱源側から冷却部側へ輸送した場合に、ヒートパイプ１内部に封入された作動液が内部流路１ｂ内における冷却部３ｄ側の先端部１ｂ１に溜まる現象が発生することがある。この現象はヒートパイプ１の複数の冷却部３ａ〜３ｄが水平に近い姿勢又は加熱部が上方にあると発生しやすい。この現象が発生した場合、ヒートパイプ１内部の作動液の循環が滞り、熱源２側に作動液が還流しなくなる。さらに作動液が溜まった部分（先端部１ｂ１）は、蒸気が到達しなくなるために熱流が供給されない状態で先端部１ｂ１側の冷却部３ｄにより最大電力近傍（例えば、吸熱量８０〜１００％に対応した電力）で冷却され、他の冷却部３ａ〜３ｃが冷却している部分より低温になる。この部分（先端部１ｂ１）は熱源２の冷却に寄与せずに過剰に冷却される為にペルチェ素子の電力効率は著しく低下する。低温になった先端部１ｂ１で蒸気の凝縮が促進されるために作動液がさらに戻らなくなる悪循環が発生し、最終的に熱源２付近の作動液が枯渇することで熱源２の温度が急激に上昇する可能性がある。
【００２４】
それに対し、実施の形態１では、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄを熱源２に近い側から順次に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動を制御する。この場合、制御装置７による駆動の開始後、ヒートパイプ１の内部流路１ｂに封入された作動液による外壁１ａの一端側１ａ１から他端側１ａ２への熱輸送量が徐々に増えていく。このとき、図２に示すように、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによる吸熱量Ｑａ〜Ｑｄは、順次に増加していく。
【００２５】
例えば、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの設計上の最大吸熱量を１００％とした場合、冷却に必要なヒートパイプ１の熱輸送量が増大するに従い、ペルチェ素子ユニット４ａの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｂの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｃの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｄの駆動電力を吸熱量０％に対応した値から吸熱量１００％に対応した値まで増やす。このように、熱源２に近いペルチェ素子ユニットから順次に駆動電力を増やす。
【００２６】
なお、最大駆動電力の状態から電力を減らす場合は、ペルチェ素子ユニット４ａの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｂの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｃの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。その後、ペルチェ素子ユニット４ｄの駆動電力を吸熱量１００％に対応した値から吸熱量０％に対応した値まで減らす。このように、熱源２から遠いペルチェ素子ユニットから順次に駆動電力を減らす。
【００２７】
図２に示すように、ペルチェ素子ユニット４ｄの電力を制御することによりヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける先端部１ｂ１近辺が最大電力近傍（例えば、吸熱量８０〜１００％に対応した電力）で駆動されるのは、ペルチェ素子ユニット４ｄの設計上の最大熱輸送量近傍（例えば、図２に破線で示す熱輸送量９５〜１００％の領域Ｒ）に達した時に限定される。従って、最大電力近傍を下回る電力（すなわち、他のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｃが最大吸熱量近傍に達した時）においては、先端部１ｂ１近辺が過剰に冷却されることが低減される。すなわち、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによる冷却側の吸熱量がヒートパイプ１の最大熱輸送量に近づいていった場合でも、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却側の先端部１ｂ１が過剰に冷却されることが低減される。これにより、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却側の先端部１ｂ１に作動液が滞留する現象が抑制され、作動液の循環が滞ることを低減できる。
【００２８】
したがって、作動液の滞留が無い状態で各ペルチェ素子ユニットを駆動することで、ヒートパイプ１の内部流路１ｂ内の蒸気が冷却部３ａ〜３ｄに対応した外壁１ａの他端側１ａ２の全体に均等に行き渡り、過剰に冷却される部分が発生しにくいため、作動液は容易に還流して熱源２を冷却する。これにより、ペルチェ素子ユニットの表裏の温度差が少なくなり、ペルチェ素子ユニットの電力効率が改善される。この結果、比較例に比べて冷却装置の熱輸送量の限界が増大し、電力効率も改善される。
【００２９】
なお、図２に示す制御は一例であり、熱輸送量とペルチェ素子の吸熱量との関係は任意の曲線で構成してもよく、各ペルチェ素子ユニットが動作を開始する熱輸送量も自由に決定できる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる冷却装置２００について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２にかかる冷却装置２００の構成の一部を示す斜視図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３１】
冷却装置２００は、複数のヒートパイプ２０１−１〜２０１−３、及び冷却部ブロック２０３を備える。複数設けられたヒートパイプ２０１−１〜２０１−３は、互いに（例えば、互いに平行に）並んでいる。各ヒートパイプ２０１−１〜２０１−３は、冷却部ブロック２０３の内部を貫通するように延びている。すなわち、冷却部ブロック２０３は、各ヒートパイプ２０１−１〜２０１−３の長手方向に垂直な断面で見た場合に、各ヒートパイプ２０１−１〜２０１−３の外壁を囲むように接続されている。
【００３２】
実施の形態２では、ヒートパイプの本数の増加により熱輸送量を増やすことができると共に、ペルチェ素子ユニットの冷却面及び熱源に対して熱流を分散させ、冷却効率を向上させることができる。
【００３３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる冷却装置３００について図４を用いて説明する。図４は、実施の形態３にかかる冷却装置３００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３４】
冷却装置３００は、冷却部ブロック（冷却ブロック）３０３、複数のペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄ、放熱部ブロック３０５、制御装置３０７を備える。２つの冷却ブロック３、３０３は、ヒートパイプ１を挟むように配されている。複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄは、２つの冷却ブロック３、３０３、及びヒートパイプ１を挟むように配されている。
【００３５】
放熱部ブロック３０５は、ヒートパイプ１の長手方向に沿って延びている。放熱部ブロック３０５の１つの主面には、複数のペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄが接続されている。
【００３６】
制御装置３０７は、複数の制御線３０６ａ〜３０６ｄを介して複数のペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄに接続されている。制御装置３０７は、各制御線３０６ａ〜３０６ｄを介して対応するペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄへ電力を供給することにより、各ペルチェ素子ユニット３０４ａ〜３０４ｄを駆動する。
【００３７】
具体的には、制御装置３０７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３、３０３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄを熱源２に近い側から優先して順次に駆動し始めるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄの駆動を制御する。また、制御装置３０７は、ヒートパイプ１の熱源２側から冷却ブロック３、３０３側への熱輸送量に応じて、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄを熱源２から遠い側から優先して順次に駆動し終えるように複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄの駆動を制御する。
【００３８】
実施の形態３では、ヒートパイプ１の単位長さ当りに対してペルチェ素子ユニットの個数をより多く取り付けることができるので、ヒートパイプ１の熱輸送量を容易に増やすことができる。
【００３９】
実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる冷却装置４００について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態４にかかる冷却装置４００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４０】
冷却装置４００は、複数のペルチェ素子ユニット４０４ａ〜４０４ｄ、及び制御装置４０７を備える。複数のペルチェ素子ユニット４０４ａ〜４０４ｄのそれぞれは、複数の冷却回路を有する。例えば、ペルチェ素子ユニット４０４ａは、複数の冷却回路４０４ａ１〜４０４ａ４を有する。制御装置４０７は、複数のペルチェ素子ユニット４０４ａ〜４０４ｄのそれぞれにおける複数の冷却回路を個別に駆動する。例えば、制御装置４０７は、複数の制御線４０６ａ１〜４０６ａ４を介して複数の冷却回路４０４ａ１〜４０４ａ４に接続されている。これにより、制御装置４０７は、ペルチェ素子ユニット４０４ａにおける複数の冷却回路４０４ａ１〜４０４ａ４を個別に駆動する。なお、各冷却回路は、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが交互に電気的に直列に接続されたものである。
【００４１】
実施の形態４では、各ペルチェ素子ユニットにおける複数の冷却回路を個別に駆動するので、ペルチェ素子ユニット内の任意の位置を部分的に冷却することが容易になる。また、ひとつのペルチェ素子ユニットが複数の位置に分解して制御されることで、冷却領域を細分化して制御することが可能になる。すなわち、ペルチェ素子ユニットの個数より多くの自由度で冷却回路の位置に応じた冷却領域を制御することが可能になる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる冷却装置５００について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態５にかかる冷却装置５００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
冷却装置５００は、温度センサ５１１及び制御装置５０７を備える。温度センサ５１１は、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの吸熱面の温度を検出する複数の検出端子（複数の検出部）５１１ａ〜５１１ｄを有する。各検出端子５１１ａ〜５１１ｄは、例えば、対応する冷却部３ａ〜３ｄの温度を検出することにより、対応するペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの吸熱面の温度を検出する。温度センサ５１１は、検出端子５１１ａ〜５１１ｄにより検出された温度の情報を制御装置５０７へ供給する。
【００４４】
制御装置５０７は、温度センサ５１１の検出端子５１１ａ〜５１１ｄにより検出された温度に基づき、他のペルチェ素子ユニットと比較して温度が低下したペルチェ素子ユニットの冷却を抑制する。すなわち、制御装置５０７は、各検出端子５１１ａ〜５１１ｄにより検出された温度のうち閾値以下の温度があるか否かを判断する。制御装置５０７は、閾値以下の温度がある、すなわちいずれかの検出端子により閾値以下の温度が検出された場合、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄのうち閾値以下の温度を検出した検出端子に対応したペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する。これにより、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却が抑制された部分では過剰に作動液が凝縮することが抑制される。
【００４５】
実施の形態５では、ヒートパイプ１の各冷却部３ａ〜３ｄの温度を監視し、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける液溜まりが発生した部分の冷却を停止するといった制御が可能になる。このように制御することでヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却部分全体で最適な蒸気凝縮が維持され、ヒートパイプ１の最大熱輸送能力が向上する。
【００４６】
実施の形態６．
次に、実施の形態６にかかる冷却装置６００について図７を用いて説明する。図７は、実施の形態６にかかる冷却装置６００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
冷却装置６００は、起電力測定装置６１２、制御装置６０７、及び温度センサ６０９を備える。複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄによりヒートパイプ１の冷却を一定時間行った後に瞬間的に複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの動作を停止させると、各ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄでは、外部からの電力供給（電圧印加）が無い状態において、表裏の温度差に応じた起電力が発生する。起電力測定装置６１２はこの起電力を測定する。すなわち、起電力測定装置６１２は、制御装置６０７により複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの駆動が同時に停止された場合に、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄにおける起電力を検出する複数の検出ノード（複数の第２の検出部）６１２ａ〜６１２ｄを有する。各検出ノード６１２ａ〜６１２ｄは、例えば、対応する制御線６ａ〜６ｄの電圧を検出することにより、対応するペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄにおける起電力を検出する。起電力測定装置６１２は、検出ノード６１２ａ〜６１２ｄにより検出された起電力の情報を制御装置６０７へ供給する。温度センサ６０９は、熱源２の温度を計測する。
【００４８】
制御装置６０７は、温度センサ６０９により計測された熱源２の温度と目標温度との差に応じてペルチェ素子への出力を設定する。さらに、制御装置６０７は、起電力測定装置６１２の複数の検出ノード６１２ａ〜６１２ｄにより検出された起電力から、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの表裏（吸熱面と放熱面と）の温度差を推計する。制御装置６０７は、この推計した値により冷却再開時の各ペルチェ素子ユニットの駆動電力（駆動電圧）を決定する。すなわち、制御装置６０７は、各検出ノード６１２ａ〜６１２ｄにより検出された起電力から推計された温度差のうち閾値以上の温度差があるか否かを判断する。複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄは共通の放熱ブロック５と接触しており、ペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄの放熱面の温度はほぼ同じである。したがって、吸熱面と放熱面との温度差が閾値以上と推計されたペルチェ素子ユニットでは、吸熱面の温度が所定の下限以下に低下していると考えられる。制御装置６０７は、閾値以上の温度差が推計された場合、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄのうち閾値以上の温度差が推計されたペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する。これにより、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却が抑制された部分では過剰に作動液が凝縮することが抑制される。
【００４９】
実施の形態６では、温度センサ５１１（図６参照）を用いずに、すなわちペルチェ素子ユニット近辺の温度測定のためのセンサ及びその配線を省略し、ヒートパイプ１の各冷却部３ａ〜３ｄの温度を監視し、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける液溜まりが発生した部分の冷却を停止するといった制御が可能になる。このように制御することによっても、ヒートパイプ１の内部流路１ｂにおける冷却部分全体で最適な蒸気凝縮が維持され、ヒートパイプ１の最大熱輸送能力が向上する。
【００５０】
実施の形態７．
次に、実施の形態７として、実施の形態１〜実施の形態６にかかる冷却装置を画像表示装置に適用した例について図８を用いて説明する。図８は、一例として、実施の形態２の冷却装置２００を画像表示装置７００のレーザ素子の冷却に用いた例を示す。
【００５１】
画像表示装置７００は、レーザ素子７１４、画像投影装置７１５、スクリーン７１６、及び冷却装置２００を備える。画像表示装置７００では、レーザ素子７１４より出射された光は画像投影装置７１５内の画像変調装置（図示せず）及び光学装置（図示せず）を経てスクリーン７１６に画像として投射される。スクリーン７１６には、投射された画像（例えば、動画像）が表示される。レーザ素子７１４は、例えば、半導体レーザ素子が用いられる。これら半導体レーザ素子には、熱源となる冷却装置が取り付けられている。レーザ素子７１４は、例えば、カラー表示を目的として複数（７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂ）配置される。
【００５２】
冷却装置２００では、目標温度に対して現在の（冷却部３ａ近辺及び／又は熱源２近辺の）温度が大幅に高い場合、その能力（駆動電力）を上げ、目標温度に近づくに従い能力（駆動電力）を下げるように制御される。この制御の調整量は制御装置７（図１参照）により決定される。
【００５３】
実施の形態７では、この冷却装置２００に、実施の形態１〜実施の形態６の何れか構成を用いることで冷却装置２００の最大熱輸送能力が向上する。レーザ素子７１４の近傍にその駆動回路を配置する必要が有る場合、レーザ素子７１４に、ヒートパイプの熱輸送能力を高めた冷却装置２００を接続することにより、設計自由度が向上する。また、ペルチェ素子ユニットの電力効率改善がされ、画像表示装置７００全体の消費電力を低減できる。
【００５４】
なお、図８においては温度センサの図示を省略したが、温度センサの各種配置又は実施の形態６の起電力検出回路は画像表示装置の設計に応じて最適なものを選択すれば良い。また、実施の形態２のように複数のヒートパイプを用いてもよい。さらに、放熱部ブロック５における、複数のペルチェ素子ユニット４ａ〜４ｄが接続されている１つの主面と反対側の主面には、放熱の効率を高めるために、放熱フィン７１３が接続されていてもよい。
【００５５】
実施の形態８．
次に、実施の形態８として、実施の形態１〜実施の形態６にかかる冷却装置を画像表示装置に適用した他の例について図８を用いて説明する。以下では、実施の形態７と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
図８の画像表示装置７００において、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂをそれぞれの出力を投射される画像（例えば、動画像）の色バランスに応じて動的に制御し、表示画像を改善する機能を持たせることがある。すなわち、レーザ制御部（図示せず）は、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂによりスクリーン（表示画面）７１６に投射される画像の色バランスに応じて、すなわち適正な色バランスを有する画像がスクリーン７１６に表示されるように、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂのそれぞれの出力を動的に制御する。このとき、画像表示装置７００においては、その動作状態に応じて、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂによる発熱量が変化する。
【００５７】
実施の形態８では、複数色のレーザ素子７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂの冷却に実施の形態１〜実施の形態６の何れかの構成を用いることで、ヒートパイプ本数とペルチェ素子の個数とが等しい構成の場合と比較して、レーザ素子の最大出力制御範囲をより広く取ることができる。また、出力が低い状態から高い状態に変化した場合においてもヒートパイプの冷却部分の温度が均一に保たれる為、熱輸送量の増大に伴うペルチェ素子の効率の低下幅が改善し、画像表示装置の消費電力を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかる冷却装置、及び画像表示装置は、複数のペルチェ素子を用いて冷却を行う装置に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２０１−１〜２０１−３ ヒートパイプ
２ 熱源
３、２０３、３０３ 冷却部ブロック
４ａ〜４ｄ、３０４ａ〜３０４ｄ、４０４ａ〜４０４ｄ ペルチェ素子ユニット
５、３０５ 放熱部ブロック
６ａ〜６ｄ、３０６ａ〜３０６ｄ、４０６ａ１〜４０６ａ４ 制御線
７、３０７、４０７、５０７、６０７ 制御装置
８ 温度センサ
９ 温度センサ
４０４ａ１〜４０４ａ４ 冷却回路
５１１ 温度センサ
５１１ａ〜５１１ｄ 検出端子
６１２ 起電力測定装置
６１２ａ〜６１２ｄ 検出ノード
７１３ 放熱フィン
７１４、７１４ｒ、７１４ｇ、７１４ｂ レーザ素子
７１５ 画像投影装置
７１６ スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却ブロックと、
作動液が内部に封入され、外壁の一端側が熱源に接続され前記外壁の他端側が前記冷却ブロックに接続されたヒートパイプと、
前記冷却ブロックを介して前記ヒートパイプを冷却するように、前記ヒートパイプの長手方向に沿って配された複数のペルチェ素子ユニットと、
前記ヒートパイプの前記熱源側から前記冷却ブロック側への熱輸送量に応じて、前記複数のペルチェ素子ユニットを前記熱源に近い側から順次に駆動するように前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、複数設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
２つの前記冷却ブロックを備え、
２つの前記冷却ブロックは、前記ヒートパイプを挟むように配され、
前記複数のペルチェ素子ユニットは、２つの前記冷却ブロック及び前記ヒートパイプを挟むように配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記複数のペルチェ素子ユニットのそれぞれは、複数の冷却回路を有し、
前記制御部は、前記複数のペルチェ素子ユニットのそれぞれにおける前記複数の冷却回路を個別に駆動する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記複数のペルチェ素子ユニットの吸熱面の温度をそれぞれ検出する複数の検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記検出部により閾値以下の温度が検出された場合、前記複数のペルチェ素子ユニットのうち前記閾値以下の温度を検出した前記検出部に対応したペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記制御部により前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動が同時に停止されたときに、前記複数のペルチェ素子ユニットにおける起電力を検出する複数の第２の検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の第２の検出部により検出された前記複数のペルチェ素子ユニットにおける起電力から前記複数のペルチェ素子ユニットの吸熱面と放熱面との温度差を推計し、推計した温度差が閾値以下である場合、前記複数のペルチェ素子ユニットのうち前記閾値以上の温度差が推計されたペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
レーザ素子と、
前記レーザ素子を冷却する請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
複数色のレーザ素子と、
前記複数色のレーザ素子により表示画面に投射される画像の色バランスに応じて、前記複数色のレーザ素子のそれぞれの出力を動的に制御するレーザ制御部と、
前記複数色のレーザ素子を冷却する請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
冷却ブロックと、
作動液が内部に封入され、外壁の一端側が熱源に接続され前記外壁の他端側が前記冷却ブロックに接続されたヒートパイプと、
前記冷却ブロックを介して前記ヒートパイプを冷却するように、前記ヒートパイプの長手方向に沿って配された複数のペルチェ素子ユニットと、
前記ヒートパイプの前記熱源側から前記冷却ブロック側への熱輸送量に応じて、前記複数のペルチェ素子ユニットを前記熱源に近い側から順次に駆動するように前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、複数設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
２つの前記冷却ブロックを備え、
２つの前記冷却ブロックは、前記ヒートパイプを挟むように配され、
前記複数のペルチェ素子ユニットは、２つの前記冷却ブロック及び前記ヒートパイプを挟むように配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記複数のペルチェ素子ユニットのそれぞれは、複数の冷却回路を有し、
前記制御部は、前記複数のペルチェ素子ユニットのそれぞれにおける前記複数の冷却回路を個別に駆動する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記複数のペルチェ素子ユニットの吸熱面の温度をそれぞれ検出する複数の検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記検出部により閾値以下の温度が検出された場合、前記複数のペルチェ素子ユニットのうち前記閾値以下の温度を検出した前記検出部に対応したペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記制御部により前記複数のペルチェ素子ユニットの駆動が同時に停止されたときに、前記複数のペルチェ素子ユニットにおける起電力を検出する複数の第２の検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の第２の検出部により検出された前記複数のペルチェ素子ユニットにおける起電力から前記複数のペルチェ素子ユニットの吸熱面と放熱面との温度差を推計し、推計した温度差が閾値以下である場合、前記複数のペルチェ素子ユニットのうち前記閾値以上の温度差が推計されたペルチェ素子ユニットの駆動を他のペルチェ素子ユニットの駆動に比べて抑制する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
レーザ素子と、
前記レーザ素子を冷却する請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
複数色のレーザ素子と、
前記複数色のレーザ素子により表示画面に投射される画像の色バランスに応じて、前記複数色のレーザ素子のそれぞれの出力を動的に制御するレーザ制御部と、
前記複数色のレーザ素子を冷却する請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２０６４２（Ｐ２０１１−２２０６４２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２３７３（Ｐ２０１０−９２３７３）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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