発熱部冷却装置、及び液晶プロジェクタ装置
【課題】平板状発熱体が複数並列に配置された構造体の動作時の温度を低減するときに、従来の空冷よりも温度を低減させることが可能で、それを小型、低騒音、低価格で実現する冷却装置を提供する。
【解決手段】液晶ユニットなどの平板状発熱体に、発熱体幅の０．８倍以下の幅を有する複数の異なる方向の噴出口からの送風により、２つの発熱体の隙間空間で送風を衝突させて冷却する構成を採る。
【解決手段】液晶ユニットなどの平板状発熱体に、発熱体幅の０．８倍以下の幅を有する複数の異なる方向の噴出口からの送風により、２つの発熱体の隙間空間で送風を衝突させて冷却する構成を採る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の発熱部材、および電子投影装置に関し、特に複数の並列する平板に対し、複数の方向から送風することにより冷却する発熱部冷却装置、及び液晶プロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における電子機器は、高機能を要求されるとともに、小型化も同時に求められている。そのため、高密度実装により発熱密度の高い電子機器が数多く開発され、冷却技術の向上が求められている。
【０００３】
特に液晶プロジェクタ装置はより明るく、より鮮明な映像を実現させるために高輝度化が進められており、光の照射により発熱する光学部品の寿命維持のため、冷却方法の改善が求められている。
【０００４】
図１４から図１７に、従来の液晶プロジェクタ装置の構造と冷却方式を示す。図１４は、一般的な液晶プロジェクタ装置の概観図である。
【０００５】
また、図１５は液晶プロジェクタ装置の内部構造を示す図である。図１６は、液晶プロジェクタ装置の内部の模式的構成図を示す。
【０００６】
図１６に示すように、液晶プロジェクタ装置１の筐体内には、液晶ユニット部２を強制空冷するための冷却ファン３と空冷ダクト４が実装されており、この他にも光源５や電源ユニット１０などを冷却するためのランプ用冷却ファン７や、筐体排気用の排気ファン９などが必要に応じて設けられている。
【０００７】
個々で、液晶プロジェクタ装置１の液晶ユニット部２の一般的な冷却方法について、図１７を用いて説明する。図１７は、液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット冷却部の構成図である。
【０００８】
図１７において、入射側偏光板１２、液晶パネル１３、および出射側偏光板１４から構成される液晶ユニット部２は、Ｒ／Ｇ／Ｂの色光ごとに設けられており、その下方に、冷却ファン３と空冷ダクト４とからなる空冷装置１５が配置されている。
【０００９】
空冷装置１５の動作中は、図１７に示すように、冷却ファン３からの送風１６を空冷ダクト４に用意された吐出口１７を介して、液晶ユニット部２の下端から各液晶ユニット部２を構成する入射側偏光板１２、液晶パネル１３、出射側偏光板１４の間の空間に通風して強制空冷を行っている。
【００１０】
近年、液晶プロジェクタ装置に対しては、その利用方法の多様化に合わせて、小型・高輝度化への要求が高まってきている。このような要求に応えるために、ランプ出力の増加と表示デバイスの小型化が進められ、その結果、液晶ユニット部へ入射する光の光束密度が増大し、液晶ユニット部２を構成する各ユニットの熱負荷は上昇の一途をたどっており、従来の空冷方式では冷却が困難になってきている。
【００１１】
強制空冷で熱伝達率を大きくする手法としては、衝突噴流が挙げられる。衝突噴流冷却は、発熱面に対して垂直に冷媒（空気）を衝突させることで、温度境界層を破壊して局所的に熱伝達率を高める効果があり、流れを高乱流化して冷却性能を改善する方法である。
【００１２】
しかしながら、プロジェクタ装置の液晶ユニットのように板間の狭い状態（以下、狭板間）で平行配置された発熱体（液晶パネルや偏光板）を冷却する場合、従来の空冷方法では、発熱面に平行に空気が流れて層流が形成されるため、風速増加に対する冷却性能の改善が十分ではなかった。
【００１３】
そこで、例えば特許文献１には、図１８に示すような液晶ユニット近傍において液晶パネル、偏光板などが形成する板間に対して異なる２方向から送風し、発熱面近傍で風を衝突させることにより、光の透過を妨げることなく、発熱面に垂直へ向かう空気流れを形成して局所熱伝達率を向上させる技術について開示されている。
【特許文献１】特開２００８−１０７３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献1に開示された方法は、従来の空冷方法に比べて高い冷却性能を提供するものであるが、異なる方向から狭い板間に通風して、発熱面上で送風を衝突させる構成をとるため、発熱面サイズと噴流の大きさ（すなわちダクト幅）の組み合わせによって、その冷却性能が左右される。
【００１５】
したがって、どのような発熱面サイズにおいても、常に従来の空冷方法より優れた冷却性能を発揮できるような衝突噴流冷却の構成を採用することは、設計の汎用性を高めて、開発コストとリードタイムを縮小しコスト競争力を高めることができるようになるとともに、高熱負荷の電子機器に対する優れた冷却ソリューションを提供することに貢献する。
【００１６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、発熱面サイズに依存せず、常に優れた冷却性能を発揮するような衝突噴流冷却の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明における発熱部冷却装置は、面内方向が同じとなるように並列されて、面の内部に発熱部を有する１つ以上の平板状発熱部品群と、平板状発熱部品群に対して異なる方向から送風を行い、平板状発熱部品群の１つ以上の隙間において１箇所以上の空気衝突部を発生させる２つ以上の空冷手段と、空冷手段は、空気を噴出する少なくとも１つ以上の噴出口の幅が、平板状発熱部品の噴出口から平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気の流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以下である空気噴出手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
空気噴出手段は、噴出口の幅が平板状発熱部品群の形成する異なる隙間の両側の平板状発熱部品の最大幅が異なる場合、小さい方の平板状発熱部品の最大幅に対して、０．８倍以下であること特徴とする。
【００１９】
空冷手段は、少なくとも１つが冷却ファンと空冷ダクトを有することを特徴とする。
【００２０】
空冷手段は、少なくとも１つの空冷ダクトが途中分岐する構造を有し、２つ以上の空気噴出口を有することを特徴とする。
【００２１】
空気衝突部は、他の空気衝突部から発生した２次流れの送風による衝突であることを特徴とする。
【００２２】
平板状発熱部品群は、衝突部を有する隙間と、衝突部を有しない隙間とを混在して備えることを特徴とする。
【００２３】
空気噴出手段は、噴出口の幅が、噴出口から平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以上であり、衝突部を有しない隙間に対して、一方向から送風して冷却することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明における液晶プロジェクタ装置は、上記いずれかに記載の発熱部冷却装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、噴出口の幅が、平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以下の幅になる構成をとることで、衝突噴流方式の冷却効率を高くすることができ、さらに衝突後の２次流れを活用してさらに衝突させることにより、発熱領域が分散している場合でも少ない数の冷却ファンで効率的に冷却することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、衝突噴流の性能を発揮する構造を見出すために、衝突噴流で冷却性能が上げられる理由と、衝突噴流が一般的な一方向空冷と異なる特性について以下に説明する。
【００２７】
衝突噴流では、狭板間における空気の流れの挙動を解明する必要がある。そこで、流れと温度の可視化手法のひとつである、熱流体の数値シミュレーションを用いて解析を行う。
【００２８】
図１は、従来の一方向送風によるパネル空冷時の、送風方向に平行なパネル中央断面（ＡＡ断面）の流速ベクトルの分布を示したものである。図１８で示すように、パネル流入直後の板間の流速分布は一定に近いが、流入直後から徐々に流れの後方に行くに従って、流速分布は放物線分布に近くなっていく。
【００２９】
パネルから空気へ伝わる熱量は、パネル壁面近傍の流速勾配で決まり、流速勾配が大きいほど伝わる熱量が大きく放熱性能が高い。従って、従来の一方向送風では、流れの後方に行くに従い、徐々に放熱性能が悪くなり、図の上部のパネル温度が高くなってしまう。なお、この傾向は、送風時の流速に依存しない。
【００３０】
図２は、上下の二方向送風によりパネル板間の中央付近で空気が衝突する場合の流速ベクトルを示したものである。ＡＡ断面は、衝突する前までのパネル中央付近の流速ベクトルであり、放物線分布で中央に向かう空気流れが確認される。
【００３１】
一方、ＢＢ断面は、衝突した後の左右方向に流れる衝突後の流速ベクトルを示したものである（表示の都合上、上下に示している）。衝突後の左右への２次流れの流速ベクトルは、衝突前の放物線分布とは異なり、ほぼ一定分布となる。これは、衝突後、乱流状態が激しくなり、乱流状態を維持したまま左右に流れるためである。
【００３２】
このことより、衝突後の左右への２次流れはパネルから空気に伝わる熱量が大きく、高い放熱性能が得られる。これが、狭い板間で二方向の送風で衝突させることにより、パネルの温度（最高温度）を低くできる最大の理由である。
【００３３】
次に、衝突冷却の特性を明らかにするために、送風のダクト幅の影響について説明する。図３は、パネル幅サイズ２０ｍｍのパネルに対して、ダクト幅１０ｍｍと２０ｍｍの結果を、従来の一方向方式と衝突方式、それぞれについて示したものである。
【００３４】
左図は、パネル温度分布を示し、右図は、左図のＡＢＣの線上の温度分布を示す図であ
る。ここで、ＡＢＣは流れ方向における初期、中期、後期の点を示し、一方向方式と衝突方式とではＣの位置が異なり、衝突方式では、左右の中央端部がＣ点となる。
【００３５】
まず、一方向方式の温度分布は、図１で説明したように空気流れの後方に行くに従い、流速分布が放物線分布となるため、パネル温度が高くなっている。また、ダクト幅が狭くなると、空気が流れにくいパネルの左右両側の温度が中央よりも高くなり、パネルの右上、左上の位置での温度が高くなってしまう。このように、一方向方式の場合には、ダクト幅はパネル幅に近い方がよい。
【００３６】
一方、衝突方式の場合は、この傾向が逆になる。すなわち、衝突方式における放熱性能は、ダクト幅がパネル幅よりも狭いほうが高くなる。衝突方式においては、中央での衝突後、左右に２次流れが発生し、しかも２次流れの放熱性能が高いため、パネル全体で空気が流れにくい場所が無く、パネル全面を安定して冷却できる。このとき、ダクト幅をパネル幅に等しくなるまで広げると、流速の低下が著しくなり、冷却性能が低下する傾向を示す。
【００３７】
以上のように、衝突噴流冷却では、従来の冷却方法とは異なり、ダクト幅をパネル幅より狭く設定したほうが冷却性能を高く保つことができる。
【００３８】
続いて、衝突方式においてダクト幅を狭くするための具体的なパネル（発熱部品）の大きさとダクト（噴出口）の幅の関係について説明する。
【００３９】
図４は、板間を１．５ｍｍ空けて並列した発熱部２０を内蔵する複数の平板状発熱部品群１８に対し、特定のＰ−Ｑ（静圧−流量）特性を与えた冷却ファンからの空気をダクトから送風する際の概観図である。
【００４０】
発熱部２０を内蔵する二つの並列した平板状発熱部品郡１８は、断熱材２１に囲まれており、板間に面した放熱面２２からのみ放熱することができる。
【００４１】
衝突噴流を用いる場合は、平板状発熱部品群１８に対して、冷却ファンおよびダクトは、上下１対にて第１の空冷手段、及び第２の空冷手段として備えられる。第１の空冷手段と第２の空冷手段の組み合わせは、第１の空冷手段が第１の冷却ファン２３ａと第１の空冷ダクト１９ａから構成され、第２の空冷手段が第２の冷却ファン２３ｂと第２の空冷ダクト１９ｂから構成される。
【００４２】
第１の冷却ファン２３ａと第２の冷却ファン２３ｂは、同じＰ−Ｑ特性を有し、一方向からの強制空冷で用いた冷却ファンと比べて静圧（Ｐ）は同じであるが、流量（Ｑ）を半分としている。そのため、第１の冷却ファン２３ａと第２の冷却ファン２３ｂは一方向からの強制空冷に用いた冷却ファンをそれぞれ二手に分けたものと同じＰ−Ｑ特性となる。
【００４３】
図５は、図４で示す構成において、平板状発熱部品群（幅２０ｍｍ）から１５ｍｍ離れた位置に設けられた噴出口の幅ｄの変化に対する、並列した平板状発熱部品群に形成された板間に流入する空気の流速の特性図を示す。
【００４４】
一方向からの送風については実線、衝突噴流における結果を点線で示している。衝突噴流においては、横軸のダクト噴出口の幅ｄの値が大きくなるにつれて、板間への流入速度が著しく減少し、さらに、発熱部品長さＬの値が小さくなるにつれて、板間への流入速度は減少することになる。
【００４５】
衝突噴流においては、対向する風と狭い板間で衝突させるため、衝突した風によって圧
力が増加し、空気が板間へ流入しづらくなるため、ダクトの構成条件によっては流入する風速が下がりやすくなる。
【００４６】
図６は、図４で示す構成と同様の冷却ファン、空冷ダクト形状を用いて単位体積当たり同等の発熱量を有し、板間２．５ｍｍの空間を設けて並列する平板状発熱部品群を空冷した際の、構成要素から１５ｍｍ離れた位置に設定された噴出口の幅ｄの変化に対する、平板状発熱部品群の表面温度上昇の最高値をプロットしたものを発熱部長さＬの変化ごとに並べたものである。
【００４７】
図６（ａ）〜（ｄ）で示すＬの値は、それぞれ（ａ）：１０ｍｍ、（ｂ）：１５ｍｍ、（ｃ）：２０ｍｍ、（d）：３０ｍｍである。いずれも温度変化の傾向は似ており、噴出口の幅ｄが大きくなるにつれ、衝突噴流の温度上昇は大きくなり、一方向からの強制空冷は、温度上昇が低減される。
【００４８】
図７は、発熱部品の最高温度に与える影響を、噴出口幅と発熱部品長さのそれぞれについて発熱部品幅で無次元化してプロットしたグラフである。
【００４９】
図７を参照にして、発熱部品の最高温度に噴出口幅が与える影響を見ると、噴出口幅／発熱部品幅の値が０．８を境界にして、それよりも噴出口幅が小さいと、発熱部品の長さに依存して最高温度が変化することになる。すなわち、噴出口幅／発熱部品幅の値が０．８以下では、発熱部品の最高温度を効率的に低下させることができる。このような傾向を示す理由は、噴出口幅／発熱部品幅の値が０．８よりも小さくなると、噴出口での流速の増加が顕著になり、結果として温度が低下するためである。
【００５０】
衝突方式の前述のような現象と特性を活用すると、衝突箇所を複数個設けて平板状発熱部品を効率的に冷却することも可能である。比較的面積が広く隙間が狭い平板状発熱部品、例えば電子機器のプリント基板が複数枚搭載された構造においては、衝突の場所が複数個あることにより、プリント基板全体を均一に冷却することが可能となる。
【００５１】
また、プリント基板も、そこに搭載される部品の種類によって、発熱量の大きな部品が複数箇所に散らばっている場合もあり、できるだけ少ない数の送風により衝突箇所を増やしたい要求もある。この場合、衝突後に発生する２次流れを次の衝突に活用することにより、少ない数の冷却ファンあるいはダクトでも、効率的に冷却することが可能となる。
【００５２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電子機器の発熱部冷却装置の構成と動作について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、理解を容易にするために、電子機器を液晶プロジェクタ装置の液晶型画像表示器とし、平板状発熱部品を、液晶ユニット部を構成する入射側偏光板、液晶パネル、および２枚の出射側偏光板として説明する。しかし、この形態に限定されるものではなく、間隔をおいて互いに対向する面をそれぞれが備え、互いに対向する面の少なくともいずれかが発熱部である複数の平板状発熱部品を備える電子機器の冷却装置などとしても適用可能である。
【００５３】
図８は、本発明の第１の実施形態における液晶画像表示器の発熱部冷却装置の模式的分解斜視図である。
【００５４】
冷却装置２４は、Ｒ／Ｇ／Ｂの色光ごとに用意された、入射側偏光板２５、液晶パネル２６、及び出射側偏光板２７、２８のそれぞれをユニットとして構成する液晶ユニット部の上下端に対向するように配置され、第１の冷却ファン２９と第１の空冷ダクト３０からなる第１の空冷部３１と、同じく第２の冷却ファン３２と第２の空冷ダクト３３からなる
第２の空冷部３４とから構成される。
【００５５】
次に、図９を用いて本実施形態における冷却装置２４による冷却作用について説明する。図９は液晶プロジェクタが有するＲ／Ｇ／Ｂの３つの液晶パネルうち１つの色光部分の液晶ユニット部を取り出した断面図である。
【００５６】
第１の送風３５は、液晶ユニット部の下方から入射側偏光板２５と液晶パネル２６との空間、及び液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７との空間、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８との空間から上方へ向かって送り出される。
【００５７】
同様に、第２の送風３６は、入射側偏光板２５と液晶パネル２６との空間、及び液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７との空間、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８との空間から下方へ向かって送り出される。
【００５８】
第１の送風３５と第２の送風３６とは、第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとの送風量が等価で、かつ第１の空冷ダクト３０と第２の空冷ダクト３３の通風抵抗が等しい場合は、各ユニット間の空間の中央（衝突面ａ−ａ’）で対向する状態で衝突する。
【００５９】
また、第１の送風を送り出すダクトの噴出口３７と第２の送風を送り出すダクトの噴出口３８の偏光板の面内方向の幅は１０ｍｍである。液晶パネル２６のサイズは０．７インチを使用しており、入射側偏光板２５、出射側偏光板Ａ２７、出射側偏光板Ｂ２８にもほぼ同サイズの偏光フィルムが２０ｍｍ×２０ｍｍの放熱用ガラス基板に取り付けられている。
【００６０】
図１０は、図９で示す風の衝突部の拡大図を示す。図１０（ａ）は、出射側偏光板Ａ２７と、出射側偏光板Ｂ２８との空間を拡大したものである。
【００６１】
第１の送風２５と第２の送風３６は、ユニット間の空間の中央（衝突面ａ−ａ’）で衝突し、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８のそれぞれの光透過面へ向かう旋回流が発生し、光の通過を妨げることなく垂直な噴流を発生させ冷却する。このとき、ダクト噴出口幅は１０ｍｍであり、出射側偏光板Ａと出射側偏光板Ｂの幅は２０ｍｍであるため、ダクト噴出口幅は出射側偏光板ＡおよびＢの幅の０．５倍となる。この状態での出射側偏光板ＡおよびＢの最高温度は低く抑えられていることが確認された。
【００６２】
一方、図１０（ｂ）は、入射側偏光板２５と液晶パネル２６との空間を拡大したものである。第１の送風３５と第２の送風３６は、ユニット間の空間の中央（衝突面ａ−ａ’）で衝突し、入射側偏光板２５と液晶パネル２６のそれぞれの光透過面へ向かう旋回流が発生し、光の通過を妨げることなく垂直な噴流を発生させ冷却する。
【００６３】
このとき、ダクト噴出口幅は１０ｍｍであり、入射側偏光板２５と比べて図中奥行き方向のサイズの小さい液晶パネル２６の幅は１４ｍｍであるため、ダクト噴出口幅は液晶パネルの幅の約０．７倍となる。この状態での出射側偏光板ＡおよびＢの最高温度は低く抑えられていることが確認された。液晶パネル２６の放熱面２２は凹部にあり、一方向からの強制空冷では風が届きにくいが衝突噴流は旋回流が発生するため、風が届きやすく衝突噴流のほうが有利である。
【００６４】
以上より、噴出口の幅が平板状発熱部品の最大幅の０．８倍よりも小さいと、発熱部品の温度を低く抑えられることが確認された。
【００６５】
なお、プロジェクタ装置などにおいては、複数の平板状発熱部品が形成する板間が狭い
場合（５ｍｍ程度まで）に大きな効果が得られる。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における冷却装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６７】
図１１は、本発明における第２の実施形態の模式図であり、冷却ファン３９から送り込まれる風は、第１の空冷ダクト４０と、その途中から分岐している第２の空冷ダクト４１により２方向に分けて液晶ユニット部２へと送風される。
【００６８】
本実施形態によれば、第１の空冷ダクト３９による液晶ユニット部２の下方から上方へ通風させる第１の送風４２と、液晶ユニット部２の側方から通風される第２の送風４３とが、液晶ユニット部２の間の各空間において、２つの異なるベクトル（直交ベクトル）を持つ送風としての衝突が生じるため、高い冷却効果を得ることが可能となる。
【００６９】
本構成のように空冷ダクトを途中から分岐させると、ファン実装個数を削減して低コスト化と低騒音化を図れるとともに、空冷ダクトも小さくできるため小型のプロジェクタ装置に適用することが容易になる。
【００７０】
なお、上記冷却構造において、ダクト噴出口幅は、第１の空冷ダクト４０、第２の空冷ダクト４１ともに１０ｍｍであり、液晶ユニット部２の最小のサイズのパネルである液晶パネルの幅は１４ｍｍである。このときのダクト噴出口幅は、液晶パネルの幅の約０．７倍となる。この状態において、液晶パネルの最高温度は低く抑えられていることが確認された。
【００７１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態における冷却装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態における冷却装置の模式図である。
【００７２】
液晶ユニット部２に対して、下側には、それぞれ共通のダクトから分岐した第１の空冷ダクト４４と第２の空冷ダクト４５が配置され、上側には、それぞれ共通のダクトから分岐した第３の空冷ダクト４６と第４の空冷ダクト４７が配置される。
【００７３】
第１の空冷ダクト４４からの送風と、第３の空冷ダクト４６からの送風は、液晶ユニット部２の隙間の空間において第１の衝突４８を起こし、右側へと第１の２次流れ４９を発生させる。
【００７４】
一方、第２の空冷ダクト４５からの送風と、第４の空冷ダクト４７からの送風は、液晶ユニット部２の隙間の空間において第２の衝突５０を起こし、左側へと第２の２次流れ５１を発生させる。
【００７５】
お互い対面する方向の第１の２次流れ４９と第２の２次流れ５１により、液晶ユニット部２の中央付近の隙間の空間において、２次流れ同士の衝突である第３の衝突５２が発生する。
【００７６】
衝突部およびその結果生じる２次流れは、液晶ユニット部２から空気に伝わる熱を大きくする効果があるが、本実施形態においては、第１および第２の実施形態において１箇所であった衝突部が３箇所になっているため、液晶ユニット部２の放熱効率は増加し、さらに各パネル内での放熱効率の均一化も可能である。
【００７７】
なお、液晶ユニット部２内の最小のサイズである液晶パネルの最大幅は１４ｍｍであり、第１から第４の４つの空冷ダクトの噴出口の幅は２ｍｍで構成される。このとき、噴出口の幅は、液晶パネル最大幅の０．１４倍になり、０．８倍よりも小さい値である。このように噴出口の幅を０．８倍よりも小さくすることにより、衝突噴流の流速を上げることが可能になり、液晶ユニット部２の冷却効率を高められることが確認された。
【００７８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態における冷却装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１３は、本発明の第４の実施形態における冷却装置の模式図である。
【００７９】
図１３において、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図を示す。本冷却装置は、図１３（ａ）に示すように、入射光側（図の右側）から入射側偏光板２５、液晶パネル２６、出射側偏光板Ａ２７、出射側偏光板Ｂ２８の４枚の平板が並行に備えられる。
【００８０】
また、前記４枚の平板に対して、下側には第１の空冷ダクト５３が設置され、上側には第２の空冷ダクト５４が設置される。
【００８１】
前記４枚の平板中、液晶パネル２６は他の３枚の平板よりも発熱量が大きい。そこで、液晶パネルの冷却に関係する２つの隙間空間（１つは入射側偏光板２５と液晶パネル２６の隙間空間、もう１つは液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７の隙間空間）は衝突噴流による空冷を用いて、液晶パネルの冷却に関係しない出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８の隙間空間は、一方向方式による空冷を用いる。
【００８２】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の中央ＡＡ断面から下側を見た図である。図１３（ｂ）において、斜線部は第１の空冷ダクト５３の噴出口を示す。第１の空冷ダクト５３の噴出口は、衝突噴流用のダクトであり、液晶パネルの冷却に関係する２つの隙間空間（１つは入射側偏光板２５と液晶パネル２６の隙間空間、もう１つは液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７の隙間空間）に空気が流れるように形成されている。
【００８３】
液晶パネルの最大幅は１４ｍｍであり、第１の空冷ダクト５３の噴出口の幅は６ｍｍである。このとき、第１の空冷ダクト５３の噴出口の幅は、液晶パネルの最大幅の０．４３倍であり、０．８倍よりも小さいため衝突噴流の冷却効率が高い。
【００８４】
図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の中央ＡＡ断面から上側を見た図である。図１３（ｃ）において、斜線部は第２の空冷ダクト５４の噴出口を示す。第２の空冷ダクト５４の噴出口は、衝突噴流冷却用の領域（図の右側）と一方向冷却用の領域（図の左側）の２つの領域から成る。
【００８５】
衝突噴流冷却用の領域（図の右側）は、液晶パネルの冷却に関係する２つの隙間空間（１つは入射側偏光板２５と液晶パネル２６の隙間空間、もう１つは液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７の隙間空間）に送風できる位置にあり、噴出口の幅（図における縦の長さ）は６ｍｍであり、液晶パネルの最大幅の０．４３倍であり、０．８倍よりも小さい。
【００８６】
一方、第２の空冷ダクト５４の一方向冷却用の領域（図の左側）は、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８に送風できる位置にあり、噴出口の幅は２０ｍｍであり、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８の幅である２０ｍｍの１倍である。このため、一方向の空冷として冷却性能が高くなっている。
【００８７】
このように、４つの平板状発熱部品があり、それぞれの発熱量に応じてダクト噴出口の幅を各隙間空間によって変えることにより、全体として最適、且つ最大の冷却性能を実現
することが可能である。
【００８８】
以上、第１〜第４の実施形態では、液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット部の冷却装置を例として述べてきたが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、他の電子機器における平板状発熱部品郡の空冷方法に本発明を適用しても同様の効果が得られることは明白である。
【００８９】
例えば、データセンターに設置される大型サーバは、実装密度を上げるためにＣＰＵ、メモリ、ハードディスク、電源などを搭載したボードを数ｃｍのピッチで複数枚並べた構成を採るもの（一般的に、ブレードサーバと呼ぶ）があるが、この場合にもボードあるいは部品間の隙間は小さく、従来の一方向の空冷では冷却性能に限界がある。このため、本発明のように、送風の噴出口幅をボードの最大幅の０．８倍よりも小さくした２つ以上の空冷手段を持つ衝突噴流冷却は非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の作用の有効性を示すために比較として示した従来の一方向空冷のパネル板間の流速ベクトル分布を示す図である。
【図２】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷におけるパネル板間の流速ベクトル分布を示す図である。
【図３】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷におけるパネル温度分布図である。
【図４】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷における各種影響を示すパネル周辺基本構造図である。
【図５】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷における噴出口幅と流速の関係を示す図である。
【図６】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷における噴出口幅と温度の関係を示す図である。
【図７】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷におけるパネル最高温度の噴出口幅と発熱部品長さ依存性示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の液晶プロジェクタ装置の発熱部冷却装置の模式的分解斜視図である。
【図９】本発明の第1の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１０】本発明の第1の実施の形態の出射側偏光板と出射側偏光板の空間（ａ）と入射側偏光板と液晶パネルの空間（ｂ）を拡大した図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１４】一般的な液晶プロジェクタ製品の外観図である。
【図１５】一般的な液晶プロジェクタ装置の内部構造図である。
【図１６】一般的な液晶プロジェクタ装置の内部の模式的構成図である。
【図１７】従来の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット部の冷却部の構成図である。
【図１８】液晶ユニット冷却の従来例を示す冷却部の構成の模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 液晶プロジェクタ装置
２ 液晶ユニット部
３ 冷却ファン
３ａ 第１の冷却ファン
３ｂ 第２の冷却ファン
４ 空冷ダクト
５ 光源
６ リフレクタ
７ ランプ用冷却ファン
８ ランプ用冷却ダクト
９ 排気ファン
１０ 電源ユニット
１１ 投写レンズ
１２ 入射側偏光板
１３ 液晶パネル
１４ 出射側偏光板
１５ 空冷装置
１６ 送風
１７ 吐出口
１８ 平板状発熱部品郡
１９ａ 第１の空冷ダクト
１９ｂ 第２の空冷ダクト
２０ 発熱部
２１ 断熱材
２２ 放熱面
２３ａ 第１の冷却ファン
２３ｂ 第２の冷却ファン
２４ 冷却装置
２５ 入射側偏光板
２６ 液晶パネル
２７ 出射側偏光板Ａ
２８ 出射側偏光板Ｂ
２９ 第１の冷却ファン
３０ 第１の空冷ダクト
３１ 第１の空冷部
３２ 第２の冷却ファン
３３ 第２の空冷ダクト
３４ 第２の空冷部
３５ 第１の送風
３６ 第２の送風
３７ 第１のダクト噴出口
３８ 第２のダクト噴出口
３９ 冷却ファン
４０ 第１の空冷ダクト
４１ 第２の空冷ダクト
４２ 第１の送風
４３ 第２の送風
４４ 第１の空冷ダクト
４５ 第２の空冷ダクト
４６ 第３の空冷ダクト
４７ 第４の空冷ダクト
４８ 第１の衝突
４９ 第１の２次流れ
５０ 第２の衝突
５１ 第２の２次流れ
５２ 第３の衝突
５３ 第１の空冷ダクト
５４ 第２の空冷ダクト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の発熱部材、および電子投影装置に関し、特に複数の並列する平板に対し、複数の方向から送風することにより冷却する発熱部冷却装置、及び液晶プロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における電子機器は、高機能を要求されるとともに、小型化も同時に求められている。そのため、高密度実装により発熱密度の高い電子機器が数多く開発され、冷却技術の向上が求められている。
【０００３】
特に液晶プロジェクタ装置はより明るく、より鮮明な映像を実現させるために高輝度化が進められており、光の照射により発熱する光学部品の寿命維持のため、冷却方法の改善が求められている。
【０００４】
図１４から図１７に、従来の液晶プロジェクタ装置の構造と冷却方式を示す。図１４は、一般的な液晶プロジェクタ装置の概観図である。
【０００５】
また、図１５は液晶プロジェクタ装置の内部構造を示す図である。図１６は、液晶プロジェクタ装置の内部の模式的構成図を示す。
【０００６】
図１６に示すように、液晶プロジェクタ装置１の筐体内には、液晶ユニット部２を強制空冷するための冷却ファン３と空冷ダクト４が実装されており、この他にも光源５や電源ユニット１０などを冷却するためのランプ用冷却ファン７や、筐体排気用の排気ファン９などが必要に応じて設けられている。
【０００７】
個々で、液晶プロジェクタ装置１の液晶ユニット部２の一般的な冷却方法について、図１７を用いて説明する。図１７は、液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット冷却部の構成図である。
【０００８】
図１７において、入射側偏光板１２、液晶パネル１３、および出射側偏光板１４から構成される液晶ユニット部２は、Ｒ／Ｇ／Ｂの色光ごとに設けられており、その下方に、冷却ファン３と空冷ダクト４とからなる空冷装置１５が配置されている。
【０００９】
空冷装置１５の動作中は、図１７に示すように、冷却ファン３からの送風１６を空冷ダクト４に用意された吐出口１７を介して、液晶ユニット部２の下端から各液晶ユニット部２を構成する入射側偏光板１２、液晶パネル１３、出射側偏光板１４の間の空間に通風して強制空冷を行っている。
【００１０】
近年、液晶プロジェクタ装置に対しては、その利用方法の多様化に合わせて、小型・高輝度化への要求が高まってきている。このような要求に応えるために、ランプ出力の増加と表示デバイスの小型化が進められ、その結果、液晶ユニット部へ入射する光の光束密度が増大し、液晶ユニット部２を構成する各ユニットの熱負荷は上昇の一途をたどっており、従来の空冷方式では冷却が困難になってきている。
【００１１】
強制空冷で熱伝達率を大きくする手法としては、衝突噴流が挙げられる。衝突噴流冷却は、発熱面に対して垂直に冷媒（空気）を衝突させることで、温度境界層を破壊して局所的に熱伝達率を高める効果があり、流れを高乱流化して冷却性能を改善する方法である。
【００１２】
しかしながら、プロジェクタ装置の液晶ユニットのように板間の狭い状態（以下、狭板間）で平行配置された発熱体（液晶パネルや偏光板）を冷却する場合、従来の空冷方法では、発熱面に平行に空気が流れて層流が形成されるため、風速増加に対する冷却性能の改善が十分ではなかった。
【００１３】
そこで、例えば特許文献１には、図１８に示すような液晶ユニット近傍において液晶パネル、偏光板などが形成する板間に対して異なる２方向から送風し、発熱面近傍で風を衝突させることにより、光の透過を妨げることなく、発熱面に垂直へ向かう空気流れを形成して局所熱伝達率を向上させる技術について開示されている。
【特許文献１】特開２００８−１０７３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献1に開示された方法は、従来の空冷方法に比べて高い冷却性能を提供するものであるが、異なる方向から狭い板間に通風して、発熱面上で送風を衝突させる構成をとるため、発熱面サイズと噴流の大きさ（すなわちダクト幅）の組み合わせによって、その冷却性能が左右される。
【００１５】
したがって、どのような発熱面サイズにおいても、常に従来の空冷方法より優れた冷却性能を発揮できるような衝突噴流冷却の構成を採用することは、設計の汎用性を高めて、開発コストとリードタイムを縮小しコスト競争力を高めることができるようになるとともに、高熱負荷の電子機器に対する優れた冷却ソリューションを提供することに貢献する。
【００１６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、発熱面サイズに依存せず、常に優れた冷却性能を発揮するような衝突噴流冷却の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明における発熱部冷却装置は、面内方向が同じとなるように並列されて、面の内部に発熱部を有する１つ以上の平板状発熱部品群と、平板状発熱部品群に対して異なる方向から送風を行い、平板状発熱部品群の１つ以上の隙間において１箇所以上の空気衝突部を発生させる２つ以上の空冷手段と、空冷手段は、空気を噴出する少なくとも１つ以上の噴出口の幅が、平板状発熱部品の噴出口から平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気の流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以下である空気噴出手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
空気噴出手段は、噴出口の幅が平板状発熱部品群の形成する異なる隙間の両側の平板状発熱部品の最大幅が異なる場合、小さい方の平板状発熱部品の最大幅に対して、０．８倍以下であること特徴とする。
【００１９】
空冷手段は、少なくとも１つが冷却ファンと空冷ダクトを有することを特徴とする。
【００２０】
空冷手段は、少なくとも１つの空冷ダクトが途中分岐する構造を有し、２つ以上の空気噴出口を有することを特徴とする。
【００２１】
空気衝突部は、他の空気衝突部から発生した２次流れの送風による衝突であることを特徴とする。
【００２２】
平板状発熱部品群は、衝突部を有する隙間と、衝突部を有しない隙間とを混在して備えることを特徴とする。
【００２３】
空気噴出手段は、噴出口の幅が、噴出口から平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以上であり、衝突部を有しない隙間に対して、一方向から送風して冷却することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明における液晶プロジェクタ装置は、上記いずれかに記載の発熱部冷却装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、噴出口の幅が、平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以下の幅になる構成をとることで、衝突噴流方式の冷却効率を高くすることができ、さらに衝突後の２次流れを活用してさらに衝突させることにより、発熱領域が分散している場合でも少ない数の冷却ファンで効率的に冷却することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、衝突噴流の性能を発揮する構造を見出すために、衝突噴流で冷却性能が上げられる理由と、衝突噴流が一般的な一方向空冷と異なる特性について以下に説明する。
【００２７】
衝突噴流では、狭板間における空気の流れの挙動を解明する必要がある。そこで、流れと温度の可視化手法のひとつである、熱流体の数値シミュレーションを用いて解析を行う。
【００２８】
図１は、従来の一方向送風によるパネル空冷時の、送風方向に平行なパネル中央断面（ＡＡ断面）の流速ベクトルの分布を示したものである。図１８で示すように、パネル流入直後の板間の流速分布は一定に近いが、流入直後から徐々に流れの後方に行くに従って、流速分布は放物線分布に近くなっていく。
【００２９】
パネルから空気へ伝わる熱量は、パネル壁面近傍の流速勾配で決まり、流速勾配が大きいほど伝わる熱量が大きく放熱性能が高い。従って、従来の一方向送風では、流れの後方に行くに従い、徐々に放熱性能が悪くなり、図の上部のパネル温度が高くなってしまう。なお、この傾向は、送風時の流速に依存しない。
【００３０】
図２は、上下の二方向送風によりパネル板間の中央付近で空気が衝突する場合の流速ベクトルを示したものである。ＡＡ断面は、衝突する前までのパネル中央付近の流速ベクトルであり、放物線分布で中央に向かう空気流れが確認される。
【００３１】
一方、ＢＢ断面は、衝突した後の左右方向に流れる衝突後の流速ベクトルを示したものである（表示の都合上、上下に示している）。衝突後の左右への２次流れの流速ベクトルは、衝突前の放物線分布とは異なり、ほぼ一定分布となる。これは、衝突後、乱流状態が激しくなり、乱流状態を維持したまま左右に流れるためである。
【００３２】
このことより、衝突後の左右への２次流れはパネルから空気に伝わる熱量が大きく、高い放熱性能が得られる。これが、狭い板間で二方向の送風で衝突させることにより、パネルの温度（最高温度）を低くできる最大の理由である。
【００３３】
次に、衝突冷却の特性を明らかにするために、送風のダクト幅の影響について説明する。図３は、パネル幅サイズ２０ｍｍのパネルに対して、ダクト幅１０ｍｍと２０ｍｍの結果を、従来の一方向方式と衝突方式、それぞれについて示したものである。
【００３４】
左図は、パネル温度分布を示し、右図は、左図のＡＢＣの線上の温度分布を示す図であ
る。ここで、ＡＢＣは流れ方向における初期、中期、後期の点を示し、一方向方式と衝突方式とではＣの位置が異なり、衝突方式では、左右の中央端部がＣ点となる。
【００３５】
まず、一方向方式の温度分布は、図１で説明したように空気流れの後方に行くに従い、流速分布が放物線分布となるため、パネル温度が高くなっている。また、ダクト幅が狭くなると、空気が流れにくいパネルの左右両側の温度が中央よりも高くなり、パネルの右上、左上の位置での温度が高くなってしまう。このように、一方向方式の場合には、ダクト幅はパネル幅に近い方がよい。
【００３６】
一方、衝突方式の場合は、この傾向が逆になる。すなわち、衝突方式における放熱性能は、ダクト幅がパネル幅よりも狭いほうが高くなる。衝突方式においては、中央での衝突後、左右に２次流れが発生し、しかも２次流れの放熱性能が高いため、パネル全体で空気が流れにくい場所が無く、パネル全面を安定して冷却できる。このとき、ダクト幅をパネル幅に等しくなるまで広げると、流速の低下が著しくなり、冷却性能が低下する傾向を示す。
【００３７】
以上のように、衝突噴流冷却では、従来の冷却方法とは異なり、ダクト幅をパネル幅より狭く設定したほうが冷却性能を高く保つことができる。
【００３８】
続いて、衝突方式においてダクト幅を狭くするための具体的なパネル（発熱部品）の大きさとダクト（噴出口）の幅の関係について説明する。
【００３９】
図４は、板間を１．５ｍｍ空けて並列した発熱部２０を内蔵する複数の平板状発熱部品群１８に対し、特定のＰ−Ｑ（静圧−流量）特性を与えた冷却ファンからの空気をダクトから送風する際の概観図である。
【００４０】
発熱部２０を内蔵する二つの並列した平板状発熱部品郡１８は、断熱材２１に囲まれており、板間に面した放熱面２２からのみ放熱することができる。
【００４１】
衝突噴流を用いる場合は、平板状発熱部品群１８に対して、冷却ファンおよびダクトは、上下１対にて第１の空冷手段、及び第２の空冷手段として備えられる。第１の空冷手段と第２の空冷手段の組み合わせは、第１の空冷手段が第１の冷却ファン２３ａと第１の空冷ダクト１９ａから構成され、第２の空冷手段が第２の冷却ファン２３ｂと第２の空冷ダクト１９ｂから構成される。
【００４２】
第１の冷却ファン２３ａと第２の冷却ファン２３ｂは、同じＰ−Ｑ特性を有し、一方向からの強制空冷で用いた冷却ファンと比べて静圧（Ｐ）は同じであるが、流量（Ｑ）を半分としている。そのため、第１の冷却ファン２３ａと第２の冷却ファン２３ｂは一方向からの強制空冷に用いた冷却ファンをそれぞれ二手に分けたものと同じＰ−Ｑ特性となる。
【００４３】
図５は、図４で示す構成において、平板状発熱部品群（幅２０ｍｍ）から１５ｍｍ離れた位置に設けられた噴出口の幅ｄの変化に対する、並列した平板状発熱部品群に形成された板間に流入する空気の流速の特性図を示す。
【００４４】
一方向からの送風については実線、衝突噴流における結果を点線で示している。衝突噴流においては、横軸のダクト噴出口の幅ｄの値が大きくなるにつれて、板間への流入速度が著しく減少し、さらに、発熱部品長さＬの値が小さくなるにつれて、板間への流入速度は減少することになる。
【００４５】
衝突噴流においては、対向する風と狭い板間で衝突させるため、衝突した風によって圧
力が増加し、空気が板間へ流入しづらくなるため、ダクトの構成条件によっては流入する風速が下がりやすくなる。
【００４６】
図６は、図４で示す構成と同様の冷却ファン、空冷ダクト形状を用いて単位体積当たり同等の発熱量を有し、板間２．５ｍｍの空間を設けて並列する平板状発熱部品群を空冷した際の、構成要素から１５ｍｍ離れた位置に設定された噴出口の幅ｄの変化に対する、平板状発熱部品群の表面温度上昇の最高値をプロットしたものを発熱部長さＬの変化ごとに並べたものである。
【００４７】
図６（ａ）〜（ｄ）で示すＬの値は、それぞれ（ａ）：１０ｍｍ、（ｂ）：１５ｍｍ、（ｃ）：２０ｍｍ、（d）：３０ｍｍである。いずれも温度変化の傾向は似ており、噴出口の幅ｄが大きくなるにつれ、衝突噴流の温度上昇は大きくなり、一方向からの強制空冷は、温度上昇が低減される。
【００４８】
図７は、発熱部品の最高温度に与える影響を、噴出口幅と発熱部品長さのそれぞれについて発熱部品幅で無次元化してプロットしたグラフである。
【００４９】
図７を参照にして、発熱部品の最高温度に噴出口幅が与える影響を見ると、噴出口幅／発熱部品幅の値が０．８を境界にして、それよりも噴出口幅が小さいと、発熱部品の長さに依存して最高温度が変化することになる。すなわち、噴出口幅／発熱部品幅の値が０．８以下では、発熱部品の最高温度を効率的に低下させることができる。このような傾向を示す理由は、噴出口幅／発熱部品幅の値が０．８よりも小さくなると、噴出口での流速の増加が顕著になり、結果として温度が低下するためである。
【００５０】
衝突方式の前述のような現象と特性を活用すると、衝突箇所を複数個設けて平板状発熱部品を効率的に冷却することも可能である。比較的面積が広く隙間が狭い平板状発熱部品、例えば電子機器のプリント基板が複数枚搭載された構造においては、衝突の場所が複数個あることにより、プリント基板全体を均一に冷却することが可能となる。
【００５１】
また、プリント基板も、そこに搭載される部品の種類によって、発熱量の大きな部品が複数箇所に散らばっている場合もあり、できるだけ少ない数の送風により衝突箇所を増やしたい要求もある。この場合、衝突後に発生する２次流れを次の衝突に活用することにより、少ない数の冷却ファンあるいはダクトでも、効率的に冷却することが可能となる。
【００５２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電子機器の発熱部冷却装置の構成と動作について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、理解を容易にするために、電子機器を液晶プロジェクタ装置の液晶型画像表示器とし、平板状発熱部品を、液晶ユニット部を構成する入射側偏光板、液晶パネル、および２枚の出射側偏光板として説明する。しかし、この形態に限定されるものではなく、間隔をおいて互いに対向する面をそれぞれが備え、互いに対向する面の少なくともいずれかが発熱部である複数の平板状発熱部品を備える電子機器の冷却装置などとしても適用可能である。
【００５３】
図８は、本発明の第１の実施形態における液晶画像表示器の発熱部冷却装置の模式的分解斜視図である。
【００５４】
冷却装置２４は、Ｒ／Ｇ／Ｂの色光ごとに用意された、入射側偏光板２５、液晶パネル２６、及び出射側偏光板２７、２８のそれぞれをユニットとして構成する液晶ユニット部の上下端に対向するように配置され、第１の冷却ファン２９と第１の空冷ダクト３０からなる第１の空冷部３１と、同じく第２の冷却ファン３２と第２の空冷ダクト３３からなる
第２の空冷部３４とから構成される。
【００５５】
次に、図９を用いて本実施形態における冷却装置２４による冷却作用について説明する。図９は液晶プロジェクタが有するＲ／Ｇ／Ｂの３つの液晶パネルうち１つの色光部分の液晶ユニット部を取り出した断面図である。
【００５６】
第１の送風３５は、液晶ユニット部の下方から入射側偏光板２５と液晶パネル２６との空間、及び液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７との空間、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８との空間から上方へ向かって送り出される。
【００５７】
同様に、第２の送風３６は、入射側偏光板２５と液晶パネル２６との空間、及び液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７との空間、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８との空間から下方へ向かって送り出される。
【００５８】
第１の送風３５と第２の送風３６とは、第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとの送風量が等価で、かつ第１の空冷ダクト３０と第２の空冷ダクト３３の通風抵抗が等しい場合は、各ユニット間の空間の中央（衝突面ａ−ａ’）で対向する状態で衝突する。
【００５９】
また、第１の送風を送り出すダクトの噴出口３７と第２の送風を送り出すダクトの噴出口３８の偏光板の面内方向の幅は１０ｍｍである。液晶パネル２６のサイズは０．７インチを使用しており、入射側偏光板２５、出射側偏光板Ａ２７、出射側偏光板Ｂ２８にもほぼ同サイズの偏光フィルムが２０ｍｍ×２０ｍｍの放熱用ガラス基板に取り付けられている。
【００６０】
図１０は、図９で示す風の衝突部の拡大図を示す。図１０（ａ）は、出射側偏光板Ａ２７と、出射側偏光板Ｂ２８との空間を拡大したものである。
【００６１】
第１の送風２５と第２の送風３６は、ユニット間の空間の中央（衝突面ａ−ａ’）で衝突し、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８のそれぞれの光透過面へ向かう旋回流が発生し、光の通過を妨げることなく垂直な噴流を発生させ冷却する。このとき、ダクト噴出口幅は１０ｍｍであり、出射側偏光板Ａと出射側偏光板Ｂの幅は２０ｍｍであるため、ダクト噴出口幅は出射側偏光板ＡおよびＢの幅の０．５倍となる。この状態での出射側偏光板ＡおよびＢの最高温度は低く抑えられていることが確認された。
【００６２】
一方、図１０（ｂ）は、入射側偏光板２５と液晶パネル２６との空間を拡大したものである。第１の送風３５と第２の送風３６は、ユニット間の空間の中央（衝突面ａ−ａ’）で衝突し、入射側偏光板２５と液晶パネル２６のそれぞれの光透過面へ向かう旋回流が発生し、光の通過を妨げることなく垂直な噴流を発生させ冷却する。
【００６３】
このとき、ダクト噴出口幅は１０ｍｍであり、入射側偏光板２５と比べて図中奥行き方向のサイズの小さい液晶パネル２６の幅は１４ｍｍであるため、ダクト噴出口幅は液晶パネルの幅の約０．７倍となる。この状態での出射側偏光板ＡおよびＢの最高温度は低く抑えられていることが確認された。液晶パネル２６の放熱面２２は凹部にあり、一方向からの強制空冷では風が届きにくいが衝突噴流は旋回流が発生するため、風が届きやすく衝突噴流のほうが有利である。
【００６４】
以上より、噴出口の幅が平板状発熱部品の最大幅の０．８倍よりも小さいと、発熱部品の温度を低く抑えられることが確認された。
【００６５】
なお、プロジェクタ装置などにおいては、複数の平板状発熱部品が形成する板間が狭い
場合（５ｍｍ程度まで）に大きな効果が得られる。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における冷却装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６７】
図１１は、本発明における第２の実施形態の模式図であり、冷却ファン３９から送り込まれる風は、第１の空冷ダクト４０と、その途中から分岐している第２の空冷ダクト４１により２方向に分けて液晶ユニット部２へと送風される。
【００６８】
本実施形態によれば、第１の空冷ダクト３９による液晶ユニット部２の下方から上方へ通風させる第１の送風４２と、液晶ユニット部２の側方から通風される第２の送風４３とが、液晶ユニット部２の間の各空間において、２つの異なるベクトル（直交ベクトル）を持つ送風としての衝突が生じるため、高い冷却効果を得ることが可能となる。
【００６９】
本構成のように空冷ダクトを途中から分岐させると、ファン実装個数を削減して低コスト化と低騒音化を図れるとともに、空冷ダクトも小さくできるため小型のプロジェクタ装置に適用することが容易になる。
【００７０】
なお、上記冷却構造において、ダクト噴出口幅は、第１の空冷ダクト４０、第２の空冷ダクト４１ともに１０ｍｍであり、液晶ユニット部２の最小のサイズのパネルである液晶パネルの幅は１４ｍｍである。このときのダクト噴出口幅は、液晶パネルの幅の約０．７倍となる。この状態において、液晶パネルの最高温度は低く抑えられていることが確認された。
【００７１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態における冷却装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態における冷却装置の模式図である。
【００７２】
液晶ユニット部２に対して、下側には、それぞれ共通のダクトから分岐した第１の空冷ダクト４４と第２の空冷ダクト４５が配置され、上側には、それぞれ共通のダクトから分岐した第３の空冷ダクト４６と第４の空冷ダクト４７が配置される。
【００７３】
第１の空冷ダクト４４からの送風と、第３の空冷ダクト４６からの送風は、液晶ユニット部２の隙間の空間において第１の衝突４８を起こし、右側へと第１の２次流れ４９を発生させる。
【００７４】
一方、第２の空冷ダクト４５からの送風と、第４の空冷ダクト４７からの送風は、液晶ユニット部２の隙間の空間において第２の衝突５０を起こし、左側へと第２の２次流れ５１を発生させる。
【００７５】
お互い対面する方向の第１の２次流れ４９と第２の２次流れ５１により、液晶ユニット部２の中央付近の隙間の空間において、２次流れ同士の衝突である第３の衝突５２が発生する。
【００７６】
衝突部およびその結果生じる２次流れは、液晶ユニット部２から空気に伝わる熱を大きくする効果があるが、本実施形態においては、第１および第２の実施形態において１箇所であった衝突部が３箇所になっているため、液晶ユニット部２の放熱効率は増加し、さらに各パネル内での放熱効率の均一化も可能である。
【００７７】
なお、液晶ユニット部２内の最小のサイズである液晶パネルの最大幅は１４ｍｍであり、第１から第４の４つの空冷ダクトの噴出口の幅は２ｍｍで構成される。このとき、噴出口の幅は、液晶パネル最大幅の０．１４倍になり、０．８倍よりも小さい値である。このように噴出口の幅を０．８倍よりも小さくすることにより、衝突噴流の流速を上げることが可能になり、液晶ユニット部２の冷却効率を高められることが確認された。
【００７８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態における冷却装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１３は、本発明の第４の実施形態における冷却装置の模式図である。
【００７９】
図１３において、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図を示す。本冷却装置は、図１３（ａ）に示すように、入射光側（図の右側）から入射側偏光板２５、液晶パネル２６、出射側偏光板Ａ２７、出射側偏光板Ｂ２８の４枚の平板が並行に備えられる。
【００８０】
また、前記４枚の平板に対して、下側には第１の空冷ダクト５３が設置され、上側には第２の空冷ダクト５４が設置される。
【００８１】
前記４枚の平板中、液晶パネル２６は他の３枚の平板よりも発熱量が大きい。そこで、液晶パネルの冷却に関係する２つの隙間空間（１つは入射側偏光板２５と液晶パネル２６の隙間空間、もう１つは液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７の隙間空間）は衝突噴流による空冷を用いて、液晶パネルの冷却に関係しない出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８の隙間空間は、一方向方式による空冷を用いる。
【００８２】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の中央ＡＡ断面から下側を見た図である。図１３（ｂ）において、斜線部は第１の空冷ダクト５３の噴出口を示す。第１の空冷ダクト５３の噴出口は、衝突噴流用のダクトであり、液晶パネルの冷却に関係する２つの隙間空間（１つは入射側偏光板２５と液晶パネル２６の隙間空間、もう１つは液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７の隙間空間）に空気が流れるように形成されている。
【００８３】
液晶パネルの最大幅は１４ｍｍであり、第１の空冷ダクト５３の噴出口の幅は６ｍｍである。このとき、第１の空冷ダクト５３の噴出口の幅は、液晶パネルの最大幅の０．４３倍であり、０．８倍よりも小さいため衝突噴流の冷却効率が高い。
【００８４】
図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の中央ＡＡ断面から上側を見た図である。図１３（ｃ）において、斜線部は第２の空冷ダクト５４の噴出口を示す。第２の空冷ダクト５４の噴出口は、衝突噴流冷却用の領域（図の右側）と一方向冷却用の領域（図の左側）の２つの領域から成る。
【００８５】
衝突噴流冷却用の領域（図の右側）は、液晶パネルの冷却に関係する２つの隙間空間（１つは入射側偏光板２５と液晶パネル２６の隙間空間、もう１つは液晶パネル２６と出射側偏光板Ａ２７の隙間空間）に送風できる位置にあり、噴出口の幅（図における縦の長さ）は６ｍｍであり、液晶パネルの最大幅の０．４３倍であり、０．８倍よりも小さい。
【００８６】
一方、第２の空冷ダクト５４の一方向冷却用の領域（図の左側）は、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８に送風できる位置にあり、噴出口の幅は２０ｍｍであり、出射側偏光板Ａ２７と出射側偏光板Ｂ２８の幅である２０ｍｍの１倍である。このため、一方向の空冷として冷却性能が高くなっている。
【００８７】
このように、４つの平板状発熱部品があり、それぞれの発熱量に応じてダクト噴出口の幅を各隙間空間によって変えることにより、全体として最適、且つ最大の冷却性能を実現
することが可能である。
【００８８】
以上、第１〜第４の実施形態では、液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット部の冷却装置を例として述べてきたが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、他の電子機器における平板状発熱部品郡の空冷方法に本発明を適用しても同様の効果が得られることは明白である。
【００８９】
例えば、データセンターに設置される大型サーバは、実装密度を上げるためにＣＰＵ、メモリ、ハードディスク、電源などを搭載したボードを数ｃｍのピッチで複数枚並べた構成を採るもの（一般的に、ブレードサーバと呼ぶ）があるが、この場合にもボードあるいは部品間の隙間は小さく、従来の一方向の空冷では冷却性能に限界がある。このため、本発明のように、送風の噴出口幅をボードの最大幅の０．８倍よりも小さくした２つ以上の空冷手段を持つ衝突噴流冷却は非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の作用の有効性を示すために比較として示した従来の一方向空冷のパネル板間の流速ベクトル分布を示す図である。
【図２】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷におけるパネル板間の流速ベクトル分布を示す図である。
【図３】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷におけるパネル温度分布図である。
【図４】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷における各種影響を示すパネル周辺基本構造図である。
【図５】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷における噴出口幅と流速の関係を示す図である。
【図６】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷における噴出口幅と温度の関係を示す図である。
【図７】本発明の作用の有効性を示すための衝突空冷におけるパネル最高温度の噴出口幅と発熱部品長さ依存性示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の液晶プロジェクタ装置の発熱部冷却装置の模式的分解斜視図である。
【図９】本発明の第1の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１０】本発明の第1の実施の形態の出射側偏光板と出射側偏光板の空間（ａ）と入射側偏光板と液晶パネルの空間（ｂ）を拡大した図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の基本態様における衝突噴流冷却を用いた液晶プロジェクタの液晶ユニット部の模式的断面図である。
【図１４】一般的な液晶プロジェクタ製品の外観図である。
【図１５】一般的な液晶プロジェクタ装置の内部構造図である。
【図１６】一般的な液晶プロジェクタ装置の内部の模式的構成図である。
【図１７】従来の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット部の冷却部の構成図である。
【図１８】液晶ユニット冷却の従来例を示す冷却部の構成の模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 液晶プロジェクタ装置
２ 液晶ユニット部
３ 冷却ファン
３ａ 第１の冷却ファン
３ｂ 第２の冷却ファン
４ 空冷ダクト
５ 光源
６ リフレクタ
７ ランプ用冷却ファン
８ ランプ用冷却ダクト
９ 排気ファン
１０ 電源ユニット
１１ 投写レンズ
１２ 入射側偏光板
１３ 液晶パネル
１４ 出射側偏光板
１５ 空冷装置
１６ 送風
１７ 吐出口
１８ 平板状発熱部品郡
１９ａ 第１の空冷ダクト
１９ｂ 第２の空冷ダクト
２０ 発熱部
２１ 断熱材
２２ 放熱面
２３ａ 第１の冷却ファン
２３ｂ 第２の冷却ファン
２４ 冷却装置
２５ 入射側偏光板
２６ 液晶パネル
２７ 出射側偏光板Ａ
２８ 出射側偏光板Ｂ
２９ 第１の冷却ファン
３０ 第１の空冷ダクト
３１ 第１の空冷部
３２ 第２の冷却ファン
３３ 第２の空冷ダクト
３４ 第２の空冷部
３５ 第１の送風
３６ 第２の送風
３７ 第１のダクト噴出口
３８ 第２のダクト噴出口
３９ 冷却ファン
４０ 第１の空冷ダクト
４１ 第２の空冷ダクト
４２ 第１の送風
４３ 第２の送風
４４ 第１の空冷ダクト
４５ 第２の空冷ダクト
４６ 第３の空冷ダクト
４７ 第４の空冷ダクト
４８ 第１の衝突
４９ 第１の２次流れ
５０ 第２の衝突
５１ 第２の２次流れ
５２ 第３の衝突
５３ 第１の空冷ダクト
５４ 第２の空冷ダクト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内方向が同じとなるように並列されて、面の内部に発熱部を有する１つ以上の平板状発熱部品群と、
前記平板状発熱部品群に対して異なる方向から送風を行い、前記平板状発熱部品群の１つ以上の隙間において１箇所以上の空気衝突部を発生させる２つ以上の空冷手段と、
前記空冷手段は、空気を噴出する少なくとも１つ以上の噴出口の幅が、前記平板状発熱部品の前記噴出口から前記平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気の流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以下である空気噴出手段と、を有することを特徴とする発熱部冷却装置。
【請求項２】
前記空気噴出手段は、噴出口の幅が前記平板状発熱部品群の形成する異なる隙間の両側の平板状発熱部品の最大幅が異なる場合、小さい方の平板状発熱部品の最大幅に対して、０．８倍以下であること特徴とする請求項１記載の発熱部冷却装置。
【請求項３】
前記空冷手段は、少なくとも１つが冷却ファンと空冷ダクトを有することを特徴とする請求項１又は２記載の発熱部冷却装置。
【請求項４】
前記空冷手段は、少なくとも１つの空冷ダクトが途中分岐する構造を有し、２つ以上の空気噴出口を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置。
【請求項５】
前記空気衝突部は、他の空気衝突部から発生した２次流れの送風による衝突であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置。
【請求項６】
前記平板状発熱部品群は、衝突部を有する隙間と、衝突部を有しない隙間とを混在して備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置。
【請求項７】
空気噴出手段は、噴出口の幅が、前記噴出口から前記平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以上であり、
前記衝突部を有しない隙間に対して、一方向から送風して冷却することを特徴とする請求項６記載の発熱部冷却装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
【請求項１】
面内方向が同じとなるように並列されて、面の内部に発熱部を有する１つ以上の平板状発熱部品群と、
前記平板状発熱部品群に対して異なる方向から送風を行い、前記平板状発熱部品群の１つ以上の隙間において１箇所以上の空気衝突部を発生させる２つ以上の空冷手段と、
前記空冷手段は、空気を噴出する少なくとも１つ以上の噴出口の幅が、前記平板状発熱部品の前記噴出口から前記平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気の流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以下である空気噴出手段と、を有することを特徴とする発熱部冷却装置。
【請求項２】
前記空気噴出手段は、噴出口の幅が前記平板状発熱部品群の形成する異なる隙間の両側の平板状発熱部品の最大幅が異なる場合、小さい方の平板状発熱部品の最大幅に対して、０．８倍以下であること特徴とする請求項１記載の発熱部冷却装置。
【請求項３】
前記空冷手段は、少なくとも１つが冷却ファンと空冷ダクトを有することを特徴とする請求項１又は２記載の発熱部冷却装置。
【請求項４】
前記空冷手段は、少なくとも１つの空冷ダクトが途中分岐する構造を有し、２つ以上の空気噴出口を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置。
【請求項５】
前記空気衝突部は、他の空気衝突部から発生した２次流れの送風による衝突であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置。
【請求項６】
前記平板状発熱部品群は、衝突部を有する隙間と、衝突部を有しない隙間とを混在して備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置。
【請求項７】
空気噴出手段は、噴出口の幅が、前記噴出口から前記平板状発熱部品群へ向かって吐出される空気流れの方向に対して直交する向きの平板状発熱部品の最大幅に対して０．８倍以上であり、
前記衝突部を有しない隙間に対して、一方向から送風して冷却することを特徴とする請求項６記載の発熱部冷却装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の発熱部冷却装置を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−３２９２２（Ｐ２０１０−３２９２２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９７０１７（Ｐ２００８−１９７０１７）
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（３０００１６７６５）ＮＥＣディスプレイソリューションズ株式会社 (289)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（３０００１６７６５）ＮＥＣディスプレイソリューションズ株式会社 (289)
【Ｆターム（参考）】
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