JP2004221259A - 熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学部品の全面に直接当接させても光の通過に影響を及ぼすことなく該光学部品を効率良く冷却できようにする。
【解決手段】ペルチェモジュール１０において、上側基板１１ａと下側基板１１ｂはサファイアガラス等の透明部材から構成されている。熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分（熱電変換素子未配列領域１５）には未配列である。かかる構成のペルチェモジュール１０では、熱電変換素子未配列領域１５と上下両側の基板１１ａ，１１ｂにおける熱電変換素子未配列領域１５に対応する透明領域とが光通過窓として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】ペルチェモジュール１０において、上側基板１１ａと下側基板１１ｂはサファイアガラス等の透明部材から構成されている。熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分（熱電変換素子未配列領域１５）には未配列である。かかる構成のペルチェモジュール１０では、熱電変換素子未配列領域１５と上下両側の基板１１ａ，１１ｂにおける熱電変換素子未配列領域１５に対応する透明領域とが光通過窓として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置に係わり、詳しくは、液晶プロジェクション等の光学部品実装装置内の光学部品の冷却に有用な熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペルチェ効果を利用して冷却、加熱を行う熱電変換素子モジュールを用いた電子冷却装置として、例えば、液晶プロジェクションに実装される液晶パネル等の光学部品の冷却を行なう電子冷却装置が知られている。
【０００３】
この種の電子冷却装置としては、例えば、特許文献１に記載するように、ペルチェ素子の低温端部に吸熱器を伝熱結合すると共に、冷却用ダクトと冷却用ファンを設け、ペルチェ素子に電流を流した状態で、冷却用ファンによって取り入れ吸熱器によって冷却された外気を、冷却用ダクトを通じて光学部品に送って冷却する構造を有するものがある。
【０００４】
しかしながら、かかる従来の電子冷却装置では、ペルチェ素子の低温端部に伝熱結合した冷却器に触れた外気により間接的に光学部品を冷却するために、冷却効率が悪かった。
【０００５】
この他、冷却対象の光学部品である例えば液晶パネルにペルチェ素子を当接させて直接に冷却する方法（特許文献１の明細書中、段落００１２参照）もあった。
【０００６】
しかしながら、この場合において、通常、ペルチェ素子は不透明の基板を用いて構成されているため、液晶パネルの光を通過しない端部にペルチェ素子の低温端部を電熱結合させた構造しか取り得ず、端部のみしか冷却対象とならないことから、やはり冷却効率の低下は免れなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５５９３７号公報
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電子冷却装置に用いられる熱電変換素子モジュールは、基板が不透明な材質で構成されていたため、液晶プロジェクション等の光学部品実装装置内の光学部品を冷却する場合、熱電変換素子モジュールの低温端部に伝熱結合した冷却機構に触れた外気等を送りこんで間接的に光学部品を冷却するか、あるいは、光学部品の光を通過しない端部に熱電変換素子モジュールの低温端部を電熱結合させて部分的に冷却する構造しか取り得ず、冷却効率が悪いという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述の問題点を解消し、光学部品の全面に直接当接させても光の通過に影響を及ぼすことなく該光学部品を効率良く冷却でき、液晶プロジェクション等の光学部品実装装置内の光学部品の効率的冷却に有用な熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールにおいて、前記基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を設け、前記未配列領域と、両側の基板における前記未配列領域に対応する領域との積層により前記透明領域が形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールにおいて、前記基板のうちの少なくともいずれか一方が透明部材により構成されると共に、両側の基板を通して光を通過させる光通過部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、両側の前記基板が透明部材から構成されると共に、前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を設け、前記未配列領域と、両側の基板における前記未配列領域に対応する透明領域との積層により前記光通過部が形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、一方の基板が透明部材から構成され、他方の基板が所定領域の打抜き部を有する非透明部材から構成されると共に、前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を前記打抜き部に対応して設け、一方の基板の前記打抜き部、前記未配列領域、他方の基板における前記未配列領域に対応する透明領域の積層により前記光通過部が形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、上記請求項１または３記載の発明において、前記透明部材は、サファイアガラスから成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、上記請求項１または３記載の発明において、前記透明部材は、表面にダイヤモンドを被覆したガラスから成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールを用いて光学部品実装装置に実装された光学部品を冷却する電子冷却装置において、前記熱電変換素子モジュールは、前記基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造を有し、前記熱電変換素子モジュールの冷却側基板の全面が前記光学部品に直接接合され、かつ、前記光学部品の光を通過する領域が当該モジュールの前記透明領域内に収まるように位置合わせされて成ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係わる熱電変換素子モジュール（以下、ペルチェモジュールと略称する）１０の構成を示す概念斜視構成図である。
【００１９】
このペルチェモジュール１０は、Ｎ型熱電変換素子（ペルチェ素子）１２ａとＰ型熱電変換素子（ペルチェ素子）１２ｂを縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板（電極板）１３ａと下側の接合板１３ｂとで電気的に直列接続となるよう相互に接合し、これらを上側の基板１０ａと下側の基板１０ｂ間に挟持せしめた構造を有する。
【００２０】
上側の各接合板１３ａと下側の各接合板１３ｂは、それぞれ、上側基板１１ａと下側基板１１ｂに対して熱伝結合されている。
【００２１】
また、下側の接合板１３ｂのうちの端部の２つは電源端子として共用され、それぞれ、リード線１４ａ，１４ｂが接続されている。
【００２２】
このペルチェモジュール１０において、上側基板１１ａと下側基板１１ｂは光学的に透明な部材（例えば、サファイアガラス）から構成されている。
【００２３】
また、上側基板１１ａと下側基板１１ｂとの間に挟持される熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、当該基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分（熱電変換素子未配列領域１５：この例では四角形）には未配列となっている。
【００２４】
このように、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを透明部材で構成したペルチェモジュール１０によれば、上述した熱電変換素子未配列領域１５と上下両側の基板１１ａ，１１ｂにおける熱電変換素子未配列領域１５に対応する透明領域とが光通過窓として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【００２５】
つまり、本発明に係わるペルチェモジュール１０は、熱電変換素子１２ａ，１２ｂを挟持する上下の基板１１ａ，１１ｂを通して光を通過させる光通過部（熱電変換素子未配列領域１５によって規定される）を有するものである。
【００２６】
言い換えれば、このペルチェモジュール１０は、モジュール全体として、両側の基板１１ａ，１１ｂを通して光学的に透明な領域（光通過部）が形成された構造を有するものである。
【００２７】
このペルチェモジュール１０に対して、図示しない直流電源からリード線１４ａ，１４ｂを介してＮ型からＰ型の方向に直流電流を流すと、上側の接合板１３ａは冷却してこれに熱伝結合される上側基板１１ａを介して周囲から熱を奪い、下側の接合板１３ｂは発熱してこれに熱伝結合される下側基板１１ｂを介して周囲に熱を放出するように動作する。
【００２８】
つまり、上記給電パターンの際には、上側基板１１ａが冷却側基板として機能し、下側基板１１ｂが発熱側基板として機能する。
【００２９】
この場合、上側基板１１ａを対象物に当接配置したうえで、上記給電パターンで直流電源を供給することで、当該冷却側基板１１ａを介して上記対象物を冷却することができる。
【００３０】
なお、このペルチェモジュール１０では、上記とは逆の給電パターンにより、Ｐ型からＮ型の方向に直流電流を流すと、下側基板１１ｂが冷却側基板として機能し、上側基板１１ａが発熱側基板として機能する。
【００３１】
次に、本発明に係わるペルチェモジュール１０の実施例について説明する。
【００３２】
第１の実施例：
図２は、第１の実施例に係わるペルチェモジュール１０Ａの構造を示す図であり、特に、同図（ａ）は上面図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面図を示している。
【００３３】
なお、図２において、熱電変換素子１２（１２ａ，１２ｂ）間を電気的に直列に接続せしめる上側接合板１３ａ，下側接合板１３ｂについては、説明の便宜上、図示を省略している。
【００３４】
このペルチェジュール１０Ａにおいて、上側の基板１１ａと下側の基板１１ｂとの間にＮ型熱電変換素子１２ａとＰ型熱電変換素子１２ｂを縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板１３ａ（図示せず）と下側の接合板１３ｂ（図示せず）とで電気的に直列接続となるよう相互に接合した点は、図１に示したペルチェモジュール１０と同様である。
【００３５】
このペルチェモジュール１０Ａにおいて、上側の基板１１ａ及び下側の基板１１ｂは、共に、サファイアガラスによって構成される。
【００３６】
また、上側基板１１ａと下側基板１１ｂとの間に挟持される熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、当該基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分（熱電変換素子未配列領域１５：この例では四角形）には未配列となっている。
【００３７】
このように、上側基板１１ａと下側基板１１ｂをサファイアガラス（透明部材）で構成したペルチェモジュール１０Ａによれば、上述した熱電変換素子未配列領域１５と上下両側の基板１１ａ，１１ｂにおける熱電変換素子未配列領域１５に対応する透明領域との積層構造が光通過部として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【００３８】
このペルチェモジュール１０Ａに対して、図示しない直流電源からリード線１４ａ，１４ｂを介してＮ型からＰ型の方向に直流電流を流すことで、上側基板１１ａを冷却側基板として機能させ、下側基板１１ｂを発熱側基板として機能させることができる。
【００３９】
なお、上側基板１１ａと下側基板１１ｂは光学的に透明な部材であればサファイアガラスに限るものではなく、例えば、通常のガラスの表面にダイヤモンドを塗布を施したものを用いても良い。
【００４０】
第２の実施例：
図３は、第２の実施例に係わるペルチェモジュール１０Ｂの構造を示す図であり、特に、同図（ａ）は上面図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線による概念断面構成図を示している。
【００４１】
なお、図３において、熱電変換素子１２（１２ａ，１２ｂ）間を電気的に直列に接続せしめる上側接合板１３ａ，下側接合板１３ｂについては、説明の便宜上、図示を省略している。
【００４２】
このペルチェモジュール１０Ｂにおいて、上側の基板１１ａと下側の基板１１ｂとの間にＮ型熱電変換素子１２ａとＰ型熱電変子１２ｂを縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板１３ａ（図示せず）と下側の接合板１３ｂ（図示せず）とで電気的に直列接続となるよう相互に接合した点は、図１に示したペルチェモジュール１０と同様である。
【００４３】
このペルチェモジュール１０Ｂにおいて、例えば、下側の基板１１ｂは光学的に透明な部材、例えば、サファイアガラスによって構成されている。
【００４４】
一方、上側の基板１１ａは不透明な部材（セラミック等）から成る。但し、この上側の基板１１ａには、該基板１１ａの中央部分を例えば四角形に打抜いた打抜き部１１１ａが形成される。
【００４５】
また、上側基板１１ａと下側基板１１ｂとの間に挟持される熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、当該基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分、つまり上記打抜き部１１１ａに対応する領域（熱電変換素子未配列領域）には未配列となっている。
【００４６】
このように、上側基板１１ａに打抜き部１１１ａを設け、下側基板１１ｂを透明部材で構成したペルチェモジュール１０Ｂによれば、上側基板１１ａの打抜き部１１１ａ、熱電変換素子未配列領域、下側基板１１ｂにおける上記熱電変換素子未配列領域に対応する透明領域の積層構造が光を通過させる光通過部として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【００４７】
このペルチェモジュール１０Ｂに対して、図示しない直流電源からリード線１４ａ，１４ｂを介してＮ型からＰ型の方向に直流電流を流すことで、上側基板１１ａを冷却側基板として機能させ、下側基板１１ｂを発熱側基板として機能させることができる。
【００４８】
なお、この第２の実施例に係わるペルチェモジュール１０Ｂにおいては、上述した光通過部を持たせるという意味では、上側基板１１ａを透明部材で構成し、下側基板１１ｂに打抜き部１１１ｂを設けた構造としても良い。
【００４９】
上記第１及び第２の実施例に示したように、本発明に係わるサーモモジュール１０は、対向する基板毎に例えばその中央部分を通って光を通過させることのできる光通過窓（光通過部）を有するものであり、該光通過窓を利用することにより、電子冷却の分野で従来のペルチェモジュールには無い使い方が可能になる。
【００５０】
本発明に係わるペルチェモジュール１０の用途の一例として、例えば、透過型液晶プロジェクションの液晶パネルを冷却する電子冷却装置が考えられる。
【００５１】
図４は、本発明に係わるペルチェモジュール１０を適用して成る透過型液晶プロジェクションの光学部品群の構成を示す概念図である。
【００５２】
この液晶プロジェクションの光学部品群は、光源ランプ５１と投射レンズ５３との間に液晶パネル５２を配置して構成される。
【００５３】
この液晶プロジェクションでは、液晶パネル５２での画像表示中に、光源ランプ５１から出射された光を液晶パネル５２を通過させて投射レンズ５３に導き、該液晶パネル５２に表示中の画像を投射レンズ５３によって遠方の表示膜等に投射させるものである。
【００５４】
この液晶プロジェクションに組み込まれた液晶パネル５２は、光源ランプ５１から出射された光の一部が熱に変換して高温となるため、熱劣化を起こす。従って、この熱劣化を防止し、液晶パネル５２の性能を維持のためには、許容温度以下に保つように冷却することが必要となる。
【００５５】
図４において、１０Ｃは、液晶パネル５２の冷却を目的として付加されるペルチェモジュールである。なお、このペルチェモジュール１０Ｃは、図示ない電源回路や、制御回路等と共に、１つの電子冷却装置を形成している。
【００５６】
図４において、ペルチェモジュール１０Ｃは、例えば、第１の実施例に示したペルチェモジュール１０Ａ（図２参照）のように、上側（冷却側）基板１１ａと下側（放熱側）基板１１ｂがサファイアガラスで構成され、これら基板１１ａ，１１ｂ間の熱電変換素子未配列領域１５が光を通過させる光通過部として機能する構造を母体とし、更には、放熱側基板１１ｂの表面に放熱器２０ａ，２０ｂを付加して構成されるものである。
【００５７】
この例では、ペルチェモジュール１０Ｃはその上側基板（冷却側基板）１１ａの上面全体が液晶パネル５２の光入射側面側に直接密着接合されている。
【００５８】
その際、液晶パネル５２の表示領域とペルチェモジュール１０Ｃの光通過部との間に例えば図５に示すような位置決めが必要となる。
【００５９】
図５は、図４における液晶パネル５２とペルチェモジュール１０Ｃの位置関係を示す図であり、液晶パネル５２の表示領域５２１（光源ランプ５１からの光を通過させる必要のある領域）がペルチェモジュール１０Ｃの光通過部の光通過窓（熱電変換素子未配列領域１５）内に収まるように位置決めがなされている。
【００６０】
この位置決めによって、液晶パネル５２は、表示領域５２１内を通る光がペルチェモジュール１０Ｃの不透明部分により妨げられることがない状態で、その光入射側面の全面がペルチェモジュール１０Ｃの冷却側基板１１ａに直接当接されることになる。
【００６１】
この状態で、図示しないリード線１４ａ，１４ｂを通じて直流電源より適宜な極性で直流電流を流すと、冷却側基板１１ａが冷却されてこれに熱伝結合される液晶パネル５２から熱を奪い、発熱側基板１１ｂが発熱してこれに熱伝結合される放熱器２０ａ，２０ｂを介して周囲に熱を放出するように動作する。
【００６２】
この場合、液晶パネル５２はその光入射側面の全面がペルチェモジュール１０Ｃの冷却側基板１１ａに直接当接されているため、液晶パネル５２の端部にのみペルチェモジュールを当接していた従来の電子冷却装置に比べて、吸熱効率が増し、効率的な冷却が可能になる。
【００６３】
これによって、液晶パネル５２の熱劣化を防止し、性能維持を図ることができる。また、液晶パネル５２の熱劣化が防止されるため、従来以上に光源ランプ５１の光量を増やし、明るい画像を映し出すことができる。
【００６４】
なお、図４においては、ペルチェモジュール１０Ｃの冷却側基板１１ａを液晶パネル５２の光入射側面に当接させた構造を示したが、液晶パネル５２の光出射側面に当接させた構造としても良い。
【００６５】
また、ペルチェモジュール１０Ｃとして、第１の実施例に示したペルチェモジュール１０Ａを母体とする例を示したが、第２の実施例に示したペルチェモジュール１０Ｂを母体とするものを用いても良い。
【００６６】
この場合、ペルチェモジュール１０Ｂは、打抜き部１１１ａを有する基板１１ａ側または透明部材から構成される基板１１ｂのいずれかを冷却側基板として液晶パネル５２の光入射側面または光出射側面のいずれかに当接されるように配置可能である。
【００６７】
いずれの場合も、液晶パネル５２の表示領域５２１が光通過部の光通過窓（熱電変換素子未配列領域１５）内に収まるように位置決めがなされている必要があることは言うまでもない。
【００６８】
この他、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【００６９】
例えば、本発明に係わるペルチェモジュールにおいて、熱電変換素子を挟持して対向する両基板は、光通過窓に当る部分が、基板の中央部分のみならず、任意の位置に任意の形で設けられるものであっても良い。
【００７０】
また、本発明に係わるペルチェモジュールにおいて、両基板は、全面が透明でなくても少なくともその一部が透明であってその透明部分によって上述した光通過窓を実現し得るものであれば良い。
【００７１】
また、上記実施例では、本発明に係わる熱電変換素子モジュールを透過型液晶プロジェクションの液晶パネルの冷却に用いる例を挙げたが、該モジュールは、各種装置における透過型光学部品の冷却全般に適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱電変換素子モジュールは、基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造を有するものである。
かかる熱電変換素子モジュールによれば、該モジュールの冷却側基板の全面を冷却対象の光学部品に直接接合し、かつ、光学部品の光を通過する領域が当該モジュールの透明領域内に収まるように位置合わせして配置することによって、光学部品における光の通過を妨げることなく該光学部品の全面を効率的に冷却でき、当該光学部品の温度上昇による性能劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる熱電変換素子モジュール１０の構成を示す概念斜視構成図。
【図２】第１の実施例に係わるペルチェモジュールの構造を示す図。
【図３】第２の実施例に係わるペルチェモジュールの構造を示す図。
【図４】本発明に係わるペルチェモジュールを適用して成る透過型液晶プロジェクションの光学部品群の構成を示す概念図。
【図５】図４における液晶パネル５２とペルチェモジュール１０Ｃの位置関係を示す図。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ 熱電変換素子モジュール（ペルチェモジュール）
１１ａ，１１ｂ 基板
１１１ａ 打抜き部
１２ａ Ｎ型熱電変換素子
１２ｂ Ｐ型熱電変換素子
１３ａ 上側接合板
１３ｂ 下側接合板
１４ａ，１４ｂ リード線
１５ 熱電変換素子未配列領域
２０ａ，２０ｂ 放熱器
５１ 光源ランプ
５２ 液晶パネル
５２１ 表示領域
５３ 投射レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置に係わり、詳しくは、液晶プロジェクション等の光学部品実装装置内の光学部品の冷却に有用な熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペルチェ効果を利用して冷却、加熱を行う熱電変換素子モジュールを用いた電子冷却装置として、例えば、液晶プロジェクションに実装される液晶パネル等の光学部品の冷却を行なう電子冷却装置が知られている。
【０００３】
この種の電子冷却装置としては、例えば、特許文献１に記載するように、ペルチェ素子の低温端部に吸熱器を伝熱結合すると共に、冷却用ダクトと冷却用ファンを設け、ペルチェ素子に電流を流した状態で、冷却用ファンによって取り入れ吸熱器によって冷却された外気を、冷却用ダクトを通じて光学部品に送って冷却する構造を有するものがある。
【０００４】
しかしながら、かかる従来の電子冷却装置では、ペルチェ素子の低温端部に伝熱結合した冷却器に触れた外気により間接的に光学部品を冷却するために、冷却効率が悪かった。
【０００５】
この他、冷却対象の光学部品である例えば液晶パネルにペルチェ素子を当接させて直接に冷却する方法（特許文献１の明細書中、段落００１２参照）もあった。
【０００６】
しかしながら、この場合において、通常、ペルチェ素子は不透明の基板を用いて構成されているため、液晶パネルの光を通過しない端部にペルチェ素子の低温端部を電熱結合させた構造しか取り得ず、端部のみしか冷却対象とならないことから、やはり冷却効率の低下は免れなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５５９３７号公報
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電子冷却装置に用いられる熱電変換素子モジュールは、基板が不透明な材質で構成されていたため、液晶プロジェクション等の光学部品実装装置内の光学部品を冷却する場合、熱電変換素子モジュールの低温端部に伝熱結合した冷却機構に触れた外気等を送りこんで間接的に光学部品を冷却するか、あるいは、光学部品の光を通過しない端部に熱電変換素子モジュールの低温端部を電熱結合させて部分的に冷却する構造しか取り得ず、冷却効率が悪いという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述の問題点を解消し、光学部品の全面に直接当接させても光の通過に影響を及ぼすことなく該光学部品を効率良く冷却でき、液晶プロジェクション等の光学部品実装装置内の光学部品の効率的冷却に有用な熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールにおいて、前記基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を設け、前記未配列領域と、両側の基板における前記未配列領域に対応する領域との積層により前記透明領域が形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールにおいて、前記基板のうちの少なくともいずれか一方が透明部材により構成されると共に、両側の基板を通して光を通過させる光通過部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、両側の前記基板が透明部材から構成されると共に、前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を設け、前記未配列領域と、両側の基板における前記未配列領域に対応する透明領域との積層により前記光通過部が形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、一方の基板が透明部材から構成され、他方の基板が所定領域の打抜き部を有する非透明部材から構成されると共に、前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を前記打抜き部に対応して設け、一方の基板の前記打抜き部、前記未配列領域、他方の基板における前記未配列領域に対応する透明領域の積層により前記光通過部が形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、上記請求項１または３記載の発明において、前記透明部材は、サファイアガラスから成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、上記請求項１または３記載の発明において、前記透明部材は、表面にダイヤモンドを被覆したガラスから成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールを用いて光学部品実装装置に実装された光学部品を冷却する電子冷却装置において、前記熱電変換素子モジュールは、前記基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造を有し、前記熱電変換素子モジュールの冷却側基板の全面が前記光学部品に直接接合され、かつ、前記光学部品の光を通過する領域が当該モジュールの前記透明領域内に収まるように位置合わせされて成ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係わる熱電変換素子モジュール（以下、ペルチェモジュールと略称する）１０の構成を示す概念斜視構成図である。
【００１９】
このペルチェモジュール１０は、Ｎ型熱電変換素子（ペルチェ素子）１２ａとＰ型熱電変換素子（ペルチェ素子）１２ｂを縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板（電極板）１３ａと下側の接合板１３ｂとで電気的に直列接続となるよう相互に接合し、これらを上側の基板１０ａと下側の基板１０ｂ間に挟持せしめた構造を有する。
【００２０】
上側の各接合板１３ａと下側の各接合板１３ｂは、それぞれ、上側基板１１ａと下側基板１１ｂに対して熱伝結合されている。
【００２１】
また、下側の接合板１３ｂのうちの端部の２つは電源端子として共用され、それぞれ、リード線１４ａ，１４ｂが接続されている。
【００２２】
このペルチェモジュール１０において、上側基板１１ａと下側基板１１ｂは光学的に透明な部材（例えば、サファイアガラス）から構成されている。
【００２３】
また、上側基板１１ａと下側基板１１ｂとの間に挟持される熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、当該基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分（熱電変換素子未配列領域１５：この例では四角形）には未配列となっている。
【００２４】
このように、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを透明部材で構成したペルチェモジュール１０によれば、上述した熱電変換素子未配列領域１５と上下両側の基板１１ａ，１１ｂにおける熱電変換素子未配列領域１５に対応する透明領域とが光通過窓として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【００２５】
つまり、本発明に係わるペルチェモジュール１０は、熱電変換素子１２ａ，１２ｂを挟持する上下の基板１１ａ，１１ｂを通して光を通過させる光通過部（熱電変換素子未配列領域１５によって規定される）を有するものである。
【００２６】
言い換えれば、このペルチェモジュール１０は、モジュール全体として、両側の基板１１ａ，１１ｂを通して光学的に透明な領域（光通過部）が形成された構造を有するものである。
【００２７】
このペルチェモジュール１０に対して、図示しない直流電源からリード線１４ａ，１４ｂを介してＮ型からＰ型の方向に直流電流を流すと、上側の接合板１３ａは冷却してこれに熱伝結合される上側基板１１ａを介して周囲から熱を奪い、下側の接合板１３ｂは発熱してこれに熱伝結合される下側基板１１ｂを介して周囲に熱を放出するように動作する。
【００２８】
つまり、上記給電パターンの際には、上側基板１１ａが冷却側基板として機能し、下側基板１１ｂが発熱側基板として機能する。
【００２９】
この場合、上側基板１１ａを対象物に当接配置したうえで、上記給電パターンで直流電源を供給することで、当該冷却側基板１１ａを介して上記対象物を冷却することができる。
【００３０】
なお、このペルチェモジュール１０では、上記とは逆の給電パターンにより、Ｐ型からＮ型の方向に直流電流を流すと、下側基板１１ｂが冷却側基板として機能し、上側基板１１ａが発熱側基板として機能する。
【００３１】
次に、本発明に係わるペルチェモジュール１０の実施例について説明する。
【００３２】
第１の実施例：
図２は、第１の実施例に係わるペルチェモジュール１０Ａの構造を示す図であり、特に、同図（ａ）は上面図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面図を示している。
【００３３】
なお、図２において、熱電変換素子１２（１２ａ，１２ｂ）間を電気的に直列に接続せしめる上側接合板１３ａ，下側接合板１３ｂについては、説明の便宜上、図示を省略している。
【００３４】
このペルチェジュール１０Ａにおいて、上側の基板１１ａと下側の基板１１ｂとの間にＮ型熱電変換素子１２ａとＰ型熱電変換素子１２ｂを縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板１３ａ（図示せず）と下側の接合板１３ｂ（図示せず）とで電気的に直列接続となるよう相互に接合した点は、図１に示したペルチェモジュール１０と同様である。
【００３５】
このペルチェモジュール１０Ａにおいて、上側の基板１１ａ及び下側の基板１１ｂは、共に、サファイアガラスによって構成される。
【００３６】
また、上側基板１１ａと下側基板１１ｂとの間に挟持される熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、当該基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分（熱電変換素子未配列領域１５：この例では四角形）には未配列となっている。
【００３７】
このように、上側基板１１ａと下側基板１１ｂをサファイアガラス（透明部材）で構成したペルチェモジュール１０Ａによれば、上述した熱電変換素子未配列領域１５と上下両側の基板１１ａ，１１ｂにおける熱電変換素子未配列領域１５に対応する透明領域との積層構造が光通過部として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【００３８】
このペルチェモジュール１０Ａに対して、図示しない直流電源からリード線１４ａ，１４ｂを介してＮ型からＰ型の方向に直流電流を流すことで、上側基板１１ａを冷却側基板として機能させ、下側基板１１ｂを発熱側基板として機能させることができる。
【００３９】
なお、上側基板１１ａと下側基板１１ｂは光学的に透明な部材であればサファイアガラスに限るものではなく、例えば、通常のガラスの表面にダイヤモンドを塗布を施したものを用いても良い。
【００４０】
第２の実施例：
図３は、第２の実施例に係わるペルチェモジュール１０Ｂの構造を示す図であり、特に、同図（ａ）は上面図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線による概念断面構成図を示している。
【００４１】
なお、図３において、熱電変換素子１２（１２ａ，１２ｂ）間を電気的に直列に接続せしめる上側接合板１３ａ，下側接合板１３ｂについては、説明の便宜上、図示を省略している。
【００４２】
このペルチェモジュール１０Ｂにおいて、上側の基板１１ａと下側の基板１１ｂとの間にＮ型熱電変換素子１２ａとＰ型熱電変子１２ｂを縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板１３ａ（図示せず）と下側の接合板１３ｂ（図示せず）とで電気的に直列接続となるよう相互に接合した点は、図１に示したペルチェモジュール１０と同様である。
【００４３】
このペルチェモジュール１０Ｂにおいて、例えば、下側の基板１１ｂは光学的に透明な部材、例えば、サファイアガラスによって構成されている。
【００４４】
一方、上側の基板１１ａは不透明な部材（セラミック等）から成る。但し、この上側の基板１１ａには、該基板１１ａの中央部分を例えば四角形に打抜いた打抜き部１１１ａが形成される。
【００４５】
また、上側基板１１ａと下側基板１１ｂとの間に挟持される熱電変換素子１２ａ，１２ｂは、当該基板１１ａ，１１ｂに沿った全体として四角形を成す領域内の外周部にのみ配列され、その中央部分、つまり上記打抜き部１１１ａに対応する領域（熱電変換素子未配列領域）には未配列となっている。
【００４６】
このように、上側基板１１ａに打抜き部１１１ａを設け、下側基板１１ｂを透明部材で構成したペルチェモジュール１０Ｂによれば、上側基板１１ａの打抜き部１１１ａ、熱電変換素子未配列領域、下側基板１１ｂにおける上記熱電変換素子未配列領域に対応する透明領域の積層構造が光を通過させる光通過部として機能し、上側基板１１ａと下側基板１１ｂを通して光を通過させることができる。
【００４７】
このペルチェモジュール１０Ｂに対して、図示しない直流電源からリード線１４ａ，１４ｂを介してＮ型からＰ型の方向に直流電流を流すことで、上側基板１１ａを冷却側基板として機能させ、下側基板１１ｂを発熱側基板として機能させることができる。
【００４８】
なお、この第２の実施例に係わるペルチェモジュール１０Ｂにおいては、上述した光通過部を持たせるという意味では、上側基板１１ａを透明部材で構成し、下側基板１１ｂに打抜き部１１１ｂを設けた構造としても良い。
【００４９】
上記第１及び第２の実施例に示したように、本発明に係わるサーモモジュール１０は、対向する基板毎に例えばその中央部分を通って光を通過させることのできる光通過窓（光通過部）を有するものであり、該光通過窓を利用することにより、電子冷却の分野で従来のペルチェモジュールには無い使い方が可能になる。
【００５０】
本発明に係わるペルチェモジュール１０の用途の一例として、例えば、透過型液晶プロジェクションの液晶パネルを冷却する電子冷却装置が考えられる。
【００５１】
図４は、本発明に係わるペルチェモジュール１０を適用して成る透過型液晶プロジェクションの光学部品群の構成を示す概念図である。
【００５２】
この液晶プロジェクションの光学部品群は、光源ランプ５１と投射レンズ５３との間に液晶パネル５２を配置して構成される。
【００５３】
この液晶プロジェクションでは、液晶パネル５２での画像表示中に、光源ランプ５１から出射された光を液晶パネル５２を通過させて投射レンズ５３に導き、該液晶パネル５２に表示中の画像を投射レンズ５３によって遠方の表示膜等に投射させるものである。
【００５４】
この液晶プロジェクションに組み込まれた液晶パネル５２は、光源ランプ５１から出射された光の一部が熱に変換して高温となるため、熱劣化を起こす。従って、この熱劣化を防止し、液晶パネル５２の性能を維持のためには、許容温度以下に保つように冷却することが必要となる。
【００５５】
図４において、１０Ｃは、液晶パネル５２の冷却を目的として付加されるペルチェモジュールである。なお、このペルチェモジュール１０Ｃは、図示ない電源回路や、制御回路等と共に、１つの電子冷却装置を形成している。
【００５６】
図４において、ペルチェモジュール１０Ｃは、例えば、第１の実施例に示したペルチェモジュール１０Ａ（図２参照）のように、上側（冷却側）基板１１ａと下側（放熱側）基板１１ｂがサファイアガラスで構成され、これら基板１１ａ，１１ｂ間の熱電変換素子未配列領域１５が光を通過させる光通過部として機能する構造を母体とし、更には、放熱側基板１１ｂの表面に放熱器２０ａ，２０ｂを付加して構成されるものである。
【００５７】
この例では、ペルチェモジュール１０Ｃはその上側基板（冷却側基板）１１ａの上面全体が液晶パネル５２の光入射側面側に直接密着接合されている。
【００５８】
その際、液晶パネル５２の表示領域とペルチェモジュール１０Ｃの光通過部との間に例えば図５に示すような位置決めが必要となる。
【００５９】
図５は、図４における液晶パネル５２とペルチェモジュール１０Ｃの位置関係を示す図であり、液晶パネル５２の表示領域５２１（光源ランプ５１からの光を通過させる必要のある領域）がペルチェモジュール１０Ｃの光通過部の光通過窓（熱電変換素子未配列領域１５）内に収まるように位置決めがなされている。
【００６０】
この位置決めによって、液晶パネル５２は、表示領域５２１内を通る光がペルチェモジュール１０Ｃの不透明部分により妨げられることがない状態で、その光入射側面の全面がペルチェモジュール１０Ｃの冷却側基板１１ａに直接当接されることになる。
【００６１】
この状態で、図示しないリード線１４ａ，１４ｂを通じて直流電源より適宜な極性で直流電流を流すと、冷却側基板１１ａが冷却されてこれに熱伝結合される液晶パネル５２から熱を奪い、発熱側基板１１ｂが発熱してこれに熱伝結合される放熱器２０ａ，２０ｂを介して周囲に熱を放出するように動作する。
【００６２】
この場合、液晶パネル５２はその光入射側面の全面がペルチェモジュール１０Ｃの冷却側基板１１ａに直接当接されているため、液晶パネル５２の端部にのみペルチェモジュールを当接していた従来の電子冷却装置に比べて、吸熱効率が増し、効率的な冷却が可能になる。
【００６３】
これによって、液晶パネル５２の熱劣化を防止し、性能維持を図ることができる。また、液晶パネル５２の熱劣化が防止されるため、従来以上に光源ランプ５１の光量を増やし、明るい画像を映し出すことができる。
【００６４】
なお、図４においては、ペルチェモジュール１０Ｃの冷却側基板１１ａを液晶パネル５２の光入射側面に当接させた構造を示したが、液晶パネル５２の光出射側面に当接させた構造としても良い。
【００６５】
また、ペルチェモジュール１０Ｃとして、第１の実施例に示したペルチェモジュール１０Ａを母体とする例を示したが、第２の実施例に示したペルチェモジュール１０Ｂを母体とするものを用いても良い。
【００６６】
この場合、ペルチェモジュール１０Ｂは、打抜き部１１１ａを有する基板１１ａ側または透明部材から構成される基板１１ｂのいずれかを冷却側基板として液晶パネル５２の光入射側面または光出射側面のいずれかに当接されるように配置可能である。
【００６７】
いずれの場合も、液晶パネル５２の表示領域５２１が光通過部の光通過窓（熱電変換素子未配列領域１５）内に収まるように位置決めがなされている必要があることは言うまでもない。
【００６８】
この他、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【００６９】
例えば、本発明に係わるペルチェモジュールにおいて、熱電変換素子を挟持して対向する両基板は、光通過窓に当る部分が、基板の中央部分のみならず、任意の位置に任意の形で設けられるものであっても良い。
【００７０】
また、本発明に係わるペルチェモジュールにおいて、両基板は、全面が透明でなくても少なくともその一部が透明であってその透明部分によって上述した光通過窓を実現し得るものであれば良い。
【００７１】
また、上記実施例では、本発明に係わる熱電変換素子モジュールを透過型液晶プロジェクションの液晶パネルの冷却に用いる例を挙げたが、該モジュールは、各種装置における透過型光学部品の冷却全般に適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱電変換素子モジュールは、基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造を有するものである。
かかる熱電変換素子モジュールによれば、該モジュールの冷却側基板の全面を冷却対象の光学部品に直接接合し、かつ、光学部品の光を通過する領域が当該モジュールの透明領域内に収まるように位置合わせして配置することによって、光学部品における光の通過を妨げることなく該光学部品の全面を効率的に冷却でき、当該光学部品の温度上昇による性能劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる熱電変換素子モジュール１０の構成を示す概念斜視構成図。
【図２】第１の実施例に係わるペルチェモジュールの構造を示す図。
【図３】第２の実施例に係わるペルチェモジュールの構造を示す図。
【図４】本発明に係わるペルチェモジュールを適用して成る透過型液晶プロジェクションの光学部品群の構成を示す概念図。
【図５】図４における液晶パネル５２とペルチェモジュール１０Ｃの位置関係を示す図。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ 熱電変換素子モジュール（ペルチェモジュール）
１１ａ，１１ｂ 基板
１１１ａ 打抜き部
１２ａ Ｎ型熱電変換素子
１２ｂ Ｐ型熱電変換素子
１３ａ 上側接合板
１３ｂ 下側接合板
１４ａ，１４ｂ リード線
１５ 熱電変換素子未配列領域
２０ａ，２０ｂ 放熱器
５１ 光源ランプ
５２ 液晶パネル
５２１ 表示領域
５３ 投射レンズ
Claims (8)
- 対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールにおいて、
前記基板が透明部材によって構成される
と共に、
モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造
を有することを特徴とする熱電変換素子モジュール。 - 前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を設け、
前記未配列領域と、両側の基板における前記未配列領域に対応する領域との積層により前記透明領域が形成される
ことを特徴とする熱電変換素子モジュール。 - 対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールにおいて、
前記基板のうちの少なくともいずれか一方が透明部材により構成される
と共に、
両側の基板を通して光を通過させる光通過部
を有することを特徴とする熱電変換素子モジュール。 - 両側の前記基板が透明部材から構成される
と共に、
前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を設け、
前記未配列領域と、両側の基板における前記未配列領域に対応する透明領域との積層により前記光通過部が形成される
ことを特徴とする請求項３記載の熱電変換素子モジュール。 - 一方の基板が透明部材から構成され、
他方の基板が所定領域の打抜き部を有する非透明部材から構成される
と共に、
前記基板間に前記熱電変換素子を配列しない未配列領域を前記打抜き部に対応して設け、
一方の基板の前記打抜き部、前記未配列領域、他方の基板における前記未配列領域に対応する透明領域の積層により前記光通過部が形成される
ことを特徴とする請求項３記載の熱電変換素子モジュール。 - 前記透明部材は、サファイアガラスから成ることを特徴とする請求項１または３記載の熱電変換素子モジュール。
- 前記透明部材は、表面にダイヤモンドを被覆したガラスから成ることを特徴とする請求項１または３記載の熱電変換素子モジュール。
- 対向する基板間にペルチェ効果を有する熱電変換素子を挟持して成る熱電変換素子モジュールを用いて光学部品実装装置に実装された光学部品を冷却する電子冷却装置において、
前記熱電変換素子モジュールは、
前記基板が透明部材によって構成されると共に、モジュール全体として、両側の基板を通して光学的に透明な領域が形成された構造
を有し、
前記熱電変換素子モジュールの冷却側基板の全面が前記光学部品に直接接合され、かつ、前記光学部品の光を通過する領域が当該モジュールの前記透明領域内に収まるように位置合わせされて成る
ことを特徴とする電子冷却装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003006002A JP2004221259A (ja) | 2003-01-14 | 2003-01-14 | 熱電変換素子モジュール及びこれを用いた電子冷却装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009066620A1 (ja) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Kelk Ltd. | 熱電モジュール |
| EP2506600B1 (en) * | 2011-04-01 | 2016-06-15 | Niraimathi Appavu Mariappan | Power supply for a hearing aid or hearing assistance system |
-
2003
- 2003-01-14 JP JP2003006002A patent/JP2004221259A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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