JP2004312986A - Exhaust heat utilizing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ランプの発熱を伴う電子機器等の排熱を利用して発電する排熱利用装置に関する。 The present invention relates to an exhaust heat utilization device that generates electricity by using exhaust heat of an electronic device or the like that generates heat from a lamp.
従来から、ペルチェ効果を利用して熱電気変換を行う熱電変換モジュールが加熱・冷却装置および発電装置等に用いられている。この熱電変換モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。 Conventionally, thermoelectric conversion modules that perform thermoelectric conversion using the Peltier effect have been used for heating / cooling devices, power generation devices, and the like. In this thermoelectric conversion module, a plurality of electrodes are formed at predetermined positions on opposing inner surfaces of a pair of insulating substrates, and upper and lower end surfaces of the thermoelectric element are soldered to the opposing electrodes, respectively. A plurality of thermoelectric elements are fixed between insulating substrates.
そして、この熱電変換モジュールは、例えば、二つの発熱体を有する電子機器の一方の発熱部に取り付けられて、発熱部の発熱により加熱される一方の絶縁基板と他方の絶縁基板との間の温度差によって生じる電力を利用して、冷却ファンを作動させることにより他方の電子機器の発熱部を冷却することができる(特許文献1参照)。
前述した従来の熱電変換モジュールでは、熱電変換モジュールが取り付けられる電子機器の発熱部が平面状に形成されていれば、熱電変換モジュールの一方の絶縁基板の全面が発熱部に接触して効率のよい熱伝導が行われる。しかしながら、発熱部がランプのように曲面の外周面を有するものである場合には、熱電変換モジュールの一方の絶縁基板の一部しか発熱部に接触することができず熱回収の効率が悪くなる。この結果、一方の絶縁基板と他方の絶縁基板との間の温度差を大きくすることができず熱電変換モジュールが発生する電力が小さなものになるという問題がある。 In the above-described conventional thermoelectric conversion module, if the heat-generating portion of the electronic device to which the thermoelectric conversion module is attached is formed in a planar shape, the entire surface of one of the insulating substrates of the thermoelectric conversion module comes into contact with the heat-generating portion to improve the efficiency. Heat conduction takes place. However, when the heat generating portion has a curved outer peripheral surface like a lamp, only a part of one of the insulating substrates of the thermoelectric conversion module can contact the heat generating portion, and the efficiency of heat recovery is deteriorated. . As a result, there is a problem that the temperature difference between one insulating substrate and the other insulating substrate cannot be increased, and the power generated by the thermoelectric conversion module becomes small.
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、ランプの放熱を効率よく利用することにより、より大きな電力を発生することのできる排熱利用装置を提供することである。 The present invention has been made to address the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a waste heat utilization device that can generate larger electric power by efficiently using the heat radiation of a lamp. .
上記の目的を達成するため、本発明にかかる排熱利用装置の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁体における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合させて構成した熱電変換モジュールをランプの外周面側に取り付けて、ランプの発熱により加熱される熱電素子の一方の絶縁体側の端部と他方の絶縁体側の端部との間に生じる温度差に応じて熱電変換モジュールが発生する電力を利用する排熱利用装置であって、一方の絶縁体とランプの外周面との間に吸熱部材を設けたことにある。 In order to achieve the above object, a structural feature of the exhaust heat utilization apparatus according to the present invention is such that an electrode is formed at a predetermined position on an opposed inner surface of a pair of insulators arranged to face each other, A thermoelectric conversion module configured by bonding the end faces of the thermoelectric elements to the outer peripheral side of the lamp is attached to one end of the thermoelectric element that is heated by the heat generated by the lamp and the other end of the thermoelectric element that is heated by the heat of the lamp. And a heat-absorbing device that uses electric power generated by the thermoelectric conversion module in accordance with a temperature difference generated between the insulator and the outer peripheral surface of the lamp.
このように構成した本発明の排熱利用装置においては、熱電変換モジュールにおけるランプ側に位置する一方の絶縁体とランプの外周面との間に吸熱部材を設けているため、ランプから吸熱部材への熱伝導および吸熱部材から一方の絶縁体への熱伝導が効率よく行われる。このため、ランプから一方の絶縁体への熱伝導が効率よく行われるようになり、熱電素子における一方の絶縁体側の端部と他方の絶縁体側の端部との間の温度差が大きくなる。この結果、熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。 In the exhaust heat utilization device of the present invention configured as described above, since the heat absorbing member is provided between one of the insulators located on the lamp side of the thermoelectric conversion module and the outer peripheral surface of the lamp, the heat absorbing member is moved from the lamp to the heat absorbing member. And heat conduction from the heat absorbing member to one of the insulators is efficiently performed. For this reason, heat is efficiently conducted from the lamp to one of the insulators, and the temperature difference between the one insulator-side end and the other insulator-side end of the thermoelectric element increases. As a result, the power generation amount of the thermoelectric conversion module increases.
この場合、吸熱部材におけるランプに対向する対向面を、ランプの外周面に沿った形状に形成するとともに、吸熱部材における一方の絶縁体に対向する対向面を、一方の絶縁体における吸熱部材との対向面に沿った形状に形成することができる。これによって、さらに、ランプから一方の絶縁体への熱伝導の効率が向上するようになり、熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。また、他方の絶縁体を冷却用のファン等で冷却して、一方の絶縁体と他方の絶縁体との間の温度差がより大きくなるようにすることが好ましい。これによって、熱電変換モジュールの発電量がさらに大きくなる。また、吸熱部材としては、熱伝導率が大きく加工しやすい材料を用いることが好ましい。 In this case, the facing surface of the heat absorbing member facing the lamp is formed in a shape along the outer peripheral surface of the lamp, and the facing surface of the heat absorbing member facing the one insulator is connected to the heat absorbing member of the one insulator. It can be formed in a shape along the facing surface. As a result, the efficiency of heat conduction from the lamp to one of the insulators is further improved, and the power generation amount of the thermoelectric conversion module is increased. Further, it is preferable that the other insulator is cooled by a cooling fan or the like so that the temperature difference between the one insulator and the other insulator becomes larger. This further increases the power generation amount of the thermoelectric conversion module. Further, as the heat absorbing member, it is preferable to use a material having high thermal conductivity and easy to process.
本発明にかかる排熱利用装置の他の構成上の特徴は、一方の絶縁体を薄膜で構成したことにある。これによると、一方の絶縁体の厚みが薄くなるため吸熱部材から熱電素子の端部への熱伝導を効率よく行えるようになりさらに熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。この場合、熱電変換モジュールを製造する際に、吸熱部材も熱電変換モジュールと一体的に形成することが好ましい。 Another structural feature of the exhaust heat utilization apparatus according to the present invention is that one of the insulators is formed of a thin film. According to this, since the thickness of one of the insulators is reduced, heat can be efficiently conducted from the heat absorbing member to the end of the thermoelectric element, and the amount of power generated by the thermoelectric conversion module increases. In this case, when manufacturing the thermoelectric conversion module, it is preferable that the heat absorbing member is also formed integrally with the thermoelectric conversion module.
本発明にかかる排熱利用装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材を構成する材料をアルミニウムまたは銅としたことにある。これによると、アルミニウムおよび銅の熱伝導率が高いため、ランプの放熱を吸熱部材が効率よく吸収でき、ランプから吸熱部材および吸熱部材から熱電変換モジュールへの効率のよい熱伝導が可能になる。また、アルミニウムを用いることにより排熱利用装置の軽量化が図れる。 Yet another structural feature of the exhaust heat utilization apparatus according to the present invention resides in that the material constituting the heat absorbing member is aluminum or copper. According to this, since the heat conductivity of aluminum and copper is high, the heat absorption member can efficiently absorb the heat radiation of the lamp, and efficient heat conduction from the lamp to the heat absorption member and from the heat absorption member to the thermoelectric conversion module becomes possible. Further, by using aluminum, the weight of the exhaust heat utilization device can be reduced.
本発明にかかる排熱利用装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材とランプの外周面との間に、耐熱性および高熱伝導性を有するグリース、カーボンまたは樹脂からなる熱抵抗低減層を設けたことにある。これによると、吸熱部材とランプの外周面との間の熱抵抗が低減して、ランプから吸熱部材への熱の伝導がさらに効率よく行える。 Yet another structural feature of the exhaust heat utilization apparatus according to the present invention is that a heat resistance reducing layer made of grease, carbon, or resin having heat resistance and high thermal conductivity is provided between the heat absorbing member and the outer peripheral surface of the lamp. It has been provided. According to this, the thermal resistance between the heat absorbing member and the outer peripheral surface of the lamp is reduced, and the heat can be more efficiently transmitted from the lamp to the heat absorbing member.
本発明にかかる排熱利用装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材におけるランプと一方の絶縁体との対向面を除く部分の所定箇所を断熱材で被覆したことにある。これによると、吸熱部材から一方の絶縁体に伝達されずに外部に放出される熱量が減少して効果的な熱伝導が行われるようになる。この結果、放熱を無駄にすることなく回収してより大きな電力を得ることができる。 Yet another structural feature of the exhaust heat utilization apparatus according to the present invention resides in that a predetermined portion of a heat absorbing member other than a surface facing the lamp and one of the insulators is covered with a heat insulating material. According to this, the amount of heat released from the heat absorbing member to the outside without being transmitted to one of the insulators is reduced, and effective heat conduction is performed. As a result, it is possible to recover the heat without wasting heat and obtain more electric power.
本発明にかかる排熱利用装置のさらに他の構成上の特徴は、排熱利用装置がプロジェクター装置であることにある。これによると、ランプの発熱を電力に変換し、この電力をランプの発光に利用したり、プロジェクター装置が備える他の装置の作動のために利用したりすることができる。 Yet another structural feature of the exhaust heat utilization device according to the present invention is that the exhaust heat utilization device is a projector device. According to this, the heat generated by the lamp can be converted into electric power, and this electric power can be used for light emission of the lamp or used for operation of another device provided in the projector device.
本発明にかかる排熱利用装置のさらに他の構成上の特徴は、画像を表示するための表示装置と表示装置の温度を調節するためのペルチェ素子とを備え、熱電変換モジュールが発生する電力をペルチェ素子に供給して、ペルチェ素子を作動させることにより表示装置の温度調節を行うようにしたことにある。これによると、熱電変換モジュールが発生する電力を表示装置の温度調節を行うためのペルチェ素子を作動させる電力として利用できるため、別途表示装置の温度調節をするための装置を作動させる電源を設ける必要がなくなる。また、この場合、表示装置をデジタルミラーデバイスを用いた装置で構成することができる。デジタルミラーデバイスは、ランプ光(光源)によっても加熱されるため、温度調節するためにも有効である。 Still another configuration feature of the exhaust heat utilization device according to the present invention includes a display device for displaying an image and a Peltier element for adjusting the temperature of the display device, and the power generated by the thermoelectric conversion module is provided. The temperature of the display device is adjusted by supplying the Peltier element and operating the Peltier element. According to this, since the power generated by the thermoelectric conversion module can be used as the power for operating the Peltier element for adjusting the temperature of the display device, it is necessary to separately provide a power supply for operating the device for adjusting the temperature of the display device. Disappears. In this case, the display device can be constituted by a device using a digital mirror device. Since the digital mirror device is also heated by lamp light (light source), it is effective for temperature control.
本発明にかかる排熱利用装置のさらに他の構成上の特徴は、熱電変換モジュールをランプの上方に配置したことにある。これによると、上方に向かって移動する熱を効果的に熱電変換モジュールに伝達させることができ、効率のよい発電が可能になる。また、この場合のランプの発光の向きは下方にしておくことが好ましい。これによると、ランプの外周面全体を上方に向けることができ、ランプの放熱を効率よく上方の熱電変換モジュールに伝達することができる。 Yet another structural feature of the exhaust heat utilization apparatus according to the present invention resides in that the thermoelectric conversion module is disposed above the lamp. According to this, the heat that moves upward can be effectively transmitted to the thermoelectric conversion module, and efficient power generation becomes possible. In this case, it is preferable that the direction of light emission of the lamp is downward. According to this, the entire outer peripheral surface of the lamp can be directed upward, and the heat radiation of the lamp can be efficiently transmitted to the upper thermoelectric conversion module.
この排熱利用装置をプロジェクター装置とした場合には、ランプを冷却するためのファンを設けなくて済むようになる。すなわち、プロジェクター装置においては、ランプを冷却するために、例えば、ランプの左右にファンを設置している。そして、一方のファンでランプ側に送風するとともに、他方のファンでランプ側を吸引する風を発生させ、ランプを挟んで一方から他方に向けて流れる風を発生させることによりランプを冷却している。 If the exhaust heat utilization device is a projector device, it is not necessary to provide a fan for cooling the lamp. That is, in the projector device, for example, fans are installed on the left and right sides of the lamp in order to cool the lamp. Then, while the one fan sends air to the lamp side, the other fan generates air for sucking the lamp side, and the lamp is cooled by generating air flowing from one side to the other across the lamp. .
しかしながら、この排熱利用装置をプロジェクター装置とした場合には、ランプの発熱が上方の吸熱部材に吸収されるため、冷却用のファンが不要になる。この結果、排熱利用装置の消費電力を低下させることができるとともに、排熱利用装置の小型化が可能になる。また、プロジェクター装置以外の装置においてもプロジェクター装置のファンと同様の目的でファンが設置されていれば、本発明の構成をとることによりそのファンを不要にすることができる。 However, if the exhaust heat utilization device is a projector device, the heat generated by the lamp is absorbed by the upper heat absorbing member, so that a cooling fan is not required. As a result, the power consumption of the exhaust heat utilization device can be reduced, and the exhaust heat utilization device can be downsized. Further, if a fan other than the projector device is provided with a fan for the same purpose as the fan of the projector device, the configuration of the present invention can eliminate the need for the fan.
また、本発明にかかる排熱利用装置では、ランプが発生する熱が上方に向かって伝達されるように、ランプの上部側部分に吸熱部材を配置し、その上部に熱電変換モジュールを配置することができる。例えば、ランプの発光の向きを水平方向にした場合には、ランプの上部側に吸熱部材や熱電変換モジュールを配置し、ランプの下部側には断熱材を設けることができる。これによっても熱電変換モジュールの効率のよい発電が可能になる。 Further, in the exhaust heat utilization device according to the present invention, a heat absorbing member is disposed on an upper side portion of the lamp, and a thermoelectric conversion module is disposed thereon, so that heat generated by the lamp is transmitted upward. Can be. For example, when the direction of light emission of the lamp is horizontal, a heat absorbing member or a thermoelectric conversion module can be arranged on the upper side of the lamp, and a heat insulating material can be provided on the lower side of the lamp. This also enables efficient power generation of the thermoelectric conversion module.
また、熱電変換モジュールの熱電素子は、ビスマスおよびアンチモンのうちの少なくとも一方と、テルルおよびセレンのうちの少なくとも一方とからなる材料で構成することが好ましい。これによると、両端部の温度差が大きくなる熱電素子を得ることができ、熱電変換モジュールの発電量も大きくなる。 Further, it is preferable that the thermoelectric element of the thermoelectric conversion module is made of a material composed of at least one of bismuth and antimony and at least one of tellurium and selenium. According to this, a thermoelectric element having a large temperature difference between both ends can be obtained, and the power generation amount of the thermoelectric conversion module also increases.
以下、本発明にかかる排熱利用装置の各実施形態を図面を用いて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態にかかる排熱利用装置としてのプロジェクター装置10を示している。プロジェクター装置10は、箱状の筺体11の内部にランプユニット20、レンズ12、電子回路基板13、バラストユニット14および冷却ファン15を収容して構成されている。
Hereinafter, embodiments of a waste heat utilization device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a
ランプユニット20は、図2に示したように、ランプ21、吸熱部材22、熱電変換モジュール23、放熱フィン24、冷却用のペルチェ素子25および表示装置としてのデジタルミラーデバイスからなる表示素子26を備えている。ランプ21の外周面を構成するレフからなる外壁部21aは、図3および図4に示したように正面が円形に形成された開口部に形成され、側面が後端部に近づくにしたがって細くなり後端部が閉塞された略ドーム状の形状のセラミックで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
そして、外壁部21aの正面の開口部には透明のガラス21bが設けられ、外壁部21aの内部における中央奥端部には光源21cが設けられている。光源21cは、超高圧水銀ランプからなり、点灯時には内部圧力が200気圧程度になり温度は1000℃程度に上昇する。また、その際、外壁部21aの温度は、220℃程度に上昇する。
A
吸熱部材22は、上面が平面状に形成され、下面がランプ21の外壁部21aに沿った曲面に形成されたタフピッチ銅製のブロック体で構成されている。そして、外壁部21aと吸熱部材22との境界面には、本発明の熱抵抗低減層としての放熱用グリース層22aが設けられている。この放熱用グリース層22aは、高耐熱性および高熱伝導性を有するシリコンからなっておりランプ21から吸熱部材22への熱伝導性を改善する。吸熱部材22を構成するタフピッチ銅の熱伝導率は、0.93であり、吸熱部材22は、放熱用グリース層22aを介して効率よく伝導されるランプ21の放熱の殆どを熱電変換モジュール23に伝導することができる。
The
熱電変換モジュール23は、図5および図6に示したように、下基板27aと上基板27bとからなる一対の絶縁基板を備えており、下基板27aの上面における所定部分に下部電極28aが取り付けられ、上基板27bの下面における所定部分に上部電極28bが取り付けられている。そして、チップからなる熱電素子23aが、それぞれ下端面を下部電極28aにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極28bにハンダ付けにより固定されて下基板27aと上基板27bとを一体的に連結している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
下部電極28aと上部電極28bとは、それぞれ熱電素子23aの略1個分に等しい距離をずらして取り付けられている。上基板27bの各上部電極28bには、それぞれ2個の熱電素子23aの上端面が接合されており、下基板27aの下部電極28aには、1個の熱電素子23aの下端面だけが接合されるものと、2個の熱電素子23aの下端面が接合されるものとがある。そして、1個の熱電素子23aの下端面だけが接合される下部電極28aは下基板27aの一方側の2箇所の角部に設けられ、その下部電極28aには、リード線29a,29bが取り付けられ外部に通電可能になっている。
The
下基板27aおよび上基板27bはアルミナからなる板で構成され、熱電素子23aは、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなるP型の素子とN型の素子とからなっている。また、この熱電素子23aは、下基板27aと上基板27bとの間で下部電極28aおよび上部電極28bを介して直列に接続されている。このように構成された熱電変換モジュール23は、吸熱部材22の上面に固定され、吸熱部材22を介してランプ21の発光により生じる放熱の一部が伝導される。そして、ランプ21からの放熱によって加熱される下基板27aと加熱されない上基板27bとの間に生じる温度差から電力を発生する。なお、プロジェクター装置10には、2個の熱電変換モジュール23が備わっている。
The
放熱フィン24は、アルミニウムからなるブロック体の上面に一定間隔で前後に貫通する複数の放熱溝24aを設けて構成され、熱電変換モジュール23の上基板27bの上面に固定されている。この放熱フィン24は、複数の放熱溝24aを設けて上面の表面積を大きくすることによって放熱性を向上させるようになっており、熱電変換モジュール23の上基板27b側の放熱量を多くする。これによって、熱電変換モジュール23の下基板27a側と上基板27b側との温度差が大きくなり、熱電変換モジュール23が発生する電力が大きくなる。
The
また、熱電変換モジュール23から延びるリード線29a,29bの端部はそれぞれ冷却用のペルチェ素子25に接続されている。このペルチェ素子25は、熱電変換モジュール23と同様の構成からなり、リード線29a,29bを介して熱電変換モジュール23から供給される電力を熱に変換することができる。本実施形態では、ペルチェ素子25は表示素子26を冷却するために用いられている。
The ends of the
表示素子26は、シリコン基板上に小さな金属ミラーを複数配列して構成され、入射光の反射方向をコントロールしながら入射光を反射しレンズ12を介して画像をスクリーン(図示せず)に投影する。また、表示素子26は、温度が高くなると正常な作動を行えなかったり、寿命が短くなったりするため、冷却する必要があり、この冷却をペルチェ素子25によって行っている。
The
筐体11内に設置された電子回路基板13には、導通回路がプリントされており、この導通回路によってプロジェクター装置10が備える各装置が電気的に接続されている。また、バラストユニット14は、安定器を備えており、プロジェクター装置10に供給される電力に関係なくランプ21に一定の電力を供給する。これによって、ランプ21は安定した発光を行う。冷却ファン15は、筐体11の所定箇所に設けられた複数の開口部(図示せず)にそれぞれ設けられ外部の空気を筐体11内に吸い込ませることにより筐体11内の各装置を冷却する。この冷却ファン15の一部は、熱電変換モジュール23に接続されて熱電変換モジュール23が発生する電力によって作動する。
A conductive circuit is printed on an
また、本実施形態に係るプロジェクター装置10は、前述した各装置の外に、プロジェクター装置10が備える各装置に電力を供給するための電源、各種のスイッチや操作ボタンおよび、例えばパソコンから画像データ、音声データ等を入力したり、他の機器に出力したりするための入出力端子等を備えている。
The
このように構成されたプロジェクター装置10を使用する際には、入出力端子にパソコン等の配線コードを接続してプロジェクター装置10にデータの入出力をできる状態にして、スイッチをオン状態にするとともに所定の操作ボタンを操作する。これによって、ランプ21が発光するとともに、表示素子26やプロジェクター装置10の各装置が作動して、レンズ12を介してスクリーンに所定の画像が映し出される。
When using the
この場合、ランプ21の発光による放熱や、表示素子26等の各装置からの放熱によって、筐体11内の温度は上昇するが、同時に冷却ファン15も作動して、筐体11内を空気の流れによって冷却する。その際、ランプ21における吸熱部材22と対向した面から放出される熱は、放熱用グリース層22aを介して吸熱部材22に吸収されたのちに熱電変換モジュール23の下基板27aに伝導される。
In this case, the temperature inside the
吸熱部材22の下面はランプ21の外壁部21aに沿った形状に形成されているとともに、外壁部21aと吸熱部材22との間には放熱用グリース層22aが設けられているためこの際の熱の伝導は、効率よく行われる。また、熱電変換モジュール23の上基板27bは、放熱フィン24による放熱によって冷却されるとともに、冷却ファン15から供給される空気流によって空冷される。
The lower surface of the
この結果、熱電素子23aにおける下基板27a側の端部と上基板27b側の端部との間には大きな温度差が生じ、この温度差に応じて熱電変換モジュール23は発電する。この熱電変換モジュール23が発生する電力の一部はペルチェ素子25に供給され、一部は冷却ファン15に供給され、ペルチェ素子25および冷却ファン15をそれぞれ作動させる。
As a result, a large temperature difference occurs between the end on the
ペルチェ素子25は、上述のとおり熱電変換モジュール23と同様の構成であるため、ここでは図5に示した熱電変換モジュール23を参照して説明する。熱電変換モジュール23で発生した電力は、リード線29a,29bを介して、ペルチェ素子25の上基板27b側で吸熱、下基板27a側で放熱が生じるように、すなわち、図5で示した熱電素子23aにおいて、キャリアが上基板27b側から下基板27a側へ移動するような向きに電圧がかかるように接続される。そして、ペルチェ素子25の上基板27bを表示素子26に接触させてペルチェ素子25を設置することにより、表示素子26を冷却することができる。これによって、表示素子26は適温に維持されて、良質の画質を生じさせるとともに、長寿命になる。また、熱電変換モジュール23の上下の方向は、P型の素子とN型の素子との配列に応じて適宜変更する。
Since the
このように、本実施形態に係るプロジェクター装置10では、熱電変換モジュール23とランプ21の外壁部21aとの間に熱伝導性に優れた吸熱部材22を設けている。そして、この吸熱部材22の下面はランプ21の外壁部21aに沿った形状に形成し、吸熱部材22の上面は平面に形成している。したがって、吸熱部材22の下面はランプ21の外壁部21aと広い面積で接することができ吸熱部材22の上面は熱電変換モジュール23の下基板27aと密着できる。
Thus, in the
さらに、外壁部21aと吸熱部材22との間には放熱用グリース層22aが設けられているため、ランプ21から吸熱部材22への熱伝導および吸熱部材22から下基板27aへの熱伝導が効率よく行われる。一方、上基板27bは放熱フィン24による放熱と、冷却ファン15による冷却とで低温に維持される。この結果、下基板27aと上基板27bとの間の温度差が大きくなり、熱電変換モジュール23が発生する電力が大きくなる。これによって、プロジェクター装置10が必要とする電力の一部をランプ21の放熱を利用して発生させた電力でまかなうことができ、プロジェクター装置10の電源からの消費電力を低減させることができる。
Further, since the heat
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態によるプロジェクター装置が備えるランプ31およびその周辺部分を示している。このプロジェクター装置では、吸熱部材32の側面にグラスウールからなる断熱材33が設けられている。このプロジェクター装置におけるそれ以外の部分の構成については前述したプロジェクター装置10と同一である。したがって、図示の同一部分に同一符号を記している。
(2nd Embodiment)
FIG. 7 shows a
このように構成したことにより、吸熱部材32の周面から放熱されて熱電変換モジュール23に伝導されない熱量が減少し、さらに効果的に熱電変換モジュール23への熱伝導が行われる。この結果、熱電変換モジュール23がより大きな電力を発生するようになる。このプロジェクター装置のそれ以外の作用効果については、前述したプロジェクター装置10と同様である。なお、図7に示した断熱材33は、吸熱部材32の側面だけに設けているが、この断熱材33は、吸熱部材32の露呈した表面すべてに設けることもできる。これによって、さらに効果的な熱伝導が行える。
With this configuration, the amount of heat that is dissipated from the peripheral surface of the
(第3実施形態)
図8および図9は、本発明の第3実施形態によるプロジェクター装置が備えるランプ41およびその周辺部分を示している。このプロジェクター装置では、吸熱部材42の中央にランプ41の外壁部41aを収容できる穴部42aが設けられて、吸熱部材42は後端部が細くなった筒状に形成されている。そして吸熱部材42の前部側の外周面には、一定の面積を有する平面部42bが8個設けられて、それぞれの平面部42bに熱電変換モジュール43が固定されている。
(Third embodiment)
FIGS. 8 and 9 show a
また、各熱電変換モジュール43にはそれぞれ放熱フィン44が取り付けられている。なお、このプロジェクター装置では、放熱用グリース層は設けられてなく、吸熱部材42は直接ランプ41の外壁部41aに取り付けられている。このプロジェクター装置におけるそれ以外の部分の構成については前述したプロジェクター装置10と同一である。したがって、図示の同一部分に同一符号を記している。
Further, a
このように構成したことにより、ランプ41の外壁部41aの略全面から放出される熱を吸熱部材42を介して、熱電変換モジュール43に伝導することができ、さらに効果的に熱電変換モジュール43への熱伝導が行われる。この結果、熱電変換モジュール43がより大きな電力を発生するようになる。このプロジェクター装置のそれ以外の作用効果については、前述したプロジェクター装置10と同様である。
With this configuration, heat released from substantially the entire
(第4実施形態)
また、本発明の第4実施形態として、熱電変換モジュールの下基板を、吸熱部材で構成し、この吸熱部材の上面に薄肉のアルミナ層からなる絶縁体を設けることもできる。これによると、ランプの外壁部と熱電素子の下端部との間の距離が短くなって、より効率のよい熱伝導が行える。
(Fourth embodiment)
Further, as a fourth embodiment of the present invention, the lower substrate of the thermoelectric conversion module may be constituted by a heat absorbing member, and an insulator made of a thin alumina layer may be provided on the upper surface of the heat absorbing member. According to this, the distance between the outer wall of the lamp and the lower end of the thermoelectric element is shortened, and more efficient heat conduction can be performed.
つぎに、図3および図4に示した吸熱部材22および放熱用グリース層22aを備えた装置を実施例1とし、吸熱部材および熱抵抗低減層の材質をそれぞれ変更した装置を実施例2〜7として準備するとともに、吸熱部材を設けず、グリースだけを用いてランプに直接熱電変換モジュールを取り付けた装置を比較例として準備して、それぞれの装置による発電量を比較した。その比較テストの結果を、下記の表1に示す。
Next, a device provided with the
この比較テストでは、ランプとしては消費電力が150Wの超高圧水銀ランプを使用し、熱電変換モジュールとしては、縦横のサイズがともに20mmで、高さが2mmのものを使用した。また冷却ファンとしては、消費電力が2Wのものを使用した。そして、実施例1〜7では、下部電極の温度を150℃に設定したときの下部電極と上部電極との間の温度差(熱電素子の下端部と上端部との温度差と等しい)と発電量を測定し、比較例では、下部電極の温度を80℃に設定して同様の測定を行った。この比較例では、ランプの排熱効率を考慮して安全のため(ランプの破損防止のため)下部電極の温度を80℃に設定した。 In this comparative test, an ultra-high pressure mercury lamp having a power consumption of 150 W was used as a lamp, and a thermoelectric conversion module having both a vertical and horizontal size of 20 mm and a height of 2 mm was used. A cooling fan having a power consumption of 2 W was used. In Examples 1 to 7, the temperature difference between the lower electrode and the upper electrode when the temperature of the lower electrode is set to 150 ° C. (equal to the temperature difference between the lower end and the upper end of the thermoelectric element) and the power generation In the comparative example, the same measurement was performed with the temperature of the lower electrode set to 80 ° C. In this comparative example, the temperature of the lower electrode was set to 80 ° C. for safety (to prevent damage to the lamp) in consideration of the heat exhaust efficiency of the lamp.
また、吸熱部材としては、実施例2,3では銅を用い、実施例4〜7ではアルミニウムを用いた。そして、熱抵抗低減層を構成する材料としては、実施例2がカーボン、実施例3が樹脂、実施例4がグリース、実施例5がカーボン、実施例6が樹脂をそれぞれ使用し、実施例7では熱抵抗低減層を設けなかった。その結果、表1に示したように、下部電極と上部電極との間の温度差ΔTは、実施例1〜7ではすべて100℃であった。また、発電量は、実施例1が5.4W、実施例2が5.3W、実施例3が5W、実施例4が5.1W、実施例5が5.1W、実施例6が4.7W、実施例7が4.2Wであった。また、比較例では、下部電極と上部電極との間の温度差ΔTは30℃で、発電量は0.7Wであった。 Further, as the heat absorbing member, copper was used in Examples 2 and 3, and aluminum was used in Examples 4 to 7. As the material constituting the thermal resistance reducing layer, Example 2 uses carbon, Example 3 uses resin, Example 4 uses grease, Example 5 uses carbon, and Example 6 uses resin. No thermal resistance reducing layer was provided. As a result, as shown in Table 1, the temperature difference ΔT between the lower electrode and the upper electrode was 100 ° C. in all of Examples 1 to 7. The power generation amounts of the first embodiment are 5.4 W, the second embodiment is 5.3 W, the third embodiment is 5 W, the fourth embodiment is 5.1 W, the fifth embodiment is 5.1 W, and the sixth embodiment is 5.4 W. 7W and Example 7 had 4.2W. In the comparative example, the temperature difference ΔT between the lower electrode and the upper electrode was 30 ° C., and the power generation was 0.7 W.
このように、実施例1〜7では、すべて比較例よりも大幅に発電量が多くなり良好な結果が得られた。また、実施例1〜7の中では、吸熱部材として、アルミニウムを用いた装置よりも銅を用いた装置の発電量が大きく、熱抵抗低減層の材料としては、グリース、カーボン、樹脂を用いた装置の順に良好な結果が得られ、熱抵抗低減層を用いなかった実施例7の発電量が最も小さかった。この結果から、銅からなる吸熱部材とグリースからなる熱抵抗低減層を用いた場合に最も大きな発電量を得ることができることがわかる。 As described above, in Examples 1 to 7, the amount of power generation was significantly larger than that of Comparative Example, and good results were obtained. In Examples 1 to 7, as a heat absorbing member, a power generation amount of a device using copper was larger than that of a device using aluminum, and grease, carbon, or resin was used as a material of a thermal resistance reduction layer. Good results were obtained in the order of the devices, and the power generation amount of Example 7 in which the thermal resistance reduction layer was not used was the smallest. From this result, it is understood that the largest power generation amount can be obtained when the heat absorbing member made of copper and the thermal resistance reducing layer made of grease are used.
(第5実施形態)
図10は、本発明の第5実施形態にかかる排熱利用装置としてのプロジェクター装置50の要部を示している。このプロジェクター装置50では、箱状の筐体56の内部に、ランプ51が下方に向けて設置されている。そして、ランプ51の上部に吸熱部材52が取り付けられ、吸熱部材52の上部に熱電変換モジュール53が取り付けられている。吸熱部材52は、上面が平面状に形成され、下面がランプ51の外壁部51aに沿った曲面からなる凹部に形成されたアルミニウム製のブロック体で構成されている。そして、吸熱部材52の凹部にランプ51の外壁部51aが固定されており、吸熱部材52の側面には、グラスウールからなる断熱材52aが取り付けられている。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows a main part of a
また、吸熱部材52の上面には、熱電変換モジュール23と同一の構成からなる熱電変換モジュール53が取り付けられ、その上部に放熱フィン24と同一の構成からなる放熱フィン54が取り付けられている。そして、放熱フィン24から所定間隔を保って冷却ファン55が設置されている。冷却ファン55は、筐体56の天井部に設けられており、外部の空気を筐体56内に吸引することにより、放熱フィン54を冷却して、熱電変換モジュール23の上下の温度差をより大きくする。
A
筐体56の正面における下部側部分には、開口部が設けられその開口部にレンズ57が取り付けられている。このレンズ57は、光軸が水平方向に延び、かつその光軸とランプ51の光軸とが互いに交差するように設置されている。そして、ランプ51の光軸とレンズ57の光軸とが交差する位置に反射ミラー58が傾斜角度を変更可能な状態で取り付けられている。また、筐体56の外部におけるレンズ57から所定間隔を保った位置に投影用のスクリーン59が設置されている。このプロジェクター装置50のそれ以外の部分の構成については、前述したプロジェクター装置10と同一である。
An opening is provided in a lower portion on the front surface of the
このように、プロジェクター装置50では、ランプ51を下方に向けるとともに、ランプ51の外壁部51a全体に接触させるようにして、ランプ51の上面に吸熱部材52を取り付けている。そして、吸熱部材52の上面に熱電変換モジュール53を取り付けている。したがって、ランプ51から放熱されて上昇しようとする熱を効率よく吸熱部材52で吸熱し、熱電変換モジュール53に伝達することができる。また、熱電変換モジュール53の上面は、放熱フィン54と冷却ファン55によって冷却される。このため、熱電変換モジュール53の下面と上面との温度差を大きくすることができ、熱電変換モジュール53の発電量が大きくなる。このプロジェクター装置50のそれ以外の作用効果については、前述したプロジェクター装置10等と同様である。
As described above, in the
つぎに、プロジェクター装置50が備える各装置のうち、図11に示したランプ51、吸熱部材52、断熱材52a、熱電変換モジュール53、放熱フィン54および冷却ファン55からなる装置を実施例8とし、実施例8の装置から熱電変換モジュール53等の取り付け位置を変更した図12に示した装置を実施例9とし、実施例8の装置からランプ51の発光方向を変更した図13に示した装置を実施例10として、それぞれの装置による発電量を比較した。
Next, among the devices included in the
実施例9の装置は、下方に向けたランプ51の外壁部51aの上面に吸熱部材52を取り付け、吸熱部材52の側面に熱電変換モジュール53を取り付けた。そして、横向きになった熱電変換モジュール53に放熱フィン54を取り付け、放熱フィン54から所定間隔を保って冷却ファン55を取り付けた。また、断熱材52aは、吸熱部材52の上面と側面における熱電変換モジュール53が取り付けられた部分以外の部分に設けた。
In the device of Example 9, the
実施例10の装置は、ランプ51の発光方向を水平にし、外壁部51aの後面に吸熱部材52を取り付けた。そして、吸熱部材52の上面に熱電変換モジュール53を取り付け、熱電変換モジュール53の上面に放熱フィン54を取り付けた。さらに、放熱フィン54から所定間隔を保って冷却ファン55を取り付けた。また、断熱材52aは、吸熱部材52の上面と前面以外の部分に設けた。なお、実施例8乃至10の装置すべてに、放熱用グリース層は設けなかった。実施例8乃至10の装置の発電量の比較テストの結果を、下記の表2に示す。
In the device of Example 10, the light emission direction of the
この比較テストでは、ランプとしては消費電力が150Wの超高圧水銀ランプを使用し、熱電変換モジュールとしては、縦横のサイズがともに40mmで、高さが3mmのものを使用した。また冷却ファンとしては、消費電力が2Wのものを使用した。そして、実施例8〜10では、上部電極(放熱側)の温度を50℃に設定したときの下部電極と上部電極との温度差ΔTと発電量を測定した。その結果、表2に示したように、下部電極と上部電極との間の温度差ΔTは、実施例8では150℃、実施例9では110℃、実施例10では130℃であった。また、発電量は、実施例8が4.1W、実施例9が2.3W、実施例10が3.2Wであった。 In this comparative test, an ultra-high pressure mercury lamp having a power consumption of 150 W was used as a lamp, and a thermoelectric conversion module having a length and width of 40 mm and a height of 3 mm was used as a thermoelectric conversion module. A cooling fan having a power consumption of 2 W was used. In Examples 8 to 10, the temperature difference ΔT between the lower electrode and the upper electrode and the amount of power generation when the temperature of the upper electrode (radiation side) was set to 50 ° C. were measured. As a result, as shown in Table 2, the temperature difference ΔT between the lower electrode and the upper electrode was 150 ° C. in Example 8, 110 ° C. in Example 9, and 130 ° C. in Example 10. The power generation amount was 4.1 W in Example 8, 2.3 W in Example 9, and 3.2 W in Example 10.
このように、ランプ51の発光方向を下方にし、ランプ51の上方に吸熱部材52や熱電変換モジュール53を設置した実施例8の装置が、他の装置よりも大きな発電量を発生した。ついで、ランプ51の発光方向を水平にし、ランプ51の上方に吸熱部材52や熱電変換モジュール53を設置した実施例9の装置が、大きな発電量を発生した。この結果から、大きな発電量を得るためには、ランプ51の上方に吸熱部材52や熱電変換モジュール53を設置することが好ましく、つぎに、ランプ51の発光方向を下方にして、ランプ51の放熱方向を上方にすることが好ましいことがわかる。
As described above, the device of Example 8 in which the light emitting direction of the
(第6実施形態)
図14は、本発明の第6実施形態にかかる排熱利用装置としてのプロジェクター装置60の概略を示している。このプロジェクター装置60では、箱状の筐体61の内部に、ランプ62が水平方向に向けて設置されている。そして、ランプ62の後部の下面に吸熱部材63が取り付けられ、吸熱部材63の下部に熱電変換モジュール64が取り付けられている。吸熱部材63は、上面がランプ62の後部の下面に沿った曲面に形成され、下面が平面に形成されたアルミニウム製のブロック体で構成されている。
(Sixth embodiment)
FIG. 14 schematically shows a
また、吸熱部材63の下面に取り付けられた熱電変換モジュール64の下面に放熱フィン65が取り付けられている。また、筐体61内におけるランプ62の下方には、表示ディスプレイ66が画面を外部に露出させて設けられ、表示ディスプレイ66の上面にペルチェ素子67が取り付けられている。このペルチェ素子67はリード線64aを介して熱電変換モジュール64に接続されており、熱電変換モジュール64から供給される電力を利用して表示ディスプレイ66を冷却する。このペルチェ素子67の上面にも放熱フィン68が取り付けられている。また、筐体61の内壁におけるランプ62の後方には、冷却ファン69が設けられている。
Further,
筐体61の下面には、開口部が設けられその開口部にレンズ71が取り付けられている。このレンズ71は、光軸が垂直方向に延び、かつその光軸とランプ62の光軸とが互いに交差するように設置されている。そして、ランプ62の光軸とレンズ71の光軸とが交差する位置に光学系装置72が取り付けられている。この光学系装置72は、複数のミラーからなる分離光学系72a、複数の液晶パネル72bおよび合成光学系72cからなっており、ランプ62からの投光で液晶パネル72bを照明し、液晶パネル72bの画像をレンズ71を介してスクリーン(図示せず)に投射する。
An opening is provided on the lower surface of the
また、このプロジェクター装置60は、外部装置に接続されてその外部装置から映像信号73を受信するためのインターフェース制御回路74、各種の信号処理することにより高画質化等の処理を実行する信号処理回路75および液晶パネル72bを作動させる液晶ドライブ回路76を備えている。さらに、電源回路77、冷却ファン69を作動させる温度調節ファンドライブ回路78およびランプ62を作動させるランプドライブ回路79も備えている。
The
このように、プロジェクター装置60では、ランプ62を水平方向に向けるとともに、吸熱部材63をランプ62の後部下面に取り付けている。そして、吸熱部材63の下面に熱電変換モジュール64を取り付けている。これによっても、液晶ディスプレイ66を冷却させるために十分な電力を、ペルチェ素子67に供給することができる。このプロジェクター装置60のそれ以外の作用効果については、前述したプロジェクター装置10等と同様である。
As described above, in the
また、本発明に係る排熱利用装置は前述した各実施形態に限定するものでなく適宜変更が可能である。例えば、前述した第1〜第3実施形態では、吸熱部材22,32,42をタフピッチ銅で構成したが、この吸熱部材を構成する材料としては無酸素銅でもよく、アルミニウムでもよい。アルミニウムを用いる場合には純アルミが好ましく、これによると熱伝導率を高くすることができるとともに、プロジェクター装置の軽量化が図れる。また、前述した第2および第5実施形態では、吸熱部材32,52を被覆する断熱材33,52aをグラスウールとしたがこの断熱材としてはグラスウールに限らず、ロックウールやその他の断熱材を用いることもできる。
Further, the exhaust heat utilization device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed. For example, in the above-described first to third embodiments, the
さらに、ランプ21の外壁部21aと吸熱部材22との境界面等に設けた放熱用グリース層に代えてカーボン層や樹脂層を設けることもできるし、この放熱用グリース層を設けなくてもよい。また、本発明の排熱利用装置は、プロジェクター装置に限るものでなく、ランプを使用し発熱する装置であればどのようなものでもよい。例えば、野外照明、屋内照明、自動車、バイク等のライトを備えた装置である。また、表示素子26としては、デジタルミラーデバイスに限らず液晶を用いたものでもよい。
Further, a carbon layer or a resin layer may be provided instead of the heat radiation grease layer provided on the boundary between the
10,50,60…プロジェクター装置、15,55…冷却ファン、20…ランプユニット、21,31,41,51,62…ランプ、21a,41a,51a…外壁部、22,32,42,52,63…吸熱部材、22a…放熱用グリース層、23,43,53,64…熱電変換モジュール、23a…熱電素子、24,44,54,65…放熱フィン、25,67…ペルチェ素子、26…表示素子、27a…下基板、27b…上基板、28a…下部電極、28b…上部電極、33,52a…断熱材、42a…穴部、42b…平面部。
10, 50, 60 ... projector device, 15, 55 ... cooling fan, 20 ... lamp unit, 21, 31, 41, 51, 62 ... lamp, 21a, 41a, 51a ... outer wall, 22, 32, 42, 52, 63: heat absorbing member, 22a: grease layer for heat radiation, 23, 43, 53, 64: thermoelectric conversion module, 23a: thermoelectric element, 24, 44, 54, 65: heat radiation fin, 25, 67: Peltier element, 26:
Claims (13)
The waste heat utilization according to any one of claims 1 to 12, wherein the thermoelectric element is made of a material including at least one of bismuth and antimony and at least one of tellurium and selenium. apparatus.
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