(57)【要約】【課題】冷却水を純水化して使用するＬＥＤ光源の冷却装置は、冷却水の循環経路に冷却水を備蓄するための冷却水タンクを備えており、ＬＥＤ光源の冷却装置の始動時や保守点検のとき冷却水タンクが空であるため、外部から純水を補給する必要があった。【解決手段】冷却水を備蓄するための冷却水タンク２、冷却水３を冷却するための冷凍機７、冷却水によって冷却されるＬＥＤ光源部５及びＬＥＤ光源５に冷却水が通過するように冷却水を循環させるポンプ４、冷却水が純水としての水質を維持するための純水化ユニット１５を備えたＬＥＤ光源の冷却装置において、純水化ユニット１５は、冷却水３の水質を維持するとともに、必要に応じて外部の水源から原水取り込み口１９を経由して原水を取得し、冷却水タンク２に純水化した冷却水３を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を備蓄するための冷却水タンク、冷却水を冷却するための冷凍機、冷却水によって冷却されるＬＥＤ光源部及び前記ＬＥＤ光源に冷却水が通過するように冷却水を循環させるポンプを備えるとともに、冷却水が純水としての水質を維持するための純水化ユニットを備えたＬＥＤ光源の冷却装置において、
前記純水化ユニットは、必要に応じて外部の水源から原水を取得し、前記冷却水タンクに純水化した冷却水を備蓄することが可能であることを特徴とするＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項２】
前記純水化ユニットは、純水化ユニットを通過させる水を取得する取水側が、冷却装置内部の冷却水を取り込む接続と装置外の原水を取り込む接続に切替可能であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却水は、導電率によって水質を管理することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源の冷却装置に関し、特に印刷機において、紫外線硬化タイプのインキ（以下「ＵＶインキ」という）の硬化に使用されるようなＬＥＤ光源の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷機で使用するインキは、硬化のタイプによっていくつかの種類がある。近年、特に注目され、発展しているのは、ＵＶインキである。ＵＶインキは、紫外線を照射すると、瞬時に硬化する。硬化に要する時間が短いため、他のタイプの印刷インキによる印刷に比較して印刷物の生産性が高い。
【０００３】
ＵＶインキを使用する印刷機は、紫外線の照射設備たる紫外線の光源を備える。古いタイプの紫外線の光源は、紫外線ランプを使用している。紫外線ランプは、大きな電力を必要とする。また紫外線ランプは、その紫外線の波長によってはオゾンを発生する。大きな電力を扱い、かつ発生したオゾンの処理を行うには、特別な設備が必要となる。
【０００４】
一方、近年では、紫外線の光源として紫外線ＬＥＤが普及しつつある。特許文献１に記載された印刷機は、紫外線の光源としてＬＥＤ光源を使用している。ＵＶインキを硬化させる目的で印刷機と組み合わせるＬＥＤ光源は、紫外線ランプに比べれば消費電力は少ない。それでも印刷機用のＬＥＤ光源は、通常の室内照明に使用されるようなＬＥＤ光源に比較すれば大きな電力のものが使用される。これは、ＵＶインキを短時間で確実に硬化させるのには、十分な光量が要求されるためである。
【０００５】
消費電力の大きなＬＥＤ光源は、大量の熱を発生する。ＬＥＤデバイスは、温度が高くなると寿命が短くなり、かつ効率も悪くなる。従って、ＬＥＤ光源に使用するＬＥＤデバイスは、できるだけ低い温度に維持することが望ましい。
【０００６】
ＬＥＤ光源に使用するＬＥＤデバイスを冷却する手段は、空気の流れを利用する空冷式、冷却水を利用する水冷式、ペルチェ素子などを利用する電子冷却式などいろいろなものが知られている。そのなかでも、水冷式は冷却効率が高い。冷却効率が高いと、光源及び冷却設備の両方を小型化することができる。特許文献２には、冷却水を使用したＬＥＤ光源の冷却装置の技術が記載されている。
【０００７】
特許文献２に示されたＬＥＤ光源の冷却装置は、特に冷却水として純水を使用する。すなわち、冷却水の循環経路は、冷却水を冷却する冷凍機、冷却水を備蓄する冷却水タンク、冷却水を送り出すポンプ、冷却対象となるＬＥＤ光源部を含んでおり、また運転中の冷却水たる純水の水質を維持するための純水化ユニットを含んでいる。純水は、所定の導電率に維持されている限り電気絶縁体としての性質を示す。そのため、冷却水が純水であれば、冷却水をＬＥＤデバイスに直接接触させることも可能である。
【０００８】
さらに、特許文献２に記載されたＬＥＤ光源の冷却装置は、冷却水を循環して使用する。そのため、蒸発など一部を除いて冷却水自体が消費されることはく、維持コストが安価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２０８４６３
【特許文献２】特開２００９−０６４９８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
冷却水を純水化して使用するＬＥＤ光源の冷却装置は、冷却水の循環経路に冷却水を備蓄するための冷却水タンクを備えている。ＬＥＤ光源の冷却装置の始動時や保守点検のときは冷却水タンクが空であるため、外部から純水を補給する必要があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ光源の冷却装置は、冷却水を備蓄するための冷却水タンク、冷却水を冷却するための冷凍機、冷却水によって冷却されるＬＥＤ光源部及び前記ＬＥＤ光源に冷却水が通過するように冷却水を循環させるポンプを備えるとともに、冷却水が純水としての水質を維持するための純水化ユニットを備えたＬＥＤ光源の冷却装置において、前記純水化ユニットは、冷却水の水質を維持するとともに、必要に応じて外部の水源から原水を取得し、前記冷却水タンクに純水化した冷却水を供給することが可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記純水化ユニットは、純水化ユニットを通過させる水を取得する取水側が、冷却装置内部の冷却水を取り込む接続と装置外の原水を取り込む接続に切替可能に構成されたＬＥＤ光源の冷却装置である。。
【００１３】
また、冷却水は、導電率によって水質を監視するように構成されたＬＥＤ光源の冷却装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるＬＥＤ光源の冷却装置は、冷却水として純水を使用し、冷却水の純水としての水質を維持するための純水化ユニットを備えるが、必要に応じてその純水化ユニットを外部から純水ではない原水を取得するときに原水を純水化して取り込むことができるようにした。そのため、ＬＥＤ光源の冷却装置の設置や保守のときに、別途純水が準備できない場合であっても、短時間で冷却水として使用する所定の量の純水を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】図２は、第２の実施の形態のブロック図である。
【図３】図３は、本発明を実施しない場合の冷却水の導電率の変化のグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態の全体のブロック図である。２は冷却水タンクである。３は冷却水である。冷却水タンク２は、所定の水温に維持された大量の冷却水を収容する。４はポンプである。５はＬＥＤ光源部である。ＬＥＤ光源部５には、ＬＥＤデバイスが取り付けられ、かつ冷却水の流路が設けられている。ポンプ４は、冷却水タンク２から冷却水３を吸出し、ＬＥＤ光源部に向けて送り出さす。７は冷凍機である。冷凍機７は、熱ポンプ８と熱交換器９を備えている。熱交換器９は、ＬＥＤ光源部５から送り出されてくる冷却水３を所定の温度に冷却し、冷却水タンク２に戻す。この冷却水タンク２に始まり、ポンプ４、ＬＥＤ光源部５及び冷凍機７を通り冷却水タンク２に戻る経路が、冷却水３の主経路である。冷却水３は、主経路において循環する。
【００１７】
１０は、保安フィルタである。保安フィルタ１０は、主経路の流路にあって、主経路に固形の不純物が混じればそれを除去する。保安フィルタ１０を設置することは必須ではないが、設置することが望ましい。１１、１２、１３はバルブである。バルブ１１、１２、１３は、配管の保守などで主経路を開閉するときに使用する。１４はバイパスバルブである。バイパスバルブ１４は、ＬＥＤ光源部５に流れる冷却水３をバイパスする。バイパスバルブ１４を開き、バルブ１１、１３を閉じれば、ＬＥＤ光源５を取り外した状態でも冷却水３を循環させることができる。
【００１８】
１５は純水化ユニットである。典型的な純水化ユニット１５は、活性炭フィルタ１６と、イオン交換樹脂１７を合わせたものである。１８は、純水ポンプである。１９は、原水取り込み口である。２０はボールタップである。純水ポンプ１８と純水化ユニット１５の間には、バルブ２１が設けられ、原水取り込み口１９と純水化ユニット１５の間には、バルブ２２が設けられている。２３は逆止弁である。逆止弁２３は、バルブ２２側から原水取り込み口１９側に向けて、水が逆流するのを防ぐ。
【００１９】
２４は、純水化ユニット１５と冷却水タンク２の間に設けたバルブである。２５は、純水化ユニット１５とボールタップ２０の間に設けたバルブである。バルブ２４、２５はともに純水化ユニット１５を通過した純水が通る。ボールタップ２０は、ボールフロート２６の位置によって自動開閉する自動タップである。２７は排水バルブであり、２９はオーバーフローチューブである。排水バルブ２７は、保守の目的などで冷却水タンク２から冷却水３を外部に排出するときに開く。オーバーフローチューブ２９は、冷却水タンク２の内部で自立したチューブである。オーバーフローチューブ２９は、冷却水３の水面がオーバーフローチューブを２９の高さを越えたときに、冷却水３を排水する。ボールタップ２０の口は、オーバーフローチューブ２９の高さより高い位置にある。ただし通常の動作状態では、オーバーフローチューブ２９が動作することはない。冷却水３の最大水面は、ボールフロート２６の作用によって、オーバーフローチューブ２９の高さよりも常に低くなっている。３３は、外部取水口であり、３２は取水口バルブである。バルブ２５を閉じ、バルブ３２を開けば、外部取水口３３から冷却水３を供給可能である。
【００２０】
以上の構成で動作を説明する。ＬＥＤ光源部５を冷却する冷却水３の経路は、ポンプ４に始まり、フィルタ１０と通り、ＬＥＤ光源部５を通り、冷凍機７を通り、冷却水タンク２に戻ってくる。冷却水３の水温と流量はＬＥＤ光源部５の発熱量で異なるが、ＬＥＤ光源部５は、頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すので、冷却水３の水温を下げて流量を少なくするよりも、冷却水３の水温を高めに設定し、流量を多くしたほうが好ましい。
【００２１】
すなわち、印刷機に使用するＬＥＤ光源は、印刷物の画線に合わせてＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことから、発熱と非発熱の状態が短時間で頻繁に切り替わる。この特性こそが、他の光源や発熱体との最も大きな違いである。そのため、ＬＥＤ光源の冷却効率をあげ、安定した温度に保つには、冷却水３の主経路の流量は大きくなるが、純水化ユニット１５を、主経路内に持つと、非常に大きな形状の純水化ユニット１５が必要となる。従って、純水化ユニット１５を小型化するには、冷却水３の主経路とは別の経路としなければならない。
【００２２】
なお、図１には明示的に記載はないが、冷却水３の循環経路にＬＥＤ光源部５を通過する流量を計測する流量センサ、ＬＥＤ光源部５の水圧を計測する圧力センサ、冷却水３の水温を計測する水温センサを設け、それらの計測結果によって冷凍機７及びポンプ４の制御を行うようにすることが望ましい。
【００２３】
一方、純水化ユニット１５を含む経路は、２つの動作形態がある。ひとつは、冷却水３を所定の純水の水質に維持する水質維持形態であり、他のひとつは、原水取り込み口１９から純水でない原水を受け入れて、純水である冷却水３を生成する純水生成形態である。なお、本発明の実施の形態において、純水と呼ぶ水及び純水でない原水と呼ぶ水は、導電率を管理している水を純水、導電率を管理していない水を原水とする。
【００２４】
水質維持形態では、バルブ２１、２４が開き、バルブ２２、２５を閉じ、かつ純水ポンプ１８を動作させる。そうすると、冷却水タンク２の冷却水３は、純水ポンプ１８によって循環する。３０は導電率計である。３１は導電率センサである。導電率計３０は、導電率センサ３１を介して、冷却水３の導電率を常時計測する。導電率計３０は、純水ポンプ１８を制御して、冷却水３の導電率を所定の範囲に維持する。導電率計３０は、例えば、冷却水３の導電率が、４．０μＳ／ｃｍを目標とし、２０．０μＳ／ｃｍよりも小さくできないときは、導電率異常の警報を出し、４．０μＳ／ｃｍよりも低くなれば純水ポンプ１８の動作を停止するような制御を行う。純水化ユニット１５を通過する冷却水３の流量と、ＬＥＤ光源５を通過する冷却水３の流量は直接関連性がない。純水化ユニット１５を通過する冷却水３の流量は、冷却水３の水質を維持できる流量であれば足り、通常の運転状態ではごくわずかの流量となる。純水の理論導電率は、０．０５５μＳ／ｃｍとされているが、本発明の実施の形態では、理論導電率に近づける必要はない。所定の電気絶縁が保たれれば足りる。むしろ、所定の電気絶縁が十分に保たれる範囲で、導電率を高めて管理するのが望ましい。この理由は、過剰に導電率を下げることを目標とすると、純水化ユニット１５に不必要に高度な性能が求められ、結果的にコストが上昇するためである。
【００２５】
一方、純水生成形態では、純水ポンプ１８を停止し、バルブ２１、２４を閉じ、バルブ２２、２５を開く。そして、原水取り込み口１９から原水を取り込む。そうすると、ボールタップ２０を介して、冷却水タンク２に、純水化された冷却水３が注入される。
【００２６】
なお、外部から冷却水タンク２に冷却水３を注入する必要があるのは、装置設置のとき、保守作業のとき、あるいは何らかの原因で冷却水３が大規模に汚損したときに限られる。純水生成形態を実行すると、純水化ユニット１５が疲弊するのは避けられない。そのため、外部から純水が供給可能であれば、純水生成形態を実行するのではなく、バルブ３２を開き、バルブ２５を閉じ、外部取水口３３から導電率が管理された純水を注入するのが望ましい。
【００２７】
図１に示した実施の形態の構成であれば、冷却水タンク２が空の状態で、冷却水タンク２を純水で満たそうとする場合に、まず非純水の原水を外部取水口３３から直接冷却水タンク２と取り込み、次に純水化装置を、バルブ２２、２５を閉じ、バルブ２１、２４を開き、純水ポンプ１８を動作させることもできる。ところが、この手順を実行すると、冷却水タンク２の中の冷却水３が、所定の導電率に達するには、非常に時間がかかる。しかも純水化ユニット１５の疲労度は、原水取り込み口１９を経由して原水を取得した場合と同じである。
【００２８】
図３は、本発明を実施しない場合の冷却水の導電率の変化のグラフである。すなわち、冷却水タンク２にまず純水でない原水を取り込み、次に純水化ユニット１５によって所定の導電率の純水を作ろうとした場合の導電率の変化を示したものである。図３において、縦軸Ｙは導電率（単位：μＳ／ｃｍ）、横軸は時間（単位：秒）である。水道水などを想定した原水の当初の導電率はＢであり、目標とする導電率はＡとする。時刻０から純水化ユニット１５を動作させると、当初は順調に導電率の低下がおこる。しかし、目標とする導電率Ａに近づくにつれて導電率はなかなか低下しなくなる。時刻Ｌは、導電率Ｙが目標に達した時刻を示している。これは、図１に示した純水化ユニット１５を通過する冷却水３が、冷却水タンク２の容量に比べて少ないので、目標とする導電率Ａに近づくに従って極端に純水化の効率が下がるためである。
【００２９】
しかし、図１に示した実施の形態において、原水取り込み口１９から原水を取り込み、純水化ユニット１５を通してから冷却水タンク２に冷却水３を供給するようにすると、開始から終了まで純水化の効率が変わらないので、短時間に冷却水タンク２に純水化した冷却水３を供給することが可能である。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施の形態である。図２における実施の形態では、図１と共通の部分は同じ記号をつけて、説明を省略する。
図２の実施の形態では、純水化ユニット１５の入り口側のバルブの接続先が異なる。バルブ３４は、ポンプ４の冷却水３の出口と純水化ユニット１５を接続する。この接続で、バルブ２２，２５を閉じ、バルブ３４、２４を開く。そうすると、ポンプ４からＬＥＤ光源５に至る冷却水３の主経路の一部の冷却水３が純水化ユニット１５を流れるようにすることができる。その結果、図１に示した実施の形態における純水ポンプ１８を省略することができる。また、図２の実施の形態のおける純水化ユニット１５を流れる冷却水の流量は、バルブ１１、３４、２４などの開度を調整することで、所定の範囲で可能である。この場合、導電率計３０によって、導電率を測定し、冷却水タンク２内の冷却水３が所定の導電率となるように純水化ユニット１５の流量を設定する。
【符号の説明】
【００３１】
２    冷却水タンク
３    冷却水
４    ポンプ
５    ＬＥＤ光源
７    冷凍機
１５  純水化ユニット
１８  純水化ポンプ
１９  原水取り込み口
２０  ボールタップ
２１、２２、２４、２５    バルブ
２９  オーバーフローチューブ
３１  導電率センサ
３２  導電率計
３３  外部取水口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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