(57)【要約】【課題】設置角度に関わらず高い冷却性能を維持することができる水冷式ＬＥＤ照明装置を提供すること。【解決手段】閉回路において循環ポンプ１７、リザーブタンク１８、水冷ジャケット１４、ラジエータ１５の順に冷却水を循環させてＬＥＤ光源ユニットを冷却する水冷式ＬＥＤ照明装置において、前記リザーブタンク１８の上下から第１及び第２の２本の冷却水配管（経路）２２，２３を導出させ、冷却水配管（第２の経路）２３を前記水冷ジャケット１４に接続するとともに、該冷却水配管２３の途中に前記冷却水配管（第１の経路）２２を接続し、前記水冷ジャケット１４から前記リザーブタンク１８への冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆止弁（逆流防止手段）２４，２５を冷却水配管２３，２２にそれぞれ設ける。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉回路において循環ポンプ、リザーブタンク、水冷ジャケット、ラジエータの順に冷却水を循環させてＬＥＤ光源ユニットを冷却する水冷式ＬＥＤ照明装置において、
前記リザーブタンクの上下から第１及び第２の２本の経路を導出させ、第２の経路を前記水冷ジャケットに接続するとともに、該第２の経路の途中に前記第１の経路を接続し、前記水冷ジャケットから前記リザーブタンクへの冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆流防止手段を前記第１及び第２の経路にそれぞれ設けたことを特徴とする水冷式ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記逆流防止手段を逆止弁で構成したことを特徴とする請求項１記載の水冷式ＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉回路を循環する冷却水によってＬＥＤ光源ユニットを強制水冷するようにした水冷式ＬＥＤ照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用前照灯や屋外照明灯等の照明装置としては、キセノンランプやナトリウムランプ等の大光量ランプを光源とするものから、長寿命で低消費電力のＬＥＤを光源とするものへの置き換えが進んでおり、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置に対しては更なる高出力化が望まれている。
【０００３】
ところで、現在普及しているキセノンランプは２００Ｗ〜２０００Ｗ程度の出力のものが多く、これに代わるＬＥＤ照明装置への投入電力も増加していく傾向にあり、最近では１つのＬＥＤ照明装置への投入電力が２００Ｗを超えるものも開発されてきている。
【０００４】
斯かるＬＥＤ照明装置の大電力化に伴ってＬＥＤ光源ユニットの発熱量も増加するため、温度によって寿命や出力が変化するＬＥＤ光源においては、温度をより低く安定して駆動するための冷却構造が重要な開発課題となっている。
【０００５】
そのため、例えば特許文献１には、ＬＥＤ実装基板を金属製の放熱固定板に金属製の放熱カバーによって押圧固定するとともに、該ＬＥＤ実装基板が固定された放熱固定板を透光性カバーと樹脂ケースによって形成された密閉空間内に配置し、放熱固定板には複数の放熱フィンを形成する構成が提案されている。
【０００６】
又、特許文献２には、光源としてのＬＥＤと、該ＬＥＤを空冷又は水冷可能なヒートシンクと、ＬＥＤを発光させるための電流を印加する発光回路と、照明装置が水中にあることを検出する水滴センサを備えた照明装置において、水滴センサによって当該照明装置が水中にないことが検出されると発光回路がＬＥＤに供給する電流を制限してＬＥＤの過熱を防ぎ、当該照明装置が水中にあることが検出されると発光回路がＬＥＤに高電流を供給して該ＬＥＤの発光輝度を高めるようにした構成が提案されている。
【０００７】
更に、近年では閉回路を循環する冷却水によってＬＥＤ光源ユニットを強制水冷する水冷式ＬＥＤ照明装置が提案されている。ここで、この水冷式ＬＥＤ照明装置の水冷ユニットのシステム構成を図１１に基づいて説明する。
【０００８】
図１１は従来の水冷式ＬＥＤ照明装置の水冷ユニットのシステム構成図であり、図示の水冷ユニット１０５は、閉回路に循環ポンプ１１７、リザーブタンク１１８、水冷ジャケット１１４及びラジエータ１１５を設けて構成されており、循環ポンプ１１７によって冷却水が閉回路を循環することによって不図示のＬＥＤ光源ユニットが強制水冷されてその温度上昇が抑えられる。
【０００９】
即ち、水冷ジャケット１１４には不図示のＬＥＤ光源ユニットが密着されており、循環ポンプ１１７から送り出された冷却水は、図１１に矢印にて示すようにリザーブタンク１１８を経て水冷ジャケット１１４へと導入され、水冷ジャケット１１４に密着されたＬＥＤ光源ユニットの冷却に供される。そして、ＬＥＤ光源ユニットの冷却によって温度が上昇した冷却水は、ラジエータ１１５に導入され、該ラジエータ１１５における放熱によって冷却された後に循環ポンプ１１７に吸引され、以後は以上と同様の作用を繰り返してＬＥＤ光源ユニットを連続的に冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２９９７００号公報
【特許文献２】特開２００３−０４７９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、図１１に示す水冷ユニット１０５の閉回路を循環する冷却水は、閉回路の容積に対して同量（満タン量）だけ封入されてはおらず、リザーブタンク１１７の上部に空気が存在する。又、閉回路の配管の一部はゴムホースで構成されているが、経年によりゴムホースから冷却水の一部が蒸発するため、空気層が占める割合が大きくなる。
【００１２】
而して、図１１に示すように不図示のＬＥＤ光源ユニットが密着された水冷ジャケット１１４が下向きに配置された状態でＬＥＤ照明装置が使用される場合、つまり、光照射方向が下向きである場合には、リザーブタンク１１８の上部に溜った空気が冷却水と共に閉回路を循環することはない。
【００１３】
他方、図１２に示すようにＬＥＤ照明装置の上下が逆にされて水冷ジャケット１１４が上向きに設置される場合、つまり、光照射方向が上向きである場合には、リザーブタンク１１８の上部に溜った空気が冷却水と共に閉回路を循環するため、冷却水だけが循環する図１１に示す状態よりも冷却性能が低下するという問題が発生する。実際には、ＬＥＤ照明装置をその照射方向が真下の状態から角度１６０°まで回しても冷却性能の低下は見られないが、それ以上の角度（最大１８０°）回すと冷却性能の低下が著しくなる。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、設置角度に関わらず高い冷却性能を維持することができる水冷式ＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、閉回路において循環ポンプ、リザーブタンク、水冷ジャケット、ラジエータの順に冷却水を循環させてＬＥＤ光源ユニットを冷却する水冷式ＬＥＤ照明装置において、前記リザーブタンクの上下から第１及び第２の２本の経路を導出させ、第２の経路を前記水冷ジャケットに接続するとともに、該第２の経路の途中に前記第１の経路を接続し、前記水冷ジャケットから前記リザーブタンクへの冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆流防止手段を前記第１及び第２の経路にそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記逆流防止手段を逆止弁で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば光照射方向が真下となる方向で水冷式ＬＥＤ照明装置が使用される場合、リザーブタンクにおいて気液分離された冷却水だけが第２の経路を通って水冷ジャケットへと導入され、リザーブタンクの上部に滞留する空気の第１の経路から水冷ジャケットへの流れ込みは第１の経路に設けられた逆流防止手段（逆止弁）によって阻止されるため、冷却水の循環経路に空気が混入することがなく、従来と同様に水冷ユニットに高い冷却性能が確保される。
【００１８】
又、上記状態から上下を逆にして光照射方向が真上となる方向で水冷式ＬＥＤ照明装置が使用される場合、リザーブタンクにおいて気液分離された冷却水だけが第１の経路を通って水冷ジャケットへと導入され、リザーブタンクの上部に滞留する空気の第２の経路から水冷ジャケットへの流れ込みは第２の経路に設けられた逆流防止手段（逆止弁）によって阻止されるため、冷却水の循環経路に空気が混入することがなく、水冷ユニットに高い冷却性能が確保される。
【００１９】
従って、水冷式ＬＥＤ照明装置の設置角度に関わらず、循環する冷却水への空気の混入を防いで常に高い冷却性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る水冷式ＬＥＤ照明装置の斜視図である。
【図２】図１の矢視Ａ方向の図である。
【図３】図１の矢視Ｂ方向の図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】本発明に係る水冷式ＬＥＤ照明装置の冷却ユニットの構成を示す正面図である。
【図６】図５の矢視Ｄ方向の図（左側面図）である。
【図７】図５の矢視Ｅ方向の図（右側面図）である。
【図８】図７の矢視Ｆ方向の図（背面図）である。
【図９】本発明に係る水冷式ＬＥＤ照明装置の光照射方向が下向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図である。
【図１０】本発明に係る水冷式ＬＥＤ照明装置の光照射方向が上向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図である。
【図１１】従来の水冷式ＬＥＤ照明装置の光照射方向が下向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図である。
【図１２】従来の水冷式ＬＥＤ照明装置の光照射方向が上向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る水冷式ＬＥＤ照明装置の斜視図、図２は図１の矢視Ａ方向の図、図３は図１の矢視Ｂ方向の図、図４は図３のＣ−Ｃ線断面図、図５は同水冷式ＬＥＤ照明装置の冷却ユニットの構成を示す正面図、図６は図５の矢視Ｄ方向の図（左側面図）、図７は図５の矢視Ｅ方向の図（右側面図）、図８は図７の矢視Ｆ方向の図（背面図）、図９は同水冷式ＬＥＤ照明装置の光照射方向が下向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図、図１０は同水冷式ＬＥＤ照明装置の光照射方向が上向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図である。
【００２３】
本発明に係る水冷式ＬＥＤ照明装置１は、図４に示すように、矩形ボックス状のハウジング２の内部にＬＥＤ光源ユニット３と制御回路ユニット４及び水冷ユニット５を組み込んで構成されている。尚、以下の説明における水冷式ＬＥＤ照明装置１の上下は図１に示す状態においてのものであって、該水冷式ＬＥＤ照明装置１の設置が必ずしも図１に示す状態でなされる訳ではない。
【００２４】
上記ハウジング２は、ＰＣ等の樹脂或いはアルミニウム等の金属で構成されており、図１に示すように、その周面には縦方向の長い複数のスリットから成る吸気口６が形成され、該吸気口６に対して軸直角方向の面、つまり、ＬＥＤ光源ユニット３からの光出射方向（図１の下方）とは逆方向（図１の上方）の端面である上面には、扇形の複数のスリットから成る排気口７が形成されている。そして、このハウジング２の下面は開口しており、この開口部には前記ＬＥＤ光源ユニット３が嵌め込まれて固定されている。
【００２５】
上記ＬＥＤ光源ユニット３は、図４に示すように、光源である不図示のＬＥＤを実装して成る複数（図示例では９枚）のメタル基板８と、これらのメタル基板８を取り付ける矩形プレート状のベース９及びハウジング２の下面開口部に嵌め込まれる矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズ１０を含んで構成されている。
【００２６】
本実施の形態では、ＬＥＤを実装して成る９枚のメタル基板８は縦横３列のマトリックス状に配置されており、これに対応してアルミダイキャスト製のベース９にもＬＥＤと同数の台座９ａ（図４参照）が縦横３列のマトリックス状に一体に突設されている。
【００２７】
又、前記制御回路ユニット４は、図４に示すように、下面が開口する矩形ボックス状の回路ケース１１の内部に各種電子部品が実装された不図示の回路基板を組み込み、回路ケース１１の下面開口部を矩形プレート状のカバー１２によって覆うことによって構成されている。ここで、回路ケース１１は熱伝導率の高いアルミダイキャスト等によって成形されており、その上面には放熱部を構成する多数の放熱ピン１３が一体に突設されている。
【００２８】
前記水冷ユニット５は、図４に示すように、熱交換器である水冷ジャケット１４と、該水冷ジャケット１４において受熱して温度が高くなった冷却水を外気（冷却風）との熱交換によって冷却するラジエータ１５と、該ラジエータ１５に冷却風を供給するファン１６と、冷却水を閉ループの循環経路内で循環させる循環ポンプ１７及び冷却水を貯留するリザーブタンク１８を備えており、ファン１６はラジエータ１５と対向してこれの上方に配置されている。
【００２９】
ところで、上記水冷ジャケット１４は、中空の矩形板状に成形されており、その内部には冷却水通路が形成されている。そして、この冷却ジャケット１４の背面側の右端上からは冷却水配管１９が略垂直上方に延び、その端部（上端）はラジエータ１５の背面側の右端部に接続されている。そして、ラジエータ１５の背面側の左端部からは冷却水配管２０が垂直下方へ延びた後に略直角に曲げられて水平に前方に向かって延び、その端部は循環ポンプ１７の上部の吸込側に接続されている。
【００３０】
又、循環ポンプ１７の上部の吐出側からは冷却水配管２１が背面側に向かって水平に延びた後、右側面視Ｕ字状に折り曲げられて斜め下方に延び（図７参照）、その端部はリザーブタンク１８の側部に接続されている。
【００３１】
而して、本実施の形態においては、リザーブタンク１８の前面側の上からは第１の経路を構成する冷却水配管２２が、又、リザーブタンク１８の背面側の下からはと第２の経路を構成する冷却水配管２３がそれぞれ導出しており、冷却水配管２３はリザーブタンク１８の下面から垂直下方に延び、その端部（下端）は水冷ジャケット１４の背面側の左端部上に接続されている。そして、この冷却水配管２３の途中には、水冷ジャケット１４からリザーブタンク１８への冷却水及び空気の逆流を阻止するための逆流防止手段としての逆止弁２４が設けられている。
【００３２】
又、冷却水配管２２は、リザーブタンク１８の上面から垂直上方に延びた後、逆Ｕ字状に折り曲げられて下方に向かい、循環ポンプ１７とリザーブタンク１８の間を背面側に向かって水平に延びた後、略直角に曲げられて垂直下方に延び、その端部（下端）は冷却水配管２３の水冷ジャケット１４と逆止弁２４との間に接続されている。そして、この冷却水配管２２の途中には、水冷ジャケット１４からリザーブタンク１８への冷却水及び空気の逆流を阻止するための逆流防止手段としての逆止弁２５（図９参照）が設けられている。
【００３３】
而して、本実施の形態では、図４に示すように、ハウジング２内の下部に水冷ジャケット１４が水平に配置されており、この水冷ジャケット１４を挟んでこれの上下に制御回路ユニット４とＬＥＤ光源ユニット３が配置されている。ここで、水冷ジャケット１４の下面側に配されたＬＥＤ光源ユニット３は、そのベース９が不図示の熱伝導シートを介して水冷ジャケット１４の下面に密着している。
【００３４】
又、制御回路ユニット４は、そのカバー１２が水冷ジャケット１４の上面に密着する状態で該水冷ジャケット１４の上面側に配置されている。尚、本実施の形態では、冷却水として水にプロピレングリコールを混合して成る不凍液が使用されている。
【００３５】
他方、図４に示すように、ハウジング２内の水冷ジャケット１４から所定距離だけ離間した上部の前記排気口７の近傍には前記ラジエータ１５とファン１６が配置されており、水冷ジャケット１４とラジエータ１５との間には空間部Ｓが形成されるとともに、ハウジング２の周壁内面に沿う風路Ｓ１が形成されている。そして、ハウジング２内の前記空間部Ｓに制御回路ユニット４と前記循環ポンプ１７及び前記リザーブタンク１８が配置されている。
【００３６】
ところで、水冷ユニット５の閉回路を循環する冷却水は、閉回路の容積に対して同量（満タン量）だけ封入されておらず、冷却水配管１９〜２３の一部はゴムホースで構成されているために経年によりゴムホースから冷却水の一部が蒸発するため、リザーブタンク１８において気液が分離され、図９に示すようにリザーブタンク１８の上部に空気が滞留する。
【００３７】
而して、以上のように構成された水冷式ＬＥＤ照明装置１が起動されてＬＥＤ光源ユニット３と制御回路ユニット４及び水冷ユニット５に電源が供給されると、ＬＥＤ光源ユニット３の複数（本実施の形態では９個）のＬＥＤが発光し、その光はレンズ１０を透過して図１の下方に向かって照射されることによって下方を照明するが、ＬＥＤ光源ユニット３の点灯制御は制御回路ユニット４によってなされ、駆動中においてＬＥＤ光源ユニット３のＬＥＤ及び制御回路ユニット４の各種電子部品（不図示）が発熱し、そのままではＬＥＤ光源ユニット３と制御回路ユニット４及びこれらを収容するハウジング２が過熱されてそれらの温度が上昇する。
【００３８】
然るに、本実施の形態では、水冷ユニット５が同時に駆動され、ＬＥＤ光源ユニット３と制御回路ユニット４は、水冷ユニット５の閉回路を図９の矢印方向に循環する冷却水によって強制水冷されてその温度上昇が抑えられるとともに、ファン１６によってハウジング２の吸気口６からハウジング２内に導入される冷却風の一部によってハウジング２が強制空冷されてその温度上昇が抑えられる。
【００３９】
即ち、循環ポンプ１７から吐出される冷却水は、冷却水配管２１を通ってリザーブタンク１８へと導入され、該リザーブタンク１８において気液が分離され、冷却水から分離された空気はリザーブタンク１８内の上部に滞留する。そして、本実施の形態ではリザーブタンク１８内の冷却水が冷却水配管２３を通って水冷ジャケット１４へと導入され、リザーブタンク１８の上部に滞留する空気の冷却水配管２２から水冷ジャケット１４への流れ込みは冷却水配管２２に設けられた逆止弁２５によって阻止されるため、水冷ジャケット１４へと導入される冷却水に空気が混入することがない。
【００４０】
而して、水冷ジャケット１４に導入された冷却水は、ＬＥＤ光源ユニット３及び制御回路ユニット４において発生する熱を受熱してＬＥＤ光源ユニット３及び制御回路ユニット４を冷却し、受熱して温度の高くなった冷却水は、冷却水配管１９を通ってラジエータ１５へと導入される。この場合、前述のように水冷ジャケット１４には冷却水のみが導入され、この冷却水に熱伝導率の低い空気が混入することがないため、水冷ジャケット１４において高い冷却性能が確保され、ＬＥＤ光源ユニット３及び制御回路ユニット４が効率良く冷却される。
【００４１】
他方、ファン１６が不図示のモータによって回転駆動されると、外気がハウジング２の周面に形成された吸気口６から冷却風としてハウジング２内に側方から吸引され、この冷却風の一部は、図４に矢印にて示すように、ハウジング２の周壁内面に沿って形成された風路Ｓ１を流れることによってハウジング２を強制空冷してその温度上昇を抑える。
【００４２】
又、ハウジング２内に導入された冷却風（ハウジング２を冷却した冷却風を含む）は、図４に矢印にて示すように、水冷ジャケット１４とラジエータ１５との間に形成された空間部Ｓを上方に向かって流れ、その過程でラジエータ１５を通過し、ハウジング２の上面に開口する排気口７から外部に排出される。そして、ラジエータ１５においては、ここを通過する冷却風によって冷却水の熱が外部に放熱されて該冷却水が冷却され、温度の下がった冷却液水は、冷却水配管２１を通って循環ポンプ１７に吸引される。
【００４３】
循環ポンプ１７に吸引された冷却水は、循環ポンプ１７によって昇圧された後に冷却水配管２１を通ってリザーブタンク１８へと送り出され、以後は前記と同様の作用（冷却サイクル）を繰り返してＬＥＤ光源ユニット３と制御回路ユニット４を強制水冷する。
【００４４】
他方、図１〜図９に示すように光照射方向が下向きとなるように設置して水冷式ＬＥＤ照明装置１が使用される状態から、図１０に示すように上下を逆にして光照射方向が上向きとなる方向に水冷式ＬＥＤ照明装置１が設置されて使用される場合、図１０に矢印にて冷却水の流れ方向を示すように、リザーブタンク１８において気液分離された冷却水だけが冷却水配管２２を通って上方の水冷ジャケット１４へと導入され、リザーブタンク１８の上部に滞留する空気の冷却水配管２３から水冷ジャケット１４への流れ込みは冷却水配管２３に設けられた逆止弁２４によって阻止される。このため、この場合も水冷ジャケット１４には冷却水のみが導入され、この冷却水に熱伝導率の低い空気が混入することがないため、水冷ジャケット１４において高い冷却性能が確保され、ＬＥＤ光源ユニット３及び制御回路ユニット４が効率良く冷却される。
【００４５】
従って、本実施の形態では、水冷式ＬＥＤ照明装置１の設置角度に関わらず、閉回路を循環する冷却水への空気の混入を防いで常に高い冷却性能を維持することができるという効果が得られる。
【００４６】
尚、以上の実施の形態では、水冷ジャケット１４からリザーブタンク１８への冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆流防止手段として逆止弁２４，２５を使用したが、逆流防止手段としては２つの経路のうちから冷却水を流すべき一方の経路を選択することができるものであれば他の任意のものを用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１          水冷式ＬＥＤ照明装置
２          ハウジング
３          ＬＥＤ光源ユニット
４          制御回路ユニット
５          水冷ユニット
６          吸気口
７          排気口
８          メタル基板
９          ベース
９ａ        ベースの台座
１０        レンズ
１１        回路ケース
１２        カバー
１３        放熱ピン
１４        水冷ジャケット
１５        ラジエータ
１６        ファン
１７        循環ポンプ
１８        リザーブタンク
１９〜２３  冷却水配管
２４，２５  逆止弁（逆流防止手段）
Ｓ          空間部
Ｓ１        風路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2012048870.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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