(57)【要約】      （修正有）【課題】真下を照明することができる沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】受熱部１４、放熱部１５及び循環経路を備えた沸騰冷却器４と、該沸騰冷却器４の放熱部１５に外気を供給する冷却ファンと、該冷却ファンと前記光源ユニット及び前記沸騰冷却器４を収容するハウジングと、を含んで構成される沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置において、前記沸騰冷却器４の受熱部１４と前記光源ユニットを水平に設置してこれらの垂直上方に前記沸騰冷却器４の放熱部１５を配置し、受熱部１４と放熱部１５とを略垂直に起立する第１及び第２のパイプ１６，１７で連結するとともに、第１のパイプ１６の前記受熱部１４への接続部１４ａを受熱部１４に向かって広がる錐形状とし、第２のパイプ１７を前記受熱部１５の平面部に接続する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを光源とする光源ユニットと、
該光源ユニットから受熱する受熱部、該受熱部で受熱した熱を外気に放熱する放熱部及び該放熱部と前記受熱部間において冷媒を循環させる循環経路を備えた沸騰冷却器と、
該沸騰冷却器の前記放熱部に外気を供給する冷却ファンと、
該冷却ファンと前記光源ユニット及び前記沸騰冷却器を収容するハウジングと、
を含んで構成される沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置において、
前記沸騰冷却器の受熱部と前記光源ユニットを水平に設置してこれらの垂直上方に前記沸騰冷却器の放熱部を配置し、受熱部と放熱部とを略垂直に起立する第１及び第２のパイプで連結するとともに、第１のパイプの前記受熱部への接続部を受熱部に向かって広がる錐形状とし、第２のパイプを前記受熱部の平面部に接続したことを特徴とする沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
各２本の前記第１及び第２のパイプを前記受熱部と前記放熱部の四隅に連結したことを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記循環経路に前記第１及び第２のパイプの下から１／２の高さまで満たす量の冷媒を封入したことを特徴とする請求項１又は２記載の沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の相変化によって高い冷却能力を発揮する沸騰冷却方式を採用する沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用前消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（発光ダイオード）を光源とするものへの置き換えが進んできており、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】
ところが、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光源に対しては、温度をより低く抑えるための冷却構造が望まれている。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１，２には水冷式ＬＥＤ照明装置が提案されている。この水冷式ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤを光源とする光源ユニットと、該ＬＥＤ光源ユニットからの熱を冷却液に受熱させる水冷ジャケットと、該水冷ジャケットにおいて受熱して温度が高くなった冷却液を放熱によって冷却するラジエータと冷却ファンと、冷却液を循環させる循環ポンプを含んで構成されている。
【０００６】
ところが、特許文献１，２において提案された水冷式ＬＥＤ照明装置においては、機械的な動作部品である循環ポンプを使用するため、長期的な信頼性に欠け、電力を消費するという問題がある。又、水冷ジャケット内を循環する冷却液の経路によって、特に冷却液の入口と出口とで大きな温度差を生じる場合があり、複数のＬＥＤを配列して成る光源ユニット全体の温度が不均一となり、ＬＥＤの発光効率と寿命にバラツキが生じ易いという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献３には、冷媒の相変化によって高い冷却能力を発揮する沸騰冷却方式を採用した沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置が提案されている。この沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置は、光源ユニットと沸騰冷却器及び冷却ファンを含んで構成されており、沸騰冷却器は、エバポレータとして機能する受熱部と、コンデンサとして機能する放熱部と、該放熱部と前記受熱部間において冷媒を循環させる循環経路を含んで構成されている。
【０００８】
この沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置によれば、沸騰冷却器の受熱部において光源ユニットと冷媒との温度差による通常の熱伝導に加えて、冷媒が蒸発（沸騰）して気化するときの蒸発潜熱が光源ユニットから奪われるため、光源ユニットが効率良く冷却される。尚、沸騰冷却器の受熱部において蒸発して気化した冷媒は、気泡となって上昇し、気泡のポンプ効果によって受熱部内の液冷媒を放熱部へと押し出すため、循環経路には冷媒の循環流が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２５１１１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１１１６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１３６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２，３において提案された沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置においては、冷媒が重力を利用して循環するため、光源ユニットとこれに密着される受熱部を鉛直方向に配置し、これらの上部に放熱部を配置する構成が採られている。このため、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の発光方向が水平方向に限定され、発光方向を真下にして使用したいという要望に応えることができないという問題があった。
【００１１】
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、真下を照明することができる沸騰冷却式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】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
ＬＥＤを光源とする光源ユニットと、
該光源ユニットから受熱する受熱部、該受熱部で受熱した熱を外気に放熱する放熱部及び該放熱部と前記受熱部間において冷媒を循環させる循環経路を備えた沸騰冷却器と、
該沸騰冷却器の前記放熱部に外気を供給する冷却ファンと、
該冷却ファンと前記光源ユニット及び前記沸騰冷却器を収容するハウジングと、
を含んで構成される沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置において、
前記沸騰冷却器の受熱部と前記光源ユニットを水平に設置してこれらの垂直上方に前記沸騰冷却器の放熱部を配置し、受熱部と放熱部とを略垂直に起立する第１及び第２のパイプで連結するとともに、第１のパイプの前記受熱部への接続部を受熱部に向かって広がる錐形状とし、第２のパイプを前記受熱部の平面部に接続したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、各２本の前記第１及び第２のパイプを前記受熱部と前記放熱部の四隅に連結したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記循環経路に前記第１及び第２のパイプの下から１／２の高さまで満たす量の冷媒を封入したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、光源ユニットからの光の照射方向を下向きにするために光源ユニットとこれに密着する沸騰冷却器の受熱部を水平に設置しても、受熱部における光源ユニットからの受熱によって蒸発（沸騰）して気化したガス冷媒は、受熱部に対して錐形状の接続部によって接続された第１のパイプ内を気泡となって上昇して沸騰冷却器の放熱部に流れ込む。そして、ガス冷媒は、放熱部において外気との熱交換によって冷却されて液化し、比重の大きな液冷媒は、自重によって第２のパイプを通って受熱部へと流れ込む。従って、冷媒は気化と液化の相変化を繰り返しながら受熱部と放熱部及び第１及び第２のパイプを含む循環経路を循環し、受熱部における冷媒の蒸発に伴う蒸発潜熱が光源ユニットから奪われるため、光源ユニットが効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられる。従って、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置をその光出射方向が下向きとなる用途に供することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、各２本の第１及び第２のパイプを受熱部と放熱部の四隅に連結したため、光源ユニットと受熱部の垂直上方に配される放熱部を計４本のパイプによってバランス良く水平に保持することができ、相変化を繰り返す冷媒を各２本の第１及び第２のパイプを通して循環させることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、冷媒が第１及び第２のパイプの下から１／２の高さまで満たされるため、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置を鉛直方向に対して最大４０°の角度まで傾けても冷媒を循環させることができ、冷媒による光源ユニットの冷却機能を維持することができて当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の用途が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置を斜め下方から見た斜視図である。
【図２】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の平面図である。
【図３】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の光源ユニットの底面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置のハウジングを取り外した状態を斜め下方から見た斜視図である。
【図７】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の沸騰冷却器の斜視図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】図８のＥ−Ｅ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置を斜め下方から見た斜視図、図２は同沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の平面図、図３は同沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の光源ユニットの底面図、図４は３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は同沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置のハウジングを取り外した状態を斜め下方から見た斜視図である。
【００２１】
図１及び図２に示す沸騰冷却式ＬＥＤ証明装置１は、一端（下面）が開口する矩形ボックス状のハウジング２の内部に、図３〜図５に示す光源ユニット３、図６に示す沸騰冷却器４及び冷却ファン５を収容して構成されている。
【００２２】
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、その下面には前記光源ユニット３が嵌め込まれている。又、ハウジング２の側面には図１に示すようにスリット状の吸気口６が形成され、同ハウジング２の上面には図２に示すように同心円状の複数の環状スリットによって構成される排気口７が形成されている。
【００２３】
前記光源ユニット３は、図５に示すように、光源である複数のＬＥＤ８とこれらのＬＥＤ８をマトリックス状に実装する基板９、ＬＥＤ８から出射される光を制御する光学レンズ１０、基板９と光学レンズ１０を固定するベース部材１１、基板９や光学レンズ１０を下方から覆うようにその周囲がベース部材１１に嵌め込まれて固定される透明なアウタレンズ１２及び給電用の不図示のコネクタ・ハーネスによって構成されている。尚、基板９とベース部材１１との間に熱伝導性の高いグリスやシートを挟み込んで基板９からの熱がベース部材１１に効率良く伝導するようにしても良い。又、アウタレンズ１２をホットメルトやゴム製パッキンを介してベース部材１１に固定することによって光源ユニット３の防水性や防滴性を高めることができる。更に、光学レンズ１０とアウタレンズ１２を一体に構成することもできる。
【００２４】
前記沸騰冷却器４は、図６に示すように一対のフレーム１３の下端に水平に取り付けられたエバポレータとしての受熱部１４と、該受熱部１４の垂直上方の前記フレーム１３の上端に水平に固定されたコンデンサとしての放熱部１５と、該放熱部１５と前記受熱部１４間において冷媒を循環させる循環経路を含んで構成されており、循環経路の一部は受熱部１４と放熱部１５とを連結する各２本の第１及び第２のパイプ１６，１７によって構成されている。そして、放熱部１５の下面に密着するように前記冷却ファン５が配置されている(図６参照)。
【００２５】
ここで、沸騰冷却器４の構成の詳細を図７〜図１０に基づいて以下に説明する。
【００２６】
図７は沸騰冷却器の斜視図、図８は図７のＣ−Ｃ線断面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図、図１０は図８のＥ−Ｅ線断面図であり、沸騰冷却器４の受熱部１４は、ジャケット構造を有する扁平な矩形の中空プレートによって構成されており、その内部には冷媒が収容されている。尚、冷媒としては代替フロンであるフルオロカーボンやフルオロケトン、代替フロン以外の一般的なエチレングリコールやプロピレングリコール等が使用され、沸騰冷却器４の製造時（冷媒の充填時）に内圧を調整することによって該冷媒の沸点がコントロールされる。
【００２７】
而して、受熱部１４は、その下面が前記光源ユニット３のベース部材１１（図３及び図４参照）の上面に密着するよう光源ユニット３の上部に水平に配置されている。尚、光源ユニット３のベース部材１１と受熱部１４との間に熱伝導性の高いグリスやシートを挟み込んでベース部材１１からの熱が受熱部１４に効率良く伝導するようにしても良い。
【００２８】
上記受熱部１４の垂直上方に配された前記放熱部１５は、多数の冷却フィンが形成されたラジエータ構造として矩形に構成されており、この放熱部１５と受熱部１４とは、受熱部１４の四隅から垂直に起立する各２本の第１及び第２のパイプ１６，１７によって互いに連結されている。ここで、図９に示すように、受熱部１４の上面の一端部（図８の右端部）の隅部２箇所には、上方に向かって細くなる（下方に向かって広がる）円錐状（テーパ状）の接続部１４ａがそれぞれ一体に立設されており、これらの接続部１４ａには第１のパイプ１６の各下端がそれぞれ接続され、該第１のパイプ１６の各上端は放熱部１５の下面にそれぞれ接続されている。
【００２９】
又、図１０に示すように、受熱部１４の上面の他端部（図８の左端部）の隅部２箇所の平面部には第２のパイプ１７の各下端がそれぞれ接続され、該第２のパイプ１７の各上端は放熱部１５の下面にそれぞれ接続されている。尚、本実施の形態では、第１のパイプ１６と第２のパイプ１７には同径のパイプが使用されている。
【００３０】
そして、本実施の形態においては、第１及び第２のパイプ１６，１７と受熱部１４及び放熱部１５を含む循環経路には、第１及び第２のパイプ１６，１７の下から１／２の高さまで満たす量の冷媒が封入されている。尚、本実施の形態に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１には、ＬＥＤ８を点灯制御するための不図示のＬＥＤ駆動回路が設けられているが、このＬＥＤ駆動回路はハウジング２内の沸騰冷却器４の受熱部１４の上部に密着するよう配置され、或いはハウジング２の外に配置されている。又、本実施の形態では、冷却ファン５を沸騰冷却器４の放熱部１５の下部に配置したが、ハウジング２内の受熱部１４と放熱部１５との間の中間高さ位置に配置しても良い。
【００３１】
而して、以上のように構成された沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１が起動されて光源ユニット３と不図示のＬＥＤ駆動回路及び冷却ファン５に電源が供給されると、光源である複数のＬＥＤ８が発光するが、その光は光学レンズ１０によって配光蛾制御された後にアウタレンズ１２を透過して真下に向かって照射され、下方の照明に供される。ここで、光源ユニット３のＬＥＤ８の点灯制御はＬＥＤ駆動回路によってなされ、駆動中の光源ユニット３のＬＥＤ８が発熱し、そのままでは光源ユニット３とこれを収容するハウジング２が加熱されてそれらの温度が上昇する。
【００３２】
然るに、本実施の形態に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１においては、沸騰冷却器４によって光源ユニット３が強制冷却されてその温度上昇が低く抑えられるとともに、冷却ファン５によってハウジング２の吸気口６からハウジング２内に吸引される外気によってハウジング２内が強制空冷されてその温度上昇が低く抑えられる。
【００３３】
即ち、沸騰冷却器４の受熱部１４においては、光源ユニット３と冷媒との温度差による通常の熱伝導に加えて、冷媒が蒸発して気化するときの蒸発潜熱が光源ユニット３から奪われるため、該光源ユニット３が効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられる。尚、ＬＥＤ８から発生した熱は、基板９からベース部材１１を経て受熱部１４へと伝導する。
【００３４】
そして、沸騰冷却器４の受熱部１４において蒸発して気化したガス冷媒は、受熱部１４の上面に形成された円錐状の接続部１４ａへと回収され、この接続部１４ａに接続された２本の第１のパイプ１６内を気泡となって上昇して放熱部１５へと流れ込む。
【００３５】
放熱部１５においては、冷却ファン５によってハウジング２の吸気口６からハウジング２内へと吸引されてハウジング２の排気口７から上方へと排出される外気との熱交換（冷却）によってガス冷媒が凝縮して液化する。そして、液化した液冷媒は、重力によって第２のパイプ１７を通って落下して受熱部１４へと流入する。
【００３６】
以後、以上の作用が連続的に繰り返され、冷媒は蒸発と凝縮の相変化を交互に繰り返しながら循環経路を循環し、受熱部１４での蒸発に伴う蒸発潜熱を光源ユニット３から奪うことによって該光源ユニット３を冷却するため、光源であるＬＥＤ８の温度上昇が低く抑えられて発光効率と寿命の向上が図られる。
【００３７】
以上のように、本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１によれば、光源ユニット３からの光の照射方向を下向きにするために該光源ユニット３とこれに密着する沸騰冷却器４の受熱部１４を水平に設置しても、冷媒は蒸発と凝縮の相変化を繰り返しながら循環経路を循環して光学ユニット３を強制冷却するため、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１をその光出射方向が下向きとなる用途に供することができる。
【００３８】
又、本実施の形態では、各２本の第１及び第２のパイプ１６，１７を沸騰冷却器４の受熱部１４と放熱部１５の四隅に連結したため、光源ユニット３と受熱部１４の垂直上方に配される放熱部１５を計４本のパイプ１６，１７によってバランス良く水平に保持することができ、相変化を繰り返す冷媒を各２本の第１及び第２のパイプ１６，１７を通して循環させることができる。
【００３９】
更に、本実施の形態では、冷媒が第１及び第２のパイプ１６，１７の下から１／２の高さまで満たされるため、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１を鉛直方向に対して最大４０°の角度まで傾けても冷媒を安定的に循環させることができ、冷媒による光源ユニット３の冷却機能を維持することができて当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１の用途が拡大する。尚、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１を垂直に対して傾斜させて設置した場合には、４本のパイプ１６，１７のうち、受熱部１４との接続箇所が上方に位置する２本のパイプをガス冷媒が放熱部１５に向かって上がり、下方に位置する他の２本のパイプを液冷媒が放熱部１５から受熱部１４に向かって下がる。
【符号の説明】
【００４０】
１      沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置
２      ハウジング
３      光源ユニット
４      沸騰冷却器
５      冷却ファン
６      ハウジングの吸気口
７      ハウジングの排気口
８      ＬＥＤ
９      基板
１０    光学レンズ
１１    ベース部材
１２    アウタレンズ
１３    フレーム
１４    沸騰冷却器の受熱部
１４ａ  受熱部の接続部
１５    沸騰冷却器の放熱部
１６    第１のパイプ
１７    第２のパイプ
【図１】
2013069601.tif 000003
【図２】
2013069601.tif 000004
【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】
2013069601.tif 000009
【図８】
2013069601.tif 000010
【図９】
2013069601.tif 000011
【図１０】
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