(57)【要約】【課題】薄型化を図りつつ、ドライアウトの発生を防いで光源ユニットを安定的に冷却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。【解決手段】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１０、該受熱部１０で受熱した熱を外気に放熱する放熱部１１及び該放熱部１１と前記受熱部１０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３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３の放熱部１１を受熱部１０の上方且つ片側にオフセットさせて受熱部１０と平行に配置し、該放熱部１１と受熱部１０とを斜めに傾斜する接続部１２によって接続する。【選択図】図５
2013069607.tif 000002
【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、
を含んで構成される沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置において、
前記沸騰冷却器の放熱部を受熱部の上方且つ片側にオフセットさせて受熱部と平行に配置し、該放熱部と受熱部とを斜めに傾斜する接続部によって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】
前記沸騰冷却器の放熱部を、前記受熱部を垂直に対して傾けた場合に該受熱部よりも上方に位置する側にオフセットさせ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】
前記沸騰冷却器の放熱部に外気を供給する冷却ファンを受熱部の延長面と放熱部との間に形成される空間に配置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。
【請求項４】
前記沸騰冷却器の受熱部と放熱部とを接続する前記接続部の傾斜角を調整可能としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の沸騰冷却式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、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図７に示すような沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１が提案されている。
【０００８】
図７は沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１の縦断面図であり、図示の沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１は、矩形ボックス状のハウジング１０２の内部に光源ユニット１０３、ＬＥＤ駆動回路１０４、沸騰冷却器１０５及び冷却ファン１０６を収容して構成されている。
【０００９】
上記沸騰冷却器１０５は、エバポレータとしての受熱部１１２と、該受熱部１１２の上方に配されたコンデンサとしての放熱部１１３と、該放熱部１１３と前記受熱部１１２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。ここで、上記受熱部１１２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、ハウジング１０２内に垂直に起立した状態で収納されている。この受熱部１１２の内部には冷媒が収容されており、その前面には前記光源ユニット１０３が密着した状態で配置されている。即ち、受熱部１１２は、光源ユニット１０３とＬＥＤ駆動回路１０４によって挟持された状態で両者の間に配置されている。
【００１０】
又、前記放熱部１１３は、多数の冷却フィンを有してラジエータ構造として幅方向（図７の紙面垂直方向）に長く形成されており、ハウジング１０２の上端部において受熱部１１２を境としてこれの両側（前後）に配置されている。
【００１１】
前記冷却ファン１０６は、沸騰冷却器１０５の受熱部１１２を挟んでこれの両側であって、上下方向において光源ユニット１０３と放熱部１１３との間及びＬＥＤ駆動回路１０４と放熱部１１３との間にそれぞれ配設されている。
【００１２】
而して、以上のように構成された沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１が起動されて光源ユニット１０３とＬＥＤ駆動回路１０４及び冷却ファン１０６に電源が供給されると、光源ユニット１０３の複数のＬＥＤが発光し、その光はレンズ１０７を透過して正面前方に向かって照射されることによって前方を照明する。この場合、光源ユニット１０３の点灯制御はＬＥＤ駆動回路１０４によってなされ、駆動中において光源ユニット１０３のＬＥＤ及びＬＥＤ駆動回路１０４の各種電子部品が発熱するが、これらは沸騰冷却器１０５によって強制冷却されてその温度上昇が低く抑えられる。
【００１３】
即ち、沸騰冷却器１０５の受熱部１１２においては、光源ユニット１０３及びＬＥＤ駆動回路１０４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１０３とＬＥＤ駆動回路１０４から奪われるため、これらの光源ユニット１０３とＬＥＤ駆動回路１０４が効率良く冷却される。尚、沸騰冷却器１０５の受熱部１１２において蒸発（沸騰）して気化したガス冷媒は、気泡となって上昇し、気泡ポンプ効果によって受熱部１１２内の液冷媒を放熱部１１３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】
【００１４】
【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】
【００１５】
しかしながら、図７に示した沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１においては、冷媒が重力を利用して循環するため、その向きによって放熱性能が性能が大きく影響を受け易く、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１の設置方向が限定されてしまうという問題があった。
【００１６】
即ち、図７に示した沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１においては、沸騰冷却器１０５の放熱部１１３がハウジング１０２内の上部において受熱部１１２の前後両側に亘って配置されているため、図８に示すように沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１を垂直に対して例えば前方に図示の角度θだけ傾けると、放熱部１１３の受熱部１１２よりも前側の部分に液冷媒が溜まり、受熱部１１２付近に液冷媒が無くなるためにドライアウトの状態に陥ってしまう。このようなドライアウトが発生すると、液冷媒の循環が滞るために受熱部１１２から放熱部１１３への熱の輸送が不可能となってほぼ断熱状態となり、放熱部１１３の放熱機能が失われて沸騰冷却器１０５の冷却性能が低下するという問題が発生する。
【００１７】
又、沸騰冷却器１０５の放熱部１１３がハウジング１０２内の上部において受熱部１１２の前後両側に亘って配置されているため、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１の奥行きが厚くなってしまう他、光を上向きに照射するよう沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１０１を傾けて設置すると、奥行き方向に飛び出した放熱部１１３が光を遮ってしまうという問題がある。
【００１８】
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、薄型化を図りつつ、ドライアウトの発生を防いで光源ユニットを安定的に冷却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】
【００１９】
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、
を含んで構成される沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置において、
前記沸騰冷却器の放熱部を受熱部の上方且つ片側にオフセットさせて受熱部と平行に配置し、該放熱部と受熱部とを斜めに傾斜する接続部によって接続したことを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記沸騰冷却器の放熱部を、前記受熱部を垂直に対して傾けた場合に該受熱部よりも上方に位置する側にオフセットさせたことを特徴とする。
【００２１】
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、前記沸騰冷却器の放熱部に外気を供給する冷却ファンを受熱部の延長面と放熱部との間に形成される空間に配置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。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記沸騰冷却器の受熱部と放熱部とを接続する前記接続部の傾斜角を調整可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１及び２記載の発明によれば、沸騰冷却器の放熱部を受熱部の上方且つ片側にオフセットさせて受熱部と平行に配置したため、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置（受熱部）を垂直に対して或る程度の角度まで傾けても液冷媒が放熱部に溜まることがなく、放熱部に液冷媒が溜まることによるドライアウトの発生が防がれ、光源ユニットが沸騰冷却器によって安定的に冷却されてその温度上昇が防がれ、該光源ユニットを構成する各ＬＥＤの発光効率及び寿命が高められるとともに、沸騰冷却器の奥行き厚さが薄くなって当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の薄型化が図られる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、冷却ファンを受熱部の延長面と放熱部との間に形成されるデッドスペースに配置したため、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の更なる薄型化が図られる。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の設置角度に応じて接続部の傾斜角を調整して放熱部の受熱部に対するオフセット量をドライアウトが発生しない値に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の側面図である。
【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正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】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６】本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の沸騰冷却器における冷媒の循環を示す縦断面図である。
【図７】従来の沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の縦断面図である。
【図８】従来の沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置を垂直に対して傾けた状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図１は本発明に係る沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の斜視図、図２は同沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の側面図、図３は同沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の光源ユニットの正面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は同沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置の沸騰冷却器の斜視図、図６は同沸騰冷却器における冷媒の循環を示す縦断面図である。
【００２９】
図１及び図２に示す沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１は、光源ユニット２と沸騰冷却器３及び冷却ファン４を含んで構成されている。
【００３０】
上記光源ユニット２は、垂直に起立した状態で上下２段に亘って配置されており、図４に示すように各光源ユニット２は、光源である複数のＬＥＤ５とこれらのＬＥＤ５をマトリックス状に実装する基板６、ＬＥＤ５から出射される光を制御する光学レンズ７、基板６と光学レンズ７を固定するベース部材８、基板６や光学レンズ７を外方から覆うようにその周囲がベース部材８に嵌め込まれて固定された透明なアウタレンズ９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６とベース部材８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６からの熱がベース部材８に効率良く伝導するようにしても良い。又、アウタレンズ９をホットメルトやゴム製パッキンを介してベース部材８に固定することによって光源ユニット２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７とアウタレンズ９を一体に構成することもできる。
【００３１】
前記沸騰冷却器３は、図５に示すように、エバポレータとしての受熱部１０と、該受熱部１０の上方に配されたコンデンサとしての放熱部１１と、該放熱部１１と前記受熱部１０とを接続する接続部１２を備えており、これらの内部には冷媒を循環させる循環経路が形成されている（図６参照）。ここで、冷媒の循環経路は、図６に示すように受熱部１０内の通路と、放熱部１１内の通路、接続部１２内の通路及び受熱部１０の横に上下方向に一体に形成されたリターン通路１３によって構成されている。
【００３２】
前記受熱部１０は、ジャケット構造を有する偏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３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。
【００３３】
而して、受熱部１０は、図５に示すように垂直に起立した状態で設置されるが、その前面には前記光源ユニット２が密着した状態で配置されている。尚、光源ユニット２のベース部材８と受熱部１０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８からの熱が受熱部１０に効率良く伝導するようにしても良い。
【００３４】
又、前記放熱部１１は、多数の冷却フィンを有してラジエータ構造として幅方向に長く形成されており、これは受熱部１０の上方且つ片側（本実施の形態では後側）にオフセットさせて受熱部１０と平行に配置されており、該放熱部１１と受熱部１０とは斜めに傾斜する前記接続部１２によって接続されている。より詳細には、放熱部１１は、受熱部１０（沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１）を垂直に対して傾けた場合に該受熱部１０よりも上方に位置する側にオフセットして配置されている。
【００３５】
ここで、受熱部１０と放熱部１１は、共に軽量で熱伝達率の高いアルミニウム材で構成されており、両者はロウ付けによって接合一体化されている。又、沸騰冷却器３の内部空間はその半分以上が液冷媒によって満たされている。
【００３６】
ところで、図６に示すように、沸騰冷却器３においては、受熱部１０の上部に開口する複数の冷媒出口１０ａと放熱部１１の下部に開口する冷媒入口１１ａとは接続部１２の通路を介して連通しており、放熱部１１の冷媒入口１１ａとは反対側に開口する冷媒出口１１ｂと受熱部１０の下部に開口する冷媒入口１０ｂとはリターン通路１３を介して互いに連通しており、これによって冷媒の循環経路が構成されている。尚、接続部１２の内部には、受熱部１０の冷媒を放熱部１１の冷媒入口１１ａへと導くための傾斜したガイド壁１２ａが形成されている。
【００３７】
前記冷却ファン４は、図１及び図２に示すように、沸騰冷却器３の放熱部１１の後方のデッドスペース、つまり、受熱部１０の延長面と放熱部１１との間に形成される空間に幅方向（横方向）に複数並設されている。
【００３８】
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２と冷却ファン４に電源が供給されると、光源ユニット２の複数のＬＥＤ５が発光し、その光は光学レンズ７を透過して正面前方に向かって照射されることによって前方を照明するが、光源ユニット２の駆動中においてＬＥＤ５が点灯によって発熱し、そのままでは光源ユニット２が加熱されてそれらの温度が上昇する。
【００３９】
然るに、本実施の形態では、沸騰冷却器３によって光源ユニット２が強制冷却されてその温度上昇が抑えられる。
【００４０】
即ち、沸騰冷却器３の受熱部１０においては、光源ユニット２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２から奪われるため、該光源ユニット２が効率良く冷却される。
【００４１】
そして、沸騰冷却器３の受熱部１０において沸騰して気化した冷媒は、図６に矢印にて示すように、気泡となって上昇し、気泡ポンプ効果によって受熱部１０内の液冷媒を放熱部１１へと押し出すため、循環経路には図６に矢印にて示す方向の冷媒の循環流が発生する。
【００４２】
而して、沸騰によって気化したガス冷媒は、放熱部１１において外気に熱を放出することによって凝縮して液化するが、放熱部１１での冷媒からの放熱は、放熱部１１を通過する外気によって促進される。即ち、回転する冷却ファン４によって外気が放熱部１１を通過するため、放熱部１１での冷媒からの放熱が促進される。
【００４３】
放熱部１１において凝縮して液化した液冷媒は、気泡ポンプ効果に加えて、重力によって冷媒出口１１ｂに向かって流れ、冷媒出口１１ｂからリターン通路１３へと流れ込んで冷媒入口１０ｂから受熱部１０へと送り込まれる。
【００４４】
以後、同様の作用が繰り返され、冷媒は沸騰と凝縮の相変化を繰り返しながら循環経路を循環し、受熱部１０での沸騰に伴う蒸発潜熱を光源ユニット２から奪うことによって該光源ユニット２を効率良く冷却する。
【００４５】
以上において、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３の放熱部１１を受熱部１０の上方且つ片側にオフセットさせて受熱部１０と平行に配置したため、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１（受熱部１０）を垂直に対して或る程度の角度まで傾けても液冷媒が放熱部１１に溜まることがなく、放熱部１１に液冷媒が溜まることによるドライアウトの発生が防がれ、光源ユニット２が沸騰冷却器３によって安定的に冷却されてその温度上昇が防がれ、該光源ユニット２を構成する各ＬＥＤ５の発光効率及び寿命が高められるとともに、沸騰冷却器３の奥行き厚さが薄くなって当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１の薄型化が図られる。特に、本実施の形態では、冷却ファン４を受熱部１０の延長面と放熱部１１との間に形成されるデッドスペースに配置したため、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１の更なる薄型化が図られる。
【００４６】
尚、沸騰冷却器３の受熱部１０と放熱部と１１接続する前記接続部１２の傾斜角を調整可能とすれば、当該沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１の設置角度に応じて接続部１２の傾斜角を調整して放熱部１１の受熱部１０に対するオフセット量をドライアウトが発生しない値に調整することができる。特に、図５に示すように受熱部１０と接続部１２との傾斜角及び放熱部１１と接続部１２との傾斜角が共に直角にならないように、且つ、受熱部１０と放熱部１１が上下方向に一する範囲で調整可能なようにすると、沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置１（受熱部１０）を垂直に対して或る程度の角度まで傾けても液冷媒が放熱部１１に溜まらないように調整し、高い冷却性能をより安定的に得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１        沸騰冷却式ＬＥＤ照明装置
２        光源ユニット
３        沸騰冷却器
４        冷却ファン
５        ＬＥＤ
６        基板
７        光学レンズ
８        ベース部材
１０      受熱部
１０ａ    受熱部の冷媒出口
１０ｂ    受熱部の冷媒入口
１１      放熱部
１１ａ    放熱部の冷媒入口
１１ｂ    放熱部の冷媒出口
１４      リターン通路
１２      接続部
１２ａ    接続部のガイド壁
１３      リターン通路
【図１】
2013069607.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013069607.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013069607.tif 000008
【図７】
2013069607.tif 000009
【図８】
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