(57)【要約】【課題】少ない消費電力でかつ冷却水を使用することなく高効率の冷却を行うことが可能で、しかも、結露が生じることがないＬＥＤ照明用冷却装置を提供する。【解決手段】冷媒室２１を有しＬＥＤ３の熱が伝達される吸熱部材１１と、冷媒２３が通る熱交換部３５で冷媒２３を大気によって冷却する凝縮器１４とを備える。冷媒室２１の冷媒入口２２に熱交換部３５の冷媒出口３１を接続する第１の冷媒用管部材１２と、冷媒室２１の冷媒出口２８に熱交換部３５の冷媒入口３２を接続する第２の冷媒用管部材１３とを備える。冷媒室２１内から第１および第２の冷媒用管部材１２，１３を介して熱交換部３５に至る冷媒通路３６内に封入された冷媒２３を備える。冷媒２３は、冷媒室２１内でＬＥＤ３の熱で加熱されることにより気化しかつ熱交換部３５内で大気によって冷却されて液化するものである。冷媒室２１の冷媒出口２８は、冷媒入口２２より高い位置に設けられ、凝縮器１４は、吸熱部材１１より高い位置に配置されている。【選択図】  図１
2016152114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒室を有し、ＬＥＤの熱が伝達される吸熱部材と、
冷媒が通る熱交換部を有し、この熱交換部で冷媒を大気によって冷却する凝縮器と、
前記冷媒室の冷媒入口に前記熱交換部の冷媒出口を接続する第１の冷媒用管部材と、
前記冷媒室の冷媒出口に前記熱交換部の冷媒入口を接続する第２の冷媒用管部材と、
前記冷媒室内から第１および第２の冷媒用管部材を介して前記熱交換部に至る冷媒通路内に封入された冷媒とを備え、
前記冷媒は、前記冷媒室内で前記ＬＥＤの熱で加熱されることにより気化しかつ前記熱交換部内で大気によって冷却されて液化するものであり、
前記冷媒室の冷媒出口は、前記冷媒入口より高い位置に設けられ、
前記凝縮器は、前記吸熱部材より高い位置に配置されていることを特徴とするＬＥＤ照明用冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ照明用冷却装置において、
前記吸熱部材は、前記ＬＥＤを光源とする灯体とは別体に形成されているとともに、前記灯体におけるＬＥＤの光を通す透光部を除く外壁部分に密着していることを特徴とするＬＥＤ照明用冷却装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のＬＥＤ照明用冷却装置において、
前記吸熱部材は、複数のＬＥＤが並ぶ方向に長く形成され、
前記冷媒室の冷媒入口は、前記ＬＥＤが並ぶ方向において前記吸熱部材の一端部に設けられ、
前記冷媒室の冷媒出口は、前記ＬＥＤが並ぶ方向において前記吸熱部材の他端部に設けられていることを特徴とするＬＥＤ照明用冷却装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載のＬＥＤ照明用冷却装置において、
前記吸熱部材は、ＬＥＤの熱が伝わる円筒状の壁を有し、
前記冷媒室の冷媒入口は、前記円筒状の壁の径方向の一端部に設けられ、
前記冷媒室の冷媒出口は、前記円筒状の壁の径方向の他端部に設けられていることを特徴とするＬＥＤ照明用冷却装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載のＬＥＤ照明用冷却装置において、
前記凝縮器は、前記熱交換部に大気を吹き付けるファンを備えていることを特徴とするＬＥＤ照明用冷却装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちいずれか一つに記載のＬＥＤ照明用冷却装置において、
前記冷媒は代替フロンであることを特徴とするＬＥＤ照明用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を使用してＬＥＤを冷却するＬＥＤ照明用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを光源とする照明装置は、ＬＥＤを冷却して駆動電圧を増大させることにより光量が多くなることが知られている。
ＬＥＤを冷却する従来の冷却装置としては、ヒートシンクを使用する自然空冷式のものや、冷却水を使用するものがある。冷却水は、チラーと呼ばれる冷却装置で冷却された水や、クーリングタワーを有する冷却装置によって冷却された水などが用いられる。冷却水を使用してＬＥＤを冷却する従来のＬＥＤ照明用冷却装置としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。
【０００３】
この特許文献１に開示された冷却装置は、ＬＥＤが実装された基板に伝熱部材を介して接続された水冷ジャケットと、この水冷ジャケットに冷却水通路を介して接続されたラジエータと、これらの部材に冷却水を循環させる冷却水ポンプなどを備えている。ラジエータには電動ファンが設けられている。
この従来の冷却装置においては、ＬＥＤの熱が伝熱部材と水冷ジャケットとを介して冷却水に伝達されることにより、ＬＥＤが冷却される。水冷ジャケット内で温度が上昇した冷却水は、冷却水ポンプによってラジエータに送られ、ラジエータ内で大気との熱交換によって冷却された後に水冷ジャケットに戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７２４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の冷却装置のうち、ヒートシンクによって冷却する冷却装置では、冷却効率が低く、冷却装置を使用しない場合に対して増大させることが可能な光量が少ないという問題があった。
冷却効率を高くするためにチラーと呼ばれる冷却装置で冷却された冷却水を使用すると、冷却水の温度が大気温度より低くなるために、結露により生じた凝縮水でＬＥＤ照明やその他の周辺の電気機器に不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
また、この種の冷却装置は、コンプレッサ駆動用モータや冷却水ポンプ駆動用のモータなどの動力を発生させる電気機器が必要で、消費電力が多くなるという問題もあった。消費電力が多くなるという問題は、クーリングタワーによって冷却された水を用いて冷却する冷却装置や、特許文献１に開示されている冷却装置にも同様に生じる。
さらに、冷却水を使用する冷却装置では、冷却水が漏洩するおそれがあった。冷却水が漏洩してしまうと、ＬＥＤ照明やその他の周辺の電気機器に不具合が生じるおそれがある。しかも、この種の冷却装置は、いわゆる顕熱変化により冷却するものであるために、冷却効率を高くするにも限界があった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、少ない消費電力でかつ冷却水を使用することなく高効率の冷却を行うことが可能で、しかも、結露が生じることがないＬＥＤ照明用冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係るＬＥＤ照明用冷却装置は、冷媒室を有し、ＬＥＤの熱が伝達される吸熱部材と、冷媒が通る熱交換部を有し、この熱交換部で冷媒を大気によって冷却する凝縮器と、前記冷媒室の冷媒入口に前記熱交換部の冷媒出口を接続する第１の冷媒用管部材と、前記冷媒室の冷媒出口に前記熱交換部の冷媒入口を接続する第２の冷媒用管部材と、前記冷媒室内から第１および第２の冷媒用管部材を介して前記熱交換部に至る冷媒通路内に封入された冷媒とを備え、前記冷媒は、前記冷媒室内で前記ＬＥＤの熱で加熱されることにより気化しかつ前記熱交換部内で大気によって冷却されて液化するものであり、前記冷媒室の冷媒出口は、前記冷媒入口より高い位置に設けられ、前記凝縮器は、前記吸熱部材より高い位置に配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明は、前記ＬＥＤ照明用冷却装置において、前記吸熱部材が、前記ＬＥＤを光源とする灯体とは別体に形成されているとともに、前記灯体におけるＬＥＤの光を通す透光部を除く外壁部分に密着していてもよい。
【００１０】
本発明は、前記ＬＥＤ照明用冷却装置において、前記吸熱部材が、複数のＬＥＤが並ぶ方向に長く形成され、前記冷媒室の冷媒入口が、前記ＬＥＤが並ぶ方向において前記吸熱部材の一端部に設けられ、前記冷媒室の冷媒出口が、前記ＬＥＤが並ぶ方向において前記吸熱部材の他端部に設けられていてもよい。
【００１１】
本発明は、前記ＬＥＤ照明用冷却装置において、前記吸熱部材が、ＬＥＤの熱が伝わる円筒状の壁を有し、前記冷媒室の冷媒入口が、前記円筒状の壁の径方向の一端部に設けられ、前記冷媒室の冷媒出口が、前記円筒状の壁の径方向の他端部に設けられていてもよい。
【００１２】
本発明は、前記ＬＥＤ照明用冷却装置において、前記凝縮器が、前記熱交換部に大気を吹き付けるファンを備えていてもよい。
【００１３】
本発明は、前記ＬＥＤ照明用冷却装置において、前記冷媒が代替フロンであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＬＥＤの熱は、吸熱部材の冷媒室内に貯留されている冷媒に伝達される。この冷媒は、ＬＥＤの熱によって気化する。このとき、吸熱部材は、冷媒が気化するときの気化潜熱に相当する熱エネルギーが奪われて冷却される。吸熱部材が冷却されることは、ＬＥＤが冷却されることを意味する。気化潜熱を利用して冷却することにより奪われる熱エネルギーは、冷却が顕熱反応である場合と較べて多くなる。また、このように気化潜熱を利用して冷却が行われることにより、吸熱部材を均一に冷却することが可能になる。水で顕熱反応によって冷却する場合には、入口から流入した低温の水が出口に到達するときには温度が相対的に高い水になる。このため、入口側と出口側では温度差が生じることになる。しかし、気化潜熱を利用して冷却が行われると、冷媒が吸熱部材内で略均等に蒸発するため、上述したように吸熱部材の温度分布が略均等になる。すなわち、この冷却装置によれば、冷却水を使用して冷却する場合より効率よく冷却することができる。
【００１５】
冷媒室内で冷媒が気化することにより生じた冷媒ガスは、液体の冷媒より比重が小さいために冷媒室内で上昇し、冷媒室の上部から第２の冷媒用管部材を通って凝縮器の熱交換部に流入する。そして、この冷媒は、凝縮器で冷却されて液化し、重力によって第１の冷媒用管部材を通って吸熱部材の冷媒室に流下する。このため、冷媒は、循環用のポンプを使用することなく、吸熱部材と凝縮器とを通って循環する。この冷却装置において、冷媒がこのように循環するために必要な電力は０である。
【００１６】
凝縮器の熱交換部は大気によって冷媒を冷却するものである。このため、この冷却装置は、冷媒の温度が大気温度以下になることはないから、結露が生じ難いものである。
したがって、本発明によれば、冷媒を循環させるために必要な電力が０になるとともに、冷却水を使用することなく高効率の冷却を行うことが可能で、しかも、結露が生じることがないＬＥＤ照明用冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るＬＥＤ照明用冷却装置の斜視図である。
【図２】吸熱部材とＬＥＤ照明の断面図である。
【図３】吸熱部分の状態を模式的に示す断面図である。
【図４】ＬＥＤの温度変化を示すグラフである。
【図５】筒状の吸熱部材の斜視図である。図５中にはＬＥＤ照明を破断した状態で描いてある。
【図６】筒状の吸熱部材の断面図である。
【図７】リング状の吸熱部材の斜視図である。図７は、吸熱部材とＬＥＤ照明とを破断した状態で描いてある。
【図８】リング状の吸熱部材をリング状のＬＥＤ照明に取付けた状態を示す斜視図である。図８は吸熱部材とＬＥＤ照明とを破断した状態で描いてある。
【図９】吸熱部材を収容したＬＥＤ照明の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係るＬＥＤ照明用冷却装置の一実施の形態を図１〜図４によって詳細に説明する。
図１に示すＬＥＤ照明用冷却装置１は、細長く形成されたＬＥＤ照明機器（以下、単にＬＥＤ照明という）２を冷却するためのものである。この実施の形態によるＬＥＤ照明２は、図示していない画像検査装置の光源として使用されるもので、図２に示すように、ＬＥＤ３を収納する灯体４を備えている。
【００１９】
ＬＥＤ３は、基板５の上に実装されている。基板５は、図２の紙面とは直交する方向に長く形成されている。ＬＥＤ３は、基板５を長手方向において所定の間隔で分割した位置にそれぞれ設けられている。すなわち、複数のＬＥＤ３が基板５の上に長手方向へ所定の間隔をおいて並べられている。
【００２０】
基板５は、熱伝導シート６を介して灯体４に支持されている。灯体４は、一方向に向けて開口する箱状に形成されている。すなわち、灯体４は、図２に示すように、底壁４ａと一対の側壁４ｂ，４ｃとを有している。灯体４となる箱が開口する一方向とは、ＬＥＤ３の光が照射される方向で、図２においては上方である。光の照射される方向を図２中に白抜きの矢印で示す。この灯体４の開口部は、ＬＥＤ３の光を通す透光部材７によって閉塞されている。以下においては、灯体４が開口する方向を上方とし、この方向とは反対方向を下方として説明する。この灯体４は、熱伝導率が高い金属材料によって形成されている。
【００２１】
灯体４の底壁４ａと側壁４ｂ，４ｃは、熱伝導シート６と密着している。このため、ＬＥＤ３の熱は、基板５から熱伝導シート６を介して灯体４に伝導によって伝達される。この実施の形態においては、透光部材７が請求項２記載の発明でいう「透光部」に相当する。
【００２２】
この実施の形態によるＬＥＤ照明用冷却装置１は、図１に示すように、上述した灯体４に取付けられた吸熱部材１１と、この吸熱部材１１に第１および第２の冷媒用管部材１２，１３を介して接続された凝縮器１４とを備えている。
吸熱部材１１は、図２に示すように、３種類の部材を組合わせて構成されている。３種類の部材とは、灯体４の底壁４ａに密着する第１および第２の底部材１５，１６と、灯体４の側壁４ｂ，４ｃに密着する第１および第２の板部材１７，１８と、これらの第１および第２の板部材１７，１８の上に取付けられた第１および第２の角パイプ１９，２０である。すなわち、吸熱部材１１は、灯体４の透光部材７を除く外壁部分に密着している。
【００２３】
第１および第２の底部材１５，１６は、それぞれ角パイプ状に形成されており、灯体４の長手方向の一端側から他端側まで途切れることなく形成されている。言い換えれば、この実施の形態による吸熱部材１１は、複数のＬＥＤ３が並ぶ方向に長く形成されている。
第１の底部材１５と第２の底部材１６は、灯体４の長手方向とは直交する方向であって、灯体４の幅方向（一対の側壁４ｂ，４ｃが並ぶ方向）に所定の間隔をおいて並べられている。灯体４の底壁４ａは、第１および第２の底部材１５，１６の上面に密着している。
これらの第１および第２の底部材１５，１６の長手方向（複数のＬＥＤ３が並ぶ方向）の一端部には、後述する冷媒室２１の冷媒入口２２（図１参照）が形成されている。この冷媒入口２２には、図１に示すように、後述する第１の冷媒用管部材１２の一端部（下端部）が接続されている。
【００２４】
第１および第２の底部材１５，１６の長手方向の他端部は、閉塞されており、後述する冷媒２３が漏洩することがない状態に形成されている。第１および第２の底部材１５，１６の内部に形成されている断面四角形の空間２４は、冷媒室２１の一部を構成している。
第１の板部材１７は、図２に示すように、第１の底部材１５の上に載せられるとともに灯体４の一方の側壁４ｂに密着する状態で第１の底部材１５に固定されている。第２の板部材１８は、第２の底部材１６の上に載せられるとともに灯体４の他方の側壁４ｃに密着する状態で第２の底部材１６に固定されている。これらの第１および第２の板部材１７，１８は、図１に示すように、灯体４の長手方向に並ぶ複数の部位にそれぞれ配置されている。すなわち、この実施の形態による吸熱部材１１は、灯体４の長手方向に並ぶ複数の第１および第２の板部材１７，１８を備えている。
【００２５】
これらの第１および第２の板部材１７，１８の下端部には、図２に示すように、下方に向けて延びる下部角筒部２５が形成されている。この下部角筒部２５は、第１および第２の底部材１５，１６の中に上方から挿入されている。この下部角筒部２５には、後述する冷媒室２１の一部を構成する貫通穴２６が開口している。貫通穴２６は、第１および第２の板部材１７，１８にそれぞれ設けられており、第１および第２の板部材１７，１８を上下方向に貫通する形状に形成されている。下部角筒部２５と第１および第２の底部材１５，１６との間は、図示してはいないが、例えばろう付けによって液密にシールされている。
【００２６】
第１および第２の板部材１７，１８の上端部には、上方に向けて延びる上部角筒部２７が形成されている。この上部角筒部２７は、第１および第２の角パイプ１９，２０の中に下方から挿入されている。上部角筒部２７と第１および第２の角パイプ１９，２０との間は、図示してはいないが、例えばろう付けによって液密にシールされている。
【００２７】
第１の角パイプ１９，２０と第２の角パイプ１９，２０は、図１に示すように、灯体４の長手方向の一端側から他端側まで途切れることなく形成されている。第１の角パイプ１９は、第１の板部材１７の上部角筒部２７が挿入された状態で第１の板部材１７に固定されている。第２の角パイプ２０は、第２の板部材１８の上部角筒部２７が挿入された状態で第２の角パイプ２０に固定されている。
【００２８】
第１および第２の角パイプ１９，２０の長手方向の一端部は、それぞれ閉塞されており、後述する冷媒２３が漏洩することがない状態になっている。第１および第２の角パイプ１９，２０の長手方向の他端部には、後述する冷媒室２１の冷媒出口２８が形成されている。この冷媒出口２８には、図１に示すように、後述する第２の冷媒用管部材１３の一端部（下端部）が接続されている。冷媒出口２８は、冷媒入口２２より高い位置に設けられている。
【００２９】
第１および第２の角パイプ１９，２０の内部に形成されている断面四角形の空間２９は、上述した第１および第２の底部材１５，１６内の空間２４と、第１および第２の板部材１７，１８の貫通穴２６とともに冷媒室２１を構成している。冷媒室２１には、図２に示すように、冷媒２３が注入されている。この実施の形態による冷媒２３は、代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）である。なお、冷媒２３の種類は、代替フロンに限定されることはなく、例えばアンモニアや水でもよい。水を使用する場合は、沸点を下げるために冷媒室２１内を減圧させる。
【００３０】
上述した第１および第２の底部材１５，１６に一端部（下端部）が接続された第１の冷媒用管部材１２は、図１に示すように、水平方向に延びる第１のパイプ部１２ａおよび第２のパイプ部１２ｂと、上下方向に延びる第３のパイプ部１２ｃとによって構成されている。この第１の冷媒用管部材１２の他端部（上端部）は、後述する凝縮器１４の下端部に位置する冷媒出口３１（図１参照）に接続されている。
一方、第１および第２の角パイプ１９，２０に一端部（下端部）が接続された第２の冷媒用管部材１３は、水平方向に延びる第４のパイプ部１３ａおよび第５のパイプ部１３ｂと、上下方向に延びる第６のパイプ部１３ｃとによって構成されている。この第２の冷媒用管部材１３の他端部（上端部）は、凝縮器１４の上端部に位置する冷媒入口３２に接続されている。
【００３１】
凝縮器１４は、パイプ３３と冷却フィン３４とを用いて構成された熱交換部３５を有しており、吸熱部材１１より高い位置に配置されている。熱交換部３５は、冷媒２３を大気によって冷却する。
熱交換部３５のパイプ３３は、凝縮器１４の内部を水平方向に横切る複数の冷却部（図示せず）と、これらの冷却部どうしを接続する屈曲部３３ａとによって形成されている。このパイプ３３の上端部が凝縮器１４の冷媒入口３２を構成しており、第２の冷媒用管部材１３の他端部（上端部）に接続されている。また、このパイプ３３の下端部が凝縮器１４の冷媒出口３１を構成しており、第１の冷媒用管部材１２の他端部（上端部）に接続されている。
【００３２】
すなわち、凝縮器１４のパイプ３３（熱交換部３５）の中の空間と、上述した吸熱部材１１内の冷媒室２１と、第１および第２の冷媒用管部材１２，１３の中の空間は、冷媒２３が通る一つの冷媒通路３６として連通している。冷媒２３は、この冷媒通路３６内に封入されている。また、この冷媒２３は、冷媒室２１内でＬＥＤ３の熱で加熱されることにより気化しかつ熱交換部３５内で大気によって冷却されて液化する。この実施の形態においては、図２に示すように、吸熱部材１１の上部（第１および第２の板部材１７，１８の上部）が位置する高さまで、液状の冷媒２３が冷媒室２１内および第１の冷媒用管部材１２の中に注入されている。
【００３３】
この実施の形態による凝縮器１４は、熱交換部３５に大気を吹き付けるファン３７を備えている。このファン３７の回転数を変えることにより、凝縮器１４によって冷媒２３から奪う熱エネルギーの量を変えることができる。このため、ファン３７の風量を調整することによりＬＥＤ３の温度を制御することが可能である。
【００３４】
上述したように構成されたＬＥＤ照明用冷却装置１において、ＬＥＤ３が点灯することにより生じた熱は、図２中に実線の矢印で示すように、基板５から熱伝導シート６を介して吸熱部材１１の第１および第２の底部材１５，１６と、第１および第２の板部材１７，１８とに伝達される。この吸熱部材１１に伝達された熱は、図３に模式的に示すように、冷媒室２１内の液状の冷媒２３に伝達され、この冷媒２３を加熱する。この液状の冷媒２３は、温度が上昇することにより沸騰して気化し、冷媒ガス２３ａになる。すなわち、吸熱部材１１の熱は、気化潜熱として冷媒２３に奪われることになる。このように吸熱部材１１が冷媒２３によって冷却されることにより、熱伝導シート６と、基板５と、ＬＥＤ３とが冷却される。
【００３５】
冷媒ガス２３ａは、液状の冷媒２３より比重が小さいために、吸熱部材１１の冷媒室２１内で上昇し、図３中に破線の矢印で示すように、冷媒室２１の上端部（第１および第２の角パイプ１９，２０内の空間２９）から第２の冷媒用管部材１３に流出する。そして、この冷媒ガス２３ａは、凝縮器１４の熱交換部３５に流入し、熱交換部３５内で大気によって冷却されることにより液化する。熱交換部３５内で生成された液状の冷媒２３は、重力によって冷媒出口３１から第１の冷媒用管部材１２に流入し、この第１の冷媒用管部材１２と冷媒入口２２とを通って冷媒室２１内に流れ下りる。すなわち、冷媒２３は、循環用のポンプを使用することなく、吸熱部材１１と凝縮器１４とを通って冷媒通路３６を循環する。
【００３６】
この実施の形態による冷却装置の構成に基づいて仮の冷却装置を試作してＬＥＤ照明２を冷却したところ、図４に示す結果が得られた。図４は、ＬＥＤ電源電圧（ＬＥＤ３の駆動電圧）と、ＬＥＤ３の温度と周囲の温度との温度差との関係を示すグラフである。図４には、この実施の形態による冷却装置の他に、冷却方式が異なる他の冷却装置の性能も示されている。
【００３７】
図４中に「冷却機構無し」として示す線は、ＬＥＤ照明２を単体の状態で点灯させたときのＬＥＤ３の温度変化を示す。
図４中に「ヒートシンク」として示す線は、ＬＥＤ照明２の側面にヒートシンク（図示せず）を取付け、自然空冷により冷却した場合のＬＥＤ３の温度変化を示す。
図４中に「チラー」として示す線は、水冷式のジャケット（図示せず）をＬＥＤ照明２の側面に取付け、周囲温度に調整された水を循環させた場合のＬＥＤ３の温度変化を示す。
図４中に「水冷式」として示す線は、水冷式のジャケット（図示せず）をＬＥＤ照明２の側面に取付けて水をポンプで循環させ、温度が上昇した水をファン３７による空冷によって強制冷却させた場合のＬＥＤ３の温度変化を示す。
図４中に「冷媒式」として示す線は、この実施の形態による冷却装置と同等の冷却装置の性能を示し、冷媒２３のジャケット（形状は「チラー」、「水冷式」と同じ）をＬＥＤ照明２の側面に取付け、冷媒２３を自然循環させた場合のＬＥＤ３の温度変化を示す。
この実施の形態による冷却装置１は、図４に示す測定結果から明らかなように、冷却能力は「チラー」には多少及ばないが、「水冷式」と同等の能力を有していることが分かる。
【００３８】
この実施の形態によるＬＥＤ照明用冷却装置１の吸熱部材１１は、冷媒２３が気化するときの気化潜熱に相当する熱エネルギーが奪われて冷却される。吸熱部材１１が冷却されることは、ＬＥＤ３が冷却されることを意味する。気化潜熱を利用して冷却することにより奪われる熱エネルギーは、冷却が顕熱反応である場合と較べて多くなる。
また、このように気化潜熱を利用して冷却が行われることにより、吸熱部材１１を均一に冷却することが可能になる。水で冷却する場合には、入口から流入した低温の水が出口に到達するときには温度が相対的に高い水になる。このため、入口側と出口側では温度差が生じることになる。しかし、気化潜熱を利用して冷却が行われると、冷媒２３が吸熱部材１１内で略均等に蒸発するため、上述したように吸熱部材１１の温度分布が略均等になる。
すなわち、この冷却装置によれば、冷却水を使用して冷却する場合より効率よく冷却することができる。
【００３９】
冷媒室２１内で冷媒２３が気化することにより生じた冷媒ガス２３ａは、液体の冷媒２３より比重が小さいために冷媒室２１内で上昇し、冷媒室２１の上端部から第２の冷媒用管部材１３を通って凝縮器１４の熱交換部３５に流入する。そして、この冷媒２３は、凝縮器１４で冷却されて液化し、重力によって第１の冷媒用管部材１２を通って吸熱部材１１の冷媒室２１に流下する。このため、冷媒２３は、循環用のポンプを使用することなく、吸熱部材１１と凝縮器１４とを通って冷媒通路３６を循環する。この冷却装置１において、冷媒２３がこのように循環するために必要な電力は０である。
凝縮器１４の熱交換部３５は、大気によって冷媒２３を冷却するものである。このため、この冷却装置１は、冷媒２３の温度が大気温度以下になることはないから、結露が生じ難いものである。
したがって、この実施の形態によれば、冷媒２３を循環させるために必要な電力が０になるとともに、冷却水を使用することなく高効率の冷却を行うことが可能で、しかも、結露が生じることがないＬＥＤ照明用冷却装置を提供することができる。
【００４０】
この実施の形態による吸熱部材１１は、ＬＥＤ３を光源とする灯体４とは別体に形成されており、この灯体４におけるＬＥＤ３の光を通す透光部（透光部材７）を除く外壁部分に密着している。このため、この実施の形態によれば、既存のＬＥＤ照明２に取付けて使用可能なＬＥＤ照明用冷却装置を提供できる。
【００４１】
この実施の形態による吸熱部材１１は、複数のＬＥＤ３が並ぶ方向に長く形成されている。冷媒室２１の冷媒入口２２は、ＬＥＤ３が並ぶ方向において吸熱部材１１の一端部に設けられている。冷媒室２１の冷媒出口２８は、ＬＥＤ３が並ぶ方向において吸熱部材１１の他端部に設けられている。この実施の形態によれば、冷媒室２１に流入する液状の冷媒２３と、冷媒室２１から出る冷媒ガス２３ａとが互いに干渉し合うことがない。このため、冷媒２３が円滑に循環するから、さらに冷却効率が高いＬＥＤ照明用冷却装置を提供することができる。
【００４２】
この実施の形態による凝縮器１４は、熱交換部３５に大気を吹き付けるファン３７を備えている。このため、冷媒２３を冷却する効率が高くなるから、より一層冷却効率が高くなるＬＥＤ照明用冷却装置を提供できる。また、小型の凝縮器１４を使用できるから、コンパクトなＬＥＤ照明用冷却装置を実現できるという効果もある。
なお、より高い冷却能力が必要である場合であって、かつ消費電力の増加や装置の大型化を許容できる場合には、いわゆるチリングユニット等の水冷式の冷却機構で冷媒２３を冷却してもよい。チリングユニットとは、冷凍サイクルを利用して冷却を行うものである。
【００４３】
この実施の形態による冷媒２３は、代替フロンである。このため、冷却水を使用する場合とは異なり、冷媒２３が漏洩したとしても電気機器に不具合が生じることはない。したがって、この実施の形態によれば、使用する場所に制約を受けることがないＬＥＤ照明用冷却装置を提供することができる。また、この実施の形態によるＬＥＤ照明用冷却装置１は、冷媒２３が代替フロンであり、閉空間である冷媒通路３６に密封されているために、冷媒２３の交換や保守が不要なものである。すなわち、冷却水を使用した場合は、冷却水の入れ替え等のメンテナンスが必要になるが、この実施の形態によるＬＥＤ照明用冷却装置１においては、冷媒２３のメンテナンスは不要である。
【００４４】
上述した実施の形態による吸熱部材１１は、いわゆるライン照明に用いることが可能なプレート型のものである。しかし、本発明に係る吸熱部材は、このような限定にとらわれることはなく、球状や筒状、あるいはリング状に形成することができる。以下においては、筒状の吸熱部材の一例を後述する第２の実施の形態において図５および図６を用いて説明し、リング状の吸熱部材の一例を後述する第３の実施の形態において図７および図８を用いて説明する。
【００４５】
（第２の実施の形態）
筒状の吸熱部材は、図５および図６に示すように構成することができる。これらの図において、図１〜図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図５に示す吸熱部材４１は、円筒状に形成されている。この吸熱部材４１の外周壁４２と内周壁４３との間には、冷媒室２１が形成されており、冷媒２３が注入されている。この実施の形態においては、この外周壁４２と内周壁４３が請求項４記載の発明でいう「円筒状の壁」に相当する。
【００４６】
外周壁４２の下端部には、冷媒入口２２を構成する第１のパイプ４４が設けられている。また、外周壁４２の上端部には、冷媒出口２８を構成する第２のパイプ４５が設けられている。これらの第１および第２のパイプ４４，４５は、外周壁４２の径方向の一端部と他端部とに設けられている。すなわち、冷媒室２１の冷媒入口２２は、外周壁４２（円筒状の壁）の径方向の一端部に設けられ、冷媒室２１の冷媒出口２８は、外周壁４２の径方向の他端部に設けられている。また、第１のパイプ４４は、外周壁４２の下端部に設けられ、第２のパイプ４５は、外周壁４２の上端部に設けられている。
【００４７】
内周壁４３は、この実施の形態によるＬＥＤ照明４６が嵌合する形状に形成されている。ＬＥＤ照明４６は、円柱状に形成された灯体４７を有している。灯体４７は、中空部４７ａを有しており、この中空部４７ａに収容された制御基板５Ａを支持している。灯体４７は、金属材料によって形成されている。灯体４７の軸線方向の一端部には、複数のＬＥＤ３を有する基板５が取付けられている。基板５は、光放出窓４８によって覆われている。光放出窓４８は、半球状に成形された透明な材料によって形成されている。
【００４８】
この実施の形態による吸熱部材４１は、内周壁４３の中空部分にＬＥＤ照明４６の灯体４７を嵌合させた状態で使用される。また、吸熱部材４１は、第２のパイプ４５が第１のパイプ４４より上に位置する姿勢で使用される。この実施の形態において、ＬＥＤ３の熱は、図５中に実線の矢印で示すように、基板５から灯体４７の外周側に伝達される。この熱は、吸熱部材４１の内周壁４３を介して冷媒２３に伝達される。冷媒２３は、図６中に破線の矢印で示すように、第１のパイプ４４から流入し、冷媒室２１で気化して冷媒ガス２３ａとなって第２のパイプ４５から流出する。
【００４９】
この実施の形態によれば、冷媒室２１に流入する液状の冷媒２３と、冷媒室２１から出る冷媒ガス２３ａとが互いに干渉し合うことがない。このため、冷媒２３が円滑に循環するから、冷却効率が高いＬＥＤ照明用冷却装置を提供することができる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
リング状の吸熱部材は、図７および図８に示すように構成することができる。これらの図において、図１〜図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図７および図８に示す吸熱部材５１は、リング状のＬＥＤ照明５２に被せて使用するもので、ＬＥＤ照明５２が嵌合するリング状に形成されている。このＬＥＤ照明５２は、リング状に形成された灯体５３を備えている。この灯体５３には、軸線方向の一方に向けて開口する環状溝５４が形成されている。
【００５１】
この環状溝５４の中には、環状の基板５が収容されている。この基板５は、灯体５３の軸線を中心とする仮想の円錐面と重なるように傾斜している。この基板５における環状溝５４の開口側となる部位には、複数のＬＥＤ３が周方向に間隔をおいて並ぶ状態で設けられている。すなわち、ＬＥＤ３は、光が灯体５３の内側に向けて斜めに照射される状態で灯体５３内に収容されている。基板５の裏面と灯体５３との間には熱伝導シート６が設けられている。
【００５２】
この実施の形態による吸熱部材５１は、灯体５３の底壁５３ａと外周壁５３ｂとが嵌合するリング状に形成されている。詳述すると、吸熱部材５１は、灯体５３の外周壁５３ｂを径方向の外側から囲む筒状部５５と、灯体５３の底壁５３ａを軸線方向の一方から覆う内フランジ部５６とによってリング状に形成されている。これらの筒状部５５と内フランジ部５６は、それぞれ中空状に形成されて互いに接続されている。この吸熱部材５１の内部には、一つの冷媒室２１が形成されている。この実施の形態においては、筒状部５５が請求項４記載の発明でいう「円筒状の壁」に相当する。
【００５３】
筒状部５５の径方向の一端部には、冷媒入口２２となる第１のパイプ５７が設けられている。筒状部５５の径方向の他端部には、冷媒出口２８となる第２のパイプ５８が設けられている。また、第１のパイプ５７は、筒状部５５の下端部に設けられている。第２のパイプ５８は、筒状部５５の上端部に設けられている。
この実施の形態による吸熱部材５１も、第２のパイプ５８が第１のパイプ５７より上に位置する姿勢で使用される。冷媒２３は、図７中に破線の矢印で示すように、第１のパイプ５７から冷媒室２１内に流入し、冷媒室２１内でＬＥＤ３の熱により気化して冷媒ガス２３ａとなり、第２のパイプ５８から流出する。
【００５４】
この実施の形態においても、冷媒室２１に流入する液状の冷媒２３と、冷媒室２１から出る冷媒ガス２３ａとが互いに干渉し合うことがなく、冷媒２３が円滑に循環するから、冷却効率が高くなるＬＥＤ照明用冷却装置を提供することができる。
【００５５】
（第４の実施の形態）
吸熱部材は、図９に示すようにＬＥＤ照明の灯体内に設けることができる。図９において、図１〜図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図９に示すＬＥＤ照明６１は、灯体６２の中に収容された冷媒配管６３を備えている。冷媒配管６３は、本発明でいう「吸熱部材」を構成するもので、角パイプによって形成され、冷媒２３が注入されている。
【００５６】
この冷媒配管６３は、ＬＥＤ３が実装された基板５の裏面に密着している。冷媒配管６３の長手方向の一端部であって下端部に冷媒入口（図示せず）が設けられ、冷媒配管６３の他端部であって上端部に冷媒出口（図示せず）が設けられている。
この構成を採ることにより、吸熱部材１１の小型化が図られるとともに、ＬＥＤ３の熱を基板５の直下で冷媒２３に伝えることができるから、効率よくＬＥＤ３を冷却することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ＬＥＤ照明用冷却装置、３…ＬＥＤ、４，４７，５３，６２…灯体、７…透光部材（透光部）、１１…吸熱部材、１２…第１の冷媒用管部材、１３…第２の冷媒用管部材、１４…凝縮器、２１…冷媒室、２２…冷媒室の冷媒入口、２３…冷媒、２８…冷媒室の冷媒出口、３１…熱交換部の冷媒出口、３２…熱交換部の冷媒入口、３５…熱交換部、３６…冷媒通路、３７…ファン、４３…内周壁（円筒状の壁）、４４，５６…第１のパイプ（冷媒入口）、４５，５７…第２のパイプ（冷媒出口）、５４…筒状部（円筒状の壁）。
【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】
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