JP2009543282A - 温室において配置される半導体ベース装置の冷却 - Google Patents

Abstract

温室（１）における植物栽培は、植物のより効果的であり且つより適合された照明に対して半導体ベース装置（６）を使用することを必要とし得る。本発明は、温室環境において配置される植物を照射するようヒートシンク（５）上に取り付けられる発光ダイオード等である半導体ベース装置（６）の使用を可能にする、冷却システム及び冷却方法を与える。冷却システムは、流入端部（３）及び流出端部（４）を有する少なくとも１つのパイプ（２）を備えられ、該端部を介して温室（１）の外側から入ってくる周囲空気が案内される。

Description

本発明は、温室環境における植物栽培に係り、より特には、温室において配置される半導体ベース装置（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｂａｓｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ）に対する冷却方法及び冷却システムに係る。

温室環境における植物栽培は、半導体ベース装置の使用をますます求める。典型的な一例は、温室植物を照射する発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用である。当然のことながら、ＬＥＤは、広範囲な特定の波長を与え、高輝度放電灯等である他の種類のランプと比較して近い距離における植物の照射を可能にする。特に、光合成過程は、照射波長に敏感であること、及び、植物がＬＥＤによって照射される際に得られる結果は、蛍光灯等である従来の光源によって照射される際に得られる結果とは異なること、が報告されている。一例として、ＥＰ１３０００６６Ａ１（特許文献１）は、６００ｎｍという波長を有する赤色光が植物における光合成反応において最も高い効率性に相当するため、該赤色光を使用すること、を開示する。

他方、半導体ベース装置が作動時に熱を生成すること、及び過熱がかかる装置の性能を低下させ得ることも、既知である。ＬＥＤに関し、最適な作動状態、即ち最適な光出力が得られる状態は、２５℃及びそれ以下の温度における。一般的に、温度が低いほど良い。故に、半導体ベース装置は、理想的には作動時に冷却されているべきである。

温室の温度はしばしば比較的高く、注意深く制御される必要があるため、温室の内側に位置決めされる半導体ベース装置の熱放散は、解決が容易な問題ではない。前出の特許文献１は、ＬＥＤを冷却する高度システムを開示する。ＬＥＤは、ベースプレートの一側上に取り付けられ、ベースプレートはベースプレートの対向する側部上に取り付けられる配管と接触する。冷却水、あるいは−４０乃至−８０℃の温度における乾燥空気又はエタノール等である他の冷却媒体は、配管内部を循環する。更には、ＬＥＤはまた、温室環境からＬＥＤを守る他のベースプレートに封入される。しかしながらこの装置は、高価であり且つエネルギ消費量が大きい。
ＥＰ１３０００６６Ａ１

上述の観点から、本発明は、先行技術の問題点を低減すること、及び、温室において配置される半導体ベース装置を冷却する、安価であり且つ複雑ではない冷却システム及び冷却方法を与えること、を目的とする。

本発明は、気候帯によっては、温室植物の照射が必要とされ且つ半導体ベース装置の使用を求める、という理解に基づく。半導体ベース装置はまた、植物の生長を加速させるために温室の植物を照射するよう採用され得る。このことは特に、周囲温度、即ち温室の外側の温度が温室植物の必要とする温度に対して低い気候帯に対して、当てはまる。故に、本発明は、かかる環境において有利に適用され得る。本発明の基本的な考えは、温室の内側に位置決めされる半導体ベース装置を冷却するために温室の外側における周囲空気を使用する、ことである。

本発明の第１の態様によれば、照射に対して使用され且つヒートシンク上に取り付けられる半導体ベース装置を冷却するよう温室において配置される冷却システムが与えられる。温室は、流入端部を有する少なくとも１つのパイプを有する。冷却媒体は、該流入端部において供給され、少なくとも１つのパイプの流出端部まで動く。ヒートシンクは、少なくとも１つのパイプにおいて位置決めされる冷却媒体と熱的に接触する。冷却媒体は、温室の外側からの周囲空気である。

本発明の第２の態様によれば、温室の内側において半導体ベース装置を冷却する方法が与えられる。当該方法は、温室の外側から周囲空気を取得する段階、周囲空気を温室の外側から温室を通って案内する段階、及び、温室の外側からの周囲空気を半導体ベース装置と熱的に接触させる段階、を有する。

この冷却システム及び冷却方法の主な利点は、従来技術において記載されるものと比較して、安価であり、エネルギ消費量が少なく、安価で且つ豊富な冷却媒体を使用する、ことである。

本発明の第１の実施例において、煙突効果を作ることによって周囲空気を温室の外側から温室の内側に持ち込む冷却システムが与えられる。この効果は、パイプの流入端部が流出端部より低い高さにある配置を使用することによって達成され得る。この解決法は、実施が比較的容易であり、大変安価である。

更には、第２の実施例において、より強力だが僅かにより安価である解決法が与えられる。該解決法は、少なくとも１つのパイプにおいて供給される温室の外側からの周囲空気の空気特性を制御するよう、エアコントローラを有する。エアコントローラは、サーモメータを備えられ得、少なくとも１つのパイプにおいて供給される温室の外側からの周囲空気の流れ及び温度を制御する機能性を有し得る。

本発明の第３の実施例において、加熱されたパイプの空気を温室へと供給するよう熱交換器が少なくとも１つのパイプの流出端部において配置される、冷却システムが与えられる。

更には、本発明の第４及び第５の実施例において、半導体ベース装置が少なくとも１つのパイプの周辺又は少なくとも１つのパイプの内部のいずれかにおいて配置される、冷却システムが与えられる。冷却システムの半導体ベース装置が少なくとも１つのパイプの内部に位置決めされる実施例は、半導体ベース装置が、装置の機能性に対して悪影響を及し得る湿度及び温室大気の全般的な状態に対して保護されるため、高い耐久性が保証される、という利点を有する。この実施例に関連して、本発明の他の実施例において、冷却システムの少なくとも１つのパイプが透明な材料を有する場合が与えられる。

本発明は、理想作動温度が約２５℃及びそれ以下である発光ダイオード等である半導体ベース装置を冷却するよう、有利に適用され得る。

一般的には、請求項において使用される全ての用語は、本願において明確に定義付けられない限り、技術分野における通常の意味に従って解釈されるべきである。「素子、装置、構成要素、手段、段階、等」に対する全ての参照は、明記されない限り、該素子、装置、構成要素、手段、段階等の少なくとも１つの例を示すよう広く解釈されるべきである。本願に開示される方法の段階は、明記されない限り、開示されたオーダで正確に実行される必要はない。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な開示、添付の従属請求項、及び図面から明らかである。

本発明の上述された目的、特徴及び利点、並びに追加的な目的、特徴及び利点は、本発明の望ましい実施例に関する例証的且つ日制限的である以下の詳細な説明を介して、添付の図面を参照してよりよく理解される。図中、同一の参照符号は、同様の要素に対して使用される。

図１を参照して、本発明の第１の実施例が以下に説明される。

図１によれば、少なくとも１つのパイプ２の形状における冷却システムは、温室１において配置される。あるいは、冷却システムは、複数のパイプ、又は互いに対して相互に接続されるパイプのネットワークを有し得る。パイプ２は、周囲空気が与えられる温室１の外側に対して接続される。この実施例において、端部３は、温室の外側から周囲空気を供給するよう与えられる。しかしながら、冷却システムは、温室１の外側に位置決めされる周囲空気に対してパイプ２を接続するよう、複数の端部を有し得る。

温室の外側からの周囲空気は、望ましくは、システムが作動する際に温室の内側に位置決めされる空気よりも冷たい。したがって、本発明は、植物の照射が必要とされる比較的寒い気候を有する国々により有利に適用される。

半導体ベース装置６が作動する際、該装置は、熱を発し、上方に該装置が取り付けられるヒートシンク５に対してその熱を移動させる。結果としてパイプ２において位置決めされる空気は、ヒートシンク５とパイプ２において位置決めされる空気との間において確立される熱的接触により、加熱される（以下に説明される通り）。結果として、このことは、パイプ２内部に位置決めされる空気の運動を誘発する。

この実施例において、パイプ２の流入端部３は、パイプ２の流出端部４より低い高さにある。これによって煙突効果がもたらされる。即ち、温かい空気は、上方向に移動する。故に、それは、温室１の外側から入ってくる周囲空気の動きを開始させるために半導体ベース装置６のスイッチを入れるよう充分である。周囲空気は、まずパイプ２の流入端部３に入り、続いて流出端部４を介してパイプ２を出る。結果として、それ自体がパイプ２内部に位置決めされる空気と熱的に接触するヒートシンク５上に取り付けられる半導体ベース装置６は、冷却され、適切な状態のもとで作動し得る。

図２において、本発明の更なる実施例が示される。図２中、冷却システムは、パイプ２において配置される、エアコントローラ７に対して接続される。エアコントローラ７は、空気の動きを生成するよう配置される、ファン、ポンプ、同様の他の装置、又はかかる装置の組合せであり得る。エアコントローラは、理想的には、パイプ２の端部の一方において位置決めされる。この場合、冷却システムの機能性は、流出端部４に対する流入端部３の高さにおける差異とは無関係である。エアコントローラ７は、半導体ベース装置６の冷却が求められる際にスイッチを入れられる。エアコントローラ７は、パイプ２の一端から他端までの温室の外側に位置決めされる周囲空気の動きを誘発する。結果として、ヒートシンク５を介してパイプ２内部に位置決めされる空気と熱的に接触する半導体ベース装置は、冷却され、適切な状態のもとで作動し得る。

本発明の更なる一実施例では、エアコントローラ７は、サーモメータ９等である異なる種類の検出器から情報を得、パイプ２における温室１の外側から供給される空気の流れ又は温度等である特性を制御するようこの情報を利用する。この情報は、例えば、ファン、ポンプ、又は他の同様の装置が作動する出力を制御するよう使用される。エアコントローラ７によって誘発される空気の動きの効果は、上述されたもの、即ち半導体ベース装置６が冷却されること、と同一である。

他の実施例において、冷却システムは、パイプ２の流出端部４に対して接続される熱交換器８を備えられる。熱交換器は、リレーとして機能し、パイプ２から入ってくる空気を流出端部４を介して温室１の外側まで抜くか、あるいは、パイプ２から入ってくる空気を加熱するよう温室１へと供給する。

本発明の以下の実施例において、冷却システムにおいて半導体ベース装置６を取り付ける異なるアプローチが与えられる。第１のアプローチは、パイプ２の周辺において半導体ベース装置６のヒートシンク５を取り付けることである。この場合パイプ２は、理想的には、ヒートシンク５とパイプ２において動く冷たい空気との間の優れた熱伝導を可能にする薄い材料を有する。ヒートシンク５は、パイプ２の周辺の外側表面において位置決めされ得るか、あるいはパイプ２の周辺を有する材料の一部であり得る。ヒートシンクは、半導体ベース装置６によって精製される熱を効率的に放散するよう、金属又はセラミック等である高い熱伝導率を有する材料を有する。

第２のアプローチは、半導体ベース装置６及び対応するヒートシンク５をパイプ２の内部に配置することである。この実施例は、半導体ベース装置６を温室１の外側から入ってくる空気と接触するよう直接設ける、という利点を提示する。故に、この実施例は、半導体ベース装置６を冷却するより効果的な方途を与える。この場合、パイプ２は、プラスチック、ガラス、又は同様の材料等である低い熱伝導率を有する材料を有し、温室１をパイプ２の内部において動く空気から完全に隔てるようにする。言い換えれば、この実施例は、温室環境を冷却及び撹乱することなく、温室１の外側からの周囲空気を使用して温室において配置される半導体ベース装置の冷却を可能にする。

半導体ベース装置６がパイプ２の内部に取り付けられる実施例に冷却システムを適合させるよう、パイプ２は、透明な材料を有し得る。これによって、半導体ベース装置６が少なくとも１つのパイプ２の内部に配置される際に、温室１の植物の照射が促進される。

更なる一実施例において、冷却システムの半導体ベース装置６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得るが、この種類の装置に制限されない。高輝度放電灯等であるより従来の光源と比較してＬＥＤを使用する利点は、ＬＥＤが植物に対して大変近く位置付けられ得ることであり、また、ＬＥＤの照射特徴の制御が容易であることである。ＬＥＤは、広範囲の波長において存在し、エアコントローラ７によって与えられる情報に基づいて、ＬＥＤの調光等である機能性は、冷却システムにおいて組み込まれ得る。

本願において与えられる冷却システムはまた、温室環境における層栽培（ｌａｙｅｒ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ）に対して適用される。

本発明は主に、明らかに開示された複数の実施例を参照して上述されてきた。しかしながら、当業者が容易に理解する通り、上記に開示されたもの以外の実施例は、添付の特許請求の範囲によって定義付けられる本発明の範囲内において同等に可能である。

本発明の一実施例に従った、半導体ベース装置を冷却するよう温室において配置される冷却システムの概要を図示する。 本発明の更なる実施例に従った、半導体ベース装置を冷却するよう温室において配置される冷却システムの概要を図示する。

Claims (15)

1. ヒートシンク上に取り付けられる半導体ベース装置を冷却するよう温室において配置される冷却システムであって、
   流入端部を有する少なくとも１つのパイプを有し、
   冷却媒体は、該流入端部において供給され、前記少なくとも１つのパイプの流出端部まで動き、
   前記ヒートシンクは、前記少なくとも１つのパイプにおいて位置決めされる前記冷却媒体と熱的に接触し、
   前記冷却媒体は、前記温室の外側からの周囲空気である、
   冷却システム。
2. 前記少なくとも１つのパイプの前記流入端部は、前記少なくとも１つのパイプの前記流出端部より低い高さにある、
   請求項１記載の冷却システム。
3. 前記温室の外からの前記周囲空気の特性を制御するようエアコントローラを更に有し、
   該エアコントローラは、前記少なくとも１つのパイプに対して接続するよう配置される、
   請求項１又は２記載の冷却システム。
4. 前記エアコントローラは、サーモメータを備えられ、該サーモメータが測定した温度に基づいて前記温室の外側からの前記周囲空気の温度を制御する、
   請求項３記載の冷却システム。
5. 前記エアコントローラは、前記温室の外側からの前記周囲空気の流れを制御する、
   請求項３又は４記載の冷却システム。
6. 熱交換器は、前記少なくとも１つのパイプの前記流出端部において配置され、前記温室へとパイプの空気を供給する、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の冷却システム。
7. 前記ヒートシンクは、前記少なくとも１つのパイプの周辺に取り付けられる、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の冷却システム。
8. 前記半導体ベース装置は、前記少なくとも１つのパイプの内部に配置される、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の冷却システム。
9. 前記少なくとも１つのパイプは、透明な材料を有する、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の冷却システム。
10. 前記半導体ベース装置は、発光ダイオードである、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の冷却システム。
11. 温室の内側において半導体ベース装置を冷却する方法であって：
    ・ 前記温室の外側から周囲空気を取得する段階と；
    ・ 前記周囲空気を前記温室の外側から前記温室を通って案内する段階と；
    ・ 前記温室の外側からの前記周囲空気を前記半導体ベース装置と熱的に接触させる段階と、
    を有する方法。
12. 前記周囲空気を前記温室の外側から案内する前記段階は、温室入口と温室出口との間の煙突効果を採用することによって実行される、
    請求項１１記載の方法。
13. エアコントローラを用いて前記温室の外側からの前記周囲空気の特性を制御する段階、を更に有する、
    請求項１１又は１２記載の方法。
14. 前記周囲空気の前記特性を制御する前記段階は、前記温室の外側からの前記周囲空気の温度を制御する段階を有する、
    請求項１３記載の方法。
15. 前記温室の外側からの前記空気の前記特性を制御する前記段階は、前記温室の外側からの前記周囲空気の流れを制御する段階を有する、
    請求項１３又は１４記載の方法。

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