JP2015170590A - ワイヤー吊り下げ式ｌｅｄ集魚灯 - Google Patents

Abstract

【課題】イカ釣り船などの集魚灯の燃費削減は日本の沿岸漁業にとって存続に係る喫緊の課題となっている。そのために、消費電力が少ないと云われるＬＥＤに替えようする試みも行われたが、省エネ効果が低く、かつ暗くて光の到達範囲が狭いことも起因して漁獲が上がらず実用化には至っていない。
【解決手段】本発明は、ＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）光モジュールと称する最先端の高密度集積ＬＥＤ発光モジュールを搭載し、操業域の海水を用いる冷却システムと組み合わせて低消費電力で遠距離照射可能なＬＥＤ集魚灯を実現可能にする
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ集魚灯の発光素子に写真１ならびに写真３で示すＣＯＢタイプのＬＥＤ発光モジュール１（ＣＯＢ：Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ、以後ＣＯＢ発光モジュールと表記）を使用し、操業域の海水を用いて図２の熱交換器９を介して冷却した冷媒（水、不凍液など）でＣＯＢ発光モジュール１近傍の放熱を行い、ＣＯＢ発光モジュール１の温度上昇に伴う発光効率と寿命の低下を抑える強制冷却システムを備え、船の振動や揺れを吸収するワイヤー吊り下げ式のＬＥＤ集魚灯を提供するものである。

ＬＥＤ素子近傍の放熱については特許文献１にあるような強制水冷式あるいは特許文献２にあるような強制水冷と強制空冷を組合せる方式などが既に提案されている。また、ＬＥＤ集魚灯については非特許文献１にみられるように自然空冷の例がある。これは写真２に示すように砲弾型ＬＥＤ素子のような低出力の素子を疎に実装してあるため発熱量も少なく強制冷却手段を必要としないからである。しかし、ＣＯＢ光モジュール１を搭載したＬＥＤ集魚灯では発熱量が大きく、強制冷却手段は必須であるが、本発明が提案するように操業域の海水を汲み上げて図２の熱交換器８を介して不凍液を冷却し、それを発熱部近傍に配した図２および図４の放熱部材３等に埋め込まれた図４の銅管１５などに循環させて放熱を行う方式については未だに提案されていない。

特許第４６０５５２６号（図２） 特許第４７１７６０３号（図３）

平成１９年度 省エネルギー技術導入促進事業実験成績および評価「中型イカ釣り漁船（１３８トン型）におけるＬＥＤ集魚灯導入実証化試験（Ｐ３）」（海洋水産システム協会）

従来、イカ釣り船等の集魚灯は発光素子としてメタルハライドランプを用いるのが一般的である。しかし、中型船になると、それらの光源の消費電力は２００ＫＷを上回り、そのための専用の発電機（補機）を装備しなければならず、年間の燃料代も１０００万円を超すなど操業採算性を著しく圧迫しているのが実状である。そのためにメタルハライドランプに替えてＬＥＤ素子を用いることが検討されてきたが、図１に示すように発光効率がメタルハライドランプの大よそ半分の青色ＬＥＤ素子を使用したり、写真２のように低輝度の砲弾型のＬＥＤ素子を低い密度でパネル上に並べるなどの単純な構造であったために、全体的に暗かったり、遠くまで光が届かなかったりと課題も多く実用化に至っていないのが現状である。
近年ＬＥＤは高密度集積化が驚異的な速さで進んでいて、なかでもＣＯＢ発光モジュールと称するものは発光面積７２ｍｍ×７２ｍｍで１．１ＫＷ、１７０，０００ルーメンというような仕様のものも実用化の段階に入っている。高密度集積化されたＣＯＢ発光モジュールを使用するメリットは、小面積で高輝度の発光面が得られるために図２および写真３のように一個のリフレクター２あるいは一個のレンズなどを用いるなどして比較的単純な構造で容易に集光ならびに遠距離照射が可能になることである。
しかし、半導体チップの高密度集積化にともないＣＯＢ光モジュールからの発熱量が大幅に増加し、強制冷却手段を講じないと半導体チップの特性を劣化させるという課題がある。現在高出力ＣＯＢ光モジュールの冷却方法として一般的に用いられているのがＡｌなどの加工性ならびに放熱性が良好な金属ブロックを加工して放熱面積を大きくしたヒートシンク或いはヒートシンクの内部にヒートパイプを内蔵させるなどの方式があるが、これらの方式では外形寸法ならびに重量が大きくなり、かつコストも高いなど、他の冷却方式の開発が求められている。写真３にヒートパイプ方式の試作器の一例を示す。６００Ｗのもので総重量が１５ｋｇほどになる。
また、既存のメタルハライドランプ製の集魚灯は集まった魚群を船の揺れによる光のゆらぎで散らさないように、かつ船の振動を緩衝するためにワイヤー吊り下げ式になっているが、大きくて重いヒートパイプ式の集魚灯をワイヤー吊り下げ方式にして設置するのは困難である。

本発明は、ワイヤー吊り下げ式のＣＯＢ光モジュール搭載集魚灯を実現するために放熱構造が単純で軽量化が可能な強制冷却システムを備えたＬＥＤ集魚灯を提供するものである。
本発明の強制冷却システムの概念図を図２に示す。通常漁船には海水を循環させる設備、配管が装備されている。その配管から分岐して海水を熱交換器８（ラインクーラー若しくはオイルクーラー。船舶用品として一般に売られている）に通し、冷媒（不凍液）を冷却、循環させてＣＯＢ光モジュール１に接触して配置された放熱部材３を冷却する。また、エンジンを冷却し船外へ放出されている海水（エンジン冷却用海水の取水・放出側の水温の差は約＋２℃）を本システムの熱交換器８に通しＣＯＢ光モジュール１を冷却するようにすると新たに海水の取水の為の設備機材が必要とせずコスト低減が図れる。上記の二つの方式とも、小さくて軽い放熱部材３で十分な放熱が可能となり、吊り下げ式のＣＯＢ光モジュール搭載した低コストＬＥＤ集魚灯が実現可能となる。なお図２に示すように、配管６のループ内には、リザーブタンク７ならびに循環ポンプ６が接続して配置される。
不凍液はフレキシブルな樹脂あるいはゴムのチューブ内を循環させ、図３に示すように集魚灯は船上の作業の障害にならない高さに上下平行に張られた２本のワイヤー１１、１２を介して吊り下げる。
図３にロープ吊り下げ構造を示す。船の揺れなどの前後左右の動きを吸収して集魚灯本体４を定位置に保持する役割を果たす十字ヒンジ１３に接続した取付板１０の上部折り曲げ部を、上下に平行に張られた２本のワイヤー１１、１２のうちの上の方のワイヤー１２に引っかけ、下の方のワイヤー１２には取付板１０の十字ヒンジ１３に近い位置を二組のＵボールト９で固定する構造になっている。

図３に示すワイヤー吊り下げ式構造にすることで集魚灯本体４は船の振動をまともに受けることがなくなり、かつ船が揺れても常に定位置に保持される。また、図４に本発明の放熱部材の構造の概略を示す。放熱部材３は外形寸法が１８０ｍｍ×１８０ｍｍ×６０ｔのＡｌブロックで、内部には銅管１６（内径φ１４、外径φ１６）が屈曲した状態で埋め込まれている。
放熱部材熱解析シミュレーションによると６００ＷのＣＯＢ光モジュールを４基冷却する時、流入水温度２５℃、流入水量１２．５Ｌ／ｍｉｎの条件で、ＣＯＢ光モジュールの表面温度は１基目 ４２．５℃、４基目 ４４．９℃となり、６０℃以下に抑えることが可能であることが分かる。ＣＯＢ光モジュールのジャンクション温度の上限は１００〜１１０℃とされているので、表面温度に直すと８０〜９０℃となる。本シミュレーション結果は十分な冷却効果を示すことが分かる。

各種光源の発光効率 冷却システムの概念図 集魚灯の吊り下げ構造 ＣＯＢ光モジュールに接して設ける放熱部材 集魚灯の艤装例

図２、図２ならびに図５に本発明のＬＥＤ集魚灯システムの構成ならびに艤装概念図を示す。

船下の水中から汲み上げた海水を熱交換器８に導き、そこで熱交換された冷媒（水、不凍液など）を集魚灯本体５のＣＯＢ発光モジュール１に接触して配置された放熱部材４に埋め込まれた銅管１５に循環させることで十分な放熱を行い、かつ船体への艤装は図５に示すようにメタルハライドランプ２００ＫＷ級相当船では６００ＷのＬＥＤ集魚灯を片舷３基、全船では６基を大よそ１０ｍ間隔で配置する。尚集魚灯本体４は船の振動ならびに揺れを吸収するために図３に示すようにワイヤー吊り下げ式とする。

１ ＣＯＢ光モジュール
２ リフレクター
３ 放熱部材
４ 集魚灯本体
５ 配管
６ 循環ポンプ
７ リザーブタンク
８ 熱交換器
９ Ｕボルト
１０取付板
１１ワイヤー上
１２ワイヤー下
１３十字ヒンジ
１４流入口
１５銅管
１６Ｃｕ基板
１７船体

Claims (6)

1. ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤ集魚灯で、発光部のサイズが概略１５０ｍｍ×１５０ｍｍを超えないことを特徴とするＬＥＤ集魚灯。
2. ［請求項１］のＬＥＤ集魚灯において、発光部全体を覆うように少なくとも一枚のレンズが組み合わされていることを特徴とするＬＥＤ集魚灯。
3. ［請求項１］および［請求項２］のＬＥＤ集魚灯において、発光部からの光を集光、反射する傘型のリフレクタが発光部を包み込む様に配置されてなることを特徴とするＬＥＤ集魚灯。
4. ［請求項１］、［請求項２］、［請求項３］のＬＥＤ集魚灯において、発熱部近傍を、海中から汲み上げた海水で熱交換器を介して冷却した冷媒（水、不凍液など）をフレキシブルなパイプを通して循環させ、冷却する構造のＬＥＤ集魚灯。
5. ［請求項４］の集魚灯において、上下に平行に張られた少なくとも２本のワイヤーで吊り下げることを特徴とするＬＥＤ集魚灯の取り付け装置。
6. ［請求項５］のＬＥＤ集魚灯において、十字ヒンジを介して光照射部とワイヤー取り付け部とが結合していることを特徴とする集魚灯の取り付け装置。