JP2017054669A - 熱輸送装置、及び、照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートパイプにより熱源の熱を輸送して効率的に利用することができる熱輸送装置、及び、熱輸送装置を備えた照明器具を提供する。
【解決手段】熱源からの熱を所定の場所に輸送する熱輸送装置１００であって、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２と、を備え、第２のヒートパイプ６２は、第１のヒートパイプ６１よりも低い作動温度範囲を有し、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２とは、熱源からの熱を異なる場所に輸送する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱輸送装置、及び、熱輸送装置を備えた屋外用の照明器具に関する。

従来、屋外に設置された照明器具においては、冬季に器具上部に積雪した雪が照明器具の発熱や太陽光の熱により溶けて滴下する際に外気により冷却されて氷柱が発生する場合がある。そこで、器具上面に集水凹部を形成し、光源および電源装置の熱で器具上面全体を暖めて、上面に積もった雪を溶かし、その雪解け水を集水凹部に導引した後に排水部から排水することで氷柱の発生を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、熱源の熱をヒートパイプによって放熱部に輸送して、堆積した雪を融かす融雪装置が知られている。この種の融雪装置では、ヒートパイプの作動液が凍結して熱伝達が行われなくなるのを防ぐために、第１の作動温度範囲を有する第１の作動液体を封入した第１のヒートパイプと、第１の作動温度範囲と異なる第２の作動温度範囲を有する第２の作動液体を封入した第２のヒートパイプとを平行に密接配置しているものがある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２記載の融雪装置では、第１のヒートパイプの作動液が凍結した際に、第２のヒートパイプの働きにより、放熱部の温度を上昇させて第１のヒートパイプの作動を開始させ、第１、第２の両ヒートパイプの協働により熱伝達を行っている。

特開２０１４−１２３４４４号公報 特開平０５−２４８７７８号公報

ところで、照明器具に、ヒートパイプを用いた熱輸送装置の技術を適用して、より効果的に氷柱の形成を抑制したいという要望があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ヒートパイプにより熱源の熱を輸送して効率的に利用することができる熱輸送装置、及び、熱輸送装置を備えた照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、熱源からの熱を所定の場所に輸送する熱輸送装置であって、第１のヒートパイプと、第２のヒートパイプと、を備え、前記第２のヒートパイプは、前記第１のヒートパイプよりも低い作動温度範囲を有し、前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、熱源からの熱を異なる場所に輸送することを特徴とする。

上記構成において、前記第２のヒートパイプの作動液は、前記第１のヒートパイプの作動液の作動範囲以下の温度で作動可能でもよい。

また、上記目的を達成するために、本発明は、上記構成の熱輸送装置を備え、屋外に配置される照明器具であって、前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、光源としての発光素子に熱的に接続され、前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、前記発光素子からの熱を、前記発光素子を内部に備えた器具本体の異なる場所に輸送することを特徴とする。

上記構成において、前記第１のヒートパイプは、前記発光素子からの熱を、前記器具本体の外部に放熱するように構成され、前記第２のヒートパイプは、前記発光素子からの熱により、前記器具本体に堆積した氷雪を溶かすように構成されてもよい。

上記構成において、前記第１のヒートパイプの作動液は水であり、前記第２のヒートパイプの作動液はフロンまたは代替フロンであってもよい。

上記構成において、前記第２のヒートパイプを、前記器具本体の外周縁に沿って配置してもよい。

本発明によれば、第１のヒートパイプと、第２のヒートパイプと、を備え、前記第２のヒートパイプは、前記第１のヒートパイプよりも低い作動温度範囲を有し、前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、熱源からの熱を異なる場所に輸送するため、第１のヒートパイプの放熱部と、第２のヒートパイプの放熱部という、異なる２つの放熱部を設定することができ、周囲温度が低下し第１のヒートパイプが作動しなくなった場合には、第２のヒートパイプの放熱部に積極的に熱を輸送することができ、熱源の熱を効率的に利用することができる。

本発明の実施形態に係る照明器具を示す図であり、（Ａ）は下方から示す斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は背面図である。 器具本体１０の内部構成を示す図であり、図１（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 第２のヒートパイプの構成を示す図であり、下カバー体を取り外した状態の器具本体の下面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は実施形態に係る照明器具１を示す図であり、図１（Ａ）は下方から示す斜視図、図１（Ｂ）は側面図、図１（Ｃ）は背面図である。
照明器具１は、図１に示すように、屋外に設置された支柱５に器具本体１０を支持して用いられる。支柱５は、路肩などの道路脇の地面に立設されたポール型のものであり、支柱５の先端部３に器具本体１０を支持している。図示は省略するが、照明器具１は、器具本体１０を壁面等の支柱以外の支持部材に支持して用いる構成であってもよい。

器具本体１０は、例えば、アルミダイカストで形成され、前端１１Ａから後端１１Ｂにかけて長い平面視略矩形状に形成される。器具本体１０は、後端１１Ｂの近傍で支柱５の先端部３に支持され、前端１１Ａを道路側（車道側）に向けて設置される。器具本体１０の下面１０Ａには、前端１１Ａの側に照射開口１２が形成され、この照射開口１２が平板状の透明なグローブ１３で覆われている。
また、器具本体１０の下面１０Ａには、後端１１Ｂの近傍に、支柱５を挿入する為の支柱用挿入孔１６を備えている。支柱５に器具本体１０を支持する際には、支柱５の先端部３が器具本体１０の下面１０Ａから支柱用挿入孔１６に挿入される。

器具本体１０は、ケース体２０と、下カバー体２１と、を備える。ケース体２０、及び下カバー体２１は、屋外使用に十分に耐え得る耐食性があり、且つ、熱伝導性に優れた、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の材料から形成されている。ケース体２０は、器具本体１０の、上面１０Ｃ、前後左右の外側面１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇを構成する。下カバー体２１は、器具本体１０の下面１０Ａを構成する。下カバー体２１には、図１（Ａ）に示すように、照射開口１２が形成され、この照射開口１２を塞ぐようにグローブ１３が取り付けられている。器具本体１０は、ケース体２０、下カバー体２１、及びグローブ１３が、互いに水密に取り付けられて、内部空間が防水される構造となっている。

器具本体１０のケース体２０には、上面１０Ｃに、後端１１Ｂ側に凸状に形成され、内部の空間に電源ユニットを収容した電源収容部８０が設けられる。なお、電源ユニットを器具本体１０内部に配置せず、支柱５の下部に電源ユニットを配置してもよい。
下カバー体２１は、器具本体１０の後端１１Ｂ側を下方に箱状に突出させた突設部２２を有し、突設部２２の略中央に支柱用挿入孔１６が形成されている。突設部２２の内部空間には、支柱用挿入孔１６から挿入された支柱５と、器具本体１０とを連結固定する不図示の連結固定部が設けられている。

ケース体２０の電源収容部８０と、下カバー体２１の突設部２２とは、上下方向に並べて形成される。これにより、突設部２２に設けられた、支柱用挿入孔１６から挿入された支柱５の先端部３が、電源収容部８０に収容された電源ユニットの直下に配設される。よって、支柱５の内部を通して地中から延びる電源線を、電源収容部８０に収容された電源ユニットに容易に接続することができる。
器具本体１０は、図１（Ｂ）に示すように、前端１１Ａが後端１１Ｂよりも上方に配置されるように、上面１０Ｃが支柱５に向かって下方に傾斜している。上面１０Ｃは、水平方向に対して少なくとも５度、好ましくは１０度以上傾斜している構成とされるのが望ましい。

ケース体２０、下カバー体２１、及びグローブ１３によって形成される器具本体１０の内部空間には、光源ユニット５０（図３参照）と、光源ユニット５０に電源を供給する電源ユニット（不図示）が収容されている。
光源ユニット５０は、図３に示すように、発光素子の一例であるＬＥＤ５１を光源として備え、複数のＬＥＤ５１が実装基板５２に実装されて、構成されている。ＬＥＤ５１としては、ＣＯＢ型ＬＥＤを好適に用いることができる。器具本体１０の内部には、器具本体１０の前後方向に並べて複数（本実施形態では、４つ）の光源ユニット５０が配置される。各光源ユニット５０は、器具本体１０の左右方向に延びる矩形板状の実装基板５２と、実装基板５２に実装された２つのＬＥＤ５１と、を備える。

図２は、器具本体１０の内部構成を示す図であり、図１（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図２では、下カバー体２１、及びグローブ１３の図示を省略している。
実装基板５２は、熱伝導性に優れた部材から形成される。複数の光源ユニット５０のうち、少なくとも一つの光源ユニット５０は、実装基板５２の背面を接続部５５に当接させ、接続部５５に熱的に接続させて取り付けられる。なお、図２では、前後方向に並べて配置された４つの光源ユニット５０のうち、中央の２つの光源ユニット５０が接続部５５に接続されている状態を示しているが、４つ全ての光源ユニット５０が接続部５５に接続されている構成であってもよい。

接続部５５は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導性に優れた材料から形成され、ケース体２０に例えば樹脂などの熱伝導性の低い材料で形成された取付部５７を介して取り付けられる。
本実施形態では、ケース体２０には、一対の接続部５５が、器具本体１０の左右方向の中心に対して対称位置に設けられる。実装基板５２は、一対の接続部５５間に架け渡して、各接続部５５に実装面の背面を当接させて取り付けられる。接続部５５は、実装基板５２が取り付けられた際に、ＬＥＤ５１が接続部５５の直下に配置されるように構成されている。この構成によれば、ＬＥＤ５１の発熱を、実装基板５２を介して効率よく接続部５５に伝熱させることができる。
接続部５５は、熱的に接続する光源ユニット５０の位置に対応するように設けられ、例えば、４つ全ての光源ユニット５０を接続する場合には、４つの光源ユニット５０の配置範囲に亘って、器具本体１０の前後方向に延びている構成とすることができる。また、図３に示すように、中央の２つの光源ユニット５０のみを接続部５５に接続する構成とする場合には、器具本体１０の前後端側に設けられた他の光源ユニット５０は、実装基板５２をケース体２０の内面２５に直接熱的に接続して取り付けられる構成とすることができる。

接続部５５には、図２に示すように、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２とが接続されている。このように、器具本体１０の内部には、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２とにより構成され、ＬＥＤ５１からの熱を器具本体１０に輸送する熱輸送装置１００が設けられる。
熱輸送装置１００は、２本の第１のヒートパイプ６１と、４本の第２のヒートパイプ６２とを備える。２本の第１のヒートパイプ６１は、それぞれ接続部５５から延出し、ケース体２０の内面２５に接続される。ケース体２０には、上面１０Ｃに複数の放熱部６５が設けられる。放熱部６５は、上面１０Ｃを窪ませて形成され、この窪みの内側には、複数の放熱フィン６６が立設される。なお、放熱フィン６６は、ケース体２０に一体に形成される構成とすることができる。このように、上面１０Ｃを窪ませた窪みの内部に放熱フィン６６を立設することで、器具本体１０の意匠性を損なうことなく放熱部６５を設けることができる。放熱部６５は、器具本体１０の左右方向に複数並べて設けられるとともに、各放熱部６５は、器具本体１０の前後方向に延び、放熱部６５の延在方向に沿って放熱フィン６６が延びるように構成される。第１のヒートパイプ６１は、各接続部５５から、それぞれ異なる放熱部６５に対応する位置に延び、接続部５５から放熱部６５に熱を輸送するように構成される。

第２のヒートパイプ６２は、接続部５５から、ケース体２０の側面を貫通し、ケース体２０の外側に延出する。図示は省略するが、ケース体２０に設けられる、第２のヒートパイプ６２が貫通する貫通孔２６は、水密構造を有し、貫通孔２６からケース体２０の内部に水が浸入しないように構成されている。貫通孔２６からケース体２０の外側に引き出された第２のヒートパイプ６２は、ケース体２０の外周縁に沿って、ケース体２０の外周を囲むように配設される。第２のヒートパイプ６２は、耐食性に優れ、ケース体２０の外部に配設されても、腐食に耐えるように構成されている。

図３に示すように、本実施形態では、各接続部５５から２本ずつ、第２のヒートパイプ６２が延出し、計４本の第２のヒートパイプ６２がケース体２０の外周縁に沿って配置されている。４本の第２のヒートパイプ６２はそれぞれ、貫通孔２６からケース体２０の外側に引き出され、１本はケース体２０の左側面に沿ってケース体２０の前端１１Ａに延び、１本はケース体２０の右側面に沿ってケース体２０の前端１１Ａに延び、１本はケース体２０の左側面に沿ってケース体２０の後端１１Ｂに延び、１本はケース体２０の右側面に沿ってケース体２０の後端１１Ｂに延びる。このように、ケース体２０の外周縁に沿って配置される第２のヒートパイプ６２を４本のヒートパイプで構成することで、ケース体２０の外周縁全体に略均等に接続部５５から熱を輸送することができる。

第１のヒートパイプ６１は、作動液が水のヒートパイプであり、０℃から１００℃の作動温度範囲を有する。第２のヒートパイプ６２は、作動液がフロン又は代替フロン、アセトン、ブタン等であり、第１のヒートパイプの作動温度範囲より低い温度範囲でも作動可能なヒートパイプである。本実施形態の第２のヒートパイプ６２は、作動液がフロン又は代替フロンであり、−３０℃から６０℃の作動温度範囲を有する。
作動液の温度が０℃から６０℃の間では、第１のヒートパイプ６１、及び、第２のヒートパイプ６２が作動可能であり、接続部５５からの熱は、第１のヒートパイプ６１により放熱部６５に輸送されるとともに、第２のヒートパイプ６２によりケース体２０の外周縁部２８に輸送される。作動液の温度が６０℃より高くなると、第２のヒートパイプ６２は、作動液が気化し、動作が停止する。一方、第１のヒートパイプ６１は、第２のヒートパイプ６２よりも高い作動温度範囲を有するため、第２のヒートパイプ６２が停止しても作動可能である。また、周囲温度が氷点下の場合等で、作動液の温度が０℃以下になると、第１のヒートパイプ６１は、作動液が凝固し、動作が停止する。一方、第２のヒートパイプ６２は、第１のヒートパイプ６１よりも低い作動温度範囲を有するため、第１のヒートパイプ６１が停止しても作動可能である。

上述のように、接続部５５には、光源ユニット５０が熱的に接続されているため、ＬＥＤ５１の点灯時の発熱は、実装基板５２を介して接続部５５に伝熱される。第１のヒートパイプ６１及び第２のヒートパイプ６２の作動液の温度が０℃から６０℃の間では、ＬＥＤ５１からの熱が接続部５５を介して第１のヒートパイプ６１及び第２のヒートパイプ６２によって輸送されて、ケース体２０の放熱部６５、及び、ケース体２０の外周縁部２８から器具本体１０の外部に放熱される。

第１のヒートパイプ６１及び第２のヒートパイプ６２の作動液の温度が６０℃より高くなると、第２のヒートパイプ６２の動作が停止するため、ＬＥＤ５１の熱は、接続部５５を介して第１のヒートパイプ６１によって輸送されて、ケース体２０の放熱部６５から放熱される。
このように、照明器具１は、ケース体２０を熱伝導性に優れた材料から形成し、光源ユニット５０の発熱を、第１のヒートパイプ６１、第２のヒートパイプ６２によって、ケース体２０に輸送して、ケース体２０の外部に放熱することで、光源ユニット５０を動作可能な温度に維持している。

ところで、照明器具１が、冬季の積雪量が比較的多い地域に設置された場合には、器具本体１０の上部に積もった雪が、光源ユニット５０から器具本体１０に伝えられた熱や、太陽光の熱により解けて水滴となる。この水滴が器具本体１０の上面１０Ｃから滴下する際に寒気に晒され氷結すると、器具本体１０に氷柱が形成される可能性がある。
光源として放電ランプ等を用いた従来の照明器具では、放電ランプが高温であるため器具本体１０の温度が高く、器具本体１０から滴下する水滴は凍りにくく、氷柱は形成され難い。これに対し、光源にＣＯＢ型ＬＥＤ等の発光素子を用いた場合、発光素子の発熱量が比較的少ないため、このままでは器具本体１０に氷柱が形成されやすい。また、氷柱は、器具本体１０の上面１０Ｃから雪解け水が滴下する場所、つまり、器具本体１０の外周縁から形成される。

氷柱が発生する環境下では、周囲温度が低く、器具本体１０に堆積した雪により、器具本体１０も冷却されるため、ヒートパイプの作動液の温度が低くなる。上述したように、作動液の温度が０℃以下になると、第１のヒートパイプ６１の作動液が凝固し、第１のヒートパイプ６１の動作が停止するため、接続部５５に伝熱されたＬＥＤ５１の熱は、第２のヒートパイプ６２により輸送される。第２のヒートパイプ６２は、ＬＥＤ５１からの熱を器具本体１０の外周縁部２８に輸送し、外周縁部２８の温度を上昇させる。これにより、外周縁部２８に氷柱が形成されるのを抑制することができる。
この構成によれば、氷柱が形成されやすい環境下では第１のヒートパイプ６１の動作を停止して、第２のヒートパイプ６２によって、ＬＥＤ５１の熱を積極的に器具本体１０の外周縁部２８に輸送することができ、器具本体１０に氷柱が形成されるのを効果的に抑制することができる。なお、第１のヒートパイプ６１が動作を停止しても、第２のヒートパイプに積極的に熱を輸送し、また周囲温度が低いためＬＥＤ５１は十分に冷却された状態を維持できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、熱源からの熱を所定の場所に輸送する熱輸送装置１００であって、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２と、を備え、第２のヒートパイプ６２は、第１のヒートパイプ６１よりも低い作動温度範囲を有し、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２とは、熱源からの熱を異なる場所に輸送する構成とした。この構成により、第１のヒートパイプ６１を主に熱源からの熱を放熱するために輸送し、第２のヒートパイプ６２を主に熱源からの熱を再利用するために輸送する等、同一熱源からの熱を別の場所に運ぶことで、熱源からの熱を有効に利用することができる。
例えば、第２のヒートパイプ６２は、融雪用に好適に用いることができる。第２のヒートパイプ６２は、第１のヒートパイプ６１よりも低い作動温度範囲を有するため、第１のヒートパイプ６１の作動温度範囲より低い温度の際には、第１のヒートパイプ６１の動作を停止して、第２のヒートパイプ６２により輸送される熱源の熱量を増やし、効率よく融雪を行うことができる。

また、本実施形態によれば、第２のヒートパイプ６２の作動液は、第１のヒートパイプ６１の作動液の作動範囲以下の温度で作動可能である構成とした。この構成により、第２のヒートパイプ６２により輸送される熱源の熱量を増やしたい環境下では、第１のヒートパイプ６１の作動液を凝固させて、第１のヒートパイプ６１の動作を確実に停止させることができ、効率よく熱源の熱を利用することができる。

また、本実施形態によれば、熱輸送装置１００を備え、屋外に配置される照明器具１であって、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２とは、光源としてのＬＥＤ５１に熱的に接続され、第１のヒートパイプ６１と、第２のヒートパイプ６２とは、ＬＥＤ５１からの熱を、ＬＥＤ５１を内部に備えた器具本体１０の異なる場所に輸送する構成とした。この構成により、ＬＥＤ５１からの熱を、周囲温度に応じて器具本体１０の異なる場所（異なる機能部）に輸送して、各ヒートパイプ６１，６２の作動温度範囲の違いに基づいて、有効に利用することができる。

また、本実施形態によれば、第１のヒートパイプ６１は、ＬＥＤ５１からの熱を、器具本体１０の外部に放熱するように構成され、第２のヒートパイプ６２は、ＬＥＤ５１からの熱により、器具本体１０に堆積した氷雪を溶かすように構成される。この構成により、第１のヒートパイプ６１及び第２のヒートパイプ６２が共に動作する条件下では、第１のヒートパイプ６１及び第２のヒートパイプ６２によりＬＥＤ５１の熱を輸送して、器具本体１０の外部に効率よく放熱することができる。また、低温時などで器具本体１０に氷雪が堆積する条件下では、第１のヒートパイプ６１の動作を停止させて、第２のヒートパイプ６２によって輸送される熱量を増やすことができ、効率よく器具本体１０に堆積した氷雪を溶かすことができる。

また、本実施形態によれば、第１のヒートパイプ６１の作動液は水であり、第２のヒートパイプ６２の作動液はフロンまたは代替フロンである構成とした。この構成により、作動液が０℃以下になる条件下で、第１のヒートパイプ６１の動作を確実に停止させることができるとともに、第２のヒートパイプ６２を−３０℃以上であれば作動液が０℃以下になっても確実に動作させることができる。よって、作動液が０℃以下になった場合に、第２のヒートパイプ６２によって輸送される熱量を増やし、器具本体１０に堆積した氷雪を効率よく溶かすことができる。

また、本実施形態によれば、第２のヒートパイプ６２を、器具本体１０の外周縁に沿って配置した。この構成により、器具本体１０の外周縁部２８の温度を上げることができるため、器具本体１０から滴下する雪解け水が、器具本体１０の外周縁部２８で氷結して氷柱が発生するのを効率よく抑制することができる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。例えば、第１のヒートパイプ６１，第２のヒートパイプ６２からなる熱輸送装置１００を照明器具の分野以外に適用して用いることもできる。

１ 照明器具
１０ 器具本体
２８ 外周縁部
５０ 光源ユニット
５１ ＬＥＤ（発光素子）
５２ 実装基板
５５ 接続部
６１ 第１のヒートパイプ
６２ 第２のヒートパイプ
６５ 放熱部
１００ 熱輸送装置

Claims (6)

1. 熱源からの熱を所定の場所に輸送する熱輸送装置であって、
   第１のヒートパイプと、第２のヒートパイプと、を備え、
   前記第２のヒートパイプは、前記第１のヒートパイプよりも低い作動温度範囲を有し、
   前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、熱源からの熱を異なる場所に輸送する
   ことを特徴とする熱輸送装置。
2. 前記第２のヒートパイプの作動液は、前記第１のヒートパイプの作動液の作動範囲以下の温度で作動可能であることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送装置。
3. 請求項１または２に記載の熱輸送装置を備え、屋外に配置される照明器具であって、
   前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、光源としての発光素子に熱的に接続され、
   前記第１のヒートパイプと、前記第２のヒートパイプとは、前記発光素子からの熱を、前記発光素子を内部に備えた器具本体の異なる場所に輸送する
   ことを特徴とする照明器具。
4. 前記第１のヒートパイプは、前記発光素子からの熱を、前記器具本体の外部に放熱するように構成され、
   前記第２のヒートパイプは、前記発光素子からの熱により、前記器具本体に堆積した氷雪を溶かすように構成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の照明器具。
5. 前記第１のヒートパイプの作動液は水であり、
   前記第２のヒートパイプの作動液はフロンまたは代替フロンである
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の照明器具。
6. 前記第２のヒートパイプを、前記器具本体の外周縁に沿って配置したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の照明器具。
   

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