JP2018139482A - 電源装置及びそれを用いた光化学反応装置と方法並びにラクタムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えた電源装置において、温度上昇を適切に抑えることが可能な構造を有する電源装置、とくに、大容量のＬＥＤ光源用に好適な電源装置を提供する。
【解決手段】電力供給源からの電流を制御する制御回路と、冷媒の流通によって周囲を冷却可能な冷却手段と、該冷却手段と前記制御回路とを接続する伝熱手段と、該伝熱手段と前記制御回路との間に両者に接触された状態で介在されたシート状部材からなる絶縁手段と、を有する電源装置であって、前記制御回路から発生した熱を前記絶縁手段を介して前記伝熱手段に伝え該伝熱手段を通して前記冷却手段へと放熱させることを特徴とする電源装置、その電源装置を用いた光化学反応装置と方法、その光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法。
【選択図】図３
【解決手段】電力供給源からの電流を制御する制御回路と、冷媒の流通によって周囲を冷却可能な冷却手段と、該冷却手段と前記制御回路とを接続する伝熱手段と、該伝熱手段と前記制御回路との間に両者に接触された状態で介在されたシート状部材からなる絶縁手段と、を有する電源装置であって、前記制御回路から発生した熱を前記絶縁手段を介して前記伝熱手段に伝え該伝熱手段を通して前記冷却手段へと放熱させることを特徴とする電源装置、その電源装置を用いた光化学反応装置と方法、その光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法。
【選択図】図３
Description
本発明は、電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えた電源装置、とくに、制御回路の温度上昇を抑制できるようにした電源装置、その電源装置を用いた光化学反応装置と方法、その光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法に関する。
電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えた電源装置においては、制御回路に、半導体素子を用いたスイッチング素子や、チョークコイルを用いたリアクトル等の電気・電子部品を搭載することが多いが、このような電気・電子部品では、通常、ある温度以上になると、動作が不安定になったり、寿命が低下したりするおそれが生じる。このような温度上昇の問題は、とくに、これら電気・電子部品からの放熱用の空間を大きく取れない場合、例えば、装置全体のコンパクト化が要求され、制御回路やそれを組み込んだ電源装置として放熱用の空間を大きく取れない場合に生じやすい。
例えば、発光ダイオード(以下、ＬＥＤと略称することもある。)を用いた光源用の電源装置においては、ＬＥＤ光源の高出力・高集積化が進むと、ＬＥＤ素子や電源制御回路の発熱量を抑え、放熱や強制冷却を利用して冷却するために必要な空間体積が減り、電源制御回路を構成するチョークコイルや半導体素子などの電気・電子部品の温度が望ましくないレベルにまで上昇するという問題がある。電気・電子部品の寿命は熱による影響が大きいため、長寿命が求められるＬＥＤ光源においては、このような温度上昇を抑えるために電気・電子部品を効率的に冷却する必要があり、とくに大容量のＬＥＤ光源に対してはその必要性が増大する。
上記のような大容量のＬＥＤ光源装置のために、特許文献１には、光源装置を冷却する冷却システムからの冷却液の液漏れを検出し、冷却液の付着に伴う光源や電源の破損を防止できるようにした光源装置が提案されているが、電源制御回路の温度上昇を抑えるために電気・電子部品を効率的に冷却することについては言及されておらず、制御回路の安定動作確保や長寿命化の観点からは未だ不十分である。
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えた電源装置において、温度上昇を適切に抑えることが可能な構造を有する電源装置を提供することにあり、とくに、大容量のＬＥＤ光源用に好適な電源装置を提供することにある。特に、産業用の放電管などでは、桁違いに大きな光量が要求され、ＬＥＤの絶対的な数量を増加させる必要がある一方、既存の設備への適用のために限られた領域内に複数のＬＥＤを集約配置することになり、温度上昇を適切に抑えることがより困難な場合であっても安定に制御可能な電源装置が求められている。
上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、電力供給源からの電流を制御する制御回路と、冷媒の流通によって周囲を冷却可能な冷却手段と、該冷却手段と前記制御回路とを接続する伝熱手段と、該伝熱手段と前記制御回路との間に両者に接触された状態で介在されたシート状部材からなる絶縁手段と、を有する電源装置であって、前記制御回路から発生した熱を前記絶縁手段を介して前記伝熱手段に伝え該伝熱手段を通して前記冷却手段へと放熱させることを特徴とするものからなる。
このような本発明に係る電源装置においては、電力供給源からの電流が大きくなると、電気・電子部品を搭載した制御回路は発熱する可能性があるが、冷媒の流通によって周囲を冷却可能な冷却手段と制御回路との間に、該冷却手段と制御回路とに接続された伝熱手段と、該伝熱手段と制御回路との間に介在され両者に接触された絶縁手段とで構成される伝熱経路が形成されるので、発熱された制御回路は、この伝熱経路を通して効率よく冷却され、発熱量が適当なレベル以下に抑えられる。とくに、制御回路が絶縁手段に接触され、絶縁手段が伝熱手段に接触されているので、制御回路から冷却手段までの間に極めて効率よく伝熱させることが可能な伝熱経路が形成され、発熱された制御回路が効果的に冷却されることになる。その結果、絶縁手段により必要な絶縁状態が確保されつつ、制御回路の過剰な温度上昇が防止され、制御回路の機能が安定して維持されるとともに、制御回路に搭載されている電気・電子部品の長寿命化が達成される。
上記本発明に係る電源装置においては、上記制御回路が、少なくともスイッチング素子または／およびリアクトルからなる回路部品を備えており、少なくともその回路部品に上記絶縁手段が接触されている形態とすることができる。これらスイッチング素子やリアクトルは、大電流が流れると発熱しやすく、過剰な温度上昇が生じると機能低下しやすい回路部品であるから、制御回路の中でもこのような回路部品を重点的に冷却することにより、より安定して制御回路の機能が維持される。
また、上記冷却手段としては、冷媒の流通によって周囲を冷却可能な手段であれば、特に限定されず、その構造も特に限定されないが、冷却手段が冷却水の流通路を有する手段から構成されていると、冷却水の流通構造や流量制御に一般的な技術を採用できるので、本発明に係る電源装置に容易に適用することが可能である。また、流通路の適切な設計や、冷却水の適切な流量制御によって、高い冷却性能が得られる。
また、上記伝熱手段としても、冷却手段と制御回路とを接続しその間の伝熱を可能とする手段であれば、特に限定されず、その構造も特に限定されないが、極力高い伝熱性能、ひいては極力高い冷却性能を得るために、熱伝導係数が高い材料からなることが好ましい。例えば、伝熱手段が、熱伝導係数が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製部材からなることが好ましい。２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導係数を有することにより、十分に高い伝熱性能、ひいては十分に高い冷却性能を得ることが可能になる。
また、上記絶縁手段としても、制御回路に対して必要な絶縁性能を確保でき、かつ、伝熱手段と制御回路との間に両者に接触された状態で介在可能な手段であれば、特に限定されず、その構造も特に限定されないが、極力高い伝熱性能、ひいては極力高い冷却性能を得るために、熱伝導係数が高い材料からなることが好ましい。絶縁手段であるから、導電性の金属製部材で構成することはできないが、例えば、絶縁手段が、絶縁性を有し、熱伝導係数が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状部材からなることが好ましい。絶縁手段は絶縁性さえ確保されれば比較的薄くてもよいので、０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導係数を有することにより、十分に高い伝熱性能、ひいては十分に高い冷却性能を得ることが可能になる。このような熱伝導係数を有するシート状部材としては、例えば、シリコンからなるシート状部材が挙げられる。
また、本発明に係る電源装置においては、より高い冷却性能を維持するために、冷却手段に接続されている伝熱手段が、絶縁手段を介して、制御回路側に常時接触された状態に保たれていることが好ましい。そのためには、本発明に係る電源装置が、さらに、伝熱手段を制御回路側に付勢可能な付勢手段を有していることが好ましい。付勢手段により伝熱手段を常時制御回路側に向けて付勢することが可能になるので、伝熱経路内の望ましい接触状態を常時保つことが可能になり、それによって優れた冷却性能が得られる。このような付勢手段は、別途設置したバネ部材等の手段で構成することも可能であるし、上記伝熱手段の一部をバネ機能を有する部位に形成して伝熱手段と一体的に構成することも可能である。
上記付勢手段には、該付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段が付設されていることが好ましい。付勢力調整手段による付勢力の調整により、接触部位のより安定した、かつ、より適切な接触圧での接触状態の維持が可能になる。このような付勢力調整手段としては、特に限定されず任意の付勢力調整機能を有する手段を適用でき、例えば、上述したようなバネ部材やバネ機能を有する部位の姿勢や押圧力を調整可能な調整ネジで構成可能である。
上記のような本発明に係る電源装置は、電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えたあらゆる分野の電源装置に適用可能であり、特に、制御回路が、複数の発光ダイオードを使用した発光体に供給される電流を制御する回路からなる電源装置として有用なものである。
このように発光ダイオードを使用した発光体を備えた光源用の電源装置として適用される場合には、上記冷却手段が、上記発光体の裏面側に設けられていることが好ましい。すなわち、発光体の前面側の光の照射経路の障害とならないように冷却手段が構成されていることが好ましい。
このような発光体を備えた光源においては、発光体からの照射光は、例えば、光化学反応用に使用することが可能である。例えば、後述の如く、発光体からの光の照射先がシクロアルカンであり、光照射によりシクロアルカノンオキシムを製造する光化学反応工程に使用可能である。光化学反応工程で製造したシクロアルカノンオキシムを用いてラクタムを製造することができる。
本発明に係る光化学反応装置は、上記のような電源装置に接続された発光ダイオード群を備えた光照射装置を有することを特徴とするものからなる。上記のような電源装置を適用することにより、発光ダイオード群を安定して連続点灯させることが可能になり、光照射装置による所望の光化学反応を行わせることが可能になる。
また、本発明に係る光化学反応方法は、このような光化学反応装置を用いることを特徴とする方法からなる。
この本発明に係る光化学反応方法は、とくに大容量の発光ダイオード群を安定して連続点灯させることが要求されるあらゆる光化学反応、例えば、光の照射先が液体であって、該液体の組成に少なくとも炭素原子が含まれている光化学反応に適用できる。この光の照射先の液体としては、例えば、シクロアルカンを挙げることができる。シクロアルカンとしては、例えば、シクロヘキサンまたはシクロドデカンを挙げることができる。本発明に係る光化学反応方法は、とくにこのようなシクロアルカンと光ニトロソ化剤に光照射することによりシクロアルカノンオキシムを製造する光化学反応に好適である。光ニトロソ化剤としては、例えば、塩化ニトロシルまたはトリクロロニトロソメタンを挙げることができる。
本発明に係るラクタムの製造方法は、上記のような光化学反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを次いでラクタムに変換することを特徴とする方法からなる。
このように、本発明に係る電源装置によれば、冷却手段と制御回路との間に効率よく伝熱経路を構成することができ、発熱された制御回路から効果的に熱を逃がして制御回路を適切に冷却できるので、制御回路の過剰な温度上昇を防止でき、制御回路の機能を安定して維持できるとともに、制御回路に搭載されている電気・電子部品の長寿命化をはかることができる。この本発明に係る電源装置を適用することにより、高出力かつ高集積型のＬＥＤ光源装置の構築が可能となり、長時間、安定に光源装置を運転することが可能となる。したがって、この電源装置は大容量の発光ダイオード群を用いて光照射を行う光化学反応装置と方法にとくに有効であり、さらにはその光化学反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを用いるラクタムの製造方法の安定化にも貢献できる。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る電源装置を光源装置に適用した場合を例示しており、その光源装置の概略横断面を示している。図１に示す光源装置１は、例えば多数の発光ダイオードが搭載された発光体２を複数有しており、それらの全体が円筒状の光透過性容器３で覆われている。各発光体２における発光ダイオードの搭載個数は、光源装置１の用途に応じて適宜決めればよい。図示例では、各発光体２は、冷却水の流通路を有する冷却手段としての、制御回路冷却用ヒートシンク４の外面の２面上に装着されており、装着された複数の発光体２は、全体横断面形状として星形に形成されている。各制御回路冷却用ヒートシンク４は各発光体２の裏面側に設けられて発光体２用の冷却手段も兼ねている。各制御回路冷却用ヒートシンク４内には、冷媒としての冷却水５が流通される。
図１は、本発明の一実施態様に係る電源装置を光源装置に適用した場合を例示しており、その光源装置の概略横断面を示している。図１に示す光源装置１は、例えば多数の発光ダイオードが搭載された発光体２を複数有しており、それらの全体が円筒状の光透過性容器３で覆われている。各発光体２における発光ダイオードの搭載個数は、光源装置１の用途に応じて適宜決めればよい。図示例では、各発光体２は、冷却水の流通路を有する冷却手段としての、制御回路冷却用ヒートシンク４の外面の２面上に装着されており、装着された複数の発光体２は、全体横断面形状として星形に形成されている。各制御回路冷却用ヒートシンク４は各発光体２の裏面側に設けられて発光体２用の冷却手段も兼ねている。各制御回路冷却用ヒートシンク４内には、冷媒としての冷却水５が流通される。
光源装置１の中央部には、光源装置１の略全体を冷却可能な冷却手段としてのヒートシンク６が形成されており、このヒートシンク６も、冷却水の流通路を有する冷却手段として構成されている。また、光源装置１の中央部には、ヒートシンク６によって冷却可能に、電力供給源(図示略)からの電流を制御する制御回路７が、発光体２の群数に対応させて、複数(図示例では４個)配置されている。各制御回路７からは、熱伝導係数が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状部材からなる絶縁手段としての絶縁体８を介在させて、各制御回路冷却用ヒートシンク４へと延びる伝熱経路を形成する伝熱手段としての伝熱部材９が設けられている。この伝熱部材９は、熱伝導係数が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製部材から構成されている。
上記のような発光ダイオード群が搭載された発光体を有する光源装置１の、電力供給源からの電流を制御する制御回路を含む全体回路の構成例を図２に示す。図２は、３相交流直流変換装置が構成される場合の回路の構成例を示している。図２に示す３相交流直流変換装置１００は、例えば３ｋｗ以上の発光ダイオード群を１台で駆動するために３相交流電源１０１と発光ダイオード群１０２との間に設けられる電源回路に組み込まれる３相交流直流変換装置である。３相交流直流変換装置１００は、発光ダイオード群１０２へと接続される直流母線１０３と、直列接続された一対のスイッチング素子１０４が上記３相交流電源１０１の３相分上記直流母線１０３間に並列に接続されているとともに、各スイッチング素子１０４が並列接続された逆阻止ダイオード１０５を備えている３相フルブリッジ回路１０６（Ｕ、Ｖ、Ｗの３相分のブリッジ回路）と、該３相フルブリッジ回路１０６と上記３相交流電源１０１との間に設けられ、各一対のスイッチング素子１０４におけるスイッチング素子１０４間の接続部と３相交流電源１０１の対応する相（Ｒ、Ｓ、Ｔ）とを接続するリアクトル１０７と、３相フルブリッジ回路１０６の出力側の上記直流母線１０３間に接続された平滑用コンデンサ１０８と、直流母線１０３間の出力電圧を検出する直流電圧検出手段１０９と、３相交流電源１０１の電源電圧位相を検出する電源電圧位相検出手段１１０と、各スイッチング素子１０４へと接続され、各スイッチング素子１０４を制御するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段（ＰＷＭ手段）１１１と、を有している。パルス幅変調手段１１１は、電源電圧位相検出手段１１０により検出された電源電圧位相と直流電圧検出手段１０９により検出された直流母線１０３間の出力電圧とに基づき、各スイッチング素子１０４へのパルス幅変調信号を出力する。
上記回路構成例では、直流電圧検出手段１０９により検出され帰還された直流母線１０３間の出力電圧と、予め設定された出力電圧指令１１２とが比較されて電圧調整器１１３で調整される。調整された電圧の位相と電源電圧位相検出手段１１０により検出された電源電圧位相とに基づく電流が、３相フルブリッジ回路１０６の入力側から帰還された入力電流と比較されて電流調整器１１４で調整された後、パルス幅変調手段１１１によるパルス幅変調制御に供されるようになっている。
また、複数の発光ダイオード１１５を組み合わせて接続することにより、一つの発光ダイオード群１０２が形成され、複数の発光ダイオード群１０２が併設されて、大規模の発光体１１６が構成されている。この発光体１１６を有する装置が、例えば光化学反応装置に用いられる光照射装置１１７として構成されている。この光照射装置１１７内に、各発光ダイオード群１０２への電流を一定に制御する定電流回路１１８が、複数、３相フルブリッジ回路１０６の出力側に対して並列に設けられている。
このように構成された３相交流直流変換装置１００においては、３相交流から直流への変換部にＰＷＭ制御が可能なスイッチング素子１０４を組み合わせた３相フルブリッジ回路１０６からなるコンバータが構成されているので、２次側、つまり、３相フルブリッジ回路１０６の出力側（直流母線１０３側）の高周波やノイズ、１次側に発生する高周波を補正し、歪みのない電源波形にすることが可能となり、１次側、つまり３相フルブリッジ回路１０６の入力側（リアクトル１０７側）での電圧降下が抑制される。また、平滑用コンデンサ１０８も付加されているので、直流母線１０３側の直流電圧は平滑な波形にて定電圧制御され、かつ、３相フルブリッジ回路１０６にＰＷＭ制御を適用することで、変動の少ない安定した電圧供給が可能となる。
前述したように、上記のような制御回路が、少なくともスイッチング素子または／およびリアクトルからなる回路部品を備えている場合、これらスイッチング素子やリアクトルは、大電流が流れると発熱しやすく、過剰な温度上昇が生じると機能低下しやすい回路部品であるから、制御回路の中でもこのような回路部品が重点的に冷却されることにより、より安定して制御回路の機能が維持される。
前述の図１に示したような光源装置１に用いられる本発明に係る電源装置の構成例を図３、図４に例示する。図３に示す電源装置１１において、符号１２は、図１に示したような光源装置１における一つの制御回路７の回路基板を示しており、回路基板１２上に、例えばリアクトルを構成するチョークコイル１３が搭載されている部位が例示されている。符号１４は、図１に示したような光源装置１における一つの制御回路冷却用ヒートシンク４の一部を構成する制御回路冷却用ヒートシンク構成部材を示しており、符号１５は、図１に示したような光源装置１における、光源装置１の略全体を冷却可能な冷却手段としてのヒートシンク６の一部を構成するヒートシンク構成部材を示している。本実施形態では、冷却手段としての制御回路冷却用ヒートシンク構成部材１４の一部が、回路基板１２へと接続されている。冷却手段としての制御回路冷却用ヒートシンク構成部材１４と、制御回路の一部としてのチョークコイル１３との間には、Ｌ字状断面を有する伝熱手段としての伝熱部材１６（例えば、熱伝導係数が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製部材からなる伝熱手段としてのアルミニウム製の伝熱部材）が設けられており、この伝熱部材１６は、図１における伝熱部材９に相当している。伝熱部材１６とチョークコイル１３との間には、シート状の絶縁手段としての絶縁体１７（例えば、熱伝導係数が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状部材からなる絶縁手段としてのシリコン製の絶縁体）が、両者に接触された状態で介在されており、この絶縁体１７は、図１における絶縁体８に相当している。
伝熱部材１６は絶縁体１７を介してチョークコイル１３（チョークコイル１３の頂面）に接続されているが、この部位における接触状態をより確実にするために、本実施形態では、図３の下方に向けて伝熱部材１６をチョークコイル１３側に付勢可能な付勢手段としてのバネ部材１８が設けられている。このバネ部材１８の付勢力は、付勢力調整手段としてのバネ力調整ネジ１９によって適宜調整できるようになっている。
上記のように構成された電源装置１１においては、制御回路７の一部を構成するチョークコイル１３が発熱し、その温度が上昇されようとした場合にあっても、チョークコイル１３に直接接触されている絶縁体１７、該絶縁体１７を介してバネ力調整ネジ１９によって付勢力が調整されたバネ部材１８によりチョークコイル１３側への接触圧が調整された伝熱部材１６により形成される伝熱経路を通して、チョークコイル１３の熱が制御回路冷却用ヒートシンク構成部材１４へと放熱され、さらにはヒートシンク構成部材１５へと放熱されるので、チョークコイル１３が効率よく冷却される。その結果、絶縁体１７により必要な絶縁状態が確保されつつ、チョークコイル１３の温度上昇が適切に抑制され、チョークコイル１３の安定した性能が維持されるとともに、その長寿命化が可能になる。
図４に示す電源装置２１においては、図１に示したような光源装置１における一つの制御回路７の回路基板２２上に、制御回路７の一部を構成する半導体素子２３が搭載されている部位が例示されている。符号２４は、図１に示したような光源装置１における一つの制御回路冷却用ヒートシンク４の一部を構成する制御回路冷却用ヒートシンク構成部材を示しており、符号２５は、図１に示したような光源装置１における、光源装置１の略全体を冷却可能な冷却手段としてのヒートシンク６の一部を構成するヒートシンク構成部材を示している。本実施形態では、冷却手段としての制御回路冷却用ヒートシンク構成部材１４の一部が、回路基板２２へと接続されている。冷却手段としての制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４と、制御回路の一部としての半導体素子２３との間には、Ｌ字状断面を有する伝熱手段としての伝熱部材２６（例えば、熱伝導係数が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製部材からなる伝熱手段としてのアルミニウム製の伝熱部材）が設けられており、この伝熱部材２６は、図示例では、上記制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４と一体的に形成されているとともに、図３におけるバネ部材と同様に半導体素子２３側への付勢力を発揮可能な付勢力発揮部位２６ａと一体的に形成された伝熱部材兼バネ部材として構成されている。伝熱部材兼バネ部材２６と半導体素子２３との間には、図示例ではさらに半導体素子２３と制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４との間には、半導体素子２３を覆うように設けられた、シート状の絶縁手段としての絶縁体２７（例えば、熱伝導係数が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状部材からなる絶縁手段としてのシリコン製の絶縁体）が、付勢力発揮部位２６ａと制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４との両者に接触された状態で介在されており、この絶縁体２７は、図１における絶縁体８に相当している。
伝熱部材兼バネ部材２６の付勢力発揮部位２６ａは絶縁体２７を介して半導体素子２３に接続されているが、この部位における接触状態をより確実にするために、本実施形態では、図４の左右方向に向けての付勢力発揮部位２６ａの半導体素子２３側への付勢力は、付勢力調整手段としてのバネ力調整ネジ２８によって適宜調整できるようになっている。図示例では、このバネ力調整ネジ２８は、同時に、絶縁体２７を介した、制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４と半導体素子２３との間の接触圧も適宜調整できるようになっている。
上記のように構成された電源装置２１においては、制御回路７の一部を構成する半導体素子２３が発熱し、その温度が上昇されようとした場合にあっても、半導体素子２３に直接接触されている絶縁体２７、該絶縁体２７を介してバネ力調整ネジ２８によって付勢力が調整された伝熱部材兼バネ部材２６の付勢力発揮部位２６ａにより形成される伝熱経路を通して、半導体素子２３の熱が制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４へと放熱され、さらにはヒートシンク構成部材２５へと放熱されるので、半導体素子２３が効率よく冷却される。また、上記図示例では、半導体素子２３に直接接触されている絶縁体２７を介して直接制御回路冷却用ヒートシンク構成部材２４側に放熱される伝熱経路も形成されるので、半導体素子２３が一層効率よく冷却される。その結果、絶縁体２７により必要な絶縁状態が確保されつつ、半導体素子２３の温度上昇が適切に抑制され、半導体素子２３の安定した性能が維持されるとともに、その長寿命化が可能になる。
なお、図３、図４に示した実施態様では、制御回路の一部を構成する電気・電子部品としてチョークコイル１３や半導体素子２３を例示したが、本発明における制御回路の一部を構成する電気・電子部品としては、これらに限定されず、発熱の可能性のあるあらゆる電気・電子部品が本発明による冷却の対象となり、例えば、コンデンサ等も冷却の対象となる。
前述したように、本発明に係る電源装置は、電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えたあらゆる分野の電源装置に適用可能であり、特に、制御回路が、複数の発光ダイオードを使用した発光体に供給される電流を制御する回路からなる電源装置として有用なものである。すなわち、図１に示したような光源装置１用の電源装置として有用なものであり、特に、図１に示したように、冷却手段が、発光体２の裏面側に設けられている形態が好ましい。
本発明では、大容量の、とくに３ｋｗ以上、好ましくは１０ｋｗ以上１００ｋｗ以下の発光ダイオード群を１台の電源装置にて駆動するために使用可能で、発光ダイオードを安定に点灯することが可能な電源装置を提供することができる。本発明の電源装置を用いることで、1万個以上、好ましくは２万個以上の発光ダイオードが高集積された光源装置の運転が可能になる。高集積された発光ダイオードの上限は１０万個程度である。本発明の電源装置を用いた光源装置では、さらに、大容量の発光ダイオード群を点灯させるのに必要な制御回路の温度上昇を抑えることで、発光ダイオード群を長時間安定に運転が可能であり、発光ダイオードの寿命の延長をはかることができる。
さらに、本発明の電源装置を用いることで、高集積の発光ダイオード群を安定に制御することが可能となるが、発光ダイオード素子が１個／ｃｍ２以上５個／ｃｍ２以下の密度で集積された発光ダイオード群の運転が可能となる。発光ダイオードの集積度の下限は好ましくは２個／ｃｍ２以上、さらに好ましくは３個／ｃｍ２以上である。このような構成により、発光ダイオード群のさらなる高密度化、大容量化が可能となる。
上述したような発光体を備えた光源装置１においては、とくに大容量の発光ダイオード群を安定して連続点灯させることが要求されるあらゆる光化学反応に適用できる。例えば、光化学反応方法において、光の照射先が液体であって、炭素原子を含むものとすることができる。すなわち、本発明に係る光化学反応方法では、光の照射先は少なくとも１つは液体で構成される原料系とすることができる。原料となる液体は、炭素原子を含む液体であればとくに制限はなく、反応液として可燃性液体、例えばアルカン、シクロアルカンなどの炭化水素類を例示できる。
なお、上記シクロアルカンとしては、特にその炭素数は限定しないが、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカンが好ましい。特に、ラクタムの原料となるシクロヘキサン、ラウリルラクタムの原料となるシクロドデカンが好ましい。
上記のようなシクロアルカンおよび光ニトロソ化剤を用いて、発光ダイオードの光照射による光化学反応にてシクロアルカノンオキシムが得られる。光ニトロソ化剤には、例えば、塩化ニトロシル、塩化ニトロシルと塩化水素との混合ガスが好ましい。その他、一酸化窒素と塩素との混合ガス、一酸化窒素と塩素と塩化水素との混合ガス、ニトローゼガスと塩素との混合ガス等のいずれも光化学反応系にて、塩化ニトロシルとして作用するので、これらニトロソ化剤の供給形態に限定されるものではない。また、塩化ニトロシルとクロロホルムを光化学反応させて得られるようなトリクロロニトロソメタンをニトロソ化剤として用いてもよい。光化学反応を塩化水素の存在下で行う場合、シクロアルカノンオキシムはその塩酸塩となるが、そのまま塩酸塩の形態でもよい。
上記の光反応によって、シクロアルカンの炭素数に応じたシクロアルカノンオキシムを得ることができる。例えば、シクロヘキサンを用いた塩化ニトロシルによる光ニトロソ化反応ではシクロヘキサノンオキシムが得られる。また、シクロドデカンを用いた塩化ニトロシルによる光ニトロソ化反応ではシクロドデカノンンオキシムが得られる。
光化学反応を行って得られたシクロアルカノンオキシムをベックマン転位することによってラクタムが得られる。例えば、シクロヘキサノンオキシムをベックマン転位する反応では以下の反応式［化１］で示すようにεーカプロラクタムが得られる。また、シクロドデカノンオキシムをベックマン転位する反応ではω−ラウロラクタムが得られる。
なお、上記においては図１に示した光源装置１を参照して本発明の実施の形態を説明したが、この実施形態は例として示したものであり、本発明の範囲を制限することは意図しない。様々な形態で実施することが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜簡略化や変更を行うことができる。このような実施形態やそれらの変更も、本発明の範囲に含まれる。
本発明に係る電源装置は、電力供給源からの電流を制御する制御回路を備えたあらゆる分野の電源装置に適用可能であり、特に、制御回路が、複数の発光ダイオードを使用した発光体に供給される電流を制御する回路からなる、光源装置用の電源装置として好適なものである。このような光源装置用の電源装置は、特に、光化学反応装置や光化学反応方法、その光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法に用いて好適なものである。
１ 光源装置
２ 発光体
３ 光透過性容器
４ 制御回路冷却用ヒートシンク
５ 冷却水
６ ヒートシンク
７ 制御回路
８ 絶縁体
９ 伝熱部材
１１、２１ 電源装置
１２、２２ 回路基板
１３ チョークコイル
１４、２４ 制御回路冷却用ヒートシンク構成部材
１５、２５ ヒートシンク構成部材
１６ 伝熱部材
１７、２７ 絶縁体
１８ バネ部材
１９、２８ バネ力調整ネジ
２３ 半導体素子
２６ 伝熱部材兼バネ部材
２６ａ 付勢力発揮部位
１００ ３相交流直流変換装置
１０１ ３相交流電源
１０２ 発光ダイオード群
１０３ 直流母線
１０４ スイッチング素子
１０５ 逆阻止ダイオード
１０６ ３相フルブリッジ回路
１０７ リアクトル
１０８ 平滑用コンデンサ
１０９ 直流電圧検出手段
１１０ 電源電圧位相検出手段
１１１ パルス幅変調手段
１１２ 出力電圧指令
１１３ 電圧調整器
１１４ 電流調整器
１１５ 発光ダイオード
１１６ 発光体
１１７ 光照射装置
１１８ 定電流回路
２ 発光体
３ 光透過性容器
４ 制御回路冷却用ヒートシンク
５ 冷却水
６ ヒートシンク
７ 制御回路
８ 絶縁体
９ 伝熱部材
１１、２１ 電源装置
１２、２２ 回路基板
１３ チョークコイル
１４、２４ 制御回路冷却用ヒートシンク構成部材
１５、２５ ヒートシンク構成部材
１６ 伝熱部材
１７、２７ 絶縁体
１８ バネ部材
１９、２８ バネ力調整ネジ
２３ 半導体素子
２６ 伝熱部材兼バネ部材
２６ａ 付勢力発揮部位
１００ ３相交流直流変換装置
１０１ ３相交流電源
１０２ 発光ダイオード群
１０３ 直流母線
１０４ スイッチング素子
１０５ 逆阻止ダイオード
１０６ ３相フルブリッジ回路
１０７ リアクトル
１０８ 平滑用コンデンサ
１０９ 直流電圧検出手段
１１０ 電源電圧位相検出手段
１１１ パルス幅変調手段
１１２ 出力電圧指令
１１３ 電圧調整器
１１４ 電流調整器
１１５ 発光ダイオード
１１６ 発光体
１１７ 光照射装置
１１８ 定電流回路
上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、多数の発光ダイオードが搭載された発光体を複数有しており、それらの全体が円筒状の光透過性容器で覆われた光源装置において、前記発光体に供給される電流を制御する回路からなる電源装置であって、光源装置の中央部に配置され、電力供給源からの電流を制御する制御回路と、発光体の裏面側に設けられ、冷媒の流通によって周囲を冷却可能な冷却手段と、該冷却手段と前記制御回路とを接続する伝熱手段と、該伝熱手段と前記制御回路との間に両者に接触された状態で介在されたシート状部材からなる絶縁手段と、を有する電源装置であって、前記制御回路から発生した熱を前記絶縁手段を介して前記伝熱手段に伝え該伝熱手段を通して前記冷却手段へと放熱させることを特徴とするものからなる。
また、上記伝熱手段としても、冷却手段と制御回路とを接続しその間の伝熱を可能とする手段であれば、特に限定されず、その構造も特に限定されないが、極力高い伝熱性能、ひいては極力高い冷却性能を得るために、熱伝導係数が高い材料からなることが好ましい。例えば、伝熱手段が、熱伝導係数が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製部材からなることが好ましい。２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導係数を有することにより、十分に高い伝熱性能、ひいては十分に高い冷却性能を得ることが可能になる。伝熱手段としては、例えば後述の如く、Ｌ字状断面を有する伝熱部材を用いることができる。
Claims (18)
- 電力供給源からの電流を制御する制御回路と、
冷媒の流通によって周囲を冷却可能な冷却手段と、
該冷却手段と前記制御回路とを接続する伝熱手段と、
該伝熱手段と前記制御回路との間に両者に接触された状態で介在されたシート状部材からなる絶縁手段と、を有する電源装置であって、
前記制御回路から発生した熱を前記絶縁手段を介して前記伝熱手段に伝え該伝熱手段を通して前記冷却手段へと放熱させることを特徴とする電源装置。 - 前記制御回路が、少なくともスイッチング素子または／およびリアクトルからなる回路部品を備えており、少なくとも前記回路部品に前記絶縁手段が接触されている、請求項１に記載の電源装置。
- 前記冷却手段が、冷却水の流通路を有する手段からなる、請求項１または２に記載の電源装置。
- 前記伝熱手段が、熱伝導係数が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製部材からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の電源装置。
- 前記絶縁手段が、熱伝導係数が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状部材からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の電源装置。
- さらに、前記伝熱手段を前記制御回路側に付勢可能な付勢手段を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の電源装置。
- さらに、前記付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段を有する、請求項６に記載の電源装置。
- 前記制御回路が、複数の発光ダイオードを使用した発光体に供給される電流を制御する回路からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の電源装置。
- 前記冷却手段が、前記発光体の裏面側に設けられている、請求項８に記載の電源装置。
- 前記発光体が、その照射光が光化学反応用に使用されるものである、請求項８または９に記載の電源装置。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載の電源装置に接続された発光ダイオード群を備えた光照射装置を有することを特徴とする光化学反応装置。
- 請求項１１に記載の光化学反応装置を用いることを特徴とする光化学反応方法。
- 光の照射先が液体であって、該液体の組成に少なくとも炭素原子が含まれている、請求項１２に記載の光化学反応方法。
- 前記光の照射先の液体がシクロアルカンである、請求項１３に記載の光化学反応方法。
- 前記シクロアルカンがシクロヘキサンまたはシクロドデカンである、請求項１４に記載の光化学反応方法。
- 前記シクロアルカンと光ニトロソ化剤に光照射することによりシクロアルカノンオキシムを製造する、請求項１４または１５に記載の光化学反応方法。
- 前記光ニトロソ化剤が塩化ニトロシルまたはトリクロロニトロソメタンである、請求項１６に記載の光化学反応方法。
- 請求項１６または１７に記載の光化学反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを次いでラクタムに変換することを特徴とするラクタムの製造方法。
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