JP5340985B2

JP5340985B2 - 恒温装置

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Publication number: JP5340985B2
Application number: JP2010036040A
Authority: JP
Inventors: 祐一浜口
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP2011171233A

Description

本発明は、主として各種機器の環境試験を行う試験装置などに使用する照明装置を用いた恒温装置に関する。

恒温装置は、室内を所定の温度に維持するものであり、冷蔵庫や冷凍庫等として用いられる他、各種の機器や部品などの信頼性評価試験を行う環境試験装置において恒温槽や恒温恒湿槽等として用いられる。

環境試験装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、空調装置を備えた断熱構造の筐体における天井に室内灯が装備され、扉に備えられた観察窓を通して外部から室内を透視観察できるよう構成されたものが知られている。

特開平７−２７０３０３号公報

室内灯に使用される照明装置としては一般に蛍光灯や白熱灯が用いられるのであるが、単一の照明装置で恒温装置のように広い温度範囲や湿度範囲（例えば−４０〜８０℃／０〜９５％ｒｈ）に耐えるものがなく、使用条件に応じた耐久性を備えた複数種の光源を組み合わせて使用することが必要とされる。

例えば、氷点下以下の低温域では、保温用の保護パイプを被せたり保温用のヒータを備えた低温用蛍光灯を用い、中温域では防湿タイプの蛍光灯や白熱灯を用い、また、高温域では耐熱温度が高い（８０℃）高温用白熱灯を用いる、等の対策を講じる必要があり、照明装置全体がコスト高となる。

ここで、白熱灯は、電力の割りに光量が少なく、必要かつ充分な照度での照明を行うと消費電力が多くなるものであり、省エネの点で問題があるのみならず、寿命が短くて頻繁な電灯交換を要するものであり、メンテナンス性の点で不利である。

また、室内を照明する他の手段としては、天井部に照明窓を設置して、室内環境の影響を受けない外部照明装置からの光を室内に照射することも考えられるが、照明設備が大掛かりとなりコスト面で不利なものとなる。

また、広い温度範囲においても点灯可能で、寿命も長く、かつ、消費電力も少ない光源としてＬＥＤが有用とされているが、従来のＬＥＤ照明ではジャンクション温度が上昇すると指数的に寿命が短くなるために、高温箇所への設置が困難で、高湿や温度サイクル環境では結露が発生し、絶縁不良が発生することがあった。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、広い温度範囲・湿度範囲において少ない消費電力で好適に発光作動させることができる照明装置を有効に利用して室内照明を行うことができる恒温装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

（１）本発明の恒温装置は、室内の温度又は温湿度が空調装置によって制御される恒温装置であって、複数のＬＥＤを実装した金属製の基板を、金属製の支持板の表面に連結し、支持板と透光材からなる照明カバーとを密封接続して前記基板を照明カバー内に気密状に収容し、前記支持板の裏面を取り付け面とする照明装置の前記取り付け面が、前記室内における金属製の壁面に取り付けられる。

本発明の恒温装置によると、照明装置のＬＥＤで発生した熱は先ず金属製の基板を介して支持板に拡散伝達され、次に、大きい支持板から当該照明装置が取り付けられる室内における金属製の壁面などに広く拡散されて放熱されることとなり、効率の良い放熱を行うことができ、低温域から高温域までの広い温度範囲の環境のもとで使用することが可能となる。

また、支持板と照明カバーとの間に形成されたＬＥＤ収容用の照明空間は密封されるので、高湿や温度サイクル試験等による湿度の影響を受けることはなく、高湿度の環境下での使用も可能である。更に、照明装置における支持板の裏面である取り付け面が、室内の金属製の壁面に全面的に接合するので、ＬＥＤで発生した熱は先ず基板を介して支持板に拡散伝達され、次に、支持板から壁面に広く拡散されて伝達されて効率の良い放熱が行われることになり、高温域においてもＬＥＤを良好に発光作動させ、長寿命で使用することができる。

（２）本発明の恒温装置は、室内の温度又は温湿度が空調装置によって制御される恒温装置であって、複数のＬＥＤを実装した金属製の基板を、金属製の支持板の表面に連結し、支持板と透光材からなる照明カバーとを密封接続して前記基板を照明カバー内に気密状に収容し、前記支持板の裏面を取り付け面とする照明装置の前記取り付け面が、当該取り付け面と前記室内における金属製の壁面との間に空隙を介在させて取り付けられると共に、前記空隙に前記空調装置からの温調空気が送風されるものである。

本発明の恒温装置によると、空隙を流動する温調空気によって熱伝達率が増大し、かつＬＥＤの発熱によって温調空気よりも高温となった支持板から熱を強制的に奪うので、支持板からの放熱性能が更に高いものとなる。

（３）本発明の恒温装置の他の実施態様では、前記照明装置の前記取り付け面が、柔軟性を有する放熱材を介して前記室内における金属製の壁面に取り付けられるものである。

放熱材としては、熱伝導面積を大きくして放熱効果を高めるために、柔軟性および高い熱伝導性を有する材料が好ましく、放熱シートや放熱用シール材などが好ましい。

本発明の恒温装置によると、取り付け面や壁面に多少の凹凸が在っても、放熱材によって支持板から壁面への熱伝導面積を大きく確保して、効率よく放熱することができる。

（４）本発明の恒温装置の好ましい実施態様では、照明装置の前記取り付け面に連なる放熱部材を前記空隙に配置してもよい。

放熱部材は、取り付け面を構成する支持板自体に形成してもよいし、放熱部材を有する放熱板を、支持板に連結してもよい。

この実施態様によると、放熱部材が、取り付け面と壁面との間の空隙に位置することになり、放熱面積が増大して一層放熱効率が向上する。

（５）本発明の恒温装置の別の好ましい実施態様では、前記放熱部材が、前記空調装置からの温調空気を前記室内に噴出する多孔壁面である。

この実施態様によると、支持板の熱を温調空気に放散することができ、高い放熱性能を発揮させることができる。

このように、本発明によれば、広い温度範囲において少ない消費電力で作動させることができる放熱性能に優れた照明装置を得ることができる。さらに高湿環境や温度サイクル環境下でのＬＥＤ基板への結露等を防止することができる。また、本発明によれば、複数種の仕様の光源を組み合わせるようなことなく、単一種の照明装置で照明しながら低温域から高温域までの広い温度範囲および湿度範囲での環境試験などを行うことが可能な恒温装置を得ることができる。

恒温装置の斜視図である。照明装置の縦断面図である。照明装置の一部を切欠いた下面図である。照明装置の分解した斜視図である。照明装置の構成部材を示す斜視図である。支持板の「温度-応力」特性線図である。ＬＥＤにおける「周囲温度とジャンクション温度」特性線図である。照明装置取付け構造の別実施形態を示す縦断面図である。照明装置取付け構造の更に別の実施形態を示す縦断面図である。別実施形態の照明装置を示す分解斜視図である。照明装置取付け構造の他の実施形態を示す縦断面図である。照明装置の他の実施形態を示す図２に対応する縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係る照明装置を備えた恒温装置の斜視図が示されている。この恒温装置は、各種機器の環境試験を行うものであって、内部の温度や湿度が所定値に維持される恒温槽を構成する恒温室１と、室内の温度制御および湿度制御を司る空調装置２とを備えている。

前記恒温室１は、人が立ち姿勢で出入りして作業できる大きさ（例えば、高さ：約２ｍ、横幅：約３ｍ、奥行き：約２ｍ）の密閉室に構成されており、その床、側壁、および、天井が断熱構造に構成されるとともに、前面には、監視窓３を備えた扉４が揺動開閉可能に装備されている。

恒温室１の室内は、その内壁面の全体がステンレス鋼板で構成されるとともに、天井の中央位置に単一の照明装置５が装着されている。

図２に前記照明装置５の縦断面図が、図３に照明装置を下方から見た一部切欠き下面図が、図４に照明装置を上方から見た分解斜視図がそれぞれ示されている。この照明装置は、直径が約６００ｍｍ程度の円形に構成されており、多数のＬＥＤ６を搭載実装した４枚のアルミ製の基板７、基板７を連結支持する支持板８、照明カバー９、および、リング状のカバー押さえ１０とで構成されている。

基板７は矩形に形成されており、その表面に形成された回路パターン上にＬＥＤ６群が所定の配列でもって搭載されている。基板７の適所には、図３に示すように配線接続用のコネクタ１１が備えられており、外部配線との接続および基板同士の間での配線接続が行われる。

支持板８は円形に形成された厚さ約１ｍｍのアルミ板からなり、図５に示すように、支持板８の表面に各基板７をネジ１２で連結することで、基板７の裏面全体が支持板８の表面に接合され、基板７から支持板８への熱伝導が良好に行われるようになっている。

支持板８の中心部に形成された隆起部には配線挿通用の透孔１３が形成されている。この透孔１３にはグロメット１４が嵌合装着され、その中心に配線が挿通される。

前記照明カバー９は、ＬＥＤ６からの光を効率よく透過、拡散し、かつ、十分な強度、耐熱性、耐寒性を有する半透明のガラス材、あるいは、樹脂材（例えば、ポリカーボネート）でドーム状に形成されており、図２（ｂ）に示すように、その外周近くに形成した段部９ａが、支持板８の折返し外周縁８ａに当接するように配置されるとともに、支持板８の折返し外周縁８ａと照明カバー９の段部９ａとの間にシール材１５が充填されて、支持板８と照明カバー９とで囲まれた照明空間の気密が図られている。なお、支持板８の中心における配線挿通部位の隙間や配線同士の間の隙間にもシール材が充填されて照明空間の気密が図られる。

カバー押さえ１０は、アルミ板をリング状に打抜きプレス形成し、その周方向の複数個所（この例では４箇所）に取付け孔１６を形成したものであり、照明カバー９の周縁部をカバー押さえ１０で下方から押さえつけた状態で、取付け孔１６に挿通したネジ１７を天井壁面１８に締め込むことで、照明装置５が室内の天井部中央に装着固定されるようになっている。

このように装着された状態では、照明装置５における支持板８の裏面（上面）が取り付け面となって天井壁面１８に全面的に接合するので、ＬＥＤ６で発生した熱は先ずアルミ製の基板７を介して支持板８に拡散伝達され、次に、支持板８からステンレス鋼板製の天井壁面１８に広く拡散されて伝達されることとなり、効率の良い放熱が行われる。

また、照明装置５におけるＬＥＤ６を収容した照明空間は完全に密封されるので、湿度の影響を受けることはなく、高湿度域での使用が可能である。

ここで、照明装置５の支持板８は温度条件によって伸縮してその応力が変化するものであり、各種温度条件のもとでの応力を試算した結果が図６に示される。

図６から明らかなように、温度が常温より高くなるにつれて応力は「正」の方向、つまり、支持板８が天井壁面１８側に湾曲変形する方向の応力が大きくなり、それだけ支持板８の天井壁面１８への密着度が高まり、支持板８から天井壁面１８への熱伝導性能が向上して放熱効果が高められる。

また、図７に、この照明装置５に搭載したＬＥＤ６のジャンクション温度Ｔｊの周囲温度に対する関係が示されており、周囲温度が８０℃付近の環境下で使用してもジャンクション温度Ｔｊは１００℃程度に抑えられることが分かる。

以上のように、この実施形態によれば、ＬＥＤ６で発生した熱は先ずアルミ製の基板７を介してアルミ製の支持板８に拡散伝達され、更に、支持板８からステンレス製の天井壁面１８に広く拡散されて伝達されて効率の良い放熱が行われ、この結果、単一種類の光源であるＬＥＤ６で照明しながら低温域から高温域までの広い温度範囲もしくは温湿度範囲での環境試験などを行うことが可能な恒温装置を得ることができる。

また、照明装置５のＬＥＤ６で発生した熱が、天井壁面１８に放熱されて天井壁面１８の温度が上昇するので、低温域で使用する場合の天井壁面１８での結露を抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、以下のような形態で実施することもできる。

（１）図８に示すように、上記のように構成された照明装置５における前記支持板８の裏面と天井壁面１８との間に、高熱伝導性および柔軟性を備えた放熱材としてのシリコーンシートなどの放熱シート１９を挟持してもよい。これによると、天井壁面１８に多少の凹凸が在っても、柔軟性を有する放熱シート１９が凹凸に沿って変形し、大きい熱伝導面積を確保して、支持板８から天井壁面への熱伝導を一層効率よく行わせることができ、良好な放熱を行わせることができる。

（２）図９、図１０に示すように、上記のように構成された照明装置５を、放熱フィン２０を備えたアルミ製の中間支持部材２１に連結して、支持板８の熱を中間支持部材２１の放熱フィン２０に伝達するよう構成するとともに、照明装置５を、スペーサ２２を介して天井壁面１８に連結することで、照明装置５と天井壁面１８との間に空隙を形成し、かつ、この空隙に温度制御された空気を放熱フィン２０に沿う方向に流動させることで、一層放熱性能を高めることができる。本形態の放熱フィン２０を省略し、空隙のみを有するものとしてもよい。

（３）図１１に示すように、天井を中空の二重壁構造に構成するとともに、室内に向かう壁面を、空調装置から送られてきた温調空気が室内に拡散噴出される多孔壁面に構成し、この多孔壁面２１に照明装置５を取り付けて、前記支持板８の熱を空調空気に放散する形態とすることで、高い放熱性能を発揮させることができる。

（４）上記実施形態では、照明装置５を水平姿勢にして天井壁面１８に取り付けて、下向きに照明する場合を例示しているが、側壁面に横向き姿勢で照明装置５を取り付けて側方から照明する形態で実施することもできる。また、上記実施形態では、単一の照明装置５を取り付けているが、設置場所の広さによっては、複数設けるようにしてもよい。

（５）上記実施形態では、支持板８よりも照明カバー９を大径としたけれども、本発明の他の実施形態として、図１２の縦断面図に示すように、照明カバー９よりも支持板８を大径としてもよい。また、支持板８及び照明カバー９は、上記実施形態のような円形及びドーム状に限らず、矩形及び立方体状、あるいは、その他の形状としてもよい。
〔産業上の利用可能性〕

本発明は、広い温度範囲又は湿度範囲に使用可能な照明装置を用いた恒温装置として有用である。

２空調装置
５照明装置
６ＬＥＤ
７基板
８支持板
９照明カバー
１８壁面
１９放熱シート
２０放熱フィン

Claims

室内の温度が空調装置によって制御される恒温装置であって、
複数のＬＥＤを実装した金属製の基板を、金属製の支持板の表面に連結し、支持板と透光材からなる照明カバーとを密封接続して前記基板を照明カバー内に気密状に収容し、前記支持板の裏面を取り付け面とする照明装置の前記取り付け面が、前記室内における金属製の壁面に取り付けられることを特徴とする恒温装置。
室内の温度が空調装置によって制御される恒温装置であって、
複数のＬＥＤを実装した金属製の基板を、金属製の支持板の表面に連結し、支持板と透光材からなる照明カバーとを密封接続して前記基板を照明カバー内に気密状に収容し、前記支持板の裏面を取り付け面とする照明装置の前記取り付け面が、当該取り付け面と前記室内における金属製の壁面との間に空隙を介在させて取り付けられると共に、前記空隙に前記空調装置からの温調空気が送風されることを特徴とする恒温装置。
前記照明装置の前記取り付け面が、柔軟性を有する放熱材を介して前記室内における金属製の壁面に取り付けられる請求項１に記載の恒温装置。
前記照明装置の前記取り付け面に連なる放熱部材を前記空隙に配置する請求項２に記載の恒温装置。
前記放熱部材が、前記空調装置からの温調空気を前記室内に噴出する多孔壁面である請求項４に記載の恒温装置。
前記基板と前記支持板は一体化されている請求項１ないし５のいずれかに記載の恒温装置。
前記室内の温度に加えて、該室内の湿度が前記空調装置によって制御される、
請求項１ないし６のいずれかに記載の恒温装置。