原子力発電施設用ＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具
【課題】白熱電球を使用しない原子炉格納容器内の照明手段であって、長寿命かつ低消費電力であるＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具の提供。
【解決手段】多数のＬＥＤ素子が配設された発光部と、発光部と連設された放熱部材と、発光部と電気的に接続される口金と、を備え、拡径部材内に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着されるＬＥＤランプであって、前記放熱部材が電球用拡径部材に一定以上の面積で接触することを特徴とする原子力発電施設用ＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具。
【解決手段】多数のＬＥＤ素子が配設された発光部と、発光部と連設された放熱部材と、発光部と電気的に接続される口金と、を備え、拡径部材内に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着されるＬＥＤランプであって、前記放熱部材が電球用拡径部材に一定以上の面積で接触することを特徴とする原子力発電施設用ＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉格納容器内などの原子力発電施設の高放射線環境に設置されるＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に使用されている照明器具の光源として、白熱電球（一般照明用電球、クリプトン電球、ハロゲン電球）、蛍光ランプ、ＨＩＤランプ（水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）など多くの種類のものが利用されているが、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉格納容器内などの原子力発電施設の高放射線環境下に設置されている照明器具の光源には白熱電球が使用されている。
ＬＥＤ照明器具を原子炉格納容器内で使用した例はこれまで知られていないが、他の分野においては白熱電球等のＬＥＤへの置き換えが近年急速に行われている。ＬＥＤは、長寿命で省電力であり、光エネルギー以外の無駄なエネルギーの消費が少なくてすむこと、紫外線や熱の放射が少なく、ＣＯ２の排出量が少ないことなどの優れた特徴を有している。
ＬＥＤランプの問題点の一つとして、その寿命が温度と相関関係があることが知られている。ＬＥＤの寿命は、ＬＥＤ素子の接合部温度が１２０℃では約１０万時間以上、１５０℃では約４万時間、２００℃では約１０００時間という報告例がある（図２参照）。そこで、ＬＥＤの温度を上げないように冷却することによりＬＥＤランプの寿命および光束維持を向上させる技術が数多く提案されている。
【０００３】
例えば、熱媒体を使用して冷却する装置としては、熱交換基部の外面に位置するＬＥＤ配列面および中央の中空部を備える熱交換基部、それぞれのＬＥＤが熱交換基部のＬＥＤ配列面に複数のＬＥＤを備えるＬＥＤアレイ、加熱部、冷却部および加熱部を冷却部に接続する伝導部を備え、加熱部が熱交換基部の中央の中空部に挿入され、接続路が熱交換基部から伸びる動作流体を含むヒートパイプ、ならびにヒートパイプの冷却部に配置される熱放散モジュールを備えるＬＥＤ照明組品において、ＬＥＤによって発生される熱エネルギーは、熱交換基部からヒートパイプの加熱部に伝導され、それによってヒートパイプの動作流体を加熱および蒸発させ、熱放散モジュールで、伝導部から冷却部へと放散のため流れるように構成されたＬＥＤ照明器具が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、ＬＥＤからの発熱を、熱伝導により放熱板となる部材に拡散させて冷却する装置としては、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状金属放熱部、このラッパ状金属放熱部の開口部に取付けられた透光性カバーと、ラッパ状金属放熱部と透光性カバーにより形成された略球体の内部に設けられた金属基板と、この金属基板の透光性カバーに対向する外面に実装されたＬＥＤ素子とを備えた冷却構造により、ＬＥＤ素子の発熱を抑制して高い発光効率で長寿命のＬＥＤ電球を提供するＬＥＤ電球（特許文献２）や、ランプソケット、光源部材、導光体、ランプハウジングなどの主要部材から組成され、光源部材は、複数個のＬＥＤを基板に設置し、導熱媒介でランプソケットに接着してランプソケットが光源部材の動作温度を伝導発散させることにより冷却する省電力で高性能なＬＥＤ照明器具が提案されている（特許文献３）。
【０００５】
その他にも、ＬＥＤを数Ｗ〜数十Ｗの総出力のものとして、このＬＥＤを装着した基体の背面側にＬＥＤからの発熱を放熱して冷却する放熱体を所定の放熱面積として多重の筒状体として配設し、該放熱体をＬＥＤの中心軸線と同心円筒状の多重の同心円筒体とし、各筒状体間に熱を伝達する熱伝導連結材を連結して配設して、発熱量の大きい明るい高輝度、超高輝度のＬＥＤランプであっても、その冷却を十分に行えて耐久性が得られるようにしたＬＥＤランプ（特許文献４）や、発熱体を冷却するためのヒートシンクを帯状の金属板を巻き中心軸を中心に巻き物状に巻いて形成するとともに、径方向外側から径方向中央部に向けて中心軸方向の一方の高さが漸次高くなるよう構成し、中心軸方向の他端側には、金属板の板厚方向に貫通する複数の空気取り込み口を設けている冷却装置（特許文献５）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらのＬＥＤ照明器具を、原子力発電施設用としてそのまま利用することはおよそ難しい。半導体に放射線を照射すると、特性が著しく低下することがあるからである。
また、万一、原子炉に原子炉冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）が発生した場合には、原子炉格納容器の内圧を速やかに低下させるためにヒドラジン、または苛性ソーダを含む、ホウ酸などからなる原子炉格納容器スプレイ水が散布される。この際、これらの薬品とアルミニウムが接触すると化学反応を引き起こして、水素などの可燃性ガスを生成し危険である。かかる観点からも筺体や放熱材料にアルミニウムを使用し、電気回路に半導体を使用している通常用途のＬＥＤ照明器具を原子炉格納容器内において使用することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４３７８０号報
【特許文献２】特開２００１−２４３８０９号公報
【特許文献３】登録実用新案３１３５００１号公報
【特許文献４】登録実用新案３１２５１０１号公報
【特許文献５】特開２００９−１６６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般照明器具の光源としては、白熱電球、蛍光ランプ、ＨＩＤランプ、ＬＥＤなど多くの種類のものが使用されているが、原子炉格納容器内で使用されるものは専ら水銀を使用していない白熱電球であった。なぜならば、水銀を使用する照明器具から水銀が器具外に漏れると、周囲の機器類で使用されている銅合金、ニッケル・クロム・鉄合金などと反応する可能性があり、一次冷却系統内に混合した場合には、冷却系統などの材料として用いられているニッケル・クロム・鉄合金などに損傷を与える可能性があるからである。
【０００９】
しかしながら、原子炉格納容器内において、従来使用されている白熱電球は寿命が短く毎年一定数量が球切れとなるため、電球の交換作業が定期に必要となる。交換作業は高所で行うため危険を伴うことからも交換作業をできるだけ少なくしたいとの要望もある。また、白熱電球やガラスグローブはガラス製であり衝撃などにより壊れ易いため、原子炉機器等の定期点検時に足場材などとの衝突によって破損することがあり、このような問題も解決すべき課題である。
【００１０】
さらに問題となることは、交換した後の白熱電球は、放射性廃棄物として然るべき処理をしなければならないことであり、このことからも白熱電球の交換数量すなわち放射性廃棄物を低減させることが求められていた。また、白熱電球は消費電力が大きいことから消費電力の低減も課題となっていた。
また、白熱電球に換えてＬＥＤランプを使用した際には、ＬＥＤの寿命は熱により短縮されるため、その冷却が問題となる。高放射線環境下では故障の原因となる半導体により電圧・電流制御を行う構成は採用し難く、しかもグローブは一般には防滴の要望から密閉型構造とされるため空冷のみで放熱を行うことは容易ではないからである。効率よい冷却手段を備えるＬＥＤランプを提供することも解決すべき課題である。
他方で、高放射線環境下で半導体の使用制限を受ける中で、アルミニウムを原則的には使用することなく、ＬＥＤランプを作製しなくてはならないという課題もある。
【００１１】
本発明は、白熱電球を使用しない原子炉格納容器内の照明手段を提供することを目的とするものであり、さらには長寿命かつ低消費電力であるＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、原子炉格納容器内で使用されている照明器具の有する問題点を解消することを目標として、鋭意研究を積み重ねることにより、原子炉格納容器内での使用に最適なＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具を創作した。
【００１３】
本発明は以下の技術的手段から構成される。
［１］多数のＬＥＤ素子が配設された発光部と、発光部と連設された放熱部材と、発光部と電気的に接続される口金と、を備え、拡径部材内に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着されるＬＥＤランプであって、前記放熱部材が電球用拡径部材に一定以上の面積で接触することを特徴とする原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［２］前記放熱部材が、拡径部材の段部に当接して固定される板状体を含むことを特徴とする［１］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［３］前記放熱部材が、拡径部材の段部と拡径部材に接合されるグローブの端部で挟んで固定可能であることを特徴とする［２］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［４］前記口金を、放熱部材側に付勢して可動に固定する可動機構を備えることを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［５］前記発光部が、多数のＬＥＤ素子を直列に接続してなるＬＥＤモジュールを備えることを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［６］前記発光部が、前記ＬＥＤモジュールを複数並列に接続して構成されることを特徴とする［５］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［７］ＬＥＤランプの温度変化に応じて温度スイッチを作動させることにより抵抗を制御する温度上昇抑制機構を備えることを特徴とする［１］ないし［６］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［８］前記温度上昇抑制機構が、ＬＥＤ素子の点灯数を制御することにより回路内にて相当する抵抗成分を制御することを特徴とする［７］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［９］電源スイッチを備えることを特徴とする［１］ないし［８］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［１０］前記放熱部材が、銅または黒鉛により構成されることを特徴とする［１］ないし［９］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［１１］［１］ないし［１０］のいずれかに記載のＬＥＤランプと、電球用ソケットが配設された拡径部材と、拡径部材に接合されるグローブと、を備える原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
［１２］グローブがポリカーボネート樹脂またはポリアリレート樹脂により構成されることを特徴とする［１０］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により奏される主要な効果は次のとおりである。
（１）ＬＥＤランプにより長寿命化が実現されるため、自然損耗による電球交換作業工数が低減される。
（２）電球交換作業の機会が減少するため、高所からの転落、転倒などの電球交換作業時の事故が減少する。
（３）原子炉機器等の定期点検時に、足場材等との衝突によるガラスグローブや電球の破損を減少させる事ができる。
（４）使用済み白熱電球の廃棄量が減少することにより、放射性廃棄物としての処理量が低減される。
（５）既存の白熱電球のソケット等をそのまま利用することができるので、ＬＥＤランプへの置き換え時の廃棄物の量も最小限で済む。
（６）ＬＥＤランプにより消費電力が低減される。
（７）地震発生時にも落下・破損する恐れの少ない強固な原子力発電施設用の照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】白熱電球を使用した従来の原子力発電施設用照明器具の要部断面図である。
【図２】ＬＥＤの温度と寿命の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１に係るＬＥＤ照明器具の要部断面側面図である。
【図４】従来のソケットホルダ（拡径部材）の要部断面側面図である。
【図５】実施例２に係るＬＥＤ照明器具の要部断面側面図である。
【図６】実施例２に係るＬＥＤランプの上面図である。
【図７】ＬＥＤランプをソケットに装着する過程の説明図である。
【図８】温度スイッチを用いたＬＥＤランプの温度制御回路の回路構成図である。
【図９】ＬＥＤランプの温度制御の電圧・電流特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】図８の回路に電源スイッチを付加した回路構成図である。
【図１１】ＬＥＤ素子の電圧・電流特性の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一般的な白熱電球の定格寿命は２，０００時間である。白熱電球をＬＥＤランプに置き換えるに際し、可能な限り長期間の寿命が欲しいとのニーズがあり、例えば４０，０００時間以上の寿命が要求されている。これによれば、ＬＥＤランプは例えば実使用において２０年以上の長期間放射線に曝露された状況の下で照明手段として要求された性能を維持できるものでなければならないこととなる。
【００１７】
本発明は、ＬＥＤ素子の光源としての寿命がＬＥＤの温度に影響されることから、放熱効率のよい放熱部材を設けることにより、温度上昇を抑制してＬＥＤを長寿命とすることを可能としている。この際、廃棄物ができるだけ少なくなるように、既存の部品（ソケット、ソケットホルダ、グローブ等）をできるだけ多く流用できることも重要となる。
また、ＬＥＤランプを覆うグローブは従来のガラス製のものも使用できるが、これをポリカーボネートなどの難燃性で軽い材質に置き換えることで、照明器具の重量を軽減することができる。これにより、地震対策上優れた原子力発電施設用の照明器具を提供することが可能となる。
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態の一例を、従来の白熱電球と対比しながら説明する。
［１］従来の白熱電球を使用した照明器具
図１は、従来の白熱電球を使用した原子力発電施設用の照明器具の一例を示す要部断面側面図である。この照明器具は、白熱電球１１、ソケット２、ソケットホルダ（拡径部材）３、電球を覆うグローブ４を備えており、天井や壁などの設置場所に電球が鉛直方向となるように取り付けられる。
ソケットホルダ３は、内部にソケット２が固設されたソケットカバーであって、拡径開口を有した釣鐘形状の鋳物である。
グローブ４はガラス製であり、ソケットホルダ３のネジ溝３２にねじ込んで固定される構造となっている。なお、ガラスグローブを取付けているねじの緩み防止のためにゴムパッキン１０が段部に配置されている。
【００１９】
［２］本発明のＬＥＤ照明器具
本発明のＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤランプ１、ソケット２、ソケットホルダ（拡径部材）３、ＬＥＤランプ１を覆うグローブ４を備えている。なお、本発明のＬＥＤ照明器具は、アルミニウムは原則的には使用されておらず、仮に微量に使用されることがあったとしても外部に露出した態様で使用されてはいない。以下に各要素を詳細に説明する。
【００２０】
［２−１］ＬＥＤランプ
本発明のＬＥＤランプ１は、放熱部材を通してＬＥＤより発生した熱を、熱容量および表面積の大きいソケットホルダ３に伝導拡散可能に構成することによりＬＥＤの温度上昇を抑制することを特徴とする。
ＬＥＤの温度と寿命との関係は明らかにされていて、例えば、約４０，０００時間の寿命を維持するには、ＬＥＤの温度を約１５０℃以下に保持する必要がある（図２参照）。
本実施の形態のＬＥＤランプ１は、多数のＬＥＤ素子５１を有する発光部５と、発光部５の上方に配置された円盤（板状体）９１と、円盤９１と接合される可動機構７と、可動機構に連設された口金６とを備えて構成される。
発光部５は、多数のＬＥＤ素子５１を直列に接続してなるＬＥＤモジュールを複数並列に接続した回路構成である。直列に接続されるＬＥＤ素子５１の個数は、電源電圧と採用するＬＥＤ素子の電圧・電流特性により決定され、その明るさは並列に接続されるＬＥＤモジュールの数により調整する。図１１にＬＥＤ素子の電圧・電流特性の一例を示す。ＬＥＤ素子５１が配設される筐体５２は、内部空間が中空の檻状ないし格子状であり、暖められた空気が自由に流動するような形状に構成されている。連結部材９２は、熱が効率よく伝達されるよう一定以上の断面積をもって筐体５２および円盤９１と接合されている。筐体５２、円盤９１、連結部材９２は、銅または黒鉛により構成するのが好ましい。円盤９１には、放熱フィンを形成したり、ソケットホルダ３の内周面ないし内縁部に当接させるための隆起部材を形成してもよい。
口金６は白熱電球と同じ規格サイズのものであり、ソケットホルダ３に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着することができる。
【００２１】
［２−２］ソケットおよびソケットホルダ
ソケット２、ソケットホルダ３は、従来の白熱電球用として使用されているものをそのまま使用することができるが、それに限定されるものではない。
本実施の形態のソケット２は、モーガルソケットである。
ソケットホルダ３はＬＥＤからの熱を全体に分散させるとともにその表面から外環境に放熱する機能を有するものであるから、熱伝導がよくまた放熱性のよい材質であることが必要であり、金属が適している。本実施の形態のソケットホルダ３は鋳鉄である。ソケットホルダ３には、段部３１が形成されており、段部３１の下面に円盤９１の上面を当接させることにより一定以上の接触面積を確保し、熱伝導により効率的な放熱を行うことを可能としている。
【００２２】
［２−３］ＬＥＤランプの電圧変化に対応した温度制御
原子力発電施設内で使用されている電源の電圧は変動することがあるが、電圧が上がるとＬＥＤの温度は上昇し、ＬＥＤの寿命を短縮することとなる。特に、ＬＥＤは使用時の温度が１２０℃以上になると寿命の短縮傾向が強くなるため１００℃以上への温度の上昇は避けることが望ましい。大幅な電圧の変動が起こった場合にはＬＥＤランプに配設した放熱部材による放熱だけでは温度上昇を抑制することができず、別途の温度上昇抑制機構を設けることが望ましい。
電流・電圧の制御には、ＩＣ回路が使用されるのが一般的であるが、ＩＣ回路は放射線に長期間曝されると機能しなくなるため原子炉格納容器内などの放射線が強い場所で使用することは好ましくない。ツェナーダイオードのようなシンプルな回路によりある程度の電圧変動を吸収することはできるが、原子力発電施設内での電圧変動に対応するためには別途の温度上昇抑制機構を設けることが望ましい。そこで、本発明では温度スイッチにより通電されるＬＥＤ素子の数を制御することにより、電圧変動に伴う温度上昇に対応することを可能としている。
【００２３】
温度スイッチとしては放射線による影響が少ないものであればいかなるものを用いてもよいが、磁性体スイッチ、バイメタルスイッチが好ましいものとして例示される。 温度スイッチによるＬＥＤの温度を制御する方式としては、例えば、多数個（Ｎ個）のＬＥＤ素子が直列に結合されたＬＥＤモジュールに、数個（ｎ個）のＬＥＤをバイパスする回路を設け、ＬＥＤランプの温度に応じて温度スイッチを開閉し、Ｎ個またはＮ−ｎ個のＬＥＤを発光させることにより温度を制御するものが開示される。
【００２４】
［２−４］機器への放射線による影響
半導体に放射線を照射すると、特性が著しく低下することがあり、その一例を以下に示すと次のとおりである。
（１）ＬＥＤ駆動用のＩＣにγ線を照射すると、全く動作しなくなった。
（２）ダイオードに中性子線を照射するとＩ−Ｖ特性（電流一電圧特性、電気的特性のうち最も代表的な特性）が製品によっては１０％以上低下した。ただし、ほとんど劣化が見られない製品もあったので、本発明のＬＥＤ照明器具では、劣化のないダイオードを選定して使用した。（３）ＬＥＤに中性子線を照射するとＩ−Ｖ特性の劣化は見られないが、発光強度が１０％以上低下した。
これらのことから、格納容器向けのＬＥＤ照明器具には耐放射線性能が高い部品を使うこと、故障が少なくなるように簡単な回路構成とすることが好ましいことが判明した。
本発明のＬＥＤ照明器具では、放射線に強い回路構成にするために、ＬＥＤと全波整流用のダイオード以外には半導体を使用していない。これにより、放射線による電気的および光学的特性の劣化を極力抑えることが可能である。
【００２５】
［２−５］グローブによるＬＥＤランプの固定とグローブの材質
原子力発電施設内に設置する機器には耐震性が要求される。地震の揺れで機能を失わないこと、破損したとしても他の設備への波及影響がないよう配慮することが重要である。上述したように原子力発電施設用ＬＥＤランプではアルミニウムを使用できないため、約１５０ｇの白熱電球より相当程度重くなる（例えば１．５ｋｇ程度となる）。そのため、地震による振動によりソケット取付部であるソケット根元にかかる力が大きくなるので、白熱電球と同じ取付方法では地震時に破損が生じるおそれが大きくなる。そこで、本発明では、ＬＥＤランプの放熱部材をグローブとソケットホルダで挟み込んで強固に固定する構造とし、耐振動性を高めることとした（図３および図５参照）。このようにして円盤９１を固定することにより、円盤９１とソケットホルダ３との接触が良好となり放熱を一層向上させることができるという効果を得ることもできる。
【００２６】
また、上述したように、原子力発電施設用照明器具においては、グローブを開放型とすることはできないため、従来のガラス製グローブでは照明装置の重量を軽減することには限界がある。そこで、本発明ではグローブを、ポリカーボネート樹脂やポリアリレート樹脂などの難燃性で軽量の透光性材料で構成することにより、重量に起因する問題の改善をはかった。ただし、本発明のＬＥＤランプにおいては、従来のガラス製グローブをそのまま使用することもできる。
【００２７】
以下では、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
実施例１のＬＥＤランプ１は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉格納容器内に設置された照明器具で使用することができるものである。すなわち、実施例１のＬＥＤランプ１は、図４に示す従来のソケットホルダ３に装着して使用される。
本実施例のＬＥＤランプは、図３に示す如く構成され、多数のＬＥＤ素子５１を有する発光部５と、発光部５と接合される連結部材９２と、連結部材の上方に配置された円盤９１と、口金６とを備えて構成される。発光部５は、８８個のＬＥＤ素子５１を直列に接続してなるＬＥＤモジュールＡ、Ｂを並列に接続した回路構成である。各モジュールには、電力抵抗が設けられており、ある程度の電圧変動の影響を吸収できるようになっている（図８参照）。 筐体５２、円盤９１および連結部材９２は銅製である。連結部材９２の内部空間には、整流回路の収納部が設けられている。
口金６には、Ｅ３９口金を使用した。
【００２９】
実施例１のＬＥＤランプ１は、発光部５と口金６とが固定されておらず、口金がフリーとなっているため、円盤９１のソケットホルダ３への当接はグローブ４のねじ込み圧により行う。ここで、ソケットホルダ３は金属の鋳物であり、その表面は平坦でなく凹凸が形成されている部分が多いため、ゴムパッキン１０を介してグローブと段差３１で円盤９１を挟着する。
【００３０】
以上の構成を備える実施例１のＬＥＤランプ１は、従来原子炉格納容器内の照明器具で使用されていた白熱電球に置き換えて使用することが可能である。
【実施例２】
【００３１】
実施例２のＬＥＤランプ１は、実施例１と同じ従来のソケットホルダ３に装着して使用されるものであり、円盤９１と接合される可動機構７と可動機構に連接された口金６を備える点で実施例１のものと相違する。そこで、実施例１と同じ部分についての説明は割愛し、以下では可動機構７について説明する。
可動機構７は、一方の端部が円盤９１に固定された連結支柱７１と、連結支柱７１が挿通されるバネ７２と、連結支柱７１が挿通される支持板７３とから構成される。連結支柱７１およびバネ７２は、それぞれ４つずつあり、図６のように配置される。
バネ７２の一方の端部は、支持柱７１の上端に設けられたつば部により固定され、他端の端部は支持板７３により固定される。バネ７２により支持板７３に固設された口金６は、通常時には下方に付勢された状態にある（図７（Ａ）参照）。
【００３２】
図７は、本実施例のＬＥＤランプ１をソケットに装着する過程の説明図である。
図７（Ａ）は、ＬＥＤランプ１をソケットホルダ３に下方から進入させ、口金６をソケット２の入口部分に当接させた状態を示すものである。この段階では、支持板７３はバネ７２により付勢され、円盤９１と近接した状態にある。
図７（Ｂ）は、ＬＥＤランプ１を回転して口金６をソケット２にねじ込み、円盤９１を段差３１に当接させた状態を示すものである。この段階では、まだ支持板７３はバネ７２により付勢され、円盤９１と近接した状態にある。
図７（Ｃ）は、ＬＥＤランプ１をさらに回転して口金６をソケット２により深くねじ込んだ状態を示すものである。この段階では、口金６の上昇に伴い支持板７３がバネ７２を圧縮させ、支持板７３が円盤９１と離間した状態となる。この際、鋳物製であるソケットホルダ３の形状がいびつな部分があっても、バネ７２の伸縮により円盤９１を確実にソケットホルダ３に当接させることができる。
【００３３】
以上の構成を備える実施例２のＬＥＤランプ１によれば、従来原子炉格納容器内に設置された鋳物製のソケットホルダ３においても、円盤９１を一定以上の面積で確実に接触させることが可能である。
【実施例３】
【００３４】
実施例３は、実施例１または２のＬＥＤランプにおいて、温度上昇抑制機構を設けたＬＥＤランプに関する。
本実施例の発光部５は、８８個のＬＥＤ素子５１を直列に接続してなるＬＥＤモジュールＡ、Ｂを並列に接続した回路構成である。ＬＥＤモジュールＡは第１の温度スイッチ（ＴＲＳ１）を有し、ＬＥＤモジュールＢは第２の温度スイッチ（ＴＲＳ２）を有している。
Ａ、Ｂの各系列のうち、ＬＥＤ１から４の４個のＬＥＤ間、およびＬＥＤ８９から９２のＬＥＤの４個のＬＥＤ間にはバイパス回路を設け、温度スイッチＴＲＳ１およびＴＲＳ２を開閉することにより、８８個のＬＥＤが直列に連結された第１の状態と、８４個のＬＥＤが直列に連結された第２の状態が実現される。第１の状態ではＬＥＤ１個あたりの電圧は低くなり、回路に流れる電流が小さくなるので発熱量は低下する。第２の状態ではＬＥＤ１個あたりの電圧は高くなり、回路に流れる電流が大きくなるので発熱量が増加することになる。スタート時には８４個のＬＥＤ素子に電圧を印加し、その後、ＬＥＤ素子の温度が、例えば、１００℃以上になると温度スイッチをＯＦＦとなり、８８個のＬＥＤ素子に通電することにより温度の上昇を抑制することが可能である。なお、バイパスするＬＥＤ素子の数は、照明器具の上昇温度などの条件に応じて適宜選定することができる。また、Ａ、Ｂ各系列の動作温度をずらす事もできる。たとえば、ＴＲＳ１の動作温度を９５℃、ＴＲＳ２の動作温度を１００℃にする事で段階的な温度制御が可能になる。
【００３５】
温度スイッチ（ＴＲＳ１，２）は、リング状の感温磁性体、永久磁石及びギャップスペーサを組み合わせ、リング中心の穴にリードスイッチを挿入することで構成されている。感温磁性体は、キュリー温度では軟磁性の強磁性体であり、温度が上昇するに従い飽和磁束密度が減少し、キュリー温度に達すると常磁性体となる材料である。周囲の温度に反応した感温磁性体が、磁場を変化（熱エネルギーを磁場エネルギーに変換）させることにより、スイッチの開閉動作をする仕組みとなっている。
【００３６】
図９に、図８に示した温度制御回路を使用した場合の電流・電圧特性をシミュレーションした結果を示す。通電するＬＥＤ素子の個数は通常時は８４個で、温度が１００℃以上に上昇したときは８８個とする。ＬＥＤ素子の個数が８４個と８８個に切り替わる電圧（灯具の温度が１００℃になる電圧）は環境温度により変動するが、性能設計電圧２００Ｖ〜２２１Ｖの範囲となるように制御することが好ましく、少なくとも安全設計電圧１８９Ｖ〜２３１Ｖの範囲となるように制御する。図９に示したケースでは、ＬＥＤ電流が１５０ｍＡに達したとき灯具温度は１００℃となったので、この時点で８８個のＬＥＤを作動するように温度スイッチをＯＦＦとすると、ＬＥＤ電流は急激に低下し、灯具温度が低下することが示されている。
【００３７】
以上の構成を備える実施例３のＬＥＤランプ１によれば、ＬＥＤランプの温度を常に一定温度以下に維持することができるので、長寿命化を実現することが可能である。
【実施例４】
【００３８】
実施例４は、実施例３のＬＥＤランプにおいて、電源スイッチを設けたＬＥＤランプに関する。
実施例４のＬＥＤランプ１は、電源基板と口金６との間に電源スイッチ（ＳＷ１
）を備えている。実施例４のＬＥＤランプ１によれば、ＬＥＤランプ交換時に電源スイッチをＯＦＦにすることにより、当該区画の電源を切る必要が無く、安全にＬＥＤランプを交換することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のＬＥＤ照明器具は、原子炉格納容器内に設置されている白熱電球をＬＥＤランプに代替する製品を提供するものである。本発明は、ＬＥＤを採用することにより、照明器具の長寿命化、消費電力の低減を実現するものであり、それに伴って照明器具の球切れ、破損による取り替え作業を軽減することが可能となり経済的な原子力発電施設の運用のための一手段を提供する。さらに、本発明により、従来の白熱電球を使用した灯具やグローブがそのまま使える形状、寸法の照明器具を提供することができることから取り替えが低コストで行え、さらに、振動に強い、すなわち耐地震構造とした新しい照明器具を提供することができる。
本発明は、高放射線環境下で安定して作動する照明器具を提供するものであり、安定した原子力発電施設の運用の一助となることによりＣＯ２の排出量の低減にも貢献する有用なものである。
【符号の説明】
【００４０】
１：ＬＥＤランプ
２：ソケット（モーガルソケット）
３：ソケットホルダ（拡径部材）
４：グローブ
５：発光部
６：口金（装着部）
７：可動機構
８：整流器収納部
９：放熱部材
１０：ゴムパッキン
１１：白熱電球
３１：段部
３２：ネジ溝
４１：傘部
４２：底部
７１：連結支柱
７２：バネ
７３：支持板
５１：ＬＥＤ素子
５２：筐体
９１：円盤（板状体）
９２：連結部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉格納容器内などの原子力発電施設の高放射線環境に設置されるＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に使用されている照明器具の光源として、白熱電球（一般照明用電球、クリプトン電球、ハロゲン電球）、蛍光ランプ、ＨＩＤランプ（水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）など多くの種類のものが利用されているが、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉格納容器内などの原子力発電施設の高放射線環境下に設置されている照明器具の光源には白熱電球が使用されている。
ＬＥＤ照明器具を原子炉格納容器内で使用した例はこれまで知られていないが、他の分野においては白熱電球等のＬＥＤへの置き換えが近年急速に行われている。ＬＥＤは、長寿命で省電力であり、光エネルギー以外の無駄なエネルギーの消費が少なくてすむこと、紫外線や熱の放射が少なく、ＣＯ２の排出量が少ないことなどの優れた特徴を有している。
ＬＥＤランプの問題点の一つとして、その寿命が温度と相関関係があることが知られている。ＬＥＤの寿命は、ＬＥＤ素子の接合部温度が１２０℃では約１０万時間以上、１５０℃では約４万時間、２００℃では約１０００時間という報告例がある（図２参照）。そこで、ＬＥＤの温度を上げないように冷却することによりＬＥＤランプの寿命および光束維持を向上させる技術が数多く提案されている。
【０００３】
例えば、熱媒体を使用して冷却する装置としては、熱交換基部の外面に位置するＬＥＤ配列面および中央の中空部を備える熱交換基部、それぞれのＬＥＤが熱交換基部のＬＥＤ配列面に複数のＬＥＤを備えるＬＥＤアレイ、加熱部、冷却部および加熱部を冷却部に接続する伝導部を備え、加熱部が熱交換基部の中央の中空部に挿入され、接続路が熱交換基部から伸びる動作流体を含むヒートパイプ、ならびにヒートパイプの冷却部に配置される熱放散モジュールを備えるＬＥＤ照明組品において、ＬＥＤによって発生される熱エネルギーは、熱交換基部からヒートパイプの加熱部に伝導され、それによってヒートパイプの動作流体を加熱および蒸発させ、熱放散モジュールで、伝導部から冷却部へと放散のため流れるように構成されたＬＥＤ照明器具が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、ＬＥＤからの発熱を、熱伝導により放熱板となる部材に拡散させて冷却する装置としては、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状金属放熱部、このラッパ状金属放熱部の開口部に取付けられた透光性カバーと、ラッパ状金属放熱部と透光性カバーにより形成された略球体の内部に設けられた金属基板と、この金属基板の透光性カバーに対向する外面に実装されたＬＥＤ素子とを備えた冷却構造により、ＬＥＤ素子の発熱を抑制して高い発光効率で長寿命のＬＥＤ電球を提供するＬＥＤ電球（特許文献２）や、ランプソケット、光源部材、導光体、ランプハウジングなどの主要部材から組成され、光源部材は、複数個のＬＥＤを基板に設置し、導熱媒介でランプソケットに接着してランプソケットが光源部材の動作温度を伝導発散させることにより冷却する省電力で高性能なＬＥＤ照明器具が提案されている（特許文献３）。
【０００５】
その他にも、ＬＥＤを数Ｗ〜数十Ｗの総出力のものとして、このＬＥＤを装着した基体の背面側にＬＥＤからの発熱を放熱して冷却する放熱体を所定の放熱面積として多重の筒状体として配設し、該放熱体をＬＥＤの中心軸線と同心円筒状の多重の同心円筒体とし、各筒状体間に熱を伝達する熱伝導連結材を連結して配設して、発熱量の大きい明るい高輝度、超高輝度のＬＥＤランプであっても、その冷却を十分に行えて耐久性が得られるようにしたＬＥＤランプ（特許文献４）や、発熱体を冷却するためのヒートシンクを帯状の金属板を巻き中心軸を中心に巻き物状に巻いて形成するとともに、径方向外側から径方向中央部に向けて中心軸方向の一方の高さが漸次高くなるよう構成し、中心軸方向の他端側には、金属板の板厚方向に貫通する複数の空気取り込み口を設けている冷却装置（特許文献５）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらのＬＥＤ照明器具を、原子力発電施設用としてそのまま利用することはおよそ難しい。半導体に放射線を照射すると、特性が著しく低下することがあるからである。
また、万一、原子炉に原子炉冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）が発生した場合には、原子炉格納容器の内圧を速やかに低下させるためにヒドラジン、または苛性ソーダを含む、ホウ酸などからなる原子炉格納容器スプレイ水が散布される。この際、これらの薬品とアルミニウムが接触すると化学反応を引き起こして、水素などの可燃性ガスを生成し危険である。かかる観点からも筺体や放熱材料にアルミニウムを使用し、電気回路に半導体を使用している通常用途のＬＥＤ照明器具を原子炉格納容器内において使用することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４３７８０号報
【特許文献２】特開２００１−２４３８０９号公報
【特許文献３】登録実用新案３１３５００１号公報
【特許文献４】登録実用新案３１２５１０１号公報
【特許文献５】特開２００９−１６６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般照明器具の光源としては、白熱電球、蛍光ランプ、ＨＩＤランプ、ＬＥＤなど多くの種類のものが使用されているが、原子炉格納容器内で使用されるものは専ら水銀を使用していない白熱電球であった。なぜならば、水銀を使用する照明器具から水銀が器具外に漏れると、周囲の機器類で使用されている銅合金、ニッケル・クロム・鉄合金などと反応する可能性があり、一次冷却系統内に混合した場合には、冷却系統などの材料として用いられているニッケル・クロム・鉄合金などに損傷を与える可能性があるからである。
【０００９】
しかしながら、原子炉格納容器内において、従来使用されている白熱電球は寿命が短く毎年一定数量が球切れとなるため、電球の交換作業が定期に必要となる。交換作業は高所で行うため危険を伴うことからも交換作業をできるだけ少なくしたいとの要望もある。また、白熱電球やガラスグローブはガラス製であり衝撃などにより壊れ易いため、原子炉機器等の定期点検時に足場材などとの衝突によって破損することがあり、このような問題も解決すべき課題である。
【００１０】
さらに問題となることは、交換した後の白熱電球は、放射性廃棄物として然るべき処理をしなければならないことであり、このことからも白熱電球の交換数量すなわち放射性廃棄物を低減させることが求められていた。また、白熱電球は消費電力が大きいことから消費電力の低減も課題となっていた。
また、白熱電球に換えてＬＥＤランプを使用した際には、ＬＥＤの寿命は熱により短縮されるため、その冷却が問題となる。高放射線環境下では故障の原因となる半導体により電圧・電流制御を行う構成は採用し難く、しかもグローブは一般には防滴の要望から密閉型構造とされるため空冷のみで放熱を行うことは容易ではないからである。効率よい冷却手段を備えるＬＥＤランプを提供することも解決すべき課題である。
他方で、高放射線環境下で半導体の使用制限を受ける中で、アルミニウムを原則的には使用することなく、ＬＥＤランプを作製しなくてはならないという課題もある。
【００１１】
本発明は、白熱電球を使用しない原子炉格納容器内の照明手段を提供することを目的とするものであり、さらには長寿命かつ低消費電力であるＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、原子炉格納容器内で使用されている照明器具の有する問題点を解消することを目標として、鋭意研究を積み重ねることにより、原子炉格納容器内での使用に最適なＬＥＤランプおよびＬＥＤ照明器具を創作した。
【００１３】
本発明は以下の技術的手段から構成される。
［１］多数のＬＥＤ素子が配設された発光部と、発光部と連設された放熱部材と、発光部と電気的に接続される口金と、を備え、拡径部材内に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着されるＬＥＤランプであって、前記放熱部材が電球用拡径部材に一定以上の面積で接触することを特徴とする原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［２］前記放熱部材が、拡径部材の段部に当接して固定される板状体を含むことを特徴とする［１］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［３］前記放熱部材が、拡径部材の段部と拡径部材に接合されるグローブの端部で挟んで固定可能であることを特徴とする［２］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［４］前記口金を、放熱部材側に付勢して可動に固定する可動機構を備えることを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［５］前記発光部が、多数のＬＥＤ素子を直列に接続してなるＬＥＤモジュールを備えることを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［６］前記発光部が、前記ＬＥＤモジュールを複数並列に接続して構成されることを特徴とする［５］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［７］ＬＥＤランプの温度変化に応じて温度スイッチを作動させることにより抵抗を制御する温度上昇抑制機構を備えることを特徴とする［１］ないし［６］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［８］前記温度上昇抑制機構が、ＬＥＤ素子の点灯数を制御することにより回路内にて相当する抵抗成分を制御することを特徴とする［７］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［９］電源スイッチを備えることを特徴とする［１］ないし［８］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［１０］前記放熱部材が、銅または黒鉛により構成されることを特徴とする［１］ないし［９］のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
［１１］［１］ないし［１０］のいずれかに記載のＬＥＤランプと、電球用ソケットが配設された拡径部材と、拡径部材に接合されるグローブと、を備える原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
［１２］グローブがポリカーボネート樹脂またはポリアリレート樹脂により構成されることを特徴とする［１０］に記載の原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により奏される主要な効果は次のとおりである。
（１）ＬＥＤランプにより長寿命化が実現されるため、自然損耗による電球交換作業工数が低減される。
（２）電球交換作業の機会が減少するため、高所からの転落、転倒などの電球交換作業時の事故が減少する。
（３）原子炉機器等の定期点検時に、足場材等との衝突によるガラスグローブや電球の破損を減少させる事ができる。
（４）使用済み白熱電球の廃棄量が減少することにより、放射性廃棄物としての処理量が低減される。
（５）既存の白熱電球のソケット等をそのまま利用することができるので、ＬＥＤランプへの置き換え時の廃棄物の量も最小限で済む。
（６）ＬＥＤランプにより消費電力が低減される。
（７）地震発生時にも落下・破損する恐れの少ない強固な原子力発電施設用の照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】白熱電球を使用した従来の原子力発電施設用照明器具の要部断面図である。
【図２】ＬＥＤの温度と寿命の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１に係るＬＥＤ照明器具の要部断面側面図である。
【図４】従来のソケットホルダ（拡径部材）の要部断面側面図である。
【図５】実施例２に係るＬＥＤ照明器具の要部断面側面図である。
【図６】実施例２に係るＬＥＤランプの上面図である。
【図７】ＬＥＤランプをソケットに装着する過程の説明図である。
【図８】温度スイッチを用いたＬＥＤランプの温度制御回路の回路構成図である。
【図９】ＬＥＤランプの温度制御の電圧・電流特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】図８の回路に電源スイッチを付加した回路構成図である。
【図１１】ＬＥＤ素子の電圧・電流特性の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一般的な白熱電球の定格寿命は２，０００時間である。白熱電球をＬＥＤランプに置き換えるに際し、可能な限り長期間の寿命が欲しいとのニーズがあり、例えば４０，０００時間以上の寿命が要求されている。これによれば、ＬＥＤランプは例えば実使用において２０年以上の長期間放射線に曝露された状況の下で照明手段として要求された性能を維持できるものでなければならないこととなる。
【００１７】
本発明は、ＬＥＤ素子の光源としての寿命がＬＥＤの温度に影響されることから、放熱効率のよい放熱部材を設けることにより、温度上昇を抑制してＬＥＤを長寿命とすることを可能としている。この際、廃棄物ができるだけ少なくなるように、既存の部品（ソケット、ソケットホルダ、グローブ等）をできるだけ多く流用できることも重要となる。
また、ＬＥＤランプを覆うグローブは従来のガラス製のものも使用できるが、これをポリカーボネートなどの難燃性で軽い材質に置き換えることで、照明器具の重量を軽減することができる。これにより、地震対策上優れた原子力発電施設用の照明器具を提供することが可能となる。
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態の一例を、従来の白熱電球と対比しながら説明する。
［１］従来の白熱電球を使用した照明器具
図１は、従来の白熱電球を使用した原子力発電施設用の照明器具の一例を示す要部断面側面図である。この照明器具は、白熱電球１１、ソケット２、ソケットホルダ（拡径部材）３、電球を覆うグローブ４を備えており、天井や壁などの設置場所に電球が鉛直方向となるように取り付けられる。
ソケットホルダ３は、内部にソケット２が固設されたソケットカバーであって、拡径開口を有した釣鐘形状の鋳物である。
グローブ４はガラス製であり、ソケットホルダ３のネジ溝３２にねじ込んで固定される構造となっている。なお、ガラスグローブを取付けているねじの緩み防止のためにゴムパッキン１０が段部に配置されている。
【００１９】
［２］本発明のＬＥＤ照明器具
本発明のＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤランプ１、ソケット２、ソケットホルダ（拡径部材）３、ＬＥＤランプ１を覆うグローブ４を備えている。なお、本発明のＬＥＤ照明器具は、アルミニウムは原則的には使用されておらず、仮に微量に使用されることがあったとしても外部に露出した態様で使用されてはいない。以下に各要素を詳細に説明する。
【００２０】
［２−１］ＬＥＤランプ
本発明のＬＥＤランプ１は、放熱部材を通してＬＥＤより発生した熱を、熱容量および表面積の大きいソケットホルダ３に伝導拡散可能に構成することによりＬＥＤの温度上昇を抑制することを特徴とする。
ＬＥＤの温度と寿命との関係は明らかにされていて、例えば、約４０，０００時間の寿命を維持するには、ＬＥＤの温度を約１５０℃以下に保持する必要がある（図２参照）。
本実施の形態のＬＥＤランプ１は、多数のＬＥＤ素子５１を有する発光部５と、発光部５の上方に配置された円盤（板状体）９１と、円盤９１と接合される可動機構７と、可動機構に連設された口金６とを備えて構成される。
発光部５は、多数のＬＥＤ素子５１を直列に接続してなるＬＥＤモジュールを複数並列に接続した回路構成である。直列に接続されるＬＥＤ素子５１の個数は、電源電圧と採用するＬＥＤ素子の電圧・電流特性により決定され、その明るさは並列に接続されるＬＥＤモジュールの数により調整する。図１１にＬＥＤ素子の電圧・電流特性の一例を示す。ＬＥＤ素子５１が配設される筐体５２は、内部空間が中空の檻状ないし格子状であり、暖められた空気が自由に流動するような形状に構成されている。連結部材９２は、熱が効率よく伝達されるよう一定以上の断面積をもって筐体５２および円盤９１と接合されている。筐体５２、円盤９１、連結部材９２は、銅または黒鉛により構成するのが好ましい。円盤９１には、放熱フィンを形成したり、ソケットホルダ３の内周面ないし内縁部に当接させるための隆起部材を形成してもよい。
口金６は白熱電球と同じ規格サイズのものであり、ソケットホルダ３に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着することができる。
【００２１】
［２−２］ソケットおよびソケットホルダ
ソケット２、ソケットホルダ３は、従来の白熱電球用として使用されているものをそのまま使用することができるが、それに限定されるものではない。
本実施の形態のソケット２は、モーガルソケットである。
ソケットホルダ３はＬＥＤからの熱を全体に分散させるとともにその表面から外環境に放熱する機能を有するものであるから、熱伝導がよくまた放熱性のよい材質であることが必要であり、金属が適している。本実施の形態のソケットホルダ３は鋳鉄である。ソケットホルダ３には、段部３１が形成されており、段部３１の下面に円盤９１の上面を当接させることにより一定以上の接触面積を確保し、熱伝導により効率的な放熱を行うことを可能としている。
【００２２】
［２−３］ＬＥＤランプの電圧変化に対応した温度制御
原子力発電施設内で使用されている電源の電圧は変動することがあるが、電圧が上がるとＬＥＤの温度は上昇し、ＬＥＤの寿命を短縮することとなる。特に、ＬＥＤは使用時の温度が１２０℃以上になると寿命の短縮傾向が強くなるため１００℃以上への温度の上昇は避けることが望ましい。大幅な電圧の変動が起こった場合にはＬＥＤランプに配設した放熱部材による放熱だけでは温度上昇を抑制することができず、別途の温度上昇抑制機構を設けることが望ましい。
電流・電圧の制御には、ＩＣ回路が使用されるのが一般的であるが、ＩＣ回路は放射線に長期間曝されると機能しなくなるため原子炉格納容器内などの放射線が強い場所で使用することは好ましくない。ツェナーダイオードのようなシンプルな回路によりある程度の電圧変動を吸収することはできるが、原子力発電施設内での電圧変動に対応するためには別途の温度上昇抑制機構を設けることが望ましい。そこで、本発明では温度スイッチにより通電されるＬＥＤ素子の数を制御することにより、電圧変動に伴う温度上昇に対応することを可能としている。
【００２３】
温度スイッチとしては放射線による影響が少ないものであればいかなるものを用いてもよいが、磁性体スイッチ、バイメタルスイッチが好ましいものとして例示される。 温度スイッチによるＬＥＤの温度を制御する方式としては、例えば、多数個（Ｎ個）のＬＥＤ素子が直列に結合されたＬＥＤモジュールに、数個（ｎ個）のＬＥＤをバイパスする回路を設け、ＬＥＤランプの温度に応じて温度スイッチを開閉し、Ｎ個またはＮ−ｎ個のＬＥＤを発光させることにより温度を制御するものが開示される。
【００２４】
［２−４］機器への放射線による影響
半導体に放射線を照射すると、特性が著しく低下することがあり、その一例を以下に示すと次のとおりである。
（１）ＬＥＤ駆動用のＩＣにγ線を照射すると、全く動作しなくなった。
（２）ダイオードに中性子線を照射するとＩ−Ｖ特性（電流一電圧特性、電気的特性のうち最も代表的な特性）が製品によっては１０％以上低下した。ただし、ほとんど劣化が見られない製品もあったので、本発明のＬＥＤ照明器具では、劣化のないダイオードを選定して使用した。（３）ＬＥＤに中性子線を照射するとＩ−Ｖ特性の劣化は見られないが、発光強度が１０％以上低下した。
これらのことから、格納容器向けのＬＥＤ照明器具には耐放射線性能が高い部品を使うこと、故障が少なくなるように簡単な回路構成とすることが好ましいことが判明した。
本発明のＬＥＤ照明器具では、放射線に強い回路構成にするために、ＬＥＤと全波整流用のダイオード以外には半導体を使用していない。これにより、放射線による電気的および光学的特性の劣化を極力抑えることが可能である。
【００２５】
［２−５］グローブによるＬＥＤランプの固定とグローブの材質
原子力発電施設内に設置する機器には耐震性が要求される。地震の揺れで機能を失わないこと、破損したとしても他の設備への波及影響がないよう配慮することが重要である。上述したように原子力発電施設用ＬＥＤランプではアルミニウムを使用できないため、約１５０ｇの白熱電球より相当程度重くなる（例えば１．５ｋｇ程度となる）。そのため、地震による振動によりソケット取付部であるソケット根元にかかる力が大きくなるので、白熱電球と同じ取付方法では地震時に破損が生じるおそれが大きくなる。そこで、本発明では、ＬＥＤランプの放熱部材をグローブとソケットホルダで挟み込んで強固に固定する構造とし、耐振動性を高めることとした（図３および図５参照）。このようにして円盤９１を固定することにより、円盤９１とソケットホルダ３との接触が良好となり放熱を一層向上させることができるという効果を得ることもできる。
【００２６】
また、上述したように、原子力発電施設用照明器具においては、グローブを開放型とすることはできないため、従来のガラス製グローブでは照明装置の重量を軽減することには限界がある。そこで、本発明ではグローブを、ポリカーボネート樹脂やポリアリレート樹脂などの難燃性で軽量の透光性材料で構成することにより、重量に起因する問題の改善をはかった。ただし、本発明のＬＥＤランプにおいては、従来のガラス製グローブをそのまま使用することもできる。
【００２７】
以下では、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
実施例１のＬＥＤランプ１は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉格納容器内に設置された照明器具で使用することができるものである。すなわち、実施例１のＬＥＤランプ１は、図４に示す従来のソケットホルダ３に装着して使用される。
本実施例のＬＥＤランプは、図３に示す如く構成され、多数のＬＥＤ素子５１を有する発光部５と、発光部５と接合される連結部材９２と、連結部材の上方に配置された円盤９１と、口金６とを備えて構成される。発光部５は、８８個のＬＥＤ素子５１を直列に接続してなるＬＥＤモジュールＡ、Ｂを並列に接続した回路構成である。各モジュールには、電力抵抗が設けられており、ある程度の電圧変動の影響を吸収できるようになっている（図８参照）。 筐体５２、円盤９１および連結部材９２は銅製である。連結部材９２の内部空間には、整流回路の収納部が設けられている。
口金６には、Ｅ３９口金を使用した。
【００２９】
実施例１のＬＥＤランプ１は、発光部５と口金６とが固定されておらず、口金がフリーとなっているため、円盤９１のソケットホルダ３への当接はグローブ４のねじ込み圧により行う。ここで、ソケットホルダ３は金属の鋳物であり、その表面は平坦でなく凹凸が形成されている部分が多いため、ゴムパッキン１０を介してグローブと段差３１で円盤９１を挟着する。
【００３０】
以上の構成を備える実施例１のＬＥＤランプ１は、従来原子炉格納容器内の照明器具で使用されていた白熱電球に置き換えて使用することが可能である。
【実施例２】
【００３１】
実施例２のＬＥＤランプ１は、実施例１と同じ従来のソケットホルダ３に装着して使用されるものであり、円盤９１と接合される可動機構７と可動機構に連接された口金６を備える点で実施例１のものと相違する。そこで、実施例１と同じ部分についての説明は割愛し、以下では可動機構７について説明する。
可動機構７は、一方の端部が円盤９１に固定された連結支柱７１と、連結支柱７１が挿通されるバネ７２と、連結支柱７１が挿通される支持板７３とから構成される。連結支柱７１およびバネ７２は、それぞれ４つずつあり、図６のように配置される。
バネ７２の一方の端部は、支持柱７１の上端に設けられたつば部により固定され、他端の端部は支持板７３により固定される。バネ７２により支持板７３に固設された口金６は、通常時には下方に付勢された状態にある（図７（Ａ）参照）。
【００３２】
図７は、本実施例のＬＥＤランプ１をソケットに装着する過程の説明図である。
図７（Ａ）は、ＬＥＤランプ１をソケットホルダ３に下方から進入させ、口金６をソケット２の入口部分に当接させた状態を示すものである。この段階では、支持板７３はバネ７２により付勢され、円盤９１と近接した状態にある。
図７（Ｂ）は、ＬＥＤランプ１を回転して口金６をソケット２にねじ込み、円盤９１を段差３１に当接させた状態を示すものである。この段階では、まだ支持板７３はバネ７２により付勢され、円盤９１と近接した状態にある。
図７（Ｃ）は、ＬＥＤランプ１をさらに回転して口金６をソケット２により深くねじ込んだ状態を示すものである。この段階では、口金６の上昇に伴い支持板７３がバネ７２を圧縮させ、支持板７３が円盤９１と離間した状態となる。この際、鋳物製であるソケットホルダ３の形状がいびつな部分があっても、バネ７２の伸縮により円盤９１を確実にソケットホルダ３に当接させることができる。
【００３３】
以上の構成を備える実施例２のＬＥＤランプ１によれば、従来原子炉格納容器内に設置された鋳物製のソケットホルダ３においても、円盤９１を一定以上の面積で確実に接触させることが可能である。
【実施例３】
【００３４】
実施例３は、実施例１または２のＬＥＤランプにおいて、温度上昇抑制機構を設けたＬＥＤランプに関する。
本実施例の発光部５は、８８個のＬＥＤ素子５１を直列に接続してなるＬＥＤモジュールＡ、Ｂを並列に接続した回路構成である。ＬＥＤモジュールＡは第１の温度スイッチ（ＴＲＳ１）を有し、ＬＥＤモジュールＢは第２の温度スイッチ（ＴＲＳ２）を有している。
Ａ、Ｂの各系列のうち、ＬＥＤ１から４の４個のＬＥＤ間、およびＬＥＤ８９から９２のＬＥＤの４個のＬＥＤ間にはバイパス回路を設け、温度スイッチＴＲＳ１およびＴＲＳ２を開閉することにより、８８個のＬＥＤが直列に連結された第１の状態と、８４個のＬＥＤが直列に連結された第２の状態が実現される。第１の状態ではＬＥＤ１個あたりの電圧は低くなり、回路に流れる電流が小さくなるので発熱量は低下する。第２の状態ではＬＥＤ１個あたりの電圧は高くなり、回路に流れる電流が大きくなるので発熱量が増加することになる。スタート時には８４個のＬＥＤ素子に電圧を印加し、その後、ＬＥＤ素子の温度が、例えば、１００℃以上になると温度スイッチをＯＦＦとなり、８８個のＬＥＤ素子に通電することにより温度の上昇を抑制することが可能である。なお、バイパスするＬＥＤ素子の数は、照明器具の上昇温度などの条件に応じて適宜選定することができる。また、Ａ、Ｂ各系列の動作温度をずらす事もできる。たとえば、ＴＲＳ１の動作温度を９５℃、ＴＲＳ２の動作温度を１００℃にする事で段階的な温度制御が可能になる。
【００３５】
温度スイッチ（ＴＲＳ１，２）は、リング状の感温磁性体、永久磁石及びギャップスペーサを組み合わせ、リング中心の穴にリードスイッチを挿入することで構成されている。感温磁性体は、キュリー温度では軟磁性の強磁性体であり、温度が上昇するに従い飽和磁束密度が減少し、キュリー温度に達すると常磁性体となる材料である。周囲の温度に反応した感温磁性体が、磁場を変化（熱エネルギーを磁場エネルギーに変換）させることにより、スイッチの開閉動作をする仕組みとなっている。
【００３６】
図９に、図８に示した温度制御回路を使用した場合の電流・電圧特性をシミュレーションした結果を示す。通電するＬＥＤ素子の個数は通常時は８４個で、温度が１００℃以上に上昇したときは８８個とする。ＬＥＤ素子の個数が８４個と８８個に切り替わる電圧（灯具の温度が１００℃になる電圧）は環境温度により変動するが、性能設計電圧２００Ｖ〜２２１Ｖの範囲となるように制御することが好ましく、少なくとも安全設計電圧１８９Ｖ〜２３１Ｖの範囲となるように制御する。図９に示したケースでは、ＬＥＤ電流が１５０ｍＡに達したとき灯具温度は１００℃となったので、この時点で８８個のＬＥＤを作動するように温度スイッチをＯＦＦとすると、ＬＥＤ電流は急激に低下し、灯具温度が低下することが示されている。
【００３７】
以上の構成を備える実施例３のＬＥＤランプ１によれば、ＬＥＤランプの温度を常に一定温度以下に維持することができるので、長寿命化を実現することが可能である。
【実施例４】
【００３８】
実施例４は、実施例３のＬＥＤランプにおいて、電源スイッチを設けたＬＥＤランプに関する。
実施例４のＬＥＤランプ１は、電源基板と口金６との間に電源スイッチ（ＳＷ１
）を備えている。実施例４のＬＥＤランプ１によれば、ＬＥＤランプ交換時に電源スイッチをＯＦＦにすることにより、当該区画の電源を切る必要が無く、安全にＬＥＤランプを交換することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のＬＥＤ照明器具は、原子炉格納容器内に設置されている白熱電球をＬＥＤランプに代替する製品を提供するものである。本発明は、ＬＥＤを採用することにより、照明器具の長寿命化、消費電力の低減を実現するものであり、それに伴って照明器具の球切れ、破損による取り替え作業を軽減することが可能となり経済的な原子力発電施設の運用のための一手段を提供する。さらに、本発明により、従来の白熱電球を使用した灯具やグローブがそのまま使える形状、寸法の照明器具を提供することができることから取り替えが低コストで行え、さらに、振動に強い、すなわち耐地震構造とした新しい照明器具を提供することができる。
本発明は、高放射線環境下で安定して作動する照明器具を提供するものであり、安定した原子力発電施設の運用の一助となることによりＣＯ２の排出量の低減にも貢献する有用なものである。
【符号の説明】
【００４０】
１：ＬＥＤランプ
２：ソケット（モーガルソケット）
３：ソケットホルダ（拡径部材）
４：グローブ
５：発光部
６：口金（装着部）
７：可動機構
８：整流器収納部
９：放熱部材
１０：ゴムパッキン
１１：白熱電球
３１：段部
３２：ネジ溝
４１：傘部
４２：底部
７１：連結支柱
７２：バネ
７３：支持板
５１：ＬＥＤ素子
５２：筐体
９１：円盤（板状体）
９２：連結部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のＬＥＤ素子が配設された発光部と、発光部と連設された放熱部材と、発光部と電気的に接続される口金と、を備え、拡径部材内に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着されるＬＥＤランプであって、
前記放熱部材が電球用拡径部材に一定以上の面積で接触することを特徴とする原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記放熱部材が、拡径部材の段部に当接して固定される板状体を含むことを特徴とする請求項１に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記放熱部材が、拡径部材の段部と拡径部材に接合されるグローブの端部で挟んで固定可能であることを特徴とする請求項２に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記口金を、放熱部材側に付勢して可動に固定する可動機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記発光部が、多数のＬＥＤ素子を直列に接続してなるＬＥＤモジュールを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記発光部が、前記ＬＥＤモジュールを複数並列に接続して構成されることを特徴とする請求項５に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項７】
ＬＥＤランプの温度変化に応じて温度スイッチを作動させることにより抵抗を制御する温度上昇抑制機構を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項８】
前記温度上昇抑制機構が、ＬＥＤ素子の点灯数を制御することにより回路内にて相当する抵抗成分を制御することを特徴とする請求項７に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項９】
電源スイッチを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項１０】
前記放熱部材が、銅または黒鉛により構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載のＬＥＤランプと、電球用ソケットが配設された拡径部材と、拡径部材に接合されるグローブと、を備える原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
【請求項１２】
グローブがポリカーボネート樹脂またはポリアリレート樹脂により構成されることを特徴とする請求項１０に記載の原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
【請求項１】
多数のＬＥＤ素子が配設された発光部と、発光部と連設された放熱部材と、発光部と電気的に接続される口金と、を備え、拡径部材内に配設された電球用ソケットに着脱自在に装着されるＬＥＤランプであって、
前記放熱部材が電球用拡径部材に一定以上の面積で接触することを特徴とする原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記放熱部材が、拡径部材の段部に当接して固定される板状体を含むことを特徴とする請求項１に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記放熱部材が、拡径部材の段部と拡径部材に接合されるグローブの端部で挟んで固定可能であることを特徴とする請求項２に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記口金を、放熱部材側に付勢して可動に固定する可動機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記発光部が、多数のＬＥＤ素子を直列に接続してなるＬＥＤモジュールを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記発光部が、前記ＬＥＤモジュールを複数並列に接続して構成されることを特徴とする請求項５に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項７】
ＬＥＤランプの温度変化に応じて温度スイッチを作動させることにより抵抗を制御する温度上昇抑制機構を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項８】
前記温度上昇抑制機構が、ＬＥＤ素子の点灯数を制御することにより回路内にて相当する抵抗成分を制御することを特徴とする請求項７に記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項９】
電源スイッチを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項１０】
前記放熱部材が、銅または黒鉛により構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の原子力発電施設用ＬＥＤランプ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載のＬＥＤランプと、電球用ソケットが配設された拡径部材と、拡径部材に接合されるグローブと、を備える原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
【請求項１２】
グローブがポリカーボネート樹脂またはポリアリレート樹脂により構成されることを特徴とする請求項１０に記載の原子力発電施設用ＬＥＤ照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−３８５４（Ｐ２０１２−３８５４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５０４１（Ｐ２０１０−１３５０４１）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００１８０３６８）四国電力株式会社 (95)
【出願人】（０００１８０３１３）四国計測工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００１８０３６８）四国電力株式会社 (95)
【出願人】（０００１８０３１３）四国計測工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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