JP2003115686A - 機器における稼動発熱部品の過熱制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中テレビカメラに高価な撮像管を用いるこ
となく、動作保証環境温度が低く安価なＣＣＤカメラを
使用しても、好適な冷却手段により過熱を適切に制御可
能となし、製作コストの削減と撮像管の供給不足問題の
解消を図る。 【解決手段】 水中テレビカメラ等の機器１における器
体２には、ＣＣＤカメラ等の稼動発熱部品３を伝熱状態
で収納したケース４ａ等の内装部品４が収納され、器体
２内の残留空所Ｖに収納した断熱材１０により、水中等
である特定環境領域Ｅからの伝熱による稼動発熱部品３
の昇温を阻止する。稼動発熱部品３の蓄熱は、その特定
温度への昇温で押動する検知部１１の作動により、ペル
チェ素子起動回路５へペルチェ素子起動電流Ｉｓが供与
されると、順次ケース４ａ−伝熱体８−ペルチェ素子５
ａの吸熱面５ｃ−同上発熱面５ｄ−放熱体９を介して特
定環境領域Ｅへ強制放熱され、稼動発熱部品３を特定温
度以下に冷却制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は常温以上の水中とか
空気中等である液体または気体による特定環境領域で稼
動することとなる原子力発電所向け燃料外観検査装置に
おける水中テレビカメラとか、各種の監視カメラ、そし
て遠隔操作機におけるモータや電子部品等である各種機
器の稼動発熱部品に関し、それ自体の稼動に伴う発熱お
よび特定環境領域の温度条件によって、望ましくない過
熱状態となることを抑制するために供して好適な過熱抑
制装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】上記の各種機器の一つである原子力発電
所用燃料外観検査装置に用いられている稼動発熱部品と
しての水中テレビカメラにつき説示すると、これは年に
１回程度の原子力発電所内における定期検査の一環とし
て、使用済燃料外観検査に際し使用されている。すなわ
ち原子炉内から燃料検査プールに移送して、上記水中テ
レビカメラによる外観検査を行うことになるが、当該燃
料検査プールの水温は高いときには５５℃にも達するこ
とから、どうしても実際上当該水中テレビカメラの撮影
部には、６０℃程度の環境温度に耐えるものを使用しな
ければならない。

【０００３】この結果、これまでは上記の環境温度に耐
えられる特別仕様の撮像管が製作され、これが幅広く利
用されて来ているが、当該撮像管はもちろん特注品で、
耐放射線性、耐熱性に優れていることが要求されるため
製造コストも可成り高いものとなっている。さらに、そ
れだけでなく近年ＣＣＤカメラが一般に普及して来たこ
とによって、上記の撮像管自体、その需要が大幅に減退
し、このためその製造の中止を決定する業者が相次ぎ、
この結果撮像管の供給自体が激減し、入手自体が非常に
困難となって来ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
による難題を解消するため検討されたもので、その着想
は前記の如き撮像管にかえて、近年普及されるに至った
比較的安価なＣＣＤカメラ自体に注目し、その使用を可
能にしようとしている。ところが実際上ＣＣＤカメラの
ほとんどが、動作保証環境温度を約４０℃に設定してい
ることから、そのままＣＣＤカメラを採択することは、
前記の水中テレビカメラの場合、実際上不可能となる。
そこで本願発明にあっては、ＣＣＤカメラとしての稼動
発熱部品による自己発熱や環境温度の影響によって、前
記のように６０℃といった特定温度以上に昇温すること
のないように、当該過熱を冷却手段により制御して常に
動作保証環境温度を保持可能にしようとしている。

【０００５】そこで、上記の如き稼動発熱部品の過熱状
態が生じないようにするための手段としては、前説の燃
料検査プール等である高温の特定環境領域内におけるＣ
ＣＤカメラといった稼動発熱部材と、当該特定環境領域
外に配設した熱交換機とを、別途用意のホースによって
連繋することで、当該稼動発熱部材を冷却することが考
えられる。しかしこのような冷却手段によるときは、冷
却したい機器の稼動発熱部材と熱交換機との間にあっ
て、特に可成りの距離が存するような場合には、前記の
ホース内を冷却気体や冷却水が流過していく過程にあっ
て、高温である特定環境領域と間に可成りの熱交換が行
われることになり、この結果稼動発熱部材の実効ある冷
却効率をあげることができないだけでなく、熱交換機と
上記ホースなどを伴う大型設備が必要となるから、コス
ト高と設置スペース上の問題が派生することにもなる。

【０００６】また、上記の如き熱交換機を採択した過熱
制御装置の欠陥を解消するため、機器における稼動発熱
部品と放熱体との間にペルチェ素子を接続するように
し、これにより稼動発熱部品からの発生熱をペルチェ素
子により吸熱し、これを受熱した放熱体から特定環境領
域へ放熱させることも考えることができる。しかし、ペ
ルチェ素子を用いるようにすれば、確かにコスト安とな
り小さなスペース内で冷却機構を構築し得ることになる
が、この場合にはペルチェ素子自体が発熱体にもなるた
め、上記した放熱体の熱を効果的に放熱しなければなら
ず、従って当該放熱の手段として、発熱体にファンを取
り付けることで強制対流を行わせるようにしなければな
らないが、ファン取り付けのスペースがない場合には自
然対流に依存しなければならず、この結果充分な放熱が
不能となることから、発熱体の熱が稼動発熱部材へ逆流
してしまい期待する冷却効果が発揮できないことにな
る。

【０００７】そこで本願の請求項１に係る過熱制御装置
にあっては、器体に前掲ＣＣＤカメラの如き稼動発熱部
品が熱伝導状態にて内設されているケース等の内装部品
が収設されている前掲原子力発電所用燃料外観検査装置
水中カメラのような機器に関し、当該ケースには順次内
装部品としての伝熱体、ペルチェ素子、放熱体を連設す
るだけでなく、上記した器体内における残留空所にあっ
ては断熱材を充填するように構成している。

【０００８】このようにすることで当該請求項１では、
上記の断熱材によって液体または気体による特定環境領
域から、稼動発熱部品への熱伝導による昇温を充分に抑
制できるようにしておき、これを前提要件として、さら
に稼動発熱部品が特定温度まで上昇した際には、これを
検知することでペルチェ素子起動回路にペルチェ素子起
動電流を供与自在となし、稼動発熱部品の蓄熱をペルチ
ェ効果の利用により、ケース−伝熱体−ペルチェ素子−
放熱体の熱伝導経路を介し、速やかにして効率よく、前
記特定環境領域へ放熱可能にしようとしている。かくし
て本発明によるときは各種の機器における稼動発熱部の
充分な吸熱と、放熱体から稼動発熱部への熱の逆流を抑
制可能となし、もって水中テレビカメラの如き稼動発熱
部品が、その動作保証環境温度以上まで不本意に過熱さ
れてしまうことを、高い信頼性をもって抑制可能とな
し、かくて前記した高価な撮像管を用いなくとも安価な
ＣＣＤカメラの採択を実現できるようにし、かつ撮像管
の入手先探索に苦慮するといったことをも解消しようと
するのが、その目的である。

【０００９】そして請求項２にあっては、上記請求項１
の構成において稼動発熱部品の温度上昇で応動する検知
部を、ケースに付設したサーモスタットと電気抵抗そし
てスイッチ回路と電磁スイッチを備えたペルチェ素子起
動回路によって構成するようにし、上記スイッチ回路の
閉成による電磁スイッチの励磁により、ペルチェ素子起
動回路を閉成自在とすることで、請求項１の前掲目的を
高い信頼性をもって達成しようとしている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、請求項１では液体または器体による特定
環境領域に配装される器体内には、熱伝導状態で稼動発
熱部品の設けられたケース等の内装部品が摺接されてい
る機器にあって、上記ケースには順次内装部品である伝
熱体、ペルチェ素子そして上記特定環境領域に露呈した
放熱体を連設すると共に、前記器体の残留空所には断熱
材を充填し、前同稼動発熱部品が特定温度まで上昇した
ことで応動する検知部の作動により、ペルチェ素子起動
回路にペルチェ素子起動電流を供与自在として、稼動発
熱部品の蓄熱が、順次前掲ケース、伝熱体、ペルチェ素
子の吸熱面、さらに当該ペルチェ素子の発熱面から放熱
体を介して特定環境領域へ放熱自在であることを特徴と
する機器における稼動発熱部品の過熱制御装置を提供し
ようとしている。

【００１１】そして請求項２にあっては、上記の請求項
１において稼動発熱部品の特定温度までの上昇により応
動する検知部が、ケースに付設したサーモスタットと電
気抵抗そしてスイッチ回路とこれに接続の電源スイッチ
とを具備したペルチェ素子起動回路により形成され、上
記サーモスタットの特定温度における閉成でＯＮ状態と
なった前同スイッチ回路による前同電源スイッチの励磁
により、ペルチェ素子起動回路を閉成自在としたこと
を、その内容としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明につき図１、図２によって
詳記するが、前説の通り水とか空気等の液体または気体
による特定環境領域Ｅとしての水中に配設されることに
なる原子力発電所用燃料外観検査装置水中テレビカメラ
を、機器１の一例として以下説示する。上記の機器１は
既知の如く、図１（Ａ）により理解される通り特定環境
領域Ｅである水中に浸漬の器体２内にあって、熱伝導状
態となるようにＣＣＤカメラ等である稼動発熱部品３の
内設された実際上銅製等によるケース４ａその他各種の
内装部品４が収設されている。ここで図１にあって、４
ｂは上記内装部品４としてのズームレンズ、４ｃは上記
ＣＣＤテレビカメラとかズームレーンズ４ｂ、後述のペ
ルチェ素子回路５等を動作させ制御するために配設され
た電気信号ラインを示している。また器体２の外側には
図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）にも明示されている通
り、ケース４ａ内への浸水を防ぐ前面ガラス６そしてカ
プラ７ａ、７ｂ等が開示されており、カプラ７ａ、７ｂ
は既知の如く器体２へ窒素を充填して水密構造を確認し
たり、前面ガラス６およびズームレンズ４ｂの結露を防
止するため、窒素を充填するために用いられる窒素封入
兼圧力ケージ取付口を示している。

【００１３】上記の如き機器１にあって、器体２に内設
のケース４ａには、順次内装部品４としての銅製板等に
よる伝熱体８、前掲ペルチェ素子５ａそして特定環境領
域Ｅに露呈した銅製板等による放熱体９が連設されてい
る。そして器体２と各種内装部品４との間に形成された
残留空所Ｖには、ポリウレタン製等による断熱材１０が
充填されることで、前記した特定環境領域Ｅから、前記
ケース４ａ内の稼動発熱部品３への熱伝導が可及的に断
熱されるようにしてある。

【００１４】さらに本発明では、水中テレビカメラにお
けるＣＣＤテレビカメラ等である稼動発熱部品３が、そ
の稼動熱とか特定環境領域Ｅからの熱伝導により、前記
のように４０℃等の特定温度まで昇温してしまった場合
には、これにより押動することになる図１（Ｂ）に例示
の如き検知部１１の作動によって、前記したペルチェ素
子５ａと起動電源５ｂとによるペルチェ素子起動回路５
に起動電流Ｉｓを供与自在としてある。このようにして
ペルチェ素子５ａによるペルチェ効果としての熱電効果
が発揮されることから、上記した稼動発熱部品３の蓄熱
は、順次前記した熱伝導性をもつケース４ａ−伝熱体８
−ペルチェ素子の吸熱面５ｃ−ペルチェ素子の発熱面５
ｄ−放熱体９を介して特定環境領域Ｅへ放熱自在なるよ
う構成されている。なお、実際上は稼動発熱部品３はケ
ース４ａに密着状態で組み込まれており、ペルチェ素子
５ａは３個が用いられ、伝熱体８とペルチェ素子５ａそ
して放熱体９相互の接合面には伝熱性シリコングリスを
塗布し、放熱体９の外面には防錆のため亜鉛メッキを施
すようにしてあり、３ａは稼動発熱部品用電源で、３ｂ
は稼動発熱部品用開閉器を示している。

【００１５】ここで実際にかかる過熱制御装置を製作す
るに際しては、上記の検知部１１として各種のものを採
択し得るが、請求項２に示す検知部１１につき図１
（Ｂ）を参照して以下説示すると、前記の稼動発熱部品
３が４０℃等の特定温度まで上昇することで応動するこ
とになる検知部１１が、図１（Ａ）と図２（Ｂ）によっ
て理解される通り、前記したケース４ａに付設したサー
モスタットＴｈおよびこれに並列とした電気抵抗Ｒ１、
そしてスイッチ回路１１ａと、これに接続された電磁ス
イッチ１１ｂとを具備したペルチェ素子起動制御回路１
１Ａとにより形成されている。ここで同図のＲ２、Ｒ３
はスイッチ回路１１ａにおける電気抵抗（Ｒ３＞Ｒ２＞
Ｒ１）を示し、１１ｃはペルチェ素子起動制御回路用電
源、１１ｄは前記電磁スイッチ１１ｂの励磁によって閉
成されるペルチェ素子起動回路５の開閉接点である。

【００１６】そして請求項２によるときは、上記のサー
モスタットＴｈが稼動発熱部品３の過熱状態により、ケ
ース４ａを介して昇温されることで閉成され、これによ
りＯＮ状態となった前同スイッチ回路１１ａによる電磁
スイッチ１１ｂの励磁により、ペルチェ素子起動回路５
における上記の開閉接点１１ｄが閉成される。この結果
ペルチェ素子５ａに対して起動電源５ｂからのペルチェ
素子起動電流Ｉｓが供与され、前記の如くペルチェ素子
５ａによる熱電効果が発揮されるに至る。

【００１７】本発明は上記の如き実施態様により具現さ
れ得るものであるから、以下のようにして水中テレビカ
メラ等の稼動発熱部品３が冷却されることとなる。すな
わち、前説の内容から理解される通り、水中テレビカメ
ラ等に用いるＣＣＤテレビカメラを６０℃の水中で使用
した場合にあって、当該水中からの熱および水中テレビ
カメラの動作により発生する熱によって、水中テレビカ
メラ内の温度が上昇する。当該昇温によりケース４ａに
取り付けたサーモスタットＴｈがＯＮとなることで、ペ
ルチェ素子５ａが起動され、ペルチェ素子５ａの伝熱体
８側で吸熱、放熱体９側で発熱が発生し、この結果水中
テレビカメラから発生する熱はケース４ａおよび伝熱体
８を通してペルチェ素子５ａに吸熱される。次いでペル
チェ素子５ａの発熱面５ｄと放熱体９とは密着している
ことから、ペルチェ素子５ａから発生の熱は放熱体９を
通して水中に放熱される。一方水中からケース４ａに入
り込む熱およびペルチェ素子５ａの発熱面５ｄから発生
する熱は、器体２内の残留空所Ｖに充填されている断熱
材１０によって、ほとんど遮断され、ＣＣＤテレビカメ
ラ等までは伝導されず、この結果当該ＣＣＤテレビカメ
ラの周辺温度をメーカー保証温度以下に確保することが
可能となる。

【００１８】上記の過熱制御装置につき、その冷却作用
に関する確認試験を、図３、図４に夫々示した試験装置
略示図とその電気回路略示に開示した試験装置を用いて
行った結果、図５の図表に示す如き冷却効果を確認する
ことができた。当該試験装置について先ず図３につき説
示すると、水槽ａ内に満たした水ｂ内に投入の温度計ｃ
および発熱ヒータｄを、温度制御器ｅに接続すると共
に、当該ｂを電動ポンプｆにより撹拌できるようにし
て、発熱ヒータｄにより電動ポンプｆを稼動させながら
６０℃の一様な水温分布とし、かつ上記温度制御器ｅに
より、当該温度が一定に保たれるように調整した。

【００１９】次に水中テレビカメラとしての機器１を、
上記の水槽ａ内に入れ、機器１内における水中カメラと
しての稼動発熱部品３に係る周辺温度が６０℃になるま
で、そのままで待った。この際、図３、図４に開示され
ている機器１内の温度センサｇには、ペンレコーダｈと
温度センサ動作電源ｉが接続されており、５ｅはテスト
用ペルチェ素子開閉器を示している。さらに、稼動発熱
部品３の周辺温度が６０℃になったことを、ペンレコー
ダｈにより確認された時点にあって、上記したテスト用
ペルチェ素子開閉器５ｅと前記した稼動発熱部品用開閉
器３ｂとを閉成して、ＣＣＤカメラである稼動発熱部品
３とペルチェ素子５ａとを起動させ、ＣＣＤカメラ周辺
温度の経時変化を、ペンレコーダｈにより記録した。こ
の記録結果が図５に示されており、これによりＣＣＤカ
メラ周辺温度が６０℃でペルチェ素子５ａを起動させた
時点から、約３０分の経時後にあって、４０℃まで降温
されることを確認することができ、これにより水温６０
℃の特定環境領域Ｅにあって、原子力発電所向けの燃料
外観検査装置水中テレビカメラに、一般向けのＣＣＤカ
メラを組み込むことが可能であることを実証し得た。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のようにして構成されるも
のであるから、各種の機器が水中とか空気中である比較
的高い温度の特定環境領域下で使用され、かつ当該機器
に使用されている稼動発熱部品自体が昇温状態となるよ
うな条件下にあって、当該稼動発熱部品のメーカー保証
動作環境温度に制約がある場合、断熱材の適切なる配設
により、特定環境領域および使用されるペルチェ素子か
ら稼動発熱部材への熱伝導を、可及的に制御可能にする
と共に、稼動発熱部品の蓄熱をペルチェ素子によるペル
チェ効果により効率よく、伝熱体、ペルチェ素子、放熱
体を介して特定環境領域へ放散させることで、常に稼動
発熱部品が所望感度以下となるよう冷却することが可能
となる。この結果、請求項１による過熱制御装置による
ときは、前記した熱交換機とホースを使用する場合に比
し、小スペースにあっても設置でき、かつ冷却効率も向
上できるだけでなく、単にペルチェ素子を採択するので
はなく、断熱材の適所への配設によって、熱の逆流が阻
止されていることから、稼動発熱部品を損傷してしまう
ことなく長期にわたり、その効用を発揮させることがで
る。従って例えば原子力発電所用燃料外観検査装置水中
テレビカメラにあって、特別仕様の高価な撮像管を組み
込まなくとも、耐熱性の低いＣＣＤカメラを撮像部に組
み込むことができるようになるため、製作コストの大幅
な削減を可能にし得るだけでなく、撮像管の入手困難と
なった現況を克服することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る機器の一実施態様として例示した
原子力発電所用燃料外観検査装置水中テレビカメラを示
し、（Ａ）はその一部を切欠して示した正面図で、
（Ｂ）はその電気回路略示図である。

【図２】（Ａ）は図（Ａ）における矢視Ａ側面図、
（Ｂ）は同図のＢ−Ｂ線矢視断面図、（Ｃ）は同図のＣ
−Ｃ線矢視断面図、（Ｄ）は同図の矢視側面図である。

【図３】本発明に係る過熱制御装置の冷却作用を確認す
るために用いた試験装置略示図である。

【図４】図３の試験装置における電気回路略示図であ
る。

【図５】図３の試験装置によって測知した経過時間に対
するＣＣＤカメラ周辺温度を示した図表である。

【符号の説明】

１ 機器 ２ 器体 ３ 稼動発熱部品 ４ 内装部品 ４ａ ケース ４ｂ ズームレンズ ４ｃ 電気信号ライン ５ ペルチェ素子起動回路 ５ａ ペルチェ素子 ５ｃ ペルチェ素子の吸熱面 ５ｄ ペルチェ素子の発熱面 ８ 伝熱体 ９ 放熱体 １０ 断熱材 １１ 検知部 １１Ａ ペルチェ素子起動制御回路 １１ａ スイッチ回路 １１ｂ 電磁スイッチ Ｅ 特定環境領域 Ｉｓ 起動電流 Ｒ１ 電気抵抗 Ｔｈ サーモスタット Ｖ 残留空所

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｃ 17/08 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｃ // Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｅ Ｇ２１Ｃ 17/06 Ｚ Ｆターム(参考） 2G075 BA17 CA08 CA38 FA13 FA14 FC03 FC14 GA17 GA18 2H054 AA01 BB01 2H100 CC04 EE00 5C022 AA03 AA07 AC61 AC69 5E322 AA10 AA11 CA05 CA06 DC01 EA11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体または気体による特定環境領域に配
   装される器体内には、熱伝導状態で稼動発熱部品の設け
   られたケース等の内装部品が摺接されている機器にあっ
   て、上記ケースには順次内装部品である伝熱体、ペルチ
   ェ素子そして上記特定環境領域に露呈した放熱体を連設
   すると共に、前記器体の残留空所には断熱材を充填し、
   前同稼動発熱部品が特定温度まで上昇したことで応動す
   る検知部の作動により、ペルチェ素子起動回路にペルチ
   ェ素子起動電流を供与自在として、稼動発熱部品の蓄熱
   が、順次前掲ケース、伝熱体、ペルチェ素子の吸熱面、
   さらに当該ペルチェ素子の発熱面から放熱体を介して特
   定環境領域へ放熱自在であることを特徴とする機器にお
   ける稼動発熱部品の過熱制御装置。
2. 【請求項２】 稼動発熱部品の特定温度までの上昇によ
   り応動する検知部が、ケースに付設したサーモスタット
   と電気抵抗そしてスイッチ回路とこれに接続の電源スイ
   ッチとを具備したペルチェ素子起動回路により形成さ
   れ、上記サーモスタットの特定温度における閉成でＯＮ
   状態となった前同スイッチ回路による前同電源スイッチ
   の励磁により、ペルチェ素子起動回路を閉成自在とした
   請求項１記載の機器における稼動発熱部品の過熱制御装
   置。