JP2010145372A - 超音波プローブ、プローブ着脱用移動台車、プローブ設置位置探索用移動台車、超音波プローブ着脱システム、および超音波プローブの取付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温・高放射線環境下においても安定した振動計測が可能な超音波プローブを提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器２の外側面から炉内構造物に対して超音波を送信し、反射した反射超音波を受信する超音波センサ４１と、センサ面４８に被覆されたカプラント４３と、超音波センサ４１を収納する超音波センサホルダ４４と、センサ面４８およびカプラント４３を、原子炉圧力容器２の外側面に押し付ける方向に弾性力を付与する弾性体４５と、超音波センサホルダ４４を支持し、超音波センサホルダ４４を原子炉圧力容器２の外側面に固定する磁力を備えたホルダ支持体４６とを備え、センサ面４８は、無負荷状態においてはホルダ支持体４６の設置面となる面４９よりも突出した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、原子炉の炉内構造物の振動を監視する超音波プローブおよびその超音波プローブを着脱するためのプローブ着脱用移動台車、プローブ設置位置探索用移動台車、超音波プローブ着脱システム、および超音波プローブの取付方法に関する。

従来から、原子炉圧力容器内部の炉内構造物の振動などを非接触で計測する手段として、超音波を用いる技術が知られている。
特開平１１−１２５６８８号公報

原子力圧力容器内部の炉内構造物の振動計測に用いられる超音波センサは、原子力プラント稼働中に設置され、高温かつ高放射線環境において長時間継続して振動計測を実施する。また、超音波センサは、原子力プラントの定検検査時において回収される。

このような超音波センサは、高温かつ高放射線環境において長時間継続して振動計測を実施しうる構成であることが必要となる。また、高精度に振動計測を実施するためには、原子炉圧力容器の外側面における、超音波センサの設置位置を正確に把握し、効率よくその位置に設置する必要がある。

しかし、特許文献１にはこれらの課題を解決する超音波センサの構成や、取付および取外しのための技術などは開示されていなかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、高温・高放射線環境下においても安定した振動計測が可能な超音波プローブを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、超音波プローブの設置位置の探索、および設置作業を効率よく行うことができるプローブ着脱用移動台車、プローブ設置位置探索用移動台車、超音波プローブ着脱システム、および超音波プローブの取付方法を提供するにある。

本発明に係る超音波プローブは、上述した課題を解決するために、原子炉圧力内の炉内構造物の振動を、超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブにおいて、前記原子炉圧力容器の外側面から、前記原子炉圧力容器内の炉内構造物に対して超音波を送信し、前記炉内構造物で反射した反射超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサのセンサ面に被覆されたカプラントと、前記超音波センサを収納する超音波センサホルダと、前記超音波センサホルダ内に収納され、前記超音波センサの前記センサ面および前記カプラントを、前記原子炉圧力容器の外側面に押し付ける方向に弾性力を付与する弾性体と、前記超音波センサホルダを支持し、前記超音波センサホルダを前記原子炉圧力容器の外側面に固定する磁力を備えたホルダ支持体とを備え、前記超音波センサの前記センサ面は、無負荷状態においては、前記ホルダ支持体の設置面となる面よりも突出したことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブ着脱用移動台車は、原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する駆動部とを備えた走行機構と、前記原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブを着脱可能に保持し、前記走行機構と連結されたプローブ保持機構とを備え、前記超音波プローブが設置される所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を解除して、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面に取り付け、前記超音波プローブが設置された所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を開始し、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面から取り外すことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブ設置位置探索用移動台車は、原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する車輪機構とを備えた走行機構と、前記原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブを設置する位置を探索するための探索用超音波センサを備えた設置位置探索機構と、前記設置位置探索機構により特定された、前記超音波プローブを設置する位置をマーキングするマーキング機構とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブ着脱システムは、原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を、超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブであって、前記原子炉圧力容器の外側面から、前記原子炉圧力容器内の炉内構造物に対して超音波を送信し、前記炉内構造物で反射した反射超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサのセンサ面に被覆されたカプラントと、前記超音波センサを収納する超音波センサホルダと、前記超音波センサホルダ内に収納され、前記超音波センサの前記センサ面および前記カプラントを、前記原子炉圧力容器の外側面に押し付ける方向に弾性力を付与する弾性体と、前記超音波センサホルダを支持し、前記超音波センサホルダを前記原子炉圧力容器の外側面に固定する磁力を備えたホルダ支持体とを備え、前記超音波センサの前記センサ面は、無負荷状態においては、前記ホルダ支持体の設置面となる面よりも突出した超音波プローブと、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面に取り付ける位置を探索するプローブ設置位置探索用移動台車であって、前記原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する車輪機構とを備えた走行機構と、前記超音波プローブを設置する位置を探索するための探索用超音波センサを備えた設置位置探索機構と、前記設置位置探索機構により特定された、前記超音波プローブを設置する位置をマーキングするマーキング機構とを備えたプローブ設置位置探索用移動台車と、前記プローブ設置位置探索用移動台車によりマーキングされた位置に前記超音波プローブを取り付ける、または設置された前記超音波プローブを取り外すプローブ着脱用移動台車であって、前記原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する駆動部とを備えた走行機構と、前記超音波プローブを着脱可能に保持し、前記走行機構と連結されたプローブ保持機構とを備え、前記超音波プローブが設置される所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を解除して、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面に取り付け、前記超音波プローブが設置された所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を開始し、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面から取り外すプローブ着脱用移動台車とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブの取付方法は、原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブを設置する前記原子炉圧力容器の外側面上の位置を、設置位置探索用の超音波センサを用いて探索する設置位置探索工程と、前記設置位置探索工程において特定された位置を、前記原子炉圧力容器の外側面上にマーキングするマーキング工程と、前記マーキング工程においてマーキングされた位置まで前記超音波プローブを移動し、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面上に取り付ける取付工程とを備えることを特徴とする。

この超音波プローブによれば、高温・高放射線環境下においても、安定した振動計測を行うことができる。

また、このプローブ着脱用移動台車、プローブ設置位置探索用移動台車、超音波プローブ着脱システム、および超音波プローブの取付方法によれば、超音波プローブの設置位置の探索、および設置作業を効率よく行うことができる。

本発明に係る超音波プローブ、プローブ設置位置探索用移動台車、プローブ着脱用移動台車、超音波プローブ着脱システム、および超音波プローブの設置方法の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態における超音波プローブが設置される沸騰水型原子炉１の構造を示す縦断面図である。

後述する超音波プローブ（図３の超音波プローブ４０）が用いられる原子炉振動監視装置は、図１に示す沸騰水型原子炉１に適用される。

原子炉圧力容器２の内部には、各種の炉内構造物がある。これらの炉内構造物は、沸騰水型原子炉１が発電を行っている最中、原子炉圧力容器２内で発生する温水・水蒸気などによる流体振動を受けている。例えば、ジェットポンプ３やシュラウド４などが流体振動を受けている。本実施形態における超音波プローブが用いられる原子炉振動監視装置は、これら炉内構造物の振動状態を非接触計測することが可能である。

沸騰水型原子炉１は、原子炉圧力容器２内に炉心５を収容する。この炉心５を構成する多数の燃料集合体（図示せず）は、シュラウド４に囲まれると共に、炉心支持板６および上部格子板７によって支持されて構成される。シュラウド４の上部は、シュラウドヘッド８により閉塞され、このシュラウドヘッド８にスタンドパイプ９を経て気水分離器１０が配置される。原子炉圧力容器２内には、気水分離器１０の上方に蒸気乾燥機１１が配置される。

炉心５にて発生した蒸気は、気水分離器１０にて水分が分離され、蒸気乾燥機１１にて乾燥されて上部ドーム１２に至り、主蒸気ノズル１３から主蒸気系を経てタービン系へ至る（共に図示せず）。タービン系で仕事をした蒸気は、復水となり給水管１４を経て原子炉圧力容器２内へ冷却材１５として供給される。この冷却材(炉水)１５は、原子炉再循環系１６の再循環ポンプ１７により昇圧され、原子炉圧力容器２とシュラウド４との間の環状部に複数本配置されたジェットポンプ３によって、炉心５の下方の下部プレナム１８へと導かれる。

複数のジェットポンプ３は、原子炉圧力容器２とシュラウド４との間の環状部に設置されたバッフルプレート１９上に、炉心５の周方向に沿って均等に配置される。

図２は、図１の沸騰水型原子炉１の炉内構造物であるジェットポンプ３の外観構成を示す図である。

各ジェットポンプ３は、再循環ポンプ１７にて昇圧された冷却材１５をライザ管２５へ導き、さらにエルボ管２６を経てノズル部２７へ導く。ジェットポンプ３は、取り込んだ冷却材１５をインレットミキサ管２８内で混合した後、ジェットポンプディフューザ２９から炉心５の下方へ吐出する。

図３は、本実施形態における超音波プローブの外観構成図であり、（Ａ）は超音波プローブの平面図、（Ｂ）は図３(Ａ）の超音波プローブのＡ−Ａ間の断面図、（Ｃ）は図３(Ａ）の超音波プローブのＢ−Ｂ間の断面図である。

この超音波プローブ４０は、原子炉圧力容器２内の炉内構造物の振動を、超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブである。超音波プローブ４０は、送信用超音波センサ４１ａ、受信用超音波センサ４１ｂ、メタルカプラント４３ａ、４３ｂ、超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂ、皿バネ４５ａ、４５ｂ、ホルダ支持体４６ａ、４６ｂ、およびロック部材５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを備える。この超音波プローブ４０の各部には、長期間の計測に耐え得るように、耐熱・耐放射線性に優れた絶縁材、接着剤などが用いられている。

送信用超音波センサ４１ａは、図３（Ｂ）に示すように、原子炉圧力容器２の外側面から原子炉圧力容器２内の炉内構造物(例えばジェットポンプ３）に対して、超音波を送信する超音波センサである。この送信用超音波センサ４１ａは、原子炉圧力容器２の外側面に対し垂直方向(図示矢印Ａ方向）に超音波を送信する垂直探触子である。受信用超音波センサ４１ｂは、送信用超音波センサ４１ａより送信され、炉内構造物で反射した反射超音波を、原子炉圧力容器２の外側面で受信する超音波センサである。受信用超音波センサ４１ｂは、炉内構造物に送信され、所定の反射角をもって所定方向（図示矢印Ｂ方向）に向かって反射した反射超音波を受信する斜角探触子である。送信用超音波センサ４１ａの垂直探触子より送信された超音波ビーム中心軸と、受信用超音波センサ４１ｂの斜角探触子に入射される超音波ビーム中心軸とは、炉内構造物の検査対象面で交差する方向に固定された構成となっている。このため、炉内構造物の検査対象面が、原子炉圧力容器２の外側面と平行ではなく、反射超音波が送信位置とは異なる位置へ所定角度を持って反射される場合であっても、検査可能となっている。

メタルカプラント４３ａ、４３ｂは、送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂのセンサ面４８ａ、４８ｂに被覆された、金属薄板からなる超音波伝達媒体である。このメタルカプラント４３ａ、４３ｂは、高温・放射線により受ける影響が非常に少なく、超音波を原子炉圧力容器２に対して安定して送受信することができる。

超音波センサホルダ４４ａは、送信用超音波センサ４１ａおよび皿バネ４５ａを収容する。超音波センサホルダ４４ｂは、受信用超音波センサ４１ｂおよび皿バネ４５ｂを収容する。送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂは、そのセンサ面４８ａ、４８ｂが超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂの開口部から突出されて収容されている。

皿バネ４５ａ、４５ｂは、超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂ内の送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂの背面側に、複数段積層されて収容されている。皿バネ４５ａ、４５ｂは、超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂの開口部から、送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂのセンサ面４８ａ、４８ｂを押し出す方向に弾性力を付与するように構成されている。皿バネ４５ａ、４５ｂは、振動測定時においては、センサ面４８ａ、４８ｂを原子炉圧力容器２の外側面に押し付ける方向に弾性力を付与する弾性体として機能する。皿バネ４５ａ、４５ｂは、耐熱性に優れた弾性体であって、例えばインコネル材（登録商標）で構成される。皿バネ４５ａ、４５ｂがインコネル材で構成された場合には、センサ接触面の単位面積（１ｃｍ^２）あたり約２ｔ程度の力にて押付可能とする弾性力を備えることができる。

ホルダ支持体４６ａ、４６ｂは、所定の間隔で同軸上に配置された超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂの対向する側面を挟み込むように、超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂを支持する。これにより、送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂの間隔は一定に保たれる構造となっている。ホルダ支持体４６ａ、４６ｂの内部には、永久磁石５０ａ、５０ｂがそれぞれ充填されている。ホルダ支持体４６ａ、４６ｂは、この永久磁石５０ａ、５０ｂが充填されることにより原子炉圧力容器２の外側面に磁力で吸着し、超音波センサホルダ４４ａ、４４ｂを固定する。ここで、送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂのセンサ面４８ａ、４８ｂは、無負荷状態においては、ホルダ支持体４６ａ、４６ｂの設置面４９ａ、４９ｂ（超音波プローブ４０が原子炉圧力容器２の外側面に設置された際のホルダ支持体の設置面）よりも突出して構成されている。

ロック部材５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ（ロック部材５１）は、後述するプローブ着脱用移動台車（図４のプローブ着脱用移動台車６０）に設けられたロック機構（図４のロック機構６９）と係合するロック溝５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ（ロック溝５２）を形成する部材である。ロック部材５１は、ホルダ支持体４６ａ、４６ｂの上部両端位置にそれぞれ設けられる。

なお、この超音波プローブ４０の送信用超音波センサ４１ａは、無機絶縁ケーブル（ＭＩケーブル：Ｍｉｎｅｒａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）５３ａを介して超音波送信器（図示せず）に電気的に接続されている。同様に、受信用超音波センサ４１ｂは、ＭＩケーブル５３ｂを介して超音波受信器（図示せず）に電気的に接続されている。超音波送信器および超音波受信器は、原子炉格納容器（図示せず）の外側または原子炉格納容器の内側に設置されている。また、超音波送信器および超音波受信器は、信号処理装置（図示せず）に電気的に接続されている。信号処理装置は、表示装置（図示せず）と電気的に接続され、信号処理装置によって計測された振動波形や振動スペクトルなどを表示する。原子炉振動監視装置は、超音波プローブ４０、超音波送信器、超音波受信器、信号処理装置、表示装置などで構成される。

次に、超音波プローブ４０を原子炉圧力容器２の外側面上を移動させて取付を行い、および原子炉圧力容器２の外側面上に取り付けられた超音波プローブ４０の取外しを行う、プローブ着脱用移動台車の構成を説明する。

図４は、本実施形態におけるプローブ着脱用移動台車の外観を説明する平面図である。

プローブ着脱用移動台車６０は、走行機構６１、プローブ保持機構６２、および直動機構６３で主に構成される。このプローブ着脱用移動台車６０は、上述した図３の超音波プローブ４０の各部とは異なり、耐熱・耐放射線性に優れた絶縁材、接着剤などを用いなくてもよい。

走行機構６１は、駆動輪６４ａ、６４ｂ、磁石部６５、および台車フレーム６６で構成される。

走行機構６１は、駆動部としての二輪独立駆動の駆動輪６４ａ、６４ｂで原子炉圧力容器２の外側面上を移動する。磁石部６５は、走行機構６１の外形を構成する台車フレーム６６内に設けられる。磁石部６５には、永久磁石７２が内蔵されている。プローブ着脱用移動台車６０は、この磁石部６５の磁力により原子炉圧力容器２の外側面に吸着保持されながら、車輪移動する構成となっている。

直動機構６３は、台車フレーム６６に接続され、走行機構６１とプローブ保持機構６２を連結してプローブ保持機構６２を図示左右方向に動作させる。

プローブ保持機構６２は、図３の超音波プローブ４０を着脱可能に保持する機構である。プローブ保持機構６２は、スライドテーブル機構６７ａ、６７ｂと、ロック機構６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄ（ロック機構６９）とを備える。プローブ保持機構６２は、所定間隔を有して平行に構成されたスライドテーブル機構６７ａ、６７ｂと、このスライドテーブル機構６７ａ、６７ｂを結合した結合フレーム６８により略コ型に形成される。また、略コ型に形成されたプローブ保持機構６２の空間領域は、図３の超音波プローブ４０を収容するプローブ保持領域７０として形成されている。

スライドテーブル機構６７ａ、６７ｂ（スライドテーブル機構６７）は、空気圧により、例えば数ｍｍ浮上する球面スライドテーブル機構となっている。スライドテーブル機構６７は、空気浮上によりプローブ保持機構６２の重荷重下での無負荷スライド移動を可能とする。

ロック機構６９は、プローブ保持領域７０内に設けられ、スライドテーブル機構６７ａ、６７ｂの内側面側にそれぞれ設置される。ロック機構６９は、ロックキー７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ（ロックキー７１）を備える。ロックキー７１は、プローブ保持領域７０に収容された超音波プローブ４０が備えたロック部材５１のロック溝５２（図３参照）と係合して、超音波プローブ４０を保持する。また、プローブ保持機構６２の開口部側に配置された二つのロック機構６９ｂ、６９ｄには、例えば磁気式の近接センサ７３ａ、７３ｂが設けられる。

図５は、本実施形態におけるプローブ着脱用移動台車６０のロック機構６９の動作を説明する図である。

ロックキー７１は、例えば液圧駆動により二段階の動作を連続して行うようになっている。ロックキー７１は、上下方向（図５（Ｃ）矢印Ａ方向）の伸縮動作、および上下方向の軸回り（図５（Ｂ）矢印Ｂ方向）を９０度の範囲で回転動作するようになっている。なお、図５（Ｂ）に示すロックキー７１の矢印Ｂ方向の回転動作は一例であって、各ロックキー７１は、プローブ保持領域７０の内部方向に向かって各ロック機構６９のロックキー７１がロック機構６９の幅から突出する回転動作が行われる。

ロック機構６９は、超音波プローブ４０に対する保持が解除されたロックオフの状態である場合、図５（Ａ）に示すように、ロックキー７１を収縮させて、かつロックキー７１の回転位置は、ロック機構６９の幅から突出しないようになっている。これに対し、ロック機構６９は、超音波プローブ４０の保持を行うロック状態である場合、図５（Ｂ）に示すように、ロックキー７１をプローブ保持領域７０の内部方向に向かってロック機構６９の幅から突出させる回転動作を行う。その後、ロック機構６９は、図５（Ｃ）に示すように、ロックキー７１を伸張させることにより、超音波プローブ４０のロック溝５２と係合完了して、ロック状態を維持する。

図４に示す走行機構６１には、ワイヤ７４が取り付けられており、プローブ着脱用移動台車６０は、このワイヤ７４により原子炉圧力容器２の上部位置から吊り下げられるようになっている。また、プローブ着脱用移動台車６０は、ケーブル７５が接続されており、プローブ着脱用移動台車６０の各部を操作するための電気信号指示が供給されるようになっている。

次に、超音波プローブ４０を設置するための位置を探索して特定するプローブ設置位置探索用移動台車の構成を説明する。

図６は、本実施形態におけるプローブ設置位置探索用移動台車の外観を説明する平面図である。

プローブ設置位置探索用移動台車８０は、走行機構８１、設置位置探索機構８２、マーキング機構８３、カプラント注入機構８４ａ、８４ｂで主に構成される。このプローブ設置位置探索用移動台車８０は、上述した図３の超音波プローブ４０の各部とは異なり、耐熱・耐放射線性に優れた絶縁材、接着剤などを用いなくてもよい。

走行機構８１は、車輪機構８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ（車輪機構８６）、台車フレーム８７および磁石部８８ａ、８８ｂで主に構成される。

走行機構８１は、台車フレーム８７の内部四隅に、それぞれステアリング機構付の電動の車輪機構８６を備え、この車輪機構８６で原子炉圧力容器２の外側面上を移動する。この車輪機構８６は、それぞれステアリング軸９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ（ステアリング軸９１）で支えられている。ステアリング軸９１には、全て同じサイズ、形状のタイミングギヤ９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ（タイミングギア９２）が固定されている。対角線上の２つのタイミングギヤ９２ａ、９２ｄおよびタイミングギヤ９２ｂ、９２ｃには、それぞれタイミングベルト９３ａ、９３ｂがかけられている。これらのタイミングギヤ９２は、それぞれ結束されることにより車軸方向を９０度回転可能としており、このタイミングベルト９３ａ、９３ｂの駆動ギヤ９４ａ、９４ｂで車輪機構８６を駆動する構成となっている。

図７は、図６のプローブ設置位置探索用移動台車８０のＣ−Ｃ間の断面図である。

この駆動ギヤ９４ａ、９４ｂは同じサイズ、形状のギヤである。駆動ギヤ９４ａ、９４ｂの駆動軸９５ａ、９５ｂは、同一ピッチ円のギヤ９６ａ、９６ｂで連動、反転駆動可能な構成となっており、一つのステアリング駆動用モータ９７で同時に回転する。

図６に示すように、磁石部８８ａ、８８ｂは、走行機構８１の外形を構成する台車フレーム８７内の少なくとも一部、例えば台車フレーム８７の前部フレーム８７ａと後部フレーム８７ｂとの内部に設けられる。磁石部８８ａ、８８ｂには、永久磁石９９が内蔵されており、プローブ設置位置探索用移動台車８０は、磁石部８８ａ、８８ｂの磁力により原子炉圧力容器２の外側面に吸着保持しながら、車輪移動する構成となっている。

図８は、図６のプローブ設置位置探索用移動台車８０の設置位置探索機構８２の外観構成を示す平面図である。

設置位置探索機構８２は、送信用超音波センサ１０１ａ、受信用超音波センサ１０１ｂ、二軸ロボット機構１００で主に構成される。設置位置探索機構８２は、図３の超音波プローブ４０を設置する位置を探索するための探索用超音波センサ（送信用超音波センサ１０１ａおよび受信用超音波センサ１０１ｂ）を備えた機構であり、台車フレーム８７で形成された内部領域に設けられる。

送信用超音波センサ１０１ａおよび受信用超音波センサ１０１ｂの構成は、上述した図３の超音波プローブ４０に設けられた送信用超音波センサ４１ａおよび受信用超音波センサ４１ｂとほぼ同様であるため、詳細な説明を省略する。なお、耐熱性・耐放射線性を備えた図３の超音波プローブ４０と異なり、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂは常温仕様でよい。

二軸ロボット機構１００は、第一軸１０２および第二軸１０３の直交二軸を備えた超音波センサの操作機構である。

第一軸１０２の動作テーブル１０４ａには、受信用超音波センサ１０１ｂが固定配置され、この配置された受信用超音波センサ１０１ｂは図示左右方向に駆動される。第一軸１０２の動作テーブル１０４ａには、さらに第二軸１０３が固定配置される。第二軸１０３の動作テーブル１０４ｂには、第一軸１０２に配置された受信用超音波センサ１０１ｂと図示上下方向に一列になるように送信用超音波センサ１０１ａが配置される。この配置された送信用超音波センサ１０１ａは、第一軸１０２と直交する第二軸１０３上（図示上下方向）に駆動される。

送信用超音波センサ１０１ａと受信用超音波センサ１０１ｂとは、図示上下方向に一列に並んでおり、送信用超音波センサ１０１ａと受信用超音波センサ１０１ｂとはこの状態を保ちながら連動して第一軸１０２上を走査することができる。また、送信用超音波センサ１０１ａと受信用超音波センサ１０１ｂとの図示上下方向の距離は、二軸ロボット機構１００の第二軸１０３上の動作テーブル１０４ｂの操作により任意に変更することができる。

第一軸１０２および第二軸１０３の動作テーブル１０４ａ、１０４ｂには、押付機構１０６ａ、１０６ｂがさらに設けられる。押付機構１０６ａ、１０６ｂは、バネ押し当て機構１１０ａ、１１０ｂとジンバル機構１０７ａ、１０７ｂとを有する。送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂは、ジンバル機構１０７ｂ、１０７ａによりそれぞれ支持されている。そして、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂのセンサ面は、押付機構１０６ｂ、１０６ａを備えることにより、原子炉圧力容器２の外側面に適度な押し当て力で接触されるようになっている。

カプラント注入機構８４ａ、８４ｂ（カプラント注入機構８４）は、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂによる走査時、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂのセンサ面に液体カプラントを散布するための機構である。カプラント注入機構８４ａ、８４ｂは、注入チューブ１０９ａ、１０９ｂで送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂと接続されており、この注入チューブ１０９ａ、１０９ｂを介して各センサ面に液体カプラントが散布される。

図６に示すマーキング機構８３は、設置位置探索機構８２により検出された、図３の超音波プローブ４０を設置する位置をマーキングする機構である。マーキング機構８３は、台車フレーム８７内部の所定位置に搭載される。マーキング機構８３は、内部にマーキング用ペン１１１を備え、図示しないケーブルを介して供給された電気信号指示により、その位置を原子炉圧力容器２の外側面上にマーキングする。

次に、本実施形態における超音波プローブ４０、プローブ着脱用移動台車６０およびプローブ設置位置探索用移動台車８０で構成される超音波プローブ着脱システムの作用、および超音波プローブの取付方法について説明する。本実施形態においては、特に図２のジェットポンプ３の振動状態を計測する場合を適用して説明する。

図９は、本実施形態におけるプローブ設置位置探索用移動台車８０の動作を説明する図である。

図９に示す原子炉圧力容器２は、放射線遮蔽材と保温材とで構成される保温材壁１２０で外側面周囲を囲まれている。この保温材壁１２０と原子炉圧力容器２との間隙は、例えば約１５０ｍｍ程度となっている。原子炉圧力容器２には主蒸気ノズルなどのノズル１２１が複数個所に設置されている。保温材壁１２０は、このノズル１２１の溶接部検査の必要性から、着脱が可能となっている。本実施形態におけるプローブ設置位置探索用移動台車８０は、ノズル１２１の溶接部近傍の着脱可能な保温材壁１２０の開口部１２２より挿入されるものとする。

図３の超音波プローブ４０の設置にあたり、まず、図６のプローブ設置位置探索用移動台車８０を用いた設置位置の探索が行われる。図９に示すようにプローブ設置位置探索用移動台車８０は、ノズル１２１近傍の開口部１２２から、保温材壁１２０と原子炉圧力容器２との間隙に挿入される。このときプローブ設置位置探索用移動台車８０は、磁石部８８ａ、８８ｂの磁力により原子炉圧力容器２の外側面に吸着されている。

プローブ設置位置探索用移動台車８０は、走行機構８１の車輪機構８６とステアリング駆動用モータ９７が操作されることにより、検査対象のジェットポンプ３の方位上から検査ポイントの高さまで降下される。

プローブ設置位置探索用移動台車８０の移動位置の検出は、公知の遠隔操作式の電動車輪の移動車が一般的に備えている方法で行われる。具体的には、内界センサ、例えば、ポテンショセンサ・エンコーダや、外界センサ、例えば、姿勢角センサ、ジャイロセンサ、レーザ距離計による三角測量などの各種手段、方法が用いられる。プローブ設置位置探索用移動台車８０の位置は、炉心５中心からの方位、高さの位置データとして計測され、プローブ設置位置探索用移動台車８０は検査ポイントの目標高さとなる位置まで遠隔操作で誘導される。

プローブ設置位置探索用移動台車８０が検査ポイントの目標高さとなる位置に移動された後、この検査ポイントの目標高さ位置で、送信用超音波センサ１０１ａと受信用超音波センサ１０１ｂとの位置調整が二軸ロボット機構１００（図８参照）を用いて行われる。実際の炉内構造物には、製作・組立誤差や、使用後の変形が生じる。このため、理論通りの検査ポイントが振動測定のベストポイントとはならず、この理想的な検査ポイント近辺で、送信用超音波センサ１０１ａと受信用超音波センサ１０１ｂにより最も受信信号が高くなる位置を走査、探索することが必要となる。

プローブ設置位置探索用移動台車８０は、検査ポイントの目標高さまで降下されたのち、まず、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂの間隔が適度な間隔になるように調整される。調整は、二軸ロボット機構１００の第二軸１０３上の動作テーブル１０４ｂの位置を調整する。このときの送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂの間隔は、検査対象物であるジェットポンプ３と原子炉圧力容器２との形状、寸法に基づいて幾何学的に得られる超音波の経路で定まる間隔である。なお、理論的に得られた送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂの間隔の調整は、プローブ設置位置探索用移動台車８０が原子炉圧力容器２と保温材壁１２０の間隙に挿入される前に行ってもよい。

ところで、ジェットポンプ３表面は主に垂直管で構成されている。ジェットポンプ３の管中心軸と原子炉圧力容器２の中心軸を含む面は、原子炉圧力容器２表面に直角であり、かつ、その面の方位は検査対象物であるジェットポンプ３の方位となる面である。この面内において、原子炉圧力容器２の外側面に対して垂直に超音波を送信すると、その面上に位置するジェットポンプ３表面において超音波が反射し、反射超音波がこの面内を経由して返ってくる。

この反射超音波は、図２のライザ管２５のように管外径が変化しない直管を検査対象物とした場合には、超音波が送信された位置と同じ位置へ戻ってくる。または、図２のジェットポンプディフューザ２９のように円錐形状を有する管を検査対象物とした場合には、送信された超音波の反射面（管表面）に対する入射角は９０度とならない。このため超音波は傾きを持って反射し、反射超音波は、超音波が送信された位置に対して鉛直線上の上方位置に戻ってくる。本実施形態における送信用超音波センサ１０１ａは垂直探触子、および受信用超音波センサ１０１ｂは斜角探触子で構成したため、ジェットポンプディフューザ２９のように管外径が変化する円錐形状管であっても検査対象とすることができる。

この反射超音波の戻り位置、反射角度は、原子炉圧力容器２内面とジェットポンプ３の検査ポイントまでの距離、検査ポイントの傾斜角度、液体密度などから幾何学的に計算により求め、予想をつけることができる。

なお、管外径が変化しない直管を検査対象物とした場合には、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂ共に垂直探触子で構成してもよい。超音波プローブ４０の送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂについても同様である。

次に、カプラント注入機構８４ａ、８４ｂの動作により、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂのセンサ面に液体カプラントを散布しながら、図６左右方向の第一軸１０２を走査し、受信された反射超音波のゲインが最も高くなる位置を探索する。

受信された反射超音波のゲインが最も高くなる位置が検出された場合、次に図６上下方向の第二軸１０３の走査と、プローブ設置位置探索用移動台車８０の移動とが、同じ速度で協調制御される。すなわち、原子炉圧力容器２に対して送信用超音波センサ１０１ａが移動しないように制御しながら、上述した理論的な間隔を中心に、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂの間隔を増減させ、受信された反射超音波のゲインが最も高くなる位置を探索する。これらの第一軸１０２の走査、および送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂの間隔を増減させながらの走査が何度か繰り返され、最も良好な受信信号が得られる位置が探索される。

二軸ロボット機構１００による最適位置の特定完了後、カプラント注入機構８４ａ、８４ｂによる液体カプラントの散布が停止される。その後、マーキング機構８３を用い、マーキング用ペン１１１により原子炉圧力容器２の外側面の最適位置にマーカが付けられる。また、二軸ロボット機構１００の第一軸１０２および第二軸１０３の位置関係も記録され、送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂの固定位置と、マーキング位置との位置関係が後で特定できるようなっている。

一般的に、ジェットポンプ３を検査対象とした振動計測では、ジェットポンプ３稼働中にジェットポンプ３に生じる３次元の振動モードを求めることが目的となる。このため、計測点は、一対のジェットポンプ３に対し左右対称の部位に上下、複数点の計測が必要である。計測点は、一対のジェットポンプ３に対し、少なくとも二箇所、通常は六箇所、またはそれ以上設定される。設置位置探索機構８２は、これらの全設置箇所について超音波プローブ４０の取付位置を探索、特定し、特定された位置ではマーキングが実施される。

設置位置探索機構８２による全設置位置の特定、およびマーキング機構８３によるマーキング作業の終了後、プローブ設置位置探索用移動台車８０は、挿入されたノズル１２１近傍の開口部まで引き上げられて回収される。以上で、プローブ設置位置探索用移動台車８０による、超音波プローブ４０の設置位置の探索・特定の説明を終了する。

プローブ設置位置探索用移動台車８０による超音波プローブ４０の設置位置の特定に続いて、図４のプローブ着脱用移動台車６０による超音波プローブ４０の取り付け作業が行われる。

まず、プローブ着脱用移動台車６０による作業前に、プローブ設置位置探索用移動台車８０により特定された超音波プローブ４０の各設置位置のレイアウトに沿って、ＭＩケーブル５３ａ、５３ｂ（ＭＩケーブル５３）の曲がりを検討し、最適な形状に曲がりを調整する。また、ＭＩケーブル５３の最適な引き回しルートを計画し、もっとも干渉が少ない順序で、耐熱・耐放射線性の超音波プローブ４０の設置作業を行う。ＭＩケーブル５３は、硬くて柔軟性が劣り、取り扱い性が悪いためである。

次に、プローブ着脱用移動台車６０を用い、超音波プローブ４０設置位置のうち、上下方向に最も低い位置にある設置位置から順に超音波プローブ４０の設置を行う。原則として、超音波プローブ４０設置後のプローブ着脱用移動台車６０の回収は、このプローブ着脱用移動台車６０を上方へ引き上げることにより行われるため、超音波プローブ４０の取付は炉底部に最も近い設置位置から行う。検査対象物がジェットポンプ３である場合には、ジェットポンプ３の軸方向に沿って上下の数箇所で振動計測を行うので、バッフルプレート１９に近い位置から順次、上方に向かって超音波プローブ４０の取付が行われる。

プローブ着脱用移動台車６０は、超音波プローブ４０をプローブ保持領域７０に収容し、プローブ保持機構６２のロック機構６９で超音波プローブ４０を保持する。そして、プローブ着脱用移動台車６０は、空気浮上のスライドテーブル機構６７に空気圧を加えることにより超音波プローブ４０を浮上させ、先にマーキングした設置位置まで走行機構６１により超音波プローブ４０を移動させる。このとき用いられる超音波プローブ４０の送信用および受信用超音波センサ４１ａ、４１ｂの間隔や受信用超音波センサ４１ｂの斜角角度などは、検査対象部となる炉内構造物（ジェットポンプ３）の寸法・形状、および先に特定された超音波プローブ４０設置位置の計測データを元に決定、調整される。

図１０は、プローブ着脱用移動台車６０による原子炉圧力容器２の外側面への超音波プローブ４０の取付動作の遷移図である。図１０（Ａ）は、超音波プローブ４０がロック機構６９で保持され、空気浮上のスライドテーブル機構６７で浮いている状態を示す図である。図１０（Ｂ）および（Ｃ）は、超音波プローブ４０の保持が解除される際の過程を示す図である。図１０（Ｄ）は、超音波プローブ４０のロック機構６９による保持が解除された状態を示す図である。

図１０（Ａ）に示すように、プローブ着脱用移動台車６０が、マーキングされた設置位置まで移動した場合、超音波センサ４１（送信用超音波センサ４１ａ、受信用超音波センサ４１ｂ）のセンサ面４８、およびホルダ支持体４６の設置面４９のいずれもが、原子炉圧力容器２の外側面から離れている。このとき、超音波プローブ４０は、ホルダ支持体４６に充填された永久磁石５０の磁力により、原子炉圧力容器２の外側面に吸着はしているが、空気浮上（図１０（Ａ）の矢印Ａ方向）のスライドテーブル機構６７により、自在に外側面上を移動可能な状態となっている。

次に、スライドテーブル機構６７の空気圧を停止する。すると、図１０（Ｂ）に示すように、スライドテーブル機構６７は原子炉圧力容器２の外側面に設置される。その後、ロック機構６９は、超音波プローブ４０に対してロックオフの状態とする動作を行う。具体的には、ロック機構６９は、ロックキー７１を収縮（図１０（Ｂ）の矢印Ｂ方向）させる動作を行う。このロックキー７１の収縮動作により、図１０（Ｃ）に示すように、はじめに超音波センサ４１のセンサ面４８が、メタルカプラント４３を介して原子炉圧力容器２の外側面と接触する。超音波センサ４１のセンサ面４８は、無負荷状態においてはホルダ支持体４６の設置面４９よりも突出して構成されているためである。

次いで、ホルダ支持体４６の設置面４９が、原子炉圧力容器２の外側面に磁力により吸着されて密着する。このとき、皿バネ４５は超音波センサ４１を介してホルダ支持体４６の磁力により圧縮される（図１０（Ｃ）の矢印Ｃ方向）。これに伴い、メタルカプラント４３は、皿バネ４５の反発力で原子炉圧力容器２の外側面に押付けられて、超音波が原子炉圧力容器２内部に伝達可能な状態になる。

その後、ロック機構６９のロックキー７１は、ロック機構６９の幅から突出しない位置まで回転される（図１０（Ｃ）の矢印Ｄ方向）。図１０（Ｄ）に示すように、ロックキー７１は、ロック溝５２から離れ、超音波プローブ４０とプローブ着脱用移動台車６０とはロック状態が解除され、分離可能な状態となる。

超音波プローブ４０が原子炉圧力容器２に設置されると、超音波プローブ４０の超音波センサ４１の動作確認を行い、原子炉振動監視装置（図示せず）が正常に信号を得たことを確認する。超音波センサ４１の動作確認において、正常な動作が確認された場合、プローブ着脱用移動台車６０は、原子炉圧力容器２の上方に位置するノズル１２１近傍の保温材壁１２０の開口部１２２において回収される。回収されたプローブ着脱用移動台車６０は、次の設置位置へ設置される超音波プローブ４０を保持し、再度次の設置位置まで移動する。プローブ着脱用移動台車６０は、全設置箇所に超音波プローブ４０を設置するまで、これらの動作を順次繰り返す。

なお、超音波プローブ４０の設置後、すぐにプローブ着脱用移動台車６０を回収せず、超音波センサ４１が正常に動作することを確認した後に回収することが望ましい。超音波プローブ４０より良好な信号が得られない場合は、超音波センサ４１の故障や、取付け誤差などが考えられるので、再度、プローブ着脱用移動台車６０により超音波プローブ４０を取り外し、代替の超音波プローブ４０や未使用のメタルカプラント４３に交換し設置し直す必要が生じるためである。

超音波プローブ４０の取外・回収作業は、上述した設置作業と逆の手順で実施される。

図１１は、プローブ着脱用移動台車６０による超音波プローブ４０の取外作業を説明する遷移図である。

図１１（Ａ）に示すように、プローブ着脱用移動台車６０は、原子炉圧力容器２の外側面上に設置された超音波プローブ４０に対して、上方から接近する（図１１（Ａ）矢印Ａ方向）。このとき、プローブ着脱用移動台車６０は、ロック機構６９ｂ、６９ｄに設けられた近接センサ７３ａ、７３ｂにより、超音波プローブ４０の近接を検出しながら近接する。

近接センサ７３ａ、７３ｂより得られた情報に基づき、直動機構６３により左右方向（図１１（Ａ）矢印Ｂ方向）に最終調整が行われる。この最終調整の後、プローブ着脱用移動台車６０のプローブ保持機構６２は、プローブ保持領域７０に超音波プローブ４０を収容する。プローブ保持機構６２は、超音波プローブ４０が完全に収容され後、図１０（Ａ）〜（Ｄ）で示した超音波プローブ４０の取付作業の逆動作を行う。すなわち、ロック機構６９は、超音波プローブ４０をロック状態にして超音波プローブ４０を保持する。さらに、スライドテーブル機構６７に空気圧をかけ、超音波プローブ４０のホルダ支持体４６を原子炉圧力容器２の外側面から引き離し、回収を行う。

この超音波プローブ４０が用いられる原子炉振動監視装置は、沸騰水型原子炉１の稼働中において振動データを計測する。また、沸騰水型原子炉１の定検検査時には、超音波プローブ４０の回収作業が実施される。一般的に、超音波プローブ４０は、運転中において高いレベルの放射線に曝されるため、ほぼ１年毎に超音波プローブ４０の交換が必要となる。この回収・交換作業時においても、プローブ着脱用移動台車６０を用いて、超音波プローブ４０を取り外し、回収することができる。

この超音波プローブ４０によれば、耐熱・耐放射線性に優れた絶縁材、接着剤など、特にメタルカプラント４３を用いているので、温度、放射線の影響が非常に少なく、安定して超音波の送受信を行うことができる。

また、耐熱・耐放射線性に優れたメタルカプラント４３の押付は、液体カプラントと比較して非常に大きな力を必要とする。これに対し、本実施形態における超音波プローブ４０は、超音波センサホルダ４４に十分な弾性力を有した皿バネ４５を内蔵し、超音波センサホルダ４４を支持するホルダ支持体４６には強力な磁力を有する耐熱性の永久磁石５０を内蔵した。これにより、ホルダ支持体４６は、磁力を用いて原子炉圧力容器２の外側面に強力に吸着し、その吸着力より得られた弾性力によって超音波センサ４１を介してメタルカプラント４３を外側面に押付けることができる。

また、高温、高放射線性の超音波プローブ４０による非接触の振動計測では、非常に大きな押付力を必要とするメタルカプラント４３や、硬くて柔軟性が劣り取扱性が悪いＭＩケーブル５３などを必要とするため、原子炉圧力容器２の外側面への超音波プローブ４０の設置が非常に困難であった。これに対し、本実施形態における超音波プローブ４０は、良好な設置位置の探索と、その設置位置への設置作業を、プローブ設置位置探索用移動台車８０およびプローブ着脱用移動台車６０からなる別々の装置で行うことができる。このため、超音波プローブ４０の設置位置の探索作業の効率向上と、特定された設置位置に対する超音波プローブ４０の設置作業の効率を向上させることができる。

また、原子炉圧力容器２の外側面に対するメタルカプラント４３の押付力を得るため、超音波プローブ４０のホルダ支持体４６には強力な磁力を必要とするため、設置位置までの移動が困難である。これに対し、本実施形態におけるプローブ着脱用移動台車６０のプローブ保持機構６２には、空気浮上のスライドテーブル機構６７を設けて保持した超音波プローブ４０を浮上させる事で、容易に移動可能となっている。

超音波プローブ４０の設置位置の探索に用いられるプローブ設置位置探索用移動台車８０には、超音波センサ１０１のセンサ面に液体カプラントを散布可能とするカプラント注入機構８４を設けた。このため、探索用超音波センサ１０１（送信用および受信用超音波センサ１０１ａ、１０１ｂ）を原子炉圧力容器２の外側面に密着させ、超音波を効果的に伝達させることができる。

また、プローブ設置位置探索用移動台車８０には、マーキング機構８３を備えることにより、探索された位置にマーキングを行うことができ、その後設置される超音波プローブを好適な位置に取付けることが可能となる。

なお、本実施形態における超音波プローブ４０は、送信用超音波センサ４１ａ、受信用超音波センサ４１ｂをそれぞれ一つずつ構成した例を説明したが、これに限らず複数の受信用超音波センサ４１ｂを備えた構成にしてもよい。

図１２は、本実施形態における超音波プローブ４０の変形例を示す平面図である。

この超音波プローブ１３０は、超音波センサホルダ１３１を複数備えた超音波プローブであり、一例として九個の超音波センサ１３２ａ、１３２ｂ、・・・１３２ｈ、３１２ｉ（超音波センサ１３２）をアレイ式に並べて構成されている。

九個の超音波センサ１３２のうち、中心に位置する超音波センサ１３２ａは、原子炉圧力容器２の外側面に対して垂直方向に超音波を送信するように垂直探触子が内蔵された送信用超音波センサである。超音波センサ１３２ａ以外の他の超音波センサ１３２ｂ、１３２ｃ、・・・、１３２ｈ、１３２ｉは全て、超音波センサ１３２ａの方向（超音波プローブ１３０中心方向）に所定角度傾いた方向から反射された反射超音波を受け易い所定の傾きを持った斜角探触子を備えた受信用超音波センサである。この超音波センサ１３２ｂ、１３２ｃ、・・・、１３２ｈ、１３２ｉは、超音波センサ１３２ａとの距離および方位に対応して、それぞれ異なる傾斜角度が決定される。

このように構成された超音波プローブ１３０は、振動計測中において、ジェットポンプ３などの検査対象物の表面の傾き状態や、媒体液の密度変化により、超音波の反射経路が多少異なったとしても、いずれかの受信用の超音波センサ１３２ｂ、１３２ｃ、・・・、１３２ｈ、１３２ｉで信号を受信することが可能となる点で有効である。

また、この超音波プローブ１３０の構成に対応したプローブ着脱用移動台車、プローブ設置位置探索用移動台車を構成することもできる。

本実施形態における超音波プローブが設置される沸騰水型原子炉の構造を示す縦断面図。 図１の沸騰水型原子炉の炉内構造物であるジェットポンプの外観構成を示す図。 本実施形態における超音波プローブの外観構成図。 本実施形態におけるプローブ着脱用移動台車の外観を説明する平面図。 本実施形態におけるプローブ着脱用移動台車のロック機構の動作を説明する図。 本実施形態におけるプローブ設置位置探索用移動台車の外観を説明する平面図。 図６のプローブ設置位置探索用移動台車のＣ−Ｃ間の断面図。 図７のプローブ設置位置探索用移動台車の設置位置探索機構の外観構成を示す平面図。 本実施形態におけるプローブ設置位置探索用移動台車の動作を説明する図。 プローブ着脱用移動台車による原子炉圧力容器の外側面への超音波プローブの取付動作の遷移図。 プローブ着脱用移動台車による超音波プローブの取外作業を説明する遷移図。 本実施形態における超音波プローブの変形例を示す平面図。

符号の説明

１ 沸騰水型原子炉
２ 原子炉圧力容器
３ ジェットポンプ
４０ 超音波プローブ
４１ 超音波センサ
４３ メタルカプラント
４４ 超音波センサホルダ
４５ 皿バネ
４６ ホルダ支持体
５０ 永久磁石
５１ ロック部材
５２ ロック溝
６０ プローブ着脱用移動台車
６１ 走行機構
６２ プローブ保持機構
６３ 直動機構
６４ 駆動輪
６５ 磁石部
６６ 台車フレーム
６７ スライドテーブル機構
６９ ロック機構
７０ プローブ保持領域
７１ ロックキー
７２ 永久磁石
７３ 近接センサ
８０ プローブ設置位置探索用移動台車
８１ 走行機構
８２ 設置位置探索機構
８３ マーキング機構
８４ カプラント注入機構
８６ 車輪機構
８７ 台車フレーム
８８ 磁石部
９９ 永久磁石
１００ 二軸ロボット機構
１０１ 超音波センサ（探索用超音波センサ）
１０２ 第一軸
１０３ 第二軸
１３０ 超音波プローブ
１３１ 超音波センサホルダ
１３２ 超音波センサ

Claims (16)

1. 原子炉圧力内の炉内構造物の振動を、超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブにおいて、
   前記原子炉圧力容器の外側面から、前記原子炉圧力容器内の炉内構造物に対して超音波を送信し、前記炉内構造物で反射した反射超音波を受信する超音波センサと、
   前記超音波センサのセンサ面に被覆されたカプラントと、
   前記超音波センサを収納する超音波センサホルダと、
   前記超音波センサホルダ内に収納され、前記超音波センサの前記センサ面および前記カプラントを、前記原子炉圧力容器の外側面に押し付ける方向に弾性力を付与する弾性体と、
   前記超音波センサホルダを支持し、前記超音波センサホルダを前記原子炉圧力容器の外側面に固定する磁力を備えたホルダ支持体とを備え、
   前記超音波センサの前記センサ面は、無負荷状態においては、前記ホルダ支持体の設置面となる面よりも突出したことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記弾性体は、前記超音波プローブが前記原子炉圧力容器の外側面に設置され、前記ホルダ支持体の前記設置面が、前記外側面に対して磁力により吸着されて接触したことに伴い圧縮され、
   前記超音波センサの前記センサ面および前記カプラントは、圧縮された前記弾性体の反力で前記原子炉圧力容器の外側面に押し付けられる請求項１記載の超音波プローブ。
3. 前記超音波センサは、前記原子炉圧力容器の外側面から前記原子炉圧力容器内の前記炉内構造物に対して、超音波を送信する送信用超音波センサと、前記炉内構造物で反射した反射超音波を前記原子炉圧力容器の外側面で受信する受信用超音波センサとであり、
   前記送信用超音波センサは、前記原子炉圧力容器の外側面に対し垂直方向に前記超音波を入射する垂直探触子であり、
   前記受信用超音波センサは、前記送信用超音波センサより前記原子炉圧力容器内の炉内構造物に送信され、所定の反射角をもって反射した反射超音波を受信する斜角探触子である請求項１または２記載の超音波プローブ。
4. 前記超音波センサは、一の前記送信用超音波センサと、複数の前記受信用超音波センサを備え、
   前記受信用超音波センサは、前記送信用超音波センサとの距離および方位に対応し、それぞれ異なる傾斜角度を有する斜角探触子である請求項３記載の超音波プローブ。
5. 前記超音波プローブの保持移動が可能であり、前記超音波プローブを所定の設置位置に取り付け、または所定の設置位置から取り外すプローブ着脱移動台車に設けられたロック機構と係合するためのロック溝が形成されたロック部材をさらに備えた請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
6. 耐熱および耐放射線性を有する部材が各部に用いられた請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
7. 原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する駆動部とを備えた走行機構と、
   前記原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブを着脱可能に保持し、前記走行機構と連結されたプローブ保持機構とを備え、
   前記超音波プローブが設置される所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を解除して、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面に取り付け、
   前記超音波プローブが設置された所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を開始し、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面から取り外すことを特徴とするプローブ着脱用移動台車。
8. 前記プローブ保持機構は、
   空気圧により浮上するスライドテーブル機構と、
   前記スライドテーブル機構により形成された領域であって前記超音波プローブを収容するプローブ保持領域に収容された前記超音波プローブの所定部位と係合して、前記超音波プローブを保持するロック機構とを備えた請求項７記載のプローブ着脱用移動台車。
9. 前記ロック機構は、前記原子炉圧力容器の外側面に設置された前記超音波プローブを取り外す際、前記超音波プローブと近接したことを検出する近接センサをさらに備えた請求項７または８記載のプローブ着脱用移動台車。
10. 前記走行機構と前記プローブ保持機構とを連結し、前記プローブ保持機構を水平方向に動作させる直動機構をさらに備えた請求項７〜９のいずれか一項に記載のプローブ着脱用移動台車。
11. 原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する車輪機構とを備えた走行機構と、
    前記原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブを設置する位置を探索するための探索用超音波センサを備えた設置位置探索機構と、
    前記設置位置探索機構により特定された、前記超音波プローブを設置する位置をマーキングするマーキング機構とを備えたことを特徴とするプローブ設置位置探索用移動台車。
12. 前記探索用超音波センサは、前記原子炉圧力容器の外側面から前記原子炉圧力容器内の前記炉内構造物に対して、超音波を送信する送信用超音波センサと、前記炉内構造物で反射した反射超音波を前記原子炉圧力容器の外側面で受信する受信用超音波センサとであり、
    前記送信用超音波センサは、前記原子炉圧力容器の外側面に対し垂直方向に前記超音波を入射する垂直探触子であり、
    前記受信用超音波センサは、前記送信用超音波センサより前記原子炉圧力容器内の炉内構造物に送信され、所定の反射角をもって反射した反射超音波を受信する斜角探触子である請求項１１記載のプローブ設置位置探索用移動台車。
13. 前記設置位置探索機構は、前記探索用超音波センサを走査させる直交二軸を備えた二軸ロボット機構を備えた請求項１１または１２記載のプローブ設置位置探索用移動台車。
14. 前記探索用超音波センサによる走査時、前記探索用超音波センサのセンサ面にカプラントを散布するカプラント注入機構をさらに備えた請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のプローブ設置位置探索用移動台車。
15. 原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を、超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブであって、前記原子炉圧力容器の外側面から、前記原子炉圧力容器内の炉内構造物に対して超音波を送信し、前記炉内構造物で反射した反射超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサのセンサ面に被覆されたカプラントと、前記超音波センサを収納する超音波センサホルダと、前記超音波センサホルダ内に収納され、前記超音波センサの前記センサ面および前記カプラントを、前記原子炉圧力容器の外側面に押し付ける方向に弾性力を付与する弾性体と、前記超音波センサホルダを支持し、前記超音波センサホルダを前記原子炉圧力容器の外側面に固定する磁力を備えたホルダ支持体とを備え、前記超音波センサの前記センサ面は、無負荷状態においては、前記ホルダ支持体の設置面となる面よりも突出した超音波プローブと、
    前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面に取り付ける位置を探索するプローブ設置位置探索用移動台車であって、前記原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する車輪機構とを備えた走行機構と、前記超音波プローブを設置する位置を探索するための探索用超音波センサを備えた設置位置探索機構と、前記設置位置探索機構により特定された、前記超音波プローブを設置する位置をマーキングするマーキング機構とを備えたプローブ設置位置探索用移動台車と、
    前記プローブ設置位置探索用移動台車によりマーキングされた位置に前記超音波プローブを取り付ける、または設置された前記超音波プローブを取り外すプローブ着脱用移動台車であって、前記原子炉圧力容器の外側面と吸着する磁力を備えた磁石部と、前記磁石部による吸着状態で前記原子炉圧力容器の外側面上を移動する駆動部とを備えた走行機構と、前記超音波プローブを着脱可能に保持し、前記走行機構と連結されたプローブ保持機構とを備え、前記超音波プローブが設置される所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を解除して、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面に取り付け、前記超音波プローブが設置された所定の位置まで前記走行機構により移動した後、前記プローブ保持機構は、前記超音波プローブの保持を開始し、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面から取り外すプローブ着脱用移動台車とを備えたことを特徴とする超音波プローブ着脱システム。
16. 原子炉圧力容器内の炉内構造物の振動を超音波を用いて監視する原子炉振動監視装置に用いられる超音波プローブを設置する前記原子炉圧力容器の外側面上の位置を、設置位置探索用の超音波センサを用いて探索する設置位置探索工程と、
    前記設置位置探索工程において特定された位置を、前記原子炉圧力容器の外側面上にマーキングするマーキング工程と、
    前記マーキング工程においてマーキングされた位置まで前記超音波プローブを移動し、前記超音波プローブを前記原子炉圧力容器の外側面上に取り付ける取付工程とを備えることを特徴とする超音波プローブの取付方法。

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