JP4383920B2

JP4383920B2 - 炉内保全・補修装置

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Publication number: JP4383920B2
Application number: JP2004038357A
Authority: JP
Inventors: 勝彦佐藤; 成彦向井; 正樹依田; 良男濱本; 哲夫山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: JP2005227218A

Description

本発明は、沸騰水型原子炉圧力容器の炉内構造物にレーザ光を照射して、炉内構造物を保全・補修する炉内保全・補修装置に関する。

原子炉内構造物は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼などの十分な耐食性と耐熱性に優れた材料で構成されているが、高温高圧化での長期に亘る運転および中性子照射に起因する材料劣化の問題が懸念されている。特に炉内底部構造物の溶接部近傍では溶接入熱により材料が鋭敏化したり、引張り残留応力が形成されたりしているため、潜在的な応力腐食割れ発生の可能性がある。

レーザピーニングは、上記の予防保全として有効な技術であり、種々の開発が行われている。例えば、パルスレーザ光を照射して材料表面にプラズマを発生させ、その衝撃波の運動エネルギーを利用して材料表面の引張り応力を圧縮応力に変え、これにより応力腐食割れの３要因（材料、環境、応力）の一つである応力因子（溶接時の引張り残留応力）を除去して、溶接部近傍の応力腐食割れを防止すること等が知られている。

ところで、従来の炉内構造物の保全・補修装置として、炉内構造物の施工部に対し、レーザ光を照射して炉内構造物の残留応力改善、表面改質、溶接補修を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１）。

この装置は、炉外のプール上に設置されたレーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザ光を水中において気中と同様の空間中を導くように接続された導光手段と、この導光手段からのレーザ光を集光して原子炉圧力容器内の炉内構造物の施工部に照射する照射ヘッドと、この照射ヘッドに前記導光手段からのレーザ光を導くとともに、前記照射ヘッドを遠隔にて旋回駆動、上下動、前後駆動させる遠隔作業装置とを有し、この遠隔作業装置の前記照射ヘッドを遠隔にて前後駆動させる前後駆動手段の先端部に装着され前記照射ヘッドを垂直軸回りに揺動させる左右スイング部材と、この左右スイング部材に取り付けられ前記照射ヘッドを水平軸回りに揺動させる上下スイング部材とを備えたものである。

前述したレーザ光の伝送方法で、原子炉炉内構造物の中でも、最もプール上面から離れた炉底部の溶接部を応力改善するためのレーザピーニングにおいては、レーザ光を約４０ｍ程度の距離を飛ばし、正確に照射ヘッドの集光レンズに空間伝送するための長い配管（以下導光管と称する）とレーザビーム方向を位置合わせ制御する高精度の自動アライメントが必要となり、システムが非常に大掛かりなものとなる。

しかも、レーザ照射ヘッドの位置決め、走査を行う駆動機構は、上部格子板の格子孔および炉心支持板の制御棒案内管用孔を通過し、インコアモニタハウジングが林立する狭隘部を通過しなければならず、炉底部の施工においては、そこまで光が達するための導光管の敷設やレーザ照射ヘッドの部の小型化が必要であり、その実現が困難であった。

そこで、この対象部位を目的にレーザピーニングを適用するための改良案として、次のような原子炉内構造物の保全・補修装置がある（例えば、特許文献２）。

この保全・補修装置は、原子炉圧力容器内に上方から吊下され、上部格子板の格子孔および炉心支持板の制御棒案内管用孔を通して炉心部に垂直に配置される長尺な装置本体と、この装置本体に支持され、炉上に設置されたレーザ発振器から光ファイバーによって伝送されるレーザ光を原子炉内構造物の保全または補修対象部位に照射する照射ヘッドを備え、装置本体は、照射ヘッドの原子炉内における上下動作、装置本体の軸芯回りにおける旋回動作および装置本体からの進退動作を遠隔装置によりそれぞれ行わせる上下駆動機構、旋回駆動機構および前後駆動機構を有し、これら各駆動機構および照射ヘッドはレーザ光照射後に装置本体に沿って収納可能な構成としたものである。

なお、保全・補修装置では、装置本体上端部を炉心支持板に着脱可能に固定する固定手段と、装置本体の下端部の軸心を制御棒駆動機構ハウジングの軸心部に位置決めする位置決め手段とを有する構成とし、レーザ発振器は路上に設置され、このレーザ発振器から照射ヘッドにレーザ光を導く伝送手段として光ファイバを適用している。

この方法では、炉外のレーザ発振器から炉内、炉底部の照射ヘッドまで遠い距離をフレキシブルな光ファイバで導くことにより、ミラー、レンズ等複数の光学機器を使用した気中伝送式の導光管システムと比べて、レーザ発振器と照射ヘッドとの間の距離が長くなっても導光手段を簡素化でき、取扱いも容易になり、施工装置の小型化も図ることができる利点がある。しかも、光ファイバは装置本体の内部を通す構成としてあることから、装置本体とともに一括して炉内導入等を行うことができ、装置の設置、位置換えの作業効率が良くなる利点を有している。
特開２００１−２５５３９５号公報特開２００２−３２８１９３号公報

しかし、この光ファイバ伝送の炉内安全・補修装置では、ピークエネルギーレベルの高いパルスレーザ光が小さい断面の光ファイバを通過するので、光ファイバが焼損する危険性があり、これを防ぐため、一般的に空間伝送に比べて、数分の１にピークエネルギーのレベルを低く抑える必要がある。従って、空間伝送と同様な応力改善効果を得るためには、光エネルギーレベルが低い分、単位面積あたりの照射回数を増やす必要があり、施工時間が長くなる傾向がある。

また、一度光ファイバを通したレーザ光は平行光ではなくなるので、一点に焦点を結ぶことが不可能となる。

図１１は光ファイバの伝送と空間伝送のデフォーカス余裕度の違いを説明するための図である。

一般的にレーザピーニングなどでは、ピーニング効果が得られるためのスポット面積の管理値が存在し、これはある幅を持っている。図１１（ａ）のように通常の空間伝送のレーザ光は、一点に集光するので、レーザピーニング効果が得られる範囲は、その集光点の少し手前にある幅を持って存在する。この幅はデフォーカス余裕度と呼ばれている。一旦光ファイバを通したレーザ光はもはや平行光ではなく、レンズで集光した光は完璧に一点には集光せずに広がってしまう性質を持っている。

この時の最小点でのスポット面積は、レーザピーニング効果が得られるスポット面積の許容最大値のごく近傍で、少しでも位置決めがずれるとスポット径は許容範囲を超える恐れがあり、フォーカス余裕度は狭くなる傾向がある。

一般的には、空間伝送では±数mm程度のデフォーカス余裕度を有しているが、図１１（ｂ）に示すように光ファイバ伝送では、その十分の一程度にまで下がることがある。

ところで、レーザピーニングでは、照射面に対し、レーザ光を垂直に照射するのが最も良い施工条件であるが、狭い炉底部の環境条件では、施工面に対し、レーザ光を斜めのポイントからしか照射できない場合がある。レーザ光を斜めから照射すると、ビーム面積は広がるので、レーザ光の許容可能な入射角度には限度がある。

位置決め精度にもよるが、一般的には空間伝送の場合、入射角度は図１１（ｃ）に示すように±６０度程度までは許容している。ところが、光ファイバを通過したレーザ光の場合には、図１１（ａ）のようにスポット径が絞られていないので、施工面が傾くと急激にスポット面積が広がるので、空間伝送式に比べ、入射角度の許容範囲は２／３程度に狭まってしまう。

このように光ファイバでは、入射角度の許容範囲も狭いという問題があり、照射ヘッドを数種類の照射ヘッド（直射ヘッドと側射ヘッドなど）を使い分けて入射角度の制限を解決しているのが現状である。

本発明は上記のような課題を解決するため、レーザ発振器を装置本体に内蔵させて、水中でありながら、光ファイバや空間伝送用のパイプ（導光管）を使わずに気中伝送によるレーザピーニングを施工可能とすることにより、一つの装置で広い範囲を施工でき、且つ装置本体の簡略化、コスト低減、装置本体の段取り回数の低減、位置決め要する作業効率を向上させることができる炉内保全・補修装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により炉内保全・補修装置を構成するものである。

請求項１に対応する発明は、沸騰水型原子炉圧力容器の炉心内に設置され、レーザ光を炉心底部の構造物に向け照射して炉内構造物の施工を行う炉内保全・補修装置において、ケース内に収納された旋回機構と、この旋回機構に旋回可能に連結された昇降機構と、この昇降機構を支持する支持体にガイドされ、且つ前記旋回機構により旋回するとともに前記昇降機構により昇降移動する耐水圧容器内に収納されたレーザ発振器と、前記耐水圧容器のレーザ光出口に接続され、前記レーザ発振器より発生するレーザ光を前記炉内底部の構造物に向けて気中伝送する導光管と、この導光管の先端部に取り付けられ、前記導光管を通して伝送されるレーザ光を炉内構造物に向けて照射するレーザ照射ヘッドを有するアーム機構と、前記導光管の下端部近傍に取り付けられた円筒状のガイド管と、を備え、前記旋回機構、前記昇降機構、前記耐水圧容器および前記アーム機構は、炉内に存する上部格子板および炉心支持板に有する穴を通過し、炉底部に挿入可能な形状とし、且つ電気ケーブル、冷却系ホースおよびガス冷却ホースを炉外部から前記旋回機構および昇降機構のケースに有する開口部を通して前記耐水圧容器内に導入接続され、前記ガイド管は空胴部に前記制御棒駆動機構ハウジングが挿入され前記制御棒駆動機構ハウジングに案内されながら上下方向にスライド可能である。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の炉内保全・補修装置において、前記アーム機構は、水平回転機構、縦振り機構および照射ノズルから構成され、且つその外形形状は制御棒駆動機構ハウジング外径と制御棒駆動機構案内管外径との間のスペースに収まる大きさとし、前記水平回転機構および縦振り機構はそれぞれ反射ミラー又はプリズムを内蔵し、各機構の動きに追従してレーザ光を気中伝送する。

請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の炉内保全・補修装置において、前記ガイド管の空胴部の周面に複数個の調芯ドグを前記制御棒駆動機構ハウジングに当接するよう設ける。
請求項４に対応する発明は、請求項３に対応する発明の炉内保全・補修装置において、前記複数個の調芯ドグは、潤滑性の優れたプラスチック材を用い、且つ前記空胴部の周面に等間隔を存して配設される。

請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに対応する発明の炉内保全・補修装置において、前記ガイド管をベースユニットとしてその外周面に少なくとも一本が中空パイプで構成された平衡リンクアームからなる伸展機構を搭載し、各リンクの回転部に反射ミラーを内蔵する。

請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに対応する発明の炉内保全・補修装置において、前記ガイド管をベースユニットとしてこのベースユニットと昇降機構で昇降する昇降台との間を構造体で結合し、伸展機構を構成する平行リンク機構の上端リンクを昇降台で支持しもう一方の下端リンクを前記ベースユニット上に支持された構成とし、この平行リンク機構の動作によりレーザ光を伝送する前記導光管を水平に伸展させる。

本発明は、光ファイバや空間伝送用のパイプを使わずに気中伝送によるレーザ作業を実施でき、また光ファイバに比べて伝送可能なエネルギレベルが高く、その分照射密度を下げることができ、施工時間を短縮することができる。しかも、位置決めに要する作業時間の短縮や、位置決めのための位置検出センサや、位置決め機構の制御の省略や、簡素化ができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１乃至図５は本発明による炉内保全・補修装置の第１の実施形態をそれぞれ示すもので、図１は原子炉圧力容器への装置取付け状態を示す全体構成図であり、図２は制御棒駆動機構ハウジング頂部と炉心支持板の制御棒案内管用孔を利用して炉内保全・補修装置を配設した状態を示す拡大図、図３は図２の旋回機構および昇降機構を拡大して示す縦断面図、図４は昇降機構により昇降移動するレーザ発振器の据付け状態を示す平面図、図５はレーザ発振器の内部構成を示す側断面図である。

まず、図１により装置の全体構成を説明する。なお、本実施形態では沸騰水型原子炉の定期点検時等において、原子炉圧力容器１から図示しない上蓋、蒸気乾燥器、気水分離器等の上部機構を撤去するとともに、燃料棒、制御棒、制御棒駆動機構（ＣＲＤ）等を取外した状態で、本実施形態による原子炉内構造物の保全・補修を行う場合について説明する。

図１に示すように原子炉圧力容器１内に円筒状の炉心シュラウド２（図２に示す）が設置され、この炉心シュラウド２の内側上部に上部格子板３が設置されその下方の中間高さ位置に炉心支持板４が設置されている。また、原子炉圧力容器１内の底部１ａには、制御棒駆動機構ハウジング（以下ＣＲＤハウジングと呼ぶ）５が林立している。なお、ＣＲＤハウジング５は原子炉圧力容器１の底部鏡板に取り付けられている制御棒駆動機構ハウジングスタブ（以下ＣＲＤハウジングスタブと呼ぶ）６に溶接接合されている。

原子炉圧力容器１内の炉底部に林立しているＣＲＤハウジング５の狭隘部には、ＣＲＤハウジング５と同様に、原子炉圧力容器１の鏡板に中性子計装管ノズルスタブ７（図２に示す）も林立している。

本実施形態では、このような原子炉内底部構造物の保全・補修を行うため、炉心部に全長が上部格子板３から炉内底部１ａに至る長さを有する炉内保全・補修装置１００を炉上方の外部に設置された作業台１０上のホイスト１１により吊り下し、上部格子板３の格子孔と炉心支持板４の制御棒案内管用の孔とを通過させて鉛直に配置し、その先端部を本体下部パーツ３０２（図２に示す）を介してＣＲＤハウジング５の上端に着座させ、この炉内保全・補修装置１００の荷重がＣＲＤハウジング５で支えられる構造となっている。

この炉内保全・補修装置１００は、図２に示すように、レーザ発振器１１８、このレーザ発振器１１８を旋回駆動する旋回機構１０１、この旋回機構１０１の上部構造体の下部に設けられる昇降機構１０８、この昇降機構１０８を支持するとともに、レーザ発振器１１８を昇降移動可能に支持する縦梁１１５、昇降機構１０８に回転可能に連繋され、レーザ発振器１１８を上下方向に案内駆動するボールネジ１１３およびこれら縦梁１１５、ボールネジ１１３の先端部に有する支持板１３４を備えている。なお、上記ではレーザ発振器１１８を上下方向に案内駆動する手段としてボールネジを用いたが、これに代えて台形ネジなどを用いても良い。

上記旋回機構１０１は、図３に示すように上面に開口孔を有する固定用ケース１０２ａの下面開口部に外観が円筒状の旋回軸受部１０２ｂが取り付けられ、固定用ケース１０２ａ内にはサーボモータ１０６、このサーボモータ１０６により回転する平歯車からなる伝達系１０５を介して伝達される円筒状の旋回軸１０８ａおよびこの平歯車の回転角を検出するポジションセンサ１０７がそれぞれ設けられ、また、旋回軸受部１０２ｂには軸方向内端に主に大口径薄型の一対のクロスローラベアリング１０４がそれぞれ取り付けられたものである。

このような構成の旋回機構１０１において、炉心支持板４の上部に固定用ケース１０２ａが位置するように、また炉心支持板４の穴通過部に旋回軸受部１０２ｂが存するように鉛直に配し、固定用ケース１０２ａの外側面に存する位置決めドグ１０３を炉心支持板４上に植設された位置決めピン８に嵌合させ、固定用ケース１０２ａの方位位置決めと回転振れ止めをしている。

また、旋回軸受部１０２ｂの周面に６個のネジ状の調芯ドグ１３３が等間隔を存し、且つ水平に貫通するように螺合させてそれぞれ設けられ、その炉心支持板４の穴周面に圧接して固定される。この場合、各調芯ドグ１３３の先端を内接する仮想円は、炉心支持板４の内径と隙間交差でほぼ一致するように各ネジ位置が調整されている。

これら調芯ドグ１３３は、その先端を丸くして潤滑性の高いプラスティックで作られたものである。

一方、昇降機構１０８は、前述した旋回軸１０８ａの下端部に取り付けられたケース１０８ｂ内に設けられたサーボモータ１１０と、このサーボモータ１１０の回転を垂直に支持されたボールネジ１１３に平歯車を介して伝達する伝達系１０９と、この伝達系１０９に対応するケース１０８ｂ下面に取り付けられ、詳細を後述するレーザ発振器１１８のストロークを検出するリニアインダクトコーダ１１１とを備えている。

また、昇降機構１０８のケース１０８ｂの左右両側部には一対の縦梁１１５が垂直に取り付けられ、これら縦梁１１５の内側面にリニアガイド１１２（図４に示す）がそれぞれ取り付けられている。

これら平歯車からなる伝達系１０９、サーボモータ１１０、ストローク検出用のリニアインダクトコーダ１１１、リニアガイド１１２およびボールネジ１１３から直動機構を構成している。

この場合、昇降機構１０８は上部格子板４を通過可能なようにその水平断面は炉心支持板４の穴径以下になるようにレイアウトされている。

さらに、縦梁１１５の内側面に取り付けられたリニアガイド１１２には、図４に示すようにレーザ発振器１１８内蔵の耐水圧容器１１７に取り付けられたスライドテーブル１１２ｂが移動可能に嵌め込まれ、また耐水圧容器１１７の背面には、棒状のネジ１１３に螺合し、且つ該ネジの回転により上下方向に移動するナット１１４が取り付けられている。

上記レーザ発振器１１８は、図５に示すように耐水圧容器１１７に複数個内蔵され、これらレーザ発振器１１８からのレーザ光の光軸を一つに合成し、数ｍ距離を存した位置にビームを集光させるためのレーザ光合成用のミラー群とアライメント調整機構とを有する光学系１１９が定盤１２０上に固定されている。

また、耐水圧容器１１７の下面に設けられたレーザ出口に導光管１２１が接続され、光学系１１９を通して照射されるレーザ光が通過可能になっている。

この導光管１２１の先端には、施工点にレーザ光を集光させる図示しない集光レンズや水ノズルを有する図２に示すアーム機構１１６が接続されている。

さらに、耐水圧容器１１７の上面には電気ケーブル１２５、冷却系ホース１２６、ガス冷却ホース１２７が接続され、これらは昇降機構１０８のケース１０８ｂ、旋回軸１０８ａの中空部および旋回機構１０１の固定用ケース１０２ａの上下面に有する開口部をそれぞれ通して炉外の制御フロア上の気中に配置された図示しない電源ユニット、冷却ユニット、乾きガス供給循環ユニットにそれぞれ接続される。

ここで、上記導光管１２１の先端に取り付けられるアーム機構１１６の構成を図６および図７により詳細に説明する。

アーム機構１１６は、図６に示すように主として水平回転機構２０１、縦振り機構２０２、照射ノズル２０３からなり、その外形形状はＣＲＤハウジング５の外径と、ＣＲＤ駆動機構案内管の外径との間に収まるように構成されている。この場合、導光管１２１は図５に示すように耐水圧容器１１７のレーザ光出口に接続され、その光軸中心位置は図７に示すようにＣＲＤハウジングの外径と制御棒案内管の外径との間のほぼ中間に位置させてある。

上記水平回転機構２０１は、導光管１２１の下端部にほぼＬ字形の短い導光管２１０の垂直部分が軸受２０４により水平可能に連結され、この導光管２１０の垂直部分の外周面に取り付けられた平歯車からなる伝達系２０５に導光管１２１の下端部外周面に取り付けられたサーボモータ２０６の回転を伝達することで、導光管２１０を水平に揺動回転駆動可能になっている。この場合、導光管１２１の下端部と導光管２１０との連結部には軸シール２０８が挿入され、また導光管１２１の下端部の外周面に伝達系２０５より回転が伝達されるポジションセンサ２０７が取り付けられている。

また、導光管２１０内の垂直部分の下方にレーザ光を鉛直方向から水平方向に偏向する反射ミラー２０９が設けられ、さらに導光管２１０の水平部分の先端には集光レンズ２１２が設けられている。

さらに、導光管２１０の水平部分の集光レンズ２１２近傍には、ガス回収ホース１３１が接続されている。

上記縦振り機構２０２は、照射ノズル２０３を有するケース２１１が水平回転機構２０１の導光管２１０の先端外周部に軸受２１３により回転可能に連結され、導光管２１０の外周面に取り付けられた平歯車２１４に噛合しながらケース２１１を回転駆動するサーボモータ２１５がケース２１１の外周面に取り付けられている。この場合、導光管２１０の先端部外周面とケース２１１との連結部には軸シール２１７が挿入され、またケース２１１の外周面に平歯車２１４と噛合してケース２１１の回転が伝達されるポジションセンサ２１６が取り付けられている。

また、ケース２１１内には集光レンズ２１２により集光されたレーザ光を照射ノズル２０３側へ偏向する反射ミラー２１８とパワーメータ２１９が設けられている。

さらに、ケース２１１には送水ホース２２０が接続され、この送水ホース２２０には炉外に設置された供給システムより水が供給されるものである。この場合、この水は０．２μm程度のフィルタにより炉水から不純物を取除いた水が使われる。

なお、電源ユニットは、高エネルギのパルスレーザ光を発振させるための高周波電源ユニットであり、ケーブル長が機能上、十分長くできない場合は、レーザ発振器１１８と同様に耐水圧容器に収納して、炉内に配置することができる。この場合、炉心部では空間線量が高く、照射線の影響で電源ユニットの寿命が短くなると考えられるので、空間線量が十分に上部格子板上の数ｍ上方にワイヤロープ等で吊下げて炉水中に配置される。

このような構成とすれば、炉内保全・補修装置１００を炉上部に炉上方の外部に設置された作業台１０上のホイスト１１により吊り下し、上部格子板３の格子と炉心支持板４の制御棒案内管の通過穴を通過させて鉛直に配置することで、その先端部を本体下部パーツ３０２を介してＣＲＤハウジング５の上端に着座させることができる。

そして、炉心支持板４上に旋回機構１０１を位置決めにより鉛直に固定した状態で、この旋回機構１０１および昇降機構１０８をそれぞれ駆動することにより、昇降機構１０８全体が旋回しながら棒状のネジ１１３が回転し、レーザ発振器１１７をナット１１４の螺進移動とともに昇降移動させることができる。

また、レーザ発振器１１８より照射したレーザ光は、導光管１２１を通過して気中伝送されるため、焦点スポットを極めて微小に絞ることが可能であり、気中伝送の利点である大きなデフォーカス余裕度が得られる。しかも、レーザ光の照射角度の許容範囲は光ファイバよりも緩和され、施工ポイントが広がり、一種類のアーム機構の施工装置で施工可能な範囲が拡大する。

さらに、耐水圧容器１１７にガス供給ホースとガス回収ホースが接続されているので、導光管１２１内部を水分のない乾きガスで充填し、循環させることができ、しかもガス温度制御ができるので、安定度の高いレーザ光の気中伝送が可能となる。

一方、アーム機構１１６は、昇降機構のレーザ光出口に接続された導光管１２１の下端部に水平回転可能に連結された水平回転機構２０１、この水平回転機構２０１に縦振り可能に連結された照射ノズル２０３を有する縦振り機構２０２から構成され、且つその外形形状をＣＲＤハウジング５の外径と、ＣＲＤ駆動機構案内管の外径との間に収まるようにしているので、炉心環境下に炉内保全・補修装置１００を設置した状態で、ＣＲＤハウジング５下のＣＲＤハウジングスタブチューブ６とＣＲＤハウジング５との溶接部や、中性子計装管ノズルスタブチューブ７と炉底部１ａとの溶接部にレーザ光を照射することができる。

また、アーム機構１１６を含む炉内保全・補修装置１００の外観は、制御棒案内管の外形以下としているので、装置の出し入れが簡単であり、万が一炉内で故障しても安全に回収することが可能である。

次に本発明による炉内保全・補修装置におけるアーム機構の第２の実施形態を図８により説明するに、図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第２の実施形態では、図８に示すように昇降機構の耐水圧容器１１７のレーザ光出口に接続された導光管１２１の先端部の外周面に円筒状のガイド管３００を取り付け、このガイド管３００の空胴部にＣＲＤハウジング５を挿入し、ガイド管３００がＣＲＤハウジング５に案内されながら上下方向にスライド可能にしたものである。

この場合、ガイド管３００の内径は、ＣＲＤハウジング５の外径以上とし、またガイド管３００内周面には潤滑性の優れたプラスチック材を用いた６個の調芯ドグ３０１が等間隔を存して配設されている。そして、調芯ドグ３０１の仮想上の内接円はＣＲＤハウジング５の外径と一致するように調整される。

また、昇降機構１０８の棒状のネジ１１３および縦梁１１５の下端に存する本体下部パーツ３０２（図３に示す）の外径はＣＲＤ駆動機構ハウジング５の外径と一致させる。なお、本体下部パーツ３０２の下にはＣＲＤ駆動機構ハウジング５の上端に着座し、回転自在とするための軸受を有する着座部３０３（図２に示す）、この着座部の外径もＣＲＤハウジング５に一致させる。また、ＣＲＤハウジング５に着座した状態で、ＣＲＤハウジング５と着座部３０３との側面の隙間は出きる限り最小限に設計される。

このような構成とすれば、アーム機構１１６にかかる反力をガイド管３００で受けることができ、水噴射などで発生する振動の防止や、高速に走査しているときのアーム振動を低減することができるので、より高速の走査を実現でき、施工時間の短縮を図ることができる。

次に本発明による炉内保全・補修装置におけるアーム機構の第３の実施形態を図９により説明する。

第３の実施形態では、図８で述べたガイド管３００をベースユニットとし、その上に平行リンク機構のアーム伸縮機構を構成するようにしたもので、以下その詳細を述べる。

本実施形態のアーム機構１１６は、図８に示す縦長の導光管１２１に連結される水平回転機構２０１、この水平回転機構２０１に連結される照射ノズル２０３を有する縦振り機構２０２に加えて、図９（ａ）〜（ｃ）に示すような伸縮機構４００により構成される。

この伸縮機構４００は、平行リンク機構４０１とスライドリンク４０２で構成される。スライドリンク４０２の一端はリニアガイド４０３のテーブル４０４に固定されたピン４０５で支持され、ガイド管３００上を上下にスライド可能な構成となっている。また、スライドリンク４０２の他端は平行リンク４０１の伸縮側の部品であるアームビーム４０６にピン４０７により支持されている。

テーブル４０４の駆動は、リニアガイド４０３の軸方向と平行に配置されたタイミングベルト４０８に金具４０９で固定されており、タイミングベルト４０８は傘歯車４１０ａ，４１０ｂを介してサーボモータ４１１に連結されている。

このような構成において、導光管１２１は平行リンク機構４０１のガイド管３００側に固定され、平行リンク機構４０１のリンクアームの一つは内部が空胴の導光管を構成しており、その各リンクのピン回転部には４つの反射ミラー４１２，４１３，４１４，４１５を内蔵し、如何なる姿勢においても第２の導光管であるアームビーム４０６にレーザ光を伝送可能な構成としている。

このような構成とすれば、平行リンク機構４０１より照射ヘッドを水平に展開することが可能となり、前述した各実施形態よりもレーザ照射位置を炉内保全・補修装置を設置したポイントより少し離れた箇所にすることが可能となるので、より広い範囲を施工することができ、隣接する中性子計装管ノズルスタブチューブ７の溶接部周囲を施工することも可能となる。

次に本発明による炉内保全・補修装置におけるアーム機構の第４の実施形態を図１０により説明するに、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

本実施形態では、第３の実施形態で構成した平行リンク機構４０１をガイド管３００上に全て設けずに昇降機構１０８と分けて配置するものである。すなわち、図１０に示すように平行リンク５００は昇降機構１０８上に設け、平行リンクを駆動するスライドリンク４０２はガイド管３００側に配置する。この方式では、縦長の導光管１２１は平行リンク機構４０１で駆動する側にあり、昇降機構１０８とガイド管３００を結合するビームは単なる構造体の梁５０２とする。

このような構成とすれば、第３の実施形態と同様に平行リンク機構４０１より照射ヘッドを水平に展開することが可能となり、前述した各実施形態よりもレーザ照射位置を炉内保全・補修装置を設置したポイントより少し離れた箇所にすることが可能となるので、より広い範囲を施工することができ、隣接する中性子計装管ノズルスタブチューブ７の溶接部周囲を施工することも可能となる。

このように本発明による炉内保全・補修装置によれば、装置内にレーザ発振器が組込まれているので、水中の炉底部において、光ファイバや空間伝送用のパイプを使わずに気中伝送によるレーザピーニングの施工を実施することができる。

また、本装置は気中光伝送式なので、光ファイバに比べて伝送可能なエネルギレベルが高く、その分照射密度を下げることができ、施工時間を短縮することができる。しかも、気中伝送ではファイバ伝送に比べてデフォーカス余裕度が大幅に緩和され、かなりラフな位置決めでレーザピーニングが可能となるので、位置決めに要する作業時間の短縮や、位置決めのための位置検出センサや、位置決め機構の制御を省略したり、簡素化したりすることができる。

従来の光ファイバ式の炉内保全・補修装置では、入射角度の許容範囲が狭く、狭い環境である炉底部の施工では、全範囲を一つの照射ヘッドで許容される照射角度のポイントで施工できないため、複数の照射ヘッドを使い分けて全施工範囲を実現していたが、本用地によれば、入射角度の許容範囲が本来の許容地までに広がるので、より少ない数の施工装置・照射ヘッドで施工が可能となる。また、施工装置の数が減ることで装置の入替えの段取り時間が減くなり、工程の短縮を図ることができる。さらに、機構が簡略化でき、且つ装置の種類も削減されるので、装置コストを低減することもできる。

本発明の第１の実施形態の炉内保全・補修装置を原子炉圧力容器に据付けた状態を示す全体構成図。同実施形態において、制御棒駆動機構ハウジング頂部と炉心支持板の制御棒案内管用孔を利用して炉内保全・補修装置を配設した状態を示す拡大図。図２の旋回機構および昇降機構を拡大して示す縦断面図。同実施形態において、昇降機構により昇降移動するレーザ発振器の据付け状態を示す平面図。同実施形態におけるレーザ発振器の内部構成を示す側断面図。同実施形態におけるアーム機構の詳細を示す構成図。同実施形態におけるアーム機構において、ＣＲＤハウジングと制御棒案内管との光軸中心位置を合わせ方の説明図。本発明による炉内保全・補修装置におけるアーム機構の第２の実施形態を示す側断面図。本発明による炉内保全・補修装置におけるアーム機構の第３の実施形態を説明するための図。本発明による炉内保全・補修装置におけるアーム機構の第４の実施形態を説明するための図。光ファイバ伝送と気中伝送のデフォーカス余裕度の違いを説明するための図。

符号の説明

１…沸騰水型原子炉、１ａ…炉底部、２…炉心シュラウド、３…上部格子板、４…炉心支持板、５…ＣＲＤハウジング、６…ＣＲＤハウジングスタブチューブ、７…中性子計装管ノズルスタブチューブ、８…位置決めピン、１００…炉内保全・補修装置、１０１…旋回機構、１０２…固定用ケース、１０３…位置決めドグ、１０４…クロスローラベアリング、１０５，１０９，２１４…伝達系、１０６，１１０，２１５…サーボモータ、１０７，２１６…ポジションセンサ、１０８…昇降機構、１１２…リニアガイド、１１３…ボールネジ、１１４…ナット、１１５…縦梁、１１６…アーム機構、１１７…耐水圧容器、１１８…レーザ発振器、１１９…光学系、１２０…定盤、１２１…導光管、１２２…集光レンズ、２１７…軸シール、２１８…反射ミラー、２１９…パワーメータ、２２０…ホース、３００…ガイド管、３０２…本体下部パーツ、３０３…着座部、４００…伸縮機構。

Claims

沸騰水型原子炉圧力容器の炉心内に設置され、レーザ光を炉心底部の構造物に向け照射して炉内構造物の施工を行う炉内保全・補修装置において、ケース内に収納された旋回機構と、この旋回機構に旋回可能に連結された昇降機構と、この昇降機構を支持する支持体にガイドされ、且つ前記旋回機構により旋回するとともに前記昇降機構により昇降移動する耐水圧容器内に収納されたレーザ発振器と、前記耐水圧容器のレーザ光出口に接続され、前記レーザ発振器より発生するレーザ光を前記炉内底部の構造物に向けて気中伝送する導光管と、この導光管の先端部に取り付けられ、前記導光管を通して伝送されるレーザ光を炉内構造物に向けて照射するレーザ照射ヘッドを有するアーム機構と、前記導光管の下端部近傍に取り付けられた円筒状のガイド管とを備え、前記旋回機構、前記昇降機構、前記耐水圧容器および前記アーム機構は、炉内に存する上部格子板および炉心支持板に有する穴を通過し、炉底部に挿入可能な形状とし、且つ電気ケーブル、冷却系ホースおよびガス冷却ホースを炉外部から前記旋回機構および昇降機構のケースに有する開口部を通して前記耐水圧容器内に導入接続され、前記ガイド管は空胴部に前記制御棒駆動機構ハウジングが挿入され前記制御棒駆動機構ハウジングに案内されながら上下方向にスライド可能であることを特徴とする炉内保全・補修装置。
請求項１記載の炉内保全・補修装置において、前記アーム機構は、水平回転機構、縦振り機構および照射ノズルから構成され、且つその外形形状は制御棒駆動機構ハウジング外径と制御棒駆動機構案内管外径との間のスペースに収まる大きさとし、前記水平回転機構および縦振り機構はそれぞれ反射ミラー又はプリズムを内蔵し、各機構の動きに追従してレーザ光を気中伝送することを特徴とする炉内保全・補修装置。
請求項１又は請求項２記載の炉内保全・補修装置において、前記ガイド管が空胴部の周面に複数個の調芯ドグを前記制御棒駆動機構ハウジングに当接するよう設けたことを特徴とする炉内保全・補修装置。
請求項３記載の炉内保全・補修装置において、前記複数個の調芯ドグは、潤滑性の優れたプラスチック材を用い、且つ前記空胴部の周面に等間隔を存して配設されることを特徴とする炉内保全・補修装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炉内保全・補修装置において、前記ガイド管をベースユニットとしてその外周面に少なくとも一本が中空パイプで構成された平衡リンクアームからなる伸展機構を搭載し、各リンクの回転部に反射ミラーを内蔵したことを特徴とする炉内保全・補修装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炉内保全・補修装置において、前記ガイド管をベースユニットとしてこのベースユニットと昇降機構で昇降する昇降台との間を構造体で結合し、伸展機構を構成する平行リンク機構の上端リンクを昇降台で支持しもう一方の下端リンクを前記ベースユニット上に支持された構成とし、この平行リンク機構の動作によりレーザ光を伝送する前記導光管を水平に伸展させるようにしたことを特徴とする炉内保全・補修装置。