JP4398774B2

JP4398774B2 - 管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置

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Publication number: JP4398774B2
Application number: JP2004123385A
Authority: JP
Inventors: 幸基岡崎; 邦彦衣笠; 賢二栗原; 誉也稲冨
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005308461A

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に設置されるインレットミキサ等の、液体中に浸漬された管状部材の内面やノズルに付着するクラッドを除去する管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、所要の出力密度を得るために必要な強制対流を炉心全体に生じさせる冷却材再循環系を備えている。この冷却材再循環系は、再循環ポンプを駆動源としてジェットポンプアセンブリを介して冷却水を循環させる設備である。再循環ポンプにより加圧された駆動水は、インレットミキサへと流れて、インレットミキサのジェットポンプノズルに供給される。一般的なＢＷＲにおいては、１６〜２４個のインレットミキサが配置される。
特開平７−５５９８６号公報特開平７−５５９８５号公報

原子炉の運転に伴い、インレットミキサの内表面に鉄を主成分とするクラッドが形成される。このクラッドが堆積すると冷却水流に抵抗が生じるため、再循環ポンプの速度を上昇させて冷却水流量を保持しなければならず、再循環ポンプの運転コストが増加する。また、クラッドの堆積が著しい場合には、再循環ポンプの速度を上昇させる等の対策を講じても、原子炉の出力が低下する恐れもある。

こうしたクラッドのインレットミキサへの付着による影響を防止する方法としては、インレットミキサを新品に交換する方法と、インレットミキサをクリーニングする方法とがある。

しかしながら、インレットミキサを交換する場合、新しいインレットミキサを製造するために必要な時間および製造コストが大きく、また、交換工事の期間、原子炉を停止しなければならないという問題があった。また、交換した古いインレットミキサは、放射性廃棄物とされるため処分の問題があった。

一方、インレットミキサをクリーニングする場合、従来技術としてウォータジェットによるクリーニング方法が実施されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

しかしながら、上記従来技術において、インレットミキサの構造が複雑であるためにクリーニングツールの安定的な設置が難しく、また放射能を帯びた二次生成物の発生を抑制しなければならないため、効果的で確実なクリーニング方法の確立が極めて困難であった。

本発明は、上述したような事情を考慮してなされたものであり、沸騰水型原子炉に使用されるインレットミキサ等の管状部材の内面に付着するクラッドを効果的に低コストで除去する管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置を提供することを目的とする。

本発明の管状部材のクリーニング方法は、上述した課題を解決するために、液体中に浸漬されたジェットポンプのノズル内面にパルスレーザを照射するヘッドとこのヘッドを駆動するための駆動手段と前記ヘッドを位置決めするための保持具とを備えたクリーニングユニットをインレットミキサの内部に挿入し、前記保持具に設けられたフックを前記インレットミキサの端面に噛合わせて固定することによって前記ヘッドの中心軸と前記ノズルの中心軸とを合致させるよう位置決めし、前記駆動手段の駆動力により前記ヘッドを前記ノズルに挿入し、前記ヘッドと光ファイバケーブルによって接続したレーザ発振器によりパルスレーザを発振して前記ヘッドにパルスレーザを供給し、前記ヘッドおよび前記駆動手段をコントローラにより操作してパルスレーザのスポットを前記ノズルの内面に走査させることにより、前記ノズルに付着したクラッドを除去することを特徴とする方法である。

また、本発明の管状部材のクリーニング装置は、上述した課題を解決するために、液体中に浸漬されたジェットポンプのノズル内面に設置されてパルスレーザを出射するヘッドとこのヘッドを駆動するための駆動手段と前記ヘッドを位置決めするための保持具とを備えたクリーニングユニットと、パルスレーザを発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器と前記ヘッドとを接続して前記ヘッドにパルスレーザを供給する光ファイバケーブルと、前記ヘッドおよび前記駆動手段を操作するコントローラとを備える管状部材のクリーニング装置であって、前記保持具にはフックが設けられ、このフックがインレットミキサの端面に噛合いかつ前記保持具の先端がバレルセクションの内面に当接して前記駆動手段を前記管状部材内に固定することにより、前記ヘッドの中心軸が前記ノズルの中心軸と合致するように位置決めされるよう構成されており、前記パルスレーザのスポットを前記管状部材の内面に走査することによりクラッドを除去することを特徴とするものである。

本発明の管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置によれば、管状部材を通常の作動位置に設置した状態で、管状部材の内面をクリーニングすることができるので、クリーニングに要する時間を短縮し、コストを低減することが可能である。

特に、管状部材が沸騰水型原子炉のインレットミキサである場合、インレットミキサを原子炉内に設置した状態で、インレットミキサおよびノズル内面をクリーニングすることができるので、クリーニング時間およびコストが抑制される。

本発明に係る管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置の実施例について、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。なお以下の実施例において、管状部材の例として沸騰水型原子炉に設置されるインレットミキサを例示した。また本実施例において管軸方向とは、インレットミキサの長手方向を示し、円周方向とは、インレットミキサの管径方向を示す。

図１に、本発明の管状部材のクリーニング方法を実施する装置の一実施例としてのクリーニング装置の構成を示す。

この実施例１の管状部材のクリーニング装置は、クリーニングユニット１と、このクリーニングユニット１にレーザを供給するレーザ発振器２と、クリーニングユニット１を制御するコントローラ３とから構成される。レーザ発振器２とクリーニングユニット１とは、光ファイバケーブル４によって接続される。なお、図１においてクリーニングユニット１は、光ファイバケーブル４の先端に接続されてインレットミキサ５の内部に収容されている。図１に示す本実施例の管状部材のクリーニング装置は、水中でインレットポンプのクリーニングを実施する。

一方、クリーニングユニット１とコントローラ３とは、電力供給線６と信号線７とで接続されており、クリーニングユニット１に電力を供給する一方、クリーニングユニット１の位置情報をコントローラ３に送信して制御する構成である。なお、図１において電力供給線６，信号線７，光ファイバケーブル４は、それぞれクリーニングユニット１に接続される構成としたが、実際の設備においては、接続先が同一のケーブル類は、統合して被覆したケーブルとして設置されることが、設備管理上好ましい。

レーザ発振器２は、オペレーティングフロア８に設置される。レーザ発振器２の例としては、ＡＯ（音響光学）−ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器２が使用され、例えば、波長が１０６４ｎｍでパルス幅が半値幅で約１００ｎｓのパルスレーザが出射される。また、オペレーティングフロア８には、ガス供給装置としてのガスボンベ９と圧力調整器１１とコネクタ１２とチューブ１３が接続され、光ファイバケーブル４とクリーニングユニット１とをガスシールドするように構成される。

図２に、クリーニングユニット１のインレットミキサ５への設置状況を表す構成図を示す。また図３は、クリーニングユニット１のインレットミキサ５への設置部分の拡大図である。

図２に示すように、ＢＷＲの典型的なインレットミキサ５は、エルボ１５の出口に連なるプレノズルセクション１６と、それに続くノズルセクション１７を備え、以下、流体（水）下流側にスロートセクション１８、バレルセクション１９、フレアセクション２１、すべり継手２２がこの順に一体に接続されて構成される。ノズルセクション１７には、インレットミキサ５の軸の回りに等角度で配列された５本のノズル２３が設けられる。

また、ノズルセクション１７には、ノズル２３の外側にリブ１７Ｂがインレットミキサ５の軸回りに等間隔で配置され、この構成により５個の二次インレット開口１７Ａが構成される。すなわち、水のジェットがノズル２３を出るときに、インレットミキサ５の外部の水が二次インレット開口１７Ａを介してインレットミキサ５内部に導入され、再循環ポンプからの水と混合される仕組みである。

スロートセクション１８のノズルセクション１７との接続部分には、ベルマウス１８Ａが形成されて、ノズルセクションのリブ１７Ｂと一体に接合される。

図３に示すクリーニングユニット１は、ヘッド２４と駆動装置２５とから構成される。ヘッド２４は、レーザ照射機構を備えたクリーニング機能部品である。ヘッド２４と同軸上に一体的に接合された駆動装置２５は、ヘッド２４をインレットポンプ５の管軸方向に駆動させる機能を有する。なお、図３は、駆動装置２５によりヘッド２４をノズル２３内に挿入した状態を図示したものである。

図４に、ヘッド２４の詳細構造を表す断面図を示す。

図４に示すヘッド２４は、光ファイバケーブル４により導入されたパルスレーザを処理する光学処理系と、ヘッド２４を回転させる駆動手段とから構成され、駆動手段の構成要素としてモータ２９とギア３０とベアリング３１を備える。また、光学処理系の構成要素として、コリメートレンズ３２と集光レンズ３３とミラー３４とウィンドウ３５とを備える。これらの構成部材が筐体３６に収納されてヘッド２４が一体的に構成される。筐体３６には、防水措置が施され、ヘッド２４の内部への水の侵入が防止される。ヘッド２４には、光学処理系の位置情報を出力して駆動手段を制御するための信号線７および電力供給線６とが、上述した駆動装置２５への信号線７および電力供給線６の入力とは独立して接続される。

光ファイバケーブル４は、光ファイバケーブル心線２７とそれを覆う保護管２８から構成される。光ファイバケーブル心線２７は、レーザを伝送する機能を有する部材で、具体的な材料として例えば、コアが石英のステップインデックス（ＳＩ）型光ファイバケーブルが好適に使用される。保護管２８は、光ファイバケーブル心線２７を外部の衝撃から保護する機能を持ち、ガス供給装置からのガスが送入される。

レーザ発振器２とクリーニングユニット１のヘッドとは、それぞれ光ファイバケーブル４に接続されて互いに連結される。光ファイバケーブル４は、図３に示す第二インレット開口１７Ａを通してインレットミキサ５の内部に挿入されており、その先端に接続されたヘッド２４がノズル２３に挿入される構成である。

なお図４において、ヘッド２４の詳細構造を明確化するために、電力供給線７，信号線６，光ファイバケーブルを独立した状態で図示したが、実際の設備においては、これらケーブル類は統合して統一されたケーブルとすることが好ましい。

一方、図３のように、ヘッド２４に接続された駆動装置２５は、ヘッド２４のインレットミキサ５の管軸方向への移動を可能にする。この駆動装置２５は、モータ３８とボールねじ３９とシリンダ部４０とから構成され、モータ３８によりボールねじ３９が回転して管軸方向にシリンダ部４０を押し上げ、シリンダ部４０と一体的に固定されたヘッド２４がインレットミキサ５の管軸方向に押し上げられてノズル２３に挿入される構成である。このとき、クリーニングユニット１は、ヘッド２４の中心軸とノズル２３の中心軸とが一致するように、保持具４１により正確に位置決めされる。

なお、図３に示した駆動装置２５は、駆動機構の一実施例を示したものであり、駆動装置２５は、ヘッド２４をノズル２３に挿入可能な構成であれば、本実施例に示した構成および機構に限定されない。

保持具４１は、クリーニングユニット１を位置決め操作をするために設けられる部材で、特に形状を限定されないが、本実施例の保持具４１は、クリーニングユニット１の駆動装置２５と一体的に取り付けられ、ヘッド部２４の側方に位置するように形成された部材である。すなわち、保持具４１によりクリーニングユニット１のインレットミキサ５内での相対位置を固定し、駆動装置２５によりヘッド２４をインレットミキサの管軸方向に移動させる。

クリーニングユニット１の挿入時には、この保持具４１を把持してインレットミキサ５内にクリーニングユニット１を挿入し、インレットミキサ５の内面のクリーニング部位に設置する。このとき保持具４１に設けられたフック４１Ａがインレットミキサ５のベルマウス１８Ａに噛合い、かつ保持具４１の先端がバレルセクション１９の内面に当接し、かつ保持具４１の側面がリブ１７Ｂに当接するように固定することにより、保持具４１と一体的に取り付けられた駆動装置２５がインレットミキサ５内に固定される。駆動装置２５が固定されることにより、ヘッド２４は、中心軸がノズル２３の中心軸と合致するように正確に位置決めされる。これにより、駆動装置２５の駆動力によりヘッド２４をノズル２３に挿入する動作が可能となる。

なお、ヘッド２４と駆動装置２５とには、それぞれ独立して信号線７および電力供給線６が接続されるが、図３に示すように、駆動装置２５に接続される信号線７および電力供給線６は、統合されて１本のケーブル４３とされ、一方、ヘッド２４に接続される信号線７および電力供給線６は、上述した保護管２８内に収容されて光ファイバケーブル４と統合されて１本のケーブル４４とされる。

オペレーティングフロア８に設置されたコントローラ３には、レーザ発振器２，ヘッド２４，駆動装置２５，圧力調整器１１のそれぞれの信号線７が入力されており、入力されたヘッド２４の位置情報を基にレーザ出力制御を行う。

ケーブル４３およびケーブル４４は、インレットミキサ５の第２インレット開口１７Ａを通してインレットミキサ５内に挿入され、コントローラ３と各構成機器とを相互に接続する。

次に、このクリーニングユニット１の作用について説明する。

レーザ発振器２で生成したパルスレーザ４５を、レーザ発振器２内の光ファイバケーブル入射ユニットによって光ファイバケーブル４の光ファイバケーブル心線２７に導入させる。導入させたパルスレーザ４５を、光ファイバケーブル心線２７の内部を伝送させて、ヘッド２４内で光ファイバケーブル心線２７の端面から出射させる。端面から出射させたパルスレーザ４５を、コリメートレンズ３２により擬似平行光とした後、集光レンズ３３により収束しつつミラー３４で反射し、ウィンドウ３５からヘッド２４の外部に出射する。ウィンドウ３５から出射したパルスレーザ４５を、水中を透過させてスポット４６として水中透過距離４７でノズル２３の内面に照射させる。

レーザ照射面におけるパルスレーザ４５のエネルギー密度は、０．３４Ｊ／ｃｍ^２〜０．８５Ｊ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。このエネルギー密度に設定したパルスレーザ４５によると、レーザ照射面において蒸発や蒸発反力による溶融物の飛散、熱振動による剥離、誘起プラズマの圧力による除去等の諸現象が単独あるいは複次的に発生し、クラッドがノズル２３内面から効果的に除去される。

ヘッド２４に内蔵されたモータ２９の回転駆動力は、ギア３０によって伝達され、集光レンズ３３とミラー３４とウィンドウ３５を含むヘッド２４の上部を、ヘッド２４の中心軸の周りにベアリング３１を介して円滑に旋回させる。この旋回運動により、パルスレーザ４５のスポット４６がノズル２３の管径方向へ回転走査される。

一方、駆動装置２５のモータ３８の回転駆動力は、ボールねじ３９を駆動させて、ヘッド２４を中心軸に沿って上下方向に並進運動させる。この並進運動により、パルスレーザ４５のスポット４６は、ノズル２３の管軸方向へ並進走査される。

上述の旋回運動と並進運動との組合せにより、パルスレーザ４５のスポット４６は、ノズル２３の内面を螺旋経路に沿って走査される。この走査により、ノズル２３の内面の全域を効率的にクリーニングしてクラッドを除去することができる。

ガスボンベ９に蓄積された高圧のガスは、圧力調整器１１により圧力を調整された後、チューブ１３を通り、コネクタ１２を介して、光ファイバケーブル４の保護管２８の内部に導入され、ヘッド２４の内部に至る。導入されるガスの圧力は、ヘッド２４外部の水圧より高く設定される。このようにヘッド２４の内部に高圧のガスを充填することにより、例えば、筐体３６が破損した場合でもヘッド２４内部への浸水を防止することができる。

コントローラ３は、レーザ発振器２およびヘッド２４および駆動装置２５および圧力調整器１１の動作を制御するが、ミラー３４を含むヘッド２４上部の回転速度は、レゾルバあるいはタコジェネ等のセンサーを使用してコントローラ３によってフィードバック制御される。このフィードバック制御によりヘッド２４の回転速度が正確に制御される。従って、ノズル２３のクリーニング対象部におけるパルスレーザ４５のスポット４６の重畳数を正確に制御可能となり、素地を損傷させることなくクラッドを確実に除去することが可能となる。

また、ヘッド２４の回転速度が、ある設定値以下となった場合には、コントローラ３によってパルスレーザ４５の照射が停止される。この機能によって、ノズル２３のクリーニング対象部におけるスポット４６の過剰な重畳を防止することができるので、レーザ照射による素地の損傷を回避することができる。

本発明に係る管状部材のクリーニング方法の効果を検証するため、模擬試験片を用いてクラッド除去試験を実施した。

図５に、本発明の管状部材のクリーニング方法によるステンレス鋼表面のクラッドの除去試験結果を示す。

ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）の表面に模擬クラッドとしてＦｅ_２Ｏ_３の粉末を約７．４ｇ／ｃｍ^２付着させた試験片に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、パルス幅：１００ｎｓ（半値幅）、パルス繰返し：１０ｋＨｚ）の均一な強度分布を有する直径１．６ｍｍのスポット４６を走査して、Ｆｅ_２Ｏ_３の除去率を評価した。試験片へのレーザ照射は、水中雰囲気で行い、水中透過距離４７は１０ｍｍとした。また、除去率は、レーザ照射前後のＦｅ_２Ｏ_３付着量を画像処理で測定することにより評価し、除去率０．９５以上を良好と判定した。

クラッドの除去試験の結果、図５のグラフから明らかなように、パルスレーザ出力を０．３４Ｊ／ｃｍ^２とした場合、スポット重畳数５００以上のとき除去率が９５％以上と良好な結果を示した。また、パルスレーザ出力を０．３４以上とすると、スポット重畳数４００でも除去率が良好であり、ステンレス鋼表面のクラッドを効果的に除去可能であることが明らかとなった。

なお、素地をノズル２３と同じステンレス鋳鋼材とした場合には、グラフ上にプロットしたすべてのレーザ照射条件において、素地が鋭敏化せず健全であることも試験により評価された。

よって、本発明の管状部材のクリーニング方法におけるパルスレーザのエネルギー密度の範囲を０．３４Ｊ／ｃｍ^２〜０．８５Ｊ／ｃｍ^２に設定した。

図６に、水中透過距離４７を２０ｍｍとした場合の除去試験結果を示す。

この試験において、中心部で強く周辺部で弱い強度分布を有する直径２．０２ｍｍのスポット４６を試験片表面に走査した。その他の設定条件および試験方法は、上述の水中透過距離４７を１０ｍｍとした試験と同様の条件とした。

図６に示すように、水中透過距離４７を２０ｍｍ以下とした場合にも、スポット重畳数を１３００程度とすることにより、パルスレーザ４５のエネルギー密度０．１８Ｊ／ｃｍ^２以上で良好にクラッドを除去することが可能であることが判明した。

Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、水中を透過する際に水による吸収を受け、レーザ強度が指数関数的に減衰するが、透過距離を２０ｍｍ以下とすることによって、レーザ強度の減衰を抑制することができるので、効率的にクラッドを除去することができる。

よって、これらのクラッドの除去試験より、本発明の管状部材のクリーニング方法において、パルスレーザ４５として波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた場合、パルスレーザ４５の水中透過距離４７、すなわちウィンドウ３５からノズル２３内面までの距離が２０ｍｍ以下に設定した。より好ましくは、パルスレーザの水中透過距離を１０ｍｍ以下とした。

以上説明したように、本実施例の管状部材のクリーニング装置によれば、ノズル２３の内面に付着したクラッドを素地を損傷させることなく効率的に除去することができる。

次に、本発明の管状部材のクリーニング方法を実施する実施例２の管状部材のクリーニング装置について図を参照して説明する。

実施例２の管状部材のクリーニング装置は、インレットミキサ５のバレルセクション１９またはフレアセクション２１の内面のクラッドを除去するクリーニング装置である。なお、実施例２のクリーニング装置の設置に関する全体構成および各構成機器のうち、上述した実施例１の管状部材のクリーニング装置と同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図７に、実施例２の管状部材のクリーニング装置におけるヘッド２４の設置状態を示す。また、図８に実施例２の管状部材のクリーニング装置におけるヘッド２４の内部構造を示す。

この実施例２の管状部材のクリーニング装置は、レーザ発振器２と光ファイバケーブル４とヘッド２４と駆動装置２５とコントローラ３とガスボンベ９と圧力調整器１１とコネクタ１２とチューブ１３とから構成される。

実施例２の管状部材のクリーニング装置において、図８に示すヘッド２４は、駆動手段としてのモータ２９とギア３０とベアリング３１とを備え、光学処理系としてコリメートレンズ３２と集光レンズ３３とミラー３４とウィンドウ３５を備え、さらに、スライダ４８とバネ４９とを備える。これらの各構成部品が筐体３６に収容されて一体に構成される。筐体３６には防水措置が施され、筐体３６の内部への水の侵入が防止される。

一方、実施例２の管状部材のクリーニング装置において、駆動装置２５は、図７に示すように、固定具５１とワイヤ５２と昇降用ドライブユニット５３とエアシリンダ５４とアーム５５とローラ５６とを備える。

次に、実施例２の管状部材のクリーニング装置の作用について説明する。

レーザ発振器２で生成されたパルスレーザ４５を、レーザ発振器２に内蔵された光ファイバケーブル入射ユニットにより、光ファイバケーブル４の光ファイバケーブル心線２７に導入して光ファイバケーブル心線２７の内部を伝送させて、ヘッド２４内の光ファイバケーブル心線２７の端面から出射させる。端面から出射したパルスレーザ４５を、コリメートレンズ３２により擬似平行光とした後、ミラー３４で反射させて、集光レンズ３３により収束させつつウィンドウ３５からヘッド２４の外部に出射させる。ウィンドウ３５から出射したパルスレーザ４５を、水中を透過させた後、インレットミキサ５の内面に照射させる。本実施例におけるレーザの照射条件は、上述した実施例１の管状部材のクリーニング装置と同一の条件とする。

また、パルスレーザ４５として波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて、パルスレーザ４５の水中透過距離４７、すなわち、ウィンドウ３５からインレットミキサ５の内面までの距離が２０ｍｍ以下となるように設定する。

また、ヘッド２４の内圧に起因する力がバネ４９から受ける力を超過すると、集光レンズ３３とウィンドウ３５を含むヘッド先端部が、スライダ４８を介して滑らかに伸展する。この伸縮機構は、テーパ状の形状を有するフレアセクション２１に対して、水中透過距離３８が常に２０ｍｍ以下となるように調整し、また、デフォーカスの増加に伴うスポット４６の広がりを抑制して、エネルギー密度が適正値となるように補償する。

ヘッド２４には、図７のように、エアシリンダ５４がヘッド２４と同軸上に一体的に設けられ、このエアシリンダ５４には、アーム５５と、このアーム５５の先端部に取り付けられたローラ５６とが備えられる。本実施例の管状部材のクリーニング装置の使用時には、インレットミキサ５のフレアセクション２１において、エアシリンダ５４の作用によりアーム５５が開き、アーム５５先端部のローラ５６がフレアセクション２１の内面に押し当てられて、ヘッド２４がインレットミキサ５の内面を管軸方向に移動可能なように設置される。このとき、アーム５５により、ヘッド２４の中心軸とインレットミキサ５の中心軸とが一致するように正確に位置決めされる。

ヘッド２４およびエアシリンダ５４は、ワイヤ５２によって吊り下げられ、ワイヤ５２は、固定具５１によってベルマウス１８Ａに固定された昇降用のドライブユニット５３によって吊下される。ヘッド２４の管軸方向位置は、昇降用ドライブユニット５３でワイヤ５２を巻き上げ、ヘッド２４をインレットミキサ５の中心軸に沿って並進運動させることにより調整される。この並進運動により、パルスレーザ４５のスポット４６が、インレットミキサ５の管軸方向へ並進走査される。また、ヘッド２４の回転運動については、実施例１と同様の構成により調整される。

上述した並進運動および回転運動の組合せにより、パルスレーザ４５のスポット４６がインレットミキサ５の内面を螺旋経路に沿って走査される。この走査により、インレットミキサ５のバレルセクション１９またはフレアセクション２１の内面を効率的にクリーニングすることができる。

ミラー３４を含むヘッド２４上部の回転速度は、レゾルバあるいはタコジェネ等のセンサーを使用してコントローラ３によりフィードバック制御される。フィードバック制御により回転速度が正確に制御され、したがって、クリーニング対象部におけるパルスレーザ４５のスポット４６の重畳数を正確に制御することができる。従って、素地を損傷することなくクラッドを充分に除去することが可能となる。

また、上記回転速度が、ある設定値以下となった場合には、コントローラ３の指令によりパルスレーザ４５の照射が停止される。従って、クリーニング対象部におけるスポット４６の過剰な重畳を防止することができるので、レーザ照射による素地の損傷を回避することができる。

実施例２の管状部材のクリーニング装置は、上述した実施例１と同様に、ガスボンベ９に蓄積された高圧のガスを圧力調整器１１により圧力調整した後、チューブ１３，コネクタ１２を介して、光ファイバケーブル４の保護管２８内に導入してヘッド２４内部をガスパージする。このときのガスの圧力は、ヘッド２４外部の水圧より高く設定され、ヘッド２４内部への浸水を防止する。

以上説明のように、本実施例の管状部材のクリーニング装置によれば、バレルセクション１９またはフレアセクション２１の内面に付着したクラッドを、素地を損傷することなく効率的に除去することが可能である。

次に、実施例２の管状部材のクリーニング装置の変形例について説明する。

本変形例の管状部材のクリーニング装置は、上述した実施例２のクリーニング装置について、ヘッド２４の構成を変化させたものである。図９に変形例の管状部材のクリーニング装置におけるヘッド２４の内部構造を示す。

この変形例のヘッド２４は、駆動手段としてのモータ２９とギア３０とベアリング３１と、光学処理系としてのコリメートレンズ３２とシリンドリカルレンズ５９とミラー３４とウィンドウ３５とを備え、これら各構成部品を収容した筐体３６とから構成される。シリンドリカルレンズ５９は、１方向のみに湾曲したレンズであり、湾曲方向が水平方向（すなわち、管の周方向）と一致するように設置される。

この変形例の管状部材のクリーニング装置は、実施例２の管状部材のクリーニング装置の機能に加えて以下のような機能を有する。

すなわち、レーザ発振器２で生成されたパルスレーザ４５をヘッド２４に導入させて、コリメートレンズ３２により擬似平行光とした後、ミラー３４で反射させ、シリンドリカルレンズ５９により１方向にのみ収束させつつウィンドウ３５からヘッド２４の外部に出射させる。ウィンドウ３５から出射させたパルスレーザ４５を水中を透過させた後、インレットミキサ５の内面に照射させる。

このとき、シリンドリカルレンズ５９の作用により、インレットミキサ５の内面に照射されるパルスレーザ４５のスポット４６が楕円状となる。シリンドリカルレンズ５９は、この楕円の短管軸方向が、回転走査方向と一致するように設置される。レーザ照射面におけるエネルギー密度は、０．３４Ｊ／ｃｍ^２〜０．８５Ｊ／ｃｍ^２とする。また、パルスレーザ４５として波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた場合、パルスレーザ４５の水中透過距離３８、すなわち、ウィンドウ３５からインレットミキサ５の内面までの距離は２０ｍｍ以下となるように設定する。

この変形例の管状部材のクリーニング装置によれば、スポット４６の管軸方向の幅が長くなるので、管軸方向のスポット４６の重ね合わせが容易になるのでクリーニング効率が向上する。

なお、この変形例の管状部材のクリーニング装置においては、１つのシリンドリカルレンズ５９を使用して、パルスレーザ４５の照射スポット４６を楕円形状にする構成について説明したが、シリンドリカルレンズアレイを使用して、パルスレーザ４５の照射スポット４６を矩形形状とすることによっても、上述と同様の作用および効果を得ることができる。

次に、本発明に係る管状部材のクリーニング装置の、インレットミキサへの着脱方法について図１０を参照して説明する。

図１０にクリーニング装置をインレットミキサ５の内部への着脱手順を示す。

本発明の管状部材のクリーニング装置のクリーニングユニット１には、駆動装置２５とヘッド２４との接合部に関節６０が設けられており、この関節６０によりヘッド２４と駆動装置２５とを一定の角度に曲げ調整することが可能である。

まず、クリーニング装置をインレットミキサ５に挿入するには、図１０（Ａ）に示すように二次インレット開口１７Ａからヘッド２４を挿入し、図１０（Ｂ）に示すように駆動装置２５の関節６０を折り曲げて、ヘッド２４をインレットミキサ５の内部に挿入する。次に、ベルマウス１８Ａとリブ１７Ｂとバレルセクション１９の内面の位置を基準として、ヘッド２４の中心軸とノズル２３の中心軸が一致するように保持具４１のフック４１Ａをベルマウス１８Ａに固定することにより正確に位置決めして、ヘッド２４をスロートセクション１８に図１０（Ｃ）に示すように固定する。

図１０（Ｃ）の状態としたのち、駆動装置２５によりヘッド２４を駆動させて、ノズル２３内面をクリーニングする。

ノズル２３をクリーニングした後、上記のヘッド２４の挿入時と逆の手順、すなわち、図１０（Ｃ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ａ）の手順により、管状部材のクリーニング装置を、インレットミキサ５の外部に排出する。

なお、本発明の管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置は、上述したようなインレットミキサのクリーニングに限定されず、原子炉の構成部材等のように水中に浸漬される管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置として一般に適用可能である。

以上説明のように、本発明の管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置によれば、インレットミキサ５を原子炉内部での作動位置に設置した状態でインレットミキサ５のノズル２３およびインレットミキサ５の内面をクリーニングすることができるので、クリーニングに要する時間を短縮し、クリーニングに係るコストを低減することが可能である。

本発明に係る管状部材のクリーニング装置の全体構成図。インレットミキサへのクリーニングユニットの設置状態を示す断面図。インレットミキサとクリーニングユニットとの設置部の構成を示す拡大断面図。実施例１に係る管状部材のクリーニング装置の、ヘッド部分の構造を示す断面図。水中透過距離を１０ｍｍとした場合のクラッド除去試験結果を示すグラフ。水中透過距離を２０ｍｍとした場合のクラッド除去試験結果を示すグラフ。実施例２におけるインレットミキサへのクリーニングヘッドの設置状態を示す構成図。実施例２に係る管状部材のクリーニング装置の、ヘッド部分の構造を示す断面図。実施例２の変形例に係る管状部材のクリーニング装置の、ヘッド部分の構造を示す断面図。（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明に係る管状部材のクリーニング装置のクリーニングユニットをインレットミキサの内部に挿入する手順を示す構成図。

符号の説明

１クリーニングユニット
２レーザ発振器
３コントローラ
４光ファイバケーブル
５インレットミキサ
６電力供給線
７信号線
８オペレーティングフロア
９ガスボンベ
１１圧力調整器
１２コネクタ
１３チューブ
１５エルボ
１６プレノズルセクション
１７ノズルセクション
１７Ａ第２インレット開口
１７Ｂリブ
１８スロートセクション
１８Ａベルマウス
１９バレルセクション
２１フレアセクション
２２すべり継手
２３ノズル
２４ヘッド
２５駆動装置
２７光ファイバケーブル心線
２８保護管
２９モータ
３０ギア
３１ベアリング
３２コリメートレンズ
３３集光レンズ
３４ミラー
３５ウィンドウ
３６筐体
３８モータ
３９ボールねじ
４０シリンダ部
４１保持具
４１Ａフック
４３，４４ケーブル
４５パルスレーザ
４６スポット
４７水中透過距離
４８スライダ
４９バネ
５１固定具
５２ワイヤ
５３昇降用ドライブユニット
５４エアシリンダ
５５アーム
５６ローラ
５９シリンドリカルレンズ
６０関節

Claims

液体中に浸漬されたジェットポンプのノズル内面にパルスレーザを照射するヘッドとこのヘッドを駆動するための駆動手段と前記ヘッドを位置決めするための保持具とを備えたクリーニングユニットをインレットミキサの内部に挿入し、前記保持具に設けられたフックを前記インレットミキサの端面に噛合わせて固定することによって前記ヘッドの中心軸と前記ノズルの中心軸とを合致させるよう位置決めし、前記駆動手段の駆動力により前記ヘッドを前記ノズルに挿入し、前記ヘッドと光ファイバケーブルによって接続したレーザ発振器によりパルスレーザを発振して前記ヘッドにパルスレーザを供給し、前記ヘッドおよび前記駆動手段をコントローラにより操作してパルスレーザのスポットを前記ノズルの内面に走査させることにより、前記ノズルに付着したクラッドを除去することを特徴とする管状部材のクリーニング方法。
前記パルスレーザのパルス幅を半値幅で５０ｎｓ〜１５０ｎｓとし、このパルスレーザを水中環境下で前記ノズルの表面に、０．３４Ｊ／ｃｍ^２〜０．８５Ｊ／ｃｍ^２のエネルギー密度で照射することを特徴とする請求項１記載の管状部材のクリーニング方法。
前記パルスレーザをパルスＮｄ：ＹＡＧレーザとし、このパルスレーザの水中透過距離を２０ｍｍ以下として前記ノズルの表面に照射することを特徴とする請求項１記載の管状部材のクリーニング方法。
液体中に浸漬されたジェットポンプのノズル内面に設置されてパルスレーザを出射するヘッドとこのヘッドを駆動するための駆動手段と前記ヘッドを位置決めするための保持具とを備えたクリーニングユニットと、パルスレーザを発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器と前記ヘッドとを接続して前記ヘッドにパルスレーザを供給する光ファイバケーブルと、前記ヘッドおよび前記駆動手段を操作するコントローラとを備える管状部材のクリーニング装置であって、
前記保持具にはフックが設けられ、このフックがインレットミキサの端面に噛合いかつ前記保持具の先端がバレルセクションの内面に当接して前記駆動手段を前記管状部材内に固定することにより、前記ヘッドの中心軸が前記ノズルの中心軸と合致するように位置決めされるよう構成されており、前記パルスレーザのスポットを前記管状部材の内面に走査することによりクラッドを除去することを特徴とする管状部材のクリーニング装置。