JP7043478B2 - 切断装置、および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、切断装置、制御装置および切断方法に関する。

原子力発電所の廃止措置では、高い放射能を有する原子炉圧力容器（RPV：Reactor Pressure Vessel）を切断して解体する処理が行われる。原子炉圧力容器の切断には、例えば、ガス切断に代表される熱切断方式が用いられる。

特開２００４－６１３９４号公報

熱切断方式で原子炉圧力容器を切断する場合には、一般的に、火災予防のための安全装置が設置されるので、機器コストが増加する。

本発明は、安全性および経済性に優れた切断装置、制御装置、および切断方法を提供することを目的とする。

一実施形態に係る切断装置は、切断対象物内に固定される支持機構と、支持機構に支持される回転台と、回転台とともに回転する送り機構と、送り機構に沿って移動可能な固定台と、固定台上に配置された切断刃と、固定台が、切断刃を切断対象物の切断箇所へ押し出し、その後、切断刃を切断箇所から引き抜く送り動作を行わせる送り駆動機と、回転台が、固定台を回転させることによって切断箇所から引き抜かれた切断刃を周方向に変位させる回転動作を行わせる回転駆動機と、備える。

一実施形態に係る制御装置は、上記支持機構の動作を制御する支持制御部と、上記送り動作および上記回転動作を交互に繰り返させる駆動制御部と、を備える。

一実施形態に係る切断方法は、切断対象物内で、切断刃を切断箇所へ押し出し、前記切断刃を前記切断箇所から引き抜き、前記切断箇所から引き抜かれた前記切断刃を周方向に変位させ、変位させた前記切断刃を他の切断箇所へ押し出す。

本発明によれば、安全性および経済性に優れた切断装置、制御装置、および切断方法を提供することが可能となる。

第１実施形態に係る切断装置の正面図である。 図１に示す切断装置の上面図である。 図１に示す切断装置の側面図である。 切断装置による原子炉圧力容器の切断方法を模式的に示す図である。 （ａ）～（ｄ）は、切断刃の軌跡を示す上面図である。 他の切断方法を説明するための上面図である。 固定ピンを外す作業を説明するための側面図である。 交換ユニットを吊り上げる作業を説明するための側面図である。 交換ユニットを吊り下げる作業を説明するための側面図である。 交換ユニットを固定する作業を説明するための側面図である。 第２実施形態に係る切断装置の正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る切断装置の正面図である。図２は、図１に示す切断装置の上面図である。図３は、図１に示す切断装置の側面図である。本実施形態に係る切断装置１は、原子炉圧力容器１００を切断対象物とする。ただし、切断対象物は、原子炉圧力容器１００に限定されず、例えばシュラウド等の円筒状の炉内構造物であってもよい。

まず、本実施形態に係る切断装置１の構成について説明する。図１～図３に示すように、切断装置１は、支持機構１１と、フレーム１２と、回転台１３と、送り機構１４と、固定台１５と、交換ユニット１６と、切断刃１７と、送り駆動機１８と、回転駆動機１９と、ガイドプレート２０と、ガイドピン２１、２２と、ケース２３と、を備える。

支持機構１１は、支持本体部１１ａおよび延長部材１１ｂを有する。支持本体部１１ａは、フレーム１２の底部に固定されている。延長部材１１ｂは、支持本体部１１ａから原子炉圧力容器１００の内周面に向けて径方向にスライド移動する。延長部材１１ｂの先端が原子炉圧力容器１００の内周面に接触することによって、支持機構１１は固定される。このとき、支持機構１１は、延長部材１１ｂによって伸縮することができるため、原子炉圧力容器１００の内径に関わらず固定することができる。なお、本実施形態では、４つの支持機構１１が、原子炉圧力容器１００の周方向に９０°の間隔で配置されているが、支持機構１１の数および間隔は特に制限されない。

支持機構１１によってフレーム１２等の切断装置１の各要素が、原子炉圧力容器１００内で支持される。フレーム１２の上部には、回転台１３が設置されている。回転台１３は、例えば円環レールで構成され、回転駆動機１９によって、周方向に回転する。回転台１３上には、送り機構１４が設置されている。送り機構１４は、例えば、互いに並行する一対の直線レールで構成されている。送り機構１４上には、固定台１５が設置されている。固定台１５は、送り駆動機１８によって、送り機構１４に沿って径方向に移動することができる。送り駆動機１８および回転駆動機１９の各々は、例えばモータ、およびそのモータの駆動回路等で構成されている。

固定台１５上には、切断刃１７を交換するための交換ユニット１６が設置されている。交換ユニット１６は、ガイドプレート２０、ガイドピン２１、およびケース２３によって、固定台１５上に固定される。

図２に示すように、ガイドプレート２０は、交換ユニット１６を挟み込む位置に設置される。ガイドプレート２０によって、固定台１５上における交換ユニット１６の固定位置が規定される。

ガイドピン２１は、図１および図３に示すように、固定台１５上から鉛直方向（回転台１３の回転軸方向）に突出している。ガイドピン２１は、下端部から先端部にかけて先細になるテーパ形状を有する。ガイドピン２１が交換ユニット１６に設けられた穴部を貫通すると、交換ユニット１６は、ガイドプレート２０で導かれ、ガイドピン２１で規定された設定位置に定着する。

ケース２３も、ガイドプレート２０と同様に交換ユニット１６挟み込む位置に設置される。ケース２３内には、固定ピン２２が収容されている。固定ピン２２は、例えば、遠隔操作でケース２３内から水平方向に突出または引っ込むことができるシリンダーピンである。固定ピン２２が、交換ユニット１６のケース２３に対向する部分に設けられた穴部に挿入されると、交換ユニット１６が固定台１５に固定される。

次に、上述した切断装置１を用いて原子炉圧力容器１００を切断する方法を説明する。

図４は、切断装置１による原子炉圧力容器１００の切断方法を模式的に示す図である。図４に示すように、切断装置１は、プール２００内で原子炉圧力容器１００を切断する。このとき、切断装置１は、クレーン３０に吊り下げられている。また、原子炉圧力容器１００の切断は、遠隔操作盤５０および制御装置４０を用いて遠隔操作される。作業者が遠隔操作盤５０を操作すると、制御装置４０が、操作内容に基づいて切断装置１の動作を制御する。

制御装置４０は、図４に示すように、支持制御部４１と、駆動制御部４２と、交換制御部４３と、を備える。各制御部は、例えば、種々の電子部品が搭載された制御盤で構成されている。

支持制御部４１は、切断装置１の支持機構１１の動作を制御する。駆動制御部４２は、回転駆動機１９および送り駆動機１８の動作を制御する。交換制御部４３は、交換ユニット１６を用いた切断刃１７の交換作業を制御する。

切断装置１を用いて原子炉圧力容器１００を切断する際、まず、支持機構１１の延長部材１１ｂが、支持制御部４１の制御に基づいて、支持本体部１１ａから原子炉圧力容器１００の内周面に接触する位置までスライド移動する。これにより、切断装置１が、原子炉圧力容器１００内で固定される。

続いて、送り駆動機１８が、駆動制御部４２の制御に基づいて、固定台１５および交換ユニット１６を送り機構１４に沿って、原子炉圧力容器１００の内周面に向けて移動させる。これにより、交換ユニット１６に取り付けられた切断刃１７が、回転しながら径方向の外側へ押し出されるので、原子炉圧力容器１００の一部が切断される。

図５（ａ）～図５（ｄ）は、切断刃１７の軌跡を示す上面図である。切断刃１７が、図５（ａ）に示す位置で原子炉圧力容器１００の一部を切断すると、続いて、送り駆動機１８が、駆動制御部４２の制御に基づいて、固定台１５および交換ユニット１６を送り機構１４に沿って引き戻す。これにより、切断刃１７が、図５（ｂ）に示すように、原子炉圧力容器１００の切断箇所から径方向内側に引き抜かれる。

続いて、回転駆動機１９が、駆動制御部４２の制御に基づいて、送り機構１４、固定台１５、および交換ユニット１６を回転させる。これにより、図５（ｃ）に示すように、切断刃１７は、周方向に変位する。

続いて、送り駆動機１８が、再び、固定台１５および交換ユニット１６を送り機構１４に沿って、原子炉圧力容器１００の内周面に向けて移動させる。これにより、図５（ｄ）に示すように、切断刃１７も、再び、回転しながら径方向の外側へ押し出されるので、原子炉圧力容器１００の他の一部が切断される。

その後は、駆動制御部４２は、原子炉圧力容器１００の全周を切断するまで、切断刃１７の押し出しおよび引き抜きを含む送り動作と、切断刃を周方向に変位させる回転動作とを、交互に繰り返させる。

図５（ａ）～図５（ｄ）に示すように、切断刃１７で原子炉圧力容器１００の全周を周方向に連続的に切断していくと、切断が進むにつれて原子炉圧力容器１００の自重による部材のたわみ、あるいは、溶接ひずみの開放等により発生する切断部隙間の減少による切断刃１７の挟み込みあるいは破損が懸念される。そこで、原子炉圧力容器１００の切断箇所に、遠隔操作で部分的にくさびを打ち込んでもよい。これにより、切断刃１７の挟み込みあるいは破損を防止することができる。

また、くさびを打ち込む代わりに、図６に示すように、切断刃１７の周方向の変位角度θ２を、連続的に切断する変位角度θ１（図５（ｃ）参照）よりも大きくすることによって、原子炉圧力容器１００の全周を周方向に断続的に切断してもよい。この場合、切断刃１７に加えられる原子炉圧力容器１００の自重を低減できるため、切断刃１７を保護することができる。さらに、くさびを打ち込む作業等を削減できるため、原子炉圧力容器１００の切断に要する時間を短縮することが可能となる。

次に、図７～図１０を参照して、切断刃１７の交換動作について説明する。

まず、図７に示すように、制御装置４０の交換制御部４３が、遠隔操作盤５０の操作に従って、固定ピン２２を交換ユニット１６から引き抜かせてケース２３内に収容させる。これにより、交換ユニット１６の固定台１５への固定状態が開放される。

続いて、図８に示すように、クレーン３０が、遠隔操作盤５０の操作に従って、交換ユニット１６を吊り上げる。クレーン３０は、吊り上げた交換ユニット１６を、プール２００の周辺の交換作業エリア３００まで搬送する。交換作業エリア３００では、遠隔操作盤５０を用いた遠隔操作によって、切断刃１７の交換作業が行われる。なお、この交換作業では、原子炉圧力容器１００を周方向に切断する切断刃１７の代わりに、原子炉圧力容器１００を鉛直方向（軸方向）に切断する切断刃が取り付けられてもよい。

切断刃１７の交換作業が終了すると、図９に示すように、クレーン３０は、交換ユニット１６を吊り下げて、ガイドプレート２０で規定される固定位置まで降ろす。このとき、ガイドピン２１が、交換ユニット１６の穴部を貫通すると、交換ユニット１６が設定位置に定着する。

最後に、図１０に示すように、交換制御部４３が、ケース２３内から固定ピン２２を突出させて交換ユニット１６内に挿入、固定させる。これにより、交換ガイドが固定台１５に固定され、交換作業が完了する。

以上説明した本実施形態によれば、ガスの代わりに切断刃１７を用いて原子炉圧力容器１００を切断するため、火災予防のための安全装置が不要になる。そのため、本実施形態に係る切断装置１は、熱切断方式の切断装置に比べて、安全性および経済性の点で優れたものとなる。

また、本実施形態では、切断刃１７を周方向に連続的に回転させながら原子炉圧力容器１００を切断するのではなく、切断刃１７を切断箇所から一旦引き抜いて周方向に変位させている。そのため、上記のような切断刃１７の駆動は、送り駆動機１８および回転駆動機１９の駆動力を最小限に抑え、切断装置の小型化および低コスト化に寄与することができる。また、従来の切断方法に比べて切断刃１７への負荷が低減するので、切断刃１７の長寿命化および偶発的な破損を防ぐことが可能となる。

なお、本実施形態のように切断刃１７を駆動する場合、切断刃１７の半径（中心から刃先までの距離）が小さすぎても大きすぎても、原子炉圧力容器１００の切断に支障をきたす。そのため、切断刃１７の半径は、原子炉圧力容器１００の切断箇所の最大厚さの２倍以上、かつ３倍以下であることが望ましい。

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係る切断装置の正面図である。上述した第１実施形態に係る切断装置１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る切断装置２は、上述した切断装置１の構成要素に加えて、切粉受け皿２４およびアーム２５を備える。切粉受け皿２４は、原子炉圧力容器１００の外部に設置され、原子炉圧力容器１００を挟んで切断刃１７と対向する。切粉受け皿２４の上部は、切断刃１７で原子炉圧力容器１００を切断する際に生成された切粉を回収するために開口している。

アーム２５は、原子炉圧力容器１００の内部から上端開口部を通じて外部に渡って屈曲している。アーム２５の一端は、切粉受け皿２４に取り付けられ、他端は交換ユニット１６に取り付けられている。アーム２５によって、切粉受け皿２４は、交換ユニット１６に連結される。

上述した切断装置２を用いて原子炉圧力容器１００を切断する際、第１実施形態と同様に、切断刃１７は、送り駆動機１８によって、原子炉圧力容器１００へ押し出され、その後、切断箇所から引き抜かれる。続いて、切断刃１７は、回転駆動機１９によって、周方向に変位する。このとき、交換ユニット１６には、アーム２５が取り付けられている。そのため、回転駆動機１９の駆動力が、アーム２５を介して切粉受け皿２４にも伝達される。そのため、切粉受け皿２４は、切断刃１７と同じタイミングで同じ方向に回転する。すなわち、切粉受け皿２４は、切断刃１７と同期回転する。

また、切断刃１７を交換する際には、第１実施形態と同様に、クレーン３０で交換ユニット１６を吊り上げる。本実施形態では、このとき、遠隔操作盤５０を用いた遠隔操作によって、交換ユニット１６とアーム２５の連結が解除される。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、切断刃１７を用いて原子炉圧力容器１００を切断する。そのため、火災予防のための安全装置が不要になり、熱切断方式の切断装置に比べて、安全性および経済性が向上する。

また、本実施形態では、切断により生成した切粉は、切粉受け皿２４に回収される。そのため、放射性物質を含んだ切粉がプール２００へ落下するのを防ぐことが可能となる。

以上、いくつかの実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要ことに含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。罫線

１，２：切断装置、１１：支持機構、１１ａ：支持本体部、１１ｂ：延長部材、１２：フレーム、１３：回転台、１４：送り機構、１５：固定台、１６：交換ユニット、１７：切断刃、１８：送り駆動機、１９：回転駆動機、２０：ガイドプレート、２１：ガイドピン、２２：固定ピン、２３：ケース、２４：切粉受け皿、２５：アーム、３０：クレーン、４０：制御装置、４１：支持制御部、４２：駆動制御部、４３：交換制御部、５０：遠隔操作盤、１００：原子炉圧力容器、２００：プール、３００：交換作業エリア

Claims (5)

1. 円筒状の切断対象物内に固定される支持機構と、
   前記支持機構に支持される回転台と、
   前記回転台とともに回転する送り機構と、
   前記送り機構に沿って移動可能な固定台と、
   前記固定台上に配置された切断刃と、
   前記固定台が、前記切断刃を切断対象物の切断箇所へ押し出し、その後、前記切断刃を前記切断箇所から引き抜く送り動作を行わせる送り駆動機と、
   前記回転台が、前記固定台を回転させることによって前記切断箇所から引き抜かれた前記切断刃を周方向に変位させる回転動作を行わせる回転駆動機と、
   前記切断刃を交換するための交換ユニットと、
   前記固定台における前記交換ユニットの固定位置を決めるためのガイドプレートと、
   前記固定位置で前記交換ユニットを前記固定台に固定するための固定ピンと、
   前記切断対象物の外側に前記切断刃と対向して設けられる切粉受け皿と、
   前記切粉受け皿を前記交換ユニットに連結するアームと、
   を備え、
   前記送り駆動機および前記回転駆動機は交互に動作して前記切断対象物の全周を切断し、
   前記回転駆動機が、前記切粉受け皿を前記切断刃と同期回転させる、切断装置。
2. 前記支持機構は、支持本体部と、前記支持本体部から前記切断対象物に向けてスライド移動する延長部材と、を有する、請求項１に記載の切断装置。
3. 前記送り駆動機および前記回転駆動機は、遠隔操作可能である、請求項１または２に記載の切断装置。
4. 前記切断刃の半径が、前記切断対象物の切断箇所の最大厚さの２倍以上かつ３倍以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の切断装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の切断装置を制御する制御装置であって、
   前記支持機構の動作を制御する支持制御部と、
   前記送り動作および前記回転動作を交互に繰り返させる駆動制御部と、を備える制御装置。

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