KR101377832B1 - 레이저 조사 장치 및 레이저 시공 방법 - Google Patents
레이저 조사 장치 및 레이저 시공 방법 Download PDFInfo
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Abstract
레이저 조사 장치(1)는, 레이저 발진기(21)를 수용하고 수중에 배치되는 환경 격리 용기(2)와, 레이저를 집광하여 시공부에 조사하는 레이저 조사 헤드(4)와, 레이저 발진기(21)로부터 레이저 조사 헤드(4)까지 레이저를 전송하는 도광부(5)와, 레이저 발진기(21)에 전력을 공급하는 전원 장치(6)와, 레이저 발진기(21)에 냉각수 공급 경로를 통해 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 장치(8)와, 환경 격리 용기(2) 내의 온도를 계측하는 온도 센서(T1)를 구비한다. 냉각수 공급 장치(8)로부터 공급되는 냉각수의 온도와 유량 중 적어도 하나는 온도 센서(T1)의 계측 결과에 기초하여 제어된다.
Description
본 발명은 노수(爐水)로 채워진 원자로 바닥 등, 수심이 깊은 장소에서 시공을 행하는 레이저 조사 장치 및 레이저 시공 방법에 관한 것이다.
레이저광은 그 높은 에너지 밀도와 코히어런스성으로 다분야에서 이용되고 있고, 원자력 발전소의 원자로내 보전에 있어서도 검사, 예방 보전, 보수 등의 수단으로서 레이저 응용 기술이 적용되고 있다. 그 예로서, 구조물 등의 균열을 보수하는 레이저 덧살올림 용접이나, 로(爐)내 구조물 등의 응력 부식 균열을 방지하는 레이저 피닝(laser peening)이 있다.
레이저 피닝은 Nd:YAG(네오디뮴: 야그) 레이저를 이용하는 예방 보전 기술이다. 레이저광을 렌즈 등에 의해 집광해서, 재료 표면에 조사함으로써 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마의 충격파로 재료에 압축 잔류 응력을 부여한다. 응력 부식 균열은 재료 조건, 환경 조건, 응력 조건의 3가지가 갖춰지면 발생하지만, 레이저 피닝에 의해 응력 조건(인장 잔류 응력)을 제거함으로써, 용접부 근방의 응력 부식 균열을 방지할 수 있다.
레이저 피닝을 원자로내 구조물에 적용하는 경우는, 오퍼레이션 플로어(floor) 상에 레이저 발진기를 배치하여 원자로 바닥부에 설치된 레이저 조사 헤드까지 레이저광을 전송한다. 레이저광을 전송하기 위한 수단으로서는, 중공의 도광관 내부에 미러를 배치하여 광을 전송하는 것, 광파이버를 이용하여 광을 전송하는 것이 있다.
미러 전송 방식의 경우, 시공 대상까지 전송할 수 있는 펄스 에너지가 크지만, 전송 거리가 길면 장치가 커져 버린다. 오퍼레이션 플로어로부터 원자로 바닥부까지 레이저를 전송하는 경우, 전송 거리는 대략 40 m에 달하여, 미러 전송의 장치도 대형화되어 버리고, 또한 도광 경로의 진동에 의한 영향을 고려해야 한다. 한편, 광파이버 전송 방식은, 레이저 발진기와 레이저 조사 헤드를 광파이버로 접속하면 레이저를 전송할 수 있기 때문에, 전송 거리가 길어도 장치가 대형화되지 않고, 도광 경로의 진동에 의한 영향을 받지 않는다. 그러나, 광파이버가 레이저에 의해 결손되는 경우가 있기 때문에, 광파이버의 손상을 감시하는 시스템이 필요하다. 또한, 광파이버 전송 방식으로 전송할 수 있는 레이저의 에너지 밀도는 미러 전송 방식에 비해 작다.
레이저 피닝을 원자로내 구조물에 적용하는 다른 수단으로서, 레이저 발진기를 수납한 수밀 용기를 로내에 배치하고, 미러에 의해 레이저 발진기로부터 레이저 조사 헤드까지 레이저를 전송하는 장치가 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이러한 구성에 의해, 레이저의 전송 거리를 짧게 함으로써 간소한 장치 구성으로 할 수 있다. 또한, 전송 가능한 레이저의 에너지 레벨이 높기 때문에, 낮은 조사 밀도로 시공 가능하고 시공 시간을 단축할 수 있다. 또한, 위치 결정 기구가 간소해져 단시간에 위치 결정을 행하는 것이 가능하다.
이러한 레이저 피닝 장치에 이용하는 레이저 발진기에서는, 사용 환경의 온도가 성능에 영향을 미친다. 통상은 사양이 되는 온도 범위가 정해져 있고, 사용 환경 온도가 사양의 온도 범위보다 너무 높아도 너무 낮아도 성능이 저하된다. 통상은 레이저 발진기 자체의 발열에 의해 고온이 되지 않도록, 냉각수를 이용하여 레이저 발진기를 냉각한다. 일반적으로는, 레이저 발진기의 전원 장치에 냉각수 공급 장치를 탑재하고, 레이저 발진기에 냉각수를 공급하여 냉각한다.
그러나, 전술한 바와 같은 장치의 경우, 오퍼레이션 플로어 상의 전원 장치로부터 레이저 발진기에 냉각수를 공급할 때에 공급 경로 도중의 냉각수의 온도가 노수의 영향을 받는다. 수면으로부터 레이저 발진기까지의 거리가 짧으면 노수에 의한 영향을 고려한 후에 냉각수의 온도를 설정하는 것도 가능하지만, 노수의 온도가 깊이에 따라 변하는 경우도 있어, 5 m 정도가 한도이다. 원자로 압력 용기는 높이가 20 m 이상이며, 5 m로는 충분하다고 할 수 없다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 발진기가 수중에 배치되는 레이저 조사 장치로서, 레이저 발진기가 배치되는 수심에 상관없이 레이저 발진기를 적절한 온도로 유지하는 것이 가능한 레이저 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 조사 장치는 수중에 배치되고, 레이저를 이용한 보전·보수를 행하는 레이저 조사 장치로서, 레이저 발진기를 수용하고 수중에 배치되는 환경 격리 용기와, 레이저를 집광하여 시공부에 조사하는 레이저 조사 헤드와, 상기 레이저 발진기로부터 상기 레이저 조사 헤드까지 레이저를 전송하는 도광부와, 상기 레이저 발진기에 전력을 공급하는 전원 장치와, 상기 레이저 발진기에 냉각수 공급 경로를 통해 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 장치와, 상기 환경 격리 용기 내의 온도를 계측하는 온도 센서를 구비하고, 상기 냉각수 공급 장치로부터 공급되는 상기 냉각수의 온도와 유량 중 적어도 하나를 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 시공 방법은, 환경 격리 용기에 수용된 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기로부터 출사된 레이저를 집광하여 시공부에 조사하는 레이저 조사 헤드를 구비하는 레이저 조사 장치를 수중에 배치하고, 시공 대상물에 대하여 레이저를 이용한 시공을 행하는 레이저 시공 방법으로서, 상기 환경 격리 용기 내의 온도를 온도 센서에 의해 계측하고, 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여 상기 레이저 발진기에 공급하는 냉각수의 온도 또는 유량 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 조사 장치에 의하면, 냉각수의 공급 경로가 길고, 공급 경로의 환경 온도가 일정하게 유지되지 않는 수중 환경에서도, 레이저 발진기의 온도를 적절한 온도로 유지하여 안정된 레이저 출력을 얻는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 레이저 조사 장치가 원자로 압력 용기내에 설치된 상태의 개요를 도시하는 종단면도.
도 2는 제1 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 3은 레이저 발진기의 구조를 도시하는 종단면도.
도 4는 제2 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 5는 제3 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 6은 제4 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 7은 제5 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 8은 제6 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 9는 제7 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 10은 제8 실시예에 의한 레이저 조사 장치가 원자로 압력 용기 내에 설치된 상태의 개요를 도시하는 종단면도.
도 2는 제1 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 3은 레이저 발진기의 구조를 도시하는 종단면도.
도 4는 제2 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 5는 제3 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 6은 제4 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 7은 제5 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 8은 제6 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 9는 제7 실시예에 의한 레이저 조사 장치의 개요를 도시하는 종단면도.
도 10은 제8 실시예에 의한 레이저 조사 장치가 원자로 압력 용기 내에 설치된 상태의 개요를 도시하는 종단면도.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
실시예 1
본 발명의 제1 실시예에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 도 1은 노수(200)로 채워진 원자로 압력 용기(100)에, 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)를 적용한 상태의 개요를 도시하는 종단면도이다. 또한, 원자로 압력 용기(100)는 중간부를 생략하고, 바닥부 부근과 상단부 부근만을 도시하고 있다. 또한, 원자로 압력 용기(100) 바닥부의 로내 구조물에 대해서는, 일부를 생략하여 도시하고 있다.
원자로 압력 용기(100) 바닥부에는 슈라우드(101)의 내측에 CRD(Control Rod Drive: 제어봉 구동 기구) 하우징(102), ICM(In-Core Monitor: 로내 검출기)(103)가 설치되어 있다. 또한, 도 1에서는, 다수 설치되는 CRD 하우징(102), ICM(103) 중 일부만을 도시하고 있다. 이 CRD 하우징(102) 상에 레이저 조사 장치(1)와, 레이저 조사 장치(1)의 원격 구동 장치(11)가 설치되어 있다. 이 원격 구동 장치(11)는, 레이저 조사 장치(1)를 CRD 하우징(102)의 축방향을 회전축으로 하여 회전시키거나, 상하 방향으로 이동시키는 구동 장치이다. 원격 구동 장치(11)는 오퍼레이션 플로어(104) 상에 설치된 원격 구동 장치 제어반(12)과 원격 구동 장치용 케이블(13)을 통해 접속되어 있다.
레이저 조사 장치(1)는 레이저 발진기를 탑재한 환경 격리 용기(2), 환경 격리 용기(2)의 하부에 접속된 미러 박스(3), 레이저광을 집광하는 집광 렌즈를 탑재한 레이저 조사 헤드(4), 및 미러 박스(3)로부터 레이저 조사 헤드(4)까지 레이저광을 전송하는 L자형의 도광부(5)로 구성되어 있다. 환경 격리 용기(2)에 탑재된 레이저 발진기는 오퍼레이션 플로어(104) 상의 전원 장치(6)와 레이저 발진기용 케이블(7)을 통해 접속된다. 이 레이저 발진기용 케이블(7)은 레이저 발진기에 전력을 공급하는 전선 외에, 레이저 조사 장치(1)에 탑재된 측정 기기류의 신호를 전달하는 배선을 포함하는 복합 전선이다.
냉각수 공급 호스(9)는 레이저 발진기용 냉각수의 공급 경로이며, 오퍼레이션 플로어(104) 상에 설치된 냉각수 공급 장치(8)로부터 냉각수 공급 호스(9)를 통해 레이저 발진기에 냉각수가 공급된다. 또한, 냉각수 공급 호스(9)로부터 레이저 발진기에 공급된 냉각수는 냉각수 회수 호스(10)를 통해 냉각수 공급 장치(8)에 회수된다.
이 레이저 조사 장치(1)는, 도 1에서는 CRD 하우징(102)에 레이저 피닝을 실시하는 것으로서 도시하고 있지만, 설치 위치나 원격 구동 장치(11)의 조작에 의해, 슈라우드(101), ICM(103), 원자로 압력 용기(100) 바닥부를 관통하는 스터브 튜브(105) 등에 레이저 피닝을 실시하는 것이 가능하다.
도 2를 이용하여 레이저 조사 장치(1)의 구성에 대해서, 상세히 설명한다. 도 2는 레이저 조사 장치(1)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 환경 격리 용기(2) 내부에 레이저 발진기(21)가 배치되어 있다. 이 레이저 발진기(21)에는, 레이저 발진기용 케이블(7), 냉각수 공급 호스(9), 냉각수 회수 호스(10)가 접속되어 있다. 이 중, 냉각수 회수 호스(10)에는 온도 센서(T1)가 부착되어 있다. 온도 센서(T1)는 냉각수 회수 호스(10) 내부를 유통하는 냉각수의 온도를 계측한다. 또한, 환경 격리 용기(2) 중 레이저 발진기(21)와 대향하는 면에는, 레이저 발진기(21)에서 발생하는 복사열을 효율적으로 흡수하기 위한 흑색 피막이 형성되어 있다. 환경 격리 용기(2)에 흡수된 복사열은 노수(200)에 방출된다.
환경 격리 용기(2)의 하부는 미러 박스(3)와 접속되어 있다. 미러 박스(3)의 내부에는 광축 조정 미러(M1), 샘플링 미러(M2), 셔터(22), 광 검출기(23)가 설치되어 있다.
미러 박스(3)의 일측면은 도광부(5)와 접속되어 있고, 이 접속 부분에는 윈도우(W1)가 설치되어 있다. 도광부(5)는 중공 형상 구조이며, L자의 굴절부(이하 엘보부로 호칭)에는 미러(M3)가 설치되어 있다. 또한, 도광부(5) 하단은 레이저 조사 헤드(4)와 접속되어 있고, 접속부에는 윈도우(W2)가 설치되어 있다.
레이저 조사 헤드(4)는 윈도우(W2) 아래쪽에 집광 렌즈(41)가 설치되어 있고, 더 아래쪽에는 미러(M4)가 설치되어 있다. 레이저 조사 헤드(4) 하단에는 미러(M4)에서 반사된 레이저광을 레이저 조사 헤드(4) 내부로부터 사출하는 노즐(42)이 설치되어 있고, 노즐(42) 내에는 윈도우(W3)가 설치되어 있다.
이 레이저 조사 장치(1)의 내부에서의 레이저광의 경로에 대해서 상세히 설명한다. 레이저 발진기(21)로부터 사출된 레이저광은 L1로 나타내는 바와 같이, 미러 박스(3) 내의 광축 조절 미러(M1)에 의해 반사된다. 광축 조절 미러(M1)에서 반사된 레이저광은 L2로 나타내는 바와 같이, 샘플링 미러(M2)에 충돌한다. 샘플링 미러(M2)는 반사율이 1% 미만이며, 레이저광의 대부분이 투과하고, 레이저광의 극히 일부를 반사한다. 반사된 레이저광은 L2로 나타내는 경로로 광 검출기(23)에 조사된다. 광 검출기(23)는 조사된 레이저광의 강도를 전기 신호로 변환해서 레이저 발진기용 케이블(7)을 경유하여 도시하지 않는 광 강도 계측 장치에 송신한다. 광 강도 계측 장치에 의해 레이저광의 출력을 모니터하는 것이 가능하다. 또한, 광 검출기(23)로는, 예컨대 포토다이오드, 펠티에 소자(Peltier device), 태양 전지 등을 이용한다.
셔터(22)는 도시하지 않는 셔터 구동 장치로부터 레이저 발진기용 케이블을 경유하여 전달되는 전기 신호에 의한 구동 지령에 따라, 레이저광의 경로의 차단과 개방을 전환한다. 이 셔터(22)가 개방 상태인 경우, 샘플링 미러(M2)를 투과한 레이저광은 윈도우(W1)를 통과하여 도광부(5)에 진입한다.
도광부(5)에 진입한 레이저광은 미러(M3)에서 반사되어, 윈도우(W2)를 통과해 레이저 조사 헤드(4)에 진입한다. 레이저 조사 헤드(4)에 진입한 레이저광은, 집광 렌즈(41)에 의해 집속되고, 미러(M4)에 의해 반사되어, 노즐(22)의 윈도우(W3)를 통과한 후에 레이저 피닝 대상물에 조사된다.
레이저 발진기(21)로부터 사출된 레이저광은 전술한 경로를 따라 레이저 피닝의 시공 대상물에 조사된다.
다음에, 레이저 발진기(21)의 구조에 대해서, 도 3을 이용하여 상세히 설명한다. 도 3은 레이저 발진기(21)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 본 실시예에서 이용되는 레이저 발진기(21)는 플래시 램프 여기의 Q 스위치 Nd:YAG 레이저이며, 펌핑 챔버(51) 내에 도시하지 않는 플래시 램프 및 YAG 로드가 수납되어 있다. 펌핑 챔버(51)와 함께, 편광판(52), Q 스위치(53), λ/4판(54), 리어 미러(55), 및 아웃풋 커플러(56)로 공진기가 형성되어 있다. 공진기로부터 방출되는 파장 1064 ㎚의 레이저광은 SHG(Second Harmonic Generator)(57)에 의해 제2 고조파(파장: 532 ㎚)로 변환된다. 다이크로익 미러(58)는 파장 1064 ㎚와 532 ㎚가 혼재된 레이저를 파장 선택하고, 제2 고조파만을 추출하여 레이저광 L1로서 취출하며, 그 때에 분리된 기본파는 댐퍼(59)에서 흡수되어 열로 변환된다.
펌핑 챔버(51) 내부에는 도시하지 않는 냉각 배관이 설치되어 있고, 이 냉각 배관은 레이저 발진기(21)로부터 인입된 냉각수 공급 호스(9), 냉각수 회수 호스(10)와 접속되어, 냉각 배관 내에 냉각수가 유통하도록 구성되어 있다. 냉각 배관 내에 냉각수를 유통시키는 것에 의해, 펌핑 챔버(51) 내의 플래시 램프나 YAG 로드를 냉각한다.
레이저 발진기(21)를 효율적으로 발진시키기 위해서는, 펌핑 챔버(51)를 적절한 온도 범위에서 유지해야 한다. 그러나, 원자로 압력 용기(100)의 높이는 약 20 m이거나 그 이상이며, 냉각수 공급 호스(9)는 도면에 도시하는 바와 같이 오퍼레이션 플로어(104)로부터 원자로 압력 용기(100)의 로 바닥부에 연장되고, 그 길이는 약 20 m 이상에 달한다. 따라서, 냉각수는 냉각수 공급 장치(8)로부터 레이저 발진기(21)에 도달할 때까지 노수(200)와 열교환한다. 이 때문에 냉각수 공급 장치(8)의 내부에 있는 시점과 레이저 발진기(21) 부근까지 이동한 시점의 냉각수의 온도에는 차가 생긴다.
또한, 노수(200)는 수면으로부터 원자로 압력 용기(100)의 바닥부에 걸친 온도가 일률적이지 않다. 이 때문에 미리 노수(200)에 의한 냉각수 온도에의 영향을 예상하여 냉각수 공급 장치(8)로부터 공급되는 냉각수의 온도를 설정하는 것도 곤란하다.
그래서, 레이저 발진기(21) 내에서 냉각수 회수 호스(10)에 온도 센서(T1)를 설치함으로써, 레이저 발진기(21) 부근의 냉각수의 온도를 계측하여, 그 계측 결과에 따라 냉각수 공급 장치(8)로부터 펌핑 챔버(51)에 보내는 냉각수의 온도와 유량 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 제어한다. 구체적으로는, 레이저 발진기(21)에 도달한 시점의 냉각수 온도의 계측 결과로부터, 레이저 발진기(21)의 냉각이 불충분하다고 판단되는 경우는, 냉각수 공급 장치(8)로부터 공급되는 냉각수 온도를 낮추거나, 또는 냉각수의 공급량을 증가시키거나, 또는 냉각수 온도를 낮추면서 냉각수 공급량을 증가시키는 제어를 행한다. 냉각수 공급 장치(8)로부터 공급되는 냉각수의 온도 또는 유량을 조절함으로써, 레이저 발진기(21)를 적절한 온도로 유지하는 것이 가능해진다.
본 실시예의 레이저 조사 장치에 의하면, 냉각수의 공급 경로가 길고, 공급 경로의 환경 온도가 일정하게 유지되지 않는 수중 환경에서도, 레이저 발진기의 온도를 적절한 온도로 유지하여 안정된 레이저 출력을 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 온도 센서(T1)를 냉각수 회수 호스(10)에 설치하는 것으로서 설명했지만, 냉각수 공급 호스(9)에 설치할 수도 있다. 레이저 발진기(21)의 발열량은 레이저 발진기(21)의 출력이나 전원 장치(6)의 사양 등으로부터 알 수 있기 때문에, 레이저 발진기(21)에 공급되는 냉각수의 온도와 유량을 알고 있으면 레이저 발진기(21)의 온도를 산출하는 것이 가능하다. 따라서, 산출된 레이저 발진기(21)의 온도에 기초하여 냉각수 공급 장치(8)를 제어하는 것이 가능하다. 냉각수 공급 호스(9)와 냉각수 회수 호스(10) 양쪽 모두에 온도 센서를 설치하는 것도 당연히 가능하다.
실시예 2
제2 실시예에 의한 레이저 조사 장치에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 본 실시예에서는, 제1 실시예에 있어서 중공인 도광부(5)의 내부가, 예컨대 유리나 수정 등의 투명한 매질(61)로 구성된다. 엘보부에는 레이저광을 전반사시키는 사면(斜面)(62)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 도광부(5)의 내부는 프리즘으로서 형성되고, 레이저광은 제1 실시예와 같은 경로를 따라 레이저 조사 헤드(4)로부터 방출된다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 같은 효과를 발휘하고, 도광부(5) 내부의 레이저 경로를 투명한 매질(61)로 구성함으로써, 도광부(5) 내에의 침수 리스크를 없애며, 또한 도광부(5) 내부의 기체의 대류나 밀도 변화 등에 의한 레이저광의 굴절·산란을 없애는 것이 가능하다.
실시예 3
본 발명의 제3 실시예에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 5는 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 본 실시예에서는, 환경 격리 용기(2)에, 전기적으로 절연 성능이 높은 비압축성의 환경 유지 액체(63)가 주입되어 있다. 환경 유지 액체(63)로는, 액 속에서 방전이 생기지 않도록 전기적으로 절연 성능이 높은 액체, 예컨대 순수, 실리콘 오일, 굴절률 매칭액 등을 이용한다. 레이저 발진기(21)를 구성하는 광학 부품은 이 환경 유지 액체(63)에 직접 접하기 때문에, 굴절률의 차이를 고려한 설계가 이루어져 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 환경 격리 용기(2)를 환경 유지 액체(63)로 채움으로써, 환경 격리 용기(2)의 경계부에 수심에 의한 압력차가 발생하지 않게 되어, 침수의 내성을 높일 수 있다. 또한, 펌핑 챔버(51)를 포함하는 레이저 발진기(21) 전체가 액체에 접함으로써, 효율적으로 외부로 열을 전달하여, 방열성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 동일한 효과를 발휘하고, 수심이 깊고, 환경 온도가 일정하게 유지되지 않는 수중 환경에서 안정된 출력을 실현하는 내(耐)환경 레이저 조사 장치를 공급할 수 있다.
실시예 4
본 발명의 제4 실시예에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6은 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 본 실시예에서는, 환경 격리 용기(2)의 내부에 공기실 칸막이벽(64)이 설치되어, 환경 격리 용기(2)의 내부 공간은 레이저 발진기 설치 공간(65)과 격리 공간(66)으로 분단된다. 격리 공간(66)의 내부는, 예컨대 공기나 헬륨과 같은 기체로 충전된다.
이와 같은 구성에 의해, 환경 격리 용기(2)의 외부와 레이저 발진기(21)와의 단열성을 높여, 외부 환경이 레이저 발진기(21)에 부여하는 영향을 억제할 수 있다. 단열성을 높이기 위해, 격리 공간(66) 내에 충전된 기체의 대기압을 낮추거나, 또는 기체 대신에 단열재를 배치하는 것이 가능하다. 또한, 공기실 칸막이 벽(64)은 환경 격리 용기(2)의 외경과 동심원을 이루는 것으로, 격리 공간(66)은 연속된 하나의 공간이지만, 환경 격리 용기(2)의 반경 방향에 칸막이벽을 추가하여 격리 공간(66)을 분할하여도 좋다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 같은 효과를 발휘하고, 레이저 발진기(21)와 환경 격리 용기(2)의 외부 환경과의 단열성을 높여, 외부 환경이 레이저 발진기(21)에 부여하는 영향을 억제하는 것이 가능하다.
실시예 5
본 발명의 제5 실시예에 의한 레이저 조사 장치에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예 및 제4 실시예와 동일 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 본 실시예에서는, 레이저 발진기(21)와 격리 공간(66)을 연결하는 배관(67)이 설치되어 있다. 또한, 냉각수 회수 호스(10)가 레이저 발진기(21)가 아니라 격리 공간(66)에 접속되어 있다. 배관(67)은, 레이저 발진기(21) 내부의 펌핑 챔버(51) 내의 도시하지 않는 배관과 접속되어 있어, 냉각수 공급 호스(9)로부터 펌핑 챔버(51)에 공급되는 냉각수가, 펌핑 챔버(51)를 냉각한 후에 배관(67)을 통해 격리 공간(66)에 보내지는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 격리 공간(66)은 냉각수로 채워지고, 냉각수는 냉각수 회수 호스(10)로부터 냉각수 공급 장치(8)에 회수된다.
격리 공간(66)에 보내지는 냉각수의 온도는 레이저 발진기(21)를 일정한 출력으로 운전하고 있는 경우라면 일정하다. 따라서, 격리 공간(66) 내부의 온도는 일정하게 유지된다. 이것에 의해, 환경 격리 용기(2)의 외부 환경에 의해 격리 공간(66)이 가열되어도, 냉각수에 의해 격리 공간(66) 내부를 제열하는 것이 가능해져, 격리 공간(66)의 승온을 방지하는 것이 가능하다.
본 실시예에 의하면, 실시예 1과 같은 효과를 발휘하고, 격리 공간(66) 내부의 온도를 일정하게 유지함으로써, 레이저 발진기 설치 공간(65) 내부의 온도를 보다 안정시키는 것이 가능하다.
실시예 6
본 발명의 제6 실시예에 의한 레이저 조사 장치에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예 및 제4 실시예와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)의 개요를 도시하는 종단면도이다. 본 실시예에서는, 격리 공간(66)에 환경 유지 액체(63)가 주입되고, 격리 공간(66) 내에 온도 센서(T2)가 설치된다. 또한, 오퍼레이션 플로어(104) 상에 도시하지 않는 온도 조정기가 설치되고, 이 온도 조정기와 격리 공간(66)은 환경 유지 액체 공급 호스(68) 및 환경 유지 액체 회수 호스(69)를 통해 연결된다. 또한, 본 실시예에서는, 환경 유지 액체(63)로서, 예컨대 물, 실리콘 오일, 또는 물보다 응고점이 낮은 수용액 등을 이용한다.
온도 조정기는 환경 유지 액체 회수 호스(69)를 통해 환경 유지 액체(63)를 회수하고, 온도 센서(T2)의 계측 결과에 기초하여 회수된 환경 유지 액체(63)의 온도를 조정하며, 환경 유지 액체 공급 호스(68)를 통해 환경 유지 액체(63)를 격리 공간(66)에 공급한다. 이와 같이, 온도 조정기가 환경 유지 액체(63)를 순환시키면서 온도를 조정함으로써, 격리 공간(66) 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 동일한 효과를 발휘하고, 격리 공간(66) 내부의 온도를 일정하게 유지함으로써, 레이저 발진기 설치 공간(65) 내부의 온도를 보다 안정시키는 것이 가능하다.
실시예 7
본 발명의 제7 실시예에 의한 레이저 조사 장치에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 9는 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)의 종단면도이다. 환경 격리 용기(2) 및 미러 박스(3)의 내부가 환경 유지 액체(63)로 채워진다. 또한, 오퍼레이션 플로어(104) 상에 도시하지 않는 온도 조정기가 설치된다. 이 온도 조정기와 격리 공간(66)은 환경 유지 액체 공급 호스(68) 및 환경 유지 액체 회수 호스(69)를 통해 연결된다. 또한, 환경 격리 용기(2) 및 미러 박스(3) 내부의 환경 유지 액체(63)의 온도를 계측하는 온도 센서(T2)가 설치된다. 또한, 본 실시예에서는, 환경 유지 액체(63)로서, 예컨대 순수, 실리콘 오일, 굴절률 매칭액 등의 전기적인 절연 성능이 높은 비압축성 유체가 바람직하다.
온도 조정기는 환경 유지 액체 회수 호스(69)를 통해 환경 유지 액체(63)를 회수하고, 온도 센서(T2)의 계측 결과에 기초하여 회수된 환경 유지 액체(63)의 온도를 조정하며, 환경 유지 액체 공급 호스(68)를 통해 환경 유지 액체(63)를 환경 격리 용기(2)에 공급한다. 이와 같이, 온도 조정기가 환경 유지 액체(63)를 순환시키면서 온도를 조정함으로써, 환경 격리 용기(2) 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 환경 격리 용기(2) 및 미러 박스(3)의 내부를 비압축성 유체로 채움으로써, 침수의 내성을 높일 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 같은 효과를 발휘하고, 환경 격리 용기(2) 또는 미러 박스(3) 내부의 온도를 일정히 유지함으로써, 레이저 발진기 설치 공간(65) 내부의 온도를 보다 안정시키는 것이 가능하다. 또한, 환경 격리 용기(2) 또는 미러 박스(3)의 침수의 내성을 높일 수 있다.
실시예 8
본 발명의 제8 실시예에 의한 레이저 조사 장치에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 10은 원자로 압력 용기(100) 내에, 본 실시예에 의한 레이저 조사 장치(1)가 설치된 상태의 개요를 도시하는 종단면도이다.
본 실시예에서는, 냉각수 공급 장치(8) 대신에, 노수(200) 속에 배치된 펌프(70)가 냉각수 공급 호스(9)를 통해 환경 격리 용기(2)와 접속된다. 또한, 냉각수 공급 호스(9)에 불순물 제거 장치(71)가 설치되어 있다. 불순물 제거 장치(71)는 냉각수 공급 호스(9) 안을 통과하는 물로부터 불순물을 제거하는 것이고, 여과용 필터와 이온 교환 수지로 구성된다. 또한, 냉각수 회수 호스(10) 대신에, 레이저 발진기(21)에 접속되며, 일단이 노수(200) 속에서 개구된 냉각수 배출 호스(72)가 설치된다.
본 실시예에서는, 펌프(70)가 냉각수 공급 장치(8)의 역할을 한다. 펌프(70)는 냉각수 공급 호스(9)를 통해 노수를 환경 격리 용기(2)에 송출한다. 온도계(T1)의 계측 결과에 기초하여 펌프(70)의 출력을 제어하여, 냉각수의 유량을 제어한다. 노수는 불순물 제거 장치(71)에 의해 여과되기 때문에, 환경 격리 용기(2) 내에 방사성 물질이 침입하지 않는다. 레이저 발진기(21)를 냉각시킨 냉각수는 냉각수 배출 호스(72)로부터 원자로 압력 용기(100) 내에 배출된다.
본 실시예의 구성에 의하면, 실시예 1과 같은 효과를 발휘하고, 레이저 조사 장치(1)의 냉각계 설비의 구성을 간소하게 함으로써, 냉각수의 공급과 회수에 이용하는 호스를 오퍼레이션 플로어(104)로부터 원자로 압력 용기(100)에 바닥부까지 연장할 필요가 없어진다.
이상 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명했지만, 이들 실시예는 예로서 제시된 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규한 실시형태는 그 외 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다. 예컨대, 제2 실시예와 제8 실시예를 조합하여, 도광로 내부가 매질로 구성되고 냉각수의 공급원이 펌프인 구성으로 하는 것이 가능하다. 또한, 냉각수의 공급 경로에 냉각수 공급 호스(9) 등을 이용하는 것으로서 설명했지만, 플렉시블이 아닌 금속관을 이용하거나, 또는 이들을 조합하는 것이 가능하다. 또한, 환경 격리 용기 등을 수밀 구조로 함에 있어서는 O링, 패킹, 개스킷, 접착제, 용접, 케이블 커넥터 등의 여러 가지 수단으로부터 적합한 것을 선택할 수 있다.
또한, 각 실시예에서는 도광부(5)가 L자 형상인 것으로서 설명했지만, 이것은 CRD 하우징(102)에 시공하는 경우에 적합한 장치 형상의 일례로서 나타낸 것이고, 도광부(5)는 시공 부위나 장치의 배치 공간 등의 사정에 따라, 적합한 형상을 선택하는 것이 가능하다.
또한, 레이저 발진기의 냉각수 공급 경로가 길고, 공급 경로의 환경 온도가 일정하게 유지되지 않는 수중 환경의 예로서 노수로 채워진 원자로를 예로서 설명했지만, 본 발명은 원자로에의 적용에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 선체나 교량과 같은 구조물에의 적용이 상정될 수 있다.
또한, 각 실시예에서는 레이저 피닝을 행하는 레이저 조사 장치로서 설명했지만, 레이저 발진기를 수중에 배치하는 레이저 장치를 이용한 것이면 좋고, 예컨대 덧살올림 용접에 의한 보수 등을 시공하는 레이저 장치에 대해서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
1: 레이저 조사 장치 2: 환경 격리 용기
3: 미러 박스 4: 레이저 조사 헤드
5: 도광부 6: 전원 장치
7: 레이저 발진기용 케이블 8: 냉각수 공급 장치
9: 냉각수 공급 호스 10: 냉각수 회수 호스
11: 원격 구동 장치 12: 원격 구동 장치 제어반
13: 원격 구동 장치용 케이블 21: 레이저 발진기
22: 셔터 23: 광검출기
41: 집광 렌즈 42: 노즐
51: 펌핑 챔버 52: 편광판
53: Q 스위치 54: λ/4판
55: 리어 미러 56: 아웃풋 커플러
57: SHG 58: 다이크로익 미러
59: 댐퍼 61: 매질
62: 사면 63: 환경 유지 액체
64: 공기실 칸막이벽 65: 레이저 발진기 설치 공간
66: 격리 공간 67: 배관
68: 환경 유지 액체 공급 호스 69: 환경 유지 액체 회수 호스
70: 펌프 71: 불순물 제거 장치
72: 냉각수 배출 호스
3: 미러 박스 4: 레이저 조사 헤드
5: 도광부 6: 전원 장치
7: 레이저 발진기용 케이블 8: 냉각수 공급 장치
9: 냉각수 공급 호스 10: 냉각수 회수 호스
11: 원격 구동 장치 12: 원격 구동 장치 제어반
13: 원격 구동 장치용 케이블 21: 레이저 발진기
22: 셔터 23: 광검출기
41: 집광 렌즈 42: 노즐
51: 펌핑 챔버 52: 편광판
53: Q 스위치 54: λ/4판
55: 리어 미러 56: 아웃풋 커플러
57: SHG 58: 다이크로익 미러
59: 댐퍼 61: 매질
62: 사면 63: 환경 유지 액체
64: 공기실 칸막이벽 65: 레이저 발진기 설치 공간
66: 격리 공간 67: 배관
68: 환경 유지 액체 공급 호스 69: 환경 유지 액체 회수 호스
70: 펌프 71: 불순물 제거 장치
72: 냉각수 배출 호스
Claims (12)
- 삭제
- 삭제
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- 수중에 배치되고, 레이저를 이용한 보전·보수를 행하는 레이저 조사 장치에 있어서,
레이저 발진기를 수용하고 수중에 배치되는 환경 격리 용기와,
레이저를 집광하여 시공부에 조사하는 레이저 조사 헤드와,
상기 레이저 발진기로부터 상기 레이저 조사 헤드까지 레이저를 전송하는 도광부와,
상기 레이저 발진기에 전력을 공급하는 전원 장치와,
상기 레이저 발진기에 냉각수 공급 경로를 통해 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 장치와,
상기 환경 격리 용기 내의 온도를 계측하는 온도 센서와,
상기 환경 격리 용기의 내부를, 상기 레이저 발진기가 배치되고 상기 레이저의 경로를 포함하는 제1 공간과, 상기 제1 공간의 외측에 위치하는 제2 공간으로 분리하는 공기실 칸막이벽
을 구비하고,
상기 냉각수 공급 장치로부터 공급되는 상기 냉각수의 온도와 유량 중 적어도 하나를 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치. - 제5항에 있어서, 상기 제2 공간의 내부는 기체 분위기 또는 진공으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 공간내에 단열재가 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 공간과 상기 레이저 발진기를 연결하는 배관을 구비하고,
상기 냉각수 공급 장치로부터 공급되는 상기 냉각수는 상기 레이저 발진기를 통과한 후에 상기 배관을 통해 상기 제2 공간에 공급되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치. - 제5항에 있어서, 상기 제2 공간에 주입된 환경 유지 액체를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 공간과 연결되고, 상기 제2 공간에 상기 환경 유지 액체를 공급하고 상기 제2 공간 내의 상기 환경 유지 액체를 회수하며, 상기 제2 공간에 공급하는 상기 환경 유지 액체의 온도를 조정하는 온도 조정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
- 삭제
- 환경 격리 용기에 수용된 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기로부터 출사된 레이저를 집광하여 시공부에 조사하는 레이저 조사 헤드를 구비하는 레이저 조사 장치를 수중에 배치하고,
시공 대상물에 대하여 레이저를 이용한 시공을 행하는 레이저 시공 방법에 있어서,
상기 환경 격리 용기의 내부는, 공기실 칸막이벽에 의해, 상기 레이저 발진기가 배치되고 상기 레이저 발진기로부터 상기 레이저 조사 헤드까지 레이저가 전송되는 레이저의 경로를 포함하는 제1 공간과, 상기 제1 공간의 외측에 위치하는 제2 공간으로 분리되어 있으며,
상기 환경 격리 용기의 상기 제2 공간의 내부에 환경 유지 액체를 주입하고,
상기 환경 격리 용기 내의 온도를 온도 센서에 의해 계측하며, 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여 상기 레이저 발진기에 공급되는 냉각수의 온도 또는 유량 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 시공 방법.
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