(57)【要約】【課題】本発明は、特に燃料デブリの取出し作業のような高放射線環境下で、信頼性高く動作可能な関節型マニピュレータを提供する。【解決手段】 本発明は、先端側に半月状部を有する１対の軸平板を、前記半月状部が反対方向に向いた状態で互いに９０度のなすように形成された一つ以上の半月形回転軸と、前記半月状部が摺動する凹部を片面叉は両面に有し、前記半月部回転軸と相対的に回転する前記半月部回転軸の両端に設けられた関節板と、を有するアーム部を有し、アーム部の姿勢をワイヤで制御することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に半月状部を有する１対の軸平板を、前記半月状部が反対方向に向いた状態で互いに９０度のなすように形成された一つ以上の半月形回転軸と、
前記半月状部が摺動する凹部を片面叉は両面に有し、前記半月部回転軸と相対的に回転する前記半月部回転軸の両端に設けられた関節板と、
前記関節板のうち先端の前記関節板の前記凹部の回転方向の両側辺側のそれぞれに一端が固定されたワイヤと、
複数の前記関節板のうち根元の前記関節板の方向に前記ワイヤの他端を引っ張るワイヤ駆動部と、
前記ワイヤ駆動部と、根元の前記関節板と複数の前記ワイヤ駆動部とを固定するアーム駆動と、
を有することを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
少なくとも先端の前記関節板以外は、前記凹部の回転方向の両側辺側に前記ワイヤを貫通するワイヤ貫通孔を有し、
２つの前記関節板の間に前記ワイヤに平行に引張バネを設けた、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２に記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記ワイヤは、前記凹部の回転方向の両側辺側に２本ずつ設けた、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１叉は２に記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記ワイヤ駆動部は、外筒と、外筒を摺慟し前記ワイヤの他端を固定する内筒と、前記外筒と前記内筒との間に流体を注入する流体注入空間と、を有する
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずかに記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記関節マニピュレータのすべての構成要素は、金属で構成されている、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずかに記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記半月状部は、その周部が前記凹部の上下端部と摺慟し、その両側側部が対応する前記凹部の両側側部と摺動するように構成されている、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項７】
請求項６に記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記半月状部の前記両側側部叉は前記凹部の両側側部のいずれか一方に凹凸を設けた、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記一端に固定された前記ワイヤは異なる位置に２本であり、２本の前記ワイヤは同一のるワイヤ駆動部によって引っ張られる、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の放射線環境下用関節型マニピュレータであって、
前記回転の可動範囲を複数に分割し、複数の前記ワイヤ駆動部で分担して前記回転を制御する、
ことを特徴とする放射線環境下用関節型マニピュレータ。
【請求項１０】
沸騰水型原子力プラントにおける燃料デブリ解体装置において、
原子炉圧力容器内部に挿入されるボックス装置と、
前記ボックス内部であって、先端に燃料デブリを解体する解体手段を有する請求項１乃至９のいずれかに記載の放射線環境下用関節型マニピュレータと、
を有することを特徴とする燃料デブリ解体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料搬出解体装置において、
放射線防護した監視カメラと、原子炉格納容器の運転床に設けられた制御部とを有し、
前回監視カメラの映像に基づいて前記放射線環境下用関節型マニピュレータを制御する、
ことを特徴とする燃料デブリ解体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線環境下用マニピュレータ及び燃料デブリ解体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントでは、非常時においても常に原子炉圧力容器内の炉心の冷却がされるように、多重の緊急冷却設備が設けられ、炉心溶融事故を防ぐように対策が講じられている。しかしながら、極めて少ない確率ではあるが、過酷事故により緊急冷却設備の機能が喪失し炉心溶融に至る場合が想定される。このような場合には、既存の原子炉建屋に設置してある燃料搬出機器の使用が出来ない場合が考えられ、通常の燃料搬出作業が実施できない場合が想定される。
【０００３】
特許文献１には、沸騰水型原子炉に過酷事故が発生した後でも炉心燃料を容易に取り出すことのできる原子炉内燃料取出し方法が記載されている。この特許文献１では、沸騰水型原子炉が設けられた既設の原子炉建屋を囲むように仮設建屋を設置して、この仮設建屋に吊上げ装置を取り付け、この吊上げ装置を用いて沸騰水型原子炉内の炉心燃料に対して上方に設置された複数の炉内構造物を順次取り外した後に、さらにこの吊上げ装置を用いて炉心燃料を取り出す原子炉内燃料取出し方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
炉心溶融により発生した燃料デブリは、高放射化された燃料と炉内構造物等が溶融硬化したものであり、その搬出には、放射線対策、発生した二次生成物の汚染拡大防止等を考慮することが重要であり、万が一の燃料デブリの拡散は作業被ばくや周辺区域への汚染拡大につながる。そのためには、燃料デブリの取出しを短時間で行う必要がある。
【０００６】
特許文献１に記載の方法においては、原子炉格納容器の運転床（以下、オペフロという）から垂下させた多段式マニピュレータの先端に取り付けた取出し治具を操作して燃料デブリを取出している。オペフロからの操作は、操作性が悪く作業には多くの時間が必要である。そこで、燃料デブリ等の汚染源に関節型マニピュレータを近接させて操作することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、汚染源に関節型マニピュレータを近づければ近づけるほど、放射線の影響を受ける構成部材の数も多く、それらの放射線ダメージも大きくなり、動作の信頼性が低下する可能性が高くなる。引用文献１には、放射線ダメージを低減した関節型マニピュレータの記載は無く、この点に関しても更に改善の余地がある。
【０００８】
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、特に燃料デブリの取出し作業のような高放射線環境下で、信頼性高く動作可能な関節型マニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するための本願発明は、その一例を挙げるならば、先端側に半月状部を有する１対の軸平板を、前記半月状部が反対方向に向いた状態で互いに９０度のなすように形成された一つ以上の半月形回転軸と、前記半月状部が摺動する凹部を片面叉は両面に有し、前記半月部回転軸と相対的に回転する前記半月部回転軸の両端に設けられた関節板と、を有するアーム部を有し、アーム部の姿勢をワイヤで制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、特に燃料デブリの取出し作業のような高放射線環境下で、信頼性高く動作可能な関節型マニピュレータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のマニピュレータシステムの実施の形態を示す図である。
【図２】実施例１の関節型マニピュレータの側面図を示す図である。
【図３】図２において、関節型マニピュレータを矢印Ａの方向から見た第２の側面図である。
【図４】半月形回転軸及び関節板を模式的に示した図である。
【図５】図３において断面Ｈ−Ｈから矢印の方向に見た矢視図である。
【図６】図３において断面Ｇ−Ｇから矢印の方向に見た矢視図である。
【図７】半月形回転軸が作動した状態の例を示す図である。
【図８】図６に対応する図で、ワイヤ駆動部等の配置を図６に対し４５度を回転させた構成例を示す図である。
【図９】図５に対応する図で、引張バネ等の配置を図５に対し４５度を回転させた構成例を示す図である。
【図１０】実施例１の図６、図９に対応する図で、実施例２におけるワイヤ駆動部等の配置を示す図である。
【図１１】沸騰水型原子力プラントの概要を示す図である。
【図１２】複数の作業ハウスを原子炉建屋のオペフロへ設置して、各種構造物を取り外す工程を説明する図である。
【図１３】各種構造物の撤去後の原子力プラントを説明する図である。
【図１４】燃料デブリの搬出工程を説明する図である。
【図１５】燃料デブリ搬出装置の詳細構造を説明する図である。
【図１６】本発明の作業工程を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明のマニピュレータシステム２００の実施の形態を示す図である。マニピュレータシステム２００は、流体で駆動され作業を行う関節型マニピュレータ１００と、流体駆動ポンプ２１０、作業対象を撮像する監視カメラ２２０、及び操作盤２３０とを有する。操作盤２３０は、監視カメラ２２０からの映像を表示するディスプレイ２３１、関節型マニピュレータ１００を操作する操作器２３２、操作器２３２の操作に基づいて関節型マニピュレータ１００を流体駆動ポンプ２１０を介して制御するコンピュータを内蔵する制御部２３３を有する。操作器２３２は、図１では、ジョイスティックを設けているが、マスタースレーブのマスターマニピュレータを、または単なる操作ボタン、或いはこれらを複合的に設けてもよい。操作ボタンの場合は、関節型マニピュレータ１００は予め決められた手順に基づいて制御される。
以下、図面を用いて本発明の関節型マニピュレータ１００の実施例をより詳細に説明する。
【００１３】
（実施例１）
本発明の関節型マニピュレータ１００の第１の実施例を図２乃至図７を用いて説明する。図２は、実施例１の関節型マニピュレータ１００の側面図を示す図である。図３は、図２において、関節型マニピュレータ１００を矢印Ａの方向から見た、即ち紙面表面から９０度上回転させた第２の側面図である。図４は、半月形回転軸１１０及び関節板１２０を模式的に示した図である。図５は、図３において断面Ｈ−Ｈから矢印の方向に見た矢視図である。図６は、図３において断面Ｇ−Ｇから矢印の方向に見た矢視図である。図７は、半月形回転軸１１０が作動した状態の例を示す図である。
【００１４】
図２、図３に示すように、関節型マニピュレータ１００は、アーム部１００Ａとアーム駆動部１００Ｋとで構成される。図２、図３において紙面上下（Ｘ）方向に関節板１２０を回転させる機能を有する構成要素に添え字ｘを付し、紙面上下（Ｙ）方向に関節板１２０を回転させる機能を有する構成要素に添え字ｙを付す。まず、アーム部１００Ａから説明する。
【００１５】
アーム部１００Ａは、３組の半月形回転軸１１０と、３組の半月形回転軸のそれぞれを挟むように設けられた４つの関節板１２０と、半月形回転軸１１０の周囲に設けられ、２つの関節板１２０に両端が固定された複数の引張バネ１３０と、複数の引張バネのそれぞれを圧縮させる複数のワイヤ１４０と、を有する。各構成要素において、Ｘ、Ｙとか個々を示すのではなく、全体を示すときは添え字を省略する。
【００１６】
半月状回転軸１１０は、図４に示すように、先端側に半月状部１１１αを有する軸平板１１１ｘ、１１１ｙが互いに９０度の角度のなすように嵌め込まれ、叉は一体構造で形成されているため、直交する２方向に動作が可能となる。
【００１７】
また、例えば、図４において、軸平板１１１ｙの半月状部１１１ｙαの周部が関節板１２０の中央部に設けられた凹部１２１ｙの上下端部を摺動するように、及び半月状部１１１ｙαの両側側部が凹部１２１ｙの両側側部を摺動するように移動する。凹部１２１ｙの両側側部を摺動させることで、軸平板１１１ｘをＸ方向に回転させたときに、軸平板１１１ｙの回転方向とは関係ないＸ方向のガタを無くし、アームを高剛性に保つことができる。
【００１８】
なお、側部全面で摺動させることはワイヤ駆動の負荷になるので、半月状部１１１α叉は関節板１２０の凹部１２１の摺動する両側側部に、点状、帯状など滑らかに凹凸形状を設け、摺動面積、即ち摩擦を低減することが望ましい。また、半月状部１１１αの円周部が摺動の動きをスムーズにするために、凹部１２１の上下端部も丸みを持たせてもよい。
この結果、半月状部１１１αの円周部が凹部１２１の上下端部の摺動と合わせて、アーム駆動部１００Ｋから見た負荷をより軽減でき、半月状部１１１αと凹部との相対的の動きをスムーズにできる。本実施例では、図２から分かるようにＸ方向に回転させるときは、半月状回転軸１１０が根元側の関節板１２０に固定されているので、先端側の関節板１２０が摺動し、図３から分かるようにＹ方向に回転させるときは、先端側、根元側の両方の関節板１２０に固定されているので、半月状回転軸１１０が摺動する。どちらが摺動するかは、軸平板１１１の配置に依存する。
【００１９】
また、図４に示す関節板１２０の裏面の中央部にも、裏面側にある半月状回転軸１１０の軸平板１１１ｘの半月状部１１１ｘαが摺動する凹部１２１ｘが、凹部１２１ｙと互いに９０度の角度なすように設けられている。互いに背面する凹部１２１ｘと凹部１２１ｙの共通する部分は、貫通させてもよい。しかし、４つの関節板１２０のうち両端側にある関節板には、機能上の観点から凹部１２１ｘ叉は凹部１２１ｙの一方のみを設けてもよいし、製作上の観点から凹部１２１ｘ及び凹部１２１ｙの両方を設けてよい。
【００２０】
なお、半月状部１１１αの半月状は、必ずしも１８０度の円弧状だけを表すだけではなく、凹部１２１を摺動する回転範囲で決まり、１８０度以下でもよい。
【００２１】
本実施例では、４つの関節板１２０ａ乃至１２０ｄの有しているが、役割は多少異なる。先端から３つの関節板１２０ａ乃至１２０ｃは、ワイヤ駆動によって回転する。先端にある関節板１２０ａは、ワイヤ１４０を固定する固定部を有し、一方向のみに回転する。かつ、作業に必要な治具を固定する役目を果たす。根元にある作業関節板１２０ｄは、アーム駆動部１００Ｋに固定され、回転はしない。中間にある関節板１２０ｂ、１２０ｃは、Ｘ、Ｙ方向に回転する。中間にある関節板１２０の数は２、即ち半月状回転軸１１０の数は３であるが、その数は限定しない。半月状回転軸１１０の数を変えることでアーム長を変えることができるため、それ以下でも、それ以上でもよい。少なくとも、関節板１２０ａ乃至１２０ｃは、ワイヤ１４０を貫通させる貫通孔１４１を有する。なお、各関節板１２０間は、図示しない蛇腹でその周囲は囲まれて接続されている。
【００２２】
引張バネ１３０は、その両端が、その両端側の関節板１２０に設けられたフック部１２２に保持されている。図３において断面Ｈ−Ｈから矢印の方向に見た矢視図である図５に示すように、引張バネ１３０は、関節板１２０の周囲４辺側に、言い換えれば凹部１２１の回転方向の両側辺側にそれぞれ２つ１組として４組み、合計８個設けられている。２つ１組とする添え字ｕは、図２、図３において関節板１２０を紙面上方に回転させる引張バネ１３０を示し、添え字ｄは、図２、図３において関節板１２０を紙面下方に回転させる引張バネ１３０を示す。
【００２３】
ワイヤ１４０も８個の引張バネ１３０に対応して２つ１組として８本設けられ、図２、図３に示すワイヤ１４０も引張バネ１３０の添え字に対応して付されている。２つ１組とする理由は、左右から引っ張ることにより確実に駆動し、安定した姿勢を得ることができるからである。また、万が一、片方が断線しても他の一本で作業を続けることができる。図５に示す各関節板１２０に設けられたワイヤ１４０を通すワイヤ貫通孔１４１の添え字も、引張バネ１３０の添え字に対応して付されている。引張バネ１３０、ワイヤ１４０の配置から図２、図３は、アーム部１００ＡをＸ方向にかつ上方向に回転させる配置を示していることがわかる。
【００２４】
なお、図５において、ワイヤ１４１と引張バネ１３０の位置を反対にしてもよい。また、引張バネ１３０を１個にしてもよいし、ワイヤ１４１を１本にしてもよい。
【００２５】
次に、アーム駆動部１００Ｋを説明する。アーム駆動部１００Ｋは、図２、図３に示すように円筒状のワイヤ駆動部１５０と、ワイヤ駆動部を支持する支持部１６０と、支持部を位置決めし、アーム部１００Ａをアーム駆動部１００Ｋに固定する複数の連結棒１７１を有する連結部１７０と、を有する。
【００２６】
図６は、図３において断面Ｇ−Ｇから矢印の方向に見た矢視図である。図６に示す符号の添え字の添付規則は、図５で示した引張バネ１３０、ワイヤ１４０と同じである。
【００２７】
図６に示すように、ワイヤ駆動部１５０はダイヤ状に４個配置されている。図２、図３には、４個のうち煩雑さを避けるために、関節板１２０をＸ方向にかつ上方に回転させるワイヤ駆動部１５０ｘｕのみを示している。このワイヤ駆動部１５０ｘｕを用いてワイヤ駆動部１５０構成及び動作を説明する。
【００２８】
各ワイヤ駆動部１５０は、流体を注入するＬ字状の注入孔１５２を有する注入部１５１と、ピストンの役目を果たす内筒１５６及び内筒が摺動する外筒１５７からなる２重円筒のシリンダ部１５５と、を有する。注入孔１５２と流体駆動ポンプ２１０とを接続するアーム高圧配管２４０（図１参照）は、注入孔の姿勢がアーム部１００Ａの姿勢が変化しても形状が変わらないので、リジットな形状を有する金属製の配管を用いることができる。
【００２９】
内筒１５６の先端部は、外側に突き出たリング部１５６ｒが設けられ、そのリング部に図２に示すように２本のワイヤ１４０が、外筒１５７の外側を通って固定接続されている。内筒１５６の端面と外筒１５７の端面で形成される空間には、注入孔１５２を介して流体が注入される流体注入空間１５８が形成されている。なお、流体注入空間１５８の前後の外筒１５７及び内筒１５６には、それぞれ流体シ―ル１５１ｓ及び１５６ｓが設けられている。
【００３０】
そこで、流体注入空間１５８に流体が注入されると、流体注入空間１５８は拡大していく。それに伴い、内筒１５６は、図２において右方向に移動し、２本のワイヤ１４０ｘｕは右方向に引っ張られる。その結果、図３においてワイヤ１４０ｘｕが固定されている関節板１２０ａが引っ張られる。
【００３１】
本ワイヤ駆動部によれば、簡単案構成、注入部ヘの配管を可動しないリジットな構成とすることができる。
【００３２】
ワイヤ１４０は、先端の関節板１２０ａのみ固定され、その他の関節板１２０は、貫通孔１４１を通過する。そこで、ワイヤ１４０ｘｕにより先端の関節板１２０ａが引っ張られ回転すると、関節板１２０ａと１２０ｂとの間の引張バネ１３０ｘｄが伸び、引張力が発生し、その引張力が次の関節板１２０ｂを回転させる。このように次々と関節板１２０ｄまで伝わる。関節板１２０ｄは固定であるために、全体としてバランスする回転角度でバランスし、アームとして全体としての姿勢を得ることができる。
【００３３】
従って、先端の関節板１２０ａの根元側の関節板１２０ｄに対する回転量は、関節板１２０ａから１２０ｃの回転量の総和に依存したものとなる。このような動作をｘ方向と共にｙ方向にも行うことによって、関節板１２０ａを所定の曲面状範囲に移動させることができる。
【００３４】
上記に説明した各関節板１２０は根元側の関節板に対して動きは図７に示すように状態になる。図７において、各半月状回転軸１１０において、前述したように先端側の関節板１２０が軸平板１１１ｘの半月状部１１１ｘαを摺動し上回転する。その結果、引張バネ１３０ｘｕが縮み、ワイヤ１４０ｘｄがフリーになっている反対側の引張バネ１３０ｘｄは伸びる。この時、ワイヤ１４０ｘｄの引張力と反対側の引張バネ１３０ｘｄの戻ろうとする復元力とがつり合い、アーム部１００Ａは、一定の姿勢を保つことができる。なお、実際には、前述のつり合いには、アーム部１００Ａの負荷も考慮する。
【００３５】
図７において、引張バネ１３０ｘｄが伸びると、縮もうとして元の平衡時状態に戻そうとする復元力が発生し、ワイヤ１４０ｘｕによる引張力ともに、関節板１２０に設けられた凹部１２１が、軸平板１１１ｙの半月状部１１１ｙα、言い換えれば、半月形回転軸１１０に押付けられる。この結果、アーム部１００Ａを回転方向に対して高剛性に維持することができる。
【００３６】
従って、この回転方向の高剛性と、前述したアーム部１００Ａの回転方向とは関係のない方向における凹部側部による高剛性と、によって、アーム部１００Ａ全体を常に高剛性に保つことができる。例えば、本実施例の半月形回転軸１１０のＸ、Ｙ２軸に動作は、実現可能であるが、球面軸受けは他方向に自由度があるので、その剛性は半月形回転軸１１０より低くなる。また、半月形回転軸１１０は、球面軸受けよりシンプル構成で２軸動作を実現でき、シンプルな構成であるので、耐放射線性を高めることができる。
【００３７】
支持部１６０は、ワイヤ駆動部１５０を支持する２枚の駆動部支持板１６１、１６２と、連結部１７０と共にアーム駆動部１００Ｋ、及び関節型マニピュレータ１００全体を支持するベース板１６３と、を有する。なお、ベース板１６３は、作業領域における支持構造部３００等に固定される。
【００３８】
連結部１７０は、引張バネ１４０の反力を受けるように、図５に示す引張バネ１４０に対応する位置にそれぞれ１７１ｘｕ、１７１ｘｄ、１７１ｙｕ、１７１ｙｄが各２本ずつ計８本に設けられ、関節板１２０ｄ、駆動部支持板１６１、１６２及びベース板１６３に金属製のナットで固定設けられている。
【００３９】
図８、図９は、実施例１における図５、図６に対応する図で、上記説明した実施例における引張バネ１４０、ワイヤ駆動部１５０等の構成要素とその配置を維持しながら、全体を４５度回転させた構成を有する。実施例１に示すように関節型マニピュレータは、構成要素の配置角度に関係なく、その機能を果たすことができる。
【００４０】
以上説明した関節型マニピュレータ１００によれば、シンプルな半月形回転軸を用いて、高い剛性を得るとことができ、また、放射線汚染による二次廃棄物を少なくできる。
【００４１】
以上説明した関節型マニピュレータ１００によれば、その全構成要素、例えば、半月形回転軸１１０、関節板１２０、引張バネ１３０、ワイヤ１４０、ワイヤ駆動部１５０、支持部１６０、連結部１７０及び小さな部品ではフック１２２、ネジ等を、耐放射線のある金属、例えば、鉄、ＳＵＳで構成することができる。
【００４２】
また、以上説明した関節型マニピュレータ１００によれば、放射線量の高い領域においては電子部品を一切使用しないことができる。その場合には、例えば注入孔１５２から注入する流体の圧力とアーム部１００Ａの姿勢との関係を予め求めておくか、または放射線防護した監視カメラ２２０から映像をみてアーム１００Ａの姿勢を制御する。
【００４３】
従って、本実施例によれば、放射線環境下、特に燃料デブリ取出し作業等の高放射線環境下において、信頼性高く長時間で作業を行うことができる関節型マニピュレータを提供できる。
【００４４】
また、本実施例によれば、球面軸受け等の複雑機構を有さず、簡単な機構で剛性に高いマニピュプレータを提供できる。
【００４５】
（実施例２）
図１０は、実施例１の図６、図９に対応する図で、実施例２におけるワイヤ駆動部１５０の配置を示す図である。実施例２は、ワイヤ駆動部１５０の配置を実施例１で示した図６と図９の配置２を合わせ、図６の状態から右側に２２．５度回転させた偏移を有する例である。例えば、Ｘ方向上回転させるワイヤ駆動部１５０ｘｕは、右２２．５度を中心に回転させるもの１５０ｘｕｒと、左２２．５度を中心に回転させるもの１５０ｘｕl（ｌ：エルを示す。以下同様）と２つ有している。２つワイヤ駆動部１５０ｘuｌ、１５０ｘｕｒに対応して１５０引張バネ１３０、ワイヤ貫通孔１４１、連結棒１７１等の配置も実施例１と実施例２とを合わせたものとなる。その他のワイヤ駆動部１５０ｘｄ、１５０ｙｕ及び１５０ｙｄについても同様である。なお、連結棒１７１は整理して少なくしてもよい。
なお、図１０は、実施例１、２を単に合わせた図であるが、図１０において、例えば、ワイヤ駆動部１５０ｘuｌ、１５０ｘｕｒを横並びに配置してもよい。
【００４６】
実施例１と動作範囲が同じである場合は、ワイヤ１４０の関節板１２０ａの接続部を２２．５の偏移を待たせるだけで、実施例１の半月形回転軸１１０及び関節体１２０の凹部１２１の形状を変える必要がない。しかし、実施例１、２と比べて動作範囲を広くする場合は、凹部１２１を分割し、分割した凹部に合わせて半月形回転軸１１０の凹部摺動部を分割する必要がある場合がある。この場合は、関節体１２０の凹部１２１を有する面は曲面にするか、実施例１と同様に関節体１２０の凹部１２１を有する面を平面に維持する場合、半月形回転軸１１０が凹部１２１に達するように、半月形回転軸を長くする必要がある。
【００４７】
上記の実施例２では、偏移量を２２．５度したが、その他の角度、例えば１５度、３０度でも可能である。また、上記実施例では、動作範囲を２つに分けたが３つ以上に分けることも可能である。
【００４８】
以上説明書したように、実施例２は、回転駆動範囲を２つのワイヤ駆動部で分割して担当してアーム部１００Ａの姿勢を制御する。
【００４９】
実施例２によれば、実施例１と同様な効果を奏するが、次の利点を有する。動作範囲が同じである場合には、アーム部１００Ａで形成されるワイヤ１４０の駆動曲線が滑らかになり、ワイヤ貫通孔１４１で摩擦が小さくなり、よりスムーズにワイヤ１４０を駆動できる。
【００５０】
また、動作範囲を広くする場合は、文字通り広範囲に関節型マニピュレータ１００の先端を制御できる。
【００５１】
以上説明した関節型マニピュレータ１００は、例えば２０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧で駆動できる。
【００５２】
また、以上説明したマニピュレータ１００の半月形回転軸の３段に設けたが２段以下叉は４段以上でもよい。
【００５３】
さらに、以上説明したマニピュレータ１００は、先端の関節板のみにワイヤを固定し、高剛性を維持するために、引張バネ１３０を用いた。しかし、負荷が軽い場合には、ワイヤ駆動部から各回転するそれぞれ関節板のそれぞれにワイヤを配設し、関節板毎に独立して駆動してもよい。
【００５４】
また、以上説明したマニピュレータ１００は、二次汚染物質を低減するために、全ての構成要素を金属で構成した。しかし、放射線量が低い場合には、必ずしも全ての構成要素を金属で構成する必要はない。
【００５５】
次に、本発明の関節型マニピュレータを沸騰水型原子力プラントにおける燃料デブリ搬出に適用した実施例３を図１１から図１５を用いて説明する。
【００５６】
（実施例３）
まず、本実施例の沸騰水型原子力プラントの概略構造を、図１１を用いて説明する。沸騰水型原子力プラント１は、原子炉２及び原子炉格納容器（以下、ＰＣＶ３という）を備えている。ＰＣＶ３は、原子炉建屋４内に設置されて、上端部に上蓋５が取り付けられて密封されている。ＰＣＶは、内部に形成されたドライウェル６、及び冷却水が充填された圧力抑制プールが内部に形成された圧力抑制室７を有する。ドライウェルに連絡されるベント通路８の一端が、圧力抑制室内の圧力抑制プールの冷却水中に浸漬されている。ＰＣＶの上蓋５の真上に複数に分割された放射線遮へい体であるシールドプラグ９が配置され、これらのシールドプラグが、原子炉建屋の運転床（オペフロ２９）に設置されている。
【００５７】
原子炉は、上蓋１０が取り付けられて構成される原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶ１１という）、核燃料物質を含む複数の燃料集合体が装荷された炉心１２、蒸気乾燥器１３及び気水分離器１４を備えている。炉心、気水分離器及び蒸気乾燥器はＲＰＶ内に配置される。ＲＰＶ内に設置された炉心シュラウド１５が、炉心を取り囲んでいる。炉心内に装荷された各燃料集合体１６は、下端部が炉心支持板１７によって支持され、上端部が上部格子板１８によって保持される。気水分離器は炉心の上端部に位置する上部格子板よりも上方に配置され、蒸気乾燥器が気水分離器の上方に配置される。
【００５８】
複数の制御棒案内管１９が炉心の下方に配置され、複数の制御棒案内管を含むサポートシリンダが形成されている。炉心内の燃料集合体間に出し入れされて原子炉出力を制御する制御棒２０が、各制御棒案内管内に配置されている。複数の制御棒駆動機構ハウジング２１が、ＲＰＶの下鏡２２に取り付けられている。制御棒駆動機構（図示せず）が、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング２１内に設置され、制御棒案内管１９内の制御棒２０と連結されている。ＲＰＶ１１内に設置された蒸気乾燥器１３、気水分離器１４、炉心シュラウド１５、炉心支持板１７、上部格子板１８、サポートシリンダ、制御棒案内管１９、炉心シュラウド下部胴は、炉内構造物である。
【００５９】
ＲＰＶは、ＰＣＶ内の底部に設けられたコンクリートマット２３上に設けられた筒状のペデスタル２４上に据え付けられている。筒状のγ線遮蔽体２５が、ペデスタルの上端に設置され、ＲＰＶを取り囲んでいる。
【００６０】
原子炉建屋には、原子炉ウェルを挟み込むように、ドライヤ・セパレータプール２６（以下、ＤＳＰと略す）及び使用済みの燃料を一時的に保管する使用済燃料貯蔵プール２７（以下、ＳＦＰと略す）が設けられている。ＤＳＰは定期検査時に蒸気乾燥器や気水分離器といった炉内構造物を仮置きする場所として使われる。
【００６１】
沸騰水型原子力プラントにおいて、炉心溶融が生じた場合の燃料デブリ２８の形態の概要について示す。冷却設備の機能が喪失しＲＰＶ内に冷却水が注入されない場合、核燃料の崩壊熱により、燃料集合体内の燃料ペレットおよび被覆管等が溶融する。この場合溶融した核燃料はもともと存在していた位置、ＲＰＶの炉底部、又は、ＰＣＶの底部であるコンクリートマット上に存在すると推定される。本発明は、このような状態の燃料デブリを搬出する際に適用される。
【００６２】
図１２及び図１３に複数の作業ハウスを原子炉建屋のオペフロ２９へ設置して、各種構造物を取り外す工程の説明図を示す。
【００６３】
まず、オペフロ２９へ第一作業ハウス４２、第二作業ハウス４３、第三作業ハウス４４を設置する（ステップ１）。作業ハウスの個数は実際に行なう作業内容に従って増減させて構わない。各作業ハウス内には作業ハウス内クレーン装置４５が設けられており、また、各作業ハウスには放射線漏洩や汚染物拡大防止のための密閉扉４６を備えている。作業ハウス内クレーン装置４５によって、シールドプラグ９、上蓋５、上蓋１０、蒸気乾燥器１３、気水分離器１４、上部格子板１８、炉心シュラウド１５等の構造物を取り外す（ステップ２）。これら取り外された構造物は、例えば第三作業ハウス４４内にて切断装置４７を用いて細断して機器収納容器４８に格納し原子炉外部へ搬出する。また、除染装置４９を設けるようにしても良く、除染装置を設けた場合には、除染が必要な各種構造物に対して除染を行ないながら搬出が可能となる。
【００６４】
図１３に各種構造物の撤去後の原子力プラントについて示す。各種構造物が取り外された原子炉は、上方から燃料デブリに接近できる作業空間が確保されたため、次に、燃料デブリ搬出装置を上方から設定し、燃料デブリの取り出しを実施する。
【００６５】
図１４から図１６に燃料デブリ搬出装置の詳細構造及び燃料デブリ搬出工程について示す。
【００６６】
図１４に示すように、燃料デブリ搬出装置６０は、上蓋が取り外されたＲＰＶのフランジ面６１に載せられる装置固定機構６２を有する。この装置固定機構６２は４箇所にワイヤドラム装置６３が設けられており、このワイヤドラム装置６３のワイヤ６４にはボックス装置６５が吊り下げられている。吊り下げられたボックス装置６５はワイヤドラム装置６３のワイヤ巻上げ巻下げ動作によって昇降動作させてボックス装置６５を目的とする位置へ移動させる。
【００６７】
ボックス装置６５の側面には側面シール付クランプ部６６が設けられており、所定の位置へ移動したボックス装置を、側面シール付クランプ部の突出動作によってＲＰＶの内側側面へ固定し、ボックス装置とＲＰＶ内壁面との隙間をシールする。また、ボックス装置６５内部は、シール装置６７によりボックス装置と主旋回テーブル７８との隙間をシールし気密が保たれるように構成されている。
【００６８】
燃料デブリ搬出装置６０の詳細構造について、更に図１５を用いて説明する。ボックス装置６５には電力ケーブル及び給水系統６８を有しており、各種装置を動かすための電力や、原子炉内を冷却する冷却水や、ウォータージェット等による切断や関節型マニピュレータ１００を駆動するのに用いられる駆動水を供給する。また、ボックス装置６５の上部には、第一遮へい体６９を備えており、この第一遮へい体６９には、各種装置や燃料キャスクを内部に格納して移動させる搬送装置７０が接続される搬出入用遮へいポート７１が設けられている。搬出入用遮へいポートは通常時には搬出入用遮へいポート扉７２が設けてあり、ボックス装置内の気密性が保たれている。各種装置の搬出搬入の際には、搬出入用遮へいポート扉７２を開放し、出し入れを行なう。また、第一遮へい体６９には内部が空洞となっている第一タンク７３を有しており、水の注入量によって放射線の遮へい効果を調整できるように構成されている。なお、注入は水以外にも遮へい効果を確保できれば鉄球、鉛球を使用してもよい。これより、一部を第一タンクとすることで、燃料デブリ搬出装置６０に不必要な重量物を搭載することを不要とできる。遮へい効果が望める必要十分な量の水等を注入するのみで遮へい効果が実現でき、燃料デブリ搬出装置の全体重量の軽量化を図れる。なお、第一遮へい体は、鉄板、鉛板でもよく、必ずしも第一タンク方式に限定するものではない。
【００６９】
ボックス装置６５内部にはボックス内クレーン装置７４および昇降機能付きマニピュレータ７５を備えており、搬送装置７０によって運ばれてきた各種装置及び燃料キャスク７６をボックス装置内の所定に位置に実装できるようになっている。ボックス装置６５の下部には第二遮へい体７７を備えており、第二遮へい体７７は、主旋回テーブル７８及び主旋回駆動部７９とから構成されており、主旋回テーブル７８は回転可能となっている。また、主旋回テーブル７８にはさらに副旋回テーブル８０及び副旋回駆動部８１を備えており、主旋回テーブル７８とは独立して副旋回テーブル８０を回転可能に設けられている。
【００７０】
副旋回テーブルには燃料デブリ解体装置固定ユニット８２が設けられており、このユニットに実施例１、２で説明した関節型マニピュレータ１００を有する燃料デブリ解体装置８３が設けられる。ボックス装置の主旋回テーブルには、燃料デブリ解体装置を設置していない場合に、ボックス装置内の気密性を保つように下部遮へいポート扉８４がスライド可能に設けられている。また、主旋回テーブルには内部が空洞となっている第二タンク８５を有しており、水の注入量によって放射線の遮へい効果を調整できるように構成されている。なお、注入は水以外にも遮へい効果を確保できれば鉄球、鉛球を使用してもよい。主旋回テーブル７８の一部を第二タンク８５とすることで、不必要に重量物を搭載する不要とできる。遮へい効果が望める必要十分な量の水等を注入するのみで遮へい効果が実現でき、燃料取出し装置の全体重量の軽量化が図れる。
【００７１】
燃料デブリ解体装置８３は、オペフロ２９に設けられた操作盤２３０（図１３参照）と、給水系統から導いた水を高圧ポンプ９４にて昇圧する高圧ポンプ９４と、燃料デブリを切断する切断ノズル８７を関節板１２０ａに取り付けた実施例１叉は２で説明した関節型マニピュレータ１００と、関節型マニピュレータの先端を監視する監視カメラ２２０と、切断された燃料を吸引する吸引ライン８８と、を有する。
【００７２】
高圧ポンプ９４は、ノズル高圧配管８８を通して高圧水を切断ノズル８７に供給するノズル部ポンプ９４ｎと、アーム高圧配管２４０を通して高圧水を関節型マニピュレータの注入部１５１に供給する流体駆動ポンプ２１０とに分かれる。ノズル高圧配管８８は、アーム部１００Ａの姿勢の変化に対応できるようにロータリジョイントを組合わせた金属配管で構成され、半月形回転軸１１０及ぶ関節体１２０の凹部１２１の中心に設けられた中空部を介して切断ノズル８７に接続される。アーム高圧配管２４０は、前述したように変形する必要がないためにリジットの金属配管で構成される。
【００７３】
吸引ライン８８もノズル高圧配管同様に、アーム部１００Ａの姿勢の変化に対応できるようにロータリジョイントを組合わせた金属配管で構成される。
【００７４】
監視カメラ２２０は、燃料デブリ解体装置固定ユニット８２に固定された鉛製の放射線防護筒２２１の中に、燃料デブリから放射線を直接受けないように、燃料デブリ解体装置固定ユニット８２に向けて収納されている。放射線防護筒２２１は、放射線を遮蔽する蓋２２２を有しており、撮像する必要がないときにはその蓋を閉じる。蓋２２２は、内面が反射鏡となっており、蓋に金属製の蓋ワイヤ２２３を接続されており、その蓋ワイヤの姿勢を関節型マニピュレータ１００で用いたワイヤ駆動部１４０と同じ構造を有する蓋ワイヤ駆動部２２４で制御し、監視カメラ２２０が切断ノズル８７を撮像できるようにする。
【００７５】
このような構造によって、監視カメラ２２０を見ながら効率的にかつ確実に燃料デブリを取り出せるようにアーム部１００Ａの制御し、切断ノズル８７で燃料デブリを切断できる。
【００７６】
切断された燃料デブリは吸引ライン８８によって回収される。回収した燃料デブリは回収ラインを通じて、回収物分離装置８９へ運ばれて、ここで水と燃料デブリとに分離されて、燃料デブリは燃料キャスク７６へ収納される。燃料キャスク７６は燃料デブリを収納したら、搬送装置７０を用いて、原子炉外部へと搬出される。
【００７７】
以上説明した燃料デブリ解体装置８３は、解体手段として高圧水を噴射する切断ノズルを用いたが、その他の解体手段としてカッタ等による機械的切断、叉はレーザ光による熱的切断等を用いることができる。
【００７８】
以上説明したように、本発明の関節型マニピュレータ１００を用いることにより、解体手段を所定範囲内に移動させることができ、効率よく燃料デブリを解体できる。場合によっては、副旋回テーブル８０を旋回させることなく、関節型マニピュレータ１００の動作範囲で、燃料デブリを全て解体することも可能である。
【００７９】
次に搬送装置７０の詳細について説明する。搬送装置７０は内部に搬送用クレーン９０と洗浄機構９１を備えている。また洗浄機構９１へ水を供給するポンプ９２も備えている。装置搬送容器内部へ移動させた燃料デブリ解体装置や燃料キャスクをこの搬送装置７０内部で洗浄できるようになっている。これにより除染が可能となる。また、搬送容器の底部には搬送装置下面用蓋９３が取り付けられている。
【００８０】
燃料デブリ搬出工程について詳細を示す。ここでは上記に説明した実施例１叉は２の関節型マニピュレータ１００を有する燃料デブリ搬出装置６０を用いた燃料デブリ搬出工程について説明する。
【００８１】
各種構造物撤去後の原子力プラントの原子炉圧力容器のフランジ面に装置固定機構６２を設置して、燃料デブリ解体装置８３を有する燃料デブリ搬出装置６０を所定の位置に設置する（ステップ３）。これによって、燃料デブリ解体装置８３の設置が完了する。次に、監視カメラ２２０を見て、操作器２３２を操作して流体駆動ポンプ２１０により関節型マニピュレータ１００を制御し、高圧水を噴射する切断ノズル８７を燃料デブリが切断されるのに適切な位置に位置決めする（ステップ４）。その後、ノズル部ポンプ９４ｎを制御しての高圧水を噴射して燃料デブリを切断し（ステップ５）、切断した燃料デブリを吸引ライン８８、回収分離装置８９を介して回収する（ステップ６）。燃料キャスク７６に所定量回収するまで、ステップ４乃至ステップ６を繰り返す（ステップ７）。まだ、回収すべき燃料デブリが存在するときは（ステップ８）、燃料キャスク７６に所定量回収後の燃料キャスク７６を、搬送装置７０により新たな燃料キャスクと交換し、ステップ４乃至ステップ７を繰り返す（ステップ９）。全ての燃料デブリの回収か終了したら燃料デブリ解体装置８３を有する燃料デブリ搬出装置６０装置を撤去する（ステップ１０）。
【００８２】
以上、説明した本発明によれば、マニピュレータ１００を用いることによって、燃料デブリを効率的に解体することができる。
【００８３】
また、以上、説明した本発明によれば、燃料デブリ搬出装置には第一遮へい体及び第二遮蔽体を備えているため、放射線の漏洩を防止可能である。また、側面シール付クランプ部６６によるボックス装置とＲＰＶ内壁面との隙間のシール、及びシール装置６７でボックス装置内の気密性の確保をすることにより、燃料デブリ切断等で発生する二次汚染生成物をボックス装置下方の作業空間に封じ込めることが可能となり、周辺区域への汚染拡大防止も図れる。
【符号の説明】
【００８４】
１：沸騰水型原子力プラント                        ２：原子炉
３：ＰＣＶ              ４：原子炉建屋            ５：上蓋
６：ドライウェル        ７：圧力抑制室            ８：ベント通路
９：シールドプラグ      １０：上蓋                １１：ＲＰＶ
１２：炉心              １３：蒸気乾燥器          １４：気水分離器
１５：炉心シュラウド    １６：燃料集合体          １７：炉心支持板
１８：上部格子板        １９：制御棒案内管        ２０：制御棒
２１：制御棒駆動機構ハウジング                    ２２：下鏡
２３：コンクリートマット          ２４：ペデスタル
２５：γ線遮蔽体        ２６：ドライヤ・セパレータプール
２７：使用済燃料貯蔵プール                        ２８：燃料デブリ
２９：オペフロ          ４２：第一作業ハウス      ４３：第二作業ハウス
４４：第三作業ハウス    ４５：作業ハウス内クレーン装置
４６：密閉扉            ４７：切断装置            ４８：機器収納容器
４９：除染装置          ６０：燃料デブリ搬出装置  ６１：ＲＰＶのフランジ面
６２：装置固定機構      ６３：ワイヤドラム装置    ６４：ワイヤ
６５：ボックス装置      ６６：側面シール付クランプ部
６７：シール装置        ６８：電力ケーブル及び給水系統
６９：第一遮へい体      ７０：搬送装置            ７１：搬出入用遮へいポート
７２：搬出入用遮へいポート扉                      ７３：第一タンク
７４：ボックス内クレーン装置                      ７５：マニピュレータ
７６：燃料キャスク      ７７：第二遮へい体        ７８：主旋回テーブル
７９：主旋回駆動部      ８０：副旋回テーブル      ８１：副旋回駆動部
８２：燃料デブリ解体装置固定ユニット              ８３：燃料デブリ解体装置
８４：下部遮へいポート扉                          ８５：第二タンク
８６：高圧配管          ８７：切断ノズル          ８８：吸引ライン
８９：回収物分離装置    ９０：搬送用クレーン      ９１：洗浄機構
９３：搬送装置下面用蓋  ９４：高圧水ポンプ        ９４ｎ：ノズル部ポンプ
１００：関節型マニピュレータ                      １００Ａ：アーム部
１００Ｂ：アーム駆動部  １１０：半月形回転軸      １１１：軸平板
１１１α：軸平板の半月状部        １２０、１２０ａ乃至１２０ｄ：関節板
１２１：関節板に設けられた凹部    １２２：フック部
１３０：引張バネ        １４０：ワイヤ            １４１：ワイヤ貫通孔
１５０：ワイヤ駆動部    １５１：注入部            １５２：注入孔
１５５：シリンダ部      １５６：内筒              １５６ｒ：リング部
１５７：外筒            １５８：流体注入空間      １６０：支持部
１６１、１６２：駆動部支持板                      １６３：ベース板
１７０：連結部          １７１：連結棒
２００：マニピュレータシステム                    ２１０：流体駆動ポンプ
２２０：監視カメラ      ２２１：放射線防護筒      ２２２：蓋
２２３：蓋ワイヤ        ２２４：蓋ワイヤ駆動部    ２３０：操作盤
２３１：ディスプレイ    ２３２：操作器            ２３３：制御部
２４０：アーム高圧配管
添え字ｘ：Ｘ方向に関節板を旋回させる機能を有する構成要素
添え字ｙ：Ｙ方向に関節板を旋回させる機能を有する構成要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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