(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所の環状リムを備えた炉心シュラウド（２）を含む原子炉圧力容器（４）の環状領域にある１つ以上の構成機器を遠隔で検査するための装置（１００）であって、
当該原子炉圧力容器（４）の炉心シュラウド（２）の当該環状リム上に配置された部分軌条（１１４）と、当該部分軌条（１１４）を当該環状リムに移動可能に接続する締付け装置（１１２）とを備える横方向移動組立体（１１０）と、
フレーム（１２２）を備え、当該フレーム（１２２）が当該部分軌条（１１４）に沿って水平移動可能であるように、当該部分軌条（１１４）に対して移動可能に接続されたフレーム組立体（１２０）であって、さらに検査装置（１３０Ａ、Ｂ）を展開させるように構成された移動可能なマスト組立体（１２４Ａ、Ｂ）を含む、当該フレーム（１２２）に接続された第１の取付け組立体（１２３Ａ）及び第２の取付け組立体（１２３Ｂ）を備えたフレーム組立体（１２０）と、
当該部分軌条（１１４）を当該環状リムに沿って水平移動させ、且つ、当該フレーム（１２２）を当該部分軌条（１１４）に沿って水平移動させるように構成された遠隔制御されるモータ装置と、
作動されると当該部分軌条（１１４）を当該環状リム上で静止位置に保ちつつ、当該フレーム組立体（１２０）を当該部分軌条（１１４）に沿って水平移動させ、作動されないときは当該部分軌条（１１４）を当該フレーム組立体（１２０）に対して水平移動可能にするように構成された制動装置（１１６）
を備える装置（１００）。
【請求項２】
第１のマスト組立体（１２４Ａ）が前記フレーム（１２２）の一方の側に配置され、第２のマスト組立体（１２４Ｂ）が前記フレーム（１２２）のもう一方の側に配置された、請求項１の装置（１００）。
【請求項３】
第１のマスト回転組立体（１２５Ａ）が前記フレーム（１２２）の一方の側に配置され、第２のマスト回転組立体（１２５Ｂ）が前記フレーム（１２２）のもう一方の側に配置された、請求項１の装置（１００）。
【請求項４】
第１の水平垂直回転組立体（１２６Ａ）が前記フレーム（１２２）の一方の側に配置され、第２の水平垂直回転組立体（１２６Ｂ）が前記フレーム（１２２）のもう一方の側に配置された、請求項１の装置（１００）。
【請求項５】
前記フレーム組立体（１２０）が、前記フレーム組立体（１２０）を前記部分軌条（１１４）に沿って移動させるための位置決めモータ及びギアのセットを含んでいる、請求項１の装置（１００）。
【請求項６】
前記検査装置（１３０Ａ、Ｂ）がカメラである、請求項１の装置（１００）。
【請求項７】
原子力発電所の環状リムを備えた炉心シュラウド（２）を含む原子炉圧力容器（４）の環状領域を検査する方法であって、
当該環状リムの上で横方向移動組立体（１１０）を位置決めするステップを含み、
当該ステップは締付け装置（１１２）を用いることによって部分軌条（１１４）を当該原子炉圧力容器（４）の炉心シュラウド（２）の当該環状リムに移動可能に接続することを含み、
当該方法はさらに、フレーム組立体（１２０）を当該部分軌条（１１４）に移動可能に接続するステップを含み、
当該フレーム組立体（１２０）は当該部分軌条（１１４）に沿って水平移動するフレーム（１２２）と、検査装置（１３０Ａ、Ｂ）を展開させるように構成された移動可能なマスト組立体（１２４Ａ、Ｂ）を含む、当該フレーム（１２２）に接続された第１の取付け組立体（１２３Ａ）及び第２の取付け組立体（１２３Ｂ）とを備えており、
当該方法はさらに、
当該部分軌条（１１４）を当該環状リムに沿って水平移動させ、且つ、当該フレーム（１２２）を当該部分軌条（１１４）に沿って水平移動させるように構成された遠隔制御されるモータ装置を用いるステップと、
作動されると当該部分軌条（１１４）を当該環状リム上で静止位置に保ちつつ、当該フレーム組立体（１２０）を当該部分軌条（１１４）に沿って水平移動させ、作動されないときは当該部分軌条（１１４）を当該フレーム組立体（１２０）に対して水平移動可能にするように構成された制動装置（１１６）を用いるステップ
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、ここに参照により援用されている２０１３年３月１５日に提出された米国特許出願第１３／８３２，０８２号の利益を主張する。
本発明は一般にロボットシステムに関し、詳細には、原子炉の炉心環状部、炉心スプレーおよび給水スパージャ領域等のアクセスに制約がある領域の原子炉構成機器を検査するための改良された装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉は、原子燃料の炉心を収容する原子炉圧力容器内で水を加熱して発生させた蒸気により蒸気タービンを駆動し、電力を生産する。原子炉圧力容器は、原子燃料炉心を取り囲む円筒体を有する。この円筒体は炉心シュラウドと呼ばれる。原子炉圧力容器に供給される水は、原子炉圧力容器と炉心シュラウドとの間に形成される環状領域を流れる。この環状領域には、ジェットポンプ組立体が炉心シュラウドの周りに周方向に分散配置されている。
【０００３】
原子炉圧力容器内の炉心シュラウドおよび他の構成機器は、構造健全性と修理の必要性を判断するために定期的に検査される。目視検査は、原子炉構成機器のひび割れを検知するための周知の技術である。検査対象機器には、アクセスが難しいものがある。例えば、炉心シュラウドの検査のためにアクセスできるのは、シュラウドの外側と原子炉圧力容器の内側との間の環状空間内の、互いに隣接するジェットポンプの間に限られる。
【０００４】
また、原子炉圧力容器内の検査領域は放射能が高く、作業員の作業台から５０〜８０フィート下方の水中に位置する。したがって、原子炉圧力容器の内部構成機器を検査するには、遠隔操作による設置が可能で、限られた狭い空間内で操作できるロボット装置が必要になる。
【０００５】
原子炉には放射線に関連する安全性リスクがあるので、遠隔操作を行うのが好ましい。原子炉の運転停止時に構成機器の保守および修理を行うには、通常、原子炉冷却材中３０〜１００フィートの深さに検査マニピュレータまたは装置を設置する必要がある。検査機器は、保守および修理用装置の操作および／または位置決めを行うために手動制御されるポールおよびロープを有する。マニピュレータの設置または取外しには比較的長い期間を要するため、プラントの運転停止期間に影響が及ぶ可能性がある。また、種々の検査範囲に応じた、マニピュレータのさらなる設置と取外しを必要とする、マニピュレータの再構成を幾度か余儀なくされる可能性がある。設置・取外しの期間が長くなると、プラントの運転停止期間に影響が及ぶだけでなく、作業員の放射線被ばくと汚染への露出が増えることになる。
【０００６】
発電事業者は、放射線被ばくを減らし、費用とプラント運転停止の影響を軽減するために、マニピュレータの設置・取外しの回数を減らすことを望んでいる。本発明によって、再構成、設置および取外しの回数を最小限に抑えることができる。さらに、原子炉キャビティのアクセスポイント付近は、作業領域が比較的狭い。したがって、マニピュレータのサイズが、プラント運転停止時の他の活動にも影響を与える可能性がある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、原子炉容器の環状領域にある１つ以上の構成機器を検査するための装置および方法を提供する。一局面において、本発明は、原子力発電所の原子炉圧力容器内の構成機器を検査するために１つ以上の検査装置を遠隔操作し位置決めする装置を提供する。本装置は、原子炉圧力容器内の炉心シュラウドの環状リム上に配置され、当該リムに沿って水平移動可能な軌条、制動装置およびフレーム組立体を含む。当該フレーム組立体は、当該軌条に沿って水平移動可能なように当該軌条に接続されたフレームを含む。本装置はさらに、１つ以上のマスト組立体、１つ以上のマスト回転組立体、および１つ以上の水平垂直回転組立体を含む。当該１つ以上の検査装置は、当該水平垂直回転組立体に取り付けられ、当該１つ以上の検査装置は、当該軌条および当該フレーム組立体のうちの少なくとも１つの水平移動によりリムに沿って移動する。
【０００８】
前記制動装置は、前記軌条を静止状態に保ち、前記フレーム組立体を前記軌条に沿って水平移動させ得るように作動可能である。あるいは、前記制動装置は、前記軌条を原子炉構成機器のリムに沿って水平移動させ、前記フレーム組立体を静止状態に保つように解除することができる。第１のマスト組立体を前記フレームの一方の側に配置し、第２のマスト組立体を前記フレームのもう一方の側に配置することができる。第１のマスト回転組立体を前記フレームの一方の側に配置し、第２のマスト回転組立体を前記フレームのもう一方の側に配置することができる。第１の水平垂直回転組立体を前記フレームの一方の側に配置し、第２の水平垂直回転組立体を前記フレームのもう一方の側に配置することができる。
【０００９】
前記フレーム組立体は、前記フレーム組立体を前記軌条に沿って移動させるための位置決めモータ／ギアセットを含むことができる。
【００１０】
前記検査装置はカメラでもよい。
【００１１】
別の一局面において、本発明は、原子力発電所の原子炉圧力容器の環状領域を検査する方法を提供する。本方法は、軌条が原子炉圧力容器の環状リムに沿って水平に移動できるように当該軌条を環状リムの上で位置決めすることを含む。当該フレーム組立体は、当該軌条に沿って水平移動可能なように当該軌条に接続されたフレームを含む。本方法はさらに、１つ以上のマスト組立体を当該フレーム組立体に接続し、１つ以上のマスト位置決め組立体を当該フレーム組立体に接続し、１つ以上の水平垂直回転組立体を当該フレーム組立体に接続し、１つ以上の検査装置を当該フレーム組立体に接続することを含む。本方法はさらに、当該軌条および当該フレーム組立体に制動装置を接続し、当該軌条および当該フレーム組立体のうちの少なくとも１つを当該リムに沿って水平移動させることを含む。
【００１２】
前記制動装置を係合させると、前記軌条が前記リムに沿って第１の位置から第２の位置へ水平移動され、前記フレーム組立体が静止状態に保たれる。あるいは、前記フレーム組立体が前記軌条に沿って第１の位置から第２の位置へ水平移動され、前記軌条が静止状態に保たれる。
【００１３】
本方法はさらに、検査結果を評価して構成機器の改造または修理の要否を判断することを含むことができる。
【００１４】
本発明の詳細を、好ましい実施態様を例にとり、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のＢＷＲにおける関連部分の概略立面図である。
【００１６】
【図２】本発明の或る特定の実施態様に係る検査装置の正面図である。
【００１７】
【図２Ａ】本発明の或る特定の実施態様に係る図２の検査装置を、構成要素が互いに離隔した状態で示す正面図である。
【００１８】
【図３】水平及び垂直方向の回転を明示した、本発明の或る特定の実施態様に係る図２の検査装置の正面図である。
【００１９】
【図４】横方向移動を明示した、本発明の或る特定の実施態様に係る図２の検査装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、原子力発電所の原子炉圧力容器内の原子炉構成機器（例えば炉心環状部、炉心スプレーおよび給水スパージャ領域の構成機器）の遠隔検査のためのロボット装置に関する。本発明は、原子炉圧力容器の内部構成機器を遠隔検査するための位置フィードバックを提供する運動および電気空気圧技術を利用する。本発明のコンパクトな設計により、アクセスに制約がある領域での装置の位置決めおよび操作が可能である。
【００２１】
或る特定の実施態様において、原子力発電所は、沸騰水型原子炉、加圧水型原子炉等の軽水炉を備えている。例えば、沸騰水型原子炉は一般的に、原子炉内の流れを制御する手段としてジェットポンプシステムを利用する。ジェットポンプは、原子炉容器インバートのすぐ内側の環状領域に配置するのが典型的構成である。この環状部、ジェットポンプおよび炉心シュラウドは、定期検査および拡大検査の対象となり、その結果、保守作業が必要になることがある。
【００２２】
本発明の装置は、原子炉圧力容器内の様々な原子力機器および構造物の検査に利用可能であり、また、検査、改造および修理に使用するために、公知の様々な検査装置を本発明の装置に取り付けることができる。或る特定の実施態様では、検査装置にカメラが含まれる。
【００２３】
図１は、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）４を示す。給水を、給水入口（図示せず）および給水スパージャ６を介してＲＰＶ４内に取り入れる。給水スパージャ６は、給水をＲＰＶ４内で円周方向に散水するための適切な孔を有する環状管である。スパージャ６からの給水は、炉心シュラウド２とＲＰＶ４との間に形成される環状領域であるダウンカマ環状部８を通って下方に流れる。
【００２４】
炉心シュラウド２は、原子燃料炉心を取り囲むステンレス鋼製円筒体であり、その位置は図１の参照符号１０で総括的に表してある。炉心は、複数の燃料集合体（図示せず）から成る。燃料集合体の各配列は、その最上部を上部格子板に、最下部を炉心板に支持されている（いずれも図示せず）。上部炉心格子板は、燃料集合体の最上部を側方に支持し、制御棒を挿入できるように燃料チャンネルの間隔を正しく保つ。
【００２５】
給水は、ダウンカマ環状部８を介してシュラウド２の下端部の周りを流れ、炉心下部プレナム１２へ流入する。給水はその後燃料集合体に流入し、そこで沸騰境界層が形成される。水と蒸気の混合物が、シュラウド蓋体１６の下にある炉心上部プレナム１４に流入する。蒸気と水の混合物は、シュラウド蓋体１６の上の垂直スタンドパイプ（図示せず）の中を流れて汽水分離器（図示せず）に入り、そこで液体の水と蒸気とに分離される。その後、液体の水は混合プレナム内で給水と混合され、この混合水はダウンカマ環状部８を介して炉心へ還流する。蒸気は、蒸気出口を介してＲＰＶから抽出される。
【００２６】
ＢＷＲには、強制対流伝熱により炉心を冷却する冷却材再循環系も含まれるが、これは、要求される出力密度を達成するために必要である。水の一部は、ダウンカマ環状部８の下端部から再循環水出口（図１では見えない）を介して取り出され、遠心式再循環ポンプ（図示せず）により、再循環水入口２０を介してジェットポンプ組立体１８（このうちの２体が図１に示してある）内へ強制的に送り込まれる。ＢＷＲは２台の再循環ポンプを備えており、各々が複数のジェットポンプ組立体に駆動流を提供する。ジェットポンプ組立体は、炉心シュラウド２の周りに周方向に分散配置されている。
【００２７】
本装置は、原子炉圧力容器の外周蒸気ダムのような環状リム上に設置することができる。或る特定の実施態様において、本装置は蒸気ダムに設置され、自らの重心によってその位置に保たれる。別の実施態様では、本装置は締付け装置によって蒸気ダムに取り付けられる。或る特定の実施態様において、例えば炉心シュラウドを検査する際、本装置は蒸気ダムに設置されて、原子炉圧力容器と炉心シュラウドとの間に形成された環状部に下ろされる検査装置を支持する。
【００２８】
本発明の装置は、横方向移動組立体およびフレーム構造体を含む。横方向移動組立体は軌条を含む。或る特定の実施態様において、軌条は、遠隔制御される軌条締付け機構および／または制動機構を用いて原子炉機材に連結され、フレーム構造体は、遠隔制御されるモータにより軌条に対して移動可能な状態で位置決めされる。或る特定の実施態様において、フレーム構造体は、第１の位置から第２の位置へ軌条に沿って移動する。別の実施態様において、フレーム構造体は、遠隔制御されるフレーム締付け機構および／または制動機構によって原子炉機材に対して静止しており、軌条は、同じ遠隔制御されるモータにより、当該軌条が第１の位置から第２の位置へ移動するようにフレームに対して位置決めすることができる。
【００２９】
したがって、フレーム構造体は軌条に沿って水平移動可能であり、当該軌条は、当該軌条を動かすためのシステムを構成するモータおよび制動器を備えている。これにより、完全な環状の軌条を必要とせず、部分軌条で本装置を使用することができる。
【００３０】
１つ以上のマスト組立体、１つ以上の位置決め（例えば回転）組立体、１つ以上の水平垂直回転組立体、および１つ以上の検査装置が、フレーム構造体に接続または結合されている。
【００３１】
図２は、本発明の或る特定の実施態様に係わる、原子炉圧力容器の原子炉構成機器を検査するための原子炉構成機器検査装置（参照符号１００で総括的に表す）を示す。装置１００は、参照符号１１０で総括表示する横方向移動組立体と、参照符号１２０で総括表示するフレーム組立体とを備える。横方向移動組立体１１０は、締付け装置１１２、軌条１１４および制動装置１１６を含む。締付け装置１１２を操作することによって、軌条１１４を、原子炉圧力容器の外周蒸気ダムのような環状リムに、移動可能な状態で接続することができる。或る特定の実施態様において、締付け装置１１２は、軌条１１４を原子炉圧力容器の蒸気ダム（図示せず）に接続する。制動装置１１６は、作動されると軌条１１４を静止位置に保ち、作動されないときは軌条１１４がフレーム組立体１２０に対して水平移動できる。
【００３２】
フレーム組立体１２０は、移動可能なように軌条１１４に接続されており、フレーム１２２、当該フレーム１２２の右側に配置された第１の取付け組立体１２３Ａ、当該フレーム１２２の左側に配置された第２の取付け組立体１２３Ｂ、当該フレーム１２２の右側に配置された第１のマスト組立体１２４Ａ、当該フレーム１２２の左側に配置された第２のマスト組立体１２４Ｂ、当該フレーム１２２の右側に配置された第１のマスト回転組立体１２５Ａ、および当該フレーム１２２の左側に配置された第２のマスト回転組立体１２５Ｂを含む。２つの取付け構造体（１２３Ａ、Ｂ）はそれぞれ、検査装置（１３０Ａ、Ｂ）を展開させるために移動可能なマスト組立体（１２４Ａ、Ｂ）を備える。或る特定の実施態様では、検査装置（１３０Ａ、Ｂ）はカメラである。マスト回転組立体（１２５Ａ、Ｂ）を提供することによって、原子炉構成機器内の所与の半径方向位置で、マスト組立体（１２４Ａ、Ｂ）を横方向移動組立体１１０に対して回転させることができる。マスト回転組立体（１２５Ａ、Ｂ）は、荷重支持装置および遠隔操作モータ（いずれも図示せず）を含む。或る特定の実施態様において、本発明は、商品名ＲｏｌａＴｕｂｅの市販のマスト組立体システムを使用する。このマスト組立体システムは、検査装置を所与の高さに位置決めするための、モータ／コグ駆動装置などの遠隔制御される駆動装置を含む。この巻上げ式マストは、延伸状態の長さの最大１０％に巻き上げることができ、コンパクトかつ効率的なシステムを実現する。
【００３３】
図２はまた、フレーム１２２の一方の側に配置された第１の水平垂直回転組立体１２６Ａと、フレーム１２２のもう一方の側に配置された第２の水平垂直回転組立体１２６Ｂとを含む。水平垂直回転組立体（１２６Ａ、Ｂ）は、それぞれ、第１および第２のマスト回転組立体（１２４Ａ、Ｂ）に取り付けられており、マスト回転組立体（１２５Ａ、Ｂ）に対するベクトル角で検査装置を位置決めする手段を提供する。水平垂直回転組立体（１２６Ａ、Ｂ）は、検査装置を支持および保護するための、遠隔操作モータおよび歯車装置（いずれも図示せず）を含む。検査装置（１３０Ａ、Ｂ）は、それぞれ、水平垂直回転組立体（１２６Ａ、Ｂ）に取り付けられている。
【００３４】
図２に示すように、検査装置１００は、２つのマスト組立体、２つのマスト回転組立体、および２つの水平垂直回転組立体を有する。しかし、本発明の別の実施態様において、当該検査装置は、マスト組立体、マスト回転組立体および水平垂直回転組立体をそれぞれ１つのみ含んでいてもよい。例えば図２に関して、本発明の或る特定の実施態様は、フレーム組立体１２２のいずれか一方の側に、マスト組立体１２４Ａまたは１２４Ｂを含むことができる。
【００３５】
また、検査装置１００は、水平垂直回転組立体（１２６Ａ、Ｂ）に取り付けられた複数の検査装置（１３０Ａ、Ｂ）を含むことができる。
【００３６】
図２を参照して、制動装置１１６が作動している場合、軌条１１４は静止状態に保たれ、フレーム組立体１２０は軌条１１４に沿って水平移動可能である。一方、制動装置１１６が作動していない場合または解除されている場合、軌条１１４は、例えば炉心シュラウドのリムに沿って別の位置へ運ばれる。制動装置１１６は、完全な環状の案内軌条を必要とせず、フレーム組立体１２０を、例えば原子炉圧力容器の蒸気ダムに沿って移動させることができる。したがって、フレーム組立体１２０は軌条１１４に沿って水平移動可能であり、あるいは、軌条１１４は原子炉圧力容器の蒸気ダムに沿って別の位置へ水平移動可能である。或る特定の実施態様において、検査装置１００は、２組の２つの制動器を含む。１組は軌条１１４に接続し、もう１組はフレーム組立体１２０に接続する。
【００３７】
図２Ａは、図２の検査装置１００であり、機器組立体が互いに離隔した状態を示す。図２Ａにおいて、横方向移動組立体１１０は、（図２に示す）締付け装置１１２、軌条１１４および制動装置１１６を含む。フレーム組立体１２０は、（図２に示す）フレーム１２２と、第１および第２の取付け組立体（１２３Ａ、Ｂ）を含む。マスト回転組立体（１２５Ａ、Ｂ）は、第１および第２のマスト組立体（１２４Ａ、Ｂ）を含む。図２Ａはまた、水平垂直回転組立体（１２６Ａ、Ｂ）と、それに接続された検査装置（１３０Ａ、Ｂ）とを示す。
【００３８】
図３は、水平垂直回転組立体（１２６Ａ、Ｂ）の回転を明示した、図２の検査装置１００を示す。
【００３９】
図４は、横方向移動およびマスト回転を明示した、図２の検査装置１００の上面図である。
【００４０】
本発明の或る特定の実施態様において、フレーム組立体は、延伸した管の形態および引込んだ管の形態のいずれにおいても剛性的に安定した状態になり得るマストを、検査用エンドエフェクタを取り付けた状態で、圧力容器内に展開させることにより、原子炉圧力容器構成機器の検査を行う関節動作マスト組立体を収納する。さらに、或る特定の実施態様において、当該フレーム組立体は、マストにＲｏｌａｔｕｂｅを使用する。当該フレーム組立体は、原子炉圧力容器構成機器を検査するために、Ｒｏｌａｔｕｂｅマストを、検査用エンドエフェクタを取り付けた状態で、圧力容器内に展開させる関節動作マスト組立体を収容する。
【００４１】
本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何らも制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物である。
【図１】
0006556692.tif 000002
【図２】
0006556692.tif 000003
【図２Ａ】
0006556692.tif 000004
【図３】
0006556692.tif 000005
【図４】
0006556692.tif 000006