(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置を用いて構造物中に堆積した堆積物の一部を切断する切断工程と、前記切断工程により前記堆積物から切り出された回収片を前記構造物外に回収する回収工程とを繰り返す堆積物回収工法であって、
前記切断工程は、前記堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して傾斜する第１の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置に備えられたジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れる第１の切断工程と、前記仮想の垂直線を介して前記第１の方向とは反対側の第２の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れる第２の切断工程とを含み、
前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置に作用する操作反力を検出し、前記第１の切れ込みの先端に前記第２の切れ込みの先端が到達したか否かを判定することを特徴とする堆積物回収工法。
【請求項２】
アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置を用いて構造物中に堆積した堆積物の一部を切断する切断工程と、前記切断工程により前記堆積物から切り出された回収片を前記構造物外に回収する回収工程とを繰り返す堆積物回収工法であって、
前記切断工程は、前記堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して傾斜する第１の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置に備えられたジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れる第１の切断工程と、前記仮想の垂直線を介して前記第１の方向とは反対側の第２の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れる第２の切断工程とを含み、
前記第１の切断工程を実行する際及び前記第２の切断工程を実行する際に、前記ジェットノズルを切断方向に距離ｘだけ移送する切断動作と、前記ジェットノズルを前記切断方向と逆向きに距離ｘ／２だけ移送する戻し動作とを繰り返して、所要の切断長さについての切断工程を実行することを特徴とする堆積物回収工法。
【請求項３】
前記第１の切断工程を実行する際の前記仮想の垂直線に対する前記ジェット噴流の噴射角度と、前記第２の切断工程を実行する際の前記仮想の垂直線に対する前記ジェット噴流の噴射角度とを同角度にすることを特徴とする請求項１または２に記載の堆積物回収工法。
【請求項４】
前記切断工程を実行しようとする前記堆積物の表面から前記ジェット噴流の噴射方向における前記構造物までの距離に応じて、前記ジェットノズルの先端から前記堆積物の表面までの距離であるスタンドオフ量を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の堆積物回収工法。
【請求項５】
前記第１の切断工程を実行する際及び前記第２の切断工程を実行する際に、前記ジェットノズルの先端を前記ジェットノズルの後端よりも、前記ジェットノズルの移送方向の前方側に傾斜させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の堆積物回収工法。
【請求項６】
アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置と、
前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置に備えられたジェットノズルを、切断対象物である堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して、第１の方向及び前記第１の方向とは反対側の第２の方向に傾斜させるマニピュレータと、
前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより、前記堆積物の一部から切り取られた回収片を回収して外部に搬送する回収物搬送装置と、
を備え、
前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置は、
前記マニピュレータによって前記第１の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れ、
前記マニピュレータによって前記第２の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れ、
前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置に作用する操作反力を検出し、前記第１の切れ込みの先端に前記第２の切れ込みの先端が到達したか否かを判定することを特徴とする堆積物回収装置。
【請求項７】
アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置と、
前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置に備えられたジェットノズルを、切断対象物である堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して、第１の方向及び前記第１の方向とは反対側の第２の方向に傾斜させるマニピュレータと、
前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより、前記堆積物の一部から切り取られた回収片を回収して外部に搬送する回収物搬送装置と、
を備え、
前記アブレイシブ・ウォーター・ジェット切断装置は、
前記マニピュレータによって前記第１の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れ、
前記マニピュレータによって前記第２の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れ、
前記第１の切れ込み及び前記第２の切れ込みを入れる際に、前記ジェットノズルを切断方向に距離ｘだけ移送する切断動作と、前記ジェットノズルを前記切断方向と逆向きに距離ｘ／２だけ移送する戻し動作とを繰り返すことを特徴とする堆積物回収装置。
【請求項８】
前記回収物搬送装置は、前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより前記堆積物の一部に形成される切れ込み内に挿し込んで前記回収片を支えるアーム部材を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の堆積物回収装置。
【請求項９】
前記回収物搬送装置は、前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより前記堆積物の一部から切り出された前記回収片に密着して真空吸着する真空吸着部材を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の堆積物回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、堆積物回収工法に係り、特に、構造物を貫通することなく構造物内に堆積した硬質の堆積物を切断して回収する工法と、当該工法を実行する堆積物回収装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災により炉心溶融した東京電力福島第一原子力発電所の１号機から３号機（以下、これらの号機を総称して「１Ｆ」と言う。）については、廃炉に向けて、原子炉圧力容器内に堆積したり、原子炉圧力容器から溶出して格納容器内に堆積した溶融燃料と炉内構造物等を撤去することが急務になっている。然るに、１Ｆの原子炉圧力容器内及び格納容器内に堆積した溶融燃料と炉内構造物等は、原形を留めておらず、溶融燃料が炉内構造物等と混在した状態で再凝固した燃料デブリとなっているために、その回収は容易ではない。
【０００３】
本願の発明者らは、先にアブレイシブ・ウォーター・ジェット（以下、「ＡＷＪ」と略称する。）切断装置を用いた燃料デブリの切断と回収の可能性について検討し、成果報告書で報告した（非特許文献１参照。）。実験によると、ＡＷＪ切断装置を用いれば１Ｆの炉内構造物に主に使用されているステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）を切断でき、回収可能であることが実証された。
【０００４】
また、ＡＷＪ切断装置は一般に、金属やセラミックなどの硬質材料を切断できるほか、多様な加工が可能である、加工時に熱を発生しない、機械的応力が発生しない、水中の堆積物を加工できる、切断ヘッドを位置決めするためのプログラミングが容易である等の特徴を有しているので、原子炉圧力容器内及び格納容器内に堆積した燃料デブリの回収に有効な手段であると期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＡＥＡ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２０１４年４月  日本原子力研究開発機構  敦賀本部  原子炉廃止措置研究開発センター  岩井紘基、中村保之、手塚将志、佐野一哉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、原子炉圧力容器内及び格納容器内からの燃料デブリの回収に際しては、貫通孔が形成されるほどの損傷を原子炉圧力容器及び格納容器に与えないことが強く求められる。その理由は、燃料デブリの切断・回収作業中に原子炉圧力容器及び格納容器に貫通孔が生じると、原子炉圧力容器内及び格納容器内に溜まった汚染水が外部に流出する虞を生じるからである。
【０００７】
ＡＷＪ切断装置は、切断ヘッドに設けられた噴射ノズルから高圧水により加速された粒状又は粉状のアブレイシブ（研削剤）を被加工物に当て、アブレイシブの切削作用により被加工物を切断する加工機であるので、切断ヘッドから噴射されたアブレイシブが原子炉圧力容器及び格納容器の壁面（バウンダリ）を貫通しないように、工法を工夫する必要がある。
【０００８】
その一工法としては、燃料デブリの切断箇所に応じて、切断ヘッドから噴射される高圧水の吐出圧力を調整することが考えられる。例えば、燃料デブリの厚みが大きい切断箇所では吐出圧力を高くし、燃料デブリの厚みが小さい切断箇所では吐出圧力を低くして使用するという具合である。
【０００９】
しかしながら、原子炉圧力容器内及び格納容器内に堆積した燃料デブリは、位置により厚みが大きく異なっているため、このような工法を採用すると、切断箇所毎に吐出圧力の調整を繰り返し行わなくてはならず、燃料デブリの回収効率が著しく悪いものになる。このような問題は、原子炉圧力容器内及び格納容器内から燃料デブリを回収する場合だけでなく、構造物中の堆積物を切断して回収する全ての現場において同様に生じる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造物を貫通することなく、構造物内に堆積した硬質の堆積物のみを安価かつ確実に切断して回収する工法と、当該工法を実行する堆積物回収装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一形態は、上記の課題を解決するため、堆積物回収工法に関しては、ＡＷＪ切断装置を用いて構造物中に堆積した堆積物の一部を切断する切断工程と、前記切断工程により前記堆積物から切り出された回収片を前記構造物外に回収する回収工程とを繰り返す堆積物回収工法であって、前記切断工程は、前記堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して傾斜する第１の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記ＡＷＪ切断装置に備えられたジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れる第１の切断工程と、前記仮想の垂直線を介して前記第１の方向とは反対側の第２の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れる第２の切断工程とを含み、前記ＡＷＪ切断装置に作用する操作反力を検出し、前記第１の切れ込みの先端に前記第２の切れ込みの先端が到達したか否かを判定することを特徴とする。
本発明の他の形態は、上記の課題を解決するため、堆積物回収工法に関しては、ＡＷＪ切断装置を用いて構造物中に堆積した堆積物の一部を切断する切断工程と、前記切断工程により前記堆積物から切り出された回収片を前記構造物外に回収する回収工程とを繰り返す堆積物回収工法であって、前記切断工程は、前記堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して傾斜する第１の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記ＡＷＪ切断装置に備えられたジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れる第１の切断工程と、前記仮想の垂直線を介して前記第１の方向とは反対側の第２の方向から前記仮想の垂直線に向けて前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れる第２の切断工程とを含み、前記第１の切断工程を実行する際及び前記第２の切断工程を実行する際に、前記ジェットノズルを切断方向に距離ｘだけ移送する切断動作と、前記ジェットノズルを前記切断方向と逆向きに距離ｘ／２だけ移送する戻し動作とを繰り返して、所要の切断長さについての切断工程を実行することを特徴とする。
【００１２】
本構成によると、堆積物の表面から、三角板形状、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状等の回収片を少しずつ切り出して、原子炉圧力容器及び格納容器の壁面に達する位置まで堆積物を掘り進めることができる。よって、堆積物を垂直に切り込む場合のように、堆積物の最大厚み部分を切断可能な大型のＡＷＪ切断装置を備える必要がなく、堆積物の回収を安価かつ容易に行うことができる。即ち、本構成によると、使用するＡＷＪ切断装置が有する切断能力以上の厚みを有する堆積物の切断、回収が可能となる。また、本構成によると、堆積物の回収作業前或いは回収作業中に随時行われる試料の取り出しも容易に行うことができる。
また、ジェットノズルからアブレイシブと高圧水を噴射すると、ＡＷＪ切断装置には、被切断物である堆積物からの反力が作用する。この反力は、第１の切れ込みの先端に第２の切れ込みの先端が達した場合、被切断物である堆積物が失われるので、急激に低下する。従って、本構成によると、この反力の低下をひずみゲージなどで検出することにより、回収片の切り出しが行われたか否かを確実に検知できる。
また、本構成によれば、切断遅れを小さくできるので、回収片の切断を確実に行うことができる。
【００１３】
また本発明は、前記堆積物回収工法において、前記第１の切断工程を実行する際の前記仮想の垂直線に対する前記ジェット噴流の噴射角度と、前記第２の切断工程を実行する際の前記仮想の垂直線に対する前記ジェット噴流の噴射角度とを同角度にすることを特徴とする。
【００１４】
本構成によると、堆積物の切断作業中に、第１の切れ込みを入れるためのジェットノズルの傾斜角度と、第２の切れ込みを入れるためのジェットノズルの傾斜角度とを固定できるので、ジェットノズルの傾斜角度の調整に要する時間を省略できて、堆積物回収工法の作業性を高めることができる。
【００１５】
また本発明は、前記堆積物回収工法において、前記切断工程を実行しようとする前記堆積物の表面から前記ジェット噴流の噴射方向における前記構造物までの距離に応じて、前記ジェットノズルの先端から前記堆積物の表面までの距離であるスタンドオフ量を変更することを特徴とする。
【００１６】
実験によると、ジェットノズルからの高圧水の吐出圧力及び堆積物の切断速度を一定とした場合、スタンドオフ量と堆積物の切断深さとの和は、ほぼ一定になる。また、切断工程を実行しようとする部分の堆積物の厚み（より正確には、堆積物の表面からジェット噴流の噴射方向における構造物までの距離は、予め求めておくことができる。従って、本構成によると、スタンドオフ量を変更することによって切断深さを適宜調整できるので、構造物を貫通することなく堆積物の切断を行うことができる。また、燃料デブリの厚みに応じて高圧水の吐出圧力を変更する必要がないので、堆積物回収工法の作業性を高めることができる。
【００１９】
また本発明は、前記堆積物回収工法において、前記第１の切断工程を実行する際及び前記第２の切断工程を実行する際に、前記ジェットノズルの先端を前記ジェットノズルの後端よりも、前記ジェットノズルの移送方向の前方側に傾斜させることを特徴とする。
【００２０】
ジェットノズルを所要の切断方向に移送して堆積物の切断を行う場合、切れ込みの深さ方向に至るほど、ジェットノズルの現在位置と実際の切断箇所との距離が大きくなって、所謂切断遅れを生じる。ジェットノズルを堆積物に対して垂直に向けた状態で堆積物の切断を行うと、この切断遅れが大きくなるので、ジェットノズルを回収片の切断に必要な距離だけ移送しても、実際には所要の切断が行われないという事態を生じ得る。これに対して、本構成によると、切断遅れを小さくできるので、回収片の切断を確実に行うことができる。
【００２３】
一方、本発明の一形態は、堆積物回収装置に関して、ＡＷＪ切断装置と、前記ＡＷＪ切断装置に備えられたジェットノズルを、切断対象物である堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して、第１の方向及び前記第１の方向とは反対側の第２の方向に傾斜させるマニピュレータと、前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより、前記堆積物の一部から切り取られた回収片を回収して外部に搬送する回収物搬送装置と、を備え、前記ＡＷＪ切断装置は、前記マニピュレータによって前記第１の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れ、前記マニピュレータによって前記第２の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れ、前記ＡＷＪ切断装置に作用する操作反力を検出し、前記第１の切れ込みの先端に前記第２の切れ込みの先端が到達したか否かを判定することを特徴とする。
また、本発明の他の形態は、堆積物回収装置に関して、ＡＷＪ切断装置と、前記ＡＷＪ切断装置に備えられたジェットノズルを、切断対象物である堆積物に立てられた仮想の垂直線に対して、第１の方向及び前記第１の方向とは反対側の第２の方向に傾斜させるマニピュレータと、前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより、前記堆積物の一部から切り取られた回収片を回収して外部に搬送する回収物搬送装置と、を備え、前記ＡＷＪ切断装置は、前記マニピュレータによって前記第１の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、前記堆積物の一部に第１の切れ込みを入れ、前記マニピュレータによって前記第２の方向に傾斜された前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射し、先端が前記第１の切れ込みの先端に達する第２の切れ込みを入れ、前記第１の切れ込み及び前記第２の切れ込みを入れる際に、前記ジェットノズルを切断方向に距離ｘだけ移送する切断動作と、前記ジェットノズルを前記切断方向と逆向きに距離ｘ／２だけ移送する戻し動作とを繰り返すことを特徴とする。
【００２４】
本構成によると、ＡＷｊ装置に備えられたジェットノズルを仮想の垂直線に対して第１及び第２の方向に傾斜させるマニピュレータを備えるので、堆積物の表面から、三角板形状、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状等の回収片を少しずつ切り出して、原子炉圧力容器及び格納容器の壁面に達する位置まで堆積物を掘り進めることができる。よって、大型のＡＷＪ切断装置を備える必要がなく、堆積物の回収を安価かつ容易に行うことができると共に、堆積物の回収作業前或いは回収作業中に随時行われる試料の取り出しも容易に行うことができる。
【００２５】
また本発明は、前記堆積物回収装置において、前記回収物搬送装置は、前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより前記堆積物の一部に形成される切れ込み内に挿し込んで前記回収片を支えるアーム部材を備えていることを特徴とする。
【００２６】
本構成によると、回収片の下部をアーム部材で支えることができるので、回収片の回収を迅速かつ確実に行うことができる。
【００２７】
また本発明は、前記堆積物回収装置において、前記回収物搬送装置は、前記ジェットノズルからジェット噴流を噴射することにより前記堆積物の一部から切り出された前記回収片に密着して真空吸着する真空吸着部材を備えていることを特徴とする。
【００２８】
本構成によると、堆積物の一部から切り出された回収片を吸着部材で吸着できるので、回収片の回収を迅速かつ確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る堆積物回収工法は、構造物を貫通することなく、構造物内に堆積した硬質の堆積物のみを安価かつ確実に切断して回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態に係る堆積物回収工法に用いるＡＷＪ切断装置の構成図である。
【図２】実施形態に係る堆積物回収工法を実行する制御装置のシステム構成図である。
【図３】実施形態に係る堆積物回収工法を用いて燃料デブリを切断する様子を模式的に示す図である。
【図４】実施形態に係る制御装置が実行する処理フローを示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係るＡＷＪ切断装置を用いた切断作業に生じる切断遅れとその防止策とを示す図である。
【図６】実施形態に係るＡＷＪ切断装置に備えられたひずみゲージを用いた切断完了の確認方法を示すグラフ図である。
【図７】実施形態に係るＡＷＪ切断装置のスタンドオフと切断深さとの関係を示す表図である。
【図８】実施形態に係る堆積物回収工法を実行する際の切断深さと切断角度との関係を示す図である。
【図９】実施形態に係る堆積物回収工法の切断工程を経時的に示す図である。
【図１０】実施形態に係る堆積物回収装置に備えられる回収物搬送装置の第１例を示す図である。
【図１１】実施形態に係る堆積物回収装置に備えられる回収物搬送装置の第２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、実施形態に係る堆積物回収工法及び堆積物回収装置を、図面を用いて説明する。
【００３２】
実施形態に係る堆積物回収装置には、図１に示すＡＷＪ切断装置１が備えられる。本例のＡＷＪ切断装置１は、図１に示すように、切断ヘッド１０と、切断ヘッド１０に高圧水を供給する高圧ポンプ２０と、切断ヘッド１０にアブレイシブを供給するアブレイシブ供給装置３０とから構成されている。アブレイシブとしては、粒径が２００μｍ〜１０００μｍのガーネットを用いることができる。なお、図１の例では、高圧ポンプ２０が１台のみ図示されているが、複数台の高圧ポンプ２０を連結して備えることもできる。
【００３３】
切断ヘッド１０は、高圧水導入部１１と、アブレイシブ導入部１２と、ジェットノズル１３とを有している。高圧ポンプ２０と高圧水導入部１１とは、高圧水供給配管１４を介して接続される。また、アブレイシブ供給装置３０とアブレイシブ導入部１２とは、アブレイシブ供給配管１５を介して接続される。アブレイシブ供給装置３０から切断ヘッド内に導入されたアブレイシブは、高圧ポンプ２０から供給される高圧水によって加速されてジェットノズル１３から噴射される。
【００３４】
なお、切断ヘッド１０は、ヘッド取付治具１６に取り付けられており、ヘッド取付治具１６は、ジェットノズル１３から噴射されるジェット噴流の向きを互いに直交する３軸方向に自在に変更するための図示しないマニピュレータに取り付けられている。また、マニピュレータは、ガイドレールに沿ってマニピュレータを移送するヘッド移送装置に搭載されている。マニピュレータ及びヘッド移送装置の可動部は、電動モータ等のアクチュエータにより駆動される。マニピュレータ及びヘッド移送装置は、ジェットノズル１３を所要の方向に向けた状態で切断ヘッド１０を所要の位置まで移送する切断ヘッド駆動機構を構成する。
【００３５】
ヘッド取付治具１６には、ひずみゲージ１７が貼り付けられており、切断ヘッド１０に作用する反力を検出できるようになっている。また、マニピュレータ及びヘッド移送装置に備えられたアクチュエータには、エンコーダが備えられており、切断ヘッド１０の位置及び姿勢を検出できるようになっている。
【００３６】
次に、ＡＷＪ切断装置１の駆動を制御する制御装置のシステム構成を、図２に従って説明する。
【００３７】
図２に示すように、実施形態に係るＡＷＪ切断装置１の制御装置４０は、一般的なサーバやパーソナルコンピュータ等と同様に、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３、ＨＤＤ４４及び外部インタフェースである入力部４５並びに出力部４６を含んで構成されている。
【００３８】
ＣＰＵ４１には、実施形態に係る堆積物回収工法を実施するに必要な各種のデータが格納されたデータベース５１が接続される。図２の例では、各種のデータとして、切断パラメータと位置情報がデータベース５１に格納されている。切断パラメータとしては、ジェットノズル１３から噴射されるジェット噴流の吐出圧力、堆積物の切断速度、アブレイシブ供給装置３０切断ヘッド１０へのアブレイシブの供給量、及び、ジェットノズル１３の先端から堆積物の表面までの距離であるスタンドオフ量を挙げることができる。
【００３９】
また、位置情報としては、構造物と構造物内に堆積した堆積物とのバウンダリの座標及び堆積物の表面の座標を挙げることができる。バウンダリの座標は、例えば構造物の設計図や、レーザ測距機等を用いた座標測定で得られたデータを格納できる。また、堆積物の表面の座標は、カメラが撮像した撮像データや、レーザ測距機等を用いた座標測定で得られたデータを画像変換して得られる２次元又は３次元の画像データを格納できる。
【００４０】
入力部４５には、キーボード入力装置、タッチパネル入力装置及びマウスなどの入力装置６１、マニピュレータ及びヘッド移送装置に備えられたロータリエンコーダ６２、ヘッド取付治具１６に貼り付けられたひずみゲージ１７、及び、構造物内の様子を撮像するカメラ又はレーザ測距機６３が接続される。
【００４１】
出力部４６には、液晶表示装置等の表示装置６４、マニピュレータを介して切断ヘッド１０を駆動するヘッド駆動モータ６５、ヘッド移送装置を介して切断ヘッド１０を移送するヘッド移送モータ６６、高圧ポンプ２０及びアブレイシブ供給装置３０が接続される。なお、図２の例では、ヘッド駆動モータ６５及びヘッド移送モータ６６が備えられているが、電動モータに代えて他のアクチュエータを備えることも可能である。
【００４２】
ＣＰＵ１０は演算手段であり、ＡＷＪ切断装置１の駆動全体を制御する。
【００４３】
ＲＡＭ２０は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。
【００４４】
ＲＯＭ３０は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムのほか、切断ヘッド１０を用いた堆積物回収工法を実施する際に用いる各種の設定値及び計算式等が格納されている。各種の設定値には、切断ヘッド１０の仕様や型式が含まれる。また、各種の計算式には、ロータリエンコーダ６３の出力からジェット噴流の噴射角度を算出する計算式や、データベース５１から読み出された切断パラメータ及び位置情報とロータリエンコーダ６３の出力とからスタンドオフ値を算出する計算式が含まれる。
【００４５】
ＨＤＤ４０は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、基本ソフトウェア（ＯＳ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納される。
【００４６】
このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ４３やＨＤＤ４４に格納されたプログラムがＲＡＭ４２に読み出され、ＣＰＵ４１がＲＡＭ４２にロードされたプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部とハードウェアとの組み合わせによって、実施形態に係る堆積物回収工法を実現する機能ブロックが構成される。
【００４７】
なお、上述した制御装置４０は、実施の一例を説明したものに過ぎず、本発明の要旨がこれに限定されるものではない。例えば、ＡＷＪ切断装置１の制御装置４０としては、一般的なパーソナルコンピュータやタブレットコンピュータを用いることもできる。また、各種の設定値及び計算式等を格納するメモリは、制御装置４０内に組み込まれたＲＯＭに限定されるものではなく、例えばＵＳＢメモリなどの外付けタイプの記憶装置を用いることもできる。
【００４８】
実施形態に係る堆積物回収工法は、図３に示すように、構造物Ｃと堆積物Ｓとの境界面であるバウンダリＢに対して切断ヘッド１０のジェットノズル１３を斜め方向に向けて、構造物Ｃ内の堆積物Ｓを切断する工程を含むことを特徴とする。構造物Ｃとしては、１Ｆの原子炉圧力容器が想定され、堆積物Ｓとしては、燃料デブリが想定されている。
【００４９】
なお、図３の例では、対向する２辺を垂直に切断した後、これと直交する他の２辺を斜めに切断して三角形状の回収片Ｐを切り出す状態を示しているが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、切断ヘッド１０の駆動を制御することによって、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状等の他の形状の回収片Ｐを切り出すこともできる。
【００５０】
図３（ａ）に示すように、堆積物Ｓの切断及び回収片Ｐの回収は、堆積物Ｓの表面部分から開始する。そして、表面部分についての１段目の切断と回収片Ｐの回収が終了した後は、図３（ｂ）に示すように、切断ヘッド１０のノズル位置を一段階下げて、同様の作業を繰り返す。この作業は、ジェット噴流の先端が構造物Ｃの底面及び側面に達するまで一段ずつ行う。
【００５１】
各段における堆積物Ｓの切断作業は、切断により形成される山形の突起部分の形状が左右対称形となるようにして行われる。即ち、図３（ａ）に示すように、堆積物Ｓに立てられた仮想の垂直線Ｚ−Ｚに対して傾斜する第１の方向から仮想の垂直線Ｚ−Ｚに向けてジェット噴流を噴射し、堆積物Ｓの一部に第１の切れ込みＮ１を入れる第１の切断工程と、仮想の垂直線Ｚ−Ｚを介して第１の方向とは反対側の第２の方向から仮想の垂直線Ｚ−Ｚに向けてジェット噴流を噴射し、先端が第１の切れ込みＮ１の先端に達する第２の切れ込みＮ２を入れる第２の切断工程とを行うことによって、回収片Ｐを切り出す。
【００５２】
このようにすると、１つの回収片Ｐを切断する際の左斜めの切断量と右斜めの切断量を一定にできるので、１つの回収片Ｐを切断する作業の途中で切断パラメータを変更する必要がなく、堆積物Ｓの切断・回収作業を高能率に行うことができる。また、このようにすると、堆積物Ｓの切断作業中に、第１の切れ込みＮ１を入れるためのジェットノズル１３の傾斜角度と、第２の切れ込みＮ２を入れるためのジェットノズル１３の傾斜角度とを固定できるので、ジェットノズル１３の傾斜角度の調整に要する時間を省略できて、堆積物回収工法の作業性を高めることができる。
【００５３】
次に、図４を用いて、実施形態に係る堆積物回収工法の処理フローを示す。
【００５４】
オペレータによって回収作業の開始が指示されると（ＳＴＡＲＴ）、ＣＰＵ４１は、データベース５１から標準の切断パラメータ及び位置情報を読み出すと共に、エンコーダの出力から切断ヘッド１０の現在位置を求める（ステップＳ１）。回収作業の開始指示は、オペレータが入力装置６１を操作することによって行うことができる。
【００５５】
次いで、ＣＰＵ４１は、オペレータからの指示に応じて、切断ヘッド１０を所定の作業位置まで移送する（ステップＳ２）。作業位置の指示は、オペレータが入力装置６１を操作することによって行うことができる。
【００５６】
次いで、ＣＰＵ４１は、データベースから読み出されたバウンダリ座標と堆積物表面座標とから作業位置における堆積物Ｓの厚みを算出（ステップＳ３）し、しかる後に、標準の切断パラメータにて切断作業を実行した場合に、ジェットノズル１３から噴射されるジェット噴流の先端がバウンダリに達しないか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００５７】
ステップＳ４で、ジェットノズル１３から噴射されるジェット噴流の先端はバウンダリに達しない（Ｙｅｓ）と判定した場合は、ステップＳ５に移行する。ＣＰＵ４１は、ＡＷＪ切断装置１の駆動を制御し、ステップＳ５で、堆積物Ｓに垂直な２本の切れ込みを所要の間隔を隔てて形成し、ステップＳ６で、垂直に切断した２辺に直交する１辺を左斜め方向から切断し、さらにステップＳ７で、垂直に切断した２辺に直交する他の１辺を右斜め方向から切断する。
【００５８】
ステップＳ５〜ステップＳ７までの切断工程では、切れ込みＮ１、Ｎ２の深さ方向に生じる所謂切断遅れを解消又は抑制するため、図５（ｂ）に示すように、ジェットノズル１３の先端をジェットノズル１３の後端よりも、ジェットノズル１３の移送方向の前方側に傾斜させて斜め切断手法を実行するか、図５（ｃ）に示すように、ジェットノズル１３を切断方向に移送する切断動作と、ジェットノズル１３を切断済み方向に移送する戻し動作とを繰り返す半ラップ切断手法を実行して、所要の切断長さについての切断工程を実行する。
【００５９】
即ち、図５（ａ）に示すように、ジェットノズル１３を堆積物Ｓに対して垂直に向けた状態で堆積物の切断を行うと、切れ込みＮ１、Ｎ２の深さ方向に至るほど、ジェットノズル１３の現在位置と実際の切断箇所との距離が大きくなって、所謂切断遅れＴを生じる。これに対して、図５（ｂ）の斜め切断手法又は図５（ｃ）の半ラップ切断手法を適用すると、ジェットノズル１３を堆積物Ｓに対して垂直に向けた状態で堆積物の切断を行う場合に比べて切断遅れＴを小さくできるので、回収片Ｐの切断を確実に行うことができる。
【００６０】
次いで、ステップＳ８に移行し、ＣＰＵ４１は、ステップＳ５〜ステップＳ７までの切断工程で、回収片Ｐが切り出せたか否かを判定する。回収片Ｐが切り出せたか否かの判定は、ひずみゲージ１７の検出値を監視することにより行うことができる。
【００６１】
即ち、ジェットノズル１３からアブレイシブ及び高圧水を噴射すると、ヘッド取付治具１６には、堆積物Ｓからの反力が作用する。この反力は、図６に示すように、堆積物Ｓの切断が進行すると共に徐々に低下し、第１の切れ込みＮ１の先端に第２の切れ込みＮ２の先端が達した段階で急激に低下する。従って、このひずみゲージ１７の検出値の急激な変化を監視することにより、回収片Ｐの切り出しが行われたか否かを確実に検知できる。
【００６２】
ステップＳ８で、回収片Ｐが切り出せたと判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ９に移行して、切り出された回収片Ｐをクレーン等で撤去する。次いで、ステップＳ１０に移行して、回収片Ｐを切り出した後の堆積物Ｓの表面の座標をカメラ或いはレーザ測距器６３で測定し、データベース５１に格納する。
【００６３】
ステップＳ４で、ジェットノズル１３から噴射されるジェット噴流の先端はバウンダリに達すると判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１１に移行して、ジェットノズル１３から噴射されるジェット噴流の先端がバウンダリに達しないように切断パラメータを変更して、ステップＳ４に戻る。
【００６４】
切断パラメータの変更は、高圧ポンプ２０の吐出圧力、切断速度及びアブレイシブ供給装置３０からのアブレイシブ供給量を変更することによっても行うことができるが、切断深さの調整を容易かつ高精度に行えることから、ジェットノズル１３の先端から堆積物Ｓの表面までの距離であるスタンドオフ量を変更することが望ましい。
【００６５】
即ち、図７に示すように、ジェットノズル１３からの高圧水の吐出圧力及び堆積物Ｓの切断速度を一定とした場合、スタンドオフ量と堆積物Ｓの切断深さとの和は、ほぼ一定になる。従って、スタンドオフ量を変更することによって切断深さを適宜調整できるので、構造物Ｃを損傷することなく堆積物の切断を行うことができる。また、切断ヘッド１０の交換が不要になるので、堆積物回収工法の作業性を高めることができる。
【００６６】
以下、より具体的な堆積物Ｓの切断手順を、図８及び図９を用いて説明する。
【００６７】
図８は、ジェット噴流の先端が最初に構造物Ｃの底面に達するまでの堆積物Ｓの切断手順を示している。堆積物Ｓの表面部分に対する１段目の切断は、図８に示すように、ジェット噴流の入射角度をθとし、２段目の切断は、１段目で切り出した箇所に切断ヘッド１０を挿入し、切断を進めることになるため、切断ヘッド１０のサイズは切断幅Ｗ以下であることが必要になる。切断幅Ｗは、切断深さＬとジェット噴流の入射角度θにより決まるため、ジェット噴流の入射角度θを調整することで、切断ヘッド１０のサイズを柔軟に選ぶことが可能となる。切断幅Ｗと切断深さＬとジェット噴流の入射角度θとの関係は、下記の式で表される。
Ｗ＝２Ｌcosθ
【００６８】
ジェット噴流の先端が最初に構造物Ｃの底面に達した後は、図９（ｂ）〜（ｊ）に示す手順で堆積物Ｓの切断と回収とを行う。まず、図９（ｂ）に示すように、構造物Ｃの壁面に沿って縦方向に切断して回収し、次いで、縦方向の切れ込みの先端部にジェット噴流の先端が達するように右斜めの切断を行って★印を付した部分を回収するという作業を、構造物Ｃの底面に達するまで行う。
【００６９】
次に、図９（ｃ）に示すように、先の切断作業で形成された部分に左斜めの切断を行って★印を付した部分を回収するという作業を、構造物Ｃの底面に達するまで行う。次に、図９（ｄ）に示すように、先の切断作業で形成された部分に右斜めの切断を行った後に、この右斜めの切断で形成された切れ込みの先端部にジェット噴流の先端が達するように水平方向の切断を行って、構造物Ｃの壁面に接する★印を付した部分を回収する。
【００７０】
次に、図９（ｅ）に示すように、先の切断作業で形成された部分に左斜めの切断を行って、構造物Ｃの隅部に残った★印を付した部分を回収する。次に、図９（ｆ）に示すように、先の切断作業で形成された部分に右斜めの切断を行って、構造物Ｃの底面部分に残った★印を付した部分を切断して回収する。
【００７１】
上記の切断・回収作業が終了した後は、図９（ｇ）〜（ｊ）に示すように、切断ヘッド１０を構造物Ｃの上方から下方に移送しつつ、上斜め切断及び下斜め切断を繰り返して、構造物Ｃの壁面に残った堆積物Ｓを回収する。構造物Ｃの底面に残った堆積物Ｓを回収するに際しては、切断ヘッド１０を構造物Ｃの左方から右方に移送しつつ、左斜め切断及び右斜め切断を繰り返す。
【００７２】
なお、上記の実施形態では、堆積物Ｓが大気中に露出している場合を例にとって説明したが、ＡＷＪ切断装置１を用いれば堆積物Ｓが水中に没している場合にも、同様の手順で回収片Ｐの切り出しを行うことができる。
【００７３】
実施形態に係る堆積物回収装置には、切断ヘッド１０によって切り出された回収片Ｐを回収して外部に搬送する回収物搬送装置が更に備えられる。
【００７４】
図１０に、実施形態に係る回収物搬送装置の第１例を示す。第１例に係る回収物搬送装置７０は、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、アーム駆動部７１と、一端がアーム駆動部７１に取り付けられた複数（図１０の例では２つ）のアーム部材７２とを有している。アーム部材７２の一端は、アーム駆動部７１に回動可能に取り付けられる。また、アーム部材７２は、互いに回動可能に連結された第１アーム７２ａと第２アーム７２ｂとから構成されている。
【００７５】
回収片Ｐの回収に際しては、まず図１０（ａ）に示すように、所要の切断箇所の上方に回収物搬送装置７０を配置する。また、この状態で、切断ヘッド１０からジェット噴流を噴射し、堆積物Ｓの一部に第１の切れ込みＮ１を入れる。
【００７６】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、アーム駆動部７０を駆動して、第１の切れ込みＮ１内に一方のアーム部材７２の第１アーム７２ａを挿入する。また、切断ヘッド１０を所要の位置まで移動した後に、切断ヘッド１０からジェット噴流を噴射し、堆積物Ｓの一部に先端が第１の切れ込みＮ１の先端に達する第２の切れ込みＮ２を入れる。
【００７７】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、アーム駆動部７１を駆動して、第２の切れ込みＮ２内に他方のアーム部材７２の第１アーム７２ａを挿入する。これにより、切り出された回収片Ｐを２つのアーム部材７２で抱え込むことができる。
【００７８】
しかる後に、図示しないクレーン等を駆動して、図１０（ｄ）に示すように、回収片Ｐを堆積物Ｓから吊り上げ、外部に設けられた所要の回収片集積部まで搬送する。第１例に係る回収物搬送装置７０は、回収片Ｐの下部を複数のアーム部材７２で支えることができるので、回収片Ｐの回収を迅速かつ確実に行うことができる。
【００７９】
図１１に、実施形態に係る回収物搬送装置の第２例を示す。第２例に係る回収物搬送装置８０は、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、回収片Ｐに密着してこれを真空吸着する真空吸着部材（サッカ）８１を備えている。また、真空吸着部材８１は、図示しない真空ポンプに連通されている。
【００８０】
回収片Ｐの回収に際しては、まず図１１（ａ）に示すように、所要の切断箇所の上方に回収物搬送装置８０を搬送し、真空吸着部材８１を所要の切断箇所の上面に密着させる。また、この状態で、切断ヘッド１０からジェット噴流を噴射し、堆積物Ｓの一部に第１の切れ込みＮ１を入れる。
【００８１】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、切断ヘッド１０を所要の位置まで移動した後に、切断ヘッド１０からジェット噴流を噴射し、堆積物Ｓの一部に先端が第１の切れ込みＮ１の先端に達する第２の切れ込みＮ２を入れる。
【００８２】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、図示しない真空ポンプを用いて真空吸着部材８１内の空気（水中で作業を行う場合には、水）を真空引きする。しかる後に、図示しないクレーン等を駆動して、図１１（ｄ）に示すように、回収片Ｐを堆積物Ｓから吊り上げ、外部に設けられた所要の回収片集積部まで搬送する。第２例に係る回収物搬送装置８０によっても、回収片Ｐの回収を迅速かつ確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００８３】
１    ＡＷＪ切断装置
１０    切断ヘッド
１１    高圧水導入部
１２    アブレイシブ導入部
１３    ジェットノズル
１４    高圧水供給配管
１５    アブレイシブ供給配管
１６    ヘッド取付治具
１７    ひずみゲージ
２０    高圧ポンプ
３０    アブレイシブ供給装置
４０    制御装置
４１    ＣＰＵ
４２    ＲＡＭ
４３    ＲＯＭ
４４    ＨＤＤ
４５    入力部
４６    出力部
５１    データベース
６１    入力装置
６２    ロータリエンコーダ
６３    カメラ
６４    表示装置
６５    ヘッド駆動モータ
６６    ヘッド移送モータ
７０    回収物搬送装置
７１    アーム駆動部
７２    アーム部材
８０    回収物搬送装置
８１    真空吸着部材（サッカ）
【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】
0006682107.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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