(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体により形成された容器の内部に収容された水の中に配置された第１の通信装置と、
前記第１の通信装置との間で通信を行うための通信装置であって、前記容器の外部に配置され、前記通信に係る通信信号の前記容器への印加及び検出を行うための第１及び第２の一組の給電点を有する第２の通信装置とを備え、
前記容器に沿って前記第１及び第２の給電点を結ぶ最短経路が、前記第１の通信装置との距離が最小となる前記容器の内壁上の点の近傍を通るように構成されたことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
導体により形成された容器の内部に収容された水の中に配置された第１の通信装置と、
前記第１の通信装置との間で通信を行うための通信装置であって、前記容器の外部に配置され、前記通信に係る通信信号の前記容器への印加及び検出を行うための第１及び第２の一組の給電点を有する第２の通信装置とを備え、
前記容器を構成する部材に沿って前記一組の給電点を結ぶ経路のうち、最もインピーダンスが低い経路が、前記第１の通信装置との距離が最小となる前記容器を構成する部材上の点の近傍を通るように構成されたことを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項１記載の通信システムにおいて、
前記第１及び第２の給電点の少なくとも一方は、前記容器のそれぞれ異なる位置に配置されたうちの１つを選択的に通信に用いる複数の給電点からなり、
前記容器に沿って前記第１の給電点と第２の給電点とを結ぶ最短経路が、前記第１の通信装置との距離が最小となる前記容器の内壁上の点の近傍を通るように前記複数の給電点を切り換える切換装置を備えたことを特徴とする通信システム。
【請求項４】
請求項１記載の通信システムにおいて、
前記第１及び第２の給電点のうちの少なくとも一方は、前記容器の内側に配置されたことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
導体により形成された容器の内部に収容された水の中に第１の通信装置を配置するステップと、
前記第１の通信装置との間で通信を行うための通信装置であって、前記通信に係る通信信号の前記容器への印加及び検出を行うための第１及び第２の一組の給電点を有する第２の通信装置を前記容器の外部に配置するステップと、
前記容器に沿って前記第１及び第２の給電点を結ぶ最短経路が、前記第１の通信装置との距離が最小となる前記容器の内壁上の点の近傍を通るように前記第１及び第２の給電点を配置するステップと
を有することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中移動体により水中検査を行う検査装置の通信システム及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの安定的な運転には、原子炉圧力容器内部の構造物が健全であることが必要不可欠である。したがって、例えば、原子炉圧力容器の上部の開口部からマニピュレータを挿入して先端部に取り付けた検査装置で検査する方法、或いは、水で満たされた原子炉圧力容器内を移動する水中ロボットに調査用カメラや超音波検査装置等を搭載し、表面や内部に傷が生じていないかを検査する方法などが検討されている。
【０００３】
例えば、水中ロボットを用いて検査を行う場合には、原子炉圧力容器底部の入り組んだ構造の部分にも入り込んで検査を行えるため、検査精度の向上や検査時間の短縮などの大きな効果が期待されている。一方で、原子炉圧力容器外に配置されたコントローラ等とケーブルを介して接続される構成の水中ロボットにおいては、移動に際してそれらのケーブルが構造物に接触して移動に制約が生じるため、無線通信等により水中ロボットとコントローラの間のケーブルを不要とすることが必要である。
【０００４】
ケーブルを不要とするような通信技術として、例えば、特許文献１（特開平５−１４６０２７号公報）には、建物の骨組みを形成する高透磁率構造体の表面に近接して複数個のコイルを間隔を置いて配設し、コイルの一つに交流信号を送出し、他のコイルに相互誘導による信号伝送を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１４６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、金属などの導体で形成された原子炉圧力容器の壁面や容器内部の構造物を信号伝搬路とし、信号電流が流れる経路の周辺に形成される電磁波によって水中ロボットとの通信を行うことは、水中ロボットとコントローラの間のケーブルレス化に有効であると考えられる。
【０００７】
しかしながら、原子炉圧力容器内においては、水による電磁波の伝搬減衰が非常に大きく、また、構造物により見通しも利かないため、水中ロボットとの安定的な通信が困難となる。すなわち、信号電流は、電気的に接続されている範囲であればどこでも流れるわけではなく、インピーダンスが最も小さくなる経路を通るため、信号電流が流れる経路から離れた位置では電磁波の強度が弱くなり、水中ロボットとの相対位置によっては安定的に通信できない可能性がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、原子炉圧力容器内における水中ロボットの位置によらず安定的に通信することができる通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、導体により形成された容器の内部に収容された水の中に配置された第１の通信装置と、前記第１の通信装置との間で通信を行うための通信装置であって、前記容器の外部に配置され、前記通信に係る通信信号の前記容器への印加及び検出を行うための第１及び第２の一組の給電点を有する第２の通信装置とを備え、前記容器に沿って前記第１及び第２の給電点を結ぶ最短経路が、前記第１の通信装置との距離が最小となる前記容器の内壁上の点の近傍を通るように構成されたものとする。
【発明の効果】
【００１０】
原子炉圧力容器内における水中ロボットの位置によらず安定的に通信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の上面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の縦断面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の一方の給電点を選択した場合の縦断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の他方の給電点を選択した場合の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１及び図２を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１及図２は、本実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、図１は通信システムに係る原子炉圧力容器の縦断面図を、図２は上面図をそれぞれ示している。
【００１５】
図１及び図２において、本実施の形態に係る原子炉圧力容器１１は、金属などの導体により形成されており、その内部には水１０が収容されている。原子炉圧力容器１１の内部には、原子炉を構成する他の構造物として、例えば、ＣＲＤ（Control Rod Drive）スタブ１２や上部格子板２１などが配置されている。
【００１６】
原子炉圧力容器１１の内部の水中には、通信装置５（第１の通信装置）を搭載した水中ロボット２０が配置されており、原子炉圧力容器１１の外部の気中には、通信装置５との間で通信を行うための通信装置１（第２の通信装置）が配置されている。
【００１７】
水中ロボット２０に搭載された通信装置５には、電磁界の変動（電磁波）を受け、通信信号として通信装置５に送るためのアンテナ４が備えられている。
【００１８】
水中ロボット２０は、図示しない制御装置や計算機から通信装置１，５を介して通信信号により送られてくる指令情報に基づいて、水で満たされた原子炉圧力容器１１内を移動し、搭載された調査用カメラや超音波検査装置等によって原子炉圧力容器１１の表面や内部に傷が生じていないかを検査する。
【００１９】
通信装置１には、通信装置５との通信に係る通信信号の原子炉圧力容器１１への印加及び検出を行うための一組の給電点６（第１の給電点）及び給電点７（第２の給電点）が２本で１組となるケーブル導体２，３（給電線）を介して接続されている。給電点６，７は、ケーブル導体２，３と原子炉圧力容器１１との接続点であり、原子炉容器１１における設置位置が互いの設置位置に制約を受けないように、別々のケーブル導体２，３を介して接続されている。
【００２０】
給電点６，７は、原子炉圧力容器１１に沿って給電点６，７を結ぶ最短経路が、通信装置５のアンテナ４との距離が最小となる原子炉圧力容器１１の内壁上の点の近傍を通るように配置されている。
【００２１】
以上のように構成した本実施の形態の通信システムにおいては、制御装置から通信装置１に入力された水中ロボット２０を操縦するための指令情報は、通信装置１から通信信号１ａとして出力され、ケーブル導体２，３を介して原子炉圧力容器１１に印加される。導体を流れる通信信号１ａは電流であり、その流れの近傍には電磁波が発生する。水中の通信装置５のアンテナ４は、この電磁波を検出し、通信信号として通信装置５に送ることで、気中の通信装置１からの通信信号が水中の通信装置５で受信される。
【００２２】
例えば、図１及び図２に例示したように、水中の通信装置５が原子炉圧力容器１１内の底部付近（図１中右下部分）にある場合、給電点６，７を原子炉圧力容器１１の底部外側と通信装置５に近い側の縁部（図１中右上部）に設けると、給電点６，７は、原子炉圧力容器１１に沿って給電点６，７を結ぶ最短経路が、通信装置５のアンテナ４との距離が最小となる原子炉圧力容器１１の内壁上の点の近傍を通るように配置されることになる。
【００２３】
原子炉圧力容器１１を構成する導体は、ケーブル導体２，３のような線状ではなく面状であるため、通信信号１ａは給電点６，７の設置位置により様々な経路を取りうる。原子炉圧力容器１１やその内部にあるＣＲＤスタブ１２や上部格子板２１などの導体構造物を流れる通信信号１ａは最も信号が流れやすい経路、すなわちインピーダンスが低い経路を通ることとなる。導体は抵抗体であるため、通信信号１ａの流れる距離が長くなればなるほど信号は流れにくくなる。そのため、給電点６，７により印加される通信信号１ａは、最も流れる距離が短くなる経路を通る。なお、通信信号１ａは限定された１経路だけを通るのではなく、給電点６，７間のインピーダンスの様態に応じて複数の経路を通るものであるが、本実施の形態では、原子炉圧力容器１１を通る経路や、ＣＲＤスタブ１２及び上部格子板２１を通る経路を代表して示している。
【００２４】
原子炉圧力容器１１の内部にはＣＲＤスタブ１２や上部格子板２１以外にも多くの金属製の構造物があり、それぞれが電気的に接続した状態にある場合が多いため、原子炉圧力容器１１内には通信信号１ａが通る導体が遍在していることになる。したがって、これらの構造物の間を縫うように移動する水中ロボット２０に搭載された通信装置５の近くを通信信号１ａが流れるように給電点６，７を配置することにより、通信装置１と通信装置５との間で安定して通信することが可能である。
【００２５】
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【００２６】
例えば、金属などの導体で形成された原子炉圧力容器の壁面や容器内部の構造物を信号伝搬路とし、信号電流が流れる経路の周辺に形成される電磁波によって水中ロボットとの通信を行うことは、水中ロボットとコントローラの間のケーブルレス化に有効であると考えられる。
【００２７】
しかしながら、原子炉圧力容器内においては、水による電磁波の伝搬減衰が非常に大きく、また、構造物により見通しも利かないため、水中ロボットとの安定的な通信が困難となる。すなわち、信号電流は、電気的に接続されている範囲であればどこでも流れるわけではなく、インピーダンスが最も小さくなる経路を通るため、信号電流が流れる経路から離れた位置では電磁波の強度が弱くなり、水中ロボットとの相対位置によっては安定的に通信できない可能性がある。
【００２８】
これに対して本実施の形態においては、原子炉圧力容器１１に沿って給電点６，７を結ぶ最短経路が、通信装置５のアンテナ４との距離が最小となる原子炉圧力容器１１の内壁上の点の近傍を通るように構成したので、原子炉圧力容器内における水中ロボットの位置によらず安定的に通信することができる。
【００２９】
すなわち、本実施の形態においては、給電点６，７を水中の通信装置５の場所に対応させて設置することで水中の通信装置５の近傍の導体構造物に通信信号１ａを通して電磁波を発生させることができるため、安定的に通信できるようになる。したがって、無線通信等により水中ロボットとコントローラの間のケーブルを不要とすることができ、原子炉圧力容器底部の入り組んだ構造の部分にも入り込んで検査を行えるため、検査精度の向上や検査時間の短縮などの大きな効果を得ることができる。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態を図３を参照しつつ説明する。
【００３１】
第１の実施の形態では、一組の給電点６，７のうちの一方の給電点６を原子炉圧力容器１１の底部外側に配置したのに対し、本実施の形態では給電点６を原子炉圧力容器１１の底部内側に配置したものである。
【００３２】
図３は、本実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の縦断面図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
図３において、給電点６は原子炉圧力容器１１の内側に設置されている。給電点６は、深さが１０ｍ以上あるうえに、ＣＲＤスタブ１２や上部格子板２１以外にも多くの金属製の構造物で入り組んでいる原子炉圧力容器１１の底部に設ける必要がある。そこで、給電点６の先端部の構造として水より比重が重い導体を電気的に接続させたうえで重りとして予め取り付けておき、その重りを原子炉圧力容器１１の上部から沈めて原子炉圧力容器１１の底部に着地させれば、圧力容器１１の底部に給電点６を接触させることができる。
【００３４】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、原子炉圧力容器１１は、およそ９ＭＰａの耐圧を実現するために１０ｃｍ以上の厚さがある。一方、通信信号のような交流信号の場合には表皮効果を伴う。表皮効果とは、通信信号の電流密度が導体の表面を流れ、内部には流れにくい現象である。そのため、給電点６が原子炉圧力容器１１の外側にある場合、原子炉圧力容器１１の内側表面を流れる通信信号の強度は、外側表面に比べて小さくなる。そのため水中に形成される電磁界が弱くなる場合がある。
【００３７】
本実施例においては、原子炉圧力容器１１の内側に給電点６を設けるよう構成したので、原子炉圧力容器１１の内側表面を通信信号１ａが流れやすくなり、原子炉圧力容器１１の内部に配置された通信装置５の近傍に比較的強度が強い電磁波を形成することが可能となる。
【００３８】
なお、給電点６の先端の構造としては、導体で形成されるチェーンを取り付けた構造としてもよい。すなわち、原子炉圧力容器１１の底部は下鏡と呼ばれるボウル形状を成しているため、チェーンのような柔軟に形状を変えることができる構造を用いることによって接触面積を増やすことができ、より確実に給電点６を原子炉圧力容器１１の底部に接触させることができる。
【００３９】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態を図４及び図５を参照しつつ説明する。
【００４０】
本実施の形態は、一組の給電点のうちの少なくとも一方を複数の給電点で構成し、これら複数の給電点を選択的に切り換えるように構成したものである。
【００４１】
図４及び図５は、本実施の形態に係る通信システムの全体構成を模式的に示す図であり、通信システムに係る原子炉圧力容器の縦断面図である。図４は一方の給電点を選択した場合を、図５は他方の給電点を選択した場合をそれぞれ示している。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
図４及び図５において、本実施の形態に係る原子炉圧力容器１１は、金属などの導体により形成されており、その内部には水１０が収容されている。原子炉圧力容器１１の内部には、原子炉を構成する他の構造物として、例えば、ＣＲＤ（Control Rod Drive）スタブ１２や上部格子板２１などが配置されている。
【００４３】
原子炉圧力容器１１の内部の水中には、通信装置５（第１の通信装置）を搭載した水中ロボット２０が配置されており、原子炉圧力容器１１の外部の気中には、通信装置５との間で通信を行うための通信装置１（第２の通信装置）が配置されている。
【００４４】
通信装置１には、通信装置５との通信に係る通信信号の原子炉圧力容器１１への印加及び検出を行うための一組の給電点６（第１の給電点）及び給電点７（第２の給電点）が２本で１組となるケーブル導体２Ａ，３（給電線）を介して接続されている。給電点６，７は、ケーブル導体２Ａ，３と原子炉圧力容器１１との接続点であり、原子炉容器１１における設置位置が互いの設置位置に制約を受けないように、別々のケーブル導体２Ａ，３を介して接続されている。
【００４５】
ケーブル導体２Ａは、通信装置１に接続されたケーブル導体２ｃと、ケーブル導体２ｃと切換器２６（切換装置）を介して接続された複数（本実施の形態では２本）のケーブル導体２ａ，２ｂとを有している。ケーブル導体２ａ，２ｂの切換器２６と逆側の端部は、それぞれ給電点７ａ，７ｂとして原子炉圧力容器１１に接続されている。
【００４６】
給電点７ａ，７ｂは、原子炉圧力容器１１の縁部に互いに離して設けられている。切換器２６によってケーブル導体２ａ側が選択されると、給電点７ａがケーブル導体２ａ、切換器２６、及びケーブル導体２ｃを介して通信装置１と選択的に接続される。また、切換器２６によってケーブル導体２ｂ側が選択されると、給電点７ｂがケーブル導体２ｂ、切換器２６、及びケーブル導体２ｃを介して通信装置１と選択的に接続される。
【００４７】
以上のように構成した本実施の形態の通信システムにおいては、制御装置から通信装置１に入力された水中ロボット２０を操縦するための指令情報は、通信装置１から通信信号１ａとして出力され、ケーブル導体２Ａ，３を介して原子炉圧力容器１１に印加される。導体を流れる通信信号１ａは電流であり、その流れの近傍には電磁波が発生する。水中の通信装置５のアンテナ４は、この電磁波を検出し、通信信号として通信装置５に送ることで、気中の通信装置１からの通信信号が水中の通信装置５で受信される。
【００４８】
切換器２６は、原子炉圧力容器１１に沿って給電点６と給電点７ａ，７ｂとを結ぶ最短経路が、通信装置５のアンテナ４との距離が最小となる原子炉圧力容器１１の内壁上の点の近傍を通るように切換えられる。
【００４９】
例えば、水中ロボット２０が図４の位置にある場合、切換器２６をケーブル導体２ａ側に切り換えると、通信信号１ａが通信装置５のアンテナ４の近傍を通るように切り換えられるので、通信装置１と通信装置５との間で良好な通信が可能である。また、水中ロボット２０が図５の位置に移動した場合、切換器２６をケーブル導体２ｂ側に切り換えると、通信信号１ａが通信装置５のアンテナ４の近傍を通るように切り換えられるので、通信装置１と通信装置５との間での良好な通信を維持することが可能である。
【００５０】
切換器２６の切り換えは、水中ロボット２０の位置に応じたタイミングで実施する。どの給電点７ａ，７ｂを用いるとどのような電磁波が原子炉圧力容器１１の内部に形成されるかを予め評価するために、事前に電磁界解析を実施しておき、その結果に基づいて、水中ロボット２０の配置位置の電磁界強度が最も強くなる給電点７ａ，７ｂを選択する。
【００５１】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、切換器２６によって、原子炉圧力容器１１の複数の位置に配置された給電点７ａ，７ｂを切り換えるように構成したので、水中ロボット２０の位置に合わせて給電点７ａ，７ｂを切り換えることができるので、原子炉圧力容器１１内での移動範囲を広くすることができ、さらに作業効率を向上することができる。また、通信装置１と通信装置５との間の通信に用いる給電点を瞬時に切り換えることが出来るので、気中の通信装置１から水中ロボット２０に送る指令情報を間断なく送ることができ、より正確に水中ロボット２０の移動制御を行うことができる。
【００５４】
なお、切換器２６の切換方法としては、例えば、水中の通信装置５が出力する通信信号１ａをより安定して気中の通信装置１で検出できる給電点７ａ，７ｂを選択するように切り換える方法を用いてもよい。ここで、より安定しているとは、例えば、水中の通信装置５が出力する通信信号１ａの強度がより強いという場合や、ビット誤り率がより低い場合などのことである。
【符号の説明】
【００５５】
１  通信装置（第２の通信装置）
１ａ  通信信号
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２Ａ，３  ケーブル導体
４  アンテナ
５  通信装置（第１の通信装置）
６  給電点（第１の給電点）
７，７ａ、７ｂ  給電点（第２の給電点）
１０  水
１２  ＣＲＤ（Control Rod Drive）スタブ
２１  上部格子板
２６  切換器
【図１】
0006356049.tif 000002
【図２】
0006356049.tif 000003
【図３】
0006356049.tif 000004
【図４】
0006356049.tif 000005
【図５】
0006356049.tif 000006