(57)【要約】  本発明はロボットシステムに関し、詳細には、原子炉内のアクセスが制約された領域で超音波プローブなどのセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めするための改良された装置および方法に関する。当該装置は、底部フレーム（２０２）と、当該底部フレーム（２０２）の上方において該フレームと実質的に整列関係に配置された上蓋（２０３）とを具備する。センサ（２０４）が当該上蓋（２０３）に接続され、直線レール（２０５ａ、ｂ）が当該底部フレーム（２０２）に平行な関係で接続されている。第１および第２の直線レール（２０５ａ、ｂ）に移動可能な状態で接続された機構（２１０）が、当該上蓋（２０３）の水平移動を可能にする。さらに、当該センサ（２０４）ならびに電源、信号源または受信機に接続された１本以上のケーブルがある。【選択図】図９
2015530602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の一領域においてセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めするための装置（２００）であって、
底部フレーム（２０２）、
当該底部フレーム（２０２）の上方において該フレームと実質的に整列関係に配置されている、第１の端部と第２の端部とを有する上蓋（２０３）、
当該上蓋（２０３）の当該第１の端部に接続されているセンサ（２０４）、
第１の直線レール（２０５ａ）、
当該第１の直線レール（２０５ａ）と実質的に平行整列関係にある第２の直線レール（２０５ｂ）、
当該第１および第２の直線レール（２０５ａ、ｂ）のそれぞれと移動可能な状態で接続され、当該上蓋（２０３）に接続された機構（２１０）であって、当該上蓋（２０３）を当該底部フレーム（２０２）に対して水平移動させる機構（２１０）、ならびに
第１の端部と第２の端部を有する１本以上のケーブルであって、当該第１の端部は当該センサ（２０４）に接続され、当該第２の端部は電源、信号発生源または受信機に接続されているケーブル
から成る、原子炉の一領域においてセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めするための装置（２００）。
【請求項２】
前記底部フレーム（２０２）に接続され、前記ケーブルの一部を収納する保護カバー（２３０）をさらに備えた、請求項１の装置（２００）。
【請求項３】
２本バー連結体（２２３）をさらに備え、当該２本バー連結体（２２３）は
第１の端部と第２の端部を有する第１のバー（２２３ａ）と、
第１の端部と第２の端部を有する第２のバー（２２３ｂ）とを含み、
当該第１のバー（２２３ａ）の当該第１の端部は前記底部フレーム（２０２）に取り付けられた第１のピン（２２５）に接続されており、
当該第１のバー（２２３ａ）の当該第２の端部はピボットピン（２２７）に接続されており、
当該第２のバー（２２３ｂ）の当該第１の端部は前記上蓋（２０３）に取り付けられている第２のピン（２２９）に接続されており、
当該第２のバー（２２３ｂ）の当該第２の端部は当該ピボットピン（２２７）に接続されており、
当該上蓋（２０３）が水平に移動すると当該２本バー連結体（２２３）が延伸配置にくることを特徴とする、請求項１の装置（２００）。
【請求項４】
前記上蓋（２０３）の第１の端部に、マニュアルピック機構と協働して前記装置（２００）を伸縮させるためのアクセス孔がある、請求項１の装置（２００）。
【請求項５】
前記上蓋（２０３）を第１の位置から第２の位置へ水平移動させることによって前記センサ（２０４）を第１の位置から第２の位置へ延伸させるために、少なくとも一部が当該上蓋（２０３）に取り付けられた２本以上の液圧シリンダ（２２１ａ、ｂ）をさらに備える、請求項１の装置（２００）。
【請求項６】
前記センサ（２０４）からケーブルが前記２本バー連結体（２２３）の間を延びることにより、当該連結体（２２３）が当該ケーブルを保護するように構成されている請求項３の装置（２００）。
【請求項７】
前記上蓋（２０３）の第１の端部が検査ツール（１００）のアーム（１３４）に接続されており、前記センサ（２０４）が原子炉内の構成機器を検査できる、請求項１の装置（２００）。
【請求項８】
原子炉圧力容器内の炉心シュラウド（１３２）が構成機器である、請求項７の装置（２００）。
【請求項９】
前記ツール（１００）が前記炉心シュラウド（１３２）上に配置され、前記装置（２００）が当該炉心シュラウド（１３２）と前記原子炉圧力容器の壁との間に形成される環状空間に配置された、請求項８の装置（２００）。
【請求項１０】
原子炉の一領域においてセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めする方法であって、
底部フレーム（２０２）、
第１の端部と第２の端部を有する上蓋（２０３）であって、当該底部フレーム（２０２）の上方において該フレームと実質的に整列関係に配置されている上蓋（２０３）、
当該上蓋（２０３）の当該第１の端部に接続されているセンサ（２０４）、
第１の直線レール（２０５ａ）、
当該第１の直線レール（２０５ａ）と実質的に平行整列関係にある第２の直線レール（２０５ｂ）、
当該第１および第２の直線レール（２０５ａ、ｂ）のそれぞれと移動可能な状態で接続され、当該上蓋（２０３）に接続された機構（２１０）であって、当該上蓋（２０３）を当該底部フレーム（２０２）に対して水平移動させる機構（２１０）、ならびに
第１の端部と第２の端部を有する１本以上のケーブルであって、当該第１の端部は当該センサ（２０４）に接続され、当該第２の端部は電源、信号発生源または受信機に接続されているケーブル
から成るセンサ位置決め装置（２００）を得るステップと、
当該センサ位置決め装置（２００）を検査ツール（１００）に接続するステップ
とから成る、原子炉の一領域においてセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めする方法。
【請求項１１】
原子炉の一領域においてセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めする方法であって、
底部フレーム（２０２）、
当該底部フレーム（２０２）の上方において該フレームと実質的に整列関係に配置されている、第１の端部と第２の端部を有する上蓋（２０３）、
当該上蓋（２０３）の当該第１の端部に接続されている第１のセンサ（２０４）、
第１の直線レール（２０５ａ）、
当該第１の直線レール（２０５ａ）と実質的に平行整列関係にある第２の直線レール（２０５ｂ）、
当該第１および第２の直線レール（２０５ａ、ｂ）のそれぞれと移動可能な状態で接続され、当該上蓋（２０３）に接続された機構（２１０）であって、当該上蓋（２０３）を当該底部フレーム（２０２）に対して水平移動させる機構（２１０）、ならびに
第１の端部と第２の端部を有する１本以上のケーブルであって、当該第１の端部は当該第１のセンサ（２０４）に接続され、当該第２の端部は電源、信号発生源または受信機に接続されているケーブル
から成るセンサ位置決め装置を得るステップと、
当該センサ位置決め装置（２００）を第２のセンサが取り付けられている検査ツール（１００）に接続するステップと、
前記装置（２００）を利用して、当該第１のセンサ（２０４）を当該検査ツール（１００）に取り付けられた当該第２のセンサに対して特定の位置に位置決めするステップ
とから成る、原子炉の一領域においてセンサ（２０４）を遠隔操作で位置決めする方法。
【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１４日に提出された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｎｓｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ａｒｅａｓ Ｗｉｔｈｉｎ ａ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅａｃｔｏｒ」と題する米国特許出願第１３／８０２，９０７号の利益を主張するものであり、後者の出願は、２０１２年１０月９日に提出された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｎｓｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ａｒｅａｓ Ｗｉｔｈｉｎ ａ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅａｃｔｏｒ」と題する米国仮特許出願第６１／７１１，２３９号に基づく優先権を主張する。
本発明は一般にロボットシステムに関し、詳細には、原子炉内のアクセスが制約された領域で超音波プローブなどのセンサを遠隔操作により位置決め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、原子燃料の炉心を含む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。原子炉内の様々な構成機器および構造物は、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。超音波検査は、原子炉構成機器のひび割れを検出する周知の技術である。原子炉内の検査領域は、アクセス上制約があるため検査ツールを使用して評価するのが難しいことがある。例えば、炉心シュラウドの溶接部は、応力腐食割れに関して定期的に評価される。応力腐食割れが存在すると、炉心シュラウドの構造健全性が低下するおそれがある。しかし、炉心シュラウドはアクセスしにくい。取り付け作業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の、互いに隣接するジェットポンプの間に限られる。走査作業のためにアクセスできるのは、シュラウドとジェットポンプとの間のさらに狭い空間内に制限される。
【０００３】
さらに、原子炉内の検査領域は放射能が高く、同領域内で作業する作業員に安全上のリスクが及ぶ可能性がある。したがって、このような領域の検査の大部分は、遠隔操作で設置可能であり、限られた狭い空間内で操作できるロボット装置を必要とする場合がある。
【０００４】
沸騰水型原子炉等の原子炉の検査と修理では、典型的には、手動制御のポールとロープを使用して、検査や修理用の装置を操作および／または位置決めする。原子炉の運転停止時に一部の構成機器の検査や修理を行うには、原子炉冷却材中の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。マニピュレータの設置または取外しは比較的長い期間を要し、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、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。
【０００５】
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。現在利用可能なマニピュレータを使用した場合に、再構成を行う回数を約半分に減らせる可能性があると考えられる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、原子炉容器内の炉心シュラウド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、原子炉の一領域においてセンサを遠隔操作で位置決めするための装置を提供する。本装置は、底部フレーム、第１の端部および第２の端部を有する上蓋（当該上蓋は当該底部フレームの上方において該フレームと実質的に整列関係に配置される）、上蓋の第１の端部に接続されたセンサ、第１の直線レール、第１の直線レールと実質的に平行整列関係にある第２の直線レール、第１および第２の直線レールのそれぞれと移動可能な状態で接続され、上蓋に接続された機構（当該機構は上蓋を底部フレームに対して平行移動する）、ならびに第１の端部および第２の端部を有する１本以上のケーブル（当該第１の端部はセンサに接続され、当該第２の端部は電源、信号源または受信機に接続される）から成る。
【０００７】
本装置はさらに、ケーブルの一部を収納する、底部フレームに接続された保護カバーを備えることができる。本装置はさらに、第１の端部および第２の端部を有する第１のバーならびに第１の端部および第２の端部を有する第２のバーから成る２本バー連結体を備えており、第１のバーの第１の端部は底部フレームに取り付けられたピンに接続され、第１のバーの第２の端部はピボットピンに接続され、第２のバーの第１の端部は上蓋に取り付けられたピンに接続され、第２のバーの第２の端部はピボットピンに接続され、上蓋が水平移動すると２本バー連結体は延伸配置となる。
【０００８】
本装置の上蓋の第１の端部は、マニュアルピック機構と協働して本装置を伸縮させるためのアクセス孔を有することができる。本装置はさらに、上蓋を第１の位置から第２の位置へ水平移動させることによってセンサを第１の位置から第２の位置へ延伸させるために、少なくとも一部が上蓋に取り付けられた２本以上の液圧シリンダを備えることができる。
【０００９】
２本バー連結体がケーブルを保護するように、当該ケーブルがセンサから当該２本バー連結体の間を延びるように構成できる。
【００１０】
上蓋の第１の端部を検査ツールのアームに接続して、センサにより原子炉内の構成機器を検査することができる。一実施態様では、原子炉圧力容器内の炉心シュラウドが構成機器である。ツールを炉心シュラウド上に配置し、本装置を炉心シュラウドと原子炉圧力容器の壁との間に形成される環状空間に配置することができる。
【００１１】
別の一局面において、本発明は、原子炉の一領域においてセンサを遠隔操作で位置決めする方法を提供する。本方法は、底部フレーム、第１の端部および第２の端部を有する上蓋（当該上蓋は当該底部フレームの上方において該フレームと実質的に整列関係に配置される）、上蓋の第１の端部に接続されたセンサ、第１の直線レール、第１の直線レールと実質的に平行整列関係にある第２の直線レール、第１および第２の直線レールのそれぞれと移動可能な状態で接続され、上蓋に接続された機構（当該機構は上蓋を底部フレームに対して平行移動させる）、ならびに第１の端部および第２の端部を有する１本以上のケーブル（当該第１の端部はセンサに接続され、当該第２の端部は電源、信号源または受信機に接続される）から成るセンサ位置決め装置を得るステップと、当該センサ位置決め装置を検査ツールに接続するステップとから成る。
【００１２】
また別の一局面では、本発明の装置は、同装置に取り付けられたセンサを、検査ツールに取り付けられたセンサに対して特定の相対位置に位置決めするために使用される。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１Ａ】従来のＢＷＲにおける関連部分の概略立面図である。
【００１５】
【図１Ｂ】図１Ａに示すＢＷＲに組み込まれた炉心シュラウドの部分断面図である。
【００１６】
【図２】本発明の或る特定の実施態様に係る、炉心シュラウド検査装置の正面図である。
【００１７】
【図３】本発明の或る特定の実施態様に係る、図２の炉心シュラウド検査装置の固定ギアラック機構を示す斜視図である。
【００１８】
【図４】本発明の或る特定の実施態様に係る、図２の炉心シュラウド検査装置の可動支承システムを示す斜視図である。
【００１９】
【図５】本発明の或る特定の実施態様に係る、図２の炉心シュラウド検査装置の下部軌条の詳細図である。
【００２０】
【図６Ａ−６Ｄ】本発明の或る特定の実施態様に係る、図２の炉心シュラウド検査装置のエンドエフェクタ用精密位置決め装置の詳細図である。
【００２１】
【図７】本発明の或る特定の実施態様に係る、原子炉の炉心シュラウドに設置され、センサ位置決め装置が取り付けられた、図２の炉心シュラウド検査装置の正面図である。
【００２２】
【図８Ａ−８Ｂ】本発明の或る特定の実施態様に係るセンサ位置決め装置の斜視図と、下面図である。
【００２３】
【図９】本発明の或る特定の実施態様に係る、図８Ａのセンサ位置決め装置を、上蓋を取り外した状態で示す、上面図である。
【００２４】
【図１０Ａ−１０Ｂ】図９のセンサ位置決め装置を、上蓋を取り外した状態で示す、上面図である。図１０Ａは、本発明の或る特定の実施態様に係る、センサおよび延伸配置の２本バー連結体を示し、図１０Ｂは、本発明の或る特定の実施態様に係る、センサおよび収縮配置の２本バー連結体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書では、「第１の」、「第２の」等の用語を、様々な要素を記述するために使用することがあるが、こうした用語によってかかる要素が限定されるものではない。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別する目的でのみ使用する。例えば、実施態様の範疇から外れることなく、第１の要素を第２の要素と称することができ、同様に、第２の要素を第１の要素と称することもできる。本明細書で使用する「および／または」という用語は、列挙した関連項目のうちの１つ以上の項目の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
【００２６】
構成機器の或る要素が、別の要素または層「の上にある」、「に接続している」、「に結合している」または「を覆っている」と言った場合、当該或る要素は当該他の要素または層に直接接していても、間に他の要素または構成機器が介在してもよい。
【００２７】
本明細書において、空間的な相対位置を示す用語（「の下」、「の下方」、「下部」、「の上」、「上部」など）は、１つの要素または特徴部分と他の要素または特徴部分との関係を図で説明するにあたって、記述を容易にするために使用することがある。空間的な相対位置を示す用語は、図に示す配向に加えて、使用時または運転時の装置の様々な向きを包含することを意図している。例えば、図中の装置を逆さにすると、他の要素または特徴部分の「下方」または「下」と記述されていた要素は、当該他の要素または特徴部分の「上」という配向になる。したがって、「の下」という用語は、上と下の両方の配向を包含することがある。装置は別の向き（９０度の回転や他の配向）になることもあり、本明細書で使用する空間的な相対位置を記述する用語は、相応に解釈すべきである。
【００２８】
「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」に先導される単数形は、文脈から違うことが明らかでない限り、複数形をも包含する。また、本明細書で使用する「から成る」および／または「を含む」という用語は、言及された特徴部分、整数、ステップ、操作、要素および／または構成機器の存在を示すが、１つ以上のその他の特徴部分、整数、ステップ、操作、要素、構成機器および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００２９】
本発明は、原子炉内のアクセスが制約された領域で超音波プローブなどのセンサを遠隔操作により位置決めするためのロボットシステムに関する。センサは、検査または修理ツールの導入および設置のためのアクセスが制約された原子炉内で構成機器および構造物を検査または修理するために使用されることがある。或る特定の実施態様において、そのようなセンサは、原子炉の炉心シュラウド検査への使用に好適であり、当該センサは、炉心シュラウドと原子炉圧力容器の壁との間に形成された狭い環状空間内に配置される。
【００３０】
本発明は、沸騰水型原子炉および加圧水型原子炉等の軽水炉で使用できる。
【００３１】
本発明の或る特定の実施態様において、本装置は一般に、原子炉内の構成機器および構造物、特にアクセスに制約のある構成機器および構造物の検査に使用されるツールに接続される。或る特定の実施態様において、本発明の装置は、原子炉圧力容器内の炉心シュラウドの検査ツールに接続される。一般にこの検査は、検査ツールを炉心シュラウド上に位置決めすることにより行う。検査ツールは、炉心シュラウドと原子炉圧力容器の壁との間に形成された環状空間内を炉心シュラウドに沿って垂直に延びるアームを含む。このアームとそれに接続されたセンサは、炉心シュラウドの表面と溶接部を検査するために、当該炉心シュラウドに沿って垂直および周方向に移動するように操作できる。或る特定の実施態様において、本発明の装置は、炉心シュラウドに沿ってセンサが垂直に移動する距離を延長するために、アームの下端に接続される。本発明の装置はまた、センサに電力と信号を送るためのケーブルを保護する手段を提供する。さらに本発明の装置は、液圧または空気圧により操作可能であり、電線の設置は不要である。
【００３２】
本発明の装置の使用方法を、或る特定の検査ツールを使用した炉心シュラウドの検査に関して説明する。ただし、本発明の装置は、原子炉内の多種多様な構成機器および構造物の検査、改造および修理手順に適用できる。また本発明の装置は、かかる検査、改造および修理に使用する可能性のある様々な検査ツールに接続できる。
【００３３】
図１Ａは、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）４中の炉心シュラウド２を示している。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内で円周沿いに配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。
【００３４】
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であり、その位置は図１の参照符号１０で全般的に表してある。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より、また最下部を炉心板により支持されている（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。
【００３５】
給水は、ダウンカマ環状部８を介してジェットポンプ１８へ流入し、さらに炉心下部プレナム１２へ流れる。給水はその後燃料集合体内に入り、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。
【００３６】
ＢＷＲには、冷却材の強制対流熱伝達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）によって、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１Ａ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。
【００３７】
図１Ｂは、炉心シュラウド２の細部を示している。シュラウド蓋体１６を支持するためのシュラウド蓋体フランジ２ａ、最上部がシュラウド蓋体フランジ２ａに溶接された円筒形の上部シュラウド壁２ｂ、上部シュラウド壁２ｂの最下端に溶接された環状の上部格子板支持リング２ｃ、最上部が上部格子板支持リング２ｃに溶接され、中間部シュラウド取付け溶接部によって接合された上部および下部シェルセクション（２ｄ、２ｅ）から成る円筒形の中間部シュラウド壁、ならびに中間部シュラウド壁の最下端および下部シュラウド壁２ｇの最上端に溶接された環状の炉心板支持リング２ｆがある。シュラウド全体は、下部シュラウド壁２ｇの最下部に溶接されたシュラウドサポート２２と、環状ジェットポンプ支持板２４に支持されており、当該環状のジェットポンプ支持板は、内径部がシュラウドサポート２２に、外径部がＲＰＶ４に溶接されている。
【００３８】
シュラウドおよび関連する溶接部の材質は、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼である。中間部シュラウド取付け溶接部を含むシュラウド周溶接部の熱影響を受けた部分には、溶接残留応力がある。したがって、中間部シュラウド取付け溶接部Ｗおよびその他の周溶接部に応力腐食割れを発生しやすくする仕組みが存在する。
【００３９】
検査ツールは、炉心シュラウドおよび関連する溶接部の検査を行うために、炉心シュラウドと接触した状態で、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空間内で遠隔操作される。このツールは、炉心シュラウドの上部環状リムのような炉心シュラウドの一部に対して、例えばその上に設置するか、それと接続することにより配置された上部部分軌条を含む。一実施態様において、上部部分軌条は、炉心シュラウドの蒸気ダムの上に設置され、自らの重心によってその位置に支持される。上部部分軌条は、当該上部部分軌条に移動自在に結合された精密ヘッド／剛性フレーム構造体を案内する。当該剛性フレーム構造体は、当該精密ヘッドから垂直下方へ延びている。精密ヘッド／剛性フレーム構造体は、電動モータおよび玉軸受等を備えており、それによって同構造体は上部部分軌条に沿って水平に移動できる。さらに上部軌条は、完全な環状の軌条を設けなくともこの装置を使用できるように体系的に構成されたモータと制動器を備えている。ヘッド／剛性フレーム構造体は、炉心シュラウドの上部胴領域を検査または修理するためのセンサ位置決め装置を収納している。精密ヘッドとフレームはまた、移動可能な下部軌条を位置決めするために操作することもできる。下部軌条領域は、中間部および下部の炉心シュラウド胴領域を検査または修理するための下部アーム／位置決め装置を収納している。この位置決め装置は、炉心シュラウドの垂直方向および円周方向に沿ってアームを変位させることができる２軸位置決め装置である。超音波振動子などの１個以上のセンサが、炉心シュラウドを検査するために下部アームに接続されている。或る特定の実施態様において、下部アームは、互いに離隔した複数のセンサを備えることができる。
【００４０】
図２は、本発明の或る特定の実施態様に係わる、原子炉内の炉心シュラウドを検査するための炉心シュラウド検査ツール（参照符号１００で総括的に表す）を示している。装置１００は、ヘッド１１０、フレーム１１２および上部部分軌条１１４を含む。フレーム１１２は、上端部１１６と下端部１１８を有する。フレーム１１２の上端部１１６は、ヘッド１１０に取り付けられる。ヘッド１１０は、上部部分軌条１１４に対して水平方向に適宜移動できるように、上部部分軌条１１４に接続される。フレーム１１２の下端部１１８は、フレーム１１２に対して下部軌条１２０を適宜移動できるように、下部軌条１２０に取り付けられる。キャリッジ１２２は、下部軌条１２０に対して適宜水平に移動できるように、下部軌条１２０に結合している。或る特定の実施態様において、上部部分軌条１１４および下部軌条１２０は、原子炉内の炉心シュラウドの円筒形に適合するように湾曲している。
【００４１】
上部部分軌条１１４は、軌条制動装置１２４を含む。軌条制動装置１２４を作動させると、上部部分軌条１１４は固定された状態に保たれ、ヘッド１１０（およびそれに取り付けられたフレーム１１２）は上部部分軌条１１４に沿って水平に移動できる。軌条制動装置１２４の作動を停止または解除すると、上部部分軌条１１４を炉心シュラウドのリムに沿って別の位置へ駆動できる。軌条制動装置１２４は、完全な環状の案内軌条を設けなくても、ヘッド１１０とフレーム１１２をシュラウドの表面沿いに移動させることができる。したがって、ヘッド１１０とフレーム１１２を上部部分軌条１１４沿いに水平移動することができるが、その代わりに、上部部分軌条１１４を、炉心シュラウドのリム沿いの別の位置へ水平移動することができる。
【００４２】
図３は、上部部分軌条１１４を炉心シュラウド沿いに移動するための固定ギアラック機構１５０を示している。固定ギアラック機構１５０は、ヘッド１１０内に配置された位置決めモータ１５５／ギアセット１５７と連動する。モータ１５５を駆動すると、ヘッド１１０が上部部分軌条１１４に対して移動する。軌条制動装置１２４が作動状態にあれば、上部部分軌条１１４が炉心シュラウドに対して固定位置にあり、ヘッド１１０が上部部分軌条１１４および炉心シュラウドに対して移動する。その代わりに、位置決めピン１６０をヘッド１１０から空気圧または液圧により延伸させて、炉心シュラウドのリムに配置された原子炉機材に作用させることもできる。位置決めピン１６０が延伸した状態で軌条制動装置１２４を解除すると、ヘッド１１０は炉心シュラウドに対して固定された状態に保たれるが、上部部分軌条が炉心シュラウドに対して移動する。これによって、装置全体１００が炉心シュラウドに対して移動する。ヘッドモータ１５５は完全な位置フィードバックを提供するので、装置全体の包括的な位置決めが厳密な許容差内で維持・監視される。
【００４３】
図４は、下部軌条１２０をフレーム１１２に対して駆動して、既知の装置の典型的な境界および障害物の外側にある炉心シュラウド沿いの位置へ下部軌条１２０を到達させることのできる可動支承システム１７０を示している。フレーム１１２は、下部軌条１２０に結合された案内路１７４に沿って転動する軸受ホイール１７２を含む。
【００４４】
図４、５において、フレーム１１２は固定モータ１７５およびピニオンギア１７７を備えるが、当該ピニオンギアは駆動されると、下部軌条１２０に結合されたラックギア１７８に作用する。フレームモータ１７５が回転すると、下部軌条１２０はフレーム１１２に対して移動する。
【００４５】
図５および図６Ａ〜６Ｄに示すように、下部軌条１２０は、ツーリングセンサまたはエンドエフェクタ１８２の精密な位置決めを行うために、さらに別の垂直および水平精密位置決め装置１８０を備えている。下部軌条１２０に載っているキャリッジ装置１２２は、２個のモータ／ギアセット１８４ａ、ｂおよび１本の空圧／液圧シリンダ１８５を備えている。モータ／ギアセットのうちの１つ１８４ａは、下部軌条１２０に結合されたラックギア２００と協働して、キャリッジ装置１２２を下部軌条１２０に沿って移動させることができる。もう１つのモータ／ギアセット１８４ｂは、一般的な領域で旋回シリンダ１８５を下部軌条１２０に対して垂直に駆動させる直線送りねじ１９０に結合されている。旋回シリンダ１８５は、取り付けられたアーム１３４およびエンドエフェクタ１８２を旋回させることにより、エンドエフェクタ１８２を原子炉の障害物を避けて位置決めするのを可能にする。全体として、本装置は、サイズ、プラント運転停止スケジュールに対する影響および作業員の放射線被ばくの最小化並びにエンドエフェクタによる障害物周辺における炉心シュラウドのカバー領域の最大化を効率的に行うべく、センサおよびエンドエフェクタ１８２を位置決めするための回転軸を１７本有している。
【００４６】
図７は、炉心シュラウド１３２の環状リム１３０上に配置された炉心シュラウド検査ツール１００（図２に示す）を示している。装置１００は、炉心シュラウド１３２と原子炉圧力容器（図示せず）との間に形成された環状空間内に垂直下向きに延びている。図７は、ヘッド１１０、フレーム１１２、上部部分軌条１１４、下部軌条１２０およびキャリッジ１２２を示している（図２に示す通り）。図７はさらに、キャリッジ１２２に結合されてそこから炉心シュラウド１３２に沿って垂直下向きに延びるアーム１３４と、アーム１３４の下端部に接続された本発明に係わるセンサ位置決め装置１４０を示している。アーム１３４には、センサ（図示せず）を取り付けることもできる。このセンサと位置決め装置１４０のセンサは、炉心シュラウド１３２の材料を、当該炉心シュラウドの溶接部を含めて検出および分析することができる。本発明への使用に好適なセンサには、当技術分野の検査において周知の超音波振動子（これに限定されない）等の装置が含まれる。或る特定の実施態様において、複数のセンサを、アーム１３４の垂直方向に沿って互いに離隔配置することができる。センサの配置（間隔など）は、中間胴部および下部胴部（図示せず）等の炉心シュラウド１３２の特定の検査領域に応じて決定できる。図７において、下部軌条１２０はヘッド１１０およびフレーム１１２に対して偏った位置にあり、アーム１３４が付いたキャリッジ１２２は下部軌条１２０に対して偏った位置にある。
【００４７】
図８Ａ、８Ｂは、本発明の或る特定の実施態様に係わる、センサ位置を制御するための、参照符号２００で総括表示する、センサ位置決め装置を示している。図８Ａは装置２００の斜視図であり、図８Ｂは装置２００の下面図である。図８Ａに示すように、装置２００は底部フレーム２０２および上蓋２０３を含む。上蓋２０３は、底部フレーム２０２と上蓋２０３との間に空間または開口部が形成されるように、底部フレーム２０２の上方において実質的に整列離隔関係に配置される。図８Ａは、ジンバル組立体２０５によって上蓋２０３に接続されたセンサ２０４および直線レール支持軸受２１０（後述）も示している。上蓋２０３には、センサ２０４が取り付けられた端部とは反対側の端部に、マニュアルピック機構（図示せず）と協働するためのアクセス孔（図示せず）がある。マニュアルピック機構は、本装置が操作中に故障した場合に、本装置を遠隔操作により検査対象の構成機器や構造物などに対して延伸させるか引っ込めるために使用する。底部フレーム２０２と上蓋２０３は、センサ位置決め装置２００を障害物の近傍に配置する際に構成機器に引っかかるのを防ぐために、概して平滑で無地の仕上げになっている。
【００４８】
図９は、図８Ａ、８Ｂに示す装置２００を示している。図９は、上蓋２０３（図８Ａに示す）を取り外した状態の装置２００の上面図である。図９には、図８Ａ、８Ｂに示す底部フレーム２０２およびセンサ２０４が示されている。図９にはまた、互いに平行に配置され、底部フレーム２０２に固着されている第１の直線レール２０５ａおよび第２の直線レール２０５ｂが示されている。直線レール支持軸受２１０は、互いに離隔した関係で、第１および第２の直線レール２０５ａ、ｂにそれぞれ水平移動可能な状態で接続されている。第１の直線レール２０５ａ上の直線レール支持軸受２１０はそれぞれ、第２の直線レール２０５ｂ上の直線レール支持軸受２１０と実質的に平行で整列する位置にある。直線レール支持軸受２１０はそれぞれ、上蓋２０３が水平移動すると、直線レール支持軸受２１０がそれに対応する水平方向に、第１および第２の直線レール２０５ａ、ｂに沿って移動するように、上蓋２０３（図８Ａに示す）に結合されている。図９は、第１および第２の直線レール２０５ａ、ｂの上にそれぞれ２つの直線レール支持軸受２１０があることを示している。ただし、１つ以上の直線レール支持軸受を使用してよいことを理解されたい。センサ２０４は上蓋２０３（図８Ａに示す）に接続されているので、直線レール支持軸受２１０を操作して、センサ２０４を第１の位置（例えば閉位置）から第２の位置（例えば延伸位置）へ案内することもできる（図９に極細線で示す）。
【００４９】
図９には、特別仕様に機械加工した２本の液圧シリンダ２２１ａ、ｂを含むロッドレスシリンダキャリッジ２１５も示してある。これらのシリンダ２２１ａ、ｂの一部は上蓋２０３（図８Ａに示す）に取り付けられており、上蓋２０３およびセンサ２０４を閉位置から延伸位置へ駆動するよう作動可能である。或る特定の実施態様に使用する液圧シリンダ２２１ａ、ｂは、磁気結合シリンダキャリッジを備える密閉型ロッドレスシリンダである。特定の理論の制約を受けるものではないが、この型のシリンダを使用すると、当技術分野で周知の従来のシリンダと比べて次の３つの設計上の利点のうち少なくとも１つが得られると考えられる。（ｉ）細身の外形により、アクセスに制約のある領域への接近しやすさが最大になる、（ｉｉ）磁気結合により、不測の衝突（例えば、障害物に接触してシリンダの結合が外れる）が起きた際にフェイルセーフな動作が得られる、および（ｉｉｉ）外側が密閉されているため、ダイナミックシール部分がなく、水中で使用する際の信頼性への懸念がない。装置２００は、シリンダを所望の位置でロックするための正確な量の液圧流体をシリンダ２２１ａ、ｂに送り込むように、液圧ポンプおよび弁によって制御することができる。空気圧シリンダの場合とは対照的に、液圧を用いると、装置２００はセンサ２０７を閉位置と完全延伸位置との間の任意の固定位置に位置決めすることができる。
【００５０】
図９はさらに、第１のバー２２３ａおよび第２のバー２２３ｂを有する２本バー連結体２２３を示している。第１のバー２２３ａの一方の端部は、底部フレーム２０２に取り付けられた第１のピン２２５に接続されている。第１のバー２２３ａのもう一方の端部は、ピボットピン２２７に接続されている。第２のバー２２３ｂの一方の端部は、上蓋２０３に取り付けられた第２のピン２２９に接続されている。第２のバー２２３ｂのもう一方の端部は、ピボットピン２２７に接続されている。
【００５１】
図１０Ａ、１０Ｂは、図９に示す装置２００を示している。図１０Ａ、１０Ｂは、底部フレーム２０２、センサ２０４、２本バー連結体２２３、第１のバー２２３ａ、第２のバー２２３ｂ、第１のピン２２５、ピボットピン２２７および第２のピン２２９を示している。図１０Ａは延伸配置の２本バー連結体２２３を示しており、センサ２０４は伸長位置にある。図１０Ｂは収縮配置の２本バー連結体２２３を示しており、センサ２０４は閉位置にある。
【００５２】
図９に示すように、ケーブル保護カバー２３０は、底部フレーム２０２に接続されており、ケーブルおよび／または細管（図示せず）が可動部やプラント障害物に挟まれないよう保護する。或る特定の実施態様では、センサ信号と電力を伝送するためにケーブルが使用されている。例えば、ケーブル（図示せず）をセンサ２０４に接続し、保護プレート２４２の下から、２本バー連結体２２３の第１および第２のバー２２３ａ、ｂの間を通し、保護カバー２３０の下を這わすことができる。ケーブル（図示せず）を第１および第２のバー２２３ａ、ｂに接続し、上蓋２０３の水平移動に応じて２本バー連結体２２３が伸縮すると（前述の説明および図１０Ａ、１０Ｂに示す通り）それに合わせて当該ケーブルが伸縮するようにしてもよい。したがって、２本バー連結体２２３は、外部の影響を非常に受け易いケーブルが挟まれないようにケーブルの動きを管理する仕事をするとともに、装置２００作動時のケーブルの曲げ半径を最小限に抑える仕組みを提供する。
【００５３】
或る特定の実施態様において、本発明の装置を利用して、或るセンサを、検査ツールに取り付けられた別のセンサに対して位置決めすることができる。例として、センサが検査ツールのアーム（例えば６０インチ）の固定された高さにあり、当該ツールの行程が１０インチとして、１つのセンサはアームの中間部に、また、もう１つのセンサはアームの端部に取り付けられているとする。したがって、この設定では、３０〜４０インチおよび６０〜７０インチの高さの溶接部を走査することができる。ゆえに、例えば３２インチと６２インチの高さに検査対象の溶接部がある場合、この設定では溶接部の検査を並行して行うことができる。しかし、３２インチと６３インチの高さに溶接部がある場合、センサはそれぞれ溶接部に正確に対応する位置から外れているので、各溶接部を別々に検査する必要がある。このシナリオでは、検査ツールを本発明の装置と組み合わせると、同じツール設定で両方の検査を行うことができる。例えば、３２〜３４インチを走査した後（各検査で２インチの行程が要求される）、６３〜６５インチを走査すればよい。検査ツールに本発明の装置を取り付けると、センサの間隔をぴったり３１インチに設定可能であるため、検査を同時に行うことができる。これとは別の設定として、３８インチと７０インチの高さに溶接部がある場合、本発明の装置を備えない検査ツールは、検査を行う際に再構成の必要がある。一方、本発明の装置を備えた検査ツールは、ツールを再構成せずに検査を同時に行うことができる。
【００５４】
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２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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