(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内の水中に収容可能なボディと、このボディに設けられた推進用のプロペラと、前記ボディの上下方向２箇所に横長配置された水圧シリンダと、この水圧シリンダに駆動されて前記ボディの左右外側に突出するピストンと、このピストンに連結された吸盤と、この吸盤内の水を吸引するポンプと、前記シリンダの内部に設けられてピストン移動量を検知するリニアゲージと、前記ボディに搭載されたレーザ溶接機と、オペレーションフロアからレーザ溶接部に配置されて不活性ガスを供給するホースと、前記オペレーションフロアに設置され、ホースを通して前記溶接部に溶接棒を供給する送り機構とを備えたことを特徴とする原子炉補修ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力発電所の炉内構造物、特に炉心シュラウド表面の補修等の実施に好適な原子炉補修ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉内構造物は、オーステナイト系ステンレスまたは高ニッケル合金などの十分な耐食性と高温強度を有する材料で構成されている。しかし、高温高圧環境下での長期に亘る運転、および中性子照射に起因して、材料劣化の問題が懸念されている。特に炉内構造物の溶接部近傍は溶接入熱により、材料の鋭敏化および引張り残留応力が形成されているため、潜在的な応力腐食割れ発生の可能性を有している。
【０００３】
ところで、レーザ溶接は、早期の細かい応力腐食割れ発生時に有効な補修技術であり、パルスレーザを照射した材料表面に溶接棒を溶け込ませて、応力腐食割れを塞ぎ、応力腐食割れの進展を防止することができる技術である。
【０００４】
そこで従来では、レーザ溶接機を施工部へ接近させるために、原子炉上部に移動式の台車を設置し、この台車から溶接機を吊り下げて台車の移動によって施工部へ接近させることが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、炉心シュラウド外面のように、ジェットポンプが全周に配置された狭隘な場所、特に装置吊り降ろし後に、前後左右への移動が必要な入り組んだ場所に対しては、接近が容易にできないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に対処してなされたものであり、その目的は小型薄型で炉心シュラウド外面のように、ジェットポンプが全周に配置された狭隘な環境状態の場所に対してもアクセスができる原子炉補修ロボットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、原子炉内の水中に収容可能なボディと、このボディに設けられた推進用のプロペラと、前記ボディの上下方向２箇所に横長配置された水圧シリンダと、この水圧シリンダに駆動されて前記ボディの左右外側に突出するピストンと、このピストンに連結された吸盤と、この吸盤内の水を吸引するポンプと、前記シリンダの内部に設けられてピストン移動量を検知するリニアゲージと、前記ボディに搭載されたレーザ溶接機と、オペレーションフロアからレーザ溶接部に配置されて不活性ガスを供給するホースと、前記オペレーションフロアに設置され、ホースを通して前記溶接部に溶接棒を供給する送り機構とを備えたことを特徴とする原子炉補修ロボットを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、原子炉補修ロボットの全体構成を示す斜視図であり、図２は図１に示した水圧シリンダの拡大断面図である。図３は作用説明図であり、図４は図３の一部（Ａ部）の拡大図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の原子炉補修ロボット１は、例えば縦長ボックス状のボディ２の上部に吊り耳３を有し、ボディ２の中央位置に推進用のプロペラ４を有する。ボディ２内には、レーザ溶接機５が設けられ、ケーブル等を収容したホース６を介して駆動信号、レーザ光等の供給が行われるようになっている。また、ボディ２内にはＴＶカメラ７が設けられ、このＴＶカメラ７にもホース６内のケーブルが接続されている。
【００１５】
ボディ２には、上下２段の横長なフレーム２ａ，２ｂが設けられている。上部のフレーム２ａには横長配置で水圧シリンダ８が配置され、この水圧シリンダ８の両側に突出するピストン９に吸着機構１０としての吸盤１０ａ，１０ｂがそれぞれ回動式支持機構１４を介して連結されている。下部のフレーム２ｂにも同様に、水圧シリンダ１１が配置され、この水圧シリンダ１１の両側に突出するピストン１２に吸着機構１３としての吸盤１３ａ，１３ｂがそれぞれ回動式支持機構１４を介して連結されている。
【００１６】
各水圧シリンダ８，１１は、図２に示すように、内部のピストン９部分にリニアセンサ１５を具備し、ピストン９の移動量をセンサ用コード１６を介して後述するロボット制御装置２３に表示して確認することができるようになっている。これにより、原子炉補修ロボット１の移動量および移動方向を制御することが可能となっている。
【００１７】
次に、図３および図４によって作用を説明する。
【００１８】
図４に示すように、オペレーションフロア２０上には燃料交換機等の吊下げ機構２１が配置されるとともに、操作部２２として、ロボット制御装置２３、レーザ発振器２４およびポンプ２５，２６等が配設されている。
【００１９】
そして、吊下げ機構２１から垂下したワイヤの先端にはワイヤグラップル２８が設けられ、このワイヤグラップル２８に原子炉補修ロボット１の吊り耳３を係止し（図１参照）、原子炉補修ロボット１を炉心シュラウド３２と原子炉圧力容器３１の間（以下アニュラス部と言う）に原子炉補修ロボット１を吊下げる。このアニュラス部にはジェットポンプ３５が周方向に設置されているが、原子炉方位０度と１８０度の部分でジェットポンプ３５の設置されていない場所がある。このジェットポンプが設置されていない箇所に原子炉補修ロボット１を吊り降ろす。
【００２０】
この場合、炉心シュラウド３２の上部胴３３の外径は、その下の中間部胴を含めた下部胴３４の外径より大きいので、オペレーションフロア２０上の吊下げ機構２１から吊り降ろした原子炉補修ロボット１を下部胴３４に吸着させることができない。そこで、プロペラ４を回転し、原子炉補修ロボット１を下部胴３４側に移動させ、原子炉補修ロボット１が下部胴３４に接近した状態で、吸着機構１０，１３の内側の水をポンプ２５，２６で吸引し、吸着機構１０，１３を炉心シュラウド３２の下部胴３４に吸着させる。その後、吊下げ機構２１のホイストから伸びるワイヤグラップル２８を吊り耳３から外して吊下げ機構２１へ回収する。
【００２１】
このようにして、アニュラス部のシュラウド３２の胴表面に吸着した原子炉補修ロボット１を、補修を実施する箇所、例えば下部胴３４の水平溶接線部分に移動する。
【００２２】
炉心シュラウド３２表面の移動に際しては、上側の吸着機構１０と下側の吸着機構１３とプロペラ４とを使用する。但し、プロペラ４は原子炉補修ロボット１を常に炉心シュラウド３２へ押し付ける方向へ回転させる。
【００２３】
上側の吸着機構１０は、上述したように、フレーム２ａと、このフレーム２ａに取付けた水圧シリンダ８と、水圧シリンダ８のピストン９とこのピストン９に取付けた吸盤１０ａと、フレーム２ａに取付けた吸盤１０ｂから構成される。また、下側の吸着機構１３は、フレーム２ｂと、このフレーム２ｂに取付けた水圧シリンダ１１と、水圧シリンダ１１のピストン１２と、このピストン１２に取付けた吸盤１３ａと、フレーム２ｂに取付けた吸盤１３ｂとから構成されている。
【００２４】
そこで、移動の方法としては、ポンプ２５を止めて吸盤１０ａ，１３ａの吸引を停止して吸引力を無くし、ピストン９を伸長する。これにより、炉心シュラウド３２の下部胴３４との摩擦力が無くなった吸盤１０ａが押し出される。同様に、下側の吸着機構１３のピストン１２を伸長すると、炉心シュラウド３２の下部胴３４との摩擦力が無くなった吸盤１３ａが押し出される。伸長動作終了後、ポンプ２５を起動すると、吸盤１０ａ，１０ｂの内側の水が吸引され、吸盤１０ａ，１０ｂが炉心シュラウド３２に吸着する。
【００２５】
その後、ポンプ２６を止めて、吸盤１０ｂ，１３ｂの吸引を停止し、吸引力を無くしてピストン９，１２を収縮すると、ボディ２が吸盤１０ａおよび吸盤１３ａ側に引き寄せられる。収縮動作終了後、ポンプ２６を起動すると、フレーム２ａ，２ｂに取付けた吸盤１０ｂ，１３ｂが下部胴３４に吸着し、全ての吸盤１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂが下部胴３４に吸着した状態となる。このようにして、尺取動作を繰り返すことにより、水圧シリンダ取り付け方向にボディ２を平行移動することができる。
【００２６】
なお、上述の伸長、収縮動作時に、上側のピストン９と下側のピストン１２との伸長、収縮量に差をつければ、ボディ２を傾けることが可能である。したがって、水圧シリンダ取り付け方向に、平行方向のみならず任意の方向へ移動させることが可能となる。
【００２７】
また、原子炉補修ロボット１が具備するホース６には、適当な間隔で浮子や重錘が交互に設置し、水中に折り畳んだ状態でホース６を浮遊させておくことができる。これにより、原子炉補修ロボット１が原子炉内で任意の位置に移動した際に、ホース６が必要以上に弛んで炉内構造物に絡まり移動不可能となる事態を回避することができる。
【００２８】
原子炉補修ロボット１が所定の施工部へ移動した後は、搭載したレーザ溶接機５により溶接施工を行う。原子炉補修ロボット１は、ＴＶカメラ７を搭載しており、施工部の状態を至近距離から観察することができるので、溶接前後の目視検査を同時に行うことができる。
【００２９】
図５は本発明に係る原子炉補修ロボットの他の実施形態を示す構成図である。
【００３０】
この図５に示した実施形態では、原子炉補修ロボット１が具備するレーザ溶接機５として、ケース４５および光学系４６ａからなるレーザヘッド４４に、複数の集光レンズ４６を備えたリボルバー４７を回転中心４８回りに回転可能に設けてある。そして、先端のリボルバー４７を回転させ、使用する集光レンズ４６を選択するできるようにしてある。このように、使用する集光レンズ４６を替えることで、金属壁に照射する単位面積あたりのレーザ光４９のエネルギをコントロールし、レーザ研磨、レーザ探傷、レーザ溶接、レーザピーニング等、１台のレーザ溶接機５を複数の用途で使用でき、段取り替えの時間を大幅に削減することができる。
【００３１】
また、溶接部へ不活性ガスを供給するホース４２の中に、溶接棒４３を通し、オペレーションフロア２０上に設置した送り機構４１により、随時溶接棒４３を溶接部に供給するようにしている。これにより、送り機構４１をレーザ溶接機５のレーザヘッド４４近傍に設置する場合に比べて、溶接機構成を小型化することができ、より狭い箇所での施工が可能となる。
【００３２】
また、送り機構をレーザ溶接機５の近傍に設置した場合には、溶接棒も送り機構近傍に収納する必要があるため、溶接可能な範囲に限界があるが、送り機構４１をオペレーションフロア２０に設置すれば、随時溶接棒４３の補充が可能であり、溶接棒４３の搭載量による溶接可能範囲の制約が無くなる。
【００３３】
なお、その他の実施形態として、プロペラ４を左右に並列に設置することも可能である。このような構成にすれば、壁面に向かってボディ２を平行に移動することができ、吸着が容易になる。また、ポンプ２５，２６の配置を逆転すれば、吸盤１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂに加圧することができ、壁から引き離すことができる。また、ポンプ２５，２６の吸い込み口に切り替え弁を設置すれば、一台のポンプで左右の吸盤をコントロールすることができる。
【００３４】
以上の実施形態によると、補修ロボットの吊り降ろしだけでは直接接近できない部位に対しても、内蔵のプロペラ４によって接近することができ、接近後は吸着機構１０，１３によって壁面に吸着し、吸引運転および停止と、吸着機構１０，１３の伸長・収縮等により壁面上を移動して、狭隘部に進入し、壁面に静止した状態を維持し、レーザ溶接機５のみ駆動して水中で補修溶接を行うことが可能となる。
【００３５】
また、吸着機構１０，１３により炉内構造物に吸着した後、吊り下げ機構２１から解放し、吸着機構１０，１３とプロペラ４で自走可能となるため、吊下げ機構２１のワイヤ２７の可動範囲に制限されること無く、より狭隘な部分への進入が可能となる。
【００３６】
また、吸着機構１０，１３の伸縮機構として水圧シリンダ８，１１を適用し、水圧シリンダ８，１１の両端に吸着機構１０，１３を取り付け、両端の吸着機構１０，１３の吸引を交互に入り切りし、片端の吸着機構１０，１３の吸引を切った状態で水圧シリンダを伸縮させることにより、尺取運動を行って、原子炉補修ロボット１を壁面に吸着させた状態で壁面上を移動することが可能となる。また、水圧シリンダ８，１１を使用するのでストロークの調整ができ、移動量を制御することが可能となる。
【００３７】
また、原子炉補修ロボット１が具備するホース６に対し、適当な間隔で浮子または重錘を取り付ければ、浮力の差によりホースが蛇腹状になるので、ロボット移動の際にケーブルを引っ張る抵抗が軽減され、接近性および位置決め精度が向上する。
【００３８】
また、複数の水圧シリンダ８，１１を具備し、それぞれの水圧シリンダ８，１１の動作量を変えることにより、各水圧シリンダ８，１１の取り付け方向に対して斜めの方向へ移動できるため、壁面での移動方向および姿勢を任意に制御することができる。
【００３９】
さらに、水圧シリンダ８，１１にリニアゲージを具備させ、水圧シリンダ８，１１の動作量を確認、調整可能とすることにより、移動量および移動方向を調節することができ、また移動と姿勢制御の精度が向上できる。
【００４０】
また、原子炉内の構造物に張り付けた原子炉補修ロボット１の溶接棒４３をオペレーションフロア２０から送られる不活性ガスのホース４２内に設置すれば、ロボット内に溶接棒カートリッジを備える必要がなく、ロボットの薄型が可能となる。また、不活性ガスホースと兼用しているため、ホース類の本数も削減できるので、狭隘部への進入性が向上する。
【００４１】
また、原子炉内の構造物に張り付けた溶接機の集光レンズ４６をリボルバー４７に取付け、オペレーションフロア２０の制御エリアから集光レンズを選択し、またレーザ発振器の出力を調整したレーザ光をファイバー等にて伝送し、レーザ溶接機５から金属壁に照射する単位面積あたりのレーザ照射エネルギをコントロールすることができる。これにより、レーザ研磨、レーザ探傷試験、レーザ溶接、レーザピーニング等を行うマルチレーザ補修機とし、複数の補修機材が一体化でき、放射性廃棄物の削減効果が拡大できる。さらに、装置の原子炉からの出し入れが省力化されるため、工期短縮と作業員の被ばく低減につながる。
【００４２】
さらにまた、ＴＶカメラ７を具備し、至近距離から施工部の目視確認が可能となるため、レーザ研磨、レーザ探傷、レーザ溶接、レーザピーニング等の施工前後に施工部を確認し、施工の要否、施工条件の決定を行うことができるため、工期短縮と作業員の被爆低減につながる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、小型薄型で、炉心シュラウド外面のようにジェットポンプが全周に配置された狭隘な環境状態の場所に対しても、容易にアクセスできる有効なツールを、原子炉内構造物の補修装置として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原子炉補修ロボットの一実施形態を示す全体図。
【図２】図１に示した水圧シリンダの内部構造を示した断面図。
【図３】前記実施形態の作用説明図。
【図４】図３のＡ部拡大図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す構成図。
【符号の鋭明】
１  原子炉補修ロボット
２  ボディ
２ａ，２ｂ  フレーム
３  吊り耳
４  プロペラ
５  レーザ溶接機
６  ホース
７  ＴＶカメラ
８，１１  水圧シリンダ
９，１２  ピストン
１０，１３  吸着機構
１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂ  吸盤
１４  支持機構
１５  リニアセンサ
１６  センサ用コード
２０  オペレーションフロア
２１  吊下げ機構
２２  操作部
２３  ロボット制御装置
２４  レーザ発振器
２５，２６  ポンプ
２７  ワイヤ
２８  ワイヤグラップル
３１  原子炉圧力容器
３２  炉心シュラウド
３３  上部胴
３４  下部胴
３５  ジェットポンプ
４１  送り機構
４２  ホース
４３  溶接棒
４４  レーザヘッド
４５  ケース
４６  集光レンズ
４６ａ  光学系
４７  リボルバー
４８  回転中心
【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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