(57)【要約】【課題】水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制するレーザ切断装置を提供する。【解決手段】レーザ切断装置１０は、気相空間Ｓｂを介して水Ｓａ中に浸漬された構造物の切断対象位置に、レーザＬｂを照射可能なレーザ照射ヘッド２０と、切断対象位置とレーザ照射ヘッド２０との間に、気相空間Ｓｂを形成する気相空間形成部２１と、水Ｓａ中における切断対象位置よりも上方に配置されて、レーザＬｂにより構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部５０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相空間を介して水中に浸漬された構造物の切断対象位置にレーザを照射可能なレーザ照射部と、
前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、前記気相空間を形成する気相空間形成部と、
前記水中における前記切断対象位置よりも上方に配置されて、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部と
を備えるレーザ切断装置。
【請求項２】
前記泡微細化部は多孔体を備え、
前記多孔体は、水平面と交差する方向に貫通する複数の孔を備える
請求項１に記載のレーザ切断装置。
【請求項３】
前記多孔体が上下に並設されている
請求項２に記載のレーザ切断装置。
【請求項４】
前記多孔体は、水平面に対して下面を互い違いに傾斜させた複数の多孔体である
請求項３に記載のレーザ切断装置。
【請求項５】
前記泡微細化部は、前記多孔体を振動させる振動部をさらに有する
請求項２から４のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
【請求項６】
前記泡微細化部は、前記泡の浮上方向と交差方向に延び、前記交差方向と交差する軸を中心に回転するフィンを備える
請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
【請求項７】
前記構造物は、原子炉の構造物である
請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
【請求項８】
水中に浸漬された構造物の切断対象位置にレーザを照射可能なレーザ照射部を設置するレーザ照射部設置工程と、
前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、気相空間を形成する気相空間形成工程と、
前記水中における前記切断対象位置よりも上方に、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部を配置する泡微細化部配置工程と
を含むレーザ切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ切断装置及びレーザ切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉等の金属構造物をレーザ切断する方法が知られている。金属構造物のレーザ切断を行うとヒュームと呼ばれる微細な金属粒子の発生が問題となることがある。このような問題を抑制する手段として、例えば特許文献１には、金属構造物を水中に沈めた状態でレーザ切断を行うレーザ切断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５７５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水中でレーザ切断を行うには、金属構造物の切断箇所にガスを供給してガス空間を形成しながら切断作業を行う必要がある。その際、金属構造物をレーザが貫通すると、ガス空間のガスが貫通部を通ってヒュームを含んだ泡となる。このような泡が一気に水面に浮上すると、ヒュームが大気に放出されてしまう。
特許文献１のレーザ切断装置の場合、ヒュームを回収する回収装置を設けているが、金属構造物をレーザが貫通するときは、同じくヒュームを含んだ泡が発生し、ヒュームが大気に放出される。
【０００５】
本発明は、水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制するレーザ切断装置及びレーザ切断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】
【０００６】
第１の態様のレーザ切断装置は、気相空間を介して水中に浸漬された構造物の切断対象位置にレーザを照射可能なレーザ照射部と、前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、前記気相空間を形成する気相空間形成部と、前記水中における前記切断対象位置よりも上方に配置されて、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部とを備える。
【０００７】
本態様によれば、水中レーザ切断時に生成される泡が、泡微細化部によって、小さく分割される。泡を小さく分割することによって、泡に含まれるヒュームを水中に溶かすことができるので、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。
【０００８】
第２の態様のレーザ切断装置は、前記泡微細化部は多孔体を備え、前記多孔体は、水平面と交差する方向に貫通する複数の孔を備える第１の態様のレーザ切断装置である。
【０００９】
本態様によれば、多孔体によって、泡を小さく分割できる。
【００１０】
第３の態様のレーザ切断装置は、前記多孔体が上下に並設されている第２の態様のレーザ切断装置である。
【００１１】
本態様によれば、多孔体を上下に並設することによって、泡を複数段階で分割できる。
【００１２】
第４の態様のレーザ切断装置は、前記多孔体が、水平面に対して下面を互い違いに傾斜させた複数の多孔体である第３の態様のレーザ切断装置である。
【００１３】
本態様によれば、互い違いに傾斜させた複数の多孔体によって、泡を蛇行させながら複数段階で分割できる。
【００１４】
第５の態様のレーザ切断装置は、前記多孔体を振動させる振動部をさらに有する第２からの４のいずれかの態様のレーザ切断装置である。
【００１５】
本態様によれば、前記多孔体を振動させることによって、多孔体における泡の分割作用を促進することができる。
【００１６】
第６の態様のレーザ切断装置は、前記泡微細化部が、前記泡の浮上方向と交差方向に延び、前記交差方向と交差する軸を中心に回転するフィンを備える第１から５のいずれかの態様のレーザ切断装置である。
【００１７】
本態様によれば、フィンの回転によって、泡を小さく分割できる。
【００１８】
第７の態様のレーザ切断装置は、前記構造物が、原子炉の構造物である第１から５のいずれかの態様のレーザ切断装置である。
【００１９】
本態様によれば、放射能を有するヒュームの放出を抑制できる。
【００２０】
第８の態様のレーザ切断方法は、水中に浸漬された構造物の切断対象位置にレーザを照射可能なレーザ照射部を設置するレーザ照射部設置工程と、前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、気相空間を形成する気相空間形成工程と、前記水中における前記切断対象位置よりも上方に、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部を配置する泡微細化部配置工程とを含む。
【００２１】
本態様によれば、水中レーザ切断時に生成される泡が、泡微細化部によって、小さく分割される。泡を小さく分割することによって、泡に含まれるヒュームを水中に溶かすことができるので、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザ切断装置及びレーザ切断方法によれば、水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるレーザ切断装置設置時の概略図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態におけるレーザ切断装置設置時の詳細図である。
【図３】本発明に係る第二実施形態におけるレーザ切断装置設置時の詳細図である。
【図４】本発明に係る第三実施形態におけるレーザ切断装置設置時の詳細図である。
【図５】本発明に係る第四実施形態におけるレーザ切断装置設置時の詳細図である。
【図６】本発明に係る第五実施形態におけるレーザ切断装置設置時の詳細図である。
【図７】本発明に係るレーザ切断方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２５】
「第一実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第一実施形態について、図１〜図２を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態のレーザ切断装置１０を、原子力発電プラントの原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断作業に適用した様子を示す。
【００２７】
切断する構造物は、水Ｓａ中に浸漬している。水Ｓａ中に浸漬された構造物に対して、レーザ切断装置１０が設置される。特に、本実施形態において切断する原子炉容器９０内部の炉内構造物９１は、放射能を帯びているため、原子炉容器９０の上部に設けられたピットＰとともに水Ｓａで満たされた状態中に設置されている。したがって、水Ｓａ中に設置された原子炉容器９０内部の炉内構造物９１をそのまま切断する。すなわち、水Ｓａ中に浸漬して設置された原子炉容器９０内部の炉内構造物９１に対してそのままレーザ切断装置１０が設置される。
【００２８】
レーザ切断装置１０は、レーザ照射ヘッド２０、レーザ切断装置本体３０及び泡微細化部５０を備える。レーザ切断装置１０は、さらに、ガス・高圧水供給路４１、光ファイバ４２ａを含む配線４２及び配線４３を備える。
【００２９】
レーザ照射ヘッド２０の設置状態について説明する。
図１に示すように、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置にレーザ照射ヘッド２０を設置する。レーザ照射ヘッド２０は、支持部２９下端に設けられる。支持部２９上端は、切断対象位置の上方において、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の表面に対向してレーザ照射ヘッド２０を支持できるように固定されている。レーザ照射ヘッド２０は、支持部２９に支持されることによって、水Ｓａ中に浸漬された原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置に対向するように設置される。
【００３０】
レーザ照射ヘッド２０の設置作業に関して、作業者によるレーザ照射ヘッド２０の設置は、水中での作業であることや放射能を帯びた構造物での作業であることによって、困難な場合が多い。作業者によるレーザ照射ヘッド２０の設置が困難な場合は、遠隔作業やロボット等によってレーザ照射ヘッド２０の設置を行ってもよい。
【００３１】
切断対象位置に対向するように設置されたレーザ照射ヘッド２０は、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の表面から切断対象位置にレーザを照射し、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断を行う。
【００３２】
泡微細化部５０の設置状態について説明する。
図１に示すように、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１に泡微細化部５０を設置する。本実施形態の図２の場合、炉内構造物９１に関して、レーザＬｂを照射する側と反対側に泡微細化部５０を設置する。
泡微細化部５０は、支持部５９下端に設けられる。支持部５９上端は、切断対象位置の上方において、泡微細化部５０を支持できるように固定される。泡微細化部５０は、支持部５９に支持されることによって、水Ｓａで満たされた原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置の上方に設置される。
【００３３】
切断対象位置の上方に設置された泡微細化部５０は、後で詳しく説明する原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置から切断部の裏面側へ向かって発生し、浮上する泡の微細化を行う。本実施形態の場合、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１は水Ｓａ中の深いところに設置されており、ある程度水面まで距離がある。泡微細化部５０は、浮上する泡の微細化を行うことができるなら、どのような深さに設置してもよい。
【００３４】
レーザ照射ヘッド２０と同様に、作業者による泡微細化部５０の設置が困難な場合は、遠隔作業やロボット等によって泡微細化部５０の設置を行ってもよい。
【００３５】
レーザ切断装置本体３０の設置状態について説明する。
レーザ切断装置本体３０は、レーザ発振器３０ａ及びガス・高圧水供給装置３０ｂを備える。本実施形態では、レーザ切断装置本体３０をピットＰの縁に設置している。レーザ切断装置本体３０に、ガス・高圧水供給路４１、配線４２及び配線４３のそれぞれ一端が接続されている。
ガス・高圧水供給路４１は、雰囲気ガス供給路４１ａ、及び高圧水供給路４１ｂ、アシストガス供給路４１ｃを備える。
ガス・高圧水供給装置３０ｂは、後で説明する雰囲気ガスＡａを雰囲気ガス供給路４１ａへ供給する。また、ガス・高圧水供給装置３０ｂは、後で説明する高圧水Ｗｗを高圧水供給路４１ｂへ供給する。さらに、ガス・高圧水供給装置３０ｂは、後で説明するアシストガスＡｔをアシストガス供給路４１ｃへ供給する。
【００３６】
ガス・高圧水供給路４１及び配線４２の他端は、レーザ照射ヘッド２０に接続されている。
配線４２によって、レーザ切断装置本体３０とレーザ照射ヘッド２０との間で必要に応じて制御信号や応答信号のやり取りを行う。さらに光ファイバ４２ａを介して、レーザ切断装置本体３０のレーザ発振器３０ａで発振したレーザＬｂが、レーザ照射ヘッド２０に伝送される。
【００３７】
配線４３の他端は、泡微細化部５０に接続されている。配線４３を介して、レーザ切断装置本体３０と泡微細化部５０との間で必要に応じて制御信号や応答信号のやり取りを行う。レーザ切断装置本体３０と泡微細化部５０との間で制御信号や応答信号のやり取りの必要がないときは、配線４３を設けなくても構わない。
【００３８】
図２は、レーザ切断装置１０のレーザ照射ヘッド２０の要部断面及び泡微細化部５０の詳細を示す。
【００３９】
レーザ照射ヘッド２０の構造について説明する。
レーザ照射ヘッド２０は、ヘッド先端２０aが水Ｓａ中に浸漬された原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置に対向するように、支持部２９によって支持される。
レーザ照射ヘッド２０に伝送されたレーザＬｂは、レーザ照射ヘッド２０のヘッド先端２０a（レーザ照射部）へ導かれ、水Ｓａ中に浸漬された原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置に照射される。
アシストガスＡｔは、アシストガス供給路４１ｃを介して、ガス・高圧水供給装置３０ｂからレーザ照射ヘッド２０に供給される。レーザ照射ヘッド２０に供給されたアシストガスＡｔは、ヘッド先端２０ａから、炉内構造物９１の切断対象位置に噴射される。噴射されたアシストガスＡｔは、レーザＬｂで溶解した炉内構造物９１を吹き飛ばしたり、溶解した炉内構造物９１と反応したりすることによって、レーザＬｂによる炉内構造物９１の切断を促進する。アシストガスＡｔとして使われるガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素等が挙げられる。
したがって、炉内構造物９１は、レーザＬｂの照射とアシストガスＡｔの噴射によって、切断対象位置において、切断される。
【００４０】
レーザ照射ヘッド２０は、外周に筒状の気相空間形成部２１を備える。
気相空間形成部２１は、筒状の一端から切断対象に向かって、供給された高圧水Ｗｗを噴射することによって、筒状の水壁Ｗａｂを形成する。
したがって、気相空間Ｓｂは、水壁Ｗａｂの内周面、レーザ照射ヘッド２０の外周面及び切断対象によって画定される。
さらに、気相空間Ｓｂには、図２に示すように、気相空間形成部２１を介して、雰囲気ガスＡａが供給されている。
すなわち、気相空間形成部２１を備えるレーザ照射ヘッド２０からは、気相空間Ｓｂを維持するために、高圧水Ｗｗによる壁Ｗａｂとその内部に気相形成するためのガスＡａが供給されている。
よって、レーザ照射ヘッド２０を切断対象位置に設置した時、ヘッド先端２０ａと切断対象位置との間には、気相空間Ｓｂの雰囲気ガスＡａが保持される。
【００４１】
通常レーザは水で散乱するため、切断対象位置とレーザヘッドの間が水で満たされていると、レーザは切断対象位置に到達するまでに散乱されてしまうので、構造物を切断することができない。したがって、気相空間形成部２１は、少なくともレーザ照射ヘッド２０と原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置との間に、空気で満たされた気相空間Ｓｂを形成する。
気相空間Ｓｂを満たす雰囲気ガスＡａは、雰囲気ガス供給路４１ａを介して、ガス・高圧水供給装置３０ｂからレーザ照射ヘッド２０に供給される。
気相空間Ｓｂを保持する高圧水Ｗｗは、高圧水供給路４１ｂを介して、ガス・高圧水供給装置３０ｂからレーザ照射ヘッド２０に供給される。ただし、高圧水Ｗｗの供給は、水Ｓａ中にポンプなどを設けることによって、水Ｓａを加圧して供給するものとしても構わない。
【００４２】
泡微細化部５０の構造について説明する。
泡微細化部５０は、対向する面の間で貫通する複数の孔を備える多孔体である。特に本実施形態においては、当該多孔体として水平面に配置された網板を用いている。網板は、対向する面の間で貫通する複数の孔として網目を有する。
【００４３】
複数の孔の径は、後で詳しく説明する分割する泡のサイズに対応して形成される。具体的には、複数の孔の径が、分割する泡のサイズ（浮上時の泡の水平面の径）と同等又はそれ以上だと泡を分割できないし、小さすぎると泡が通過できないので、複数の孔の径は、浮上する泡が分割されつつ通過できる程度に形成される。
【００４４】
泡微細化部５０は、複数の孔が水平面と交差する方向に貫通するように配置される。
【００４５】
本実施形態のレーザ切断装置１０の作用について説明する。
レーザ照射ヘッド２０を原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置に設置する。レーザ照射ヘッド２０によってレーザＬｂを照射し、原子炉容器９０内部の炉内構造物９１を切断する。レーザ切断によって、気相空間Ｓｂが炉内構造物９１の切断対象位置のレーザ照射面の裏面と連通すると、気相空間Ｓｂに満たされた雰囲気ガスＡａ及びアシストガスＡｔが、連通部を介して、炉内構造物９１に関してレーザＬｂを照射する側と反対側に放出される。放出された雰囲気ガスＡａ及びアシストガスＡｔは、炉内構造物９１に関して、レーザＬｂを照射する側と反対側において複数の泡Ｂａとなって浮上する。当該切断時に生成される泡Ｂａは、レーザ切断時に発生したヒュームを含んでいる。
【００４６】
レーザは高エネルギーであるため、レーザを用いて構造物を切断すると、たくさん微細な金属粒子を含むヒュームがでやすい。さらに、本実施形態で切断する原子炉容器９０内部の炉内構造物９１は放射能を帯びているため、放射能を帯びたヒュームが発生する。
【００４７】
図２のＤｆは、泡Ｂａの浮上方向を示す。ヒュームを含む泡Ｂａは、浮上過程においてそれぞれ近隣の泡Ｂａと合体し、よりサイズの大きな泡Ｂａに成長しながら浮上する。
【００４８】
泡微細化部５０は、泡発生箇所と水Ｓａの水面との間に設置されており、浮上する泡Ｂａと、浮上方向Ｄｆにおける浮上過程の途中において接触する。泡微細化部５０と接触した泡Ｂａのうち、泡微細化部５０の複数の孔よりも大きなサイズを有する泡Ｂａは、複数の孔を通過する際に、二以上の泡Ｂｂに分割される。したがって、泡Ｂａは、泡微細化部５０を通過することによって、泡Ｂａより小さなサイズの泡Ｂｂに分割される。また、浮上する泡Ｂａを分割することによって、全体として浮上中の泡の成長を抑制することができる。分割された泡Ｂｂは、水Ｓａの水面へ浮上し、大気中へと放出される。
【００４９】
泡Ｂａや泡Ｂｂに含まれるヒュームは、浮上時に水Ｓａに溶ける。ヒュームの溶ける量は、浮上する時間が掛かればかかるほど、たくさん溶ける。また、ヒュームの溶ける量は、泡の表面積が大きいほどたくさん溶ける。
【００５０】
他方、二以上に分割された泡Ｂｂは、泡Ｂａよりサイズが小さいため、水Ｓａ中で受ける浮力が小さく浮上速さが遅い。また、泡Ｂｂは、泡Ｂａよりサイズが小さいため、体積に対する表面積の割合が大きい。
【００５１】
すなわち、泡Ｂａのまま浮上させる場合に比べて、泡Ｂａに分割させて浮上させる場合の方が、泡の浮上速さの低下によって水面に到達するまでの時間が長く、また泡の小サイズ化によって泡の体積に対する泡の表面積の比を大きくできる。
【００５２】
したがって、泡が水面に到達するまでの時間を長く、泡の体積に対する表面積の比を大きくすることで、多くのヒュームを水Ｓａ中に溶かすことができる。泡に含まれるヒュームを多く水Ｓａ中に溶かすことができれば、水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することでき、ヒュームの大気放出を抑制できる。
【００５３】
特に本実施形態の場合、放射能を帯びたヒュームが発生するので、本実施形態によって、放射能を有するヒュームの放出を抑制でき、大気への放射漏洩を抑制することができる。
【００５４】
「第二実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第二実施形態について、図３を参照して説明する。
【００５５】
第一実施形態のレーザ切断装置１０に対して、本実施形態のレーザ切断装置１００は、泡微細化部として、多孔体を複数枚備える泡微細化部１５０を備える点で異なっている。その他は第一実施形態のレーザ切断装置１０と同様である。
【００５６】
泡微細化部１５０の構造について説明する。
泡微細化部１５０は、第一多孔体１５１、第二多孔体１５２及び第三多孔体１５３を備える。第一多孔体１５１、第二多孔体１５２及び第三多孔体１５３は、対向する面の間で貫通する複数の孔を備える多孔体である。本実施形態においても、第一多孔体１５１、第二多孔体１５２及び第三多孔体１５３として水平面に配置された網板を用いている。網板は、対向する面の間で貫通する複数の孔として網目を有する。
【００５７】
第一多孔体１５１、第二多孔体１５２及び第三多孔体１５３は、下から上に向かって順に並設されている。すなわち、第一多孔体１５１の浮上方向Ｄｆに第二多孔体１５２が設けられ、第二多孔体１５２の浮上方向Ｄｆに第三多孔体１５３が設けられている。
【００５８】
第一多孔体１５１、第二多孔体１５２及び第三多孔体１５３は、いずれも、複数の孔が、水平面と交差する方向に貫通するように設置される。
本実施形態では、第二多孔体１５２の複数の孔は、第一多孔体１５１の複数の孔より小さい径を有する孔であり、第三多孔体１５３の複数の孔は、第二多孔体１５２の複数の孔よりさらに小さい径を有する孔である。
【００５９】
本実施形態の作用について説明する。
泡微細化部１５０は、泡発生箇所と水Ｓａの水面との間に設置されており、浮上する泡Ｂａと、浮上方向Ｄｆにおける浮上過程の途中において接触する。まず泡Ｂａは、第一多孔体１５１と接触する。接触した泡Ｂａのうち、第一多孔体１５１の複数の孔よりも大きなサイズを有する泡Ｂａは、複数の孔を通過する際に、二以上の泡Ｂｂに分割される。したがって、泡Ｂａは、第一多孔体１５１の複数の孔を通過することによって、泡Ｂａより小さなサイズの泡Ｂｂに分割される。分割された泡Ｂｂは、浮上方向Ｄｆへさらに浮上し、第二多孔体１５２、第三多孔体１５３を順に通過する度に、より小さなサイズに分割され、水Ｓａの水面へ浮上し、大気中へと放出される。
【００６０】
したがって、泡Ｂａは、複数段階で分割されることによって、単段階で分割する場合に比べて、より小さなサイズに分割される。
【００６１】
より小さなサイズの泡を分割すれば、より多くのヒュームを水Ｓａ中に溶かすことができるので、水中レーザ切断時のヒュームの放出を一層抑制することできる。
【００６２】
上記のとおり本実施形態では、第二多孔体１５２の複数の孔は、第一多孔体１５１の複数の孔より小さい径を有し、第三多孔体１５３の複数の孔は、第二多孔体１５２の複数の孔よりさらに小さい径を有している。変形例として、第一多孔体１５１の複数の孔、第二多孔体１５２の複数の孔及び第三多孔体１５３の複数の孔を同じ径としても構わない。同じ径であっても、多孔体と多孔体の間で泡が大きく成長する場合は、複数段階で泡を分割することが可能となる。
【００６３】
本実施形態において、第一多孔体１５１、第二多孔体１５２及び第三多孔体１５３は、互いの間隔をあけて設置されており、泡発生箇所から水面までの空間を有効利用している。すなわち、互いに空間を開けて設置されることにより、浮上による泡の成長を待って泡を分割できるので、泡発生箇所から水面までの空間にわたって、より微細な泡に分割することが可能となる。
【００６４】
「第三実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第三実施形態について、図４を参照して説明する。
【００６５】
第二実施形態のレーザ切断装置１００に対して、本実施形態のレーザ切断装置２００は、泡微細化部として、複数の多孔体の下面を、水平面に対して、互い違いに傾斜させた泡微細化部２５０を備える点で異なっている。その他は第二実施形態のレーザ切断装置１００と同様である。
【００６６】
泡微細化部２５０の構造について説明する。
泡微細化部２５０は、第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３を備える。第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３は、対向する面の間で貫通する複数の孔を備える多孔体である。本実施形態においても、第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３として網板を用いている。
【００６７】
第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３は、浮上方向Ｄｆに向かって、順に並設されている。すなわち、第一傾斜多孔体２５１の浮上方向Ｄｆに第二傾斜多孔体２５２が設けられ、第二傾斜多孔体２５２の浮上方向Ｄｆに第三傾斜多孔体２５３が設けられている。
【００６８】
第一傾斜多孔体２５１は、レーザＬｂの延びる方向に平行な鉛直面内において、水平方向に対して角度θ傾斜させて配置している。第二傾斜多孔体２５２は、レーザＬｂの延びる方向に平行な鉛直面内において、第二傾斜多孔体２５２と逆方向に、水平方向に対して角度θ（角度−θ）傾斜させて配置している。第三傾斜多孔体２５３は、レーザＬｂの延びる方向に平行な鉛直面内において、第一傾斜多孔体２５１と同じ方向（第二傾斜多孔体２５２と逆方向）に水平方向に対して角度θ傾斜させて配置している。
【００６９】
したがって、第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３は、浮上方向Ｄｆに向かって互い違いに傾斜させて配置されている。このとき、第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３の複数の孔は、傾斜配置したときに、水平面と交差する方向に貫通するように形成される。
【００７０】
本実施形態の作用について説明する。
泡微細化部２５０は、泡発生箇所と水Ｓａの水面との間に設置されており、浮上する泡Ｂａと、浮上方向Ｄｆにおける浮上過程の途中において接触する。まず泡Ｂａは、第一傾斜多孔体２５１と接触する。接触した泡Ｂａは、傾斜した第一傾斜多孔体２５１の下面に沿って斜め方向に浮上する。泡Ｂａは、斜め方向に浮上しながら、第一傾斜多孔体２５１の複数の孔を通過する。第一傾斜多孔体２５１の複数の孔よりも大きなサイズを有する泡Ｂａは、複数の孔を通過する際に、二以上の泡Ｂｂに分割される。分割された泡Ｂｂは、同様に、互い違いに傾斜する第二傾斜多孔体２５２、第三多孔体１５３を順に通過しながら、さらに分割される。互い違いに傾斜する第二傾斜多孔体２５２、第三多孔体１５３を順に通過する泡Ｂｂは、蛇行ながらより小さなサイズに分割され、水Ｓａの水面へ浮上し、大気中へと放出される。
【００７１】
したがって、本実施形態では、蛇行しながら泡が浮上するので、蛇行せず浮上する場合に比べて、水面に到達するまでの時間をより稼ぐことができる。水面に到達するまでの時間をより稼ぐことができれば、より多くのヒュームを水Ｓａ中に溶かすことができるので、水中レーザ切断時のヒュームの放出を一層抑制することできる。
【００７２】
「第四実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第四実施形態について、図５を参照して説明する。
【００７３】
第一実施形態のレーザ切断装置１０に対して、本実施形態のレーザ切断装置３００は、泡微細化部３５０を振動させる振動部３６０を備える点で異なっている。その他は第一実施形態のレーザ切断装置１０と同様である。
【００７４】
泡微細化部３５０及び振動部３６０の構造及び作用について説明する。
振動部３６０は、泡微細化部３５０に接続され、泡微細化部３５０を振動させる。本実施形態においては、振動部３６０は、泡微細化部３５０を振動方向Ｄｂに振動させる。振動方向Ｄｂは、レーザＬｂの延びる方向である。
【００７５】
泡Ｂａが複数の孔を通過する際に、泡微細化部３５０が振動方向Ｄｂに振動すると、泡微細化部３５０は、複数の孔を通過する泡Ｂａに対して振動方向Ｄｂに刺激を与える。したがって、振動部３６０は、泡微細化部３５０における泡の分割作用を促進する。
【００７６】
振動部３６０による振動方向は、振動方向Ｄｂに限られず、泡に刺激を与える方向であればどのような方向でもよく、例えば、浮上方向Ｄｆの振動、水平面内におけるＤｂ以外の任意の方向の振動でも構わない。
【００７７】
振動の周波数及び振幅は、泡に刺激を与えることができる周波数及び振幅であれば、どのような周波数及び振幅であっても構わない。
【００７８】
さらに、本実施形態の振動部を第二実施形態又は第三実施形態のような複数の多孔体に適用してもよい。その場合、複数の多孔体にそれぞれ振動方向、振動の周波数又は振幅の異なる振動部を設けて、複数の多孔体に対して、それぞれ異なる振動方向、振動の周波数又は振幅で振動させてもよい。
【００７９】
「第五実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第五実施形態について、図６を参照して説明する。
【００８０】
第一実施形態のレーザ切断装置１０に対して、本実施形態のレーザ切断装置４００は、泡微細化部として、回転するフィン４５０を備える点で異なっている。その他は第一実施形態のレーザ切断装置１０と同様である。
【００８１】
フィン４５０の構造及び作用について説明する。
フィン４５０は、浮上方向Ｄｆの交差方向に延び、当該交差方向と交差する軸を中心に回転する。特に本実施形態においては、図６に示すように、フィン４５０は、水平方向に延び、浮上方向Ｄｆと平行な回転軸を中心に回転する。本実施形態においては、フィン４５０の中心を回転軸として回転させているが、フィン４５０の片側寄りを回転軸として、偏心回転させてもよい。
【００８２】
フィン４５０の回転領域を泡Ｂａが通過する際に、回転するフィン４５０と衝突する泡Ｂａは、フィン４５０によって裁断され、二以上の泡Ｂｂに分割される。したがって、泡Ｂａは、フィン４５０によって裁断されることよって、泡Ｂａより小さなサイズの泡Ｂｂに分割される。また、浮上する泡Ｂａを分割することによって、全体として浮上中の泡の成長を抑制することができる。
【００８３】
「レーザ切断方法」
本発明に係るレーザ切断方法について、図７を参照して説明する。
【００８４】
図７に示すように、まずレーザ照射ヘッド２０を、水中に浸漬された原子炉容器９０内部の炉内構造物９１の切断対象位置に設置する（Ｓ１：レーザ照射部設置工程）。次に、ガス・高圧水供給装置３０ｂから、気相空間Ｓｂを満たす雰囲気ガスＡａ、及び気相空間Ｓｂを維持するために高圧水Ｗｗを供給し、レーザ照射ヘッド２０と切断対象位置との間に、気相空間Ｓｂを形成する（Ｓ２：気相空間形成工程）。続いて、炉内構造物９１に関して、レーザＬｂを照射する側と反対側であって、切断対象位置の上方に、泡微細化部を設置する（Ｓ３：泡微細化部配置工程）。設置する泡微細化部は、上記実施形態のいずれの泡微細化部でも構わない。そして、切断対象位置にレーザ照射ヘッド２０からレーザＬｂを照射する（Ｓ４：レーザ切断工程）。レーザ切断工程Ｓ４によってレーザ切断が進むと、気相空間Ｓｂが炉内構造物９１の切断対象位置のレーザ照射面の裏面と連通し、気相空間Ｓｂに満たされた雰囲気ガスＡａが、連通部を介して、炉内構造物９１に関してレーザＬｂを照射する側と反対側に放出される。放出された雰囲気ガスＡａ及びアシストガスＡｔは、ヒュームを包含した泡Ｂａとなるが、泡Ｂａの発生箇所の上方に設置された泡微細化部によって、泡Ｂａは微細化される。
したがって、泡を小さく分割することによって、泡に含まれるヒュームを水Ｓａ中に溶かすことができるので、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。泡を分割すれば、より多くのヒュームを水Ｓａ中に溶かすことができるので、水中レーザ切断時のヒュームの放出を一層抑制することできる。
【００８５】
本レーザ切断方法は、原子炉容器９０内部の水中に沈んでいる炉内構造物９１をそのまま切断している。
水中にない構造物を水中で切断する場合は、レーザ照射部設置工程の前に、構造物を水中に浸漬する浸漬工程（Ｓ０）を設ければ、本レーザ切断方法を実施できる。
構造物を水中に浸漬する工程としては、構造物を水中に沈めて浸漬する工程であってもよいし、構造物が内部に設置された容器に水を埋めて、構造物を水中に浸漬する工程であってもよい。
また、水中に沈んでいる原子炉容器９０内部の炉内構造物９１をそのまま切断する方法は、図１の炉内構造物９１´の切断方法を含む。すなわち、水中レーザ切断された構造物を炉内構造物９１´のように、原子炉容器９０の上部に設けられたピットＰに移動させた後、切断された構造物をさらに細かく切断する方法を含むものである。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００８７】
本実施形態の場合、切断する構造物に関して、レーザＬｂを照射する側と反対側へ放出される泡の微細化を行っている。
本実施形態の泡の微細化は、レーザＬｂを照射する側と反対側へ放出される泡の微細化に限らず、レーザＬｂを照射する側へ放出される泡の微細化に適用しても構わない。その場合、泡微細化部は、レーザＬｂを照射する側へ設置することとなる。
さらにレーザＬｂを照射する側、及びレーザＬｂを照射する側と反対側の両側において泡の微細化を行うこととし、レーザＬｂを照射する側、及びレーザＬｂを照射する側と反対側の両側に泡微細化部を設置してもよい。また、構造物の上部において、レーザＬｂを照射する側、及びレーザＬｂを照射する側と反対側の両側にまたがるように泡微細化部を設置してもよい。
【００８８】
本実施形態では、レーザ切断装置本体３０がレーザを発振しているが、レーザ照射ヘッド２０で発振してもよい。その場合、光ファイバ４２ａを設ける必要がなくなる。さらに、レーザ切断装置本体３０とレーザ照射ヘッド２０との間で制御信号や応答信号のやり取りの必要もないときは、配線４２を設けなくても構わない。その場合、レーザ切断装置本体３０をガス・高圧水供給装置３０ｂだけで構成することが可能となる。
【００８９】
本実施形態では、レーザ照射ヘッド２０は支持部２９によって、泡微細化部５０は支持部５９によって支持されているが、原子炉容器９０上方に支持梁を設けて、同じ支持梁でレーザ照射ヘッド２０及び泡微細化部５０を支持してもよい。同じ支持梁でレーザ照射ヘッド２０及び泡微細化部５０を支持する場合、構造物の切断対象位置の走査が必要であれば、当該支持梁を走査することで、レーザ照射ヘッド２０及び泡微細化部５０を共に走査することが可能である。
【００９０】
本実施形態において、支持部２９は、ピットＰ上方に固定されているが、吸盤、磁石、ネジ、フック等によって、原子炉容器９０の壁面に固定されてもよい。さらに支持部２９にレール及びレール走行部を設け、レーザ照射ヘッド２０が、原子炉容器９０の壁面を縦横に走査するように構成してもよい。
本実施形態において、支持部５９も同様に、ピット上方に固定されているが、吸盤、磁石、ネジ、フック等によって、原子炉容器９０の壁面に固定されてもよい。さらに支持部５９にレール及びレール走行部を設け、泡微細化部５０が、原子炉容器９０の壁面を走査するように構成してもよい。
その場合、レーザ照射ヘッド２０及び泡微細化部５０が、連動して原子炉容器９０の壁面を走査するように構成してもよい。
【００９１】
本実施例のように水壁Ｗａｂで壁を構成しているが、切断する構造物表面に凹凸が少ない場合は、水壁Ｗａｂに代えて、機構部材の壁を設けて、気相空間Ｓｂを形成してもよい。
【００９２】
本実施形態の各実施形態の泡微細化部を一つのレーザ切断装置に組み合わせて設けても構わない。例えば、深さ方向にフィン４５０を複数並べて設けたり、第一傾斜多孔体２５１、第二傾斜多孔体２５２及び第三傾斜多孔体２５３のそれぞれに振動部を設けたりしても構わない。また、深さ方向に、フィンと多孔体とを並べて設けても構わない。
【００９３】
本実施形態の多孔体は、網板以外に多孔板、メッシュ板等、複数の孔を有するものであれば、どのようなものでもよい。
【００９４】
本実施形態においては、気相空間Ｓｂに空気を供給しているが、レーザを散乱しないガスであればどのようなガスでも構わない。
【符号の説明】
【００９５】
１０：レーザ切断装置
２０：レーザ照射ヘッド
２０ａ：ヘッド先端
２１：気相空間形成部
２９：支持部
３０：レーザ切断装置本体
３０ａ：レーザ発振器
３０ｂ：ガス・高圧水供給装置
４１：ガス・高圧水供給路
４１ａ：雰囲気ガス供給路
４１ｂ：高圧水供給路
４１ｃ：アシストガス供給路
４２：配線
４２ａ：光ファイバ
４３：配線
５０：泡微細化部
５９：支持部
９０：原子炉容器
９１：炉内構造物
９１´：炉内構造物
１００：レーザ切断装置
１５０：泡微細化部
１５１：第一多孔体
１５２：第二多孔体
１５３：第三多孔体
２００：レーザ切断装置
２５０：泡微細化部
２５１：第一傾斜多孔体
２５２：第二傾斜多孔体
２５３：第三傾斜多孔体
３００：レーザ切断装置
３５０：泡微細化部
３６０：振動部
４００：レーザ切断装置
４５０：フィン
Ａａ：雰囲気ガス
Ａｔ：アシストガス
Ｂａ：泡
Ｂｂ：泡
Ｄｂ：振動方向
Ｄｆ：浮上方向
Ｌｂ：レーザ
Ｐ：ピット
Ｓａ：水
Ｓｂ：気相空間
Ｗａｂ：水壁
Ｗｗ：高圧水
θ：角度
【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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