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発明の名称 原子炉補修ロボット
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−161797(P2003−161797A)
公開日 平成15年6月6日(2003.6.6)
出願番号 特願2001−360082(P2001−360082)
出願日 平成13年11月26日(2001.11.26)
代理人 【識別番号】100078765
【弁理士】
【氏名又は名称】波多野 久 (外1名)
【テーマコード(参考)】
2G075
4E068
【Fターム(参考)】
2G075 AA03 BA18 CA07 DA15 FA13 FB02 FC14 GA02 
4E068 BA06 BB00 CA17 CC02 CE08 CJ07
発明者 小野 芳明 / 加藤 裕美 / 山口 修 / 瀧口 裕司
要約 課題
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。

解決手段
水中に収容可能なボディ2に、推進用のプロペラ4と、上下複数段の吸着機構10,13と、レーザ溶接機5を備え、プロペラ4および吸着機構10,13により、水中移動および壁面への吸着を可能とし、壁面への吸着状態において吸着機構10,13により壁面上の移動および炉内構造物の所定の位置への固定状態にて、水中で炉内構造物の補修溶接を可能とした。
特許請求の範囲
【請求項1】 水中に収容可能なボディに、推進用のプロペラと、上下複数段の吸着機構と、レーザ溶接機を備え、前記プロペラおよび吸着機構により、水中移動および壁面への吸着を可能とし、壁面への吸着状態において前記吸着機構により壁面上の移動および炉内構造物の所定の位置への固定状態にて、水中で炉内構造物の補修溶接を可能としたことを特徴とする原子炉補修ロボット。
【請求項2】 複数の水圧シリンダを具備し、各シリンダの動作量を変えることにより、前記シリンダの取り付け方向に対して斜め方向への移動を可能としたことを特徴とする請求項1記載の原子炉補修ロボット。
【請求項3】 水圧シリンダにリニアゲージを具備し、水圧シリンダの動作量を確認および調整可能とし、かつ移動量および移動方向を調節可能であることを特徴とする請求項1または2記載の原子炉補修ロボット。
【請求項4】 レーザ溶接機は、オペレーションフロアのレーザ発振器からファイバーにてレーザ光を伝送され、かつ溶接棒はオペレーションフロアから送られる不活性ガスのホース内に設置したことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の原子炉補修ロボット。
【請求項5】 レーザ溶接機は、集光レンズをリボルバーに取付け、オペレーションフロアの制御エリアから集光レンズを選択することにより、出力を調整したレーザを溶接機から金属壁に照射することを可能としたことを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の原子炉補修ロボット。
【請求項6】 ボディにTVカメラを具備し、溶接もしくは表面処理の前後における施工部の検査、確認を至近距離から可能としたことを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の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、請求項1記載の発明では、水中に収容可能なボディに、推進用のプロペラと、上下複数段の吸着機構と、レーザ溶接機を備え、前記プロペラおよび吸着機構により、水中移動および壁面への吸着を可能とし、壁面への吸着状態において前記吸着機構により壁面上の移動および炉内構造物の所定の位置への固定状態にて、水中で炉内構造物の補修溶接を可能としたことを特徴とする原子炉補修ロボットを提供する。
【0008】請求項2記載の発明では、複数の水圧シリンダを具備し、各シリンダの動作量を変えることにより、前記シリンダの取り付け方向に対して斜め方向への移動を可能としたことを特徴とする請求項1記載の原子炉補修ロボットを提供する。
【0009】請求項3記載の発明では、水圧シリンダにリニアゲージを具備し、水圧シリンダの動作量を確認および調整可能とし、かつ移動量および移動方向を調節可能であることを特徴とする請求項1または2記載の原子炉補修ロボットを提供する。
【0010】請求項4記載の発明では、レーザ溶接機は、オペレーションフロアのレーザ発振器からファイバーにてレーザ光を伝送され、かつ溶接棒はオペレーションフロアから送られる不活性ガスのホース内に設置したことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の原子炉補修ロボットを提供する。
【0011】請求項5記載の発明では、レーザ溶接機は、集光レンズをリボルバーに取付け、オペレーションフロアの制御エリアから集光レンズを選択することにより、出力を調整したレーザを溶接機から金属壁に照射することを可能としたことを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の原子炉補修ロボットを提供する。
【0012】請求項6記載の発明では、ボディにTVカメラを具備し、溶接もしくは表面処理の前後における施工部の検査、確認を至近距離から可能としたことを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の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。




 

 


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