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発明の名称 原子炉内位置測定装置
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2005−55398(P2005−55398A)
公開日 平成17年3月3日(2005.3.3)
出願番号 特願2003−288983(P2003−288983)
出願日 平成15年8月7日(2003.8.7)
代理人
発明者 伊藤 智之 / 島村 光明 / 木村 元比古 / 湯口 康弘
要約 課題
装置全体の寸法が大きくなるのを防ぐことができ、また検査装置からの音波を出力するために、信号取込みを考慮する必要がなく、通常のケーブルで音波を出力することが可能な原子炉内位置測定装置を得る。

解決手段
原子炉圧力容器1の内部に配設され、炉内構造物等の内外壁の溶接線の点検や検査を行う移動式の検査装置7に取り付けられ、音波を発振する送波器4と、1の内部であって、炉心を支持する炉心支持板21より下方位置に存在する炉内構造物に設置され、前記送波器4からの音波を検出する少なくとも2個の受波器5と、5からの音波が各受波器5に到達するまでの到達時間をそれぞれ測定し、該測定時間と前記受波器間の距離に基き三角測量の原理により7の位置を演算する演算器を具備したもの。
特許請求の範囲
【請求項1】
原子炉圧力容器の内部に配設され、原子炉圧力容器や炉内構造物等の内外壁の溶接線の点検や検査を行う移動式の検査装置に取り付けられ、音波を発振する送波器と、
前記原子炉圧力容器の内部であって、炉心を支持する炉心支持板より下方位置に存在する炉内構造物に設置され、前記送波器からの音波を検出する少なくとも2個の受波器と、
前記送波器からの音波が前記各受波器に到達するまでの到達時間をそれぞれ測定し、該測定時間と前記受波器間の距離を三角測量の原理により前記検査装置の位置を演算する演算器と、
を具備したことを特徴とする原子炉内位置測定装置。
【請求項2】
前記送波器が発振する音波の周波数は、音波が伝播される際の障害物がない所では50kHz以上とすることを特徴とする請求項1記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項3】
前記原子炉圧力容器の内部であって、前記炉心の周囲に配設されかつ該炉心を冷却するための複数のジェットポンプの下端開口部に、受波器設置治具により前記受波器を取付け、前記各受波器を前記各ジェットポンプの下端開口部に取付けることを特徴とする請求項1記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項4】
前記原子炉圧力容器の内部であって、前記炉心の周囲に配設されかつ該炉心を冷却するための複数のジェットポンプの下端開口部に、受波器設置治具により前記受波器を取付け、前記受波器の全てを前記ジェットポンプの一つの下端開口部に取付けることを特徴とする請求項1記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項5】
前記原子炉圧力容器内部の炉下部であって、制御棒駆動機構を収納する制御棒駆動機構ハウジングに、受波器設置治具により前記受波器を取付け、前記各受波器を前記各制御棒駆動機構ハウジング又はこの近傍に取付けることを特徴とする請求項1記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項6】
前記原子炉圧力容器内部の炉下部であって、制御棒駆動機構を収納する制御棒駆動機構ハウジングに、受波器設置治具により前記受波器を取付け、前記受波器の全てを前記制御棒駆動機構ハウジングの一つ又はこの近傍に取付けることを特徴とする請求項1記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項7】
請求項3、請求項4、請求項5、請求項6のうちの少なくとも2つの請求項を組み合わせたことを特徴とする原子炉内位置測定装置。
【請求項8】
前記ジェットポンプのうちの既知の位置である1つの下端開口部に、角度検出用送波器を設置し、これにより前記受波器設置治具に取付けられている前記複数の受波器の設置方位角を検出可能に構成したことを特徴とする請求項4又は6記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項9】
前記受波器の設置された方位角を目視可能なカメラ及び前記炉内構造物との相対距離を測定するためのレーザグリッドを、前記受波器設置治具に設けたことを特徴とする請求項4記載の原子炉内位置測定装置。
【請求項10】
前記送波器から発振する音波の周波数は、音波が伝播される際の障害物が存在する所では基準周波数5〜80kHzに対して±20%の範囲内で可変にすること、または複数の周波数を使用することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の原子炉内位置測定装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子炉圧力容器の内部に配設され、原子炉圧力容器や炉内構造物等の内外壁の溶接線の点検や検査を行う移動式の検査装置の位置を測定する原子炉内位置測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種従来の原子炉内位置測定装置として、以下に述べる第1の音波による測定する音波測定方式及び第2のカメラによる測定するカメラ測定方式がある。この内の第1の音波測定方式は、炉内構造物などの内外壁の溶接線の点検や検査を行う検査装置例えば自走式ロボットに、設置された炉内の所望の位置例えばジェットポンプに設置された送波器(ピンガ)と、炉内構造物などの内外壁の溶接線の点検や検査を行う検査装置例えば自走式ロボットの複数に、それぞれ設置され、送波器からの音波を受波する受波器(ハイドロホン)と、送波器から発振した音波が受波器まで到達する時間を計算する信号処理器を備えている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、カメラ測定方式は、原子炉炉底部の制御棒案内管に設置されるロボットに搭載され、視野に位置測定対象を捉えるカメラと、カメラから得られた映像を信号処理する信号処理器を備えている。この場合には、ロボット搭載のカメラからの映像から現在位置を推定し、または外部からカメラを目視し、その映像から現在位置を測定するものである。
【特許文献1】特開平9−61513号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述のカメラ測定方式は、カメラ装置を原子炉底部に設置することは、カメラ装置の位置決めを精度高く行う必要があり、そのため原子炉内位置測定装置の寸法が大きくなるという問題点がある。
【0005】
また、前述した音波測定方式では、検査装置例えば自走式ロボットの受波器が受信した受信信号を受波器から地上に送る必要があり、そのためにはロボットには信号を地上に送るために、ケーブル等の耐ノイズ性を高くする必要がある。ロボットのケーブルの多くは運動性確保のため特殊なものを使用しており、耐ノイズ性を高くするためには、ケーブルのシールドを多くするなどの処置が必要となり、これはケーブルの剛性を高め、ロボットの運動性能を悪化させることになる。
【0006】
本発明は、このような問題点を改善するためなされたもので、装置全体の寸法が大きくなるのを防ぐことができ、また検査装置からの音波を出力するために、信号取込みを考慮する必要がなく、通常のケーブルで音波を出力することが可能な原子炉内位置測定装置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】
【0007】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、原子炉圧力容器の内部に配設され、原子炉圧力容器や炉内構造物等の内外壁の溶接線の点検や検査を行う移動式の検査装置に取り付けられ、音波を発振する送波器と、前記原子炉圧力容器の内部であって、炉心を支持する炉心支持板より下方位置に存在する炉内構造物に設置され、前記送波器からの音波を検出する少なくとも2個の受波器と、
前記送波器からの音波が前記各受波器に到達するまでの到達時間をそれぞれ測定し、該測定時間と前記受波器間の距離を三角測量の原理により前記検査装置の位置を演算する演算器とを具備した原子炉内位置測定装置である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、装置全体の寸法が大きくなるのを防ぐことができ、また検査装置からの音波を出力するために、信号取込みを考慮する必要がなく、通常のケーブルで音波を出力することが可能な原子炉内位置測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、始めに図1及び図2により、本発明の概要について説明する。原子炉圧力容器1は、概略図示しない炉心部と、炉下部と、炉底部からなり、圧力容器1内部には炉内構造物が形成されている。図1及び図2は、このうちの炉下部と、炉底部のみを示している。
【0010】
炉内構造物は、内部タンクを形成するシュラウド3、複数の制御棒案内管22が連結されかつこれらの横方向の支持をする炉心支持板21、図示しない上部格子板からなっている。シュラウド3は、上部胴3a、中間部胴3b及び下部胴3cの3段胴からなり、下部胴3cは、圧力容器1と一体に作られたシュラウドサポート9に溶接構造で支持されている。圧力容器1とシュラウド3とのアニュラス空間には、炉心部を冷却する複数のジェットポンプ2が設置されている。
【0011】
このような構成の圧力容器1内壁やシュラウド3の内外壁の溶接線の目視検査や探傷試験検査を行う場合には、検査対象や検査個所に応じて専用の検査装置7例えば自走式ロボットを設置し、これらにより溶接線の検査ができるように構成されている。
【0012】
検査装置7には、所定周波数の音波を発振する送波器(ピンガ)4が取付けられている。そして、圧力容器1の内部であって、炉心支持板21より下の高さの所望の位置例えば2個のジェットポンプ2の下端開口部例えば円錐状に広がっている部分であるディフューザに、それぞれ受波器設置治具10により受波器(ハイドロホン)5を取付けるようにしたものである。そして、各受波器5は、例えば地上側の原子炉圧力容器外部の建物に設置され図示しない制御装置例えばマイコンチップからなる演算器に対してそれぞれ電気的に接続され、この演算器は送波器4からの音波が各受波器5に到達するまでの到達時間を測定し、この測定時間と、各受波器5間の距離(これは受波器5の設置する位置例えばジェットポンプ2の下端開口部の位置が予め判っているので、その距離)を三角測量の原理により検査装置7の位置を演算する。
【0013】
ここで、演算器の処理内容例について説明する。(1)音波信号の取込を行う。これは、取込開始は送波器4が音波を出力した時間を0とする。(2)取込開始時間と取込ゲインの補正を行う。このことは、遅く計測された音波は、音源から遠いことを意味し、また、音源から遠ければ音波の音圧が下がる、これは時間の関数なので補正をおこなう。(3)−1音波到達時間の測定を測定を行う。具体的には、予め決めた閾値以上の音圧が検出された時間を測定する。(3)−2または(3)−1とは別に音波到達時間の測定を行う。具体的には、予め出力した音波の形状と同じ波形が検出された時間を測定する。この場合の時間の測定は、音波を出力した時間0からカウンタをスタートさせ,そのカウンタにより測定する。(4)−1 2点以上で測定した音波到達時間から検査装置7の位置を計算する。(4)−2 または(3)−1とは別に深度の計測値を考慮して検査装置7の位置を計算する。
【0014】
このように構成されている本発明の第1の実施形態によれば、検査装置7に送波器4が取付けられ、この送波器4からの音波を受波する受波器5がジェットポンプ2の下端開口部に設置されているので、原子炉炉下部にある障害物がある領域に検査装置7が位置している場合であっても検査装置7の位置を測定できる。また、第1の実施形態によれば、従来のカメラ測定方式での問題点である、装置全体の寸法が大きくなるのを防ぐことができ、また検査装置からの音波を出力するために、信号取込みを考慮する必要がなく、通常のケーブルで音波を出力することが可能な原子炉内位置測定装置を提供することができる。
【0015】
図3及び図4並びに図5は、本発明の第2の実施形態である図1及び図2の受波器設置治具10の具体的構成を説明するための図であり、これは吊りワイヤ11、連結具12、ヒンジ13、開閉アーム14、補助アーム15、支持具16からなっている。具体的には、吊りワイヤ11の下端部に連結具12の上部が連結され、連結具12の周面には3個のヒンジ13が取付けられ、この各ヒンジ13にはそれぞれ3本の開閉アーム14が取付けられ、連結具12の下部には例えば円筒状の支持具16が取付けられ、支持具16の外周面の軸方向長さの中央位置には3本の補助アーム15の一端がそれぞれ回転自在に支持され、補助アーム15の他端が開閉アーム14にそれぞれ回転自在に支持されている。この結果、受波器5を支持具16に取付けた状態の受波器設置治具10が設置されるジェットポンプ2の下端開口部の大きさ(所定範囲内)に応じて各開閉アーム14の開閉角度が均等で且つ自由に変更可能になっている。
【0016】
以上述べた図3〜図5に示す実施形態によれば、検査装置7に取付けられた送波器4から発生した音波は、ジェットポンプ2に取付けられた受波器5で検出され、送波器4からの受波器5までの音波の到達時間を測定し、これを三角測量の原理により距離求めることで、送波器4の位置及び検査装置7の位置を検出することが可能となる。また、本実施形態によれば受波器5をジェットポンプ2及び炉内構造物に対して正確に位置固定可能であるので、音波の位置計測時の炉内構造物に対する位置決め精度を向上させることができ、送波器4から発振した音波により送波器4または検査装置7の位置を正確に位置測定可能である。
【0017】
図6及び図7並びに図8は、本発明の第3の実施形態である図1及び図2の受波器設置治具10の具体的構成を説明するための図であり、前述の第2の実施形態と異なる点は、3本の開閉アーム14の先端にそれぞれ受波器5a、5b、5cが取付けられており、これに伴って支持具16には何も取付けられていない点である。これ以外の構成は、前述の第2の実施形態と同一である。
【0018】
このように受波器5a、5b、5cを設置することにより、1組の受波器設置治具10により複数の位置での音波の検出が可能となるため、1組の受波器設置治具10によりシュラウドサポート(バッフルプレート)9の下及び炉底部での送波器4及び検査装置7の位置検出が可能となる。
【0019】
第3の実施形態によれば、受波器設置治具10受波器設置治具10により複数の受波器5a、5b、5cをジェットポンプ2及び炉内構造物に対して正確な位置で固定可能であるので、音波の位置計測時の炉内構造物に対する位置決め精度を向上させることができる。また複数の受波器5を1つの受波器設置治具10で固定可能であるので、炉内構造物に受波器5を設置する回数が少なくなり、装置設置時間が短縮可能である。
【0020】
図9〜図11及び図15並びに図16は、本発明の第4の実施形態の受波器設置治具10を説明するための図及び原子炉位置測定装置を説明するための図である。受波器設置治具10は、以下のように構成されている。すなわち、吊下げワイヤ11により本体中心部であるガード25が支持され、ガード25で保護されるように受波器5が構成されている。受波器5の最下端部にはCRDハウジング27の最上部の穴に取り合うためのCRD設置部26が取付けられている。
【0021】
このような構成において、CRDハウジング27の最上部の穴と受波器設置治具10のCRDハウジング設置部26が取り合うことで、CRDハウジング27に設置される。受波器設置治具10を炉底部CRDハウジング27の最上部に複数設置し、検査装置7に取付けられた送波器4から発振した音波を検出する。受波器設置治具10はCRDハウジング27を基準に設置可能であるため、設置の際の位置決め精度が高い。そのため検出された送波器4及び検査装置7の位置精度を高くすることが可能となる。
【0022】
図12〜図14は、本発明の第5の実施形態の受波器設置治具10を説明するための図及び原子炉位置測定装置を説明するための図である。本実施形態では、CRDハウジング27に設置する受波器設置治具10に複数の受波器5a、5b、5cを取付けるられるように構成したものである。具体的には、複数の受波器5a、5b、5cはそれぞれ展開リンク29に取付けられる。受波器設置治具10の最下部にはCRDハウジング27に設置するためのCRD設置部26が取付けられる。また受波器設置治具10全体は吊下げワイヤ11により上部から吊り下ろされ、設置される。
【0023】
図15及び図16は、本発明の第6の実施形態を説明するための図である。前述した実施形態のうち、1つの受波器設置治具10に例えば3個の受波器5a、5b、5cをそれぞれ取付ける実施形態では、受波器の設置方位角について何等言及していないが、用途によっては何等かの手法により、各受波器5a、5b、5cの設置方位角を検出することが要望されることがある。この場合には、図15及び図16に示すように角度検出用送波器20を、炉内の既知の位置例えばジェットポンプ2のうちの1つの下端開口部に設け,角度検出用受波器を設けず、各受波器5a、5b、5cの設置方位角を検出できるように構成したものである。
【0024】
このように構成することにより、受波器設置治具10の設置個数を少なくでき、この結果炉内の受波器設置治具10の設置作業に伴う作業時間を短縮することが可能となる。
【0025】
次に本発明に係る原子炉内位置測定装置の第7の実施形態では、送波器4が発振する音波の周波数は、音波が伝播される際の障害物がない所では50kHz以上となるように構成したものである。この周波数範囲は、実験結果から得られた値である。
【0026】
第7の実施形態によれば、原子炉圧力容器1の炉底部にある制御棒駆動機構ハウジング(CRDハウジング)27の直径及びハウジング27とハウジング27の間隔は約150mmであることから、構造物による音波の反射の影響が少ないため、音波の検出を正確に行うことができる。
【0027】
本発明に係る原子炉内位置測定装置の第8の実施形態では、音波が伝播される際の障害物が存在する所における送波器4から発振する音波の周波数を以下に述べるように可変として構成したものである。すなわち、送波器4から発振する音波の周波数は、音波が伝播される際の障害物が存在する所では基準周波数5〜80kHzに対して±20%の範囲内で可変にすること、または複数の周波数を使用するように構成したものである。この周波数範囲は、実験結果から得られた値である。これは、前述した実施形態のいずれにも適用できることは言うまでもない。
【0028】
第8の実施形態によれば、特に原子炉炉底部において、林立する制御棒駆動機構ハウジング(CRDハウジング)27による音波の反射と、干渉の影響がある場合においても、前述のように周波数を変化させることにより、音波の干渉の状態を変化させることが可能となるため、音波の到達時間を正確に測定することが可能となる。
【0029】
図17は、本発明の第9の実施形態を説明するための図であり、受波器5の設置された方位角を目視可能なカメラ23及び炉内構造物との相対距離を測定するためのレーザグリッド(レーザマーカ)24を、それぞれ前述したジェットポンプ2の下端開口部に設置した受波器設置治具10に横向きに設けた実施形態である。
【0030】
このように構成された第9の実施形態において、受波器設置治具10は複数の受波器5をジェットポンプ2に対して位置固定する作用をもつ。また、レーザグリッド24は炉内構造物またはシュラウド3にレーザを照射する。カメラ23はレーザグリッド24により照射された位置を検出することで、複数の受波器5とジェットポンプ2の位置関係を正確に検出する。
【0031】
第9の実施形態によれば、受波器設置治具10により複数の受波器5をジェットポンプ2及び炉内構造物に対して正確な位置で固定可能であるので、音波の位置計測時の炉内構造物に対する位置決め精度を向上させることができる。また複数の受波器5を1つの受波器設置治具10で固定可能であるので、原子炉に受波器5を設置する時間が短縮可能である。
【0032】
前述の実施形態の検査装置7は、自走式のもの、又はハンドリング式のいずれかであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の原子炉内位置測定装置の第1の実施形態を説明するための一部を断面した斜視図。
【図2】図1の正面図。
【図3】本発明の第2の実施形態である図1及び図2の受波器設置治具10の具体的構成を説明するための斜視図。
【図4】図3の受波器設置治具10を原子炉とシュラウドの間に設置した状態を示す正断面図。
【図5】図3の受波器設置治具10を原子炉とシュラウドの間に設置した状態を示す平断面図。
【図6】本発明の第3の実施形態である受波器設置治具10の具体的構成を説明するための斜視図。
【図7】図6の受波器設置治具10を原子炉とシュラウドの間に設置した状態を示す一部を断面した斜視図。
【図8】図7の受波器設置治具10を原子炉とシュラウドの間に設置した状態を示す平断面図。
【図9】本発明の第4の実施形態である受波器設置治具10の具体的構成を説明するための斜視図。
【図10】図9の受波器設置治具10をCRDハウジングに設置した状態を示す正断面図。
【図11】図9の受波器設置治具10をCRDハウジングに設置した状態を示す斜視図。
【図12】本発明の第5の実施形態である受波器設置治具10の具体的構成を説明するための斜視図。
【図13】図12の受波器設置治具10をCRDハウジングに設置した状態を示す正断面図。
【図14】図12の受波器設置治具10をCRDハウジングに設置した状態を示す斜視図。
【図15】本発明の原子炉内位置測定装置の第6の実施形態を説明するための一部を断面した斜視図。
【図16】図15の正面図。
【図17】本発明の原子炉内位置測定装置の第9の実施形態を説明するための一部を示した斜視図。
【符号の説明】
【0034】
1…原子炉圧力容器、2…ジェットポンプ、3…シュラウド、3a…上部胴、3b…中間部胴、3c…下部胴、4…送波器、5、5a、5b、5c…受波器、7…検査装置、9…シュラウドサポート、10…受波器設置治具、11…吊りワイヤ、12…連結具、13…ヒンジ、14…開閉アーム、15…補助アーム、16…支持具、20…角度検出用送波器、21…炉心支持板、22…制御棒案内管、23…カメラ、24…レーザグリッド、25…ガード、26…CRDハウジング設置部、27…制御棒駆動機構ハウジング(CRDハウジング)、29…展開リンク。




 

 


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