レーザ照射装置およびレーザ施工方法
【課題】水中に配置されたレーザ照射装置内のレーザ発振器を冷却する冷却水の供給経路が長く、その環境温度が不明な場合、冷却水が供給経路上で昇温してレーザ発振器の冷却性能が不足することが想定される。
【解決手段】
レーザ照射装置１の内部に環境隔離容器内の温度を計測する温度計Ｔ１を設置する。温度計Ｔ１の計測結果に基づいて供給する冷却水の温度や流量を制御し、レーザ発振器２１を適切に冷却することが可能となる。
【解決手段】
レーザ照射装置１の内部に環境隔離容器内の温度を計測する温度計Ｔ１を設置する。温度計Ｔ１の計測結果に基づいて供給する冷却水の温度や流量を制御し、レーザ発振器２１を適切に冷却することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉水で満たされた原子炉底部等、水深が深い場所で施工を行うレーザ照射装置およびレーザ施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光はその高いエネルギー密度とコヒーレンス性により多分野で利用されており、原子力発電所の原子炉内保全においても検査、予防保全、補修などの手段としてレーザ応用技術が適用されている。その例として、構造物等のき裂を補修するレーザ肉盛り溶接や、炉内構造物などの応力腐食割れを防止するレーザピーニングがある。
【０００３】
レーザピーニングはＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム：ヤグ）レーザを用いる予防保全技術である。レーザ光をレンズなどによって集光し、材料表面に照射することでプラズマを発生させ、プラズマの衝撃波によって材料に圧縮残留応力を与える。応力腐食割れは材料条件、環境条件、応力条件の３つが揃うと発生するが、レーザピーニングによって応力条件（引張残留応力）を除去することにより、溶接部近傍の応力腐食割れを防止することができる。
【０００４】
レーザピーニングを原子炉内構造物に適用する場合は、オペレーションフロア上にレーザ発振器を配置して原子炉底部に設置したレーザ照射ヘッドまでレーザ光を伝送する。レーザ光を伝送するための手段としては、中空の導光管内部にミラーを配設して光を伝送するもの、光ファイバを用いて光を伝送するものがある。
【０００５】
ミラー伝送方式の場合、施工対象まで伝送できるパルスエネルギーが大きいが、伝送距離が長いと装置が大きくなってしまう。オペレーションフロアから原子炉底部までレーザを伝送する場合、伝送距離は概ね４０ｍに達し、ミラー伝送の装置も大型化してしまい、また導光経路の振動による影響を考慮しなければならない。これに対して光ファイバ伝送方式は、レーザ発振器とレーザ照射ヘッドを光ファイバで接続すればレーザを伝送することができるため、伝送距離が長くても装置が大型化せず、導光経路の振動による影響を受けない。しかし、光ファイバがレーザによって欠損することがあるため、光ファイバの損傷を監視するシステムが必要である。また光ファイバ伝送方式で伝送できるレーザのエネルギー密度はミラー伝送方式に比べて小さい。
【０００６】
レーザピーニングを原子炉内構造物に適用する別の手段として、レーザ発振器を収納した水密容器を炉内に配置し、ミラーによってレーザ発振器からレーザ照射ヘッドまでレーザを伝送する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。このような構成とすることにより、レーザの伝送距離を短くすることで簡素な装置構成とすることができる。また、伝送可能なレーザのエネルギレベルが高いため、低い照射密度で施工可能であり施工時間を短縮することができる。さらに、位置決め機構が簡素になり短時間で位置決めを行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２７２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなレーザピーニング装置に用いるレーザ発振器では、使用環境の温度が性能に影響する。通常は仕様となる温度範囲が定められており、使用環境温度が仕様の温度範囲より高すぎても低すぎても性能が低下する。通常はレーザ発振器自体の発熱によって高温にならないように、冷却水を用いてレーザ発振器を冷却する。一般的には、レーザ発振器の電源装置に冷却水供給装置を搭載し、レーザ発振器に冷却水を供給して冷却する。
【０００９】
しかしながら、上述したような装置の場合、オペレーションフロア上の電源装置からレーザ発振器に冷却水を供給する際に供給経路途中の冷却水の温度が炉水の影響を受ける。水面からレーザ発振器までの距離が短ければ炉水による影響を考慮した上で冷却水の温度を設定することも可能ではあるが、炉水の温度が深さによって変わることもあり、５ｍ程度が限度である。原子炉圧力容器は高さが２０ｍ以上あり、５ｍでは十分とはいえない。
【００１０】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、レーザ発振器が水中に配置されるレーザ照射装置であって、レーザ発振器が配置される水深に関わらずにレーザ発振器を適切な温度に保つことが可能なレーザ照射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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の実施例によるレーザ照射装置は、水中に配置され、レーザを用いた保全・補修を行うレーザ照射装置であって、レーザ発振器を収容し水中に配置される環境隔離容器と、レーザを集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドと、前記レーザ発振器から前記レーザ照射ヘッドまでレーザを伝送する導光部と、前記レーザ発振器に電力を供給する電源装置と、前記レーザ発振器に冷却水供給経路を介して冷却水を供給する冷却水供給装置と、前記環境隔離容器内の温度を計測する温度センサとを備え、前記冷却水供給装置から供給する前記冷却水の温度と流量の少なくとも何れかを前記温度センサの計測結果に基づいて制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施例によるレーザ施工方法は、環境隔離容器に収容されたレーザ発振器と、このレーザ発振器から出射されたレーザを集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドとを備えるレーザ照射装置を水中に配置し、施工対象物に対してレーザを用いた施工を行うレーザ施工方法であって、前記環境隔離容器内の温度を前記環境隔離容器内に配置した温度センサによって計測し、前記温度センサの計測結果に基づいて前記レーザ発振器に供給する冷却水の温度または流量の少なくとも何れかを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ照射装置によれば、冷却水の供給経路が長く、かつ供給経路の環境温度が一定に保たれていないような水中環境においても、レーザ発振器の温度を適切な温度に維持して安定したレーザ出力を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ照射装置が原子炉圧力容器内に設置された状態の概要を示す縦断面図。
【図２】第１の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図３】レーザ発振器の構造を示す縦断面図。
【図４】第２の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図５】第３の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図６】第４の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図７】第５の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図８】第６の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図９】第７の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図１０】第８の実施例によるレーザ照射装置が原子炉圧力容器内に設置された状態の概要を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例について、図面を用いて以下説明する。図１は、炉水２００で満たされた原子炉圧力容器１００に本実施例によるレーザ照射装置１を適用した状態の概要を示す縦断面図である。なお、原子炉圧力容器１００は中腹を省略し、底部付近と上端付近とのみを図示している。また、原子炉圧力容器１００底部の炉内構造物については、一部を省略して図示している。
【００１７】
原子炉圧力容器１００底部にはシュラウド１０１の内側にＣＲＤ（Control Rod Drive：制御棒駆動機構）ハウジング１０２、ＩＣＭ（In−Core Monitor：炉内検出器）１０３が設けられている。なお、図１においては、多数設置されるＣＲＤハウジング１０２、ＩＣＭ１０３のうち一部のみを図示している。このＣＲＤハウジング１０２上にレーザ照射装置１と、レーザ照射装置１の遠隔駆動装置１１が設けられている。この遠隔駆動装置１１は、レーザ照射装置１をＣＲＤハウジング１０２の軸方向を回転軸として回転させたり、上下方向に移動させたりする駆動装置である。遠隔駆動装置１１はオペレーションフロア１０４上に設置された遠隔駆動装置制御盤１２と遠隔駆動装置用ケーブル１３を介して接続されている。
【００１８】
レーザ照射装置１は、レーザ発振器を搭載した環境隔離容器２、環境隔離容器２の下部に接続されたミラーボックス３、レーザ光を集光する集光レンズを搭載したレーザ照射ヘッド４、およびミラーボックス３からレーザ照射ヘッド４までレーザ光を伝送するＬ字型の導光部５から構成されている。環境隔離容器２に搭載されたレーザ発振器は、オペレーションフロア１０４上の電源装置６とレーザ発振器用ケーブル７を介して接続されている。このレーザ発振器用ケーブル７は、レーザ発振器に電力を供給する電線のほか、レーザ照射装置１に搭載された測定機器類の信号を伝達する配線を含む複合電線である。
【００１９】
冷却水供給ホース９はレーザ発振器用の冷却水の供給経路であり、オペレーションフロア１０４上に設置された冷却水供給装置８から冷却水供給ホース９を介してレーザ発振器へ冷却水が供給される。また、冷却水供給ホース９からレーザ発振器に供給された冷却水は、冷却水回収ホース１０を介して冷却水供給装置８に回収される。
【００２０】
このレーザ照射装置１は、図１においてはＣＲＤハウジング１０２にレーザピーニングを実施するものとして図示しているが、設置位置や遠隔駆動装置１１の操作により、シュラウド１０１、ＩＣＭ１０３、原子炉圧力容器１００底部を貫通するスタブチューブ１０５等にレーザピーニングを実施することが可能である。
【００２１】
図２を用いてレーザ照射装置１の構成について、詳細に説明する。図２はレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。環境隔離容器２内部にレーザ発振器２１が配置されている。このレーザ発振器２１には、レーザ発振器用ケーブル７、冷却水供給ホース９、冷却水回収ホース１０が接続されている。このうち、冷却水回収ホース１０には温度センサＴ１がとりつけられている。温度センサＴ１は冷却水回収ホース１０内部を流通する冷却水の温度を計測する。また、環境隔離容器２のうちレーザ発振器２１と対向する面には、レーザ発振器２１で生じる輻射熱を効率よく吸収するための黒色皮膜が形成されている。環境隔離容器２に吸収された輻射熱は炉水２００へ放出される。
【００２２】
環境隔離容器２の下部はミラーボックス３と接続されている。ミラーボックス３の内部には光軸調整ミラーＭ１、サンプリングミラーＭ２、シャッター２２、光検出器２３が設置されている。
【００２３】
ミラーボックス３の一側面は導光部５と接続されており、この接続部分にはウインドウＷ１が設けられている。導光部５は中空構造であり、Ｌ字の屈折部（以下、エルボ部と呼称）にはミラーＭ３が設置されている。また、導光部５下端はレーザ照射ヘッド４と接続されており、接続部にはウインドウＷ２が設けられている。
【００２４】
レーザ照射ヘッド４はウインドウＷ２の下方に集光レンズ４１が設けられており、さらに下方にはミラーＭ４が設けられている。レーザ照射ヘッド４下端にはミラーＭ４で反射したレーザ光をレーザ照射ヘッド４内部から射出するノズル４２が設けられており、ノズル４２内にはウインドウＷ３が設けられている。
【００２５】
このレーザ照射装置１の内部におけるレーザ光の経路について詳細に説明する。レーザ発振器２１から射出されたレーザ光は、Ｌ１で示すように、ミラーボックス３内の光軸調節ミラーＭ１によって反射される。光軸調節ミラーＭ１で反射したレーザ光は、Ｌ２に示すように、サンプリングミラーＭ２に衝突する。サンプリングミラーＭ２は反射率が１％未満であり、レーザ光の大半が透過し、レーザ光のごく一部を反射する。反射したレーザ光はＬ２に示す経路で光検出器２３に照射される。光検出器２３は照射されたレーザ光の強度を電気信号に変換し、レーザ発振器用ケーブル７を経由して図示しない光強度計測装置に送信する。光強度計測装置によってレーザ光の出力をモニタすることが可能である。なお、光検出器２３には、例えばフォトダイオード、ペルチエ素子、太陽電池などを用いる。
【００２６】
シャッター２２は図示しないシャッター駆動装置からレーザ発振器用ケーブルを経由して伝達される電気信号による駆動指令に応じ、レーザ光の経路の遮断と開放を切り替える。このシャッター２２が開放状態の場合、サンプリングミラーＭ２を透過したレーザ光は、ウインドウＷ１を通過して導光部５に進入する。
【００２７】
導光部５に進入したレーザ光はミラーＭ３で反射され、ウインドウ２を通過し、レーザ照射ヘッド４に進入する。レーザ照射ヘッド４に進入したレーザ光は、集光レンズ４１によって集束され、ミラーＭ４によって反射され、ノズル２２のウインドウＷ３を通過した後にレーザピーニングの対象物に照射される。
【００２８】
レーザ発振器２１から射出されたレーザ光は、上述した経路を辿りレーザピーニングの施工対象物に照射される。
【００２９】
次に、レーザ発振器２１の構造について、図３を用いて詳細に説明する。図３はレーザ発振器２１の概要を示す縦断面図である。本実施例で用いるレーザ発振器２１はフラッシュランプ励起のＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザで、ポンピングチャンバ５１内に図示しないフラッシュランプおよびＹＡＧロッドが収納されている。ポンピングチャンバ５１と共に、偏光板５２、Ｑスイッチ５３、λ／４板５４、リアミラー５５、およびアウトプットカプラ５６に共振器が形成されている。共振器から放出される波長１０６４nmのレーザ光はＳＨＧ（Second Harmonic Generator）５７によって第二高調波（波長：５３２ｎｍ）に変換される。ダイクロイックミラー５８は波長１０６４ｎｍと５３２ｎｍが混在したレーザを波長選択し、第二高調波のみを抽出し、レーザ光Ｌ１として取り出し、その際に分離された基本波はダンパー５９で吸収され熱に変換される。
【００３０】
ポンピングチャンバ５１内部には図示しない冷却配管が設けられており、この冷却配管はレーザ発振器２１から引き込まれた冷却水供給ホース９、冷却水回収ホース１０と接続され、冷却配管内を冷却水が流通するように構成されている。冷却配管内に冷却水を流通させることにより、ポンピングチャンバ５１内のフラッシュランプやＹＡＧロッドを冷却する。
【００３１】
レーザ発振器２１を効率的に発振させるためには、ポンピングチャンバ５１を適切な温度範囲で維持することが必要である。しかしながら、原子炉圧力容器１００の高さは約２０ｍかそれ以上であり、冷却水供給ホース９は図に示すようにオペレーションフロア１０４から原子炉圧力容器１００の炉底部へ伸びており、その長さは約２０ｍ以上に達する。したがって、冷却水は冷却水供給装置８からレーザ発振器２１に達するまでに炉水２００と熱交換をする。このため、冷却水供給装置８の内部にある時点とレーザ発振器２１付近まで移動した時点との冷却水の温度には差が生じる。
【００３２】
また、炉水２００は水面から原子炉圧力容器１００の底部にかけての温度が一様でない。そのためあらかじめ炉水２００による冷却水温度への影響を見込んで冷却水供給装置８から供給する冷却水の温度を設定することも困難である。
【００３３】
そこで、レーザ発振器２１内で冷却水回収ホース１０に温度センサＴ１を設けることにより、レーザ発振器２１付近の冷却水の温度を計測し、その計測結果に応じて冷却水供給装置８からポンピングチャンバ５１へ送る冷却水の温度と流量の一方または両方を制御する。具体的には、レーザ発振器２１に到達した時点の冷却水温度の計測結果から、レーザ発振器２１の冷却が不十分と判断される場合は、冷却水供給装置８から供給する冷却水温度を下げる、または冷却水の供給量を増やす、あるいは冷却水温度を下げつつ冷却水供給量を増加させる、といった制御を行う。冷却水供給装置８から供給する冷却水の温度または流量を調節することにより、レーザ発振器２１を適切な温度に維持することが可能となる。
【００３４】
本実施例のレーザ照射装置によれば、冷却水の供給経路が長く、かつ供給経路の環境温度が一定に保たれていないような水中環境においても、レーザ発振器の温度を適切な温度に維持して安定したレーザ出力を得ることが可能である。
【００３５】
なお、本実施例においては温度センサＴ１を冷却水回収ホース１０に設けるものとして説明したが、冷却水供給ホース９に設けるものとしてもよい。レーザ発振器２１の発熱量はレーザ発振器２１の出力や電源装置６の仕様等から分かるため、レーザ発振器２１に供給される冷却水の温度と流量が分かっていればレーザ発振器２１の温度を算出することが可能である。従って、算出したレーザ発振器２１の温度に基づいて冷却水供給装置８を制御することが可能である。冷却水供給ホース９と冷却水回収ホース１０の両方に温度センサを設けることも当然可能である。
【実施例２】
【００３６】
第２の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
図４は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、第１の実施例において中空だった導光部５の内部が、例えばガラスや水晶等の透明な媒質６１で構成されている。エルボ部にはレーザ光を全反射させる斜面６２が形成されている。これにより、導光部５の内部はプリズムとして形成され、レーザ光は第１の実施例と同様の経路を辿ってレーザ照射ヘッド４から放出される。
【００３８】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、導光部５内部のレーザ経路を透明な媒質６１で構成することにより、導光部５内への浸水リスクを無くし、また、導光部５内部の気体の対流や密度変化などによるレーザ光の屈折・散乱を無くすことが可能である。
【実施例３】
【００３９】
本発明の第３の実施例について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図５は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例では、環境隔離容器２に、電気的に絶縁性能が高い非圧縮性の環境保持液体６３が注入されている。環境保持液体６３には、液中で放電が生じることがないように電気的に絶縁性能の高い液体、例えば純水、シリコンオイル、屈折率マッチング液などを用いる。レーザ発振器２１を構成する光学部品はこの環境保持液体６３に直接接するため、屈折率の違いを考慮した設計がなされている。
【００４１】
このような構成によれば、環境隔離容器２を環境保持液体６３で満たすことにより、環境隔離容器２の境界部に水深による圧力差が発生しなくなり、浸水の耐性を高めることができる。またポンピングチャンバ５１を含むレーザ発振器２１全体が液体に接することにより、効率的に外部に熱を伝達させ、放熱性を向上することができる。
【００４２】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、水深が深く、かつ環境温度が一定に保たれていない水中環境において安定した出力を実現する耐環境レーザ照射装置を供給することができる。
【実施例４】
【００４３】
本発明の第４の実施例について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図６は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、環境隔離容器２の内部に気室隔壁６４が設けられており、環境隔離容器２の内部空間がレーザ発振器設置空間６５と隔離空間６６とに分断されている。隔離空間６６の内部は、例えば空気やヘリウムといった気体が充填されている。
【００４５】
このような構成とすることにより、環境隔離容器２の外部とレーザ発振器２１との断熱性を高め、外部環境がレーザ発振器２１に与える影響を抑えることができる。断熱性を高めるべく、隔離空間６６内に充填した気体の大気圧を下げるか、あるいは気体に代えて断熱材を配置することが可能である。また、気室隔壁６４は環境隔離容器２の外径と同心円をなすもので、隔離空間６６は連続した一つの空間であるが、環境隔離容器２の半径方向に隔壁を追加して隔離空間６６を分割してもよい。
【００４６】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、レーザ発振器２１と環境隔離容器２の外部環境との断熱性を高め、外部環境がレーザ発振器２１に与える影響を抑えることが可能である。
【実施例５】
【００４７】
本発明の第５の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例および第４の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図７は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、レーザ発振器２１と隔離空間６６を連絡する配管６７が設けられている。また、冷却水回収ホース１０がレーザ発振器２１ではなく隔離空間６６に接続されている。配管６７は、レーザ発振器２１内部のポンピングチャンバ５１内の図示しない配管と接続されており、冷却水供給ホース９からポンピングチャンバ５１へ供給される冷却水が、ポンピングチャンバ５１を冷却した後に配管６７を介して隔離空間６６へ送られる構成とされている。このため、隔離空間６６は冷却水で満たされており、冷却水は冷却水回収ホース１０から冷却水供給装置７へ回収される。
【００４９】
隔離空間６６に送られる冷却水の温度は、レーザ発振器２１を一定出力で運転している場合は一定である。したがって、隔離空間６６内部の温度は一定に保たれる。これにより、環境隔離容器２の外部環境によって隔離空間６６が加熱されても、冷却水によって隔離空間６６内部を除熱することが可能となり、隔離空間６６の昇温を防止することが可能である。
【００５０】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏するとともに、隔離空間６６内部の温度を一定に保つことにより、レーザ発振器設置空間６５内部の温度をより安定させることが可能である。
【実施例６】
【００５１】
本発明の第６の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例および第４の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図８は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、隔離空間６６に環境保持液体６３が注入されており、隔離空間６６内に温度センサＴ２が設けられている。また、オペレーションフロア１０４上に図示しない温度調整機が設置されており、この温度調整機と隔離空間６６は環境保持液体供給ホース６８および環境保持液体回収ホース６９を介して連絡されている。なお本実施例においては、環境保持液体６３には、例えば水、シリコンオイル、あるいは水よりも凝固点の低い水溶液等を用いる。
【００５３】
温度調整機は環境保持液体回収ホース６８を介して環境保持液体６３を回収し、温度センサＴ２の計測結果に基づいて回収した環境保持液体６３の温度を調整し、環境保持液体供給ホース６８を介して環境保持液体６３を隔離空間６６へ供給する。このように、温度調整機が環境保持液体６３を循環させながら温度を調整することにより、隔離空間６６内部の温度を一定に保つことができる。
【００５４】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、隔離空間６６内部の温度を一定に保つことにより、レーザ発振器設置空間６５内部の温度をより安定させることが可能である。
【実施例７】
【００５５】
本発明の第７の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５６】
図９は本実施例によるレーザ照射装置１の縦断面図である。環境隔離容器２およびミラーボックス３の内部が環境保持液体６３で満たされている。また、オペレーションフロア１０４上に図示しない温度調整機が設置されている。この温度調整機と隔離空間６６は環境保持液体供給ホース６８および環境保持液体回収ホース６９を介して連絡されている。また、環境隔離容器２およびミラーボックス３内部の環境保持液体６３の温度を計測する温度センサＴ２が設置されている。なお本実施例においては、環境保持液体６３には、例えば純水、シリコンオイル、屈折率マッチング液等の、電気的な絶縁性能が高い非圧縮性流体が好ましい。
【００５７】
温度調整機は環境保持液体回収ホース６８を介して環境保持液体６３を回収し、温度センサＴ２の計測結果に基づいて回収した環境保持液体６３の温度を調整し、環境保持液体供給ホース６８を介して環境保持液体６３を環境隔離容器２へ供給する。このように、温度調整機が環境保持液体６３を循環させながら温度を調整することにより、環境隔離容器６３内部の温度を一定に保つことができる。また、環境隔離容器２およびミラーボックス３の内部を非圧縮性の流体で満たすことにより、浸水の耐性を高めることができる。
【００５８】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏すると共に、環境隔離容器２またはミラーボックス３内部の温度を一定に保つことにより、レーザ発振器設置空間６５内部の温度をより安定させることが可能である。さらに、環境隔離容器２またはミラーボックス３の浸水の耐性を高めることができる。
【実施例８】
【００５９】
本発明の第８の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６０】
図１０は、原子炉圧力容器１００内に本実施例によるレーザ照射装置１が設置された状態の概要を示す縦断面図である。
【００６１】
本実施例においては、冷却水供給装置８に代えて、炉水２００内に配置されたポンプ７０が冷却水供給ホース９を介して環境隔離容器２と接続されている。また、冷却水供給ホース９に不純物除去装置７１が設置されている。不純物除去装置７１は冷却水供給ホース９内を通過する水から不純物を除去するものであり、ろ過用のフィルタとイオン交換樹脂から構成される。また、冷却水回収ホース９に代えて、レーザ発振器２１に接続され、一端が炉水２００内で開口した冷却水排出ホース７２が設けられている。
【００６２】
本実施例では、ポンプ７０が冷却水供給装置８の役割を果たす。ポンプ７０は冷却水供給ホース9を介して炉水を環境隔離容器２へ送出する。温度計Ｔ１の計測結果に基づいてポンプ７０の出力を制御し、冷却水の流量を制御する。炉水は不純物除去装置７１によってろ過されるため、環境隔離容器２内に放射性物質が侵入することはない。レーザ発振器２１を冷却した冷却水は、冷却水排出ホース７２から原子炉圧力容器１００中に排出される。
【００６３】
本実施例の構成によれば、実施例１と同様の効果を奏するとともに、レーザ照射装置１の冷却系設備の構成を簡素なものとし、冷却水の供給と回収に用いるホースをオペレーションフロア１０４から原子炉圧力容器１００炉底部まで伸ばす必要がなくなる。
【００６４】
以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、これらの実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、第２の実施例と第８の実施例を組み合わせ、導光路内部が媒質で構成され、冷却水の供給源がポンプである構成とすることが可能である。また、冷却水の供給経路に冷却水供給ホース９等を用いるものとして説明したが、フレキシブルでない金属管を用いる、あるいはこれらを組み合わせることが可能である。また、環境隔離容器等を水密構造とするにあたっては、Ｏリング、パッキン、ガスケット、接着剤、溶接、ケーブルコネクタ等の様々な手段から好適なものを選択することができる。
【００６５】
なお、各実施例においては導光部５がＬ字形状のものとして説明したが、これはＣＲＤハウジング１０２に施工する場合に好適な装置形状の一例として示したものであり、導光部５は施工部位や装置の配置スペース等の事情に応じて、好適な形状を選択することが可能である。
【００６６】
また、レーザ発振器の冷却水供給経路が長く、供給経路の環境温度が一定に保たれていない水中環境の例として炉水で満たされた原子炉を例として説明したが、本発明は原子炉への適用に限定されるものではない。例えば、船体や橋梁といった構造物への適用が想定され得る。
【００６７】
また、各実施例においてはレーザピーニングを行うレーザ照射装置として説明したが、レーザ発振器を水中に配置するレーザ装置を用いたものであればよく、例えば肉盛り溶接による補修等の施工を行うレーザ装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１ レーザ照射装置
２ 環境隔離容器
３ ミラーボックス
４ レーザ照射ヘッド
５ 導光部
６ 電源装置
７ レーザ発振器用ケーブル
８ 冷却水供給装置
９ 冷却水供給ホース
１０ 冷却水回収ホース
１１ 遠隔駆動装置
１２ 遠隔駆動装置制御盤
１３ 遠隔駆動装置用ケーブル
２１ レーザ発振器
２２ シャッター
２３ 光検出器
４１ 集光レンズ
４２ ノズル
５１ ポンピングチャンバ
５２ 偏光板
５３ Ｑスイッチ
５４ λ／４板
５５ リアミラー
５６ アウトプットカプラ
５７ ＳＨＧ
５８ ダイクロイックミラー
５９ ダンパー
６１ 媒質
６２ 斜面
６３ 環境保持液体
６４ 気室隔壁
６５ レーザ発振器設置空間
６６ 隔離空間
６７ 配管
６８ 環境保持液体供給ホース
６９ 環境保持液体回収ホース
７０ ポンプ
７１ 不純物除去装置
７２ 冷却水排出ホース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉水で満たされた原子炉底部等、水深が深い場所で施工を行うレーザ照射装置およびレーザ施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光はその高いエネルギー密度とコヒーレンス性により多分野で利用されており、原子力発電所の原子炉内保全においても検査、予防保全、補修などの手段としてレーザ応用技術が適用されている。その例として、構造物等のき裂を補修するレーザ肉盛り溶接や、炉内構造物などの応力腐食割れを防止するレーザピーニングがある。
【０００３】
レーザピーニングはＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム：ヤグ）レーザを用いる予防保全技術である。レーザ光をレンズなどによって集光し、材料表面に照射することでプラズマを発生させ、プラズマの衝撃波によって材料に圧縮残留応力を与える。応力腐食割れは材料条件、環境条件、応力条件の３つが揃うと発生するが、レーザピーニングによって応力条件（引張残留応力）を除去することにより、溶接部近傍の応力腐食割れを防止することができる。
【０００４】
レーザピーニングを原子炉内構造物に適用する場合は、オペレーションフロア上にレーザ発振器を配置して原子炉底部に設置したレーザ照射ヘッドまでレーザ光を伝送する。レーザ光を伝送するための手段としては、中空の導光管内部にミラーを配設して光を伝送するもの、光ファイバを用いて光を伝送するものがある。
【０００５】
ミラー伝送方式の場合、施工対象まで伝送できるパルスエネルギーが大きいが、伝送距離が長いと装置が大きくなってしまう。オペレーションフロアから原子炉底部までレーザを伝送する場合、伝送距離は概ね４０ｍに達し、ミラー伝送の装置も大型化してしまい、また導光経路の振動による影響を考慮しなければならない。これに対して光ファイバ伝送方式は、レーザ発振器とレーザ照射ヘッドを光ファイバで接続すればレーザを伝送することができるため、伝送距離が長くても装置が大型化せず、導光経路の振動による影響を受けない。しかし、光ファイバがレーザによって欠損することがあるため、光ファイバの損傷を監視するシステムが必要である。また光ファイバ伝送方式で伝送できるレーザのエネルギー密度はミラー伝送方式に比べて小さい。
【０００６】
レーザピーニングを原子炉内構造物に適用する別の手段として、レーザ発振器を収納した水密容器を炉内に配置し、ミラーによってレーザ発振器からレーザ照射ヘッドまでレーザを伝送する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。このような構成とすることにより、レーザの伝送距離を短くすることで簡素な装置構成とすることができる。また、伝送可能なレーザのエネルギレベルが高いため、低い照射密度で施工可能であり施工時間を短縮することができる。さらに、位置決め機構が簡素になり短時間で位置決めを行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２７２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなレーザピーニング装置に用いるレーザ発振器では、使用環境の温度が性能に影響する。通常は仕様となる温度範囲が定められており、使用環境温度が仕様の温度範囲より高すぎても低すぎても性能が低下する。通常はレーザ発振器自体の発熱によって高温にならないように、冷却水を用いてレーザ発振器を冷却する。一般的には、レーザ発振器の電源装置に冷却水供給装置を搭載し、レーザ発振器に冷却水を供給して冷却する。
【０００９】
しかしながら、上述したような装置の場合、オペレーションフロア上の電源装置からレーザ発振器に冷却水を供給する際に供給経路途中の冷却水の温度が炉水の影響を受ける。水面からレーザ発振器までの距離が短ければ炉水による影響を考慮した上で冷却水の温度を設定することも可能ではあるが、炉水の温度が深さによって変わることもあり、５ｍ程度が限度である。原子炉圧力容器は高さが２０ｍ以上あり、５ｍでは十分とはいえない。
【００１０】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、レーザ発振器が水中に配置されるレーザ照射装置であって、レーザ発振器が配置される水深に関わらずにレーザ発振器を適切な温度に保つことが可能なレーザ照射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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の実施例によるレーザ照射装置は、水中に配置され、レーザを用いた保全・補修を行うレーザ照射装置であって、レーザ発振器を収容し水中に配置される環境隔離容器と、レーザを集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドと、前記レーザ発振器から前記レーザ照射ヘッドまでレーザを伝送する導光部と、前記レーザ発振器に電力を供給する電源装置と、前記レーザ発振器に冷却水供給経路を介して冷却水を供給する冷却水供給装置と、前記環境隔離容器内の温度を計測する温度センサとを備え、前記冷却水供給装置から供給する前記冷却水の温度と流量の少なくとも何れかを前記温度センサの計測結果に基づいて制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施例によるレーザ施工方法は、環境隔離容器に収容されたレーザ発振器と、このレーザ発振器から出射されたレーザを集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドとを備えるレーザ照射装置を水中に配置し、施工対象物に対してレーザを用いた施工を行うレーザ施工方法であって、前記環境隔離容器内の温度を前記環境隔離容器内に配置した温度センサによって計測し、前記温度センサの計測結果に基づいて前記レーザ発振器に供給する冷却水の温度または流量の少なくとも何れかを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ照射装置によれば、冷却水の供給経路が長く、かつ供給経路の環境温度が一定に保たれていないような水中環境においても、レーザ発振器の温度を適切な温度に維持して安定したレーザ出力を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ照射装置が原子炉圧力容器内に設置された状態の概要を示す縦断面図。
【図２】第１の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図３】レーザ発振器の構造を示す縦断面図。
【図４】第２の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図５】第３の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図６】第４の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図７】第５の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図８】第６の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図９】第７の実施例によるレーザ照射装置の概要を示す縦断面図。
【図１０】第８の実施例によるレーザ照射装置が原子炉圧力容器内に設置された状態の概要を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例について、図面を用いて以下説明する。図１は、炉水２００で満たされた原子炉圧力容器１００に本実施例によるレーザ照射装置１を適用した状態の概要を示す縦断面図である。なお、原子炉圧力容器１００は中腹を省略し、底部付近と上端付近とのみを図示している。また、原子炉圧力容器１００底部の炉内構造物については、一部を省略して図示している。
【００１７】
原子炉圧力容器１００底部にはシュラウド１０１の内側にＣＲＤ（Control Rod Drive：制御棒駆動機構）ハウジング１０２、ＩＣＭ（In−Core Monitor：炉内検出器）１０３が設けられている。なお、図１においては、多数設置されるＣＲＤハウジング１０２、ＩＣＭ１０３のうち一部のみを図示している。このＣＲＤハウジング１０２上にレーザ照射装置１と、レーザ照射装置１の遠隔駆動装置１１が設けられている。この遠隔駆動装置１１は、レーザ照射装置１をＣＲＤハウジング１０２の軸方向を回転軸として回転させたり、上下方向に移動させたりする駆動装置である。遠隔駆動装置１１はオペレーションフロア１０４上に設置された遠隔駆動装置制御盤１２と遠隔駆動装置用ケーブル１３を介して接続されている。
【００１８】
レーザ照射装置１は、レーザ発振器を搭載した環境隔離容器２、環境隔離容器２の下部に接続されたミラーボックス３、レーザ光を集光する集光レンズを搭載したレーザ照射ヘッド４、およびミラーボックス３からレーザ照射ヘッド４までレーザ光を伝送するＬ字型の導光部５から構成されている。環境隔離容器２に搭載されたレーザ発振器は、オペレーションフロア１０４上の電源装置６とレーザ発振器用ケーブル７を介して接続されている。このレーザ発振器用ケーブル７は、レーザ発振器に電力を供給する電線のほか、レーザ照射装置１に搭載された測定機器類の信号を伝達する配線を含む複合電線である。
【００１９】
冷却水供給ホース９はレーザ発振器用の冷却水の供給経路であり、オペレーションフロア１０４上に設置された冷却水供給装置８から冷却水供給ホース９を介してレーザ発振器へ冷却水が供給される。また、冷却水供給ホース９からレーザ発振器に供給された冷却水は、冷却水回収ホース１０を介して冷却水供給装置８に回収される。
【００２０】
このレーザ照射装置１は、図１においてはＣＲＤハウジング１０２にレーザピーニングを実施するものとして図示しているが、設置位置や遠隔駆動装置１１の操作により、シュラウド１０１、ＩＣＭ１０３、原子炉圧力容器１００底部を貫通するスタブチューブ１０５等にレーザピーニングを実施することが可能である。
【００２１】
図２を用いてレーザ照射装置１の構成について、詳細に説明する。図２はレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。環境隔離容器２内部にレーザ発振器２１が配置されている。このレーザ発振器２１には、レーザ発振器用ケーブル７、冷却水供給ホース９、冷却水回収ホース１０が接続されている。このうち、冷却水回収ホース１０には温度センサＴ１がとりつけられている。温度センサＴ１は冷却水回収ホース１０内部を流通する冷却水の温度を計測する。また、環境隔離容器２のうちレーザ発振器２１と対向する面には、レーザ発振器２１で生じる輻射熱を効率よく吸収するための黒色皮膜が形成されている。環境隔離容器２に吸収された輻射熱は炉水２００へ放出される。
【００２２】
環境隔離容器２の下部はミラーボックス３と接続されている。ミラーボックス３の内部には光軸調整ミラーＭ１、サンプリングミラーＭ２、シャッター２２、光検出器２３が設置されている。
【００２３】
ミラーボックス３の一側面は導光部５と接続されており、この接続部分にはウインドウＷ１が設けられている。導光部５は中空構造であり、Ｌ字の屈折部（以下、エルボ部と呼称）にはミラーＭ３が設置されている。また、導光部５下端はレーザ照射ヘッド４と接続されており、接続部にはウインドウＷ２が設けられている。
【００２４】
レーザ照射ヘッド４はウインドウＷ２の下方に集光レンズ４１が設けられており、さらに下方にはミラーＭ４が設けられている。レーザ照射ヘッド４下端にはミラーＭ４で反射したレーザ光をレーザ照射ヘッド４内部から射出するノズル４２が設けられており、ノズル４２内にはウインドウＷ３が設けられている。
【００２５】
このレーザ照射装置１の内部におけるレーザ光の経路について詳細に説明する。レーザ発振器２１から射出されたレーザ光は、Ｌ１で示すように、ミラーボックス３内の光軸調節ミラーＭ１によって反射される。光軸調節ミラーＭ１で反射したレーザ光は、Ｌ２に示すように、サンプリングミラーＭ２に衝突する。サンプリングミラーＭ２は反射率が１％未満であり、レーザ光の大半が透過し、レーザ光のごく一部を反射する。反射したレーザ光はＬ２に示す経路で光検出器２３に照射される。光検出器２３は照射されたレーザ光の強度を電気信号に変換し、レーザ発振器用ケーブル７を経由して図示しない光強度計測装置に送信する。光強度計測装置によってレーザ光の出力をモニタすることが可能である。なお、光検出器２３には、例えばフォトダイオード、ペルチエ素子、太陽電池などを用いる。
【００２６】
シャッター２２は図示しないシャッター駆動装置からレーザ発振器用ケーブルを経由して伝達される電気信号による駆動指令に応じ、レーザ光の経路の遮断と開放を切り替える。このシャッター２２が開放状態の場合、サンプリングミラーＭ２を透過したレーザ光は、ウインドウＷ１を通過して導光部５に進入する。
【００２７】
導光部５に進入したレーザ光はミラーＭ３で反射され、ウインドウ２を通過し、レーザ照射ヘッド４に進入する。レーザ照射ヘッド４に進入したレーザ光は、集光レンズ４１によって集束され、ミラーＭ４によって反射され、ノズル２２のウインドウＷ３を通過した後にレーザピーニングの対象物に照射される。
【００２８】
レーザ発振器２１から射出されたレーザ光は、上述した経路を辿りレーザピーニングの施工対象物に照射される。
【００２９】
次に、レーザ発振器２１の構造について、図３を用いて詳細に説明する。図３はレーザ発振器２１の概要を示す縦断面図である。本実施例で用いるレーザ発振器２１はフラッシュランプ励起のＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザで、ポンピングチャンバ５１内に図示しないフラッシュランプおよびＹＡＧロッドが収納されている。ポンピングチャンバ５１と共に、偏光板５２、Ｑスイッチ５３、λ／４板５４、リアミラー５５、およびアウトプットカプラ５６に共振器が形成されている。共振器から放出される波長１０６４nmのレーザ光はＳＨＧ（Second Harmonic Generator）５７によって第二高調波（波長：５３２ｎｍ）に変換される。ダイクロイックミラー５８は波長１０６４ｎｍと５３２ｎｍが混在したレーザを波長選択し、第二高調波のみを抽出し、レーザ光Ｌ１として取り出し、その際に分離された基本波はダンパー５９で吸収され熱に変換される。
【００３０】
ポンピングチャンバ５１内部には図示しない冷却配管が設けられており、この冷却配管はレーザ発振器２１から引き込まれた冷却水供給ホース９、冷却水回収ホース１０と接続され、冷却配管内を冷却水が流通するように構成されている。冷却配管内に冷却水を流通させることにより、ポンピングチャンバ５１内のフラッシュランプやＹＡＧロッドを冷却する。
【００３１】
レーザ発振器２１を効率的に発振させるためには、ポンピングチャンバ５１を適切な温度範囲で維持することが必要である。しかしながら、原子炉圧力容器１００の高さは約２０ｍかそれ以上であり、冷却水供給ホース９は図に示すようにオペレーションフロア１０４から原子炉圧力容器１００の炉底部へ伸びており、その長さは約２０ｍ以上に達する。したがって、冷却水は冷却水供給装置８からレーザ発振器２１に達するまでに炉水２００と熱交換をする。このため、冷却水供給装置８の内部にある時点とレーザ発振器２１付近まで移動した時点との冷却水の温度には差が生じる。
【００３２】
また、炉水２００は水面から原子炉圧力容器１００の底部にかけての温度が一様でない。そのためあらかじめ炉水２００による冷却水温度への影響を見込んで冷却水供給装置８から供給する冷却水の温度を設定することも困難である。
【００３３】
そこで、レーザ発振器２１内で冷却水回収ホース１０に温度センサＴ１を設けることにより、レーザ発振器２１付近の冷却水の温度を計測し、その計測結果に応じて冷却水供給装置８からポンピングチャンバ５１へ送る冷却水の温度と流量の一方または両方を制御する。具体的には、レーザ発振器２１に到達した時点の冷却水温度の計測結果から、レーザ発振器２１の冷却が不十分と判断される場合は、冷却水供給装置８から供給する冷却水温度を下げる、または冷却水の供給量を増やす、あるいは冷却水温度を下げつつ冷却水供給量を増加させる、といった制御を行う。冷却水供給装置８から供給する冷却水の温度または流量を調節することにより、レーザ発振器２１を適切な温度に維持することが可能となる。
【００３４】
本実施例のレーザ照射装置によれば、冷却水の供給経路が長く、かつ供給経路の環境温度が一定に保たれていないような水中環境においても、レーザ発振器の温度を適切な温度に維持して安定したレーザ出力を得ることが可能である。
【００３５】
なお、本実施例においては温度センサＴ１を冷却水回収ホース１０に設けるものとして説明したが、冷却水供給ホース９に設けるものとしてもよい。レーザ発振器２１の発熱量はレーザ発振器２１の出力や電源装置６の仕様等から分かるため、レーザ発振器２１に供給される冷却水の温度と流量が分かっていればレーザ発振器２１の温度を算出することが可能である。従って、算出したレーザ発振器２１の温度に基づいて冷却水供給装置８を制御することが可能である。冷却水供給ホース９と冷却水回収ホース１０の両方に温度センサを設けることも当然可能である。
【実施例２】
【００３６】
第２の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
図４は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、第１の実施例において中空だった導光部５の内部が、例えばガラスや水晶等の透明な媒質６１で構成されている。エルボ部にはレーザ光を全反射させる斜面６２が形成されている。これにより、導光部５の内部はプリズムとして形成され、レーザ光は第１の実施例と同様の経路を辿ってレーザ照射ヘッド４から放出される。
【００３８】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、導光部５内部のレーザ経路を透明な媒質６１で構成することにより、導光部５内への浸水リスクを無くし、また、導光部５内部の気体の対流や密度変化などによるレーザ光の屈折・散乱を無くすことが可能である。
【実施例３】
【００３９】
本発明の第３の実施例について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図５は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例では、環境隔離容器２に、電気的に絶縁性能が高い非圧縮性の環境保持液体６３が注入されている。環境保持液体６３には、液中で放電が生じることがないように電気的に絶縁性能の高い液体、例えば純水、シリコンオイル、屈折率マッチング液などを用いる。レーザ発振器２１を構成する光学部品はこの環境保持液体６３に直接接するため、屈折率の違いを考慮した設計がなされている。
【００４１】
このような構成によれば、環境隔離容器２を環境保持液体６３で満たすことにより、環境隔離容器２の境界部に水深による圧力差が発生しなくなり、浸水の耐性を高めることができる。またポンピングチャンバ５１を含むレーザ発振器２１全体が液体に接することにより、効率的に外部に熱を伝達させ、放熱性を向上することができる。
【００４２】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、水深が深く、かつ環境温度が一定に保たれていない水中環境において安定した出力を実現する耐環境レーザ照射装置を供給することができる。
【実施例４】
【００４３】
本発明の第４の実施例について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図６は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、環境隔離容器２の内部に気室隔壁６４が設けられており、環境隔離容器２の内部空間がレーザ発振器設置空間６５と隔離空間６６とに分断されている。隔離空間６６の内部は、例えば空気やヘリウムといった気体が充填されている。
【００４５】
このような構成とすることにより、環境隔離容器２の外部とレーザ発振器２１との断熱性を高め、外部環境がレーザ発振器２１に与える影響を抑えることができる。断熱性を高めるべく、隔離空間６６内に充填した気体の大気圧を下げるか、あるいは気体に代えて断熱材を配置することが可能である。また、気室隔壁６４は環境隔離容器２の外径と同心円をなすもので、隔離空間６６は連続した一つの空間であるが、環境隔離容器２の半径方向に隔壁を追加して隔離空間６６を分割してもよい。
【００４６】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、レーザ発振器２１と環境隔離容器２の外部環境との断熱性を高め、外部環境がレーザ発振器２１に与える影響を抑えることが可能である。
【実施例５】
【００４７】
本発明の第５の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例および第４の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図７は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、レーザ発振器２１と隔離空間６６を連絡する配管６７が設けられている。また、冷却水回収ホース１０がレーザ発振器２１ではなく隔離空間６６に接続されている。配管６７は、レーザ発振器２１内部のポンピングチャンバ５１内の図示しない配管と接続されており、冷却水供給ホース９からポンピングチャンバ５１へ供給される冷却水が、ポンピングチャンバ５１を冷却した後に配管６７を介して隔離空間６６へ送られる構成とされている。このため、隔離空間６６は冷却水で満たされており、冷却水は冷却水回収ホース１０から冷却水供給装置７へ回収される。
【００４９】
隔離空間６６に送られる冷却水の温度は、レーザ発振器２１を一定出力で運転している場合は一定である。したがって、隔離空間６６内部の温度は一定に保たれる。これにより、環境隔離容器２の外部環境によって隔離空間６６が加熱されても、冷却水によって隔離空間６６内部を除熱することが可能となり、隔離空間６６の昇温を防止することが可能である。
【００５０】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏するとともに、隔離空間６６内部の温度を一定に保つことにより、レーザ発振器設置空間６５内部の温度をより安定させることが可能である。
【実施例６】
【００５１】
本発明の第６の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例および第４の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図８は本実施例によるレーザ照射装置１の概要を示す縦断面図である。本実施例においては、隔離空間６６に環境保持液体６３が注入されており、隔離空間６６内に温度センサＴ２が設けられている。また、オペレーションフロア１０４上に図示しない温度調整機が設置されており、この温度調整機と隔離空間６６は環境保持液体供給ホース６８および環境保持液体回収ホース６９を介して連絡されている。なお本実施例においては、環境保持液体６３には、例えば水、シリコンオイル、あるいは水よりも凝固点の低い水溶液等を用いる。
【００５３】
温度調整機は環境保持液体回収ホース６８を介して環境保持液体６３を回収し、温度センサＴ２の計測結果に基づいて回収した環境保持液体６３の温度を調整し、環境保持液体供給ホース６８を介して環境保持液体６３を隔離空間６６へ供給する。このように、温度調整機が環境保持液体６３を循環させながら温度を調整することにより、隔離空間６６内部の温度を一定に保つことができる。
【００５４】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏するとともに、隔離空間６６内部の温度を一定に保つことにより、レーザ発振器設置空間６５内部の温度をより安定させることが可能である。
【実施例７】
【００５５】
本発明の第７の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５６】
図９は本実施例によるレーザ照射装置１の縦断面図である。環境隔離容器２およびミラーボックス３の内部が環境保持液体６３で満たされている。また、オペレーションフロア１０４上に図示しない温度調整機が設置されている。この温度調整機と隔離空間６６は環境保持液体供給ホース６８および環境保持液体回収ホース６９を介して連絡されている。また、環境隔離容器２およびミラーボックス３内部の環境保持液体６３の温度を計測する温度センサＴ２が設置されている。なお本実施例においては、環境保持液体６３には、例えば純水、シリコンオイル、屈折率マッチング液等の、電気的な絶縁性能が高い非圧縮性流体が好ましい。
【００５７】
温度調整機は環境保持液体回収ホース６８を介して環境保持液体６３を回収し、温度センサＴ２の計測結果に基づいて回収した環境保持液体６３の温度を調整し、環境保持液体供給ホース６８を介して環境保持液体６３を環境隔離容器２へ供給する。このように、温度調整機が環境保持液体６３を循環させながら温度を調整することにより、環境隔離容器６３内部の温度を一定に保つことができる。また、環境隔離容器２およびミラーボックス３の内部を非圧縮性の流体で満たすことにより、浸水の耐性を高めることができる。
【００５８】
本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を奏すると共に、環境隔離容器２またはミラーボックス３内部の温度を一定に保つことにより、レーザ発振器設置空間６５内部の温度をより安定させることが可能である。さらに、環境隔離容器２またはミラーボックス３の浸水の耐性を高めることができる。
【実施例８】
【００５９】
本発明の第８の実施例によるレーザ照射装置について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６０】
図１０は、原子炉圧力容器１００内に本実施例によるレーザ照射装置１が設置された状態の概要を示す縦断面図である。
【００６１】
本実施例においては、冷却水供給装置８に代えて、炉水２００内に配置されたポンプ７０が冷却水供給ホース９を介して環境隔離容器２と接続されている。また、冷却水供給ホース９に不純物除去装置７１が設置されている。不純物除去装置７１は冷却水供給ホース９内を通過する水から不純物を除去するものであり、ろ過用のフィルタとイオン交換樹脂から構成される。また、冷却水回収ホース９に代えて、レーザ発振器２１に接続され、一端が炉水２００内で開口した冷却水排出ホース７２が設けられている。
【００６２】
本実施例では、ポンプ７０が冷却水供給装置８の役割を果たす。ポンプ７０は冷却水供給ホース9を介して炉水を環境隔離容器２へ送出する。温度計Ｔ１の計測結果に基づいてポンプ７０の出力を制御し、冷却水の流量を制御する。炉水は不純物除去装置７１によってろ過されるため、環境隔離容器２内に放射性物質が侵入することはない。レーザ発振器２１を冷却した冷却水は、冷却水排出ホース７２から原子炉圧力容器１００中に排出される。
【００６３】
本実施例の構成によれば、実施例１と同様の効果を奏するとともに、レーザ照射装置１の冷却系設備の構成を簡素なものとし、冷却水の供給と回収に用いるホースをオペレーションフロア１０４から原子炉圧力容器１００炉底部まで伸ばす必要がなくなる。
【００６４】
以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、これらの実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、第２の実施例と第８の実施例を組み合わせ、導光路内部が媒質で構成され、冷却水の供給源がポンプである構成とすることが可能である。また、冷却水の供給経路に冷却水供給ホース９等を用いるものとして説明したが、フレキシブルでない金属管を用いる、あるいはこれらを組み合わせることが可能である。また、環境隔離容器等を水密構造とするにあたっては、Ｏリング、パッキン、ガスケット、接着剤、溶接、ケーブルコネクタ等の様々な手段から好適なものを選択することができる。
【００６５】
なお、各実施例においては導光部５がＬ字形状のものとして説明したが、これはＣＲＤハウジング１０２に施工する場合に好適な装置形状の一例として示したものであり、導光部５は施工部位や装置の配置スペース等の事情に応じて、好適な形状を選択することが可能である。
【００６６】
また、レーザ発振器の冷却水供給経路が長く、供給経路の環境温度が一定に保たれていない水中環境の例として炉水で満たされた原子炉を例として説明したが、本発明は原子炉への適用に限定されるものではない。例えば、船体や橋梁といった構造物への適用が想定され得る。
【００６７】
また、各実施例においてはレーザピーニングを行うレーザ照射装置として説明したが、レーザ発振器を水中に配置するレーザ装置を用いたものであればよく、例えば肉盛り溶接による補修等の施工を行うレーザ装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１ レーザ照射装置
２ 環境隔離容器
３ ミラーボックス
４ レーザ照射ヘッド
５ 導光部
６ 電源装置
７ レーザ発振器用ケーブル
８ 冷却水供給装置
９ 冷却水供給ホース
１０ 冷却水回収ホース
１１ 遠隔駆動装置
１２ 遠隔駆動装置制御盤
１３ 遠隔駆動装置用ケーブル
２１ レーザ発振器
２２ シャッター
２３ 光検出器
４１ 集光レンズ
４２ ノズル
５１ ポンピングチャンバ
５２ 偏光板
５３ Ｑスイッチ
５４ λ／４板
５５ リアミラー
５６ アウトプットカプラ
５７ ＳＨＧ
５８ ダイクロイックミラー
５９ ダンパー
６１ 媒質
６２ 斜面
６３ 環境保持液体
６４ 気室隔壁
６５ レーザ発振器設置空間
６６ 隔離空間
６７ 配管
６８ 環境保持液体供給ホース
６９ 環境保持液体回収ホース
７０ ポンプ
７１ 不純物除去装置
７２ 冷却水排出ホース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に配置され、レーザを用いた保全・補修を行うレーザ照射装置であって、
レーザ発振器を収容し水中に配置される環境隔離容器と、
レーザを集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドと、
前記レーザ発振器から前記レーザ照射ヘッドまでレーザを伝送する導光部と、
前記レーザ発振器に電力を供給する電源装置と、
前記レーザ発振器に冷却水供給経路を介して冷却水を供給する冷却水供給装置と、
前記環境隔離容器内の温度を計測する温度センサとを備え、
前記冷却水供給装置から供給する前記冷却水の温度と流量の少なくとも何れかを前記温度
センサの計測結果に基づいて制御することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記導光部内のレーザが通過する部分の少なくとも一部が透明媒質で構成されることを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記環境隔離容器の内部に環境保持液体が注入されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
環境隔離容器内の前記環境保持液体の回収を行い、前記環境隔離容器へ供給する前記環境保持液体の温度を調整する温度調整手段を備えることを特徴とする請求項３記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記環境隔離容器内部を、前記レーザ発振器が配置され前記レーザの経路を含む第１の空間と、前記第１の空間の外側に位置する第２の空間とに分離する気室隔壁を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記第２の空間内が気体雰囲気または真空とされていることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記第２の空間内に断熱材が配置されていることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記第２の空間と前記レーザ発振器を連絡する配管を備え、前記冷却水供給装置から供給される前記冷却水は、前記レーザ発振器を通過した後に前記配管を介して前記第２の空間に供給されることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記第２の空間に注入された環境保持液体を備えることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記第２の空間と連絡し、前記第２の空間への前記環境保持液体の供給及び前記第２の空間内の前記環境保持液体の回収を行い、前記第２の空間へ供給する前記環境保持液体の温度を調整する温度調整機を備えることを特徴とする請求項９記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
前記冷却水供給装置は、前記環境隔離容器とともに水中に配置されるポンプと、前記ポンプから前記レーザ発振器への冷却水供給経路に配置され前記冷却水中の不純物を除去する不純物除去装置から構成され、前記ポンプはその周囲の水を冷却水として前記レーザ発振器に供給することを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項１２】
環境隔離容器に収容されたレーザ発振器と、このレーザ発振器から出射されたレーザを
集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドとを備えるレーザ照射装置を水中に配置し、
施工対象物に対してレーザを用いた施工を行うレーザ施工方法であって、
前記環境隔離容器内の温度を温度センサによって計測し、前記温度センサの計測結果に
基づいて前記レーザ発振器に供給する冷却水の温度または流量の少なくとも何れかを制御
することを特徴とするレーザ施工方法。
【請求項１】
水中に配置され、レーザを用いた保全・補修を行うレーザ照射装置であって、
レーザ発振器を収容し水中に配置される環境隔離容器と、
レーザを集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドと、
前記レーザ発振器から前記レーザ照射ヘッドまでレーザを伝送する導光部と、
前記レーザ発振器に電力を供給する電源装置と、
前記レーザ発振器に冷却水供給経路を介して冷却水を供給する冷却水供給装置と、
前記環境隔離容器内の温度を計測する温度センサとを備え、
前記冷却水供給装置から供給する前記冷却水の温度と流量の少なくとも何れかを前記温度
センサの計測結果に基づいて制御することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記導光部内のレーザが通過する部分の少なくとも一部が透明媒質で構成されることを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記環境隔離容器の内部に環境保持液体が注入されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
環境隔離容器内の前記環境保持液体の回収を行い、前記環境隔離容器へ供給する前記環境保持液体の温度を調整する温度調整手段を備えることを特徴とする請求項３記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記環境隔離容器内部を、前記レーザ発振器が配置され前記レーザの経路を含む第１の空間と、前記第１の空間の外側に位置する第２の空間とに分離する気室隔壁を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記第２の空間内が気体雰囲気または真空とされていることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記第２の空間内に断熱材が配置されていることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記第２の空間と前記レーザ発振器を連絡する配管を備え、前記冷却水供給装置から供給される前記冷却水は、前記レーザ発振器を通過した後に前記配管を介して前記第２の空間に供給されることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記第２の空間に注入された環境保持液体を備えることを特徴とする請求項５記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記第２の空間と連絡し、前記第２の空間への前記環境保持液体の供給及び前記第２の空間内の前記環境保持液体の回収を行い、前記第２の空間へ供給する前記環境保持液体の温度を調整する温度調整機を備えることを特徴とする請求項９記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
前記冷却水供給装置は、前記環境隔離容器とともに水中に配置されるポンプと、前記ポンプから前記レーザ発振器への冷却水供給経路に配置され前記冷却水中の不純物を除去する不純物除去装置から構成され、前記ポンプはその周囲の水を冷却水として前記レーザ発振器に供給することを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項１２】
環境隔離容器に収容されたレーザ発振器と、このレーザ発振器から出射されたレーザを
集光して施工部に照射するレーザ照射ヘッドとを備えるレーザ照射装置を水中に配置し、
施工対象物に対してレーザを用いた施工を行うレーザ施工方法であって、
前記環境隔離容器内の温度を温度センサによって計測し、前記温度センサの計測結果に
基づいて前記レーザ発振器に供給する冷却水の温度または流量の少なくとも何れかを制御
することを特徴とするレーザ施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−６７８６９（Ｐ２０１１−６７８６９Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８８３９（Ｐ２０１０−１８８８３９）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]