原子炉内構造物の振動計測装置及びその振動計測方法
【課題】圧力容器の外表面に固定される超音波センサが、過酷な環境下で長期間機能し、狭い空間に対し取り付け容易である、原子炉内構造物の振動計測技術を提供することを目的とする。
【解決手段】振動計測装置１０は、原子炉の圧力容器６０表面に密着される面に開口部２１を有するホルダ２０と、ホルダ２０に収容され超音波を送信又は受信する振動子３０と、ホルダ２０内に充填されたカプラント１１と、振動子３０を開口部２１の方向に付勢する付勢部材１２とを備え、カプラント１１は、常温で固体であり、圧力容器６０からの伝熱で融解する金属材料であることを特徴とする。
【解決手段】振動計測装置１０は、原子炉の圧力容器６０表面に密着される面に開口部２１を有するホルダ２０と、ホルダ２０に収容され超音波を送信又は受信する振動子３０と、ホルダ２０内に充填されたカプラント１１と、振動子３０を開口部２１の方向に付勢する付勢部材１２とを備え、カプラント１１は、常温で固体であり、圧力容器６０からの伝熱で融解する金属材料であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波による原子炉内構造物の振動計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中の原子炉には、炉心における水蒸気発生やポンプ等による冷却材循環等に起因する流体振動が作用している。この流体振動により、炉内構造物には、振動疲労が継続的に蓄積することになる。このために、原子炉運転中における炉内構造物の振動状態を、リアルタイムで計測することが求められている。
【０００３】
ただし、振動計測器を直接的に炉内へ持ち込む事は技術的に困難であり、炉外から間接的に計測する手段が求められている。
容器内部に存在する物体の振動を、容器表面から間接的に計測する手段としては、超音波センサを用いる方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１には、超音波センサを用いて炉内構造物の振動を測定することが記載されているが、どのようにして超音波センサを原子炉の圧力容器に固定させるかについては記載されていない。
【０００６】
一般に、原子炉の圧力容器の外表面は、高温かつ高放射線にさらされ、超音波センサはこのような過酷な環境の下に長期間おかれることになる。また、原子炉圧力容器と原子炉格納容器との間は非常に狭い空間となっている。このため超音波センサを圧力容器の外表面に設置する場合は、この狭い空間において容易に設置でき、さらに他の作業を妨げることなく設置できることが望まれる。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、圧力容器の外表面に固定される超音波センサが、過酷な環境下で長期間機能し、狭い空間においても取り付け作業が容易である、原子炉内構造物の振動計測技術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】
【０００８】
本発明に係る原子炉内構造物の振動計測装置は、原子炉の圧力容器表面に密着される面に開口部を有するホルダと、前記ホルダに収容され超音波を送信又は受信する振動子と、前記ホルダ内に充填されたカプラントと、前記振動子を前記開口部の方向に付勢する付勢部材とを備え、前記カプラントは、常温で固体であり、前記圧力容器からの伝熱で融解する金属材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、圧力容器の外表面に固定される超音波センサが、過酷な環境下で長期間機能し、狭い空間に対し取り付け容易である、原子炉内構造物の振動計測技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】超音波による振動計測の原理説明図であって、（Ａ）は超音波の送信用及び受信用のセンサが別体で構成される例を示し、（Ｂ）は単体で構成される例を示している。
【図２】本発明に係る原子炉内構造物の振動計測装置の第１実施形態を示す概略断面図であり、（Ａ）は圧力容器の外表面に接着された直後の状態を示し、（Ｂ）は振動計測が可能な状態を示している。
【図３】第１実施形態に係る振動計測装置において、（Ａ）は縦断面図を示し、（Ｂ）は底面図を示し、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図を示している。
【図４】第２実施形態に係る振動計測装置において、（Ａ）は縦断面図を示し、（Ｂ）は底面図を示し、（Ｃ）は（Ａ）の直交断面図を示している。
【図５】第１実施形態及び第２実施形態に係る振動計測装置の組み立て方法の説明図。
【図６】第３実施形態に係る振動計測装置の縦断面図。
【図７】第４実施形態に係る振動計測装置の縦断面図。
【図８】実施形態に係る振動計測装置が適用される原子炉の縦断面図。
【図９】図８に示される原子炉の部分拡大断面図。
【図１０】実施形態に係る振動計測装置の圧力容器への運搬装置であって、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示している。
【図１１】実施形態に係る振動計測装置の把持手段であって、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は断面図を示している。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施形態に係る振動計測装置を圧力容器へ設置する際における把持手段の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
図１に基づいて超音波による振動計測の原理について説明する。図１（Ａ）は超音波の送信子１０Ａ及び受信子１０Ｂが別体で構成される振動計測装置１０を示している。
送信子１０Ａから伝播した超音波Ｕは、圧力容器６０内で振動する炉内構造物６１に反射され、受信子１０Ｂの方向に伝播する。
そして、炉内構造物６１の振動により超音波Ｕの伝播距離が変化するために、これに対応する伝播時間Ｔの変化を検出し、炉内構造物６１の振動を計測する。
【００１２】
また、図１（Ｂ）に示すように、超音波Ｕの進行方向に対し、炉内構造物６１の反射面が直交するように位置していれば、反射した超音波Ｕは、来た経路を反対方向に進むことになる。この場合、送信子と受信子を兼ねる単体の振動計測装置１０を用いることができる。
【００１３】
振動計測装置１０は、図２に示すように、原子炉の圧力容器６０の表面に密着される面に開口部２１を有するホルダ２０と、このホルダ２０に収容され超音波を送信又は受信する振動子３０と、ホルダ２０内に充填されたカプラント１１と、振動子３０を開口部２１の方向に付勢する付勢部材１２と、から構成されている。
そして、カプラントは、常温で固体であり、前記圧力容器からの伝熱で融解する金属材料である。また、ホルダ２０は、ステンレス製の金属容器であり、その開口部２１において圧力容器６０の外表面に接着剤１３により接着されている。
【００１４】
このような、接着剤１３としては、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＭｇＯ、ＺｒＳｉＯ4等の耐熱セラミックを主成分とするもので、接着時にペースト状を有し、乾燥又は熱処理により硬化するものが挙げられる。
この接着剤１３は、ホルダ２０の圧力容器６０に対する固定機能の他に、液状のカプラント１１が、ホルダ２０の外部に漏洩することを防止するシール機能も果たす。
【００１５】
なお、ホルダ２０を圧力容器６０の表面に接着させる手段としては、その他にロウ付けや溶接などの金属接合を適用することも可能である。さらに、メタルＯリングや電磁石による吸着力を併用してシール効果を向上させることもできる。
【００１６】
振動子３０は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）など高温かつ高放射線環境に適用可能な圧電素子から構成されている。この圧電素子は、電圧信号を超音波Ｕに変換する機能と、その逆作用である超音波Ｕを電圧信号に変換する機能とを有している。
【００１７】
カプラント１１は、図２（Ａ）に示されるように、振動計測装置１０が圧力容器６０の表面に接着された当初において、固体状態を呈している。そして、振動子３０は、圧力容器６０の表面から浮いた状態になっている。
そして、図２（Ｂ）に示されるように、原子炉が稼動して圧力容器６０の表面温度が上昇すると、カプラント１１は溶融して液状を呈する。すると、付勢部材１２の付勢力により、振動子３０は、圧力容器６０の表面に当接し、振動計測が可能な状態になる。
【００１８】
カプラント１１は、第１実施形態において常温で固体であり、ホルダ２０が圧力容器６０に接着された後、加熱されて液状になる。
そして、カプラント１１は、１００℃以下の比較的低温で液状化し、３００℃程度の高温かつ中性子照射といった過酷な環境下でも液体状態で安定し、蒸発や熱硬化などの物性変化を起こさない金属が選択される。
そのような低融点合金としては、例えば、スズ、ビズマス、鉛を主成分とするニュートン合金やローズ合金などが考えられる。
【００１９】
超音波Ｕ（図１）は、固体−気体間、または液体−気体間は通過しにくく、界面で反射する性質をもっている。そのため、振動子３０と圧力容器６０の間に隙間があると、超音波Ｕが圧力容器６０にほとんど伝達されない。このために、振動子３０と圧力容器６０との間をカプラント１１で埋めることにより、超音波Ｕを圧力容器６０に伝達させることができる。
【００２０】
また、このような液状のカプラント１１を用いることにより、大きな力で振動子３０を圧力容器６０に押し付ける必要がなく、コイルバネ等で実現される付勢部材１２で充分となる。このために、圧力容器６０に対する振動計測装置１０の取り付けは、接着剤１３を用いた簡易的な固定方法を適用することができる。
【００２１】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ、振動計測装置１０の縦断面図、底断面図、Ｃ−Ｃ線矢視断面図であり、振動計測装置１０の構成を図２よりも詳細に示している。
ホルダ２０は、図３（Ａ）に示すように、開口部２１周縁の少なくとも一部に、ホルダ２０と圧力容器６０を接着する接着剤１３（図２）を保持する溝２２が設けられ、さらに、図３（Ｂ）又は図３（Ｃ）に示すように、その側壁に把持片１５が設けられている。
【００２２】
振動計測装置１０を設置位置まで移動する際、この把持片１５を治具等で把持して移動させる。また、図示を省略するが、ホルダ２０の天地方向上側に穴をあけることで、ホルダ２０とカプラント１１（図２）との熱膨張係数の差に起因する内部圧力の上昇を防止することができる。
【００２３】
また、開口部２１に連通する内部空間Ｖには、振動子３０が保持されている。そして、振動子３０の上端面３４からは、超音波Ｕ（図１）を送信させるための電気信号及び／又は、受信した超音波Ｕを変換した電気信号を伝送するケーブル１４が接続されている。
このケーブル１４は、内部空間Ｖを介して、ホルダ２０の外側に導かれている。
【００２４】
付勢部材１２は、その両端が、内部空間Ｖの天井面２５及び振動子３０の上端面３４に当接し、振動子３０に対し、ホルダ２０の開口部２１に向かう付勢力を与えている。なお、この付勢部材１２は、コイルバネを例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば板バネやゴムを用いてもよい。また、エアシリンダ等の遠隔操作により付勢力を生じるものを用いてもよい。
【００２５】
振動子３０は、胴体部３１と、この胴体部３１よりも縮径された先端部３２と、からなり、この胴体部３１及び先端部３２の境界には段差面３３が形成されている。
胴体部３１は、内部空間Ｖの側周面２４を摺接して振動子３０の移動を案内している。
先端部３２は、ホルダ２０の開口部２１から突出して、カプラント１１（図２）を挟んで圧力容器６０の表面に当接する。
段差面３３は、ホルダ２０の係止面２３に当接して、振動子３０がホルダ２０から抜け落ちないようにしている。
【００２６】
本実施形態の振動計測装置は、常温で固体であり、プラント運転時の原子炉圧力容器の熱によって溶融する低融点金属をカプラントに用いることで、取り扱いや原子炉圧力容器への取り付けを容易に行なうことができる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４を参照して、振動計測装置１０の第２実施形態について説明する。
図４（Ａ）は振動計測装置１０の縦断面図を示し、図４（Ｂ）はその底面図を示し、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の直交断面図を示している。なお、図４において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２８】
第２実施形態の振動計測装置１０は、図４（Ｂ）に示されるように、その底面形状が馬蹄形を成している。そして、溝２２も馬蹄形を成し、開口部２１の存在する面と異なる面に接着剤１３（図２）の導入口２２ａ，２２ｂを有している。
このように、振動計測装置１０が構成されることにより、ホルダ２０を圧力容器６０の表面に押し付けて、接着剤１３を一方の導入口２２ａから導入すれば、開口部２１の接着が容易に達成される。そして、後記する運搬装置７０や把持手段８０（図１０参照）を利用して、振動計測装置１０を圧力容器６０に取り付ける遠隔操作が可能になる。
【００２９】
なお、溝２２が馬蹄形であるものとして説明したが、溝２２は振動計測装置１０の開口面を圧力容器６０に接着できるように設けてあればよく、コの字を倒した形や、V字形であってもよい。また、必ずしも振動計測装置１０の上方に開口している必要もなく、例えば溝２２の上端付近で水平方向に開放させて、そこから接着剤１３を導入する構成としてもよい。
【００３０】
図５を参照して第１実施形態及び第２実施形態に係る振動計測装置１０の組み立て方法について説明する。
組立装置は、加熱炉４０と、振動計測装置１０の載置台４１と、この載置台４１に立設する支柱４２と、支柱４２に沿って上下方向に移動する水平棒４３と、この水平棒４３の先に設けられ振動子３０の先端部３２に当接して付勢部材１２の反発力に抗ってこの振動子３０を押し下げる押え部４４と、カプラント１１を液状のまま貯蔵するタンク４５と、開閉弁４６を開放することによりこのカプラント１１をホルダ２０の内部に注入する注入管４７と、雰囲気温度をカプラント１１の溶融温度以上に加熱する電気ヒータ４８と、から構成されている。
【００３１】
このように構成される組立装置により、振動子３０をホルダ２０の内部に押し込んだ状態で、例えば２００℃程度に加熱し、溶融させたカプラント１１をホルダ２０の開口面一杯まで流し込む。その後、温度を常温まで戻し、カプラント１１を固体化させる。
このように、常温でカプラント１１は固体化しているので、ホルダ２０を横にしてもこぼれることがなく、圧力容器６０（図２）への取り付け作業が容易である。
また、振動子３０の先端部３２が、固体化したカプラント１１に埋没しているので、取り付け時に付勢部材１２の反発力が圧力容器６０（図２（Ａ））に作用せず、振動計測装置１０の取り付け作業が容易になる。
【００３２】
（第３実施形態）
図６を参照して、振動計測装置１０の第３実施形態について説明する。
なお、図６において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明は省略する。
第３実施形態の振動計測装置１０におけるホルダ２０は、カプラント１１（図２）を加熱して固体から液状にするヒータ１６を有している。
【００３３】
これにより、原子炉運転開始時のような低温状態であっても、常温で固体のカプラント１１をヒータ１６により加熱溶融して液状にして、振動計測を実行することができる。さらに、接着剤１３（図２）の硬化速度を加速させて作業時間を短縮することができる。
なお、図示されるヒータ１６は、ホルダ２０に埋設される構成を示しているが、その外周や内部に設けることもできる。
【００３４】
（第４実施形態）
図７を参照して、振動計測装置１０の第４実施形態について説明する。
なお、図７において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明は省略する。
第４実施形態の振動計測装置１０で使用されるカプラント１１は、常温で液体の金属材料であり、ホルダ２０を圧力容器６０の表面に接着させてから充填される。
【００３５】
このように、常温（３０℃以下）で液状を示す低融点合金としては、例えば、半田にビズマス、カドミウム、インジウム、ガリウムを添加した合金や、インジウムとガリウムとの合金などが挙げられる。
【００３６】
ホルダ２０には、その外側に液状カプラント１１を内部空間Ｖに供給する供給口２６と、この内部空間Ｖから液状カプラント１１を排出させる排出口２８とが、設けられている。そして、ホルダ２０には、この供給口２６及び内部空間Ｖを連通させ、さらにこの内部空間Ｖ及び排出口２８を連通させる連通路２７が設けられている。
【００３７】
そして、ホルダ２０が圧力容器６０の表面に接着された後に、供給口２６に供給された液状カプラント１１が、内部空間Ｖを充填する。また、振動計測装置１０を圧力容器６０の表面から取り外す場合は、供給口２６からガスパージを行って、内部空間Ｖに充填されているカプラント１１を排出口２８から排出させる。
【００３８】
このように常温で液状のカプラント１１を用いることにより、原子炉運転開始時の低温状態から液体カプラントとして機能するので、運転開始時から終了時点までの全期間における連続的な振動計測が可能となる。
【００３９】
（第５実施形態）
図８〜図１２を用いて、振動計測装置１０を取り付け位置まで移動させ、圧力容器６０表面に取り付ける構成に関して説明する。
図８は、沸騰水型原子炉の構成の概要を示す。圧力容器６０には炉水Ｗが注入され、６１等に示す種々の炉内構造物が収容されている。また、圧力容器６０には主蒸気ノズル５１、給水ノズル５２、再循環システム６２と接続された再循環水出入口ノズル５３等の、冷却材が流通する種々のノズルが設けられている。
【００４０】
さらに、圧力容器６０の周囲には、図９に示すように、保温材６４と、遮蔽体６５とが配置されている。
一般的に圧力容器６０は、周囲を保温材６４や遮蔽体６５で覆われており、作業者が圧力容器６０の外表面に直接接近することが困難である。さらに、圧力容器６０の外表面と保温材６４との隙間はわずか２０ｃｍ程度となっている。
この圧力容器６０と保温材６４との間に、振動計測装置１０の運搬装置７０が設置されている。この運搬装置７０は、図９に示す例では給水ノズル５２近傍の空間から支持梁７２を介して圧力容器６０付近に設置されている。繰り出されるワイヤ７５の先端には、把持手段８０に把持された振動計測装置１０が懸垂されている。
【００４１】
このために、運搬装置７０及び把持手段８０による振動計測装置１０の取り付け作業について、以下説明する。
図１０は、振動計測装置１０の圧力容器６０への運搬装置７０を、図９よりも詳細に示している。
運搬装置７０は、給水ノズル５２の下側に圧力容器６０の周方向に沿って施設されるレール７１と、この給水ノズル５２に略平行に施設され先端部分においてレール７１を支持する支持梁７２と、レール７１に沿って移動する走行台車７３と、この走行台車７３と一体に構成されワイヤ７５及びケーブル７６を繰り出したり巻き戻したりするウインチ７４と、このワイヤ７５及びケーブル７６の先端に設けられる連結子７７と、から構成されている。
そして、この連結子７７には、振動計測装置１０を把持する把持手段８０が連結されている。
【００４２】
図１１は、把持手段８０の詳細な構成を示す正面図、断面図である。なお、図１１においては第２実施形態の振動計測装置１０を把持した状態を示している。
把持手段８０は、図１１に示すように、筐体８１の外側に設けられた電磁石８２（計４つ）と、圧力容器６０の表面を回転駆動して把持手段８０を周方向に移動させるタイヤ８３（計４つ）と、回動自在の球体が先端に埋設されたボールキャスタ８４（計４つ）と、アーム８５の先端に設けられ振動計測装置１０の把持片１５を着脱するクランプ８６と、基端が支持されるアーム８５を圧力容器６０から離れる方向に変位させるリニア駆動部８７と、振動計測装置１０の溝２２（図４（Ｂ））の導入口２２ａに接着剤を注入する注入部８８と、から構成されている。
【００４３】
ボールキャスタ８４は、エアシリンダ等によって圧力容器６０の表面に向かって突っ張り可能である。ボールキャスタ８４を圧力容器６０に突っ張った状態では、タイヤ８３が圧力容器６０から浮いて、把持手段８０を任意方向に滑走させることが可能な構成となっている。
【００４４】
なお把持手段８０に設けられる各駆動部の動力及びリミットスイッチ等の信号は、コネクタ８９及びケーブル７６（図１０）を介し走行台車７３に接続され、さらに図示略の制御装置に接続されて、遠隔操作を可能にしている。
【００４５】
次に、図９から図１２を参照し、運搬装置７０及び把持手段８０の動作を説明する。
図１０（Ａ）に示すように圧力容器６０の周方向を移動する走行台車７３から繰り出されるワイヤ７５の先端の連結子７７に把持手段８０を取り付け、この把持手段８０に振動計測装置１０を把持させる。
【００４６】
そして、走行台車７３をレール７１に沿って移動させるか又はワイヤ７５の繰出量を調整するかして振動計測装置１０を圧力容器６０の表面上の所望の位置に到達させる。
把持手段８０を圧力６０付近で移動させる際は、電磁石８２の磁力により、把持手段８０を圧力容器６０表面に吸着させる。これにより、把持手段８０を圧力容器６０上に吸着させた状態で移動可能なため、取り扱いが容易となる。したがって、電磁石８２による吸着力は、走行台車７３に吊り下げられた把持手段８０を圧力容器６０に吸着させる程度で十分であり、電磁石８２のみで圧力容器６０表面に固定するほどの吸着力は不要である。
【００４７】
また、ワイヤ７５の繰り出し量を調整するときは、図１２（Ａ）に示すように、ボールキャスタ８４を圧力容器６０の表面に突っ張らせて、把持手段８０をワイヤ方向に滑らせる。そして、走行台車７３をレール７１に沿って移動させるときは、図１２（Ｂ）に示すように、ボールキャスタ８４を引っ込めて、タイヤ８３を接地させて回転駆動させる。
【００４８】
そして、所望の位置において、図１２（Ｃ）に示すように、アーム８５を変位させて、振動計測装置１０を圧力容器６０に接触させる。さらに、注入部８８から接着剤を注入して振動計測装置１０を表面に接着させる。そして、接着剤が硬化するまでこの状態を維持する。
【００４９】
さらに、第４実施形態で説明したように、常温で液状のカプラント１１を用いる場合は、振動計測装置１０の固定後に、図示略のカプラント注入部から液状カプラントを、その内部に流し込み充填させる。
次に、図１２（Ｄ）に示すように、把持手段８０は、振動計測装置１０の把持を解除して、周方向又は上下方向に移動して退避する。
【００５０】
なお、振動計測装置１０の取付け位置は事前探索によりあらかじめ確定しておくことが望ましい。その取付け位置になされたマーキングの位置を、把持手段８０に内蔵する図示略のカメラなどを用いて確認しながら位置合わせを実行し、振動計測装置１０の取り付けが実行される。
【００５１】
本実施形態では、給水ノズル５２近傍に運搬装置７０を設置して取り付け作業を行なう例を示したが、遮蔽体６５には給水ノズル５２の他のノズル近傍等、作業用に開閉可能な窓や作業用出入口が設けられている場所が複数あり、振動計測装置１０を設置する箇所に応じ、最適な作業箇所で取り付け作業を行なうことが望ましい。
【００５２】
一方で、給水ノズル５２近傍等では、ノズル溶接部検査等の他の作業が行なわれるため、これらの他の作業と干渉することが考えられる。
これに対して、ワイヤ７５に対する把持手段８０の取り付け及び取り外しを、圧力容器６０の炉底部にあるドライウェルＤ（図９）で行なうことで、ノズル近傍での作業量を削減することが可能である。具体的には、ノズル近傍では運搬装置７０の設置作業を行ない、把持手段８０をドライウェルＤまで下降させる。そして、ドライウェルＤで振動計測装置１０を取り付け、把持手段８０を上昇させて設置位置への取り付けを行う。
【００５３】
なお、図示を省略しているが、ドライウェルＤには作業員が出入りするための作業用出入口が設置されており、作業員が進入して作業を行なうことが可能である。
これにより、圧力容器６０に接続される配管（例えば、主蒸気ノズル５１等）の近傍での作業時間を極力軽減することが可能となり、ノズル溶接部の健全性検査（ＩＳＩ検査）などの定期検査作業との干渉がなくなる。
【００５４】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、カプラントが液状を呈している状態で、超音波の送受信を行うことを前提として説明を行ったが、カプラントが液状を呈した状態で振動子と圧力容器と間に隙間が無いように充填し、カプラントが凝固した際に隙間が生じなければ、そのまま超音波の送受信が可能である。したがって、原子炉運転中にカプラントが固体になった状態でも超音波の送受信をすることができる。
【００５５】
また、超音波振動子は、自身が振動することにより発熱するものである。したがって、超音波振動子を計測用の振動モードと発熱用の振動モードを有するものとし、発熱用の振動モードで溶融するようなカプラントを選定すれば、ヒータ１６と同様の効果が得られる。なお、このようなカプラントを採用する場合は、カプラント自身が圧力容器への接着剤を兼ねることとしてもよい。
【００５６】
また、例えば電磁石８２に代えて永久磁石を用いてもよい。
また、カプラントが常温で固体であり、原子炉運転中の圧力容器からの伝熱で液体になるものとして説明したが、例えば常温で液体である材料であっても、あらかじめ振動計測装置を冷却しておいて固体としておき、融解する前に取り付け作業を行なうこととすれば、カプラントとして適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…振動計測装置、１１…カプラント、１２…付勢部材、１３…接着剤、１４…ケーブル、１５…把持片、１６…ヒータ、２０…ホルダ、２１…開口部、２２…溝、２２ａ，２２ｂ…導入口、２３…係止面、２４…側周面、２５…天井面、２６…供給口、２７…連通路、２８…排出口、３０…振動子、３１…胴体部、３２…先端部、３３…段差面、３４…上端面、４０…加熱炉、４１…載置台、４２…支柱、４３…水平棒、４４…押え部、４５…タンク、４６…開閉弁、４７…注入管、４８…電気ヒータ、５０…沸騰水型原子炉、５１…主蒸気ノズル、５２…給水ノズル、５３…再循環水出入口ノズル、６０…圧力容器、６１…炉内構造物、６２…再循環システム、６４…保温材、６５…遮蔽体、７０…運搬装置、７１…レール、７２…支持梁、７３…走行台車、７４…ウインチ、７５…ワイヤ、７６…ケーブル、７７…連結子、８０…把持手段、８１…筐体、８２…電磁石、８３…タイヤ、８４…ボールキャスタ、８５…アーム、８６…クランプ、８７…リニア駆動部、８８…注入部、８９…コネクタ、Ｕ…超音波、Ｖ…内部空間、Ｗ…炉水。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波による原子炉内構造物の振動計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中の原子炉には、炉心における水蒸気発生やポンプ等による冷却材循環等に起因する流体振動が作用している。この流体振動により、炉内構造物には、振動疲労が継続的に蓄積することになる。このために、原子炉運転中における炉内構造物の振動状態を、リアルタイムで計測することが求められている。
【０００３】
ただし、振動計測器を直接的に炉内へ持ち込む事は技術的に困難であり、炉外から間接的に計測する手段が求められている。
容器内部に存在する物体の振動を、容器表面から間接的に計測する手段としては、超音波センサを用いる方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１には、超音波センサを用いて炉内構造物の振動を測定することが記載されているが、どのようにして超音波センサを原子炉の圧力容器に固定させるかについては記載されていない。
【０００６】
一般に、原子炉の圧力容器の外表面は、高温かつ高放射線にさらされ、超音波センサはこのような過酷な環境の下に長期間おかれることになる。また、原子炉圧力容器と原子炉格納容器との間は非常に狭い空間となっている。このため超音波センサを圧力容器の外表面に設置する場合は、この狭い空間において容易に設置でき、さらに他の作業を妨げることなく設置できることが望まれる。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、圧力容器の外表面に固定される超音波センサが、過酷な環境下で長期間機能し、狭い空間においても取り付け作業が容易である、原子炉内構造物の振動計測技術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】
【０００８】
本発明に係る原子炉内構造物の振動計測装置は、原子炉の圧力容器表面に密着される面に開口部を有するホルダと、前記ホルダに収容され超音波を送信又は受信する振動子と、前記ホルダ内に充填されたカプラントと、前記振動子を前記開口部の方向に付勢する付勢部材とを備え、前記カプラントは、常温で固体であり、前記圧力容器からの伝熱で融解する金属材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、圧力容器の外表面に固定される超音波センサが、過酷な環境下で長期間機能し、狭い空間に対し取り付け容易である、原子炉内構造物の振動計測技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】超音波による振動計測の原理説明図であって、（Ａ）は超音波の送信用及び受信用のセンサが別体で構成される例を示し、（Ｂ）は単体で構成される例を示している。
【図２】本発明に係る原子炉内構造物の振動計測装置の第１実施形態を示す概略断面図であり、（Ａ）は圧力容器の外表面に接着された直後の状態を示し、（Ｂ）は振動計測が可能な状態を示している。
【図３】第１実施形態に係る振動計測装置において、（Ａ）は縦断面図を示し、（Ｂ）は底面図を示し、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図を示している。
【図４】第２実施形態に係る振動計測装置において、（Ａ）は縦断面図を示し、（Ｂ）は底面図を示し、（Ｃ）は（Ａ）の直交断面図を示している。
【図５】第１実施形態及び第２実施形態に係る振動計測装置の組み立て方法の説明図。
【図６】第３実施形態に係る振動計測装置の縦断面図。
【図７】第４実施形態に係る振動計測装置の縦断面図。
【図８】実施形態に係る振動計測装置が適用される原子炉の縦断面図。
【図９】図８に示される原子炉の部分拡大断面図。
【図１０】実施形態に係る振動計測装置の圧力容器への運搬装置であって、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示している。
【図１１】実施形態に係る振動計測装置の把持手段であって、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は断面図を示している。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施形態に係る振動計測装置を圧力容器へ設置する際における把持手段の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
図１に基づいて超音波による振動計測の原理について説明する。図１（Ａ）は超音波の送信子１０Ａ及び受信子１０Ｂが別体で構成される振動計測装置１０を示している。
送信子１０Ａから伝播した超音波Ｕは、圧力容器６０内で振動する炉内構造物６１に反射され、受信子１０Ｂの方向に伝播する。
そして、炉内構造物６１の振動により超音波Ｕの伝播距離が変化するために、これに対応する伝播時間Ｔの変化を検出し、炉内構造物６１の振動を計測する。
【００１２】
また、図１（Ｂ）に示すように、超音波Ｕの進行方向に対し、炉内構造物６１の反射面が直交するように位置していれば、反射した超音波Ｕは、来た経路を反対方向に進むことになる。この場合、送信子と受信子を兼ねる単体の振動計測装置１０を用いることができる。
【００１３】
振動計測装置１０は、図２に示すように、原子炉の圧力容器６０の表面に密着される面に開口部２１を有するホルダ２０と、このホルダ２０に収容され超音波を送信又は受信する振動子３０と、ホルダ２０内に充填されたカプラント１１と、振動子３０を開口部２１の方向に付勢する付勢部材１２と、から構成されている。
そして、カプラントは、常温で固体であり、前記圧力容器からの伝熱で融解する金属材料である。また、ホルダ２０は、ステンレス製の金属容器であり、その開口部２１において圧力容器６０の外表面に接着剤１３により接着されている。
【００１４】
このような、接着剤１３としては、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＭｇＯ、ＺｒＳｉＯ4等の耐熱セラミックを主成分とするもので、接着時にペースト状を有し、乾燥又は熱処理により硬化するものが挙げられる。
この接着剤１３は、ホルダ２０の圧力容器６０に対する固定機能の他に、液状のカプラント１１が、ホルダ２０の外部に漏洩することを防止するシール機能も果たす。
【００１５】
なお、ホルダ２０を圧力容器６０の表面に接着させる手段としては、その他にロウ付けや溶接などの金属接合を適用することも可能である。さらに、メタルＯリングや電磁石による吸着力を併用してシール効果を向上させることもできる。
【００１６】
振動子３０は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）など高温かつ高放射線環境に適用可能な圧電素子から構成されている。この圧電素子は、電圧信号を超音波Ｕに変換する機能と、その逆作用である超音波Ｕを電圧信号に変換する機能とを有している。
【００１７】
カプラント１１は、図２（Ａ）に示されるように、振動計測装置１０が圧力容器６０の表面に接着された当初において、固体状態を呈している。そして、振動子３０は、圧力容器６０の表面から浮いた状態になっている。
そして、図２（Ｂ）に示されるように、原子炉が稼動して圧力容器６０の表面温度が上昇すると、カプラント１１は溶融して液状を呈する。すると、付勢部材１２の付勢力により、振動子３０は、圧力容器６０の表面に当接し、振動計測が可能な状態になる。
【００１８】
カプラント１１は、第１実施形態において常温で固体であり、ホルダ２０が圧力容器６０に接着された後、加熱されて液状になる。
そして、カプラント１１は、１００℃以下の比較的低温で液状化し、３００℃程度の高温かつ中性子照射といった過酷な環境下でも液体状態で安定し、蒸発や熱硬化などの物性変化を起こさない金属が選択される。
そのような低融点合金としては、例えば、スズ、ビズマス、鉛を主成分とするニュートン合金やローズ合金などが考えられる。
【００１９】
超音波Ｕ（図１）は、固体−気体間、または液体−気体間は通過しにくく、界面で反射する性質をもっている。そのため、振動子３０と圧力容器６０の間に隙間があると、超音波Ｕが圧力容器６０にほとんど伝達されない。このために、振動子３０と圧力容器６０との間をカプラント１１で埋めることにより、超音波Ｕを圧力容器６０に伝達させることができる。
【００２０】
また、このような液状のカプラント１１を用いることにより、大きな力で振動子３０を圧力容器６０に押し付ける必要がなく、コイルバネ等で実現される付勢部材１２で充分となる。このために、圧力容器６０に対する振動計測装置１０の取り付けは、接着剤１３を用いた簡易的な固定方法を適用することができる。
【００２１】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ、振動計測装置１０の縦断面図、底断面図、Ｃ−Ｃ線矢視断面図であり、振動計測装置１０の構成を図２よりも詳細に示している。
ホルダ２０は、図３（Ａ）に示すように、開口部２１周縁の少なくとも一部に、ホルダ２０と圧力容器６０を接着する接着剤１３（図２）を保持する溝２２が設けられ、さらに、図３（Ｂ）又は図３（Ｃ）に示すように、その側壁に把持片１５が設けられている。
【００２２】
振動計測装置１０を設置位置まで移動する際、この把持片１５を治具等で把持して移動させる。また、図示を省略するが、ホルダ２０の天地方向上側に穴をあけることで、ホルダ２０とカプラント１１（図２）との熱膨張係数の差に起因する内部圧力の上昇を防止することができる。
【００２３】
また、開口部２１に連通する内部空間Ｖには、振動子３０が保持されている。そして、振動子３０の上端面３４からは、超音波Ｕ（図１）を送信させるための電気信号及び／又は、受信した超音波Ｕを変換した電気信号を伝送するケーブル１４が接続されている。
このケーブル１４は、内部空間Ｖを介して、ホルダ２０の外側に導かれている。
【００２４】
付勢部材１２は、その両端が、内部空間Ｖの天井面２５及び振動子３０の上端面３４に当接し、振動子３０に対し、ホルダ２０の開口部２１に向かう付勢力を与えている。なお、この付勢部材１２は、コイルバネを例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば板バネやゴムを用いてもよい。また、エアシリンダ等の遠隔操作により付勢力を生じるものを用いてもよい。
【００２５】
振動子３０は、胴体部３１と、この胴体部３１よりも縮径された先端部３２と、からなり、この胴体部３１及び先端部３２の境界には段差面３３が形成されている。
胴体部３１は、内部空間Ｖの側周面２４を摺接して振動子３０の移動を案内している。
先端部３２は、ホルダ２０の開口部２１から突出して、カプラント１１（図２）を挟んで圧力容器６０の表面に当接する。
段差面３３は、ホルダ２０の係止面２３に当接して、振動子３０がホルダ２０から抜け落ちないようにしている。
【００２６】
本実施形態の振動計測装置は、常温で固体であり、プラント運転時の原子炉圧力容器の熱によって溶融する低融点金属をカプラントに用いることで、取り扱いや原子炉圧力容器への取り付けを容易に行なうことができる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４を参照して、振動計測装置１０の第２実施形態について説明する。
図４（Ａ）は振動計測装置１０の縦断面図を示し、図４（Ｂ）はその底面図を示し、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の直交断面図を示している。なお、図４において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２８】
第２実施形態の振動計測装置１０は、図４（Ｂ）に示されるように、その底面形状が馬蹄形を成している。そして、溝２２も馬蹄形を成し、開口部２１の存在する面と異なる面に接着剤１３（図２）の導入口２２ａ，２２ｂを有している。
このように、振動計測装置１０が構成されることにより、ホルダ２０を圧力容器６０の表面に押し付けて、接着剤１３を一方の導入口２２ａから導入すれば、開口部２１の接着が容易に達成される。そして、後記する運搬装置７０や把持手段８０（図１０参照）を利用して、振動計測装置１０を圧力容器６０に取り付ける遠隔操作が可能になる。
【００２９】
なお、溝２２が馬蹄形であるものとして説明したが、溝２２は振動計測装置１０の開口面を圧力容器６０に接着できるように設けてあればよく、コの字を倒した形や、V字形であってもよい。また、必ずしも振動計測装置１０の上方に開口している必要もなく、例えば溝２２の上端付近で水平方向に開放させて、そこから接着剤１３を導入する構成としてもよい。
【００３０】
図５を参照して第１実施形態及び第２実施形態に係る振動計測装置１０の組み立て方法について説明する。
組立装置は、加熱炉４０と、振動計測装置１０の載置台４１と、この載置台４１に立設する支柱４２と、支柱４２に沿って上下方向に移動する水平棒４３と、この水平棒４３の先に設けられ振動子３０の先端部３２に当接して付勢部材１２の反発力に抗ってこの振動子３０を押し下げる押え部４４と、カプラント１１を液状のまま貯蔵するタンク４５と、開閉弁４６を開放することによりこのカプラント１１をホルダ２０の内部に注入する注入管４７と、雰囲気温度をカプラント１１の溶融温度以上に加熱する電気ヒータ４８と、から構成されている。
【００３１】
このように構成される組立装置により、振動子３０をホルダ２０の内部に押し込んだ状態で、例えば２００℃程度に加熱し、溶融させたカプラント１１をホルダ２０の開口面一杯まで流し込む。その後、温度を常温まで戻し、カプラント１１を固体化させる。
このように、常温でカプラント１１は固体化しているので、ホルダ２０を横にしてもこぼれることがなく、圧力容器６０（図２）への取り付け作業が容易である。
また、振動子３０の先端部３２が、固体化したカプラント１１に埋没しているので、取り付け時に付勢部材１２の反発力が圧力容器６０（図２（Ａ））に作用せず、振動計測装置１０の取り付け作業が容易になる。
【００３２】
（第３実施形態）
図６を参照して、振動計測装置１０の第３実施形態について説明する。
なお、図６において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明は省略する。
第３実施形態の振動計測装置１０におけるホルダ２０は、カプラント１１（図２）を加熱して固体から液状にするヒータ１６を有している。
【００３３】
これにより、原子炉運転開始時のような低温状態であっても、常温で固体のカプラント１１をヒータ１６により加熱溶融して液状にして、振動計測を実行することができる。さらに、接着剤１３（図２）の硬化速度を加速させて作業時間を短縮することができる。
なお、図示されるヒータ１６は、ホルダ２０に埋設される構成を示しているが、その外周や内部に設けることもできる。
【００３４】
（第４実施形態）
図７を参照して、振動計測装置１０の第４実施形態について説明する。
なお、図７において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明は省略する。
第４実施形態の振動計測装置１０で使用されるカプラント１１は、常温で液体の金属材料であり、ホルダ２０を圧力容器６０の表面に接着させてから充填される。
【００３５】
このように、常温（３０℃以下）で液状を示す低融点合金としては、例えば、半田にビズマス、カドミウム、インジウム、ガリウムを添加した合金や、インジウムとガリウムとの合金などが挙げられる。
【００３６】
ホルダ２０には、その外側に液状カプラント１１を内部空間Ｖに供給する供給口２６と、この内部空間Ｖから液状カプラント１１を排出させる排出口２８とが、設けられている。そして、ホルダ２０には、この供給口２６及び内部空間Ｖを連通させ、さらにこの内部空間Ｖ及び排出口２８を連通させる連通路２７が設けられている。
【００３７】
そして、ホルダ２０が圧力容器６０の表面に接着された後に、供給口２６に供給された液状カプラント１１が、内部空間Ｖを充填する。また、振動計測装置１０を圧力容器６０の表面から取り外す場合は、供給口２６からガスパージを行って、内部空間Ｖに充填されているカプラント１１を排出口２８から排出させる。
【００３８】
このように常温で液状のカプラント１１を用いることにより、原子炉運転開始時の低温状態から液体カプラントとして機能するので、運転開始時から終了時点までの全期間における連続的な振動計測が可能となる。
【００３９】
（第５実施形態）
図８〜図１２を用いて、振動計測装置１０を取り付け位置まで移動させ、圧力容器６０表面に取り付ける構成に関して説明する。
図８は、沸騰水型原子炉の構成の概要を示す。圧力容器６０には炉水Ｗが注入され、６１等に示す種々の炉内構造物が収容されている。また、圧力容器６０には主蒸気ノズル５１、給水ノズル５２、再循環システム６２と接続された再循環水出入口ノズル５３等の、冷却材が流通する種々のノズルが設けられている。
【００４０】
さらに、圧力容器６０の周囲には、図９に示すように、保温材６４と、遮蔽体６５とが配置されている。
一般的に圧力容器６０は、周囲を保温材６４や遮蔽体６５で覆われており、作業者が圧力容器６０の外表面に直接接近することが困難である。さらに、圧力容器６０の外表面と保温材６４との隙間はわずか２０ｃｍ程度となっている。
この圧力容器６０と保温材６４との間に、振動計測装置１０の運搬装置７０が設置されている。この運搬装置７０は、図９に示す例では給水ノズル５２近傍の空間から支持梁７２を介して圧力容器６０付近に設置されている。繰り出されるワイヤ７５の先端には、把持手段８０に把持された振動計測装置１０が懸垂されている。
【００４１】
このために、運搬装置７０及び把持手段８０による振動計測装置１０の取り付け作業について、以下説明する。
図１０は、振動計測装置１０の圧力容器６０への運搬装置７０を、図９よりも詳細に示している。
運搬装置７０は、給水ノズル５２の下側に圧力容器６０の周方向に沿って施設されるレール７１と、この給水ノズル５２に略平行に施設され先端部分においてレール７１を支持する支持梁７２と、レール７１に沿って移動する走行台車７３と、この走行台車７３と一体に構成されワイヤ７５及びケーブル７６を繰り出したり巻き戻したりするウインチ７４と、このワイヤ７５及びケーブル７６の先端に設けられる連結子７７と、から構成されている。
そして、この連結子７７には、振動計測装置１０を把持する把持手段８０が連結されている。
【００４２】
図１１は、把持手段８０の詳細な構成を示す正面図、断面図である。なお、図１１においては第２実施形態の振動計測装置１０を把持した状態を示している。
把持手段８０は、図１１に示すように、筐体８１の外側に設けられた電磁石８２（計４つ）と、圧力容器６０の表面を回転駆動して把持手段８０を周方向に移動させるタイヤ８３（計４つ）と、回動自在の球体が先端に埋設されたボールキャスタ８４（計４つ）と、アーム８５の先端に設けられ振動計測装置１０の把持片１５を着脱するクランプ８６と、基端が支持されるアーム８５を圧力容器６０から離れる方向に変位させるリニア駆動部８７と、振動計測装置１０の溝２２（図４（Ｂ））の導入口２２ａに接着剤を注入する注入部８８と、から構成されている。
【００４３】
ボールキャスタ８４は、エアシリンダ等によって圧力容器６０の表面に向かって突っ張り可能である。ボールキャスタ８４を圧力容器６０に突っ張った状態では、タイヤ８３が圧力容器６０から浮いて、把持手段８０を任意方向に滑走させることが可能な構成となっている。
【００４４】
なお把持手段８０に設けられる各駆動部の動力及びリミットスイッチ等の信号は、コネクタ８９及びケーブル７６（図１０）を介し走行台車７３に接続され、さらに図示略の制御装置に接続されて、遠隔操作を可能にしている。
【００４５】
次に、図９から図１２を参照し、運搬装置７０及び把持手段８０の動作を説明する。
図１０（Ａ）に示すように圧力容器６０の周方向を移動する走行台車７３から繰り出されるワイヤ７５の先端の連結子７７に把持手段８０を取り付け、この把持手段８０に振動計測装置１０を把持させる。
【００４６】
そして、走行台車７３をレール７１に沿って移動させるか又はワイヤ７５の繰出量を調整するかして振動計測装置１０を圧力容器６０の表面上の所望の位置に到達させる。
把持手段８０を圧力６０付近で移動させる際は、電磁石８２の磁力により、把持手段８０を圧力容器６０表面に吸着させる。これにより、把持手段８０を圧力容器６０上に吸着させた状態で移動可能なため、取り扱いが容易となる。したがって、電磁石８２による吸着力は、走行台車７３に吊り下げられた把持手段８０を圧力容器６０に吸着させる程度で十分であり、電磁石８２のみで圧力容器６０表面に固定するほどの吸着力は不要である。
【００４７】
また、ワイヤ７５の繰り出し量を調整するときは、図１２（Ａ）に示すように、ボールキャスタ８４を圧力容器６０の表面に突っ張らせて、把持手段８０をワイヤ方向に滑らせる。そして、走行台車７３をレール７１に沿って移動させるときは、図１２（Ｂ）に示すように、ボールキャスタ８４を引っ込めて、タイヤ８３を接地させて回転駆動させる。
【００４８】
そして、所望の位置において、図１２（Ｃ）に示すように、アーム８５を変位させて、振動計測装置１０を圧力容器６０に接触させる。さらに、注入部８８から接着剤を注入して振動計測装置１０を表面に接着させる。そして、接着剤が硬化するまでこの状態を維持する。
【００４９】
さらに、第４実施形態で説明したように、常温で液状のカプラント１１を用いる場合は、振動計測装置１０の固定後に、図示略のカプラント注入部から液状カプラントを、その内部に流し込み充填させる。
次に、図１２（Ｄ）に示すように、把持手段８０は、振動計測装置１０の把持を解除して、周方向又は上下方向に移動して退避する。
【００５０】
なお、振動計測装置１０の取付け位置は事前探索によりあらかじめ確定しておくことが望ましい。その取付け位置になされたマーキングの位置を、把持手段８０に内蔵する図示略のカメラなどを用いて確認しながら位置合わせを実行し、振動計測装置１０の取り付けが実行される。
【００５１】
本実施形態では、給水ノズル５２近傍に運搬装置７０を設置して取り付け作業を行なう例を示したが、遮蔽体６５には給水ノズル５２の他のノズル近傍等、作業用に開閉可能な窓や作業用出入口が設けられている場所が複数あり、振動計測装置１０を設置する箇所に応じ、最適な作業箇所で取り付け作業を行なうことが望ましい。
【００５２】
一方で、給水ノズル５２近傍等では、ノズル溶接部検査等の他の作業が行なわれるため、これらの他の作業と干渉することが考えられる。
これに対して、ワイヤ７５に対する把持手段８０の取り付け及び取り外しを、圧力容器６０の炉底部にあるドライウェルＤ（図９）で行なうことで、ノズル近傍での作業量を削減することが可能である。具体的には、ノズル近傍では運搬装置７０の設置作業を行ない、把持手段８０をドライウェルＤまで下降させる。そして、ドライウェルＤで振動計測装置１０を取り付け、把持手段８０を上昇させて設置位置への取り付けを行う。
【００５３】
なお、図示を省略しているが、ドライウェルＤには作業員が出入りするための作業用出入口が設置されており、作業員が進入して作業を行なうことが可能である。
これにより、圧力容器６０に接続される配管（例えば、主蒸気ノズル５１等）の近傍での作業時間を極力軽減することが可能となり、ノズル溶接部の健全性検査（ＩＳＩ検査）などの定期検査作業との干渉がなくなる。
【００５４】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、カプラントが液状を呈している状態で、超音波の送受信を行うことを前提として説明を行ったが、カプラントが液状を呈した状態で振動子と圧力容器と間に隙間が無いように充填し、カプラントが凝固した際に隙間が生じなければ、そのまま超音波の送受信が可能である。したがって、原子炉運転中にカプラントが固体になった状態でも超音波の送受信をすることができる。
【００５５】
また、超音波振動子は、自身が振動することにより発熱するものである。したがって、超音波振動子を計測用の振動モードと発熱用の振動モードを有するものとし、発熱用の振動モードで溶融するようなカプラントを選定すれば、ヒータ１６と同様の効果が得られる。なお、このようなカプラントを採用する場合は、カプラント自身が圧力容器への接着剤を兼ねることとしてもよい。
【００５６】
また、例えば電磁石８２に代えて永久磁石を用いてもよい。
また、カプラントが常温で固体であり、原子炉運転中の圧力容器からの伝熱で液体になるものとして説明したが、例えば常温で液体である材料であっても、あらかじめ振動計測装置を冷却しておいて固体としておき、融解する前に取り付け作業を行なうこととすれば、カプラントとして適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…振動計測装置、１１…カプラント、１２…付勢部材、１３…接着剤、１４…ケーブル、１５…把持片、１６…ヒータ、２０…ホルダ、２１…開口部、２２…溝、２２ａ，２２ｂ…導入口、２３…係止面、２４…側周面、２５…天井面、２６…供給口、２７…連通路、２８…排出口、３０…振動子、３１…胴体部、３２…先端部、３３…段差面、３４…上端面、４０…加熱炉、４１…載置台、４２…支柱、４３…水平棒、４４…押え部、４５…タンク、４６…開閉弁、４７…注入管、４８…電気ヒータ、５０…沸騰水型原子炉、５１…主蒸気ノズル、５２…給水ノズル、５３…再循環水出入口ノズル、６０…圧力容器、６１…炉内構造物、６２…再循環システム、６４…保温材、６５…遮蔽体、７０…運搬装置、７１…レール、７２…支持梁、７３…走行台車、７４…ウインチ、７５…ワイヤ、７６…ケーブル、７７…連結子、８０…把持手段、８１…筐体、８２…電磁石、８３…タイヤ、８４…ボールキャスタ、８５…アーム、８６…クランプ、８７…リニア駆動部、８８…注入部、８９…コネクタ、Ｕ…超音波、Ｖ…内部空間、Ｗ…炉水。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の圧力容器表面に密着される面に開口部を有するホルダと、
前記ホルダに収容され超音波を送信又は受信する振動子と、
前記ホルダ内に充填されたカプラントと、
前記振動子を前記開口部の方向に付勢する付勢部材と
を備え、
前記カプラントは、常温で固体であり、前記圧力容器からの伝熱で融解する金属材料であることを特徴とする原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項２】
前記開口部周縁の少なくとも一部に、前記ホルダと前記圧力容器を接着する接着剤を保持する溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項３】
前記溝は前記開口部の存在する面と異なる面に前記接着剤の導入口を有することを特徴とする請求項２記載の原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記カプラントを加熱するヒータを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項５】
原子炉の圧力容器表面に密着される面に開口部を有するホルダと、
前記ホルダに収容され超音波を送信又は受信する振動子と、
前記ホルダ内に充填されたカプラントと、
前記振動子を前記開口部の方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記カプラントは常温で液体の金属材料であり、前記ホルダは前記振動子の周囲に前記カプラントを注入する供給口を有することを特徴とする原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の炉内構造物の振動計測装置を前記圧力容器の所定位置に取り付ける振動計測装置の取り付け方法であって、
前記圧力容器を周方向に移動可能な走行台車から繰り出されるワイヤに前記把持手段を取り付けるステップと、
前記炉内構造物の振動計測装置を前記把持手段に把持させるステップと、
前記走行台車を前記周方向に沿って移動させるか又は前記ワイヤの繰出量を調整するかして前記振動計測装置を所定の設置位置に到達させるステップと、
前記ホルダの前記開口部を前記圧力容器の表面に接着するステップと、
前記把持手段による前記振動計測装置の把持を解除するステップと、を含むことを特徴とする原子炉内構造物の振動計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載の原子炉内構造物の振動計測方法において、
前記原子炉内構造物の振動計測装置を前記把持手段に把持させるステップは、
前記把持手段を前記設置位置の上方から前記原子炉圧力容器炉底部のドライウェルまで吊り下すステップと、
前記ドライウェルで前記振動計測装置を前記把持手段に把持させるステップと、を有することを特徴とする原子炉内構造物の振動計測方法。
【請求項１】
原子炉の圧力容器表面に密着される面に開口部を有するホルダと、
前記ホルダに収容され超音波を送信又は受信する振動子と、
前記ホルダ内に充填されたカプラントと、
前記振動子を前記開口部の方向に付勢する付勢部材と
を備え、
前記カプラントは、常温で固体であり、前記圧力容器からの伝熱で融解する金属材料であることを特徴とする原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項２】
前記開口部周縁の少なくとも一部に、前記ホルダと前記圧力容器を接着する接着剤を保持する溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項３】
前記溝は前記開口部の存在する面と異なる面に前記接着剤の導入口を有することを特徴とする請求項２記載の原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記カプラントを加熱するヒータを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項５】
原子炉の圧力容器表面に密着される面に開口部を有するホルダと、
前記ホルダに収容され超音波を送信又は受信する振動子と、
前記ホルダ内に充填されたカプラントと、
前記振動子を前記開口部の方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記カプラントは常温で液体の金属材料であり、前記ホルダは前記振動子の周囲に前記カプラントを注入する供給口を有することを特徴とする原子炉内構造物の振動計測装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の炉内構造物の振動計測装置を前記圧力容器の所定位置に取り付ける振動計測装置の取り付け方法であって、
前記圧力容器を周方向に移動可能な走行台車から繰り出されるワイヤに前記把持手段を取り付けるステップと、
前記炉内構造物の振動計測装置を前記把持手段に把持させるステップと、
前記走行台車を前記周方向に沿って移動させるか又は前記ワイヤの繰出量を調整するかして前記振動計測装置を所定の設置位置に到達させるステップと、
前記ホルダの前記開口部を前記圧力容器の表面に接着するステップと、
前記把持手段による前記振動計測装置の把持を解除するステップと、を含むことを特徴とする原子炉内構造物の振動計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載の原子炉内構造物の振動計測方法において、
前記原子炉内構造物の振動計測装置を前記把持手段に把持させるステップは、
前記把持手段を前記設置位置の上方から前記原子炉圧力容器炉底部のドライウェルまで吊り下すステップと、
前記ドライウェルで前記振動計測装置を前記把持手段に把持させるステップと、を有することを特徴とする原子炉内構造物の振動計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８００１（Ｐ２０１２−８００１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４１５８（Ｐ２０１０−１４４１５８）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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