CN101457961B - 用于核反应堆可居住性区域的空气过滤 - Google Patents

用于核反应堆可居住性区域的空气过滤 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于核反应堆可居住性区域的空气过滤。具体地，本发明提供了一种系统，其用于为核反应堆可居住性区域提供基本无放射性和毒性污染的空气。该系统可包括至少一个应急空气过滤装置，其构造成并可操作成为可居住性区域提供无放射性和毒性污染的空气。该系统还可包括至少一个储能能量源，其构造成并可操作成为各个应急空气过滤装置提供运行能量。

Description

用于核反应堆可居住性区域的空气过滤
技术领域
本发明涉及用于为核反应堆设施的可居住性区域提供过滤空气的系统和方法。
背景技术
在这部分中的陈述仅仅提供与本发明公开相关联的背景信息，并不一定构成现有技术。
核电厂需要为工厂控制室可居住性区域(CRHA)提供“新鲜空气”的应急系统，以防发生放射性事故和/或中毒事故，即，放射性和/或毒性污染物、气体或烟尘的意外释放或泄漏。在这种情形下通常为主控制室的紧急可居住性采用压缩空气存储系统来提供清洁安全的空气，即，无放射性和毒性污染物的空气。这种已知的压缩空气存储系统需要存储大型压缩空气罐，并安装相关的管线、管道、阀门、调节器、仪表和操作控制器。另外，必须安装系统和设备以避免在这种已知的压缩空气存储系统操作期间发生过压。因而，已知的压缩空气存储系统可能具有设计问题，安装、实施和操作成本较高，并且维护有问题。
此外，已知的控制室可居住性区域HVAC子系统设计通常利用标准商业直吸式空气调节装置(AHU)，以循环并调节CRHA中的空气，即，加热和冷却空气。更具体地说，这种设计的布局通常需要安装在CRHA外部的一个或多个AHU和回风扇/排气扇。例如，时常将一个或多个AHU和回风扇/排气扇定位在与CRHA分隔开的机械设备间中。外部AHU和风扇的利用必须安装大量隔离的管道系统，其必须从CRHA的外部迂回至CRHA的内部。在发生放射性和/或中毒事故期间，这种管道系统从CRHA外部的迂回在满足有关放射性污染空气从CRHA外部‘向内泄漏’的安全要求方面可能会有问题。
发明内容
根据一个方面，提供了一种系统，其用于为核反应堆可居住性区域提供基本无放射性和毒性污染的空气。在不同的实施例中，该系统可包括至少一个应急空气过滤装置，其构造成并可操作成为可居住性区域提供无放射性和毒性污染的空气。该系统还可包括至少一个储能式能量源，其构造成并可操作成为各个应急空气过滤装置提供运行能量。
在其它不同的实施例中，该系统可包括至少一个储能式能量源和一对冗余应急空气过滤装置，其各构造成并可操作成为可居住性区域提供无放射性和毒性污染的空气。各个应急空气过滤装置可包括外壳、位于外壳中的过滤器链以及一对冗余风扇组件，外壳通过入口管道系统而连接在外部空气源上，并通过出口管道系统而连接在可居住性区域上，所述过滤器链包括多个空气过滤器。各个风扇组件可通过储能式能量源进行操作，以产生空气流，其通过从入口管道系统吸入空气而使空气从外部空气源进入到可居住性区域中，迫使空气穿过过滤器链，以滤去放射性和/或毒性污染，并迫使过滤后的空气穿过出口管道系统而进入到可居住性区域中。各个风扇组件包括电动机，其定位在空气流中，以加热和干燥空气流。
根据另一方面，提供了一种方法，其用于为核反应堆控制室可居住性区域提供基本无放射性和毒性污染的空气。在不同的实施例中，该方法包括当从核反应堆中释放出放射性和/或毒性污染时，使新鲜空气供给子系统失效，其中新鲜空气供给子系统构造成并可操作成在核反应堆的正常工作期间为可居住性区域提供置换空气。该方法还可包括当从核反应堆中释放出放射性和/或毒性污染时，从至少一个储能式能量源中为一对冗余应急空气过滤装置的至少其中一个空气过滤装置提供电能。该方法还可包括利用来自至少一个储能式能量源的电功率，以操作相应的包括在各个应急空气过滤装置中的一对冗余风扇组件的至少其中一个风扇组件的电动机，从而由外部空气源中产生空气流，其穿过至少一个应急空气过滤装置，并进入到可居住性区域中。各个电动机可定位在空气流中，并是可操作的，以使相应的风扇组件的风扇旋转，从而产生空气流。该方法还可包括通过将空气从外部空气源经由相应的应急空气过滤装置的入口管道系统而抽吸到至少一个应急空气过滤装置中，从而过滤空气流，以除去放射性和/或毒性污染。之后迫使空气穿过相应的应急空气过滤装置的过滤器链，以滤去放射性和/或毒性污染，然后迫使过滤后的空气穿过相应的应急空气过滤装置的出口管道系统而进入到可居住性区域中。此外，该方法可包括利用通过定位在空气流中的相应电动机的操作所产生的热量来加热和干燥空气流。
从本文所提供的详细说明中将明晰本发明可适用的其它领域。应该懂得，细节描述和特定的示例仅仅只用于举例说明的目的，而并不意图限制本发明的范围。
附图说明
这里所述的图纸只是出于举例说明的目的，而决非意图限制本发明的范围。
图1是根据本发明公开的不同实施例的空气过滤和调节(AFC)系统的框图，其用于核反应堆设施的可居住性区域。
图2是根据本发明公开的不同实施例的图1中所示的AFC系统的空气过滤和调节子系统正常运转的框图。
图3是根据本发明公开的不同实施例的图1中所示的AFC系统的应急过滤子系统的框图。
图4是根据本发明公开的不同实施例的应急空气过滤装置的横截面结构图，其包含在图3中所示的应急过滤子系统中。
零部件清单：
10空气过滤和调节系统；
14可居住性区域；
18正常运转空气过滤和调节子系统；
22应急过滤子系统；
26再循环和调节子系统；
30置换空气子系统；
34上通风室；
38下通风室；
42天花板间隔物；
46可居住性区域天花板；
50地板间隔物；
54可居住性区域地板；
58居住空间；
62排气口；
66调风器；
70再循环空气处理单元；
74再循环空气处理单元入口；
78再循环空气处理单元出口；
82再循环空气处理单元过滤器；
86再循环空气处理单元风扇；
90再循环空气处理单元进气烟道；
94出口；
98再循环空气处理单元加热元件；
102已冷却的冷却剂储热槽；
106再循环空气处理单元冷却盘管；
110已冷却的冷却剂管道；
114返回冷却剂管道；
116公用设备间；
118冷却剂泵；
122置换空气处理单元；
126置换空气处理单元入口；
130置换空气处理单元出口；
134置换空气处理单元过滤器；
138置换空气处理单元风扇；
142置换空气导管；
146置换空气导管隔离闸门；
150储能式能量源；
154烟尘净化子系统；
158烟尘净化风扇；
162烟尘净化出口管道系统；
166烟尘净化入口管道系统；
170外部空气通道；
174烟尘净化入口隔离风门；
178烟尘净化出口隔离闸门；
182应急空气过滤装置(EAFU)；
186EAFU外壳；
190外部空气源；
194EAFU入口管道系统；
198EAFU出口管道系统；
202EAFU过滤器链；
206EAFU风扇组件；
210过滤器；
214储能式能量源；
218风扇组件的电动机；
222风扇组件的风扇；
具体实施方式
以下描述在性质上仅仅是示例性的，并且并不意图限制本发明、应用或用途。在整个说明书中，相似的标号将用于指示相似的元件。
图1是根据本发明公开的不同实施例的空气过滤和调节(AFC)系统10的框图，其用于核反应堆设施的可居住性区域14。可居住性区域14可以是构造成可被人占用的核反应堆设施的任何区域、房间或建筑物，例如核反应堆发电厂。例如，在不同实施例中，可居住性区域14可以是核反应堆发电厂的控制室，其构造且装备成可被多个工厂人员占用，以控制工厂的操作。AFC系统10构造成并可操作成在可居住性区域14中产生空气流，其为可居住性区域14的居住者提供安全可呼吸的空气。更具体地说，如以下所述，在核反应堆设施正常运转期间，AFC系统10使空气在可居住性区域中循环，其经过过滤以除去各种非放射性的无毒性环境微粒例如灰尘、粉尘、花粉等等，并调节，即，加热和/或冷却至所需的温度。另外，如以下所述，在发生核事故和/或中毒事故期间，AFC系统10封闭，或隔离可居住性区域，以免受到被放射性和/或毒性物质和微粒污染的空气的渗透，并使空气在可居住性区域中循环，其经过过滤，以除去这种放射性和毒性物质及微粒。
通常，AFC系统10包括正常运转空气过滤和调节(NOAFC)子系统18和应急过滤(EF)子系统22。NOAFC子系统18构造成可在核反应堆设施正常的日常运转状态期间操作，以便在可居住性区域14中调节并产生空气流。更具体地说，NOAFC子系统18构造成并可操作成使空气在可居住性区域14中循环，其经过过滤，以除去各种非放射性、无毒性的环境微粒，例如灰尘、粉尘、花粉等等，并调节，即，加热和/或冷却至所需的温度。EF子系统22构造成并可操作成在发生放射性和/或中毒事故期间为可居住性区域14提供安全可呼吸的空气。更具体地说，EF子系统22可在发生核事故和/或中毒事故期间操作，以便在可居住性区域中提供空气流，其经过过滤，以便基本不含危险的和危害性的放射性和/或毒性材料、物质、微粒、气体等等。
NOAFC子系统18包括再循环和调节子系统26和置换空气子系统30。再循环和调节子系统26构造成并可操作成产生和调节可居住性区域14中的再循环空气流，而无需任何载气导管，即穿透可居住性区域14外边界的管道系统。如此处所用，可居住性区域14的外边界被限定为将可居住性区域14封闭起来的壁、天花板和地板的复合结构。因而，在再循环和调节子系统26的管道系统的入口或出口的外边界中不存在开口，在发生放射性和/或中毒事故期间供不安全的空气，即，被放射性和/或毒性物质污染的空气可通过该开口而渗进可居住性区域中。如此处所用，放射性和/或中毒事故被限定为危险和危害性的放射性和/或毒性材料、物质、微粒、气体等等从核反应堆设施的核反应堆中释放或泄漏到空气中的事故。
置换空气子系统30构造成并可操作成在核反应堆设施正常的日常运转状态期间与再循环和调节子系统26协同工作。具体地说，置换空气子系统构造成并可操作成为可居住性区域提供置换空气，其经过过滤，以除去各种非放射性的无毒性的环境微粒，例如灰尘粉尘花粉等等。因而，在核反应堆设施正常的日常运转状态期间，再循环和调节子系统26和置换空气子系统30协同操作，以便为可居住性区域14的居住者提供调节后的空气，其经过过滤，以除去非放射性的无毒性的环境微粒。
现在参看图2，可居住性区域14构造成可包括上通风室34和下通风室38。在不同的实施例中，上通风室34成形于天花板间隔壁42和可居住性区域14的天花板46之间，天花板间隔物42定位在，例如悬挂于可居住性区域14中。类似地，在不同的实施例中，下通风室38成形于活动地板间隔物50和可居住性区域14的地板54之间，活动地板间隔物50定位在可居住性区域14中。在可居住性区域14中，在天花板间隔物42和地板间隔物50之间的空间这里将被称为居住空间58。天花板间隔物42包括多个排气口62，其容许居住空间58中的空气流入到上通风室34中。另外，地板间隔物50包括多个调风器66，其容许下通风室38中的空气流入到居住空间58中。
如上所述，NOAFC子系统18包括再循环和调节子系统26和置换空气子系统30。再循环和调节子系统26和置换空气子系统30协同操作，以便在核反应堆设施正常运转期间，在可居住性区域14中产生调节并过滤后的空气流。
再循环和调节子系统26包括一个或多个再循环空气处理单元70，其定位在可居住性区域14中。也就是说，所述一个或多个再循环空气处理单元70物理上定位并安装在可居住性区域14的外边界范围内。在不同的实现形式中，再循环空气处理单元70定位在居住空间58中。在不同的实施例中，如图2中所示，再循环和调节子系统26可包括一对冗余的再循环空气处理单元70。冗余的再循环空气处理单元70实现成，如果一个再循环空气处理单元70失效或变得不可操作，那么第二再循环空气处理单元70将是可操作的，以在可居住性区域14中产生调节且过滤后的空气流，如以下所述。在不同的实施例中，各个再循环空气处理单元70包括进气口74、出气口78、至少一个过滤器82和风扇或鼓风机86。风扇86是可操作的，以通过入口74将空气抽吸到相应的再循环空气处理单元70中，使空气穿过过滤器82，并迫使过滤后的空气通过出口78而离开。
各个再循环空气处理单元70通过进气烟道或管道90而流通地连接在上通风室34上，管道90第一端连接在相应的再循环空气处理单元入口74上。各个进气烟道或管道90的相对的第二端穿过天花板间隔物42，并终止在上通风室34中。因而，空气可从上通风室34中流动，穿过各个进气烟道或管道90，并进入到相应的再循环空气处理单元70中。另外，各个再循环空气处理单元70流通地连接在下通风室38上，使得空气可从各个再循环空气处理单元70中通过相应的出气口78而流入到下通风室中。在不同的实施例中，各个再循环空气处理单元70的空气出口78定位在相应的再循环空气处理单元70的底部，使得通过将各个出气口78定位在相应的地板间隔物50的出口或开口94中，从而使各个空气出口78流通地连接在下通风室38上。然而，在其它不同的实施例中，各个出气口78可通过任何合适的空气导管装置而流通地连接在下通风室38上，例如合适的空气风管、软管或连接在相应的出气口78和相应的出口94之间的管道。
因而，各个再循环空气处理单元70可通过相应的风扇86进行操作，以便通过从上通风室34中抽吸空气而产生强制气流，使其穿过相应的再循环空气处理单元70，穿过相应的进气口烟道或管道90以及入口74，使空气穿过过滤器82，并迫使空气通过相应的出气口78而进入到下通风室38中。更具体地说，通过从上通风室34中抽吸空气，并迫使空气进入到下通风室38中，任何一个或多个再循环空气处理单元70的操作都将产生穿过可居住性区域14的再循环空气流，和/或在可居住性区域14中产生再循环空气流。也就是说，任何一个或多个再循环空气处理单元70的操作都将从上通风室34中抽吸空气，并迫使空气进入到下通风室38中，其使空气进行循环和再循环，即通过排气口和调风器62和66而使空气从下通风室38穿过居住空间58并而进入到上通风室34中。因而，任何一个或多个再循环空气处理单元70的操作都将在可居住性区域14中产生再循环空气流，在可居住性区域外边界中没有用于再循环和调节子系统26的载气管道系统进出的开口，在发生放射性和/或中毒事故期间不安全的或危害性的空气可能会通过这些开口而渗入到可居住性区域14中。
如上所述，当空气被迫穿过各个相应的再循环空气处理单元70时，空气被传递穿过一个或多个过滤器82。在不同的实施例中，过滤器82可以是任何过滤器或过滤器链，其适合于从可居住性区域14的再循环空气流中除去各种非放射性的无毒性的环境微粒，例如灰尘、粉尘、花粉等等。另外，在不同的实施例中，各个再循环空气处理单元70可包括加热元件98，例如电加热盘管。各个加热元件98是可操作的，以便通过加热穿过相应的各个再循环空气处理单元70的强制性空气流，从而将可居住性区域14中的再循环空气流加热至所需的温度。
此外，在不同的实施例中，再循环和调节子系统26可包括已冷却的冷却剂蓄热器槽102，其流通地连接在各个相应的再循环空气处理单元70的冷却盘管106上。在不同的实施例中，已冷却的冷却剂蓄热器槽102定位在远离可居住性区域14的位置。例如，在不同的实现形式中，已冷却的冷却剂蓄热器槽102定位在与可居住性区域14分隔开的公用设备间116A中。总地说来，已冷却的冷却剂蓄热器槽102构造成并可操作成用以保持并冷却一定量的冷却剂，例如，水或其它合适的冷却剂，其经泵抽吸穿过再循环空气处理单元的冷却盘管106，以便通过冷却穿过相应的各个再循环空气处理单元70的强制性空气流，从而将可居住性区域14中的再循环空气流冷却至所需的温度。更具体地说，各个再循环空气处理单元70的冷却盘管106通过已冷却的冷却剂管道110和返回冷却剂管道114而流通地连接在已冷却的冷却剂蓄热器槽102上。
冷却剂泵118与已冷却的冷却剂管道110连成一列，以便将已冷却的冷却剂从已冷却的冷却剂蓄热器槽102抽吸到相应的再循环空气处理单元70的冷却盘管106中。然后已冷却的冷却剂循环穿过冷却盘管106，并通过返回冷却剂管道114而返回至已冷却的冷却剂蓄热器槽102中。当强制性空气流循环穿过一个或多个再循环空气处理单元70时，如上所述，相应的冷却盘管106和流过它的已冷却的冷却剂将除去被迫进入下通风室38中的空气的热量。因而，将穿过和位于可居住性区域14中的再循环空气流冷却至所需的温度。
现在转到NOAFC子系统18的置换空气子系统30，通常置换空气子系统30将过滤后的置换空气提供给可居住性区域14。如上所述，再循环和调节子系统26的操作在可居住性区域14中产生了正的压力。当在可居住性区域的外边界中产生了开口时，正的压力将迫使可居住性区域14中的空气离开可居住性区域14。例如，敞开的门、未遮蔽的电气出线口等等都将在外边界中呈现开口，通过这些开口，来自可居住性区域14外部的空气可渗透进来。因而，正的压力防止可居住性区域14外部的空气通过这种开口而渗透或进入到可居住性区域14中。为了在可居住性区域14中保持正的压力，置换空气子系统30迫使空气进入到可居住性区域14的上通风室34和/或下通风室中。虽然图2显示了被迫进入到上通风室34中的置换空气流，但是应该懂得，置换空气流可能类似地被迫进入到下通风室38中，并且仍属于本发明公开的范围内。
在不同的实施例中，置换空气子系统30定位在远离可居住性区域14的位置。例如，在不同的实现形式中，置换空气子系统30定位在与可居住性区域14分隔开的公用设备间116B中。应该懂得，虽然图中显示公用设备间116A和116B是分开的设备间，但是在不同的实施例中，公用设备间116A和116B可以是单个公用设备间116，这里所述的已冷却的冷却剂蓄热器槽102、置换空气子系统30以及各种其它设备、系统和子系统可定位在该设备间中。
置换空气子系统30包括一个或多个置换空气处理单元122，其产生进入到上通风室34和/或下通风室38中的置换空气流。具体地说，各个置换空气处理单元122包括进气口126、出气口130、至少一个过滤器134和风扇或鼓风机138。置换空气处理单元的过滤器134可以是任何过滤器，其适合于从被迫进入可居住性区域14的上通风室34和/或下通风室38中的置换空气流中除去各种非放射性的无毒性的环境微粒，例如灰尘、粉尘、花粉等等。
风扇138是可操作的，以通过入口126将空气抽吸到相应的置换空气处理单元122中，使空气穿过过滤器134，并迫使过滤后的空气通过出口130而离开。更具体地说，各个置换空气处理单元122从可居住性区域14的外部环境中抽吸空气，并通过置换载气导管，例如管道系统142而迫使空气进入到上通风室34和/或下通风室38中。置换空气管道系统142连接在各个置换空气处理单元122的出口130上，穿过可居住性区域的外边界，并端接在上通风室34和/或下通风室38上。相应地，各个置换空气处理单元风扇126是可操作的，以从可居住性区域14的环境中抽吸空气到置换空气处理单元122中，使空气穿过相应的过滤器134，并通过置换空气管道系统142而迫使过滤后的空气进入到可居住性区域的上通风室34和/或下通风室38中。如上所述，迫使空气进入到至少上通风室34和下通风室38的其中一个通风室中，其将在可居住性区域14中产生并保持正的压力，其将防止可居住性区域14的外部空气通过可居住性区域外边界上的各种开口而渗透或进入可居住性区域14中。
在不同的实施例中，置换空气子系统30还包括一对位于置换载气管道系统142中的隔离闸门146。隔离闸门146构造成并可操作成提供置换载气管道系统142中的基本不透气的密封，使得在发生放射性和/或中毒事故期间，空气不能通过置换载气管道系统142而流入或流出可居住性区域的上通风室34和/或下通风室38。更具体地说，在不同的实施例中，隔离闸门146定位在置换空气管道系统142中，其基本直接与可居住性区域14的外边界相邻，使得即使有也只是非常少的置换空气管道系统142在隔离闸门146和可居住性区域外边界的外部之间延伸。这限制了在隔离闸门146和可居住性区域外边界的外部之间的置换空气管道系统142中的空气量，即被污染的或危害性的空气量，其在已经关闭隔离闸门146之后可能流入到可居住性区域14中。
如图2中所示，在不同的实施例中，置换空气子系统30可包括一对置换空气处理单元122。冗余的置换空气处理单元122实现成，如果一个置换空气处理单元122失效或变得不可操作时，那么第二置换空气处理单元122将是可操作的，以在可居住性区域34中产生置换空气流，如以下所述。
另外，在不同的实施例中，再循环和调节子系统26可包括一个或多个储能式能量源150。这种储能式能量源150可以是任何合适的被动的储存电能量源，例如一组直流(DC)蓄电池。储能式能量源150构造成并可操作成在缺乏恒定的能量源，例如没有任何非现场或现场发电机或电业公司的条件下为再循环空气处理单元70和/或已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118提供电能。例如，如果将发生放射性和/或中毒事故，那么对再循环空气处理单元70的恒定电源、对已冷却的冷却剂蓄热器槽102的冷却剂补给、以及已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118都可能失效或终止。在这种情况下，储能式能量源150将自动被激活，以提供功率，使再循环空气处理单元70和或已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118运转有限的持续时间，例如1小时、2小时、3小时、4小时、1天、2天、3天、4天等等。
在不同的实施例中，再循环和调节子系统26可包括多个储能式能量源150，使得各个再循环空气处理单元70和/或已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118电连接在相应的其中一个储能式能量源150上。因而，在没有恒定能量源的条件下，各个再循环空气处理单元70和/或已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118将由分开的独立的储能式能量源150驱动。或者，在不同的实施例中，再循环和调节子系统26可包括单个储能式能量源150，其配置成可在缺乏恒定能量源的条件下，为各个再循环空气处理单元70和/或已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118提供电能。或者，此外在其它实施例中，再循环和调节子系统26可包括第一储能式能量源150，其配置成可在缺乏恒定能量源的条件下为各个再循环空气处理单元70提供电能，以及第二储能式能量源150，其配置成可为已冷却的冷却剂蓄热器槽泵118提供电能。
再次参看图1，在不同的实施例中，再循环和调节子系统26可包括烟尘净化子系统154。烟尘净化子系统154包括烟尘净化风扇158，其定位在可居住性区域14的外面，并通过烟尘净化出口导管或穿过可居住性区域外边界的管道系统162而流通地连接在上通风室34上。烟尘净化子系统154还包括烟尘净化入口导管或管道系统166，其通过烟尘净化入口管道系统166而将外部进气口170流通地连接在下通风室38上。烟尘净化子系统154构造成并可操作成快速地净化并置换可居住性区域14中的空气。例如，如果可居住性区域由于核反应堆设施处或在可居住性区域14中发生事故或火灾而充满了烟尘，那么可激活烟尘净化子系统154，以便通过风扇158和出口管道系统162而快速地将烟尘清除到可居住性区域14的外部环境中。基本上同时将通过风扇158和入口管道系统166而将置换空气从可居住性区域14的外面抽吸到可居住性区域14中。
另外，在不同的实现形式中，烟尘净化子系统154还包括一对位于烟尘净化入口管道系统166中的入口隔离风门174。入口隔离风门174构造成并可操作成在烟尘净化入口管道系统166中提供基本不透气的密封，使得在发生放射性和/或中毒事故期间，空气不能通过烟尘净化入口管道系统166而流入或流出可居住性区域14。更具体地说，入口隔离风门174定位在烟尘净化入口管道系统166中，其基本上直接与可居住性区域14的外边界相邻，使得即使有也只是非常少的入口管道系统166在入口隔离风门174和可居住性区域外边界的外部之间延伸。这限制了在入口隔离风门174和可居住性区域外边界的外部之间的入口管道系统166中的空气量，即被污染的或危害性的空气量，其在已经关闭入口隔离风门174之后可能流入或流出可居住性区域14。
此外，在不同的实现形式中，烟尘净化子系统154还包括一对位于烟尘净化出口管道系统162中的出口隔离闸门178。出口隔离闸门178构造成并可操作成在烟尘净化出口管道系统162中提供基本不透气的密封，使得在发生放射性和/或中毒事故期间，空气不能通过烟尘净化出口管道系统162而流入或流出可居住性区域14。更具体地说，出口隔离闸门178定位在烟尘净化出口管道系统162中，其基本上直接与可居住性区域14的外边界相邻，使得即使有也只是非常少的出口管道系统162在出口隔离闸门178和可居住性区域外边界的外部之间延伸。这限制了在出口隔离闸门178和可居住性区域外边界的外部之间的出口管道系统162中的空气量，即被污染的或危害性的空气量，其在已经关闭出口隔离闸门178之后可能流入或流出可居住性区域14。
现在参看图3，如上所述，应急过滤(EF)子系统22构造成并可操作成在发生放射性和/或中毒事故期间为可居住性区域14提供空气，其基本上没有放射性和/或毒性污染。EF子系统22包括一个或多个应急空气过滤装置(EAFU)182。在不同的实施例中，如图3中所示，EF子系统22可包括两个或更多个冗余的EAFU 182。冗余的EAFU 182实现成，在发生放射性和/或中毒事故期间，如果一个EAFU 182失效或变得不可操作，那么第二EAFU 182等将是可操作的，以便为可居住性区域14提供空气，其基本上没有放射性和/或毒性污染。虽然EF子系统22可包括单个EAFU 182，并且仍属于本发明公开的范围内，但是出于清晰和简单起见，这里将描述EF子系统22，其包括两个或更多个冗余的EAFU 182。
在不同的实现形式中，EAFU 182定位在远离可居住性区域14的位置。例如，EAFU 182可定位在与可居住性区域14分隔开的公用设备间116中，例如设备间116A中。各个EAFU 182构造成并可操作成为可居住性区域提供无放射性和毒性污染的空气。
还参看图4，各个EAFU 182包括外壳186，其通过入口空气导管或管道系统194而连接到外部空气源190上，并且通过出口空气导管或管道系统198而连接到可居住性区域14上。各个EAFU 182还包括位于外壳186中的过滤器链202(最好如图4中所示)和至少一个风扇组件206。各个风扇组件206构造成并可操作成产生从外部空气源190至可居住性区域14的空气流，这是通过抽吸空气，使空气穿过入口管道系统194，迫使空气穿过过滤器链202以滤去放射性和/或毒性污染，并迫使过滤后的空气穿过出口管道系统198而进入到可居住性区域的上通风室34和/或下通风室38中来实现的。
在不同的实施例中，如图3中所示，各个EAFU 182可包括两个冗余风扇组件206。冗余风扇组件206实现成，如果一个风扇组件206失效或变得不可操作时，那么第二风扇组件206将是可操作的，以便为可居住性区域14提供过滤后的空气，其基本上没有放射性和/或毒性污染。虽然各个EAFU子系统182可包括单个风扇组件206，并且仍属于本发明公开的范围内，但是出于清晰和简单起见，这里将描述EAFU 182，其包括冗余风扇组件206。
各个EAFU 182的过滤器链202包括多个空气过滤器210，其适合于从通过相应的EAFU 182，经由相应的风扇组件206而产生的空气流中除去放射性和毒性污染。例如，在不同的实施例中，各过滤器链202可包括第一微粒过滤器210A、第二微粒过滤器210B、碳床过滤器210C和第三微粒过滤器210D。第一微粒过滤器210A可以是任何适合于在空气流通过入口管道系统194进入相应的EAFU 182中时，从空气流中除去大的放射性和/或毒性粒子的过滤器。之后空气流可通过第二微粒过滤器210B，例如，HEPA过滤器，以除去大多数残留的放射性和/或毒性粒子。碳床过滤器210C可以是任何适合于对空气流进行芳香过滤，即，从空气流中除去难闻气味和/或放射性气体的过滤器，并且第三微粒过滤器210D可以是任何适合于除去任何残留的放射性和/或毒性粒子及任何碳尘的过滤器，这些碳尘可能在穿过碳床过滤器210C之后残留在空气流中。因而，通过出口管道系统198离开各个EAFU 182并被迫进入到可居住性区域上通风室34和/或下通风室38中的空气流，其将没有危害性的放射性和/或毒性气体粒子。
在不同的实施例中，EF子系统22包括一个或多个储能式能量源214。这种储能式能量源214可以是任何合适的被动的储存电能量源，例如一组直流(DC)蓄电池。储能式能量源214构造成并可操作成在缺乏恒定能量源，例如没有任何非现场或现场发电机或电业公司的条件下为EAFU 182提供电能。例如，如果将发生放射性和/或中毒事故，那么对EAFU 182的恒定能量源可能失效或终止。在这种情况下，储能式能量源214将自动被激励，以提供功率，使EAFU 182如此处所述运转有限的持续时间，例如1小时、2小时、3小时、4小时、1天、2天、3天、4天、1星期、2星期等等。
如图3中所示，在不同的实施例中，在发生放射性和/或中毒事故期间，再循环和调节子系统26可如上所述与EF子系统22协同操作。例如，在发生放射性和/或中毒事故期间，再循环空气处理单元70和已冷却的冷却剂蓄热器槽102，即泵118如上所述可利用存能式能量源150进行操作，以循环、过滤器和冷却可居住性区域14中的无放射性和毒性的空气，其是由EF子系统22提供的。然而，应该懂得EF子系统22的操作足以使可居住性区域14中的无放射性和毒性的空气循环，从而为可居住性区域14的居住者提供充分的安全的可呼吸的空气，以使其舒适地生存下来。
尤其参看图4，各个风扇组件206包括电动机218，其可操作以驱动空气运动器222，例如，风扇，从而产生穿过相应的EAFU 182的空气流。在不同的实施例中，各个风扇组件206定位在与入口管道系统194同轴位置，或集成于其内部，从而使吸入到入口管道系统194中的空气将流过和/或在相应的电动机218周围流动。当空气流过和/或在相应的电动机218周围流动时，空气将吸取由相应的电动机218产生的热量，从而提高穿过相应的EAFU 182的空气流的温度。因此，在EF子系统22操作期间，各个电动机218操作所产生的热量可用于加热被迫进入到可居住性区域上通风室34和/或下通风室38中的空气，并因而加热在可居住性区域14中循环的空气。另外，在EF子系统22操作期间，各个电动机218操作所产生的热量可用于对被迫进入到可居住性区域上通风室34和/或下通风室38中的空气进行干燥，即从除去空气中的湿气，并因而使可居住性区域14中循环的空气变得干燥。
再次参看图3和图4，在不同的实施例中，入口管道系统194、过滤器链202和EF子系统22的出口管道系统198都具有其大小适合于在流过入口管道系统194的空气和流过出口管道系统198的空气之间提供非常小的压力损失的横截面积或直径。例如，在不同的实现形式中，入口管道系统194、过滤器链202和出口管道系统198都具有尺寸足够大的横截面积或直径，使得在流过入口管道系统194的空气和流过出口管道系统198的空气之间产生大约1wg(水标)至5wg的压力差。特别是，过大尺寸的过滤器链202和入口管道系统194及出口管道系统198会降低跨越过滤器210的压力差。也就是说，过大尺寸的过滤器链202和入口管道系统194及出口管道系统198减少了使空气穿过过滤器210所需要的空气压力，并减少了内部管道系统的损失。
另外，入口管道系统194、过滤器链202和出口管道系统198的大尺寸横截面积或直径容许EF子系统22，即EAFU 182，提供基本正压力的空气流穿过可居住性区域14。例如，在不同的实现形式中，入口管道系统194、过滤器链202和出口管道系统198的大尺寸横截面积或直径可容许各个EAFU 182提供正压力的空气流，其以大约300cfm至500cfm(每分钟立方英尺)穿过可居住性区域14。
此外，由过大尺寸的过滤器链202和入口管道系统194及出口管道系统198所产生的这种穿过可居住性区域14的正压力的空气流，其提供了对可能渗入可居住性区域14中的未过滤的空气进行净化和稀释。增加对渗入可居住性区域14中的未过滤的空气的净化和稀释，其会减少未过滤的渗入空气中的危害性的污染物将对可居住性区域14的居住者造成危害的风险。例如，在不同的实施例中，过大尺寸的过滤器链202和入口管道系统194及出口管道系统198提供穿过可居住性区域14的正压力的空气流，其足以安全地净化和稀释大约以1cfm至13cfm泄漏到可居住性区域中的未过滤的空气。
此外，由于过大尺寸的过滤器链202和入口管道系统194及出口管道系统198的原因，减少流过各个相应的EAFU 182的空气的内部空气压力以及流过入口管道系统194和出口管道系统198的空气的内部损失，其将导致各个相应的电动机218的电源需求的减少。也就是说，由于过大尺寸的过滤器链202和入口管道系统194及出口管道系统198，从而减少了跨越过滤器链202的压力差，其将直接转变成各个风扇组件电动机218的马力需求的降低。例如，在不同的实施例中，各个相应的风扇组件电动机218的额定功率可在大约0.5hp至2.0hp，例如，1.5hp，同时产生上述穿过可居住性区域14的压力差和正压力的空气流。
此外，在不同的实施例中，相对于核反应堆设施的核反应堆，空气源190定位在固定位置，从而确定在发生放射性和/或中毒事故期间，抽吸到EAFU 182中的空气最可能具有最低的放射性和/或毒性污染浓度。例如，可利用数学模型来确定处于核反应堆设施的最佳位置，其在发生放射性和/或中毒事故期间将最可能具有最低的放射性和/或毒性污染浓度。因此，在不同的实施例中，空气源190将定位在预定的最佳位置，使得在发生放射性和/或中毒事故期间，EF子系统22将如上述进行操作，以过滤空气，使其预定最可能具有较低的放射性和/或毒性污染浓度。
应该懂得，虽然在这里可使用词语″第一″、″第二″、″第三″等等来描述各种元件、构件、区域和/或部分，但是这些元件、构件、区域和/或部分不应该受到这些词语的限制。这些词语可能只是用于将一个元件、构件、区域或部分与另一构件、区域或部分区别开来。
另外，在这里可使用空间相关的词语，例如″下″、″下面″、″低于″、″高于″、″上面″等等来简化描述，以描述如图中所示的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。应该懂得除了图中所示的定向之外，这些空间相关的词语可包括装置在使用或操作时的不同定向。例如，如果将图中的装置倒转，那么所述位于其它元件或特征″之下″或″下面″的元件将定向在其它元件或特征的″上面″。因而，示例词语″下面″可包含上面和下面的定向。该装置还可进行其它定向(旋转90度或位于其它定向上)，并相应地理解这里所使用的空间相关的描述符。
此外，这里所使用的术语仅仅是为了描述特别典型的实施例的目的，并不意图要限制它。除非上下文中明确指出了以外，否则如这里所用单数形式″一″、″一个″和″这个″可包括复数形式。还应该懂得词语″包括″当在本说明书中使用时，其指所述特征、整体、步骤、操作、元件、构件等的存在，而不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件及其群组。
这里的描述在性质上仅仅是示例性的，因此，不脱离所述要点的变体将处于本发明的范围内。这种变体并不被认为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (21)

1.一种用于为核反应堆设施中的可居住性区域(14)提供过滤空气的系统(10)，所述系统(10)包括： 
至少一个应急空气过滤装置(182)，其构造成在反应堆设施应急期间操作，所述至少一个应急空气过滤装置包括：
至少一个风扇组件，其构造成产生穿过所述可居住性区域的正压力的空气流；和 
至少一个储能式能量源(214)，其构造成并可操作成为各个应急空气过滤装置(182)提供运行能量。 
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各个应急空气过滤装置(182)都包括： 
外壳(186)，其通过入口管道系统(194)而连接到外部空气源(190)上，并且通过出口管道系统(198)而连接到所述可居住性区域(14)上； 
位于所述外壳(186)中的过滤器链(202)，所述过滤器链(202)包括多个空气过滤器(210)；和 
至少一个风扇组件(206)，其通过所述储能式能量源(214)而可操作地产生从所述外部空气源(190)穿过所述过滤器链(202)并进入到可居住性区域(14)中的空气流，各个风扇组件(206)都包括电动机(218)，其定位在所述空气流中，以加热并干燥所述空气流。 
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统(194)、所述过滤器链(202)和所述出口管道系统(198)的尺寸适合于在所述流过入口管道系统(194)的空气和流过所述出口管道系统(198)的空气之间提供非常小的压力损失。 
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统(194)、所述过滤器链(202)和所述出口管道系统(198)的尺寸适合于提供穿过所述可居住性区域(14)的300cfm至500cfm的正压空气流。 
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电动机(218) 具有0.5hp至2.0hp的功率。 
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统(194)、所述过滤器链(202)和所述出口管道系统(198)的尺寸适合于提供这样的穿过所述可居住性区域(14)的空气流，该空气流足以净化和稀释流过所述可居住性区域(14)的空气，使得所述可居住性区域(14)可承受1cfm至13cfm的未过滤空气的内泄漏。 
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述入口空气管道系统(194)可流通地在相对于所述核反应堆的固定位置处连接在所述外部空气源(190)上，在该位置上，所述外部空气源(190)被确定为当从所述核反应堆释放出放射性和/或毒性污染时，最可能具有最低的放射性和/或毒性污染浓度。 
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，各个过滤器链(202)包括： 
第一微粒过滤器(210A)，其用于从所述空气流中除去第一污染物； 
第二微粒过滤器(210B)，其用于从所述空气流中除去第二污染物，所述第二污染物小于所述第一污染物； 
至少一个碳滤器(210C)，其用于对所述空气流进行芳香过滤；和 
第三微粒过滤器(210D)，其用于从所述空气流中除去碳尘。 
9.一种用于为核反应堆控制室可居住性区域提供过滤空气的系统，所述系统包括： 
至少一个储能式能量源；和 
一对冗余应急空气过滤装置，其各自构造成且可操作成为所述可居住性区域提供无放射性和毒性污染的空气，所述各个应急空气过滤装置包括： 
外壳，其通过入口管道系统而连接在外部空气源上，并且通过出口管道系统而连接在所述可居住性区域上， 
位于所述外壳中的过滤器链，所述过滤器链包括多个空气过滤器，和 
一对冗余风扇组件，各风扇组件构造成通过所述外壳和所述过滤器链提供空气流至所述可居住性区域。 
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统、所述过滤器链和所述出口管道系统的尺寸适合于在所述流过入口管道系统的空气和流过所述出口管道系统的空气之间提供非常小的压力损失。 
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统、所述过滤器链和所述出口管道系统的尺寸适合于提供穿过所述可居住性区域的300cfm至500cfm的正压空气流。 
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电动机具有0.5hp至2.0hp的功率。 
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统、所述过滤器链和所述出口管道系统的尺寸适合于提供这样的穿过所述可居住性区域的空气流，该空气流足以净化和稀释流过所述可居住性区域的空气，使得所述可居住性区域可承受1cfm至13cfm的未过滤空气的内泄漏。 
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述入口管道系统可流通地在相对于所述核反应堆的固定位置处连接在所述外部空气源上，在该位置上，所述外部空气源被确定为当从所述核反应堆释放出放射性和/或毒性污染时，最可能具有最低的放射性和/或毒性污染浓度。 
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，各个过滤器链包括： 
第一微粒过滤器，其用于从所述空气流中除去第一污染物； 
第二微粒过滤器，其用于从所述空气流中除去第二污染物，所述第二污染物小于所述第一污染物； 
至少一个碳滤器，其用于对所述空气流进行芳香过滤；和 
第三微粒过滤器，其用于从所述空气流中除去碳尘。 
16.一种用于为核反应堆控制室可居住性区域提供基本无放射性和毒性污染的空气的方法，所述方法包括： 
当从所述核反应堆中释放出放射性和/或毒性污染时，使新鲜空气供给子系统失效，所述新鲜空气供给子系统构造成并可操作成在所述核反应堆的正常工作期间为所述可居住性区域提供置换空气； 
当从所述核反应堆中释放出放射性和/或毒性污染时，从至少一个储能式能量源中为一对冗余应急空气过滤装置中的至少一个提供电能； 
利用来自所述至少一个储能式能量源的电功率，使包含在各个应急空气过滤装置中的一对冗余风扇组件中的至少一个的相应的电动机运转，从而产生从外部空气源穿过所述至少一个应急空气过滤装置并进入所述可居住性区域中的空气流，所述各个电动机定位在所述空气流中，并可操作地使相应的风扇组件的风扇旋转，从而产生所述空气流； 
过滤所述空气流，以除去其中的放射性和/或毒性污染，这通过从所述外部空气源中抽吸空气，并通过相应的应急空气过滤装置的入口管道系统而使空气进入到所述至少一个应急空气过滤装置中，迫使空气穿过相应的应急空气过滤装置的过滤器链，以滤去放射性和/或毒性污染，并迫使过滤后的空气通过相应的应急空气过滤装置的出口管道系统而进入到所述可居住性区域中来实现；和 
利用位于所述空气流中的相应电动机的操作所产生的热量来加热和干燥所述空气流。 
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，产生所述空气流包括使用入口管道系统、过滤器链和出口管道系统以引导和过滤空气流，其中所述入口管道系统、所述过滤器链和所述出口管道系统的尺寸适合于提供穿过所述可居住性区域的300cfm至500cfm的正压空气流。 
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，产生所述空气 流包括使用入口管道系统、过滤器链和出口管道系统以引导和过滤空气流，其中所述入口管道系统、所述过滤器链和所述出口管道系统的尺寸适合于提供这样的穿过所述可居住性区域的空气流，该空气流足以净化和稀释流过所述可居住性区域的空气，使得所述可居住性区域可承受1cfm至13cfm的未过滤空气的内泄漏。 
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，产生所述空气流包括操作相应的电动机，其中，所述相应的电动机具有0.5hp至2.0hp的功率。 
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，过滤所述空气流包括把所述入口管道系统可流通地在相对于所述核反应堆的固定位置处连接在所述外部空气源上，在该位置上，所述外部空气源被确定为当从所述核反应堆释放出放射性和/或毒性污染时，最可能具有最低的放射性和/或毒性污染浓度。 
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，过滤所述空气流包括使用入口管道系统、过滤器链和出口管道系统以引导和过滤空气流，其中所述入口管道系统、所述过滤器链和所述出口管道系统的尺寸适合于在所述流过入口管道系统的空气和流过所述出口管道系统的空气之间提供非常小的压力损失。 
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