CN107924727B - 放射性物质过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对在核电站中发生事故时泄漏的核燃料产生的放射性气体进行过滤的过滤装置，特别涉及防止核反应堆建筑内部污染的过滤装置，包括：吸入管道，借助核反应堆腔的高压力，吸入由堆芯熔化产生的放射性气体；过滤部，通过干式和湿式的阶段式工序去除从吸入管道流入的放射性气体内的放射性物质，吸入管道连接于核反应堆腔的上部外周面，向核反应堆建筑的外部排出已去除了污染物质的安全气体。在核反应堆腔的上部外周面通过吸入管道连接过滤部，防止放射性气体排出到建筑物外部之前污染到核反应堆建筑的设备和空气，通过利用核反应堆腔的热量和压力的干式过滤器和利用具备冷却水的核反应堆建筑内的安全壳内置换料水箱(IRWST)的湿式过滤器的双重工序，具有提高放射性气体的过滤效率的优点。

Description

放射性物质过滤装置

技术领域

本发明涉及一种过滤装置，用于对在核电站发生事故时泄漏的核燃料产生的放射性气体进行过滤，尤其是，涉及一种能够防止核反应堆建筑内部污染的过滤装置。

背景技术

在核反应堆建筑发生堆芯熔化的重大事故时，由堆芯熔化排出大量的放射性气体。核电站的放射性气体流出物的大部分在被排出到大气之前得到处理。目前常用的方法是在向大气排出放射性气体流出物之前，从流出物提取出放射性粒子，这就需要从放射性气体过滤出被污染的气体以及使建筑物通风。一般情况下，通风和净化系统可以过滤掉99.9％的直径约0.3mm的粒子。

放射性污染(Radioactive contamination)是指固体、液体、或气体的内部或表面上积累或存在放射性物质。这样的放射性污染由于污染物的放射性衰变而带来危险，这是因为污染物塌缩时释放诸如阿尔法(α)粒子、贝塔(β)粒子或者伽马(γ)射线或中子等有害的电离辐射。随着大气中的原子弹爆炸或者核安全壳厂房的破坏，空气、土壤、人类、植物和动物被核燃料和核裂变产物污染。这样的例子包括比基尼环礁、美国科罗拉多州的洛基弗拉茨工厂、福岛第一核电站事故以及切尔诺贝利核电站事故等。因此，在核能发电导致的事故发生时，迫切需要对于放射性物质的早期应对，所以过滤装置是必不可少的。

对此，现有文献中韩国公开专利第2014-0062654号(利用核反应堆建筑外部的冷却水箱的被动核反应堆建筑的过滤排气系统)公开了用于过滤放射性物质的过滤排气系统。参照图1，为了解决由于单独设置的过滤罐以及多个阀导致的系统复杂性等问题，过滤排气系统包括：用于引入蒸汽-气体混合物的入口2、与入口2连接且用于形成适当的水头压力的U形的流入管道6、与流入管道6连接且通过冷却水过滤蒸汽-气体混合物的冷却水箱3以及设在冷却水箱上部用于过滤没有被冷却水过滤掉的放射性物质的过滤装置5。

并且，根据现有文献中的过滤排气系统，在核反应堆腔中产生的放射性物质排出建筑物外部之前，放射性物质已经污染到核反应堆建筑内的设备以及空气，所以还存在需要对核反应堆建筑内进行解毒的问题。

先行技术文献

专利文献

(专利文献1)韩国公开专利第2014-0062654号

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于，在堆芯熔化产生的放射性气体从核反应堆腔内部扩散到核反应堆建筑的大气之前被过滤。

解决技术问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供了一种放射性物质过滤装置，所述放射性物质过滤装置的特征在于，包括：吸入管道，借助核反应堆腔内部的压力，吸入由堆芯熔化产生的放射性气体；以及过滤部，通过干式和湿式的阶段性工序去除通过吸入管道流入的放射性气体内的放射性物质，并排出到核反应堆建筑的外部，其中，

吸入管道的一端连接于核反应堆腔的上部外周面，所述过滤部设在核反应堆建筑的内部。

优选地，过滤部可以包括干式过滤器，所述干式过滤器使放射性气体内的物质之间出现移动速度的差异，从而过滤粒子形态的放射性物质。

优选地，干式过滤器的下部连接有吸入管道的另一端，干式过滤器的上部设有干式工序之后排出过滤掉粒子形态的放射性物质的放射性气体的连接管道，随着通过吸入管道流入的放射性气体的热量升高，使物质之间出现移动速度的差异。

优选地，干式过滤器具有内部形成层状结构以增加放射性气体的移动路径的滤片(filter)。

优选地，过滤部包括湿式过滤器，干式工序后排出的放射性气体流向冷却水，使得放射性气体内的物质凝结，从而湿式过滤器过滤微粒子形态的放射性物质。

优选地，过滤部包括连接管道，用于使干式工序后的放射性气体流入湿式过滤器，连接管道中形成有凹入部，从而内径缩小来增加内压，以便向湿式过滤器方向挤压流入的放射性气体。

发明的效果

根据本发明，过滤部设置在核反应堆腔与核反应堆建筑的空气之间，从而能够防止放射性气体扩散到核反应堆建筑的空气中。

此外，本发明的过滤部通过干式和湿式的阶段性工序过滤放射性物质，从而具有能够有效地解毒放射性气体的优点。

此外，本发明的干式过滤器利用放射性气体内的物质之间的移动速度差异，从而具有无需其它的动力源一步即可过滤掉相对较大的粒子形态的放射性物质的优点。

此外，本发明的连接管道形成有凹入部，从而具有将一步过滤的放射性气体有效地压入湿式过滤器的优点。

附图说明

图1是现有的核反应堆建筑过滤排气系统示意图。

图2是根据本发明实施例的放射性物质过滤装置示意图。

图3是根据本发明实施例的干式过滤器的滤片示意图。

具体实施方式

下面，参照附图中示出的内容详细说明本发明。需要说明的是，本发明并不受限于或限定于示出的实施例。各图中的相同的附图标记表示执行基本相同的功能的部件。

通过下面的说明自然能理解本发明的目的以及效果，或使本发明的目的以及效果变得更加清楚，但是，本发明的目的以及效果并不限定于下面的记载。并且，在说明本发明的过程中，当对公知常识和结构的具体描述有可能混淆本发明的宗旨时，就省略对其的详细描述。

图2是根据本发明实施例的放射性物质过滤装置示意图。参照图2，放射性物质过滤装置可以包括吸入管道33以及过滤部10。放射性物质过滤装置可以设置为与位于核反应堆压力容器70外部的核反应堆腔90连接。

吸入管道33可借助核反应堆腔90内部的压力吸入由堆芯熔化产生的放射性气体。吸入管道33的一端连接于核反应堆腔90的上部外周面，过滤部10的另一端连接于干式过滤器30。

吸入管道33位于核反应堆腔90与过滤部10之间，可以起到吸入并传递放射性气体的通道作用。核反应堆腔90的设置目的在于在发生初次冷却剂丧失事故(LOCA:Loss-of-Coolant Accident)时抑制放射性气体放射到外部，确保发电厂周边的公众以及发电厂工作人员等的安全。吸入管道33可以安装在核反应堆建筑11内部。

核反应堆腔90在放射性气体与热蒸汽一起释放时，起到压力屏障的作用，成为放射性气体耗散的最终屏障。

核反应堆腔90中产生的气体压力将放射性气体推向吸入管道33，设置吸入管道33时，可以设计为对形成在核反应堆腔90中的其它管道进行截止处理，使得所产生的气体压力全部施加于吸入管道33。

当发生事故时，吸入管道33通过核反应堆腔90的压力吸入放射性气体，无需具备其它的泵等，即可向过滤部10传递放射性气体。

过滤部10可以通过干式和湿式的阶段性工序去除流入吸入管道33的放射性气体内的放射性物质，并将放射性物质排出到核反应堆建筑11的外部。过滤部10可以包括干式过滤器30以及湿式过滤器50。

干式过滤器30可以使放射性气体内的物质之间出现移动速度的差异，从而过滤掉粒子形态的放射性物质。干式过滤器30的下部连接有吸入管道33的另一端，上部设有干式工序后排出过滤掉粒子形态的放射性物质的放射性气体的连接管道35，随着从吸入管道33流入的放射性气体的热量升高，使物质之间出现移动速度的差异。

吸入管道33可以牢固地设置为不泄露通道，以便在发生重大事故时不会发生滤片31堵塞现象。

图3是安装在根据本发明实施例的放射性物质过滤装置内部的干式过滤器30的滤片31的结构示意图。参照图3，从吸入管道33流入的放射性气体向上部扩散，经由滤片31向排出口排出。

滤片31的内部可形成层状结构，以增加放射性气体的移动路径。滤片31可以从吸入管道33扩散的放射性气体中去除粒子形态的污染物质。滤片31可以设计成从放射性气体沉淀污染物质，并通过重力，使其掉到下面来保持沉积物。

滤片31利用重力沉降，重力沉降是在从吸入管道33流入的放射性气体由于热量和压力快速扩散时分离污染物质的粒子的方法。

滤片31的过滤方式可以内部过滤方式，采用松懈且松散地将放射性气体填充到壳体内，将过滤层作为过滤层。内部过滤方式的过滤速度慢，适合浓度非常低的放射性气体的处理。

滤片31还可以是以滤布或滤纸方式实现的表面过滤方式。滤布或滤纸上可以形成粒子层。滤片31可以将开始附在表面的粒子层(称为主附着层或者次级层)作为过滤层，用于捕获微细粒子。

连接管道35可以设在干式过滤器30的上部，以便将通过了滤片31的放射性气体排出至湿式过滤器50。连接管道35可以使经过了干式工序后的放射性气体流入湿式过滤器50。连接管道35可以形成有凹入部，使得内径缩小以增加内压，以便向湿式过滤器50方向挤压流入的放射性气体。

干式工序之后排出的放射性气体流入冷却水内，湿式过滤器50使放射性气体内的物质凝结，从而过滤掉微粒子形态的放射性物质。湿式过滤器50利用冷却水沉淀的方式对从干式过滤器30排出的放射性气体进行二次过滤。

核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)内装有冷却水，可以过滤从干式过滤器30排出的放射性气体。为了确保发生地震时的结构安全，核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)可以建立在核反应堆建筑11内。核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)在墙壁之间插入具有隔热效果且具有压缩性的金属填充材料，为了阻隔水分，上面可以涂布密封材料。

核反应堆建筑11内的补给水箱(IRWST)的内部可以提供与配置蒸气发生器和核反应堆等不同的独立的空间，通过混凝土浇注形成，可以由钢框架等构成。核反应堆建筑11内的补给水箱(IRWST)通过冷却水去除在干式过滤器30中没有过滤掉的放射性气体。穿过干式过滤器30的放射性气体可以以液体或固体的形式经历相变，小于在干式过滤器30中过滤的颗粒的细小颗粒的污染物未以沉淀物的形式被干式过滤器30过滤，从而流入湿式过滤器50。

核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)通过连接管道35吸入在干式过滤器30中没有被过滤掉的高温的放射性气体。高温的放射性气体通过冷却水快速冷却，冷凝成固体形态，沉淀在底部。

被提供给核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)的冷却水可以从被称为溢洪道(spillway)的排水口流入。冷却水与核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)的底面冲撞后，随着时间的经过，沿核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)的内壁移动，之后通过流出口排出。这时，核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)内部的冷却水在溢洪道所处的上表面、即自由面上产生冷却水的再循环流动。

冷却水可以起到快速降低流入核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)的放射性气体的温度，使空气再循环，可以短时间内凝结气体内的污染物质。在核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)中没有被过滤掉而逃出去的气体可以在上部被收集，可以将收集到的气体视为去除了大部分放射性物质的气体。

核反应堆建筑11内的安全壳内置换料水箱(IRWST)的上部涂布有用于阻隔水分的密封材料，未被凝结的气体上升后集中在上部，则经过最终过滤的气体排出至核反应堆建筑11外部。

形成有凹入部的连接管道35的设置目的在于使从干式过滤器30排出的放射性气体进入冷却水中。连接管道35起到借助压力差异使流体移动的作用，当连接干式过滤器30和湿式过滤器50时，基于内部面积产生的压力差，使放射性气体移动。在本实施例中，作为形成有凹入部的连接管道35可以使用文丘里喷嘴。

形成有凹入部的连接管道35的排出部分可以浸泡在冷却水中。流入的放射性气体通过浸泡在冷却水中的连接管道35不会被释放到外部，而是可以直接与冷却水进行反应从而沉淀。

虽然已经参考本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。因此，本发明的范围不应限于上述实施例，而是应当由所附权利要求书和所附权利要求的等同物的范围所导致的所有改变或修改来确定。

附图标记

10：过滤部 11：核反应堆建筑

30：干式过滤器 31：滤片

33：吸入管道 35：连接管道

50：湿式过滤器 70：核反应堆压力容器

90：核反应堆腔

Claims (4)

1.一种放射性物质过滤装置，其特征在于，包括：

吸入管道，借助核反应堆腔内部的压力，吸入由堆芯熔化产生的放射性气体；以及

过滤部，通过干式和湿式的阶段性工序去除通过所述吸入管道流入的所述放射性气体内的放射性物质，并排出到核反应堆建筑的外部，其中，

所述吸入管道的一端连接于所述核反应堆腔的上部外周面，所述过滤部设在所述核反应堆建筑的内部，

所述过滤部包括干式过滤器，所述干式过滤器使所述放射性气体内的物质之间出现移动速度的差异，从而过滤粒子形态的放射性物质，

所述干式过滤器具有内部形成层状结构以增加所述放射性气体的移动路径的滤片。

2.根据权利要求1所述的放射性物质过滤装置，其特征在于，

所述干式过滤器的下部连接有所述吸入管道的另一端，所述干式过滤器的上部设有干式工序之后排出过滤掉粒子形态的放射性物质的放射性气体的连接管道，

随着通过所述吸入管道流入的放射性气体的热量升高，使所述物质之间出现移动速度的差异。

3.根据权利要求1所述的放射性物质过滤装置，其特征在于，

所述过滤部包括湿式过滤器，干式工序后排出的放射性气体流向冷却水，使得放射性气体内的物质凝结，从而所述湿式过滤器过滤微粒子形态的放射性物质。

4.根据权利要求3所述的放射性物质过滤装置，其特征在于，

所述过滤部包括连接管道，用于使干式工序后的放射性气体流入所述湿式过滤器，

所述连接管道中形成有凹入部，从而内径缩小以增加内压，向所述湿式过滤器方向挤压流入的放射性气体。

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