CN110573464B - 用于核电厂的模块化水净化系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于核电厂的模块化水净化系统包含多个模块，所述多个模块能够在多种布置中选择性地直接或通过使用中间适配器而连接在一起。所述模块可以包含泵模块、FOSAR模块、颗粒过滤模块、交叉流过滤模块、脱气模块和/或去矿质模块，以及其它可能模块。所述模块可以具有公共接口，使得它们能够在所述核电厂的情形内出于不同目的以各种配置互连(直接或通过中间适配器)(例如，过滤池水；通过真空抽吸收集较大物体)。各个模块可以具有与所述工厂的燃料组件足够类似的形状因子和/或安装结构，使得(1)所述工厂的燃料组件处理设备能够抓握、移动和重新定位所述模块，和/或(2)所述模块能够储存在燃料池的储存架中。

Description

用于核电厂的模块化水净化系统
交叉引用
本申请要求2017年4月20日提交的名称为《用于核电厂的模块化水净化系统(Modular Water Purification System for Nuclear Power Plants)》的第62/487,702号美国临时申请的优先权，其全部内容特此以引用的方式并入本文中。
1.技术领域
各种实施例总体上涉及在核电厂中使用的水净化系统。
2.背景技术
核电厂(例如PWR、BWR和CANDU)的水中污染物，特别是废燃料池、反应堆容器和反应堆腔中的污染物，会导致一系列水的清澈程度问题，从而妨碍正常维护活动的效率，增加对工人的辐射照射，降低工厂设备的可靠性和/或引起化学控制问题。这些污染物可包含离子、胶体和颗粒腐蚀产物、二氧化硅、放射性和非放射性气体、切削碎片和/或生物物种。
发明内容
一个或多个非限制性实施例提供一种有助于有效去除一种或多种污染物的模块化净化系统。所述系统是模块化的，并且可以与一个或多个净化模块一起使用，每个净化模块可以配置成方便的形状因子，这种形状因子利用现有的工厂基础设施来处理和储存净化设备并简化放射性废物管理。
一个或多个非限制性实施例有助于改善核电厂(PWR、BWR和CANDU)的水净化，例如废燃料池、反应堆容器和/或反应堆腔中的水净化，例如通过以下方式：
i)通过去除活化的腐蚀产物(离子、胶体和颗粒)在废燃料池和反应堆腔内及周围进行的维护活动期间减少辐射照射；
ii)通过去除二氧化硅、腐蚀产物、气体/纳米气泡和其它污染物而提高水的清澈程度并提高工作人员效率；
iii)通过去除活化的腐蚀产物颗粒减少污染扩散；
iv)通过去除异物提高设备可靠性；
v)降低由吸入放射性气体或其它空气污染造成的内照射的风险，包含提高燃料泄漏后的安全性；和/或
vi)改进设备设计，以减少净化废燃料和反应堆腔水所需的工作量，并更好地管理在水净化过程中收集/产生的放射性废物(例如，固体和气体污染物)。
一个或多个非限制性实施例提供用于核电厂的模块化水净化系统。所述系统包含：多个模块，其可以在多种布置中选择性地连接在一起。所述多个模块包含：泵模块，其包含入口和出口，且配置成提供流体流动；以及至少两个净化模块，其配置成互换或同时地连接到泵模块。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含FOSAR模块，所述FOSAR模块配置成在FOSAR模块的容器中捕集直径大于2.5mm的物体，并且FOSAR模块包含配置成附接到泵模块的入口的出口。根据这些实施例中的一个或多个，所述容器可选择性地从FOSAR模块的其余部分拆离，使得可以检查容器中的物体。根据这些实施例中的一个或多个，FOSAR模块配置成在容器中捕集直径大于1.0mm的物体。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含具有过滤介质的颗粒过滤模块，所述过滤介质配置成从穿过颗粒过滤模块的流体流捕集颗粒。颗粒过滤模块具有入口，所述入口配置成连接到泵模块的出口。根据这些实施例中的一个或多个，过滤介质是耐辐射的。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含电凝模块，所述电凝模块配置成定位在颗粒过滤模块的上游，以便在流动穿过电凝模块的污染物到达颗粒过滤模块之前凝结所述污染物，并由此改进颗粒过滤模块对这些污染物的收集。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含去矿质模块，所述去矿质模块包含树脂且配置成从穿过去矿质模块的流体流捕集离子腐蚀产物。根据这些实施例中的一个或多个，所述去矿质模块包含流体出口，所述流体出口配置成连接到核电厂的固体废物处理系统，使得来自去矿质模块的废树脂可以从去矿质模块流到固体废物处理系统。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含脱气模块，所述脱气模块包含提取气体出口且配置成从穿过脱气模块的流体流提取气体。根据这些实施例中的一个或多个，所述脱气模块配置成连接到核电厂气体的真空泵和气体废物处理系统，使得通过脱气模块提取的气体可以由工厂的气体废物处理系统处理。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含过氧化物监测和注入模块，所述过氧化物监测和注入模块配置成阻止腐蚀产物在放油和加油活动期间从燃料组件释放。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含交叉流过滤模块，所述交叉流过滤模块配置成将穿过交叉流过滤模块的流体流分成：(1)通过第一出口离开交叉流过滤模块的相对洁净的水流，和(2)通过第二出口离开交叉流过滤模块的相对脏污的流。根据这些实施例中的一个或多个，颗粒过滤模块具有配置成连接到泵模块的出口或交叉流过滤模块的第二出口的入口。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含脱气模块，所述脱气模块包含提取气体出口，并且所述脱气模块包含配置成连接到交叉流过滤模块的第一出口的流体入口。根据这些实施例中的一个或多个，所述提取气体出口配置成连接到核电厂气体的真空泵和气体废物处理系统，使得通过脱气模块提取的气体可以由工厂的气体废物处理系统处理。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含第一和第二净化模块，其中所述第一和第二净化模块分别包含不同类型的上述净化模块(例如，FOSAR模块；颗粒过滤模块；电凝模块；去矿质模块；脱气模块；过氧化物监测和注入模块；或交叉流过滤模块)。根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含第三净化模块，所述第三净化模块选自上文所列的净化模块且不同于第一和第二净化模块。根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块包含第四净化模块，所述第四净化模块选自上文所列的净化模块且不同于第一、第二和第三净化模块。
根据这些实施例中的一个或多个，多个所述模块的入口或出口包含标准化连接器，用于在多种布置中促进至少多个所述模块的彼此连接。根据这些实施例中的一个或多个，多个所述模块的入口和出口包含气动径向密封件，所述气动径向密封件配置成阻止其相应模块内的污染物在所述模块与另一模块断开连接时泄漏。
根据这些实施例中的一个或多个，所述系统包含至少一个中间适配器，所述中间适配器将所述多个模块中的至少一个模块的入口与所述多个模块的至少另一个模块的出口互连。这种适配器可用于促进例如可膨胀密封件的辐射敏感物品与可具有高剂量率且难以维修的各个模块的分离。
根据这些实施例中的一个或多个，所述系统还包含燃料组件底部喷嘴清洁模块，所述燃料组件底部喷嘴清洁模块包含：容器，其配置成接合工厂的燃料组件的下部喷嘴；出口，其与所述容器的内部流体连通，且配置成连接到所述多个模块中的至少一个的入口，使得泵模块产生在回洗方向上依序流动穿过燃料组件、进入所述容器、穿过燃料组件底部喷嘴清洁模块的出口并流到所述多个模块中的所述至少一个上的水流；以及至少一个超声波换能器，其安装到所述容器上，并且塑形和配置成引导超声波能量朝向与所述容器接合的燃料组件的下部喷嘴。
根据这些实施例中的一个或多个，所述泵包含：壳体，其形成具有入口和出口的叶轮室；驱动轴，其连接到所述壳体以相对于所述壳体旋转，所述驱动轴和所述壳体之间形成间隙；以及叶轮，其连接到所述驱动轴以与所述驱动轴一起相对于所述壳体旋转。根据这些实施例中的一个或多个，所述叶轮包含第一组至少一个叶片和第二组至少一个叶片。根据这些实施例中的一个或多个，所述驱动轴和第二组安置在叶轮中与第一组相对的轴向侧上。根据这些实施例中的一个或多个，所述第一组至少一个叶轮叶片塑形和配置成提供从所述壳体的入口到所述壳体的出口的第一流。根据这些实施例中的一个或多个，所述第二组至少一个叶轮叶片塑形和配置成提供从所述间隙到所述壳体的出口的第二流。根据这些实施例中的一个或多个，所述第一和第二组塑形和配置成使得在泵的使用期间，第一流具有比第二流高的流速。根据这些实施例中的一个或多个，所述第一和第二组塑形和配置成使得在泵的使用期间，第一流具有比第二流低的压力。
一个或多个非限制性实施例提供一种泵，其包含：壳体，其形成具有入口和出口的叶轮室；驱动轴，其连接到所述壳体以相对于所述壳体旋转，所述驱动轴和所述壳体之间形成间隙；以及叶轮，其连接到所述驱动轴以与所述驱动轴一起相对于所述壳体旋转。
根据这些实施例中的一个或多个，所述叶轮包含第一组至少一个叶片和第二组至少一个叶片。根据这些实施例中的一个或多个，所述驱动轴和第二组安置在叶轮中与第一组相对的轴向侧上。根据这些实施例中的一个或多个，所述第一组至少一个叶轮叶片塑形和配置成提供从所述壳体的入口到所述壳体的出口的第一流。根据这些实施例中的一个或多个，所述第二组至少一个叶轮叶片塑形和配置成提供从所述间隙到所述壳体的出口的第二流。
根据这些实施例中的一个或多个，所述第一和第二组塑形和配置成使得在泵的使用期间，第一流具有比第二流高的流速。
根据这些实施例中的一个或多个，所述第一和第二组塑形和配置成使得在泵的使用期间，第一流具有比第二流低的压力。
根据这些实施例中的一个或多个，所述叶轮包含一体成型的非焊接叶轮。
根据这些实施例中的一个或多个，所述第一组和叶轮室可通过入口进入以进行清洁。
根据这些实施例中的一个或多个，所述第二组和壳体塑形和配置成使得在使用期间，第二流会将污染物冲洗出(1)壳体和(2)驱动轴和叶轮之间的交接部。
一个或多个非限制性实施例提供一种使用模块化水净化系统的这些实施例中的一个或多个的方法。根据这些实施例中的一个或多个，所述方法包含：将泵模块与所述至少两个净化模块中的至少一个互连以形成从中穿过的至少一个流动路径；在所述互连之前或之后，将所互连模块定位在核电厂的燃料池水下；以及操作泵，以便使至少一个水流穿过所互连模块，从而净化穿过所互连模块的水。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块中的所述至少一个包含具有过滤介质的颗粒过滤模块，所述过滤介质配置成捕集颗粒，所述颗粒过滤模块具有配置成连接到泵模块的出口的入口；并且所述方法还包含在所述操作之后，将颗粒过滤模块移动到燃料池中的燃料组件储存架。
根据这些实施例中的一个或多个，所述至少两个净化模块中的所述至少一个包含交叉流过滤模块。根据这些实施例中的一个或多个，所述操作使交叉流过滤模块将进入流分成：(1)通过第一出口离开交叉流过滤模块的相对洁净的水流，和(2)通过第二出口离开交叉流过滤模块的相对脏污的流。
根据这些实施例中的一个或多个，所述操作使相对脏污的流排回到燃料池中。
一个或多个实施例提供一种配置成清洁核电厂的燃料组件的系统。所述系统包含：泵；滤波器，其连接到所述泵；以及燃料组件底部喷嘴清洁模块。底部喷嘴清洁模块包含：容器，其配置成接合核电厂的燃料组件的下部喷嘴；流体路径，其将所述容器的内部连接到所述泵和过滤器，使得所述泵在打开时产生在回洗方向上依序流动穿过所述燃料组件、进入所述容器并流到所述过滤器上的水流；以及至少一个超声波换能器，其安装到所述容器上，并且塑形和配置成引导超声波能量朝向与所述容器接合的燃料组件的下部喷嘴，以便从所述燃料组件中移走碎片。
根据各种非限制性实施例，所述过滤器可包含颗粒过滤器、旋风过滤器和/或滤网过滤器。
本发明的各种实施例的这些和/或其它方面中的一个或多个，以及结构的相关元件的操作方法和功能及零部件的组合和制造经济性将在参考附图考虑以下描述和所附权利要求书后变得更加明显，以下描述、所附权利要求书、附图全都均构成本说明书的一部分，在附图中相同的附图标记表示各附图中的对应部分。在一个实施例中，本文中示出的结构部件按比例绘制。然而，应明确地理解，图式仅用于说明及描述目的，且并不既定作为对本发明的限制的定义。此外，应了解，本文中在任一个实施例中示出或描述的结构特征可同样用于其它实施例。除非上下文另外明确规定，否则在本说明书和权利要求书中使用时，单数形式“一”及“所述”包含多个指示物。
本文中所公开的值的所有封闭式(例如，在A和B之间)和开放式(大于C)范围明确地包含处于或嵌套在此类范围内的所有范围。例如，所公开的1至10的范围应理解为还公开了2至10、1至9、3至9等，以及其它范围。
附图说明
为了更好地理解各种实施例以及其它目标和其进一步的特征，参考以下结合附图使用的描述，在附图中：
图1是根据一个或多个实施例的模块化水净化系统的图解性侧视图。
图2是根据图1所示的系统的一个或多个实施例的泵模块的侧视图。
图3是根据图1所示的系统的一个或多个实施例的交叉流过滤模块的侧视图。
图4是根据图1所示的系统的一个或多个实施例的离子交换/去矿质模块的侧视图。
图5是根据图1所示的系统的一个或多个实施例的颗粒过滤模块的侧视图。
图6是根据图1所示的系统的一个或多个实施例的脱气模块的侧视图。
图7是根据图1所示的系统的一个或多个实施例的FOSAR模块的侧透视图。
图8是图7的FOSAR模块的剖视图。
图9是根据图2所示的泵模块的一个或多个实施例的泵的剖示侧视图。
图10是图9所示的泵的剖示透视图。
图11至14是根据图1所示的系统的各种实施例的各个种模块的各个非限制性示例性布置的侧视图。
图15是根据图1所示的系统的各种实施例的燃料组件底部喷嘴清洁模块的侧视图。
图16是图15所示的底部喷嘴清洁模块的侧面局部剖视图。
图17是图15所示的底部喷嘴清洁模块的仰视图。
图18是示出用于互连图1所示的系统的模块的中间适配器的使用的局部透视图。
具体实施方式
一种模块化水净化系统10配置成从核电厂20的水中去除污染物。图1说明用于净化工厂20的废燃料池30中的水的系统10的使用。然而，在不偏离各种实施例的范围的情况下，系统10可替代地用于净化工厂20的其它部分(例如，反应堆容器、反应堆腔、初级或二级冷却剂环路等)中的流体。
发电厂20包含反应堆和核电厂的其它典型部件，这取决于工厂类型(例如，PWR、BWR、CANDU)。
系统10的各种实施例包含以下水处理模块中的一个、两个或更多个的任何组合：泵模块100、FOSAR模块250、交叉流过滤模块300、细颗粒过滤模块320、去矿质/去电离模块340、脱气模块350、燃料组件底部喷嘴清洁模块450、电凝模块、过氧化物监测/注入模块，和/或紫外线净化模块。FOSAR模块250、交叉流模块300、细颗粒过滤模块320、去矿质模块340和脱气模块350分别是配置成将工艺流体(process fluid)(例如，燃料池水)分离成不同组分(例如，过滤水、颗粒、较大物体等)的净化模块。这些水处理模块中的各个的功能可以组合成单个模块(例如，包含泵和FOSAR单元的单个模块)。
泵模块100
如图1和2所示，泵模块100包含流体入口100a、流体出口100b和外壳100c。如图2所示，模块100包含通过驱动轴150驱动泵140的电机110。
如图1所示，电机110是通过电力线120供电的电动机110，所述电力线120从燃料池30引出到电源和合适的电机控制设备(例如，开/关和/或速度控制开关)。根据替代性实施例，电机110可替代地由任何其它合适的能量源(例如，气动、液压、机械等)供电。
如图9至10所示，根据各种非限制性实施例，泵140是包含安装到外壳100c上或与外壳100c一体成型的壳体160的离心泵。壳体160限定具有入口170a和出口170b的叶轮室170。入口170a与泵模块100的入口100a流体连通(或限定所述入口100a)，且出口170b与泵模块100的出口100b流体连通(或限定所述出口100b)。泵140的叶轮180附接到驱动轴150上，以便在驱动轴150被电机110驱动时可以在室170内旋转。
如图9和10所示，叶轮180包含圆盘形主体190，所述圆盘形主体190使一组高流量低压叶轮叶片200与一组低流量高压叶轮叶片210轴向分离。高流量叶片200可在完全径向或基本上径向的方向上延伸，且配置成提供从入口170a到出口170b的高流速低压水流205。此流205驱动大体积的流体穿过系统10的所互连模块。叶片200提供一种敞开式叶轮设计，所述设计有助于使显著大小的固体通过流205在不产生损坏的情况下和/或自由地通过泵140。
根据各种实施例，当模块100与上游模块分离时(或者在没有使用上游模块使得入口170a形成燃料池30的直接入口的情况下)，入口170a可以直接进入。这种可进入性有助于直接接近叶片200和绝大部分的叶轮室170，从而有助于在使用之后冲洗/净化泵140。
高压叶片210可以是螺旋形的，且配置成沿着图9中的流动路径箭头220提供从(1)由壳体160和驱动轴150之间的间隙形成的小型入口170c到(2)出口170b的相对高压低流速的水流。所述高压流220配置成阻止碎片卡在壳体160和叶轮180之间的狭窄交接部处。高压流200还可阻止碎片沿着泵140的其它表面和/或缝隙堆积。因此，叶片210和流220会将污染物推到大体积的流体流220中，以免污染物在泵140中堆积，并且会限制泵140的部件的活动性。
流220可以在壳体160和驱动轴150/叶轮180之间形成会使它们之间的摩擦减小的液压轴承。
根据各种实施例，省略了壳体160和驱动轴150(或叶轮180)之间的轴封，因为高压流220阻止流体通过驱动轴150和壳体160之间的入口170c从室170流出泵。因此，此流220可以促进无密封配置，从而避免使用在辐射照射下可能劣化的弹性体和/或其它不耐辐射的密封件。
根据各种实施例，沿着流220的朝内泄漏是可接受的，且在泵140关闭时不需要密封，因为其中储存模块100的环境是浸没的，且在泵140关闭时，室170内不具有内线压力。
根据各种实施例：
i)叶片210配置成提供压力比叶片200所提供的压力高的流；
ii)叶片210配置成提供流速比叶片200所提供的流速低的流；
iii)叶片210轴向(即，沿着驱动轴150的轴线)短于叶片200；和/或
iv)当相应的叶片210和叶片200在盘190上向外径向延伸时，叶片210的前进比叶片200更周向(例如，螺旋方向)。
根据各种实施例，叶轮180和/或壳体160各自具有单片构造(与冲压和焊接制造相反)，从而减少或最大限度地降低了可以捕集被污染的颗粒的缝隙的数目和大小。
根据各种实施例，叶轮180和外壳160定向成使得间隙/空隙会面朝下(依据重力)，以便在泵模块100的使用周期之间最小化颗粒在此类间隙/空隙中的基于重力的沉淀。
对于典型的净化应用，泵模块100的大小可以设定成产生以下总流速(包含两组叶片200、210的份额)：(1)至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、400和/或500加仑/分钟，(2)小于2000、1500、1250、1000、750、600、500、450、400、350、340、330、320、310、300、290、280、270、260、250、240、230、220、210和/或200加仑/分钟，和/或(3)在任两个此类上限速率和下限速率之间(例如，在10和2000加仑/分钟之间、在50和1000加仑/分钟之间、在100和500加仑/分钟之间，和/或在150和300加仑/分钟之间)。然而，对于较大体积的水的一般净化(其中为了更快净化，更高的周转率是有益的)，可以增加泵140和模块100的大小，和/或可以同时利用多个泵140、模块100和/或水处理模块来实现更高流速(例如，3,000加仑/分钟)。
泵模块100将流递送到所附接的其它模块和/或从所附接的其它模块递送流。根据各种实施例，各种水处理模块(例如，FOSAR模块250和/或颗粒模块320)可以安置在泵模块100上游，以便减少流动穿过泵模块100的污染物的量，从而可以避免损坏泵模块100和/或降低它的活动性。
FOSAR模块250
如图1所示，FOSAR模块250支持一系列异物搜索与取回(Foreign Object SearchAnd Retrieval，FOSAR)。如图1所示，FOSAR模块250包含连接到真空软管270的入口250a和连接(直接或通过中间管路280)到泵模块100的入口100a的出口250b。根据替代性实施例，FOSAR模块250可替代地以物理方式并入到泵模块100中。如图7至8所示，FOSAR模块250的外壳250c并有旋风分离器和/或带孔筛网250d，用于将较大物体260(例如，直径>0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.5、2.0和/或2.5mm)分离出来，同时允许较小污染物穿过。然而，根据替代性实施例，可以使用其它类型的物体分离器(例如，除离心分离器以外)来分离较大物体260与流动穿过模块250的水。
根据各种非限制性实施例，在系统10的流动流中靠前定位FOSAR模块250以物理方式保护下游模块(例如，泵模块100)免受损坏，不然下游模块可能会被此类较大物体260损坏。
根据各种非限制性实施例，高度活化的较大物体260(例如，多片活化的钨铬钴合金)可表示设备“热点”的最大风险，其中升高的辐射剂量率使得传输或维护泵模块100很难或不可能进行。如图7至8所示，根据各种非限制性实施例，FOSAR模块250可在流动流中早早地捕获这些物体260，以便为泵模块100和其它下游模块提供放射和/或物理保护。
有时希望在处置之前识别碎片260的性质和来源。例如，如图1所示，根据各种实施例，可以在外来材料侵入事件(例如，滚珠轴承故障)之后，使用系统10的真空软管270对池30的水下底板30a进行真空抽吸。根据各种实施例，FOSAR模块250可用于收集和说明各个片段260中的每一个，以便能够对是否已经回收所有外来材料进行明确确认。根据各种实施例，并且如图7所示，FOSAR模块250包含安装到外壳250c或系统10的模块250的其它合适的部分(例如，单独的远程操作的可浸没机器人)上的相机295。模块250的下部收集容器290的全部或一部分可包括相机透明材料(即，对正由相机295感测的光波长透明)，使得相机295能够看到容器290内部，从而使得远程用户能够检查相机295的照片和/或视频并识别其中的物体260。另外和/或替代地，相机295可以安装在外壳250c内部，以便直接看到容器290中的物体260。根据各种实施例，真空软管270由工厂20的机器人材料处理工具操控，以便在池30内的选定区域中对碎片进行真空抽吸。
根据各种实施例，模块250的底部圆锥形收集容器部分290可包括可拆卸桶290(或其它容器)，所述可拆卸桶290可以从模块250的其余部分拆离，以便于对滞留在FOSAR模块250的容器中的较大物体260进行补充检查和/或去除。另外和/或替代地，模块250的底部可包含可选择性释放的捕集门，所述可选择性释放的捕集门可以在单独的收集容器安置在模块250下面时手动打开，使得较大物体260落入到这个分离的收集容器中。
另外和/或替代地，FOSAR模块250可配置成进行手动操控，以便将较大物体260选择性地释放回到流体流中，从而在下游过滤模块320中重新收集以用于长期储存/处置。例如，模块250可并有带阀旁通管路，所述带阀旁通管路将模块250的底部(而不是出口250b)连接到随后的下游模块(例如，泵模块100)。可以打开阀，使得物体260流到随后的下游模块。
另外和/或替代地，在桶290或其它容器中收集的较大物体260可以直接释放到下文描述的耐辐射过滤/储存模块中，使得它们的过滤元件可用于收集和储存较大碎片260，这些碎片原本太大而不能穿过泵模块100和/或其它模块。例如，这可以通过以下方式完成：(1)将FOSAR模块250重新定位在泵模块100下游和颗粒过滤模块320上游，和/或(2)断开过滤模块320的连接，使得物体260可以从容器直接倾倒到过滤模块320的入口320a中。
根据各种实施例，去除FOSAR模块250，并且真空软管270直接连接到泵模块100的入口100a。
交叉流模块300
如图1和3所示，交叉流模块300包含外壳300c、入口300a、脏污/污染物集中的出口300b和过滤/洁净水出口300d。如图1所示，交叉流模块300可用于在没有弄脏过滤介质的情况下，将来自泵模块100的流分成相对洁净的水(其通过出口300d离开)和相对受污染的/脏污的/高浓度的水(其通过出口300b离开)，从而实现此类分离/净化。交叉流模块250依赖于众所周知的交叉流分离原理。根据各种实施例，离开脏污/碎片集中的出口300b的体积流量小于离开过滤水出口300d的体积流量。
根据各种实施例，交叉流模块300有助于使用其它下游水处理模块(例如，去矿质模块340、脱气模块350)而不需要专用颗粒过滤模块320来阻止这些其它模块340、350被高活性污染污染或损坏。例如，在图13所示的模块布置中，省略了细颗粒过滤模块320，并且通过出口300b的脏污/高浓度流直接排回到燃料池30中，这避免了污染物弄脏系统10的过滤介质。
另外和/或替代地，当结合下游颗粒过滤模块320使用(例如，如图1和11所示)时，交叉流过滤模块250可用于将污染物集中到通过出口300b离开并进入下游颗粒过滤模块320的较低流速的流中，由此减小通过下游颗粒过滤模块320的流速。可以利用这种效果来使给定过滤模块320的流量容量实现更高的整体系统流速。
细颗粒过滤模块320
如图1和5所示，细颗粒过滤模块320包含外壳320c、入口320a和出口320b。根据各种实施例，细颗粒过滤模块320包含细网过滤材料，其被设计成捕获污染物、腐蚀产物颗粒和/或二氧化硅(例如，来自boroflex废燃料架的劣化)。此模块320可并有例如第8,052,879号美国专利中公开的过滤技术，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
模块320的过滤器(例如，串联和/或并联过滤器或过滤器滤芯)可以使用全金属构造和全金属过滤介质。根据各种非限制性实施例，模块320的过滤器设计成捕集直径等于或大于(0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和/或1.0微米)的颗粒。根据各种实施例，0.5微米阈值适合于大部分池30净化应用。视需要，可以针对特定应用实施更精细的过滤级别变化形式(例如，低至0.1微米或更低)。
根据各种实施例，模块320内的过滤器还可例如以第8,052,879号美国专利中描述的方式利用或不利用超声波搅拌来回洗，以便重新产生过滤能力。
测试和现场经验表明，这些颗粒过滤模块320的各种非限制性实施例可容纳比各种现有技术过滤器和过滤器容器多得多的高活性腐蚀产物。根据各种非限制性实施例，这些过滤器模块320的能力不会受到所收集的活性的过度限制，因为颗粒过滤模块320由耐辐射材料构成(例如，由金属和/或陶瓷构成；由除了有机材料或塑料以外的材料构成)，并且可以长时间保持在水下(因此被严密屏蔽)。
各种传统的过滤器由诸如塑料、纸和/或不耐辐射的其它有机材料的材料构成。因此，如果收集高活性颗粒，这些材料会劣化。此外，它们不适合在废燃料池环境中长期储存，会使得放射性核素衰减。例如，DTS(现在由Avantech拥有)提供的大容量过滤器容器将这些塑料/纸质过滤器并入到预先包装用于废物处置的严密屏蔽的容器中。因为这些容器包括许多塑料/纸质过滤器，所以这些容器相应地具有更大的容量(在质量基础上)。然而，这些预先包装的过滤器容器安装在水上方，并且收集的材料量通常受到活性的限制，以免使工人暴露于高水平的辐射。因此，这些过滤器的大容量没有得到充分利用。而且，顶侧(即，在水上方)过滤通常是不合需要的，因为任何高度活化的物体/颗粒在软管中运送时可能会使工人暴露于高水平的辐射，并且如果物体/颗粒被捕获在位于水上方的软管的部分中，可能造成更严重的问题。
在图1中所说明的实施例中，过滤模块320的入口320a连接到交叉流过滤模块300的脏污/碎片集中的出口300b。因此，模块320接收高浓度的、相对低流速的充满污染物的水流。可替代地，如图12所示，过滤模块320的入口320a可直接连接到泵模块100的出口100b(即，不具有中间交叉流过滤模块300)。
根据各种实施例，多个过滤器模块320可平行布置以增加穿过系统10的总流速。
去矿质模块340
去矿质模块340包含流体入口340a、过滤流体出口340b和外壳340c。去矿质模块340去除离子腐蚀产物。此模块340可以使用与颗粒过滤模块320相同的外包装和接口，但是是用离子交换树脂而不是过滤介质填充的。如图4所示，此模块340还可包含水下流体连接340d，其连接到工厂20的固体废物处理系统345，使得当系统345的容量被排出时或当水净化完成时，来自模块340的废树脂可以直接流到此系统345。此类连接可利用工厂的固体废物处理系统345的现有能力来处理由系统10收集的废物。
如图1所示，固体废物处理系统345可包括安置在燃料池30中的中间储存容器345(例如，位于池30的水下底板30a上)。
在图1、11和13中说明的实施例中，交叉流模块300的洁净水出口300d连接到去矿质模块340的入口340a，以便将预先过滤的水提供到去矿质模块340。在图13所示的模块布置中，省略了细颗粒过滤模块320，并且通过出口300b的脏污/高浓度流直接排回到燃料池30中。在图14所说明的实施例中，泵模块100的出口可直接连接到去矿质模块340的入口340a。
脱气模块350
如图1和6所示，脱气模块350包含进水口350a、出水口350b、外壳350c和提取气体出口350d。根据各种实施例，进水口350a通过以下方式连接到交叉流模块300的洁净水出口300b：(1)直接连接，如图11和13所说明，或者(2)通过中间的去矿质模块340间接连接，如图1所示。替代地，如图14所示，泵模块100的出口可直接连接到脱气模块350的入口350a。
如图1和6所示，提取气体出口350d通过连接真空软管370流体连接到真空泵360的入口360a。如图1所示，泵360的出口360b通过软管380连接到工厂20的气体废物处理系统390，使得一旦被去除，就可以安全且有效地抽空气体。替代地，出口360b可简单地排放到工厂20内的大气(例如，燃料池30上方的空气)。
如图1所示，软管370从水下传递到水上方，使得泵360在水上方(例如，位于邻近燃料池30的在水上方的底板400)。替代地，如果使用适当的上游模块/外围设备来去除高活性颗粒/碎片，那么脱气模块350可以安装在水上方(例如，在邻近泵360的底板400上)。在此类实施例中，合适的软管可将水下上游模块连接到在水上方的脱气模块350。
此模块350可以使用与颗粒过滤模块320相同的外包装和接口，并且在水下操作。
脱气模块350去除放射性和非放射性气体。根据一个或多个实施例，通过模块350内的一个或多个膜过滤器和由泵360产生的模块350内的真空压力去除气体。根据各种实施例，膜过滤器各自含有待去除气体可以渗透的多个中空纤维。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将额外的和/或替代的气体去除设备并入到模块350中。
燃料组件底部喷嘴清洁模块450
PWR和BWR燃料组件(例如，图15至16中说明的燃料组件480)通常包含用于在组件480的其余部分上游捕集、捕获、保留和/或收集异物、碎片和其它材料的装置、特征或其它设置。这些装置通常集成到燃料组件480的下部喷嘴480a中。如果允许这种材料(例如，异物)穿过(即，向上，如图15至16所示)燃料组件480或滞留在燃料组件480内，那么可能会发生由腐蚀、冲击或磨损造成的燃料损坏。这些材料还可能会干扰燃料组件结构的功能，所述燃料组件结构例如是栅格、混合叶片和其它支撑件。如果这些物体从燃料组件480释放并被传输到工厂20的反应堆冷却剂系统(RCS)的其它部分，那么它们可被高度辐射，并因此造成剂量问题。它们的释放还可能会导致工厂20的其它部件的损坏，例如阀、泵、控制棒和仪器。此外，这些碎片可表示活化金属和腐蚀产物的来源，特别是在它们是来自例如阀座的由含钴材料构成的工厂部件的碎片的情况下，因为它们的活化对其它钴物种(Co-60)高度敏感。
在一些情况下，底部喷嘴480a的集成收集装置通过捕获(类似于过滤)完全保留这些非所要物体/碎片。在其它情况下，当通过燃料组件480的向上流在工厂停工期间停止时，这些材料通过重力从收集装置掉落。其它碎片可以通过还可积聚在捕获装置上的主系统乔克河不明沉积物(Chalk River Unidentified Deposit，CRUD)的“粘结”作用保持在适当位置，或者通过在碎片和捕获装置之间接触期间形成的腐蚀产物沉积物保持在适当位置。
下部喷嘴480a的碎片保护装置可能无法永久性地捕获/保留物体，这些物体/碎片可能会继续辐射、溶解/腐蚀(释放活化和非活化金属和腐蚀产物)，或在组件480的移动(例如，加油活动)、转移(shuffles)或转动(racking)期间掉落到RCS或燃料池30中。因此，需要在再次使用第1或第2燃烧燃料组件480或第3点燃燃料组件480储存在池30或干燥桶中之前去除附接到燃料组件480上(例如，“粘结”在适当位置或以物理方式卡在装置中)的物体/碎片。
如下文所解释，燃料组件底部喷嘴清洁模块450设计成将此类沉积物/CRUD/碎片/污染物清洁出下部喷嘴480a和相关联的收集装置，并将碎片/物体/等等真空抽吸到系统10的过滤部件中。
如图15至17所示，且更具体来说，如图16所示，燃料组件底部喷嘴清洁模块450包含带开口470的容器460(或其它室)，所述开口470塑形和配置成容纳工厂10的燃料组件480的下部喷嘴480a。开口470和下部喷嘴480a之间的接合可以是大体上水密的，或者可以是松散的。根据各种非限制性实施例，组件480可通过重力、工厂20的燃料处理设备、模块450的另一支架、支撑件或闩锁和/或真空抽吸而保持与容器460接合。根据各种实施例，一旦组件480和模块450接合，模块450就可以支撑组件480(例如，如果模块450位于池30的水下底板30a上)，反之亦然(例如，如果模块450连接到燃料组件480上，同时组件480通过工厂20的燃料组件处理设备悬浮在燃料池30中的水下)。
根据各种实施例，如图16所示，容器460包括具有敞开顶部的金属盒。模块450包含出水口450b，所述出水口450b例如通过软管490或其它管路流体连接到容器460的内部体积485。出口450b配置成例如通过合适的连接器附接到真空软管270的入口270a(或系统10的其它模块(例如，泵模块100)的入口)上，如下所述。
如图16所示，一个或多个超声波换能器500安装在容器460上，并定向成将超声波能量引导到内部体积485并朝向下部喷嘴480a。超声波换能器通过合适的电线510连接到电源520，电源520可以安置在水上方的底板400上。
在下文中，结合图15至17描述燃料组件底部喷嘴清洁模块450的使用。如图16所示，模块450放置在合适的位置，例如，使得容器460位于燃料池30的水下底板30a上，或由燃料组件480支撑，使得它在水下。根据各种实施例，容器460可以牢固地安装到池30内的水下位置(例如，通过适当的支撑结构)。出口450b连接到软管270的入口(或连接到系统10的任何其它模块的任何其它入口)。然后，燃料组件480与模块450顶部上的开口470接合，使得下部喷嘴480a插入开口470中或以其它方式与开口470接合。打开泵模块100以使水流穿过燃料组件480、进入容器460、离开出口450b并流到系统10的适当过滤模块(例如，FOSAR模块250、泵模块100、颗粒过滤模块320)上，以便于收集和/或检查来自燃料组件480的所收集碎片。这一穿过燃料组件480的流是在回洗/逆流方向上(即，向下，如图16所示)，它是与在工厂20正常操作期间通过线上燃料组件480的流相反的方向。打开电源520，为超声波换能器500供能，超声波换能器500将超声波能量引导到容器485、下部喷嘴480a和/或燃料组件480中。回洗流和/或超声波能量将卡在碎片装置中的材料/碎片/物体、crud(其可以是“粘结”到碎片装置的较大物体)和/或在下部喷嘴480a或燃料组件480的其它部件中或周围的其它污染物/碎片移走。
根据各种实施例，如图16所示，碎片/物体还可在安置在下部喷嘴480a和出口450b之间的流动路径中的第一粗滤网530中通过重力沉淀收集。由滤网530收集的碎片/物体可以在燃料组件480从容器460拆离之后直接进行检查(例如，通过相机600)，或通过将流从容器460引导到软管或其它管路490且由相机透明(即，对正由相机感测的光波长透明)的材料制成的漏斗495检查，如图16所示。另外和/或替代地，FOSAR模块250可用于收集和检查碎片。
可以在容器460中形成额外开口以实现非能动衰变热排出(passive decay heatremoval)流，所述额外开口可以设计成使得穿过模块450的流作为燃料组件480的流和旁路流受控制(例如，容器460的各侧中在燃料组件480与容器460更完全地接合时逐渐被阻塞的槽形开口。模块450可包含辐射检测器540，用于检测容器460内或管路490中的辐射。模块450可包含压力检测器(例如，压力传感器、差压检测器(或多个压力检测器的组合))550，用于评估喷嘴480a的清洁程度。
根据各种实施例，模块450的使用可以去除原本在反应堆中的组件480的后续使用期间会继续被辐射的物体/碎片，其中此类物体可易于发生后续溶解和/或与组件480分离，这可有助于RCS剂量。
额外模块和部件
模块化净化系统10还可并有以下额外和/或替代的部件、模块和外围设备中的一个或多个，以促进系统操作的改进或实现特定净化目标。
根据各种实施例，系统10可包含一个或多个定制抽吸/排出适配器，所述定制抽吸/排出适配器将真空软管270的上游入口270a流体连接到以下可选部件以促进各种局部净化目标，包含：
i)超声波真空棒，用于局部破坏/清洁和从特定位置去除颗粒。实例应用包含：为便于检查而进行的BWR导管的增强真空抽吸或反应堆容器焊缝的净化。
ii)底板30a真空抽吸附件，用于促进水平表面的更有效清洁。实例应用包含桶形凹部、腔和抑制池真空抽吸。
iii)液压致动底板30a真空抽吸机器人，用于促进水平表面的自动清洁。实例应用包含燃料池、桶形凹部、腔、环面和抑制凹部真空抽吸。
根据各种实施例，系统10包含电凝模块，所述电凝模块可具有与上述任何其它模块(例如，模块320)相同的外观和连接器/入口/出口。电凝聚模块优选地安置在颗粒过滤模块320上游的系统10中，以促进胶体的附聚，使得它们可以在下游颗粒过滤模块320中得到更有效的去除。也可以使用其它技术来促进胶体聚合。根据各种实施例，附聚/凝聚技术与大容量可回洗颗粒过滤模块320的组合可以互相促进，因为它允许收集和保留远低于颗粒过滤模块320的各种实施例的微米级的胶态颗粒。例如，公开于第8,052,879号美国专利中的回洗技术涉及所收集颗粒从活性过滤介质到具有厚滤饼的大容量储存区域的周期性转移。一旦建立，大容量区域中的饼过滤就提供改进的对胶态颗粒的收集和保留。根据各种实施例，厚滤饼预先涂覆模块320中的过滤介质，并改进模块320对胶态颗粒的收集和保留。
根据各种实施例，系统10包含过氧化物监测/注入模块，所述过氧化物监测/注入模块可具有与上述任何其它模块(例如，模块320)相同的外观和连接器/入口/出口。过氧化物监测/注入模块可在废燃料池30或反应堆腔中保持适当水平的过氧化物残留，以便阻止腐蚀产物在放油/加油活动期间从燃料组件意外释放或释放延长，改善由二氧化硅污染导致的水的清澈程度问题，并阻止生物生长(特别是可能在拆卸活动期间长时间停滞的停工工厂中)。
根据各种实施例，系统10包含一个或多个辐射检测器，用于检测系统10内的各个位置中(例如，模块450的容器460内、颗粒过滤模块320内、FOSAR模块250的容器290内、连接任一个模块或系统10的其它部件的管路等)的辐射。这种辐射检测器可用于监测某些位置的瞬时和/或集体剂量。高瞬时剂量可以指示可能已移除被辐射的物体。
根据各种实施例，系统10包含一个或多个压力传感器，用于感测系统10内的各个位置中的压力(例如，泵模块100的上游和下游；在连接任一个模块的任何一个或多个管路；在颗粒过滤模块320中，以检测过滤介质何时变得饱和；等等)。
根据各种实施例，系统10包含紫外线净化模块，所述紫外线净化模块可具有与上述任何其它模块(例如，模块320)相同的外观和连接器/入口/出口。紫外线净化模块包含可用于帮助控制生物物种的UV灯(例如，由类似于供泵模块100使用的线120的电源线供电)。根据各种实施例，UV灯可以替代地并入到泵模块100中，使得流动穿过泵模块100的水暴露于UV灯，并且UV灯由线120供电。
尽管系统10已描述为包含部件/模块的各种组合，但是在不偏离本发明的范围的情况下，可省略这些模块/部件中的任一个。
系统10被描述为包含各种管路(例如，软管、通道、管道等)。应理解，在不偏离各种实施例的范围的情况下，所有此类管路可包括任何合适的形式(例如，刚性或柔性软管、管道或其它通道)。
模块之间的互连和示例性布置
根据各种实施例，系统10被设计成使用标准化接口互连上述模块/单元/部件中的一个或多个。例如，根据各种实施例，入口(例如，入口100a、250a、270a、300a、320a、340a、350a)可以是标准化的，且配置成通过可以快速连接/断开连接(如果需要，可远程进行)的连接器附接到出口(例如，出口100b、250b、300b、300d、320b、340b、350b)中的任一个上。因此，取决于要去除的污染物的性质(例如，离子、胶态和颗粒腐蚀产物、放射性和非放射性气体、切削碎片和/或生物物种)，各种模块可以以多种不同的配置使用。这些配置可包含长排列串行、并行和/或混合串行/并行的模块。可以并行布置相同类型的多个模块以促进更高的工艺流体流量和/或更大的碎片/污染物储存容量。多个模块可以串联布置以提供改进的过滤。
根据各种实施例，如图18所示，气动径向密封件700可以设置在任何一个、若干个和/或所有模块(例如，模块100、250、270、300、320、340、350)的入口和/或出口处，以便在模块彼此断开连接时阻止或防止模块内的污染物泄漏。
根据各种实施例，系统10中的两个或更多个模块之间的互连可以通过中间适配器(例如，歧管、接收器或类似结构)来实现。这在图18中说明，其中泵模块100和过滤模块320描绘为与并有可充气径向密封件700的中间接收器组件710介接。这种中间适配器710可特别适用于分离如可充气径向密封件700的辐射敏感物品与可具有高剂量率且难以维修或原本会在燃料储存架辐射场中劣化的各个模块。
入口和出口处的连接器可以是可远程接合的公/母连接器，其在模块保持在池30中水下时便于各个模块的连接和断开连接。根据各种实施例，一旦模块在池30中投入使用，模块可以长时间保持在池中和/或水下(例如，通过系统10的多次分散使用、在跨越工厂20的至少两个停机时间(例如，加油中断)的时间段内、在模块的整个有效使用寿命期间、直到模块被转移到桶中并且转出工厂20为止，等等)。
图1和11至14说明各个模块的若干个非限制性布置。
根据各种实施例，未使用的模块可以储存在池的储存架410中。
根据各种替代性实施例，一些(或所有)模块和/或中间适配器可以省略标准化连接器/接口，而是依赖于特定于连接的接口。
模块处理
根据各种实施例，一个、若干个和/或所有模块(例如，模块100、250、300、320、340、350)可具有与用于工厂20的核燃料组件足够类似的形状因子和/或附接表面/特征，其中(1)工厂的燃料组件处理设备可用于以类似于工厂的设备利用实际燃料组件固持和移动模块的方式来固持和移动模块，(2)工厂的燃料组件处理设备可用于相对于彼此移动模块，以形成净化布置的不同组合，(3)工厂的燃料组件处理设备可用于使用工厂现有的燃料转移设备将模块移动到需要水净化的不同位置(例如，Westinghouse PWR中的废燃料池和反应堆腔之间，或GE BWR-6中的上部池和下部池之间)，(4)模块可以长时间储存在燃料池30中的废燃料架410(见图1)中，和/或(5)模块最终可在针对工厂20中所使用的高水平放射性废物和/或废燃料组件设计的桶或其它容器中处理掉。例如，一旦过滤模块320填充有所收集颗粒/碎片/污染物，它就可以移动到燃料架410并长时间储存在那里，直到模块320被转移到燃料组件桶中以供长期储存为止。
根据各种实施例，这些设计特征中的一个或多个允许这些水处理模块中的一个或多个在储存、传输和使用期间保持在水下，从而减少对工人的辐射照射。例如，如图1所示，根据各种实施例，所有模块100、250、300、320、340、350在储存、传输和使用期间保持在水下。另外，将这些模块长时间储存在废燃料池30中能够大大推迟放射性废物处理活动，从而改善放射性废物管理经济性并简化废物管理后勤。确切地说，由于放射性衰变，污染物在长期储存之后更易于管理，并且过滤处置活动可以与作为工厂停工的一部分来完成的其它废物管理活动或放射性废物(例如，废燃料组件)到干燥桶或其它储存容器中的转移组合。
根据各种实施例，一个、一些或所有模块可具有与工厂20中使用的燃料组件的形状因子不一致的形状因子。例如，根据各种实施例，泵模块100可具有与工厂20中使用的燃料组件的形状和形状因子显著不同的形状和形状因子。
类似地，一个、一些或所有模块可具有通过工厂的标准燃料组件处理设备并不促进抓握和/或移动的附接表面/特征。在此类实施例中，适配器可用于促进工厂的燃料组件处理设备与各种模块的使用。另外和/或可替代地，系统10可包含系统10特定的模块处理和移动设备，所述设备特定地塑形和配置成连接到各个模块并移动各个模块。这种设备可包含用于选择性地将模块附接到彼此上和/或从彼此拆离模块的机构。
系统10的使用
根据各种非限制性实施例，系统10用于一般的高流量、大容量过滤和净化，用于从例如废燃料池30和反应堆/反应堆腔的大量水中去除一种或多种下列污染物：
i)颗粒状、离子或胶态腐蚀产物，以改善放射性条件和水的清澈程度；
ii)二氧化硅，以提高水的清澈程度并阻止二氧化硅进入反应堆水；
iii)溶解气体，以形成氧化/还原条件；
iv)纳米气泡，其原本可能会使水的清澈程度下降；和/或
v)放射性气体(例如，在燃料泄漏后)，其原本可能会被工人吸入并造成内照射。
根据各种非限制性实施例，系统10用于从特定位置对腐蚀产物颗粒进行局部真空抽吸，包含其中可存在或形成高活性物体/颗粒的那些腐蚀产物颗粒。这包含例如在加油/加油活动期间从BWR导管、BWR反应堆容器底盖排放喷嘴、BWR环面、BWR抑制池、废燃料池中的水平表面、反应堆/反应堆腔、桶形装载凹部中和/或在燃料行进路径中进行真空抽吸。
根据各种非限制性实施例，系统10用于与异物搜索与取回(Foreign ObjectSearch and Retrieval，FOSAR)活动或其中需要捕获和检查物体的其它碎片回收活动相关联的局部真空抽吸。
根据各种非限制性实施例，系统10用于大体上清洁和过滤大体积的池30中的水，以提高水的清澈程度和/或降低池水中的活性。
根据各种非限制性实施例，系统10用于以下碎片/颗粒的用超声波增强的清洁/真空抽吸：(1)存在于局部腔中的碎片/颗粒，或(2)在清洁例如反应堆容器焊缝的需要周期性检查的表面期间形成的碎片/颗粒。
在所说明的布置中，系统10将洁净的过滤水从出口300d、320b、340b和/或350b排回到燃料池30中。然而，这些过滤水出口300d、320b、340b和/或350b中的任一个或多个可以替代地直接或通过其它中间模块连接到一个或多个供应管路，以便将洁净的过滤水供应到工作区域，在所述工作区域中，保持低剂量率是有利的。因此，根据各种非限制性实施例，系统10用作洁净水排放固定装置，用于将洁净的、净化过的、活性较低的水局部递送到特定位置。根据各种实施例，系统10可用于：(1)向工厂20的反应堆提供洁净水排放和正水压，以限制二氧化硅或其它污染物的进入和/或改善反应堆水化学控制，(2)在BWR“浴缸”周围引导洁净水，以减少工人附近表面上的污染物沉积并限制放射性照射(例如，在加油中断期间执行的反应堆维修期间)，和/或(3)朝向燃料池30的表面引导洁净水，以便通过在池30中的水面附近的活性，提高水的清澈程度和/或限制放射性照射。
根据各种非限制性实施例，系统10用于收集在以下过程中形成的切削细粒：(1)工厂在运行时的维修，例如挡扳螺栓维修，以便确保工厂系统对外来金属的排斥(foreignmetal exclusion，FME)，和/或(2)在工厂20停工期间的反应堆容器和容器内部构件的水下分割，以便保持水的清澈程度。
根据各种非限制性实施例，系统10用于在工厂停工活动期间防止或阻止废燃料池30中的藻类大量繁殖(例如，通过UV灯模块)。
如本文所用，术语污染物、颗粒、污垢、碎片和类似术语可互换使用。
提供上文说明的实施例是为了说明各种实施例的结构和功能原理，而不是为了限制。相反，本发明的原理旨在涵盖其任何和所有变化、改变和/或替换(例如，在所附权利要求的精神和范围内的任何改变)。

Claims (29)

1.一种用于核电厂的模块化水净化系统，所述系统包括：
多个模块，其能够在多种布置中选择性地连接在一起，
其中所述多个模块包含：
泵模块，其包含入口和出口，且配置成提供流体流，
至少两个净化模块，其配置成互换或同时地连接到所述泵模块，以及
燃料组件底部喷嘴清洁模块，其包括：
容器，其配置成接合所述核电厂的燃料组件的下部喷嘴；
出口，其与所述容器的内部流体连通，且配置成连接到所述多个模块中的至少一个的入口，使得所述泵模块产生在回洗方向上依序流动穿过所述燃料组件、进入所述容器、穿过所述燃料组件底部喷嘴清洁模块的所述出口并流到所述多个模块中的所述至少一个上的水流；以及
至少一个超声波换能器，其安装到所述容器上，且塑形和配置成引导超声波能量朝向与所述容器接合的燃料组件的下部喷嘴。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述至少两个净化模块包含异物搜索与取回模块，所述异物搜索与取回模块配置成在所述异物搜索与取回模块的容器中捕集直径大于2.5mm的物体，且
所述异物搜索与取回模块包含配置成附接到所述泵模块的所述入口上的出口。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述容器能够选择性地从所述异物搜索与取回模块的其余部分拆离，使得能够检查所述容器中的物体。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述异物搜索与取回模块配置成在所述容器中捕集直径大于1.0mm的物体。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含颗粒过滤模块，所述颗粒过滤模块包括过滤介质，所述过滤介质配置成从穿过所述颗粒过滤模块的流体流捕集颗粒，所述颗粒过滤模块具有配置成连接到所述泵模块的所述出口的入口。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述过滤介质包括耐辐射过滤介质。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含电凝模块，所述电凝模块配置成定位在所述颗粒过滤模块的上游，以便在流动穿过所述电凝模块的污染物到达所述颗粒过滤模块之前凝结所述污染物，并由此改进所述颗粒过滤模块对此类污染物的收集。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含去矿质模块，所述去矿质模块包括树脂且配置成从穿过所述去矿质模块的流体流捕集离子腐蚀产物。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述去矿质模块包含流体出口，所述流体出口配置成连接到核电厂的固体废物处理系统，使得来自所述去矿质模块的废树脂能够从所述去矿质模块流到所述固体废物处理系统。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含脱气模块，所述脱气模块包含提取气体出口且配置成从穿过所述脱气模块的流体流提取气体。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述脱气模块配置成连接到核电厂气体的真空泵和气体废物处理系统，使得通过所述脱气模块提取的气体能够由所述核电厂的气体废物处理系统处理。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含过氧化物监测和注入模块，所述过氧化物监测和注入模块配置成阻止腐蚀产物在放油和加油活动期间从燃料组件释放。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含交叉流过滤模块，所述交叉流过滤模块配置成将穿过所述交叉流过滤模块的流体流分成：(1)通过第一出口离开所述交叉流过滤模块的相对洁净的水流，和(2)通过第二出口离开所述交叉流过滤模块的相对脏污的流。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少两个净化模块包含具有过滤介质的颗粒过滤模块，所述过滤介质配置成捕集颗粒，所述颗粒过滤模块具有配置成连接到所述泵模块的所述出口或所述交叉流过滤模块的所述第二出口的入口。
15.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述至少两个净化模块包含脱气模块，所述脱气模块包含提取气体出口，以及
所述脱气模块包括流体入口，所述流体入口配置成连接到所述交叉流过滤模块的所述第一出口。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述提取气体出口配置成连接到核电厂气体的真空泵和气体废物处理系统，使得通过所述脱气模块提取的气体能够由所述核电厂的气体废物处理系统处理。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个净化模块包括第一和第二净化模块，其中所述第一和第二净化模块分别包括以下净化模块中的不同净化模块：
异物搜索与取回模块，其配置成在所述异物搜索与取回模块的容器中捕集直径大于2.5mm的物体；
颗粒过滤模块，其包括过滤介质，所述过滤介质配置成捕集颗粒；
电凝模块，其配置成凝结污染物；
去矿质模块，其包括树脂且配置成捕集离子腐蚀产物；
脱气模块，其包含提取气体出口且配置成提取气体；
过氧化物监测和注入模块，其配置成阻止腐蚀产物在放油和加油活动期间从燃料组件释放；或
交叉流过滤模块，其配置成将穿过所述交叉流过滤模块的流分成：(1)通过第一出口离开所述交叉流过滤模块的相对洁净的水流，和(2)通过第二出口离开所述交叉流过滤模块的相对脏污的流。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少两个净化模块包括第三净化模块，所述第三净化模块选自在权利要求17中列出的净化模块且不同于所述第一和第二净化模块。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述至少两个净化模块包括第四净化模块，所述第四净化模块选自在权利要求17中列出的净化模块且不同于所述第一、第二和第三净化模块。
20.根据权利要求1所述的系统，其中多个所述模块的入口或出口包含标准化连接器，用于在所述多种布置中促进至少多个所述模块的彼此连接。
21.根据权利要求20所述的系统，其中多个所述模块的所述入口和出口包含气动径向密封件，所述气动径向密封件配置成阻止其相应模块内的污染物在所述模块与另一模块断开连接时泄漏。
22.根据权利要求20所述的系统，其还包括至少一个中间适配器，所述中间适配器将所述多个模块中的至少一个模块的入口与所述多个模块的至少另一个模块的出口互连，其中所述至少一个中间适配器包括辐射敏感物品。
23.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵模块包括：
壳体，其形成具有入口和出口的叶轮室；
驱动轴，其连接到所述壳体以相对于所述壳体旋转，所述驱动轴和所述壳体之间形成间隙；以及
叶轮，其连接到所述驱动轴以与所述驱动轴一起相对于所述壳体旋转，
其中所述叶轮包括第一组至少一个叶片和第二组至少一个叶片，
其中所述驱动轴和第二组安置在所述叶轮中与所述第一组相对的轴向侧上，
其中所述第一组至少一个叶轮叶片塑形和配置成提供从所述壳体的所述入口到所述壳体的所述出口的第一流，
其中所述第二组至少一个叶轮叶片塑形和配置成提供从所述间隙到所述壳体的所述出口的第二流，
其中所述第一和第二组塑形和配置成使得在所述泵模块的使用期间，所述第一流具有比所述第二流高的流速，且
其中所述第一和第二组塑形和配置成使得在所述泵模块的使用期间，所述第一流具有比所述第二流低的压力。
24.根据权利要求22所述的系统，其中所述辐射敏感物品包括气动径向密封件、可膨胀密封件或可充气径向密封件。
25.根据权利要求1所述的系统，其中所述模块中的一个包括紫外线净化模块，所述紫外线净化模块包含UV灯。
26.一种使用根据权利要求1所述的模块化水净化系统的方法，所述方法包括：
将所述泵模块与所述至少两个净化模块中的至少一个互连，以形成从中穿过的至少一个流动路径；
在所述互连之前或之后，将所互连模块定位在所述核电厂的燃料池水下；以及
操作所述泵，以便使至少一个水流穿过所互连模块，从而净化穿过所互连模块的水。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述至少两个净化模块中的所述至少一个包含具有过滤介质的颗粒过滤模块，所述过滤介质配置成捕集颗粒，所述颗粒过滤模块具有配置成连接到所述泵模块的所述出口的入口；且
所述方法还包括，在所述操作之后，将所述颗粒过滤模块移动到所述燃料池中的燃料组件储存架。
28.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述至少两个净化模块中的所述至少一个包含交叉流过滤模块；
所述操作使所述交叉流过滤模块将进入流分成：(1)通过第一出口离开所述交叉流过滤模块的相对洁净的水流，和(2)通过第二出口离开所述交叉流过滤模块的相对脏污的流。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述操作使所述相对脏污的流排回到所述燃料池中。
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