TW201727210A - 取樣容器和取樣系統以及相關的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的是提供一種取樣容器(2)和相關的取樣系統(200)以及對應的操作方法，藉此可由液相，特別是由沸騰狀態中的液體，以及可由氣相中達成代表性的取樣，特別是可在重大的干擾情況之後由核能電廠之圍阻體-泥坑或由圍阻體-大氣或由冷凝室達成代表性的取樣。於此，依據本發明設有一種用於獲得環境樣品的取樣容器(2)，具有：●一由外容器壁(14)包圍的外室(10)，其經由至少一配置在外容器壁(14)中的流通口(26)而與環境直接流動地連接著且至少在底部區中可以液體來填充，●一由內容器壁(12)包圍的內室(6)，其經由一配置在內容器壁(12)中的流通口(16)而與外室(10)之底部區流動地連接著，內室(6)具有一用於取樣管道(18)的終端(56)以及一用於輸送媒介物管道(22)的終端(62)且另外以壓力-和媒介物密封的方式針對環境而封閉著，●一可以氣動或液壓來操控的封閉裝置(72)，其用於外室(10)和內室(6)之間的流通口(16)且具有用於一操控媒介物管道(114)的終端(112)。

Description

取樣容器和取樣系統以及相關的操作方法
在核能電廠中，在干擾和故障情況下必須考慮放射性分裂產物(例如，碘、氣態懸膠體)和稀有氣體可能大量釋放至圍阻體-大氣中及圍阻體-泥坑中及/或-在沸水式反應器中-釋放至冷凝室中。分裂產物之成份的認知允許對後續發生的干擾情況作推論且對可能導入的對策是一種重要的基礎。此外，干擾情況特別是以福島(Fukushima)方式顯示，使燃料元件在貯存槽中之狀態的認知亦是需要的以評定設備狀態。
在由圍阻體-大氣中釋放的情況下，特別是碘同位素131對環境造成放射危險性。嚴重干擾情況之有效處理需要有效的措施，以便使逃出之對環境有危險性的碘濃度在圍阻體-大氣中保持儘可能低，但這與碘如何產生以及如何釋出是無關的。
這可藉由分解以及以未逃出的形式保留在圍阻體的泥坑中來進行。於此，促使碘儘可能在液相中進行化合。於是，例如由於漏損量或在圍阻體之過濾後的壓力減輕(通氣)期間造成之來自圍阻體的釋放可最小化。
圍阻體-泥坑中設定高的pH-值可保留著且可減輕放射學上的危險潛在性(potential)。當然，泥坑的 pH-值特別是由於干擾情況(例如，電纜失火)中關於其碘-保留所進行的氯化物釋放而會受到不良影響。因此，隨著泥坑滾動達成的被動式驅動減輕，則泥坑中實際的pH-值之認知對干擾情況處理以及對適當時間導入對策以保持驅動都具有決定性的意義。
圍阻體內部各別的液體中直接安裝多個測量感測器通常會由於感測器之高負載及其受到輻射、氣態懸膠體、濕氣、壓力和溫度影響的電子零件以及不存在-或只有限地存在的、干擾情況固定的、用於測量信號和功率供應的電纜而失效。
因此，為了確定且評定會變化的設備參數，則在慣例下由圍阻體內部不同的貯存器取得代表性的液體及/或氣體形式的樣品是必要的。這些代表性的將取出的樣品然後可在圍阻體外部針對有興趣的參數，例如，化學參數(例如，pH-值)或特定的放射核素或氣態懸膠體混合物，來作研究。
目前的概念是例如由取樣容器進行取樣，該取樣容器位於圍阻體-大氣中或位於圍阻體-泥坑中。
在EP 0 931 317 B1所述的裝置和方法中，樣品受到抽吸且藉由壓力脈動(pulse)來輸送。取樣管道因此須設置成具有固定的斜度而無凹點。此外，存在以下的缺點：藉由特殊的壓力脈動技術來輸送樣品只對有限長度的取樣管道(小於80米)才有可能。樣品輸送另外需要一種比回收容器還大的緩衝體積。又，當氣體形式的 樣品應由圍阻體取出時，此方法須對取樣管道加熱，這是必要的，以防止蒸氣凝結，因此可正確地推導出由取樣器所導出的數量。又，由於上述原因即將導入至取樣器中的清洗液必須在導入之前加熱，這樣會造成高昂的設備費用以及高的電流消耗。因此，通常須在圍阻體的直接相鄰處尋找樣品評定裝置之設立地點，以使管道的長度保持儘可能小。
同樣須考慮的特殊需求是取出氣態懸膠體樣品以及由沸騰的液體中取出液體樣品。
由於氣態懸膠體在經由取樣管道輸送時堆積，釋出的活性之評估用之代表性的氣態懸膠體樣品名稱因此只有在氣態懸膠體在一種清洗液中直接運送至取樣地點時才有可能，藉此使氣態懸膠體可一起以溶解的形式經由較大的距離而輸送，此時在管道中不會發生相關的堆積。
一種來自沸騰的液體之安全的、代表性的液體取樣以傳統的取樣裝置同樣只能困難地達成，其中沸騰的液體經由較大的距離(例如，大於100米)而輸送至一評定單元。
本發明的目的因此是提供一種取樣容器和相關的取樣系統以及對應的操作方法，藉此可由液相，特別是由沸騰狀態中的液體，以及可由氣相中達成代表性的取樣，特別是可在重大的干擾情況之後由核能電廠之圍阻體-泥坑或由圍阻體-大氣或由冷凝室達成代表性的 取樣。尤其是，可以小的能量需求經由長的路徑(大於100米)將少量的樣品數量輸送至外部的分析裝置而不會在取樣管道之壁上發生重大的堆積。
依據本發明，上述目的藉由具有請求項1之特徵的取樣容器來達成。此種取樣容器是請求項9所述之取樣系統的組成物件。設有此種取樣系統的核能電廠界定了請求項14。對應的操作方法界定在請求項14和17中。附屬的請求項詳細列出基本原理之有利的構成。
取樣容器位於待取樣的媒介物中，大致上是在核能電廠之圍阻體中，且經由相關的管道而整合在取樣系統中。因此，取樣容器係與當場(In-Situ)取樣有關。樣品輸送至外部的程序-和分析模組係藉由氣體取樣時施加一種欠壓(under-pressure)且在液體取樣時藉助於輸送用的鈍氣/輸送氣體，特別是氮，來進行。液體樣品因此可經由長的路徑來輸送，此乃因取樣容器設有較佳是自動作用的閉塞機構。因此，相較於來自先前技術的上述壓力脈動-技術而言，可達成一種持續的輸送壓力。氣態懸膠體樣品優先藉由文氏管(Venturi)噴嘴之湧流而施加至一種清洗液中，該清洗液導入至取樣容器中。氣態懸膠體樣品然後就像上述那樣作為液體樣品而輸送。在泥坑取樣時，廣泛的被動式取樣本身在泥坑沸騰時是可能的。就所有上述過程而言，都可使用相同的取樣容器而不必修改。
在一優先的實施方式中，藉由被動式導熱管將熱由環境，大致上是圍阻體大氣，傳送至取樣容器中。 於是，該清洗液在施加至取樣容器之前不必像目前那樣主動地加熱以防止蒸氣在該清洗液中凝結。
此外，在有利的構成中，圍阻體外部的取樣管道可不必加熱，此乃因藉助於過臨界地(over critically)受湧流的節流圈/噴嘴使圍阻體外部之取樣管道中無益的水蒸氣成份可由體積流量(volume flow)被動地保持定值來確定。於是，由文氏管(Venturi)噴嘴/清洗液導入的體積流量是可確定的且外部測得的活性可與圍阻體中的體積相關。
在一優先的形式中，經由取樣系統的管道亦可對取樣地點處的環境造成反作用，大致上是藉由供應適當的化學劑來調控pH-值。經由此種適當的調整/再實施，則在核能電廠中發生重大的干擾情況下可使活性釋放量大大地減少。
本發明之概念的主要優點可重點式地整合如下：●可例如在圍阻體-泥坑中對沸騰的液體取樣，●當場測量，不偽造樣品，●達成大於100米之較長的輸送路徑，●無損耗的樣品輸送，在輸送管道上的氣態懸膠體之堆積較少，●可將移動式程序-和分析模組連接至預先固定安裝的管道系統，●具有回收容器的回收模組是不需要的， ●在受輻射保護的環境中，特別是在圍阻體外部，安裝測量裝置，●測量可靠度提高，●設備正常操作期間作維修工作時可容易地接近測量裝置●藉由處於欠壓中的輸送氣體以半被動式地輸送樣品，●較少的能量需求-系統操作和測量都可經由電池操作而保持著，●小的管道橫剖面，於是在管道破裂的情況下漏損量小。
本發明之不同的實施例以下將依據圖式來詳述。於此，以簡易的且示意的圖式來顯示。
2‧‧‧取樣容器
4‧‧‧內容器
6‧‧‧內室
8‧‧‧外容器
10‧‧‧外室
12‧‧‧內容器壁
14‧‧‧外容器壁
16‧‧‧流通口
18‧‧‧取樣管道
20‧‧‧上升管
22‧‧‧輸送媒介物管道
24‧‧‧蓋板
26‧‧‧流通口
28‧‧‧凸緣
30‧‧‧固定螺栓
32‧‧‧密封環
34‧‧‧底部
36‧‧‧間隙
38‧‧‧底板
40‧‧‧噴嘴管
42‧‧‧流動通道
44‧‧‧入口
46‧‧‧出口
47‧‧‧入口圓錐體
48‧‧‧出口圓錐體
49‧‧‧入口狹縫
5‧‧‧文氏管噴嘴
51‧‧‧衝擊板
52‧‧‧入口
54‧‧‧出口
56‧‧‧出口
58‧‧‧節流圈
60‧‧‧展開段
62‧‧‧終端
64‧‧‧出口
66‧‧‧展開段
68‧‧‧導熱管
70‧‧‧液相
72‧‧‧封閉裝置
74‧‧‧閉鎖活塞
76‧‧‧底板
78‧‧‧中空氣缸
80‧‧‧上氣缸區段
82‧‧‧活塞軸
84‧‧‧下氣缸區段
86‧‧‧中介區
88‧‧‧防護板
90‧‧‧間隙
92‧‧‧環形墊圈
94‧‧‧末端件
9‧‧‧固定螺栓
9‧‧‧末端擋板
100‧‧‧正面
102‧‧‧密封區
104‧‧‧環形墊圈
106‧‧‧螺旋彈簧
108‧‧‧氣缸壁
110‧‧‧鑽孔
112‧‧‧終端
114‧‧‧操控媒介物管道
120‧‧‧安全外罩
122‧‧‧核能電廠
124‧‧‧圍阻體
126‧‧‧程序-和分析模組
128‧‧‧排出管道
130‧‧‧轉接閥
132‧‧‧阻塞閥
134‧‧‧導入管道
136‧‧‧管道分支
138‧‧‧阻塞閥
140‧‧‧管道分支
142‧‧‧節流圈
150‧‧‧真空泵
152‧‧‧存貨容器
154‧‧‧清洗液
156‧‧‧輸送泵
158‧‧‧壓縮氣體瓶
160‧‧‧存貨容器
161‧‧‧大氣
162‧‧‧泥坑槽
164‧‧‧返回管道
166‧‧‧測量-和評定裝置
168‧‧‧液體水位
170‧‧‧液體
180‧‧‧冷凝室
182‧‧‧測量模組
184‧‧‧返回管道
186‧‧‧噴嘴
188‧‧‧存貨容器
190‧‧‧氮管道
192‧‧‧噴射泵
194‧‧‧分支管道
196‧‧‧控制單元
200‧‧‧取樣系統
210‧‧‧注入式噴射器
A,B,C‧‧‧直徑
M‧‧‧中軸
第1圖係取樣容器的縱剖面，特別是用於由大氣中或核能技術設備中的液體槽中獲得/取出環境樣品。
第2圖係由上方看到的取樣容器的俯視圖。
第3圖係第1圖之細部放大圖。
第4圖係第1圖中稍微變化的組態之另一細部圖。
第5圖係取樣操作期間的取樣容器。
第6圖係核能技術設備中取樣系統的概要圖，其具有第1圖之取樣容器。
第7圖係此種取樣系統之另一形式。
相同-或作用相同的各元件在所有圖式中設有相同的參考符號。
為了簡單而使用的位置-和方向指示通常與規定的應用中各組件之在圖中所示的一般位置有關。
第1圖顯示一種亦稱為取樣導管或取樣貯存器或簡稱為取樣器的取樣容器2之縱剖面，其用於特別是在核能技術之設備中獲得環境樣品。第2圖顯示由上方看到之相關的俯視圖。
取樣容器2具有：內容器4，其具有內室6；以及外容器8，其具有外室10，各室之間由隔離壁或包封壁隔開且與外部環境相隔開。由內容器壁12包封的內容器4由上方伸入至由外容器壁14包封的外容器8中，使外室10以區段方式依據包圍著內室6之環形室之形式而形成。所述區段中，內容器壁12同時形成外容器10之內邊界。內容器壁12在下方的底部區中具有可封閉的流通口16，藉此可在打開狀態下使液體/流動媒體/媒介物由外室10之底部區流動至內室6中或反之亦可。在內容器4上可經由蓋板24中相關的終端而連接一取樣管道18和一輸送媒介物管道22，該取樣管道18具有由上方向內突出至內室6中的上升管20。此外，內室6以壓力-和媒介物密封的方式相對於外室10和環境而封閉著。外容器壁14在上方區域中具有通至環境的流通口26，其下邊緣的位置高於內容器壁12中該流通口16的入口。於是，在適當調整的壓力情況下，媒介物可由環境經由流通口26而流入至外室10中，聚集在底部區中且在該流通口16打開時湧進至內室6中。
具體而言，本實施例中取樣容器2以相對於中軸M成旋轉對稱的方式而構成，該中軸M在規定的應用中垂直地對準。內容器4在上方區域中具有圓柱形外形，其直徑在下方區域中以截錐體形式逐漸變小。外容器8具有類似於內容器4之外形，但具有大致上較大的直徑且在形成一種與內室6同心而配置的環形外室10的情況下包封著內容器4之下方區域。在上側處，內容器4由蓋板24包封著。本實施例中，蓋板24是一種緊靠在容器盆之環形凸緣28上且在周圍藉由固定螺栓30而(可鬆開地)與凸緣28連接的構件，其中居間的密封環32用於達成所期待的密封。外容器8在其上側上凸接至內容器4之圓柱形的側壁。鄰近於凸接處下方存在著配置在外容器壁14中的通至環境中的流通口26。流通口26之位於最深處的下邊緣在垂直方向中觀看時至容器壁12之底部具有明確的距離。第1圖之縱剖面中，在內容器壁12之底部區中的下側和外容器壁14之平坦底部之間存在一種可由媒介物流過的間隙36，其與通至內室6的流通口16連通。經由流通口26由環境流入至外室10中的媒介物特別是可以液體形式聚集在該外室10之底部區中，在該處特別是聚集在間隙36中，且在流通口16打開時湧進至內室6中，只要該處存在的壓力允許即可。
為了實現所期望的功能，外容器8未必包封著內容器4，每一情況下都未完全包封著。反之，經由流通口16存在一種流動的連接，藉此可經由液體圓柱而達成氣體的投入。就此而言，通常可適當地理解此概念「內-」和「外-」。
第3圖和第5圖的細部圖中亦可辨認的流通口16具有位在內容器4之底板38中的鑽孔/凹口且持續向上至短的噴嘴管40內部，該噴嘴管40垂直對準地使一片段遠遠地向內伸入至內室6中。該噴嘴管40在其下方末端由上方插接至該鑽孔/凹口中或以其它方式以壓力和媒介物密封地凸接著。於是，形成一種流動通道42，其入口/進入口44在媒介物由外室10至內室6的已設定之流動方向中，即，由下向上，係位於底板38之下側上，且其出口/流通口46係位於管40之上方末端。在特殊的操作情況下，特別是在起動時，該流動方向可相反且因此使來自入口和出口之滾動亦可相反(請參閱下述)，但在正常情況下在取樣時上述流動方向及相對應而選取的名稱是適當的。
在流動的媒介物之液相中或各別的清洗液中在取樣時對很有效的氣態懸膠體沈積而言，流通口16係依據文氏管噴嘴之形式而形成或具有此種噴嘴/包圍著該噴嘴。為了此目的，就像第5圖中可辨認者那樣，形成在噴嘴管42中的流動通道42在下方末端上具有一向上逐漸變細的入口圓錐體47且在上方末端具有一向上又擴大的出口圓錐體48。在介於其間的狹窄位置/束緊區上至少超過周圍的一部份而在噴嘴管42之壁面中存在一種優先成環形或環形區段形式的入口狹縫49，其在徑向中流動地與周圍的內室6連通。藉由這樣形成的文氏管噴嘴50，則在取樣操作期間由入口44流至出口46之媒介物經由入口狹縫49而在周圍抽吸內室6中的液體且 拖拉此液體。於是，流動的媒介物之氣體形式的成份特別是密切地與液相互相作用。可能在媒介物之氣體形式的相位中一起運行的氣態懸膠體因此特別有效地由氣體形式的相位中沈積出來且施加至液相中。由於鄰近流通口46上方而配置的衝擊板51，使上述效果更強化。
上升管20以壓力-和媒介物密封的方式經由內容器4之蓋板24而延伸。沿著中軸M在正常情況下垂直對準的上升管20因此由上方向內伸入至內室6中。該上升管20之下方末端上的入口52位於屬於流通口16之管40的流通口46上方的某種距離處。該上升管20之上方末端上的出口54位於內容器4外部且設有一用於取樣管道18之終端56，該取樣管道18延伸至待取出之樣品用的程序-和分析模組126(請參閱第6圖和第7圖)。上升管20亦可視為該取樣管道18之一(起始-)區段。
程序-和分析模組126特別具有連接至該取樣管道18之真空泵150，藉此在欠壓下可相對於環境來設定該取樣管道18且因此亦可設定內室6。這將在以下深入地繼續詳述。
在有利的構成中，只顯示在第6圖中的節流閥/節流圈58連接至取樣管道18中。在可能的另一形式中，節流圈58鄰近於出口54下方以整合在該上升管20中或終端56中且與取樣容器2形成一構造單元。節流圈58亦可在終端56順流處配置在取樣管道18中，但相對於取樣管道18的總長度而言節流圈58係位於儘可能靠近該取樣容器2中的起始處。節流圈58設計成優先用於流經該節流圈58之媒介物的危險性之緩和。
此外，在操作該取樣容器2時，一輸送媒介物管道22以壓力-和媒介物密封的方式經由內容器4之蓋板24而延伸至內室6中。於此，蓋板24中存在一適當的展開段60。類似於取樣管道18那樣，可存在一種經由蓋板24而延伸的管道片段，在其上方位於內容器4外部處的末端上存在一種用於該輸送媒介物管道22的終端62。該導管片段亦可視為該輸送媒介物管道22之(末端-)區段，其由外部之輸送媒介物源(source)延伸至取樣容器2且在該處以其出口64通向內室6中。
優先使用氮作為輸送媒介物/運送媒介物/驅動媒介物，其合乎目的之方式是經由適當的氮氣瓶來提供。藉助於該輸送媒介物，則可在過壓(over pressure)下相對於環境來設定該內室6(亦請繼續參閱以下第6圖和第7圖之說明)。
最後，內容器4之蓋板24在優先的構成中具有另一展開段66，其用於向內突出至內室6中的導熱管68。依據第4圖，當然亦可存在多個導熱管68，其藉助於包含在其中的熱輸送媒介物以被動方式將熱由周圍的環境導入至內室6中(此處藉由粗的箭頭來表示)。由於熱傳送至存在於/聚集於內室6之底部區中的液相較傳送至其下方的氣相更有效，則須優先地適當沿著縱向來設置該導熱管68，使其向下到達內室6之底部區中且在慣例中向內突出至液相70中。
各別的導熱管68特別可以是二相-熱-虹吸管或所謂的熱管，其中熱輸送媒介物在自然運行時在熱源 (環境)上蒸發且在散熱器(內室6)上凝結。另一方式或額外地，亦可在強制原理下使熱媒介物(大致上是蒸氣)所流過的熱管或類似物延伸至內室6中且在該處使內容物加熱以防止在氣體形式的相位中凝結。為了使熱傳輸最佳化，則在優先的構成中在取樣器2中以及在導熱片或-肋片外部都須將熱施加在導熱管68上。
存在一種封閉裝置72，用於將外室10通至內室6的流通口16在需要時封閉，較佳方式是氣動的及/或液壓的封閉裝置，特別是設有氣動氣缸。
第1圖和第3圖之實施例中，該封閉裝置72包含一圓柱形的閉鎖活塞74，其沿著中軸M可線性移動而定位在該外容器8之底部中。
於此，外容器壁14之底板76具有圓柱形的凹口，其中以媒介物密封的方式裝入一種在周圍抓握著該閉鎖氣缸/閉鎖活塞74之中空氣缸78。在下方末端上，中空氣缸78藉由一種很合適地設定的、以環形墊圈92來密封的圓柱形末端件94以壓力-和媒介物密封的方式來封閉。末端件94可像圖式一樣藉由固定螺栓96而與中空氣缸78之氣缸壁栓鎖著。此處的本實施例中，中空氣缸78具有一上(upper)氣缸區段80，須選擇其直徑，使閉鎖活塞74之活塞軸82以小的間隙導入其中且在形成一種活塞密封下可在其中來回(此處即向上和向下)導引。在下(under)氣缸區段84中，中空氣缸78之直徑較該上氣缸區段80大。向內突出至下氣缸區段84中的活塞軸82超越其總長度而具有定值的直徑A，使該下氣缸 區段84中在活塞軸82和氣缸壁108之間形成環形的中介區86。在下方末端上，一徑向突起的圓形防護板88安裝在活塞軸82之下方正面上。須測量該防護板88之直徑B，使在其和氣缸壁108之間仍保持一狹窄的、可由媒介物流過的間隙90。另一方式是，在該處可在圓柱形的活塞軸82上形成一環形的具有適當的直徑之凸起，此時大致上是在一旋轉機械中製成一閉鎖活塞74，其具有適當的外形。
在打開狀態下，該閉鎖活塞74位於下方末端位置中，該下方末端位置例如藉由一末端擋板98而界定在防護板88之下側或末端件94上，且完全下降至外容器壁14之底板76中。在此種狀態下，間隙36和流通口16開放。在關閉狀態下，該閉鎖活塞74位於上方的末端位置中，其上方的正面100封閉該流通口16。具體而言，例如一環形的密封區102在正面100內部中緊靠在該流通口16之邊緣鑲框。在此種密封區102中，有利方式是在活塞軸82中於一導槽中配置一向上方由正面100伸出的環形墊圈101。有效地覆蓋且密封該流通口16之入口的面之相關的直徑在第3圖以C表示。
在中介區86中配置一種有效地用作壓力彈簧的螺旋彈簧106，其在下方末端上支撐在防護板88之徑向突出的凸起上且在上方末端上支撐在上氣缸區段80和下氣缸區段84之間的步級上。彈簧力因此試圖將該閉鎖活塞74向下移動成打開狀態。當然，亦可使用其它適當的彈簧元件來取代該螺旋彈簧106。
為了將該閉鎖活塞74帶引至關閉狀態，則須在下氣缸區段84中在活塞和氣缸壁之間在壓力下藉由導入一種操控媒介物來設定該中介區86直至向上對準的調節力超過向下對準的調節力為止，該中介區86以壓力-和媒介物密封的方式相對於環境而封閉著。為了此目的，氣缸壁108在下氣缸區段84中須具有一鑽孔110，其外側上配置著終端112，以供導引該操控媒介物用的操控媒介物管道114來使用。在特別優先的構成中，該管道114是一種由輸送媒介物管道22分支的管道，使該輸送媒介物同時可用作操控媒介物。
作用在該閉鎖活塞74上的力詳細總結如下：若該閉鎖活塞74處於打開狀態中，則向上對準的閉鎖力是由防護板88(具有直徑B)上有效的活塞面積AB及中空氣缸78之中介區86中該操控媒介物之壓力pz之積ABpz來設定。
向下對準的開啟力由螺旋彈簧106之彈簧力FF、由上方作用在防護板88上該凸起(具有外直徑B和內直徑A)之環形面積AB-A上的力AB-Apz、以及由上方作用在該閉鎖活塞74之正面AA(具有直徑A)上的力AApU相加組合而成，其中pU是內容器4和外容器8之間該間隙36中該媒介物的壓力，其基本上設定成與環境壓力相同。
為了將該閉鎖活塞74帶引至關閉狀態，則須將中介區86中該操控媒介物之壓力pz提高一段期間，直至向上對準的閉鎖力超過向下對準的開啟力為止。在力平衡之瞬間有下述關係： ABpZ=AB-ApZ+AApU+FF
若中介區86中的該壓力被超過，則該閉鎖活塞74將向流通口16之邊緣運行且封閉該流通口16，此時由環形墊圈104(具有直徑C)達成密封作用。在流通口16關閉下，現在形成另一種力平衡，即：ABpZ=AB-ApZ+ACpI+FF
於此，pI表示內室6中之壓力，當唯一的媒介物同時有效地作為該閉鎖活塞74用的操控媒介物以及內室6中液體用的輸送媒介物時(請參閱下述)，該壓力在優先的構成中等於中空氣缸78之中介區86之壓力。
取樣容器2之作用方式以下將依據第6圖之核能技術設備中的二個典型安裝情況來詳述。
第6圖顯示核能電廠122之安全外罩120的大大地簡化之縱剖面。由安全外罩120封閉的空間亦稱為圍阻體124。在目前的情況下，二個取樣容器2舉例式地安裝於圍阻體124中且經由相關的管道系統而與一配置在圍阻體124外部的程序-和分析模組126連接。
二個取樣容器2中之每一個都會經由各別的終端56而連接著一取樣管道18，其經由安全外罩120而延伸至程序-和分析模組126。二條取樣管道18在此處顯示的範例中合併成一共同的排出管道128，可藉由一安裝在合併位置處的轉接閥130來設定，該轉接閥130使用於二個取樣容器2。此外，每一管道區段可分別由一阻塞閥132來封閉，該阻塞閥132有利的方式是直接配置在安全外罩120之出口的後方。
以類似的方式，二個取樣容器2中之每一個都經由終端62而連接著一條自程序-和分析模組126而來之輸送媒介物管道22，其經由安全外罩2而延伸。具體而言，此處的實施例中形成一共同的導入管道134，其在管道分支136分成二個子區段。此處，在適當位置處亦存在阻塞閥138。
由各別的輸送媒介物管道22在管道分支140分叉出一管道，其與取樣容器2之終端112連接且用作操控媒介物管道114。優先設定成輸送媒介物的氮氣因此具有二種功能，此時氮氣同時作為該閉鎖活塞74用的操控媒介物。連接在該輸送媒介物管道22中，即，管道分支140和終端62之間的管道區段中，的節流圈142使輸送-/操控媒介物在輸送時作用在該閉鎖活塞74上的操控壓力較該內室6中有效的輸送壓力更快速地形成。
亦可使用另一種輸送-/操控媒介物，特別是鈍氣，來取代氮，該鈍氣儘可能少地與待取出的樣品交互作用且各種測量未偽造。
程序-和分析模組126包含一可與取樣管道18連接的、用作抽吸泵的真空泵150，以便需要時在取樣管道18中產生欠壓且因此亦在取樣容器2之內室6中產生欠壓。在此種方式的抽吸過程中，調整一種由取樣容器2至程序-和分析模組126之媒介物流/樣品流。這在一定程度上是標準情況，此處選取的用於入口/出口等等的名稱係與標準情況有關。此外，程序-和分析模組126包含一種用於清洗液154的存貨容器152，其可以一種 方式來與取樣管道18連接，使真空泵150在關閉或未耦接時可藉助於一輸送泵156將該清洗液154經由取樣管道18-與取樣時的流動方向成反向-朝向該取樣容器2而輸送至其內室6中。該清洗液154優先是一種鹼性液體，特別是添加鹼性試劑的似水之液體，其輸送碘沈積物。
此外，程序-和分析模組126包含一存貨容器，以便需要時供導入至對應的導入管道134中的輸送媒介物/操控媒介物使用，所述媒介物較佳是以氮的形式存在著，氮在壓縮氣體面158(氮瓶)中於高壓下靜止地貯存著。於是，不需要輸送泵或類似物。經由連接在管道系統中的減壓器和調節閥，則取樣容器2中有效的壓力可依據實際需要來調整且情況需要時進行再調整。
此外，程序-和分析模組亦可具有用於化學劑的存貨容器160和輸送泵，其在需要時對圍阻體124中的大氣或泥坑槽162中的液體或經由安全外罩120而延伸的各別導入管道上之類似物的化學處理而言係安裝在圍阻體中。經由此種導入管道及/或各別的返回管道164，則需要時亦可將取出的樣品送回至圍阻體124中。
最後，程序-和分析模組包含不同的設備，其用於預處理、化學的/物理的/放射學的分析且情況需要時用於暫時儲存或保存由圍阻體取出的樣品。例如，液體形式或氣體形式的樣品導入至各別的迴路(loop)中且在其中稀釋。又，此系統可設有：測量裝置，用於核素特有之活性測量，特別是線上(on-line)-測量的形態(on-the-fly)；以及用於決定氣體成份的測量裝置。在液 體樣品迴路內部中亦優先存在著一種用於pH-值-測量的探針。
程序-和分析模組126之控制單元較佳方式是具有自給自足的電流供應器，該控制單元一方面藉由不同的阻塞-和調節閥且經由控制真空泵150之驅動合併來控制上述取樣及輸送-/操控媒介物的供應。另一方面亦可控制各種不同的輔助-和添加物合併。該測量-和評定裝置166之控制亦可整合在設備控制器中或另一方式是轉移至各別的控制單元中。通常，程序-和分析模組126可模組化地構成且需要時可擴大以增加不同的功能單元。基本模組例如只接管取樣所需的組件，即，真空泵，之供應和控制、氮供應和情況需要時清洗液之輸送，其它功能則轉移至附加模組中。基本模組之上述的部份功能同樣可各別地被提供。
第6圖之實施例中，二個取樣容器2之一係用於在圍阻體2中由大氣161取出氣體-和氣態懸膠體樣品且因此安裝在足夠的高度中。利用更下方的、安裝在液體水位168下方的取樣容器，將液體樣品由泥坑/泥坑槽162中取出。
為了以二個取樣容器2之位於上方者來取出氣體樣品，首先在流通口16打開時經由取樣管道18和上升管20使來自程序-和分析模組126之存貨容器152的清洗液154導入至內室6中。由於施加在內室6上的過壓，使該清洗液154經由流通口16而流至外室10中。然後，內室6中的壓力下降至一種程度，使該清洗液154 的一部份經由具有文氏管噴嘴50的流通口16而流回至內室6中。結果，至少在該外室10之底部區中且亦在該內室6之底部區中形成一種由清洗液154構成的液體圓柱。因此，此系統預備用於特定的取樣。
藉助於真空泵150使取樣管道18中的壓力繼續減少，則大氣之空氣由圍阻體124經由流通口26而流至外室10中且由該處經由具有文氏管噴嘴50之流通口16-經由清洗液154-而流至內室6中。空氣之水溶性的成份溶解於清洗液154中。同樣，空氣流中一起運行的氣態懸膠體儲存於清洗液154中。非水溶性的氣體形式之成份經由上升管20向上且經由取樣管道18而抽出以及傳送至程序-和分析模組126之測量-和分析設備166。
在上述過程的期間，藉助於導熱管68以環境的熱量來對內室6中的清洗液154進行被動式加熱，使凝結最小化。
此外，經由取樣管道18之流量是由過臨界地(over critically)受到滾流的節流圈58保持固定，節流圈58在取樣管道18中位於取樣容器2之直接相鄰處。
藉助於程序-和分析模組126中的壓力測量，可決定圍阻體124中的大氣壓力。此壓力於此是靜態的，即，測量時未流動。此外，圍阻體124中的溫度藉由適當的感測器而測得。於是，可決定該圍阻體124中的水蒸氣分壓。藉由流經取樣管道18之已測得的流量及過臨界的流動之分析而得之流量的比較，可決定輸送路徑上凝結出來的水蒸氣份量。藉此，可測得流經清洗 液154之氣體流，且存在於清洗液154中的活性可與體積(Bq/m3)有關。
經由上述措施，此系統不須對氣體取樣用的取樣管道18/128加熱。
在氣體取樣之後，藉助於該閉鎖活塞74使流通口16封閉。於此，就像已詳述者那樣，該閉鎖活塞74之中介區86經由該操控媒介物管道114-藉由導入欠壓下的氮-而被施加壓力，直至該閉鎖活塞74向上運行成關閉狀態為止。由於在該操控媒介物管道114和該輸送媒介物管道22中形成分叉的、氮導引用的導入管道134中壓力繼續升高，則須經由該輸送媒介物管道22來對內室6施加壓力，使經由上升管20取出的由清洗液154構成的液體樣品作為瓶塞以經由取樣管道18來輸送。有效地作為該輸送媒介物的氮以一定程度將瓶塞移動至其前。以此方式，亦可經由100米之較大距離或更大的距離以永久有效的輸送壓力將液體樣品輸送至程序-和分析模組126，在該處特別是對先前隨著來自圍阻體大氣的氣體而流動時存入的、承載著空氣的活性(氣態懸膠體)進行分析。
在藉由氮墊來輸送的期間，真空泵150以有利的方式關閉/未與取樣管道18耦接，但另一方式是亦可一起運行。
已評定的樣品然後可繼續經由返回管道164而輸送回到圍阻體124中。
在取樣完成後，此系統可藉由氮引導用之管道22、114之壓力減經且情況需要時可藉由清洗液之返回清洗而設定成原始狀態且用於重新取樣。
第6圖下方在液相/液體170中配置在圍阻體124之泥坑槽162中或配置在其它槽中的取樣容器2(“池取樣器”)是與上方配置在氣相/大氣161中的取樣容器2構造相同且亦以相同方式經由相關的管道系統而連接至程序-和分析模組126。為了直接由存在於槽中的液體170取樣，則須在取樣管道18上施加輕微的欠壓，使液體170可由外室10流至內室6中。該欠壓可藉由配置在程序-和分析模組126中或配置在其它位置處的真空泵150來產生。然後，就像先前對另一取樣容器2所述那樣藉由以氮達成的壓力施加使該閉鎖活塞74被引導成關閉狀態且因此使內室6封閉。經由輸送媒介物管道22以氮達成內室6的壓力施加，則最後可將液體樣品經由取樣管道18輸送至程序-和分析模組126。
樣品可特別由泥坑中或槽中沸騰的液體170取出且隨著氮來輸送。輸送壓力於此調整成大於泥坑中液體170之飽和蒸氣壓。
由沸騰的槽/池進行取樣用的上述系統的另一形式以沸水式反應器之冷凝室180之範例顯示在第7圖中。由於此處未由氣相/大氣161取樣，則以液體170來填充以便在取樣容器2之內室6中產生較小的欠壓即已足夠。於此，一種氣體噴射泵即已足夠。
具體而言，此處的實施例中連接至取樣容器2之取樣管道18經由冷凝室180之壁及/或經由安全外罩而延伸至程序-和分析模組126。在該處，取出的液體樣品流經一種由控制單元196控制/監視的測量模組182以決定pH-值且-由氮管道190運送的氮墊來驅動-然後經由返回管道184輸送回到冷凝室180中。例如藉由噴嘴186在需要時使由存貨容器188中取出的化學試劑，例如，碳酸氫鈉浸液，注入至回流(reverse flow)中以影響/調節該池液體170之pH-值。該返回管道184之出口末端優先構成為注入式噴嘴/注入式噴射器210，其中噴入的媒介物流將周圍的池液體170一起拖走且起旋渦以達成混合和均勻化的目的。
在取樣容器2以池液體170來填充時為了在取樣容器2中短時間就產生欠壓，須設置一種噴射泵192，其連接在取樣管道18中或如此處顯示者那樣連接在返回管道184中。優先使用氮作為噴射泵192用的輸送媒介物，氮是經由壓縮氣體瓶158來提供。在特別優先的構成中，由氮管道190分叉出一條分支管道194，其連接至噴射泵192之輸送媒介物終端。藉由適當配置的定位-和調節閥，則可在不同的操作模組之間轉接。
2‧‧‧取樣容器
4‧‧‧內容器
6‧‧‧內室
8‧‧‧外容器
10‧‧‧外室
12‧‧‧內容器壁
14‧‧‧外容器壁
16‧‧‧流通口
18‧‧‧取樣管道
20‧‧‧上升管
22‧‧‧輸送媒介物管道
24‧‧‧蓋板
26‧‧‧流通口
28‧‧‧凸緣
30‧‧‧固定螺栓
32‧‧‧密封環
36‧‧‧間隙
38‧‧‧底板
40‧‧‧噴嘴管
42‧‧‧流動通道
44‧‧‧入口
46‧‧‧出口
50‧‧‧文氏管噴嘴
52‧‧‧入口
54‧‧‧出口
56‧‧‧出口
60‧‧‧展開段
62‧‧‧終端
64‧‧‧出口
66‧‧‧展開段
68‧‧‧導熱管
72‧‧‧封閉裝置
74‧‧‧閉鎖活塞
76‧‧‧底板
78‧‧‧中空氣缸
82‧‧‧活塞軸
86‧‧‧中介區
92‧‧‧環形墊圈
94‧‧‧末端件
96‧‧‧固定螺栓
106‧‧‧螺旋彈簧
108‧‧‧氣缸壁
110‧‧‧鑽孔
112‧‧‧終端
114‧‧‧操控媒介物管道
M‧‧‧中軸

Claims (19)

  1. 一種用於獲得環境樣品的取樣容器(2)，具有：●一由外容器壁(14)包圍的外室(10)，其經由至少一配置在外容器壁(14)中的流通口(26)而與環境直接似流動地連接著，且至少在底部區中以液體來填充，●一由內容器壁(12)包圍的內室(6)，其經由一配置在內容器壁(12)中的流通口(16)而與外室(10)之底部區流動地連接著，內室(6)具有一用於取樣管道(18)的終端(56)以及一用於輸送媒介物管道(22)的終端(62)且另外以壓力-和媒介物密封的方式針對環境而封閉著，●一可以氣動或液壓來操控的封閉裝置(72)，其用於外室(10)和內室(6)之間的流通口(16)且具有用於一操控媒介物管道(114)的終端(112)。
  2. 如請求項1之取樣容器(2)，其中該封閉裝置(72)具有一在中空氣缸(78)中在打開狀態和關閉狀態之間移動的閉鎖活塞(74)。
  3. 如請求項2之取樣容器(2)，其中存在一彈簧元件(106)，其將靜止狀態中的該閉鎖活塞(74)帶引至打開狀態，且在該操控媒介物有足夠壓力時該閉鎖活塞(74)扺抗該彈簧元件(106)之力而移動成關閉狀態。
  4. 如請求項1至3中任一項之取樣容器(2)，其中該封閉裝置(72)配置在該外容器壁(14)之底板(76)中。
  5. 如請求項1至4中任一項之取樣容器(2)，其中由該外室(10)至該內室(6)之流通口(16)形成為文氏管噴嘴(50)。
  6. 如請求項1至5中任一項之取樣容器(2)，其中該取樣管道(18)用之終端(56)是與向內突出至內室(6)中的上升管(20)連接著。
  7. 如請求項1至6中任一項之取樣容器(2)，其中存在著至少一向內突出至內室(6)中的導熱管(68)，以將熱由環境輸送至內室(6)中。
  8. 一種具有如請求項1至7中任一項之取樣容器(2)的取樣系統(200)，其內室(6)連接著一與真空泵(150、192)連接的取樣管道(18)及一與壓縮氣體源(158)連接的輸送媒介物管道(22)，且其封閉裝置(72)連接著一與壓縮氣體源(158)連接的操控媒介物管道(114)。
  9. 如請求項8之取樣系統(200)，其中該操控媒介物管道(114)由該輸送媒介物管道(22)分叉出來，使該輸送媒介物可同時有效地作為該封閉裝置(72)用的操控媒介物。
  10. 如請求項8或9之取樣系統(200)，其中該輸送媒介物是氮氣。
  11. 如請求項8至10中任一項之取樣系統(200)，其中在該取樣管道(18)中連接一過臨界地受湧流之節流圈(58)，使流經該取樣管道(18)之體積流量保持定值。
  12. 如請求項8至11中任一項之取樣系統(200)，其中該真空泵是噴射泵(192)。
  13. 一種具有安全外罩(120)且具有如請求項8至12中任一項之取樣系統(200)的核能電廠，其特徵為：在該安全外罩(120)內部中配置至少一取樣容器(2)，且在該安全外罩(120)外部中配置相關的程序-和分析模組(126)。
  14. 一種如請求項8至12中任一項之取樣系統(200)的操作方法，其特徵為：在外室(10)和內室(6)之間的流通口(16)打開時，藉由施加一種欠壓至該取樣管道(18)以抽吸氣體樣品。
  15. 如請求項14的操作方法，其中該氣體樣品在由外室(10)投入至內室(6)時由清洗液(154)來導引。
  16. 如請求項15的操作方法，其中該清洗液(154)在取樣之前經由取樣管道(18)而導引至取樣容器(2)中。
  17. 一種如請求項8至12中任一項之取樣系統(200)的操作方法，其特徵為：在外室(10)和內室(6)之間的流通口(16)關閉時，藉由施加一種過壓至該輸送媒介物管道(22)，使經由該取樣管道的液體樣品受到壓力。
  18. 如請求項14至17中任一項的操作方法，其中為了取出氣態懸膠體樣品，首先須藉由清洗液(154)將氣體樣品導入至取樣容器(2)中且然後由該清洗液(154)中取出液體樣品。
  19. 如請求項14至18中任一項的操作方法，其中為了關閉該封閉裝置(72)而對該操控媒介物管道(114)施加壓力。
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