專利名稱：用于過濾攜帶懸浮顆粒和/或氣態(tài)碘的氣流的過濾設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于過濾負載有放射性懸浮顆粒和/或氣態(tài)的放射性碘的氣流的過濾設備，其包括一個密封地封閉的外罩，所述外罩具有至少一個原氣進口、凈氣出口和至少一個包含過濾介質的過濾件，所述過濾件這樣布置在所述外罩中，使得待過濾的氣流會由所述至少一個原氣進口僅通過所述過濾件到達所述凈氣出口。
背景技術：
上述類型的過濾設備已知有很多種類并且被應用到核技術中的大量應用領域，其中，過濾設備必須滿足與應用領域相應的要求。在熔芯事故中，通過使反應堆的第一冷卻回路中的冷卻水蒸發(fā)以及反應堆基座內的混凝土的損壞，能夠產(chǎn)生大量水蒸氣和大量不可凝結的氣體，所述氣體會導致在圍繞著反應堆和第一冷卻回路的元件的安全殼內構成壓力。根據(jù)技術目前的現(xiàn)狀，對于德國建構類型的壓水反應堆而言，所述反應堆在發(fā)生熔芯事故的情況下約在4到5天后達到安全殼的為9巴的失效壓力。那么，在安全殼的環(huán)境中-由于簡單的、沒有其他的外部措施而進行的離析過程-僅仍然存在原來由熔芯構成的放射性懸浮顆粒的數(shù)量中的極小部分。繼切爾諾貝利事故之后，為了防止由于安全殼的突然失效而不受控地釋放出殘余放射性并且進一步降低被釋放的放射量，德國所有的核電站均配備有安全殼的卸壓過濾裝置。特別是對于在熔芯事故中存在于安全殼內的極端條件、氣體溫度高達160°C并且壓力達到9巴的情況下，由當時的卡爾斯魯厄核研發(fā)中心研發(fā)出一種過濾系統(tǒng)-所謂的干燥過濾法-由此能夠數(shù)量級地降低由放射性懸浮顆粒和氣態(tài)的放射性碘造成的環(huán)境壓力。干燥過濾法是一種完全被動的系統(tǒng)，通常是由下述部分構成:-用于截留氣載的放射性懸浮顆粒的金屬纖維過濾器；-特殊裝備的分子濾網(wǎng)沸石，用于氣態(tài)放射性碘及其有機化合物的化學吸附。在熔芯事故中，安全殼的處于壓力之下的氣體-蒸汽-混合物通過高效的事故過濾器被導進排氣器中。卸壓避免了安全殼由于過壓而失效，過濾系統(tǒng)則保護環(huán)境不受到氣載的放射性懸浮顆粒和碘化合物的影響。在將顆粒狀和氣態(tài)的放射性有害物質截留在事故過濾器內的過程中，就存在導出衰變熱能的熱量的必要性，其中，在過濾系統(tǒng)中不能夠超過550°C的極限溫度。德國高壓水反應堆的衰變熱能功率如下:懸浮顆粒:2KW氣態(tài)碘:5KW對于國外構建類型和其他反應堆構建類型的沸水反應堆、高壓水反應堆而言，要從事故過濾器中導出的衰變熱能功率可能為200KW及以上。為了也覆蓋這種要求特性，需要對現(xiàn)有的過濾系統(tǒng)進行改造。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于拓展前述類型的過濾設備，其特征在于更高的散熱性能。所述技術問題通過至少一個管件解決，所述管件這樣從第一穿透截面至第二個穿透截面(所述第二個穿透截面在垂直方向上看來位于所述第一穿透截面的上方)穿過外罩，使得所述管件的整個內室僅與圍繞著過濾設備的周圍空氣發(fā)生接觸。所述管件在其上穿過外罩的接合處被密封地封閉，所述過濾設備的內室和所述至少一個管件的內室由此成為兩個完全分開的空間。其中，所述至少一個管件可齊平地與外罩相連或者伸出外罩。根據(jù)本發(fā)明，過濾設備周圍明顯更冷的流體(所述流體可能是周圍空氣或者氣體混合物、然而也可能主要是一種液體)在用作為冷卻通道的管件內被引導穿過過濾設備，其中，留在管件內的周圍空氣在所述過濾設備的外罩上受熱并且向著更高的第二穿透截面的方向上升，由此形成對流并且冷卻的周圍空氣不斷通過管件溢流。所述至少一個管件的定向在此并不重要，唯一的要求是，所述管件的與第二穿透截面相配屬的末端從測量學角度而言要被布置得比所述管件的與第一穿透截面相配屬的末端更高，受熱的周圍空氣由此能夠上升。那么，冷卻的周圍空氣就持續(xù)地流過所述至少一個作用如煙囪的管件，其中，不斷使外罩及位于該外罩內的過濾件降溫。通過所述至少一個管件的布置，擴大了過濾設備中用于冷卻的表面，表面積-體積比由此增加并且明顯利于熱量的輸出。根據(jù)本發(fā)明的過濾設備的特點尤其是在于其可靠性，因為冷卻的工作原理是基于天然的重力。當所述至少一個管件為垂直定向時，就出現(xiàn)了一種最佳的冷卻循環(huán)，其中，所述管件的下方的輸入面與所述過濾設備的支承面之間具有間距。所述下方的輸入面與所述安裝面之間的間距對于所需要的空氣循環(huán)是不可或缺的。優(yōu)選沿著所述過濾件布置多個相互間隔的管件。由于多個管件，就明顯使過濾設備的用于冷卻的表面變大，其中，在那些過濾設備中的放熱達到最大、即在過濾件周圍的位
置處設置管件。另外，如果沿著過濾件布置的管件分別相對于其相鄰的管件而言在過濾設備的縱向上來看錯移一定的錯移量，根據(jù)本發(fā)明的過濾設備就非常有利，其中，優(yōu)選這樣來選擇所述錯移量，使得相鄰管件的截面中心點相互之間的間距為所述管件直徑的至少四分之一、優(yōu)選至少三分之一、進一步優(yōu)選為二分之一來。通過所述錯移量，管件相互之間由此可被放置得更加“緊密”并且通過這種方式一方面也增加了其數(shù)量。這種布置的前提條件是:各個管件的管壁不會由于相互之間的相對錯位而相互封堵，進而不會封堵待要過濾的氣流的通道。由于該錯移量，由多個管件所構成的系統(tǒng)在過濾級之間分別仍然保持通氣，而不會引起明顯的節(jié)流效應。另一方面，管件的通過其相互錯位而能夠實現(xiàn)的緊湊布置也有利于導出過濾設備中的熱輻射。這是由于，錯移的管件的系統(tǒng)在各個過濾級之間基本是“不透光的”(blickdicht),這就是說,要由過濾件向與其相鄰的過濾件的方向福射的熱福射必然到達一個管件上，該管件能夠排除這部分熱能?？赏ㄟ^這種方式基本避免了過濾件由于熱輻射而直接地相互受熱?？赏ㄟ^焊接接合實現(xiàn)所述至少一個管件與外罩之間非常簡單且持久的連接。所述至少一個管件可具有圓形、三角形或者四邊形的截面，其中，也可設備其他各種截面形狀。另外可能有利的是，所述至少一個管件的管壁在其長度上來看具有波形。管件的上述構造形式一方面賦予了與平壁管件相比更高的靈活性，因此，由于與溫度相關的膨脹而作用于固定管件的外罩壁上的力就更小。另一方面，增加了管件的外表面的表面積。這尤其是對于每個管件的熱傳輸非常有利，并且由此對于根據(jù)本發(fā)明的過濾所能夠實現(xiàn)的、有效的冷卻功率也有積極作用。 在另一種有利的造型中，所述至少一個管件的外表面涂覆有黑色涂層。這就提高了其管件相對于熱輻射的吸收能力，這產(chǎn)生的結果是，所述管件會吸收并且接著導出更多的熱輻射。通過這種方式，這種管件就很好地適用于從過濾設備中導出盡可能多的熱能。為了進一步提高過濾設備的可用于冷卻的表面，如果所述至少一個管件在其至少一部分長度上具有自內部的表面起向管件的內部延伸的肋片或者突出物，則尤為有利。根據(jù)如本發(fā)明的過濾設備的一種有利造型，在氣流的流動方向上來看在過濾件的后面布置由管件構成的支承元件。那么，所述管件就滿足了雙重功能，所述雙重功能一方面在于，改進過濾設備的冷卻，另一方面反作用于過濾件由于流入的氣流而引起的撓曲。過濾件的撓曲風險尤其是由于下述原因而存在的，即因為流入的氣流會向過濾件施加越來越大的壓力，這是由于其空隙在過濾設備的運行中會越來越多地被填進所過濾的顆粒。如果過濾介質是由金屬纖維網(wǎng)構成，那么，所述過濾設備就適用于在高壓差和高溫下截留大負載量的氣載的、放射性懸浮顆粒。如果需要截留氣態(tài)放射性碘及其有機化合物，過濾介質就由特殊裝備的、用于化學吸附的分子濾網(wǎng)-沸石構成。具有金屬纖維網(wǎng)的過濾設備可與一種包括一系列分子濾網(wǎng)的過濾設備相連接，其中，兩種設備可有選擇性地直接前后地相連接或者是前后間隔地相連接。根據(jù)本發(fā)明的過濾設備的一種擴展設計規(guī)定，兩個或三個過濾件(分別包括一系列延其布置的管件)在氣流的流動方向上看來前后串聯(lián)。其中，重要的是，第一個(在氣流的流動方向上來看)過濾件具有比其后的過濾件更加粗糙的濾料。最后，如果所述至少一個管件從所述外罩的正面上伸出，以提高煙囪效果，由此提高冷卻空氣的體積流量，則很有利。因此，所述管件的輸出面的測量學高度要比所述外罩的上表面更高。其中，所述管件可被構造為一件式并且以其全長安裝在過濾設備中。然而，為了簡化過濾設備的運輸和內置，可能很有效的是，將另一個管子設置到與所述外罩齊平地相連的管件上，因此，所述管件最終是由兩個或多個管子組成的。


下面借助根據(jù)本發(fā)明的過濾設備如附圖中所示的實施例進一步闡述本發(fā)明。其中:圖1為根據(jù)本發(fā)明的過濾設備的俯視圖或者說水平剖面圖；圖2為穿過如圖1的過濾設備的垂直剖面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的過濾設備的一種備選方案的俯視圖或者說水平剖面圖；圖4為穿過另一種根據(jù)本發(fā)明的過濾設備的垂直剖面圖；以及圖5為另一種根據(jù)本發(fā)明的過濾設備的俯視圖。
具體實施例方式在圖1中，一半示出了根據(jù)本發(fā)明的過濾設備I的俯視圖，另一半示出了其水平剖面圖。過濾設備I具有近似為方形的、具有矩形截面的外罩2，六個具有由金屬纖維構成的濾料的過濾件3a、3b、3c、3d、3e、3f相互平行且具有間距地布置在所述外罩內，所述過濾件分別圓形地密封地支承在同樣圓形地設置的外罩2的托架4上，并且由此分別封閉了外罩2的截面。過濾件3在托架4上的準確設置可以傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)，為了簡便起見，而并未在附圖中予以示出。過濾件3在截面上具有鐮刀的形狀，因此，其沿著托架4具有極小的厚度，而其在中心則被構造得更厚。在外罩2的中心、即在第三過濾件3c與第四過濾件3d之間設有凈氣體室5，所述凈氣體室具有寬度B和高度H，并且在一側上設有凈氣出口 6。過濾件3c、3d并未在凈氣體室5的整個高度H上延伸。尤其是兩個過濾件3c、3d的下方末端35被布置為與凈氣體室的底面37之間具有間距36。在兩個過濾件3c、3d的原料氣側與凈氣體側之間、由該間距36所形成的“梯級”需要在原料氣可能冷凝在過濾件3c、3d上的情況下防止被污染了的冷凝物溢出進入凈氣體室5中。以自外罩2的兩個與過濾件3平行定向并且相對設置的側面7為起點，所述側面被構造為原氣進口 8并且具有在側面7上分布的開口(其中心軸通過圖1中的短線9標示)，待過濾的氣流(箭頭10)由兩側流向凈氣體室5并且由此穿過六個過濾件中的三個過濾件，這就是說，要么是過濾件3a、3b、3c或者是過濾件3f、3e、3d,其中，兩個朝向外部A的過濾件3a、3f被構造為預-預濾器，兩個居中的過濾件3b、3e被構造為預濾器，兩個朝向凈氣體室5的過濾件3c、3d被構造為凈濾器。因此，過濾設備I的結構相對凈氣出口 6的中線11呈鏡像對稱。同樣也可設想預-預濾器、預濾器、凈濾器的布置的備選方案，設置更多或更少的預濾級和/或從空間上“校正”預濾級-例如預濾器的那些預濾級，這就是說，將本實施例中所示的預濾器3a、3f分成兩個在氣流的流動方向上先后連接的過濾級。為了避免在過濾設備I的外部A中可能明火進入過濾設備I中，在原氣進口 8的外側上分別布置一個預燃室，待過濾的氣流僅能夠由打開的上側和打開的下側進入所述預燃室中。在開口前面在外罩2的高度34上延伸的導向元件13分別以C型件的形式布置在原氣進口 8的內側上，待過濾的氣流可僅在其打開的上側和下側上以及在附圖中不可見的、在所述C型件與所述外罩之間存在的側面縫隙中從所述導向元件進入過濾設備I中。因此，氣流會自外部A首先流進預燃室12中，然后通過開口流進導向元件13中并且最后流進過濾設備I中。在氣流的流動方向上來看，一排七個在截面上呈矩形的管件14位于每個過濾件3的后面。根據(jù)附圖1中所示的實施例，管件14為垂直走向并且在上方和下方的側面(在圖2中可見)上穿過過濾設備I的外罩2。支承元件15直接設置在過濾件3的后面、也就是說在過濾件3與管件14之間，對于來自待過濾的氣流的載荷，所述支承元件支承著過濾件3。圖2示出了圖1中穿過根據(jù)本發(fā)明的過濾設備I的垂直剖面圖，所述過濾設備借助由兩個U型件17的腹板16構成的、下方的外罩面18定位在附圖中未示出的支承面、例如底板或者基座上，所述外罩面18構成了過濾設備I的放置面19。如從圖2中可以清楚看到的，管件14從第一個下方的穿透截面20朝向在過濾設備I的外罩2上的第二個上方的穿透截面21延伸，其中，管件14的整個內部僅僅與周圍流體或者說周圍空氣發(fā)生接觸。所述管件14不僅在上方的外罩壁22上，而且還在下方的外罩壁23上齊平地與外罩2相接，其中，下方的外罩壁23在放置面19周圍具有梯級24。過濾設備I的周圍空氣位于管件14內，其中，周圍空氣在過濾設備I的運行中也被過濾設備I中所存在的熱量加熱并且形成自然的對流，其中，周圍空氣不斷通過管件14的輸入面25流入，周圍空氣通過管件14的輸出面26而離開管件14。在管件14的輸入面25與過濾設備I的支承面之間存在間距a，該間距確保了周圍空氣不受阻礙地溢流。通過附圖中未示出的、用于連接過濾設備I與建筑物的轉接器設計，形成了明顯更加利于流進管件14的條件。周圍空氣的流動通過箭頭27標示。另外，從圖2中可以看出原氣進口 8及其預燃室12、外罩壁內的開口和導向元件13的結構，其中，所述預燃室12(不僅從外罩2的上方伸出，也從外罩2的下方伸出)具有上方和下方的輸入面28。待過濾氣流的流動通過箭頭29標示。為了確保待過濾氣流不受阻礙地流入，預燃室12的下方的輸入面28必須與位于其下方的底部之間具有足夠的間距，其中，例如當過濾設備I僅在其中心區(qū)域被定位在基座上時，就會形成這種情況。導向元件13在外罩2的高度34方向上延伸，其中，其分別與外罩2以及與原氣進口 8之間具有縫隙形式的間距，待過濾的氣流由此能夠流進過濾設備I中。在如圖2的垂直剖面圖中，過濾件3也具有鐮刀形狀的截面。圖3涉及第二種根據(jù)本發(fā)明的過濾設備I/，該過濾設備與過濾設備I的不同之處在于不同設計的管件14'，其中，圖3中為過濾設備I'的水平剖面圖以及俯視圖。所述管件14'具有菱形的截面并且以其四個棱邊中的一條棱邊分別沿著過濾件3延伸，由此能夠支承后者并且放棄使用單獨的支承元件。因此，管件14'除了滿足冷卻功能以外，還另外滿足支承過濾件3的功能。過濾設備I'的其余結構在大小和整體上與如圖1的過濾設備I相符。在如圖4所示的另一種構型變型中，所示過濾設備I"具有管件14"。其與前面所述的管件14、14'不同之處在于管件14"的管壁30的造型。所述管件14"沿著該管件14"的縱向具有波形。這種管件也被稱為“波形管”。其一方面提供了由于這種波形而決定的更高的靈活性。另一方面，與上述具有基本為“平滑”的管壁的管件14、14'相比，波形管件14"的外表面具有明顯更大的表面積。這對于熱量傳輸而言尤其有利，因為會由于更大的表面積而通過對流明顯改進熱交換。為了改進通過輻射的熱量傳輸，管件14"優(yōu)選另外設有黑色涂層，從而使該管件14"最大程度地吸收到達其的熱輻射，由此更好地適于繼續(xù)引導熱能、進而將熱能從過濾設備I"中導出。
另外，如圖5所示的、根據(jù)本發(fā)明的過濾設備I"的實施變型也利于更好地通過熱輻射傳輸熱量。該實施變型具有多個管件14"，所述管件分別具有直徑D約為6cm的圓形截面。與上述過濾設備1、1,、1"相比，這里所布置的管件14"，無論是數(shù)量，還是其類型都非常有利。后者被布置為分別相互錯移，其中，垂直于寬度方向31看來,管件14"'的截面的截面中心點32相互之間分別具有錯移量33，該錯移量等于其直徑D的一半，即約為3cm。通過管件14"'的錯移布置，那么，在過濾設備I"'的寬度B上看來，就可在每個過濾級之前設置更多的管件14"'。通過上述錯移的布置，尤其是由管件14"'在過濾件3之間構成了一種“不透光的壁面”，這就導致來自過濾件3的熱輻射的絕大部分都會到達管件14"，，所述管件14"，然后可將熱能從過濾設備I"，中導出。因此，通過根據(jù)本發(fā)明的管件14"，的這種錯移并且由此也“增密”的布置，結果可進一步提高過濾設備I"，的冷卻效果。標注說明1，1'，1"，1"，過濾設備2 外罩3過濾件4 托架5凈氣體室6凈氣出口7 側面8原氣進口9 線條10 箭頭11 中線12預燃室13導向元件14，14'，14"，14" 1 管件15支承元件16凸出部17U 型件18下方的外罩面19安裝面20下方的穿透截面21上方的穿透截面22上方的外罩壁23下方的外罩壁24 梯級25輸入面26輸出面27 箭頭
28輸入面29 箭頭30 管壁31寬度方向32截面中心點33錯移量34高度(外罩2)35下方末端36 間距37 底面a 間距A外部區(qū)域B 寬度D 直徑H高度(原料氣室5)
權利要求
1.一種用于過濾攜帶有懸浮顆粒和/或氣態(tài)放射性碘的氣流的過濾設備(I，r，1"，I"')，包括密封地封閉且具有至少一個原氣進口(8)、凈氣出口(6)和至少一個包含過濾介質的過濾件(3)的外罩(2)，所述過濾件這樣被布置在所述外罩(2)中，使得待過濾的氣流從所述至少一個原氣進口(8)僅通過所述過濾件(3)到達所述凈氣出口 ￠)，其特征在于，至少一個管件(14，14'，14"，14"，)，所述管件這樣從第一穿透截面(20)至第二穿透截面(21)地穿過所述外罩(2)，第二穿透截面(21)在垂直方向上看位于所述第一穿透截面(20)的上方，使得所述管件(14，14'，14"，14"，)的整個內腔僅與圍繞著所述過濾設備(1，1'，1'，1" / )的周圍流體發(fā)生接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的過濾設備(1，I'，1"，1"/ )，其特征在于，所述至少一個管件(14，14'，14"，14"')為垂直定向，其中，所述管件(14，14'，14"，14"')的下方的輸入面(25)與所述過濾設備(1，1'，1"，1"')的放置面之間具有間距(a)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的過濾設備(1，I'，1"，1"，)，其特征在于，沿著所述過濾件(3)布置多個相互間隔的管件(14，14'，14"，14"')。
4.根據(jù)權利要求2所述的過濾設備(1，I'，1"，1"')，其特征在于，沿著所述過濾件(3)布置的管件(14"')分別相對于其相鄰的管件(14"')而言在過濾設備(I"')的縱向上來看以錯移量(33)錯開，其中，優(yōu)選這樣來選擇所述錯移量(33)，使得相鄰管件(14"')的橫截面中心點(32)之間的間距為所述管件(14"')的直徑⑶的至少四分之一、優(yōu)選至少三分之一、進一步優(yōu)選至少二分之一。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的過濾設備(1，I'，1"，1"')，其特征在于，所述至少一個管件(14，14'，14"，14"')通過焊接接合與所述外罩(2)相連。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的過濾設備(1，I'，1"，1"')，其特征在于，所述至少一個管件(14，14'，14"，14"，)具有圓形、三角形或者四邊形的橫截面。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的過濾設備(I")，其特征在于，所述至少一個管件(14〃 )的管壁(30)在其長度上看具有波形。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的過濾設備(1，I'，1"，1"，)，其特征在于，所述至少一個管件(14，14'，14"，14"')的外表面涂覆有黑色涂層。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的過濾設備，其特征在于，所述至少一個管件在其至少一部分長度上具有自內表面起向管件內腔延伸的肋片或者突出物。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的過濾設備(I')，其特征在于，在氣流的流動方向上看來，在所述過濾件(3)的后面布置由管件(14')構成的支承元件。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的過濾設備(1，I'，1"，1"，)，其特征在于，所述過濾介質由金屬纖維網(wǎng)構成。
12.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的過濾設備(1，I'，1"，1"，)，其特征在于，所述過濾介質由分子濾網(wǎng)-沸石構成。
13.根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的過濾設備(1，I'，1"，1"，)，其特征在于，在氣流的流動方向上看來，兩個或三個過濾件(3)連帶各自的在其附近成排布置的管件(14，14'，14"，14"')前后串聯(lián)。
14.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的過濾設備，其特征在于，由所述外罩的內部看來，所述至少一個管件突伸出該外罩的上側面和/或下側面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于過濾負載有放射性懸浮顆粒和/或氣態(tài)的放射性碘的氣流的過濾設備(1)，其包括密封地封閉的外罩(2)，所述外殼具有至少一個原氣進口(8)、凈氣出口(6)和至少一個包含過濾介質的過濾件(3)，所述過濾件這樣被布置在所述外罩(2)中，使得待過濾的氣流會由所述至少一個原氣進口(8)僅通過所述過濾件(3)到達所述凈氣出口(6)。為了確保較高的熱量傳輸，根據(jù)本發(fā)明的過濾設備(1)的特征在于至少一個管件(14)，所述管件這樣從第一穿透截面(20)至第二穿透截面(21)(在垂直方向上看來位于所述第一穿透截面(20)的上方)穿過所述外罩(2)，使得所述管件(14)的整個內部僅與圍繞著所述過濾設備(1)的周圍空氣發(fā)生接觸。
文檔編號B01D53/02GK103170188SQ201210599360
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者H·馬丁斯特格 申請人:Yit德國有限責任公司