TW201043816A - Degassing valve and check valve combination - Google Patents

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201043816 六、發明說明： 本申凊案主張2009年2月3曰申請之美國臨時申請案第 61/202,172號及2009年1〇月1曰申請之美國臨時申請案第 61/247,621號之權利，該兩案以引用方式全部併入本文 中。 【先前技術】 核能電廠係經配有備用緊急系統，其等經設計以將冷水 主入反應器核心以移除衰變熱。然而，在其中水可能因延 長的時奴而彳τ沛之此等備用系統中，空氣、不可冷凝氣 體、蒸氣、或其等之-結合（本文中統稱為「氣體」）可在 管、幫浦罩殼、閥或其他結構性元件中累積。在此等系統 中累積的氣體之相當大氣泡可證實對於該系統以及該工廠 自身具破壞性。 氣體由下列方式之一種或多種被引入該工廠的緊急冷卻 水中.（a)大氣之組份被溶解在水中；（b)空氣以氣泡、氣 〇 魯 震之形式或藉由渦旋在入口内被截獲；（c)在較高壓力下空 氣自故障鄰近系統吸入；或（d)當一系統表面與高溫組件接 觸％在該系統自身中可產生蒸氣，提高水溫使之高於對應 於該系統壓力之沸點。以在新填充的管中之停滯水中之溶 解空氣或氣泡或蒸氣之形式之氣體，將合併為較大氣泡並 在該系統之最高高度（或局部高高度）處產生空洞。氣體之 散發受益於溫度及壓力變化。 在邊備用緊急注水系統中，吾人區別該系統在該幫浦下 146110.doc 201043816 游及上游之部分，該幫浦經設計以將水注入該核心。該幫 浦通常係-單或多級離心設計。若啟動該幫浦而該系統中 之氣泡在該幫浦⑷上游，則該氣泡將接觸該幫浦且該幫浦 可因不平衡操作而被損壞（或損毀）或僅達成部分流動及歷 力’或⑻下游’則加速之水擊可到達、—閥或其他 結構性障礙物，其具有由於動量轉移而損壞該管、管支承 或其他系統組件之潛在可能。此等例子可不僅由於該幫浦 及/或其管道之損失而且主要因為該幫浦將不可實行其安 全功能而損及該工廠。在在A> 杖在存在条氣（或空氣蒸氣混合物） 時，由於蒸氣凝結之加速水擊可積聚更多動能並甚至變得 更具破壞性。 一如在所有當代發電單元中， ^ τ 在核倉b電廠中，系統之可 罪性及組件性能具有最主要之 重要丨生。系統及/或組件故 障可具有遠超過該組件之價佶 K㈣且可超過該X廠之價值 I俊果。 在核能電廠緊急回應系統中 — 現仃排虱貫施使用習知手 動操作閥，其等類似於在 ^ t ^ 糸統中用於官理流體流動之 I ’ 4 ，閥係經安|在管上，該等管構成流徑之部 於本發明之該排氣間止回問具有大尺寸手動操 P貝 且需要維護。在現杆宭# 士 之7Γ鈐日m 丁貫轭中，成本阻止排氣閥 之几餘且手動知作增加揭作 , ㈣成本亚容許在該系統中潛在形 成軋泡之時間間隔。 現行排氣實施並不令人湍音 m &上 W门B 意因為在排氣間隔之間，在 緊心回應系統中已發現氣泡， 、J每成對该系統及/或該 146110.doc 201043816 工廠之損壞。因此，現行實施並未滿^提供隨時均 之一備用注水系統之需I。 ^ 尤您而求。通常，工廠操作員使用超音 設備以债測（「看」）該系統之某些部*，即在未安裝排氣 .目之區域内是否藏有氣體產物。獲得及操作超音波設㈣ .^的’因為其需要受過訓練人員。該問題之部分係與當 月j版本排孔閥之文裝成本、排氣勞力成本、及排氣間維護 成本相關聯。 〇 在'網站··⑽柳公開可得之一份美國核能管制委員會 (職)之一般函告(GL)2〇〇"”概述此問題之情況。許多 相關參考係在該GL ^ ^ L中引用。此文獻將其關於核能電廠備 用安全系統之細節以引用方式併入本文中。 【發明内容】 本發明提供—種用於在—液體管道中排氣之排氣閥/止 Z閥結合’其包括一排氣閥、一止回閥、及一毛細管埠， 亂體可穿過該毛細管埠，該琿具有兩個開口，各個間控制 ◎ 該等開口之一者之開啟及關閉。 在較佳態樣中，該毛細管埠包括一氣體通道，其具有在 重力方之一軸、線；該I氣閥係經調適以被定位在一液 體官道與該埠之一開口之間且該止回閥係經定位在該璋之 另一端部處；該排氣閥包括一具有一形狀之閥座及一密封 凡件，該密封元件具有一互補形狀使得當該密封元件壓抵 於該座時，該閥被關閉，該密封元件具有一容積及重量使 得在該管道中之正常及預期溫度及壓力條件（包含但不限 於70 C至250。(：及至多2200 psi)下該密封元件浮動在該管 146110.doc 201043816 c中之液體中’並作用以關閉在該管道中之該閥而無實質 變形’该止回閥包括—具有—形狀之閥座及—密封元件， 該密封元件具有—互補形狀使得當該密封it件壓抵於該座 時’該閥被關閉，該密封元件具有一容積及重量使得在重 力及該管道中之溫度及壓力之預期條件下，該止回闕被關 閉；及/或當該結合閥連接至該管道時，該結合閥係經調 適使得該浮動密封元件浮動以密封該排氣閥。 在另一態樣中，本發明係關於一種液體管道，其使上文 描述的:個或多個結合閥連接至其，#中，較佳地，該液 體為κ ’該液體官道係一核能電廠之_備用安全系統之部 分；該(等)閥係由一螺桿狀外殼安褒至該管道；及/或該結 合閥係經安裝在該管道之該最高高度上。 在另喊中’該結合閥進一步包括圓筒開口，該止回 閥及該排氣閥之該等密封元件被置於其中並在該等圓筒開 口^重力方向中移動，該轴線具有分別接觸該等止回閥及 〇孔閥之4等閥座之端部；豸等閥座包括半圓球形表面， 該等密封元件為圓球且該槔在重力方向中；及/或該止回 ::_筒開口相對於該排氣間之該轴線傾斜，該軸線為 垂直。 在另一態樣中，一核能雷 ^ 廠包括—備用系、统，其包括本 發明之一液體管道。 在另—態樣中，-種自—水管道（其係—核能電薇之一 備用系統之部分）排氣之方法包括放置該管道使之盘—1 有閥之排氣埠連通，該排氣埠具有—毛細管開口。- 146110.doc 201043816 小尺寸、價廉之構造、 低成本及冗餘為獲得高 安裝、操作及 可罪性之重要 本發明透過簡化 几餘而獲得可靠性 因素。 因此’本發明係關於一種排氣闕/止回閥結合，… =只要此等氣體集結在發電廠且尤其為核能之^ 備：糸統中時排去氣體。該提出的系統之操作係二 0之黏性及密度差異。減閥開關功能係基於浮力。透

Ο 道(毛細管)尺寸達成排氣。該提出的排氣系 、，先為故障自動防護⑽磁)，因為：若排氣在該開啟位置 故障’則水㈣量極小（由於黏性差異）a對於該工薇之操 作係不重要。若該閥在該關閉位置故障，則冗餘閥將繼續 排氣。總體故障之可能性係小至難以察覺。該提出的排氣 系統確保該緊急喊系統將隨時無氣體並提供預備通道以 附接一排氣量測裝置。 本發明係關於-種排氣閥、止回閥結合，其可自核能電 廠中之一緊急備用系統持續排去氣體產物。 /該提出的排氣閥/止回閥結合相較於現行實施之該等排 氣閥存在下列優勢： •可用當前排氣閥成本之一小部分來製造。 •相較於當前排氣閥安裝僅需要該時間及勞力之一小部 分0 该提出的閥除了週期性檢查以確保其正常運轉以外無 需維護。 該提出的閥自動工作而無需操作者干預。 146丨】〇.d〇c 201043816 •該提出的閥具有操作之一故障自動防護的操作模式。 •該提出的閥消除用諸如超音波之昂貴設備(及相關勞 力）以識別在該等系統管道及組件中之水位之需求。 歸因於得及女I之低成本，冗餘（或複數個冗餘）單 兀可經安裝在其中可能形成氣泡之位置處。 •該提出的目依照法規之目#而保持該系， 统隨時 泡。 八 獲得女裝、及操作之低成本在增加的功能可靠性中 係重要因素。 本發明之該排氣閥止回闕結合易於附接至排氣量測裝 置。ϊ ’則排出氣體產物係符合需要但使用肖等當前排氣閥 為麻煩且昂貴，此抑制其用途。在很多例子令，在該系統 之某些部分中有需要及/或期望量化氣體累積及/或氣體產 生率。氣體累積或累積率可用作—診斷工具，指示系統吸 入、蒸氣產生、或其他異常狀況。 類似於上文提到的核能電廠之現象發生於習知發電廠 中；因此’本發明亦可經應用於習知發電廠且一般而言可 經施加於液體管道或儲存系統。 【實施方式】 為了可更容易瞭解本發明，參考隨附圖式經由非限制實 例描述本發明之特別實施例。 ' 因此，本發明係關於一種排氣閥止回閥結合，其明確言 之係經調適以自核能電廠備用緊急核心冷卻系統自動排 氣。系統操作係基於空氣與水之間之密度及黏性差異。 146110.doc 201043816 備用該排氣閥係：⑷經安裝在該標的物 備用系統之該（等）局部最高高度點及（b)該閥係經安裝在且 有垂直軸線之-圓筒孔中使得該排氣通道在重力方向卜、 應注意一備用系統可具有一個以上之高點，因為將水自幫 浦古吸人處輸送至㈣m點之該管道可通過建立局部高 (门度)’.』之各種鬲度；各個高點應被分離地排氣。 根據本發明一外殼具有―人口，該人 Ο

備用緊急回應系統之内容積至一排老涵、# 要廠的 ^ 檟至排乳通道，该排氣通道連 接该入口至-離開出口並連接止回閥至大氣或至—氣體量 測裝置。本發明之—重要特徵係該排氣通道之該小直徑 (毛細g)尺寸用以排去足夠氣體產物以消除氣泡，但若排 氣通道在開啟位置中故障則僅排出一不重要之小量水。若 該排氣閥在關閉位置中故障’則冗餘闊將繼續實行該排氣 功此。在開啟位置或關閉位置中故障將係一極不可能事 件。因此，本發明之該提出的系統可被稱為故障自動防 °蔓。典型毛細管通道直徑將包含0.5毫米至3.0毫米，較佳 為大約1.0毫米。 該排氣閥係由一浮動圓球（或其他合適形狀，諸如圓錐 形、圓同形等等）及一相對應閥座而形成，當該備用系統 充滿水且該閥在該關閉位置時該閥座形成一氣密及水密封 閉田氣泡形成於該排氣閥之區域内，該圓球將移動降 低而谷°午°亥排氣程序發生。通常，該借用系統之該内側係 在南於大氣壓力之壓力下，此將使該止回閥移位並容許排 風°然而’若該備用系統之該内側壓力小於大氣壓力，該 146110.doc 201043816 止回閥將不容許大氣空氣進入。篩網(5a)為圓球(2)提供支 樓、:界疋圓球（2)之移動範圍。篩網（5a)由防錄及耐衰變或 劣材料叹计而成。篩網（5a)亦具有一稍起伏構造（圖 3A)’其具有與流動方向成-90度角之峰及谷。因此，若 在5亥流中存在碎片，則該碎片將报可能卡在面對上游之該 側上而該相反面將保持無碎片ϋ可排去氣體產物。 進-步較佳的是可使用一圓錐形、平面或其他合適形狀 取代使用-圓球形以關閉由浮力輔助的該排氣閥。另外， 取代用於該排氣閥之操作之動力之浮力，在存在水時可使 用由一合適探測器產生的一信號啟動之電磁力。 圖 進步較佳的是在該閥出口處形成一圓筒導引 通道’而該閥出口之軸線相對於重力方向傾斜，例如傾斜 =度Θ例如30度至60度。以此方式，該元件保持其防止 二氣進入之能力而空氣更容易移動離開該閥出口以容許該 寻系統之氣體之排放。假使該系統之壓力稍稱高於大氣壓 力此將確保該止回閥將容許氣體之離開。 較佳的是關總成外殼形成為—螺桿使得其可容易地被 安裝在前述㈣中假想的該螺紋孔内。該閥總成當被安裝 時與5亥管之該内表面齊平。 亦較佳的是該外殼之外螺紋在其整個表面上延伸使得當 :若需要量測該等經抽取氣體之容積或其等之流率時氣體 量測裝置或設備可被固定在該外殼上。 亦較佳的是若該排氣通道被碎片堵塞時，碎片藉由將一 適*尺寸（直徑及長度）撓性線狀探針插入穿過該排氣通道 146110.doc 201043816 而容易去除堵塞。為了促進該清潔探針之插入，可暫時移 除該止回閥之篩網（12a)及圓球（4)。該清潔探針應具有確 切長度以便不干涉該排氣閥之圓球2。阻塞該排氣通道之 碎片係極不可能，因為高壓排氣將自動清潔被阻塞之該排 氣通道。 假想本發明之該排氣閥總成之安裝將需要最少時間及努 力並在線上或離線實施。若該工廠係在線上’則為此安裝 ^ 而選的該系統應被隔離。圖Ια及圖1β中顯示的該（等）孔將 被鑽出及製作螺紋至合適深度且安裝該閥總成。明顯地， 此程序預示合適尺寸及類型之一預製閥總成將準備用於安 裝。此程序因為存在有一第二可操作備用系統而可行；因 此，該第一備用系統可採取離線一短時段。該經安裝的閥 總成之測試可在該系統之該被隔離部分之一暫時再加壓下 而發生。 έ亥排氣閥圓球或其他元件係經設計及製造以滿足下列需 〇 求：⑷容積對重量比使得該排氣_球或其他元件浮動在 具有受關注的該等系統遇到的溫度及壓力之水或其他液體 申，及（b)在預期最高操作系統溫度及壓力（包含但不限於 250 C並至多22〇〇 psi)下該排氣閥圓球或其他元件不應失 去其形狀及完整性。止回閥4(圖2)係經設計及製造為盡可 能重量輕。材料可係金屬或非金屬。合適材料包含紹、銘 合金或高強度輕金屬，如鈦。 如可見⑯裝造及安裝成本、小尺寸、無維護操作、連 續排氣it障自動防護操作'消除昂貴診斷設備之需求、 146110.doc 201043816 冗餘及高成本效益比係本發明之重要優勢。在本Ml 閥系統可經安裝在-螺桿狀外殼上:預製並 审达 ^ ^ ^ 、，上以排去氣體之可能 應在該系統在一方向t之該最高高度(或局部 二同，上使得該排氣通道之該等縱向轴線係在重力方 二之，閱由在該排氣通道之該下端部(即在重力方 二::十二圓球及一間座組成。該排氣間之該圓球繼 二：洋動在具有在備用安全系統中遇到的溫度及壓力 之水t液體中。該排氣間之該圓球部分係經設計以财 受系統遷力而不變形（包含但不限於至多謂 p♦當水/液體位準在該圓球之浮動之位準處或高於該圓 =斤動之位準’且該圓球在其最高高度處時，該排氣間 係在该關閉位置。該止回閥關閉該排氣通道之該上部分並 通常因重力而坐於該閱座上以形成對於空氣進入該系統之 止回閥。該止回閥之該圓球可由金屬（或可能非金屬）材 料製成以盡可能重量輕。該止回閱以及該排氣闕之該圓球 部分係被置於圓筒開口中並在圓筒開口中於上下方向移 動’該等圓筒開口分別在該排氣閱及該止回間之一半圓球 表面中之該上端部及該下端部中終止。該排氣通道連接該 等半圓球表面之該等最上及最下點且係經設計及安裝在重 力方向中。該排氣閥及該止回閥之該等間座可分別為在該 下半圓球及β亥上半圓球中之表面。該止回閥之該半圓球· 圓筒通道可相對於該垂直方向為傾斜。該排氣閥及該止回 閥可經安裝在一螺桿狀結構上，一「闊總成」係經安裝在 146110.doc 201043816 之該管道或其他結構性組件中之—合歧位且合適 疋° 、孔上。該閥總成較佳係經預製並準備用於安裝。此 安裝可由在該_成之該上部分上用於使用—螺絲起子工 :之合適凹口而促進。本發明之另—較佳特徵為該間總成 備之該表面上延伸’該閥總成被固定在該設備上。 此部分具㈣於其安裝之該螺紋之連續性且可用於固定合 Ο Ο 適没備以量洌該排氣(或排氣速率)固定用於氣體評估之氣 體收集設備。 件 j過前文描述’一熟習此項技術者可容易確定本發明之 X等基本特f生’且在不背離本發明之精神及範圍下可作出 本發明之各«化及修改以調適本發明用於各種用途及條 【圖式簡單說明】 圖顯T &g(為了不範目的而選定），已自該段管移 除兩個插塞用於本發明之該去氣閥之安褒。兩插塞之該軸 線係在重力方向中且兩者較佳係位於該系統之(總體或局 部)最高高度點。圖1中㈣定重力方向且分別顯示在 -亥s之圓周上及軸向顯示的插塞切口。圖3(7)顯示用於該 排氣閥總成之Μ之該純佳未料該管之整個厚度。此 建立-薄凸緣以支撐〇形環（圖3⑻）以提供該排氣閥總成之 水及氣密配合。 圖2顯示經安裝止回閥、排氣閥總成之一圖形表示； 排氣閥座及止回閥座（分別為9及1G)及該等對應圓球（分別 為4及2)構成该等閥之移動部分。兩閥均顯示為在該關閉 146110.doc -13- 201043816 位置。此表示包含該間外殼 (1)Μ^Μ Λ mnFS - ) °亥螺紋側（6)，該閥外殼 ()被女裝在圖1顯示的該（内 篩網㈣的一入口通道 二内。圖2亦繪示覆蓋有 道直和之網… 筛網(5a)具有小於該排氣通 圖从中所示的—稍起伏方式形成且 6亥流動方向之脊與谷。若在該水流中有-塊碎片 與該筛網接觸，則該碎片可能卡在前側中並使該筛網之背 側無碎片，因此該排氣閥將繼續作用。㈣Μ 口⑽具有篩網⑽），其經形成具有與筛網⑽相同2 目尺寸。外殼⑴係螺⑹入其整個長度。排氣通道⑺传一 小直徑孔（毛細管）使得水流受嚴格限制而氣體可排去。 圖頂此亦顯示該闊外殼具有外螺紋；該閱外殼係配有 適當孔⑴μχ作為用於該總叙安裝之螺絲料固持器。 /3顯示該較佳支撐凸緣⑺之細節，其用於一金屬〇形 核（8)之插入及保持以確保水密及氣密安裝。 圖4顯示本發明之另一圖形表示。圖4與圖i之間之主要 差異係在圖4中，該止回閥圓球係處於一傾斜通道（與垂直 方向成角度Θ)中使得該止回閥將在相對於大氣壓力之一小 系統壓力差下容許氣體排去。 圖5顯示氣體產物及水離開該排氣閥之經計算容積速率 作為排氣通道直徑及以psi計之管（系統）壓力之一函數。使 用流體之泊蘇葉定律（Poiseuille's equati〇n)、使用作為兮 等氣體之可能結合之一替代之氮黏性實行該計算。流率表 示在該系統之該等壓力及溫度條件下之容積。 【主要元件符號說明】 146110.doc • 14 · 201043816

1 外殼 2 圓球 3 排氣通道 4 圓球 5 入口通道 5a 篩網 6 螺紋 7 支稽'凸緣 8 0形環 9 排氣閥座 10 止回閥座 11 子L 12 排氣通道出口 12a 師網

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Claims (1)

1. 201043816 七 、申請專利範園·· 1· 一種用於排去在—液體管 其等之-結合之排氣門"冷凝氣體及蒸氣或 呈=細管璋，氣體可穿過該毛細管璋，該痒 r、有兩個開口，各個閥控制哕箄n 閉。 市j 11亥專開口之—者之開啟及關 2.如請求項1之排氣閥/ Ο 〇 -氣體U液體)通道，：::二：中該毛細管埠包括 線。 °玄通道具有在重力方向t之—袖 3· =2之排氣閥/止回閥結合…該排氣閥係經調 <體㈣與料之1 口之間且該止回 閥係！夂位在該埠之另一端部處。 4. =求項3之排氣閱/止回闕結合，其中該排氣間包括一 :有一形狀之閥座及―密封元件，該密封Μ具有一互 =使：當該密封元件壓抵於該座時，該閥被關閉， ^ —容積及重量使得在該管道中之正常及 =溫度肝 1力條件下該㈣元件浮動在該管道中之液 ::’並可作用以關閉在該管道中之該間而不變形超出 其材料之彈性限制。 5. 如叫求項3之排氣閥/止回閥結合，其中該止回間包括一 具有-形狀之閥座及一密封元件，該密封元件具有—互 補^狀使得當該密封元件壓抵於該座時，該閥被關閉， 2密封元件具有—容積及重量使得在重力及該管道中之 凰度及壓力的正常條件下，該止回閥被關閉。 146110.doc 201043816 6.如請求項5之排氣閥/止回閥結合 a* , ^ ^ Q ’其當連接至該管道 .以排軋閥/止回閥結合係經調適使得 ：3L r,-, <便传该净動密封元件 序動以密封該排氣閥。 7·如請求項5之排氣閥/止回閥結合， ^ pa _ ，、進一步包括若干圓 岗開口，該止回閥及該排氣閥之該 箄S1铭π ^ „ X寺在封疋件被置於該 圓相口中並在該等圓㈣^該重力方向中移動， ㈣線具有分別接觸該等止關及排㈣之該等閱 端部。 8.如請求項7之排氣間/止回閱結合，其中該等間座包括半 圓球形表面’該等密封元件為圓球形且該埠 向中。 乃 9. 如請 筒開 直。 求項7之排氣閥/止回閥結合， 口相對於該排氣閥之該軸線 其中該止回閥之該圓 為傾斜，該軸線為垂 10. 一種液體管道，如請求項ό之一個或多個排氣間/止回閥 結合連接至該液體管道。 π·如請求項10之液體管道，其中該液體係水。 12. 如請求項丨丨之液體管道，其係一核能電廠之一備用安八 系統之部分。 13. 如請求項10之液體管道’其中該（等）閥係由一螺桿狀外 殼安裝至該管道。 14. 如請求項】2之液體管道，其中該排氣閥/止回閥結合係料 安裴在該液體管道之最高高度上。 1 5. —種核能電廠，其包括一備用系統，該備用系統包括士 146110.doc 201043816 請求項12之一液體管道。 16. —種自一水管道排去不可冷凝氣體或蒸氣之方法，該水 管道係一核能電廠之一備用系統之部分，該方法包括放 置該管道以與一具有閥之排氣埠連通，該排氣埠具有一 毛細管開口。

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