所公开和要求保护的构思整体涉及核环境，并且更具体地涉及一种可用于在核环境中在紧急情况或其他情况下向例如主控室的位置的内部区域提供可呼吸气体和冷却的系统。
背景技术：
众所周知，核电厂和其他核环境为了某些目的而采用核裂变或核聚变。由于在这种核环境中存在潜在的危险，因此实施了许多控制系统和保护系统。例如，在核电站中，核环境通常包括一个主控室，在所述主控室中控制核反应堆和支持设备以及系统。虽然这种核环境一般对其预定目的有效，但它们并不是不受限制。
例如，核环境的主控室通常由负责操作诸如核环境的控制系统和保护系统的各种系统的人员负责。在发生紧急情况(例如失去冷却剂)或其他紧急情况的事件时，主控室有时会失去电力供应。这是不希望的，原因在于电力馈送提供电力来运行控制系统和保护系统，并且还为用于控制主控室内的环境所需的空调系统供电。尽管已提出使用备用柴油发电机应对超设计基准事故(bdba)，但这种基于柴油发电机的解决方案通常既需要时间又需要人力。在主柴油发电机可能不可用的罕见情况下，主控室会迅速变热并且其可呼吸空气的质量也会迅速恶化。也使用电池，但通常电池只用于操作与安全相关的设备。空气质量的这种恶化可能包括氧气耗尽、二氧化碳水平增加以及气载放射性粒子进入，所有这些都是不希望的。
尽管已经提出备用电池来应对柴油发电机不可用的情况，但是这样的备用电池系统具有有限的容量，通常为24小时，这可能不足以让人员执行所有的与安全相关的操作。如果在备用电池达到其操作能力(大约二十二小时)结束时尚未完成在紧急情况下需要完成的各种紧急操作程序和其他程序，则自动降压系统(ads)将进行用洪水充满反应堆安全外壳。这样的洪水是不可取的，因为之后需要进行大量的清理工作。因此希望得到改进。
技术实现要素：
可用于核环境的改进系统提供了与部署系统流体连通的液化可呼吸气体的储器。该部署系统使用来自储器的可呼吸气体来操作燃气涡轮机，该燃气涡轮机运行与之机械连接的发电机，以产生存储在电池组中的电力。然后，可呼吸气体流从涡轮机流出，并在与主控室的内部区域处于换热关系的换热器与向控制室提供可呼吸气体的出口之间分流。流过换热器的流的那部分冷却主控室。向主控室提供可呼吸气体的流的另一部分还使得控制室内的气氛循环。
因此，所公开和要求保护的构思的一个方面提供一种系统，该系统使用液化可呼吸气体的储器，该液化可呼吸气体除了向主控室提供包括氧的可呼吸气体，还用于产生电力和/或冷却主控室。
所公开和要求保护的构思的另一个方面是提供一种改进的系统，其为控制核环境的控制设备提供持续的电力来源。
因此，所公开和要求保护的构思的一个方面是提供一种改进的系统，该系统被构造用于与核环境的内部区域结合使用，该内部区域至少部分地被封闭。该系统通常可以被描述为包括：储器，在储器中储存可呼吸气体，所述可呼吸气体的储存条件为温度低于储器外部的环境温度以及压力大于储器外部的环境压力中的至少一者，所述储器被构造成响应于命令而输出所述可呼吸气体流；控制设备，所述控制设备与所述储器连接并被构造成在预定情况下向所述储器提供所述命令；以及部署系统，所述部署系统被构造成接收流。该部署系统通常可以被描述为包括以下中的至少一者：换热器，该换热器通常可以被描述为包括多条流动通道，该多条流动通道与该储器流体连通并且与该内部区域处于换热关系中，所述多条流动通道被构造为接收通过其中的流的至少一部分并且将内部区域内的热量传递给它；以及发电设备，所述发电设备一般可以被描述为包括机械连接在一起的涡轮机和发电机，涡轮机与储器流体连通并被构造成接收通过其中的流的至少一部分并且可从中操作以使发电机产生电力。
附图说明
当结合附图阅读时，可以从以下描述中获得对所公开和要求保护的构思的进一步理解，在附图中：
图1是根据所公开和要求保护的构思的改进系统的示意图；和
图2是图1系统的控制器的示意图。
在整个说明书中相似的附图标记表示相似的部件。.
具体实施方式
根据所公开和要求保护的构思的改进系统4在图1中示意性地显示为可用于诸如核电站或其他核环境的核环境8中。核环境8包括主控室12，该主控室具有至少部分封闭的内部区域。虽然在此没有明确描述，但应该理解的是，主控室12包括过滤器和单向压力阀，该单向压力阀使得主控室12能够稍微加压，即，保持在至少略微超过存在于主控室12外部的环境压力的压力下，以避免气载放射性粒子进入。
核环境8包括控制设备16和与其相对应的设备，该控制设备16包括各种控制系统和安全系统。控制设备16整体上分布在整个核环境8中而且包括控制器20，该控制器20至少部分地位于主控室12内并且可操作以控制控制设备16的各种系统。控制设备16还包括位于辅助室28中的远程控制器24，该辅助室28与主控室12分隔开并且具有至少部分被封闭(诸如以主控室的方式封闭)的内部区域。控制设备16另外包括在图1中被描绘为位于设备室40内的示例性的电池组32和示例性的设备组36。设备室40具有内部区域，并且在所描绘的示例性实施例中至少部分被封闭。应理解的是，图1旨在描述电池组32的至少一部分和/或设备组36的至少一些设备布置在设备室40内的事实，并且还应理解的是，其他控制设备可能位于核环境内的其他地方8。
可以说本发明的系统4包括储存罐设备44，储存罐设备44包括液态空气的储器或处于液化状态的可呼吸气体配剂的储器48。在这方面，应理解的是，由于空气的各种组分在不同的温度和压力下各自达到其自身的液态，因此空气已经液化，所以“液态空气”本身不存在。由此，表述“液态空气”及其变型应广义地指呈液体形式的气体混合物，并且在其气体形式中，可作为空气由人类呼吸。储器48因此包括储存在其中的液态空气，液态空气呈19％-23.5％为液化氧气且其余为液化氮气的形式。
在所描述的示例性实施例中，储器48包括以数字52a、52b和52c指示的三个液态空气储存罐，注意到的是，在此液态空气储存罐可以单独地或共同地用数字52表示。液态空气储存罐52是在壁之间具有绝热性并位于核环境8中某处的双壁储存罐，其可能位于任何建筑物之外，并可能暴露于这些元件中。液态空气储存罐52在其中以液体形式储存可呼吸气体，以在诸如紧急事件或其他此类事件的预定事件期间进行存储和可能的供应。液态空气储存罐52在其中在约-250℉的温度和150-200psig的压力下、以液化状态保持可呼吸气体。这与将其中的压缩空气保持在环境温度和大概4,000psi下的常规压缩空气储存罐相反。因此，液态空气储存罐52在其中以低于液态空气储存罐52外部的环境温度的温度且以高于液态空气储存罐52外部的环境压力的压力、以液体形式存储可呼吸气体。
由于液态空气储存罐52本身并未冷藏，而是依靠绝热来保持可呼吸气体寒冷，因此其中的液态内含物的一部分变成气态，由此必须被排出。这导致内含物中的某些损失，可能每天损失内含物的0.4％。必须偶尔更换这种已经变成气态且已排出的可吸入气体。而且，由于排出的气体通常为大约95％的氮气，所以液态空气储存罐52内部的液化氧气和液化氮气之间的平衡可随时间而改变。
由此，储存罐设备44还包括填充罐52d，该填充罐可通过填充管线56与补给车60连接，该补给车向填充罐52d提供液化氧气和液化氮气的特定配剂，所述特定配剂在供应到液态空气储存罐52时将导致液化氧和液化氮有相对浓度，使得氧浓度处于上述的氧占19％-23.5％的范围内。
如所理解的那样，在相关技术中，补给车60通常能够快速排出其内含物，并且因此储存罐设备44被构造成设置有填充罐52d以快速地接收补给车60的内含物并且在其中暂时储存补给的液化气体。然后经由填充泵64提供填充罐52d的内含物，该填充泵64将填充罐52d的内含物连通至液态空气储存罐52。填充罐52d包括填充通气阀72，所述填充通气阀72呈压力释放阀的形式或呈其他这种仅在某些压力下释放气体或当其从控制器20接收到指令时释放气体的阀的形式。
就这一点而言，可以看出的是，填充通气阀72包括天线80，该天线80旨在表示填充通气阀72与同样包括天线80的控制器20无线通信。还可以看出的是，系统4和核环境8的许多其他部件同样包括同样提供与控制器20无线通信的天线80。这种天线80代表控制器20与各种其他组件之间的无线通信和控制，但是应该理解的是，在不背离本构思的前提下，与控制器20的这种通信和控制可以经由有线通信或其他通信介质来进行。
液态空气储存罐52同样包括储存通气阀68，该储存通气阀68将液态空气储存罐52的已变成气态的内含物排出(而非排出到气氛)。可以仅在某一压力下进行这种气体释放或者可以当储存通气阀68从控制器20接收到这样做的指令时进行这种气体释放。
液态空气储存罐52a、52b和52c以及填充罐52均分别包括用数字76a、76b、76c和76d表示的氧气指示器，注意到的是，氧气指示器也可以单独地或统一地用数字76表示。氧气指示器76被设置用于将表示存储在液态空气储存罐52和填充罐52d中的液化气体的氧含量的遥测数据通信给控制器20，以确保由填充罐52d和补给车60定期补充的液态空气储存罐52的内含物的氧含量在上述的氧占19％-23.5％的范围内。
本发明的系统4还包括部署系统84，该部署系统与储器48流体连通，并且被构造成将可呼吸气体的流从液态空气储存罐52部署到核环境8中的主控室12或其它地方。部署系统84有利地包括发电设备88，该发电设备与储器48流体连通并且被构造成通过利用当从储器48以压缩液化状态提供可呼吸气体的流时从该流可获得的机械能来产生电力，并且继而由部署系统84输送到核环境8中的主控室12和其它地方。所产生的电力可用于给电池组32充电和操作设备组36。就这方面，应理解的是，电池组32始终由例如为主控室12提供动力的交流电源保持在完全充电状态。在发电设备88由流操作的紧急情况或其他情况下，所产生的电力被用于给电池组32充电并且为设备组36供电。
部署系统84还包括换热器92，换热器可接收来自储器48的可呼吸气体的流的一部分，并与主控室12成热传递关系，更具体地与主控室12内部的气氛处于热传递关系。换热器92可操作以通过将热量从主控室12中的气氛传递到流经换热器92的流的一部分而向主控室12提供冷却。
部署系统84还包括输送系统96，该输送系统将可呼吸气体的流的一部分输送到主控室12内部，以补充位于主控制器内部的人员的可呼吸空气。输送系统96也循环并过滤主控室12内的气氛。
此外，部署系统84包括连接系统10，可以说所述连接系统10包括多个流动元件，所述流动元件包括管道、阀以及彼此流体连通并且与储器48流体连通的其他流体通道。当在此使用时，表述“多个”及其变体应广义地指任何非零数量，包括数量1。
更具体地说，可以说连接系统100包括一组供应阀，供应阀通常以数字106a、106b和106c表示，并且分别与液态空气储存罐52a、52b和52c和环境蒸发器102连接。应当注意的是，在本文中供应阀可以以数字106单独地或共同地指示。供应阀106将可呼吸气体流提供给环境蒸发器102，该环境蒸发器在所示的示例性实施例中位于设备室40的内部。连接系统100还包括设置在供应阀106和环境蒸发器102之间的低温供应泵110，该低温供应泵可电操作以增大提供给环境蒸发器102的可呼吸气体的流的压力。
连接系统100另外包括平行管段114和止回阀118，该平行管段114和止回阀118另外地与包括供应泵110的连接系统100的管段平行流体连通。提供平行管段114以在供应泵110失效的情况下以及还在液态空气储存罐52的内含物的压力已经具有使得供应泵110不必要的足够高压力的情况下直接向环境蒸发器102供应可呼吸气体的流。提供止回阀118以避免来自供应泵110的输出流回平行管段114。连接系统100还包括控制阀122，该控制阀设置在供应泵110与环境蒸发器102之间，并且用于提供对可呼吸气体的流从供应泵110流向环境蒸发器102的流量的额外控制水平。
环境蒸发器102是换热器，其从其紧邻环境(在所描绘的示例性实施例中是设备室40)的气氛中的空气接收热量。环境蒸发器102利用所接收的热量将从储器48输入到环境蒸发器102的大部分液态内含物转换成连通到发电设备88和/或换热器92和/或输送系统96的大量气态输出物。由于环境蒸发器102依赖于其紧邻环境中的热量，因此其理想地定位成使得紧邻环境蒸发器102的气氛中的热量包括足够的热量以蒸发该流。还期望环境蒸发器102的尺寸和流向环境蒸发器的流的流量使得流可以从环境蒸发器102的入口处的大部分液态转变为在环境蒸发器102出口处的完全气态或大部分气态。应该理解的是，输入到环境蒸发器102的输入可能不完全是液体，并且来自环境蒸发器102的输出可能不完全是气态，但是尽管如此还应理解的是，从流进入环境蒸发器102的时间点到该流从环境蒸发器离开的点，环境蒸发器102将减少流的液体含量并且将增加流的气体含量。
在环境蒸发器102的下游端处，可呼吸气体的流将具有比在环境蒸发器102的入口处更高的压力。设置蒸发器减压阀126以便根据需要将流的一部分排出到气氛中。
发电设备88位于环境蒸发器102的下游并且与储器48流体连通。发电设备88包括燃气涡轮机130，其能够接收来自环境蒸发器102的可呼吸气体流的至少一部分并且因所述流的至少一部分的压力和动量而操作从而由此产生电力。更具体地，发电设备88另外包括发电机134和轴138，所述轴将发电机134与涡轮机130的操作轴机械连接。涡轮机130的运动使轴138旋转，并且继而操作发电机134以产生用于给电池组32充电的电力。一般而言，应该注意的是，由发电机134产生的电力至少部分地旨在对设备组36进行充电和操作，并且这样的电力通过对电池组32充电而被存储。应当理解的是，设备组36和电池组32可以产生大量热量，并且环境蒸发器102因此被设置在设备室40中且与设备室40内的气氛成换热关系，由此，由电池组32和设备组36产生的热量用于加热并且因此蒸发环境蒸发器102中的可呼吸气体流。同样，环境蒸发器102为电池组32和设备组36提供冷却，以防止其发生故障。
连接系统100另外包括旁路管段142，该旁路管段包括位于涡轮机130和环境蒸发器102之间的旁路阀146。旁路管段142还包括与旁路阀146流体连通的旁路流动元件150，该旁路阀146依次还与供应分流阀154流体连通地连接。取决于给定情况的需要，供应分流阀154可响应于从控制器20接收的指令而操作，以在某些情况中在涡轮机130和旁路流动元件150之间将可呼吸气体流分流。例如，如果这样的附加流动比通过发电设备88发电更重要，则可能期望提供使流直接流到换热器92和/或输送系统96的相对更多的流动。例如，举例而言，这可能是在电池组32已经完全充电的紧急情况的初始状态期间进行。
可以看出的是，供应分流阀154与涡轮机130流体连通且位于涡轮机130的下游，并且因此从涡轮机130和旁路管段142接收基本上整个可呼吸气体流。也就是说，供应分流阀154接收除了可能已经排出或已经泄漏或以其他方式丧失的任何部分之外的全部可呼吸气体流。
因此，可以说供应分流阀154接收来自涡轮机130和/或来自旁路管段142和供应分流阀154的可呼吸气体流，继而在换热器92和输送系统96之间分流所接收的可呼吸气体流。就这一点而言，供应分流阀154与控制器20无线通信，并从控制器20接收指令以使得供应分流阀154响应于从控制器20接收到的指令而按照比例在换热器92和输送系统96之间供应(即，分流)可呼吸气体。流的至少一部分通常总是被提供给输送系统96，该输送系统包括输送管段158、输送控制阀166以及具有出口的喷射器170，该出口提供可呼吸气体流的至少一部分作为输出。如在相关领域中通常理解的那样，诸如喷射器170的喷射器接收通过流体入口的额外流动，该流动入口在所示的示例性实施例中是再循环入口174，所述再循环入口174将主控室12内部的至少一部分气氛抽入喷射器170。因此，通过喷射器170的流的至少一部分的流动额外地通过再循环入口174抽出主控室12中的气氛的一部分，从而在向主控室12提供新的可呼吸气体的同时使得主控室12中的气氛的至少一部分再循环。由于来自喷射器170的输出包括已经处于主控室12内部的再循环空气，该主控室在其中可能具有气载放射性粒子，因此输送系统96还包括过滤设备178。喷射器170的输出被提供给过滤设备178，该过滤设备178从所接收的输出中过滤出任何气载放射性粒子。输送系统96另外包括一对可呼吸气体出口182a和182b，所述一对可呼吸气体出口182a和182b接收来自过滤设备178的输出并将其提供到主控室12的内部以提供再循环的可呼吸空气。
如上所述，在某些情况下，诸如在紧急情况下，理想地，主控室12中的环境压力大于主控室12外部的环境压力。这有利地阻挡放射性污染物进入。通常而言，在诸如紧急事件的预定事件期间，主控室12中的人员通常需要执行定期检查和其他评估以评估主控室12内的气载放射性粒子和其他污染物的量。如果通过输送管段158的空气供应具有足够的速率以使空气可以在主控室12中维持一定的升高压力，则可以降低对进行这种定期检查的人员的要求。这样，如果鉴于主控室12中存在的环境温度这样的流率是可行的，则供应分流阀154可以由控制器20操作以保持这样的流率。
更具体地，没有提供给输送管段158的流的那部分替代地被输送到换热器92。更具体地，换热器92包括换热器管段162、换热器通气阀186和多条流动通道190。流到换热器92的流的那部分首先流经换热器管段162，然后流到换热器通气阀186。根据需要，换热器通气阀186可以取决于具体应用的需要而将处于换热器管段162中的流动的一部分排出到气氛中。
换热器通气阀186将来自换热器管段162的流的任何非通气部分连通到流动通道190。流动通道190与储器48流体连通并且与主控室12处于换热关系，而且更加具体地与主控室12的内部区域内的气氛处于换热关系。供应到流动通道190的流的那部分几乎肯定具有比主控室12内部内的气氛更低的温度，并且流动通道190因此被构造成将来自主控室12的气氛的热量传递到流过流动通道190的流的那部分中，以有利地为主控室12内部提供冷却。就这点而言，换热器92可以附连到到主控制室12的具体部件上，并且可以通过从具体部件经由热传导将热量接收到流动通道190或者通过对流接收来自主控室12的气氛中的热量，以在主控室12中提供冷却。
流在流过流动通道190之后在出口分流阀194处被接收，该出口分流阀与储器48流体连通并且与控制室管段198和辅助管段202连接。响应于在出口分流阀194处从控制器20接收的指令，出口分流阀194可操作以使来自换热器92的流的那部分成比例或以其他方式分流而输出，并且经由控制室管段198向主控室12提供可呼吸空气和/或经由辅助管段202向辅助室28可呼吸空气。由于流过换热器192的流的那部分是纯气体，即它不包括来自可能被气载放射性粒子污染的气氛的再循环组分，控制室管段198和辅助管段202不需要在流分别被传送到主控室12和/或辅助室28之前被过滤。根据出口分配阀194从控制器20接收的指令，根据情况需要，可以根据需要将来自换热器92的流的那部分提供给主控室12或辅助室28。
在图2中更详细地描绘了控制器20。控制器20包括处理器设备205，处理器设备包括处理器209和存储器213。处理器209可以不受限制地是多种处理器中的任何一种，包括微处理器等。存储器213可以是作为非暂时性介质操作的各种存储装置中的任何一种，并且可以包括但不限于ram、rom、eprom、flash等中的任何一种或多种。存储器213在其中存储呈指令形式的多个例程217，当在处理器209上执行时，该例程217使控制器20执行诸如控制操作等的各种操作以生成指令，该指令可以被通信到核环境8和/或系统4的各个部件。
控制器20还包括向处理器设备205提供输入信号的输入设备221。此外，控制器20包括从处理器设备205接收输出信号的输出设备225。作为示例，输入设备221可以包括诸如按钮和用户界面的输入部件，主控室12内的人员通过该输入部件与控制器20对接并向控制器20提供输入。输入设备221还可以包括由天线80表示的无线收发器的输入部件，所述天线80提供对来自各种氧气指示器76以及连接系统100的各种阀和各种其他部件的遥测。
类似地，输出设备225可以包括由天线80表示的无线收发器的输出部件，并且接收来自处理器设备205的输出信号并将其例如传送到各种阀，诸如旁通阀146、供应分流阀154和出口分流阀194。输出设备225可以进一步包括可视输出和其他输出，其提供可以被主控室12中的人员感知的信息。其他输入装置和输出装置对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
有优势的系统4因此有利地在被触发时使用液态空气储存罐52以及存储在其中的液态空气的机械潜能和冷却潜能来产生电力并向核环境的至少主控室12提供冷却和可呼吸气体。可以以多种方式中的任何一种来触发系统4，诸如通过控制器20检测主控室12中存在气载放射性粒子触发或者通过控制器20检测到馈送到主控室12的交流电损耗触发或者通过手动启动。
存储的液态空气中的机械潜能存在于可呼吸气体流中，该可呼吸气体流被蒸发成气态并且被提供给涡轮机130以产生电力。电力用于给电池组32充电并且操作设备组36，并且由此产生的热量用于加热环境蒸发器102并且蒸发流过环境蒸发器的可呼吸气体流。可以将可呼吸气体流提供给发电设备88以产生电力，或者如果需要的话，可以通过使可呼吸气体流流过旁路管段142而使该流全部或部分绕过涡轮机130。可呼吸气体流的冷却潜能用来通过使可呼吸气体流过换热器92向主控室12提供冷却，并且一部分可呼吸气体流作为可呼吸气体经由喷射器170被供应到主控室12的内部，所述喷射器170通常用作气体出口。
提供给发电设备88、换热器92和输送系统96的流的各个部分基于从控制器20接收的指令是可控的。就这一方面，流可以看作是最重要的那部分是提供给输送管段158以向主控室12提供可呼吸气体的部分。如上所述，这种流动是至关重要，并且也代表可呼吸气体流的最小部分。可以说通过换热管段162流到换热器92的流的那部分具有中等重要性并且消耗了流的适当比例的内含物。流到发电设备88的流动可以看作对系统4通常最不重要，但是消耗了相对最大比例的可呼吸气体流。这样，控制器20和例程217在很大程度上依赖于经由天线80提供的各种遥测，以允许控制器20控制通过连接系统100的各种流动，以实现由储存在储器48中的液态空气提供给核环境8的最大值。其他变化和优点对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
虽然已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将认识到的是，根据本公开的总体教导可以开发出对这些细节的各种修改和改变。因此，所公开的特定实施例仅意在进行说明而不限制本发明的范围，本发明的范围将由所附权利要求及其任何和所有等效方案的全部范围给出。