СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНЕРТИЗИРУЮЩЕГО ГАЗА Российский патент 1999 года по МПК G21C9/06 A62C3/00 

Изобретение относится к способу и устройству для получения инертизирующего газа для введения в резервуар, в частности в защитную оболочку атомной электростанции.

Для резервуаров промышленных установок, атмосфера которых может содержать горючие, а также взрывоопасные вещества, часто предусматривают введение инертизирующего газа для инертизации атмосферы. В частности, на атомной электростанции в случае отказа или аварийной ситуации в атмосфере защитной оболочки, окружающей активную зону реактора, мог бы возникать газообразный водород вследствие разогрева активной зоны с окислением циркония. Для инертизирования атмосферы защитной оболочки, в частности для избежания взрывчатой газовой смеси, которая содержит, например, водород в качестве одной из реактивных компонент, предусмотрено введение инертизирующего газа в защитную оболочку.

Для предотвращения образования подобных взрывоопасных газовых смесей в защитной оболочке атомной электростанции были предложены различные способы и устройства. К ним относятся, например, такие устройства, как каталитические рекомбинаторы, приводимые в действие каталитически и электрически устройства зажигания, комбинация обоих названных устройств, постоянная или последующая инертизация атмосферы, а также последующая инертизация атмосферы с одновременным сбросом давления защитной оболочки.

Для инертизации известны также способы, при которых может производиться введение жидкого газа через разветвленную систему сопел или обычные системы введения газа с встроенной испарительной установкой форсунок для жидкого топлива или газовых горелок. Другие варианты основываются на введении жидкого газа, причем вследствие отсутствия энергии испарения в атмосфере атомной электростанции предусмотрено также введение в водяной отстойник внутри защитной оболочки. Это обуславливает, однако, что в зависимости от хода аварии возможно вообще не имеется водяного отстойника и что за счет выделения инертного газа в низко лежащей области защитной оболочки появляется сильная слоистость температуры и результирующееся отсюда неблагоприятное слоистое распределение инертизирующего газа.

В DE 3927958 A1 описано активно работающее устройство, в котором из атмосферы защитной оболочки отводят кислород и подводят к двигателю внутреннего сгорания. Возникающий отработавший газ снова подводят к атмосфере, за счет чего должно достигаться как снижение концентрации кислорода, так и инертизация атмосферы. В случае этого устройства во время аварийного случая должно быть, конечно, обеспечено, чтобы двигатель внутреннего сгорания был работоспособным, чтобы имелось в достаточном количестве топливо для сжигания и чтобы была защита против нежелательного, неконтролированного сжигания, в результате чего устройство является трудно реализуемым и контролируемым.

В основе настоящего изобретения поэтому лежит задача указания способа и устройства, которыми пассивным образом можно получать в большом количестве инертизирующий газ, который является, в частности, пригодным для введения и инертизации защитной оболочки атомной электростанции.

Названная задача решается для способа получения инертизирующего газа для введения в резервуар, в частности в защитную оболочку атомной электростанции согласно изобретению таким образом, что инертный газ в сжиженной или отвержденной форме запасают в первом накопителе, во втором накопителе подготавливают достаточное для испарения сжиженного или соответственно отвержденного инертного газа количество тепла в теплоносителе, и теплоноситель и сжиженный или соответственно отвержденный газ приводят друг с другом в тепловой контакт, причем во втором накопителе господствует температура выше 100^oC, в случае жидкого теплоносителя предпочтительно между 150^oC и 250^oC, а в случае подобного твердому телу теплоносителя предпочтительно между 300^oC и 800^oC.

Этим способом обеспечивается получение пассивным образом в большом количестве инертизирующего газа. За счет этого достигается независимый от внешнего подвода энергии способ быстрой инертизации атмосферы защитной оболочки путем испарения сжиженного или соответственно отвержденного инертизирующего газа. Инертизирующий газ при этом, находясь под давлением, может нагнетаться в атмосферу защитной оболочки. От постоянной инертизации атмосферы, которая вызывала бы нарушение инспекционных работ и работ по техническому обслуживанию, таким образом, можно отказаться. Инертизацию можно активировать в течение небольшого времени и она является надежно применимой также при небольшой имеющейся в распоряжении тепловой энергии в защитной оболочке. Полученный посредством способа инертизирующий газ уменьшает опасность холодового шока для компонент, проблему замерзания, а также разрушения малых трубопроводов и надежно препятствует возникновению слоистости температуры с неравномерным распределением инертизирующего газа внутри защитной оболочки. Соответствующим темперированием газа становится возможным также использование для введения инертизирующего газа уже имеющихся, ведущих внутрь защитной оболочки вводов и трубопроводов.

Способом получения инертизирующего газа также является возможным в случае аварии с полностью вышедшим из строя энергоснабжением поставить в распоряжение достаточно инертизирующего газа так, что атмосфера защитной оболочки в течение короткого времени, предпочтительно меньше, чем два часа, заполняется, например, 15-30 объемными процентами углекислого газа и за счет этого достигается частичная инертизация или разбавление с избежанием быстрых дефлаграций или полная инертизация. Количество испаренного инертного газа может лежать при этом выше 10000 кг/ч. При применении углекислого газа в качестве инертизирующего газа содержание кислорода может снижаться при частичной инертизации ниже 17 объемных процентов, а при полной инертизации ниже 8 объемных процентов, при применении азота ниже 6 объемных процентов, так что независимо от количества и места возникновения газообразного водорода риск взрыва решающим образом уменьшается или соответственным образом исключается. За счет хранения инертизирующего средства в жидком или твердом виде в первом накопителе в комбинации со вторым накопителем, например высокотемпературным накопителем для воды, становится возможным компактный, постоянно имеющийся в распоряжении и экономичный способ инертизации защитной облочки. За счет быстрого получения больших количеств инертизирующего газа атмосферу защитной облочки можно инертизировать равномерно и независимо от аварий так, что быстрые реакции горения, такие как высоко турбулентные дефлаграции или детонации, которые могут приводить к опасности для защитной облочки, в принципе исключаются.

Передача тепла от теплоносителя к сжиженному или отвержденному инертному газу имеет место предпочтительно за счет прямого контакта обеих сред, за счет чего достигается непосредственное испарение инертного газа. Передача тепла может также происходить через активируемый передатчик тепла, например трубчатый или пластинчатый теплообменник, двойную оболочку и т. д. Передатчик тепла может быть расположен внутри первого накопителя или быть с ним в соединении, причем в случае аварии он теплотехнически изолирован от первого накопителя, например, за счет опорожнения или откачки. В случае аварии такой активируемый передатчик тепла может наполняться теплоносителем. Передатчик тепла может также быть выполнен в виде вакуумной изоляции с местом разлома или в виде ввода тепла текучей среды. Приведение в тепловой контакт инертного газа с теплоносителем может производиться в зависимости от состава атмосферы защитной оболочки, например, начиная от определенной концентрации водорода, или, однако, вследствие других физических параметров защитной оболочки, таких как температура активной зоны ядерного реактора или высота уровня охлаждающей воды ядерного реактора.

Предпочтительно в качестве инертного газа используют углекислый газ и/или азот. Эти газы могут в больших количествах просто, например, с помощью известных холодильных машин сжижаться или соответственно отверждаться и, в частности, являются особенно пригодными для инертизации атмосферы, содержащей водород и кислород.

В качестве теплоносителя, в частности, пригодной является жидкая среда - вода или масло, в частности термомасло. Эти среды могут просто доводиться до высокой температуры, в частности выше 100^oC, и могут удерживаться при этой высокой температуре. Второй накопитель может иметь для этого промежуточно включенный контур передачи тепла и постоянный нагрев. Постоянный нагрев производят преимущественно электрическим путем до высоких температур выше 100 - 300^oC. Для повышения мощности или для установки технологически желаемого перегрева инертного газа второй накопитель может быть выполнен также в виде высокотемпературного накопителя твердого вещества с температурами выше 300 - 800^oC. Накопитель может иметь такие параметры и изоляцию, что при перерыве в энергоснабжении, в частности при выходе из строя постоянного обогрева, в течение 24 часов наступает потеря тепла, которая обуславливает уменьшение накопленной в теплоносителе тепловой энергии менее чем на 10%. Для жидкого теплоносителя, в частности воды, второй теплоноситель может быть особенно малым, если обеспечено использование энергии в температурном диапазоне, например, от 150^oC вплоть до области замерзания воды 0 - 10^oC.

Можно вводить также отвержденный инертный газ в тонко распределенной форме в жидкий теплоноситель. Отвержденный инертный газ может быть заключенным в жидкий теплоноситель, например, в форме струи частиц из тонко распределенных кристаллов льда или фрагментов льда.

В качестве теплоносителя может также использоваться твердое вещество. Для этого годятся, например, металлы, как чугун или алюминий, а также керамика, как магнезит. Подобный твердому телу теплоноситель может постоянно поддерживаться при высокой температуре, может быть выполненным в виде неподвижного слоя, состоящего из шариков, окатышей или других мелких частиц с высокой поверхностью теплообмена и может быть расположен внутри герметичного ограждения. Возможным является также выполнение подобного твердому телу теплоносителя, например, в виде единого блока с проходящими внутри блока каналами для передачи тепла. Нагрев подобного твердому телу теплоносителя производят предпочтительно электрически до температуры порядка от 300^oC до 800^oC. За счет этого масса подобного твердому телу теплоносителя, а также размер второго накопителя могут удерживаться малыми. Выравнивание температуры внутри второго накопителя производят, например, через циркуляционную воздуходувку.

Внутри второго накопителя предпочтительно используют сыпучий подобный твердому телу теплоноситель. Теплоноситель может присутствовать или в виде сыпучего материала или в виде кучи шаров, за счет чего также может производиться введение подобного твердому телу теплоносителя в сжиженное инертизирующее средство первого накопителя. Путем прямого контакта жидкого инертного газа с подобным твердому телу теплоносителем возможен высокий коэффициент теплопередачи при малом объеме подобного твердому телу теплоносителя. При прямом контакте подобного твердому телу теплоносителя с сжиженным или отвержденным инертным газом получается, в частности, к началу способа высокая выходная температура для испаренного инертного газа, который за счет этого является соответственно перегретым. В такой перегретый инертный газ можно опять-таки вводить жидкий инертный газ, за счет чего достигается существенное увеличение интенсивности испарения. Введение сжиженного инертного газа производят с высокой степенью дисперсии с высокой скоростью так, что наступает тонкое фрагментирование с большими поверхностями теплообмена и быстрым испарением.

Теплопередачу можно также производить через активируемые теплопередачи, как, например, трубчатые или пластинчатые теплообменники. При этом можно производить наложение оболочки или изоляцию выполненного в виде блока твердого вещества подобного твердому телу накопителя просто как не несущей давление детали. Такой передатчик тепла может быть встроен непосредственно в подобный твердому телу накопитель и отделен от сжиженного инертного газа путем надежного разделения. Является также возможным выполнять способ посредством промежуточно включенного контура теплопередачи, который в нормальном состоянии может быть откачан, а к началу способа заполняется сжиженным инертным газом.

Предпочтительно первый накопитель и/или второй накопитель эксплуатируют при давлении 5-50 бар, предпочтительно 20 бар. Создание и ограничение давления внутри накопителя производят, например, с помощью управляемого собственной средой регулировочного вентиля, гидравлического регулирования давления или теплопередачи нагревательными поверхностями, а также посредством регулирования расхода, в частности, до порядка 20 бар. Сжиженный инертный газ, например углекислый газ, может поддерживаться в диапазоне давлений порядка 10-50 бар путем охлаждения посредством контура холодильной машины или при установке первого накопителя внутри защитной оболочки храниться почти без давления. Путем хранения без давления можно к тому же использовать накопленную в защитной оболочке тепловую энергию. Первый накопитель поддерживают предпочтительно при температуре ниже -10^oC. При тепловом контакте инертного газа с теплоносителем, в частности с водой, имеет место особенно большая теплопередача. Дополнительная теплопередача достигается путем использования энтальпии замерзания.

Путем господствующей во втором накопителе температуры выше 100^oC, например между 150^oC и 250^oC, в случае жидкого теплоносителя и 300 - 800^oC в случае подобного твердому телу теплоносителя при тепловом контакте теплоносителя с сжиженным или отвержденным инертным газом обеспечена большая передача тепла и тем самым получение большого количества инертизирующего газа.

Инертный газ предпочтительным образом нагревают до температуры выше -20^oC, в частности выше -10^oC. За счет этого удерживается малой составляющая водяного пара в инертизирующем газе и надежно исключается опасность замерзания, а также обусловленное этим закупоривание трубопроводов или сопел.

Предпочтительно используют жидкий теплоноситель, который вводят в сжиженный инертный газ. Жидкий теплоноситель вводят в сжиженный инертный газ через насадки, в частности, в тонко распределенной форме и/или со скоростью выше 10 м/с. Введение через насадки теплоносителя, в частности нагретой воды, в сжиженный инертный газ приводит к спонтанному образованию инертизирующего газа, а также, при некоторых условиях, к прямому замерзанию теплоносителя. Путем одновременного введения небольших количеств азота можно надежно предотвратить прямое замерзание в области питающих сопел. С помощью составляющей неконденсируемого газа, как, например, азот, избегают ударов конденсации, которые, например, могут возникать при неожиданной конденсации водяного пара. Смешивание сжиженного инертного газа с теплоносителем, в частности с водой, а также одновременное испарение инертного газа можно производить с помощью аппарата струйного насоса. Вследствие возникающих за счет этого разностей скоростей между теплоносителем и инертным газом получается быстрое диспергирование и смешивание. Аппарат струйного насоса предпочтительно погружают в одну из обеих жидкостей. Путем введения теплоносителя в сжиженный инертный газ одновременно достигается сжатие инертизирующего газа внутри первого накопителя. Путем соответствующего регулирования испаренного количества инертного газа, а также соответствующего повышенного давления из первого накопителя можно выводить полученный инертизирующий газ чисто газообразным или с небольшим содержанием жидкости, в частности < 0,5%. Находящийся под давлением в первом накопителе, не имеющий скорости инертизирующий газ через соответствующие трубопроводы, в частности сопла, ускоряют и вводят с высокой скоростью в защитную оболочку. Это справедливо соответственно также для способа, при котором сжиженный инертный газ вводят в теплоноситель через насадки.

В случае способа, при котором сжиженный инертный газ вводят в теплоноситель через насадки, инертный газ имеет, в частности, скорость выше 10 м/с и присутствует в тонко распределенной форме. Путем введения сжиженного инертного газа при температуре, например, от -10^oC до -50^oC обеспечивается эффективное использование тепловой энергии теплоносителя, так как, например, происходит охлаждение вплоть до области замерзания воды и тем самым частичное использование энтальпии замерзания. При введении через насадки достигается путем диспергирования фрагментирование льда при замерзании, без образования больших взаимосвязанных, представляющих опасность для целостности второго накопителя кусков льда. Путем применения теплообменника с противотоком к тому же имеет место повышенное использование тепловой энергии теплоносителя, так как уже во входной области происходит замерзание сжиженного инертного газа при соответствующих дополнительных средствах также ниже, например, -10^oC, а в выходной области инертизирующего газа из второго накопителя нагревание инертизирующего газа до более высокого температурного уровня.

К полученному инертизирующему газу предпочтительно подмешивают каталитический аэрозоль в виде суспензии или порошка. Каталитический аэрозоль является, в частности, пригодным для инициирования окисления газообразного водорода при комнатной температуре. Каталитический аэрозоль внутри защитной оболочки во взвешенном состоянии или также в виде отложения может позволять эффективное окисление водорода и тем самым является эффективным как в кратковременной, так и в долговременной области.

Инертный газ предпочтительно вводят после его испарения в качестве инертизирующего газа в резервуар, который содержит водород, так что происходит уменьшение концентрации газообразного водорода для полной инертизации резервуара или для контролируемого превращения газообразного водорода. Инертизирующим газом производится также снижение концентрации кислорода, так что опасность образования взрывоопасной газовой смеси из водорода и кислорода эффективно исключается. При частичной инертизации имеет место, например, через рекомбинаторы безопасное каталитическое превращение водорода. Перед введением инертизирующего газа в резервуар можно производить сброс давления посредством дросселя или вентиля для сушки инертизирующего газа, а также для регулирования давления.

Направленная на устройство задача согласно изобретению решается с помощью устройства для получения инертизирующего газа для введения в резервуар, в частности защитную оболочку атомной электростанции, с первым накопителем для хранения сжиженного или отвержденного инертного газа, со вторым накопителем для подготовки теплоносителя с температурой выше 100^oC и с соединением, которое в нормальном случае закрыто и обеспечивает термическую изоляцию сжиженного или соответственно отвержденного инертного газа от теплоносителя и при необходимости открыто, так что возможно создание теплового контакта инертного газа с теплоносителем. Устройство может быть выполнено особенно компактным, причем объем второго накопителя может быть уменьшен до порядка 50% объема первого накопителя. Это, в частности, имеет место во втором накопителе, который заполнен водой в качестве теплоносителя и из которого воду вводят через насадки в первый накопитель, за счет чего происходит прямое испарение сжиженного или отвержденного газа. При этом при температурах ниже точки замерзания воды частичное использование энтальпии замерзания может также способствовать испарению инертного газа. Устройство является таким образом особенно пригодным для получения больших количеств инертизирующего газа и таким образом для последующей инертизации, в частности, как для частичной инертизации, так и для полной инертизации защитной оболочки атомной электростанции. Оно может устанавливаться с небольшими техническими, а также финансовыми затратами также позднее.

Дальнейшее уменьшение потребности устройства в площади достигают за счет того, что первый накопитель и второй накопитель расположены вертикально друг над другом. При этом отпадают дополнительные трубопроводы, соединение между первым накопителем и вторым накопителем может поддерживаться особенно коротким, и первый накопитель и второй накопитель окружены одной единственной изоляцией, которая также изолирует накопители горизонтально относительно друг друга.

Предпочтительным образом поток текучей среды сжиженного инертного газа во второй накопитель или соответственно поток текучей среды жидкого теплоносителя в первый накопитель происходит вследствие более высокого давления в первом накопителе или соответственно втором накопителе. Инертный газ или соответственно теплоноситель за счет этого вследствие разницы давлений между первым накопителем и вторым накопителем вводится соответственно в другой накопитель. Например, первый накопитель имеет давление 20 бар, а второй накопитель давление 40 бар. Разница давлений между обоими накопителями составляет при этом, в частности, от 2 бар до 10 бар. Смешивание инертного газа с теплоносителем происходит через сопла со скоростью введения больше 10 м/с, в частности порядка от 30 м/сек до 50 м/с. Регулирование возникающего за счет испаренного инертного газа давления производят, например, через дроссель или регулирующий вентиль в соединении между обоими накопителями. Максимальный поток текучей среды через соединение ограничивают дросселем, за счет чего надежно исключается взрывоподобное образование газа. Путем получения дополнительного давления, например, путем введения находящегося под давлением азота можно сохранять разницу давлений между обоими накопителями так долго, пока сжиженный или отвержденный газ в значительной степени испарится. Полученный путем испарения сжиженного или отвержденного газа инертизирующий газ вводят в защитную оболочку предпочтительно с давлением от 5 бар до 10 бар. За счет этого для введения инертизирующего газа можно использовать, например, существующие трубопроводы и вводы защитной оболочки атомной электростанции.

Второй накопитель содержит предпочтительным образом перегреватель, в котором испаренный инертный газ может дополнительно нагреваться. Для этого испаренный инертный газ, то есть инертизирующий газ, выводят из второго накопителя и через отдельный трубопровод снова вводят в перегреватель, откуда инертизирующий газ направляют в лежащую выше уровня теплоносителя область пара. Заполненная испаренным инертным газом, инертизирующим газом, область пара за счет этого дальше нагревается и инертизирующий газ претерпевает дополнительное повышение давления.

Предпочтительным образом предусмотрено устройство для введения каталитического аэрозоля, например, в форме суспензии или порошка в испаренный инертный газ. Это устройство соединено предпочтительно вне накопителя, в частности, с предусмотренным для направления инертизирующего газа трубопроводом. Введение аэрозоля в газовый поток инертизирующего газа происходит через соответствующее сопло, в частности через трубку Вентури.

Второй накопитель в особой форме выполнения является нагреваемым резервуаром устройства вентиляции (Venting) атомной электростанции. Второй накопитель представляет собой тем самым высокотемпературный накопитель энергии для моющей жидкости устройства вентиляции с температурой, например, выше 90^oC. Этот высокотемпературный накопитель энергии можно легко снабжать устройством впрыскивания также в ходе дооснащения так, что сжиженный или отвержденный инертный газ можно вводить в этот высокотемпературный накопитель энергии через это устройство впрыскивания. За счет дополнительного, в частности, располагаемого в верхней области высокотемпературного накопителя энергии отводящего трубопровода в случае аварии испаренный инертный газ через уже существующие трубопроводы или соответственно системы трубопроводов можно вводить в защитную оболочку атомной электростанции. Небольшими строительными мерами, а также подготовкой первого накопителя с сжиженным или отвержденным инертным газом тем самым с небольшими затратами создано устройство для получения большого количества инертизирующего газа. Это устройство является особенно пригодным в качестве дополнения к уже существующему устройству вентиляции (Venting) атомной электростанции, за счет чего становится возможной инертизация, а также вентиляция (Venting) атмосферы защитной оболочки
Устройство для получения инертизирующего газа является также без больших технических затрат располагаемым внутри защитной оболочки атомной электростанции. По сравнению с известными устройствами для получения инертизирующего газа за счет него не возникает отрицательного воздействия на надежность защитной оболочки, так как для эксплуатации устройства не требуются никакие горючие вещества. Защитная оболочка остается также сама по себе замкнутой.

Способ, а также устройство поясняются ниже более подробно чертежами, на которых в схематическом представлении показано:
Фиг. 1 - первая форма выполнения устройства, при которой предусмотрено введение теплоносителя в сжиженный инертный газ,
Фиг. 2 - питающее сопло в продольном сечении согласно фиг. 1,
Фиг. 3 - вторая форма выполнения устройства с высокотемпературным накопителем энергии устройства вентиляции (Venting),
Фиг. 4 - третья форма выполнения устройства, в которой предусмотрено введение сжиженного инертного газа в теплоноситель,
Фиг. 5 - четвертая форма выполнения устройства с подобным твердому телу теплоносителем и
Фиг. 6 - пятая форма выполнения устройства с подобным твердому телу теплоносителем, пронизанным каналами в твердом теле.

На фигурах схематически представлены только необходимые для пояснения компоненты устройства.

Фиг. 1 показывает второй накопитель 5, который заполнен теплоносителем 2, в частности водой. Второй накопитель 5 имеет нагрев 20 и окружен изоляцией 17. В нижней области 6 второго накопителя 5 расположен перегреватель 21. Перегреватель 21 соединен через перегревательный трубопровод 9 с первым накопителем 4, который частично заполнен сжиженным инертным газом 1. Кроме того, перегреватель 21 соединен с газопроводом 22, который ведет к не представленному здесь резервуару. Газопровод 22 в свою очередь соединен с первым накопителем 4. Второй накопитель 5 находится в соединении с первым накопителем 4 через соединительный трубопровод 8, через который вода второго накопителя 5 может направляться в первый накопитель 4. Соединительный трубопровод 8 может перекрываться через вентиль 26, в частности вентиль, приводимый в действие двигателем или другой средой. Кроме того, в соединительном трубопроводе 8 расположен дроссель 23 для дросселирования потока текучей среды. Первый накопитель 4 также окружен изоляцией 17 и имеет холодильную машину 19 с насосом. Соединительный трубопровод 8 впадает внутри первого накопителя 4 в различные питающие устройства. Ими являются распылительное сопло 12, расположенное в газовом пространстве 7 выше сжиженного инертного газа, смесительное сопло 16, смесительный элемент 18, который расположен внутри сжиженного инертного газа 1, и питающее сопло 14, которое также расположено внутри сжиженного инертного газа 1. Смесительное сопло 16 имеет подводящий трубопровод, который также вдается в сжиженный инертный газ 1. Далее представлен баллон высокого давления 25 для защитного газа, например азота, который через подводящий трубопровод азота 13 соединен как с первым накопителем 4, так и со вторым накопителем 5. При открывании вентиля 26, например, при аварии в не представленном резервуаре горячая вода, например, с температурой 150^oC течет внутрь первого накопителя 4. Процесс течения горячей воды происходит под действием давления вследствие более высокого давления внутри второго накопителя 5 по сравнению с более низким давлением внутри первого накопителя 4, причем разница давлений лежит, например, в области от 2 бар до 10 бар. Чтобы ввести воду в значительной степени полностью в первый накопитель 4, для поддержания разницы давлений предусмотрено введение защитного газа из баллона высокого давления 25 для защитного газа по подводящему трубопроводу 13. Притоком горячей воды внутрь первого накопителя 4 управляют через дроссель 23, так что чрезмерное испарение сжиженного инертного газа 1, в частности взрыв пара, исключается. Горячую воду вводят непосредственно через питающее сопло 14, а также смесительный элемент 18 в сжиженный инертный газ 1, в результате чего путем непосредственного испарения сжиженного инертного газа 1 возникают газовые пузыри 15, которые поднимаются в газовое пространство 7. Замерзающая вода также поднимается в виде куска льда 24 в направлении газового пространства 7. В смесительном сопле 16 происходит непосредственное смешивание горячей воды со сжиженным инертным газом 1 и таким образом непосредственное испарение сжиженного инертного газа 1, а также возрастание давления внутри газового пространства 7. В газовом пространстве 7 происходит сжатие и повышение давления сжиженного инертного газа 1, который по газопроводу 22 с высокой скоростью может вводиться в не представленный здесь резервуар. Путем введения горячей воды в первый накопитель 4, который содержит сжиженный инертный газ 1 при температуре ниже -10^oC, можно обеспечивать испарение больших количеств инертизирующего газа, например порядка 10000 кг/ч, и тем самым получение больших количеств инертизирующего газа.

На фиг. 2 в увеличенном масштабе представлено смесительное сопло 16 согласно фиг. 1 (деталь "X"). Смесительное сопло 16 имеет подводящий трубопровод 30 для сжиженного инертного газа 1. В подводящий трубопровод 30 впадает двойная труба 29, по внутренней трубе которой направляют теплоноситель, то есть горячую воду. По наружной трубе двойной трубы 29 направляют защитный газ, в частности азот. На входе двойной трубы 29 встречаются друг с другом горячая вода, защитный газ 28, а также сжиженный инертный газ 1. За счет этого путем непосредственного испарения сжиженного инертного газа 1 возникает инертизирующий газ, а также вследствие замерзания воды множество кусков льда 24. Защитным газом 28 вход 34 защищается от замерзания.

Коническое расширение смесительного сопла 16 вниз по течению от входа 34 вызывает высокоскоростное смешивание и распределение сжиженного инертного газа 1 с горячей водой. За счет этого достигается особенно эффективным образом испарение сжиженного инертного газа.

Фиг. 3 показывает схематически устройство для получения инертизирующего газа с первым накопителем 4, вторым накопителем 5, устройством 10 для введения аэрозоля и защитную оболочку 3 атомной электростанции. Второй накопитель 5 является высокотемпературным накопителем энергии 11 устройства вентиляции (Venting) для циркуляции атмосферы защитной оболочки 3. Высокотемпературный накопитель энергии 11 имеет обогрев 20 и частично заполнен теплоносителем 2, в частности водой, с температурой порядка 100^oC и давлением < 10 бар. В первом накопителе 4 находится сжиженный инертный газ 1. Его охлаждают с помощью холодильной машины 19, например, до температуры ниже -10^oC. Для поддержания или соответственно повышения давления внутри первого накопителя 4 он через подводящий трубопровод 13 соединен с баллоном высокого давления 25 для защитного газа, в частности азота. Первый накопитель 4 через соединительный трубопровод 8 соединен с высокотемпературным накопителем энергии 11. Соединительный трубопровод 8 внутри высокотемпературного накопителя энергии 11 содержит питающие сопла 14, а также распылительные сопла 12. Через газопровод 22 испаренный инертный газ 1 можно выводить из высокотемпературного накопителя энергии 11 и направлять в защитную оболочку 3, причем газопровод 22 может присоединяться к существующим трубопроводам высокотемпературного накопителя энергии 11 в защитную оболочку. В газопроводе 22, а также в соединительном трубопроводе 8 расположен соответственно приводимый в действие собственной средой вентиль 33, за счет чего введение сжиженного инертного газа 1 в высокотемпературный накопитель энергии 11, а также вывод из него в защитную оболочку 3 является регулируемым. В газопроводе 22 расположено устройство 10 для введения аэрозоля, которое содержит накопитель 31 для аэрозольной суспензии и сопло 32 для введения аэрозоля в испаренный инертный газ. Устройство позволяет без больших строительно-технических мероприятий вовлекать имеющуюся систему вентиляции (Venting) для получения больших количеств инертизирующего газа, за счет чего становится возможным вводить инертизирующий газ в защитную оболочку 3 непосредственно через систему вентиляции (Venting).

На фиг. 4 представлено устройство для получения инертизирующего газа, в котором жидкий углекислый газ при температуре ниже -10^oC запасают в первом накопителе 4 и через соединительный трубопровод 8 вводят во второй накопитель 5, который содержит горячую воду с температурой выше 100^oC. Для поддержания разницы давлений между первым накопителем 4 и вторым накопителем 5 аналогично фиг. 1 представлен баллон высокого давления 25 для защитного газа с соответствующим подводящим трубопроводом 13. Второй накопитель 5 содержит газопровод 22 для отвода испаренного инертного газа 1, в котором аналогично фиг. 3 представлено устройство 10 для введения аэрозоля. Сжиженный инертный газ 1 через распылительное сопло 12, а также расположенное в горячей воде питающее сопло 14 вводят во второй накопитель 5. Для дальнейшего нагрева и повышения давления испаренного инертного газа 1 второй накопитель 5 содержит перегреватель 9, который соединен с газопроводом 22. Этим устройством также возможно включать отвержденный инертный газ, например в форме струи частиц из тонко распределенных частиц льда, в горячую воду. За счет этого также вследствие непосредственного испарения возникает инертизирующий газ. Дальнейшие признаки, а также ссылочные позиции совпадают с таковыми на фиг. 1 и фиг. 2.

Фиг. 5 показывает схематически четвертую форму выполнения изобретения с первым накопителем 4, который содержит сжиженный инертный газ 1, например углекислый газ или азот, и вторым накопителем 5, который содержит теплоноситель 2, подобный твердому телу. Не поясненные более подробно детали фиг. 5, как, например, защитная оболочка 3, устройство 10 для введения аэрозоля, холодильная машина 19, а также устройства для введения жидкости соответствуют таковым на фиг. 1 - 4. Ссылочные позиции при этом соответственно совпадают с таковыми на фиг. 1 - фиг. 4. Первый накопитель 4 соединен с вторым накопителем 5 через соединительный трубопровод 8. Соединительный трубопровод 8 разделен на три ветви, причем одна ветвь заканчивается внутри второго накопителя 5 в распылительных соплах 12, через которые сжиженный инертный газ 1 непосредственно разбрызгивают на подобный твердому телу теплоноситель 2. Этот подобный твердому телу теплоноситель 2 имеет температуру порядка 300 - 800^oC. Вследствие высокой разницы температур между сжиженным инертным газом 1 и подобным твердому телу теплоносителем 2 возникающий путем прямого испарения инертизирующий газ в нижней области 6 второго накопителя 5 также имеет высокую температуру. В этот инертизирующий газ через другую ветвь соединительного трубопровода 8 дополнительно вводят сжиженный инертный газ 1 через распылительные сопла 12, за счет чего происходит дальнейшее испарение инертного газа 1. Кроме того, за счет этого дополнительного введения сжиженного инертного газа 1 повышается интенсивность испарения. Регулирование количества подведенного сжиженного инертного газа 1 производят через соответствующие вентили 26 ветвей соединительного трубопровода 8. Эти вентили 26 управляются через пост измерения давления 36 или соответственно пост измерения температуры 37. Второй накопитель 5 соединен с защитной оболочкой 3 атомной электростанции газопроводом 22. По газопроводу 22 вводят выходящий из второго накопителя 5 инертизирующий газ, который имеет температуру порядка 50^oC. Через дополнительную ветвь соединительного трубопровода 8 можно производить подпитку сжиженного инертного газа 1 в газопровод 22, за счет чего достигается дальнейшее повышение интенсивности испарения. Второй накопитель 5 имеет на своей внутренней стороне внутреннюю изоляцию 35, которая служит для снижения температуры стенки второго накопителя, за счет чего снижается механическая нагрузка на второй накопитель и он может быть выполнен с меньшей толщиной стенки.

На фиг. 6 аналогично фиг. 5 представлена пятая форма выполнения устройства с подобным твердому телу теплоносителем 2. Ссылочные позиции, а также не поясненные более подробно детали соответственно совпадают с таковыми на фиг. 1 - 5. Второй накопитель 5 содержит, как представлено на фиг. 5, нагреватель 20, который обеспечивает также выравнивание температуры внутри второго накопителя 5. Подобный твердому телу теплоноситель 2 выполнен в виде монолитного блока, который пронизан твердотельными каналами 30. В эти твердотельные каналы 30 впрыскивают герметично через питающие сопла 14, в частности типа трубки Вентури, сжиженный инертный газ. После прохождения через твердотельные каналы 30 испаренный инертный газ, инертизирующий газ, герметично собирают из блока в газопроводе 22 и подводят к защитной оболочке 3 атомной электростанции. Расход сжиженного инертного газа 1 через соединительный трубопровод 8 регулируют через вентиль 26, который управляется через расположенный внутри второго накопителя 5 пост измерения давления 36. Через устройство 10 производят введение каталитического аэрозоля или дополнительного сжиженного инертного газа 1. Дополнительно введенный в газопровод 22 сжиженный инертный газ 1 испаряется в нем и способствует повышению интенсивности испарения.

Способ отличается своим пассивным образом действия, а также получением большого количества инертизирующего газа так, что атмосфера защитной оболочки атомной электростанции, в частности, с реактором, охлаждаемым водой под давлением, в течение короткого времени может быть инертизирована полностью или частично. При частичной инертизации путем использования рекомбинаторов можно безопасно производить каталитическое превращение содержащегося в атмосфере защитной оболочки водорода. Во всяком случае таким образом в случае аварии обеспечена последующая инертизация защитной оболочки так, что образование взрывчатой смеси из водорода и кислорода надежно исключено. Устройство отличается особенно компактным выполнением, причем существующее устройство атомной электростанции, как, например, устройство вентиляции (Venting), может быть объединено с высокотемпературным накопителем энергии, а также трубопроводами. Устройство можно устанавливать без больших строительно-технических работ также позднее. Его можно располагать также внутри защитной оболочки атомной электростанции.

Изобретение относится к способу для получения инертизирующего газа для введения в резервуар, в частности в оболочку безопасности (3) атомной электростанции. Инертный газ (1) в сжиженной или отвержденной форме запасают в первом накопителе (4) и во втором накопителе (5) готовят достаточное для испарения газа (1) количество тепла в теплоносителе (2). Затем приводят в тепловой контакт друг с другом теплоноситель (2) и сжиженный или отвержденный инертный газ (1). Описывается устройство для получения инертизирующего газа. Способ и устройство позволяют получить большое количество инертизирующего газа, за счет чего обеспечивается быстрая инертизация защитной оболочки (3) атомной электростанции. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ для получения инертизирующего газа (1) для введения в резервуар (3), в частности, в защитную оболочку атомной электростанции, при котором инертный газ (1) в сжиженной или отвержденной форме запасают в первом накопителе (4), во втором накопителе (5) подготавливают достаточное для испарения сжиженного или соответственно отвержденного инертного газа (1) количество тепла в теплоносителе (2) и теплоноситель (2) и сжиженный или соответственно отвержденный газ (1) приводят в тепловой контакт друг с другом, причем во втором накопителе (5) господствует температура выше 100^oС, в случае жидкого теплоносителя (2) предпочтительно между 150^oС и 250^oС, и в случае подобного твердому телу теплоносителя (2) предпочтительно между 300^oС и 800^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа (1) используют углекислый газ и/или азот. 3. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что используют жидкий теплоноситель (2), как вода или масло. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что отвержденный инертный газ (1) вводят в жидкий теплоноситель (2) в тонко распределенной форме. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют подобный твердому веществу теплоноситель (2), в частности, из металла или керамики. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что подобный твердому веществу теплоноситель (2) является сыпучим, в частности, присутствует в форме сыпучего материала или в виде кучи шаров. 7. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в первом накопителе и/или втором накопителе господствует давление 5 - 50 бар, предпочтительно 20 бар. 8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в первом накопителе господствует температура ниже -10^oС. 9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что инертный газ (1) подогревают до температуры выше -20^oС, в частности, выше -10^oС. 10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что используют жидкий теплоноситель (2), который вводят в сжиженный инертный газ, в частности, в тонко распределенной форме и/или со скоростью выше 10 м/с. 11. Способ по одному из пп. 1 - 10, отличающийся тем, что сжиженный инертный газ (1) вводят в теплоноситель (2) через насадки, в частности, в тонко распределенной форме и/или со скоростью выше 10 м/с. 12. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что к инертному газу (1) после его испарения подмешивают каталитический аэрозоль в виде суспензии или порошка, который является пригодным для начала окисления газообразного водорода при комнатной температуре. 13. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после его испарения инертный газ (1) вводят в резервуар (3), содержащий газообразный водород, и производят уменьшение концентрации газообразного водорода до полной инертизации резервуара (3) или для контролированного превращения газообразного водорода. 14. Устройство для получения инертизирующего газа (1) для введения в резервуар (3), в частности, в защитную оболочку атомной электростанции, с a) первым накопителем (4) для хранения сжиженного или отвержденного инертного газа (1), b) вторым накопителем (5) для подготовки теплоносителя (2) с температурой выше 100^oС, c) соединение (8), которое в нормальном случае закрыто и обеспечивает термическую изоляцию сжиженного или соответственно отвержденного инертного газа (1) от теплоносителя (2) и при необходимости открыто, так что возможно создание теплового контакта инертного газа (1) с теплоносителем (2). 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что при открытом соединении (8) имеет место приводимый в движение давлением поток сжиженного инертного газа (1) или жидкого теплоносителя (2), в частности, первый накопитель (4) находится под более высоким давлением, чем второй накопитель (5), или соответственно наоборот. 16. Устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что второй накопитель (5) содержит перегреватель (21) для дополнительного нагрева испаренного инертного газа (1). 17. Устройство по одному из пп.14 - 16, отличающееся тем, что предусмотрено устройство (10) для введения каталитического аэрозоля, например, в форме суспензии или порошка в испаренный инертный газ. 18. Устройство по одному из пп.14-17, отличающееся тем, что второй накопитель (5) является нагреваемым резервуаром (11) устройства вентиляции атомной электростанции. 19. Устройство по одному из пп.14 - 18, отличающееся тем, что оно расположено внутри защитной оболочки (3) атомной электростанции.