[发明专利]包括排气阀和止回阀的组合阀装置

说明书

本申请要求2009年2月3日申请的美国临时申请61/202,172和2009年10月1日申请的美国临时申请61/247,621的优先权，这两个申请都整体地通过参考结合于此。

背景技术

核电站是装备有被设计来将冷却水喷射入反应堆芯以去除衰变热的备用应急系统。然而，在这种水可能会长时间停滞的备用系统中，空气、不可冷凝气体、蒸汽或它们的组合(这里统称为“气体”)会聚集于管道、泵壳体、阀或其他结构件中。在这种系统中的大量聚集气体气泡被证明对系统以及核电站本身会是毁坏性的。

气体通过以下方式中的一种或多种被引入核电站的应急冷却水中：(a)环境空气的成分溶解于水中；(b)气体以气泡、气穴的形式或通过涡流的形式被捕获于进气中；(c)空气在较高压力下从发生故障的邻接系统吸入；或者(d)在系统表面与高温部件相接触从而将水温升高至与系统压力相应的沸点之上时，蒸汽可能在系统自身中产生。在新填充管中的停滞水中的、呈溶解空气或气泡或蒸汽形式的气体将聚合为更大气泡，并在系统的最高的高程(或局部的较高高程)处形成空隙。气体的发散受益于温度和压力变化。

在备用应急注水系统中，申请人将该系统的下上游部分与被设计成将水喷入堆芯的泵相区分。泵一般为单级或多级离心式设计。如果泵在泵上游的系统(a)中在存在气泡的情况下被致动，气泡将达到泵，并且或者泵会由于失衡的操作而受损(或毁坏)，或者仅能实现部分的流量和压力；或者在下游的系统(b)中，加速的水冲击会到达管弯头、阀或其他结构堵塞部，同时就存在着由于冲量转移而损坏管、管支架或其他系统部件的可能性。这种情况会有损于电站，这不仅由于泵和/或其管道的损耗，而且主要因为泵将不能实施其安全功能。在存在蒸汽(或空气蒸汽混合物)的情况下，加速的水冲击由于蒸汽冷凝的缘故会聚集更多的动能，并且变得甚至更加具有破坏性。

如同在所有当前发电装置中一样，在核电站中，系统和部件性能的可靠性是最重要的。系统和/或部件的故障可能会具有大大超过部件价值、并且可能超过核电站价值的后果。

在核电站应急反应系统中的当前排气实践使用常规手动操作阀，其类似于在液压系统中用于控制流体流量的那些装置。这种阀安装于构成流路一部分的管道中，与本发明的排气阀-止回阀相比尺寸较大、手动操作、昂贵、并且需要维护。在目前的实践中，成本阻止了排气阀的冗余，手动操作增加了操作成本，并且允许了在系统中可能形成气泡的时间间隔。

当前的排气实践不是令人满意的，因为在排气间隔之间，在应急反应系统中已经发现了气泡，这会给系统和/或电站带来损害。因此，当前的实践没有满足提供在所有时间一直没有气泡的备用注水系统的需求。经常，电站操作者使用超声设备来检测(“观察”)是否系统的某些部分(也就是在还没有安装排气阀的区域中)藏有气体产物。超声设备获取和操作昂贵，因为需要熟练人员。这个问题部分地与当前类型排气阀的安装成本、排气人工成本以及排气阀维护成本相关。

这个问题的状况在网址nrc.gov中的公众可用的美国核管制委员会(NRC)普通信函(GL)2008-01中得到总结。很多相关文献在这个GL中引用。这个文档关于核电站备用安全系统的细节通过参考结合于此。

发明内容

本发明提供了一种有利于使在液体管线中的气体排出的排出阀/止回阀的组合阀装置，其包括排出阀、止回阀以及气体能穿过其中的毛细端口，所述毛细端口具有两个开口，每个所述阀分别控制所述开口之一的打开和闭合。

在优选方面中，毛细端口包括其轴线位于重力方向上的气体通道；排出阀适于被定位在液体管线和所述端口的一个开口之间，并且所述止回阀定位于所述端口的另一端处；所述排出阀包括形状互补的阀座和密封元件，以使得当密封元件压靠着所述阀座时，所述排出阀闭合；所述密封元件具有的体积和重量使得其在管线中的正常和预期温度和压力条件(包括但不限于70至250℃之间和高达2200psi)下漂浮于管线中的液体中，并且在所述管线中有效地闭合所述排出阀且没有显著变形；所述止回阀包括形状互补的阀座和密封元件，以使得当密封元件压靠着所述阀座时，所述止回阀闭合；所述密封元件具有这样的体积和重量，以使得在重力作用和所述管线中的温度和压力的预计状况下，所述止回阀闭合；和/或在连接至所述管线时，组合阀装置适于使得所述漂浮的密封元件漂浮，以密封所述排出阀。

在另一个方面，本发明涉及一种液体管线，其具有连接于此的一个或多个上述组合阀装置，其中优选地液体是水；液体管线是核电站的备用安全系统的一部分；所述一个或多个阀通过螺栓状壳体安装至所述管线；和/或组合阀装置安装于管线的最高高程上。