CN103378767B - 一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置。第一吸热端布置在安全壳内的堆内水箱侧壁；第一吸热端通过第一连接部件连接布置在安全壳外的第一散热端；第一散热端内设置第一冷端电极，第一吸热端内设置第一热端电极；第一热端电极通过导线连接第一电控装置。第二吸热端布置在安全壳内的压力容器堆腔的四周，以及压力容器下方的熔融物滞留槽的下部；第二吸热端通过第二连接部件连接布置在安全壳外的第二散热端；第二散热端内设置第二冷端电极，第二吸热端内设置第二热端电极；第二热端电极通过导线连接第二电控装置。本发明利用堆芯余热，可为氢气点火器持续供电，也可为安全监测和安全控制系统长时间供电。
Description
技术领域
本发明涉及核电站反应堆安全技术领域，尤其涉及一种用于事故后提供应急电源以及为氢气点火器供电的装置。
背景技术
核电站在发生全厂断电事故时，一般会启动应急保安电源，由柴油发电机提供应急电源，如果遇到超设计基准事故、极端自然事件、多重失效等情况，柴油发电机有失效的可能，当发生事故后，堆芯熔化反应堆堆芯会发生锆水反应产生大量的氢气，产生的氢气危害有两点，第一会增加安全壳内的压力，当压力值超过安全壳的设计极限压力时，会把安全壳撑破，导致核电站丧失最后一道安全屏障，使大量放射性物质外泄，比如日本福岛事故，就是因为发生锆水反应，产生大量氢气，最终导致安全壳内超压撑破安全壳。第二会增加安全壳内的不凝气体，使壳内换热下降，对于第三代的核电AP1000来说，使用了钢制安全壳做为安全屏障和最终热阱，换热通过壳内的凝结换热，安全壳的导热和壳外的对流换热将堆芯余热排出，如果安全壳内氢气太多会导致不凝结气体比例上升，使壳内凝结换热系数明显下降。很多核电站中，设计氢气复合器和氢气点火器来消除氢气，比如AP1000就设计66个氢气点火器，主要依靠氢气点火器来消除氢气，这时一般的核电站还设计有应急的蓄电池直流电源，可以提供数个小时的短暂电力供应，但是由于核电站的事故不一定能够及时缓解，比如福岛事故后，即使事故后几个月内也未能完全解决，比如我国现在现在引进的第三代核电站AP1000，事故后蓄电池直流供电系统(IDS)只能为氢气点火器提供4个小时的安全电源，为其他的安全监测等系统只能提供不到72小时的安全电源。
热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料。人们对热电材料的认识具有悠久的历史。1823年，德国人塞贝克发现了材料两端的温差可以产生电压，也就是通常所说的温差电现象。1834年，法国钟表匠珀耳帖在法国《物理学和化学年鉴》上发表了他在两种不同导体的边界附近(当有电流流过时)所观察到的温差反常的论文。这两个现象表明了热可以致电，而同时电反过来也能转变成热或者用来制冷，这两个现象分别被命名为塞贝克效应和珀耳帖效应。在生活四周有许多耗费能源所生成、却又被废弃的热能，例如：汽车尾气、工厂锅炉排放的气体等等。如果能将这些热能善加利用，即可成为再次使用的能源，而热电材料与技术，就是利用温差来发电的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其在核电站事故后，不仅可以为氢气点火器持续供电，还可以为安全监测和安全控制系统长时间供电。
实现本发明目的技术方案：一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其包括第一热电转换装置和第二热电转换装置；
所述的第一热电转换装置的第一吸热端布置在安全壳内的堆内水箱侧壁；第一吸热端通过若干个穿出安全壳的第一连接部件连接布置在安全壳外的第一散热端；第一散热端内设置第一冷端电极，第一吸热端内设置第一热端电极；第一热端电极通过导线连接第一电控装置的输入端，第一电控装置的输出端通过导线分别连接安全壳内的若干个氢气点火器和安全壳外的核电站应急直流电源母线；所述的第一吸热端、第一连接部件和第一散热端均由同种碱金属材料或碲化铋类材料或碲化铅类材料制成；其中，第一吸热端和第一散热端之间存在温差，通过第一热端电极和第一冷端电极转换成电能，传输至第一电控装置，由第一电控装置调节电压后为若干个氢气点火器和核电站应急直流电源母线供电；
所述的第二热电转换装置的第二吸热端布置在安全壳内的压力容器堆腔的四周，以及压力容器下方的熔融物滞留槽的下部；第二吸热端通过埋设在地下的第二连接部件连接布置在安全壳外的第二散热端；第二散热端内设置第二冷端电极，第二吸热端内设置第二热端电极；第二热端电极通过导线连接第二电控装置的输入端，第二电控装置的输出端通过导线分别连接安全壳内的若干个氢气点火器和安全壳外的核电站应急直流电源母线；所述的第二吸热端、第二连接部件和第二散热端均由同种碱金属或硅化锗合金制成；其中，第二吸热端和第二散热端之间存在温差，通过第二热端电极和第二冷端电极转换成电能，传输至第二电控装置，由第二电控装置调节电压后为若干个氢气点火器和核电站应急直流电源母线供电。
如上所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其所述的第一散热端和第二散热端分别布置在两个烟囱的下部内，两个烟囱分别通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱的下部自由地通过烟囱。
如上所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其所述的第一散热端和第二散热端外表面上均分布若干散热翅片。
如上所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其所述的熔融物滞留槽由酸性耐火材料、中性耐火材料、碱性耐火材料或第二复合材料制成。所述的酸性耐火材料为氧化硅；中性耐火材料为氧化铝、氧化铬或石墨；碱性耐火材料为氧化镁、氧化钙、氧化镧、氧化铍或氧化锆；第二复合材料为金属陶瓷或纤维增强陶瓷。
如上所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其所述的第一电控装置和第二电控装置能够将接收到的电能调整为合适电压提供给氢气点火器，用以将安全壳内的氢气点燃；同时，第一电控装置和第二电控装置还能够将接收到的电能调整为合适电压提供给核电站应急直流电源母线，继而为安全壳外的安全控制和安全监测系统提供电力。
本发明的效果在于：本发明所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，采用第一热电转换装置与第二热电转换装置，具有安全与可靠性高，无能动部件，自启动等特点，利用反应堆堆芯余热，不仅可以为氢气点火器持续供电，还可以为安全监测和安全控制系统长时间供电，从而显著增加核电站的安全性。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后装置结构示意图；
图中：1-安全壳；2-氢气点火器；3-压力容器；4-第一散热端；5-第一吸热端；6-核电站应急直流电源母线；7-堆内水箱；8-第二吸热端；9-熔融物滞留槽；10-第一连接部件；11-第二散热端；12-烟囱；13-第一电控装置；14-第一热端电极；15-第一冷端电极；16-散热翅片；17-第二连接部件；18-第二热端电极；19-第二冷端电极；20-第二电控装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置作进一步描述。
如图1所示，本发明所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其主要包括第一热电转换装置和第二热电转换装置。
上述的第一热电转换装置包括第一吸热端5、第一连接部件10、第一散热端4、第一电控装置13等。第一吸热端5布置在安全壳1内的堆内水箱7侧壁；第一吸热端5通过2个穿出安全壳1的第一连接部件10连接布置在安全壳1外的第一散热端4。该第一散热端4外表面上均分布若干散热翅片16，第一散热端4还布置在加强换热的烟囱12下部内，该烟囱12通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱的下部自由地通过烟囱，所述的烟囱又称为空冷塔。第一散热端4内设置第一冷端电极15，第一吸热端5内设置第一热端电极14。第一热端电极14通过导线连接第一电控装置13的输入端，第一电控装置13的输出端通过导线分别连接安全壳1内的若干个氢气点火器2和安全壳1外的核电站应急直流电源母线6。
其中，第一吸热端5、第一连接部件10和第一散热端4均由同种碱金属材料或碲化铋(Bi2Te3)类材料或碲化铅(PbTe)类材料制成。第一吸热端5和第一散热端4之间存在温差(温差大约为40～300度)，通过第一热端电极14和第一冷端电极15转换成电能，传输至第一电控装置13，第一电控装置13能够将接收到的电能调整为合适电压提供给氢气点火器2，用以将安全壳1内的氢气点燃；同时，第一电控装置13还能够将接收到的电能调整为合适电压提供给核电站应急直流电源母线6，继而为安全壳1外的安全控制和安全监测系统提供电力。
上述的第二热电转换装置包括第二吸热端8、第二连接部件17、第二散热端11、第二电控装置20等。第二吸热端8布置在安全壳1内的压力容器3堆腔的四周，以及压力容器3下方的熔融物滞留槽9的下部；第二吸热端8通过埋设在地下的第二连接部件17连接布置在安全壳1外、地面上的第二散热端11。第二散热端11外表面上均分布若干散热翅片，第二散热端11布置在加强换热的烟囱下部内，该烟囱通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱的下部自由地通过烟囱。第二散热端11内设置第二冷端电极19，第二吸热端8内设置第二热端电极18。第二热端电极18通过导线连接第二电控装置20的输入端，第二电控装置20的输出端通过导线分别连接安全壳1内的若干个氢气点火器2和安全壳1外的核电站应急直流电源母线6。
其中，第二吸热端8、第二连接部件17和第二散热端11均由同种阿姆特科(Amtec)碱金属材料或硅化锗(SiGe)合金制成。第二吸热端8和第二散热端11之间存在温差(温差大约为300～2000度)，通过第二热端电极18和第二冷端电极19转换成电能，传输至第二电控装置20，第二电控装置20能够将接收到的电能调整为合适电压提供给氢气点火器2，用以将安全壳1内的氢气点燃；同时，第二电控装置20还能够将接收到的电能调整为合适电压提供给核电站应急直流电源母线6，继而为安全壳1外的安全控制和安全监测系统提供电力。
所述的熔融物滞留槽9由酸性耐火材料(例如：氧化硅)、中性耐火材料(例如：氧化铝、氧化铬或石墨)、碱性耐火材料(例如：氧化镁、氧化钙、氧化镧、氧化铍或氧化锆)或第二复合材料(例如：金属陶瓷或纤维增强陶瓷)制成。
所述的第一热端电极14、第一冷端电极15、第二热端电极18和第二冷端电极19均由铜或铝或钢材制成。
本发明所述的基于热电直接转换的核电站事故后供电装置工作过程为：
在核电站发生严重事故后，压力容器3内，燃料包壳和水发生锆水反应，产生氢气，氢气可以从一回路压力边界的破口中流出，同时安全壳1内产生饱和蒸汽，温度急剧上升，这时的堆内水箱7温度上升，达到饱和状态，这是布置在安全壳内的第一热电转换装置的第一吸热端5吸收安全壳内的热量，与布置在安全壳外的第一散热端4产生温差，由于温差通过第一热电转换装置使化学能产生电能(第一热端电极14和第一冷端电极15类似于电池的正负极)，通过导线连接第一电控装置13将电能调整后为给氢气点火器2供给合适的电力，将安全壳内的氢气点燃，同时通过核电站应急直流电源母线6，将电能输送出去为安全控制和安全监测系统提供电源。
或者当发生极恶劣情况时，堆芯熔化，或压力容器3破损时，氢气大量涌出，这时通过设置的耐高温的熔融物滞留槽9将堆芯熔融物捕捉住，同时熔融物滞留槽9内的温度急剧上升，将热量传递给布置在压力容器3腔室内的第二热电转换装置的第二吸热端8，第二吸热端8与第二散热端11产生温差，由于温差通过第二热电转换装置使化学能产生电能(第二热端电极18和第二冷端电极19类似于电池的正负极)，通过导线连接第二电控装置20将电能调整后为给氢气点火器2供给合适的电力，将安全壳内的氢气点燃，同时通过核电站应急直流电源母线6，将电能输送出去为安全控制和安全监测系统提供电源。
本发明并不严格地局限于上述实施例。根据本发明提出的方法或装置，可以应用于任何类型的核反应堆。
Claims (4)
1.一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其特征在于：该供电装置包括第一热电转换装置和第二热电转换装置；
所述的第一热电转换装置的第一吸热端(5)布置在安全壳(1)内的堆内水箱(7)侧壁；第一吸热端(5)通过若干个穿出安全壳(1)的第一连接部件(10)连接布置在安全壳(1)外的第一散热端(4)；第一散热端(4)内设置第一冷端电极(15)，第一吸热端(5)内设置第一热端电极(14)；第一热端电极(14)通过导线连接第一电控装置(13)的输入端，第一电控装置(13)的输出端通过导线分别连接安全壳(1)内的若干个氢气点火器(2)和安全壳(1)外的核电站应急直流电源母线(6)；所述的第一吸热端(5)、第一连接部件(10)和第一散热端(4)均由同种碱金属材料或碲化铋类材料或碲化铅类材料制成；其中，第一吸热端(5)和第一散热端(4)之间存在温差，通过第一热端电极(14)和第一冷端电极(15)转换成电能，传输至第一电控装置(13)，由第一电控装置(13)调节电压后为若干个氢气点火器(2)和核电站应急直流电源母线(6)供电；
所述的第二热电转换装置的第二吸热端(8)布置在安全壳(1)内的压力容器(3)堆腔的四周，以及压力容器(3)下方的熔融物滞留槽(9)的下部；第二吸热端(8)通过埋设在地下的第二连接部件(17)连接布置在安全壳(1)外的第二散热端(11)；第二散热端(11)内设置第二冷端电极(19)，第二吸热端(8)内设置第二热端电极(18)；第二热端电极(18)通过导线连接第二电控装置(20)的输入端，第二电控装置(20)的输出端通过导线分别连接安全壳(1)内的若干个氢气点火器(2)和安全壳(1)外的核电站应急直流电源母线(6)；所述的第二吸热端(8)、第二连接部件(17)和第二散热端(11)均由同种碱金属或硅化锗合金制成；其中，第二吸热端(8)和第二散热端(11)之间存在温差，通过第二热端电极(18)和第二冷端电极(19)转换成电能，传输至第二电控装置(20)，由第二电控装置(20)调节电压后为若干个氢气点火器(2)和核电站应急直流电源母线(6)供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其特征在于：所述的第一散热端(4)和第二散热端(11)分别布置在两个烟囱的下部内，两个烟囱分别通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱的下部自由地通过烟囱。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其特征在于：所述的第一散热端(4)和第二散热端(11)外表面上均分布若干散热翅片(16)。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置，其特征在于：所述的第一电控装置(13)和第二电控装置(20)能够将接收到的电能调整为合适电压提供给氢气点火器(2)，用以将安全壳(1)内的氢气点燃；同时，第一电控装置(13)和第二电控装置(20)还能够将接收到的电能调整为合适电压提供给核电站应急直流电源母线(6)，继而为安全壳(1)外的安全控制和安全监测系统提供电力。
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