CN104052333A - 一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，属于反应堆安全系统设计技术领域。该系统包括热电转换部件(1)、以及与热电转换部件(1)连接的传热部件(2)和电能存储及输配部件(3)，热电转换部件(1)包括高温端(18)和低温端(19)，高温端(18)通过传热部件(2)与热源(4)连接，低温端(19)通过传热部件(2)与热阱(5)连接。该系统利用堆芯衰变热，采用热电转换这种非能动的方式产生电力，系统能够保证在严重事故工况下为重要的监测仪表以及严重事故缓解设施提供电源，显著提高严重事故下放射性物质向环境释放频率的概率安全指标。

Description

一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统

技术领域

本发明涉及反应堆安全系统设计技术，具体涉及一种通过热电转换、利用核反应堆严重事故堆芯熔毁的熔融物衰变热发电的系统。

背景技术

2011年的福岛核事故中，由于海啸导致了1至4号机组全部丧失外部电源，缺乏有效的应急供电，多个电厂安全相关的重要监测仪表丧失功能，执行事故缓解功能的安全设施也未能投运，最终造成了灾难性的严重事故。

福岛事故后，各国核安全监管机构和核工业界对于核电厂安全提出了更高的要求。中国新设计的三代电厂，如ACP1000、ACP100、ACPR1000、CAP1000及CAP1400等都考虑增设压力容器内熔融物滞留、或压力容器外熔融物捕集器等严重事故缓解系统，并考虑增设更为充分和可靠柴油发电机或者电池组作为应急电源。

堆芯熔毁后，由于衰变热的持续，熔融物会持续放出热量并保持很高的温度。从这一角度看，熔融物是一个高功率的持续热源。理论上来说，只要有冷源和热源的温差，就存在将热能转换为电能的可能性，例如通过水—蒸汽的循环推动汽轮机组，或是基于两种导体或半导体的塞贝克效应(SeebeckEffect)发电。

核电厂在严重事故中仍需保证对必要监测仪表或是安全系统设备的供电，目前各个核电厂大都采用柴油发电机和电池组作为应急电源，但还是受到柴油储存容量或是电池容量的限制。如果能利用堆芯熔融物的衰变热作为热源进行发电，则能够提供稳定持续的电源，对于缓解严重事故，延长厂外电恢复时间需求，避免放射性物质的大量释放有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够在核反应堆严重事故工况下提供可靠电源的利用堆芯熔融物衰变热发电的系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，包括热电转换部件、以及与热电转换部件连接的传热部件和电能存储及输配部件，热电转换部件包括高温端和低温端，高温端通过传热部件与热源连接，低温端通过传热部件与热阱连接。

进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，所述的热电转换部件还包括位于高温端和低温端之间的多个热电转换结。

进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，所述的热点转换结由两种不同的导体或半导体组成。

进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，多个热电转换结之间并联或串联。

进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，所述的热源来自于堆芯熔融物的衰变热。

进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，通过集热装置获取热源，集热装置设置在距离堆芯熔融物设定距离位置处。

进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，所述的距离堆芯熔融物设定距离位置处包括压力容器下封头、堆腔混凝土和堆外熔融物捕集器处。

再进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，所述的热阱包括安全壳内水箱、热交换器、安全壳外水箱和冷却管。

更进一步，如上所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，所述的电能存储及输配部件包括至少一块用于存储电能的电池和电力配送部件。

本发明的有益效果在于：1)利用堆芯衰变热，采用热电转换这种非能动的方式产生电力，提供了一个严重事故工况下的可靠电源；(2)系统能够保证在严重事故工况下为重要的监测仪表以及严重事故缓解设施提供电源；(3)可以显著提高严重事故下放射性物质向环境释放频率(LERF)的概率安全指标；(4)系统可以利用堆芯衰变热长期持续发电，为赢得更长的厂外电源恢复时间奠定了基础。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统的示意图；

图2为本发明具体实施方式中热电转换部件的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1示出了本发明具体实施方式中一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统的示意图，该系统主要包括热电转换部件1、以及与热电转换部件1连接的传热部件2和电能存储及输配部件3。

本实施方式中的热电转换部件1的结构示意图如图2所示，包括高温端18、低温端19以及位于高温端18和低温端19之间的多个并联或串联的热电转换结20。其中，热电转换结20可以选择两种不同的导体或半导体组成，例如P型/N型结21或者是金属-金属结22，热电转换结20通过塞贝克效应将温差转化为电能。本实施方式中的高温端18和低温端19只是一个相对概念，与相对高温部件连接的一端为高温端，与相对低温部件连接的一端为低温端。

本实施方式中，热电转换部件1的高温端18通过传热部件2与热源4相连接，传热部件2可以选择导热良好的热管。

本实施方式中的热源4来自于堆芯熔融物的衰变热，可以通过设置在距离堆芯熔融物设定距离位置处的集热装置获取热源，也就是说在靠近熔融物的高温位置处设置集热装置，并通过传热部件2将热量传导至热电转换部件的高温端18。所述的距离堆芯熔融物设定距离位置处包括压力容器下封头6、堆腔混凝土7和堆外熔融物捕集器8处。

在实施过程中，将传热部件2连接到靠近堆芯熔融物的位置处，例如上述的压力容器下封头6，堆腔混凝土7，堆外熔融物捕集器8。传热部件2能够将堆芯熔融物衰变热的热量传导至热电转换部件1的高温端18。

热电转换部件1的低温端19通过传热部件2与热阱5相连接，传热部件2可以选择导热良好的热管，所述的热阱包括安全壳内水箱9、热交换器10、安全壳外水箱11和冷却管12。

在实施过程中，将传热部件2连接到安全壳内或安全壳外的低温位置处，例如上述安全壳内水箱9，热交换器10，安全壳外水箱11，冷却管12等。传热部件2能够将热电转换部件1的低温端19的热量传导到热阱5中。

热电转化部件1通过导电线路与电能储存及输配部件3连接，电能储存及输配部件3包含至少一块用于存储电能的电池和电力配送部件。

发电时，热电转换部件1利用来自堆芯熔融物的衰变热作为热源，利用热阱5作为冷源，通过塞贝克效应将温差转变为电能，电能存储及输配部件3的电池能够热电转换部件1产生的电能，并通过输电线路(电力配送部件)为用电用户13提供电力，例如能够为温度及压力监测仪表14、氢气点火器15、机械泵16、电动阀门17等用户提供电力。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：包括热电转换部件(1)、以及与热电转换部件(1)连接的传热部件(2)和电能存储及输配部件(3)，热电转换部件(1)包括高温端(18)和低温端(19)，高温端(18)通过传热部件(2)与热源(4)连接，低温端(19)通过传热部件(2)与热阱(5)连接。

2.如权利要求1所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：所述的热电转换部件(1)还包括位于高温端(18)和低温端(19)之间的多个热电转换结(20)。

3.如权利要求2所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：所述的热点转换结(20)由两种不同的导体或半导体组成。

4.如权利要求2或3所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：多个热电转换结(20)之间并联或串联。

5.如权利要求1所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：所述的热源(4)来自于堆芯熔融物的衰变热。

6.如权利要求5所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：通过集热装置获取热源(4)，集热装置设置在距离堆芯熔融物设定距离位置处。

7.如权利要求6所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：所述的距离堆芯熔融物设定距离位置处包括压力容器下封头(6)、堆腔混凝土(7)和堆外熔融物捕集器(8)处。

8.如权利要求1所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：所述的热阱(5)包括安全壳内水箱(9)、热交换器(10)、安全壳外水箱(11)和冷却管(12)。

9.如权利要求1所述的一种利用堆芯熔融物衰变热发电的系统，其特征在于：所述的电能存储及输配部件(3)包括至少一块用于存储电能的电池和电力配送部件。