CN104767265A - 一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统 - Google Patents

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苏子威
唐兴贵
王晓江
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Abstract

本发明涉及一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，包括依次相连的半导体温差发电电源(1)、整流稳压模块(2)、蓄电池组(3)、逆变器(5)以及通过通信线与逆变器(5)相连的控制器(6)；控制器(6)用于检测负载的运行状态，当控制器(6)检测到负载处于失电状态时，启动逆变器(5)为负载供电。本发明提供的核电厂应急蓄电池系统，利用塞贝克效应发电，无需化学反应且无机械移动部分，通过非能动方式运转，具有简单、稳定、可靠、实施方便，易于控制、无噪音、无污染、无有害物质排放、高效、使用寿命长，坚固耐用等一系列优点。

Description

一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统
技术领域
本发明属于核电安全和机械设备技术领域，具体涉及一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统。
背景技术
能源是人类发展进步的的动力。随着人类文明的发展，能源的需求量也在持续增长。目前三大能源来源煤、石油、天然气不但会带来严重的污染，造成酸雨，带来温室效应；另外，也会在不久的将来使人类面临能源危机。为了缓解能源缺乏，除积极地开发太阳能、风能和生物质能等可再生能源外，核能是可实现替代常规能源、实现工业应用的唯一选择。从20世纪50年代以来，核电站发电量已占世界总发电量的16％。但随着核电的发展，人类对于核电的安全问题也越来越关注，尤其是在日本福岛核电站严重事故发生后，世界对待核电的恐惧进一步加深。日本福岛核事故的经验教训十分深刻，要求各国进一步提高对核安全的极端重要性和基本规律的认识，提升核安全文化素养和水平，进一步提高核安全标准要求和设施固有安全水平，进一步完善事故应急响应机制，提升应急响应能力等等。福岛事故后，我国政府首次把“安全高效发展核电”写入工作报告，表明了中国政府发展核电的立场是一贯的、坚定的。中国核电今后发展的速度和规模将很大程度上取决于资源保障条件。
虽然核电站事故的发生的频率极低；但一旦发生事故，很可能导致对公众和环境严重危害，对核电站和社会安全构成极大的威胁。因此，为了限制事故的发展和减轻事故的后果，核电厂提出了纵深防御这个重要理念——提供多道屏障、层层设置的设备和规程，用以防止事故，或在未能防止事故时保证适当的保护。核电厂电源系统作为电厂的动力源，对其安全稳定运行起到至关重要作用，因此对与安全相关的电源进行多重性、独立性地设置，对一些特别重要的用电设备或特殊要求的设备采用专用电源，多种手段综合使用必不可少。
蓄电池组是核电厂电源系统的重要设备。在核电厂正常运行情况下，蓄电池处于浮充状态；在失去供电电源或供电设备发生故障时，充电器退出工作，蓄电池开始放电，以保证在要求时间内为下游负荷提供紧急稳定电源，保证重要负荷的持续供电，确保核电厂安全。蓄电池具有可反复充放电，使用方便的特点，使其在许多应用领域有着不可替代的地位，核电厂直流电源系统普遍采用铅酸蓄电池作为储备电源。但铅酸蓄电池在使用过程中常有溢酸、渗酸和气体酸雾溢出等现象，不仅腐蚀设备，而且污染环境，使用寿命短，维护成本高，此外，铅酸蓄电池在恶劣环境中(高寒、高温)适应能力差，难于启动。
为了提高核电厂电源系统的可靠性，保障核电厂运行的安全性，需要设置了独立的、专用的、安全可靠的核电厂应急蓄电池系统，以便在供电系统发生故障时能够及时释放能量保证关键负荷的正常运行。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，该应急蓄电池系统具有清洁、无噪音污染、无有害物质排放、高效、寿命长、坚固耐用和简单稳定等优点。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，包括依次相连的半导体温差发电电源、整流稳压模块、蓄电池组、逆变器以及通过通信线与逆变器相连的控制器；控制器用于检测负载的运行状态，当控制器检测到负载处于失电状态时，启动逆变器为负载供电。
进一步，半导体温差发电电源的输出端设有充电开关，逆变器的输出端与负载之间设有供电开关，充电开关和供电开关之间连接有开关切换器；当控制器启动逆变器工作时，开关切换器自动断开充电开关，闭合供电开关。
进一步，半导体温差发电电源包括再热蒸汽通道箱以及两个分别设在再热蒸汽通道箱顶部、底部的冷却水箱，冷却水箱与再热蒸汽通道箱之间夹持有半导体发电模块。
再进一步，再热蒸汽通道箱内设有蒸汽折流板，冷却水箱内设有冷却水折流板。
进一步，每个半导体发电模块包括两个分别与再热蒸汽通道箱、冷却水箱相接触的金属板以及设在两个金属板之间的N-P半导体，N-P半导体由若干N半导体、P半导体通过导流片间隔串联而成，导流片与金属板10之间还设有绝缘导热硅脂层。
本发明提供的核电厂应急蓄电池系统，利用塞贝克效应发电，无需化学反应且无机械移动部分，通过非能动方式运转，具有简单、稳定、可靠、实施方便，易于控制、无噪音、无污染、无有害物质排放、高效、使用寿命长，坚固耐用等一系列优点。
附图说明
图1是本发明提供的利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统的结构框图；
图2是图1中半导体温差发电电源的结构示意图；
图3是半导体发电模块的结构示意图；
图4是再热蒸汽通道箱的内部结构图；
图5是冷却水箱的内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明所提供的一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，其特征在于，包括依次相连的半导体温差发电电源1、整流稳压模块2、蓄电池组3、逆变器5以及通过通信线与逆变器5相连的控制器6；控制器6用于检测负载的运行状态，当控制器6检测到负载处于失电状态时，启动逆变器5为负载供电。所涉及的蓄电池组3为蓄电池串联组成。
此外，半导体温差发电电源1的输出端设有充电开关16，逆变器5的输出端与负载之间设有供电开关17，充电开关16和供电开关17之间连接有开关切换器18；当控制器6启动逆变器5工作时，开关切换器自动断开充电开关16，闭合供电开关17。
由图1可知，半导体温差发电电源1、整流稳压模块2、蓄电池组3构成正常工况时的充电系统，电阻件4使充电系统为定压限流充电；蓄电池组3、逆变器5、控制器6构成事故工况时放电系统。其具体工作流程如下：核电厂正常运行情况下，开关16为闭合状态，开关17为未闭合状态，半导体温差发电电源1通过热电效应生成直流电，直流电通过整流稳压模块2输出稳定、高品质的所需要的充电电压和电流，给蓄电池组3进行广泛应用的定压限流充电，此时逆变器5处于待机状态；核电厂事故工况下，一旦控制器6检测到负载失电，则启动逆变器5工作，逆变器5接受蓄电池3的直流输入，为负载应急供电输出。
如图2所示，半导体温差发电电源1可包括再热蒸汽通道箱9以及两个分别设在再热蒸汽通道箱9顶部、底部的冷却水箱7，冷却水箱7与再热蒸汽通道箱9之间夹持有半导体发电模块8。
其中，再热蒸汽通道箱9的两端分别设有蒸汽进、出口，位于再热蒸汽通道箱9顶部的冷却水箱7设有冷却水进口，位于再热蒸汽通道箱9底部的冷却水箱7设有冷却水出口。使用时，冷却水从再热蒸汽通道箱9顶部的冷却水箱7冷却水进口流入，从再热蒸汽通道箱9底部的冷却水箱7的冷却水出口流出，作为温差发电的冷源。蒸汽从再热蒸汽通道箱9入口流入，从出口流出，作为温差发电的热源。半导体发电模块8被夹持在冷却水箱7与再热蒸汽通道箱9之间，通过冷端、热端的温差作用，半导体发电模块8通过塞贝克效应生成直流电。
优选地，如图4所示，再热蒸汽通道箱9内设有蒸汽折流板14，使再热蒸汽环绕通过，从而使箱体表面获得高且均匀的温度分布。同理，如图5所示，冷却水箱7内设有冷却水折流板15，使冷却水环绕通过，从而使箱体表面获得低且均匀的温度分布。
如图3所示，本发明中，每个半导体发电模块8包括两个分别与再热蒸汽通道箱9、冷却水箱7相接触的金属板10以及设在两个金属板10之间的N-P半导体13，N-P半导体13由若干N半导体、P半导体通过导流片12(可采用金属铜制成)间隔串联而成，导流片12与金属板10之间还设有绝缘导热硅脂层11。
由图3可知，金属板10分别起到冷端、热端的作用，通过绝缘导热硅脂层11、导流片12将热量传递到N-P半导体13，从而由塞贝克效应产生直流电，最终由导线连接至整流稳压模块2。
在一个实施例中，若蓄电池组3中单体电池的正常浮充电电压值为2.2V，需要输出接口电压为220V，所需基本电池个数为(220×1.05)/2.2＝105个，考虑补偿，在实际中应用110个；所涉及的半导体发电模块8中半导体材料可选为Bi2Te3，其塞贝克系数α＝530μv/k，通过在Bi2Te3中添加Sb、Se分别构成P型材料和N型材料。假如热端温度250℃，冷端温度为25℃；需要输入接口电压为110×2.5＝275V；根据公知的计算方法算得，共需要2306对N-P半导体构成的半导体发电模块8。考虑补偿，在实际中应用2350对。
本发明所述结构并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (5)

1.一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，其特征在于，包括依次相连的半导体温差发电电源(1)、整流稳压模块(2)、蓄电池组(3)、逆变器(5)以及通过通信线与逆变器(5)相连的控制器(6)；控制器(6)用于检测负载的运行状态，当控制器(6)检测到负载处于失电状态时，启动逆变器(5)为负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，其特征在于，半导体温差发电电源(1)的输出端设有充电开关(16)，逆变器(5)的输出端与负载之间设有供电开关(17)，充电开关和供电开关之间连接有开关切换器(18)；当控制器(6)启动逆变器(5)工作时，开关切换器自动断开充电开关(16)，闭合供电开关(17)。
3.根据权利要求1所述的一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，其特征在于，半导体温差发电电源(1)包括再热蒸汽通道箱(9)以及两个分别设在再热蒸汽通道箱(9)顶部、底部的冷却水箱(7)，冷却水箱(7)与再热蒸汽通道箱(9)之间夹持有半导体发电模块(8)。
4.根据权利要求3所述的一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，其特征在于，再热蒸汽通道箱(9)内设有蒸汽折流板(14)，冷却水箱(7)内设有冷却水折流板(15)。
5.根据权利要求3所述的一种利用温差充电的核电厂应急蓄电池系统，其特征在于，每个半导体发电模块(8)包括两个分别与再热蒸汽通道箱(9)、冷却水箱(7)相接触的金属板(10)以及设在两个金属板(10)之间的N-P半导体(13)，N-P半导体(13)由若干N半导体、P半导体通过导流片(12)间隔串联而成，导流片(12)与金属板(10)之间还设有绝缘导热硅脂层(11)。
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