用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  1

专利名称:用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器的制作方法
技术领域
本发明属于核反应堆工程与安全技术领域,特别涉及高温气冷反应堆事故后监测仪表供电电源装置。
背景技术
高温气冷堆以其良好的内在安全性而被世界核能界公认为新一代(第四代)先进反应堆的优选堆型之一。清华大学核能技术设计研究院研究、建造的10MW高温气冷堆于2000年12月21日实现了首次临界试验运行,使我国继英、美、德、日后成为世界上少数几个掌握这项先进技术的国家之一。
依据第四代先进核能系统的安全设计准则,10MW高温气冷实验堆在停堆特别是事故停堆工况下,必须对高温堆的主要技术参数长期连续地进行事故后监测。为数据采集监测系统提供稳定可靠的电源是达到准则要求的前提之一。传统的应急电源多数采用安全级柴油发电机组,其价格昂贵,技术复杂。温差发电技术是一种静态的高度可靠的热电转换技术。利用高温堆停堆后的剩余发热,经温差发电器转换成事故后监测电源,则是大大增强事故监测的电源可靠性、延长供电持续时间的极具创新性的构想。这一构想若得以实现,则会进一步完善高温堆的安全特性构成要素,有着重大的创新意义。
10MW高温堆余热排除系统在反应堆停堆后执行余热排出功能,为非能动式系统,即不依靠外动力可将余热排至最终热阱大气。高温堆现有2套相互独立的余热排除系统,每套设计能力为134kW。每套系统由水冷壁,自然循环冷却水回路,空气冷却器三个部分组成。反应堆正常运行期间,该系统执行压力壳支座冷却功能,保证支座处混凝土温度≤70℃。当发生一回路冷却剂流失的失压事故或者反应堆停堆后执行余热排出功能,以确保压力壳在安全温度范围内。压力壳与水冷壁之间有将近180℃的温差。在能够保证余热充分排出的同时,适当利用这个温差通过温差发电装置产生电力为事故后监测仪表供电。这样,即使在丧失所有厂内外电源的情况下,也可以利用反应堆余热为事故后监测仪表供电,从而得到监测数据。
温差发电器按热端工作温度可分为高温(700℃以上)、中温(400~700℃)和低温(400℃以下)发电器。高温发电器所用的换能材料主要有锗硅合金、硅铁合金等;中温发电器所用的材料主要是碲化铅及其合金;低温发电器所用的材料主要是碲化铋及其合金。温差发电器寿命长、可靠性高、工作时无噪声、无需维护。
温差发电器利用材料的Seebeck效应(即温差电效应),把具有不同Seebeck系数(通常称多电子半导体材料为N型材料,多空穴型材料为P型材料)的材料用导电片联结成π型PN节,然后首尾串联,由此构成温差电器件。
根据高温堆余热排出系统的热工状况,低温温差电器件符合技术要求。常见的低温温差电器件多为平板型,输出电压和功率因型号不同而不同,其热电转换效率多数在3~6%,使用寿命在100,000小时以上。
温差发电器的伏安特性是线性的,随着负载电流的增加,电压按线性减小。因此,为保证事故后监测仪表的正常工作,需要配置包括蓄电池,充电器以及电压调节装置在内的电源自动调控系统。

发明内容
本发明的目的是提供一种长寿命、高可靠性、非能动、无噪声,免维护的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器。
本发明的特征在于,含有紧贴在高温气冷堆水冷壁(4)内表面的至少一个温差发电器单元模块,该温差发电器单元模块含有温差发电器件(14),该温差发电器件(14)的冷端通过一块冷端导热片(10)紧贴在所述水冷壁(4)上,其热端面向所述压力壳(7),在所述热端面上还依次贴有一块热端导热片(13)和一块吸热面(12),所述温差发电器件(14)的电源输出端连接一个电源自动调控装置(2),该电源自动调控装置(2)的输出端连接待供电仪表。
本发明与现有的安全级柴油发电机组应急电源相比,具有以下优点及突出性效果(1)在反应堆正常运行工况,冷却剂丧失事故,全厂断电事故中都能够提供稳定的电源;(2)寿命长,能够连续工作100,000小时以上;(3)无运动部件,无噪声,可靠性高,无须维护;(4)能够购满足核电站核安全系统中对事故后监测仪表电源的各项要求;(5)成本低,与昂贵的安全级柴油发电机组相比,其成本非常的低。


图1为高温气冷堆压力壳外温差发电器的布置图;图2为图1中温差发电器单元模块3的详细结构示意图;图中数字对应的具体含义如下所示1-供仪表用电源输出接口,2-电源自动调控装置,3-温差发电器单元模块,4-水冷壁钢板,5-水冷壁冷却水通道,6-混凝土屏蔽层,7-高温堆压力壳,8-自然循环冷却水输送管道,9-空气冷却塔,10-冷端导热片,11-紧固螺钉,12-吸热面,13-热端导热片,14-温差发电器件,15-温差发电器件电源输出导线。
具体实施例方式
本发明的目的是通过如下技术方案实现的利用高温堆压力壳与水冷壁之间将近180℃的温差,采用温差发电器件组合成满足仪表用电要求的温差发电单元模块,根据功率需要,可在压力壳和水冷壁之间添加适当数量的温差发电单元模块。温差发电单元模块吸收来自反应堆压力壳的热,通过温差发电器件转换为电能输出,为事故后监测仪表提供稳定的电源。
下面结合附图对本发明的原理、结构作进一步的详细说明。
图1中,高温堆压力壳外壁7的温度在运行时约为240℃,为确保压力壳7的温度不超过安全范围,在压力壳外7围有一圈由自然循环水冷却的水冷壁4,压力壳7与水冷壁4通过辐射和对流进行换热。温差发电器单元模块3利用压力壳7与水冷壁4之间的温度差为仪表提供电源,具体结构如图2所示。温差发电器单元模块冷端紧贴水冷壁4,与水冷壁之间垫有一导热系数较好的导热片10,如紫铜或者纯铝,尺寸比温差发电器件稍大,厚度在5mm左右;热端采用热吸收材料制成的吸热面12,吸热面12由导热系数好的紫铜或者纯铝等材料制成,为优化传热效果可以采用翅片等增大传热面的外形;吸热面12与温差发电器件14热端通过热端导热片13紧密结合,热端导热片13采用导热系数好的材料,如紫铜或者纯铝,尺寸与冷端导热片相当,吸热面可通过螺钉将温差发电器固定在水冷壁上。这样,在温差发电器两端能够建立起将近120℃左右的温差。温差发电器采用市面上已有的产品,如厦门纳米克热电电子有限公司生产的型号为TEP1-12656-0.8的发电器,能够将热量转换为电能。每个温差发电器单元模块能够提供一定功率的电流,根据仪表需要的功率大小可确定所贴温差发电器的多少,然后将这些温差发电器以串、并联的方式连接,使其输出功率达到预定要求,然后接入电源自动调控装置2,电源自动调控装置的个数根据输出的要求确定。电源自动调控装置可采用DC/DC转换器,本发明采用的是型号为IWS505的DC/DC转换器,该DC/DC转换器提供各类仪表的电源接口1。
权利要求
1.用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,含有紧贴在高温气冷堆水冷壁(4)内表面的至少一个温差发电器单元模块,该温差发电器单元模块含有温差发电器件(14),该温差发电器件(14)的冷端通过一块冷端导热片(10)紧贴在所述水冷壁(4)上,其热端面向所述压力壳(7),在所述热端面上还依次贴有一块热端导热片(13)和一块吸热面(12),所述温差发电器件(14)的电源输出端连接一个电源自动调控装置(2),该电源自动调控装置(2)的输出端连接待供电仪表。
2.如权利要求1所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,所述温差发电器件(14)是TEP1-12656-0.8型发电器。
3.如权利要求1所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,所述冷端导热片(10)材料采用紫铜或者纯铝。
4.如权利要求1所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,所述热端导热片(13)材料采用紫铜或者纯铝。
5.如权利要求1所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,所述吸热面(12)材料采用紫铜或者纯铝。
6.如权利要求1所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,所述吸热面(12)是翅片形。
7.如权利要求1所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,电源自动调控装置(2)采用DC/DC转换器。
8.如权利要求7所述的用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器,其特征在于,所述DC/DC转换器的型号为IWS505。
全文摘要
用于高温气冷堆事故后监测仪表电源的温差发电器属于核反应堆工程与安全技术领域,特别涉及高温气冷反应堆事故后监测仪表供电电源装置。其特征在于,含有紧贴在高温气冷堆水冷壁内表面的至少一个温差发电器单元模块,该温差发电器单元模块含有温差发电器件,该温差发电器件的冷端通过一块冷端导热片紧贴在所述水冷壁,其热端面向所述压力壳,在所述热端面上还依次贴有一块热端导热片和一块吸热面,所述温差发电器件的电源输出端连接一个电源自动调控装置,该电源自动调控装置的输出端连接待供电仪表。本发明具有长寿命、高可靠性、非能动、无噪声,免维护的优点。
文档编号H02N11/00GK1667935SQ20051001135
公开日2005年9月14日 申请日期2005年2月25日 优先权日2005年2月25日
发明者黄志勇, 周世新, 郑文波, 于溯源, 王捷 申请人:清华大学

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