[實用新型]一種基于蓄熱式斯特林發動機的核電站應急冷卻系統

有效

• 申請號: 201220702073.1
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN203085189U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 毛珂;張亮
• 申請（專利權）人: 成都宇能通能源開發有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本實用新型涉及一種應急冷卻系統，特別是一種基于蓄熱式斯特林發動機的核電站應急冷卻系統。

背景技術

強大的核能面前，人們始終存有敬畏之心，安全也是核電事業對公眾最大的責任。中國核電發展要求從“十一五規劃”中的“積極發展核電”到“十二五規劃”中的“在確保安全的基礎上高效發展核電”，國家從戰略高度突出強調了安全對核電發展的重要意義。

全站斷電是核電站最大的威脅，當核電站遭遇極端情況全站斷電后，反應堆會自動停堆，但同時必須啟動應急冷卻系統，即余熱排除系統，該系統就是在核電站發生如主泵停轉，即失流事故和一回路管道破損，即失水事故等事故的情況下，正常冷卻系統，即二回路系統無法對堆芯進行冷卻時，起到應急冷卻堆芯的作用，防止堆芯過熱發生熔毀?，F在主要是采用能動技術和非能動技術解決這個問題，能動技術依靠應急電源或柴油機這類外力驅動泵將冷卻水注入堆芯，非能動技術依靠自然循環、重力作用和壓縮氮氣等自然力將冷卻水注入堆芯并實現長期冷卻循環，這些技術的關鍵在于如何提供應急冷卻系統的動力及確保其可靠性、穩定性和持續性，從而確保核電站的安全。

目前全球有400多個核電站，包括福島第一核電站在內大部分是第二代核電站，采用的是能動冷卻系統，就是停堆散熱時必須依賴外部電力輸入。回顧距今最近的福島第一核電站事故：大地震后全站斷電，反應堆安全停堆，系統自備的應急發電機啟動為冷卻系統供電，但應急發電機啟動不到一個小時，地震引發的大海嘯破壞了應急發動系統，導致冷卻系統失靈，最終造成爆炸泄漏事故，幾十萬人被迫轉移，給全球核電行業發展蒙上陰影。

對全站斷電情況下應急能源穩定性和可靠性的研究，已經成為目前核電安全領域最重要的課題，也是福島核電事故給核電行業的一個教訓和挑戰。二代核電站的應急電源主要是柴油發電機，對柴油發動系統的抗災害能力和故障率控制提出非常高的要求，相比三代機組“非能動”的安全系統有提高空間。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可靠性高、能夠保證核反應堆安全運行的一種基于蓄熱式斯特林發動機的核電站應急冷卻系統。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于蓄熱式斯特林發動機的核電站應急冷卻系統，它包括核反應堆、水泵、水箱、斯特林發動機、發電機、蓄熱器和主控制器，水箱與水泵的入水口相連，水泵的出水口連接至核反應堆，斯特林發動機的動力輸出至發電機及水泵的動力輸入端，發電機的電能輸出端與主控制器相連，主控制器與斯特林發動機相連，斯特林發動機內的加熱器與蓄熱器相連，蓄熱器還與主控制器相連。

本實用新型所述的蓄熱器由比熱容較大、耐高溫的材料制成。

本實用新型所述的主控制器還可以通過通訊線路與控制端相連，實現遠程控制，所述通訊線路包括有線連接方式和無線連接方式。

本實用新型的有益效果是：

（1）由于結構簡單，不需要空氣即可運轉，能夠在需要投入使用時按設計要求發揮其作用，即使發生嚴重地震、海嘯，被水土淹沒，仍然可以保證正常的運作，安全設施扔能發揮其應能的功能，因此該系統可靠性高；

（2）不需要其他外部能源支撐即可運作，能與其他能源的動力裝置組成一個多重的相互獨立的能源系統，可以充分保證核反應堆的運行安全；

（3）蓄熱的材料容易得到，完全可以回收再利用，可以采用全陶瓷蓄熱部件，原料成本極為低廉，而且不會對環境造成任何污染；

（4）使用新型材料制成的蓄熱器可以大大提高斯特林發動機的熱效率：相比傳統斯特林發動機采用的金屬材料制成的加熱器，其工作溫度一般在700～800攝氏度，如采用陶瓷材料制成蓄熱器，其工作溫度更高，用氧化鋁可達1500攝氏度以上，因此可以提高斯特林發動機的熱效率；

（5）蓄熱能量密度大，按照氧化鋁加熱到1500攝氏度計算，其熱能能量密度可達400wh/kg，按照氧化鋁密度3000kg/m³計算，可達1.2Mwh/m³。

（6）由于蓄熱材料的比熱不受充放熱的影響，蓄熱材料擁有幾乎無限次的蓄熱循環壽命，蓄熱材料的蓄熱能力不會隨著充放熱次數的增加而明顯減?。?/p>

（7）系統狀態檢測容易，系統儲存能量的多少從蓄熱器的溫度上即可實時反應，即使在核電站正常運行的情況下，也能對系統級其設備的性能進行檢查，使其始終保持應有的功能；

（8）剩余能力檢查方便，蓄熱器的溫度即可以直接反映蓄熱器的剩余攜帶能量；