[發明專利]堆芯余熱排出的系統和堆芯余熱排出的熱電換熱器

有效

• 申請號: 202010579024.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111710446B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 李旭東;李勇;李軼;王蘇豪;徐建軍;黃彥平
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了堆芯余熱排出的系統和堆芯余熱排出的熱電換熱器，所述系統包括從反應堆堆芯一回路導出的余熱排出回路，所述余熱排出回路上所設的換熱單元為熱電換熱器(8)，所述熱電換熱器(8)采用板式換熱器為本體結構，所述板式換熱器中的板片(81)采用內嵌有熱電半導體(811)的板片；熱電半導體(811)引出電能導接于反應堆堆芯一回路中的主泵(6)。本發明主要應用在核動力安全關鍵設備領域，基于一回路、設備冷卻水系統回路、海水回路，利用熱電轉換技術，將全廠斷電事故工況下的堆芯余熱直接轉化成電能，帶走一部分堆芯余熱的同時，以一定功率繼續維持主泵運轉繼送冷卻劑，從而排出堆芯余熱，實現堆芯長期冷卻。

技術領域

本發明涉及反應堆系統設計領域，具體堆芯余熱排出的熱電換熱器及其構成的堆芯余熱排出系統。

背景技術

余熱排出系統作為實現反應堆三大安全功能之一堆芯冷卻設備中的重要組成部分，一直是反應堆系統研究、設計、和運行過程中關注的重點，特別是在福島核事故之后，全球范圍內形成了以AP1000為代表的“非能動技術”和以EPR為代表的“增加專設安全系統”的堆芯余熱排出系統設計思路：前者利用物質的重力、流體的自然對流、擴散、蒸發、冷凝等原理在事故應急時冷卻反應堆廠房和帶走堆芯余熱；后者在二代核電技術的基礎上再增加和強化專設安全系統以提升安全性能。如圖1所示，現有的非能動余熱排出設計思路是采用非能動管式熱交換器8-1作為換熱單元，其泡設于水池中，待出現安全事故時，余熱排出回路啟動，一回路的RCS熱管段引入到非能動管式熱交換器8-1，利用非能動管式熱交換器8-1與水池進行熱交換，從而達到余熱排出。

非能動設計理念雖然具有簡化系統設備和長時間內無需人為干預等特點，但多耦合因素的自然循環系統存在易受外界環境影響的特點，一旦存在超設計預想的外部工況，系統存在整體失效的風險。增加專設安全的設計采用增加安全冗余度和多樣性的理念，一方面將加大核電站建設成本；另一方面將使核電事故應對策略變得更加復雜，增加了事故處置安全的不確定性。

發明內容

本發明目的提供可適應于堆芯余熱排出的熱電換熱器，并基于熱電換熱器提出一種余熱排出系統。該熱電換熱器可以利用余熱排出回路的熱量直接轉換為電能，再利用該電能為主泵延長惰轉時間，防止在安全事故發生時，主泵斷開、處于非能動情況下、一回路處于低速循環狀態導致堆芯溫度升高；發明采用非能動和能動互相配合的設計構思，從而形成一種非能動余熱排出系統產生電能形成能動延長朱鞥惰轉時間，維持一回路流量，從而提升系統更高的可靠性。

本發明通過下述技術方案實現：

堆芯余熱排出的系統，所述系統包括從反應堆堆芯一回路導出的余熱排出回路，其特征在于，所述余熱排出回路上所設的換熱單元為熱電換熱器，所述熱電換熱器采用板式換熱器為本體結構，所述板式換熱器中的板片采用內嵌有熱電半導體的板片；熱電半導體引出電能導接于反應堆堆芯一回路中的主泵。

本發明旨在闡述一種結合非能動和增加安全設施的綜合設計理念：考慮到反應堆事故停堆后，堆芯剩余功率急劇下降，通過熱電轉換技術，將事故工況下的堆芯余熱直接轉化成電能，帶走一部分堆芯余熱的同時，以一定功率繼續維持主泵運轉繼送冷卻劑，從而減緩冷卻劑流量的下降，避免冷卻劑完全喪失，由此來載走堆芯停堆余熱、冷卻堆芯，不至使燃料包殼最高溫度超過事故限值，從而緩解和避免全廠斷電事故引發的嚴重后果。綜合上述，現有的堆芯余熱排出系統各具安全優勢和不足，采用熱電轉換技術，結合非能動和增加安全設施的綜合設計理念能融合兩種設計思路的優勢。本發明正是基于這一設計理念，針對反應堆新型堆芯余熱排出系統試驗研究，在國家安全重大基礎研究項目的支持下，通過技術創新和實驗驗證獲得的發明技術。

優選的進一步技術方案為：所述板式換熱器中的板片為雙層夾板結構，該雙層夾板結構包括1層相鄰于冷間隔的金屬導熱板和1層相鄰于熱間隔的金屬導熱板，2層金屬導熱板相對面設置有絕緣鍍層，所述熱電半導體嵌入于絕緣鍍層之間，所述冷間隔為板式換熱器內用于流通熱流體的流道，所述冷間隔為板式換熱器內用于流通冷流體的流道。