[发明专利]堆芯余热排出的系统和堆芯余热排出的热电换热器

说明书

本发明公开了堆芯余热排出的系统和堆芯余热排出的热电换热器，所述系统包括从反应堆堆芯一回路导出的余热排出回路，所述余热排出回路上所设的换热单元为热电换热器(8)，所述热电换热器(8)采用板式换热器为本体结构，所述板式换热器中的板片(81)采用内嵌有热电半导体(811)的板片；热电半导体(811)引出电能导接于反应堆堆芯一回路中的主泵(6)。本发明主要应用在核动力安全关键设备领域，基于一回路、设备冷却水系统回路、海水回路，利用热电转换技术，将全厂断电事故工况下的堆芯余热直接转化成电能，带走一部分堆芯余热的同时，以一定功率继续维持主泵运转继送冷却剂，从而排出堆芯余热，实现堆芯长期冷却。

技术领域

本发明涉及反应堆系统设计领域，具体堆芯余热排出的热电换热器及其构成的堆芯余热排出系统。

背景技术

余热排出系统作为实现反应堆三大安全功能之一堆芯冷却设备中的重要组成部分，一直是反应堆系统研究、设计、和运行过程中关注的重点，特别是在福岛核事故之后，全球范围内形成了以AP1000为代表的“非能动技术”和以EPR为代表的“增加专设安全系统”的堆芯余热排出系统设计思路：前者利用物质的重力、流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等原理在事故应急时冷却反应堆厂房和带走堆芯余热；后者在二代核电技术的基础上再增加和强化专设安全系统以提升安全性能。如图1所示，现有的非能动余热排出设计思路是采用非能动管式热交换器8-1作为换热单元，其泡设于水池中，待出现安全事故时，余热排出回路启动，一回路的RCS热管段引入到非能动管式热交换器8-1，利用非能动管式热交换器8-1与水池进行热交换，从而达到余热排出。

非能动设计理念虽然具有简化系统设备和长时间内无需人为干预等特点，但多耦合因素的自然循环系统存在易受外界环境影响的特点，一旦存在超设计预想的外部工况，系统存在整体失效的风险。增加专设安全的设计采用增加安全冗余度和多样性的理念，一方面将加大核电站建设成本；另一方面将使核电事故应对策略变得更加复杂，增加了事故处置安全的不确定性。

发明内容

本发明目的提供可适应于堆芯余热排出的热电换热器，并基于热电换热器提出一种余热排出系统。该热电换热器可以利用余热排出回路的热量直接转换为电能，再利用该电能为主泵延长惰转时间，防止在安全事故发生时，主泵断开、处于非能动情况下、一回路处于低速循环状态导致堆芯温度升高；发明采用非能动和能动互相配合的设计构思，从而形成一种非能动余热排出系统产生电能形成能动延长朱鞥惰转时间，维持一回路流量，从而提升系统更高的可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

堆芯余热排出的系统，所述系统包括从反应堆堆芯一回路导出的余热排出回路，其特征在于，所述余热排出回路上所设的换热单元为热电换热器，所述热电换热器采用板式换热器为本体结构，所述板式换热器中的板片采用内嵌有热电半导体的板片；热电半导体引出电能导接于反应堆堆芯一回路中的主泵。

本发明旨在阐述一种结合非能动和增加安全设施的综合设计理念：考虑到反应堆事故停堆后，堆芯剩余功率急剧下降，通过热电转换技术，将事故工况下的堆芯余热直接转化成电能，带走一部分堆芯余热的同时，以一定功率继续维持主泵运转继送冷却剂，从而减缓冷却剂流量的下降，避免冷却剂完全丧失，由此来载走堆芯停堆余热、冷却堆芯，不至使燃料包壳最高温度超过事故限值，从而缓解和避免全厂断电事故引发的严重后果。综合上述，现有的堆芯余热排出系统各具安全优势和不足，采用热电转换技术，结合非能动和增加安全设施的综合设计理念能融合两种设计思路的优势。本发明正是基于这一设计理念，针对反应堆新型堆芯余热排出系统试验研究，在国家安全重大基础研究项目的支持下，通过技术创新和实验验证获得的发明技术。

优选的进一步技术方案为：所述板式换热器中的板片为双层夹板结构，该双层夹板结构包括1层相邻于冷间隔的金属导热板和1层相邻于热间隔的金属导热板，2层金属导热板相对面设置有绝缘镀层，所述热电半导体嵌入于绝缘镀层之间，所述冷间隔为板式换热器内用于流通热流体的流道，所述冷间隔为板式换热器内用于流通冷流体的流道。