專利名稱：一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于核電安全和熱能利用技術領域，特別涉及一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)。
背景技術：
21世紀，能源緊缺、環(huán)境污染已經(jīng)成為全世界面臨的重大問題。隨著人類社會的發(fā)展，工業(yè)需求能源的數(shù)量越來越巨大，進而常規(guī)能源的消耗也越來越迅猛，導致今天能源緊缺的局面，而在眾多的替代能源中，核能無疑是最有潛力可以大規(guī)模使用的工業(yè)能源。從20世紀50年代以來，核電站發(fā)出的電量已占世界總發(fā)電量的16%。國際經(jīng)驗證明，核電是 一種經(jīng)濟、安全、可靠、清潔的新能源。但隨著核電的發(fā)展，人類對于核電的安全問題也越來越關注，尤其是在日本福島核電站嚴重事故發(fā)生后，世界對待核電的恐懼進一步加深。核電站嚴重事故的發(fā)生的頻率極低，約為10_5/堆年，三代堆達到了 10_7/堆年。但一旦發(fā)生核電站嚴重事故，很可能會破壞核電站所有的安全屏障，向環(huán)境大規(guī)模釋放放射性物質(zhì)，產(chǎn)生嚴重放射性后果，對核電站和社會安全構成極大的威脅。從后果上說，嚴重事故是核電站可能導致對公眾和環(huán)境最嚴重危害的隱患，所以對核電站嚴重事故事故措施的研究是十分必要和重要的。因此，為確保嚴重事故前反應堆緊急停閉、堆芯余熱的排出和安全殼的完整性，從而限制事故的發(fā)展和減輕事故的后果，除正常的控制保護系統(tǒng)外，核電站內(nèi)增設了很多專用安全設施，包括安全注入系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、安全殼隔離系統(tǒng)等。其中安全注入系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)、安全殼隔離系統(tǒng)都由RPR系統(tǒng)(反應堆保護系統(tǒng))發(fā)出的壓力信號觸發(fā)啟動，輔助給水系統(tǒng)由RRA系統(tǒng)傳遞的信號(余熱排除系統(tǒng))觸發(fā)啟動。為了提高觸發(fā)信號的準確性、保障反應堆的安全性，本發(fā)明通過對低品位熱源的合理利用，根據(jù)溫差發(fā)電原理，將溫差產(chǎn)生的電壓信號連接到信號處理模塊，然后再由信號處理模塊進行處理分析，做出動作，預防嚴重事故的發(fā)生。溫差發(fā)電技術的研究最早開始于20世紀40年代。借于其顯著的優(yōu)點，溫差發(fā)電在航空、軍事等領域得到廣泛的應用，美國、前蘇聯(lián)先后研發(fā)了數(shù)千個放射性同位素或核反應堆溫差發(fā)電器用作空間、海洋裝置的電源。隨著化石能源的日趨枯竭，美國、日本、歐盟等發(fā)達國家更加重視溫差發(fā)電技術在民用領域的研究，并取得了一定的進展。但直接利用溫差發(fā)電傳感的核電站注射信號系統(tǒng)卻并未涉及。我國在半導體溫差發(fā)電的研究方面具有一定的實力，許多研究人員都致力于如何利用低品位熱源的研究，各自都取得了一些成果，如利用汽車尾氣的固體吸附式空調(diào)器，又如利用太陽能的熱水器_制冷空調(diào)復合機，但是利用熱電效應直接把低品位的熱能轉(zhuǎn)換為核電安全信號的研究在國內(nèi)卻很少提及。國內(nèi)在溫差電的應用方面仍處于起步階段，因此本發(fā)明利用溫差發(fā)電作為核電站保護信號有著非?，F(xiàn)實的意義。在該發(fā)明中，系統(tǒng)通過非能動方式運行，實施方便，控制簡單，可靠性高，安全可靠；溫差傳感是一種新型的電信號處理方式，具有清潔，無噪音污染，無有害物質(zhì)排放，高效，壽命長，堅固耐用，可靠性高，簡單穩(wěn)定等一系列優(yōu)點。該系統(tǒng)符合綠色環(huán)保要求，對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)，其特征在于，半導體發(fā)電模塊2的熱端鋁板7. I與反應堆壓力容器壁I焊接在一起，半導體發(fā)電模塊2的冷端鋁板7. 2與熱傳導器件3連接，穩(wěn)壓器4的輸入端與半導體發(fā)電模塊2的輸出端連接，信號處理模塊5分別與專設安全設施6和穩(wěn)壓器4連接，從而構成核電站注射信號系統(tǒng)。所述的這種半導體發(fā)電模塊2由冷端鋁板7. 2和熱端鋁板7. I將絕緣導熱層硅脂8、導電體銅9、N-P半導體10通過緊固螺栓11構成為一個整體，所述絕緣導熱層硅脂8設置于冷端鋁板7. 2和熱端鋁板7. I和導電體銅9之間，除絕緣導熱外，還可緩解機械應力；所述導電體銅9介于絕緣導熱層硅脂8和N-P半導體10之間，把M個P型半導體和M個N 型半導體以P型半導體、N型半導體的順序串聯(lián)起來，兩端的P型半導體和N型半導體并由導線連接至穩(wěn)壓器4的輸入端。所述反應堆壓力容器壁I和熱傳導器件3承擔著熱源與冷源的吸放熱任務，從而將熱量迅速傳導至半導體發(fā)電模塊2的熱端鋁板7. I上；熱傳導器件3在安全殼內(nèi)通過安全殼內(nèi)部通風系統(tǒng)的自然對流冷卻，將半導體發(fā)電模塊2冷端鋁板7. 2溫度降低在安全殼內(nèi)部溫度以下或保持在安全殼內(nèi)部溫度，保證半導體發(fā)電模塊2的溫差發(fā)電正常運行。所述熱傳導器件3由熱管或超導材料制造。所述半導體發(fā)電模塊中的M為50-1000的正整數(shù)。本發(fā)明的有益效果是利用塞貝克效應原理，優(yōu)化設計了半導體溫差電池；利用壓力容器與安全殼內(nèi)環(huán)境溫差發(fā)電，產(chǎn)生直流電；并將直流電直接作為電壓信號，接入信號處理模塊進行分析處理，并最終作為安全信號保障核電站安全增添了一道有力屏障。本發(fā)明充分利用低品位熱能，可節(jié)約常規(guī)燃料，保護環(huán)境。該裝置簡單易行，無需化學反應和無機械移動部分，具有非能動方式運轉(zhuǎn)、實施方便、控制簡單、可靠性高、無噪音、無污染、使用壽命長等優(yōu)點。與目前常用方法相比，實現(xiàn)低成本，可靠性強的優(yōu)點；易于推廣，市場前景美好
o


圖I為利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)示意圖。圖2為一種半導體溫差電池優(yōu)化結(jié)構圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖予以說明。圖I是利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)圖。由圖可知，半導體發(fā)電模塊2的熱端鋁板7. I與反應堆壓力容器壁I焊接在一起，半導體發(fā)電模塊2的冷端鋁板7. 2與熱傳導器件3連接，穩(wěn)壓器4的輸入端與半導體發(fā)電模塊2的輸出端連接，信號處理模塊5分別與專設安全設施6和穩(wěn)壓器4連接，從而構成核電站注射信號系統(tǒng)。在圖2中，所述的這種半導體發(fā)電模塊2由冷端鋁板7. 2和熱端鋁板7. I將絕緣導熱層硅脂8、導電體銅9、N-P半導體10通過緊固螺栓11構成為一個整體，所述絕緣導熱層硅脂8設置于冷端鋁板7. 2和熱端鋁板7. I和導電體銅9之間，除絕緣導熱外，還可緩解機械應力；所述導電體銅9介于絕緣導熱層硅脂8和N-P半導體10之間，把M個P型半導體和M個N型半導體以P型半導體、N型半導體的順序串聯(lián)起來，兩端的P型半導體和N型半導體并由導線連接至穩(wěn)壓器4的輸入端。其具體工作流程如下反應堆壓力容器壁I與半導體發(fā)電模塊2熱端鋁板緊密連接，可保證反應堆發(fā)生事故早期，反應堆壓力容器壁溫度迅速升高時，將熱量迅速高效地傳導至半導體發(fā)電模塊2熱端鋁板7. I上；熱傳導器件3在安全殼內(nèi)通過安全殼內(nèi)部通風系統(tǒng)的自然對流冷卻，將半導體發(fā)電模塊2冷端的鋁板
7.2溫度降低在安全殼內(nèi)部溫度以下或保持在安全殼內(nèi)部溫度；通過溫差半導體發(fā)電模塊2生成直流電；為提高直流電品質(zhì)，被導入穩(wěn)壓器4，從而輸出穩(wěn)定電壓信號；若輸出信號大于48V，則電壓信號再由信號處理模塊5處理分析；并最終傳送到專設安全設施6，控制專設 安全設施6中安全注射信號系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和輔助給水系統(tǒng)做出動作。所涉及的半導體溫差電池中半導體材料選為Bi2Te3，其塞貝克系數(shù)a=530iiv/k，取500i!v/k。安全殼內(nèi)部環(huán)境溫度應限制在70°C以內(nèi)，而反應堆壓力容器壁應保障低于900°C。通過高效傳熱，可使冷端鋁板和熱端鋁板7溫差達830°C。信號處理系統(tǒng)額定輸入信號為48V。經(jīng)計算，溫差電池中共需要116對N-P半導體構成的電池。考慮補償，在實際中應用120對。所涉及的半導體溫差電池，是由120對半導體熱電偶形成的熱電堆。其制造方案如下a.反應堆壓力容器壁I與半導體發(fā)電模塊2的熱端鋁板應焊接或綁定在一起，使兩者緊密連接，從而將熱量迅速高效地傳導至半導體發(fā)電模塊的熱端鋁板上；b.溫差電材料Bi2Te3及其合金材料的切割方向，應使溫差電偶的長度方向沿材料的生長方向，從而保證溫差電偶處于優(yōu)值最大的方向。所涉及的半導體發(fā)電模塊2需要安全、可靠、穩(wěn)定運行，本發(fā)明在制造溫差電池時采用以下方案a.從電偶結(jié)構的改善上考慮，以盡量消除熱脹冷縮產(chǎn)生的機械應力，本發(fā)明的改善方法有①在導電體片9的中間部分開一缺口或彎曲成弧形，從而使連接片具有一定的收縮性，從而減小作用在P-N電臂上的機械應力金屬化陶瓷片硬度大，極易造成P-N電臂折斷。所以設計采用有一定柔性而又能起支撐作用的絕緣導熱硅脂8。b.為了在一定程度上提高熱電堆的接頭導電和導熱特性，在冷端鋁板和熱端鋁板、絕緣導熱層硅脂
8、導電體銅9、N-P半導體10各接觸面間應選擇接觸性能較好的過渡焊料。c.除了過渡焊料外，還需要適當?shù)墓に囈缓附忧?，最好對各焊接表面進行化學清洗(腐蝕法)，焊接時則需要選擇適當?shù)暮附訙囟群蜁r間。
權利要求
1.一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)，其特征在于，半導體發(fā)電模塊(2)的熱端鋁板(7. I)與反應堆壓力容器壁(I)焊接在一起，半導體發(fā)電模塊(2 )的冷端鋁板(7.2)與熱傳導器件(3)連接，穩(wěn)壓器(4)的輸入端與半導體發(fā)電模塊(2)的輸出端連接，信號處理模塊(5)分別與專設安全設施(6)和穩(wěn)壓器(4)連接，從而構成核電站注射信號系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)，其特征在于，所述的這種半導體發(fā)電模塊(2)由冷端鋁板(7. 2)和熱端鋁板(7. I)將絕緣導熱層硅脂(8)、導電體銅(9)、N-P半導體(10)通過緊固螺栓(11)構成為一個整體，所述絕緣導熱層硅脂(8)設置于冷端鋁板(7. 2)和熱端鋁板(7. I)和導電體銅(9)之間，除絕緣導熱外，還可緩解機械應力；所述導電體銅(9)介于絕緣導熱層硅脂(8)和N-P半導體(10)之間，把M個P型半導體和M個N型半導體以P型半導體、N型半導體的順序串聯(lián)起來，兩端的P型半導體和N型半導體并由導線連接至穩(wěn)壓器(4)的輸入端。
3.根據(jù)權利要求I所述利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)，其特征在于，所述反應堆壓力容器壁(I)和熱傳導器件(3)承擔著熱源與冷源的吸放熱任務，從而將熱量迅速傳導至半導體發(fā)電模塊(2)的熱端鋁板(7. I)上；熱傳導器件(3)在安全殼內(nèi)通過安全殼內(nèi)部通風系統(tǒng)的自然對流冷卻，將半導體發(fā)電模塊(2)冷端鋁板(7. 2)溫度降低在安全殼內(nèi)部溫度以下或保持在安全殼內(nèi)部溫度，保證半導體發(fā)電模塊(2)的溫差發(fā)電正常運行。
4.根據(jù)權利要求I所述利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)，其特征在于，所述熱傳導器件由熱管或超導材料制造。
5.根據(jù)權利要求2所述利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)，其特征在于，所述半導體發(fā)電模塊中的M為50-1000的正整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于核電安全和熱能利用領域的一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)。反應堆壓力容器、半導體溫差發(fā)電模塊、熱傳導器件固定在一起構成半導體溫差電池；半導體溫差電池的輸出與穩(wěn)壓器、信號處理系統(tǒng)和專設安全設施連接。本發(fā)明利用反應堆壓力容器壁與安全殼內(nèi)部環(huán)境所產(chǎn)生的溫差，驅(qū)動半導體溫差電池發(fā)電，并作為電壓信號應用于核電站注射系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有非能動方式運轉(zhuǎn)、實施方便、控制簡單、可靠性高、無噪音、無污染、使用壽命長等優(yōu)點；更有效地保障了核電安全，并促進了低品位能源利用。
文檔編號H02N11/00GK102969938SQ201210421158
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權日2012年10月29日
發(fā)明者周濤, 蘇子威, 鄒文重, 李精精, 李云博 申請人:華北電力大學