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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核電安全和熱能利用技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
21世紀(jì)，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(jìn)而常規(guī)能源的消耗也越來越迅猛，導(dǎo)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(jì)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(jì)、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(guān)注，尤其是在日本福島核電站嚴(yán)重事故發(fā)生后，世界對待核電的恐懼進(jìn)一步加深。核電站嚴(yán)重事故的發(fā)生的頻率極低，約為10_5/堆年，三代堆達(dá)到了 10_7/堆年。但一旦發(fā)生核電站嚴(yán)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(yán)重放射性后果，對核電站和社會安全構(gòu)成極大的威脅。從后果上說，嚴(yán)重事故是核電站可能導(dǎo)致對公眾和環(huán)境最嚴(yán)重危害的隱患，所以對核電站嚴(yán)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(yán)重事故前反應(yīng)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(hù)系統(tǒng)外，核電站內(nèi)增設(shè)了很多專用安全設(shè)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(yīng)堆保護(hù)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(zhǔn)確性、保障反應(yīng)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(jìn)行處理分析，做出動作，預(yù)防嚴(yán)重事故的發(fā)生。溫差發(fā)電技術(shù)的研究最早開始于20世紀(jì)40年代。借于其顯著的優(yōu)點，溫差發(fā)電在航空、軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)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(yīng)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(dá)國家更加重視溫差發(fā)電技術(shù)在民用領(lǐng)域的研究，并取得了一定的進(jìn)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(dǎo)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(fù)合機，但是利用熱電效應(yīng)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(yīng)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(hù)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(jì)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(dǎo)體發(fā)電模塊2的熱端鋁板7. I與反應(yīng)堆壓力容器壁I焊接在一起，半導(dǎo)體發(fā)電模塊2的冷端鋁板7. 2與熱傳導(dǎo)器件3連接，穩(wěn)壓器4的輸入端與半導(dǎo)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(shè)安全設(shè)施6和穩(wěn)壓器4連接，從而構(gòu)成核電站注射信號系統(tǒng)。所述的這種半導(dǎo)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(dǎo)熱層硅脂8、導(dǎo)電體銅9、N-P半導(dǎo)體10通過緊固螺栓11構(gòu)成為一個整體，所述絕緣導(dǎo)熱層硅脂8設(shè)置于冷端鋁板7. 2和熱端鋁板7. I和導(dǎo)電體銅9之間，除絕緣導(dǎo)熱外，還可緩解機械應(yīng)力；所述導(dǎo)電體銅9介于絕緣導(dǎo)熱層硅脂8和N-P半導(dǎo)體10之間，把M個P型半導(dǎo)體和M個N 型半導(dǎo)體以P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體的順序串聯(lián)起來，兩端的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體并由導(dǎo)線連接至穩(wěn)壓器4的輸入端。所述反應(yīng)堆壓力容器壁I和熱傳導(dǎo)器件3承擔(dān)著熱源與冷源的吸放熱任務(wù)，從而將熱量迅速傳導(dǎo)至半導(dǎo)體發(fā)電模塊2的熱端鋁板7. I上；熱傳導(dǎo)器件3在安全殼內(nèi)通過安全殼內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)的自然對流冷卻，將半導(dǎo)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(dǎo)體發(fā)電模塊2的溫差發(fā)電正常運行。所述熱傳導(dǎo)器件3由熱管或超導(dǎo)材料制造。所述半導(dǎo)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(yīng)原理，優(yōu)化設(shè)計了半導(dǎo)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(jìn)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(hù)環(huán)境。該裝置簡單易行，無需化學(xué)反應(yīng)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
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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(dǎo)體溫差電池優(yōu)化結(jié)構(gòu)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(dǎo)體發(fā)電模塊2的熱端鋁板7. I與反應(yīng)堆壓力容器壁I焊接在一起，半導(dǎo)體發(fā)電模塊2的冷端鋁板7. 2與熱傳導(dǎo)器件3連接，穩(wěn)壓器4的輸入端與半導(dǎo)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(shè)安全設(shè)施6和穩(wěn)壓器4連接，從而構(gòu)成核電站注射信號系統(tǒng)。在圖2中，所述的這種半導(dǎo)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(dǎo)熱層硅脂8、導(dǎo)電體銅9、N-P半導(dǎo)體10通過緊固螺栓11構(gòu)成為一個整體，所述絕緣導(dǎo)熱層硅脂8設(shè)置于冷端鋁板7. 2和熱端鋁板7. I和導(dǎo)電體銅9之間，除絕緣導(dǎo)熱外，還可緩解機械應(yīng)力；所述導(dǎo)電體銅9介于絕緣導(dǎo)熱層硅脂8和N-P半導(dǎo)體10之間，把M個P型半導(dǎo)體和M個N型半導(dǎo)體以P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體的順序串聯(lián)起來，兩端的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體并由導(dǎo)線連接至穩(wěn)壓器4的輸入端。其具體工作流程如下反應(yīng)堆壓力容器壁I與半導(dǎo)體發(fā)電模塊2熱端鋁板緊密連接，可保證反應(yīng)堆發(fā)生事故早期，反應(yīng)堆壓力容器壁溫度迅速升高時，將熱量迅速高效地傳導(dǎo)至半導(dǎo)體發(fā)電模塊2熱端鋁板7. I上；熱傳導(dǎo)器件3在安全殼內(nèi)通過安全殼內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)的自然對流冷卻，將半導(dǎo)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(dǎo)體發(fā)電模塊2生成直流電；為提高直流電品質(zhì)，被導(dǎo)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(shè)安全設(shè)施6，控制專設(shè) 安全設(shè)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(dǎo)體溫差電池中半導(dǎo)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(yīng)限制在70°C以內(nèi)，而反應(yīng)堆壓力容器壁應(yīng)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(dá)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(dǎo)體構(gòu)成的電池。考慮補償，在實際中應(yīng)用120對。所涉及的半導(dǎo)體溫差電池，是由120對半導(dǎo)體熱電偶形成的熱電堆。其制造方案如下a.反應(yīng)堆壓力容器壁I與半導(dǎo)體發(fā)電模塊2的熱端鋁板應(yīng)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(dǎo)至半導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(gòu)的改善上考慮，以盡量消除熱脹冷縮產(chǎn)生的機械應(yīng)力，本發(fā)明的改善方法有①在導(dǎo)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(yīng)力金屬化陶瓷片硬度大，極易造成P-N電臂折斷。所以設(shè)計采用有一定柔性而又能起支撐作用的絕緣導(dǎo)熱硅脂8。b.為了在一定程度上提高熱電堆的接頭導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，在冷端鋁板和熱端鋁板、絕緣導(dǎo)熱層硅脂
8、導(dǎo)電體銅9、N-P半導(dǎo)體10各接觸面間應(yīng)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(dāng)?shù)墓に囈缓附忧?，最好對各焊接表面進(jìn)行化學(xué)清洗(腐蝕法)，焊接時則需要選擇適當(dāng)?shù)暮附訙囟群蜁r間。
權(quán)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(dǎo)體發(fā)電模塊(2)的熱端鋁板(7. I)與反應(yīng)堆壓力容器壁(I)焊接在一起，半導(dǎo)體發(fā)電模塊(2 )的冷端鋁板(7.2)與熱傳導(dǎo)器件(3)連接，穩(wěn)壓器(4)的輸入端與半導(dǎo)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(shè)安全設(shè)施(6)和穩(wěn)壓器(4)連接，從而構(gòu)成核電站注射信號系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)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(dǎo)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(dǎo)熱層硅脂(8)、導(dǎo)電體銅(9)、N-P半導(dǎo)體(10)通過緊固螺栓(11)構(gòu)成為一個整體，所述絕緣導(dǎo)熱層硅脂(8)設(shè)置于冷端鋁板(7. 2)和熱端鋁板(7. I)和導(dǎo)電體銅(9)之間，除絕緣導(dǎo)熱外，還可緩解機械應(yīng)力；所述導(dǎo)電體銅(9)介于絕緣導(dǎo)熱層硅脂(8)和N-P半導(dǎo)體(10)之間，把M個P型半導(dǎo)體和M個N型半導(dǎo)體以P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體的順序串聯(lián)起來，兩端的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體并由導(dǎo)線連接至穩(wěn)壓器(4)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)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(yīng)堆壓力容器壁(I)和熱傳導(dǎo)器件(3)承擔(dān)著熱源與冷源的吸放熱任務(wù)，從而將熱量迅速傳導(dǎo)至半導(dǎo)體發(fā)電模塊(2)的熱端鋁板(7. I)上；熱傳導(dǎo)器件(3)在安全殼內(nèi)通過安全殼內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)的自然對流冷卻，將半導(dǎo)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(dǎo)體發(fā)電模塊(2)的溫差發(fā)電正常運行。
4.根據(jù)權(quán)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(dǎo)器件由熱管或超導(dǎo)材料制造。
5.根據(jù)權(quán)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(dǎo)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(lǐng)域的一種利用溫差傳感的核電站注射信號系統(tǒng)。反應(yīng)堆壓力容器、半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊、熱傳導(dǎo)器件固定在一起構(gòu)成半導(dǎo)體溫差電池；半導(dǎo)體溫差電池的輸出與穩(wěn)壓器、信號處理系統(tǒng)和專設(shè)安全設(shè)施連接。本發(fā)明利用反應(yīng)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(dǎo)體溫差電池發(fā)電，并作為電壓信號應(yīng)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(jìn)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(quán)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(xué)