向核电站的各辅助部件提供供应急电源的装置以及实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一个应急电源装置，包括一个燃料电池（２），它被供应以来自核电站的专门的氢和压缩空气回路或专门的氧回路的氢和空气或纯氧。它还可以以一个混合系统的形式被提供，上述混合系统包括燃料电池（２）以及经由一个适当的接口（例如斩波器）跟燃料电池并联或串联的超级电容器装置。燃料电池可能是一种ＰＥＭＦＣ型电池。这种燃料电池特别地能保证向将水注入到加压水核反应堆的一次泵的连接部位的泵的电动机供电。在所述回路的正常电源失效时，它还可以被用来向核电站的某些监测与控制电路供电。本创新性系统的功率可以达到５００ｋＶＡ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在用于核电站的各辅助部件的主电源失效的情况下，向核电站的各辅助部件，特别是向含有加压水冷核反应堆的电站，提供应急电源的装置，以及一种产生应急电源的方法。
技术介绍
核电站的许多辅助部件，特别是用于监测、控制或保护核电站的各主要部件的各辅助部件，必须得到连续的供电，以便在电站的核反应堆的所有运行阶段都能实现它们的各项功能。例如，诸如安装在核电站的电力厂房中的各种断路器、接触器、机动阀门和螺线线圈阀门的换向接触器必须得到连续供电，使得在任何情况下都是可用的，以便提供核反应堆的满意的运行。例如，由核电站提供的、来自一个交流380V电网和一个整流器的125V直流对这些设备进行供电。倘若发生一次导致核电站的供电中断的事故或故障，就有必要保持如上所述的电气设备的各项功能。为了使电气设备在任何情况下都能连续运行，通常使用能提供例如125V的标称电压和250A的最大电流的铅或镉电池。在电站的正常运行条件下，除了由于向大量的部件供电而导致偶尔的电流消耗峰值以外，这些电池都不产生任何电流。在电站的正常供电发生中断的情况下，这些电池必须单独地向电气设备提供电能，对这样一种事故或故障来说，这有可能是用于向电气设备供电的装置的例如一次局部的故障。在这种情况下，这些电池必须能够在电池端电压不降低到大约105V的极限电压的条件下，向这些电气设备供电至少1小时，标称电压为125V。为了达到电源的最短预期工作寿命，能提供此种功能的这些电池的尺寸和质量是非常大的。加压水冷核反应堆包括一个反应堆冷却剂系统，在其中，通过一次泵使加压水循环，一次泵包括一个泵叶轮，通过一根与泵电动机连接的轴，使叶轮在泵的蜗壳内旋转。一次泵的轴穿过介于其各部分之间的若干系列的密封部分与处于大气压力下的电动机连接，同时其端部被连接到处于蜗壳里面的泵叶轮，蜗壳接受极高压力和极高温度的水。为了提供这些密封部分的恒定的整体性，有必要将加压水引入到第一系列的各密封部分，以便防止各密封部分的相继破坏，后者会使反应堆的冷却剂泄漏到反应堆冷却剂系统以外。因此，有必要向各密封部分提供连续的冷水供应，以避免破坏和反应堆冷却剂泄漏的任何危险。在正常运行中，一个大功率的无水泵向各密封部分提供冷水的供应。当发生正常供电的失效时，通过一个通常由380V三相交流供电的电动机驱动的正位移泵，将水注入到第一系列的泵的各密封部分。当由电站(主电网，辅助电网以及电动发电机组)提供的380V电流被中断时，就有必要向将水注入到一次泵的各密封部分的泵的电动机提供应急电源。已经提出，例如，使用由核电站的蒸气发生器供气的各涡轮发电机，在发生导致注水泵的供电中断的事故或故障的情况下，就起动这些涡轮发电机。起动各涡轮发电机所需的时间导致向一次泵的各密封部分注水时出现故障。而且，各涡轮发电机必须进行定期检查，因此它们的维护(费用)可能是昂贵的。在正常供电失效之后，向注水泵提供电流的各涡轮发电机的起动必须在最长为两分钟的时间间隔内完成，这对应于在不向各密封部分供应加压水的条件下，一次泵的最长运行时间。规定这样的时间间隔是为了防止对各一次泵的第一系列的各密封部分的铝涂层产生热冲击。经验已经表明，由取自蒸气发生器的蒸气所驱动的各涡轮发电机可能在起动过程中发生某些故障，特别是由于水在各系统中的出现。因此，人们希望能有一种可用于核电站的各辅助部件的应急电源装置，它可以容易地被集成到电站的系统和部件之中，它具有比电池更长的工作寿命，并且能快速地和安全地投入使用。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标就是提供一种用于核电站的各辅助部件的应急电源装置，它是小尺寸的，运行十分安全，并且具有长的工作寿命，同时所需的维护操作很少。按照这个目标，根据本专利技术的应急电源装置包括至少一个燃料电池，该燃料电池被供应以来自至少一个储存罐的含氢气体和含氧气体，还包括至少一个分别具有含氢气体和含氧气体的系统。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在借助于实例，并参照诸附图，来说明根据本专利技术的电源装置以及将它用于向将水注入到一次泵的各密封部分的泵的应急供电，或者一块用于监测与控制的配电板。图1是一份图，表示在含有加压水核反应堆的核电站的系统中，由一个燃料电池组成的应急电源装置的建立。图2是一份示意图，表示使用氢作为燃料的燃料电池的理论上的结构。图3是一份图，表示使用图1的应急电源装置，向将水注入到核反应堆的一次泵的各密封部分的泵以及用于将水注入到一次泵的各密封部分的系统的各附件进行供电的情况。图4是用于核电站的各部件的一块配电板的供电的详图。具体实施例方式在图1中，示意性地表示通常用参考数字1来标注的、根据本专利技术的应急电源装置，连同用以运行使用燃料电池的电源装置的核反应堆的各罐和各系统。装置1主要地包括构成燃料电池的若干元件(诸如串联连接的2a和2b)，以及在电流产生过程中构成若干级的若干元件。此外，装置1包括不同的系统，分别用于向燃料电池单元供应氢和氧，使电池冷却，对尚未使用的氢进行循环，以及除去被形成或被引入到燃料电池中去的水。图2示意性地表示使用氢作为燃料以及使用空气作为氧化剂的PEMFC型燃料电池的一个单元电池。图2所示的电池3是燃料电池中的一个单元电池，用来帮助理解燃料电池的运作。电池3含有一个氢引入小室3a，一个空气引入小室3b，以及在两个小室3a和3b之间，由第一电极4a(阳极)，第二电极4b(阴极)组成的电池部件，以及位于两个电极4a和4b之间的、由聚合物制成的、形成固体电解质的渗水膜6。催化剂4’a(或4’b)位于多孔电极4a(或4b)之上，允许从电池3流过来的气体从其中通过。电极是通过将镀铂的碳粉的混合物淀积在导电性的碳纤维之上而产生的。向阳极4a供应氢(或含氢的气体)，向阴极4b供应含氧的气体，例如空气。燃料电池通过使用被引入到该电池的氢和氧，使氧化还原反应的化学自由能直接转化成电能成为可能。在与阳极4a接触中，氢分子被转化成氢离子(质子)，同时释放电子。氢离子沿着图2b中箭头8所指方向通过电解质，以便到达阴极4b，在那里，氢离子与氧分子相遇。在阴极4b所含的催化剂的影响下，氢离子通过吸收电子，将被引入到燃料电池之中的空气中的正在发生氧化作用的氧进行还原。该反应以蒸气的形式产生水，如箭头9所示。由阳极反应所产生的电子可以通过燃料电池的用户电路10流向阴极4b。这样一来，就在阴极和阳极之间获得电位差，同时在燃料电池的用户电路10中获得电流。燃料电池的理论电位是1.23V，这对应于O2/H2O对的氧化还原电位。由于必须考虑到在燃料电池内部的损耗，所以，事实上这个电压被确定在每个元件0.6V与0.9V之间，如图2所示。膜6是一种阳离子膜，从而只允许从引入分子氢H2的阳极4a流出的氢离子H+通过(如箭头7′a所示)。被引入到燃料电池3的第二小室3b的空气中的氧O2被引入到阴极4b，如箭头7′b所示。事实上，被引入到小室3b之中的空气通过燃料电池的整体，并且驱动在燃料电池中形成的蒸气或水，使得形成于清洗空气的悬浮物之中的含有蒸气或水的混合物通过燃料电池的小室3a或小室3b二者被去除，如箭头11a和11b所示。为了从燃料电池中得到足够的电能作应急电源之用，有必要将多个单元电池并列在一起，如图2所示。例如，对于一个将水注入到一次泵的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于向核电站的各辅助部件（３４，３５，３５ａ）进行应急供电的装置，其特征在于，它包括至少一个燃料电池（２），上述燃料电池（２）被供应以来自至少一个储存罐的含氢气体以及含氧气体，还包括至少一个含氢气体和含氧气体的各自的系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2001-4-13 01/051431.用于向核电站的各辅助部件(34，35，35a)进行应急供电的装置，其特征在于，它包括至少一个燃料电池(2)，上述燃料电池(2)被供应以来自至少一个储存罐的含氢气体以及含氧气体，还包括至少一个含氢气体和含氧气体的各自的系统。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，它还包括一个跟燃料电池并联或串联的、用于储存电能的中间装置(38)，以便在燃料电池(2)的起动和建立功率阶段或者在功耗峰值出现时，提供瞬时的应急电流。3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，用于储存电能的中间装置由至少一个超级电容器(38)组成。4.根据权利要求1所述电源装置，其特征在于，燃料电池是下列类型的燃料电池其中之一PEMFC，有膜或无膜的碱性燃料电池AFC，磷酸燃料电池PAFC，熔融碳酸盐燃料电池MCFC，固体氧化物燃料电池SOFC，直接甲醇燃料电池DMFC。5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，燃料电池(2)被供应以来自一个供应系统(12)的氢，上述供应系统(12)包括一个第一系统部分(12a)，用于向核电站的各系统(16a，16b)进行正常供应，以及一个第二部分(12b)，用于将第一部分(12a)连接到燃料电池。6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，第一系统部分(12a)包括至少一个罐(14)，用于储存加压氢，一个第一级(15)，用于降低氢的压强，以及一个第一截止阀(15a)，还在于，供氢系统(12)的第二部分包括一个用于降低氢的压强的第二级(17)，以及一个第二截止阀(17a)。7.根据权利要求5所述装置，其特征在于，用于向燃料电池(2)供氢的系统(12)包括一个附加系统(12c)，用于循环使用在燃料电池(2)中未被消耗的氢。8.根据权利要求1所述装置，其特征在于，由一个专用于燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：飞利浦德加德，
申请(专利权)人：法玛通ANP公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]