CN102878578B - 一种核电站用氢气点火器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核电站用氢气点火器，包括盖板、石墨垫片、箱体、填料涵、陶瓷接线端子、点火部件和防水罩。点火部件采用耐高温的螺旋线圈型加热元件或耐高温的封闭型电热塞。为适应高温高湿环境，在箱体与盖板之间采用石墨垫片密封；将箱体与盖板间的螺栓孔加工为盲孔；在箱体前端面的开口四周加工凸台，在凸台与箱体前端面垂直的面上加工凹槽；箱体的上表面固定防水罩，避免水滴溅到点火部件的发热段上。该氢气点火器功率小于145W，加热元件表面温度高到930℃以上，并可持续工作72小时，具有耐高温高湿、抗辐射、启动快、寿命长的特点。在核电站发生失水等严重事故后，能够可靠点火，消除发生大范围、高浓度氢气混合气爆炸的隐患。

Description

一种核电站用氢气点火器

技术领域

发明涉及一种点火器，具体涉及一种核电站用氢气点火器。

背景技术

在核电站发生设计基准事故或严重事故后，由于水蒸汽与燃料外壳中锆之间发生化学反应，在短时间内产生大量氢气。另外由于水的辐射分解以及堆芯熔融物与混凝土之间的反应，也将产生大量的氢气。如在严重事故条件下，氢气的产生速度可达2Kg/s以上。如果产生的大量氢气不能得到快速、有效的消除，一旦大范围、高浓度的氢气混合气发生爆炸，将会危及安全壳的完整性。因此美国、欧洲和中国等多个国家明确要求，必须考虑严重事故下保持安全壳完整性的措施，特别是必须考虑预计发生的各种可燃气体的燃烧效应。

为了防止事故产生的氢气发生大范围、高浓度的爆炸，人们采用氢气复合器、氢气点火器等专用设备进行氢气消除。但以往氢气点火器的点火装置只针对设计基准事故，具有能耗大、耐温低等缺点，如承受的最高环境温度不超过125℃。而目前采用第三代技术建造的核电站一旦发生严重事故，安全壳内将短时间内产生大量氢气，同时环境温度高达300℃以上，因此以往的氢气点火器不能正常点火消氢。另外发生严重事故后，核电站的安全设备用电可能完全依赖备用电池，如果采用传统氢气点火器进行消除氢气，会因为其本身的大功率将很快耗完备用电池的宝贵电能，导致无法继续保护安全壳的安全。故以往氢气点火器的加热元件不能满足采用AP1000技术建造的第三代核电站关于严重事故条件下的使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种核电站用氢气点火器，能够在高温条件下实现点火消氢，且密封效果好，功率低。

本发明的核电站用氢气点火器包括盖板、石墨垫片、箱体、陶瓷接线端子、点火部件和防水罩。当供电电压为120V或220V交流电时，点火部件选用耐高温的螺旋线圈型加热元件；当供电电压为9～12V电源时，点火部件选用耐高温的封闭型电热塞。

所述箱体为无盖的方形结构，箱体采用耐高温的不锈钢材料。令箱体的开口面为前端面，使用点火器时，耐高温电缆穿过固定在箱体的底面或侧面的填料涵进入箱体内，与固定在箱体内表面的陶瓷接线端子连接。

点火部件固定在箱体右侧面的上方，点火部件的发热段穿过箱体壁板，位于箱体外。当点火部件为耐高温的螺旋线圈型加热元件时，加热元件直接固定在箱体上；当点火部件为耐高温的封闭型电热塞时，电热塞通过耐高温的保护套管固定在箱体上。该保护套管的外层为不锈钢，内部套装陶瓷套管。点火部件的导线连接螺杆通过带陶瓷环保护的导线与陶瓷接线端子连接。

所述箱体前端面所开口的面积小于箱体前端面的面积，并沿开口的四周加工有凸台，在凸台与箱体前端面垂直的面上加工有凹槽。盖板通过螺栓固定在箱体的前端面，在箱体与盖板之间采用石墨垫片进行密封，为了防止外界水蒸气进入箱体内，将箱体与盖板之间的螺栓孔加工为盲孔。

箱体的上表面固定有防水罩，防水罩右端伸出箱体部分的长度大于点火部件的发热段伸出箱体的长度。防水罩前端的水平高度大于其后端的水平高度，当喷淋水洒到防水罩上后，水向箱体背部流动，从而避免水进入箱体内部和滴溅到点火部件的发热段上。

为了保护点火部件的发热段，在其发热段外面套装有保护罩，保护罩的尺寸与点火部件发热段的尺寸相匹配，保护罩可采用网状、栅栏状、半圆状等。

在箱体的后端面及底面均加工有连接座，便于点火器在不同使用环境下的固定与安装。

在所述点火部件导线连接螺杆接线端的外圆周采用耐高温的密封装置；耐高温的密封装置包括密封环、陶瓷环A、卡套和陶瓷环B，密封环和卡套均采用耐高温材料制成，卡套为橄榄形，其连接关系为：卡套安装在陶瓷环A和陶瓷环B之间；导线连接螺杆的接线端依次穿过陶瓷环A、卡套和陶瓷环B，陶瓷环B的外圆周与点火部件壳体内表面接触；陶瓷环A与点火部件壳体内表面间安装密封环，密封环与点火部件壳体内表面接触；陶瓷环A与卡套的连接侧加工有与卡套外形相匹配的凹槽，在陶瓷环B与卡套的连接侧加工有与卡套外形相匹配的凹槽。

本发明的工作原理是：使用点火器时，将电缆的一端穿过填料涵进入箱体内与固定在箱体内表面的陶瓷接线端子连接，电缆的另一端接电源。点火部件的导线连接螺杆通过导线与陶瓷接线端子连接。当核电站发生事故时，启动氢气点火器，通电后加热部件的发热段温度迅速上升至点火温度，此时如果有可燃氢气混合气扩散到发热段表面，氢气混合气就会发生小范围的燃烧，从而快速消除氢气。

有益效果：

（1）本发明的点火器具有耐高温高湿、抗辐射、启动快、寿命长的特点，在核电站发生失水事故或严重事故后，能够可靠的点火，消除发生大范围、高浓度氢气混合气爆炸所带来的隐患。

（2）为了保证箱体密封的可靠性及耐高温性，在箱体与盖板之间采用石墨垫片进行密封，保证箱体在高温环境依然具有很好的密封效果。

（3）将端盖与箱体连接的螺栓孔加工为盲孔，可进一步提高密封性能，防止外界水蒸气进入箱体内。

（4）在箱体的开口端加工有凹槽，当有少量水蒸气沿盖板与箱体的连接处进入时，会汇集在凹槽内，而不会进入箱体内部，进一步提高密封性能。

（5）防水罩的前端的水平高度大于其后端的水平高度，可有效保护电热塞不被喷淋水喷溅。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为箱体的侧面剖视图。

其中，1-盖板，2-石墨垫片，3-陶瓷接线端子、4-箱体、5-点火部件、6-防水罩、7-凸台，8-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种耐高温的点火器，该点火器能够满足采用AP1000技术建造的第三代核电站在严重事故条件下耐高温及低功率的使用要求，并可靠地启动。

如图1所示，箱体4为采用耐高温的不锈钢材料制成的无盖的方形结构，令箱体的开口面为前端面。在箱体4的背部加工有4个固定孔，底面的左右两侧各有2个固定地脚，便于箱体4在墙面、地面等多种条件下的安装固定。

箱体4前端面所开口的面积小于箱体4前端面的面积，并沿开口的四周加工有凸台7，在凸台7与箱体4前端面垂直的面上加工有凹槽8。盖板1通过螺栓固定在箱体4的前端面，在箱体4与盖板1之间采用石墨垫片进行密封，并将箱体4与盖板1之间的螺栓孔加工为盲孔。

耐高温电缆的一端通过固定在箱体4底部的填料涵进入箱体4，并与箱体4内的陶瓷接线端子3连接，使用时，电缆的另一端与电源接通。

本实施例中的点火部件5为耐高温的封闭型电热塞，该耐高温型电热塞包括护套、发热体、绝缘材料、壳体、导线连接螺杆、接线柱、密封环、陶瓷环A、卡套、陶瓷环B、顶螺母和压紧螺母。其中护套、卡套、接线柱和密封环均采用耐高温材料制成。护套为中空的柱形结构，其一端开口，另一端封闭；陶瓷环A和陶瓷环B均为锥形柱台，陶瓷环A的外圆尺寸小于陶瓷环B的外圆尺寸，卡套为橄榄形。其连接关系为：发热体和导线连接螺杆均安装在护套内，其中发热体的一端与护套封闭端连接，另一端与导线连接螺杆连接，导线连接螺杆的另一端伸出护套的开口端；导线连接螺杆的轴线与护套的轴线重合，发热体位于护套的轴线上；在护套的空隙内压入粉状的绝缘材料。在护套外面套装壳体，护套外表面与壳体内表面接触，护套的封闭端伸出壳体；在护套开口端所在侧，沿壳体端面面加工有锥形孔，所述锥形孔的大端位于壳体端面，陶瓷环A、陶瓷环B的锥形均与该锥形孔的锥形一致。护套开口端的端部位于该锥形空内，导线连接螺杆伸出壳体；在壳体的锥形孔内压入绝缘材料，使护套位于壳体的中间位置，绝缘材料的端面与护套开口端的端面平齐。在锥形孔内的导线连接螺杆上依次套装有陶瓷环A、卡套和陶瓷环B，陶瓷环A的一端与护套开口端的端部接触，另一端与卡套接触，卡套的另一端与陶瓷环B接触。在陶瓷环A上与卡套的连接处加工有与卡套外形相匹配的凹槽；在陶瓷环B上与卡套的连接处加工有与卡套外形相匹配的凹槽；陶瓷环A与壳体内表面间有间隙，陶瓷环B与壳体内表面接触。在陶瓷环A与壳体内表面间安装锥形密封环，密封环的锥形与锥形孔的锥形一致；壳体上锥形孔所在端的外圆周上加工有螺纹，用于安装顶螺母；导线连接螺杆伸出顶螺母的部分加工有螺纹，用于安装压紧螺纹。为了防止顶螺母与压紧螺母接触，在陶瓷环B上安装导线连接螺杆的位置加工有凸起；在壳体的外圆周上加工有接线柱。

电热塞通过耐高温的保护套管固定在箱体4右侧面的上方，使电热塞的发热段穿过箱体4壁板位于箱体4外。固定电热塞的保护套管的外层为不锈钢，内部套装陶瓷套管。电热塞的导线连接螺杆通过带陶瓷环保护的导线与陶瓷接线端子连接。所述电热塞发热段外面套装有保护罩，保护罩的尺寸与点火部件发热段的尺寸相匹配，保护罩可采用网状、栅栏状、半圆状等形状。

在箱体4的上表面固定有防水罩6，防水罩6右端伸出箱体4部分的长度大于电热塞的发热段伸出箱体4的长度，防水罩6的前端的水平高度大于其后端的水平高度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电站用氢气点火器，其特征在于，包括盖板(1)、石墨垫片(2)、陶瓷接线端子(3)、箱体(4)和点火部件(5)，所述箱体(4)为耐高温的不锈钢材料制成的无盖方形结构；令箱体(4)的开口面为前端面，耐高温电缆穿过固定在箱体(4)的底面或侧面的填料涵进入箱体(4)内，与固定在箱体(4)内表面的陶瓷接线端子(3)连接；点火部件(5)固定在箱体(4)右侧面的上方，点火部件(5)的发热段穿过箱体(4)壁板，位于箱体(4)外；点火部件(5)的导线连接螺杆通过带陶瓷环保护的导线与陶瓷接线端子(3)连接；

所述箱体(4)前端面所开口的面积小于箱体(4)前端面的面积，并沿开口的四周加工有凸台(7)，在凸台(7)与箱体(4)前端面垂直的面上加工有凹槽(8)；

所述盖板(1)通过螺栓固定在箱体(4)的前端面，箱体(4)与盖板(1)之间的螺栓孔为盲孔；在箱体(4)与盖板(1)之间采用石墨垫片(2)进行密封；

在所述点火部件(5)导线连接螺杆的接线端采用耐高温的密封装置；

所述箱体(4)的后端面及底面均加工有固定连接座。

2.如权利要求1所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于；所述耐高温的密封装置包括密封环、陶瓷环A、卡套和陶瓷环B，密封环和卡套均采用耐高温材料制成，卡套为橄榄形，其连接关系为：卡套安装在陶瓷环A和陶瓷环B之间；导线连接螺杆的接线端依次穿过陶瓷环A、卡套和陶瓷环B，陶瓷环B的外圆周与点火部件(5)壳体内表面接触；陶瓷环A与点火部件(5)壳体内表面间安装密封环，密封环与点火部件(5)壳体内表面接触；陶瓷环A与卡套的连接侧加工有与卡套外形相匹配的凹槽，在陶瓷环B与卡套的连接侧加工有与卡套外形相匹配的凹槽。

3.如权利要求1所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，该装置进一步包括防水罩(6)，所述防水罩(6)固定在箱体(4)的上表面，防水罩(6)右端伸出箱体(4)部分的长度大于点火部件(5)的发热段伸出箱体(4)的长度。

4.如权利要求3所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，所述防水罩(6)前端的水平高度大于其后端的水平高度。

5.如权利要求1所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，当供电电压为120V或220V的交流电时，所述点火部件(5)为耐高温的螺旋线圈型加热元件；当供电电压为9～12V电源时，所述点火部件(5)为耐高温的封闭型电热塞。

6.如权利要求5所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，所述耐高温的螺旋线圈型加热元件直接固定在箱体(4)上。

7.如权利要求5所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，所述电热塞通过耐高温的保护套管固定在箱体(4)上。

8.如权利要求7所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，所述保护套管的外层为不锈钢，内部套装陶瓷套管。

9.如权利要求1所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，进一步包括保护罩，所述保护罩套装在其发热段外面，保护罩的尺寸与点火部件(5)发热段的尺寸相匹配。

10.如权利要求9所述的一种核电站用氢气点火器，其特征在于，所述保护罩为网状、栅栏状或半圆状。