AT201624B - Wärmekraftanlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme - Google Patents

Description

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  Wärmekraftanlage zur Ausnützung der in einem
Kernreaktor anfallenden Wärme 
Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage   mit Kreislauf eines Arbeitsmittels zur Ausnützung der   in einem Kernreaktor anfallenden Wärme. 



   Nach dem heutigen Stande der Entwicklung lässt sich die in einem Kernreaktor frei werdende Energie nur mittelbar über einen Wärmekraftprozess verwerten, wobei die vom Kernreaktor anfallende Wärme unmittelbar oder über einen Zwischenwärmeträger an das Arbeitsmittel einer Wärmekraftanlage abgegeben wird. Da die Anlagekosten eines Kernreaktors beispielsweise im Vergleich zu einem mit Brennstoff befeuerten Dampfkessel sehr hoch sind, während die Kosten des für die Erzeugung einer bestimmten Energiemenge erforderlichen spaltbaren Materials eher tief sind, wird sich die Erstellung von Kernkraftanlagen vorwiegend dann wirtschaftlich rechtfertigen, wenn sie möglichst während des ganzen Jahres mit voller Last betrieben werden können. 



   Für eine mit Kernenergie betriebene Dampfkraftanlage ist auch schon vorgeschlagen worden, Frisch dampf, der durch von einem Kernreaktor anfallende Wärme erzeugt wurde, durch einen   ölbefeuerten   Erhitzer zu überhitzen, um grosse, mit Sattdampf arbeitende Turbinen zu vermeiden und einen wirtschaftlicheren Betrieb der Anlage zu erreichen. Auch bei solchen Anlagen wird aber bei Teillast die im Kernreaktor mögliche Energieerzeugung nicht voll ausgenützt, es sei denn, man würde bei Belastungen unterhalb der Höchstlast nur die im ölbefeuerten Überhitzer zugeführte Wärmemenge vermindern, was aber zu einer entsprechenden Erniedrigung der Überhitzungstemperatur und einer Wirkungsgradeinbusse führen würde. 



   Die Erfindung bezweckt, auch in jenen Fällen, in denen häufig Teillastbetrieb in Frage kommt, eine wirtschaftliche Ausnützung der Anlage zu erhalten. Bei einer Wärmekraftanlage der eingangs beschriebenen Art mit einem Wärmeaustauscher, in welchem die im Kernreaktor anfallende Wärme an das Arbeitsmittel abgegeben wird und einem   weiteren, durch Brennstoff befeuerten Arbeitsmittelerhitzer, wird   erfindungsgemäss der durch Brennstoff befeuerte Arbeitsmittelerhitzer mindestens teilweise zu dem genannten Wärmeaustauscher mit Bezug auf den Arbeitsmittelstrom, parallel geschaltet. 



   Eine solche Anlage gestattet, die im Kernreaktor anfallende Energie gleichmässig auszunützen. Die Lastspitzen, welche nur während eines Teiles der gesamten Betriebszeit auftreten, werden dagegen durch den mit Brennstoff befeuerten Erhitzer gedeckt, welcher mit verhältnismässig geringen Anlagekosten gebaut werden kann. 



   In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist je ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. 



   Gemäss Fig. 1 wird die in einem Kernreaktor 1 anfallende Wärme an einen gasförmigen oder flüssigen Zwischenwärmeträger abgegeben, der einen durch einen Wärmeaustauscher 2 führenden Kreislauf beschreibt. Der   Zwischenwärmeträger   wird durch eine Pumpe 3 umgewälzt und durch eine Leitung 4 dem Kernreaktor 1 zugeführt. Nach Verlassen des Kernreaktors gelangt der Zwischenwärmeträger über eine Leitung 5 in ein im Wärmeaustauscher 2 eingebautes Verteilerrohr 6, von welchem einzelne Rohre 7 ausgehen. Diese münden hernach in ein Sammelrohr 8, welches über eine Leitung 9 mit der Saugseite der Pumpe 3 in Verbindung steht. 



   Der Wärmeaustauscher 2 ist als Dampferzeuger ausgebildet. Die vom Kernreaktor anfallende Wärme 

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 wird durch den   Zwischenwärmetiäger   an im Wärmeaustauscher 2 enthaltenes, die Rohre 7 umgebendes Wasser abgegeben, welches dabei verdampft. Der erzeugte Sattdampf wird über eine Leitung 10 in einen mit Brennstoff befeuerten Überhitzer 11 geführt und von dort über eine Leitung 12 einer Turbine 13 zugeleitet, in welcher er unter Arbeitsleistung entspannt. Die Turbine 13 treibt einen elektrischen   Stomer-   zeuger 14 an. 



   Der Abdampf gelangt über eine Leitung 15 in einen Kondensator 16. Das Kondensat wird durch eine Pumpe 17 abgezogen und durch zwei Vorwärmer 18 und 19 geleitet, welche über Leitungen 20 bzw. 21 durch der Turbine 13 entnommenen Anzapfdampf beheizt werden. Mit 22 und 23 sind   Rückleitungen   für 
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 eine Pumpe 24 über eine Leitung 25 vorerst durch einen rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer 26 geführt und hernach über eine Leitung 27 dem Wärmeaustauscher 2 zugeleitet. Damit schliesst sich der Kreislauf des Arbeitsmittels der Wärmekraftanlage. Die in dieser Weise umlaufende Arbeitsmittelmenge ist für die Erzeugung einer konstanten Leistung für die Deckung einer Grundlast vorgesehen. 



   Für die Deckung der Lastspitzen ist dagegen nun noch ein weiterer Dampferzeuger 28 vorgesehen. 



  Dieser ist im   Arbeitsmittelkreislauf dem   Wärmeaustauscher 2 parallel geschaltet. Von der Speisewasserleitung 27 zweigt an einer Stelle 29 eine Leitung 30 ab, welche einen Teil des Speisewassers einer unteren Trommel 31 des Dampferzeugers 28   zufuhr.   Diese ist über Siederohre 32 mit einer oberen Trommel 33 verbunden. Der Dampferzeuger 28 ist mit Brennstoff befeuert, welcher über eine Leitung 34 zugeführt wird. Der erzeugte Dampf gelangt über Leitungen 35 in eine Sammelleitung 36 und von dort über eine Leitung 37nach einer Stelle 38 der Leitung 10, in der er sich mit dem im Wärmeaustauscher 2 erzeugten Dampf vereinigt. 



   Der Dampferzeuger 28 ist ein Teil eines aus diesem   selbst, dem Überhitzer 11   und dem Speisewasservorwärmer 26 bestehenden, mit Brennstoff befeuerten Erhitzers. Die durch Verbrennung des durch die Leitung 34   zugeführten Brennstoffes erzeugten Feuergase   bestreichen vorerst die Siederohre 32 des Dampferzeugers 28 und geben hernach noch Wärme an den Überhitzer 11 und den   Speisewasservorwärmer 26   ab, um zuletzt durch einen Kamin 39 zu entweichen. Um die Überhitzungstemperatur des Dampfes besonders regeln zu können, ist dem Überhitzer 11 ein Zusatzbrenner vorgeschaltet, welcher durch eine Leitung 40 mit Brennstoff versorgt wird.

   In dem dem Dampferzeuger 28 nachgeschalteten Erhitzerteil 11 wird die gesamte dem Wärmeaustauscher 2 und dem Dampferzeuger 28 entströmende Arbeitsmittelmenge nacherhitzt bzw. überhitzt. 



   Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage sind gleiche Teile mit   gleichea'Bezugsziffern   wie in Fig. 1 versehen. Diese Anlage unterscheidet sich nun aber von jener gemäss Fig. 1 dadurch, dass der dem Wärmeaustauscher 2 entströmende Sattdampf über eine Leitung 41 unmittelbar der Turbine 13 zugeleitet wird. Der der Sammelleitung 36 des zum Wärmeaustauscher 2 parallel geschalteten Dampferzeugers 28 entströmende Dampf wird über eine Leitung 42 allein dem Überhitzer 11 zugeführt. Für den Dampferzeuger 28 ist ein höherer Betriebsdruck vorgesehen als für den Wärmeaustauscher 2. In der von der Leitung 27 abzweigenden Speisewasserleitung 30 ist aus diesem Grunde noch eine Pumpe 43 eingebaut. Der durch den Überhitzer 11 strömende Dampf hat einen höheren Druck und eine höhere Temperatur als der den Wärmeaustauscher 2 verlassende Dampf.

   Er wird daher noch vor der Vereinigung mit dem letztgenannten Dampf über eine Leitung 44 einer Vorschaltturbine 45   zugeführt,   in welcher er unter Arbeitsleistung bis auf den Druck des den Wärmeaustauscher 2 verlassenden Dampfes entspannt, um hernach über eine Leitung 46 an einer Stelle 47 in die Leitung 41 eingeführt zu werden. Die Turbine 45 gibt Leistung an einen elektrischen Stromerzeuger 48 ab. 



   Bei dieser Anlage ist somit dem Wärmeaustauscher 2 nicht nur der Dampferzeuger 28, sondern auch noch die aus der Turbine 45 bestehende Kraftmaschine parallel geschaltet, in welcher das im Erhitzerteil 28,11 erhitzte Arbeitsmittel vor seiner Vereinigung mit dem dem Wärmeaustauscher entströmenden Arbeitsmittel unter teilweiser Entspannung Arbeit leistet. 



   Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt   es sich um Dampfkraftanlagen, d. h.   um Anlagen, bei denen das Arbeitsmittel unter Änderung des Aggregatszustandes einen Kreislauf beschreibt. 



  Der Erfindungsgedanke lässt sich aber sinngemäss auch auf Anlagen anwenden, bei denen das Arbeitsmittel den gesamten Kreislauf unter Beibehaltung des gasförmigen Zustandes beschreibt. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines Arbeitsmittels, zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme, mit einem Wärmeaustauscher, in welchem die im Kernreaktor anfallende Wärme <Desc/Clms Page number 3> an das Arbeitsmittel abgegeben wird, und einem weiteren, durch Brennstoff befeuerten Arbeitsmittelerhitzer, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Brennstoff befeuerte Arbeitsmittelerhitzer (28,11, 26) mindestens teilweise zu dem genannten Wärmeaustauscher (2) mit Bezug auf den Arbeitsmittelstrom parallel geschaltet ist.

   2. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Brennstoff befeuerte Arbeitsmittelerhitzer (28, 11,26) einen dem genannten Wärmeaustauscher parallelgeschalteten Teil (28) nachgeschalteten Erhitzerteil (11) aufweist, in welchem die gesamte, dem genannten Wärmeaustauscher und dem erstgenannten Erhitzerteil entströmende Arbeitsmittelmenge nacherhitzt wird (Fig. 1).

   3. Wärmekraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Wärmeaustauscher (2) und der dazu parallel geschaltete Teil (28) des durch Brennstoff befeuerten Erhitzers als Dampferzeuger ausgebildet sind und dass der diesen Dampferzeugern entströmende Dampf gemeinsam im nachgeschalteten Erhitzerteil (11) überhitzt wird.

   4. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem genannten Wärmeaustauscher (2) auch eine Kraftmaschine (45) parallel geschaltet ist, in welcher das im parallelgeschalteten Erhitzer (28,11) erhitzte Arbeitsmittel vor seiner Vereinigung mit dem dem genannten Wärmeaustauscher entströmenden Arbeitsmittel unter teilweiser Entspannung Arbeit leistet (Fig. 2).

   5. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Wärmeaustauscher (2) als Sattdampferzeuger und der dazu parallel geschaltete, durch Brennstoff befeuerte Erhitzer (28,11) als Dampferzeuger höheren Druckes mit Überhitzer ausgebildet ist, wobei der überhitzte Dampf in einer Vorschaltturbine (45) bis auf den Druck des im Wärmeaustauscher (2) erzeugten Sattdampfes entspannt und hemach mit diesem gemeinsam in einer Niederdruckturbine (13) weiter entspannt (Fig. 2).

   6. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Wärmeaustauscher (2) und der dazu parallel geschaltete Teil (28) des durch Brennstoff befeuerten Erhitzers als Dampferzeuger ausgebildet sind, und dass dieser durch Brennstoff befeuerte Erhitzer auch ein Hdizsystem (26) aufweist, in welchem seine Abgase Wärme an flüssiges Arbeitsmittel abgeben, das hernach durch vom Kernreaktor anfallende Wärme verdampft wird.