<Desc/Clms Page number 1>
Wärmekraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines Arbeitsmittels einer Wärmekraftmaschine, bei welcher Anlage in einem Atomkernreaktor anfallende Wärme auf einem durch den Reaktor führenden Weg an einen Wärmeträger abgegeben wird, der aus dem Arbeitsmittel selbst oder aus einem mit dem Arbeitsmittel in Wärmeaustausch stehenden Zwischenwärmeträger besteht.
Weist bei einer solchen Anlage der genannte Wärmeträger einen sehr hohen Druck auf, so kann er im Reaktor nicht auf eine so hohe Temperatur erhitzt werden, wie das zuc Erreichung
EMI1.1
tels notwendig wäre.
Bei einer'bekannten Anlage mit Wasserdampf als Arbeitsmittel wird der durch die im Reaktor anfallende Wärme erhitzte Dampf mit Hilfe eines der bisher üblichen Brennstoffe auf eine höhere Temperatur überhitzt. Dies bedingt aber zusätzliche Apparate und die Zufuhr von zweierlei Arten von Energieträgern.
Auch sind Wännekraftanlagen bekannt, bei denen die zur Verfügung stehende Wärmemenge durch Wärmeträger mit verschiedenen Drücken ausgenutzt wird. Bei diesen Anlagen wird die Wärme jedoch nicht durch einen Reaktor erzeugt.
Die Erfindung bezweckt die geschilderten Nachteile zu vermeiden und mit Atomenergie allein auszukommen. Bei einer Wärmekraftanlage der eingangs umschriebenen Art ist zu diesem Behufe erfindungsgemäss ein zweiter Kreislauf für einen Wärmeträger vorgesehen, dessen Druck niedriger ist als der Druck des Wärmeträgers des ersten Kreislaufes, wobei für den zweiten Wärmeträger ein, insbesonders gesondert, durch den Reaktor führender Weg angeordnet ist und ausserhalb des Reaktors ein als'Überhitzer für den ersten Wärme- träger ausgebildeter Wärmeaustauscher zwischen den beiden Kreisläufen vorgesehen ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Die Fig. 1 bis 6 zeigen Schemata dieser Ausführungsbeispiele.
Die gezeigten Wärmekraftanlagen weisen einen Kernreaktor 1 mit Wegen 2\ 22, 23 usw. für die Reaktorwärme abführende Wärmeträger auf. Dampfturbinen 3 mit Hoohdruckteil 4 und Niederdruckteilen 5 sowie Gasturbinenaggregate 6 mit Turbine 7 und Kompressor 8 treiben elektrische Generatoren 9 an. Die Dampfkraftmaschinen 3 weisen Kondensatoren 10, Wärmeaustauscher 11 für Speisewasservonwännung und Kondenstöpfe 12
EMI1.2
dene Pumpen 13 eingefügt. Die Kreisläufe sind miteinander bzw. mit Wärmeverbrauchern über Wärmeaustauscher er 152, 153 usw. in Verbin-
EMI1.3
J ? ig. lWärmekraftmaschine, nämlich der Dampfturbine 3 auf.
In dem Reaktor 1 anfallende Wärme wird auf dem Wege 21 an das Arbeitsmittel der Dampfturbine 3 abgegeben. Ein Wärmeträger, beispiels- weise CO2 oder Helium, dessen Druck niedriger ist als der Druck des auf dem genannten durch den Reaktor 1 führenden Weg 21 geleiteten Wiro : - meträgers, hier des Arbeitsmittels, ist auf einem von diesem Wege 21 getrennten zweiten Weg 22 unter Wärmeaufnahme durch den Reaktor 1 geleitet und gibt in einem Wärmeaustauscher 151 einen Teil der so aufgenommenen Wärme an das durch auf dem erstgenannten Weg 21 vom Reaktor 1 abgegebene Wärme vorerhitzte Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine, hier der Dampfturbine 3 ab.
Dadurch, dass der auf dem zweiten Wege 22 durch den Reaktor 1 geleitete Wärmeträger unter
EMI1.4
Wege 21 geleitete, kann er auf eine höhere Temperatur erhitzt werden als der auf dem ersten Wege 21 geleitete. Die Beanspruchung der durch den Reaktor 1 führenden Leitungen setzt sich nämlich aus der Beanspruchung infolge des Druckes und der Wärmebeanspruchung zusammen, Ist die eine Beanspruchung niedriger, so kann die andere entsprechend höher gehalten werden.
Bevor der auf dem zweiten Wege 22 durch den Reaktor 1 geführte Wärmeträger (in Fig. 1) in den Wärmeaustauscher 151 gelangt, leistet er in der Turbine 7 des Gasturbinenaggregates 6 Arbeit.
Nach Durchströmen des Wärmeaustauschers
<Desc/Clms Page number 2>
151 gibt dieser Wärmeträger in dem Wärmeaustauscher 152 Wärme an Speisewasser und in dem Wärmeaustauscher 15@ Wärme an den Wärmeverbraucher 14 ab, dann wird er in dem Kompressor 8 verdichtet und dem Reaktor 1 wieder zugeleitet. Die Dampfturbine 3 und das Gastul1binenaggre- gat 6 treiben die Generatoren 9 an.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Wärmekraftanlage führt im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Anlage auch noch der Weg 23 durch den Reaktor 1. Auf diesem Wege 23 wird das aus dem Hochdruck, tell 4 der Dampfturbine 3 kommende Arbeitsmittel vor seinem Eintritt in den Niederdruckteil 5 zwischenüberhitzt. Da das Arbeitsmittel in diesem Zustand bereits auf einen niedrigeren Druck entspannt ist, kann die Erhitzung auf die hinreichend hohe Temperatur direkt im Reaktor 1 erfolgen. Die auf dem Wege 2"direkt im Reaktor stattfindende Zwischen überhitzung des Arbeitsmit-
EMI2.1
hoherwerden als die überhitzung des Frischdampfes, die über den Wärmeaustauscher 151 erfolgen muss.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Anlage führen ausser den beiden Wegen 21 und 2" noch die Wege 2'und 25 durch den Reaktor 1. Der Weg 25 dient zur Vorwärmung des Arbeitsmittels der Dampfturbine 3. Auf dem Wege 24 wird der Wärmeträger, der auf dem zweiten Wege 2" durch den Reaktor 1 geleitet ist, ein zweites Mal durch den Reaktor 1 geleitet, nachdem er in der Gasturbine 7 Arbeit geleistet und Wärme an das dem Hochdruckteil 4 der Dampfturbine 3 zuzuführende Arbeitsmittel abgegeben hat.
Auf diese Weise wieder auf hohe Temperatur gebracht, dient die- ser Wärmeträger zur Zwischenuberhitzung des Ar- beitsmittels der Dampfturbine 3 über den Wärmeaustauscher 154 und dann im gleichen Sinne wie bei den Anlagen nach Fig. l und 2 über die Wär-
EMI2.2
und 153 zur VorwärmungSpeisewasser'bzw. Wärmeabgabe an die Wärme- verbraucher M, um dann im Kompressor 8 verdichtet und dem Reaktor 1 (Weg 22) wieder zugeleitet zu werden.
Die in Fig. 4 gezeigte Wärmekraftanlage unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Anlagen dadurch, dass das Arbeitsmittel der Dampfturbine 3 nicht direkt auf dem durch den Reaktor 1 führenden Wege 21 erhitzt wird, sondern dass im Reaktor 1 anfallende Wärme auf diesem Wege 21 an einen mit dem Arbeitsmittel über den Wärmeaustauscher 155 1n Wärmeaustausch stehenden Zwischenwärmeträger abgegeben wird. Der Zwi- schenwärmeträger ist dabei ein unter hohem Druck stehendes Mittel, beispielsweise Druckwasser.
Eine Erhitzung auf hinreichend hohe Temperaturen kann hier also auf dem ersten Wege 21 infolge der eingangs geschilderten Schwierigkeiten ebenfalls nicht erreicht werden und wird erst mit Hilfe des auf dem zweiten Wege 2@ durch den Reaktor 1 geleiteten Wärmeträgers möglich.
Bei den in den Fig. 1-4 dargestellten Anlagen ist der auf dem zweiten Wege durch den Reaktor geleitete Wärmeträger ein gasförmiges Mittel, beispielsweise Helium oder CO2. Dieses leistet während seines Kreislaufes auch Arbeit in der Gasturbine 7.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, auf eine Gasturbine zu verzichten und als auf dem zweiten
EMI2.3
ein flüssiges Mittel vorzusehen.
Das flüssige Mittel kann dabei zweckmässigerweise, ein Metall sein.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Wärmekraftanlage besteht der auf dem zweiten Wege 2"durch den Reaktor 1 geleitete Wärmeträger aus Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine, nämlich der Dampftur- bine 3. Dieses Arbeitsmittel wird der Dampfturbine 3 am Austritt des Hochdruckteils 4 also in einem Zustand niederen Druckes entnommen und auf dem Wege 22 erhitzt. Danach dient. es zur Überhitzunng des auf dem ersten Wege 21 erhitzten Arbeitsmittels und wird dann dem Niedet- , druckteil 5 zugeleitet. Wie in Fig. 5 durch die gestriohelte Linie angedeutet, kann das Arbeitmittel aber auch vor dem Eintritt in den Niederdruckteil 5 auf dem Wege 20 nochmals durch den Reaktor 1 geleitet werden.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Wärmekraftan- lage wird dem auf dem Wege 21 durch den Reaktor 1 führenden Arbeitsmittelkreislauf eine Teilmenge des unter niedrigem Druck stehenden Speisewassers entnommen und auf den durch den Reaktor J führenden Wegen 27, 28 bzw. 22 vege- wärmt, verdampft und überhitzt. Sie dient dann über den Wärmeaustauscher 151 der überhitzung des auf dem Wege 21 verdampften Arbeitsmittels und wird danach einer ihrem niedrigen Druck entsprechenden Stufe des Hochdruckteils 4 der Dampfturbine 3 wieder zugeführt.
Bei allen Beispielen sind die Wärmekraftmaschinen, an deren Arbeitsmittel auf dem ersten durch den Reaktor führenden Weg 21 Wärme abgegeben wird, Dampfturbinen. Es können aber auch Anlagen, bei denen an die Stelle dieser Dampfturbinen andere Wärmekraftmaschinen, beispielsweise Gasturbinen treten, in der erfindüngs- gemässen Art ausgebildet werden.
Bei den Beispielen ist jeweils ein Reaktor mit verschiedenen Wegen für die Wärmeträger vorgesehen. Der Reaktor kann aber auch beispielsweise in einzelne kleine Reaktoren jeweils für einen
EMI2.4
die Wege mit Wärmeträgern niedrigeren Druckes unterteilt sein.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
<Desc / Clms Page number 1>
Thermal power plant
The invention relates to a thermal power plant with a circuit of a working medium of a heat engine, in which system in an atomic nuclear reactor, heat accumulating in an atomic nuclear reactor is given off on a path leading through the reactor to a heat transfer medium consisting of the working medium itself or an intermediate heat transfer medium in heat exchange with the working medium.
If the said heat transfer medium has a very high pressure in such a system, it cannot be heated in the reactor to a temperature as high as that which is to be achieved
EMI1.1
would be necessary.
In a known system with steam as the working medium, the steam heated by the heat generated in the reactor is superheated to a higher temperature with the aid of one of the fuels customary up to now. However, this requires additional equipment and the supply of two types of energy sources.
Wännekraftanlagen are also known in which the available amount of heat is used by heat carriers with different pressures. In these systems, however, the heat is not generated by a reactor.
The invention aims to avoid the disadvantages described and to get by with atomic energy alone. In a thermal power plant of the type described at the outset, a second circuit for a heat transfer medium is provided according to the invention for this purpose, the pressure of which is lower than the pressure of the heat transfer medium of the first circuit, with a particularly separate path through the reactor being arranged for the second heat transfer medium and outside the reactor, a heat exchanger designed as a superheater for the first heat carrier is provided between the two circuits.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in a simplified representation. Figs. 1 to 6 show schemes of these embodiments.
The thermal power plants shown have a nuclear reactor 1 with paths 2, 22, 23 etc. for heat transfer media that dissipate the reactor heat. Steam turbines 3 with high pressure parts 4 and low pressure parts 5 and gas turbine units 6 with turbine 7 and compressor 8 drive electrical generators 9. The steam engines 3 have condensers 10, heat exchangers 11 for feedwater installation and condensate pots 12
EMI1.2
dene pumps 13 inserted. The circuits are connected to each other or to heat consumers via heat exchangers 152, 153 etc.
EMI1.3
J? ig. l heat engine, namely the steam turbine 3 on.
The heat generated in the reactor 1 is given off on the path 21 to the working medium of the steam turbine 3. A heat carrier, for example CO2 or helium, the pressure of which is lower than the pressure of the Wiro: - meter carrier, here the working medium, which is passed on the named path 21 leading through the reactor 1, is on a second path 22 separated from this path 21 Heat absorption is passed through the reactor 1 and in a heat exchanger 151 gives off part of the heat thus absorbed to the working fluid of the heat engine, here the steam turbine 3, which has been preheated by the heat emitted from the reactor 1 on the first-mentioned path 21.
In that the heat transfer medium passed through the reactor 1 on the second path 22 is below
EMI1.4
Path 21, it can be heated to a higher temperature than that passed on the first path 21. The stress on the lines leading through the reactor 1 is composed of the stress due to the pressure and the thermal stress. If one stress is lower, the other can be kept correspondingly higher.
Before the heat transfer medium (in FIG. 1) guided through the reactor 1 on the second path 22 reaches the heat exchanger 151, it performs work in the turbine 7 of the gas turbine unit 6.
After flowing through the heat exchanger
<Desc / Clms Page number 2>
151 this heat transfer medium in the heat exchanger 152 gives off heat to the feed water and in the heat exchanger 15 @ gives off heat to the heat consumer 14, then it is compressed in the compressor 8 and fed back to the reactor 1. The steam turbine 3 and the gas turbine unit 6 drive the generators 9.
In the thermal power plant shown in Fig. 2, in contrast to the plant shown in Fig. 1, the path 23 also leads through the reactor 1. On this path 23, the working medium coming from the high pressure, tell 4 of the steam turbine 3 is before its entry into the low-pressure part 5 is reheated. Since the working medium is already expanded to a lower pressure in this state, the heating to the sufficiently high temperature can take place directly in the reactor 1. The intermediate overheating of the working agent taking place directly in the reactor on the way
EMI2.1
higher than the overheating of the live steam, which has to take place via the heat exchanger 151.
In the system shown in FIG. 3, in addition to the two paths 21 and 2 ″, the paths 2 ′ and 25 also lead through the reactor 1. The path 25 serves to preheat the working medium of the steam turbine 3. On the path 24, the heat carrier, the is passed through the reactor 1 on the second path 2 ″, passed through the reactor 1 a second time after it has performed work in the gas turbine 7 and given off heat to the working medium to be supplied to the high-pressure part 4 of the steam turbine 3.
Once again brought to a high temperature in this way, this heat transfer medium is used to reheat the working medium of the steam turbine 3 via the heat exchanger 154 and then in the same sense as in the systems according to FIGS. 1 and 2 via the heat.
EMI2.2
and 153 for preheating feed water or Heat dissipation to the heat consumer M in order to then be compressed in the compressor 8 and fed back to the reactor 1 (path 22).
The thermal power plant shown in Fig. 4 differs from the plants described so far in that the working fluid of the steam turbine 3 is not heated directly on the path 21 leading through the reactor 1, but that the heat generated in the reactor 1 on this path 21 to a the working medium via the heat exchanger 155 1n heat exchange standing intermediate heat transfer medium is released. The intermediate heat transfer medium is a medium under high pressure, for example pressurized water.
A heating to sufficiently high temperatures can also not be achieved here on the first path 21 due to the difficulties described at the beginning and is only possible with the help of the heat transfer medium passed through the reactor 1 on the second path 2 @.
In the systems shown in FIGS. 1-4, the heat transfer medium passed through the reactor on the second path is a gaseous medium, for example helium or CO2. This also does work in the gas turbine 7 during its cycle.
However, it can also be advantageous to dispense with one gas turbine and instead of the second
EMI2.3
to provide a liquid asset.
The liquid agent can expediently be a metal.
In the thermal power plant shown in FIG. 5, the heat transfer medium conducted through the reactor 1 on the second path 2 ″ consists of the working fluid of the heat engine, namely the steam turbine 3. This working fluid is the steam turbine 3 at the outlet of the high-pressure part 4 in a low state From the pressure and heated on the path 22. It then serves to overheat the working medium heated on the first path 21 and is then fed to the low-pressure part 5. As indicated in Fig. 5 by the dashed line, the working medium can also be passed through the reactor 1 again on the path 20 before entering the low-pressure part 5.
In the thermal power plant shown in FIG. 6, a portion of the low-pressure feed water is withdrawn from the working medium circuit leading through the reactor 1 on the path 21 and heated on the paths 27, 28 and 22 leading through the reactor J, evaporated and overheated. It then serves, via the heat exchanger 151, to overheat the working medium evaporated on the path 21 and is then fed back to a stage of the high-pressure part 4 of the steam turbine 3 that corresponds to its low pressure.
In all of the examples, the heat engines, whose working fluid is dissipated on the first path 21 leading through the reactor, are steam turbines. However, systems in which these steam turbines are replaced by other heat engines, for example gas turbines, can also be designed in the manner according to the invention.
In each of the examples, a reactor with different routes for the heat transfer medium is provided. The reactor can also, for example, in individual small reactors each for one
EMI2.4
the paths are subdivided with lower pressure heat carriers.
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.