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Anlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme.
Es ist eine solche Anlage bekannt, bei der diese Wärme über einen in einem Kreislauf durch den
Reaktor geführten gasförmigen Zwischenwärmeträger an das Arbeitsmittel einer Wärmekraftmaschine ab- gegeben wird. Ferner ist es bekannt, in einen ersten Kreislauf eines gasförmigen Zwischenwärmeträgers eine von dem im Reaktor erhitzten Gas beaufschlagte Turbine einzuschalten, wobei das die Turbine ver- lassende Gas vor der Wiederverdichtung in einem Verdichter Wärme an das einen zweiten Kreislauf be- schreibende Arbeitsmittel einer Wärmekraftmaschine abgibt. Die Turbine des ersten Kreislaufs treibt da- bei den erwähnten Verdichter an und gibt ausserdem Nutzleistung nach aussen ab.
Bei einer andern bekannten Anlage ist ebenfalls eine Turbine zur Entspannung des im Reaktor er- hitzten, verdichteten Zwischenwärmeträgers unter Arbeitsleistung, ein dieser Turbine nachgeschalteter
Wärmeaustauscher zur Übertragung von Wärme vom entspannten Zwischenwärmeträger an das Arbeits- mittel der Wärmekraftanlage und ein von der Turbine angetriebener Verdichter zur Wiederverdichtung des entspannten Zwischenwärmeträgers vorgesehen. Bei dieser bekannten Anlage gibt die erwähnte, vom Zwischenwärmeträger durchströmte Turbine keine Nutzleistung nach aussen ab.
Sie weist aber ausser'dem genannten Wärmeaustauscher einen diesem mit Bezug auf das Arbeitsmittel der Anlage nachgeschalte- ten, weiteren Wärmeaustauscher auf, welcher von dem im Reaktor erhitzten Zwischenwärmeträger durch- strömt ist und zur Nacherhitzung des Arbeitsmittels dient. Der Zwischenwärmeträger strömt hiebei nach- einander durch den Reaktor, dann durch diesen weiteren Wärmeaustauscher und dann durch die Tur- bine.
Auch bei der Anlage gemäss der Erfindung nimmt ein in einem Kreislauf durch den Reaktor geführ- ter, gasförmiger Zwischenwärmeträger im Reaktor Wärme auf und gibt sie hernach an das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage ab, und es ist eine Turbine zur Entspannung von im Reaktor erhitztem verdichte- tem Zwischenwärmeträger unter Arbeitsleistung, ein dieser Turbine nachgeschalteter Wärmeaustauscher zur Übertragung von Wärme vom entspannten Zwischenwärmeträger an das Arbeitsmittel der Wärme- kraftanlage und ein von der Turbine angetriebener Verdichter zur Wiederverdichtung des entspannten
Zwischenwärmeträgers und ferner ein mit Bezug auf das Arbeitsmittel dem genannten Wärmeaustauscher nachgeschalteter, von im Reaktor erhitztem Zwischenwärmeträger durchströmter,
weiterer Wärmeaus- tauscher zur Nacherhitzung des Arbeitsmittels vorgesehen. Unterschiedlich zur bekannten Anlage weist aber nun gemäss der Erfindung der Kreislauf des Zwischenwärmeträgers zwei je von einem Teil des Zwi - schenwärmeträgers durchströmte Wege auf, von denen der eine durch die Turbine und der andere durch den zur Nacherhitzung des Arbeitsmittels dienenden Wärmeaustauscher führt.
Durch diese Massnahme wird es möglich, den durch den weiteren Wärmeaustauscher strömenden
Zwischenwärmeträger weiter als bis zur Eintrittstemperatur der Turbine abzukühlen. Die Verminderung der Leistung der Turbine durch den Umstand, dass sie nur noch von einem Teil des Zwischenwärmeträ- gers durchströmt ist, wird dabei mindestens zum Teil dadurch kompensiert, dass dieser Teil mit höherer
Temperatur in die Turbine gelangt als bei der bekannten Anlage.
Anderseits vermindert sich aber der Leistungsbedarf des Verdichters, indem für den durch den weiteren Wärmeaustauscher strömenden Teil des Zwischenwärmeträgers ein geringeres Verdichtungsverhältnis erforderlich ist als für jenen Teil, der
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sich in der Turbine entspannt hat,
In der Zeichnung sind als Beispiele verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Dampfkraftanlage und die Fig. eine Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf.
Gemäss den Fig. 1 und 2 wird die in einem Kernreaktor 1 anfallende Wärme über einen gasförmigen Zwischenwärmeträger an das Arbeitsmittel'einer Dampfkraftanlage übertragen. Diese Dampfkraftanlage weist eine Hochdruckturbine 2, eine doppelflutige Niederdruckturbine 3 und einen Kondensator 4 auf.
Die Nutzleistung dieser Turbinen wird an einen elektrischen Stromerzeuger 5 abgegeben. Der Frischdampf gelangt durch eine Leitung 6 in die Turbine 2 und von dort durch eine Überströmleitung 7 in die Turbine 3. Der Abdampf wird durch eine Leitung 8 in den Kondensator 4 gefuhrt. Das Kondensat wird' von einer Pumpe 9 über eine Leitung 10 angesaugt und als Speisewasser über eine Leitung 11 einem Wärmeaustauscher 12 und von dort über eine Leitung 13 einem Wärmeaustauscher 14 zugeführt. In den Wärmeaustauschern 12 und 14 wird vom erwähnten gasförmigen Zwischenwärmeträger Wärme an das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine, im vorliegenden Fall also der Dampfturbinen 2, 3, übertragen.
Das von der Pumpe 9 zugeführte Speisewasser wird in den Wärmeaustauschern 12,14 vorgewärmt, verdampft, und gegebenenfalls noch überhitzt. Der gasförmige Zwischenwärmeträger ist in einem Kreislauf durch den Reaktor 1 geführt.
Gemäss Fig. 1 wird eine Teilmenge des verdichteten und im Reaktor 1 erhitzten Zwischenwärmeträgers durch die Leitung 15 dem Wärmeaustauscher 14 zugeführt. Der restliche Teil gelangt durch eine von der Leitung 15 abzweigende Leitung 16'unmittelbar zur Turbine 17, um nach Entspannung in dieser Turbine im Wärmeaustauscher 12 Wärme abzugeben.
Zur Wiederverdichtung des gasförmigen Zwischenwärmeträgers sind zwei Verdichter 20'und 20" vorgesehen. Dem Verdichter 20'wird die den Wärmeaustauscher 12 verlassende Menge des entspannten Zwischenwärmeträgers'durch eine Leitung 19'zugeführt und darin bis etwa auf den Druck der den Wärmeaustauscher 14 verlassenden Teilmenge verdichtet. Die beiden Mengen werden dann durch Leitungen 22 bzw. 23 der Eintrittseite des Verdichters 20" zugeleitet, welcher im wesentlichen nur die Druckverluste im Reaktor 1 und im Wärmeaustauscher 14 zu überwinden hat. Vom Verdichter 20" gelangt dann die gesamte Menge des Zwischenwärmeträgers über die Leitung 21 wieder in den Reaktor 1.
Die Maschinen und Wärmeaustauscher werden zweckmässig so ausgelegt, dass die beiden Teilmengen mit gleicher Temperatur dem Verdichter 20"zuströmen.
Die Anordnung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 dadurch, dass die Strömungswege für die beiden Teile des Zwischenwärmeträgers auf dem ganzen Umlauf voneinander getrennt sind.
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dort wird sie über die Leitung 19'dem Verdichter 20'und schliesslich durch eine Leitung 21'wieder dem Reaktorteil l'zugefuhrt. Die andere Teilmenge wird in einem Reaktorteil :
erhitzt, gelangt dann über eine Leitung 15"in den Wärmeaustauscher 14 und von dort über eine Leitung 16"in den Verdichter 20", worauf sich der Kreislauf über eine in den Reaktorteil l"zurückführende Leitung 21" schliesst. Auch hier ist wieder der Wärmeaustauscher 14 von verdichtetem und im Reaktor erhitztem Gas des Zwischenwärme- trägerkreislaufs durchströmt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Anlage wird der Stromerzeuger 5 durch eine geschlossene Gasturbinenanlage mit einer Turbine 24 und einem Verdichter 25 angetrieben. Das verdichtete Arbeitsgas durchströmt in gleicher Weise wie das Arbeitsmittel der Anlagen nach den Fig. 1, 2 nacheinander die Wärmeaustauscher 12 und 14. Das erhitzte Arbeitsgas gelangt über eine Leitung 26 zur Turbine 24 und wird nach Entspannung in dieser Turbine über einen Wärmeaustauscher 27 und einen Kühler 28 der Saugseite des Verdichters 25 zugeleitet. Nach Verdichtung wird es sodannn über eine Leitung 29 wieder dem Wärmeaustauscher 27 zugeführt, in welchem es Wärme vom entspannten'Arbeitsgas aufnimmt, und gelangt schliesslich über eine Leitung 30 wieder in den Wärmeaustauscher 12.
Die Anordnung des Kreislaufs des wischenwärmeträgers entspricht im wesentlichen wieder jener nach Fig. 1. Die einzelnen Teile dieses. Kreislaufs sind daher in Fig. 3 mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Fig. 1. In Fig. 3 ist indessen noch ein zusätzlicher Wärmeaustauscher 31 gezeigt, welcher im Kreislauf des Zwischenwärmeträgers zwischen den Leitungen 18. und 19'in Nachschaltung zum Wärmeaustauscher 12 eingebaut ist. Dieser Wärmeaustauscher dient zur Abgabe von Nutzwärme, beispielsweise zu Heizzwecken, an ein anderes Medium und erlaubt, den Zwischenwärmeträger auf eine tiefere Temperatur als die Temperatur des dem Wärmeaustauscher 12 zuströmenden Arbeitsgases der
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Gasturbinenanlage 24,25 abzukühlen.
Selbstverständlich kann auch im Zusammenhang mit einer Gasturbinenanlage eine andere, in den
Rahmen der Erfindung fallende Schaltung des Zwischenwärmeträgerkreislaufs vorgesehen werden, wie z. B. die in Fig. 2 gezeigte Schaltung, mit oder ohne Wärmeaustauscher 31.
Bei den dargestellten Anlagen sind die Turbine 17 und der Verdichter 20 bzw. die Verdichter 20',
20" miteinander im Leistungsgleichgewicht, d. h. sie benötigen keine Antriebsleistung von aussen, noch geben sie nach aussen Nutzleistung ab. Sämtliche durch den Zwischenwärmeträger vom Reaktor aufge- nommene Wärme wird somit an das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine und allfällige weitere Nutz- wärmeempfänger abgegeben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme, bei welcher ein im Kreis- lauf durch den Reaktor geführter, gasförmiger Zwischenwärmeträger im Reaktor Wärme aufnimmt und hernach an das Arbeitsmittel einer Wärmekraftanlage abgibt und bei welcher eine Turbine zur Entspan- nung von im Reaktor erhitztem, verdichtetem Zwischenwärmeträger unter Arbeitsleistung, ein dieser
Turbine nachgeschalteter Wärmeaustauscher zur Übertragung von Wärme vom entspannten Zwischenwär- meträger an das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage und ein von der Turbine angetriebener Verdichter zur Wiederverdichtung des entspannten Zwischenwärmeträgers und ferner ein mit Bezug auf das Arbeit- mittel dem genannten Wärmeaustauscher nachgeschalteter, von im Reaktor erhitztem Zwischenwärme- träger durchströmter,
weiterer Wärmeaustauscher zur Nacherhitzung des Arbeitsmittels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf des Zwischenwärmeträgers zwei je von einem Teil des Zwi- schenwärmeträgers durchströmte Wege aufweist, von denen der eine durch die Turbine (17) und der an- dere durch den zur Nacherhitzung des Arbeitsmittels dienenden Wärmeaustauscher (14) führt.