Wärmekraftanlage Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines Arbeitsmittels einer Wärmekraft- rnaschine, bei welcher Anlage in einem Atomkern reaktor anfallende Wärme auf einem durch den Re aktor führenden Weg an einen Wärmeträger abge geben 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 er hitzt werden, wie das zur Erreichung eines guten Wirkungsgrades der Kraftmaschine und günstigen Betriebsverhaltens des Arbeitsmittels notwendig wäre.
Bei einer bekannten Anlage mit Wasserdampf als Arbeitsmittel wird der durch die im Reaktor anfal lende Wärme erhitzte Dampf mit Hilfe eines der bis her üblichen Brennstoffe auf eine höhere Temperatur überhitzt. Dies bedingt aber zusätzliche Apparate und die Zufuhr von zweierlei Arten von Energieträgern.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu ver meiden und mit Atomenergie allein auszukommen. Bei einer Wärmekraftanlage der eingangs umschrie benen Art ist zu diesem Behufe erfindungsgemäss ein Wärmeträger, dessen Druck niedriger ist als der Druck des auf dem genannten durch den Reaktor füh renden Weg geleiteten Wärmeträgers, zumindest auf einem von diesem Wege getrennten zweiten Wege unter Wärmeaufnahme durch den Reaktor geleitet und gibt in einem Wärmeaustauscher mindestens einen Teil der so aufgenommenen Wärme an das durch auf dem erstgenannten Weg vom Reaktor abgegebene Wärme vorerhitzte Arbeitsmittel der Wärmekraft maschine ab.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Die Fig. 1 bis 6 zeigen Schemata dieser Ausfüh rungsbeispiele.
Die gezeigten Wärmekraftanlagen weisen einen Kernreaktor 1 mit Wegen 21, 22, 23 usw. für die Reaktorwärme abführende Wärmeträger auf. Dampf turbinen 3 mit Hochdruckteil 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 Speisewasservorwär- mung und Kondenstöpfe 12 auf. In die Wärmeträger kreisläufe sind verschiedene Pumpen 13 eingefügt.
Die Kreisläufe sind miteinander bzw. mit Wärmeverbrau chern über Wärmeaustauscher <B>151,</B> 152, 153<B>USW.</B> in Verbindung. , Die in Fig. 1 dargestellte Wärmekraftanlage weist einen Kreislauf eines Arbeitsmittels einer Wärme kraftmaschine, 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, beispielsweise CO, oder Helium, dessen Druck niedriger ist als der Druck des auf dem genannten durch den Reaktor 1 führenden Wege 21 geleiteten Wärmeträgers, hier des Arbeits mittels, ist auf einem von diesem Wege 21 getrennten zweiten Wege 22 unter Wärmeaufnahme durch den Reaktor 1 geleitet und gibt in einem Wärmeaus- tauscher 151 einen Teil der so aufgenommenen Wärme an das durch auf dem erstgenannten Wege 21 vom Reaktor 1 abgegebene Wärme vorerhitzte Ar beitsmittel der Wärmekraftmaschine, hier der Dampf turbine 3 ab.
Dadurch, dass der auf dem zweiten Wege 22 durch den Reaktor 1 geleitete Wärmeträger unter niedrigerem Druck steht als der auf dem ersten Wege 21 geleitete, kann er auf eine höhere Tem peratur 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 Bean spruchung 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 Tur bine 7 des Gasturbinenaggregates 6 Arbeit. Nach Durchströmen des Wärmeaustauschers 151 gibt dieser Wärmeträger in dem Wärmeaustauscher <B>152</B> Wärme an Speisewasser und in dem Wärmeaustauscher 153 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 Gasturbinenaggregat 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 teil 4 der Dampfturbine 3 kommende Arbeitsmittel vor seinem Eintritt in den Niederdruckteil 5 zwi schenüberhitzt. Da das Arbeitsmittel in diesem Zu stand bereits auf einen niedrigeren Druck entspannt ist, kann die Erhitzung auf die hinreichend hohe Temperatur direkt im Reaktor 1 erfolgen.
Die auf dem Wege 23 direkt im Reaktor stattfindende Zwi schenüberhitzung des Arbeitsmittels kann dabei ge gebenenfalls höher getrieben werden als die über hitzung des Frischdampfes, die über den Wärmeaus- tauscher 151 erfolgen muss.
Bei der in Fig.3 dargestellten Anlage führen ausser den beiden Wegen 21 und 22 noch die Wege 23 und 24 durch den Reaktor 1. Der Weg 23 dient zur Vorwärmung des Arbeitsmittels der Dampfturbine 3. Auf dem Wege 24 wird der Wärmeträger, der auf dem zweiten Wege 22 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 Dampf turbine 3 zuzuführende Arbeitsmittel abgegeben hat.
Auf diese Weise wieder auf hohe Temperatur ge bracht, dient dieser Wärmeträger zur ZwischenÜber- hitzung des Arbeitsmittels der Dampfturbine 3 über den Wärmeaustauscher 15-1 und dann im gleichen Sinn wie bei den Anlagen nach Fig. 1 und 2 über die Wärmeaustauscher 152 und 153 zur Vorwärmung von Speisewasser bzw. Wärmeabgabe an die Wärmever braucher 14, um dann im Kompressor 8 verdichtet und dem Reaktor 1 (Weg 22) wieder zugeleitet zu werden.
Die in der Fig. 4 gezeigte Wärmekraftanlage unterscheidet sich von den bisher beschriebenen An lagen dadurch, dass das Arbeitsmittel der Dampf turbine 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 Wärme- austauscher 155 in Wärmeaustausch stehenden Zwi- schenwärmeträger abgegeben wird. Der Zwischen wärmeträger ist dabei ein unter hohem Druck ste hendes Mittel, beispielsweise Druckwasser.
Eine Er hitzung auf hinreichend hohe Temperaturen kann hier also auf dem ersten Wege 21 infolge der ein gangs geschilderten Schwierigkeiten ebenfalls nicht erreicht werden und wird erst mit Hilfe des auf dem zweiten Wege 22 durch den Reaktor 1 geleiteten Wärmeträgers möglich.
Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Anlagen ist der auf dem zweiten Wege durch den Reaktor ge leitete Wärmeträger ein gasförmiges Mittel, beispiels weise Helium oder CO". 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 Wege durch den Reaktor geleiteten Wärmeträger ein flüssiges Mittel vorzusehen.
Das flüssige Mittel kann dabei zweckmässiger weise ein Metall sein.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Wärmekraftanlage be steht der auf dem zweiten Wege 22 durch den Reaktor 1 geleitete Wärmeträger aus Arbeitsmittel der Wärme kraftmaschine, nämlich der Dampfturbine 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 überhitzung des auf dem ersten Wege 21 erhitzten Arbeitsmittels und wird dann dem Niederdruckteil 5 zugeleitet. Wie in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie angedeutet, kann das Arbeitsmittel aber auch vor dem Eintritt in den Niederdruckteil 5 auf dem Wege 23 nochmals durch den Reaktor 1 geleitet werden.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Wärmekraftanlage wird dem auf dem Wege 21 durch den Reaktor 1 führenden Arbeitsmittelkreislauf eine Teilmenge des unter niedrigem Druck stehenden Speisewassers ent nommen und auf den durch den Reaktor 1 führenden Wegen 23, 24 bzw. 22 vorgewärmt, verdampft und überhitzt. Sie dient dann über den Wärmeaustauscher 151 der Überhitzung des auf dem Wege 21 ver dampften Arbeitsmittels und wird danach einer ihrem niedrigen Druck entsprechenden Stufe des Hoch druckteils 4 der Dampfturbine 3 wieder zugeführt.
Bei allen Beispielen sind die Wärmekraftmaschi- nen, an deren Arbeitsmittel auf dem ersten durch den Reaktor führenden Wege 21 Wärme abgegeben wird, Dampfturbinen. Es können aber auch Anlagen, bei denen an die Stelle dieser Dampfturbinen andere Wärmekraftmaschinen, beispielsweise Gasturbinen, treten, in der erfindungsgemässen Art ausgebildet wer den.
Bei den Beispielen ist jeweils ein Reaktor mit ver schiedenen Wegen für die Wärmeträger vorgesehen. Der Reaktor kann aber auch beispielsweise in ein zelne kleine Reaktoren jeweils für einen Weg oder in einen Reaktor für die Wege mit Wärmeträgern höheren Druckes und einen solchen für die Wege mit Wärmeträgern niedrigeren Druckes unterteilt sein.