CH405518A - Method and device for operating a nuclear reactor - Google Patents

Method and device for operating a nuclear reactor

Info

Publication number
CH405518A
CH405518A CH1542663A CH1542663A CH405518A CH 405518 A CH405518 A CH 405518A CH 1542663 A CH1542663 A CH 1542663A CH 1542663 A CH1542663 A CH 1542663A CH 405518 A CH405518 A CH 405518A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
gas
energy
energy gas
low
pressure
Prior art date
Application number
CH1542663A
Other languages
German (de)
Inventor
Claude Dr Seippel
Lalive D Epinay Jacques
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bbc Brown Boveri & Cie filed Critical Bbc Brown Boveri & Cie
Priority to CH1542663A priority Critical patent/CH405518A/en
Publication of CH405518A publication Critical patent/CH405518A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
    • G21D5/00Arrangements of reactor and engine in which reactor-produced heat is converted into mechanical energy
    • G21D5/04Reactor and engine not structurally combined
    • G21D5/06Reactor and engine not structurally combined with engine working medium circulating through reactor core
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 Verfahren und Einrichtung    zum   Betrieb eines Atomreaktors Die Erfindung betrifft ein    Verfahren   und    eine   Einrichtung zum Betrieb eines Atomreaktors, den zur Kühlung ein verdichtetes Gas    kleinen      Molekularge-      wichtes   durchströmt, das die    im   Reaktor entwickelte    Wärme   aufnimmt und einer Kraftmaschine zur Erzeugung von    Nutzleistung   zuführt, worauf das    ener-;      giearm   gewordene Gas    in   geschlossenem Kreislauf neuerlich verdichtet wird. 



  Im Zusammenhang mit gasgekühlten Atomreaktoren ist die Verwendung von    Gasturbinen-   oder Dampfkraftanlagen bekannt, wobei das    aufgeheizte   Arbeitsmittel direkt eine Gasturbine oder einen Dampfkessel    beaufschlagt.      Vorteilhafterweise   wird dabei die Leistungsabgabe durch Änderung der Dichte des in geschlossenem    Kreislauf   geführten Arbeitsmittels geregelt. 



  Bekannt ist auch die Verwendung von Drucktauschen in    Gasturbinenanlagen.   Der    Drucktauscher   ist in der Lage, heissere    Brenngase   als eine    Gasturbine      zu   verarbeiten,    denn   seine    Kanalwände   werden abwechselnd von    heissen   und kalten Gasströmen bestrichen, so dass deren    mittlere   Temperatur unter der Maximaltemperatur des heissen Gasstromes bleibt.

   Die Arbeitsweise des    Drucktauschers   sei kurz beschrieben: Mit    Hilfe   eines rotierenden Zellenrades    können   die unterschiedlichen Drücke von Gasströmen miteinander ausgetauscht werden, wobei der eine Gasstrom durch Verdünnungswellen von einem höheren auf einen niedrigeren Druck und der andere Gasstrom durch Verdichtungswellen von einem niedrigeren auf einen höheren Druck gebracht wird. Der    Drucktauscher   kann dabei aus einem rotierenden Zellenrad mit feststehenden    stirnseitigen   Gehäuseteilen oder aus einem feststehenden Kranz von Kanälen mit drehbaren Verteilern bestehen. Bei Verwendung eines Gases kleinen Molekulargewichtes, z. B.

   Helium, als    Reaktor-Kühlmittel   und als Wärmeträger werden    bekanntlich   bei relativ kleinen Reaktorleistungen die Abmessungen der thermischen Turbomaschinen ungünstig. Die    thermodyna-      mischen   Berechnungen eines Luft- und eines    Helium-      Gasturbinenhreislaufes   ergeben    nämlich,   dass zur Erreichung optimaler Wirkungsgrade bei gegebenen Temperaturen die    Gefälle   in    einem   Heliumkreislauf zirka    5-mal   grösser sind    als   in einem    Luftkreislauf.   Auch    wenn   im    Sinne   eines    Kompromisses   die Druckverhältnisse bei Helium unter dem Optimum angesetzt werden,

   verbleibt gegenüber Luft ein mehrfaches    Gefälle      zu   verarbeiten. 



  Die Verarbeitung eines bestimmten Gefälles in einer    thermischen   Turbomaschine erfordert einen bestimmten    Wert   der Grösse    u2z,   worin u die Umfangsgeschwindigkeit der Verdichter- oder Turbinenstufe und    z   die Stufenzahl ist.    In   einer Heliummaschine muss    somit      u2z   ein    Mehrfaches   dieses    Wertes   einer    Luftmaschine      sein.   



  Eine Vergrösserung    von,   u kommt bei den ohnehin schon    hochgezüchteten   Maschinen aus Festigkeitsgründen nur noch    beschränkt   in Frage. Dies    führt   zu einer grossen Stufenzahl z, was kostspielig    ist   und überschlanke Maschinen ergibt. 



  Auch beim    Drucktauscher   besteht    ein      ähnliches   Gesetz, welches bei    geometrischer      Ähnlichkeit   eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit für Helium erfordert.    Drucktauscher   für Luft haben aber wesentlich kleinere    Umfangsgeschwindigkeiten   als Turboverdichter, so dass einer Erhöhung von Seite der mechanischen Festigkeit her nichts    im   Wege steht.

   Dazu    kommt,   dass in der Wahl der    Drehzahl      eine   etwas grössere Freiheit besteht als bei    Turboverdichtem.   Beispielsweise können    verhältnismässig   lange, 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 schlanke, gerade Zellen Verwendung    finden,   die von einem    rotierenden-Verteiler   -mit    -nicht      übermässiger   Umfangsgeschwindigkeit    beaufschlagt   werden. 



  Ein    Drucktauscher   bietet noch den weiteren Vorteil, dass durch die direkte Druckübertragung von energiereichem auf energiearmes Gas der sonst notwendige Verdichter gänzlich    entfällt   und die    Nutzlei-      stungsmaschine   entsprechend    kleiner      ausgeführt   werden kann, da sie    keine   Leistung mehr für den Antrieb des Verdichters abgeben muss.

      Erfindungsgemäss   wird dies zum Betrieb eines von einem leichten Gas gekühlten Atomreaktors verwendet, in dem ein Teil der im verdichteten und    aufgeheizten,   also energiereichen Gas enthaltenen Energie zur direkten Wiederverdichtung des energiearmen Gases dient, während die restliche Energie zum Betrieb    einer   Kraftmaschine verwendet wird. Somit    übernimmt   ein    Drucktauscher   die Umwälzung des zur Kühlung des Reaktors dienenden Gases und    trägt   dazu bei, die durch Kernspaltung erzeugte    thermische   Energie nach aussen zu übertragen. 



  In den beiden Figuren der    Zeichnung   sind Ausführungsbeispiele der    erfindungsgemässen   Einrichtung    zum   Betrieb eines    Atomreaktors   schematisch dargestellt. Gleichen Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet. 



  Nach    Fig.   1 wird ein Teil des verdichteten und in einem Atomreaktor 1    erhitzten   Gases    kleinen   Molekulargewichtes in einer Gasturbine 2    entspannt,   die den Stromerzeuger 3 antreibt. Der    restliche   Teil des verdichteten und erhitzten also energiereichen Gases gibt im    Drucktauscher   4 seine Energie zur    direkten   Wiederverdichtung von energiearmem Gas ab. Die beiden    Teilströme   vereinigen sich wieder und werden im Rückkühler 5 noch weiter abgekühlt, worauf die gesamte, nun -energiearm gewordene Gasmenge dem    Drucktauscher   4 zugeführt wird, in welchem sie auf den gewünschten    Betriebsdruck   verdichtet wird.

   Damit ist der Kreislauf des Gases    geschlossen   und es    tritt   neuerlich in den    Atomreaktor   ein. Der Motor 6 dient zum Antrieb des    Drucktauschers.   



  Die    Anlage   nach    Fig.   2 unterscheidet sich    darin,,   dass die Gesamtmenge des energiereichen Gases zuerst den    Drucktauscher   4 durchströmt und nachher ihre noch verbliebene Restenergie an eine Kraftmaschine abgibt. Bei diesem    Beispiel   wurde dafür eine Dampfkraftanlage gewählt, bestehend aus einem    Dampfkessel   7, der von den heissen Gasen    beauf-      schlagt   wird, einer Dampfturbine 8, welche mit dem Stromerzeuger 3 gekuppelt ist, einem Kondensator 9 und einer    Umwälzpumpe   10. Das aus dem Dampfkessel 7 austretende Gas wird wieder im    Drucktau-      scher   4 verdichtet und hierauf dem Atomreaktor 1 zugeführt. 



  Es    ist   eine Frage der Auslegung, ob das energiearme Gas im    Drucktauscher   auf den vollen Betriebsdruck oder nur auf    eine      Teilstufe   des    Enddruk-      kes   verdichtet wird. Im letzteren Falle ist es notwen-    dig,   dem    Drucktauscher   druckseitig, also    dort,   wo ihn das    vorverdichtete   Gas    verlässt,   noch    einen   Verdichter 11    nachzuschalten,   um das Gas auf den    Enddruck   zu verdichten. Diese zusätzliche Möglichkeit ist in    Fig.   2 gezeigt.



   <Desc / Clms Page number 1>
 Method and device for operating a nuclear reactor The invention relates to a method and device for operating a nuclear reactor, through which a compressed gas of small molecular weight flows for cooling, which absorbs the heat developed in the reactor and feeds it to an engine to generate useful power, whereupon the ener-; Gas that has become poor in gas is compressed again in a closed circuit.



  In connection with gas-cooled nuclear reactors, the use of gas turbine or steam power plants is known, the heated working medium directly acting on a gas turbine or a steam boiler. The power output is advantageously regulated by changing the density of the working medium which is guided in a closed circuit.



  The use of pressure swaps in gas turbine systems is also known. The pressure exchanger is able to process hotter fuel gases than a gas turbine, because its duct walls are alternately brushed by hot and cold gas flows, so that their mean temperature remains below the maximum temperature of the hot gas flow.

   The operation of the pressure exchanger is briefly described: With the help of a rotating cell wheel, the different pressures of gas flows can be exchanged with one another, whereby one gas flow is brought from a higher to a lower pressure by dilution waves and the other gas flow is brought from a lower to a higher pressure by compression waves becomes. The pressure exchanger can consist of a rotating cellular wheel with fixed end-face housing parts or a fixed ring of channels with rotatable distributors. When using a small molecular weight gas, e.g. B.

   Helium, as a reactor coolant and as a heat carrier, is known to be unfavorable in the case of relatively small reactor outputs, the dimensions of the thermal turbomachines. The thermodynamic calculations of an air and a helium gas turbine ice cycle show that in order to achieve optimal efficiency at given temperatures, the gradients in a helium cycle are approximately 5 times greater than in an air cycle. Even if the pressure ratios for helium are set below the optimum as a compromise,

   there remains a multiple gradient to process compared to air.



  The processing of a certain gradient in a thermal turbo machine requires a certain value of the quantity u2z, where u is the peripheral speed of the compressor or turbine stage and z is the number of stages. In a helium machine, u2z must be a multiple of this value for an air machine.



  For reasons of strength, an increase of, u is only possible to a limited extent for the machines, which are already highly developed. This leads to a large number of stages z, which is expensive and results in superlean machines.



  There is also a similar law for the pressure exchanger, which requires an increase in the circumferential speed for helium if the geometry is similar. Pressure exchangers for air, however, have significantly lower peripheral speeds than turbo compressors, so that nothing stands in the way of an increase in mechanical strength.

   In addition, there is a somewhat greater freedom in the choice of speed than with turbo compressors. For example, relatively long,

 <Desc / Clms Page number 2>

 slim, straight cells are used, which are acted upon by a rotating distributor -with -not excessive peripheral speed.



  A pressure exchanger offers the further advantage that, through the direct transfer of pressure from high-energy to low-energy gas, the otherwise necessary compressor is completely dispensed with and the power machine can be made correspondingly smaller, since it no longer has to output power to drive the compressor.

      According to the invention, this is used to operate a nuclear reactor cooled by a light gas, in which part of the energy contained in the compressed and heated, i.e. high-energy gas is used for direct recompression of the low-energy gas, while the remaining energy is used to operate an engine. Thus, a pressure exchanger takes over the circulation of the gas used to cool the reactor and helps to transfer the thermal energy generated by nuclear fission to the outside.



  In the two figures of the drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention for operating a nuclear reactor are shown schematically. The same parts are assigned the same reference symbols.



  According to FIG. 1, part of the compressed gas of small molecular weight which is heated in an atomic reactor 1 is expanded in a gas turbine 2 which drives the power generator 3. The remaining part of the compressed and heated, that is, high-energy gas releases its energy in the pressure exchanger 4 for direct recompression of low-energy gas. The two partial flows combine again and are further cooled in the recooler 5, whereupon the entire amount of gas, which has now become low in energy, is fed to the pressure exchanger 4, in which it is compressed to the desired operating pressure.

   This completes the gas cycle and re-enters the nuclear reactor. The motor 6 is used to drive the pressure exchanger.



  The system according to FIG. 2 differs in that the total amount of the high-energy gas first flows through the pressure exchanger 4 and then transfers its remaining energy to an engine. In this example, a steam power plant was selected for this, consisting of a steam boiler 7, which is acted upon by the hot gases, a steam turbine 8, which is coupled to the power generator 3, a condenser 9 and a circulating pump 10. The one from the steam boiler 7 Exiting gas is compressed again in the pressure exchanger 4 and then fed to the atomic reactor 1.



  It is a question of design whether the low-energy gas in the pressure exchanger is compressed to the full operating pressure or only to a partial stage of the final pressure. In the latter case, it is necessary to connect a compressor 11 downstream of the pressure exchanger on the pressure side, that is to say where the precompressed gas leaves it, in order to compress the gas to the final pressure. This additional possibility is shown in FIG.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betrieb eines Atomreaktors, den zur Kühlung ein verdichtetes Gas kleinen Molekulargewichtes durchströmt, das die im Reaktor entwickelte Wärme aufnimmt und einer Kraftmaschine zur Erzeugung von Nutzleistung zuführt, worauf das energiearm gewordene Gas in geschlossenem Kreislauf neuerlich verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der im verdichteten und erhitzten, also energiereichen Gas enthaltenen Energie zur direkten Wiederverdichtung des energiearmen Gases dient, während die restliche Energie zum Betrieb einer Kraftmaschine verwendet wird. 1I. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Drucktauscher (4), in welchem das energiearme Gas verdichtet wird. PATENT CLAIMS I. A method for operating a nuclear reactor through which a compressed gas of small molecular weight flows for cooling, which absorbs the heat developed in the reactor and supplies it to an engine to generate useful power, whereupon the low-energy gas is compressed again in a closed circuit, characterized in that that part of the energy contained in the compressed and heated, i.e. high-energy gas, is used for direct recompression of the low-energy gas, while the remaining energy is used to operate an engine. 1I. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a pressure exchanger (4) in which the low-energy gas is compressed. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge des energiereichen Gases zur Wiederverdichtung des energiearmen Gases herangezogen wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des energiereichen Gases zur Wiederverdichtung des energiearmen Gases herangezogen wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das energiearme Gas durch das energiereiche Gas nur auf eine Teilstufe des Enddruckes verdichtet wird. 4. SUBClaims 1. The method according to claim I, characterized in that the total amount of the high-energy gas is used to recompress the low-energy gas. 2. The method according to claim I, characterized in that only part of the high-energy gas is used to recompress the low-energy gas. 3. The method according to claim I and the dependent claims 1 and 2, characterized in that the low-energy gas is compressed by the high-energy gas only to a partial stage of the final pressure. 4th Einrichtung nach Patentanspruch II zur Durchführung des Verfahrens nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das energiereiche Gas zuerst den Drucktauscher (4) durchströmt und nachher seine Restenergie an eine Kraftmaschine (2, 8) abgibt. 5. Einrichtung nach Patentanspruch II zur Durchführung des Verfahrens nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des energiereichen Gases den Drucktauscher (4) durchströmt und der restliche Teil zum Betrieb einer Kraftmaschine (2, 8) dient, worauf die beiden Teilströme energiearmen Gases vereinigt und dem Drucktauscher (4) zugeführt werden. 6. Device according to claim II for carrying out the method according to dependent claim 1, characterized in that the high-energy gas first flows through the pressure exchanger (4) and then releases its residual energy to a prime mover (2, 8). 5. Device according to claim II for performing the method according to dependent claim 2, characterized in that only part of the high-energy gas flows through the pressure exchanger (4) and the remaining part is used to operate an engine (2, 8), whereupon the two partial flows are low-energy Gas combined and fed to the pressure exchanger (4). 6th Einrichtung nach Patentanspruch 1I und den Unteransprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drucktauscher druckseitig ein Verdichter (11) nachgeschaltet ist, welcher das im Drucktauscher (4) vorverdichtete Gas auf den Enddruck verdichtet. Device according to patent claim 1I and dependent claims 4 and 5, characterized in that a compressor (11) is connected downstream of the pressure exchanger on the pressure side, which compresses the gas precompressed in the pressure exchanger (4) to the final pressure.
CH1542663A 1963-12-17 1963-12-17 Method and device for operating a nuclear reactor CH405518A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1542663A CH405518A (en) 1963-12-17 1963-12-17 Method and device for operating a nuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1542663A CH405518A (en) 1963-12-17 1963-12-17 Method and device for operating a nuclear reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH405518A true CH405518A (en) 1966-01-15

Family

ID=4408997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH1542663A CH405518A (en) 1963-12-17 1963-12-17 Method and device for operating a nuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH405518A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19644281A1 (en) Power supply system using a gas turbine
DE3018450A1 (en) METHOD FOR PROVIDING PROCESS HEAT FOR HIGH TEMPERATURE PROCESSES USING A HEAT PUMP
DE2445553B2 (en) Device for removing the residual heat from a sodium-cooled fast breeder reactor
CH629022A5 (en) CORE REACTOR SYSTEM FOR GENERATING PROCESS HEAT.
CH622317A5 (en)
US3069342A (en) Heat exchange arrangement for nuclear power plant
EP0519304A1 (en) Method and device to improve a gas turbine system
DE1564655C3 (en) Nuclear power plant with CO deep 2 cooling
WO2022112063A1 (en) System and method for storing and releasing electrical energy, the energy being stored as thermal energy
DE1614620B2 (en) NUCLEAR POWER PLANT WITH CO TIEF 2 - COOLING
US3508399A (en) Generation of energy in a closed gas cycle
DE1067140B (en) Steam generating plant with a gas-cooled nuclear reactor
DE843269C (en) Cooling device for generators driven by steam turbines
DE1426915B2 (en) Steam power plant
CH405518A (en) Method and device for operating a nuclear reactor
DE1223468B (en) Plant for converting thermal energy released in a nuclear reactor into electrical energy
DE2724812C3 (en) Method for operating a nuclear power plant with working gas heated in a high-temperature reactor and a nuclear power plant for carrying out the method
DE1626523B1 (en) Combined power plant
DE1902259A1 (en) Heat cycle prime mover and method of operation
DE2651888A1 (en) Steam turbine waste heat recovery circuit - has part of heat exchange medium passed through condenser driven by turbine
AT201363B (en) Process for operating a nuclear power plant
DE3228423C2 (en)
DE102021200405A1 (en) Pressure generator, carbon dioxide cycle system and combined cycle system
AT217792B (en) Thermal power plant with power reactors
CH422429A (en) Method for operating a combined thermal power plant with a magnetogasdynamic generator