CH342798A - Verfahren zum Betrieb einer Atomkraftanlage - Google Patents

Description

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    Verfahren   zum Betrieb einer    Atomkraftanlage   Der heutige Stand der Technik lässt erkennen, dass die durch den Zerfall der Atome freiwerdende Energie in Form von Wärme anfällt, die durch ein Trägermittel aus dem Reaktor nach aussen gefördert wird, um entweder direkt oder durch einen weiterem Wärmeaustausch in mechanische Energie umgesetzt zu werden. 



  Bei bestimmten Zwecken dienenden Reaktoren wird eine möglichst tiefe Eintrittstemperatur des Trägermittels, das als Reaktorkühlmittel dient, in den Reaktor gewünscht. Dabei kann das die Reaktorwärme aufnehmende Trägermittel entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, oder es kann flüssiges Metall verwendet werden. Auch das Bremsmittel (Moderator) kann Trägermittel sein, wobei es für die folgenden    I7berlegungen   gleichgültig ist, ob es sich um einen Reaktor der homogenen oder heterogenen Bauart handelt.    Jn   jedem Fall ist das Trägermittel Kühlmittel und durchläuft ausserhalb des Reaktors einen thermodynamischen    Kreisprozess,   der die mechanische Energie liefert.

   Die Ausnützung kann in verschiedenartigsten Kraftmaschinen (Gas- oder Dampfturbinen) erfolgen, je nachdem diese Kreisprozesse Gas- oder Dampfprozesse sind. 



  Der heutige Stand der Technik dieser Prozesse sieht zur Erlangung eines möglichst hohen thermodynamischen Effektes eine möglichst hohe Rückführung der    Abwärmeenergie,   die die Kraftmaschine    ver-      lässt,   vor. Dies geschieht    bekanntlich   beim Wasserdampfprozess durch möglichst hohe    Vorwärmung   des Speisewassers durch    Anzapfdampf   aus der Turbine, oder beim    Gasturbinenprozess   durch einen möglichst hohen Wärmeaustausch der Abgase.

   Das Speisewasser bzw. die zur Erzeugung des Treibmittels der Gasturbine notwendige Luft wird mit möglichst hoher Temperatur in den Kessel bzw. in die    Brennkammer   oder in den Lufterhitzer    eingeführt.   Beim Atomkraft- werk tritt an Stelle der letzteren der Reaktor. Die Folge davon ist, dass das Trägermittel    in   den Reaktor mit möglichst hoher Temperatur eintreten muss, um einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad zu erhalten. Dadurch wird die mittlere Temperatur des Spaltmaterials bei gegebener zulässiger    Endtem-      peratur   des    Trägermittels   im Reaktor hoch.

   Aus atomphysikalischen Gründen ist aber bei    bestimmten   Anlagen, die neben der Energieerzeugung auch noch Spaltmaterial erzeugen sollen, diesen    Endtemperatu-      ren   eine gewisse Grenze gesetzt. Anderseits wird durch eine hohe Eintrittstemperatur des Trägermittels die Temperaturdifferenz bei gegebener Austrittstemperatur gering, und die Folge sind grosse Heiz- bzw. Kühlflächen. 



  Die heutige    Praxis   hat daher auf eine weitgehende    Vorwärinung   des Trägermittels vor Eintritt in derartige Reaktoren verzichtet und erreicht daher nur geringe thermodynamische Effekte. 



  Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss dadurch    vermieden,   dass die Eintrittstemperatur des Trägermittels in den Reaktor bis auf das untere zur Verfügung stehende Temperaturniveau (z. B. vorhandene Kühlwassertemperatur) gesenkt wird, und dadurch, dass die dann nicht in den    Kreisprozess   zurückgeführte Abwärme in einem nachgeschalteten thermodynamischen Prozess ausgenützt wird. Diese Ausnützung kann zum Beispiel darin bestehen, dass ein nachgeschalteter Dampfkessel die    Abwärme   aus dem ersten Prozess aufnimmt und der erzeugte Dampf in an sich bekannter Weise in einer    Dampfkraftanlage   ausgenützt, oder, falls nur Wärme benötigt wird, diese in Form von Dampf dem Fabrikationsvorgang zugeführt wird.

   Auch eine Kombination von Erzeugung mechanischer (elektrischer) Energie und Wärmelieferung ist möglich. 

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 Durch Nachschaltung einer zweiten Kraftanlage wird der Gesamteffekt bekanntlich höher. Bei entsprechender Wahl der Betriebsverhältnisse einer primären    Gasturbinenanlage   kann er auch über ein mit der normalen Dampfkraftanlage oder Gasturbinenanlage erreichbares Mass gehoben werden.

   Das erfindungsgemäss vorgeschlagene Dualverfahren, das zum Beispiel mit einem normalen    Gaskreisprozess   und einer nachgeschalteten Dampfkraftanlage mit    Vor-      wärmung   des Speisewassers verwirklicht werden kann, ist daher geeignet, die oben erwähnten Nachteile des einfachen Atomkraftwerkes zu vermeiden, wenn auf eine niedrige Eintrittstemperatur des Trägermittels Wert gelegt wird. 



  Dualverfahren sind bekannt; doch arbeiten diese zur    Erlangung   eines hohen thermodynamischen Wirkungsgrades stets so, dass die nachgeschaltete Dampfanlage ohne    Speisewasservorwärmung   vorgesehen ist, während die primäre    Gasturbinenanlage      ungekühlte   Verdichter aufweist, also die zur Erzielung des Treibmittels für die Gasturbine notwendige Luft mit möglichst hoher Temperatur dem.    Kreislauf      zugeführt   wird. Dementsprechend wird daher der Gesamteffekt sich aus zwei nicht maximalen Effekten zusammensetzen. Demgegenüber kann mit zwei hochwertigen Kreisläufen gearbeitet werden, also mit gekühltem Luftverdichter und    Speisewasseranzapfvorwärmung,   wobei das in den Reaktor eintretende Trägermittel, z. B.

   Heliumgas, aus dem Verdichter des    Gasturbi-      nenkreislaufes   mit in Kühlstufen niedrig gehaltenen Temperaturen austritt. An Hand der Zeichnung wird das Verfahren beispielsweise erläutert. 



     Fig.   1 zeigt ein Schaltschema einer Atomkraftanlage mit einer    Gasturbinenanlage,   die zum Beispiel Helium als Wärmeträger direkt verarbeitet und der eine Dampfkraftanlage nachgeschaltet ist. Es bezeichnet 1 den Reaktor, von dem lediglich nur der    Wärmeaustauscher   dargestellt ist, 2 die Gasturbine, 3    ihren   Kompressor, der im Kreislauf aus dem Vorkühler 7 das abgekühlte Gas (Helium, Kohlensäuregas oder dergleichen) bei höherem Druck als die Atmosphäre ansaugt und welcher mit Kühlstufen versehen ist, und auf einen Betriebsdruck, der zum    Ansaugedruck   in einem bestimmten Verhältnis steht, das Gas drückt, worauf das Gas in den Reaktor eingeleitet wird.

   Durch Wärmeaufnahme bei konstantem Druck wird das Reaktormaterial abgekühlt, und nach Expansion in der Turbine 2 strömt das Gas (= Trägermittel) in einen    Abhitzedampfkessel   4, der Dampf für eine Dampfturbine 5 erzeugt. Im Kondensator 6 wird der Dampf niedergeschlagen und gelangt als durch    Anzapfung   vorgewärmtes Speisewasser in der üblichen Weise in den Kessel über einen    Vorwärmer      11a.   8 und 9 sind Stromerzeuger, 10 bezeichnet den    Anlassmotor.   Die Dampfturbine kann auch als Gegendruck- oder Entnahmeturbine ausgeführt werden, je nachdem Abwärme benötigt wird. Auch direkte Wärmelieferung ohne Krafterzeugung ist denkbar. 



  In    Fig.   2 ist die gleiche Schaltung dargestellt, nur mit dem Unterschied, dass zur weiteren Verbesserung der Anlage der    Vorwärmer   parallel geschaltet ist. Hierdurch gelingt eine weitere Abkühlung der Abgase und damit eine Erhöhung des thermischen Effektes. Die Bezeichnungen sind in der gleichen Reihenfolge aufgeführt wie in    Fig.   1.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH -Verfahren zum Betrieb einer Atomkraftanlage mit einer möglichst niedrigen Spaltmaterialtemperatur, bei welcher der Wärmeentzug durch ein einen thermodynamischen Kreislauf beschreibendes Trägermittel erfolgt, das zur Arbeitsabgabe in einer Kraftmaschine entspannt wird und dessen Abwärme in einem zweiten Kreislauf ausgenützt wird, mit Ausnützung der Abwärme des zweiten Kreislaufes zur Aufwärmung des in diesem Kreislauf benützten Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermittel des ersten Kreislaufes auf das vorhandene untere Temperaturniveau des zweiten Kreislaufes vor Eintritt in den Reaktor abgekühlt wird.

   UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, mit kondensier- barem Arbeitsmittel im zweiten Kreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat zur Kühlung des im ersten Kreislauf verwendeten Trägermittels verwendet wird.