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 abge geben 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 beschreibende Arbeitsmittel einer Wärmekraft maschine abgibt.
Die Turbine des ersten Kreislaufs treibt dabei den erwähnten Verdichter an und gibt ausserdem Nutzleistung nach aussen ab.
Bei dieser Anlage wirkt sich aber nachteilig aus, dass beim Eintritt in den der Turbine des ersten Kreis laufs nachgeschalteten Wärmeaustauscher der gas förmige Zwischenwärmeträger eine wesentlich tiefere Temperatur aufweist als beim Austritt aus dem Reak tor. Das Arbeitsmittel des zweiten Kreislaufes kann daher entsprechend weniger hoch aufgeheizt werden, was den thermodynamischen Wirkungsgrad des zwei ten Kreislaufs vermindert.
Anderseits ist aber ein Wärmeentzug beim entspannten Gas des ersten Kreis laufs erforderlich, da sonst die Turbinenleistung nicht hinreichen würde, um den Verdichter des ersten Kreis laufs anzutreiben und die Verluste zu decken.
Bei einer Anlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme, bei welcher diese Wärme über einen in mindestens einem Kreislauf durch den Reaktor geführten gasförmigen Zwischen wärmeträger an das Arbeitsmittel einer Wärmekraft maschine abgegeben wird und dieser Kreislauf durch eine Turbine und mindestens einen von dieser Turbine angetriebenen Verdichter führt, wird nun der er- wähnte Nachteil erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass für die Wärmeübertragung vom Zwischenwärme träger an das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine ausser einem vom .entspannten,
die Turbine des Zwi schenwärmeträgerkreislaufs verlassenden Gas durch strömten Wärmeaustauscher noch ein mit Bezug auf das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine nachge schalteter Wärmeaustauscher vorgesehen ist, welcher von verdichtetem, im Reaktor erhitztem Gas des Zwi- schenwärmeträgerkreislaufs durchströmt ist.
Dieser arbeitsmittelseitig nachgeschaltete Wärme- austauscher ergibt nun die Möglichkeit, das Arbeits mittel der Wärmekraftmaschine auf eine Temperatur aufzuheizen, die nahezu gleich der Austrittstemperatur des gasförmigen Zwischenwärmeträgers aus dem Re aktor ist und sich von dieser nur durch den zur Wärmeübertragung erforderlichen Temperatursprung im Wärmeaustauscher unterscheidet.
In der Zeichnung sind als Beispiele verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dar- gestellt.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine Dampfkraftanlage und die Fig. 4 eine Gasturbinenanlage mit geschlos senem Kreislauf.
Gemäss den Fig. 1 bis 3 wird die in einem Kern reaktor 1 anfallende Wärme über einen gasförmigen Zwischenwärmeträger an das Arbeitsmittel einer Dampfkraftanlage übertragen. Diese Dampfkraft anlage weist eine Hochdruckturbine 2, eine doppel- flutige Niederdruckturbine 3 und einen Kondensator 4 auf. Die Nutzleistung dieser Turbinen wird an einen elektrischen Stromerzeuger 5 abgegeben.
Der Frisch dampf 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 geführt. 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 Lei tung 13 einem Wärmeaustauscher 14 zugeführt. In den Wärmeaustauschern 12 und 14 wird vom er- wähnten gasförmigen
Zwischenwärmeträger Wärme an das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine, im vorliegenden Fall also der Dampfturbinen 2, 3, über tragen. Das von der Pumpe 9 zugeführte Speise wasser wird in den Wärmeaustauschern 12, 14 vorge wärmt, verdampft und gegebenenfalls noch überhitzt. Der gasförmige Zwischenwärmeträger ist in einem Kreislauf durch den Reaktor 1 geführt.
Gemäss Fig. 1 führt dieser Kreislauf vom Reaktor 1 nacheinander durch eine Leitung 15, den Wärme- austauscher 14, eine Leitung 16, eine Turbine 17, eine Leitung 18, den Wärmeaustauscher 12, eine Lei tung 19, einen von der Turbine 17 angetriebenen Ver dichter 20, und .eine Leitung 21 wieder in den Reak tor 1.
Der im Reaktor 1 erhitzte, verdichtete gasför mige Zwischenwärmeträger überträgt vorerst im Wärmeaustauscher 14 Wärme an das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine 2, 3, entspannt dann in der Turbine 17 und gibt hernach im Wärmeaustauscher 12 wiederum Wärme an das Arbeitsmittel der Wä,rme- kraftmaschine ab. Nach Abkühlung im Wärmeaus tauscher 12 wird er im Verdichter 20 wieder auf den ursprünglichen Druck gebracht und zur Wiedererhit zung dem Reaktor 1 zugeleitet.
Der Kreislauf des Zwischenwärmeträgers ist so ausgelegt, dass die Ma schinengruppe 17, 20 im Leistungsgleichgewicht ist. Zum Anfahren der Gruppe ist natürlich ein Anwurf- motor erforderlich, der aber der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
Der Wärmeaustauscher 14 ist mit Bezug auf das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine 2, 3 dem Wärmeaustauscher 12 nachgeschaltet. Da er vom ver dichteten, im Kernreaktor 1 erhitzten Gas des Zwi- schenwärmeträgerkreislaufs durchflossen ist, ist es möglich, das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage bis nahezu auf die Temperatur des den Kernreaktor 1 verlassenden Zwischenwärmeträgers zu erhitzen.
Gemäss Fig. 2 wird nur eine Teilmenge des ver dichteten und im Reaktor 1 erhitzten Zwischenwärme trägers durch die Leitung 15 dem Wärmeaustauscher 14 zugeführt. Der restliche Teil gelangt .durch eine von der Leitung 15 abzweigende Leitung 16' unmittel bar zur Turbine 17, um nach Entspannung in dieser Turbine in gleicher Weise wie gemäss Fig. 1 im Wärmeaustauscher 12 Wärme abzugeben.
Zur Wiederverdichtung des gasförmigen Zwi- schenwärmeträgers sind aber nun zwei Verdichter 20' und 20" vorgesehen. Dem Verdichter 20' wird die den Wärmeaustauscher 12 verlassende Menge des entspannten Zwischenwärmeträgers durch eine Lei tung 19' zugeführt und darin bis etwa auf den Druck der den Wärmeaustauscher 14 verlassenden Teil menge verdichtet.
Die beiden Mengen werden dann durch Leitungen 22 bzw. 23 der Eintrittseite des Ver dichters 20" zugeleitet, welcher im wesentlichen nur die Druckverluste im Reaktor 1 und im Wärmeaus- tauscher 14 zu überwinden hat. Vom Verdichter 20" gelangt dann die gesamte Menge des Zwischenwärme trägers über die Leitung 21 wieder in den Reaktor 1. Die Maschinen und Wärmeaustauscher werden zweck mässig so ausgelegt, dass die beiden Teilmengen mit gleicher Temperatur dem Verdichter 20" zuströmen.
Die Anordnung gemäss Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach Fig.2, dass die durch die beiden Wärmeaustauscher geführten Teilmengen vollkommen getrennte Kreisläufe beschreiben. Die eine Teilmenge wird in einem Reaktorteil 1' erhitzt, über eine Lei tung 15' der Turbine 17 zugeführt, und gelangt nach Entspannung in dieser Turbine über die Leitung 18 in den Wärmeaustauscher 12.
Von dort wird sie über die Leitung 19' dem Verdichter 20' und schliesslich durch eine Leitung 21' wieder dem Reaktorteil 1' zugeführt. Die andere Teilmenge wird in einem Reak torteil 1" 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 1" zurück führende Leitung 21" schliesst. Auch hier ist wieder der Wärmeaustauscher 14 von verdichtetem und im Reaktor erhitztem Gas des Zwischenwärmeträger- kreislaufs durchströmt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Anlage wird der Stromerzeuger 5 durch eine geschlossene Gasturbinen anlage 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, 3 nacheinander die Wärmeaus- tauscher 12 und 14. Das erhitzte Arbeitsgas gelangt über eine Leitung 26 zur Turbine 24 und wird nach Entspannung in dieser Turbine über einen Wärmeaus- tauscher 27 und einen Kühler 28 der Saugseite des Verdichters 25 zugeleitet.
Nach Verdichtung wird es sodann über eine Leitung 29 wieder dem Wärme- austauscher 27 zugeführt, in welchem es Wärme vom entspannten Arbeitsgas aufnimmt, und gelangt schliess lich über eine Leitung 30 wieder in den Wärme- austauscher 12.
Die Anordnung des Kreislaufs des Zwischen wärmeträgers entspricht im wesentlichen wieder jener nach Fig.2. Die einzelnen Teile dieses Kreislaufs sind daher in Fig. 4 mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Fig.2. In Fig. 4 ist indessen noch ein zusätzlicher Wärmeaustauscher 31 gezeigt, wel cher im Kreislauf des Zwischenwärmeträgers zwischen den Leitungen 18 und 19' in Nachschaltung zum Wärmeaustauscher 12 eingebaut ist.
Dieser Wärme austauscher dient zur Abgabe von Nutzwärme, bei spielsweise zu Heizzwecken, an ein anderes Medium und erlaubt, den Zwischenwärmeträger auf eine tiefere Temperatur als die Temperatur des dem Wärmeaustauscher 12 zuströmenden Arbeitsgases der Gasturbinenanlage 24, 25 abzukühlen.
Selbstverständlich kann auch im Zusammenhang mit einer Gasturbinenanlage eine andere in den Rah men der Erfindung fallende Schaltung des Zwischen wärmeträgerkreislaufs vorgesehen werden, wie z. B. eine der in den Fig. 1 oder 3 gezeigten Schaltungen, 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, das heisst sie benötigen keine Antriebsleistung von aussen noch geben sie nach aussen Nutzleistung ab. Sämtliche durch den Zwischenwärmeträger vom Reaktor aufgenom mene Wärme wird somit an das Arbeitsmittel der Wärmekraftmaschine und allfällige weitere Nutz wärmeempfänger abgegeben.