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.
Thermal power plant The invention relates to a thermal power plant with a circuit of a working fluid of a heat engine, in which system in an atomic nuclear reactor heat generated in an atomic nuclear reactor is passed on a path leading through the reactor to a heat transfer medium, which comes from the working fluid itself or from one with the working fluid there is an intermediate heat transfer medium in heat exchange.
If in such a system the said heat carrier has a very high pressure, it cannot be heated in the reactor to such a high temperature as would be necessary to achieve good efficiency of the engine and favorable operating behavior of the working fluid.
In a known system with steam as the working fluid, the steam heated by the heat in the reactor is superheated with the help of one of the fuels commonly used up to now. However, this requires additional equipment and the supply of two types of energy sources.
The invention aims to avoid these disadvantages and to get by with atomic energy alone. In a thermal power plant of the type described above, according to the invention, for this purpose, a heat transfer medium whose pressure is lower than the pressure of the heat transfer medium routed on said path through the reactor, at least on a second path separate from this path, with heat absorption by the reactor passed and in a heat exchanger at least part of the heat absorbed in this way to the working fluid of the thermal engine that has been preheated by the heat released from the reactor on the first-mentioned path.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in a simplified representation. FIGS. 1 to 6 show schemes of these exemplary embodiments.
The thermal power plants shown have a nuclear reactor 1 with paths 21, 22, 23 etc. for heat transfer media which dissipate the reactor heat. Steam turbines 3 with high pressure part 4 and low pressure parts 5 and gas turbine units 6 with turbine 7 and compressor 8 drive electrical generators 9. The steam engines 3 have condensers 10, heat exchangers 11 for feedwater preheating and condensation pots 12. Various pumps 13 are inserted into the heat carrier circuits.
The circuits are connected to one another or to heat consumers via heat exchangers <B> 151, </B> 152, 153, ETC. , The thermal power plant shown in Fig. 1 has a circuit of a working medium of a heat engine, namely the steam turbine 3. The heat generated in the reactor 1 is given off on the path 21 to the working medium of the steam turbine 3.
A heat transfer medium, for example CO, or helium, the pressure of which is lower than the pressure of the heat transfer medium conducted on the said path 21 leading through the reactor 1, here the working medium, is on a second path 22 separated from this path 21 under heat absorption by the Reactor 1 and passes in a heat exchanger 151 part of the heat thus absorbed to the working medium of the heat engine, in this case the steam turbine 3, which has been preheated by the heat emitted by the first-mentioned path 21 from the reactor 1.
Because the heat transfer medium conducted through the reactor 1 on the second path 22 is at a lower pressure than that conducted on the first path 21, it can be heated to a higher temperature than that conducted on the first path 21. The stress on the lines leading through the reactor 1 is composed of the stress due to the pressure and the thermal stress. If one load is lower, the other can be kept correspondingly higher.
Before the heat transfer medium passed through the reactor 1 on the second path 22 (in FIG. 1) enters the heat exchanger 151, it performs 6 work in the turbine 7 of the gas turbine unit. After flowing through the heat exchanger 151, this heat carrier gives off heat to the feed water in the heat exchanger 152 and transfers heat to the heat consumer 14 in the heat exchanger 153, then it is compressed in the compressor 8 and fed back to the reactor 1. The steam turbine 3 and the gas turbine unit 6 drive the generators 9.
In the thermal power plant shown in Fig. 2, in contrast to the plant shown in Fig. 1, the path 23 also leads through the reactor 1. On this path 23, the working medium coming from the high pressure part 4 of the steam turbine 3 is before its entry into the Low pressure part 5 inter-overheated. Since the working fluid in this state is already expanded to a lower pressure, the heating to the sufficiently high temperature can take place directly in the reactor 1.
The intermediate overheating of the working medium taking place directly in the reactor on the path 23 can optionally be driven higher than the overheating of the live steam, which has to take place via the heat exchanger 151.
In the system shown in Figure 3, in addition to the two paths 21 and 22, the paths 23 and 24 also lead through the reactor 1. The path 23 serves to preheat the working fluid of the steam turbine 3. On the path 24, the heat transfer medium, which is on the second path 22 is passed through the reactor 1, passed through the reactor 1 a second time after it has done work in the gas turbine 7 and has given off heat to the working medium to be supplied to the high-pressure part 4 of the steam turbine 3.
In this way, brought back to a high temperature, this heat carrier is used for intermediate overheating of the working fluid of the steam turbine 3 via the heat exchanger 15-1 and then in the same sense as in the systems according to FIGS. 1 and 2 via the heat exchangers 152 and 153 Preheating of feed water or heat output to the Wärmever consumer 14, then compressed in the compressor 8 and fed back to the reactor 1 (path 22).
The thermal power plant shown in FIG. 4 differs from the systems described so far in that the working fluid of the steam turbine 3 is not heated directly on the path 21 leading through the reactor 1, but that heat generated in the reactor 1 is heated on this path 21 to an intermediate heat transfer medium which is in heat exchange with the working medium via the heat exchanger 155. The intermediate heat transfer medium is a standing agent under high pressure, for example pressurized water.
He heating to sufficiently high temperatures can also not be achieved here on the first path 21 as a result of the difficulties described above and is only possible with the help of the heat transfer medium passed through the reactor 1 on the second path 22.
In the systems shown in FIGS. 1 to 4, the heat transfer medium passed through the reactor on the second path is a gaseous medium, for example helium or CO ". This also performs work in the gas turbine 7 during its cycle.
However, it can also be advantageous to dispense with a gas turbine and to provide a liquid medium as the heat transfer medium passed through the reactor on the second path.
The liquid agent can expediently be a metal.
In the thermal power plant shown in Fig. 5 be the heat transfer medium passed through the reactor 1 on the second path 22 from the working fluid of the heat engine, namely the steam turbine 3. This working fluid is the steam turbine 3 at the outlet of the high-pressure part 4 so in a state of low pressure removed and heated on path 22. It then serves to overheat the working medium heated on the first path 21 and is then fed to the low-pressure part 5. As indicated in FIG. 5 by the dashed line, the working medium can also be passed through the reactor 1 again on the path 23 before it enters the low-pressure part 5.
In the thermal power plant shown in Fig. 6, a portion of the low-pressure feed water is taken from the working medium circuit leading through the reactor 1 on the path 21 and preheated, evaporated and overheated on the paths 23, 24 and 22 leading through the reactor 1 . It then serves via the heat exchanger 151 to overheat the working medium vaporized on the path 21 and is then fed back to a stage of the high-pressure part 4 of the steam turbine 3 corresponding to its low pressure.
In all of the examples, the thermal power machines, whose working fluid is given off heat on the first path 21 leading through the reactor, are steam turbines. However, systems in which these steam turbines are replaced by other heat engines, for example gas turbines, can also be designed in the manner according to the invention.
In the examples, a reactor with different paths for the heat transfer medium is provided. The reactor can, however, also be subdivided, for example, into individual small reactors each for one route or into a reactor for the routes with heat carriers of higher pressure and one for the routes with heat carriers of lower pressure.