CH420730A - Gasturbinenanlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme - Google Patents

Description

      Gasturbinenanlage        zur        Ausnützung    der in einem     Kernreaktor        anfallenden        Wärme       Die Erfindung betrifft eine     Gasturbinenanlage    zur  Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden  Wärme, insbesondere mit Kreislauf des Arbeitsmit  tels, mit einem Verdichter, einer mindestens eine Stu  fengruppe aufweisenden Turbine und mit zwei oder  mehr vom Arbeitsmittel     durchflossenen        Erhitzern.     



  Bei einer bekannten     Dampfturbinenanlage    wird  das Arbeitsmittel auf zwei voneinander getrennten,  durch den     Kernreaktor    führenden Wegen erhitzt. Auf  dem ersten Wege     wird    der der Turbine zuzuleitende  Frischdampf erzeugt, der zweite Weg dient für die  Zwischenüberhitzung des bereits teilweise entspann  ten Arbeitsmittels. Bei einer solchen Anordnung be  reiten die im Kernreaktor erforderlichen Trennwände  zwischen den beiden Wegen erhebliche Schwierigkei  ten.  



  Die Erfindung bezweckt, bei einer Gasturbinen  anlage diesen     Nachteil    zu vermeiden. Bei einer       Gasturbinenanlage    der eingangs     beschriebenen    Art  ist zu diesem Zweck von den vom Arbeitsmittel  durchflossenen Erhitzern     erfindungsgemäss    einer der       Kernreaktoren    und mindestens     einer    der     weiteren    Er  hitzer ein     Wärmeaustauscher,

      der     würmezufuhrseitig     in einer von der vom Kernreaktor     wegführenden          Arbeitsmittelleitung    abzweigenden und in die zum  Kernreaktor hinführende     Arbeitsmittelleitung    mün  denden Rückführungsleitung liegt, wobei eine     För-          dervorrichtung        zur    Rückführung eines     Arbeitsmittel-          Teilstroms    durch die Rückführungsleitung von der       Kernreaktor-Austrittsseite    zur     Kernreaktor-Eintritts-          seite    vorgesehen ist.  



  In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des  Erfindungsgegenstandes     vereinfacht    dargestellt.  



       Fig.    1 bis 6 zeigen dabei Schemata von     Gasturbi-          nenanlagen    mit geschlossenem Kreislauf des gasför  migen Arbeitsmittels.    Die in     Fig.    1 gezeigte Anlage weist eine Gastur  bine 1 mit zwei Stufengruppen 11 und 12 auf, die mit  einem     Verdichter    2 und     einem    Generator 3 auf  gleicher Welle liegen.

   Das     Arbeitsmittel    fliesst in  einer     Arbeitsmittelleitung    4 vom Verdichter 2 zur       Stufengruppe    11, in einer     Arbeitsmittelleitung    5 von  der Stufengruppe 11 zur Stufengruppe 12 und in einer       Arbeitsmittelleitung    6 von der Stufengruppe 12 zum  Verdichter 2. In die     Arbeitsmittelleitung    6 ist ein  Kühler 7 eingebaut.

   In den     Arbeitsmittelleitungen    4  und 5 liegt je ein Erhitzer für das Arbeitsmittel, und  zwar in der     Arbeitsmittelleitung    5 ein Kernreaktor 8  und in der     Arbeitsmittelleitung    4 ein     Wärmeaustau-          scher    9.

       Wärmezufuhrseitig    liegt der     Wärmeaustau-          scher    9 in einer Rückführungsleitung 10, die von dem  vom     Kernreaktor    8 wegführenden Teil 52 der       Arbeitsmittelleitung    5 abzweigt und in dem zum       Kernreaktor    8 hinführenden Teil 51 der A     rbeitsmit-          telleitung    5 mündet.

   In der     Rückführungsleitung    10  ist eine     Fördervorrichtung,    nämlich ein     Gebläse    11,  das von einem Motor 12     angetrieben    ist, eingebaut  zur     Rückführung    eines     Arbeitsmittel-Teilstroms     durch die     Rückführungsleitung    10 von der Kern  reaktor-Austrittsseite zur     Kernreaktor-Eintrittsseite.     



  Auf diese Weise ist es möglich, den vom       Arbeitsmittel    direkt durchflossenen     Kernreaktor        als.     Wärmequelle für die Erhitzung des     Arbeitsmittels     gleichzeitig auf verschiedenen Druckpegeln zu benüt  zen, ohne dass voneinander getrennte Wege im Kern  reaktor nötig sind. Dabei kann die Erhitzung des  Arbeitsmittels im in der Rückführungsleitung liegen  den     Wärmeaustauscher    auf eine Temperatur erfolgen,  die nur wenig unterhalb der Temperatur liegt, die das  den Kernreaktor unmittelbar verlassende erhitzte  Arbeitsmittel der     Gasturbinenanlage    besitzt.

   Bei der  in     Fig.    1 dargestellten Ausführungsform ist der wär-           mezufuhrseitig    in der     Rückführungsleitung    liegende       Wärmeaustauscher    9 in Strömungsrichtung des in  den Leitungen 4, 5, 6     fliessenden    Arbeitsmittel  Hauptstroms vor dem     Kernreaktor    8 angeordnet.  Der Kernreaktor steht also zudem unter niederem  Druck.  



  Die     Fördervorrichtung    11, 12     bringt    den abge  zweigten     Arbeitsmittel-Teilstrom    von dem in der       Arbeitsmittelleitung    52     herrschenden    Druck auf den  um den im Kernreaktor 8 erfolgenden     Druckabfall     höheren Druck in der     Arbeitsmittelleitung    51 und       überwindet    die Strömungswiderstände in der     Rück-          führungsleitung    10 und dem Erhitzer 9. Es ist also  von der Fördervorrichtung nur eine sehr kleine       Arbeitsleistung        aufzubringen.     



  Bei der in     Fig.    2 gezeigten Ausführungsform liegt  der Kernreaktor 8 in der vom Verdichter 2 zur ersten       Stufengruppe    11 der Turbine 1     führenden        Arbeitsmit-          telleitung    4, und der     Wärmeaustauscher    9 in der von  der     Stufengruppe    11 zur Stufengruppe 12 führenden       Arbeitsmittelleitung    5.

   Die     Rückführungsleitung    10       zweigt        dementsprechend    von dem vom     Kernreaktor     8 wegführenden Teil 42 der     Arbeitsmittelleitung    4 ab  und mündet in deren zum Kernreaktor 8     hinführen-          den        Teil    41.

       Der        in.        ihr        fliessende        Arbeitsmittel.-Teil-          strom        gibt    im     Wärmeaustauscher    9     Wärme    an das in  der     Arbeitsmittelleitung    5     fliessende    Arbeitsmittel ab  und wird danach im Gebläse 11 auf den in der       Arbeitsmittelleitung    41 herrschenden Druck gebracht.  



  Bei der in     Fig.    3 dargestellten Ausführungsform       liegt    der     Kernreaktor    in der von der Stufengruppe 12  zum Verdichter 2 führenden     Arbeitsmittelleitung    6.  In     dieser        liegt        auch    der     Kühlar    7 sowie     ein        Wärmeaus-          tauscher    13,     in:

      dem das im     Kernreaktor    8     erhitzte     Arbeitsmittel Wärme an das in der vom Verdichter 2       zur    Stufengruppe 11     führenden        Arbeitsmittelleitwng    4       fliessende    Arbeitsmittel abgibt.

   In der von der Stu  fengruppe 11 zur Stufengruppe 12 führenden     Arbeits-          mittelleitung    5 liegt der     Wärmeaustauscher    9, der       wärmezufuhrseitig    in der Rückführungsleitung 10       liegt,    die von der vom Kernreaktor 8 wegführenden       Arbeitsmittelleitung    6 abzweigt und in die zum Kern  reaktor 8     hinführende        Arbeitsmittelleitung    61 mün  det.

   Die     drei        Erhitzer    8, 9, 13 der     Gasturbinen-          anlage    sind - 9, 13     wärmezufuhrseitig    - von auf  dem tiefsten Druck der     Gasturbinenanlage    stehendem       Arbeitsmittel    durchflossen.  



  Die     'an,        Fig.    4     gezeigte        Gastwrbinenalnlage    weist  eine     Turbine    1     mit    einer     einzigen        Stufengruppe        auf.     Der Kernreaktor 8 liegt in der von der     Turbine    1  zum Verdichter 2 führenden     Arbeitsmittelleitung    6,  in der wieder ein Kühler 7 und ein     Wärmeaustau-          scher    13 angeordnet sind.

   Von der vom     Kernreaktor     8     wegführenden        Arbeitsmittelleitung    62 zweigt an  einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels nach  dem     Wärmeaustauscher    13     liegenden    Stelle eine  Rückführungsleitung 10 ab und mündet in die zum  Kernreaktor 8 hinführende     Arbeitsmittelleitung    61,  wobei in der     Rückführungsleitung    10 wieder ein Ge  bläse 11 liegt.

      Weist die     Gasturbinenanlage    drei oder mehr     Er-          hitzer        auf,    so     kann    für     jeden    von     einem        Wärmeaus-          tauschen    gebildeten     Erhitzer        eine    eigene, von der       Kernreaktor-Austrittsseite    zur     Kernreaktor-Eintritts-          seite    führende Rückführungsleitung vorgesehen wer  den,

   oder es können zwei oder mehr Erhitzer parallel  oder in Serie geschaltet in einer solchen Rückfüh  rungsleitung angeordnet werden.  



  Die in     Fig.    5 gezeigte     Gasturbinenanlage    besitzt  eine Turbine 1 mit drei     Stufengruppen    11, 12, 13, vor  deren jeder ein Erhitzer     liegt.    In der vom Verdichter  2     zur    Stufengruppe 11 führenden     Arbeitsmittelleitung     4 liegt ein     Wärmeaustauscher    91, in der von der Stu  fengruppe 11 zur Stufengruppe 1     führenden        Arbeits-          mittelleitung    5 ein     Wärmeaustauscher    92,

   und in der  von der     Stufengruppe    12 zur     Stufengruppe    13 füh  renden     Arbeitsmittelleitung    14     liegt    der Kernreaktor  B.     Wärmezufuhrseitig    liegt der     Wärmeaustauscher    91  in einer Rückführungsleitung 101, der     Wärmeaustau-          scher    92 in einer Rückführungsleitung 102.

   Beide  Rückführungsleitungen 101 und 102 zweigen von der  vom Kernreaktor 8 wegführenden     Arbeitsmittellei-          tung    142 ab, münden in die zum Kernreaktor 8 hin  führende     Arbeitsmittelleitung    141     und    sind mit einem  Gebläse 111 bzw.

   112     versehen..        In    beiden     Wärmeaus-          tausahern    91, 92     kann    das     Arbeitsmittel        ,der        Gastur-          bine    auf eine nahe der     Kernreaktor-Austrittstempe-          ratur    liegende Temperatur erhitzt werden.  



  Die in     Fig.    6 gezeigte Anlage unterscheidet sich  von der in     Fig.5    dargestellten dadurch, dass die       Wärmeaustauscher    91 und 92 in zwei     parallel        durch-          flossenen    Zweigen einer gemeinsamen Rückfüh  rungsleitung 10 mit einem einzigen Gebläse 11 lie  gen. An der Verzweigungsstelle ist eine     Dosiervor-          richtung    15 angebracht, mittels der an den Fluss des       Arbeitsmittel-Teilstroms    mehr nach dem einen oder  anderen Zweig leiten kann.  



  Die Gebläse 11, 111, 112 oder deren Antriebsmo  toren sowie die     Dosiervorrichtung    15 werden     vorteil-          hafterweise    mit     Regelvorrichtungen    zum Regeln der       Durchflussmenge    der durch die Rückführungsleitun  gen bzw. durch die     Wärmeaustauscher        fliessenden          Arbeitsmittel-Teilströme    versehen, so dass die in den       Wärmeaustauschern    an das zu erhitzende Arbeitsmit  tel abgegebene Wärmemenge geregelt werden kann.  



  Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die       Fördervorrichtungen    11, 111, 112 als     Umwälzgebläse     ausgebildet und von einem Elektromotor 12 angetrie  ben. Sie könnten aber auch von einer vom     Arbeits-          mittel    der     Gasturbinenanlage        beaufschlagten        Hilfs-          turbine        angetrieben    werden, wobei das     Arbeitsmittel     nach Durchströmen dieser     Hilfsturbine    wieder in den  Kreislauf der     Gasturbinenanlage        zurückfliessen     könnte.

   Die Fördervorrichtung für den in der     Rück-          führungsleitung        fliessenden        Arbeitsmittel        Teilstrom     könnte aber auch als eine an der     Mündunsstelle    der       Rückführungsleitung    liegende     Strahlpumpe    mit dem  aus dem     Arbeitsmittel-Hauptstrom    kommenden  Arbeitsmittel als     Strahlmittel    oder als eine an der      Mündungsstelle liegende     Durckaustauschvorrichtung     ausgebildet sein.  



  Beim Verdichten 2 wird     zweckmässigerweise          Zwischenkühlung    vorgenommen. Für die Wärmeab  gabe von dem in der Turbine 1 entspannten Arbeits  mittel an das im Verdichter 2 verdichtete Arbeitsmit  tel werden     zweckmässigerweise        Wärmeaustauscher     vorgesehen, die in den     Arbeitsmittelleitungen    4, 5, 6,  14 und den Rückführungsleitungen 10, 101, 102 lie  gen können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gasturbinenanlage zur Ausnützung der in einem Kernreaktor anfallenden Wärme, insbesondere mit Kreislauf des Arbeitsmittels, mit einem Verdichter, einer mindestens eine Stufengruppe aufweisenden Turbine und mit zwei oder mehr vom Arbeitsmittel durchflossenen Erhitzern, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Erhitzer der Kernreaktor (8) ist, und mindestens einer der weiteren Erhitzer ein Wärmeaus- tauscher (9) ist, der wärmezufuhrseitig in einer von der vom Kernreaktor (8)

   wegführenden Arbeitsmit- telleitung (51) mündenden Rückführungsleitung (10) liegt, wobei eine Fördervorrichtung (11, 12) zur Rückführung eines Arbeitsmittel-Teilstroms durch die Rückführungsleitung (10) von der Kernreaktor- Austrittsseite zur Kernreaktor-Eintrittsseite vorge sehen ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der wärmezufuhrseitig in der Rückführleitung liegende Wärmeaustauscher (9) in Strömungsrichtung des Arbeitsmittel-Hauptstroms vor dem Kernreaktor (8) angeordnet ist. 2. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernreaktor (8) in Strömungsrichtung des Arbeits- mittel-Hauptstroms hinter der Turbine (1) angeordnet ist.

   3. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr jeweils durch einen Wärmeaustauscher (91, 92) führende, parallel. zueinander geschaltete Rückführungsleitun gen (101, 102) vorgesehen sind (Fig. 5). 4. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass für jede Rückführungs leitung (101, 102) eine eigene Fördervorrichtung (111, 112) vorgesehen ist.

   5. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Rückführungsleitung (10) durch zwei oder mehr Wärmeaustauscher (91,<B>91)</B> führt. (Fig. 6). 6. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung Regelvorrichtungen zum Regeln der Durchfluss- menge des Arbeitsmittel-Teilstroms aufweist.

   7. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung von einer vom Arbeitsmittel der Gasturbinenanlage beaufschlagten Hilfsturbine angetrieben ist. B.

   Gasturbine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Fördervorrichtung als eine an der Mündungsstelle der Rückführungsleitung in die zum Reaktor hinführende Arb.estsmittelleitung lie gende Strahlpumpe mit dem aus, dem Arbeitsmit- tel-Hauptstrom kommenden Arbeitsmittel als Strahl mittel ausgebildet ist.

   9. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung als eine an der Mündungsstelle der Rückführungsleitung in die zum Reaktor hinführende Arbeitsmittelleitung liegende Druckaustauschvorrirhtung ausgebildet ist.