DE60315823T2

DE60315823T2 - Verfahren und einrichtung zur stromerzeugung aus der im kern mindestens eines hochtemperatur-kernreaktors erzeugten wärme

Info

Publication number: DE60315823T2
Application number: DE60315823T
Authority: DE
Inventors: Michel Lecomte
Original assignee: Areva NP SAS
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-04-08
Also published as: JP2005527808A; FR2838555B1; AU2003246788A1; KR20040105851A; RU2004133070A; WO2003088266A3; ATE371251T1; ZA200407850B; DE60315823D1; WO2003088266A2; CN1656570A; AU2003246788A8; EP1495473A2; BR0309243A; FR2838555A1; EP1495473B1; US20060056572A1; CA2481293A1; RU2308103C2; CN1310254C

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom aus der im Kern wenigstens eines Kernreaktors, insbesondere eines Hochtemperatur-Kernreaktors, erzeugten Wärme.
Man kennt Kernreaktoren, deren Kühlfluid in dem in Betrieb befindlichen Kernreaktor eine hohe Temperatur erreicht (zum Beispiel über 800 °C), verglichen mit der Temperatur des Kühlmittels von Kernreaktoren des PWR-Typs, deren Kühlmittel eine Temperatur von ungefähr 320 °C hat.
Solche Hochtemperaturreaktoren werden mittels eines Kühlfluids in Form eines Gases gekühlt, zum Beispiel Helium, das sehr gute Wärmetauscheigenschaften hat und total inert ist.
Am Ausgang des Reaktorkerns ist die Temperatur des Kühlmittels im Wesentlichen gleich der Temperatur des Kerns, zum Beispiel 850 °C.
Bei diversen Stromerzeugungsverfahren wurde vorgeschlagen, das im Kontakt mit dem Reaktorkern erhitzte direkt für den Antrieb einer Gasturbine zu verwenden, die mit einem Stromgenerator, zum Beispiel einem Wechselstromgenerator gekoppelt ist.
Das für den Antrieb der Gasturbine verwendete Helium hat am Ausgang der Turbine einen Druck, der wesentliche niedriger ist als des zur Kühlung des Reaktorkerns benutze Kühlhelium. Das am Ausgang der Turbine zurückgewonnene Helium muss also wieder verdichtet werden, ehe es wieder zur Kühlung in den Reaktorbehälter eingespeist werden kann. Man benötigt folglich mehrere Niederdruck- und Hochdruckkompressorstufen, um das zurückgewonnene Helium so zu komprimieren, dass man es wieder in den Reaktorbehälter einspeisen kann, um die Kühlung des Reaktorkerns zu gewährleisten. Vorzugsweise müssen auch den auch Heliumverdichtungstufen Wärmetauscher zugeordnet werden, um die Heliumtemperatur zu regeln, so dass die Verdichter mit akzeptablen Wirkungsgraden arbeiten.
Bei diesen Anlagen verbrauchen die Verdichter, die durch die Welle der Gasturbine angetrieben werden, eine große Menge Energie, die dann der Wechselstromgenerator nicht in Strom verwandeln kann, was den globalen Wirkungsgrad der Anlage entsprechend reduziert.
Zudem muss eine solche Vorrichtung zur Erzeugung von Strom aus der im Kern wenigstens eines Hochtemperatur-Kernreaktors erzeugten Wärme im Direktkreislauf bei Verwendung von Helium als Kühlmittel einen total geschlossenen Kreislauf umfassen und die Heliumverluste dieses geschlossenen Kreislauf müssen auf ein Minimum beschränkt werden.
Die Technik der Turbine und der Verdichter muss spezifisch und außergewöhnlich sein, da das Antriebsgas der Turbine, das in den Verdichterstufen wieder verdichtet wird, ein Leichtgas mit einer starken Diffusionsfähigkeit ist. Es müssen spezielle Lager und Dichtungen konzipiert werden sowie Wärmetauscher, die ermöglichen, die Eingangstemperatur der Verdichtungsstufen abzusenken, um bei diesen Verdichtern einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen.
Generell müssen alle verwendeten Elemente und insbesondere die Turbine und die Verdichter für einen Einsatz in einem Direktkreislauf mit Helium als Arbeitsmittel speziell konzipiert und entwickelt werden.
Die Konzeption und Entwicklung der diversen Elemente, und insbesondere der Turbinen und Verdichter, sind um so teurer, je mehr man sich von den klassischen Anwendungstechniken der Gasturbinen entfernt.
Außerdem bildet das für den Antrieb der Turbine benutzte Helium, das in den Verdichtern wieder verdichtet wird, das Primärkühlmittel, das mit den Elementen des Reaktorkerns in Kontakt kommt, so dass es möglicherweise mit Produkten kontaminiert wird, die eine gewisse Radioaktivität aufweisen. Die Turbine, die Verdichter, die Wärmetauscher und der Stromgenerator müssen sich im Innern eines dicht verschlossenen Gehäuses in der Nähe des Reaktorbehälters befinden, um die Passage des aus dem Reaktorkern herausströmenden oder in den Reaktorkern zurückströmenden Kühlheliums zu gewährleisten und so die Radioaktivität einzuschließen.
Es sind Vorrichtungen zur Erzeugung von Strom aus Wärme des Kühlheliums eines Hochtemperaturreaktors vorgeschlagen worden, bei denen die Turbine nicht durch ein Gas angetrieben wird, das nicht mit radioaktiven Elementen des Reaktorkerns in Kontakt kommt. Dazu benutzt man einen Zwischenwärmetauscher, in dem die Wärme zwischen einem Primärhelium, das mit den radioaktiven Elementen des Reaktorkerns in Kontakt kommt, und einem Sekundärhelium, das ebenfalls in einem geschlossenen Kreislauf die Turbine antreibt, ausgetauscht wird. Jedoch, da das Sekundärfluid durch Helium gebildet wird, bestehen bei einem solchen System weiterhin die Nachteile, die mit der Konzeption der Turbine und der Verdichter sowie anderen Elementen des Sekundärteils der Vorrichtung verbunden sind. Zudem ist es notwendig, einen Zwischentauscher zu konzipieren, in dem das Primärfluid und das Sekundärfluid zirkulieren, die beide durch Helium gebildet werden.
Man kennt außerdem Stromerzeugungsanlagen mit einer Gasturbine, die durch Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck angetrieben wird.
Die Luft mit sehr hoher Temperatur und sehr hohem Druck, mit der die Turbine angetrieben wird, wird in einer Verbrennungskammer erzeugt, in die man die Verbrennungsluft und einen Brennstoff, der Natur- bzw. Erdgas sein kann, unter hohem Druck einspeist. Man erhält am Ausgang der Verbrennungskammer eine Mischung aus Luft und Verbrennungsgas mit hohem Druck und hoher Temperatur, zum Beispiel 1300 °C, die Verbrennungsprodukte wie CO₂, CO und Stickstoffoxide enthält. Man verwendet in diesem Fall eine Hochleistungsgasturbine, deren Konzeption und Werkstoffe den Betrieb mit sehr hohen Gastemperaturen ermöglichen. Eine solche Anlage arbeitet mit offenem Kreislauf, wobei das zum Antrieb der Turbine verwendete Gas, das hauptsächlich aus Luft besteht, in die Umgebung austritt.
Man der Verbrennungskammer neue Luft mit einem ausreichenden Anteil Sauerstoff zuführen, um das Natur- bzw. Erdgasverbrennen zu können.
Ehe es in die Natur ausgestoßen wird, kann das die Turbine verlassende Hochtemperaturgas in einen oder sukzessiv mehrere Dampfgeneratoren oder mit Wasser, Nassdampf oder überkritischem Wasser gespeiste Wärmetauscher geleitet werden, um Trockendampf zu erzeugen, mit dem eine oder mehrere Gasturbinen angetrieben werden.
Generell benutzt man drei Turbinenstufen des Typs Hoch-, Mittel- und Niederdruck, die sich auf derselben Welle wie die Gasturbine befinden, um den Stromgenerator anzutreiben. Der Niederdruck-Dampf am Ausgang der Turbine wird in einen Kondenser eingespeist und das Kondenswasser wird in dem Sekundärteil eines Dampfgenerators recycelt, der der Hochdruckstufe Dampf liefert.
Eine solche Anlage hat den Vorteil, nur klassische Bauteile zu enthalten, zum Beispiel eine Gasturbine, angetrieben durch ein Verbrennungsgas, das hauptsächlich Stickstoff und Verbrennungsgase enthält, und Dampfturbinen, die klassische Bestandteile von Stromerzeugungsanlagen bzw. Kraftwerken sind.
Jedoch ist der Wirkungsgrad solche Anlagen insofern nicht optimal, als die in die Atmosphäre ausgestoßenen Gase noch eine beachtliche Menge ungenutzter Wärme enthalten.
Außerdem scheint es schwierig zu sein, eine solche Konfiguration mit offenem Kreislauf an den Fall anzupassen, wo die Wärme in dem Kern eines Hochtemperaturreaktors erzeugt wird.
In GB-2.050.679 wird außer einem Verfahren auch eine Anlage zur Nutzung der durch einen heliumgekühlten Kernreaktor gelieferten Wärme vorgeschlagen, bei der in einem Sekundärkreislauf, der sich außerhalb des Reaktorsicherheitsgebäudes befindet, ein durch Helium und Stickstoff gebildetes Gasgemisch zirkuliert, das durch das Kühlhelium des Reaktors erhitzt wird. In dem Sekundärkreis sind eine Gasturbine, Kühler und Verdichter angeordnet, in denen das Gas im geschlossenen Kreislauf zirkuliert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom aus der im Kern mindestens eines Hochtemperatur-Kernreaktors erzeugten Wärme vorzuschlagen, darin bestehend, dass man ein erstes Wärmeaustauschgas oder Kühlgas in einem geschlossenen Kreislauf den Kern des Kernreaktors mit Kontakt umströmen lässt, man ein zweites Wärmeaustauschgas durch Wärmeaustausch mit dem ersten Wärmeaustauschgas erhitzt und man das durch das erste Wärmeaustauschgas erhitzte zweite Wärmeaustauschgas benützt, um mindestens eine Gasturbine anzutreiben, die mit einem Stromgenerator gekoppelt ist, wobei dieses Verfahren ermöglicht, einen sehr hohen Wirkungsgrad zu erzielen und Bauteile der klassischen Art zu verwenden, die keiner besonderen Entwicklung bedürfen.
Zu diesem Zweck wird das erste Wärmeaustauschgas durch Helium gebildet, enthält das zweite Wärmeaustauschgas volumenmäßig substantiell 50% bis 70% Helium und 50% bis 30% Stickstoff, und das zweite Wärmeaustauschgas zirkuliert dabei so in einem geschlossenen Kreislauf, dass das durch das erste Wärmeaustauschgas erhitzte zweite Wärmeaustauschgas den Antrieb von mindestens einer Gasturbine (2) leistet, und man wenigstens einen ersten Teil der Wärme des zweiten Wärmeaustauschgases, nachdem es die Gasturbine durchquert hat, zurückgewinnt für die Erhitzung und Verdampfung von Wasser in mindestens einem Dampfgenerator, um Dampf für den Antrieb mindestens einer mit dem Stromgenerator gekoppelten Dampfturbine zu erzeugen.
Es kann vorteilhaft sein, wenigstens einen Teil des zweiten Wärmeaustauschfluids zurückzugewinnen, zum Beispiel am Ausgang des Primärteils des Dampfgenerators oder der Gasturbine, um einer Nebenanlage Wärme zuzuführen, zum Beispiel einem städtischen Heizwerk oder einer Meerwasserentsalzungsanlage oder irgendeinem anderen industriellen Wärmeverbraucher.
In bestimmten Fällen kann man vorsehen, einen Bruchteil des durch das erste Wärmeaustauschfluid erhitzten zweiten Wärmeaustauschgases zu verwenden, um eine Funktion zu gewährleisten, die ein Gas mit einer sehr hohen Temperatur erfordert, wie zum Beispiel die Wasserstofferzeugung.
Die Erfindung betrifft auch eine Stromerzeugungsanlage, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.
In der Folge wird zum besseren Verständnis der Erfindung eine Realisierungsart einer endungsgemäßen Strom- und Wärmeerzeugungsanlage beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
Die 1 ist eine schematische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Anlage.
Die 2 ist eine schematische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Anlage gemäß einer Realisierungsvariante mit zwei Kernreaktoren.
Die in der 1 dargestellte Anlage umfasst hauptsächlich einen Hochtemperaturreaktor 1, eine Gasturbine 2, drei Dampfturbinen 3a, 3b, 3c und einen Stromgenerator 4, gebildet durch einen Wechselstromgenerator, dessen Rotor gemeinsam mit der Gasturbine 2 und den drei Dampfturbinenstufen 3a, 3b und 3c auf eine Antriebswelle 11 montiert ist.
Der Kernreaktor 1 umfasst einen Kern 5, der die Wärme erzeugt, die im Betrieb eine Temperatur 850 °C erreichen kann, wobei diese Temperatur wesentlich höher sein kann und zum Beispiel im Falle von bestimmten Hochtemperaturreaktortypen 950 °C erreicht.
Der Reaktor 1 umfasst zudem einen Primärkreis 6, der ein geschlossener Kreis ist, in dem das Kühlhelium zirkuliert. In dem Primärkreis 6 des Reaktors 1 befindet sich ein Zwischentauscher 7, der ermöglicht, ein Wärmetauschgas zu erhitzen und das Helium abzukühlen, das in dem Primärkreis zirkuliert und das Kühlmittel des Reaktors bildet.
In dem Primärkreis 6 des Reaktors befindet sich auch eine Pumpe 8, bestimmt für die Zirkulation des Heliums in dem Primärkreis und für eine leichte Verdichtung des Heliums, das in den Reaktorkern mit einem Druck von ungefähr 70 bar eingespeist wird. Das das Kühlmittel des Reaktors bildende Helium erfährt in dem Zwischentauscher 7 nur einen geringen Druckabfall, so dass man eine Heliumzirkulationspumpe verwenden kann, die nur einen kleinen Druckanstieg erzeugt. Eine solche Pumpe entspricht dem Stand der Technik.
Der Zwischentauscher 7 gewährleistet einen Wärmetausch zwischen dem Primärfluid, gebildet durch das Helium, das aus dem Reaktor 5 mit einer Temperatur von 850 °C austritt, welches die Temperatur des Kerns ist, und einem Sekundärwärmeaustausch-Gas, das in einem allgemein mit 9 bezeichneten Sekundärkreis zirkuliert.
Nach der Erfindung ist das in dem Kreis 9 zirkulierende Wärmeaustauschgas hauptsächlich ein Gemisch aus Helium und Stickstoff oder auch ein Gemisch aus Helium und Luft. Jedoch ist es vorzuziehen, ein Gemisch zu verwenden, das praktisch nur Helium und Stickstoff enthält, um Oxidationsphänomene in dem Sekundärkreis zu vermeiden. Der Zwischentauscher hat Eigenschaften, die unter den Betriebstemperatur- und -druckbedingungen der Anlage an den Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Austauschgas angepasst sind.
Generell enthält das zweite Wärmeaustauschgas volumenmäßig substantiell 50% bis 70% Helium und 50% bis 30% Stickstoff.
Der Sekundärkreis, in dem die Helium- und Stickstoffmischung zirkuliert, ist ein total geschlossener Kreis, wobei das zweite Austauschgas in den Zwischentauscher wiedereingespeist wird, um durch das erste Austauschgas, gebildet durch das Kühlhelium des Kernreaktors, erhitzt zu werden, nachdem es die Turbine 2 angetrieben und das Fluid, zum Beispiel Wasser, erhitzt und verdampft hat, das in dem Tertiärkreis 10 zirkuliert. Weitere Heizfunktionen werden weiter unten beschrieben.
Typischerweise wird die Mischung aus Helium und Stickstoff des zweiten Wärmeaustauschgases mit einer Temperatur von 300 °C in den Zwischentauscher eingespeist, um durch das erste Austauschgas, gebildet durch das Kühlhelium des Reaktorkerns, das in den Zwischenkühler 7 mit ungefähr 850 °C eintritt und ihn mit ungefähr 350 °C verlässt, auf ungefähr 800 °C erhitzt zu werden.
Der Zwischentauscher 7 arbeitet, wie weiter unten erläutert, praktisch mit Gleichdruck, also ohne Druckunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauschgas, wobei der Druck am Eingang und Ausgang des Zwischentauschers 7 ungefähr 70 bar betragen kann.
Das zweite Wärmeaustauschgas hat am Ausgang des Zwischentauschers 7 eine Temperatur von ungefähr 800 °C und einen Druck von ungefähr 70 bar und wird in die Gasturbine 2 eingespeist, deren Antrieb es gewährleistet. Der rotierende Teil der Gasturbine 2 sitzt vorzugsweise auf der Welle 11, die der Gasturbine 2 und drei Dampfturbinen 3a, 3b und 3c gemeinsam ist, die derart mit dem Rotor des Wechselstromgenerators 4 gekoppelt sind. Man kann auch vorsehen, den rotierenden Teil der Gasturbine auf einer ersten Antriebswelle eines Wechselstromgenerators zu befestigen, und die Dampfturbinen (generell zwei oder drei Turbinen) auf einer zweiten Antriebswelle eines Wechselstromgenerators.
Am Ausgang der Gasturbine 2 hat das zweite Wärmeaustauschgas eine Temperatur von ungefähr 600 °C und einen Maximaldruck von 50 bar, wobei der Druck vorzugsweise 20 bis 30 bar beträgt.
Um die 1 besser verständlich zu machen, ist der Primärkreis 6, in dem das Helium zirkuliert, welches das Kühlfluid des Kernreaktors 5 ist, mit Vosstrich dargestellt, die Leitungen des Sekundärkreise 9, in denen die Helium-Stickstoff-Mischung zirkuliert mit Doppelstrich und der Tertiärkreis 10, in dem das Wasser und der Dampf zirkulieren, die das Tertiärfluid der Anlage bilden, mit einem Vollstrich, der weniger fett ist als der des Primärkreises 6.
Vom Ausgang der Gasturbine 2 wird das zweite Wärmeaustauschfluid mit einer Temperatur von ungefähr 600 °C durch eine Leitung des Sekundärkreises 9 dem Dampfgenerator 12 und den Vorwärmer-Wärmetauschern 13a und 13b zugeführt, die in Teile des Tertiärkreises 10 eingebaut sind, in dem Wasser und Dampf zirkuliert.
Die Leitung des Sekundärkreises 9, die mit dem Ausgang der Gasturbine 2 verbunden ist, hat einen mit einem Primärteil des Dampfgenerators 12 verbundenen Zweig, dessen schematisch schlangenlinienförmig dargestellter Sekundärteil zu erhitzendem und zu verdampfendem Wasser versorgt wird. Ein zweiter Zweig ist durch jeweils eine zweite und eine dritte Verzweigung mit Vorwärmer-Wärmetauschern 13a und 13b verbunden.
Die Verzweigungen der mit dem Ausgang der Gasturbine 2 verbundenen Leitung sind so realisiert, dass der Primärteil des Dampfgenerators 12 bis zu 80 Volumenprozent des zweiten Austauschgases erhält, und die Vorwärmer-Wärmetauscher 13a und 13b 20 Volumenprozent.
Vorzugsweise, bei einer Anlage wie dargestellt in der 1 mit drei Dampfturbinenstufen, erhält die erste Stufe ungefähr 74 Volumenprozent des Wärmeaustauschgases und jede der beiden nachfolgenden Stufen 13 Volumenprozent. Im Falle einer Anlage, die nur zwei Stufen umfasst, kann vorzugsweise die erste Stufe 70 % erhalten und die zweite Stufe 30 %.
Ein erster Teil der Wärme des am Ausgang der Turbine zurückgewonnenen zweiten Wärmeaustauschgases wird also im Tertiärkreis benutzt, um Dampf zu erzeugen und Dampfturbinen anzutreiben.
Der Tertiärkreis 10 umfasst einen Hauptteil, der einerseits mit dem Eingang des Sekundärteils des Dampfgenerators 12 verbunden ist und andererseits mit dem Ausgang des Kondensers 15, der seinerseits mit dem Ausgang der Niederdruckturbine 3c verbunden ist, um die Kondensation des Nassdampfes zu realisieren, der aus der Turbine 3c austritt. Wenigstens eine Pumpe 14 gewährleistet die Zirkulation des Wasser in dem Hauptteil des Wasser- und Dampf-Tertiärkreises 10, so dass das Wasser aus dem Kondenser 15, gewonnen durch die Kondensation des Dampfes der Turbine 3c, in den Eingang des Sekundärteils des Dampfgenerators 12 eingespeist wird.
Im Innern des Dampfgenerators 12 realisiert man einen Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Wärmeaustauschgas mit einer Temperatur zwischen 550 und 700 °C des zweiten Sekundärkreises 9, das den Eingang des Primärkreises des Dampfgenerators erreicht, mit Versorgungswasser des Sekundärteils, so dass man am Ausgang des Dampfgenerators einen trockenen Dampf mit einer Temperatur von 500 bis 600 °C erhält. Der Trockendampf wird durch eine Leitung 10a in den Eingangsteil der Hochdruck-Dampfturbine 3a eingespeist.
Am Ausgang der Hochdruckturbine 3a gewinnt man durch eine erste Zwischenleitung 10' des Tertiärkreises 10 Nassdampf zurück, der zum Eingang des Vorwärm-Wärmetauschers 13a geleitet wird, der eine Menge des zweiten Wärmeaustauschgases mit einer Temperatur von 600 °C erhält. Derart realisiert man eine Überhitzung und eine Trocknung des Nassdampfes, um einen Trockendampf mit einer Temperatur zwischen 500 °C und 600 °C und zum Beispiel zwischen 520 °C und 580 °C zu erhalten.
Der am Ausgang des Vorwärm-Wärmetauschers 13a zurückgewonnene Trockendampf wird durch eine Leitung 10b in die Mitteldruckturbine 3b eingespeist, um diese Turbine anzutreiben. Am Ausgang dieser Turbine 3b gewinnt man durch eine zweite Zwischenleitung 10'' der Tertiärleitung 10 einen Nassdampf zurück, den man in einem Vorwärm-Wärmetauscher 13b durch Wärmeaustausch mit dem zweiten Wärmeaustauschgas des Sekundärkreises 9 mit einer Temperatur von 550 bis 700 °C überhitzt und trocknet.
Man erhält am Ausgang des Vorwärm-Wärmetauschers 13b einen Trockendampf mit einer Temperatur von 500 bis 600 °C und zum Beispiel zwischen 520 und 580 °C, der durch eine dritte Trockendampfversorgungsleitung 10c in die Niederdruckturbine 3c eingespeist wird, um sie anzutreiben.
Wie weiter oben angegeben, wird der Dampf am Ausgang der Niederdruckturbine 3c zurückgewonnen, um durch eine Leitung des Hauptteils des Wasser- und Dampf-Tertiärkreises 10 zum Kondenser geleitet zu werden.
Der am Ausgang der Turbine 3c mit einer Temperatur von ungefähr 30 bis 35 °C und mit niederem Druck zurückgewonnene Wasserdampf wird in dem Kondenser zu Wasser mit einer Temperatur von 25 °C bis 30 °C kondensiert, das durch den Hauptteil des Tertiärkreis 10 zurückgewonnen wird, in den ein Gegenstrom-Wärmeaustauscher 16 eingebaut ist, dessen Primärteil am Eingang das zweite Wärmeaustauschgas erhält, das in dem Sekundärteil 9 zirkuliert, entnommen am Ausgang des Dampfgenerators 12 und der Vorwärm-Wärmetauscher 13a und 13b durch Leitungen des Sekundärkreises, die mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung des Eingangs des Primärteils des Wärmetauschers 16 verbunden sind.
Das zweite Wärmeaustauschgas des Sekundärkreises, das am Eingang des Primärteils des Wärmetauschers 16 eintrifft, der zum Beispiel vom Gegenstrom- oder Kreuzstromtyp ist, wird durch eine Mischung der Gase des Sekundärkreises gebildet, die jeweils von dem Dampfgenerator 12 und den Wärmetauschern 13a und 13b stammen, deren Temperatur von 160 bis 300 °C geht.
Durch Wärmeaustausch mit dem Sekundärgas, eingespeist in den Eingang des Wärmtauschers 16, kann das Wasser mit einer Temperatur von 30 °C, dessen Druck durch die Pumpe 14 auf ein hohes Niveau gebracht werden kann und das in dem Sekundärteil des Wärmetauschers 16 eintrifft, bis auf eine Temperatur von 200 bis 250 °C erhitzt werden.
Das wieder erhitzte und auf einen hohen Druck gebrachte Wasser, das sich im überkritischen Zustand befinden kann, wird in den Dampfgenerator 12 eingespeist, um verdampft und überhitzt zu werden. Der Tertiärkreis, in den der Dampfgenerator 12, die Dampfturbinen 3a, 3b und 3c und die Vorwärm-Wärmetauscher 13a, 13b eingebaut sind, arbeitet also im geschlossenen Kreislauf.
Das zweite Wärmeaustauschgas des Sekundärkreises 9, das am Ausgang des Gegenstromwärmetauschers 16 zurückgewonnen wird, wird durch eine Leitung des Sekundärkreises in den Sekundärteil des Zwischentauschers 7 eingespeist, nachdem es einen Verdichter 18 durchquert hat, der in die Retourleitung des Sekundärkreises zum Zwischentauscher 7 eingebaut ist. Der Verdichter 18 ermöglicht, den Druck des Wärmeaustauschfluids des Sekundärkreises bis auf ein Niveau zu erhöhen, das im Wesentlichen gleich dem Druckniveau in der Primärleitung 1 ist, das heißt bis auf ungefähr 70 bar.
Aufgrund des Druck des am Ausgang des Wärmeaustauschers 16 zurückgewonnenen Sekundär-Wärmeaustauschfluids genügt es, einen Kompressor mit einem Verdichtungsgrad von 1,5 bis 3 zu verwenden.
Der Verdichter 18 umfasst einen rotierenden Teil, der zusammen mit der Gasturbine 2, den Dampfturbinen 3a, 3b und 3c und dem Rotor des Wechselstromgenerators 4 auf die Welle 11 montiert werden kann.
Die Gasturbine 2 und die Dampfturbinen 3a, 3b und 3c, die alle auf die Welle 11 montiert sind (oder eventuell auf eine erste und eine zweite Welle, wie weiter oben beschrieben) gewährleisten also nur den Antrieb des Verdichters 18, zusätzlich zum Antrieb des Rotors des Wechselstromgenerators 4. Die durch den Verdichter 18 zur Verdichtung des Sekundärfluids mit einem Verdichtungsgrad von 1,5 bis 3 entnommene Energie stellt einen kleinen Teil der Energie dar, welche die Gasturbine und die Dampfturbinen liefern, so dass die durch die Energie, die der Wechselstromgenerator 4 erhält, nur wenig kleiner ist als die durch die Anlage gelieferte Gesamtenergie.
Das zweite Wärmeaustauschgas des Sekundärkreises wird zudem durch den Verdichter bis auf eine Temperatur von ungefähr 300 °C erhitzt, ehe es in den Zwischenaustauscher 7 eingespeist wird. Wie weiter oben erläutert, wird das zweite Wärmeaustauschgas, gebildet durch eine Mischung aus Helium und Stickstoff, bis auf eine Temperatur von ungefähr 800 °C erhitzt, wobei der Druck des Sekundäraustauschgases ungefähr 70 bar beträgt.
Es ist besonders vorteilhaft, den Zwischenaustauscher in Form eines Gegenstrom-Plattenwärmetauschers zu realisieren. Ein solcher Plattenwärmetauscher kann so realisiert werden, dass er einen sehr guten Wärmeaustauschkoeffizienten hat, da das erste Wärmeaustauschgas durch Helium gebildet wird und das zweite Wärmeaustauschgas sehr große Heliumanteile umfasst. Der Austauschkoeffizient dieser Gase ist sehr günstig. Man erzielt folglich mit einem Plattenwärmetauscher einen sehr guten Wirkungsgrad.
Vorzugsweise ist der Plattenwärmetauscher modular konzipiert und umfasst eine Vielzahl paralleler Einheiten, von denen jede dazu bestimmt ist, eine elementare Menge Primärfluid und Sekundärfluid zu erhalten.
Einer der Nachteile eines Plattenwärmetauschers besteht darin, dass er nur geringe Druckunterschiede zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid aushält. Falls ein Plattenwärmetauscher als Zwischenaustauscher 7 benutzt wird, sind der Druck des Primärfluids am Eingang und am Ausgang des Wärmeaustauschers sowie der Druck des Sekundärfluids am Eingang und Ausgang des Wärmeaustauschers im Wesentlichen untereinander gleich, wobei diese Drücke zum Beispiel ungefähr 70 bar betragen können.
Jedoch kann in bestimmten Übergangsbetriebsphasen der Anlage oder im Falle einer Störung oder eines Unfalls, zum Beispiel eines Leitungsbruchs, zwischen dem Helium-Primärkreis und dem Sekundärkreis, in dem die Helium-Stickstoff-Mischung zirkuliert, eine Druckdifferenz auftreten
Um die Drücke in dem Primärteil und dem Sekundärteil des Plattenwärmetauschers 7 in den Übergangsphasen auszugleichen, benutzt man ein Druckausgleichsventil 20, dessen Kammer im Innern des Ventilgehäuses 19 zwei durch Kolben getrennte Teile aufweist, von denen der eine mit dem Primärkreis und der andere mit dem Sekundärkreis verbunden ist, in Höhe der Leitung, in der das Sekundärfluid bei dem Zwischenaustauscher eintrifft.
Wie in der 1 zu sehen, kann man eine Leitung 9' des Sekundärkreises 9 vorsehen, als Bypass zwischen der Retourleitung des Sekundärfluids zum Zwischenwärmetauscher und der Einspeisungsleitung des Sekundärfluids in den Gegenstromwärmetauscher 16. In die Bypassleitung und in die Fluideinspeisungsleitung des Gegenstromaustauscher 16 sind Regelventile 27a und 27b eingebaut, um die Durchsatzmenge in dem Bypass 9' zu regeln, in dem sich ein Moderat-Wärmetauscher 30 befindet, dessen Primärteil das durch die Bypassleitung 9' entnommene Sekundärfluid erhält. Dieses Sekundärfluid hat eine Temperatur von ungefähr 200 °C, was ermöglicht, die Temperatur eines Fluids wie Wasser, das in dem Sekundärteil 30a des Wärmetauschers 30 fließt, auf eine Temperatur von ungefähr 200 °C zu erhöhen. Man nutzt also einen zweiten Teil der in dem zweiten Wärmeaustauschfluid enthaltenen Wärme, dessen erster Teil am Ausgang der Gasturbine in dem Wasser- und Dampf-Tertiärkreis genutzt wird. Der Wärmetauscher 30 kann ein Plattenwärmetauscher sein.
Das Druckwasser mit 200 °C, erhalten in dem Sekundärkreis 30a des Wärmetauschers 30, kann zum Beispiel durch ein städtisches Heizwerk oder eine Meerwasserentsalzungsanlage genutzt werden.
Aufgrund dieser Tatsache nutzt man einen Teil der Restwärme des Sekundärfluids vor seiner Rückkehr zum Zwischenaustauscher mit Hilfe des Verdichters 18. Am Eingang des Verdichters 18 ist das Sekundärfluid auf einer niedrigen Temperatur; der Verdichter gewährleistet eine Erhöhung der Temperatur des Sekundärfluids bis auf eine Eingangstemperatur in den Zwischenaustauscher von ungefähr 300 °C.
In bestimmten Fällen wie zum Beispiel der Wasserstoffproduktion muss man über ein Fluid mit einer sehr hohen Temperatur verfügen. Man kann ein solches Hochtemperaturfluid erhalten, indem man einen Teil des Sekundärfluids am Ausgang des Zwischenaustauschers entnimmt.
Um den Wirkungsgrad der Stromerzeugungsanlage zu erhöhen, ist es möglich, mehrere derart in Serie angeordnete Gasturbinen zu verwenden, dass jede auf eine vorangehende Turbine folgende Turbine das aus der vorangehenden Turbine stammende Gas erhält, nachdem dieses in einem Teil des Zwischenaustauschers wieder erhitzt worden ist. Die rotierenden Teile der aufeinanderfolgenden Turbinen können alle auf ein und dieselbe Antriebswelle des Wechselstromgenerators montiert sein. Das in jede der aufeinanderfolgenden Gasturbinen eingespeiste Gas hat also eine im Wesentlichen konstante Temperatur von zum Beispiel ungefähr 800 °C und eine abnehmenden Druck. Im Falle eines modularen Plattenwärmetauschers kann man aufeinanderfolgende Module oder Moduleinheiten verwenden, um die Wiedererhitzung der verschiedenen Teile bzw. Mengen des zurückgewonnenen und in eine nächste Turbine wieder eingespeisten Gases am Ausgang der jeweiligen Gasturbinen zu realisieren.
Außerdem, um den Betrieb des Tertiärteils der Anlage zu verbessern, die den Wasser- und Dampf-Tertiärkreis 10, den Dampfgenerator, die Wärmetauscher und die Dampfturbinen umfasst, kann man den Druck des Versorgungswassers des Dampfgenerators in der Tertiärleitung bis auf einen solchen Wert erhöhen, dass das Wasser sich im überkritischen Zustand befindet.
Der Wärmetauscher 30, der die Erhitzung des Wassers für eine Nebenfunktion gewährleistet, ist vorteilhafterweise ein Plattenwärmetauscher, kann aber auch ein Röhrenwärmetauscher sein.
In der 2 ist eine Anlage gemäß einer Realisierungsvariante der Erfindung dargestellt. Außer der Tatsache, dass die dieser Variante entsprechende Anlage zwei Hochtemperaturreaktoren 1a und 1b anstatt einem einzigen Kernreaktor enthält, entspricht sie der im Bezug auf die 1 beschriebenen Anlage und umfasst einen Sekundärkreis 9, in dem ein Wärmeaustauschfluid in Form einer Helium- und Stickstoffmischung zirkuliert, einen Wasser- und Dampf-Tertiärkreis 10, eine Gasturbine 2 und drei Dampfturbinen 3a, 3b, 3c sowie einen Moderattemperatur-Wärmetauscher 30. Generell tragen sich in den 1 und 2 entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen.
Die beiden Kernreaktoren 1a und 1b können vorteilhafterweise analog realisiert werden und gleiche Leistungen aufweisen. Jeder der Kernreaktoren des Hochtemperaturtyps umfasst einen Primärkreis 6a oder 6b, in dem, wenn der Reaktor in Betrieb ist, Helium mit hoher Temperatur, zum Beispiel 850 °C, zirkuliert, welches das Kühlgas des Reaktors bildet. In jeden der beiden Primärkreise 6a und 6b ist ein Zwischenwärmetauscher 7a und 7b eingebaut, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Helium, dem ersten Wärmeaustauschfluid der Anlage, und dem zweiten Wärmeaustauschfluid in dem Sekundärkreis 9 gewährleistet. Dazu ist der Primärteil der Wärmetauscher 7a und 7b mit dem entsprechenden Primärkreis 6a oder 6b verbunden und der Sekundärteil der Wärmetauscher 7a und 7b mit dem Sekundärkreis mittels einer Verzweigung 9a bzw. 9b, verbunden mit einer Sekundärkreisleitung hinter dem Verdichter 18. Der Sekundärteil der Zwischentauscher 7a und 7b wird mit einem zweiten gekühlten Wärmeaustauschfluid versorgt, mit einem Druck, der im Wesentlichen gleich dem Druck des Heliums in den Primärkreisen 6a und 6b der Kernreaktoren 1a und 1b ist. Das zweite Wärmeaustauschfluid wird auf einem Druck gehalten, im Wesentlichen gleich dem Druck des Heliums der Primärkreise, durch Druckausgleichsventile, jeweils 20a und 20b, analog dem Ventil 20 der in der 1 dargestellten Anlage, jedes verbunden mit der Leitung des die Zwischentauscher versorgenden Sekundärkreises und mit dem entsprechenden Primärkreis.
In jede der Versorgungsverzweigungen 9a und 9b eines Zwischentauschers mit Sekundärfluid ist ein Regel- oder Absperrventil 21a bzw. 21b der Einspeisung des zweiten Wärmeaustauschfluids in den entsprechenden Zwischentauscher eingebaut. Das in dem Zwischentauscher erhitzte zweite Wärmeaustauschfluid wird benutzt, um die Gasturbine 2 anzutreiben.
In dem Fall, wo der erste oder zweite Kernreaktor 1a und 1b gleichzeitig in Betrieb sind, sind die Ventile 21a und 21b offen und das zweite Wärmeaustauschfluid wird durch die beiden Reaktoren erhitzt. In dem Fall, wo einer der Kernreaktoren, zum Beispiel der zweite Reaktor 1b nicht verfügbar ist, zum Beispiel weil er beladen oder repariert wird, ist das zweite
Ventil 21b geschlossen und das erste Ventil 21a ist offen. Die Anlage bleibt also in Betrieb und nutzt die durch den funktionierenden ersten Reaktor 1a erzeugte Wärme.
Auf diese Weise, indem man zeitlich versetzte Stillstandsphasen der beiden Reaktoren vorsieht, kann man vermeiden, dass die ganze Anlage stillsteht.
Wie weiter oben angegeben, besteht ein großer Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung darin, dass man im Falle von Energiezeugungsanlagen wie etwa Stromerzeugungsanlagen klassische Bauelemente verwenden kann, zum Beispiel Gasturbinen, die mit einem Gas arbeiten, das thermodynamische Eigenschaften hat, die denen der Luft ähnlich sind, oder Verdichter mit einem niedrigen Verdichtungsgrad sowie Dampfturbinen eines klassischen Typs.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung haben auch den Vorteil, ein Sekundärfluid zu benutzen, das einen großen Anteil Helium enthält und sehr gute Wärmeaustauscheigenschaften aufweist. Insbesondere der Wirkungsgrad des Dampfgenerators und der Wärmeaustauscher des Wasser-Tertiärkreises wird stark verbessert. Die Verwendung von Dampfturbinen ermöglicht eine optimale Nutzung der durch den Kernreaktor erzeugten Wärme.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebene Realisierungsart.
Die Anlage kann einen einzigen Kernreaktor oder wenigstens zwei Kernreaktoren umfassen, die im Simultanbetrieb arbeiten können, um einem Sekundärfluid, gebildet durch Helium und Stickstoff, Wärme zu liefern. Man kann auch einen Kernreaktoren oder mehrere abschalten und den Betrieb der Anlage mit dem (oder den) arbeitenden Reaktor(en) aufrechterhalten.
Man kann auch Nutzungen der durch den (oder die) Kernreaktor(en) erzeugten und an das Sekundärfluid gelieferten Wärme vorsehen, die sich von den oben beschriebenen unterscheiden.
Die Erfindung betrifft die Nutzung der durch jeden Hochtemperatur-Kernreaktor erzeugten Wärme, dessen Kern mit einer Temperatur von wenigstens 800°C arbeitet.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom aus der im Kern (5) mindestens eines Hochtemperatur-Kernreaktors (1) erzeugten Wärme, darin bestehend, dass man ein erstes Wärmeaustauschgas oder Wärmeübertragungs- bzw. Wärmeabführungsgas in einem geschlossenen Kreislauf den Kern (5) des Kernreaktors (1) mit Kontakt umströmen lässt, man ein zweites Wärmeaustauschgas durch Wärmeaustausch mit dem ersten Wärmeaustauschgas erhitzt und man das durch das erste Wärmeaustauschgas erhitzte zweite Wärmeaustauschgas benützt, um mindestens eine Gasturbine (2) anzutreiben, die mit einem Stromgenerator (4) gekoppelt ist, wobei das erste Wärmeaustauschgas durch Helium gebildet wird, das zweite Wärmeaustauschgas volumenmäßig substantiell 50% bis 70% Helium und 50% bis 30% Stickstoff enthält, und das zweite Wärmeaustauschgas dabei so in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, dass das durch das erste Wärmeaustauschgas erhitzte zweite Wärmeaustauschgas den Antrieb von mindestens einer Gasturbine (2) leistet, dadurch gekennzeichnet, dass man wenigstens einen ersten Teil der Wärme des zweiten Wärmeaustauschgases, nachdem es die Gasturbine (2) durchquert hat, zurückgewinnt für die Erhitzung und Verdampfung von Wasser in mindestens einem Dampfgenerator (12), um Dampf für den Antrieb mindestens einer mit dem Stromgenerator (4) gekoppelten Dampfturbine (3a, 3b, 3c) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man wenigstens einen zweiten Teil der Wärme des zweiten Wärmeaustauschfluids zurückgewinnt, um ihn einer Nebenanlage (30) zuzuführen, etwa einem städtischen Heizwerk oder einer Meerwasserentsalzungsfabrik.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man wenigstens einen Bruchteil des durch das erste Wärmeaustauschfluid erhitzten zweiten Wärmeaustauschgases zurückgewinnt, um – vor dem Antreiben der Gasturbine (2) – eine Funktion wie die Erzeugung von Wasserstoff zu realisieren, die ein Fluid mit einer sehr hohen Temperatur verlangt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das zweite Wärmeaustauschgas durch Wärmeaustausch mit Wärmeabführungs-Kühlgas von mindestens zwei Kernreaktoren (1a, 1b) im Simultanbetrieb und mit Wärmeabführungsgas von wenigstens einem ersten Kernreaktor (1a, 1b) der mindestens zwei Kernreaktoren erhitzt, wenn sich mindestens ein zweiter Kernreaktor (1a, 1b) im Stillstand befindet.
Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom aus der im Kern (5) mindestens eines Hochtemperatur-Kernreaktors (1) erzeugten Wärme, mit einem Primärkreis (6), in dem ein erstes Wärmeaustausch-Kühlgas des Reaktorkerns (5) zirkuliert, einer mittels einer Welle (11) mit einem Stromgenerator (4) gekoppelten Gasturbine (2), und einem Sekundärkreis (9), in dem ein zweites Wärmeaustauschgas zirkuliert und in den die Gasturbine (2) eingebaut ist, wobei die Vorrichtung zudem mindestens einen Zwischenwärmetauscher (7) mit einem in den Primärkreis (6) des Kernreaktors (1) eingebauten Primärteil und einem in den Sekundärkreis (9) eingebauten Sekundärteil umfasst, zur Erhitzung des zweiten Austauschgases durch das erste Wärmeaustauschgas mit der in dem Reaktorkern erzeugten Wärme, wobei der Zwischentauscher (7) und die Gasturbine (2) Kennwerte aufweisen, die angepasst sind an die Verwendung von Helium als erstem Wärmeaustauschgas und einem Helium- und Stickstoffgemisch als zweitem Wärmeaustauschgas, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Wasser- und Dampfzirkulations-Tertiärkreis (10) umfasst, in den mindestens ein Dampfgenerator (12) und mindestens eine Dampfturbine (3a) eingebaut sind, und der Dampfgenerator (12) einen Sekundärteil, der in den Wasser- und Dampf-Tertiärkreis (10) eingebaut ist und der am Eingang Wasser aufnimmt und am Ausgang der Dampfturbine (3a) Dampf liefert, sowie einen in den Sekundärkreis (9) eingebauten Primärteil umfasst, der das zweite Austauschgas aufnimmt, nachdem es aus der Gasturbine (2) ausgetreten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tertiärkreis (10) zudem einen ersten Vorwärmer-Wärmetauscher (13a), dessen Sekundärteil mit dem Ausgang der ersten Dampfturbine (3a) verbunden ist, die eine mit Nassdampf gespeiste Hochdruckturbine ist und deren Ausgangsteil mit einer zweiten Dampfturbine oder Mitteldruckturbine (3b) verbunden ist, sowie einen zweiten Vorwärmer-Wärmetauscher (13b) umfasst, dessen Sekundärteil durch einen Eingang mit dem Ausgang der zweiten Turbine oder Mitteldruckturbine (3b) verbunden ist, um mit Nassdampf gespeist zu werden, und am Ausgang mit einem Eingangsteil einer dritten Dampfturbine oder Niederdruckturbine (3c) verbunden ist, deren Ausgangsteil mit dem Kreis (10) verbunden ist, in den ein Kondensator (15) eingebaut ist, wobei sowohl der erste als auch der zweite Vorwärmer-Wärmetauscher (13a, 13b) einen Primärteil aufweist, der durch Abzweigungen des Sekundärkreises (9) mit dem zweiten Wärmeaustauschgas gespeist wird, um den Nassdampf vorzuwärmen und zu trocknen, der in den Eingang des Sekundärteils des Vorwärmer-Wärmetauschers eingespeist wird, und der Tertiärkreis (10) ein geschlossener Kreis ist, der ermöglicht, das in dem Kondensator (15) zurückgewonnene Wasser zum Eingang des Sekundärteils des Dampfgenerators (12) zurückzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstromwärmetauscher (16) in einen Teil des Tertiärkreises (10) eingebaut ist, der eine Rückkehr des kondensierten Wassers zum Eingang des Sekundärteils des Dampfgenerators (12) gewährleistet, so dass ein Sekundärteil des Wärmetauschers (16) am Eingang Wasser erhält, das von dem Kondensator (15) stammt, um am Ausgang dem Dampfgenerator (12) vorgewärmtes Wasser zu liefern, und ein Primärteil, in dem das zweite Wärmeaustauschgas zirkuliert, zurückgewonnen am Ausgang des Primärteils des Dampfgenerators (12) und der Vorwärmer-Wärmetauscher (13a, 13b).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) ein Plattenwärmetauscher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis (9) ganz geschlossen ist und einen Verdichter (18) umfasst, um das zweite Wärmeaustauschgas wieder auf einen Druck zu verdichten, der im wesentlichen gleich dem Druck des ersten Wärmeaustauschgases in dem Primärkreis (6) des Kernreaktors (1) ist – vor seiner Wiedereinspeisung in den Eingang des Sekundärteils des Zwischentauschers (7).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zudem mindestens ein Druckausgleichventil (20) umfasst, einerseits mit dem Primärkreis (6) des Kernreaktors (1) und andererseits mit einer Leitung des Sekundärkreises (9) verbunden, welche die Verbindung zwischen dem Ausgang des Verdichters (18) und dem Eingang des Sekundärteils von mindestens einem Wärmetauscher (7) gewährleistet, so dass der Druck des ersten Wärmeaustauschfluids in dem Primärkreis (6) des Kernreaktors (1) und der Druck in dem Sekundärteil von mindestens einem Zwischentauscher (7) im wesentlichen gleich sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zudem einen Moderattemperatur-Wärmetauscher (30) umfasst, der einen mit dem Sekundärkreis verbundenen Primärteil für die Zirkulation des zweiten Wärmeaustauschfluids sowie einen Sekundärteil umfasst, in dem eine Flüssigkeit wie etwa Wasser fließt, die in einer Nebenanlage wie etwa einem städtischen Heizwerk oder einer Meerwasserentsalzungsfabrik benutzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Moderattemperatur-Wärmetauscher (30) in eine Abzweigung bzw. einen Bypass eines Teils des Sekundärkreises (9) eingebaut ist, und dass in der Abzweigungs- bzw. Bypassleitung und in dem Teil des Sekundärkreises, den die Bypassleitung umgeht, Regelventile (27a, 27b) eingebaut sind, um den Durchsatz des zweiten Wärmeaustauschfluids in dem Teil des Sekundärkreises und in der Bypassleitung zu regeln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Kernreaktoren (1a, 1b) enthält, von denen jeder einen Primärkreis (6a, 6b), in dem ein Wärmeabführungsgas zirkuliert, und wenigstens zwei Zwischenwärmetauscher (7a, 7b) umfasst, von denen jeder einen Primärteil hat, jeweils eingebaut in einen Primärkreis (6a, 6b) eines Kernreaktors (1a, 1b), um das Wärmeabführungsgas des Kernreaktors (1a, 1b) zu erhalten, sowie einen Sekundärkreis, eingebaut in jeweils eine Abzweigung (9a, 9b) eines Sekundärkreises, um das zweite Wärmeaustauschfluid zu erhalten, wobei in jede der Abzweigungen (9a, 9b) ein Sperrventil (21a, 21b) eingebaut ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckausgleichsventil (20a, 20b) mit jeder der Abzweigungen (9a, 9b) des Sekundärkreises und mit jedem der Primärkreise (6a, 6b) der Kernreaktoren verbunden ist, um einen Druck des zweiten Austauschgases in dem jeweiligen Sekundärteil eines Wärmetauschers (7a, 7b) aufrechtzuerhalten, der im wesentlichen gleich einem Druck des Wärmeabführungsgases in dem Primärteil des Wärmetauschers (7a, 7b) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis (9) einen einzigen Verdichter (18) zum Verdichten des zweiten Austauschgases vor dem Passieren des Zwischentauschers (7) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (18) einen zwischen 1,5 und 3 enthaltenen Verdichtungsgrad aufweist.