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La présente invention concerne une installation thermodynamique, à machine thermodynamique dont l'agent moteur circule en circuit fermé, et dans laquelle la chaleur engendrée par un réacteur atomique est transmise à un agent de transport de chaleur, dont le circuit traverse ce réacteur, lequel agent est constitué par l'agent moteur lui même ou par un agent de transport de chaleur intermédiaire échangeant sa chaleur à l'agent moteur.
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Lorsque dans une telle installation ledit avende transport de chaleur est à haute pression, il n'est pas possible de le chauffer dans le récteur à une température assez élevée pour obtenir un bon rendement de la machine thermodynamique, et un comportement favorable de l'agent moteur.
Dans une installation connue, fonctionaant à la vapeur d'eau utilisée comme agent moteur, la vapeur chauffée par la chaleur engendrée dans le réacteur est portée à une température plus élevée au moyen des combustibles usuels. Or ceci exige l'utilisation d'appareils complé- mentaires et de sources d'énergie de deux types différents.
Le but de la présente invention est dé remédier à ces inconvénients et d'utiliser l'énergie atomique seule. Selon la présente invention on utilise à cet effet dans une installation thermodynamique du genre précité un agent de transport de chaleur dont la pression est inférieure à celle de l'agent de transport précité passant à travers le réacteur et qu'on envoie à travers le réacteur au moins dans un deuxième circuit, séparé du premier, en lui transmettant de la chaleur, dont il cède au moins une partie, dans un échangeur de chaleur, au fluide moteur de la machine thermodynamique circulant dans le premier circuit et préalablement chauffé par la chaleur prise dans le réacteur.
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Les dessins annexes donnent une'représentation simplifiée d'un exemple d'exécution de l'objet de l'in- vention. Les figs. 1 à 6 sont des schémas de ces exemples de réalisation.
Les installations thermodynamiques représentées comprennent un réacteur nucléaire 1 que traversent des circuits 21,22, 23, etc... pour les agents de transport de chaleur récupérant la chaleur engendrée dans le réacteur. Des turbines à vapeur 3 avec parties à haute pression 4 et parties à basse pression 5, ainsi que des groupes de turbines à gaz 6 comprenant une turbine 7 et un compresseur 8, actionnent des alternateurs électriques 9.
Les turbines à vapeur 3 comportent des condenseurs 10, des échangeurs de chaleur 11 pour le chauffage préalable de l'eau d'alimentation et des purgeurs 12. Dans les circuits des agents de transport de chaleur sont intercalées des pompes 13. Les circuits sont reliés entre eux ou à des appareils consommateurs de chaleur par des échangeurs de chaleur 151.152, 15, etc....
L'installation thermodynamique représentée sur la fig. 1 comprend un circuit pour l'agent moteur d'une machine thermodynamique, qui est dans ce cas la turbine à vapeur 3 La chaleur engendrée dans le réacteur 1 est transmise par le circuit 21 à l'agent moteur de la turbine
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à vapeur 3 Un agent de transport de chaleur,tel que le CO3 ou l'hélium, dont la pression est inférieure à celle de l'agent de transport de chaleurdu circuit 21 traversant le réacteur, ici l'agent moteur, est conduit par un deuxième circuit 22 séparé de ce circuit 21 à travers le réacteur en absorbant de la chaleur et cède une partie de cette chaleur dans un échangeur 151 à l'agent moteur de la machine thermodynamique, ici la turbine 3, préalablement chauffé dans le premier circuit 21 par la chaleur prise dans le réacteur.
Grâce au fait que l'agent de transport de chaleur du deuxième circuit 22 traversant le réacteur 1 est à une pression inférieure à celle de l'agent de transport de chaleur du premier circuit 21, il est possible de le porter à une température supérieure à celle de l'agent de transport de chaleur circulant dans le premier circuit 21.
En effet, les contraintes imposées aux conduites traversant le réacteur 1 se composent de contraintes de pression et de contraintes thermiques. Si l'une de ces contraintes est réduite, l'autre peut devenir proportionnellement plus importante.
Avant de passer dans l'échangeur de chaleur 151, l'agent de transport de chaleur du deuxième circuit 22 traversant le réacteur (fig. 1) fournit du travail dans la turbine 7 d'un groupe à turbine à gaz 6. En sortant
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'ae l'échangeur de chaleur 151, cet agent de transport ' de chaleur cède dans l'échangeur 152 de la chaleur à l'eau d'alimentation et, dans l'échangeur 153, de la chaleur à l'appareil utilisateur de chaleur 14. Cet agent de transport de chaleur est ensuite comprimé dans le compresseur 8, et ramené dans le réacteur 1. La'turbine vapeur 3 et le groupe 6 à turbine à gaz actionnent les alternateurs 9.
L'installation thermodynamique représentée sur la fig. 2 diffère de celle que montre la fig. 1 en ce sens qu'un troisième circuit 23 traverse le réacteur 1. Par ce circuit, l'agent moteur qui vient de l'étage à haute pression 4 de la turbine à vapeur 3, est surchauffé avant son entrée dans l'étage à basse pression 5. Etant donné que l'agent moteur partiellement détendu se présente déjà sous une pression relativement basse, la surchauffe jusqu'à une température suffisamment élevée peut avoir lieu directement dans le réacteur 1. La resurchauffe intermédiaire de l'agent moteur, qui a lieu directement dans le réacteur 1 au moyen du circuit 23, peut être éventuellement poussée plus fortement que la surchauffe de la vapeur vive qui doit avoir lieu dans l'échangeur de chaleur 151.
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Dans l'installation représente our la fig. ), non seule-tien les deux circuits 21,22, mais également deux autres circuits 24, 25 traversent le réacteur 1. deux autres ciruite 2, traversent réacteur Le circuit 2' sert au pré-chaui'fage de l'agent moteur de la turbine à vapeur 5. Par le circuit 24, l'agent de transport de chaleur, qui est conduit travers le réacteur 1 par la deuxième branche 22, est amené à passer une deuxième fois dans le réacteur 1, après avoir fourni du travail dans la turbine à gaz 7 et de la chaleur à l'agent moteur entrant à l'étage haute pression 4 de la turbine à vapeur 3.
L'agent de transport de chaleur ainsi ramené à une haute -température sert à la surchauffe de l'agent moteur de la turbine à vapeur 3 par l'inter- médiaire de l'échangeur de chaleur 154, ensuite comme dans les installations selon les figs. 1 et 2, et par l'intermédiaire des échangeurs de chaleur 152, 153, au pré-chauffage de l'eau d'alimentation ou comme source de chaleur pour les appareils utilisateurs 14.
Cet agent de transport de chaleur est ensuite comprimé dans le compresseur 8, et à nouveau ramené à travers le réacteur 1 (circuit 22)
L'installation thermodynamique représentée sur la fig. 4 se distingue de celles ci-dessus décrites en ce que l'agent moteur de la turbine à vapeur n'est pas
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chauffé directement au moyen du circuit 21 traversant le réacteur 1, mais que la chaleur engendrée dans le réacteur 1 est transmise par ce circuit 2 à un agent de transport de chaleur intermédiaire, lequel traverse un échangeur de chaleur en contact avec l'agent moteur dans un échangeur 155. L'agent de transport de chaleur intermédiaire est alors un fluide .maintenu à haute pression, par exemple de l'eau sous pression.
Etant donné les difficultés précédemment décrites, il n'est donc pas possible d'obtenir dans le premier circuit 21 un chauffage à une température suffisante, et ce chauffage n'est rendu possible que par l'intermédiaire de l'agent de transport de chaleur circulant dans le deuxième circuit 22 qui traverse le réacteur 1.
Dans les installations représentées sur les figs. 1 à 4, l'agent de transport de chaleur circulant dans le deuxième circuit qui traverse le réacteur est un fluide gazeux tel que l'hélium ou le CO2 (,le fluide fournit également, pendant son circuit, du.travail dans la turbine à gaz 7.
Toutefois il peut être avantageux de renoncer à une turbine à gaz, et d'utiliser un agent liquide comme véhicule de chaleur circulant dans le deuxième circuit qui traverse le réacteur.
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L'agent liquide peut alors, avantageusement, être un métal
Dans l' installation thermodynamique que montre la fig. 5, l'agent de transport de chaleur qui circule dans le deuxième circuit 22 traversant le réacteur 1 est formé par l'agent moteur de la machine thermodynamique, notamment de la turbine 3. Cet agent moteur est prélevé sur la turbine à vapeur 5 à la sortie de l'otage à haute pression 4, c'est-à-dire à l'état de pression relative- . ment basse, et chauffé dans le circuit 22 Il sert ensuite à la surchauffe de l'agent moteur chauffé dans le premier circuit 21 et est amené ensuite à l'étage basse pression 5.
Le circuit tracé en traits interrompus sur la fig. 5 indique cependant que l'agent moteur peut repasser une deuxième fois à travers le réacteur 1 par le circuit 26, avant d'être amené à l'étage basse pression 5.
Dans l'installation thermodynamique que montre la fig. 6, on prélève une partie de l'eau d'alimentation à faible pression dans le circuit 21 de l'agent moteur traversant le réacteur 1, et on la préchauffe, vaporise et surchauffe dans les circuits 27, 28 et 22 Elle sert ensuite, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 151, à la surchauffe de l'agent moteur vaporisé dans le circuit 21
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Elle est finalement ramenée à un étage de la partie haute pression 4 de la turbine à vapeur 3 qui correspond @ à la réduction de sa pression.
Dans tous les exemples précédemment décrits, les machines thermodynamiques dont l'agent moteur reçoit de la chaleur dans le premier circuit 21 qui traverse le réacteur, sont des turbines à vapeur. Il est cependant possible d'établir, dans l'esprit de l'invention, des installations dans lesquelles ces turbines à vapeur sont remplacées par d'autres machines thermodynamiques, par exemple par des turbines à gaz.
Les exemples montrent chacun un réacteur que traversent plusieurs circuits prévus pour les véhicules de chaleur.
On peut cependant diviser le réacteur en plusieurs réacteurs unitaires, à travers chacun desquels passe alors un circuit, ou en un réacteur pour les circuits des agents de transport de chaleur à haute pression, et un autre pour les circuits des agents de transport de chaleur à basse pression.
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The present invention relates to a thermodynamic installation, with a thermodynamic machine, the driving agent of which circulates in a closed circuit, and in which the heat generated by an atomic reactor is transmitted to a heat transport agent, the circuit of which passes through this reactor, which agent is constituted by the motive agent itself or by an intermediate heat transport agent exchanging its heat to the motive agent.
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When in such an installation said heat transport avende is at high pressure, it is not possible to heat it in the reactor to a temperature high enough to obtain good efficiency of the thermodynamic machine, and favorable behavior of the agent. engine.
In a known installation, functioning with water vapor used as a driving agent, the vapor heated by the heat generated in the reactor is brought to a higher temperature by means of conventional fuels. However, this requires the use of complementary apparatus and energy sources of two different types.
The aim of the present invention is to remedy these drawbacks and to use atomic energy alone. According to the present invention is used for this purpose in a thermodynamic installation of the aforementioned type a heat transport agent whose pressure is lower than that of the aforementioned transport agent passing through the reactor and which is sent through the reactor. at least in a second circuit, separated from the first, by transmitting heat to it, of which it transfers at least a part, in a heat exchanger, to the driving fluid of the thermodynamic machine circulating in the first circuit and previously heated by heat taken in the reactor.
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The accompanying drawings give a simplified representation of an exemplary embodiment of the object of the invention. Figs. 1 to 6 are diagrams of these exemplary embodiments.
The thermodynamic installations shown include a nuclear reactor 1 through which circuits 21, 22, 23, etc ... for the heat transport agents recovering the heat generated in the reactor. Steam turbines 3 with high pressure parts 4 and low pressure parts 5, as well as gas turbine groups 6 comprising a turbine 7 and a compressor 8, drive electric alternators 9.
The steam turbines 3 include condensers 10, heat exchangers 11 for the preliminary heating of the feed water and traps 12. In the circuits of the heat transport agents are interposed pumps 13. The circuits are connected. between themselves or to devices consuming heat by heat exchangers 151.152, 15, etc.
The thermodynamic installation shown in FIG. 1 comprises a circuit for the driving agent of a thermodynamic machine, which is in this case the steam turbine 3 The heat generated in the reactor 1 is transmitted through the circuit 21 to the driving agent of the turbine
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steam 3 A heat transport agent, such as CO3 or helium, the pressure of which is lower than that of the heat transport agent of circuit 21 passing through the reactor, here the motive agent, is driven by a second circuit 22 separated from this circuit 21 through the reactor by absorbing heat and yielding part of this heat in an exchanger 151 to the driving agent of the thermodynamic machine, here the turbine 3, previously heated in the first circuit 21 by the heat taken in the reactor.
Thanks to the fact that the heat transport agent of the second circuit 22 passing through the reactor 1 is at a lower pressure than that of the heat transport agent of the first circuit 21, it is possible to bring it to a temperature above that of the heat transport agent circulating in the first circuit 21.
Indeed, the stresses imposed on the pipes passing through the reactor 1 consist of pressure stresses and thermal stresses. If one of these constraints is reduced, the other can become proportionately more important.
Before passing through the heat exchanger 151, the heat transport medium of the second circuit 22 passing through the reactor (fig. 1) provides work in the turbine 7 of a gas turbine group 6. On leaving
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In the heat exchanger 151, this heat transport medium in the exchanger 152 transfers heat to the feed water and, in the exchanger 153, heat to the heat user apparatus 14. This heat transport agent is then compressed in the compressor 8, and returned to the reactor 1. The steam turbine 3 and the gas turbine group 6 operate the alternators 9.
The thermodynamic installation shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in the sense that a third circuit 23 passes through the reactor 1. By this circuit, the motive agent which comes from the high pressure stage 4 of the steam turbine 3, is superheated before entering the second stage. low pressure 5. Since the partially expanded motive medium is already at relatively low pressure, superheating to a sufficiently high temperature can take place directly in reactor 1. Intermediate reheating of the motive medium, which takes place directly in the reactor 1 by means of the circuit 23, can optionally be pushed more strongly than the superheating of the live steam which must take place in the heat exchanger 151.
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In the installation shown in fig. ), not only the two circuits 21, 22, but also two other circuits 24, 25 pass through the reactor 1. two other circuits 2, pass through the reactor The circuit 2 'is used for pre-heating of the motor agent of the steam turbine 5. By the circuit 24, the heat transport medium, which is conducted through the reactor 1 by the second branch 22, is caused to pass a second time in the reactor 1, after having provided work in the gas turbine 7 and heat to the motive medium entering the high pressure stage 4 of the steam turbine 3.
The heat transport medium thus brought to a high temperature is used for superheating the motive medium of the steam turbine 3 via the heat exchanger 154, then as in the installations according to the figs. 1 and 2, and via the heat exchangers 152, 153, for pre-heating the feed water or as a heat source for the user devices 14.
This heat transport agent is then compressed in the compressor 8, and again returned through the reactor 1 (circuit 22)
The thermodynamic installation shown in FIG. 4 differs from those described above in that the driving agent of the steam turbine is not
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heated directly by means of the circuit 21 passing through the reactor 1, but that the heat generated in the reactor 1 is transmitted by this circuit 2 to an intermediate heat transport medium, which passes through a heat exchanger in contact with the motive medium in an exchanger 155. The intermediate heat transport agent is then a fluid maintained at high pressure, for example pressurized water.
Given the difficulties described above, it is therefore not possible to obtain in the first circuit 21 heating to a sufficient temperature, and this heating is only made possible by means of the heat transport agent. circulating in the second circuit 22 which passes through the reactor 1.
In the installations shown in figs. 1 to 4, the heat transport agent circulating in the second circuit which passes through the reactor is a gaseous fluid such as helium or CO2 (, the fluid also provides, during its circuit, work in the turbine to gas 7.
However, it may be advantageous to do without a gas turbine, and to use a liquid agent as a heat vehicle circulating in the second circuit which passes through the reactor.
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The liquid agent can then, advantageously, be a metal
In the thermodynamic installation shown in fig. 5, the heat transport agent which circulates in the second circuit 22 passing through the reactor 1 is formed by the driving agent of the thermodynamic machine, in particular of the turbine 3. This driving agent is taken from the steam turbine 5 at the exit of the hostage at high pressure 4, that is to say in the state of relative pressure. low, and heated in circuit 22 It then serves to overheat the heated motor medium in the first circuit 21 and is then brought to the low pressure stage 5.
The circuit drawn in broken lines in FIG. 5 indicates however that the motive agent can pass again through the reactor 1 via the circuit 26, before being brought to the low pressure stage 5.
In the thermodynamic installation shown in fig. 6, part of the feed water is taken at low pressure in the circuit 21 of the motive medium passing through the reactor 1, and it is preheated, vaporized and superheated in the circuits 27, 28 and 22 It is then used, via the heat exchanger 151, to the overheating of the motive agent vaporized in the circuit 21
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It is finally brought back to a stage of the high pressure part 4 of the steam turbine 3 which corresponds to the reduction of its pressure.
In all the examples described above, the thermodynamic machines, the driving agent of which receives heat in the first circuit 21 which passes through the reactor, are steam turbines. It is however possible to establish, in the spirit of the invention, installations in which these steam turbines are replaced by other thermodynamic machines, for example by gas turbines.
The examples each show a reactor through which several circuits intended for heat vehicles pass.
However, the reactor can be divided into several unit reactors, through each of which then passes a circuit, or into a reactor for the circuits of the high pressure heat transport agents, and another for the circuits of the heat transport agents at low pressure.