系統的實施例的圖；
[0021] 圖3圖示了發電系統的熱交換器的實施例的圖；
[0022] 圖4圖示了惰性氣體動力源的實施例的正視圖；以及
[0023] 圖5圖示了用于提供用于熱驅動過程負載的動力的方法的實施例的流程圖。
[0024] 不同圖中的相應的數字和符號一般是指相應的部件，除非另有說明，并且可以在 第一實例之后為了簡潔起見不進行重新描述。多個圖被繪制用于圖示示例性實施例的有關 方面。
【具體實施方式】
[0025] 下面詳細討論本示例性實施例的構造和使用。然而，應該理解的是，實施例提供了 很多適用的發明性構思，這些發明性構思可實現在寬種類的特定背景中。所討論的特定實 施例是構造和使用與用于產生熱動力源的過程相關聯的系統、子系統和模塊的僅說明性的 特定方式。
[0026] 采用了開放布雷頓-閉合朗肯聯合循環的聯合氣體/蒸汽循環發電包括燒燃料的 氣體渦輪機和燒燃料的蒸汽渦輪機發電機。熱的渦輪機排氣能量在鍋爐中被回收以部分地 產生蒸汽發電站的蒸汽和過熱蒸汽。然而，聯合循環發電布置要求具有高性能氣體渦輪機 和完整蒸汽發電站兩者的滿載設施成本的滿額的復雜且高成本的組成部件及控制。仍然存 在復雜且寬范圍的超高溫燃燒與環境壓力源，這抵消或縮減了聯合循環發電布置的一些價 值。
[0027] 通過引用合并于此的于1995年7月11日發布的由W*E?辛普金題為"高效率發 電"的美國專利No. 5, 431，016 (以下稱作"辛普金1"）描述了形成有由閉合布雷頓循環提 供動力的輕質氣體反應堆的發電系統，閉合布雷頓循環排出廢熱以供給用于基于蒸汽的朗 肯循環的能量。物理應用指向于指定所有超高溫部位中的碳-碳材料。辛普金1采用了超 高溫輕質氣體以在降低各循環的限制的同時從兩種循環的能量效率優點中獲益。辛普金1 是利用卡諾原理產生較高效率的發電的進步。描述了提高整體的、復合循環效率的綜合途 徑。
[0028] 辛普金1還包括傳統鋼結構內的用于包含極高溫管道和壓力容器的設計概念。辛 普金1的一部分后來被作為通過引用合并于此的于1999年4月27日發布的由W?E?辛 普金題名的"福射對流導熱流隔離屏障（RadiationConvectionConductionHeatFlow InsulationBarriers) "的美國專利No. 5, 896. 895(以下稱作"辛普金2"）發布。最初的 隔離概念保留在辛普金1中公開的"高效率發電"描述中。
[0029] 輕質氣體（例如，氦，"He"）反應堆一般稱作第四代新興核反應堆，其具有由固有 的安全方面激勵的很長的研發（"R&D"）歷史。氦是在反應堆設計中遇到的所有壓力和溫 度中獨特的完全穩定的氣體。甚至在高強度輻射或極高溫度中氦也不會變成放射性的。它 不會改變狀態并且是絕對惰性的。氦不會與有機或無機的原子或分子產生化學作用。它的 惰性對于表面反應是絕對均勻的。氦不會在反應堆冷卻應用中遇到的溫度中電離并且不會 改變它的原子結構。
[0030] 先進的核技術由第四代國際論壇全球性地協調。六個第四代核反應堆開發計劃中 的兩個是氦冷卻的。極高溫度反應堆（"VHTR"）是2013年修建的全規模原型的熱反應堆， 并且現在正經歷組成部件測試和開發的氣冷快中子增殖反應堆（"GFR"）比VHTR晚部署七 至十年。這兩個氦冷反應堆在它們的中子行動過程和生命周期中顯著不同。作為極高溫度 氦流動的產生者，它們是很類似的。利用VHTR和GFR的應用在這里描述為為了提供極高溫 度氦的熱源而在功能上可互換的。
[0031] 已規劃了GFR以有益地降低困難且成本高的核廢料存儲問題。現有的核廢料將在 GFR電力生產中提供即使沒有數世紀也有數十年的非常低成本的燃料供給。GFR是提取潛 在的可裂變材料中的幾乎全部并留下了低水平的殘留輻射廢料的快中子增殖反應堆（fast neutronbreederreactor)。第四代核電站包括氦冷（輕質氣體）反應堆，因為它們固有 地安全的并且是環境無害的。熱版的VHTR和GFR提供了超越用于兩個反應堆的當今的高 性能的很有可能進一步的增長潛力。
[0032] VHTR是具有熱中子能譜的石墨減速氦冷反應堆（graphite-modulated,helium-c ooledreactor)。VHTR被設計成能夠為寬范圍的高溫且能量密集的過程供給電和過程熱(processheat)的高效率系統。形成有連接至中間熱交換器的600兆瓦熱（"MWth"）堆 芯的美國能源部（"DOE"）基準反應堆能夠傳輸過程熱例如高達900°C(1652°F)。反 應堆堆芯根據燃料粒子的結構可以是棱柱塊堆芯（prismaticblockcore)或球床堆芯 (pebble-bedcore)。燃料粒子被用耐高溫的連續材料層涂敷，并且接著或者被形成為嵌入 到用于棱柱塊型堆芯反應堆的六邊形石墨塊內的燃料壓縮體或棒，或者被形成為用于球床 堆芯的涂敷有石墨的球。反應堆產生具有高達大約l〇〇〇°C的堆芯出口氦溫度的熱。閉合氦 回路可以使得能夠提供諸如氫生產或用于石化工業的過程熱等的非電力生產的應用。要求 比由反應堆供給所供給的溫度低的溫度的熱過程（thermalprocesses)可以被配置成供給 應用特定的壓縮機-渦輪機-發動機組，其提供應用特定的渦輪機排出溫度。作為核熱產 生過程的應用，可以通過利用熱化學碘 -硫過程（iodine-sulfurprocess)或者通過施加 蒸汽重整（steamreformer)技術利用附加天然氣的高溫電解過程而僅從熱和水中高效地 生產氫。原型VHTR是在2013年為了 2010年代中期的示范試驗而建造的，并且組成部件和 子系統測試具有GFR的證明了的固有安全特征。
[0033] 因此，VHTR提供了用于高效率電生產以及寬范圍過程熱應用的熱源，同時還在正 常以及非正常事件中保留期望的安全特征。在諸如美國圣符侖堡和桃底原型以及德國的 AVR和THTR原型等的先前的高溫氣體反應堆電站中已經很好地建立了用于VHTR的基本技 術。該技術通過由諸如在南非、日本、法國、韓國和美國的PBMR、GTHTR300C、ANTARES、NHDD、 GT-MHR和NGNP等的多個電站供應商和國家實驗室領導的短期或中期項目而正在進步中。 諸如在日本的HTTR(30MWth)和在中國的HTR-IO(IOMWth)等的實驗反應堆支持先進的概念 開發，以及電與核熱生產應用的熱電聯產。
[0034] GFR系統采用快中子能譜氦冷反應堆以及閉合燃料循環。DOE第四代GFR示范項 目使用用于電產生的直接循環氦渦輪機，或者可以可選地使用其過程熱用于氫的生產。通 過快中子能譜與錒系元素的完全循環再利用的組合，GFR降低了長久的放射性廢料的產生。 GFR的快中子能譜還使得能夠比采用單程（once-through)的燃料循環的熱能譜氣體反應 堆更加高效地使用可得到的裂變且增殖的材料（包括貧鈾）。多個燃料形式是保持用于以 極高溫度操作的潛力并且確保優異的裂變產物的保留的候選。燃料形式包括混合陶瓷燃 料、先進燃料粒子或者錒系化合物的陶瓷包覆的元件。堆芯配置可以基于以針或板為基礎 的組件或基于棱柱塊。DOE第四代GFR基準引用了集成的現場"核廢料"再加工電站GFR燃 料供給。通過快中子能譜與錒系元素的完全循環再利用的組合，GFR開發了成本非常低的 電力并且降低了長久的放射性廢料的產生。
[0035] 如這里所引入的，復合發電設備形成具有兩個相互依賴的閉合循環的渦輪機驅動 的交流發電機。閉合循環布雷頓惰性氣體（例如，氦）渦輪機/交流發電機發電系統被聯 接至閉合循環朗肯蒸汽渦輪機/發電機并將過熱蒸汽供給至該閉合循環朗肯蒸汽渦輪機/ 發電機。經過徹底檢修的候選的（即退役的）或新的朗肯蒸汽渦輪機/發電機被采用用于 朗肯發電過程。朗肯蒸汽渦輪機/發電機以受控的量、壓力和溫度從提取自熱交換器提取 的能量接受蒸汽，熱交換器來自由布雷頓發電系統生產的高溫氦渦輪機流出氣體。布雷頓 循環氣體渦輪機由惰性輕質氣體反應堆（例如，VHTR或GFR)提供動力。供給至朗肯蒸汽 渦輪機/發電機系統的蒸汽溫度被設定且控制為取決于應用的溫度水平，以足以為朗肯蒸 汽渦輪機/發電機負載提供動力。
[0036] 布雷頓發電系統中采用的渦輪機具有低的定制的壓力比，以及低成本的壓縮機和 氣體渦輪機。因此，布雷頓發電系統根據用于整合到現有的蒸汽渦輪機發電機中以形成復 合發電站的規范產生電力并提供過熱蒸汽。在實施例中，布雷頓發電系統為諸如氫生產或 石油提純等的熱驅動的化學或提純過程提供動力。這樣的化學或提純過程可以是吸熱的或 放熱的。
[0037] 這里引入的發電體系結構技術開發時刻到來，其中安全、健康和環境因素比獲得 創紀錄的系統效率具有更重大的后果。健康和安全上的深遠進步以及環境壓力源的消除可 以用現有的實用的發電站的所描述的改造來獲得。另外，這里引入的改造可以容易地使現 有電站容量增加40%或更高，具有用于進一步容量增長的潛力。
[0038] 發電改造同樣適于或者燃化石燃料的或者核動力的電站。現有的以化石為燃料的 或核動力的電站中的熱源系統和鍋爐將被去除。電站的剩余部分、蒸汽渦輪機、交流發電 機、冷凝器、泵以及電氣和控制系統元件和以前一樣繼續使用。
[0039] 附加的大的經濟節約來自于使用相同的場