地、相同的配電系統、相同的支持與物 理基礎設施以及不變的冷卻水供給與蒸汽冷凝器系統。如這里所引入的，蒸汽發電設備的 改造提供復合電站容量和效率上的大的增加。經過再加工的"核廢料"可以為GFR提供低 成本燃料的充裕的供給。這些經濟杠桿為實施被束之高閣的電站的高效率改造或者代替必 要的主要檢修提供了動機。
[0040] 經改造的發電站可以提供對于實用性可觀的財務效益。可以將有價值的資產收回 再利用，包括場地、轉動系統、冷卻冷凝系統、電的基礎設施/電網連接以及商業基礎設施 的功能性元件。因此，可以得到使用充裕的、低成本燃料的可觀的電站容量增加，由此提供 了比先前采用的解決方案更安全且更干凈的發電解決方案。
[0041] 現在轉到圖1，圖示的是發電系統的實施例的圖。發電系統包括具有布雷頓閉合環 路發電和處理系統以及朗肯閉合環路動力處理系統的兩個相互依賴的閉合環路熱/電動 力系統。圖1圖示的元件未按比例繪制。
[0042] 熱/電動力轉換器102形成有全部經由可轉動軸130機械地聯接的發電機（諸如 交流發電機等）110、氣體渦輪機112以及壓縮機114。發電機110的電力輸出111可以通 過開關設備和可選的功率轉換器113被聯接至諸如交流（"ac"）或直流（"dc"）電力網 等的電力網106。發電機110是能夠根據其設計產生ac輸出或者dc輸出的電-機械裝置。 術語"交流發電機"在這里將用于指能夠產生ac輸出的電-機械裝置。開關設備和可選的 功率轉換器113可以包括ac變壓器和反相器。
[0043] 在實施例中，可選的功率轉換器113可以被用于成將發電機110的dc輸出轉換成 頻率適于連接至電力網106的ac。在實施例中，可選的功率轉換器113可以被用于將發電 機110的一頻率的ac輸出轉換成適于連接至電力網106的另一頻率。可以在氣體渦輪機 112與發電機110之間聯接可選的齒輪箱，以提供與發電機110的相對于氣體渦輪機112的 轉動速率不同的轉動速率。
[0044] 氣體渦輪機112的輸入124被聯接至諸如VHTR或GFR氦冷輕質氣體反應堆等的 高溫高壓惰性氣體熱動力源（稱作"惰性氣體動力源"或"惰性氣體熱動力源"）101。在下 文中參照圖4圖示并描述了示例的高溫高壓氦冷氣體動力源。諸如但不限于氬、氙和氖等 的其他惰性氣體在本發明的寬范疇內被預想作為用于惰性氣體動力源的熱傳送/工作流 體介質。氣體渦輪機112的低壓輸出128被聯接至熱交換器140的高溫輸入129。熱交換 器140的低壓輸出126被聯接至壓縮機114的低壓輸入123。壓縮機114的高壓輸出121 經由返回線122被聯接至惰性氣體動力源101的輸入。
[0045] 諸如VHTR或GFR等的惰性氣體反應堆可以將粉塵粒子引入到惰性氣體流內，特別 是用球床反應堆。隨著時間的推移，粉塵粒子可以侵蝕氣體渦輪機和壓縮機葉片，并且甚 至侵蝕管道彎折處的惰性氣體管道。為了從惰性氣體流中去除這樣的粉塵粒子，可以在熱 交換器140的低壓輸出126與壓縮機114的低壓輸入123之間安裝過濾器131，安裝過濾 器131的部位是低溫位置。在實施例中，這樣的過濾器131可以具有7的最小等效報告值 ("MERV"）。
[0046] 熱/電動力轉換器102在這里被假定為可在其輸入與聯合輸出之間操作，聯合輸 出包括發電機110的電力輸出111以及在熱交換器140的高溫蒸汽輸出142與低溫流體水 輸入144之間的熱輸出，其中熱交換器140具有高度高效的動力轉換。這假定發電機110能 夠以基本上100%的動力轉換效率操作。能夠操作成在高電力發電站中將機械軸動力轉換 成電輸出的實用發電機一般可以獲得在90%幾的范圍至90%幾的范圍內靠后的（mid-to high-90%range)動力轉換，并且這里該高功率發電設備的略不完美的動力轉換效率被忽 略掉。這樣的機械-電動力轉換電站不受由卡諾循環強加的第二定律效率約束的限制。
[0047] 熱交換器140的高溫蒸汽輸出142被聯接至熱驅動朗肯循環發電站（也稱作"發 電站"）104的輸入。在實施例中，在熱交換器140的高溫蒸汽輸出142處產生的熱能可以 將動力輸入提供至可以是現有的經過改造的蒸汽驅動電站的發電站104。發電站104的高 壓被冷卻的水輸出被聯接至熱交換器140的低溫流體水輸入144。因此，除了發電機110的 小的低效率以外，基本上熱/電動力轉換器102的整個熱輸出都被供給至發電站104。除了 用于發電機110的適度冷卻以外，基本上不需要聯接至熱/電動力轉換器102的熱沉。
[0048] 在計算系統性能評價時，為了方便起見，在計算熱交換器壓降時包括管線壓力損 失。在熱交換器140的輸入側的小的壓降不會對系統低效率做貢獻。熱交換器140的小壓 降簡單地通過操作壓縮機114與氣體渦輪機112之間的壓力差來調節。可能用于冷卻發電 機11〇(或其他系統元件）的被加熱的水或其他被加熱的流體的熱含量可以在被供給至壓 縮機114之前對熱交換器140的高溫蒸汽輸出142處的低壓的被冷卻的氦進行預加熱，以 便為熱/電動力轉換器102提供進一步的效率增加。
[0049] 發電站104能夠以傳統的方式操作。來自熱交換器140的高溫蒸汽輸出142的高 壓高溫蒸汽被聯接至發電站104的氣體渦輪機152的高壓高溫輸入。發電站104的發電機 150被機械地聯接至氣體渦輪機152的可轉動軸，并且發電機150的電功率輸出151可以通 過在功能上可與上文先前描述的開關設備和可選動力轉換器113類似的開關設備和可選 動力轉換器153被聯接至電力網106。發電機150聯接至其上的電力網可以與熱/電動力 轉換器102的發電機110聯接至其上的電力網相同或不同。
[0050] 氣體渦輪機152的低壓蒸汽輸出154被聯接至發電站104的熱交換器/冷凝器 156的輸入。傳導低壓被冷卻的水的熱交換器/冷凝器156的低溫輸出155被聯接至發電 站104的水泵160的低壓輸入。水泵160的高壓水輸出被聯接至熱交換器140的低溫液體 水輸入144。熱交換器/冷凝器156的高溫水輸出158被聯接至諸如從河供給的冷卻水等 的低溫熱沉。熱交換器/冷凝器156的低溫（例如，40°F至80°F)液體水輸入159被聯 接至低溫熱沉。熱交換器/冷凝器156可以是對于排出到熱驅動過程中的冷卻水子系統的 廢熱而言不變化的蒸汽冷凝器。
[0051] 以在上文中描述的與對于在熱交換器140的低壓輸出126之后安裝的氦過濾器 131方式類似的方式，可以將水過濾器引入到熱交換器/冷凝器156與熱交換器140之間的 冷水回路中以去除懸浮粒子。
[0052]圖1中圖示的發電系統的整體動力轉換效率是用發電機110、150的合計電輸出除 以在氣體渦輪機112的輸入124與壓縮機114的高壓輸出121 (至惰性氣體動力源101)之 間測量的熱輸入得到的值，并且在實際電站中可以是45%至50%或更高的數量級。典型的 以核、天然氣、油或煤為燃料的發電站的整體熱效率典型地為百分之三十五左右，并且受實 際朗肯循環氣體渦輪機/壓縮機動力轉換器的卡諾效率的限制。如這里介紹的前端熱/電 動力轉換器102的整體效率不受如此限制。
[0053] 在示例的實施例中，惰性氣體動力源101將具有大約IlOOMWth的能量流的處于大 約1650°F的溫度的惰性氣體熱源提供至氣體渦輪機112的輸入124。可以預想的是，惰 性氣體動力源101可以產生處于高達2500°F或更高（在示例中為1650°F)的溫度的 惰性氣體，并且由惰性氣體動力源101產生的處于較低溫度的遺留熱能可以被完全用于為 熱驅動閉合環路、朗肯循環蒸汽動力系統或者諸如例如產生氣體氫的化學反應器等的其他 由熱提供動力的過程提供動力。氣體渦輪機112的在該示例中的軸輸出動力是大約230兆 瓦熱（"麗th"），該輸出假定對于該實施例而言被以100%的效率轉換成大約230兆瓦電 ("麗e"）。熱交換器140產生大約87(MWth，這是由惰性氣體動力源101產生的IKKMWth 與由發電機110產生的23(MWe之間的差。
[0054] 還可以預想的是，高效氣體渦輪機-壓縮機-發電機組將以20, 000轉每分鐘或更 高的受控的轉動速度轉動。可以進一步預想的是，由碳_碳復合材料或諸如鎳基合金、絡鎳 鐵合金、鎳基高溫合金（Waspaloy)以及Rene合金等的超合金形成的氣體禍輪機葉片將在 高達2800°F溫度下能夠承受這樣的轉動速度。盡管如此，實際的高度高效的熱/電動力 轉換電站可以較低轉動速度或較低操作溫度形成。
[0055] 氣體渦輪機112的低壓輸出128通過用第一儲存罐控制閥117和第二儲存罐控制 閥118控制惰性氣體動力源101中的惰性氣體的量而被調整至大約960°F的溫度，各儲 存罐控制閥被聯接至惰性氣體（例如氦）儲存罐（也稱作"儲存罐"）116并與之串聯。儲 存罐116提供熱大小調節（sizing)功能，用于使熱/電動力轉換器102中的氦質量流與聯 接至其上的熱驅動過程負載的熱動力要求匹配，其中熱驅動過程負載可以是先前由基于碳 燃燒或基于核動力的動力源提供動力的現有運行的系統。儲存罐116經由第一儲存罐控制 閥117被聯接至壓縮機114的低壓輸入123并經由第二儲存罐控制閥118被聯接至壓縮機 114的高壓輸出121，并且被配置成調整惰性氣體動力源1