01和/或熱/電動力轉換器102 的動力輸出和/或溫度。
[0056] 作為示例，如果90(MWe蒸汽電站由三個分歧的熱/電動力轉換器102支持，則 由儲存罐116提供的用于各轉換器的氦供給將是使用各個第一和第二儲存罐控制閥117、 118 "微調"（vernier)地修整，用于在提供氣體渦輪機112的輸出128處的特定溫度的同 時基本上完美地負載共享。在提供dc輸出的速度可變化的渦輪機電站中，第一和第二儲存 罐控制閥117、118可以用于改變氣體渦輪機112的輸出128處的溫度或輸出動力。在采用 了對于氣體渦輪機112而言固定的轉動速率的系統中，第一和第二儲存罐控制閥117、118 可以用于隨后的負載。這是獨特的，因為所有系統溫度都可以是固定的并且部分負載效率 將在聯接至系統的電負載的范圍內基本上不變。
[0057] 在實施例中，氣體渦輪機112被以基本上恒定的轉動速度操作，使得聯接至 氣體渦輪機112的可轉動軸130的發電機110能夠產生處于基本固定頻率（例如， 60Hertz( "Hz"））的ac輸出。聯接至壓縮機114的低壓輸入123的低壓冷卻的氦為大約 100°F。第一儲存罐控制閥117被聯接至熱交換器140的低壓輸出126。第二儲存罐控制 閥118被聯接至來自壓縮機114的高壓輸出121的返回線122。儲存罐116內的氦氣體的 壓力在通入壓縮機114的低壓輸入123處的氦壓力與壓縮機114的高壓輸出121處的氦壓 力之間的中間。通過打開第一儲存罐控制閥117,來自儲存罐116的氦流入到供給惰性氣體 動力源101的閉合循環氦環路內，由此增加了閉合循環氦環路中的整體氦壓力。通過打開 第二儲存罐控制閥118,氦從返回線122返回至儲存罐116,由此降低了閉合循環氦環路中 的整體氦壓力。以該方式，控制來自惰性氣體動力源101的氦輸出流的溫度。
[0058] 在示例系統中，在熱交換器140的高溫蒸汽輸出142處產生的高壓高溫蒸汽為大 約900°F。供給至氣體渦輪機112的輸入的高壓蒸汽通過氣體渦輪機152被降低成在氣 體渦輪機152的低壓蒸汽輸出154處的溫度為大約80°F至100°F的低壓蒸汽。發電機 150被機械地聯接至氣體渦輪機152的可轉動軸，產生了 300MWe。剩余的熱輸出被傳送至 熱沉（即，從河或其他大量水體供給的冷卻水）。氣體渦輪機152的低壓蒸汽輸出154處的 低壓蒸汽在熱交換器/冷凝器156中被冷凝成大約相同溫度的低壓水。水泵160以基本相 同的溫度使處于其輸出的水重新加壓。
[0059]由圖1中圖示的熱/電動力轉換器102進行的發電系統的整體復合系統效率是大 約23(MWe(由發電機110產生的）加上30(MWe(由發電機150產生的）除以IKKMWth(由 惰性氣體動力源101產生的熱）得到的值，這大約為45%至50%，是傳統燒燃料的或以核 為動力的發電站的效率的幾乎兩倍。
[0060] 現在轉到圖2,圖示的是發電系統的實施例的圖。發電系統形成有具有布雷頓閉合 環路發電的閉合環路熱/電動力系統。圖2中圖示的元件未按比例繪制。
[0061] 類似于圖1的發電系統，發電系統包括熱/電動力轉換器102,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110、氣體渦輪機112和壓縮機114。 發電機110的電功率輸出111通過開關設備和可選的動力轉換器113被聯接至ac電力網 106。為簡潔起見將不重復熱/電動力轉換器102的與參照圖1在上文中描述的那些元件 類似的剩余元件的描述。
[0062] 熱交換器140的高溫蒸汽輸出142被聯接至諸如化學處理或提純過程等的吸熱過 程負載240的高溫熱輸出。在實施例中，熱交換器140的低溫液體水輸入144被聯接至諸 如河或可提供處于40°F至80°F范圍內溫度的冷卻水的過濾器水管（screen)等的冷卻 水源258。在實施例中，熱交換器140的低溫液體水輸入144被聯接至熱驅動過程負載240 的低溫水輸出。在任一情況中，低溫液體水輸入144可以通過液體水泵260來循環。
[0063] 吸熱過程負載240由此基本上全部由發電系統提供動力，除了液體水泵260(或 者，類似地，由圖1中圖示的液體水泵160)所需的相對非常小的動力以外。
[0064] 吸熱過程負載240可以是但不限于化學或提純吸熱系統，在實施例中可以被功能 性地并入到由熱交換器140表示的過程中。在這樣的布置中，吸熱過程負載240可以作為 熱源直接使用由熱交換器140所表示的過程提供的高溫蒸汽（或其他工作流體）。熱交換 器140的輸出142和輸入144可以攜帶過程流體。在實施例中，吸熱過程負載240的廢熱 可以被直接排出至諸如河等的熱沉，或者至大氣，有或沒有進一步熱交換。
[0065] 熱驅動過程負載240 -般將產生可以在熱交換器（例如，參照圖1在上文中圖示 并描述的熱交換器/冷凝器156)中被冷卻和冷凝的高溫蒸汽。作為可選方案，根據熱驅動 過程負載140的需要，高溫蒸汽可以被排出至大氣。因此，熱/電動力轉換器102可以用于 為熱驅動過程負載提供高溫蒸汽或其他工作流體，并且同時生產出在本地產生的電，所有 都是以環境敏感且安全的方式進行的。
[0066]圖2中圖示的發電系統的動力輸出（或溫度）可以經由儲存罐控制閥被以與用于 圖1的發電系統的在上文中先前所描述的方式類似的方式進行調整，儲存罐控制閥分別聯 接在惰性氣體儲存罐與壓縮機114的輸入和輸出之間。
[0067] 現在轉到圖3,圖示了發電系統的熱交換器140的實施例的圖。熱交換器140形成 有串聯聯接的過熱器熱交換器310、沸騰器熱交換器320和水預加熱器熱交換器330。過熱 器熱交換器310被聯接至熱交換器140的高溫輸入129和高溫蒸汽輸出142。過熱器熱交 換器310被配置成從高溫輸入129處存在的高溫惰性氣體提取熱能給高溫蒸汽輸出142處 的被過加熱的蒸汽。高溫輸入129處存在的惰性氣體的示例溫度為960°F。在實施例中， 惰性氣體是氦。在高溫蒸汽輸出142處產生的被過加熱的蒸汽的溫度為900°F或更高，取 決于過熱器熱交換器310的效率。過熱器熱交換器310因此是氣體到氣體（gas-to-gas) 的熱交換器。
[0068] 沸騰器熱交換器320的高溫惰性氣體輸入被聯接至過熱器熱交換器310的降低溫 度的惰性氣體輸出。沸騰器熱交換器320的高溫蒸汽輸出被聯接至過熱器熱交換器310的 蒸汽輸入。這些輸入和輸出處的流體的示例溫度為大約650°F。沸騰器熱交換器320因 此是氣體到沸騰液體（gas-to-boilingliquid)的熱交換器。
[0069] 預加熱器熱交換器330的進一步降低溫度的惰性氣體輸入被聯接至沸騰器熱交 換器320的低溫惰性氣體輸出。預加熱器熱交換器330的高溫水輸出被聯接至沸騰器熱交 換器320的熱水輸入。這些輸入和輸出處的流體的示例溫度為大約600°F至650°F。熱 交換器140的低溫熱水輸入144被聯接至預加熱器熱交換器330的低溫輸入，并且預加熱 器熱交換器330的低壓低溫惰性氣體輸出被聯接至熱交換器140的低壓輸出126。這些輸 入和輸出處的流體的示例溫度為大約80°F至100°F。預加熱器交換器330因此是氣體 到液體（gas-to-liquid)的熱交換器。
[0070] 通過構造具有形成如上文中先前所描述的三個熱交換器級的三個熱交換器的熱 交換器140,能夠獲得高的整體熱交換器效率。可以在這些熱交換器級中的每一級中獲得大 約4%的惰性氣體氦的實際壓降。通過熱交換器組件的整體壓降因此將是大約（1-. 04)3， 這大約為11%至12%。流過惰性氣體動力源101(參見圖1)的惰性氣體的壓降將是大約 5%。三個熱交換器級與惰性氣體動力源101 (大約16% )的總壓降是通過由壓縮機114產 生的壓力與由氣體渦輪機112(再次參見圖1)吸收的壓力的差構成的。沒有凈能量損失， 因為歸因于這些壓降的各個低效產生了最終由聯接至熱交換器140的高溫蒸汽輸出142的 熱驅動過程負載吸收的熱。
[0071] 現在轉到圖4,圖示的是惰性氣體動力源（例如，GFR) 101的實施例的正視圖。GFR 是能夠用布雷頓閉合循環氣體渦輪機操作的快中子增殖反應堆。GFR采用氦作為能夠承受 高溫下的高壓的收容容器（containmentvessel) 405內的堆芯冷卻劑。反應堆堆芯420通 過作為被允許在惰性氣體動力源101的低溫輸入422處以諸如460°F等的低溫進入并且 在惰性氣體動力源101的高溫輸出424處以諸如1650°F等的高溫排出的工作流體的氦被 強制對流冷卻。反應堆堆芯420的動力水平由控制棒430控制。接近千兆瓦或更高的動力 水平是在實際設計中期望獲得的。
[0072] 為了高效利用鈾以及能夠在高溫輸出424處產生高的氣體溫度（例如，2000°F 或更高）的諸如釷等的其他裂變燃料源，反應堆堆芯420用快中子能譜操縱。氦是優選的 制冷劑，因為它具有低的中子捕獲截面并且不產生可能由水冷反應堆中的處于高溫的蒸汽 的離解所產生的諸如氫氣等的爆炸氣體。氦作為制冷劑具有其他優點，因為它在渦輪機中 較低溫度處不冷凝成可能侵蝕渦輪機葉片的表面的液滴，并且在核環境中不產生放射性同 位素。GFR具有有吸引力的燃料增殖特性，并且能夠操作很多年而不需要再裝填燃料。