系统的实施例的图；
[0021] 图3图示了发电系统的热交换器的实施例的图；
[0022] 图4图示了惰性气体动力源的实施例的正视图；以及
[0023] 图5图示了用于提供用于热驱动过程负载的动力的方法的实施例的流程图。
[0024] 不同图中的相应的数字和符号一般是指相应的部件，除非另有说明，并且可以在 第一实例之后为了简洁起见不进行重新描述。多个图被绘制用于图示示例性实施例的有关 方面。
【具体实施方式】
[0025] 下面详细讨论本示例性实施例的构造和使用。然而，应该理解的是，实施例提供了 很多适用的发明性构思，这些发明性构思可实现在宽种类的特定背景中。所讨论的特定实 施例是构造和使用与用于产生热动力源的过程相关联的系统、子系统和模块的仅说明性的 特定方式。
[0026] 采用了开放布雷顿-闭合朗肯联合循环的联合气体/蒸汽循环发电包括烧燃料的 气体涡轮机和烧燃料的蒸汽涡轮机发电机。热的涡轮机排气能量在锅炉中被回收以部分地 产生蒸汽发电站的蒸汽和过热蒸汽。然而，联合循环发电布置要求具有高性能气体涡轮机 和完整蒸汽发电站两者的满载设施成本的满额的复杂且高成本的组成部件及控制。仍然存 在复杂且宽范围的超高温燃烧与环境压力源，这抵消或缩减了联合循环发电布置的一些价 值。
[0027] 通过引用合并于此的于1995年7月11日发布的由W*E?辛普金题为"高效率发 电"的美国专利No. 5, 431，016 (以下称作"辛普金1"）描述了形成有由闭合布雷顿循环提 供动力的轻质气体反应堆的发电系统，闭合布雷顿循环排出废热以供给用于基于蒸汽的朗 肯循环的能量。物理应用指向于指定所有超高温部位中的碳-碳材料。辛普金1采用了超 高温轻质气体以在降低各循环的限制的同时从两种循环的能量效率优点中获益。辛普金1 是利用卡诺原理产生较高效率的发电的进步。描述了提高整体的、复合循环效率的综合途 径。
[0028] 辛普金1还包括传统钢结构内的用于包含极高温管道和压力容器的设计概念。辛 普金1的一部分后来被作为通过引用合并于此的于1999年4月27日发布的由W?E?辛 普金题名的"福射对流导热流隔离屏障（RadiationConvectionConductionHeatFlow InsulationBarriers) "的美国专利No. 5, 896. 895(以下称作"辛普金2"）发布。最初的 隔离概念保留在辛普金1中公开的"高效率发电"描述中。
[0029] 轻质气体（例如，氦，"He"）反应堆一般称作第四代新兴核反应堆，其具有由固有 的安全方面激励的很长的研发（"R&D"）历史。氦是在反应堆设计中遇到的所有压力和温 度中独特的完全稳定的气体。甚至在高强度辐射或极高温度中氦也不会变成放射性的。它 不会改变状态并且是绝对惰性的。氦不会与有机或无机的原子或分子产生化学作用。它的 惰性对于表面反应是绝对均匀的。氦不会在反应堆冷却应用中遇到的温度中电离并且不会 改变它的原子结构。
[0030] 先进的核技术由第四代国际论坛全球性地协调。六个第四代核反应堆开发计划中 的两个是氦冷却的。极高温度反应堆（"VHTR"）是2013年修建的全规模原型的热反应堆， 并且现在正经历组成部件测试和开发的气冷快中子增殖反应堆（"GFR"）比VHTR晚部署七 至十年。这两个氦冷反应堆在它们的中子行动过程和生命周期中显著不同。作为极高温度 氦流动的产生者，它们是很类似的。利用VHTR和GFR的应用在这里描述为为了提供极高温 度氦的热源而在功能上可互换的。
[0031] 已规划了GFR以有益地降低困难且成本高的核废料存储问题。现有的核废料将在 GFR电力生产中提供即使没有数世纪也有数十年的非常低成本的燃料供给。GFR是提取潜 在的可裂变材料中的几乎全部并留下了低水平的残留辐射废料的快中子增殖反应堆（fast neutronbreederreactor)。第四代核电站包括氦冷（轻质气体）反应堆，因为它们固有 地安全的并且是环境无害的。热版的VHTR和GFR提供了超越用于两个反应堆的当今的高 性能的很有可能进一步的增长潜力。
[0032] VHTR是具有热中子能谱的石墨减速氦冷反应堆（graphite-modulated,helium-c ooledreactor)。VHTR被设计成能够为宽范围的高温且能量密集的过程供给电和过程热(processheat)的高效率系统。形成有连接至中间热交换器的600兆瓦热（"MWth"）堆 芯的美国能源部（"DOE"）基准反应堆能够传输过程热例如高达900°C(1652°F)。反 应堆堆芯根据燃料粒子的结构可以是棱柱块堆芯（prismaticblockcore)或球床堆芯 (pebble-bedcore)。燃料粒子被用耐高温的连续材料层涂敷，并且接着或者被形成为嵌入 到用于棱柱块型堆芯反应堆的六边形石墨块内的燃料压缩体或棒，或者被形成为用于球床 堆芯的涂敷有石墨的球。反应堆产生具有高达大约l〇〇〇°C的堆芯出口氦温度的热。闭合氦 回路可以使得能够提供诸如氢生产或用于石化工业的过程热等的非电力生产的应用。要求 比由反应堆供给所供给的温度低的温度的热过程（thermalprocesses)可以被配置成供给 应用特定的压缩机-涡轮机-发动机组，其提供应用特定的涡轮机排出温度。作为核热产 生过程的应用，可以通过利用热化学碘 -硫过程（iodine-sulfurprocess)或者通过施加 蒸汽重整（steamreformer)技术利用附加天然气的高温电解过程而仅从热和水中高效地 生产氢。原型VHTR是在2013年为了 2010年代中期的示范试验而建造的，并且组成部件和 子系统测试具有GFR的证明了的固有安全特征。
[0033] 因此，VHTR提供了用于高效率电生产以及宽范围过程热应用的热源，同时还在正 常以及非正常事件中保留期望的安全特征。在诸如美国圣符仑堡和桃底原型以及德国的 AVR和THTR原型等的先前的高温气体反应堆电站中已经很好地建立了用于VHTR的基本技 术。该技术通过由诸如在南非、日本、法国、韩国和美国的PBMR、GTHTR300C、ANTARES、NHDD、 GT-MHR和NGNP等的多个电站供应商和国家实验室领导的短期或中期项目而正在进步中。 诸如在日本的HTTR(30MWth)和在中国的HTR-IO(IOMWth)等的实验反应堆支持先进的概念 开发，以及电与核热生产应用的热电联产。
[0034] GFR系统采用快中子能谱氦冷反应堆以及闭合燃料循环。DOE第四代GFR示范项 目使用用于电产生的直接循环氦涡轮机，或者可以可选地使用其过程热用于氢的生产。通 过快中子能谱与锕系元素的完全循环再利用的组合，GFR降低了长久的放射性废料的产生。 GFR的快中子能谱还使得能够比采用单程（once-through)的燃料循环的热能谱气体反应 堆更加高效地使用可得到的裂变且增殖的材料（包括贫铀）。多个燃料形式是保持用于以 极高温度操作的潜力并且确保优异的裂变产物的保留的候选。燃料形式包括混合陶瓷燃 料、先进燃料粒子或者锕系化合物的陶瓷包覆的元件。堆芯配置可以基于以针或板为基础 的组件或基于棱柱块。DOE第四代GFR基准引用了集成的现场"核废料"再加工电站GFR燃 料供给。通过快中子能谱与锕系元素的完全循环再利用的组合，GFR开发了成本非常低的 电力并且降低了长久的放射性废料的产生。
[0035] 如这里所引入的，复合发电设备形成具有两个相互依赖的闭合循环的涡轮机驱动 的交流发电机。闭合循环布雷顿惰性气体（例如，氦）涡轮机/交流发电机发电系统被联 接至闭合循环朗肯蒸汽涡轮机/发电机并将过热蒸汽供给至该闭合循环朗肯蒸汽涡轮机/ 发电机。经过彻底检修的候选的（即退役的）或新的朗肯蒸汽涡轮机/发电机被采用用于 朗肯发电过程。朗肯蒸汽涡轮机/发电机以受控的量、压力和温度从提取自热交换器提取 的能量接受蒸汽，热交换器来自由布雷顿发电系统生产的高温氦涡轮机流出气体。布雷顿 循环气体涡轮机由惰性轻质气体反应堆（例如，VHTR或GFR)提供动力。供给至朗肯蒸汽 涡轮机/发电机系统的蒸汽温度被设定且控制为取决于应用的温度水平，以足以为朗肯蒸 汽涡轮机/发电机负载提供动力。
[0036] 布雷顿发电系统中采用的涡轮机具有低的定制的压力比，以及低成本的压缩机和 气体涡轮机。因此，布雷顿发电系统根据用于整合到现有的蒸汽涡轮机发电机中以形成复 合发电站的规范产生电力并提供过热蒸汽。在实施例中，布雷顿发电系统为诸如氢生产或 石油提纯等的热驱动的化学或提纯过程提供动力。这样的化学或提纯过程可以是吸热的或 放热的。
[0037] 这里引入的发电体系结构技术开发时刻到来，其中安全、健康和环境因素比获得 创纪录的系统效率具有更重大的后果。健康和安全上的深远进步以及环境压力源的消除可 以用现有的实用的发电站的所描述的改造来获得。另外，这里引入的改造可以容易地使现 有电站容量增加40%或更高，具有用于进一步容量增长的潜力。
[0038] 发电改造同样适于或者燃化石燃料的或者核动力的电站。现有的以化石为燃料的 或核动力的电站中的热源系统和锅炉将被去除。电站的剩余部分、蒸汽涡轮机、交流发电 机、冷凝器、泵以及电气和控制系统元件和以前一样继续使用。
[0039] 附加的大的经济节约来自于使用相同的场