CH660460A5

CH660460A5 - RECOMBINATOR.

Info

Publication number: CH660460A5
Application number: CH3771/84A
Authority: CH
Inventors: Helmut Saalfrank
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1987-04-30
Also published as: ES291665U; JPS60108302A; DE3339242C2; JPH0440281B2; DE3339242A1; ES291665Y

Description

Die Erfindung betrifft einen Rekombinator zum Oxidieren von wasserstoffhaltiger Luft durch Aufheizung in einem Behälter mit Rohrstutzen für den Aus- und Einlass der Luft und mit einer elektrischen Heizung. The invention relates to a recombiner for the oxidation of hydrogen-containing air by heating in a container with a pipe socket for the outlet and inlet of the air and with an electric heater.

Bei dem aus der DE-PS 31 43 989 bekannten System mit einem derartigen Rekombinator ist in dem Behälter ein Katalysator in Form von edelmetallbeschichteten Tonkugeln vorgesehen, um eine Verringerung der für die Rekombination erforderlichen Temperatur zu erreichen. Demgegenüber geht die Erfindung von der Aufgabe aus, den Rekombinator so auszubilden, dass auf einen Katalysator verzichtet werden kann. Zu diesem Zweck soll eine besonders intensive Aufheizung erreicht werden. In the system known from DE-PS 31 43 989 with such a recombiner, a catalyst in the form of noble metal-coated clay balls is provided in the container in order to reduce the temperature required for the recombination. In contrast, the invention is based on the object of designing the recombiner in such a way that a catalyst can be dispensed with. For this purpose, particularly intensive heating should be achieved.

Gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter eine längliche Form aufweist, in der eine Vielzahl von geraden Heizstäben parallel zueinander angeordnet ist, dass an der einen Stirnseite der Auslassstutzen mit Abstand von den Heizstäben angeordnet ist, dass an der anderen Stirnseite ein Deckel angeflanscht ist, an dem die Heizstäbe befestigt sind, According to the invention, it is provided that the container has an elongated shape, in which a plurality of straight heating rods are arranged parallel to one another, that on one end face the outlet connection is arranged at a distance from the heating rods, that a cover is flanged onto the other end face to which the heating rods are attached,

und dass dem Deckel benachbart ein die Heizstäbe umgebender Ringraum vorgesehen ist, in den der Einlassstutzen mündet. and that an annular space surrounding the heating rods is provided adjacent to the cover, into which the inlet connector opens.

Bei der Erfindung wird im Gegensatz zu der bekannten schematischen Darstellung mit einem Heizwendel die gleich-mässige Erwärmung des länglichen Innenraumes durch die Vielzahl der Heizstäbe erreicht. Sie erwärmen das hindurchströmende Gas auch dann intensiv und ohne Heiss- oder Kaltstellen, wenn es sich um relativ grosse Gasmengen handelt. Dies gilt besonders für den Fall, dass als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung die Heizstäbe von Rohren konzentrisch umgeben sind, die ringförmige Kanäle für den Gasdurchtritt bilden. In the invention, in contrast to the known schematic representation with a heating coil, the uniform heating of the elongated interior is achieved by the large number of heating rods. They heat the gas flowing through intensively and without hot or cold spots, even if the gas volume is relatively large. This applies in particular to the case where, as an advantageous development of the invention, the heating rods are surrounded concentrically by tubes which form annular channels for the gas passage.

Für eine gleichmässige Aufheizung ist es ferner vorteilhaft, wenn die spezifische Heizleistung klein gehalten werden kann. Die sich daraus ergebenden grossen Heizflächen werden bei der Erfindung mit der Länge der Heizstäbe und damit auch der diesen zugeordneten Rohren erreicht. Deshalb ist es günstig, wenn die Rohre in zwei Platten in der Nähe der Stirnseiten des Behälters befestigt sind und die eine Platte in Längsrichtung des Behälters verschiebbar angeordnet ist. Hiermit ergibt sich die Möglichkeit einer Wärmedehnung ohne Zwängung und Wärmespannungen. For a uniform heating, it is also advantageous if the specific heating output can be kept low. The resulting large heating surfaces are achieved in the invention with the length of the heating rods and thus also the tubes assigned to them. It is therefore advantageous if the tubes are fastened in two plates near the end faces of the container and the one plate is arranged so as to be displaceable in the longitudinal direction of the container. This results in the possibility of thermal expansion without constraint and thermal stresses.

Die Platten können mit einem die Rohre umgebenden Mantel verbunden sein, der mit Abstand von der Wand des Behälters liegt. Mit diesem Mantel kann man die Wärmebelastung der Behälterwand in Grenzen halten. Ausserdem lässt sich diese Anordnung dadurch weiterbilden, dass die Platten und der Mantel zusammen mit den Rohren einen in Längsrichtung des Behälters ein- und ausbaubaren vorgefertigten Bauteil bilden. The plates can be connected to a jacket surrounding the tubes, which is spaced from the wall of the container. With this jacket you can keep the thermal load on the container wall within limits. In addition, this arrangement can be further developed in that the plates and the casing together with the tubes form a prefabricated component which can be installed and removed in the longitudinal direction of the container.

Zur Vergleichmässigung der Beaufschlagung der verschiedenen Heizstäbe ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Rohre an der dem Deckel des Behälters abgekehrten Platte teilweise verdämmt ist. Damit ergibt sich nämlich durch eine Stauwirkung ein zusätzlicher Strömungswiderstand, der unterschiedliche Strömungswiderstände längs der einzelnen Rohre überlagert und damit weniger wirksam macht. Dies kann vorteilhaft so erreicht werden, dass die Verdämmung von einer gegen die Platte gepressten Scheibe gebildet wird, die im Bereich der Rohre Offnungen mit einem erheblich kleineren Querschnitt als die Rohre aufweist. In order to make the various heating rods more uniform, it is advantageous if the cross section of the tubes is partially blocked on the plate facing away from the cover of the container. This results in an additional flow resistance due to an accumulation effect, which overlaps different flow resistances along the individual tubes and thus makes them less effective. This can advantageously be achieved in such a way that the insulation is formed by a disk pressed against the plate, which has openings in the area of the pipes with a considerably smaller cross section than the pipes.

Zur Vergleichmässigung der Gasströmung und zur Verhinderung von weitergehenden Schäden im Störungsfall kann der Auslassstutzen durch eine Stauplatte überdeckt sein, die im Inneren des Behälters mit Abstand von der den Anschlussstutzen tragenden Behälterstirnwand angeordnet ist. To even out the gas flow and to prevent further damage in the event of a fault, the outlet connection can be covered by a stowage plate which is arranged in the interior of the container at a distance from the container end wall carrying the connection connection.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rekombinator nach der Erfindung und die Fig. 2 einen dazu rechtwinkligen Querschnitt. To explain the invention in more detail, an exemplary embodiment is described with reference to the accompanying drawing. 1 shows a longitudinal section through a recombiner according to the invention and FIG. 2 shows a cross section at right angles to it.

Der neue Rekombinator umfasst einen im wesentlichen zylindrischen Behälter 1, der bei einer Wandstärke von 15 mm und einem Durchmesser von 500 mm eine Länge von fast 2 m aufweist. An dem in der Figur linken Ende ist der Durchmesser des Behälters 1 durch einen konzentrisch übergreifenden Rohrschuss 2 auf 600 mm vergrössert, der an ein Flanschteil 3 angeschweisst ist. Das freie Ende des Rohrschusses 2 läuft in einen Deckelflansch 4 aus. Auf diesen ist ein Deckel 5 mit nicht weiter dargestellten Schrauben 6 befestigt. Die Stossstelle des Deckels 5 ist mit einer Schweisslip-pendichtung 7 versehen. The new recombiner comprises an essentially cylindrical container 1 which, with a wall thickness of 15 mm and a diameter of 500 mm, has a length of almost 2 m. At the left end in the figure, the diameter of the container 1 is increased to 600 mm by a concentrically overlapping pipe section 2, which is welded to a flange part 3. The free end of the pipe section 2 ends in a cover flange 4. On this a cover 5 is fastened with screws 6, not shown. The butt joint of the cover 5 is provided with a welding slip seal 7.

Im Rohrschuss 2 ist ein in einen Ringraum 9 führender Einlassstutzen 10 angeordnet, der zum Beispiel 100 mm Innendurchmesser hat. Dort wird der Rekombinator mit der Atmosphäre im Inneren der Sicherheitshülle eines Kern2 In the pipe section 2 there is an inlet connection 10 leading into an annular space 9 and having an inside diameter of 100 mm, for example. There the recombiner with the atmosphere inside the safety shell of a Kern2

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

660 4óU 660 4óU

kraftwerkes beaufschlagt, wie in der DE-PS 31 43 989 angegeben ist. An der anderen Stirnseite 11 des Behälters 1 ist ein zentrischer Auslassstutzen 12 vorgesehen. Er hat einen grösseren Durchmesser als der Einlassstutzen 10, weil das erhitzte Gas in diesem Bereich ein grösseres Volumen einnimmt. Power plant acted on, as specified in DE-PS 31 43 989. On the other end face 11 of the container 1, a central outlet connection 12 is provided. It has a larger diameter than the inlet connector 10 because the heated gas occupies a larger volume in this area.

Im Inneren des Behälters 1 ist ein dünnwandiger, zylindrischer Mantel 15 konzentrisch angeordnet. Seine lösbare Abstützung 16 am deckelseitigen Ende umfasst Schrauben 17, die an einem inneren Zylinderstück 18 des Behälters 1 angreifen. Weitere Schrauben 19 halten eine Platte 20, die mit dem Mantel 15 verschweisst ist. Am anderen Ende ist der Mantel 15 mit einer Platte 22 verschweisst, die mit ihrem Umfang auf einem Lagerring 23 an der Innenwand des Behälters 1 gleitend abgestützt ist. Inside the container 1, a thin-walled, cylindrical jacket 15 is arranged concentrically. Its releasable support 16 at the end on the cover side comprises screws 17 which engage an inner cylinder piece 18 of the container 1. Additional screws 19 hold a plate 20 which is welded to the jacket 15. At the other end, the jacket 15 is welded to a plate 22, the periphery of which is slidably supported on a bearing ring 23 on the inner wall of the container 1.

Zwischen den Platten 20 und 22 sind vierundzwanzig Rohre 24 über den Querschnitt des Mantels 15 gleichmässig verteilt angeordnet, wie die Fig. 2 deutlich erkennen lässt. Die Rohre 24 sind mit der Platte 22 verschweisst und in der Platte 20 mit einem Überstand in der Grösse ihres Durchmessers von 55 mm gleitend gelagert. Sie verlaufen parallel zueinander und zur Längsachse des Behälters 1 und enthalten jeweils konzentrisch angeordnete Heizstäbe 25. Between the plates 20 and 22, twenty-four pipes 24 are evenly distributed over the cross section of the jacket 15, as can be clearly seen in FIG. 2. The tubes 24 are welded to the plate 22 and slidably mounted in the plate 20 with an overhang in the size of their diameter of 55 mm. They run parallel to one another and to the longitudinal axis of the container 1 and each contain concentrically arranged heating rods 25.

Die Heizstäbe 25 sind an ihren unteren Enden 26 abgeschlossen. Am anderen deckelseitigen Ende führen sie durch den Deckel 5, wo sie mit Schweissnähten 27 befestigt und abgedichtet sind. Der ausserhalb des Deckels 5 gelegene Teil der Heizstäbe 25 ist mit Kühlblechen 28 versehen. The heating rods 25 are closed at their lower ends 26. At the other end on the cover side, they lead through the cover 5, where they are fastened and sealed with weld seams 27. The part of the heating rods 25 located outside the cover 5 is provided with cooling plates 28.

Der Durchmesser der Heizstäbe 25 beträgt 42 mm. Deshalb bilden sie mit den Rohren 24 jeweils einen engen Ringspalt 30. Durch diesen Ringspalt strömt das Gas, das vom Einlassstutzen 10 kommt und mit Hilfe des Ringraumes 9 gleichmässig auf alle Rohre 24 verteilt wird. Im Ringspalt 30 wird das Gas aufgeheizt. Bei Temperaturen von ~ 650 °C verbrennt der in dem Gas enthaltene Wasserstoff zu Wasser, The diameter of the heating rods 25 is 42 mm. For this reason, they each form a narrow annular gap 30 with the tubes 24. Through this annular gap, the gas flows, which comes from the inlet connection 10 and is distributed uniformly to all tubes 24 with the aid of the annular space 9. The gas is heated in the annular gap 30. At temperatures of ~ 650 ° C, the hydrogen contained in the gas burns to water,

das wegen der hohen Temperatur dampfförmig mitgenommen wird. which is taken in vapor form due to the high temperature.

Das Gas tritt aus den Rohren 24 durch kleine Öffnungen 35 in einer Kreisscheibe 36 aus, die gegen die Platte 22 federnd gepresst wird. Die kreisförmigen Öffnungen 35 haben zum Beispiel einen Durchmesser von 20 mm. Die Scheibe 36 bildet damit eine Stauplatte, die für eine gleichmässige Beaufschlagung der Rohre 24 mit den Heizstäben 25 sorgt. Vor dem Verlassen des Behälters 1 passieren die Gase noch eine Stauplatte 38, die mit Hilfe von Stutzen 39 mit Abstand \on der Mündung des Auslassstutzens 12 angeordnet ist. The gas emerges from the tubes 24 through small openings 35 in a circular disc 36 which is pressed resiliently against the plate 22. The circular openings 35 have a diameter of 20 mm, for example. The disk 36 thus forms a baffle plate, which ensures that the heating rods 25 are evenly applied to the tubes 24. Before leaving the container 1, the gases pass through a stowage plate 38, which is arranged with the aid of connecting pieces 39 at a distance from the mouth of the outlet connecting piece 12.

In dem Zwischenraum 40 zwischen dem Behälter 1 und dem Mantel 15 ist thermisch stabiles Isoliermaterial angeordnet, wie bei 41 angedeutet ist. Ferner kann der Behälter 1 aussen mit einer Isolierung versehen sein. Eine solche zum Beispiel 120 mm dicke Isolierung ist bei 42 angedeutet. In the intermediate space 40 between the container 1 and the jacket 15, thermally stable insulating material is arranged, as indicated at 41. Furthermore, the container 1 can be provided with insulation on the outside. Such insulation, for example 120 mm thick, is indicated at 42.

Der neue Rekombinator kommt ohne Katalysatoren aus. The new recombiner does not need any catalysts.

Dies wird durch die hohen Temperaturen erreicht. Dennoch ergibt sich wegen der nur dünnen Ringspalte 30 zwischen den Rohren 24 und den Heizstäben 25 eine gut steuerbare Erwärmung, die die gewünschte Rekombination von Wasserstoff sicherstellt. Darüber hinaus können einzelne defekte Heizstäbe ausgewechselt werden. Ausserdem kann der Mantel 15 mit den Rohren 24 und den Platten 20 und 22 aus Baugruppen vorgefertigt und als Ganzes in den Behälter 1 eingeschoben werden. This is achieved through the high temperatures. Nevertheless, because of the only thin annular gaps 30 between the tubes 24 and the heating rods 25, heating can be controlled well and ensures the desired recombination of hydrogen. In addition, individual defective heating elements can be replaced. In addition, the jacket 15 with the tubes 24 and the plates 20 and 22 can be prefabricated from assemblies and inserted as a whole into the container 1.

Die Aufheizung der den Rekombinator durchströmenden Gase kann durch die elektrischen Heizstäbe 25 genau gesteuert werden. Dazu können die Heizstäbe 25 gemeinsam oder auch einzeln elektrisch geregelt werden. Für eine besonders feine Temperaturregelung ist eine stufenweise Schaltung von Widerstandsdrähten der Heizstäbe möglich. The heating of the gases flowing through the recombiner can be precisely controlled by the electric heating rods 25. For this purpose, the heating rods 25 can be electrically controlled together or individually. For a particularly fine temperature control, a gradual switching of resistance wires of the heating rods is possible.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

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S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

660 460 PATENT CLAIMS

1. Recombiner for oxidizing hydrogen-containing air by heating in a container with pipe socket for the outlet and inlet of the air and with an electrical heater, characterized in that the container (1) has an elongated shape in which a plurality of straight heating elements (25) is arranged parallel to one another, that on one end face (11) the outlet connector (12) is arranged at a distance from the heating rods (25), that on the other end face a cover (5) is flanged to which the heating rods ( 25) are fixed, and that an annular space (9) surrounding the heating rods (25) is provided adjacent to the cover (5) and the inlet connection (10) opens into the latter.

2. Recombiner according to claim 1, characterized in that the heating rods (25) of tubes (24) are concentrically surrounded, which form annular channels (30) for the passage of gas.

3. Recombiner according to claim 2, characterized in that the tubes (24) are fastened in two plates (20, 22) in the vicinity of the end faces of the container and that one plate (22) is arranged displaceably in the longitudinal direction of the container (1) is.

4. Recombiner according to claim 3, characterized in that the plates (20, 22) are connected to a casing (15) surrounding the tubes (24), which is at a distance from the wall of the container (1).

5. Recombiner according to claim 4, characterized in that the plates (20, 22) and the jacket (15) together with the tubes form a prefabricated component which can be inserted and removed in the longitudinal direction of the container (1).

6. Recombiner according to one of claims 3 to 5, characterized in that the cross section of the tubes (24) on the cover (5) of the container (1) facing away from the plate (22) is partially blocked.

7. Recombiner according to claim 6, characterized in that the dam is formed by a disc (36) pressed against the plate (22), which has openings (35) in the region of the tubes (24) with a smaller cross section than the tubes (24 ) having.

8. Recombiner according to claim 6 or 7, characterized in that the outlet nozzle (12) is covered by a baffle plate (38) which is arranged in the interior of the container (1) at a distance from the container end wall (11) carrying the connecting piece (12) is.