DE3339242C2 - Rekombinator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rekombinator zum Oxidieren von wasserstoffhaltiger Luft durch elektrische Aufheizung in einem Behälter, wobei an der einen Stirnseite des eine längliche Form aufweisenden Behälters ein Deckel ange­ flanscht ist, an dem gerade Heizstäbe befestigt sind, dem Deckel benachbart ein die Heizstäbe umgebender Ringraum vorgesehen ist, in den ein Einlaßstutzen für die Luft mündet, und am anderen Ende des Behälters ein Auslaßstutzen für die Luft angebracht ist. Ein derartiger Rekombinator ist aus der US-PS 4 139 603 bekannt und wird für kleine Leistungen empfohlen.

Bei einem 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.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Rekombinator der obengenannten Art einen Aufbau zu schaffen, der unter Vermeidung von katalytisch wirksamen Werkstoffen eine leistungsstarke, großtechnisch ein­ setzbare Anlage mit gleichzeitig fein und schnell wirk­ samer Steuerung ermöglicht.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die parallel zu­ einander angeordneten Heizstäbe von je einem von zwischen zwei Platten befestigten Rohren unter Ausbildung je eines ringförmigen Gasdurchtrittskanal konzentrisch umgeben sind und daß an der dem Deckel gegenüberliegenden Stirnfläche der Auslaßstutzen mit Abstand von den Heizstäben angeord­ net ist.

Bei der Erfindung wird im Gegensatz zu der bekannten schematischen Darstellung mit einem Heizwendel oder zu dem bekannten Vorschlag mit einem Heizstab die gleichmäßige Erwärmung des länglichen Innenraums 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 Gas­ mengen handelt. Dies gilt besonders für den Fall, daß als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung die Heiz­ stäbe von Rohren konzentrisch umgeben sind, die ringför­ mige Kanäle für den Gasdurchtritt bilden.

Für eine gleichmäßige Aufheizung ist es ferner vorteil­ haft, wenn die spezifische Heizleistung klein gehalten werden kann. Die sich daraus ergebenden großen Heiz­ flächen werden bei der Erfindung mit der Länge der Heiz­ stäbe 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.

Die Platten können mit einem die Rohre umgebenden Man­ tel verbunden sein, der mit Abstand von der Wand des Behälters liegt. Mit diesem Mantel kann man die Wärme­ belastung der Behälterwand in Grenzen halten. Außer­ dem läßt sich diese Anordnung dadurch weiterbilden, daß die Platten und der Mantel zusammen mit den Rohren einen in Längsrichtung des Behälters ein- und ausbau­ baren vorgefertigten Bauteil bilden.

Zur Vergleichmäßigung der Beaufschlagung der verschie­ denen Heizstäbe ist es vorteilhaft, wenn der Quer­ schnitt der Rohre an der dem Deckel des Behälters abge­ kehrten Platte teilweise verdämmt ist. Damit ergibt sich nämlich durch eine Stauwirkung ein zusätzlicher Strömungswiderstand, der unterschiedliche Strömungs­ widerstände 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 Öffnungen mit einem erheblich kleine­ ren Querschnitt als die Rohre aufweist.

Zur Vergleichmäßigung der Gasströmung und zur Ver­ hinderung 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 ange­ ordnet ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel be­ schrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rekombinator nach der Erfindung und die

Fig. 2 einen dazu rechtwinkligen Querschnitt.

Der neue Rekombinator umfaßt einen im wesentlichen zy­ lindrischen 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 En­ de ist der Durchmesser des Behälters 1 durch einen konzentrisch übergreifenden Rohrschuß 2 auf 600 mm ver­ größert, der an ein Flanschteil 3 angeschweißt ist. Das freie Ende des Rohrschusses 2 läuft in einen Deckel­ flansch 4 aus. Auf diesen ist ein Deckel 5 mit nicht weiter dargestellten Schrauben 6 befestigt. Die Stoß­ stelle des Deckels 5 ist mit einer Schweißlippendich­ tung 7 versehen.

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 Kernkraftwerkes beaufschlagt, wie in der DE-PS 31 43 989 angegeben ist. An der anderen Stirnseite 11 des Behäl­ ters 1 ist ein zentrischer Auslaßstutzen 12 vorgesehen. Er hat einen größeren Durchmesser als der Einlaßstutzen 10, weil das erhitzte Gas in diesem Bereich ein größe­ res Volumen einnimmt.

Im Inneren des Behälters 1 ist ein dünnwandiger, zylin­ drischer Mantel 15 konzentrisch angeordnet. Seine lös­ bare Abstützung 16 am deckelseitigen Ende umfaßt Schrau­ ben 17, die an einem inneren Zylinderstück 18 des Behäl­ ters 1 angreifen. Weitere Schrauben 19 halten eine Plat­ te 20, die mit dem Mantel 15 verschweißt ist. Am ande­ ren Ende ist der Mantel 15 mit einer Platte 22 ver­ schweißt, die mit ihrem Umfang auf einem Lagerring 23 an der Innenwand des Behälters 1 gleitend abgestützt ist.

Zwischen den Platten 20 und 22 sind vierundzwanzig Rohre 24 über den Querschnitt des Mantels 15 gleich­ mäßig 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 ge­ lagert. Sie verlaufen parallel zueinander und zur Längs­ achse des Behälters 1 und enthalten jeweils konzentrisch angeordnete Heizstäbe 25.

Die Heizstäbe 25 sind an ihren unteren Enden 26 abge­ schlossen. Am anderen deckelseitigen Ende führen sie durch den Deckel 5, wo sie mit Schweißnähten 27 be­ festigt und abgedichtet sind. Der außerhalb des Deckels 5 gelegene Teil der Heizstäbe 25 ist mit Kühl­ blechen 28 versehen.

Der Durchmesser der Heizstäbe 25 beträgt 42 mm. Deshalb bilden sie mit den Rohren 24 jeweils einen engen Ring­ spalt 30. Durch diesen Ringspalt strömt das Gas, das vom Einlaßstutzen 10 kommt und mit Hilfe des Ringrau­ mes 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 Wasser­ stoff zu Wasser, das wegen der hohen Temperatur dampf­ förmig mitgenommen wird.

Das Gas tritt aus den Rohren 24 durch kleine Öffnun­ gen 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 Be­ hälters 1 passieren die Gase noch eine Stauplatte 38, die mit Hilfe von Stutzen 39 mit Abstand von der Mün­ dung des Auslaßstutzens 12 angeordnet ist.

In dem Zwischenraum 40 zwischen dem Behälter 1 und dem Mantel 15 ist thermisch stabiles Isoliermaterial an­ geordnet, wie bei 41 angedeutet ist. Ferner kann der Be­ hälter 1 außen mit einer Isolierung versehen sein. Eine solche zum Beispiel 120 mm dicke Isolierung ist bei 42 angedeutet.

Der neue Rekombinator kommt ohne Katalysatoren aus.

Dies wird durch die hohen Temperaturen erreicht. Den­ noch 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. Außer­ dem kann der Mantel 15 mit den Rohren 24 und den Plat­ ten 20 und 21 aus Baugruppen vorgefertigt und als Gan­ zes in den Behälter 1 eingeschoben werden.

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.

Claims (7)

1. Rekombinator zum Oxidieren von wasserstoffhaltiger Luft durch elektrische Aufheizung in einem Behälter,
wobei an der einen Stirnseite des eine längliche Form auf­ weisenden Behälters (1) ein Deckel (5) angeflanscht ist, an dem gerade Heizstäbe (25) befestigt sind,
dem Deckel (5) benachbart ein die Heizstäbe (25) umgeben­ der Ringraum (9) vorgesehen ist, in den ein Einlaßstutzen (10) für die Luft mündet,
und am anderen Ende des Behälters (1) ein Auslaßstutzen für die Luft angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die parallel zueinander angeordneten Heizstäbe (25) von je einem von zwischen zwei Platten (20, 22) befestig­ ten Rohren (24) unter Ausbildung je eines ringförmigen Gasdurchtrittskanals (30) konzentrisch umgeben sind und
• - daß an der dem Deckel (5) gegenüberliegenden Stirnfläche (11) der Auslaßstutzen (12) mit Abstand von den Heiz­ stäben (25) angeordnet ist.

2. Rekombinator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rohre (24) in zwei Platten (20, 22) in der Nähe der Stirnseiten des Be­ hälters befestigt sind und daß die eine Platte (22) in Längsrichtung des Behälters (1) verschiebbar ange­ ordnet ist.

3. Rekombinator nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Platten (20, 22) mit einem die Rohre (24) umgebenden Mantel (15) ver­ bunden sind, der mit Abstand von der Wand des Be­ hälters (1) liegt.

4. Rekombinator nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Platten (20, 22) und der Mantel (15) zusammen mit den Rohren einen in Längsrichtung des Behälters (1) ein- und ausbaubaren vorgefertigten Bauteil bilden.

5. Rekombinator nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Rohre (24) an der dem Deckel (5) des Behälters (1) abgekehrten Platte (22) teilweise verdämmt ist.

6. Rekombinator nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verdämmung von einer gegen die Platte (22) gepreßten Scheibe (36) gebildet wird, die im Bereich der Rohre (24) Öffnungen (35) mit einem kleineren Querschnitt als die Rohre (24) aufweist.

7. Rekombinator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßstutzen (12) durch eine Stauplatte (38) überdeckt ist, die im In­ neren des Behälters (1) mit Abstand von der den An­ schlußstutzen (12) tragenden Behälterstirnwand (11) angeordnet ist.