DE3339242C2

DE3339242C2 - Recombiner

Info

Publication number: DE3339242C2
Application number: DE3339242A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Saalfrank
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2003-10-29
Also published as: JPH0440281B2; CH660460A5; ES291665Y; ES291665U; JPS60108302A; DE3339242A1

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.The invention relates to a recombiner for oxidation of hydrogen-containing air through electrical heating in a container, one end of the one elongated container having a lid is flanged, on which heating elements are attached, the Cover adjoins an annular space surrounding the heating rods is provided in the inlet port for the air opens, and at the other end of the container an outlet nozzle is appropriate for the air. Such a recombiner is known from US-PS 4 139 603 and is used for small Services recommended.

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.In a system known from DE-PS 31 43 989 such a recombiner is in the container Catalyst in the form of clay balls coated with precious metals provided for a reduction in recombination to reach the required temperature. In contrast goes the invention from the task of the recombiner train that a catalyst can be dispensed with can. For this purpose, a particularly intensive heating should can be achieved.

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.The invention is therefore based on the object for one Recombiner of the type mentioned above create that while avoiding catalytically effective Materials a powerful, large-scale one settable system with simultaneously fine and quick action control.

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.According to the invention it is provided that the parallel to mutually arranged heating rods of one each between two plates of attached pipes, each forming one annular gas passage are surrounded concentrically and that on the end face opposite the cover the outlet connection is arranged at a distance from the heating elements is not.

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.In the invention, in contrast to the known schematic representation with a heating coil or to that known proposal with a heating element the even Heating of the elongated interior through the large number of heating rods reached. You warm it up then flowing gas intensively and without hot or cold spots if it is relatively large gas deals. This is especially true in the event that as an advantageous development of the invention, the heating rods are concentrically surrounded by tubes that ring Form channels for the passage of gas.

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.It is also advantageous for uniform heating holds when the specific heating output is kept low can be. The resulting large heating surfaces are in the invention with the length of the heating rods and thus also the tubes assigned to them reached. It is therefore convenient if the pipes are in two plates near the front of the container are attached and a plate in the longitudinal direction the container is slidably disposed. Herewith there is the possibility of thermal expansion without Squeeze and thermal stress.

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.The plates can be made with a man surrounding the pipes tel be connected, which is at a distance from the wall of the Container. With this coat you can get the warmth Keep the load on the container wall within limits. Except this arrangement can be further developed in that the plates and the jacket together with the pipes one in the longitudinal direction of the container and remove form a prefabricated component.

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.To equalize the loading of the various which heating rods it is advantageous if the cross cut the pipes on the lid of the container swept plate is partially dammed. So that results an additional one due to a traffic jam effect Flow resistance, the different flow resistances superimposed along the individual tubes and making it less effective. This can be advantageous achieved that the dam of one against the plate pressed disc is formed, which in Area of the pipe openings with a considerably small ren cross section than the tubes.

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.To equalize the gas flow and to Ver prevention of further damage in the event of a fault the outlet port can be covered by a baffle plate be inside the container at a distance from the the connecting piece bearing container end wall is is arranged.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel be schrieben. Dabei zeigt dieFor a more detailed explanation of the invention is based on the accompanying drawing an embodiment be wrote. The shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rekombinator nach der Erfindung und die Fig. 1 shows a longitudinal section through a recombiner according to the invention and the

Fig. 2 einen dazu rechtwinkligen Querschnitt. Fig. 2 shows a right-angled cross section.

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. The new recombiner comprises a substantially cylindrical container 1 , which has a length of almost 2 m with a wall thickness of 15 mm and a diameter of 500 mm. At the left in the figure En de the diameter of the container 1 is enlarged by a concentrically overlapping pipe section 2 to 600 mm, which is welded to a flange part 3 . The free end of the pipe section 2 runs into a cover flange 4 . On this a cover 5 is fastened with screws 6 , not shown. The joint of the cover 5 is provided with a welding lip sealing device 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 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.In the pipe section 2 , an inlet connection 10 leading into an annular space 9 is arranged, which for example has an inner diameter of 100 mm. There, the recombiner is exposed to the atmosphere inside the safety shell of a nuclear power plant, as specified in DE-PS 31 43 989. At the other end 11 of the container age 1 , a central outlet nozzle 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, 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.Inside the container 1 , a thin-walled, cylindrical jacket 15 is arranged concentrically. Its releasable support 16 at the end of the cover includes 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 of the jacket 15 is welded to a plate 22 ver, which is supported with its circumference on a bearing ring 23 on the inner wall of the container 1 sliding.

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.Between the plates 20 and 22 , twenty-four tubes 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 are 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 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.The heating rods 25 are closed at their lower ends 26 abge. At the other end of the cover, they pass through the cover 5 , where they are fastened and sealed with weld seams 27 . The part of the heating elements 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 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.The diameter of the heating rods 25 is 42 mm. Therefore, they each form a narrow annular gap 30 with the tubes 24 . Through this annular gap, the gas flows, which comes from the inlet port 10 and 9 is distributed evenly over all tubes 24 with the help of the Ringrau. The gas is heated in the annular gap 30 . At temperatures of ∼650 ° C, the hydrogen contained in the gas burns to water, which is taken in vapor form due to the high temperature.

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.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 disc 36 thus forms a baffle plate, which ensures that the heating rods 25 are evenly applied to the tubes 24 . Before leaving the loading container 1 , the gases still pass a baffle plate 38 , which is arranged with the aid of connecting piece 39 at a distance from the mouth of the outlet connector 12 .

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.In the space 40 between the container 1 and the jacket 15 , thermally stable insulating material is arranged on, as indicated at 41 . Furthermore, the loading container 1 can be provided on the outside with insulation. 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. 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.This is achieved through the high temperatures. Because of the only thin annular gaps 30 between the tubes 24 and the heating rods 25 , this results in heating which can be controlled well and which 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 21 prefabricated from assemblies and inserted as Gan zes in 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 elements is possible.

Claims

1. recombiner for oxidizing hydrogen-containing air by electrical heating in a container,
A cover ( 5 ) is flanged to one end of the container ( 1 ) which has an elongated shape and on which straight heating rods ( 25 ) are attached.
the annular space ( 9 ) is provided adjacent to the cover ( 5 ) and surrounds the heating rods ( 25 ), into which an inlet connection ( 10 ) for the air opens,
and at the other end of the container ( 1 ) there is an outlet connection for the air,
characterized,

- That the heating rods ( 25 ) arranged parallel to one another are each concentrically surrounded by one of two plates ( 20 , 22 ) fastened th tubes ( 24 ) to form an annular gas passage channel ( 30 ) and
- That on the cover ( 5 ) opposite end face ( 11 ) of the outlet pipe ( 12 ) at a distance from the heating rods ( 25 ) is arranged.

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

3. Recombiner according to claim 2, characterized in that the plates ( 20 , 22 ) with a tube ( 24 ) surrounding the jacket ( 15 ) are connected, which is at a distance from the wall of the loading container ( 1 ).

4. Recombiner according to claim 3, 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 ).

5. Recombiner according to claim 2, 3 or 4, 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.

6. A recombiner according to claim 5, characterized in that the dam is formed by a disc ( 36 ) pressed against the plate ( 22 ), the openings ( 35 ) in the region of the tubes ( 24 ) having a smaller cross section than the tubes ( 24 ).

7. Recombiner according to claim 5 or 6, characterized in that the outlet nozzle ( 12 ) is covered by a baffle plate ( 38 ) which in the interior of the container ( 1 ) at a distance from the connection socket ( 12 ) carrying the container end wall ( 11 ) is arranged.