DE3916647C2

DE3916647C2 -

Info

Publication number: DE3916647C2
Application number: DE19893916647
Authority: DE
Inventors: Konstantin Dipl.-Phys. Dr. 7812 Bad Krozingen De Ledjeff
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1989-05-22
Filing date: 1989-05-22
Publication date: 1992-03-05
Also published as: DE3916647A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserstoffrekombinator mit einer primären Rekombinationsstufe, in der erste Katalysatorflächen eines selbstbegrenzenden Katalysators angeordnet sind.The invention relates to a hydrogen recombiner with a primary recombination level, in the first Catalyst areas of a self-limiting catalyst are arranged.

Ein solcher Wasserstoffrekombinator ist in der Dechema Monographie, Band 97, S. 363-376 (1984) beschrieben und gestattet durch die Verwendung von selbstbegrenzendem Katalysator-Material ein Umsetzen von zündfähigen Wasserstoff-Sauerstoff-Gemischen. Dieser Wasserstoffrekombinator weist den Nachteil auf, daß nur ein Gaskühler bzw. ein Reaktorkühler zur Kontrolle der Umsetzung vorgesehen sind. Damit kann keine kontrollierte Vernichtung von Wasserstoff-Sauerstoffgemischen in industrieller Umgebung gewährleistet werden, denn die dort häufig auftretenden, starken Konzentrationsschwankungen des Wasserstoffangebots führen in dem vorbekannten Wasserstoffrekobinator zu ungleichen Temperaturverteilungen innerhalb des Reaktorkühlers. Insbesondere treten dann im Einlaufbereich des Wasserstoffrekombinators Überhitzungen und in den Auslaufbereichen des Rekombinators Kondensationseffekte mit anschließender Inaktivierung des Katalysators auf.Such a hydrogen recombiner is in the Dechema Monographie, Band 97, pp. 363-376 (1984) and allowed through the use of self-limiting Catalyst material an implement of ignitable Hydrogen-oxygen mixtures. This hydrogen recombiner has the disadvantage that only one Gas cooler or a reactor cooler to control the Implementation are provided. So no controlled Destruction of hydrogen-oxygen mixtures guaranteed in an industrial environment because the strong ones that often occur there Concentration fluctuations in the hydrogen supply lead in the previously known hydrogen recobinator unequal temperature distributions within the Reactor cooler. In particular, then occur in the entry area of the hydrogen recombiner overheating and in the outlet areas of the recombiner condensation effects with subsequent inactivation of the catalyst on.

Um eine nur kurze Standzeit eines Wasserstoffrekombinators zu vermeiden, werden bekannte Wasserstoffrekombinatoren bei einer Arbeitstemperatur um 150 Grad Celsius möglichst gleichmäßig mit zu vernichtendem Wasserstoffgas beschickt.For a short service life of a hydrogen recombiner to avoid, known hydrogen recombiners at a working temperature around 150 degrees Celsius as evenly as possible with hydrogen gas to be destroyed loaded.

Der bekannte Wasserstoffrekombinator weist weiterhin den Nachteil auf, daß die Durchflußrate an vollständig zu vernichtendem Wasserstoffgas bei Konzentrationen von mehr als 15 Prozent nach oben stark beschränkt ist, damit nicht eine Gemisch-Zündung im Einlaufbereich des Rekombinators durch Überhitzung auftritt.The known hydrogen recombiner also has the disadvantage that the flow rate at completely hydrogen gas to be destroyed at concentrations of is severely restricted by more than 15 percent, thus not a mixture ignition in the inlet area of the Recombiner occurs due to overheating.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wasserstoffrekombinator der eingangs genannten Art zu schaffen, der es gestattet, ein an seinem Eingang vorliegendes in seiner Gesamt-Konzentration stark schwankendes stöchiometrisches Wasserstoff-Sauerstoffgemisch durch katalytische Oxydation kontrolliert gefahrlos und mit einer hohen Durchflußrate zu vernichten.Based on this state of the art Invention, the object of a hydrogen recombiner of the type mentioned at the beginning, which allows one to be present at its entrance fluctuating in its total concentration stoichiometric hydrogen-oxygen mixture Catalytic oxidation controls safely and with a high flow rate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die primäre Rekombinationsstufe mit mindestens einer weiteren Rekombinationsstufe in Reihe verbunden ist, in der oder denen weitere Katalysatorflächen eines selbstbegrenzenden Katalysators angeordnet sind, wobei der Innenhohlraum der weiteren Rekombinationsstufen jeweils kleiner oder höchstens gleich groß wie der Innenhohlraum jeder vorhergehenden Rekombinationsstufe ist und die Größe der weiteren Katalysatorflächen des selbstbegrenzenden Katalysators derart vorbestimmt sind, daß der Quotient aus der Größe des Innenhohlraums einer weiteren Rekombinationsstufe und der Oberfläche der jeweiligen Katalysatorfläche gegenüber dem entsprechenden Quotienten der in Strömungsrichtung vorhergehenden Rekombinationsstufe abnimmt.This object is achieved in that the primary recombination level with at least one another recombination stage is connected in series the one or more other catalyst areas of a self-limiting Catalyst are arranged, the Inner cavity of the further recombination stages in each case smaller or at most the same size as the inner cavity any previous recombination level and the size of the other catalyst areas of the self-limiting catalyst so predetermined are that the quotient is the size of the inner cavity a further recombination level and the surface the respective catalyst area compared to the corresponding Quotients of the previous ones in the flow direction Recombination level decreases.

Die Verwendung von Rekombinationsräumen mit in diesen angeordneten Katalysatorflächen mit einem abnehmenden Verhältnis der Innenhohlraumgröße zu der Katalysatoroberfläche bei aufeinanderfolgenden Stufen gestattet einen immer intensiveren Kontakt des immer geringer konzentrierten Wasserstoffgases mit dem Katalysatormaterial. Diese erfindungsgemäße Anordnung vermeidet bei hohen zu vernichtenden Konzentrationen Überhitzungseffekte des Katalysatormaterials und verhindert bei niedrigen umzuwandelnden Wasserstoffkonzentrationen eine das Katalysatormaterial inaktivierende Kondensation.The use of recombination spaces with in these arranged catalyst areas with a decreasing Ratio of the internal cavity size to the catalyst surface allowed at successive levels an increasingly intense contact of the less and less concentrated hydrogen gas with the catalyst material. This arrangement according to the invention avoids high concentrations to be destroyed overheating effects of the catalyst material and prevents low hydrogen concentrations to be converted a condensation inactivating the catalyst material.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe following are two exemplary embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Wasserstoffrekombinators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a sectional view of a Wasserstoffrekombinators according to a first embodiment,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Einsatz im Wasserstoffrekombinator nach Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of an insert in Wasserstoffrekombinator according to Fig. 1,

Fig. 3 eine Unteransicht auf den Einsatz im Wasserstoffrekombinator nach Fig. 1, Fig. 3 is a bottom view of the use in Wasserstoffrekombinator according to Fig. 1,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch den mittleren Bereich des Einsatzes des Wasserstoffrekombinators nach Fig. 1 und Fig. 4 is a cross-sectional view through the central portion of the insert of the Wasserstoffrekombinators of FIG. 1 and

Fig. 5 eine Ansicht eines Wasserstoffrekombinators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel teilweise im Schnitt. Fig. 5 is a view of a Wasserstoffrekombinators according to a second embodiment partly in section.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Wasserstoffrekom binator in einer Schnittansicht. Der Wasserstoffrekom binator verfügt über eine primäre Rekombinationsstu fe 1, die mit Hilfe einer in der Fig. 1 nicht darge stellten Aufstelleinrichtung in einem Raum mit einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre angeordnet ist. Die Hauptachse 2 der aufgestellten primären Rekombina tionsstufe 1 weist in Richtung der Schwerkraftwir kung. Fig. 1 shows schematically a hydrogen recom binator in a sectional view. The Hydrogenrekom binator has a primary Rekombinationsstu fe 1 , which is arranged in a room with a hydrogen-containing atmosphere with the help of an installation device not shown in FIG. 1. The main axis 2 of the primary recombination stage 1 points in the direction of gravity effect.

Die erste Rekombinationsstufe 1 verfügt über einen Stahlkessel 3, der mit einer Abdeckplatte 4 dicht verschlossen ist. Der Stahlkessel 3 hat ein Volumen von z.B. 400 Litern und ist explosionsfest. Er ver jüngt sich an seinem bodenseitigen Ende und läuft in einer Bohrung 5 aus, die mit einem Docht 6 ver schlossen ist. Der Docht 6 besteht aus einem porösen, über eine große innere Oberfläche verfügenden hydro philen Werkstoff, der einen Gasdurchsatz durch die Bohrung 5 verhindert, aber gleichzeitig einen Flüssig keitsablauf gestattet.The first recombination stage 1 has a steel boiler 3 which is sealed with a cover plate 4 . The steel boiler 3 has a volume of, for example, 400 liters and is explosion-proof. He tapers at its bottom end and runs out in a bore 5 , which is closed with a wick 6 ver. The wick 6 consists of a porous, having a large inner surface hydrophilic material, which prevents gas throughput through the bore 5 , but at the same time allows a liquid flow.

Durch die Abdeckplatte 4 ist ein Gaseinleitungsrohr 7 gasdicht in den Stahlkessel 3 eingeführt. Das Gasein leitungsrohr 7 ist bis in den unteren Bereich des Stahlkessels 3 geführt, wo es in der Nähe der Haupt achse 2 in den Stahlkessel 3 mündet.A gas inlet tube 7 is inserted gas-tight into the steel vessel 3 through the cover plate 4 . The Gasein pipe 7 is guided into the lower region of the steel tank 3 , where it opens into the steel tank 3 near the main axis 2 .

An der Abdeckplatte 4 ist eine Montageplatte 8 be festigt. Zwischen dieser Montageplatte 8 und einer Halteplatte 9 in Bodennähe sind vier in der Draufsicht der Fig. 2 besser zu erkennende erste Katalysatorflächen 11 an Verbindungsstreben 10 befestigt. Das aus dem Gaseinleitungsrohr 7 ausströmende Gas, das z.B. aus einem brennbaren Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisch besteht, wird zu einem Teil an den ersten selbstbegrenzenden Katalysatorflächen 11 umgesetzt. Der Innenhohlraum 13 des Stahlkessels 3 wirkt dabei wie ein Rührkessel.On the cover plate 4 , a mounting plate 8 is fastened. Between this mounting plate 8 and a holding plate 9 near the floor, four first catalyst surfaces 11, which can be seen better in the plan view of FIG. 2, are fastened to connecting struts 10 . The gas flowing out of the gas inlet pipe 7 , which consists, for example, of a combustible hydrogen-oxygen gas mixture, is partially converted at the first self-limiting catalyst surfaces 11 . The inner cavity 13 of the steel tank 3 acts like a stirred tank.

Im Querschnitt der Fig. 1 ist eine Sekundärkammer 20 dargestellt. Die Sekundärkammer 20 ist ein Teil der sekundären Rekombinationsstufe, die gemäß Fig. 2 aus vier Sekundärkammern 20 besteht. Die Sekundärkammern 20 sind mit zweiten Katalysatorflächen 21 ausgekleidet. Jede Sekundärkammer 20 weist an ihrem unteren Ende eine Einlaßöffnung 22 auf, die den Innenhohlraum 23 jeder Sekundärkammer 20 mit dem Innenhohlraum des Stahlkessels 3 verbindet. Die an dem oberen Ende jeder Sekundärkammer 20 befindliche Auslaßöffnung 24 geht in eine in der Draufsicht der Fig. 2 besser erkennbare Gasleitung 25 über, die jeweils eine Sekundärkammer 20 mit einer Tertiärkammer 30 verbindet.A secondary chamber 20 is shown in the cross section of FIG. 1. The secondary chamber 20 is part of the secondary recombination stage, which according to FIG. 2 consists of four secondary chambers 20 . The secondary chambers 20 are lined with second catalyst areas 21 . Each secondary chamber 20 has an inlet opening 22 at its lower end, which connects the inner cavity 23 of each secondary chamber 20 to the inner cavity of the steel boiler 3 . The outlet opening 24 located at the upper end of each secondary chamber 20 merges into a gas line 25 which can be seen more clearly in the plan view of FIG. 2 and which connects a secondary chamber 20 to a tertiary chamber 30 in each case.

Die Tertiärkammer 30 ist ein Teil der tertiären Rekombinationsstufe, die gemäß Fig. 2 aus vier Tertiärkammern 30 besteht. Die Tertiärkammern 30 sind mit in der Fig. 4 sichtbaren dritten Katalysatorflächen 31 ausgekleidet. Jede Tertiärkammer 30 weist an ihrem in der Fig. 1 dargestellten oberen Ende eine Einlaßöffnung 32 auf, die den Innenhohlraum 33 der Tertiärkammer 30 über die Gasleitung 25 mit dem Innenhohl raum 23 der Sekundärkammer 20 verbindet. Die an dem unteren Ende jeder Tertiärkammer 30 befindliche Auslaßöffnung 34 geht in eine in der Unteransicht der Fig. 3 besser erkennbare Gasleitung 35 über, die jeweils alle Tertiärkammern 30 mit einer Abschluß kammer 40 verbindet.The tertiary chamber 30 is part of the tertiary recombination stage which, according to FIG. 2, consists of four tertiary chambers 30 . The tertiary chambers 30 are lined with third catalyst areas 31 visible in FIG. 4. Each tertiary chamber 30 has at its upper end shown in FIG. 1, an inlet opening 32 which connects the inner cavity 33 of the tertiary chamber 30 via the gas line 25 with the inner cavity 23 of the secondary chamber 20 . The outlet 34 located at the lower end of each tertiary chamber 30 merges into a gas line 35 , which can be seen more clearly in the bottom view of FIG. 3, and which connects all tertiary chambers 30 to an end chamber 40 .

Die Gasleitung 35 führt jeweils in einem Viertelkreis bogen von der beschriebenen einen Tertiärkammer 30 zu der Abschlußkammer 40, die entlang der Hauptachse 2 angeordnet ist. Dabei weist sie jeweils einen Rohr stutzen auf, der mit einem Docht 36 zur Entwässerung der Tertiärkammer 30 ausgefüllt ist. Am Kreuzungspunkt der von den vier Tertiärkammern 30 zur Abschlußkam mer 40 laufenden vier untereinander gleichen Gas leitungen 35 ist ein weiterer Rohrstutzen mit einem zentralen Docht 46 zur Entwässerung der Abschlußkam mer 40 vorgesehen. Die Dochte 36 und 46 bestehen aus einem hydrophilen Werkstoff, der die Gasleitungen 35 gasdicht gegen das Volumen des Stahlkessels 3 ab schließt, aber Wasser hindurchtreten läßt.The gas line 35 leads in each case in a quarter circle from the described one tertiary chamber 30 to the closing chamber 40 , which is arranged along the main axis 2 . It each has a pipe neck, which is filled with a wick 36 for dewatering the tertiary chamber 30 . At the intersection of the four tertiary chambers 30 to the Abschlusskam mer 40 four mutually identical gas lines 35 , a further pipe socket with a central wick 46 for dewatering the Abschlusskam mer 40 is provided. The wicks 36 and 46 are made of a hydrophilic material, which closes the gas lines 35 gas-tight against the volume of the steel boiler 3 , but allows water to pass through.

Die Abschlußkammer 40 bildet die Abschlußrekombina tionsstufe. Die Abschlußrekombinationsstufe ist mit vierten Katalysatorflächen 41 ausgekleidet. Die Abschlußkammer 40 weist an ihrem unteren Ende eine Einlaßöffnung 42 auf, die den Innenhohlraum 43 der Abschlußkammer 40 über die Gasleitungen 35 mit den Innenhohlräumen 33 der Tertiärkammern 30 verbindet. Die an dem oberen Ende der Abschlußkammer 40 befind liche Auslaßöffnung 44 geht in eine in der Draufsicht der Fig. 2 besser erkennbare Gasaustrittsleitung 45 über, die durch die Abdeckplatte 4 des Stahlkessels 3 außerhalb des Stahlkessels 3 führt.The final chamber 40 forms the final recombination stage. The final recombination stage is lined with fourth catalyst areas 41 . The closing chamber 40 has at its lower end an inlet opening 42 which connects the inner cavity 43 of the closing chamber 40 via the gas lines 35 to the inner cavities 33 of the tertiary chambers 30 . The Liche at the upper end of the end chamber 40 outlet opening 44 merges into a gas outlet line 45 which can be seen more clearly in the plan view of FIG. 2 and which leads through the cover plate 4 of the steel boiler 3 outside the steel boiler 3 .

Alle Rekombinationskammern 20, 30 und 40 sind zwischen der Montageplatte 8 und der Halteplatte 9 eingespannt. Die oben genannten Verbindungsstreben 10 und Abstands halter 50 versteifen die Anordnung in dem Stahl kessel 3.All recombination chambers 20 , 30 and 40 are clamped between the mounting plate 8 and the holding plate 9 . The above-mentioned connecting struts 10 and spacers 50 stiffen the arrangement in the steel boiler 3rd

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Einsatz für den Stahlkessel 3 eines Wasserstoffrekombinators nach Fig. 1 in einer Draufsicht. Gleiche Merkmale tragen gleiche Bezugszeichen. FIG. 2 schematically shows a top view of the insert for the steel boiler 3 of a hydrogen recombiner according to FIG. 1. The same features have the same reference numerals.

Durch das Gaseinleitungsrohr 7 strömt das umzuwan delnde Gasgemisch in den Stahlkessel 3, in dem der Einsatz mit Hilfe der Montageplatte 8 befestigt ist. Die ersten Katalysatorflächen 11 rekombinieren einen ersten Teil des Wasserstoffs im Gasgemisch. Das teilweise rekombinierte Gasgemisch strömt von unten - siehe auch Fig. 3 - in die Sekundärkammern 20, von denen vier vorgesehen sind. An den in der Fig. 2 nicht sichtbaren zweiten Katalysatorflächen 21 setzt sich die Rekombination des Wasserstoffs mit Sauerstoff fort. Die vier Sekundärkammern 20 sind gleich auf gebaut, so daß sie denselben Strömungswiderstand aufweisen. Die von jeder Auslaßöffnung 24 einer Sekundärkammer 20 zu jeweils einer Einlaßöffnung 32 einer Tertiärkammer 30 führenden Gasleitungen 25 sind identisch, so daß auch ihr Strömungswiderstand gleich ist. Through the gas inlet pipe 7 , the gas mixture to be converted flows into the steel tank 3 , in which the insert is fastened with the aid of the mounting plate 8 . The first catalyst areas 11 recombine a first part of the hydrogen in the gas mixture. The partially recombined gas mixture flows from below - see also FIG. 3 - into the secondary chambers 20 , four of which are provided. The recombination of the hydrogen with oxygen continues at the second catalyst areas 21 (not visible in FIG. 2). The four secondary chambers 20 are constructed the same, so that they have the same flow resistance. The gas lines 25 leading from each outlet opening 24 of a secondary chamber 20 to an inlet opening 32 of a tertiary chamber 30 are identical, so that their flow resistance is also the same.

In jeder Tertiärkammer 30 wird das teilweise rekom binierte Gasgemisch weiter umgesetzt und strömt von unten - siehe hierzu Fig. 3 - in die Abschluß kammer 40. An den in der Fig. 2 nicht dargestellten vierten Katalysatorflächen 41 schließt sich die Rekombination des Wasserstoffs mit Sauerstoff ab. Von der Auslaßöffnung 44 der Abschlußkammer 40 führt die Gasaustrittsleitung 45 außerhalb des Stahlkessels 3. Das in dieser Gasaustrittsleitung 45 strömende Gas gemisch weist eine Wasserstoffkonzentration von weit unter einem Prozent auf. An die Gasaustrittsleitung 45 kann ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Saug gebläse angeschlossen sein, um die Durchströmung des Gases durch die Vorrichtung zu verbessern.In each tertiary chamber 30 , the partially recombined gas mixture is converted further and flows from below - see FIG. 3 - into the final chamber 40 . The recombination of the hydrogen with oxygen is completed at the fourth catalyst areas 41 (not shown in FIG. 2). The gas outlet line 45 leads from the outlet opening 44 of the closing chamber 40 outside the steel boiler 3 . The gas mixture flowing in this gas outlet line 45 has a hydrogen concentration of well below one percent. At the gas outlet line 45 , a suction fan, not shown in the drawing, can be connected to improve the flow of gas through the device.

Die Fig. 3 zeigt schematisch den Einsatz für den Stahlkessel 3 eines Wasserstoffrekombinators nach Fig. 1 in einer Unteransicht und ergänzt die Fig. 2 mit einer Darstellung der Einlaßöffnung 22 der Sekun därkammern 20 sowie einer detaillierten Sicht auf die Gasleitungen 35 zwischen den Tertiärkammern 30 und der Abschlußkammer 40. Fig. 3 shows schematically the use for the steel boiler 3 of a hydrogen recombiner according to FIG. 1 in a bottom view and supplements FIG. 2 with a representation of the inlet opening 22 of the secondary chambers 20 and a detailed view of the gas lines 35 between the tertiary chambers 30 and the final chamber 40 .

Die vier Gasleitungen 35 sind identisch aufgebaut, so daß sie den gleichen Strömungswiderstand für das in ihnen strömende Gasgemisch haben. Jede Gasleitung 35 verfügt über einen Docht 36. Weiterhin ist an der Einlaßöffnung 42 der Abschlußkammer 40 der zentrale Docht 46 angeordnet. Die jeweiligen Gasleitungen 35 verlaufen in einer leichten schräg abfallenden Ebene von der Auslaßöffnung 34 jeder Tertiärkammer 30 zu dem zentralen Docht 46. The four gas lines 35 are constructed identically, so that they have the same flow resistance for the gas mixture flowing in them. Each gas line 35 has a wick 36 . Furthermore, the central wick 46 is arranged at the inlet opening 42 of the closing chamber 40 . The respective gas lines 35 run in a slightly inclined plane from the outlet opening 34 of each tertiary chamber 30 to the central wick 46 .

In den Rekombinationskammern 20, 30 und 40 wird das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch zu Wasser umgesetzt. Dieses Wasser gelangt durch die Schwerkraftwirkung an das jeweils untere Ende jeder Rekombinationskammer 20, 30 oder 40. Aus den Einlaßöffnungen 22 der Sekundär kammern 20 tropft das Wasser in den Stahlkessel 3. Aus den Auslaßöffnungen 34 der Tertiärkammern 30 tropft das Wasser in die Gasleitung 35 und gelangt über die porösen Dochte 36 in den Stahlkessel 3. Aus der Einlaßöffnung 42 der Abschlußkammer 40 gelangt das Wasser in den porösen zentralen Docht 46 und von dort in den Stahlkessel 3. Das in den Stahlkessel 3 trop fende Wasser vereinigt sich dort mit dem Wasser aus der Umsetzung des Gasgemisches an den ersten Katalysa torflächen 11 und wird über den Docht 6 im Boden des Stahlkessels abgeleitet. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann anstelle der Ableitung über diesen Docht 6 das Wasser auch zu gewissen Zeiten mit Hilfe einer Pumpe abgesaugt werden.The hydrogen-oxygen mixture is converted to water in the recombination chambers 20 , 30 and 40 . This water reaches the lower end of each recombination chamber 20 , 30 or 40 due to the action of gravity. From the inlet openings 22 of the secondary chambers 20, the water drips into the steel tank 3rd The water drips from the outlet openings 34 of the tertiary chambers 30 into the gas line 35 and reaches the steel vessel 3 via the porous wicks 36 . The water reaches the porous central wick 46 from the inlet opening 42 of the closing chamber 40 and from there into the steel vessel 3 . The water dripping into the steel kettle 3 combines there with the water from the reaction of the gas mixture at the first catalyst gate surfaces 11 and is discharged via the wick 6 in the bottom of the steel kettle. In a modified embodiment, the water can also be sucked off at certain times with the aid of a pump instead of being discharged via this wick 6 .

Die Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht durch den mittleren Bereich des Einsatzes des Wasserstoffrekom binators nach Fig. 1. An den Verbindungsstreben 10 sind die ersten Katalysatorflächen 11 befestigt, die jeweils einen Kreisbogen bilden. Die ersten Kataly satorflächen 11 sind bezüglich der Hauptachse 2 in Winkelabständen von 90 Grad zueinander angeordnet. FIG. 4 shows a cross-sectional view through the central portion of the insert of the Wasserstoffrekom binators according to Fig. 1. At the connecting strut 10, the first catalyst surfaces 11 are attached, each form a circular arc. The first catalyst surfaces 11 are arranged with respect to the main axis 2 at angular intervals of 90 degrees to one another.

Die vier Sekundärkammern 20 bzw. die vier Tertiärkam mern 30 weisen untereinander jeweils den gleichen Durchmesser auf, sind ebenfalls symmetrisch bezüglich der Hauptachse 2 angeordnet und haben jeweils einen Winkel von 90 Grad zueinander. Aufgrund der symme trischen Anordnung ist die strömungstechnische Gleich heit der parallel geschalteten vier Kammern 20 bzw. 30 mit ihren Gasleitungen 25 und 35 gewährleistet.The four secondary chambers 20 and the four tertiary chambers 30 each have the same diameter, are also arranged symmetrically with respect to the main axis 2 and each have an angle of 90 degrees to one another. Due to the symmetrical arrangement, the fluidic equality of the parallel connected four chambers 20 and 30 with their gas lines 25 and 35 is guaranteed.

Jede Sekundärkammer 20 ist mit zwei zweiten Katalysa torflächen 21 ausgekleidet, deren Fläche jeweils der Fläche einer ersten Katalysatorfläche 11 entspricht. Das Innenvolumen des Innenhohlraums 23 jeder Sekundär kammer 20 ist größer als das Innenvolumen des Innen hohlraums 33 jeder Tertiärkammer 30. Das Innenvolumen des Innenhohlraums 33 jeder Tertiärkammer 30 ist gleichgroß wie das Innenvolumen des Innenhohlraums 43 der Abschlußkammer 40.Each secondary chamber 20 is lined with two second catalyst gate surfaces 21 , the surface of which corresponds to the surface of a first catalyst surface 11 . The inner volume of the inner cavity 23 of each secondary chamber 20 is larger than the inner volume of the inner cavity 33 of each tertiary chamber 30 . The inner volume of the inner cavity 33 of each tertiary chamber 30 is the same size as the inner volume of the inner cavity 43 of the closing chamber 40 .

Das durch das in der Fig. 1 gezeichnete Gaseinlei tungsrohr 7 in die Primärkammer 1 eintretende Gas gemisch durchläuft in der Folgezeit parallel die Sekundärkammern 20, die Tertiärkammern 30 und verläßt schließlich die Vorrichtung über die Gasaustrittslei tung 45 nach dem Durchgang durch die Abschlußkam mer 40. Die Verweilzeit des Gasgemisches in jeder Kammer 20, 30 bzw. 40 ist proportional zu dem Quotien ten aus dem Volumen der jeweiligen Kammer 20, 30 bzw. 40 und der Strömungsgeschwindigkeit und nimmt ab, da der Gasdurchsatz durch die Vorrichtung konstant ist. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel betragen die Verweilzeiten des Gasgemisches in der Primär-, Sekundär-, Tertiär- und in der Abschlußkammer 1, 20, 30 und 40 ungefähr 30 Minuten, 2 1/2 Minuten, 1 Minute und ungefähr 10 bis 15 Sekunden. Die Strömungsge schwindigkeit liegt immer unterhalb der Flammge schwindigkeit.The processing pipe through the position shown in FIG. 1 Gaseinlei 7 gas mixture entering into the primary chamber 1 passes through in the period following in parallel the secondary chambers 20, the tertiary chambers 30 and finally leaves the apparatus through the Gasaustrittslei tung 45 after passage through the Abschlußkam mer 40th The residence time of the gas mixture in each chamber 20 , 30 or 40 is proportional to the quotient of the volume of the respective chamber 20 , 30 or 40 and the flow rate and decreases because the gas throughput through the device is constant. In the described embodiment, the residence times of the gas mixture in the primary, secondary, tertiary and in the final chamber 1 , 20 , 30 and 40 are approximately 30 minutes, 2 1/2 minutes, 1 minute and approximately 10 to 15 seconds. The flow rate is always below the flame rate.

Zugleich nimmt die Belegungsfläche durch Katalysator material stetig zu. Der Quotient aus Raumvolumen 13 bzw. 23, 33 oder 43 durch eingelegte Katalysator flächen 11 bzw. 21, 31 oder 41 beträgt im beschrie benen Ausführungsbeispiel: 150 Meter, 4 Meter, 2 1/2 Meter und kleiner als 2 1/2 Meter. Dieser Quotient nimmt monoton ab.At the same time, the area occupied by catalyst material is increasing steadily. The quotient of room volume 13 or 23 , 33 or 43 by inserted catalyst surfaces 11 or 21 , 31 or 41 is in the described embodiment: 150 meters, 4 meters, 2 1/2 meters and less than 2 1/2 meters. This quotient decreases monotonously.

Sind die Konzentrationen an brennbaren Gasen in dem vorliegenden Gasgemisch so groß, daß die in dem Gemisch zur Verfügung stehende Menge an Sauerstoff nicht zur vollständigen Oxydation ausreicht, ist es vorteilhaft, an solchen Stellen der Vorrichtung Sauerstoff hinzuzugeben, so daß in jeder der parallel geschalteten Kammern 20 oder 30 die gleiche Menge Sauerstoff zugeführt wird. Auch ist es vorteilhaft zusätzlich zu der Haut des Stahlkessels 3 weitere Kühlflächen an den Katalysatorflächen 11, 21, 31 und 41 anzuordnen.If the concentrations of combustible gases in the present gas mixture are so large that the amount of oxygen available in the mixture is not sufficient for complete oxidation, it is advantageous to add oxygen to the device at such points so that in each of the chambers connected in parallel 20 or 30 the same amount of oxygen is supplied. It is also advantageous to arrange 3 additional cooling surfaces on the catalyst surfaces 11 , 21 , 31 and 41 in addition to the skin of the steel boiler.

Die Katalysatoren können wie dargestellt mit einer Rückmischung der Produktgase mit den Eduktgasen arbeiten oder als Rohr-/Spaltreaktoren ohne Rück mischung ausgeführt sein.The catalysts can, as shown, with a Backmixing of the product gases with the educt gases work or as tube / gap reactors without back be carried out mixture.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Wasserstoff rekombinators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel teilweise im Schnitt für Anwendungen, bei denen das zu eliminierende Gas nicht direkt in Leitungen geführt wird, sondern in Räumen, z.B. durch lokale Leckagen entsteht. Es wird dann auf den Stahlkessel 3 aus dem ersten Ausführungsbeispiel verzichtet und der Einsatz auf einem Wagen 100 horizontal oder vertikal montiert. FIG. 5 shows a view of a hydrogen recombiner according to a second embodiment partly in section, for applications in which the gas is guided to be eliminated is not directly in lines but in rooms, for example caused by local leakages. The steel boiler 3 from the first exemplary embodiment is then dispensed with and the insert is mounted horizontally or vertically on a carriage 100 .

Der Wagen 100 wird mit den frei im Raum befindlichen ersten Katalysatorflächen 11 in die Nähe der Brenn gasquelle gefahren. Die im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel zur Halteplatte 9 hin parallel verschiebbaren ersten Katalysatorflächen 11 setzen ein Teil der konvektiv an sie herantransportierten Gase um. Ein anderer Teil der brennbaren Gase wird mit Hilfe eines Sauggebläses 101 durch die Einlaßöff nungen 22 der Sekundärkammern 20 angesaugt und durch die Tertiärkammern 30, die Abschlußkammer 40 und die Gasaustrittsleitung 45 durch die Vorrichtung hin durchgesaugt.The carriage 100 is driven with the free catalyst surfaces 11 in the vicinity of the fuel gas source. The first catalytic converter surfaces 11 , which can be displaced parallel to the holding plate 9 in comparison to the first exemplary embodiment, convert part of the gases that are conveyed to them by convection. Another part of the combustible gases is sucked in by means of a suction fan 101 through the inlet openings 22 of the secondary chambers 20 and sucked through the tertiary chambers 30 , the closing chamber 40 and the gas outlet line 45 through the device.

Zwischen der Gasaustrittsleitung 45 und dem Saug gebläse 101 ist ein Wärmetauscher 102 zur Auskondensa tion des gebildeten Wasserdampfes vorgesehen. Der Wärmetauscher 102 ist mit einem Wasserabflußrohr 103 versehen, durch welches das Kondensat entnommen werden kann. Vorzugsweise enthält das Wasserabflußrohr 103 einen Körper ausreichender Kapillarität wie die Dochte 6, 36 und 46. Die Kühlung des Wärmetau schers 102 erfolgt über ein Wärmetauschergebläse 104. Stattdessen kann die Kühlung auch über einen separaten Kühlkreislauf erfolgen.Between the gas outlet line 45 and the suction fan 101 , a heat exchanger 102 is provided for Auskondensa tion of the water vapor formed. The heat exchanger 102 is provided with a water drain pipe 103 through which the condensate can be removed. Preferably, the water drain pipe 103 contains a body of sufficient capillarity like the wicks 6 , 36 and 46 . The heat exchanger 102 is cooled via a heat exchanger fan 104 . Instead, the cooling can also take place via a separate cooling circuit.

Bei zeitweise hohen Gasumsätzen ist eine Kühlung des Mantels der Kammern 20, 30 und 40 und eine Steuerung des Gasdurchstromes vorteilhaft. Für die Steuerung der Flußgeschwindigkeit des Gasgemisches durch die Kam mern 20, 30 und 40 ist ein Temperaturfühler 105 an einer vorbestimmten Stelle einer Kammer, hier der Sekundärkammer 20, angeordnet. Dieser Temperaturfüh ler 105 mißt die Reaktionstemperatur und meldet die Meßwerte an eine Regelelektronik 106, die bei Über schreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Ventil 107 stufenweise öffnet, wodurch Umgebungsluft zusätzlich durch den Ventilator gesaugt wird und dementsprechend die Strömungsgeschwindigkeit in den Kammern 20, 30 und 40 abnimmt. Bei einem Absinken der Temperatur am Temperaturfühler 105 wird das Ventil 107 wieder geschlossen, so daß die Vorrichtung in einem optimalen Leistungs- und Temperaturbereich gefahren wird.In the case of temporarily high gas conversions, cooling the jacket of the chambers 20 , 30 and 40 and controlling the gas flow is advantageous. For the control of the flow rate of the gas mixture through the chambers 20 , 30 and 40 , a temperature sensor 105 is arranged at a predetermined point in a chamber, here the secondary chamber 20 . This temperature sensor 105 measures the reaction temperature and reports the measured values to a control electronics 106 , which gradually opens a valve 107 when a temperature limit value is exceeded, whereby ambient air is additionally drawn in by the fan and the flow velocity in the chambers 20 , 30 and 40 decreases accordingly. When the temperature at the temperature sensor 105 drops, the valve 107 is closed again, so that the device is operated in an optimal power and temperature range.

Das Startverhalten der Vorrichtung hängt von der zur Aufheizung der Katalysatorflächen 11, 21, 31 und 41 erforderlichen Zeit ab. Bei Anwendungen, die sofort die volle Umsatzleistung verlangen, kann es sinnvoll sein, die einzelnen Kammern 20, 30 und 40 z.B. mit die Außenwände der Kammern 20, 30 und 40 belegenden elektrischen Flächenheizungen vorzuheizen. Eine Temperatursteuerung regelt dann die Temperatur der Außenwände der Kammern 20, 30 und 40 in einem Bereich von 50 bis 200° Celsius.The starting behavior of the device depends on the time required to heat the catalyst surfaces 11 , 21 , 31 and 41 . For applications that immediately require full sales performance, it can be useful to preheat the individual chambers 20 , 30 and 40, for example with electrical surface heating systems covering the outer walls of the chambers 20 , 30 and 40 . A temperature control then regulates the temperature of the outer walls of the chambers 20 , 30 and 40 in a range from 50 to 200 ° Celsius.

Claims

1. hydrogen recombiner with a primary recombination stage, in which the first catalyst areas of a self-limiting catalyst are arranged, characterized in that the primary recombination stage ( 1 ) is connected in series with at least one further recombination stage ( 20 , 30 , 40 ), in which or those Catalyst surfaces ( 21 , 31 , 41 ) of a self-limiting catalyst are arranged, the inner cavity ( 23 or 33 , 43 ) of the further recombination stages ( 20 or 30 , 40 ) each being smaller or at most the same size as the inner cavity ( 13 or 23 , 33 ) of each preceding recombination stage ( 1 or 20 , 30 ) and the size of the further catalyst areas ( 21 or 31 , 41 ) of the self-limiting catalyst are predetermined such that the quotient of the size of the inner cavity ( 23 or 33 , 43 ) a further recombination stage ( 20 or 30 , 40 ) and the surface of the respective catalyst surface ( 21 b between 31 , 41 ) with respect to the corresponding quotient of the recombination stage ( 1 or 20 , 30 ) preceding in the flow direction decreases.

2. Hydrogen recombiner according to claim 1, characterized in that at least two adjacent further recombination stages ( 20 and 30 ) are provided, which consist of at least two identical recombination chambers ( 20 and 30 ) which are connected to one another, the connected recombination chambers ( 20 and 30 ) are connected to the respectively adjacent recombination stages ( 1 or 40 ).

3. hydrogen recombiner according to claim 1 or 2, characterized in that a combustible gas mixture with the aid of a suction fan through the recombination stage ( 1 , 20 , 30 , 40 ) is conductive.

4. hydrogen recombiner according to claim 1 to 3, characterized in that the catalyst surfaces ( 11 , 21 , 31 , 41 ) hydrophilic wicks ( 6 , 36 , 46 ) are associated with great capillarity, each of the inner cavity ( 13 , 23 , 33 or 43 ) of a recombination stage ( 1 , 20 , 30 or 40 ) with the outer space or the inner cavity ( 23 , 33 , 43 ) of a recombination stage ( 1 , 20 or 30 ) preceding in the flow direction.

5. hydrogen recombiner according to claim 1 to 4, characterized in that the further recombination stages ( 20 , 30 , 40 ) are arranged in the first recombination stage ( 1 ).

6. hydrogen recombiner according to claim 5, characterized in that the recombiner ( 1 ) is an explosion-proof steel boiler ( 3 , 4 ).