DE4428956C1 - Katalysatorvorrichtung zur Beseitigung von Wasserstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Katalysatorvorrich­ tung zur Beseitigung von Wasserstoff aus einem Wasser­ stoff und Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben wird.

Wasserstoff aus einem Wasserstoff und Sauerstoff ent­ haltenden Gasgemisch zu beseitigen, ist insbesondere bei Kernkraftwerksunfällen von Bedeutung, um Knallga­ sexplosionen zu verhindern. Solche Gasgemische können vor allem bei Kernschmelzunfällen von Leichtwasserreak­ toren oder bei schwerwassermoderierten Reaktoren auf­ treten, wenn größere Mengen freigewordenen Wasserstoffs in den Sicherheitsbehälter des Kernreaktors gelangen.

Um den Wasserstoff zu beseitigen, ist es bekannt, Kata­ lysatoren einzusetzen, die eine Oxidation des Wasser­ stoffs bewirken, vgl. z. B. DE-PS 36 04 416, DE-PS 37 25 290, DE-PS 40 41 661 und DE-PS 41 07 595. In der DE-PS 36 04 416 wird eine Katalysatorvorrichtung beschrieben, deren vom Gas­ gemisch durchströmter Katalysatorkanal aus einer spi­ ralförmig aufgewickelten Folie besteht, die mit kataly­ tisch wirksamen Material beschichtet ist. Eine Verjün­ gung des Strömungsquerschnittes im Katalysatorkanal wird durch Einengung des die Folie umgebenden Gehäuses erreicht. Solche Katalysatoren sind schon bei niedriger Wasserstoffkonzentration wirksam und arbeiten bei Tem­ peraturen möglichst weit unterhalb der Zündgrenze des Gasgemisches.

Bekannt ist es auch, den Wasserstoff mittels katalyti­ scher Zünder bei Erreichen der unteren Zündgrenze abzu­ fackeln. So wird in der EP-OS-0303144 eine Vorrichtung be­ schrieben, bei der in einem vertikal verlaufenden Rohr ein Katalysatorkörper eingesetzt ist, der als Zünder dient und derart angeordnet wird, daß eine freie Aus­ breitung des abbrennenden Gasgemisches außerhalb des Rohres vermieden ist. Das Rohr ist mit Verschlüssen versehen, die sich beim Kernschmelzunfall druck- und temperaturabhängig öffnen.

Prinzipiell ist dafür Sorge zu tragen, daß der sich entwickelnde Wasserstoff möglichst frühzeitig entfernt wird. Zündfähige Gasgemische sollen sich im Kernreaktor nicht entwickeln. Zünder sind deshalb nur für den Fall vorgesehen, daß sich bei ungenügendem Wasserstoffabbau zeitlich und lokal begrenzt eine hohe Wasserstoffkon­ zentration ergibt und der Wasserstoff so rasch wie mög­ lich an der gegebenen unteren Zündgrenze abgefackelt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Katalysatorvorrich­ tung zu schaffen, die den Wasserstoff in erster Linie schon bei niedrigem Wasserstoffgehalt im Gasgemisch be­ seitigt, die zugleich jedoch geeignet ist, auch höhere Wasserstoffkonzentration zu beherrschen.

Diese Aufgabe wird bei einer Katalysatorvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Danach ist unter Ausnutzung der Sogwirkung im Katalysatorkanal aufgrund des sich in Strömungsrichtung des Gasgemisches verjüngenden Strömungsquerschnitts zur Zuführung des einströmenden Gasgemisches im Zwischenraum zwischen Ka­ nalwand und Gehäuse eine den Zwischenraum in Strömungs­ richtung des Gasgemisches bis auf einen Eingang zum Ka­ talysatorkanal verschließende Trennwand angeordnet, die einen im Gehäuse am Gaseintritt vorgesehenen Eintritts­ bereich für das Gasgemisch begrenzt, in dem Zünderele­ mente eingesetzt sind. Bei der erfindungsgemäßen Kata­ lysatorvorrichtung wird der Entfernung von Wasserstoff durch katalytische Oxidation die höchste Priorität ein­ geräumt. Das Gasgemisch wird in erster Linie innerhalb des Katalysatorkanals oxidiert. Dabei erwärmt sich die Kanalwand durch Aufnahme der bei der exothermischen Re­ aktion freiwerdenden Wärme und erzeugt - beschleunigt durch den sich verjüngenden Strömungsquerschnitt - ei­ nen Kamineffekt, auf Grund dessen sich in der Umgebung der Katalysatorvorrichtung befindendes Gasgemisch in den Eintrittsbereich gesaugt und durch den Katalysator­ bereich hindurchgefördert wird. Die Zünderelemente bleiben außer Betrieb, sie stehen lediglich in Be­ triebsbereitschaft für den Fall, daß das Gasgemisch im Eingangsbereich eine Wasserstoffkonzentration erreicht, die der unteren Zündgrenze entspricht oder sie über­ schreitet, und der Wasserstoff durch Abfackeln aus dem Gasgemisch entfernt werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung nach Patentan­ spruch 2 ist die Kanalwand des Katalysatorkanals auf ihrer Innen- und Außenseite mit katalytisch aktivem Ma­ terial beschichtet, und das Gehäuse, das den Katalysa­ torkanal umgibt, weist eine für das Gasgemisch durch­ lässige Gehäusewand auf, die eine insbesondere Aerosole und Fetteilchen, die im Gasgemisch enthalten sind, zu­ rückhaltenden Filter trägt. Als Filter sind solche geeignet, die aus Glaswolle bestehen und bis zu Tempe­ raturen von ca. 700°C einsatzfähig sind. Vor Aerosolen und Fetteilchen sind die mit katalytisch aktivem Material be­ schichteten Oberflächen der Katalysatoranordnung zu schützen, damit deren katalytische Wirksamkeit nicht her­ abgesetzt wird. Durch die gasdurchlässige Gehäusewand hindurch gelangt das Gasgemisch in den Zwischenraum zwischen Katalysatorkanal und Gehäuse infolge einer an der warmen katalytischen Außenseite der Kanalwand er­ zeugten Konvektionsströmung. Der im Gasgemisch enthal­ tende freie Wasserstoff wird im Zwischenraum an der ka­ talytischen Außenseite des Katalysatorkanals oxidiert. Damit wird die Wasserstoffkonzentration in der Umgebung der Katalysatorvorrichtung niedrig gehalten, und im Falle eines Abfackelns des Wasserstoffs an den Zünderelementen geht die Zündung von einem niedrigen Konzentrationsniveau des Wasserstoffs im Gasgemisch aus.

Bevorzugt ist nach Patentanspruch 3 im Zwischenraum zwischen Kanalwand und Gehäuse ein mit einer Schüttgutschicht verfüllbarer Füllbereich vorgesehen, der vom Eingangsbereich des Gasgemisches durch die Trennwand abgetrennt ist. Im Fallbereich kann Schüttgut mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingebracht sein, Patentanspruch 4, beispielsweise eine Schüttgutschicht aus Cu- oder Al-Partikeln, um die im Katalysatorkanal entwickelte Wärme rasch ableiten zu können und die Temperatur der Kanalwand niedrig zu halten. In den Füllbereich können aber auch Katalysatorteilchen eingefüllt werden, um die zum Wasserstoffabbau zur Verfügung stehende Katalysatoroberfläche insgesamt zu vergrößern. Katalysatorteilchen können auch gemischt mit Material hoher Wärmeleitfähigkeit im Zwischenraum vorgesehen sein. Im Zwischenraum lassen sich zur Aufrechterhaltung einer optimalen Katalysationstemperatur zusätzlich oder gesondert auch Körper mit hoher Wärmekapazität unterbringen.

Eine große Katalysatoroberfläche im Innenraum des Katalysatorkanals wird nach Patentanspruch 5 dadurch geschaffen, daß innerhalb des Katalysatorkanals eine für das Gasgemisch durchlässige Kammer gefüllt mit vom Gasgemisch umströmbaren Katalysatorkörpern angeordnet ist.

In gleicher Weise oberflächenvergrößernd wirken auch auf der Kanalwand aufgebrachte, sich in Strömungsrich­ tung des Gasgemischs erstreckende Rippen, die mit katalytisch aktivem Material beschichtet sind, Patentanspruch 6. Die Rippen können auf der Kanalwand radial nach innen oder auch nach außen gerichtet sein. Sie erstrecken sich günstig in Strömungsrichtung, um dem Gasstrom einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu bieten.

Die Abdeckungen des Gehäuses am Gehäuseeintritt und Gasaustritt werden nach Patentanspruch 7 aus Filtern gebildet, die insbesondere Aerosole und Fetteilchen zu­ rückhalten. Aerosole und Fetteilchen sind im Gasgemisch insbesondere nach Reaktorunfällen mit schmelzendem Re­ aktorkern enthalten und verschmutzen die Katalysator­ oberflächen, falls sie nicht geschützt sind. Eine Ver­ schmutzung beeinträchtigt die Wirksamkeit des Katalysators.

Die Zeichnung zeigt im einzelnen

Fig. 1 Katalysatorvorrichtung mit Katalysatorkanal und Zündelementen;

Fig. 2 Katalysatorvorrichtung mit katalytisch aktivem Material in einer Kammer innerhalb des Katalysatorkanals;

Fig. 3 Katalysatorvorrichtung mit einem Katalysatorka­ nal, dessen Kanalwand mit Rippen versehen ist.

Fig. 1 zeigt eine Katalysatorvorrichtung mit einem zy­ linderförmigen Katalysatorkanal 1 mit Zylinderachse 2 und einer Kanalwand 3, die aus rostfreiem Stahl als Trägermaterial besteht, das beidseitig mit katalytisch aktivem Material, im Ausführungsbeispiel mit Platin-Palladium oder einer Palladium-Nickel-Kupfer-Legierung, vgl. bei­ spielsweise die DE-PS 36 04 416, beschichtet ist. Der Katalysatorkanal 1 ist vertikal angeordnet und wird vom Gasgemisch von unten nach oben in Strömungsrichtung 4 durchströmt. Gaseinlaß 5 und Gasauslaß 6 des Katalysatorkanals sind so dimensio­ niert, daß sich der Strömungsquerschnitt für das Gasge­ misch in Strömungsrichtung 4 verengt. Hierzu weisen die Ka­ nalabschlüsse 7, 8 am Gasein- und -auslaß des Katalysa­ torkanals unterschiedliche Ein- und Auslaßquerschnitte auf, der Einlaßquerschnitt am Gaseinlaß 5 ist größer be­ messen als der Auslaßquerschnitt am Gasauslaß 6. Im Kata­ lysatorkanal 1 wird auf diese Weise für den Gasstrom in Strömungsrichtung 4 die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, so daß am Gasauslaß ein Unterdruck entsteht, der einen Sog auf das in den Katalysatorkanal einzuführende Gasge­ misch ausübt.

Im Ausführungsbeispiel sind zur Vergrößerung der Kataly­ satorfläche auch die Kanalabschlüsse 7, 8 beidseitig mit katalytisch aktivem Material beschichtet. Trägermaterial und katalytisch aktives Material entsprechen den Materialien, die für die Kanalwand 3 verwendet worden sind.

Der Katalysatorkanal 1 ist mit Abstand von einem Ge­ häuse 9 umgeben, dessen Gehäusewand aus einem Netz 10 aus rostfreiem Stahl besteht, auf dessen äußerer Seite ein gasdurchlässiger Filter 11 angebracht ist. Der Filter 11 hält insbesondere Aerosole, Fette und Schmutzteile zu­ rück, die bei Reaktorstörfällen mit Reaktorschmelze ent­ stehen und sich in der Katalysatorvorrichtung nicht auf katalysatorbeschichteten Oberflächen absetzen dürfen, da­ mit deren katalytische Wirksamkeit nicht geschwächt wird oder gänzlich verlorengeht. Die aus Netz 10 und Filter 11 bestehende Gehäusewand wird im folgenden mit beiden vor­ genannten Bezugszeichen als Gehäusewand 10, 11 angegeben.

Im Zwischenraum 12 zwischen Kanalwand 3 und Gehäuse­ wand 10, 11 ist eine Trennwand 13 eingesetzt, die einen Eingangsbereich 14 für das Gasgemisch abgrenzt. Die Trennwand 13 besteht aus wärmebeständigem keramischen Ma­ terial mit hoher Temperaturschockbeständigkeit und gerin­ gen Temperaturausdehnungskoeffizienten, insbesondere aus MgO, TiO₂, ZrO₂. Sie ist zumindest 1 cm dick. Es kommt in erster Linie darauf an, die radiale Wärmeausdehnung gegenüber den metallischen Teilen wie Katalysatorkanal und Gehäuse zu berücksichtigen.

Der von der Trennwand 13 abgedeckte Eingangsbereich 14 ist seitlich von der Gehäusewand 10, 11 umgeben und wird am Gaseintritt 15 der Katalysatorvorrichtung von einer Abdeckung nach unten abgeschlossen, die aus einer gas­ durchlässigen Filterplatte 16 besteht. Die Filter­ platte 16 ist in gleicher Weise wie der Filter 11 der Ge­ häusewand geeignet, insbesondere Aerosole und Fette zu­ rückzuhalten, die im eintretenden Gasgemisch enthalten sein können.

Eine Filterplatte 17 befindet sich auch am Gasaustritt 18 der Katalysatorvorrichtung, damit die katalysatorbe­ schichteten Oberflächen auch während der Dauer der Be­ triebsbereitschaft der Katalysatorvorrichtung vor Ver­ schmutzung geschützt sind.

Innerhalb des Eingangsbereichs 14 sind Zündelemente 19 eingesetzt. Auch die Zünderelemente sind mit katalytisch aktivem Material beschichtet, im Ausführungsbeispiel mit Pd-Ni- Cu, wie es in der DE-OS 40 22 132 beschrieben ist. Als Träger­ material wird wieder rostfreier Stahl benutzt.

Die Beschichtung mit katalytisch aktivem Material erhöht die Er­ wärmungsgeschwindigkeit der Zünderelemente 19. Die Zünde­ relemente sind etwa 2 bis 3 mm breit, 0,5 bis 1 mm dick und 40 bis 50 mm lang. Sie sind im Eingangsbereich 14 derart angebracht, daß sie vom Gasgemisch, das zum Gaseinlaß 5 des Katalysatorkanals 1 geführt wird, voll­ ständig umströmt werden.

Infolge der Gasdurchlässigkeit des gesamten Gehäuses für das die Katalysatorvorrichtung umgebende Gasgemisch be­ findet sich auch im Katalysatorkanal stets das Gasgemisch aus der Umgebung. Enthält das Gasgemisch Wasserstoff, setzt innerhalb und außerhalb des Katalysatorkanals an den katalysatorbeschichteten Oberflächen auf der Innen- und Außenseite der Kanalwand eine Oxidation des Wasser­ stoffs ein, die zu einer Erwärmung des Katalysatorkanals und zu einer auf Grund der Erwärmung einsetzenden Gas­ strömung führt. Der dadurch im Innenraum des Katalysator­ kanals am Gaseingang 5 entstehende Sog bewirkt einen Zu­ strom des Gasgemisches aus der Umgebung in den Eingangs­ bereich 14. Die Trennwand 13 kann als Leitwand für das zum Gaseinlaß 5 strömende Gasgemisch ausgebildet sein, beispielsweise als sich zum Gaseinlaß 5 hin verjüngender Kegel. Im Ausführungsbeispiel verschließt die Trennwand den Zugang zum ringförmigen Zwischenraum als radial zur Zylinderachse 2 verlaufende Zwischenraumabdeckung.

An der warmen Außenseite der Kanalwand 3 steigt auch im Zwischenraum 12 Gasgemisch nach oben. Es entsteht eine konvektive Strömung, die weiteres Gasgemisch durch die gasdurchlässige Gehäusewand 10, 11 hindurch nachströmen läßt.

Fig. 2 zeigt eine Katalysatorvorrichtung mit einem Kata­ lysatorkanal 20 mit Zylinderachse 21, in dessen Innenraum sich eine gasdurchlässige Kammer 22 mit Katalysatorkör­ pern 23 befindet. Im Ausführungsbeispiel weist die Kam­ mer 22 eine zylindrische Kammerwand 24 aus Drahtnetz auf, die Katalysatorkörper 23, die aus Platin, Palladium oder einer diese Metalle aufweisenden Legierung bestehen, bilden eine Schüttgutschicht. Die Katalysatorkörper sind derart gestaltet, daß sie dem die Schüttgutschicht durch­ strömenden Gasgemisch eine möglichst große katalytische Oberfläche anbieten. Die Katalysatorkörper sind deshalb beispielsweise Raschigringen ähnlich geformt.

Die Kammer 22 ist mit Stegen 25 an einer als Kegelstumpf ausgebildeten Kanalwand 26 befestigt. Der Kegelstumpf verjüngt sich in Strömungsrichtung des Gasgemisches, das den Katalysatorkanal vertikal von unten nach oben durch­ strömt. Bei dieser Bauweise entsteht im Eingangsbe­ reich 27, der in gleicher Weise gestaltet ist, wie der Eingangsbereich 14 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, ein Unterdruck, der das Gasgemisch aus der Umgebung in den Eingangsbereich 27 und in den Katalysatorkanal 20 an­ saugt. Im Eingangsbereich 27 befinden sich wieder mit Platin als katalytisch aktivem Material beschichtete Zünderele­ mente 28.

Anstatt einer kegelstumpfartigen Ausbildung der Kanal­ wand 26 läßt sich die gewünschte Verjüngung des Strömungsquerschnitts im Katalysatorkanal 20 auch durch einen weiten Gaseinlaß und einen engen Gasauslaß am Kata­ lysatorkanal erreichen, wie dies bei der Katalysatorvor­ richtung nach Fig. 1 der Fall ist. Zur Ausbildung können in einfacher Weise beispielsweise die Stege 25 dienen, deren Breite so dimensioniert werden kann, daß der Durch­ trittsquerschnitt für das Gasgemisch am Gaseinlaß größer als am Gasauslaß bemessen ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist im Zwischen­ raum 29 zwischen Kanalwand 26 und aus Netz 30 und Fil­ ter 31 bestehender Gehäusewand 30, 31 ein Füllbereich 32 vorgesehen, der mit Katalysatorkörpern 33 gefüllt ist. Die Katalysatorkörper 33 entsprechen in Material und Form den Katalysatorkörpern 23, die in der Kammer 22 im Innen­ raum des Katalysatorkanals 20 angeordnet sind. Die Kata­ lysatorkörper 33 vergrößern die Katalysatoroberfläche für das Gasgemisch, das die Gehäusewand 30, 31 durchdringt und im Zwischenraum 29 an den Katalysatorkörpern 23 und der Außenseite der Kanalwand 26 katalysiert wird.

Enthält das Gasgemisch freien Wasserstoff, so wird der Wasserstoff somit an allen in der Katalysatorvorrichtung vorhandenen Katalysatoroberflächen katalytisch oxidiert, also sowohl an der Innen- und Außenseite der Kanalwand 26 als auch an den Katalysatorkörpern 23, die in der Kam­ mer 22 im Innenraum des Katalysatorkanals 20 eingesetzt sind, sowie an den Katalysatorkörpern 23 im Füllbe­ reich 32 innerhalb des Zwischenraums 29 zwischen Kanal­ wand 26 und Gehäuse 30, 31. Die Erwärmung von Kanalwand 26 und Katalysatorkörpern 23 im Innenraum infolge der kata­ lytischen exothermen Wasserstoffoxidation erzeugt eine Kaminwirkung im Katalysatorkanal 20 und übt auf das Gas­ gemisch in der Umgebung der Katalysatorvorrichtung eine Sogwirkung aus. Das Gasgemisch strömt aus der Umgebung in den Eingangsbereich 27 und von dort an den Zünderelemen­ ten 28 vorbei in den Katalysatorkanal 20. Ist der Wasser­ stoffgehalt im Gasgemisch so hoch, daß die Zünderelemente reagieren, wird das Gasgemisch an den Zünderelementen 28 abgefackelt. Dabei wird eine sich ggfs. bildende Flamme aus dem Eingangsbereich 27 an der Trennwand 34 durch die Gehäusewand 30, 31 hindurch nach außen geführt. Kommt es zu einer nicht erwarteten Knallgasexplosion im Innenraum der Katalysatorvorrichtung, so brechen die Gehäuseab­ deckungen auf, die für die Katalysatoranordnung in Fig. 2 nicht dargestellt sind. Die Abdeckungen sind jedoch in gleicher Weise wie bei der Katalysatoranordnung nach Fig. 2 gestaltet. Eine Zerstörung der Katalysatoranordnung wird bei einer Knallgasexplosion vermieden.

Bei der Katalysatorvorrichtung nach Fig. 3 sind Ge­ häuse 35, aus Netz 36 und Filter 37 bestehende Gehäuse­ wand 36, 37, Trennwand 38 und durch die Trennwand be­ grenzter Eingangsbereich 39 mit Zünderelementen 40 in gleicher Weise ausgebildet wie bei den Katalysatorvor­ richtungen nach Fig. 1 und 2. Auch der in Fig. 3 wie in Fig. 2 nicht dargestellte Gase in- und Gasaustritt mit Filterplatten als Abdeckungen des Gehäuses entspricht un­ verändert der Katalysatorvorrichtung nach Fig. 1.

Anders gestaltet ist lediglich der Katalysatorkanal 41. Auf seiner Kanalwand 42 sind radial zur Zylinderachse 43 Rippen 44 angeordnet, die sich in Strömungsrichtung 45 erstrecken und somit bezogen auf die axial ausgerichtete Gasströmung in der Katalysatoranordnung nur einen gerin­ gen Strömungswiderstand aufweisen. Die Rippen 44 sind auf der Außenseite der Kanalwand 42 aufgesetzt und sind wie die Kanalwand 42 auf beiden Seiten mit katalytisch aktivem Mate­ rial beschichtet. Die Rippen 44 verlaufen bis in den Ein­ gangsbereich 39 hinein, so daß im freien Raum 46 zwischen den Rippen 44 aus dem Eingangsbereich 39 Gasgemisch auch zum Zwischenraum 47 zwischen Katalysatorkanal 41 und Ge­ häuse 35 strömen kann. Das Gasgemisch trifft hier nicht nur auf die mit den Rippen versehene Außenseite der Ka­ nalwand 42, sondern auch auf Katalysatorkörper 48, die ihre Wärme auf Grund der katalytischen Umsetzung von Gasgemisch, das durch die Gehäusewand 36, 37 in den Zwischenraum 47 einge­ drungen ist, auf das aus dem Eingangsbereich 39 strömende Gasgemisch übertragen. Es wird so auch im Zwischenraum 47 ein Kamineffekt erzeugt, auf Grund dessen das Gasgemisch aus dem Eingangsbereich 39 abgesaugt wird.

Zur Ausbildung des Kamineffektes im Katalysatorkanal 41 weist dieser einen kegelstumpfförmigen Gasauslaß 49 auf, dessen Kegelstumpfspitze in ein Abgasrohr 50 übergeht. Das im Katalysatorkanal 41 strömende Gasgemisch wird im Gasauslaß 49 beschleunigt, der Druck im Eingangsbe­ reich 39 verringert sich somit und verstärkt die Sogwir­ kung.

Zusammen mit den Katalysatorkörpern 48 läßt sich im Zwi­ schenraum 47 auch Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit einsetzen, beispielsweise Cu- oder Al-Späne, um eine aus­ reichende Wärmeableitung auf das Gehäuse 35 der Katalysa­ toranordnung zu ermöglichen. Zweckmäßig sind zur Konstanthaltung der Temperatur auch Körper mit hoher Wär­ mekapazität geeignet, beispielsweise Körper aus Schamot­ ten. Mit diesen Körpern läßt sich die Temperatur im Zwi­ schenraum auch bei temporär abfallender Wasserstoffkon­ zentration auf gewünschtem Niveau halten.

Alle Katalysatorvorrichtungen nach Fig. 1 bis 3 sind darauf abgestellt, innerhalb kurzer Zeit möglichst große Volumina des Gasgemisches umzusetzen. Es wird ein Kamin­ effekt erzeugt und damit Gasgemisch aus der Umgebung der Katalysatorvorrichtungen zur katalytischen Oxidation des im Gasgemisch enthaltenden freien Wasserstoffs zum Kata­ lysatorkanal gesaugt, und zugleich eine katalytische Um­ setzung von durch Konvektion bewegtem Gasgemisch im Zwi­ schenraum zwischen Katalysatorkanal und Gehäuse ermög­ licht. Dem Gasgemisch werden erhebliche Katalysatorober­ flächen angeboten, die für eine rasche Oxidation des freien Wasserstoffs sorgen. Die Katalysatorvorrichtungen sind darauf eingerichtet, zunächst durch katalytische Umsetzung die Wasserstoffkonzentration soweit wie möglich herabzusetzen und ein ggfs. notwendiges Abfackeln bei geringer Wasser­ stoffkonzentration zu erreichen, ohne die weiterhin gege­ bene katalytische Umsetzung zu beeinträchtigen. Werden somit beim Abfackeln wieder niedrigere Wasserstoffkonzentrationen erreicht, stehen die Katalysatoren erneut betriebsbereit zur Verfügung. Die Schüttgutschicht im Zwischenraum zwi­ schen Katalysatorkanal und Gehäuse, die aus Katalysator­ körpern, wärmeleitendem Material und Körpern hoher Wärme­ kapazität bestehen kann, wird entsprechend der insbeson­ dere für das konvektiv strömende Gasgemisch gewünschten katalytischen Umsetzung und der dafür erforderlichen optimalen Temperatur zusammengesetzt, auch unter Berück­ sichtigung einer optimalen Temperatur für den jeweiligen Katalysatorkanal. Dabei kann die Schütt­ gutschicht je nach Anforderung allein aus Katalysa­ torkörpern, aber auch allein aus Körpern hoher Wärmekapa­ zität bestehen, letzteres insbesondere dann, wenn ein frühzeitiges Abfackeln des Wasserstoffs erreicht werden soll.

Bezugszeichenliste

Katalysatorkanal 1, 20, 41
Zylinderachse 2, 21, 43
Kanalwand 3, 26, 42
Strömungsrichtung, 4, 45
Gaseinlaß 5
Gasauslaß 6, 49
Kanalabschluß 7, 8
Gehäuse 9, 35
Netz 10, 30, 36
Filter 11, 31, 37
Zwischenraum 12, 29, 47
Trennwand 13, 34, 38
Eingangsbereich 14, 27, 39
Gaseintritt 15
Filterplatte 16, 17
Gasaustritt 18
Zünderelemente 19, 28, 40
Kammer 22
Katalysatorkörper 23, 33, 48
Kammerwand 24
Stege 25
Füllbereich 32
Rippe 44
Raum 46
Abgasrohr 50

Claims (7)

1. Katalysatorvorrichtung zur Beseitigung von Wasserstoff aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch durch Oxidation des Wasserstoffs an einer mit katalytisch aktivem Material beschichteten Oberflächen eines vom Gasge­ misch durchströmten Katalysatorkanals, der einen sich in Strömungsrichtung des Gasgemisches verjüngenden Strömungsquerschnitt aufweist und von einem mit Abstand zur Kanalwand angeordneten Gehäuse umschlossen ist, das an seinem Gaseintritt für das Gasgemisch und am Gasaustritt Abdeckungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum (12, 29, 47) zwischen Kanalwand (3, 26, 42) und Gehäuse (9, 35) eine den Zwischenraum (12, 29, 47) in Strömungsrichtung (4, 45) des Gasgemisches gesehen bis auf einen Gaseinlaß (5) zum Kanal (1, 20, 41) verschließende Trennwand (13, 34, 38) angeordnet ist, die einen im Gehäuse (9, 35) am Gaseintritt (15) vorgesehenen Eingangsbereich (14, 27, 39) für das Gasgemisch begrenzt, in dem Zünderele­ mente (19, 28, 40) eingesetzt sind.

2. Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwand (3, 26, 42) auf ihrer Innen- und Außen­ seite mit dem katalytisch aktiven Material beschichtet ist und daß das Gehäuse (9, 35) eine für das Gasgemisch durch­ lässige Gehäusewand (10, 11; 30, 31; 36, 37) mit einem ins­ besondere Aerosole und Fetteilchen zurückhaltenden Filter (11, 31, 37) aufweist.

3. Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum (29, 47) zwischen Kanalwand (26, 42) und Gehäuse (35) ein mit einer Schüttgutschicht verfüllbarer Füllbereich (32) vorgesehen ist, der durch die Trennwand (34, 38) vom Eingangsbereich (27, 39) des Gasgemisches ge­ trennt ist.

4. Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllbereich (32) mit Schüttgut hoher Wärmeleitfähig­ keit verfüllt ist, daß er Katalysatorkörper (48) enthält und/oder daß in ihm Körper mit hoher Wärmekapazität einge­ setzt sind.

5. Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Katalysatorkanals (20) eine für das Gasgemisch durchlässige Kammer (22) gefüllt mit vom Gasgemisch umströmbaren Katalysatorkörpern (23) angeordnet ist.

6. Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kanalwand (42) mit dem katalytisch aktivem Material beschichtete Rippen (44) aufgebracht sind.

7. Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausbildung der Abdeckungen des Gehäuses (9) am Gaseintritt (15) und Gasaustritt (18) Filter verwendet sind, die insbesondere Aerosole und Fetteilchen zurückhalten.