JP3607868B2 - 水素及び／又は一酸化炭素を酸素と再結合させる装置と方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、少なくとも１つの触媒装置が、ガス混合物を稼働状態で貫流させる特に原子力発電所のケーシング内に配置された、水素及び／又は一酸化炭素を酸素と触媒的に再結合させるための装置及び方法に関する。
【０００２】
類似の方法と装置は、同時出願のドイツ特許出願第１９９１４８２３．６号、「水素及び／又は一酸化炭素を酸素と再結合させる触媒構成素子」で扱われており、この出願の公開内容は本願に加えるべきものである。
【０００３】
原子力発電所での冷却材の喪失を伴う事故により、安全タンク（原子炉格納容器）内に大量の水素及び一酸化炭素の放出が起り得る。対抗措置なしでは安全タンク雰囲気中の水素は、爆発性の混合物を形成するまで濃縮される。後の偶発的着火時に、特に大量の水素の燃焼により安全タンクの安全は危険に曝される。
【０００４】
安全タンク内にこの種爆発性のガス混合物が生じないようにするため、種々の装置が考案されている。それには、例えば触媒的な再結合装置、即ち触媒的にかつ電気で作動する着火装置又はこれら両者の装置を組合わせたものがある。触媒的な再結合器の主な動作法としては、例えば電気化学的な技術が知られており、例えば「電気化学的プロセス工学」（Ｅｌｅｋｔｒｏｃｈｅｍｉｓｃｈｅ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓｔｅｃｈｎｉｋ）ＤＥＣＨＥＭＡ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈｉｅｎ（Ｇｅｒｍａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、ドイツ化学装置協会）の研究論文、１９７０〜１９９２年、第９７巻、第３６３〜３７６頁、専門別応用電気化学会議、Ｃｈａｎｉｅ出版に説明されている。
【０００５】
安全タンクの雰囲気（原子炉格納容器の雰囲気）から水素及び一酸化炭素を除去するため、特に水素及び／又は一酸化炭素の早期の、かつ火炎を生じることのない再結合が達成されなければならない。その際危険な水素の燃焼の結果として生じる大きな圧力の増大は確実に回避せねばならない。それに対して、原子炉格納容器の雰囲気中で比較的長期の耐用期間に対してもそれほど失活せず、低い環境温度で受動的に起動する、これに好適な急速起動形の再結合装置が、ドイツ特許出願公開第１９６３６５５７号明細書から公知である。このような再結合装置で、例えば原子炉格納容器の雰囲気の、蒸気を含み、従って自然発火に対して防御されている状態で、水素の「穏やかな」再結合が可能になる。
【０００６】
欧州特許０５２７９６８号明細書から、両側面を白金及び／又はパラジウムのような触媒物質で被覆された平滑な板の形の、一群の触媒組織体系を備えた再結合装置が公知である。この装置は、原子力発電所の安全タンク内雰囲気中の、水素の分解に極めて好適である。個々の触媒組織体系は特殊鋼でできた担持薄板を含み、その両側面に、特に白金及び／又はパラジウムから成るμｍ単位の薄い層を有する。このように被覆された多数の個々の板は、モジュールとして組立て可能なケーシング内に配置されている。このケーシングは、監視すべきガス流で下から貫流され、該流は上方範囲で側方に形成された出口開口から出ていく。
【０００７】
欧州特許出願公開第０４３６９４２号明細書から、外部の温度に依存して自動的に開口するケーシング保護設備を有する再結合装置が公知である。しかしこのケーシング保護設備は、再結合装置の待機状態では、再結合装置の触媒活性表面の汚染を回避するために閉鎖されている。
【０００８】
それに対し、欧州特許出願公開第０４１６１４０号明細書から公知の再結合装置の場合、濾過媒体を備え、例えばエーロゾルのような環境雰囲気からの有害物質を阻止し、こうして再結合装置の触媒を汚染から守っている。
【０００９】
更にドイツ特許出願公開第３７２５２９０号明細書から、担持薄板又は金属ネットを介して、再結合時に生ずる反応熱を取り込み、或いは導出し、こうしてガス混合物の着火を回避する貴金属合金が公知である。
【００１０】
欧州特許出願公開第０３８８９５５号明細書から、制御下に水素の燃焼を起こさせる着火装置を付加的に備えた再結合装置が公知である。
【００１１】
公知の各再結合システムは、構成部分の寸法が特に小さい場合、特に高い再結合装置の出力並びに汚染に対する高い耐性を求めて設計されている。しかし再結合装置を原子力発電所のガス混合物中の水素との再結合に使用するには、更に原子力発電所の安全性に否定的影響を及ぼす作用を起こさないと言う保障が要求される。水素の再結合に使用される再結合装置の触媒装置が、再結合により通常加熱され、その高温により原子力発電所の原子炉格納容器において雰囲気内のガス混合物の不所望な着火の一因となり得ることに注意を払う必要がある。
【００１２】
従って本発明の課題は、その稼働状態でガス混合物の不所望な着火を特に確実に回避する、水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物、特に原子力発電所の設備の、安全タンク内の雰囲気中の酸素と触媒的に再結合させるための再結合装置、そして更に触媒的な再結合方法を提供することにある。
【００１３】
作動時ガス混合物が貫流するケーシング内に、少なくとも１つの触媒装置を配置し、この装置をガス混合物の流動方向に複数の部分領域を持つ、水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合する再結合装置において、上記の課題は本発明により、流動方向に第１の部分領域が、流入及び／流出する反応ガスの拡散を阻止するために囲む阻止層を持つ触媒体を含み、この第１の部分領域に続いて、第２の部分領域が反応ガスに直接接触させることのできる、少なくとも１つの触媒体を含むことにより解決される。従ってこの場合、再結合装置内の第１と第２の部分領域の特性を、相前後して使用すると有利である。こうして、複数の部分領域から成る触媒装置内で多段階の接触酸化が可能になる。その際これら異なる部分領域は、ガス混合物の流動方向に沿って生じる、異なる反応条件を考慮して設計する。特にこの触媒装置の流入範囲内で第１の部分領域には、そこに流れ込む爆発性の高いガス混合物に対し、特に発火抑制性を与える。これに対し、上方の流動領域内に配置する部分領域では、このガス混合物が既に一部浄化されているため、発火を起こす反応ガスの濃度（例えばＨ_２で８容量％以上）を既に明らかに下回るので、特に高い触媒活性が重要である。或いは又、異なる部分領域を交互にガス混合物の流動方向に沿って配置してもよい。
【００１４】
第２の部分領域内の触媒体が、第１の部分領域内の触媒体よりも高い触媒活性を有するよう選択すると有利である。これは、例えば活性中心に比較的高密度、即ち触媒活性物質の分量が比較的多い触媒を選択することで可能であり、それにより一層高い触媒活性と、従って又強化された触媒反応が当該部分領域内に達成される。この触媒活性の強度に応じ、第２の部分領域を補助的に火炎遮断設備で被覆してもよい。この火炎遮断設備は、最高でも０．７ｍｍ、有利には０．３ｍｍ以下の間隙幅とする。火炎遮断設備を第２の部分領域に直接施すことで、付加的に火炎遮断装置を、特に拡散阻止性の第１の部分領域に拡大することで、第２の部分領域の第２の反応帯域から、第１の部分領域の第１の反応帯域内への熱の伝達、そしてまた第１の反応帯域内での接触反応の迅速な起動も達成できる。
【００１５】
この触媒体は複数の単位部分、例えば圧縮又は焼結された繊維からできていてもよい。この触媒体が第２の部分領域内で、触媒物質で被覆された薄板状の担体からできていると有利である。この担体は、例えばステンレス鋼からなる。該担体は０．２ｍｍ以上の基板の厚さを有する。或いは又、この触媒体は平滑な板、穿孔板又は機械的支持体としての球体を含んでもよい。触媒的な再結合の機能及び形態に応じ、この支持体は、金属又はセラミックスから形成可能である。セラミックスで形成する場合、例えばＡｌ_２Ｏ_３の薄め塗膜（Ｗａｓｈ ｃｏａｔ）である。
【００１６】
ガス混合物中で行われる特に効果的な水素の再結合のため、触媒物質は触媒性の貴金属、特に白金又はパラジウムを含む。白金は特に耐熱性で、かつ触媒毒に対しても耐久性を示す。更に触媒活性物質としての白金は、水素の他に一酸化炭素も再結合できる。パラジウムは特に低い環境温度において動作し始めるその特性の故に好適である。従って第１の部分領域内に、例えば第２の部分領域内の貴金属よりも耐被毒性である貴金属を選択するとよい。接着層及び／又は中間層を使い、触媒物質を機械的支持体上に施すと有利である。
【００１７】
特に有利な１実施態様では、特に多孔性に形成された阻止層は、第１の部分領域内では、触媒体を配置した、積み上げたばら材である。その際ガス混合物の部分流は、ばら材中に配置した触媒体を貫流する（貫流の代替案）。その際第２の部分領域の触媒体は、第１の部分領域の触媒体と分離して配置する。例えばこれらの２つの触媒体を、ガス混合物の流動方向に相前後して配置する。この場合、特に爆発性のガス混合物が、１０容量％以上のＨ_２濃度を有する流入範囲内に存在する場合、ばら材の多孔率を、第１の部分領域の流出範囲で、Ｈ_２濃度を６容量％以下に低下させる多孔率にする。環流可能なケーシング内の圧力の損失を補償するため、流入面積を約２〜５倍大きくしてもよい。更にケーシングの高さが０．２〜２ｍの場合、触媒装置のこの範囲内に、特に０．１〜１ｍ／秒のガス混合物の貫流速度が得られる。
【００１８】
もう１つの有利な実施態様では、第１の部分領域内の阻止層を触媒体上に多孔性のカバー層として施す。環流の代替案であるこの触媒装置の場合、第１と第２の部分領域内の触媒体は連続した部材で形成され、即ちこの部材は第１の部分領域にも第２の部分領域にも及んでいる。そのためこの触媒体は、ガス混合物の全ての流れにより環流される。流入範囲で第１の部分領域上に施された阻止層により、流入及び／又は流出する反応ガスの拡散の抑制が達成される。こうして反応ガスの触媒的な再結合は制限され、これはまた高いＨ_２濃度の場合にも反応温度を制限することになる。同様に接触反応に影響を及ぼす、環流又は溢流するガス混合物の速度も、ケーシングの所定の形状により調整できる利点がある。ケーシングの高さが０．２〜２ｍの場合、ガス混合物の溢流速度を触媒装置の範囲内で０．１〜２ｍ／秒に調整するとよい。
【００１９】
特に高い反応変換率を得るため、同種の複数の触媒装置を互いに並列に配置するとよい。この環流の代替案では、例えば隣接する触媒装置は、各々その第１及び第２の部分領域が互いに並列に配置される。その際、第１の部分領域内の各触媒装置は付属の阻止層を備える。触媒装置の貫流代替案では、例えば同種の複数の第１部分領域が互いに並列に配置され、共通の阻止層により囲まれる。それら第２の部分領域は第１の部分領域と分離され、やはり互いに並列に配置される。或いは又、異なる型の触媒装置を交互に配置してもよい。特に一方の部分領域が非阻止性の反応を可能にし、他方の部分領域が拡散阻止性の反応を可能にする、第１と第２又は複数の部分領域を持つ触媒装置を組み合わせることにより、特に安全かつ活発に触媒的な再結合の多段階の実施が可能である。この多段階の再結合で、個々の部分領域内又は流動溝内で、低爆発性のガス混合物でも同時に高い反応置換率で着火又は引火に対する特に確実な保護が達成される。
【００２０】
触媒装置を板の型に形成し、各々最高でも１ｃｍ、好ましくは約０．３ｍｍの全体の厚さに、そして２０ｍｍ以下の相互間隔にすると有利である。
【００２１】
特に高速で流入するガス混合物の所謂「上昇気流」の場合も、均質な再結合、特に多段階の酸化を保証するため、触媒装置の手前のガス混合物の流入方向に上昇気流支援体を接続する。この上昇気流支援体は、勿論触媒体の一部を含んでもよい。この支援体が、再結合装置の断面積をその流入側で１〜５倍に拡大させると特に有利である。こうすると、特に簡単に、流入ガス混合物の流れを制限できる。これは又、ガス混合物の連続した流入をもたらし、それにより反応帯域のずれは確実に回避される。ケーシング内に生じる圧力損失の低減及び場合によっては補償のため、ケーシングが０．２〜２ｍの高さを持つと有利である。
【００２２】
再結合装置内に万一逆流、所謂下降気流が生じた際、特に安全運転を達成するため、触媒装置末端の、ガス混合物の流出方向に降下気流支援体を配置する。交錯する流動方向を持つ、特に極端な流動状態では、付加的に流入範囲内に、上昇気流支援体等の、表面積を拡大させる部分的反応表面カバーを設けてもよい。
【００２３】
もう１つの実施態様では、第１の部分領域の少なくとも流入範囲の阻止層上にポリテトラフルオロエチレンの被覆を設ける。特に湿度の高い環境条件下での初期起動特性は、この局所的に制限した被覆により、触媒体に局所的な疎水性を生じることができる。被覆を量的に制限することで、気孔層又は阻止層内への反応依存性の水の吸着は回避され、こうして初期起動特性の改善（受動的反応開始）が達成される。
【００２４】
水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合する方法に関する上記の課題は、本発明により、再結合を、阻止層により囲まれる触媒体の流動方向の第１の部分領域内で行い、更にそれに次ぐガス混合物に直接接触可能な触媒体の第２の部分領域内で行うことで解決できる。この両方の部分領域、即ち第１及び第２の部分領域が触媒的に異なる活性帯域を有すると有利である。これはまた反応ガスに多段階の接触酸化を生じさせる。
【００２５】
貫流の代替案では、第１の部分領域内でガス混合物を、阻止層を通過させて通すとよい。その際浄化されていないガス混合物の部分流は、第１の部分領域を貫流して浄化される。次いでこの浄化されたガス混合物を、この触媒体の後方に接続された混合帯域内で、浄化されていないガス混合物と混和し、それにより爆発性の反応ガス濃度、特にＨ_２濃度は低下される。次いでこの混合された 、低濃度のガス混合物を阻止層で覆われていない第２の部分領域に更なる接触酸化のために導く。こうして、このガス混合物は、特に触媒的に高い活性物質を含む触媒体に直接接触し、その結果より高い触媒活性を持つ触媒物質により高められる、より高度な接触反応がこの第２の部分領域内で行われる。
【００２６】
触媒装置の環流についての代替案では、全ガス混合物を特に第１の部分領域内で阻止層に沿って流す。その際水素濃度の低減は、この触媒装置に沿って、即ち第１と第２の部分領域に沿って行われる。
【００２７】
第１の部分領域内でガス混合物中に導入される水素の量は、最も不所望な運転の場合でも、即ち「最悪の場合」を考慮しても、酸化により５容量％以下に低下される。こうして第２の部分領域内に流入するガス混合物は、当該反応ガスの着火濃度以下の濃度をもつ。これは、高活性な触媒物質の場合も、第２の部分領域内への拡散を抑制し、火炎を遮断する阻止層を省くことを可能にする。
【００２８】
反応温度が、第２の部分領域内よりも第１の部分領域内で低いと有利である。特に第１の部分領域における反応温度は、反応ガスの着火温度以下とする。第１の部分領域における反応温度は「最悪の場合」でも５６０℃以下とすると有利である。即ち、この反応温度は水素の着火温度以下である。第２の部分領域内で、第１の部分領域内で行われた触媒的酸化の結果、水素の燃焼は起こらない。
【００２９】
本発明による利点は特に、触媒装置の少なくとも２つの異なる部分領域によって、特に安全に、着火することなく、かつまた特に活発な触媒的に再結合が（１５容量％迄の高いＨ_２濃度の）高爆発性のガス混合物の場合にも、また（約１容量％の低いＨ_２濃度の）低爆発性のガス混合物の場合にも達成される点にある。
【００３０】
本発明の実施例を図面に基づき以下に詳述する。
【００３１】
図中相応する部分は全て同じ符号を付してある。
【００３２】
図１の再結合装置１及び図４の再結合装置１′は、それぞれ水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と、即ち発電所（図示せず）の事故の場合の原子炉格納容器の雰囲気中の酸素と、触媒的に再結合するため設けられている。
【００３３】
再結合装置１は多数の触媒装置２を含み、それらは最高でも２０ｍｍの間隔で互いにほぼ並列に配置される。この装置１の形態及び機能に応じ、単独の触媒装置２を備えたり、更に複数の同形又は異形の触媒装置２を備えたりしてもよい。
【００３４】
触媒装置２はケーシング４内に配置されている。ケーシング４は、再結合装置１、１′の稼働時ガス混合物が自由対流で貫流できるよう形成されている。そのため、ケーシング４は矢印５で示す方向に沿い主にシャフトを形成する。触媒装置２の範囲内で、ガス混合物が再結合する際の発生熱により惹起される上昇気流は、再結合装置１、１′の稼働状態で、ガス混合物の圧力降下の過補償を生じ、その結果シャフト状に形成されたケーシング４の煙突効果により、ガス混合物が再結合装置１、１′を外部からの補助又は駆動手段なしに貫流し始める。その際シャフト状に形成されたケーシング４の部分は、生じた圧力の損失を補償するため０．２〜２ｍの高さを有する。加えて特に好ましい対流挙動のため、ケーシング４は０．３〜１０の奥行きに対する高さ比を有すると有利である。
【００３５】
再結合装置１、１′は、触媒装置２の範囲内で、水素の再結合時の熱発生に伴う高温にも係わらず、再結合装置１、１′の外部範囲の発火性ガス混合物の着火を確実に回避するよう形成されている。そのため個々の触媒装置２は、ガス混合物の流れ方向に見て少なくとも２つの部分領域、即ち第１の部分領域Ｔ１と、第２の部分領域Ｔ２とを有する。再結合装置１、１′の形態及び機能の応じ、２つ以上の部分領域を設けてもよい。
【００３６】
触媒的な再結合のため、各触媒装置２は第１の部分領域Ｔ１内にも、第２の部分領域Ｔ２内にも、再結合に適した触媒活性物質を含む触媒体６を有する。この物質として、特に貴金属、貴金属の混合物又は貴金属箔を設けるとよい。この場合貴金属として、特に白金及び／又はパラジウムを設ける。
【００３７】
特に流入範囲内での爆発性の高いガス混合物の発火を回避するため、第１の部分領域Ｔ１内で触媒体６は、流入及び／又は流出する反応ガスの拡散阻止用の阻止層８により囲まれている。第２の部分領域Ｔ２内では、反応ガスは触媒体６に直接接触可能である。この場合、ガス混合物を第１の部分領域Ｔ１内では阻止層に沿って通し、第２の部分領域Ｔ２内では触媒体６に沿って通す。
【００３８】
ガス混合物の流動方向に見て第１の部分領域Ｔ１での触媒的再結合は、触媒体６を囲む阻止層８により抑制される。即ち、第１の部分領域Ｔ１内で、例えばＣＯ、Ｈ_２、Ｏ_２、ＣＯ_２等の反応ガスの流入は特に阻止され、その結果部分酸化のみが起る。これは又、触媒的な再結合を遅延させ、従って反応温度を低く、特に５６０℃以下に保持させることになる。部分領域Ｔ１の長さは、流入する反応ガスの濃度を基準として決定する。特に第１の部分領域Ｔ１内でガス混合物に添加される水素の含有量は、接触酸化により５容量％以下に低減する。
【００３９】
従って後続の触媒帯域、即ち第２の部分領域Ｔ２内には、反応ガス濃度が着火濃度以下のガス混合物が流れ込む。従って、ガス混合物が第２の部分領域Ｔ２内では、特に触媒体６に直接接触する利点がある。その際、触媒体６が第２の部分領域Ｔ２内で触媒活性物質を含むことにより、第２の部分領域Ｔ２は第１の部分領域よりも触媒的に活性である。第２の部分領域Ｔ２における反応温度は、従って５６０℃以上となる。両方の部分領域、即ち第１の部分領域Ｔ１及び第２の部分領域Ｔ２は、上記のように触媒的に異なる活性帯域を可能にし、それにより反応ガスの多段階の接触酸化が可能になる。触媒の活性強度に応じて第２の部分領域Ｔ２を付加的に図示しない火炎遮断設備により被覆してもよい。
【００４０】
流入するガス混合物が極めて高速な、所謂上昇気流である場合も、均一な再結合、特に多段階の酸化を保証するため、触媒装置２のガス混合物の流入方向に上昇気流支援体１０を配置する。この上昇気流支援体１０は、再結合装置１の流入口の断面積を、特に好ましくは１〜５倍に拡大させる。
【００４１】
万一再結合装置１、１′内に逆流、即ち所謂下降気流が生じた際、特に安全運転を可能とするため、ガス混合物の流出方向のケーシング４上端に下降気流支援体１２を設けるとよい。この支援体１２は、同時にケーシング４の屋根及び再結合装置１、１′の滴下防止体の役目をする。こうして再結合装置１、１′の上方の噴霧装置の作動中も、再結合装置１、１′内に液体滴下物が直接入り込むのを回避できる。
【００４２】
更に再結合装置１、１′は、ガス混合物の流動方向に見て下降気流支援体１２の下方に濾過装置１４を有する。ケーシング４内の触媒装置２の後方に接続されたこの装置１４は、粗い粒子を濾過する役目を果たす。例えば濾過装置１４は細い針金のメッシュから形成され、この金網は、再結合装置１、１′内の圧力損失及び要求される沈殿力を考慮して、網目幅を特に小さく、好ましくは８００μｍ以下に選択する。この網目幅を決める際の他の設計基準として 、更に濾過装置１４にエーロゾル又はコロイドのような触媒毒の沈殿を起さない配慮がある。濾過装置１４は、むしろエーロゾル又はコロイドが量的に、かつさほどの沈殿損なく透過できる程度に採寸される。こうして、堆積するエーロゾル又はコロイドによる閉塞は確実に回避できる。
【００４３】
更にこのケーシング４は遮断ジャケット１６を有する。例えばこの遮断ジャケット１６を二重のジャケットとし、空隙を設けてもよい。或いは又２つのジャケット層間に、耐熱及び耐放射線性の絶縁物質を配置してもよい。遮断ジャケット１６を介しての放射線の漏出は、こうして確実に回避される。特に５００℃以上の温度範囲における熱の伝達は、遮断ジャケット１６の形成により高度に阻止される。ケーシング４を囲むガス混合物（原子炉格納容器−雰囲気間）の、ケーシングの高温に伴う着火は、こうして確実に回避できる。
【００４４】
図２は、触媒体６を持つ、図１による触媒装置２を示す。この装置２は板状に形成され、特にセラミックス製の場合、最高で１ｃｍ迄の全厚を有する。全厚が約０．３ｍｍであるとよい。第１の部分領域Ｔ１は触媒体６を囲む阻止層８を有する。この阻止層８は、触媒体６上に施した多孔性のカバー層として形成されている。阻止層８の孔隙は流入する反応ガスを結合させ、こうして接触反応は、第１の部分領域Ｔ１内の単位表面積当たり僅かな部分量に制限されることになる。更に第２の部分領域Ｔ２は、例えば層１８として触媒体６上に施された極めて活性な触媒物質の濃縮を示す。局所的に制限された触媒活性物質の濃縮は、触媒装置２の始動機能を支援する。この層１８は、特に白金又はパラジウムを含む。或いはまたこの触媒活性物質は、触媒体６の表面内にも配置可能である。
【００４５】
もう１つの有利な実施態様では、第１の部分領域Ｔ１の少なくとも流入範囲内の阻止層８上にポリテトラフルオロエチレンの被覆２０を備え、これが、反応ガスの流入を僅かに阻止する。被覆２０を局所的に制限することで、反応に関与する気孔層又は阻止層８内への水の吸着を回避することができ、こうして初期起動特性（受動的な反応開始）が改善される。
【００４６】
図３は上述した「最悪の場合」の触媒装置２に沿ったガス混合物の流動過程に依存する、Ｈ_２濃度Ｋと反応温度Ｔの関数的な経過を示す。触媒装置２の稼働状 態で、第１の部分領域Ｔ１内で明白に１０容量％を越えるＨ_２濃度は、接触酸化 により少なくとも５容量％に低下し、その際第１の部分領域Ｔ１内の反応温度Ｔは５６０℃以下を保ち、従って触媒装置２の反応ガスの着火温度を下回る。
【００４７】
第２の部分領域Ｔ２内では、反応温度Ｔは比較的高い触媒活性により上昇し、特に５６０℃の着火温度を越えている。しかし第２の部分領域Ｔ２内のＨ_２濃度Ｋが、明らかに、５容量％以上の着火濃度を下回るため、ガス混合物の着火は確実に回避できる。図３に示す関数的経過は、図１による再結合装置１及び図４による再結合装置１′の特徴である。
【００４８】
図４は別の触媒装置２を有する再結合装置１′を示す。この場合、第１の部分領域Ｔ１と第２の部分領域Ｔ２は互いに分離して配置されている。第１の部分領域Ｔ１は、阻止層８により一緒に囲まれた、多数の互いに並列配置された触媒体６から成る。そのため阻止層８は緊密ではないばら材からなり、その中に触媒体６が配置されている。再結合装置１′の形態及び機能に応じ、同形の複数の第１部分領域Ｔ１を備えてもよく、これらは図４に示すように、ガス混合物の流動方向に互いに並列に隙間２２を形成しながら配置されている。或いはまた、異なる部分領域Ｔ１、Ｔ２を交互に配置してもよい。
【００４９】
第２の部分領域Ｔ２は同様に多くの触媒体６を含み、それらは第１の部分領域Ｔ１の後方に装入され、触媒体６はガス混合物の流動方向に見て互いに並列に配置されている。再結合装置１′の形態及び機能に応じ、第１の部分領域Ｔ１と第２の部分領域Ｔ２から成る触媒体６の場合、その触媒活性に関し同じ触媒体であってもよい。しかしこの触媒体６に、第１の部分領域Ｔ１及び／又は第２の部分領域Ｔ２内で異なる触媒物質を用い、触媒活性を変化させてもよい。
【００５０】
ガス混合物の再結合に伴い、ガス混合物は一方では両方の第１部分領域Ｔ１を貫流し、Ｈ_２濃度を低下されて中央空間２２内に達する。他方、両方の第１の部分領域Ｔ１間に配置された送込み部２４を介して、未浄化のガス混合物が同時に中央空間２２に達する。空間２２内でこのガス混合物は浄化済みガス混合物と混和され、それにより５容量％以下の着火濃度の一定したＨ_２濃度が出口側の空間２２内において調整される。空間２２から流出するガス混合物は、引続き第２の部分領域Ｔ２内で更なる接触酸化のため触媒体６に沿って通される。
【００５１】
送込み部２４内に未浄化のガス混合物の流出を制限する、例えば金網の格子２６が配置されている。しかし複数の金網又は金属格子を次々につなげ、それにより最高でも１００μｍ、好ましくは約２μｍの極小の隙間幅を形成するとよい。
【００５２】
こうして触媒毒、特にエーロゾルのような微細粒子も量的に透過する。
【００５３】
図５は、図４の積み重ねたばら材の阻止層８を示す。このばら材の阻止層８は１〜１０ｍｍ、特に１〜５ｍｍの粒径であるとよい。その際ガス混合物の流動方向（矢印２８）に見て阻止層８は流入範囲Ｅ内に流出範囲Ａより大きな粒径を持つ。その結果、阻止層８は特に拡散阻止性に、かつ火炎遮断性に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る再結合装置の断面図。
【図２】図１の部分断面図。
【図３】Ｈ_２濃度Ｋと反応温度Ｔの関数過程を示すグラフ図。
【図４】本発明の他の実施例に係る再結合装置の断面図。
【図５】図４の部分断面図。
【符号の説明】
１、１′ 再結合装置
２ 触媒装置
４ ケーシング
５ 優先方向を示す矢印
６ 触媒体
８ 阻止層
１０ 上昇気流支援体
１２ 下降気流支援体
１４ 濾過装置
１６ 遮断ジャケット
１８ 層
２０ ポリテトラフルオロエチレンの被覆
２２ 中央空間
２４ 送り込み口
Ｔ１、Ｔ２ 部分領域
Ｋ Ｈ_２濃度
Ｔ 反応温度
Ｅ 流入範囲
Ａ 流出範囲

Claims (17)

1. 稼働時にガス混合物が貫流するケーシング（４）に、少なくとも１つの触媒装置（２）が配置され、該装置（２）がガス混合物の流動方向に複数の部分領域（Ｔ１、Ｔ２）を有する、水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させる装置（１、１′）において、流動方向に順に第１の部分領域（Ｔ１）と第２の部分領域（Ｔ２）とを備え、両部分領域はそれぞれ触媒体（６）を含んでおり、前記第１の部分領域（Ｔ１）の触媒体（６）上には該部分領域での触媒的再結合を抑制する多孔性の阻止層（８）が設けられ、第２の部分領域（Ｔ２）の触媒体（６）は直接反応ガスに接触することを特徴とする水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させるための再結合装置（１、１′）。
2. 触媒体（６）が第２の部分領域（Ｔ２）内で、第１の部分領域（Ｔ１）における触媒体（６）よりも高い活性を有することを特徴とする請求項１記載の装置（１、１′）。
3. 第２の部分領域（Ｔ２）内で、触媒体（６）が触媒物質で被覆された板状の担体から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の装置（１、１′）。
4. 触媒物質が触媒性の貴金属を含むことを特徴とする請求項３記載の装置（１、１′）。
5. 多孔性の阻止層（８）が積み重ねたばら材であり、その中に第１の触媒体（６）が配置されたことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置（１′）。
6. 阻止層（８）が多孔性のカバー層であり、該層が第１の触媒体（６）の上に施されたことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置（１）。
7. 複数の同種の触媒装置（２）が互いに並列に配置されたことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の装置（１）。
8. 触媒装置（２）が板状に形成されており、各々最高でも１ｃｍの全層厚を有し、互いに２０ｍｍ以下の相互間隔で並列に配置されたことを特徴とする請求項７記載の装置（１）。
9. ガス混合物の流入方向の触媒装置（２）の前端に、上昇気流支援体（１０）を備えたことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の装置（１、１′）。
10. ガス混合物の流出方向の触媒装置（２）の末端に、下降気流支援体（１２）を備えたことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の装置（１、１′）。
11. 水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させる方法において、再結合を、先ず触媒的再結合を抑制するための多孔性の阻止層（８）で囲まれた、触媒体（６）の第１の部分領域（Ｔ１）内で行い、それに続きガス混合物に直接接触可能な、触媒体（６）の第２の部分領域（Ｔ２）内で行うことを特徴とする水素及び／又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させる方法。
12. 全てのガス混合物を、第１の部分領域（Ｔ１）内で阻止層（８）を通過させることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 全てのガス混合物を、第１の部分領域（Ｔ１）内で阻止層（８）に沿って通すことを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 第１の部分領域（Ｔ１）内で、ガス混合物中を通した水素の含有量を酸化により５容量％以下に低減することを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の方法。
15. 第１の部分領域（Ｔ１）内で、反応温度（Ｔ）が第２の部分領域（Ｔ２）における反応温度よりも低いことを特徴とする請求項１１乃至１４の１つに記載の方法。
16. 第１の部分領域（Ｔ１）内での反応温度（Ｔ）が５６０℃以下であることを特徴とする請求項１１乃至１５の１つに記載の方法。
17. 第２の部分領域（Ｔ２）内での反応温度（Ｔ）が５６０℃以上であることを特徴とする請求項１１乃至１６の１つに記載の方法。

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