JPH06509419A - 特に原子力設備におけるｈ↓２・空気・蒸気・混合物に含まれる水素の再結合および／又は点火方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特に原子力設備における）Ｉｔ　・空気・蒸気・混合物に含まれる水素の再結合 および／又は点火方法と装置本発明は、請求の範囲ｌの上位概念部分に記載した Ｈ３・空気・蒸気・混合物に含まれる水素を再結合および／又は点火するための 方法に関し、更に請求の範囲７の上位概念部分に記載したＨ８・空気・蒸気・混 合物に含まれる水素を再結合および／又は点火するための装置に関する。

この種の方法および装置はヨーロッパ特許第Ａｌ−０３０３１４４号公報で公知 である。その場合触媒体は垂直に延びる管の中に管内壁に対して間隔をおいて配 置されている。管の端面は圧力および／又は温度に関係して開く閉鎖体を備えて いる。触媒材料として特にパラジウムあるいはプラチナが利用され、その場合再 結合は既に非点火性の水素濃度の範囲で行われる。触媒体には、触媒被膜を有し ているかそのような材料から成るワイヤが取り付けられており、これは管の中を 通るＨ２　・空気・蒸気・混合物の流れ方向に見て触媒体の前および／又は後ろ に配置されている。

本発明は、冒頭に述べた形式の方法が非点火性の水素濃度の再結合の際に確実に 作動しいわゆる点火下限において確実な点火を生しなければならないだけでなく 、点火上限（いわゆる肥沃な混合物あるいは比較的高いＨ２４度のＨ３・空気蒸 気・混合物）においても同様に流入する混合物における水素の確実な点火が保証 されなければならないという認識から出発している。

このことは、実施された冷却過程後および水蒸気の４ｉ縮後に高いＨ＊１１１１ 度の点火領域への入り込みが生し得るので重要である。

本発明は、上述した要求の意味において水素の再結合および点火が約４〜５容積 ％の水素の点火下限においてだけでなく、点火上限（約ｌＯ容積％以上の水素の 場合）においても可能であり、またこれが水蒸気含有の即ち不活性の大気におい ても可能であるような方法と装置を得ようとするものである。

本発明の対象はこの課題を解決するために、ａ）Ｈ，・空気・蒸気・混合物の第 一の部分流が少なくとも一つの第一のチャネルを貫流するようにされ、このチャ ネルの触媒被膜を有する第一のチャネル壁と接触することによってＨｔと０７を Ｈ，０に再結合するための触媒反応に曝さね、 ｂ）Ｈｚ　・空気・蒸気・混合物の第二の部分流が第一の部分流に加えてチャネ ル壁を持つ少な（とも−・つの第二のチャネルを貫流され、その場合少なくとも 一つの点火要素のそばを流され、この点火要素が第二の部分流が点火限度に達す るかこれを超過する際に点火されるような点火温度に加熱され、Ｃ）第一のチャ ネルにおいて触媒反応の際に発生する熱の少なくとも一部が第二のチャネルにそ れを予熱するために伝達される、ことを特徴を有する冒頭に述べた形式の水素の 再結合および点火方法にある。

このようにして、加熱用の熱を点火要素に別のエネルギー源に無関係にそれ自体 で確実に伝達することができる。請求の範囲ｌ記載の方法の有利な実施態様は請 求の範囲３ないし５に記載されている。

第一のチャネル内で発生した熱を伝達するために、第二のチャネル壁は第一のチ ャネルに熱伝達関係に置かれ特に熱伝導接触され、その結果第一のチャネルにお いて再結合過程の際に生しる熱量は第二のチャネル壁に伝達され、第二のチャネ ルを貫流するＨア　・空気・蒸気・混合物は、それが点火要素のそばを流れそこ で点火される前あるいは点火中に、第二のチャネル壁において予熱される。ここ で熱伝達関係とは、熱が第一のチャネルから第二のチャネルおよび一つあるいは 複数個の点火要素に熱放射、対流および熱伝導によって伝達され、これらのチャ ネル壁による熱伝導が伝達成分の主要量を占めることを意味する。驚くべきこと に第１−７の金属製のチャネル壁自体が平面点火要素として利用できることが判 明した８その場合第二の金属製チャネル壁は大きな面積の熱的点火器として作動 する。

このチ＾ネル壁は第一のチャネル内で進行する触媒再結合過程とその際に生しる 熱の伝達に基づいて例えば７００〜７２０°Ｃに加熱することができる。この種 の熱的点火器は々ｒＩ８には点火上限において、しかもそこで非常に有効に作動 する。

追加的にあるいはその平面点火要素の代わりに個々の点火尖端が第二の部分流の ガス流の中に突き出している一つあるいは好適には複数個の千ノブ（尖端）形点 火要素も使用することができる。触媒液ＩＩＩ（例えばＰｔあるいはＰｄ）を備 えた細いワイヤあるいは「糸」として形成した場合、この種のチップ形点火要素 は特に点火下限において触媒点火器として作動し、また例えばＣｕがら熱良導体 の裸管あるいは裸線コイルとして形成した場合、この種のチップ形点火要素は熱 的点火器としても使用できる。

有利な実施ＩＩｉ様に基づいて、第一のチャネルにおける第一の部分流は垂直に 下から上に導かれることにより、その容積流は熱的に生した揚力によって安定化 される。これに関連して、第二のチャネルにおける第二の部分流も垂直に下から 上に導かれることにより、その容積流が熱的に生した揚力によって安定化される ことも有利である。これによって第一および第二のチャネルの中に対流が生し、 第二のチャネルにおいて点火によって発生された圧力波はこの対流を持続的に乱 さないことあるいは例えばその流れ方向を逆転しないことを可能にする。

滞在時間を延長するために第二の部分流を絞ることができる。好適には第一およ び第二のチャネルから流出する第一および第二の部分流は、第一の出口側部分流 の第二のチャネルへの侵入および第二の出口側部分流の第一のチャネルへの侵入 が阻止されるような長さの分離領域に沿って互いに分離されている。

本発明に基づく方法により特に次のような利点が得られる。

−Ｈ，・空気・蒸気・混合物の点火下限（Ｏｔ過剰、Ｈ！不足）におけるＨ１点 火。

−Ｈ，・空気・蒸気・混合物の点火上限（ＨＸ余剰、０．不足）におけるＨχ点 火。

−非点火性の濃度範囲におけるＨ２と０□のＨ，Ｏへの顕著な再結合、従って点 火に対してだけでなく大きな面積の再結合に対して利用できること。

−特に原子カニ業への使用可能性および若干の例しか挙げないが化学工業および 石油化学工業への使用可能性。

上述の！ＩＢを解決するために請求の範囲６に基づいて、本発明の対象は、ａ） チャネル壁を持つ少なくとも一つの第一のチャネルの壁表面が、そばを流れる水 素と酸素を再結合するための触媒被膜を有し、ｂ）第一のチャネルに並列配！さ れる少な（とも一つの第二のチャネルのチヤ不ル壁が少なくとも一つの好適には 金属製の点火要素を備え、この点火要素が、そばを流れる点火性のＨよ　・空気 ・蒸気・混合物を点火に至らしめるような点火温度に加熱され、 Ｃ）第一のチャネルにおいて再結合の過程の際に生しる熱を第二のチャネルに伝 達するための手段を有している、 ことを特徴とするＨｔ　・空気・蒸気・混合物内に含まれる水素を再結合および ／又は点火するための装置にある。

以下請求の範囲フないし２６における対象を含めた本発明に基づく方法および装 置について、図面に示した複数の実施例を参照して詳細に説明する。なお各図面 において、 第１図は本発明方法を実施するために適した本発明に基づく装置の原理的な構成 の縦断面図で、第１図の装置の外周範囲には外側の第二のチャネルを持つ第二の 実施例が暗示されており、 第２図は第１図における装置の■−■線に沿った横断面図、第３図は第１図の装 置を変形した第三の実施例の詳細図、第４図は第３図の装置の［Ｖ−ＩＶ綿に沿 った断面図、第５図は螺旋状に巻かれた板金から成る装置の横にした状態の概略 図（運転位置は垂直状態）、 第６図は、矩形のハウジングおよびその中に収納され互いに交差し触媒を被覆さ れた、第一のチャネル並びに第二のチャネルを形成するための中央の矩形チャネ ルに対する板金を備えた装置の実施例の斜視図、第７図は第６１ｊＪにおける板 金格子の一部詳細図、第８図は、互いに交差した板金ではなく、波形あるいはジ グザグ形の中間板金によって間隔をおいて互いに結合されているような互いに平 行な板金群が使用されている実施例の一部横断面図である。

第１図および第２図に示されている本発明に基づく装置の第一の実施例ＲＺＩの 場合、管状ハウジングｌの中に環状板金２が同心的に相互に間隔ａｌをおいて且 つハウジング１の壁に対して間隔ａ２をおいて配置されている。管状ハウジング １のハウジング壁１．１は特殊鋼から成り、その壁厚は強度上の理由から１ｍｍ 〜数ｍｍの厚みをしている。ハウジング１はその下端にＨ２・空気・蒸気・混合 物に対する入口開口３を、上端にその出口間口４を有している。Ｈ８・空気・蒸 気・混合物は、入口開口３の範囲における矢印ｆ１、第一のチャネルＲを貫流す る際の矢印ｆｉｌおよび第二のチャネルＺを貫流する際の矢印［１２で示されて いる。第一のチャネルＲおよび第二のチャネルＺの出口においてその部分流はそ れぞれｆ２１ないしｆ２２で示され、それらの合流後はｒ２で示されている。チ ャネルＲ，Ｚはそれぞれ複数個のサブチャネルを持つチャネル系統あるいは単一 のチャネルである。従って以下において用語「チャネル系統」は、詳しく説明し ない限りは単一チャネル並びに多重チャネルを指すものとする。

第一のチャネル系統Ｒは第一のチャネル壁「ｌないしその壁表面で境界づけられ ており、この壁表面は環状の同心的な板金２、ハウジング壁１．１の内周面およ び中央管５の外周面によって形成されている。この第一のチャネル壁ｒｌの表面 を指す三角６は、混合物ｆｌの第一の部分流ｆｉｌに曝される第一のチャネル壁 ｒｌの壁表面が混合物ｒｌ内に含まれる水素を再結合するための触媒被膜を有し ていることを表している。適当な触媒被膜としてパラジウムあるいは白金特に白 金が優れている。その場合この金属は十分な表面荒さを有する第一のチャネル壁 「１の担体層（図示せず）に細かく分布して固着されている。

既に述べた第二のチャネル系統Ｚは第一のチャネル系統Ｒに対して並列に接続さ れ、少なくとも一つの第二のチャネル壁ｒ２を有し、その壁表面は中央管５の内 周面によって形成され、混合物ｆ１の第二の部分流ｆ１２に曝される。第二のチ ャネル系統Ｚには点火要素２が付設されており、これは第１図および第２図にお ける実施例の場合チップ形点火要素ｚｌ、ｚ２、ｚ３として作られている。螺旋 コイルとして形成された点火要素Ｚｌおよび棒状あるいは管状の点火要素ｚ２に 対しては、これらが流れ空間ここては第一のチャネル系統Ｒの環状チャネルＲ１ −Ｒ４の中に配置され、少なくとも−っの第一のチャネル壁ｒｌないしチャネル 壁ｒ２に金属的に接触し、それらの尖端７が第二のチャネル系統Ｚのチャネル壁 ｒ２を貫通してチップ形点火要素として第二のチャネル系統Ｚのチャネル断面の 中に延びているという特色がある０点火要素ｚ３は第二のチャネル壁ｒ２だけに 金属・伝導的に接触している０点火要素ｚＬｚ２は好適には半径方向に第二のチ ャネル系統を貫通しく第２図参照）、従ってこの中で発生した再結合熱に繰り返 し曝される。第一のチャネル系統Ｒ内において再結合過程の際に生しる高温ガス ｒｔｔは、点火要素ｚ１、ｚ２のそばを流れるときに、その熱をまずそれらの点 火要素１１、ｚ２に直接放出する。高温ガスｆｉｌはしかも、点火要素ｚ１．１ ２が金属・伝導的に接触する第一のチャネル壁ｒｌをも加熱するので、熱伝導の 途中でも熱は点火要素ｚ１．ｚ２に伝達される。対流および熱伝導に基づく熱伝 達の他に、熱放射によっても熱の一部が点火要素ｚｌｚ２に伝達される。金属製 の円筒状チャネル壁ｒｌが赤外線・熱放射線を半径方向内側に放射する鏡のよう に作用するので、それぞれ内側の第１のチャネル壁ｒｌはそれぞれ外側の第一の チャネル壁ｒｌから放射されるだけでなく、この熱放射伝達系の最後の要素とし て第二のチャネル壁ｒ２も加熱される。

詳細には点火要素１１は巻かれた白金線から成っている。これらの点火要素は第 一のチャネル系統Ｒにおける触媒的点火に使用され、またその尖端７が第二のチ ャネル系統Ｚの中に突出しているので第二のチャネル系統Ｚにおける触媒的およ び／又は熱的巨大にも使用される０点火要素ｚ２は好適には鋼管あるいは銅棒か ら成り、その尖端７は有利には第二のチャネル系統Ｚにおける熱的点火器として 作用する。これはチップ形点火要素として形成された第三の点火要素ｚ３に対し ても当てはまる。その尖＃＋７は小さな中実の金属ブロック８によって支持され 、この金属ブロック８は中央管５の内周面に例えば点溶接あるいはボルト結合に よって固定されている。第二のチャネル壁ｒ２はそれ自体第３図および第４図を 参画して後述するように熱的点火のための平面形点火要素として使用でき、この 作用は第１図および第２図における実施例の場合チップ形点火要素ｚ１、ｚ２の 点火作用を助成するものである。

中央管５に対して部分的に波形綿９およびジグザグ線ＩＯで示されているように 、第二のチャネル系統Ｚの表面積は第二のチャネル壁ｒ２の波形管状あるいは螺 旋状の形成によって増大できる。第二のチャネル壁「２が波形管状の形成物９あ るいは断面ジグザグ状の形成物」０に加えて螺旋状あるいはコイル状に延びてい るとき、第二の部分流ｆ１２に旋回流成分が重畳され、これによって第二のチャ ネル系統の内部における第二の部分流の滞在時間が増大されるという利点が生し る。その上にこのような壁の形成によって絞り作用が得られる。このような作用 は第二のチャネル系統Ｚの出口側端に特別に設けられた流れ絞り１１によっても 達成できる。

第二のチャネル壁「２は破線で示されているように特にＰｔあるいはＰｄがら成 る触媒被膜Ｉ２が一部に設けられる。しかし好適には壁部分の触媒被膜は第一の チャネル系統Ｒだけに付設される。

既に図示されているように、第一のチャネル系統Ｒを形成するために種々の直径 をした円筒状板金２は管軸線１３に対して同軸的に互いに同心的に中空円筒状の ハウジング壁１．１の内部に配置され、その場合入口開口３および出口開口４は 円筒端面倒に配置されている。円筒状板金２を保持し間隔を維持するために後述 するように中間板金１６（第２図参照）が使用されている。

第１図および第２図における第一の実施例の変形例に基づいて、第一のチャネル 系統Ｒを形成するためにザ旋状に互いに間隔をおいて巻かれた板金が中空円筒状 のハウジング壁１．１の内部において中心ハウジング軸線１３を包囲することも できる。その場合には入口間口３および出口間口４はこの螺旋の端面に配置され る。図示の実施例の場合、第二のチャネル系統Ｚは中央管５の形をした最内側円 筒状板金の内周面によって境界づけられている。螺旋状に巻かれた第一および第 二のチャネル系統において、第二のチャネル系統Ｚを第５図に概略的に示されて いるように螺旋状に巻かれた板金の最内側ｆ１．旋ターンの内周面によって境界 づけ、螺旋状に巻かれた板金の始点および終点を隣接する板金部分に好適には溶 接継目ないし点溶接列１４ないし１５によって結合することが有利である。

第１図および第２図における実施例にもどって、触媒表面積を増大するためおよ び流れを安定化するために、環状チャネルＲ１−Ｒ５の少なくとも一つ、複数あ るいは全部に、第２図において環状チャネルＲ５の一部円周に示されているよう に触媒被膜付きの波形の中間板金１６を配置することが有利である。この追加的 に設けられた波形の中間ｖｉ、１６は、その都度の波形の中間板１６および円筒 状板金２が溶接、ろう付けあるいは貼着によって相互に、ハウジング壁１．１お よび中央管５に結合されることにより、円筒状板金２と一緒に第一のチャネル壁 ｒ１に対して固定系統を形成するという利点を存する。中間板金１６および板金 ２によって多数のサブチャネル１６．１が形成される。

中央管５はその外周面だけに触媒被膜を有し、その内周面には部分的に上述の触 媒被膜１２が設けられ、更に酸素付与材が設けられる。第一のチャネル系統Ｒに は（第二のチャネル系統Ｚと同様に）例えばいわゆるターボレータ１７の形をし た乱流増加手段が設けられる。これは環状室Ｒ１〜Ｒ５の内部においてその前縁 が流れ方向と逆向きにされているスダレ状平線１８の形をした組物あるいは細工 である。ターボレータ１７としてスダレ状平線１８と関連して絞り状組物１９も 利用でき、これは流れ方向に見て平線１８に前置されている。これによって流速 は局所的に増大され、平線１８によるうず流効果が改善される。

第二の変形例によれば、第二のチャネル系統Ｚは装置の外周面における環状室に も配置できる。この変形した第二のチャネル系統は符号Ｚ′で示され、破線によ って示されている。それに従って第一のチャネル系統Ｒ′は環状室Ｒ１〜Ｒ５お よび中央管５の内部室によって形成される。この場合点火要素例えば棒状あるい は管状の点火要素ｚ２は内側から外側に向けられ、第二のチャネル系統Ｚ′の外 側環状室の中に突出する（点火要素ｚ２’参照）、この変形例では、第二のチャ ネル系統Ｚ′から外に特に放射によって多量の熱が失われないようにするために 、その外周面が熱絶縁されなければならない、従って第１図および第２図に示さ れているような第一のチャネル系統Ｒおよびこれによって包囲された第二のチャ ネル系統Ｚを持つ第一の実施例よりも優れている。

既に述べたように、第一および第二のチャネル系統Ｒ，Ｚに対する入口間口３は ハウジング１の下側開口端面１ａにあり、出口開口４はハウジング１の上側開口 端面１ｂにあり、相応して環状室Ｒ１〜Ｒ５もその両側端面が開いている。第一 のチャネル系統Ｚを形成する中央管５の内側の板金チャネルにはトランペット状 の出口デフユーザ２０が続いている。この出口デフユーザ２０の内部には、デフ ユーザ２０の人口端に対してデフユーザ２０の全軸方向長さの約３分のｌの距離 をおいた個所に流れ絞り１１に対する絞り板が存在している。流れ絞り１１は破 線で示されているようにヘンチュリ管２１の一部ともなる。この場合、ヘンチェ り管２１は好適には出口デフユーザ２０に組み込まれている。

概略的に示されているように、出口開口４はそれに対して垂直間隔をおいて配置 され概略的に破線で示されている蓋２２によって、第一のチャネル系統Ｒおよび 第二のチャネル系統Ｚに対する側面流出断面２３．２４が自由に開いているよう に閉鎖されている。蓋２２は垂直方向（流れ矢印ｆｌＬｆ１２）から水平方向（ 流れ矢印ｆ２）への流れの転向を助成するための流れ案内面２５を存している。

第１図において入口開口３の下側にも（第二の）流れ案内体２６が示されており 、これは流れ矢印ｆｌで示されているように、混合物の流入を横方向から垂直方 向に転向するための流れ案内面２７を有している。トランペット状の出口デフ１ −ザ２０は、第一のチャネル系統Ｒおよび第二のチャネル系統Ｚから流出する第 一および第二の部分流ｆ２１．ｆ２２が、第一の出口側部分流ｆ２１の第二のチ ャネル系統Ｚへの侵入および第二の出口側部分流ｆ２２の第一のチャネル系統Ｒ への侵入を阻止するような長さにわたる円弧状の出口デフユーザ輪郭２０．１に 相応した分離範囲に沿って互いに分離されるように作用する。

第３図および第４図における装置の第二の基本的な実施例は、第１図および第２ 図における実施例と基本的な構造において同しであり、従ってそれと同一部品に は同一符号が付されている０両者の相違点は点火要素の形成にあり、また入口開 口３の範囲および出口開口４の範囲が構造的に単純化されていることにある。

第二のチャネル系統Ｚの第二のチャネル壁ｒ２によって、点火要素ｚ４は熱的点 火器として作用する平面形点火要素の形に形成されている０円筒状板金２、中央 管５およびハウジングｌないしその壁１．１の機械的な固い結合は、両面に触媒 被膜を備えた波形の中間板１６（第４図参照）がそれぞれ環状室Ｒ１〜Ｒ５の中 に存在し、隣接する板金２ないし中央管５に溶接、硬ろう付けあるいは貼着によ って特に点溶接によって結合されることによって達成される。第二のチャネル系 統Ｚに対する中央管５はその流入側端が例えば８ｍｍの小さな突出距離ａ４を有 しており、これによって、第二のチャネル系統Ｚにおける点火過程の第一のチャ ネル系統への反作用が減少されるか避けられる。平面形点火要素ｚ４は（上述し たように）点火上限において熱的点火器として作動する。平面形点火要素ｚ４に 加えて触媒表面を有する特にプラチナから成る細いワイヤがチップ形点火要素ｚ ５として第二のチャネル系統Ｚに付設されている。これは第二のチャネル壁ｒ２ に金属接触し、従ってこれは詳しくは中央管５の流入端５．１において下向きに 流入室２８の中に突出している。好適には他のチップ形点火要素ｚ５が中央管５ ないし第二の壁部分子２の流出５ｔｉ５．２に付設され、そのうえ中央管５に金 属接触している。従ってこのチップ形点火要素ｚ５はアンテナのように垂直に上 向きに立ち、流出室２９の中に突出している。更にこの細いプラチナワイヤ片あ るいは「糸」の形をしたチップ形点火要素ｚ５は第一のチャネル系統Ｒの板金２ に少なくとも−・瑞が固定され、好適には流入室２８の範囲並びに流出室２９の 範囲において固定されている０点火要素ｚ５は混合物ｆｌ内に含まれる水素の点 火下限の範囲で作動する。

第３図および第４図において全体を符号ＲＺ２で示されている装置は、流入室２ ８を包囲しハウジング壁１．１の延長部を形成する円胴体３０を有している。上 端において流出室２９は１２２で覆われ、この蓋２２は円周にわたって一様に分 布された三本の支柱３１で保持されている。これらの支柱３１はハウジング壁１ ゜１の上縁に外側から当てられボルト結合されている（支柱３１当たり二本設け られたボルト３２．３３参照）、上側のボルト３３はハウジング壁１．１をスリ ット１２において貝通し、Ｆ側のボルト３２は支柱３１の折り曲げ端をハウジン グ壁１．１の外側面に固定されているねし付きブツシュ３２．１に押圧している 。装置ＲＺ２を保持構造物例えば垂直な支持体（図示せず）に固定するために、 互いに間隔を隔てられている二つの支持フランジ３４が設けられており、これら の支持フランジ３４はその円弧部分３４．１でハウジング壁１．１の外周面に溶 接されている。

円弧部分３４．１および支持フランジ３４は長手軸線１３に関して垂直に延びる 補強板３５によって補強されている（第４図参照）０両方のフランジ３４は長孔 あるいは孔の形をした互いに一直線に位置する固定用開口３６を有している。

第一の壁部分子１および第二の壁部分子２の板金の厚さは非常に薄く、例えば装 置の大きさに応して０．１〜０．５ｍｍの範囲内にある０図示の実施例の場合、 中央管５は２０ｍｍの内径をしており、装置ＲＺ２に対して半径方向間隔ａ１． ａ２はそれぞれＩＯ，５ｍｍであり、ハウジングｌの外径は１２９ｍｍであり、 壁１゜ｌの壁厚は２ｍｍである。第一の壁部分子１に対する円筒状板金２および 第二の壁部分子２に対する中央管５は第１図および第２図における装置ＲＺＩに 類似して円筒体をし２ているか、あるいは第５図に概略的に示されているように 螺旋状に巻かれた板金から構成される（これは製造技術上において一層有効であ る）。

第３図および第４図における装置ＲＺ２は次のように作用する（その場合機能に ついての説明は第１図および第２図における装置ＲＺＩに対しても同じように適 用される）０点火上限における点火のために少なくとも６容積％の０□が必要で あり、これは丁度３０％の空気成分量に相応している０点火下限における点火の ために少なくとも４〜７容積％の水素が必要であり、これに対して点火上限は水 素含を量に関して、混合物ｒ１の中に少なくとも約１０容積％のＨ３が含まれて いなければならないことによって特徴づけられる。混合物における残留部分は、 例えば１９９０年５月１１日出願のドイツ連邦共和国特許出願第４０１５２２８ ゜５号の第８図に表されている公知の三物質線図に示されているように水蒸気と 空気とから成っている。第一のチャネル系統Ｒにおいて流入する混合物ｆ１は、 その中に含まれるＨ２構成量が点火下限以下にあるとき（即ち約４〜７寥積％以 下のとき）再結合される。その場合第一の壁部分子１が加熱される。Ｈｚ成分量 が点火下限まで上昇したとき、第一のチャネル系統Ｒにおいて点火要素ｚ５によ って（あるいは第１図および第２図の実施例では触媒点火要素ｚｌによって）始 動される触媒点火過程が生じる。その際に発生した熱は上述したように第二のチ ャネル系統Ｚに伝達される。これによって第二のチャネル系統Ｚないし中央管５ の第二の壁部分「２における温度は約１〜５分間の間に７００°Ｃ以上に上昇す る。

第二のチャネル系統Ｚを通って流れるまだ再結合されていない第二の部分流ｆ１ ２は第二の壁部分「２によって点火される。既に上述した点火上限において装置 ＲＺ２は熱的点火器として機能し、即ち第一の部分流ｆｉｌ内に含まれるエネル ギーは第一の壁部分子１において主に断熱的に熱に変換される。この熱は触媒被 膜を持たない中央管５の第二の壁部分子２によって再結合されていない混合物ｆ １２に伝達される。このようにして再結合されていない混合物ｆ１２は自動点火 温度に達するまで加熱される０点火下限において装置ＲＺ２　（および同様に装 置ＲＺＩ）は、Ｈ２不足の混合物［１に含まれるエネルギーが熱伝達損失を考慮 して装置の内部において自動点火温度に達するのに十分でないので、熱的点火器 として作動しない。従って第二の壁部分「２の代わりに点火要素ｚ５が点火作用 をする。この特にＰｔワイヤあるいはＰｔ糸として作られた点火要素は点状に非 常に小さなガス容積でこのガス容積内において点火温度に達成するほど大きなエ ネルギー（いわゆるホットスポット）を生しる。４〜７％の大きさの非常に僅が なＨ２構成量の場合における触媒点火のこの機能は僅かな蒸気成分量において進 行する。蒸気なしのＨ！　・空気・混合物において装置によって４〜７容積％の Ｈ８の範囲で点火される。約３０容積％の燐気までのＨｚ　・空気・蒸気・混合 物は少なくとも８容積％のＨ１成分量において触媒的に点火される。４０容積％ の蒸気からは、熱的点火にとってｌＯ容積％以上のＨ！成分量が必要とされ、そ の場合触媒的点火は生しない。

上述の説明から明らかなように本発明によって、Ｈｚ　・空気・蒸気・混合物内 に含まれる水素を再結合および／又は点火するための下記のような特徴で特色づ けられる方法が実行される。

ａ）Ｈｚ　・空気・蒸気・混合物ｆｌの第一の部分流ｆｉｌが第一のチャネル系 統Ｒを貫流し、触媒被膜６を有する第一の好適には金属製のチャネル壁ｒｌと接 触することによってＨ２と鵠をＨｚＯに再結合するための触媒反応に曝される。

これは（触媒点火なしの）再結合あるいはまた触媒点火である。これはいわゆる 点火下限において行われ、点火要素２５（装置ＲＺ２）あるいは点火要素ｚｌ（ 装置ＲＺＩ）によって始動される。

ｂＨ（！　・空気・蒸気・混合物ｆｌの第二の部分流ｆ１２が第一の部分子ｉｆ 　１１に対して並行して第二のチャネル壁ｒ２を持つ第二のチャネル系統Ｚを貫 流され、その場合少なくとも一つの好適には金属製の点火要素ｚ４、Ｚ５のそば を流され、この点火要素ｚ４．１５はＨ１点火温度に加熱されるので、第二の部 分流ｆ１２は点火限度に達するか超過した際に点火される。この第二のチャネル 系統Ｚにおいて、特に混合物ｆ１における大きな蒸気成分量の場合に点火上限（ 少なくとも１０容積％のＨ，）において熱的点火が行われ、小さな蒸気成分量の 場合に混合点火が行われ、即ち点火要素ｚ４による熱的点火と点火要素ｚ５によ る触媒的点火が行われる。点火下限において、混合物ｆ１が蒸気を全く含まない か僅かな容積％しか含ますＨ，成分量が４〜７％であるとき、第二のチャネル系 統Ｚも触媒点火器として作動する。

その場合有利には次の方法上の特徴も利用される。

Ｃ）第一のチャネル系統Ｒにおいて触媒反応の際に発生する熱は、少なくとも一 部が（これはできるだけ大きな成分量とできるだけ小さな熱損失を意味する）第 二のチャネル系統Ｚにそれを予熱するために伝達される。特別な利点は別の加熱 源が省略できることにある。

点火要素ｚ４の別の熱源による加熱は、第一のチャネル系統Ｒと熱伝達関係に夏 かれて、第一のチャネル系統Ｒにおける再結合過程で発生された熱量が点火要素 １４に伝達されることによって回避される。装置の良好な熱伝達特性に基づいて 第一のチャネル系統Ｒにおいて触媒的点火過程が進行するとき、第二の壁部分子 ２は短時間で７００°Ｃ以上に加熱される。

更に、第二のチャネル壁ｒ２が第一のチャネル系統Ｒと良好な熱伝達関係に置か れて、第一のチャネル系統Ｒにおける再結合過程で発生された熱量が第二のチャ ネル壁ｒ２に伝達されて、第二のチャネル系統Ｚを貫流する！（□　・空気・蒸 気・混合物（まだ再結合されていない）が第二のチャネル壁において予熱され、 点火要素ｚ４において点火される前ないし点火中において加熱されることが重要 である。これによって、第二のチャネル壁「２自体を金属製の平面形点火要素と して利用することができる０点火要素２４（および第１図および第２図における 点火要素ｚ２、ｚ３）による熱的点火の機能は有利には触媒的な点火要素ｚ５（ ないし第１図および第２図における点火要素ｚｌ）によって補充され、これによ って点火下限と点火上限との範囲において触媒的点火がら熱的点火へのあるいは その逆の完全な移行が行われる。

第一のチャネル系統Ｒにおける第一の部分流ｆｉｌは主として垂直に下から上に 向けられているので、その容積流は熱的に発生した揚力によって安定化され、そ のようにして対流が生しる。これは、第二の部分流ｆ１２が主として垂直に下か ら上に向けられている第二のチャネル系統Ｚに対しても当てはまる。第二の部分 １Ａｆ１２は第１図に示されているように、波形の形状によって絞られ、乱流が 形成される。その場合、第二のチャネル系統の出口端における特別な絞り（即ち 第１図における絞り板１１）は一般に不要である。第３図および第４図における 装置ＲＺ２がそれに対して設けられているような十分大きな容積流の場合、出ロ デフェーザ２０（第１図参照）を省略できる。

装置ｆＲＺ２は勿論種々の大きさに構成できる構成要素である。第３図および第 ４図の実施例の場合、軸長が２７０ｍｍであり、従ってこの装置は原子力設備の 格納容器の内部における角部および凹所にも適合し、そこに複数個例えば格納容 器当たり１００〜３００個設けることができる。有利には加圧水彩原子カ設備に おいては例えば多数の小形の装置が圧力容器、ポンプおよび蒸気発生器の近くに 設置され、これによって仮想事故の際に生じる水蒸気はその発生場所のすぐ隣り で再結合されるか燃焼される。中間板金１６（第２図および第４図参照）によっ て装置の有用な触媒被膜面積が著しく増大され、従って（これが固定要素として 機械的作用を満たすことは別として）すべての環状室Ｒ１−Ｒ５の内部にこの中 間板金を設けることが有利である。

第６図は装置ＲＺ３の第三の基本的な実施例を示している。この場合、第一のチ ャネル系統Ｒと第一の壁部分子ｌ並びに第二のチャネル系統２とその第二の壁部 分子２を形成するために平らな板金３７が設けられており、これらの板金３７は 矩形のハウジング１の内部に相互に且つハウジングの長手軸線１３に対して平行 に延び並びに互いに間隔をおいて延びている。第６図には、板金３７がそれに対 して直角に延びる他の板金３８と交差していることが示されている。矩形格子３ ７．３８の内部に配置されているチャネル３９によって、第二の壁部分子２を持 つ第二のチャネル系統Ｚが形成される。符号１６で示されているように、矩形格 子セルは波形あるいはジグザグ状の中間板金１６によってサブチャネルに分割で きる。第７図は、互いに交差する板金３７．３８およびこれによって形成された 格子セル４０の一部断面図である。

第８図に一部が示されているような第６図および第７図における実施例の変形例 においては板金３８が省略されており、従って矩形の細長い格子セル４１が形成 され、これは波形あるいはジグザグ状の中間板金１６によってサブチャネル１６ ．１に分割されている。同時に中間板金１６は、中間板金１６がそれらと板金３ ７との間の点溶接結合に対して利用されることにより安定した機械的結合に役立 つ、第６図から第８図における図面は第５図の場合と全く同様に概略的に示され ている。これは第１図から第４図における詳細な説明が第５図および第６図にお ける実施例にも当てはまるからである。

チャネル壁ｒＬｒ２は好適には所望の熱伝導のために全部金属で作られている。

ハウジング壁１．１はその内周面に金属が被覆されている耐熱性の合成樹脂薄膜 で作ることもできる。これによって放射損失を減少させることができる。

特表千６−５０９４１９　（７） ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　＆

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）Ｈ２・空気・蒸気・混合物の第一の部分法（Ｆ１１）が少なくとも一つ の第一のチャネル（Ｒ）を貫流し、このチャネル（Ｒ）の触媒被膜を有するチャ ネル壁（ｒ１）と接触することによってＨ２とＯ２をＨ２Ｏに再結合するための 触媒反応に曝され、 ｂ）Ｈ２・空気・蒸気・混合物の第二の部分流（ｆ１２）が第一の部分流（ｆ１ １）に加えてチャネル壁（ｒ２）を持つ少なくとも一つの第二のチャネル（Ｚ） を貫流し、その場合少なくとも一つの点火要素（ｚ４）のそばを流され、この点 火要素（ｚ４）が第二の部分流（ｆ１２）が点火限度に達するかこれを超過する 際に点火されるような点火温度に加熱され、ｃ）第一のチャネル（Ｒ）において 触媒反応の際に発生する熱の少なくとも一部が第二のチャネル（Ｚ）にそれを予 熱するために伝達される、ことを特徴とするＨ２・空気・蒸気・混合物内に含ま れる水素を再結合および点火する方法。
2. ２．第一のチャネル（Ｒ）における第一の部分流（Ｆ１１）が垂直に下から上に 導かれ、熱的に発生した揚力によって安定化されることを特徴とする請求の範囲 １記載の方法。
3. ３．第二のチャネル（Ｚ）における第二の部分法（Ｆ１２）が垂直に下から上に 導かれ、熱的に発生した揚力によって安定化されることを特徴とする請求の範囲 １又は２記載の方法。
4. ４．第二の部分流（Ｆ１２）が絞られることを特徴とする請求の範囲１ないし３ の１つに記載の方法。
5. ５．第一および第二のチャネル（Ｒ、Ｚ）から流出する第一および第二の部分流 （ｆ１２、ｆ２２）が、第一の出口側部分流（ｆ１２）の第二のチャネル（Ｚ） への侵入および第二の出口側部分波（ｆ２２）の第一のチャネル（Ｒ）への侵入 を阻止するような長さの分離領域に沿って互いに分離されていることを特徴とす る請求の範囲１ないし４の１つに記載の方法。
6. ６．ａ）チャネル壁（ｒ１）を持つ少なくとも一つの第一のチャネル（Ｒ）の壁 表面が、そばを流れる水素と酸素を再結合するための触媒被膜（６）を有し、ｂ ）第一のチャネル（Ｒ）に加えて少なくとも一つの第二のチャネル（Ｚ）のチャ ネル壁（ｒ２）が少なくとも一つの好適には金属製の点火要素（ｚ）を備え、こ の点火要素（ｚ）が、そばを流れる点火性のＨ２・空気・蒸気・混合物を点火に 至らしめるような点火温度に加熱され、ｃ）第一のチャネル（Ｒ）において再結 合過程の際に生ずる熱を第二のチャネル（Ｚ）に伝達するだめの手段（ｒ１、１ ６、ｒ２）を有している、ことを特徴とするＨ２・空気・蒸気・混合物内に含ま れる水素を再結合および／又は点火するための装置。
7. ７．少なくとも一つの点火要素（ｚ１〜ａ３、ｚ４）が装置自体によって加熱さ れ、そのためにチャネル壁（ｒ１、ｒ２）と熱伝達関係に置かれ、特に金属・伝 導接触されていることを特徴とする請求の範囲６記載の装置。
8. ８．第二のチャネル壁（ｒ２）が第一のチャネル壁（ｒ１）に熱伝達関係に置か れ、特に熱伝導接触されて、第一のチャネル（Ｒ）において再結合の際に生じる 熱が第二のチャネル壁（ｒ２）に伝達され、第二のチャネル（Ｚ）を貫流するＨ ２・空気・蒸気・混合物（ｆ１２）が、点火要素（ｚ）において点火される前あ るいは点火中に、第二のチャネル壁（ｒ２）において予熱されることを特徴とす る請求の範囲６又は７記載の装置。
9. ９．第二のチャネル壁（ｒ２）自体によって点火要素（ｚ４）が平面形点火要素 の形に形成されていることを特徴とする請求の範囲６ないし８の１つに記載の装 置。
10. １０．少なくとも一つの点火要素（ｚ１、ｚ２）が第一のチャネル（Ｒ）の流れ 室（Ｒ１〜Ｒ５）内に配置され、少なくとも一つの第一および／又は第二のチャ ネル壁（ｒ１、ｒ２）に金属的に接触し、その尖端（７）が第二のチャネル（Ｚ ）のチャネル壁（ｒ２）を貫通してチップ形点火要素としてそのチャネル断面の 中に突出していることを特徴とする請求の範囲６ないし１０の１つに記載の装置 。
11. １１．点火要素（ｚ１）がコイル線として形成されていることを特徴とする請求 の範囲１０記載の装置。
12. １２．点火要素（ｚ２）が棒あるいは管として形成されていることを特徴とする 請求の範囲１０記載の装置。
13. １３．触媒表面を有する細いワイヤがチップ形点火要素（ｚ５）として形成され 、この点火要素（ｚ５）か少なくとも一つの第一および／又は第二のチャネル壁 （ｒ１、ｒ２）に金属接触し、第一および第二のチャネル（Ｒ、Ｚ）の流人端に 前置されおよび／又はその出口端に後置されていることを特徴とする請求の範囲 ７記載の装置。
14. １４．第一のチャネル（Ｒ）を形成するために種々の直径の円筒状板金（１２） が同軸的に互いに同心的に中空円筒状ハウジング壁（１，１）の内部に配置され 、入口開口（３）および出口開口（４）か円筒端面倒に配置されていることを特 徴、とする請求の範囲６ないし１３の１つに記載の装置。
15. １５．第一のチャネル（Ｒ）を形成するために螺旋状に互いに間隔をおいて巻か れている板金（２）が中空円筒状のハウジング壁（１，１）の内部において中心 ハウジング軸線（１３）を包囲しており、入口開口（３）および出口ガス（４） が螺旋の端面側に配置されていることを特徴とする請求の範囲６ないし１３の１ つに記載の装置。
16. １６．第二のチャネル（Ｚ）が最内側の円筒状板金の内周面によって境界づけら れていることを特徴とする請求の範囲１４記載の装置。
17. １７．第二のチャネル（Ｚ）が螺旋状に巻かれた板金（２）の最内側の螺旋ター ンの内周面によって境界づけられていることを特徴とする請求の範囲１５記載の 装置。
18. １８．第一のチャネル（Ｒ）を形成するために平らな板金（３７）が断面矩形の チャネル（４０）を境界づけていることを特徴とする請求の範囲６ないし１３の １つに記載の装置。
19. １９．第二のチャネル（Ｚ）が矩形格子（３７、３８）の内部に配置されている ことを特徴とする請求の範囲１８記載の装置。
20. ２０．第一および第二のチャネル（Ｒ、Ｚ）を包囲する矩形ハウジング（１）が 入口開口（３）および出口開口（４）を形成するために端面側が開いていること を特徴とする請求の範囲１８又は１９記載の装置。
21. ２１．第一のチャネル（Ｒ）が触媒を被覆された波形あるいはジグザグ状の挿入 板金（１６）の挿入によってサブチャネル（１６）に分割されていることを特徴 とする請求の範囲６ないし２０の１つに記載の装置。
22. ２２．第二のチャネル（Ｚ）の表面積が第二のチャネル壁（ｒ２）の波形管形状 あるいは螺旋状形状（９、１０）によって増大されていることを特徴とする請求 の範囲６ないし２１の１つに記載の装置。
23. ２３．ハウジング（１）がＨ２・空気・蒸気・混合物（ｆ１）に対してそれぞれ 少なくとも一つの入口開口（３）および出口開口（４）を有しており、その出口 開口（４）がそれに対して垂直間隔をおいて前置された蓋（２２）によって、第 一および第二のチャネル（Ｒ、Ｚ）に対する側面流出断面（２３、２４）を自由 に開けるように覆われ、その場合蓋（２２）が流れを垂直方向から水平方向に転 向するための流れ案内面（２５）を有していることを特徴とする請求の範囲２２ 記載の装置。
24. ２４．ハウジング（１）がＨ２・空気・蒸気・混合物（ｆ１）に対してそれぞれ 少なくとも一つの入口開口（３）および出口開口（４）を有しており、その入口 開口（３１）の下側に、流入を横から垂直方向に転向するための流れ案内面（２ ７）を有する流れ案内体（２６）が配置されていることを特徴とする請求の範囲 ６ないし２３の１つに記載の装置。
25. ２５．軽水形原子力設備の格納容器内において故障の際に生じる水素を再結合な いし燃焼する目的のために、格納容器全体にわたって多数分布して設けられてい ることを特徴とする請求の範囲６ないし２４の１つに記載の装置。
26. ２６．加圧水形原子力設備の格納容器内に設けられていることを特徴とする請求 の範囲２５記載の装置。