RU2188471C2 - Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси - Google Patents

Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси Download PDF

Info

Publication number
RU2188471C2
RU2188471C2 RU99119106/06A RU99119106A RU2188471C2 RU 2188471 C2 RU2188471 C2 RU 2188471C2 RU 99119106/06 A RU99119106/06 A RU 99119106/06A RU 99119106 A RU99119106 A RU 99119106A RU 2188471 C2 RU2188471 C2 RU 2188471C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas mixture
catalyst system
catalyst
housing
recombination
Prior art date
Application number
RU99119106/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99119106A (ru
Inventor
Бернд ЭККАРДТ
Аксель Хилль
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU99119106A publication Critical patent/RU99119106A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2188471C2 publication Critical patent/RU2188471C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/04—Means for suppressing fires ; Earthquake protection
    • G21C9/06—Means for preventing accumulation of explosives gases, e.g. recombiners
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • G21C19/317—Recombination devices for radiolytic dissociation products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8671—Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/108—Hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для рекомбинации водорода в газовой смеси, в частности, для атомной электростанции. Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси, в частности, для атомной электростанции, при эксплуатации которого особенно надежно предотвращается нежелательное воспламенение газовой смеси, содержит катализаторную систему, которая в случае эксплуатации расположена в протекаемом в свободной конвекции для газовой смеси корпусе и которой придано в соответствие устройство удержания пламени. При этом в устройство удержания пламени предпочтительно встроен улавливатель осадка так, что выход отделяющихся из катализаторной системы горячих катализаторных частиц против направления течения газовой смеси надежно предотвращается. Технический результат - обеспечение беспламенной эксплуатации устройства рекомбинации. 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для рекомбинации водорода в газовой смеси, в частности, для атомной электростанции.
На атомной электростанции в случае ситуации отказа или аварии, какой бы невероятной она не была, например вследствие нагрева активной зоны, могло бы происходить окисление циркония. В этом случае следует считаться с образованием и освобождением газообразного водорода и окиси углерода внутри окружающей активную зону реактора противоаварийной или защитной оболочки. За счет этого внутри защитной оболочки могут возникать взрывоопасные газовые смеси.
Для предотвращения образования подобных взрывоопасных газовых смесей в защитной оболочке атомной электростанции обсуждаются различные устройства или способы. К ним относятся, например, такие устройства, как каталитические рекомбинаторы, каталитически и электрически работающие устройства воспламенения или комбинация двух названных устройств, а также способы постоянной или дополнительной инертизации защитной оболочки.
При применении каталитического рекомбинатора для устранения водорода из атмосферы защитной оболочки должна достигаться, в частности, ранняя и беспламенная рекомбинация водорода с кислородам. При этом должен надежно избегаться рост давления как следствие вирулентного сжигания водорода. Подходящее для этого рано стартующее устройство рекомбинации, которое также при более длительном пребывании в атмосфере защитной оболочки не теряет существенно свою активность и пассивно стартует при низких температурах окружающей среды, предложено в (не опубликованной ранее) немецкой заявке на патент 19636557.0. Подобным устройством рекомбинации возможна "мягкая" рекомбинация водорода, например, в инертизируемой паром фазе атмосферы защитной оболочки без воспламенения. Катализаторная система для рекомбинации водорода с кислородом известна из патента США US-PS 5167908.
Из европейской заявки ЕР 0436942 А1 известна система рекомбинатора с защитным устройством корпуса, которое автоматически открывается в зависимости от внешней температуры. В состоянии готовности системы рекомбинатора защитное устройство корпуса является в противоположность этому закрытым так, что загрязнение каталитически активной поверхности рекомбинатора исключено.
В известном из европейской заявки ЕР 0416140 A1 устройстве рекомбинатора в противоположность этому предусмотрены фильтрующие среды, которые удерживают вредные вещества из окружающей атмосферы, такие как, например, аэрозоли, и тем самым защищают катализатор устройства рекомбинатора от загрязнения.
Из европейской заявки ЕР 0388955 А1 известно устройство рекомбинатора, в котором дополнительно предусмотрено устройство воспламенения для вызывания контролированного сжигания водорода.
Каждая известная система рекомбинатора рассчитана для особенно высокой производительности рекомбинатора при особенно малых габаритах компонентов, а также для особенно высокой устойчивости относительно загрязнения. Для использования устройства для рекомбинации водорода в газовой смеси на атомной электростанции, кроме того, должно также обеспечиваться, чтобы не могли появляться никакие эффекты, отрицательно воздействующие на безопасность атомной электростанции. Следует учитывать, что катализаторная система, применяемая для рекомбинации водорода, вследствие рекомбинации обычно нагревается и вследствие своей повышенной температуры могла бы нежелательным образом способствовать воспламенению газовой смеси внутри атмосферы защитной оболочки атомной электростанции.
В основе изобретения поэтому лежит задача указания устройства для рекомбинации водорода в газовой смеси, в частности для атмосферы защитной оболочки атомной электростанции, при эксплуатации которого особенно надежно избегается нежелательное воспламенение газовой смеси.
Эта задача для устройства выше названного типа решается согласно изобретению за счет того, что соответствующей катализаторной системе, которая расположена в случае эксплуатации в протекаемом в свободной конвекции для газовой смеси корпусе, придано в соответствие устройство удержания пламени, которое содержит множество предусмотренных для втекания газовой смеси входных отверстий со средней величиной больше 0,2 мм и самое большее 3 мм.
Под "свободной конвекцией" при этом, в частности, следует понимать, что результирующееся из рекомбинации водорода в окрестности катализаторной системы местное повышение температуры газовой смеси результируется в подъемную силу, которая перекомпенсирует падение давления в устройстве рекомбинации таким образом, что течение газовой смеси через устройство рекомбинации обеспечивается без внешнего приводного средства. При этом корпус выполнен по типу примерно вертикально расположенной шахты так, что в случае эксплуатации возникает эффект дымовой трубы для поддержки течения газовой смеси.
Путем выбора размеров входных отверстий обеспечивается принцип действия устройства удержания пламени, причем частицы меньшей величины, например аэрозоли, могут проникать свободно. Опасность блокирования за счет мелких частиц, таких как, например, аэрозоли, тем самым надежно избегается. Важная для характеристики течения газовой смеси через устройство рекомбинации потеря давления остается тем самым особенно малой также после длительной эксплуатации. Кроме того, при подобном выборе размеров в комбинации с подходяще выбранной площадью набегающего потока является возможным выполнение устройства рекомбинации для особенно выгодной скорости течения втекающей газовой смеси в связи со скоростью рекомбинации водорода.
Изобретение исходит из знания того, что нежелательное воспламенение газовой смеси в окрестности устройства рекомбинации могло бы вызываться за счет выступающего из него созданного при рекомбинации пламени. Чтобы надежно предотвратить это, заключенное в корпусе внутреннее пространство устройства рекомбинации должно бы быть взрывнотехнически развязано от его внешнего пространства. Для этого предусмотрено устройство удержания пламени. При этом устройство удержания пламени должно быть расположено таким образом, чтобы, в частности, надежно предотвращалось распространение пламени в направлении против течения газовой смеси.
Устройство удержания пламени может быть выполнено в виде частично или полностью окружающего корпус перфорированного листа или сетки. Предпочтительно устройство удержания пламени включено перед катализаторной системой.
Чтобы особенно надежно избежать нежелательного воспламенения газовой смеси, окружающей устройство рекомбинации, перед катализаторной системой предпочтительно включен улавливатель осадка.
Как неожиданным образом оказалось, также так называемые "блуждающие" горячие катализаторные частицы могут способствовать воспламенению окружающей устройство рекомбинации газовой смеси. При эксплуатации или также при простое устройства рекомбинации может происходить отделение частиц из катализаторной системы. Эти отделенные катализаторные частицы могут вследствие тепла, освобождаемого при рекомбинации водорода, иметь высокую температуру и тем самым вызывать воспламенение при их входе в способную к воспламенению газовую смесь, например, в окрестности устройства рекомбинации. Чтобы надежно избежать подобного воспламенения за счет выносимых из устройства рекомбинации блуждающих катализаторных частиц, предусмотрен улавливатель осадка. При этом улавливатель осадка целесообразно встроен в устройство удержания пламени.
Для особенно надежного избежания воспламенения окружающей устройство рекомбинации газовой смеси за счет блуждающих горячих катализаторных частиц улавливатель осадка является предпочтительно охлаждаемым поступающей в корпус газовой смесью. Тем самым особенно простым образом обеспечено мгновенное надежное охлаждение попадающей на улавливатель осадка раскаленной катализаторной частицы.
Целесообразно корпус устройства рекомбинации содержит выше выходного отверстия для газовой смеси крышу корпуса. Особенно пригодный для протекания газовой смеси в свободной конвекции, выполненный в виде шахты корпус является таким образом применимым также в комбинации с выше расположенной системой разбрызгивания, без возможности прямого попадания капель на катализаторную систему. Результирующееся из прямого попадания капель на катализаторную систему вымывание катализаторных частиц возможно тем самым разве только в незначительной степени.
Средняя величина входных отверстий составляет предпочтительно самое большее 2 мм.
Чтобы особенно надежно предотвратить воспламенение газовой смеси вне устройства рекомбинации, ограниченный катализаторной системой и устройством удержания пламени объем дефлаграции в отношении к объему рекомбинаторной шахты или шахтообразного корпуса является предпочтительно меньшим, чем 20% объема рекомбинаторной шахты. При этом объем дефлаграции ограничивает пламя предпочтительно на длине пламени самое большее 0,3 м или среднее расстояние устройства удержания пламени относительно катализаторной системы составляет самое большее 0,3 м.
Для избежания выноса грубых частиц из устройства рекомбинации с газовой смесью, нагретой вследствие реакции рекомбинации, после катализаторной системы предпочтительно включен улавливатель грубых частиц. Улавливатель грубых частиц может быть при этом выполнен таким образом, что, с одной стороны, эффективно прекращен вынос отделяющихся, блуждающих катализаторных частиц из устройства рекомбинации и что, с другой стороны, в области улавливателя грубых частиц появляется эффект смешивания в протекающей газовой смеси с целью гомогенизации температуры. Улавливатель грубых частиц при этом имеет такие параметры, что частицы малой величины, такие как, например, аэрозоли атмосферы, могут проникать свободно. Фильтрование аэрозолей атмосферы при этом не требуется, в частности, потому что за счет термофореза или температурно индуцированного отталкивания на катализаторной системе отложение аэрозолей в значительной степени избегается. Опасность блокировки за счет аэрозолей тем самым надежно исключено так, что мешающее свободной конвекции в устройстве рекомбинации падение давления также при длительной эксплуатации устройства рекомбинации остается малым. Пропускная способность газовой смеси через устройство рекомбинации тем самым не ухудшается также при длительной эксплуатации. Улавливатель грубых частиц содержит для этого предпочтительно множество проходных отверстий со средней шириной зазора по меньшей мере 0,1 мм, предпочтительно по меньшей мере 0,2 мм и самое большее 1 мм. Улавливатель грубых частиц может быть выполнен при этом в виде однослойного перфорированного листа или также многослойной ситовой или волокнистой структуры или также в виде комбинации обоих.
Для ограничения поверхностных температур устройства рекомбинации до диапазона значительно ниже температуры воспламенения окружающей устройство рекомбинации газовой смеси корпус предпочтительно имеет изолирующую оболочку. При этом по типу выполнения двойной оболочки может быть предусмотрен воздушный зазор или также стойкий к температуре и излучению изолирующий материал. Для уменьшения теплопередачи за счет излучения внутренняя поверхность корпуса к тому же может быть выполнена зеркальной. Внутренняя поверхность может быть при этом отшлифована таким образом, что возникает трехмерный эффект отражения, который, в частности, в диапазоне температур больше, чем 500oС, удерживает малой соответствующую теплопередачу за счет излучения.
Для охлаждения выходящей из устройства рекомбинации газовой смеси до температуры значительно ниже температуры воспламенения окружающей устройство рекомбинации газовой смеси после катализаторной системы целесообразно включен участок подмешивания для подмешивания атмосферы окружающей среды к газовой смеси, выходящей из катализаторной системы. Участок подмешивания при этом целесообразно расположен на стороне течения после улавливателя грубых частиц. Для подмешивания при этом предпочтительно в корпусе предусмотрено множество целевых отверстий для подвода атмосферы окружающей среды к протекающей внутри корпуса газовой смеси.
Для особенно надежного предотвращения нежелательного воспламенения окружающей устройство рекомбинации газовой смеси устройство рекомбинации целесообразно выполнено таким образом, что выходящая из катализаторной системы, нагретая за счет рекомбинации водорода газовая смесь имеет температуру, ниже температуры воспламенения газовой смеси, окружающей устройство рекомбинации. Для этого после катализаторной системы предпочтительно подключен статический смеситель, который обуславливает гомогенизацию или выравнивание температуры выходящей из катализаторной системы газовой смеси. Локально особенно сильно нагретые части газовой смеси смешиваются при этом с локально особенно слабо нагретыми частями газовой смеси так, что высокие максимальные температуры избегаются.
Для особенно эффективной рекомбинации направляемого в газовой смеси водорода катализаторная система содержит целесообразно в качестве каталитически активного материала платину и/или палладий. Целесообразно катализаторная система содержит множество приблизительно пластинчатых катализаторных тел, причем соответственно два соседних катализаторных тела расположены на среднем расстоянии друг от друга по меньшей мере 0,8 см и самое большее 3 см. Для высокой скорости рекомбинации при малом объеме при этом предпочтительным образом каждое катализаторное тело покрыто с обеих сторон катализаторным материалом с образованием реакционных поверхностей, причем газовая смесь может направляться как через фронтальную сторону, так также и через обратную сторону реакционной поверхности каждого катализаторного тела.
Катализаторные тела целесообразно удерживаются в общем держателе. Устройство рекомбинации тем самым является изготавливаемым с особенно малыми затратами на монтаж и установку. При этом держатель имеет предпочтительным образом хорошую теплопроводность, так что в области катализаторной системы особенно простым образом обеспечено выравнивание температуры.
Для того чтобы особенно надежно поддерживать температуру выходящей из катализаторной системы газовой смеси ниже температуры воспламенения окружающей устройство рекомбинации газовой смеси, катализаторная система предпочтительным образом рассчитана для окисления только части направляемого в газовой смеси водорода, предпочтительно для окисления части направляемого в газовой смеси водорода меньше 70%, предпочтительно меньше 50%.
Особенно надежное конвекционное течение внутри устройства рекомбинации является достижимым за счет того, что в направлении течения газовой смеси корпус имеет длину преимущественно по меньшей мере 0,4 м, предпочтительно по меньшей мере 1 м и самое большее 2 м.
Достигаемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет устройства удержания пламени, включенного перед катализаторной системой, распространение пламени, появляющегося вследствие тепла, освобождающегося при рекомбинации водорода, в пространственную область вне устройства рекомбинации надежно избегается. За счет подходящего выбора размеров устройства удержания пламени при этом возможно конструирование устройства рекомбинации для особенно малой потери давления так, что устройство рекомбинации может эксплуатироваться в свободной конвекции и тем самым приводиться в действие простыми средствами. За счет целесообразным образом включенного перед катализаторной системой, предпочтительно встроенного в устройство удержания пламени улавливателя осадка, кроме того, надежно избегается вынос отделяющихся блуждающих горячих катализаторных частиц в пространственной области вне устройства рекомбинации. Беспламенная эксплуатация устройства рекомбинации в способной к воспламенению атмосфере является, таким образом, возможной при избежании нежелательных воспламенений в пространственной области вне устройства рекомбинации.
Примеры выполнения изобретения поясняются в последующем более подробно с помощью чертежей. При этом на фигурах показано:
фиг. 1 - устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси,
фиг. 2 - альтернативное устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси,
фиг. 3 - вырез III на фиг. 2,
фиг. 4 - вырез IV на фиг. 2.
Одинаковые детали на всех фигурах снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
Устройство 1 согласно фиг. 1 и устройство 1' согласно фиг. 2 предусмотрено соответственно для рекомбинации водорода в газовой смеси, а именно в атмосфере защитной оболочки не представленной более подробно атомной электростанции в случае аварии. Устройство 1, 1' для этого содержит соответственно катализаторную систему 2, в которой размещен не представленным более подробно образом подходящий для рекомбинации водорода каталитически активный материал на системе носителя. В качестве каталитически активного материала при этом может быть предусмотрена, в частности, смесь из благородных металлов или также система пленок благородных металлов. В качестве благородного металла при этом, в частности, предусмотрены платина и/или палладий.
Катализаторная система 2 охватывает множество примерно пластинчатых, расположенных примерно параллельно катализаторных тел 3, которые расположены на расстоянии друг от друга по меньшей мере 0,8 см и самое большее 3 см. Катализаторные тела 3 могут быть выполнены при этом в виде массивных пластин или также в виде засыпки в пластинчатом носителе.
Каждое катализаторное тело 3 покрыто с обеих сторон катализаторным материалом с образованием реакционных поверхностей, причем газовая смесь является подводимой как через фронтальную сторону, так также и через обратную сторону реакционной поверхности каждого катализаторного тела 3. Для особенно простого монтажа катализаторные тела 3 удерживаются в общем креплении, выполненном в виде выдвижного блока с высокой теплопроводящей способностью.
Катализаторная система 2 расположена в корпусе 4. Корпус 4 при этом выполнен таким образом, что устройство 1, 1' в случае эксплуатации является протекаемым в свободной конвекции для газовой смеси. Для этого корпус 4 образует шахту вдоль в основном вертикального, обозначенного стрелкой 6 предпочтительного направления. Подъемная сила, появляющаяся вследствие выделения тепла при рекомбинации газовой смеси в области катализаторной системы 2, вызывает в случае эксплуатации устройства 1, 1' перекомпенсацию падения давления направления для газовой смеси так, что вследствие действия дымовой трубы корпуса 4, выполненного в виде шахты, возникает прохождение газовой смеси через устройство 1, 1' без внешних вспомогательных или приводных средств. Выполненная в виде шахты часть корпуса 4 имеет при этом высоту дымовой трубы между 0,5 м и 2,5 м для компенсации вызванных падений давления. Для особенно выгодного режима конвекции корпус 4 имеет к тому же соотношение высоты к глубине между 0,3 и 10.
Устройство 1, 1' выполнено таким образом, что также при высоких температурах, появляющихся в области катализаторной системы 2 вследствие освобождения тепла при рекомбинации водорода, воспламенение способной к воспламенению газовой смеси в области вне устройства 1, 1' надежно избегается. Для этого катализаторной системе 2 придано в соответствие устройство удержания пламени 8. В примере выполнения согласно фиг. 1 устройство удержания пламени 8 выполнено в виде полностью заключающей корпус 4 проволочной сетки. Альтернативно может быть предусмотрен также перфорированный лист.
В примере выполнения согласно фиг. 2 устройство удержания пламени 8 включено перед катализаторной системой 2. При этом устройство удержания пламени 8 расположено со стороны потока перед катализаторной системой 2 таким образом, что его среднее расстояние относительно катализаторной системы 2 составляет меньше, чем 0,3 м. Ограниченный катализаторной системой 2 и устройством удержания пламени 8 объем ограничивает возникающее там пламя таким образом до длины пламени меньше, чем 0,3 м.
Устройство удержания пламени 8 в примере выполнения согласно фиг. 2 охватывает множество пламенных фильтров 10, один из которых показан на фиг. 3. Каждый пламенный фильтр 10 выполнен в примере выполнения в виде перфорированного металлического основного тела 11, причем перфорация, как представлено в вырезе на фиг. 4, освобождает для газовой смеси множество входных отверстий 12. Основное тело 11 при этом покрыто слоем 13 из волокнистой ткани, в частности ткани из металлического волокна. Выполненный подобным образом пламенный фильтр 10 способствует дополнительно также гомогенизации протекающей через него газовой смеси.
Перфорация металлического основного тела 11 каждого пламенного фильтра 10 может быть выполнена, например, круглой, щелевидной или квадратной формы. Альтернативно возможны также и другие формы выполнения перфорации. Определенная всеми входными отверстиями 12 относительная свободная поверхность всех пламенных фильтров 10 является по меньшей мере настолько большой, предпочтительным образом примерно от 1 до 3 раз больше, чей свободное входное поперечное сечение катализаторной системы 2.
Для особенно большой поверхности каждого пламенного фильтра 10 соответствующее основное тело 11 снабжено различными складками и/или отбортовками, причем получается поперечное сечение, имеющее примерно форму звезды. Ширина зазора входных отверстий 12, образованных за счет перфорации основного тела 11 пламенного фильтра 10, согласована с ожидаемой в расчетном случае концентрацией водорода. Для взрывнотехнической развязки внутреннего пространства устройства 1' относительно его окружающей среды при концентрации водорода до 10 объемных % предусмотрена, например, ширина зазора максимально 2 мм. При концентрации водорода в расчетном случае больше, чем 10 объемных %, в противоположность этому предусмотрена, например, ширина зазора меньше, чем 1 мм. Ширина зазора перфорации металлического основного тела 11 пламенного фильтра 10 при этом выбрана таким образом, что осаждение коллоидов или аэрозолей на пламенных фильтрах 10 в значительной степени избегается. Таким образом, надежно избегается засорение устройства 1' при его эксплуатации.
В качестве дальнейшего расчетного критерия при выборе параметров ширины зазора входных отверстий 12, предусмотренных в металлических основных телах 11 пламенных фильтров 10, учтено то, что рост давления внутри корпуса 4 устройства 1' в случае воспламенения имеющейся там газовой смеси должно оставаться меньшим, чем примерно 100 ГПа так, что опасность для устройства 1' надежно избегается. Для этого ширина зазора входных отверстий 12 в металлических основных телах 11 пламенных фильтров 10 выбрана так, что имеется достаточное разгрузочное поперечное сечение для случая подобного воспламенения.
В устройство удержания пламени 8 в примере выполнения согласно фиг. 2 встроен улавливатель осадка 14. Для этого каждый пламенный фильтр 10 выполнен таким образом, что частицы, которые, как схематически представлено на фиг. 3, непосредственно или через капли жидкости попадают в пламенный фильтр 10, выполненный в продольном сечении V-образным, откладываются в области его дна. При этом возможно осажденная жидкость попадает через выходные отверстия 15 в не представленную более подробно сливную систему.
Улавливатель осадка 14 содержит, кроме того, множество улавливающих листов 16, из которых соответственно один расположен над входным каналом каждого пламенного фильтра 10. Альтернативно или дополнительно улавливатель осадка 14 может также содержать проволочную сетку, расположенную при рассмотрении в направлении течения газовой смеси перед катализаторной системой 2. При выборе параметров улавливателя осадка 14 относительно величины улавливаемых частиц учтено знание того, что по физическим причинам прежде всего катализаторные частицы с величиной зерна более, чем 100 мкм, способствуют воспламенению газовой смеси. Вынос отделяющихся из катализаторной системы 2 блуждающих горячих катализаторных частиц большей, чем эта величины зерна из корпуса 4 против направления течения газовой смеси надежно предотвращается улавливателем осадка 14. Улавливатель осадка 14, а также устройство удержания пламени 8 являются охлаждаемыми втекающей в корпус 4 газовой смесью.
Параметры катализаторной системы 2 выбраны таким образом, что в расчетном случае окисляется только часть водорода, менее чем 50%, который содержится во втекающей в устройство 1, 1' газовой смеси. Повышение температуры в газовой смеси, которое результируется из освобожденного за счет окисления количества тепла, является тем самым только ограниченным. Температура выходящей из катализаторной системы 2 газовой смеси тем самым удерживается заметно ниже температуры воспламенения атмосферы в окрестности устройства 1, 1'.
Для дальнейшего ограничения возникающей в газовой смеси максимальной температуры, как представлено на фиг. 2, в корпусе 4 после катализаторной системы 2 в направлении течения газовой смеси расположен статический смеситель 17. Статический смеситель 17, который содержит, например, множество смесительных пластин 18, служит при этом для перемешивания или завихрения протекающей газовой смеси. За счет подобного перемешивания или завихрения достигается гомогенизация температуры газовой смеси по поперечному сечению внутри корпуса 4. Вследствие их пространственной близости к катализаторным телам сильнее нагретые зоны внутри газовой смеси перемешиваются при этом со сравнительно более холодными вследствие их сравнительно большего пространственного удаления от катализаторных тел зонами газовой смеси. За счет этого достигается эффективное понижение температуры максимально нагретых областей внутри газовой смеси так, что надежно достигается выход за нижний предел задаваемых граничных значений температуры для газовой смеси.
Внутри корпуса 4 после катализаторной системы 2 включен улавливатель грубых частиц 20. Улавливатель грубых частиц 20, который в примере выполнения согласно фиг. 2 включен после статического смесителя 17, выполнен в примере выполнения в виде тонкой проволочной сетки. Сетка образует проходные отверстия 21, причем размер отверстия проволочной ткани с учетом потери давления устройства 1, 1' и необходимой мощности отделения выбран меньше, чем 800 мкм. В качестве дальнейшего расчетного критерия при выборе размеров отверстия к тому же учтено, что на улавливателе грубых частиц 20 не должно происходить осаждения коллоидов или аэрозолей. Улавливатель грубых частиц 20 выбирают с такими параметрами, что коллоиды или аэрозоли могут проникать количественно и без достойного упоминания потерь осаждения. Опасность блокировки вследствие откладывающихся аэрозолей или коллоидов таким образом надежно избегается. Пропускная способность через устройство 1, 1' и таким образом также при длительной эксплуатации не подвергается воздействию в достойной упоминания степени. Размер отверстий улавливателя грубых частиц 20 составляет при этом больше, чем 0,1 мм, в частности от 0,2 мм до 0,8 мм. Альтернативно улавливатель грубых частиц 20 может также содержать систему последовательно расположенных проволочных сеток с большим размером отверстий ячейки. В этом случае размер отверстия каждой проволочной сетки может быть выбран также больше, чем 1 мм.
После улавливателя грубых частиц 20 и таким образом также после катализаторной системы 2 включен участок подмешивания 24 для подмешивания атмосферы окружающей среды к выходящей из катализаторной системы 2 газовой смеси. В области участка подмешивания 24 корпус 4 содержит к тому же множество щелевых отверстий 26. За счет подмешивания атмосферы окружающей среды к выходящей из катализаторвой системы 2 газовой смеси ее температура может надежно снижаться до значения, ниже температуры воспламенения атмосферы окружающей среды.
В конечной области корпуса 4 устройства 1, 1' предусмотрено выходное отверстие 28 для газовой смеси. При этом выходное отверстие 28 расположено сбоку в корпусе 4 так, что при приблизительно вертикальном расположении устройства 1, 1' выход газовой смеси происходит в примерно горизонтальном направлении. Выше выходного отверстия 28 корпус 4 снабжен крышей корпуса 30. При этом крыша корпуса 30 служит в качестве каплеотводящего ограничения для устройства 1, 1' так, что также при эксплуатации системы разбрызгивания выше устройства 1, 1' избегается прямое попадание капель жидкости в устройство 1, 1'. Вымывание катализаторных частиц из катализаторной системы 2 таким образом надежно избегается также при использовании подобной системы разбрызгивания.
Корпус 4 содержит в примере выполнения согласно фиг. 2 изолирующую оболочку 32. В примере выполнения изолирующая оболочка 32 выполнена по типу выполнения двойной оболочки в виде воздушного зазора. Альтернативно может быть также предусмотрен расположенный между двумя слоями оболочки теплостойкий и стойкий к излучению изолирующий материал. Для уменьшения теплопередачи за счет излучения от внутренней области корпуса 4 на его внешнюю область поверхность внутренней стороны изолирующей оболочки 32 является шлифованной таким образом, что возникает эффект отражения. Выход излучения за счет изолирующей оболочки 32 тем самым надежно избегается. За счет такого выполнения изолирующей оболочки 32, в частности, в области температур выше, чем 500oС, соответствующая теплопередача за счет излучения в значительной степени предотвращается. Снабженное такой изолирующей оболочкой 32 устройство 1, 1' имеет при эксплуатации в расчетном случае внешнюю температуру своего корпуса значительно меньше, чем 500oС. Воспламенение газовой смеси, окружающей корпус 4, вследствие высокой внешней температуры корпуса тем самым надежно избегается.

Claims (20)

1. Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси, отличающееся тем, что катализаторной системе, которая расположена в случае эксплуатации в протекаемом в свободной конвекции для газовой смеси корпусе, придано в соответствие устройство удержания пламени, которое содержит множество входных отверстий, предусмотренных для втекания газовой смеси, со средней величиной по меньшей мере 0,2 мм и самое большее 3 мм.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перед катализаторной системой включено устройство удержания пламени.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что перед катализаторной системой включен улавливатель осадка.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что улавливатель осадка встроен в устройство удержания пламени.
5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что улавливатель осадка является охлаждаемым втекающей в корпус газовой смесью.
6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что его корпус содержит расположенную выше выходного отверстия для газовой смеси крышу корпуса.
7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что входные отверстия имеют соответственно среднюю величину самое большее 2 мм.
8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что объем, ограниченный катализаторной системой и устройством удержания пламени, ограничивает пламя до длины пламени самое большее 0,3 м.
9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что среднее расстояние устройства удержания пламени относительно катализаторной системы составляет самое большее 0,3 м.
10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что после катализаторной системы включен улавливатель грубых частиц.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что улавливатель грубых частиц содержит множество проходных отверстий со средней шириной зазора по меньшей мере 0,1 мм, предпочтительно по меньшей мере 0,2 мм и самое большее 1 мм.
12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что корпус имеет изолирующую оболочку.
13. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что после катализаторной системы включен участок подмешивания для подмешивания атмосферы окружающей среды к газовой смеси, выходящей из катализаторной системы.
14. Устройство по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что после катализаторной системы подключен статический смеситель.
15. Устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что катализаторная система содержит в качестве каталитически активного материала платину и/или палладий.
16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что катализаторная система содержит множество приблизительно пластинчатых катализаторных тел, причем соответственно два соседних катализаторных тела расположены на среднем расстоянии друг от друга по меньшей мере 0,8 см и самое большее 3 см.
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что каждое катализаторное тело покрыто с обеих сторон катализаторным материалом с образованием реакционной поверхности, причем газовая смесь является направляемой как через фронтальную сторону, так и через обратную сторону реакционной поверхности каждого катализаторного тела.
18. Устройство по п.16 или 17, отличающееся тем, что катализаторные тела удерживаются в общем держателе с хорошей теплопроводностью, в частности в выдвижном блоке.
19. Устройство по любому из пп.1-18, отличающееся тем, что катализаторная система рассчитана для окисления только части направляемого в газовой смеси водорода, предпочтительно для окисления части водорода, направляемого в газовой смеси, меньше, чем 50%.
20. Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что его корпус в направлении течения газовой смеси имеет длину по меньшей мере 0,4 м, предпочтительно, по меньшей мере 1 м и самое большее 2 м.
RU99119106/06A 1997-02-07 1998-01-27 Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси RU2188471C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19704608A DE19704608C1 (de) 1997-02-07 1997-02-07 Vorrichtung zur Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch
DE19704608.8 1997-02-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99119106A RU99119106A (ru) 2001-07-20
RU2188471C2 true RU2188471C2 (ru) 2002-08-27

Family

ID=7819561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99119106/06A RU2188471C2 (ru) 1997-02-07 1998-01-27 Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6356613B1 (ru)
EP (1) EP0958579B1 (ru)
JP (1) JP3537449B2 (ru)
KR (1) KR100503816B1 (ru)
CN (1) CN1244945A (ru)
CA (1) CA2280617C (ru)
DE (2) DE19704608C1 (ru)
ES (1) ES2195320T3 (ru)
ID (1) ID22051A (ru)
RU (1) RU2188471C2 (ru)
UA (1) UA46141C2 (ru)
WO (1) WO1998035356A1 (ru)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2782278B1 (fr) * 1998-08-17 2000-09-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif anti-deflagration de recombineur d'hydrogene par catalyse
DE19852951C2 (de) * 1998-11-17 2002-07-11 Forschungszentrum Juelich Gmbh Rekombinator zum effektiven Beseitigen von Wasserstoff aus Störfallatmosphären
DE19852953C1 (de) * 1998-11-17 2000-03-30 Forschungszentrum Juelich Gmbh Katalysatorelement für einen Rekombinator zum effektiven Beseitigen von Wasserstoff aus Störfallatmosphären
DE19914814C1 (de) * 1999-03-31 2000-12-14 Siemens Ag Rekombinationseinrichtung und Verfahren zur katalytischen Rekombination von Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid mit Sauerstoff in einem Gasgemisch
US6902709B1 (en) * 1999-06-09 2005-06-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Hydrogen removing apparatus
DE19929765A1 (de) * 1999-06-29 2001-01-11 Siemens Ag Reinigungseinrichtung für Rauchgas
US7455818B2 (en) * 2002-10-02 2008-11-25 Areva Np Gmbh Method for treating a flow of gas and gas treatment system
CN103383867B (zh) * 2012-05-04 2017-05-17 Ceracomb株式会社 控制核反应堆中氢气的被动式自催化复合器及其使用方法
CN102750995A (zh) * 2012-07-12 2012-10-24 中国核动力研究设计院 核电厂非能动氢复合器催化板在役检查方法
KR102083508B1 (ko) * 2012-08-06 2020-03-02 에로젯 로켓다인 오브 디이, 인크. 냉각재 상실 사고후 완화를 위한 격납식 플레어 시스템
RU2548412C2 (ru) * 2013-08-26 2015-04-20 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Устройство для выведения водорода из бескислородных газовых сред
KR20150045032A (ko) * 2013-10-17 2015-04-28 한국원자력연구원 가연성 기체 연소 제어기
KR102008852B1 (ko) 2013-11-26 2019-08-08 조인트 스탁 컴퍼니 ″아크메-엔지니어링″ 수소-함유 기체 매질의 정제 시스템 및 이의 이용 방법
KR101566633B1 (ko) 2014-08-06 2015-11-10 한국원자력연구원 피동형 수소재결합기의 수소연소저감장치
FR3025857B1 (fr) * 2014-09-11 2017-04-21 Air Liquide Station de fourniture d'hydrogene
KR101646766B1 (ko) * 2014-10-24 2016-08-10 한국수력원자력 주식회사 피동촉매형 수소재결합기 및 이의 자연발화 방지방법
CN105390168B (zh) * 2015-10-23 2017-08-25 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 具有防爆功能的消氢单元
CN105895185B (zh) * 2016-06-20 2018-05-04 南华大学 一种以超临界二氧化碳为工质的颗粒脱除器
US10839966B2 (en) * 2017-05-10 2020-11-17 Westinghouse Electric Company Llc Vortex driven passive hydrogen recombiner and igniter
RU2670430C1 (ru) * 2017-11-30 2018-10-23 Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом") Способ обеспечения водородной взрывобезопасности атомной электростанции
RU194638U1 (ru) * 2019-10-16 2019-12-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Автокаталитический рекомбинатор водорода и кислорода

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2403188A (en) * 1942-06-17 1946-07-02 Mccollum Thelma Heating apparatus
US2420599A (en) * 1944-02-04 1947-05-13 Shand And Jurs Company Flame arrester
US2945794A (en) * 1952-11-18 1960-07-19 Charles E Winters Neutronic reactor operational method and core system
US3660041A (en) * 1968-10-29 1972-05-02 Gen Electric Burner-flame arrester for burning off-gas from a boiling water reactor power plant
US3679372A (en) * 1969-04-09 1972-07-25 Gen Electric Off-gas burner system
CH542403A (de) * 1971-08-25 1973-09-30 Sulzer Ag Brenner zum Abfackeln von Gas
DE2231557A1 (de) * 1972-06-28 1974-01-17 Rheinstahl Ag Reaktor fuer katalytische gasphaseoxydation
US4228132A (en) * 1973-08-10 1980-10-14 Westinghouse Electric Corp. Hydrogen-oxygen recombiner
US3892519A (en) * 1974-04-15 1975-07-01 Zink Co John Liquid bubble screen seal for controlling combustible gases
AR207091A1 (es) * 1975-09-29 1976-09-09 Westinghouse Electric Corp Disposicion de camara de combustion para turbina de gas
US4082497A (en) * 1976-03-29 1978-04-04 Ex-Cell-O Corporation High capacity quiet burner for hot air heating system
US4226675A (en) * 1977-05-23 1980-10-07 Comsip Delphi, Inc. Method and apparatus for monitoring and measuring a gas
DE2758819A1 (de) * 1977-12-30 1979-07-12 Hoechst Ag Verfahren und vorrichtung zum einleiten von explosiblen gasen in einen brennraum
US4374649A (en) * 1981-02-12 1983-02-22 Burns & Roe, Inc. Flame arrestor
DE3143989C1 (de) * 1981-11-05 1983-02-03 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Kernkraftwerk mit einem Sicherheitsbehaelter
JPS60411A (ja) * 1983-06-16 1985-01-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd レ−ザモジユ−ル装置
US4842811A (en) * 1985-02-05 1989-06-27 Westinghouse Electric Corp. Method for preventing oxygen corrosion in a boiling water nuclear reactor and improved boiling water reactor system
US4780271A (en) * 1985-10-02 1988-10-25 Westinghouse Electric Corp. Process and apparatus for burning gases containing hydrogen and for cooling resulting combustion gases
US4741879A (en) * 1986-06-10 1988-05-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Catalytic igniters and their use to ignite lean hydrogen-air mixtures
DE3727207A1 (de) * 1987-08-14 1989-02-23 Siemens Ag Vorrichtung zur rekombination von wasserstoff und sauerstoff
DE3816012A1 (de) * 1987-08-14 1989-11-16 Siemens Ag Vorrichtung zur rekombination von wasserstoff und sauerstoff
ES2046361T3 (es) * 1988-04-18 1994-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Central nuclear con una envoltura de seguridad.
JPH03505080A (ja) * 1988-06-14 1991-11-07 ビーゼンズ、ヨハネス ガススペース内可燃性ガス混合物除去の方法および装置
DE3826503A1 (de) * 1988-08-04 1990-02-08 Kernforschungsanlage Juelich Metallschichtsystem zur beseitigung von wasserstoff aus einem gasgemisch
DE3909540A1 (de) * 1989-03-22 1990-09-27 Nis Ingenieurgesellschaft Mbh Vorrichtung zur rekombination von wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen gasgemisch
DE4003833A1 (de) * 1990-01-08 1991-07-11 Grs Ges Fuer Reaktorsicherheit Vorrichtung zur entfernung von wasserstoff aus einem wasserstoff, sauerstoff, dampf und aerosole enthaltenden gasgemisch
DE4015228A1 (de) * 1990-05-11 1991-11-14 Siemens Ag Vorrichtung fuer die rekombination von wasserstoff und sauerstoff sowie verwendung der vorrichtung
DE4040734A1 (de) * 1990-06-21 1992-01-02 Siemens Ag Verfahren und einrichtung zur oxidation von wasserstoff
DE4125085A1 (de) * 1991-07-29 1993-02-04 Siemens Ag Verfahren und geraet zum rekombinieren und/oder zuenden von wasserstoff, enthalten in einem h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-luft-dampf-gemisch, insbesondere fuer kernkraftwerke
DE4221692A1 (de) * 1992-07-02 1994-01-05 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Gemischanteils eines Gasgemisches
US5512250A (en) * 1994-03-02 1996-04-30 Catalytica, Inc. Catalyst structure employing integral heat exchange
DE4428956C1 (de) * 1994-08-16 1996-08-22 Forschungszentrum Juelich Gmbh Katalysatorvorrichtung zur Beseitigung von Wasserstoff
US5718573A (en) * 1994-12-27 1998-02-17 Carrier Corporation Flashback resistant burner
US5641282A (en) * 1995-02-28 1997-06-24 Gas Research Institute Advanced radiant gas burner and method utilizing flame support rod structure
WO1997016832A1 (en) * 1995-10-31 1997-05-09 Atomic Energy Of Canada Limited Passive emergency hydrogen mitigation system for water-cooled nuclear reactors

Also Published As

Publication number Publication date
ES2195320T3 (es) 2003-12-01
CA2280617A1 (en) 1998-08-13
JP3537449B2 (ja) 2004-06-14
DE59807964D1 (de) 2003-05-22
US6356613B1 (en) 2002-03-12
KR100503816B1 (ko) 2005-07-27
ID22051A (id) 1999-08-26
WO1998035356A1 (de) 1998-08-13
DE19704608C1 (de) 1998-06-10
EP0958579B1 (de) 2003-04-16
EP0958579A1 (de) 1999-11-24
CN1244945A (zh) 2000-02-16
JP2001510567A (ja) 2001-07-31
UA46141C2 (uk) 2002-05-15
KR20000070869A (ko) 2000-11-25
CA2280617C (en) 2007-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2188471C2 (ru) Устройство для рекомбинации водорода в газовой смеси
RU2222060C2 (ru) Рекомбинационное устройство и способ каталитической рекомбинации водорода и/или монооксида углерода с кислородом в газовой смеси
JP6289456B2 (ja) 格納容器と圧力逃がしシステムを備えた原子力設備
JP3486663B2 (ja) 水素と酸素とを再結合するための特に原子力発電所用の触媒系および再結合装置
KR200464123Y1 (ko) 피동형 자동촉매 재결합기
EP2229681B1 (de) Rekombinatorelement
US10770190B2 (en) Catalytic recombiner and filter apparatus
CN104575632A (zh) 可燃气体燃烧控制器
RU2232635C2 (ru) Каталитический элемент (варианты)
KR100458741B1 (ko) 수냉원자로의피동식비상수소제거시스템
KR101478738B1 (ko) 수증기 저감부가 장착된 피동 촉매 결합기
US5318606A (en) Filtration system
RU2187853C2 (ru) Способ и устройство для инициирования реакции водорода с кислородом в защитной оболочке реактора
CA2249581C (en) Apparatus for treating air containing hydrogen gas
JP5632272B2 (ja) 原子炉格納容器の水素処理設備
JPH1194992A (ja) 触媒式再結合器
JPH10227884A (ja) 高速炉の制御棒集合体
US20010055360A1 (en) Apparatus for treating air containing hydrogen gas
Hickey et al. Radioactive gas standby treatment apparatus with high efficiency rechargeable charcoal filter
KR20150030825A (ko) 피동형 촉매 재결합기 및 이를 위한 제조방법 및 이를 이용한 원자로 내의 수소 처리방법

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100713

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170128