WO1993003489A1 - Verfahren und gerät zum rekombinieren und/oder zünden von wasserstoff, enthalten in einem h2-luft-dampf-gemisch, insbesondere für kernkraftwerke - Google Patents

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Axel Hill
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Definitions

  • the invention relates to a method for recombining
  • Wires are attached to the catalyst body, which have a catalytic coating or consist of such a material and which, seen in the direction of flow of the KL-air-steam mixture through the tube, in front of and / or behind the catalyst body
  • the invention is based on the knowledge that the method mentioned at the outset does not only work reliably in the recombination of non-ignitable hydrogen concentrations
  • the invention is intended to provide a method and a device which, in the sense of the requirements set out above, combine and ignite hydrogen not only at the lower ignition limit at about 4 to 5% by volume of hydrogen, but also at the upper ignition limit (with about 10 or more vol .-% hydrogen), and this also in a water vapor-containing, ie inerting, atmosphere.
  • the invention relates to a method for recombining and igniting hydrogen of the type mentioned at the outset, which is characterized by the following features in order to achieve the object: a) a first partial stream of the H 2 -air-steam mixture is passed through at least one first channel is passed through and subjected to a catalytic reaction for the recombination of H and O 2 to HLO by contact with a first channel wall of this channel having a catalytic coating, b) a second partial stream of the H 2 -air-steam mixture is additionally added passed to the first partial flow through at least one second channel with a channel wall and thereby passing at least one ignition element which is heated to an ignition temperature such that the second partial flow is ignited when its ignition limit is reached or exceeded, c) which occurs in the catalytic reaction in the First channel released heat is, at least in part, on the z wide channel for preheating.
  • the second channel wall is brought into a heat-transferring relation, in particular in heat-conducting contact, with the first channel, so that amounts of heat generated during the recombination processes in the first channel are transferred to the second channel wall and that H 2 air / steam mixture flowing through the second duct is preheated on the second duct wall before or while it flows past the ignition element and is ignited thereon.
  • a heat-transferring relation is understood to mean that the heat from the first to the second channel and the one or the
  • Ignition element (s) is or can be transmitted by heat radiation, by convection and by heat conduction, the heat conduction through the channel walls being a significant part of the transmission.
  • the second metallic channel wall itself can be used as a surface ignition element.
  • the . second metallic channel wall then works as a large-area thermal igniter. It is possible to heat them up to temperatures of, for example, 700 to 720 ° C. on account of the catalytic recombination processes taking place in the first channel and the transfer of the heat generated in the process.
  • Such a thermal igniter preferably operates at the upper ignition limit and is very effective there.
  • one or more peak ignition elements can also be used, which protrude into the gas flow path of the second partial flow with discrete ignition peaks.
  • such tip ignition elements preferably work at the lower ignition limit as catalytic igniters; in the design as uncoated, good heat-conducting de Pipes or wire spirals, for example made of Cu, such tip ignition elements can also be used as thermal igniters.
  • the first partial flow in the first channel is directed essentially vertically from bottom to top, so that the associated volume flow is stabilized by thermally induced buoyancy forces.
  • the second partial flow in the second channel is also conducted essentially vertically from bottom to top, so that the associated volume flow is stabilized by thermally induced buoyancy forces.
  • the second partial flow can be throttled to increase the dwell time.
  • the first and second partial streams emerging from the first and the second channel are expediently routed separately from one another along a separating section of such a length that penetration of the first partial stream on the outlet side into the second channel and the second partial stream on the outlet side ver ⁇ into the first channel is prevented.
  • the subject of the invention also relates to a device for recombining and igniting the hydrogen contained in an HL-air / steam mixture, with a) at least one first channel with a channel wall, the wall surface of which has a catalytic coating for the recombination of hydrogen and oxygen flowing past, b) at least one second channel connected in parallel to the first channel, the channel wall of which is provided with at least one preferably metallic ignition element which can be heated to an ignition temperature such that it ignites flowing, ignitable H 2 Air-steam mixture ignites, c) means for coupling the heat generated during the recombination processes in the first channel into the second
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in a basic illustration in longitudinal section, suitable for realizing the method, a second embodiment with an outer second channel being indicated in the outer peripheral region of the device according to FIG. 1,
  • FIG. 2 shows a cross section through the device according to FIG. 1 along the sectional plane II-II,
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment in the form of a modification of the object according to FIG. 1, in a detailed representation
  • FIG. 4 shows the section along the section plane IV-IV of the object according to FIG. 3,
  • FIG. 5 simplifies a device constructed from a spirally wound sheet in the lying position (working position is the upright),
  • FIG. 6 likewise a perspective view of a further embodiment of the device with a cuboid housing and accommodated therein, crossing, catalytically coated metal sheets for the first channel and a central rectangular channel for forming the second channel,
  • FIG. 7 shows a detail of the sheet metal grid according to FIG. 6 in detail
  • FIG. 8 shows a cross-sectional detail of a further embodiment, in which sheet metal that does not cross each other, but only a set of sheets that are parallel to one another is used, which are held at a distance by wave-like or zigzag-shaped intermediate sheets and are connected to one another.
  • annular sheets 2 are each arranged in a tubular housing 1 at a distance al to one another and a2 to the wall of the housing 1.
  • the tubular housing 1 consists of stainless steel with a housing wall 1.1, the wall thickness of For reasons of strength, 1 mm can be up to several millimeters.
  • the housing 1 has an inlet opening 3 at its lower end and an outlet opening 4 for the H 2 -air-steam mixture at its upper end, which is indicated by the arrows fl in the region of the inlet opening 3, through the
  • FIG. 1 Shows fll when flowing through a first channel R, by which arrows fl2 is symbolized when flowing through a second channel Z.
  • the corresponding partial flows are designated f21 and f22, respectively, after their union with f2.
  • the channels R and Z can be channel systems with several subchannels each or simple channels. The term “channel systems” is therefore intended to include both simple channels and multiple-channel arrangements in the following, unless stated otherwise.
  • the first channel system R is delimited by first channel walls R1 or their wall surfaces, which are formed by the ring-shaped, concentric sheets 2, the inner circumference of the housing wall 1.1 and the outer circumference of a central tube 5.
  • the black arrows 6 pointing to the surfaces of these first channel walls R1 indicate that the wall surfaces of the first channel walls R1 exposed to the first partial flow F1 of the mixture fl have a catalytic coating for recombining the hydrogen contained in the mixture F1.
  • Palladium or platinum, preferably platinum has proven to be a suitable catalytic coating, these metals being finely distributed on a carrier layer of the first channel walls rl (not shown), which has a sufficient surface roughness.
  • the already mentioned second channel system Z is connected in parallel to the first channel system R and has at least one second channel wall r2, the wall surface of which is formed by the inner circumference of the central tube 5 and which th partial flow fl2 of the mixture fl is exposed.
  • the second channel system Z is assigned ignition elements z, which in the example according to FIGS. 1 and 2 are designed as tip ignition elements z1, z2 and z3.
  • the ignition elements z1 designed as wire spirals and the pin-shaped or tubular ignition elements z2 that they are arranged in flow spaces, in this case in the ring channels R1 to R4 of the first channel system R, at least one channel wall of the first channel walls R1 or contact the channel wall r2 metallic and extend with their tip 7 through the channel wall r2 of the second channel system Z as tip ignition elements into the channel cross section of the second channel system Z.
  • the ignition elements z3 are only in metallic contact with the second channel wall r2.
  • the ignition elements z1 and z2 penetrate, preferably on radii, the second channel system (cf. FIG. 2) and are therefore exposed to the heat of recombination which arises in several ways.
  • the hot gases fll arising in the recombination processes in the first channel system R initially give off their heat directly to the ignition elements z1, z2 when they flow past them. However, they also heat up the first channel walls rl, with which the ignition elements zl, z2 are metallically conductively contacted, so that heat is also transferred to the ignition elements zl, z2 by heat conduction. In addition to the heat transfer due to convection and heat conduction, part of the heat is also transferred to the ignition elements z1, z2 by heat radiation.
  • the metallic, cylindrical channel walls R1 act as mirrors, which throw the infrared heat radiation radially inwards, so that not only the inner channel is illuminated by the outer channel channel R1, but also the second link as the last link in this heat radiation transmission chain Channel wall r2 is heated.
  • the ignition elements zl consist of a coiled platinum wire. These ignition elements are used for catalytic ignition in the first channel system R and - because they protrude into the second channel system Z with a tip 7 - also for catalytic and / or thermal ignition in this second channel system Z.
  • the ignition elements z2 preferably consist of copper pipes or bars; with their tip 7 these preferably act as thermal detonators in the second channel system Z.
  • the third ignition elements z3 designed as tip ignition elements, in which the tip 7 is carried by a small, solid metal block 8, which in turn is on the Inner circumference of the central tube 5, for example by spot welding or by screwing.
  • the second channel walls r2 can themselves serve as surface ignition elements for thermal ignition, as will be explained with reference to FIGS. 3 and 4; in the example according to FIGS. 1 and 2, this effect is in addition to the ignition effect of the tip ignition elements z1 to z3.
  • the surface of the second channel system Z can be enlarged by the corrugated tube or spiral configuration of the second channel wall r2. If the second channel wall r2 extends in addition to the corrugated tube-like configuration 9 or the cross-sectionally zigzag-shaped configuration 10 in a spiral or helical manner, then this has the advantage that a rotary flow component is superimposed on the second partial flow fl2, whereby the dwell time of the second partial flow within second channel system is enlarged. A throttling effect is moreover achieved by such a wall configuration. Such an effect can also be achieved by a flow throttle 11 which is attached separately at the outlet end of the second channel system Z.
  • the second channel wall r2 can be partially provided with a catalytic coating 12, preferably made of Pt or Pd, as is indicated by dashed lines; However, a catalytic coating 6 of the wall parts is preferably only assigned to the first channel system R.
  • cylinder sheets 2 of different diameters are arranged coaxially around the tube axis 13 and concentrically to one another within the hollow cylindrical housing wall 1.1 to form the first channel system R, the inlet and outlet openings 3, 4 being arranged on the cylinder faces .
  • the intermediate plates 16 (FIG. 2) serve for holding and spacing the cylinder plates 2, as will be explained below.
  • spirally wound sheets spaced apart from one another can surround the central housing axis 13 within the hollow cylindrical housing wall 1.1, with inlet and
  • Outlet opening 3, 4 are arranged on the end faces of such a spiral.
  • the second channel system Z is delimited by the inner circumference of the innermost cylinder plate in the form of the central tube 5.
  • corrugated intermediate plate 16 catalytically coated in several or in all of the ring channels R1 to R5, as shown in FIG. 2 on a peripheral section of the ring channel R5.
  • This additionally provided corrugated intermediate plate 16 has the advantage that it can form a fastening system together with the cylindrical plates 2 for the first channel walls R1 by the respective corrugated intermediate plate 16 and the cylinder plates 2 being welded, soldered or glued together , to the housing wall 1.1 and to the central tube 5.
  • a plurality of subchannels 16.1 is formed by the intermediate plates 16 and plates 2.
  • the central tube 5 has only a catalytic coating on its outer circumference; on its inner circumference it can be partially provided with the catalytic coating 12 mentioned, and also with an oxygen-donating material.
  • turbulence-increasing means can be provided in the first channel system R, e.g. in the form of so-called turbulators 17. These are internals or baffles within the annular spaces R1 to R5 in the form of blind-like strips 18 which are directed with their leading edges against the direction of flow.
  • throttle-plate-like internals 19 can also be used as turbolators 17, which are connected upstream of the strips 18 as seen in the flow direction. As a result, the flow velocity is locally increased and the swirling effect by the strips 18 is improved.
  • the second channel system Z can also be arranged in an annular space on the outer circumference of the device.
  • This alternative second channel system is designated Z 1 and indicated by dashed lines. Accordingly, a first channel system R 1 through the annular spaces Rl to R5 and the interior of the
  • the ignition elements for example the rod-shaped or tubular ignition elements z2
  • the ignition elements would be oriented from the inside to the outside and would protrude into the outer annular space of the second channel system Z ', see ignition elements z2'.
  • this alternative embodiment would have to be thermally insulated on its outer circumference, so that not too much heat is lost to the outside from the second channel system Z 1 , especially due to radiation. Therefore, preference is given to the first embodiment with the first channel system R and the second channel system Z surrounded by the first channel system, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the inlet opening 3 for the first and the second channel system R, Z are located on a lower, open end face 1 a of the housing 1 and the outlet opening 4 on an upper, open end face 1 b of the housing 1, and accordingly the Annuli Rl to R5 and the central tube 5 are open at their two end faces.
  • a trumpet-like outlet diffuser 20 adjoins the inner sheet metal channel of the central tube 5 forming the second channel system Z.
  • the orifice for the flow restrictor 11 is located at a point which is at a distance a3 from the inlet end of the diffuser, which makes up approximately one third of the total axial length of the diffuser 20.
  • the flow restrictor 11 can also be part of a Venturi tube 21, as is indicated by dashed lines. In this case, the venturi tube 21 is expediently installed in the outlet diffuser 20.
  • the outlet opening 4 is covered by a cover 22 arranged at a vertical distance from it, shown schematically and in broken lines, in such a way that a lateral outflow cross section 23 for the first channel system R and 24 for the second channel system Z remain free.
  • the cover 22 has flow guiding surfaces 25 to support the flow deflection from the vertical direction (flow arrows fl1 and fl2) to the horizontal direction (flow arrow f2).
  • a (second) flow guide body 26 which has flow guide surfaces 27 for deflecting the inflow of the mixture from the lateral into the vertical direction, as the flow arrows fl illustrate.
  • the trumpet-like outlet diffuser 20 causes the first and second partial streams f21, f22 emerging from the first channel system R and the second channel system Z to be separated from one another along a separating path, corresponding to the arcuate outlet diffuser contour 20.1, of such length be performed in such a way that the first partial flow f21 on the outlet side is prevented from entering the second channel system Z and the second partial flow f22 on the outlet side is prevented from entering the first channel system R.
  • the basic design of the second basic exemplary embodiment of a device according to the invention according to FIGS. 3 and 4 is identical to that according to FIGS. 1 and 2, which is why the same parts are also provided with the same reference numerals. Differences lie in the design of the ignition elements and in the fact that the area of the inlet opening 3 and that of the outlet opening 4 are structurally simplified.
  • the second channel wall r2 of the second channel system Z forms an ignition element z4 in the form of a surface ignition element, which works as a thermal igniter.
  • the mechanically firm cohesion of the cylindrical sheets 2, the central tube 5 and the housing 1 or its wall 1.1 is again achieved in that corrugated intermediate sheets 16 (FIG.
  • the central tube 5 for the second Channel system Z has a small one at its inflow end
  • Protrusion a4 from e.g. 8 mm as a result of which effects of the ignition processes in the second channel system Z on the first channel system are reduced or avoided.
  • the flat ignition elements z4 work (as mentioned) as thermal igniters at the upper ignition limit.
  • thin wires having a catalytic surface, preferably consisting of platinum are assigned to the second channel system Z as tip ignition elements z5. These make metallic contact with the second channel wall r2, specifically at the inflow end 5.1 of the central tube 5, and therefore they project downward into the inflow space 28.
  • Further tip ignition elements z5 are preferably assigned to the outflow end 5.2 of the central tube 5 or the second wall parts r2 and for this purpose are in metallic contact with the central tube 5.
  • tip ignition elements z5 therefore stand vertically upwards like antennas and protrude into the outflow space 29. Further of these tip ignition elements z5 in the form of thin platinum wires or "threads" are attached to the sheets 2 of the first channel system R at least at one end, preferably both in the area of the inflow chamber 28 and in the area of the outflow chamber 29. The ignition elements z5 operate in the area of the lower ignition limit of the hydrogen contained in the mixture fl.
  • the device designated as a whole with RZ2 according to FIGS. 3 and 4 has a lower cylindrical skirt 30 which surrounds the inflow chamber 28 and forms a continuation of the housing wall 1.1.
  • the outflow chamber 29 is covered again by a cover 22; this is held by means of three support struts 31 which are distributed uniformly over the circumference.
  • the support struts 31 are attached to the housing wall 1.1 at the upper edge thereof and screwed down from the outside, see the two screw connections 32 and 33 provided for each holding strut 31.
  • the upper screws 33 penetrate the housing wall 1.1 in slots 1.2, the lower 32 press the bent ends of the support struts 31 against threaded bushes 32.1, which are fastened to the outside of the housing wall 1.1.
  • two spaced-apart support flanges 34 are provided, each of which is welded to the outer circumference of the housing wall 1.1 with an arc piece 34.1.
  • the elbow pieces 34.1 and support flanges 34 are stiffened by a stiffening plate 35 that runs normal to the longitudinal axis 13 (FIG. 4). Both flanges 35 have mutually aligned fastening openings 36 in the form of elongated holes or bores.
  • Wall parts r2 can be relatively small and e.g. in the range between 0.1 and 0.5 mm depending on the size of the device.
  • the central tube 5 has an inner diameter of 20 mm
  • the radial distances a1 and a2 are each 10.5 mm for the device RZ2
  • the outer diameter of the housing 1 129 mm the wall thickness of the wall 1.1 2 mm
  • the cylindrical sheets 2 for the first wall parts rl and the central tube 5 for the second wall parts r2 can be cylindrical bodies analogous to the device RZ1 according to FIGS. 1 and 2 or - which is even more favorable in terms of production technology - consist of a spirally wound sheet metal, such as it is shown schematically in Figure 5.
  • the device RZ2 according to FIGS. 3 and 4 operates as follows (the functional description correspondingly also applies to the device RZ1 according to FIGS. 1 and 2):
  • the first wall parts rl heat up. If the H 2 content rises to the lower ignition limit, catalytic ignition processes occur in the first channel system R, which are triggered by the ignition elements z5 (or in the example according to FIGS. 1 and 2 by "the catalytic ignition elements zl)
  • the heat generated is transferred to the second duct system Z as described, which increases the temperature in the second duct system Z or on the second wall parts r2 of the central tube 5 to values above 700 ° C. over a period of about one to five minutes the second channel system Z flowing second partial flow fl2, which has not yet been recombined, is now thermally ignited by the second wall parts r2.
  • the device RZ2 functions as a thermal igniter, ie the one contained in the first partial flow fll Energy is converted essentially adiabatically into heat at the first wall parts R1, which is not converted into heat by a catalytic coating Transferring t having the second wall parts r2 of the central tube 5 to the non-recombined mixture fl2, which is heated in this way until the auto-ignition temperature is reached.
  • the device RZ2 (and analogously RZ1) no longer works as a thermal igniter, because the energy contained in the low-H gas mixture is no longer sufficient in view of heat transfer losses to reach the self-ignition temperature within the device.
  • the ignition elements z5 now have the ignition function.
  • These ignition elements which are preferably designed as Pt wires or threads, selectively supply an amount of energy (so-called hot spot) to a very small gas volume, which is so high that the ignition temperature is reached in this volume.
  • This function of catalytic ignition with a relatively low H 2 content in the order of 4 to 7% takes place with a low steam content.
  • the device can ignite in the range between 4 and 7 vol.% H 2 .
  • H_-air-steam mixtures up to about 30 vol.% Steam can be catalytically ignited with an H 2 content of at least 8 vol.%. From 40 vol.% Steam, more than 10 vol.% H 2 are required for thermal ignition; the catalytic ignition then no longer works.
  • the invention realizes a process for recombining and / or igniting hydrogen contained in an H 2 -air-steam mixture, for which the following process features are characteristic: a) a first Partial flow fll of the H 2 -air-steam mixture fl is passed through a first channel system R and by contact with a first, preferably metallic, channel walls rl having a catalytic coating 6 of a catalytic reaction for the recombination of H 2 and 0 2 to H Subject to 2 0.
  • This can be a recombination (without catalytic ignition) or a catalytic ignition.
  • a second partial flow fl2 of the H 2 -air-steam mixture fl is parallel to the first partial flow fll through a second channel system Z with at least one second
  • thermal ignition takes place at the upper ignition limit (at least 10 vol. S.H ? )
  • mixed ignition can take place, ie thermal ignition with the Ignition element z4 and catalytic ignition with the ignition elements z5.
  • the second channel system Z can also work as a catalytic igniter.
  • the following process feature is preferably also used: c)
  • the heat released during the catalytic reaction in the first channel system R is, at least in part (that means with a large proportion and with as little heat loss as possible), on the second channel system Z transferred to its preheating.
  • the ignition element z4 External heating of the ignition element z4 is avoided in that it is brought into a heat-transferring relationship with the first channel system R, so that amounts of heat generated during the recombination processes in the first channel system R are transferred to the ignition element z4. Because of the good heat transfer properties of the device, it is possible to heat the second wall parts r2 to over 700 ° C. in a short time when catalytic ignition processes take place in the first channel system R.
  • the second duct wall r2 is brought into a good heat-transferring relationship with the first duct system R, so that amounts of heat generated during the recombination processes in the first duct system R are transferred to the second duct wall r2 and so through the second channel system Z flowing H 2 -air-steam mixture (which has not yet been recombined) is preheated and heated on the second channel wall before or while it is ignited on the ignition element z4.
  • the function of the thermal ignition by the ignition elements z4 (and z2, z3 according to FIGS. 1 and 2) is advantageously supplemented by the catalytic ignition elements z5 (or zl in FIGS. 1 and 2), so that in the area between the lower and the upper ignition limit, a seamless transition from catalytic ignition to thermal ignition and vice versa can take place.
  • the first partial flow F1 in the first channel system R is directed essentially vertically from bottom to top, so that the associated volume flow is stabilized by thermally induced buoyancy forces and a convection flow is thus formed.
  • the second partial flow fl2, as shown in FIG. 1, can be throttled and designed to be turbulent by means of a wave-shaped configuration. Separate throttles at the outlet end of the second channel system (i.e. the throttle orifice 11 according to the figure
  • the device RZ2 is a component that can of course be built in different sizes.
  • the axial length is 270 mm; the device therefore also fits in nooks and crannies within the containment of a nuclear power plant and can be installed there in a plurality or multiplicity of, for example, 100 to 300 pieces per containment.
  • FIG. 6 shows a third basic embodiment of a device RZ3, in which, to form the first channel system R and the first wall parts rl and the second channel system Z and its second wall parts r2, flat sheets 37 are provided, which are located within the square-shaped structure. housing 1 to each other and to the longitudinal axis 13 of the housing parallel and at a distance from each other. FIG. 6 shows that the metal sheets 37 intersect with other metal sheets 38 that run perpendicularly thereto.
  • the second channel system Z with its second wall parts r2 is formed by a channel 39 arranged inside the rectangular grid 37, 38. As indicated at 16, the rectangular grid cells can still be divided into subchannels by means of undulating or zigzag-shaped intermediate plates 16.
  • FIG. 6 shows a third basic embodiment of a device RZ3, in which, to form the first channel system R and the first wall parts rl and the second channel system Z and its second wall parts r2, flat sheets 37 are provided, which are located within the square-shaped structure. housing 1 to each other and to the longitudinal
  • FIG. 7 shows a partial cross section with the two intersecting sheets 37, 38 and the grid cells 40 formed by them.
  • the sheets 38 are dispensed with, so that rectangular-elongated grid cells 41 are formed, and these are wavy or zigzag -Zack-shaped intermediate plates 16 again divided into subchannels 16.1.
  • the intermediate plates 16 again ensure stable mechanical cohesion, for example by using a spot weld connection between them and the plates 37.
  • FIGS. 6 to 8 like that of FIG. 5, is only simplified schematically, because sufficient details are shown in FIGS. 1 to 4, which of course also apply analogously to the embodiment according to FIGS. 5 and 6.
  • the channel walls rl, r2 preferably consist of all-metal because of the desired good heat conduction.
  • the housing wall 1.1 can also consist of a temperature-resistant plastic film, which is coated on its inner circumference with metal. The radiation losses can thereby be reduced.

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Abstract

Ein erster Teilstrom (f11) des H2-Luft-Dampf-Gemisches (f1) wird durch einen ersten Kanal (R) hindurchgeleitet und durch Kontakt mit einer eine katalytische Beschichtung aufweisenden ersten Kanalwand (r1) rekombiniert. Ein zweiter Teilstrom (f12) des genannten Gemisches wird zusätzlich zum ersten Teilstrom (f11) durch einen zweiten Kanal (Z) mit einer zweiten Kanalwand (r2) hindurchgeleitet und dabei durch Vorbeiführung an vorzugsweise metallischen, auf die H2-Zündtemperatur aufgeheizten Zündelementen (z, z1, z2, z3) bei Erreichen oder Überschreiten der Zündgrenze gezÜndet. Dabei wird bevorzugt die bei der katalytischen Reaktion im ersten Kanal (R) freiwerdende Wärme, zumindest zum Teil, auf den zweiten Kanal (Z) zu dessen Vorwärmung übertragen. Das neue Verfahren arbeitet sowohl an der unteren als auch an der oberen Zündgrenze und rekombiniert auch bei nicht zündfähigen H2-Konzentrationen. Beschrieben wird auch ein Gerät, mit welchem das Verfahren ausführbar ist.

Description

1 Verfahren und Gerät zum Rekombinieren und/oder Zünden von Wasserstoff, enthalten in einem H - uft-Dampf-Gemisch, insbesondere für Kernkraftwerke
5 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Rekombi¬
^. nieren und/oder Zünden von Wasserstoff, enthalten in einem H2-Luft- Dampf-Gemisch, gemäß Präambel des Patentanspruchs 1, ferner auf ein Gerät zur Rekombination und/oder Zündung des in einem h -Luft-Dampf- Gemisch enthaltenen Wasser- 10 stoffs gemäß Präambel des Patentanspruchs 7.
Ein solches Verfahren und auch ein solches Gerät sind be¬ kannt durch die EP-A1-0 303 144. Dabei ist ein Katalysator¬ körper in einem vertikal verlaufenden Rohr mit Abstand zur
15 Rohrinnenwand angeordnet. Die Stirnseiten des Rohres sind mit druckabhängig und/oder temperaturabhängig öffnenden Verschlüssen versehen. Als Kataysatormaterial wird insbe¬ sondere Palladium oder Platin verwendet, wobei eine Rekom¬ bination bereits im Bereich nicht zündfähiger Wasserstoff-
20 konzentrationen erfolgt. Am Katalysatorkörper sind Drähte befestigt, welche eine katalytische Beschichtung aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen und welche in Strömungsrichtung des KL-Luft-Dampf-Gemisches durch das Rohr gesehen vor und/oder hinter dem Katalysatorkörper
25 angeordnet sein können.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß das eingangs genannte Verfahren nicht nur bei der Rekombination nicht zündfähiger Wasserstoffkonzentrationen zuverlässig arbeiten
30 und an der sogenannten unteren Zündgrenze eine zuverlässige Zündung herbeiführen muß, sondern daß ebenso an der oberen Zündgrenze (sogenanntes fettes Gemisch oder H2-Luft-Dampf- Gemisch mit relativ hoher H2-Konzentration) eine zuverläs¬ sige Zündung des Wasserstoffs im zuströmenden Gemisch ge-
35 währleistet sein muß. Dies ist deshalb wichtig, weil nach einsetzenden Kühl¬ vorgängen und Kondensation des Wasserdampfes ein Einlaufen in das Zündgebiet mit hohen hL-Konzentrationen erfolgen kann.
Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und ein Gerät ge¬ schaffen werden, welche im Sinne der vorstehend gestellten Anforderungen ein Rekombinieren und Zünden von Wasserstoff nicht nur an der unteren Zündgrenze bei etwa 4 bis 5 Vol.-% Wasserstoff, sondern auch an der oberen Zündgrenze (bei etwa 10 oder mehr Vol.-% Wasserstoff) ermöglichen, und dies auch bei wasserdampf- haltiger, also inertisierender, Atmosphäre.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Rekombinie¬ ren und Zünden von Wasserstoff der eingangs genannten Art, welches zur Lösung der gestellten Aufgabe durch die folgen¬ den Merkmale gekennzeichnet ist: a) ein erster Teilstrom des H2-Luft-Dampf-Gemisches wird durch wenigstens einen ersten Kanal hindurchgeleitet und durch Kontakt mit einer eine katalytische Beschich¬ tung aufweisenden ersten Kanalwand dieses Kanals einer katalytischen Reaktion zur Rekombination von H und 02 zu HLO unterworfen, b) ein zweiter Teilstrom des H2-Luft-Dampf-Gemisches wird zusätzlich zum ersten Teilstrom durch wenigstens einen zweiten Kanal mit Kanalwand hindurchgeleitet und dabei an mindestens einem Zündelement vorbeigeführt, welches auf eine solche Zündtemperatur aufgeheizt wird, daß der zweite Teilstrom bei Erreichen oder Überschreiten sei¬ ner Zündgrenze gezündet wird, c) die bei der katalytischen Reaktion im ersten Kanal frei- werdende Wärme wird, zumindest zum Teil, auf den zweiten Kanal zu dessen Vorwärmung übertragen.
Man erreicht auf diese Weise, daß die Heizwärme auf das Zündelement nicht abhängig von Fremdenergiequellen, sondern inhärent sicher übertragen werden kann. Weitere vorteil¬ hafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Patentansprüchen 3 bis 5 angegeben.
Zur Übertragung der im ersten Kanal freiwerdenden Wärme wird die zweite Kanalwand in eine wärmeübertragende Rela¬ tion, insbesondere in wärmeleitenden Kontakt, mit dem ersten Kanal gebracht, so daß während der Rekombinations¬ vorgänge im ersten Kanal erzeugte Wärmemengen auf die zweite Kanalwand übertragen werden und das durch den zwei¬ ten Kanal strömende H2-Luft-Dampf-Gemisch an der zweiten Kanalwand vorgewärmt wird, bevor oder während es an dem Zündelement vorbeiströmt und an diesem gezündet wird. Unter wärmeübertragender Relation wird verstanden, daß die Wärme vom ersten auf den zweiten Kanal und das oder die
Zündelement(e) durch Wärmestrahlung, durch Konvektion und durch Wärmeleitung übertragen wird oder werden kann, wobei der Wärmeleitung durch die Kanalwände ein wesentlicher Übertragungsanteil zukommt. Es ist gefunden worden, daß überraschenderweise die zweite metallische Kanalwand selbst als Flächenzündelement verwendet werden kann. Die. zweite metallische Kanalwand arbeitet dann als großflächiger ther¬ mischer Zünder. Es ist möglich, sie aufgrund der im ersten Kanal ablaufenden katalytischen Rekombinationsvorgänge und der Übertragung der dabei entstehenden Wärme auf Temperatu¬ ren von z.B. 700 bis 720° C aufzuheizen. Ein solcher ther¬ mischer Zünder arbeitet bevorzugt an der oberen Zündgrenze, und dort sehr wirkungsvoll. Es können zusätzlich oder an¬ stelle dieser oder dieses Flächenzündelemente(s) auch ein oder bevorzugt mehrere Spitzenzündelemente verwendet wer¬ den, welche mit diskreten Zündspitzen in den Gasströmungs¬ pfad des zweiten Teilstroms hineinragen. In der Ausführung als dünne Drähte oder "Fädchen" mit katalytischer Beschich¬ tung (z.B. Pt oder Pd) arbeiten solche Spitzenzündelemente bevorzugt an der unteren Zündgrenze als katalytische Zün¬ der; in der Ausführung als unbeschichtete, gut wärmeleiten- de Rohre oder Drahtspiralen, z.B. aus Cu bestehend, können solche Spitzenzündelemente auch als thermische Zünder ein¬ gesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Teilstrom im ersten Kanal im wesentlichen vertikal von unten nach oben geleitet, so daß der zugehörige Volumen¬ strom durch thermisch bedingte Auftriebskräfte stabilisiert wird. Im Zusammenhang damit ist es auch günstig, wenn auch der zweite Teilstrom im zweiten Kanal im wesentlichen ver¬ tikal von unten nach oben geleitet- wird, so daß der zuge¬ hörige Volumenstrom durch thermisch bedingte Auftriebskräf¬ te stabilisiert wird. Im ersten und zweiten Kanal ergeben sich damit Konvektionsströme, und die durch Zündung im zweiten Kanal hervorgerufenen Druckwellen vermögen diese Konvektionsströme nicht dauerhaft zu stören oder etwa in ihrer Strömungsrichtung umzukehren.
Zur Vergrößerung der Verweilzeit kann der zweite Teilstrom angedrosselt werden. Zweckmäßigerweise werden die aus dem ersten und dem zweiten Kanal austretenden ersten und zwei¬ ten Teilströme getrennt voneinander längs einer Trennstrek- ke solcher Länge geführt, daß ein Eindringen des ersten auslaßseitigen Teilstroms in den zweiten Kanal und des zweiten auslaßseitigen Teilstroms in den ersten Kanal ver¬ hindert wird.
Die mit dem Verfahren nach der Erfindung erreichbaren Vor¬ teile sind insbesondere in folgendem zu sehen: - hL-Zündung an der unteren Zündgrenze (02-Überschuß, I-U-Mangel) von h -Luft-Dampf-Gemischen,
- r- -Zündung an der oberen Zündgrenze (L-Überschuß, 02- Mangel) von H2-Luft-Dampf-Gemischen,
- merkliche HU- und 02- Rekombination zu HLO im Bereich nicht zündfähiger Konzentrationen, deshalb Einsatz des
Verfahrens nicht nur zum Zünden, sondern auch zum gro߬ flächigen Rekombinieren, - Einsatzmöglichkeit insbesondere in der Kerntechnik, aber auch in der chemischen und petrochemischen Industrie, um nur einige Beispiele zu nennen.
Zur Lösung der eingangs definierten Aufgabe ist gemäß An¬ spruch 6 Gegenstand der Erfindung auch ein Gerät zur Rekom¬ bination und Zündung des in einem HL-Luft-Dampf-Gemisch enthaltenen Wasserstoffs, mit a) wenigstens einem ersten Kanal mit einer Kanalwand, deren Wandoberfläche eine katalytische Beschichtung zur Rekombination von vorbeiströmendem Wasserstoff und Sauerstoff aufweist, b) wenigstens einem parallel zum ersten Kanal geschalteten zweiten Kanal, dessen Kanalwand mit mindestens einem vorzugsweise metallischen Zündelement versehen ist, welches auf eine solche Zündtemperatur aufheizbar ist, daß es vorbeiströmende, zündfähige H2-Luft-Dampf-Gemi- sche zur Entzündung bringt, c) Mitteln zur Einkopplung der bei den Rekombinationsvor- g ngen im ersten Kanal entstehenden Wärme in den zweiten
Kanal.
Das Verfahren und das Gerät nach der Erfindung einschlie߬ lich der Gegenstände nach den Unteransprüchen 7 bis 26 wer- den im folgenden anhand mehrerer, in der Zeichnung darge¬ stellter Ausführungsbeispiele noch näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt jeweils in vereinfachter, zum Teil sche atischer Darstellung:
Figur 1 ein Gerät nach der Erfindung in prinzipieller Darstellung im Längsschnitt, geeignet zur Verwirklichung des Verfahrens, wobei im Außenumfangsbereich des Geräts nach Figur 1 eine zweite Ausführung mit äußerem zweiten Kanal angedeutet ist, Figur 2 einen Querschnitt durch das Gerät nach Figur 1 längs der Schnittebene II-II,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel in Gestalt einer Abwandlung des Gegenstandes nach Figur 1, in detaillierte¬ rer Darstellung,
Figur 4 den Schnitt längs der Schnittebene IV-IV des Gegenstands nach Figur 3,
Figur 5 vereinfacht ein aus einem spiralig gewickelten Blech aufgebautes Gerät, in liegender Position (Arbeits¬ position ist die aufrechte),
Figur 6 ebenfalls perspektivisch eine weitere Ausführung des Gerätes mit quaderförmigem Gehäuse und darin unterge¬ brachten, einander kreuzenden, katalytisch beschichteten Blechen für den ersten Kanal sowie einem zentralen Recht¬ eckkanal zur Bildung des zweiten Kanals,
Figur 7 eine Einzelheit des Blechrasters nach Fig. 6 im Detail und
Figur 8 ein Querschnittsdetail einer weiteren Ausfüh- rungsform, bei welchem nicht einander kreuzende Bleche, sondern nur eine Schar zueinander paralleler Bleche ver¬ wendet ist, welche durch wellen- oder zickzackförmige Zwi¬ schenbleche auf Abstand gehalten und miteinander verbunden sind.
Bei der in Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungs¬ form RZ1 eines Gerätes nach der Erfindung sind in einem rohrförmigen Gehäuse 1 konzentrische, ringförmige Bleche 2 jeweils mit Abstand al zueinander und a2 zur Wand des Ge- häuses 1 angeordnet. Das rohrför ige Gehäuse 1 besteht aus Edelstahl mit einer Gehäusewand 1.1, deren Wanddicke aus Festigkeitsgründen 1 mm bis zu mehreren Millimetern betra¬ gen kann. Das Gehäuse 1 weist an seinem unteren Ende eine Einlaßöffnung 3 und an seinem oberen Ende eine Auslaßöff¬ nung 4 für das H2-Luft-Dampf-Gemisch auf, welches durch die Pfeile fl im Bereich der Einlaßöffnung 3, durch die
Pfeile fll beim Durchströmen eines ersten Kanals R, durch die Pfeile fl2 beim Durchströmen eines zweiten Kanals Z symbolisiert ist. Am Ausgang des ersten und zweiten Kanals R, Z sind die entsprechenden Teilströme mit f21 bzw. f22 bezeichnet, nach ihrer Vereinigung mit f2. Bei den Kanälen R und Z kann es sich um Kanalsysteme mit jeweils mehreren Unterkanälen oder um einfache Kanäle handeln. Der Ausdruck "Kanalsysteme" soll deshalb im folgenden - wenn nichts Näheres ausgesagt ist - sowohl einfache Kanäle als auch Mehrfach-Kanalanordnungen umfassen.
Das erste Kanalsystem R wird von ersten Kanalwänden rl bzw. deren Wandoberflächen begrenzt, welche von den ring¬ förmigen, konzentrischen Blechen 2, dem Innenumfang der Gehäusewand 1.1 und dem Außenumfang eines Zentralrohres 5 gebildet werden. Die auf die Oberflächen dieser ersten Kanalwände rl weisenden schwarzen Pfeile 6 besagen, daß die dem ersten Teilstrom fll des Gemisches fl aussgesetz¬ ten Wandoberflächen der ersten Kanalwände rl eine kataly- tische Beschichtung zur Rekombination des im Gemisch fl enthaltenen Wasserstoffs aufweisen. Als geeignete kataly- tische Beschichtung haben sich Palladium oder Platin, vor¬ zugsweise Platin, erwiesen, wobei diese Metalle auf einer Trägerschicht der ersten Kanalwände rl (nicht dargestellt), die eine ausreichende Oberflächenrauhigkeit aufweist, fein verteilt fixiert sind.
Das schon erwähnte zweite Kanalsystem Z ist parallel zum ersten Kanalsystem R geschaltet und weist wenigstens eine zweite Kanalwand r2 auf, deren Wandoberfläche vom Innen¬ umfang des Zentralrohres 5 gebildet wird und die dem zwei- ten Teilstrom fl2 des Gemisches fl ausgesetzt ist. Dem zweiten Kanalsystem Z sind Zündelemente z zugeordnet, welche im Beispiel nach Figuren 1 und 2 als Spitzenzünd¬ elemente zl, z2 bzw. z3 ausgeführt sind. Für die als Draht- spiralen ausgebildeten Zündelemente zl und die stift- oder röhrenförmigen Zündelemente z2 ist charakteristisch, daß sie in Strömungsräumen, in diesem Fall in den Ringkanälen Rl bis R4 des ersten Kanalsystems R angeordnet sind, wenig¬ stens eine Kanalwand der ersten Kanalwände rl bzw. die Ka¬ nalwand r2 metallisch kontaktieren und mit ihrer Spitze 7 durch die Kanalwand r2 des zweiten- Kanalsystems Z hindurch sich als Spitzenzündelemente in den Kanalquerschnitt des zweiten Kanalsystems Z erstrecken. Die Zündelemente z3 ste¬ hen lediglich mit der zweiten Kanalwand r2 metallisch-lei- tend in Kontakt. Die Zündelemente zl und z2 durchdringen, vorzugsweise auf Radien, das zweite Kanalsystem (vgl. Figur 2) und sind deshalb der in diesem entstehenden Rekombina¬ tionswärme auf mehrfache Weise ausgesetzt. Die bei den Re¬ kombinationsvorgängen im erstenn Kanalsystem R entstehenden heißen Gase fll geben ihre Wärme zunächst unmittelbar an die Zündelemente zl, z2 ab, wenn sie an diesen vorbeiströ¬ men. Sie erwärmen jedoch auch die ersten Kanalwände rl, mit denen die Zündelemente zl, z2 metallisch-leitend kontakt¬ iert sind, so daß auch im Wege der Wärmeleitung Wärme auf die Zündelemente zl, z2 übertragen wird. Außer der Wärme¬ übertragung aufgrund von Konvektion und Wärmeleitung wird auch durch Wärmestrahlung ein Teil der Wärme auf die Zünd¬ elemente zl, z2 übertragen. Denn die metallischen, zylin¬ drischen Kanalwände rl wirken quasi wie Spiegel, welche die Infrarot-Wärmestrahlung radial nach innen werfen, so daß nicht nur die jeweils innere von der jeweils äußeren ersten Kanalwand rl angestrahlt wird, sondern als letztes Glied dieser Wärmestrahlungsübertragungskette auch die zweite Kanalwand r2 aufgeheizt wird. Im einzelnen bestehen die Zündelemente zl aus einem gewen- deltem Platindraht. Diese Zündelemente dienen der kataly¬ tischen Zündung im ersten Kanalsystem R und - weil sie mit einer Spitze 7 in das zweite Kanalsystem Z ragen - auch zur katalytischen und/ oder thermischen Zündung in diesem zweiten Kanalsystem Z. Die Zündelemente z2 bestehen vor¬ zugsweise aus Kupferrohren oder -stäben; diese wirken mit ihrer Spitze 7 bevorzugt als thermische Zünder im zweiten Kanalsystem Z. Das gleiche trifft zu für die dritten als Spitzenzündelemente ausgeführten Zündelemente z3, bei de¬ nen die Spitze 7 von einem kleinen- massiven Metallklötz¬ chen 8 getragen wird, welches wiederum am Innenumfang des Zentralrohres 5, z.B. durch Punktschweißen oder durch Ver- schraubung, befestigt ist. Die zweiten Kanalwände r2 können selbst als Flachenzundelemente zur thermischen Zündung die¬ nen, wie es anhand der Figuren 3 und 4 noch erläutert wird; im Beispiel nach Figuren 1 und 2 ist diese Wirkung zusätz¬ lich zur Zündwirkung der Spitzenzündelemente zl bis z3.
Wie es durch die Wellenlinie 9 und die Zick-zack-Linie 10 partiell für das Zentralrohr 5 angedeutet ist, kann die Oberfläche des zweiten Kanalsystems Z durch Wellrohr- oder spiralförmige Ausbildung der zweiten Kanalwand r2 vergrös- sert sein. Verläuft die zweite Kanalwand r2 zusätzlich zur wellrohrartigen Ausbildung 9 oder der im Querschnitt zick- zack-förmigen Ausbildung 10 spiral- oder schraubenförmig, dann hat dies den Vorteil, daß dem zweiten Teilstrom fl2 eine Drehströmungskomponente überlagert wird, wodurch die Verweilzeit des zweiten Teilstroms innerhalb des zweiten Kanalsystems vergrößert wird. Durch eine solche Wandaus¬ bildung wird im übrigen eine Drosselwirkung erzielt. Eine solche Wirkung kann auch durch eine am auslaßseitigen Ende des zweiten Kanalsystems Z gesondert angebrachte Strömungs¬ drossel 11 erreicht werden. Die zweite Kanalwand r2 kann partiell mit einer kataly¬ tischen Beschichtung 12, vorzugsweise aus Pt oder Pd, versehen sein, wie es gestrichelt angedeutet ist; bevor¬ zugt wird indessen eine katalytische Beschichtung 6 der Wandteile nur dem ersten Kanalsystem R zugeordnet.
Wie bereits angedeutet, sind zur Bildung des ersten Kanal¬ systems R Zylinderbleche 2 unterschiedlichen Durchmessers koaxial um die Rohrachse 13 und konzentrisch zueinander innerhalb der hohlzylindrischen Gehäusewand 1.1 angeordnet, wobei Einlaß- und Auslaßöffnung 3,- 4 an den Zylinder-Stirn¬ seiten angeordnet sind. Zur Halterung und Abstandshalte- rung der Zylinderbleche 2 dienen die Zwischenbleche 16 (Figur 2), wie noch erläutert wird.
Gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels nach den Figuren 1 und 2 können auch zur Bildung des ersten Ka¬ nalsystems R spiralig und mit Abstand zueinander gewickelte Bleche die zentrische Gehäuseachse 13 innerhalb der hohl- zylindrischen Gehäusewand 1.1 umgeben, wobei Einlaß- und
Auslaßöffnung 3, 4 an den Stirnseiten einer solchen Spirale angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführung ist das zweite Kanalsystem Z vom Innenumfang des innersten Zylin¬ derblechs in Form des Zentralrohrs 5 begrenzt. Bei einem spiralig gewickelten ersten und zweiten Kanalsystem ist es zweckmäßig, das zweite Kanalsystem Z vom Innenumfang der innersten Spiralwindung der spiralig gewickelten Bleche zu begrenzen, wie es schematisch in Figur 5 dargestellt ist, wobei Anfang und Ende des spiralig gewickelten Bleches mit den angrenzenden Blechpartien zu verbinden sind, zweckmäßi¬ gerweise durch je eine Schweißnaht oder eine Punktschwei߬ reihe 14 bzw. 15.
Zurück zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2: Zur Vergrößerung der katalytischen Oberflächen und zur
Strδmungsstabilisierung ist es vorteilhaft, in wenigstens einem, in mehreren oder in allen der Ringkanäle Rl bis R5 katalytisch beschichtete, gewellte Zwischenbleche 16 anzu¬ ordnen, wie es in Figur 2 auf einem Umfangsteilstück des Ringkanals R5 eingezeichnet ist. Dieses zusätzlich vorge- sehene gewellte Zwischenblech 16 hat den Vorteil, daß es zusammen mit den zylindrischen Blechen 2 für die ersten Kanalwände rl ein -Befestigungssystem bilden kann, indem das jeweilige gewellte Zwischenblech 16 und die Zylinder¬ bleche 2 durch Schweißen, Löten oder Kleben miteinander, mit der Gehäusewand 1.1 und mit dem Zentralrohr 5 verbun¬ den werden. Durch die Zwischenbleche 16 und Bleche 2 wird eine Vielzahl von Unterkanälen 16.1 gebildet.
Das Zentralrohr 5 weist lediglich an seinem Außenumfang eine katalytische Beschichtung auf; an seinem Innenumfang kann es partiell mit der erwähnten katalytischen Beschich¬ tung 12 versehen sein, außerdem mit einem sauerstoffspen¬ denden Material. Im ersten Kanalsystem R können - ebenso wie im zweiten Kanalsystem Z - turbulenzvergrößernde Mittel vorgesehen sein, z.B. in Gestalt von sogenannten Turbola¬ toren 17. Dies sind Einbauten oder Schikanen innerhalb der Ringräume Rl bis R5 in Form von jalousieartigen Leisten 18, welche mit ihren Anströmkanten entgegen der Strömungsrich¬ tung gerichtet sind. Als Turbolatoren 17 können auch in Verbindung mit den jalousieartigen Leisten 18 drosselblen- denartige Einbauten 19 Verwendung finden, welche den Lei¬ sten 18 in Strömungsrichtung gesehen vorgeschaltet sind. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit lokal vergrößert und der Verwirbelungseffekt durch die Leisten 18 verbes- sert.
Gemäß einer zweiten abgewandelten Ausführungsform kann das zweite Kanalsystem Z auch in einem Ringraum am Außenumfang des Gerätes angeordnet sein. Dieses alternative zweite Kanalsystem ist mit Z1 bezeichnet und durch gestrichelte Linien angedeutet. Demgemäß würde ein erstes Kanalsystem R1 durch die Ringräume Rl bis R5 und den Innenraum des
Zentralrohrs 5 gebildet. In diesem Fall würden die Zünd¬ elemente, z.B. die stab- oder röhrenförmigen Zündelemente z2, von innen nach außen orientiert sein und in den äußeren Ringraum des zweiten Kanalsystems Z' ragen, siehe Zündele¬ mente z2'. Diese alternative Ausführungsform müßte jedoch an ihrem Außenumfang thermisch isoliert werden, damit nicht zu viel Wärme aus dem zweiten Kanalsystem Z1 nach außen, vor allem durch Abstrahlung, verloren geht. Deshalb wird der ersten Ausführung mit erstem Kanalsystem R und zweitem vom ersten Kanalsystem umgebenen Kanalsystem Z, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, der Vorzug gegeben.
Wie bereits erläutert, befinden sich die Einlaßöffnung 3 für das erste und das zweite Kanalsystem R, Z an einer unteren, offenen Stirnseite la des Gehäuses 1 und die Aus¬ laßöffnung 4 an einer oberen, offenen Stirnseite lb des Gehäuses 1, wobei dementsprechend auch die Ringräume Rl bis R5 und das Zentralrohr 5 an ihren beiden Stirnseiten offen sind. An den inneren, das zweite Kanalsystem Z bil¬ denden Blechkanal des Zentralrohrs 5 schließt sich ein trompetenartiger Auslaß-Diffusor 20 an. Innerhalb dieses Auslaß-Diffusors 20 befindet sich die Blende für die Strö¬ mungsdrossel 11 an einer Stelle, die zum Einlaßende des Diffusors einen Abstand a3 hat, der etwa ein Drittel der gesamten axialen Länge des Diffusors 20 ausmacht. Die Strö¬ mungsdrossel 11 kann auch Teil eines Venturi-Rohres 21 sein, wie es gestrichelt angedeutet ist. In diesem Fall ist das Venturi-Rohr 21 zweckmäßigerweise in den Auslaß-Diffu- sor 20 eingebaut.
Wie es schematisch angedeutet ist, ist die Auslaßöffnung 4 durch ein mit Vertikalabstand zu ihr angeordneten, schema¬ tisch und gestrichelt dargestellten Deckel 22 derart abge- deckt, daß ein lateraler Ausströmquerschnitt 23 für das erste Kanalsystem R und 24 für das zweite Kanalsystem Z frei bleiben. Der Deckel 22 weist Strömungsleitflächen 25 zur Unterstützung der Strö ungsu lenkung von der vertika¬ len Richtung (Strömungspfeile fll und fl2) in die horizon¬ tale Richtung (Strömungspfeil f2) auf. Auch unterhalb der Einlaßöffnung 3 ist in Figur 1 ein (zweiter) Strömungsleit¬ körper 26 dargestellt, welcher Strömungsleitflächen 27 zur Umlenkung der Einströmung des Gemisches von der lateralen in die vertikale Richtung aufweist, wie es die Strömungs¬ pfeile fl verdeutlichen. Der trompetenartige Auslaß-Diffu- sor 20 bewirkt, daß die aus dem ersten Kanalsystem R und dem zweiten Kanalsystem Z austretenden ersten und zweiten Teilströme f21, f22 getrennt voneinander längs einer Trenn¬ strecke, entsprechend der bogenförmigen Auslaß-Diffusor- Kontur 20.1, solcher Länge geführt werden, daß ein Eindrin- gen des ersten auslaßseitigen Teilstroms f21 in das zweite Kanalsystem Z und des zweiten auslaßseitigen Teilstroms f22 in das erste Kanalsystem R verhindert wird.
Das zweite grundsätzliche Ausführungsbeispiel eines Gerätes nach der Erfindung gemäß Figuren 3 und 4 gleicht im grund¬ sätzlichen Aufbau demjenigen nach den Figuren 1 und 2, wes¬ halb gleiche Teile auch mit den gleichen Bezugszeichen ver¬ sehen sind. Unterschiede liegen in der Ausbildung der Zünd¬ elemente und darin, daß der Bereich der Einlaßöffnung 3 und derjenige der Auslaßöffnung 4 konstruktiv vereinfacht sind. Durch die zweite Kanalwand r2 des zweiten Kanalsystems Z ist ein Zündelement z4 in Gestalt eines Flächenzündelemen- tes gebildet, welches als thermischer Zünder arbeitet. Der mechanisch feste Zusammenhalt der zylindrischen Bleche 2, des Zentralrohres 5 und des Gehäuses 1 bzw. seiner Wand 1.1 wird wieder dadurch ereicht, daß gewellte, beidseits kata- lytisch beschichtete Zwischenbleche 16 (Figur 4) sich je¬ weils in einem der Ringräume Rl bis R5 befinden und mit den anliegenden Blechen 2 bzw. dem Zentralrohr 5 durch Schweis- sen, Hartlöten oder Kleben, vorzugsweise durch Punkt¬ schweißen, verbunden sind. Das Zentralrohr 5 für das zweite Kanalsystem Z hat an seinem Einströmende einen geringen
Überstand a4 von z.B. 8 mm, wodurch Rückwirkungen der Zünd¬ vorgänge im zweiten Kanalsystem Z auf das erste Kanalsystem reduziert oder vermieden werden. Die Flachenzundelemente z4 arbeiten (wie erwähnt) als thermische Zünder an der oberen Zündgrenze. Zusätzlich zu den Flächenzündelementen z4 sind dünne, eine katalytische Oberfläche aufweisende Drähte, vorzugsweise bestehend aus Platin, als Spitzenzündelemente z5 dem zweiten Kanalsystem Z zugeordnet. Diese kontaktieren die zweite Kanalwand r2 metallisch, und zwar am Einström¬ ende 5.1 des Zentralrohres 5, sie -ragen deshalb nach unten in den Einströmraum 28 hinein. Vorzugsweise sind weitere Spitzenzündelemente z5 dem Ausströmende 5.2 des Zentralroh¬ res 5 bzw. der zweiten Wandteile r2 zugeordnet und hierzu mit dem Zentralrohr 5 metallisch kontaktiert. Diese Spit¬ zenzündelemente z5 stehen deshalb wie Antennen vertikal nach oben ausgerichtet und ragen in den Ausströmraum 29. Weitere dieser Spitzenzündelemente z5 in Form von dünnen Platindrähtchen oder "Fädchen" sind an den Blechen 2 des ersten Kanalsystems R zumindest an einem Ende befestigt, vorzugsweise sowohl im Bereich der Einströmkammer 28 als auch im Bereich der Ausströmkammer 29. Die Zündelemente z5 arbeiten im Bereich der unteren Zündgrenze des im Gemisch fl enthaltenen Wasserstoffs.
Das als Ganzes mit RZ2 bezeichnete Gerät nach den Figuren 3 und 4 weist eine untere zylindrische Schürze 30 auf, welche die Einströmkammer 28 umgibt und eine Fortsetzung der Ge¬ häusewand 1.1 bildet. Am oberen Ende wird die Ausströmkam- mer 29 wieder durch einen Deckel 22 überdacht; dieser ist mittels dreier, gleichmäßig über den Umfang verteilter Tragstreben 31 gehalten. Die Tragstreben 31 sind an der Ge¬ häusewand 1.1 an deren oberen Rand von außen angesetzt und festgeschraubt, siehe die pro Haltestrebe 31 vorgesehenen beiden Schraubverbindungen 32 und 33. Die oberen Schrauben 33 durchdringen die Gehäusewand 1.1 in Schlitzen 1.2, die unteren 32 pressen die abgekröpften Enden der Tragstreben 31 gegen Gewindebüchsen 32.1, welche außen an der Gehäuse¬ wand 1.1 befestigt sind. Zur Befestigung des Gerätes RZ2 an einer Haltestruktur, z.B. einem vertikalen Träger (nicht dargestellt), sind zwei zueinander beabstandete Tragflan¬ sche 34 vorgesehen, welche jeweils mit einem Bogenstück 34.1 am Außenumfang der Gehäusewand 1.1 festgeschweißt sind. Die Bogenstücke 34.1 und Tragflanschen 34 sind durch ein achsnormal bezüglich der Längsachse 13 verlaufendes Versteifungsblech 35 versteift (Figur 4). Beide Flansche 35 weisen zueinander fluchtende Befestigungsöffnungen 36 in Form von Langlöchern oder Bohrungen auf.
Die Blechdicke für die ersten Wandteile rl und zweiten
Wandteile r2 kann relativ klein sein und z.B. im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm je nach Größe des Gerätes liegen. Im dargestellten Fall hat das Zentralrohr 5 einen Innen¬ durchmesser von 20 mm, die Radialabstände al und a2 be- tragen für das Gerät RZ2 jeweils 10,5 mm, der Außendurch¬ messer des Gehäuses 1 129 mm, die Wanddicke der Wand 1.1 2 mm. Die zylindrischen Bleche 2 für die ersten Wandteile rl und das Zentralrohr 5 für die zweiten Wandteile r2 können analog zum Gerät RZ1 nach den Figuren 1 und 2 Zylin- derkörper sein oder aber - was fertigungstechnisch noch günstiger ist - aus einem spiralig gewickelten Blech bestehen, wie es in Figur 5 schematisch dargestellt ist.
Das Gerät RZ2 nach den Figuren 3 und 4 arbeitet wie folgt (wobei die Funktionsbeschreibung sinngemäß auch für das Gerät RZ1 nach den Figuren 1 und 2 gilt):
Für eine Zündung an der oberen Zündgrenze werden mindestens 6 Volumen-% 02 benötigt, was einem Luftanteil von knapp 30% entspricht. Für eine Zündung an der unteren Zündgrenze wer- den mindestens 4 bis 7 Volumen-% Wasserstoff benötigt, wo- gegen die obere Zündgrenze hinsichtlich des Wasserstoff- Gehaltes dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens etwa 10 Volumen-% H„ im Gemisch fl enthalten sein müssen. Der Restanteil im Gemisch besteht, wie es die bekannten Drei- Stoff-Diagramme zeigen, von denen eines z.B. in der älte¬ ren Anmeldung P 40 15 228.5 vom 11.05.1990 in Figur 8 dar¬ gestellt ist, aus Wasserdampf und Luft. Im ersten Kanal¬ system R wird das zuströmende Gemisch fl, wenn der H2- Anteil darin unterhalb der unteren Zündgrenze liegt (also unterhalb von ca. 4 - 7 Vol.-%) rekombiniert. Dabei erwär¬ men sich die ersten Wandteile rl. Steigt der H2-Anteil bis zur unteren Zündgrenze, dann kommt es im ersten Kanalsystem R zu katalytischen Zündvorgängen, welche durch die Zündele¬ mente z5 (oder im Beispiel nach Figuren 1 und 2 durch" die katalytischen Zündelemente zl) ausgelöst werden. Die dabei entstehende Wärme wird auf das zweite Kanalsystem Z, wie beschrieben, übertragen. Dadurch steigt die Temperatur im zweiten Kanalsystem Z bzw. an den zweiten Wandteilen r2 des Zentralrohres 5 im Zeitraum von etwa ein bis fünf Minuten auf Werte über 700βC an. Der durch das zweite Kanalsystem Z strömende zweite Teilstrom fl2, der noch nicht rekombi¬ niert ist, wird nun thermisch durch die zweiten Wandteile r2 gezündet. An der schon erwähnten oberen Zündgrenze funk¬ tioniert das Gerät RZ2 als thermischer Zünder, d.h. die im ersten Teilstrom fll enthaltene Energie wird an den ersten Wandteilen rl im wesentlichen adiabatisch in Wärme umge¬ setzt. Diese Wärme wird von den eine katalytische Beschich¬ tung nicht aufweisenden zweiten Wandteilen r2 des Zentral¬ rohres 5 an das nicht rekombinierte Gemisch fl2 übertragen, welches auf diese Weise bis zum Erreichen der Selbstzün¬ dungstemperatur erhitzt wird. An der unteren Zündgrenze arbeitet das Gerät RZ2 (und sinngemäß RZ1) nicht mehr als thermischer Zünder, denn die im H^-armen Gasgemisch fl ent¬ haltene Energie reicht in Anbetracht von Wärmeübertragungs- Verlusten zum Erreichen der Selbstentzündungstemperatur innerhalb des Gerätes nicht mehr aus. Deshalb übernehmen anstelle der zweiten Wandteile r2 nun die Zündelemente z5 die Zündfunktion. Diese vorzugsweise als Pt-Drähte oder -Fäden ausgeführten Zündelemente führen punktuell einem sehr kleinen Gasvolumen einen Energiebetrag (sogenannter hot spot) zu, der so hoch ist, daß in diesem Volumen die Zündtemperatur erreicht wird. Diese Funktion der katalyti¬ schen Zündung bei relativ geringem H2-Anteil in der Größen¬ ordnung von 4 bis 7 % läuft bei geringem Dampfanteil ab. In einem H2-Luft-Gemisch ohne Dampf kann mit dem Gerät im Bereich zwischen 4 bis 7 Vol.-% H2 gezündet werden. H_- Luft-Dampf-Gemische bis zu etwa 30 Vol.-% Dampf können bei einem H2-Anteil von mindestens 8 Vol.-% katalytisch gezün¬ det werden. Ab 40 Vol.-% Dampf werden mehr als 10 Vol.-% H2 für eine thermische Zündung benötigt, die katalytische Zündung arbeitet dann nicht mehr.
Aus Vorstehendem wird ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Verfahren zum Rekombinieren und/oder Zünden von Wasser¬ stoff, enthalten in einem H2-Luft-Dampf-Gemisch verwirk- licht wird, für welches die folgenden Verfahrensmerkmale charakteristisch sind: a) ein erster Teilstrom fll des H2-Luft-Dampf-Gemisches fl wird durch ein erstes Kanalsystem R hindurchgeleitet und durch Kontakt mit eine katalytische Beschichtung 6 aufweisenden ersten, vorzugsweise metallischen, Kanal¬ wänden rl einer katalytischen Reaktion zur Rekombination von H2 und 02 zu H20 unterworfen. Dabei kann es sich um eine Rekombination (ohne katalytische Zündung) oder aber um eine katalytische Zündung handeln. Diese erfolgt an der sogenannten unteren Zündgrenze und wird durch die Zündelemente z5 (Gerät RZ2) oder die Zündelemente zl (Gerät RZ1) ausgelöst. b) Ein zweiter Teilstrom fl2 des H2-Luft-Dampf-Gemisches fl wird parallel zum ersten Teilstrom fll durch ein zweites Kanalsystem Z mit wenigstens einer zweiten
Kanalwand r2 hindurchgeleitet und dabei an wenigstens einem vorzugsweise metallischen Zündelement z4, z5 vorbeigeführt, welches auf die H2-Zündtemperatur aufge¬ heizt wird, so daß der zweite Teilstrom fl2 bei Errei¬ chen oder Überschreiten der Zündgrenze gezündet wird. In diesem zweiten Kanalsystem Z erfolgt, insbesondere bei hohem Dampfanteil im Gemisch fl, eine thermische Zündung an der oberen Zündgrenze (mindestens 10 Vol.-S. H?), und bei geringerem Dampfanteil kann eine Misch¬ zündung erfolgen, d.h. thermische Zündung mit dem Zünd- element z4 und katalytische Zündung mit den Zündelemen¬ ten z5. An der unteren Zündgrenze, wenn das Gemisch fl keinen Dampf oder nur geringe Volumen- prozente Dampf enthält und der H^-Anteil im Bereich zwischen 4 und 7 % liegt, kann das zweite Kanalsystem Z auch als katalyti- scher Zünder arbeiten.
Bevorzugt wird dabei auch das folgende Verfahrensmerkmal angewandt: c) Die bei der katalytischen Reaktion im ersten Kanalsystem R frei werdende Wärme wird, zumindest zum Teil (das bedeutet mit einem möglichst großen Anteil und mit mög¬ lichst geringen Wärmeverlusten), auf das zweite Kanal¬ system Z zu dessen Vorwärmung übertragen. Besonderer Vorteil: es kann auf Fremdbeheizung verzichtet werden.
Eine Fremdbeheizung des Zündelementes z4 wird dadurch ver¬ mieden, daß es in eine wärmeübertragende Relation mit dem ersten Kanalsystem R gebracht wird, so daß während der Re¬ kombinationsvorgänge im ersten Kanalsystem R erzeugte Wär- memengen auf das Zündelement z4 übertragen werden. Aufgrund der guten Wärmeübertragungseigenschaften des Gerätes ge¬ lingt es, die zweiten Wandteile r2 in kurzer Zeit auf über 700° C aufzuheizen, wenn im ersten Kanalsystem R katalyti¬ sche Zündvorgänge ablaufen. Hierzu ist es wichtig, daß die zweite Kanalwand r2 in eine gute wärmeübertragende Relation mit dem ersten Kanal¬ system R gebracht wird, so daß während der Rekombinations¬ vorgänge im ersten Kanalsystem R erzeugte Wärmemengen auf die zweite Kanalwaπd r2 übertragen werden und so das durch das zweite Kanalsystem Z strömende H2-Luft-Dampf-Gemisch (welches noch nicht rekombiniert ist) an der zweiten Kanal¬ wand vorgewärmt und aufgeheizt wird, bevor bzw. während es an dem Zündelement z4 gezündet wird. Dadurch wird es mög- lieh, daß die zweite Kanalwand r2 selbst als metallisches
Flachenzundelement verwendet werden kann. Die Funktion der thermischen Zündung durch die Zündelemente z4 (und z2, z3 nach den Figuren 1 und 2) wird in vorteilhafter Weise er¬ gänzt durch die katalytischen Zündelemente z5 (bzw. zl in Figuren 1 und 2), so daß im Bereich zwischen der unteren und der oberen Zündgrenze ein lückenloser Übergang von der katalytischen Zündung auf die thermische Zündung und umge¬ kehrt erfolgen kann.
Der erste Teilstrom fll im ersten Kanalsystem R ist im wesentlichen vertikal von unten nach oben gerichtet, so daß der zugehörige Volumenstrom durch thermisch bedingte Auftriebskräfte stabilisiert wird und sich so eine Konvek- tionsströmung ausbildet. Dies trifft auch für das zweite Kanalsystem Z zu, wo der zweite Teilstrom fl2 im wesent¬ lichen vertikal von unten nach oben gerichtet ist. Der zweite Teilstrom fl2 kann, wie in Figur 1 dargestellt, durch wellenförmige Ausbildung angedrosselt und turbulent gestaltet werden. Gesonderte Drosseln am Auslaßende des zweiten Kanalsystems (also die Drosselblende 11 nach Figur
1) sind dann im allgemeinen nicht erforderlich. Bei aus¬ reichend großen Volumenströmen, für welche das Gerät RZ2 nach den Figuren 3 und 4 vorgesehen ist, kann ein Auslaß- Diffusor 20 (siehe Figur 1) entfallen. Das Gerät RZ2 ist eine Komponente, die naturgemäß in ver¬ schiedenen Größen gebaut werden kann. Im Beispiel nach Figuren 3 und 4 beträgt die axiale Länge 270 mm; das Gerat paßt also auch in Winkel und Nischen innerhalb des Contain- ments eines Kernkraftwerks und kann dort in einer Mehrzahl oder Vielzahl von z.B. 100 bis 300 Stück pro Containment installiert werden. Vorteilhaft ist es z.B., eine Vielzahl kleinerer Geräte in der Nähe des Reaktordruckbehälters und der Pumpen und Dampferzeuger bei einem Druckwasserkern- kraftwerk zu installieren, so daß der bei einem postulier¬ ten Störfall entstehende Wasserstoff unmittelbar benachbart zu seinem Entstehungsort rekombiniert oder verbrannt werden kann. Durch die Zwischenbleche 16 (Figuren 2 und 4) wird die zur Verfügung stehende, katalytisch beschichtete Fläche des Gerätes wesentlich vergrößert; deshalb ist es günstig, diese Zwischenbleche innerhalb aller Ringräume Rl bis R5 vorzusehen (abgesehen davon, daß sie eine mechanische Funktion als Befestigungselemente erfüllen).
Figur 6 zeigt eine dritte grundsätzliche Ausführungsform eines Geräts RZ3, bei welchem zur Bildung des ersten Kanal¬ systems R und der ersten Wandteile rl sowie des zweiten Ka¬ nalsystems Z und dessen zweiten Wandteilen r2 ebene Bleche 37 vorgesehen sind, welche innerhalb des qυaderförmigen Ge- häuses 1 zueinander und zur Längsachse 13 des Gehäuses parallel sowie im Abstand zueinander verlaufen. In Figur 6 ist dargestellt, daß die Bleche 37 sich mit weiteren senk¬ recht dazu verlaufenden Blechen 38 kreuzen. Durch einen im Inneren des Rechteckrasters 37, 38 angeordneten Kanal 39 wird das zweite Kanalsystem Z mit seinen zweiten Wandteilen r2 gebildet. Wie bei 16 angedeutet, können die rechteckigen Gitterzellen noch mittels wellen- oder zick-zack-förmigen Zwischenblechen 16 in Unterkanäle unterteilt werden. Figur 7 zeigt einen Teilquerschnitt mit den beiden einander kreu- zenden Blechen 37, 38 und den von diesen gebildeten Gitter¬ zellen 40. Gemäß einer Variante des Beispiels nach den Figuren 6 und 7, welches in einem Ausschnitt in Figur 8 dargestellt ist, ist auf die Bleche 38 verzichtet, so daß rechteckig-lang¬ gestreckte Gitterzellen 41 gebildet werden, und diese sind durch die wellen- oder zick-zack-förmigen Zwischenbleche 16 wieder in Unterkanäle 16.1 unterteilt. Zugleich sorgen die Zwischenbleche 16 wieder für den stabilen mechanischen Zusammenhalt, indem sie z.B. für eine Punktschweißverbin¬ dung zwischen sich und den Blechen 37 verwendet sind. Die Darstellung nach den Figuren 6 bis 8 ist ebenso wie dieje¬ nige nach Figur 5 lediglich vereinfacht schematisch, weil in den Figuren 1 bis 4 genügend Details dargestellt sind, die natürlich auch sinngemäß für die Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 gelten.
Die Kanalwände rl , r2 bestehen bevorzugt aus Ganzmetall wegen der erwünschten guten Wärmeleitung. Die Gehäusewand 1.1 kann auch aus einer temperaturresistenten Kuststoff- Folie, die an ihrem Innenumfang mit Metall beschichtet ist, bestehen. Dadurch können die Abstrahlungsverluste ver¬ ringert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Rekombinieren und Zünden von Wasserstoff, enthalten in einem H2-Luft-Dampf-Gemisch, mit den folgen- den Merkmalen: a) ein erster Teilstrom (fll) des H2-Luft-Dampf-Gemisches wird durch wenigstens einen ersten Kanal (R) hindurch¬ geleitet und durch Kontakt mit einer eine katalytische Beschichtung aufweisenden Kanalwand (rl) dieses Kanals (R) einer katalytischen Reaktion zur Rekombination von H2 und 02 zu H20 unterworfen, b) ein zweiter Teilstrom (fl2) des H2-Luft-Dampf-Gemisches wird zusätzlich zum ersten Teilstrom (fll) durch wenig¬ stens einen zweiten Kanal (Z) mit Kanalwand (r2) hin- durchgeleitet und dabei an mindestens einem Zündelement (z) vorbeigeführt, welches auf eine solcheZündte peratur aufgeheizt wird, daß der zweite Teilstrom (fl2) bei Er¬ reichen oder Überschreiten seiner Zündgrenze gezündet wird. c) die bei der katalytischen Reaktion im ersten Kanal (R) frei werdenden Wärme wird, zumindest zum Teil, auf den zweiten Kanal (Z) zu dessen Vorwärmung übertragen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Teilstrom (fll) im ersten Kanal (R) im wesentlichen vertikal von unten nach oben geleitet wird, so daß er durch thermisch bedingte Auftriebskräfte stabilisiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Teilstrom (fl2) im zweiten Kanal (Z) im wesentlichen vertikal von unten nach oben geleitet wird, so daß er durch thermisch bedingte Auftriebskräfte stabilisiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Teilstrom (fl2) angedrosselt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die aus dem ersten und dem zweiten Kanal (R, Z) austretenden ersten und zweiten Teilströme (fl2, f22) getrennt vonein¬ ander längs einer Trennstrecke solcher Länge geführt wer- den, daß ein Eindringen des ersten auslaßseitigen Teil¬ stroms (f21) in den zweiten Kanal (Z) und des zweiten auslaßseitigen Teilstroms (f22) in den ersten Kanal (R) verhindert wird.
6. Gerät zur Rekombination und/oder Zündung des in einem H2-Luft-Dampf-Gemisch enthaltenen Wasserstoffs mit a) wenigstens einem ersten Kanal (R) mit einer Kanalwand (rl), deren Wandoberfläche eine katalytische Beschich¬ tung (6) zur Rekombination von vorbeiströmendem Wasser- stoff und Sauerstoff aufweist, b) wenigstens einem zum ersten Kanal (R) zusätzlichen zwei¬ ten Kanal (Z), dessen Kanalwand (r2) mit mindestens ei¬ nem vorzugsweise metallischen Zündelement (z) versehen ist, welches auf eine solche Zündtemperatur aufheizbar ist, daß es vorbeiströmende, zündfähige H2-Luft-Dampf- gemische zur Entzündung bringt, c) Mitteln (rl, 16, r2) zur Einkopplung der bei Rekombina¬ tionsvorgängen im ersten Kanal (R) entstehenden Wärme in den zweiten Kanal (Z).
7. Gerät nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens ein Zündelement (zl-z3, z4) durch das Gerät selbst beheizt und hierzu in eine wärmeübertragende Relation, insbesondere in metallisch-leitenden Kontakt, mit den Kanalwänden (rl, r2) gebracht ist.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Kanalwand (r2) in eine wärmeübertragende Relation, insbesondere in wärmeleitenden Kontakt, mit dem ersten Kanal (R) gebracht ist, so daß während der Rekombinations¬ vorgänge im ersten Kanal (R) erzeugte Wärmemengen auf die zweite Kanalwand (r2) übertragen werden und ein durch den zweiten Kanal (Z) strömendes H2-Luft-Dampf-Gemisch (fl2) an der zweiten Kanalwand (r2) vorgewärmt wird, bevor bzw. während es an dem Zündelement (z) gezündet wird.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch die zweite Kanalwand (r2) selbst ein Zündelement (z4) in Gestalt eines Flächenzündelementes gebildet ist.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenig¬ stens ein Zündelement (zl, z2) in Strömungsräumen (R1-R5) des ersten Kanals (R) angeordnet ist, wenigstens eine der ersten und/oder zweiten Kanalwände (rl, r2) metallisch kontaktiert und sich mit einer Spitze (7) durch eine Kanal¬ wand (r2) des zweiten Kanals (Z) hindurch als Spitzenzünd- element in dessen Kanalquerschnitt hinein erstreckt.
11. Gerät nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Drahtspiralen als Zündelemente (zl).
12. Gerät nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Stifte oder Röhren als Zündelemente (z2).
13. Gerät nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h dünne, eine katalytische Oberfläche aufweisende Drähte als Spitzenzündelemente (z5), welche wenigstens eine der ersten und/oder zweiten Kanalwände (rl, r2) metallisch kontaktieren und den Einström-Enden der ersten und zweiten Kanäle (R,Z) vorgeschaltet und/oder deren Ausström-Enden nachgeschaltet sind.
14. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung des ersten Kanals (R) Zylinderbleche (2) unter¬ schiedlichen Durchmessers koaxial und konzentrisch zuein¬ ander innerhalb einer hohlzylindrischen Gehäusewand (1.1) angeordnet sind, wobei Einlaß- und Auslaßöffnung (3, 4) an den Zylinder-Stirnseiten angeordnet sind.
15. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung des ersten Kanals (R) spiralig und mit Abstand zu- einander gewickelte Bleche (2) eine zentrische Gehäuseachse (13) innerhalb einer hohlzylindrischen Gehäusewand (1.1) umgeben, wobei Einlaß- und Auslaßöffnung (3, 4) an den Stirnseiten der Spirale angeordnet sind.
16. Gerät nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Kanal (Z) vom Innenumfang des innersten Zylinder¬ blechs begrenzt ist.
17. Gerät nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Kanal (Z) vom Innenumfang der innersten Spiralwin¬ dung der spiralig gewickelten Bleche (2) begrenzt ist.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung des ersten Kanals (R) ebene Bleche (37) im Quer¬ schnitt rechteckige Kanäle (40) begrenzen.
19. Gerät nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Kanal (Z) im Inneren eines Rechteckgitters (37, 38) angeordnet ist.
20. Gerät nach Anspruch 18 oder 19, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein den ersten und des zweiten Kanal (R, Z) umgebendes Rechteckgehäuse (1) mit offenen Stirnseiten zur Bildung der Einlaß- und der Auslaßöffnung (3, 4).
21. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Kanal (R) durch Einfügen von gewellten oder zick- zack- förmigen und katalytisch beschichteten Einlegeblechen (16) in Unterkanäle (16.1) unterteilt ist.
22. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche des zweiten Kanals (Z) durch wellrohr- oder spiralförmige Ausbildung (9, 10) der zweiten Kanalwand (r2) vergrößert ist.
23. Gerät nach Anspruch 22, wobei es ein Gehäuse (1) mit wenigstens je einer Einlaß- und Auslaßöffnung (3, 4) für das H2-Luft-Dampf-Gemisch (fl) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auslaßδffnung (4) durch einen mit Vertikalabstand zu ihr angeordneten Deckel (22) derart abgedeckt ist, daß ein lateraler Ausströmquerschnitt (23, 24) für den ersten und den zweiten Kanal (R,Z) freibleibt, wobei der Deckel (22) Strömungsleitflächen (25) zur Unterstützung der Strömungs- umlenkung von der vertikalen in die horizontale Richtung aufweist.
24. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 23, wobei es ein Gehäuse (1) mit wenigstens je einer Einlaß- und Ausla߬ öffnung (3, 4) für das H2-Luft-Dampf-Gemisch (fl) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unter- halb der Einlaßöffnung (31) ein Strömungsleitkörper (26) angeordnet ist, welcher Strömungsleitflächen (27) zur U - lenkung der Einströmung von der lateralen in die vertikale Richtung aufweist.
25. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es zum Zwecke der Rekombination bzw. Verbrennung des bei einem Störfall sich bildenden Wasserstoffs im Containment eines Leichtwasser-Kernkraftwerks, in einer Mehrzahl über das Containment verteilt, installiert ist.
26. Gerät nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es im Containment eines Druckwasser-Kernkraftwerks installiert ist.
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